一种顶装焦炉平煤压实装置及方法与流程

本发明属于冶金焦化生产技术领域，涉及一种顶装焦炉平煤压实装置及方法，特别涉及一种通过装煤压实提高堆密度从而提高焦炭质量和产量的顶装焦炉平煤压实装置及方法。

背景技术：

随着高炉冶炼技术和设备的不断发展和提高，高炉对焦炭质量的要求愈来愈严格，虽然高炉富氧喷煤新技术等的发展，焦炭作为高炉的供热剂、供碳剂和还原剂的作用有所降低，但焦炭作为骨架，保护高炉内透气性和透液性的作用反而得到了加强，是目前高炉炼铁过程中不可替代的原材料。

我国高炉用冶金焦采用的是室式炼焦工艺。现行的炼焦技术无不以提高焦炭产量、质量或扩大炼焦用煤来源以降低生产成本、保护有限炼焦煤资源为出发点。为达到上述目的，主要采用增加入炉煤的堆密度、配入添加剂和应用干熄焦等工艺来实现。增加煤料堆密度的措施包括提高炭化室高度、煤调湿技术、捣固技术及配型煤技术等。

现代焦炉可根据装煤方式、加热煤气和空气供入方式、燃烧室火道形式、实现高向加热均匀方式以及气流调节方式等不同进行分类。每一种焦炉形式均由以上分类的合理组合构成。根据装煤方式焦炉有顶装(散装)焦炉和侧装(捣固)焦炉之分。顶装焦炉在炼焦生产过程中，需要在装煤阶段对炭化室内入炉煤进行推平处理，俗称“平煤”操作，将装煤后留下的堆角推平，以达到增加焦炉装煤量，提高焦炭产量目的。

在实际的炼焦生产过程中，顶装焦炉由于受自身炉体结构特点存在如下问题：1、由于入炉煤上下堆密度差异较大所导致炭化室上、下部焦炭质量差异大以及上部冶金焦产量较低；2、随着炉龄的增长，在满负荷生产的情况下再提高焦炭产量的难度较大；3、随着高炉向着大型化的方向发展，对焦炭的质量提出了更高的要求，在配煤结构不发生变化时，提高焦炭质量的难度较大。

因此，如何利用现有顶装焦炉提高焦炭产量和质量一直是焦化生产所面临的难题。

通过查新，检索到一些相关技术，如：

“一种推焦车的压煤平煤装置(CN202849318U)”该技术提供了一种不仅具有平通、平整、平均匀功能而且能将装煤压实，多装煤，且结构简单，易更换，使用周期长的推焦车的压煤平煤装置。

该技术存在如下缺陷：首先在整个过程中，压煤器作用力主要作用在两块侧板上，对煤的作用力有限，当遇到炭化内表面低于平煤装置有凹陷时，滚筒就会悬挂于平煤装置与煤表面之间，对煤表面无压力作用。

“炼焦炉平煤方法(CN105001884A)”该技术提供一种炼焦炉平煤方法，能够压紧压实炼焦炉中炼焦煤，使炼焦煤的堆密度增加，进而提高焦炭质量。该技术中平煤杆伸出端属于硬链接，连接部位对平煤杆的支撑力使得依次伸出的平煤杆并不能将自身的重力全部作用在煤上，因此，减弱了平煤装置对煤压实的作用。

“焦炉平煤装置(CN204569810U)”该技术提供了一种克服现有顶装焦炉平煤杆不足之处的焦炉平煤装置，利用重力和滚动原理，能将煤料层层压紧，压平。其中该技术中涉及的平煤压实装置对表层煤直接压实的部分为杠杆连接轮，对煤压实主要作用力来自于平煤杆前后移动过程中对杠杆连接轮的支撑力，当煤表面凸起较高时，支撑力较大，当煤表面出现凹陷时，杠杆连接轮悬在平煤杆和煤表面之间，支撑力明显减小、甚至不存在，也就是说连接于平煤杆上的杠杆连接轮对煤表面的支撑力作用并不均匀，而且对煤表面的最大压力不超过平煤杆行进过程中对杠杆连接轮的支撑力，整体作用效果有限。

