Kolbrytare - Coal breaker

En kolbrytande anläggning, avbildad på ett vykort 1907.

En kol brytare är en kol bearbetningsanläggning som bryter kol till olika användbara storlekar. Kolbrytare avlägsnar också föroreningar från kolet (vanligtvis skiffer ) och deponerar dem i en kuldump . Kolbrytaren är en föregångare till den moderna kolberedningsanläggningen .

Koltippor användes vanligtvis vid bituminösa kolgruvor, där avlägsnande av föroreningar var viktigt men att sortera efter storlek bara var ett sekundärt, mindre bekymmer. Kolbrytare användes alltid (med eller utan en tippel) vid antracitgruvor . Medan tippor användes runt om i världen användes kolbrytare främst i USA i delstaten Pennsylvania (där mellan 1800 och mitten av 1900-talet var många av världens kända antracitreserver lokaliserade). Åtminstone en källa hävdar att kolbrytande anläggningar 1873 endast hittades i antracitgruvor i Pennsylvania.

Fungera

Kolbrytare vid en antracitkolgruva nära Scranton, Pennsylvania, 1905

Den första funktionen för en kolbrytare är att bryta kol i bitar och sortera dessa bitar i kategorier med nästan enhetlig storlek, en process som kallas att bryta. Den andra funktionen hos en kolbrytare är att avlägsna föroreningar (som skiffer eller sten) och sedan gradera kolet på basis av procenten av kvarvarande föroreningar. Sorteringen efter storlek är särskilt viktig för antracitkol. För att bränna effektivt måste luft flyta jämnt runt antracit. Därefter säljs mest antracitkol i enhetliga storlekar. På 1910-talet fanns det sex kommersiella storlekar av kol (med den minsta storleken som hade tre delmängder):

  • Ånga - 4,5 till 6 tum (11 till 15 cm) i storlek (används främst som ångskeppsbränsle).
  • Bruten - 3,25 till 4,5 tum (8,3 till 11,4 cm) i storlek.
  • Ägg - 2,25 till 2,3 tum (5,7 till 5,8 cm) i storlek.
  • Spis - 3,81 till 4,13 cm (1,5 till 1,625 tum) (används främst i ugnar för hemlagning).
  • Kastanj - 0,875 till 0,9375 tum (2,223 till 2,381 cm) i storlek.
  • Ärter - 1,27 till 1,59 cm (0,5 till 0,625 tum). Det fanns tre delmängder av "ärtekol":
    • Nr 1 Bovete - 8 ⁄ 32 till 10 ⁄ 32 tum (6,4 till 7,9 mm) i storlek.
    • Nr. 2 Bovete - 6 ⁄ 32 tum (4,8 mm) i storlek.
    • Nr 3 Bovete - 3 ⁄ 32 till 4 ⁄ 32 tum (2,4 till 3,2 mm) i storlek.

Kolstycken som är mindre än 3 ⁄ 32 tum (2,4 mm) i storlek ansågs "kulma" och kunde inte separeras från föroreningarna (och därmed värdelösa). Graden av kol varierade från ett lågt av 5 procent orenheter för ånga eller brutet kol till ett högt av 15 procent för ärtstorlek kol och dess delmängder.

Pre-breaker behandling av kol

Kolbrytare befann sig så nära ingången till antracitgruvan som möjligt för att minimera det avstånd som kolet var tvungen att färdas före bearbetning. Innan brytaren kom in skulle kolet krossas och sorteras i en koltippel och vid behov tvättas om det var vatten tillgängligt . Allt kol screenades i tippeln när den kom ut ur gruvan så att ångstorlekar eller mindre bitar kunde resa omedelbart till kolbrickan och / eller kolbrytaren. Kolstycken som var för stora krossades sedan (ibland flera gånger) i tippeln tills den passerade genom skärmen (var t.ex. av acceptabel ångstorlek eller mindre).

