多模态炼焦材料床的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年12月31日提交的美国临时专利申请号62/098,935的优先权，其公开内容通过引用整体被并入本文。

本技术一般涉及结合两种或多种具有不同大小的材料以形成炼焦材料床，该炼焦材料床具有比通过理想混合法则预测的更高的密度。

背景技术：

钢铁是全球经济的重要组成部分。世界钢铁协会报道，2013年全球高炉生铁产量为11亿吨。该过程以焦炭和铁矿石为主要原料。焦炭是一种固体碳燃料和碳源，用于在钢的生产中对铁矿石进行熔化和还原。焦炭生产是通过在不存在空气的情况下将适当选择和制备的沥青煤共混物暴露于焦炉的高温下足够的时间段而进行的。在整个转换期间，挥发性气体、蒸气和焦油都被从装料中排出。在还原性焦炉气氛中，随着装料温度的升高，炼焦煤经过塑性或软化阶段，气体和焦油被释放，煤粒膨胀和收缩，然后键合或粘附在一起，再固化成半焦炭并且最终在1830华氏度左右变成焦炭。对于这种受热时的异常行为，炼焦煤是独一无二的。煤在装料时是固体，变成不同程度的流体，然后随着温度的进一步升高，变成被称为焦炭的固体硬质多孔物质。焦炭是一种黑色到银灰色的多孔物质。其碳含量高，非碳杂质(诸如硫和灰分)少。在物理上，生产的焦炭强度高，耐磨，并且大小可以跨越细窄的大小范围。

在加热过程中煤粒经历的熔化和融合过程是炼焦的重要部分。煤粒到熔融体的熔化程度和同化程度决定了所生产的焦炭的特性。为了从特定的煤或煤共混物中生产出强度最高的焦炭，煤中的反应性实体与惰性实体有一个最佳比例。焦炭的孔隙率和强度对矿石精炼过程而言非常重要，并且是由煤源和/或炼焦方法决定的。

将煤粒或煤粒共混物装入热炉，并且在炉中加热煤，以从所得焦炭中除去挥发性物质(“vm”)。炼焦工艺高度依赖于炉的设计、煤的类型以及所使用的转化温度。通常，在炼焦工艺期间对炉进行调节，使得每次装入的煤都以大约相同的时间量被炼焦。煤一旦被“结焦”或者完全炼焦，从炉中取出焦炭并且用水熄焦以将其冷却到其点火温度以下。另选地，使用惰性气体对焦炭干法熄焦。熄焦操作也必须仔细控制，使得焦炭不会吸收过多的水分。一经熄焦，焦炭被筛分并装载到轨道车辆、卡车中或者带式输送机上，以便运输。

由于适于形成冶金用煤(“炼焦煤”)的煤源已经减少，已经尝试将劣质煤或低质煤(“非炼焦煤”)与炼焦煤共混，为炉提供合适的煤料。一种将非炼焦煤煤和炼焦煤煤结合的方法是使用压实或捣固煤。煤可以在其位于炉中之前或之后被压实。在一些实施例中，为了在焦炭生产过程中使用非炼焦煤，将非炼焦煤和炼焦煤的混合物压实成高于50磅/立方英尺。随着煤混合物中非炼焦煤的百分比的增加，需要更高的煤压实水平(例如，高达约65至75磅/立方英尺)。在商业上，煤通常被压实成约1.15至1.2比重(sg)或约70-75磅/立方英尺。

煤的选择、制备和结合方式极大地影响了所生产的焦炭的性质。煤必须研磨到最佳水平来缩小尺寸，然后彻底混合，以确保煤粒得到良好分布，从而提高可从可用煤中达到最大焦炭质量。在北美，焦炭厂一般将其煤或共混物粉碎至75％至95％-1/8”的大小。煤被粉碎的大小被表达为％-1/8”，通常称为粉碎水平。除了大小控制外，还必须控制堆积密度(bulkdensity)。堆积密度较高可能会导致在副产物焦炉中硬推和损坏焦炉壁。堆积密度较低可能会降低所生产的焦炭的强度。

在业界，有两种焦炉技术占主导地位，即副产物焦炉和热回收焦炉。在美国生产的大部分焦炭来自副产物炉组。这种技术将煤装入许多槽式炉中，其中，每个炉与相邻的炉共用一个共同的加热烟道。使用天然气和其它燃料为炉提供热量。在还原气氛中，煤在正压(高于大气压)下被碳化，并且释放的气体和焦油(废气)被收集并送至回收各种副产物的副产工厂。当热量从加热的砖墙被传递到煤料中时，在副产物炉中发生煤到焦炭的转化。煤在每个壁附近分解形成塑性层，而这些层朝向炉的中心扩展。塑性层一旦在炉的中心汇合，整体会被碳化。

另选地，通过使用热回收、非回收或者蜂巢炉技术，在负压(低于大气压)下将煤装入大型炉室。碳化过程从顶部通过辐射热传递并且从底部通过穿过炉底地板的热传导来进行。初级燃烧空气通过位于装料水平以上的几个端口被引入到炉室中。不断释放的气体和焦油在炉的顶部室和炉底中燃烧，为炼焦过程提供热量。在热回收炉中，来自燃烧气体的过量热能在废热回收锅炉中回收并转化为蒸汽或电力。当热量从受热的砖铺地板或者辐射热从煤床顶部传递到煤料中时，在热回收、非回收和蜂巢炉中发生煤到焦炭的转化。煤在壁附近和煤床顶部分解形成塑性层，而这些层朝向炉的中心扩展。塑性层一旦在炉的中心汇合，整体会被碳化。

在副产物炉和热回收炉中塑性层到煤床中心的移动速度受到煤床的传导性传热速率的限制。煤的化学和床密度对传热速率有重大影响，传热速率最终设定了炉循环时间和炉组生产能力。副产物炉的循环时间一般介于每次装料17至24小时之间。热回收炉的循环时间一般介于每次装料24至48小时之间。

提高装到炉中的煤料的堆积密度的常用方法是，在通过机械手段对其装料之前或之后压实煤床，这被称为捣固装料。虽然捣固装料法可以成功地提高煤料的总堆积密度，但是需要昂贵的设备来执行压实。在热回收炉中，因为紧密填充的颗粒比松散填充的床释放vm更慢，所以它会导致的炼焦循环更长。同时，捣固装料由于密度更高会提高焦炭质量。这样可以获得更高的焦炭质量，并且可以选择替代低成本、低质量的煤。在美国，有着非常丰富的优质低成本煤炭。丰富的低成本优质煤和安装捣固装料机的高昂成本，导致在美国并未采用捣固装料机。任何在无需使用捣固装料的情况下提高煤密度的低成本方法就可以在美国应用，以便提高焦炭质量并且可能使用一些较低成本的煤或煤替代材料。

松散填充的床密度是由煤床高度和规定的煤的大小决定的。床高是由焦炉的几何形状决定的，而且一般不能改变。煤通常被压碎到规定的顶部尺寸，具有天然存在的颗粒大小分布，在绘制时，该颗粒大小分布在典型的单个高斯曲线下拟合。这种天然存在的大小分布不具有最佳颗粒大小分布来产生松散填充的煤床的最佳密度。

参照图1，被松散地装入焦炉中的传统煤床100是由多个自身随机定向的单个煤块102形成。这样在没有互补形状的煤块102之间留下显著的空隙104。因此，定向确定了填充效率，并且最终决定了床100的堆积密度。随着煤的大小分布下降，单个煤块越来越小，而填充效率降低。之前是没有空隙空间的单一煤块现在被视为是多块，每块定向不同，从而在两块之间形成空隙空间。因此，整个床的堆积密度随着煤的大小分布的减小而降低。

