DE3636118C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kohle-Teergemisch mit hohem Kohlegehalt zum Einblasen als Hilfsbrennstoff in die Blasformen oder Düsen von Hochöfen.

Die US-PS 32 31 367 aus dem Jahr 1961 befaßt sich mit Hochofenvorgängen und zeigt lediglich die Möglichkeit auf, eine Kohle-Flüssigkeitsschlämme als Hilfsbrennstoff in einem Hochofen einzusetzen.

Es handelt sich offensichtlich mehr um eine theoretische Erfindung, da sämtliche Versuchsdaten und Ausführungen über praktische Erfahrungen fehlen. Angaben über Abmessungen der Kohlepartikel und Verteilung von Abmessungen, über Vorschriften, um die Kohlepartikel im Trägermedium suspendiert zu halten, finden sich nicht, etwa dahingehend, daß die Schlämme pumpbar bliebe und ein Zusetzen von Rohren in den Blasformen infolge Verdampfung selbst einer Fraktion des Wassers in der Schlämme vermieden werden könnte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen möglichst hohen Kohlegehalt in der Schlämme unterzubringen und gleichzeitig die Schlämme über die Zeit einigermaßen stabil und leicht pumpbar zu machen.

Erreicht wird dies erfindungsgemäß durch ein Kohle-Teergemisch der eingangs genannten Art durch eine Korngrößenverteilung der Kohle innerhalb des folgenden Bereiches:

+500 µm0 Gew.-% -500 + 250 µm1-2 Gew.-% -250 + 88 µm3-7 Gew.-% -88 + 44 µm9-18 Gew.-% -44 + 11 µm40-50 Gew.-% -11 µm30-45 Gew.-%,

wobei das Gemisch mehr als 50 Gew.-% Kohle enthält und eine scheinbare Viskosität bei 70°C zwischen 800 und 1200 cP aufweist.

Wichtig ist das Mahlen, derart, daß eine Partikelgrößenverteilung erreicht wird, die es möglich macht, eine Kohle- Teerschlämme zu erhalten, die mehr als 50 Gew.-% Kohle enthält.

Einen Hinweis hierauf gibt die US-PS 32 31 367 offensichtlich nicht, bei der so dichte Träger wie Teer überhaupt nicht in Betracht gezogen werden.

Das Wort "Kohle" in dieser Beschreibung bezieht sich auf im wesentlichen festen kohlenstoffhaltigen Brennstoff wie Kohle, metallurgischen Koks, Erdölkoks, Halbkoks etc.

Die Verwendung von Hilfsbrennstoffen, die über die Düsen oder Blasformen eingeblasen werden, sichert erhebliche Vorteile bei der Produktivität von Hochöfen einerseits, beim Energieverbrauch andererseits.

Die Verwendung von Heizöl oder Steinöl, welches im allgemeinen als Hilfsbrennstoff benutzt wird, ist ein Material, dessen Kosten und Vorräte abhängig von nicht-technischen Faktoren sind, die deren Gebrauch inakzeptabel bei Anlagen wie Hochöfen machen, die unter sehr komplizierten Gleichgewichtsbedingungen arbeiten. Andere Typen von Hilfsbrennstoffen wurden bereits untersucht: Kohle-Wassergemische und Kohle-Teergemische waren aus einer Vielzahl von Gründen interessant, im wesentlichen was Kosten, Qualität und Verfügbarkeit anging.

Ging es dagegen um Kohle-Teergemische, so ist bis heute eine Begrenzung in der Tatsache zu sehen, daß dann, wenn der Kohlegehalt des Gemisches 40 Gew.-% überschreitet, die scheinbare Viskosität des Gemisches sehr schnell zunimmt, mit dem Ergebnis, daß etwa 50% (Gewicht) Feststoffe das Gemisch nicht mehr pumpbar sein lassen. Oberhalb 40% (Gewicht) Feststoffe steigt auch die scheinbare Dichte des Kohlen- Teergemisches merklich mit der Zeit. Dies scheint auf der Absorption des Teers in den Kohlenporen zu beruhen, wodurch der prozentuale (Volumen) Anteil der Kohle im Gemisch merklich erhöht wird.

Aufgrund dieser Schwierigkeiten, die kürzlich in den Veröffentlichungen S44 und S108 anläßlich der 103. und 105. Meetings von ISIJ (April 1982 und April 1983) jeweils mitgeteilt wurden, konnte der Kohlengehalt der Kohlen-Teergemische, wie sie in industriellen Versuchen in Japan an einem 5050 m³ Hochofen unternommen wurden, 43 Gew.-% nicht überschreiten (Proceedings, Fifth International Symposium on "Coal Slurry Combustion and Technology" 25-27/4/83, Tampa, USA, Band 1, Seiten 361 ff).