Rått kol innehåller ofta föroreningar som skiffer, svavel , aska (eller "ben"), lera eller jord, vilket kräver att det rengörs innan det sänds till marknaden. Gruvarbetare provade kolet när det kom ut ur gruvan för att avgöra om föroreningsnivån rekommenderade tvätt (om tvätt var tillgängligt). Skiffer, svavel och aska har en högre relativ densitet än kol och kommer att sjunka i upprörd vatten. Att passera kolet genom tippeln var en viktig förbehandlingsprocess för koltvätt, emellertid eftersom det orena kolet måste ha klumpar av samma storlek för att koltvättningen ska fungera. Om koltvätt genomfördes kan kol komma in i brytaren "våt". Detta innebar att lutningarna på de olika banden och transportörerna måste sänkas så att kolet inte gled på banden eller rör sig för snabbt ner i rännorna. Där koltvätt användes utvidgades kolbrytaren för att hantera både "torrt" och "vått" kol samtidigt.

Historia och teknik

Kol sorteras efter storlek och föroreningar avlägsnades på en "torr" skärm vid Saint Nicholas-brytaren nära Gilberton, Pennsylvania, 1938.

Före 1830 fick bituminöst kol och antracit lite bearbetning. Den enskilda gruvarbetaren skulle använda en slägga för att bryta upp stora kolklumpar och sedan använda en kratta vars tänder var placerade två centimeter från varandra för att samla upp de större kolbitarna för transport till ytan. Mindre kolklumpar ansågs vara icke-marknadsförbara och lämnades kvar i gruvan. Från och med 1830 började bearbetning av kol. Kolklumpar placerades på plattor av perforerat gjutjärn och män som kallas "brytare" hamrade på kolet tills det var i klumpar som var tillräckligt små för att falla genom hålen. Kolet föll i en andra skärm, där den skakades (för hand, djur, ånga eller vattenkraft) och de mindre klumparna sorterades. Detta "brutna och siktade" kol var värt mycket mer än kol.

Även om bituminöst kol hade bränts i stor utsträckning som bränsle sedan urminnes tider, kom antracitkol inte i utbredd användning förrän på 1820-talet. Strax efter början av 1800-talet visade experiment i USA att om antracitkolklumpar var mer enhetliga i storlek och luft strömmade jämnare runt bränslet, skulle antracit brinna varmare, renare och under en längre tid än bituminöst kol. Jesse Fell var den första som framgångsrikt brände antracitkol på en utomhusrist. Hans metod och "upptäckt" i Wilkes-Barre, PA 1808 ledde till en utbredd användning av kol som bränslekälla som hjälpte till att främja Amerikas industriella revolution. Antracitkol började användas i stor utsträckning i Wales 1813 och Frankrike 1814, och i hela östra USA 1828. Man försökte snart upptäcka sätt att bearbeta antracitkol för att uppnå önskad enhetlighet.

Den moderna kolbrytaren kan spåras till 1844. Joseph Battin, en övervakare vid en tillverkning av kolgas i Philadelphia , Pennsylvania , uppfann den första kolbrytaren - två gjutjärnsvalsar (en med tänder, en med hål för att ta emot tänderna) genom som kolet krossades innan det rullade ner en ränna och sedan genom en lutande cylindrisk skärm. Skärmen hade ett nät som var fint framåt och blev successivt mindre mot slutet. Större bitar av kol, som föll inuti cylindern när den roterade, bröt upp och så småningom passerade genom skärmen. Föroreningar, som var tyngre, tenderade att lämna brytaren i slutet av skärmen. Det sorterade kolet skulle sedan samlas i soptunnor under skärmen och transporteras till marknaden. En kollega Pennsylvanian, Gideon Bast, licensierade tekniken från Battin och uppförde den första kommersiella kolbrytaren i Schuylkill County, Pennsylvania , den 28 februari 1844. Ett antal kolbearbetningsmaskiner - såsom valsar, krossar, brickor och skärmar - utvecklades i Europa och användes senare i USA. År 1866 hade kolbrytaren i USA tagit den form som var mest erkänd idag, med flera berättelser och många screeningprocesser och mekaniska sorteringsanordningar. De första ångdrivna skakskärmarna användes i USA 1890 och de första ångdrivna kolbrickorna installerades 1892.

