焦炭基础知识一、焦炭定义烟煤在隔绝空气的条件下，加热到950-1050°C，经过干燥、热解、熔融、粘结、固化、 收缩等阶段最终制成焦炭，这一过程叫高温炼焦（高温干馏）由高温炼焦得到的焦炭用于 高炉冶炼、铸造和气化炼焦过程中产生的经回收、净化后的焦炉煤气既是高热值的燃料， 又是重要的有机合成工业原料焦炭是以碳为主要成分的含有裂纹和缺陷的不规则多孔体， 外观呈钢灰色，具有透气性好、强度高、活性强等特点，是炼 铁、铸造、有色金属冶炼等行业不可多得的动力燃料和催化剂 其主要组成元素为碳、氢、氮、硫，其结构为高分子有机质和 无机化合物的不规则混合，基本结构单元由缩合的芳核和烷烃 侧链和多种官能团组成冶金焦是高炉焦、铸造焦、铁合金焦和有色金属冶炼用焦 的统称由于90%以上的冶金焦均用于高炉炼铁，因此往往把 高炉焦称为冶金焦铸造焦是专用与化铁炉熔铁的焦炭铸造焦是化铁炉熔铁 的主要燃料其作用是熔化炉料并使铁水过热，支撑料柱保持 其良好的透气性因此，铸造焦应具备块度大、反应性低、气 孔率小、具有足够的抗冲击破碎强度、灰分和硫分低等特点化 铁炉------用于熔化生铁以便铸铁的竖炉，内衬为耐火砖金属、焦炭和熔剂从顶部装入， 从靠近底部鼓风。
应用最为广泛的为冲天炉，在小型铸造生产中也用三节炉或搀炉；熔 炼优质或特种铸铁时也用反射炉、电弧炉、感应炉等）二、 焦炭分布从我国焦炭产量分布情况看，我国炼焦企业地域分布不平衡，主要分布于华北、华东和 东北地区三、 焦炭用途焦炭主要用于高炉炼铁和用于铜、铅、锌、钛、锑、汞等有色金属的鼓风炉冶炼，起还 原剂、发热剂和料柱骨架作用炼铁高炉采用焦炭代替木炭，为现代高炉的大型化奠定了基 础，是冶金史上的一个重大里程碑为使高炉操作达到较好的技术经济指标，冶炼用焦炭（冶 金焦）必须具有适当的化学性质和物理性质，包括冶炼过程中的热态性质焦炭除大量用于 炼铁和有色金属冶炼外，还用于铸造、化工、电石和铁合金，其质量要求有所不同如铸造 用焦，一般要求粒度大、气孔率低、固定碳高和硫分低；化工气化用焦，对强度要求不严， 但要求反应性好，灰熔点较高；电石生产用焦要求尽量提高固定碳含量四、 焦炭的物理性质及化学性能焦炭物理性质包括焦炭筛分组成、焦炭散密度、焦炭真相对密度、焦炭视相对密度、焦 炭气孔率、焦炭比热容、焦炭热导率、焦炭热应力、焦炭着火温度、焦炭热膨胀系数、焦炭 收缩率、焦炭电阻率和焦炭透气性等焦炭的物理性质与其常温机械强度和热强度及化学性质密切相关。
焦炭的主要物理性质 如下：真密度为1.8-1.95g/cm3；（真密度（true density）pt是指粉体质量（W）除以不包括 颗粒内外空隙的体积（真体积Vt）求得的密度）视密度为0.88-1.08g/ cm3；（物体单位表观体积的质量叫视密度）气孔率为35-55%；（气孔率----又称空隙率物体的多孔性或致密程度的一种量 度以物体中气孔体积占总体积的百分数表示用于鉴定陶瓷和耐火材料等制品的烧 结程度，测定活性炭等多孔物质的吸附能力，以及衡量泡沫材料等的技术性能 ）散密度为400-500kg/ m3；（焦炭散密度是指单位体积内块焦堆积体的质量其值在 400〜520kg/m3范围内随着焦炭平均块度的增加，焦炭散密度成比例地减少平均比热容为 0.808kj/（kgk） （100°C）, 1.465kj/（kgk） （1000°C）；（焦炭比热容单位 质量的焦炭温度升高IK所需要的热量以kJ/（kg・K）表示K代表K氏温度）热导率为2.64kj/ （mhk）（常温），6.91kg/ （mhk） （900C）；（热导率-----或称“导热系 数”是物质导热能力的量度符号为 入或K其定义为：在物体内部垂直于导热方向 取两个相距1米，面积为1米2的平行平面，若两个平面的温度相差 1K，则在1秒 内从一个平面传导至另一个平面的热量就规定为该物质的热导率，其单位为瓦特 /米.开国家法定单位是W/mK或用J/mhK表示）着火温度（空气中）为450-650C；干燥无灰基低热值为 30-32KJ/g；比表面积为0.6-0.8m2/g （比表面积是指单位质量物料所具有的总面积。
分外表面 积、内表面积两类单位为米2/克理想的非孔性物料只具有外表面积，如硅酸盐水 泥、一些粘土矿物粉粒等；有孔和多孔物料具有外表面积和内表面积，如石棉纤维、 岩（矿）棉、硅藻土等）焦炭的性能焦炭分为：化学组成（属称化学成分）、焦炭的力学性能、焦炭的热性质、焦碳的结构 A：化学组成包括：水分、灰分、挥发分、硫分、磷分等主要指标a:水分：焦炭的水分与炼焦煤料的水分无关，也取决于炼焦工艺条件，主要受熄焦方式的 影响b:灰分：焦炭中灰分主要的成分为SiO2和Al2O3灰分对高炉炼铁非常不利，不同型号 高炉对灰分的要求也不尽相同，一般中、小容积高炉对灰分的要求在14%--16%之间，大型 高炉在12%--14%之间，具体看生产企业炼铁高炉的属性来决定c:挥发分：焦炭的挥发分是焦炭成熟度的标志焦炭挥发分过高，说明在焦化过程中焦炭 没有完全成熟，出现“生焦”焦炭挥发分过低，说明焦炭过火，容易产生裂焦现象，易碎d:硫分：焦炭的硫分是受焦煤料的影响，是炼铁中的主要有害杂质，让铁变脆一般焦炭在 0.6%左右e:磷分：焦炭的磷含量很少，可也是炼铁中主要有害元素，数值的高低主要和焦煤料中的 含量有关系，一般焦炭的含磷值在0.02%左右。
