本申請要求2014年6月30日提交的美國臨時專利申請號62/019,385的優先權權益，此文獻的公開內容整個地通過引用并入本文。

技術領域

本技術總體上涉及預制的整體式幾何形狀在水平熱回收焦爐、無熱回收焦爐以及蜂窩式焦爐中的使用，例如整體式冠在水平焦爐中的使用。

背景技術：

焦炭是在鋼的生產中用于熔融和還原鐵礦石的固體碳燃料和碳源。在一種被稱為“湯普森煉焦工藝(Thompson Coking Process)”的工藝中，通過將粉煤批量供給至爐而生產出焦炭，所述爐被密封且在嚴密受控的大氣條件下在24至48小時的時間內被加熱至非常高的溫度。煉焦爐已被使用許多年，以將煤轉化為冶金焦炭。在煉焦工藝中，在受控的溫度條件下加熱經過精細碾碎的煤，以便除去煤內的揮發成份并形成具有預定孔隙率和強度的焦炭熔融物質體。由于焦炭的生產是批量工藝，所以多個焦爐同時操作。

煤顆粒在加熱過程中所經歷的熔融和熔合過程是煉焦的重要部分。煤顆粒變成熔融物質體的過程中的熔融程度和同化程度決定了所生產的焦炭的特性。為了由特定的煤或煤混合物生產最強的焦炭，則反應劑與煤中的惰性存在物之間存在最佳比率。焦炭的孔隙率和強度對于礦石精煉工藝而言是重要的并且取決于煤源和/或煉焦方法。

將煤顆粒或煤顆粒的混合物填入到熱爐中，并且在爐中對煤進行加熱以便從所產生的焦炭中去除揮發性物質(“VM”)。煉焦工藝在很大程度上取決于爐的設計、煤的類型以及所使用的轉化溫度。通常，在煉焦工藝過程中對爐進行調節，從而使得每次填入的煤在大約相同的時間量內被煉成焦炭。一且煤“被煉成焦炭”或被完全焦化，則從爐中去除焦炭并用水對其進行驟冷以將其冷卻到其點火溫度以下。可選地，用惰性氣體對焦炭進行干式驟冷。驟冷操作也必須受到仔細控制，從而使得焦炭不會吸收太多的濕氣。一旦對其進行驟冷，則對焦炭進行篩選并將其裝載到軌道車或卡車中以便進行運輸。

由于煤被供給到熱爐中，所以許多煤供給工藝是自動化的。在狹槽型或立式爐中，煤通常通過爐頂部中的狹槽或開口被填入。此類爐子往往高而窄。還使用水平無回收或熱回收型煉焦爐來生產焦炭。在無回收或熱回收型煉焦爐中，使用輸送機將煤顆粒水平地輸送到爐中以提供細長的煤床。

由于適合于形成冶金用煤(“煉焦煤”)的煤源已經減少，所以已經嘗試將脆煤或低質量煤(“非煉焦煤”)與煉焦煤混合來為爐提供合適的煤料。組合非煉焦煤和煉焦煤的一種方式是使用被壓緊的煤或搗固煤。煤可以在處于爐中之前或之后被壓緊。在一些實施例中，將非煉焦煤和煉焦煤的混合物壓緊至大于50磅/立方英尺的程度，以便在焦炭生產工藝中使用非煉焦煤。隨著煤混合物中的非煉焦煤的百分比增加，所需要的煤壓緊水平也越來越高(例如，高達約65至75磅/立方英尺)。在商業上，煤通常被壓緊至約1.15至1.2比重(sg)或約70-75磅/立方英尺。

基于水平熱回收(“HHR”)爐內的相對操作大氣壓條件，HHR爐相對于化學副產物爐具有獨特的環境優勢。HHR爐在負壓下操作，而化學副產物爐在稍微高于大氣壓的正壓下操作。兩種爐類型通常由耐火磚和其它材料構成，其中產生基本上氣密的環境可能是一個挑戰，因為在日常操作期間在這些結構中可能形成小裂縫。將化學副產物爐保持在正壓下，以避免氧化可回收產物且避免過度加熱爐。相反地，將HHR爐保持在負壓下，從爐外部吸入空氣以氧化煤的VM并釋放爐內的燃燒熱。重要的是使揮發性氣體向環境的釋放最小化，因此，化學副產物爐中的正大氣條件和小開口或裂縫的組合使得原始焦爐氣體(“COG”)和有害污染物泄漏到大氣中。相反地，焦炭設備中的HHR爐或別處的位置中的負大氣條件和小開口或裂縫僅僅使得額外的空氣被吸入到焦炭設備中的爐或其它位置中，從而使得負大氣條件抵制COG向大氣的釋放。

HHR爐傳統上不能將其操作(例如，它們的焦炭產量)調低為顯著低于其設計容量，而沒有潛在地損壞爐。這種約束與爐中的溫度限制有關。更具體地，傳統的HHR爐至少部分地由硅磚制成。當建造硅爐時，在爐冠中的磚之間放置可燃間隔件以允許磚膨脹。一旦爐被加熱，間隔件被燃燒掉，并且磚膨脹成相鄰。一旦HHR硅磚爐被加熱，就不允許它們降低至硅磚熱體積穩定的溫度以下，在高于硅磚熱體積穩定的溫度的溫度下，二氧化硅通常是體積穩定的(即不膨脹和收縮)。如果磚降低至此溫度以下，則磚開始收縮。由于間隔件已經被燃燒盡，所以傳統的冠在冷卻時可以收縮高達幾英寸。這是冠磚開始移位和可能塌陷的潛在的足夠運動。因此，必須維持爐中足夠的熱量以將磚保持在熱體積穩定的溫度以上。這就是為什么已經聲明HHR爐永遠不能關閉的原因。因為在低的鋼和焦炭需求的時段期間，爐不能被顯著調低，所述焦炭生產必須持續。進一步地，可能難以在加熱的HHR爐上進行維護。焦爐系統的其它部分可能遭受類似的熱限制和/或結構限制。例如，在爐底板下面運行的底煙道的冠可能塌陷或以其它方式遭受爐底板的起伏、地面沉降、熱循環或結構循環，或者其它疲勞。這些應力可能導致底煙道中的磚移位和脫落。

