DE2637097C3 - Verfahren zur Herstellung von geformtem Koks für metallurgische Zwecke - Google Patents

Description

Es sind bereits Verfahren zur Wärmebehandlung von brennbaren Stoffen bekannt, bei denen ein senkrecht stehender Ofen mit Gaseinlaßöffnungen in verschiedener Höhe benutzt wird.

Beispielsweise ist in der US-PS 18 22 383 ein Schwelverfahren zur Herstellung von Brennstoff aus flüchtige Anteile enthaltenden Stoffen, wie bituminöse Kohle, Holz usw. beschrieben, bei dem zunächst ein großer Teil der flüchtigen Bestandteile bei einer Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur des Materials abdestilliert wird ohne sie zu zersetzen, danach der feste Rückstand über die Zersetzungstemperatur der noch verbliebenen flüchtigen Bestandteile erhitzt wird, die entfernten flüchtigen Bestandteile fraktioniert kondensiert werden und der Dampf des hochsiedenden Teils der flüchtigen Bestandteile oder ein entsprechender Dampf von außerhalb des Systems auf den heißen festen Rückstand geleitet wird, wobei dieser Dampf der hochsiedenden Teile thermisch zersetzt wird und sich der bei der Zersetzung entstehende Kohlenstoff auf den festen Rückstand abscheidet. Zur Durchführung dieses Verfahrens dient ein Ofen, der an drei Stellen in verschiedener Höhe Gascinlaßöffnungen aufweist. Die Behandlung der Beschickung erfolgt bei dem in der US-PS 18 22383 beschriebenen .Schwelverfahren bei Temperaturen unter 700⁰C. Somit eignet sich dieses Verfahren nicht zur Herstellung von Formkoks aus geformter Sinterkohle, da hierfür unter anderem bedeutend höhere Temperaturen erforderlich sind.

Aus der DE-AS 10 67 785 ist eine Vorrichtung zum Behandeln von brennbare Substanzen enthaltendem körnigen Gut mit Spülgas in einem senkrecht stehenden Schacht bekannt, dessen oberer und unterer Teil verschiedene Durchmesser besitzen. Die Vorrichtung enthält ein zentral in den oberen Teil des Schachtes hineinragendes Rohr und einen zwischen dem unteren zylindrischen Mantel größeren Durchmessers und dem in diesen hineinragenden oberen zylindrischen Mantel kleineren Durchmessers gebildeten Ringraum. Sowohl durch das Rohr als auch durch den Ringraum kann das Spülgas zugeführt bzw. abgeleitet werden. Auch diese Vorrichtung eignet sich nicht zur Herstellung von Formkoks aus geformter Sinterkohle.

Während sich der in der US-PS 18 22 383 und der DE-AS 10 67 785 beschriebene Stand der Technik auf die Schwelung von Kohle bezieht, wie aus den angegebenen Behandlungstemperaturen zu erkennen ist (Endtemperatur etwa 550 bis 700⁼C), sind auch verschiedene Verfahren zur Verkokung von Steinkohle bekannt (Endtemperatur der pyrogenen Zersetzung von etwa 900° C

oder höher). Üblicherweise wird Fettfeinkohle verkokt, die infolge ihrer guten Back- und Erweichungseigenschaften auch einen stets vorzüglichen Hochofenkoks ergibt; vgl. Ullmanns Enzyklopädie der technischen Chemie, 3. Auflage 10. Bd. (1958), S. 243. Die Verkokung erfolgt gewöhnlich im Horizontalkammerofen.

SteinkohlenkokE. wird in mehrere Sorten unterteilt. Als Hochofenkoks wird normalerweise ein Hochtemperaturkoks bezeichnet, dessen mittlere Koksendtemperatur >1000°C betragen hat. Bei Hochofenkoks ist die Stückfestigkeit von besonderer Bedeutung. Ein Sondererzeugnis mit bestimmten Eigenschaften ist Gießereikoks. Stückigkeit, Körnungsaufbau, geringe Porosität, hohe Festigkeit und niedriger Anteil an Ballaststoffen sind die entscheidenden Merkmale dieses Kokses, der als Brennstoff zum Schmelzen des Roheisens im Kupolofen Verwendung findet. Das Optimum der einzelnen Merkmale wird durch die Auswahl der Kohle, sowie durch lange Garungsdauern bei niedrigen Verkokungstemperaturen eingestellt (Endtemperatur etwa 800 bis 900⁰C). Fine weitere Kokssorte ist Koks für elektrometallurgische Zwecke.

