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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von
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Produkten aus wenigstens teilweise körnigem oder pulverartigem Einsatzgut
Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von
Produkten, vornehmlich stückigen Körpern, aus wenigstens teilweise körnigem oder
pulverartigem Einsatzgut, insbesondere kohlenstoffhaltigem Material, namentlich
Brennstoff, wobei das Einsatzgut unter mechanisch aufgebrachtem Druck zu einem sich
fortlaufend bildenden und dabei eine Vorschubbewegung erfahrenden strangartigen
Produkt preßgeformt wird, das anschließend eine Aufteilung oder Stückelung erfährt.
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Es ist bekannt, pastoses oder körniges Gut mittels eines beweglichen
Preßorgans durch oeffnungen in einer Preßform hindurchzudrücken, wobei das Gut verdichtet
wird und in strangartiger Form aus den Öffnungen austritt. Nach dem Verlassen der
Preßform ergibt sich durch Abbrechen eine Stückelung des geformten Gutes. Eine solche
Arbeitsweise hat u.a. besondere Bedeutung für die Herstellung von Formlingen aus
Kohle oder kohlenstoffhaltigem Einsatzgut, die zur Erzeugung von Gas verwendet werden
sollen.
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Ziel der Erfindung ist es, einen günstigen Weg zu finden, um körniges
oder pulverartiges Gut, insbesondere Kohlenstoffmaterial, so zu kompaktieren, daß
sich ein Produkt ergibt, das eine gewisse Widerstandsfähigkeit gegen mechanisches
Zerfallen besitzt. Vornehmlich soll an dem Produkt eine verhältnismäßig feste bzw.
den Zusammenhalt des gebildeten Körpers sichernde und möglichst auch ein Eindringen
von
Wasser verhindernde Umfangsfläche erzeugt werden. Ein besonderer Aspekt der Erfindung
ist darin zu sehen, daß unter Verwendung von wenigstens teilweise aus kohlenstoffhaltigem
Material bestehendem Einsatzgut eine günstige Herstellung von stückigen Körpern
ermöglicht werden soll, die vorteilhafte Eigenschaften gerade auch im Hinblick auf
eine weitere Behandlung oder Verarbeitung aufweisen. Dies gilt namentlich für die
Verwendung solcher Körper zur Erzeugung von Gas. Mit der Erfindung soll weiterhin
eine vorteilhafte Vorrichtung zur Herstellung eines Produkts der genannten Art geschaffen
werden. Mit der Gesamtaufgabe in Verbindung stehende weitere Probleme, mit denen
sich die Erfindung befaßt, ergeben sich aus der jeweiligen Erläuterung der aufgezeigten
Lösung.
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Die Erfindung sieht vor, daß Einsatzgut mit einem ein temperaturabhängiges
Erweichungs verhalten zeigenden Bestandteil verwendet wird und daß dieses Einsatzgut
wenigstens auf einem Teil seines bei der Preßformung zurückzulegenden Weges über
seinen ganzen Umfang einer Wärmeeinwirkung ausgesetzt wird. Vorzugsweise wird durch
die Wärmeeinwirkung bei der Preßformung nur eine Erhitzung der äußeren Randzone
des sich bildenden Produkts vorgenommen. Das Einsatzgut kann pulverförmig, feinkörnig
oder körnig sein und auch unterschiedlich große Partikel enthalten.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren findet während des fortlaufenden
Preßformvorganges, bei dem das entstehende strangartige Produkt eine Vorschubbewegung
erfährt, über den gesamten Umfangsbereich desselben durch den unter der Wärmeeinwirkung
erweichenden und nach Beendigung dieser Einwirkung wieder erstarrenden Bestandteil
die Bildung einer weitgehend geschlossenen und glatten Außenschicht statt, die nach
Vollendung des Preßformvorganges und dem Aufhören der Wärmebeeinflussung fest wird
und dadurch eine von dem entstandenen Produkt selbst erzeugte "Verpackung" für dasselbe
bildet. Auf diese Weise hergestellte Körper sind widerstandsfähig gegen mechanische
Einwirkungen, so daß sie Transportvorgänge aushalten können, ohne zu zerfallen.
Weiterhin läßt sich durch das Verfahren auch ein Schutz gegen Eindringen von Wasser
in die Umfangsfläche des Produkts erreichen.
