焦炭質量與性質
焦炭是由煤高溫乾餾後產生的主要固體殘留物，了解焦炭質量，首先要了解焦炭的化學性質和物理效能。
一、 焦炭的化學元素組成
測定焦炭中的元素，主要是測定焦炭中的氧、氮和磷。
（一） 碳
焦炭是高溫乾餾殘留物，它是由各煉焦煤經配合練成的焦炭，其碳的含量差別不大，是構成焦炭基本氣孔壁的主要成分，在乾燥無灰基中約佔比例為96.5—97.5%，根據入爐煤的性質不同和煉焦工藝條件不同，所煉出的焦炭其碳的結晶度有著明顯的不同，也就是說存在著差別
（二） 氫
氫元素主要存在焦炭殘留揮發份中，含量較少，只有0.5—0.8%，它是隨煉焦最終溫度變化而變化，其相關係數較大，氫含量的測定是採用燃燒法測定誤差較小，故用氫含量作為焦炭成熟程度的標誌，可靠性更好一些。
（三） 硫
焦炭中含硫主要是來自煤料中，當煤料在乾餾時，一部分硫化物揮發進入煤氣中，只佔含硫40—50%，還有50—60%的殘留硫仍在焦炭中，煤的結焦率在72—78%之間，故實際生產中焦炭硫的百分數80—90%，這個數為硫的轉換係數。
煤在結焦過程中，析出的含硫化合物與赤熱焦炭作用，結合在碳晶格內的碳硫複合物。焦炭硫含量高低很明顯的影響高爐冶鐵，若含硫增加01%，將使煉鐵焦比增加1.2—2.
0%，生鐵產量就下降2.0%，因此焦炭的硫分是評定焦炭質量很重要的指標。
（四） 磷
磷在焦炭中含量約為0.02%很少，但在煉焦過程中，煤料的磷幾乎全部殘留在焦炭之中，若冶煉低磷鐵時，只能採用低磷煤進行煉焦。
焦炭除上述四種主要元素外，還有其它元素組成尚有少量的氧和氮。一般不作測定
二、 焦炭的工業分析
焦炭的工業分析是對焦炭水分、灰分、揮發份和固定碳四項內容的分析，根據某些需要加上全硫和發熱值分析。
（1） 焦炭水分（mt）
作為冶金焦炭供給高爐煉鐵生產，焦炭水分波動主要是給高爐入爐焦炭重量的稱量造成誤差，帶來爐況波動，焦炭水分並不會直接影響高爐冶煉，因為在高爐上部（爐喉、爐身處）小於800℃的煤氣所含的熱量足以將焦炭帶來的水分乾燥，焦炭水分過大還會將焦粉帶入高爐使高爐冶煉時透氣性不好，所以保持焦炭水分穩定能為高爐爐溫穩定創造條件，一般要求焦炭水分控制在2—3%。
（2） 焦炭灰分（ad）
焦炭主要組成是碳和灰分，焦炭佔總重量的97.5—98.5%。
焦炭含碳愈高則含灰就愈少，在高爐冶鐵中灰分是累贅物質，吸收熱量變成爐渣排出。也就是說焦炭中的灰分越高，煉鐵的焦比就越高。一般焦炭灰分波動1%，高爐的焦比要波動2.
5—3.0%，焦炭灰分的高低，主要取決於原料煤的灰分，煤的灰分在煉焦過程中也是完全轉入焦炭中，另外在煉焦過程中混入雜誌和煉焦不良操作，也會增加焦炭中灰分，煉鐵要求焦炭中灰分愈少愈好。
（3） 焦炭揮發份（vd）
焦炭揮發份是焦炭被二次加熱後，氣體析出物的含量，這種含量取決於煤料的變質程度和焦餅最終溫度，一般將焦炭揮發份視作焦爐成熟程度的標誌。但也不能安全作成熟標誌，就是焦餅安全成熟焦炭時的揮發份也含有1.0—1.