Um die Möglichkeit zur Verwendung von früher nicht verkokungswürdigen Kohlen und zur Herstellung von Koks mit gleichbleibender Qualität zu eröffnen,

so wurde in jüngerer Zeit stark an der Entwicklung von Verfahren zur Herstellung von Formkoks gearbeitet. Bei der Herstellung von Formkoks wird das Verformen von Kohlepulver unter Zusatz eines Bindemittels bereits in technischem Maßstab durchgeführt, während bisher noch kein Verfahren zum Verkoken der Sinterkohle in einem solchen Maßstab erfolgreich angewendet wird, der den Anforderungen an Menge und Qualität des für den Einsatz im Hochofen bestimmten Kokses genügt. Diese Tatsache deutet an. daß es schwierig ist.

fto in technischem Maßstab geformten Koks hoher Qualität herzustellen, ohne daß die Sinterkohlc zerbricht, zusammenbackt oder Sprünge bekommt, was von den Heiz- oder Beschickungsbedingungcn beim Verkokungsprozeß verursacht werden kann.

/,-, Im Gegensatz zur Herstellung von Formkoks für die Verwendung in (großen) Hochöfen (Hochofen-Formkoks) sind zur Herstellung von Formkoks für die Verwendung in Gielterei Öfen (Gießerei-Formkoks) be

reits Verfahren im technischen Maßstab bekannt. So beschreiben W. Schreiber und R. Mevves in Journal of Mines, Metalls & Fuels, 1959, Special, S. 135 bis 141 ein Verfahren, bei dem Briketts in einer als »Otto-Schaftverkokungsofen« bezeichneten Einrichtung verkokt werden. Die Briketts werden im Ofen von oben direkt mit Brennerflammen erhitzt. Die Verbrennungsgase strömen in gleicher Richtung wie die zu verkokenden Briketts. Die Temperatur der Briketts steigt mit einer hohen Geschwindigkeit von 20 bis 30^cC pro Minute innerhalb von 20 bis 30 Minuten auf 600°C an. Dabei bildet sich sehr rasch eine carbonisierte Schale um die Briketts, so daß weder Agglomeration noch Verformungen der Briketts vorkommen. Das weitere Erhitzen auf 900°C und die anschließende Verkokung wird mit Hilfe von Spülgas durchgeführt, das vorn Boden des Ofens im Gegenstrom zu den nach unten sinkenden Briketts strömt. Beide Gasströme werden, etwa in der Mitte des Schaftofens abgezogen.

In diesem bekannten Verfahren wird Gießerei-Formkoks erhalten, der in Eisenwerken im Kupolofen befriedigend verwendet werden kann. Dagegen s.ind Versuche, auf diese Weise auch einen Hochoien-Formkoks herzustellen, bzw. Gießerei-Formkokr- auch in Hochöfen zu verwenden, über das Erprobungsstadium nicht hinausgekommen; vgl. W. Schreiber und R. Mewes, a.a.O, S. 141. Gießerei-Formkoks kann allenfalls für kleine Hochöfen verwendet werden; vgl. R. Mewes, »Erdöl und Kohle · Erdgas · Petrochemie 15« (1962), S. 535.

Brauchbarer Gießerei-Formkoks kann in jüngster Zeit auch nach einer Reihe anderer Verfahren erhalten werden. Dabei wird zwischen Kalt- und Heißbrikettierverfahren unterschieden. Teilweise wird der dabei erhaltene Formkoks auch als Koks für elektrometallurgische Zwecke eingesetzt. Die Herstellung von Hochofen-Formkoks befindet sich bei allen in jüngster Zeit entwickelten Verfahren noch im Versuchsstadium. Als Beispiel dafür ist das polnische ICHPW-Formkoksverfanren zu erwähnen, bei dem nichtbackende stückige Kohle in einem Spülgasofen bei 800°C verkokt wird. Dieses Verfahren wird im halbtechnischen Maßstab betrieben; vgl. Cougres International de Charleroi 1966 »Le Coke en siderurgie« Vortrag A 8. Der nach dem ICHPW-Verfahren erhaltene Formkoks wird überwiegend >n Gießereien verbraucht. Untersuchungen über die Verwertung des Formkokses im Hochofen wurden durchgeführt. Sie waren wenig erfolgreich.

