焦炉相关基础知识

焦炉相关基础知识高跟玉足 ◆焦炭分级标准 焦炭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炭的力度和抗碎强度，其指标一般以裂纹度（指单位体积焦炭内的裂

◆焦炭分级标准

焦炭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炭的力度和抗碎强度，其指标一般以裂纹度（指单位体积焦炭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（只焦炭气孔体积占总体积的百分数）来表示，它影响到焦炭的反应性和强度。不同用途的焦炭，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。

焦炭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炭，裂纹多，气孔率高，强度低；而以焦煤作为基础煤炼得的焦炭裂纹少、气孔率低、强度高。焦炭强度通常用抗碎强度和耐磨强度两个指标来表示。焦炭的抗碎强度是指焦炭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；焦炭的耐磨强度是指焦炭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。焦炭的裂纹度影响其抗碎强度 M40 值，焦炭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。

知识拓展：

从标准来解释：

一级焦：

灰分≤11.9

碳分≤0.6

抗碎强度M25/%≥92

M40/%≥83

挥发分≤1.6

反应性≤24

反应后强度≥65

二级焦：

硫：0.4

炭：84-85

三级焦：

交货物方式： 车板

规格（mm）： 末煤

挥发份：15-18

灰 份：25

含 硫：<1.2

焦碳参数：

1 、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% 。

2 、焦炭中的磷分：炼铁用的冶金焦含磷量应在 0.02 — 0.03% 以下。

3 、焦炭中的灰分：焦炭的灰分对高炉冶炼的影响是十分显著的。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。

4 、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。

5 、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 M04 偏高， M10 偏低，给转鼓指标带来误差。

6 、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。

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。

◆焦炉废气设备和焦化设备

一、废气盘

废气盘又叫交换开闭器，是控制调节进入焦炉的空气、煤气及排出废气的装置。

焦炉煤气加热，叉部的两个空气盖板均与交换链连接，用砣盘开闭废气。上升气流时，砣盘落下，空气盖板提起；下降气流时则相反。砣杆提起高度和砣盘落下后的严密程度对气流有影响，故要求砣杆提起高度应一致，砣盘严密。还应保证废气盘与小烟道及烟道弯管的联接处严密。废气流量则主要取决于吸力。

二、交换设备

1、焦炉加热系统交换工艺

交换都要经历三个基本过程：关煤气―――废气与空气进行交换―――开煤气。

1）煤气必须先关，以防加热系统中有剩余煤气，易发生爆炸事故。

2）煤气关闭后，有一短暂的间隔时间进行空气和废气的交换，可以使残余的煤气完全烧尽。

3）空气和废气交换后，也有短暂的间隔时间打开煤气，可以使燃烧室内有足够的空气，煤气进去后能立即燃烧。

焦炉煤气加热时，上升气流蓄热室仅用以预热空气，格子砖的换热能力有富余，故可间隔30分钟换向一次。当几座焦炉同用一个加热煤气总管时，为防止换向时煤气压力变化幅度太大，影响焦炉正常加热，故几座焦炉不能同时换向，一般可相差5分钟。

焦炉煤气的交换，煤气拉条带动煤气交换旋塞的搬把运行，交换旋塞转45°，使煤气关闭。其间经废气、空气交换后，焦炉煤气拉条再运行，旋塞再转45°，煤气仍处于关闭状态，除碳孔与砖煤气道接通。由另一根焦炉煤气拉条所带动的另一组煤气交换旋塞同时动作，但与其相反，即先转45°，关掉除碳孔，经空气与废气交换后，再转45°使煤气打开。下一交换则相反，依此反复。这样的交换过程可以避免煤气与除碳空气立即接触，减少交换爆鸣的可能。

◆焦炉护炉设备基础知识

一、护炉设备的作用

护炉设备的主要作用是利用可调节的弹簧的势能，连续地向砌体施加足够的、分布均匀合理的保护性压力，使砌体在自身膨胀和外力作用下仍能保持完整、严密，从而保证焦炉的正常生产。

1、炉体纵向膨胀及护炉设备的作用

炉体纵向膨胀靠设在斜道区和炉顶区的膨胀缝吸收，正常情况下，抵抗墙只产生有限的向外倾斜，砌体在纵向膨胀时对两端抵抗墙产生向外的推力。与此同时，抵抗墙和纵拉条的合结构给砌体以保护性压力。纵拉条失效是抵抗墙向外倾斜的主要原因，这不仅不利于炉体的严密性，而且使炭化室墙呈扇形向外倾斜。

