1. 炼焦
1.1. 固态燃料的转化方法
使用原油固体燃料并不合理，因为会损失宝贵的化工生成物。初始的热化学转化可以提取这些物质。主要煤转化模式是：
?煤的气化：把煤转化为可燃气体;
?加氢：煤转化为液体，主要是生产机动车燃料或化工原料，在高温高压下通过加氢对燃料进行处理;
?热解：煤转化为焦炭，即除去有用气体和液体（焦油）。这个过程是基于有机物质的热分解利用温度超过400℃/ 1 /的高温焦炉。热解是焦炭生产的基本反应。
炼焦过程可定义为：天然的有机物质（主要是固体材料）在真空状态下加热。炼焦过程将被用于窖煤热炼从而产生冶金焦。
1.2. 焦煤转化程序
表1.1为焦煤转化程序：
图1.1. 现代炼焦厂流程图
焦煤的化学成分和物理性质受到用炭及炼焦条件的影响。在煤场，煤被破碎机、烘干机和压块机混合。最后两级料是可选的。但现代炼焦应用渗碳技术，利用卡车把煤从煤仓运到煤炉。如今，炼焦几乎全部用间接加热煤炉的横切面（或炉室）的方法。该焦炉加热室是给其中一面加热。从那里煤炭被加热到最高温度然后进行初始化。
焦化过程。
图1.2. 炉室炼焦过程和温度变化
炉室里发生的化学反应取决于炉内不同位置的温度变化范围，下表为表1.2的补充：
a b c d e
炉室平均宽400-600毫米，高4-8米，有效长度12-18米。这大约相当于30-70立方米的有效容积。炉室年产量在6200-17000吨之间或产率为25-36kg/m3/h /2/。50-70个焦室可以构成一个焦电池组。
表1.1 给出了欧洲一些现代焦化厂的主要特点。蒂森克虏伯钢铁股份有限公司的新型焦化厂有世界上最大炉腔的两个蓄电池组（每个蓄电池组有70个烤箱）：炭化室高8.3米，长20.8米，有效容积93立方米（见表1.2）
表1.1 欧洲最好的焦炭电池 工厂 Krupp Mannesmann 德国 电池 1 烤箱号 炉室型号 LxHxW,m 7 炉室体积 焦炭生产 吨/推动力 百万吨/年 40.3 1.10 < 100°C 加热湿碳至干燥状态。
100 - 提取氮气、甲烷和二氧化碳，煤脱水。在250度以上时煤热解首先产生氢350°C 气。 350 - 当煤开始软化并显示出塑性特征时，预脱气过程结束。在这一区域，煤膨480°C 胀从而导致了最终成品的多孔结构。沥青蒸发。 480 -
半焦形成阶段。煤炭收缩觉定了裂缝的分布情况。 600°C 600 -
最后焦炭中挥发物的清除。
1100°C
17.8×7.8×0.56 70.0 Sollac, Dunkerque 7 法国 55 16.2*6.35*0.46 44.4 26.4 0.77
Salzgitter Stahl, 德国 ZKS, Dillingen, 德国 平均值 印章费
表1.2 Thyssen Krupp Stahl 年产量260万吨的新建焦化厂的主要数据
焦化室数量 炉室体积 有效炉室体积，立方米 焦化时间 通气管平均热温，摄氏度 焦化产物，吨/天 气体处理厂容量，Nm3/h 从750-800公斤的焦煤中获得一吨煤炭，这些煤炭产生约320-330立方米可燃气体。表1.3显示了在炼焦过程中提取的焦化室煤气量的体积。挥发性物质在炼焦过程中从焦化室中以天然气的形式释放。
2*70 20*8.3*0.6 93 24.9 <1325 7250 155,000 A and B 2×54 16.6×6.2×0.47 42.6 26.2 2×0.71 1 and 2* 2×45 - 17.0×6.2×0.50 43.6 55- 55.9 32.3 34.1 2×0.70 0.96
图1.3. 焦化过程中焦化室内天然气的体积和温度
在煤炭的副产品回收厂，必须把该焦化室气体从硫磺和碳氢化合物中清理出来。这些副产品包括粗焦油，苯酚，硫酸或者硫磺，硫酸铵，粗苯和萘。通过提炼的焦化室煤气（焦炉煤气）是一种高发热量，可用于焦炉，考珀斯等加热使用的气体。焦炉煤气的化学成分：
氢气55-60％，甲烷24-28％，一氧化碳6 -8％，二氧化碳2-4％，碳氢化合物2-3％。其余气体为：氧气和氮气。它的热值为18,000-19,000 kJ/Nm3。
1.3. 高炉中焦炭的作用
大部分的焦炭都消耗在了钢铁行业中，主要用于在高炉中生产生铁。十八世纪初期，阿
（）
伯拉罕·达比在英格兰的煤溪谷首次用焦炭替代了高炉中的木炭5。从那时起，焦炭实际上就成了常用的高炉燃料。在巴西利亚，只有为数不多的厂家在使用木炭。
焦炭在高炉中主要有三个功能：
? ? ?
