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技術 コークス炉に動的に装入するための方法およびシステム

出願人 サンコークテクノロジーアンドディベロップメントリミテッドライアビリティカンパニー
発明者 ジョンフランシスクアンチチュンワイチョイマークアンソニーボール
出願日 2016年12月28日 (3年4ヶ月経過) 出願番号 2018-533903
公開日 2019年2月14日 (1年2ヶ月経過) 公開番号 2019-504163
状態 不明
技術分野
  • -
主要キーワード 交差ブレース 支持ブレース 油圧式駆動装置 構造支持部材 装入コンベヤ 中空ビーム 設計検討 取外し装置
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2019年2月14日)のものです。
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図面 (20)

課題・解決手段

コークスプラントからのコークス生産およびコークス品質を高めるために、制御システム通信する装入ラムを用いるコークス炉に自動的に装入する方法を含む、コークス・プラントの運転および生産に関する、コークス炉に石炭を動的に装入するシステムおよび方法。幾つかの実施形態においては、制御システムは、炉内に石炭を装入している間に、水平方向である第1の方向、水平方向である第2の方向、および、鉛直方向である第3の方向に装入ラムを動かすことができる。幾つかの実施形態においては、石炭装入システムは、炉床輪郭形状および/または炉の容量を生成するために炉床を走査するように構成される走査システムを更に含む。制御システムと組み合わせて使用される走査システムは、装入プロセスを通して装入ラムの動的な平坦化を考慮に入れる。幾つかの実施形態においては、装入ラムの機械的強度を増加させ、遠位端における装入ラムのたわみを減少させるために、装入ラムは、補剛板および支持部材を含む。

概要

背景

コークスは、鋼の生産において鉄鉱石を溶かし還元するために用いられる、固体炭素燃料および炭素源である。「トンソン(Thompson)コークス化プロセス」として知られる、1つのプロセスにおいては、炉内に微粉炭一括投入し、密閉し、精密に制御された大気条件の下で約48時間非常に高い温度まで加熱することによって、コークスは生産される。コークス炉は、石炭冶金用コークスに変えるために、長年、用いられてきた。コークス化プロセスの間、細かく粉砕された石炭は、この石炭を脱揮して、所定の有孔率および強度を有する融着されたコークスの塊を作るために、制御された温度条件の下で加熱される。

石炭粒子または石炭粒子の混合物高温の炉内に装入または充填され、これらの石炭はこれらの炉で加熱される。装入プロセスの間の炉の高い温度のために、石炭供給プロセスは、炉の中に水平に石炭粒子を運び込んで石炭の細長い層を提供するためのコンベヤを用いなければならない。このコンベヤは、オペレータによって手動制御されるが、押出機側開口から炉内に入り、炉の反対端のコークス側開口の方へ向かって延びながら、炉内に石炭を装入する。コンベヤが反対側の端に到達して、その層の装入を終えると、コンベヤは入ったと同じ側から炉から引き戻される。装入されると、コークスを作るために炉は密閉され、加熱される。

概要

コークス・プラントからのコークス生産およびコークス品質を高めるために、制御システム通信する装入ラムを用いるコークス炉に自動的に装入する方法を含む、コークス・プラントの運転および生産に関する、コークス炉に石炭を動的に装入するシステムおよび方法。幾つかの実施形態においては、制御システムは、炉内に石炭を装入している間に、水平方向である第1の方向、水平方向である第2の方向、および、鉛直方向である第3の方向に装入ラムを動かすことができる。幾つかの実施形態においては、石炭装入システムは、炉床輪郭形状および/または炉の容量を生成するために炉床を走査するように構成される走査システムを更に含む。制御システムと組み合わせて使用される走査システムは、装入プロセスを通して装入ラムの動的な平坦化を考慮に入れる。幾つかの実施形態においては、装入ラムの機械的強度を増加させ、遠位端における装入ラムのたわみを減少させるために、装入ラムは、補剛板および支持部材を含む。

目的

装入プロセスの間の炉の高い温度のために、石炭供給プロセスは、炉の中に水平に石炭粒子を運び込んで石炭の細長い層を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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請求項1

石炭装入ステムであって、押出機側開口と、前記押出機側開口と反対の位置にあるコークス側開口と、互いに反対の位置にある側壁と、前記押出機側開口、前記コークス側開口、および、前記互いに反対の位置にある側壁によって境界を定められた炉床とを有するコークス炉と、近位端部分、遠位端部分、および、互いに反対の位置にある側部を有し、前記互いに反対の位置にある側部がその長さを定め、少なくとも前記押出機側開口から前記コークス側開口の方に向けて動かすことが可能である装入ラムと、前記装入ラムに動作可能に連結され、前記炉内に石炭を装入することができ、動作中には装入圧を受けるコンベヤ・システムと、前記装入ラムと通信する制御システムであって、前記装入ラムを自動的に動かすことは少なくとも部分的には前記コンベヤ・システムが受けるチェーン圧によって決定されるようにして、少なくとも前記押出機側開口と前記コークス側開口との間で前記装入ラムを自動的に動かすように構成される制御システムとを備えてなる石炭装入システム。

請求項2

前記装入ラムを初期装入位置に保持するように構成された係止機構を更に備えてなる、請求項1に記載の石炭装入システム。

請求項3

前記制御システムは、予め設定された係止装入圧に達した後、自動的に前記係止機構を解除し前記コークス側開口の方に向かって前記装入ラムを動かすように構成されており、前記制御システムは更に、動作チェーン圧を予め設定された動作範囲内に維持するように構成されている、請求項2に記載の石炭装入システム。

請求項4

前記予め設定された係止装入圧が1700psiより大きい、請求項3に記載の石炭装入システム。

請求項5

前記予め設定された動作範囲が2000〜3500psiの間にある、請求項3に記載の石炭装入システム。

請求項6

前記予め設定された動作範囲が2300〜2900psiの間にある、請求項3に記載の石炭装入システム。

請求項7

前記押出機側開口との間の前記コークス側開口の方に向かう前記装入ラムの動きは、第1の方向の水平移動である、請求項1に記載の石炭装入システム。

請求項8

前記炉の前記互いに反対の位置にある側壁のうちの少なくとも1つの方に向かって前記装入ラムを自動的に動かすように前記制御システムが構成されるようにして、前記装入ラムは、前記炉の前記互いに反対の位置にある側壁の間において第2の方向に水平に動かすことが可能である、請求項7に記載の石炭装入システム。

請求項9

前記装入圧がチェーン圧である、請求項1に記載の石炭装入システム。

請求項10

石炭装入システムであって、押出機側開口と、前記押出機側開口と反対の位置にあるコークス側開口と、互いに反対の位置にある側壁と、前記押出機側開口、前記コークス側開口、および、前記互いに反対の位置にある側壁によって境界を定められた炉床とを有するコークス炉と、近位端部分、遠位端部分、および、互いに反対の位置にある側部を有し、前記互いに反対の位置にある側部がその長さを定め、前記押出機側開口から前記コークス側開口の方に向けて水平方向に動かすことが可能で、前記炉床から離れて鉛直方向に動かすことが可能である装入ラムと、前記装入ラムに動作可能に連結され、前記炉内に石炭を装入することができ、動作中には装入圧を受けるコンベヤ・システムと、前記装入ラムと通信し、前記装入ラムを、前記コークス側開口の方に向けて水平方向に、そして、前記炉床から離れて鉛直方向に、自動的に動かすように構成される制御システムであって、前記装入ラムを前記自動的に動かすことは少なくとも部分的には前記コンベヤ・システムが受ける前記装入圧によって決定される制御システムとを備えてなる石炭装入システム。

請求項11

前記制御システムと通信する駆動システムを更に備えてなり、前記駆動システムは前記装入ラムに動作可能に連結され、前記制御システムは、少なくとも、第3の方向に鉛直方向に前記装入ラムを動かすために、前記駆動システムを利用する、請求項10に記載の石炭装入システム。

請求項12

前記駆動システムは、油圧駆動電気駆動、または、ネジ駆動装置のうちの少なくとも1つである、請求項11に記載の石炭装入システム。

請求項13

前記装入ラムは、前記炉の前記互いに反対の位置にある側壁の少なくとも1つの方に向かって水平に動かすことが可能であり、前記制御システムが前記炉の前記互いに反対の位置にある側壁の少なくとも1つの方に向かって前記装入ラムを自動的に動かすように構成される、請求項10に記載の石炭装入システム。

請求項14

前記装入ラムに取り付けられ、前記制御システムと通信する走査システムを更に備えてなる、請求項10に記載の石炭装入システム。

請求項15

前記走査システムは、炉床輪郭形状または炉輪郭形状のうちの少なくとも1つを決定するために前記炉を走査するように構成されている、請求項14に記載の石炭装入システム。

請求項16

前記制御システムは、前記決定された炉床輪郭形状または炉輪郭形状に応じて前記炉床から離れて鉛直方向に前記装入ラムを自動的に動かすように構成される、請求項15に記載の石炭装入システム。

請求項17

前記走査システムが、カメラレーザー、または、レーダーのうちの少なくとも1つである、請求項14に記載の石炭装入システム。

請求項18

前記装入ラムの前記互いに反対の位置にある側部の各々が内側面および外側面を有し、前記装入ラムは更に、前記装入ラムの前記互いに反対の位置にある側部に機械的に連結された、複数の水平方向に配向された横断支持ブレースと、前記複数の横断支持ブレースの少なくとも一部に機械的に連結された複数の補剛板であって、各補剛板が、前記横断支持ブレースと前記装入ラムの前記互いに反対の位置にある側部との間に、各補剛板の外側向き面が前記装入ラムの前記互いに反対の位置にある側部の各々の前記内側面に密着され、各補剛板の内側向き面が前記横断支持ブレースのうちの1つに密着されるように配置された、複数の補剛板とを有する、請求項10に記載の石炭装入システム。

請求項19

前記補剛板および前記横断支持ブレースに機械的に接続された支持部材を更に備えてなる、請求項18に記載の石炭装入システム。

請求項20

前記支持部材が前記横断支持ブレースの下部に配置され、前記支持部材が互いに略垂直に構成された第1および第2の面を有し、前記支持部材の前記第1の面は前記補剛板の前記内側向き面に接続され、前記支持部材の前記第2の面は前記横断支持ブレースの前記下部に接続された、請求項19に記載の石炭装入システム。

請求項21

前記複数の横断支持ブレースは中空で、前記横断支持ブレースの下部に開孔を有し、前記開孔は、流体を前記開孔から排出するように構成されている、請求項18に記載の石炭装入システム。

請求項22

前記装入ラムの前記互いに反対の位置にある側部が上部および下部を有し、前記石炭装入システムは更に、前記装入ラムの前記互いに反対の位置にある側部の前記上部に取り付けられた第1の複数のローラと、前記装入ラムの互いに反対の位置にある側部の前記下部に取り付けられた第2の複数のローラとを備えてなる、請求項10に記載の石炭装入システム。

請求項23

前記装入ラムの前記遠位端部分は前記炉の前記押出機側開口の鉛直平面を通過するように構成され、前記石炭装入システムは更に、前記装入ラムの前記遠位端部分に作用的に接続される鉛直方向に配置された装入ヘッドであって、前記装入ヘッドは、装入ヘッド平面内に位置する平坦ディと、下縁部と、前記下縁部と反対の位置にある上縁部と、前面と、前記前面と反対の位置にある後面とを有し、前記後面は装入ラムの前記近位端部分の方を向くように配向された、装入ヘッドと、前記装入ヘッドの前記後面に作用的に接続され、前記装入ヘッドに対して後方且つ下方に向くように配向された下側の石炭エンゲージ面を有する突出板と、を備えてなる、請求項10に記載の石炭装入システム。

請求項24

前記突出板は更に、前記装入ヘッドに対して後方且つ上方に向くように配向された上方偏向面を有し、前記石炭エンゲージ面および偏向面は互いに作用的に接続され、前記装入ヘッドから離れて後方を向く峰状隆起を定める、請求項23に記載の石炭装入システム。

