【正文】 此外 ， 焦炭在高爐內(nèi)被加熱到高于煉焦溫度時 ， 由于焦質(zhì)和灰分熱膨脹性不同 ， 會沿灰分顆粒周圍產(chǎn)生并擴大裂紋 ， 加速焦炭破碎或粉化 。 我國規(guī)定冶金焦水分為： 40mm粒級為 3～ 5%；25mm粒級為 3～ 7%， 含有適量水分 ， 有利于降低高爐爐頂溫度 。 焦炭及其性質(zhì) 此外 ， 焦炭水分提高會使 M25偏高 ， M10偏低 ， 給轉(zhuǎn)鼓指標(biāo)帶來誤差 。 r 焦炭及其性質(zhì) 指單位質(zhì)量焦炭內(nèi)部的表面積 （ m2/g） r 焦炭及其性質(zhì) 在光學(xué)顯微鏡下測量氣孔參數(shù)得到氣孔壁厚度參數(shù) r 焦炭及其性質(zhì) 二 、 焦炭的化學(xué)組成 焦炭的化學(xué)組成主要用焦炭工業(yè)分析和元素分析數(shù)據(jù)來加以體現(xiàn) 。 氣孔率可以利用焦炭的真密度和視密度的測定值加以計算 。 焦炭中的裂紋有長短 、 深淺和寬窄的區(qū)分 ，可用裂紋度指標(biāo)進行評價 。 焦炭在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)隨鼓轉(zhuǎn)動時的運動情況可由圖 11表示 ， 裝入轉(zhuǎn)鼓的焦炭在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)旋轉(zhuǎn)時 ， 一部分被提料板提升 ， 達到一定高度時被拋出下落 （ 圖中位置A） ， 使焦炭受到?jīng)_擊力的破碎作用 ， 一部分超出提料板的焦炭在提料板從最低位置剛開始提升時 ， 就滑落到鼓底（ 位置 B） ， 這部分焦炭僅能在轉(zhuǎn)鼓底部滾動和滑動 （ 位置 C） ， 故破壞作用不大 ， 當(dāng)靠到下一塊提料板時再部分被提起 。 （ 19） 焦炭的孔孢結(jié)構(gòu)影響耐磨強度 M10值 ， 焦炭的裂紋度影響其抗碎強度 M25值 。 因焦炭在一定轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)鼓內(nèi)運行 ，可以模仿其在運輸和使用過程中的受力情況 。也可按 計算。 （ 14） 焦炭及其性質(zhì) 即圓孔直徑為 60mm時 ,對應(yīng)的方孔篩 L = 60/ = ,通過焦炭的篩分組成計算焦炭的平均粒度及粒度的均勻性 ， 還可估算焦炭的比表面 、 堆積密度并由此得到評定焦炭透氣性和強度的基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 。 焦炭的這些物理機械性能主要由篩分組成和轉(zhuǎn)鼓試驗來評定 。 焦炭的裂紋多少直接影響焦炭的 粒度和抗碎強度 。 用肉眼觀察焦炭都可看到縱橫裂紋 。 燃料 。 焦炭分類、用途 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(tǒng)稱。焦炭及其性質(zhì) 第一章 焦炭定義 英文名稱： Coke 煙煤在隔絕空氣的條件下，加熱到 9501050℃ ，經(jīng)過干燥、熱解、熔融、粘結(jié)、固化、收縮等階段最終制成焦炭，這一過程叫高溫?zé)捊梗ǜ邷馗绅s）。由于 90%以上的冶金焦均用于高爐煉鐵，因此往往把高爐焦稱為冶金焦。 鐵合金焦 鐵合金冶煉 燃料、還原劑。 沿粗大的縱橫裂紋掰開 ， 仍含有微裂紋的是 焦塊 。 焦塊微裂紋的多少和焦體的 孔孢結(jié)構(gòu) 則與焦炭的 耐磨強度 和 高溫反應(yīng)性 能有密切關(guān)系 。 1． 篩分組成 焦炭是外形和尺寸不規(guī)則的物體 ， 只能用統(tǒng)計的方法來表示其粒度 ， 即用篩分試驗獲得的篩分組成計算其平均粒度 。 （ 1） 平均粒度 根據(jù)篩分組成及篩孔的平均直徑可由下式來計算焦炭的平均粒度： （ 15） 或 （ 16） 1()b i id a d ?? ?isiadd? ? 