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Verfahren zum Brikettieren fester Stoffe, insbesondere Brennstoffe,
ohne Anwendung eines Bindemittels
Die bisher technisch eingeführten Verfahren zum
bindemittel losen Brkettieren fester Stoffe werden durchweg so ausgefiihrt, daß
ein Gut bestimmter Körnung in einer geschlossenen oder offenen Form unter mehr oder
weniger hohen Drücken zusammengepreßt und dadurch brikettiert, d. b. in ein Stück
mit technisch ausreichender Festigkeit übergeführt wird.
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Allen diesen Verfahren ist gemeinsam, daß das Brikettiergut einer
Pressung unterworfen wird, bei der es in einer, nämlich der sog. Preßrichtung zusammengedrückt
wird, während es quer dazu sich entweder an eine starre Formwandung, wie z. B. bei
der Strang- oder Stempelpresse, anlehnen kann oder aber in den Fällen, wo es während
des Preßvorganges nicht ständig von einer Formwandung umgel) en ist. nach den offenen
oder freigegebenen Richtungen gegen einen zufälligen Seitendruck, wie z. B. bei
der Walzen- bzw. Ringwalzenpresse, ausweichen kann. In der Strangpresse durchläuft
das Brikett darüber hinaus nach der eigentlichen Pressung noch einen quer zur Vorschubrichtung
sich erweiternden Formkanal und erfährt dabei eine Anzahl nachträglicher Pressungen.
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Halbplastische Stoffe, wie z. B. Weichbraunkohle, duktile Metalle
und ähnliche, lassen sich in derartigen Pressen bei einer Körnung von o bis 4 mm
und unter Drücken bis etwa 2000 kg/cm2 ohne weiteres in die gewünschten Stückformen
bringen.
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Sogenann,te spröde Stoffe, wie z. B. die meisten Steinkohlen und älteren
Braunkohlen, ergeben jedoch unter denselben Bedingungen im allgemeinen Produkte.
die technisch unbrauchbar sind.
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Der Grund ist vornehmlich darin zu suchen, daß
sich
die spröden Stoffe während der Brikettbildungsperiode nicht entsprechend verformen
können; und zum Teil als Folge davon speichern sie vor allem bei wachsenden Preßdrücken
einen schädlichen Betrag elastischer Energie auf. Ohne klare Vorstellungen von diesen
Verhältnissen hat man immer -wieder versucht, dem Ubelstand irgendwie empirisch
zu begegnen. Die wichtigsten und technisch zum Teil angewendeten Vorschläge beziehen
sich auf weitergehende Zerkleinerung des Brikettiergutes, gegebenenfalls bis auf
Staubefeinheit, weil erfahrungsgemäß im allgemeinen die Brikettfestigkeit mit der
Feinheit des Brikettiergutes wächst; Erwärmung des Brikettiergutes, gegebenenfalls
bis in den Bereich der Plastifizierung; mehrfache und gegebenenfalls ansteigende
Pressung des Gutes, weil das erfahrungsgemäß zu einer stärkeren Verdichtung und
damit zu einer größeren Festigkeit führt; Anwendung höchster Drücke bis zu 30 t/cm2,
wie z. B. bei der sog. Pulvermetallurgie, weil erfahrungsgemäß in bestimmten Grenzen
dieFestigkeit mit dem Druck ansteigt; Plastifizierung des Brikettiergutes mit Hilfe
von sog. Weichmachern; Zumischung von Gleitmitteln zum Brikettiergut, weil dadurch
in bestimmten Grenzen die Verdichtung des Brikettiergutes verbessert werden kann;
hesondere Formgebung des Brikettierraumes und der Preßelemente, um eine gleichmäßige
Pressung einerseits und eine schonende Entspannung des Briketts beim Ausdrücken
aus der Form andererseits zu bewirken; eine Pressung derart, daß das Brikett in
irgendeiner Weise quer zur Preßrichtung unter der elastischen Spannung, die sich
als Folge der Verpressung in dem Brikettkörper aufspeichert, ausweichen kann,-wie
z. B. in der Strangpresse hinter dem Buckel; Rütteln, Einschleudern, Vorverdichten
oder Entlüften insbesondere von staubförmigem Brikettiergut, um die Verdichtung
zu erhöhen und schädliche Gasspannungen im Brikettkörper zu vermeiden; Anpasten
des Brikettiergutes, um dasselbe quasiplastisch zu machen.
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In den zahlreichen, daraus abgeleiteten Verfahrensweisen werden diese
Vorschläge entweder einzeln oder kombiniert angewendet. Aber keiner der Vorschläge
und auch keine Verknüpfung der Vorschläge hat bisher bei der bindemittellosen Brikettierung
von den sog. spröden Stoffen zu einem technisch befriedigenden Verfahren geführt.
