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Brennstoffmischung zum Herstellen von Gießereikoks durch Verkoken
Die Erfindung betrifft Brennstoffmischungen zum Herstellen von Gießereikoks durch
Verkoken.
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Aufgabe der Erfindung ist die Herstellung eines Gießereikokses mit
besonders voiteilhaften Eigenschaften. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erzielt,
daß das Gemisch aus 40 bis 75 Gewichtsprozent Petrolkoks mit etwa 5 bis 140/0 flüchtiger
Bestandteile, aus 5 bis 10 Gewichtsprozent Anthrazit, aus 10 bis 25 Gevdchtsprozent
eines Kohlenwasserstoffpeches wie Teerpech oder Petroleumpech mit einem Schmelzpunkt
von 149 bis 204°C und aus 10 bis 25 Gewichtsprozent einer blähenden bituminösen
Kohle mit etwa 14 bis 220/0 flüchtiger Bestandteile besteht, wobei die Korngröße
des größeren Anteiles der Brennstoffmischung unter 6,35 mm liegt.
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Es ist bekannt, Anthrazit den normalen zu verkokenden Mischungen hinzuzufügen.
Auch ist vielfach versucht worden, Mischungen aus Petrolkoks und Pech zu verkoken
oder blähende Kohle und Anthrazit oder Petrol koks und blähende Kohlen. Immer haben
sich jedoch Rückschläge entweder bei dem Verkokungsprozeß oder beim Verhalten der
Bestandteile im Ofen, beispielsweise infolge Fehlens von Kohlenwasserstoffpech oder
mangels Anwendung geeigneter Mischungsverhältnisse, ergeben. Diese Nachteile werden
mit einem Gießereikoks nach der Erfindung vermieden, so daß eine wirtschaftlichere
Ausnutzung der Rohstoffe und der angewandten Verfahren erzielt wird.
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Ein vertikaler Verkokungskammerofen wird bis zu etwa dreiviertel seiner
Höhe mit dem Brennstoffgemisch gefüllt. Das Gemisch wird dann durch indirekte Wärme
bei einer Temperatur zwischen 980 und 1200°C verkokt. Die Verkokungsdauer hängt
hauptsächlich von den gewünschten Kokseigenschaften und von der angewandten Temperatur
ab. Beispielsweise sind bei einer Endtemtemperatur von 980°C ungefähr 20 bis 25
Stunden und bei 1200°C 18 bis 20 Stunden erforderlich.
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Die verwendeten Petrolkokssorten werden aus Wärmefraktionierung von
schweren Petroleumrückständen, wie beispielsweise reduzierte Vorprodukte, thermisch
oder katalytisch fraktioniertes Rücklaufmaterial usw., gewonnen. Die Verkokung wird
normalerweise in einer senkrechten zylindrischen Trommel durchgeführt, in die die
schweren Kohlenwasserstoffe bei einer Temperatur von etwa 480 bis 538°C eingeführt
und dort verkokt werden, bis die Trommel nahezu mit festem Koks gefüllt ist. Der
Petrolkoks wird dann aus der Trommel entfernt. Normalerweise liegt der Gehalt an
flüchtigen Bestandteilen zwischen 5 und 14 Gewichtsprozent, vorzugsweise zwischen
8 und 12 Gewichtsprozent.
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Das Kohlenwasserstoffpech kann entweder aus Kohlenteer oder Petroleum
gewonnen werden. Teerpech wird durch Wärme- oder Vakuumdestillation des Teers erzeugt,
der mittels Kammeröfen zurückgewonnen wird. Petroleumpech wird durch Wärmedestillation
bei Atmosphären- oder Unterdruck von schweren Petroleumkohlenwasserstoffen, fraktioniertem
Rücklaufgut oder hochsiedendem Material erzeugt, das in Umwandlungsvorgängen zurückgewonnen
wird. Das Teer- oder Petroleumpech soll vorzugsweise einen Schmelzpunkt zwischen
149 und 204° C haben, da dann ein höherer Koksrückstand und verbesserte Bindungseigenschaften
erhalten werden.
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Die verwendeten bituminösen Kohlen müssen einen Gehalt an flüchtigen
Bestandteilen zwischen 14 und 22 Gewichtsprozent, vorzugsweise zwischen 16 und 20
0/0, haben. Da der Ascherückstand des Kokses einen niedrigen Wert haben soll, muß
der Aschegehalt der Kohle ebenfalls niedrig sein und soll 7 Gewichtsprozent nicht
überschreiten.
