焦爐-焦炭的生產(chǎn)

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1、單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,2010/11/12,#,焦爐,-,焦炭的生產(chǎn),焦爐,-,焦炭的生產(chǎn),焦爐是生產(chǎn)焦炭的設(shè)備。目前大型焦爐為一座焦爐年產(chǎn)焦炭,100,萬噸。并將生產(chǎn)焦炭過程的副產(chǎn)品進行綜合利用。焦爐壽命已達到,40,年,使用壽命。,焦炭作用,-,燃燒反應(yīng),高爐冶煉的燃料主要是焦炭，焦炭所含的碳素，除少數(shù)消耗于直接還原和溶入生鐵外，絕大部分下降至風口與熱風中的氧進行燃燒反應(yīng)。焦炭在風口發(fā)生燃燒反應(yīng)，一般生成,CO,2,和,CO,兩種產(chǎn)物。在高爐特定條件下，由于有過量的灼熱碳素存在，完全燃燒生成的,CO,2,在高溫下與固體碳作用生成

2、,CO,，稱此反應(yīng)為碳的氣化反應(yīng)。,C,焦,O,2,CO,2,C,焦,CO,2,2CO,總反應(yīng)式：,2C,焦,CO,2CO,硅磚制品的性能,技術(shù)特點,:,抗,灰渣及其它,化學(xué)侵蝕性能好。,長期耐高溫而不改變高溫性能，如不熔化、不軟化，其中典型的產(chǎn)品硅磚具有荷重變形溫度高、波動在,1640,1680,間、接近鱗石英和方石英的熔點（,1670,、,1723,）；,并能承受一定的壓力及機械負荷而不變形，,耐磨性好。熱膨脹率低，抗高溫蠕變性能好，高溫體積穩(wěn)定。在高溫下有較好的導(dǎo)熱性能。,焦爐,-,焦炭的生產(chǎn),焦爐是生產(chǎn)焦炭的設(shè)備。目前大型焦爐為一座焦爐年產(chǎn)焦炭,100,萬噸。并將生產(chǎn)焦炭過程的副產(chǎn)品進

3、行綜合利用。焦爐壽命已達到,40,年使用壽命。,煉焦工藝簡介,現(xiàn)代焦炭生產(chǎn)過程分為洗煤、配煤、煉焦、熄焦及煤氣和化工回收處理等工序。,1,洗煤 原煤在煉焦前洗選，目的是降低煤中灰分和洗除其他雜質(zhì)。,2,配煤 是將各種結(jié)焦性不同的煤經(jīng)洗選后，按一定比例配合煉焦。目的是在保證焦炭質(zhì)量的前提下，節(jié)約日趨減少的主焦煤，盡可能多獲得一些化工產(chǎn)品。,焦爐,-,焦炭的生產(chǎn),3,煉焦 將配好的煤料，裝入煉焦爐的炭化室，在隔絕空氣的條件下，由兩側(cè)燃燒室供熱，隨溫度升高經(jīng)干燥、預(yù)熱、熱分解、軟化、半焦、結(jié)焦成具有一定強度的焦炭。煤結(jié)焦過程變化如下：,A,干燥和預(yù)熱（,50,200,）煤中水分蒸發(fā)和放出,CH,4,

4、和,CO,2,等氣體,B,熱分解（,200,300,）放出氣體揮發(fā)物,焦爐,-,焦炭的生產(chǎn),C,軟化（,300,500,）產(chǎn)生膠質(zhì)體,D,（,500,800,）析出大量液體焦油及氣體揮發(fā)物，形成多孔半焦,E,成焦（,500,800,）產(chǎn)生較大的體積收縮，并開始炭化最后形成焦炭。經(jīng)過一個結(jié)焦周期（,14,18h,），由推焦機把焦炭從炭化室推出。,焦爐,-,焦炭的生產(chǎn),4,熄焦 熾熱的焦炭由熄焦車送出噴水熄焦、涼焦、或用,CO,2,、,惰性氣體等逆流穿過紅焦層進行熱交換，焦炭冷卻到,200,以下，惰性氣體則升溫至,800,左右，送到余熱鍋爐生產(chǎn)蒸汽，這就是干熄焦法。這種方法對環(huán)境污染小，焦炭質(zhì)量高

