焦碳（固体燃料）

焦碳

固体燃料

焦碳通常按用途分为冶金焦（包括高炉焦、铸造焦和铁合金焦等）、气化焦和电石用焦等。由煤粉加压成形煤，在经炭化等后处理制成的新型焦碳称为型焦。冶金焦是高炉焦、铸造焦、铁合金焦和有色金属冶炼用焦的统称。由于90%以上的冶金焦均用于高炉炼铁，因此往往把高炉焦称为冶金焦。中国制定的冶金焦质量标准（GB/T1996-94）就是高炉质量标准。

分类种类

焦碳通常按用途分为冶金焦(包括高炉焦、铸造焦和铁合金焦等)、气化焦和电石用焦等。由煤粉加压成形煤，在经炭化等后处理制成的新型焦碳称为型焦。

冶金焦是高炉焦、铸造焦、铁合金焦和有色金属冶炼用焦的统称。由于90%以上的冶金焦均用于高炉炼铁，因此往往把高炉焦称为冶金焦。中国制定的冶金焦质量标准(GB/T1996-94)就是高炉质量标准。

应用历史

1961年，在中国广东新会发掘南宋末年(大约1270年前后)炼铁遗址时，除找到炉渣、石灰石、铁矿石外，还找到了焦炭。这是世界上冶铁用焦炭的最早实例。大商所交易的焦炭品种是指以炼焦煤为主要原料,以高温干馏等方法得到的用于高炉炼铁的冶金焦炭。

英国在1709年，由Abraham Darby I采用焦炭替代木炭炼铁，获得成功，并获得了这项技术专利。

反应强度

焦炭反应性与二氧化碳、氧和水蒸气等进行化学反应的能力，CRI=(G0-G1)/G0×100%(注:G0----试验焦炭样重量，g;G1----反应后焦炭样重量，g;)。焦炭反应后强度是指反应后的焦炭再机械力和热应力作用下抵抗碎裂和磨损的能力。焦炭在高炉炼铁、铸造化铁和固定床气化过程中，都要与二氧化碳、氧和水蒸气发生化学反应。

由于焦与氧和水蒸气的反应有与二氧化碳的反应类似的规律，因此大多数国家都用焦炭与二氧化碳间的反应特性评定焦炭反应性。中国标准(GB/T4000-1996)规定了焦炭反应性及反应后强度试验方法。

其做法是使焦炭在高温下与二氧化碳发生反应没，然后测定反应后焦炭失重率及其机械强度。焦炭反应性CRI及反应后强度CSR的重复性r不得超过下列数值:CRIr≤2.4%，CSR:≤3.2%，焦炭反应性及反应后强度的试验结果均取平行试验结果的算术平均值。

相关理论

气化焦

气化焦是专用于生产煤气的焦碳。主要用于固态排渣的固定床煤气发生炉内，作为气化原料，生产以CO和H2为可燃成分的煤气。气化过程的主要反应有:

C+O2→CO2+408177KJ

CO2+C→2CO-162142KJ

C+H2O→CO+H2-118628KJ

C+2H2O→CO2+2H2-75115KJ

因为产生CO和H2的过程均是吸热反应，需要的热量由焦碳的氧化、燃烧提供，因此气化焦也是气化过程的热源。气化焦要求灰分低、灰熔点高、块度适当和均匀。其一般要求如下:固定炭>80%;灰分1250℃;挥发分<3.0%;粒度15-35mm和35mm两级。冶金焦虽可以用作气化焦，但由于受炼焦煤资源和价格等的限制，一般不用冶金焦制气。以高挥发分粘结煤为原料生产的气煤焦，块度小、强度低，不适用于高炉冶炼，但它的气化反应性好，可取代气化焦用于制气。

电石焦

电石用焦是在生产电石的电弧炉中作导电体和发热体用的焦碳。电石用焦加入电弧炉中，在电弧热和电阻热的高温(1800-2200℃)作用下，和石灰发生复杂的反应，生成熔融状态的炭化钙(电石)。其生成过程可用下列反应式表示:

CaO+3C→CaC2+CO-46.52KL

电石用焦应具有灰份低、反应性高、电阻率大和粒度适中等特性，还要尽量除去粉末和降低水分。其化学成分和粒度一般应符合如下要求:固定碳大于84%，灰份小于14%，挥发份小于2%，硫份小于1。5%，磷分小于0.04%，水分小于1.0%，粒度根据生产电石的电弧炉容量而定，粒度合格率要求在90%以上。

铁合金焦

铁合金焦是用于矿热炉冶炼铁合金的焦碳。铁合金焦在矿热炉中作为固态还原剂参与还原反应，反应主要在炉子中下部的高温区进行。

以冶炼归铁合金为例，其反应式为SiO2(液)+2C(固)=Si(液)+2CO(气)，随着反应的进行，焦碳中的固定碳不断消耗，主要以CO形式从炉顶逸出。焦碳灰粉中的三氧化二铝(Al2O3)、氧化铁(Fe2O3)、氧化钙(CaO)、氧化镁(MgO)和五氧化二磷(P2O5)等，部分或大部分被还原出来，进入合金中;未参加反应的部分进入炉渣。焦碳中的硫和硅生成硫化硅和二硫化硅后挥发掉。