通过混合不同研磨尺寸的颗粒产生的材料的共混物预期将遵循“理想的混合特性”。换句话说，混合物的体积应随成份发生线性变化。相应地，结合具有更高堆积密度的材料a与具有更低堆积密度的材料b，应获得具有堆积密度等于每一个组分的纯堆积密度ρa和ρb的加权和的材料共混物。因此，材料a和材料b的共混床的堆积密度将为：

ρ＝ρa*xa+ρb*xb

其中，xa是材料a的重量分数，xb是材料b的重量分数。这种相同的共混特性延伸到2种或更多种材料的共混物。

焦炭的化学特性、焦炭大小和焦炭强度(稳定性)一直被认为是用于评估焦炭在高炉的使用的最重要因素。然而，焦炭反应指数(cri)和焦炭反应后强度(csr)的重要性逐渐增加，由于其对高炉性能的影响被更好的理解。例如，在铁水生产中焦炭消耗的下降可能与csr的值的增加有关。焦炭降率的大小也随着高炉的大小和运行参数的变化而发生变化。但是，对于每个csr增加点，每生产净吨铁水，估计节省2到5磅焦炭。

由于高炉设计和运行参数发生重大变化，对于高炉消耗的焦炭量，生产每净吨铁水已经降至1000磅以下，从而需要提高的焦炭质量。因此，对于强大且一致的焦炭特性的需求已经变得比以往任何时候都要重要。

焦炭反应性是焦碳与氧化性气体(诸如二氧化碳)反应的质量损失反应。该测试在高温下使块状大小的焦炭与二氧化碳反应。在示例性测试中，将一个-21mm至+19mm200g焦炭样品在二氧化碳的一个大气压下加热至1100℃长达2小时。质量损失的百分比被称为焦炭反应指数(cri)。然后将反应的焦炭在转鼓中翻滚一段时间以测定其反应后的强度。+10mm焦炭在翻滚后的累积百分比被称为csr。在市场上，最有利的是，煤在炼焦后获得低cri值和高csr值，这是因为这些值与高炉性能有关，而且尤其是与燃料比和炉料渗透性有关。

为了避免过早消耗焦炭而导致浪费碳，在高炉上部区域中，焦炭不应在低温下发生明显的反应。高反应性焦炭基本上变得很弱，使得其在高炉中下降期间无法为其它炉料提供适当支持。等到焦炭下降到高炉高温燃烧区或滚道上时，高反应性焦炭变得太弱了以至于其导致在滚道性能中发生重大扰乱(upset)。滚道性能不良限制了高炉中气体和液体的渗透性，从而降低了整体炉效率。

焦炭稳定性是美国采用的最广泛使用的焦炭强度测度。需要高稳定性焦炭为装入炉中的其它炉料的负荷提供支持。高焦炭稳定性也与生产每吨铁水时高炉中的焦炭消耗量的降低有关。焦炭节省量会因每个高炉和不同的运行条件而不同。一般来说，对于稳定性升高的每一点，生产每净吨铁水大约节约10磅焦炭。

稳定性测试对耐磨性进行测量。在受控测试中，使特定尺寸的焦炭块翻滚。完成翻滚后，样品以1英寸和1/4英寸进行筛分。保留在1英寸筛网上的焦炭的百分比被称为稳定性因数。保留在1/4英寸筛网上的焦炭的累积百分比被称为硬度因数。稳定性与csr之间没有关系。

焦炭滚筒测试对焦炭在从焦炉和运输中取出期间对冲击和磨损的耐受性，以及对在高炉中下降期间出现的磨损的耐受性进行测量。在一个滚筒测试中，使用米库姆转鼓。米库姆转鼓是由低碳钢制成的圆柱形旋转容器，内径为1米。在一个常用测试中，将尺寸大于63mm的焦炭的50kg样本以25转/分钟的速度旋转4分钟。然后将焦炭从转鼓中取出被筛分。筛分后剩余的+40mm焦炭的百分比在米库姆指数上被指定为m40。筛分后剩余的-10mm焦炭的百分比在米库姆指数上被指定为m10。m40的值较大，m10值较小，一般表示高强度焦炭。该测试在欧洲通常用于评估焦炭强度。

在另一个滚筒试验中，将+50mm方孔焦炭的10kg代表性样本放置在指定的翻滚转鼓中并旋转30转，在转鼓中取出、筛分并更换，并进一步进行150转。在该滚筒测试中，转鼓包含升降器，该升降器提升焦炭并允许其下降，使得其与转鼓壁进行大量冲击。该测试基于日本工业标准jisk2151。可以对许多指数进行测量。例如，di3015表示30转后剩余的+15mm方孔材料的百分比。类似地，di15015表示150转后剩余的+15mm方孔材料的百分比。对于这些指数，数字越大，焦炭强度越高。该测试通常在日本、韩国和巴西用于评估焦炭强度。

过去二十年来，美国的焦炭生产能力逐渐下降，而需求没有相应减少。在美国，对焦炭需求的增加以及供应量的下降推动了焦炭的价格上涨。这已经变成了降低高炉焦炭消耗量的主要动力。焦炭成本的增加致使各公司使用粉煤(pci)和其它燃料代替在高炉燃烧区中使用的部分焦炭。因为装入炉中的焦炭减少了，所以，为了维持炉的生产率，对焦炭的质量要求升高了。一般而言，目前亟需更高的焦炭稳定性(60+)、更低的焦炭反应性(＜23)以及更高焦炭csr(＞60)。

焦炭化学过程和化学性质对于高炉性能而言也是非常重要的。焦炭灰分、固定碳、硫和灰分的化学性质在很大程度上与用于生产焦炭的煤直接相关。这些特性直接影响到高炉的生产率、炉料配比实践，并且最终影响用于下游炼钢所生产的铁水的化学过程。灰分、硫和碱金属的增加会增加高炉的焦炭消耗量。对于具有每吨煤价为115美元的生产4500净吨/每天铁水的高炉，如果通过将csr提高1点，将稳定性提高1点，将焦炭灰分减少1％，将焦炭硫减少0.1％，将焦炭碱金属减少0.01％来提高焦炭质量，那么每年将会节省数百万的成本。目前的焦炭价格为每吨250美元以上。

对于高炉的使用，需要较窄大小范围的焦炭。一般而言，3英寸乘以1英寸的焦炭大小是最理想的。大于4英寸的焦炭通常会在装料之前被粉碎，小于3/4英寸的焦炭一般会在焦炭厂筛分出来，并作为焦炭屑出售或使用。在美国，生产的大多数焦炭在破碎或工厂筛分之前，具有小于10％的大于4”的焦炭以及小于6％的-3/4"的焦炭。在3/4”下筛分出的材料被称为焦炭屑，并且一般在垃圾填埋场处理。

因为焦炭是用于像石灰石、铁矿石、铁球团和烧结矿等其它炉料材料的支撑机构和渗透层，因此焦炭大小非常重要。当焦炭层在高炉中向下下降时，必须保持足够的向上和向下的渗透性。铁水通过焦炭层向下滴落。还原气体通过焦炭层向上。在这些层中存在焦炭粉会降低该层的渗透性并且导致生产减少。粗焦炭会导致焦炭浪费，而且最终可能会在铁水中成为碳污染。

对于每吨生铁，消耗0.5至0.65吨的冶金焦。全球市场每年预计消耗约7亿吨焦炭。作为焦炭生产的主要副产物，焦炭屑通常占所生产的焦炭的5％至7％之间。焦炭屑是不能在高炉中超过阈值限制使用的粉焦炭。炼焦过程通常会产生比高炉可以消耗的更多的焦炭屑。该行业尚未成功寻找到对该种材料进行消耗或处置的方法。在美国，产生的焦炭屑的大部分被填埋处理。