Trotz intensiver Forschungs- und Entwicklungsarbeit existiert bisher keine großtechnische Anlage zur Erzeugung von Hochofen-Forrnkoks. Aus mehreren Gründen, zu denen Kosten- und Umweltschutzüberlegungen, insbesondere aber die Notwendigkeit gehören, auch die bisher nicht für den Einsatz im Hochofen verkokbaren Kohlen verwerten zu können, besteht daher ein großes Bedürfnis nach einem Verfahren zur Herstellung von Formkoks, der sich /ur Verwendung in (großen) Hochöfen eignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ver- w> fahren zur Herstellung vom Formkoks für metallurgische Zwecke aus Sinterkohle zu schaffen, bei dem die Sinterkohle während des im technischen Maßstab kontinuierlich durchgeführten Verkokens ihre Form behält und bei dem gleichzeitig die Backfähigkeit der ι-, eingesetzten K-ohle zur Erhöhung der Festigkeit des Forrnkokses fι'hrt. Die Herstellung des Formkokses soll kostensDa'end und in technischem Maßstab erfolgen und unter weitestgehender Verwendung von Kohle mit mäßiger Backfähigkeit soll Koks erhalten werden, der sich zur Verwendung in großen Hochöfen eignet.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs gelöst.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die Aufgabe, Formkoks mit der für die Verwendung im Hochofen nötigen Qualität in technischem Maßstab und wirtschaftlich aus geformter Sinterkohie herzustellen, erstmals gelöst. Die zu diesem Zweck gegebene neue technische Lehre ist das Ergebnis umfangreicher Untersuchungen über das Verhalten von geformter Sinterkohle während des Verkokungsvorganges. Zur Durchführung dieser neuen technischen Lehre sind die beispielsweise aus der US-PS 18 22 383 und der DE-AS 10 67 785 bekannten öfen mit Gaseinlaßöffnungen in verschiedener Höhe nicht geeignet.

Zur Entwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens wurden umfangreiche Untersuchungen über den Einfluß des Heizens und der Art der B.chickung auf das Verhalten der Siütcrkohlc während der Verkokung und über die Festigkeit und sonstigen Eigenschaften des geformten Kokses durchgeführt. Die Untersuchungen erfolgten in einem sogenannten Verkokungsofen-Simulator, in dem die Heiz- und Beschickungsbedingungen beliebig eingestellt werden können. Ein Ergebnis der Untersuchungen besagt, daß der in Fig. 1 gezeigte, im Inneren der Sinterkohle gemessene Bereich der Heizgeschwindigkeit günstig ist. Diese Meßdaten bieten wertvolle Informationen zur Bestimmung der günstigsten Heizbedingunger, unter denen Koks von höchster Qualität bei niedrigsten Produktionskosten erhalten werden kann. Dabei ermöglicht das Untersuchungsverfahren die Berücksichtigung aller im Verkokungsofen im technischen Maßstab möglicherweise auftretenden Erscheinungen.

Es wurde die Ober- und Untergrenze der Heizgeschwindigkeit bestimmt, bei der die Temperatur im Inneren der Sinterkohle zwischen 200 und 400⁰C gehalten wird. Damit werden die besten Bedingungen zu. Erhöhung der Festigkeit des geformten Kokses erreicht, da die Geschwindigkeit, mit der die Kohleteilchen, beginnend an der Oberfläche und fortschreitend zum Inneren der Sinterkohle, erweichen und zusammenschmelzen, mindestens aul einem bestimmten Wert gehalten wird. Gleichzeitig werden damit ungünstige Erscheinungen, wie das Zerbrechen, Zusammenbacken oder Springen an der Oberfläche der Sinterkohle während des Verkokens vermieden.

Es ist bereits qualitativ bekannt, daß beim Erhitzen der Sinterkohle auf Temperaturen über 400⁰C infolge der Wiederverfestigung und Schrumpfung der Agglomer-.ie Sprünge an ihrer Oberfläche auftreten können. In den Untersuchungen zur Entwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens konnte diese Erscheinung quantitativ erfaßt werden. Vom Standpunkt des Wirkungsgrades der Anlage,! ist es wünschenswert, die Verkokung bei Temperaturen durchzuführen, die nahe an der vorgenannten oberen Grenze liegen. Im erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Verkokung auf der Basis der in F i g. 1 gezeigten Ergebnisse der Untersuchung der Hei/.geschwindigkeiten, mit denen aie Temperatur im Inneren der Sinterkohle von 200 auf 1000^C erhöht wird. Die nach F i g. I günstige Heizgeschwindigkeil hängt natürlich von den Herstellungsverfahren, der Größe und Zusammensetzung der Kokskohle und der im Verkokungsofen herrschenden Anfangstemperatur

ab. Der Verlauf der Kurven als Ganzes und das Grundprinzip bleiben jedoch unverändert.