2、炉体横向膨胀及护炉设备的作用

炉体横向（即燃烧室长向）膨胀不设膨胀缝，烘炉期间，随炉温升高炉体横向逐渐伸长。投产后4 .2 年内，由于二氧化硅继续向鳞石英转化，炉体继续伸长，以后逐渐稳定。正常情况下，年伸长量在5mm以下。要求护炉设备加给砌体的高向保护性压力，应同各部位的膨胀量相适应。

3、护炉设备的其它作用

在结焦过程中煤料膨胀以及推焦时焦饼压缩所产生的侧压力，使燃烧室整体受弯曲应力，在伸长的一侧产生拉应力。炉墙内从炭化室侧到燃烧室侧的温差，也使炭化室墙产生拉应力。因此护炉设备的作用也在于用保护性压力来抵消这些拉应力。此外，开关炉门时炉体受到强大的冲力。摧焦时焦饼被压缩后产生的静弯摩擦力等，都需要护炉设备将砌体箍紧，才能具有足够的结构强度。另外，炉柱还是机焦侧操作台和集气管等设备的支架。

二、保护板和炉门框

保护板与炉门框的主要作用是将保护性压力均匀合理地分布在砌体上，同时保证炉头砌体、保护板、炉门框和炉门刀边之间的密封。因此，要求其紧靠炉头且弯曲度不能过大。

炉门框是固定炉门的，为此要求炉门框有一定的强度和刚度，加工面应光滑平直，以使与炉门刀边严密接触，密封炉门。炉门框安装时，应垂直对正，四周均匀填好密封材料，并使其压紧。炉门框周边的筋可以减少炉门冒出的烟火直接接触炉柱，起保护炉柱的作用，故不能过矮。生产中，炉门框的刀封面应保持清洁，炉门刀边才能与其严密接触，避免冒烟冒火。

三、炉柱、拉条和弹簧

1、炉柱的作用

炉柱是用工字钢（或槽钢）焊接而成的，也可由特制的方型的空心钢制成，安装在机、焦侧炉头保护板的外面，由上下横拉条将机、焦两侧的炉柱拉紧。上部横拉条的机侧和下部横拉条的机焦两侧均装有大弹簧。焦侧的上部横拉条因受焦并推出时烧烤，故不设弹簧。炉柱内沿高向装有若干小弹簧。炉柱是护炉设备的最主要的部件。

炉柱的作用就是将弹簧的压力传给炉体，只要这个压力使砖的裂缝和砖缝始终处于压缩状态，就可以控制炉体伸长，使炉体完整严密。炉柱还起着架设机、焦侧操作台、支撑集气管的作用。

生产上一般采用三线法测量炉柱的曲度。三线法是在焦炉两端抵抗墙，分别在炉门上下横铁和篦子砖的标高处，设置上中下三个测线架沿焦炉炉组方向安装三条直径为1～1.5mm的用松紧器拉紧的细丝，三条线应在同一垂直平面上，不使碰触任何物体，然后测出从炉柱到钢丝的水平距离，其计算公式为：

W＝(a-b)+(c-d)h/ H

W---炉柱曲度

a---上线到炉柱的距离

b---中线到炉柱的距离

c---下线到炉柱的距离

h---上线到中线的距离

H---上线到下线的距离

炉柱曲度的测量周期规定：每月测量一次，炉柱每年刷油保养一次。在测量时，注意视线垂直于钢板尺，钢板尺应水平放置，尺上的刻度线应平行于钢丝线，读出钢丝到各测定点的距离，并作好记录。测量数据必须与上次的测量数据相比较，超过允许公差时，应及时找出原因，并加以处理。炉柱曲度正常不超过25mm，调节时应结合弹簧压力，炉柱与保护板间隙的情况综合考虑。曲度最大不能超过50mm。在确定炉柱曲度时，应注意到由公式法或图表法得出的曲度应减去炉柱自由状态下的曲度，才是由于炉体膨胀使炉柱产生的实际曲度。

2、拉条

焦炉用的拉条分为横拉条和纵拉条两种。横拉条系用∮50mm的圆钢制成，沿燃烧室长向安装在炉顶和炉底。上部拉条放在炉顶的砖槽沟内，下部拉条埋设在机、焦侧的炉基平台里。拉条的材质一般为低碳钢。它在250~350℃时强度极限最大，延伸率最低，随温度的升高，强度显著下降，延伸率增大。上升管孔，装煤孔等温度较高处拉条直径往往变细，上升管附近除温度较高外，还有氨水的腐蚀，故拉条变细更快。拉条变细可由大弹簧的负荷经常变小来发现。

