DE1571651C - Verfahren zur Herstellung von metallurgischem Koks - Google Patents

Description

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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von metallurgischem Koks aus blähender Kohle.

Ein guter metallurgischer Koks enthält sehr wenig flüchtige Bestandteile und besteht zu 85 bis 90% aus Kohlenstoff. Seine porösen Stücke besitzen eine ausreichende Festigkeit, um bei rauher Handhabung und unter dem Druck des Erzes in einem Hochofen nicht zu zerbrechen.

Eine erwünschte Form metallurgischen Kokses sind kissenförmige Stücke von etwa 45 χ 30 χ 20 mm Größe oder auch kugelförmige Stücke. Die Vorteile eines vorgeformten Kokses sind einheitliche Abmessungen sowie die Verwendung sonst nicht zu ver-' kokender Kohle. Darüber hinaus besitzt vorgeformter Koks günstige physikalische Eigenschaften, die ihn für den Einsatz im Hochofen geeigneter machen und den Ausstoß des Hochofens erheblich steigern.

Das erfindungsgemäße Verfahren, das im Gegensatz zum üblichen chargenweisen Betrieb von Bienenkorb- und Nebengewinnungskoksöfen kontinuierlich arbeitet und insbesondere für in diesen Ofen sonst nicht zu einem guten metallurgischen Koks verkokbare Kohle anwendbar ist, besteht darin, daß die Kohle auf eine Körnung zwischen etwa 0,045 und 0,5 mm zerkleinert und bis auf eine Oberflächenfeuchtigkeit von etwa 1% getrocknet wird, daß nach Abtrennen der Körner unter 0,045 mm die zerkleinerte Kohle in einem Sauerstoff enthaltenden Stickstoffstrom unter Erhitzen auf eine Temperatur unterhalb des Erweichungspunktes oxydiert wird und bei dieser Temperatur verbleibt, bis der Blähgrad auf etwa 2,5 reduziert ist, worauf die Temperatur der Kohle auf die der größten Fließfähigkeit erhöht und der Gehalt an Flüchtigen dabei auf etwa 25% verringert wird, daß die so behandelte Kohle in die gewünschten Stücke geformt und dann einer Oberflächenoxydation in einer Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre bei Temperaturen zwischen 350 und 450⁰C unterworfen wird und daß schließlich die geformte Kohle in einer reduzierenden Atmosphäre bei etwa 1100⁰C verkokt und dann gekühlt wird.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der, daß sehr feste und dichte Koksformstücke,aus einem weiten Bereich von Kohlearten ohne Verwendung eines Bindemittels erzeugt werden können.

Imfolgenden sollen nun die einzelnen Verfahrens-■ schritte näher erläutert werden.

Die Kohle gelangt von einem Lager zu einem Brecher bekannter Bauart, wobei sie einen Magnetabscheider passiert. Entweder vor oder nach dem Mahlen muß die Kohle getrocknet werden, um eine Oberflächenfeuchtigkeit von etwa 1 % zu erzielen. Dies ist erforderlich, damit die gemahlene Kohle frei fließen kann und sich nach Korngrößen trennen läßt. Als Mahleinrichtung wird vorzugsweise eine solche mit Prallwirkung benutzt, die vorteilhafterweise mit einem Windsichter zusammenarbeitet.

Nach dem Mahlen wird der Fusit und der Kornanteil unter etwa 0,045 mm abgetrennt. Diese Teile oxydieren nämlich so schnell, daß sie nicht mehr agglomerisierbar sind, wenn sie mit größeren Körnern gemischt werden. Besonders bei sehr schlecht verkokbarer Kohle läßt sich der Fusit sehr leicht zerreiben und befindet sich daher vornehmlich in den feinsten Kornfraktionen.

Es ist nun eine Oxydation der Kohle vorgesehen, die das Erweichen und das Zusammenbacken verhindern soll, wenn die Kohle zwecks teilweiser Entgasung höher erhitzt wird. Das Ausmaß der Oxydation hängt von dem jeweiligen Blähgrad der Kohle ab, und zwar weist schlechter verkokbare Kohle einen solchen von etwa 5 auf, während der Blähgrad von besser verkokbarer Kohle zwischen etwa 8 und 10 liegt. Der angestrebte Blähgrad ist etwa 2,5.

