CN117377741A - 铸造焦炭产品以及相关系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本文公开了被配置成在冲天炉中燃烧的焦炭产品。所述焦炭产品可以包括具有至少3.5英寸的水力直径的铸造焦炭产品、具有1.5英寸至3.5英寸的水力直径的小块焦炭产品和具有0.5英寸至1.5英寸的水力直径的碎焦炭产品。单独的铸造焦炭产品可以包括长圆形形状，所述长圆形形状具有至少4英寸的长度、至少1.5英寸的宽度和至少2.0的长宽比。在一些实施方案中，单独的焦炭产品的长度可以在6英寸至12英寸之间，并且宽度可以为至少2.5英寸。另外，铸造焦炭产品可具有至少40％的焦炭反应性指数(CRI)。所述焦炭产品可以由煤和碎焦炭产品的共混物在水平炉诸如水平热回收炉或水平非回收炉中制成。

Description

铸造焦炭产品以及相关系统和方法
技术领域
本公开涉及铸造焦炭产品，以及用于制造铸造焦炭产品的相关系统和方法。
背景技术
焦炭是一种用于在钢铁生产过程中熔化和还原铁矿石的固体碳燃料和碳源。铸造焦炭相对于鼓风焦炭而言具有较大的尺寸，并具有优异的质量，这种优异的质量包括杂质含量相对较低，并且碳含量、强度和稳定性相对较高。铸造焦炭被用于铸造冲天炉中以熔化铁以及生产铸铁和球墨铸铁产品。然而，铸造焦炭的生产成本较高，生产成本包括制造成本、运输成本和环境成本。因此，本领域需要改进生产工艺，从而以更高的产率和/或更低的成本获得高质量的铸造焦炭。该应用通过提供具有许多独特和改进的性质的高质量铸造焦炭来满足需求。
附图说明
图1A至图1E示出了各种焦炭产品的形状和尺寸，包括：图1A和图1B示出了根据本技术的实施方案用10重量％的煤粉(breeze)生产的铸造焦炭；图1C和图1D示出了在美国的传统副产品工厂中制造的第一种可商购获得的铸造焦炭(显示在一张8.5英寸×11英寸的纸上以供参考)；并且图1E示出了在外国的捣固装料(stamp charged)副产品工厂中制造的第二种可商购获得的铸造焦炭2(显示在一张8.5英寸×11英寸的纸上以供参考)。
图2示出了相对于鼓风焦炭和相关文献(Díez等人，International Journal ofCoal Geology 50：389-412(2002))，根据本技术的实施方案的铸造焦炭的反应后焦炭强度(CSR)和焦炭反应性指数(CRI)。
图3A至图3C示出了设置在一定直径的冲天炉内的各种尺寸的焦炭块的装填试验(packing test)模拟，包括：图3A具有10英寸×10英寸的统一尺寸的焦炭产品；图3B具有4英寸×10英寸的统一尺寸的焦炭产品；并且图3C具有随机尺寸的焦炭产品。
图4示出了冲天炉装填试验中模拟的随机性质的重复运行的可变性。
图5示出了焦炭产品的水力半径的示例性计算。
图6示出了根据本技术的实施方案，3英寸+焦炭(顶部的曲线，来自1956年的出版物的数据)和4英寸+焦炭(底部的曲线)的煤产率随着煤粉载荷的增加而提高。
图7示出了根据本技术的实施方案的灰分含量和焦炭尺寸的相关性。
图8示出了根据本技术的实施方案，在5％至12％的各种煤粉载荷下铸造焦炭的2英寸和4英寸跌落粉碎率，其中2英寸跌落粉碎率在约93％至约96％的范围内，并且4英寸跌落粉碎率在约77％至约85％的范围内。
图9A示出了根据本技术的实施方案，作为从5重量％到12重量％的煤粉载荷的函数的不同尺寸组的焦炭产率模型。
图9B至图9E示出了根据本技术的实施方案的每组的产率模型，包括：图9B示出了总焦炭；图9C示出了铸造焦炭；图9D示出了小于正常尺寸的焦炭；并且图9E示出了煤粉，数据点在大约8.0重量％至13重量％的煤粉载荷下。
图10示出了根据本技术的实施方案，作为从5重量％至12重量％的煤粉的函数的总焦炭的装料的干产率的二阶拟合。
图11A示出了根据本技术的实施方案的4英寸+铸造焦炭的湿产率，并且图11B示出了干产率。
图12示出了根据本技术的实施方案的作为煤粉再循环输入的函数的产率模型。在再循环优化期间，中等尺寸的部分被分成两组：筛分段(screen cut)(3.5英寸×1.5英寸)，其中一部分或全部可以进行棒磨和再循环；以及筛分段(1.5英寸×0.5英寸)，其被再循环。筛分段(<0.5英寸)的一部分或全部可以被再循环。
图13示出了根据本技术的实施方案的利用优化的煤粉再循环生产HD+焦炭的过程的示例性流程图。
图14示出了根据本技术的实施方案的鼓风炉(blast oven)的温度趋势。
图15示出了根据本技术的实施方案的铸造炉的温度趋势。
图16示出了根据本技术的实施方案的铸造炉的温度趋势和对底烟道(sole flue)的调整。
图17A和图17B分别示出了根据本技术的实施方案的具有8.5％煤粉的煤共混物的示例性镜质组反射率和随机反射率。
图18示出了根据本技术的实施方案的基于具有8.5％煤粉的煤共混物的示例性预测焦炭强度。
图19示出了根据本技术的实施方案的具有8.5％煤粉的煤共混物中反应性组分和惰性物质的示例性显微组分分布。
图20A示出了具有8.5％煤粉的煤共混物的反射率曲线，并且图20B示出了具有8.5％煤粉的煤共混物和具有5％煤粉的煤共混物的反射率曲线的比较。
具体实施方式
本文公开了具有独特性质的高质量焦炭产品，包括铸造焦炭产品(本文称为“HD+TM”)。焦化过程产生不同部分的各种尺寸的焦炭产品。通常，焦炭产品根据尺寸进行分类：尺寸为4英寸+的铸造焦炭；具有2英寸至4英寸的尺寸的小块(egg)(工业焦炭)；具有1英寸至2英寸或1英寸至1.5英寸的尺寸的窑(stove)；具有0.5英寸至1英寸的尺寸的小颗粒(nut)；以及具有<0.5英寸的尺寸的煤粉。根据本公开的方面，本文公开的HD+TM焦炭产品是在水平炉(例如，热回收炉、非回收炉或汤普森炉)中使用包含一定百分比的惰性物质和/或煤粉的预先确定的煤共混物生产的。本技术的HD+TM焦炭产品可以基于不同的特性进行分类。在一个示例中，HD+TM焦炭产品包含具有3.5英寸+的水力直径的铸造焦炭；具有1.5英寸至3.5英寸的水力直径的小块焦炭；具有0.5英寸至1.5英寸的水力直径的煤粉；以及具有<0.5英寸的尺寸的细粒。所有HD+TM煤粉可被粉碎至<3/8英寸并再循环至焦化过程的煤共混物中，而细粒可能会造成热回收问题(例如，由于潜在的燃烧损失和高灰分含量)。因此，根据焦化过程，一些或全部细粒被再循环。小块仅在需要额外煤粉载荷时再循环，但大多数情况下，小块可以出售并用于甜菜和矿物棉或岩棉生产。