Fram till omkring 1900 var nästan alla antracitkolbrytare arbetskrävande. Avlägsnandet av orenheter gjordes för hand, vanligtvis av pojkar i åldrarna 8 till 12 år, kända som breaker-pojkar . Användningen av breaker-pojkar började i USA omkring 1866. Breaker-pojkarna satt på trästolar, uppe över rännor och transportband och plockade skiffer och andra orenheter ur kolet. Breaker-pojkar arbetade 10 timmar om dagen i sex dagar i veckan. Arbetet var farligt. Breaker-pojkar tvingades arbeta utan handskar så att de kunde hantera det glatta kolet bättre. Skifferet var dock skarpt och pojkar lämnade arbetet med fingrarna skurna och blöda. Många breaker-pojkar tappade fingrarna till de snabbt rörliga transportbanden, medan andra, som rörde sig om anläggningen, fick amputerade fötter, händer, armar och ben när de rörde sig mellan maskinerna och gled av misstag under remmen eller in i kugghjulen. Många dog när de föll i maskinens kugghjul, deras kroppar hämtades först i slutet av arbetsdagen. Andra fångades i kolhastighet och krossades till döds eller kvävdes. Det "torra" kolet sparkade upp så mycket damm att brytare pojkar ibland hade lampor på huvudet för att se, och astma och svart lungsjukdom var vanligt.

Breaker-pojkar sorterar kol vid en antracitkolbrytare nära South Pittston, Pennsylvania, 1911.

Offentligt upprördhet mot användningen av breaker-pojkar var så utbredd att Pennsylvania 1885 antog en lag som förbjöd anställning av personer under 12 år att arbeta i en kolbrytare. Men lagen tillämpades dåligt och många arbetsgivare och familjer förfalskade födelsebevis eller andra handlingar så att barnen kunde arbeta. Uppskattningar av antalet breakerpojkar på jobbet i antracitkolfälten i Pennsylvania varierar mycket och officiell statistik anses av historiker vara underräknade siffrorna betydligt. Uppskattningar inkluderar 20 000 brytare som arbetar i staten 1880, 18 000 som arbetar 1900, 13 133 arbetar 1902 och 24 000 arbetar 1907. Tekniska innovationer på 1890- och 1900-talet, såsom mekaniska och vattenavskiljare utformade för att avlägsna orenheter från kol minskade avsevärt behov av breaker-pojkar, men antagandet av den nya tekniken var långsamt. Vid 1910-talet sjönk användningen av breaker-pojkar äntligen på grund av förbättringar i teknik, strängare lagar om barnarbete och obligatoriska skollagar. Utövandet av att anställa barn i kolbrytare slutade till stor del 1920 på grund av ansträngningarna från National Child Labor Committee , sociologen och fotografen Lewis Hine och National Consumers League , som utbildade allmänheten om praxis och lyckades genomföra lagar om barnarbete .

Regleringen av kolbrytare kom långsamt i USA. I Storbritannien antog regeringen en lag i mitten av 1800-talet som krävde att kolbrytare skulle byggas bort från gruvanvändningar. Men i USA antog varken den federala regeringen eller staterna regler om kolbrytare förrän efter att många liv hade förlorats. Två katastrofer föranledde antagandet av lagstiftning. Den första inträffade den 6 september 1869, när en liten explosion vid Avondale-gruvan i Plymouth, Pennsylvania , blåste eld i gruvan. Träbrytaren byggd över gruvan öppnade eld och kollapsade, fångade och dödade 110 arbetare i gruvan nedan. Inga lagstiftnings- eller regleringsåtgärder vidtogs vid den tiden. Men 1871 förstörde en brand träbrytaren som byggdes över en gruvöppning i West Pittston, Pennsylvania , som fångade och dödade 24 gruvarbetare. Trots ett skifte från träkonstruktion av kolbrytare och motstånd från kolindustrin antog delstaten Pennsylvania en lag 1885 som krävde att kolbrytare skulle placeras minst 200 meter från öppningen av någon gruva.

Torra sorterare och våta jiggar

Ett antal uppfinningar i slutet av 1800-talet och början av 1900-talet ledde till användning av mekaniska anordningar för att separera föroreningar från kol i kolbrytare.

