EP0048802A2 - Verfahren zur Steuerung der Koksqualität - Google Patents

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EP0048802A2
EP0048802A2 EP81105965A EP81105965A EP0048802A2 EP 0048802 A2 EP0048802 A2 EP 0048802A2 EP 81105965 A EP81105965 A EP 81105965A EP 81105965 A EP81105965 A EP 81105965A EP 0048802 A2 EP0048802 A2 EP 0048802A2
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EP
European Patent Office
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coal
temperature
coking
coke
quality
Prior art date
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EP81105965A
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English (en)
French (fr)
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EP0048802A3 (en
EP0048802B1 (de
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Gerd Dr.-Ing. Nashan
Wilhelm Dr.-Ing. Weskamp
Dr.-Ing. Stewen
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RAG AG
Original Assignee
Ruhrkohle AG
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Publication date
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Publication of EP0048802A3 publication Critical patent/EP0048802A3/de
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Publication of EP0048802B1 publication Critical patent/EP0048802B1/de
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B57/00—Other carbonising or coking processes; Features of destructive distillation processes in general
    • C10B57/04—Other carbonising or coking processes; Features of destructive distillation processes in general using charges of special composition
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B47/00—Destructive distillation of solid carbonaceous materials with indirect heating, e.g. by external combustion
    • C10B47/02—Destructive distillation of solid carbonaceous materials with indirect heating, e.g. by external combustion with stationary charge
    • C10B47/10—Destructive distillation of solid carbonaceous materials with indirect heating, e.g. by external combustion with stationary charge in coke ovens of the chamber type

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling the coke quality of coking coal from feed mixtures.
  • Mixtures are usually used for coking. I.e.
  • the coking coals are first ground in order to achieve certain different grain sizes.
  • the different grain sizes give a grain spectrum that significantly influences the bulk density of the coking coals in the coke oven. It has been shown that optimal grain spectra can usually only be achieved by mixing different ground grain sizes.
  • Baking capacity is also of major importance. Baking ability is understood to mean the ability of the coal to change to a plastic state when heated in a vessel which allows the coal to expand freely, and to form a baked, lumpy coke when heated further. Coal with good baking power not only provides baked, but even melted coke.
  • the baking capacity defined in this way is measured either by the swelling index or by the Roga baking number.
  • a coal with a good baking capacity can still produce a less high-quality coke under the operational coking conditions than a poorly baking coal. Therefore, the coking capacity has to be considered in a special way.
  • the coking capacity of a coal is assessed either by the dilatometer test or by determining the gray king coke type. To determine the course of dilatation, the change in length of a conical carbon compact is measured at a heating rate of 0.05 ° C / sec.
  • the plastic behavior is understood as the ability of the coal to change into a plastic state within the temperature range between about 350 and 550 ° C.
  • Modified rotary viscometers are used in the usual methods for measuring plasticity.
  • the result of the measurement is not viscosities of the softened coal mass in the physical sense, but rather apparatus-influenced variables which are composed of the internal friction of the solid, liquid and gaseous phases and the elasticity values of these three phases.
  • Such measurements are usually laboratory measurements. This also applies to measurements of the degassing behavior, the driving pressure and the shrinkage, which are also used to determine the quality of the coal used.
  • the large number of test methods commonly used here, which are commonly used in practice, for determining the amount of coal used and for determining the quality of coke shows that until now targeted control of the quality of coking coal as the basis for high-quality coke was only possible with multiple measurements and particular difficulties.
  • the object of the invention is therefore to simplify the control of the required quality of the input material.
  • the invention is based on the consideration that essential parameters for the coke quality develop a common effect in a partial area of the coking process. This is the plastic area in further knowledge, which becomes clear when considering the coking process of hard coal in indirectly heated horizontal chamber furnaces.
  • Coking produces heating gases that are burned in the heating trains adjacent to the ovens.
  • the heat is transferred from the neighboring heating trains through the furnace walls to the furnace lining, ie the coal mixture.
  • the temperature fields are usually symmetrical to the center of the furnace, where the lowest temperature prevails.
  • the temperature front progresses from the walls to the center of the oven, accompanied by a steep temperature gradient during the transition from the already coked to the unchanged charcoal.
  • This transition area in which all temperatures of 100 - 1000 ° C are passed, is locally limited and at the beginning of the coking process (pyrolysis) extends only a few mm in the mainly 450 mm wide oven chamber.
  • the gradual coking of the hard coal takes place in the critical transition area, whereby two essential temperature ranges can be distinguished.
  • One temperature range extends from about 320 - 480 ° C. In the temperature range, the coal softens and forms a quasi-plastic state. When the temperature range is exceeded, a large number of decomposition and polymerization reactions take place, the prerequisites for the incorporation of inert components being created and the coke quality being pre-embossed.