Auch wenn das in Fig. I gezeigte neue Heizschema bekannt ist. bleiben bei der Anwendung der Kenntnis noch große Schwierigkeiten, um mit den bekannten Verfahren zur Verkokung von Kohle eine kontinuierliche Verkokung in technischem Maßstab zu erreichen. Beispielsweise ist nämlich die Verwendung eines aufrecht stehenden Ofens, z. B. eines Lurgi-Verkokungsofens und eines Gases als Heizmittel bei der kontinuierlichen Verkokung von Kohle oder Sintcrkoh-Ie bekannt. Die bekannten Verkokungsöfen eignen ',ich jedoch nicht zur Verwirklichung der in F i g. I gezeigten komplizierten Bedingungen für die Hei/geschwindipkeit. Wenn für die Heizgeschwindigkeit schwierigere Bedingungen einzuhalten sind, wird die Verkokung deshalb im allgemeinen nacheinander in mehreren Verkokungsöfen durchgeführt, um die Bedingungen einhalten zu können. Bei einem solchen Verfahren treten jedoch gewöhnlich technische Schwierigkeiten bei der Handhabung der heißen Kohle und beim •\bdichten der heißen Gase auf. Aus diesen Gründen wurden bereits einige andere Verfahren zum Einstellen der llei/gcschwindigkeit vorgeschlagen. Beispielsweise werden die Bereiche der Schwclzone. in denen eine relativ niedrige Heizgeschwindigkeit erforderlich ist. mit einem kalten Gasstrom gekühlt und ein Teil des Heizgases wird aus dem Ofen abgeblasen Das erfordert jedoch kompli/iertere Anlagen und ve: hindert damit Anlagen größeren Maßstabs.

Zur Lösung dieser Probleme wurden bei der Entwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Änderung der thermischen Eigenschaften der Sinterkohle, wie spezifische Wärme und Wärmeleitfähigkeit während des Verkokungsvorgangs, und die beim Erhitzen der Sinterkohle mit einem Gas als Heizmittel auftretenden Erscheinungen unter theoretischen und praktischen Gesichtspunkten untersucht. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird deshalb in Übereinstimmung mit dem bei den Untersuchungen erhaltenen Heizschema eine neue Lehre für die Bedienung des Vcr';cki:""^r.cfc"^r /U' v„^r.;,_„.-,_u. ^„,.„lu n;_o D«_OnJ_a, heu der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß die Temperatur und die Strömungsgeschwindigkeit des durch Einlaßöffnungen im mittleren und unteren Teil des Verkokungsraums eines aufrecht stehenden Verkokungsofen¹, zugeführten Heizgases derart gesteuert werden, daß die nach F i g. i erforderlichen Versuchsbedingungen eingehalten werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand der Zeichnungen nähv.;· erläutert.

F i g. 1 ist eine graphische Darstellung des im erfindungsgemäßen Verfahren, zweckmäßigen Bereiches der Heizgeschwindigkeit bei der Verkokung.

F i g. 2 zeigt die Beziehung zwischen der Temperatur und der Verkokungsdauer. Die F i g. 3a. 3b und 3c zeigen den Einfluß von Temperatur und Strömungsgeschwindigkeit des durch die Einlaßöffnungen zugeführten Heizgases auf die Temperaturverteilung im Verkokungsofen und auf die Heizgeschwindigkeit im Inneren der Sinterkohle.

F i g_. 4 zeigt eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

F ι g. 2 zeigt die Temperaturverteilung des Heizgases und der Sinterkohle. bezogen auf die besonderen Bedingungen, die in einem Verkokungsofen auftreten, der Einlaßöffnungen für das Heizgas in verschiedener Höhe besitzt. Nach F ι s. 2 wird der Verkokungsofen erfindungsgemäß vorzugsweise unter folgenden Bedingungen betrieben:

Volumen der Sinterkohle-Briketts: 80 cm¹, Zuführung des Heizgases an der unteren Einlaßöffnung mit einer Temperatur von 1050°C und einer Strömungsgeschwindigkeit von 800 NmVt trockener Kohle und an der im Mittelteil befindlichen Einlaßöffnung mit einer Temperatur von 700" C und einer Strömungsgeschwindigkeit von 2400 NmVt trockener Kohle. In F i g. 2 ist ein

ίο spezielles Beispiel der Temperaturverteilung dargestellt, bei dem die Temperaturkurve im Bereich der im Mittelteil befindlichen Einlaßöffnung des Verkokungsofens einen Wendepunkt aufweist, der vermutlich auf die Existenz dieser Einlaßöffnung zurückzuführen ist.

ij Die Oberflächentemperatur der Sinterkohle steigt nach dem Einfüllen im oberen Teil des Ofens rasch bis in die Nähe der Temperatur des Gases im oberen Teil des Ofens an. Mit dem Absinken der Sinterkohle im Verkokungsofen nähen sie sich der Temperatur u'es Heizgases. In unmittelbarer Nähe der im Mittelteil befindlichen Einlaßöffnung ist ihre Temperatur nahezu so hoch wie die des durch die Einlaßöffnung zugefiihrten Heizgases. Andererseits steigt aber infolge der sehr niedrigen Wärmeleitfähigkeit von 0.2 kcal/mh°C die Temperatur im Inneren der Sinterkohle bis zur Wiederveriestigung der Agglomerate nur mit beträchtlicher Verzögerung gegenüber der Oberflächentemperatur a:.. Der Wiederverfesiigungsbereich ist bei etwa 500'C durchschritten und danach nähert sich die

