CN104813129B - 炭素焙烧炉 - Google Patents

Abstract

一种炭素焙烧炉具有至少一个竖直焙烧炉道，它采用用于将所要焙烧的生炭素体设置在竖直焙烧炉道的顶部处并且用牺牲介质例如包覆焦炭包覆这些生炭素体的系统和方法。本发明提供了控制用来在焙烧炉道内包围炭素体的牺牲介质的系统和方法。提供了挥发物抽取系统和方法。提供了用于卸载经焙烧炭素体的系统和方法。

Description

炭素焙烧炉

技术领域

本发明大体上涉及炭素焙烧炉，更具体地说涉及具有竖直配置的焙烧炉道的炭素焙烧炉。在一种结构中，本发明涉及具有至少一条竖直设置的焙烧炉道但是通常为竖直设置的焙烧炉道阵列的炉子，该焙烧炉道用来焙烧在包覆在牺牲介质中期间向下行进穿过焙烧炉道的炭素体。

背景技术

各种操作都需要生炭在使用之前进行焙烧。这些操作中的一些采用颗粒状生炭，而其它采用了块状生炭。一种这样的焙烧操作是制造阳极，该阳极随后用于生产铝。通过电解方法将氧化铝转变为金属铝导致大量消耗炭素阳极。熔融铝沉积到炭素阴极上，并且同时氧沉积在电解池的炭素阳极上并且消耗该炭素阳极。通常，每生产一吨铝要消耗0.4吨炭素。因此，铝冶炼厂需要大量连续供应炭素阳极。冶炼厂一般现场制造炭素阳极作为铝生产工艺的整体组成部分。

用于铝生产过程的炭素阳极制造包括生产“生的”阳极块并且焙烧这些“生的”阳极块以生产适用于铝生产过程的阳极。“生的”阳极块的生产涉及将压碎的焦炭或无烟煤与粘接剂混合，该粘接剂例如包含有煤焦油沥青。然后将该粘性混合物压制以形成“生的”阳极块。根据冶炼厂的要求，“生的”阳极块其重量通常为几百公斤至一吨以上。焦炭和沥青粘接剂的混合物通常在室温下固化并且在超过大约50摄氏度的温度下软化。挥发性组分在50摄氏度至400摄氏度之间的温度下释放出。在进一步加热一段时间至大约1200摄氏度时，阳极硬化，从而导致更好的物理性能，例如导电性和抗氧化性。

在WO 99/06779中披露了具有基本上竖直的焙烧炉道的炭素阳极焙烧炉。生的阳极在竖直焙烧炉道内包装在牺牲介质中，并且向下运动穿过焙烧区。经焙烧的阳极与包围着这些阳极的牺牲介质的一部分一起从焙烧炉道的底部去除。牺牲介质在焙烧炉道内的运动必须如此进行控制，从而底部阳极的去除不会扰乱牺牲介质围绕着高于焙烧炉道设置的阳极的包覆。牺牲介质的装载和卸载是急需改善的问题。

例如在WO 99/06779中所披露的竖直炉道焙烧炉的另一个问题在于经焙烧阳极在焙烧炉的底部处的去除。这些阳极在处于焙烧炉道中期间设置在自支撑柱中。在不翻倒该柱的同时去除最下面的经焙烧阳极的问题是急需改善的问题。

沥青烟雾或挥发物的去除和处理是急需解决的问题。

发明内容

本发明提供了具有至少一个竖直焙烧炉道的炭素焙烧炉，它采用用于控制用来在焙烧炉道内包围炭素体的牺牲介质的系统和方法。该系统和方法包括设置在装载牺牲介质的焙烧炉顶部处的元件和设置在卸载牺牲介质的焙烧炉底部处的元件。

本发明提供了一种炭素焙烧炉，它具有在支撑着保持在焙烧炉道中的炭素体柱期间将在焙烧炉道阵列底部处的受焙烧炭素体卸载的系统和方法。

本发明提供了一种挥发物抽取系统，它从焙烧炉的上部抽取挥发物烟雾并且在焙烧炉的焙烧部分中将挥发物烟雾导入到燃烧炉中。该系统使得挥发物烟雾能够选择地传输给后燃烧室并且在紧急情况期间自动地输送给后燃烧室。

本发明提供了挥发物抽取通道，它们与焙烧烟雾通道分开并且夹在焙烧烟雾通道的各个部分之间。

本发明提供了挥发物抽取入口，它们从焙烧炉道向上倾斜。

本发明提供了具有用来将介质输送给焙烧炉道的牺牲介质输送系统。

本发明提供了夹钳组件，它们夹持第二最下面制品以使得最下面的制品能够从焙烧炉去除。

本发明提供了与焙烧炉的每个系统关联使用的方法。

现在将参照这些附图对本发明作进一步说明。在这些附图中，炭素制品由用在铝熔炼工业中的阳极所表示。要理解的是，本发明的各个特征同样适用于以块状或颗粒状提供的其它炭素制品的焙烧。

在本发明中所述的多个单独的焙烧炉特征和方法步骤可以相互组合以形成其它独特的组合方案。

附图说明

图1为具有呈阵列布置的多个焙烧炉道的竖直炉道炭素焙烧炉的示例性结构的正视图。

图2为图1的示例性焙烧炉结构的顶视图。

图3为该焙烧炉的顶部的透视图，显示出设置在其最上面位置处的六个阳极，其中两个焙烧炉道空出以便显示出在焙烧炉道的顶部周围的结构。图3还显示出用于将牺牲介质装载到阳极周围的焙烧炉道中的系统。

