DE3940327C1

DE3940327C1 - Cement-bonded coke mouldings - prepd. by mixing fine coke with mineral mortar and moulding moist mixt. in shaping machine

Info

Publication number: DE3940327C1
Application number: DE19893940327
Authority: DE
Inventors: Karl Heinz 4100 Duisburg De Kamp; Manfred 4630 Bochum De Ackermann
Original assignee: Ruhrkohle AG
Current assignee: RAG AG
Priority date: 1989-12-06
Filing date: 1989-12-06
Publication date: 1991-06-20
Anticipated expiration: 2009-12-07

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung zement gebundener Koksformlinge für metallurgische Zwecke, insbesondere für die Eisen- und Stahlerzeugung, wobei

a) bei der Herstellung von Hüttenkoks anfallender Feinkoks in der Körnung < 2 mm mit einem mineralischen Mörtel gemischt wird, der aus Zement sowie einem mineralischen Zuschlagstoff in der Körnung < 2 mm besteht,
b) das Feuchtgemisch in einer Formatierungsmaschine für Zement formlinge geformt und verdichtet wird, und
c) der grüne Formling durch Aushärten weiter verfestigt wird.

Bei diesem, aus der EP 01 55 439 B1 bekannten Verfahren werden vergleichsweise große Mengen an Zement, nämlich mindestens 8%, und mineralischen Zuschlagstoffen, nämlich mindestens 15%, benö tigt, um genügend Feinkorn < 2 mm für einen guten Mörtel zu er halten, da das Feinkorn < 2 mm in einer Siebstufe aus dem Fein koks abgesiebt wird, das für eine brauchbare Körnungslinie aus betontechnologischen Gründen notwendig ist. Nachteilig ist dabei, daß ein entsprechend hoher Anteil an Kohlenstoff durch inerte Stoffe substituiert wird, woraus ein Heizwertverlust der Koks formlinge resultiert.

Es ist weiterhin aus der DE-PS 30 08 823 C2 bekannt, aus kohlenstoffhaltigem Feinmaterial, u. a. Feinkoks von weniger als 6,7 mm Korngröße - gattungsfremde - kalkgebundene, ge härtete Agglomerate herzustellen, wobei das Koksfeinmaterial mit 1 bis 15 Gew.-% eines calciumhaltigen Bindemittels und 0,25 bis 10 Gew.-% eines siliciumhaltigen Materials unter Wasserzugabe gemischt und zu Agglomeraten geformt wird und diese zur Herabsetzung ihres Gehaltes an freier Feuchtigkeit auf 5 Gew.-% oder weniger getrocknet sowie hydrothermisch mit Wasserdampf bei einer Temperatur von 100 bis 250°C ge härtet werden.

Nachteilig ist bei diesem Verfahren, daß die Mischung zu nächst zur Herstellung - gattungsfremder - kalkgebundener Agglomerate befeuchtet werden muß und später die Agglomerate zur Herabsetzung des Gehaltes an freier Feuchte wieder auf einen Gehalt von 5 Gew-% oder weniger getrocknet werden müs sen. Dies ist erforderlich, weil aus der porösen Feinkohle schädliches Porenwasser wieder entfernt werden muß, um Druckfestigkeitseinbußen der kalkgebundenen Agglomerate zu vermeiden, da verdampfendes Restwasser beim Härtungsvorgang zu schwächenden Feinrissen führen würde. Es ist weiter nach teilig, daß die Mischungskomponenten offenbar keine stetigen Sieblinien aufweisen, sondern hinsichtlich des Feinkokses eine Korngröße < 6,7 mm und hinsichtlich der Mineralstoffe bevorzugt eine Körnung kleiner 0,074-0,037 mm verwendet wird, die Verdichtung mittels Agglomerationstechnik oder über Brikettierpressen vorgenommen wird und auch damit nur eine relativ niedrige Trockenfestigkeit der Formlinge er reicht wird, die zu einer entsprechend niedrigen Warmfestig keit führt, weshalb ihre Eignung für die Eisen- und Stahler zeugung nur bedingt gegeben ist.