jo Temperatur im Inneren der der Oberfläche an. Im Bereich der im Mitreiteil befindlichen Einlaßöffnung des Ofens sind sie nahezu gleich. Unterhalb der im Mittelteil befindlichen Einlaßöffnungen nimmt die Steigung der Kurve wieder zu. d. h.. die Temperatur des Heizgases ändert sich schneller. Die Temperatur der Sinterkohle, deren thermische Leitfähigkeit auf über 0,8 kcal/mh°C angestiegen ist. erhöht sich jetzt gleichzeitig mit der des Heizgases bis zur Erreichung der endgültigen Verkokungstemperatur.

Das Verkokungsverfahren unter Verwendung von Heizgas aus in verschiedener Höhe angebrachten ΡΐηΙηΠ,ΛίΓηπησρη ict HaHnrrh CTplrpnn7PMrhnpt HaR im

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Verkokungsofen leicht eine Temperaturverteilung des Heizgasts erreicht wird, die dem in F i g. 1 gezeigten

i% günstigen Verlauf der Heizgeschwindigkeitskurve entspricht. Die Wirkung der erfindungsgemäß einstellbaren Größen, nämlich der Temperatur und der Menge bzw. Strömungsgeschwindigkeit des durch die Einlaßöffnungen zugeführten Heizgases, auf die Temperaturverteilung des Heizgases im Verkokungsofen und auf die Heizgeschwindigkeitskurve im Inneren der Sinterkohle wird anhand von F i g. 3 weiter erläutert.

F i g. 3a zeigt die Wirkung einer Änderung der Menge des Heizgases, das durch die im Mittelteil befindliche Einlaßöffnung zugeführt wird. Die Änderung der Temperatur des Heizgases im oberen Teil des Verkokungsofens beeinflußt hauptsächlich die Heizgeschwindigkeit im Inneren der Sinterkohle von 200 bis 400^;C Fig. 3b zeigt die Wirkung der Änderung der

» Temperatur des im Mittelteil zugeführten Heizgases, wenn die durch die Heizgase an jeder Einlaßöffnung zugeführte Wärmemenge konstant gehalten wird. In diesem Fall verursacht die Änderung der Temperatur, die dem Wendepunkt der Temperaturkurve des Heizgases in der Nähe der im Mittelteil befindlichen Einlaßöffnung entspricht eine Verschiebung des Minimums der Heizgeschwindigkeitskurve für das Innere der Sinterkohle. wodurch die Heizgeschwindigkeit

zwischen 500 und 1000⁰C beeinflußt wird. F i g. 3c zeigt die Wirkung der Änderung des Verhältnisses der durch das Heizgas dem mittleren und dem unteren Teil des Ofens zugeführten Wärmemenge, wobei die gesamte Wärmemenge der zugeführten Heizgase und ihre Temperaturen konstant gehalten werden. Der ursprüngliche günstige Verlauf der Heizgeschwindigkeitskur'-e bleibt nicht erhalten, wenn das Verhältnis der durch die Heizgase zugeführten Wärmemenge einen bestimmten Wert überschreitet.

Wie vorstehend erläutert, wird mit dem Verkokungsverfahren der Erfindung unter Verwendung von in verschiedener Höhe am Ofen angebrachten Einlaßöffnungen für das Heizgas der in F i g. I gezeigte vorteilhafte Verlauf der Hei/gesdiwindigkeitskurvc erreicht. Besonders wichtig ist jedoch die richtige Wahl der Temperatur und der an jeder Einlaßöffnung zugeführten Menge des Heizgases. Her für die praktische Durchführung des Verfahrens geeignete Bereich dieser Größen wurde auf der Grundlage von theoretischen Untersuchungen der Wärmeleitfähigkeit und mit Hilfe von Versuchen bestimmt.

Die Menge des durch die im Mittelteil des Ofens befindliche Einlaßöffnung zugeführten Heizgases soll so eingestellt werden, daß die Temperatur des Heizgases im oberen Teil des Verkokungsofens 300 bis 500" C beträgt, vgl. F i g. 3a. Die untere Grenze dieses Temperaturbereichs entspricht in etwa der Temperatur, bei der das Erweichen der Kohle beginnt und die Obergrenze der Temperatur, bei der die Wiederverfest^;<uing vollständig ist. Die unteren Grenzwerte der günstigen Heizgeschwindigkeitskurve der F i g. 1 zwischen 200 und 400"C im Inneren der Sinterkohle bestimmen im wesentlichen den Anstieg der Temperatur im Inneren der Sinterkohle, wenn ihre Erweichung beginnt. Aus diesem Grund soll die Temperatur des Heizgases mindestens so hoch sein, wie die Erweichungstemperatur der Kohle. Auf der anderen Seite bestimmt die notwendige Begrenzung der Temperatur zur Vermeidung des Auftretens von Sprüngen an der Oberfläche der Sinterkohle, die als Folge von Volumenänderungen entstehen, die Obergrenze der Temperatur lieb rict^gascv Vci itiutin.ii im diese Temperatur nahezu gleich der Wiederverfestigungstemperatur.

