焦爐-焦炭的生產

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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,焦爐,-,焦炭的生產,焦爐是生產焦炭的設備。目前大型焦爐為一座焦爐年產焦炭,100,萬噸。并將生產焦炭過程的副產品進行綜合利用。焦爐壽命已達到,40,年,使用壽命。,焦炭作用,-,燃燒反應,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。焦炭在風口發(fā)生燃燒反應，一般生成,CO,2,和,CO,兩種產物。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,，稱此反應為碳的氣化反應。,C,焦,O,2,CO,2,C,焦,CO,2,2CO,總反應式：,2C,焦,CO,2CO,硅磚制品的性能,技術特點,:,抗,灰渣及其它,化學侵蝕性能好。,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熱性能。,焦爐,-,焦炭的生產,焦爐是生產焦炭的設備。目前大型焦爐為一座焦爐年產焦炭,100,萬噸。并將生產焦炭過程的副產品進

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。,2,配煤 是將各種結焦性不同的煤經洗選后，按一定比例配合煉焦。目的是在保證焦炭質量的前提下，節(jié)約日趨減少的主焦煤，盡可能多獲得一些化工產品。,焦爐,-,焦炭的生產,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，由兩側燃燒室供熱，隨溫度升高經干燥、預熱、熱分解、軟化、半焦、結焦成具有一定強度的焦炭。煤結焦過程變化如下：,A,干燥和預熱（,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,C,軟化（,300,500,）產生膠質體,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,）產生較大的體積收縮，并開始炭化最后形成焦炭。經過一個結焦周期（,14,18h,），由推焦機把焦炭從炭化室推出。,焦爐,-,焦炭的生產,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，送到余熱鍋爐生產蒸汽，這就是干熄焦法。這種方法對環(huán)境污染小，焦炭質量高

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,5,煤氣和化工產品回收 煉焦過程不僅產出焦炭，同時還逸出高熱值的煤氣及其他可提取化工產品的原料。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,技術特點,:,抗,灰渣及其它,化學侵蝕性能好。,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熱性能。,SiO,2,的同質多晶轉變,SiO,2,的同質多晶轉變,SiO,2,在常壓下有七個多晶轉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)生急劇膨脹而產生的松散和開裂,SiO,2,的同質多晶轉變,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)絡結構，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,變體加熱晶型轉變的體積變化,轉變溫,結晶狀態(tài)轉化,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,的同質多晶轉變,SiO,2,變體加熱晶型轉變,1,石英的熱力學穩(wěn)定范圍是從低溫至,870,2,鱗石英的熱力學穩(wěn)定范圍是從,870,到,1470.,3

9、,方石英的熱力學穩(wěn)定范圍是從,1470,至熔化溫度,.,SiO,2,變體加熱晶型轉變,礦化劑的作用是加速石英在燒成時轉變?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)生急劇膨脹而產生的松散和開裂,.,石英轉變?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,這種轉變稱為,干轉化,.,在干轉化時,由于磚體的不均勻體積膨脹很大,而又無液相緩沖應力,因而引起制品結構松散和開裂,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變,礦化劑作用愈強,鱗石英愈多,晶粒愈大,.,硅磚生產工藝流程,硅磚燒成過程中物理化學變化,硅磚燒成過程中物理化學變化在,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合破壞，坯體強度大為降低。,550,650,范圍內，,-,石英轉變?yōu)?-,石英，并伴有,0.82%,體積

11、膨脹,硅磚燒成過程中物理化學變化,600,700,間，,CaO,與,SiO,2,的固相反應開始，坯體強度有所增加，反應式為：,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變化,CaO,SiO,2,FeO,SiO,2,部分地或全部地與雜質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變?yōu)榈兔芏茸凅w而大為增加。,硅磚燒成過程中物理化學變化,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，石英的轉變程度和由此產生的磚體膨脹大大增加，在這一溫度范圍內，加熱得越緩慢，石英熔于液相再結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。,硅質耐火材料特點,硅質耐火材料特點,1,殘余石英,1%,鱗石英,65%,2,硅質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。,硅質耐火材料特點,為什么要選用二氧化硅質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)質硅磚時所面臨的問題：,1,殘余石英高（含量約,3,5%,）、優(yōu)質硅磚要求,1.5%,。,2,成品率太低（實際成品率約,30%,）、正常成品率應該是（,85,93%,）主要廢品是表面裂紋、尺寸公差。,硅質耐火材料特點,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溫度均勻性,晶型轉變過程,熱風爐,熱風爐,高爐冶煉過程是一個連續(xù)生產過程，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，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，產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備，一般每座高爐配置,3,4,座熱風爐。目前主要有外燃式、內燃式、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，占調查熱風爐總數(shù)的,14.29%,；采用內燃式的有,303,座，占調查熱風爐總數(shù)的,68.7%,；頂燃式,62,座，占調查熱風爐總數(shù)的,14.06%,；球式,13,座，占調查熱風爐總數(shù)的,2.94%,。,熱風爐,根據(jù)我國高爐原料、燃料與操作技術條件，至少在一代高爐爐役期內，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：莫來石質或堇青石莫來石質,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