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Verfahren und Vorrichtung zum Mahlen und Sichten
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eines Gutes Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Mahlen und Sichten
eines körnigen Gutes im geschlossenen Kreislauf, insbesondere von Zement, bei welchem
das Aufgabegut gemahlen und das Mahlgut anschließend gesichtet und in einen Grießenstrom
und in einen Feingutstrom zerlegt wird, wobei der Grießenstrom in den Aufgabegutstrom
zurückgeführt wird und das Feingut das Fertigprodukt bildet.
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Ferner betrifft die Erfindung auch eine Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens, welche eine Mühle und zumindest eine grießenseitig in den geschlossenen
Kreislauf der Mühle eingeschaltete Trennvorrichtung insbesondere einen Sichter,
sowie ein dem Mühlenaustrag mit dem Sichtereintrag
verbindendes
Becherwerk aufweist, wobei der Feingutaustrag des Sichters in eine Fertiggutleitung
mündet und die Grieße aus der Trennvorrichtung der Mühlenaufgabe zuführbar sind.
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Die heute im Bauwesen eingesetzten Bindemittel, wie Zement, Kalk,
Gips usw. sind pulverförmige Stoffe hoher Feinheit, die in der Regel durch Vermahlung
von Zwischenprodukten erhalten werden. Es ist somit verfahrenstechnisch ein Zerkleinerungsvorgang
notwendig, wobei ein oder mehrere Zwischenprodukte gemeinsam zur Vermahlung gelangen.
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Verfahren und Vorrichtungen zum Mahlen sind beispielsweise aus der
DT-OS 2 032 736, der GB-PS 830 582 und der US-PS 3 401 891 bekannt.
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Aus der DT-AS 1 913 440 ist ein Verfahren zum Mahlen und Sichten
eines körnigen Gutes im geschlossenen Kreislauf, insbesondere von Zement, bekannt,
bei welchem das Aufgabegut gemahlen und das Mahlgut anschließend gesichtet und in
einen Grsßenstrom und in einen Feingutstrom zerlegt wird, wobei der Grießenstrom
in den Aufgabegutstrom zurückgeführt wird und das Feingut das Fertigprodukt bildet,
bei den dem Feingutstrom unmittelbar nach seiner Trennung vom Grießenstrom ein Teilstrom
entnommen und wieder in den geschlossenen Kreislauf eingeführt wird. Dabei ist eine
vom Feingutaustrag des Sichters kommende Feingutleitung vorgesehen, die in eine
Weiche mündet, welche austragseitig sowohl in die Fertiggutleitung als auch ion
eine in den geschlossenen Kreislauf der Mühle mündende Teilstromleitung mündet.
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Ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung ähnlich dem eingangs genannten
Verfahren bzw. ähnlich der eingangs genannten Vorrichtung ist aus der DT-OS 1 813
134 bekannt.
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Bei diesem Verfahren zur Regelung der Sichtgutzuführung zu
mehreren
parallel geschalteten Sichtern einer Zementmahlanlage wird das Mengenverhältnis
der den einzelnen Sichtern aufgegebenen Sichtgutmengen zueinander über jeweils eine
jedem Sichter zugeordnete, an sich bekannte Dosierbandwaage beliebig fest eingestellt
und zur Anpassung der Förderleistung der Dosierbandwaagen an den Durchsatz der Mühle
dieser laufend gemessen und das Meßsignal den Drehzahlregeleinrichtungen des Dosierbandwaagen
aufgeschaltet.
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Insbesondere für kleinere Leistungen, in der Regel unter 25 t/h,
finden heute Durchlaufkugelmühlen mit zwei oder mehr Kammern Verwendung, welche
im offenen Kreislauf arbeiten, d.h. eine gewisse Menge Aufgabegut wird der Mühle
über den Einlauf kontinuierlich aufgegeben, verbleibt eine gewisse Zeit in der Kugelmühle
und verläßt beim Mühlenauslauf als Endprodukt mit der gewünschten Feinheit das Mahlsystem.
