CN1854249A - 冶金焦炭镀碳增强装置 - Google Patents

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Abstract

一种冶金焦炭镀碳增强装置,涉及干熄焦领域,尤其是利用富含甲烷气体为熄焦介质的冶金焦炭镀碳增强装置。该装置是利用红焦显热将熄焦介质中的甲烷分解为氢气和游离碳,游离碳吸附并填充在焦炭表面和焦炭孔隙内,形成致密膜层,覆盖焦炭的外表面,并堵塞焦炭的内部孔隙。该装置有一个整体密封罩,密封罩的前端与红焦受料斗相连,红焦受料斗通过活塞给料机与熄焦镀碳台车相连,熄焦镀碳台车底部为煤气集气箱,熄焦介质由集气箱上部的台车蓖条进入焦炭层,熄焦镀碳台车的车尾下方为冷焦受料斗,冷焦受料斗下方为水封的带式输送机。利用该装置可以降低焦炭反应性、提高冶金焦炭反应后强度。

Description

冶金焦炭镀碳增强装置
技术领域
本发明属于干熄焦领域,尤其是利用富含甲烷气体为熄焦介质的冶金焦炭镀碳增强装置。
背景技术
由于高炉大型化和高炉喷煤量的增加,高炉要求焦炭的支撑骨架作用越来越突出,这就需要焦炉冶炼出高强度焦炭。但是焦炉冶炼高强度焦炭需要大量的主焦煤为原料,而主焦煤属于世界性紧缺的炼焦煤种,无法满足钢铁生产的需要。从现有炼焦煤炭资源状况和未来发展趋势来看,要求进一步拓展炼焦煤资源,尽量采用弱粘煤和动力煤炼焦,但这些煤种炼出的焦炭难以满足高炉对焦炭强度的要求,因此需要开发新型高强度焦炭冶炼技术和焦炭增强技术。
Shigeno等人在美国申请的专利08/5486216中公开了一种利用焦炭表层渗碳的方法提高焦炭强度,该发明详细介绍了利用富含甲烷的气体介质,在高温条件下与焦炭作用,使甲烷分解产生游离碳,游离碳沉积在焦炭孔隙表面,减少焦炭的比表面积,从而达到提高焦炭强度的目的,该发明提出了焦炭渗碳的基本原理和方法,但是没有说明在工业上如何实现这种方法,也没有提出相应的工艺设备。
干熄焦技术属于典型的钢铁工业清洁生产技术,它利用惰性气体在竖炉中穿过红焦层,回收红焦显热,不用水熄焦,降低了环境污染问题和水资源浪费问题,同时,由于红焦在气体冷却过程中的速率远远低于用水冷却的速率,减少了焦炭裂纹,能够在一定程度上改善焦炭的冷强度指标。但是干熄焦在实际运行过程中也存在一些问题,主要集中在以下几个方面:(1)基建投资巨大;(2)对焦炭的热强度改善作用不显著;(3)焦炭在下落过程中,与器壁、气流及焦炭间发生机械摩擦,形成大量粉尘,造成全焦率下降;(4)换热后的高温气流夹带大量粉尘,造成后部设备的磨损严重。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够降低焦炭反应性、提高冶金焦炭反应后强度的冶金焦炭镀碳增强装置。
为解决上述技术问题,本发明冶金焦炭镀碳增强装置包括整体密封罩,密封罩内有一熄焦镀碳台车,罩顶部设有煤气出口管道;密封罩的前端与红焦受料斗相连,红焦受料斗上部与环境相通,下部接活塞给料机,活塞给料机可以在推料槽中做往复机械运动,推料槽通道的出口设有密封挡板,密封挡板下部为斜溜槽,斜溜槽位于熄焦镀碳台车的前端上方,熄焦镀碳台车的台车面由蓖条构成,篦条开有透气小孔,底部为煤气集气箱,煤气集气箱中均匀布置煤气入口管道;熄焦镀碳台车的车尾下方为冷焦受料斗,冷焦受料斗出料口下端有水封槽,水封槽浸没在水下,并与料斗构成水封系统,带式输送机位于冷焦受料斗的下方。