Die Temperatur des durch die im Mittelteil des Verkokungsofens befindliche Einlaßöffnung zugeführten Heizgases soll im Bereich von 600 bis 800~C liegen, vgl. Fig. 3b. Wie in Verbindung mit F i g. 2 erläutert wurde, besteht in diesem Bereich nur ein geringer Unterschied zwischen der Temperatur des Heizgases und der der Sinterkohle, so daß. wie aus F i g. 1 ersichtlich ist. die geringste Heizgeschwindigkeit im Temperaturbereich der Sinterkohle von 600 bis 800°C benötigt wird. Aus diesem Grunde ist es vernünftig, daß dieser Temperaturbereich mit dem günstigsten Temperaturbereich des durch die im Mittelteil des Verkokungsofens befindliche Einlaßöffnung zugeführten Heizgases übereinstimmt.

Die Wärmemenge des durrh die unteren Einlaßöffnung zugeführten Heizgases soll höchstens 50% der gesamten Wärmemenge betragen, die dem Verkokungsraum zugeführt wird. vgl. F i g. 3c. Die Festlegung dieses Wertes geschieht vor allem unter Berücksichtigung der Tatsache, daß die Heizgeschwindigkeit im inneren der Sirsterkohle im Temperaturbereich von 500 bis 800^cC den oberen Grenzwert nicht überschreiten soll.

In der in F i g. 4 gezeigten Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bedeutet 1 die Beschickungskammer für die Sinterkohle, 2 den Verkokungsraum, 3 den Auslaß für den geformten Koks und 4 ein Wasserbad. Die Einlaßöffnungen 5 und 6 sind im mittleren und unteren Teil des Verkokungsraumes 2 angeordnet. Das auf die vorstehend beschriebenen Temperaturen erhitzte Gas zum Heizen der Sinterkohle wird den Einlaßöffnungen von den Hochtemperaturgaserzeugern 7 und 8 zugeführt. Während die durch die Beschickungskammer 1 eingespeiste Sinterkohle iin Verkokungsraum herabsinkt, wird sie von den an den Einlaßöffnungen 5 und 6 zugeführten Heizgasen entsprechend der Heizkurve, wie sie beispielsweise in Fig. 2 gezeigt ist, bis auf die endgültige Verkoktingstemperatur aufgeheizt. Hierauf wird der geformte Koks durch den Auslaß 3 entnommen und im Wasserbad 4 gekühlt. Durch die Auslaßöffnung 9 entweicht das Abgas, das aus dem zugeführten Heizgas und den während der Verkokung von der Sinterkohle abgegebenen gasförmigen Produkten (Rohgas) besteht. Das Abgas wird durch eine Vorrichtung 10 zur Entfernung von Teer geleitet und kann nach entsprechender weiterer Behandlung als Heizgas verwendet werden.

Der Verkokungsraum hat folgende Maße: Innendurchmesser: 0.8 m; Abstand von der Beschickungsöffnung für die Sinterkohle zu der im Miltelteil angebrachten Einlaßöffnung für das Heizgas: etwa 5 m; Abstand zwischen den beiden Einlaßöffnungen für das Heizgas: etwa 2 m; Tagesproduktion an geformtem Koks: etwa 20 Tonnen. Die vorstehend beschriebene Vorrichtung ist von milderer Größe.

Der Wärmegehalt des heißen Kokses nach beendeter Garung kann zum Vorheizen von weiterem Heizgas für den Verkokungsofen dienen. Ebenso können die Abgase aus dem Verkokungsofen im Kreislauf zum Vorheizen weiteren Heizgases verwendet werden.

Die Beispiele erläutern die Erfindung.

Der in den Beispielen und Vergleichsbeispielen erhaltene Formkoks wird gemäß JIS K-2151-1977 auf seine Festigkeit geprüft.