提供热量 充当还原剂 提供炉料
另外，焦炭还可以用作炭化剂和滤尘器。
一部分焦炭与鼓风口的风燃烧产生热量，产生的热量然后由吹进的热风带动。焦炭和辅助燃料中的碳提供了加工所需的大部分热量，约占80%。热量主要用于吸热反应，对负载进行预热和熔解，并对液体产品进行加热。
碳和氧要么通过直接反应生成一氧化碳（2C+O2 = 2CO）要么在高温通过布杜阿尔反应（C+O2 = CO2 和 CO2+ C = 2CO）生成一氧化碳。一氧化碳（以及氢气）可以作为还原剂。低于900-1000摄氏度的时候，氧化铁可以被间接还原：FenOm + mCO = nFe + mCO2 。这一过程会微微放热，在高于900-1000摄氏度的时候，就会出现直接的还原反应：FenOm + mC = nFe + mCO。直接还原反应是吸热反应，需要消耗热量。
焦炭还可以保持炉料的渗透性。900～1350℃之间，内聚区中会出现第一液相（6）。还原的铁和渣会通过热的固体焦炭支撑结构掉落小区。高炉容量的大约一半都是焦炭，焦炭在到达轨道层之前都是固态。
由于铁的渗碳作用，所以熔点大幅度降低：从纯铁的熔点1536摄氏度降到生铁碳含量为4.3%时的温度1147摄氏度（图1.4）。熔点的降低可能会在较低的温度下产生出渣。如果高温金属渗碳不充分，碳耐火材料在炉底的损耗会增加。
图1.4 铁-碳相图
在诸如高比例替代燃料的过程中，炉底会产生灰尘和烟灰，而气流会把灰尘和烟灰带到上方。灰尘和烟灰会恶化透气性，并降低液相的表观粘度。当灰尘和烟灰覆盖焦炭块并发生反应时，这些负面影响会减少（6.7）。灰尘和烟灰还会降低焦炭的活性。
1.4． 焦炭在性质方面的质量和物理力学性质在高炉中极具重要性。
化学分析：
焦炭的有机成分含约96.5～97.5%的碳、0.5～0.8%的H2 、0.3～0.4%的O2 以及少量的S, N2, Na, K和其他元素（8）。有机体的分析被称为最终分析。碳含量是这一分析的主要特性。但是，对于造铁厂家来说，关于碳含量所有成分的信息还不够。焦炭有机体中所含的挥发物质在大约850摄氏度的时候会溜掉。知道焦炭中的固定碳含量是很重要的，因为固定碳留在炉内起冶金的作用。除此之外，最终分析不计算灰烬含量和水汽，这对高炉的操作具有根本影响。 焦炭的工业分析会给冶金工作者提供更有用的信息。简捷是这种分析方法的一大优势。灰烬（A）、挥发物质（VM）以及有些时候的硫（S）含量会出现在为焦炭干重量所做的工业分析中，分析中的湿气超过100%。固碳含量在化学分析中没有规定，但是可以根据以下公式进行计算： Cfix = 100 - (VM+A+S) or Cfix = 100 - (VM+A)。
