CN101225312A - 焦炉的重建 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种更换焦炉组中的加热壁和顶板的新式的更快和更有效工艺过程。因此，在更换时，至少一个加热壁从端到端地用热稳定无膨胀的大规格模块化的铸造模块来建造，且与加热壁相邻的顶板用热稳定无膨胀的大规格模块化的铸造砌块来建造。

Description

焦炉的重建

技术领域

本发明涉及焦炉的重建，更具体来说，涉及重建焦炉组内从推进器侧到焦炭侧的加热壁和顶板的新式的更快和更有效方式，其中，使用大规格的铸造(cast)整体的模块，该种模块在摄氏-20°至1565°的范围内具有高尺寸稳定性、可忽略的热膨胀、良好的耐磨性、良好的抗压缩强度以及良好的抗热冲击性。

背景技术

美国和全球的许多焦炉组的炉龄已经超过50多年，这些焦炉组大部分是由硅砖制成。随着砌块的老化，硅砖的加热壁开始变劣而需要进行修理，修理范围从修补和喷涂材料来阻止进一步开裂和减缓正在发生的变劣一直到更换加热壁的端部分。最终，加热壁仍需要进行更换。历史上，更换全部的加热壁涉及到建造新的硅砖加热壁，这个过程包括砌筑超过4000块硅砖，并且要花费两个月或更长时间才能完成。硅砖的形状可能具有超过一百多种不同的形状，而且硅砖的供货商还常常会发生问题，导致砌块破损率百分比相当高，这又减慢了维修过程。由耐火修补混合物制成的砌块稍许好些，砌块到货的破损度较低，但仍有数千块砌块需砌筑成数百种不同形状，导致较长的停工期和高的花费。人们已经开发出大规格的非膨胀材料制成的热稳定的砌块或模块，但它们只用于端壁的修理，这就是说，当加热壁必须进行更换时，需采用较小的砌块。

发明内容

本发明的目的是以成本经济的方式重建由硅砖制成的焦炉组的从推移器侧到焦炭侧的加热壁和顶板，其中，重建的壁和顶板优于已经更换的壁和顶板。

具体来说，本发明的目的是在加热壁更换中采用大规格的铸造模块以及在顶板更换中采用大规格的铸造砌块，这些模块和砌块用能提供具有以下特性的整体模块的材料制成，所述整体模块在-20°至1565°的范围内具有高尺寸稳定性、可忽略的热膨胀、良好的耐磨性、良好的抗压缩强度以及良好的抗热冲击性。通过使用大规格的热稳定材料的模块和砌块，修理的时间大约减半，成本也显著地削减。此外，新的加热壁将优于已经更换的壁。

在结合附图考虑以下详细的描述之后，本发明的上述目的和其它目的以及优点将会变得明白。

附图说明

图1是焦炉组的示意的立体总图，为了清晰起见，一些部分已经移去和简化。

图2示出焦炉组的前部的立体图，其中，三个相邻门已经移去。

图3是焦炉组的一部分的立体图，示出与待再建部分相邻的支柱被切割和移去之后且在相关的连杆被移去之后的图2所示焦炉的前部，并还示出使用重型设备来摧毁焦炉内的两个相邻加热壁。