5%，有時達到2.0%，因為成熟的焦炭它可以吸附co和o2，在式樣乾燥後，仍全吸收空氣水氣，這些少量水氣也是揮發份。在煉焦過程中，未被揮發出來的c、h化合物是極少的，因為在一定溫度下，c、h化合物各種形態必然以揮發份析出，冶金焦新國標規定：
vd≤1.8%。
（4） 焦炭的固定碳（fc）
焦炭的物理效能，焦炭的顯微結構和高溫下的效能（反應後強度）統稱為焦炭的機械力學效能。
（一） 焦炭的結構
煤在高溫乾餾過程中最終形成焦餅，從炭化室推出時，就有大量裂紋，這些裂紋把焦餅彼此完全分開，形成塊狀物一焦塊，這種焦塊就是我們所說的焦炭。成熟的焦炭多呈銀灰色或暗黑色的長方形稜狀或錐狀無規則的多孔體，焦塊中有縱、橫裂紋，焦塊沿縱、橫向裂紋分開成焦體，焦體是有不規則分布的氣孔和氣孔壁構成焦質，其主要成分是碳和礦物質。焦塊裂紋的多少和焦體結構決定著焦炭的粒度和焦炭的機械強度，它也和焦炭的高溫效能有密切關係。
1、焦炭裂紋度
焦餅在焦爐內垂直於爐牆的裂紋為縱裂紋，而平行於爐牆的裂紋叫橫裂紋，它的形成有兩種機理作用。
（1）一是取決於最大收縮係數，在裂紋為縱裂紋，而平行於爐牆的裂紋叫橫裂紋，它的形成有兩種機理作用。
（2）二是取決於大致在600—700℃之間的收縮係數的差，在焦餅中間正以這種機理為主。
裂紋度的產生除上述兩種機理外主要是在500—600℃溫度區內焦炭蠕變性和500炭中裂紋中心的產生。焦塊單位面積上的裂紋總長度稱之為裂紋度。
2、焦炭的氣孔率
焦炭中的氣泡是在膠質狀態末期形成的，焦炭氣孔的大小不同可分為三個等級如：大氣孔、巨集觀氣孔、微觀氣孔。焦炭的氣孔率是指氣孔體積與總體積比的百分數，是由焦炭的真密度和視密度計算出來的
視密度氣孔率=（1100%
真密度式中：焦炭真密度為1.7—2.2，視密度為0.87—1.10
3、焦炭的顯微結構
焦炭的顯微結構孔和孔壁的顯微組分焦質體內碳的形態。焦炭孔壁碳的形態，分於無定形碳和石墨碳之間，排列沒有規則的定形碳的結構為各向同性，石墨碳呈現層狀結構為各向異性。因此說焦炭的石墨化程度越高碳的結構排列就愈有規則，各向異性組分就愈高。
經顯微組分發現揮發份為35%，含氧量超過6%的煤，所煉出的焦炭顯微組分幾乎全部為各向同性，其中揮發份與中強粘性煤所煉出的焦炭具有較多的粗粒鑲嵌和纖維組份，這種焦炭的機械強度和反應性都是較好的。
（二） 焦炭的粒度
焦爐生產出的焦炭，經過篩焦系統分級後，應達到cb1996—2003標準，焦炭塊度種類要求即：
>40mm大塊焦， >25mm大中塊焦， 25—40mm中塊焦
各級產品具有不同粒度組成。高爐用主要是》25mm的冶金焦率就是》25mm粒度焦炭佔焦炭試樣總重的百分數為冶金焦，餘下的為冶金的焦末含量指標。
（三） 焦炭的機械強度
焦炭的機械強度是冶金焦物理效能的最重要指標，評定焦炭機械效能多種試驗方法，目前大都選擇轉鼓試驗。採用公尺庫姆焦炭在轉鼓內破壞的機理：
焦炭在任何機械力作用下，所發生的焦炭粒度組成的變化，都是由兩個互不相干的過程引起的，即磨損和因衝擊而沿裂紋破壞成小塊，這時由於焦炭中原來就產生的裂紋所造成的，而不是焦炭質體斷裂成為小塊，因為焦炭在轉鼓內撞擊時，最大應力也不大於12n，而焦炭抗拉強度一般要達到150n，兩者相差很大，所以說無裂紋焦炭在鼓內是不會斷裂的。
公尺庫姆轉鼓測定得到的兩個指標：m10、m40（或m25）確定很好地表示焦炭的耐磨性強度和抗碎強度，也就是我們稱之為焦炭機械強度。m10、和m40兩個指標既是兩個互不相干的因素過程造成的，又是有相關聯的，因為一方面是因存的裂紋而破碎成小塊時可能小於10mm的，也就作為m10考核了，另一方面，因轉鼓試驗結果得到各粒度級的焦炭總和必須等於100%，則m10波動大了，必然會影響m40指標。
影響公尺庫姆轉鼓測定的準確性的因素：
（1） 焦炭水分過大能使焦粉粘在大塊焦上，影響m10、和m40指數失真，所以要求試驗應將焦樣水分控制在5%以下。
（2） 轉鼓檢驗焦炭質量是一種經驗性的方法，從試驗取樣、稱量、入鼓、出鼓、篩分等操作方法都應在嚴格規定的條件下進行結果才真實可靠，所以存在著不同操作人員是有誤差的。
（3） 對塊度相對較小，耐磨性又差的焦炭m10、和m40指標也會失真。
四、 焦炭的物理化學性質
焦炭的物理化學性質有兩項指標表示，即：焦炭的反應性和焦炭的反應後強度，這兩項指標都影響高爐生產，在冶金焦炭質量新標準中規定：一級冶金焦cri≤30%，csr≥55%.