  • the other area lies above the reconsolidation of the furnace stock with a contraction maximum of around 600 o C. In this area the coke structure is formed with further flavoring of the stock.
  • the reactions taking place in both areas are dependent on the type of coal used and the grain size of the feed components, but the invention is based on the fact that the type of coal and grain size are largely predetermined in normal coking plant operation and rather the dependence of the coking on the operating conditions and for the respective coke quality
  • the focus is on the pretreatment of the feed or the use of coking agents. I.e. According to the invention, the extent and the uniformity of the reactions taking place in these critical transition areas are of decisive importance.
  • the temperature gradient is decisive for the course of these reactions.
  • a high temperature gradient means a high local heating rate at which the reactions taking place can only develop inadequately or, depending on their kinetics, are even overflowed. This leads to great inhomogeneity in the reaction process and results in an inhomogeneous coke structure.
  • the duration of the plasticity which correlates clearly with the heating rate i.e. decreasing with increasing heating rate is too short.
  • the diffusion paths for the released gases increase with increasing width of the plastic zone.
  • the gas pressure is maintained over a longer period of time, which can lead to greater homogeneity in the gas bubble distribution as in the previous generation and further reactions of gaseous decomposition products.
  • the quality of the feed according to the invention is controlled by measuring the plastic area during coking and when the width of the plastic zone falls below the following depending on the cooking time:
  • the minimum distance from the chamber wall or ⁇ 1 pl.min. (Minimum of the width of the plastic zone) is the lower limit, below which further measures must be initiated.
  • preheated coal and / or carbo- and / or petro-derived coal binder can be added.
  • the width of the plastic zone is the decisive factor influencing the coke quality.
  • Their measurement enables a precise prediction of the coke quality that is established and is therefore to be used as a central control variable for the provision of the insert components, the course of the coking process and for the resulting coke quality as a target variable.
  • carbo- and / or petro-derived binders reduces the softening temperature of the furnace stock, but hardly changes its reconsolidation temperature. A larger temperature range is created for the plastic zone. This results in a spatial expansion of the plastic zone, so that the above-mentioned essential effects take effect in the duration of the plasticity, in the course of the reactions, in the gas bubble size and in the homogeneity of the gas bubble distribution.
  • preheated coal according to the invention also results in a reduction in the temperature gradient. As already explained, this causes the plastic area to widen as a function of the distance from the chamber wall, this effect becoming more important and larger as the cooking time increases.
  • the lower heating rate is of great importance.
  • the mechanical stresses are reduced. This reduces the tendency to crack.
  • the output on blast furnace coke increases as a success.
  • the abrasion resistance M 10 ) and the piece strength (M40) increase.
  • the average pore diameter of the coke is significantly reduced.
  • the average wall thickness of the cell walls of the coke structure increases, which increases the structural strength of the coke.
  • the width of the plastic area is measured on the basis of the temperature distribution in the furnace bed. This means that temperature measurements are carried out at closely spaced intervals from the chamber wall to the center of the chamber. The resulting temperature values are compared with the temperature setpoints that determine the minimum width of the plastic area. If the temperature falls below the specified target temperature, coal binders and / or preheated coal are added to the feed mixture in subsequent furnace batches until the desired target temperatures (minimum temperatures) are reached in the furnace. Corresponding to the plastic area that changes during the coking process, the target temperatures corresponding to the limit values of the plastic area must be observed at other points in the cross-section of the furnace in each coking phase. The target temperature can remain constant and assume one of the values between 320 and 480 ° C. A value at the lower temperature limit is preferably selected.
  • the quality of the coke can be controlled more precisely the more often the plastic area is measured during the coking process.
  • a special accuracy can already be achieved with at least two measurements at intervals of at least 1 hour.
  • the temperature measurements are therefore not only carried out at spatial intervals over the width of the furnace chamber, but also at time intervals.
  • the spatial distances can be taken into account by a number of temperature measuring devices distributed over the width of the furnace chamber or by a single temperature measuring device which can be moved back and forth across the width of the furnace chamber.
  • Thermocouples can be used as temperature measuring devices, which are preferably provided with protective tubes and inserted into the furnace stock before the coking begins. With a suitable choice of material for the protective tubes (e.g. Incoly), longer service lives can be achieved.
  • thermocouples can be placed in an electrical comparison circuit with setpoint devices, e.g. Potentiometer, bring.
  • setpoint devices e.g. Potentiometer
  • the differential voltage can then be taken as a measure of the necessary addition of preheated coal and / or advantageous coal binder.
  • Exceeding the target values specified according to the invention is harmless, since with the addition of preheated coal and advantageous coal binders only a limited enlargement of the plastic zone can be achieved.
  • the limitation in the admixing of preheated coal results from the maximum preheating temperature of 250 0 C, the limitation for the coal binder from the maximum admixable amount, which should not exceed a certain ratio of carbon substance to the amount of plasticizing additives, taking into account the coke quality.
