专利名称：冶金焦炭镀碳增强装置的制作方法
技术领域：
本发明属于干熄焦领域，尤其是利用富含甲烷气体为熄焦介质的冶金焦炭镀碳增强装置。
背景技术：
由于高炉大型化和高炉喷煤量的增加，高炉要求焦炭的支撑骨架作用越来越突出，这就需要焦炉冶炼出高强度焦炭。但是焦炉冶炼高强度焦炭需要大量的主焦煤为原料，而主焦煤属于世界性紧缺的炼焦煤种，无法满足钢铁生产的需要。从现有炼焦煤炭资源状况和未来发展趋势来看，要求进一步拓展炼焦煤资源，尽量采用弱粘煤和动力煤炼焦，但这些煤种炼出的焦炭难以满足高炉对焦炭强度的要求，因此需要开发新型高强度焦炭冶炼技术和焦炭增强技术。
Shigeno等人在美国申请的专利08/5486216中公开了一种利用焦炭表层渗碳的方法提高焦炭强度，该发明详细介绍了利用富含甲烷的气体介质，在高温条件下与焦炭作用，使甲烷分解产生游离碳，游离碳沉积在焦炭孔隙表面，减少焦炭的比表面积，从而达到提高焦炭强度的目的，该发明提出了焦炭渗碳的基本原理和方法，但是没有说明在工业上如何实现这种方法，也没有提出相应的工艺设备。
干熄焦技术属于典型的钢铁工业清洁生产技术，它利用惰性气体在竖炉中穿过红焦层，回收红焦显热，不用水熄焦，降低了环境污染问题和水资源浪费问题，同时，由于红焦在气体冷却过程中的速率远远低于用水冷却的速率，减少了焦炭裂纹，能够在一定程度上改善焦炭的冷强度指标。但是干熄焦在实际运行过程中也存在一些问题，主要集中在以下几个方面(1)基建投资巨大；(2)对焦炭的热强度改善作用不显著；(3)焦炭在下落过程中，与器壁、气流及焦炭间发生机械摩擦，形成大量粉尘，造成全焦率下降；(4)换热后的高温气流夹带大量粉尘，造成后部设备的磨损严重。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够降低焦炭反应性、提高冶金焦炭反应后强度的冶金焦炭镀碳增强装置。
为解决上述技术问题，本发明冶金焦炭镀碳增强装置包括整体密封罩，密封罩内有一熄焦镀碳台车，罩顶部设有煤气出口管道；密封罩的前端与红焦受料斗相连，红焦受料斗上部与环境相通，下部接活塞给料机，活塞给料机可以在推料槽中做往复机械运动，推料槽通道的出口设有密封挡板，密封挡板下部为斜溜槽，斜溜槽位于熄焦镀碳台车的前端上方，熄焦镀碳台车的台车面由蓖条构成，篦条开有透气小孔，底部为煤气集气箱，煤气集气箱中均匀布置煤气入口管道；熄焦镀碳台车的车尾下方为冷焦受料斗，冷焦受料斗出料口下端有水封槽，水封槽浸没在水下，并与料斗构成水封系统，带式输送机位于冷焦受料斗的下方。
上述熄焦镀碳台车台车面上方设有挡料板，能防止焦炭散落；密封罩内部为浇注耐火材料，外覆满焊钢板；活塞给料机采用耐火材料和耐热铸钢做推头；带式输送机包括带倾角的刮板输送机和链板输送机；煤气出口管道内表面覆有一定厚度的耐火浇注材料。