請求項25

前記制御システムは、2000〜3500psiの間に予め設定された動作範囲内に動作装入圧を維持するように構成されている、請求項23に記載の石炭装入システム。

請求項26

前記装入ラムの前記遠位端部分は、前記炉の前記押出機側開口の鉛直平面を通過するように構成され、前記石炭装入システムは更に、前記装入ラムの前記遠位端部分に作用的に接続される鉛直方向に配向された装入ヘッドであって、装入ヘッド平面内に位置する平坦ボディと、下縁部と、前記下縁部と反対の位置にある上縁部と、前面と、前記前面と反対の位置にある後面とを有し、前記後面は装入ラムの前記近位端部分の方を向くように配向され、前記装入ヘッドは更に、前記装入ヘッドの下端部分に一対の対向するウィングを有し、各ウィングは、前記装入ヘッドから間隔を空けられた関係に配置された自由端部分を有し、前記対向するウィングの各々は、前記対向するウィングの内側の面から前記装入ヘッド平面を貫通して拡がる、空いたスペースを定める、装入ヘッドを備えてなる、請求項10に記載の石炭装入システム。

請求項27

各ウィングは、前記装入ヘッド平面に隣接する第1の面と、該第1の面から前記自由端部分の方に向かって延びる第2の面とを有し、前記第1の面は、前記装入ラム平面から装入ラムの隣接する側部の方に向かって斜めに配置され、前記第2の面は、前記装入ヘッド平面と平行なウィング平面内に位置する、請求項26に記載の石炭装入システム。

請求項28

前記装入圧がチェーン圧である、請求項10に記載の石炭装入システム。

請求項29

前記炉内に複数の下降管開口を更に備えてなり、前記下降管開口の各々は、前記炉床と反対の方向を向いており、前記制御システムは、前記下降管の開口に隣接する石炭の第1の厚さが前記複数の下降管の開口に隣接しない石炭の第2の厚さより大きいようにして前記炉内に装入された石炭の量を最大にするように前記炉の範囲内にある石炭の厚さを変化させるように構成される、請求項10に記載の石炭装入システム。

請求項30

石炭システムに動的に装入する方法であって、前記方法は、コークス炉の初期装入位置に装入ラムを置くことであって、前記炉が、押出機側開口と、前記押出機側開口の反対の位置にあるコークス側開口と、互いに反対の位置にある側壁と、前記押出機側開口、前記コークス側開口、および、前記互いに反対の位置にある側壁によって境界を定められる炉床とし、前記初期装入位置は前記押出機側開口に隣接する、置くことと、前記装入ラムに動作可能に連結され動作中には装入圧を受けるコンベヤ・システムによって、石炭を前記炉内の前記初期装入位置に装入することと、同時に前記コンベヤ・システムによって前記炉内に石炭を装入する間に自動的に前記装入ラムを動かす、制御システムを用いることと、前記炉に装入されるまで予め設定された動作範囲内に前記装入圧を維持することと、を含む方法。

請求項31

前記装入ラムを自動的に動かすことは、水平方向である第1の方向に前記装入ラムを自動的に動かすことと水平方向である第2の方向に前記装入ラムを自動的に動かすこととの両方を含み、前記水平方向である第1の方向はz軸に沿って前記炉の前記コークス側開口の方へ向かい、前記水平方向である第2の方向はx軸に沿って前記炉の前記互いに反対の位置にある側壁のうちの1つの方へ向かう、請求項30に記載の方法。

請求項32

前記装入ラムを自動的に動かすことは更に、前記炉床から離れてy軸に沿った鉛直方向である第3の方向に前記装入ラムを自動的に動かすことを含む、請求項30に記載の方法。

請求項33

前記鉛直方向である第3の方向に前記装入ラムを自動的に動かすために駆動システムを利用することを更に含み、前記駆動システムは、油圧駆動、電気駆動、または、ネジ駆動装置のうちの少なくとも1つを含む、請求項32に記載の方法。

請求項34

前記装入ラムを自動的に動かすことは更に、z軸の周りに回転可能な第4の方向に前記装入ラムを自動的に動かすことを含む、請求項30に記載の方法。

請求項35

前記装入ラムを自動的に動かすことは更に、x軸の周りに回転可能な第5の方向に前記装入ラムが動かされるとき、前記装入ラムが上方または下方に傾けられ、そして、前記装入ラムの近位端は前記装入ラムの遠位端より低いか、または、より高くなるようにして、前記第5の方向に前記装入ラムの前記近位端を自動的に動かすことを含む、請求項30に記載の方法。

請求項36

前記装入ラムは更に、近位端部分、遠位端部分、および、前記装入ラムの長さを定める互いに反対の位置にある側部を有し、前記初期装入位置は初期装入高さを含み、前記方法は更に、前記コークス側開口の方に向かって前記装入ラムを動かしている間、前記装入ラムの前記遠位端部分を前記初期装入高さに維持することを含む、請求項32に記載の方法。

請求項37

前記初期装入位置が初期装入高さを含み、そして、前記装入ラムを自動的に動かすことは、前記初期装入高さを維持するために鉛直方向である第3の方向に前記装入ラムを自動的に動かすことを含む、請求項30に記載の方法。

請求項38

完全に装入された前記コークス炉は、ほぼ一定の厚さを有する石炭の層を含む、請求項30に記載の方法。

請求項39

前記炉は更に、前記炉の前記互いに反対の位置にある側壁に近接して配置された複数の下降管開口を含み、前記方法は更に、第1の厚さを有する石炭の第1の層を作るために第1の領域において前記炉へ石炭を装入することと、前記第1の厚さより大きい第2の厚さを有する石炭の第2の層を作るために第2の領域において前記炉へ石炭を装入することと、を含み、前記第1の領域は前記複数の下降管開口のうちの少なくとも1つに隣接しており、前記第2の領域は前記複数の下降管開口から間隔を空けられている、請求項30に記載の方法。

請求項40

完全に装入された前記コークス炉は、全体にわたってほぼ均一な密度を有する石炭の層を有する、請求項30に記載の方法。

請求項41

予め設定された装入圧に到達するまで前記装入ラムを前記初期装入位置に係止することを更に含む、請求項30に記載の方法。

請求項42

炉輪郭形状または炉床輪郭形状の少なくとも1つを決定するために前記炉を走査することを更に含む、請求項30に記載の方法。

請求項43

前記炉床を走査することは、前記初期装入位置で前記炉内に石炭を装入する前に発生し、前記方法は更に、前記炉へ装入された後で前記炉から前記装入ラムを引き戻すことと、前記炉内に石炭を装入し前記炉内に追加の石炭を装入した後に前記炉を再走査することと、を含む、請求項42に記載の方法。

請求項44

炉輪郭形状を決定するために前記炉床を走査することは、前記炉が完全装入された後に発生し、前記炉輪郭形状は前記装入された炉の厚さまたは高さを含む、請求項42に記載の方法。

請求項45

炉床輪郭形状を決定するために前記炉床を走査することと、前記炉床を走査することに応じて、炉輪郭形状に含まれる如何なる炭素材料にも位置を割り当てることと、前記鉛直方向である第3の方向において前記装入ラムを自動的に調節することと、を更に含む請求項32に記載の方法。

請求項46

前記装入ラムを自動的に調節することは、前記炉の全体にわたってほぼ一定の厚さを達成するために前記鉛直方向である第3の方向において前記装入ラムを調節することを含む、請求項45に記載の方法。

請求項47

石炭を前記炉内の前記初期装入位置に装入することは、石炭を前記炉内の初期装入高さで装入することを含み、前記方法は更に、前記初期装入高さを維持するように前記装入ラムを鉛直方向に自動的に調整することを含む、請求項30に記載の方法。

請求項48

前記炉内に装入された前記石炭の少なくとも一部分を、前記装入ラムに作用的に接続された突出板に前記石炭の前記一部分を捕えさせることにより、押し出すことを更に含み、前記押し出すことは、前記石炭の前記一部分が前記突出板の石炭エンゲージ面の下で圧縮されるようにして実行される、請求項30に記載の方法。

請求項49

前記炉に装入された後で前記炉から前記装入ラムを引き戻すことと、前記引き戻しの間に前記炉床から離れy軸に沿って鉛直方向である第3の方向に前記装入ラムを自動的に動かす、前記制御システムを用いることと、を更に含む、請求項30に記載の方法。

請求項50

石炭装入システムであって、押出機側開口と、前記押出機側開口と反対の位置にあるコークス側開口と、互いに反対の位置にある側壁と、前記押出機側開口、前記コークス側開口、および、前記互いに反対の位置にある側壁によって境界を定められた炉床と、を有するコークス炉と、近位端部分、遠位端部分、および、互いに反対の位置にある側部を有し、前記互いに反対の位置にある側部がその長さを定め、少なくとも、前記押出機側開口と前記コークス側開口との間で動かすことが可能である装入ラムであって、更に、前記炉内に石炭を装入することができるコンベヤ・システムを含む、装入ラムと、コンピュータに以下の動作を行わせるために1または複数のプロセッサで実行可能な、コンピュータ読取り可能な非一時的媒体とを備えてなり、前記コンピュータに行わせる動作は、炉輪郭形状の少なくとも1つを決定するために前記炉を走査すること、前記装入ラムにより前記炉内に石炭を装入すること、そして同時に前記炉内に石炭を装入する間に、前記炉輪郭形状に応じて前記装入ラムを自動的に動かすことであって、前記装入ラムは(1)水平方向にx軸に沿って動かすことが可能であり、(2)水平方向にz軸に沿って動かすことが可能であり、且つ、(3)鉛直方向にy軸に沿って動かすことが可能である、石炭装入システム。

請求項51

前記炉は更に、前記炉の前記互いに反対の位置にある側壁に隣接して配置された複数の下降管の開口を有し、前記炉内に石炭を装入することは結果として前記炉の範囲内に、ある厚さの石炭をもたらし、前記1または複数のプロセッサは更に前記コンピュータに、前記下降管の開口に隣接する石炭の厚さが前記下降管の開口から間隔をおいて離れた石炭の厚さより大きいようにして前記炉に装入された石炭の量を最大にするように前記炉の範囲内にある石炭の前記厚さを前記炉の炉輪郭形状に基づいて変化させるという動作を行わせる、請求項50に記載の石炭装入システム。

請求項52

石炭システムへ自動的に装入する方法を処理装置に実行させるためのコンピュータ実行可能命令を含むコンピュータ読取り可能な媒体であって、前記方法は、前記石炭システムへの装入の間に前記石炭システムによって維持されるべき所望の装入圧に対応する設定点を受け取ることと、前記石炭システムから前記処理装置に送信された圧力に対応する実際の装入圧の現在の値を受け取ることと、前記現在の値が前記設定点を超えるとき、前記現在の値が前記設定点より下へ降下するという結果をもたらす、第1の位置から第2の位置へ前記石炭システムを移動するようにという命令を送ることと、前記現在の値が前記設定点を超えないとき、前記石炭システムを前記第1の位置に維持するようにという命令を送ることと、を含む、コンピュータ読取り可能な媒体。

技術分野

0001

関連出願の相互参照
本出願は、2015年12月28日に出願された米国特許仮出願第62/271,963号の優先権の恩恵を主張する。その開示は全体が参照により本出願に含まれるものとする。

0002

本技術は、一般に、コークスプラント運転および生産に関連する熱回収コークス炉における動的な装入に関する。

背景技術

0003

コークスは、鋼の生産において鉄鉱石を溶かし還元するために用いられる、固体炭素燃料および炭素源である。「トンソン(Thompson)コークス化プロセス」として知られる、1つのプロセスにおいては、炉内に微粉炭一括投入し、密閉し、精密に制御された大気条件の下で約48時間非常に高い温度まで加熱することによって、コークスは生産される。コークス炉は、石炭冶金用コークスに変えるために、長年、用いられてきた。コークス化プロセスの間、細かく粉砕された石炭は、この石炭を脱揮して、所定の有孔率および強度を有する融着されたコークスの塊を作るために、制御された温度条件の下で加熱される。