技術實現要素：

提供本發明內容以便以前化形式介紹在以下具體實施方式中進一步描述的一些構思。本發明內容和前述背景技術并不旨在確定所要求保護的主題的關鍵方面或必要方面。此外，本發明內容也并不旨在用于幫助確定所要求保護的主題的范圍。

本技術的一個實施例涉及一種焦爐室，其包括：爐底板、前端部分和與前端部分相對的后端部分。第一側壁和第二側壁在前壁與后壁之間從底板豎直向上延伸。冠被定位在底板上方并且從第一側壁橫跨到第二側壁。至少部分地由熱體積穩定的材料形成并且在第一側壁與第二側壁之間具有多個相鄰通路的底煙道被定位在爐底板下方。

在一些實施例中，底煙道包括由多個底煙道壁部段形成的至少一個底煙道壁。底煙道壁部段使用一個或多個互鎖的協作特征彼此聯接。在各種實施例中，一個或多個阻擋壁部分與至少一個底煙道壁聯接并從其大致橫向延伸。在另一個實施例中，至少一個大致J形的拱部分橫跨至少一個底煙道壁的端部部分與底煙道端壁之間的間隙。底煙道的另外的其它實施例包括具有后表面和相對的曲線形或凹形的前表面的至少一個底煙道角落部分，所述后表面被成形為接合多個相鄰通路中的至少一個的角落區域。在此類實施例中，底煙道角落部分可以被定位成引導流體流過角落區域。

在本技術的各種實施例中，焦爐室包括延伸穿過第一側壁和第二側壁中的至少一個的下降通道。在此類實施例中，下降通道被放置成與爐室和底煙道開放式地流體連通。本技術的各方面為下降通道提供了各種幾何形狀的橫截面。在一些實施例中，下降通道由多個通道塊形成，所述多個通道塊具有穿透通道塊的通道。在一些實施例中，一個或多個下降蓋與至少一個下降通道的開口聯接。在一些此類實施例中，下降蓋包括插塞，所述插塞被成形為接收在穿透下降蓋的進入開口內。

在考慮本文的具體實施方式和附圖之后，本發明系統和方法的這些和其它方面將是顯而易見的。然而，應當理解，本發明的范圍將由所公布的權利要求書來確定，而不是由給定主題是否涉及背景技術中提到的任何或所有問題或包括本發明內容中所述的任何特征或方面來確定。

附圖說明

圖1A是根據本技術的實施例構造的水平熱回收焦炭設備的一部分的等距局部剖視圖。

圖1B是根據本技術的實施例構造的水平熱回收焦爐的底煙道部分的俯視圖。

圖1C是與圖1B中所示的底煙道一起使用并且根據本技術的實施例構造的整體式冠的前視圖。

圖2A是根據本技術的實施例構造的具有整體式冠的焦爐的等距視圖。

圖2B是根據本技術的實施例的在收縮構造與膨脹構造之間移動的圖2A的整體式冠部的前視圖。

圖2C是根據本技術的進一步的實施例構造的用于支撐整體式冠的爐側壁的前視圖。

圖2D是根據本技術的進一步的實施例構造的用于支撐整體式冠的爐側壁的前視圖。

圖3是根據本技術的進一步的實施例構造的具有整體式冠的焦爐的等距視圖。

圖4A是根據本技術的更進一步的實施例構造的具有整體式冠的焦爐的等距視圖。

圖4B是根據本技術的進一步的實施例構造的圖4A的整體式冠的前視圖。

圖5A是根據本技術的實施例構造的水平熱回收焦爐的底煙道部分的等距局部剖視圖。

圖5B是與圖5A中所示的底煙道一起使用并且根據本技術的實施例構造的底煙道壁的一部分的等距視圖。

圖5C是與圖5A中所示的底煙道一起使用并且根據本技術的實施例構造的阻擋壁部分的等距視圖。

圖5D是與圖5A中所示的底煙道一起使用并且根據本技術的實施例構造的底煙道壁的另一部分的等距視圖。

圖5E是與圖5A中所示的底煙道一起使用并且根據本技術的實施例構造的具有流體通道的外底煙道壁部分的等距視圖。

圖5F是與圖5A中所示的底煙道的一起使用并且根據本技術的實施例構造的具有開放流體通道的另一外底煙道壁部分的等距視圖。

圖5G是與圖5A中所示的底煙道一起使用并且根據本技術的實施例構造的底煙道角落部分的等距視圖。

圖5H是與圖5A中所示的底煙道一起使用并且根據本技術的實施例構造的拱支撐件的等距視圖。

圖6是根據本技術的實施例構造的水平熱回收焦爐的整體式冠底板和底煙道部分的局部等距視圖。

圖7是示出了調低水平熱回收焦爐的方法的框圖。

具體實施方式

本技術總體上涉及具有整體式冠的水平熱回收焦爐。在一些實施例中，HHR焦爐包括橫跨相對的爐側壁之間的爐的寬度的整體式冠。此整體件作為單個結構在加熱時膨脹并且在冷卻時收縮。在進一步的實施例中，冠包含熱體積穩定的材料。在各種實施例中，整體件和熱體積穩定的特征可以組合使用或單獨使用。這些設計可以允許將爐調低到傳統上可行的溫度以下，同時保持冠的結構完整性。

