DE2643988A1

DE2643988A1 - Formkoks, verfahren zu seiner herstellung und seine verwendung

Info

Publication number: DE2643988A1
Application number: DE19762643988
Authority: DE
Inventors: Isao Fujita; Nobuyuki Imanishi; Shinji Shibata; Ryo Watanabe
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1975-09-29
Filing date: 1976-09-29
Publication date: 1977-05-18
Also published as: GB1568674A; FR2325708A1; ES452126A1; JPS5241109A; DE2643988C3; BR7606480A; DE2643988B2; NL7610775A; JPS5625500B2; FR2325708B1; IT1068123B; YU238776A; CS199641B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf gebrochenen Formkoks, ein Verfahren zu seiner Herstellung und seine Verwendung in einem Hochofenverfahren. Das Verfahren zur Herstellung des Kokses umfaßt eine Verfahrensstufe zum Brechen und eine Stufe zum Sieben oder Klassieren zwecks Korngroßensteuerung gegenüber einem herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von Formkoks. Der erfindungsgemäß erhaltene Koks weist einen Ruhewinkel auf, der mit dem herkömmlichen Kokses sehr wohl vergleichbar ist, eine im Vergleich zu letzterem beträchtlich

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herabgesetzte Schüttdichte und folglich in höherem Maße Hohlräume im Schüttbett sowie eine gegenüber Polygonkoks und herkömmlichem Koks verbesserte Durchlässigkeit. Die Produktionsleistung von gebrochenem Formkoks gemäß der Erfindung ist aufgrund des Bereichs größerer Korngröße des Kokses stark verbessert. Die Gestalt des gebrochenen Formkokses besteht in einer Kombination geformter und gebrochener Oberflächen, zu denen
verschiedene konkave und konvexe Oberflächen gehören, was den gewünschten gegenseitigen Reibungswiderstand zwischen den Koksteilen untereinander bietet, wodurch verhindert wird, daß der Koks in Richtung auf die Hochofenmitte rieselt.

Zur Erfindung gehört also gebrochener Formkoks, der bei der Eisenerzeugung und -verarbeitung in einem Hochofen ausgezeichnete Durchlässigkeit aufweist, ein Verfahren zur Herstellung dieses Kokses und seine Verwendung in einem Hochofenverfahren .

Die Nachfrage nach zur Verwendung in einem Hochofen geeignetem Koks nimmt mit steigender Produktion an Rohstahl in
der Welt ständig zu. Der Koks wird in einem Hochofen als Reduktionsmittel, Wärmequelle und Trägermaterial eingesetzt,
das für Erzschichten in einem Hochofen die gewünschte Durchlässigkeit schafft und aufrecht erhält, und deshalb spielt
der Koks eine wesentliche Rolle bei der Stahlherstellung in
einem Hochofen. Die Erlangung der gewünschten Durchlässigkeit für einen Hochofen erzwingt die Verwendung von Koks, der eine

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Festigkeit, die einem Druck eines Schüttbettes innerhalb des Ofens gut widersteht, sowie einen Trommelindex bietet, der die Menge übergroßen Kokses anzeigt, gemessen nach einem bestimmten Sieb nach dem Rotieren. Zur Herstellung von Koks mit der erwähnten hohen Festigkeit sollte Koks- oder Backkohle mit Ausgangskohle in einer Menge nicht unter einem gegebenen Wert gemischt werden. Inzwischen hat die Produktion von Koks- oder Backkohle örtliche und mengenmäßige Beschränkungen erfahren und ist deshalb kostspielig, verglichen mit anderen Kohlesorten. Insbesondere brachte die sogenannte Ölkrise 1973 einen starken Kostenanstieg für Koks- oder Backkohle, begleitet von einer plötzlichen Abnahme der Menge an importierter Kokskohle. Daher stieß die Eisen- und Stahlindustrie auf große Schwierigkeiten bei der Beschaffung der gewünschten Menge an Kokskohle für die Koksgewinnung. Weiter besteht die Gefahr verminderter Koksqualität, was den Hochofenbetrieb nachteilig beeinflußt. In sehr naher Zukunft sind die Quellen für Kokskohle vermutlich erschöpft.