0004

石炭粒子または石炭粒子の混合物高温の炉内に装入または充填され、これらの石炭はこれらの炉で加熱される。装入プロセスの間の炉の高い温度のために、石炭供給プロセスは、炉の中に水平に石炭粒子を運び込んで石炭の細長い層を提供するためのコンベヤを用いなければならない。このコンベヤは、オペレータによって手動制御されるが、押出機側開口から炉内に入り、炉の反対端のコークス側開口の方へ向かって延びながら、炉内に石炭を装入する。コンベヤが反対側の端に到達して、その層の装入を終えると、コンベヤは入ったと同じ側から炉から引き戻される。装入されると、コークスを作るために炉は密閉され、加熱される。

発明が解決しようとする課題

0005

このように手動で炉内に装入すると、結果として、一般に、石炭の層の輪郭形状が平坦でなくなる。より具体的には、石炭の層の両端は、しばしば異なる材料厚を有し、押出機側開口の近くの石炭はコークス側開口の近くの石炭よりかなり大きな厚さを有する。層の輪郭形状が平坦でないことの結果として、石炭の薄い側の部分は非常に速くコークスになり、より大きな燃焼損失被る。また、炉内にこのように装入することは、一般に結果として、コークス品質のばらつき、および、(炉の可能な全容量より小さい容量の石炭が装入されるという)炉への装入不足をもたらす。全体的な影響として、コークス品質、コークス生産量、および、コークス製造施設収益が減少する。

0006

本発明の非限定的で非網羅的な実施形態(好適な実施形態を含む)は以下の図面を参照して記述される。ここで、別途明記されない限り、様々の図面の全体にわたって、同様の参照符号は同様の構成要素を示している。

図面の簡単な説明

0007

図1は、本技術による押出・装入マシン(pusher charger machine)の1つの実施形態の概略を示す図である。
図2は、本技術による、手動装入動作の間の装入ラム(charging ram)の位置および装入圧の試験データを示すグラフである。
図3は、本技術による、装入ラムおよびコークス炉の1つの実施形態を示す横上方向からの斜視図である。
図4は、本技術による、石炭装入ステムの炉内に動的に装入する方法を示すブロック図である。
図5は、本技術による自動装入動作の間の、装入ラムの位置および装入ラム圧の試験データを示すグラフである。
図6は、本技術による、装入ラムに連結された走査システムの1つの実施形態を示す横上方向からの斜視図である。
図7は、本技術による制御システムの様々の入力および出力を例示する概略図である。
図8は、本技術による、石炭装入システムの炉内に動的に装入するためのフローチャートである。
図9A〜9Hは、本技術により炉内に石炭を装入している間の、様々の位置にある、装入ラムの実施形態を示す側面透視図である。
図10Aは、図3に示される装入フレームの1つの実施形態の上平面図である。
図10Bは、本技術によるローラを有する装入フレームの1つの実施形態の横上方向からの斜視図である。
図11Aは、本技術による補剛板およびリブ支持部材によって支持される交差ブレースの1つの実施形態を示す斜め横下方向からの斜視図である。図11Bは、本技術による補剛板およびリブ支持部材によって支持される交差ブレースの1つの実施形態を示す斜め横下方向からの斜視図である。
図12は、本技術による石炭装入システムの装入フレームおよび装入ヘッドの1つの実施形態を示す前側からの斜視図である。
図13は、本技術による装入ヘッドの1つの実施形態を示す側面図である。
図14は、本技術による突出板の1つの実施形態を示す前側からの斜視図である。
図15は、本技術による突出板の1つの実施形態を示す側面斜視図である。
図16は、本技術による石炭層装入動作において突出板が使用されたとき、および、使用されないときにおける石炭層の密度の違いを示しつつ、本技術による装入ヘッドの1つの実施形態を示す正面図である。
図17は、本技術による突出板を使わずに装入された石炭の層の長さに亘って石炭層の密度を示すグラフである。
図18は、本技術による突出板を用いて装入された石炭の層の長さに亘って石炭層の密度を示すグラフである。

実施例

0008

本技術は、一般に、コークス炉の石炭処理速度を増加させる方法に関する。本技術の1つの態様は、炉の容量、コークス化プロセス、生産高、および、コークス品質を最適化するために、装入ラムが1つの炉内に動的に装入するための制御システムを開発することである。この制御システムは、より均一な密度で各炉に装入されることを可能にする。結果として、炉内における均一な温度分布およびコークス化サイクルタイムのより良い制御が実現される。幾つかの実施形態においては、石炭装入システムは、自動的に装入ラムを動かすように構成された制御システムと通信する装入ラムを含む。装入ラムを自動的に動かすことは、同時に炉内に石炭を装入する間は安定した装入圧(例えば、チェーン圧)を維持することを基にするか、或いは、炉輪郭形状に応じて炉に装入することを基にすることができる。本技術の他の1つの態様は、動的レベラー・システム(leveler system)を開発することである。幾つかの実施形態においては、装入プロセス全体を通して装入ラムの初期装入高さ、または、望ましい高さを維持するように装入ラムの鉛直方向の高さを自動的に調整するように制御システムは構成され得る。本技術の他の1つの態様は、制御システムと連携して使用される走査システムを開発することである。幾つかの実施形態においては、走査システムは、装入ラムに結合され、コークス化のための炉の容量および/または炉床輪郭形状を決定するために炉床を走査するために設置される。制御システムは、決定された炉の容量および/または炉床輪郭形状を用いて、炉内に石炭を装入している間にその鉛直方向の位置を自動的に調節するように構成される。本技術の更に他の1つの態様は、完全にコークス化された後に押出機ラムが炉からコークスを取り出すときに、押出機ラムから炉床輪郭形状を決定することである。本技術の更に1つの態様は、装入ラムの遠位端のたわみの大きさを減少させるために装入ラムを強化することである。幾つかの実施形態においては、装入フレームは、補剛板、リブRIB)支持部材、および、ローラの組合せを用いて強化される。

0009

本技術の幾つかの実施形態の具体的な詳細は、図面を参照して以下に記述される。本技術の様々の実施形態の説明を不必要に不明瞭にすることを避けるために、しばしば押出機システム、装入システム、および、コークス炉と関連付けられる良く知られた構造およびシステムを記述している他の詳細事項は以下の開示では記述しなかった。図面に示された詳細事項、寸法、角度、空間配向、および、その他の特徴の多くは、本技術の特定の実施形態を単に例示するのみである。したがって、他の実施形態は、本技術の趣旨または範囲から逸脱することなく、他の詳細事項、寸法、角度、空間的配向、および、特徴を有することができる。したがって、本技術が付加的要素具備する他の複数の実施形態を包含することができ、或いは、図面を参照して以下に示され記述された特徴の幾つかを有しない他の複数の実施形態を包含することができることを、当該技術分野における通常の技量を有する者は理解するであろう。

0010

図1は押出・装入マシン(pusher charger machine(PCM))100の1つの実施形態を示す。PCM100は、運転室116、計装エンクロージャ106、主エネルギートランスミッション110、メインフレーム114、押出機ラム(pusher ram)102、ドア取外し装置(door extractor)104、および、油圧システム108を含む。本開示の態様に従い、PCM100は、典型的には、幾つかの異なる動作のために使用される。これらの動作は、石炭側炉ドアを取外し、元に戻すこと、装入されている1バッチ分のコークスを複数の炉から押し出すこと、炉の脱炭を行うこと、または、複数の炉内に石炭を装入することを含む。1つの実施形態によれば、炉団の前を走る一組のレールに沿ってPCM100が定められた炉まで動かされると、PCM動作シーケンスが始まる。PCM100は、その石炭装入システムを炉の位置に合わせ、ドア取外し装置104を用いて石炭装入システムから押出機側炉ドアを取り外す。それから、PCM100は、PCM100の押出機ラム102を炉の中心の位置に合わせるように動かされ、押出機ラム102は炉の内部からコークスを押し出すように付勢される。PCM100は再び石炭装入システムを炉の中心の位置に合わせるように動かされ、石炭はトリッパ・コンベヤ(tripper conveyer)によってPCM100の石炭装入システムに届けられる。それから、石炭装入システムは、炉の内部に石炭を装入する。その後、装入コンベヤは、挿入されたときと同じ側から、炉から引き戻される。最後に、PCM100のドア取外し装置104は、押出機側炉ドアを元に戻して掛け金をかける。或いは、別々の押出装置装入装置とが使用されてもよい。

0011

本技術の幾つかの実施形態は、各炉内の石炭の一定の厚さと一定の密度を達成するように炉内に石炭を装入することに向けられている。他の実施形態は、各炉内において石炭の最大量を達成するように炉内に石炭を装入することに向けられている。したがって、炉への装入がどのように改善されるかについてより良く理解するために、装入手順を詳述する。前に記述された装入手順に加えて、PCM100が炉からコークスを押し出した後、PCM100は運搬機右方へ移動し、石炭装入システムを炉の位置に合わせる。1つの実施形態によれば、一旦位置合わせが完了すると、補助のドアが炉内に延び、装入ラムが炉内へ移動する。トリッパ車両からPCM上のホッパーまで、そして、最後に補助のドアの上へ石炭を届けるために、コンベヤまたは装入チェーンのような装入送出し装置前進する。石炭は、装入ラム上のチェーンのような送出し装置によって炉内に装入される。石炭が炉内に装入されるにつれ、炉内の石炭の高さは増加し始める。装入ラムの特定の位置において炉内に装入されている石炭の量の表示として、オペレータは、装入ラムの、検知された装入圧(例えば、チェーン圧)をモニターし、用いることができる。装入圧が増加するにつれ、オペレータは、炉の押出機側開口から炉のコークス側開口の方に向かって装入ラムを手動で動かすことによって、装入圧を減少させ、そして/または、装入圧を望ましい圧力に維持することができる。石炭装入動作は、オペレータ制御(例えば、運転室116のジョイスティック)によって、手動で制御される。

0012

図2は、手動で炉内に装入しているオペレータの例示的な手順の傾向を示す。線220は、装入ラムが炉の押出機側からコークス側の方へ向かって移動するときの装入ラムの位置を示す。線230は、装入ラムが炉のコークス側から押出機側の方へ向かって移動するときの装入圧を示す。図示の通り、装入ラムは、装入ラムが炉内に石炭を装入し始めるときの初期位置まで、炉の内側に約5〜15フィート動かされる。この初期位置にある間に装入圧は高まり始める。(点202と206との間における)線220の僅かな低下は、増加する装入圧の結果としてチェーンの張力による後方への引きによって後ろ向きに動いている装入ラムを示す。装入圧が所定の圧力まで高まると、オペレータは、炉内に装入しつつ、炉のコークス側開口の方に向かって装入ラムを動かし始める(206)。装入ラムがほぼ炉の端に達する(210)まで、石炭は炉内に装入される。この装入期間の間、オペレータは装入圧をほぼ所定の設定点に維持しようとしている。しかし、装入の全体にわたって、点208を囲む期間において示されるように、装入圧230は劇的に変動する。オペレータによる装入ラムの手動操作に加えて、装入プロセスにおける装入圧を変え得る幾つかの要因がある。これらの要因は、炉床上の不規則炭素レベル、装入ラムの反りおよびたわみ、石炭の湿気、および、不規則な炉装入重量を含む。

0013

図3は、本技術の実施形態に従って構成された石炭装入システム300の概略図である。石炭装入システム300は、複数の水平コークス炉304、1つの装入ラム302、および、1つの制御システム340を含むことができる。装入ラム302は、近位端部分316と、鉛直方向に向いた装入ラムヘッド324を有する遠位端部分314とを含む。また、装入ラム302は、鉛直方向に向いた、互いに反対の位置にある側部318を含む。これらの側部318は、装入ラム302の近位端部分316と遠位端部分314との間に延び、装入ラム302の長さを定める。

0014

各炉304は、押出機側開口306、押出機側開口306の反対の位置にあるコークス側開口308、および、互いに反対の位置にある側壁310を含む。これらの互いに反対の位置にある側壁310が炉床312の境界を定める。各炉304は、炉床312の反対側に炉の天井を有している。炉304の押出機側開口306は、装入ラム302の遠位端部分314が炉床312の上に石炭を装入するために通常そこを通って炉304に入る側である。複数の炉304は、例えば、熱回収炉および非熱回収炉を含む、複数の水平コークス炉の如何なる列でも含むことができる。幾つかの実施形態においては、図3に示されているように、炉床312は通常水平である。他の実施形態においては、炉床312は水平でなく、傾斜した(即ち、上向きに、下向きに、または、側面に向けて、傾斜した)表面、谷、ディボット(divot)、または、炭素材料盛り上がりを含む場合がある。更に、炉床312の下に位置する送気管トンネルもまた炉床312の凹凸の原因となり得る。

