冶金焦炭鍍碳增強裝置的製作方法

2023-05-31 07:29:06

專利名稱：冶金焦炭鍍碳增強裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於幹熄焦領域，尤其是利用富含甲烷氣體為熄焦介質的冶金焦炭鍍碳增強裝置。
背景技術：
由於高爐大型化和高爐噴煤量的增加，高爐要求焦炭的支撐骨架作用越來越突出，這就需要焦爐冶煉出高強度焦炭。但是焦爐冶煉高強度焦炭需要大量的主焦煤為原料，而主焦煤屬於世界性緊缺的煉焦煤種，無法滿足鋼鐵生產的需要。從現有煉焦煤炭資源狀況和未來發展趨勢來看，要求進一步拓展煉焦煤資源，儘量採用弱粘煤和動力煤煉焦，但這些煤種煉出的焦炭難以滿足高爐對焦炭強度的要求，因此需要開發新型高強度焦炭冶煉技術和焦炭增強技術。
Shigeno等人在美國申請的專利08/5486216中公開了一種利用焦炭表層滲碳的方法提高焦炭強度，該發明詳細介紹了利用富含甲烷的氣體介質，在高溫條件下與焦炭作用，使甲烷分解產生游離碳，游離碳沉積在焦炭孔隙表面，減少焦炭的比表面積，從而達到提高焦炭強度的目的，該發明提出了焦炭滲碳的基本原理和方法，但是沒有說明在工業上如何實現這種方法，也沒有提出相應的工藝設備。
幹熄焦技術屬於典型的鋼鐵工業清潔生產技術，它利用惰性氣體在豎爐中穿過紅焦層，回收紅焦顯熱，不用水熄焦，降低了環境汙染問題和水資源浪費問題，同時，由於紅焦在氣體冷卻過程中的速率遠遠低於用水冷卻的速率，減少了焦炭裂紋，能夠在一定程度上改善焦炭的冷強度指標。但是幹熄焦在實際運行過程中也存在一些問題，主要集中在以下幾個方面(1)基建投資巨大；(2)對焦炭的熱強度改善作用不顯著；(3)焦炭在下落過程中，與器壁、氣流及焦炭間發生機械摩擦，形成大量粉塵，造成全焦率下降；(4)換熱後的高溫氣流夾帶大量粉塵，造成後部設備的磨損嚴重。

發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種能夠降低焦炭反應性、提高冶金焦炭反應後強度的冶金焦炭鍍碳增強裝置。
為解決上述技術問題，本發明冶金焦炭鍍碳增強裝置包括整體密封罩，密封罩內有一熄焦鍍碳臺車，罩頂部設有煤氣出口管道；密封罩的前端與紅焦受料鬥相連，紅焦受料鬥上部與環境相通，下部接活塞給料機，活塞給料機可以在推料槽中做往復機械運動，推料槽通道的出口設有密封擋板，密封擋板下部為斜溜槽，斜溜槽位於熄焦鍍碳臺車的前端上方，熄焦鍍碳臺車的臺車面由蓖條構成，篦條開有透氣小孔，底部為煤氣集氣箱，煤氣集氣箱中均勻布置煤氣入口管道；熄焦鍍碳臺車的車尾下方為冷焦受料鬥，冷焦受料鬥出料口下端有水封槽，水封槽浸沒在水下，並與料鬥構成水封系統，帶式輸送機位於冷焦受料鬥的下方。
上述熄焦鍍碳臺車臺車面上方設有擋料板，能防止焦炭散落；密封罩內部為澆注耐火材料，外覆滿焊鋼板；活塞給料機採用耐火材料和耐熱鑄鋼做推頭；帶式輸送機包括帶傾角的刮板輸送機和鏈板輸送機；煤氣出口管道內表面覆有一定厚度的耐火澆注材料。