“一种具有振动压实功能的平煤杆(CN105885878A)”该技术提供了一种具有振动压实功能的平煤杆，在平煤杆上设置振动压实装置，利用启动振动器使压实板产生振动，利用四连杆机构实现压实板的上下平拍动作，实现将顶装焦炉顶部煤压实的目的。但该技术所用振动压实功能平煤杆由于受平煤杆连接四连杆机构作用，竖直方向上有很大一部分力作用于平煤杆与四连杆的连接部位；当煤表面出现凹凸不平时，简单的振动拍打不能实现焦炉内煤的有效压实，并且连接在平煤杆上的四连杆机构振动器在一定程度上影响平煤杆的正常行走；另外，振动作用有可能会损伤砖砌炉墙结构，降低焦炉使用寿命，易造成炭化室荒煤气串漏到燃烧室，最终使烟气排放不达标，造成环境污染。

因此，针对现有顶装焦炉平煤杆装置存在的不足以及顶装焦炉生产实际需求和发展趋势，有必要开发出一种简便、高效、实用煤压实装置，以及通过平煤压实装置提高堆密度从而提高焦炭质量和产量的方法。

技术实现要素：

针对现有顶装焦炉由于自身工艺特点造成的在提高焦炭质量和焦炭产量方面存在的局限性，有必要利用现有顶装焦炉炼焦生产装置开发出一种简便、高效、实用煤压实工艺装置和方法，通过辊、轴、链连动机械装置实现在焦炉封闭空间内的煤压实作业，在较短操作时间内提高炭化室入炉煤的堆密度，增加装煤量，同时不污染环境，从而达到提高焦炭质量和焦炭产量的目的。

本发明通过如下技术方案实现：

一种顶装焦炉平煤压实装置，包括平煤杆，平煤杆上设有支撑杆，弹性装置，牵引装置，压实辊，撬棍，卡座；所述支撑杆垂直固定在平煤杆上，弹性装置和牵引装置分别与支撑杆连接，弹性装置和牵引装置共用一个支撑杆或分别设置支撑杆，牵引装置设置高度高于弹性装置；所述压实辊通过撬棍、卡座限位在平煤杆上，压实辊通过牵引装置进行牵引；所述撬棍的顶端连接在弹性装置上，撬棍的底端斜插在平煤杆内。

所述弹性装置包括支撑板，弹簧钢件，电磁铁；所述弹簧钢件绕缠在支撑杆的外侧，弹簧钢件的底端固定在平煤杆上，弹簧钢件沿支撑杆做竖直方向上的运动，在弹簧钢件的顶端设有套在支撑杆上的支撑板，支撑板下面和与支撑板下面相对应的平煤杆上分别固定有电磁铁，弹性装置通过相对应的电磁铁产生的吸引力进行电磁控制。

所述牵引装置包括牵引链，电动轴，电动机，托架；托架固定在支撑杆上，电动轴的轴座及电动机固定在托架上，电动轴通过联轴器与电动机连接；牵引链呈“丫”形状，牵引链的一端与电动轴连接，另一端与压实辊的中心轴的两个端点进行连接。

所述撬棍的顶端连接在弹性装置的支撑板上，并随支撑板上下移动；撬棍的中下端设有长孔，固定轴穿过长孔，固定轴两端固定于平煤杆两侧壁上，撬棍能够以长孔内的固定轴为弧心进行绕动。

所述压实辊的形状为椭球形、圆球形、圆柱形，根据压实辊形状将平煤杆前端设置为梯形台斜面。

所述卡座顶端设为三角锥状，卡座底端通过平板与弹簧连接，弹簧的另一端与平煤杆内凹槽底面固定连接，凹槽的四壁与底面为铁皮包裹，卡座连同平板、弹簧在竖直外力作用下沿凹槽内壁面收缩至平煤杆内，外力消失后，卡座连同平板又被弹簧弹起，平板弹起高度不超过平煤杆的上表面。

