涨知识了！为什么高炉炼铁用焦炭，不直接用煤块？

本文来自无所不能

图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。

图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。

图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。