一种竖炉用焦炭替代产品的加工装置

摘要

本实用新型公开了一种竖炉用焦炭替代产品的加工装置，属于冶金技术领域。本发明装置用于加工替代焦炭的内部填充结焦成炭富碳物料的密闭钢壳小块单体产品，主要包括：抽取和推送作为钢壳的整卷薄钢板的夹送辊组、在薄钢板面上冲压便于使凹形腔体相互分离的微孔列的孔列冲压机构、将薄钢板同时拉伸挤压加工成多个容器状独立凹形腔体的容腔成形机构、凹形腔体输送系统、向凹形腔体定量填充富碳物料的加料器、将凹形腔体内填充富碳物料压实并同时将其开口封闭成为小块单体产品的压实及开口封闭机构等。本发明装置通过高效地连续加工获得高强度、高密封和储存耐久性的小块单体焦炭替代产品，其加工过程也非常清洁、环保和高效。

说明书

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，更具体地说，涉及一种竖炉用焦炭替代产品的加工装置。

背景技术

使用焦炭的冶金竖炉主要是通过高温还原铁、锰、铬或镍氧化物及其共生矿物的冶炼高炉和铸造化铁炉，特别是占当今世界炼钢用生铁极大比例的高炉。冶金竖炉对焦炭的依赖主要是其对竖炉料柱支撑的良好透气、透液性的疏松骨架作用和较好的反应性，尤其是炼铁高炉的大型化和超大型化趋势，更加提高和加严了所需焦炭的指标。到目前为止，所有的焦炭的苛刻要求只能通过繁琐、复杂的有限煤种的多煤种配比和严格的结焦控制等炼焦过程来实现，使得主焦煤价格高居不下，焦炭成本不断攀升。此外，炼焦需要在炼焦炉的间接封闭加热条件下进行长时间干馏和炭化，还要再经过熄焦和筛分才能生产出焦炭，其生产过程的污染和能耗是非常可观的。

长期以来，竖炉冶炼工作者一直在不遗余力地试图降低冶炼过程对焦炭的依赖，有一种能有基本摆脱炼焦过程的竖炉焦炭替代产品及其使用的技术出现，其技术原理和方法为：将富碳物质与添加助剂等混匀后，加压封装在作为炭化室和保护壳的小块状单体钢制容器内，制作成为具有高强度、高耐久性和一定密封性的冶金焦炭替代产品。该替代品随其它顶装炉料加入竖炉内，在下行过程中利用炉内热能实现其内部物料的干燥、干馏并在炉内压力下形成炭化体，且在外壳溶解、熔化或破裂后参与炉内反应和对铁液渗碳，最终在竖炉下部承担对料柱的支撑。通过容器的形状、大小、厚度、外壳壁厚和内部物料配比的设计获得内部物料所需要的炭化时间、参与反应时间、反应比表面积、透气性和炭化体的强度及块度等，并在炉料内直接配加富碳物块粒补偿碳气化反应所需碳素的条件下，实现全部或大部分的焦炭替代，同时还可以部分或全部地替代现有技术所必须的炼焦煤。

发明内容

要解决的问题

本发明的目的是为实现上述替代焦炭的方法，提供一种连续、高效和大量地生产加工基于其特定要求的焦炭替代产品的装置。

技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

本发明的一种竖炉用焦炭替代产品的加工装置，用于生产加工内部填充结焦成炭富碳物料的密闭钢壳小块单体的焦炭替代产品。包括孔列冲压机构、容腔成形机构、凹形腔体输送系统、加料器、压实及开口封闭机构；其中：所述孔列冲压机构用于在作为所述密闭钢壳的薄钢板面上冲压便于容器状凹形腔体成形时相互分离的微孔列，所述容腔成形机构用于将薄钢板压制拉伸成容纳所述富碳物质的凹形腔体，所述凹形腔体输送系统用于向各个加工工位移动凹形腔体，所述加料器用于向凹形腔体填充的富碳物料，所述压实及开口封闭机构用于将凹形腔体组内填充物料压实并同时将其开口封闭成为小块单体的竖炉用焦炭替代产品。

