具有整体式冠的水平热回收焦炉的制作方法

本申请要求2014年6月30日提交的美国临时专利申请号62/019,385的优先权权益，此文献的公开内容整个地通过引用并入本文。

技术领域

本技术总体上涉及预制的整体式几何形状在水平热回收焦炉、无热回收焦炉以及蜂窝式焦炉中的使用，例如整体式冠在水平焦炉中的使用。

背景技术：

焦炭是在钢的生产中用于熔融和还原铁矿石的固体碳燃料和碳源。在一种被称为“汤普森炼焦工艺(Thompson Coking Process)”的工艺中，通过将粉煤批量供给至炉而生产出焦炭，所述炉被密封且在严密受控的大气条件下在24至48小时的时间内被加热至非常高的温度。炼焦炉已被使用许多年，以将煤转化为冶金焦炭。在炼焦工艺中，在受控的温度条件下加热经过精细碾碎的煤，以便除去煤内的挥发成份并形成具有预定孔隙率和强度的焦炭熔融物质体。由于焦炭的生产是批量工艺，所以多个焦炉同时操作。

煤颗粒在加热过程中所经历的熔融和熔合过程是炼焦的重要部分。煤颗粒变成熔融物质体的过程中的熔融程度和同化程度决定了所生产的焦炭的特性。为了由特定的煤或煤混合物生产最强的焦炭，则反应剂与煤中的惰性存在物之间存在最佳比率。焦炭的孔隙率和强度对于矿石精炼工艺而言是重要的并且取决于煤源和/或炼焦方法。

将煤颗粒或煤颗粒的混合物填入到热炉中，并且在炉中对煤进行加热以便从所产生的焦炭中去除挥发性物质(“VM”)。炼焦工艺在很大程度上取决于炉的设计、煤的类型以及所使用的转化温度。通常，在炼焦工艺过程中对炉进行调节，从而使得每次填入的煤在大约相同的时间量内被炼成焦炭。一且煤“被炼成焦炭”或被完全焦化，则从炉中去除焦炭并用水对其进行骤冷以将其冷却到其点火温度以下。可选地，用惰性气体对焦炭进行干式骤冷。骤冷操作也必须受到仔细控制，从而使得焦炭不会吸收太多的湿气。一旦对其进行骤冷，则对焦炭进行筛选并将其装载到轨道车或卡车中以便进行运输。

由于煤被供给到热炉中，所以许多煤供给工艺是自动化的。在狭槽型或立式炉中，煤通常通过炉顶部中的狭槽或开口被填入。此类炉子往往高而窄。还使用水平无回收或热回收型炼焦炉来生产焦炭。在无回收或热回收型炼焦炉中，使用输送机将煤颗粒水平地输送到炉中以提供细长的煤床。

由于适合于形成冶金用煤(“炼焦煤”)的煤源已经减少，所以已经尝试将脆煤或低质量煤(“非炼焦煤”)与炼焦煤混合来为炉提供合适的煤料。组合非炼焦煤和炼焦煤的一种方式是使用被压紧的煤或捣固煤。煤可以在处于炉中之前或之后被压紧。在一些实施例中，将非炼焦煤和炼焦煤的混合物压紧至大于50磅/立方英尺的程度，以便在焦炭生产工艺中使用非炼焦煤。随着煤混合物中的非炼焦煤的百分比增加，所需要的煤压紧水平也越来越高(例如，高达约65至75磅/立方英尺)。在商业上，煤通常被压紧至约1.15至1.2比重(sg)或约70-75磅/立方英尺。

基于水平热回收(“HHR”)炉内的相对操作大气压条件，HHR炉相对于化学副产物炉具有独特的环境优势。HHR炉在负压下操作，而化学副产物炉在稍微高于大气压的正压下操作。两种炉类型通常由耐火砖和其它材料构成，其中产生基本上气密的环境可能是一个挑战，因为在日常操作期间在这些结构中可能形成小裂缝。将化学副产物炉保持在正压下，以避免氧化可回收产物且避免过度加热炉。相反地，将HHR炉保持在负压下，从炉外部吸入空气以氧化煤的VM并释放炉内的燃烧热。重要的是使挥发性气体向环境的释放最小化，因此，化学副产物炉中的正大气条件和小开口或裂缝的组合使得原始焦炉气体(“COG”)和有害污染物泄漏到大气中。相反地，焦炭设备中的HHR炉或别处的位置中的负大气条件和小开口或裂缝仅仅使得额外的空气被吸入到焦炭设备中的炉或其它位置中，从而使得负大气条件抵制COG向大气的释放。

HHR炉传统上不能将其操作(例如，它们的焦炭产量)调低为显著低于其设计容量，而没有潜在地损坏炉。这种约束与炉中的温度限制有关。更具体地，传统的HHR炉至少部分地由硅砖制成。当建造硅炉时，在炉冠中的砖之间放置可燃间隔件以允许砖膨胀。一旦炉被加热，间隔件被燃烧掉，并且砖膨胀成相邻。一旦HHR硅砖炉被加热，就不允许它们降低至硅砖热体积稳定的温度以下，在高于硅砖热体积稳定的温度的温度下，二氧化硅通常是体积稳定的(即不膨胀和收缩)。如果砖降低至此温度以下，则砖开始收缩。由于间隔件已经被燃烧尽，所以传统的冠在冷却时可以收缩高达几英寸。这是冠砖开始移位和可能塌陷的潜在的足够运动。因此，必须维持炉中足够的热量以将砖保持在热体积稳定的温度以上。这就是为什么已经声明HHR炉永远不能关闭的原因。因为在低的钢和焦炭需求的时段期间，炉不能被显著调低，所述焦炭生产必须持续。进一步地，可能难以在加热的HHR炉上进行维护。焦炉系统的其它部分可能遭受类似的热限制和/或结构限制。例如，在炉底板下面运行的底烟道的冠可能塌陷或以其它方式遭受炉底板的起伏、地面沉降、热循环或结构循环，或者其它疲劳。这些应力可能导致底烟道中的砖移位和脱落。

