DE102022003499A1 - Process for reducing the specific energy consumption when comminuting material by combining good bed grinding and jet grinding - Google Patents
Process for reducing the specific energy consumption when comminuting material by combining good bed grinding and jet grinding Download PDFInfo
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Abstract
Bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Zerkleinerung von Material durch Gutbettmahlung und Strahlmahlung mit Windsichtung soll die Mahlung des Materials möglichst energieeffizient durchgeführt werden.Dies wird dadurch erreicht, dass die spezifische Presskraft der Gutbettmahlung so gewählt wird, dass der spezifische Gesamtenergieverbrauch für die Vormahlung im Gutbett, Strahlmahlung und Windsichtung kleiner ist als der spezifische Gesamtenergieverbrauch für die Strahlmahlung und Windsichtung ohne Vormahlung bei gleichem Mahldruck und Sichterdrehzahl.In a method and a device for comminution of material by material bed grinding and jet grinding with air classification, the grinding of the material should be carried out as energy efficiently as possible. This is achieved by selecting the specific pressing force of the material bed grinding so that the specific total energy consumption for pre-grinding in the material bed, jet grinding and air classification is smaller than the specific total energy consumption for jet grinding and air classification without pre-grinding at the same grinding pressure and classifier speed.
Description
Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren einer kombinierten Gutbett- und Strahlmahlung und eine Vorrichtung dafür.The invention is directed to a method of combined good bed and jet grinding and a device for this.
Die Strahlmahlung in Spiralstrahl- oder Fließbettgegenstrahlmühlen ist hervorragend geeignet, um verschiedenste Materialien zu vermahlen. Bedingt durch die hohen Beanspruchungsintensitäten und Beanspruchungszahlen können sehr feine Pulver hergestellt werden. Durch die Prallbeanspruchung der Partikel durch Partikel-Partikel-Stöße und das Fehlen bewegter oder ruhender Werkzeuge ist eine sehr verschleiß- bzw. kontaminationsarme Mahlung möglich. Die Zerkleinerung wird häufig mit einer Klassierung kombiniert, sodass das gemahlene Gut im Anschluss an die Mahlung einer Windsichtung unterzogen wird. Dabei wird Feingut von Grobgut getrennt und das Feingut als Produkt aus der Mühle abgezogen. Das Grobgut wird vom Sichtrad abgewiesen und erneut einer Mahlung unterworfen, so kann ein Produkt mit einer gewünschten Feinheit hergestellt werden.Jet grinding in spiral jet or fluid bed counterjet mills is ideal for grinding a wide variety of materials. Due to the high stress intensities and stress numbers, very fine powders can be produced. Due to the impact stress on the particles caused by particle-particle collisions and the lack of moving or stationary tools, grinding with very little wear and contamination is possible. Crushing is often combined with classification, so that the ground material is subjected to air sifting after grinding. Fine material is separated from coarse material and the fine material is removed from the mill as a product. The coarse material is rejected by the classifying wheel and subjected to grinding again, so that a product with the desired fineness can be produced.
Eine Spezialform der Strahlmühlen sind Fließbettgegenstrahlmühlen. In Fließbettgegenstrahlmühlen ist der Windsichter in der Mühle integriert.A special form of jet mills are fluidized bed counterjet mills. In fluid bed counterjet mills, the air classifier is integrated into the mill.
Damit die Mahlung in Strahlmühlen funktioniert, muss Druckluft oder - allgemeiner - komprimiertes Mahlgas über Düsen entspannt werden. Das dafür benötigte komprimierte Mahlgas wird mittels Kompressoren verdichtet, was einen sehr hohen Energieverbrauch bedingt. Gründe dafür sind der hohe Energiebedarf für die Kompression und die schlechten Wirkungsgrade der Kompressoren. Daher ist die Strahlmahlung mit vergleichsweise hohen spezifischen Energieverbräuchen verbunden.In order for grinding to work in jet mills, compressed air or - more generally - compressed grinding gas must be expanded via nozzles. The compressed grinding gas required for this is compressed using compressors, which requires very high energy consumption. The reasons for this are the high energy requirement for compression and the poor efficiency of the compressors. Jet grinding is therefore associated with comparatively high specific energy consumption.
