配煤炼焦基础知识.docx
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1、第一章、煤的基础知识一、煤的形成大约三十多亿年以前,地球上就已经有单细胞低等植物存在了。在整个地质年代中的 某些时期内,出于地球的 气候温暖、潮湿,而且有丰富的 矿物养料,因此植物生长得持别高大和繁茂。这些落群生长的 陆生植物,构成了成煤的 物质基础。在漫长的 地质年代里,地球的造山运动和地壳不断的 变动,使有些落群生长的 植物随着地壳下沉,后来慢慢地被水淹没,或者被山石覆盖。在多水缺氧的 情况下,堆积在水中的 植物残骸受一种“厌氧细菌”(不靠空气而靠夺取植物遗体里的 养份而生成的 微生物)的 作用,脱去不稳定的 含氧物质(一般以二氧化碳和水的 形式除去),使残留物的 氧和氢的 含量减少,碳含
2、量相对增高。与此同时,植物残骸还受到其他生物化学作用,产生大量的腐植酸及沥青类物质。这种既合有植物残骸未被分解的 族组成部份(如根、茎、叶、树皮等),又含有腐植酸,而且碳含量比植物残骸高、水份比较大的 物质称为泥炭。在泥炭形成的 过程中,往往出现植物生此交替和地壳不断变动的 情况。如果地壳垂直下沉的 速度与泥炭堆积的 速度差不多,泥炭层就会不断地变厚;如果地壳垂直下沉的 速度比泥炭堆积的 速度大,随着时间的 推移。泥炭层的 上面就会被沙土覆盖而形成顶板,顶板越厚,泥炭受压力和地热的 作用就越大。由于地热和压力的 作用,使得泥炭中大分子缩合和构化程度提高,C/H原子比增大氢和氧含量减少,泥炭就变
3、成了褐煤。褐煤如果继续不断地受到增高的 温度和压力的 作用,就会引起内部分子结构、物理性质和化学性质的 进一步变化,褐煤就逐渐变成了烟煤或无烟煤了。二、煤的分类1、腐植煤根据成煤的 原始物质条件不同,自然界的 煤可分为三大类,即腐植煤、残植煤和腐泥煤。腐植煤是由高等植物形成的 ,在自然界中分布最广,蕴藏量最大,用途最广;残植煤是由高等植物中稳定组份(树皮、孢子、角质、树脂)富集而形成的 ;腐泥煤是由低等植物和少量浮游生物形成的 (藻类、菌类、地衣等),分布范围小,煤层厚度不大。由于腐植煤分布范围广,且煤层厚度厚,是我国煤炭开采的 主要对象,而且在煤炭利用和化学加工方面占有主要的 位置,因此,这
4、里主要介绍腐植煤的 相关知识!2、腐植煤的 分类腐植煤的 成煤过程主要分四个阶段:泥炭褐煤烟煤无烟煤。煤的 最初形态就是泥炭,这在前面已经介绍,下面主要介绍一下后面煤的 三种形态。2.1褐煤褐煤含炭在4570%,分低级和高级两种。低级褐煤呈现肉眼可见的 木材纤维结构,这是有植物残骸变成煤的 具体证明,其组织疏密不等,颜色灰褐。高级褐煤没有明显的 植物残骸式木质残骸的 痕迹,颜色由褐而黑。褐煤的 主要特征是水份高(2530%),热量小,放置空气中易变成粉末,无焦粘性,不能做炼焦用煤。2.2烟煤烟煤的 颜色由暗黑而亮黑,固定碳高(82%左右),发热量大,它的 挥发份含量一般在1145%之间,具有一
5、定的 焦粘性,但烟煤种类较多,性质差异也较大,后面将会做详细介绍。无烟煤硬度较大,颜色黑亮有光泽,断口锐利,所含热量(约9009200大卡)和碳(95%左右)很高,主要做动力燃料。上述煤种中烟煤最适于焦化生产炼焦,是本教材研究的 重点,有时可根据具体情况使用少量的 无烟煤混配炼焦。3、烟煤的 分类按照我国目前的 分类标准,主要是以煤的 挥发份和粘结指数来划分种类。对于粘结性较强的 煤种,以挥发份和胶质层厚度、奥亚膨胀度来分类。烟煤主要分为气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、1/3焦煤、弱粘煤等。从实际使用效果等方面来分析,上述分类方法是比较简单的 ,所分种类存在一些问题。国际煤炭分类有三个指标,即挥发份、
