Verfahren zum Pulverisieren von teilchenförmigem Material sowie Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Pulverisieren von teilchenförmigem Material sowie eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens.
In dieser Vorrichtung können die Teilchen des Materials auf eine bestimmte Feinheit zerkleinert werden.
Das wird durch gegenseitige Stösse der Teilchen und durch ihre Stösse gegen die Wand einer Mahlkammer erhalten, in welcher ein Wirbel mit hoher Geschwindigkeit eines Mahlgases besteht, von welchem die zu pulverisierenden Teilchen mitgerissen werden. Die Umfangsgeschwindigkeit des Wirbels ist gross gegenüber seiner nach innen gerichteten Komponente seiner Bewegung zu einer Ausgangsöffnung, die sich im zentralen Bereich des Wirbels befindet.
Die Erfindung hat die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Ziel, welche einen grösstmöglichen Wirkungsgrad der Umwandlung der Energie des in die Mahlkammer eingeführten Gases in eine Mahlenergie gewährleistet, wobei eine vorzeitige Dispersion der Teilchen des Materials im Wirbel verhindert wird, die zu einem Austritt der Teilchen in radialer Richtung aus der Kammer führen könnte, die noch nicht die gewünschte Feinheit haben.
Das erfindungsgemässe Verfahren, durch welches dieses Ziel erreicht wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass das zu pulverisierende Material in der Form eines Speisestrahles in den äusseren Bereich eines spiralförmig nach innen verlaufenden Wirbels eines Gases eingeführt wird, der eine Umfangsgeschwineligkeit aufweist, die grösser ist als die Geschwindigkeit, mit welcher sich das Gas zum Zentrum des Wirbels bewegt, wobei der Wirbel des Gases in einer geschlossenen Mahlkammer gebildet wird, in welche das Gas in der Form eines Mahlstrahles eingeführt wird und welcher es durch eine Ausgangsöffnung im Zentrum des Wirbels entnommen wird.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens ist gekennzeichnet durch eine im we sentlichen kreisförmige Mahslkammer für die Teilchen des zu pulverisierenden Materials, Organe zur Einführung eines zum Mahlen dienenden Gases unter Druck in die Kammer durch mindestens eine am Umfang angeordnete Gasdüse, die mit einer Quelle des unter Druck stehenden Gases und dem Innenraum der Kammer in Verbindung steht, wodurch in der Kammer ein spiralförmig nach innen verlaufender Wirbel des Gases entsteht,
sowie Organe für die Einführung des zu pulverisierenden Materials in die Mahlkammer durch mindestens eine am Umfang angeordnete Materialdüse, die mit einer Quelle des Materials und dem Innenraum der Kammer in Verbindung steht und für die Zufuhr der Teilchen des Materials in den Wirbel und ihre Bewegung zusammen mit diesem dient, mit einer Winkelgeschwindigkeit, welche höher ist als die Geschwindigkeit der Bewegung der Teilchen radial nach innen zu einer Ausgangsöffnung im Zentrum des Wirbels.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beiliegenden Zeichnung. Es zeigt:
Fig. 1 eine seitliche Ansicht mit Teilschnitt einer Ausführung einer erfindungsgemässen Pulverisiervorrichtung,
Fig. 2 einen vertikalen Schnitt nach der Linie 2-2 in der Fig. 1,
Fig. 3 einen horizontalen Schnitt nach der Linie 3-3 in der Fig. 2,
Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie 4-4 in der Fig. 2,
Fig. 5 einen vertikalen Teilschnitt der Vorrichtung nach den Linien 5-5 in den Fig. 2 und 3,
Fig. 6 eine Ansicht einer abgeänderten Ausführung eines Spinnenelementes, welches in der Ausgangsleitung der Pulverisiervorrichtung angeordnet ist,
Fig. 7 einen Schnitt des Spinnelementes nach der Linie 7-7 in der Fig. 6,
Fig.
8 einen vertikalen Schnitt einer anderen Ausführung einer Vorrichtung mit einem gemeinsamen Aus tritt des pulverisierten Materials und der verbrauchten Luft durch eine gemeinsame Ausgangsöffnung im oberen Bereich der Vorrichtung,
Fig. 9 einen vertikalen Schnitt einer Vorrichtung entsprechend der Vorrichtung nach der Fig. 8, wobei jedoch ein unabhängiger Ausgang für das pulverisierte Material und für die verbrauchte Luft durch den oberen Bereich bzw. den unteren Bereich der Vorrichtung vorgesehen ist,
Fig. 10 einen vertikalen Schnitt einer anderen Ausführung der Vorrichtung mit einer gemeinsamen oberen Ausgangsöffnung für das pulverisierte Material und die verbrauchte Luft,
Fig. 11 einen vertikalen Schnitt einer weiteren Ausführung der Vorrichtung, bei welcher in der Ausgangsleitung das Spinnelement vorgesehen ist,
Fig. 12 einen Schnitt der Vorrichtung nach der Linie 12-12 in der Fig.
11,
Fig. 13 einen Grundriss mit Teilschnitt einer weiteren Ausführung der Vorrichtung mit dem in der Ausgangsleitung angeordneten Spinnelement und
Fig. 14 einen horizontalen Schnitt nach der Linie 1414 in der Fig. 13.