进一步的，所述孔列冲压机构同时在宽度方向同行所有欲压制拉伸的凹形腔体周边的薄钢板面上冲压微孔列（类似于整版邮票分离用的微孔列），孔列中不同部位的孔间距根据凹形腔体相应部位的拉伸程度可以有所不同。采用冲孔方式先完成薄钢板预分割后再在最终拉伸凹形腔体时实现分离的优点为：1）孔列预分割后薄钢板仍为一整体，便于成组同步定位移动和加工；2）通过调整孔列中的孔间距（不同部位可以有不同的孔间距），使得微孔之间连接原始截面积改变，形成拉伸过程单体分离时的拉伸撕裂力差异，在压边力设置的协同下可以分配预成形时所需的凹形腔体相应部位的延伸量或壁厚；3）特定情况下可设置孔间距为零，相当于切（剪）断，但相对剪切或直接冲分相对设备更简便。

更进一步的，所述容腔成形机构同时在薄钢板的宽度方向上成行地经一步或多步压制拉伸成列均布的数个凹形腔体，凹形腔体在最后一步时与后行及同行相邻凹形腔体相互分离。

更进一步的，各个经分离的凹形腔体通过凹形腔体输送系统向后续各个加工工位进行移动和定位。

更近一步的，所述加料器成组或逐一地向凹形腔体内填充进行定量预压成型的富碳物料料块或定量加入散装富碳物料并同步进行预压实。

更近一步的，所述压实及开口封闭机构对凹形腔体内物料进行压实，也利用凹形腔体开口周边薄钢板经压实后和经拉伸撕裂分离后总体露出的富余部分薄钢板向内折叠成为小块单体，并经进一步压紧自密封成为最终产品。压实和封口可逐一或成组进行。结合物料体积压实的变化，通过凹形腔体截面与高度的比例设计，可以获得足以使凹形腔体通过内折并挤压而完全封闭的上部开口周边部分的薄钢板高度富余。开口封闭处的富余薄钢板折叠的定位可以采用点焊来强化。

更进一步的，装置中还包括夹送辊组，所述夹送辊组用于从薄钢板卷支架抽取薄钢板和并向后续涂油、冲孔列和拉伸凹形腔体等工位推送薄钢板。

更进一步的，装置中还包括涂油机构，设置于夹送辊组与孔列冲压机构之间，还包括涂油机构，用于涂覆压制拉伸凹形腔体时薄钢板表面润滑所需的润滑剂。

更进一步的，装置中还包括产品收集及输出机构，其设置于小块单体塑形机构下方，用于最终产品的成品收集。

更进一步的，所述一种竖炉用焦炭替代产品的加工装置，其生产加工流程特征包括如下步骤：

步骤一：富碳物料准备、薄钢板准备；

步骤二：薄钢板抽取推送、表面润滑剂涂覆；

步骤三：冲压便于凹形腔体后续拉伸撕裂成为独立小块单体的微孔阵列；

步骤四：横向成行一步或多步地同时进行多个容器状凹形腔体成形；

步骤五：定量向凹形腔体内充填富碳物料；

步骤六：加压密实凹形腔体内的富碳物料；

步骤七：将凹形腔体的开口周边富余部分的薄钢板向内折叠、压紧和必要时的点焊固定，实现完全封闭并同步进行外廓整形后成为目标形状和尺寸的产品；

步骤八：将最终的竖炉用焦炭替代产品进入收集及输出机构。

更进一步的，所述的一种竖炉用焦炭替代产品的加工装置，其生产加工流程中的物料尺寸特征为：步骤一中，所述富碳物质的粒径不大于5mm，所述原料薄钢板的厚度为0.2~0.5mm；步骤四中小块单体的壁厚范围为0.06-0.30mm；步骤八中，最终产品外廓三维中相对最小的厚度当量尺寸为30~60mm，长度为50~120m。

有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

（1）本发明的一种冶金竖炉用焦炭的替代产品的加工装置，能够将富碳物料与添加剂等预先封装在单体微型碳钢外壳容器中制成充分满足要求的产品，实现了富碳物质直接加入竖炉内替代焦炭，跨越了炼焦过程，也相应消除了炼焦本身所造成的能耗、碳排放和环境污染等一系列不良影响。