图4是焦炉组的立体图，示出右侧上的用重型工业真空设备抽真空的空气和气体端口，以及左侧上的被覆盖的前空气和气体端口，用隔离材料覆盖的地板和壁。

图5a是图4的放大部分，示出左侧上被覆盖的前空气和气体端口。

图5b-5d分别是空气和气体端口模块的立体图、侧视图和截面图。

图6a示出一用于本发明修理模块的俯视图。

图6b示出一修理模块的端视图，显示舌槽型的结构。

图6c示出清理口被切除后的图6a的模块，该切除部分或塞头以后将用砂浆堵回到原处。

图7是一立体图，示出被校平的第一排模块。

图7a示出用于尚未接近校平的地板的一替代的第一层。

图8a是一立体图，示出首先的两排模块，以及第一排模块内的清理口和安装好的二次风道。

图8b是图8a一部分的放大立体图。

图8c是一立体图，示出用首先的两层的模块再建的两个焦炉加热壁，该图还示出垂直的层间立柱，它们树立起来帮助模块的对齐和校平。

图8d和8e是重建过程中加热壁全长的视图，图8d示出安装在重建过程中加热壁顶上的奇数层模块，而图8e示出安装在重建过程中加热壁顶上的偶数层模块。

图9是类似于图8c的示意图，但该图示出加热壁重建到顶板的高度，且在安装顶板砌块之前，层间立柱已经移去，为了简化起见仅示出几层大规格铸造模块。

图10示出局部焦炉组的立体图，其具有两个完成的模块加热壁和就位的顶板砌块。

图11是焦炉组一部分的立体图，其中，两个加热壁和顶板已经用大规格模块和砌块重建，并在顶板的顶上浇注有可高温铸造的材料。

图12是大致沿着图11的线12-12截取的截面图，示出一根据本发明的原理重建的炼焦室。

图13a-13c是各种顶板砌块的仰视图，图13a示出用来形成一烟孔的砌块，图13b示出用来形成一装料孔的砌块，而图13c示出用来形成一气体排出通路的砌块。

图14是大致沿着图11的线14-14截取的截面图，示出一根据本发明的原理重建的加热壁和壁上方的顶板。

图15a-15d示出用于图14所示的顶板重建的顶板模块的仰视图。

图15e示出一用于图15d所示的滑动顶板模块的滑动砌块。

具体实施方式

概述

图1示出传统焦炉组一部分的总图。该焦炉组总的用标号10表示。炼焦过程中被驱逐出来的挥发物从竖管12流到一收集器14以便作进一步处理。该焦炉组包括多个炼焦室16(图2)，每个炼焦室从推进器侧18到焦炭侧19(图12)延伸焦炉组的长度。每一炼焦室稍许呈锥形并设置有位于两个相对端上的完全可移去的门，该锥形例如从第一侧或推进侧上的门20(图2)处的16英寸增宽到第二侧或焦炭侧上的门(未示出)处的19英寸。每一炼焦室可以是15米长并可具有3至6米的高度，但这些尺寸对于不同的焦炉组可以变化。

炼焦室16用图2中大体标示在22处的加热壁彼此分隔开。在一传统的焦炉组中，加热壁由多排或多层硅砖形成，每层有数百块砖。每一加热壁具有多个终止在上部孔24内的通道30(图8d)，这些通道通常交替地位于加热循环和通风循环之间。气体和加热空气通过位于通道底部的空气/气体端口模块59内的气体嘴口57和空气端口58引入到通道内。图4和5a-5d示出设置在加热壁下方的空气/气体端口模块59，每一模块具有一空气端口58和一接纳一气体嘴口57的锥形气体端口56。空气和气体被点燃，燃烧的气体又将加热壁加热到一般在华氏2100度至2500度(摄氏1150度至1370度)范围内的温度。

当一特定炼焦室内的炼焦循环完成时，通过一门机构将门移去(未示出)，然后，一推进器54从推进器侧引入到炼焦室内以从炼焦室内推动焦炭，焦炭通过一焦炭导向器25排出，然后，进入到一熄焦车27内。在这一点上应该指出的是，焦炉组的上述结构和其操作方式在本技术领域内都是众所周知的。

焦炉组运行中的一个不断进展的问题是炼焦室之间的加热壁逐渐变劣。过去的做法是，开始时用将可喷射的耐火喷浆材料的合适浆料喷射表面来修理加热壁。尽管这会减缓炼焦室壁表面的变劣，但最终必须再建加热壁的至少一个端部，且最终可能有必要重建全部的加热壁。修理或重建加热壁需切断流入加热壁的空气和气体的流动，以使通道内没有燃烧，通过将壁的隔离材料放置在相邻加热壁的表面上来隔离待修理或更换的区域。用新的硅砖或由耐火修补混合物制成的砌块来修理或更换加热壁。因为大量的砌块用于加热壁中，所以，这是一个非常耗时的过程，通常对于一端壁的修理大致需2至3周，对于整个加热壁的重建需6至8周或更长的时间。