Bei der Produktion und dem Handling von Steinkohlenkoks (Hütten koks) fällt durch Bruch und Abrieb zwangsläufig eine für gängige Einsatzbereiche ungünstige und daher schwer verkäufliche Fein koksfraktion in der Größenordnung 30-0 mm bzw. 25-0 mm bzw. 20-0 mm an, wobei diese Zahlenangaben jeweils einschließlich eines siebtechnisch bedingten Überkornanteils zu verstehen sind. Die Kokereibetreiber sind bestrebt, durch stabilisierende Behand lung des Kokses möglichst wenig Abrieb bzw. Bruch entstehen zu lassen. Allerdings sind die mechanischen und thermischen Bean spruchungen beim Druckvorgang und Stürzen sowie beim Löschen und Verladen unvermeidlich. Ein Teil des Feinkokses kann als billiger Brennstoff z. B. auf Sinterbändern eingesetzt werden. Seit länge rer Zeit bemüht man sich, dieses Material durch Kompaktierung ab satz- und einsatzfähig zu machen.

Es ist allgemeiner Stand der Technik, Brikettierverfahren unter Verwendung organischer Bindemittel zur Herstellung von stückigem Brennstoff anzuwenden. Teerprodukte (Pech) haben den Nachteil, daß sie als Bindemittel teuer sind und außerdem damit keine aus reichend raucharmen und umweltschonenden Briketts erzeugt werden können.

Ausgehend von dem eingangs genannten gattungsgemäßen Verfahren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der Verfahren zur Herstellung von zementgebundenen oder kalkgebunde nen Koksformlingen gemäß dem Stand der Technik zu vermeiden und ein Verfahren zur Herstellung von zementgebundenen Koksformlingen mit Kalt- und Warmfestigkeiten vorzuschlagen, die vergleichbare Eigenschaften haben wie Hüttenkoks und für metallurgische Prozes se ähnlich gut geeignet sind wie dieser.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des An spruchs 1 gelöst. Weiterbildungen zeigen die Unteransprüche.

Es ist überraschend, daß die ausgewählte Kombination spezieller Maßnahmen, betreffend Korngröße, Mengenanteile und Verarbeitungs folge der Reaktionspartner, das trockene Vormischen des minerali schen Mörtels und die spezielle Behandlung des Feuchtgemisches zu einem Produkt führen, das geeignet ist, Hüttenkoks anteilig und mit einem minimalen Heizwertverlust zu substituieren. Gegenüber den bekannten Substitutionsprodukten gemäß dem Stand der Technik kann insbesondere auf einen speziellen Trocknungsschritt während des Herstellungsprozesses verzichtet werden. Es wird unter Aus nutzung des zweiten Proktoroptimums ein Gesamtgemisch von rd. 19% Gesamtfeuchte ohne einen solchen Trocknungsschritt zu hand lingsfähigen Grünformlingen von 3 bis 4 N/mm² verarbeitet, die nach der anschließenden Härtung einachsige Druckfestigkeiten von über 10 bis ca. 15 N/mm² als Kaltfestigkeit aufweisen und deren Warmfestigkeit bei 800°C noch 6 bis 7 N/mm², bei 1000°C ca. 3 N/mm² und bei 1200°C noch fast 2 N/m² betragen, wie in ent sprechenden Versuchen in einer Versuchseinrichtung festgestellt worden ist, in der eine Hochofenatmosphäre simuliert worden ist.

Diese Eigenschaften der zementgebundenen Formlinge haben sich desweiteren bei einem Betriebsversuch in einem normalen Hochofen als ausreichend standfest und gasdurchlässig erwie sen, denn das Betriebsverhalten des Hochofens zeigte keine signifikanten Änderungen der für den Hochofengang maßgeben den Betriebsparameter. Bei dem Betriebsversuch wurde Hütten koks anteilig (zu 5%) durch die zementgebundenen Formlinge ersetzt, die dem Hüttenkoks bei der Beschickung des Hochofens zugemischt wurden.