图4为焙烧炉道的透视图，其中阳极拆除以显示出阳极引导件、刷子和牺牲介质输送机。该视图还显示出在耐火砖中的开口，它们限定了通向挥发物烟雾去除系统的入口。

图5A为在挥发物抽出开口出的焙烧炉壁的剖视图。

图5B为用于挥发物烟雾抽出通道的衬垫结构上的透视图。

图5C为用单独阀门控制的分段挥发物抽出通道的示意图。

图6为从焙烧炉道内部向上朝着焙烧炉道顶部看的透视图，其中将耐火砖去除以显示出重叠的刷子和通向牺牲介质输送机的出口。

图7为用来将牺牲介质输送给围绕着阳极的焙烧炉道顶部的牺牲介质输送机的装载端部的透视图。

图7A为沿着在图7中的7A-7A线剖开的剖视图，显示出如何采用可调节门来控制牺牲介质的供给。

图8为图7的牺牲介质输送机的端部的透视图，显示出用于传动链条的调节机构。

图9为图7和8的牺牲介质输送机的透视图，显示出刷子和出口开口，它们使得牺牲介质能够离开输送机进入到围绕着阳极的焙烧炉道。

图10为图7和8的牺牲介质输送机的一部分的顶部透视图，显示出惰辊和桨叶，用来沿着输送机的长度分配牺牲介质。

图11为六条挥发物抽出通道的透视图，在没有耐火砖和在这些通道与燃烧器和后燃室之间的可选择配置的连接部的情况下显示出。

图12为焙烧炉的侧面的透视图，显示出主焙烧炉燃烧器和用来输送挥发物烟雾的管道。

图13为设置在焙烧炉道的底部处的示例性牺牲介质控制组件的端视图。

图14为牺牲介质控制组件的示意性剖视图，用示意性箭头显示出牺牲介质的运动。

图15为在图14中显示出的组件的端部的透视图，其中为了清楚起见去除了阳极。

图16为向上朝着阳极焙烧炉道的底部看的透视图，显示出图15的结构的位置，并且还显示出用于牺牲介质控制组件的典型促动机构。

图17为示例性输送机的一部分的透视图，用来在受焙烧阳极已经从焙烧炉道中移出之后使得受焙烧阳极从焙烧炉下面移出。

图18为用来卸载最下面的受焙烧阳极并且控制阳极柱通过焙烧炉道的运动的机构的透视图。

图19为图18的机构的透视图，其中去除了一些部分以显示出另外的特征。

图20为在两条相邻焙烧炉道的底部侧看的透视图，显示出用来在从焙烧炉中去除最下面的受焙烧阳极期间用来支撑该阳极柱的保持装置。

图21为示意图，显示出用于保持装置和保持装置的促动器的示例性结构。

图22显示出在阳极卸载期间保持阳极柱的保持装置的促动器。

图23为侧透视图，显示出在去除最下面受焙烧阳极期间与阳极结合的图20的保持装置，并且还显示出用于这些保持装置的可选促动器。

图24显示出设置在共同驱动轴上的一对保持装置。

图25和26显示出用于适应保持装置的两个位置。

图27为用于卸载阳极的可选输送机结构的顶部示意图。

图28为图27的端视图。

图29为设置在阳极顶部上的可选阳极间隔件的顶视图。

图30为焙烧炉主体的侧视图，显示出气流通道。

图31在一组挥发物抽出入口的位置处的贯穿图30剖开的剖视图。

图32为贯穿焙烧炉道剖开的剖视图，显示出挥发物抽出入口的布置。

图33为贯穿焙烧炉主体的剖视图，显示出供挥发物抽出入口使用的衬垫。

类似的附图标记在整个说明书中指代类似的部件。

具体实施方式

竖直炉道焙烧炉的示例性结构在下面的说明书中用附图标记10表示。图1显示出焙烧炉10的正视图，而图2显示出焙烧炉10的顶视图，显示出呈3×4阵列布置的多个炭素体焙烧炉道12的位置，其中具有三排焙烧炉道和四列焙烧炉道。在该实施例中，该焙烧炉道阵列12因此包括没有完全备其它焙烧炉道包围的多条(在该实施例中为十条)周边焙烧炉道以及完全由其它焙烧炉道12包围(在从顶部看时)的多条(两条)受包围炉道12。该烘焙炉道阵列包括前排14烘焙炉道12、中排16和后排18。在其它阵列结构中，会有不同数量的中排16以提高生产能力。在该结构中，前排最靠近在焙烧炉10底部处的卸载方向。在图2中，受焙烧的炭素体沿着与在图1中朝着观看者的方向对应的面向图面底部(即焙烧炉10的前部20)的方向从烘焙炉道12的底部卸载。这些焙烧炉道12大体上为矩形，并且比将要穿过该焙烧炉道12的炭素体更大但是形状大体上相同。在其它结构中，焙烧炉道12的形状可以与炭素体的形状不同。焙烧炉道12的尺寸使得炭素体能够由牺牲介质例如颗粒状包覆焦炭包围。牺牲介质可以为将在焙烧过程期间保护炭素体的任意介质。牺牲介质在其与在所焙烧制品中的炭反应之前优先与焙烧炉中的氧反应或牺牲该氧。优选的是，牺牲介质是易碎的以使之容易结合在炭素制品周围并且使得炭素制品容易在烧窑内运动。可以选择牺牲介质以在使得炭素制品容易运动穿过焙烧炉和给炭素制品相对于在烧窑内的氧提供足够的保护之间提供最佳平衡。在一种结构中，牺牲介质其最大粒径小于15毫米。

生的炭素体30在焙烧炉10的顶部处装载到焙烧炉道12中并且在焙烧炉10的底部处卸载，在那里从焙烧炉道12的底部将经焙烧的炭素体30卸载。卸载过程控制炭素体30在焙烧过程期间如此向下运动穿过焙烧炉10，从而炭素体30的每个竖直柱32从底部受到支撑。炭素体30按照基本上连续的方式运动穿过焙烧炉10，并且单个炭素体30运动穿过焙烧炉道12的时间为多个小时。要理解的是，术语“基本上连续地”指的是连续操作模式，由此炭素体30按照均匀的速率或者周期性或步进式运动通过焙烧炉10。炭素体30“基本上连续地”运动穿过焙烧过程，而无需焙烧炉10如在现有技术地面上阳极焙烧炉中一样停机和冷却。基本上连续的运动包括周期性停止柱32的向下运动，者需要将最下面的经焙烧炭素体30从焙烧炉道12中卸载。

焙烧炉10的下面示例性结构被描述为阳极焙烧炉。其它炭素制品也可以在这种焙烧炉中焙烧，并且在这里所述的发明不限于用于铝生产的阳极。焙烧炉10可以用于其它块状炭素制品或松散的颗粒状炭素制品。