0015

本開示の1つの実施形態に従い、石炭装入システム300は、更に、継ぎ目無し循環可能なコンベヤ・システム330を含む。コンベヤ・システム330は、装入ラム302に動作可能に連結され、炉304内に石炭を装入するために使用される。コンベヤ・システム330は、装入ラム302の互いに反対の位置にある側壁318の各々に回転可能に取り付けられた複数のギア336に結合された、チェーンとフライホイール機構(chain and fly mechanism)332を含む。コンベヤ・システム330が炉304内に石炭を装入するにつれ、石炭が積み上がり始めてコンベヤ・システム330の下位レベルに達し、最後にはコンベヤ・システム330のチェーン332に接触する。この接触は、コンベヤ・システム330に作用する抵抗力を生じさせる。この抵抗力は、結果として、装入圧(例えば、チェーン圧)と呼ばれ得るものになる。装入圧は圧力センサで測定され得る。この圧力センサは、装入ラム302に連結され、装入ラム302の特定の位置においてどれだけの量の石炭が炉内に装入されたかということを間接的に示すものとして使用され得る。

0016

更に、石炭装入システム300は制御システム340を含む。制御システム340は、装入ラム302と通信しており、装入ラム302の炉304への出し入れ動きを制御するために使用される。制御システム340は、コンベヤ・システム330を制御するためにも使用され、コンベヤ・システム330と通信する。制御システム340は、オペレータが離れた位置からPCMの態様を制御することを可能にする。制御システム340の多くの実施形態、および/または、以下に記述される技術は、(プログラム可能コンピュータで実行されるルーチンを含む)コンピュータ実行可能命令の形をとることができる。制御システム340は、例えば、監視制御およびデータ取得SCADA)システム、分配制御システム(DCS)、プログラマブル論理回路コントローラPLC)、制御装置、および、コンピュータ実行可能命令を処理するように構成された複数のプロセッサの組合せを含む。ここに記述されるもの以外のコンピュータシステム上でも本技術が実施され得ることを、関連した技術に熟達した者は理解するであろう。本技術は、以下に記述されるコンピュータ実行可能命令のうちの1つまたは複数を実行するように特別にプログラムされた、設定された、または、構成された専用計算機またはデータプロセッサにおいて実施され得る。したがって、ここで一般に使用された、「制御システム」および「コンピュータ」という用語は、何らかのデータプロセッサを意味する。これらのコンピュータで処理される情報は、(CRTディスプレイまたはLCDを含む)如何なる適当なディスプレイ媒体によってでも提示され得る。

0017

本技術は、また、分散環境においても実施され得る。ここでは、タスクまたはモジュールが、通信ネットワークを介して結ばれた複数の遠隔処理装置によって実行される。分散コンピューティング環境では、プログラムモジュールまたはサブルーチンは、局所で遠隔のメモリ記憶デバイス内に配置され得る。以下に記述される本技術の態様は、電子的に複数のネットワークに亘って分布され得るだけでなく、磁気的または光学的に読み込み可能なコンピュータのディスク装置、或いは、取り外し可能なコンピュータのディスク装置を含む、コンピュータで読取り可能な媒体に保存または分布され得る。本技術の態様に特有データ構造およびデータの通信もまた、開示された技術の特定の実施形態の範囲内に含まれる。

0018

本出願では、制御システム340は、(1)コークス側開口308と炉の押出機側開口306との間ではほぼz軸350に沿った第1の方向に、(2)炉304の互いに反対の位置にある側壁310間ではほぼx軸354に沿った第2の方向に、そして、(3)炉床312と炉床312の反対側に位置する炉304の天井との間ではほぼy軸352に沿った第3の方向に、装入ラム302を自動的に動かすように構成される。制御システム340は更に、ほぼz軸350の周りで回転可能な(356)第4の方向に装入ラム302を自動的に動かして、装入ラム302がじられるときに装入ラム302の互いに反対の位置にある側壁318のうちの1つが側壁318のうちの他方より高くまたは低くなるように、装入ラム302を時計回り方向または反時計回り方向に捻じることができる。幾つかの実施形態においては、制御システム340は更に、ほぼx軸354の周りで回転可能な(358)第5の方向に装入ラム302を自動的に動かして、装入ラム302の遠位端314が炉床312から離れて上方に、または、炉床312の方に向かって下方に傾けられ得るようにすることができる。幾つかの実施形態においては、装入ラムを自動的に動かすことは、少なくとも部分的には、コンベヤ・システムが受ける装入圧によって決定される。制御システム340の詳細は、後に更に詳しく記述される。上記の複数の方向に装入ラム302を動かすことは、装入ラム302に動作可能に連結され制御システム340と通信する駆動システムを用いて為され得る。当該分野において知られているように、駆動システムは、油圧式駆動装置電気的駆動装置ネジ駆動装置、または、他の駆動装置を含むことができる。

0019

図4は、本技術の実施形態に従って石炭装入システムを動的に装入する方法400のブロック図である。ブロック402において、方法400は、装入ラムをコークス炉の初期装入位置に置くことを含む。幾つかの実施形態においては、初期装入位置は、少なくともx座標およびz座標の(即ち、水平方向の)位置を含む。他の実施形態においては、初期装入位置は、y座標だけの(即ち、鉛直方向だけの)位置を、または、x座標とz座標位置に加えてy座標位置を含むことができる。装入ラムを初期装入位置に置くことは、ステップ404に進んで炉304内に装入する自動的機能を実行し始めるために制御システム340が満たさなければならない前提条件ともなる。装入ラム302を置くことは、装入ラム302が押出機側開口306の方に向かって後方に移動することを防ぐために初期装入位置に装入ラム302を係止することをも含んでよい。

0020

ブロック404において、方法400は、コンベヤ・システム330によって初期装入位置で炉304内に石炭を装入することを含む。炉へ石炭を装入することは、炉床312上に石炭を積んで、コンベヤ・システム330に装入圧を及ぼす石炭の層を形成することを含む。幾つかの実施形態においては、係止機構が装入ラムを初期装入位置から解放する前に装入圧が1700psiを超える予め設定された係止圧に到達することが要求され得る。他の実施形態においては、係止機構が解除される前に係止圧が3000psi以上にまで高まる必要がある場合がある。特に、一旦予め設定された係止圧に達すると、制御システムは自動的に係止機構を解除するようにプログラムされ得る。

0021

ブロック406において、方法400は、同時に炉304内に石炭を装入しつつ、制御システム340を用いて装入ラム302を自動的に動かすことを含む。制御システム340を用いることは、炉304内に動的に装入するために制御システム340への入力を用いることを含むことができる。制御システム340への入力は、図7を参照して以下に記述される事項を含むことができる。装入ラム302を自動的に動かすことは、オペレータによる手動介入無しに、または、オペレータによる手動介入に加えて、入力に対して自動的に対応することを含むことができる。前述のように、装入ラム302を動かすことは、(1)コークス側開口308と炉の押出機側開口306との間ではほぼz軸350に沿った第1の方向、(2)炉304の互いに反対の位置にある側壁310間ではほぼx軸354に沿った第2の方向、(3)炉床312と炉床312の反対側に位置する炉304の天井との間ではほぼy軸352に沿った第3の方向、(4)ほぼz軸350の周りで回転可能な(356)第4の方向、そして、(5)ほぼx軸354に平行で装入ラム302の近位端316に位置する軸の周りで回転可能な(358)第5の方向のうちの少なくとも1つの方向に装入ラム302を動かすことを含み得る。そのように、回転された状態の遠位端314が装入ラム302の対応する近位端315より上または下に位置し得るように装入ラム302は回転され得る。

0022

ブロック408においては、方法400は、炉が完全装入されるまで、装入圧を予め設定された動作範囲内に維持することを含む。幾つかの実施形態においては、装入圧の予め設定される動作範囲は2000〜3500psiの間に設定されるであろうが、他の実施形態においては、予め設定された動作範囲は2300〜2900psiの間に設定されるであろう。更に他の複数の実施形態においては、予め設定された動作範囲は、より狭く2500〜2700psiの間にさえ設定されるであろう。装入圧を維持することは、装入圧を作るために定められた位置に装入ラムを維持するか、装入圧を減少させるために定められた方向に装入ラムを動かすか、或いは、装入ラムの速度を変えることによって装入圧を維持することを含み得る。他の実施形態においては、装入圧は、オペレータによって入力された単一の設定点に維持されるであろう。

0023

図5は、本技術による装入ラム位置520および装入ラム圧530の試験データのグラフ500を示す。図示の通り、グラフ500は、制御システム340を用いる炉の自動装入の間に(z方向350の)装入ラムの位置との関係で装入圧がどのように変動するかを示している。図2を参照した上述の方法と一致して、PCM100が炉304からコークスを押し出すと、PCMは石炭装入システムを炉304の位置に合わせる。この時点において、装入ラム302のレベラーの設定は油圧によって調整され(即ち、上下され)得る。一旦このレベルが決められると、補助のドアおよび装入ラム302は炉304内に延びるであろう。点502において、装入ラム302は炉内に移動され、装入圧を上げるために初期装入位置で停止される。幾つかの実施形態においては、装入ラム302は係止機構によってこの初期装入位置に係止される。係止機構は装入ラム302をPCM100に機械的に結合させる。先に図2に示されたように、この係止機構は、炉に装入されるときに装入ラム302が押出機側開口306の方に向かって後方に移動することを防ぐことができる。ステップ504に示すように、この初期位置にある間、装入ラムが動かない間に石炭は炉床312上に装入され、装入圧は高まり始める。

0024

一旦予め設定された装入圧に達すると、制御システム340は係止機構を解除して、装入ラム302を自動的に動かし始める。装入ラム302が第1の位置から次の第2の異なる位置まで動く各々の場合において、装入圧は、一旦減少し、その後、第2の位置における石炭の積み上げのレベルは上昇するであろう。前述のように、装入圧は、装入ラム302のその特定の位置においてどれだけの量の石炭が炉312内に装入されているかということの間接的な尺度として制御システム340によって用いられる。この実施形態では、圧力のこの変化は、コークス側開口の方または互いに反対の位置にある側壁のうちの1つの方へ向かう位置であっても、或いは、炉床から離れた位置であっても、この第2の位置が、第1の位置に存在したより少ない石炭の積み上げを有する炉の位置であることによるものである。この動きは、段506に示されるように、装入ラムの位置の階段状の形によって示されている。段508に示されるような、この装入期間の間の略安定した装入圧は、装入圧変化に対応した装入ラムの位置の、制御システムによる継続的な調整によって維持される。

0025

図2に示された変化する装入圧と比較して図5に示される装入圧が安定しているのも、オペレータによる手動制御より優れた、本制御システムが有する他の固有の利点のためである。例えば、制御システム340は、より良く予測して、変化する装入圧に適応するために、フィルタリングまたは比例積分微分(PID)制御のようなパラメータを有することができる。制御システム340は更に、特定の炉のために、それらの炉の以前の装入に基づいて特別にプログラムされ得る。段510は、装入ラム302が、炉304の端に到達して、炉304の押出機側開口306の方に向かって後方に引き戻されていることを示している。装入ラム302が炉304の押出機側開口306の方に向かって後方に引き戻されると、装入圧は減少する。

0026

図5の装入ラムの位置520はほぼz軸350に沿ったその水平方向の位置を意味するが、同じ原理が、x軸354およびy軸352に沿った装入ラム302の動きに当てはまる。例えば、x軸354またはy軸352に沿った第1の位置から次の第2の異なる位置までの移動は、同様に装入圧を減少させ、第2の位置において石炭のレベルが上がると、その後、装入圧を増加させる。

0027

装入圧が、特定の位置で炉304内に装入された石炭の量を決定するために用いられ得る手段のうちの1つに過ぎないことは注意するに値する。実際には、如何なる反応的な力でも、例えば、圧力または重量、或いは、炉304内に装入したことの結果として生み出される(例えば、体積または高さのような)変化する寸法も、装入された石炭の量を決定する手段として使用され得る。例えば、他の実施形態において、(例えば、力、電圧電流等の)電気信号、(例えば、レーザー等の)光信号視覚信号(例えば、カメラ等の)等の、または、(例えば、レーダー等の)電波もまた、装入圧の代わりに、或いは、それに加えて使用され得る。