Skärmar och sorterare användes för torrt kol. Några exempel från början av 1900-talet är:

  • Sorteringsstänger - Sorteringsstänger var järnstänger (placerade i en rektangel 3 till 6 fot breda och 8 till 12 fot långa) som låg nära varandra där kolet hälldes in men som spridit sig gradvis längre ifrån varandra, så att kolet grovt separerades av storleken på varje klump. Stängerna låg i en lutning, och det tyngre skifferet, askan och svavlet gled av stängerna (och nerför en ränna som levererade den till en kulmugg) medan kolet föll igenom.
  • Oscillerande stänger - Ibland rörde sig stänger fram och tillbaka (ofta vid 100 till 150 svängningar per minut), som inte bara tenderade att flytta kolet längs stängerna mot slutet utan också skaka av smuts och krossa de större kolklumparna i mindre bitar .
  • Skifferplockare - "Housers skifferplockare", som uppfanns 1893, passerade sorterat kol av enhetlig storlek över en korrugerad plåt som tenderade att tvinga den platta skiffern upprätt. Det upprättstående skifferet skulle fångas mellan horisontella järnstänger hängda över den korrugerade plattan, stängerna hängde tillräckligt högt över plattan för att tillåta kol att passera under dem.
  • Gravitationsavskiljare - Ett exempel på en gravitationsseparator är "Sillavskiljaren". Denna separator bestod av en lutande ränna med en grov yta, i slutet av vilken en öppning i botten rännan. Det tyngre skifferet, askan och svavlet skulle glida längs botten av rännan, ta upp friktion från den grova ytan och falla genom springan i rännans botten, medan det lättare kolet skulle ha tillräckligt med hastighet för att passera över springan och fortsätt ner i rännan för vidare bearbetning.
En chans "våt" koljiggavskiljare i drift i Saint Nicholas-brytaren nära Gilberton, Pennsylvania, 1938.

För att hantera vått kol användes koljigg. Koljigg separerade kol från orenheter genom att använda tyngdkraften. Eftersom den relativa densiteten av kolstycken, skiffer, aska, smuts och svavel varierar lika, kommer delar av varje element att sjunka ner genom vatten i olika hastigheter - så att de kan separeras. Några exempel på koljigg från början av 1900-talet inkluderar:

  • "Luhrig jig" eller "kolvjigg" - Kolvjiggen drog ner vattnet genom en fin nätskärm så att det lättare kolet steg upp till vattnet och de tyngre orenheterna gjorde det inte. Ett transportband med en paddel som skrapats över vattentoppen när kolven nådde punkten med högsta tryck och skopade kolet ner och ner i en ränna, medan de tyngre föroreningarna (som skiffer) drogs ner mot en lutande skärm och föll ner en ränna mot kulmstapeln.
  • Den rörliga pannan eller "Stewart jig" - Den här jiggen utvecklades efter Luhrig-jiggen och bestod av ett stort runt badkar i en lutning. En perforerad metallplatta rörde sig upp och ner cirka 180 gånger per minut inuti karet. Rörelsen av badkaret skapade uppåt vattentryck. Det lättare kolet pressades mot toppen av badkaret, där paddlar på ett transportband skrapade av det från toppen av vattnet och ner i en ränna för vidare bearbetning, medan det tyngre skifferet tenderade att stanna nära botten av badkaret och glida ut en utgångsgrind mot kulstapeln.
  • Slusslådor (även känd som Scaife-trågbrickor) - Slusslådor användes för att separera små kolbitar från tyngre föroreningar. Rifflar (låga åsar placerade horisontellt mot vattenflödet ner i slussen) skulle fånga de tyngre orenheterna samtidigt som det lättare kolet kunde gå vidare.
  • "Kristus koljigg" - Kristusjiggen introducerades 1895 var en lutande rektangulär lådjigg. En perforerad järnplatta rörde sig snabbt upp och ner inuti lådan, vilket skapade ett uppåt vattentryck som gjorde att skiffer sjönk mot botten av lådan (och ut en kulmgrind) medan det lättare kolet tenderade att flyta mot toppen av vattnet (där det skopades av av ett transportband och sedan ner en ränna för vidare bearbetning).
  • "Righter kolbricka" - Uppfunnet strax före 1900 använde Righter kolbricka ett transportband med paddlar för att passera koluppslamning över en finvävd järnfilm. Smuts och andra små partiklar av föroreningar tenderade att sjunka till botten av vattnet och passera genom skärmen i en uppsamlingstank, medan det lättare kolet flöt i vattnet tills det lämnade brickan och samlades upp av en transportör.
  • "Kastanjkoljigg" - Detta var ännu en cirkulär koljigg. Används för kolklumpar som var kastanjstorlek eller mindre var botten på jiggen ett cirkulärt badkar. En konvex (eller konkav uppåt) perforerad järnplatta rörde sig upp och ner i vattnet, vilket skapar uppåt vattentryck. Den övre delen av jiggen var ett roterande runt badkar med en spiralhylla som löpte runt insidan. Järnplattan tvingade det lättare kolet mot toppen av vattnet, där den roterande spiralhyllan tog upp det och förde det till toppen av jiggen och ut en ränna. De tyngre orenheterna gled av järnplattan och ut ur en kulmgrind.
  • Jeffrey-Robinson kolbricka - Den här jiggen liknade kastanjkoljiggen, men vattnet nådde toppen av den övre karet så att både vatten och kol skulle spunnas ut över karet (släppa kolet i en fångare).