Im Gegensatz zu dem, was im Stand der Technik wiedergegeben wurde, hat sich jedoch überraschend herausgestellt, daß eine gegebene Kohlenkorngrößenverteilung die Produktion von Kohlen- Teergemischen ermöglichte, die mehr als 50% Kohle enthielten und eine Viskosität derart aufwiesen, daß das Gemisch leicht pumpbar und einblasbar bzw. einspritzbar war, ohne daß merkliche Veränderungen über die Zeit sich einstellten.

Gegenstand der Erfindung ist es also, durch Optimieren der Mahlbedingungen eine Korngrößenverteilung der Kohle zu erreichen, die zusammen mit Teer vermahlen wurde, die besonders geeignet für die Produktion von Kohlen-Teergemischen mit hohen Feststoffgehalten (größer 50 Gew.-%) ist, die pumpbar sind und die sich leicht in den Hochofen einblasen oder einführen lassen.

Erfindungsgemäß wird Kohle mit weniger als 20 mm Abmessungen, die gewählt ist aus kokenden Kohlen, schwierig zu verkokenden Kohlen, metallurgischem Koks und Petrolkoks an eine Mühle zusammen mit Teer gegeben und wird auf die folgenden Korngrößenverteilungen vermahlen:

- mehr als 500 µm0 (Gew.-%) - 500 bis 250 µm1-2 (Gew.-%) minus 500 plus 250 . . .
- 250 bis 88 µm3-7 (Gew.-%) - 88 bis 44 µm9-18 (Gew.-%) - 44 bis 11 µm40-50 (Gew.-%) - feiner als 11 µm30-45 (Gew.-%)

Auf diese Weise ist, abhängig vom Typ der verwendeten Kohle, die tatsächlich erhaltene Korngrößenverteilung sowie die Menge der Kohle im Gemisch sowie die scheinbare Dichte (Haake MV II P, bei 70°C, 1800 s, 28 s^-1) zwischen 800 und 1200 cP etwa, mit guter Stabilität bis zu vierzehn Tagen ohne Rühren und bis zu etwa dreißig Tagen unter leichtem Rühren. Die Korngrößenverteilung nach der Erfindung ermöglichte es, hochofenbewährte Kohle-Teergemische, die bis zu 53,1% Kohle (Gewicht) enthielten, zu erreichen; darüber hinaus zeitigen Laborfluidität, Stabilität, Einblasbarkeit und Verbrennungsversuche die Möglichkeit, Kohlen-Teergemische zu verwenden, die wenigstens 55% Kohle (Gewicht) enthielten.

Das Erreichen der gewünschten Korngrößenverteilung muß natürlich, basierend auf dem Typ der verwendeten Mühle, den Mahlparametern und der Art der verwendeten Kohle, untersucht und studiert werden. Auf jeden Fall jedoch muß die oben angegebene Korngrößenverteilung erreicht werden.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung ohne sie zu begrenzen.

Im folgenden werden Bedingungen für zwei Arten von Kohle gegeben, die zu verschiedenen Gemischtypen geführt haben.

Beispiel 1

Eine bituminöse Kokskohle mit einem mittelhohen Anteil an Flüchtigem zeitigte die folgenden Merkmale:

Korngrößenanalyse
(Gew.-%)

+15 mm 0 -15 + 8 mm 7,08 -8 + 2,83 mm21,24 -2,83 + 1 mm24,57 -1 + 0,25 mm28,50 -0,25 mm18,61

Immediatanalyse
(Gew.-%)

Feuchtigkeit 3,0 Asche (Trockenbasis) 8,3 Flüchtige Materialien
(Trockenbasis)28,2 Fester Kohlenstoff C
(Trockenbasis)63,5

Elementaranalyse
(Gew.-% Trockenbasis (Tr))

Asche 8,3 C83,5 H 4,4 S 0,9 N 1,2 O 1,7

Hardgrove Grinding Index (HGI) 95 sowie ein Teer mit den folgenden Eigenschaften:

Chemische Analyse
(Gew.-%)

H₂O 5 C (Tr)94,5 H (Tr) 4,5 S (Tr) 0,5

Unlöslich in Xylol: 6%; Asche im Unlöslichen 0,15%; LHV (PCI): 36,98 JM/kg; spezifisches Gewicht: 1,17 kg/dm³; scheinbare Viskosität (70°C, 1800 s, 28 s^-1): 64 cP wurden zusammen in eine Vierkammerkugelmühle mit 0,42 m³ Kapazität und einer Kugelladung von 711 kg gegeben, wobei deren Größenstufung war

Die Mühle wurde bei 38 Umdrehungen pro Minute (75% der kritischen Geschwindigkeit) mit einem Produktionsdurchsatz von 100 kg/h betrieben.

