DE2643988C3

DE2643988C3 - Formkoks in Form von kugeligen Pellets oder Polygonkörpern mit verbesserten Hochofeneinsatzeigenschaften

Info

Publication number: DE2643988C3
Application number: DE19762643988
Authority: DE
Inventors: Isao Fujita; Nobuyuki Imanishi; Shinji Miki Shibata; Ryo Kobe Watanabe
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1975-09-29
Filing date: 1976-09-29
Publication date: 1979-10-11
Also published as: GB1568674A; DE2643988A1; FR2325708A1; ES452126A1; JPS5241109A; BR7606480A; DE2643988B2; NL7610775A; JPS5625500B2; FR2325708B1; IT1068123B; YU238776A; CS199641B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Formkoks in Form von kugeligen Pellets oder Polygonkörpern mit verbesserten Hochofeneinsatzeigenschaften gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs; die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zur Herstellung dieses Formkokses.

Der Bedarf an geeignetem Hochofenkoks nimmt mii steigender Produktion an Rohstahl in der Welt ständig zu. Nachdem aber die natürlichen Koks- oder Backkohlevorkommen in absehbarer Zeit erschöpft sein werden und bereits jetzt die in beschränktem Umfang zur Verfügung stehende Kokskohle im Vergleich zu anderen Kohlesorten relativ kostspielig geworden ist, ist man darauf angewiesen, andere Kohlearten, die schlecht oder gar nicht verkokbar sind, durch geeignete Zusatzstoffe und Verfahren zu Hüttenkoks zu verarbeiten.

Im wesentlichen wird bei diesen Verfahren zur Herstellung von Eisenhüttenkoks aus schlecht verkokbarer Kohle, die eine geringere Menge an Binder enthält, so vorgegangen, daß einer gewöhnlichen Kohle eine bestimmte Menge an Pech, Asphalt und/oder Teer zugemischt, die Masse innig verknetet und durch Brikettieren oder Pelletieren zu Formkoksrohlingen geformt wird, die abschließend in den üblichen Vertikaloder Horizontalkammeröfen verkokt werden.

Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der DE-OS 21 20 630 bekannt, bei dem vermahlene und getrocknete, schlecht oder gar nicht verkokbare Kohle mit einem Festkohlenstoffgehalt von 80 Gew. % mit einem Asphaltbindemittel vermischt, unter Druck brikettiert und dann diese Briketts verkokt werden.

Aus »Stahl und Eisen« 1972, Nr. 21, Seiten 1049 und 1050 ist die Herstellung von Formkoks aus nichtbackenden Kohlen mit einem Mengenanteil von bis zu 85% unter Zumischung von Pech, Teer oder Asphalt als Bindemittel bekannt. Die erhaltenen Briketts weisen eine Größe von 47 mm χ 47 mm χ 30 mm auf.

Aus der Zeitschrift »Glückauf« 1975, Nr. 4, Seiten 148 bis 155 ist ein Verfahren zur Herstellung von Formkoks-Briketts unter Verwendung von etva 38%

ίο Backkohle und 52% Schwelkohle bekannt, bei dem Briketts mit einer Stückgröße von 60 χ 47 χ 35 mm erhalten werden.

Bei Verwendung dieser Formkoks-Briketts ergeben sich jedoch technische Schwierigkeiten hinsichtlich der spezifischen Ofenleistung, die auf die zu flache Form dieser Briketts zurückzuführen ist

Diese Schwierigkeiten versuchte man dadurch zu umgehen, daß man kugelige Pellets als Gleichstück-Formkoks benutzte.

2» Aus »Colliery Guardian Annual Review« 1974, Seite 54 sind solche kugeligen Pellets mit einer Korngröße von 22 bis 74 mm bekannt die aus einem Kohleeinsatzmaterial hergestellt worden sind, das keine typische Kokskohle ist

Aus DE-OS 19 43 763 ist schließlich noch ein gleichstückiger Polygonformkoks mit einer Korngröße von etwa 30 bis 40 rom bekannt, der dadurch hergestellt worden ist daß im Kokskuchen vorbestimmte Sollbruchstellen durch Einlagern von Eisenerzen an diesen

jn Stellen gebildet worden sind, so daß bereits bei der Beanspruchung während des Abrollens in einer Durchlauftrommel dieser Kokskuchen in die gewünschten Formstücke auseinanderbricht Diese durch Eisenerze getrennten bzw. mit Eisenerzen überzogenen

i") Polygonkokspellets weisen jedoch den Nachteil auf, daß beim Erweichen der Erzschicht während des Einsatzes des Polygonformkokses im Hochofen jedes dieser Formkoksstücke von einem Mantel flüssigen Eisens umgeben ist, wodurch die Wirkung des Kokses als Reduktionsmittel stark beeinträchtigt ist. Außerdem weist Polygonkoks gegenüber KMgelpelleis bereits wieder eine geringere Gasdurchlässigkeit in der Koksschicht und damit einen höheren Druckabfall längs des Hochofens auf.

