炼焦是将配合煤在焦炉内通过高温干馏(隔绝空气加热到950～1050℃)，经过干燥、热解、熔融、粘结、固化、收缩等阶段，最终产生焦炭和煤气的一种生产工艺。

　　所谓配合煤就是各种炼焦煤，按照一定配比混合在一起的。

　　一、炼焦煤的介绍

　　气煤(QM)：属于煤化程度较低、挥发份较高的烟煤。气煤分为四组， Vdaf大于37%，G大于65，Y值不大于25mm，其特点是挥发份特别高，而粘结性较强;气煤的Vdaf大于28%到37%，G大于50到65，其特点是粘结性中等而挥发份稍高。气煤单独炼焦时炼出的焦炭呈细长形，有较多的纵裂纹，易碎，其强度和耐磨性均较差，但炼焦时能产生较多的煤气、焦油与其它化工产品，多数作配合煤用于炼焦。

　　气肥煤(QF)： 是煤化程度和气煤相近、挥发份高、粘结性强的烟煤。单独炼焦时能产生大量的胶质体和煤气，因为析出的气体多，不能生成致密、高强度的焦炭，通常用作炼焦配煤。

　　1/3焦煤：属煤化程度中等，性质介于气煤、肥煤与焦煤之间的过渡煤种，是中等或较高挥发份的较强粘结性煤。单独炼焦时炼出的焦炭强度较高，是配煤炼焦的好原料。

　　肥煤：肥煤是煤化度中等的烟煤。受热到一定温度能产生较多的胶质体，且有极强的粘结性。单独炼焦时，能产生熔融良好的焦炭，焦炭耐磨性特别好。但焦炭有较多的横裂纹，焦根部分有蜂焦，其抗碎强度比焦煤炼得的焦炭要差，是配煤炼焦的重要煤种。

　　焦煤：是烟煤中煤化程度中等或偏高的一类煤，中等挥发份和有较好的粘结性。受热后能产生热稳定性好的胶质体。单独炼焦时，可炼成熔融性好，块度大、裂纹少、抗碎强度高、耐磨性好的焦炭，是一种优质的炼焦用煤。15、25号焦煤结焦性特别好，可单独炼出合格的冶金焦。

　　瘦煤：瘦煤是烟煤中煤化程度较高、挥发份较低的一类煤。受热后能产生一定数量的胶质体，单独炼焦时，炼出的焦炭熔融性差、耐磨性不好、裂纹少、块度较大的焦炭。我国的瘦煤资源较少，一般作为配煤炼焦的原料。

　　二、影响炼焦工艺的煤的主要参数指标

　　灰分：灰分在焦炭中是一个非常有害的组分。煤的灰分全部转化到焦炭中去，使焦炭的含炭量减少，致使高炉中铁水温度下降，渣量增多，为了使渣量易于排出，要添加更多的助溶剂，同时增加焦比，降低高炉的生产效率。另外，焦炭的灰分中含有一些矿物质，如Na2O、K2O等，对焦炭与CO2反应具有催化作用，对焦炭的反应性和反应后强度有很大影响。

　　硫分：煤中的硫大约有80-85%黑心化到 焦炭中去，焦炭的硫会严重影响生铁的质量。在高炉中，硫要靠炉渣排出，这就要增加溶剂，使炉渣的碱度和渣量提高，同时降低高炉的生产效率。而且硫对环境还有很大影响。

　　挥发份：煤的挥发份是表征煤的变质程度的一个重要指标，炼焦配合煤的挥发份最好在28%左右。

　　水份：装炉煤的水份对炼焦生产和焦炭的质量有一定影响。例如，水份含量会影响装炉煤的堆密度，从而影响焦炭的强度。另外，影响焦炉的耗热 量及生产操作等。

　　粘结指数(G)：它是表征煤的粘结能力的指标。它对焦炭的冷、热强度均有很大影响。是炼焦配煤的主要参考指标。

　　胶质层厚度(Y)。它是指煤在加热过程中，形成胶质体过程中瞬间所产生胶质体的最大量。它也是指导炼焦配煤的一个主要指标。

　　除上述几个主要指标外，奥亚膨胀度(b)、基氏流动度、坩埚膨胀序数(CSN)、煤的岩相组成及镜质组最大反射率等。

　　煤的粉碎细度：粉碎细度主要影响到装炉煤的堆密度，另外，对配合煤的粘结性也有一定影响，粒度细，煤的比表面积大，粘结性变差。但如果粒度太粗，大颗粒的惰性物质易在焦炭中形成裂纹中心，影响焦炭的强度。

