Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Koks, insbesondere Hochofenkoks, unter Verwendung größerer Anteile von schwach backender oder im Vergleich zu normal backender schwächer backender Steinkohle, bei dem Kohle-Aufgabematerial einer Kompaktierungsbehandlung zur Bildung von Preßkörpern unterzogen wird und aus dieser Behandlung hervorgehende Produkte als Füllgut für den Koksofen zur Verkokung in diesem verwendet werden.

Während die Anforderungen an die Festigkeit von Hochofenkoks mit der Vergrößerung der Hochöfen und ihrer spezifischen Durchsatzleistung steigen, nimmt in den wichtigsten Kohle fördernden Ländern die Menge der verfügbaren erstklassigen Kokskohle ab. In wachsendem Umfang müssen daher schwächer backende Steinkohlen, oft auch solche mit hohem Gehalt an flüchtigen Bestandteilen, an der Herstellung einer das Füllgut für den Koksofen bildenden Kokskohleneinsatzmischung beteiligt werden, so daß weitere technische Maßnahmen angewendet werden müssen, um auch unter diesen Bedingungen einen hochwertigen und stückfesten Hochofenkoks herstellen zu können.

Ein seit langem im Großbetrieb benutztes Verfahren zur Herstellung von hochwertigem Koks aus Kokskohlenmischungen, die zu einem erheblichen Teil oder auch überwiegend aus schwächer backender Kohle bestehen, ist der sog. Stampfbetrieb, bei dem durch Stampfen der Kokskohle außerhalb des Koksofens auf mechanischem Wege ein "Stampfkuchen" hergestellt wird, der in die Ofenkammer geschoben wird. Durch das "Stampfen" läßt sich die Koksofenfüllung gewichtsmäßig enhöhen, weil der Stampfkuchen ein Volumengewicht von etwa 1000 kg/m³ erreicht, während das Schüttgewicht von normal in die Kammer eingefüllter feuchter Kohle je nach Wassergehalt und Körnung nur 650 bis 750 kg/m³ beträgt. Diese beträchtliche Erhöhung des Schüttgewichtes beim Stampfbetrieb hat eine entscheidende Verbesserung der Koksqualität zur Folge.

Da der Stampfbetrieb hohe Anlage- und Betriebskosten bedingt, wurde vorgeschlagen, stattdessen die Kokskohle vor dem Einfüllen in den Koksofen durch Brikettierung in Doppel-Walzen-Pressen zu verdichten und die entstandenen Briketts unmittelbar in den Koksofen zu füllen. Dabei findet jedoch infolge der nur geringen Festigkeit.der durch Walzenpressen bei Normaltemperatur erzeugten Briketts ein so starker Zer--fall der letzteren statt, daß die Kammerfüllung lediglich 20 bis 30 % an Briketts, aber 70 bis 80 % an Feinkohle enthält. Daher erhöht sich die Verdichtung der Kammerfüllung nur um 10 bis 15 % gegenüber normalem Schüttbetrieb.

Um die Festigkeit der Briketts und damit ihren Erhaltungsgrad nach dem Füllen des Koksofens zu erhöhen, kann daran gedacht werden, die Kokskohle oder einen angemessenen Teil derselben mit Bindemittel wie Teer, Teerpech, Erdölrückständen u.dgl. in üblicher Weise bei 80 bis 90 ⁰ C zu brikettieren. Nachteilig ist dabei aber, daß hierdurch nicht nur erheblich höhere Kosten für das Bindemittel und für die Brikettierung bei entsprechend höheren Betriebstemperaturen entstehen, sondern daß auch Erschwernisse und Gefährdungen am Arbeitsplatz sowie Umweltbelästigungen infolge unvermeidbarer Emission von Teer- und Öldämpfen verursacht werden.