技术实现要素：

提供本发明内容以便以前化形式介绍在以下具体实施方式中进一步描述的一些构思。本发明内容和前述背景技术并不旨在确定所要求保护的主题的关键方面或必要方面。此外，本发明内容也并不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。

本技术的一个实施例涉及一种焦炉室，其包括：炉底板、前端部分和与前端部分相对的后端部分。第一侧壁和第二侧壁在前壁与后壁之间从底板竖直向上延伸。冠被定位在底板上方并且从第一侧壁横跨到第二侧壁。至少部分地由热体积稳定的材料形成并且在第一侧壁与第二侧壁之间具有多个相邻通路的底烟道被定位在炉底板下方。

在一些实施例中，底烟道包括由多个底烟道壁部段形成的至少一个底烟道壁。底烟道壁部段使用一个或多个互锁的协作特征彼此联接。在各种实施例中，一个或多个阻挡壁部分与至少一个底烟道壁联接并从其大致横向延伸。在另一个实施例中，至少一个大致J形的拱部分横跨至少一个底烟道壁的端部部分与底烟道端壁之间的间隙。底烟道的另外的其它实施例包括具有后表面和相对的曲线形或凹形的前表面的至少一个底烟道角落部分，所述后表面被成形为接合多个相邻通路中的至少一个的角落区域。在此类实施例中，底烟道角落部分可以被定位成引导流体流过角落区域。

在本技术的各种实施例中，焦炉室包括延伸穿过第一侧壁和第二侧壁中的至少一个的下降通道。在此类实施例中，下降通道被放置成与炉室和底烟道开放式地流体连通。本技术的各方面为下降通道提供了各种几何形状的横截面。在一些实施例中，下降通道由多个通道块形成，所述多个通道块具有穿透通道块的通道。在一些实施例中，一个或多个下降盖与至少一个下降通道的开口联接。在一些此类实施例中，下降盖包括插塞，所述插塞被成形为接收在穿透下降盖的进入开口内。

在考虑本文的具体实施方式和附图之后，本发明系统和方法的这些和其它方面将是显而易见的。然而，应当理解，本发明的范围将由所公布的权利要求书来确定，而不是由给定主题是否涉及背景技术中提到的任何或所有问题或包括本发明内容中所述的任何特征或方面来确定。

附图说明

图1A是根据本技术的实施例构造的水平热回收焦炭设备的一部分的等距局部剖视图。

图1B是根据本技术的实施例构造的水平热回收焦炉的底烟道部分的俯视图。

图1C是与图1B中所示的底烟道一起使用并且根据本技术的实施例构造的整体式冠的前视图。

图2A是根据本技术的实施例构造的具有整体式冠的焦炉的等距视图。

图2B是根据本技术的实施例的在收缩构造与膨胀构造之间移动的图2A的整体式冠部的前视图。

图2C是根据本技术的进一步的实施例构造的用于支撑整体式冠的炉侧壁的前视图。

图2D是根据本技术的进一步的实施例构造的用于支撑整体式冠的炉侧壁的前视图。

图3是根据本技术的进一步的实施例构造的具有整体式冠的焦炉的等距视图。

图4A是根据本技术的更进一步的实施例构造的具有整体式冠的焦炉的等距视图。

图4B是根据本技术的进一步的实施例构造的图4A的整体式冠的前视图。

图5A是根据本技术的实施例构造的水平热回收焦炉的底烟道部分的等距局部剖视图。

图5B是与图5A中所示的底烟道一起使用并且根据本技术的实施例构造的底烟道壁的一部分的等距视图。

图5C是与图5A中所示的底烟道一起使用并且根据本技术的实施例构造的阻挡壁部分的等距视图。

图5D是与图5A中所示的底烟道一起使用并且根据本技术的实施例构造的底烟道壁的另一部分的等距视图。

图5E是与图5A中所示的底烟道一起使用并且根据本技术的实施例构造的具有流体通道的外底烟道壁部分的等距视图。

图5F是与图5A中所示的底烟道的一起使用并且根据本技术的实施例构造的具有开放流体通道的另一外底烟道壁部分的等距视图。

图5G是与图5A中所示的底烟道一起使用并且根据本技术的实施例构造的底烟道角落部分的等距视图。

图5H是与图5A中所示的底烟道一起使用并且根据本技术的实施例构造的拱支撑件的等距视图。

图6是根据本技术的实施例构造的水平热回收焦炉的整体式冠底板和底烟道部分的局部等距视图。

图7是示出了调低水平热回收焦炉的方法的框图。

具体实施方式

本技术总体上涉及具有整体式冠的水平热回收焦炉。在一些实施例中，HHR焦炉包括横跨相对的炉侧壁之间的炉的宽度的整体式冠。此整体件作为单个结构在加热时膨胀并且在冷却时收缩。在进一步的实施例中，冠包含热体积稳定的材料。在各种实施例中，整体件和热体积稳定的特征可以组合使用或单独使用。这些设计可以允许将炉调低到传统上可行的温度以下，同时保持冠的结构完整性。

