DE19807484A1

DE19807484A1 - Stampfanlage der Kokereitechnik mit Linearmotoren

Info

Publication number: DE19807484A1
Application number: DE1998107484
Authority: DE
Inventors: Joerg-Werner Ney; Peter Gros
Original assignee: SAARBERG INTERPLAN GmbH
Current assignee: FLSmidth Wadgassen GmbH
Priority date: 1998-02-25
Filing date: 1998-02-25
Publication date: 1999-09-09
Anticipated expiration: 2018-02-26
Also published as: DE19807484C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Stampferanlage der Kokereitechnik zur Herstellung eines ge stampften Kokskohlekuchens zum Zwecke der Verkokung dessel ben in der Ofenkammer eines Koksofens und Vorrichtung.

Gemäß dem Stand der Technik ist es schon lange be kannt, Kokskohle als feinkörniges, formloses Mahlgut in ei ner Stampfform zu einem Kokskohlekuchen zu verdichten, der anschließend in einer Ofenkammer des Koksofens verkokt wird. Über diese Entwicklungslinie geben insbesondere die deutsche Patentschrift Nr. 557 178 vom 28. Juli 1932 und die DE 31 45 344 A1 einen guten geschichtlichen Überblick.

Durch Verdichtung von zur Verkokung vorgesehener Ein satzkohle ist es möglich, auch schwach backende Kohle und Kohlemischungen einzusetzen, die im Schüttverfahren nicht oder nur zu minderwertigem Koks verarbeitet werden könnten. Eine dazu verwendete Stampfform befindet sich normalerweise- verfahrenstechnisch bedingt - auf einer an den Koksöfen vorbeifahrenden Maschine. Bei diesen Verfahren werden z. B. mit Reibbelägen ausgerüstete Stampferstangen von exzentri schen Hubscheiben angehoben. Anschließend verdichten sie frei fallend die kontinuierlich in die Stampfform einge füllte Kohle.

Ein solches Verfahren erlaubt es jedoch nicht, die ki netische Energie einer Stampferstange beim Auftreffen auf den zu verdichtenden Kokskohlekuchen zu variieren und somit die Stampfzeit zu beeinflussen, wünschenswerterweise zu ver kürzen oder andererseits den Verdichtungsgrad verändern bzw. zu erhöhen.

Hinzu kommt, daß z. B. wie bei dem zuvor genannten Verfahren Reibbeläge an den Stampferstangen benötigt wer den, die aus Verschleißgründen auch gewartet werden müssen. Dazu sind des weiteren dann spezielle Vorrichtungen notwen dig, um das Wartungs- und Reparaturhandling kostengünstig beherrschen zu können.

Die bekannten Verfahren erlauben auch nicht, Stampfer stangen individuell zu steuern und somit bestimmte Syn chronisierungsformen mehrerer oder aller Stampferstangen un tereinander zu erreichen.

Erfahrungsgemäß werden außerdem oft Klemmvorrichtungen zum Anheben der Stampferstangen von der Endkuchenhöhe bis zur Ruhestellung benötigt.

Bei einem weiteren bereits bekannten verfahren werden über Unwuchtmotoren angetriebene Rüttelplatten zur Verdich tung eines Kokskohlekuchens eingesetzt. Dieses Verfahren erreicht nicht den Verdichtungsgrad der klassischen Stam pftechnik.

Es sind auch schon Vorrichtungen vorgeschlagen worden, bei den Druckstempel hydraulisch auf die zu verdichtende Kokskohle aufgedrückt werden und diesen anschließend über das Druckmittel hydraulische Druckschwingungen überlagert werden.

Da eine solche Vorrichtung z. B. hauptsächlich auf der Funktionsweise eines Hydraulikzylinders beruht, geht der Fachmann davon aus, daß bei der relativ hohen Amplitu de, die zum Ordnen der Kohlekörnung erforderlich ist, Hy draulikteile wie beispielsweise Dichtungen, Kolben, Venti le, usw. sehr schnell Schaden nehmen können.

Auch Verfahren nach einem solchen Wirkprinzip errei chen nicht den Verdichtungsgrad der klassischen Stampftech nik.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren anzugeben, das es ermöglicht, die bestimmenden Verfahrensparameter beim Betrieb einer Stampferanlage den Bedingungen und Eigenschaften der zum Einsatz vorgesehenen Kokskohle individuell anpassen zu können, die Kokskohle möglichst wirtschaftlich verkokungsgerecht zu verdichten und wenn möglich das Spektrum der als verkokbar verwen dungsfähigen Einsatzkohle zu vergrößern.

