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炼铁为啥不直接用煤炭,而将煤炭炼成焦炭?

焦炭是高炉冶炼过程中的重要原料,占比约45%左右,其他还有球团矿、烧结矿、块矿、石灰石等。关于焦炭,有些人会有疑问,焦炭、煤炭都是高发热量的燃料,甚至有的无烟煤比焦炭热值更高,还比焦炭便宜,为什么高炉不直接用煤炭呢?下面小编通过回答三个问题来解决大家的疑惑。

1:高炉炉料构成

Q1:What?——焦炭是什么?比煤好在哪儿?跟家里常用的炭一样吗?

通俗说,焦炭就是煤提纯后的产物。焦炭跟煤相比,少了些水儿和气儿,也把别有用处的煤气和对炼铁有害的焦油分离了出去。

日常所说的煤炭一般就是指煤,而家常用的炭一般是木炭。

2:焦炭、煤炭实物图

Q2:How?——焦炭是怎样加工成的?

把煤隔绝空气放入“烤箱”(焦炉)高温烘烤,随着温度升高,煤先是脱水、脱气,300℃后变软出油(焦油),这会儿的半成品半焦(也叫兰炭)已经可以直接烧了。温度再升高到1000℃左右,半焦再经缩聚就熟化成焦炭了。

焦炭从“烤箱”出来,拿水“喷淋”就是水熄焦,放到有惰性气体的“盒子”里自然冷却就是干熄焦。

3:典型烟煤热分解示意图

Q3:Why?——为什么要用焦炭?不能直接用煤块吗?

先说说焦炭的用途,焦炭在高炉中有料柱骨架、还原、供碳、和供热四种作用。

料柱骨架:高炉炉料中焦炭堆密度最小,间隙大,体积占炉料总体积的35%-50%。焦炭比较坚固,只要在风口区以上就始终保持块状,这能使料柱有很好的透气性,保持炉况顺行。

还原:焦炭碳含量在85%以上,高温CO2气体与焦炭中的碳反应生成CO,CO进一步还原铁矿石生成铁水。

供碳:生铁碳含量4%左右,全部来源于高炉焦炭,占焦炭含碳量的7%-9%。

供热:焦炭、喷吹燃料的燃烧及外部通入的热风提供了高炉冶炼所需全部热量,其中焦炭燃烧供热占比高达75%-80%。

高炉里的反应发生在“一升一降”之间,即煤气的上升和炉料的下降,这就要求料柱要有很好的透气性,使原料能被还原充分。煤不如焦炭坚固,被压碎后会造成高炉透气性下降。一些无烟煤的热值、碳含量比焦炭还要高,但煤中的磷、硫等有害杂质也比较多,随着燃烧进入铁水会影响后续钢材质量。两相比较下可知,焦炭在高炉中不仅是燃料还是原料,煤在供热性能上可替代焦炭,这一点企业可适当提高喷煤比例,但是还原反应及骨架作用还得靠焦炭,目前暂没有更好的方案可替代。

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