基本介紹
- 中文名：冶金焦
- 外文名：furnace coke
- 別名：焦炭
- 加工溫度：950-1050℃
- 包括：高爐焦、鑄造焦、鐵合金焦等
- 用途：高爐煉鐵
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焦炭定義
由高溫煉焦得到的焦炭用於高爐冶煉、鑄造和氣化。煉焦過程中產生的經回收、淨化後的焦爐煤氣既是高熱值的燃料，又是重要的有機合成工業原料。
冶金焦是高爐焦、鑄造焦、鐵合金焦和有色金屬冶煉用焦的統稱。由於90%以上的冶金焦均用於高爐煉鐵，因此往往把高爐焦稱為冶金焦。
鑄造焦是專用於化鐵爐熔鐵的焦炭。鑄造焦是化鐵爐熔鐵的主要燃料。其作用是熔化爐料並使鐵水過熱，支撐料柱保持其良好的透氣性。因此，鑄造焦應具備塊度大、反應性低、氣孔率小、具有足夠的抗衝擊破碎強度、灰分和硫分低等特點。
分布及用途
分布
從我國焦炭產量分布情況看，我國煉焦企業地域分布不平衡，主要分布於華北、華東和東北地區。
用途
焦炭主要用於高爐煉鐵和用於銅、鉛、鋅、鈦、銻、汞等有色金屬的鼓風爐冶煉，起還原劑、發熱劑和料柱骨架作用。煉鐵高爐採用焦炭代替木炭，為現代高爐的大型化奠定了基礎，是冶金史上的一個重大里程碑。為使高爐操作達到較好的技術經濟指標，冶煉用焦炭（冶金焦）必須具有適當的化學性質和物理性質，包括冶煉過程中的熱態性質。焦炭除大量用於煉鐵和有色金屬冶煉（冶金焦）外，還用於鑄造、化工、電石和鐵合金，其質量要求有所不同。如鑄造用焦，一般要求粒度大、氣孔率低、固定碳高和硫分低；化工氣化用焦，對強度要求不嚴，但要求反應性好，灰熔點較高；電石生產用焦要求儘量提高固定碳含量。
物理性質
焦炭物理性質包括焦炭篩分組成、焦炭散密度、焦炭真相對密度、焦炭視相對密度、焦炭氣孔率、焦炭比熱容、焦炭熱導率、焦炭熱應力、焦炭著火溫度、焦炭熱膨脹係數、焦炭收縮率、焦炭電阻率和焦炭透氣性等。
焦炭的物理性質與其常溫機械強度和熱強度及化學性質密切相關。焦炭的主要物理性質如下：
真密度為 1.8-1.95g/cm3；
視密度為 0.88-1.08g/ cm3；
氣孔率為 35-55%；
散密度為 400-500kg/ m3；
平均比熱容為 0.808kj/（kg·k）（100℃），1.465kj/（kg·k）（1000℃）；
熱導率為 2.64kj/（m·h·k）（常溫），6.91kg/（m·h·k）（900℃）；
著火溫度（空氣中）為 450-650℃；
乾燥無灰基低熱值為 30-32kj/g；
比表面積為 0.6-0.8m2/g 。
研究
焦炭的比表面積研究是非常重要的，焦炭的比表面積檢測數據只有採用BET方法檢測出來的結果才是真實可靠的，國內有很多儀器只能做直接對比法的檢測，國內也被淘汰了。國內外比表面積測試統一採用多點BET法，國內外製定出來的比表面積測定標準都是以BET測試方法為基礎的，請參看我國國家標準（GB/T19587-2004）-氣體吸附BET原理測定固態物質比表面積的方法。比表面積檢測其實是比較耗費時間的工作，由於樣品吸附能力的不同，有些樣品的測試可能需要耗費一整天的時間，如果測試過程沒有實現完全自動化，那測試人員就時刻都不能離開，並且要高度集中，觀察儀錶盤，操控旋鈕，稍不留神就會導致測試過程的失敗，這會浪費測試人員很多的寶貴時間。F-Sorb2400比表面積測試儀是真正能夠實現BET法檢測功能的儀器（兼備直接對比法），更重要的F-Sorb2400比表面積測試儀是迄今為止國內唯一完全自動化智慧型化的比表面積檢測設備，其測試結果與國際一致性很高，穩定性也很好，同時減少人為誤差，提高測試結果精確性。