Ein weiterer entscheidender Nachteil bei diesen bereits als ideal angesehenen Formkokspellets in Kugelform oder in Polygonform mit sphärischen, glatt ausgebildeten Oberflächen besteht darin, daß die einzelnen Koksteilchen nur einen relativ geringen Reibungswiderstand untereinander aufweisen, was einen beschleunigten Zulauf zum Mittelteil des Erzes im Hochofen ermöglicht und zu einer Entmischung der Koksschicht bzw. zu einer Vermischung des Kokses mit den Erzteilchen führt, wodurch wiederum die Gasdurchlässipkeit des Kokses beeinträchtigt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, ein Formkokspellet zu schaffen, das verbesserte Hochofeneinsatzeigenschaften, insbesondere eine verbesserte Gasdurchlässigkeit und eine verbesserte Gleichförmigkeit der Schichtendicke in der Koksschüttung sowie einen vergrößerten Oberfläehenreibungswiderstand gegenüber den bisherigen kugeligen bzw. polygonalen Formkokspellets aufweist. Aufgabe der Erfindung ist es außerdem, ein Verfahren zur Herstellung eines Formkokses mit diesen Eigenschaften zu schaffen.

Erfindungsgsmäß wird diese Aufgabe durch einen Formkoks gelöst, der neben den ihm eigenen geformten SDhärischen Oberflächen noch mindestens eine künst-

lieh erzeugte Bruchfläche sowie eine Korngröße im Bereich von 25 bis 60 mm, bevorzugt 40 bis 45 mm, aufweist

Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Formkokses wird bei dem Verfahren nach der Erfindung ein nach der herkömmlichen Art hergestelltes Formkokspellet mit einem besonders ausgebildeten Ausgangskorngrößenbereich von 60 bis 120 mm, bevorzugt von 60 bis 80 mm, gebrochen und durch anschließendes Sieben des so gebrochenen Formkokses die gewünschte Korngrößenklasse, die im Bereich von 25 bis 60 mm, bevorzugt von 40 bis 45 mm, liegt, ausklassiert.

Der erfindungsgemäß erhaltene Formkoks weist einen Böschungswinkel der Schüttung auf, der mit dem des herkömmlichen Kokses sehr wohl vergleichbar ist; außerdem zeigt er eine im Vergleich zu letzterem deutlich herabgesetzte Schüttdichte und demzufolge in höherem Maß Hohlräume in der Schüttung sowie eine sowohl gegenüber Polygonkoks als auch gegenüber herkömmlichen Kokspellets verbesserte Gasdurchlässigkeit Die Produktionsleistung mit dem erfindungsnemäßen gebrochenen Formkoks ist auffund des größeren Korngrößenbereichs stark verbessert Durch die bewußt gewollte Kombination von natürlich geformten sphärischen und gebrochenen konvexen oder konkaven Oberflächen beim erfindungsgemäßen Formkoks wird der gewünschte gegenseitige Reibungswiderstand zwischen den Formkoksteilchen erreicht, der verhindert, daß der Koks in Richtung auf die Hochofenmitte rieselt

Mit dem erfindungsgemäßen Formkoks, der neben den auf das Pelletierungsverfahren zurückzuführenden sphärischen Oberflächen noch mindestens eine künstlich erzeugte Bruchfläche sowie einen bestimmten Korngrößenbereich aufweist, läßt sich in außerordentlich vorteilhafter Weise eine gleichmäßige Schichtung im Wechsel mit entsprechend ausgebildeten Erzpellets im Hochofen erzielen.

Die Erfindung soll nun anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert werden; es zeigt

F i g. 1 ein Fließdiagramm, das ein herkömmliches Verfahren zur Herstellung von Formkoks veranschaulicht,

Fig. 2 ein Fließdiagramm, das die Herstellung des erfindungssemäßen Formkokses vei inschaulicht,

Fig.3 eine perspektivische Ansicht der Form eines herkömmlichen und eines erfindungsgemäßen gebrochenen Formkokses,

Fig.4 eine Vorrichtu ~"ξ zum Messen eines Ruhewinkels für Koks,

Fig. 5 eine Vorrichtung zur Messung des Druckabfalls eines Formkoksschüttbetts,

F i g. 6 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Oberflächengeschwindigkeit (U_p) und dem Druckabfall pro Einheit Schüttbettschicht (APIL) zeigt, zum Vergleich der Durchlässigkeit gebrochenen Formkokses mit der von Polygonkoks,

Fig. 7 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Index des Gasströmungswiderstands (K) und der KörngröBe ^^verschiedener Kökssorten zeigt,

Fig. 8 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Index des Gasströmungswiderstands (K) und den Korngrößen fD_p^verschiedener Erzsorten zeigt,

F i g. 9 eine Abbildung von Formkoks,

Fig. 10 eine Abbildung von Polygonkoks unci

F i g. 11 eine Abbildurp von gebrochenem Formkoks.

