煤隔絕空氣進行加熱，分別得到固體產品、液體產品和氣體產品的過程，即為煤的干餾過程。根據煤被加熱的最終溫度，分為低溫干餾（500～550℃），中溫干餾（600～800℃）和高溫干餾（900～1050℃）即煉焦過程。

早期的煉鐵使用木炭作燃料和還原劑，1709年開始用焦炭代替木炭進行煉鐵，從此推動了煉焦生產和技術的發展。

1、煉焦技術的發展階段

四個發展階段分別為：成堆煉焦與窯式、倒焰爐、廢熱式焦爐及現代的蓄熱室焦爐。

現在煉焦技術的繼續發展階段：

1）焦爐容積大型化

2）裝爐煤預處理技術：配型煤技術、搗固工藝、煤預熱工藝等

3）環境保護

4）煉焦自動化技術

2、焦炭的作用與性能

高爐是豎形爐子，從上到下有爐喉、爐頂、爐身、爐腰、爐腹和爐缸五部分。原料包括鐵礦石（或燒結礦）、焦炭和石灰石，交替地由爐頂通過裝料裝置裝入爐內，焦炭和氧氣不完全燃燒生成的一氧化碳是高爐內主要的還原劑。焦炭與氧燃燒反應所放出的熱量是高爐冶煉過程熱量的主要來源。加入石灰石的目的，在于同石灰石與礦石、焦炭中的高熔點酸性氧化物起反應，形成熔點較低、比重較小的爐渣與鐵水分開，從爐缸中放出。

由于焦炭在高爐內起支撐料柱的骨架作用，保持爐料分布均勻、透氣性好，要求焦炭有較高的抗碎強度和耐磨強度，還要有一定的塊度，塊度越均勻越好。隨著高爐越來越大，高爐噴煤技術的使用，對焦炭強度和塊度要求就更高。

焦炭的化學組成包括水分、灰分、揮發分、硫分、磷分等。

焦炭的水分與煉焦煤料的水分無關，也不取決于煉焦工藝條件，主要受熄焦方式的影響。另外焦炭水分要盡量穩定，有利于高爐配料穩定。

焦炭的灰分的主要成分是SiO2和Al2O3。焦炭灰分升高，不但使焦炭的強度降低，在高爐冶煉中需多用石灰石，鐵產量下降。

焦炭的揮發分是焦炭成熟程度的標志。焦炭揮發分過高，說明焦炭沒有完全成熟，出現“生焦”。焦炭揮發分過低時，說明焦炭過火，焦炭裂紋增多，易碎。

焦炭的硫分是受煉焦煤料影響的，它是生鐵中的主要有害雜質，當焦炭含硫量高時，在高爐冶煉中為了脫硫，需多加石灰石，使鐵產量降低。

焦炭的磷分含量很少，焦炭的含磷量多少取決于煉焦煤料，煤中的含磷幾乎全部轉入焦炭中，一般焦炭含磷量約0.02％。磷在煉鐵過程中，進入生鐵中使生鐵產生冷脆性。

焦炭的工業分析及機械強度

焦炭的工業分析包括水分、灰分、硫分、揮發分含量等項。機械強度包括抗碎強度指標M40、耐磨指標M10。我國采用米庫姆轉鼓試驗方法測定焦炭的機械強度。

焦炭的篩分組成是計算焦炭塊度＞80mm、80～60mm、60～40mm、40～25mm等各粒級的百分含量。利用焦炭的篩分組成可以計算出焦炭的塊度均勻系數k。k可由下式算出：

K =

焦炭強度的M40、M10轉鼓指數都是焦炭的冷態特性，而焦炭在高爐中恰恰是在高達1000℃以上的熱態下使用。

焦炭強度在高爐下部被削弱的主要原因是高溫下CO2對焦炭的侵蝕作用，焦炭中的C被用于直接還原而消耗，失去了高溫強度而發生粉化，失去了支架的透氣作用，使高爐無法運行操作。因此，現代化大高爐要求的優質焦炭應該是在高溫下不易被CO2所侵蝕的焦炭。

可以用焦炭的反應性(CRI)和反應后強度(CSR)來作為評價焦炭高溫強度指標。

我國采用的測定方法與日本新日鐵相同，即在1100℃恒定溫度下用純CO2與直徑20mm焦球反應，反應時間為120min，試樣重200g，以反應后失重百分數作為反應性指數(CRI)。反應后的焦炭在直徑130mm、長700mm的I型轉鼓中以每分鐘20轉，轉動600轉并經篩分，以大于1mm篩上物與入鼓試樣總重的百分數作為反應后強度(CSR)。

