本发明属于冶金炼焦技术领域，特别涉及一种顶装焦炉煤压紧装置及压紧方法。
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：“一种顶装煤焦炉捣固焦的捣固设备(CN2721643Y)”该实用新型利用平煤杆将条形压头放入到焦炉内部，然后压实杆与条形压头连接后，平煤杆退出炭化室，压实杆对条形压头进行压实，进而将焦炉煤压实，然而专利中涉及到装煤和压实同步进行，煤料由条形压头上部进入炭化室内，条形压头势必会对煤料的下降产生阻挡，甚至下降的煤料会将条形压头与压实杆连接部位分离，使得条形压头落入焦炉炭化室内，另外，顶装焦炉平煤杆并不具有竖直方向上的移动功能，该实用新型也未说明对其进行相应的改装，当压实完成后，只能进行水平移动的平煤杆并不具有托住条形压头使得与压实杆分离功能，进而也就不能将条形压头通过平煤杆托出炭化室。
“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。但是在整个过程中，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。
“一种提高顶装焦炉装煤堆密度的方法及装置(CN105713623A)”该专利是在顶装焦炉装煤时，将具有上下移动功能的振动头伸入至焦炉煤内，在装煤的同时进行振动头振动。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，而炭化室荒煤气未经处理，会造成经燃烧室最终通过烟囱排放而不达标。该技术中将振动紧密实装置设在装煤车下煤位置，但并没有明确叙述装置与下煤装置如何连接，传统顶装焦炉装煤时，装煤车与装煤口对位后，装煤车上的横向螺旋送料装置在焦炉装煤口上部，因此该技术中所说的振动紧密实装置与横向螺旋送料装置存在阻碍作用，对于如何突破二者之间阻碍也未涉及，并且振动紧密实装置设在位于焦炉装煤下料口处，装煤、振实同时操作在一定程度上也阻碍了下料装置的下料；振动头随装煤高度的上升同步上升，也就是说振动头始终在焦炉装煤的煤内部，这对于现有顶装焦炉平煤杆横向平煤操作产生了很大阻碍，因此该装置并不具有平煤操作的可实现性。另外，焦炉装入煤一般含水10％左右，单独通过一个可振动的细杆只能实现振动头附近很小范围内的密实，疏松的煤粉并不能将振动力传导至很大范围内，因此提高焦炉装煤堆密度效果并不明显。
“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，而炭化室荒煤气未经处理，会造成经燃烧室最终通过烟囱排放而不达标，从而造成环境污染，若振动密实作用减弱又无法达到增加单孔焦炉的装煤量和焦炭产量，提高焦炭质量作用。
因此，针对现有顶装焦炉平煤杆装置存在的装煤密度不均匀，增大顶装焦炉焦炭产量的生产实际需求，有必要开发出一种简便、高效、实用煤压实装置，以及通过装煤压实装置提高单位焦炉装煤量，进而提高焦炉装煤堆密度及焦炭质量的操作方法。
技术实现要素：
为了克服上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种简便、高效、实用的顶装焦炉煤压紧装置及压紧方法，通过机械装置进行装煤、压实连续化操作，提高单炭化室入炉煤的堆密度，增加装煤量，从而达到提高焦炭质量和焦炭产量的目的。
本发明目的是通过下面的技术方案实现的：
一种顶装焦炉煤压紧装置，包括设置在装煤车上的压实杆和装煤送料装置；所述的压实杆包括固定架和支撑板，所述固定架上安装有一对齿轮，齿轮通过电机轴与压实电机连接，齿轮通过压实电机转动、电机轴传动实现与电机的同步转动；所述支撑板上设有两排竖直等间距排列的凸齿，凸齿之间的间距与齿轮的轮齿位置相互匹配，支撑板在齿轮和凸齿相互啮合作用下沿固定架做竖直方向移动；支撑板的下端设有一对通过转动轴连接的压实板，两块压实板可分别绕各自转动轴进行转动，两块压实板的上端边缘分别呈相互匹配的凸起和凹陷状，当两块压实板呈180°展开时，凸起和凹陷状的压实板正好相互拼接、咬合，两块压实板下端内侧为凸弧状，下底端分别安装有压实滚轮，当压实板受到外力作用时，两个压实滚轮可以进行滚动，当两块压实板呈180°展开时，压实滚轮随着压实板离开煤表面，即压实板压实时压实杆向下的压实力并不会通过压实滚轮作用在煤表面上；在支撑板下端两侧分别安装有限位块，限位块的支撑作用和两块压实板之间相互的咬合作用共同控制两块压实板最大张开角度。所述的装煤送料装置包括煤斗、螺旋送料装置和锥形收料装置；所述煤斗底部增设下料闸板；所述螺旋送料装置底部有固定连接板，连接板下安装轨轮，并提供轨轮滚动的轨道平面；连接板的一端安装有液压轴。