Es ist bekannt unter bestimmten Bedingungen eine zweistufige oder mehrstufige Zerkleinerung durchzuführen.It is known to carry out two-stage or multi-stage comminution under certain conditions.
Aus der Aufbereitung mineralischer Stoffe, etwa bei der Erzaufbereitung oder der Zementherstellung, sind mehrstufige Zerkleinerungen bekannt.Multi-stage comminution is known from the processing of mineral materials, for example in ore processing or cement production.
Beispielsweise werden Hochdruckgutbettwalzenmühlen im großen Maßstab in der Zementindustrie bei der Rohmehl- und der Klinkermahlung in Kombination mit Kugelmühlen eingesetzt.For example, high-pressure material bed roller mills are used on a large scale in the cement industry for raw meal and clinker grinding in combination with ball mills.
Die energiearme Vorzerkleinerung im Gutbett mittels Hochdruckgutbettwalzenmühle führt zur Bildung von Mikrorissen im Gefüge des zu vermahlenden Materials und in der nachfolgenden Zerkleinerung in Kugelmühlen resultiert daraus eine energiereduzierte Feinzerkleinerung.The low-energy pre-shredding in the material bed using a high-pressure material bed roller mill leads to the formation of microcracks in the structure of the material to be ground and the subsequent comminution in ball mills results in energy-reduced fine comminution.
In jüngerer Zeit kommen Hochdruckgutbettwalzenmühle auch bei der Vorzerkleinerung für die Erzaufbereitung in Kombination mit nass betriebenen Kugelmühlen oder Rührwerkskugelmühlen zum Einsatz.More recently, high-pressure material bed roller mills have also been used for pre-crushing for ore processing in combination with wet-operated ball mills or agitator ball mills.
Die
Die US 5,129,586 offenbart eine Kombination einer Walzenschüsselmühle mit einer Strahlmahlung und einer Sichtung in einer Maschine. Das zu zerkleinernde Material wird zunächst in der Walzenschüsselmühle zerkleinert und dann einem Sichter zugeführt, das vom Sichter abgewiesene Grobgut wird einer Strahlmühle zur Feinzerkleinerung zugeführt.US 5,129,586 discloses a combination of a roller bowl mill with jet grinding and sifting in one machine. The material to be shredded is first shredded in the roller bowl mill and then fed to a classifier; the coarse material rejected by the classifier is fed to a jet mill for fine shredding.
Die
Dabei wird mindestens das vom Sichter abgewiesene Grobgut in einer Walzenmühle nachgemahlen, wobei die groben Partikel mit Rissen und Mikrorissen versehen werden und der Gegenstrahlmühle wieder zugeführt, sodass eine Nachmahlung in der Gegenstrahlmühle effizienter wird. Durch dieses Verfahren kann die Kapazität der Gegenstrahlmühle gesteigert werden.At least the coarse material rejected by the classifier is re-ground in a roller mill, whereby the coarse particles are provided with cracks and micro-cracks and fed back to the counter-jet mill, so that re-grinding in the counter-jet mill becomes more efficient. This process can increase the capacity of the counterjet mill.
Des Weiteren offenbart die
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zu schaffen, die es ermöglicht die Mahlung von Material in einer Strahlmühle, insbesondere einer Fließbettgegenstrahlmühle, möglichst energieeffizient durchzuführen.The invention is therefore based on the object of creating a solution that makes it possible to carry out the grinding of material in a jet mill, in particular a fluidized bed counter-jet mill, as energy-efficiently as possible.
Bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art und einer Vorrichtung dafür wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch das Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.In a method of the type described above and a device for it, the object is achieved according to the invention by the characterizing part of
Bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass einer Strahlmahlung eine Vormahlung im Gutbett vorgeschaltet wird. Durch die Behandlung des Materials im Gutbett erfolgt nicht nur eine Zerkleinerung des Materials, sondern das Materialgefüge des zu vermahlenden Materials wird zusätzlich geschwächt, sodass die nachfolgende Strahlmahlung mit geringerem spezifischen Energieverbrauch durchgeführt werden kann. Es wurde nun in Versuchen überraschenderweise herausgefunden, dass eine zweistufige Mahlung bestimmter Materialien unter bestimmten Betriebsbedingungen durch eine Gutbettmahlung bei entsprechend gewählter spezifischen Presskraft gefolgt von einer Strahlmahlung mit integrierter Windsichtung in Summe energieärmer ausgeführt werden kann als bei einer reinen Strahlmahlung mit Sichtung. Die Strahlmahlung und Sichtung wurden sowohl bei den Versuchen mit Vormahlung als auch ohne Vormahlung bei gleichem Mahldruck und Sichterdrehzahl durchgeführt.In a method of the type described above, the object is achieved according to the invention in that a jet grinding is preceded by a pre-grinding in the material bed. By treating the material in the material bed, not only is the material crushed, but the material structure of the material to be ground is also additionally weakened so that the subsequent jet grinding can be carried out with lower specific energy consumption. Surprisingly, it has now been discovered in tests that a two-stage grinding of certain materials under certain operating conditions by means of a material bed grinding with a correspondingly selected specific pressing force followed by a jet grinding with integrated air sifting can be carried out with less energy overall than with pure jet grinding with sifting. The jet grinding and sifting were carried out both in the tests with pre-grinding and without pre-grinding at the same grinding pressure and sifter speed.
Um die Strahlmahlung in einer Fließbettgegenstrahlmühle mit integriertem Sichtrad energetisch günstiger auszuführen, wird das Aufgabematerial einer Vormahlung im Gutbett in einer Gutbettwalzenmühle, speziell in einer Hochdruckgutbettwalzenmühle durchgeführt. In Technikumsversuchen konnte gezeigt werden, dass bei spröden Materialien, wie Kalkstein oder Siliziumkarbid (SiC), der spezifische Gesamtenergieverbrauch einschließlich Mahlenergie der Fließbettgegenstrahlmühle, Mahlenergie der Hochdruckgutbettwalzenmühle, Gebläseenergie der Anlage und Sichtenergie um 10 bis 20 % gesenkt werden kann. Dies zeigt auch das Diagramm in
Unter spezifischer Gesamtenergieverbrauch ist der Energieverbrauch in kWh pro t Material gemeint.Specific total energy consumption means the energy consumption in kWh per t of material.
Dieser Effekt ist auf die energiearme Vormahlung im Gutbett mittels der Hochdruckgutbettwalzenmühle zurückzuführen, die zur Bildung von Mikrorissen im Gefüge führt. In der nachfolgenden Prallmahlung in der Fließbettgegenstrahlmühle resultiert daraus eine energiereduzierte Feinzerkleinerung.This effect is due to the low-energy pre-grinding in the material bed using the high-pressure material bed roller mill, which leads to the formation of microcracks in the structure. In the subsequent impact grinding in the fluidized bed counter-jet mill, this results in energy-reduced fine comminution.
Durch die Kombination der Vormahlung in der Hochdruckgutbettwalzenmühle mit der Feinmahlung in der Fließbettgegenstrahlmühle wird eine Reduzierung des spezifischen Gesamtenergieverbrauchs um 10 bis 20 % erreicht. Damit wird auch die Durchsatzerhöhung um bis zu 20 % und mehr erreicht. Dies wird für SiC auch in Diagramm der
Für die Strahlmühle wird bevorzugt eine Fließbettgegenstrahlmühle eingesetzt. In dieser Mühle ist ein Windsichter integriert, der es ermöglicht Material einer definierten Korngrößenverteilung zu erzeugen, indem grobes Material vom Windsichter abgewiesen wird und erneut einer Strahlmahlung zugeführt wird. Das Feingut verlässt als Produkt die Fließbettgegenstrahlmühle. Als Mahldüsen kommen bevorzugt Lavaldüsen oder Mehrfachdüsen zum Einsatz.A fluidized bed counter-jet mill is preferably used for the jet mill. An air classifier is integrated into this mill, which makes it possible to produce material with a defined grain size distribution by rejecting coarse material from the air classifier and feeding it again for jet grinding. The fine material leaves the fluidized bed counterjet mill as a product. Laval nozzles or multiple nozzles are preferably used as grinding nozzles.
