KBS Kokereibetriebsgesellschaft Schwelgern 5 th International Freiberg Conference; Sonderkolloquium 60. Jahrestag erster Braunkohlenkoks Leipzig, May, 22 th , 2012 Liszio 1 Heutige Qualitätsanforderungen an HOCHOFENKOKS KBS Kokereibetriebsgesellschaft Schwelgern
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5th International Freiberg Conference; Sonderkolloquium 60. Jahrestag erster Braunkohlenkoks Leipzig, May, 22th, 2012 Liszio
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Heutige Qualitätsanforderungen an HOCHOFENKOKS
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Agenda
o Deutsche Roheisen- und Koksproduktion
o Funktionen des Hochofenkokses im modernen Hochofenbetrieb
o Parametrierung der Hochofenkoks-Qualität
o Verfahrenstechnische Beeinflussung der Koksqualität
o Zusammenfassung
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Agenda
o Deutsche Roheisen- und Koksproduktion
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Blast Furnaces in Operation and Aveage Production per Blast Furnace and Year in Germany
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Prof. Dr. Schmöle, TKSE
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Coke production in Germany and consumption by the German steel industry
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Location of coke oven plants in Germany
VDEh, Dr. Bodo Lüngen
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Operated coke oven plants in Germany
Company Location Capacity,
million t/a
Production 2011,
million t Coke dry Remarks
Hüttenwerke Krupp
Mannesmann (HKM)
Duisburg
Huckingen 1.10 1.16
Salzgitter Flachstahl Salzgitter 1.50 1.50
Pruna/KBS Duisburg
Schwelgern 2.82 2.48
Zentralkokerei Saar Dillingen 1.30 0.96 Partly under
repair
Arcelor Mittal Prosper Bottrop 2.00 1.90
Total 8.50 7.99
Dr. Bodo Lüngen, VDEh
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Coke production in Germany and coking coal supply in 2011
Dr. Bodo Lüngen, VDEh
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Injection coal and external coke supply to the German iron and steel works in 2011
Dr. Bodo Lüngen, VDEh
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Agenda
o Funktionen des Hochofenkokses im modernen Hochofenbetrieb
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Blast furnaces at ThyssenKrupp Steel (up to 2009)
active active active
HO 1 HO 2 HO 4
Schwelgern Works
10,0 m
16,0 m
13,6 m
4,4 m 14,9 m 4,6 m
17,2 m
28,2 m
11,0 m
2,2 m
26,9 m
3,0 m
4.769 m3 3.844 m3
HO 8 HO 9
Hamborn Works
active
4,0 m
23,1 m
7,5 m
10,2 m
11,8 m
2,2 m
1.833 m3
active
4,2 m
24,4 m
7,5 m
12,5 m
2,41 m
2.112 m3
3,7 m
23,5 m
7,5 m
10,6 m
12,2 m
2,0 m
2.030 m2
10,7 m
10,0 m
16,0 m
13,6 m
3.844 m 3
2,2 m
10,0 m
16,0 m
13,6 m
3.844 m 3
2,2 m
10,0 m
2,2 m
10,0 m
Stand by
OxyCup
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Entwicklung der Hochofengröße in Deutschland (1960 – 1993)
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Gas distribution in the BF shaft
Gas distribution in the melting and softening zone
Support of the burden column
Regeneration of CO2 (Boudouard - Reaction), Direct reduction
Energy input
Vertical and horizontal drainage for liquid products
Carburization of the hot metal
Roles of coke in the blast furnace
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Gasverteilung innerhalb eines Großhochofens
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Agenda
o Parametrierung der Hochofenkoks-Qualität
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Quality parameters of coke
I40, I10
CSR /
CRI
Medium grain size,
grain structure,
grain size distribution
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Kaltfestigkeits-Kennwerte des Kokses aus der IRSID-Trommel
50 kg Koks bei 40 mm Siebmaschen- weite klassiert
Koks wird für 500 Umdrehungen getrommelt (d=1000 mm)
Koks wird anschließend wieder bei 40 mm abgesiebt; Prozentsatz größer 40mm in % ist I40
Siebdurchgang wird nochmals bei 10 mm klassiert; Prozentsatz kleiner 10 mm in % ist I10
I40: Stückfestigkeit
I10: Abriebfestigkeit
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Heißfestigkeit und Reaktivität nach NSC-Test
200 g Koks mit mind. 20 mm Durchmesser werden in einer Retorte auf 1100 °C erhitzt.
