焦炭是一種以固定碳為主要成分的固體燃料，通過將黏結性煤在隔絕空氣的條件下加熱至約1000℃進行干餾而得到的多孔性團塊。其成分主要包括水分、灰分、揮發分和固定碳，元素組成有C、H、O、N、S和P。焦炭的真密度通常在1.8到1.95g/cm3之間，著火溫度范圍為450到650℃。它的反應性受到化學反應速度和擴散因素的影響，抗堿性則取決于礦石中的堿含量。現代焦炭生產過程包括洗煤、配煤、煉焦、熄焦以及煤氣和化工產品的回收處理等多個步驟。

根據不同的應用需求，焦炭可以進一步分為冶金焦、鑄造用焦、鐵合金冶煉用焦、氣化用焦和電石生產用焦等類型。在高爐冶煉中，焦炭主要作為熱源、還原劑、料柱骨架和滲碳劑使用。此外，它還廣泛應用于鑄造、造氣、電石生產和有色金屬冶煉等領域。

冶金焦是高爐煉鐵過程中不可或缺的重要原料，其使用量占據焦炭總產量的絕大部分，對質量有嚴格要求。在中國，不同規模的高爐對焦炭塊度有不同的標準，大型高爐采用大于40毫米的大塊焦，而中小型高爐則選用大于25毫米的塊焦。對于鑄造行業而言，為了提升化鐵爐的熔煉效率和溫度，需要使用塊度大且均勻一致的焦炭。鐵合金冶煉過程對焦炭的性能提出了特殊要求，包括良好的比電阻和化學活性，這些特性主要由其生產工藝的特性所決定。氣化用焦作為合成氨或燃料氣的原料，需具備優良的反應性能，通常選擇氣孔率高、耐磨性較差的小塊焦。電石生產中使用的焦炭在電弧爐內與石灰石發生復雜反應，生成碳化鈣即電石，這要求焦炭能在1800至2200攝氏度的高溫下保持穩定。此外，焦炭還被用于有色金屬冶煉以及鈣、鎂、磷肥等的生產。現代焦炭生產流程涵蓋了洗煤、配煤、煉焦、熄焦以及煤氣和化工產品的回收處理等多個步驟。洗煤環節旨在減少原煤中的灰分和其他雜質含量；配煤則是根據不同的需求將各種煤炭按比例混合以優化最終產品的質量。

煉焦用煤的選擇須基于揮發分、粘結性和結焦性等關鍵指標，并確保低灰分、硫分和磷含量。同時，需評估煉焦過程中煤的膨脹壓力，低揮發分煤可能因膠質體粘度高而產生較大膨脹壓力，對爐體構成威脅。經濟因素如煤價和運輸距離也是重要考量。常用煉焦煤種包括氣煤、肥煤、焦煤和瘦煤。通過配煤策略，即洗選后按比例混合不同結焦性的煤，旨在保障焦炭質量的同時，節約稀缺的主焦煤資源，拓寬煤源，并增加化工產品產量。

煉焦過程涉及將配好的煤料裝入炭化室，在隔絕空氣下，兩側燃燒室加熱，使煤經歷干燥、預熱、熱解、軟化至半焦，最終形成高強度焦炭。熄焦步驟緊隨煉焦之后，確保焦炭品質穩定。

干熄焦法是一種高效的焦炭冷卻技術，其過程涉及將熾熱的焦炭經由熄焦車進行噴水、惰性氣體或二氧化碳逆流穿過紅焦層實現熱交換，以降低焦炭溫度至200℃以下。此方法對環境污染極小，能有效提高焦炭質量，同時回收大量顯熱用于余熱鍋爐生產蒸汽。

在煉焦過程中，除了產出焦炭外，還伴隨逸出高熱值煤氣及多種可提取的化工原料，包括冶金焦、煤焦油、氨、粗苯和焦爐煤氣等。這些副產品不僅具有經濟價值，也需妥善處理以減少環境影響。