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In dem zu verkokenden Gemisch ist etwa 5 bis 10 Gewichtsprozent Anthrazit
erforderlich. Es wurde gefunden, daß die Verwendung von Anthrazit die Stückigkeit
des Gießereikokses wesentlich erhöht. Der Aschegehalt des Anthrazits muß so niedrig
wie möglich sein und soll 15 Gewichtsprozent nicht überschreiten. Die Korngröße
des Anthrazits ist gewöhnlich 700/0 unter 1,2 mm. Vorzugsweise ist der Anthrazit
auf eine Korngröße von 0,149 mm zu vermahlen. Jedoch ergibt eine Zerkleinerung auf
25 0/0 unter 0,42 mm bereits gute Resultate.
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Im allgemeinen enthält der erfindungsgemäß erzeugte Gießereikoks über
950/, Kohlenstoff, weniger als 40/0 Asche und weniger als 1/20/0 flüchtige
Bestandteile. Die Porosität liegt unter 50 0/0, vorzugsweise unter 40 0/0, die Sturzfestigkeit
(Fallprobe) beträgt mindestens 50 0/0 über
100 mm und mindestens
70 °/a über 50 mm Korngröße; die scheinbare Dichte ist größer als 1,0, vorzugsweise
1,25, und der Schwefelgehalt liegt unter 10/,.
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In einer beispielsweisen Ausführung der Erfindung wird eine Brennstoffmischung
zum Herstellen von Gießereikoks durch Verkoken erzeugt, indem ein Gemisch aus den
folgenden Bestandteilen hergestellt wird: Petrolkoks (8 bis 12 Il/, flüchtige Bestandteile)
40 bis 75 Gewichtsprozent; Anthrazit (12"/, Asche) 5 bis 10 Gewichtsprozent; Teerpech
(177°C Scbmp.) 10 bis 20 Gewichtsprozent; Bituminöse Kohle (16 bis 20111, flüchtige
Bestandteile) .... 10 bis 30 Gewichtsprozent. Die obigen Bestandteile werden
so gemahlen, daß 90 °/o der Teilchen durch ein 6,35-mm-Sieb hindurchgehen. Das Gemisch
wird in einen vertikalen Verkokungskammerofen eingefüllt und durch indirekte Wärme
in 20 bis 22 Stunden bei einer Temperatur von etwa 980 und 1200°C verkokt. Der erzeugte
Koks hat etwa folgende Zusammensetzung und Eigenschaften: Freier Kohlenstoff ..
. . . . . . 96 Gewichtsprozent Asche ..... ... . . . .. . ... . . 3,0 Gewichtsprozent
Schwefel ................. 0,5 Gewichtsprozent Flüchtige Bestandteile..... 0,5 Gewichtsprozent
Sturzfestigkeit . . . . . . . . . . . . 90 °/o über 50 mm bzw. 70 °/o über 100 mm
Korngröße Porosität . . . . . . . . . . . . . . . . 350/0 Bei der Herstellung des
zu verkokenden kohlenstoffhaltigen Brennstoffgemisches muß der Petrolkoks gewichtsmäßig
den größeren Bestandteil bilden, und die Gesamtmenge des Peches (Teer- oder Petroleumpech)
und der blähenden bituminösen Kohle muß etwas kleiner als das Gewicht des Petrollkokses
in dem Gemisch oder diesem gleich sein. Falls die Menge des Petrolkokses geringer
als 40 Gewichtsprozent des Gesamtgemisches ist, werden die hier beschriebenen günstigen
Ergebnisse nicht erreicht. Dies trifft auch zu, falls der Petrolkoks mehr als 75
Gewichtsprozent des Gemisches umfaßt, da dann die Werte für die Sturzfestigkeit
abnehmen.
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Durch die vorteilhaften Eigenschaften des Gießereikokses nach der
Erfindung, wie hohe Dichte, geringe Porosität, geringen Aschegehalt, wird ein maximaler
Verbrennungsgrad erreicht und die Reaktionsfähigkeit beträchtlich vermindert, so
daß der Kupolofenbetrieb viel leistungsfähiger gestaltet wird und höhere Schmelzgeschwindigkeiten
erreicht werden. Durch Verwendung des Gießereikokses konnte der Koksbedarf auf ein
Drittel vermindert werden, so daß größere Metallmengen eingesetzt werden können.