Die Oxydation der Kohle erfolgt in einem Wirbelbett mittels eines heißen Stickstoffstroms, der ausreichende Mengen Sauerstoff enthält. Welche Sauerstoffkonzentration man wählen wird, hängt von der jeweiligen Kohleart ab, dürfte jedoch im allgemeinen zwischen etwa 5 und 9% liegen. Eine zu hohe Konzentration würde eine Überhitzung und ein Erweichen der Kohle bewirken. Die Temperatur im Wirbelbett liegt daher in jedem Falle unterhalb des Erweichungspunktes der Kohle, beispielsweise bei etwa 225° C. Als durchschnittliche Aufenthaltszeit der Kohle in der Oxydationsphase des Verfahrens hat sich eine solche von etwa 30 Minuten als normal erwiesen. Während der Oxydation bildet sich eine schwer zu erweichende Hülle um die Kohleteilchen, die ein späteres »Zusammenschweißen« der Teilchen wirksam verhindert.

Nachdem nun die Kohle in der oxydierenden Atmosphäre den gewünschten Blähgrad 2,5 erreicht hat, der bei minderwertigen Kohlen auch etwa 3 betragen kann, wird sie unter möglichst schnellem Temperaturanstieg, jedoch ohne ein Zusammenbacken der Kohle, auf die Temperatur der größten Fließfähigkeit gebracht, die bei etwa 425°C liegt. Es wird· dabei ein nichtoxydierendes Fluidisiergas verwendet, wie Stickstoff oder Raugas, dessen maximale Temperatur etwa 600° C betragen kann. In manchen Fällen kann es zweckmäßig sein, die Kohle zunächst vorzuwärmen, beispielsweise auf eine Temperatur von 350° C, wo-

3 4

durch die Temperatur des Fluidisiergases niedriger Der Vorteil der Benutzung eines Schachtofens ist der,

gehalten werden kann und die Gefahr eines Zu- daß man den Strom der heißen Gase gut auf die

sammenbackens der Kohle weiter verringert wird. Wärmeaufnahme der Briketts und deren Schichthöhe

Aus dieser Wärmebehandlungsstufe gelangt die abstimmen kann, so daß nach einer Verweilzeit von

heiße Kohle zu einer Brikettiermaschine oder einer 5 etwa 2 Stunden die Verkokung des Briketts abgeschlos-

sonstigen Vorrichtung zur Herstellung der gewünsch- sen ist. Am Kopf des Schachtofens tritt mit etwa 425° C

ten Formstücke. Zweckmäßigerweise besitzen diese ein Gas aus, welches angereichert ist mit dem aus den

Formstücke abgerundete Umrisse, welche dem Ab- \ Briketts durch Entgasung entweichenden Gas. Letzte-

rieb und dem Rissigwerden besser widerstehen. Die res besitzt einen Heizwert von etwa 5730 kcal/Nm³. Ein

günstigste Temperatur für das Brikettieren liegt bei io Teil des austretenden Gasgemisches wird, nachdem es

