FI77260C - Koksbriketter. - Google Patents

Description

77260

Koksibriketit

Koksbriketter

Valmistettaessa ja käsiteltäessä koksia muodostuu aina pikkukappaleita ja hiilimurskaa, jotka pienfraktiot ovat vähemmän kysyttyjä kuin suuremmat koksikappaleet. Pienfraktiot ovat tästä syystä tulleet jäämään ongelmaksi sen johdosta, että ne helposti tuottavat ylijäämätilanteita ja al-5 haisen hinnan.

Tästä syystä on pitkään ollut kiinnostuksena löytää käyttö näille pien-fraktioille. Eräs ehdotetuista tavoista on tällöin ollut pienfraktioiden briketointi, jolloin sitten käytetään näin valmistetut briketit samalla 10 tavalla kuin isokokoinen koksi.

Sama ongelma, joka koksin kohdalla, on esiintynyt myös silloin, kun on kysymyksessa hiili, ja kun seuraavassa puhutaan koksista, tämä käsite tarkoittaa myös kivihiiltä ja puuhiiltä.

15

Joukko aikaisempia patentteja käsittelee menetelmiä koksibrikettien valmistamiseksi ja tällaisten brikettien koostumuksia. Valmistettaessa kok-sibrikettejä sekoitetaan hieno koksimateriaali jonkinlaisen sideaineen, esim. sementin tai sementtiseoksien, bitumituotteiden, kalkin, sulfiitti-20 tai sulfaattipitoisten orgaanisten sideaineiden kanssa.

Määrättyjen sideaineiden, kuten sementin tai sementtiseoksien on katsottu olevan sopimattomia, koska ne eivät pala, koska briketti kokonaisuutena saa heikon lämmönvaihdon painon suhteen tai koska briketin on kat-25 sottu voitavan saattaa vaikeasti palamaan. Muut sideaineet, kuten bitumi-tuotteet ja orgaaniset sideaineet luovuttavat palaessa epäterveellisiä kaasuja tai vahingollisia sivutuotteita. Suurin osa sideaineista tuottaa myös melko suuria määriä tuhkaa ja jätetuotteita.

30 On myös selvää, että sideaineen ja briketointiprosessin kustannuksien on oltava melko pienet, koska brikettien käyttökelpoisuus laskee niiden hinnan mukana. Niin pian kuin brikettien, mukaanlukien sideaineen valmistus- 2 77260 kustannukset alkavat lähetä saman polttoaineen pienfraktioiden ja karkeiden fraktioiden välistä hintaeroa, tulee kuluttaja ostamaan karkeakappa-leista koksia tai karkeakappaleista hiiltä ennen enemmän tai vähemmän kokeilemattomia brikettejä. Brikettien valmistuskustannukset ovat varmuu-5 della olleet syynä siihen, että monet brikettipatentit eivät ole koskaan tulleet suurimittaiseen käyttöön.

Eräs toinen ongelma, joka myös otetaan huomioon määrätyissä mainituissa aikaisemmissa patenteissa on se, että briketit voivat mennä rikki lämmön 10 ja paineen johdosta, ja että niillä toisin sanoen on huono "tulenkestä-vyys" tai lämmönkestävyys. Suuri osa koksin kulutuksesta tapahtuu kuilu-uuneissa. Tällöin voi brikettien alhaisesta tulenkestävyydestä tulla kriittinen ongelma, koska briketit alhaalla uunissa alkavat olla alttiina korkeille lämpötiloille samalla, kun ne ovat alttiina sen materiaalin 15 yläpuolella olevasta pilarista kohdistuvalle puristukselle, joka on lämmitettävä tai sulatettava, esim. kivipilarista. Alhaisen tulenkestävyy-den omaavat briketit murenevat tällöin rikki ja tukkivat kuilun, mikä aiheuttaa ongelmia, jotka ovat täysin selviä ammattimiehelle. Tämän lisäksi on suuri polttoainepinta alttiina ylöspäin nouseville lämpimille 20 savukaasuille, mikä aiheuttaa savukaasuissa olevan hiilidioksidin hyvin voimakkaan pelkistyksen, ja prosessi tuottaa suuria polttoainehäviöitä. Tämä lienee syynä siihen, että brikettejä ei tähän asti ole tavallisesti käytetty kuilu-uuneissa.