3、炭化室內的結焦過程

炭化室內煤料的結焦過程基本特點有二：一是單向加熱、成層結焦；二是結焦過程中傳熱特性隨爐料的狀態和溫度而變化。

炭化室在裝煤之前的墻面溫度一般約為1100℃，裝煤后常溫的煤立即大量吸收墻體的熱量，使爐墻表面的溫度急劇下降，而緊靠爐墻的煤料快速升溫，炭化室中心面的煤料仍處于常溫。隨著結焦時間的推移，靠近爐墻的煤料在裝煤后的6～7個小時已經成焦。炭化室中心面的煤料的溫度僅為100～200℃，也就是說此時從炭化室墻面到中心面之間的物料，處于結焦過程各個階段的情況都有，緊靠爐墻處為焦炭層，接著依次分別為半焦層、塑性層、干煤層、濕煤層。在一個炭化室內結焦過程是從兩側炭化室墻面開始，一層層地逐漸向炭化室中心面推移，稱為“成層結焦”。到了結焦末期，焦炭層逐漸移止中心面，整個炭化室全部成焦，因此結焦末期炭化室中心面的溫度（焦餅中心溫度）可以作為焦餅成熟程度的標志，成為煉焦最終溫度。

炭化室墻面附近焦塊兩端的溫度差大，因此焦塊的裂紋多而深，該處的焦炭粒度小，而焦餅中心處焦塊兩端的溫度差小，裂紋少而淺，焦塊大。另外在焦餅中心處兩側的塑性區匯合時，塑性區厚度最大，塑性區產生熱解氣體排出的阻力最大，塑性體對兩側爐墻的側壓力也為最大，也即此時的膨脹壓力最大。

4、焦爐用耐火材料

硅磚屬于酸性耐火材料，SiO2含量在93%以上，具有良好的抗酸性侵蝕能力，它的導熱性能好，荷重軟化溫度高，一般在1620℃以上。硅磚的導熱性隨著工作溫度的升高而增大，沒有殘余收縮，在烘爐過程中，硅磚體積隨著溫度的升高而增大。

粘土磚是指Al2O3含量為30%~40%硅酸鋁材料的粘土質制品。礦物組成主要是高嶺石（Al2O3·2SiO2·2H2O）和6%~7%的雜質（鉀、鈉、鈣、鈦、鐵的氧化物）。粘土磚的燒成過程，主要是高嶺石不斷失水分解生成莫來石（3Al2O3·2SiO2）結晶的過程。

粘土磚屬于弱酸性耐火制品，能抵抗酸性熔渣和酸性氣體的侵蝕，對堿性物質的抵抗能力稍差。粘土磚的熱性能好，耐急冷急熱。

粘土磚的耐火度與硅磚不相上下，高達1690~1730℃，但荷重軟化溫度卻比硅磚低200℃以上。因為粘土磚中除含有高耐火度的莫來石結晶外，還含有接近一半的低熔點非晶質玻璃相。

在0~1000℃的溫度范圍內，粘土磚的體積隨著溫度升高而均勻膨脹，線膨脹曲線近似于一條直線，線膨脹率為0.6%~0.7%，只有硅磚的一半左右。當溫度達1200℃后再繼續升溫時，其體積將由膨脹最大值開始收縮。粘土磚的殘余收縮導致砌體灰縫的松裂，這是粘土磚的一大缺點。

粘土磚只能用于焦爐的次要部位，如蓄熱室封墻，小煙道襯磚及蓄熱室格子磚、爐門襯磚、爐頂以及上升管襯磚等。

高鋁磚是Al2O3含量大于48%的硅酸鋁或氧化鋁質的耐火制品，高鋁磚的致密度高，氣孔率低，機械強度高且耐磨。焦爐燃燒室爐頭及炭化室鋪底磚的爐頭部位，用高鋁磚砌筑，效果較好。

5、焦爐爐體結構

現代焦爐爐體最上部是爐頂，爐頂之下為相間配置的燃燒室和炭化室，下部有蓄熱室和連接蓄熱室與燃燒室的斜道區，每個蓄熱室下部的小煙道通過交換開閉器與煙道相連。煙道設在焦爐基礎內或基礎兩側，煙道末端通向煙囪。

焦爐由多個燃燒室和多個炭化室組成，相間排列。炭化室是裝煤和煉焦的地方，燃燒室是煤氣燃燒的地方，通過與兩側的隔墻向炭化室提供熱量。裝爐煤在炭化室內經高溫干餾變成焦炭。燃燒室墻面溫度高達1300~1400℃，而炭化室墻面溫度約1000~1150℃，裝煤和出焦時炭化室墻面溫度變化劇烈，且裝煤中的鹽類對爐墻有腐蝕性。現代焦爐均采用硅磚砌筑炭化室墻。

