DE19513016A1 - Verfahren zur Feinzerkleinerung von Mahlgut - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Feinzerkleine­ rung von Mahlgut gemäß dem Oberbegriff des Anspru­ ches 1, wobei das Mahlgut in einer Schüttung durch ein­ malige Pressung zwischen zwei gegenüberliegenden Flä­ chen einem Druck von über 50 MPa ausgesetzt wird.

Das Verfahren zur Feinzerkleinerung gemäß dem Oberbe­ griff des Anspruches 1 ist beispielsweise aus der DE-B-27 08 053 bekannt. Zur Ausübung dieses Verfahrens, kom­ men sog. Gutbett-Walzenmühlen in Betracht, die aus zwei mit hohem Druck gegeneinander gepreßten und gegensinnig angetriebenen Walzen bestehen.

Die Leistungsfähigkeit dieser Walzenmühlen ist jedoch dadurch begrenzt, daß die Mahlwerkzeuge, d. h. die Wal­ zen, das Mahlgut in die Preßzone transportieren müssen. Dabei ist die "Transportgeschwindigkeit" stark von den Reibverhältnissen der noch nicht gepreßten Gutschüttung auf der Walzenoberfläche und davon abhängig, wie stabil das Gutbett ist, um den Druck zu übertragen. Das Mahl­ gut wird somit von den Walzenoberflächen in den Mahl­ spalt eingezogen. Die eigentliche Pressung beginnt bei einem sich selbständig einstellenden Einzugswinkel. An­ hand der Umfangsgeschwindigkeit der Mahlwalzen läßt sich die Preßgeschwindigkeit zu Beginn der Druckbean­ spruchung berechnen. Unter der Preßgeschwindigkeit wird dabei die Geschwindigkeit verstanden, mit der sich der Abstand gegenüberliegender Flächenpunkte der beiden Walzen verringert.

Die Preßgeschwindigkeit zu Beginn der Druckbeanspru­ chung steht in direktem Zusammenhang mit der Durchsatz­ leistung der Walzenmühle. Eine Steigerung der Lei­ stungsfähigkeit derartiger Mühlen ist durch eine Erhö­ hung der Walzen-Umfangsgeschwindigkeit nur soweit mög­ lich, wie die Gutzuführung durch den Walzentransport vor der Pressung mit der Durchzugsgeschwindigkeit in der Preßzone bei der gewünschten Preßdichte mithalten kann. Ansonsten ist ein Abreißen des Materialflusses zu erwarten und die Folge ist eine hohe Instabilität des Preßvorganges. Walzenmühlen können aus diesem Grunde nur mit Anfangs-Preßgeschwindigkeiten betrieben werden, die bei etwa 0,5 m/s liegen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 dahingehend zu verbessern, daß die Durchsatzleistung erhöht wird.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß soll die einmalige Pressung zwischen zwei gegenüberliegenden Flächen derart erfolgen, daß sich im Bereich der Pressung der Abstand gegenüberlie­ gender Flächenpunkte der beiden Flächen zu Beginn der Druckbeanspruchung mit einer Anfangsgeschwindigkeit von wenigstens 1 m/s verringert. In einem bevorzugten Aus­ führungsbeispiel der Erfindung wird dieses Verfahren durch Verwendung einer Ringmühle verwirklicht, wie sie beispielsweise aus der DE-A-42 27 188 bekannt ist. Be­ züglich des Aufbaus der Ringmühle wird auf die DE-A-42 27 188 Bezug genommen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist eine sehr hohe Energieausnutzung und Energieumsetzung bei der Gutbett­ zerkleinerung möglich. Ferner ist es möglich, sehr fei­ nes Aufgabegut und Güter mit hohem Lückengrad in der Schüttung (eingeschlossenes Gas, Luft) sowie feuchtes Gut und solches Gut, dessen Lückengrad in der Schüttung durch ein Fluid ausgefüllt ist, zu zerkleinern. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitenden Vor­ richtungen sind enorm leistungsfähig und mit höchster Durchsatzleistung zu betreiben.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung wer­ den anhand der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung ei­ ner Ringmühle;

Fig. 2 eine Schnittdarstellung längs der Linie II-II der Fig. 1;

Fig. 3 eine Darstellung der Vertikalbewegung über den Drehwinkel und

Fig. 4 eine Darstellung der Vertikalgeschwindig­ keit über den Drehwinkel.

Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Ringmühle 1. Sie enthält im wesentlichen eine festste­ hende erste Mahlbahn 2, eine unter dieser ersten Mahl­ bahn und relativ zu ihr taumelbewegliche zweite Mahl­ bahn 3 und eine Taumelscheibe 4, die durch eine ge­ eignete, nicht dargestellte Drehantriebseinrichtung an­ getrieben werden kann. Die Taumelscheibe 4 dient zur Erzeugung einer Taumelbewegung der unteren zweiten Mahlbahn 3 in der Weise, daß sich die Weite des zwi­ schen den beiden Mahlbahnen 2, 3 gebildeten Mahl­ spalts 5 in Umfangsrichtung der Mahlbahnen periodisch vergrößert und verkleinert. In Fig. 1 ist in der linken Zeichnungshälfte die kleinste bzw. engste Weite und in der rechten Zeichnungshälfte die größte Weite des Mahl­ spalts 5 zwischen den beiden Mahlbahnen 2, 3 veran­ schaulicht.

Wie eine Betrachtung der Fig. 1 und 2 erkennen läßt, sind die beiden Mahlbahnen 2, 3 als im wesentlichen ebene Ringbahnen ausgebildet und um einen flachen Win­ kel β gegeneinander geneigt. Die Taumelscheibe 4 trägt dabei eine mit ihr umlaufende Abdeckung 6, durch die der Mahlspalt 5 in zumindest einer den Spaltbereich größter Weite erfassenden Umfangsteilzone nach außen hin abgedeckt ist.

Die feststehende erste Mahlbahn 2 ist im wesentlichen horizontal ausgerichtet und wird in einem nicht näher dargestellten Vorrichtungsgestell getragen. Die taumel­ bewegliche zweite Mahlbahn 3 ist unterhalb der ersten Mahlbahn 2 angeordnet. Hierbei weist die erste Mahl­ bahn 2 eine gegenüber dem Zentrum der zweiten Mahl­ bahn 3 ausmündende zentrale Gutzuführöffnung 2a auf, in die eine für die Zuführung des Mahlgutes geeignete Ein­ richtung mündet.

Die beiden sich gegenüberliegenden Mahlbahnen 2, 3 sind im wesentlichen konzentrisch zu einer vertikalen oder zumindest annähernd vertikalen Vorrichtungsachse 7 aus­ gerichtet. Diese Vorrichtungsachse 7 fällt mit der Drehachse eines Antriebszapfens 8 zusammen. Dieser An­ triebszapfen 8 steht von der der zweiten Mahlbahn 3 entgegengesetzten, vorzugsweise horizontal ausgerichte­ ten Unterseite nach unten und außen soweit vor, daß er mit einer darunterliegenden Drehantriebsvorrichtung verbunden werden kann.

Die Taumelscheibe 4 wird im Vorrichtungsgestell über mehrere verteilt angeordnete Axial-Drucklager 9 axial abgestützt und über wenigstens ein am Antriebszapfen 8 vorgesehenes Radiallager 10 radial geführt. Dagegen ist die von einem scheibenförmigen Körper gebildete, tau­ melbewegliche zweite Mahlbahn 3 einerseits über mehrere verteilt angeordnete Axial-Drucklager 11 auf der dem Antriebszapfen 8 entgegengesetzten, gegenüber der Hori­ zontalen um einem flachen Winkel geneigten Oberseite 4a der Taumelscheibe 4 abgestützt und andererseits an ei­ nem von dieser geneigten Oberseite 4a rechtwinklig nach oben vorstehenden, gegenüber der Vorrichtungsachse 7 geneigten Führungszapfen 4b über Radiallager 12 radial geführt.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt die zweite Mahlbahn 3 eine nach oben weisende, vollkommen ebene untere Mahlfläche 3b, die senkrecht zu ihrer Drehachse 3c ausgerichtet ist. Die erste Mahlbahn 2 weist gleichfalls eine ebene Mahlfläche 2b auf, die je­ doch um den Winkel β gegenüber der Horizontalen geneigt ist. Auf diese Weise liegen sich die Mahlflächen 2b, 3b der ersten und zweiten Mahlbahn 2, 3 im Spaltbereich der kleinsten bzw. engsten Weite im wesentlichen parallel gegenüber (vgl. linke Hälfte der Fig. 1).

Selbstverständlich können die Mahlflächen auch jede andere geeignete Ausgestaltung aufweisen, wie beispielsweise eine konische oder konkave Form.