下面參照圖1A至圖7描述了本技術的幾個實施例的具體細節。在下面的公開內容中沒有闡述描述通常與焦爐相關聯的公知結構和系統的其它細節，以避免不必要地模糊本技術的各種實施例的描述。圖中所示的許多細節、尺寸、角度和其它特征僅僅是本技術的特定實施例的說明。因此，在不脫離本技術的精神或范圍的情況下，其它實施例可具有其它細節、尺寸、角度和特征。因此，本領域普通技術人員將相應地理解，本技術可以具有包括附加元件的其它實施例，或者本技術可以具有不包括下面參照圖1A至圖7所示和所描述的特征中的若干特征的其它實施例。

圖1A是根據本技術的實施例構造的水平熱回收(“HHR”)焦炭設備100的一部分的等距局部剖視圖。設備100包括多個焦爐105。每個爐105可以包括：由底板160限定的開放空腔、基本上形成爐的整個一側的前門165、基本上形成與前門相對的爐的整個一側且與前門165相對的后門(未示出)、從前門165和后門中間的爐底板160向上延伸的兩個側壁175，以及形成爐室185的開放空腔的頂表面的冠180。冠180的第一端可抵靠在第一側壁175上，而冠180的第二端可抵靠在如圖所示的相對的側壁175上。相鄰的爐105可以共享公共側壁175。

在操作中，從位于爐室185內部的煤發出的揮發性氣體匯集在冠180中，并且在整個系統中的下游被抽吸到形成在一個或兩個側壁175中的下降通道112中。下降通道112將爐室185與定位在爐底板160下方的底煙道116流體連接。底煙道116包括在爐底板160下方形成迂回路徑的多個并排的通路117。雖然圖1A中的通路117被示出基本上平行于爐105的縱向軸線(即，平行于側壁175)，但是在進一步的實施例中，底煙道116可以被構造成使得通路117的至少一些部段大致垂直于爐105的縱向軸線(即，垂直于側壁175)。在圖1B中示出了這種布置并且在下面對其進行了進一步詳細地討論。從煤發出的揮發性氣體可在底煙道116中燃燒，從而產生熱量以幫助將煤還原成焦炭。下降通道112流體連接到形成在一個或兩個側壁175中的煙囪或吸收通道114。

有時，下降通道112可能需要檢查或維修，以確保爐室185保持與位于爐底板160下方的底煙道116開放式地流體連通。因此，在各種實施例中，下降蓋118被定位在各個下降通道112的上端部分中的開口上方。在一些實施例中，下降蓋118可以作為單個板結構而被提供。在其它實施例中，例如在圖1A中所描繪的，下降蓋118可以由彼此緊鄰定位或彼此固定的多個單獨的蓋構件形成。下降蓋118的某些實施例包括穿透下降蓋118的中心部分的一個或多個檢查開口120。雖然被描繪為圓形，但可以想到，檢查開口120可以被形成為特定應用所期望的幾乎任何曲線形或多邊形形狀。插塞122被設置為具有接近檢查開口120的形狀的形狀。因此，插塞122可以被去除以用于目視檢查或修復下降通道112并返回，從而限制揮發性氣體的無意逃逸。在另外的實施例中，襯里可以延伸通道的整個長度以與檢查開口對接。在替代的實施例中，襯里可以僅延伸通道長度的一部分。

通過首先將煤裝載到爐室185中，在貧氧環境中加熱煤，驅除煤的揮發性餾分，且然后在爐105內氧化VM以捕集并利用所發出的熱量，來在爐105中產生焦炭。煤揮發成份在爐105內在延長的煉焦循環內被氧化并釋放熱量以再生地促使煤碳化成焦炭。當前門165打開并且煤被填入到爐底板160上時，煉焦循環開始。爐底板160上的煤被稱為煤床。來自爐的熱量(由于先前的煉焦循環)開始碳化循環。到煤床的大約一半的總熱傳遞通過煤床的發光火焰和輻射爐冠180向下輻射到煤床的頂表面上。剩余的一半熱量通過爐底板160傳導而被傳遞到煤床，所述爐底板160通過底煙道116中的氣體的揮發而被對流加熱。以這種方式，煤顆粒的塑性流動的碳化過程“波動”和高強度粘結性焦炭的形成從煤床的頂部和底部邊界開始。

通常，每個爐105在負壓下操作，從而使得由于爐105與大氣之間的壓差，在還原過程中空氣被吸入到爐中。向爐室185中加入用于燃燒的一次空氣以部分地氧化煤揮發成份，但是此一次空氣的量被控制成使得從煤釋放的揮發成份的僅一部分在爐室185中燃燒，從而僅釋放其在爐室185內的燃燒焓的一部分。將一次空氣引入到煤床上方的爐室185中。部分燃燒的氣體從爐室185通過下降通道112進入底煙道116中，在底煙道116中向部分燃燒的氣體中加入二次空氣。當引入二次空氣時，部分燃燒的氣體在底煙道116中更充分地燃燒，從而提取剩余的燃燒焓，燃燒焓通過爐底板160輸送，以將熱量加入到爐室185中。完全或幾乎完全燃燒的排氣通過吸收通道114排出底煙道116。在煉焦循環結束時，煤被煉成焦炭并且碳化產生焦炭。可以利用機械提取系統通過后門將焦炭從爐105中去除。最后，在輸送給使用者之前對焦炭進行驟冷(例如，濕式或干式驟冷)和定尺寸。