Dabei wird die Probe in eine vorgeschriebene ι rGmrric.tcst . orriciü^g c;ngc„rac..;. ~:e "n.cr s:ncr vorgeschriebenen Geschwindigkeit eine vorgeschriebene Anzahl von Rotationen ausführt. Danach wird die Probe durch bestimmte Siebe gesiebt, das Gewicht einer jeden Fraktion wird bestimmt und die addierten Prozentanteile der Probe werden als Trommelfestigkeitsindex folgendermaßen ausgedrückt:

Teilchengröße

Trommelfestigkeitsindex bei Anzahl der Umdrehungen 30 150

mehr als 50	Dl	DI
mehr als 25	DI	DI
mehr als 15	Dili	Dl

Beispiel I

In diesem Beispiel ist die Herstellung von geformtem Koks für metallurgische Zwecke nach dem Verfahren der Verkokung bei hohen Temperaturen beschrieben. Das Verfahren wird in einem aufrecht stehenden kontinuierlich arbeitenden Verkokungsofen mit Sinterkohle und Anthrazit als Hauptbestandteilen durchgeführt, die unter hohem Druck zusammen mit 8% Teer oder Pech zu Briketts verpreßt werden.

Die Briketts haben ein Volumen von etwa 80 cm³, eine Dichte von etwa 1,3 g/cm^J und sie enthalten 6,0% Wasser. 22.1% flüchtige Bestandteile und 9.4% Asche. Die Briketts werden kontinuierlich in einer Menge von 750 kg/h durch die Beschickungsöffnung I in den in F-" ig. 4 gezeigten Verkokungsofen eingespeist. Durch die im Mittelteil des Ofens befindliche Einlaßöffnung 5 wird Heizgas mit -:iner Temperatur von 72O°C und einer Strömungsgesch Aindigkeit von 2000 Nm Vh und durch die untere Einlaßöffnung 6 Heizgas mit einer Temperatur von 1100°C und einer Strömungsgeschwindigkeit von ¹H)O NmVh eingeblascn. Das durch die Auslaßöffnung 9 im oberen Teil des Ofens entweichende Abgas hut eine Temperatur von 420^r C.

Der unter diesen Bedingungen hergestellte geformte Koks hat die folgenden Eigenschaften:

Dichte: 1,22 g/cm', Porosität: 35%, flüchtige Bestandteile: 0,8% und Aschegehalt: 12.7%. Die Trommelprobe ergibt folgende Indizes: Dl . =84.3% und Dl ". =80,0%. Der erhaltene geformte Koks besitzt die für den großtechnischen Einsatz als Hochofenkoks erforderlichen Eigenschaften.

Beispiel 2

Gemäß Beispiel I wird geformter Koks für metallurgische Zwecke hergestellt, jedoch werden die Sinterkohlebriketts in einem mit Heizgas betriebenen Vorheizofen auf 250" C vorgeheizt.

Die vorgeheizten Briketts werden in einer Menge von 800 kg/h in den Verkokungsofen eingespeist. Durch die im Mittelteil befindliche Einlaßöffnung wird Heizgas mit einer Temperatur von 720^cC und einer Strömungsgeschwindigkeit von 1400 NmVh und durch die untere Einlaßöffnung Heizgas mit einer Temperatur von IIOO°C und einer Strömungsgeschwindigkeit von 500 NmVh eingeblasen. Die Temperatur im oberen Teil des Ofens beträgt etwa 470°C.

Der geformte Koks hatte nahezu die gleichen Eigenschaften wie der in Beispiel 1 erhaltene.

Vergleichsbeispiel 1

Gemäß Beispiel 1 wird geformter Koks hergestellt, jedoch wird das Heizgas durch die im Mittelteil befindliche Einlaßöffnung mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 1300 NmVh statt 2000 NmVh eingeblasen. Infolgedessen beträgt die Temperatur des Gases im oberen Teil des Ofens nur 280° C. Der geformte Koks weist im Vergleich zu dem in Beispiel 1 erhaltenen besonders deutliche Unterschiede im Trommelindex auf. Es werden die Werte Dl '.T = 66,6% und Dl'"? =63,4% erhalten. Die Ursache dafür ist vermutlich die Heizgeschwindigkeit im Bereich von 200 bis 400^cC im Inneren der Briketts, die viel geringer ist als der in F i g. 1 gezeigte günstige Bereich der Heizgeschwindigkeit.

Vergleichsbeispiel 2

Gemäß Beispiel 2 wird geformter Koks hergestellt, jedoch wird das Heizgas durch die im Mittelteil befindliche Einlaßöffnung mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 2300 NmVh statt 1400 NmVh eingeblasen. Infolgedessen hat das Gas im oberen Teil des Ofens eine Temperatur von 550^cC. Der Trommelindex des erhaltenen geformten Kokses hat folgende

Werte: Dl W = 82.7% und Dl ;,' = 52.6%. Der erste Wert stimmt mit den i den Beispielen 1 und 2 erhaltenen nahezu überein, während der zweite Wert viel kleiner ist. Die Ursache dafür ist vermutlich die Heizgeschwindigkeit, die viel höher ist, als der günstige Bereich für das Innere der Sinterkohlenbriketts bei 200 bis 500'C. Dies verursacht ein Aufquellen und anschließendes Springen der Briketts.

