【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 度大（特別是高溫強(qiáng)度），是高爐煉鐵的重要燃料和還原劑 ，也是整個(gè)高爐料柱的支撐劑和疏松劑。煉焦副產(chǎn)的焦?fàn)t煤氣發(fā)熱值高，是平爐和加熱爐的優(yōu)良?xì)怏w燃料，在鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中是重要的能源組分。煉焦化學(xué)產(chǎn)品是重要的化工原料。因此煉焦生產(chǎn)是現(xiàn)代鋼鐵行業(yè)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。 煉焦的主要目的上為了獲取焦炭，煉焦時(shí)副產(chǎn)的煤氣和化學(xué)產(chǎn)品。焦炭主要用于高爐煉鐵。煤氣可以用來(lái)合成氨，生產(chǎn)化學(xué)化肥或用作加熱燃料。煉焦所得化學(xué)產(chǎn)品種類很多，特別上含有多種芳香族化合物，主要由硫酸銨 ,吡啶堿，苯，甲苯，二甲苯，酚，蒽和瀝青等。所以煉焦化學(xué)工業(yè)能提供農(nóng)業(yè)所須的化學(xué)肥料和農(nóng)藥，合成纖維的原料苯 ，塑料盒炸藥的原料酚以及醫(yī)藥原料吡啶堿等?？梢?jiàn)，煉焦化學(xué)工業(yè)與許多部門(mén)都有關(guān)系可生產(chǎn)很多重要產(chǎn)品，是煤綜合利用行之有效的方法。 設(shè)計(jì)任務(wù) 湖北新冶鋼 220 萬(wàn)噸碳化室高 的搗固焦?fàn)t爐體設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)的必要性及意義 搗固煉焦技術(shù)是一種可根據(jù)焦炭的不同用途，配入較多的高揮發(fā)分煤及弱粘結(jié)性煤，在裝煤推焦車(chē)的煤箱內(nèi)用搗固機(jī)將已配合好的煤搗實(shí)后，從焦?fàn)t機(jī)側(cè)推入碳化室進(jìn)行高溫干餾的煉焦技術(shù)。 搗固煉焦工藝是在煉焦?fàn)t外采用搗固設(shè)備，將煉焦配合煤按碳化室的大小，搗打成略小于碳化室 的煤餅，將煤餅從碳化室的側(cè)面推入碳化室進(jìn)行高溫干餾。成熟的焦炭由搗固推焦機(jī)從碳化室內(nèi)推出，經(jīng)攔焦車(chē)，熄焦車(chē)將其送至熄焦遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 Ⅴ 頁(yè) 塔，以水熄滅后再放到?jīng)鼋古_(tái)，由膠帶運(yùn)輸經(jīng)篩焦分成不同粒級(jí)的商品焦炭，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)：在相同配煤比之下，搗固煉焦大幅度提高了焦炭的冷態(tài)強(qiáng)度。搗固可以改善焦炭氣孔結(jié)構(gòu)，提高焦炭反應(yīng)強(qiáng)度。搗固煉焦是用機(jī)械力將煤料的粒子壓緊，因壓緊而導(dǎo)致：（ 1）增加煤料堆密度 。(2)因粒子的壓緊而使膠質(zhì)體填充的空隙減少，而相對(duì)擴(kuò)展了粘結(jié)范圍；（ 3）由于堆密度的增加單位體積內(nèi)析出的煤氣量增加，而提高了膨脹壓力。 設(shè)計(jì)必要性及意義 ：中國(guó)煤炭資源豐富，但煉焦用煤種只占已查明煤炭?jī)?chǔ)量的 26%（ 2675 億噸），至 2021 年底，中國(guó)煉焦煤種探明可采儲(chǔ)量為 660億噸。氣煤， 1/3 焦煤在煉焦煤查明儲(chǔ)量中約占 46%，而配煤的主要組分焦煤只占 24%左右，肥煤和氣煤合計(jì)僅約占 13%。因此，焦煤和肥煤實(shí)屬煉焦用煤的稀缺品種。 