В 18 и в первой половине 19 века кокс для черной металлургии производился в кучах.
Куча представляла собой сооружение высотой 3 - 4, диаметром 3 - 4 метра, вмещавшая 3 - 4 тонны угля. В центре кучи из крупных кусков угля или камней выкладывался канал для отвода газов, образующихся при коксовании. Необходимое для коксования тепло получалось при сгорании части угля. Процесс длился 4 - 5 дней, а выход кокса составлял 50 - 55 процентов.
При производстве кокса в кучах и других примитивных устройствах получалось много мелкого кокса. Металлурги использовали только крупные куски. Изобретение специальных топок способствовало использованию кокса как энергетического топлива для производства пара. Как сырье для производства светильного газа уголь использовался уже с 1792 года. После открытия Лавуазье способа получения водяного газа и изобретения Сименсомом газогенератора мелкий кокс получил постоянного потребителя.
Интересно, что самый старый способ коксования углей - кучное коксование - просуществовал почти 500 лет и дожил до наших дней. Еще в 1963 - 1964 годах в Индии коксованием в кучах было получено около трех миллионов тонн такого кокса, который использовался в качестве бытового топлива. В связи с тем что при производстве кокса в кучах выделяется очень много дыма и газов, загрязняющих атмосферу, и такое производство требует больших площадей, в 18 веке начинают появляться другие устройства, прообразы закрытых печей, для производства металлургического кокса. Необходимость уменьшить производственные площади, загрязнение атмосферы, а также более полно использовать угольную мелочь (ведь в кучах коксовали только крупные куски угля) привела к созданию так называемых "шаумбургских стойл", получивших такое название по местности, где они были впервые построены в Моравии.
Между стенами длиной 8 - 20 метров, высотой 1,0 - 1,6 метров, расположенными на расстоянии 1,5 - 2,3 метра друг от друга, послойно засыпался уголь. Каждый слой увлажнялся и утрамбовывался. Для создания специальных каналов, по которым должен был поступать необходимый для горения воздух, в уголь закладывали деревянные шесты. После окончания укладки слоев шесты вынимали и утрамбованный уголь покрывали слоем глины. Каналы, по которым должны были выходить дымовые газы и выделяющиеся при нагреве угля парогазовые продукты его разложения, прокладывали в стенах. Уголь поджигали через отверстия в стенах. Как и в кучах, тепло получалось в процессе сгорания части угля. Этот процесс также длился 4 - 5 дней и выход кокса составлял более 50 процентов. Эти примитивные устройства, несколько более совершенные, чем кучи, также сохранились до ХХ века. Развалины стойловых печей можно было видеть еще в 1921 году в районе Старо-Макеевского завода в Донбассе. Сосуществование старого привычного и нового необычного в технике встречается очень часто и очень часто шагом вперед можно считать новый взгляд на привычное старое. Кто первый обратил внимание, подметил сходство процесса хлебопечения и коксования, установить трудно. В русский язык выражение "коксовый пирог" перешло из немецкого и английского языков. Поэтому нет ничего странного, что первые закрытые печи для коксования угля строили по типу хлебопекарных, кстати, самых распространенных в то время печей. Завершением развития конструкций печей этого типа является "ульевая печь". Ульевые печи еще и теперь работают в некоторых развивающихся странах. В принципе ульевая печь - это та же примитивная куча угля, но окруженная огнеупорной кладкой, способной выдерживать высокую температуру. Уголь насыпают не до самого верха, а оставляют пространство, где сгорают парогазовые продукты, выделяющиеся из угля при нагреве, за счет этого и получается тепло, необходимое для проведения процесса коксования.
В ульевых печах кокс получается очень прочный, однородный, все куски почти одних размеров. В кучах и стойлах сгорало очень много угля, в ульевых печах - намного меньше, горели в основном газы, выделяющиеся из угля при нагреве, поэтому выход готового продукта (кокса) был на 5 - 10 процентов больше, чем в стойловых печах. Из каждой тонны загруженного угля получали до 650 килограммов кокса.