在平煤杆靠近焦侧端的底部设有刮煤板，刮煤板设计为固定直立式、可折叠式、纵向伸缩式，形状分为三角锥形、圆弧形、长方形，不同形状的刮煤板提供压实辊行进的凹沟轨道。

当弹性装置和牵引装置分别设置支撑杆时，在弹性装置所在的支撑杆上端设有限位器。

一种顶装焦炉平煤压实的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：压实装置进入焦炉后，弹性装置处于开启状态，弹性装置中的电磁铁产生电磁力，电磁铁相互吸引压缩支撑杆外侧绕缠的弹簧钢件，弹性装置产生弹力；压实辊被限位在平煤杆、撬棍及卡座之间；

步骤二：当压实装置从焦侧向机侧退出时，弹性装置关闭，控制弹性装置压缩的电磁铁之间电磁吸引力消失，进一步上端电磁铁连同支撑板被瞬间弹起，进一步顶端连接在支撑板上的撬棍也被弹起，撬棍与平煤杆之间夹角也随之瞬间变大；撬棍撬动压实辊，在撬棍向外撬力的作用下，压实辊开始向外滚动，压实辊将卡座压入平煤杆内，压实辊沿平煤杆前端的梯形台斜面正向落至煤表面；在压实辊正向滚落过程中，压实辊中心轴牵拉牵引链，牵引装置电动轴随之正向转动，牵引链随之变长；

步骤三：压实装置从焦侧向机侧退出过程中，牵引装置通过牵引链拉动压实辊在煤表面进行滚动，压实辊的行进速度与压实装置退出速度一致；

步骤四：当压实装置未完全退出焦炉时，开启位于支撑杆上的牵引电动机，电动机的电动轴反向转动，将牵引链盘绕到电动轴上，同时牵引压实辊通过平煤杆前端梯形台斜面重新滚回至平煤杆上部，压实辊反向滚过卡座后，卡座被下端弹簧重新弹起，同时弹性装置开启，进一步弹性装置中的电磁铁产生电磁力，电磁铁重新相互吸引，弹性装置中的弹簧钢件得到重新压缩，撬棍顶端随弹性装置中的支撑板一起下落，使撬棍与平煤杆的夹角变小；在牵引链的牵引下，压实辊被重新固定在撬棍、卡座与平煤杆之间，重新变为步骤一所述状态，压实装置退出焦炉。

进一步，在步骤二之前进行平煤操作，平煤杆带动刮煤板动作，使得焦炉内煤表面出现凹沟。

与现有技术相比，本发明的效果是在平煤压实过程中，平煤与压实操作互不影响，通过辊、轴、链连动机械装置实现在焦炉封闭空间内的煤压实作业，尤其是压实过程中压实辊自身重力全部作用在炉内煤上，压实辊在煤表面随平煤杆退出过程就能将煤有效压实。平煤压实操作所需时间短、效率高。通过压实辊压实作用，可有效增大焦炉装煤堆密度，改善原料煤结焦过程中的黏结性能，改善焦炭质量，提高单位工序焦炭产量，降低炼焦生产成本，进而节约资源、不污染环境，促进焦化企业的可持续发展。