在图1和2中所示的示例性炭素焙烧炉10限定有多条(在该实施例中十二条)竖直焙烧炉道12。这些炉道12由耐火炉体40限定，该炉体由多个互锁的耐火砖和由围绕着耐火炉体40设置在其下方的外部支撑框架42部分支撑的其它耐火材料限定。焙烧炉10设计为在稳态下操作，因此可以采用互锁的耐火砖，因为这些砖不会反复受到加热和冷去循环。可以采用耐火灰浆将这些砖保持在一起。耐火炉体40限定有焙烧炉道12、用于热焙烧气流和冷却气流36的多条烟雾抽取通道34和用于在最初加热生阳极30时从焙烧炉10去除挥发物的多条挥发物烟雾抽取通道33。炉体40限定有多个加热区，从顶部到底部包括挥发物抽取区、焙烧区和冷却区。这些区域由蜿蜒的烟雾通道限定，这些通道在焙烧炉道之间与之基本上垂直地延伸并且从炉体的下部区域向上运动至炉体的更高高度。

随着炭素阳极30穿过焙烧炉10，它们在位于焙烧炉10的顶部处的装载区处装载然后向下穿过在大约50摄氏度到400摄氏度范围内加热的挥发物抽取区(图30中的附图标记31)。挥发物例如沥青烟雾通过在耐火材料40中的孔或挥发物抽取入口44抽取并且按照下面所述的方式运动。炉体40限定有单独的挥发物抽取通道33(在图30中显示为黑实线)，它们夹在蜿蜒的焙烧烟雾通道34之间。保持单独的挥发物抽取通道33使得能够控制挥发物的抽取并且使得能够将所抽取的挥发物烟雾选择地烧掉。阳极30然后穿过焙烧或烧窑区37(图30)，在那里阳极在高温(例如1200摄氏度)下焙烧然后在到达卸载区之前穿过冷却区38(图30)。空气通过入口36A抽入到冷却区38中并且在出口36B处排出。可以重新引导该空气以供燃烧器211使用。附图标记36C为缓冲器。在图30中的附图标记39表示设置可拆卸插塞或缓冲器以便增加或去除空气从而能够选择地重新配置烟道壁的位置。

生阳极30设置在焙烧炉道12的顶部处，在那里设有以在附图中所示的起重机50形式的输送装置50。起重机50从其中央(在由阳极顶部限定的凹陷处)支撑着阳极30，从而可以将每个阳极30下放到焙烧炉道12中，而无需在侧面处或在制品30下面设置支撑件。必要时，该结构使得起重机50能够在开始装载焙烧炉10时将阳极30一直装载到焙烧炉道12的底部。阳极30也可以从每个柱的底部装载。该结构使得起重机50能够到达焙烧炉道12中以在必要时去除阳极30。间隔件52可以设置在每个阳极30的顶部上。间隔件52可以由耐火材料例如陶瓷构成。对于间隔件52可以采用超重型耐火砖材料，其密度大约为每立方厘米2.27克(在5％的范围内)。依据注册商标CLIPPER DP销售的材料为用于形成间隔件52的示例性材料。间隔件52可以设在多个部分中，它们在阳极30的顶部上配合在一起。这些部分可以重叠并且具有阶梯形边缘或阶梯形连接部以帮助间隔件52装配在一起。间隔件52可以包括用来填充在阳极顶部上的开口的凸出部。

在挥发物抽取区中，烟雾抽取通道具有由炉壁限定的入口44，这些炉壁限定了焙烧炉道12。在该示例性结构中，每条焙烧炉道12在其每条长侧面上具有9个入口44，总共12个入口44。这18个入口44分成六组设置在三个不同的高度处。可以采用其它数量的入口和布置。例如，这些入口可以设置在更多或更少的高度处，并且在每个高度上可以采用不同数量的入口。每个入口44为如图5A所示限定在耐火砖的各个部分之间的开口。采用规定的入口44提供了较大的开口，这些开口限制了用于冷凝沥青烟雾积累的可用表面。

入口44在焙烧炉道12和细长挥发物抽取通道33之间形成流体连通，这些抽取通道与负压源(这可以为使得气体运动穿过整个焙烧炉的风扇或单独的风扇)流体连通，该负压源将烟雾和挥发物从焙烧炉道12中抽出。可选的结构将入口44连接至顶部通道34，因此这些挥发物与排出气体混合并且输送给后燃烧室。这些挥发物烟雾通道33可以衬有可拆卸衬垫45(例如在图5B和图33中所示的衬垫)，该衬垫限定了用于从与之相关联的多个入口44去除挥发物的共同通道。衬垫45限定了多个入口狭缝47，它们在安装衬垫45时与入口44对准。衬垫45还包括端部凸缘49，它邻接着耐火块的外部。衬垫45是可拆卸的，从而它可以清洁或更换。

可选的是，衬垫45可以固定就位，然后通过插入并且去除擦洗工具来原地清洁。炉体40限定有引导件40A(图33)，用来在将衬垫45安装在挥发物抽取通道33内时帮助定位衬垫45。引导件40A具有倾斜的前端部，噢拿过来将衬垫45朝着通道33的侧壁引导。

可选的是，可拆卸衬垫45或由耐火砖限定的挥发物烟雾通道可以如此分段，从而每个入口44与单独限定的并且单独带有阀门(附图标记41表示可控制阀门)抽取通道43，该通道使得能够单独控制每个入口44的流量。在图5C中显示出该结构的示意图。该结构使得每个入口44的流量基本上相同，而与入口44与集管210间隔的距离无关。这还使得能够采用传感器(压力、温度、流量和/或化学传感器)来根据实时状况控制入口44的流量。例如，可以向正在经受较高挥发物水平的入口44施加更高的流量。在另一种结构中，衬垫45可以分段以提供与具有其自身通道43的单个焙烧炉道12相关联的多个入口。