如將在下面參照圖2A至4B進一步詳細討論的，在幾個實施例中，冠180包含被構造成橫跨側壁175之間的全部或一部分距離的整體式結構。例如，冠180可以包含橫跨在側壁175之間的單個部段或者可以包含在側壁175之間會合并且組合橫跨在側壁175之間的兩個、三個、四個或更多個部段。整體式結構使得冠180能夠在爐加熱時膨脹并且在冷卻時收縮，而不會使單獨的磚收縮并落入爐室185中，導致冠180塌陷。因此，整體式冠180可以允許爐105關閉或調低到給定冠材料的傳統上可行的溫度以下。如上所討論的，一些材料(如二氧化硅)在某些溫度(即對于二氧化硅為約1,200°F)以上通常變得熱體積穩定。使用冠180，硅磚爐可以被調低到1200°F以下。其它材料(例如氧化鋁)沒有熱體積穩定的上限(即，保持體積不穩定)，并且冠180允許使用這些材料而不會由于冷卻收縮塌陷。在其它實施例中，針對冠可以使用其它材料或材料的組合，其中不同的材料具有不同的相關聯的熱體積穩定的溫度。進一步地，整體式冠180可以作為整體被快速安裝，拱可以作為單個結構被提升和放置。進一步地，通過使用整體式部段而不是多個單獨的磚，冠180可以被建造成不同于傳統拱的形狀——例如平坦形狀或直邊形狀。在圖3和圖4A中示出了這些設計中的一些。在各種實施例中，整體式冠180可以在現場預成形或成形。在不同的實施例中，冠180可具有各種寬度(即，從側壁到側壁)。在一些實施例中，冠180的寬度為大約3英尺或更大，而在特定的實施例中，寬度為12-15英尺。

在一些實施例中，冠180至少部分地由熱體積穩定的材料制成，從而使得在加熱或冷卻爐室185時，冠180的位置沒有調節。與整體件設計一樣，由熱體積穩定的材料制成的冠180允許爐105關閉或調低，而冠180中的單獨的磚不會收縮和塌陷到爐室185中。雖然本文使用了術語“熱體積穩定的材料”，但此術語可以指在加熱和/或冷卻時零膨脹、零收縮、近零膨脹和/或近零收縮或這些特性的組合的材料。在一些實施例中，熱體積穩定的材料可以預制或預加工成所設計的形狀，包括作為單獨的磚或整體式部段。進一步地，在一些實施例中，熱體積穩定的材料可以被重復加熱和冷卻而不影響材料的可膨脹性特性，而在其它實施例中，材料在經歷影響后續的可膨脹性特性的相變或材料變化之前僅可以被加熱和/或冷卻一次。在一個特定實施例中，熱體積穩定的材料是熔融二氧化硅材料、氧化鋯、耐火材料或陶瓷材料。在進一步的實施例中，爐105的其它部分另外或可選地可以由熱體積穩定的材料形成。例如，在一些實施例中，用于門165的過梁包含此種材料。當使用熱體積穩定的材料時，可以使用傳統尺寸的磚或整體式結構作為冠180。

在一些實施例中，可以在設備100中的其它點處(例如在底煙道116上方)使用整體件或熱體積穩定的設計，作為爐底板160或側壁175的一部分，或者爐105的其它部分。在這些位置的任何一個中，整體件或熱體積穩定的實施例可以用作單獨結構或用作各部分的組合。例如，冠180或爐底板160可以包含由熱體積穩定的材料制成的多個整體式部段和/或多個部段。在另一個實施例中，如圖1A所示，在底煙道116上方的整體件包含多個并排的拱，每個拱覆蓋底煙道116的通路117。由于拱包含單個結構，所以它們可以膨脹和收縮為單個單元。在進一步的實施例中(如將在下面進一步詳細討論的)，底煙通的冠可以包含其它形狀，例如平坦頂部。在更進一步的實施例中，底煙道的冠包含各自僅橫跨底煙道116的一個通路117的單獨的部段(例如，單獨的拱或平坦部分)。

圖1B是根據本技術的實施例構造的水平熱回收焦爐的底煙道126的俯視圖。底煙道126具有大致類似于上面參照圖1A所述的底煙道116的若干特征。例如，底煙道包括被構造成用于經由下降通道112和吸收通道114與焦爐(例如，圖1A的焦爐105)連通的蛇形或迷宮式圖案的通路127。從位于焦爐室內部的煤發出的揮發性氣體在下游被引入到下降通道112中并進入底煙道126中。從煤發出的揮發性氣體可以在底煙道126中燃燒，從而產生熱量以幫助將煤還原成焦炭。下降通道112流體連接到煙囪或吸收通道114，所述煙囪或吸收通道114從底煙道126吸取完全或幾乎完全燃燒的排氣。

在圖1B中，通路127的至少一些部段大致垂直于爐105的縱向軸線(即，垂直于圖1A所示的側壁175)。與圖1A所示的底煙道116一樣，圖1B的底煙道126可包括橫跨單獨的通路127或多個通路127的冠部分。底煙道的冠可以包含平坦部段、單個拱、多個相鄰的拱、這些形狀的組合，或者其它形狀。進一步地，底煙道的冠可以橫跨和/或跟隨通路127的底煙道蛇形路徑的轉向或彎曲。

圖1C是與圖1B中所示的底煙道126一起使用并且根據本技術的實施例構造的整體式冠181的前視圖。在所示的實施例中，冠181包含具有平坦頂部183的多個相鄰的拱形部分181a、181b。每個部分181a、181b可用作底煙道126中的各個通路的冠。進一步地，平坦頂部183可以包含用于上面參照圖1A描述的爐室185的底板或副底板。在一些實施例中，可以在平坦頂部183的頂部上放置磚層。

在各種實施例中，冠181可包含由虛線所示的任選接縫186分開的單個整體式部段或多個單獨部段(例如，單獨的拱形部分181a、181b)。因此，單個整體式冠181可以覆蓋底煙道126中的一個通路或多個相鄰的通路。如上所提及的，在進一步的實施例中，冠181可以具有除了具有平坦頂部的拱形底面之外的形狀。例如，冠181可以是完全平坦的、完全拱形或彎曲的，或這些特性的其它組合。雖然冠181已經被描述為與圖1B的底煙道126一起使用，但是其可以類似地與圖1A所示的底煙道116或煉焦室185一起使用。