Pulverisiervorrichtungen des Typs, auf welchen sich die vorliegende Erfindung bezieht, sind entweder von horizontalem oder von vertikalem Typ. In beiden Fällen enthält die Vorrichtung eine Kammer, in welcher die Teilchen des zu mahlenden Rohmaterials mit einer hohen Geschwindigkeit durch einen spiralförmigen Wirbel bewegt werden, welcher in einer Ausgangsöffnung im zentralen Bereich des Wirbels endet. Zur Bildung und Aufrechterhaltung des Wirbelstromes der Teilchen in der Wirbelkammer wird ein Gas in den äusseren Bereich des Wirbels an einer oder mehreren äusseren Umfangsstellen zugeführt, und zwar mit einem solchen Düsendruck, dass das zugeführte Gas eine derart hohe Geschwindigkeit aufweist, dass sie dazu ausreicht, die Teilchen nach ihrer Einführung in die Wirbelkammer mit der erforderlichen hohen Geschwindigkeit zu bewegen.
Die Teilchen des Materials, welches auf eine gewünschte Feinheit pulverisiert werden soll, werden bei ihrer Bewegung mit hoher Geschwindigkeit entlang des spiralförmigen Wirbelpfades durch den Abrieb zerkleinert, welcher durch gegenseitige Zusammenstösse und Reibung der Teilchen sowie durch ihre Reibung an der inneren Wand der Wirbelkammer verursacht ist.
Trotz der Tatsache, dass die Umfangsgeschwindigkeit der Bewegung der Teilchen sehr gross ist gegenüber der Ge schwindigkeit der Teilchen nach innen zur Ausgangs öffnung die sich im Bereich des Zentrums des Wirbels befindet, so dass gröbere und grössere Teilchen unter dem Einfluss der Zentrifugalkraft eine Tendenz zur Bewegung entlang des äusseren Bereiches des Wirbels haben, hat es sich gezeigt, dass ein bedeutender Anteil dieser gröberen Teilchen zur Ausgangsöffnung des Wirbels bewegt wird und zusammen mit den feineren Teilchen austritt.
Diese unenvünschte Wirkung entsteht bei allen Vorrichtungen dieser Art, bei welchen die ganze Masse des zu behandelnden Rohmaterials an einer Stelle eingeführt wird, so dass an dieser Stelle eine bedeutende Verminderung der Geschwindigkeit der Strömung entsteht. Das gleiche entsteht in Fällen, wo die Einführung derart erfolgt, dass ungemahlenes Material entweichen kann, bevor es ein Teil der Masse wird, die sich wirbelförmig in der Wirbelkammer bewegt.
Die Verminderung der Geschwindigkeit des Wirbelstromes durch die Einführung der ganzen Masse des Rohmaterials an einer einzigen Stelle in die Strömung hat keinen kritischen Einfluss bei vertikalen Vorrichtungen, bei welchen die Ausscheidung durch die Fähigkeit des Gasstromes mit hoher Geschwindigkeit entsteht, Teilchen mit verminderter Grösse aus der Wirbelströmung zu reissen oder zu heben, wobei die gröberen Teilchen durch Schwerkraft oder Zentrifulgalkraft in der Trennzone ausgeschieden werden.
Es ist jedoch wichtig, dass eine solche Verminderung der Geschwindigkeit an der Stelle der Einführung des Rohmaterials in den Gasstrom nicht bei horizontalen Vorrichtungen entsteht, bei welchen die Ausscheidung nur unter dem Einfluss der Geschwindigkeit des Gasstromes erfolgt, durch welchen die Teilchen mitgerissen werden, sowie der auf die Teilchen einwirkenden Zentrifugalkraft, während sie zum Ausgang des Wirbels bewegt werden.
Bei diesen Vorrichtungen des horizontalen Typs kann es vorkommen, dass während der Ausscheidung der feinen Teilchen aus der Mahlkammer zusammen mit der verbrauchten Luft, von welcher sie mitgerissen werden, auch gröbere Teilchen zusammen mit der Gasströmung aus der Mahlkammer nach aussen gelangen.
Dadurch wird die Qualität der Siebung, die für die feinen Teilchen erwünscht ist, verschlechtert. Wenn die Geschwindigkeit des Gasstromes an der Stelle der Einführung des Rohmaterials vermindert wird, so ist der Gasstrom bei der Anwesenheit einer verminderten Zentrifugalkraft immer noch ausreichend stark, um in die Strömung des eingeführten Rohmaterials einzudringen und dieses zu dispergieren, was zur Folge hat, dass ein bedeutender Anteil der schwereren und gröberen Teilchen zur Ausgangsöffnung und durch diese nach aussen gezogen wird, bevor sie eine Gelegenheit haben können, durch Zusammenstösse und Reibung mit anderen Teilchen der eingeführten Masse des Materials zerkleinert zu werden.
Als Gas kann Luft, Dampf oder ein anderes geeignetes Gas verwendet werden, welches in die Mahlkammer bei einer beliebigen Temperatur und mit einem beliebigen Druck eingeführt wird, der normalerweise im Bereich von 7-10,5 Atmosphären liegt. Das Gas wird in die Mahlkammer durch die erwähnten Düsen eingeführt und bildet Mahlstrahlen zum Unterschied von Speisestrahlen des in die Mahlkammer eingeführten, auf eine bestimmte Teilchengrösse zu pulverisierenden Materials.