6、粘结性(自由膨胀序数和罗加指数)、结焦性(膨胀性试验、葛金试验),所分煤种较多也比较细。国际标准及企业标准4、烟煤的 工艺性质烟煤的 工艺性质是指煤炭在定的 加工工艺条件下或某些转化过程中所呈现的 特性。如煤的 粘结性、结焦性、可选性、低温干馏性、反应性、机械强度、热稳定性、结渣性、灰熔点、灰粘度和煤的 发热量等。炼焦通常研究它的 粘结性和结焦性。煤的 粘结性是指烟煤在干馏时粘结其本身或加入惰性物的 能力,即粉碎后的 煤在隔绝空气下加热,有机物的 热解形成胶质体,经气液固三相互相作用,变形粒之间或变形粒子与惰性颗粒间结合的 特性能力。这种特性表征为煤加热生成胶质体中液体部分多少,流动性大小,体
7、现粘结性的 好坏,不能生成胶质体时,则没有粘结性。煤的 结焦性是指煤在工业焦炉或模拟工业焦炉的 炼焦条件下结成焦炭的 能力。即具有一定粘结性的 煤,当热解到一定程度后,逐步硬化,形成半焦,继续加热从半焦到焦炭,经热分解和热缩聚,进一步析出气体,焦质逐渐致密,同时产生收缩裂纹,以上说明煤的 结焦性包括形成半焦前的 粘结性和形成半焦后的 收缩性。煤的 粘结性和结焦性是两个概念,它们互相联系,但又有不同粘结性好的 煤在形成焦块时,可能裂纹较多,变碎,其结焦性不一定好,但结焦性好的 煤必须有良好的 粘结性;一般情况下肥煤粘结性最好,而焦煤的 结焦性最好。三、煤的 元素组成煤中含有多种元素,其主要元素有
8、:1、碳(C)是煤的 主要组成部分,以氢、氧、氮、硫构成化合物的 形态存在。2、氢(H)是煤的 第二重要组成,位于炭环原子网周围,煤中氢含量随变质程度的 加深而减少。3、氧(O)是煤中的 重要元素之一,是反映能力最强的 元素,再煤中存在的 总量和形态直接影响着煤的 性质。煤在变质过程中不断放出二氧化碳和水,故煤中含氧量随变质程度的 加深而迅速降低。从泥炭到无烟煤,含氧量由3040%逐渐降到25%。4、氮(N)是构成煤有机物的 次要元素,主要由成煤植物的 蛋白质转化而来其含量通常在0.81.8%。5、硫(S)是煤中的 杂质,通常分为有机硫和无机硫,总称全硫,煤含硫量一般在1.5%以下,但高的 也
9、可达78%。第二章 焦炭的 基础知识一、焦炭的 基本概念1、焦炭的 定义焦炭是一种质地坚硬、多孔、呈银灰色,并有不同粗细裂纹的 碳质固体块状材料,其真密度约180195,堆积密度约400520kgm3,由C、H、0、N、S、P等元素组成,在高炉炼铁中起还原剂、发热剂和料柱骨架的 作用。2.1硫份(St,d)硫是生铁冶炼的 有害杂质之一,它使生铁质量降低。由高炉炉料带入炉内的 硫有 11%来自矿石,3.5%来自石灰石,82.5%来自焦炭,所以焦炭是炉料中硫的 主要来源。焦炭硫份的 高低直接影响到高炉炼铁生产。当焦炭硫份大于1.6%,硫份每增加0.1%,焦炭使用量增加1.8%,石灰石加入量增加 3