　　三、配煤

　　①尽可能保证焦炭质量达到规定的指标;

　　②不会产生对炉墙有危险的膨胀压力和引起推焦因难;

　　③在满足焦炭质量的前提下，尽可能多配高挥发份的气煤，降低配合煤成本;

　　④在保证焦炭质量的前提下，尽可能节约焦煤、肥煤等优质资源，合理利用我国的煤炭资源;

　　⑤尽可能降低配煤中的灰分和硫分;

　　⑥力求达到配煤质量稳定，有利于生产和操作;

　　⑦配煤要准确，按规定频次跑盘检查。

　　四、焦炭质量

　　焦炭水分(Mt)

　　作为冶金焦炭供给高炉炼铁生产，焦炭水分波动主要是给高炉入炉焦炭重量的称量造成误差，带来炉况波动，焦炭水分过高会使M04偏高，M10偏低，给转鼓指标带来误差，焦炭水分过高还会将焦粉带入高炉使高炉冶炼时透气性不好，所以保持焦炭水分稳定能为高炉炉温稳定创造条件，一般湿熄焦要求焦炭水分控制在4—6%。

　　焦炭灰分(Ad)

　　焦炭主要组成是碳和灰分，焦炭含碳愈高则含灰就愈少，在高炉冶炼中灰分是有害物质，吸收热量变成炉渣排出。也就是说焦炭中的灰分越高，炼铁的焦比就越高。一般焦炭灰分波动1%，高炉的焦比要波动2.5—3.0%，焦炭灰分的高低，主要取决于原料煤的灰分，煤的灰分在炼焦过程中也是完全转入焦炭中，另外在炼焦生产过程中混入杂质和炼焦不良操作，也会增加焦炭中灰分，炼铁要求焦炭中灰分愈少愈好。

　　焦炭硫分(Std)

　　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%。

　　焦炭挥发分(Vdaf)

　　焦炭挥发分是焦炭被二次加热后，气态析出物的含量，这种含量取决于煤料的变质程度和焦饼最终温度，一般将焦炭挥发分视作焦炭成熟程度的标志。但也不能完全作成熟标志，就是焦饼完全成熟时焦炭的挥发分也含有1.0%左右，这是因为成熟的焦炭它可以吸附CO和O2，在试样干燥后，仍会吸收空气中水气，这些少量水气也是挥发分。在炼焦过程中，未被挥发出来的C、H化合物是极少的，因为在一定温度下，C、H化合物各种形态必然以挥发分析出，冶金焦新国标规定：Vd≤1.8%。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。

　　焦炭的磷分(P)

　　炼铁用的冶金焦含磷量应在0.02—0.03%以下

　　焦炭的固定碳(Fc)

　　焦炭的固定碳是煤经过高温干馏后残留的固态可燃物质，它是焦炭中的主要可燃成分，含碳(C)愈高就表明焦炭热值愈高，使用价值就愈大，它的工业分析计算方法：Fc=100-(Vd+Ad)%

　　焦炭的粒度

　　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。但目前一些钢厂的试验表明，焦炭粒度在40—25毫米为好。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。

　　焦炭的机械强度

　　焦炭的机械强度是冶金焦物理性能的最重要指标，评定焦炭机械性能多种试验方法，目前大都选择转鼓试验。采用米库姆焦炭在转鼓内破坏的机理：

　　米库姆转鼓测定得到的两个指标：M10、M40(或M25)确能很好地表示焦炭的耐磨强度和抗碎强度，也就是我们称之为焦炭机械强度。M10、和M40两个指标既是两个互不相干的因素过程造成的，又是有相关联的，因为一方面是因存的裂纹而破碎成小块时可能产生小于10mm的，也就作为M10考核了。另一方面，因转鼓试验结果得到各粒级的焦炭总和必须等于100%，则M10的波动大了，必然会影响M40指标。