Vorzugsweise ist eine Mehrzahl der Düsen für die Speisestrahlen in gleichen Abständen am Umfang der Mahlkammer angeordnet, wobei alle Düsen gemeinsam durch einen einzigen Speisemechanismus des Injektortyps mit Rohmaterial versorgt werden können, und zwar mittels einer Leitung, welche die Mahlkammer umschliesst und mit der erwähnten Mehrzahl von am Umfang angeordneten Düsen in Verbindung steht. Jede Speisedüse kann gegenüber der Mahlkammer derart angeordnet sein, dass die Speisestrahlen des Rohmaterials in eine kreisförmige Bahn gerichtet sind, welche sich an die kreisförmige äussere Wand der Mahlkammer anschmiegt und mit dieser konzentrisch ist. Dadurch sind die Speisestrahlen der Teilchen des Rohmaterials im wesentlichen tangential zu einem Kreis gerichtet, der sich innerhalb des äusseren Bereiches des Wirbels der Gasströmung befindet.
Es ist z. B. bekannt, dass der Druckabfall in einem Strömungsmittel, welches durch einen Bogen mit 900 in einer Druckleitung fliesst, ungefähr dem Druckabfall in einem geraden Rohr mit einer Länge von 1,5-1,9 m entspricht und unter gewissen Umständen sogar das Fünf- bis Zehnfache dieses Wertes betragen kann.
Dadurch, dass das Ausgangsrohr der Mahlkammer mit einem Satz von Schaufeln zur Geradrichtung der Strömung versehen wird, die Enden aufweisen, welche sich frei über das Eingangsende des Ausgangsrohres hinaus um eine Länge von einer Hälfte bis zu einem ganzen Durchmesser des Ausgangsrohres erstrekken, wird das aus der Mahlkammer austretende Gas bei seiner Begegnung mit den vorgeschobenen Enden der Schaufeln bezüglich seiner Strömung geradgerichtet und gelangt daher in die Ausgangsleitung mit einem minimalen Druckabfall zwischen dem Druck des Gases in der Mahlkammer und dem Druck bei seinem Eintritt in das Ausgangsrohr. Dadurch wird gewährleistet, dass der maximale Anteil von Energie zum Mahlen verwendet wird, welche sich aus der Differenz zwischen der Energie des in die Mahlkammer eingeführten Gases und des in der Mahlkammer selbst enthaltenden Gases ergibt.
In den Fig. 1-5 der Zeichnung ist eine Vorrichtung des horizontalen Typs dargestellt. Die Vorrichtung 10 enthält eine kreisrunde obere Platte und eine kreisrunde untere Platte, welche mit einander zugewalldten, ringförmigen Flanschen 13 und 14 versehen sind, die Ausnehmungen in den Platten bilden und umschliessen.
In den Ausnehmungen der Platten 11 und 12 sind vorgeformte, auswechselbare Einsätze 15 und 16 aus einem gegen Abrieb widerstandsfähigen Material angeordnet, welches z. B. ein Kunststoff nach der Art des unter der Markenbezeichnung Teflon bekannten Kunststoffes wie auch Nylon, Polyurethan usw. oder auch ein geeignetes ,metallisches oder keramisches Material sein kann.
Die einander zugewandten Flächen der Einsätze 15 und 16 sind mit konischen Flächen 17 und 18 versehen, welche gemeinsam einen Hohlraum 19 bilden, dessen vertikale Tiefe sich von seinem Umfang nach innen vergrössert. Der Hohlraum 19 ist am Umfang durch einen ringförmigen Teil 20 mit einem T-förmigen Querschnitt verschlossen, welcher einen inneren, radial sich erstreckenden Teil 21 und einen ringförmigen, hohlen äusseren Teil 21 aufweist. Der innere radiale Teil 21 des Teiles 20 ist fest zwischen den einander zugewandten äusseren Teilen der Platten 11 und 12 angeordnet, während der äussere hohle Teil 21a die ringförmigen Flansche 13 und 14 der Platten 11 und 12 eng umschliesst.
Obwohl die mit den Einsätzen versehenen Platten 11 und 12 und der dazwischen angeordnete, ringförmige Teil 20 miteinander entsprechend der Darstellung in der Fig. 1 durch beliebige geeignete Organe verbunden sein können, werden diese Teile vorzugsweise durch eine Mehrzahl von rasch lösbaren C-förmigen Klemmen 22 festgehalten, von denen nur eine in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist. Dadurch wird eine rasche und einfache Zerlegung der Vorrichtung zur Reinigung wie auch für andere Arbeiten erleichtert. Der Hohlraum 19, welcher auf diese Weise durch die obere Platte 11 und die untere Platte 12 zusammen mit dem ringförmigen Teil begrenzt ist, bildet die Mahlkammer der Vorrichtung.
Die obere Platte 11 ist mit einer zentralen Öffnung 23 versehen, die mit einer Schulter versehen ist und koaxial mit einer zentralen Öffnung 24 des Einsatzes 15 ist. In ähnlicher Weise ist die untere Platte 12 mit einer zentralen Öffnung 25 mit einer Schulter versehen, die koaxial zu einer zentralen Öffnung 26 des Einsatzes 16 ist. Ein Ausgangsrohr 27 erstreckt sich in axialer Richtung durch die obere Platte der Vorrichtung nach innen bis zu einer Stelle, die sich unterhalb der zentralen Öffnung im Boden des Hohlraumes 19 erstreckt. Koaxial zum Ausgangsrohr 27 ist ein Sammelteil 28 angeordnet.
Der innere Durchmesser des Sammelteiles in seinem Bereich, welcher das untere Ende des Ausgangsrohres 27 umschliesst, ist grösser als der äussere Durchmesser des Endes des Rohres 27, so dass eine ringförmige Öffnung 29 entsteht, durch welche die Teilchen des Materials, welche in der Mahlkammer der Vorrichtung auf die gewünschte Grösse gemahlen sind, unter dem Einfluss der Schwerkraft in den Sammelteil 28 gelangen können, wobei das verbrauchte Gas aus der Mahlkammer durch das Rohr 27 abgeleitet werden kann.
