处理和间接地冷却焦炭的方法和装置 发明的领域
本发明大体上涉及用一环境上有利的方式来处理焦炭的一系统，它能基本上消除推动和骤冷期间的排放，尤其是涉及一焦炭盒和运载架，它从炉中接收热焦炭，将焦炭输送到一间接冷却工位并且当冷却时，用一成本上有利的方式将焦炭块输送到一环境上安全的接收工位，并在此工位排出焦炭。
发明的背景
在传统的炼焦炉中，煤炭被加热到大约2000°F.大约20～40小时，以排出所有的挥发气体和其它材料，它们占煤炭重量的大约30％。然后将仍然热并在燃烧的焦炭从炉中推出，使之骤冷来冷却，并且放置到一装卸工位上，以用适当的运输设备来运走。在推动和骤冷两者的过程中，未控制的排放对环境是极为有害的和非常不利的，并且应当尽可能地消除。还应当认识到传统上的推动排放控制与骤冷排放控制都是独立的系统，并且可以具有其一而没有另一。事实上，由于炼焦炉的寿命和这种设施的极大的开销，在北美地区尚无带有有效环境控制的商业上的干燥骤冷系统。在欧洲，大多数炼焦炉需要具有干燥骤冷系统并且在世界范围内考虑的所有新的炉子对焦炭必需利用干燥骤冷。
在如上所述的北美所使用类型的典型的炼焦系统中，热的焦炭被从炉子中推出并且掉落到将热的焦炭输送到一加湿骤冷工位的一轨道车辆或其它合适的运载架上。将理解特别是热焦炭的掉落，将产生大量的颗粒物并且焦炭还产生进一步的燃烧，直到焦炭被骤冷熄灭。加湿骤冷使用数千加仑的水，大部分水转化为蒸汽并且立即消失到大气中。蒸汽带起有害于环境的许多化学物质并且将它们释放到大气内。
加湿骤冷的一替换方式是干燥骤冷并且近来已经被采用和/或者在某些国家是必需的。在干燥骤冷中，一轨道车辆装载一盒子，其收集从炉子落下的焦炭。容纳有热的并且仍然燃烧的焦炭的盒子然后被带到一高的筒仓处，被提升到筒仓的顶部并且再将焦炭落下，此时是落入筒仓内。然后通过经焦炭向筒仓内输送惰性气体来冷却焦炭。在某些情况下来自惰性气体的热量被回收和用作其它目的。但是，回收的热量的价值很少能偿还这种干燥骤冷系统的极高的资金成本和操作开销。
这种干燥骤冷系统的另一严重缺陷是当焦炭本身靠自重从筒仓的顶部向筒仓的底部掉落时会遭受磨损。这会降低有用焦炭的产量。对于炼钢和铸造工业有用的焦炭必需为大块的形式。在冷却过程中由焦炭的物理操作和分解所产生的小颗粒或焦炭“渣”很少有价值。
在所有上述情况中，抑制当焦炭掉落和从一个地方移动到另一地方时所产生的污染的成本非常高。在过去，已提出许多类型的推动排放控制系统来抑制这种污染。但是，仍然有大量的这种系统需要被取代，因为它们不能满足日益严格的环境要求。确实，目前在用的许多系统并不满足环境标准，但仍然允许其操作，因为关闭它们将具有一潜在的严重的负面商业冲击。此外，由于目前所能得到的技术有限，在适当的地方环境标准被不必要地降低了，因此需要用环境上更有利和可靠的标准来替换。另外，事实上所有现有系统的安装和操作都极为昂贵。
还应当认识到商业上操作的炼焦炉必需具有将焦炭从一个地方运输到另一地方的后备设备，即使它们的环境控制系统不起作用或者正被修理。这是因为炉子本身必需持续地操作，即使没有适当地运行的环境控制来处理和冷却焦炭。这当然对环境也是负面的影响。
发明的概述和目的