Es sind auch Verfahren zur Vorerhitzung von Kokskohle entwickelt worden, bei denen etwa 200° C heiße Kokskohle in die Koksöfen gefüllt werden kann. Hierdurch wird eine Erhöhung des Schüttgewichts der Kohle gegenüber der Verkokung feuchter Kokskohle im Schüttbetrieb um 10 bis 15 % und eine entsprechende Verbesserung der Koksfestigkeit erzielt. Jedoch sind die Anlage- und Betriebskosten einer Kokerei mit Vererhitzung der Kokskohle erheblich höher als die des normalen Schüttbetriebes. Sie dürften in der Größenordnung des "Stampfbetriebes" sogar noch höher liegen.

Arfgabe der Erfindung ist es, bestehende Schwierigkeiten und Nachteile bei der Herstellung von Koks, insbesondere Hochofenkoks, zu überwinden und dabei einen Weg zu eröffnen um mit vertretbarem Aufwand bei Verwendung schwächer backen. der Steinkohle ein Einsatzgut für Koksöfen zu erhalten, be. dem durch einen Kompaktierungsvorgang gebildete Preßkörper so beschaffen sind, daß sich ein günstiger Füllgrad bzw. ein günstiges Füllgewicht bei der Beschickung des Koksofen₃ und damit eine hohe Koksfestigkeit erreichen läßt. Mit die ser Aufgabe zusammenhängende weitere Probleme, mit denen sich die Erfindung befaßt, ergeben sich aus der jeweiligen Echauterung der aufgezeigten Lösung.

Die Erfandung berücksichtigt die Erkenntnis, daß eine opti- maie Erhöhung der Kammerfüllung bzw. des Schüttgewichts un 20 bis 40 % erreicht werden könnte, wenn 60 bis 70 % der Baketts unzerstört in die Kammer gelangen würden und der Zwschenraum entsprechend ausgefüllt wird. Bei einem Ver- fahren der eingangs genannten Art sieht die Erfindung vor, daß das Aufgabematerial bei der Kompaktierung sowohl einen eine gaführte Vorschubbewegung des Materials in einer Haup pcebrichtung erzeugenden Druck als auch einer den Zusammeit" schluß der Materialpartikel zusätzlich verstärkenden Kraft wirdung in von der Hauptpreßrichtung abweichender Richtung im Sinne einer Schub- bzw. Scherbeanspruchung und/oder einer drehenden Beanspruchung unterworfen wird.

Bei einer solchen Behandlung des Aufgabematerials sind nicht nur in einer Richtung oder, wie bei einer Doppelwalzenpresse, in einander entgegengesetzten Richtungen wirkende Kräfte vorhanden, sondern es werden auf das Material gleichzeitig Kräfte zur Einwirkung gebracht, welche die Teile des Materials schiebend und/oder drehend beanspruchen. Hierdurch wird ein besonderer Mechanismus der gegenseitigen Anlagerung und Verbindung der verschiedenen und unterschiedlich großen Kohlekörner erreicht, etwa im Sinne einer "Verzahnung" derselben. Es ergeben sich dabei Preßkörper mit einer hohen Festigkeit, so daß ein sehr guter Erhaltungsgrad der Preßkörper im Füllbetrieb erzielt wird, auch wenn dieselben bei der Beschickung der Koksöfen mittels Füllwagen, ggfs. nach einer Zwischenbunkerung, mehrfach aus mehr oder weniger großer Höhe herabfallen.

Bei der erläuterten Art der Kompaktierung läßt sich durch die Beanspruchung des Aufgabematerials auch eine Erwärmung des letzteren wie mit ihm in Berührung kommender Elemente bewirken. Dies fördert die Entstehung einer harten Außenhaut der Preßkörper.

