文｜彙錦數能-掌上煤焦

1 焦炭作為高爐煉鐵的熱源、還原劑和骨架作用

焦炭在高溫下發生以下反應：

燃燒産生熱能：C O2=CO2 ↑ Q ；

發生碳溶反應制造還原劑：

CO2 C=2CO-165.6 MJ

上述反應提供煉鐵所需的熱能和還原劑。

2 焦炭灰成分中鉀、鈉對焦炭強度的影響

焦炭帶入的堿金屬多數是矽酸鹽和碳酸鹽。在高爐内，碳酸鹽分解生成氧化物，矽酸鹽則在高爐中被碳還原生成堿金屬：

K2SiO3 C=2K SiO2 CO

鉀和鈉的氧化物分别在815 ℃和1020 ℃還原。金屬鉀和鈉的氣化溫度分别為766℃和 890℃，在高爐下部被還原而生成的金屬鉀和鈉呈氣态，并能與高溫區的焦炭、氮化合生成氰化物：

K（氣） C（固） 1/2N2（氣）= KCN

加速碳溶反應；焦炭中的堿金屬鉀、鈉對焦炭的碳溶反應起正催化作用：其中，鉀的催化作用最顯著，鉀、鈉及其氧化物能摻入焦炭的結構，形成嵌入式化合物如：KC8、NaC8，使碳原子之間的鍵松弛，從而距離增大，使炭結構變形、開裂，加速碳溶反應。上述反應直接降低了焦炭的熱态強度。

3 焦炭灰成分中酸、堿氧化物的固相反應對焦炭強度的影響

假設焦炭中的灰成分基本為堿性氧化物或酸性氧化物。堿性氧化物灰分自身的熔點是很高：氧化鈣的熔點為 2580 ℃；氧化鎂的熔點為2852 ℃，高于酸氧化物的熔點（三氧化二鐵的熔點為：1565 ℃；二氧化矽的熔點為：1 723 ℃；三氧化二鋁的熔點為：2050 ℃），酸、堿氧化物的熔點都高于高爐煉鐵的溫度（1480~1 530 ℃）。

因此，無論是堿性氧化物或酸性氧化物在高爐中化學性質比較穩定，不發生氧化還原反應。煤的灰成分主要是二氧化矽、三氧化二鋁、氧化鈣、氧化鎂和三氧化二鐵，一般情況下酸性氧化物的含量高于堿性氧化物。酸、堿氧化物在 400~1100 ℃之間就會發生固相反應（表1）。

堿性氧化物與酸性氧化物的比值 {（CaO MgO）/（SiO2 Al2O3）} 在 0.8~1.2 的礦石在煉鐵時不需要添加或少添加熔劑，酸、堿氧化物在高溫下會發生固相反應，産生自熔性礦石和半自熔性礦石。

酸、堿氧化物在焦爐或高爐中就會發生固相反應，生成低熔點（低于任何單種酸、堿氧化物的熔點）化合物。也就是說，焦炭在高爐中，焦炭灰成分中相互接觸的酸、堿氧化物會發生固相反應，在焦體内部形成“液滴”，使焦炭的強度迅速降低。低灰精煤（煤泥）的灰分質點形成焦體的内部微小“液滴”。微“液滴”對焦炭在高爐高溫和一定承載壓力下，對焦炭強度和塊度的破壞是一個“點”。

同樣，存在于焦炭中的堿金屬鉀、鈉在焦炭中的分布也是均勻的，對焦炭的碳熔反應也是一個“點”，在高爐環境中循環的鉀、鈉以氣體狀态存在，因此對高爐中焦炭的碳溶反應是在裸露的焦炭表面上，對焦炭的碳溶反應因該是一個“面”。不同粒度（50~0.5 mm）的中煤、矸石在焦炭（體）内形成了不同直徑的大“液滴”。焦炭灰分的酸/堿氧化物的比值越接近0.8~1.2，焦炭内部的“液滴”直徑越大、數量也越多，對焦體、焦炭的強度和塊度破壞力越大，它對焦炭的破壞的表現是一個“塊”。

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