采用这样结构的装置能够降低焦炭反应性、提高冶金焦炭反应后强度，主要有以下优点(1)能够防止熄焦介质的泄露，由于整个系统均在密封罩内运行，在红焦入口处采用挡板密封，保证了熄焦介质在活塞推杆的一个运行周期中的密封效果，冷焦出口采用水封，也解决了熄焦介质的泄露问题；(2)能够杜绝外界空气的进入，整个系统只有红焦入口和冷焦出口有可能带入空气，由于尾部冷焦出口采用水封，杜绝了空气进入系统，红焦入口处虽然与环境相通，但是，在红焦中碳质燃烧的作用下，将氧化物完全燃烧，因此整个系统可以杜绝空气的进入；(3)利用富含甲烷的焦炉煤气或天然气等气体作为熄焦介质，甲烷高温分解的游离碳吸附并填充焦炭内外表面，具有显著增加焦炭强度的效果；(4)利用钢铁工业的焦化生产工序，从焦炉煤气或甲烷气中副产氢气，具有冶金工业的清洁能源转换功能；(5)采用新型卧式干熄焦装置系统，在熄焦和镀碳过程中，焦炭颗粒间不发生相对运动，大大减少传统干熄焦工艺中焦炭粉尘产生量，减少环境污染，并增加冶金焦率。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明冶金焦炭镀碳增强装置的结构图。
图中1.红焦受料斗，2.活塞给料器，3.推料槽，4.密封挡板，5.斜溜槽，6.熄焦镀碳台车，7.挡料板，8.集气箱，9.煤气入口管道，10.冷焦受料斗，11.水封槽，12.带式输送机，13.密封罩，14.煤气出口管道。
具体实施例方式
在图1中，本装置包括整体密封罩13，密封罩13内有一熄焦镀碳台车6，罩顶部设有一煤气出口管道14；密封罩13的前端与红焦受料斗1相连，红焦受料斗1上部与环境相通，为红焦的入口，下部开口，接活塞给料机2，活塞给料机2可以在推料槽3中做往复机械运动，推料槽3通道为矩形，通道的出口设有密封挡板4，密封挡板4下部为斜溜槽5，斜溜槽5位于熄焦镀碳台车6的前端上方，熄焦镀碳台车6的台车面由蓖条构成，篦条开有透气小孔，底部为煤气集气箱8，煤气集气箱8中均匀布置煤气入口管道9；熄焦镀碳台车6的车尾下方为冷焦受料斗10，冷焦受料斗10出料口下端有水封槽11，水封槽11浸没在水下，并与料斗构成水封系统，带式输送机12位于冷焦受料斗10的下方，熄焦镀碳台车6台车面上方设有挡料板7，能防止焦炭散落；密封罩13内部为浇注耐火材料，外覆满焊钢板；活塞给料机2采用耐火材料和耐热铸钢做推头；带式输送机12采用带倾角的刮板输送机和链板输送机；煤气出口管道14内表面覆有一定厚度的耐火浇注材料，耐火材料外部为无缝管。
整个装置只有一个焦炭入口和一个焦炭出口，一个煤气管道入口和一个煤气管道出口，所有的设备均在密封罩13内。这样，将熄焦介质与环境隔离开。焦化生产过程中的红焦在送入红焦受料斗1时，由于红焦的高温作用，将带入受料斗的空气完全燃烧，当活塞推杆将红焦推入熄焦镀碳台车6时，红焦表面已经没有助燃氧化物质。红焦沿着斜溜槽5进入熄焦镀碳台车6，在焦炭镀碳台车6向前运行过程中，红焦在台车表面形成一定的堆积高度。熄焦介质由管道进入风箱，并以一定的流速从篦条小孔中窜出，进入台车表面堆积的红焦层。红焦具有发达的孔隙结构和很强的吸附能力，熄焦介质通过流动和扩散的形式，由红焦表面进入红焦内部。在合适的温度条件、浓度条件和压力条件下，熄焦介质中的部分甲烷开始分解，形成游离石墨碳和氢气，其中游离石墨碳在红焦孔隙结构中开始沉积，并形成致密膜层，覆盖和堵塞焦炭的外表面和焦炭的孔隙，达到显著降低焦炭反应性和提高冶金焦炭反应后强度的目的，熄焦介质热解产生的氢气随着未反应的气体由煤气出口管道14排出。红焦随着焦炭镀碳台车6不断向前运行，冷的熄焦介质也不断从煤气管道进入风箱，并通过台车篦条小孔，与红焦发生对流换热，最终将红焦温度冷却下来，变为冷焦。冷焦进入台车尾部的受料斗，通过水封，由带式输送机12送出系统。