Je nach den Gegebenheiten können die nach dem erläuterten Verfahren hergestellten Preßkörper allein das Füllgut.für der koksofen ausmachen oder denselben kann auch noch nicht konpaktiertes Material, z.B. Feinkohle, zugegeben werden. Ob man die Preßkörper allein als Füllgut verwendet oder ob man sie mit Feinkohle mischt, hängt von den Eigenschaften der komponenten ab. Die Zumischung von starkbackenden Kohlen zu den aus schwächer backenden Kohlen nach dem beschrie- beaen Verfahren hergestellten Preßkörpern kann sich auf die kokafestigkeit günstiger auswirken, als wenn man die Mischung beicer Kohlen vollständig kompaktiert.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird besonders günstig in der Weise durchgeführt, daß das Material bei der Vorschubbewegung in der Hauptpreßrichtung strangartig geformt und an- schließend einer zur Unterteilung in Stücke führenden Einwirkung ausgesetzt wird. Diese Einwirkung kann eine schneidende, zerteilende oder brechende sein, der der gebildete Strang unterworfen wird, oder es kann insbesondere so sein, daß der sid bildende Strang der Einwirkung der Schwerkraft ausge- satzt wird, so daß unter deren Einfluß jeweils ein Abbrechen einzelner Stücke stattfindet. Dazu wird die Hauptpreßrichtur.g zweckmabing im wesentlichen vertikal nach unten gewählt und den Strang ein ausreichender freier Weg belassen, auf dem er nicht unterstützt oder sonstwie gehalten ist.

In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens sieht die Erfindung vor, daß dem Material während des Kompaktierungsvorganges Wärme zugeführt wird. Dies kann z.B. durch Strahlung oder durch Verwendung von mit dem Aufgabematerial in Berührung kommenden Elementen als Wärmequelle durchgeführt werden. Die Wärmezufuhr trägt weiterhin zur Erhöhung der Festigkeit bei und ergibt insbesondere eine harte Außenschale der Preßkörper.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich mit Kohle in dem Zustand durchführen, wie sie anfällt, d.h. mit etwa 6 bis 12 % Feuchtigkeit. Es kann aber auch von Vorteil sein, getrocknete und auf über 100° C vorgewärmte Kohle enthaltendes oder durch diese gebildetes Aufgabematerial zu verwenden, obwohl sich dann die Kompaktierung nur bei Zusatz von Stoffen durchführen läßt, die als Gleitmittel wirken. So wurde gefunden, daß es zweckmäßig ist, dem Aufgabematerial vorgetrocknete Braunkohle zuzusetzen, wobei der Anteir der letzteren an der Mischung des Aufgabematerials 4 bis 8 Gewichtsprozent betragen kann. So läßt sich beispielsweise bei einer getrockneten und auf über 100° C vorgewärmten Kokskohlen-Mischung mit einem größeren Anteil harter, hochflüchtiger Kohle durch einen geringen Zusatz von vorgetrockneter Braunkohle ebenfalls die benötigte Festigkeit der Preßkörper erzielen.

Die Erfindung sieht weiterhin vor, daß dem Aufgabematerial, insbesondere wenn es sich dabei um getrocknete und auf über 100° C vorgewärmte Kohle handelt, ein Zusatz von zerkleinerten hochschmelzenden Kohlenwasserstoffen zugegeben wird, z.B. von gemahlenem Hartpech, Hartbitumen oder Kohleextrakt. Ein solcher Zusatz, der insbesondere etwa 2 bis 6 % des Aufgabematererials betragen kann, wirkt sich besonders günstig auf die Koksfestigkeit aus, da diese festen Kohlenwasserstoffe als "Backbitumen" wirken.

Der Zusatz von zerkleinerten festen Kohlenwasserstoffen kommt aber zum Zwecke der Koksverbesserung auch bei der Kompaktierung schwachbackender Kohle ohne vorherige Trocknung und Erwärmung in Betracht, sowohl wenn die Preßkörper allein als auch wenn sie in Mischung mit besser backender Feinkohle als Füllgut für Koksöfen verwendet werden.

In besonders vorteilhafterweise wird für den KompaktierungsVorgang eine nach Art einer Kollerpresse ausgebildete Vorrichtung verwendet, die eine Matrize mit Kanälen und wenigstens ein relativ zur Matrize im Bereich der Kanäle der Ietzteren drehbares Preßrad od.dgl. aufweist. Es kann sich cabei insbesondere um eine Vorrichtung mit einer horizontal angeordneten, feststehenden, vertikale Kanäle aufweisenden Matrize handeln, auf der ein als Kollergang ausgebildetes Walzenpaar umläuft. Es ist aber auch möglich, eine Vorrichtung zu verwenden, bei der eine Matrize mit Kanälen unter einem sich auf der Stelle drehenden Walzenpaar in Umdrehung versetzt wird.

