铸造用焦,一般要求粒度大、气孔率低、固定碳高和硫分低;化工气化用焦,对强度要求不严,但要求反应性好,灰熔点较高;电石生产用焦要求尽量提高固定碳含量。焦炭除大量用于炼铁和有色金属冶炼(冶金焦)外,还用于铸造、化工、电石和铁合金,其质量要求有所不同。焦炭主要用于高炉炼铁和用于铜、铅、锌、钛、锑、汞等有色金属的鼓风炉冶炼,在高炉冶炼过程中有供热、还原、料柱骨架和供碳四种作用。
(1)供热。
高炉冶炼所需要的热量是由焦炭和喷吹燃料的燃烧及热风提供的,其中焦炭燃烧提供的热量占75%~80%。焦炭灰分低,并在下降至风口前仍然保持一定的块度,是保证燃烧状态良好的重要条件。
(2)还原剂。
高炉中矿石的还原是通过间接还原和直接还原完成的。间接还原反应约从400℃开始。间接还原是上升的炉气中的CO还原矿石,使氧化铁逐步从高价铁还原成低价铁一直到金属铁,同时产生CO2:
直接还原是在高炉中约850℃以上的区域开始。由于高温时生成的CO2立即与焦炭中的碳反应生成CO,从全过程看可以认为是焦炭中的碳直接参与还原过程:
不论间接还原或直接还原,都是以CO为还原剂。为了不断补充CO,要求焦炭有一定的反应性。
(3)料柱骨架。
高炉炉料中以焦炭堆积密度为最小,焦炭体积占炉料总体积的35%~50%。焦炭比较坚固,且在风口区以上始终保持块状,因此它是高炉料柱中的骨架,起疏松料柱、保证料柱有良好透气性的作用,是炉况顺行的重要因素。
(4)供碳。
生铁中的碳全部来源于高炉焦,进入生铁的碳约占焦炭含碳量的7%~9%。焦炭中的碳从高炉软融带开始渗入生铁;在滴落带,滴落的液态铁与焦炭接触时,碳进一步渗入生铁,最后可使生铁的碳含量达到4%左右。
还原剂焦炭的碳含量达85%以上。另外在高炉炼铁过程中焦炭因为强度高可以起到骨架作用,而煤炭就不行,被压碎后造成高炉透气性下降。焦炭其发热量大多为26380~ 31400kJ/kg(6300~7500kcal/kg)。按用途不同,有冶金焦炭、铸造用焦和化工用焦三大类。
炼焦煤的主要用途是炼焦炭,焦炭由焦煤或混合煤高温冶炼而成,一般1.3 吨左右的焦煤才能炼一吨焦炭。焦炭多用于炼钢,是目前钢铁等行业的主要生产原料,被喻为钢铁工业的“基本食粮”,是各国在世界原料市场上必争的原料之一。
中国是焦炭生产大国,也是世界焦炭市场的主要出口国。2003 年,全球焦炭产量是3.9 亿吨,中国焦炭产量达到1.78 亿吨,约占全球总产量的46%。在出口方面,2003 年我国共出口焦煤1475 万吨,其中出口欧盟458 万吨,约占1/3。2004 年,中国共出口焦炭1472 万吨,相当于全球焦炭贸易总量的56%,国际焦炭市场仍供不应求。煤通过高温干馏得焦炭,是冶金工业的产品。煤的低温干馏得煤焦油,其中含甲苯,苯,二甲苯,苯酚等,是以前的芳香烃的重要来源。
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