纵拉条是由扁钢制成，设于炉顶。其作用是沿炉组长向拉紧两端抵抗墙，以控制焦炉的纵向膨胀。纵拉条两端穿在抵抗墙内，并设有弹簧组，保持一定的负荷。纵拉条对炉组，特别是对保持端部燃烧室的完好十分重要。

3、弹簧

分大小弹簧两种。由大小弹簧组成弹簧组，安装在焦炉机、焦侧炉柱的上下横拉条上。炉柱的高向不同部位还装有几组小弹簧。弹簧能反映出炉柱对炉体施加的压力，使炉柱靠紧保护板，又能控制炉柱所受的作用力，以免炉柱受力过大。炉柱上下弹簧组所受的压力，指示出炉体所受的总负荷。小弹簧所受的压力只能指示出各点负荷的分布情况。

弹簧在最大负荷范围内，负荷与压缩量成正比。烘炉和生产过程中，弹簧的负荷必须经常检查和调节。生产中弹簧的测量周期一般为每月测量一次，按选好的测量点，进行大小弹簧压缩量的测定，并作好准确记录。测量结束，根据测量数值按弹簧的压力，确定弹簧的负荷值，并填好记录表。弹簧压力超过规定值时，根据炉柱曲度，炉柱与保护板间隙的情况，综合考虑调节。

应经常检查各弹簧的工作状态。各弹簧、拉条丝扣的清扫、加油每季一次，使弹簧压紧炉柱，发现弹簧有压靠或断裂时，及时更换，但必须采取有效措施，防止炉柱外移。

弹簧在安装前必须进行测试，测出各弹簧的压缩量与负荷的关系，然后编组登记，分部位分组安装。各组弹簧的测试数据应作为原始资料保存，以备检查对照。上部大小弹簧组在长期的生产使用中易发生弹性疲劳现象，明火烧烤会加速疲劳。一经发现失效弹簧应及时处理。大小弹簧组加保护罩可以延长使用寿命。

四、炉门

焦炉的炉门一般均采用铁对铁自封式，即刀边炉门， 炉门的严密对防止冒烟冒火和炉框、炉柱变形、失效有密切关系。因此，通常不属于护炉设备的炉门实际上是很重要的护炉设备。

炉门的外壳由生铁铸成，外壳上设有提钩，刀边支架和顶丝装置，还附有安挂炉门的横铁.和螺栓，炉门上的横铁卡在炉门框的挂钩上，炉门安放在炉门框中间。安炉门时，拧紧横铁螺栓。摘门时，先放松螺拴，转动横铁脱离挂钩，就可取下炉门。炉门内侧没有砖槽，槽内砌粘土砖衬砖，衬砖太薄时，炉头保温不好，散热量大，增加边火道的热负荷，易使炉头温度降低，出现炉头生焦，降低焦炭质量。

炉门刀边是否完好，与防止冒烟冒火关系很大。为此，当炉门摘下后，要立刻清扫刀边、炉门框和炉门衬砖上的焦油渣及焦粉等残留物质。否则残余物越积越厚，炉门刀边将逐渐失去自封作用，造成冒烟冒火。

炉门由于摘挂频繁，且与大气接触，温度变化剧烈，所以炉门刀边和衬砖易损坏。为此，焦炉都设有炉门修理站，按计划循环进行炉门修理工作。

敲打刀边炉门刀边用扁钢制成，靠螺栓固定。调节时，将螺冒松开，敲打固定卡子，使刀边紧靠炉门框。国外推荐一种带凸轮卡子的刀边，它是用一块带凸轮的卡子卡住刀边，凸轮顶住刀边，当外力加于刀边上时，同刀边接触的凸轮半径将随螺栓转动而增大，从而防止刀边后退。

◆焦炉炉体结构及炉型介绍

一、焦炉炉型的分类

根据火道结构形式的不同，焦炉可分为二分式焦炉，双联火道焦炉及少数的过顶式焦炉。根据加热煤气种类的不同，焦炉可分为单热式焦炉和复热式焦炉。根据煤气入炉的方式不同，焦炉可分为下喷式焦炉和侧入式焦炉。

二、现代焦炉的结构

现代焦炉虽有多种炉型，但都有共同的基本要求：①焦并长向和高向加热均匀，加热水平适当，以减轻化学产品的裂解损失。②劳动生产率和设备利用率高。③加热系统阻力小，热工效率高，能耗低。④炉体坚固、严密、衰老慢、炉龄长。⑤劳动条件好，调节控制方便，环境污染少。