Unter diesen Umständen kam ein Verfahren zur Herstellung von Koks aus einer Kohle allgemeiner Art auf (die eine geringere Menge an Binder enthält) und ein solcher Versuch hatte teilweise Erfolg bei der Anwendung für einen Hochofen. Bei diesen Versuchen wurde auch ein Versuch durchgeführt, bei dem ein sogenannter Formkoks durch Mischen einer bestimmten Menge von Pech, Asphalt und Teer mit einer gewöhnlichen Kohle und an schließendes Formen des Gemischs unter Druck in eine gegebene

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Form, Verkohlen und verkoken hergestellt wurde. Der Formkoks
ist sehr wohl hinsichtlich der Festigkeit der herkömmlichen
Ofenkokses vergleichbar, weist aber die folgenden Nachteile
auf:

Die Packungsdichte von Formkoks in einem Ofen ist größer als die herkömmlichen Kokses, was zu einer erhöhten Schüttdichte führt, die wiederum zu einer Abnahme der Dicke eines Schüttbettes sowie der Hohlräume des Schüttbettes führt. Dadurch wird die gewünschte Durchlässigkeit beeinträchtigt, woraus sich ein Anstieg des Druckabfalls des Gasstroms und ein ungleichmäßiger oder instabiler Betrieb eines Hochofens ergibt. Zudem hat der
gebildete Koks eine glatte Oberfläche, so daß ein gegenseitiger Reibungswiderstand unter Koksteilchen herabgesetzt ist, was beschleunigten Zulauf zum Mittelteil des Erzes im Ofen ermöglicht und zu einer Entmischung der Koksschicht führt, oder dieses Erz gelangt zwischen die Koksteilchen und bildet eine Mischschicht von Koks und Erz, was die Durchlässigkeit des Kokses beeinträchtigt.

Eine der mit der Herstellung von Formkoks verbundenen bekannten Verbesserungen ist in der US-PS 3 725 038 offenbart,
die ein Verfahren zur Herstellung von Polygonkoks in_/Verkokungskammern und so hergestelltem Koks zur Verwendung in einem Hochofen angibt. Polygonkoks jedoch geht immer noch die gewünschte Durchlässigkeit und Druckabfallfreiheit ab. Zudem gehört zu dem Verfahren zur Herstellung von Polygonkoks die Stufe der Bildung

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von Kohlepellets aus Kokskohle und das Verkoken der Pellets zur Gewinnung von Polygonkoks, anders als beim Verfahren zur Herstellung von Formkoks durch Mischen eines Binders, wie z. B. Pech, Asphalt und Teer mit einer gewöhnlichen Kohle und nachfolgendes Ausformen eines Gemischs unter Druck und Verkoken. Wie oben bereits erwähnt, sieht sich die Industrie mit der Schwierigkeit konfrontiert, Kokskohle in der gewünschten Menge zu erhalten. Das vorgenannte Verfahren zur Herstellung von Polygonkoks jedoch kann unter den Gesichtspunkten künftiger Quellen für Kokskohle und des Hochofenbetriebs damit nicht als viel versprechend angesehen werden.

Die Erfindung zielt auf die Vermeidung der vorgenannten Nachteile ab, mit denen man durch Herstellung herkömmlichen Formkokses zur Verwendung in einem Hochofen konfrontiert ist.

