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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Erz-Koks-Briketten Bei
Erz-Koks-Briketten, wie sie in verschiedenen metallurgischen Prozessen, namentlich
bei der Zinkdestillation in stehenden Retorten, verwendet werden, ist neben einer
hohen Gesamtfestigkeit und einer gewissen Widerstandsfähigkeit gegen Abschaben und
Zerspringen auch noch eine hohe sogenannte Rückstandsfestigkeit erforderlich, d.
h. die Brikette sollen auch nach 'Vollendung des Reduktions- oder Destillationsvorganges,
also beispielsweise nach dem Verschwinden des Zinkoxyds, ihre Form selbst unter
dem Druck der darüber lastenden Schichten beibehalten.
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Gegenstand der Erfindung ist in erster Linie ein Verfahren zur Herstellung
von Erz-Koks-Briketten aus Erzen, insbesondere Zinkerzkonzentraten, und Verkokungsmitteln,
wie z. B. bituminöser Kohle, das diesen Anforderungen in hohem Maße gerecht wird.
Es besteht darin, daß man die aus bituminöser Kohle und sonstigen Verkokungsmitteln
und Erzfein gepreßten Brikette zu einer hinreichend dünnen, zweckmäßig senkrechten
Schicht vereinigt und durch große Mengen quer zu dieser Schicht hindurchgeführter
heißer, möglichst sauerstofffreier Gase rasch auf Verkokungstemperaturbringt. Durch
diese im Kreuzstrom erfolgende rasche Erhitzung wird erreicht, daß die Oberfläche
der Brikette namentlich in dem ersten Abschnitt der Behandlungsdauer erheblich heißer
ist als im Kern, so daß die danach im Kern-entwickelten Schweldämpfe das Brikett
nicht ohne Zersetzung und Abscheidüng graphitischen Kohlenstoffs verlassen können.
Diese Kohlenstoffablagerung bewirkt eine weitgehende Verfestigung und Verkittung
des Briketts und führt letzten Endes zu einer gewissermaßen radialstengeligen Gesamtstruktur,
die aus den bereits erwähnten Gründen sehr erwünscht ist.
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Ein anderer Vorteil des neuen Verfahrens besteht darin, daß ein Schmelzen
oder Erweichen des Brikettkerns in- der Regel erst dann eintritt, wenn sich die
Außenschicht des Briketts schon wieder verfestigt hat. Ein gleichmäßiges Durchschmelzen
und Zusammenbacken der Brikettbeschickung wird somit vermieden, die Brikette kleben
entweder gar nicht oder nur so wenig zusammen, daß sie sich im Verlaufe ihrer Bewegung
wieder voneinander trennen können. Die Heizgase werden zweckmäßig mit einer Temperatur
von Soo° und darüber angewandt und sollen die Verkokungskammer noch heiß, am besten
mit einer Temperatur über 55o°, verlassen, so daß ein allmähliches Abschwelen der
Brikette bei tiefer Temperatur nicht eintritt. Die Dicke der anzuwendenden Brikette
und die Menge und Temperatur des Heizgases hängen natürlich wechselweise voneinander
ab. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, die Erhitzung der
Brikette durch geeignete Wahl dieser Größen so sehr zu beschleunigen, daß sich auf
der Oberfläche
der Brikette eine Koksschale von merklicher Dicke
bereits bildet, ehe sich das Innere der Brikette wesentlich verändert hat, d. h.
abgeschwelt oder erweicht ist.
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Sauerstoffhaltige Gase sollen von der Verkokungskammer möglichst ferngehalten
werden. Werden die Heizgase durch die Kammer hindurchgesaugt, so soll die auf der
Füllseite und auf der Entnahmeseite der Kammer eindringende Nebenluft abgesaugt
werden, was sich durch Saugrohre, die unter Schornsteinzug stehen, leicht bewerkstelligen
läßt.
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Zum Abschwelen von Braunkohle hat man zwar schon vorgeschlagen, das
Gut im Kreuzstrom von Heizgasen mit stufenweise wachsender Temperatur durchwandern
zu lassen, um es der Reihe nach zu trocknen, abzuschwelen und zu entgasen. Demgegenüber
wird beim vorliegenden Verfahren eine Abschwelung bei tieferer Temperatur vermieden
und das Gut unmittelbar mit Gasen von Verkokungstemperatur behandelt, so daß die
Verkokung der Außenschichten eines Briketts der Verkokung des Kerns und gegebenenfalls
sogar seiner Abschwelung vorangeht.