附图说明

图1描绘了松散炼焦材料床的局部横截面视图。

图2是示出了根据本技术的实施例的一种制备和处理炼焦材料炉的多模态床的方法的框图。

图3是示出了根据本技术的实施例的另一种制备和处理炼焦材料炉的多模态床的方法的框图。

图4是示出了根据本技术的实施例的又一种制备和处理炼焦材料炉的多模态床的方法的框图。

图5是示出了根据本技术的实施例的再一种制备和处理炼焦材料炉的多模态床的方法的框图。

图6是示出了根据本技术的实施例的又一种制备和处理炼焦材料炉的多模态床的方法的框图。

图7是示出了根据本技术的实施例的另一种制备和处理炼焦材料炉的多模态床的方法的框图。

图8是示出了根据本技术的实施例的又一种制备和处理炼焦材料炉的多模态床的方法的框图。

图9描绘了炼焦材料床的炼焦过程的示意图。

图10描绘了本技术的多个连续炼焦过程的一个实施例的示意图，其中，在对炼焦材料床进行炼焦之前，将从第一炼焦过程得到的材料的一部分加入到第二炼焦过程的炼焦材料中。

图11描绘了根据本技术的炼焦材料床的炼焦的过程的一个实施例的示意图。

图12描绘了在本技术的一个实施例中当细焦炭屑的重量百分数增加时炼焦材料混合物的示例性堆积密度曲线图。

图13描绘了在本技术的一个实施例中通过添加细焦炭屑而实现的密度影响的示例性曲线图。

图14描绘了在本技术的另一个实施例中当细煤的重量百分数增加时炼焦材料混合物的示例性堆积密度曲线图。

图15描绘了通过第一颗粒材料和第二颗粒材料的共混物限定的多模态炼焦材料床的局部横截面图。

图16描绘了通过第一颗粒材料、第二颗粒材料和第三颗粒材料的共混物限定的多模态炼焦材料床的局部横截面图。

图17描绘了本技术的一个实施例的实验结果，其中，将粗焦炭屑引入已知的煤共混物中，并且所得到的csr随着焦炭屑含量的增加而降低。

图18描绘了本技术的一个实施例的实验结果，其中，随着焦炭屑被引入到煤共混物中，经历了csr的边际递减。

图19描绘了在本技术的一个实施例中将一部分第二颗粒材料整合到一部分第一颗粒材料的结构中。

图20描绘了在本技术的一个实施例中稳定性作为焦炭屑含量的函数的曲线图。

图21描绘了本技术的实施例的测试数据，表明稳定性一般随着焦炭屑的引入而增加。

具体实施方式

本技术一般涉及以组合的方式将两种或更多种具有不同堆积密度的颗粒材料结合在一起的方法，该组合产生的炼焦材料床的堆积密度大于通过单个颗粒材料的堆积密度的线性组合所预测的理想堆积密度。在一些实施例中，该方法通过结合一定量的磨料g1的材料a与一定量的磨料g2的材料b来产生双模态混合物，其中，用于材料a的磨料g1的颗粒大小分布与用于材料b的磨料g2的颗粒大小分布不相同。本技术的另一个实施例通过结合一定量的磨料g1的材料a与一定量的大小为s2的相同材料a来产生双模态混合物。在本实施例中，g1是使用材料a研磨获得的而且颗粒大小分布与使用筛网获得的大小s2不同。在其它实施例中，大小为s1的材料是通过筛分并且与通过筛分获得的大小为s2的材料结合而获得。因此，如本文所使用的术语，“多模态”将被理解为是指两种或更多种颗粒大小分布的分布或共混。在各个实施例中，可以通过使用具有不同颗粒大小分布和/或堆积密度的相似或不相似的材料的各种组合来获得所得的多模态炼焦材料床。这些方法可以提供炼焦材料床，其在焦炉中被处理时，产生在以下一个或多个方面得到改进的焦炭：焦炭稳定性、大小、硬度、焦炭反应指数(cri)、转鼓指数、米库姆指数和csr。

下面参照图1至图21对本技术的几个实施例的具体细节进行描述。描述炼焦材料的众所周知的属性以及经常与焦炉相关联的结构和系统的其它细节并未在以下公开内容中阐明，以避免不必要地模糊对本技术的各个实施例的描述。材料、组合、颗粒大小、堆积密度以及本文所述和图中所示的其它细节中的许多，仅仅是对本技术的特定实施例的说明。因此，在不脱离本技术的精神或范围的情况下，其它实施例可以具有其它材料、组合、颗粒大小、堆积密度和其它细节。因此，本领域普通技术人员将理解，本技术可以具有其它具有附加元件和方法步骤的实施例，或者本技术可以具有其它没有参照以下图1至图21示出和描述的几个方面的实施例。

本技术的方法提供了向焦炉装料的炼焦材料床。在各个实施例中，结合具有第一颗粒大小s1和堆积密度ρa的一定量第一颗粒材料“a”和具有第二颗粒大小s2和堆积密度ρb的第二颗粒材料“b”，以限定多模态炼焦材料床。多模态炼焦材料床表现出优化的堆积密度，其大于通过理想共混法则预测的“理想堆积密度”。如本文所使用的术语，理想共混法则是单个材料的堆积密度的线性组合。具体而言，当任何数量的材料a、b、...η的堆积密度为ρa、ρb、...ρη，并且以重量分数xa、xb、...xη存在于共混床中时，由本技术产生的共混床的堆积密度ρ被表达为：

ρ＞ρa＊xa+ρb＊xb+...+xη

在各个实施例中，第一颗粒材料包括含碳材料，诸如各种炼焦煤中的一种，诸如，硬炼焦煤、半软炼焦煤、热能煤等。本技术的实施例可以使用一系列的第二颗粒材料中的一种或多种。在一些实施例中，第二颗粒材料可以是含碳惰性材料。在其它实施例中，第二颗粒材料可以是不含碳惰性材料。在一些实施例中，可以和本技术一起使用的示例性材料包含：煤；无烟煤；焦炭屑；石油焦；生物炭；生物材料；褐煤；冶金煤；热能煤；焦炭；煤块；和焦炭块。在其它实施例中，可以和本技术一起使用的示例性材料包括：惰性物质；碳酸盐；硅酸盐；焦炭合金；碳合金；粉煤灰；木；木屑；生物质；木质素；来自生物过程的再生或回收材料；催化剂；塑料；再生塑料；再循环固体烃；和其它固体烃。在各个实施例中，可以作为第二颗粒材料使用的非碳金属材料包括：来自工业过程的粉尘；铁；氧化铁；和炉渣。在各个实施例中，可以作为第二颗粒材料使用的非碳非金属材料包括：砂；氧化铝；采石场作业的石粉；来自砖或水泥制造的细粉尘；来自抛光作业的细粉尘；来自再生作业的催化剂细粉；和盐。在其它实施例中，第二材料可以是与第一颗粒材料相同的材料，但是具有不同的颗粒大小分布。在其它实施例中，共混物可以采用两种或更多种颗粒材料的共混床。在其它实施例中，共混物还可以采用加入液体、焦油、沥青、油、液体烃和其它添加剂。

本技术的多模态床是通过使第一颗粒材料和第二颗粒材料彼此共混形成的。在一些实施例中，第一颗粒材料和第二颗粒材料在共混前被进行大小处理。在许多实施例中，对第一颗粒材料和第二颗粒材料的大小处理是通过使用工业中已知的碾磨和分离设备，将材料粉碎、研磨或筛分到所需大小。可以预期的是，在本技术的任何实施例中，可以使用相同或不同的碾磨或分离系统和方法来对第一颗粒材料和第二颗粒材料进行大小处理。参照图2，描绘了用于形成和处理多模态材料床的示例性过程200。在202，将炼焦材料研磨成第一颗粒大小。在204，将炼焦材料研磨成第二颗粒大小。描绘了用于向第一颗粒材料添加悬浮剂以增加其水分含量以及干燥第二颗粒材料来降低其水分含量的可选步骤。在206，第一颗粒材料和第二颗粒材料彼此结合以限定多模态炼焦材料床。最后，在208，在焦炉中处理多模态炼焦材料床。