Das Ausgangsrohr 27 ist vorzugsweise an der oberen Platte 11 und an ihrem Einsatz durch einen Kopf 30 befestigt, welcher einen Flansch aufweist, der in der Öffnung 23 der oberen Platte 11 durch einen Gewindering 31 befestigt ist, der auf dem Kopf 30 aufgeschraubt ist und sich gegen die untere Fläche des Einsatzes 15 abstützt. Eine Ausgangsleitung 32 ist durch Schrauben oder auf eine andere Weise am äusse- ren Ende des Ausgangsrohres befestigt und bildet seine Verlängerung.
Der Sammelteil 28 ist durch Schrauben oder auf eine geeignete Weise an der unteren Platte 11 und am Einsatz 16 befestigt.
Der Einsatz 15 der oberen Platte ist mit einem nach oben offenen, ringförmigen Kanal 33 versehen, welcher sich am Iganzeln Umfang des Einsatzes in der nächsten Nähe seines äusseren Randes erstreckt. Wenn der Einsatz 15 in seiner Stellung innerhalb der oberen Platte 11 angeordnet ist, dient die obere Platte als ein Verschluss für die obere offene Seite des Kanales 33 im Einsatz. Auf diese Weise bilden die obere Platte und der Einsatz zusammen eine Verteilleitung 34, durch welche das Rohmaterial zugeführt werden kann, das in der Vorrichtung pulverisiert werden soll.
Wie insbesondere aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, ist die obere Platte 11 mit einem Speisemechanismus für das Material versehen, welcher die Form eines Speisekopfes 35 hat, der ein Venturirohr 36 enthält, mit einem Venturikanal 37, der mit der Verteilleitung 34 verbunden ist. An das Venturirohr 36 ist eine Druckleitung 38 für ein Druckgas angeschlossen, in welcher sich eine Düse 39 befindet, die koaxial zum Kanal 37 verläuft.
Mit dem Venturirohr 36 ist ein Vorratsbehälter 40 für das Material verbunden, welcher eine Ausgangs öffnung aufweist, die mit dem Eingang des Kanales 37 in Verbindung steht. Dadurch wird bei einer Strömung des Gases aus der Düse 39 in den Venturikanal das Rohmaterial aus dem Behälter 40 von der Gasströmung mitgerissen und in die Verteilleitung 34 eingeführt.
Der Speisekopf 35 ist gegenüber der ringförmigen Verteilleitung 34 derart angeordnet, dass das grobe, zu pulverisierende Material in die Verteilleitung in einer Richtung eingeführt wird, durch welche das Material im Uhrzeigersinn durch die Verteilleitung 34 fliesst, entsprechend einer Ansicht im Grundriss nach der Fig. 3. Dadurch wird das Material gleichmässig entlang der Verteilleitung 34 verteilt. Die Menge und der Druck des durch den Ventilkanal strömenden Gases ist auf den Wert begrenzt, welcher erforderlich ist, um das Material aus dem Vorratsbehälter in die Leitung 34 und aus dieser in die Mahlkammer 19 der Vorrichtung einzuführen, ohne dass ein übermässiger Druckabfall zwischen der ringförmigen Verteilleitung 34 und der Mahlkammer entsteht.
Das auf diese Weise in die Verteilleitung 34 eingeführte, grobe Material gelangt in die Mahlkammer 19 durch eine Mehrzahl von in gleichmässigen Abständen angeordnete Öffnungen 41, die im Boden 42 der Verteilleitung 34 angeordnet sind. Obwohl bei der Ausführung nach den Fig. 1-3 acht derartige Öffnungen vorgesehen sind, so versteht es sich, dass eine beliebige Anzahl derartiger, in gleichen Entfernungen am Umfang angeordneter Öffnungen im Boden der Leitung 34 vorgesehen sein kann, um dadurch eine gleich mässige Verteilung des groben Materials am Umfangsrand der Mahlkammer 19 zu erzielen.
Die Öffnungen 41 sind alle in der gleichen Richtung angeordnet, wobei sie sich unter dem gleichen Winkel zur Vertikalen erstrecken und in der gleichen Richtung (im Uhrzeigersinn) führen, wie die Düse des Speisekopfes 35. Die Anordnung ist am besten aus der Fig. 1 ersichtlich. Die Öffnungen 42 sind dabei so angeordnet, dass ihre Achsen in gleichmässigen Abständen einen Kreis schneiden, welcher konzentrisch zur äusseren Seitenwand 43 der Verteilleitung 34 ist (Fig. 5).
Die Ausgangsenden der Öffnungen 42 befinden sich dadurch in nächster Nähe der inneren Fläche der ringförmigen Seitenwand der Mahlkammer, wie es am besten aus der Fig. 2 hervorgeht.
Die Öffnungen 42 dienen als Kanäle, welche aus der Verteilleitung 34 in die Mahlkammer 19 führen, durch welche das grobe, zu pulverisierende Material in die Mahlkammer in der Form von einzelnen Strahlen mit gleichem Druck, gleicher Geschwindigkeit und gleichem Volumen eingeführt wird, und zwar in Abhängigkeit vom Druck des Gases, welches durch den Speisekopf 35 strömt. Das auf diese Weise in die Mahlkammer eingeführte Material strömt anfänglich entlang des Umfanges des äusseren Bereiches des Gaswirbels, welcher in der Mahlkammer besteht.