上述熄焦镀碳台车台车面上方设有挡料板,能防止焦炭散落;密封罩内部为浇注耐火材料,外覆满焊钢板;活塞给料机采用耐火材料和耐热铸钢做推头;带式输送机包括带倾角的刮板输送机和链板输送机;煤气出口管道内表面覆有一定厚度的耐火浇注材料。
采用这样结构的装置能够降低焦炭反应性、提高冶金焦炭反应后强度,主要有以下优点:
(1)能够防止熄焦介质的泄露,由于整个系统均在密封罩内运行,在红焦入口处采用挡板密封,保证了熄焦介质在活塞推杆的一个运行周期中的密封效果,冷焦出口采用水封,也解决了熄焦介质的泄露问题;
(2)能够杜绝外界空气的进入,整个系统只有红焦入口和冷焦出口有可能带入空气,由于尾部冷焦出口采用水封,杜绝了空气进入系统,红焦入口处虽然与环境相通,但是,在红焦中碳质燃烧的作用下,将氧化物完全燃烧,因此整个系统可以杜绝空气的进入;
(3)利用富含甲烷的焦炉煤气或天然气等气体作为熄焦介质,甲烷高温分解的游离碳吸附并填充焦炭内外表面,具有显著增加焦炭强度的效果;
(4)利用钢铁工业的焦化生产工序,从焦炉煤气或甲烷气中副产氢气,具有冶金工业的清洁能源转换功能;
(5)采用新型卧式干熄焦装置系统,在熄焦和镀碳过程中,焦炭颗粒间不发生相对运动,大大减少传统干熄焦工艺中焦炭粉尘产生量,减少环境污染,并增加冶金焦率。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明冶金焦炭镀碳增强装置的结构图。
图中:1.红焦受料斗,2.活塞给料器,3.推料槽,4.密封挡板,5.斜溜槽,6.熄焦镀碳台车,7.挡料板,8.集气箱,9.煤气入口管道,10.冷焦受料斗,11.水封槽,12.带式输送机,13.密封罩,14.煤气出口管道。
具体实施方式
在图1中,本装置包括整体密封罩13,密封罩13内有一熄焦镀碳台车6,罩顶部设有一煤气出口管道14;密封罩13的前端与红焦受料斗1相连,红焦受料斗1上部与环境相通,为红焦的入口,下部开口,接活塞给料机2,活塞给料机2可以在推料槽3中做往复机械运动,推料槽3通道为矩形,通道的出口设有密封挡板4,密封挡板4下部为斜溜槽5,斜溜槽5位于熄焦镀碳台车6的前端上方,熄焦镀碳台车6的台车面由蓖条构成,篦条开有透气小孔,底部为煤气集气箱8,煤气集气箱8中均匀布置煤气入口管道9;熄焦镀碳台车6的车尾下方为冷焦受料斗10,冷焦受料斗10出料口下端有水封槽11,水封槽11浸没在水下,并与料斗构成水封系统,带式输送机12位于冷焦受料斗10的下方,熄焦镀碳台车6台车面上方设有挡料板7,能防止焦炭散落;密封罩13内部为浇注耐火材料,外覆满焊钢板;活塞给料机2采用耐火材料和耐热铸钢做推头;带式输送机12采用带倾角的刮板输送机和链板输送机;煤气出口管道14内表面覆有一定厚度的耐火浇注材料,耐火材料外部为无缝管。