在某些实施方案中，本文公开了HD+TM焦炭，其具有能够与可商购获得的铸造焦炭加以区分的形状，该铸造焦炭具有基本上圆形的形状和至少4英寸的直径。与传统的圆形形状的黑色铸造焦炭不同，本文公开的铸造焦炭具有长圆形“手指形状”，如图1所示。在某些实施方案中，HD+TM铸造焦炭具有高的长度与宽度的纵横比(aspect ratio)。例如，HD+TM铸造焦炭具有在2英寸和18英寸之间、在3英寸和15英寸之间、在4英寸和12英寸之间、或在4英寸和10英寸之间的长度，在1.5英寸和5英寸之间、在3英寸和5英寸之间、或在2英寸和4英寸之间的宽度。在一些实施方案中，HD+TM铸造焦炭具有至少2英寸、至少3英寸、至少4英寸、至少5英寸、至少6英寸、至少7英寸、至少8英寸、至少9英寸、至少10英寸、至少11英寸、至少12英寸、至少13英寸、至少14英寸、至少15英寸、至少16英寸、至少17英寸、或至少18英寸的长度。在一性实施方案中，HD+TM铸造焦炭具有至少1.5英寸、至少2英寸、至少3英寸、至少4英寸或至少5英寸的宽度。在某些实施方案中，HD+TM铸造焦炭具有至少1.1、至少1.5、至少2.0、至少2.5、至少3.0、至少3.5、至少4.0、至少4.5、至少5.0、至少5.5、至少6.0、至少6.5、至少7.0、至少7.5、至少8.0、至少8.5、至少9.0、至少9.5或至少10.0的长宽比。在某些实施方案中，至少40％、至少45％、至少50％、至少55％、至少60％、至少65％、至少70％、至少75％、至少80％、至少85％、至少90％、至少95％、至少98％或至少99％的HD+TM铸造焦炭落在以上公开的长度、宽度和长宽比的范围内。
在某些实施方案中，HD+TM铸造焦炭具有大于其实际或有效直径的水力直径(Dh)。相比之下，传统的圆形形状的铸造焦炭具有等于或大约等于实际直径的Dh。Dh是水力半径(Rh)的函数，水力半径定义如下：
εb是焦炭床的颗粒间孔隙度，其计算如下：
其中ρb是体积密度，并且ρa是焦炭的表观密度。
Dp是调和平均颗粒直径，并且代表与非均匀焦炭具有相同表面积-体积比的均匀焦炭的尺寸，其可计算如下：
其中fi是具有直径Di的焦料(coke charge)的重量分数。对于均匀尺寸的焦炭，Dp＝Di。
在某些实施方案中，铸造焦炭具有至少2英寸、至少2.5英寸、至少3英寸、至少3.5英寸、至少4.0英寸、至少4.5英寸、至少5英寸、至少5.5英寸或至少6.0英寸的水力直径。例如，3.5英寸的水力直径可以大约等于4.0英寸的实际直径。在某些实施方案中，小块具有在1.5英寸和3.5英寸之间或在1.5英寸和2英寸之间的水力直径。
焦炭反应性指数(CRI)表示在加热的窑中经过2小时的Boudouard反应CO2+C(焦炭)＝2CO后焦炭的重量损失百分比。反应后焦炭强度(CSR)基于CRI窑反应后剩余焦炭的转鼓强度试验(tumble strength test)。如图2所示，CSR和CRI具有逆相关性。
在冲天炉内的操作中，当金属和焦炭加热并向下行进通过冲天炉时，焦炭的燃烧热使金属熔化，粘度增加，并且最终形成含碳量高或更高的液态金属。在冲天炉的上部部分，热使冲天炉干燥并减少了水分，但是优选地不燃烧焦炭。如果焦炭在冲天炉的上部部分燃烧或蒸煮(即过早)，与在冲天炉下部部分或反应区的较深处(如本文所述)相反，产生相对大量的一氧化碳和/或氢气，这对应于碳的损失和/或更少的碳可以转移到冲天炉下部部分的金属。换句话说，在冲天炉中或在冲天炉的反应区以外的区域过早燃烧焦炭，会导致焦炭中的碳与二氧化碳通过Boudouard反应形成一氧化碳。这通常导致效率损失和更高的钢铁生产成本，包括在冲天炉的反应区域需要使用更多的焦炭和更多的氧气或风。另外，在冲天炉上部部分的此类不期望的反应会导致更多的烟产生和更低的金属龙头(metal tap)温度，这可限制冲天炉的操作能力，并且还对应于效率损失。由于焦炭的特性，包括其尺寸、形状、密度、孔隙度、组成和/或化学性质，可能会发生此类不期望的反应。鉴于此，焦炭的CRI应在特定范围内，以确保焦炭具有足够惰性以抵抗冲天炉的上部部分处的Boudouard反应，并且具有足够反应性以在冲天炉的适当反应区内蒸煮/燃烧。
在某些实施方案中，本文公开的HD+TM铸造焦炭可以具有在10％和25％之间、在5％和20％之间、或在10％和15％之间的CSR。在某些实施方案中，HD+TM焦炭具有在15％和65％之间、至少30％、至少40％、或至少45％的CRI。在一些实施方案中，CSI优选地增加(例如，不考虑CSR)以实现冲天炉内的焦炭的期望熔化曲线。在焦化过程期间的煤粉载荷的百分比影响焦炭的CSR，其中较高的煤粉载荷导致CSR下降，直到达到特定的最小阈值(例如，10％至15％CSR)。在某些实施方案中，小块具有与上面公开的铸造焦炭相同或大约相同的CSR。在某些实施方案中，小块具有与上面公开的铸造焦炭相同或大约相同的CRI。
在某些实施方案中，铸造焦炭具有至少60％、至少65％、至少70％、至少75％、至少80％、至少85％或至少90％的4英寸跌落粉碎率，以及/或者至少85％、至少90％或至少95％的2英寸跌落粉碎率，两者都使用4英寸+起始物质。在某些实施方案中，铸造焦炭具有一个或多个定制的参考值，诸如在5％和12％之间、小于10％、小于9.5％、小于9％、小于8.5％、小于8％、小于7.5％、或小于7％的灰分含量；小于1％、小于0.9％、小于0.8％、小于0.7％、小于0.6％、或小于0.5％的硫含量；小于2％、小于1％、或在0.1％和1％之间的挥发性物质(VM)含量；小于15％、小于10％、小于9％、小于8％、小于7％、小于6％、小于5％、小于4％、小于3％、小于2％、小于1％、或在1％和10％之间的水分含量；或至少80％、至少85％、至少90％、或至少95％的固定碳含量。
在某些实施方案中，由专有过程生产的总焦炭具有如下尺寸分布：铸造焦炭为至少35％、至少40％、至少45％、至少50％、至少55％、至少60％、至少65％、至少70％、至少75％、或至少80％；包括小块和煤粉的中等尺寸焦炭在5％和35％之间、在10％和30％之间、或在15％和20％之间；细粒小于10％、小于8％、或小于5％。优选地，铸造焦炭的分数在生产的总焦炭中处于最高可能百分比。
由于其独特的尺寸和形状，本文公开的HD+TM焦炭具有实现如以下工作实施例中所展示的期望装填密度的优点。
实施例1：装填试验
该实施例展示了由简化的2D随机装填模型进行的冲天炉装填模拟。与尺寸均匀的焦炭相比，当装载到炉中时，具有宽尺寸分布的焦炭预期具有更高的体积密度、更大的表面积和更低的床孔隙度。
