DE1922930C - Verkokungsofenbatterie - Google Patents

Description

Die Leistungsfähigkeit von Verkokungsofenbatterien, d. h, die Höhe des Durchsatzes an Kohle, ist von großer technischer und wirtschaftlicher Bedeutung, sie ist von verschiedenen Faktoren abhängig. Da die Länge der Garungszeit im wesentlichen ausschlaggebend für die Höhe des Durchsatzes ist, sind zunächst die Eigenschaften der zu verkokenden Kohle, wie z. B. der Wasser- und Aschegehalt, der Gehalt an flüchtigen Bestandteilen und die Körnung sowie das Koksbildungsvermögen, zu berücksichtigen. Ferner sind die Betriebsbedingungen und hier vor allem die Heizzugtemperatur und die Schüttdichte sowie die Koksöfen selbst hinsichtlich der Kammerbreite und der für die Heizwände der Kammern verwendeten Baustoffe zu beachten. Von der Festigkeit des Baustoffes hängt letztlieh die Stärkeder Läufersteine und vondieserwiederum und der Wärmeleitfähigkeit der verwendeten Steine die Schnelligkeit des Wärmeübergangs von den Heizzügen auf die zu verkokende Kohle ab, Wichtige Voraussetzungen müssen von den für die Heizwände der Ofenkammern verwendeten Baustoffen erfüllt werden. Dies sind unter anderem eine hohe Feuerbeständigkeit unter Belastung sowie die Eigenschaften, eine hohe Temperatur der Heizzüge und eine beiderseitige Temperaturbeanspruchung zuzulassen. Außerdem müssen die in der Regel langen und hohen Heizwände von geringer Dicke nicht nurdie Belastung durch die Beschickung und das darüberliegende Mauerwerk tragen können, sondern auch noch das Gewicht des über die Ofendecke fahrenden Füllwagens. Schließlich muß bei dem ausgedehnten Mauerwerk einer Ofenbatterie auch die Wärmedehnung der Baustoffe beherrscht werden.

Es ist bekannt, Verkokungsofenbaiterien aus einheitlichen Steinen, und zwar aus Schamottesteinen, Silikasteinen und diesen adäquaten feuerfesten Steinen, zu bauen. Während man anfangs ausschließlich Schamottesteine wegen ihrer guten Feuerstandsfestigkeit als Baustoff benutzt hat, haben sich später mehr und mehr Silikasteine durchgesetzt. Silikasteine haben gegenüber Schamottesteinen zwar eine bessere Wärmeleitfähigkeit in dem bisher interessierenden Temperaturbereich von etwa ICCO bis 13CO⁰C und eine hohe Festigkeit, sie haben jedoch den Nachteil, daß sie eine geringe Temperaturwechselbeständigkeit besitzen (Grosskinsky, Handbuch des Kokereiwesens, Bd. 1,1955, S. 225 bis 228). Man hat daher vielfach nur die Heizwände der Ofenkammern aus hochwertigem Silikamaterial, dagegen die Ofenköpfe und den Unterbau sowie die Ofendecke der Ofenbatterie aus Scha- so mottemaierial hergestellt. Der bei der Aufmauerung verwendete Mörtel hat sich in jedem Fall dem Steinmaterial anzupassen (deutsche Auslegeschrift 1122492).

Es ist weiter bekannt, daß man bei Ofenkammern mit die ganze Höhe der Heizwand durchlaufenden, voll ausgeführten Bindern, die in der Lage sind, allein das tragende Element der Heizwand zu bilden, die Dicke der aus Silikasteinen bestehenden Läufer auf eine durch' gehende Wandstärke von 65 bit ICO mm verringern kann. Eine solche Ofenkammer würde zwar neben einer Ersparnis an Steinmaterial auch einen schnelleren und besseren Wärmeübergang von den Heizzügen auf den Kammerinhalt und damit eine Verkürzung der Carungszeit bedeuten, jedoch hat sich dieser Vorschlag in der Praxis nicht durchzusetzen vermocht. 6j

Die Mindeststflrke der Laufer betrlgt bei allen bisher bekannten Ofenkammern zur Bezeugung von Koks und Oas etwa 100 mm (deutsches Patent 495 428).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Durchsatz von Verkokungsofenbatterien Über die bisher für maximal erreichbar gehaltene Höhe hinaus beträchtlich zu steigern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mittels Verkokungsofenbatterien mit einem die Ofenkammern und die Heizzüge bildenden Mauerwerk aus Steinen einheitlicher Zusammensetzung gelöst, deren Mauerwerk aus an sich bekannten verdichteten Magnesitsteinen besteht Es können auch die Regeneratoren ganz «der nur im Oberteil aus verdichteten Magnesitsteinen ausgeführt sein.