整个装置只有一个焦炭入口和一个焦炭出口,一个煤气管道入口和一个煤气管道出口,所有的设备均在密封罩13内。这样,将熄焦介质与环境隔离开。焦化生产过程中的红焦在送入红焦受料斗1时,由于红焦的高温作用,将带入受料斗的空气完全燃烧,当活塞推杆将红焦推入熄焦镀碳台车6时,红焦表面已经没有助燃氧化物质。红焦沿着斜溜槽5进入熄焦镀碳台车6,在焦炭镀碳台车6向前运行过程中,红焦在台车表面形成一定的堆积高度。熄焦介质由管道进入风箱,并以一定的流速从篦条小孔中窜出,进入台车表面堆积的红焦层。红焦具有发达的孔隙结构和很强的吸附能力,熄焦介质通过流动和扩散的形式,由红焦表面进入红焦内部。在合适的温度条件、浓度条件和压力条件下,熄焦介质中的部分甲烷开始分解,形成游离石墨碳和氢气,其中游离石墨碳在红焦孔隙结构中开始沉积,并形成致密膜层,覆盖和堵塞焦炭的外表面和焦炭的孔隙,达到显著降低焦炭反应性和提高冶金焦炭反应后强度的目的,熄焦介质热解产生的氢气随着未反应的气体由煤气出口管道14排出。红焦随着焦炭镀碳台车6不断向前运行,冷的熄焦介质也不断从煤气管道进入风箱,并通过台车篦条小孔,与红焦发生对流换热,最终将红焦温度冷却下来,变为冷焦。冷焦进入台车尾部的受料斗,通过水封,由带式输送机12送出系统。
熄焦镀碳台车6整体在密封罩13内,因此,台车的驱动装置头尾星轮在密封罩13内,而变速机构则在密封罩13外,通过气动密封的方式可以将台车的驱动轴完全密封。熄焦介质在进入台车密封罩13时,整个密封系统采用微正压操作,这样,杜绝了换热后的高温气流夹带大量粉尘的现象。
熄焦介质采用某焦化厂自产的焦炉煤气,其中氢气含量为55~60%,甲烷含量为22~27%,一氧化碳为7~12%,其余为二氧化碳、重烃、氮气和氧气。从焦炉炭化室出来约1000℃红焦通过焦化厂现有的输送设备送入红焦受料斗1,红焦受料斗1的上口尺寸与输送设备相匹配,下口尺寸与活塞推杆机构相匹配,受料斗的高度由预存红焦的量来确定,红焦受料斗1可以预存一部分物料,保证系统运行的连续性,同时,在红焦高温作用下,将红焦带入的少量空气烧尽。红焦在重力作用下由受料斗下口落入活塞推料槽3中,推料槽为矩形,活塞推杆的宽度略小于熄焦镀碳台车6的宽度,推杆的高度根据一次推焦量来确定。活塞推杆采用周期往复式机械运动,红焦在推杆作用下,沿推料槽3进入密封系统。活塞推料槽3末端出口设有转动式密封挡板4。活塞推进时,密封挡板4在推力作用下打开,物料进入推料槽3下方的斜溜槽5,此时活塞和红焦堵塞了上端入料口,防止熄焦介质外窜;活塞收回时,密封挡板4因重力作用自动关闭,防止外界空气窜入熄焦镀碳反应系统。活塞推料槽3出口接有斜溜槽5,斜溜槽5上部与推料槽3出口下沿相连,下部焊接在台车挡料板7侧面上,距离台车面30~50cm。温度为1000℃左右的焦炭从斜溜槽落到熄焦镀碳台车6上,在熄焦镀碳台车挡料板7之间形成堆积高度为60~80cm的焦炭层,并随熄焦镀碳台车6整体水平移动,熄焦镀碳台车6水平移动速度为0.2m~0.4m/min,在这种移动速度条件下,焦炭颗粒之间没有相对运动,有效防止焦炭粉末的产生。焦炉煤气由煤气入口管道9进入煤气风箱,煤气风箱的上部为熄焦镀碳台车6的篦条,在台车的篦条上开有1~3mm的小孔,小孔沿着台车横向方向上均匀分布,每2~3cm有一个。