Die beiden Mahlbahnen 2, 3 werden über eine nicht näher dargestellte Druckeinrichtung gegeneinander gepreßt. Diese Druckeinrichtung kann beispielsweise durch einen oberen und unteren Druckbalken gebildet werden, die mit druckmittelbetätigten Zylinder-Kolbeneinheiten zusam­ menwirken. Eine derartige Druckeinrichtung ist bei­ spielsweise aus der DE-A-42 27 188 bekannt.

Im Betrieb der Ringmühle 1 wird das Mahlgut über die Gutzuführöffnung 2a der ersten Mahlbahn 2 eingeführt und dem Mahlspalt 5 radial vom inneren Umfang her zuge­ führt. Das zerkleinerte Mahlgut wird dann über den äu­ ßeren Umfang des Mahlspalts 5 nach außen ausgetragen. Um große und größte Durchsatzleistungen dieser Ring­ mühle 1 zu ermöglichen, ist ein innerer Gutaustrags­ kratzer 13 vorgesehen, der hinter der engsten und vor der größten Weite des Mahlspaltes 6 liegt. Dieser in­ nere Gutaustragskratzer 13 sorgt auf zuverlässige Weise dafür, daß zuvor zerkleinertes Mahlgut sicher ausgetra­ gen und keine Verstopfung des dortigen Mahlraumes bzw. Mahlspaltbereiches hervorgerufen wird.

Die mit einer bestimmten Drehzahl umlaufende Taumel­ scheibe 4 bewirkt eine periodische Vergrößerung bzw. Verkleinerung des Mahlspaltes 5. In Fig. 3 ist die Ver­ tikalbewegung der zweiten Mahlbahn 3 gegenüber der er­ sten Mahlbahn 2 über den Drehwinkel der Taumelscheibe 4 dargestellt. Die Winkelstellungen α = 0°, 90°, 180° und 270° sind in den Fig. 1 und 2 ebenfalls eingetragen.

Bei der Winkelstellung 90° ist der Abstand S_E zwischen den beiden Mahlbahnen 2, 3 am kleinsten, während der Abstand zwischen den beiden Mahlbahnen beim Drehwinkel von 270° am größten ist. In dem Drehwinkelbereich von etwa 200° bis 0° wird das Mahlgut vorgelegt, d. h. es gelangt von der Mitte radial nach außen auf die zweite Mahlbahn 3. Bei einem Drehwinkel von etwa 0° hat sich eine ausreichende Mahlgutschüttung aufgebaut. Die ei­ gentliche Druckbeanspruchung beginnt bei einem Drehwin­ kel von etwa 55° und endet bei 90°, wo der kleinste Mahlspalt 5 erreicht wird. Die eigentliche Pressung des Mahlgutes erfolgt somit bei diesem Ausführungsbeispiel über einen Winkelbereich von etwa 35°. Je nach Art des zu zerkleinernden Mahlgutes und der Größe der Ringmühle kann die Pressung auch über einen größeren Winkelbe­ reich, beispielsweise bis zu 60° erfolgen. Bei einem Drehwinkel von etwa 160° wird das zerkleinerte Mahlgut über den Gutaustragskratzer 13 aus der Ringmühle ausge­ tragen.

Die der Erfindung zugrundliegenden Versuche wurden mit folgenden Parametern durchgeführt:

Bei den Versuchen wurden über die verschiedenen Winkel­ stellungen der Taumelscheibe 4 der Hub der zweiten Mahlbahn 3 sowie die Vertikalgeschwindigkeit dieser Mahlbahn gemessen. Die Vertikalgeschwindigkeit der un­ teren Mahlbahn 3 bei einer bestimmten Winkelstellung entspricht der Geschwindigkeit, mit der sich der Ab­ stand von zwei vertikal gegenüberliegenden Flächenpunk­ ten auf den bei den Mahlbahnen 2, 3 verringert bzw. vergrößert.

Bei den Versuchen wurden dabei folgende Werte ermit­ telt:

Der Hub und die Vertikalgeschwindigkeit der zweiten Mahlbahn 3 berechnet sich wie folgt:

Hub = sin (β) _* rm _* sin (α)

V_k = sin (β) _* rm _* cos (α) _* omega

mit:

β [grad]: Neigungswinkel zwischen den beiden Mahlbahnen 2, 3
rm [m]: mittlerer Mahlbahnradius
α [grad]: Drehwinkelstellung
omega [1/s]: Winkelfrequenz

In Fig. 4 ist die Vertikalgeschwindigkeit V_k über die Winkelstellung α für die drei Umlaufgeschwindigkei­ ten 10, 15 und 20 m/s aufgetragen.

