焦炭的知识 讲义Word下载.docx
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热导率为2.64kj/（mhk）（常温），6.91kg/（mhk）（900℃）；
着火温度（空气中）为450-650℃；
干燥无灰基低热值为30-32KJ/g；
比表面积为0.6-0.8m2/g
四、焦炭的反应性及反应后的强度
焦炭反应性与二氧化碳、氧和水蒸气等进行化学反应的能力，CRI=（G0—G1）/G0×
100%（注：
G0----试验焦炭样重量，g；
G1----反应后焦炭样重量，g;
）。
焦炭反应后强度是指反应后的焦炭再机械力和热应力作用下抵抗碎裂和磨损的能力。
焦炭在高炉炼铁、铸造化铁和固定床气化过程中，都要与二氧化碳、氧和水蒸气发生化学反应。
由于焦与氧和水蒸气的反应有与二氧化碳的反应类似的规律，因此大多数国家都用焦炭与二氧化碳间的反应特性评定焦炭反应性。
焦炭反应性CRI及反应后强度CSR的重复性r不得超过下列数值：
CRIr≤2.4%
CSR：
≤3.2%
焦炭反应性及反应后强度的试验结果均取平行试验结果的算术平均值。
五、焦炭的质量指标
焦炭是高温干馏的固体产物，主要成分是碳，是具有裂纹和不规则的孔孢结构体（或孔孢多孔体）。
裂纹的多少直接影响到焦炭的力度和抗碎强度，其指标一般以裂纹度（指单位体积焦炭内的裂纹长度的多少）来衡量。
衡量孔孢结构的指标主要用气孔率（指焦炭气孔体积占总体积的百分数）来表示，它影响到焦炭的反应性和强度。
不同用途的焦炭，对气孔率指标要求不同，一般冶金焦气孔率要求在40～45%，铸造焦要求在35～40%，出口焦要求在30%左右。
焦炭裂纹度与气孔率的高低，与炼焦所用煤种有直接关系，如以气煤为主炼得的焦炭，裂纹多，气孔率高，强度低；
而以焦煤作为基础煤炼得的焦炭裂纹少、气孔率低、强度高。
焦炭强度通常用抗碎强度和耐磨强度两个指标来表示。
焦炭的抗碎强度是指焦炭能抵抗受外来冲击力而不沿结构的裂纹或缺陷处破碎的能力，用M40值表示；
焦炭的耐磨强度是指焦炭能抵抗外来摩檫力而不产生表面玻璃形成碎屑或粉末的能力，用M10值表示。
焦炭的裂纹度影响其抗碎强度M40值，焦炭的孔孢结构影响耐磨强度M10值。
M40和M10值的测定方法很多，我国多采用德国米贡转鼓试验的方法。
六、焦炭质量的评价
1、水分：
焦炭的水分是焦炭试样在一定的温度下干燥后的失重占干燥前焦样的百分率，分全水分（Mt）和分析试样（即空气干燥基）水分（Mad）两种，生产上要稳定的控制焦炭的全水分，水分波动会使焦炭计量不准，因起高炉、化铁炉炉况的波动，湿熄焦时，焦炭的全水分约4-6％，我国规定＞40mm粒级的高炉焦全水分为3-5％，,25mm粒级的焦炭的高炉焦全水分为3-7％。
此外，焦炭水分提高会使M40偏高，M10偏低，给转鼓指标带来误差。
1、焦炭中的硫分：
焦炭中的硫分有硫化物硫、硫酸盐硫、和有机硫三种形态，这些留的总和称全硫（St）.硫是焦炭中的有害杂质，它使生铁质量降低。
在炼钢生铁中硫含量大于0.07%即为废品。
由高炉炉料带入炉内的硫有11%来自矿石；
3.5%来自石灰石；
82.5%来自焦炭，所以焦炭是炉料中硫的主要来源。
焦炭硫分的高低直接影响到高炉炼铁生产。
当焦炭硫分大于1.6%，硫份每增加0.1%，焦炭使用量增加1.8%，石灰石加入量增加3.7%,矿石加入量增加0.3%高炉产量降低1.5—2.0%.冶金焦的含硫量规定不大于1%，大中型高炉使用的冶金焦含硫量小于0.4—0.7%。