Die Feinheit bei dieser Art von Vermahlung wird mit der Menge des Aufgabegutes geregelt.
Wird die Menge des Aufgabegutes verringert, erhöht sich die Verweilzeit im Mahlsystem
und es verläßt das Fertiggut die Mühle in einem feineren Zustand. Solche Verbundmühlen
oder Durchlaufmühlen sind jedoch für größere Durchsatzleistungen nicht geeignet.
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Zur Erzielung höherer Leistungen bis in die Größenordnung bis 200
t/h und darüber werden Mahlanlagen im geschlossenen Kreislauf verwendet. Bei dieser
Art von Vermahlung gelangt das Mahlgut, das die Mühle verläßt, über Becherwerke
oder pneumatische Hebeleitungen in Sichtanlagen, welche imstande sind, den Anteil
an Fertiggut der gewünschten Feinheit auszusichten. Alles gröbere Mahlgut wird dem
Mahlsystem zur weiteren Vermahlung rückgeführt.
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Beim Betrieb von Mahlanlagen im geschlossenen Kreislauf ist es verfahrenstechnisch
wichtig, die Umlaufmenge im Mahlsystem konstant zu halten. Derzeit bekannte Regelungsverfahren
sehen
vor, die Konstanthaltung der Umlaufmenge durch Veränderung der Frischgutzugabe zu
erreichen. Wenn die Umlaufmenge steigt, wird die Frischgutmenge verringert, wenn
die Umlaufmenge unter das gewünschte Maß fällt, wird die dem Mahlsystem zugeführte
Frischgutmenge erhöht. Für die Bestimmung der Umlaufmenge kann die Leistungsaufnahme
des Becherwerkes oder die Wiegung der Grießrückführung herangezogen werden.
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Bei Mahlungen mit geringen Unterschieden in der Mahlbarkeit des Aufgabegutes
kann eine derartige Regelung des Mahlvorganges durchwegs zum Erfolg führen.
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Diese Regelungsverfahren haben zwei wesentliche Nachteile, die im
folgenden näher erläutert werden.
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Wenn das Mahlergebnis in der Mühle z.B. durch Änderung der Mahlbarkeit
und gegebenenfalls Änderungen in der Temperatur und Feuchtigkeit des Frischgutes
schlechter wird und erhöhte Mengen Grieße zur Mühle rückgeführt werden bzw. zuwenig
Fertiggut aus den Sichtern gelangt, vermindert die Regelung die Frischgutmenge.
Dies bewirkt eine Veränderung der Zusammensetzung des Aufgabegutes bezüglich Mengenverhältnis
zu den Großen und in der Folge eine Veränderung des Mahlergebnisses. Die Verminderung
der Frischgutaufgabe bewirkt eine Verbesserung des Mahlergebnisses über den Normalfall
hinweg. Die Umlaufmenge vermindert sich und die bekannte Regelung vermehrt die Frischgutmenge.
Es wird also unmittelbar nach der erstgenannten Störung eine weitere folgen, bei
welcher viel Fertiggut die Mühle bzw. die Sichter verläßt und somit zu wenig Große
zur Mühle zurückgeführt werden. Dies bewirkt eine Steigerung der Mühlenaufgabe und
abermals eine Veränderung des der Mühle zugegebenen Mahlgutes, da zuviel Grieße
rückgeführt werden. Bei vielen Mahlanlagen treten nun in der Umlaufmenge Schwingungen
auf, welche die Regelung nicht mehr in der Lage ist auszugleichen. Diese
Schwingungen
können Formen annehmen, daß in einem Fall die Mühle überfüllt und im anderen Fall
mit zu wenig Material läuft. Es ist insbesondere für Kugelmühlen charakteristisch,
daß die Feinheit des Endgutes -zunimmt, wenn man weniger Material der Mühle aifgibt
und anderseits abnimmt, wenn die Mühle mit mehr Material beschickt wird.