25 Aikaisemmin patentoidun menetelmän mukaisesti käytetään kivihiilipikeä koksihiukkasten sideaineena. Piki koksitetaan briketin muodostuksen jälkeen. Tällaiset briketit ovat osoittautuneet määrättyihin tarkoituksiin erittäin mielenkiintoisiksi, mutta ne edellyttävät silmiinpistävän korkeita hintoja johtuen kalliista valmistusprosessista, eivätkä nämä bri-30 ketit ole tästä syystä mielenkiintoisia paitsi mahdollisesti erityisiin käyttötarkoituksiin.

Tämän keksinnön tehtävänä on ratkaista aikaisemmin tunnettuihin briket-teihin liittyvät ongelmat ja saada aikaan briketti, joka voidaan valmis-35 taa kohtuullisin kustannuksin samalla kun sillä on riittävä tulenkestä-vyys, jotta sitä voidaan käyttää kuilu-uuneissa. Keksintö on syntynyt kehittämällä koksibrikettejä erityisesti kuilu-uuneja varten mineraalin 77260 sulattamiseksi mineraalivillavalmistuksesta, mutta tämä käyttö ei selvästikään eroa enempää muista käytöistä kuin että voidaan ennustaa, että keksinnön mukainen briketti sopii myös tällaisiin muihin käyttöihin.

5 Keksinnön mukaisesti briketti koostuu vähintään kolmesta komponentista: ensimmäinen komponentti muodostuu koksin tai hiilen tai molempien hiukkasista, toinen komponentti muodostuu hydraulisesta sideaineesta, mieluummin sementistä. On jo tunnettua käyttää molempia komponentteja yhdessä samankaltaisessa yhteydessä. Kolmantena ja keksinnölle tunnusomaisena 10 komponenttina briketti sisältää myös hienorakeista, oksidista, mineraalista komponenttia, esim. kivijauhoa.

Keksinnön vaikutustapa lienee se, että sementti yhdessä hienorakeisen, oksidisen, mineraalisen komponentin kanssa muodostaa matriisin, joka ym-15 päröi ja sitoo yhteen koksi- tai vast, hiilihiukkaset. Tämä matriisi voidaan muodostaa aineosien sopivan valinnan avulla siten, että siitä tulee riittävän luja käytettäväksi sekä kylmässä että lämpimässä tilassa.

Briketti saa lisää lujuutta, jos vältetään kaikkein hienoimmat koksi-20 tai hiilihiukkaset, esim. seulomalla pois tällaiset hiukkaset. Haluttu lopputulos saavutetaan jo, jos seulotaan pois ainoastaan ne hiukkaset, jotka ovat alle 2 mm. Olennaisesti parempi lopputulos saadaan kuitenkin, jos alle 5 mm:n koksi- ja hiilihiukkaset poistetaan ainakin suurimmaksi osaksi. Koksi- tai hiilihiukkasten ylin kokoraja on pääasiassa käytännön 25 kysymys. Sopiva raja on 25 mm. Kooltaan yli 25 mm:n hiukkasilla on täysin tyydyttävä myyntiarvo ja tästä syystä ei kannata ottaa tällaisia hiukkasia brikettiin.

Hienorakeinen, oksldinen, mineraalinen materiaali ei saisi olla mielui-30 ten karkeampaa kuin 2 mm.

Tietenkin kasvaa brikettien lujuus määrätyissä rajoissa sementtipitoisuu-den lisääntyessä. On osoittautunut, että sementtipitoisuuden tulee olla ainakin 7 % brikettien kuivapainosta. Raja ylöspäin on enemmän taloudel-35 lista kuin teknistä laatua, mutta määrätyn rajan yläpuolella, joka voidaan asettaa noin 35 %:lln, briketin lujuus el enää kasva sellaisessa määrin, että sementtipitoisuuden lisääminen edelleen olisi mielekästä.

4 77260

Riippuen siitä, minkä tyyppistä hienorakeista, oksidista, mineraalista materiaalia käytetään, voidaan määrittää myös määrätyt rajat. Kokemus ja laajat kokeet ovat osoittaneet, että käytännössä käyttökelpoisia bri-kettejä harvoin voidaan saada aikaan hienorakeisen, oksidisen, mineraali-5 sen materiaalin alle 15 %:n pitoisuudella laskettuna briketin kuivapainon suhteen.