图3A示出了具有10英寸×10英寸均匀尺寸的焦炭的2D模拟装填试验。圆表示具有60英寸的半径的冲天炉的横截面。方块中的每个方块代表在一边上为10英寸的一块铸造焦炭。焦炭块试图在随机位置并以随机旋转顺序地添加。如果新的焦炭块没有与任何先前的焦炭块重叠，则该新的焦炭块被放置，否则被丢弃。重叠由焦炭边缘的交叉确定。在该特定的模拟中，尝试了10000块，但只有61个能配合进去。
该模型的总体假设包括：(1)下一层块放在该层的顶部上；(2)焦炭块的延伸到圆之外的部分作为微小误差被忽略；(3)该横截面基本上等同于冲天炉中的任何其他横截面；(4)焦炭装载的相对密度与正方形的面积总和与整个圆的面积之比成比例；以及(5)尽管不完全准确，相对表面积大致与焦炭块的周长总和成比例。
在配合10英寸×10英寸块(如图3A所示)和4英寸×10英寸块(如图3B所示)的并排比较中，比较焦炭块的覆盖面积与周长总和的比率。对于10英寸×10英寸的块，放置了58块，导致11309平方英寸的冲天炉面积的51％覆盖率：(10X10X58)/11309＝51％；以及周长总和2320英寸：2X(10+10)X 58＝2320。对于4英寸×10英寸的块，放置了138块，导致11309平方英寸的冲天炉面积的49％覆盖率：(4X 10X 138)/11309＝49％；以及周长总和3864英寸：2X(4+10)X 138＝3864。
模拟中的下一个改进是：(1)允许焦炭块的长度和宽度在用户定义的最大值和最小值之间变化。假设每个块都具有方形的小端(即L×W×W)；以及(2)允许该块倾斜，以便该块的较小“角”可以配合进允许的空间。当允许全范围倾斜时，模拟倾向于将块立在小端上。因此，最大倾斜被任意限制在30度。
基于该假设，如图3C所示，将不同尺寸的焦炭块配合在半径为60英寸的冲天炉。焦炭块具有在4英寸和10英寸之间的长度，以及在3英寸和5英寸之间的宽度，并且进行了10000次配合尝试。对于各种尺寸的块，放置了209块，从而导致11309平方英寸的冲天炉面积的47％的覆盖率：5365/11309＝47％；以及周长总和4383英寸。因此，装填试验表明焦炭装载的相对密度没有显著变化，而与图3A至图3C中的装填模拟相比，相对表面积显著增加。结果总结于下表1中。
图4示出了模拟的随机性质导致的重复运行的可变性。
实施例2：水力半径的计算
使用Excel模型基于铸造焦炭的测量的尺寸分布、假定的底部筛分段和使用以上公开的公式的体积密度，计算铸造焦炭的水力半径。
我们的焦炭的长圆形形状具有产生稀疏装填密度的潜力，这继而增加了有效水力半径。由于减少了CO2与焦炭反应形成CO(发生在焦炭表面)的潜热损失，这继而使铸造的冲天炉性能得到改善。较高的间隙体积与焦炭表面积之比有助于这一因素。
水力半径也可以通过切掉小焦炭来提高，但是产率将受到损害。长圆形焦炭形状可以证明是显著的冲天炉性能益处。
筛过的焦炭和未筛过的焦炭的体积密度被测量并可用于计算。计算结果如图5所示。
制备煤共混物
根据本公开的方面，获得高质量焦炭特别是大于正常尺寸的铸造焦炭，包括使用具有预先确定百分比的惰性物质或煤粉的煤的优化共混物。煤共混物制备包括煤粉制备、煤的选择和共混物配方优化以及共混物制备。
煤粉制备
如图所示，3英寸+焦炭和4英寸+焦炭两者的产率都随着煤粉载荷的提高而增加。粉碎的煤粉是具有<3/8英寸的尺寸的焦屑(coke breeze)，并且可以通过例如在棒磨机、球磨机或其他研磨部件中粉碎较大的焦炭来获得。在本公开的一个示例性实施方案中，具有低灰分含量的焦炭在磨机中被研磨，以产生用于掺混到煤共混物中的粉碎的煤粉，从而提高总的最终产率优化。可以调整焦屑的尺寸窗口(size window)，以优化灰分含量并使用于研磨的中等尺寸焦炭(例如，小块)的产率损失最小化。从煤粉中筛除粉尘以尽可能小的总产率影响去除大部分的灰。
通过各种装置例如通过棒磨机将所选择的焦炭粉碎到期望的尺寸范围，以作为煤粉再循环到煤共混物中。
焦炭进料按尺寸进行筛分。过大的焦炭对于研磨来说是成本或程序低效的。焦炭进料还基于各种属性(诸如尺寸、灰分含量和硬度)进行表征和优化。在某些实施方案中，研磨可以针对不同尺寸的原料轮班操作，然后重新组合。在某些实施方案中，研磨机可以针对每种进料进行优化。
通常，焦炭基于尺寸分类：具有4英寸+的尺寸的铸造焦炭；具有2英寸至4英寸的尺寸的小块(工业焦炭)；具有1英寸至2英寸或1英寸至1.5英寸的窑；具有3/8英寸至1英寸的小颗粒；以及具有<0.5英寸的煤粉。本文公开的铸造焦炭和小块焦炭分别具有3.5英寸+和1.5英寸至3.5英寸的尺寸。将具有小于1.5英寸或2.0英寸的HD+TM焦炭研磨并再循环到煤共混物中。在该组内，具有0.5英寸至2.0英寸的尺寸的煤粉可以再循环，而具有小于1/2英寸的尺寸的细粒可能由于潜在的燃烧损失和高灰分含量而造成热回收问题。只有在需要附加的煤粉载荷时，小块才被再循环。
因此，在每个生产周期之后，焦炭产品按尺寸进行筛分：具有小于0.5英寸的尺寸的筛分段(细粒)；具有0.5英寸至2.0英寸的尺寸的筛分段(煤粉)；具有1.5英寸至3.5英寸的尺寸的筛分段(小块)；以及具有>3.5英寸的尺寸的筛分段(铸造焦炭)。流程图示出了再循环流程(图13)。虽然细粒成本低，但由于其高灰分含量及其对高粉尘产生的贡献，并非所有细粒都被再循环。图7示出了预测灰分含量与焦炭尺寸的相关性。优选地，煤粉包含高百分比的低灰分煤粉，并且高灰分煤粉小于0.5％，使得所有的煤粉被再循环。一些小块被粉碎并再循环以实现足够的煤粉载荷，并且没有铸造焦炭被粉碎。
由于在此公开的工艺中的优化和再循环，不是所有的小块都被粉碎和再循环以补充足够的煤粉载荷。剩余的小块焦炭可以出售和例如用于甜菜和岩棉生产。另选地，可以购买生产的副产品低灰分煤粉来为煤共混物补充足够的煤粉载荷，使得大部分或全部小块可以作为产品出售。在某些实施方案中，以20目和+60目将焦屑粉碎至65％。
煤的选择和共混物配方优化
基于包括但不限于以下各项的许多因素来选择用于共混物的焦煤：挥发性物质(VM)、镜质组分布、惰性物质(其与煤粉载荷的百分比相关)、共混物的流动度、灰分/硫含量和煤的成本。将预先确定百分比的一种或多种选定类型的煤与煤粉混合以形成煤共混物，该煤共混物被优化以实现高质量焦炭产品的期望产率。对煤共混物执行各种试验和分析，以确保高产率和高质量的焦炭产品。