Zwei Gemische, A und B, mit Feststoffkonzentration von etwa 43% und etwa 53% wurden jeweils hergestellt.

Die Merkmale dieser Gemische waren die folgenden:

Beispiel 2

Feinkoks mit den folgenden Charakteristiken:

Korngrößenanalyse
(Gew.-%)

+15 mm 0,46 -15 + 8 mm 0,10 -8 + 2,83 mm19,95 -2,83 + 1 mm35,20 -1 + 0,25 mm26,60 -0,25 mm17,69

Immediatanalyse
(Gew.-% Tr)

Kohlenstoff84 Flüchtiges Material2,40 Asche13,60

wurden zusammen mit dem Teer nach Beispiel 1 der gleichen Mühle zugeführt und wie nach Beispiel 1, jedoch bei einem Produktionsdurchsatz von 50 kg/h, vermahlen. Die erhaltenen Gemische - C und D - mit angestrebten Feststoffkonzentrationen von 44 und 53% hatten die folgenden Merkmale:

Die statische Stabilität, verstanden als die Fähigkeit des Gemisches, die kohlenstoffhaltigen Feststoffteile in Suspension zu halten und sie am Absetzen zu hindern, wurden an den Gemischen B und D gemessen. Der Versuch wurde mit einem Stahlzylinder von 3 mm Durchmesser und 20 g durchgeführt; dieser war nicht in der Lage, infolge seines Eigengewichtes eine Dicke von 180 mm des Gemisches zu durchdringen bzw. in dieses einzudringen, das im nicht gestörten Zustand gehalten wurde.

Anders ausgedrückt, wenn der Feststoffteil des Gemisches sich nicht absondert, dringt der Testzylinder vollständig in das Gemisch ein. Wenn dagegen die Feststoffe sich aussondern und auf dem Boden des Testbehälters abgeschieden werden, so hindert diese Schicht den Zylinder daran, völlig einzudringen. Die Anzahl von Millimetern, die über die freie Oberfläche des Gemisches hinausragen, stehen für das Stabilitätsmaß des Gemisches.

Die sich für die Gemische B und D ergebenden Werte sind wie folgt:

Statischer Stabilitätstest: mm, die nach w-Wochen nicht durchdrungen wurden

Diese Beispiele zeigen, daß die Mahlbedingungen die Korngrößenverteilung des vermahlenen Feststoffes beeinflussen; nur wenn die Korngrößenverteilung in die erfindungsgemäß angegebenen Bereiche fällt, werden Gemische mit für den Hochofengebrauch geeigneten Merkmalen, insbesondere hinsichtlich Pumpbarkeit und Viskosität erhalten, die so sein müssen, daß ein Pipelinetransport des Gemisches innerhalb des Radius von mehreren Kilometern, gefolgt vom Einblasen oder Einführen in die Hochofenblasdüsen, gewährleistet ist.

Ein Gemisch vom Typ B wurde in einer 3,5 t/h Pilotanlage in einer einwöchigen Versuchsreihe erzeugt; das resultierende Gemisch ohne Schwierigkeiten in zwei Blasdüsen eines Hochofens mittlerer Größe, die unter kleinem Abstand standen, eingeführt: 5500 tHM/24 h wurden erzeugt. Der Gemischdurchsatz lag zwischen 500 und 100 kg/h pro Blasform; die Blascharakteristiken waren: T = 1200°C, Feuchtigkeit 15 g/m³N; 0₂ : 21%.

Claims (1)

1. Kohle-Teergemisch mit hohem Kohlegehalt zum Einblasen als Hilfsbrennstoff in die Blasformen oder Düsen von Hochöfen, gekennzeichnet durch eine Korngrößenverteilung der Kohle innerhalb des folgenden Bereiches: +500 µm0 Gew.-% -500 + 250 µm1-2 Gew.-% -250 + 88 µm3-7 Gew.-% -88 + 44 µm9-18 Gew.-% -44 + 11 µm40-50 Gew.-% -11 µm30-45 Gew.-%,wobei das Gemisch mehr als 50 Gew.-% Kohle enthält und eine scheinbare Viskosität bei 70°C zwischen 800 und 1200 cP aufweist.