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Die geschilderten einzelnen Maßnahmen sind umständlich oder empfindlich
und verursachen erhebliche zusätzliche Kosten, die die darauf basierenden Verfahren
praktisch unwirtschaftlich machan.
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Außerdem führen sie auch technisch nicht zum Ziele. Gegenstand der
Erfindung ist nun ein Verfahren, bei dem sich auch sog. spröde Stoffe in einer Körnung
und unter Preßdrücken und unter sonstigen Bedingungen, wie sie beim Brikettieren
von halbplastischen Stoffen allgemein üblich sind (also Verpressen bei Raum- oder
auch erhößter Temperatur und nach zweckentsprechender Trocknung), zu technisch brauchbaren
Briketts verpress en lassen.
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Der Erfindungsgedanke besteht darin. daß das Brikettiergut einem
definierten dreiachsigen Druckspannungszustand unterworfen wird. Die Einzelspannungen
dieses Zustandes haben sich nach den jeweiligen Festigkeitseigenschaften des lArikettiergutes
sowie nach der Verpressungsgeschwindigkeit zu richten. i;)ie Richtung der größten
Hauptspannung soll dabei so definiert sein, daß sie stets mit der Preß- oder Brikettvorschubrichtung
zusammenfällt. Demzufolge heißt von jetzt an der Druck, der die größte Hauptsapnnung
hervorruft, sinngemäß Preßdruck, und der quer dazu ausgeübte Druck auf die Mantel-oder
Seitenflächen des Brikettierraumes entsprechend Querdruck. unter der Einwirkung
eines dreiachsigen Spannungszustandes gelingt erfindungsgemäß die Verformung eines
Kornhaufwerkes. wie es das Brikettiergut darstellt. genau so wie diejenige von kompakten
Probekörpern.
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Dabei genügt es, ganz entsprechend den Erfahrungen bei der Verformung
kompakter Körper, allein zwei Hauptspannungen voneinander verschieden zu machen,
so daß die dritte Hauptspannung einer der beiden andereii gleich ist. Die Verformung
ihrerseits erlaubt es, das Brikettiergut im notwendigen Maße zu verdichten und zu
verfestigen. LTm die optimale Brikettfestigkeit zu erzielen, müssen Größe und Unterschied
der Hauptspannungen dem jeweiligen Gut angepaßt und mit einer von Stoff zu Stoff
wechselnden Genauigkeit eingehalten werden.
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Kennzeichnend für den itenartigen Brikettiervorgang ist also in erster
Linie der definierte dreiachsige Spannungszustand, (1. h. die Pressung mit gesteuertem
Querdruck; weiterhin ist kemazeichnend, daß die damit bewirkte Verformung des Brikettiergutes
sich während des Brikettierbildungsprozesses abspielt, d. h. daß Verformung, Verdichtung
und Verfestigung des Gutes loraktisch gleichzeitig vor sich gehen.
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Mit Rücksicht auf die drei senkrecht aufeinanderstehenden Hauptspanungsachsen
werden als Brikettformen das Parallelepiped und der Zylinder bevorzugt. Konische
Begrenzungsflächen oder unrunde, wie z. B. elliptische Querschnittsflächen des Preßraumes
sind zum mindesten wenig zweckmäßig.
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Der Erfindungsgedanke läßt sich technisch in verschiedener Weise
realisieren. Beispielsweise a) indem man das Brikettiergut in einer zylindrischen
Form verpreßt, wobei der zylindermantel sich unter einem stenerltareu Druck radlal
aufweiten kann; b) indem man in einer Form mit rechteckigem Querschnitt preßt, wobei
jeweils zwei gegenüberliegende Formoväude unter einem steuerbaren Druck auseinanderrücken
; c) c) indem man in einer Form preßt, die aus einem teleskopartig alogesetzten
Formkanal besteht. wobei das Brikettier gut aus dem engeren in den weiteren Querschnitt
gedrückt wird.
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In dem letztgenannten Ausführungsbeispiel wi ril der erforderliche
Seitendruck durch das Querschnittsverhältnis von dem weiten zum engen Formkanal
gesteuert. Dazu soll der Übergang zwischen den Querschnitten scharf und keinesfalls
konisch sein. Denn die eigentliche und maßgel) licl1e Brikett-
bildung
findet nach dem Ausströmen des Gutes aus dem engen Kanal in der verhältnismäßig
schmalen Zone am Anfang des. weiten Kanals, dem sog.
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Hauptfließgebiet, statt. Das läßt sich ohne weiteres an Modellbriketts
mit sichtbar gemachten Potentialebenen zeigen. Die in dem engen Kanal sich bereits
abspielende Vorpressung des Brikettiergutes hat nichts mit der eigentlichen Brikettierung
im Hauptfließgebiet zu tun, was sich schon daraus ergibt, daß das Brikettiergut
bei einem für die nachfolgende Brikettierung ausreicheniden Druck im engen Kanal
noch eine völlig ungenügende Festigkeit besitzt. Im Hauptfließgebiet wird der primäre
Preßkörper nachhaltig verformt und dadurch erst das Gut in ein Brikett im eigentlichen
Sinne verwandelt.