In jedem Fall werden bei Verwendung einer solchen Vorrichtung für das Kompaktieren des Aufgabematerials die in den verschiedenen Richtungen wirkenden Kräfte innerhalb desselben erzielt, die ein Einsatzgut für Koksöfen mit den gewünschten Eigenschaften in der weiter oben erläuterten Weise ergeben.

Um dem Material im gewünschten Fall Wärme zuzuführen, kann bei Verwendung einer Vorrichtung der angegebenen Art wenigstens einer der beiden relativ zueinander drehbaren Teile (Matrize, Preßrad) während des Arbeitens derselben beheizt werden, insbesondere mit Hilfe elektrischer Heizelemente od.dgl.

Eine zur Erzielung eines möglichst hohen Schüttgewichts in der Kokeofenkammer günstige Ausführungsweise des Verfahrens besteht darin, daß Preßkörper unterschiedlichen Stückgewichts und/oder unterschiedlicher Größe gleichzeitig hergestellt werden.

Eine vorteilhafte Vorrichtung zur Bildung von Preßkörpern, die eine mit Kanälen versehene Matrize und wenigstens ein das Aufgabematerial durch die Kanäle drückendes Element aufweist, insbesondere eine als Kollerpresse ausgebildete Vorrichtung, kennzeichnet sich gemäß der Erfindung dadurch, daß die Matrize Kanäle unterschiedlichen Durchmessers aufweist. Dabei haben die Kanäle insbesondere auch unterschiedliche Längen.

Eine solche Vorrichtung eignet sich insbesondere zur Durchführung des erläuterten Verfahrens. Mit ihr lassen sich in einem Arbeitsgang unterschiedliche Preßkörper zwecks Erzielung eines hohen Schüttgewichts in der Koksofenkammer erzeugen. Darüber hinaus kommt der Vorrichtung aber auch Bedeutung zur Herstellung von Preßkörpern unterschiedlichen Gewichts oder unterschiedlicher Größe aus anderem Aufgabematerial und für andere Verwendungszweoke zu.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung mit darin wiedergegebenen Ausführungsbeispielen weiter erläutert. Es zeigen:

• Fig. 1 schematisch das Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einer Ausführungsmöglichkeit,
• Fig. 2 eine weitere Ausführungsmöglichkeit des Verfahrens,
• Fig. 3 eine Draufsicht zu Fig. 2
• Fig. 4 eine Ausführung einer bei dem Verfahren zu verwendenden Vorrichtung, größtenteils im Schnitt,
• Fig. 5 eine vorteilhafte Ausbildung einer Matrize in Draufsicht und
• Fig, 6 einen Schnitt nach der Linie VI - VI in Fig. 5 in etwas anderem Maßstab.

Wie Fig. 1 veranschaulicht, wird dem Aufgabematerial A bei der Kompaktierung durch in einer Hauptpreßrichtung P wirkende Druckkräfte D eine Vorschubbewegung in der Hauptpreßrichtung erteilt, und es werden auf das Aufgabematerial außerdem Kräfte zur Einwirkung gebracht, deren Richtung von der Hauptpreßrichtung P abweicht bzw. quer dazu verläuft, wie durch den Pfeil S angedeutet ist, so daß das Aufgabematerial bei der Pressung zugleich eine Schub- oder Scherbeanspruchung erfährt. Solche Vorschub- und Querkräfte lassen sich auf verschiedene Weise erzeugen.

