DE3940328C2

DE3940328C2 - Verfahren zur Herstellung kalkgebundener Koksformlinge für metallurgische Zwecke, insbesondere für die Eisen- und Stahlerzeugung

Info

Publication number: DE3940328C2
Application number: DE19893940328
Authority: DE
Inventors: Karl Heinz Kamp; Manfred Ackermann
Original assignee: Ruhrkohle AG
Current assignee: RAG AG
Priority date: 1989-12-06
Filing date: 1989-12-06
Publication date: 1995-06-29
Anticipated expiration: 2009-12-07
Also published as: DE3940328C1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung kalkgebundener Koksformlinge aus Steinkohle für metallurgische Zwecke, insbesondere für die Eisen- und Stahlerzeugung, wobei

a) bei der Herstellung von Hüttenkoks anfallender Feinkoks mit einem mineralischen Mörtel gemischt wird, der 2,25 bis 40 Gew.-% des eingesetzten Koksanteils beträgt und aus 3 bis 10 Gew.-% Branntkalk (CaO) in der Körnung kleiner 1 mm sowie 0,25 bis 10 Gew.-% eines SiO₂-haltigen Reaktionsmittels wie Quarz mehl bzw. Kraftwerks-Flugasche in der Körnung kleiner 1 mm be steht,
b) das Gemisch in einer Brikettierpresse verdichtet wird,
c) die grünen Formlinge im Autoklaven bei 100 bis 250°C und 10 bis 25 bar und über einen Zeitraum von 1 bis 48 h gehärtet werden.

Nachteilig ist bei diesem aus der DE-PS 30 08 823 bekannten Ver fahren, daß die Mischung zunächst zur Herstellung der Agglomerate befeuchtet werden muß und später die Agglomerate zur Herabsetzung des Gehaltes an freier Feuchte wieder auf einen Gehalt von 5 Gew-% und weniger getrocknet werden müssen. Dies kommt daher, daß aus poröser Feinkohle schädliches Porenwasser wieder entfernt werden muß, um Druckfestigkeitseinbußen der fertigen Agglomerate zu vermeiden, da verdampfendes Restwasser beim Härtungsvorgang zu schwächenden Feinrissen führen würden. Es ist weiter nachteilig, 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 erreicht wird, die zu einer entsprechend niedrigen Warmfestigkeit führt, weshalb ihre Eignung für die Eisen- und Stahlerzeugung nur bedingt gegeben ist.

Bei der Produktion und dem Handling von Steinkohlenkoks (Hüttenkoks) fällt durch Bruch und Abrieb zwangsläufig eine für gängige Einsatzbereiche ungünstige und daher schwer verkäufliche Feinkoksfraktion in der Größenordnung 30-0 mm bzw. 25-0 mm bzw. 20-0 mm an, wobei die 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 längerer Zeit bemüht man sich, dieses Material durch Kompak tierung absatz- 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 Ver fahren zur Herstellung von Koksformlingen gemäß dem Stand der Technik zu vermeiden und ein Verfahren zur Herstellung von Koks formlingen mit Kalt- und Warmfestigkeiten vorzuschlagen, die ver gleichbare Eigenschaften haben wie Hüttenkoks und für metallurgi sche Prozesse 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 Folge spezieller Maß nahmen, betreffend Korngröße, Mengenanteile und Verarbeitungsfol ge der Reaktionspartner, die spezielle Behandlung des Feuchtgemi sches sowie die Nachbehandlung der grünen Formlinge zu einem Pro dukt führen, das geeignet ist, Hüttenkoks anteilig zu substituie ren. Gegenüber den bekannten Substitutionsprodukten gemäß dem Stand der Technik kann insbesondere auf einen speziellen Trock nungsschritt während des Herstellungsprozesses verzichtet werden. Es wird unter Ausnutzung des zweiten Proktoroptimums ein Gesamt gemisch von rd. 19 % Gesamtfeuchte ohne einen solchen Trocknungs schritt zu handlingsfähigen Grünformlingen verarbeitet, die nach der anschließenden Härtung einachsige Druckfestigkeiten von über 10 bis ca. 15 N/mm² als Kaltfestigkeit aufweisen und deren Warm festigkeit bei 800°C noch 6 bis 7 N/mm², bei 1000°C ca. 3 N/mm² und bei 1200°C noch rd. 2 N/mm² betragen, wie in entsprechenden Versuchen in einer Versuchseinrichtung festgestellt worden ist, in der eine Hochofenatmosphäre simuliert worden ist.

Diese Eigenschaften der kalkgebundenen 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 kalkgebundene Formlinge er setzt, die dem Hüttenkoks bei der Beschickung des Hochofens zugemischt wurden.

Die Eigenschaften der vorgeschlagenen kalkgebundenen 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 werden Gemische aus einem kalkhaltigen Bindemit tel und einem Reaktionsmittel verwendet, wobei der wirksame aktive Kalkanteil des Bindemittels und das Reaktionsmittel im Verhältnis 1 : 1 angewendet werden.

Bindemittel

Bei Branntkalk (CaO) beträgt der Mörtelanteil zwischen 4 und 6 Gew.-%.

Bei Kalkhydrat (Ca(OH)₂) mit einem ca. 65-70%-igen akti ven Kalkgehalt beträgt der Kalkhydratanteil an der Mörtelmi schung zwischen 9 und 11 Gew.-%.

Reaktionsmittel

Als Reaktionsmittel für den hydrothermalen Abbindeprozeß wird Quarzmehl kleiner 1 mm, bevorzugt kleiner 0,1 mm, oder EFA-Füller mit 4 bis 6 Gew.-% der Mörtelmischung zugesetzt.