5、，同時可回收大量顯熱。我國正在推廣此法。,焦爐,-,焦炭的生產(chǎn),5,煤氣和化工產(chǎn)品回收 煉焦過程不僅產(chǎn)出焦炭，同時還逸出高熱值的煤氣及其他可提取化工產(chǎn)品的原料。每,1000kg,干精煤約可獲得冶金焦,750kg,煤焦油,15,34kg,氨,1.5,2.6kg,粗苯,4.5,10kg,焦爐煤氣,290,350M,3,硅磚制品的性能,硅磚制品的性能,技術(shù)特點,:,抗,灰渣及其它,化學(xué)侵蝕性能好。,長期耐高溫而不改變高溫性能，如不熔化、不軟化，其中典型的產(chǎn)品硅磚具有荷重變形溫度高、波動在,1640,1680,間、接近鱗石英和方石英的熔點（,1670,、,1723,）；,并能承受一定的壓力及機械負荷而

6、不變形，,耐磨性好。熱膨脹率低，抗高溫蠕變性能好，高溫體積穩(wěn)定。在高溫下有較好的導(dǎo)熱性能。,SiO,2,的同質(zhì)多晶轉(zhuǎn)變,SiO,2,的同質(zhì)多晶轉(zhuǎn)變,SiO,2,在常壓下有七個多晶轉(zhuǎn)變和一個非晶型變體，即,-,石英、,-,石英、,-,鱗石英、,-,鱗石英、,-,鱗石英、,-,方石英、,-,方石英和石英玻璃。,鱗石英的生成和存在必須有雜質(zhì)離子（或礦化劑）存在,。,在純,SiO,2,系統(tǒng)中，只有石英和方石英兩種變體。,礦化劑的作用是加速石英在燒成時轉(zhuǎn)變?yōu)榈兔芏鹊淖凅w（鱗石英和方石英）而不顯著降低其耐火度它還能防止磚坯燒成時因發(fā)生急劇膨脹而產(chǎn)生的松散和開裂,SiO,2,的同質(zhì)多晶轉(zhuǎn)變,從,SiO,2,

7、系統(tǒng)狀態(tài)圖看，方石英熔點,1723,、鱗石英是,1670,、石英是,1600,。但方石英具有較高的體積穩(wěn)定性。硅磚中鱗石英具有矛頭狀雙晶相互交錯的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，因而使磚具有較高的荷重軟化溫度及機械強度。一般希望燒成后硅磚中含大量鱗石英、方石英次之、而殘余石英越低越好。,硅磚中,SiO,2,變體的加熱晶型轉(zhuǎn)變示意圖,-,鱗石英,117,-,石英,-,鱗石英,-,方石英,573 163 180270,-,石英,870 -,鱗石英,1470 -,方石英,1713,玻璃相,-1250 -,SiO,2,變體加熱晶型轉(zhuǎn)變的體積變化,轉(zhuǎn)變溫,結(jié)晶狀態(tài)轉(zhuǎn)化,線膨脹率,%,體積膨脹率,%,117-163,-,鱗石英

8、,-,鱗石英,+0.17,+0.5,200-270,-,方石英,-,方石英,+1.0,+2.0,+2.8,573,-,石英,-,石英,+0.26,+0.45,+0.86,+1.3,870-1470,-,石英,-,鱗石英,+5.55,+14.4,1250,-,石英,-,方石英,+6.00,+17.4,1470-1723,-,鱗石英,-,方石英,+1.05,1670,-,鱗石英,-,液相,+1.05,1723,-,方石英,-,液相,0.1,SiO,2,的同質(zhì)多晶轉(zhuǎn)變,SiO,2,變體加熱晶型轉(zhuǎn)變,1,石英的熱力學(xué)穩(wěn)定范圍是從低溫至,870,2,鱗石英的熱力學(xué)穩(wěn)定范圍是從,870,到,1470.,3

