DE2801606A1

DE2801606A1 - Verfahren und vorrichtung zum messen und regeln der masseeigenschaften von schlaemmen

Info

Publication number: DE2801606A1
Application number: DE19782801606
Authority: DE
Inventors: Charles Edward Hemmings
Original assignee: MD Research Co Pty Ltd
Current assignee: MD Research Co Pty Ltd
Priority date: 1977-01-17
Filing date: 1978-01-14
Publication date: 1978-07-20
Also published as: SE7800319L; FR2377635B1; IT7819303A0; IT1111153B; US4151744A; JPS6026172B2; GB1583238A; ZA78160B; SE436802B; JPS53111774A; OA05892A; CA1075495A; FR2377635A1; ZM678A1; NL7800471A

Description

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KÖLN, den 12.1.78

bitte angeben

M. D. Research Company Pty. Limited,

8 Khartoum Road, North Ryde,

New South Wales 2113 (Australien) Titel: Verfahren und Vorrichtung zum Messen und Regeln der Masseeigenschaften von Schlämmen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen und Regeln bzw. Steuern der Masseeigenschaften von Schlämmen.

Der Ausdruck "Schlamm¹* -wird im folgenden durchwegs für ein Material verwendet, das einer Verformung nicht nennenswert widersteht, d.h., die Eigenschaften einer Flüssigkeit hat, und das aus mindestens zwei unterschiedlichen Komponenten besteht, von denen die eine ein Gas oder eine Flüssigkeit ist, die eine kontinuierliche Phase bildet und in der wenigstens eine andere Komponente vorhanden ist, die eine diskontinuierliche Phase hat.

Unter "Absetzschlamm*¹ wird im folgenden durchwegs ein Schlamm verstanden, in dem sich die nicht zusammenhängende Phase unter der Wirkung der Schwerkraft rasch absetzt und eine Entmischung und keine gleichmäßige Verteilung der Sohlammphasen hervorruft, ungeachtet dessen, daß sie kontinuierlich und kräftig gemischt oder durchgerührt wurde. Der Schlammaustrag einer im geschlossenen Kreislauf arbeitenden Feinzerkleinerungsmühle ist ein typisches Beispiel für einen solchen Absetzschlamm.

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Der Ausdruck "Masseeigenschaft" bezeichnet in der gesamten folgenden Beschreibung eine Eigenschaft eines Schlammes oder eines Absetzschlammes_f wie beispielsweise seine Viskosität oder Dichte, die unter Verhältnissen gemessen wird, die vollständige Homogenität schaffen, d.h., wenn die dispergierte Phase gleichmäßig in der kontinuierlichen Phase verteilt ist.

Unter "Viskosität¹¹ wird im folgenden durchwegs die scheinbare Viskosität verstanden, da bei Schlämmen, auf welche sich di· Erfindung bezieht, die Scherspannung dem Schermaß im allgemeinen nicht direkt proportional ist. Für derartige Stoffe ist die scheinbare Viskosität gleich der Steigung der Tangente an die Scherspannung/Schermaßkurve in den Punkten, in denen die Messung vorgenommen wurde.

Aufgab· der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Messen der Masseeigenschaften eines Absetzschlammes anzugeben. Eine solche Messung ist mit den derzeit verwendeten oder erhältlichen Verfahren und Vorrichtungen so schwierig durchzuführen, daß ein Verfahren zum Messen der Masseeigenschaften, wie beispielsweise der Viskosität, selten zur Überwachung einer solchen Eigenschaft und noch weniger oft zu ihrer Regelung eingesetzt wird trotz der bedeutenden Kosten- und Regelgenauigkeitsvorteile, die ein solches Meß- und Regelverfahren beispielsweise bei der Behandlung von Schlämmen von Feinzerkleinerungsmühlen bieten kann.

Ein charakteristisches Merkmal solcher Schlämme ist der große Korngrößenbereich der Feststoffe, die sie enthalten, Mit den sich hieraus ergebenden Problemen, ein selektives Absetzen und Entmischen der gröberen Teilchen innerhalb, um und in größerer Entfernung von der Abtasteinrichtung der Meßvorrichtung zu vermeiden, die zu einer Funk-

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tionsstörung der Abtasteinrichtung führt oder bei besten Resultaten für die gemessene Masseeigenschaft nicht repräsentativ ist.

Die Erfindung überwindet diese Schwierigkeiten und ist deshalb besonders vorteilhaft zum Messen der Masseeigenschaften des Schlammes einer Feinzerkleinerungsmühle verwendbar.

Es ist gewöhnlich kostenaufwendig und oft schwierig zu erreichen, die notwendige Bauhöhe für die Meß- und Regeleinrichtung zur Verfügung zu stellen, insbesondere bei großen und schweren Maschineneinrichtungen, wie Feinzerkleinerungsmühlen. Es ist deshalb auch eine Aufgabe der Erfindung, die Meß- und Regeleinrichtung für solche Maschinen möglichst kompakt auszubilden, daß sie nur eine sehr geringe Bauhöhe hat und zu den Maschinen paßt, denen sie dienen soll.