圖2A是根據本技術的實施例構造的具有整體式冠280的焦爐205的等距視圖。爐205大致類似于上面參照圖1所述的爐105。例如，爐205包括爐底板160和相對的側壁175。冠280包含整體式結構，其中冠280在側壁175之間延伸。在所示的實施例中，冠280包含多個冠部段282，多個冠部段282大致彼此相鄰并且沿著在爐205的前部和后部之間的爐205的長度對齊。雖然示出了三個部段282，但是在進一步的實施例中，可以為更多或更少的部段282。在更進一步的實施例中，冠280包含從爐205的前部延伸到后部的單個整體式結構。在一些實施例中，使用多個部段282以便于構造。各個部段可以在接縫284處會合。在一些實施例中，接縫284用耐火材料(例如耐火氈墊、砂漿或其它合適的材料)填充以防止空氣漏進去和無意排出。在更進一步的實施例中，如下面將參照圖4討論的，冠280可以包含在側壁175之間的多個橫向部段，所述多個橫向部段在爐底板160上方會合或接合。

圖2B是根據本技術的實施例的在收縮構造280a與膨脹構造280b之間移動的圖2A的整體式冠280的前視圖。如上面所討論的，傳統的冠材料在爐加熱時膨脹并且在冷卻時收縮。這種縮進可以在單獨的爐磚之間產生空間，并且使得冠中的磚塌陷到爐室中。然而，使用整體件，冠280作為單個結構膨脹和收縮。

爐205的設計為加熱和冷卻時的此種膨脹和收縮提供結構支撐。更具體地，支撐冠280的側壁175可具有充分大于冠280的寬度的寬度W，以當冠280在收縮構造280a與膨脹構造280b之間橫向移動時完全支撐冠280。例如，寬度W可以至少為冠280的寬度加上膨脹的距離D。因此，當冠280在加熱時膨脹或橫向向外平移，以及在冷卻時收縮并橫向向內平移時，側壁175保持對冠280的支撐。冠280同樣可以在加熱時膨脹或縱向向外平移，以及在冷卻時收縮并縱向向內平移。因此，爐205的前壁和后壁(或者前門框或后門框)的尺寸可以被設計成適應這種移位。

在進一步的實施例中，除了直接抵靠在側壁175上，冠280可以抵靠在冠基部上。此種基部可以聯接到側壁175或者是側壁175的獨立結構。在更進一步的實施例中，整個爐可以由膨脹和收縮材料制成，并且可以隨冠280膨脹和收縮，并且可以不需要具有寬度與如圖2B所示的寬度W一樣大的側壁，因為冠280在加熱和冷卻時保持與膨脹側壁175大致對齊。類似地，如果冠280和側壁175都由熱體積穩定的材料制成，則側壁175在加熱和冷卻時可以保持與冠280大致對齊，并且側壁175不需要明顯比冠280寬(或甚至與冠280一樣寬)。在一些實施例中，側壁175、前門框或后門框，和/或冠280可以通過壓縮或張緊系統(例如彈簧負載系統)保持在適當位置中。在一個特定的實施例中，壓縮系統可包括在側壁175的外部部分上并且被構造成抑制側壁175向外移動的一個或多個支柱。在進一步的實施例中，不存在此種壓縮系統。

圖2C是根據本技術的進一步的實施例構造的用于支撐整體式冠281的爐側壁177的前視圖。側壁177和冠281大致類似于圖2B中所示的側壁175和冠280。然而，在圖2C所示的實施例中，側壁177和冠281具有成角度或傾斜的交界面287。因此，當冠281在加熱時膨脹距離D(即，從位置281a平移到位置281b)時，冠281遵循交界面287的圖案沿著側壁177的頂部的傾斜表面平移。

在其它實施例中，冠281和側壁177可以以其它圖案(例如凹陷、狹槽、重疊部分和/或互鎖特征)對接。例如，圖2D是根據本技術的進一步的實施例構造的用于支撐整體式冠283的爐側壁179的前視圖。側壁179和冠283大致類似于圖2B中所示的側壁175和冠280。然而，在圖2D所示的實施例中，側壁179和冠283具有階梯式或之字形交界面289。因此，當冠283在加熱時膨脹距離D(即，從位置283a平移到位置283b)時，冠283遵循交界面289的圖案沿著側壁179的頂部的階梯式表面平移。

圖3是根據本技術的進一步的實施例構造的具有整體式冠380的焦爐305的等距視圖。因為冠380是預成形的，所以它可以采取除了傳統拱之外的形狀。在所示的實施例中，例如，冠380包含大致平坦的表面。這種設計可以提供最小的材料成本。在其它實施例中，可以采用其它冠形狀來改善爐305中的氣體分布，以最小化材料成本，或針對其它效率因素加以改善。

圖4A是根據本技術的其它實施例構造的具有整體式冠480的焦爐405的等距視圖。冠480包含在爐底板160上方的接縫486處會合的多個(例如兩個)整體式部分482。如果需要，接縫486可以用任何合適的耐火材料密封和/或絕緣。在各種實施例中，(一個或多個)接縫486可以在冠480上居中或者可以偏離中心。整體式部分482可以是相同尺寸或多種尺寸。整體式部分482可以相對于爐底板160大致水平或成角度(如圖所示)。角度可以被選擇為優化爐室中的空氣分布。在進一步的實施例中，可以存在更多或更少的整體式部分482。

圖4B是根據本技術的進一步的實施例構造的圖4A的整體式冠480的前視圖。如圖4B所示，整體式部分482可以包括在接縫486處的對接特征，以更好地將整體式部分482彼此固定。例如，在所示的實施例中，接縫486包含在一個整體式部分482上的銷492，此銷492被構造成滑入到相鄰整體式部分482上的狹槽490中并與其對接。在進一步的實施例中，接縫486可包含其它凹陷、狹槽、重疊特征、互鎖特征或其它類型的交界面。在更進一步的實施例中，使用砂漿來密封或填充接縫486。