参照图3，描绘了用于形成和处理多模态材料床的另一个示例性过程300。在302，将炼焦材料研磨成第一颗粒大小。在304，将炼焦材料从一定体积的炼焦材料筛分至第二颗粒大小。如上所讨论的，描绘了用于向第一颗粒材料添加悬浮剂以及干燥第二颗粒材料的可选步骤。在306，第一颗粒材料和第二颗粒材料彼此结合以限定多模态炼焦材料床。最后，在308，在焦炉中处理多模态炼焦材料床。

图4描绘了形成和处理多模态材料床的再一个示例性过程400。在402，将炼焦材料从一定体积的炼焦材料筛分至第一颗粒大小。在404，将炼焦材料从一定体积的炼焦材料研磨成第二颗粒大小。描绘了用于向第一颗粒材料添加悬浮剂以及干燥第二颗粒材料的可选步骤。在406，第一颗粒材料和第二颗粒材料彼此结合以限定多模态炼焦材料床。最后，在408，在焦炉中处理多模态炼焦材料床。

图5描绘了用于形成和处理多模态材料床的另一个示例性过程500。在502，将炼焦材料从一定体积的炼焦材料筛分至第一颗粒大小。在504，将炼焦材料从一定体积的炼焦材料筛分至第二颗粒大小。描绘了用于向第一颗粒材料添加悬浮剂以及干燥第二颗粒材料的可选步骤。在506，第一颗粒材料和第二颗粒材料彼此结合以限定多模态炼焦材料床。在508，在焦炉中处理多模态炼焦材料床。

参照图6，描绘了用于形成和处理多模态材料床的示例性过程600。在602，将炼焦材料研磨成第二颗粒大小。在604a，第二颗粒材料可以和之前经大小处理为第一颗粒大小的炼焦材料结合或共混，以限定多模态炼焦材料床。可选地，在604b，可以将第二颗粒材料加入到具有较大炼焦材料的研磨机中。操作研磨机，将较大炼焦材料研磨成第一颗粒大小，同时将第二颗粒与新研磨的第一颗粒材料共混或结合，以限定多模态炼焦材料床。虽然没有描述，但是可以预期的是，在与第一颗粒材料结合之前，可以干燥第二颗粒材料以降低其水分含量。类似地，可以预期的是，可以向第一颗粒材料添加悬浮剂，以在与第一颗粒材料共混或结合之前，提高其水分含量。最后，在606，在焦炉中处理多模态炼焦材料床。

参照图7，描绘了用于形成和处理多模态材料床的另一个示例性过程700。在702，将炼焦材料研磨成第一颗粒大小。在704，将第一颗粒材料的一部分第二次研磨成第二颗粒大小。描绘了用于向第一颗粒材料添加悬浮剂以及干燥第二颗粒材料的可选步骤。在706，第一颗粒材料和第二颗粒材料彼此结合以限定多模态炼焦材料床。在708，在焦炉中处理多模态炼焦材料床。

图8描绘了用于形成和处理多模态材料床的再一个示例性过程800。在802，筛分炼焦材料以获得第一颗粒大小和一定量的小于第一颗粒大小的炼焦材料。在804，然后将该一定量的较小炼焦材料研磨成第二颗粒大小。描绘了用于向第一颗粒材料添加悬浮剂以及干燥第二颗粒材料的可选步骤。在806，第一颗粒材料和第二颗粒材料彼此共混或结合以限定多模态炼焦材料床。最后，在808，在焦炉中处理多模态炼焦材料床。

参照图9，将松散炼焦材料床(表示包含约7％至9％灰分的100％炼焦材料)装入焦炉中。随着对炼焦材料的处理，相当于材料床的25％的挥发性材料被释放并燃烧，而且在热回收炉中在炼焦过程期间提供热量。在炼焦过程期间，损失了一定量的床料，通常为总床料的1％。床一经处理或“完全炼焦”，该床通常被熄焦和筛分，这会得到含有6％至9％灰分的成品焦炭(相当于初始材料床的71％)以及含有约20％至35％灰分的3％焦炭屑。

参照图10，从炼焦煤床获得的材料可以在随后的多模态炼焦材料床中“再循环”。在所描绘的示例性实施例中，图9的松散炼焦材料床被炼焦，释放挥发性材料，相当于材料床的25％，并且损失约1％的床料。该过程生产出成品焦炭，相当于原始材料床的71％，和含有约20-35％灰分的3％焦炭屑。在一些实施例中，可以将一部分或全部焦炭屑碾磨成第二颗粒大小分布，其可以在随后的炼焦材料床中使用。在所描绘的实施例中，将碾磨的焦炭屑与一定体积的炼焦煤共混，以产生用于下一个炼焦过程的多模态材料床。还可以预期的是，焦炭屑可以和一定体积的炼焦煤直接混合，而不需要进一步碾磨。将第二材料床装入焦炉中。第二材料床在焦炉中被处理。然而，因为第二床的一部分由焦炭屑组成，其释放的挥发性材料明显降低，因此，第二床经历了轻微的较低的挥发性材料损失(在本实施例中为24％)。在第二炼焦过程期间，损失了约为总床料1％的床料量。第二床一经处理，该床会被熄焦和筛分，产生了相当于原始床料的72％的成品焦炭以及3％的焦炭屑。可以将一部分或全部焦炭屑碾磨以用于随后的炼焦材料床。因此，与已知的松散装料的炼焦材料床的炼焦方法相比，焦炭屑的再循环已经表现出较高的焦炭产量和较低的挥发性材料的产生。以这种方式，废物不会损失到环境或昂贵的收容系统中。

参照图11，通过将传统的一定体积的炼焦材料和附加的1％(重量)量的炼焦材料共混而产生多模态床。附加的炼焦材料是由之前炼焦过程提供的碾磨焦炭屑材料，其在本实施例中加入一定量的等于多模态炼焦材料床的重量约0.25％的灰分。随着对装入的炼焦材料的处理，释放出相当于材料床的25％的挥发性物质，并且损失了约1％的床料。床一经处理，会产生相当于原始材料床的72％的焦炭，其中含有6％至10％的灰分，并且含有约20-40％的灰分的3％的焦炭屑。在所描绘的实施例中，一部分焦炭屑可以被碾磨并用于随后的炼焦材料床中。焦炭屑的剩余量可以作为废物处理，或者保留下来以在未来的炼焦材料床中使用。再次，与已知的松散装料的炼焦材料床的炼焦方法相比，焦炭屑的再循环实现了较高的焦炭产量和较低的废料的产生。

本技术各方面不局限于在多模态炼焦材料床中，将焦炭屑作为附加的“再循环”炼焦材料使用。在其它实施例中，可以使用一定量的其它炼焦过程废料来形成多模态床。在这些实施例中，可以使用一种或多种以下炼焦过程废料：焦炭屑；熔渣；生物炭；再循环耐火材料；焦炭；煤；焦炭块；煤块；袋室灰尘；粉煤灰；石灰；活性炭；熄焦池浸液。