　　焦炭的物理化学性质

　　焦炭的物理化学性质有两项指标表示，即：焦炭的反应性和焦炭的反应后强度，这两项指标都影响高炉生产，在冶金焦炭质量新标准中规定：一级冶金焦CRI≤30%，CSR≥55%。

　　焦炭的反应性(CRI)

　　焦炭在高温条件下与CO2和水蒸气相作用的能力称焦炭的反应性，用CRI表示。

　　C+CO2 = 2CO C+H2O = CO+H2

　　通常用焦炭和CO2反应一定时间后焦炭消耗量占焦炭试样的百分比表示。

　　目前高炉冶炼对焦炭的反应性十分关注，故在《冶金焦炭》新国标中列为其中，要求：CRI%Ⅰ级焦为≤30%，Ⅱ≤35%。

　　焦炭在高炉冶炼过程中的几点：

　　(1)焦炭反应性愈低，在风口回旋区与鼓风反应愈慢，回旋区断面积就增大，炉料下降更均匀。

　　(2)焦炭反应性愈高，在较低温度下就与CO2反应，得不到有效利用。

　　(3)焦炭反应性高最主要的是在高炉中，下部焦炭要经受CO2以及铁氧化物等作用，即产生碳熔反应和焦炭龟裂，结果耐磨性大大降低，形成焦粉进入炉渣中，降低炉渣流动性，使炉内料柱的透气性降低，这就说明：高炉容积愈大，对焦炭的反应性要求愈低，一般要求CRI<30%。

　　焦炭的反应后强度(CSR)

　　焦炭的反应后强度是高炉下部焦炭反应后性能的要求，通常将反应后强度指标称之为热强度。

　　从生产实践证明：焦炭的反应性与反应后强度有着较好的相关关系是：反应性高的焦炭孔孢壁碳熔损大，其反应后强度低;通俗的说：就是焦炭的反应性愈高，则反应后强度就愈低。

　　焦炭反应后强度与高炉内处于软融带强度相一致，它在与高炉下部的透气性有着良好的相关性，一般来说反应性高的焦炭其冷态转鼓指数M10就差，反之，反应性低的焦炭M10就好。若反应性相近似值的焦炭，冷态转鼓强度高，反应后强度也高。

　　焦炭质量要求简要的总结就是：

　　(1)、固定碳(C)含量要高，即灰分和挥发份要低。

　　(2)、有害的杂质硫、磷含量要低。

　　(3)、耐磨和抗碎强度要好。

　　(4)、反应性要低，反应后强度要高。

　　(5)、水份要低而稳定。

　　(6)、焦炭块度要均匀，40～80mm级含量要高，<25mm级含量要低。

　　满足上述要求，可以保证高炉生产达到高产、优质、低耗，还可有效提高利用系数，冶炼强度高，焦比低，得到低硫、磷的优质的生铁。

　　五、配合煤的成份和性质对焦炭质量的影响

　　(1)配合煤的成份和性质决定了焦炭中的固定(C)、灰份(Adt)、硫份(Sed)和磷份(P)的含量。而焦炭的块度和强度在很大程度上也是取决于原料煤的成份和性质。配合煤是由各种单种煤配制而成，也就是说原料煤的成份和性质决定了配合煤的成份和性质。如：配合煤中的硫份和灰份低，说明单种煤的硫份和灰份低，所炼出的焦炭的硫份和灰份也低。比如：在配合煤中增加高挥发份，低变质程度的气煤所炼出的焦炭细长，块度小，若在配合煤中增加焦煤和瘦煤，炼出的焦炭就会使收缩裂纹减少，块度增大。

　　若在配合煤中配有含无机物矿物质增多(也就是所说的灰份)也就会影响焦炭的强度。这说明配合煤的成份和性质是由各单种煤的成份和性质决定的，除此外，配合煤的粉碎细度也会影响焦炭的强度，粉碎细度影响堆比重，由于煤的结构复杂，所粉碎的细度也不一定一样，故此对细度的要求不能一概而论(一般要粉碎粒度小于3mm的要控制在80±3%为好)