根据本发明的处理和间接地冷却焦炭的改进的方法和装置基本上消除了其它系统所存在的所有问题，其方法仅仅是一开始就不产生这样的问题。而是，热焦炭从来不暴露给大气，绝不受到物理干扰，并且总是保持如其在炉子中时的原始的“块状”形式，即使在其被干燥冷却和然后放置到焦炭装卸工位上后，仍然保持其原始的“块状”形式。可以理解的是本发明的焦炭处理和间接冷却系统将具有一实质上的投资收益，而其它系统需要很大的资金，没有资金偿还能力，具有非常高的操作成本，并且没有所希望的可靠性。另外，传统的系统由于其趋于降低产出，因此尽管传统系统能带来收入，也将继续减少其使用，而本发明的系统可期望显示出非常积极的经济效果。
本发明的改进的环境上安全的和成本上有效的焦炭处理和间接冷却系统使用一焦炭盒，该焦炭盒具有大致为炼焦炉的尺寸与形状的一内部。在推动过程中被有效地密封到炼焦炉上的该盒在推动和冷却循环的过程中最好被流动的水覆盖。一运载架将盒子移动到一冷却架上并且将盒子放置到架子内。然后运载架移向一相邻的冷却了的盒子，将其从冷却架上移开，将盒子运输到一环境上安全的接收工位并且将焦炭从盒子排出到接收工位上。本发明的方法与装置在环境上是有利的，能改善焦炭的质量，改善每一推动的产出并增大焦炭的尺寸，这也是一优点。本发明还具有降低焦炭在炉子内所耗费时间的潜力，从而增大炼焦炉的产出。另外，还具有当在盒子内冷却时处理焦炭的潜在可能性，以进一步改善焦炭的质量。
还应当认识到许多已有的炉子是在非常局限的区域内并且没有用于优选类型的一冷却架的空间，在这些情况中必需使用加湿骤冷。本发明对于现有的推动排放系统是一巨大的改进，其中现有的系统可能需要大的布袋收尘室、大的抽风机、大的排气管道和用于每一炉子的专用阀。所有这些系统的建造和维护都非常昂贵并且它们本身产生污染。此外，当进行推动时，这些系统不如本发明的系统那样在环境上有效。另外，在此所公开的优选系统更可靠。例如，本发明的系统不是一固定的系统。其提供额外的运载架和焦炭盒来进行离线修理与维护，而固定式系统则没有，使得当需要修理与维护时不能操作。本发明的系统还产生较高的产出，因为热的焦炭不是被扔下。相反，其将是滑下，这就极大地接触到一接收表面上并且由此大大地降低颗粒物的排放。为了进一步减少这些排放，可以增加一接收滑槽。此外，由燃烧造成的焦炭损失，即使当需要加湿骤冷时，将只是用传统的推动排放系统所具有的损失的一小部分。
即使在缓慢的干燥冷却不可能的那些情况下，并且加湿骤冷成为唯一的选择时，也可以“缓慢地”加湿骤冷热的焦炭。相反，使用一传统骤冷塔的加温骤冷必需在仅1或2分钟内完成，因为保持热焦炭的骤冷车必需继续循环并且快速地返回到炼焦炉。结果，几乎不可能抑制由数千加仑的水所产生的巨大量的蒸汽和相应的污染物，其中这些水是用来快速地骤冷热焦炭。但是，通过使用本发明的焦炭盒与运载架来将热焦炭输送到带有两个装卸工位的一接收工位，其中在接收盒的每一侧具有一个装卸工位，可以获得“缓慢地”加湿骤冷热焦炭长达20分钟，并且从炉子仍然保持10分钟的推动周期。这样，提供高达10分钟的“缓慢”加湿骤冷热焦炭，将能抑制传统的骤冷污染物的一非常高的百分比，即使当带有本发明的所有附加优点的缓慢的干燥间接冷却不是可选对象时。
通过参照附图阅读本发明的一优选实施例的下列描述，本发明的这些和其它特征及优点将更加显而易见。
附图的简要描述
图1是表示一炼焦炉组、冷却架和接收工位的总体布置的一示意性透视图，其中接收工位与本发明的焦炭盒和运载架相连；
图2是图1中所示的焦炭盒运载架的入口端的一小的透视图；
图2a是图2的大致在圆圈A内的部分的一放大的局部透视图，表示驱动焦炭盒进出冷却架和盒如何在图1和2的运载架内前后运动的机构；
图3是图1中所示的焦炭盒和运载架的相对端的一小的透视图；