通过本技术形成的多模态炼焦材料床展现出较高的堆积密度，其高于通过在混合物中使用的每种颗粒材料的部分贡献所预期的堆积密度。图12描绘了使用从本技术的一个实施例获得的测试数据而产生的多模态床的示例性堆积密度曲线图。“实验结果”曲线图描绘了随着细焦炭屑的重量百分比增加时的实际堆积密度。“预期”曲线图描绘了在理想共混法则下的预期堆积密度变化。在产生所描绘的数据的测试中，90％-150目焦炭屑的高斯偏态大小分布的堆积密度被确定为具有48.75磅/立方英尺(lbs/cuft)的堆积密度。粉碎至90％-1/8英寸的煤的高斯偏态大小分布的堆积密度被确定为具有41.17磅/立方英尺(lbs/cuft)的堆积密度。使用本技术提高堆积密度是通过在实验数据集中在4wt％的焦炭屑处取一点来说明的。在理想共混法则下，共混物的最终堆积密度将是每种材料的部分密度贡献的线性和，使得：0.96*41.17+0.04*48.75＝41.47磅/立方英尺(lbs/cuft)。图13绘制了通过向煤中加入细焦炭屑来实现的密度影响。通过该过程，实际得到的堆积密度为43.11磅/立方英尺(lbs/cuft)，如下表1所示，比理想共混情况高4％。这是在不相应增加床体积的情况下，通过以4％细焦炭屑混入煤中，并且有效致使当前体积的煤消耗加入的整个体积的焦炭屑而获得的。

表1-过程结果v预期结果-堆积密度

上述过程展现了在向煤中加入少量细焦炭屑时的优化的非理想结果。可以相信，随着加入到煤中的细粉末的增加，非理想特性会达到峰值然后减少。测试表明，使用本技术的方法可以在共混煤粒和细煤粒的预期结果上实现这种改进的密度。参照图14，随着细煤的重量百分比的增加对炼焦材料混合物的堆积密度进行绘制。“实验bd”曲线图描绘了随着细煤重量百分比的增加的实际堆积密度。“预期”曲线图描绘了理想共混法则下的预期堆积密度变化。在所描绘的数据中，-100目煤的均匀大小样品的堆积密度约为36磅/立方英尺(lbs/cuft)。粉碎至90％-1/8英寸的煤的正态分布的堆积密度具有40磅/立方英尺(lbs/cuft)的堆积密度。然而，两种样品以不同比例的组合产生了43磅/立方英尺(lbs/cuft)的堆积密度，高于任何单独样品的堆积密度。

本技术各方面利用由堆积材料中颗粒的天然存在的高斯分布中的低效填充颗粒形成的现有空隙空间。如图1所描绘的，当较大颗粒材料102随机定向时产生空隙104，使得空隙空间104保持在每个较大颗粒材料102之间。然而，参照图15，当将一定体积的第二颗粒材料1506引入到高斯分布中并且与一定体积的第一颗粒材料1502充分混合时，形成多模态材料床1500。单个第二颗粒材料1506片能够占据一般在自然高斯分布中留空的空隙空间1504。提高颗粒材料的填充效率，同时增加堆积密度。可以相信，在某些实施例中，多模态材料床1500可以通过共混三种或更多种颗粒大小分布来形成。参照图16，三个分开的颗粒大小分布彼此共混以限定多模态材料床1600。在所描绘的实施例中，一定体积的第三颗粒材料1608与第一颗粒材料1602和第二颗粒材料1606共混。单个第三颗粒材料1608片能够占据一般在第一颗粒材料1602和第二颗粒材料1606之间的天然高斯分布中留空的空隙空间1604。

通过使用该过程，可将一定量的特定大小范围内的材料加入到松散装料的煤床中，从而增加床的密度，而不会对煤料占据的体积产生显著影响。煤共混物的密度增加有助于单个煤粒之间的传导性传热。更密集的床的附加质量通过加热更多的质量而会对炼焦过程产生不利影响。同时，较高的密度改善了传热过程。对密度高出3％的煤层完成实验。通过实验确认的最终结果是，更密集的床有助于改进传导性传热，使得足以克服加热附加床质量所需的额外时间。加入较小的颗粒来增加密度，可以在相同的时间量内处理更多的质量(装料)。因此，加入较小的颗粒提高了炼焦速率(生产的焦炭/时间)。

测试已经证明，第一颗粒材料与第二颗粒材料可以以各种比率彼此共混，以产生可变的质量水平和密度水平。例如，大小介于80％-1/8英寸至95％-1/8英寸之间的第一颗粒材料可以和大小介于75％-150目和更高之间的第二颗粒材料共混，以产生多模态共混物。使用约95％的第一颗粒材料和5％的第二颗粒材料形成多模态共混物。由这种多模态床生产的焦炭表现出最佳质量和可接受的密度。

在另一个实施例中，将大小介于75％-1/8英寸至83％-1/8英寸之间的第一颗粒材料与大小介于90％-100目和更高之间第二颗粒材料共混，以产生多模态共混物。该多模态共混物是使用约90％第一颗粒材料和10％第二颗粒材料形成。由这种多模态床生产的焦炭表现出良好的质量和中等密度。

在另一个实施例中，大小介于65％-1/8英寸至74％-1/8英寸之间的第一颗粒材料与尺寸介于75％-100目和更高之间的第二颗粒材料共混，以产生多模态共混物。该多模态共混物是使用约80％第一颗粒材料和20％第二颗粒材料形成。由这种多模态床生产的焦炭表现出中等质量和良好的密度。

在另一个实施例中，将大小介于55％-1/8英寸至64％-1/8英寸之间的第一颗粒材料与大小介于50％-60目和更高之间的第二颗粒材料共混，以产生多模态共混物。该多模态共混物是使用约10％第一颗粒材料和90％第二颗粒材料形成。由这种多模态床产生的焦炭表现出可接受的质量和最佳密度。

在某些实施例中，通过本技术产生的共混物的所得堆积密度对这些单个材料的水分含量可能较敏感。水分可能会导致一种颗粒材料粘附到另一种颗粒材料上。例如，用于填充多模态混合物中的空隙空间的细颗粒强烈地粘附到共混物中的较大颗粒材料，其中，较大颗粒材料的具有比细颗粒的更高的水分含量。吸引力强到足以克服振动筛施加的力。下表2显示了在9％水分下作为湿煤并且然后再以低于1％的水分作为干煤的煤通过振动筛进行筛分。数据显示，除去水分使得可以回收更多的50目或更小的材料。

减少水分含量可以释放较小的颗粒以在多模态床中四处移动。因此，在根据本技术的各种方法中，第二颗粒材料在与第一颗粒材料共混前被干燥。可以预期的是，第二颗粒材料被干燥的程度将随着一个实施例到另一个实施例而发生变化，并且可以根据所用材料的类型以及其被碾磨的大小来部分确定。然而，在一些实施例中，将第二颗粒材料干燥至小于1％的水分含量，诸如其中将第二颗粒材料被研磨至小于100目的大小。在其它实施例中，将第二颗粒材料干燥至小于11％的水分含量，诸如其中将第二颗粒材料被研磨至小于30目的大小。

表2-水分对较小部分回收的影响

第一颗粒材料和第二颗粒材料之间的水分差在颗粒材料彼此的粘附强度中起作用。在本技术的一些实施例中，第一颗粒材料和第二颗粒材料之间的水分差为3％至14％。在其它实施例中，水分差为3％至5％。在另外的其它实施例中，水分差为5％或以下。在一个示例性实施例中，第一颗粒材料具有15％的水分含量而第二颗粒材料具有10％的水分含量。在另一个示例性实施例中，第一颗粒材料具有10％的水分含量而第二颗粒材料具有5％的水分含量。在又一个示例性实施例中，第一颗粒材料具有5％的水分含量而第二颗粒材料具有1％或更低的水分含量。可以预期的是，可以改变第一颗粒材料和第二颗粒材料中的任一个或两者的水分含量以获得所需的水分差。如上所讨论的，可以使用各种已知系统和方法之一来干燥颗粒材料。然而，可以预期的是，在共混第一颗粒材料和第二颗粒材料之前，可以将第一颗粒材料与悬浮剂混合。在各个实施例中，悬浮剂可以包括水和/或一种或多种液态烃材料，诸如油，和有机物，诸如焦油、沥青、柴油等。