在图5A中显示出入口44。每个入口44明显大于牺牲介质的平均尺寸，从而牺牲介质部件不会楔入在入口44中。入口的宽度和高度大于出口102的宽度，并且至少为介质的平均粒径的两倍，而且可以为平均粒径的五倍以上。入口44可以为如图5A中所示的一个砖层的整个高度，并且入口44的底壁由向上倾斜的表面51限定，其最下端最靠近焙烧炉道12，并且其最高端最靠近挥发物烟雾通道。表面51由设置在入口44下面的耐火砖的倾斜横向部分限定。入口44的上壁由设置在入口44上方一层或两层上的另一块砖限定。上壁可以与底壁平行，但是不必是平行的以让入口44作用。上壁可以向下倾斜，从而在焙烧炉道12处的入口44的顶部设置在烟雾通道或衬垫45的顶部下方。该布置限制了牺牲介质在入口44中的积累。入口44的倾斜结构使得牺牲介质能够进入入口44以随着牺牲介质在焙烧炉道12中向下运动而移出。倾斜底面防止牺牲介质颗粒长时间停靠在入口44中，在那里它们会粘在一起并且最终可以通过刮擦去除。倾斜入口44被认为是自清洁的，因为进入入口44的牺牲介质颗粒在焙烧炉道12内的牺牲介质向下运动经过入口44时移出。倾斜入口44还防止了牺牲介质向上运动到挥发物烟雾抽取通道中。倾斜入口44和抽取衬垫45可以用于各种炉子不限于阳极炉，但是对用于铝业的阳极进行初始加热已知会生成沥青烟雾。

如上所述，焙烧炉10具有挥发物抽取区，在那里阳极30一开始被加热，并且将挥发物排出到抽取通道45例如在图5A、5B和5C中所示的那些通道中。图11显示出六个衬垫45及其与挥发物抽取集管210连通的布置。这六个衬垫45供在焙烧炉道12的侧壁上的72个入口44使用。在图11种所示的布置用在多排焙烧炉道12之间。在焙烧炉10的前后端部上采用了只有三个衬垫45的类似布置。在通道45之间的竖直间隔取决于焙烧炉规格和在该焙烧炉中焙烧的制品。在第一阀门212打开并且第二阀门214(在管道210的顶部处)关闭时，如图12所示一样集管210将挥发物输送给燃烧器211。阀门212和214可远程控制以将挥发物烟雾输送给燃烧器211或后燃烧室216(图1)或两者的组合。每个阀门212和214可以为门式阀，并且每个具有其自身的促动器以使得阀门能够进行自动远程控制。在第一阀门212关闭并且第二阀门214打开时，挥发物烟雾被输送给后燃烧室216，并且该结构在紧急情况期间或在燃烧器211关闭时自动地。后燃烧室216朝着烟道218排气以便输送给大气或者输送给进一步的环保控制装置。向燃烧器211输送所抽取的挥发物烟雾减少了挥发物，这些挥发物在将烟雾排放给大气之前必须在后燃烧室中燃烧或者输送给清洁装置。用燃烧器211燃烧挥发物烟雾以及用于燃烧器211的燃料(通常为天然气)的燃烧需要在焙烧炉10的主焙烧区处使用高质量压制焙烧的耐火砖，因为这些耐火砖必须承受燃烧挥发物的产物例如强碱。在将挥发物导入到燃烧器211时，除了炭素焙烧炉之外，焙烧炉10还用作自备的焚烧炉。

安装有燃烧器211和空气输送管道以适应焙烧炉10的耐火砖的膨胀和收缩。图12显示出每个燃烧器211安装在压力通风系统220上，以便适应耐火砖的运动。在这些部件和框架42之间使用了多个弹簧222，以便相对于这些耐火砖产生保持力，同时允许适应耐火砖运动。空气输送系统采用了类似的弹簧和可调节压力通风系统以适应运动。

框架42包括多个下支撑件46，用来将耐火体40支撑在其上支撑着焙烧炉10的门48上。下支撑件46可以为混凝土立柱。下支撑件46为经焙烧的阳极30的卸载提供空间。钢梁设置在支撑件46上，并且耐火体40支撑在这些梁上。可以在耐火体40和这些梁之间设置薄的耐火材料例如陶瓷纤维层以适应耐火体40的膨胀和收缩。示例性材料为Express-27Plus。框架42也支撑着多个压板39，它们可以朝着并且远离耐火体40运动。例如，可以将炉体40加热至其稳态温度，然后可以使得压板39压在外表面上运动以给耐火体40提供一些横向支撑。如图1所示，压板39设置在焙烧炉道12之间。压板12也可以设置在耐火体40的角部处。这些压板39分散了在多个耐火砖上的夹持力。

在初始装载阳极柱并且焙烧炉10燃烧而且已经达到稳定状态时，按照基本上连续的方式使得阳极柱缓慢下降以焙烧这些阳极。随着阳极柱下降，将新的生阳极30安放在该阳极柱的顶部处。阳极30的初始安放是这样进行的，将阳极30设置在引导件60(图4)中间，其中至少一个如此设置在焙烧炉道12的顶部的每一侧上，从而阳极30在炉道12上方对中。在这些附图中所示的引导件60的示例性结构为基本上固定的引导板。在另一个结构中，每个引导件60以辊子或多个辊子的形式设置。初始定位将阳极30的大部分高度设置在焙烧炉道12的顶部上方。随着阳极30的柱32下降穿过炉道12，通过牺牲介质输送系统64将牺牲介质例如颗粒状包覆焦炭围绕着阳极30设置。

在焙烧炉10的示例性结构中，采用桥式起重机50将阳极30装载到焙烧炉道12的顶部中，该桥式起重机将阳极30直接下降至焙烧炉道12中。该起重机50能够将阳极30一直下降至每个焙烧炉道12的底部，这是初始装载焙烧炉10的一种方法。通过形成由包覆材料包围的阳极30的柱32来初始装载焙烧炉10。也可以通过将连续的盛阳极30和间隔件52向上推入到焙烧炉道12中来从焙烧炉的底部形成阳极柱。图2显示出所装载的十个阳极柱(三个具有在阳极柱32的顶部上的间隔件52)和等待填充的两个空焙烧炉道12。在每个焙烧炉道12中建立阳极30的柱32之后，启动焙烧炉10并且使之达到其稳态操作状况，并且如下面所述一样将阳极柱32下降。在将阳极柱32下降至阳极柱32能够接受下一个阳极30的高度时，引导起重机50拾取下一个生阳极30，并且将它直接输送到该阳极柱32的顶部上。一旦阳极30到位并且起重机50松开阳极30，则在阳极30的顶部中由起重机50用来抓持并且移动阳极30的凹陷部填充包覆材料，然后将间隔件52安放在阳极30的顶部上。在定位以便安放期间用起重机50或独立的第二摆臂式起重机(未示出)来设置间隔件52。