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Die nun vorher erwähnten Schwingungen im Mahlsystem von Mahlanlagen,
welche im geschlossenen Kreislauf arbeiten, haben zwangsläufig starke Schwankungen
in der Korngrößenverteilung des Fertiggutes zur Folge, welche eine Qualitätsverminderung
bewirkt und z.B. bei der Ermahlung von hydraulischen Bindemitteln - ungleichmäßige
Festigkeitsmerkmale hervorruft. Es ist aber aus Qualitätsgründen eine absolute Notwendigkeit,
wie z.B. bei der obengenannten Ermahlung von hydraulischen Bindemitteln, Fertiggut
mit gleichmäßiger Feinheit und mit gleichmäßigen Festigkeitsmerkmalen zu erzeugen.
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Ein zusätzlicher Grund für das Aufschwingen der Umlaufnenge ist das
entgegengesetzte Verhalten von Mühle und Sichter bei Änderung der Aufgabemenge.
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Eine Mahlanlage reagiert bei Erhöhung der Aufgabemenge mit einer
Vergröberung des Fertiggutes. Die Sichter, die heute durchwegs bei Mahlanlagen,
welche im geschlossenen Kreislauf arbeiten, eingesetzt sind, zeigen jedoch eine
entgegengesetzte Charakteristik. Wenn solche Sichter mit mehr Material beschickt
werden, verfeinert sich die Trenngrenze und es scheidet der Sichter feiner und weniger
aus. Im entgegengesetzten Fall, wenn die Sichter mit weniger Material beschickt
werden, vergröbert sich die Trenngrenze und es scheidet der Sichter ein gröberes
Fertiggut und mehr aus.
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Diese Schwingungen im Mahlsystem von Mahlanlagen, welche im geschlossenen
Kreislauf arbeiten, haben zwangsläufig
Schwankungen in der Feinheit
des Fertiggutes zur Folge, welche eine Qualitätsverminderung bewirkt und ungleichmäßige
Festigkeitsmerkmale hervorrufen.
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Ein weiterer Nachteil des bekannten Regelungsverfahrens ist das den
Festigkeitserwartungen entgegengesetzte Verhalten bei der Vermahlung von Zementklinker.
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Bei der Ermahlung von Zement stammen die Unterschiede in der Mahlbarkeit
uberwiegend von der Klinkerkomponente. Klinker gleicher chemischer Zusammensetzung,
der stärker gebrannt ist, ist meist schwerer mahlbar, bringt aber dafür eher einen
Zement besserer Festigkeiten. Klinker der schwächer gebrannt ist, ist leichter mahlbar,
bringt aber einen Zement mit etwas schlechteren Festigkeiten. Die bekannte Regelung
von Mahlanlagen arbeitet jedoch den vorgegenannten Erfahrungen entgegen. Wenn stärker
gebrannter Klinker schwererer Mahlbarkeit, aber besserer Festigkeitserwartungen,
der Mühle zugeführt wird, ergibt sich ein Endprodukt, das feiner ist und höhere
Festigkeiten erwarten läßt, was jedoch im vorliegenden Falle nicht erwünscht ist,
da ja sowieso Klinker höheren Festigkeitserwartens zur Vermahlung gelangte.
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Wenn schwächer gebrannter Klinker oder lang abgelagerter Klinker
aus Freilagern der Mühle aufgegeben wird, erhält man bei der derzeitigen Regelung
ein Endprodukt das gröber ist und daraus schlechtere Festigkeiten zusätzlich zu
dem niedrigen Festigkeitserwarten dieses Klinkers.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues Regelverfahren
zu schaffen, welches die vorbeschriebenen Nachteile ausschließt und mit denxdie
vorbeschriebenen Nachteile bei der Ermahlung von pulverförmigen Stoffen, insbesondere
Stoffen hoher Feinheit, bei Mahlanlagen, welche mit der herkömmlichen Regelung betrieben
werden, vermieden werden können.
