焦碳物理性質(zhì)

焦炭物理性質(zhì)包括焦炭篩分組成、焦炭散密度、焦炭真相對密度、焦炭視相對密度、焦炭氣 孔率、焦炭比熱容、焦炭熱導率、焦炭熱應(yīng)力、焦炭著火溫度、焦炭熱膨脹系數(shù)、焦炭收縮 率、焦炭電阻率和焦炭透氣性等。

焦炭的物理性質(zhì)與其常溫機械強度和熱強度及化學性質(zhì)密切相關(guān)。焦炭的主要物理性質(zhì)如下： 1. 真密度為 1.8-1.95g/cm³； 2. 視密度為 0.88-1.08g/ cm³； 3. 氣孔率為 35-55%； 4. 散密度為 400-500kg/ m³； 5. 平均比熱容為 0.808kj/（kg·k）（100℃），1.465kj/（kg·k）（1000℃）； 6. 熱導率為 2.64kj/（m·h·k）（常溫），6.91kg/（m·h·k）（900℃）； 7. 著火溫度（空氣中）為 450-650℃； 8. 干燥無灰基低熱值為 30-32kj/g； 9. 比表面積為 0.6-0.8m²/g 。

焦炭的化學成分包括有機成分和無機成分兩大部分。 有機成分是以平面炭網(wǎng)為主體的類石墨 化合物，其他元素氫、氧、氮和硫與炭形成的有機化合物，則存在于焦炭揮發(fā)分中，無機成 分是存在于焦炭的各種無機礦物質(zhì)，以焦炭灰成分表征其組成。 焦炭的化學成分主要用焦炭工業(yè)分析和焦炭元素分析來測定。（1）按焦炭元素分析， 焦炭成分為：炭 82%～87%，氫 1%～1.5%，氧 0.4%～0.7%，氮 0.5%～0.7%，硫 0.7%～1.0%， 磷 0.01%～0.25%。（2）按焦炭工業(yè)分析，其成分為：灰分 10%～18%，揮發(fā)分 1%～3%，固 定碳 80%～85%。 可燃基揮發(fā)分是焦炭成熟度的重要標志， 成熟焦炭的可燃基揮發(fā)分為 0.7%～ 1.2%。

焦炭反應(yīng)性與二氧化碳、氧和水蒸氣等進行化學反應(yīng)的能力，CRI =(G0—G1)/G0×100%（注：G0----試驗焦炭樣重量，g；G1----反應(yīng)后焦炭樣重量，g;)。焦炭反應(yīng)后強度是指反應(yīng)后的焦炭再機械力和熱應(yīng)力作用下抵抗碎裂和磨損的能力。焦炭在高爐煉鐵、鑄造化鐵和固定床氣化過程中，都要與二氧化碳、氧和水蒸氣發(fā)生化學反應(yīng)。由于焦與氧和水蒸氣的反應(yīng)有與二氧化碳的反應(yīng)類似的規(guī)律，因此大多數(shù)國家都用焦炭與二氧化碳間的反應(yīng)特性評定焦炭反應(yīng)性?！≈袊鴺藴剩℅B/T4000-1996）規(guī)定了焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強度試驗方法。其做法是使焦炭在高溫下與二氧化碳發(fā)生反應(yīng)沒，然后測定反應(yīng)后焦炭失重率及其機械強度。焦炭反應(yīng)性CRI及反應(yīng)后強度CSR的重復性r不得超過下列數(shù)值：

CRIr≤2.4%　CSR：≤3.2%　焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強度的試驗結(jié)果均取平行試驗結(jié)果的算術(shù)平均值。

1961年，在中國廣東新會發(fā)掘南宋末年（大約1270年前后）煉鐵遺址時，除找到爐渣、石灰石、鐵礦石外，還找到了焦炭。這是世界上冶鐵用焦炭的最早實例。

英國在1709年，由 Abraham Darby I 采用焦炭替代木炭煉鐵，獲得成功，并獲得了這項技術(shù)專利。

焦碳通常按用途分為冶金焦（包括高爐焦、鑄造焦和鐵合金焦等）、氣化焦和電石用焦等。

由煤粉加壓成形煤，在經(jīng)炭化等后處理制成的新型焦碳稱為型焦。

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。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。中國制定的冶金焦質(zhì)量標準（GB/T1996-94）就是高爐質(zhì)量標準。