Die Eigenschaften der vorgeschlagenen zementgebundenen Koks formlinge ermöglichen es somit, daß sie bei der Verhüttung von Eisenerz in einer bestimmten Verteilung und Folge zum Hüttenkoks zugegeben werden können, die es gestattet, daß sie sich auf der Reise von der Gicht bis zum "1000°C-Be reich" unter Ausnutzung der Abwärme der Gichtgase aufheizen und gezielt ihre Energie im Bereich der "kohäsiven Zone" freisetzen. Die Energie aus den Koksformlingen kann im Ge gensatz zum Einblasen zusätzlicher flüssiger oder gasförmi ger Brennstoffe von den Ofenwandungen aus, die eine un gleichmäßige Energieverteilung zur Folge hat und häufig nicht bis zum Hochofenkern gelangt, gezielter über den Ofen querschnitt verteilt werden, indem die Koksformlinge sowohl ringartig um den Hochofenkern, als auch gleichmäßig über den gesamten Ofenquerschnitt angeordnet eingesetzt werden kön nen.

Für die Herstellung der Koksformlinge werden die Rezepturbe standteile und das Herstellungsverfahren, die aufgrund von Vorversuchen ermittelt werden konnten, im folgenden im ein zelnen beschrieben:

Mörtelkomponenten

Als Mörtel dienen Gemische aus Zement und Zuschlagstoff, die im Verhältnis 1 : 1 angewendet werden.

Zement

In Abhängigkeit von der Körnungslinie wird ein Zementanteil von 4 bis 6% eingesetzt. Der bevorzugteste Zementanteil be trägt 5%. Grundsätzlich wird Zement mit einem Alkalianteil kleiner 1 Gew.-% verwendet, dessen K₂O-Gehalt kleiner 0,65% sein soll, weil höhere K₂O Gehalte den Hochofenprozeß nega tiv beeinflussen können. Bevorzugt wird Zement mit einem Ge samtalkaligehalt kleiner 0,65% verwendet. Entsprechend der jeweils verfügbaren Regallagerzeit (24 oder 48 Std.) wird Zement 55 F oder 45 F eingesetzt.

Zuschlagstoff

Zur Herstellung des Verkittungsmörtels wird Zuschlagstoff in Form von Kalksteinmehl in der Körnung 0,1-0 mm, wobei be vorzugt ca. 70 Gew.-% der Körnung kleiner 63 µm sind, oder in der Qualität eines EFA (Elektro-Filter-Asche) Füllers mit behördlichem Zulassungsbescheid im Verhältnis 1 : 1 dem Zement zugegeben.

Vergleichmäßigung der Mörtelkomponenten

Zement und Zuschlagstoff werden trocken gemischt und ver gleichmäßigt.

Feinkokskomponente

Die Kornbänder des feinkörnigen Koksmaterials 30-9 mm bzw. 25-0 mm bzw. 20-0 mm (einschließlich des siebtechnisch bedingten Überkorns) werden in möglichst stetiger Körnungs linie eingesetzt. In den Fällen, in denen z. B. aus siebtech nischen Gründen, kein stetiges Kornband vorliegt, kann das Sollkornband aus Teilkornbändern, die im Zwangsmischer ver gleichmäßigt werden, zusammengestellt werden.

Mischungsherstellung

Der Feinkoks wird im Anlieferungszustand in einem Zwangsmi scher mit dem trocken vorgemischten Mörtel aus Zement und Zuschlagstoff gemischt und vergleichmäßigt. Unter Berück sichtigung der Eigenfeuchte des Koksmaterials wird durch entsprechende Wasserzugabe eine Gesamtfeuchte von 19% (2. Proktoroptimum) eingestellt. Die Gesamtmischzeit muß eine vollständige Vergleichmäßigung der Rezepturkomponenten si cherstellen. Im allgemeinen beträgt im betriebstechnischen Maßstab die Mischzeit für die befeuchtete Mischung 150 s im Zwangsmischer.

Formen und Verdichten

Die Fertigung der zementgebundenen Koksformlinge erfolgt in Rüttelpressen, die zweckmäßig tisch- und auflastseitig durch Unwuchtrüttler angeregt sind. Besonders gute Ergebnisse wer den erzielt bei einer Beschleunigungskraft, die mit dem 40-fachen der Erdbeschleunigung auf das Mischgut einwirkt. Der gesamte Formungs- und Verdichtungsvorgang erfolgt durch Vorfüllen der Formen und Vorverdichten sowie Auffüllen der Formen und Endverdichten. Der Zeittakt beträgt ca. 12 Sekun den.