Dieser nach innen spiralförmig verlaufende Wirbel wird durch eine Gasströmung mit einem verhältnismä ssig hohen Druck (7 bis 11 at.) gebildet und mit einer hohen Geschwindigkeit dem Innenraum des hohlen, äusseren ringförmigen Teiles 21a des Teiles 20 zugeführt, welcher die äussere Wand der Mahlkammer bildet. Dieses Gas wird dem hohlen, äusseren Teil durch eine Leitung 44 zugeführt, die an eine geeignete Quelle des Druckgases angeschlossen ist. Das Gas wird in den Innenraum der Mahlkammer in der Form einer Mehrzahl von Strahlen mit hoher Geschwindrigkeit durch gleichmässig verteilte Öffnungen 45 zugeführt, die sich durch den radial vorspringenden Teil 21 des Teiles 20 erstrecken.
Die Öffnungen 45, welche zur Bildung der vorher erwähnten Mahlstrahlen mit hoher Geschwindigkeit dienen, sind in einer gleichen Anzahl vorhanden wie die Materialstrahlen, welche durch die Öffnungen 41 im Boden der Leitung 34 in die Mahlkammer eintreten.
Die verschiedenen Mahl strahlen gelangen in die Mahlkammer in einer derartigen Winkelstellung gegenüber dem äusseren Umfang der Kammer, dass in der Kammer ein nach innen spiralförmig verlaufender Wirbelstrom mit hoher Geschwindigkeit des Gases entsteht, welcher in der gleichen Richtung verläuft wie die Ma tenalstrahlen, und zwar im Uhrzeigersinn, entsprechend der Darstellung in der Fig. 3.
Jede der Öffnungen 45 für die Mahlstrahlen befindet sich in Strömungsrichtung gesehen vor und in nächster Nähe einer Öffnung 41 für einen Speisestrahl.
Der Winkel, unter welchem die Mahlstrahlen in die Mahlkammer führen, ist derart, dass sich der Strahl unter einem spitzen Winkel zur Richtung der Einführung des zu pulverisierenden Materials aus seiner Speise öffnung 41 erstreckt, welcher Winkel in der Fig. 3 mit a bezeichnet ist. Da die Speisestrahlen stromabwärts vom zugeordneten Mahlstrahl angeordnet sind, stossen diese Strahlen nicht gegenseitig aneinander im unmittelbaren Bereich ihres Eintrittes in die Mahlkammer. Auf diese Weise wird die Form der Strahlen nicht vorzeitig gestört, wie es sonst erfolgen würde, wenn sich die Mahlstrahlen mit den Speisestrahlen unmittelbar schneiden würden.
Die Speisestrahlen, welche das zu pulverisierende grobe Material führen, sind entlang von Pfaden gerichtet, welche tangential zu einem Kreis verlaufen, welcher sich in der nächsten Nähe der äusseren Umfangswand der Mahlkammer befindet, und sind somit an ihrer äusseren Seite durch diese Wand, an ihrer inneren Seite durch einen zugeordneten Mahlstrahl umschlossen. Das hat zur Folge, dass jeder Speisestrahl an der Stelle seiner Einführung in die Mahlkammer zwangweise entlang eines Kreises bewegt wird, welcher entlang der Wand der Mahlkammer verläuft.
Dadurch wird wesentlich eine Tendenz der schweren und gröberen Teilchen des zu pulverisierenden Materials vermindert, vorzeitig von einer nach innen gerichteten Kraftkomponente des Wirbels zur Ausgangsleitung mitgerissen zu werden. Diese schwereren und gröberen Teilchen des Materials werden daher durch Zusammenstösse miteinander und mit der Wand der Kammer zerkleinert, bis ihre Grösse ausreichend klein ist, um dem Einfluss der Zentrifugalkraft entgegenzuwirken, so dass sie sich gegen das Zentrum des Wirbels quer zu den divergierenden Endbereichen der Mahlstrahlen bewegen.
Wie am besten aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich ist, ist das Ausgangsrohr 27 innen mit einem Spinnenteil 46 versehen, welcher eine Mehrzahl von radialen Schaufeln 47 aufweist, die sich in der Längsrichtung des Rohres erstrecken und eine Mehrzahl von Kanälen 48 (siehe Fig. 3) bilden, durch welche das Gas aus der Mahlkammer abgeleitet werden kann. Die Schaufeln 47 des Spinnenteiles 46 erstrecken sich frei über das Eingangsende des Ausgangsrohres hinaus, und zwar um eine Entfernung, die einer Hälfte des Durchmessers bis einem ganzen Durchmesser des Ausgangsrohres 27 gleich ist. Bei der Ausführung nach den Fig. 1 bis 5 erstreckt sich das freie Ende des Spinnenteiles nach unten in das obere Ende des Sammelteiles 28, wobei die in Längsrichtung verlaufenden äusseren Kanten der Schaufeln 47 von der zylindrischen Wand des Sammelteiles nach innen entfernt sind.
Die freien Enden der Schaufeln 47 des Spinnenteiles 46 befinden sich auf diese Weise im Bewegungspfad des Gases, welches die Mahlkammer verlässt und in das Eingangsende des Ausgangsrohres 27 gelangt.