etwa 420 bis 430° C. entteert ist, bei seiner Verwendung als Kühlmittel

Die gebildeten Briketts werden nun zu einer Ver- für die verkokten Briketts auf etwa 675° C erwärmt, kokungseinrichtung oder -kammer transportiert, und worauf es, wie bereits ausgeführt wurde,¹ in einer Verzwar aus folgenden Gründen noch in heißem Zustand: brennungskammer mit Luft verbrannt wird. ^; Zunächst einmal würde eine Kühlung der Brikettober- 15 . Die eigentliche Kühlung der Briketts bis unter ihren fläche bei heißem Kern ein Schrumpfen der Ober- Zündpunkt erfolgt mittels Luft oder durch Besprühen fläche bewirken, wodurch sich bei der anschließenden mit Wasser oder auf irgendeine andere geeignete Verkokung Risse bilden. Zweitens widerstehen die Weise. ■ Briketts, wenn sie heiß und noch halbplastisch sind, Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgen besser den mechanischen Beanspruchungen als in 20 eine teilweise Entgasung der zerkleinerten Kohle bis kaltem Zustand, wenn sie verhältnismäßig spröde auf etwa 25% der flüchtigen Bestandteile sowie einige sind, so daß also weniger Bruch anfällt. Drittens ist chemische Reaktionen während der Wärmebehandder thermische Schock beim Einfüllen der Briketts lung in nichtoxydierender Atmosphäre, und diese in die Verkokungseinrichtung geringer, und schließ- Reaktionen verlaufen sehr schnell, wenn Temperalich kann die Verkokung in einer kürzeren Zeit bei 25 türen im Bereich von 400° C erreicht werden. Das geringerem Wärmebedarf erfolgen. Ausmaß der Entgasung ist jedoch praktisch unab-

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Er- hängig von der Teilchengröße der Kohle innerhalb findung ist vorgesehen, daß der Transport der Briketts des gewählten Korngrößenbereiches. Deshalb hängt zu der Verkokungseinrichtung mittels einer Förder- die Produktionsmenge von der Beheizung ab, welche einrichtung erfolgt, welche vollständig eingehaust und 30 wiederum begrenzt ist von der mit dem Gas bei vorzugsweise auch luftdicht ist. Während die Briketts maximal zulässiger Temperatur (unterhalb des Ersieh auf der Fördereinrichtung befinden, wird durch weichungspunktes) und Geschwindigkeit (etwa 0,37 m/ diese Einhausung ein etwa 5% Sauerstoff enthaltender see) zuführbaren Wärmemenge. Gasstrom geleitet, wodurch die Briketts für die Dauer Es sei noch erwähnt, daß grüne Briketts eine Berstvon 5 bis 10 Minuten einer Oxydation unterworfen 35 festigkeit im Bereich von 85 bis 210 kg besitzen, werden und eine oxydierte Umhüllung erhalten. während die gemäß der Erfindung verkokten Briketts Diese Oxydation erfolgt praktisch noch bei der eine solche von 330 bis 1020 kg aufweisen. Diese Tat-Temperatur der Brikettformung, d.h. zwischen 350 sache ist von großer Bedeutung für Koks, welcher im und 450° C, vorzugsweise zwischen 390 und 420° C. Hochofen hohen Belastungen ausgesetzt ist. Wie bereits erwähnt, ist der Sauerstoffgehalt nicht 40 Zwei verschiedene Kohlearten, Typ O und Typ PS, kritisch, solange er niedrig genug ist, eine Verbren- wurden für die Anwendung des erfindungsgemäßen nung auszuschließen. Nichtsdestoweniger ist es aber Verfahrens untersucht. Selbstverständlich ist die Ernotwendig, eine größere Anhäufung von Briketts zu findung aber nicht auf diese Beispiele beschränkt, vermeiden, da eine solche die Verbrennung fördert. Die Analyse der schlecht verkokbaren Kohle Typ O

Weil lediglich eine dünne und harte, oxydierte 45 ist folgende: . Hülle angestrebt wird, wählt man bei der hohen Temperatur eine vergleichsweise hohe Sauerstoffkonzen- Oberflächenfeuchtigkeit 2 bis 5%

tration. Es hat sich gezeigt, daß eine Oxydation bis Gebundene Feuchtigkeit 4 bis 5%

auf eine beträchtliche Tiefe oder gar durch und durch Asche 6,3 bis 7,0%

leicht zerbröckelnde Formstücke ergibt, während die 50 Flüchtige.. 36 bis 38%

gemäß der Erfindung hergestellten Briketts, bei denen Schwefel 1,14 bis 1,23%

die Oxydation nur bis zu einer Tiefe von höchstens Blähgrad 4,0 bis 5,0%

einigen Zehntelmillimetern, beispielsweise 0,25 mm, ,

durchgeführt wird, keinerlei Nachteile hinsichtlich Die gut verkokbare Kohle Typ PS hat folgende