近似分析/硫分析基本上是总体化学，并且常识是选择表现出尽可能最低的灰分产率和硫含量的煤共混物。灰分是集中在产品焦炭灰分中但对碳化提供有限益处的一次性情性残余物。总硫对CSR有害，但其一部分集中在熔融铁中并且导致产品易碎。在铸造业务中，操作员严格地关注灰分和硫，因为它们可以设法进入生产的高温金属中。在最终分析中，总碳是碳化的工作基础。氢是岩相构成(petrography)中的煤岩组分(maceral)的壳质组(Exinoid group)的主要成分；这些煤岩组分来源于植物树脂和汁液。它们对挥发性气体的释放贡献更大，并且对流变变形贡献较小。过量的氧气可能指示煤已经经受暴露于空气和/或水的风化作用，从而导致较差的流动度和膨胀度。
流变试验参数包括Gieseler塑性(流动度)、Arnu膨胀度和自由膨胀指数试验程序。自由膨胀指数虽然不是最好的定量方法，但为适合炼焦的煤提供了粗略的筛分。Gieseler和Arnu试验在选择炼焦用煤方面至关重要，并且有助于生产一致高强度的焦炭。
岩相分析是一种识别微观植物化石成分的定量方法。不同植物组织的比例平衡对碳化过程具有深远的贡献，并且以镜质组为代表的木质物质是产生产品焦炭中的焦炭微纹理和细胞结构的主要驱动。
因此，生产坚硬焦炭是多维的，并且各个煤质量特性同时相互作用和相互制约。
根据本公开的方面，选择低挥发性物质(VM)煤共混物以促进低温炉运行。一般来讲，较低VM导致总焦炭的较高产率，以及铸造焦炭和较大焦炭的较高产率。在某些实施方案中，煤共混物的VM在15％至40％之间、在20％至33％之间、或在20％至24％之间。在某些实施方案中，煤共混物的VM小于25％、小于24％、小于23％、小于22％、小于21％、小于20％、小于19％或小于18％。在某些实施方案中，水含量被调整得更低以平衡VM，并且可以在6％和15％之间、9％和12％之间、或10％和12％之间的范围内。在一些实施方案中，水分为至少8％、至少9％、至少10％或至少11％。
根据本公开的其他方面，煤共混物可以是膨胀煤(expanding coal)，并且焦炉是不像在“开隙”式炉或副产品炉中那样受到壁压的限制的水平炉。在操作中，在焦化过程的塑性阶段期间，由于挥发性排放物不能容易地逸出，可能出现煤团块(coal mass)的膨胀。膨胀可对“开隙”式炉的耐火壁施加压力。评估煤的膨胀风险的重要参数是等级、惰性物质含量和体积密度。一般来讲，随着等级的增加，惰性物质含量减少或体积密度增加，有害壁压上升的危险就越大。在膨胀阶段之后，焦炭减缩和收缩。过度减缩与由于裂缝的形成的降低的焦炭强度相关联。然而，对于副产品焦炭厂，如果要将焦炭容易地从炉中推出，焦炭团块需要有一些减缩。
煤共混物包含反应性组分和惰性物质，该反应性组分包括镜质组、壳质组和反应性半丝质体，惰性物质包括焦炭(包括煤粉)、惰性半丝质体、丝质体、粗粒体和矿物质。反应性组分提供“胶水”，而惰性物质是提供焦炭强度的填料。反应性组分和惰性物质之间的比例经过优化，以生产出坚硬均匀的焦炭。在某些实施方案中，煤共混物中的包括煤粉的总惰性物质在20％和40％之间或在35％和40％之间，其中煤粉大约占15％至20％之间。在某些实施方案中，总惰性物质与总反应性物质的比例为20∶80、21∶79、22∶78、23∶77、24∶76、25∶75、26∶74、27∶73、28∶72、29∶71、30∶70、31∶69、32∶68、33∶67、34∶66、35∶65、36∶64、37∶63、38∶62、39∶61或40∶60。
镜质组类型的选择也影响焦炭产品的产率和质量。在某些实施方案中，镜质组包括V9、V10、V11、V12、V13、V14、V15、V16、V17、V18和V19中的一者或多者。在某些实施方案中，镜质组包括V15、V16和V17，它们的组合占共混物的岩相构成的至少30％。在某些实施方案中，镜质组包括少于4％或少于2％的V18。
一般来讲，煤共混物中灰分和硫的低含量是期望的。然而，具有非常低的灰分和硫含量的煤更贵，并且可能会推高生产成本。此外，煤共混物的灰分含量不仅应该在焦炭产品中优化，而且还应考虑上述的煤粉再循环。在某些实施方案中，煤共混物中的灰分含量小于12％、小于11％、小于10％、小于9％、小于8％、小于7％、小于6.5％、小于6％、小于5.5％或小于5％。在某些实施方案中，煤共混物中的灰分含量为约8％至9％、约6％至7％、或约5％至6％。在某些实施方案中，煤共混物中的硫含量小于1.5％、小于1.0％、小于0.9％、小于0.8％、小于0.7％、小于0.6％、或小于0.5％。在某些实施方案中，煤共混物的灰分含量和/或硫含量可以基于消费者对最终焦炭产品的要求进行调整。
可以在不同阶段调整煤共混物的水分含量，例如，可以在装料前调整煤共混物中的水分，或者在装料时调整煤共混物中的水分。在某些实施方案中，可以测量水分含量，并且可以在煤共混物前往炉的途中或者在装料时向煤共混物添加额外的水，以将水分含量增加到目标8％至15％的水，或者10％至13％的水。可以添加水以延迟峰值温度、减缓挥发性物质(VM)释放和/或移动焦炭行(coke line)。如果炉运行温度较低，则需要的水分含量较少。在某些实施方案中，煤共混物的水分含量在4％和20％之间、在5％和15％之间、在10％和15％之间、或在10％和13％之间。
在焦化过程期间，煤共混物经历液相和固相转变。在低温下，煤共混物是固体。随着炉温的升高，煤共混物软化并且变粘，然后流动，再重新固化。煤共混物必须具有一定程度的流动度，以促进颗粒间的结合。执行Gieseler塑性试验以确定煤共混物的流动度。将煤样装填到嵌入有搅拌棒的小曲颈瓶(直径2cm，高3cm)中。搅拌棒上施加有恒定的扭矩。该组件可以是温控/加热粘度计。发生化学反应并且改变粘度。将组件浸没在热炉浴中并加热。首先，装填的煤阻止棒旋转。当煤被加热时，其最终熔化到足以让棒开始旋转。这是初始软化温度。随着煤进一步熔化，棒旋转得更快，并且该移动每分钟都被以每分钟刻度盘度(ddpm)测量和记录。在一个整圆中有100个刻度盘度。存在ddpm达到峰值的温度(最大流动度温度)。超过这个温度，煤开始变成焦炭，并且使搅拌棒变慢。最终棒停止在最终固化温度。流动度是以ddpm为单位的棒的最大转速。流动度常以对数标度报告：流动度1000ddpm对应于log(F)＝3。煤的共混物的log(F)将是各组分的log(F)的加权平均值。旧仪器具有30,000ddpm的上限，因此许多高流动度煤将具有30,000ddpm。现代仪器可以达到100,000DDPM(1000rpm)。煤的塑性范围是最终固化温度和初始软化温度之间的差值。高流动度和高塑性范围意味着煤在焦化过程中将变得非常流动，从而允许其在惰性颗粒周围流动并产生坚硬焦炭。