Magnesitsteine sind zwar als hochfeuerfeste Materialien bekannt. Sie haben bekanntlich eine hohe KaItdruckfestigkeit und auch eine hohe Druckfeuerbeständigkeit, wodurch sie für die Auskleidung von Gewölben von Industrieüien, wie z. B. Sieircns-Martinöfen oder Elektroöfen oder heißgehenden Brennofen, wie z. B Kalk- oder Zementschachtöfen sowie für die Zustellung von Regeneratoren von Industrieöfen, geeignet sind. Andererseits besitzen Magnesitsteine nur eine beschränkte Temperaturwechselbeständigkeit und reversible Wärmedehnung sowie eine geringe Hydratationsbeständigkeit. Außerdem sind sie nicht widerstandsfest gegen Rißbildung und Abblättern. Treten solche Risse in Massen auf, kann es zu einer vollkommenen Zermürbung der magnesithaltigen Erzeugnisse kommen.

Es ist daher überraschend, daß bei der Erfindung die vorgenannten Schwierigkeiten nicht auftreten. Insbesondere führt im oberen Temperaturbereich bei Veränderungen der Heizzugtemperaiur die reversible Dehnung nicht zu Schaden im Mauerwerk. Die für das Mauerwerk der Ofenkammern verwendeten verdichteten Magnesitsteine werden aus einer aus Sintermagnesit oder geschmolzenem Magnesit bestehenden, möglichst feinkörnigen und gleichmäßigen Masse hergestellt. Sie dürfen nur einen geringen Gehalt an Verunreinigungen enthalten und zeichnen sich vor allem durch einen geringen Eisengehalt von unter 1,0 °/₀ Fe₁O₃ aus. Die Porosität dieser Magnesitsteine liegt unter 19,6 °/₀. Die Heizzugtemperaturen lassen sich bei dem erfindungsgemäCen Verfahren daher leicht bis auf 1200 bis 1700⁰C steigern. Außerdem können für die Läufersteine der Heizwand der Ofenkammern Dicken von etwa 50 bis 65 mm genügen. Sie können jedoch auch noch dünner, beispielsweise etwa 40 mm, oder auch stärker, beispielsweise etwa 80 mm, stark sein.

Wie die nachfolgenden Beispiele zeigen, läßt sich bei gleicher Einsafrkohle, gleicher Koksendtemperatur und gleichen Ofenkammerabmessungen mit Magnesitsteinen bei gleichen Heizzugtemperaturen eine Steigerung des Durchsatzes von etwa 70°/₀ erzielen. Der anfallende Koks ist bei Anwendung gleicher Heizzugtemperaturen wesentlich kleinstückiger bei etwas verringerter Festigkeit. Dagegen hat der Koks eine höhere Substanzfestigkeit und dadurch einen geringeren Abrieb.

Die in den Beispielen eingesetzten Magnesit* und Silikasteine besaßen die folgenden Zusammensetzungen und Eigenschaften:

MgO,·/,. SiO₁, ·/, . Fc₁O₁, «/„ AI₁O,, °/_q CaO, % .