蜂巢式煉焦爐作為一種先進的煉焦設備，以其獨特的結構設計優化了煉焦過程，提高了能源利用效率和產品質量。

焦炭

蜂巢式煉焦爐以粘土磚砌成，因其頂部形似老式蜂巢的拱頂而得名。標準蜂巢爐的直徑為3.63米，內部可容納5至7噸煤，煤層厚度在45至60毫米之間。爐旁設有爐門，頂部則有裝煤孔。這種焦爐通常成排建造，相鄰兩爐之間有隔墻，形成一長列共用煙道的爐組，這些爐組往往圍繞煤礦內的山丘布局。裝煤軌道鋪設在爐頂，新采掘的煤可直接送入爐內，無需額外粉碎或配煤處理；而裝焦炭的軌道則設于爐旁。蜂巢式焦爐的設備和操作相對簡單，易于大規模建設，并可根據需求靈活啟動或停用，且其啟停過程無需大量資金投入。

倒焰式焦爐是一種高效的煉焦設備，其設計特點包括窄長的炭化室和直立的燃燒室火道。該技術通過在炭化室內生成煤氣，并在兩側及底部的火道中進行燃燒來提供煉焦所需的熱量。這種焦爐能夠實現不回收化學產品的技術改革，縮短了結焦時間，提高了熱量利用率，并允許使用低揮發份的煤來生產冶金焦。此外，由于隔絕空氣加熱和外部消火措施的實施，焦炭產率得以提升。盡管存在一些局限性，如產生的煤氣不足以自給自足且無法調節送入燃燒室的煤氣量，但其在高爐煉鐵、鑄造、造氣、電石生產和有色金屬冶煉等領域的應用仍然廣泛。

在高爐煉鐵過程中，焦炭扮演著至關重要的角色。它不僅作為熱源為高爐提供必要的熱量，而且作為還原劑參與鐵礦石的還原過程。同時，焦炭還構成了料柱的骨架結構，有助于維持高爐內物料的穩定性，并作為滲碳劑影響最終產品的質量。

在高爐冶煉過程中，實現金屬鐵與氧的化學及機械分離需消耗大量熱量。這些熱量主要來源于三個方面：熱風帶入高爐的熱量、噴吹燃料在風口前的燃燒釋放熱量以及焦炭在風口前的燃燒釋放熱量，其中以焦炭燃燒提供的熱量占比最大。對于全焦冶煉的高爐而言，生產1噸鐵水通常需要消耗500至600公斤的焦炭，幾乎為高爐提供全部所需熱量。而在采用風口前噴吹燃料的高爐中，盡管存在其他熱源，焦炭所提供的熱量仍占全部熱量的70%至80%。

還原劑的作用：

礦石被投入高爐頂端后，在向下移動的過程中與煤氣相遇并經歷還原反應。該還原過程可分為間接還原和直接還原兩個階段。在間接還原階段，上升的爐氣中的一氧化碳（CO）將鐵礦石中的高價鐵氧化物還原為低價鐵或金屬鐵，同時生成二氧化碳（CO?），此過程主要發生在高爐上部的塊狀帶區域。直接還原則發生在高爐的高溫區，這里一氧化碳將鐵氧化物進一步還原，產生的二氧化碳在高溫下迅速與焦炭中的碳發生反應重新生成一氧化碳。

料柱骨架的重要性：

在高爐冶煉過程中，焦炭作為關鍵原料之一，其堆積密度最小且塊度最大，占據了爐料總體積的35%至50%。高溫區礦石軟化熔融后，焦炭成為唯一固態存在物，支撐料柱并保持其良好的透氣性和透液性，對爐況順行至關重要。

生鐵中的碳含量主要來自焦炭，約占入爐焦炭含碳量的7%至10%，這一過程主要發生在高爐軟熔帶和滴落帶。液態渣鐵與焦炭接觸面積增大，加速了鐵水的滲碳過程，最終在滴落帶基本完成滲碳。

鑄造焦作為沖天爐燃料提供熱量并進行滲碳，氣化焦則用于提高化鐵爐溫度。在電石生產中，焦炭作為導電體和發熱體，而氣化工業用焦則用于制造發生爐煤氣和水煤氣。