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Verfahren zur Herstellung von Koks,, insbesondere für metallurgische Zwecke
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Die bei der Durchführung der Erfindung verwendeten bituminösen Kohlen haben einen Gehalt an flüchtigen Bestandteilen von 14 bis 22 Gew.-%, vorzugsweise von 16 bis 20 Gew.-%.
Da der Ascherückstand des erzeugten Kokses auf einem niedrigen Wert gehalten werden soll, soll auch der Aschegehalt der Kohle niedrig sein und gewöhnlich nicht mehr als 7 Gew.-% betragen.
Gemäss der Erfindung sind etwa 11-15 Gew.-% Anthrazit (2-6% flüchtige Stoffe) in der zu verkokenden Mischung erforderlich. Es zeigte sich, dass die Verwendung von Anthrazit die Stückigkeit (erhöhter Anteil an grossen Koksstücken), die für Giessereikoks so wichtig ist, erhöht. Auch der Aschegehalt des Anthrazits soll so niedrig als möglich sein und gewöhnlich 15 Gew.-% nicht übersteigen. Im allgemeinen entspricht die Grösse des verwendeten Anthrazits Nr. 5 Nusskohle. Vorzugsweise wird der Anthrazit pulverisiert, dass er durch ein Sieb von 1460 Maschen je cm 2 durchgeht, aber auch Mahlung von 25%, die durch ein Sieb bis zu 325 Maschen je cm 2 durchgeht, liefert ebenfalls gute Resultate.
Es wurde gefunden, dass es für die Erzielung guter physikalischer Eigenschaften des Kokses wichtig ist, die Menge an Pech mit Rücksicht auf den Anthrazitgehalt der Mischung festzusetzen, wie oben bereits erwähnt wurde. Mit andern Worten, bei steigendem Anthrazitgehalt der Mischung werden innerhalb der vorgeschriebenen Mengenbereiche wachsende Mengen Pech verwendet, wobei das Verhältnis von Pech zu Anthrazit enger begrenzt und kritischer wird.
Es wurde gefunden, dass Koks von grössten Abmessungen und Splitterbeständigkeit erzeugt wird, wenn das Gewichtsverhältnis von Pech zu Anthrazit in der Ausgangsmischung etwa 1, 4 : 1 beträgt.
Die erfindungsgemäss erzeugten Kokse haben
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die Schlagfestigkeit beträgt mindestens 50% einer Korngrösse von 9, 8 cm oder mindestens 70% einer Korngrösse von 4, 9 cm, die scheinbare Dichte mindestens 1, 0, meist etwa 1, 25 und der Schwefelgehalt weniger als 1%.
Bei der Beschreibung des Hüttenkokses gemäss der Erfindung und seines Herstellungsverfahrens wurden die folgenden Definitionen eingeführt :
Scheinbare Dichte oder Schüttgewicht des Kokses ist das Gewicht in Kilogramm pro Liter gemäss der ASTM-Methode D 292-29.
Porosität des Zellraumes ist das Verhältnis zwischen dem scheinbaren und dem wahren spezifischen Gewicht, bestimmt nach der ASTMMethode D 167-24.
Flüchtige Bestandteile (FB) : Diese umfassen Feuchtigkeit und freies Öl, die bei Erhitzen auf Temperaturen von 205-2600 C entfernt werden können. Ihre Bestimmung erfolgt in einem Platin- tiegel, der in einen, auf einer Temperatur von 950+2, 2' C gehaltenen elektrischen Ofen ein- gebracht wird. Eine Probe von 1 g trockenem, durch ein Sieb von 525 Maschen je cm2 durch- gehenden Koks wird 7 Minuten lang erhitzt ; der resultierende Gewichtsverlust wird als flüch- tige Bestandteile" bezeichnet.
Asche : Asche ist der Rückstand einer Koksprobe von 1 g, die in Sauerstoff atmosphäre bei ungefähr 9500 C entzündet wird.