（2）本发明的一种竖炉用焦炭替代产品的加工装置，原理可靠、工艺先进、加工能力大，采用现有成熟的机械加工设备，并进行系统的组合形式进行优化设计，生产线紧凑、设备占地少。

（3）本发明的一种竖炉用焦炭替代产品的加工装置，产品质量指标稳定，封装严实紧密，物料与外壳的重量比例波动极小，使用效果好。

（4）本发明的一种竖炉用焦炭替代产品的加工装置，外壳薄钢板无需预先分条，富碳物料采用单片成形和自密封包裹，外壳材料利用率高，产品收得率稳定。

（5）本发明的一种竖炉用焦炭替代产品的加工装置，生产过程能耗低，无粉尘、噪声污染，易于实现清洁生产。

（6）本发明的一种竖炉用焦炭替代产品的加工装置，其生产过程连续、便捷、高效，易于实现自动化和少人化。

（7）本发明的一种竖炉用焦炭替代产品的加工装置，也可以用其它冶金物料替代富碳物料后用来生产加工炼钢用粉粒状物料的包装产品。如填充直接微合金化物料（微合金化元素氧化物和还原剂等）后可以替代微合金化成品铁合金。

附图说明

图1为本发明的一种竖炉用焦炭替代产品的加工装置的整体结构示意图，图中：

1、产品；2、薄钢板卷及薄钢板；3、夹送辊组；4、涂油机构；5、孔列冲压机构；6、容腔成形机构；7、凹形腔体；8、凹形腔体输送系统；9、加料器；10、压实及开口封闭机构；11、产品收集及输出机构；12、薄钢板卷支架。

图2一种冶金竖炉用焦炭的替代产品横截面示意图，图中：1、产品钢制外壳；2、内部物料。

图3一种冶金竖炉用焦炭的替代产品横截面示意图，图中：1、产品钢制外壳；2、内部物料。

具体实施方式

本说明书所描述及其附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

本实用新型的一种竖炉用焦炭替代产品的加工装置的具体实施，下面结合具体实施例方案进行描述。

实施例1

如图1所示，本实施例的一种竖炉用焦炭替代产品的加工装置，包括薄钢板卷支架（12）、夹送辊组（3）、涂油机构（4）、孔列冲压机构（5）、容腔成形机构（6）、凹形腔体输送系统（8）、可进行预压块的加料器（9）、压实及开口封闭机构（10）和产品收集及输出机构（11）；所使用的产品封装外壳材料为碳钢薄钢板（2），定宽的外购薄钢板卷整卷置于钢卷支架上以便抽取使用，其厚度为0.2~0.5mm，宽度为易于采购薄钢板的第一系列产品宽度，（宽度方向同行单体产品个数可以按照所成型的单个凹形腔体（7）所需薄钢板原始宽度方向尺寸的整数倍换算、调整进行配置）；产品内部密实填充的用于结焦成炭的富碳物质为多种化石、生物质的粉粒及其加工副产和回收粉粒或浆液的均匀混合物，其粒径不大于5mm，预先置于布料器中；所生产的产品（1）外形为直曲面组合体，最终产品外廓三维中相对最小的厚度当量尺寸为30~60mm，长度为50~120mm，其外壳壁厚为0.06-0.30mm。

产品的加工流程各工步依次为：置于钢卷支架（12）上的整卷薄钢板（2）由夹送辊（3）组抽取和推送至涂油机构（4）进行用于后步压制拉伸的表面润滑，由孔列冲压机构（5）同时在宽度方向同行所有欲压制拉伸的凹形腔体（7）周边的薄钢板（2）面上冲压微孔列，由容腔成形机构（6）将薄钢板进行两步拉伸挤压成型为列均布的同行数个凹形腔体（7），凹形腔体经由凹形腔体输送系统（8）向后步工序的工位移送，加料器（9）预压制定量富碳物料块体并向凹形腔体内填充，压实及开口封闭机构（10）将凹形腔体开口周边富余部分的薄钢板向内折叠、压紧和必要时的点焊固定来完全封闭内部物料，成为目标形状和尺寸的最终产品（1）后落入收集及输出机构（11）。