图3a是图3的大致在圆圈A内的部分的一放大的局部透视图，表示用来将焦炭从焦炭盒推入接收工位的机构；
图4是比图1大一些的一示意性透视图，表示运载架在接收工位，其中推动机构处于操作位置并且焦炭被推入接收盒内；
图5是类似于图4的图，表示运载架离开接收工位，其中推动机构被转动到输送位置，并且接收盒在一倾斜的位置，一焦炭块滑出接收盒到焦炭装卸工位上；
图6是焦炭盒和运载架的一示意性透视图，其中一变型的推动机构被支承到其本身的运载架上；
图7是图6的焦炭盒、运载架和推动机构的一侧视图，表示焦炭被从焦炭盒推到一接收装卸工位上；
图8是类似于图4的一图，表示在焦炭装卸工位的接收表面上的多个喷水口；
图9是类似于图5的一图，表示附加有多个喷水嘴，其向下朝向焦炭装卸工位的接收表面上的焦炭块；
图10是比图4大一些的焦炭盒和运载架的从相对端观看的一示意性透视图，表示焦炭被推到一变型的接收滑槽上，如果需要的话，该滑槽被设置在多个喷水嘴下，以加湿骤冷焦炭；和
图11是类似于图6的焦炭盒和运载架但从相对端观看的另一示意性透视图，表示焦炭被从焦炭盒的相对端推入一变型的接收工位内，该接收工位位于运载架轨道的与炼焦炉相对的那一侧。
虽然本发明是结合某些优选实施例和过程描述与披露的，但不意将本发明局限于这些特定的实施例。而应当覆盖例如落入在此公开的本发明的实质与范围之内的所有这种变型实施例和修改。
优选实施例的详细描述
现更具体地参照附图，本发明包括一运载架100，其包括支承在轨道轮2上的一主架结构1，所述的轨道轮2在地面轨道3上滚动，其中地面轨道3精确地设置在一炼焦炉组103前。轨道3也用来将运载架100上的一焦炭盒8移动和定位到炼焦炉103之一、一冷却架104和一接收工位105前面。地面轨道3保持运载架100离炉子103适当的高度和距离。运载架100的横向位置由其它合适的装置控制，以沿轨道3有选择地移动运载架。本领域的普通技术人员应当明白，在焦炭从炉子被推入盒子8内之前，在图1中由18所示意地表示的一门机构用来从炼焦炉103取下门，并且在推入后重新合上门。本发明无论是采用还是不采用作为运载架100的一整体部分的门机构18，都可工作。
正如图4和5所最好地示出的，主架结构1装载一大的水箱5，该水箱带有一泵和通向在盒子8之上的框架结构1的顶部的一垂直管子6。管子6被连接到一水平管子7上，该水平管子在热的焦炭盒8的顶部上分配水，使水流下到盒子8上，冷却盒子和热的焦炭内部。然后水被排回到箱子5内并且被循环。
焦炭盒8具有两个门。在盒子8的前面是一下落门10，而在后面是一摆动门11。当关闭时，两个门10和11都紧密地密封到盒子8的相应前端和后端上。在盒子8后部的门11最好具有一单向出口12，其允许在推动后一定周期的时间内由焦炭仍然能释放的挥发性气体排出和被点燃。应当理解被点燃的气体基本上完全燃烧了，因而对环境无害。此外，由于在推动过程中没有排放会逸出，并且在盒子内可继续进行一些炼焦，因此可以利用焦炭在炉子内的时间的减小来增大炉子的产量。
在盒子8前面的下落门10由连接到主架1上的致动臂38打开和关闭，并且由气缸39控制。下落门10最好包括定位槽49，并且当盒子8移动到抵靠炉门旁柱22或接收盒旁柱36的位置时，门致动臂38将以在相应的门旁柱上的合适的定位突起来引导下落门槽49。然后可根据需要打开和关闭门10。当焦炭盒8缩回到主架1内时，致动臂38被回转足够的程度，以当运载架在炉子103前的轨道3上行驶时避开门机构18。