Die Aufgabe der Erfindung liegt daher in der Schaffung von Formkoks, der einen großen Ruhewinkel und eine verminderte Schüttdichte bieten kann, und von einem Verfahren zu seiner Herstellung. Zur Aufgabe gehört die Schaffung eines Formkokses und eines Verfahrens zu seiner Herstellung, bei dem die Dicke einer Koksschicht erhöht und die Durchlässigkeit des Kokses so verbessert ist, daß der Druckabfall vermindert wird. Eine solche Kohle soll schließlich den stabilen Betrieb eines Hochofens hoher Leistungsfähigkeit ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen gebrochenen

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Formkoks zur Verwendung in der Eisen- und Stahlindustrie in einem Hochofen gelöst, wobei die Form des erwähnten Kokses aus einer Kombination von geformten Oberflächen mit Bruchflächen besteht.

Eine besondere Ausfuhrungsform der Erfindung besteht in einem gebrochenen Formkoks der vorgenannten Art mit einer Korngröße im Bereich von 25 bis 60 mm.

Eine weitere besondere Ausführungsform der Erfindung besteht in einem gebrochenen Formkoks mit unregelmäßigen Bruchflächen einschließlich verschiedener konkaver und konvexer Oberflächen.

Die Erfindung besteht weiterhin in der Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung von gebrochenem Formkoks, wonach ein Binder mit einer Kohle allgemeiner Art gemischt, sodann das so hergestellte Gemisch unter Druck geformt, darauf verkokt und schließlich dieser Formkoks auf eine gesteuerte Korngröße gebrochen wird, d.h., der Koks wird auf die gewünschten Größen gesiebt.

Eine besondere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in der Herstellung von Koks mit einer Teilchengröße im Bereich von 16 bis 120 mm; eine weitere, besonders bevorzugte Ausführungsform dieses Verfahrens besteht in der Herstellung eines solchen Kokses mit einer Teilchengröße im Be-

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reich von 25 bis 60 mm.

Sodann besteht eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Koks in der Gewinnung von unregelmäßigen Bruchflächen einschließlich verschiedener konkaver und konvexer Oberflächen.

Schließlich gehört zur Erfindung die Verwendung des erfindungsgemäß hergestellten Kokses, dessen Form aus geformten Oberflächen und Bruchflächen gebildet wird und der als Reduktionsmittel mit ausgezeichneter Durchlässigkeit dient, in einem Hochofenverfahren, wobei der Koks zusammen mit anderen Materialien dem Hochofen zugeführt wird.

Weitere Vorteile, Merkmale und Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detailierten Beschreibung und aus den Figuren; von diesen ist

Fig. 1 ein Fließdiagramm, das ein herkömmliches Verfahren zur Herstellung von Formkoks veranschaulicht;

Fig. 2 ein Fließdiagramm, das ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung von Formkoks veranschaulicht;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der Form eines gebrochenen Formkokses;

Fig. 4 eine Vorrichtung zum Messen eines Ruhewinkels für 7098 2 0/0649

Fig. 5 eine Vorrichtung zur Messung des Druckabfalls;

Fig. 6 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Oberflächengeschwindigkeit (U ) und dem Druckabfall pro Einheit Schüttbettschicht (δΡ/L) zeigt, zum Vergleich der Durchlässigkeit gebrochenen Formkokses mit der von Polygonkoks;

Fig. 7 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Index des Gasstromungswiderstands (K) und der Korngröße (D ) verschiedener Kokssorten zeigt;

Fig. 8 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Index des Gasstromungswiderstands (K) und den Korngrößen (D ) verschiedener Erzsorten zeigt;

Fig. 9 eine Abbildung von Formkoks;

Fig. 10 eine Abbildung von Polygonkoks und

Fig. 11 eine Abbildung von gebrochenem Formkoks.