F i g. 1 zeigt ein Fließcliagramm für ein herkömmliches Verfahren zur Herstellung von Formkoks. In dem in F i g. 2 gezeigten Fließdiagramm ist dieses herkömmliche Verfahren durch die erfindungsgemäßen Verfanrensschritte des Brechens und Klassierens des gebrochenen Formkokses ergänzt F i g. 3 zeigt in perspektivischer Ansicht die Gestalt des Formkokses vor dem Brechen und daneben einen gebrochenen Formkoks, wobei die Teilchengrößen des Formkokses vor dem Brechen mit beispielsweise 60 bis 120 mm Durchmesser

ίο beträchtlich über denen des herkömmlichen Kokses liegen. Dieser Ausgangs-Formkoks wird in einem Brecher so gebrochen, daß möglichst wenig Kleinanteile entstehen, und dann auf Körngrößen im Bereich von 25 bis 60 mm gesiebt Dieser so hergestellte Formkoks wird vorteilhafterweise zusammen mit ähnlich gestalteten Erzpellets in einen Hochofen eingebracht Durch die Verwendung des erfindungsgemäß gebrochenen Formkokses ergibt sich bei gleichzeitiger Verwendung ähnlich gestalteter Eisenerzpellets ein völlig neuartiges Hochofenbetriebsverfahren mit sphr gleichmäßigen Lagen von Koks und Eisenerz i.bereir.ander. Die Ausgangskorngröße des Formkokses vor dem Brechen soll zur Erzielung der gewünschten Bruchflächen am Formkoks jedoch nicht unterhalb 60 mm liegen, damit

2, noch brauchbare Formkoksbruchstücke mit konkaven und konvexen Bruchflächen erhalten werden. Die Obergrenze der Korngröße soll im Hinblick auf die Verarbeitungsfähigkeit und Beschränkungen der Druckerzeugungseinrichtung für die Herstellung der noch unverkokten Rohlinge auf 120 mm beschränkt sein. Ein bevorzugter Bereich der Korngröße von Formkoks liegt indessen zwischen 60 und 80 mm.

Der Korrigrößenbereich für gebrochenen Formkoks soll zwischen 25 bis 60 mm liegen. E;ne Korngröße von

r> <25mm führt zu beeinträchtigter Durchlässigkeit; deshalb ist die Untergrenze des Bereichs auf 25 mm festgelegt. Andererseits liegt die Obergrenze des Korngrößenbereichs bei 60 mm im Hinblick auf die Korngrößen der Koksbriketts, die derzeit in Hochöfen

4ii verwendet werden. Ein bevorzugter Bereich der Korngröße gebrochenen Formkokses soll indessen bei 40 bis 45 mm liegen.

Die Produktivität bei der Formkoksherstellung hängt von der Leistungsfähigkeit einer Formmaschine ab.

■»■■, Erfindungsgemäß wird der Koks auf eine Größe oberhalb der des herkömmlich gebildeten Kokses ausgeformt, so daß die Produktionsleistung für Formkoks demzufolge verbessert werden kann. Die Form des wie in Fig. 3 dargestellt gebrochenen Formkokses

Vi besteht aus einer Kombination geformter Oberflächen mit Bruchflächen, wobei die letzteren unregelmäßig sind und zahlreiche konkave und konvexe Oberflächen umfassen. Dadurch wird der Reibungswiderstand der gebrochenen Formkokskörner untereinander erhöht,

ν! was dazu führt, daß der erfindungsgemäß gebrochene Formkoks ein Vernalten ähnlich dem des herkömmlichen Kokses aufweist. Zudem führt die unregelmäßige Form des gebrochenen Formkokses zu einer Abnahme der Schüttdichte 'ind einem Anstieg der Dicke der

«ι 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 demjenigen des herkömmlichen

hi Kokses vergleichbar ist; er is! aber nicht nur gleichwertiger Ersatz dafür, sondern in der Verwendung besonders vorteilhaft, weil ein verbesserter und leistungsstarker, stabiler Betrieb im Hochofen gewähr-

leistet ist und außerdem bei seiner Herstellung Kohleausgangsmaterialien eingesetzt werden können, die ansonsten für solche Hochofenzwecke nicht geeignet sind. Das Herstellungsverfahren für diesen Formkoks arbeitet sehr wirtschaftlich.