如图3A所示，焦炭盒8最好具有4组轨道轮。外组13和内组14两者允许盒子8在设置于盒子8下的一驱动气缸15(参见图2A)的作用下在运载架框架1内的一对轨道4上前后自由运动。如前所述，希望运载架100能够越过位于炉子103前的一长形架19上的门机构18。所以，在距炉103表面至少六英尺处必须推回盒8。
当由物件16、17、24、25、26、40和41构成的一“龙舌”20有选择地向图1中所示的炉子103、冷却架104或接收工位105之任一前进时，或者向图10中所示的一变型的接收滑槽58前进时，在盒子8上的前外组车轮13设置在主架箱轨道4的支承件之外。但是，“龙舌”20不是被设计来支承进出运载架100的外壳地运行的一垂直载荷。因此，内组车轮14需要支承盒子8。
驱动气缸15最好被连接到一驱动结构17上，该结构包括一锁止气缸40和锁止到盒子8上的一盒子锁16。当盒子锁16在位时，致动器15控制盒子8相对于主架1的前后运动。在接收和排出焦炭的过程中，当盒子锁16在位时，“龙舌”20也用来向驱动气缸15传递水平力。
应当理解，当盒子锁16在位时具有三个基本的盒子8的位置。第一，当驱动气缸l5完全缩回时，盒子8被牵拉到运载架100内。当运载架100运动时使用该位置并且允许盒子8和运载架100自由地越过门机构18。第二个位置使得盒子8和其相应的盒子密封件紧紧地抵靠到炉门旁柱22上，处于接收从炉子103推出的焦炭的位置。当盒子8抵靠到接收工位旁柱36上时，也使用该位置。当驱动气缸15完全伸张时产生第三位置。这将盒子8定位在冷却架104上，此处一举升气缸25克服一冷却架反作用板55而伸张，从而迫使一驱动滚筒24抵靠到盒子8上。然后解开锁16，并且一驱动马达26和滚筒24向前驱动盒子8进入支架104内。当被冷却的盒子8从支架104拉回到运载架100内时，操作过程相反。为了支承“龙舌”20，而不意支承盒子8的重量，两组滚筒35设置在主架1的端部并且与“龙舌”20上的一支承轨道41的相对侧啮合。在冷却架104上设有支承轨道37。
在接收工位时，两个门10和11都打开并且冷却的焦炭可以由一推杆28从任一方向推出。推杆28或者是如图1、3～5和8～10所示的运载架100的部件，或者是如图6、7和11所示独立的并且位于运载架任一端的部件。在优选实施例中，推杆28被连接到运载架100的后部并且焦炭可以在任何位置方便地推出。应当理解如果推杆28刚性地固定到运载架100上，则可以使运载架100的长度和操作运载架所需的区域差不多增大一倍。按照本发明，通过相对于运载架100的主架1转动推杆28和推杆驱动结构2990度或更大，可以取消该额外的工作空间，其中推杆驱动结构29包括推杆支承滚筒48、一推杆驱动马达51、齿条52、小齿轮53和90度驱动小齿轮54，而运载架1则带有一推杆驱动结构转动缸42。
进一步根据本发明，当推杆驱动结构29转动时，其最好打开在盒子背后上的密封门11。这是通过转动地安装在推杆驱动结构29上的两个推臂30来完成的。推臂30进而接触和推动安装在装载后门11的盒子上的两个弹簧加载的臂31。当推杆驱动结构29被转动时，就克服将门紧紧地关闭的弹簧33。两个弹簧加载的臂31将门11保持在两个门中央安装轴承32上，其中一个在顶部，另一个在底部，当门被关到盒子8的后部时，这些轴承向门11均匀地施加力。当然可以理解，可变化的是门11也可用独立的装置来打开，当如图6、7和11所示独立地安装推杆28时，将提供这种独立的装置。