Weitere vorteilhafte Beispiele für die Brernstoffmischung nach der Erfindung sind:
Beispiel 1 Die Bestandteile der Brennstoffmischung werden auf 90 °/o - 6,35 mm gemahlen
und gründlich gemischt Petrolkoks (12 °/o) . . . . . . . . 60 Gewichtsprozent Teerpech
(149°C Schmp.) .. 1-1 Gewichtsprozent Bituminöse Kohle (Pocahontas) (180/,
flüchtige Bestandteile) . . . . . . . . . . . . . 18 Gewichtsprozent Anthrazit (120/,)
Asche) ... 8 Gewichtsprozent Dieses Gemisch wird in einem vertikalen Kammerofen
verkokt, während die Heizzugtemperaturen zwischen 1090 und 1150°C über eine Dauer
von 20 Stunden gehalten werden. Der erzeugte Koks hat folgende Zusammensetzung bzw.
Eigenschaften: Kohlenstoff . . . . . . . . .. . .. . 96 Gewichtsprozent Asche ...................
3,5 Gewichtsprozent Schwefel ................. 0,5 Gewichtsprozent Flüchtige Bestandteile
weniger als ................ 0,5 Gewichtsprozent Sturzfestigkeit über 100 mm Korngröße
. . . 55 % Sturzfestigkeit über 75 mm Korngröße .. . 72 °/o Scheinbare Dichte .....................
1,20 Der Koks kann beispielsweise zum Schmelzen eines Gemisches aus Roheisen, Ausschußgußteilen,
Stahlschrott usw. in einem Kupolofen mit einem Koksbett von ungefähr 2722 kg verwendet
werden, der einen lichten Durchmesser von 1,65 m an der Windform und 1,83 m in der
Schmelzzone hat. Die normalen Verhältnisse von Eisen zu Koks in einem solchen Kupolofen
betragen 6 : 1, wobei jeder Metalleinsatz eine Tonne beträgt. Bei Verwendung der
beschriebenen Brennstoffmischung kann das Verhältnis von Eisen zu Koks auf 18:1
vergrößert werden, wodurch die Schmelzgeschwindigkeit von 17 auf 23 t/h erhöht werden
kann. Die Metallausflußtemperatur liegt zwischen 1510 und 1538°C, und der Kohlenstoffgehalt
des Metalls beträgt im Durchschnitt 3,5 bis 3,7 °/a im Vergleich zu 3,1 bis 3,2
% für normalen Gießereikoks. Mikrophotographien der Schmelzproben zeigen höhere
Prozentsätze des Graphiteinschlusses, wobei aber die Dichte und andere physikalische
Eigenschaften des Metalls nicht gemindert werden. Daraus ist eine bessere Verteilung
des Graphits im Metall gegenüber Eisen mit hohem Kohlenstoffgehalt erkennbar, das
mit üblichem Gießereikoks erzeugt wird.
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Rauchgasanalysen werden durchgängig bei einer CO-Konzentration von
durchschnittlich 6 Volumprozent erhalten, während normalerweise die Durchschnittswerte
sonst zwischen 11 und 12 Volumprozent liegen.
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Weitere Beispiele 2 bis 6 sind:
| Beispiel Petrolkoks bituminöse Kohle Teerpech Anthrazit |
| °/o °/o I % I % I % @chmp.
°C I °/o |
| 2 45 ' 12 25 20 20 204 10 |
| 3 50 8 25 20 17 204 8 |
| 4 60 10 17 18 15 177 8 |
| 5 70 12 13 ` 15 10 177 7 |
| 6 75 10 10 I 15 10 149 5 |
Die Bestandteile werden, wie bereits gesagt, gemahlen und miteinander vermengt.
Der Verkokungsvorgang entspricht dem im Beispiel 1 beschriebenen. Alle erzeugten
Kokssorten haben eine Porosität unter 50 °/o, gewöhnlich 35 bis 40°;0. Der Gehalt
an flüchtigen Bestandteilen beträgt weniger als 1,0 °/o, die Sturzfestigkeit mehr
als 80 °/o über 50 mm und mehr als 60 °/o über 100 mm Korngröße. Der Aschegehalt
beläuft sich auf weniger als 40/,. Alle Kokssorten haben eine beträchtlich geringere
Reaktionsfähigkeit als normaler Gießereikoks, sogar wenn schwer-und
leichtflüchtige
Kohlen mit kleinen Mengen Anthrazitfeinstoffen gemischt werden.