Vergleichsbeispiel 3

Gemäß Beispiel I wird geformter Koks hergestellt, jedoch wird das Heizgas durch die im Mittelteil befindliche Einlaßöffnung mit einer Temperatur von 82OⁿC und einer Strömungsgeschwindigkeit von 1700 NmVh cingcblasen. Die Temperatur im oberen Teil des Ofens beträgt 450"C.

Der Trommelindex des erhaltenen geformten Kokses hat folgende Werte: O/Vi = 81.0% und D/'"' = 66.5%. Der Wert für Dl']·, ist im Vergleich mit den in den Beispielen I und 2 erhaltenen auffällig niedrig. Die Ursache dafür ist vermutlich die Heizgeschwindigkeit, die höher ist als der günstige Bereich im Inneren der Briketts bei 500 bis 700"C. Infolgedessen entstehen in den Briketts beim Erhitzen Sprünge.

Vergleichsbeispiel 4

Gemäß Beispiel 2 wird geformter Koks hergestellt. jedoch wird das Heizgas durch die im Mittelteil befindliche Einlaßöflnung mit einer Strömungsgeschwindigkeit von nur 900 NmVh, durch die untere Einlaßöffnung dagegen mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 700 NmVh eingeblasen. Die Temperaturen der Heizgase werden gegenüber Beispiel 2 nicht verändert. Der Trommelindex des erhaltenen geformten Kokses hat die Werte D/',f=83.3% und D/'£ = 64,7%. Der zweite Wert ist im Vergleich zu den in den Beispielen 1 und 2 erhaltenen auffallend niedrig. Die Ursache dafür ist vermutlich die Heizgeschwindigkeit, die oberhalb der Obergrenze des für das Innere der Briketts bei 600 bis 800⁼C günstigen Bereiches liegt. Vermutlich führt das zu schnelle Aufheizen zu Sprüngen in den Briketts.

in den vorstehenden Beispielen unü Vcig!en.!i:>ücispielen wird die Festigkeit des erhaltenen Kokses durch den Trommelindex beschrieben. Die Festigkeit ist eine der wichtigsten Eigenschaften des geformten Kokses bei seiner Verwendung für metallurgische Zwecke. Dadurch wird die Bedeutung ersichtlich, die der im erfindungsgemäßen Verfahren definierte günstige Bereich der Heizgeschwindigkeit bei der Verkokung der Sinterkohlebriketts besitzt.

Im erfindungsgemäßen Verfahren wurde auch der Einfluß der Zusammensetzung der Kokskohle und der Größe der Briketts untersucht. Die Versuche wurden mit Sinterkohle durchgeführt, die einen Anteil von 20 bis 35% an flüchtigen Bestandteilen besaß. Dabei wurde geformter Koks erhalten, dessen Festigkeit mindestens genau so groß war, wie die von üblichem Hochofenkoks. Die untersuchten Brikettgrößen reichten von 27 bis 112 cm³.

Der günstige Bereich der Heizgeschwindigkeit hängt im geringen Maße von der Zusammensetzung und der Größe der Briketts ab. Die Grundlagen des erfindungsgemäßen Verfahrens bleiben jedoch unverändert.

Hierzu 4 Blatt zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Herstellung von Formkoks für metallurgische Zwecke aus Kohlepulver durch Verkoken von aus dem Kohlepulver und einem Bindemittel wie Teer, Pech oder Asphalt hergestellter Sinterkohle in einem aufrecht stehenden Verkokungsofen durch kontinuierliches Heizen mit einem auf hohe Temperaturen erhitzten Gas als Heizmittel, das durch im mittleren und unteren Teil des Verkokungsofens angebrachte Einlaßöffnungen zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man

   a) Temperatur, Geschwindigkeit und Menge des durch die Einlaßöffnungen im mittleren und unteren Teil des Verkokungsofens zugeführten Heizgases derart steuert, daß der durch die Kurven gemäß F i g. 1 begrenzte günstige Bereich der Heizgeschwindigkeit, mit der die Temperatur im Inneren der Sinterkohle von 200 auf 1000⁰C erhöht wird, eingehalten wird, wozu man

   b) durch die Einlaßöffnung im mittleren Teil des Verkokungsofens Heizgas mit einer Temperatur von 600 bis 800⁰C zuführt,

   c) die Geschwindigkeit und Menge des im mittleren Teil des Verkokungsofen zugeführten Heizgases derart steuert, daß seine Temperatur im oberen Teil des Verkokungsofens 300 bis 500⁰C beträgt, und

   d) höchstens 50% rier in.'-esamt zugeführten Wärmemenge durch die untere Einlaßöffnung dem unteren Teil dts Vr -kokungsofens zuführt.