　　(2)炼焦加热制度对焦炭质量的影响

　　炼焦加热制度是影响焦炭质量因素之一，而影响焦炉的加热制度的主要因素是炼焦的加热速度和结焦末期的温度，加热速度和结焦末期的温度都与结焦时间有关，结焦时间愈短则加热速度愈快，标准温度就愈高，而结焦末期温度也就高。

　　通过生产实践研究表明：当加快结焦速度时，可使煤在干馏过程中使胶质体的流动性增加，炼出块度小的坚固焦炭，这是好的一面，但是加快结焦速度，也会使焦炭收缩裂纹增加，焦炭的块度变小，强度降低，这又是不利的一面。55孔大型6米焦炉设计的结焦时间为19小时，若结焦时间小于设计结焦时间1小时，则大块焦(>40mm粒度)就降低约6%左右，当然不同的配煤比也有所不同。加快加热速度时，中块冶金焦(25—40mm)就会增加，但平均焦炭的块度也下降了。

　　6米焦炉设计结焦时间为19小时，而宝钢炼焦工艺，同样6米大容积焦炉是采用结焦时间21小时，火落温度控制实际上就是控制炼焦加热速度和结焦末期的温度方法。

　　通过提高结焦末期的温度，可以增加焦炭的耐磨强度(M10)同时也可以减少小于10mm的焦末的产率，但是必须要考虑到在此同时也会减小焦炭的块度，因此造成焦炭最终收缩增加，小裂纹增多，块度变小，整个抗碎强度M40降低。

　　因此，炼焦工艺要求必须要制定合理的加热制度，执行过程中必须要稳定，不可以波动太大，使成熟的焦炭有尽可能小的磨损和得到尽可能大的块度，来保证焦炭强度的质量指标

　　(3)煤料在焦炉炭化室内的堆比重对焦炭质量的影响

　　影响炭化室内煤料的堆比重，也是影响焦炭质量因素之一，其因素很多，如：堆比重是取决于设计炭化室的高度，装煤操作方式，煤料在炭化室里的形状，配煤的细度和水等都能影响堆比重。对影响焦炭质量而言，增加炭化室内煤料的堆比重，可以使煤料在干馏过程紧密结合，由此获得机械强度较高的焦炭，使M40%上升M10%下降。

　　当今，国内外炼焦工艺增加装煤的堆比重的方式有：进行煤干燥预热或增设煤调湿工艺，增加配型煤工艺，捣固炼焦，采用高炭化室大容积焦炉，提高加煤速度等都能增加装炉煤的堆比重，达到改善和提高焦炭质量的目的。

　　从上述分析三大因素影响冶金焦炭质量的原因，针对不利焦炭质量的因素是作为炼焦生产工艺控制焦炭质量的原则和手段，以达到提高焦炭质量目的

　　(4)提高焦炭质量的其它途径

　　提高焦炭质量除了主要从炼焦工艺的主要因素着手，还要从其它方面来保证焦炭质量进一步提高。

　　对焦炭进行整粒，使经进一步整粒的冶金焦块度趋于均匀，转鼓强度也相应的提高，进入高炉后，可以改善炉料的透气性，有利于高炉增产和降低焦比。实践证明冶金焦的粒度并不是愈大愈好，在国外和国内的一些厂家反复试验应用粒度大于80mm或100mm普通焦炭高炉生产焦比要上升，采用小于80mm的冶金焦，焦比就下降，若高炉采用经整粒后的25—75mm的冶金焦，使高炉焦比大大降低。所采用整粒方法就是用切焦机对大于80mm以上的焦块进行破碎。经切焦机破碎的焦炭机械强度明显得到提高。

　　实现全干熄。干熄焦与湿熄焦相比，通过比对，干熄焦可使M40提高3—5%，M10降低0.5—0.8%，粒度更均匀，这样的粒度有利于高炉反应和降低焦比。

　　通过配30—40%型煤可以提高堆比重，型煤的导热性比粉煤好，型煤先在高温下软化熔融，使胶质体流入粉煤，由于型煤的膨胀压力大，挤压周围的粉煤，均使整体煤料粘结性进一步改善，另外，由于制取型煤时所添加粘合剂，又对弱粘结性煤起到改质作用。配一定量型煤(30—40%)，可以改善焦炭的冷、热态性能，也可以使焦炭质量逐步提高。