具有整块冠部的水平热回收炼焦炉的制作方法
【专利说明】具有整块冠部的水平热回收炼焦炉
[0001]相关申请交叉引用
[0002]本申请要求于2013年3月14日提交的美国非临时专利申请号13/829，588的优先权的权益，其公开内容在此通过引用被全文并入。
技术领域
[0003]本技术大体上涉及具有整块冠部的水平热回收炼焦炉。
【背景技术】
[0004]焦炭是被用于熔化并减少钢铁生产中的铁矿石的固体碳燃料及碳源。在一个被称作“汤普森焦化过程(Thompson Coking Process) ”的过程中，焦炭是通过将煤粉分批给料到在严格控制的大气压条件下被密封且加热到极高温度达24到48小时的炉而产生。炼焦炉多年来一直被用于将煤转换为冶金焦炭。在焦化过程中，在受控温度条件下加热细粉碎煤以使煤脱掉挥发成分且形成具有预定孔隙率和强度的熔融的大量焦炭。因为焦炭的生产是一个批量生产的过程，所以同时操作多个炼焦炉。
[0005]煤颗粒在加热过程中经受的熔化和融合过程是焦化中的重要组成部分。煤颗粒变为熔融体的熔化的程度和同化的程度决定了生产的焦炭的特性。为了从特定的煤或煤混合物中生产最强的焦炭，煤中的反应物质与惰性物质有一个最佳比例。焦炭的孔隙率和强度对于矿石精炼过程是重要的，并且其由煤源和/或焦化的方法决定。
[0006]煤颗粒或煤颗粒混合物被装填到热炉中，并且煤在炉中被加热以便从得到的焦炭中移除挥发物(“VM”)。焦化过程高度取决于炉的设计、煤的类型和所使用的转化温度。典型地，炉在焦化过程中被调节，以使每批煤料在近似相同的时间内被焦化出来。一旦煤被“焦化出来”或完全焦化，则从炉中移除焦炭并用水淬火使其骤冷，以使其冷却到其着火点温度之下。可替代地，焦炭使用惰性气体干淬。淬火操作也必须被仔细地控制，以使焦炭不吸收太多水分。一旦其被淬火，焦炭被筛选并被装载到轨道车或卡车中进行运输。
[0007]因为煤被给料到热炉中，所以许多煤给料过程是自动的。在槽型炉或垂直炉中，典型地通过炉顶部中的槽或开口装填煤。这种炉倾向于为高和窄的。水平的无回收或热回收型炼焦炉也被用于生产焦炭。在无回收或热回收型炼焦炉中，输送带被用于将煤颗粒水平地输送到炉中，以提供长形的煤床。
[0008]由于适合于形成冶金煤(“焦化煤”)的煤源已减少，所以已尝试将脆煤或较低质量煤(“非焦化煤”)与焦化煤混合，以便为炉提供适合的煤料。一种结合非焦化和焦化煤的方法是使用压实或捣固煤。将煤在处于炉中之前或之后压实。在一实施方式中，非焦化和焦化煤的混合物被压实到大于每立方英尺50镑，以便在炼焦过程中使用非焦化煤。随着煤混合物中非焦化煤的百分比增加，需要更高的煤压实水平(例如，高达约65至75镑每立方英尺)。在商业上，煤通常被压实到约1.15至1.2的比重(SG)或约70-75镑每立方英尺。
[0009]基于在水平热回收(HHR)炉内部相对的操作大气压强条件，HHR炉相比于化学副产品炉具有独特的环境优势。HHR炉在负压力下操作，然而化学副产品炉在略微的正大气压强下操作。该两种炉一般都由耐火砖和其它材料构成，日复一日的操作期间小裂纹可能在这些结构中形成，因而在其中创建一个大体上密闭的环境是一个挑战。化学副产品炉被保持在正压力下，从而避免氧化可回收产品和使炉过热。相反地，HHR炉被保持在负压力下，使空气从炉外进入以氧化煤的挥发物并释放炉内的燃烧热。最小化挥发性气体损失到环境中非常重要，使得正大气条件和化学副产品炉的小开口和裂纹的结合允许原材料炼焦炉气体(“COG”)和有毒污染物泄漏至大气中。相反地，负大气条件和在HHR炉或炼焦成套设备中的其它位置的小开口和裂纹简单地允许多余的空气进入炉或炼焦成套设备中的其它位置，这使得负大气条件阻止COG的损失进大气中。