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Zur Gewinnung von erzhaltigem Koks war es bisher nur bekannt, ein
brikettiertes Kohle-Erz-Gemisch in Retorten - wohl in stehenden, kontinuierlich
-betriebenen Retorten -durch hindurchgeleitete Heizgase derart zu verkoken, daß
zunächst ein völliges Durchschmelzen und Zusammenbacken des Gutes eintritt, das
dann von selbst, analog der Kokskohlenverkokung, eigenartige Körper mit großer Oberfläche
schafft. Es werden demnach auch nicht die Vorteile erreicht, die sich bei der erfindungsgemäß
im Kreuzstrom durchgeführten Verkokung aus dem erheblichen Temperaturabfall zwischen
Brikettoberfläche und Brikettkern ergeben, nämlich die hohe Verfestigung der Brikette
durch den in ihrem Inneren abgeschiedenen graphitischen Kohlenstoff sowie die Beibehaltung
ihrer stückigen Form.
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In den Zeichnungen ist eine Vorrichtung gemäß der Erfindung in mehreren
Ausführungsbeispielen dargestellt. Fig. i und 2 zeigen eine Ausführungsform in senkrechtem
und waagerechtem Schnitt, Fig. 3 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform der Verkokungskammer,
und Fig.q. stellt eine Einzelheit aus Fig. 3 dar.
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Der in Fig. i und 2 dargestellte Ofen b-,-steht aus Mauerwerk 5 von
ovalem Querschnitt mit einem Gaseinlaßkanal6 und einem Auslaßkanal 7. An den Krümmungen
der Ofenwand sind zur Reinigung dienende Öffnungen 2o vorgesehen, in der Mitte liegt
die verhältnismäßig enge Verkokungskammer 8, so daß an beiden Seiten Verteilungskammern
9 und i o für das Gas übrigbleiben, die mit dem Einlaß 6 bzw. Auslaß 7 in Verbindung
stehen. Die eine Seitenwand 12 der Verkökungskammer steht nahezu senkrecht, während
die andere Seitenwand 13 etwas nach außen geneigt ist, so daß der Querschnitt der
Kammer von-oben nach unten zunimmt. Beide Seitenwände der Verkokungskammer sind
für den Durchtritt eines Gases. von beträchtlichem Volumen durchlässig. Dies wird
zweckmäßig durch öffnungen oder Schlitze in den Seitenwänden erreicht.
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Bei der Verkokungskammer gemäß Fig. i und 2 besteht die senkrechte
Seitenwand 12 aus Ziegeln oder Platten, welche mit gleichförmig verteilten Schlitzen
versehen sind. Die Ziegel können aus feuerfestem Material, z. B. Siliciumcarbid,
allein oder im Gemisch mit Ton oder aus hitzebeständigen Metalllegierungen, z. B.-
Legierungen von Eisen, Chrom und Nickel, bestehen. Die schräge Wand 13 ist aus jalousiebalken
zusammengesetzt, die so angeordnet sind, daß das aus der Verkokungskammer austretende
Gas unmittelbar nach oben in die Kammer io strömt. Durch die Jalousien wird ein
Ansetzen von Staub und Brikettstücken in den Gasaustrittsöffnungen der Verkokungskammer
und ein Verstopfen dieser Öffnungen vermieden.
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Bei der. in Fig. 3 und q. dargestellten Verkokungskammer sind die
beiden gasdurchlässigen Seitenwände ähnlich aufgebaut und bestehen aus einzelnen
Legierungsplatten 14. mit Schlitzen oder Öffnungen 15. Die Platten werden in ihrer
Lage durch im Abstand angeordnete Querbalken 16 gehalten, welche mit ihren Enden
auf dem Mauerwerk 5 des Ofens aufruhen. Die Innenflächen der Balken 16 haben längsgenutete
Köpfe 17, in welche die Ansätze 18 und' ig der Platten eingreifen. Der kürzere Ansatz
18 ruht auf dem Boden der unteren Nut, während der längere Ansatz ig sich ein kleines
Stück in die zugehörige obere Nut hinein erstreckt. Durch Anheben einer Platte kann
der zugehörige Ansatz i8 außer Eingriff mit seiner Nut gebracht, die Platte entfernt
und gegen eine neue ausgewechselt werden: Das obere Ende der Verkokungskammer, das
durch die Decke des Mauerwerks 5 hindurchragt, besitzt einen Kühlwassermantel 2i.
Ein Fülltrichter 22 ist mit " einem Schwingdeckel 23 oberhalb des Kühlwassermantels
versehen. Ein Rohr 24 verbindet den Trichter 2a mit der Gasabzugskammer io.
