配煤炼焦基础知识.docx

第一章、煤的基础知识一、煤的形成大约三十多亿年以前，地球上就已经有单细胞低等植物存在了.在整个地质年代中的某些时期内，出于地球的气候温暖、潮湿，而且有丰富的矿物养料，因此植物生长得持别高大和繁茂.这些落群生长的陆生植物，构成了成煤的物质基础.在漫长的地质年代里，地球的造山运动和地壳不断的变动，使有些落群生长的植物随着地壳下沉，后来慢慢地被水淹没，或者被山石覆盖.在多水缺氧的情况下，堆积在水中的植物残骸受一种“厌氧细蕾"（不毒空气而靠夺取植物遗体里的养份而生成的微生物）的作用，脱去不稳定的含氧物质（一般以二氧化碳和水的形式除去）,使残留物的氧和氢的含量减少，碳含量相对增高。与此同时，植物残骸还受到其他生物化学作用，产生大量的腐植酸及沥青类物质.这种既合有植物残骸未被分解的族组成部份（如根、茎、叶、树皮等），又含有腐植酸，而且碳含量比植物残骸高、水份比较大的物质称为泥炭.在泥炭形成的过程中，往往出现植物生此交替和地壳不断变动的情况。如果地壳垂直下沉的速度与泥炭堆积的速度差不多，泥炭层就会不断地变厚；如果地壳垂直下沉的速度比泥炭堆积的速度大，随着时间的推移。泥炭层的上面就会被沙土覆盖而形成顶板，顶板越厚，泥炭受压力和地热的作用就越大.由于地热和压力的作用，使得泥炭中大分子缩合和构化程度提高，C/H原子比增大氢和氧含量减少，泥炭就变成了褐煤.褐煤如果继续不断地受到增高的温度和压力的作用，就会引起内部分子结构、物理性质和化学性质的进一步变化，褐煤就逐渐变成了烟煤或无烟煤了.二、煤的分类1、腐植煤根据成煤的原始物质条件不同，自然界的煤可分为三大类，即腐植煤、残植煤和腐泥煤腐植煤是由高等植物形成的，在自然界中分布最广，蕴藏量最大，用途最广；残植煤是由高等植物中稳定组份（树皮、抱子、角质、掘脂）富集而形成的腐泥煤是由低等植物和少量浮游生物形成的（藻类、菌类、地衣等），分布范围小，煤层厚度不大。由于腐植煤分布范围广，且煤层厚度厚，是我国煤炭开采的主要对象，而且在煤炭利用和化学加工方面占有主要的位置，因此，这里主要介绍腐植煤的相关知识！2、腐植煤的分类腐植煤的成煤过程主要份四个阶段：泥炭一褐煤T烟煤一无烟煤.煤的最初形态就是泥炭，这在前面已经介绍，下面主要介绍一下后面煤的三种形态.2.1 褐煤褐煤含炭在4570%,分低级和高级两种.低级褐煤呈现肉眼可见的木材纤维结构，这是有植物残骸变成煤的具体证明，其组织疏密不等，颜色灰褐.高级褐煤没有明显的植物残骸式木质残骸的痕迹，颜色由褐而黑.褐煤的主要特征是水份高（2530%）,热量小，放置空气中易变成粉末.无焦粘性，不能做炼焦用煤.2.2 姻煤烟煤的颜色由暗黑而亮黑，固定碳高（82%左右），发热量大，它的挥发份含员一股在1145%之间，具有一定的焦粘性，但烟煤种类较多，性质差异也较大，后面将会做详细介绍.无姻煤硬度较大，颜色黑亮有光泽，断口锐利，所含热量（约9009200大卡）和碳（95%左右）很高，主要做动力燃料.上述煤种中烟煤最适于焦化生产炼焦，是本教材研究的重点，有时可根据具体情况使用少量的无姻煤混配炼焦.3、烟煤的分类按照我国目前的分类标准，主要是以煤的挥发份和粘结指数来划分种类.对于粘结性较强的煤种，以挥发份和胶质层厚度、奥亚膨胀度来分类.烟煤主要分为气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、1/3焦煤、弱粘煤等.从实际使用效果等方面来分析，上述分类方法是比较简单的，所份种类存在一些问题.国际煤炭分类有三个指标，即挥发份、粘结性（自由膨胀序数和罗加指数）、结焦性（膨胀性试验、葛金试蛉）,所分煤种较多也比较细。国际标准及企业标准4、烟煤的工艺性质烟煤的工艺性质是指煤炭在i定的加工工艺条件下或某些转化过程中所呈现的特性。如煤的粘结性、结焦性、可选性、低温干僧性、反应性、机械强度、热稳定性、结渣性、灰熔点、灰粘度和煤的发热量等.