煉焦煤在隔絕空氣條件下加熱到1000℃左右（高溫乾餾），通過熱分解和結焦產生焦炭、焦爐煤氣和煉焦化學產品的工藝過程。冶金焦炭含碳量高，氣孔率高，強度大（特別是高溫強度），是高爐煉鐵的重要燃料和還原劑，也是整個高爐料柱的支撐劑和疏鬆劑。煉焦副產的焦爐煤氣發熱值高，是平爐和加熱爐的優良氣體燃料，在鋼鐵聯合企業中是重要的能源組分。煉焦化學產品是重要的化工原料。因此煉焦生產是現代鋼鐵工業的一個重要環節。
簡史 中國明代以前就已采用土窯煉焦，並用焦炭冶鐵。到20世紀初，經過發展的土窯有圓窯和長窯兩種，前者適用於地下水位不高、煤結焦性較好的地區；後者因爐底高於地面，操作受地下水的影響較小，結焦時間較短，適用於多雨而煤結焦性略差的地區。土窯的特點是結焦室和燃燒室不分開，煉焦熱源靠煤幹餾時產生的煤氣和部分煤料燃燒提供，因而成焦率低，焦炭灰分高，結焦時間長(約8～12晝夜)，化學產品不能回收利用，對大氣污染嚴重。後經改進，出現一種帶固定拱頂的圓窯，稱為蜂窩式煉焦爐（圖1）。每孔爐的裝煤量5～7噸，結焦時間48～72小時。焦炭在爐內熄火，最初用人工出焦，後來改為機械化出焦。
19世紀中葉出現瞭倒焰式煉焦爐（圖2）。倒焰爐的炭化室和燃燒室用磚墻分開，但上部相通，使炭化室發生的煤氣轉入燃燒室，並從燃燒室上部引入空氣，使煤氣燃燒，火焰由上“倒焰”而下，經爐底煙道排入煙囪。這種煉焦爐不回收化學產品，加熱用煤氣量不能調節，結焦末期煤氣產量小，供熱不足。
1881年，在德國建成瞭第一座回收化學產品的煉焦爐，把回收化學產品後的凈煤氣送回燃燒室加熱，保證瞭煤氣供應。在其發展初期，燃燒後的廢氣直接進入煙囪，沒有回收廢熱，煉焦爐的熱效率很低。1883年，德國霍夫曼（G.Hoffmann）第一個將平爐的西門子蓄熱室用於煉焦爐。1904年出現瞭帶橫蓄熱室的煉焦爐，燃燒所需的空氣在蓄熱室內經過預熱進入火道，因此，爐子加熱隻消耗煉焦所得煤氣的50％，大大提高瞭熱效率。至此已具備瞭現代煉焦爐的雛形。此後，各國對煉焦爐的結構作瞭許多改進，逐步提高瞭操作的機械化水平，煉焦爐日趨大型化。為瞭節省高熱值的焦爐煤氣，煉焦爐還可利用低熱值的高爐煤氣或發生爐煤氣加熱。
結焦機理 煤的有機質基本結構單元，是以芳香族稠環為主體，周圍連接側鏈雜環和官能團的大分子。煤在結焦過程中受熱到350～480℃，大分子劇烈分解，斷裂後的側鏈繼續裂解，其中分子量小的呈氣態，分子量適中的呈液態，分子量大的和不熔組分呈固態，相互滲透的三相物組成膠質體。煤的粘結性強弱，取決於膠質體的數量以及流動性和熱穩定性。當溫度繼續升高到450～550℃時，液相產物進一步分解，其中一部分又呈氣態析出，剩餘部分逐漸變稠，與分散的固相顆粒融成一體，最後縮聚並固化，形成半焦。在這過程中，氣態產物通過膠質體逸出，產生膨脹壓力，使固體顆粒結合得更加牢固。聚積在膠質體中的氣態產物則形成氣孔。當溫度進一步升高到700～1000℃時，半焦主要析出氣體，碳網繼續縮聚，體積變小，焦質變硬，形成多孔的焦炭。這時，熱解產物已無液相出現。由於半焦的收縮，各點的溫度和升溫速度不同，使收縮量和收縮速度不均，產生焦炭裂紋（圖3）。
生產工藝 有下述程序：
煉焦煤料的制備 簡稱備煤，是將煤礦運來的各種精煤（或低灰分原煤）制備成配比準確、粒度適當、質量均一、符合煉焦要求的煤料。一般包括：卸煤、貯存和混勻、配合、粉碎和混合，並將制備好的煤料送到焦爐貯煤塔。嚴寒地區，還應有解凍庫和破凍塊設備。煉制優質焦炭，必須對備煤操作給予足夠的重視。把煤混勻好，提高配煤的準確度，使煤質波動最小，保證焦炭的化學成分和物理機械性能的穩定，以穩定焦炭質量。因此配煤設備必須準確地按給定值配煤；配煤槽要均勻連續下煤。煤中雜物要除凈，水分不能過高。煤料的合理粉碎，可以有效地提高焦炭的機械強度。必須根據具體情況對不同的煤料確定最適宜的粉碎粒度。