Es ist weiterhin auch eine wesentliche Aufgabe, die Vorrichtungen und Anlagenteile der Anlage möglichst wartungs- und verschleißarm betreiben zu können und dazu die Stampferanlage schon möglichst kostengünstig installie ren zu können sowie im Hinblick auf zukünftige Wartungs-, Reparatur- oder Austauscharbeiten so auszuführen, daß ein optimales Handling zu diesen Tätigkeiten erfolgen kann.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die das formlose Mahlgut in einer Verdichtungsform zum Kokskohlekuchen ver dichtenden Stampfereinheiten der Stampferanlage mittels elektromagnetischer Linearmotoren angetrieben werden, wobei diese aus Linearantriebs-Primärteil und Linearantriebs- Sekundärteil bestehen, dem Synchron- oder Asynchronprinzip genügen und eine elektromagnetische Kopplung zwischen der beweglichen Stampferstange und ihrem feststehenden Primär teil bilden.

Der Kern der Lösung besteht dabei darin, daß Stampfereinheiten - das sind Stampferstangen einer Stampfe ranlage, jeweils von elektromagnetischen Linearmotoren an getrieben - den Verdichtungsvorgang in einer Stampferform bewerkstelligen.

Der grundsätzliche Verfahrensablauf wird dazu zu nächst anhand von Fig. 1 erläutert.

Zu Beginn des Stampfprozesses wird eine Kohlegrundla geschicht in die Stampferform 2 eingefüllt, auf welche dann die Stampferstangen 1.2 - mit Hilfe ihrer Linearmotoren 1.1 - langsam abgelassen werden. Nun startet die Kohlezudosie rung 3 und die Stampferstangen. 1.2, angetrieben durch die Linearantriebe 1.1, vollführen vertikale Hubbewegungen: durch die elektromagnetisch induzierten Kräfte werden die Stampferstangen 1.2 angehoben, anschließend schaltet die Bewegungsrichtung der Linearantriebe 1.1 um und die Stamp ferstangen 1.2 der Stampfereinheit 1 werden abwärtsbe schleunigt.

Unmittelbar vor dem Auftreffen einer Stampferstange 1.2 auf die zu verdichtende Kokskohleschicht erfolgt eine elektromagnetische Entkoppelung zwischen Primärteil 1.10 und Sekundärteil 1.11 des Linearmotors. D. h. der Linearan trieb 1.1 schaltet ab, damit keine elektromagnetische Kop plung durch physikalische Wechselwirkungskräfte zwischen Primär- und Sekundärteil des Linearantriebes mehr besteht.

Während des Auftreffens einer Stampferstange 1.2 auf der Kokskohleschicht gibt diese ihre kinetische En ergie - gewonnen während der Abwärtsbeschleunigung der Stampferstange 1.2 des Linearantriebes, auch zufolge der Gravitationswirkung auf die Stampferstangenmasse - an die Kokskohleschicht ab; wodurch eine Verdichtung der Kokskoh leschicht erreicht wird.

Dieser Vorgang wird unter Aufrechterhaltung der Kohle zudosierung 3 solange fortgesetzt, bis ein verkokbarer Kokskohlekuchen vorliegt. Anschließend werden die Stampfer stangen 1.2 durch die Linearantriebe 1.1 bis in ihre obere Endstellung angehoben und dort mechanisch festgehalten bzw. gesichert.

Fig. 1 und Fig. 2 ist sowohl der prinzipielle als auch der detaillierte konstruktive Aufbau einer Stampfer einheit 1 zu entnehmen.

Eine erfindungsgemäße Stampfereinheit 1 besteht dabei aus dem Stampfertraggerüst 1.12, das einfach austauschbar am Haupttraggerüst 4 der Maschine bzw. dem Gebäude ange hängt werden kann.

Zur Führung der Stampferstangen 1.2 sind am Stampfer traggerüst 1.12 Gleitführungen 1.3 ausgebildet. In das Stampfertraggerüst 1.12 ist der innere Führungsrahmen 1.8 mittels elastischer Aufhängungen 1.4 installiert. Das Linearantrieb-Primärteil 1.10 ist fest mit dem Führungsrah men 1.8 verbunden. Wie Fig. 2 entnehmbar, kann dabei ein Linearantrieb-Primärteil 1.10 mit einem Linearantrieb- Sekundärteil 1.11 nur auf einer Stampferstangenseite an geordnet sein. Es können aber auch zwei Linearantrieb- Primärteile mit entsprechenden Linearantrieb-Sekundärteilen spiegelsymmetrisch zur Stampferstange angeordnet sein. Die Notwendigkeit der elastischen Aufhängung 1.4 des inneren Führungsrahmens 1.8 resultiert aus der Bewegungsfreiheit der Stampferstange 1.2 in den Gleitführungen 1.3, insbeson dere aufgrund der zu erwartenden Schwingungen in der Stamp ferstange 1.2 beim Auftreffen auf eine zum Stampferfuß 1.7 unebene Kokskohlegrundlage.