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Das Verfahren ist grundsätzlich für Einsatzgut verschiedener Art geeignet,
so namentlich auch zur Herstellung von Körpern aus einem Eisenpulver oder anderes
Metallpulver enthaltenden oder von diesem überwiegend gebildeten Einsatzgut. Wenn
das Einsatzgut selbst keinen Bestandteil mit einem geeigneten temperaturabhängigen
Erweichungsverhalten enthält, so kann ihm vor der Preßformung ein Zusatz beigegeben
werden, der sich in der.gewünschten Weise thermoplastisch verhält und zur Bildung
eines den Zusammenhalt des Produkts sichernden Mantels führt. Ein solcher Zusatz
kann z.B. ein
Kunststoffmaterial sein. Die Art des Zusatzes läßt
sich dabei auch nach den Erfordernissen der weiteren Verarbeitung oder Behandlung
des hergestellten Produkts wählen.
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Ein besonders wichtiges Einsatzgut für das Verfahren ist Steinkohle,
allein oder zusammen mit anderem Material. Kohlen, die in kaltem Zustand keine Bindefähigkeit
haben, erhalten eine solche bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durch die erhöhte
Temperatur bei der Wärmebeeinflussung während des Preßformvorganges. Dabei ergibt
sich durch einen in der Kohle vorhandenen Wachs-Harz-Komplex eine Wirkung, die sich
als autogenes Verschweißen oder Verschmelzen im Oberflächen-bzw. Randbereich bezeichnen
läßt. Nach dem Aufhören der Wärmeeinwirkung kommt es dann sogleich zu einer Erstarrung
dieser Bereiche, so daß damit ein geformtes Kohleprodukt erzielt wird, das eine
im wesentlichen glatte bzw. zusammenhängende Oberfläche aufweist, die ihm eine mechanische
Widerstandsfähigkeit verleiht. Sollen Kohlensorten verwendet werden, die kein Erweichungsverhalten
in dem geschilderten Sinne zeigen, so lassen sich vor dem Preßformen auch passende
Stoffe mit entsprechendem Verhalten zugeben.
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Die Erfindung sieht insbesondere die Verwendung eines ganz oder wenigstens
zum überwiegenden Teil aus einer Mischung von Steinkohle und Braunkohle bestehenden
Einsatzgutes vor.
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Dies ergibt Körper, die eine sehr günstige Óberflächenvergütung aufweisen
und die u.a. hervorragend für die Gaserzeugung
geeignet sind.
Sie haben ein für die einwirkenden Kräfte und für den Ent- bzw. Vergasungsprozeß
selbst vorteilhaftes mechanisches Verhalten und zeichnen sich durch eine verminderte
Neigung zum Backen sowie durch eine hohe Reaktivität aus, was für solche Prozesse
von großer Bedeutung ist. Die Braunkohle besitzt ein für das Verfahren sehr günstiges
Verhalten als Bindemittel, ohne daß Nachteile für einen Vergasungsprozeß bestehen,
wie bei sonstigen Bindemitteln, die bei anderen Verfahren angewendet werden und
z.B. zu mangelnder Feuerstandfestigkeit führen, und sie ist zugleich auch Brennstoff
selbst, der zudem als heimischer Brennstoff kostengünstig ist. Bei der vielfach
vorhandenen Nähe von Braunkohlenvorkommen und Steinkohlenvorkommen ist die Wirtschaftlichkeit
in besonderem Maße gegeben.
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Der Anteil der Braunkohle an der Mischung oder an dem gesamten Einsatzgut
kann namentlich im Bereich von etwa 15 % bis 25 % liegen oder auch höher sein. Es
läßt sich sehr gut Braunkohle mit einer Feuchtigkeit verwenden, die etwa zwischen
der Rohfeuchtigkeit und lufttrockener Feuchtigkeit liegt. Das erfindungsgemäße Verfahren
erfordert also keine besondere Vorbereitung des Einsatzgutes, und zwar auch keine
Vorwärmung od.gl.
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Eine vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist
nach Art einer Kollerpresse ausgebildet, weist eine
Matrize mit
einer Anzahl von Kanälen sowie wenigstens ein auf der Oberseite der Matrize im Bereich
der Kanäle abrollendes Preßrad od.dgl. auf und kennzeichnet sich dadurch, daß die
Matrize mit einer Heizeinrichtung versehen ist, mittels derer die Wandungen der
Kanäle wenigstens auf einem Teil ihrer Höhe erwärmbar sind.