具体的，本实施例中，所使用的薄钢板厚度为0.2mm，薄钢板宽度为1000mm；带钢宽度方向列均布地同行压制10个凹形腔体；两步拉伸凹形腔体成型，第一步先预拉伸成为腔底段直径为50mm球头的喇叭状腔体；内部密实填充的用于结焦成炭的富碳物质为无烟煤，配入少量烟煤和生物质粉粒（粒径不大于4mm），还配入了少量回收餐余浆液以减少扬尘，在加料器中预压成截面略小于凹形腔体的柱体后加入凹形腔体；开口封闭不进行点焊固定；产品外形为横截面为圆缺的直曲面组合体（横截面如图2所示），其三维当量厚度为30mm，长度为60mm，其外壳壁厚为0.06-0.12mm。

实施例2

本实施例采用类似实施例1中的加工装置和相同的工艺进行连续加工，不同点为1）容腔成形机构将薄钢板进行一步拉伸挤压成型；2）加料器定量加入散装物料并进行预压实。具体所使用的薄钢板厚度为0.5mm，薄钢板宽度为1200mm；带钢宽度方向列均布地同行压制9个腔底段直径为75mm圆缺的凹形腔体；组合冲压头和组合模一步成型；内部密实填充的用于结焦成炭的富碳物质为无烟煤，配入少量烟煤和生物质粉粒（粒径不大于5mm），还配入了少量回收餐余浆液以减少扬尘，呈散装定量加入凹形腔体后预密实；开口封闭进行点焊固定；产品为横截面圆缺的直曲面组合体（横截面如图2所示），其三维当量厚度为60mm，长度为120mm，其外壳壁厚为0.10-0.30mm用于铸造厂化铁炉。

实施例3

本实施例采用类似实施例1中的加工装置和相同的工艺进行连续加工。具体所使用的薄钢板厚度为0.3mm，薄钢板宽度为1200mm；带钢宽度方向列均布地同行压制12个横截面宽、厚分别为60mm和35mm的腰果状凹形腔体；两步拉伸凹形腔体成型；内部密实填充的用于结焦成炭的富碳物质为无烟煤，配入少量烟煤和锯末屑（粒径不大于5mm），还配入了少量回收餐余浆液以减少扬尘，在加料器中预压成截面略小于凹形腔体的柱体后加入凹形腔体；开口封闭进行点焊固定；成形后的产品外形为腰果状横截面的曲面组合体，其厚度为35mm，宽度为60mm，长度为70mm，其外壳壁厚为0.08-0.18mm用于炼铁高炉。

实施例4

本实施例采用实施例1中的加工装置和相同的工艺进行连续加工。具体所使用的薄钢板厚度为0.22mm，薄钢板宽度为1000mm；带钢宽度方向列均布地同行压制16个腔底段截面为30mm×50mm（直段长度为20mm）的直弧形凹形腔体；两步拉伸凹形腔体成型，第一步先预拉伸成为腔底段半径为20mm球头的喇叭状腔体；内部密实填充的用于结焦成炭的富碳物质为无烟煤，配入约20%的混合生物质粉粒，所有物料粒径不大于5mm，在加料器中预压成截面略小于凹形腔体的柱体后加入凹形腔体；开口封闭不进行点焊固定；产品外形为直曲面组合体（横截面如图3所示），其三维当量厚度为30mm，长度为70mm，其外壳壁厚为0.07-0.16mm用于炼铁高炉。

在上文中结合具体的示例性实施例详细描述了本发明。但是，应当理解，可在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下进行各种修改和变型。详细的描述和附图应仅被认为是说明性的，而不是限制性的，如果存在任何这样的修改和变型，那么它们都将落入在此描述的本发明的范围内。此外，背景技术旨在为了说明本技术的研发现状和意义，并不旨在限制本发明或本申请和本发明的应用领域。