採用這樣結構的裝置能夠降低焦炭反應性、提高冶金焦炭反應後強度，主要有以下優點(1)能夠防止熄焦介質的洩露，由於整個系統均在密封罩內運行，在紅焦入口處採用擋板密封，保證了熄焦介質在活塞推桿的一個運行周期中的密封效果，冷焦出口採用水封，也解決了熄焦介質的洩露問題；(2)能夠杜絕外界空氣的進入，整個系統只有紅焦入口和冷焦出口有可能帶入空氣，由於尾部冷焦出口採用水封，杜絕了空氣進入系統，紅焦入口處雖然與環境相通，但是，在紅焦中碳質燃燒的作用下，將氧化物完全燃燒，因此整個系統可以杜絕空氣的進入；(3)利用富含甲烷的焦爐煤氣或天然氣等氣體作為熄焦介質，甲烷高溫分解的游離碳吸附並填充焦炭內外表面，具有顯著增加焦炭強度的效果；(4)利用鋼鐵工業的焦化生產工序，從焦爐煤氣或甲烷氣中副產氫氣，具有冶金工業的清潔能源轉換功能；(5)採用新型臥式幹熄焦裝置系統，在熄焦和鍍碳過程中，焦炭顆粒間不發生相對運動，大大減少傳統幹熄焦工藝中焦炭粉塵產生量，減少環境汙染，並增加冶金焦率。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明。
圖1是本發明冶金焦炭鍍碳增強裝置的結構圖。
圖中1.紅焦受料鬥，2.活塞給料器，3.推料槽，4.密封擋板，5.斜溜槽，6.熄焦鍍碳臺車，7.擋料板，8.集氣箱，9.煤氣入口管道，10.冷焦受料鬥，11.水封槽，12.帶式輸送機，13.密封罩，14.煤氣出口管道。
具體實施例方式
在圖1中，本裝置包括整體密封罩13，密封罩13內有一熄焦鍍碳臺車6，罩頂部設有一煤氣出口管道14；密封罩13的前端與紅焦受料鬥1相連，紅焦受料鬥1上部與環境相通，為紅焦的入口，下部開口，接活塞給料機2，活塞給料機2可以在推料槽3中做往復機械運動，推料槽3通道為矩形，通道的出口設有密封擋板4，密封擋板4下部為斜溜槽5，斜溜槽5位於熄焦鍍碳臺車6的前端上方，熄焦鍍碳臺車6的臺車面由蓖條構成，篦條開有透氣小孔，底部為煤氣集氣箱8，煤氣集氣箱8中均勻布置煤氣入口管道9；熄焦鍍碳臺車6的車尾下方為冷焦受料鬥10，冷焦受料鬥10出料口下端有水封槽11，水封槽11浸沒在水下，並與料鬥構成水封系統，帶式輸送機12位於冷焦受料鬥10的下方，熄焦鍍碳臺車6臺車面上方設有擋料板7，能防止焦炭散落；密封罩13內部為澆注耐火材料，外覆滿焊鋼板；活塞給料機2採用耐火材料和耐熱鑄鋼做推頭；帶式輸送機12採用帶傾角的刮板輸送機和鏈板輸送機；煤氣出口管道14內表面覆有一定厚度的耐火澆注材料，耐火材料外部為無縫管。
整個裝置只有一個焦炭入口和一個焦炭出口，一個煤氣管道入口和一個煤氣管道出口，所有的設備均在密封罩13內。這樣，將熄焦介質與環境隔離開。焦化生產過程中的紅焦在送入紅焦受料鬥1時，由於紅焦的高溫作用，將帶入受料鬥的空氣完全燃燒，當活塞推桿將紅焦推入熄焦鍍碳臺車6時，紅焦表面已經沒有助燃氧化物質。紅焦沿著斜溜槽5進入熄焦鍍碳臺車6，在焦炭鍍碳臺車6向前運行過程中，紅焦在臺車表面形成一定的堆積高度。熄焦介質由管道進入風箱，並以一定的流速從篦條小孔中竄出，進入臺車表面堆積的紅焦層。紅焦具有發達的孔隙結構和很強的吸附能力，熄焦介質通過流動和擴散的形式，由紅焦表面進入紅焦內部。在合適的溫度條件、濃度條件和壓力條件下，熄焦介質中的部分甲烷開始分解，形成游離石墨碳和氫氣，其中游離石墨碳在紅焦孔隙結構中開始沉積，並形成緻密膜層，覆蓋和堵塞焦炭的外表面和焦炭的孔隙，達到顯著降低焦炭反應性和提高冶金焦炭反應後強度的目的，熄焦介質熱解產生的氫氣隨著未反應的氣體由煤氣出口管道14排出。紅焦隨著焦炭鍍碳臺車6不斷向前運行，冷的熄焦介質也不斷從煤氣管道進入風箱，並通過臺車篦條小孔，與紅焦發生對流換熱，最終將紅焦溫度冷卻下來，變為冷焦。冷焦進入臺車尾部的受料鬥，通過水封，由帶式輸送機12送出系統。