下面参照图1A至图7描述了本技术的几个实施例的具体细节。在下面的公开内容中没有阐述描述通常与焦炉相关联的公知结构和系统的其它细节，以避免不必要地模糊本技术的各种实施例的描述。图中所示的许多细节、尺寸、角度和其它特征仅仅是本技术的特定实施例的说明。因此，在不脱离本技术的精神或范围的情况下，其它实施例可具有其它细节、尺寸、角度和特征。因此，本领域普通技术人员将相应地理解，本技术可以具有包括附加元件的其它实施例，或者本技术可以具有不包括下面参照图1A至图7所示和所描述的特征中的若干特征的其它实施例。

图1A是根据本技术的实施例构造的水平热回收(“HHR”)焦炭设备100的一部分的等距局部剖视图。设备100包括多个焦炉105。每个炉105可以包括：由底板160限定的开放空腔、基本上形成炉的整个一侧的前门165、基本上形成与前门相对的炉的整个一侧且与前门165相对的后门(未示出)、从前门165和后门中间的炉底板160向上延伸的两个侧壁175，以及形成炉室185的开放空腔的顶表面的冠180。冠180的第一端可抵靠在第一侧壁175上，而冠180的第二端可抵靠在如图所示的相对的侧壁175上。相邻的炉105可以共享公共侧壁175。

在操作中，从位于炉室185内部的煤发出的挥发性气体汇集在冠180中，并且在整个系统中的下游被抽吸到形成在一个或两个侧壁175中的下降通道112中。下降通道112将炉室185与定位在炉底板160下方的底烟道116流体连接。底烟道116包括在炉底板160下方形成迂回路径的多个并排的通路117。虽然图1A中的通路117被示出基本上平行于炉105的纵向轴线(即，平行于侧壁175)，但是在进一步的实施例中，底烟道116可以被构造成使得通路117的至少一些部段大致垂直于炉105的纵向轴线(即，垂直于侧壁175)。在图1B中示出了这种布置并且在下面对其进行了进一步详细地讨论。从煤发出的挥发性气体可在底烟道116中燃烧，从而产生热量以帮助将煤还原成焦炭。下降通道112流体连接到形成在一个或两个侧壁175中的烟囱或吸收通道114。

有时，下降通道112可能需要检查或维修，以确保炉室185保持与位于炉底板160下方的底烟道116开放式地流体连通。因此，在各种实施例中，下降盖118被定位在各个下降通道112的上端部分中的开口上方。在一些实施例中，下降盖118可以作为单个板结构而被提供。在其它实施例中，例如在图1A中所描绘的，下降盖118可以由彼此紧邻定位或彼此固定的多个单独的盖构件形成。下降盖118的某些实施例包括穿透下降盖118的中心部分的一个或多个检查开口120。虽然被描绘为圆形，但可以想到，检查开口120可以被形成为特定应用所期望的几乎任何曲线形或多边形形状。插塞122被设置为具有接近检查开口120的形状的形状。因此，插塞122可以被去除以用于目视检查或修复下降通道112并返回，从而限制挥发性气体的无意逃逸。在另外的实施例中，衬里可以延伸通道的整个长度以与检查开口对接。在替代的实施例中，衬里可以仅延伸通道长度的一部分。

通过首先将煤装载到炉室185中，在贫氧环境中加热煤，驱除煤的挥发性馏分，且然后在炉105内氧化VM以捕集并利用所发出的热量，来在炉105中产生焦炭。煤挥发成份在炉105内在延长的炼焦循环内被氧化并释放热量以再生地促使煤碳化成焦炭。当前门165打开并且煤被填入到炉底板160上时，炼焦循环开始。炉底板160上的煤被称为煤床。来自炉的热量(由于先前的炼焦循环)开始碳化循环。到煤床的大约一半的总热传递通过煤床的发光火焰和辐射炉冠180向下辐射到煤床的顶表面上。剩余的一半热量通过炉底板160传导而被传递到煤床，所述炉底板160通过底烟道116中的气体的挥发而被对流加热。以这种方式，煤颗粒的塑性流动的碳化过程“波动”和高强度粘结性焦炭的形成从煤床的顶部和底部边界开始。

通常，每个炉105在负压下操作，从而使得由于炉105与大气之间的压差，在还原过程中空气被吸入到炉中。向炉室185中加入用于燃烧的一次空气以部分地氧化煤挥发成份，但是此一次空气的量被控制成使得从煤释放的挥发成份的仅一部分在炉室185中燃烧，从而仅释放其在炉室185内的燃烧焓的一部分。将一次空气引入到煤床上方的炉室185中。部分燃烧的气体从炉室185通过下降通道112进入底烟道116中，在底烟道116中向部分燃烧的气体中加入二次空气。当引入二次空气时，部分燃烧的气体在底烟道116中更充分地燃烧，从而提取剩余的燃烧焓，燃烧焓通过炉底板160输送，以将热量加入到炉室185中。完全或几乎完全燃烧的排气通过吸收通道114排出底烟道116。在炼焦循环结束时，煤被炼成焦炭并且碳化产生焦炭。可以利用机械提取系统通过后门将焦炭从炉105中去除。最后，在输送给使用者之前对焦炭进行骤冷(例如，湿式或干式骤冷)和定尺寸。

