炼焦及其工艺流程
炼焦
装炉煤经过高温干馏转化为焦炭、焦炉煤气和化学产品的工艺过程。即煤炭焦化。
指主要从硬煤和褐煤中生产焦炭、煤气、干馏炭及煤焦油或沥青等副产品的炼焦炉的操作活
动。
根据最终温度,有高温炼焦(900~1100℃)、中温炼焦(660~750℃)和低温炼焦(500~
580℃)。通常指高温炼焦。
现代炼焦生产在焦化厂炼焦车间进行。炼焦车间一般由一座或几座焦炉及其辅助设施组成,焦炉的装煤、推焦、熄焦和筛焦组成了焦炉操作的全过程,每个炉组都配备有装煤车、推焦
车、拦焦机、熄焦车和电机车,一侧还应设有焦台和筛焦站。近来开发的炼焦新工艺还有:配入部分型煤炼焦的配型煤工艺、用捣固法装煤的煤捣固工艺、煤预热工艺等。
产品包括:
(1)焦炭。炼焦最重要的产品,大多数国家的焦炭90%以上用于高炉炼铁,其次用于铸造
与有色金属冶炼工业,少量用于制取碳化钙、二硫化碳、元素磷等。在钢铁联合企业中,焦
粉还用作烧结的燃料。焦炭也可作为制备水煤气的原料制取合成用的原料气。
(2)煤焦油。焦化工业的重要产品,其产量约占装炉煤的3%~4%,其组成极为复杂,多数
情况下是由煤焦油工业专门进行分离、提纯后加以利用
(3)煤气和化学产品。氨的回收率约占装炉煤的0.2%~0.4%,常以硫酸铵、磷酸铵或浓氨水
等形试作为最终产品。粗苯回收率约占煤的1%左右。其中苯、甲苯、二甲苯都是有机合成
工业的原料。硫及硫氰化合物的回收,不但为了经济效益,也是为了环境保护的需要。经过
净化的煤气属中热值煤气,发热量为17500kj/Nm3左右,每吨煤约产炼焦煤气300~400 m3,其质量约占装炉煤的16%~20%,是钢铁联合企业中的重要气体燃料,其主要成分是氢和甲
烷,可分离出供化学合成用的氢气和代替天然气的甲烷。
高炉用燃料
焦炭是高炉冶炼的主要燃料。
一、焦炭在高炉冶炼中的作用
1.发热剂。焦炭在风口前燃烧放出大量热量并产生煤气,煤气在上升过程中将热量传给炉料,使高炉内的各种物理化学反应得以进行。
2.还原剂。焦炭燃烧产生的C0及焦炭中的固定碳是铁矿石的还原剂。
3.料柱骨架。焦炭在料柱中占1/3~1/2的体积,尤其是在高炉下部高温区只有焦炭是以固体
状态存在,它对料柱起骨架作用,高炉下部料柱的透气性完全由焦炭来维持。
4.渗碳剂。
5.炉料下降提供自由空间。
二、高炉冶炼对焦炭质量的要求
1.焦炭的化学成分
焦炭的化学成分常以焦炭的工业分析来表示。工业分析项目包括固定碳、灰分、硫分、挥发分和水分的含量。
◆固定碳含量尽量高,灰分尽量低。我国冶金焦炭灰分一般为11%~l4%。 ◆硫含量低。
◆挥发分一般在0.7%~l.2%。
焦炭中的挥发分是指在炼焦过程中未分解挥发完的H2、CH4、N2等物质。
挥发分含量过高,说明焦炭的结焦程度差,生焦多,强度差;含量过低,则说明结焦程度过高,易碎。
◆水分含量稳定。
焦炭中的水分是湿法熄焦时渗入的,通常为2%~6%。
2.焦炭的物理性质
◆机械强度高。
焦炭的机械强度是指焦炭的耐磨性和抗撞击能力。
机械强度不好的焦炭,在转运过程中和高炉内下降过程中破裂产生大量的粉末,进入初渣,使炉渣的黏度增加,增加煤气阻力,造成炉况不顺。
目前我国一般用小转鼓测定焦炭强度。
小转鼓是用钢板焊成的无穿心轴的密封圆筒,鼓内径和宽均为1000mm,内壁每隔90°焊角钢一块,共计4块。试验时,取粒度大于60mm 的焦炭30kg,放人转鼓内,转鼓以25r/min的速度旋转100转,即4min,倒出试样,用φ40mm和φl0mm的圆孔筛筛分,以大于40mm的焦炭占试样总量的百分比(以M40表示) 作为破碎强度指标,以小于l0mm的焦炭占试样总量的百分比(以M10表示)作为耐磨强度指标。