熄焦镀碳台车6整体在密封罩13内，因此，台车的驱动装置头尾星轮在密封罩13内，而变速机构则在密封罩13外，通过气动密封的方式可以将台车的驱动轴完全密封。熄焦介质在进入台车密封罩13时，整个密封系统采用微正压操作，这样，杜绝了换热后的高温气流夹带大量粉尘的现象。
熄焦介质采用某焦化厂自产的焦炉煤气，其中氢气含量为55～60％，甲烷含量为22～27％，一氧化碳为7～12％，其余为二氧化碳、重烃、氮气和氧气。从焦炉炭化室出来约1000℃红焦通过焦化厂现有的输送设备送入红焦受料斗1，红焦受料斗1的上口尺寸与输送设备相匹配，下口尺寸与活塞推杆机构相匹配，受料斗的高度由预存红焦的量来确定，红焦受料斗1可以预存一部分物料，保证系统运行的连续性，同时，在红焦高温作用下，将红焦带入的少量空气烧尽。红焦在重力作用下由受料斗下口落入活塞推料槽3中，推料槽为矩形，活塞推杆的宽度略小于熄焦镀碳台车6的宽度，推杆的高度根据一次推焦量来确定。活塞推杆采用周期往复式机械运动，红焦在推杆作用下，沿推料槽3进入密封系统。活塞推料槽3末端出口设有转动式密封挡板4。活塞推进时，密封挡板4在推力作用下打开，物料进入推料槽3下方的斜溜槽5，此时活塞和红焦堵塞了上端入料口，防止熄焦介质外窜；活塞收回时，密封挡板4因重力作用自动关闭，防止外界空气窜入熄焦镀碳反应系统。活塞推料槽3出口接有斜溜槽5，斜溜槽5上部与推料槽3出口下沿相连，下部焊接在台车挡料板7侧面上，距离台车面30～50cm。温度为1000℃左右的焦炭从斜溜槽落到熄焦镀碳台车6上，在熄焦镀碳台车挡料板7之间形成堆积高度为60～80cm的焦炭层，并随熄焦镀碳台车6整体水平移动，熄焦镀碳台车6水平移动速度为0.2m～0.4m/min，在这种移动速度条件下，焦炭颗粒之间没有相对运动，有效防止焦炭粉末的产生。焦炉煤气由煤气入口管道9进入煤气风箱，煤气风箱的上部为熄焦镀碳台车6的篦条，在台车的篦条上开有1～3mm的小孔，小孔沿着台车横向方向上均匀分布，每2～3cm有一个。冷的焦炉煤气沿着篦条上的小孔进入焦炭层，与热的焦炭之间发生对流换热，同时，焦炭孔隙中吸附大量的焦炉煤气。在红焦区，焦炉煤气中的甲烷气体在高温作用下发生分解，生成游离石墨碳和氢气，游离石墨碳在焦炭孔隙中沉积，并形成一层致密的碳膜。氢气在流动、扩散和传质作用下，由焦炭内部进入煤气中，并随着煤气一起沿煤气出口管道14流出，由于煤气出口管道14在密封罩的前端，受红焦热辐射的作用，煤气出口管道14的温度650～700℃之间。随着焦炭镀碳台车6载着焦炭不断向前运行，冷煤气与焦炭之间不断发生对流换热，焦炭温度逐渐降低，当焦炭温度低于750℃时，焦炉煤气中的甲烷分解速度降低，焦炉煤气与焦炭之间的相互作用仅表现为对流换热，焦炭温度不断降低，在台车的尾部达到工艺要求的温度。这时，焦炭进入冷焦受料斗10，冷焦受料斗10的上部与焦炭镀碳台车6尾部相连，下部浸入水中，并与水中的刮板机相连，冷焦炭经过水封，通过水冷，进一步降低焦炭温度，同时，焦炭的孔隙中填充大量水分，将孔隙中的焦炉煤气置换出来，经过水封的焦炭，由刮板机送出系统。