附图说明

图1为平煤杆进入炭化室时压实装置侧面示意图；

图2为平煤杆退出炭化室时压实装置侧面示意图；

图3为由支撑杆连接的弹性装置与牵引装置示意图；

图4为分立设置的弹性装置示意图；

图5为牵引装置牵引压实辊示意图；

图6为卡座原理示意图；

图7为撬棍及撬棍运动原理示意图；

图8为煤压实装置中的刮煤板示意图。

其中：牵引链1，电动轴2，支撑杆3，支撑板4，弹簧钢件5，压实辊6，中心轴7，卡座8，刮煤板9，固定轴10，撬棍11，平煤杆12，电动机13，托架14，电磁铁15，限位器16，长孔17，平板18，弹簧19。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1、2所示，一种顶装焦炉平煤压实装置，包括平煤杆12，平煤杆12上设有支撑杆3，弹性装置，牵引装置，压实辊6，撬棍11，卡座8，刮煤板9；所述压实辊6通过撬棍11、卡座8限位在平煤杆12上，压实辊6通过牵引装置进行牵引；所述撬棍11的顶端连接在弹性装置上，撬棍11的底端斜插在平煤杆12内；所述刮煤板9设在平煤杆12靠近焦侧端的底部。

弹性装置和牵引装置分别与支撑杆3连接，弹性装置和牵引装置共用一个支撑杆或分别设置支撑杆，牵引装置设置高度高于弹性装置。如图3所示，所述弹性装置位于牵引装置与平煤杆12之间，属于一体式结构。弹性装置主要包括支撑板4，弹簧钢件5，电磁铁15。所述支撑杆3垂直固定在平煤杆12上，支撑杆3上固定有托架14，并通过托架14固定连接牵引装置。支撑杆3外侧绕缠有弹簧钢件5，弹簧钢件5的底端固定在平煤杆12上；弹簧钢件5可沿支撑杆3做竖直方向上的运动，在弹簧钢件5的顶端设有套在支撑杆3上的支撑板4。所述弹性装置也可以与牵引装置分立设置，通过另外支撑杆支撑牵引装置(图略)，即支撑杆3上不设有托架14，在靠近支撑杆3顶端设有限位器16，限位器16可以防止弹簧钢件5弹力过大使支撑板4从支撑杆3顶端脱落，如图4所示。支撑板4的下端中心线处与撬棍11的顶端进行固定连接，支撑板4下面两端固定有电磁铁15，弹簧钢件5压缩产生的弹力能使支撑板4连同支撑板4下面两端的电磁铁15一同弹起，支撑板4下面和与支撑板4下面相对应的平煤杆12上分别固定有电磁铁15。

当弹性装置处于开启状态，弹性装置中的电磁铁15产生电磁力，电磁铁15相互吸引压缩支撑杆3外侧绕缠的弹簧钢件5，弹性装置产生弹力；

当弹性装置处于关闭状态，电磁铁15相互间电磁力消失，弹簧钢件5之前压缩产生的弹力瞬间得到释放，向上的弹力使得支撑板4及固定在支撑板4下面两端的电磁铁15被瞬间弹起，同时顶拉撬棍11，使撬棍11与平煤杆12间夹角变大，进而将压实辊6从平煤杆12上撬至煤表面，如图2所示。

所述牵引装置主要由牵引链1、电动轴2、电动机13、托架14等组成，如图3所示。弹性装置和牵引装置共用一个支撑杆3时，牵引装置位于弹性装置的顶端，电动轴2的轴座及电动机13固定在支撑杆3顶端的托架14上，电动轴2通过联轴器与电动机13连接。

牵引链1由两部分组成，呈“丫”形状，其中一端头固定在牵引装置电动轴2上，与电动轴2连接部分为可弯曲铁链；牵引链1的另一端头与压实辊6的中心轴7的两个端点进行铰接，与中心轴7连接部分的牵引链不能弯曲，为固定形状的铁框，以免与行进中的压实辊6出现缠绕，如图5所示。

牵引链1的长度主要由电动机13和电动轴2进行控制，牵引链1中的可弯曲铁链部分最大长度可达1000mm。在压实辊6从平煤杆12滚落至煤表面过程中，压实辊6拉动盘绕在牵引装置电动轴2的牵引链1，电动轴2可以随之正向自由转动。当牵引装置中电动机13开启后，带动电动轴2反向转动，随着牵引链1在电动轴2上的逐渐盘绕，连接于电动轴2与压实辊6之间的牵引链1逐渐缩短；牵引装置通过电动轴2与压实辊6之间的牵引链1的缩短，实现牵拉压实辊6滚回至平煤杆12上。

