BE1028354B1 - Mahlvorrichtung zur Erreichung eines optimalen Entwässerungsgrades und Verfahren zu deren Betrieb - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mahlvorrichtung 10, wobei die Mahlvorrichtung 10 eine Materialzuführung 30, eine Mühle 20 und eine Materialabführung 40 aufweist, wobei die Materialzuführung 30 Edukt in die Mühle 20 fördert, wobei die Materialabführung 40 Produkt aus der Mühle 20 fördert, wobei die Mahlvorrichtung 10 eine Steuervorrichtung 80 zur Steuerung der Mahlvorrichtung 10 aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Mahlvorrichtung 10 einen ersten Sensor 50 aufweist, wobei der erste Sensor 50 zur Erfassung des Produkts in der Materialabführung 40 angeordnet ist, wobei der erste Sensor 50 zur Erfassung einer feuchtigkeitskorrelierten Eigenschaft des Produkts ausgebildet ist, wobei die Steuervorrichtung 80 zur Anpassung der Steuerung der Mahlvorrichtung 10 in Abhängigkeit der vom ersten Sensor 50 erfassten Daten ausgebildet ist.

Description

Mahlvorrichtung zur Erreichung eines optimalen Entwässerungsgrades und Verfahren zu deren Betrieb Die Erfindung betrifft eine Mahlvorrichtung mit einem Sensor zur Ermittlung des Wassergehalts des Produkts.

Bei der Vermahlung von Klinker und Sulfatträger werden oftmals Kugelmühlen eingesetzt.

Durch die Vermischung von warmen Klinker mit dem Sulfatträger, welcher wasserhaltiges ist, und die vergleichsweise lange Verweildauer in der Kugelmühle, typischerweise mehrere Minuten, erfolgt eine teilweise bis vollständige Trocknung des Sulfatträgers.

Vertikalmühlen sind Kugelmühlen jedoch im Durchsatz und Energieverbrauch überlegen.

Hierdurch reduziert sich jedoch die Verweilzeit innerhalb der Mühle typischerweise auf einige Sekunden bis wenige Minuten.

Hierdurch kann es dazu kommen, dass Sulfatträger nicht ausreichend getrocknet werden.

Daher werden üblicherweise heiße Gase zur Trocknung genutzt oder Entwässerungsaggregate zusätzlich eingebaut.

Aus der EP 1 922 149 B1 ist ein Verfahren zur Vermahlung von heiße, und feuchtem Rohmaterial, insbesondere von Zementklinker, Schlacke und Zuschlagstoffen bekannt, wobei die Gaseintrittstemperatur von der Feuchte der Rohmaterialkomponente bestimmt wird.

Aus der DE 199 22 548 A1 ist ein Verfahren zur Regelung in einer Trockenmahlanlage mit Hilfe eines mathematischen Prozessmodells bekannt.

Aus der AU 772066 B2 ist eine Methode und eine Vorrichtung zur Herstellung von Zement bekannt.

Aus der CN 102151605 A ist ein Verfahren und ein System für eine Vertikalmühle mit prädiktiver Kontrolle bekannt.

Aus der DE 10 2018 220 390 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer mineralischen Zubereitung mittels einer Vertikalmühle bekannt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Mahlvorrichtung zu schaffen, welche eine gleichbleibende gute Produktqualität zu günstigen Produktionsbedingungen herzustellen in der Lage ist.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Mahlvorrichtung mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie durch das Verfahren mit den in Anspruch 8 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie der Zeichnung.

Die erfindungsgemäße Mahlvorrichtung weist eine Materialzuführung, eine Mühle und eine Materialabführung auf. Die Mahlvorrichtung dient insbesondere der Vermahlung von Zementklinker mit einem Sulfatträger. Der Sulfatträger ist vorzugsweise ein wasserhaltiges Sulfat, besonders bevorzugt ein wasserhaltiges Calciumsulfat, ganz besonders bevorzugt Calciumsulfat Dihydrat. Weiter bevorzugt handelt es sich um ein Calciumsulfat aus einer Rauchgasentschwefelungsanlage. Ein solches Calciumsulfat weist neben Kristallwasser oft auch eine erhöhte Feuchtigkeit auf. Vorzugsweise werden auch zusätzliche Materialien, insbesondere Kalkstein, Hüttensand oder Puzzolane, natürliche und/oder künstliche Puzzolane, mit vermahlen. Insbesondere handelt es sich bei der Mahlvorrichtung um eine Mahlvorrichtung zur Zementherstellung.