Für die Gutbettmahlung kommt eine Gutbettwalzenmühle, speziell eine Hochdruckgutbettwalzenmühle zum Einsatz.A good-bed roller mill, specifically a high-pressure material-bed roller mill, is used for good-bed grinding.
Durch die kombinierte Gutbettmahlung und Strahlmahlung mit Windsichtung kann eine Einsparung des spezifischen Gesamtenergieverbrauchs von 5%, bevorzugt 10, bevorzugt 20% und besonders bevorzugt von größer 20% gegenüber der reinen Strahlmahlung erreicht werden.Through the combined good bed grinding and jet grinding with wind sifting, a saving in the specific total energy consumption of 5%, preferably 10, preferably 20% and particularly preferably greater than 20% can be achieved compared to pure jet grinding.
Das Verfahren eignet sich für Materialien mit sprödem Verhalten, z.B. für Mineralien, chemische Produkte und Hartstoffe (beispielsweise Siliziumkarbid (SiC)).The process is suitable for materials with brittle behavior, e.g. minerals, chemical products and hard materials (e.g. silicon carbide (SiC)).
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellte Anzahl der jeweiligen Verfahrensschritte und Vorrichtungen beschränkt. Es können auch weitere Schritte wie Dosierschritte und entsprechende Silos vorgesehen sein.The invention is not limited to the number of respective process steps and devices shown. Additional steps such as dosing steps and corresponding silos can also be provided.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnungen, in der -beispielhaft- ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist. In der Zeichnung zeigt:
-
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Anwendungsbeispiels mit Dosierung, Gutbettwalzenmühle, Fließbettgegenstrahlmühle, Filter und Gebläse -
2 zeigt ein Diagramm für den spezifischen Gesamtenergieverbrauch über die Partikelgröße d50 am Beispiel SiC ohne Vormahlung und mit Vormahlung in einer Hochdruckgutbettwalzenmühle -
3 zeigt ein Diagramm für den spezifischen Gesamtenergieverbrauch über die Partikelgröße d50 am Beispiel Kalkstein ohne Vormahlung und mit Vormahlung in einer Hochdruckgutbettwalzenmühle -
4 zeigt ein Diagramm für den Durchsatz über der Partikelgröße d50 am Beispiel SiC ohne Vormahlung und mit Vormahlung in einer Hochdruckgutbettwalzenmühle
-
1 shows a schematic representation of an application example with metering, good bed roller mill, fluid bed counterjet mill, filter and blower -
2 shows a diagram for the specific total energy consumption over the particle size d 50 using the example of SiC without pre-grinding and with pre-grinding in a high-pressure material bed roller mill -
3 shows a diagram for the specific total energy consumption over the particle size d 50 using the example of limestone without pre-grinding and with pre-grinding in a high-pressure material bed roller mill -
4 shows a diagram for the throughput over the particle size d 50 using the example of SiC without pre-grinding and with pre-grinding in a high-pressure material bed roller mill
Die
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- DosiervorrichtungDosing device
- 22
- HochdruckgutbettwalzenmühleHigh pressure material bed roller mill
- 33
- Walzenrollers
- 44
- WalzenspaltRoll gap
- 55
- DosiervorrichtungDosing device
- 66
- FließbettgegenstrahlmühleFluidized bed counterjet mill
- 77
- Sichtradsifting wheel
- 88th
- Filterfilter
- 99
- Gebläsefan
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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