Wie sich sehr anschaulich aus Fig. 4 ergibt, beträgt die Vertikalgeschwindigkeit, d. h. die Anfangsgeschwindig­ keit, mit der sich der Abstand gegenüberliegender Flä­ chenpunkte der beiden Mahlbahnen verringert, zu Beginn der Druckbeanspruchung über 1 m/s. Im konkreten Fall beträgt die Vertikalgeschwindigkeit bei einer mittleren Umlaufgeschwindigkeit der Kompressionszone von 10 m/s 1,2, bei 15 m/s 1,79 und bei 20 m/s 2,39 m/s.

Die Vertikalgeschwindigkeit, d. h. die Geschwindigkeit gegenüberliegender Flächenpunkte, baut sich bis zum Er­ reichen des maximalen Drucks auf 0 m/s ab. Der maximale Druck liegt über 50 MPa und kann auch Werte bis zu 500 MPa erreichen. Bei derartigen Drücken findet die sog. Gutbettzerkleinerung statt. Die dabei gebildeten Agglomerate können in bekannter Weise in einer nachgeschalteten Einrichtung desagglomeriert werden.

Hohe Anfangsgeschwindigkeiten bedeuten bei kontinuier­ lichen Systemen wie bei einer Ringmühle, ein hohes Durchsatzpotential mit entsprechenden hohen Energieum­ setzungen.

Wird die Ringmühle zu Beginn der Druckbeanspruchung mit einer Anfangsgeschwindigkeit von wenigstens 1 m/s be­ trieben, ist auch die Zerkleinerung von bereits sehr feinem Aufgabegut und von Gütern mit hohem Lückengrad in der Schüttung sowie die Zerkleinerung von feuchtem Gut und solchem Gut möglich, dessen Lückengrad in der Schüttung durch ein Fluid ausgefüllt ist. Gegenüber ei­ ner Gutbettwalzenmühle, die mit einer Anfangsgeschwin­ digkeit von maximal 0,5 m/s gefahren werden kann, las­ sen sich mit einer Ringmühle, die nach dem erfindungs­ gemäßen Verfahren betrieben wird, wenigstens doppelt so große Durchsätze erzielen. Das erfindungsgemäße Verfah­ ren zur Gutbettzerkleinerung ist somit für höchste Durchsatzleistungen ausgelegt.

Claims (5)

1. Verfahren zur Feinzerkleinerung von Mahlgut, wobei das Mahlgut in einer Schüttung durch einmalige Pres­ sung zwischen zwei gegenüberliegenden Flächen (2b, 3b) einem Druck von über 50 MPa ausgesetzt wird, da­ durch gekennzeichnet, daß sich im Bereich der Pres­ sung der Abstand gegenüberliegender Flächenpunkte der beiden Flächen zu Beginn der Druckbeanspruchung mit einer Anfangsgeschwindigkeit von wenigstens 1 m/s verringert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Geschwindigkeit gegenüberliegender Flä­ chenpunkte bis zum Erreichen des maximalen Drucks auf 0 m/s abbaut.

3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Vorrichtung zur Zerkleinerung von Mahlgut, enthaltend:

• a) eine feststehende erste Mahlbahn (2),
• b) eine relativ zur ersten Mahlbahn taumelbe­ wegliche zweite Mahlbahn (3),
• c) eine angetriebene Taumelscheibe (4) zur Erzeu­ gung einer Taumelbewegung der zweiten Mahl­ bahn (3), durch die sich die Weite des zwischen den beiden Mahlbahnen gebildeten Mahlspalts (5) periodisch vergrößert und verkleinert,
• d) wobei die beiden Mahlbahnen als im wesentlichen ebene Ringbahnen ausgebildet und um einen fla­ chen Winkel (β) gegeneinander geneigt sind.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anfangsgeschwindigkeit der gegenüberliegen­ den Flächenpunkte über die Drehzahl der rotierenden Taumelscheibe einstellbar ist.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Pressung über einen Winkelbereich der Mahl­ bahn erfolgt, der weniger als 90°, vorzugsweise we­ niger als 60° beträgt.