焦炭用于铸造时，焦炭中的硫分在冲天炉内燃烧成SO2，随炉气上升通金属炉料作用生成FES而进入熔化铁水中，直接影响铸件质量，
2灰分：
焦炭灰分是焦炭分析试样在850±
10℃下灰化至恒重，其残留物占焦样的百分率，用Aad表示。
灰分是焦炭中的有害杂质，主要成分是高熔点的SiO2和Al203,焦炭灰分在高炉冶炼中要用CaO等溶剂使之生成低熔点的化合物，并以熔渣形式排出，灰分高就要提高高炉炉渣碱度不利于高炉生产，。
此外，焦炭在高炉中加热到高于炼焦温度时，由于焦炭和灰分的热膨胀性不同，会在灰分颗粒周围产生裂纹，使焦炭加速碎化和粉化。
灰分中的碱金属还会加速焦炭同CO2反应，也使焦炭的破坏加剧，焦炭灰分每增加1℅，高炉焦比约增加2℅，石灰石重量约增加2.5℅，高炉产量约降低2.2℅.焦炭用于铸造生产时，焦炭灰分每降低1℅，铁水温度约提高10°
，还能提高铁水的含碳量，
3、固定碳：
固定碳是煤干馏残留的固态可燃物
4、焦炭中的挥发分：
挥发分是焦炭分析试样在900±
10℃下隔绝空气快速加热后的失重占原焦样的百分率，并减去该试样的水分得到的数值，根据焦炭的挥发分含量可判断焦炭成熟度。
一般成熟焦炭的空气干燥基挥发分Vda为1-2%，挥发分Vda＜0.5—0.7%,则表示过火，一般成熟的冶金焦挥发分为1%左右。
5、焦炭中的磷分：
炼铁用的冶金焦含磷量应在0.02—0.03%以下。
6、焦炭的筛分组成：
在高炉冶炼中焦炭的粒度也是很重要的。
我国过去对焦炭粒度要求为：
对大焦炉（1300—2000平方米）焦炭粒度大于40毫米；
中、小高炉焦炭粒度大于25毫米。
但目前一些钢厂的试验表明，焦炭粒度在40—25毫米为好。
第二节高炉焦
高炉焦是指供高炉炼铁用的冶金焦。
一，高炉冶炼过程与焦炭作用
1高炉内总体状况与焦炭作用
高炉系中空竖炉，自上而下分为炉喉、炉身、炉腰、炉腹、和炉缸五部分，铁矿石。
焦炭和熔剂等块状炉料从炉顶依次分批从炉顶装入，高温空气有有位于炉缸上部的风口鼓入，使焦炭在风口区燃烧放热。
高炉冶炼所需热量有焦炭、风口喷吹的燃料和热空气提供，焦炭燃烧提供的热量占75-80﹪，焦炭在风口区燃烧生成的高温煤气在上升过程中将热能传给炉料，使炉料升温。
焦炭燃烧并与CO2反应生成的CO将铁矿石中的铁氧化物还原，因此，自下而上煤气温度逐渐降低，煤气中CO含量从风口开始，现由于煤气中CO2与焦炭反应生成CO以及铁氧化物与焦炭直接反应生成CO而逐渐增加，到炉腹以上部位则由于CO与铁氧化物间接还原生成CO2而逐渐降低，炉料在降过程中经预热、脱水、间接还原、直接还原而转化成金属铁，并不断升温和被焦炭渗碳而形成液态铁水，铁矿石中的脉石则同熔剂作用生成低熔点化合物-炉渣。
铁水和炉渣在向下流动的过程中相互作用，进行脱硫等反应，到炉缸下部，因互不相容和密度差异而分离，分别从渣口和铁水口放出。
焦炭堆密度小，在高炉中其体积占高炉的35-50℅，在风口以上地区，始终处于固态，而在高炉料柱中部铁矿石软化、熔融，在料柱下部金属铁和炉渣已形成也太铁水和熔渣，故焦炭对上部炉料起支撑作用，，并成为煤气上升和铁水、熔渣下降所比不少的高温疏松骨架。
焦炭在风口区内不断烧掉是高炉下部形成自由空腔，上不炉料稳定下移，从而形成连续的高炉冶炼过程。
焦炭在高炉中起着供热、还原剂、骨架和供碳四个作用。
高炉料柱上部温度约1100℃，料柱中部温度1100-1350℃，料柱下部温度＞1350℃。