在本技术的各个方面，细颗粒的自由移动优化了多模态床的密度。使用本技术的实施例完成的实验，其中，将细料预调节为具有低水分含量。以上堆积密度表是细料含有0.1wt％的水分的情况。在这种水分水平下的细料是自由流动的。细颗粒似乎不以任何方式彼此相互作用或者粘附至其它颗粒。大部分煤成分(较大颗粒)的水分含量为9％。然后将干燥的细料引入到较高水分的煤中；细料粘附至水分更高的煤粒上。将两种材料剧烈混合，并且使用共混物形成多模态煤床，该多模态煤床被装料至焦炉并予以处理。当共混物从装料系统移动至形成的床时，细颗粒随着大颗粒移动并且自身定向，使得较大颗粒之间的空隙空间被较小颗粒占据。采用干细颗粒与较高水分的较大颗粒的附加益处在于减少系统中的灰尘。水分较低的颗粒有粘附到水分较高的较大颗粒的倾向。这带来的环境益处是，在处理共混物期间减少了灰尘的产生。

具有较高堆积密度的煤床对炼焦过程有着诸多益处。床的密度越高，在整个炼焦循环中挥发性物质的释放速率就越均匀，其会防止挥发性物质容易地从炼焦循环中提早逸出。在热回收炉中，这可以转化为较低的峰值温度，这对炉砖是不利的。挥发性物质释放得越慢会导致炼焦循环后期的炉的更高的工作温度，这是一般最需要热量的时候。已经开发了诸如烟道气共享之类的方法来缓和炼焦循环结束时缓慢的挥发性物质释放。相比之下，通过机械捣固装料机的各种方法获得的极高密度，可以抑制挥发性物质的释放。

多模态床还显示出能够改进装料至炉中的床的炼焦时间的能力。密度较高的床还允许在相同体积内装入更多的材料，从而提高炼焦速率。更密集的床还有助于传导性传热。然而，与获得密度的捣固装料法不同，本技术的多模态床仍然包含松散填充的煤。与超级填充捣固装料床相比，这允许煤更容易地释放出挥发性物质。热回收炉的加热比捣固装料机组更快。由于松散填充的高密度床，塑性层在热回收炉和副产物炉中通过床扩展得更快。在实验中，通常处理48吨煤的热回收焦炉能够在同一48小时内，对49.5吨煤和细焦炭屑(3wt％)进行处理。通过使用本技术的多模态床，预期炼焦率将比使用高斯偏态大小分布的煤床提高1％至10％。

通过本技术的多模态共混物实现的密度改进具有许多其它优点。可以使用添加悬浮剂(诸如油)来改善煤粒的流动性，而且其最终会提高所形成的煤床的填充效率和密度。与标准煤混合物相比，本技术的多模态共混物在不添加油的情况下，在所有实验中均展现出改善的流动性特性。通过本技术形成的多模态共混物将干细料引入到较大的煤粒中，这也通过在较大的煤粒之间提供较小颗粒的柔性层，改善了煤的流动性。将油添加到多模态床进一步增强了从每种方法分别得到的益处。

本技术所展现的改善的流动性预期为炼焦过程提供许多优点。煤料在焦炉中占据更均匀的空间。在传统的热回收炉中，煤料具有沿着壁的空隙体积。由于装料输送机的弯曲，炉的焦炭侧的装料高度低于炉的煤侧的装料高度。从炉的中心到壁以及从前门到后门，煤床的装料越均衡，使用的可用炉体积越多。

均匀的床高具有额外的优点。在当前的推进实践中，怀疑热回收炉的推进器侧和焦炭侧之间的高度差导致一侧温度较高。炉料均衡预期会促使热回收炉从焦炭侧到推进器侧的温度曲线更加一致，这是因为每侧的煤的体积是相同的。附加地，均衡的装料提供了使装料重量略微增加到每个炉的机会，以占据通常是沿着壁和焦炭侧门的空隙的体积。炼焦材料有效利用了被浪费的炉体积来生产焦炭。煤床化合物的密度越高，流动性越好。由于本技术展现出可以改进流动性，因此，可以在副产物炉中实现类似的炉填充益处。

通过对本技术的多模态混合物进行捣固装料，可以实现超高密度煤床。一般而言，捣固装料过程可以将床密度提高10％或更多，但是在煤床中需要10％或更多的水分，以便在将床放置在炉中时不会脱落。根据本技术，使用有效降低床的总体水分含量的干燥细料形成多模态共混物。如之前所讨论的，本技术的多模态床也展现出改进的流动特性。对多模态床进行捣固装料形成超高密度、低水分的炼焦材料床。这意味着减少了用来从煤料中除去水分的热量，更快地加热，而且缩短了炼焦时间。

可以使用多模态床来进一步增强从捣固装料获得的密度改进。捣固装料通过机械地迫使颗粒自身重新定向并压紧邻近的颗粒实现，从而去除空隙空间并且提高床的填充效率。目前采用的一些压实方法包括锤子、液压机和振动压实机。根据本技术的多模态床还展现出提高的填充效率和减少的空隙空间。它们还具有较少的水分以及改善的流动性。对多模态床进行捣固装料进一步提高了多模态床的密度。在一些实施例中，对多模态床进行捣固装料将多模态床的密度从0.67sg至0.78sg之间提高至0.85sg至1.2sg之间。在其它实施例中，将多模态材料床捣固装料至超过1.2sg的密度。由于多模态材料床的流动性得到了改善，因此，对多模态床进行捣固装料需要的努力比对标准材料床进行捣固装料所需要的更少。这最终减少了捣固装料的次数，缩小了在捣固装料装置中使用的设备大小，降低了在捣固装料中使用的压力，并且缩短了捣固装料所需的循环时间。在优化状态下，多模态共混物可以作为替代物用于捣固装料。本技术的多模态共混物实现了密度增加，这使焦炭质量更高而且使焦炭生产率更高。

本技术所实现的密度更高的装料带来了更高的csr。这一主要原理是在对低级煤进行捣固装料时提高焦炭csr时使用。展现出更高密度的多模态床由于密度较高，在csr上达到了相同的结果。可以相信的是，csr的提高与密集装料产生的更密集的更少的多孔焦炭有关。

可以使用高密度的多模态床来纠正来自煤混合物中组分的不利影响。焦炭屑一般是废料，可以共混到煤中，通过将其转化为焦炭来提高其价值。然而，焦炭屑的灰分含量非常高，范围介于12％至35％之间。灰分对csr是不利的。实验结果表明，csr随着焦炭屑加入到煤共混物中而降低。图17描绘了将粗焦炭屑引入到已知的煤共混物中以及所得到的csr随着焦炭屑含量的增加而降低的实验结果。

根据本技术，多模态床可以用来纠正csr下降。在一些实施例中，焦炭屑可以被碾磨成细小尺寸并且以小比例形成多模态共混物。焦炭屑中较高的灰分含量将会降低最终产品的csr。然而，细焦炭屑提高了床密度，从而抵抗了灰分的影响而提高了最终产品的csr。最终结果是，在将焦炭屑成功引入了煤共混物的同时，使最终产品的csr保持不变。

使用更细的焦炭屑获得的另一个优点是提高了强度。当以上测试采用更细的磨料时，添加的每百分比焦炭屑的csr损失减少。这是因为大的焦炭屑实际上可能是裂缝引发剂。可以相信，如果焦炭屑大于焦炭孔隙壁厚，则会引起裂缝和破裂。如果焦炭屑小于孔隙壁，则会通过减轻应力而实际上阻止裂缝和破裂。