Die Materialzuführung fördert Edukt in die Mühle. Edukte sind insbesondere die zuvor genannten Zementklinker, Sulfatträger, Kalkstein, Hüttensand sowie Puzzolane. Die Materialabführung fördert Produkt aus der Mühle, beispielsweise in ein Lager. Die Materialabführung kann pneumatisch oder mechanisch erfolgen. Es kann sich um eine Förderung mittels Fluidisierung mittels Luft handeln. Es kann aber auch ein Förderband, eine Eimerkette oder dergleichen verwendet werden. Die Mahlvorrichtung weist eine Steuervorrichtung zur Steuerung der Mahlvorrichtung auf.

Erfindungsgemäß weist die Mahlvorrichtung einen ersten Sensor auf. Der erste Sensor ist zur Erfassung des Produkts in der Materialabführung angeordnet. Der erste Sensor ist zur Erfassung einer feuchtigkeitskorrelierten Eigenschaft des Produkts ausgebildet. Besonders bevorzugt ist die feuchtigkeitskorrelierte Eigenschaft die Absorption im infraroten Bereich des Lichtes. Vorteil dieser Ausführungsform ist die einfache und günstige Implementation. Es kann sich aber auch um einen Sensor zur spektral aufgelôsten Erfassung der Streustrahlung eines Lasers handeln (Raman-Spektroskopie). Ebenso denkbar ist, dass der erste Sensor direkt eine elementspezifische Eigenschaft erfasst, beispielsweise Rôntgenfluoreszenzanalyse, bei welcher innere Elektronen 5 mittels Röntgenstrahlung oder mittels Elektronenstrahl angeregt werden und die daraus resultierende Emission im Röntgenbereich detektiert wird. Ebenso können massenspektroskopische Verfahren verwendet werden, insbesondere Matrix-Assistierte Laser-Desorption-lonisierung (MALDI) mit der Flugzeitanalyse (TOF). Ebenso können Röntgenbeugungsverfahren verwendet werden, insbesondere in Kombination mit der Rietveld-Auswertung, beispielsweise um aus dem Diffraktogrammen das Verhältnis beispielsweise zwischen Calciumsulfat Dihydrat, Calciumsulfat Habhydrat und wasserfreiem Calciumsulfat. Die Steuervorrichtung ist zur Anpassung der Steuerung der Mahlvorrichtung in Abhängigkeit der vom ersten Sensor erfassten Daten ausgebildet.

Besonders wichtig ist, dass zum einen ein ausreichender Entwässerungsgrad erreicht wird. Ist dieser zu gering, so kann dieses negative Auswirkungen auf die Weiterverarbeitung des Produkts insbesondre zu Beton oder Mörtel und die Abbindeeigenschaften bei der Verwendung des Produkts. Auf der anderen Seite ist eine zu starke Trocknung des Produkts bereits aus finanzieller und ökologischer Sicht nicht wünschenswert, da hierfür unnötig Energie verwendet wird.

Durch die aktive Rückkopplung zwischen Produktionsparametern und Produkteigenschaften ist eine effiziente Produktherstellung bei vorgegebener Produktqualität möglich, was durch die Integration des ersten Sensors in die Materialabführung ermöglicht wird.

Die Steuervorrichtung ist zur gezielten Regelung der Materialzuführung, der Materialabführung und der Mühle ausgebildet. Die Steuervorrichtung kann hierdurch beispielsweise die Verweilzeit oder die Materialumlaufzahl gezielt beeinflussen. Durch die kontinuierliche Überwachung werden gegenüber Optional kann die Steuervorrichtung auch mit vorgelagerten Prozessvorrichtungen verbunden sein, um beispielsweise hierdurch Einfluss auf die Edukttemperatur nehmen zu können.