燃燒室分成許多立火道、立火道的形式因焦爐爐型不同而異。從立火道蓋頂磚的下表面到炭化室蓋頂磚下表面之間的距離，稱加熱水平強度，它是爐體結構中的一個重要尺寸。如果該尺寸太小，爐頂空間溫度就會過高，致使爐頂產生過多的沉積碳；反之，則爐頂空間溫度過低，將出現焦餅上部受熱不足，因而影響焦炭質量。另外，爐頂空間溫度過高或過低，都會對煉焦化學產品質量產生不利影響。

為了回收利用焦爐燃燒廢氣的熱量預熱貧煤氣和空氣，在焦爐爐體下部設置蓄熱室?，F代焦爐蓄熱室均為橫蓄熱室（其中心線與燃燒室中心線平行），以便于單獨調節。

蓄熱室墻一般用硅磚砌筑，在蓄熱室中放置格子磚，以充分回收廢氣中的熱量。格子磚要反復承受急冷急熱的溫度變化，故采用粘土質或半硅質材料制造。

蓄熱室下部有小煙道，其作用是向蓄熱室交替導入冷煤氣和空氣，或排出廢氣。溫度差別大，為了承受溫度的急劇變化，并防止氣體對小煙道的腐蝕，須在小煙道內襯以粘土磚。

斜道區承受焦爐上部的巨大重量，同時處于1100~1300℃的高溫區，所以也用硅磚砌筑。

爐頂區位于焦爐爐體的最上部。設有看火孔、裝煤孔和從炭化室導出荒煤氣用的上升管孔等。爐頂最下層為炭化室蓋頂層，一般用硅磚砌筑，以保證整個炭化室膨脹一致。為減少爐頂散熱，在炭化室頂蓋層以上采用粘土磚、紅磚和隔熱磚砌筑。爐頂表面一般鋪缸磚，以增加爐頂面的耐磨性。

6、焦爐機械與設備

1）護爐鐵件：

護爐設備包括：爐柱、小爐柱、保護板、縱橫拉條、彈簧等。護爐設備的作用是對砌體施加保護性壓力，使砌體在烘爐及生產過程保持整體性，避免在溫度及機械力沖擊下產生破損。

縱拉條它的作用是通過彈簧組對焦爐縱向兩端混凝土抵抗墻施加一定的壓力，使焦爐縱向不至因自由膨脹或收縮而產生砌體裂縫或變形。

橫拉條、彈簧和爐柱及小爐柱的作用是對焦爐橫向施加保護性壓力。

2）加熱煤氣設備：

加熱煤氣管道用于向焦爐輸送煤氣。高爐煤氣管道由總管來的煤氣分配到機焦側主管中，然后經分管進入焦爐內。

焦爐煤氣管道由總管來的煤氣導入地下室的主管中，再經分管、橫管、下噴管進入豎直磚煤氣道中。

在總管和主管上設有煤氣開閉器，用于調節和切斷全爐的煤氣。

主管上設有煤氣壓力自動調節翻板，按生產需要，自動的保持煤氣壓力的規定值。

為了防止萘、焦油等物質從煤氣中冷凝析出堵塞管道和管件，并且為了穩定煤氣的溫度和以穩定供熱的條件，在使用焦爐煤氣加熱時，要在總管上設置煤氣預熱器來預熱焦爐煤氣。

在分管上安裝有調節旋塞、交換旋塞和孔板盒。調節旋塞用于切斷或接通煤氣。交換旋塞用于定期交換煤氣和導入除炭用空氣，使焦爐加熱處于不同位置的加熱狀態。孔板用于控制各燃燒室進入的煤氣量。

焦爐煤氣管道上還設有冷凝液水封槽。管道中煤氣冷凝下來的水和焦油自流排入該水封槽中。

3）廢氣設備

廢氣設備包括交換開閉器和總分煙道翻板等。

交換開閉器是控制進入蓄熱室的加熱煤氣、空氣和排出燃燒所生成廢氣的設備。

總煙道翻板和分煙道翻板是用來和穩定煙道吸力的設備。

4）交換設備

交換設備是用于切換焦爐加熱系統氣體流動方向的動力設備和傳動機構，包括交換機和交換傳動裝置。

交換機是帶動各傳動拉條進行交換的動力機械。

交換機操作步驟都是三個：關煤氣→交換廢氣和空氣→開煤氣。這種程序的目的是，切斷煤氣后，在沒有煤氣流通的情況下緩慢地交換空氣及廢氣的流通方向，可避免未燃燒的煤氣進入煙道而形成爆炸氣體，空氣廢氣正常流通后再向燃燒系統送入煤氣，避免產生氣流的紊亂甚至產生爆炸氣體混合物。