炼焦通常研究它的粘结性和结焦性.煤的粘结性是指烟煤在干储时粘结其本身或加入情性物的能力，即粉碎后的煤在隔绝空气下加热，有机物的热解形成胶质体，经气液固三相互相作用，变形粒之间或变形粒子与情性颗粒间结合的特性能力.这种特性表征为煤加热生成胶质体中液体部分多少，流动性大小，体现粘结性的好坏，不能生成胶质体时，则没有粘结性.煤的结焦性是指煤在工业焦炉或模拟工业焦炉的炼焦条件下结成焦炭的能力.即具有一定粘结性的煤，当热解到一定程度后，逐步硬化，形成半焦，继续加热从半焦到焦炭,经热分解和热缩聚，进一步析出气体，焦质逐渐致密，同时产生收缩裂纹，以上说明煤的结焦性包括形成半焦前的粘结性和形成半焦后的收缩性.煤的粘结性和结焦性是两个概念，它们互相联系，但又有不同粘结性好的煤在形成焦块时，可能裂纹较多，变碎，其结焦性不一定好，但结焦性好的煤必须有良好的粘结性；一般情况下肥煤粘结性最好，而焦煤的结焦性最好。三、煤的元素组成煤中含有多种元素，其主要元素有：1、碳(C)是煤的主要组成部分,以氢、氧、笼、硫构成化合物的形态存在.2、氢（三）是煤的第二重要组成，位于炭环原子网周围,煤中氢含量随变质程度的加深而减少.3、氧(O)是煤中的重要元素之一，是反映能力最强的元索，再煤中存在的总量和形态直接影响若煤的性质.煤在变质过程中不断放出二家化魂和水，故煤中含氧量随变质程度的加深而迅速隧低。从泥炭到无烟煤，含氧量由3040%逐渐降至|)25%.4、氮(N)是构成煤有机物的次要元素，主要由成煤植物的蛋白质转化而来其含量通常在0.81.8%.5、硫（三）是煤中的杂质，通常分为有机硫和无机硫，总称全硫，煤含硫量一股在1.5%以下，但高的也可达78%.第二章焦炭的基础知识一、焦炭的基本概念1、焦炭的定义焦炭是一种质地坚硬、多孔、呈银灰色，并有不同粗细裂纹的碳质固体块状材料,其真密度约1.801.95,堆积密度约40052Okg/m3,由C、H、0、N、S、P等元素组成，在高炉炼铁中起还原剂、发热剂和料柱骨架的作用。2.1 硫份（St,d）硫是生铁冶炼的有害杂质之一，它使生铁质量降低.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.焦炭硫份的高低直接膨响到高炉炼铁生产。当焦炭硫份大于16%,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03%高炉产量降低1.520%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2.2磷份（P）焦炭中的磷份在炼铁中大部分转入铁中，生铁含磷使其冷豌性变大，用于转炉炼钢时，因采用酸性熔渣，磷难以除掉，生铁含磷应低于0.010.015%,用于平炉炼钢时，因系碱性熔渣，璘可做燃料烧掉，煤炼焦时磷全部转入焦炭，若要求低磷焦炭，必须控制焦炭含磷，我厂对璘不做要求.2.3 灰份（Ad）焦炭燃烧后的残余物为灰份，主要成分是二家化硅、三氧化二铝等酸性氧化物，在炼焦过程中全部转入焦炭。灰份含量增高，在高炉冶燎过程中，为造渣所消耗的石灰石和热量将增加，高炉利用系数降低，焦比增加.焦炭灰份增加1%,焦炭用量增加22.5%因此，焦炭灰份的降低是十分必要的.2.4 挥发份(Vdaf)将焦炭加热到850。C以上，即从焦炭中析出挥发物，利余部分为固定碳和灰份。根据焦炭的挥发份含量可判断焦炭成熟度。如挥发份大于19%,则表示焦炭成熟不好，焦炭耐磨性差，使高炉透气性差，可能引起挂料，增加吹损，破坏高炉操作制度等恶果，；挥发份小于050.7%,则表示过火，过火焦易碎，容易落入熔渣中，造成排渣困难、风口烧坏等现象，一股成熟的冶金焦挥发份为1%左右.2.5 水份(Mt)焦炭在102105烘箱中干燥到横重后损失量即为水份。水份波动会使焦炭计量不准，从而引起炉况波动.