为了克服标准砌块的缺点，已经开发出大规格的铸造整体耐火修理模块。这些模块揭示在美国专利内No.5,423,152中。每一模块由某种类型的耐火混合物形成，这种混合物在被固化和合适地烧制后，在范围从华氏0至2850度(摄氏-17至1566度)内具有高的尺寸稳定性以及良好的抗热冲击性。此外，模块的表面耐磨损，如在炼焦过程结束时在从炼焦室推出焦炭的过程中可能存在的磨损。每个大规格的铸造整块的耐火模块包括至少一个从加热壁的一侧到另一侧的完全通道，并可包括两个或更多个通道，对于中型壁模块典型地采用三个通道。其它铸造的修理砌块可用于顶板的修理，该顶板的砌块也由同样或相当的耐火混合物制成。因此，各种新颖的铸造修理模块和砌块被用于修理焦炉炼焦室之间的加热壁和用于修理由相邻加热壁形成的炼焦室上方的顶板。然而，在本发明之前，这些模块和砌块只用于修理焦炉上的端部壁。

更换加热壁的过程

在以下的描述和权利要求书中，术语“大规格铸造模块”是指由这样一种类型的耐火混合物形成的模块，这种混合物在被固化和合适地烧制后，具有在从华氏0度至2850度(摄氏-17至1566度)范围内的高尺寸稳定性以及良好的抗热冲击性，且模块的表面耐磨损，如在炼焦过程结束时从炼焦室推出焦炭的过程中可能存在的磨损，并且大规格模块包括至少一个通道，也许可多达三个通道，它们从加热壁的一侧延伸到加热壁的另一侧。术语“大规格铸造砌块”是指用于顶板修理的砌块，其由这样一种类型的耐火混合物形成，这种混合物在被固化和合适地烧制后，具有从华氏0度至2850度(摄氏-17至1566度)范围内的高尺寸稳定性以及良好的抗热冲击性。

当更换加热壁时，进行多个预备的步骤，由于这些步骤是用硅砖更换焦炉壁时所使用的传统步骤，所以，它们未在附图中示出。因此，焦炉门20和门框21在相邻炼焦室16的端部处移去。如图4所示，隔离材料31应用到附近未在重建的加热壁22的侧面，而隔离材料31也可应用到地板26上。还有，为了重建的方便和便于将大规格修理模块引入到需修理的区域内，加热壁每端处的支柱28在地板高度处被切去并连同相关的连杆29一起移去。

如上所述，用来更换加热壁的模块是图6a中清晰地示出的大规格铸造整体模块44。在壁更换之前，仔细地测量焦炉，利用专有的工艺个别地构造模块44。由于焦炉壁呈锥形，每个模块44构造成用于焦炉壁内的特定的部位或多个部位处。模块的构造应使每个模块通常形成至少一个通道30的一个垂直部分，如图6a所示，每个模块有三个通道是典型的设计。当它们堆叠在一起并完成壁的建造时，形成通道部分的那些开口彼此排齐而形成通道，每一模块形成这样：当它们就位时，每一通道具有位于其底部的一气体嘴口和一空气端口。应该指出的是，由于焦炉炼焦室具有大致3英寸的锥度，即，焦炭侧比推进器侧宽3英寸，所以，模块的尺寸也必须考虑炼焦室的锥形。

图3示出本发明的一新颖特征，其中，使用重型设备32来摧毁和移去需进行更换的加热壁连同相关的顶板。尽管图中示出两个壁被破碎，但也可破碎单个壁，或破碎两个以上的壁。砌体结构拆除到炼焦室门26的高度。在拆除需重建的壁之前，如图4所示，相邻炼焦室的加热壁可用隔离材料31覆盖。还有，金属板可铺设在绝缘材料上以在拆除需重建壁的过程中进一步保护相邻的加热壁。一旦碎片34从焦炉内部移去，如图4示意地示出的重型真空设备36用来从地板内的气体嘴口56和空气端口58中负压地抽取掉任何残余碎片。在断定出气体嘴口56和空气端口58已经清理干净而没有碎片之后，用诸如厚纸板、铝片或足够强度的相当的覆盖层来覆盖它们，以防止任何的砂浆跌落到嘴口内和将它们堵塞，如图5a所示，纸板或覆盖层固定在位。此时，如果在更早些没有使相邻的壁隔离的话，则使相邻的壁隔离。