一般高炉焦（冶金焦）粒度:
25-70mm,大高炉40-60mm，中型高炉25-40mm，
二、高炉焦质量要求：
1、水分：
Mt％4.0-6.02、挥发分：
Vda％＜1.9
Ⅰ≯12,0Ⅰ≯0.6
3、灰分:
Ⅱ≯13.54、硫分:
StmadⅡ≯0.8
Ⅲ≯15.0Ⅲ≯1.0
Ⅰ＞25mm
5、块度：
＜60mm
Ⅱ＞40mm
Ⅰ≥80、0Ⅰ＜8.0
6、转股强度M40Ⅱ≥76.07、M10Ⅱ＜9.0
Ⅲ≥72.0Ⅲ＜10.0
Ⅳ≥65.0Ⅳ＜11.0
8、反应性％（宝钢）26-359、反应后强度％＞57
第三节非高炉用焦
一、铸造焦及其在冲天炉内的过程
1、冲天炉熔炼过程
铸造焦是冲天炉的主要燃料，用于熔化炉料，使铁水过热，起支撑料柱保证良好透气性和供碳等作用。
焦炭在冲天炉内分底焦和层焦，底焦在风口区与鼓入的空气剧烈燃烧，因此在风口以上的氧化带内炉气中的O2含量迅速降低，CO2含量很快升高并达到最大值，炉气温度也相应升至最高值，熔化铁水的温度在氧化带底部达到最高值，在氧化带上端开始的还原带内，由于过量CO2的存在，与焦炭发生碳溶反应，而生成CO，随炉气上升CO含量逐渐增加，由于反应强烈吸热，古炉气温度在还原带内随炉气上升则急剧降低，还原带以上焦炭与金属料层层相间，装入冲天炉的炉料被炉气干燥、预热，在该区间炉气中含氧量很低，CO2和CO含量基本保持不变，在装料口炉气中一般CO2＝10-15％，CO＝8-16％，温度为500-600℃。
铁水流过焦炭层还会发生吸收炭的渗碳作用，渗碳是吸热反应，温度愈高愈有利于渗碳，铁的初始含碳量很低，渗碳愈多，增加焦比也使渗碳增加，渗碳有利于炉料中的废钢的熔化。
炉气中的水汽与铁水或焦炭反应产生的H2易溶解在铁水中，当铁水凝固时，氢的溶解度突然降低，H2将从铁水中逸出，使铸件表皮下形成内壁光滑的球形小气孔，增加铸件的缺陷，因此应降低鼓风空气中的湿度，这也有利于提高炉温。
在渗碳的同时也发生渗硫作用，硫主要来源于金属炉料和焦炭，废铁料的含硫量可高达0.1-0.16％，焦炭带入铸铁的硫约占焦炭总硫量的30-60％，渗硫随温度的增高而增加铁水中硫可以通过造渣部分除去，但只有在碱性炉渣时才能起脱硫作用。
二、铸造焦的质量要求
铸造焦要求：
较大而均匀的块度，强度、发热量、固定碳高；
反应性、灰分、挥发分、硫分要低。
1、块度：
块度大而均匀可以可以保证冲天炉内的料柱良好的透气性，还有利于增大送风深度，特别对炉内料柱和气体的分布有重大影响。
由于焦炭的燃烧是在表面附近进行的，小块焦的比表面积大，燃烧进行的快，氧气在短时间内耗尽，因此紧接风口上缘的氧化带不高，，且高温同时促进了还原反应，使还原带增高，温度迅速下降，从而导致熔化区下移，铁水温度难以提高。
炉气内CO含量提高，会使炉气的热损失增加，因此铸造焦的块度应大于60mm，大块焦可使燃烧效率和铁水温度提高，有利于脱硫和渗碳，减少硅、锰烧损。
但块度过大，炉气温度提高导致的显热损失增加，抵消了炉内CO含量降低引起的潜热降低，因此并不改变冲天炉的热效率。
此外，块度过大，使燃烧区不集中，也会降低炉气的温度。
铸造焦的合适块度因冲天炉而异，处理能力大于10t/h的大型冲天炉，铸造焦的块度应为冲天炉内径的1／10-1/12,
2、强度:
铸造焦在冲天炉内承受金属炉料的冲击破坏，因此要有足够的转鼓强度或落下强度以保证炉内焦块的块度和均匀性。
3、灰分和挥发分：