当牵引装置牵拉压实辊6在煤表面滚动时，无需启动电动机13，由于与牵引装置连接的支撑杆3垂直固定在平煤杆12上，牵引装置可以随着平煤杆12退出焦炉，进而通过牵引链1牵拉压实辊6在煤表面滚动。

所述压实辊中心轴7与压实辊6呈一体连接，中心轴7与压实辊6同时转动。压实辊中心轴7也可以与压实辊6呈轴连接，压实辊6绕中心轴7进行转动。压实辊6形状可为椭球形、圆球形、圆柱形。压实辊6的重量为100～300kg。压实辊6宽度不超过380mm，最大高度不超过160mm。压实辊6通过撬棍11、卡座8等部件限位在平煤杆12上，压实辊6在煤表面滚压速度与平煤杆12从焦侧向机侧行进速度一致。

压实辊6的特征在于：压实辊6在煤表面凹沟轨道内行进，行进过程中压实辊6的自身重力全部作用在煤表层，压实辊6在煤表面行进一次就能将煤有效压实。

平煤杆12全长20000～30000mm，行程10000～20000mm，平煤杆12前端设置为梯形台斜面，进一步压实辊6能顺利滚落至煤表面和滚回至平煤杆12上。

在平煤杆12上设有起固定压实辊6作用的卡座8，卡座8顶端设为三角锥状，易于使压实辊6能够将卡座8碾压至平煤杆12内；卡座8、平板18与弹簧19由上至下依次连接，平板18目的使卡座8在平煤杆12内做竖直方向运动，弹簧19的另一端与平煤杆12内凹槽底面固定连接，凹槽的四壁与底面为铁皮包裹，卡座8连同平板18、弹簧19可在竖直外力作用下沿凹槽内壁面收缩至平煤杆12内，当压实辊6离开卡座8位置后，作用在卡座8上的外力消失，卡座8连同平板18又可被弹簧19弹起，平板18弹起高度不超过平煤杆12的上表面，卡座8作用原理如图6所示。当弹性装置使撬棍11产生对压实辊6的撬力和电动机13牵引力足够大时，卡座8也可以直接固定安装在平煤杆12上。

所述撬棍11的顶端连接于支撑板4上，能随着支撑板4被弹簧钢件5顶起，撬棍11中下端设有长孔17，长孔17为了满足弹性装置向上弹起使撬棍11翘起产生的位移变化，长孔17的长度要大于撬棍11翘起产生的位移变化，进而不限制弹性装置的弹起。

撬棍11长为100～200mm，宽为20～60mm。固定轴10横向固定在平煤杆12两侧壁上，固定轴10穿过撬棍11的长孔17，由于撬棍11顶端连接于弹性装置的支撑板4下面中心处，并能随着支撑板4被弹簧钢件5顶起，撬棍11在被弹起过程中以长孔17内固定轴10为弧心进行绕动，如图7所示。

当弹性装置未弹起时，撬棍11有一部分位于平煤杆12内。弹性装置突然弹起后，撬棍11在弹性装置弹性牵引力的作用下向上运动，进而撬棍11与平煤杆12夹角变大，同时撬棍11位于平煤杆12内部分变短。

所述刮煤板9在平煤杆12靠近焦侧端的底部，呈固定直立式，刮煤板9的宽度小于炭化室宽度，为了使刮煤板9刮沟效果明显，顺利进出小炉门及顺利进行平煤操作，刮煤板9宽度设置为200mm，高度为70mm。刮煤板9的形状可为三角锥形(如图8所示)、圆弧形、长方形，进而根据刮煤板9的形状设计不同形状的压实辊6，不同形状的刮煤板9提供压实辊6行进的凹沟轨道，避免压实辊6撞击炉墙，从刮煤板9的底部到牵引装置的顶部垂直高度为450mm。