盡管所示的對接特征沿著大致平行于側壁175的接縫486，但是在進一步的實施例中，可以在大致垂直于側壁175的接縫處使用對接特征。例如，可以在圖2A的冠部段282之間的接縫284處使用上述對接特征中的任一種。因此，可以在冠480中的任何接縫處使用對接特征，而不管整體式部分在爐底板上是以側對側定向還是前后定向。根據本公開的各方面，冠或預制部分可以是爐冠、上升拱、下降拱、J形件、單個底煙道拱或多個底煙道拱、下降清潔裝置、曲線形角落部分，和/或以上部分中的任何一些的組合部分。在一些實施例中，冠至少部分地由熱體積穩定的材料形成。在進一步的實施例中，冠被形成為橫跨在支撐件(例如爐側壁)之間的整體件(或幾個整體式部段)。

圖5A描繪了根據本技術的實施例構造的水平熱回收焦爐的底煙道516的局部剖視圖。下降通道112將爐室185與底煙道516流體連接。底煙道516包括在爐底板下方的多個并排的通路517。如關于爐105所討論的，圖5A中的通路517被示出基本上平行于爐的縱向軸線。然而，在其它實施例中，底煙道516可以被構造成使得通路517的至少一些部段大致垂直于爐的縱向軸線。

通路517由底煙道壁520隔開。雖然可以想到，底煙道壁520可以形成為一體式構造，例如單個鑄造或現澆單元。然而，在其它實施例中，多個底煙道壁部段522彼此聯接以限定單獨的底煙道壁520。參照圖5B和5D，單獨的底煙道壁部段522可以設置有凸脊524，此凸脊524從一端以豎直方式向外延伸。類似地，底煙道壁部段522可以包括在相對端以豎直方式向內延伸的凹槽526。以這種方式，相對的底煙道壁部段522可以彼此緊鄰地定位，從而使得一個底煙道壁部段522的凸脊524設置在相鄰的底煙道壁部段522的凹槽526內。除了或者代替相配合的凸脊524和凹槽526，底煙道壁部段522可以設置有在一端處的凹口528和從相對端延伸的突起530。凹口528和突起530被成形和定位成使得一個底煙道壁部段522可以通過凹口528和突起530的互鎖而與相鄰的底煙道壁部段522聯接。

從爐中的煤發出的揮發性氣體通過下降通道512被引導到底煙道516，所述下降通道512通過底煙道516流體連接到煙囪或吸收通道514。沿著底煙道516沿著迂回路徑引導揮發性氣體。參照圖5A，揮發性氣體排出下降通道512，并且沿著流體路徑被引導通過通路517。特別地，阻擋壁部分532被定位成在底煙道壁520與外底煙道壁534之間、在下降通道512與吸收通道514之間橫向延伸。在至少一個實施例中，底煙道壁部段523包括從底煙道壁部段523以豎直方式向外延伸的凸脊536。阻擋壁部分532的一端包括以豎直方式向內延伸的凹槽538。以這種方式，底煙道壁部段523可以被定位成緊鄰阻擋壁部分532，從而使得凸脊536設置在凹槽538內，以固定相對結構彼此的位置。以這種方式，基本上防止了揮發性氣體使來自下降通道512和吸收通道514的流體路徑短路。

隨著揮發性氣體沿著流體路徑行進通過底煙道516，它們被迫圍繞著底煙道壁520的端部部分，這可能不到與底煙道端壁540會合便停住。在各種實施例中，底煙道壁520的端部部分與底煙道端壁540之間的間隙設置有拱部分542以橫跨所述間隙。在一些實施例中，拱部分542可以是U形的，其提供接合底煙道底板543的一對相對支腿和接合爐底板的上端部分。在其它實施例中，拱部分542可以是與底煙道壁520成一體并從其延伸的拱形的或平坦的懸臂式部分。在其它實施例中，例如在圖5A和5H中所描繪的那些，拱部分542是J形的，其具有上端部分544，此上端部分544帶有拱形下表面546和被成形為接合爐底板的上表面548。單個支腿550從上端部分544的一端向下延伸以接合底煙道底板543。支腿550的側部部分被定位成緊鄰底煙道壁520的自由端部分。在一些實施例中，與支腿550相對的上端部分544的自由端部分552接合在底煙道壁520上的錨定點554以支撐拱部分542的那一側。在一些實施例中，錨定點554是形成在底煙道壁520中的凹陷或凹口。在其它實施例中，錨定點554被設置為相鄰結構(例如底煙道端壁540)的凸緣部分。當揮發性氣體圍繞底煙道壁520的端部部分行進時，在某些實施例中，揮發性氣體遇到角落，其中底煙道端壁540與外底煙道壁534和底煙道壁520會合。根據定義，此類角落提供了接合揮發性氣體并引起中斷揮發性氣體的平穩的分層流動的湍流的相對表面。因此，本技術的一些實施例包括在角落中的底煙道角落部分556，以減少揮發性氣體流的中斷。參照圖5G，底煙道角落部分556的實施例包括被成形為接合底煙道516的角落區域的成角度的后表面558。底煙道角落部分556的相對的前表面560被成形為曲線形或凹形。在其它實施例中，角落部分是彎曲凹部。在操作中，曲線形形狀減少了流動死區并使流動中的過渡平穩。以這種方式，當流體路徑行進到底煙道516的角落區域時，揮發性氣體流中的湍流可以被減小。底煙道角落部分556的頂表面可以被成形為接合爐底板以用于額外的支撐。