如将在下面参照图2A至4B进一步详细讨论的，在几个实施例中，冠180包含被构造成横跨侧壁175之间的全部或一部分距离的整体式结构。例如，冠180可以包含横跨在侧壁175之间的单个部段或者可以包含在侧壁175之间会合并且组合横跨在侧壁175之间的两个、三个、四个或更多个部段。整体式结构使得冠180能够在炉加热时膨胀并且在冷却时收缩，而不会使单独的砖收缩并落入炉室185中，导致冠180塌陷。因此，整体式冠180可以允许炉105关闭或调低到给定冠材料的传统上可行的温度以下。如上所讨论的，一些材料(如二氧化硅)在某些温度(即对于二氧化硅为约1,200°F)以上通常变得热体积稳定。使用冠180，硅砖炉可以被调低到1200°F以下。其它材料(例如氧化铝)没有热体积稳定的上限(即，保持体积不稳定)，并且冠180允许使用这些材料而不会由于冷却收缩塌陷。在其它实施例中，针对冠可以使用其它材料或材料的组合，其中不同的材料具有不同的相关联的热体积稳定的温度。进一步地，整体式冠180可以作为整体被快速安装，拱可以作为单个结构被提升和放置。进一步地，通过使用整体式部段而不是多个单独的砖，冠180可以被建造成不同于传统拱的形状——例如平坦形状或直边形状。在图3和图4A中示出了这些设计中的一些。在各种实施例中，整体式冠180可以在现场预成形或成形。在不同的实施例中，冠180可具有各种宽度(即，从侧壁到侧壁)。在一些实施例中，冠180的宽度为大约3英尺或更大，而在特定的实施例中，宽度为12-15英尺。

在一些实施例中，冠180至少部分地由热体积稳定的材料制成，从而使得在加热或冷却炉室185时，冠180的位置没有调节。与整体件设计一样，由热体积稳定的材料制成的冠180允许炉105关闭或调低，而冠180中的单独的砖不会收缩和塌陷到炉室185中。虽然本文使用了术语“热体积稳定的材料”，但此术语可以指在加热和/或冷却时零膨胀、零收缩、近零膨胀和/或近零收缩或这些特性的组合的材料。在一些实施例中，热体积稳定的材料可以预制或预加工成所设计的形状，包括作为单独的砖或整体式部段。进一步地，在一些实施例中，热体积稳定的材料可以被重复加热和冷却而不影响材料的可膨胀性特性，而在其它实施例中，材料在经历影响后续的可膨胀性特性的相变或材料变化之前仅可以被加热和/或冷却一次。在一个特定实施例中，热体积稳定的材料是熔融二氧化硅材料、氧化锆、耐火材料或陶瓷材料。在进一步的实施例中，炉105的其它部分另外或可选地可以由热体积稳定的材料形成。例如，在一些实施例中，用于门165的过梁包含此种材料。当使用热体积稳定的材料时，可以使用传统尺寸的砖或整体式结构作为冠180。

在一些实施例中，可以在设备100中的其它点处(例如在底烟道116上方)使用整体件或热体积稳定的设计，作为炉底板160或侧壁175的一部分，或者炉105的其它部分。在这些位置的任何一个中，整体件或热体积稳定的实施例可以用作单独结构或用作各部分的组合。例如，冠180或炉底板160可以包含由热体积稳定的材料制成的多个整体式部段和/或多个部段。在另一个实施例中，如图1A所示，在底烟道116上方的整体件包含多个并排的拱，每个拱覆盖底烟道116的通路117。由于拱包含单个结构，所以它们可以膨胀和收缩为单个单元。在进一步的实施例中(如将在下面进一步详细讨论的)，底烟通的冠可以包含其它形状，例如平坦顶部。在更进一步的实施例中，底烟道的冠包含各自仅横跨底烟道116的一个通路117的单独的部段(例如，单独的拱或平坦部分)。

图1B是根据本技术的实施例构造的水平热回收焦炉的底烟道126的俯视图。底烟道126具有大致类似于上面参照图1A所述的底烟道116的若干特征。例如，底烟道包括被构造成用于经由下降通道112和吸收通道114与焦炉(例如，图1A的焦炉105)连通的蛇形或迷宫式图案的通路127。从位于焦炉室内部的煤发出的挥发性气体在下游被引入到下降通道112中并进入底烟道126中。从煤发出的挥发性气体可以在底烟道126中燃烧，从而产生热量以帮助将煤还原成焦炭。下降通道112流体连接到烟囱或吸收通道114，所述烟囱或吸收通道114从底烟道126吸取完全或几乎完全燃烧的排气。

在图1B中，通路127的至少一些部段大致垂直于炉105的纵向轴线(即，垂直于图1A所示的侧壁175)。与图1A所示的底烟道116一样，图1B的底烟道126可包括横跨单独的通路127或多个通路127的冠部分。底烟道的冠可以包含平坦部段、单个拱、多个相邻的拱、这些形状的组合，或者其它形状。进一步地，底烟道的冠可以横跨和/或跟随通路127的底烟道蛇形路径的转向或弯曲。

图1C是与图1B中所示的底烟道126一起使用并且根据本技术的实施例构造的整体式冠181的前视图。在所示的实施例中，冠181包含具有平坦顶部183的多个相邻的拱形部分181a、181b。每个部分181a、181b可用作底烟道126中的各个通路的冠。进一步地，平坦顶部183可以包含用于上面参照图1A描述的炉室185的底板或副底板。在一些实施例中，可以在平坦顶部183的顶部上放置砖层。

在各种实施例中，冠181可包含由虚线所示的任选接缝186分开的单个整体式部段或多个单独部段(例如，单独的拱形部分181a、181b)。因此，单个整体式冠181可以覆盖底烟道126中的一个通路或多个相邻的通路。如上所提及的，在进一步的实施例中，冠181可以具有除了具有平坦顶部的拱形底面之外的形状。例如，冠181可以是完全平坦的、完全拱形或弯曲的，或这些特性的其它组合。虽然冠181已经被描述为与图1B的底烟道126一起使用，但是其可以类似地与图1A所示的底烟道116或炼焦室185一起使用。