On sinänsä itsestään selvää, että hienorakeiseksi, oksidiseksi, mineraaliseksi komponentiksi valitaan materiaali, joka ei muutoin vahingoita 10 prosessia, vaan joka päinvastoin on eduksi prosessille. Kun on kysymys esimerkiksi mineraallvillanvalmistuksesta, halutaan yleensä lisätä kalkkikiveä tai dolomiittia perusmateriaaliin, joka on tavallisesti basalttista tyyppiä. Voidaan myös valita kuona, esim. teräskuona, mieluummin emäksinen teräskuona. Voidaan myös lisätä hienorakelseen, oksidiseen, 15 mineraaliseen komponenttiin tai sen lisäksi enemmän erityisen tyyppisiä aineosia, esim. oksideja, jotka tekevät sulatteesta tai kuonasta helpommin valuvan.

Mineraalivillanvalmistuksessa muodostuu aina jätettä. Osa tästä jättees-20 tä on kuitupitoista ja muodostaa jäteongelman tilaavievän luonteen johdosta. Tällä jätteellä on kuitenkin tarpeellinen hienorakeinen ominaisuus ja jätteiden kuidut vaikuttavat vahvistavasti briketteihin. Jos siis briketin hienorakelseen, oksidiseen, mineraaliseen materiaaliin ainakin osaksi lisätään kuitupitoista mineraallvillanvalmistuksesta saatavaa jätettä, 25 voidaan saavuttaa huomattavia etuja sekä mitä tulee brikettien lujuuteen että ongelmaan päästä eroon jätteestä.

Yllättävästi on osoittautunut, että se lisäaine, joka lisätään mineraalivillanvalmistuksessa sulatteeseen brikettien oksidisten aineosien kans-30 sa, jakautuu selvästi homogeenisemmln ja nopeammin lopputuotteeseen kuin jos ne olisi lisätty erikseen. Todennäköisesti tämä johtuu siitä, että kokslhiukkaset tai vastaavasti hiilihiukkaset jättävät palaessa huokosia, jotka tekevät reaktiopInnasta hyvin suuren. Tästä syystä on sopivaa lisätä suhteellisen suuri osa näistä mineraalivillan lisäaineista briket-35 tien kanssa, mikä tietenkin tunkee silloin takaisin koksi- tai vast.

hiilihlukkaeten osuuden. Koksi- tai hiilihiukkasten osuuden ei tule kuitenkaan olla alle 30 % brikettien kuivapainosta.

5 77260

1 Keksinnön mukaisilla briketeillä voidaan saada vielä yksi tärkeä etu. Asianlaita on nimittäin niin, että koksilla lämmitettyjen kuilu-uunien poistokaasut sisältävät säännöllisesti rikkiä, joka tuottaa voimakkaan ja epämiellyttävän hajun. Tämä voidaan eliminoida polttamalla, jolloin 5 se hiilimonoksidi, joka on läsnä poistokaasuissa, muodostaa pääasiallisen polttoaineen. Hiilimonoksidia täytyy kuitenkin yleensä täydentää jollakin muulla polttoaineella, kuten kaasulla tai öljyllä. Kun nyt briketit valmistetaan koksi- tai hiilihiukkasista valmistetulla rungolla, rikastetaan poistokaasut koksista tai hiilestä peräisin olevilla haihtuvilla ai-10 neilla niin, että mitään lisäpolttoainetta ei tarvita. Vähintään 10 Z

koksi-/hiiliseoksesta tulee koostua hiilihiukkasista niin, että havaitaan ilmeinen teho. Jos osoittautuu, että tarvittaisiin enemmän kuin 50 % hii-lihiukkasia, on parempi käyttää samanaikaisesti sekä hiilibrikettejä ja koksibrikettejä tai mahdollisesti yksistään hiilibrikettejä.

15

Seuraavassa keksintöä havainnollistetaan muutamalla esimerkillä. Kehitystyön aikana on osoittautunut, että briketit, joiden puristuslujuus on 2 alle 2943 kPa (30 kp/cm ), eivät ole riittävän puristuslujia kestämään punnitusta ja panostusta uuniin. Lämpölujuus on määritetty sen jälkeen, 20 kun briketit on kuumennettu 900°C:seen tunnin kuluessa. Kehitystyö on osoittanut, että briketeillä, joilla on tällaisen lämpökäsittelyn jälkeen 2 lämpölujuutena alle 981 kPa (10 kp/cm ), on pienet mahdollisuudet toimia oikealla tavalla.