0028

図6は、本技術の実施形態に従って構成された石炭装入システムの他の1つの概要の実例である。図6は、上述の図3の特徴と略類似している多くの特徴を有する。特に、図6は、装入ラム302に機械的に連結され、そして、制御システム340と電気的に通信する走査システム342を含む。幾つかの実施形態においては、走査システム342は、代わりに、装入ヘッド324または装入ラム・フレーム320に取り付けられ得る。更に他の実施形態においては、走査システム342は装入ラム302以外のPCM100の構造にも取り付けられ得る。例えば、走査システム342は、押出機ラム102にも、または、炉床304が見える如何なる構造にも取り付けられ得る。

0029

走査システム342は、撮像するか、位置にマーカを割り当てることができる如何なる装置でも含むことができる。幾つかの実施形態においては、走査システム342は、炉床312の二次元または三次元画像を撮ることができるカメラを含むであろう。これらのカメラは、UVカメラ赤外線カメラ高速度カメラ、または、当該分野で知られている様々のスペクトルを含む他のカメラを含むことができる。走査システム342は、結果として平坦でない炉床312をもたらす異常なものまたは物質を決定するために、炉302および炉床312を走査する複数のレーザーまたはレーダーをも含むことができる。

0030

走査システム342の利点のうちの1つは、炉304の全体にわたって一定の厚さで炉304内に装入されていることを確実にするために用いられ得るリアルタイム装入マップを作ることである。炉304の全体にわたる一定の厚さは、コークス品質が最高であることを確実にする。特に、石炭の層の厚さは、装入された石炭の上面と装入された石炭の底との差として測定され、必ずしも装入された石炭の上面から炉床312の底まで計られるというわけではない。例えば、残されたコークスの一区分が炉304の中に残ると、その区分についての実測された厚さはその残されたコークスより直ぐ上に置かれる炭素材料の上面と底との差である。したがって、炉304を走査することは、石炭装入システムが炉床312の平坦でない部分を特定して、その炉304のための装入計画先行的に調整することを可能にすることができる。例えば、材料の盛り上がりを有する炉304の一区分に装入するとき、炉304の全体にわたって均一な厚さを確実にするために、制御システム312は、その区分において装入ラム302を鉛直方向352に先行的に調整することができる。走査システム342の他の1つの利点は、炉304内に装入される石炭の量を最大にするように厚さを変化させて炉内に装入することを確実にするために用いられ得るリアルタイム装入マップを作ることである。この特徴は、図6を参照して以下に記述される。

0031

図6の実施形態に示されるように、走査システム342は仮想グリッド344を炉床312に投影することができる。この仮想グリッド344は、炉床312の各区分をx−z座標領域またはx−y−z座標領域に分類することができる。例えば、グリッド344の各区分346が炉床312の実際の位置と対応するように、グリッド344は炉床312を複数の区分346に分割し、特徴づけることができる。それから、各区分346は、残された材料360(例えば、石炭、コークス、クリンカ、石炭試験箱等)の炉床上での相対位置を特定するために用いられ得る。図6の仮想グリッド344は、42個の別々の区分346を有して成る7×6のディメンションによって表せられる。他の実施形態においては、仮想グリッド344は、更に、炉床で材料360のより正確な相対位置を獲得するためにより多くの区分(即ち、500超)を有して成るディメンションによっても表せられ得る。

0032

幾つかの実施形態においては、走査システム342は、炉床の如何なる盛り上がり(即ち、残された材料360)または凹凸をも決定するために炉床312を走査するように構成される。走査システム342による各走査は、その特定の炉のために炉の容量、炉床輪郭形状、および/または、炉輪郭形状を生成することができる。他の実施形態においては、炉の容量、炉床輪郭形状、および/または、炉輪郭形状は、走査システム無しで決定され得る。例えば、炉304からコークスを押し出す押出機ラム102もまた、炉床輪郭形状を作り出すために用いられ得る。押出機ラム102が装入されたコークスを炉304の押出機側開口306から炉304のコークス側開口308の方に向かって押すとき、押出機ラム102は、装入されたコークスの層の高さおよび/または重量に少なくとも部分的には基づく抵抗を受ける。ここで、より高い抵抗は、その特定の位置における、装入されたコークスのより厚い層を暗示する。例えば、油圧または電気信号における変化に反映され得る、変化する抵抗は、それから、制御システム340により、先に述べたように、装入ラム302の高さを動的に変えるために用いられるべき炉輪郭形状を作り出すために用いられ得る。

0033

押出機102が受ける抵抗に加えて、自動平坦化(leveling)システムもまた押出機ラム102上に含まれ得る。押出機ラム102は、如何なる方向にでも(即ち、x−y−z軸のどれに沿ってでも)動的に動くことができ、スキッドシュー(skid shoes)を有する。スキッドシューは、押出機ラムの後方に配置され、炉床312と接触している。したがって、炉床輪郭形状が捕えられ得、それから後に続く炉内装入の間の使用のために制御システム340へ転送され得る。

0034

炉の容量は、1サイクルの間に炉内に装入され得る石炭の量の推定量を意味する。炉の容量は、盛り上がりによって覆われる炉床312の表面積を決定して、この表面積と関連した体積を推定するための、炉床312の走査を用いて計算され得る。この推定された体積は、特定の炉に対する設計炉容量から差し引かれ得る。

0035

炉床輪郭形状は、炉床312における変化を定量化する。残された盛り上がりを考慮することに加えて、炉床輪郭形状においては、炉床312の変化または凹凸に寄与し得る、永続的な盛り上がり、炉構造変化、溝、谷、ディボット等を考慮することができる。凹凸の領域を決定して、例えば、領域仮想グリッド346を使用してそれらの領域に位置を割り当てた後に、炉輪郭形状からリアルタイム装入マップを作ることができる。それから、後に続く装入の間に各区分で装入ラム302が位置する必要がある高さを提供するためにリアルタイム装入マップが用いられ得る。したがって、走査システム342は、制御システム340が、石炭の層の厚さが全体にわたって一定であるように炉304内に動的に装入することを可能にする。例えば、炉304内に装入する前に、走査システム342は、炉床312を走査して、残っている炭素量がx−y座標領域に沿ったどの区分にあるかを決定することができる。図6の実施形態に示されるように、区分A3およびC4に残されたコークスの面積および位置が制御システム340に移される。後に続く装入の間、制御システム340はx−y座標を考慮して、システムが特定のx−y座標において炉304内に装入しているときに、その鉛直方向の動き、および/または、費やされる時間の長さを調節することができる。これらのパラメータを、単に反応的(例えば、装入圧に応じて)ではなく、先行的に調整することは、石炭の各層を一定の厚さおよび均一な密度で装入することに一層寄与することができる。

0036

炉床312を走査することに加えて、炉輪郭形状を作るべく炉304全体を走査するためにも、走査システム342を用いられ得る。このことにより、炉304内に追加の石炭を装入して、各炉サイクルで最大量のコークスを実現する他の機会を決定することを助けることができる。例えば、幾つかの炉は導管(即ち、下降管)を有する。これらの導管は、炉床312の下の複数の送気管トンネルに接続され、炉304の互いに反対の位置にある側壁310の一方または両方に接して存在する。これらの下降管は、通常、炉304の側壁310を中程まで上ったところに位置する開口を有する。装入された石炭のレベルがこれらの開端より高いならば、石炭は下降管に落ちて、それらをブロックする可能性がある。走査システム342は、これらの下降管が存在する位置と存在しない位置とを特定するために用いられ得る。これらの場所を知って制御システム340へ移すことによって、制御システム340は、下降管の開口に隣接した相互に離れた領域に石炭を装入することを避けることができ、下降管の開口に隣接しない領域に追加の石炭を装入することができる。この例では、「隣接した」とは、下降管の開口を囲む領域を意味する。この領域に装入された石炭は下降管の開口に落ち込むであろう。したがって、炉304内には、走査システム342により提供された炉輪郭形状に基づいて、下降管の開口に隣接しない領域に追加の石炭を装入することによってその炉の容量を最大にするように装入され得る。

0037

追加の石炭が装入された後、走査システム342は炉304のために炉輪郭形状を作り出すためにも用いられ得る。例えば、一旦炉304内に完全に装入されると、装入ラム302は押出機側開口306の方に向かって引き戻され、後続の炉内に装入し始めるために炉304を出る。幾つかの実施形態においては、装入ラム302が炉304を出た後、そして、それが後続の炉内に装入し始める前に、走査システム342は炉輪郭形状を作り出すことができる。この炉輪郭形状は実際の炉輪郭形状(炉304内の石炭のレベルまたは厚さを含む)を意味し、後続の装入においてその特定の炉内に装入する方法を調整するために用いられ得る。例えば、炉304内に装入される前に炉床輪郭形状を知り、炉304内に装入された後に実際の炉輪郭形状を知ることによって、オペレータは絶えず装入のための方法を調整することができ、これらの調整が改善に導いているかどうかを知ることができる。更なる実施形態によれば、炉304内には、その炉304の1回の焼成に対して複数回装入され得る。例えば、炉304を走査して炉床および/または炉の第1の輪郭形状を生成し、この炉床および/または炉輪郭形状に基づいて炉304内に装入し、装入ラム302を引き戻し、炉304を再走査して炉の第2の輪郭形状を生成し、石炭が炉304の全体にわたって一定の厚さを有することを確実にするために、または、炉304内の石炭の量を最大にするために炉304内に追加の石炭を装入するように、制御システム340は構成され得る。走査システム342は更に、炉304のコークスが外へ出された後に炉304について炉輪郭形状を作り出すために用いられ得る。

0038

図7は、本技術による制御システム340への様々の入力702および出力704を例示する概略図である。これらの入力は、装入ラムの位置706、装入圧708、炉装入重量710、炉床輪郭形状712、予め設定された動作圧力範囲714、予め設定された動作装入圧716、初期装入位置718、および、炉輪郭形状720を含むことができる。これらの入力702を使用して、制御システム340は複数の出力704を有することができる。係止機構を作動/解除し(720)、水平方向である第1の方向において装入ラムの位置を調節し(724)、水平方向である第2の方向において装入ラムの位置を調節し(726)、鉛直方向である第3の方向において装入ラムの位置を調節し(722)、回転可能な第4の、および/または、第5の方向において装入ラムの位置を調節し(728)、コンベヤ・システムによって石炭を装入することを開始および/または停止し(730)、コンベヤ・システムによって石炭を装入する速度を調節する(732)ための出力が、前記複数の出力704に含まれる。制御システム340への他の様々の入力と、それからの出力とが存在するので、入力702および出力704のこのリストは全てを含むことを意味するものではない。各入力702および出力704は、更に複数の源からの入力をも表し得る。例えば、炉床輪郭形状入力712は、先に述べたように、走査システム342からの入力または押出機ラム102への抵抗を表し得る。更に、各入力702が、制御システム340への複数の入力を表す場合もある。例えば、炉輪郭形状入力720は、これから装入すべき炉304の第1の炉輪郭形状入力、既に装入された炉304のための第2の炉輪郭形状入力、および、既に装入されて、コークス化された炉304のための第3の炉輪郭形状入力を有することができる。更に、各入力702が、複数の出力704と対応する場合もある。例えば、炉床輪郭形状入力712は、鉛直方向の装入ラムの位置(722)、(前から後への)水平方向の装入ラムの位置(724)、および、(横から横への)水平方向の装入ラムの位置(726)に影響を及ぼすことができた。