Från 1936 till 1964 ökade mängden kol som bearbetades i våta jiggar i USA till 146 miljoner ton per år från 27 miljoner ton per år.

Separering, sortering och jiggteknologi fortsatte att utvecklas under 1900-talet. Den första tryckluftsorteraren för fint kol (ärter och mindre) installerades i USA 1916. Stora innovationer inom pneumatisk rengöring av kol gjordes 1924, 1932 och 1941. 1935 introducerades den första täta mediaseparatorn . I dessa våta separatorer införs ett mycket tätt medium (såsom magnetit ) i en omrörd blandning av kol och vatten. Det täta mediet sjunker till botten av tanken och skickar vatten och det lättare materialet (som kol) över toppen för uppsamling och torkning. Den första kolbearbetningsanläggningen som i stor utsträckning använde tät mediumseparation grundades av Dutch State Mines 1945, och 1950 användes tekniken i stor utsträckning i USA.

Växla till kolberedningsanläggningar

Metoder för att torka kol genom användning av torktumlare, värme och centrifuger antogs av amerikanska kolföretag under hela 1900-talet. Eftersom många kolbrytare hanterade tyngre kolbelastningar övergavs träbyggnader till förmån för strukturer helt och hållet av stål eller armerad betong . I mitten av 1900-talet antogs "Diester-bord" - slingrande bordsstorlekar - i stor utsträckning av den amerikanska kolindustrin, vilket möjliggjorde att ännu finare kolkvaliteter bearbetades och fångades. Andra bearbetningsanordningar såsom skumflotationsjiggar och skivfilter användes också.

Den ändrade efterfrågan på kol under tiden efter andra världskriget ledde dock till att många kolbrytande anläggningar övergavs och konsoliderades. Tippar, koltvättningsanläggningar och kolbrytare slogs samman till en enda stor anläggning för att uppnå skalfördelar. Automatisering ledde till mycket betydande minskningar av antalet personer som behövdes för att driva anläggningar, med mindre modulära anläggningar som ibland bara krävde en enda operatör. Dessa kolberedningsanläggningar accepterade ofta kol från flera gruvor, och många byggdes långt ifrån driftminor. Vid 1970-talet stängdes många kolbrytare runt om i världen till förmån för nyare, större kolberedningsanläggningar.

Bearbeta

Helst placerades kolbrytare så att brytanläggningens topp var lika med eller något under mynningen så att gravitationen skulle flytta kolet till brytanläggningen. Om detta inte var möjligt skulle kol hissas upp till toppen av kolbrytningsanläggningen. En panna och ett pannhus skulle vara beläget i närheten för att ge kraft till lyftanordningen, rörliga skärmar, jiggar och krossar (även om detta i mer modern tid levereras av el), tillsammans med ett motorhus (för att hysa motorn för lyftanordningen), pumpar och pumphouse (för att förse koltvättmaskinerna med vatten) och headframe (för lyften). Den typiska kolbrytande anläggningen var ofta åtta eller nio våningar hög, ibland stigande 150 meter hög eller mer.