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Dazu ist bei einem Verfahren der eingangs genannten
Art
vorgesehen, daß die Konstanthaltung einer gewünschten Umlaufmenge durch das Verändern
der Trenngrenze der einen oder der mehreren Trennvorrichtungen, insbesondere der
Sichter, in Abhängigkeit von der Menge insbesondere von dem Gewicht des Grießenstromes
nach dem Sichten geregelt wird, wobei die Aufgabemenge der Mahlanlagnder geforderten
Endfeinheit entsprechend konstant gehalten wird.
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Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird somit im Gegensatz zu der vorher
beschriebenen Regelung nicht die Mühlenaufgabemenge verändert, um die Umlaufmenge
konstant zu halten, sondern das Trennverhalten der Sichter. Dies bringt folgende
Vorteile:.
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Die der Mühle zugeführte konstante Frischgutmenge bringt bessere
Voraussetzungen für eine gleichmäßige Mahlung in der Mühle selbst. Es ändert sich
praktisch das Verhältnis zwischen Grießmenge und festem Aufgabegut wenig.
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Es wird gleichzeitig eine bessere Gleichmäßigkeit in der Temperatur
des Aufgabegemisches erreicht und es werden Feuchtigkeitsschwankungen in engerenGrenzen
gehalten. Die Frischgutmenge wird nur verändert, wenn die Feinheit des Endgutes
verändert werden soll, ähnlich wie bei Verbund-bzw. Durchlaufmühlen.
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Die Folge des Vorhergesagten ist ein viel gleichmäßigerer Betrieb
der Mahlanlage. Schwingungen im Umlaufsystem und die damit zusammenhängende Störung
im Mahl-und Leistungsverhalten der Mühle werden vermieden. Mahlbarkeitsunterschiede
der Komponenten des Frischgutes, wie z.B. schwerer oder leichter gebrannter Klinker,
werden nun durch Änderung der Trenngrenze der Sichter ausgeregelt, so daß die Umlaufmenge
konstant bleibt.
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Besser gebrannter Klinker mit höherem Festigkeitserwarten sowie schwächer
gebrannter Klinker bzw. lang
abgelagerter Freilagerklinker mit
geringem Festigkeitserwarten wird durch die Regelung entsprechend dem erfindungsgemäßen
Verfahren nicht unterschiedlich fein zerkleinert und es sind näherliegende Festigkeiten
zu erwarten.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird bevorzugt, wenn die Menge
in Abhängigkeit von der Leistungsaufnahme zumindest eines Becherwerkes oder pneumatischen
Hebewerkes geregelt wird. Ferner ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß bei der Mahlung
von schwerer mahlbarem Zementklinker bei konstanter Aufgabemenge die Trenngrenze
der Sichter in Richtung auf eine gröbere Trenngrenze und daß bei Mahlung von leichter
mahlbarem Zementklinker bei konstanter Aufgabenmenge die Trenngrenze der Sichter
in Richtung auf eine feinere Trenngrenze verändert wird.
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Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß zur
Konstanthaltung einer gewünschten Umlaufmenge eine Reglereinheit zur Veränderung
der Trenngrenze der einen oder der mehreren Trennvorrichtungen, insbesondere der
Sichter, vorgesehen ist, wobei diese vom Ausgangssignal zumindest einer die aus
der Trennvorrichtung kommenden Grieße mengenmäßig bestimmendenEinrichtung insbesondere
einer die GrießewägendenGriflenwaage,beaufschlagte Reglereinheit dieses Ausgangssignal
mit einem vorgegebenen Sollwert vergleicht, und in Abhängigkeit davon die Trenngrenze
der Trennvorrichtungen verändert, und wobei Einrichtungen zur Konstanthaltung der
Aufgabemenge der Mahl anlagen in Abhängigkeit der geforderten Endfeinheit vorgesehen
sind.
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Bevorzugt ist es, daß als die Grieße mengenmäßig bestimmende Einrichtungen
Leistungsmeßeinrichtungen für zumindest ein Becherwerk oder pneumatisches Hebewerk
vorhanden sind. Dabei kann es zweckmäßig sein, daß die Sichter
Lüfter
und Gegenlüfter aufweisen und deren Drehzahl mechanisch, elektromotorisch, elektronisch
oder pneumatisch veränderbar ist.