Mittels Führungs- und Distanzrollen 1.5 wird die Füh rung der Stampferstange 1.2 zum inneren Führungsrahmen 1.8 erreicht und außerdem der notwendige Abstand des Linearantrieb-Primärteiles 1.10 zum Linearantrieb- Sekundärteil 1.11 aufrecht erhalten. Das Linearantrieb- Sekundärteil 1.11 ist auf die Stampferstange 1.2 montiert.

Zur Dicht- und Sauberhaltung der Antriebseinheit ist der innere Führungsrahmen 1.8 mit einer Einhausung 1.9 aus geführt. Des weiteren sind ober- und unterhalb des inneren Führungsrahmens 1.8 Dicht- und Abstreifbürsten 1.6 instal liert, d. h. der innere Führungsrahmen ist mit Dicht- und Abstreifbürsten 1.6 ausgeführt.

An der Stampferstange 1.2 ist eine Grundplatte als Stampferfuß 1.7 montiert.

Die Stampferstange 1.2 ist, wie das Anwendungsbeispiel in Fig. 2 zeigt, z. B. als I-Profilträger ausgeführt. Es kann jedoch beispielsweise auch als Rechteck-Hohlprofil, als Rohrprofil oder einer sonstigen Querschnittsgeometrie mit günstigem Flächenträgheitsmoment durchgebildet sein. In einem solchen Falle, z. B. bei Verwendung eines Rohrprofi les, wird dieses durch Einbringen von Reluktanzrillen über die Länge des Linearmotoren-Wirkbereiches selbst zum Sekun därteil des Linearantriebes. Das Linearantrieb-Primärteil ist dann transaxial zur Stampferstange angeordnet und an einem inneren Führungsrahmen montiert. Dieser führt dann mit Parabolrollen die Stampferstange. Der innere Führungs rahmen 1.8 ist mittels elastischen Aufhängungen 1.4 in das Stampfertraggerüst 1.12 installiert.

Fig. 3 zeigt in Form eines Block- bzw. Wirkschaltbil des den Regelmechanismus auf, aufgrund dessen die Einzel glieder des Regelkreises für die Bewegungsüberwachung zu sammenwirken.

Die Linearantrieb-Primärteile werden pro Stampferein heit 1 über Frequenzumrichter FU gespeist. Dazu werden alle oder einzelne Linearantriebs-Primärteile 1.10 einer Stamp fereinheit 1 über Versorgungsleitungen von einem oder meh reren Frequenzumrichtern FU gespeist.

Der steuerungstechnische Auf- und Abbau der elektroma gnetischen Kopplung zwischen Primärteil und Sekundärteil eines Linearmotors erfolgt über ein rampenartiges Steuer signal. Dadurch wird vom Verfahren her erreicht, daß das Ansteuern bzw. das Ausschalten der Linearmotoren grundsätz lich nicht sprung- sondern rampenartig erfolgt.

In Verbindung mit einer Rechner- und Steuerungseinheit K in der kinematische Sollwerte vorgehalten, gebildet und auch mit erfaßten Meßsignalen zum Zwecke der Bildung einer Regeldifferenz verglichen werden, können die Stampferein heiten 1 autark betrieben werden. Den Stampfereinheiten 1 übergeordnet gibt es jedoch keine koordinierende Steuerung.

Auf diese Weise lassen sich bestimmte Synchronisati onsformen aller Stampferstangenbewegungen untereinander realisieren, z. B. das Nachfahren einer Sinuskurve über die gesamte Stampfereinheitenanordnung hinweg.

Ein Meßwertrechner MR erfaßt in Verbindung mit einem Impulsgeber ME inkrementell das Wegsignal der Stampferstan ge 1 und ermittelt deren Geschwindigkeit und Beschleuni gung. Hiernach werden entsprechende Programmsequenzen im Frequenzumrichter FU angesteuert.

Aus der Beschleunigung beim Auftreffen der Stampfer stange auf die Kokskohleschicht kann auf die Härte des zu verdichtenden Kuchens geschlossen werden. Daraus kann dann z. B. die kinetische Energie, die die Stampferstange un mittelbar vor dem Auftreffen auf den Kokskohlekuchen er reicht, an den Sollwert S angeglichen werden.

Es erweist sich deshalb trotz des Aufwandes als sehr vorteilhaft, wenn die Beschleunigung der Stampferstange 1.2 beim Auftreffen auf die Kokskohleschicht direkt oder indi rekt gemessen und mit Hilfe dieses Meßsignales der Verdich tungsgrad des Kokskohlekuchens und der da zugehörige Betrag an kinetischer Energie der Stampferstange vor Auftreffen auf den Kokskohlekuchen auf einen Vorgabewert geregelt wird.