在某些实施方案中，煤共混物具有至少200ddpm、在100ddpm和2000ddpm之间、或在200ddpm和1200ddpm之间的流动度。更高的流动度是期望的，煤共混物中的各种添加剂诸如焦油、煤焦油和其他重油可以增加流动度。另一方面，捣固装料可以将流动度的底端降低至约20ddpm。在某些实施方案中，煤共混物的流动度在log(F)＝2-3、log(F)＝2-4或log(F)≥3的范围内。
在某些实施方案中，基于铸造产品性质预测来优化煤共混物。例如，可以在煤共混物中优化煤粉的百分比。煤粉载荷对跌落粉碎率、稳定性、粉尘产生和产率有影响。
通常，使用4英寸+焦炭作为起始物质执行跌落粉碎试验，并且评估4英寸和2英寸两者的跌落粉碎率。图8示出了4英寸和2英寸的跌落粉碎率与5％至12％煤粉载荷的函数关系。在一些实施方案中，跌落粉碎率在12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％或20％的煤粉载荷可以达到峰值或接近峰值。
一般来讲，如图所示，较高的煤粉载荷导致总焦炭和HD+铸造焦炭两者的较高产率。
燃烧和炉设计
铸造生产程序的燃烧步骤在热回收炉中执行。通过调整煤共混物和其他参数，也可以使用其他炉，例如非回收炉和副产品炉。可以优化的参数的非限制性示例包括周期时间、温度控制、对底烟道、顶部空气和炉类型的修改。
周期时间优化
在某些实施方案中，燃烧步骤具有24小时周期、48小时周期、72小时周期或更长周期。
热回收炉
本文公开的过程中的燃烧实践与鼓风实践相比在各种方面进行了修改，以生产出高质量的铸造焦炭。在某些实施方案中，用于生产铸造焦炭的炉顶(crown)温度和底烟道温度在开始时被抑制。这与鼓风过程不同，鼓风过程试图首先将底烟道(SF)加热到尽可能热(不超出不超过(NTE)温度)，并且在整个焦化周期中保持SF中的热。可通过减缓装料前或装料期间释放的VM的速率和/或量，或经由燃烧实践降低炉顶和SF中的燃烧来抑制炉顶温度和底烟道温度。改变VM含量对装料后的炉顶峰值温度和SF峰值温度有很大影响。
VM含量越高，可导致峰值温度和NTE温度越高。为了帮助对抗VM及其影响，在煤进入炉中时向煤中添加水。水分对装料后的峰值温度也有很大影响，并且相对较高的水分含量可以减缓温度升高的速率，并且有助于在水蒸发时控制温度。通常，对于鼓风炉，煤被干燥到大约5％的湿度，但是对于铸造炉，煤没有预先干燥，并且可以在装料之前添加水以增加装料的密度。就这一点而言，通常期望在较低温度下使铸造焦炭的浸泡时间最小化。这与生产鼓风焦炭的过程形成对比，在鼓风焦炭的生产过程中，通常期望具有较长的浸泡时间。
鼓风和铸造的另一个区别是装料后的设置。通常在鼓风炉上，门孔和底烟道基于每个特定炉的温度打开或关闭。对于铸造，目标是在整个周期中保持炉顶温度较低，因此每次装料时所有门孔都关闭。对于铸造，SF仅部分打开，通常是大约打开1/2，以防止SF变得过热。炉顶和SF中氧气的这种限制可导致共同的烟道中的燃烧，在烟道中氧气通过上升烟道(uptake)周围的泄漏引入。在鼓风炉上，目标是在第一天使SF尽可能热，严格避免烟道中的燃烧。
在某些实施方案中，在整个周期中保持较低的SF温度。在鼓风炉中，目标是在周期开始时使SF变热，通常在2300°F至2600°F左右，这取决于炉的条件和装料重量，并且尽可能长时间保持。在整个周期中，SF温度将逐渐下降至1900°F至2100°F左右。这通过在装料后立即部分或完全打开SF烟道挡板，然后在整个前半个周期中缓慢关闭来管理。通常SF烟道挡板在装料后的前24小时内完全关闭。SF烟道挡板一旦关闭，在下一次装料之前不会再次打开。在整个周期的半途，相邻的炉被装料，这导致SF温度增加，但是SF烟道挡板保持关闭。代表性的趋势如图所示。在铸造炉中，目标是在整个周期中将SF温度保持在1600°F至2300°F左右，更优选地在1850°F左右。由于门孔在整个周期中保持关闭，SF烟道挡板用于控制SF温度。例如，当在72小时的周期中在该周期中对相邻的炉进行24小时和48小时左右的装料时，SF烟道挡板通常再次打开以帮助防止SF温度增加过多。图16示出了温度趋势和SF调整。前12个小时与典型的鼓风炉相似，但剩余的时间与鼓风炉有很大的不同，因为鼓风炉不会在关闭SF烟道挡板后将其重新打开。
在某些实施方案中，可以修改底烟道壁，以部分或完全地改变流动方向或使流动短路。在某些实施方案中，可将管道插入底烟道中，以将空气移向床的中心并远离端壁。例如，陶瓷管道可以通过底烟道烟道挡板插入，前端棒可定位在约5英寸至10英尺(例如，到中间的一半)，后端棒可以定位在烟道孔外面几英寸，不必在边缘和长烟道应用周围气密。炉可以包括：长底烟道，该长底烟道在炉腔下方并沿着炉腔长度延伸；或分离烟道。由于布局的原因，分离烟道在床的中间可以具有较慢的速率。在炉的最后结焦(结焦时间最长)的中间获得较大的焦炭。
在某些实施方案中，炉顶温度在整个周期中受到抑制。铸造炉的目标是将炉顶温度保持在SF温度以上大约150°F。通常，炉顶温度开始时较低，然后在整个周期中逐渐升高，并且在周期的最后一天达到峰值。对于鼓风炉，趋势是类似的，但是对于鼓风炉，炉顶温度显著更高。分别参见图14和图15中鼓风和铸造的代表性趋势。鼓风炉炉顶温度通常在装料期间下降到1900°F至2000°F左右，并且在整个周期中缓慢上升，在周期的最后一天达到2400°F至2600°F左右的峰值(对于鼓风几乎总是48小时周期)。在鼓风炉上，控制炉顶温度的一个工具是使用门孔，当相邻的炉被装料时，门孔有时会打开，以便提供炉顶温度的升高。在铸造炉中，在整个周期中保持门孔关闭以降低炉顶温度。由于门孔不足以降低铸造炉中的炉顶温度，因此上升烟道的使用非常不同。上升烟道最初完全打开，然后在周期进行大约一小时时突然关闭至中点。然后在第一次调整后大约两小时将上升烟道再关闭几英寸，并且在该操作之后大约十二小时再关闭几英寸。上升烟道的这种积极的关闭与鼓风炉上的上升烟道使用不同，鼓风炉上的上升烟道通常在前半个周期保持大部分打开，然后逐渐减少。图14和图15分别示出了鼓风炉和铸造炉上升烟道定位的差异。
在某些实施方案中，本文公开的燃烧实践包括用填隙片填入上升烟道。上升烟道的问题中的一个问题是，随着时间的推移，当上升烟道完全关闭时应该存在的2英寸间隙已经侵蚀成4英寸至6英寸间隙，这可能会极大地阻碍减少进入炉的气流的努力。可以向一些铸造炉中添加填隙片，以恢复至2英寸甚至1英寸的间隙。
在某些实施方案中，可以添加具有或不具有控制阀的外部气体共享跨接管(jumpover)。控制阀的位置可在逐个炉的基础上确定，类似于确定SF和门孔的位置。控制阀的使用和位置可以基于哪个炉更需要气体来调整。例如，如果一个炉变得过热，则可以使阀打开更多，以允许更多气体进入相邻炉。然而，如果相邻的炉也过热，则可以关闭阀，并且炉以富炉顶和SF运行，以控制温度(仅用于铸造)。如果一个炉冷却得过快并且相邻的炉较热，则可以将阀打开得更多以允许更多的气体流动。目前，在具有跨接管或其他类似装置(例如，气体共享端口)的炉上，向炉装料提供对其旁边的周期中炉的气体的增强，这可能是需要的或可能不是需要的。