焙烧炉10可以包括用来指示阳极柱的顶部位置的传感器。阳极柱的位置也可以通过去除下面的经焙烧阳极来监测。起重机50可以与这些传感器联系以触发所要装载的下一个阳极的拾取和输送。

在该结构中，起重机50将生阳极从地面提起并且将它们放到焙烧炉10的顶部上。在另一个结构中，用输送机将生阳极输送到焙烧炉10的顶部。可以用起重机或用于每条炉道的专用装载机来定位这些生阳极。

通过在图4和5中所示的多个上引导件60将下一个阳极30直接设置在阳极柱32的顶部上。上引导件60是被动的。每个上引导件60安装在引导件基座70上，并且包括从引导件基座70伸出的臂72。完全的引导件支脚74由臂72的远端如此承载在适当位置中，从而引导件支脚74基本上竖直并且与阳极柱32的一部分切向设置。引导件支脚74的顶部如此朝着引导件基座70弯曲或折回(远离其阳极柱32)，从而在起重机50没有使得阳极30与阳极柱32完全对准的情况下或者在阳极30的尺寸稍微偏离规范时，通过引导件60下降的阳极30将由引导件支脚74的上弯曲部分引导到正确的位置中。一对锥形弹簧76彼此压靠设置并且设置在引导件支脚74和臂72之间，以便使得引导件支脚74的位置能够自动调节。在该示例性结构中，引导件支脚74用一对螺栓78与臂72连接，并且锥形弹簧76承载在设在臂72和引导件支脚74之间的螺栓78上。

由具有金属刷毛的多个重叠刷子82限定的柔性密封件80设置在每个焙烧炉道12的上端处。刷子82在其角部处的重叠部分可以刻槽或切开以容纳该重叠部分。密封件80随着阳极30下降穿过密封件80而接合阳极30的周边。密封件80设置在牺牲介质的顶部上，并且限制了空气迁移到牺牲介质中。

密封件80的每个部分包括安装在U形通道84中的多个金属刷毛，该U形通道夹在L形底座安装件86和设置在U形通道84上面的安装带88之间。在图9和10中显示出该结构。

焙烧炉10包括牺牲介质输送系统，它通常包括至少一个牺牲介质存储容器和至少一个牺牲介质输送组件，用来将牺牲介质从容器输送到在阳极柱32的顶部周围的空间。该组件可以为输送机或设在起重机50上的作业装置。在焙烧炉10的示例性结构中，在每排阳极30的每一侧上设置有一个牺牲介质输送机组件64，从而在该示例性结构中有6个牺牲介质输送机64。这6个牺牲介质输送机64中的每一个由牺牲介质料斗90供料。每个牺牲介质料斗90由供料组件(未示出)自动填充或者通过监视焙烧炉10操作的人手动地填充。在采用起重机50来保持料斗90时，通过起重机不时地拾取牺牲介质容器，并且使之在料斗90上面运动，其中通向容器的出口打开以将介质输送给料斗90。

每个牺牲介质输送机64包括细长通道92和设置在通道92内的牺牲介质输送装置94。输送装置94可以为在这里所述的牵引链、螺旋输送机、振动输送机或用于使得颗粒状材料沿着通道92运动的其它输送机。从料斗90给通道92的上游端装载牺牲介质。介质从料斗90向通道92的装载借助重力来实现并且用如图7A所示的可调节门95来控制。门95可以相对于通道92上下运动以控制输送给通道92的介质量。在使用时，门95打开至这样的高度，从而使得介质的自然静止角能够由桨叶100接合，而不会溢出通道92或者掩埋上游传动齿轮104。输送装置94使得牺牲介质向下游运动穿过通道92。输送装置94包括马达96，它驱动着用来承载设置在通道92内的桨叶100的皮带或链条98。桨叶100向向右方向推压牺牲介质穿过由靠近相邻阳极柱32设置的通道92的内壁限定的多个出口102。出口102设置在密封剂80下方。在一些情况下，耐火砖的内角可以去除以限定出滑槽103，从而帮助牺牲介质从通道92流入到炉道12中。出口102可以为大约12.5至13mm高并且大约140至160mm长。

皮带或链条98支撑在传动齿轮104(图7)和端部从动齿轮106(图8)以及至少一个中间从动齿轮108(图10)上。根据需要可以设置另外的中间从动齿轮108以避免皮带垂伸。端部从动齿轮106支撑在可通过转动张紧螺栓112运动的张紧托架110上。桨叶100为通过螺栓固定在皮带或链条98上的L形金属部分。

出口102是细长的并且间隔开。多个出口102其长度大约为出口102高度的四倍或四倍以上。该高度足够大以适应牺牲介质的最大尺寸，并且较大的宽度使得出现堵塞的出口102最少，同时还使得牺牲介质能够沿着阳极30均匀分布。如图6所示，出口102设置在阳极30的角部处，从而牺牲介质分布到阳极30的端部，在那里牺牲介质借助重力以牺牲介质的静止角填充在端部中。在角部处的开口102可以大于其它开口以促进牺牲介质在这些位置中的分布。

在组件64启动时，最靠近料斗90的炉道12接收大部分牺牲介质。点年炉道12充满并且开口102填充介质，则桨叶100将继续将介质进一步向下游推压直到它碰到能够接收该介质的开口102。该过程一直持续到阳极最远离料斗90的最后侧壁覆盖着介质。传感器113(图2)设置呈感测该状况并且根据需要关闭马达96。在牺牲介质向下运动穿过焙烧炉道时，传感器113启动并且用信号通知马达96促动以输送更多的介质。