  • every new feed mixture is tested in trial furnaces before it is used on an industrial scale.
  • coking experiments are carried out in 350 kg test furnaces with a feed mixture consisting of 67% gas flame coal (36% FB waf) and 33% eating coal (16% FB waf) before being used in the operating ovens of the coking plants.
  • the test furnace is modeled on the operational conditions. It has a total width of 340 mm.
  • the temperature changes in the furnace batch run symmetrically towards the center of the coke oven. It is therefore sufficient that. Measure the area between a chamber wall and the center of the furnace.
  • protective tubes are installed in the oven at intervals of 20 mm, which protrude from above into the furnace bed when the furnace is full and during the coking process allow the introduction of thermocouples and temperature measurements in the furnace stock up to half of the furnace batch.
  • the temperature is measured at the prepared measuring points every hour.
  • the resulting actual values are compared with the target values belonging to the hourly measurement. It is also possible to choose other time intervals for the temperature measurement.
  • the target temperature is a temperature between 320 and 480 ° C. That means, depending on the progress of the coking process, after one, two, four, etc. hours there is a place in the furnace half covered by the temperature measurement, at which the temperature of the charge should be at least 320 ° C. Exceeding this temperature is harmless. On the other hand, if the temperature falls below the target temperature, there is no guarantee that high-quality blast furnace coke will be produced.
  • the target temperature always denotes the target position at the boundary of the plastic zone facing the center of the chamber.
  • the control variable in the exemplary embodiment is the boundary of the plastic zone facing the center of the chamber. In some cases, the other limit of the plastic zone can also be selected as the control variable. Then the target temperature is 480 ° C and the minimum distance from the
  • Chamber wall equals the minimum distance for a target temperature of 320 ° C minus the minimum width specified according to the invention for the plastic zone.
  • the following minimum distances from the chamber wall result after a cooking time of four, six, eight and ten hours for the target temperature 320 ° C.
  • the measured distances when using moist feed mixture differ from the minimum distances in the table above as follows: instead of 84 mm after four hours only 60 mm, instead of 130 mm after six hours only 104 mm, instead of 167 mm after eight hours only 145 mm and instead of 206 mm after 10 hours only 184 mm.
  • the difference between the minimum distances and the desired distances is exemplified by adding Carbopech and / or preheated. Coal decreased.
  • the addition of Carbopech brings a maximum 0.5 - 0.8 mm reduction in the difference per percent Carbopech admixture.
  • An upper limit of around 15% Carbopech can be assumed. Above 15%, the coke quality changes back to the negative because the amount of plastic components in relation to the remaining carbon structure becomes too large (depending on the type of coal).
  • preheated coal The differences to the minimum distance required to achieve the specified target values after the carbopech was added could be eliminated by adding preheated coal to the moist feed.
  • preheated coal instead of Carbopech, the only focus is on the addition of preheated coal.
  • the addition of preheated coal averages about 4 mm Approximation per 10% addition of preheated coal of 220 ° C preheating temperature. This generally applies to all preheating temperatures above 200 ° C.
  • the target values specified according to the invention apply not only to the insert coal selected in the exemplary embodiment but also to other insert coal or insert mixtures, since the influence of the thermal conductivity of the insert material on the course of the temperature fields is small.

Abstract

Die Qualität von Kokskohlen ist von verschiedenen Eigenschaften der Einsatzkohle und den Betriebsbedingungen des Verkokungsvorganges abhängig. Herkömmliche Methoden zur Vorbestimmung der Koksqualität und nachfolgender Steuerung der Mischung von Einsatzkohlen sind relativ ungenau. Die Genauigkeit der Steuerung wird erheblich verbessert, indem nach der Erfindung bei der Verkokung der plastische Bereich gemessen wird und bei Unterschreiten einer in bestimmter Abhängigkeit von der Garungszeit verlaufenden Breite der plastischen Zone vorerhitzte Kohle und/oder carbo- und/oder petrostämmige Kohlebinder beigemengt werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Koksqualität von Kokskohlen aus Einsatzmischungen.
  • Üblicherweise werden Einsatzmischungen bei der Verkokung eingesetzt. D.h. die Kokskohlen werden zunächst aufgemahlen, um bestimmte, unterschiedliche Korngrößen zu erreichen. Die unterschiedlichen Korngrößen geben in Mischung ein Kornspektrum, das die Schüttdichte der Kokskohlen im Koksofen maßgeblich beeinflußt. Dabei hat sich gezeigt, daß optimale Kornspektren zumeist nur durch Mischung verschiedener aufgemahlener Korngrößen erreicht werden können.