0039

図8は、本技術による、石炭装入システムの炉304内に動的に装入する方法のフローチャートを示す。方法800は分岐ブロック802から始まる。分岐ブロック802では、制御システム340が、装入ラム302が初期装入位置に置かれているかどうかを決定する。前に述べたように、初期装入位置はx−z座標に沿った特定の位置および/またはy座標に沿った特定の位置と対応することができる。この初期装入位置は、典型的にはオペレータによって決められる。幾つかの実施形態においては、例えば、初期装入位置は、炉304の押出機側開口306を約5フィート超えた位置である場合がある。制御システム340が、装入ラム302が初期装入位置にないと決定すると、(制御システム340が装入ラム302を初期装入位置まで動かす)ブロック804へと処理は進む。一旦システムが、装入ラム302が初期装入位置にあると決定すると、この方法はブロック806に進んで、装入ラム302をその初期装入位置に係止するために係止機構を作動させる。次に、制御システム340は、炉304内に石炭を装入し始めるためにブロック808に進む。前述のとおり、石炭が炉304内に装入されるにつれ、装入圧は高まり始める。分岐ブロック810において、制御システム340は、装入圧が予め設定された装入圧を超えるかどうかを決定する。前述のように、予め設定された装入圧はオペレータによって設定され、幾つかの実施形態においては2300psiに設定される。制御システム340が決定した現在の装入圧が予め設定された装入圧を超えると、制御システム340は係止機構を自動的に解除することができる。現在の装入圧が予め設定された装入圧を超えないならば、制御システム340は係止機構を自動的に解除しなくてもよい。

0040

一旦係止機構が解除されると、方法800は、(現在の装入圧が予め設定された動作装入圧を超えるかどうかを制御システム340が決定する)分岐ブロック816に進む。幾つかの実施形態においては、予め設定された動作装入圧は、予め設定された係止装入圧と等しいか、または、僅かに超える。制御システム340が決定した現在の装入圧が予め設定された動作装入圧を超えないと、制御システム340はその現在位置を維持することができ、装入圧が上昇し続けるのを待つことができる。現在の装入圧が予め設定された動作装入圧を超えると、制御システム340は、ほぼ炉304のコークス側開口308の方に向かって、装入ラム302を自動的に動かすことができる。コークス側開口308の方に向かって装入ラム302を動かすことは、炉304の互いに反対の位置にある側壁310の方に向かって装入ラム302を動かすか、または、炉床312から離れるように装入ラムを動かすことをも含むことができる。制御システム340が装入ラム302を自動的に動かすとき、分岐ブロック822では、炉304が完全装入されているかどうかを決定する。制御システム340は、装入ラム302が炉のコークス側開口308の近くの設定された位置に置かれるならば炉304が完全装入されていると決定することができる。この位置はオペレータによる手操作入力でもよく、或いは、制御システム340によって自動的に測定されてもよい。炉304が完全装入されていると制御システム340が決定すると、上記の方法は終了する。炉304が完全装入されていないと制御システム340が決定すると、制御システムが決定した装入圧が予め設定された動作装入圧を超えるかどうかを決定するために、制御システム340は分岐ブロック816の前に戻る。

0041

図9A〜図9Hは、本技術による炉304内に石炭394を装入する間の様々の位置における装入ラム302の側面透視図である。より詳しくは、図9A〜図9Dは、装入ラム302の遠位端314が炉304のコークス側開口308の方に向かって移動するときの装入ラムのたわみ(即ち、S1およびS2)の影響を示し、更に、制御システム340の動的平坦化機能がどのようにこの問題に対処することができるかを示す。図9Aに示されるように、装入ラム302は初期装入高さ(h)で炉304の押出機側開口306に入り、炉304内に石炭394を装入し始める。図9Bは、コークス側開口308の方に向かって更に進んだ後の装入ラム302を示す。特に、装入ラム302の遠位端314が、装入ラム302の近位端316にある構造支持部材(図示せず)から離れて更に延びるにつれ、装入ラム302の遠位端314はたわみ始め、S1、初期装入高さ(h)より低く下がる。その結果、石炭384は初期装入高さ(h)より低く装入される。図9Cは、装入ラム302の遠位端314が、更に一層、炉304内にまで延びたときの更なるたわみ(S2)を示す。図9Dは、装入された炉の輪郭形状の概略側面透視図である。特に、コークス側開口308における石炭の層384の厚さは、押出機側開口306における石炭の層の厚さよりかなり小さい。

0042

図9E〜図9Hは、制御システム340の動的平坦化機能がどのように炉輪郭形状に影響を及ぼし得るかについて示す。図9Eは(図9Aと同様に)、炉304の押出機側開口306に入り、初期装入高さ(h)で炉302に石炭394を装入する装入ラム302を示す。装入ラム302がコークス側開口308の方に向かって進むと、動的レベラー・システムは、予想される装入ラムたわみ(即ち、S1およびS2)を考慮して、装入ラム302の遠位端314を初期装入高さ(h)に維持するように、装入ラム302の遠位端314を自動的に上げる。図9Fに示されるように、装入ラム302は、その特定の装入ラムの位置において、たわみS1と等しい高さだけ上げられる。幾つかの実施形態においては、制御システム340の動的平坦化機能は、制御システム340と通信し装入ラム302の遠位端314の高さを測定するセンサ(図示せず)によって、装入ラム302の遠位端314が初期装入高さ(h)またはその近くにあることを確実にすることができる。他の複数の実施形態においては、装入が始まる前に、配備された各位置における装入ラム302のたわみ(即ち、S1およびS2)は知られており、制御システム340内にプログラムされている。図9Gは、更に展開された位置における装入ラム302を示す。ここで、制御システム340の動的平坦化機能は、装入ラム302の遠位端314を初期装入高さに維持するために、装入ラム302の近位端316をたわみS2と等しい高さだけ上げている。図9Hは、押出機側開口306とコークス側開口308の間で一定の厚さを有する炉輪郭形状の理論的な側面透視図である。

0043

特に、制御システム340の動的平坦化機能は、装入ラム302が炉304の押出機側面306の方に向かって炉から後方に引き戻される間に制装入ラム302の高さを調節するためにも利用され得る。装入ラム302が引き戻されるとき、装入ラム302は石炭に接触しないように上げられ得る。或いは、装入ラム302が引き戻されるとき、装入ラム302は、炉全体で石炭を均一に分散させることを助けるべく、または、装入されることになる石炭の量を最大にするべく、装入ラム302によって石炭が後方に引きずられるように装入ラム302が石炭と接触するように調整され得る。幾つかの実施形態においては、炉304内に装入するために用いられる炉輪郭形状および/または炉の容量は、装入ラム302の引き戻しの間に各炉304の装入を更に最適化するためにも利用され得る。装入ラム302の引き戻しは、以下に図12図16を参照して更に詳細に議論される。

0044

前に述べたように、コークス炉で動的な装入を最適化する1つの方法は、自動炉装入制御システム、走査システム、および/または、動的レベラー・システムを用いることである。装入を最適化する他の1つの方法は、装入ラムのたわみを減らすために装入ラムを機械的に強化することである。次に図10Aおよび10Bを参照して、装入ラム・フレーム320は、装入ラム302の互いに反対の位置にある側部318に機械的に接続された複数の水平方向に配向された横断支持ブレース322を有する。装入ラム302自体は、遠位端314は自由であるが、近位端316においてPCM100に連結されPCM100によって支持される。したがって、支持ブレース322の1つの目的は、装入ラム302全体の構造的完全性を維持することである。支持ブレース322は、装入ラム302の鉛直方向に配向された側部318に対して垂直または斜めに配置され得る。幾つかの実施形態においては、各支持ブレース322はダイヤモンドのような形を有し得、支持ブレース322の上部388および下部386がダイヤモンドの頂点および底点を示すように配置され得る。特に、支持ブレース322は装入ラム302の両側の内側面376に接続され、装入ラム322の互いに反対の位置にある側部318の外側面378を貫通しない。支持ブレース322は、中空ビーム(beam)を備えてなり、各支持ブレース322の下部386に空けられた開孔390(図11A)を含んでもよい。これにより、支持ブレース322内に流体(例えば、水)やガストラップされないことを確実にする。本開示の更なる態様によれば、自動炉装入制御システム、走査システム、および/または、動的レベラー・システムは、更に、石炭の量、石炭の密度、または、炉の中の石炭の均一性を最大にするために、機械的に強化された装入ラムと組合せられ得る。

0045

図10Aに示されるように、装入ラム302は、装入ラム302の近位端316に取り付けられた係止機構348を更に含む。係止機構348は、PCM100の固定された構造に取り付けられた対応するカップリングに機械的に結合することができる、雄または雌の単一のカップリング、または、雄または雌のカップリングの対を有することができる。前述のとおり、係止機構348は、最初の石炭供給プロセスの間に装入ラム302が炉304の押出機側開口306の方に向かって後方に移動することを防ぐことができる。

0046

図10Bは、本技術による、複数のローラ386を有する装入フレーム320の1つの実施形態の横上方向からの斜視図である。ローラ386は、装入ラム302の互いに反対の位置にある側部318の上部328および下部326に取り付けられる。ローラ386は、装入ラム302の遠位端314を機械的に保持することを制御し支援する。このように、互いに反対の位置にある側部318両方の上部328および下部326上に複数のローラを付加すると、装入ラム302が伸ばされた時の装入ラム302のたわみを減らすことができる。

0047

各支持ブレース322は、遠位端302がPCM100の構造支持部材から離れて更に延びるとき、装入フレーム320のたわみを更に制限するために追加の構造支持部材を提供する。このたわみを更に制限するために、追加の構造支持部材は、横断支持ブレース322の各端に結合され得る。図11Aおよび図11Bは、本技術による補剛板370およびリブ支持部材380によって支持される斜めブレース322の横下方向からの斜視図である。各補剛板370は、各横断支持ブレース322の一端と装入ラム302の側部318との間に位置する。これにより、補剛板370は、各支持ブレース322の一端の少なくとも一部を覆う。そのように、ダイヤモンド支持ブレースの上部388および下部386の負荷から生じている応力は、補剛板370のより大きな領域に亘って分散する。補剛板370は、横断支持ブレース322に機械的に接続された(例えば、溶接された)内側向き面372、および、内側向き面372の反対側にあって装入ラム302の1つの側部に密着された外側向き面374を有する。補剛板370は、如何なる炭素鋼または金属材料から形成されてもよい。1つの実施形態においては、補剛板は、24〜30インチ全長、8〜14インチの高さ、そして、1/2〜1インチの厚さを有してよい。他の実施形態においては、これらの寸法は支持ブレース322の一端および装入ラム302の側壁310の表面積に応じて変化し得る。

0048

更なる機械的支持を各横断支持ブレース322に提供するために、更に、リブ支持部材380が含まれる。具体的には、ダイヤモンド形の支持ブレース322、および、装入ラム302の側壁318へのカップリングの構成は、結果として、支持ブレース322の下部386または底隅部における荷重を追加することになる。リブ支持部材380は、荷重を分散することと、その領域の溶接長さを増加させることとを助ける。こうして、リブ支持部材380の第1の面382が補剛板370の内側向き面372に機械的に結合され、リブ支持部材380の第2の面384が支持ブレース322の下部386に機械的に結合されるようにして、各リブ支持部材380は支持ブレース322の下部386に配置される。リブ支持部材380は、補剛板370と同様の材料から形成され得る。

0049

取り付けられた補剛板370およびリブ支持部材380の試験の間に採られたデータは、支持ブレース322が受ける応力の大きさの劇的な改善を示している。例えば、補剛板370またはリブ支持部材380無しで支持ブレース322の下部386の近くで装入ラム302の互いに反対の位置にある側壁318の内側面372において示された最大応力は3400psi以上であった。補剛板370を有する支持ブレース322の下部386において示された最大応力は約1740psiに減少し、リブ支持部材380をも有する場合は更に約1665psiに減少した。支持ブレース322の下部386の近くの装入ラム302の互いに反対の位置にある側壁318の外側面378における同様の試験は、補剛板370またはリブ支持部材380無しで5000psiの最大応力を、補剛板370を有する場合は3585psiの最大応力を、そして、補剛板370およびリブ支持部材380を有する場合は3530psiの最大応力を示している。減少した最大応力における上記の約40%の改善は、幾つかの実験解析試験を通して首尾一貫していた。