此外，焦炭水份提高会使M25偏低，M1.O偏高，给转鼓指标带来误差.3、焦炭的物理机械性质3.1 筛分组成为使高炉透气性好，焦炭块度要求均匀.焦炉生产的焦炭通常分为40mm焦炭，2540mm的冶金焦，1025mm的小块焦和10mm的粉焦四级，全焦中冶金然产率通常为93%左右，小块焦为23%,粉焦为45%.为鉴定焦炭块度的均匀性，可用筛孔为I1.OXI1.0、80x80、60x60、40x40、25x25和IoXIomm的一套筛子进行嘛分试验，冶金焦块度的均匀性可用下式表示：（4080）K=（80）+（25-40）式中（4080）、（80）、（2540）为该等级焦炭占冶金焦的重量百分比，K值越大，焦炭块度均匀性越好。高炉最适宜的焦炭粒级，应视高炉溶剂、原料情况而定.我国过去对焦炭粒度要求为：对大型高炉（13002000立方米）焦炭粒度大于40mm;中、小高炉焦炭粒度大于25mm,但目前一些钢厂的试验表明，焦炭粒度在4025mm为好.焦炭块度均匀，空隙大，阻力小，高炉炉况运行良好.3.2 转鼓试验为了试验焦炭的抗碎性和耐磨性，通常采用转鼓试验来测定.我国目前采用的的转鼓由两种，一种是大转鼓（松格林转鼓），另一种是小转鼓（米库姆转鼓）。大转鼓立径为2m,鼓的四周上装有直径25mm、长800mm的钢棍，棍间被隙为25mm,装入25mm银炭试样410公斤，以每分钟10转速度转动15分钟.旋转过程中，因磨擦、撞击使部分焦炭磨损或破碎，25mm的由棍间缝隙从鼓内落出，以鼓内残留量的公斤数表示焦炭的抗碎指标，以鼓外Wmm的公斤数表示耐磨损标.大高护用冶金然要求教内为320公斤左右，鼓外10mm的40公斤，中小型高炉鼓内值可适当降低些.大转鼓试验焦炭试样用量多，有时不足以表明焦炭的抗碎性变化，且设备庞大，故近年来不少焦化厂已采用小转鼓试验.小转鼓是直径和宽度均为WOOmm的密闭转鼓，鼓内焊接四根100X501Omm规格的角钢，互成90°f角钢100mm的一侧指向圆心，鼓内无通心轴，取经圆孔筛筛分后大于25mm的焦块50公斤装入鼓内以每分钟25转速度转动4分钟，然后取出焦炭于孔径25mm和Iomm的圆孔筛上过啼，以25mm和Wmm的重量各占试样总重量的百分数为指标。前者以M25表示抗碎指标，后者以M1.o表示耐磨指标，我厂使用的就属于小转鼓.二、焦炭生产工艺流程：在上一章我们已经了解，原煤经过洗选后即可以作为洗精煤炼焦，但仍需要做一定的工艺处理，才能达到炼焦要求，通常把原料煤在炼焦前进行的工艺处理过程称为备煤工艺过程.这个过程是在备煤作业区(原称备煤车间)来进行完成的,原料煤主要经过配合、粉碎、调湿、除杂等一系列过程使之达到炼焦要求之后，通过皮带被输送到煤塔供炼焦作业区使用.达到要求的配合煤被送到炼焦工段。炼焦工段将配合好的煤通过摇动给料机从煤塔放出，装入推焦车装煤箱，并将煤捣固成煤饼，装入炭化室中进行炼焦.三、煤的热解过程：配合好的洗精煤进入焦炉，就开始了所渭的炼焦过程。炼焦过程简单的说：就是配合煤的高温干储.即把炼焦配煤在常温下装入炭化室后，煤在隔绝空气的条件下受到来自炉墙和炉底(100O°C1100°C)的热流加热.爆料即从炭化室墙到炭化室中心方向，一层一层地经过于燥、预热、分解、产生胶质体、胶质体固化、半焦收缩和半焦转变为焦炭的过程。煤的热解过程大体可分力以下几个阶段:1、干燥和预热：200°C以前是煤的干操和预热阶段，同时析出吸附在煤上的二家化跋、甲烷等气体.2、开始分解：2OO35O°C煤开始分解。由于侧链的断裂和分解，产生气体和液体，350。C前主要分解出化合水、二氧化碳、一氧化碳、甲烷等气体，焦油蒸出量很少。3、生成胶质体：350450。C时由于侧链的断裂生成大且的液体、高沸点焦油蒸汽和固体微粒，并形成一个多分散相的胶体系统：即胶质体，凡是能生成胶质体的煤都有粘结性.4、胶质体固化：450550胶质体中的液体进一步分解，一部分以气态析出，一部分固