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Im folgenden soll noch der Vollständigkeit halber eine Mahlanlage
anhand einer in der Zeichnung dargestellten Prinzipdarstellung ausführlich beschrieben
werden.
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In dem Prinzipschema ist eine Mahlanlage 1 dargestellt, bestehend
aus einer 2-Kammer-RohrmUhle, in welcher die beiden Mahlkammern mit Stahlkugeln
bei einem Füllungsgrad von ca. 30 C/o gefüllt sind, ein Becherwerk 2 für den vertikalen
Transport des Mahlgutes vom Mühlenauslauf zu den beiden Sichtanlagen 3 (Sichter),
einer Förderstrecke 4 für Fertiggut, einer Förderstrecke 5 für die Grieße mit integrierter
Grießbandwaage 6 und 3 Waagenanlagen 7 für die Frischgutkomponente, im gegebenen
Fall für Zementklinker, Rohgips und granulierte Hochofenschlacke.
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Das Produktionsschema von dem vorgenannten Beispiel einer Zementmahlanlage
verläuft wie folgt: Mit den drei Waagen 7 werden die einzelnen Frischgutkomponenten
in der Zusammensetzung entsprechend der gewünschten Zementsorte und in der Menge
entsprechend der gewünschten Feinheit der Mühlenaufgabe zugeführt. In der Mühle
1 selbst erfolgt die Zerkleinerung, wobei zum Mahlen aufgabegut noch die Menge Grieße
dazukommt, welche von den Sichtanlagen 3 als zu grob abgeschieden wurden. Das Mahlgut
verläßt die Mühle 1 über den Auslauf, gelangt in das Becherwerk 2 und wird den Sichtanlagen
3 gleichmäßig aufgeteilt zugeführt. In den Sichtanlagen 3 findet eine Trennung des
Mahlgutes mit einer variablen Trenngrenze statt, wobei jener Teil des Mahlgutes,
welcher feiner als die eingestellte Trenngrenze ist, als Fertiggut abtransportiert,
während jener Teil des Mahlgutes, welcher gröber als die Trenngrenze
ist,
als Grieße der Mühle 1 zur Weitervermahlung zugeführt wird.
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Die vorbeschriebene Umlaufmengenregelung gemäß dem erfindungsgemäßen
Verfahren der vordem als Beispiel angeführten Zementmahlanlage besteht im wesentlichen
aus zwei Regelkreisen, welche im folgenden gleichfalls ausführlich beschrieben werden.
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1.) FrischFutmengenregelung: Die Frischgutkomponenten werden je nach
gewünschtem Mahlgut in einem bestimmten Verhältnis zueinander mittels Dosiereinrichtungen
(von Motoren 12 angetriebene Förderanlagen) aufgegeben. Eine erfahrungsgemäße Sollmenge
wird über einen Potentiometerabgriff 9 für den Sollwert der Frischgut summe in Form
einer Gleichspannung den Aufgabereglern 8 zugeführt und im erfindungsgemäßen Verfahren
wird diese Frischgutmenge innerhalb der Reglertoleranzen konstant gehalten.
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Die Aufgaberegler 8 erhalten von dem Gewicht der Bandbeladung und
der Bandgeschwindigkeit abhängige Signale und steuern die Motoren 12.
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2.) Grießmen£enregelunz: Die Mengenermittlung des Rückgutes erfolgt
mit einer Wiegeeinrichtung 6 (Gewicht der Bandbeladung x Bandgeschwindigkeit) und
es dient dieser Meßwert einem elektronischen Regler 10 als Istgröße. Der aus Erfahrungswerten
gebildete Sollwert wird direkt am genannten Regler 10 eingestellt. Entsprechend
der Soll-Ist-Differenz gibt der PI-Regler Plus- bzw. Minus-Impulse an die Drehzahlregeleinrichtung
des thyristorgesteuerten Gleichstrommotors 11 des Sichterstreutellers. Das vor Aufschaltung
des Regelkreises notwendige Hochfahren der Streutellerdrehzahl erfolgt händisch,
wobei dieser Drehzahlwert je nach Mahlgut differiert und
für den
Jeweils in Verwendung stehenden Sichter nach Erfahrungswerten erarbeitet werden
muß.