改進備煤流程，是擴大煉焦煤源和改善焦炭質量的途徑。目前，中國絕大多數焦化廠都采用先按規定比例配合的混合粉碎流程。這種流程不能根據各種煤的硬度差異分別進行處理，因此隻適用於粘結性較好、煤質較均勻的煉焦煤料。較新的備煤流程有三種：①單獨粉碎流程，是將各種煤先單獨進行粉碎，然後按規定的比例配合，再進行混合；②分組粉碎流程，是先將硬度相近的各煤種，按比例配合成組，各組分別送往各自的粉碎機粉碎到要求的粒度，再進行混合；③選擇粉碎流程，是將粉碎到一定程度的煤過篩，將篩出的粗粒級組分進行再粉碎，這樣可使粘結性差、惰性物含量高的粗粒級組分粉碎得較細，避免粘結性好的巖相組分過度粉碎。
煉焦生產 已經制備好的煤料從煤塔放入裝煤車，分別送至各個炭化室裝爐。幹餾產生的煤氣經集氣系統，送往化學產品回收車間加工處理。經過一個結焦周期（即從裝爐到推焦所需的時間，一般為14～18小時，視炭化室寬度而定），用推焦機將煉制成熟的焦炭經攔焦機推入熄焦車；熄焦後，將焦炭卸入涼焦臺；然後篩分、貯藏（圖4）。
煉焦車間一般由兩座煉焦爐組成一個爐組。兩座煉焦爐佈置在同一中心線上，中間設一個煤塔。一個爐組配有相應的焦爐機械──裝煤車、推焦機、攔焦機、熄焦車和電機車；還配備一套熄焦設施，包括熄焦塔、熄焦泵房、粉焦沉淀池及粉焦抓鬥等，佈置在爐組的端部。熄焦塔中心與爐端炭化室中心的距離一般不小於40米。如采用幹法熄焦，則需設幹熄焦站。煉焦車間還裝備有必要的管道和換向系統。
焦炭處理 從煉焦爐出爐的高溫焦炭，需經熄焦、涼焦、篩焦、貯焦等一系列處理。為滿足煉鐵的要求，有的還需進行整粒。
熄焦 有濕法熄焦和幹法熄焦兩種方式。前者是用熄焦車將出爐的紅焦載往熄焦塔用水噴淋。後者是用180℃左右的惰性氣體逆流穿過紅焦層進行熱交換，焦炭被冷卻到約200℃，惰性氣體則升溫到800℃左右，並送入餘熱鍋爐，生產蒸汽。每噸焦發生蒸汽量約400～500公斤，幹法熄焦可消除濕法熄焦對環境的污染，提高焦炭質量，同時回收大量熱能，但基建投資大，設備復雜，維修費用高。
涼焦 將濕法熄焦後的焦炭，卸到傾斜的涼焦臺面上進行冷卻。焦炭在涼焦臺上的停留時間一般要30分鐘左右，以蒸發水分，並對少數未熄滅的紅焦補行熄焦。
篩焦 根據用戶要求將混合焦在篩焦樓進行篩分分級。中國鋼鐵聯合企業的焦化廠，一般將焦炭篩分成四級，即粒度大於40毫米為大塊焦，40～25毫米為中塊焦，25～10毫米為小塊焦，小於10毫米為粉焦。通常大、中塊焦供冶金用，小塊焦供化工部門用，粉焦用作燒結廠燃料。
貯焦 將篩分處理後的各級焦炭，分別貯存在貯焦槽內，然後裝車外運，或由膠帶輸送機直接送給用戶。
整粒 將大於80(或75)毫米級的焦炭預先篩出，經切焦機破碎後再過篩，得到粒度80～25(或75～25)毫米級焦炭用於煉鐵。這樣可以提高焦炭粒度的均勻性，並避免大塊焦炭沿固有的裂紋在高爐內碎裂，從而提高焦炭的機械強度，有利於煉鐵生產。（見彩圖）
煉焦爐出焦
胥國泰攝於本溪鋼鐵公司
參考書目
《煉焦工藝學》編寫組：《煉焦工藝學》，冶金工業出版社，北京，1978。
H.H.Lowry，Chemistry of Coal Utilization，M.A.Elliott，2nd supplementary Volume，John Wiley &Sons，New York，1981.