der Kokseigenschaften ergeben. Man kann zwar an 55 Eigenschaften:

diesen Briketts die Abdrücke anderer erkennen, mit

denen sie zusammengelegen haben, eine Neigung Feuchtigkeit. 1,0 bis 1,7%

zum Anbacken oder Verschmelzen fehlt jedoch völlig. Asche 4,5 bis 6,8%

Die Verkokung der Briketts kann beispielsweise in Flüchtige , 36,9 bis 38,6%

einem Schachtofen erfolgen, in dem sie im Gegenstrom 60 Schwefel 0,9 bis 1,6%

zu den aufwärts strömenden heißen Gasen sich ab- Blähgrad 8 bis 10%

wärts bewegen. Zweckmäßigerweise wird man diese

heißen Gase dadurch erzeugen, daß man einen Teil In der anschließenden Tabelle sind die Ergebnisse des bei der Verkokung sich bildenden Gases mit des Oxydationsversuchs Nr. 33 mit der Kohle PS zueiner ungenügenden Menge Luft verbrennt. Es ergibt 65 sammengestellt. Bei diesem Versuch wurde eine Kornsich eine reduzierende Atmosphäre mit einer Tempera- fraktion unter 0,25 mm auf 257° C in reinem Stickstoff tür von etwa 1260°C bzw. einer ausreichenden Tempe- erhitzt, dem 8 Volumprozent Sauerstoff bei der mit ratur, um die Briketts auf etwa 1100° C zu erhitzen. »0 Minuten« bezeichneten Zeit beigemischt wurde.

Oxydationsversuch Nr.

Kohle PS, unter 0,25 mm Korngröße 29 Nm³/h Fluidisiergas mit 8 Volumprozent O₂

Korngröße (mm)

Gewichtsprozent

0 Minuten Probe Nr. 2

Blähgrad

Flüchtige %

Gewichtsprozent Minuten Probe Nr.

Blähgrad

Flüchtige %

Gewichtsprozent.

60 Minuten Probe Nr.

Blähgrad

Flüchtige %

0,50 bis 0,35

0,25 bis 0,21

0,149 bis 0,105

0,074 bis 0,044

Unter 0,044

Für Kohle insgesamt ..

Wirbelbett-Temperatur (⁰C)

Druckabfall (mm WS) .

Gewicht der Kohle (kg)

O₂-Verbrauch
(kg/kg Kohle) .

0,7

3,0

22,9

16,6

11,0

6,0 . 6,3 7,0 7,5 8,0 7,0

257

584

44,4

33,24 34,69 35,38 36,85 36,37

0,7

1,9

21,0

18,8

18,1* 4,5 6,5 , 4,7 1,3 0,5 2,0

300 470

39,9

0,0595

32,30 34,95 34,68 23,33 29,36

1,4 23,2 23,5

4,6

2,5 2,8 2,5 1,3 1,0 1,8

317

478

35,3

0,134

31,51 32,58 32,29 30,70 25,89

Oxydationsversuch Nr.

Kohle O, unter 0,5 mm Korngröße 26,5 Nm³/h Fluidisiergas

Korngröße (mm)

Gewichtsprozent

0 Minuten Probe Nr: 2

Blähgrad

Flüchtige %

Gewichtsprozent Minuten Probe Nr.

Blähgrad

Flüchtige %

Gewichtsprozent

58 Minuten Probe Nr.

Blähgrad

Flüchtige %

0,84 bis 0,50 .'...·.·...·..

0,25 bis 0,21 ..........

0,149 bis 0,105

0,074 bis 0,044

unter 0,044 ,

Für Kohle insgesamt ..

Wirbelbett-Temperatur (⁰C)

Gasgeschwindigkeit
(m/sec)

Gewicht der Kohle (kg)

O₂-Verbrauch
{kg/kg Kohle) ......