  • Noch größeren Einfluß als die Schüttdichte hat die Beschaffenheit der für die Einsatzmischungen verwendeten Kokskohle auf die Koksqualität. Daher sind verschiedene Prüfmethoden mit dem Ziel entwickelt worden, das Verkokungsverhalten der Kohlen im voraus zu beurteilen. Wesentliche Eigenschaften ergeben sich aus dem petografischen Aufbau der Kohle (Kohlenarten, Streifenarten) ihrer chemischen Zusammensetzung (Elementarzusammensetzung, Aschegehalt, Gehalt an flüchtigen Bestandteilen, Bitumengehalt, Oxydationszustand) und ihren physikalischen/ chemischen Eigenschaften (Erweichungsverhalten, Blähen, Schwinden, Treiben, Entgasungsverhalten).
  • Wesentliche Bedeutung wird ferner dem Backvermögen beigemessen. Unter der Backfähigkeit wird die Fähigkeit der Kohle verstanden, beim Erhitzen in einem Gefäß, das eine freie Ausdehnung der Kohle zuläßt, in einen plastischen Zustand überzugehen und beim weiteren Erwärmen einen gebackenen, stückigen Koks zu bilden. Eine Kohle mit gutem Backvermögen liefert einen nicht nur gebackenen, sondern sogar geschmolzenen Koks. Das so definierte Backvermögen wird wahlweise gemessen durch die Blähzahl (Swelling-Index) oder durch die Backzahl nach Roga.
  • Eine Kohle mit gutem Backvermögen kann unter den betrieblich gegebenen Verkokungsbedingungen dennoch einen weniger hochwertigen Koks ergeben als eine schlechter backende Kohle. Deshalb ist das Kokungsvermögen in besonderer Weise zu berücksichtigen. Das Kokungsvermögen einer Kohle wird wahlweise durch den Dilatcmetertest oder durch Bestimmen des Gray-king-Kokstyps beurteilt. Zur Bestimmung des Dilatotionsverlaufes wird die Längenänderung eines konischen Kohlepresslings bei einer Erhitzungsgeschwindigkeit von 0,05 °C /sec gemessen.
  • Schließlich besitzt die Messung des plastischen Verhaltens bisher noch eine gewisse Bedeutung. Unter dem plastischen Verhalten wird die Fähigkeit der Einsatzkohle verstanden, innerhalb des Temperaturbereiches zwischen etwa 350 und 550 °C in einen plastischen Zustand überzugehen..
  • Bei den gebräuchlichen Methoden zur Messung der Plastizität werden modifizierte Rotationsviskosimeter benutzt. Als Meßergebnis erhält man hier jedoch nicht Viskositäten der erweichten Kohlemasse im physikalischen Sinne, sondern apparativ beeinflußte Großen, die sich aus der inneren Reibung der festen, flüssigen und gasförmigen Phase und den Elastizitätsgrößen dieser drei Phasen zusammensetzen. Derartige Messungen sind in der Regel Labormessungen. Das gilt auch für Messungen des Entgasungsverhaltens, des Treibdrucks und des Schwindens, die gleichfalls zur Bestimmung der Einsatzkohlenqualität herangezogen werden. Die Vielzahl der hier teilweise aufgeführten, in der Praxis gebräuchlichen Prüfmethoden zur Bestimmung der Einsatzkohle bzw. zur Vorbestimmung der Koksqualität zeigt, daß bisher eine gezielte Steuerung der Kokskohlenqualitätals Basis für einen hochwertigen Koks nur unter Vielfachmessung und besonderen Erschwernissen möglich war.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Steuerung der erforderlichen Qualität des Einsatzgutes zu vereinfachen. Dabei geht die Erfindung von der Überlegung aus, daß wesentliche Bestimmungsgrößen für die Koksqualität in einem Teilbereich des Verkokungsvorganges eine gemeinsame Wirkung entfalten. Das ist in weitergehender Erkenntnis der plastische Bereich, was bei einer Betrachtung des Verkokungsvdrganges von Steinkohle in indirekt beheizten Horizontalkammer-Öfen deutlich wird.
  • Bei der Verkokung entstehen Heizgase, die in den den Öfen benachbarten Heizzügen verbrannt werden. Von den benachbarten Heizzügen aus wird die Wärme durch die Ofenwände auf den Ofenbesatz, d.h. die Einsatzkohlenmischung, übertragen. Bedingt durch die zweiseitig indirekte Beheizung entstehen Temperaturfelder mit zur Besatzmitte hin abnehmendem Temperatur-Niveau. Die Temperaturfelder verlaufen in der Regel symmetrisch zur Ofenmitte, wo die jeweils niedrigste Temperatur herrscht. Mit zunehmender Garungszeit schreitet die Temperaturfront von den Wänden zur Ofenmitte hin fort, begleitet von einem steilen Temperaturgradienten beim Übergang von der bereits verkokten zur unveränderten Einsatzkohle. Dieser Übergangsbereich, in dem alle Temperaturen von 100 - 1000 °C durchlaufen werden, ist lokal eng begrenzt und erstreckt sich zum Beginn des Verkokungsvorganges (Pyrolyse) nur über wenige mm in der insgesamt vorwiegend 450.mm breiten Ofenkammer.