牺牲介质也可以用由桥式起重机运动的分配器围绕着阳极30装载。一种可选方案是采用用来装载阳极的相同起重机50。在起重机50已经安置阳极之后，装有牺牲介质的料箱可以由该起重机50拾取。该料箱包括带阀门的出口，其尺寸设定为围绕着阳极30分配在焙烧炉道12中的牺牲介质。在一种结构中，出口其尺寸可以设定为完全装配在阳极周边周围，从而起重机仅仅需要将料箱设置在阳极上方，并且打开阀门以用牺牲介质填充阳极周围的整个空间。在另一种结构中，喷嘴其尺寸设定为与阳极的长边一样长或更长，因此整个侧面可以用阀门的一个开口填充。在另一种结构中，出口为小管，并且起重机使得出口围绕着阳极周边运动，同时分配牺牲介质。

在焙烧炉10的另一种结构中，牺牲介质料箱90可以沿着阳极柱的侧面设置。这些料箱具有出口，它们使得存放在料箱中的牺牲介质能够流入到阳极周围的空间。这些出口可以用阀门或调节板来控制以控制包覆材料流动。这些料箱可以手动重新装载、用专用输送机装载或用起重机装载。

可以将氮气导入到通道92中，从而氮气将向下移动到阳极30周围的牺牲介质中。给牺牲介质填充氮气减少了阳极柱32周围的氧气量，因此限制了在牺牲介质内的反应。也可以将火灾抑制系统结合到通道92中或正好结合在通道92下方以用抑火剂喷洒阳极柱周围的区域。氮气和活塞抑制系统可以设置在刷子82下方。

牺牲介质向下运动穿过具有阳极30的焙烧炉道12，并且在焙烧过程期间适应阳极30的运动和尺寸变化。牺牲介质可以按照与阳极30不同的速率运动。牺牲介质可以比阳极30更快的运动，这适应了阳极组沿着焙烧炉道向下相对自由的运动，而与各个阳极30的膨胀和收缩无关。

在图13、14和15中所示的下密封件120支撑着牺牲介质，并且还限制了空气通过牺牲介质迁移到焙烧炉道12的底部中。下密封件120与上密封件80类似的地方在于，它包括具有金属刷毛的重叠刷子82。在该示例性结构中，采用多个叠置的刷子82来形成密封件120。刷毛的端部夹在U形通道84中，它直接接收在由牺牲介质去除通道124的内壁122限定的狭槽中。一个去除通道124沿着每个焙烧炉道12的每一侧设置以控制介质运动穿过焙烧炉道12。

牺牲介质由下密封件120挡住并且在内壁122上运动进入到在限定了通道124的上部的内壁122、外壁126和底壁128之间的通道124中。通道128的底壁128限定有开口(图14和15)，它们使得牺牲介质能够下落进入到通向牺牲介质控制机构132的细长入口130中，该控制机构用作去除通道124的中间通道部分。机构132通过只是根据需要通过从控制通道134的顶部自动地去除牺牲介质牺牲介质来去除牺牲介质来控制牺牲介质的运动。控制通道134的顶部如此设置在细长入口130的底部上方，从而牺牲介质在掉入到去除通道124的下收集通道部分的倾斜壁135上之前必须向上运动。然后通过滑槽组件136将所收集的牺牲介质去除到收集料斗中，并且通过滑槽组件136去除到输送机，该输送机将牺牲介质输送回到料斗90中。

控制通道134捕获牺牲介质，并且通过改变牺牲介质的流动方向而防止它简单地从焙烧炉10中掉出。为了控制该运动，控制通道134在枢轴138上来回滚动，其端部面板140围绕着该枢轴安装。该滚动运动在其边缘上将停靠在控制通道134中的牺牲介质的顶部推压到下方的收集通道部分中。该材料随着通道134入由在图14中的参考箭头143所示一样来回滚动而由细长入口130的下部推压。在图14中的其它箭头142显示出牺牲介质的运动。

控制通道由驱动机构144来回驱动，该驱动机构包括马达145和通过连杆146B与每个控制通道134连接的推杆146A。连杆146B与如图13和15所示一样延伸穿过壁135的凸起连接。驱动机构144使得连杆146B来回运动以使得与之连接的每个控制通道134滚动。连杆146B的更快速运动导致牺牲介质更快速运动穿过焙烧炉10。在该示例性结构中，驱动机构144包括马达145，它们驱动连杆146A在支撑着耐火体40的金属梁下方来回运动。在下支撑件46中限定有狭槽148以容纳连杆146A(参见图16)。驱动杆延伸部146B与驱动杆146A连接并且与通道134连接(或者与如图13所示从通道134向下延伸的凸起连接)。驱动杆延伸部146B转变为驱动杆146A的运动以通道134。通道134可以通过其自身的单独促动器来滚动。可以采用活塞式油缸来使得杆146A运动，或者直接使得通道134来回滚动。

中间引导件160设置在密封件120上方以确保阳极柱32正确地定位以便从焙烧炉10中去除。中间引导件160具有与上引导件60类似的结构，并且采用相同的附图标记来表示引导件160的这些元件。中间引导件160的臂72向下延伸到牺牲介质去除通道124中，并且可以邻接通道124的底壁128。

滑槽组件136使得牺牲介质从焙烧炉10移出到能够筛选并且使之再循环的位置。滑槽组件136包括围绕着每个焙烧炉道12的周边设置的多条隧道162和164。每个焙烧炉道12的长侧边使用了一对隧道164，它们将所收集的介质朝着焙烧炉道12的角部引导。端侧边采用隧道162将所收集的介质朝着焙烧炉道12的中间引导。因此对于每条焙烧炉道12设有六个出口。这些牺牲介质排出通道124落入到用来将介质朝着通道170(参见图16)引导的隧道162或164中，这些通道使得牺牲介质能够向下滑出焙烧炉10，在那里将它收集以便再次使用。通道170可以如图16所示一样嵌入到焙烧炉支撑件，或者可以与支撑件并排设置。通道170可以式顶部闭合或打开的。图16没有显示出夹钳190，而是显示出轴192的支撑件。还有，图16没有显示出用来将隧道162和164连接至通道170的滑槽。例如，旁路滑槽从隧道162在驱动杆146A之外或周围将牺牲介质输送到通道170中。