1、炭化室

增大炭化室的容积是提高焦炉生产能力的主要措施之一。

(1)、炭化室的长度

大型焦炉一般为13～16米，随着长度的增加，焦炉的生产能力成比例地增加，长度增加的极限取决于技术装备的条件。炭化室的有效长度取决于炉门及衬砖的厚度，此厚度一般为365～420mm。

(2)、炭化室的高度

大型焦炉一般为4～6米。增加高度可以增加焦炉的生产能力，且由于煤料堆密度的增加而有利于焦炭质量的提高，但受到高向加热均匀性的限制，而且炉门、炉门框生产时的清扫都将增加困难。

（3）炭化室宽度

炭化室的宽度对焦炉的生产能力与焦炭质量均有影响，增加宽度虽然焦炉的容积增大，装煤量增多，但因煤料传热不良，随炭化室宽度的增加，结焦时间大为延长，结焦速度降低。

2、燃烧室

（1）结构形式与材质

燃烧室火道一般分为二分式和双联火道式两种，国内个别老焦炉还有过顶式。二分式焦炉的最大优点是结构简单，异向气流接触面少，但由于有水平集合烟道，使气流沿燃烧室长向分配不易均匀，同时削弱了砌体的强度。双联火道结构，具有加热均匀，气流阻力小，砌体强度高等优点，但异向气流接触面多，焦炉老龄时易串漏，结构较复杂，砖型多，故我国小型焦炉均不采用。

燃烧室材质一般均用硅砖砌筑。为进一步提高焦炉的生产能力和焦炉的强度，有发展为采用高密度硅砖的趋势。

（2）高向加热

高低灯头系双联火道中单数火道低灯头、双数火道高灯头，使火焰在不同的高度燃烧。由于高灯头高出火道底面一段距离才送出煤气，自斜道来的空气常易将高灯头下面砖缝的石墨烧掉，造成串漏。废气循环是目前实现燃烧室高向加热均匀简单而有效的方法。此法的原理是利用循环废气降低可燃气体混合物中可燃成分的浓度，减慢燃烧速度，从而拉长了火焰，使高向加热均匀。

（3）加热水平高度

它影响炉顶空间结石墨的程度和化学产品的质量。加热水平高度由以下三个部分组成：一是煤线距炭化室顶部的距离，即为炉顶空间高度，一般大型焦炉为300mm，中小型焦炉为150-200mm；二是煤料结焦后的垂直收缩量，它取决于煤料的收缩性及炭化室的有效高度，一般为有效高度的5-7﹪；三是考虑到燃烧室顶对焦炭的传热，炭化室中成熟后的焦饼顶面高应比燃烧室顶面高出200-300mm（大焦炉）或100-150mm（小焦炉）。

3、蓄热室

对于蓄热室的基本要求是气流分配均匀，蓄热效率高，串漏少和防止局部高温。

当蓄热室上升气流时，废气盘关闭，蓄热室下降气流时则空气盘关闭。上升气流由小烟道一侧的空气盘进入，经蓄热室上升，在燃烧室燃烧后废气从相邻蓄热室下降，并由小烟道另一侧的废气盘排出

蓄热室隔墙的炉头部位，因受外界大气温度的影响，温度波动较大，硅砖砌成的炉头隔墙易产生一些裂纹，因此有些焦化厂的焦炉在蓄热室炉头部位也采用高铝砖直缝结构。

蓄热室的封墙一定要注意隔热，要注意严密，封墙一般用粘土砖及隔热砖砌成，总厚度约为400mm。

4、斜道区

蓄热室和燃烧室间借助于斜道相互连通，斜道所在的砌体称为斜道区。由于斜道是斜的，而且上下口径又不相等，不同气流相互交叉，又有砖煤气道和膨胀缝，所以斜道区的结构是焦炉中砖型最多，结构最复杂，砌筑要求最严格的部位。

侧入式焦炉，各烧嘴断面积之和约为水平砖煤气道断面的60~70％为宜，太大则各烧嘴的调节灵敏性差；太小则增加砖煤气道内煤气压力，易漏气，且除碳空气不易进入，容易使砖煤气道堵塞。

5、基础平台与烟道

基础位于炉体的底部，它支撑整个炉体，炉体设施和机械的重量，并把它传到地基上去。大型焦炉的基础均用钢筋混凝土浇灌而成，小型焦炉的基础一般不需配筋，只有当地基的土质不均匀时，才配少量钢筋。