Fig. 1 zeigt einen auf der Oberseite eines Formzeuges M, etwa einer Platte, verschiebbaren Körper G mit keilförmig geneigter Vorderseite, der bei einer Bewegung in Richtung des Pfeiles Z durch sein Eigengewicht oder sonstige Belastung in der erläuterten Weise auf das Aufgabematerial A einwirkt und dieses dabei durch eine Öffnung K in dem Formzeug M hindurchdrückt. Vorteilhaft hat diese öffnung einen runden, namentlich kreisförmigen Querschnitt. Dadurch lassen sich außer linearen Schub- oder Scherwirkungen auch drehende Beanspruchungen im Aufgabematerial erzielen. Der Körper G kann auch an beiden Enden abgeschrägt sein, wie gezeigt ist, und kann dann im Sinne des Doppelpfeiles Z' hin und her verschiebbar sein.

Die Fig. 2 und 3 veranschaulichen eine Ausführungsweise des Verfahrens, bei der die dem Aufgabematerial A mitzuteilender Beanspruchungen durch einen radartigen Körper R aufgebracht werden, der auf einer horizontalen Achse C drehbar ist, die um eine vertikale Achse E (Fig. 3) schwenkbar bzw. mittels einer solchen Achse im Sinne des Pfeiles U drehbar ist, so daß der Radkörper R über eine wiederum in einem Formzeug M vorgeschene Öffnung K hinwegbewegt werden kann. Die vertikale Achse E hat einen Abstand von der Öffnung K. Die Breite des Radkörpers R ist größer als der Durchmesser der im Quer- schnitt kreisförmigen Öffnung K. Mit Bezug auf diese Öffnung und das Aufgabematerial ist also keine einfache Abrollbewegang vorhanden, sondern es tritt eine kombinierte Bewegung mit einem schiebenden Anteil ein, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, in der strichpunktiert zwei weitere Stellungen des Radkörpers R wiedergegeben sind. Somit ergeben sich auch bei einer' solchen Ausführungsweise außer kompaktierenden Druckkräften D (Fig. 2), die dem Aufgabematerial zugleich eine Vorschubbewegung in einer Hauptpreßrichtung P erteilen, zusätzliche, in von der Hauptpreßrichtung abweichenden Richtungen wirkence Kräfte, wie solche z.B. schematisch bei dem Pfeil angedeutet sind, die das Aufgabematerial einer Scherung bzw. Schubbeanspruchung und hier auch einer drehenden Beanspruchung anterwerfen.

Der aus der Öffnung K austretende kompaktierte Strang bricht jeweils nach einer gewissen Länge von selbst ab oder kann durch einen kurzen Schlag zum Abbrechen gebracht werden, so daß einzelne Preßkörper entstehen.

Fig. 4 zeigt eine für das erfindungsgemäße Verfahren geeignete Vorrichtung in ihrer Gesamtheit. Diese enthält ein Gehäuse mit einem z.B. einen geschlossenen Mantel 2 oder mehrere Beine aufweisenden Untersatz 1 und einen Oberteil 3. Beide Teile sind durch eine Flanschverbindung 4 lösbar miteinander verbunden. In eine Aufnahme 5 des Unterteils 1 ist eine z.B. aus Stahl bestehende Matrize 6 eingesetzt, die in einem kreisringförmigen Bereich B eine Vielzahl von Kanälen 7 enthält, deren Gestalt im wesentlichen zylindrisch ist. Auf der Oberseite der Matrize 6 laufen bei der gezeigten Ausführung zwei Preßräder 8, deren Breite jeweils etwas größer als die Breite des die Kanäle 7 enthaltenden Ringbereiches B ist, so daß letzterer beim Umlauf der Preßräder 8 voll überdeckt und dabei mit dem vom Gewicht der Preßräder und dem sich aufbauenden Preßdruck beaufschlagt wird.

Die Preßräder 8 sind drehbar auf einer horizontalen Achse gelagert, die vom unteren Teil 9 einer vertikalen Welle 10 gehalten ist. Die Welle 10 läuft in Axial- und Radiallagern 11, 12 und trägt ein drehfest mit ihr verbundenes Zahnrad 13, das über weitere lediglich durch strichpunktierte Linien 14 angedeutete Getriebeglieder, z.B. Zahnräder, von einem Elektromotor 16 drehend antreibbar ist, wobei ein auf der Ausgangswelle des letzteren sitzendes Ritzel mit der Ziffer 15 bezeichnet ist.