下引导件180设置在密封件120下方，并且将阳极30设置成由保持机构保持，该保持机构在从焙烧炉10去除最下面阳极30期间将阳极柱32支撑就位。下引导件180具有与上引导件60类似的结构，并且采用相同的附图标记来表示引导件180的这些元件。

保持机构包括多个夹钳190，它们可以为弯曲的、带齿的保持夹钳190，这些夹钳向下并且向内枢转到第二最下面阳极的相对侧面以保持着阳极柱。最下面的(或第一最下面的)阳极如下面所述一样由螺旋千斤顶200支撑。在该示例性结构中，两个夹钳190如此设置在焙烧炉道12的每一侧上，从而在保持机构运动到其接合位置或其接合状态时四个夹钳190接合着第二最下面的阳极。每个夹钳190安装在驱动轴192上，该驱动轴通过驱动机构在接合和脱开位置之间来回转动。如图21所示，设置在焙烧炉10的内部处的保持机构通过旁路驱动轴191与其驱动机构连接，这些旁路驱动轴在夹钳支撑结构后面延伸并且因此与轴192偏置(图20)。在一种结构(图22)中，轴191和192由与连杆198连接的活塞式油缸196驱动。在另一种结构(图23)中，采用促动马达和齿轮箱194来在接合和脱开位置之间驱动夹钳190。这些布置使得内部和外部夹钳190能够通过使得轴191和192伸出至焙烧炉端部并且将驱动机构定位在这些位置中来从焙烧炉的外端控制。

在最下面的阳极30准备从阳极柱32去除时，促动驱动机构以使得相对的夹钳对190运动成与第二最下面的阳极30接合。随着最下面的阳极30向下运动，第二最下面的阳极30在阳极柱32的重量作用下开始向下运动，从而使得夹钳190继续向内并且向下枢转，这使得它们压入到该阳极30的侧面中，直到夹钳190锁紧并且防止32的向下运动。阳极柱32因此停止运动，并且如下面所述一样去除最下面的阳极30。

为了方便对于夹钳190而言不是完全匹配的阳极30，在焙烧炉道12的每一侧上的至少一个夹钳190为适应性夹钳190a(图25和26)，它在初始接合阳极30的侧面时调节其位置。适应性夹钳190a可以通过大约5至10度的调整角度调整其位置，这使得夹钳齿的横向位置能够在大约4至8毫米的范围接合阳极侧壁。适应性夹钳190a包括弹簧，它将夹钳朝着阳极推压。适应性夹钳190a因此能够在一定范围的阳极位置上接合阳极30的侧面。适应性夹钳190a可以直接从彼此越过设置或者相对于彼此倾斜设置在阳极30上。在采用两个夹钳190a的情况下，总的适应量为8至16毫米。

阳极柱32的向下运动由设置在阳极柱下面的阳极柱卸载装置控制。在该焙烧炉10的示例性结构中，卸载装置以直接设置在阳极柱32下面的螺旋千斤顶200的形式设置。螺旋千斤顶200构成为例如在正在用于在阳极30的焙烧期间使得阳极柱32沿着焙烧炉道12下落时缓慢运动。螺旋千斤顶200还能够例如在它正在从焙烧炉10中取出最下面的阳极30时相对快速的运动。螺旋千斤顶200保持其缓慢运动直到夹钳190正在保持阳极柱32。螺旋千斤顶20然后变化至其更快速的运动，并且使得最下面的阳极30向下落到重力驱动的被动式输送机202商，该输送机将阳极去除到去除区域203(图17)，在那里叉车能够去除这些经焙烧的阳极。采用螺旋千斤顶的优点在于，它在动力中断期间保持其位置。也可以采用其它装置例如液压提升装置。

在图29中显示出用于保持阳极柱的另一个系统，其中间隔件52限定有沟槽250，它使得保持指状件252在间隔件52与指状件252对准时能够在间隔开的阳极30之间驱动。指状件252由促动器来回线性驱动，或者它们可以枢转到沟槽250中。在指状件252设置在阳极组下面时，可以将最下面的阳极下降至输送机202，同时阳极组保持就位。用于保持阳极柱32的另一个结构在于采用保持板，它们压入到第二最下面阳极的侧面中。这些板用液压压力驱动。

在该过程期间，首先去除焙烧炉道阵列的前排14中的阳极30，并且螺旋千斤顶200保持回缩在输送机202下面直到去除中排16的阳极，并且依据相同的过程，去除后排18的阳极。在可选的结构中，后排阳极可以从焙烧炉后面去除。该过程使得来自中排和后排的阳极能够沿着输送机202下滑，而不会被用于前排阳极的螺旋千斤顶停止。在从所有排14、16和18中将阳极30去除之后，使得螺旋千斤顶200回伸以接合柱32。为了打开夹钳190的抓持，螺旋千斤顶200将柱32向上提升直到夹钳190松开或者由促动器196或252驱动回到其脱开位置。在那时，螺旋千斤顶200开始再次使得柱32向下运动直到新的最下面阳极30准备去除。

该过程可以推迟以一开始装载焙烧炉10。如果从底部装载，则螺旋千斤顶200将阳极30提升至夹钳190，在那里将它保持住直到由所装载的下一个阳极30向上推。

如图18和19所示，螺旋千斤顶200延伸穿过输送机202的中央。接合板204承载在螺旋千斤顶200的顶部处以接合阳极30。接合板204支撑在包括传动中央螺杆206和四个角部引导件208在内的五个位置处。

在图27和28中显示出可选的输送机202，其中输送机202如此设置在阳极30之间，从而使得这些阳极下降至在输送机202之外的位置。一旦受焙烧阳极30下降至输送机202的高度，则促动器230或232将受焙烧阳极30推压或倾斜到输送机202上。促动器230将阳极30直接推压到输送机202上，并且促动器232向上倾斜并且将殃及30倾倒到输送机202上或者使之能够借助重力滑动。

图27和28还显示出用于从焙烧炉10底部去除牺牲介质的可选实施方案。在该结构中，牺牲介质由滑槽240接收，该滑槽用来将牺牲介质输送给设置在输送机202下面的输送机242。