Sie verhindern gegenseitige Stösse zwischen in Umfangs richtung entfernten Teilchen des Gasstromes, welche in das Ausgangsrohr auf die Weise zu gelangen suchen, dass sie sich radial quer zum runden Ende des Ausgangsrohres zur Achse des Rohres und darauf entlang der Achse nach oben bewegen. Die freien Enden der Schaufeln 47 trennen den Gasstrom bei seinem Verlassen des Wirbels in einzelne Segmente, welche darauf durch die Schaufeln nach oben umgeleitet werden, um sich darauf durch das Ausgangsrohr mit minimaler Turbulenz im Zentrum des Rohres zu bewegen.
Nach einem derartigen stromlinienförmigen Eintritt des verbrauchten Gases in das Ausgangsrohr gewährleisten die oberen Abschnitte der Schaufeln, die im Rohr eingeschlossen sind, eine weitere stromlinienförmige Strömung des Gases durch das Rohr nach oben und durch sein Ende nach aussen. Durch eine Verminderung der Turbulenz des austretenden Gasstromes bei seiner Einführung in die Ausgangsleitung wird ein übermässiger Druckabfall an dieser Stelle verhindert, so dass die Mahlenergie des Gases innerhalb der Druckkammer in maximalem Masse ausnützbar ist.
Der Spinnenteil 46 kann mit Schaufeln 47a versehen werden, deren freie Enden entsprechend der Darstellung in den Fig. 6 und 7 in gleicher Weise gekrümmt sind. Dadurch werden konkave Flächen gebildet, welche zum Umleiten und Führen der segmentförmigen Teile des Gasstromes dienen, welche aus dem Wirbel in der Mahlkammer entlang des festen Zentrums des vorstehenden Bereiches des Spinnenteiles nach oben durch Kanäle 48 zwischen den Schaufeln 47 im Ausgangsrohr 27 geleitet werden. Auf diese Weise wird eine geradlinige Strömung durch das Rohr 27 nach oben und die Ausgangsleitung für das verbrauchte Gas unterstützt.
Im Betrieb gelangt bei der beschriebenen und in den Fig. 1 bis 7 dargestellten Vorrichtung das unter Druck stehende Gas aus dem hohlen Ringbaum 21 a durch die Öffnungen 45 in die Mahlkammer 19 in der Form einer Mehrzahl von Strahlen mit hoher Ge- schwindigkeit, die in der Richtung der in der Fig. 3 eingezeichneten Pfeile verlaufen. Entsprechend der Darstellung verläuft die Richtung dieser Mahlstrahlen sehnenförmig gegenüber dem Innenraum der Mahlkammer und unter einem spitzen Winkel gegenüber der Umfangswand der Kammer. Die Strahlen bilden in der Mahlkammer einen nach innen spiralförmig verlaufenden Wirbel, in dessen äusserem Bereich das zu pulverisierende Rohmaterial durch Öffnungen 41 der Verteilleitung 34 eingeführt wird.
Während die Teilchen des Materials in der Mahlkammer durch Abrieb gemahlen werden, werden die dadurch gebildeten feinen Teilchen durch die nach innen gerichtete Kraft des Wirbelstromes zum Zentrum des Wirbels mitgerissen und unter dem Einfluss von Schwerkraft in den Sammler 28 durch die Öffnung 29 geleitet, welche zwischen den konzentrischen Wänden des Ausgangsrohres 27 und des Sammlers 28 besteht. Die schwereren und gröberen Teilchen des Materials werden an einer vorzeitigen Bewegung in den wirbelförmigen Pfad des Gases durch die begrenzende Wirkung der Mahlstrahlen gehindert, von denen jeder in der beschriebenen Weise mit einem zugeordneten Speisestrahl zusammenwirkt.
Dadurch werden die Teilchen an einem Verlassen des Wirbels so lange gehindert, bis sie ausreichend zerkleinert sind, so dass sie sich zum Zentrum des Wirbels gegen den Einfluss seiner Zentrifugalkraft bewegen können.
Wenn die vom Gas mitgerissenen Teilchen mit der gewünschten Feinheit in den Bereich der Ausgangs öffnung 29 für das Material gelangen, werden sie aus der Gasströmung ausgeschieden und fallen durch Schwerkraft in den Sammler 28, während gleichzeitig das verbrauchte Gas durch das Ausgangsrohr 27 nach aussen strömt. Eine Ausscheidung des Materials mit der gewünschten Grösse erfolgt im inneren oder im zentralen Bereich des Wirbels, da nur die Teilchen, welche die gewünschte Feinheit haben, aus dem Wirbel in den Sammler getragen werden. Die Teilchen mit einer gröberen Grösse bleiben im Wirbel, bis sie ebenfalls auf die gewünschte Feinheit zerkleinert sind.
Da das verbrauchte Gas mit minimalem Druckabfall an der Stelle seiner Einführung in das Ausgangsrohr in die Atmosphäre abgeleitet wird, wird die Wirbellgeschwin- digkeit des Gasstromes in der Mahlkammer auf einem hohen Wert gehalten, so dass das in die Vorrichtung eingeführte Material mit hohem Wirkungsgrad pulverisiert wird.
Die Fig. 8, 9 und 10 zeigen weitere Formen der erfindungsgemässen Vorrichtung. Die Vorrichtung nach der Fig. 8 entspricht im wesentlichen der Ausführung nach den Fig. 1 bis 5 mit der Ausnahme, dass sie ein Ausgangsrohr 50 mit einem Spinnenteil 51 aufweist, die vollständig innerhalb einer Mahlkammer 52 dieser Vorrichtung angeordnet sind. Wie bei der vorher anhand der Fig. 1 bis 5 beschrielbenovn Ausführung enthält die Vorrichtung nach der Fig. 8 eine Verteilleitung 53, die am Umfang angeordnete Öffnungen 54 aufweist, durch welche das zu pulverisierende Ma serial in der Form von Speisestrahlen in die Mahlkammer eingeführt wird.