Bevorzugt ist die Mühle eine Vertikalrollenmühle. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Mahlvorrichtung eine Warmluftzuführung auf, wobei die Steuervorrichtung zur Regelung der durch die Warmluftzuführung flieBenden Gasmenge ausgebildet ist. Hierdurch kann ein zusätzlicher Wärmeeintrag In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Mahlvorrichtung Frischluftklappen auf, wobei die Steuervorrichtung zur Regelung des Offnungsgrades der Frischluftklappen ausgebildet ist. Durch eine Steigerung des Luftdurchsatzes kann der Abtransport von Flüssigkeit in der Gasphase erleichtert werden. Gleichzeitig wird jedoch nachteilig eine Reduktion der Temperatur erreicht, sodass dieses vorteilhaft mit der Regelung der Warmluftzuführung gekoppelt wird.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Materialabführung einen Bypass auf, wobei der erste Sensor im Bereich des Bypasses angeordnet ist. Die Verwendung eines Bypasses kann mehrere Vorteile haben. Zum einen kann der Produktstrom durch den Bypass für die Messung verlangsamt oder gar angehalten werden, um genauere Ergebnisse zu erzielen. Weiter ist es in einem solchen kleineren Produktstrom gegebenenfalls möglich, beispielsweise die Oberfläche zu glätten, beispielsweise durch eine einfache horizontal angeordnete Barriere, welche die Oberfläche glattstreicht, um hierdurch genauere Messergebnisse des ersten Sensors zu ermöglichen. Weiter kann es einfacher möglich sein, den Messbereich einfacher abzukapseln, beispielsweise um bei Verwendung eines Lasers die Sicherheit zu gewährleisten. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der erste Sensor ein optischer Sensor mit einer Erfassung im Bereich von 800 nm bis 3300 nm, bevorzugt von 800 nm bis 2500 nm, weiter bevorzugt von 800 nm bis 1800 nm, weiter bevorzugt von 800 nm bis 1200 nm. Alternativ ist der erste Sensor ein optischer Sensor mit einer Erfassung im Bereich von 950 nm bis 3300 nm, bevorzugt von 950 nm bis 2500 nm, weiter bevorzugt von 950 nm bis 1800 nm, weiter bevorzugt von 950 nm bis 1200 nm. Bevorzugt ist der erste Sensor ein IndiumGalliumArsenid (InGaAs) —Sensor. Besonders bevorzugt ist vor dem ersten Sensor ein diffraktives oder ein dispersives Element angeordnet. Bevorzugt ist das diffraktive Element ein Gitter. Bevorzugt ist das dispersive Element ein Prisma. Besonders bevorzugt sind vor dem ersten Sensor zwei synchron laufende diffraktive Elemente, besonders bevorzugt Gitter, angeordnet. Durch einen solchen Doppel- 5 Monochromator ist eine hohe Auflösung und eine gute Unterdrückung höherer Ordnungen möglich. Alternativ oder zusätzlich können das oder die diffraktiven oder dispersive Element vor einer Anregungsquelle angeordnet sein, deren Reflexion vorzugsweise in einer Geometrie mit Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel, besonders bevorzugt mit einem rechten Winkel zwischen Einfallswinkel und Ausfallswinkel, mit dem ersten Sensor erfasst wird. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der erste Sensor ein optischer Sensor mit einer Erfassung im sichtbaren Licht, wobei zur Anregung ein monochromatischer kohärenter Lichtstrahl (Laser) verwendet wird. Vor dem ersten Sensor ein diffraktives oder ein dispersives Element angeordnet. Bevorzugt ist das diffraktive Element ein Gitter. Bevorzugt ist das dispersive Element ein Prisma. Besonders bevorzugt sind vor dem ersten Sensor zwei synchron laufende diffraktive Elemente, besonders bevorzugt Gitter, angeordnet. Durch einen solchen Doppel- Monochromator ist eine hohe Auflösung und eine gute Unterdrückung höherer Ordnungen möglich. Mit dem ersten Sensor wird so die Raman-Streuung gemessen, welche im Bereich um 3000 cm und 3500 cm ebenfalls eine hohe Empfindlichkeit für Wasser aufweist. In einer weiteren Ausführungsform ist der erste Sensor ein Röntgensensor. Dieser kann ortauflösend oder beweglich ausgeführt sein. Bevorzugt wird eine Rôntgenquelle, beispielsweise eine Cu Ka Quelle, verwendet wird. Bevorzugt ist die Steuervorrichtung in dieser Ausführungsform dazu ausgebildet, mittels Rietveld-Analyse die Zusammensetzung des Produktes, beispielsweise das Verhältnis von Calciumsulfat Dihydrat, Calciumsulfat Habhydrat und wasserfreiem Calciumsulfat, zu ermitteln.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Materialabführung eine Probennahme auf, wobei die Probennahme eine Vorrichtung zur Erzeugung einer glatten Oberfläche und eine Vorrichtung zur relativen Positionierung zum ersten Sensor aufweist. Die Probennahme kann bevorzugt sein, um beispielsweise eine effiziente Abschirmung des ersten Sensors zu ermöglichen, beispielsweise bei der Verwendung eines Lasers oder einer Röntgenquelle, um durch ein abgeschlossenes Gehäuse eine entsprechende Schutzklasse für die Gesamtvorrichtung erhalten zu können. Bei einem durchlaufenden Produktstrom ist eine vollständige Abkapselung des ersten Sensors nicht möglich.