Die erfindungsgemäß erhaltenen Vorteile sind also u. a. Gleichförmigkeit der Schichtdicke einer Koksschüttung aufgrund verminderter Menge an Koks, die in die Mitte eines Hochofens rieselt, nämlich aufgrund eines verbesserten Ruhewinkels des Kokses; verbesserte Durchlässigkeit aufgrund vermehrter Hohlräume im .Schüttbett einer Koksschüttung; Verbesserung der schichterhaltenden Fähigkeit des Kokses aufgrund erhöhten Reibungswiderstands der Kokskörner unter einander (Vermeidung eines Vermischens des Kokses mit einer Erzschicht).

Folgende Untersuchungen wurden dazu angestellt:

I) Ruhewinkel

Ruhcwinkel wurden unter Verwendung einer Versuchsvorrichtung gemessen, wie sie in F i g. 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. 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 Pellets festgestellt. Der verbesserte Ruhewinkel von Pellets indessen entspricht dem von gesintertem Erz (etwa 45°). Zudem wurden Versuche mit Polygonkoks durchgeführt (vgl. US-PS 37 25 038). Nach diesem Verfahren wird Koks, dem eine rundliche Form gegeben worden war, sodann mit Schmirgelpapier zu einer polygonalen Form umgeformt. Der so erhaltene Polygonkoks hat einen Ruhewinkel von 38°, der mit dem von gewöhnlichem Formkoks vergleichbar ist.

2) Beschickungsschüttdichte von Koks

Die folgende Tabelle 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. 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

Messungen der Schüttdichte

Art des Kokses

Pormkoks

(iebrochener Formkoks
in 2 I eile gespalten
12.7 mm I 5.9 mm
11.1 mm 9.52 mm

Polygorikoks

Schüttdichte

617

550
529
511

747

Gewöhnlicher oder herkömmlicher Koks 497

3) Durchlässigkeit

Die Durchlässigkeit von Koks wurde nach einer Versuchsvorrichtung gemessen, wie sie in F i g. 5 dargestellt ist. Im Diagramm der Fig. 6 sind die erhaltenen Versuchsergebnisse gezeigt. In dieser Figur ist eine Beziehung zwischen der Oberflächengeschwindigkeit (Up), d. h. einer Gas-Strömungsgeschwindigkeit, und dem Druckabfall pro Einheit Schüttbettschicht (APIL) 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, vergleichen mit dem erfindungsgemäßen gebrochenen Formkoks. Die obigen Versuchsergebnisse können durch die folgende Gleichung formuliert werden:

K =

1/'

see²)

Index des Gasströmungswiderstands (MKS-Einheiten)

Druckabfall (mm H₂O)
Dicke der Koksschicht (m)
Viskosität des Fluids (kg/m
Dichte des Fluids (kg/m')
Oberflächeneeschwindiekeit

F i g. 7 zeigt die Beziehung zwischen dem Index des Gasströmungswiderstands und der Korngröße des Kokses, wobei die Durchlässigkeit um so besser ist. je kleiner der Index des Gasströmungswiderstands ist. Die Durchlässigkeit des gebrochenen Formkokses ist besser als diejenige des herkömmlichen Formkokses und Polygonkokses, so daß der erfindungsgemäße Koks eine Durchlässigkeit nahe der des herkömmlichen K nkses hat. Vergleichsweise ist hierzu in Fig. 8 das Verhalten von Erz gezeigt. Die Verwendung solcher Materialien im Hochofen führt, wie beschrieben, zu erheblichen Verfahrens vorteilen.

Hicr/u 7 Bkill Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Formkoks in Form von kugeligen Pellets oder Polygonkörpern mit verbesserten Hochofeneinsatzeigenschaften, insbesondere mit verbesserter Gasdurchlässigkeit und verbesserter Gleichförmigkeit der Schichtdicke in der Koksschüttung sowie mit vergrößertem Oberflächenreibungswiderstand, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Formkoks neben den ihm eigenen geformten sphärischen Oberflächen noch mindestens eine künstlich erzeugte Bruchfläche sowie eine Korngröße im Bereich von 25 bis 60 mm, bevorzugt 40 bis 45 mm, aufweist

2. Verfahren zur Herstellung des Fonnkokses gemäß Anspruch 1, wobei einer Kohle üblicher Art ein Bindemittel zugesetzt, diese Kohle unter Druck zu kugeligen Pellets oder Polygcnkörpern mit sphärischen Oberflächen ausgeformt und anschließend zwecks Gewinnung von Formkoks verkokt wird, dadurcfl gekennzeichnet, daß dieser Formkoks mit einem Ausgangskorngrößenbereich von 60 bis 120 mm, bevorzugt von 60 bis 80 mm, gebrochen und durch anschließendes Sieben des so gebrochenen Formkokses die gewünschte Korngrößenklasse, die im Bereich von 25 bis 60 mm, bevorzugt von 40 bis 45 mm, liegt, ausklassiert wird.