在各種現有技術的煉焦爐中，外底煙道壁由磚形成。因此，延伸穿過外底煙道壁的下降通道和吸收通道形成有在角落處會合的平坦的相對壁。因此，通過下降通道和吸收通道的流體路徑是湍流的并且減少了最佳流體流動。此外，磚的不規則表面以及下降通道和吸收通道的有角度的幾何形狀促進碎屑和顆粒隨時間的積累，這進一步限制了流體流動。參照圖5A和圖5E，本技術的實施例利用通道塊562形成外底煙道壁534的至少一部分。在一些實施例中，通道塊562包括一個或多個通道564，所述一個或多個通道564具有穿透通道塊562的寬度的開口端和封閉的側壁。在其它實施例中，通道塊566包括一個或多個開放通道568，所述一個或多個開口通道568具有穿透通道塊566的寬度的開口端和打開朝向通道塊566的一側以限定通道開口570的側壁。在各種實施例中，通道塊566被定位在底煙道底板水平面處。通道塊562被定位在通道塊566的頂部上，從而使得通道564的端部和開放通道568的端部被放置成彼此開放式地流體連通。在此方位上，一組通道塊566的通道開口570可以用作下降通道512的出口。類似地，另一組通道塊566的通道開口570可以用作吸收通道514的入口。根據所需要的外底煙道壁534和底煙道516的高度，可以將不止一個通道塊562定位在每個通道塊566的頂部上。

參照圖6，底煙道516的通路517可以被爐底板660覆蓋，所述爐底板660可以包含由熱體積穩定的材料制成的多個整體式部段662。特別地，如圖6所示，在底煙道516上方的整體件由多個并排的拱形成，每個拱覆蓋底煙道516的通路517。整體式部段662的下端部分664被定位在底煙道壁520和外底煙道壁534的上表面上。根據進一步的方面，平面整體式層或分段磚層可以覆蓋整體式部段662的頂部部分。進一步地，如前面關于本技術的其它方面所討論的，整個爐可以由膨脹和收縮材料制成，從而使得爐的一些或全部結構部件可以隨著彼此膨脹和收縮。因此，如果整體式部段662、底煙道壁520和外底煙道壁534由熱體積穩定的材料制成，則整體式部段662、底煙道壁520和外底煙道壁534可以在加熱和冷卻時保持大致彼此對齊。然而，可以想到，在某些應用中，整體式部段662、底煙道壁520和外底煙道壁534中的一個或多個可以由除了熱體積穩定的材料之外的材料制成。此類情況可能在對具有預制結構部件的現有煉焦爐的修理或改裝期間出現。類似地，可以想到，本文所描述的一些或全部其它部件(例如下降蓋118、阻擋壁部分532、底煙道端壁540、拱部分542、底煙道角落部分556、通道塊522和通道塊523)可以由熱體積穩定的材料形成和/或可以襯有熱體積穩定的材料。

根據本公開的各方面，爐可以由形成預制爐的整體式預制互鎖或對接形狀構成。例如，具有一體式側壁的整體式冠可以坐落在具有整體式底煙道壁的預制底板上，因此整個爐可以由如圖1A所示的多個預制形狀構成。在可選的實施例中，整個爐可以由一個預制件構成。在進一步的實施例中，爐可以由與單獨的磚對接以形成混合爐構造的一個或多個預制形狀構成。如圖中進一步所示，混合爐構造的各方面在爐修復方面可以是特別有效的。

圖7是示出了調低水平熱回收焦爐的方法700的框圖。此方法可以包括使用預制整體式冠來代替磚結構，或者可以包括由預制整體式部分建造成的水平焦爐。在框710，方法700包括在爐室上方形成具有爐冠的焦爐結構。冠或預制部分可以是爐冠、上升拱、下降拱、J形件、單個底煙道拱或多個底煙道拱、下降清洗裝置、曲線形角落部分，和/或以上部分中的任何一些的組合部分。在一些實施例中，冠至少部分地由熱體積穩定的材料形成。在進一步的實施例中，冠被形成為橫跨在支撐件(例如爐側壁)之間的整體件(或幾個整體式部段)。

在框720，方法700包括加熱焦爐室。在一些實施例中，將爐室加熱至給定材料的熱體積穩定的溫度以上(例如，在硅爐的情況下在1,200°F以上)。然后，方法700包括在框730將焦爐調低到熱體積穩定的溫度以下。對于具有熱體積穩定的溫度的材料(如二氧化硅)，這包含將爐溫度降低到此溫度以下(例如，在硅爐的情況下在1200°F以下)。對于熱體積穩定的材料(如熔融二氧化硅)或不具有熱體積穩定的溫度的材料(如氧化鋁)，將焦爐調低到熱體積穩定的溫度以下的步驟包含將爐溫度調低到任何更小的溫度。在特定的實施例中，調低焦爐包含完全關閉焦爐。在進一步的實施例中，調低焦爐包含將焦爐調低到約1200°F或更低的溫度。在一些實施例中，焦爐被調低到最大操作容量的50％或更小。在框740，方法700進一步包括維持焦爐結構，包括爐冠的完整性。因此，爐被調低而沒有如傳統爐中所經歷的冠塌陷。在一些實施例中，爐被調低而不引起明顯的冠收縮。上述方法可以應用于煉焦室、底煙道、下降管道、上升管道或爐的其它部分。