然后，仔细地测量地板看其水平度如何。如果它相当地平整，例如，在焦炉长度上没有大于1英寸变化，则可如图7所示地砌筑第一层的模块44。为此目的，在第一层模块和现有壁之间设定合适的测量尺寸(measurements)，以确保焦炉合适的锥形。从为该重建而铸造的大规格模块中选择第一层的模块，然后，使用诸如吊车那样的重型设备放置选出的模块而砌筑它们，然后，校平和对齐该层。如果地板相当地水平，那么，第一和第二层可用砂浆砌筑使第二层的顶表面水平(图8a)。就这一点来说，第一层底部和地板之间可施加高达3/4英寸的砂浆，而在第一层和第二层之间也可施加高达3/4英寸的砂浆。附加层之间的砂浆最好不大于1/4英寸厚。

第一层可设置有清理口46。为此目的，切除塞头47，这些塞头设置有合适的标记，这样，在清理干净之后和壁烧制之前，这些塞头可以被通过用砂浆砌筑而回到其原始的位置。在某些情形中，地板26对于砌筑第一层的大规格模块并不是足够水平的。如果发生这种情形，那么，第一层可由地板翼状物39和合适的端帽41组成，它们的底部可用石工用锯进行切削，以使顶部形成基本上水平的表面。如图7所示，水准仪40有助于维持如图7所示的水平安装，其也可与地板翼状物39一起使用。

在第一(或第二)层砌筑后，垂直的层间立柱60(图8c)固定在每层上，而且附连一导向器以保持合适的对齐。在该层和其后各层中，装配和砌筑各模块以使各模块之间的垂直接缝与紧挨在其下方的一排中的接缝不在一直线上。

当首先的两层根据需要如图8a所示地砌筑好时，可将二次风道42安装在这首先的两层的模块内。该二次风道用制造模块44采用的相同耐火材料制成。可在模块内铸造出槽(未示出)，以便风道插入其中。然后，风道用砂浆砌筑到位。其余的模块除了关于它们在焦炉内的位置的尺寸上的不同之外，在其它所有方面，其余的模块基本上都相同。它们在形状和尺寸上基本上类似于美国专利5,423,152所描述的。

各模块44利用舌槽结构垂直地配合在一起，第一层模块的顶表面设置有两个纵向槽48，各纵向槽沿着各侧之一长度延伸，而对应于比焦炉内第一层高的各层的模块在底表面和顶表面上分别具有匹配的舌槽的表面50、48，以减小辐射(emission)的可能性，如图6b中清晰地所示。

如图8d和8e所示，每一层包括多个多通道的大规格铸造模块和一个只包括单个通道的端部大规格铸造模块。因此，在示出用于重建一加热壁的第三层的大规格铸造模块的图8d，可见有8个大规格铸造模块44，它们各包括3个通道，此外，还有单个大规格铸造模块45，其设置在一端处，在此情形中，在推进器侧处。在图8e中，图中示出偶数层，可见有8个大规格铸造模块44，它们各包括3个通道，此外，还有单个大规格铸造模块45，其设置在一端处，在此情形中，在焦炭侧处。在每一层中，8个大规格铸造模块中的7个基本上是相同的设计，但它们从推进器侧到焦炭侧逐渐地减小宽度。然而，大规格铸造模块44中的一个包括有一鼻部44a，其适于与一支柱28相邻地设置。在图8e所示的偶数层和图8d所示的奇数层中，都还有另一仅包括单个通道的大规格铸造模块45，这些模块45也包括一鼻部，该鼻部适于与一支柱相邻地设置。奇数和偶数层模块45交替设置，使模块45先设置在推进器侧上然后设置在焦炭侧上，这样做的原因在于，模块44的端部交叠其它的模块以减小辐射，并提高正在重建的加热壁的稳定性。这是本发明的一个基本特征。