25 Esimerkki 1

Sekoittlmessa sekoitetaan koksia, kappalekoko 2-25 mm 810 kg (60 Z) 30 portlandsementtiä 175 kg (13 Z) hiekkaa 365 kg (17 Z) yhteensä 1350 kg

Briketointi tapahtuu betonituotteiden muovauskoneessa, jolloin briketit 35 muotoillaan kuutioiksi, joiden reunanpituus on n. 8 cm. Kosteita kuutioita varastoitiin 12 vuorokautta, minkä jälkeen niitä kuivatettiin vuorokauden ajan 60°C:n lämpötilassa.

6 77260

Brikettien puristuslujuudeksi mitattiin kylmässä tilassa 2639 kPa 2 (26,9 kp/cm ), mikä arvo muodosti kuuden briketin keskiarvon.

Jotta voitiin mitata brikettien lämpölujuus, ne alistettiin tunnin ajaksi 5 900°C:n lämpötilaan, minkä jälkeen ne sitten saivat jäähtyä 24 tuntia ennen kuin lämpölujuus mitattiin, jolloin saatiin arvoksi 2246 kPa (22,9 kp/cm ), mikä arvo muodosti kuuden briketin keskiarvon.

Saman koostumuksen omaavilla briketeillä on puristuslujuutena kylmässä 2 10 tilassa hieman esitetyn noin 2943 kPa:n (30 kp/cm ) ohjearvon alapuolella oleva arvo samalla kun lämpölujuus on selvästi annetun 981 kPa:n 2 (10 kp/cm ) ohjearvon yläpuolella.

Seuraavissa taulukoissa A ja B esitetään edelleen joukko esimerkkejä eri 15 seoksista brikettien valmistamiseksi ja niissä on esitetty koostumus, pu-ristuslujuus, lämpölujuus, lujuuden arviointi sekä huomautuksia.

7 77260

TAULUKKO A

Esim. Koksi Portland-sementti Täyteaine 5 _____r— kg % kg % kg % laj i t 2 I 810 60 175 13 365 27 kalkkijauho | 10 3 j 810 60 175 13 135 10 kuona j | 230 17 hiekka 2 mm j 4 ! 1080 80 270 i 20 - - - j 5 868 65 175 j 13 297 22 hiekka 2 mm 6 ! 945 70 108 I 8 243 18 lentotuhka i l 15 : | 54 4 kalkkijauho ; ! | 7 j 945 70 108 j 10 > 135 10 kuona | ! | I 135 10 | SiO„ ; ! ! ; ! /

8 | 945 70 i 68 i 5 1 270 20 i kalkkijauho I

! 1 i 67 5 | kuona ! I ; ! j 20 9 · 945 70 162 j 12 \ 243 ; 18 | Rockwool- j ί | ! ! 1 sahajauho j 10 | 945 70 ί 135 \ 10 \ 135 S 10 ' kalkkijauho j i ! I ! ί j t | 135 J 10 ! Si0o ! : f 1 \ 11 : 675 I 50 I 310 ! 23 365 S 27 hiekka 2 mm

1 } ‘ ! ( I

25 12 } 1080 I 80 175 [ 13 95 | 7 kuona * I i : 13 743 j 55 135 i 10 202 ] 15 kalkkijauho I | ί 270 > 20 kuona ; ' s * i ; 14 j 405 ! 30 j 472 i 35 ) 473 35 hiekka 2 mm 15 ί 945 ! 70 | 135 10 ! 68 Ϊ 5 kuona i ί i 30 ί ; j i 202 j 15 Rockwool- I | ; I ί | poiste ** il; j_i I__ *) mineraalivillan märkäerotuksesta peräisin olevaa jätettä 8 77260

TAULUKKO B

Esim. puristus- lämpö- puristus- & Huom.

5 lujuus lujuus lämpölujuus_ kPa kPa hyväksytty ei hyväksytty 2 2551 1148 x koksi 2-25 mm 10 3 3895 3345 x koksi 2-25 mm ί j 4 3188 j 421 x koksi 2-25 mm j

ί 5 2207 I 765 x koksi 0-25 mm J

I ! ί 6 2963 ! 1030 x koksi 2-25 mm i ί ?