图2A是根据本技术的实施例构造的具有整体式冠280的焦炉205的等距视图。炉205大致类似于上面参照图1所述的炉105。例如，炉205包括炉底板160和相对的侧壁175。冠280包含整体式结构，其中冠280在侧壁175之间延伸。在所示的实施例中，冠280包含多个冠部段282，多个冠部段282大致彼此相邻并且沿着在炉205的前部和后部之间的炉205的长度对齐。虽然示出了三个部段282，但是在进一步的实施例中，可以为更多或更少的部段282。在更进一步的实施例中，冠280包含从炉205的前部延伸到后部的单个整体式结构。在一些实施例中，使用多个部段282以便于构造。各个部段可以在接缝284处会合。在一些实施例中，接缝284用耐火材料(例如耐火毡垫、砂浆或其它合适的材料)填充以防止空气漏进去和无意排出。在更进一步的实施例中，如下面将参照图4讨论的，冠280可以包含在侧壁175之间的多个横向部段，所述多个横向部段在炉底板160上方会合或接合。

图2B是根据本技术的实施例的在收缩构造280a与膨胀构造280b之间移动的图2A的整体式冠280的前视图。如上面所讨论的，传统的冠材料在炉加热时膨胀并且在冷却时收缩。这种缩进可以在单独的炉砖之间产生空间，并且使得冠中的砖塌陷到炉室中。然而，使用整体件，冠280作为单个结构膨胀和收缩。

炉205的设计为加热和冷却时的此种膨胀和收缩提供结构支撑。更具体地，支撑冠280的侧壁175可具有充分大于冠280的宽度的宽度W，以当冠280在收缩构造280a与膨胀构造280b之间横向移动时完全支撑冠280。例如，宽度W可以至少为冠280的宽度加上膨胀的距离D。因此，当冠280在加热时膨胀或横向向外平移，以及在冷却时收缩并横向向内平移时，侧壁175保持对冠280的支撑。冠280同样可以在加热时膨胀或纵向向外平移，以及在冷却时收缩并纵向向内平移。因此，炉205的前壁和后壁(或者前门框或后门框)的尺寸可以被设计成适应这种移位。

在进一步的实施例中，除了直接抵靠在侧壁175上，冠280可以抵靠在冠基部上。此种基部可以联接到侧壁175或者是侧壁175的独立结构。在更进一步的实施例中，整个炉可以由膨胀和收缩材料制成，并且可以随冠280膨胀和收缩，并且可以不需要具有宽度与如图2B所示的宽度W一样大的侧壁，因为冠280在加热和冷却时保持与膨胀侧壁175大致对齐。类似地，如果冠280和侧壁175都由热体积稳定的材料制成，则侧壁175在加热和冷却时可以保持与冠280大致对齐，并且侧壁175不需要明显比冠280宽(或甚至与冠280一样宽)。在一些实施例中，侧壁175、前门框或后门框，和/或冠280可以通过压缩或张紧系统(例如弹簧负载系统)保持在适当位置中。在一个特定的实施例中，压缩系统可包括在侧壁175的外部部分上并且被构造成抑制侧壁175向外移动的一个或多个支柱。在进一步的实施例中，不存在此种压缩系统。

图2C是根据本技术的进一步的实施例构造的用于支撑整体式冠281的炉侧壁177的前视图。侧壁177和冠281大致类似于图2B中所示的侧壁175和冠280。然而，在图2C所示的实施例中，侧壁177和冠281具有成角度或倾斜的交界面287。因此，当冠281在加热时膨胀距离D(即，从位置281a平移到位置281b)时，冠281遵循交界面287的图案沿着侧壁177的顶部的倾斜表面平移。

在其它实施例中，冠281和侧壁177可以以其它图案(例如凹陷、狭槽、重叠部分和/或互锁特征)对接。例如，图2D是根据本技术的进一步的实施例构造的用于支撑整体式冠283的炉侧壁179的前视图。侧壁179和冠283大致类似于图2B中所示的侧壁175和冠280。然而，在图2D所示的实施例中，侧壁179和冠283具有阶梯式或之字形交界面289。因此，当冠283在加热时膨胀距离D(即，从位置283a平移到位置283b)时，冠283遵循交界面289的图案沿着侧壁179的顶部的阶梯式表面平移。

图3是根据本技术的进一步的实施例构造的具有整体式冠380的焦炉305的等距视图。因为冠380是预成形的，所以它可以采取除了传统拱之外的形状。在所示的实施例中，例如，冠380包含大致平坦的表面。这种设计可以提供最小的材料成本。在其它实施例中，可以采用其它冠形状来改善炉305中的气体分布，以最小化材料成本，或针对其它效率因素加以改善。

图4A是根据本技术的其它实施例构造的具有整体式冠480的焦炉405的等距视图。冠480包含在炉底板160上方的接缝486处会合的多个(例如两个)整体式部分482。如果需要，接缝486可以用任何合适的耐火材料密封和/或绝缘。在各种实施例中，(一个或多个)接缝486可以在冠480上居中或者可以偏离中心。整体式部分482可以是相同尺寸或多种尺寸。整体式部分482可以相对于炉底板160大致水平或成角度(如图所示)。角度可以被选择为优化炉室中的空气分布。在进一步的实施例中，可以存在更多或更少的整体式部分482。

图4B是根据本技术的进一步的实施例构造的图4A的整体式冠480的前视图。如图4B所示，整体式部分482可以包括在接缝486处的对接特征，以更好地将整体式部分482彼此固定。例如，在所示的实施例中，接缝486包含在一个整体式部分482上的销492，此销492被构造成滑入到相邻整体式部分482上的狭槽490中并与其对接。在进一步的实施例中，接缝486可包含其它凹陷、狭槽、重叠特征、互锁特征或其它类型的交界面。在更进一步的实施例中，使用砂浆来密封或填充接缝486。