冷的焦炉煤气沿着篦条上的小孔进入焦炭层,与热的焦炭之间发生对流换热,同时,焦炭孔隙中吸附大量的焦炉煤气。在红焦区,焦炉煤气中的甲烷气体在高温作用下发生分解,生成游离石墨碳和氢气,游离石墨碳在焦炭孔隙中沉积,并形成一层致密的碳膜。氢气在流动、扩散和传质作用下,由焦炭内部进入煤气中,并随着煤气一起沿煤气出口管道14流出,由于煤气出口管道14在密封罩的前端,受红焦热辐射的作用,煤气出口管道14的温度650~700℃之间。随着焦炭镀碳台车6载着焦炭不断向前运行,冷煤气与焦炭之间不断发生对流换热,焦炭温度逐渐降低,当焦炭温度低于750℃时,焦炉煤气中的甲烷分解速度降低,焦炉煤气与焦炭之间的相互作用仅表现为对流换热,焦炭温度不断降低,在台车的尾部达到工艺要求的温度。这时,焦炭进入冷焦受料斗10,冷焦受料斗10的上部与焦炭镀碳台车6尾部相连,下部浸入水中,并与水中的刮板机相连,冷焦炭经过水封,通过水冷,进一步降低焦炭温度,同时,焦炭的孔隙中填充大量水分,将孔隙中的焦炉煤气置换出来,经过水封的焦炭,由刮板机送出系统。
根据焦炭温度制度的变化,整个工艺在台车长度上可以分为镀碳区和干熄区,两个区域的分配比为1:3。焦炉煤气的供气制度也可以分为两个区域,镀碳区和干熄区,在镀碳区使用的是原始焦炉煤气,在干熄区采用的是循环焦炉煤气,原始焦炉煤气与循环焦炉煤气分别占总气量的20%和80%。这两部分气体从一个煤气出口管道14排出,一部分经冷却除尘后送给用户,另一部分采用冷却除尘后循环的方式送回系统。

Claims (6)

1、一种冶金焦炭镀碳增强装置,其特征在于:包括整体密封罩(13),密封罩(13)内有一熄焦镀碳台车(6),罩顶部设有煤气出口管道(14);密封罩(13)的前端与红焦受料斗(1)相连,红焦受料斗(1)上部与环境相通,下部接活塞给料机(2),活塞给料机(2)可以在推料槽(3)中做往复机械运动,推料槽(3)通道的出口设有密封挡板(4),密封挡板(4)下部为斜溜槽(5),斜溜槽(5)位于熄焦镀碳台车(6)的前端上方,熄焦镀碳台车(6)的台车面由蓖条构成,篦条开有透气小孔,底部为煤气集气箱(8),煤气集气箱(8)中均匀布置煤气入口管道(9);熄焦镀碳台车(6)的车尾下方为冷焦受料斗(10),冷焦受料斗(10)出料口下端有水封槽(11),水封槽(11)浸没在水下,并与料斗构成水封系统,带式输送机(12)位于冷焦受料斗(10)的下方。
2、按照权利要求1所述的冶金焦炭镀碳增强装置,其特征在于:熄焦镀碳台车(6)台车面上方设有挡料板(7),防止焦炭散落。
3、按照权利要求1所述的冶金焦炭镀碳增强装置,其特征在于:密封罩(13)内部为浇注耐火材料,外覆满焊钢板。
4、按照权利要求1所述的冶金焦炭镀碳增强装置,其特征在于:活塞给料机(2)采用耐火材料和耐热铸钢做推头。
5、按照权利要求1所述的冶金焦炭镀碳增强装置,其特征在于:所述的带式输送机(12)包括带倾角的刮板输送机和链板输送机。
6、按照权利要求1所述的冶金焦炭镀碳增强装置,其特征在于:煤气出口管道(14)内表面覆有一定厚度的耐火浇注材料。
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