Magneiitttelfl	Sililuuuiti
>94	■
1 bis 2	92 bis 94
0,9	1,0
0,5 bis 1	<2,5
2 bis 3	2 bis i

Fortsetung der Tabelle

	Magnesjtstein	Silikastein
Druckfeuerbeständig- keit
f*vlt /O1 0C	+1750	1600
te, °C	+ 1750
Wärmeleitfähigkeit
bei500°C,kcal/mh°C	5,0	1.2
bei 10000C,
kcal/mh°C	3.0	1,5
bei 14000C,
kcal/mh°C	2,0	1,65
Wärmedehnung
bei 500° C, %	0,6	1,2
bei 1000° C, °/0	1,2	1.2
bei 14000C, °/0	1.9
Raumgewicht, g/cm*...	2,90	1,70 bis 1,85
Spezifisches Gewicht	3.60	2,32 bis 2,45
Porosität, %	19,5	etwa 25
Kaltdruckfestigkeit,
kg/cm1	600	200 bis 300

Beispiel 1

Es wurde je eine Ofenkammer unter Einhaltung einer Kammerbreite von 450 mm mit Magnesitsteinen einer Wandstärke von 58 mm und mit Silikasteinen einer Wandstärke von 108 mm ausgekleidet In beiden

Kammern wurde eine Kokskohle mit 26^q/₀ flüchtigen Bestandteilen waf ν,ηύ 10% Wasser, die ein SchiUtgewicht naß von 0,749 lg/1 hatte, verkokt, Die nachfolgende Tabelle zeigt das in beiden Kammern erzielte δ Koksausbringen tv/ und den Durchsatz, bezogen auf die Koksmenge je Volumen- und Zeiteinheit, sowie die Kokseigenschaften.

Ein Vergleich der Durchsätze bei der erfindungsgemäßen Ausmauerung mit der normalen Ausmauerung, ίο wie sie heute verwendet wird, zeigt eint Steigerung des Durchsatzes von 73,2%, wenn gleiche Endtemperaturen in der Kammermitte eingehalten werden. Werden beide Ofenkammern bei einem Temperaturanstieg von weniger als 5°C/min in der Kammermitte gedrückt, so wird eine Steigerung des Durchsatzes von 49,2% erzielt. Die Temperaturdifferenz zwischen Heizzug und Kammermitte beträgt in diesem Fall bei der erfindungsgemäßen Ausmauerung nur 10° C, dagegen bei der normalen Ausmauerung 135°C, Dieser Umstand zeigt ao die wesentlich gleichmäßigere Beheizung des Besatzes beim erfindungsgemäßen Verfahren.

Die anfallenden Kokse haben gute mechanische Eigenschaften und sind, wie der Gehalt an flüchtigen Bestandteilen zeigt, gut ausgegart. Die in der mit Maas gnesitsteinen ausgekleideten Kammer bei 900° C Heizzugtemperatur hergestellten Kokse entsprechen in ihren Eigenschaften solchen Koksen, die in einer normal ausgemauerten Kammer bei 1100 bis 1200⁰C Heizzugstemperatur erzeugt werden.

Ausmauerung

Heizzugtemperatur, °C

Endtemperatur in der Kammermitte, ⁰C

Verkokungsfortschritt, "C/min

Garungszeit, h

Koksausbringen wf, %

Kokserzeugung, kg/m* h

Erhöhung der Kokserzeugung, %

Stückkoksanfall

+ 150 mm, %

+100 mm, %

+60 mm, %

+40 mm, %

Grusanfall —10 mm, %

Festigkeit M 40

Abrieb M 10

Flüchtige Bestandteile im Koks waf, %

Beispiel 2

In den im Beispiel 1 genannten Ofenkammern wurde eine Kokskohle mit 21,0% flüchtigen Bestandteilen waf und 9,0% Wasser, die ein Schüttgewicht naß von 0,746 kg/1 hatte, verkokt.

Magnesitsteine	900	Silikasteine	900	1100	1200
900	770	765	965	980
890	1,43	0,93	2,43	3,70
1,42	17	29V2	2O'/2	18
WVi	80,0	79,5	78,2	78,4
78,6	31,7	18,3	25,7	29,4
27,2	+73,2	+/-o	+40,4	+60,6
+49,2	36,4	72,8	40,1	22,4
38,8	75,1	93,0	77,8	57,9
75,9	92,8	96,7	94,9	89,7
93,2	95,9	97,4	97,0	95,5
96,4	1,0	1.5	1,4	2,0
1.8	83,6	82,8	85,3	83,7
83,8	9,7	Π.4	9,3	8,5
9,8	0,36	1,29	0,20	0,05
0,37