9、,方石英的熱力學(xué)穩(wěn)定范圍是從,1470,至熔化溫度,.,SiO,2,變體加熱晶型轉(zhuǎn)變,礦化劑的作用是加速石英在燒成時轉(zhuǎn)變?yōu)榈兔芏鹊淖凅w,(,鱗石英和方石英,),而不顯著降低其耐火度,.,它還能防止磚坯燒成時因發(fā)生急劇膨脹而產(chǎn)生的松散和開裂,.,石英轉(zhuǎn)變?yōu)轺[石英或方石英時,在礦化劑很少或幾乎沒有時,-,石英,就形成,-,方石英,這種轉(zhuǎn)變稱為,干轉(zhuǎn)化,.,在干轉(zhuǎn)化時,由于磚體的不均勻體積膨脹很大,而又無液相緩沖應(yīng)力,因而引起制品結(jié)構(gòu)松散和開裂,不可能制得良好的制品,.,硅磚制品的性能,礦化劑與,SiO,2,的共熔溫度：,Na,2,O-SiO,2,(728,),FeO-SiO,2,(1178,),M

10、nO-SiO,2,(1291,),CaO-SiO,2,(1436,),MgO-SiO,2,(1543,),TiO,2,-SiO,2,(1550),礦化劑與氧化硅形成液相的共熔溫度愈低,愈有利于燒成中形成的方石英通過液相向鱗石英轉(zhuǎn)變,礦化劑作用愈強,鱗石英愈多,晶粒愈大,.,硅磚生產(chǎn)工藝流程,硅磚燒成過程中物理化學(xué)變化,硅磚燒成過程中物理化學(xué)變化在,150,以下從磚體排出殘余水分。在,450,時，,Ca(OH),2,開始分解，,450,500,時,Ca(OH),2,脫水完畢，硅石顆粒與石灰的結(jié)合破壞，坯體強度大為降低。,550,650,范圍內(nèi)，,-,石英轉(zhuǎn)變?yōu)?-,石英，并伴有,0.82%,體積

11、膨脹,硅磚燒成過程中物理化學(xué)變化,600,700,間，,CaO,與,SiO,2,的固相反應(yīng)開始，坯體強度有所增加，反應(yīng)式為：,2CaO,SiO,2,-2CaO,SiO,2,2CaO,SiO,2,SiO,2,2(CaO,SiO,2,),1000,1100,有固熔體狀,-CaO,SiO,2,與,FeO,SiO,2,生成,-CaO,SiO,2,FeO,SiO,2,CaO,SiO,2,FeO,SiO,2,硅磚燒成過程中物理化學(xué)變化,CaO,SiO,2,FeO,SiO,2,部分地或全部地與雜質(zhì)和礦化劑作用生成液相。同時磚坯強度急劇提高。,從,1100,開始，石英的轉(zhuǎn)變速度大大增加，坯體的密度也顯著下降，

12、此時磚坯體積由于石英轉(zhuǎn)變?yōu)榈兔芏茸凅w而大為增加。,硅磚燒成過程中物理化學(xué)變化,在,1300,1350,時，由于鱗石英和方石英數(shù)量增加，坯體密度降低得很多。當加熱到,1350,1430,時，石英的轉(zhuǎn)變程度和由此產(chǎn)生的磚體膨脹大大增加，在這一溫度范圍內(nèi)，加熱得越緩慢，石英熔于液相再結(jié)晶生成的鱗石英量越多，方石英生成量越少，磚體生成裂紋的可能性也越小。,硅質(zhì)耐火材料特點,硅質(zhì)耐火材料特點,1,殘余石英,1%,鱗石英,65%,2,硅質(zhì)耐火材料燒成綜合膨脹約為,3%,，燒成廢品率高，容易出現(xiàn)磚表面裂紋。,硅質(zhì)耐火材料特點,為什么要選用二氧化硅質(zhì)耐火材料作為焦爐用耐火材料,1.,由鱗石英相的特性所決定,2

13、.,性能價格比最優(yōu)（材料本身的性價比與工程造價的性價比、,1500,50Hrs蠕變0.2,%,）,硅質(zhì)耐火材料特點,八十年代當我們開始研制大型焦爐用優(yōu)質(zhì)硅磚時所面臨的問題：,1,殘余石英高（含量約,3,5%,）、優(yōu)質(zhì)硅磚要求,1.5%,。,2,成品率太低（實際成品率約,30%,）、正常成品率應(yīng)該是（,85,93%,）主要廢品是表面裂紋、尺寸公差。,硅質(zhì)耐火材料特點,1,如何降低殘余石英含量？選用的硅石在加熱過程中易于轉(zhuǎn)化、添加礦化劑、降低顆粒的臨界粒度、延長燒成時間、添加適量廢磚等,硅質(zhì)耐火材料特點,如何提高硅磚成品率？,1,原料混合均勻,2,半成品的干燥,110,脫水、,500,左右,Ca(