焦碳氣化焦

氣化焦是專用于生產(chǎn)煤氣的焦碳。主要用于固態(tài)排渣 的固定床煤氣發(fā)生爐內(nèi)，作為氣化原料，生產(chǎn)以CO和H₂為可燃成分的煤氣。氣化過程的主要反應(yīng)有：

C O₂→CO₂ 408177KJ

CO₂ C→2CO-162142KJ

C H₂O→CO H₂-118628KJ

C 2H₂O→CO₂ 2H₂-75115KJ

因為產(chǎn)生CO和H₂的過程均是吸熱反應(yīng)，需要的熱量由焦碳的氧化、燃燒提供，因此氣化焦也是氣化過程的熱源。氣化焦要求灰分低、灰熔點高、塊度適當和均勻。其一般要求如下：固定炭>80%；灰分1250℃；揮發(fā)分<3.0%；粒度15-35mm和35mm兩級。冶金焦雖可以用作氣化焦，但由于受煉焦煤資源和價格等的限制，一般不用冶金焦制氣。以高揮發(fā)分粘結(jié)煤為原料生產(chǎn)的氣煤焦，塊度小、強度低，不 適用于高爐冶煉，但它的氣化反應(yīng)性好，可取代氣化焦用于制氣。

焦碳電石焦

電石用焦是在生產(chǎn)電石的電弧爐中作導電體和發(fā)熱體用的焦碳。電石用焦加入電弧爐中，在電弧熱和電阻熱的高溫（1800-2200℃）作用下，和石灰發(fā)生復雜的反應(yīng)，生成熔融狀態(tài)的炭化鈣（電石）。其生成過程可用下列反應(yīng)式表示：

CaO 3C→CaC₂ CO-46.52KL

電石用焦應(yīng)具有灰份低、反應(yīng)性高、電阻率大和粒度適中等特性，還要盡量除去粉末和降低水分。其化學成分和粒度一般應(yīng)符合如下要求：固定碳大于84%，灰份小于14%，揮發(fā)份小于2%，硫份小于1.5%，磷分小于0.04%，水分小于1.0%，粒度根據(jù)生產(chǎn)電石的電弧爐容量而定：

粒度合格率要求在90%以上。

焦碳鐵合金焦

鐵合金焦是用于礦熱爐冶煉鐵合金的焦碳。鐵合金焦在礦熱爐中作為固態(tài)還原劑參與還原反應(yīng)，反應(yīng)主要在爐子中下部的高溫區(qū)進行。以冶煉歸鐵合金為例，其反應(yīng)式為SiO₂（液） 2C（固）=Si（液） 2CO（氣），隨著反應(yīng)的進行，焦碳中的固定碳不斷消耗，主要以CO形式從爐頂逸出。焦碳灰粉中的三氧化二鋁（Al₂O₃）、氧化鐵（Fe₂O₃)、氧化鈣(CaO)、氧化鎂(MgO)和五氧化二磷(P₂O₅)等，部分或大部分被還原出來，進入合金中；未參加反應(yīng)的部分進入爐渣。焦碳中的硫和硅生成硫化硅和二硫化硅后揮發(fā)掉。冶煉不同品種的鐵合金，對焦碳質(zhì)量的要求不一，生產(chǎn)硅鐵合金時對焦碳質(zhì)量要求最高，所以能滿足硅鐵合金生產(chǎn)的鐵合金焦，一般也能滿足其他鐵合金生產(chǎn)的要求。

硅鐵合金生產(chǎn)對焦碳的要求是：固定碳含量高，灰份低，灰中有害物質(zhì)三氧化二鋁和五氧化二磷等的含量要少，焦碳反應(yīng)性好，焦碳電阻率特別是高溫電阻率要大，揮發(fā)份要低，有適當?shù)膹姸群褪臣Z的塊度，水分少而穩(wěn)定。

中國冶標（YB/T034-92）規(guī)定了鐵合金焦的技術(shù)要求，要求粒度為2-8mm，8-20mm，8-25mm。其他指標見表

型焦是由煤粉等原料加壓成型煤，再經(jīng)炭化等后處理制成的一種新型焦碳。型焦品種較多，按所用原料可分為褐煤型焦和無煙煤型焦等；按制備工藝可分為冷壓型焦和熱壓型焦兩類；按用途可分為高爐型焦和鑄造型焦等。