铸造焦的灰分应尽可能的低，灰分高，固定碳和发热值就低，不利于提高铁水温度，还增加了造渣量和热损失，灰分在炉缸高温下会形成熔渣粘附在焦炭的表面，阻碍铁水的渗碳。
灰分降低1％，焦炭消耗量降低4％，铁水温度提高10℃。
挥发分要低，固定碳要高。
4、硫分：
铸造焦中含硫的30-60％会熔化进入铁水，通常铸造化铁的冲天炉采用酸性衬料，故炉渣不能脱硫，因此铸造焦要求比高炉焦更低的含硫量。
5、气孔率和反应性：
要求气孔率小、反应性低，可以降低炉内氧化还原反应的速度，使底焦高度不会很快降低，减少CO的生成，提高燃烧效率，炉气温度和铁水温度，降低焦比。
国家铸造焦质量标准
＞80特级＜8.0
1、块度mm80-602、灰分Aad％Ⅰ级＜8.01-10.0
＞60Ⅱ级＜10.01-12.0
3硫分Stad特级＜0.64、挥发分Vad＜1.5
ⅠⅡ级＜0.8
特级＞85.0特级＞92.0
5、M40Ⅰ级＞81.06、落下强度Ⅰ级＞88.0
Ⅱ级＞77.0Ⅱ级＞84.0
7、显气孔率％特级＜40,08、碎焦率<
40
Ⅰ、Ⅱ＜45.0（＜40mm）
第四节焦炭的机械力学性质
一、焦炭的破碎机理
焦炭是结构不均已，含有裂纹和缺陷的块状多孔体，焦炭在机械力的作用下的破坏过程取决于:
一是裂纹和局部缺陷的大小，二是多空炭质脆性材料的抗断裂能力，三是焦炭气孔壁的抗粉碎或抗磨损能力。
二、块焦机械强度
1焦炭落下强度
用一定块度、数量的焦炭，在固定高度处下落一定次数后，测定大于某粒级焦炭占试验前焦样量的百分率来表示块焦的机械强度。
落下强度仅检验焦炭经受冲击作用的抗破碎能力，铸造焦在炉内主要经受铁块的冲击力，落下强度特别适用于评定铸造焦的强度
国家焦炭落下强度试验方法标准
试样箱mm710×
455×
380
落下台mm1220×
965×
12
落下高度mm1830
落下次数4
焦样块度mm＞80或＞6025-60
取样量kg10040
试验用量kg2510
指标SI504（＞80）SI504（25-60）
SI504（＞60）
2、焦炭转股强度
以定量的焦炭在一定规格和试验条件的转股内，旋转一定转数鼓内焦炭之间及焦炭与鼓壁之间相互撞击、摩擦，造成焦炭开裂和磨损，用转后某一粒级的焦炭量占入鼓焦炭的百分率评定焦炭强度。
国家焦炭转鼓试验方法标准
转鼓：
直径.长度.鼓壁厚mm1000×
1000×
8
提料板尺寸mm100×
50×
10
数目4
转鼓转速r/min25
总转数r100
焦样试验块度mm＞60（圆孔）
质量kg50
指标％M40
M10
出鼓焦炭中粒度小于10mm的质量
M10＝——————-----------------------×
％
入鼓焦炭质量
出鼓焦炭中粒度大于40mm的质量
M40＝—————————————————×
3、焦炭筛分组成
用一套具有标准规格和规定孔径的筛子将焦炭筛分，然后分别称量各级筛上焦炭和最小筛孔的筛下焦炭质量，算出各级焦炭的百分率或各筛级以上焦炭的累积百分率，即焦炭的筛分组成，用来表示焦炭的粒度分布状况。
筛分试验用的筛孔有两种：
方孔筛和圆孔筛
我国高炉焦国标规定＞40mm焦炭的筛分组成用四层方孔筛测定（80、60、40和25mm）25mm的焦炭百分含量作为高炉焦的焦沫含量。
方孔筛以边长L表示孔的大小，元孔筛以直径D表示孔的大小，相同尺寸的两种筛，其实际大小不相同，试验得出两者的关系为D/L＝1.135±
0.04，如果元孔筛的直径是40mm时，对应的方孔筛L＝40/1.135＝35.2mm.