根据焦炭温度制度的变化，整个工艺在台车长度上可以分为镀碳区和干熄区，两个区域的分配比为13。焦炉煤气的供气制度也可以分为两个区域，镀碳区和干熄区，在镀碳区使用的是原始焦炉煤气，在干熄区采用的是循环焦炉煤气，原始焦炉煤气与循环焦炉煤气分别占总气量的20％和80％。这两部分气体从一个煤气出口管道14排出，一部分经冷却除尘后送给用户，另一部分采用冷却除尘后循环的方式送回系统。
权利要求
1.一种冶金焦炭镀碳增强装置，其特征在于包括整体密封罩(13)，密封罩(13)内有一熄焦镀碳台车(6)，罩顶部设有煤气出口管道(14)；密封罩(13)的前端与红焦受料斗(1)相连，红焦受料斗(1)上部与环境相通，下部接活塞给料机(2)，活塞给料机(2)可以在推料槽(3)中做往复机械运动，推料槽(3)通道的出口设有密封挡板(4)，密封挡板(4)下部为斜溜槽(5)，斜溜槽(5)位于熄焦镀碳台车(6)的前端上方，熄焦镀碳台车(6)的台车面由蓖条构成，篦条开有透气小孔，底部为煤气集气箱(8)，煤气集气箱(8)中均匀布置煤气入口管道(9)；熄焦镀碳台车(6)的车尾下方为冷焦受料斗(10)，冷焦受料斗(10)出料口下端有水封槽(11)，水封槽(11)浸没在水下，并与料斗构成水封系统，带式输送机(12)位于冷焦受料斗(10)的下方。
2.按照权利要求1所述的冶金焦炭镀碳增强装置，其特征在于熄焦镀碳台车(6)台车面上方设有挡料板(7)，防止焦炭散落。
3.按照权利要求1所述的冶金焦炭镀碳增强装置，其特征在于密封罩(13)内部为浇注耐火材料，外覆满焊钢板。
4.按照权利要求1所述的冶金焦炭镀碳增强装置，其特征在于活塞给料机(2)采用耐火材料和耐热铸钢做推头。
5.按照权利要求1所述的冶金焦炭镀碳增强装置，其特征在于所述的带式输送机(12)包括带倾角的刮板输送机和链板输送机。
6.按照权利要求1所述的冶金焦炭镀碳增强装置，其特征在于煤气出口管道(14)内表面覆有一定厚度的耐火浇注材料。
全文摘要
一种冶金焦炭镀碳增强装置，涉及干熄焦领域，尤其是利用富含甲烷气体为熄焦介质的冶金焦炭镀碳增强装置。该装置是利用红焦显热将熄焦介质中的甲烷分解为氢气和游离碳，游离碳吸附并填充在焦炭表面和焦炭孔隙内，形成致密膜层，覆盖焦炭的外表面，并堵塞焦炭的内部孔隙。该装置有一个整体密封罩，密封罩的前端与红焦受料斗相连，红焦受料斗通过活塞给料机与熄焦镀碳台车相连，熄焦镀碳台车底部为煤气集气箱，熄焦介质由集气箱上部的台车蓖条进入焦炭层，熄焦镀碳台车的车尾下方为冷焦受料斗，冷焦受料斗下方为水封的带式输送机。利用该装置可以降低焦炭反应性、提高冶金焦炭反应后强度。
文档编号C10B29/02GK1854249SQ20051006863
公开日2006年11月1日 申请日期2005年4月27日 优先权日2005年4月27日
发明者廖洪强, 包向军, 马刚平, 李东涛, 赵鹏, 程晓光, 张向伟, 薛立民 申请人:首钢总公司