在前面的说明书中，为了简要、清楚和容易理解使用了一些术语。在现有技术的要求之外不应该给出任何不必要的限制，因为这些术语用于说明目的并且打算给出宽泛的解释。而且，该焙烧炉的说明和展示为示例，并且该焙烧炉不限于所示或所述的具体细节。在整个说明书和该申请文件的权利要求书中，词语“包括”和“包含”以及这些词语的各种变型不打算排除其它组分、部件、整数或步骤。

Claims (21)

1.一种用于焙烧生炭素制品的竖直炉道炭素焙烧炉，该焙烧炉包括：

炉体，其限定用于接收炭素制品的基本上竖直的焙烧炉道，所述焙烧炉道具有设置在焙烧区上方的挥发物抽取区；

所述炉体限定与所述焙烧炉道连通的挥发物抽取入口，所述挥发物抽取入口设置在所述焙烧炉道的挥发物抽取区中；

由所述炉体承载的衬垫，所述衬垫限定了与所述挥发物抽取入口连通的挥发物抽取通道；

所述炉体限定设置在所述焙烧炉道的相对侧面上的焙烧烟雾通道以接收焙烧烟雾；

向所述焙烧烟雾通道提供焙烧烟雾的燃烧器；并且

所述挥发物抽取入口与所述燃烧器通过衬垫流体连通，从而能够将通过所述挥发物抽取入口和所述衬垫从所述焙烧炉道抽出的挥发物烟雾选择性地输送给所述燃烧器以便燃烧。

2.如权利要求1所述的炭素焙烧炉，其中所述炭素制品为用于铝生产的炭素阳极。

3.如权利要求1所述的炭素焙烧炉，其中所述焙烧炉包括卸载装置，该卸载装置使得所述炭素制品基本上连续地运动穿过所述焙烧炉道。

4.如权利要求1所述的炭素焙烧炉，其中所述焙烧炉包括阀门，所述阀门使得所抽出的挥发物烟雾选择性地输送给所述燃烧器。

5.如权利要求1所述的炭素焙烧炉，其中所述炉体限定有沿着所述焙烧炉道设置在所述挥发物抽取区内的多个竖直高度处的多个挥发物抽取入口。

6.如权利要求5所述的炭素焙烧炉，其中所述炉体限定有设置在所述焙烧炉道的不同侧面上的多个挥发物抽取入口。

7.如权利要求1所述的炭素焙烧炉，其中所述挥发物抽取入口向上远离所述焙烧炉道倾斜。

8.如权利要求1所述的炭素焙烧炉，其中

所述炉体限定用于接收炭素制品的多个基本上竖直的焙烧炉道；每个焙烧炉道具有设置在焙烧区上方的挥发物抽取区；

所述炉体限定与所述焙烧炉道连通的多个挥发物抽取入口；所述多个挥发物抽取入口设置在所述焙烧炉道的挥发物抽取区中；

所述衬垫限定了用于每个挥发物抽取入口的分段式通道，从而可以单独控制每个挥发物抽取入口。

9.如权利要求1所述的炭素焙烧炉，其中

所述炉体限定用于接收炭素制品的多个基本上竖直的焙烧炉道；每个焙烧炉道具有设置在焙烧区上方的挥发物抽取区；

所述炉体限定与所述焙烧炉道连通的多个挥发物抽取入口；所述多个挥发物抽取入口设置在所述焙烧炉道的挥发物抽取区中；

所述衬垫限定有用于一组挥发物抽取入口的分段式通道，从而可以单独控制这组挥发物抽取入口。

10.如权利要求1所述的炭素焙烧炉，其中所述衬垫是可拆卸的并且是可更换的。

11.如权利要求1所述的炭素焙烧炉，其中所述衬垫由不锈钢制成。

12.如权利要求1所述的炭素焙烧炉，其中所述焙烧烟雾通道大体上是蜿蜒的并且具有基本上平行的流道，所述炉体限定了夹在所述焙烧烟雾通道的基本上平行的流道的各个部分之间的挥发物抽取通道。

13.如权利要求1所述的炭素焙烧炉，其中所述炉体限定了用于定位所述衬垫的引导件。

14.如权利要求1所述的炭素焙烧炉，其中所述炉体限定了多个焙烧炉道和设置在每个焙烧炉道处的多个挥发物抽取入口，所述炉体限定了与多个挥发物抽取入口连通的多个挥发物抽取通道，多个挥发物抽取通道与共同的挥发物抽取集管流体连通，该挥发物抽取集管将所抽取的挥发物烟雾选择地输送给用来给所述焙烧炉提供加热焙烧气体烟雾的燃烧器。

15.如权利要求14所述的炭素焙烧炉，其中所述焙烧烟雾通道大体上是蜿蜒的并且具有基本上平行的流道，所述炉体限定了夹在所述焙烧烟雾通道的基本上平行的流道的各个部分之间的挥发物抽取通道。

16.如权利要求15所述的炭素焙烧炉，还包括由所述炉体承载在所述多个挥发物抽取通道中的每个挥发物抽取通道内的可拆卸并且可更换的衬垫。

17.如权利要求16所述的炭素焙烧炉，其中每个所述挥发物抽取入口至少部分由从所述焙烧炉道向上倾斜的下壁限定。

18.如权利要求17所述的炭素焙烧炉，其中所述挥发物抽取入口远离所述焙烧炉道向上倾斜。

19.如权利要求1所述的炭素焙烧炉，还包括围绕着所述炭素制品设置在所述焙烧炉道中的牺牲介质。

20.一种从在竖直炉道炭素焙烧炉中的焙烧炉道抽取挥发物的方法，该方法包括以下步骤：

从焙烧炉道的挥发物抽取区抽取挥发物烟雾并且将所抽取的挥发物烟雾输送给用来给所述焙烧炉提供焙烧热量的燃烧器；

其中，从焙烧炉道的挥发物抽取区通过可拆卸并且可更换的衬垫抽取挥发物烟雾。

21.如权利要求20所述的方法，还包括以下步骤，在所述焙烧炉道基本上填满所要焙烧的炭素制品和牺牲介质颗粒期间通过向上倾斜的入口抽取挥发物烟雾。