  • In dem kritischen Übergangsbereich erfolgt die schrittweise Verkokung der Steinkohle, wobei zwei wesentliche Temperaturbereiche zu unterscheiden sind. Der eine Temperaturbereich erstreckt sich von etwa 320 - 480 °C. In dem Temperaturbereich erweicht die Kohle und bildet sich ein quasi plastischer Zustand aus. Bei Durchschreiten des Temperaturbereiches laufen eine Vielzahl von Zersetzungs-und Polymerisations-Reaktionen ab, wobei die Voraussetzungen für die Einbindung inerter Bestandteile geschaffen werden und die Koksqualität vorgeprägt wird.
  • Der andere Bereich liegt oberhalb der Wiederverfestigung des Ofenbesatzes mit einem Kontraktionsmaximum um 600 oC. In diesem Bereich bildet sich die Koksstruk- .tur unter weiterer Aromatisierung des Besatzesaus.
  • Die in beiden Bereichen ablaufenden Reaktionen sind zwar von der eingesetzten Kohlenart und der Körnung der Einsatzkomponenten abhängig, die Erfindung geht jedoch davon aus, daß Kohlenart und Körnung bei üblichem Kokereibetrieb weitgehend vorbestimmt sind und für die jeweilige Koksqualität vielmehr die Abhängigkeit der Verkokung von den Betriebsbedingungen und der Vorbehandlung des Einsatzgutes bzw. der Verwendung verkokungsaktiver Hilfsstoffe im Vordergrund steht. D.h. nach der Erfindung wird dem Ausmaß und der Gleichmäßigkeit der in diesen kritischen Übergangsbereichen ablaufenden Reaktionen entscheidende Bedeutung beigemessen.
  • Maßgebend für den Ablauf dieser Reaktionen ist der Temperaturgradient. Ein hoher Temperaturgradient bedeutet eine hohe lokale Aufheizungsgeschwindigkeit, bei der sich die ablaufenden Reaktionen nur unzureichend ausbilden können oder je nach ihrer Kinetik sogar überlaufen werden. Das führt zu großer Inhomogenität im Reaktionsgeschehen und hat ein inhomogenes Koksgefüge zur Folge. Außerdem besteht unter derartigen Bedingungen nicht genügend Zeit, plastische Masse-in ausreichender Menge für die Einbindung der inerten Partikel frei.- zusetzen und für den Massentransport mit dem Ziel der Einhüllung dieser Partikel zu sorgen. Die Dauer der Plastizität, die deutlich mit der Aufheizrate korreliert d.h. mit steigender Aufheizrate abnimmt ist zu kurz.
  • Im nachplastischen Bereich treten durch einen hohen Temperaturgradienten verstärkt mechanische Spannungen auf, die zu erhöhter Rißbildung führen und dadurch den unerwünschten Kleinkoksanteil erhöhen.
  • Eine Verminderung des Temperaturgradienten führt dagegen zu einer breiteren plastischen Zone mit lokal geringerer Aufheizgeschwindigkeit. Das verlängert die Dauer der Plastizität, wodurch vor allem auch die für die Kokserzeugung wichtige Verkittung der einzelnen Partikel gefördert wird. Die in der Kohle vorgeprägten Reaktionen haben mehr Zeit wirksam zu werden und quasi Gleichgewichtszustände entsprechend ihrer Reaktions.kinetik auszubilden.
  • Mit zunehmender Breite der plastischen Zone und dadurch verstärktem Ablauf der Reaktionen wird die Gasmenge in der Blase der plastischen Zone größer; der Gasdruck steigt an. Zwischen der Gasblasengröße und dem Druck wird bei gleicher Körnung der Einsatzkohle in erster Näherung ein etwa umgekehrt proportionaler Zusammenhang gesehen. Zunehmender Druck bewirkt kleinere Gasblasen, was einen kleineren Porendurchmesser zur Folge haben kann. Dieses Verhalten de: gasförmigen Zersetzungsprodukte überlagert den Einfluß der Korngröße auf das Blähverhaltcn der Körner und das daraus resultierende Verschweißen der umgehenden Partikel entscheidend.
  • Außerdem steigen mit zunehmender Breite der plastischen Zone die Diffusionswege für die freigesetzten Gase. Infolgedessen wird der Gasdruck über eine längere Zeit aufrechterhalten, was zu einer größeren Homogenität in der Gasblasenverteilung wie in der vorangegangenen Entstehung und weiteren Reaktionen gasförmiger Zersetzungsprodukte führen kann.