Ebenso kann die Probennahme bevorzugt sein, wenn beispielsweise durch den Transport des Produkts, beispielswiese eines Feststoffes in einem Gasstrom oder einem Luftbett, die Erzeugung einer glatten Oberfläche schwierig oder nicht möglich ist.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Materialabführung einen zweiten Sensor zur Messung der PartikelgrôBe des Produkts auf. Da die Partikelgröße beispielsweise auf die optischen Eigenschaften einen Einfluss haben kann, kann diese Größe zur Korrektur der durch den ersten Sensor erfassten Daten herangezogen werden.

Beispielsweise wird die Partikelgröße mittels Laserbeugung ermittelt.

In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Mahlvorrichtung. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: a) Vorgeben eines optimalen Entwässerungsgrades und einer Toleranz oder Vorgeben eines maximalen Entwässerungsgrades und eines minimalen Entwässerungsgrades, b) Messen des realen Entwässerungsgrades des Produkts mit dem ersten Sensor, c) Vergleiches des realen Entwässerungsgrades mit den in Schritt a) vorgegebenen Werten, d) Im Falle einer Abweichung in Schritt c) Anpassen der Betriebsparameter des Mahlsystems, wobei die Anpassung ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Verweilzeit, Materialumlaufzahl, Mahlkraft, Drehzahl der Mühle, Menge der zugeführten Warmluft, Temperatur der zugeführten Warmluft, Menge der zugeführten Umgebungsluft, Edukttemperatur, Wassereinspritzung.

Das Vorgeben eines optimalen Entwässerungsgrades und einer Toleranz sowie das Vorgeben eines maximalen Entwässerungsgrades und eines minimalen Entwässerungsgrades sind mathematisch gesehen äquivalent, der maximale Entwässerungsgrad entspricht dem optimalen Entwässerungsgrad zuzüglich der Toleranz, der minimale Entwässerungsgrad entspricht dem optimalen Entwässerungsgrad abzüglich der Toleranz.

Zusätzlich können weitere Grenzen vorgegeben werden, beispielsweise ein an den vordefinierten Bereich anschließenden zweiten Bereich, in dem leichte Korrekturen der Prozessparameter erfolgen, sowie ein an den zweiten Bereich anschließenden dritten Bereich, in dem stärkere Korrekturen der Prozessparameter erfolgen.

In Schritt c) kann zusätzlich vorgesehen sein, dass Schritt d) erst ausgeführt wird, sofern die Abweichungen eine gewisse Stärke oder eine gewisse Zeit übersteigen.

Auf diese Wiese kann beispielsweise verhindert werden, dass durch eine einzelne Fehlmessung oder eine durch eine Verunreinigung verursachte Messung eine nicht notwendige Anpassung der Prozessparameter und damit eine Qualitätsverschlechterung des Produkts bewirkt.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Verfahren zusätzlich den folgenden Schritt auf: e) Bestimmung der PartikelgrôBe des Produkts mit dem zweien Sensor.

Besonders bevorzugt dient der zweite Sensor zur Bestimmung der Partikelgröße.

Nachfolgend ist die erfindungsgemäße Mahlvorrichtung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 Schematische Darstellung der Mahlvorrichtung In Fig. 1 ist die erfindungsgemäße Mahlvorrichtung 10 grob schematisch gezeigt.

Edukt wird über die Materialzuführung 30 in die Mühle 20 gefördert, dort vermahlen und als Produkt über die Materialabführung 40 weitertransportiert.

Oberhalb der Materialabführung 40 ist ein erster Sensor 50 angeordnet, beispielsweise ein InGaAs- Detektor zur wellenlängenselektiven Detektion im Bereich von 800 nm bis 2500 nm.

Die Anregung erfolgt mittels eines in diesem Bereich emittierenden Strahlers, beispielsweise eines Glühfadens.