實例

以下實例是本技術的幾個實施例的說明。

1.一種焦爐室，其包含：

爐底板；

前端部分和與所述前端部分相對的后端部分；

在所述前壁與所述后壁之間從所述底板豎直向上延伸的第一側壁和與所述第一側壁相對的第二側壁；

被定位在所述底板上方并且從所述第一側壁橫跨到所述第二側壁的冠；以及

包含熱體積穩定的材料并且在所述第一側壁與所述第二側壁之間具有多個相鄰通路的底煙道。

2.根據權利要求1所述的焦爐室，其中所述熱體積穩定的材料包含熔融二氧化硅或氧化鋯。

3.根據權利要求1所述的焦爐室，其中所述底煙道包括由多個底煙道壁部段組成的至少一個底煙道壁。

4.根據權利要求3所述的焦爐室，其中所述底煙道壁部段由熱體積穩定的材料組成。

5.根據權利要求3所述的焦爐室，其中所述底煙道壁部段通過與所述底煙道壁部段的端部部分相關聯的凸脊和凹槽特征協作而彼此聯接。

6.根據權利要求3所述的焦爐室，其中所述底煙道壁部段通過與所述底煙道壁部段的端部部分相關聯的凹口和突起特征協作而彼此聯接。

7.根據權利要求1所述的焦爐室，其中所述底煙道包括與至少一個底煙道壁聯接并從其大致橫向延伸的至少一個阻擋壁部分；所述至少一個阻擋壁部分由熱體積穩定的材料組成。

8.根據權利要求7所述的焦爐室，其中所述至少一個阻擋壁部分和至少一個底煙道壁通過與所述至少一個阻擋壁部段的端部部分和所述至少一個底煙道壁的側部部分相關聯的凸脊和凹槽特征協作而彼此聯接。

9.根據權利要求1所述的焦爐室，其中所述底煙道包括橫跨至少一個底煙道壁的端部部分與底煙道端壁之間的間隙的至少一個大致J形的拱部分。

10.根據權利要求9所述的焦爐室，其中所述拱部分包括拱形上端部分和從所述上端部分的一端懸垂的支腿；所述拱形上端部分的相對自由端與在底煙道底板與所述爐底板之間的所述底煙道端壁可操作地聯接。

11.根據權利要求9所述的焦爐室，其中所述至少一個拱部分由熱體積穩定的材料組成。

12.根據權利要求1所述的焦爐室，其中所述底煙道包括具有后表面和相對的曲線形或凹形的前表面的至少一個底煙道角落部分，所述后表面被成形為接合所述多個相鄰通路中的至少一個的角落區域；所述底煙道角落部分被定位成引導流體流過所述角落區域。

13.根據權利要求12所述的焦爐室，其中所述至少一個底煙道角落部分由熱體積穩定的材料組成。

14.根據權利要求1所述的焦爐室，其中所述底煙道包括具有后表面和相對的曲線形或凹形的前表面的至少一個底煙道角落部分，所述后表面被成形為接合所述多個相鄰通路中的至少一個的角落區域；所述底煙道角落部分被定位成引導流體流過所述角落區域。

15.根據權利要求1所述的焦爐室，其中所述爐室進一步由延伸穿過所述第一側壁和第二側壁中的至少一個的下降通道組成；所述下降通道與所述爐室和所述底煙道開放式地流體連通。

16.根據權利要求15所述的焦爐室，其中所述下降通道具有彎曲的側壁。

17.根據權利要求15所述的焦爐室，其中所述下降通道具有各種幾何形狀的橫截面。

18.根據權利要求15所述的焦爐室，其中所述下降通道使用熱體積穩定的材料鑄造而成。

19.根據權利要求15所述的焦爐室，其中所述下降通道由多個通道塊形成，所述多個通道塊具有穿透所述通道塊的通道；所述多個通道塊豎直堆疊，從而使得來自相鄰通道塊的通道彼此對齊以限定下降通道的各部分。

20.根據權利要求19所述的焦爐室，其中至少一個通道塊包括穿透所述通道塊的上端部分和下端部分以及所述通道塊的一側的通道，以為所述下降通道提供出口。

21.根據權利要求15所述的焦爐室，其進一步包含與至少一個下降通道的開口可操作地聯接的下降蓋；所述下降蓋包括插塞，所述插塞被成形為接收在穿透所述下降蓋的進入開口內。

22.根據權利要求1所述的焦爐室，其中所述爐室進一步由延伸穿過所述第一側壁和第二側壁中的至少一個的吸收通道組成；所述吸收通道與所述底煙道和所述焦爐室的流體出口開放式地流體連通。

23.根據權利要求22所述的焦爐室，其中所述吸收通道具有各種幾何形狀的側壁。

24.根據權利要求22所述的焦爐室，其中所述吸收通道具有各種幾何形狀的橫截面。

25.根據權利要求22所述的焦爐室，其中所述吸收通道使用熱體積穩定的材料鑄造而成。

26.根據權利要求22所述的焦爐室，其中所述吸收通道由多個通道塊形成，所述多個通道塊具有穿透所述通道塊的通道；所述多個通道塊豎直堆疊，從而使得來自相鄰通道塊的通道彼此對齊以限定吸收通道的各部分。

27.根據權利要求26所述的焦爐室，其中至少一個通道塊包括穿透所述通道塊的上端部分和下端部分以及所述通道塊的一側的通道，以為所述吸收通道提供入口。

通過上述內容將認識到，雖然為了說明的目的本文描述了本技術的具體實施例，但是在不脫離本技術的精神和范圍的情況下可以進行各種修改。例如，盡管已經在HHR爐的情況下描述了幾個實施例，但是在進一步的實施例中，在無HHR爐(例如副產物爐)中可以使用整體件或熱體積穩定的設計。進一步地，在其它實施例中，可以組合或除去在特定實施例的情況下描述的新技術的某些方面。例如，盡管已經在用于煉焦室的冠的情況下討論了某些實施例，但是以上討論的平坦冠、整體式冠、熱體積穩定的材料和其它特征可以用于焦爐系統的其它部分中，例如用于底煙道的冠。此外，雖然已經在那些實施例的情況下描述了與本技術的某些實施例相關聯的優點，但是其它實施例也可以表現出此類優點，并且并非所有實施例都需要表現出此類優點以落入本技術的范圍內。因此，本公開和相關技術可以包括本文中未明確示出或描述的其它實施例。因此，除了所附權利要求之外，本公開不受限制。