I den typiska kolbrytningsanläggningen i början av 1900-talet kom kolet in i anläggningen på övervåningen och gled ner ett försiktigt lutande "plockbord" där brytarpojkar avlägsnade uppenbara orenheter som stenar och stora bitar av skiffer och kastade dem ner rännor till kulstapeln. Brytarna avlägsnade uppenbarligen rena kolklumpar och skickade dem ner i en separat "ren kol" -ränna för krossning. Klumpar blandade med orenheter skulle gå ner i en tredje ränna för krossning och ytterligare rengöring.

På andra nivån i en typisk brytare skulle kol sorteras grovt. Bränslet skulle röra sig över sorteringsstänger, med olika kolstorlekar som går ner i olika rännor. Varje typ av grovt sorterat kol skulle sedan passera över en "skifferplockningsskärm" (ibland kallad "luddskärm"), med det runda kolet som faller genom skärmen och den platta skiffern passerar över skärmen för att falla ner i en ränna till kulm hög. Kol som passerar genom skifferplockningsskärmen sorteras sedan efter ytterligare skärmar. Några av dessa andra skärmar bestod av platt järn perforerat av hål av större storlek bakåt (där kolet kom in) och mindre hål framåt. Dessa platta skärmar skakades ibland fram och tillbaka (därav namnet "skakskärmar"), som inte bara tog bort smuts och svavel från kolet utan bröt ner större kolklumpar i mindre storlekar och sorterade det för ytterligare rengöring och bearbetning. Andra skärmar var cylindriska, gjorde 10 varv per minut och utförde samma funktion som att skaka skärmen. Platta och cylindriska skärmar kan vara enmantlade (en enskild skärm) eller dubbelmantlade (två skärmar, den första eller inre skärmen har större öppningar medan den andra skärmen hade mindre).

En företagsinspektör som undersökte kol på ett lastbälte vid Saint Nicholas kolbrytare i Gilberton, Pennsylvania, en av de två största kolbrytarna i världen 1938.

Den tredje nivån uppifrån var krossningsnivån. Det mesta kolet var fortfarande klumpkol i detta skede och behövde krossas för att skapa mindre, mer marknadsförbar produkt. Här skulle en serie sammankopplade, kuggade krossar eller valsar bryta kol i små storlekar.

På den fjärde nivån nere rensades kolet ytterligare från föroreningar. Detta gjordes ursprungligen främst för hand, men handplockning ersattes gradvis efter 1910 av förbättrade skärmar och jiggar. Även om breakerpojkar arbetade på alla nivåer i kolbrytaren, skedde det mesta av avlägsnandet av föroreningar för hand på denna nivå. (Viss plockning inträffade på marknivån på kolbrytaren, där pojkar skulle lokalisera bra kolstycken i kulmen och återföra den till den "rena" kolströmmen.) Vissa kol kan resa till denna nivå direkt från andra nivån, om tillräckligt liten, eftersom skärmarna och jiggarna på denna nivå bara kunde hantera äggkol och mindre. Detta område av kolbrytaren var också där de flesta torra skärmar och våta jiggar fungerade. På denna nivå var användningen av transportband (med eller utan paddelar eller skopor) nödvändigtvis för att flytta de mindre kolhalterna, med de flesta band som rör sig vid ca 33 fot per minut för ärtekol och 50 fot per minut för större kvaliteter . Flera sorterings- och plockningsnivåer kan finnas i en enda kolbrytare, beroende på mängden kol som ska bearbetas.

Kol och kulm togs emot på marknivå. Torr kulm togs bort från kolbrytaren med transportband eller järnvägsvagn och dumpades i närheten. Mycket fin torr kulm separerades ibland från den tyngre kulmen med tvångsluft och blåstes genom rören till en separat hög. Våt kulm hölls i sedimenteringstankar eller bakom en koluppslamningsdamm för att tillåta partiklar att sätta sig ur vattnet. Det "rena" kolet, som kommer från kolbrytaren som redan har sorterats i sina respektive storlekar, samlades främst av järnvägsvagnar och levererades sedan till marknaden.

Se även

Referenser

externa länkar