另外，具有控制阀可在各种不同情形下给予燃烧器对气流的更好控制，诸如正常操作、推动延迟、短装料、过度装料、具有进入其他相邻炉中的显著裂缝的炉、具有显著泄漏空气的炉、炉维修等。在推动延迟中，如果炉1被延迟，则阀可以打开以允许来自炉2的更多热，但是然后在装料之后阀关闭以帮助在最需要热的炉1中保存热。在短装料中，如果跨接管朝向CS，阀可以关闭或部分关闭以帮助将气体保持在炉中；或者如果跨接管更靠近推动侧，阀可以打开以允许附加的气体进入相邻的炉中。除了调整SF、门孔和上升烟道之外，这可以帮助平衡SF温度。在过度装料的情况下，阀可以与短装料相反。例如，如果炉2和3之间有显著的裂缝，并且炉2已装料，炉1和2之间的阀以及炉3和4之间的阀可以关闭，以帮助保持那些炉中的热。但是，这可能具有增加通过裂纹的气流并导致裂纹更快侵蚀的不期望的效果。因此，这可以是仅在真正需要时使用的短期解决方案，例如，当与长推动延迟结合时在具有显著泄漏空气的炉中，阀可以在装料之后关闭以帮助积累热，并且当相邻的炉被装料时打开以帮助给出周期中增强。这假设相邻的炉不同时具有大量空气泄漏并且不需要周期中增强。在炉维修时，在相邻炉和空炉之间关闭阀，这可以帮助提高安全性。
在某些实施方案中，对于48小时周期，每两个炉之间可以在当前跨接管所在的地方具有阀或端口，并且这种配置在整个周期中提供足够的控制。然而，对于72小时周期，期望在所有炉上具有带控制阀的跨接管。这将连接所有炉，并且因此控制阀是允许燃烧器控制气体所必需的。其允许炉从其旁边的任何一个炉脱开，具体取决于哪一个炉正在被装料。这假设推动周期将变为每六个炉推动2个运行(类似于MTO)或每三个炉推动1个运行，使得与装料的炉相邻的一个炉将在第二天装料，并且另一个相邻的炉将在第三天装料。这有助于在第三天通过在过冷时允许气体进入炉或在过热时允许气体离开炉来控制炉温度。然而，这种配置不适用于仅具有一个相邻炉的末端炉。在这种情况下，使用阀的复杂性会显著增加，因为燃烧器可以与两个或更多的炉共享气体。这也开启了气体穿过一排炉的可能性。在装料之后，有大量的气体可以释放，但是水可以用于减缓释放。
在某些实施方案中，可以使用各种类型的阀，例如可以用于自动化的蝶阀和滑阀。在某些实施方案中，控制点可以机械地或气动地安置在推动侧的支柱(buckstay)之间，以允许更准确的控制，使得燃烧器可以在调整阀时观察炉。
产率
产率示出为煤粉载荷百分比、煤粉研磨煤化学性质(VM、反应性物质/惰性物质、镜质组分布、流变性)、操作参数(装料吨数、密度、周期时间、筛选、浸泡时间)以及上述之间的相互作用项的函数。
从前述内容可以理解，虽然出于说明目的在本文中描述了本技术的具体实施方案，但是在不背离本技术的精神和范围的情况下可以做出各种修改。此外，在特定实施方案的上下文中描述的新技术的某些方面可以在其他实施方案中组合或消除。此外，虽然已经在那些实施方案的上下文中描述了与本技术的某些实施方案相关的优点，但是其他实施方案也可以展示出这些优点，并且并非所有实施方案都必须展示出这些优点才能落入本技术的范围内。因此，本公开和相关联的技术可涵盖本文未明确示出或描述的其他实施方案。因此，除了所附权利要求之外，本公开不受限制。
结论
本领域的技术人员将明白的是，在不脱离本公开的基本原理的情况下，可以对上述实施方案的细节进行改变。在一些情况下，熟知的结构和功能没有被示出或详细描述，以避免不必要地混淆本技术的实施方案的描述。虽然方法的步骤在本文中可以以特定顺序提供，但是替代实施方案可以以不同的顺序进行这些步骤。类似地，在特定实施方案的上下文中公开的本技术的某些方面可以在其他实施方案中组合或消除。此外，虽然已经在那些实施方案的上下文中公开了与本技术的某些实施方案相关的优点，但是其他实施方案也可以展示这些优点，并且并非所有实施方案都必须展示出这些优点或本文公开的其他优点才能落入本技术的范围内。因此，本公开和相关技术可以涵盖本文中未明确示出或描述的其他实施方案，并且除了所附权利要求之外，本发明不受限制。
在整个公开内容中，除非上下文另外明确指明，否则单数术语“一个”、“一种”和“所述”包括复数指代物。另外，术语“包括”、“包含”和“具有”应被解释为至少包括所述特征，使得不排除任何更多数量的相同特征和/或附加类型的其他特征。
在本文中提及“一个实施方案”、“实施方案”、“一些实施方案”或类似的表述意味着结合该实施方案描述的特定特征部、结构、操作或特征可以被包括在本技术的至少一个实施方案中。因此，在本文中此类短语或表述的出现不一定完全指代相同的实施方案。此外，各种特定特征部、结构、操作或特征可以在一个或多个实施方案中以任何合适的方式进行组合。
除非另外指明，否则说明书和权利要求书中所用的表示重量百分比、浓度、组成的所有数字和其他数值都应被理解为在所有情况下被术语“大约”修饰。因此，除非指明相反，否则在以下说明书和所附权利要求中阐述的数值参数是近似值，它们可以根据本技术寻求获得的所期望的性质而变化。在最低限度并且不试图限制对权利要求书范围的等同范围的原则的应用，每个数值参数均应当至少根据报道的有效数字的数值和通过应用普通四舍五入技术来解读。另外，本文公开的所有范围都应被理解为涵盖其中包括的任何和所有子范围。例如，范围“1至10”包括最小值1和最大值10之间的任何和所有子范围(并且包括端值)，即，具有等于或大于1的最小值以及等于或小于10的最大值的任何和所有子范围，例如5.5至10。
上述公开不应被解释为反映了任何权利要求需要比该权利要求中明确记载的特征更多的特征的意图。相反，如以下权利要求所反映的，发明方面在于少于任何单个前述公开的实施方案的所有特征的组合。因此，该具体实施方式之后的权利要求由此被明确地结合到该具体实施方式中，其中每个权利要求独立地作为单独的实施方案。本公开包括独立权利要求及其从属权利要求的所有排列。
例如，为方便起见，根据下文描述为编号的条款(1、2、3等)的各个方面来展示本技术。这些作为实施例提供并且不限制本技术。值得注意的是，从属条款中任一项都可以以任意组合方式进行组合，并且被放置于相应的独立条款中。
1.一种具有长圆形形状的焦炭，其中所述焦炭的长宽比为至少1.1、至少1.5、至少2.0、至少2.5、至少3.0、至少3.5、至少4.0、至少4.5、至少5.0、至少5.5、至少6.0、至少6.5、至少7.0、至少7.5、至少8.0、至少8.5、至少9.0、至少9.5或至少10.0。