0,6

11,1

12,3

8,6

5,0

100,0

4,4 4,1 . 4,0 3,6

2,5 4,7

225

0,201 63,3

36,66 36,31 35,98 34,87 33,92 36,24

0,6 11,5 13,0

9,5

4,5 3,1 3,1 2,3 1,3 1,3 2,4

238 0,207 59,6

0,0089

35,07 35,78 35,03 35,14 32,60 35,21

0,8

11,4

12,8

8,5

1,7

1,9 1,8

1,1 0,5 0

1,5

234

0,204 54,7

0,0185

35,31 34,68 33,43 31,16 29,27 34,28

Anschließend wurde Kohle vom Typ O oxydiert, bis ein Blähgrad von 2,6 erreicht war, worauf die Temperatur des Fluidisiergases, nun ohne Sauerstoff, bis auf 440° C erhöht wurde. Wie in der Oxydationsstufe wurden auch in der Wärmebehandlungsstufe in gewissen Zeitabständen Proben genommen, deren ermittelte Werte in der folgenden Tabelle zusammengestellt sind:

Oxydations- und Wärmebehandlungsversuch Nr. 35

Kohle O, unter 0,5 mm Korngröße

26,5 Nm³/h Fluidisiergas mit 7,8 Volumprozent O₂

26,3 Nm³/h N₂

Korngröße (mm)

Gewichtsprozent

0 Minuten Probe Nr. 2

Blähgrad

Flüchtige %

Gewichtsprozent Minuten*) Probe Nr.

Blähgrad

Flüchtige %

Gewichtsprozent

85 Minuten Probe Nr.

Blähgrad

Flüchtige %

0,84 bis 0,50
0,25 bis 0,21

0,6

12,3

3,3 3,5

36,39 35,51

0,6

12,4 2,8 2,8

35,0 34,74

2,7 12,0

0,5 0,5

24,26 23,10

*) Nach 32 Minuten war die Oxydation beendet, und die Wärmebehandlung begann.

Fortsetzung

Korngröße (mm)

Gewichtsprozent

0 Minuten Probe Nr.

Blähgrad

Flüchtige %

Gewichtsprozent Minuten*) Probe Nr.

Blähgrad

Flüchtige %

Gewichtsprozent

85 Minuten Probe Nr.

Blähgrad

Flüchtige %

0,149 bis 0,105

0,074 bis 0,044

Unter 0,044

Für Kohle gesamt

Wirbelbett-Temperatur (⁰C)

Gasgeschwindigkeit (m/sec)

Gewicht der Kohle (kg)., 02-Verbrauch
^: (kg/kg Kohle)

9,3

7,1

5,5

100,0

3,3 2,8 2,5 4,3

227

0,198 63,5

35,27 34,47 34,18 36,20

9,4

7,4 2,5 1,5 1,0 1,0 2,6

230

0,204 61,3

0,0085

34,78 33,83 32,70 34,45

10,3 5,2 0,4

0,5 0,5

1,3 434

0,284 51,2

24,13 24,54

25,01

*) Nach 32 Minuten war die Oxydation beendet, und die Wärmebehandlung begann.

In der folgenden Tabelle sind Vergleichsergebnisse der Oxydation von Kohle des Typs PS zusammengestellt.

Oxydationsversuch Nr. 31, Wärmebehandlungs- und Brikettierungsversuch Nr. 15 Kohle PS, unter 0,25 mm Korngröße

Zeit (Minuten)

Probe Nr _:..,

Blähgrad. ,

Flüchtige, %

Wirbelbett-Temperatur (⁰C) . Gasgeschwindigkeit (m/sec).. Gewicht der Kohle (kg) O₂-Verbrauch (kg/kg Kohle).

0	75
2	4
8	8
36,9	36,1
172	185
0,107	0,113

135

35,7 232

0,122 154,5

0,0186

150

^l)

180	210*)
7	9
6,3	2,5
34,1	33,0 ■
255	270
0,158	0,161
151,8	149,2
0,0285	0,0387

') Erhöhung der Fluidisiergasmenge von 16 auf 22 Nm³/h. *) Ende der Oxydation. Beginn der Wärmebehandlung.