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Gemäß der Erfindung konnten technisch einwandfreie Briketts ohne
Verwendung von Bindemitteln bzw. ohne den Zusatz von Bindemitteln gleichzuachtenden
Maßnahmen, in zwei van den oben beispielsweise mitgeteilten Pressenarten hergestellt
werden.
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Bei der einen handelt es sich um die in Alhb. I schematisch gezeichnete
Presse. a ist ein hohler Zylinderkörper, der oben mit einer Stopfbüchse b und unten
mit einem Deckel c verschlossen ist. Die Stopfbüchse wird gegen den Stempel k durch
einen Blei ring abgedichtet und der Bleiring selbst durch ein Verschlußstück e festgeschraubt.
Zur Führung des Preßstempels k ist im Zylinderkörper ein geschliffener Konus i eingesetzt,
der nach Bedarf ausgewechselt werden kann. Das Brikettiergut ist in eine Gummimanschette
o eingefüllt, wobei Auflager m und n oben und unten eine Abdeckung ermöglichen,
um die gefüllte Manschette einsetzen zu können. Die Manschette ist von einem Ringraum
p umgeben, der durch den Anschlußstutzen q mit einer nicht gezeichneten hydraulichen
Pumpe in Verbindung steht. Ein Manometer r ermöglicht das Ablesen des Druckes.
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Bei Durehführung des Verfahrens wird beispielsweise eineRubrgasflammkohle
mit etwa 400/0 flüchtigen Bestandteilen und einer Korngröße unter I mm in die Manschette
eingefüllt und in den Zylinderkörper eingesetzt. Hierauf wird die Preßform druckdicht
verschlossen und durch den Anschluß q Öl in den ringraum p gepumpt, bis das Manometer
r Druck anzeigt. Dann wird der Stempel k helastet, so daß Preß- und Querdruck zunächst
gleichmäßig ansteigen. Ist der für die Pressung vorgesehene Enddruck erreicht, so
senkt man durch Lüften des Ringraumes p den Querdruck so weit, daß der erforderliche
Unterschied der Hauptspannungen sich bildet. In dem Augenblick setzt die Verformung
ein. Der Preßdruck beträgt für die angeführte Gasflammkohle rund 1000 kg/cm2 und
der Querdruck rund 300 kg/cm2.
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Je nach dem Stoff lassen sich auf die geschilderte Weise alle gewünschten
Verhältnisse zwischen Preß- und Querdruck herstellen.
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Nach beendeter Pressung wird gleichmäßig entlastet, am einfachsten
durch Lüften des Preßstempels. Die gestrichelten I. inien in der Zeichnung deuten
den Zustand des Briketts am Ende der Pressung an.
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Abb. 2 veranschaulicht eine Ausführung des teleskopartig abgesetzten
Formkanals. Die Presse besteht aus dem kurzen engen Zubringerkanal a und dem wahlweise
weiteren Brikettierkanal b. Das Brikettiergut wird bei c aufgegeben und von einer
stetig oder Ihubförmig arbeitenden Preßvorrichtung f in den Zubringerkanal a gedrückt.
d ist die Verformungs- und Brikettierzone, e der Brikettstrang.
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Bei Durchführung des Verfahrens, bei.sp ielsweise mit einer Ruhrpreßkohle
mit 130/0 flüchtigen Bestandteitlen, erwies sich bei einer Körnung des Aufgabegutes
von o bis I mm für den Zubringerkanal ein durchmesser von 32 mm, und für den Brikettierkanal
ein solcher von 41 mm, d. h. ein Querschnittsverhältnis von I : I, 65 als vorteilhaft.
Um technisch einwandfreie Briketts zu erlangen genügt hier ein Preßdruck von 800
bis 1000 kg/cm2, bezogen auf den Querschnitt des Brikettierkanals. Die Briketts
besitzen ausreichende Sturzfestigkeit. Zusätzlich sei erwähnt, daß die Brilketts
bei der Verkokung einen harten dichten Formkcks liefern.
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Mit Hilfe des erfundenen Verfahrens können insbesondere Steinkohlen
und Hartbraunkohlen, bei entsprechenden Drücken und Körnungen des Brikettiergutes
aber auch sämtliche anderen festen Stoffe, zu Formstücken befriedigender Festigkeit
in zuverlässigerer Weise als bisher verpreßt werden.
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Die gezeichneten Pressen sind nur Ausführungsbeispiele zur Veranschaulichung
des Erfindungsgedankens; es gibt für das dargelegte Prinzip selbstredend auch noch
andere konstruktive Lösungen.