B：焦炭的力学性能：a:抗碎强度，表示方式为M25 （或M40），是指焦炭在受外力冲击下抵抗碎裂的能力b:耐磨强度，表示方式为M10，是指焦炭在抵抗摩擦破坏的能力C：焦炭的块度系数，一般表示为粒度值，一般要求为25MM--80MM正常区分为（大 于 80MM、80MM-60MM、60MM-40MM、40MM-25MM，余下部分叫焦沫（小于25MM） C：焦炭的热性质：（分为焦炭反应性CRI和反应后强度CSR）在高炉炼铁过程中，CO2和焦炭中的C发生反应形成CO气体排放焦炭反应性过高会 直接影响高炉内焦塔的强度，导致焦塔倒塌形成闷炉现象CRI指焦炭在1100C时在受到CO2的侵蚀后失去的重量值，一般检测为取样（均匀）200g,在1100°C时用纯CO2与直径20MM的焦球反应，以反应后失重的百分比作为CRI数 值CRI 一般数值为小于30%CSR指取样焦炭在CO2反应后装入直径130MM长700MM的桶型转鼓中以20转/分钟 的速度转600转后，余下10MM以上的焦球和入转鼓总重量的百分比数值一般要求数值 大于60%五、 焦炭的反应性及反应后的强度焦炭反应性是与二氧化碳、氧和水蒸气等进行化学反应的能力，CRI =(G0—G1)/G0x100% (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在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六、 焦炭在高炉炼铁中的作用高炉炼铁使用的炉料包括铁矿石(天然矿石，烧结矿或球团矿)，溶剂(石灰石或白云 石)，和焦炭，炉料从炉顶依次分批装入炉内焦炭在高炉炼铁中的作用可以概括为：(1) 提供热量：焦炭在焦炉风口前的回旋区内激烈燃烧，燃烧产生的热能是高炉冶炼过程 中的主要热源2) 还原作用：焦炭在回旋区内燃烧生成的高温煤气，在上升过程中将热能传给炉料，使 之与焦炭发生吸热反应，生成CO和H2,随后CO与铁矿石中的铁氧化物发生还原反应转 化为金属铁3) 骨架作用：高炉冶炼过程都发生在煤气上升和炉料下降的相向运动和相互作用之中， 整个料柱的透气性是高炉运行的关键在料柱上部，焦炭起煤气流分配层的作用；在料柱中 部，焦炭起骨架作用，支撑着已经熔融的铁矿石，使煤气正常上升；在料柱下部，高温下仍 以固态块状存在的焦炭与已经成为液态的铁水和熔渣混在一起，成为煤气上升与铁水、炉渣 下降的疏松骨架。
七、 单种炼焦煤的结焦特性及其在配煤中的作用(1) 气煤：气煤在加热时能产生较多的胶质体但这种胶质体的热稳定性差，容易分解气 煤由半焦转变为焦炭时，产生大量挥发物，因此收缩度大，形成焦炭纵裂纹多，块度小，机 械强度较低但在配煤中配入气煤，可以增加化工产品的回收率，降低煤的膨胀压力2) 肥煤：肥煤在加热时能产生大量胶质体，热稳定性较好，所以成焦时熔融性良好；但 是由于肥煤成焦时，其内部应力未及松弛，会产生较多的横裂纹肥煤在配煤中的作用很重 要，被认为是基础煤，因为它具有很强的粘结力，可以粘结一部分弱粘煤炼成强度较好的冶 金焦炭3) 焦煤(通常称主焦煤)：炼焦煤具有中等挥发分与中等胶质层，单独炼焦时形成热稳定 性很好的胶质体，能炼制成块大，裂纹少，耐磨性好的焦炭在工业不发达时常用它单独炼 焦但在现代室式焦炉中用焦煤单独炼焦时，由于收缩小，膨胀压力大，造成推焦困难，甚 至损坏焦炉在配煤中它可以起到提高焦炭强度的作用4) 瘦煤：瘦煤在加热时产生的胶质体量少，形成的焦炭块度大，裂纹少，但不耐磨在 配煤中配入瘦煤可以增加焦炭的块度冶金焦质量标准八、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九、焦炭质量的评价焦炭出口规格主要包括：灰份、挥发份、固定碳、硫份、全水分、粒度等常规检验项 目，部分合同约定检验磷、碱性物质、发热量、机械强度、气孔率、落下强度、反应性及反 应后强度等项目。
如灰份不大于12%，挥发份不大于1.5%，固定炭不小于86.5%，硫份不 大于0.6%，粒度40〜80mm不小于90%1、 焦炭中的硫分：硫是生铁冶炼的有害杂质之一，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%2、 焦炭中的磷分：炼铁用的冶金焦含磷量应在0.02—0.03%以下3、 焦炭中的灰分：焦炭的灰分对高炉冶炼的影响是十分显著的焦炭灰分增加1%， 焦炭用量增加2—2.5%因此，焦炭灰分的降低是十分必要的4、 焦炭中的挥发分：根据焦炭的挥。