焦炭及其性質(zhì) 式中 —— 各粒級的質(zhì)量百分率 ， %； —— 各粒級的平均粒度 ,由粒級上 、 下限的平均值計算； —— 算術(shù)平均直徑； —— 調(diào)和平均直徑（是以實際焦粒比表面與相當(dāng)球體比表面相同的原則確定的平均粒度）。 40 ~ 8080 25 ~ 40100%ak aa????40~25a 80~40a 80?a25 ~ 4040 10 ~ 25100%ak? ? 焦炭及其性質(zhì) 2． 耐磨強度和抗碎強度 （ 1）轉(zhuǎn)鼓試驗方法 焦炭強度通常用抗碎強度和耐磨強度兩個指標(biāo)來表示 。 當(dāng)焦炭表面承受的切向摩擦力超過氣孔壁的強度時 ， 會產(chǎn)生表面薄層分離現(xiàn)象形成碎屑或粉末 ， 焦炭抵抗此種破壞的能力稱耐磨性或耐磨強度 ， 用 M10值表示 。 M25和 M10值的測定方法很多 ， 我國多采用德國米貢轉(zhuǎn)鼓試驗方法 。 此外轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)時焦炭層內(nèi)焦炭間彼此相對位移及焦炭與鼓壁間的摩擦 ， 則是焦炭磨損的主要原因 ， 鼓內(nèi)焦炭的填充量愈多 ， 這種磨損作用就愈明顯 。 常用測量方法是將方格（ 1cm 1cm） 框架平放在焦塊上 ， 量出縱裂紋與橫裂紋的投影長度即得 。 焦炭的氣孔數(shù)量還可以用比孔容積來表示 ， 即單位質(zhì)量多孔體內(nèi)部氣孔的總?cè)莘e ， 可用四氯化碳吸附法測定 。 1． 工業(yè)分析 焦炭的工業(yè)分析包括焦炭水分 、 灰分和揮發(fā)分的測定以及焦炭中固定碳的計算 。 但水分也不宜過低 ， 否則不利于降低高爐爐頂溫度 ， 且會增加裝卸即使用中的粉塵污染 。 水分的測定方法見國標(biāo) GB2023— 80。 灰分中的堿金屬還會加速焦炭同 CO2的反應(yīng) ， 也使焦炭的破壞加劇 。 若能將焦炭灰分由 %降至 %，以年產(chǎn) 7000萬噸生鐵的高爐計算 ， 可以節(jié)約熔劑 227萬噸 、焦炭 385萬噸 ， 同時可以增加生鐵 1015萬噸 ， 還可大大降低鐵路運輸量 。 焦炭的揮發(fā)分同原料煤的煤化度及煉焦最終溫度有關(guān) ， 如圖 1 圖 13。 焦炭及其性質(zhì) （ 1） 碳和氫 碳是構(gòu)成焦炭氣孔壁的主要成分 ， 氫則包含在焦炭的揮發(fā)分中 ， 將焦炭試樣在氧氣中燃燒 ， 生成的 H2O和 CO2分別用吸收劑吸收 ,由吸收劑的用量確定焦樣中的碳和氫 。 氫氣量隨煉焦溫度的變化比揮發(fā)分隨煉焦溫度的變化明顯 ， 且測量誤差也小 ， 因此以焦炭的氫含量可以更可靠地判斷焦炭的成熟程度 。 其成分為 %～ %。 其成分為 %～%。 焦炭及其性質(zhì) 表 13 幾個國家的高爐焦硫分指標(biāo) 國 別 中 國 美 國 德 國 法 國 英 國 日 本 I級 II級 III級 指標(biāo)值 /% 0.6 0.8 1.0 （ 5） 磷 焦炭中的磷主要以無機鹽類形式存在 。 煤中含磷幾乎全部殘留在焦炭中 ， 高爐焦一般對含磷不作特定要求 。 焦炭及其性質(zhì) 焦炭在高爐煉鐵 、 鑄造化鐵和固定床氣化過程中 ， 都要發(fā)生以上三種反應(yīng) 。 焦炭及其性質(zhì) 當(dāng)溫度為 1100～ 1300℃ 時 ， 化學(xué)反應(yīng)速度加快 ，生成的 CO使氣孔受堵 ， 阻礙 CO2的擴散 ， 因此 ， 整個反應(yīng)速度由氣孔擴散速度控制 。 只有采用粒徑為幾十到幾百微米的細粒焦進行反應(yīng)性實驗時 ， 才能排除氣體擴散的影響 ， 獲得焦炭和 CO2的化學(xué)動力學(xué)性質(zhì) 。 