（一） 焦炭的反應性（cri）
焦炭在高溫條件下與co2和水蒸氣相作用的能力稱焦炭的反應性，用cri表示，也稱作焦炭的熱強度。
c+co2=2co c+h2o=co+h2
通常用焦炭和co2反應後氣體中co和co2百分濃度的函式r，co生產速率，c、co2的反應速率以及反應一定時間後焦炭消耗量佔焦炭試樣的百分比表示。
目前高爐冶煉對焦炭的反應性十分關注，故在《冶金焦炭》新國標中列為其中，要求cri%ⅰ級焦為≤30%，ⅱ≤35%。
焦炭在高爐冶煉過程中的幾點：
（1） 焦炭反應性愈低，在風口迴旋區與鼓風反應愈慢，迴旋區斷面積就增大，爐料下降更均勻。
（2） 焦炭反應性愈高，在較低溫度下就與co2反應，得不到有效利用。
（3） 焦炭反應性高最主要的是在高爐中，下部焦炭要經受co2以及鐵氧化物等作用，即產生碳熔反應和焦炭龜裂，結果耐磨性大大降低，形成焦粉進入爐渣中，降低爐渣流動性，使爐內料柱的透氣性降低，這就說明：高爐容積愈大，對焦炭的反應性要求愈低，一般要求cri<35%。
（二） 焦炭的反應後強度（csr）
焦炭的反應後強度是高爐下部焦炭反應後效能的要求，通常將反應後強度指標稱之為熱強度。
從生產實踐證明：焦炭的反應性與反應後強度有著較好的相關關係是：反應性高的焦炭孔孢壁碳熔損大，其反應後強度低；通俗的說：就是焦炭的反應性愈高，則反應後強度就愈低。
焦炭反應後強度與高爐內處於軟融帶強度相一致，它在與高爐下部的透氣性有著良好的相關性，一般來說反應性高的焦炭其冷態轉鼓指數m10就差，反之，反應性低的焦炭m10就好。若反應性相近似值的焦炭，冷態轉鼓強度高，反應後強度也高。
（三） 高爐冶煉對焦炭質量的要求
焦炭在高爐冶煉過程中，起著發熱劑、還原劑和支撐爐料的三大作用，故此對焦炭的質量要求是：
1． 固定碳（c）碳含量要高，即灰分和揮發分要低。
2． 有害的雜質硫、磷含量要低。
3． 耐磨和抗碎強度要好。
4． 反應性要低，反應後強度要高。
5． 水份要低而穩定。
滿足上述要求，可以保證高爐生產達到高產、優質、低耗，還可有效提高利用係數，冶煉強度高，焦比低得到低硫、磷的優質的生鐵。
五、 冶金焦炭的質量標準（gb1996—2003）
種類大塊（>40mm） 大中塊（>25mm） 中塊（25-40mm）
12.0
灰份ad13.0
15.0
0.60
硫份sed0.8
1.0m40m25
焦炭質量標準
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