搗固煉焦技術(shù)是一種可根據(jù)焦炭的不同用途，配入較多的高揮發(fā)分煤及弱粘結(jié)性煤，在裝煤推焦車(chē)的煤箱內(nèi)用搗固機(jī)將已配合好的煤搗實(shí)后，從焦?fàn)t 機(jī)側(cè)推入碳化室進(jìn)行高溫干餾的煉焦技術(shù)。 ，將煉焦配合煤按碳化室的大小，搗打成略小于碳化室的煤餅，將煤餅從碳化室的側(cè)面推入碳化室進(jìn)行高溫干餾。成熟的焦炭由搗固推焦機(jī)從碳化室內(nèi)推出，經(jīng)攔焦車(chē)，熄焦車(chē)將其送至熄焦塔，以水熄滅后再放到?jīng)鼋古_(tái)，由膠帶運(yùn)輸經(jīng)篩焦分成不同粒級(jí)的商品焦炭，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)：在相同配煤比之下，搗固煉焦大幅度提高了焦炭的冷態(tài)強(qiáng)度。搗固可以改善焦炭氣孔結(jié)構(gòu)，提高焦炭反應(yīng)強(qiáng)度。搗固煉焦是用機(jī)械力將煤料的粒子壓緊，因壓緊而導(dǎo)致：（ 1）增加煤料堆密度 。(2)因 粒子的壓緊而使膠質(zhì)體填充的空隙減少，而相對(duì)擴(kuò)展了粘結(jié)范圍；（ 3）由于堆密度的增加單位體積內(nèi)析出的煤氣量增加，而提高了膨脹壓力，所以成焦時(shí)熔融性良好；但是由于肥煤成焦時(shí)，其內(nèi)部應(yīng)力未及松弛，會(huì)產(chǎn)生較多的橫裂紋。肥煤在配煤中的作用很重要，被認(rèn)為是基礎(chǔ)煤，因?yàn)樗哂泻軓?qiáng)的粘結(jié)力，可以粘結(jié)一部分弱粘煤煉成強(qiáng)度較好的冶金焦炭。 （通常稱主焦煤）：煉焦煤具有中等揮發(fā)分與中等膠質(zhì)層，單獨(dú)煉焦時(shí)形成熱穩(wěn)定性很好的膠質(zhì)體，能煉制成塊大，裂紋少，耐磨性好的焦炭。在工業(yè)不發(fā)達(dá)時(shí)常用它單獨(dú)煉焦。但在現(xiàn)代室 式焦?fàn)t中用焦煤?jiǎn)为?dú)煉焦遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 Ⅴ 頁(yè) 時(shí)，由于收縮隨著煉焦工業(yè)的發(fā)展，焦?fàn)t日趨大型化和現(xiàn)代化，焦?fàn)t炭化室的高度從 4m左右增加到 6m、 7m 、 ,甚至達(dá)到 8m或 ,長(zhǎng)度從 13m增加到 17m, 18m, 個(gè)別達(dá)到 ,容積從 25m3 左右增加到 40 m3, 50m3,80m3, ,最大可達(dá) 100m3,以上 。建設(shè)大容積焦?fàn)t ,也就是建設(shè)大型焦?fàn)t ,可降低基建投資和操作費(fèi)用 ,增加焦炭產(chǎn)量 ,提高生產(chǎn)效率 ,同時(shí) ,隨著煤炭資源日趨緊張 ,煉焦煤價(jià)格的大幅上揚(yáng) ,高爐的大型化與富氧噴吹技術(shù)的發(fā)展對(duì)焦炭的機(jī)械性能和高溫反應(yīng)性和反 應(yīng)后強(qiáng)度提出了更高要求 ,也促使焦?fàn)t向大型化和自動(dòng)化方向發(fā)展。因此發(fā)展大容積焦?fàn)t有重要意義。 單種煉焦煤的性質(zhì)及配煤工藝 單種煉焦煤的性質(zhì) 1. 氣煤 氣煤是煤化程度較低的一種煙煤，不粘結(jié)或微具粘結(jié)性。在層狀煉焦?fàn)t中不結(jié)焦。燃燒時(shí)火焰短，耐燒。煙煤的一類。對(duì)煤化度較低的煙煤和稱謂。能結(jié)焦，可用作煉焦原料。但因粘結(jié)性弱，熱分 解時(shí)產(chǎn)生大量煤氣和煤焦油，焦炭收縮度大，裂紋較多，必須配入焦煤、肥煤等，以提高焦炭質(zhì)量。 氣煤 由兩部分組成：第一類是 干燥無(wú)灰基 揮發(fā)分 Vdaf37%， 黏結(jié)指數(shù) G35， 膠質(zhì)層最大厚度 y≤ 25mm的煤。