Das Gas wird in die Mahlkammer in der Form von Mahlstrahlen durch Öffnungen 55 eingeführt, welche mit einem hohlen Verteilring 56 in Verbindung stehen. Jedem Speisestrahl ist ein Mahlstrahl derart zugeordnet, dass eine Mehrzahl von am Umfang verteilten Mahleinheiten entsteht, die in der beschriebenen Weise arbeiten. Bei der Vorrichtung nach der Fig. 8 wird jedoch das pulverisierte Material gemeinsam mit dem verbrauchten Gas, welches aus dem Wirbel austritt, nach oben durch das Ausgangsrohr in einen geeigneten, nicht dargestellten Sammler abgeleitet, welcher an die Ausgangsleitung angeschlossen ist. Die Ausscheidung erfolgt in der beschriebenen Weise in einer Ausgangszone des Wirbels, welche den freien Bereich des Spinnenteiles 51 umschliesst.
Die Fig. 9 zeigt eine andere Form einer horizontalen Vorrichtung, bei welcher in einer Mahlkammer, welche der Kammer 52 nach der Fig. 8 entspricht, ein Wirbel durch einen Gasstrom gebildet wird, welcher durch eine Mehrzahl von Öffnungen 58 eingeführt wird, die gleichmässig am Umfang der Vorrichtung verteilt sind. Die Öffnungen 58 stehen alle mit einem gemeinsamen, hohlen Ringraum 59 in Verbindung, welchem das Gas unter geeignetem Druck zugeführt wird. Das zu pulverisierende Material wird in die Mahlkammer an einer einzigen Stelle durch einen Speisemechanismus 60 des Ejektortyps eingeführt, wie dies bei den bekannten Vorrichtungen dieser Art der Fall ist.
Diese Vorrichtung ist ebenfalls mit einem Ausgangsrohr 61 mit einem spinnenförmigen Teil 62 versehen, dessen Ende über das Ende des Ausgangsrohres hinaus geführt ist, um auf diese Weise einen Wirbelstrom des Gases in der Mahlkammer mit maximaler Geschwindigkeit zu ermöglichen und somit die maximale Aus nützung der Mahlenergie zu gestatten. Wie bei der an erster Stelle beschriebenen Ausführung der Vorrichtung fallen bei der Vorrichtung nach der Fig. 9 die pulverisierten Teilchen unter dem Einfluss von Schwerkraft in einen Sammler 63, während das verbrauchte Gas aus dem Wirbel durch das Rohr 61 entweicht, welches mit dem Spinnenteil 62 versehen ist und in der beschriebenen Weise wirkt.
Die Fig. 10 zeigt die Verwendung eines Spinnenteiles bei einer sonst konventionellen Ausführung einer horizontalen Vorrichtung, wobei die Teilchen des Materials, welche auf gewünschte Feinheit zerkleinert sind, aus der Vorrichtung zusammen mit dem verbrauchten Gas abgeleitet werden, das aus dem Wirbel in der Mahlkammer durch ein Ausgangsrohr 65 abgeleitet wird. Die Teile 58, 59 und 60 wurden bereits beschrieben.
Die Fig. 11 und 12 zeigen eine vertikale Ausführung der Vorrichtung, in deren Ausgangsleituag der Spinnenteil angeordnet ist, welcher zur stromlinienförmigen Führung des verbrauchten Gases aus der Mahlkammer dient und auf diese Weise die Erreichung der grösstmöglichen Wirbelgeschwindigkeit in der Kammer mit der Hilfe der zugeführten Gasenergie gestattet. Bei dieser vertikalen Ausführung der Vorrichtung wird das pulverisierte Material in eine Wirbelkammer 70 eingeführt, in welcher der Gasstrom mit hoher Geschwindigkeit um eine horizontale zentrale Achse wirbelt. Die Ableitung der zerkleinerten Teilchen erfolgt durch eine Ausgangsleitung, deren Achse koaxial mit der Drehachse des Wirbels ist.
Der zum Mahlen erforderliche Gasstrom wird aus einer geeigneten Druckquelle in die Wirbelkammer 70 durch eine Düse 71 eingeführt, welche sich in einem axialen Abstand von einem Kanal 72 befindet, welcher sich durch ein Venturirohr 73 erstreckt. Das zu pulverisierende Material wird in die Kammer 70 durch einen Förderstrom eines Gases eingeführt, welcher durch eine Düse 74 zugeführt wird und durch eine Bohrung 75 eines in axialer Richtung entfernten Venturirohres 76 geleitet wird, um das aus einem Vorratsbehälter 77 zugeführte Material in die Mahlkammer einzuführen. Der das Material führende Speisestrahl und der Strahl des zum Mahlen dienenden Gases sind gegeneinander von entgegengesetzten Enden einer unteren Kammer 78 gerichtet, welche mit der Wirbelkammer 70 durch Kanäle 79 und 80 in Verbindung steht.