所述的锥形收料装置包括锥形收料槽，所述锥形收料槽上表面为仰5°～10°斜面，靠近螺旋送料装置侧高，上表面设有通道口，在通道口上增设可开关的密封盖，密封盖与锥形收料槽通过转轴连接，密封盖能够以转轴为弧心进行绕动，密封盖通过牵引绳与连接板进行连接，锥形收料槽靠近螺旋送料杆侧设有通过支撑杆支撑的滑轮，牵引绳沿滑轮滑动。
所述固定架上安装有一对矫正滚轮，矫正滚轮位于支撑板的两侧并与支撑板非连接接触，确保支撑板沿竖直方向运动。
所述支撑板加两侧限位块的横向总宽度不超过焦炉装煤口直径的2/3，两块压实板合实的横向宽度不大于支撑板的横向宽度。确保合拢状态的两块压实板和支撑板顺利地进入装煤口。
所述煤斗底部增设下料闸板，下料闸板可控制煤斗内煤下料。
所述液压轴提供液压后，连接板连同螺旋送料杆在轨道平面上移动的距离正好满足压实杆通过送料系统进入焦炉装煤口所需的横向宽度。
所述密封盖张开角度与水平呈90°以内。
一种顶装焦炉煤压紧的方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1)，通过装煤送料装置完成装煤操作。
步骤2)，在液压轴作用下，螺旋送料装置沿着轨道平面后退，通过连接板对牵引绳的牵拉，密封盖以转轴为弧心转动，进而打开密封盖。
步骤3)，开启压实电机，压实电机通过电机轴带动齿轮进行同步转动，两侧齿轮以同速转动啮合支撑板上的凸齿，进而实现支撑板以及与支撑板轴连接的压实板竖直向下移动。两块合实的压实板进入装煤口，压实滚轮与焦炉内煤表面接触，在支撑板下压力的作用下，两块压实板上的压实滚轮沿煤表面进行滚动，两块压实板逐渐展开，最终压实板上端边缘的凸起和凹陷相互拼接、咬合，在支撑板下压力、煤表面对压实板支撑力、两块压实板咬合力共同作用下，两块压实板展开至180°。
减小压实电机转速，通过电机轴传动、齿轮与凸齿相互啮合作用，压实杆对焦炉内煤进行压实操作，在限位块的作用下，两块展开的压实板始终保持在180°；当压实杆向下压力达到压实杆最大承受下压力或者焦炉炉墙耐压力时，关闭压实电机，支撑板和压实板停止向下移动。
开启压实电机反向转动，支撑板在齿轮与凸齿相互啮合作用下向上移动，两块压实板在自身重力作用下重新合实，并随支撑板一起撤出焦炉装煤口。
步骤4)，压实杆退出密封盖所在的通道口后，螺旋送料装置在液压轴作用下前进至原装煤位置处，通过牵引绳连接在密封盖的牵拉力消失，位于斜面上的密封盖在自身重力作用下得以重新关闭，再次开启装煤送料装置，进行补煤操作。
本发明一种顶装焦炉装煤压实一体装置及装煤压实方法，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、降低环境污染，促进焦化企业的可持续发展。
附图说明
图1为压实杆示意图；
图2为电机驱动齿轮示意图；
图3为顶装焦炉煤压紧装置示意图。
图中，矫正滚轮1，凸齿2，齿轮3，限位块4，压实板5，压实滚轮6，转动轴7，电机轴8，支撑板9，固定架10，压实电机11，煤斗12，下料闸板13，螺旋送料杆14，送料电机15，液压轴16，轨轮17，连接板18，轨道平面19，导套20，锥形收料槽21，除尘装置22，转轴23，密封盖24，牵引绳25，滑轮26，支撑杆27。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进行一步详细说明：
如图1、2所示，一种顶装焦炉煤压紧装置，包括有压实杆和装煤送料装置；所述压实杆包括矫正滚轮1，凸齿2，齿轮3，限位块4，压实板5，压实滚轮6，转动轴7，电机轴8，支撑板9，固定架10，压实电机11。
所述矫正滚轮1、齿轮3固定安装在固定架10上，齿轮3通过电机轴8与压实电机11连接，齿轮3通过压实电机11转动、电机轴8传动实现与电机的同步转动。
压实电机11可正反双向转动，转速可调。
所述凸齿2固定在支撑板9上，凸齿2竖直等间距排列，一对排列的凸齿2对称分布支撑板9上，凸齿2之间的间距与齿轮3的轮齿位置相互匹配；支撑板9上的凸齿2数量大于齿轮3上的轮齿数量。
矫正滚轮1与支撑板9非连接接触，矫正滚轮1可以通过与支撑板9摩擦转动，左右对称的矫正滚轮1使得支撑板9沿竖直方向运动。