Die Ergebnisse der Wärmebehandlung und der Brikettierung aus Versuch Nr. 15 sind in der anschließenden Tabelle wiedergegeben. . ■

Kohle PS, unter 0,25 mm Korngröße

Zeit (Minuten)

Probe Nr

Blähgrad

Flüchtige, %

Wirbelbett-Temperatur (⁰C) Gasgeschwindigkeit (m/sec).

20	40	.60	l)
10	11	13
2,9	2,8	3,3
32,9	32,5	. 32,1
270	272	375
0,161	0,161	0,198

') Die Brikettierung begann nach Ablauf von 60 Minuten.

*) Beschreibung der Brikettproben: ν

Probe Nr. B-2: Gut, bläht geringfügig bei der Verkokung.

Probe Nr. B-3: Gut, geringfügige Formänderung bei der Verkokung.

Probe Nr. B-4: Gut, die grünen Briketts bröckeln leicht.

75	85	95
B-2*)	B-3*)	B-4*)
3,5	1,5	1,0
27,3	24,7	23,1
403	449	449
0,220	0,232	0,232

Aus diesen Ergebnissen muß geschlossen werden, daß zur Herstellung von Briketts befriedigender Qualität der Anteil an Flüchtigen auf 25% oder weniger und der Blähgrad auf einen Wert zwischen 1,8 und 2,8 reduziert werden muß. Diese Schlußfolgerungen haben gleichermaßen Gültigkeit Tür die Kohle vom Typ wie für die vom Typ PS.

Brikettqualität Festigkeit der Briketts

Proben sowohl von grünen als auch von verkokten Briketts wurden im Instron-Testapparat auf Berstfestigkeit untersucht, und zwar jeweils 5 Briketts bei Raumtemperatur.

309 625/200

Die Maximal-, Minimal- und Durchschnittswerte sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt:

Instron-Bersttest
(Absenkgeschwindigkeit 1,27 mm/min)

Versuch	Probe	]	iod	134	verkokte Briketts	331	493
Nr.	Nr.	Berstkraft (kg;	86	106	693	426	539
5	3	grüne Briketts .	149	174	1020	340	546
6	3	156		835
7	4	154
	209

Dichte der Briketts

Das Schutt gewicht der grünen Briketts betrug Es versteht sich, daß die vorstehenden Ausführungen

688 kg/m³, das der verkokten Briketts 778 kg/m³. lediglich eine bevorzugte Ausführungsform der Er-

Während der Verkokung entwichen 21 Gewichts- findung beschreiben und daß eine Vielzahl von Ände-

prozent Flüchtige, bezogen auf die grünen Briketts. 20 rungen und Abwandlungen möglich ist.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von metallurgischem Koks aus blähender Kohle, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohle auf eine Körnung zwischen etwa 0,045 und 0,5 mm zerkleinert und bis auf eine Oberflächenfeuchtigkeit von etwa 1 % getrocknet wird, daß nach Abtrennen der Körner unter 0,045 mm die zerkleinerte Kohle in einem Sauerstoff enthaltenden Stickstoffstrom unter Erhitzen auf eine Temperatur unterhalb des Erweichungspunktes oxydiert wird und bei dieser Temperatur verbleibt, bis der Blähgrad auf etwa 2,5 reduziert ist, worauf die Temperatur der Kohle auf die der größten Fließfähigkeit erhöht und der Gehalt an Flüchtigen dabei auf etwa 25% verringert wird, daß die so behandelte Kohle in die gewünschten Stücke, geformt und dann einer Oberflächenoxydation in einer Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre bei Temperaturen zwischen 350 und 450⁰C unterworfen, wird und daß schließlich die geformte Kohle in einer reduzierenden Atmosphäre bei etwa HOO⁰C verkokt und dann gekühlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenoxydation der geformten Kohle bis zu einer Tiefe von etwa 0,25 mm erfolgt.