砌筑如所需地那样多的模块层来更换壁直到顶板的高度，图9中仅示出几层。当壁的下部完成时，各壁具有足够的一体性来支承脚手架，以便更容易地构造壁的较高部分。参照图14和15，从顶往下，用过渡的模块62、64、66，类似于图7a所示的翼状模块39的翼状模块72，以及接纳滑动砌块70的滑动砌块模块68，来完成每一壁的重建。应该注意的是，每个大规格铸造模块44、过渡模块62、64和66、以及滑动砌块模块72更换大量的硅砖。例如，滑动砌块模块和每个模块44更换27块硅砖。

在加热壁已更换到顶板高度之后，顶部的过渡模块62的上表面基本上位于顶板的底部高度。现在有必要再建焦炉组的顶板部分，不仅在已经更换的加热壁上方，而且在加热壁和其它相邻的加热壁之间。该第一层的顶板包括第一大规格基本上为矩形的桥接顶板修理砌块52，其用模块44中采用的相同耐火材料制造，以生产出热稳定无膨胀铸造砌块。顶板砌块还包括各种砌块53，其中某些的形状(图13c)形成为：它们形成一通路，以供气体从炼焦室流通到设置在顶板上方的立管12。其它一些砌块(图13a)形成用于烟孔的孔。而其它一些的砌块(图13b)形成用于对炼焦室进行装料的孔。在炼焦室上方形成孔的每一顶板砌块的形状和大小可见图13a-13c，并且应该注意的是，每个铸造砌块具有相同的宽度。应该注意的是，在图10中，示出四个有孔的桥接顶板砌块层，而在图13a-13c中，仅示出三个有孔的桥接顶板砌块。这是因为不同的焦炉组将需要不同数量的桥接顶板砌块，通常为3-5层。这些顶板砌块中的每一个都适于搁置在其下面的顶板砌块的顶表面上，并且它们将稍许地延伸在加热室上方，因为它们的宽度大于炼焦室的宽度。应该注意的是，每个相邻于正在重建的壁的原始壁设置有一突出部分35(图3)，而最下面的顶板砌块将有一侧搁置在该突出部分上，且最下面顶板砌块的另一侧将搁置在过渡层62上。过渡层上的相邻顶板砌块之间间隔有多个具有孔24的通道砌块27。

顶板或屋顶的平衡现可通过放置附加的通道砌块和顶板砌块层来完成。如图13所示，最后一层或两层的等效物可以是浇注的。这就不再需要使用顶部纸板并减小顶部泄漏。应该注意的是，由于用于屋顶上的材料部不经受磨损或压缩载荷，所以，可选择多个合适的材料。可高温铸造的材料是优选的。该材料可以被混合并从地面被泵送到焦炉组的顶部，或者也可使用诸如在焦炉组顶上混合可铸造的材料的其它方法。浇注之后，弄平可铸造的材料并使其浮动而与现有焦炉组顶上的炉冠轮廓相匹配，并使雨水能流走。

在壁更换之后，当门框、门、和隔壁以及隔离材料移去时，重新安装支柱。

本发明另一独特的特征在于，修理之后所需的加热时间缩短。传统上，在使用硅砖进行重建之后，需要长达9天的加热时间，以在第一次装料之前使其可膨胀。然而，用大规格铸造模块和砌块更换加热壁之后，焦炉在初始装料之前仅需加热至48小时升温，更为典型的是24小时。

尽管以上描述了本发明并在附图中作了图示，但应该理解的是，本申请人无意图将本发明局限于以上描述并附图中图示的具体细节，而只意图将本发明限制在由附后权利要求书定义的本发明的范围之内。

Claims (17)