实验结果证实了多模态床的缓解作用。图18描绘了csr随着焦炭屑被引入到煤共混物中而出现边际递减。请注意图17和图18中焦炭屑的影响之间的显著差异。通过多模态混合进行的补偿可以克服灰分对产品焦炭的csr的严重影响，从而产生商业上可接受的产品。

床高也与床密度有关。床较高会对床底部的煤施加更多的静压力，从而在底部形成压实的密集区。该区一般会产生csr较高的焦炭。为了优化炉的生产能力，可以装入一层较薄的床。当以每小时处理的煤吨数进行比较时，较薄的床比较厚的床炼焦的更快。原因在于加热速率是非线性的，而对于较薄的床，加热速率更快。因为床的顶部和底部之间的距离减小，塑性层通过床蔓延，而且完成炼焦循环所需要的时间更短。这使焦炉年产量每年增加25％以上。作为示例，热回收炉可以在48小时内处理48吨，或者在24小时内处理28吨。然而，较薄的床在底部具有更小的静压力，并且产生csr较低的焦炭产品。根据本技术，多模态床可以用来通过增加较薄床的密度来对较薄的床进行补偿，并且最终对csr进行补偿。如此，多模态床可以克服通常在较薄的床中出现的对csr的损害或者不受其影响，从而生产出质量与通过炼焦具有传统床高的装料获得的质量相当的焦炭。

本技术的多模态床还实现了具有更高稳定性的焦炭。这可以归因于以下事实：细颗粒，尤其是特性与煤(惰性物)不同的细颗粒，在塑性层穿过床的该部分时变得渗透在焦炭结构中。没有细料的焦炭与水泥相似。细料渗透到结构中的焦炭与具有为整体结构提供强度的骨料的混凝土相似。岩相结果证实，与煤不相似的材料(诸如焦炭屑)在炼焦过程中被并入焦炭结构中。

如图19所描绘的，从焦炭结构的外端开始的断裂将会一直蔓延，直到其与骨料颗粒相交。在这一点上，由于材料不同，裂缝会停止蔓延。在不存在骨料材料、细焦炭屑的情况下，在这种情况下，裂缝将通过整个结构蔓延，破坏焦炭块并降低其在稳定性试验中的性能。实验结果证实，通过引入细惰性材料，提高了稳定性。图20展示了稳定性随着焦炭屑的含量而增加。而且，将细料(诸如焦炭屑)融入到焦炭结构中以及稳定性提高，会消耗焦炭屑或细料，并且减少产品焦炭产生的焦炭屑。这导致当使用多模态共混物时，实现了焦炭厂产生的焦炭屑的净减少。稳定性的提高进一步使得焦炭的顶部切割大小为4”且更大，相当于炼焦多模态床的约5％至10％。以这种方式生产的较大的焦炭可以用在铸用焦炭作业中。

多模态共混物可以用来增强稳定性，以补偿对稳定性有害的其它因素。如上所讨论的，可以使用较薄的床来提高焦炉产量。然而，除了不利于csr，较薄的床还会导致最终产品的稳定性受到损害。根据本技术，多模态薄床补偿了这种影响，形成了稳定性更高的薄床产品。最终，这会实现能够生产商业上可接受的产品的高容量焦炉。图21描绘了稳定性一般会随着焦炭屑(多模态床)的引入而增加。炉1％测试是在较低的温度下进行，这对稳定性有着重大影响。然而，多模态床补偿了这种影响，并且最小化对稳定性的最终影响。

可以进一步利用以上讨论的多模态床的益处来并入新材料。低级煤、无烟煤、生物炭和其它含碳化合物可以加入到煤共混物中。进一步地，使用焦炭屑-煤多模态混合物将会降低煤共混物的总体有效vm组成，这是因为焦炭屑含有极少量的vm并且具有100％的焦炭产量，而煤的焦炭产量为100-vm。可以使用较高vm的煤对低vm焦炭屑进行补偿。由于床的堆积密度增加，vm的释放速率也会降低。较高vm的煤释放vm的速度将比处于较低堆积密度条件下更慢。这将会降低炉的初始峰值温度，从而在炼焦过程中最终使高vm、低成本煤变成实际的成分。

根据本技术，多模态床还可以提高炼焦过程产量。所得到的焦炭更加稳定，而且产生的焦炭屑更少。此外，使用的精细成分(诸如焦炭屑)可能具有很少甚至没有vm，而且大部分材料将被转化为焦炭。

示例

以下示例说明了本技术的数个实施例。

1.一种在生产焦炭的过程中制备两种或多种材料的多模态床以向焦炉装料的方法，该方法包括：

提供一定量的第一颗粒材料，该第一颗粒材料具有第一颗粒大小；

提供一定量的第二颗粒材料，该第二颗粒材料具有第二颗粒大小，其中，该第二颗粒大小小于该第一颗粒大小；

结合该第一颗粒材料和该第二颗粒材料以限定多模态材料床；以及

在该焦炉中处理该多模态材料床。

2.如示例1所述的方法，其中，该第一颗粒材料是具有介于50％通过1/8英寸筛网和99％通过1/8英寸筛网之间的第一颗粒大小的含碳材料。

3.如示例1所述的方法，其中，该第一颗粒材料是具有介于8目大小和16目大小之间的第一颗粒大小的含碳材料。

4.如示例1所述的方法，其中，该第二颗粒材料是具有小于30目的第二颗粒大小的含碳材料。

5.如示例1所述的方法，其中，该第二颗粒材料是具有小于60目的第二颗粒大小的含碳材料。

6.如示例1所述的方法，其中，该第二颗粒材料是具有小于100目的第二颗粒大小的含碳材料。

7.如示例1所述的方法，进一步包括：

在结合该第一颗粒材料和该第二颗粒材料以限定该多模态材料床之前，干燥该第二颗粒材料。

8.如示例1所述的方法，进一步包括：

在结合该第一颗粒材料和该第二颗粒材料以限定该多模态材料床之前，向该第一颗粒材料加入悬浮剂。

9.如示例8所述的方法，进一步包括：

在结合该第一颗粒材料和该第二颗粒材料以限定该多模态材料床之前，干燥该第二颗粒材料。

10.如示例8所述的方法，其中，该悬浮剂包括液态烃。

11.如示例10所述的方法，其中，该悬浮剂包括油、焦油、沥青和柴油中的至少一种。

12.如示例1所述的方法，其中，该第二颗粒材料的量近似介于该多模态材料床的重量的10％至50％之间。

13.如示例12所述的方法，其中，该第一颗粒材料基本上包括煤并且该第二颗粒材料基本上包括焦炭屑。

14.如示例1所述的方法，其中，该第二颗粒材料的量近似介于该多模态材料床的重量的5％至10％之间。

15.如示例1所述的方法，其中，该第二颗粒材料的量近似小于该多模态材料床的重量的5％。

16.如示例1所述的方法，其中，该第一颗粒材料基本上包括含碳材料并且该第二颗粒材料选自包括：无烟煤；焦炭屑；石油焦；生物炭；物材料；褐煤；冶金煤；热能煤；焦炭；煤块；焦炭块的材料的组。

17.如示例1所述的方法，其中，该第二颗粒材料包括不含碳惰性材料。

18.如示例1所述的方法，其中，该第二颗粒材料包括含碳惰性材料。

19.如示例1所述的方法，其中，该第一颗粒材料具有第一堆积密度，该第二颗粒材料具有第二堆积密度，并且该多模态材料床具有高于该第一堆积密度的第三堆积密度。

20.如示例1所述的方法，其中，该一定量的第二颗粒材料包括少于10％的水分。

21.如示例20所述的方法，其中，该一定量的第一颗粒材料包括少于15％的水分。

22.如示例1所述的方法，其中，该一定量的第二颗粒材料包括少于5％的水分。

23.如示例22所述的方法，其中，该一定量的第一颗粒材料包括少于10％的水分。

24.如示例1所述的方法，其中，该一定量的第二颗粒材料包括少于1％的水分。

25.如示例24所述的方法，其中，该一定量的第一颗粒材料包括少于5％的水分。

26.如示例1所述的方法，其中，该一定量的第一颗粒材料包括第一水分含量，该一定量的第二颗粒材料包括第二水分含量，并且该第一水分含量和该第二水分含量之间的差小于14％。

