型焦（型煤）现代生产技术提要-------陈善堂一、型焦的概念及诞生背景1、概念：型煤是以无烟煤粉或炭质材料（半焦粉、焦粉、石油焦粉和木炭等）为主体原料，配入少量粘合剂加压成型制得。

型焦是预先将制焦原料进行成型，然后进行碳化或烧结形成的具有固定外形尺寸焦制品或煤制品。

主要有方形、圆柱形，球形。

其特点：尺寸规整、密度大、气孔率低、成分稳定且可调整，冷热强度均高、节能环保等。

特别适用于金属铸造、大型燃油燃气锅炉点火、钢包烘烤、铁合金冶炼等领域，在铸造业使用可大幅度提高铁焦比，提高铁水温度、控制铁水成分等。

目前型煤主用于铸造、冶金、化工、气化等领域，代替焦碳、节约焦煤资源。

2、诞生背景：由于焦煤的大量开采和消耗，世界各国的焦煤资源都面临即将枯竭问题。

我国的焦煤按现在的开采幅度，到2015年焦煤将出现枯竭。

为了解决焦煤贫乏和替代问题，人们开始寻找一种可以充分利用丰富的非粘结煤代替焦煤炼焦的技术，于是诞生了现代的型焦生产技术。

在该技术的开发过程中，人们意外发觉该工艺特别适用于生产铸造型焦，其产品性能远远优于传统的炼焦制品。

另外，由于现阶段型焦的生产规模远远不能满足钢铁冶炼的需求，顾只能应用于铸造业。

进入2010年国家对土焦窑的清理力度加大和关闭148家炼焦企业，加上型焦的应用逐步被铸造业接受及型焦产业自身生产成本的不断降低，及随着非焦炼铁技术的推广，传统焦煤炼焦方法将在5-10年内被完全淘汰，型焦产业将进入高速发展期。

二、中国型焦发展历程中国型煤生产技术的研究和发展具有代表性的成长路线大体经历了“六五”期间采用冷压型煤工艺，用河南鹤壁的贫瘦煤、大同的弱粘煤制成的半焦和焦油沥青粘合剂，生产出一级铸造型煤；“七五”期间，鞍山热能院与内蒙古煤研所合作，以太西无烟煤为主要原料，配以1/3焦煤热压成型，制成特级铸造型煤。

在宁夏石嘴山市焦化厂建成出产4万吨的工业示范线，已投产使用；该院又为乌达矿务局建成同样生产线一条。

河南神火集团部分吸收日本FCP法的优点，利用永城新庄矿的无烟煤在热电厂内投资2亿人民币建成年产10万吨的热压成型铸造型煤生产线一条，已收到巨大的经济效益。

中国型煤产业已进入蓬勃发展阶段,各地均在大力组织资金上马,成为新一代能源产业。

我国型焦大体经历了三个产业淘汰期。

70年代，我国仍处于计划经济的时代，国内一些焦化企业和钢铁企业尝试上了几个规模较小的型焦生产线，例如山东济宁焦化厂，由于机制的限制和技术原因，这批生产线陆续下马，这是我国的第一次型焦产业洗牌；80年代末到90年代初，我国经济进入计划经济和商品经济的双轨制，一部分型焦个体生产企业开始上马型焦产品，因生产技术局限在冷固结领域和当时的市场立足点限制在钢铁企业，继而也被淘汰；90年代末和2000年初，随着冷固结粘合剂的研发技术的突破，又出现一批冷固结型焦生产企业，但冷固结生产型焦面临的问题仍然困惑着这批企业家，主要是：产品灰分超标、防水性差。