2.如本文条款中任一项所述的焦炭，其中长度在2英寸和18英寸之间、在3英寸和15英寸之间、在4英寸和12英寸之间、或在4英寸和10英寸之间，并且宽度在1.5英寸和5英寸之间、在3英寸和5英寸之间、或在2英寸和4英寸之间。
3.如本文条款中任一项所述的焦炭，其中所述长度为至少2英寸、至少3英寸、至少4英寸、至少5英寸、至少6英寸、至少7英寸、至少8英寸、至少9英寸、至少10英寸、至少11英寸、至少12英寸、至少13英寸、至少14英寸、至少15英寸、至少16英寸、至少17英寸、或至少18英寸。
4.如本文条款中任一项所述的焦炭，其中所述宽度为至少1.5英寸、至少2英寸、至少3英寸、至少4英寸、或至少5英寸。
5.一种由水平炉生产的焦炭产品群组，其中所述群组的至少40％、至少45％、至少50％、至少55％、至少60％、至少65％、至少70％、至少75％、至少80％、至少85％、至少90％、至少95％、至少98％或至少99％具有长圆形形状，其中焦炭的长宽比为至少1.1、至少1.5、至少2.0、至少2.5、至少3.0、至少3.5、至少4.0、至少4.5、至少5.0、至少5.5、至少6.0、至少6.5、至少7.0、至少7.5、至少8.0、至少8.5、至少9.0、至少9.5、或至少10.0。
6.一种由水平炉生产的焦炭产品群组，其中所述群组的至少40％、至少45％、至少50％、至少55％、至少60％、至少65％、至少70％、至少75％、至少80％、至少85％、至少90％、至少95％、至少98％或至少99％具有长圆形形状，其中长度在2英寸和18英寸之间、在3英寸和15英寸之间、在4英寸和12英寸之间、或在4英寸和10英寸之间，并且宽度在1.5英寸和5英寸之间、在3英寸和5英寸之间、或在2英寸和4英寸之间。
7.一种焦炭，其具有大于所述焦炭的实际直径的水力直径(Dh)，其中所述焦炭具有20％和45％之间的焦炭反应性指数(CRI)和5％和60％之间的反应后焦炭强度(CSR)。
8.如本文条款中任一项所述的焦炭，其中所述Dh是至少2英寸、至少2.5英寸、至少3英寸、或至少3.5英寸。
9.如本文条款中任一项所述的焦炭，其中所述CRI小于40％，或在31％和37％之间。
10.如本文条款中任一项所述的焦炭，其中所述CSR在5％和50％之间，或在15％和40％之间。
11.如本文条款中任一项所述的焦炭，其中所述CRI在31％和37％之间，并且所述CSR在15％和50％之间。
12.如本文条款中任一项所述的焦炭，其中当使用具有至少4英寸的尺寸的焦炭作为起始物质时，所述焦炭具有至少60％、至少65％、至少70％、至少75％、至少80％、至少85％或至少90％的4英寸跌落粉碎率。
13.如本文条款中任一项所述的焦炭，其中当使用具有至少4英寸的尺寸的焦炭作为所述起始物质时，所述焦炭具有至少85％、至少90％或至少95％的2英寸跌落粉碎率。
14.如本文条款中任一项所述的焦炭，其中所述焦炭具有：在5％和12％之间、小于10％、小于9.5％、小于9％、小于8.5％、小于8％、小于7.5％、或小于7％的灰分含量；小于1％、小于0.9％、小于0.8％、小于0.7％、小于0.6％、或小于0.5％的硫含量；小于2％、小于1％、或在0.4％和1％之间的挥发性物质(VM)含量；小于15％、小于10％、小于9％、小于8％、小于7％、小于6％、小于5％、小于4％、小于3％、小于2％、小于1％、或在1％和10％之间的水分含量；或至少80％、至少85％、至少90％、或至少95％的固定碳含量。
15.如本文条款中任一项所述的焦炭，其中所述焦炭具有灰色或浅灰色。
16.如本文条款中任一项所述的焦炭，其中所述焦炭在水平炉中制成。
17.如本文条款中任一项所述的焦炭，其中所述焦炭由包含一种或多种类型的煤和焦屑的煤共混物制成，其中所述煤粉在所述煤共混物中所占的重量百分比介于5％与15％之间。
18.如条款17所述的焦炭，其中所述煤共混物具有15％至40％之间、23％至33％之间或20％至24％之间的挥发性物质(VM)。
19.如条款17或18中任一项所述的焦炭，其中所述煤共混物包含反应性组分和惰性物质，所述反应性组分包括镜质组、壳质组和反应性半丝质体，所述惰性物质包括焦炭(包括煤粉)、惰性半丝质体、丝质体、粗粒体和矿物质，其中所述惰性物质在20％和40％之间或在30％和35％之间。
20.如本文条款中任一项所述的焦炭，其中所述镜质组包括V9、V10、V11、V12、V13、V14、V15、V16、V17、V18和V19中的一者或多者。
21.如本文条款中任一项所述的焦炭，其中所述镜质组包括V15、V16和V17，它们的组合占所述共混物的岩相构成的至少30％。
22.如本文条款中任一项所述的焦炭，其中所述煤共混物具有至少200ddpm、在100ddpm和2000ddpm之间、或在200ddpm和1200ddpm之间的流动度。
23.一种制造焦炭的方法，其包括：
制备包含一种或多种类型的煤和焦屑的煤共混物，其中所述焦屑在所述煤共混物中所占的重量百分比介于5％与15％之间；并且
在水平炉中燃烧所述煤共混物以获得高质量的铸造焦炭。
24.如本文方法条款中任一项所述的方法，其中所述煤共混物具有15％至40％之间、23％至33％之间或20％至24％之间的挥发性物质(VM)。
25.如本文方法条款中任一项所述的方法，其中所述煤共混物包含反应性组分和惰性物质，所述反应性组分包括镜质组、壳质组和反应性半丝质体，所述惰性物质包括焦炭(包括煤粉)、惰性半丝质体、丝质体、粗粒体和矿物质，其中所述惰性物质在20％和40％之间或在30％和35％之间。
26.如条款25所述的方法，其中所述镜质组包括V9、V10、V11、V12、V13、V14、V15、V16、V17、V18和V19中的一者或多者。
27.如条款25所述的方法，其中所述镜质组包括V15、V16和V17，它们的组合占所述共混物的所述岩相构成的至少30％。
28.如本文方法条款中任一项所述的方法，其中所述煤共混物具有至少200ddpm、在100ddpm和2000ddpm之间、或在200ddpm和1200ddpm之间的流动度。
29.如本文方法条款中任一项所述的方法，其中所述水平炉包括热回收炉、非回收炉和汤普森炉。
30.一种被配置成在冲天炉中燃烧的焦炭产品，所述焦炭产品具有：
长圆形形状，所述长圆形形状具有至少4英寸的长度和至少1.5英寸的宽度，
其中所述焦炭产品的长宽比为至少2.0。
31.如权利要求30所述的焦炭产品，其中所述长度在6英寸至12英寸之间。