Brennbarkeit : Dies ist die Reaktionsgeschwindigkeit des Kokses mit Sauerstoff und wird im folgenden durch die Ergebnisse der Abgasanalyse beim Kupolofenprozess bestimmt. Reaktivität : Die Reaktionsfähigkeit des Kokses gegenüber Kohlendioxyd unter Erzeugung von Kohlenmonoxyd wird durch Abgasanalyse beim Kupolofenprozess bestimmt.
Schlagfestigkeit : Diese wird nach ASTM Dl 41-23 bestimmt, wobei eine etwa 22, 7 kg schwere Koksprobe (Körnung grösser als 4, 9 cm) viermal aus einer Höhe von 183 cm auf eine schwere Stahlplatte fallen gelassen wird. Mit dem zerbrochenen Material wird eine Siebanalyse vorgenommen und der Gesamtprozentsatz des bei der Analyse eingesetzten Materials dient als Index für die Festigkeit.
Erfindungsgemäss wird Hüttenkoks unter Herstellung einer Mischung folgender Bestandteile erzeugt : Petrolkoks (8-12% FB)...... 40-65 Gew.-%
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Die obigen Komponenten wurden gemahlen, bis ein Sieb von 6, 35 mm Maschenweite 90% der Teilchen durchliess. Diese Mischung wurde als ein tiefes Bett in einen vertikalen Neben-
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C verkokt.4, 9cm ; 70% Körnung grösser als 9, 8 cm Porosität........... 35%.
Bei der Herstellung der kohlenstoffhältigen, zu verkokenden Mischung, gemäss der Erfindung, soll der Petrolkoks gewichtsmässig die Hauptkomponente bilden und der Gesamtanteil an Pech (Kohlenteer-oder Petroleumpech) und an quellbarer, bituminöser Kohle soll entweder gleich dem Gewicht des Petrolkokses in der Mischung oder kleiner als dieses sein. Beträgt der Anteil an Petrolkoks weniger als 40% der Gesamtmischung, werden die hier beschriebenen günstigen Resultate nicht erreicht. Das gleiche gilt für einen, 65 Gew.-% der Gesamtmischung übersteigenden Anteil an Petrolkoks, da in diesem Falle die Schlagfestigkeitswerte absinken.
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Es wird angenommen, dass die verbesserten Resultate beim Kupolofenbetrieb auf einer Kombination insbesondere der folgenden physikalischen und chemischen Eigenschaften des neuartigen Kokses beruhen : hohe Dichte, geringe Pordsität und niedriger Aschegehalt. Da die Verbrennung einen Höchstwert erreicht und die Reaktivität beträchtlich herabgesetzt ist, verläuft der Kupolofenprozess viel wirkungsvoller und mit höheren Schmelzgeschwindigkeiten. Bei Verwendung des erfindungsgemäss hergestellten Kokses wird es möglich, den Koksbedarf bis zu 300% herabzusetzen, wobei grössere Metallchargen im Vergleich zu den erforderlichen Mengen an Koks und Flussmittel eingesetzt werden können.
Die nachstehenden Beispiele sollen zur näheren Beschreibung des erfindungsgemässen Kokses und seines Herstellungsverfahrens dienen :
Beispiel 1 : Die folgenden Bestandteile wurden bis zu 90% auf 6, 35 mm gemahlen und innig vermischt :
Petrolkoks (12% FB)......... 50 Gew.-%
Kohlenteerpech (Fp. 150 C).. 18
Bituminöse Kohle (18% FB)... 18
Anthrazit (4% FB)........... 14
Die obige Mischung wurde in einem vertikalen Ofen mit Nebenproduktgewinnung verkokt, wobei die Abgastemperaturen auf 1095-1150 C während eines 20-Stunden-Zyklus gehalten wurden. Der hiebei resultierende Koks lieferte folgende Analyse :
Kohlenstoff 96 %
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Scheinbare Dichte.............. 1, 20%.