15 I ! I

li*) S

7 3404 I 892 x ' koksi 2-25 mm I i *) | j epäilyksin, | j 892 lähellä ί ! raja-arvoa t ί 20 j 8 j 2502 334 x j koksi 2-25 mm I 9 j 1050 451 x ; koksi 2-25 mm s I i ! ! 10 j 3092 1334 x koksi 2-25 mm 25 j ! 11 1481 1109 x koksi 2-25 mm f » 12 2384 441 x koksi 2-25 mm ; | 13 1246 912 x koksi 2-25 mm f ί 30 ! 14 3326 2011 x koksi 2-25 mm, i liian kallis | j suhteessa alhai-; j i seen koksipitoi- suuteen i i 35 ; 15 2972 1001 x J koksi 2-25 mm 1 _____I_! 9 77260 2

Mitattu puristuslujuus on hieman suositellun 2943 kPa:n (30 kp/cm ) arvon alapuolella esimerkeissä 1, 2, 5, 8 ja 12. Mitä tulee esimerkkeihin 9, 11 ja 13, puristuslujuus antaa selvästi reputetun arvon. Ne esimerkit, joissa on hyväksytyt puristuslujuuden arvot, ovat esimerkit 3, 4, 6, 7, 5 10, 14 ja 15.

2

Mitä tulee lämpölujuuteen, jonka tulee olla vähintään 981 kPa (10 kp/cm ), olemme saaneet tälle hyväksytyt arvot esimerkeissä 1, 2, 3, 6, 10, 11, 14 ja 15 samalla, kun lämpölujuus on esimerkeissä 4, 5, 8, 9, 12 ja 13 10 hieman alle hyväksytyn arvon. Esimerkeissä 7 ja 13 on lämpölujuus arvojen 883 ja 981 välillä, ja tätä on pidettävä hyväksyttynä arvona, koska esiintyy määrätty virhemittausmarginaali.

Ne esimerkit, joissa saimme sekä hyväksytyn puristuslujuuden kylmässä ti-15 lassa että hyväksytyn lämpölujuuden, ovat esimerkit 3, 6, 10, 14 ja 15 sekä määrätyin epäilyksin myös esimerkki 7. Siten tulee brikettien koostumuksen olla alle olevien arvojen puitteissa:

koksi (tai hiili/koksiseos) 30 - 75 Z

20 sementti 8 - 35 Z

täyteaine 15 - 35 Z.

Claims (5)

77260

1. Briketti, joka on mieluummin tarkoitettu lisäpolttoaineeksi kuilu-uuneissa mineraalin sulattamiseksi mineraallvillanvalmlstuksessa ja joka 5 sisältää koksin tai hiilen tai molempien hiukkasia ja hydraulisen sideaineen, kuten esim. sementtiä, tunnettu siltä, että hydraulinen sideaine esiintyy konsentraatiossa ainakin 8 %, 10 että koksi ja/tai hiili esiintyy konsentraatiossa 30-75 % briketin kuiva-painosta, että hiilessä ja/tai koksissa olevat hienot hiukkaset on poistettu niin pitkälle kuin se on mahdollista ja korvattu hienorakeisella, oksidisella, 15 mineraalisella materiaalilla, joka on esim. hiekkaa, kuonaa, kivijauhoa, lentotuhkaa, kalkkikivijauhoa, dolo-miittijauhoa, piidioksidia, sahanpölyä tai muuta mineraalivillanvalmis-tuksesta peräisin olevaa jätettä, 20 että koksi- ja/tai hiilihlukkaset ovat pääasiassa suurempia kuin 2 mm tai mieluummin suurempia kuin 5 mm.

1 Patenttivaatimukset

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen briketti, tunnettu siltä, että koksin ja/tai hiilen hiukkaset muodostavat koksin ja hiilen 25 seoksen, jossa hiilen osuus on 10-50 %.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen briketti, tunnettu siitä, että sideaine koostuu sementistä ja sitä on vähintään 8-35 % briketin kuivapainosta. 30

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen briketti, tunnettu siitä, että hienojakoisella, oksidisella, mineraalisella komponentilla on suurimmaksi osaksi alle 2 mm:n raekoko.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen briketti, tunnettu siitä, että hienorakeista, oksidista, mineraalista komponenttia on vähintään 15-35 X briketin kuivapainosta.