  • Ausgehend von obiger Hypothese wird die Qualität des Einsatzgutes nach der Erfindung dadurch gesteuert, daß bei der Verkokung der plastische Bereich gemessen wird und bei Unterschreiten einer in folgender Abhängigkeit von der Garungszeit verlaufenen Breite der plastischen Zone:
    Figure imgb0001
  • Der Mindestabstand von der Kammerwand bzw. Δ1 pl.min. (Minimum der Breite der plastischen Zone) ist der untere Grenzwert, bei dessen Unterschreitung weitere Maßnahmen eingeleitet werden müssen.
  • vorerhitzte Kohle und/oder carbo- und/oder petrostämmige Kohlebinder beigemengt werden.
  • Erfindungsgemäß ist die Breite der plastischen Zone die entscheidende Einflußgröße auf die Koksqualität. Ihre Messung ermöglicht eine genaue Voraussage der sich einstellenden Koksqualität und ist daher als zentrale Steuergröße für die Bereitstellung der Einsatzkomponenten, den Ablauf des Verkok"ungsprozesses und für die daraus resultierende Koksqualität als Zielgröße einzusetzen.
  • Durch die erfindungsgemäße Beimengung carbo- und/oder petrostämmiger Binder wird die Erweichungstemperatur des Ofenbesatzes vermindert, dessen Wiederverfestigungstemperatur jedoch kaum verändert. Es entsteht für die plastische Zone ein größerer Temperaturbereich. Das hat eine räumliche Ausdehnung der plastischen Zone zur Folge, so daß die oben erläuterten wesentliche Effekte in der Dauer der Plastizität, im Ablauf der Reaktionen, in der Gasblasengröße und der Homogenität der Gasblasenverteilung wirksam werden.
  • Die erfindungsgemäße Beimengung vorerhitzter Kohle hat gleichfalls eine Verringerung des Temperaturgradienten zur Folge. Wie bereits ausgeführt, bewirkt das eine Verbreiterung des plastischen Bereiches in Abhängigkeit vom Abstand von der Kammerwand, wobei dieser Effekt mit zunehmender Garungszeit an Größe und Bedeutung gewinnt.
  • Auch für den nachplastischen Bereich (Kontraktionsmaximum bei etwa 600 °C) ist dLe mit dem niedrigeren Temperaturgradienten verbundene geringere Aufheizgeschwindigkeit von großer Bedeutung. Die mechanischen Spannungen werden verringert. Damit nimmt die Tendenz zur Rißbildung ab. Als Erfolg steigt das Ausbringen an Hochofenkoks. Ferner steigen die Abriebfestigkeit M10) und die Stückfestigkeit (M40). Der mittlere Porendurchmesser der Kokse verringert sich deutlich. Gleichzeitig steigt die mittlere Wandstärke der Zellwände des Koksgerüstes an, die Strukturfestigkeit der Kokse nimmt somit zu.
  • In weiterer Ausbildung der Erfindung wird die Breite des plastischen Bereiches anhand der Temperaturverteilung im Ofenbsatz gemessen. D.h. in dicht aufeinanderfolgenden Abständen von der Kammerwand bis zur Kammermitte werden Temperaturmessungen durchgeführt. Die sich dabei ergebenden Temperaturwerte werden mit den Temperatursollwerten verglichen, die die Mindestbreite des plastischen Bereiches festlegen. Bei Unterschreiten der vorgegebenen Solltemperatur wird bei nachfolgenden Ofenchargen solange Kohlebinder und/oder vorerhitzte Kohle der Einsatzmischung beigemengt, bis sich im Ofen die gewünschten Solltemperaturen (Mindesttemperaturen) einstellen. Entsprechend des sich während des Verkokungsvorganges verändernden plastischen Bereiches sind die den Grenzwerten des plastischen Bereiches entsprechenden Solltemperaturen in jeder Verkokungsphase an anderen Stellen des Ofenbesatzquerschnittes einzuhalten. Die Solltemperatur kann dabei konstant bleiben und einen der Werte zwischen 320 und 480 °C annehmen. Vorzugsweise wird ein Wert an der unteren Temperaturgrenze gewählt.
  • Die Steuerung der Koksqualität kann um so genauer erfolgen, je öfter der plastische Bereich während des Verkokungsvorganges gemessen wird. Nach der Erfindung läßt sich bereits eine besondere Genauigkeit mit mindestens zwei Messungen im zeitlichen Abstand von mindestens 1. Stunde erreichen. Die Temperaturmessungen erfolgen demnach nicht nur in räumlichen Abständen über der Ofenkammerbreite sondern auch in zeitlichen Abständen.