這類煤的特點(diǎn)是，揮發(fā)分特別高、 黏結(jié)性 強(qiáng)弱不等。第二類是 Vdaf28%～37%， G50～ 65 的煤。其特點(diǎn)是： 揮發(fā)分 高、黏結(jié)性中等。 2. 肥煤 對(duì)煤化度 中等 、黏結(jié)性極強(qiáng)的 煙煤 的 稱謂 。是煉焦用煤的一種。肥煤的干燥無(wú)灰基揮發(fā)分 Vdaf10%～ 37%，膠質(zhì)層最大厚度 y25 毫米。肥煤揮發(fā)物一般較高。膠質(zhì)層較厚。粘結(jié)性強(qiáng)，加熱時(shí)產(chǎn)生大量膠質(zhì)體，單獨(dú)煉焦時(shí)生成的 焦炭 ，熔融性好， 耐磨性 大，故為煉焦煤。 用肥煤煉出的焦炭橫裂紋多，氣孔率高，焦根部蜂焦多，易碎，煉焦時(shí)必需配入 氣煤 、瘦煤等以提高焦炭質(zhì)量。肥煤的粘結(jié)力很強(qiáng)，能與粘結(jié)力較弱的煤搭配后煉出優(yōu)質(zhì)煤稱肥煤為配焦煤之母。肥煤是煉焦配合煤中的重要組分， 配入肥煤可使焦炭 熔融 良好，從而提高焦炭的耐磨強(qiáng)度，并為配加黏結(jié)性差的煤或瘦化遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 Ⅴ 頁(yè) 劑創(chuàng)造條件。 3. 焦煤 焦煤 (coking coal)也稱 冶金煤 ，是中等及低 揮發(fā)分 的中等粘結(jié)性及強(qiáng)粘結(jié)性的一種 煙煤 。在 中國(guó)煤炭分類 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，是對(duì)煤化度較高 ，結(jié)焦性好的 煙煤的稱謂。又稱 主焦煤 。 第一類焦煤的干燥無(wú)灰基 揮發(fā)分 Vdaf=10%～ 28%，黏結(jié)指數(shù) G65，膠質(zhì)層最大厚度， y≤ 25mm。這 部分煤的結(jié)焦性特別好，可以單獨(dú)煉出合格的高爐焦。 另一類焦煤的干燥無(wú)灰基揮發(fā)分 Vdaf=20%～ 28%，黏結(jié)指數(shù) G=50～ 65，結(jié)焦性比前者差。焦煤具有中等揮發(fā)分和較好的黏結(jié)性，是典型的煉焦煤，在加熱時(shí)能形成熱穩(wěn)定性很好的膠質(zhì)體。單獨(dú)煉焦時(shí)能得到塊度大、裂紋少、抗碎強(qiáng)度高的 焦炭 ，其耐磨性也好。但產(chǎn)生的膨脹壓力大，使推焦困難，必 須配入氣煤、瘦煤等，以改善操作條件和提高焦炭質(zhì)量。在煉焦配合煤中焦煤可以起到焦炭骨架和緩和收縮應(yīng)力的作用，從而提高焦炭機(jī)械強(qiáng)度，是優(yōu)質(zhì)的煉焦原料。 4. 瘦煤 瘦煤是低揮發(fā)分的中等粘結(jié)性的煉焦用煤，單獨(dú)煉焦時(shí)，能得到塊度大、裂紋少、抗碎性較好的焦炭，但煉成的焦炭耐磨性差。 瘦煤是煙煤的一類。對(duì)煤化度較高的煙煤的稱謂。低揮發(fā)分的中等粘結(jié)性的煉焦用煤。 瘦煤的干燥無(wú)灰基揮發(fā)分 Vdaf10%~20%，黏結(jié)指數(shù) G20~65。揮發(fā)物較少，粘結(jié)性弱，能單獨(dú) 結(jié)焦 ，屬煉焦煤。在煉焦時(shí)能產(chǎn)生一定量的膠質(zhì)體。單種煤煉焦，生成的焦炭， 熔融 性差，耐磨小，易于破碎，但 塊度 大。常用于 配煤 煉焦作為瘦化劑 (leaning agent)，在煉焦配合煤中，瘦煤可以起到 骨架 和緩和 收縮應(yīng)力 ，從而增大焦炭 塊度 的作用，是 配合煤中的重要組分。以提高焦炭的 塊度 。減 少焦炭的裂紋。也用作氣化的原料，或用作燃料。 5. 