6、炉顶

炭化室封顶砖以上部位为炉顶。砌有装煤孔、上升管孔、看火孔、烘炉孔及拉条沟等。为减少炉顶散热，改善炉顶的操作条件，炉顶不受压部位砌有隔热砖。炉顶厚度一般为900--1200mm。在多雨地区，炉顶最好有一定的坡度以供排水。

◆捣固炼焦塌煤分析及治理1.塌饼原因分析

捣固焦炉侧装煤可分为机侧塌煤、焦侧塌煤和中部塌煤。分厂1#、2#焦炉投产后，都不同程度地发生了塌煤，经过观察和分析发现，塌煤主要有以下原因：

1.1 装煤车本身的问题。

1.2 捣固锤及捣固方式。

1.3 配合煤的水分、粒度及黏结指数。

1.4 给料不畅、不均匀。

2.塌煤的治理

在生产过程中，我们针对以上产生塌煤的原因进行分析研究，可采取以下改造方法。

2.1 装煤车的改造

2.1.1 开单活动壁改为开双活动壁进行装煤操作。

投产后，焦炉一直是打开单侧活动壁装煤，在此过程中，后挡板容易上爬及后部煤饼受挤压力较大变得松散，装煤电流较高，机侧塌煤较多，严重影响单炉装煤量，改为打开单侧后大大减少了塌煤量。

2.1.2 装煤由全速装改为三速装煤。

大大减小了装煤震动，使煤饼较稳定。

2.1.3 查托煤底板上铆钉，定期加固及更换。

托煤底板上铆钉松动，使得底部煤饼打不实，装煤时容易前端部整体倒塌。

2.1.4 检查装煤车前挡板处煤箱固定宽度衡量，定期对横梁进行加固及更换。

装煤车前挡板处煤箱固定宽度衡量容易变形、脱焊使得煤箱焦侧比机宽，装煤时前端容易塌煤。

2.1.5 检查装煤车活动壁的固定情况，进行紧固螺栓及增设垫片。

装煤车活动壁固定端松动，煤箱有效宽度得不到保障，使得煤箱局部较宽，降低煤饼的抗剪强度，煤饼容易倒塌 。

2.1.6 检查装煤车托煤底板及托煤底衬板磨损情况，定期更换。

托煤底板及托煤底衬板磨损严重时，出现局部间隙较大，煤饼局部捣固不实，抗压强度大幅度降低，装煤时容易塌煤。

2.2 捣固由不停锤间隔给料三次改为煤饼顶部停锤间隔给料三次。

投产后，捣固一直是不停锤进行捣固，在此过程中，出现装煤电流较大，后挡板处煤饼容易挤散，装煤时后部容易塌煤，改为煤饼上部停锤补煤后再捣固，在一定程度上保证煤饼上部捣固功的同时降低煤饼底部捣固功，使得装煤电流大幅度下降，保证了煤饼的稳定性。

2.3 2011年由于受各种因素的影响我公司配合煤水分最高达20.06%，平均达15.68%，与适合捣固炼焦的配合煤水分9%～11%相差甚远，这一问题是影响我公司产量最为关键的因素：

2.3.1 在后挡板上安装活动壁清扫器。

生产过程中装煤车活动壁挂煤料较多，装煤时两侧煤饼剥蚀较严重，大大降低了煤饼的抗压强度，使得装煤时，煤饼整体倒塌，严重影响生产，安装清扫器后，装煤过程中能自动对活动壁进行清理其上的煤料，减少挂料，煤饼剥蚀得到有效控制；

2.3.2 后挡板槽钢缝隙处进行加挡板蒙严。

在配合煤水分高于15%的其情况下，后挡板缝隙积煤较多，使得活动壁难以关到位及装煤时阻力较大，每装一炉并到校验平台花20分钟清理后挡板积煤问题，严重制约生产，蒙严后后挡板积煤较少，装煤阻力减低。

2.4 将捣固平台空气炮吹煤装置由球阀改为电磁阀控制。

一开始捣固站设计空气炮采用球阀与固定捣固按钮箱距离较远，捣固过程中需要一人捣固控制、一人在不下料情况下配合补料控制，因两人同时操作存在节奏协调不一致，使得煤饼局部捣固功偏大或偏小，影响煤饼稳定性，改造后整个捣固过程可由一人操作，其他人员只负责监护，避免了局部煤饼捣固功过大或过小情况的发生。

以上方式虽然没有从根本上解决配合煤水分在15%以上塌煤，但它是减少塌煤不可忽视的重要手段，今后将在生产实践中不断累计经验，摸索出与配合煤水分、粒度及黏度相适应的方法。