限位块4固定在支撑板9下端两侧，限位块4控制两块压实板5最大张开角度不大于180°。
支撑板9通过转动的齿轮3与压实板5上的凸齿2相互咬合向下或者向上移动；支撑板9安装在固定架10上，支撑板9在齿轮3和凸齿2相互咬合作用力下可沿固定架10做竖直方向移动。
压实板5通过转动轴7与支撑板9连接，两块压实板5可分别绕各自转动轴7进行转动，两块压实板5上端边缘分别呈凸起和凹陷状，当两块压实板5呈180°展开时，凸起和凹陷状的压实板5正好相互拼接、咬合。
所述压实滚轮6分别安装在压实板5下底端，当受到外力作用时，两个压实滚轮6可以进行滚动。两块压实板5下端内侧为凸弧状，当两块压实板5呈180°展开时，压实滚轮6随着压实板5离开煤表面，即压实杆向下的压实力并不会通过压实滚轮6作用在煤表面上。
所述支撑板9加两侧限位块4的横向总宽度不超过焦炉装煤口直径的2/3，两块压实板5合实的横向宽度不大于支撑板9的横向宽度。
如图3所示，所述的装煤送料装置包括煤斗12、螺旋送料装置和锥形收料装置。
所述煤斗底部增设下料闸板13，下料闸板13可控制煤斗12内煤的下料。
所述的螺旋送料装置包括有螺旋送料杆14，送料电机15，在螺旋送料装置下面增加连接板18，连接板18下安装可以滚动的轨轮17，并提供轨轮17滚动的轨道平面19。连接板18的一端安装有液压轴16，液压轴16可以提供双向作用力，进而控制具有轨轮17的螺旋送料杆14在水平方向的线性移动。
所述液压轴16提供液压后，连接板18连同螺旋送料杆14在轨道平面19上移动的距离正好满足压实杆通过装料系统进入装煤口所需的横向宽度。
所述的锥形收料装置包括有导套20和锥形收料槽21，所述锥形收料槽上表面为仰5°斜面，上表面靠近螺旋送料装置侧高，上表面设有密封口，在密封口上增设可开关的密封盖24，密封盖24与锥形收料槽21通过转轴23连接，密封盖24能够以转轴23为弧心进行绕动，密封盖24通过牵引绳25与连接板18进行连接，锥形收料槽21靠近螺旋送料杆14侧设有通过支撑杆27支撑的滑轮26，牵引绳25沿滑轮26滑动。
如图3所示，所述顶装焦炉煤压紧方法具体实施包括：
步骤1。顶装焦炉煤压紧操作是在装煤车定位完成后，开启除尘装置22，打开焦炉炉盖，下放与锥形收料槽21连接的导套20，导套20与焦炉装煤口接触并密封后，开启送料电机15，螺旋送料杆14在送料电机15带动下开始旋转，打开下料闸板13，进行装煤操作，装煤完成后依次关闭下料闸板13、送料电机15。
步骤2。在液压轴16作用下，带有轨轮17的螺旋送料杆14沿着轨道平面19后退，通过连接板18对牵引绳25的牵拉，进一步牵引绳25沿支撑杆27支撑的滑轮26拉动密封盖24，密封盖24以转轴23为弧心转动，进而打开密封盖24。
步骤3。开启压实电机11，压实电机11通过电机轴8带动齿轮3进行同步转动，两侧齿轮3以同速转动咬合支撑板9上的凸齿2，进而实现支撑板9以及与支撑板9轴连接的压实板5竖直向下移动。两块压实板5随支撑板9向下移动，依次通过密封盖24所在密封口和焦炉装煤口，直至压实滚轮6与焦炉内煤表面接触。在支撑板9下压力的作用下，两块压实板5上的压实滚轮6沿煤表面进行滚动，两块压实板5逐渐展开，同时压实板5靠近转动轴7侧凸弧和凹弧状的压实板5正好相互拼接、咬合，在支撑板9下压力、煤表面对压实板5支撑力、两块压实板5咬合力和限位块4共同作用下，两块压实板展开至180°。减小压实电机11转速，通过电机轴8传动、齿轮3与凸齿2相互咬合作用，压实杆对焦炉内煤进行压实操作。当压实杆向下压力达到压实杆最大承受下压力或者焦炉炉墙耐压力时，关闭压实电机11，支撑杆8和压实板5停止向下移动。开启压实电机11反向转动，支撑板9在齿轮3与凸齿2相互咬合作用下向上移动，两块压实板5在自身重力作用下重新合实，并随支撑板9一起撤出焦炉装煤口，压实操作完成。
步骤4。压实杆退出密封盖24所在的密封口后，带有轨轮17的螺旋送料杆14在液压轴16作用下前进至原装煤位置处，通过牵引绳25连接在密封盖24的牵拉力不再存在，位于5°倾斜面上的密封盖24在自身重力作用下得以重新关闭。再次开启送料电机15、下料闸板13，螺旋送料杆14在送料电机15带动下对焦炉进行螺旋送料补煤，补煤操作完成后关闭除尘装置22，收起与锥形收料槽21连接的导套20。焦炉炭化室装煤、压实、补煤一体化操作完成。
某6m焦炉通过装煤、压紧、补煤操作后炼焦效果对比如表1所示。
表1焦炉压实效果对照