Die Endkuchenhöhe des verdichteten Kokskohlekuchens wird durch entsprechende Sensoren erfaßt, die das Ende des Kokskohlekuchenstampfprozesses einleiten. Anschließend wer den die Stampferstangen mittels ihrer Linearantriebe wieder weiter angehoben, bis die obere Stampferstangenendposition als Grundstellung erreicht ist. Dies wird ebenfalls durch entsprechende Sensoren rückgemeldet. Hier wird die Stamp ferstange 1.2 durch Querverriegelung gehalten.

Bezugszeichenliste

1

Stampfereinheit, mehrteilig

1.1

Linearantrieb bzw. Linearmotor

1.2

Stampferstange

1.3

Gleitführung

1.4

Elastische Aufhängung

1.5

Führungs-/Distanzrollen

1.6

Dicht- und Abstreifbürsten

1.7

Stampferfuß

1.8

Innerer Führungsrahmen

1.9

Einhausung des inneren Führungsrahmens

1.8

1.10

Linearantrieb-Primärteil

1.11

Linearantrieb-Sekundärteil

1.12

Stampfertraggerüst

2

Stampferform (Verdichtungsform, Stamperkasten)

3

Kokskohleaufgabeeinheit (Kohlezudosierung)

4

Haupttraggerüst (der Maschine bzw. des Gebäudes)
FU Frequenzumrichter zur Speisung des Linearmotors
K Vergleichsorgan
ME Meßwerterfassungseinrichtung zur Wegaufnahme
MR Meßwertverarbeitungsrechner zur Bildung zeitbe zogener Größen
S einstellbarer kinematischer Sollwert, von der Einsatz kohle der Kohlemischung abhängig

Claims

1. Verfahren zum Betrieb einer Stampferanlage der Koke reitechnik zur Herstellung eines gestampften Kokskoh lekuchens zum Zwecke der Verkokung desselben in der Ofenkammer eines Koksofens, dadurch gekennzeichnet, daß die das formlose Mahlgut in einer Verdichtungs form (2) zum Kokskohlekuchen verdichtenden Stampfer einheiten (1) der Stampferanlage mittels elektromagne tischer Linearmotoren angetrieben werden, wobei diese aus Linearantriebs-Primärteil (1.10) und Linearan triebs-Sekundärteil (1.11) bestehen, dem Synchron- oder Asynchronprinzip genügen und eine elektromagneti sche Kopplung zwischen der beweglichen Stampferstange (1.2) und ihrem feststehenden Primärteil (1.1) bilden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Montage separater Sekundärteile (1.11) des Linearmotors unmittelbar an der beweglichen Stamp ferstange (1.2), die elektromagnetische Kopplung zum unbewegten Primärteil (1.10) des Linearmotors herge stellt wird.

3. Stampferanlage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Stampferstangen (1.2) der Stampferanla ge mindestens einen eigenen Linearantriebs-Primärteil (1.10) aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Linearantrieb-Primärteile (1.10) der Stampfereinheiten (1) Führungs- und Distanzrollen (1.5) als Abstandhalter zu den Linearantrieb- Sekundärteilen (1.11) angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Führungsrahmen (1.8) gemeinsam mit dem Linearantrieb-Primärteil (1.10) horizontal senkrecht zur Stampferstange (1.2) elastisch am Stamp fertraggerüst (1.12) der Stampfereinheit (1) befestigt ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stampferstange (1.2) in der Grundstellung durch eine Querverriegelung gehalten wird.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stampfereinheiten (1) austauschbar am Haupt traggerüst (4) der Maschinen- oder Gebäudekonstruktion aufgehängt sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Führungsrahmen (1.8) mit einer Ein hausung (1.9) und Dicht- und Abstreifbürsten (1.6) ausgeführt ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß alle oder einzelne Linearantriebs-Primärteile (1.10) einer Stampfereinheit (1) über Versorgungslei tungen von einem oder mehreren Frequenzumrichtern FU gespeist werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar vor Auftreffen der Stampferstange (1.2) auf die zu verdichtende Kokskohleschicht eine elektromagnetische Entkoppelung zwischen Primär- und Sekundärteil des Linearmotors erfolgt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der steuerungstechnische Auf- und Abbau der elektromagnetischen Kopplung zwischen Primär- und Se kundärteil eines Linearmotores über ein rampenartiges Steuersignal erfolgt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung einer Stampferstange (1.2) inkre mentell oder absolut erfaßt und mit dem so gewonnenen oder verarbeiteten Meßsignal der Hub der zugehörigen Stampferstange (1.2) gesteuert wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigung der Stampferstange (1.2) beim Auftreffen auf die Kokskohleschicht direkt oder indi rekt gemessen und mit Hilfe dieses Meßsignales der Verdichtungsgrad des Kokskohlekuchens und der dazuge hörige Betrag an kinetischer Energie der Stampferstan ge vor Auftreffen auf den Kokskohlekuchen auf einen Vorgabewert geregelt wird.