  • Den räumlichen Abständen kann durch eine Anzahl über der Ofenkammerbreite verteilt angeordneter Temperaturmeßgeräte oder durch ein einziges, über den Ofenkammerbreite hin- und herbewegbares Temperaturmeßgerät Rechnung getragen werden. Als Temneraturmeßgeräte können Thermoelemente eingesetzt werden, die vorzugsweise mit Schutzrohren versehen vor Beginn der Verkokung in den Ofenbesatz eingeführt werden. Bei geeigneter Materialauswahl der Schutzrohre (z.B. Incoly) können längere Standzeiten erzielt werden.
  • Die Thermoelemente lassen sich in eine elektrische Vergleichsschaltung mit Sollwertgebern, z.B. Potentiometer, bringen. Die Differenzspannung kann dann als Maß für die notwendige Zugabe vorerhitzter Kohle und/ oder vorteilhafter Kohlebinder genommen werden.
  • Ein Überschreiten der nach der Erfindung vorgegebenen Sollwerte ist unschädlich, da mit der Beimischung vorerhitzter Kohle und vorteilhaften Kohlebindern nur eine begrenzte Vergrößerung der plastischen Zone erreichbar ist. Die Begrenzung bei der Beimischung vorerhitzter Kohle ergibt sich aus der maximalen Vorerhitzungstemperatur von 250 0C, die Begrenzung bei den Kohlebindern aus der maximal beimischbaren Menge, die unter Berücksichtigung der Koksqualität ein bestimmtes Verhältnis Kohlesubstanz zur Menge plastifizierender Hilfsstoffe nicht überschreiten sollte.
    • Ausführungsbeispiel:
  • Üblicherweise wird jede neue Einsatzmischung vor dem großtechnischen Einsatz in Versuchsöfen erprobt. Im Ausführungsbeispiel werden mit einer Einsatzmischung bestehend aus 67 % Gasflammkohle (36 % FB waf) und 33 % Eßkohle (16 % FB waf) vor Einsatz in den Betriebs- öfen der Kokereien Verkokungsexperimente in 350 kg Versuchsöfen durchgeführt. Der Versuchsofen ist den betrieblichen Verhälthissen nachgebildet. Er hat eine Breite von insgesamt 340 mm.
  • Während des Verkokungsvorganges verlaufen die Temperaturänderungen in der Ofencharge symmetrisch zur Koksofenkammermitte hin. Es ist daher ausreichend, den . Bereich zwischen einer Kammerwand und der Ofenmitte zu messen. Im Ausführungsbeispiel sind in Abständen von 20 mm Schutzrohre im Ofen angebracht, die bei gefülltem Ofen von oben in die Ofenschüttung hineinragen und während des Verkokungsvorganges das Einführen von Thermoelementen und Temperaturmessungen im Ofenbesatz bis zur Hälfte der Ofencharge erlauben.
  • Innerhalb der ersten zehn Stunden des Verkokungsvorganges wird in stündlichem Abstand die Temperatur an den vorbereiteten Meßstellen gemessen. Die sich dabei ergebenden Ist-Werte werden mit den zu stündlicher Messung gehörenden Soll-Werten verglichen. Es ist möglich, auch andere Zeitintervalle für die Temperaturmessung zu wählen.
  • Bei Zeitintervallen, die zwischen den vorgegebenen halbstündlichen und stündlichen Messungen liegen, wird zwischen den vorgegebenen Sollwerten der be- 'nachbarten halbstündlichen bzw. stündlichen Temperaturmessungen linear extrapoliert.
  • Die Soll-Temperatur ist eine Temperatur zwischen 320 und 480 °C. D.h., abhängig vom Fortgang des Verkokungsprozesses ergibt sich nach ein, zwei, vier usw. Stunden eine Stelle in der von der Temperaturmessung erfaßten Ofenhälfte,.an der die Temperatur der Einsatzcharge im Minimum 320 °C betragen soll. Ein Überschreiten dieser Temperatur ist unschädlich. Dagegen ist bei einem Unterschreiten der Solltemperatur nicht gewährleistet, daß ein qualitätsgerechter Hochofenkoks erzeugt wird.
  • Es wird von der Vorstellung ausgegangen, daß mit Beginn des Verkokungsvorgances zwei plastische Zonen entstehen, die an den Ofenwänden ihren Ausgang nehmen und sich mit fortschreitender Verkokung aufeinander zubewegen und zum Ende der Garungszeit sich in der Kammermitte vereinigen. Im Ausführungsbeispiel kennzeichnet die Solltemperatur immer die Soll-lage an der der Kammermitte zugewandten Grenze der plastischen Zone. An der der Kammerwand zugewandten Grenze der plastischen Zone herrscht infolge der indirekten Beheizung und des Temperaturabfalls zur Kammermitte hin naturgemäß eine höhere Temperatur. Steuergröße ist nach der Erfindung im Ausführungsbeispiel die der Kammermitte zugewandte Grenze der plastischen Zone. Teilweise kann auch die andere Grenze der plastischen Zone als Steuergröße gewählt werden. Dann ist die Solltemperatur 480 °C und der Mindestabstand von der
  • Kammerwand gleicht dem Mindestabstand für eine Soll- Temperatur von 320 °C minus der nach der Erfindung vorgegebenen Mindestbreite für die plastische Zone.