熄焦鍍碳臺車6整體在密封罩13內，因此，臺車的驅動裝置頭尾星輪在密封罩13內，而變速機構則在密封罩13外，通過氣動密封的方式可以將臺車的驅動軸完全密封。熄焦介質在進入臺車密封罩13時，整個密封系統採用微正壓操作，這樣，杜絕了換熱後的高溫氣流夾帶大量粉塵的現象。
熄焦介質採用某焦化廠自產的焦爐煤氣，其中氫氣含量為55～60％，甲烷含量為22～27％，一氧化碳為7～12％，其餘為二氧化碳、重烴、氮氣和氧氣。從焦爐炭化室出來約1000℃紅焦通過焦化廠現有的輸送設備送入紅焦受料鬥1，紅焦受料鬥1的上口尺寸與輸送設備相匹配，下口尺寸與活塞推桿機構相匹配，受料鬥的高度由預存紅焦的量來確定，紅焦受料鬥1可以預存一部分物料，保證系統運行的連續性，同時，在紅焦高溫作用下，將紅焦帶入的少量空氣燒盡。紅焦在重力作用下由受料鬥下口落入活塞推料槽3中，推料槽為矩形，活塞推桿的寬度略小於熄焦鍍碳臺車6的寬度，推桿的高度根據一次推焦量來確定。活塞推桿採用周期往復式機械運動，紅焦在推桿作用下，沿推料槽3進入密封系統。活塞推料槽3末端出口設有轉動式密封擋板4。活塞推進時，密封擋板4在推力作用下打開，物料進入推料槽3下方的斜溜槽5，此時活塞和紅焦堵塞了上端入料口，防止熄焦介質外竄；活塞收回時，密封擋板4因重力作用自動關閉，防止外界空氣竄入熄焦鍍碳反應系統。活塞推料槽3出口接有斜溜槽5，斜溜槽5上部與推料槽3出口下沿相連，下部焊接在臺車擋料板7側面上，距離臺車面30～50cm。溫度為1000℃左右的焦炭從斜溜槽落到熄焦鍍碳臺車6上，在熄焦鍍碳臺車擋料板7之間形成堆積高度為60～80cm的焦炭層，並隨熄焦鍍碳臺車6整體水平移動，熄焦鍍碳臺車6水平移動速度為0.2m～0.4m/min，在這種移動速度條件下，焦炭顆粒之間沒有相對運動，有效防止焦炭粉末的產生。焦爐煤氣由煤氣入口管道9進入煤氣風箱，煤氣風箱的上部為熄焦鍍碳臺車6的篦條，在臺車的篦條上開有1～3mm的小孔，小孔沿著臺車橫向方向上均勻分布，每2～3cm有一個。冷的焦爐煤氣沿著篦條上的小孔進入焦炭層，與熱的焦炭之間發生對流換熱，同時，焦炭孔隙中吸附大量的焦爐煤氣。在紅焦區，焦爐煤氣中的甲烷氣體在高溫作用下發生分解，生成游離石墨碳和氫氣，游離石墨碳在焦炭孔隙中沉積，並形成一層緻密的碳膜。氫氣在流動、擴散和傳質作用下，由焦炭內部進入煤氣中，並隨著煤氣一起沿煤氣出口管道14流出，由於煤氣出口管道14在密封罩的前端，受紅焦熱輻射的作用，煤氣出口管道14的溫度650～700℃之間。隨著焦炭鍍碳臺車6載著焦炭不斷向前運行，冷煤氣與焦炭之間不斷發生對流換熱，焦炭溫度逐漸降低，當焦炭溫度低於750℃時，焦爐煤氣中的甲烷分解速度降低，焦爐煤氣與焦炭之間的相互作用僅表現為對流換熱，焦炭溫度不斷降低，在臺車的尾部達到工藝要求的溫度。這時，焦炭進入冷焦受料鬥10，冷焦受料鬥10的上部與焦炭鍍碳臺車6尾部相連，下部浸入水中，並與水中的刮板機相連，冷焦炭經過水封，通過水冷，進一步降低焦炭溫度，同時，焦炭的孔隙中填充大量水分，將孔隙中的焦爐煤氣置換出來，經過水封的焦炭，由刮板機送出系統。