反應性
焦炭反應性與二氧化碳、氧和水蒸氣等進行化學反應的能力，CRI =(G0—G1)/G0×100%（註：G0----試驗焦炭樣重量，g；G1----反應後焦炭樣重量，g;)。焦炭反應後強度是指反應後的焦炭再機械力和熱應力作用下抵抗碎裂和磨損的能力。焦炭在高爐煉鐵、鑄造化鐵和固定床氣化過程中，都要與二氧化碳、氧和水蒸氣發生化學反應。由於焦與氧和水蒸氣的反應有與二氧化碳的反應類似的規律，因此大多數國家都用焦炭與二氧化碳間的反應特性評定焦炭反應性。
中國標準（GB/T4000-1996）規定了焦炭反應性及反應後強度試驗方法。其做法是使焦炭在高溫下與二氧化碳發生反應沒，然後測定反應後焦炭失重率及其機械強度。焦炭反應性CRI及反應後強度CSR的重複性r不得超過下列數值：
CRIr≤2.4%
CSR：≤3.2%
焦炭反應性及反應後強度的試驗結果均取平行試驗結果的算術平均值。
質量指標
焦炭是高溫乾餾的固體產物，主要成分是碳，是具有裂紋和不規則的孔孢結構體（或孔孢多孔體）。裂紋的多少直接影響到焦炭的力度和抗碎強度，其指標一般以裂紋度（指單位體積焦炭內的裂紋長度的多少）來衡量。衡量孔孢結構的指標主要用氣孔率（只焦炭氣孔體積占總體積的百分數）來表示，它影響到焦炭的反應性和強度。不同用途的焦炭，對氣孔率指標要求不同，一般冶金焦氣孔率要求在40～45%，鑄造焦要求在35～40%，出口焦要求在30%左右。焦炭裂紋度與氣孔率的高低，與煉焦所用煤種有直接關係，如以氣煤為主煉得的焦炭，裂紋多，氣孔率高，強度低；而以焦煤作為基礎煤煉得的焦炭裂紋少、氣孔率低、強度高。焦炭強度通常用抗碎強度和耐磨強度兩個指標來表示。焦炭的抗碎強度是指焦炭能抵抗受外來衝擊力而不沿結構的裂紋或缺陷處破碎的能力，用M40值表示；焦炭的耐磨強度是指焦炭能抵抗外來摩檫力而不產生表面玻璃形成碎屑或粉末的能力，用M10值表示。焦炭的裂紋度影響其抗碎強度M40值，焦炭的孔孢結構影響耐磨強度M10值。M40和M10值的測定方法很多，我國多採用德國米貢轉鼓試驗的方法。
質量評價
1、焦炭中的硫分：硫是生鐵冶煉的有害雜質之一，它使生鐵質量降低。在煉鋼生鐵中硫含量大於 0.07% 即為廢品。由高爐爐料帶入爐內的硫有 11% 來自礦石； 3.5% 來自石灰石； 82.5% 來自焦炭，所以焦炭是爐料中硫的主要來源。焦炭硫分的高低直接影響到高爐煉鐵生產。當焦炭硫分大於 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%, 礦石加入量增加 0.3% 高爐產量降低 1.5—2.0%. 冶金焦的含硫量規定不大於 1% ，大中型高爐使用的冶金焦含硫量小於 0.4—0.7% 。
2、焦炭中的磷分：煉鐵用的冶金焦含磷量應在 0.02—0.03% 以下。
3、焦炭中的灰分：焦炭的灰分對高爐冶煉的影響是十分顯著的。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、焦炭中的揮發分：根據焦炭的揮發分含量可判斷焦炭成熟度。如揮發分大於 1.5% ，則表示生焦；揮發分小於 0.5—0.7%, 則表示過火，一般成熟的冶金焦揮發分為 1% 左右。