尽管所示的对接特征沿着大致平行于侧壁175的接缝486，但是在进一步的实施例中，可以在大致垂直于侧壁175的接缝处使用对接特征。例如，可以在图2A的冠部段282之间的接缝284处使用上述对接特征中的任一种。因此，可以在冠480中的任何接缝处使用对接特征，而不管整体式部分在炉底板上是以侧对侧定向还是前后定向。根据本公开的各方面，冠或预制部分可以是炉冠、上升拱、下降拱、J形件、单个底烟道拱或多个底烟道拱、下降清洁装置、曲线形角落部分，和/或以上部分中的任何一些的组合部分。在一些实施例中，冠至少部分地由热体积稳定的材料形成。在进一步的实施例中，冠被形成为横跨在支撑件(例如炉侧壁)之间的整体件(或几个整体式部段)。

图5A描绘了根据本技术的实施例构造的水平热回收焦炉的底烟道516的局部剖视图。下降通道112将炉室185与底烟道516流体连接。底烟道516包括在炉底板下方的多个并排的通路517。如关于炉105所讨论的，图5A中的通路517被示出基本上平行于炉的纵向轴线。然而，在其它实施例中，底烟道516可以被构造成使得通路517的至少一些部段大致垂直于炉的纵向轴线。

通路517由底烟道壁520隔开。虽然可以想到，底烟道壁520可以形成为一体式构造，例如单个铸造或现浇单元。然而，在其它实施例中，多个底烟道壁部段522彼此联接以限定单独的底烟道壁520。参照图5B和5D，单独的底烟道壁部段522可以设置有凸脊524，此凸脊524从一端以竖直方式向外延伸。类似地，底烟道壁部段522可以包括在相对端以竖直方式向内延伸的凹槽526。以这种方式，相对的底烟道壁部段522可以彼此紧邻地定位，从而使得一个底烟道壁部段522的凸脊524设置在相邻的底烟道壁部段522的凹槽526内。除了或者代替相配合的凸脊524和凹槽526，底烟道壁部段522可以设置有在一端处的凹口528和从相对端延伸的突起530。凹口528和突起530被成形和定位成使得一个底烟道壁部段522可以通过凹口528和突起530的互锁而与相邻的底烟道壁部段522联接。

从炉中的煤发出的挥发性气体通过下降通道512被引导到底烟道516，所述下降通道512通过底烟道516流体连接到烟囱或吸收通道514。沿着底烟道516沿着迂回路径引导挥发性气体。参照图5A，挥发性气体排出下降通道512，并且沿着流体路径被引导通过通路517。特别地，阻挡壁部分532被定位成在底烟道壁520与外底烟道壁534之间、在下降通道512与吸收通道514之间横向延伸。在至少一个实施例中，底烟道壁部段523包括从底烟道壁部段523以竖直方式向外延伸的凸脊536。阻挡壁部分532的一端包括以竖直方式向内延伸的凹槽538。以这种方式，底烟道壁部段523可以被定位成紧邻阻挡壁部分532，从而使得凸脊536设置在凹槽538内，以固定相对结构彼此的位置。以这种方式，基本上防止了挥发性气体使来自下降通道512和吸收通道514的流体路径短路。

随着挥发性气体沿着流体路径行进通过底烟道516，它们被迫围绕着底烟道壁520的端部部分，这可能不到与底烟道端壁540会合便停住。在各种实施例中，底烟道壁520的端部部分与底烟道端壁540之间的间隙设置有拱部分542以横跨所述间隙。在一些实施例中，拱部分542可以是U形的，其提供接合底烟道底板543的一对相对支腿和接合炉底板的上端部分。在其它实施例中，拱部分542可以是与底烟道壁520成一体并从其延伸的拱形的或平坦的悬臂式部分。在其它实施例中，例如在图5A和5H中所描绘的那些，拱部分542是J形的，其具有上端部分544，此上端部分544带有拱形下表面546和被成形为接合炉底板的上表面548。单个支腿550从上端部分544的一端向下延伸以接合底烟道底板543。支腿550的侧部部分被定位成紧邻底烟道壁520的自由端部分。在一些实施例中，与支腿550相对的上端部分544的自由端部分552接合在底烟道壁520上的锚定点554以支撑拱部分542的那一侧。在一些实施例中，锚定点554是形成在底烟道壁520中的凹陷或凹口。在其它实施例中，锚定点554被设置为相邻结构(例如底烟道端壁540)的凸缘部分。当挥发性气体围绕底烟道壁520的端部部分行进时，在某些实施例中，挥发性气体遇到角落，其中底烟道端壁540与外底烟道壁534和底烟道壁520会合。根据定义，此类角落提供了接合挥发性气体并引起中断挥发性气体的平稳的分层流动的湍流的相对表面。因此，本技术的一些实施例包括在角落中的底烟道角落部分556，以减少挥发性气体流的中断。参照图5G，底烟道角落部分556的实施例包括被成形为接合底烟道516的角落区域的成角度的后表面558。底烟道角落部分556的相对的前表面560被成形为曲线形或凹形。在其它实施例中，角落部分是弯曲凹部。在操作中，曲线形形状减少了流动死区并使流动中的过渡平稳。以这种方式，当流体路径行进到底烟道516的角落区域时，挥发性气体流中的湍流可以被减小。底烟道角落部分556的顶表面可以被成形为接合炉底板以用于额外的支撑。

