副产品焦炉炼焦优化生产技术

炼焦成本占热金属生产成本 50% 以上。高质量焦炭成本效益生产对铁生产竞争力至关重要。

冶金焦炭用于钢铁工艺（主要高炉）还原铁矿石获铁。总焦炭产量 90% 以上用于高炉。铸造焦占大部分余量，供铸造厂熔炼金属和造型。铸造焦用不同配煤、更长炼焦时间、较低炼焦温度。

世界上大部分钢铁厂用副产品焦炉炼焦，多数焦化厂与钢铁生产设施一体化。

隔绝空气加热煤制焦源于工业革命初期，1709 年 Abraham Darby 在英格兰用于铁矿石冶炼。初期制焦法同木炭：煤堆圆堆、点燃、侧面覆盖粘土。奠定蜂窝炉基础。逐步进步发展蜂窝炉、反射炉、副产品炉，约百年前演变为蓄热式焦炉并回收副产品。

煤在大型焦炉电池中经干馏转化为焦炭。炼焦过程：隔绝空气加热煤驱除挥发分。产物为硬质多孔碳质材料焦炭。副产品焦炉回收煤挥发分为焦炉煤气、焦油、油类。

冶金焦炭制造有三大成熟工艺：

• 蜂窝焦炉。非回收型炉
• 热回收/能量回收焦炉。也称非回收焦炉
• 副产品焦炉

副产品炼焦工艺：无氧气氛高温碳化煤。过程除去煤挥发分、浓缩碳。此过程中产生的废气收集送副产品厂回收各副产品（焦炉煤气、焦油、氨、粗苯）。

副产品焦炉厂三大主体：煤处理厂和煤准备段、带焦炭淬火设施的副产品焦炉电池、焦炭破碎筛分厂。典型副产品焦炉厂工艺流程及排放流见图1。

图1 典型副产品焦炉厂工艺流程及排放流

炼焦煤与影响焦炭质量因素

炼焦煤是副产品焦炉生产焦炭关键原料，决定焦炭性质。要求焦炭性质：粒度均一、良好强度（CRI、CSR、Micum 值）、孔隙率高、挥发分最低、灰分最低。

炼焦煤可按炼焦性质分类：主焦煤、中焦煤、弱/低焦煤。生产好焦炭所需炼焦性质：流动度、膨胀度、坩埚膨胀数、格氏值、煤阶度（平均最大反射率 MMR）、镜质组及分布（V9-V14）。除炼焦性质外，其他重要煤质：水分、灰分、硫、磷、碱百分比、灰熔融温度。低水分、灰分、硫、磷利于生产优质焦炭。其他影响焦炭质量煤质：粒度、堆积密度、煤风化。炼焦煤也可分低、中、高挥发分。炼焦温度、升温速率、浸火时间、淬火实践、焦炭处理也影响焦炭质量。

装入焦炉煤通常为两种或多种炼焦煤配煤。配煤目的：控制焦炭性质、优化副产品质量和数量、避免某些煤膨胀导致炼焦过程中炉壁过压。

煤处理厂和煤准备段

煤处理厂和煤准备段制备适合碳化的配煤。步骤：煤卸车储存、多品级煤配煤、煤破碎输送至煤储塔。

皮带输送机将煤从煤储按需送入配煤仓存放各类煤。配煤从配煤仓送入煤破碎机粉碎至通常 -3 mm。

粉碎煤混合配煤，有时加水加油控制配煤堆积密度。制备好配煤输送至焦炉电池顶部煤储塔。

煤在准备过程各阶段需储存、在煤准备段输送。破碎筛分是煤处理厂重要环节。破碎减小煤整体粒度便于加工处理。筛分控制煤粒度范围。筛分可为静态或机械振动。

副产品焦炉电池

焦炉是耐火砖砌筑室，隔绝空气碳化煤蒸馏挥发分将煤转化为焦炭。副产品焦炉厂含一或多个焦炉电池，每电池含多个焦炉（每电池 20~100 座）。煤经装煤孔装入焦炉。典型 7 m 高焦炉电池横截面见图2。

图2 典型 7 m 焦炉电池横截面

定量煤从煤储塔卸入装煤车（沿电池长度行驶的装煤车辆）。装煤车定位于空热焦炉上，打开装煤孔盖，煤从装煤车料斗卸入焦炉。

为最小化装煤时炉气逸出，用蒸汽抽吸将装煤上方空间气体吸入收集总管。料斗卸煤“分级”进行，控制各料斗卸空顺序避免煤峰堵塞装煤上方空间，阻碍装煤产生气体排出。装煤序列近端时，从推焦车悬臂伸入炉侧小门（平煤门）的钢棒平整炉内煤峰。平整过程助均匀炼焦，为炼焦产生气体流向收集系统提供清晰汽相空间和出口通道。炉装煤后，关平煤门，装煤孔盖复位并用湿泥密封（抹泥），关闭抽吸，气体导入升管系统和收集总管。

煤碳化过程

煤向焦炭转化开始。热量从加热砖墙传入煤饼。约 375~475°C，煤分解在靠墙两侧形成塑性层。约 475~600°C，焦油和芳烃化合物显著析出，塑性物质再固化成半焦。600~1100°C，焦炭稳定期开始：焦炭收缩、结构发育、最终氢析出。塑性期，塑性层从两壁向炉中心移动，截留解析气体在炉墙产生气压堆积。塑性层在炉中心相遇时，整个饼完成碳化。白热焦炭由推焦机推出，湿法或干法淬火。

热干馏在称为电池的炉群进行。电池由多个共用侧墙的相邻焦炉组成，侧墙用高质量硅砖及其他耐火砖。相邻炉间墙及端墙由一系列加热烟道组成。任意时刻，墙内一半烟道燃烧煤气，另一半将废热从燃烧烟道传至“格子砖”蓄热室再至燃烧烟囱。每 20~30 分钟电池“换向”，废热烟道变燃烧烟道、燃烧烟道变废热烟道。此过程提供煤饼更均匀加热。单炉操作周期性，但电池含足够多炉数产生基本连续原焦炉煤气流。单炉装煤推焦间隔大致相等。炼焦 15~18 小时产高炉焦炭。期间煤挥发分蒸馏出为焦炉煤气。炼焦时间由配煤、水分、底部加热速率、焦炭目标性质决定。焦炭需求低时可延长至 24 小时。炼焦温度一般 900~1100°C，保持范围高端以产高炉焦炭。收集总管维持约 10 mm 水柱正压防空气渗入炉。炉在正压维持。热干馏产生气体烃经升管系统送副产品厂回收。

炼焦完成标志为炉中心温度达 950~1000°C。此时炉与液压总管隔离，残余气体适当排放后开门推焦。炼焦末期焦炭大体积收缩导致与炉墙分离，保证易推出。

炉压控制极重要：低压致入风，高压致过度放气、漏门、立管等。平煤重要，保持炉上方游离空间（约 300 mm）防堵塞。

炼焦周期结束，炉两端门开启，推焦机伸出推杆将白热焦炭推出。焦炭经焦炭导槽入淬火车。淬火车运焦炭至湿法淬火塔或干法淬火装置冷却。

焦炭破碎筛分厂

淬火焦炭经输送机送入破碎筛分厂（称焦炭破碎筛分厂）。此处焦炭破碎筛分至要求粒级。破碎筛分中焦炭分三粒级：焦粒（-10 mm）、豆焦（+10~-25 mm）、高炉焦（+25~-80 mm）。粒级合格高炉焦和豆焦送高炉相应储存系统。焦粒送烧结厂。