0050

図12は、本技術による石炭装入システムの装入フレーム320および装入ヘッド604の1つの実施形態の前側からの斜視図である。様々の実施形態においては、装入ヘッド604は平坦ボディ614によって輪郭が定められる。平坦ボディ614は、上縁部616、下縁部618、互いに反対の位置にある部分620および622、そして、前面624および後面626を有する。幾つかの実施形態においては、ボディ614のうちの実質的な部分は、装入ヘッド平面内にある。このことは、本技術の実施形態が1または複数の更なる平面を占める複数の態様を有する複数の装入ヘッドボディを備えないことを示唆するということではない。様々の実施形態においては、平坦ボディは、正方形または長方形の断面形状を有する複数のチューブから作られる。特定の実施形態においては、これらのチューブは6インチ〜12インチの幅を有している。少なくとも1つの実施形態においては、これらのチューブは、8インチの幅を有し、装入動作の間の撓みに対してかなりの抵抗を示した。装入ヘッド604に関して記述される特徴の多くは、上述の装入ヘッド324と共有され得る。

0051

装入ヘッド604の様々の実施形態は、自由端部分632および634を有するように形作られる一対の対向するウィング628および630を有する。幾つかの実施形態においては、自由端部分632および634は、装入ヘッド平面より前方に間隔を空けられた関係に配置される。特定の実施形態においては、自由端部632および634は、装入ヘッド604のサイズおよび対向するウィング628および630の幾何学的配置に依存して6インチ〜24インチの距離だけ装入ヘッド平面より前方に間隔を空けられる。この位置においては、対向するウィング628および630は、これらの対向するウィング628および630から後方に、装入ヘッド平面を貫通して、空いたスペースを定める。これらの空いたスペースの構成のサイズが増やされるにつれ、より多くの材料が石炭の層の両側に分布される。空いたスペースがより小さくなるにつれ、より少ない材料が石炭の層の両側に分布される。したがって、特定の特徴がコークス化システム毎に提供されるので、本技術は適応性を有する。

0052

例えば、図13A〜図13Cに示されるような、幾つかの実施形態においては、対向するウィング628および660は、装入ヘッド平面から外向きに延びる第1の面636および638を有する。特定の実施形態においては、第1の面636および638は、装入平面から外向きに45度の角度で延びる。この第1の面が装入ヘッド平面から逸れる角度は、石炭装入システム300の特定の意図を有する用途によって増減され得る。例えば、特定の実施形態においては、装入と平坦化動作の間に予想される状況によって、10度〜60度の角度を使用し得る。幾つかの実施形態においては、対向するウィング628および630は、自由遠位端部分632および634の方に向かって第1の面636および638から外向きに延びる第2の面640および642を更に有する。特定の実施形態においては、対向するウィング628および630の第2の面640および642は、装入ヘッド平面と平行であるウィング平面内にある。幾つかの実施形態においては、第2の面640および642は、長さが約10インチであるように提供される。しかし、他の実施形態においては、第2の面640および642は、第1の面636および638のために選ばれた長さと第1の面636および638が装入平面から離れて延びる角度とを含む1または複数の設計検討事項に依存して、ゼロから10インチまでの長さを有し得る。図13A〜図13Cに示されるように、石炭装入システム300が装入されている石炭の層全体を越えて引き戻される間に装入ヘッド604の後面から遊離した石炭を受け、遊離した石炭を石炭の層の両側方の縁の方へ向けて漏斗またはそれ以外の方法で送るようにウィング628および630は形作られる。少なくともこのようにして、石炭装入システム300は、石炭の層の両側部において空隙の可能性を減らすことができる。むしろ、ウィング628および630は、前述の平坦な石炭の層を改善することを助ける。対向するウィング628および630を使用すると、これらの側部の空隙を埋めることにより、装入重量を1〜2トン増加させ得ることを、試験は示している。更に、ウィング628および630の形状は、石炭の後方への引きずり、および、炉の押出機側からのこぼれを減らす。こぼれを減らすことは、こぼれた石炭を取り戻すための無駄と労働経費とを減らす。

0053

図14を参照して、本技術の様々の実施形態では、装入ヘッド324の後面626に作用的に接続された突出板666を配備する。幾つかの実施形態においては、突出板666は、装入ヘッド604に対して後方且つ下方へ向くように配向された石炭エンゲージ面(coal engagement face)668を有する。このように、装入ヘッド604の後で炉内に装入される遊離した石炭は、突出板666の石炭エンゲージ面668を占有するであろう。装入ヘッド604の後ろに堆積している石炭の圧力のために、石炭エンゲージ面668は石炭を下方へ圧縮して、突出板666の下の石炭の層の石炭密度を上昇させる。様々の実施形態においては、石炭の層のかなりの幅全体に亘って密度を最大にするために、突出板666は、実質的に装入ヘッド604の長さに沿って延びる。図15および図16を続けて参照して、突出板666は、装入ヘッド604に対して後方且つ上方へ向くように配向された上方偏向面670を更に有する。このように、石炭エンゲージ面668および上方偏向面670は互いに結合されて、装入ヘッド604から離れて後方に向く峰状隆起を有するピーク形状を定める。したがって、上方偏向面670の頂上に落ちる如何なる石炭も、それが押し出される前に、突出板666から離れて、入って来る石炭に加わるように方向付けられる。

0054

使用中、石炭は、装入ヘッド604の後ろで、石炭装入システム300の前端部分まで引きずられてゆく。石炭はコンベヤと装入ヘッド604との間の開口で積み上がり、コンベヤ装入圧は約2500〜2800psiに達するまで徐々に上がり始める。図15を参照して、石炭は装入ヘッド604の後でシステムに入れられ、装入ヘッド604は炉を通って後方に引き戻される。突出板666は石炭を圧縮し、それを石炭の層の中に押し込む。

0055

図16は、突出板666の恩恵を受けた所(石炭の層の左側)、そして、突出板666の恩恵を受けなかった所(石炭の層の右側)における石炭装入の密度への影響を示す。図示されるように、突出板666の使用は、石炭の層の容積密度が増加した領域「D」と、突出板が存在しない石炭の層の容積密度がより小さい領域「d」とを提供する。このように、突出板666は面密度の改善を示すだけでなく、更に全体的な内部の層の容積密度をも改善する。

0056

(以下の図17および18に示される)試験結果は、突出板666を用いたとき(図18)、そして、突出板666を用いないとき(図17)の層密度の改善を示す。これらのデータは、石炭の層の面密度および表面下24インチの密度の両方へのかなりの影響を示す。ある試験では、装入ヘッド604の後ろから突出板666の(石炭エンゲージ面668と上方偏向面670とが接続する位置にある)峰状の隆起までの距離が10インチのピークを有する突出板666。6インチのピークが使用された他の試験では、石炭密度は増加したが、10インチのピークの突出板666の使用から生じたレベルまでではなかった。これらのデータは、10インチのピークの突出板の使用が石炭の層の密度を増加させたことを明らかにしている。この増加は装入重量の約2トン半の増加を可能にした。本技術の幾つかの実施形態においては、より小さな(例えば、ピーク高さ5〜10インチの)突出板、または、より大きな(例えば、ピーク高さ10〜20インチの)突出板が、使用され得たと考えられる。

0057

ここでは本技術の多くの特徴が別々の実施形態として記述されているが、これらの実施形態は更に互いに結合され得る。例えば、対向するウィング628および630並びに突出板666の態様は、本出願の全体にわたって記述されている制御システム340の複数の実施形態に組み込まれ得る。