[0010]HHR炉传统上一直无法将其操作(例如，它们的焦炭生产)显著调低到其设计的能力以下而不潜在地损害炉。这种限制是与在炉中的温度限制相关联的。更具体地，传统的HHR炉至少部分地由硅砖制成。当硅炉建成后，可燃的隔板被放置在炉冠部内的砖块间以允许砖块膨胀。一旦炉被加热，隔板烧掉且砖块膨胀为邻接。一旦HHR硅砖炉被加热，它们决不允许将温度降低到硅砖热-体积-稳定的温度，即高于硅的通常的体积-稳定的温度(即不膨胀或收缩)。如果砖块下降到此温度以下，则砖块开始收缩。由于隔板都被烧掉了，因此传统的冠部可以在冷却时收缩达数英寸。这对于冠部砖块而言是潜在的足以使其开始挪动并可能坍塌的运动。因此，足够的热量必须在炉内被维持以保持砖块的温度高于热-体积-稳定的温度。这就是为什么HHR炉被认为不能被关闭的原因。因为炉不可能被显著地调低，在需要低碳钢和焦炭的时期，必须持续对焦炭生产。此外，对加热的HHR炉进行维持可以是困难的。炼焦炉系统的其它部分可能遭受类似的热和/或结构的限制。例如，在炉底板下运作的炉底烟道的冠部可能坍塌或者遭受炉底板的隆起、地面沉降、热或结构周期，或其它疲劳。这些压力可能会导致在炉底烟道中的砖块挪动或脱离。
【附图说明】
[0011]图1A是根据本技术的实施方式被配置的水平热回收炼焦成套设备的部分的等距、局部剖视图。
[0012]图1B是根据技术的实施方式被配置的水平热回收炼焦炉的炉底烟道部分的俯视图。
[0013]图1C是用于与如图1B所示的炉底烟道一起使用并根据技术的实施方式被配置的整块冠部的正视图。
[0014]图2A是根据技术的实施方式被配置的具有整块冠部的炼焦炉的等距视图。
[0015]图2B是根据技术的实施方式的图2A的整块冠部的正视图，其中整块冠部在收缩配置和膨胀配置之间运动。
[0016]图2C是根据技术的进一步的实施方式被配置的用于支持整块冠部的炉侧壁的正视图。
[0017]图2D是根据技术的进一步的实施方式被配置的用于支持整块冠部的炉侧壁的正视图。
[0018]图3是根据技术的进一步的实施方式被配置的具有整块冠部的炼焦炉的等距视图。
[0019]图4A仍是根据技术的进一步的实施方式被配置的具有整块冠部的炼焦炉的等距视图。
[0020]图4B是根据技术的进一步的实施方式被配置的图4A的整块冠部的正视图。
[0021]图5示出了调低水平热回收炼焦炉的方法的框图。
具体实施例
[0022]本技术大体上针对具有整块冠部的水平热回收炼焦炉。在一些实施方式中，HHR炼焦炉包括整块冠部，其跨越在相对的炉的侧壁之间的炉的宽度。该整块作为单个结构在加热时膨胀在冷却时收缩。在进一步的实施方式中，冠部包括热-体积-稳定的材料。在各种实施方式中，该整块和热-体积-稳定的特征可以被组合或单独使用。这些设计可允许炉被调低到传统上可行的温度之下，同时维持冠部的结构完整性。
[0023]该技术的几个实施方式的具体细节参考图1A-5在下面被描述。描述通常与炼焦炉相关联的公知的结构和系统的其它细节尚未在下面的公开中被阐述，以避免不必要地模糊对本技术的各种实施方式的描述。许多细节、尺寸、角度和其它图中所示的特征仅仅是对该技术的【具体实施方式】进行说明。因此，其它实施方式可以具有其它细节、尺寸、角度和特征，而不脱离本技术的精神或范围。本领域普通技术人员，因此，将相应地理解，该技术可是具有附加的元件的其它实施方式，或者该技术可以具有其它实施方式，而不具有如下参考图1A-5所示或描述的若干个特征。
[0024]图1A是根据本技术的实施方式被配置的水平热回收(“HHR”)炼焦成套设备100的部分的等距、局部剖视图。该成套设备100包括多个炼焦炉105。每个炉105可包括由底板160定义的开口腔室、形成炉的大体上整个一侧的前门165、形成与前门相对的炉的大体上整个一侧的的与前门165相对的后门(未示出)，两个侧壁175在前门165和后门中间从炉底板160向上延伸，以及冠部180，其形成炉室185的开口腔室的顶部表面。如所示，冠部180的第一端可以搁置在第一侧壁175上，而该冠部180的第二端可以搁置在相对的侧壁175上。相邻的炉105可以共享一个公共的侧壁175。
[0025]在操作中，从放置在炉室185内的煤产生的挥发性气体在冠部180内收集并在整个系统中下游地进入到在一个或两个侧壁175内形成的下降管通道112。该下降管通道112流体地连接炉室185，该炉室185具有位于炉底板160下方的炉底烟道116。该炉底烟道116包括多个并排通路117，其在炉底板160下方形成迂回的路径。尽管图1A所示的通路117是大体上平行于炉105的纵向轴线的(即，平行于侧壁175)，在进一步的实施方式中，炉底烟道116还可以被配置为使得通路117的至少几段大体垂直于炉105的纵向轴线(即，垂直于侧壁175)。这种布置如图1B所示并在下面进一步详细讨论。从煤中产生的挥发性气体可以在炉底烟道166中被燃烧