5）荒煤氣導出設備

荒煤氣導出系統的設備包括：上升管、橋管、水封閥、集氣管、吸氣管、氨水噴灑系統等。

上升管直接與炭化室或通過上升管鑄鐵座與炭化室相連。上升管由鋼板焊制成而，內砌粘土襯磚。其上部與橋管相連接。橋管為鑄鐵件內砌粘土襯磚。橋管上開有清掃孔，裝設有高低壓氨水噴頭。

低壓氨水噴灑是采用約75℃的熱氨水將炭化室排出的荒煤氣冷卻到80-100℃，并使其中的大部分焦油冷卻下來。采用熱氨水噴灑有利于達到氨水汽化吸熱而降低煤氣溫度。另外，采用熱氨水冷卻焦油使其保持良好的流動性，避免焦油凝固堵塞管路。

高壓氨水噴灑只有在裝煤時進行，靠高壓氨水的噴射力產生吸力，造成裝煤孔下的負壓以防止煙塵及煤氣外逸。

集氣管是用鋼板焊制而成的圓管或槽形結構，沿整個焦爐縱向置于爐柱托架上，用以匯集各炭化室的荒煤氣。

每個集氣管上還設有二個放散管，以備停風機、停氨水時因集氣管壓力過大或開工時放散用。每個放散管下部裝有雙水封閥。為減少焦爐煤氣放散時對大氣造成的污染，放散管頂部應設有自動點火裝置，點燃被放散的焦爐煤氣。

吸氣彎管專供荒煤氣排出，其上裝有手動和自動調節翻板，用以調節集氣管壓力。

6）焦爐機械

煉焦生產中焦爐專用機械，頂裝焦爐用的有裝煤車、攔焦機、推焦機、熄焦車；搗固焦爐則用裝煤推焦機（或推焦機與搗固裝煤車分體）代替裝煤車和推焦機，并增加搗固機和消煙車，以搗固煤餅和消除裝煤時產生的煙塵。

7）焦爐生產工藝

推焦串序的定義及制定原則

推焦時，焦餅對兩面炭化室墻產生一定的壓力，炭化室墻如果受力不均衡就會變形，而煤料干餾過程中產生膨脹壓力，在結焦中期最大。為了使炭化室墻兩側的壓力能夠互相抵消，就必須使推焦炭化室的兩側相鄰的炭化室處于結焦中期。

煉焦 coking 裝爐煤經過高溫干餾轉化為焦炭、焦爐煤氣和化學產品的工藝過程。即煤炭焦化。

指主要從硬煤和褐煤中生產焦炭、煤氣、干餾炭及煤焦油或瀝青等副產品的煉焦爐的操作活動。

根據最終溫度，有高溫煉焦（900～1100℃）、中溫煉焦（660～750℃）和低溫煉焦（500～580℃）。通常指高溫煉焦。

現代煉焦生產在焦化廠煉焦車間進行。煉焦車間一般由一座或幾座焦爐及其輔助設施組成，焦爐的裝煤、推焦、熄焦和篩焦組成了焦爐操作的全過程，每個爐組都配備有裝煤車、推焦車、攔焦機、熄焦車和電機車，一側還應設有焦臺和篩焦站。近來開發的煉焦新工藝還有：配入部分型煤煉焦的配型煤工藝、用搗固法裝煤的煤搗固工藝、煤預熱工藝等。

產品包括：

（1）焦炭。煉焦最重要的產品，大多數國家的焦炭90%以上用于高爐煉鐵，其次用于鑄造與有色金屬冶煉工業，少量用于制取碳化鈣、二硫化碳、元素磷等。在鋼鐵聯合企業中，焦粉還用作燒結的燃料。焦炭也可作為制備水煤氣的原料制取合成用的原料氣。

（2）煤焦油。焦化工業的重要產品，其產量約占裝爐煤的3%~4%，其組成極為復雜，多數情況下是由煤焦油工業專門進行分離、提純后加以利用

（3）煤氣和化學產品。氨的回收率約占裝爐煤的0.2%~0.4%,常以硫酸銨、磷酸銨或濃氨水等形試作為最終產品。粗苯回收率約占煤的1%左右。其中苯、甲苯、二甲苯都是有機合成工業的原料。硫及硫氰化合物的回收，不但為了經濟效益，也是為了環境保護的需要。經過凈化的煤氣屬中熱值煤氣，發熱量為17500kj/Nm3左右，每噸煤約產煉焦煤氣300~400 m3，其質量約占裝爐煤的16%~20%，是鋼鐵聯合企業中的重要氣體燃料，其主要成分是氫和甲烷，可分離出供化學合成用的氫氣和代替天然氣的甲烷。

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