金屬氧化物對焦炭反應(yīng)性有催化作用 ， 原料煤灰分中的金屬氧化物 （ K2O， Na2O， Fe2O3，CaO， MgO等 ） 含量增加時 ， 焦炭反應(yīng)性增高 ， 其中鉀 、 鈉的作用更大 。 （ 3） 反應(yīng)速率參數(shù) 焦炭與 CO2的反應(yīng)是氣固相反應(yīng) ，其反應(yīng)速率決定于化學(xué)反應(yīng)速度和氣體的擴散速度 。 目前一些國家均采用塊焦反應(yīng)率這一指標(biāo) 。 也可用化學(xué)反應(yīng)后氣體中 CO濃度 （ 相當(dāng)于反應(yīng)掉的碳 ）和 （ CO+CO2） 濃度之比的百分率表示塊焦反應(yīng)率 ， 即 （ 112） 式中 CO、 CO2—— 反應(yīng)后氣體中 CO、 CO2氣體的濃度， %。 根據(jù)研究目的不同 ， 在試樣粒度大小 、 試樣數(shù)量 、 反應(yīng)溫度 、 反應(yīng)氣組成和指標(biāo)表示方式等方面各有不同 。 圖 16 堆焦反應(yīng)性和反應(yīng)后強度實驗裝置示意圖 a— 反應(yīng)器 ； b— 轉(zhuǎn)鼓 焦炭及其性質(zhì) 附表 表 14 冶金焦炭的技術(shù)指標(biāo) (GB/T1996— 94) 指 標(biāo) 級 別 粒 度 /mm 40 25 25～ 10 灰分 Ad/% Ⅰ Ⅱ Ⅲ 不大于 ～ ～ 硫分 St， d/% Ⅰ Ⅱ Ⅲ 不大于 ～ ～ 機械強度 抗碎強度 M25/% （ 舊國標(biāo) M40） Ⅰ Ⅱ Ⅲ 大于 （ 80） ～ (76～ 80) ～ (72～ 76) 耐磨強度 M10/% Ⅰ Ⅱ Ⅲ 不大于 揮發(fā)分 Vdaf/% 不大于 水分含量 Mt/% 177。 但高爐煉鐵用焦炭 （ 冶金焦 ） 的質(zhì)量要求為最高 ， 用量也最大 。 耐火爐襯圍成的空間稱為高爐爐型 ， 是進行煉鐵過程的所在 。 從風(fēng)口開始 ，由于煤氣中 CO2與焦炭反應(yīng)及鐵氧化物被高溫焦炭直接還原產(chǎn)生大量 CO， 所以煤氣中 CO含量逐漸增加 ， 到爐腹以上部位則由于 CO與鐵氧化物間接還原生成 CO2而逐漸降低(圖 17c)。產(chǎn)生的高爐煤氣從爐頂導(dǎo)出 ， 經(jīng)冷卻除塵制成凈煤氣 。 焦炭及其性質(zhì) 在風(fēng)口區(qū) ， 焦炭燃燒生成 CO2并放出大量熱 ， 溫度可達 1500～ 1800℃ ， 使鐵 、 渣完全熔化而分離 。 dr dr 焦炭及其性質(zhì) 爐料邊下降邊升溫膨脹 ， 為此爐身以爐身角 β 向下逐漸擴大 ， 以利順行 。 焦炭及其性質(zhì) 整個高爐爐體 ， 從料鐘落位高度到鐵口中心線的距離稱為有效高度 H， 其間的容積稱為高爐的有效容積 （ V） ，我國定型設(shè)計的中小型高爐有 55m3， 255 m3和 620 m3 等 ，大型高爐有 1053 m 1513 m 2500 m3及近期從國外引進的 4000 m3的大高爐 。 24h) （ 3） 將式（ 1）和（ 2）合并得： （ 4） )]h24/(t[]24h)（t/[24PG小時耗焦量高爐3[ t /( 24 h ) ]( m )GlV? lPVc?l 焦炭及其性質(zhì) 式 （ 4） 表明：擴大高爐生產(chǎn)能力的途徑是增大爐容（ V） ， 降低焦比和提高冶煉強度 。 焦炭中的硫 ，大多以硫碳復(fù)合體形態(tài)與焦炭物質(zhì)結(jié)合在一起 ， 也有一些以硫化鐵和硫酸鹽存在于灰分中 。 （ 2） 影響生鐵含硫的因素 鐵水和熔渣互不相溶 ， 脫硫反應(yīng)只能在鐵水和爐渣的接觸面上進行： [FeS]+（ CaO） → （ CaS） +[FeO] [FeO]+[C]→ Fe+CO ?? ?? ?? C565 焦炭及其性質(zhì) 在高爐操作條件下 ， 由于渣 、 鐵接觸面少 ， 接觸時間短 ， 擴散慢 ， 故上述可逆反應(yīng)遠不能達到平衡 ， 鐵水中的硫就不能