第五节焦炭的热性质
热性质是指焦炭经过二次加热的物理性质、化学性质和机械力学性质。
一、焦炭受热过程的变化
1、组成;
二次加热脱硫、脱挥发分、脱氮好脱灰高于1300℃时，每升高100℃焦炭质量减轻1-2％/。
2、结构：
焦炭属于乱层结构，在高温下，想石墨化方向发展，中挥发强粘结煤生产的焦炭比低挥发弱粘结煤生产的焦炭易石墨化，高挥发弱粘结煤生产的焦炭基本上不能石墨化，焦炭的石墨化一般在1400℃以上逐步发生。
3、膨胀与收缩
4、强度：
二、焦炭热应力与热强度
1、热应力:
2、热强度：
以CO2为气氛的用SiC为鼓材的内加热式的高温（1500℃）转鼓来测量转股强度。
三、焦炭的高温反应性
1、机理:
焦炭与氧化性气体在高温下反应的性质称焦炭的高温反应性，
2、测量方法：
3、影响反应性的因素:
原料煤的性质低煤化度煤炼制的焦炭反应性较高，由Vdaf＝25-30﹪，Rmax1.2-1.4的煤制得的焦炭反应性最低。
各种光学组织的反应性排列次序为;
各向同性组织及惰性组织＞细粒镶嵌组织＞粗粒镶嵌组织＞流动型组织＞广域型组织。
第六节焦炭的显微结构
显微结构是指焦炭多孔体的气孔结构与焦质的光学显微组织和微晶组织。
一、气孔结构
焦炭多孔体由气孔、气孔壁和微裂纹组成，气孔结构直接影响焦炭的强度和反应性。
二、焦炭光学组织
焦炭气孔壁这种光学特征按其结构形态和等色区尺寸可分成不同的组分，称为光学显微组织。
各向同性组织：
焦炭内碳的形态介于无定型炭和石墨碳之间，无定型碳的碳网平面呈随机定向无规则排列，在不同入射光方向上表现为相同的光学性质，镜下观察到表面平坦、气孔边缘光滑，转动载物台时无明暗交替的消光现象，用石膏检板条件下各个方向均呈蓝灰色或深粉红色，这种光学组织称为各向同性组织。
各向异性组织：
焦炭内碳呈层状结构，碳结构排列有规则，为石墨碳形态，在镜下表现为形态不同和等色区大小不等，转动载物台时，出现干涉光呈交替变化的消光现象，这类光学组织称为各向异性组织。
三、焦炭光学组织的形成：
四、影响焦炭光学组织的因素：
1.煤化度2.煤岩组成3.煤中杂原子4.备煤与炼焦条件5.添加物。
八、天然焦炭具有标准
天然焦炭，即“天然焦”。
地下煤层受到岩浆侵入时，在高温的烘烤和岩浆中热液挥发气体等的影响下，受热干馏变形成了焦炭。
地下煤层自燃，也可以形成天然焦炭。
天然焦炭，其颜色灰至深灰色，多孔隙，有时可呈六方柱状。
与人工焦炭比较，体重大、气孔小、致密。
在我国，不少煤田产有天然焦，多用来作燃料。
焦炭价格影响因素分析
焦炭价格波动的基本因素是市场供求关系，其他因素都是通过影响供求关系来影响价格的。
市场供求关系
价格分析最重要的就是研究供求关系。
供求关系指在市场经济条件下，商品供给和需求之间的相互联系、相互制约的关系，它是生产和消费之间的关系在市场上的反映。
当供大于求时，其价格下跌，反之则上扬。
同时价格反过来又会影响供求，即当价格上涨时，供应会增加而需求减少，反之就会出现需，求上升而供给减少，因此价格和供求互为影响。
近年来，供求关系总体上处于供给趋紧的平衡状态，国内焦炭供给趋紧的主导因素不再是需求膨胀，而是由运输能力不足和资源持续紧张双重制约导致的供给不足。
但也要看到在发达国家由于经济危机减少对焦炭需求的同时，发展中国家经济的快速增长，将会弥补发达国家需求减少的缺口。
焦炭库存
库存状况是供求关系分析的一个重要指标。
生产、贸易、消费者主要是根据焦炭价格的变化和自身的库存能力来调整库存。
库存是分析焦炭价格趋势的重要指标。