In den im übrigen geschlossenen Arbeitsraum der Preßräder 8 kann durch einen Einlaß 17 Aufgabematerial, etwa schwächer backende Steinkohle in körniger Form und mit normaler Feuchtigkeit, eingeführt werden. Die Größe des Einlasses kann mittels eines nicht dargestellten Schieber od.dgl. verändert oder abgesperrt werden. Das Aufgabematerial wird von den Preßrädern 8 bei deren Umlauf in die Kanäle 7 der Matrize 6 gepreßt, wie dies weiter oben prinzipiell in Verbindung mit den Fig. 2 und 3 erläutert worden ist, und verläßt dieselben in Form von festen Preßsträngen. Diese brechen nach Erreichen einer gewissen Länge unter der Wirkung der Schwerkraft und/oder unter der Einwirkung anderer Einflüsse ab, so daß sich einzelne Stücke ergeben, die in Richtung der Pfeile F in einen sich anschließenden Raum 20 fallen, z.B. einen Schacht, der sich oberhalb des Füllwagens einer Koksbatterie befindet oder durch den Preßkörper unmittelbar oder über eine Transporteinrichtung zu einem Bunker gelangen können.

3ei der dargestellten Ausführung der nach Art einer Kollerpresse ausgebildeten Vorrichtung ist die Matrize 6 außerdem ncch mit einer Heizeinrichtung versehen, die weitgehend schematisch mit dem Buchstaben H angedeutet ist, wobei Energiezuleitungen mit der Ziff. 18 bezeichnet sind. Es kann sich dabei um eine Widerstandsheizung, um eine induktive Heizeinrichtung oder um eine sonstige geeignete Ausführung handeln, wobei weiterhin die Möglichkeit besteht, die gesamte Matrize oder aber nur die Umgebung der Kanäle 7 zu beheizen.

Durch die auf diese Weise ermöglichte zusätzliche Wärmezufuhr zum Aufgabematerial während des Kompaktierungsvorganges kann dieser je nach den Gegebenheiten noch intensiviert werden, wobei sich die Temperatur entsprechend der Art des jeweiligen Aufgabematerials wählen läßt, namentlich so, daß der Erweichungspunkt des Materials oder eines Bestandteiles desselben erreicht oder überschritten wird. Dies führt während der Preßformung zu Schmelz- und Verschweißerscheinungen, namentlich im Bereich der Randzone.

Im Sinne der Erzielung eines möglichst hohen Schüttgewichts in den Koksofenkammern kann es von Vorteil sein, wenn eine Matrize für die Herstellung der Preßkörper Kanäle mit unterschiedlichem Durchmesser aufweist, so daß unterschiedlich große bzw. schwere Preßkörper gleichzeitig in ein und demselben Herstellungsgang erhalten werden.

Als Beispiel hierfür zeigen die Fig. 5 und 6 jeweils einen Teil einer Matrize 21, namentlich einer Matrize für eine Kollerpresse der in Fig. 4 gezeigten oder ähnlichen Art, die zwei Gruppen von Kanälen 22 und 23 mit verschiedenen Durchmessern D1 und D2 aufweist. Mit dem Ausdruck Kanal ist dabei jeweils ein zylindrischer, den eigentlichen Kompaktierungsraum darstellender Teil des gesamten Durchlasses in der Matrize 21 gemeint. Bei der gezeigten Ausführung schließen sich daran konische Bereiche 24, 25 und zylindrische Endbereiche 26, 27 an. Die Kanäle 23 mit dem größeren Durchmesser D2 sind länger als die Kanäle 22 mit dem kleineren Durchmesser D1. Statt zwei Gruppen von Kanälen mit verschiedenen Durchmessern kann die Matrize auch mehr Gruppen mit weiteren unterschiedlichen Abmessungen aufweisen.

Alle in der vorstehenden Beschreibung erwähnten bzw. in der Zeichnung dargestellten Merkmale sollen, sofern der bekannte Stand der Technik es zuläßt, für sich allein oder auch in Kombinationen als unter die Erfindung fallend angesehen werden.