Wie bereits oben erwähnt, bezieht sich die Erfindung auf eine vernünftige Lösung der bei herkömmlichem Formkoks anfallenden Probleme, der den Hochofenbetrieb nachteilig beeinflußt,

Erfindungsgemäß wird den herkömmlichen Stufen zur Her-

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stellung von Pormkoks eine Stufe des Brechens hinzugefügt, so daß der Koks gebrochen und dann zur Korngrößensteuerung gesiebt wird. Daraus ergibt sich die Erlangung von in gewünschter Weise gebrochenem Formkoks, eines leistungsfähigen Verfahrens zu dessen Herstellung und schließlich durch seine Verwendung ein neues Hochofen-Betriebsverfahren. Daraus ergeben sich zahlreiche Vorteile für den Koks, d.h. eine Herabsetzung der Schüttdichte, eine Zunahme der Dicke der Koksschicht, eine Erhöhung der Durchlässigkeit, eine Herabsetzung des Druckabfalls und dergleichen. Fig. 1 ist ein Fließdiagramm, das ein herkömmliches Verfahren zur Herstellung herkömmlichen Formkokses zeigt. Fig. 2 ist ein Fließdiagramm, das das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäß gebrochenen Formkokses zeigt. Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht der Form des Formkokses, der erfindungsgemäß gebrochen wurde. Das grundlegende Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens umfaßt weiter eine Stufe des Brechens und eine Siebstufe über das herkömmliche Verfahren zur Herstellung von Formkoks hinaus. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird Ausgangskohle auf Größen gebracht, die beträchtlich über denen des herkömmlichen Kokses liegen, beispielsweise auf Größen im Bereich von 60 bis 120 mm, diese Kohle wird zum Verkoken carbonisiert, dann in einem Brecher gebrochen und auf Korngrößen im Bereich von 25 bis 60 mm gesiebt, und dann wird der so hergestellte Koks zusammen mit anderen Materialien in einen Hochofen eingebracht. Der Bereich der Korn- gröfie des Formkokses wird hier zu 60 bis 120 mm definiert, und «war deshalb, weil eine Korngröße von wenigstens 60 mm zur Er-

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zielung der gewünschten Bruchflächen für Formkoks notwendig ist, die unregelmäßig sind und verschiedene konkave und konvexe Oberflächen umfassen. Außerdem ist die Obergrenze der Korngröße zu 120 mm definiert, und zwar unter Berücksichtigung der Verarbeitungsfähigkeit und der Beschränkungen einer Druckquelle oder der für die Herstellung von Koksbriketts erforderlichen Einrichtungen. Ein bevorzugter Bereich der Korngröße von Formkoks liegt indessen zwischen 60 und 80 mm.

Der Korngrößenbereich für gebrochenen Formkoks sollte 25 bis 60 mm überdecken. Eine Korngröße von nicht mehr als 25mm führt zu beeinträchtigter Durchlässigkeit, deshalb ist die Untergrenze des Bereichs auf 25 mm festgelegt. Andererseits liegt die Obergrenze des Korngrößenbereichs bei 6O mm im Hinblick auf die Korngrößen der Koksbriketts, die derzeit in Hochöfen verwendet werden. Ein bevorzugter Bereich der Korngröße gebrochenen Formkokses sollte indessen bei 40 bis 45 mm liegen.

Die Produktivität oder Herstellungsleistung von Formkoks hängt von der Leistungsfähigkeit einer Formmaschine ab. Erfindungsgemäß wird der Koks auf eine Größe über der herkömmlich gebildeten Kokses ausgeformt, so daß die Produktionsleistung für Formkoks demzufolge verbessert werden kann. Die Form des wie in Fig. 3 dargestellt gebrochenen Formkokses besteht aus einer Kombination geformter Oberflächen mit Bruchflächen, diese letzteren sind unregelmäßig und umfassen zahlreiche konkave und konvexe Oberflächen. Diese Tatsache erhöht den Reibungswider-

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- Ja -

stand der gebrochenen Formkokskörner untereinander, was dazu führt, daß der erfindungsgemäß gebrochene Formkoks ein Verhalten ähnlich dem herkömmlichen Kokses aufweisen kann. Zudem führt eine Unregelmäßigkeit der Form gebrochenen Formkokses zu einer Abnahme der Schüttdichte und einem Anstieg der Dicke einer Koksschicht und weiter zu einer Erhöhung der Durchlässigkeit des Kokses und einer Herabsetzung des Druckabfalls in einem Hochofen.