焦炭中的硫分

硫是生鐵冶煉的有害雜質(zhì)之一，它使生鐵質(zhì)量降低。在煉鋼生鐵中硫含量大于 0.07% 即為廢品。由高爐爐料帶入爐內(nèi)的硫有 11% 來自礦石； 3.5% 來自石灰石； 82.5% 來自焦炭，所以焦炭是爐料中硫的主要來源。焦炭硫分的高低直接影響到高爐煉鐵生產(chǎn)。當焦炭硫分大于 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 3.7%，礦石加入量增加 0.3%高爐產(chǎn)量降低 1.5 — 2.0%.冶金焦的含硫量規(guī)定不大于 1% ，大中型高爐使用的冶金焦含硫量小于 0.4 — 0.7% 。

焦炭中的磷分

煉鐵用的冶金焦含磷量應(yīng)在 0.02 — 0.03% 以下。

焦炭中的灰分

焦炭的灰分對高爐冶煉的影響是十分顯著的。焦炭灰分增加 1% ，焦炭用量增加 2 — 2.5% 因此，焦炭灰分的降低是十分必要的。

焦炭中的揮發(fā)分

根據(jù)焦炭的揮發(fā)分含量可判斷焦炭成熟度。如揮發(fā)分大于 1.5% ，則表示生焦；揮發(fā)分小于 0.5 — 0.7%，則表示過火，一般成熟的冶金焦揮發(fā)分為 1% 左右。

焦炭中的水分

水分波動會使焦炭計量不準，從而引起爐況波動。此外，焦炭水分提高會使 M40 偏高， M10 偏低，給轉(zhuǎn)鼓指標帶來誤差。

焦炭的篩分組成

在高爐冶煉中焦炭的粒度也是很重要的。我國過去對焦炭粒度要求為：對大焦爐（ 1300 — 2000 平方米）焦炭粒度大于 40 毫米；中、小高爐焦炭粒度大于 25 毫米。大于 80 毫米的焦炭要整粒，使其粒度范圍變化不大。這樣焦炭塊度均一，空隙大，阻力小，爐況運行良好。

焦碳是高溫干餾的固體產(chǎn)物，主要成分是碳，是具有裂紋和不規(guī)則的孔孢結(jié)構(gòu)體（或孔孢多孔體）。裂紋的多少直接影響到焦碳的力度和抗碎強度，其指標一般以裂紋度（指單位體積焦碳內(nèi)的裂紋長度的多少）來衡量。衡量孔孢結(jié)構(gòu)的指標主要用氣孔率（只焦碳氣孔體積占總體積的百分數(shù)）來表示，它影響到焦碳的反應(yīng)性和強度。不同用途的焦碳，對氣孔率指標要求不同，一般冶金焦氣孔率要求在 40～45%，鑄造焦要求在35～40%，出口焦要求在30%左右。焦碳裂紋度與氣孔率的高低，與煉焦所用煤種有直接關(guān)系，如以氣煤為主煉得的焦碳，裂紋多，氣孔率高，強度低；而以焦煤作為基礎(chǔ)煤煉得的焦碳裂紋少、氣孔率低、強度高。焦碳強度通常用抗碎強度和耐磨強度兩個指標來表示。焦碳的抗碎強度是指焦碳能抵抗受外來沖擊力而不沿結(jié)構(gòu)的裂紋或缺陷處破碎的能力，用M40值表示；焦碳的耐磨強度是指焦碳能抵抗外來摩檫力而不產(chǎn)生表面玻璃形成碎屑或粉末的能力，用M10值表示。焦碳的裂紋度影響其抗碎強度M40值，焦碳的孔孢結(jié)構(gòu)影響耐磨強度M10值。M40和M10值的測定方法很多，我國多采用德國米貢轉(zhuǎn)鼓試驗的方法。

在循環(huán)流化床鍋爐操作條件下，存在一個相對難燃盡的粒徑，即在30－100微米的飛灰中可燃物含量較高，甚至達30－40％，這是影響循環(huán)流化床鍋爐燃燒效率的主要因素，也是制約其發(fā)展的瓶頸。本研究將利用顯微鏡、掃描電境和X射線衍射法等手段，對在循環(huán)流化床鍋爐實際燃燒條件下的飛灰含碳進行研究，通過對其微觀形貌、顯微組分、晶格尺度等的觀察和測量，利用分形理論和分形特征分析飛灰可燃物的生成機理和燃燒特性。在此基