Abmessungen

Die Abmessungen der Koksformlinge lehnen sich an die der Hüttenkoksstücke an, wobei die Kanten wegen der abriebarmen Handhabbarkeit gebrochen sind. Hinsichtlich der geometri schen Form können 6- oder Mehrflächenkörper, Kissen, Halb kugeln, Zylinder o. ä. Körper Verwendung finden. Diese Körper können gegebenenfalls mit Lochungen versehen werden, um die Trockenrohdichte aus Handlingsgründen und um die Durchgasung im Hochofen zu verbessern.

Festigkeitsverhalten der Koksformlinge

Durch die Optimierung der Bindemittelkomponenten wird eine Handlingsfestigkeit von über 10 bis ca. 15 N/mm² erzielt.

Die Warmfestigkeit, das ist die Druckfestigkeit unter Feuer last, ist abhängig von der Temperatur und der Verweildauer im Hochofen. Bei einer Kaltdruckfestigkeit von 15,9 N/mm² reduzierte sich bei Versuchen in einem Hochofensimulator die Warmfestigkeit nach 60 Minuten auf 6,7 N/mm² bei 800°C, auf 2,9 N/mm² bei 1000°C und auf 1,9 N/mm² bei 1200°C.

Verhalten im Hochofen

Bei mehrtägigen Versuchen im Betriebsmaßstab in einem Hoch ofen ergaben sich bei einer Zumischrate von 5% zementgebun denen Formlingen zum eingesetzten Hüttenkoks keine signifi kanten Abweichungen von den Standardmeßwerten der Anlage.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung zementgebundener Koksformlinge für metallurgische Zwecke, wobei

a) bei der Herstellung von Hüttenkoks anfallender Feinkoks in der Körnung < 2 mm mit einem mineralischen Mörtel gemischt wird, der aus Zement sowie einem mineralischen Zuschlag stoff in der Körnung < 2 mm besteht,
b) das Feuchtgemisch in einer Formatierungsmaschine für Ze mentformlinge geformt und verdichtet wird, und
c) der grüne Formling durch Aushärten weiter verfestigt wird,

dadurch gekennzeichnet, daß

d) der Feinkoks in der Körnung 25-0 mm ein Gesamtgemisch mit dem mineralischen Mörtel bildet, der ca. 8-12 Gew.-% des eingesetzten Koksanteils beträgt und der aus alkalifreiem Zement Z 45 sowie mineralischem Zuschlagstoff der Körnung 0,1-0 mm besteht, die im Verhältnis 1 : 1 trocken vorgemischt werden, und das Gesamtgemisch auf das 2. Proktoroptimum von ca. 19% Gesamtfeuchte unter Anrechnung der Eigenfeuchte des Feinkokses befeuchtet wird,
e) das Feuchtgemisch durch Rüttelverdichtung mit einer Be schleunigungskraft von 40 G formatisiert wird, wobei die Energie durch den Rütteltisch und die Auflast übertragen wird, und eine Vorverdichtung über eine Dauer von 0,35 s und eine Endverdichtung über einen Zeitraum von 3,5 s bis auf eine Formlingsdichte von ca. 1 kg/dm³ erfolgt und
f) der grüne Formling nach einer Aushärtungszeit von ca. 12 Stunden eine Handlingsfestigkeit von 3-4 N/mm² an einach siger Druckfestigkeit aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Alkalianteil des Zementes, d. h die Summe der Anteile für Natriumoxid (Na₂O) und Kaliumoxid (K₂O) zusammen kleiner 0,65 Gew.-% beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mineralische Zuschlagstoff aus Kalkstein (CaCO₃) besteht, wobei 70 Gew.-% in der Körnung kleiner 63 µm vorliegt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß Feinkoks in der Körnung 20-0 mm ein gesetzt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß Feinkoks in der Körnung 30-0 mm ein gesetzt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, daß ein alkalifreier Zement Z 55 verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, daß die Koksformlinge dem Hüttenkoks ver gleichbare Abmessungen haben und ihre Kanten zur abrieb armen Handhabbarkeit abgerundet sind.

8. Verwendung von zementgebundenen Koksformlingen gemäß ei nem der Ansprüche 1 bis 7 anstelle eines Teiles des Hüt tenkokses für die Eisen- und Stahlherstellung.

9. Verwendung von zementgebundenen Koksformlingen gemäß An spruch 8 anstelle von 5 bis 10% des Hüttenkokses für die Eisen- und Stahlherstellung.