在接收工位105，随着从炉子103中推出焦炭，如上所述打开前门10。然后当推杆28位于图4中所示位置时，可以推动热的或冷却的焦炭块进入接收盒34内。推杆28然后缩回并且如图5中所示转开，并且弹簧33关闭门11。当运载架100向下一炉子103运行时，前门10可保持打开，以接收从炉子推出的新加入的热焦炭。
在接收冷却的焦炭后，转动装卸工位接收盒34，并且仍然为“块状”形式的冷却焦炭27就滑出到焦炭装卸工位43上，并将有效地保持其块状形式。该过程具有一附加的优点。然后用合适的光学或其它检测设备来分析冷却焦炭27，这能显示各炉子103与冷却架104的每一区域是如何操作的。在进行下一次推动时，接收盒34可转动到相对侧，以提供附加的装卸能力和对与相应的炉子103和冷却架104的相对侧接触的焦炭进行分析的能力。在所示例子中，装卸工位接收盒34用滚筒45安装在前部，其中滚筒45用一滚筒框架结构46支承。在背后，其用一中央安装的轴承47支承，所述轴承47承受垂直与水平力。最好是，装卸工位接收盒34可通过安装在装卸工位43上的两个倾斜缸44在每一方向转动120度或更多，或者也可以用其它动力驱动的转动装置来转动。
在具有能受益于该布置的特殊环境的情况中，独立于焦炭盒运载架100安装一推杆28也是本发明的意图。这样的一种可替换的布置表示在图6和7中，其中推杆28被安装在由轨道啮合轮110支承的一独立的运输机构或运载架107上，所述的轨道啮合轮骑靠在平行于轨道3设置的一对轨道106上，其中轨道3支承焦炭合运载架100。而且，具有焦炭必需被排出到一装卸工位109上的时候，该装卸工位109将允许由一装载机拿起焦炭并将其放置到运输卡车上而不是放置到在装卸工位旁的输送带上。这要不可通过安装在运载架100上的一推杆28来进行，要不可通过独立地安装在一输送机构107上的推杆来进行，其中输送机构在独立的轨道106上行驶。图6表示在从盒子推出焦炭前推杆28的位置，图7表示基本上伸入焦炭盒内以将焦炭推出到装卸工位109上的推杆28。
在某些情况中也可能需要或希望补充或者甚至用加湿骤冷焦炭装卸工位43的表面上的焦炭来替换在冷却架104内对焦炭的间接冷却。为此，可以如图8中所示在装卸工位8的表面内凹入设置多个喷水口50，以如图9中所示向上穿透焦炭“块”27地喷射冷却水。另外，也如此处所示，焦炭“块”的上表面也可以用多个喷水嘴52喷射冷却水，其中喷水嘴52由安装在装卸工位43上的一管子或歧管51供给水。
由于炼焦设施的物理布置和其它空间限制，可能希望从焦炭盒8排出焦炭“块”57，并且将焦炭“块”57从其大致垂直的位置转换为一大致水平的方位。如图10中所示，本发明通过被固定到焦炭盒8上的一过渡滑槽58来实现这种类型的排出，从而接收被推杆28推出的焦炭“块”57并且将“块”57转换大约90度，从而其大致水平地从滑槽58的排出端56排出。将可理解这种类型的排出滑槽58可以用来在焦炭“块”在冷却架104内被冷却后重新调整焦炭“块”，或者可替换的是，焦炭可以通过安装在焦炭“块”57上的一输送歧管上的合适的喷水嘴54来加湿骤冷，其中焦炭“块”57位于排出滑槽58的开口滑动部分56上。
由前述可以看出已经提供了用于处理和间接地冷却焦炭的一新型方法与装置，其能达到前述的目的。当由于空间上的考虑而需要时，可以使用加湿骤冷来补充或替换间接冷却架。除了此处具体示出和描述的外，实施例的各种其它修改对于本领域的普通技术人员来说是显而易见的，尤其是当依照本发明的教导时。本发明不应当被解释为局限于在此所示出和描述的具有实施例，而是还应包括这样的替换方式。