1/3 焦煤 1/3 焦煤是新煤種，它是中高揮發(fā)分、強(qiáng)粘結(jié)性的一種煙煤，是介于焦煤、遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 Ⅴ 頁(yè) 肥煤、氣煤三者之間的過(guò)渡煤。 單獨(dú)煉焦能生成熔融性較好、強(qiáng)度較高的焦炭。焦炭的抗碎強(qiáng)度接近肥煤生成的焦炭，焦炭的耐磨強(qiáng)度又明顯高于氣肥煤生成的焦炭。 配煤煉焦意義 以前煉焦只用單種焦煤，由于煉焦工業(yè)的發(fā)展，焦煤的儲(chǔ)量開(kāi)始感到不足，而且還存在著煤煉得的焦餅收縮小，推焦困難；焦煤膨脹壓力大，容易脹壞爐體 ；焦煤揮發(fā)分少，煉焦化學(xué)產(chǎn)品產(chǎn)率小等缺點(diǎn)。為了克服這些缺點(diǎn)，采用了多種煤的配煤煉焦。配煤煉焦擴(kuò)大了煉焦煤資源，把不能單獨(dú)練成合格冶金焦的煤，經(jīng)過(guò)幾種煤配合可煉出優(yōu)質(zhì)焦炭，還可以降低煤料的膨脹壓力，增加收縮，利于推焦，并可提高化學(xué)產(chǎn)品產(chǎn)率，配煤煉焦可以少用好焦煤，多用結(jié)焦性差的煤，使國(guó)家資源不但利用合理，而且還能獲得優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。 配煤煉焦是以各種煤的特性以及它們?cè)谠谂浜厦褐械南嗳菪詾榛A(chǔ)的，肥煤一般是配煤煉焦的骨架煤和基礎(chǔ)煤，它可以多配用弱粘結(jié)性煤和不粘煤；配入的肥煤可以提高化學(xué)產(chǎn)品的產(chǎn)率；瘦煤可以增加焦炭的塊 度，起一定的瘦化作用；貧煤可以少量配入，與肥煤配合煉焦，但必須細(xì)碎；但煤料較 ?瘦 ?或粘結(jié)性較差時(shí)可加入煤焦油，瀝青等作為粘結(jié)劑。由于新的煉焦工藝 ——預(yù)熱法煉焦的廣泛使用，使得我國(guó)的煤資源更能夠被充分利用，不僅提高了該地區(qū)煤的使用價(jià)值，在一定程度上降低鋼鐵生產(chǎn)成本，而且緩減了我國(guó)煤炭資源緊張的壓力。 煉焦煤源及特性 煉焦煤炭資源地域分布：我多煉焦煤資源相對(duì)豐富，但分布很不均衡。在中國(guó)的煉焦煤儲(chǔ)量或資源量中，以華北區(qū)占絕對(duì)多數(shù)，煉焦煤儲(chǔ) 量為 億噸，占全國(guó)煉焦煤儲(chǔ)量的 %。煉焦煤儲(chǔ)量居第二位的為華東區(qū)（ 114 億噸），占全國(guó)煉焦煤儲(chǔ)量的 %，居第三位的為西南區(qū)（ 億噸），東北，西北和中南三區(qū)的煉焦煤儲(chǔ)量依次減少。南方各省，自治區(qū)煉焦煤資源都相當(dāng)貧乏。 中國(guó)煉焦煤質(zhì)特點(diǎn)：我國(guó)煉焦煤的可選性差。難洗與極難洗煤約占 62%。我國(guó)目前主要礦區(qū)的精洗煤其灰分以氣煤為最低，焦煤的灰分為最高。全國(guó)精洗煤遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 Ⅴ 頁(yè) 的平均灰分約為 %（國(guó)外精煤灰分平均為 6%8%）。我國(guó)入洗原煤的灰分一般為 20%30%：少數(shù)達(dá) 30%40%。 配煤原理 膠質(zhì)層重疊原理 配煤煉焦時(shí)除了按加和方法根據(jù)單種煤的灰分，硫分控制配合煤的灰分，硫分以外，要求配合煤中各單種煤的膠質(zhì)體的軟化區(qū)間和溫度間隔能較好地搭接，這樣可使配合煤煤料在煉焦過(guò)程中能在較大的溫度范圍內(nèi)處于塑性狀態(tài)，從而改善粘結(jié)過(guò)程，并保證焦炭的結(jié)構(gòu)均勻。不同牌號(hào)煉焦煤的塑性溫度區(qū)間。各煤種的塑性溫度區(qū)間不同，其中肥煤的開(kāi)始軟化溫度最低，塑性溫度區(qū)間最寬；瘦煤固化溫度最高，塑性溫度區(qū)間最窄。氣， 1/3焦，肥，焦，瘦煤適當(dāng)配合可擴(kuò)大配合煤的塑性溫度范圍。