32.如权利要求30所述的焦炭产品，其中所述宽度为至少2.5英寸。
33.如权利要求30所述的焦炭产品，其中所述长度为至少10英寸，并且所述宽度为至少2.5英寸。
34.如权利要求30所述的焦炭产品，其中所述焦炭产品具有至少3英寸的直径。
35.如权利要求30所述的焦炭产品，其中所述焦炭产品具有至少40％的焦炭反应性指数(CRI)。
36.如权利要求30所述的焦炭产品，其中所述焦炭产品具有至少40％的焦炭反应性指数(CRI)和至少10％的反应后焦炭强度(CSR)。
37.如权利要求30所述的焦炭产品，其中所述焦炭产品具有25％至45％之间的焦炭反应性指数(CRI)和至少10％的反应后焦炭强度(CSR)。
38.如权利要求30所述的焦炭产品，其中所述焦炭产品具有至少90％的4英寸跌落粉碎率。
39.如权利要求30所述的焦炭产品，其中所述焦炭产品具有至少85％的2英寸跌落粉碎率。
40.一种由水平焦炉生产的焦炭产品群组，所述焦炭产品群组包括：
铸造焦炭产品，所述铸造焦炭产品具有一
长圆形形状；
至少3英寸的长度；
至少1.5英寸的宽度；
至少2.5的长宽比；以及
至少3.5英寸的直径；
小块焦炭产品，所述小块焦炭产品具有1.5英寸至3.5英寸的直径；以及
碎焦炭产品，所述碎焦炭产品具有0.5英寸至1.5英寸的直径。
41.如权利要求40所述的焦炭产品群组，其中：
所述铸造焦炭产品占所述焦炭产品群组的至少60％；
所述小块焦炭产品和所述碎焦炭产品占所述焦炭产品群组的至少20％。
42.如权利要求40所述的焦炭产品群组，其中所述铸造焦炭产品包含5％至12％之间的灰分含量和小于2％的挥发性物质含量。
43.如权利要求40所述的焦炭产品群组，其中所述铸造焦炭产品包含至少5％的水分含量。
44.如权利要求40所述的焦炭产品群组，其中所述焦炭产品具有至少40％的焦炭反应性指数(CRI)和至少10％的反应后焦炭强度(CSR)。
45.如权利要求40所述的焦炭产品群组，其中所述焦炭产品具有至少90％的4英寸跌落粉碎率。
46.一种制造被配置成在冲天炉中燃烧的焦炭产品的方法，所述方法包括：
制备包含煤和具有至少0.5英寸至1.5英寸的直径的碎焦炭产品的煤共混物，其中所述碎焦炭产品占所述煤共混物的5％至15％；并且
在水平炉中燃烧所述煤共混物以生产铸造焦炭产品，所述铸造焦炭产品具有长圆形形状，所述长圆形形状具有至少4英寸的长度、至少1.5英寸的宽度和至少2.0的长宽比。
47.如权利要求46所述的方法，其中所述煤共混物具有15％至40％之间的挥发性物质(VM)和至少200每分钟刻度盘度(ddpm)的流动度。
48.如权利要求46所述的方法，其中所述铸造焦炭产品还包括：
小块焦炭产品，所述小块焦炭产品具有至少1.5英寸至3.5英寸的直径；以及
碎焦炭产品，所述碎焦炭产品具有至少0.5英寸至1.5英寸的直径。
49.如权利要求46所述的方法，其中所述铸造焦炭产品占所述焦炭产品群组的至少60％，并且所述小块焦炭产品和所述碎焦炭产品一起占所述焦炭产品群组的至少20％。

Claims (20)

1.一种被配置成在冲天炉中燃烧的焦炭产品，所述焦炭产品具有：
长圆形形状，所述长圆形形状具有至少4英寸的长度和至少1.5英寸的宽度，
其中所述焦炭产品的长宽比为至少2.0。
2.如权利要求1所述的焦炭产品，其中所述长度在6英寸至12英寸之间。
3.如权利要求1所述的焦炭产品，其中所述宽度为至少2.5英寸。
4.如权利要求1所述的焦炭产品，其中所述长度为至少10英寸，并且所述宽度为至少2.5英寸。
5.如权利要求1所述的焦炭产品，其中所述焦炭产品具有至少3英寸的水力直径，并且其中所述焦炭产品的所述水力直径大于所述焦炭产品的实际直径。
6.如权利要求1所述的焦炭产品，其中所述焦炭产品具有至少40％的焦炭反应性指数(CRI)。
7.如权利要求1所述的焦炭产品，其中所述焦炭产品具有至少40％的焦炭反应性指数(CRI)和至少10％的反应后焦炭强度(CSR)。
8.如权利要求1所述的焦炭产品，其中所述焦炭产品具有25％至45％之间的焦炭反应性指数(CRI)和至少10％的反应后焦炭强度(CSR)。
9.如权利要求1所述的焦炭产品，其中所述焦炭产品具有至少90％的4英寸跌落粉碎率。
10.如权利要求1所述的焦炭产品，其中所述焦炭产品具有至少85％的2英寸跌落粉碎率。
11.一种由水平焦炉生产的焦炭产品群组，所述焦炭产品群组包括：
铸造焦炭产品，所述铸造焦炭产品具有一
长圆形形状，
至少3英寸的长度，
至少1.5英寸的宽度，
至少2.5的长宽比；以及
至少3.5英寸的水力直径；
小块焦炭产品，所述小块焦炭产品具有1.5英寸至3.5英寸的水力直径；以及
碎焦炭产品，所述碎焦炭产品具有0.5英寸至1.5英寸的水力直径。
12.如权利要求11所述的焦炭产品群组，其中：
所述铸造焦炭产品占所述焦炭产品群组的至少60％；
所述小块焦炭产品和所述碎焦炭产品占所述焦炭产品群组的至少20％。
13.如权利要求11所述的焦炭产品群组，其中所述铸造焦炭产品包含5％至12％之间的灰分含量和小于2％的挥发性物质含量。
14.如权利要求11所述的焦炭产品群组，其中所述铸造焦炭产品包含至少5％的水分含量。
15.如权利要求11所述的焦炭产品群组，其中所述焦炭产品具有至少40％的焦炭反应性指数(CRI)和至少10％的反应后焦炭强度(CSR)。
16.如权利要求11所述的焦炭产品群组，其中所述焦炭产品具有至少90％的4英寸跌落粉碎率。
17.一种制造被配置成在冲天炉中燃烧的焦炭产品的方法，所述方法包括：
制备包含煤和具有至少0.5英寸至1.5英寸的水力直径的碎焦炭产品的煤共混物，其中所述碎焦炭产品占所述煤共混物的5％至15％；以及
在水平炉中燃烧所述煤共混物以生产铸造焦炭产品，所述铸造焦炭产品具有长圆形形状，所述长圆形形状具有至少4英寸的长度、至少1.5英寸的宽度和至少2.0的长宽比。
18.如权利要求17所述的方法，其中所述煤共混物具有15％至40％之间的挥发性物质(VM)和至少200每分钟刻度盘度(ddpm)的流动度。
19.如权利要求17所述的方法，其中所述铸造焦炭产品还包括：
小块焦炭产品，所述小块焦炭产品具有至少1.5英寸至3.5英寸的水力直径；以及
碎焦炭产品，所述碎焦炭产品具有至少0.5英寸至1.5英寸的水力直径。
20.如权利要求17所述的方法，其中所述铸造焦炭产品占所述焦炭产品群组的至少60％，并且所述小块焦炭产品和所述碎焦炭产品一起占所述焦炭产品群组的至少20％。
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