Die spektralen Informationen werden an die Steuervorrichtung 80 übergeben und dort ausgewertet.

Aus den spektralen Informationen wird der Feuchtegehalt bestimmt und mit den Sollvorgaben verglichen.

Ist dieser zu hoch, wird beispielsweise die Verweilzeit in der Mühle 20 verlängert und/oder die Zufuhr von

Warmluft durch die Warmluftzuführung 60 gesteigert.

Gegebenenfalls kann zusätzlich auch Frischluft durch die Frischluftzuführung 70 gesteigert werden, um den Gasstrom und damit auch den Wasseraustrag aus der Mühle 20 zu steigern.

Ist der Feuchtegehalt unterhalb des Sollbereichs, so wird beispielsweise die Durchsatzhöhe durch Steigerung der Materialzufuhr über die Materialzuführung 30 gesteigert und/oder die zugegebene

Menge an Warmluft über die Warmluftzuführung 60 reduziert, um kostengünstiger zu produzieren.

Bezugszeichen

10 Mahlvorrichtung 20 Mühle 30 Materialzuführung 40 Materialabführung 50 erster Sensor

60 Warmluftzuführung 70 Frischluftzuführung 80 Steuervorrichtung

Claims (9)

Patentansprüche

1. Mahlvorrichtung (10), wobei die Mahlvorrichtung (10) eine Materialzuführung (30), eine Mühle (20) und eine Materialabführung (40) aufweist, wobei die Materialzuführung (30) Edukt in die Mühle (20) fördert, wobei die Materialabführung (40) Produkt aus der Mühle (20) fördert, wobei die Mahlvorrichtung (10) eine Steuervorrichtung (80) zur Steuerung der Mahlvorrichtung (10) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Mahlvorrichtung (10) einen ersten Sensor (50) aufweist, wobei der erste Sensor (50) zur Erfassung des Produkts in der Materialabführung (40) angeordnet ist, wobei der erste Sensor (50) zur Erfassung einer feuchtigkeitskorrelierten Eigenschaft des Produkts ausgebildet ist, wobei die Steuervorrichtung (80) zur Anpassung der Steuerung der Mahlvorrichtung (10) in Abhängigkeit der vom ersten Sensor (50) erfassten Daten ausgebildet ist.

2. Mahlvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mahlvorrichtung (10) eine Warmluftzuführung (60) aufweist, wobei die Steuervorrichtung (80) zur Regelung der durch die Warmluftzuführung (60) fließenden Gasmenge ausgebildet ist.

3. Mahlvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mahlvorrichtung (10) Frischluftklappen aufweist, wobei die Steuervorrichtung (80) zur Regelung des Offnungsgrades der Frischluftklappen ausgebildet ist.

4. Mahlvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialabführung (40) einen Bypass aufweist, wobei der erste Sensor (50) im Bereich des Bypasses angeordnet ist.

5. Mahlvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Sensor (50) ein optischer Sensor (50) mit einer Erfassung im Bereich von 800 nm bis 2500 nm ist.

6. Mahlvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialabführung (40) eine Probennahme aufweist,

wobei die Probennahme eine Vorrichtung zur Erzeugung einer glatten Oberfläche und eine Vorrichtung zur relativen Positionierung zum ersten Sensor (50) aufweist.

7. Mahlvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialabführung (40) einen zweiten Sensor zur Messung der Partikelgröße des Produkts aufweist.

8. Verfahren zum Betreiben einer Mahlvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: a) Vorgeben eines optimalen Entwässerungsgrades und einer Toleranz oder Vorgeben eines maximalen Entwässerungsgrades und eines minimalen Entwässerungsgrades, b) Messen des realen Entwässerungsgrades des Produkts mit dem ersten Sensor (50), c) Vergleiches des realen Entwässerungsgrades mit den in Schritt a) vorgegebenen Werten, d) Im Falle einer Abweichung in Schritt c) Anpassen der Betriebsparameter des Mahlsystems, wobei die Anpassung ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Verweilzeit, Materialumlaufzahl, Mahlkraft, Drehzahl der Mühle (20), Menge der zugeführten Warmluft, Temperatur der zugeführten Warmluft, Menge der zugeführten Umgebungsluft, Edukttemperatur, Wassereinspritzung.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zusätzlich den folgenden Schritt aufweist: e) Bestimmung der PartikelgrölBe des Produkts mit dem zweien Sensor.