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炼焦工艺基础有关知识

时间:2019-08-12 14:00

来源:煤化工999资讯

煤隔绝空气进行加热,分别得到固体产品、液体产品和气体产品的过程,即为煤的干馏过程。根据煤被加热的最终温度,分为低温干馏(500~550℃),中温干馏(600~800℃)和高温干馏(900~1050℃)即炼焦过程。

早期的炼铁使用木炭作燃料和还原剂,1709年开始用焦炭代替木炭进行炼铁,从此推动了炼焦生产和技术的发展。

1、炼焦技术的发展阶段

四个发展阶段分别为:成堆炼焦与窑式、倒焰炉、废热式焦炉及现代的蓄热室焦炉。

现在炼焦技术的继续发展阶段:

1)焦炉容积大型化

2)装炉煤预处理技术:配型煤技术、捣固工艺、煤预热工艺等

3)环境保护

4)炼焦自动化技术

2、焦炭的作用与性能

高炉是竖形炉子,从上到下有炉喉、炉顶、炉身、炉腰、炉腹和炉缸五部分。原料包括铁矿石(或烧结矿)、焦炭和石灰石,交替地由炉顶通过装料装置装入炉内,焦炭和氧气不完全燃烧生成的一氧化碳是高炉内主要的还原剂。焦炭与氧燃烧反应所放出的热量是高炉冶炼过程热量的主要来源。加入石灰石的目的,在于同石灰石与矿石、焦炭中的高熔点酸性氧化物起反应,形成熔点较低、比重较小的炉渣与铁水分开,从炉缸中放出。

由于焦炭在高炉内起支撑料柱的骨架作用,保持炉料分布均匀、透气性好,要求焦炭有较高的抗碎强度和耐磨强度,还要有一定的块度,块度越均匀越好。随着高炉越来越大,高炉喷煤技术的使用,对焦炭强度和块度要求就更高。

焦炭的化学组成包括水分、灰分、挥发分、硫分、磷分等。

焦炭的水分与炼焦煤料的水分无关,也不取决于炼焦工艺条件,主要受熄焦方式的影响。另外焦炭水分要尽量稳定,有利于高炉配料稳定。

焦炭的灰分的主要成分是SiO2和Al2O3。焦炭灰分升高,不但使焦炭的强度降低,在高炉冶炼中需多用石灰石,铁产量下降。

焦炭的挥发分是焦炭成熟程度的标志。焦炭挥发分过高,说明焦炭没有完全成熟,出现“生焦”。焦炭挥发分过低时,说明焦炭过火,焦炭裂纹增多,易碎。

焦炭的硫分是受炼焦煤料影响的,它是生铁中的主要有害杂质,当焦炭含硫量高时,在高炉冶炼中为了脱硫,需多加石灰石,使铁产量降低。

焦炭的磷分含量很少,焦炭的含磷量多少取决于炼焦煤料,煤中的含磷几乎全部转入焦炭中,一般焦炭含磷量约0.02%。磷在炼铁过程中,进入生铁中使生铁产生冷脆性。

焦炭的工业分析及机械强度

焦炭的工业分析包括水分、灰分、硫分、挥发分含量等项。机械强度包括抗碎强度指标M40、耐磨指标M10。我国采用米库姆转鼓试验方法测定焦炭的机械强度。

焦炭的筛分组成是计算焦炭块度>80mm、80~60mm、60~40mm、40~25mm等各粒级的百分含量。利用焦炭的筛分组成可以计算出焦炭的块度均匀系数k。

焦炭强度的M40、M10转鼓指数都是焦炭的冷态特性,而焦炭在高炉中恰恰是在高达1000℃以上的热态下使用。

焦炭强度在高炉下部被削弱的主要原因是高温下CO2对焦炭的侵蚀作用,焦炭中的C被用于直接还原而消耗,失去了高温强度而发生粉化,失去了支架的透气作用,使高炉无法运行操作。因此,现代化大高炉要求的优质焦炭应该是在高温下不易被CO2所侵蚀的焦炭。

可以用焦炭的反应性(CRI)和反应后强度(CSR)来作为评价焦炭高温强度指标。

我国采用的测定方法与日本新日铁相同,即在1100℃恒定温度下用纯CO2与直径20mm焦球反应,反应时间为120min,试样重200g,以反应后失重百分数作为反应性指数(CRI)。反应后的焦炭在直径130mm、长700mm的I型转鼓中以每分钟20转,转动600转并经筛分,以大于1mm筛上物与入鼓试样总重的百分数作为反应后强度(CSR)。

3、炭化室内的结焦过程

炭化室内煤料的结焦过程基本特点有二:一是单向加热、成层结焦;二是结焦过程中传热特性随炉料的状态和温度而变化。

炭化室在装煤之前的墙面温度一般约为1100℃,装煤后常温的煤立即大量吸收墙体的热量,使炉墙表面的温度急剧下降,而紧靠炉墙的煤料快速升温,炭化室中心面的煤料仍处于常温。随着结焦时间的推移,靠近炉墙的煤料在装煤后的6~7个小时已经成焦。炭化室中心面的煤料的温度仅为100~200℃,也就是说此时从炭化室墙面到中心面之间的物料,处于结焦过程各个阶段的情况都有,紧靠炉墙处为焦炭层,接着依次分别为半焦层、塑性层、干煤层、湿煤层。在一个炭化室内结焦过程是从两侧炭化室墙面开始,一层层地逐渐向炭化室中心面推移,称为“成层结焦”。到了结焦末期,焦炭层逐渐移止中心面,整个炭化室全部成焦,因此结焦末期炭化室中心面的温度(焦饼中心温度)可以作为焦饼成熟程度的标志,成为炼焦最终温度。

炭化室墙面附近焦块两端的温度差大,因此焦块的裂纹多而深,该处的焦炭粒度小,而焦饼中心处焦块两端的温度差小,裂纹少而浅,焦块大。另外在焦饼中心处两侧的塑性区汇合时,塑性区厚度最大,塑性区产生热解气体排出的阻力最大,塑性体对两侧炉墙的侧压力也为最大,也即此时的膨胀压力最大。

4、焦炉用耐火材料

硅砖属于酸性耐火材料,SiO2含量在93%以上,具有良好的抗酸性侵蚀能力,它的导热性能好,荷重软化温度高,一般在1620℃以上。硅砖的导热性随着工作温度的升高而增大,没有残余收缩,在烘炉过程中,硅砖体积随着温度的升高而增大。

粘土砖是指Al2O3含量为30%~40%硅酸铝材料的粘土质制品。矿物组成主要是高岭石(Al2O3·2SiO2·2H2O)和6%~7%的杂质(钾、钠、钙、钛、铁的氧化物)。粘土砖的烧成过程,主要是高岭石不断失水分解生成莫来石(3Al2O3·2SiO2)结晶的过程。

粘土砖属于弱酸性耐火制品,能抵抗酸性熔渣和酸性气体的侵蚀,对碱性物质的抵抗能力稍差。粘土砖的热性能好,耐急冷急热。

编辑:李丹

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