至此，人们在制作型焦的理念上才出现质的突破。

有原来的陶瓷工艺引进电极生产热和工艺和传统炼焦的配方工艺，才使型焦的生产技术趋于成熟。

至今，含有传统炼焦配方工艺与电极生产热和工艺相结合及单独采用电极生产工艺的型焦生产方法已形成两枝独秀的成熟生产工艺技术。

但单独采用电极生产工艺的型焦生产方法更加先进，已完全使用无烟煤，更符合完全替代焦煤炼焦的思维理念，真正具有发展前途。

而含有传统炼焦配方工艺与电极生产热和工艺相结合的型焦生产方法仅是过渡工艺（河南神火采用该技术）。

从这两种成熟工艺的共同特点得到启示：冷固结免碳化工艺目前不能生产出满足工业质量要求的型焦制品，但不乏可以作为型焦生产技术的一种互补技术存在。

三、型焦生产工艺1、冷固结免碳化（或免烧结）工艺冷固结工艺，就是利用型焦常温粘合剂固结，不进行烧结或炭化处理。

粘合剂有：专用型焦粘合剂、水玻璃、石灰乳、纸浆废料、水泥等。

2、冷固结碳化（或烧结）工艺冷固结碳化（或烧结）工艺即在冷固结成型后，增加一道“炭化”或“烧结”工序。

3、热固结（热合）碳化（或烧结）工艺“热固结”---将沥青粘合剂和碳质原料一起进行加热软化后再成型的一种方法。

“碳化”---对于使用挥发分较高的粘合剂或碳质材料需通过炭化进行去除挥发分和通过“炭化炉”进行聚合反应，以提高型焦的热强度。

“烧结”---对不需进行聚合反应的型焦焦坯进行热处理，就是“烧结”。

现在使用的“热合—炭化”工艺都是用“煤沥青”作主粘合剂，无烟煤或焦粉作碳质材料，配入的其他碳质材料主要作为协同材料使用。

四、工艺渊源型焦生产工艺，同时综合使用了“陶瓷、电极、炼焦”三种工艺。

因此，看似简单，但其中却包含了极高的技术含量。

1、陶瓷工艺型焦生产工艺引进的“陶瓷工艺”主要体现在“原料级配、成型、烧结”三个方面。

其成型方法和设备是主要的技术要点。

2、电极工艺型焦生产工艺引进的“电极工艺”主要体现在“原料热捏合”方面，完全引用了其生产技术要点。

3、传统炼焦工艺型焦生产工艺引进的“炼焦工艺”主要体现在“炭化”方面，其生产技术要点控制方法相同但炭化设备不同。

炭化设备更倾向于“陶瓷烧结设备”，如：管式炭化窑就是陶瓷推板窑的改型；隧道窑就是陶瓷隧道烧结窑；斜底窑就是古老的“L型烧砖窑”的改进，等等。

（注：耐火材料、水泥、砖瓦都传承于陶瓷工艺）五、型焦生产用原料㈠、成型粘合剂及固结粘合剂1、有机粘合剂有机粘合剂的化学成分以碳或碳氢化合物为主要成分，具有灰分少、可燃烧、高温强度高的特点，是制造型焦的主选粘合剂。

其主要有：煤沥青、煤焦油、高粘结指数的肥煤及焦煤、纸浆废液、糖稀、树脂、淀粉、腐植酸、纤维素等。

2、无机粘合剂无机粘合剂主要是各类水性胶体物，具有灰分高、不燃烧、低温强度高的特点，在制造型焦中单独使用已被淘汰，目前仅作为“复合粘合剂”的次要成分使用。

其主要有：水玻璃、石灰乳、水泥、膨润土、粘土、氯化镁等。

3、复合粘合剂复合粘合剂以有机粘合剂主要成分，配入少量的无机粘合剂复合而成，虽然兼顾了有机粘合剂和无机粘合剂共同优点，也继承了它们的共同缺点。

从目前的应用状况看，缺点大于优点；具有一定的功能作用，但应用价值不大。

其在型焦生产出现的初期有所应用，随着型焦生产技术的成熟，现已被淘汰。

特别是高质量的型焦生产技术成熟，该复合粘合剂的应用价值已被完全否定。

4、各类粘合剂的作用㈡、主体原料1、非粘结性碳质材料型焦生产用非粘结煤有无烟煤、焦末、烟煤和兰炭。

无烟煤是目前生产优质高碳、低灰、低硫、高强度、高密度铸造型焦的主选原料；冶金焦末是废弃物的再利用原料，其生产出来的型焦属于低档产品，不仅固定碳含量低（固定碳80-85%）而且硫含量较高（硫0.8-0.5%），使用中有大量的焦炭颗粒飞出。