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Die Heizeinrichtung kann von unterschiedlicher Art und Ausbildung
sein. Insbesondere sieht die Erfindung eine induktive Heizeinrichtung für die Matrize
vor. Dies stellt eine sowohl hinsichtlich der Ausbildungsmöglichkeiten im einzelnen
als auch bezüglich des Betriebsverhaltens eine zweckmäßige Lösung dar. Die Ausführung
läßt sich z.B. so treffen, daß am Außenumfang der Matrize wenigstens ein Spulenring
angeordnet ist.
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Weiterhin läßt sich auch eine Widerstandsheizung oder eine mit einem
strömenden Medium, wie Dampf oder einer geeigneten Flüssigkeit arbeitende Heizeinrichtung
vorsehen.
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Es ist ferner möglich, wenigstens einem Teil der Kanäle Heizeinrichtungen
unmittelbar zuzuordnen. In allen Fällen kann die Matrize auch aus mehreren Teilen
zusammengesetzt sein.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben
sich aus der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, aus der zugehörigen
Zeichnung und den angefügten Ansprüchen.
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Es zeigen: Fig. 1 eine Vorrichtung gemäß der Erfindung in einem vertikalen
Schnitt, Fig. 2 und 3 verschiedene Ausführungen von Matrizen mit Heizeinrichtungen
jeweils im Schnitt und teils schematisch Fig. 4 einen Teil einer Matrize in einer
weiteren Ausführung im Schnitt und Fig. 5 ein Hydraulikschema für eine Druckmittelabstützung
der Matrize.
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Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung enthält ein Gehäuse mit einem
mehrere Beine 2 aufweisenden Untersatz 1 und einem 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.
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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.
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In den im übrigen geschlossenen Arbeitsraum A der Preßräder 8 kann
durch einen Einlaß 17 Einsatzgut, beispielsweise körniges Kohlematerial, eingeführt
werden. Die Größe des Einlasses kann mittels eines nicht dargestellten Schiebers
od.dgl. verändert oder abgesperrt werden.
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Die Matrize 6 ist mit einer Heizeinrichtung versehen, die in Fig.
1 bei dem Buchstaben H angedeutet ist, wobei Energiezuleitungen mit der Ziffer 18
bezeichnet sind. Die Heizeinrichtung kann unterschiedlich ausgebildet sein. Nachstehend
werden anhand der Figuren 2 bis 5 einige Ausführungen erläutert.
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Fig. 2 läßt eine induktive Heizeinrichtung 21 erkennen, wobei die
Matrize 22 von einem Spulenring 23 umgeben ist, der elektrische Leiter 24 mit entsprechendem
Querschnitt und einer geeigneten Windungszahl enthält, um die Matrize 22
auf
eine gewünschte Temperatur mittels in ihr induzierter Ströme zu erwärmen. Mit der
Ziffer 25 ist eine Steuer-oder Regeleinrichtung bezeichnet, an der die gewünschte
Temperatur eingestellt werden kann. In der Matrize 22 kann z.B. ein Temperaturfühler
26 vorgesehen sein, der einen Istwert liefert. Dieser kann an einem Anzeigegerät
sichtbar gemacht und im Regelgerät verarbeitet werden.
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Bei der Ausführung nach Fig. 3 ist die Matrize 27 aus zwei Teilen
27a, 27b zusammengesetzt, von denen jeder ein System von in der Draufsicht beispielsweise
kreisförmig oder auch mit einem anderen Verlauf angeordneten Nuten 28 aufweist,
in die Heizelemente 29 eingelegt sind. Die Energieanschlüsse sind mit den Ziffern
30a, 30b bezeichnet. Die Heizelemente 29 können elektrische Widerstandsheizkörper
sein.
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Die Matrize kann weiterhin eine mit einem strömenden Medium, z.B.
Dampf, arbeitende Heizeinrichtung aufweisen. Die Ausführung läßt sich beispielsweise
so treffen, daß bei einer der Fig. 3 entsprechenden oder ähnlichen Ausführung die
in den Nuten 28 befindlichen Heizelemente 29 Rohrleitungen sind, die ein Durchflußsystem
für das Heizmedium bilden.