Одну печь для производства многотоннажного продукта строить всегда невыгодно, поэтому строили несколько ульевых печей и объединяли их в так называемые батареи с общим каналом для отвода дымовых газов - боровом, общими для всей батареи устройствами загрузки угля и выгрузки кокса. Все это значительно повышало производительность установки. Механизмы, применявшиеся на ульевых печах, являются прототипами современных коксовых машин.
Во второй половине 19 века в связи с бурно развивающейся промышленностью в Европе (в первую очередь в Англии, Германии, Франции, Бельгии) повсюду строятся железные дороги, все больше кораблей сходит со стапелей, производится огромное количество оружия. Капитализм набирает силу. Все это требует большого количества металла, для производства которого строятся новые батареи ульевых печей. Они начинают занимать все больше места в густонаселенных местностях.
Для улучшения технико-экономических показателей процесса коксования необходимо было изменить конструкцию коксовых печей; кроме того, для улучшения качества кокса появилась потребность управлять процессом коксования. Но ульевой печью, в сущности примитивным устройством, особенно не поуправляешь. Это и определило новое направление в развитии конструкций коксовых печей.
Крупным, принципиально новым инженерным решением на рубеже пятидесятых годов 19 столетия было создание отопительного простенка. При этом пространство, где проходило горение газов, отделили от камеры, в которой под воздействием тепла, поступающего.через стенку, происходил процесс коксования угольной загрузки.
В сравнительно короткий период (20 - 30 лет) примитивные стойловые и ульевые печи превратились в современные тепло-технические агрегаты.
Отопительный газ горит в отдельном пламенном пространстве - отопительном простенке, разделенном по длине перегородками на отдельные отопительные каналы. Если каналы разделены вертикальными перегородками, их называют вертикалами (отопительными каналами). Если же отопительный простенок делится горизонтальными перегородками, то это горизонталы. Что лучше? Это определяет конструкция печей.
Если есть отдельные точки отопления, какими являлись вертикалы и горизонталы, то можно туда подводить разное количество газа и необходимого для горения воздуха, а, регулируя процесс горения, можно изменять количество тепла, передаваемого в камеру коксования. Это в свою очередь позволяло влиять на процесс коксования и на качество кокса. Вершиной технических разработок в развитии печей этих систем являлись печи системы бельгийского изобретателя Эванса Коппе, прообразы современных коксовых печей. Печи этой системы строились во всех промышленно развитых странах по самой распространенной в то время конструкции.
Коксовая батарея того времени - это ряд выполненных из огнеупорного кирпича горизонтальных камер, разделенных отопительными простенками, которые в свою очередь вертикальными перегородками делятся на отопительные каналы.
Продукты сухой перегонки угля через окна в стенах камер поступают в отопительные каналы, в которые через специальные отверстия сверху подается воздух, и сгорают. Таким образом, весь процесс ведется за счет полного сжигания продуктов (летучих) коксования в самой печной камере. Продукты сгорания опускаются вниз по отопительным каналам в специальные подовые каналы, собираются в борове и удаляются через дымовую трубу. В большинстве конструкций печных камер, как в обыкновенной русской печке, так и в стойлах, разрежение в отопительной системе для подсоса, необходимого для горения воздуха и удаления дыма, создается дымовой трубой.
В печах системы Коппе происходил такой же процесс, но все выделяющиеся при коксовании продукты сгорать не успевали и, выходя нагретыми из дымовой трубы в атмосферу, загорались. Над дымовой трубой батареи системы Коппе всегда горел яркий факел. Отсюда и произошло название "пламенные печи Коппе". Факелы красиво освещали местность, и мало кто задумывался над тем, что это горят деньги!
Здесь нужно на время прервать рассказ о происхождении и развитии конструкций коксовых печей.