10、.7%, 矿石加入量增加0.3%高炉产量降低 1.52.0%. 冶金焦的 含硫量规定不大于 1%,大中型高炉使用的 冶金焦含2.2 磷份(P)焦炭中的 磷份在炼铁中大部分转入铁中,生铁含磷使其冷脆性变大,用于转炉炼钢时,因采用酸性熔渣,磷难以除掉,生铁含磷应低于0.010.015%,用于平炉炼钢时,因系碱性熔渣,磷可做燃料烧掉,煤炼焦时磷全部转入焦炭,若要求低磷焦炭,必须控制焦炭含磷,我厂对磷不做要求。2.3灰份(Ad)焦炭燃烧后的 残余物为灰份,主要成分是二氧化硅、三氧化二铝等酸性氧化物,在炼焦过程中全部转入焦炭。灰份含量增高,在高炉冶炼过程中,为造渣所消耗的 石灰石和热量将增加,高炉利用系
11、数降低,焦比增加。焦炭灰份增加1%,焦炭用量增加22.5%因此,焦炭灰份的 降低是十分必要的 。2.4挥发份(Vdaf)将焦炭加热到850以上,即从焦炭中析出挥发物,剩余部分为固定碳和灰份。根据焦炭的 挥发份含量可判断焦炭成熟度。如挥发份大于 1.9%,则表示焦炭成熟不好,焦炭耐磨性差,使高炉透气性差,可能引起挂料,增加吹损,破坏高炉操作制度等恶果,;挥发份小于0.50.7%, 则表示过火,过火焦易碎,容易落入熔渣中,造成排渣困难、风口烧坏等现象,一般成熟的 冶金焦挥发份为 1%左右。2.5水份(Mt)焦炭在102105烘箱中干燥到横重后损失量即为水份。水份波动会使焦炭计量不准,从而引起炉况波
12、动。此外,焦炭水份提高会使 M偏低,M10偏高,给转鼓指标带来误差。3、焦炭的 物理机械性质3.1筛分组成为使高炉透气性好,焦炭块度要求均匀。焦炉生产的 焦炭通常分为40mm焦炭,2540mm的 冶金焦,1025mm的 小块焦和10mm的 粉焦四级,全焦中冶金然产率通常为93%左右,小块焦为23%,粉焦为45%。为鉴定焦炭块度的 均匀性,可用筛孔为110110、8080、6060、4040、2525和1010mm的 一套筛子进行筛分试验,冶金焦块度的 均匀性可用下式表示:(4080)K=(80)+(2540)式中(4080)、(80)、(2540)为该等级焦炭占冶金焦的 重量百分比,K值越大,
13、焦炭块度均匀性越好。高炉最适宜的 焦炭粒级,应视高炉溶剂、原料情况而定。我国过去对焦炭粒度要求为:对大型高炉( 13002000立方米)焦炭粒度大于 40mm;中、小高炉焦炭粒度大于 25mm。但目前一些 钢 厂的 试验表明,焦炭粒度在 4025mm为好。焦炭块度均匀,空隙大,阻力小,高炉炉况运行良好。3.2转鼓试验为了试验焦炭的 抗碎性和耐磨性,通常采用转鼓试验来测定。我国目前采用的 的 转鼓由两种,一种是大转鼓(松格林转鼓),另一种是小转鼓(米库姆转鼓)。大转鼓立径为2m,鼓的 四周上装有直径25mm、长800mm的 钢棍,棍间被隙为25mm,装入25mm熊炭试样410公斤,以每分钟10转
14、速度转动15分钟。旋转过程中,因磨擦、撞击使部分焦炭磨损或破碎,25mm的 由棍间缝隙从鼓内落出,以鼓内残留量的 公斤数表示焦炭的 抗碎指标,以鼓外10mm的 公斤数表示耐磨损标。大高护用冶金然要求教内为320公斤左右,鼓外10mm的 40公斤,中小型高炉鼓内值可适当降低些。大转鼓试验焦炭试样用量多,有时不足以表明焦炭的 抗碎性变化,且设备庞大,故近年来不少焦化厂已采用小转鼓试验。小转鼓是直径和宽度均为1000mm的 密闭转鼓,鼓内焊接四根1005010mm规格的 角钢,互成90,角钢100的 一侧指向圆心,鼓内无通心轴,取经圆孔筛筛分后大于25mm的 焦块50公斤,装入鼓内以每分钟25转速度
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