压实装置中的牵引链1，电动轴2，支撑杆3，支撑板4，弹簧钢件5，压实辊6，中心轴7，卡座8，刮煤板9，固定轴10，撬棍11，平煤杆12，电动机13，托架14，限位器16，平板18，弹簧19等部件均为耐高温高强度钢结构，压实辊6中可填充高密度、耐高温合金。

一种顶装焦炉平煤压实方法，其特征在于压实装置连进入炭化室后，进行平煤操作，平煤杆12下端的刮煤板9使得煤表面出现凹沟。

首先弹性装置处于开启状态，弹性装置中的电磁铁15产生电磁力，电磁铁15相互吸引压缩支撑杆3外侧绕缠的弹簧钢件5，弹性装置产生弹力；压实辊6被固定在平煤杆12、撬棍11及卡座8之间，如图1所示。

当压实装置从焦侧向机侧退出时(图2中为从右向左)，弹性装置关闭，控制弹性装置压缩的电磁铁15之间电磁吸引力消失，进一步上端电磁铁15连同支撑板4被瞬间弹起，顶端连接在支撑板4的撬棍11也被弹起，撬棍11与平煤杆12之间夹角随之瞬间变大；撬棍11撬动压实辊6，在撬棍11向外撬力的作用下，压实辊6开始向外滚动，压实辊6将卡座8连同平板18压入平煤杆12凹槽内，压实辊6沿平煤杆12前端的梯形台斜面滚落至煤表面的凹沟内；在压实辊6滚落过程中，压实辊6牵拉牵引链1，牵引装置电动轴2随之正向转动，牵引链1随之变长。

压实装置从焦侧向机侧退出过程中，通过与平煤杆12上方相连接的牵引装置拉动压实辊6在煤表面的凹沟内进行滚动，压实辊6的行进速度与平煤杆12退出速度一致。

当压实装置未完全退出焦炉时，开启电动机13，电动机13带动电动轴2反向转动，将牵引链1盘绕到电动轴2上，同时牵引压实辊6通过平煤杆12前端梯形台斜面重新滚回至平煤杆12上部，压实辊6反向滚过卡座8后，卡座8连同平板18被弹簧19重新弹起，同时弹性装置开启，进一步弹性装置中的电磁铁15产生电磁力，电磁铁15重新相互吸引，弹性装置中的弹簧钢件5得到重新压缩，撬棍11顶端随弹性装置中的支撑板4一起下落，使撬棍11与平煤杆12的夹角变小，在牵引链1的牵引下，压实辊6被重新固定在撬棍11、卡座8与平煤杆12之间，进一步压实装置退出焦炉。

下面以具体使用效果，对本发明进行进一步说明。

实施例1

针对6m顶装焦炉，压实装置中的铁辊6可为椭球形，压实辊6重量为200kg，宽度为380mm；刮煤板9设计为三角锥形，最大宽度为200mm，垂直高度为75mm；装煤末期时进行一次平煤、压实操作，可多装煤量2.6t，堆密度达到0.82t/m³，装煤量提高6.34％，焦炭反应性降低2％，反应后强度提高3％。

实施例2

针对6m顶装焦炉，压实装置中的铁辊6可为圆柱形，压实辊6重量为100kg，宽度为380mm；刮煤板9设计为长方形，最大宽度为160mm，垂直高度为75mm；装煤末期时进行一次平煤、压实操作，可多装煤量2.2t，堆密度达到0.80t/m³，装煤量提高5.37％，焦炭反应性降低1％，反应后强度提高2％。

实施例3

针对6m顶装焦炉，压实装置中的铁辊6可为圆球形，压实辊6重量为300kg，宽度为350mm；刮煤板9设计为三角锥形，最大宽度为160mm，垂直高度为60mm；装煤末期时进行一次平煤、压实操作，可多装煤量2.1t，堆密度达到0.80t/m3，装煤量提高7.50％，焦炭反应性降低2.5％，反应后强度提高3％。