這種以多種煤互相搭配，膠質(zhì)層 彼此重疊的配合原理，曾長(zhǎng)期主導(dǎo)前蘇聯(lián)和我國(guó)的配煤技術(shù)。周師庸教授曾以焦炭界面結(jié)合的情況對(duì)配煤的適應(yīng)性進(jìn)一步作了判斷，認(rèn)為各種煤的膠質(zhì)體間實(shí)際上均有一定的重疊，但結(jié)合情況差異很大，以兩種煤煉成的焦炭界面結(jié)合指數(shù)來(lái)判斷結(jié)合的好壞。該指數(shù)可在偏反光顯微鏡下用快焦光片觀察后按下式計(jì)算。 焦炭界面結(jié)合指數(shù) =孔所占長(zhǎng)度）界面總長(zhǎng)度（不包括氣 界面結(jié)合長(zhǎng)度X100% 對(duì)不同 R 的一些煤，兩兩結(jié)合所測(cè)得的界面結(jié)合指數(shù)。數(shù)據(jù)說(shuō)明有五種結(jié)合類型。 ，界面結(jié)合指數(shù)僅 0~2%，屬于完全不結(jié)合類型，各自呈單獨(dú)碳化。 ，界面全部結(jié)合。 ，界面大部分結(jié)合。 ，界面部分結(jié)合。 ，界面結(jié)合很差。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 Ⅴ 頁(yè) 綜上所述，在配煤煉焦時(shí)，中等揮發(fā)強(qiáng)黏結(jié)煤起重要作用，它可以與各種煤在結(jié)焦過(guò)程中良好結(jié)合，按膠質(zhì)層重疊原理，中等揮發(fā)強(qiáng)黏結(jié)煤的膠質(zhì)層溫度間隔寬，可以搭接各類煤的膠質(zhì)體，從而保證焦炭結(jié)構(gòu)的均勻。因此配煤煉焦時(shí)，要以肥煤為基礎(chǔ)煤。 配煤方案 采用配合煤煉焦， 220 萬(wàn)噸碳化室高 。在保持基本機(jī)械強(qiáng)度下根據(jù) 搗固焦?fàn)t對(duì)焦炭質(zhì)量要求下，采取上述配煤方案。 表 配煤方案表 焦炭質(zhì)量預(yù)測(cè) 焦炭灰分、硫分預(yù)測(cè) 在生產(chǎn)狀況穩(wěn)定的條件下，焦炭的灰分、硫分與配合煤的灰分、硫分存在較好的線性關(guān)系。一般預(yù)測(cè)模型為： Y=aX+b 應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)中最小二乘法確定方程中的回歸系數(shù) a， b，并以此控制配合煤的灰分、硫分，以及調(diào)整單種煤使用的比例和為選擇煤源提供參考。 焦炭冷態(tài)強(qiáng)度預(yù)測(cè) 焦炭冷態(tài)強(qiáng)度（指 M M10）預(yù)測(cè)所采用的指標(biāo)一般為煤化度指標(biāo)和粘結(jié)性指標(biāo)。預(yù)測(cè)方法基本可以分為三類：第一類以煤的工藝指標(biāo)為參數(shù)，如 Vdaf與 .、 MF、 G、 y 的組合，一般常用 Vdaf 與 G 的組合，因?yàn)檫@兩個(gè)因素 對(duì)焦炭質(zhì)量起決定性作用。一般 Vdaf 為 28%~32%， G 為 88%~72%或 y 為 14~18mm。配煤的揮發(fā)分升高，焦炭裂紋增多，強(qiáng)度下降，特別是 M40，配煤揮發(fā)分每變化 177。1%， M40 變化 177。%， M10 變化 177。%；第二類是以煤巖指標(biāo)為參數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)；第三類在考慮配合煤指標(biāo)的同時(shí)，也考慮煉焦煤準(zhǔn)備和煉焦工藝條件。 備煤工藝包括來(lái)煤接受、貯存、倒運(yùn)、粉碎、配合和混勻等工序。備煤工藝大體分為配合粉碎（先配煤后粉碎）和分別粉碎（先單種煤分別粉碎再配煤）二者在煤的接受和貯存基煤種