0058

具体例
以下の例は、本技術の幾つかの実施形態の具体例となる。
1.石炭装入システムであって、
押出機側開口と、押出機側開口と反対の位置にあるコークス側開口と、互いに反対の位置にある側壁と、押出機側開口、コークス側開口、および、互いに反対の位置にある側壁によって境界を定められた炉床とを有するコークス炉と、
近位端部分、遠位端部分、および、互いに反対の位置にある側部を有し、互いに反対の位置にある側部がその長さを定め、少なくとも押出機側開口からコークス側開口の方に向けて動かすことが可能である装入ラムと、
装入ラムに動作可能に連結され、炉内に石炭を装入することができ、動作中には装入圧を受けるコンベヤ・システムと、
装入ラムと通信する制御システムであって、装入ラムを自動的に動かすことは少なくとも部分的にはコンベヤ・システムが受けるチェーン圧によって決定されるようにして、少なくとも押出機側開口とコークス側開口との間で装入ラムを自動的に動かすように構成される制御システムと
を備えてなる石炭装入システム。
2.装入ラムを初期装入位置に保持するように構成された係止機構を更に備えてなる、請求項1に記載の石炭装入システム。
3.制御システムは、予め設定された係止装入圧に達した後、自動的に係止機構を解除しコークス側開口の方に向かって装入ラムを動かすように構成されており、制御システムは更に、動作チェーン圧を予め設定された動作範囲内に維持するように構成されている、請求項2に記載の石炭装入システム。
4.予め設定された係止装入圧が1700psiより大きい、請求項3に記載の石炭装入システム。
5.予め設定された動作範囲が2000〜3500psiの間にある、請求項3に記載の石炭装入システム。
6.予め設定された動作範囲が2300〜2900psiの間にある、請求項3に記載の石炭装入システム。
7.押出機側開口との間のコークス側開口の方に向かう装入ラムの動きは、第1の方向の水平移動である、請求項1に記載の石炭装入システム。
8.炉の互いに反対の位置にある側壁のうちの少なくとも1つの方に向かって装入ラムを自動的に動かすように制御システムが構成されるようにして、装入ラムは、互いに反対の位置にある側壁の間において第2の方向に水平に動かすことが可能である、請求項7に記載の石炭装入システム。
9.装入圧がチェーン圧である、請求項1に記載の石炭装入システム。
10.石炭装入システムであって、
押出機側開口と、押出機側開口と反対の位置にあるコークス側開口と、互いに反対の位置にある側壁と、押出機側開口、コークス側開口、および、互いに反対の位置にある側壁によって境界を定められた炉床とを有するコークス炉と、
近位端部分、遠位端部分、および、互いに反対の位置にある側部を有し、互いに反対の位置にある側部がその長さを定め、押出機側開口からコークス側開口の方に向けて水平方向に動かすことが可能で、炉床から離れて鉛直方向に動かすことが可能である装入ラムと、
装入ラムに動作可能に連結され、炉内に石炭を装入することができ、動作中には装入圧を受けるコンベヤ・システムと、
装入ラムと通信し、装入ラムを、コークス側開口の方に向けて水平方向に、そして、炉床から離れて鉛直方向に、自動的に動かすように構成される制御システムであって、装入ラムを自動的に動かすことは少なくとも部分的にはコンベヤ・システムが受ける装入圧によって決定される制御システムと
を備えてなる石炭装入システム。
11.制御システムと通信する駆動システムを更に備えてなり、駆動システムは装入ラムに動作可能に連結され、制御システムは、少なくとも、第3の方向に鉛直方向に装入ラムを動かすために、駆動システムを利用する、請求項10に記載の石炭装入システム。
12.駆動システムは、油圧駆動電気駆動、または、ネジ駆動装置のうちの少なくとも1つである、請求項11に記載の石炭装入システム。
13.装入ラムは、炉の互いに反対の位置にある側壁の少なくとも1つの方に向かって水平に動かすことが可能であり、制御システムが炉の互いに反対の位置にある側壁の少なくとも1つの方に向かって装入ラムを自動的に動かすように構成される、請求項10に記載の石炭装入システム。
14.装入ラムに取り付けられ、制御システムと通信する走査システムを更に備えてなる、請求項10に記載の石炭装入システム。
15.走査システムは、炉床輪郭形状または炉輪郭形状のうちの少なくとも1つを決定するように構成されている、請求項14に記載の石炭装入システム。
16.制御システムは、決定された炉床輪郭形状または炉輪郭形状に応じて炉床から離れて鉛直方向に装入ラムを自動的に動かすように構成される、請求項15に記載の石炭装入システム。
17.走査システムが、カメラ、レーザー、または、レーダーのうちの少なくとも1つである、請求項14に記載の石炭装入システム。
18.装入ラムの互いに反対の位置にある側部の各々が内側面および外側面を有し、装入ラムは更に、
装入ラムの互いに反対の位置にある側部に機械的に連結された、複数の水平方向に配向された横断支持ブレースと、
複数の横断支持ブレースの少なくとも一部に機械的に連結された複数の補剛板であって、各補剛板が、複数の横断支持ブレースと装入ラムの互いに反対の位置にある側部との間に、各補剛板の外側向き面が装入ラムの互いに反対の位置にある側部の各々の内側面に密着され、各補剛板の内側向き面が複数の横断支持ブレースのうちの1つに密着されるように配置された、複数の補剛板と
を有する、請求項10に記載の石炭装入システム。
19.補剛板および横断支持ブレースに機械的に接続された支持部材を更に備えてなる、請求項18に記載の石炭装入システム。
20.支持部材が横断支持ブレースの下部に配置され、支持部材が互いに略垂直に構成された第1および第2の面を有し、支持部材の第1の面は補剛板の内側向き面に接続され、支持部材の第2の面は横断支持ブレースの下部に接続された、請求項19に記載の石炭装入システム。
21.複数の横断支持ブレースは中空で、横断支持ブレースの下部に開孔を有し、開孔は、流体を開孔から排出するように構成されている、請求項18に記載の石炭装入システム。
22.装入ラムの互いに反対の位置にある側部が上部および下部を有し、石炭装入システムは更に、
装入ラムの互いに反対の位置にある側部の上部に取り付けられた第1の複数のローラと、
装入ラムの互いに反対の位置にある側部の下部に取り付けられた第2の複数のローラと
を備えてなる、請求項10に記載の石炭装入システム。
23.装入ラムの遠位端部分は炉の押出機側開口の鉛直平面を通過するように構成され、石炭装入システムは更に、
装入ラムの遠位端部分に作用的に接続される鉛直方向に配向された装入ヘッドであって、装入ヘッド平面内に位置する平坦ボディと、下縁部と、下縁部と反対の位置にある上縁部と、前面と、前面と反対の位置にある後面とを有し、後面は装入ラムの近位端部分の方を向くように配置された、装入ヘッドと、
装入ヘッドの後面に作用的に接続され、装入ヘッドに対して後方且つ下方に向くように配向された下側の石炭エンゲージ面を有する突出板と
を備えてなる、請求項10に記載の石炭装入システム。
24.突出板は更に、装入ヘッドに対して後方且つ上方に向くように配置された上方偏向面を有し、石炭エンゲージ面および偏向面は互いに作用的に接続され、装入ヘッドから離れて後方を向く峰状の隆起を定める、請求項23に記載の石炭装入システム。
25.制御システムは、2000〜3500psiの間に予め設定された動作範囲内に動作装入圧を維持するように構成されている、請求項23に記載の石炭装入システム。
26.装入ラムの遠位端部分は、炉の押出機側開口の鉛直平面を通過するように構成され、石炭装入システムは更に、
装入ラムの遠位端部分に作用的に接続される鉛直方向に配向された装入ヘッドであって、装入ヘッド平面内に位置する平坦ボディと、下縁部と、下縁部と反対の位置にある上縁部と、前面と、前面と反対の位置にある後面とを有し、後面は装入ラムの近位端部分の方を向くように配向された、装入ヘッドを備えてなり、
装入ヘッドは更に、装入ヘッドの下端部分に一対の対向するウィングを有し、各ウィングは、装入ヘッドから間隔を空けられた関係に配置された自由端部分を有し、対向するウィングの各々は、対向するウィングの内側の面から装入ヘッド平面を貫通して拡がる、空いたスペースを定める、請求項10に記載の石炭装入システム。
27.各ウィングは、装入ヘッド平面に隣接する第1の面と、第1の面から自由端部分の方に向かって延びる第2の面とを有し、第1の面は、装入ラム平面から装入ラムの隣接する側部の方に向かって斜めに配置され、第2の面は、装入ヘッド平面と平行なウィング平面内に位置する、請求項26に記載の石炭装入システム。
28.装入圧がチェーン圧である請求項10に記載の石炭装入システム。
29.炉内に複数の下降管開口を更に備えてなり、複数の下降管開口の各々は、炉床と反対の方向を向いており、制御システムは、複数の下降管の開口に隣接する石炭の第1の厚さが複数の下降管の開口に隣接しない石炭の第2の厚さより大きいようにして炉に装入された石炭の量を最大にするように炉の範囲内にある石炭の厚さを変化させるように構成される、請求項10に記載の石炭装入システム。
30.石炭システムに動的に装入する方法であって、
押出機側開口と、押出機側開口の反対の位置にあるコークス側開口と、互いに反対の位置にある側壁と、押出機側開口、コークス側開口、および、互いに反対の位置にある側壁によって境界を定められる炉床とを有するコークス炉の、押出機側開口に隣接する初期装入位置に装入ラムを置くことと、
装入ラムに動作可能に連結され動作中には装入圧を受けるコンベヤ・システムによって、石炭を炉内の初期装入位置に装入することと、
同時にコンベヤ・システムによって炉内に石炭を装入する間に自動的に装入ラムを動かす、制御システムを用いることと、
炉に装入されるまで予め設定された動作範囲内に装入圧を維持することと
を含む方法。
31.装入ラムを自動的に動かすことは、水平方向である第1の方向に装入ラムを自動的に動かすことと水平方向である第2の方向に装入ラムを自動的に動かすこととの両方を含み、水平方向である第1の方向はz軸に沿って炉のコークス側開口の方へ向かい、水平方向である第2の方向はx軸に沿って炉の互いに反対の位置にある側壁のうちの1つの方へ向かう、請求項30に記載の方法。
32.装入ラムを自動的に動かすことは更に、炉床から離れてy軸に沿った鉛直方向である第3の方向に装入ラムを自動的に動かすことを含む、請求項30に記載の方法。
33.鉛直方向である第3の方向に装入ラムを自動的に動かすために駆動システムを利用することを更に含み、駆動システムは、油圧駆動、電気駆動、または、ネジ駆動装置のうちの少なくとも1つを含む、請求項32に記載の方法。
34.装入ラムを自動的に動かすことは更に、z軸の周りに回転可能な第4の方向に装入ラムを自動的に動かすことを含む、請求項30に記載の方法。
35.装入ラムを自動的に動かすことは更に、x軸の周りに回転可能な第5の方向に装入ラムが動かされるとき、装入ラムが上方または下方に傾けられ、そして、装入ラムの近位端は装入ラムの遠位端より低いか、または、より高くなるようにして、第5の方向に装入ラムの近位端を自動的に動かすことを含む、請求項30に記載の方法。
36.装入ラムは更に、近位端部分、遠位端部分、および、装入ラムの長さを定める互いに反対の位置にある側部を有し、初期装入位置は初期装入高さを含み、方法は更に、
コークス側開口の方に向かって装入ラムを動かしている間、装入ラムの遠位端部分を初期装入高さに維持すること
を含む、請求項32に記載の方法。
37.初期装入位置が初期装入高さを含み、そして、装入ラムを自動的に動かすことは、初期装入高さを維持するために鉛直方向である第3の方向に装入ラムを自動的に動かすことを含む、請求項30に記載の方法。
38.完全に装入されたコークス炉は、ほぼ一定の厚さを有する石炭の層を含む、請求項30に記載の方法。
39.炉は更に、炉の互いに反対の位置にある側壁に近接して配置された複数の下降管開口を含み、方法は更に、
第1の厚さを有する石炭の第1の層を作るために第1の領域において炉へ石炭を装入することと、
第1の厚さより大きい第2の厚さを有する石炭の第2の層を作るために第2の領域において炉へ石炭を装入することと
を含み、
第1の領域は複数の下降管開口のうちの少なくとも1つに隣接しており、第2の領域は複数の下降管開口から間隔を空けられている、請求項30に記載の方法。
40.完全に装入されたコークス炉は、全体にわたってほぼ均一な密度を有する石炭の層を有する、請求項30に記載の方法。
41.予め設定された装入圧に到達するまで装入ラムを初期装入位置に係止することを更に含む、請求項30に記載の方法。
42.炉輪郭形状または炉床輪郭形状の少なくとも1つを決定するために炉を走査することを更に含む、請求項30に記載の方法。
43.炉床を走査することは、初期装入位置で炉内に石炭を装入する前に発生し、
方法は更に、
炉へ装入された後で炉から装入ラムを引き戻すことと、
炉内に石炭を装入し炉内に追加の石炭を装入した後に炉を再走査することと
を更に含む、請求項42に記載の方法。
44.炉輪郭形状を決定するために炉床を走査することは、炉が完全装入された後に発生し、炉輪郭形状は装入された炉の厚さまたは高さを含む、請求項42に記載の方法。
45.炉床輪郭形状を決定するために炉床を走査することと、
炉床を走査することに応じて、炉輪郭形状に含まれる如何なる炭素材料にも位置を割り当てることと、
鉛直方向である第3の方向において装入ラムを自動的に調節することと
を更に含む請求項32に記載の方法。
46.装入ラムを自動的に調節することは、炉の全体にわたってほぼ一定の厚さを達成するために鉛直方向である第3の方向において装入ラムを調節することを含む、請求項45に記載の方法。
47.石炭を炉内の初期装入位置に装入することは、石炭を炉内の初期装入高さで装入することを含み、方法は更に、
初期装入高さを維持するように装入ラムを鉛直方向に自動的に調整することを含む、請求項30に記載の方法。
48.炉内に装入された石炭の少なくとも一部分を、装入ラムに作用的に接続された突出板に石炭の一部分を捕えさせることにより、押し出すことを更に含み、押し出すことは、石炭の一部分が突出板の石炭エンゲージ面の下で圧縮されるようにして実行される、請求項30に記載の方法。
49.炉に装入された後で炉から装入ラムを引き戻すことと、
引き戻しの間に炉床から離れy軸に沿って鉛直方向である第3の方向に装入ラムを自動的に動かす、制御システムを用いることと
を更に含む、請求項30に記載の方法。
50.石炭装入システムであって、
押出機側開口と、押出機側開口と反対の位置にあるコークス側開口と、互いに反対の位置にある側壁と、押出機側開口、コークス側開口、および、互いに反対の位置にある側壁によって境界を定められた炉床とを有するコークス炉と、
近位端部分、遠位端部分、および、互いに反対の位置にある側部を有し、互いに反対の位置にある側部がその長さを定め、少なくとも、押出機側開口とコークス側開口との間で動かすことが可能である装入ラムであって、更に、炉内に石炭を装入することができるコンベヤ・システムを含む装入ラムと、
コンピュータに以下の動作を行わせるために1または複数のプロセッサで実行可能な、コンピュータ読取り可能な非一時的媒体と
を備えてなり、
コンピュータに行わせる動作は、
炉輪郭形状の少なくとも1つを決定するために炉を走査すること、
装入ラムにより炉内に石炭を装入すること、そして
同時に炉内に石炭を装入する間に、炉輪郭形状に応じて装入ラムを自動的に動かすこと
であり、
装入ラムは(1)水平方向にx軸に沿って動かすことが可能であり、(2)水平方向にz軸に沿って動かすことが可能であり、且つ、(3)鉛直方向にy軸に沿って動かすことが可能である
石炭装入システム。
51.炉は更に、炉の互いに反対の位置にある側壁に隣接して配置された複数の下降管開口を有し、炉内に石炭を装入することは結果として炉の範囲内に、ある厚さの石炭をもたらし、1または複数のプロセッサは更にコンピュータに、
下降管開口に隣接する石炭の厚さが複数の下降管開口から間隔をおいて離れた石炭の厚さより大きいようにして炉に装入された石炭の量を最大にするように炉の範囲内にある石炭の厚さを炉の炉輪郭形状に基づいて変化させる
という動作を行わせる請求項50に記載の石炭装入システム。
52.石炭システムへ自動的に装入する方法を処理装置に実行させるための複数のコンピュータ実行可能命令を含むコンピュータ読取り可能な媒体であって、
方法は、
石炭システムへの装入の間に石炭システムによって維持されるべき所望の装入圧と対応する設定点を受け取ることと、
石炭システムから処理装置に送信された圧力に対応する実際の装入圧の現在の値を受け取ることと、
現在の値が設定点を超えるとき、現在の値が設定点より下へ降下するという結果をもたらす、第1の位置から第2の位置へ石炭システムを移動するようにという命令を送ることと、
現在の値が設定点を超えないとき、石炭システムを第1の位置に維持するようにという命令を送ることと
を含む、コンピュータ読取り可能な媒体。

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