烟煤目前只能作为型焦改型剂使用；兰炭其强度太低，不能用于生产型焦。

2、粘结性碳质材料型焦生产用粘结煤有焦煤、肥煤。

焦煤、肥煤可以在型焦生产中使用，但其挥发分会降低型焦的强度，是型焦的密度降低。

仅局限于生产冶金型焦，铸造型焦不适宜使用。

㈢、添加剂种类及功能作用型焦生产用添加剂有固化剂、助燃剂、稀释剂、成焦剂等。

型焦生产一般不需使用添加剂，目前有引入成焦剂的配方在使用，效果不太明显。

㈣、生产配方1、工艺配方工艺配方是由生产工艺决定的。

不同的成型方法、不同的设备选型决定了工艺配方。

在选择型焦生产方法时尤为重要。

目前国内许多厂家因设备和工艺配方的选择缺陷，造成无法生产出合格的型焦和投资浪费。

分析目前国内型焦生产厂家的产品滞销的原因，都是因工艺配方选择错误，造成设备选型错误，所以不能生产出市场需求的产品。

工艺配方是指由生产工艺和生产设备确定的原料配方设计条件要求。

具体讲：工艺配方决定了原料配方调整、变化的参数条件和极限。

型焦生产的工艺配方主要有以下几种：冷固结不烧结工艺配方、冷固结热处理工艺配方、热合快速高温炭化工艺配方、热合慢升温曲线炭化工艺配方。

不同的工艺配方决定了原料配方中各种原料加入的比例和型焦升温的曲线、炭化的时间等。

2、原料配方原料配方是由工艺配方决定的。

原料配方是在工艺配方的约束下，各种原料加入的具体数量，可以根据产品的不同要求进行变动和调整。

举例：（1）煤沥青15%，无烟煤40%，焦末45%；（2）煤焦油5%，煤沥青5%，肥煤10%，无烟煤80%。

3、粒度级配粒度级配指型焦原料的不同尺寸的颗粒和粉料的加入比例。

其尺寸极限为：粉料40-50%，颗粒最大极限小于2mm。

4、成分调整成分调整是根据原料的化学成分和型焦的化学成分要求，通过加入增碳剂、稀释降硫原料的方法，把型焦的化学成分调整到使用要求。

③碳化挥发速度控制型焦炭化过程中，由于焦坯的密度较大，过快的升温速度会造成型焦开裂。

根据原料所含挥发分的类型和数量，执行不同的升温曲线。

六、型焦生产工艺的关键参数控制1、原料加工和配比粒度：粉料大于40%，粒度尺寸极限小于2mm。

2、原料挥发分控制快速炭化：焦坯挥发分小于20%；水分小于1%。

慢速炭化：焦坯挥发分小于30%；水分小于10%。

3、焦坯成型压缩比大于2:1；成型压力大于25MPa。

4、焦坯的碳化煤沥青粘合剂无焦煤配方型焦的慢速炭化温度500-650℃；加入焦煤的配方则炭化温度为950-1100℃；温场保持还原气氛。

快速炭化温度：950-1100℃，炭化时间2-3小时。

5、熄焦型焦的熄焦一般采用水熄焦，可采用喷淋或水池闷熄。

必要时也可采用沙熄。

七、型焦的质量指标二级铸造型焦化学成分：固定碳大于86%；硫小于0.4%，挥发分小于2%，灰分小于12%。

断口颜色：灰白色金属光泽，颗粒之间为熔融状晶相。

冷强度：抛高5米下落到水泥地坪上不破碎。

热强度：型焦在1000℃时，用割炬氧气吹型焦的中心孔（氧气压力0.8MPa），没有明显扩大更不允许有颗粒脱落现象。

八、主要生产设备选型(一)、各式炭化窑性能对比1、管式炭化窑：是陶瓷推板窑的变种，属快速窑，产量高。

燃料使用发生炉煤气，用推焦机装出；存在烟气温度过高（大于900℃）所以极不节能，需要改进才具有应用价值。

2、隧道炭化窑：有传统窑型和现代型焦专用窑型（发明专利号：ZL200710192242.5，发明名称：型焦洁净生产设备）两类。

隧道炭化窑具有产量高、节能、机械化程度高的优点。

传统窑型具有预热、高温、冷却带，原用于生产陶瓷、耐火材料、砖瓦等非金属材料。

由于其不符合型焦的炭化机理，现在被应用于型焦生产存在氧化严重，型焦炭化后强度低、质量不稳定的致命缺点，目前凡使用该窑型炭化的型焦质量都不合格。

现代型焦专用隧道窑是针对型焦炭化机理的特点而发明的一种新型窑炉，其特点是预热和冷却带不是串联布置的，而是并列分布或另外独立设置。

具备了隧道窑的节能、产量高、机械化程度高，运行可靠的优点，同时解决了传统隧道炭化窑的易氧化、型焦强度低、质量不稳定的不足，具有极高的工业化应用价值。