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Mit dem unteren- Ende der Verkokungskammer 8 ist eine Ausbringvorrichtung
verbunden, die aus einer schrägen Rinne 25 und einem darin drehbaren Zylinder= 26-
besteht. Das untere Ende der Rinne ist durch einen
schwenkbar aufgehängten
Schieber 27 verschlossen, der durch ein Gegengewicht 28 in Verschlußlage gehalten
wird. Ein Rohr 29 verbindet das untere Ende der Rinne mit der Gasabzugskammer ro.
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Wenn der Ofen in Betrieb ist, so ist die Verkokungskammer 8 mit in
der Verkokung begriffenen Briketten gefüllt. In regelmäßigen Zeitabständen wird
eine gewisse Menge verkokter Brikette aus der Kammer durch Öffnung des Schiebers
27 und Drehung des Zylinders 26 abgezogen und gleichzeitig eine entsprechende Menge
frischer Brikette in den Fülltrichter 22 eingeführt. Die Verkokungskammer bleibt
dabei immer gefüllt, und die frischen Brikette werden mit sehr geringer Fallbewegung
zugeführt.
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Das Heizgas zum Verkoken wird durch den Gaseinlaß 6 eingeführt.
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Zum Verkoken der Brikette durch unmittelbare Beheizung kann ein beliebiges
Heizgas benutzt werden, das sich gegenüber der Beschickung indifferent verhält.
Es darf keine wesentlich oxydierende Wirkung haben. Während des ersten Stadiums
des Verkokungsvorganges wirkt Sauerstoff schädlich auf die verkokenden Komponenten
der Brikette, und es ist -deshalb sehr wesentlich, daß dieser Teil des Verkokungsverfahrens
unter Ausschluß von Sauerstoff durchgeführt wird. Auch in den späteren Stadien des
Verkokungsprozesses sind oxydierende Einflüsse zu vermeiden, da sie den Koks aufzehren.
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Als Heizgas können Gase, wie Generatorgas, Leuchtgas, Olgas, Naturgas,
Koksofengas oder Wassergas, nötigenfalls in erhitztem Zustande benutzt werden. Auch
die Verbrennungsgase, die bei der Verbrennung von Gasen, Öl, Kohle oder festen Brennstoffen
entstehen, können als Heizgas verwendet werden. Solche Verbrennungsgase können z.
B. die Abgase eines in der Nähe ausgeführten thermischen Arbeitsganges sein. Bei
Verwendung solcher Verbrennungsgase kann es wünschenswert, ja sogar notwendig sein,
eine kleine Menge unverbrannten Brenngases zuzusetzen, das mit den oxydierenden
Bestandteilen, z. B. überschüssigem Sauerstoff, reagiert und ihn bindet. Andere
indifferente Gase, wie Stickstoff, oder überhitzter Dampf können gleichfalls als
unmittelbar einwixkende Heizgase verwendet werden.
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Das Heizgas kann bereits infolge seiner Herstellungsweise oder seiner
vorherigen Verwendung die erforderliche Verkokungstemperatur besitzen. Ist das Gas
zu heiß, so muß es abgekühlt werden, beispielsweise mittels Dampf oder Wasser. Ist
es dagegen zu kalt, so muß es in geeigneter Weise erwärmt werden. Dies kann vorteilhaft
durch Rekuperation, Regeneration, durch Zusatz einer geeigneten Menge wärmeren Gases
oder durch Verbrennen des Gases selber bzw. eines zu diesem Zweck zugefügten verbrennbaren
Zusatzes geschehen.
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Das Heizgas tritt in die Kammer 9 ein und verteilt sich durch die
Öffnungen in der senk= rechten Wand 12 in der Kammer B. Das Gas strömt quer durch
die in der Verkokungskammer befindliche Brikettsäule und die Öffnungen in der geneigten
Seiten@vand i3 in die Kammer zo und zu dem Gasabzug 7. Das Heizgas kann durch den
Ofen hindurchgedrückt werden, -doch .ist es besser, es mittels Saugvorrichtungen,
die mit dem Gasauslaß 7 in Verbindung stehen, durchzusaugen.
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Während des Füllvorganges läßt. sich ein Lufteintritt in den Fülltrichter
2a nicht vermeiden. Zur Verminderung der schädlichen Wirkung dieser Luft ist das
Rohr 24 vorgesehen, das die Luft aus dem Fülltrichter 22 in die Gasabzugskammer
to saugt. Selbst wenn der Schieber 23 geschlossen ist, strömt etwas Luft in den
Fülltrichter 22 ein, und auch solche Luft wird durch das Rohr 24 in die Kammer zo
gesaugt. Ebenso saugt das Rohr 29 etwa in die Rinne 25 eintretende Luft in die Kammer
zo. Der durch die ausströmenden Gase in dem Abzug 7 herrschende Zug ruft eine genügende
Saugwirkung in den Rohren 24 und 29 hervor, um den Eintritt oxydierender Gase in
die Verkokungszone der Kammer 8 zu verhindern. Wird das Heizgas durch den Ofen nicht
gesaugt, sondern gedrückt, so bleiben die Rohre 24 und 29 fort, da sie in diesem
Falle wirkungslos wären.