Ausmauerung	Magnesit steine	Silikasteine	1000 845 1,23 23 81,8 24,2 +26,7
Heizzugtemperatur, "C Endtemperatur in der Kammermitte, 0C... Verkokungsfoftschritt, *C/min Oirungszeit, h Koksausbringen tv/,% Kokserzeugung, kg/m'h Erhöhung der Koka· erzeugung, %	900 880 1,40 19 82,3 29,4 +53,9	900 700 0,70 29V« 83,0 19,1 +/-0

Ausmauerung Stückkoksanfall

+150 mm, %

+ 100 mm, %

+ 60 mm, %

+ 40 mm, %

Grusanfall — 10mm% Festigkeit M 40

Abrieb MIO

Fluchtige Bestandteile

im Koke waf, */_e ..

Magnesitsteine

34,6 74,9 91,9 96,0

2,3 88,2

7,1

0,43

Silikasteine

75,5
91,2
95,5
96,0

2,8
88,0

9,6

0,86

61,0
84,3
94,8
96,2

2,4
88,4

0,34

Ein Vergleich der Durchsätze zeigt auch hier eine erhebliche Steigerung des Durchsatzes bei der erfindungsgemößen Ausmauerung. Wird bei der Ermittlung der Kokserzeugung in der mit Magnesitsteinen ausgekleideten Ofenkammer eine Koksendtemperatur von 770⁰C zugrunde gelegt, so ergibt sich hier ein Durchsatz von 32,4 kg/m⁸h. Dies entspricht einer Steigerung des Durchsatzes gegenüber normaler Ausmauerungvon 69,6 o/₀.

Beispiel 3

In den im Beispiel 1 genannten Ofenkammern wurde eine Kokskohle mit 24,8 % flüchtigen Bestandteilen und 9,0 °/o Wasser, die ein Schüttgewicht naß von 0,756 kg/1 hatte, verkokt.

Ausmauerung	Magnesitsteine	1200	Silika steine
Heizzugtemperatur, 0C	1200		1200
Endtemperatur in der		985
Kammermitte, 0C...	1130		985
Verkokungsfortschritt,		6,7
°C/min	6,7	93U	3,0
Garungszeit, h	12	81,4	18
Koksausbringen wf, %	81,2	56;7	80,9
Kokserzeugung, kg/msh	46,0		30,6
Erhöhung der Koks		85,3
erzeugung, %	50,3		+/-0
Flüchtige Bestandteile		0,20
am Koks wf, % ...	0,10	0,22

Ein Vergleich der Durchsätze zeigt bei Einhaltung gleicher Endtemperaturen in der Kammermitte eine Durchsatzsteigerung von 85,3%.

Beispie! 4

In den im Beispiel 1 genennten Ofenkammern wurde eine Kokskohle mit 24,8 "/„ flüchtigen Bestandteilen und 9.0% Wasser, die ein Schüttgewicht naß von 0,756 kg/I hatte, verkokt

Ausmauerung	Magnesitsteine	1400	Si'ika- sleine
Heizzugtemperatur, "C	1400		1400
Endtemperatur in der		1145
Kammerrnitte, 0C ..	1300		1145
Verkokungsfortschritt,		10.0
»5 "C/min	10.0	8	5,5
Garungszeit,, h	II1/·	81,2	16
Koksausbringen wf, %	81.0	68,8	79,7
Kokserzeugung, kg/m» h	47.9		33,8
Erhöhung der Koks-		103,6
20 erzeugung, %	41.7		+/-o
Flüchtige Bestandteile		0,15
im Koksw/, %	0,08	0,14

Die Durchsatzsteigerung beträgt bei Einhaltung as gleicherEndtempcraturaninderKammermittel03,6%.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verkokungsofenbatterie mit einem die Ofenkammern und die Heizzüge bildenden Mauerwerk aus Steinen einheitlicher Zusammensetzung, d adurch gekennzeichnet, daß das Mauerwerk aus an sich bekannten verdichteten Magnesitsteinen besteht.

2. Verkokungsofenbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Läufersteine der Heizwand der Ofenkammern eine Dicke von etwa 50 bis 65 mm besitzen.