Zugleich wird der Koks mit einem künstlichen Gichtgas aus N2 und CO2 für 2h beaufschlagt:
C(s) + CO2(g) <=>2 CO(g)
Anschließend wird der verbleibende Koks erneut verwogen; der Massenschwund in Prozent ist ein Maß für die Reaktivität:
Coke Reactivity Index; z.B: CRI = 19 %
Im Anschluss wird der Koks in einer kleinen Trommel mit 600 Umdrehungen getrommelt.
Es folgt eine Absiebung bei 10 mm; Koksanteil größer 10 mm in Prozent ist der CSR.
Coke Strength after Reaction; z.B. CSR = 65 %
CRI: Reaktivität CSR: Heißfestigkeit
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I40, I10
CSR /
CRI
Voidage high
Gas permeability high
Drainage high
Gas permeability
Grain size
distribution
Grain size
distribution
Charged coke
Coke – Good size distribution, high I40 and high CSR
Liquid products
Gas permeability
Grain size
distribution
Good coke = excellent BF performance!
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Correlation of BF performance and coke quality parameters
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Boudouard-Reaction: C + CO2 T, Catalysis
2 CO
Catalysts: Fe, Ca, Mg, Na, K, SO3, …
ΔHR = 40,5 kcal/kmol
Coke reactivity and its relevance for BF operations
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KTK-Kokerei August Thyssen
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70 m
Löschturm Kokerei August Thyssen CSQ - Turm Schwelgern
Vergleich von Löschtürmen
40 m
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CSQ-Quenching Car
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Fackel
Hochofengas
Strom
E-Turbinen
Energieverbund im integrierten Hüttenwerk TKSE
Kokskohle Kohle Koks Erdgas
Fernwärme Techn. Gase
Koks- gas
Fackel
Konvertergas ISRG- Dampf
Dampf
Roheisen
2 Stahlwerke
Fremde
TKS-CS Verbraucher Incl. Eigenbedarf Kokerei und Hochofen
Mischgas- stationen
2 Kraftwerke
Ersatzgas- stationen
Kokerei
4 Hochöfen
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• Gas combustion inside the furnace
• It does not recover COG gas
• It does not recover Tar, BTX, NH3
• Heat Recovery Power Generation
• Negative pressure inside the furnace
• No door emissions
• No auxiliary fuels
Argumente für den Heat-Recovery-Prozess
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Agenda
o Zusammenfassung
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• Die Qualitätsanforderungen an den Hochofenkoks korrelieren mit den Hochofendimensionen und stehen im Mittelpunkt einer betriebswirtschaftlichen Optimierung der Roheisenproduktion.
• Guter Hochofenkoks lässt hohe Einblasraten an Kohle oder anderen C-Trägern bei gleichzeitig geringem Verbrauch an Gesamt-Reduk- tionsmitteln zu (z.B. 480 kg Cges/tRE und 160 kg Einblaskohle/tRE).
• Guter Hochofenkoks hat neben geringen Nässe-, Asche-, Schwefel-, und Phosphor-Werten vor allen Dingen: - hohe Kaltstückfestigkeiten bei hoher Abriebfestigkeit (I40>56%)
- hohe Heißfestigkeiten und milde Reaktivität (CSR>65%;CRI<21%) - große Stückigkeit bei homogenem Kornband (D50 >52 mm). • Bestehende Kokereien haben kaum verfahrenstechnische Chancen
die Koksqualität positiv zu beeinflussen.
• Die maßgebliche Stellgröße zur Optimierung der Hochofenkoks- qualität bleibt der Rohstoff, dessen Bedeutung vom Markt leider erkannt worden ist (Premiumkohle: 204 $/t; Mai 2012)
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