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Wie bereits erwähnt, ist die vorliegende Erfindung besonders geeignet
zur Durchführung eines Schnellverkoküngsverfahrens, bei dem die Brikette ohne vorangehende
Verschwelung unmittelbar höheren Temperaturen ausgesetzt werden, bei denen sich
auf der Oberfläche der Brikette Koksschichten bilden, ehe sich der Brikettkern wesentlich
verändert hat. Die Behandlung bei höheren Temperaturen wird dann fortgesetzt, bis
die Brikette gänzlich verkokt sind.
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Das Heizgas soll bei der Ausführung des Verfahrens eine solche Temperatur
haben, daß die Oberfläche sämtlicher Brikette rasch auf mindestens Soo° C erhitzt
wird. Zufriedenstellende Ergebnisse lieferte ein Heizgas, das in die Brikettschicht
in der Kammer zo mit einer Temperatur von 8oo bis zooo° C eintrat und die Kammer
mit einer Temperatur von 7oo bis 8oo° C, keinesfalls aber unter 55o° C verließ.
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Die besten Vorbedingungen für eine gleichförmige Ausbildung der Koksschicht
auf den -Briketten sind vorhanden, wenn der Temperaturabfall vom Gaseinlaß bis zum
Gasauslaß
möglichst gering ist. Diese Bedingung begrenzt die Breite
der Brikettschicht in demjenigen Bereich, wo die Koksschicht gebildet wird. Ferner
ist es zur Erzeugung einer Köksschicht auf den Briketten in der kürzesten Zeit notwendig,
eine möglichst große Menge Heizgas durch die Brikettschicht hindurchzuschicken.
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Beispiel 2o Gewichtsteile Anthrazitfein, 2o Teile zerkleinerte, stark
harzhaltige Stückkohle und 6o Teile Zinkkönzentrat wurden mit i bis 3
Ob, Sulfitlauge und io °/o Feuchtigkeit zu Briketten verformt und in einen
Ofen der beschriebenen Art gebracht, bei dem das Mauerwerk 5 eine Innenlänge von
3,6 m, eine Innenbreite von 1,22 m und eine Innenhöhe von 2,9 m hatte. Die Verkokungskammer
8 erstreckte sich über die ganze Breite des Ofens und hatte oben eine Breite von
4o cm, unten eine Breite von 48 cm. Die Öffnungen in den Wänden i2 und 13 nahmen
ungefähr 301/, der Gesamtfläche der Seitenwände ein. Der Gasauslaß 6 hatte io7 cm
Durchmesser, der Gasauslaß7 einen Durchmesser von
9 1 cm. Durch die Brikettschicht
wurde ein saüerstofffreies Heizgas geleitet, das auf der Eintrittsseite eine Temperatur
von goo°, auf der Austrittsseite eine solche von etwa 700° aufwies. Die Strömungsgeschwindigkeit
betrug ungefähr o,177 cbm je Minute. Die feuchten Brikette, deren Dicke etwa i i2
mm betrug, wurden periodisch aufgegeben und die verkokten Brikette ebenfalls periodisch
abgezogen, so daß die Beschickung eine stufenweise war. Die Einwirkungszeit der
Gase auf die Brikette betrug
30 Minuten. Proben der Brikette nach verschiedener
Einwirkungsdauer zeigten folgendes Aussehen:
| Minuten Aussehen eines heraus- |
| Probe nach Be- |
| Nr. Schickung genommenen und durch- |
| des Ofens gebrochenen Briketts |
| 1 5 6,3 mm Koksschicht - |
| Kern feucht |
| 2 To 12,7 mm Koksschicht - |
| Kern feucht |
| 3 15 12,7 mm Koksschicht - |
| Kern plastisch |
| 4 20 Ganzes Brikett fest, aber |
| flüchtige Bestandteile |
| gehen noch ab. |
| Minuten |
| Probe nach Be Aussehen eines heraus- |
| genommenen und durch- |
| des Ofens gebrochenen Briketts |
| 5 25 Ganzes Brikett fest, flüchtige |
| Bestandteile gehen noch. |
| ab. |
| 6 30 Ganzes Brikett fest, alle |
| flüchtigen Bestandteile |
| entfernt. |