在各种现有技术的炼焦炉中，外底烟道壁由砖形成。因此，延伸穿过外底烟道壁的下降通道和吸收通道形成有在角落处会合的平坦的相对壁。因此，通过下降通道和吸收通道的流体路径是湍流的并且减少了最佳流体流动。此外，砖的不规则表面以及下降通道和吸收通道的有角度的几何形状促进碎屑和颗粒随时间的积累，这进一步限制了流体流动。参照图5A和图5E，本技术的实施例利用通道块562形成外底烟道壁534的至少一部分。在一些实施例中，通道块562包括一个或多个通道564，所述一个或多个通道564具有穿透通道块562的宽度的开口端和封闭的侧壁。在其它实施例中，通道块566包括一个或多个开放通道568，所述一个或多个开口通道568具有穿透通道块566的宽度的开口端和打开朝向通道块566的一侧以限定通道开口570的侧壁。在各种实施例中，通道块566被定位在底烟道底板水平面处。通道块562被定位在通道块566的顶部上，从而使得通道564的端部和开放通道568的端部被放置成彼此开放式地流体连通。在此方位上，一组通道块566的通道开口570可以用作下降通道512的出口。类似地，另一组通道块566的通道开口570可以用作吸收通道514的入口。根据所需要的外底烟道壁534和底烟道516的高度，可以将不止一个通道块562定位在每个通道块566的顶部上。

参照图6，底烟道516的通路517可以被炉底板660覆盖，所述炉底板660可以包含由热体积稳定的材料制成的多个整体式部段662。特别地，如图6所示，在底烟道516上方的整体件由多个并排的拱形成，每个拱覆盖底烟道516的通路517。整体式部段662的下端部分664被定位在底烟道壁520和外底烟道壁534的上表面上。根据进一步的方面，平面整体式层或分段砖层可以覆盖整体式部段662的顶部部分。进一步地，如前面关于本技术的其它方面所讨论的，整个炉可以由膨胀和收缩材料制成，从而使得炉的一些或全部结构部件可以随着彼此膨胀和收缩。因此，如果整体式部段662、底烟道壁520和外底烟道壁534由热体积稳定的材料制成，则整体式部段662、底烟道壁520和外底烟道壁534可以在加热和冷却时保持大致彼此对齐。然而，可以想到，在某些应用中，整体式部段662、底烟道壁520和外底烟道壁534中的一个或多个可以由除了热体积稳定的材料之外的材料制成。此类情况可能在对具有预制结构部件的现有炼焦炉的修理或改装期间出现。类似地，可以想到，本文所描述的一些或全部其它部件(例如下降盖118、阻挡壁部分532、底烟道端壁540、拱部分542、底烟道角落部分556、通道块522和通道块523)可以由热体积稳定的材料形成和/或可以衬有热体积稳定的材料。

根据本公开的各方面，炉可以由形成预制炉的整体式预制互锁或对接形状构成。例如，具有一体式侧壁的整体式冠可以坐落在具有整体式底烟道壁的预制底板上，因此整个炉可以由如图1A所示的多个预制形状构成。在可选的实施例中，整个炉可以由一个预制件构成。在进一步的实施例中，炉可以由与单独的砖对接以形成混合炉构造的一个或多个预制形状构成。如图中进一步所示，混合炉构造的各方面在炉修复方面可以是特别有效的。

图7是示出了调低水平热回收焦炉的方法700的框图。此方法可以包括使用预制整体式冠来代替砖结构，或者可以包括由预制整体式部分建造成的水平焦炉。在框710，方法700包括在炉室上方形成具有炉冠的焦炉结构。冠或预制部分可以是炉冠、上升拱、下降拱、J形件、单个底烟道拱或多个底烟道拱、下降清洗装置、曲线形角落部分，和/或以上部分中的任何一些的组合部分。在一些实施例中，冠至少部分地由热体积稳定的材料形成。在进一步的实施例中，冠被形成为横跨在支撑件(例如炉侧壁)之间的整体件(或几个整体式部段)。

在框720，方法700包括加热焦炉室。在一些实施例中，将炉室加热至给定材料的热体积稳定的温度以上(例如，在硅炉的情况下在1,200°F以上)。然后，方法700包括在框730将焦炉调低到热体积稳定的温度以下。对于具有热体积稳定的温度的材料(如二氧化硅)，这包含将炉温度降低到此温度以下(例如，在硅炉的情况下在1200°F以下)。对于热体积稳定的材料(如熔融二氧化硅)或不具有热体积稳定的温度的材料(如氧化铝)，将焦炉调低到热体积稳定的温度以下的步骤包含将炉温度调低到任何更小的温度。在特定的实施例中，调低焦炉包含完全关闭焦炉。在进一步的实施例中，调低焦炉包含将焦炉调低到约1200°F或更低的温度。在一些实施例中，焦炉被调低到最大操作容量的50％或更小。在框740，方法700进一步包括维持焦炉结构，包括炉冠的完整性。因此，炉被调低而没有如传统炉中所经历的冠塌陷。在一些实施例中，炉被调低而不引起明显的冠收缩。上述方法可以应用于炼焦室、底烟道、下降管道、上升管道或炉的其它部分。