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Fig. 4 läßt eine Ausführung einer Matrize 31 erkennen, bei der den
Preßkanälen 7 jeweils Heizeinrichtungen 32 unmittelbar zugeordnet sind, etwa in
Form eines in eine den betreffenden Kanal 7 umgebende Ausnehmung der Matrize 31
eingelegten
ringförmigen oder zylindrischen Widerstandsheizkörpers
od.dgl. Aus Fig. 4 ist dabei zugleich auch ersichtlich, daß die Beheizung ungeachtet
der Ausbildung im einzelnen auch nur auf einem Teil der Höhe der Kanäle erfolgen
kann.
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Es ist weiterhin eine Ausführung möglich, bei der durch eine aus geeignetem
Werkstoff bestehende Matrize von einem Transformator aus über an der Matrize anliegende
Backen ein Strom hindurchgeleitet wird, der die Matrize infolge des von ihr selbst
gebildeten elektrischen Widerstands aufheizt.
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Als Einsatzgut kann insbesondere ein kohlenstoffhaltiges Material,
etwa körnige Steinkohle, oder namentlich ein Gemisch aus Steinkohle und Braunkohle
verwendet werden. Solches in kaltem Zustand, also ohne besondere Vorwärmung, in
den Arbeitsraum A (Fig. 1) eingeführtes Einsatzgut wird von den Preßrädern 8 bei
deren Umlauf in die Kanäle 7 der Matrize 6 gepreßt 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 Stükke ergeben.
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Durch die Beheizung der Matrize 6 mittels der Heizeinrichtung H erfährt
das Einsatzgut auf seinem bei der Preßformung durch die Kanäle 7 der Matrize 6 zurückgelegten
Weg
jeweils über seinen ganzen Umfang eine Erwärmung, wobei sich
die Temperatur entsprechend dem jeweiligen Einsatzgut wählen läßt, und zwar so,
daß der Erweichungspunkt des Einsatzgutes oder eines Bestandteiles desselben überschritten
wird. Dies führt wärend der Preßformung zu einer Erschmelzung oder Verschweißung
im Bereich der Randzone.
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Nach dem Verlassen der Matrize 6 (Pfeile F in Fig. 1) findet sogleich
wieder eine Erstarrung statt, so daß sich ein Produkt ergibt, das eine weitgehend
glatte oder sogar völlig geschlossene Oberfläche aufweist, die gewissermaßen eine
von dem Gut selbst erzeugte Verpackung für dasselbe bildet und einen mechanischen
Zusammenhalt des entstandenen Produkts gewährleistet. Weitere Vorteile, die sich
je nach der Art des Einsatzgutes ergeben, sind im vorausgegangenen Teil der Beschreibung
im einzelnen erläutert.
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Die Matrize kann ungeachtet der Ausführung im einzelnen in eine entsprechende
Aufnahme der Vorrichtung, etwa im Unterteil 1 des Gehäuses nach Fig. 1, fest eingespannt
werden, z.B. mit Hilfe von Schraubenbolzen, Druckringen od.dgl.
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Darüber hinaus läßt sich aber für die Matrize auch eine einstellbare
Abstützung vorsehen, was in bestimmten Fällen von Vorteil sein kann.
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Eine solche einstellbare Abstützung kann z.B. eine Anzahl von über
den Umfang der Matrize 6 verteilt angeordneten, an der Unterseite der letzteren
angreifenden Druckdosen
oder Kolben-Zylinder-Einheiten 41 enthalten,
wie dies in Fig. 1 angedeutet ist. Das zugehörige Hydrauliksystem kann beispielsweise
entsprechend Fig. 5 eine Pumpe 42, ein dieser zugeordnetes Druckbegrenzungsventil
43, ein Rückschlagventil 44, ein Wegeventil 45, ein Manometer 46 und eine von der
Hauptleitung 47 zu den einzelnen Einheiten 41 führende Verteilungsleitung 48 aufweisen.
Vorteilhaft ist dabei ein auf einen bestimmten Druck einstellbares Überström-oder
Sicherheitsventil 49 zwischen dem Wegeventil 45 und den Einheiten 41 vorgesehen.
Dieses öffnet bei Erreichen eines vorgebbaren, der Belastung der Matrize entsprechenden
maximalen Druckes in den Einheiten, so daß u.a. Beschädigungen der Matrize verhindert
werden, wenn z.B. unbeabsichtigt ein mit dem Einsatzgut eingeführter Fremdkörper
zwischen die Preßräder 8 und die Matrize 6 gelangt.
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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.
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Lee Breite