Einstellen der Feuchte

Beim Einsatz von Branntkalk (CaO) beträgt der Kalkanteil 4 bis 6 Gew.-% der Mischung, allerdings erhöht sich dann die Wasserzugabe um die Menge, die dem 30%igen Gewicht des Branntkalkanteils entspricht.

Mischungsherstellung

Das Bindemittel und die Mineralstoffkomponente werden trocken vorgemischt und vergleichmäßigt und im trockenen Zustand mit dem Feinkoks aus Steinkohle 30-8 mm bzw. 25-0 mm bzw. 20-0 mm (einschließlich des siebtechnisch bedingten Überkorns) in möglichst stetiger Körnungslinie vermischt. In den Fällen, in denen, z. B. aus siebtechnischen Gründen, kein stetiges Kornband vorliegt, kann das Sollkornband aus Teilkornbän dern, die im Zwangsmischer vergleichmäßigt werden, zusammen gestellt werden. Unter Berücksichtigung der Eigenfeuchte des Feinkoksmaterials wird die Gesamtfeuchte der Mischung durch entsprechende Wasserzugabe auf 19% (2. Proktoroptimum) ein gestellt. Die Gesamtmischzeit muß eine vollständige Ver gleichmäßigung der Rezepturkomponenten sicherstellen. Im Zwangsmischer beträgt die Mischzeit ca. 120 s.

Formen und Verdichten

Als Voraussetzung für die Verfestigung der Kalk-/Kieselsäu re-Bestandteile mittels hydrothermischer Härtung ist eine hohe Verdichtung des Mischgutes erforderlich.

Es werden Stempelpressen verwendet, die mit einem Stempel druck von ca. 130 bar arbeiten.

Bei diesem Druck wird bei einem nichtstetigen Kornband eine Kornzertrümmerung im Zuschlagstoff bewirkt, bis eine gleich mäßige Lastverteilung erreicht ist. Das kann zu einer Ver vielfachung der Oberfläche des Einsatzmaterials führen. Das Problem der Vermörtelung neuentstandener Bruchflächen muß durch eine entsprechende Erhöhung des Mörtelanteils kompen siert werden. Es empfiehlt sich daher, möglichst stetige Kornbänder einzusetzen.

Abmessungen

Die Abmessungen der Koksformlinge aus Steinkohle 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 aus Steinkohle

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% kalkgebunde nen Formlingen zum eingesetzten Hüttenkoks keine signifikan ten Abweichungen von den Standardmeßwerten der Anlage.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung kalkgebundener Koksformlinge aus Steinkohle für metallurgische Zwecke, inbesondere für die Eisen- und Stahlerzeugung, wobei

a) bei der Herstellung von Hüttenkoks aus Steinkohle anfallender Feinkoks aus Steinkohle mit einem mi neralischen Mörtel gemischt wird, der 2,25 bis 40 Gew.-% des eingesetzten Koksanteils aus Steinkohle beträgt und aus 3 bis 10 Gew.-% Branntkalk (CaO) in der Körnung kleiner 1 mm sowie 0,25 bis 10 Gew.-% eines SiO₂-haltigen Reaktionsmittels wie Quarzmehl bzw. Kraftwerks-Flugasche in der Körnung kleiner 1 mm besteht,
b) das Gemisch in einer Brikettierpresse verdichtet wird,
c) die grünen Formlinge im Autoklaven bei 100 bis 250°C und 10 bis 25 bar und über einen Zeitraum von 1 bis 48 h gehärtet werden,
dadurch gekennzeichnet, daß
d) der Feinkoks aus Steinkohle in einer stetigen Kör nung von 30-0 mm mit ca. 8-12 Gew.-% mineralischem Mörtel aus 4-6 Gew.-% Branntkalk (CaO) sowie 4-6 Gew.-% SiO₂-haltigem Reaktionsmittel trocken vorgemischt werden und das Gesamtgemisch auf das 2. Proktoroptimum von 19% Gesamtfeuchte unter An rechnung der Eigenfeuchte des Feinkokses aus Steinkohle befeuchtet wird,
e) das Feuchtgemisch in einer Stempelpresse mit einem Druck von ca. 130 bar geformt und auf eine Roh dichte von rund 1,1-1,2 kg/dm³ verdichtet wird und
f) die grünen Formlinge im Autoklaven unter Satt dampfbedingungen bei ca. 140°C und 12 bar 4 Stunden lang gehärtet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mineralische Mörtel ca. 10 Gew.-% des eingesetzten Koksanteils aus Steinkohle beträgt, und zwar zu gleichen Teilen aus Branntkalk und Quarzmehl.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mineralische Mörtel ca. 14 Gew.-% des eingesetzten Koksanteils aus Steinkohle beträgt, wovon 9 Gew.-% Kalkhydrat (Ca(OH)₂) mit einem aktiven Kalkanteil von ca. 65-70% und 5% Quarzmehl sind.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Quarzmehl in der Körnung kleiner 0,1 mm eingesetzt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, daß Feinkoks aus Steinkohle in der Körnung 20-0 mm eingesetzt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, daß Feinkoks aus Steinkohle in der Körnung 25-0 mm eingesetzt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, daß die Koksformlinge aus Steinkohle dem Hüttenkoks aus Steinkohle vergleichbare Abmessungen ha ben und ihre Kanten zur abriebarmen Handhabbarkeit ab gerundet sind.

8. Verwendung von kalkgebundenen Koksformlingen aus Stein kohle gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche an Stelle eines Teiles des Hüttenkokses aus Steinkohle für die Eisen- und Stahlherstellung.

9. Verwendung von kalkgebundenen Koksformlingen aus Stein kohle gemäß Anspruch 8 an Stelle von 5 bis 10% des Hüt tenkokses aus Steinkohle für die Eisen- und Stahl herstellung.