14、OH),2,3,成型過程工藝的合理性,4,燒成過程溫度升溫速度和窯內(nèi)溫度均勻性,晶型轉(zhuǎn)變過程,熱風爐,熱風爐,高爐冶煉過程是一個連續(xù)生產(chǎn)過程，全過程是在爐料自上而下、煤氣自下而上相互接觸過程中完成。爐料按一定料批從爐頂裝入爐內(nèi)，從風口鼓入由熱風爐加熱到,1000,1300,的熱風，爐料中焦炭在風口前與鼓風中的氧發(fā)生燃燒反應(yīng)，產(chǎn)生高溫和還原性氣體，并還原鐵礦石中鐵氧化物為金屬鐵，礦石中未被還原的物資形成熔渣，實現(xiàn)渣鐵分離。,耐火材料在熱風爐上的應(yīng)用示意圖,熱風爐用耐火材料,1,、熱風爐的類型,熱風爐是高爐的主要熱工設(shè)備，一般每座高爐配置,3,4,座熱風爐。目前主要有外燃式、內(nèi)燃式、頂燃式、球式等

15、幾種類型。全國數(shù)以千計的熱風爐，除小型高爐采用球式外，大多數(shù)都采用不同類型的外燃式、內(nèi)燃式、頂燃式熱風爐。具統(tǒng)計，熱風爐爐型采用外燃式的有,63,座，占調(diào)查熱風爐總數(shù)的,14.29%,；采用內(nèi)燃式的有,303,座，占調(diào)查熱風爐總數(shù)的,68.7%,；頂燃式,62,座，占調(diào)查熱風爐總數(shù)的,14.06%,；球式,13,座，占調(diào)查熱風爐總數(shù)的,2.94%,。,熱風爐,根據(jù)我國高爐原料、燃料與操作技術(shù)條件，至少在一代高爐爐役期內(nèi)，使用,1150,1200,的高風溫是比較切合實際的。少數(shù)達到,1200,1250,，高于,1250,，由于熱風爐殼體的晶間應(yīng)力腐蝕破壞，長期操作是不安全的。,熱風爐對耐火材料的

16、要求,熱風爐耐火材料長期受重負荷和熱負荷的作用，還受溫度劇變的影響，此外還受含塵熱氣流的沖刷和侵蝕，其中蠕變變形是熱風爐損毀的最主要原因。,拱頂耐火材料在高溫和荷重的作用下收縮變形，導(dǎo)致砌體下陷，爐墻和隔墻隨熱風爐的大型化更易收縮和蠕變而變形、傾斜和倒塌；同時由于周期性的溫度波動使耐火材料在熱應(yīng)力的作用下開裂而損毀；另外，燃氣中的,Fe,2,O,3,、,CaO,、,MgO,、,Na,2,O,、,K,2,O,、,ZnO,等成分的作用而使耐火材料軟化變形而損毀。,熱風爐對耐火材料的要求,在選擇耐火材料時，要求耐火材料具有：,1,）高溫強度及熱穩(wěn)定性好；,2,）抗蠕變能力強；,3,）抗熱震性好；,4,）熱容量大，換熱效率好。,熱風爐用耐火材料,1,）拱頂及大墻高溫區(qū)：硅磚、莫來石磚、硅線石、紅柱石磚或低蠕變高鋁磚；,2,）蓄熱室：蓄熱室上部采用硅質(zhì)格子磚，蓄熱室中部采用低蠕變高鋁磚、莫來石磚、硅線石、紅柱石磚等，蓄熱室下部一般采用黏土磚。,3,）燃燒室：硅磚、莫來石磚、或低蠕變高鋁磚、黏土磚。,4,）陶瓷燃燒器：莫來石質(zhì)或堇青石莫來石質(zhì),熱風爐,高溫蠕變,當材料在高溫下承受小于其極限強度的某