实例

以下实例是本技术的几个实施例的说明。

1.一种焦炉室，其包含：

炉底板；

前端部分和与所述前端部分相对的后端部分；

在所述前壁与所述后壁之间从所述底板竖直向上延伸的第一侧壁和与所述第一侧壁相对的第二侧壁；

被定位在所述底板上方并且从所述第一侧壁横跨到所述第二侧壁的冠；以及

包含热体积稳定的材料并且在所述第一侧壁与所述第二侧壁之间具有多个相邻通路的底烟道。

2.根据权利要求1所述的焦炉室，其中所述热体积稳定的材料包含熔融二氧化硅或氧化锆。

3.根据权利要求1所述的焦炉室，其中所述底烟道包括由多个底烟道壁部段组成的至少一个底烟道壁。

4.根据权利要求3所述的焦炉室，其中所述底烟道壁部段由热体积稳定的材料组成。

5.根据权利要求3所述的焦炉室，其中所述底烟道壁部段通过与所述底烟道壁部段的端部部分相关联的凸脊和凹槽特征协作而彼此联接。

6.根据权利要求3所述的焦炉室，其中所述底烟道壁部段通过与所述底烟道壁部段的端部部分相关联的凹口和突起特征协作而彼此联接。

7.根据权利要求1所述的焦炉室，其中所述底烟道包括与至少一个底烟道壁联接并从其大致横向延伸的至少一个阻挡壁部分；所述至少一个阻挡壁部分由热体积稳定的材料组成。

8.根据权利要求7所述的焦炉室，其中所述至少一个阻挡壁部分和至少一个底烟道壁通过与所述至少一个阻挡壁部段的端部部分和所述至少一个底烟道壁的侧部部分相关联的凸脊和凹槽特征协作而彼此联接。

9.根据权利要求1所述的焦炉室，其中所述底烟道包括横跨至少一个底烟道壁的端部部分与底烟道端壁之间的间隙的至少一个大致J形的拱部分。

10.根据权利要求9所述的焦炉室，其中所述拱部分包括拱形上端部分和从所述上端部分的一端悬垂的支腿；所述拱形上端部分的相对自由端与在底烟道底板与所述炉底板之间的所述底烟道端壁可操作地联接。

11.根据权利要求9所述的焦炉室，其中所述至少一个拱部分由热体积稳定的材料组成。

12.根据权利要求1所述的焦炉室，其中所述底烟道包括具有后表面和相对的曲线形或凹形的前表面的至少一个底烟道角落部分，所述后表面被成形为接合所述多个相邻通路中的至少一个的角落区域；所述底烟道角落部分被定位成引导流体流过所述角落区域。

13.根据权利要求12所述的焦炉室，其中所述至少一个底烟道角落部分由热体积稳定的材料组成。

14.根据权利要求1所述的焦炉室，其中所述底烟道包括具有后表面和相对的曲线形或凹形的前表面的至少一个底烟道角落部分，所述后表面被成形为接合所述多个相邻通路中的至少一个的角落区域；所述底烟道角落部分被定位成引导流体流过所述角落区域。

15.根据权利要求1所述的焦炉室，其中所述炉室进一步由延伸穿过所述第一侧壁和第二侧壁中的至少一个的下降通道组成；所述下降通道与所述炉室和所述底烟道开放式地流体连通。

16.根据权利要求15所述的焦炉室，其中所述下降通道具有弯曲的侧壁。

17.根据权利要求15所述的焦炉室，其中所述下降通道具有各种几何形状的横截面。

18.根据权利要求15所述的焦炉室，其中所述下降通道使用热体积稳定的材料铸造而成。

19.根据权利要求15所述的焦炉室，其中所述下降通道由多个通道块形成，所述多个通道块具有穿透所述通道块的通道；所述多个通道块竖直堆叠，从而使得来自相邻通道块的通道彼此对齐以限定下降通道的各部分。

20.根据权利要求19所述的焦炉室，其中至少一个通道块包括穿透所述通道块的上端部分和下端部分以及所述通道块的一侧的通道，以为所述下降通道提供出口。

21.根据权利要求15所述的焦炉室，其进一步包含与至少一个下降通道的开口可操作地联接的下降盖；所述下降盖包括插塞，所述插塞被成形为接收在穿透所述下降盖的进入开口内。

22.根据权利要求1所述的焦炉室，其中所述炉室进一步由延伸穿过所述第一侧壁和第二侧壁中的至少一个的吸收通道组成；所述吸收通道与所述底烟道和所述焦炉室的流体出口开放式地流体连通。

23.根据权利要求22所述的焦炉室，其中所述吸收通道具有各种几何形状的侧壁。

24.根据权利要求22所述的焦炉室，其中所述吸收通道具有各种几何形状的横截面。

25.根据权利要求22所述的焦炉室，其中所述吸收通道使用热体积稳定的材料铸造而成。

26.根据权利要求22所述的焦炉室，其中所述吸收通道由多个通道块形成，所述多个通道块具有穿透所述通道块的通道；所述多个通道块竖直堆叠，从而使得来自相邻通道块的通道彼此对齐以限定吸收通道的各部分。

27.根据权利要求26所述的焦炉室，其中至少一个通道块包括穿透所述通道块的上端部分和下端部分以及所述通道块的一侧的通道，以为所述吸收通道提供入口。

通过上述内容将认识到，虽然为了说明的目的本文描述了本技术的具体实施例，但是在不脱离本技术的精神和范围的情况下可以进行各种修改。例如，尽管已经在HHR炉的情况下描述了几个实施例，但是在进一步的实施例中，在无HHR炉(例如副产物炉)中可以使用整体件或热体积稳定的设计。进一步地，在其它实施例中，可以组合或除去在特定实施例的情况下描述的新技术的某些方面。例如，尽管已经在用于炼焦室的冠的情况下讨论了某些实施例，但是以上讨论的平坦冠、整体式冠、热体积稳定的材料和其它特征可以用于焦炉系统的其它部分中，例如用于底烟道的冠。此外，虽然已经在那些实施例的情况下描述了与本技术的某些实施例相关联的优点，但是其它实施例也可以表现出此类优点，并且并非所有实施例都需要表现出此类优点以落入本技术的范围内。因此，本公开和相关技术可以包括本文中未明确示出或描述的其它实施例。因此，除了所附权利要求之外，本公开不受限制。