  • Im Ausführungsbeispiel ergeben sich nach vier, sechs, acht und zehn Stunden Garungszeit für die Soll-Temperatur 320 °C folgende Mindestabstände von der Kammerwand:
    Figure imgb0002
  • Im Ausführungsbeispiel weichen die gemessenen Abstände bei Verwendung feuchter Einsatzmischung von den Mindestabständen obiger Tabelle wie folgt ab: statt 84 mm nach vier Stunden nur 60 mm, statt 130 mm nach sechs Stunden nur 104 mm, statt 167 mm nach acht Stunden nur 145 mm und statt 206 mm nach 10 Stunden nur 184 mm.
  • Nach der Erfindung wird die Differenz zwischen den Mindestabständen und den Sollabständen beispielhaft durch Zugabe von Carbopech und/oder vorerhitzter . Kohle verringert. Die Zugabe von Carbopech bringt maximal 0,5 - 0,8 mm Verringerung der Differenz pro Prozent Carbopech-Beimengung. Dabei kann von einer Obergrenze von etwa 15 % Carbopech ausgegangen werden. Oberhalb von 15 % verändert sich die Koksqualität wieder zum Negativen hin, weil die Menge plastischer Komponenten im Verhältnis zum Rest-Kohlenstoffgerüst zu groß wird (abhängig von der Kohlenart).
  • Im Ausfünrungsbeispiel konnten bei den hier ausgewähl. ten Garungsintervallen von vier, sechs. acht und zehn Stunden folgende Annäherungen an die vorgegebenen Mindestabstände des 320 °C-Grenzwertes durch Zusatz von 15 % Carbopech gemessen werden: statt 60 mm nach vier Stunden 69 mm, statt 104 mm nach sechs Stunden 114 mm, statt 145 mm nach acht Stunden 156 mm und statt 184 mm nach zehn Stunden 190 mm.
  • Die zum Erreichen der vorgegebenen Sollwerte nach Beimengung des Carbopechs noch fehlenden Differenzen zum Mindestabstand könnten durch Beimengung vorerhitzter Kohle zum feuchten Einsatzgut aufgehoben werden. Im Ausführungsbeispiel wird aus wirtschaftlichen Überlegungen anstelle von Carbopech ausschließlich auf die - Beimengung vorerhitzter Kohle abgestellt. Dabei bringt die Beimengung vorerhitzter Kohle im Mittel etwa 4 mm Annäherung pro 10 % Beimengung vorerhitzter Kohle von 220 °C Vorerhitzungs-Temperatur. Das gilt generell für alle Vorerhitzungs-Temperaturen oberhalb 200 °C.
  • Unter 200 °C ergeben sich geringfügige Abweichungen, bedingt durch die dannstärkere Abhängigkeit der Schüttdichte von der Vorerhitzungstemperatur.
  • Nach der oben vorgegebenen überschlägigen Kalkulation erbringt bereits eine Beimengung von 50 % Vorerhitzter Kohle von 220 °C die gewünschten Abstände bei der fortlaufenden Temperaturmessung. Bei vollständiger Vorerhitzung des gesamten Einsatzgutes ist dann ein bei weitem ausreichender Qualitätseffekt sichergestellt.
  • Die erfindungsgemäß vorgegebenen Soll-Werte gelten nicht nur für die im Ausführungsbeispiel gewählte Einsatzkohle sondern auch für andere Einsatzkohlen bzw. Einsatzmiscnungen, da der Einfluß der Warmeleitfähigkeit des Einsatzgutes auf den Verlauf der Temperaturfelder gering ist.

Claims (6)

1. Verfahren zur Steuerung der Qualität von Kokskohlen aus Eirsatzmischungen, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verkokung der plastische . Bereich innerhalb folgender Grenzen gemessen wird
Figure imgb0003
und bei Unterschreiten der sich in Abhängigkeit von der Garungszeit ergebenden Sollwerte werden vorerhitzte Kohle und/oder carbo- und/oder petrostämmige Kohlebinder beigemengt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des plastischen Bereichs durch Temperaturmessung gemessen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch mindestens zwei Messungen im zeitlichen Abstand von mindestens 1 Stünde.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in räumlichem Abstand verteilt über der Breite der Koksofenkammer (Ofenbesatz) Meßpunkte liegen.
5. Verfahren nach ein oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet durch die Verwendung von Therme-Elementen zur Temperaturmessung.
6. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Vergleichsschaltung zwischen den Thermoelementen und Sollwertgebern für die Temperatur.
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