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Im folgenden soll der Regelungsvorgang bei Änderung in der Zusammensetzung
der Aufgabemenge beschrieben werden.
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Wie bereits erwähnt, stammen die Unterschiede in der Mahlbarkeit
des Mahlgutes überwiegend aus der Klinkerkomponente. Im vorliegenden Fall wird Klinker
schwerer Mahlbarkeit der Mahlanlage aufgegeben. Das die Mühle 1 verlassende Produkt
weist nun eine gröbere Kornzusammensetzung auf, wobei diese Materialänderung eine
Erhöhung der abgeschiedenen Grießmenge durch den Sichter 3 bewirkt. Auf das Ansteigen
der Grießmenge reagiert der Regler 10 derart, daß er die Streutellerdrehzahl reduziert,
damit also die Trenngrenze ändert. Demzufolge wird vom Sichter 3 entsprechend der
Soll-Ist-Abweichung wieder weniger Rückgut abgeschieden. Es können somit zwei wesentliche
Effekte erreicht werden, nämlich a) die der Mühle rückgeführte Grießmenge bleibt
relativ konstant, d.h. das Verhältnis Frischgut zu Rückgut ist nahezu unverändert
und b) es wird die Qualitätsverbesserung des Endgutes, welche durch den schwerer
mahlbaren, aber qualitativ besseren Klinker erreicht werden würde, jedoch nicht
erforderlich ist, verhindert. Ferner wird mit dieser regeltechnischen Maßnahme eine
zusätzliche Verschiebung der Trenngrenze infolge erhöhtem Materialangebot in Richtung
feinerem Austrag und somit weiterer Qualitätsverbeserung hintangehalten.
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Die Richtigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Regelung von
Mahlanlagen ist in monatelangen Auswertungen von Zementmahlanlagen bestätigt worden,
wie unter anderem aus beiliegender Gegenüberstellung ersichtlich ist.
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Die statische Auswertung der Schwankungen von Zementfeinheit und Druckfestigkeit
nach 3, 7 und 28 Tagen bei der Mahlung von Portlandzement 275 (H) zeigt deutlich
die starken Verbesserungen in der Gleichmäßigkeit des Endgutes durch beachtliche
Erniedrigung von Standardabweichungen und Variationskoeffizient bei den Feinheit-und
Festigkeitswerten.
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PZ 275 (H) - Mahlungsproben einer Zementmühle Statistische Auswertung
der Schwankungen von Blainewert und Druckfestigkeit von 3, 7 und 28 Tagen Gegenüberstellung
mit herkömml. mit erfdgms.
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Regelung Sichterregelung Blainewert, cm²/g Niedrigster Wert 2950
3000 Höchster Wert 3530 3250 Mittlerer Wert 3207 3076 Standardabweichung, kp/cm2
+ 120 +53 Variationskoeffizient, % 3,7 1,7 Druckfestigkeiten, kp/cm2, Prüfung nach
ÖN B 3310 Nach 3 d.
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Niedrigster Wert l39 175 Höchster Wert 266 226 Mittlerer Wert 192
193 Standardabweichung, kp/cm2 + 24,0 + 11,8 Variationskoeffizent, % 12,5 6,1 Nach7d.
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Niedrigster Wert 217 262 Höchster Wert 346 326 Mittlerer Wert 282
284 Standardabweichung, kp/cm2 + 27,8 + 16,4 Variationskoeffizient, % 9,9 5,8 Nach
28 d.
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Niedrigster Wert 355 390 Höchster Wert 498 461 Mittlerer Wert 427
425 Standardabweichung, kp/cm2 -+ 37,5 + 19,4 Variationskoeffizient, % 8,8 4,6
L
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