Der so geformte und gebrochene Koks zeigt ein Verhalten, das mit dem herkömmlichen Kokses wohl vergleichbar ist, als Ersatz für herkömmlichen Koks dient und einen äußerst leistungsstarken und stabilen Betrieb für einen Hochofen gewährleistet. Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt ferner eine Verfahrensstufe des Brechens und der Korngrößensichtung oder klassierung, zusätzlich zum herkömmlichen Verfahren, so daß die Erfindung leicht wirtschaftlich durchgeführt werden kann.

Kurz zusammengefaßt sind die mit gebrochenem Formkoks zu erzielenden Vorteile folgende:

1) Gleichförmigkeit der Schichtdicke einer Koksschüttung aufgrund verminderter Menge an Koks, die in die Mitte eines Hochofens rieselt, nämlich aufgrund eines verbesserten Ruhewinkels des Kokses;

2) verbesserte Durchlässigkeit aufgrund vermehrter Hohl-

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räume im Schüttbett einer Koksschüttung;

3) Verbesserung einer schichterhaltenden Kraft des Kokses aufgrund erhöhten ReibungswiderBtands der Kokskörner untereinander (Vermeidung eines Vermischens des Kokses mit einer Erzschicht).

Diese erfindungsgemäßen Vorteile werden durch die folgenden Versuchsergebnisse gestützt:

1) Ruhewinkel·

Ruhewinkel wurden unter Verwendung einer Versuchsvorrichtung gemessen, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist. Die Versuchsergebnisse zeigen, daß herkömmlicher Formkoks Ruhewinkel im Bereich von 35 bis 38 ° aufweist, während der erfindungsgemäß gebrochene Formkoks einen verbesserten Ruhewinkel von 45 C hat, was mit herkömmlich gebildetem Koks vergleichbar ist. Auch bei gewöhnlichen (sphärischen) Pellets aus Erz, die in Form einer Schicht vorlagen, wurde schon eine Verbesserung des Ruhewinkels von einem Bereich von 33 bis 37 ° auf einen Bereich von 40 bis 47 ° durch Brechen der Pe^ets festgestellt. Der verbesserte Ruhewinkel von Pellets indessen entspricht dem von gesintertem Erz (etwa 45 ). Zudem wurden Versuche mit Polygonkoks durchgeführt, wie in der US-PS 3 725 038 offenbart. Nach dem dort offenbarten Verfahren wird Koks, dem eine rundliche Form gegeben worden war, sodann mit Schmirgelpapier zu einer polygonalen Form umgeformt. Der so erhaltene Polygonkoks hat einen Ruhewin-

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iS

kel von 38 , der mit dem von Formkoks vergleichbar ist.

2) Beschickunqsschüttdichte von Koks

Tabelle I zeigt die Schüttdichte von Koks, wenn dieser in einen Hochofen eingebracht wird. Die Schüttdichte von Formkoks wird, wie gezeigt, durch das Brechen des Formkokses erheblich herabgesetzt, während die Hohlräume im Schüttbett entsprechend zunehmen. Der Polygonkoks hat eine polygonale Form, und die Formen der Körner des polygonalen Kokses sind im wesentlichen gleichförmig, so daß der Polygonkoks in einem Ofen nahezu in dichtester Packung gepackt werden kann, was zu einer hohen Schüttdichte und wenig Freiraum im Schüttbett führt.