27.如示例1所述的方法，其中，该多模态材料床的装料重量超过仅由该第一颗粒材料形成的类似尺寸的传统床的装料重量，从而在该焦炉中处理该多模态材料床的步骤展现的质量/吨处理率大于仅由该第一颗粒材料形成的该类似尺寸的传统床的预期质量/吨处理率。

28.如示例1所述的方法，其中，该一定量的第二颗粒材料包括之前在该焦炉中处理材料床期间至少部分产生的再循环细粉。

29.如示例1所述的方法，其中，该一定量的第二颗粒材料包括已经被研磨成该第二颗粒大小的该一定量的第一颗粒材料的一部分。

30.如示例1所述的方法，其中，该一定量的第二颗粒材料包括该一定量的第一颗粒材料的一部分，该部分小于该第一颗粒大小，已经从该第一颗粒材料中筛选出来，并且已经被研磨成该第二颗粒大小。

31.如示例1所述的方法，进一步包括：

将该多模态材料床捣固装料成介于0.85sg至1.2sg之间的密度。

32.如示例1所述的方法，进一步包括：

将该多模态材料床捣固装料成高于1.2sg的密度。

33.一种在生产焦炭的过程中制备多模态材料床以向焦炉装料的方法，该方法包括：

将具有第一颗粒大小分布的第一颗粒材料和具有第二颗粒大小分布的第二颗粒材料结合到研磨机，该第二颗粒大小分布小于该于第一颗粒大小分布；

操作该研磨机，使得该第一颗粒材料被研磨成第三颗粒大小分布，该第三颗粒大小分布小于该第一颗粒大小分布但大于该第二颗粒大小分布，并且该第一颗粒材料和该第二颗粒材料彼此至少部分混合以限定该多模态材料床；以及

在该焦炉中处理该多模态材料床。

34.如示例33所述的方法，其中，该第二颗粒材料的量近似小于该多模态材料床的重量的50％。

35.如示例34所述的方法，其中，该第一颗粒材料基本上包括含碳材料并且该第二颗粒材料选自包括：无烟煤；焦炭屑；石油焦；生物炭；生物材料；褐煤；冶金煤；热能煤；焦炭；煤块；焦炭块的材料的组。

36.如示例33所述的方法，其中，该第二颗粒材料的量近似小于该多模态材料床的重量的10％。

37.如示例36所述的方法，其中，该第一颗粒材料基本上包括含碳材料并且该第二颗粒材料基本上包括焦炭屑。

38.如示例33所述的方法，其中，一定量的第二颗粒材料包括之前在该焦炉中处理材料床期间至少部分产生的再循环材料。

39.如示例33所述的方法，其中，一定量的第二颗粒材料包括已经被研磨成该第二颗粒大小分布的一定量的第一颗粒材料的一部分。

40.如示例33所述的方法，其中，一定量的第二颗粒材料被研磨成小于30目的第二颗粒大小分布。

41.如示例40所述的方法，其中，在结合该第一颗粒材料的步骤之前，该一定量的第二颗粒材料被干燥成小于12％的水分含量。

42.如示例33所述的方法，其中，该第二颗粒材料是具有小于100目的第二颗粒大小分布的含碳材料。

43.如示例42所述的方法，其中，在结合该第一颗粒材料的步骤之前，一定量的第二颗粒材料被干燥成小于1％的水分含量。

44.一种在生产焦炭的过程中制备两种或多种材料的多模态床以向焦炉装料的方法，该方法包括：

提供一定量的第一颗粒材料，该第一颗粒材料具有第一堆积密度；

提供一定量的第二颗粒材料，该第二颗粒材料具有第二堆积密度；

结合该第一颗粒材料和该第二颗粒材料以限定多模态材料床；该多模态材料床具有第三密度，该第三密度高于通过该一定量的第一颗粒和该一定量的第二颗粒的该堆积密度的加权和所计算的密度；以及

在该焦炉中处理该多模态材料床。

45.一种多模态炼焦材料床，包括：

一定量的第一颗粒炼焦材料，该第一颗粒炼焦材料具有第一堆积密度；

一定量的第二颗粒炼焦材料，该第二颗粒炼焦材料具有第二堆积密度；

该第一颗粒炼焦材料和该第二颗粒炼焦材料彼此结合以限定该多模态材料床，所述多模态材料床具有第三密度，该第三密度高于通过该一定量的第一颗粒炼焦材料和该一定量的第二颗粒炼焦材料的该堆积密度的加权和所计算的密度。

46.如示例45所述的多模态床，其中，该第一颗粒炼焦材料基本上包括含碳材料并且该第二颗粒炼焦材料选自包括：无烟煤；焦炭屑；石油焦；生物炭；生物材料；褐煤；冶金煤；热能煤；焦炭；煤块；焦炭块的材料的组。

47.如示例45所述的多模态床，其中，该第二颗粒炼焦材料的量近似小于该多模态材料床的重量的10％。

48.如示例47所述的多模态床，其中，该第一颗粒炼焦材料基本上包括含碳材料并且该第二颗粒炼焦材料基本上包括焦炭屑。

49.如示例45所述的多模态床，其中，该一定量的第一颗粒炼焦材料包括第一水分含量，该一定量的第二颗粒炼焦材料包括第二水分含量，并且该第一水分含量和该第二水分含量之间的差小于14％。

50.如示例45所述的多模态床，其中，该一定量的第一颗粒炼焦材料由第一颗粒大小分布限定，该一定量的第二颗粒炼焦材料由第二颗粒大小分布限定；该第一颗粒大小分布和该第二颗粒大小分布彼此不同。

尽管已经使用针对特定结构、材料和方法性步骤的语言对本技术进行了描述，但需要理解的是，在所附权利要求中限定的本发明不必局限于所描述的具体特征、材料和/或步骤。相反，具体方面和步骤作为实施所要求保护的发明的形式而予以描述。进一步地，在其它实施例中，可能会对在特定实施例的上下文中所描述的新技术的某些方面进行组合或者删除。而且，虽然已经在这些实施例的上下文中描述了与该技术的某些实施例相关联的优点，但是其它实施例也可以展现出这样的优点，并且并非所有实施例都必须展现出这样的优点才落入本技术的范围。因此，本技术和相关技术可以包括本文未明确示出或描述的其它实施例。因此，本技术不受除了所附权利要求书之外的限制。除非另有说明，否则，在说明书(权利要求书除外)中使用的所有数字或表达(诸如表达尺寸、物理特征等的那些)均被理解为在所有情况下都被术语“大约”所修饰。至少，而不是试图对权利要求书的等同理论的应用进行限制，在说明书或权利要求书中陈述的由术语“大约”修饰的每个数值参数应至少鉴于所陈述的有效数位的数量并且通过应用普通的舍入技术而予以解释。而且，本文公开的所有范围应被理解为涵盖陈述了任何和所有子范围的或者其中包括的任何和所有个别值的权利要求，并且为其提供支持。例如，所叙述的1至10的范围应被解释为包含陈述了任何和所有子范围或介于最小值1和最大值10之间和/或包含其个别值的权利要求书，并且为其提供支持；也就是说，以最小值1或更大值开始并以最大值10或更小值结束的所有子范围(例如，5.5至10、2.34至3.56等)或者从1到10的任何值(例如3、5.8、9.994等)。