Dieser Koks wurde zum Schmelzen eines Gemisches von Roheisen, Schmelzrückständen, Stahlschrott usw. in einem Kupolofen mit einem Nenndurchmesser von 160 cm bei den Düsen und 180 cm in der Schmelzzone verwendet. Ein Koksbett von ungefähr 2700 kg wurde angewendet. Das normale Verhältnis von Eisen zu Koks in einem solchen Kupolofen ist 6 zu 1, wobei jede Metallcharge ungefähr 1 Tonne beträgt. Es wurde gefunden, dass das Verhältnis Eisen zu Koks bis auf 18 zu 1 erhöht werden kann, wenn der oben beschriebene neuartige Koks verwendet wird, wobei die Schmelzgeschwindigkeit des Kupolofens von normal etwa 17 Tonnen pro Stunde bis auf etwa 23 Tonnen pro Stunde gesteigert werden kann. Die Temperatur beim Metallausguss betrug 1510-1540 C.
Der Kohlenstoffgehalt des Metalles belief sich im Mittel auf 3, 5-3, 7% gegenüber den Werten von 3, 1 bis 3, 2% für normalen Hüttenkoks. Mikrophotos von Schmelzproben zeigten höhere Prozentsätze an Graphiteinschlüssen, aber die Dichte und andere physikalische Eigenschaften waren nicht beeinträchtigt, was auf eine bessere Verteilung des Graphits im Metall als im Falle von hochkohlenstoffhältigem Eisen, wie es mit üblichem Giessereikoks erzeugt wird, schliessen lässt.
Laufend durchgeführte Abgasanalysen ergaben
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werden. Dies erklärt zum mindesten teilweise die beachtlichen Ergebnisse und die Erhöhung des Verhältnisses von Eisen zu Koks.
Weitere, in den Rahmen der Erfindung fallende Proben von Hüttenkoks wurden mit den folgenden beispielsweisen Mischungen hergestellt :
Tabelle.
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.. <SEP> 1 <SEP> % <SEP> petr. <SEP> -I <SEP> % <SEP> Bit. <SEP> % <SEP> Kohlen- <SEP> % <SEP> Pech <SEP> : <SEP>
<tb> Beispiel <SEP> Koks <SEP> Kohle <SEP> I <SEP> teerpech <SEP> Anthrazit <SEP> Anthrazit <SEP>
<tb> 2 <SEP> 45 <SEP> 28 <SEP> 16 <SEP> 11 <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP> : <SEP> 1 <SEP>
<tb> 3 <SEP> 50 <SEP> 17 <SEP> 20 <SEP> 13 <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP> : <SEP> 1 <SEP>
<tb> 4 <SEP> 40 <SEP> 20 <SEP> 25 <SEP> 15 <SEP> 1, <SEP> 7 <SEP> : <SEP> 1 <SEP>
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Bei jedem der obigen Beispiele wurden die Komponenten so weit gemahlen, dass die Hauptmenge der Teilchen durch ein 6, 35-mm-Sieb durchging und eine innige Mischung der Bestandteile erzeugt wurde. Der Verkokungsvorgang war ähnlich dem in Beispiel 1 beschriebenen.
Alle der in den Beispielen 2-6 erzeugten Kokse zeigten verbesserte Eigenschaften beim Kupolofenbetrieb und gestatteten höhere Verhältnisse von Eisen zu Koks und raschere Schmelzgeschwindigkeiten. Alle Kokse zeigten eine Porosität unter 50%, meist 35-40%, einen Gehalt an flüchtigen Bestandteilen unter 1, 0%, eine Schlagfestigkeit über 80% einer Korngrösse von über 4, 9 cm und über 60% einer Korngrösse von über 9, 8 cm und einen Aschegehalt unter 4%. Alle diese Kokse wiesen eine beträchtlich niedrigere Reaktivität auf, als sie bei normalem Giessereikoksbetrieb beobachtet wird, selbst wenn Kohlen mit niedrigem und solche mit hohem Gehalt an flüchtigen Bestandteilen mit geringen Mengen : von Anthrazitfeinkohlen gemischt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Koks, insbesondere für metallurgische Zwecke, durch Verkokung eines Gemisches aus Petrolkoks, Anthrazit, Pech und bituminöser Kohle, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch folgende Zusammensetzung aufweist :
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