比如：
占全国焦炭出口75%的天津港，已成为中国出口焦炭价格的风向标。
库存分报告库存和非报告库存。
报告库存又称“显性库存”,是指交易所库存。
非报告库存，又称“隐性库存”,指全球范围内的生产商、贸易商和消费商手中持有的库存。
由于这些库存不会定期对外公布，因此难以统计,故一般都以交易所库存来衡量。
焦炭进出口
分析焦炭供求关系，要关注中国焦炭的进出口情况。
由于焦炭出口价格基本上与国内价格联动，同时配额数量也起到关键作用。
国家政策变化
国家政策对价格的影响是显而易见的。
随着节能减排工作的推进，政府关闭了很多小煤窑，煤炭供应依然会偏紧，所以煤价还会涨，煤价的上涨必然推动焦炭价格的上涨。
国家进出口政策，尤其是关税政策是通过调整商品的进出口成本从而控制某一商品的进出口量来平衡国内供求状况的重要手段。
此外，山西省大规模整合煤炭产业、国家调整出口关税税率都是推动焦炭涨价的因素。
各省加快淘汰焦化落后产能也会使供应趋紧。
产业发展趋势
消费是影响焦炭价格的直接因素，而用焦炭行业的发展则是影响消费的重要因素。
其中生产成本是衡量商品价格水平的基础。
相关行业状况
关注上下游产品的价格变化，以及其它能源资源类产品价格的变化趋势有助于焦炭价格的分析研究。
如：
上游的主焦煤和炼焦配煤的资源短缺、国际石油价格的波动、钢铁行业的产能释放等。
宏观经济形势
焦炭是重要的工业原材料，其需求量与经济形势密切相关。
经济增长时，焦炭需求增加从而带动焦炭价格上升，经济萧条时，焦炭需求萎缩从而促使焦炭价格下跌。
在分析宏观经济时，有两个指标是很重要的，一是经济增长率，或者说是GDP增长率，另一个是工业生产增。
宏观经济的发展周期、景气状况，经济发展趋势、汇率变动等，对于焦炭价格变化，也是需要了解的背景资料。
市场心理波动
投资者的心理因素也会影响交易市场上的焦炭商品的价格变化。
心理因素起助涨助跌的作用。
当投资者信心崩溃时，往往使市场加速下跌，当投资者信心满满时，往往让市场更加疯狂。
中国焦炭产业现状
近期焦炭市场表现较为冷清，需求低迷，价格小幅调整，目前国内外市场均表现出较低的需求，预计短期内焦炭市场将维持稳中调整格局。
当前焦炭市场资源充裕，钢厂采购意向不积极，而且钢厂对后期钢市依然不看好。
同时焦煤价格继续高位运行，山西当地优质主焦精煤在1，200元/吨/吨左右，推及全国来看，焦化企业被迫大幅限产较多，部分企业已经有停产现象，限产幅度也都在50%以上，部分小焦化厂仅仅维持焦炉保温。
自2008年10月份以来我国焦炭出口量锐减。
2008年9月份我国出口焦炭137.3万吨，此后出口量逐月锐减，2009年5月份仅出口2.1万吨，为自2008年1月份以来的最低点。
2009年9月份我国出口焦炭4万吨，同比下降97.08%；
1至9月累计出口36万吨，同比下降96.7%。
受国际金融危机影响，全球经济增速明显放缓，钢材需求明显减弱，欧洲钢铁联合会预计2009年欧洲钢铁消费与2008年相比将下降33%，作为炼钢重要原料的焦炭的需求也随之逐步萎缩。
美国、欧洲和日本等焦炭主要进口国已经逐渐退出国际焦炭市场，而巴西、印度等国随着焦炭配套生产能力逐步提高，更倾向于进口炼焦煤自炼焦炭，对我国焦炭的依存度有逐渐降低的趋势。
此外，为保证焦炭资源的国内需求，落实国家节能减排计划，我国已多次出台政策对焦炭出口进行控制，企业出口积极性明显不足。
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