根據焦炭溫度制度的變化，整個工藝在臺車長度上可以分為鍍碳區和幹熄區，兩個區域的分配比為13。焦爐煤氣的供氣制度也可以分為兩個區域，鍍碳區和幹熄區，在鍍碳區使用的是原始焦爐煤氣，在幹熄區採用的是循環焦爐煤氣，原始焦爐煤氣與循環焦爐煤氣分別佔總氣量的20％和80％。這兩部分氣體從一個煤氣出口管道14排出，一部分經冷卻除塵後送給用戶，另一部分採用冷卻除塵後循環的方式送回系統。
權利要求
1.一種冶金焦炭鍍碳增強裝置，其特徵在於包括整體密封罩(13)，密封罩(13)內有一熄焦鍍碳臺車(6)，罩頂部設有煤氣出口管道(14)；密封罩(13)的前端與紅焦受料鬥(1)相連，紅焦受料鬥(1)上部與環境相通，下部接活塞給料機(2)，活塞給料機(2)可以在推料槽(3)中做往復機械運動，推料槽(3)通道的出口設有密封擋板(4)，密封擋板(4)下部為斜溜槽(5)，斜溜槽(5)位於熄焦鍍碳臺車(6)的前端上方，熄焦鍍碳臺車(6)的臺車面由蓖條構成，篦條開有透氣小孔，底部為煤氣集氣箱(8)，煤氣集氣箱(8)中均勻布置煤氣入口管道(9)；熄焦鍍碳臺車(6)的車尾下方為冷焦受料鬥(10)，冷焦受料鬥(10)出料口下端有水封槽(11)，水封槽(11)浸沒在水下，並與料鬥構成水封系統，帶式輸送機(12)位於冷焦受料鬥(10)的下方。
2.按照權利要求1所述的冶金焦炭鍍碳增強裝置，其特徵在於熄焦鍍碳臺車(6)臺車面上方設有擋料板(7)，防止焦炭散落。
3.按照權利要求1所述的冶金焦炭鍍碳增強裝置，其特徵在於密封罩(13)內部為澆注耐火材料，外覆滿焊鋼板。
4.按照權利要求1所述的冶金焦炭鍍碳增強裝置，其特徵在於活塞給料機(2)採用耐火材料和耐熱鑄鋼做推頭。
5.按照權利要求1所述的冶金焦炭鍍碳增強裝置，其特徵在於所述的帶式輸送機(12)包括帶傾角的刮板輸送機和鏈板輸送機。
6.按照權利要求1所述的冶金焦炭鍍碳增強裝置，其特徵在於煤氣出口管道(14)內表面覆有一定厚度的耐火澆注材料。
全文摘要
一種冶金焦炭鍍碳增強裝置，涉及幹熄焦領域，尤其是利用富含甲烷氣體為熄焦介質的冶金焦炭鍍碳增強裝置。該裝置是利用紅焦顯熱將熄焦介質中的甲烷分解為氫氣和游離碳，游離碳吸附並填充在焦炭表面和焦炭孔隙內，形成緻密膜層，覆蓋焦炭的外表面，並堵塞焦炭的內部孔隙。該裝置有一個整體密封罩，密封罩的前端與紅焦受料鬥相連，紅焦受料鬥通過活塞給料機與熄焦鍍碳臺車相連，熄焦鍍碳臺車底部為煤氣集氣箱，熄焦介質由集氣箱上部的臺車蓖條進入焦炭層，熄焦鍍碳臺車的車尾下方為冷焦受料鬥，冷焦受料鬥下方為水封的帶式輸送機。利用該裝置可以降低焦炭反應性、提高冶金焦炭反應後強度。
文檔編號C10B29/02GK1854249SQ20051006863
公開日2006年11月1日 申請日期2005年4月27日 優先權日2005年4月27日
發明者廖洪強, 包向軍, 馬剛平, 李東濤, 趙鵬, 程曉光, 張向偉, 薛立民 申請人:首鋼總公司