M40愈大,Ml0愈小,表明焦炭的强度愈高。
一般要求M40≥72%,Ml0≤10%。
◆粒度均匀、粉末少。
大型高炉焦炭粒度范围为20~60mm,中小高炉用焦炭,其粒度分别以20~40mm和大于15mm 为宜。
3.焦炭的化学性质
焦炭的化学性质包括焦炭的燃烧性和反应性两方面。
◆ 燃烧性好。
燃烧性是指焦炭在一定温度下与氧反应生成C02的速度,即燃烧速度。其反应式为: C+02=C02
◆ 反应性好。
反应性是指焦炭在一定温度下和C02作用生成C0的速度。反应式为:
C+C02=2CO
为了提高炉顶煤气中的CO2含量,改善煤气利用程度,希望焦炭的反应性差些为好。
为了扩大燃烧带,使炉缸温度及煤气流分布更为合理,使炉料顺利下降,希望焦炭的燃烧性差些为好。
三、炼焦生产工艺流程
炼焦生产工艺流程如图2-2所示。
图2-2 炼焦生产工艺流程
现代焦炭生产过程分为洗煤、配煤、炼焦和产品处理等工序。
1.洗煤
◆原煤在炼焦之前,先进行洗选。
◆目的是降低煤中所含的灰分和去除其他杂质。
2.配煤
◆将各种结焦性能不同的煤按一定比例配合炼焦。
◆目的是在保证焦炭质量的前提下,扩大炼焦用煤的使用范围,合理地利用国家资源,并尽可能地多得到一些化工产品。
3.炼焦
◆将配合好的煤装入炼焦炉的炭化室,在隔绝空气的条件下通过两侧燃烧室加热干馏,经过一定时间,最后形成焦炭。
◆炭化室内成焦过程如图2—3所示。
图2-3 结焦过程示意图
4.炼焦的产品处理
◆将炉内推出的红热焦炭送去熄焦塔熄火,然后进行破碎、筛分、分级、获得不同粒度的焦炭产品,分别送往高炉及烧结等用户。
◆熄焦方法有干法和湿法两种。
湿法熄焦是把红热焦炭运至熄焦塔,用高压水喷淋60~90s。
干法熄焦是将红热的焦炭放入熄焦室内,用惰性气体循环回收焦炭的物理热,时间为2~4h。 ◆在炼焦过程中还会产生炼焦煤气及多种化学产品。焦炉煤气是烧结、炼焦、炼铁、炼钢和轧钢生产的主要燃料。
焦炭在焦槽下进行筛分后,筛出的碎焦由碎焦皮带机运至碎焦仓进行2次筛分,合格的小块焦与烧结矿混装入炉,以此回收利用小块焦,替代大块冶金焦,不仅能提高块状带和软熔带矿石层的透气性,促进矿石还原,提高煤气利用率,而且能够显著降低焦比和生产成本[2]。
大量不合格的碎焦在软熔带会影响“焦窗”的透气性,进入炉缸又影响炉缸死焦柱透气、透液性,使初始煤气流分布紊乱。为了提高焦炭筛分效率,将焦炭筛筛网尺寸由20 mm扩至25 mm,并定时清扫筛网,最大限度筛除<5 mm的粉末,不仅可以改善大焦质量,同时,筛下10~25 mm的小块焦量也随之提高,小块焦比也由原来的10 kg/t提高至30 kg/t左右,
最高达35.6 kg/t,提高了焦炭利用率,吨铁焦炭回收量控制在40 kg左右。
小块焦比提高后,改善了矿石透气性,中心和边缘煤气流总体变化不大。由于大焦数量减少,使得块状带和软熔带压差升高;大量小块焦在高炉下部粉化使下部透气性和透液性变差,高炉风压和压差略有升高,但煤气流分布合理,高炉顺行状况良好。因此,要进一步提高小块焦比,改善下部透气性和保持良好的大块焦质量是很重要的。
焦炉煤气的作用:
基本上都用在冷轧的炉子上当燃料了
也有用在烤包、烤水口、烧结、石灰窑、球团、加热炉、锅炉,高炉喷煤制粉等地