冶炼不同品种的铁合金，对焦碳质量的要求不一，生产硅铁合金时对焦碳质量要求最高，所以能满足硅铁合金生产的铁合金焦，一般也能满足其他铁合金生产的要求。

硅铁合金生产对焦碳的要求是:固定碳含量高，灰份低，灰中有害物质三氧化二铝和五氧化二磷等的含量要少，焦碳反应性好，焦碳电阻率特别是高温电阻率要大，挥发份要低，有适当的强度和食粮的块度，水分少而稳定。

中国冶标(YB/T034-92)规定了铁合金焦的技术要求，要求粒度为2-8mm，8-20mm，8-25mm。

型焦是由煤粉等原料加压成型煤，再经炭化等后处理制成的一种新型焦碳。型焦品种较多，按所用原料可分为褐煤型焦和无烟煤型焦等;按制备工艺可分为冷压型焦和热压型焦两类;按用途可分为高炉型焦和铸造型焦等。

质量评价

焦炭中的硫分

硫是生铁冶炼的有害杂质之一，它使生铁质量降低。在炼钢生铁中硫含量大于0.07%即为废品。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。

焦炭硫分的高低直接影响到高炉炼铁生产。当焦炭硫分大于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%,矿石加入量增加0.3%高炉产量降低1.5-2.0%.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硫量小于0.4-0.7%。

焦炭中的磷分

炼铁用的冶金焦含磷量应在0.02-0.03%以下。

焦炭中的灰分

焦炭的灰分对高炉冶炼的影响是十分显着的。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。

焦炭中的挥发分

根据焦炭的挥发分含量可判断焦炭成熟度。如挥发分大于1.5%，则表示生焦;挥发分小于0.5-0.7%,则表示过火，一般成熟的冶金焦挥发分为1%左右。

焦炭中的水分

水分波动会使焦炭计量不准，从而引起炉况波动。此外，焦炭水分提高会使M40偏高，M10偏低，给转鼓指标带来误差。

焦炭的筛分组成

在高炉冶炼中焦炭的粒度也是很重要的。我国过去对焦炭粒度要求为:对大焦炉(1300-2000平方米)焦炭粒度大于40毫米;中、小高炉焦炭粒度大于25毫米。大于80毫米的焦炭要整粒，使其粒度范围变化不大。这样焦炭块度均一，空隙大，阻力小，炉况运行良好。

质量指标

焦碳是高温干馏的固体产物，主要成分是碳，是具有裂纹和不规则的孔孢结构体（或孔孢多孔体）。裂纹的多少直接影响到焦碳的力度和抗碎强度，其指标一般以裂纹度（指单位体积焦碳内的裂纹长度的多少）来衡量。衡量孔孢结构的指标主要用气孔率（只焦碳气孔体积占总体积的百分数）来表示，它影响到焦碳的反应性和强度。

不同用途的焦碳，对气孔率指标要求不同，一般冶金焦气孔率要求在40～45%，铸造焦要求在35～40%，出口焦要求在30%左右。焦碳裂纹度与气孔率的高低，与炼焦所用煤种有直接关系，如以气煤为主炼得的焦碳，裂纹多，气孔率高，强度低；而以焦煤作为基础煤炼得的焦碳裂纹少、气孔率低、强度高。

焦碳强度通常用抗碎强度和耐磨强度两个指标来表示。焦碳的抗碎强度是指焦碳能抵抗受外来冲击力而不沿结构的裂纹或缺陷处破碎的能力，用M40值表示；焦碳的耐磨强度是指焦碳能抵抗外来摩檫力而不产生表面玻璃形成碎屑或粉末的能力，用M10值表示。焦碳的裂纹度影响其抗碎强度M40值，焦碳的孔孢结构影响耐磨强度M10值。M40和M10值的测定方法很多，我国多采用德国米贡转鼓试验的方法。如表31-1所示。

其它

转故试验完成后，用孔径为40mm和10mm的筛子筛分，大于40mm粒级的百分数为M40值，小于10mm粒级的百分数为M10值。我国冶金焦规定的强度指标见表31-2。

焦碳转鼓实验方法

转鼓特性，焦碳试样，筛分，强度，指标

直径/长度（mm），转速（转/分），转数（转），重量（kg），粒度（mm），孔形筛孔(mm)，耐磨强度（粒极mm/指标），抗碎强度（粒极mm/指标）

1000/1000，25，100，50，60圆形40，10，40/M40

我国冶金焦强度指标（%）

强度指标Ⅰ级冶金焦Ⅱ级冶金焦Ⅲ级冶金焦

M40>80.0>76.0>72.0

M10<8.0<9.0<10.0

几个国家冶金用焦碳与精煤灰分国标（Ad）

国别，中国，美国，原苏联，德国，法国，日本

Ⅰ级Ⅱ级Ⅲ级

焦碳灰分（%）≤12.0≤13.5≤15.0<7.0<10.0<8.0<9.0<10.0

精煤灰分（%）<12.55.5～6.58.0～8.56.0～7.0<7.06.6～8.0

参考资料

1.关于焦炭期货交易规模与产量增速关系的分析·中国知网