Das zu pulverisierende Material wird zuerst in der Kammer 78 durch einen Zusammenstoss des Mahlstrahles mit dem Speisestrahl des zugeführten Materials zerbrochen. Darauf wird der Mahlstrahl und das von ihm mitgerissene Material durch den Kanal 79 nach oben geleitet, wobei in der Wirbelkammer 79 ein Wirbel mit hoher Geschwindigkeit gebildet wird. Das Gas strömt darauf durch ein Ausgangsrohr 89 nach aussen, welches in einen nicht dargestellten Sammler bekannter Ausführung führt. Unter dem Einfluss der in der Wirbelkammer auf die Teilchen wirkenden Zentrifugalkraft bewegen sich die schwereren und gröberen Teilchen entlang des äusseren Umfanges der Kammer und werden tangential durch den Kanal 80 in die untere Kammer 78 zurück bewegt, in welcher sie von neuem zerkleinert werden.
Die Teilchen des Materials, welche durch Abrieb und Stoss auf die gewünschte Feinheit zerkleinert wurden, werden von verbrauchtem Gas, welches das Zentrum des Wirbels durch die Ausgangsleitung 81 verlässt, mitgerissen. Die Ausgangsleitung 81 ist mit einem Spinnenteil 82 versehen, der am Umfang angeordnete Schaufeln 83 aufweist, wie sie im Zusammenhang mit den vorherigen Ausführungen beschrieben wurden. So sind auch bei dieser Ausführung der Vorrichtung die inneren Enden der Schaufeln 83 frei ausserhalb des entsprechenden inneren Endes des Ausgangsrohres 81 angeordnet und leiten das ausströmende Gas in und durch die Ausgangsleitung mit minimaler Turbulenz.
Dadurch wird der Druckabfall im Bereich des Einganges der Ausgangsleitung vermindert, was zu einer Verminderung des Druckes und einer entsprechenden Vergrösserung der Wirbelgeschwindigkeit und der Energie des in der Vorrichtung verlaufenden Wirbelstromes führt.
Die Fig. 13 und 14 zeigen eine weitere Ausführung des horizontalen Typs der Vorrichtung, bei welcher der Spinnenteil verwendet werden kann, um die Energie erhöhen zu können, welche im Gas zur Verfügung steht, das der Vorrichtung mit einem gegebenen Druck zugeführt wird, und auf diese Weise einen besseren Wirkungsgrad bezüglich gleichmässigerem und feinerem Mahlen des zu pulverisierenden Materials zu erreichen. Bei dieser Ausführung der Vorrichtung wird eine mehrstufige Wirkung mit der Hilfe einer äusseren toroidalen Kammer 85 erhalten, die einen Eingang 86 für das zugeführte Material aufweist. Das von einem Behälter 87 zugeführte Material wird durch eine Gasströmung mit geeignetem Druck erfasst und in die Kammer 85 eingeführt, an deren Umfang es verteilt wird.
Die äussere Kammer 85 ist auch mit einer Mehrzahl von am Umfang angeordneten Düsen 88 versehen, durch welche das primäre, zum Mahlen dienende Gas von einer geeigneten Quelle mit einem entsprechenden Druck in die Kammer 85 eingeführt wird. Das Gas dient einer Bewegung des zugeführten Materials entlang des Innenraumes der ringförmigen Kammer, wodurch eine erste Stufe der Zerkleinerung der Materialteilchen erhalten wird. Die Kammer 85 steht in Verbindung mit einer zentralen Wirbelkammer 89, und zwar durch eine Mehrzahl von Düsen 90, die gleichmässig am Umfang der zentralen Kammer verteilt sind und deren Achsen derart orientiert sind, dass ein Wirbel des primären Gases mit hoher Geschwindigkeit in der zentralen Kammer entsteht, die in ihrem zentralen Bereich eine Ausgangsleitung 91 aufweist.
Eine weitere Verminderung der Teilchengrösse des zu pulverisierenden Materials erfolgt in dieser Kammer 89. Nach der Verkleinerung auf die gewünschte Feinheit werden die Teilchen in radialer Richtung des Wirbels nach innen bewegt, um zusammen mit dem verbrauchten Gas durch die Leitung 91 auszutreten, wobei die Teilchen durch das Gas mitgerissen werden.
Wie bei allen vorher beschriebenen Ausführungen ist die Ausgangsleitung 91 mit einem Spinnenteil 92 versehen, der radiale Schaufeln 93 aufweist, deren Enden sich über das Eingangsende der Ausgangsleitung hinaus erstrecken, so dass die bereits genannten Wirkungen erzielt werden.
Obwohl im Zusammenhang mit den Schaufeln der Spinnenteile erwähnt wurde, dass sich ihre Enden vorzugsweise in eine Entfernung von einem halben bis zu einem ganzen Durchmesser des Ausgangsrohres, in welchem der Spinnenteil angeordnet ist, über das Ende dieses Rohres hinaus erstrecken, so versteht es sich, dass, obwohl diese Länge bevorzugt ist, sie nicht un bedingt eingehalten werden muss. So kann diese Länge je nach der Ausführung der Vorrichtung grösser als dieser Wert oder kleiner sein, vorausgesetzt, dass die Enden ausreichend lang sind, um einen glatten, stromlinienförmigen Übergang des verbrauchten Gases in das Eingangsende der Ausgangsleitung zu gestatten.
Ausserdem versteht es sich, dass, obwohl der Spinnenteil mit Vorteil bei allen beschriebenen Ausführungen der Vorrichtung verwendet werden kann, einschliesslich der Vorrichtungen nach den Fig. 1 bis 8, die beschriebene Anordnung der Speisestrahlen und Mahlstrahlen zur paarweisen Zusammenwirkung einen höheren Wirkungsgrad der Arbeitsweise der Vorrichtung auch dann gewährleistet, wenn der Spinnenteil weggelassen wird.