1.一种重建焦炉组中从炼焦室一端到相对端的炼焦室的加热壁的方法，该方法包括：

a)使用热稳定的无膨胀的大规格模块化的铸造模块来砌筑第一层大规格铸造模块，每一模块具有至少一个垂直开口，在组装时所述垂直开口将形成通道的一部分；

b)在所述第一层大规格铸造模块和现有壁之间设定合适的测量尺寸以确保所述焦炉合适的锥形；

c)使用层间立柱、导向器和水准仪或等效的装置来校平和对齐该层大规格铸造模块；

d)用砂浆将所述大规格铸造模块砌筑到位；以及

e)重复步骤(a)、(c)和(d)来安装其后各层的大规格铸造模块。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二和其后各层的大规格铸造模块与下方的层错开，以使各大规格铸造模块之间的接缝与紧挨在正在安装的排下方的那排的接缝不垂直对齐。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，垂直延伸的通道通过堆叠大规格铸造模块而形成，以使垂直开口对齐而在所述壁内形成垂直通道，该通道可交替地用于燃烧燃料气体或用于通气。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(a)之前，用重型设备或机械拆除现有的壁。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(a)之前，用重型的真空设备或等效的设备真空抽吸干净用于通道的焦炉地板内的空气端口。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在开始建造之前，用厚纸板、铝片或类似层覆盖地板内的气体嘴口和空气端口，以阻止碎片落入孔内。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在制造大规格铸造模块之前，测量焦炉内部，并根据所获得的测量结果，对每一设备定制所述大规格铸造模块。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当砌筑了首先的两层时，安装二次风道。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在建造过程中，从所述第一层大规格铸造模块中切出清理口，并在完全重建好所述加热壁之前，将从清理口中取出的塞头用砂浆接合回到原位。

10.更换焦炉顶板的方法，包括：

使用热稳定的无膨胀的模块化大规格铸造砌块砌筑第一层顶板砌块，所述大规格铸造砌块已适配搁置在相邻加热壁顶上，所述相邻加热壁中的至少一个是新砌筑的壁；

用砂浆将所述大规格铸造砌块砌筑到位；

在所述第一层顶板砌块顶上安装和用砂浆砌筑其后各层的大规格铸造顶板砌块；以及

在所述大规格铸造顶板砌块上浇注顶部覆盖层。

11.如权利要求10所述的更换焦炉顶板的方法，其特征在于，所述大规格铸造砌块放置成：由一对大规格铸造砌块形成的中空空间排齐以形成竖管开口、通道块或装料孔之一。

12.一种重建焦炉组中从炼焦室一端到相对端的炼焦室的加热壁和相关的顶板的方法，该方法包括：

a)使用热稳定的无膨胀的大规格模块化的铸造模块砌筑第一层大规格铸造模块，每一模块具有至少一个垂直开口，在组装时所述垂直开口将形成通道的一部分；

b)在所述第一层大规格铸造模块和现有壁之间设定合适的测量尺寸以确保所述焦炉合适的锥形；

c)使用层间立柱、导向器和水准仪或等效的装置来校平和对齐该层大规格铸造模块；

d)用砂浆将所述大规格铸造模块砌筑到位；

e)重复步骤(a)、(c)和(d)来安装其后各层的大规格铸造模块；

f)使用热稳定的无膨胀的大规格模块化的铸造砌块砌筑第一层顶板砌块，该大规格铸造砌块已适配搁置在相邻加热壁的顶上，所述相邻加热壁中的至少一个是新砌筑的壁；

g)用砂浆将所述大规格铸造砌块砌筑到位；

h)在所述第一层顶上安装和用砂浆砌筑其后各层的大规格铸造砌块；以及

i)在所述大规格铸造顶板砌块上浇注顶部覆盖层。

13.如权利要求12所述的更换焦炉壁和/或顶板的方法，其特征在于，所述焦炉在重新投入使用的第一次装料之前，进行初始装料并加热仅约24至48小时。

14.一种从焦炉组的推进器侧延伸到焦炭侧的重建的加热壁，所述加热壁由热稳定的无膨胀的大规格铸造模块构造而成，每一模块具有至少一个垂直开口，当组装时所述垂直开口将形成通道的一部分。

15.如权利要求14所述的从焦炉组的推进器侧延伸到焦炭侧的重建的加热壁，其特征在于，每层大规格铸造模块具有多个大规格铸造模块，所述多个大规格铸造模块包括多个通道。

16.如权利要求15所述的从焦炉组的推进器侧延伸到焦炭侧的重建的加热壁，其特征在于，相邻层的大规格铸造模块相对于彼此偏移。

17.如权利要求14所述的从焦炉组的推进器侧延伸到焦炭侧的重建的加热壁，其特征在于，还包括由热稳定的无膨胀的大规格模块化铸造砌块构造的顶板。

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