Tabelle I

Messungen der Schüttdichte

Art des Kokses	in 2 Teile gespalten	Polygonkoks	Schüttdichte (kg/m³)
Formkoks	12,7 mm - 15,9 ran	gewöhnlicher oder herkömmlicher Koks	617
gebrochener Formkoks	11,1 mn - 9,52 mm	550
529
511
747
497

3) Durchlässigkeit

Die Durchlässigkeit von Koks wurde nach einer Versuchsvorrichtung gemessen, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist. Fig. 6 ist ein Diagramm, das die erhaltenen Versuchsergebnisse
zeigt. In dieser Figur ist eine Beziehung zwischen der Oberflächengeschwindigkeit (U ), d.h. einer Gas-Strömungsgeschwindigkeit, und dem Druckabfall pro Einheit Schüttbettschicht
( PL) dargestellt. Die Ergebnisse zeigen, daß, je kleiner die Korngröße des gebrochenen Formkokses ist, um so größer der
Druckabfall ist. Außerdem wurde gefunden, daß bei gleicher Korngröße ein größerer Druckabfall für Polygonkoks auftritt, verglichen mit dem erfindungsgemäßen gebrochenen Formkoks. Die
obigen Versuchsergebnisse können durch die folgende Gleichung formuliert werden:

ΔΡ
K =

0.13 _m 0,87 _# 1,87
F * ρ

K: Index des Gasströmungswiderstands (MKS-Einheiten)
P: Druckabfall (mm H₂O)

L: Dicke der Koksschicht (m)

2
μ_: Viskosität des Fluids (kg/m·see )

,3,

p_p: Dichte des Fluids (kg/m³)

U : Oberflächengeschwindigkeit

Fig. 7 zeigt die Beziehung zwischen dem Index des Gasströ-

mungswiderstands und der Korngröße des Kokses, wobei die Durchlässigkeit um so besser ist, je kleiner der Index des Gasströmungswiderstands ist. Es zeigte sich, daß die Durchlässigkeit des gebrochenen Formkokses etwas geringer ist als die herkömmlichen Kokses, doch besser als die des herkömmlichen Formkokses und Polygonkokses, so daß mit dem erfindungsgemäßen Koks eine Durchlässigkeit erzielt werden kann, die sehr nahe der herkömmlichen Kokses liegt. Dies ähnelt in gewisser Weise dem Verhalten von Erz, wie in Fig. 8 gezeigt. Wenn mit anderen Worten Pellets einer vorgegebenen definierten Form gebrochen werden, kann eine Durchlässigkeit erzielt werden, die in der Mitte zwischen der von Sintermaterial und der von Pellets liegt, woraus sich eine Durchlässigkeit ergibt, die besser ist als die der Pellets mit einer gegebenen (sphärischen) Form.

Die vorstehende Beschreibung der Erfindung dient lediglich der Veranschaulichung und soll keineswegs den Bereich der Erfindung einschränken.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Gebrochener Formkoks, dadurch gekennzeichnet, daß die Form des Kokses aus einer Kombination geformter Oberflächen mit Bruchflächen besteht.

2. Formkoks nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Korngröße im Bereich von 25 bis 60 mm, bevorzugt 40 bis 45 mm.

3. Formkoks nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch unregelmäßige, zahlreiche konkave und konvexe Oberflächen umfassende Bruchflächen.

4. Verfahren zur Herstellung gebrochenen Formkokses gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensstufen:

Zusetzen eines Bindemittels zu einer Kohle üblicher Art,

Ausformen unter Druck,

Verkoken der so behandelten Kohle zur Gewinnung von Formkoks,

Brechen des Formkokses und

Sieben des so gebrochenen Formkokses zur Korngrößensteuerung .

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5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße des Formkokses im Bereich von 60 bis 120 mm, bevorzugt von 60 bis 80 mm liegt.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße des gebrochenen Formkokses im Bereich von

25 bis 60 mm, bevorzugt von 40 bis 45 mm liegt.

7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bruchflächen des gebrochenen Formkokses unregelmäßig sind und zahlreiche konkave und konvexe Oberflächen einschließen.

8. Verwendung des gebrochenen Formkokses gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 oder des nach den Ansprüchen 4 bis 7 erhaltenen Kokses in einem Hochofenverfahren als Reduktionsmittel zusammen mit anderen Beschickungsmaterialien.

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