Absetzschlämme haben gewöhnlich eine sehr stark schmirgelnde Wirkung, insbesondere dann, wenn die Schlammgeschwindigkeit größer ist als 1/2 m/sec. Sie können dann einen hohen Verschleiß der Behälter und der Einrichtung hervorrufen, mit denen sie in Berührung kommen. Es ist deshalb auch ein Ziel der Erfindung, ein robustes Meßsystem zu schaffen, in dem die Schlammgeschwindigkeiten in einer niedrigen Größenordnung bleiben.

Beim Messen der Masseeigenschaften von Schlämmen zu Steuerzwecken ist es wichtig, daß die Zeitspanne zwischen der Schlammproduktion und dem Messen der Schlammeigenschaft so klein wie möglich ist. Die Erfindung erreicht dies durch eine Vorrichtung, die so ausgebildet ist, daß sie an Jede ihr vorgeschaltete Produktionseinheit dicht angeschlossen werden kann und ein sehr klei-

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nes Rückhaltevolumen hat, so daß auch die Aufenthaltsdauer des durchlaufenden Schlammes klein ist.

Zum Erreichen dieser Ziele wird bei dem Verfahren und der Vorrichtung nach der Erfindung so vorgegangen, daß man den Schlamm abwärts durch ein Rohr oder eine Leitung fließen läßt, deren Querschnittsfläche im Verhältnis zu der Schlammdurchflußmenge so bemessen ist, daß die Vertikalkomponenten der Schlammphasengeschwindigkeiten bedeutend größer sind als die Absetzgeschwindigkeit der kontinuierlichen Phase des Schlammes. Hierbei ist am unteren Ende des Rohres oder der Leitung eine Durchflußmengenregeleinrichtung vorgesehen, so daß das Rohr oder die Leitung in jedem Durchflußquerschnitt immer vollständig mit Schlamm gefüllt ist. Dann werden nach der Erfindung mit irgendeiner Vorrichtung eine oder mehrere Masseeigenschaften des Schlammes in dem abwärtsfließenden Schlamm gemessen, von den Meßvorrichtungen ausgehende Signale übertragen, sichtbar gemacht und/oder aufgezeichnet und/oder dann dazu verwendet, diejenige Vorrichtung von Hand oder automatisch zu steuern bzw. zu regeln, mit der die Schlammeigenschaften festgestellt oder geändert werden.

Das Erfordernis, daß die abwärts gerichtete Vertikalkomponente der Schlammgeschwindigkeit im Meßbereich wesentlich größer sein soll als die Absetzgeschwindigkeit der kontinuierlichen Phase, ist deshalb wichtig, damit der Schlamm im Meßbereich vollständig homogen ist und die Zusammensetzung des Schlammes in dieser Meßzone genau die gleiche ist wie die Zusammensetzung des in die Meßzone eintretenden und diese wieder verlassenden Schlammes. Dies kann algebraisch wie folgt dargestellt werden:

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Dann istt

V = abwärtsgerichtete Vertikalgeschwindigkeit

der diskontinuierlichen Phase

V = abwärtsgerichtete Vertikalgeschwindigkeit des Wassers

V~ = Fallgeschwindigkeit der diskontinuierlichen Phase relativ zur Wassergeschwindigkeit =

V-V s w

C = Volumenkonzentration der diskontinuierlichen ^m Phase im Meßbereich

A = von der diskontinuierlichen Phase eingenommene Querschnittsfläche des Meßbereiches

die vom Wasser eingenommene Querschnittsfläche

r = Volumenverhältnis der diskontinuierlichen Phase zu Wasser im Meßbereich so daß

r « ZZ wird

Volumenverhältnis der diskontinuierlichen Phase zu Wasser in demjenigen Mengenverhältnis» mit dem sie in das System eintritt und dieses verläßt.

das Durchflußmengenvolumen der diskontinuierlichen Phase « V_ . A_

B B

das Durchflußmengenvolumen von Wasser » V_w ·

^Vs ^As ^As ^Vw

^Vs

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ferner ist Α_β C_- r«
-JL » J« ₌ a»

V so daß r_m = ^w

und r_m ν r wenn V y> V₄, ist.

In der Praxis kann V leicht fünfzigmal so groß sein wie V~ , so daß r_m leicht einen Wert erreichen kann, der innerhalb von 2% von r liegt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung des Verfahrens und der Vorrichtung nach der Erfindung, die in Ausfuhrungsbeispielen durch die Zeichnungen näher erläutert wird· Es zeigt:

Fig. 1 die Vorrichtung zum Abtasten und Hessen der Viskosität und Dichte des aus einer Feinzerkleinerungsmühle abgezogenen Schlammes in einer seitlichen Ansicht und teilweise im senkrechten Schnitt,

Fig. 2 den Gegenstand der Fig. 1 in einem Vertikalschnitt nach Linie A-A.

Fig. 3 Eine Vorrichtung zum automatischen Steuern bzw. Regeln der Viskosität eines Schlammes, der aus •iner im offenen Kreislauf arbeitenden Feinzerkleinerungsmühle abgezogen wird, in einer schematischen Darstellung und

Fig· 4 eine schematische Darstellung der Vorrichtung zum

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automatischen Regeln des Betriebes einer im geschlossenen Kreislauf arbeitenden Feinzerkleinerungsmühle, mit der die Viskosität und die Dichte des aus der MUhIe abgezogenen Schlammes gemessen und bei der die Meßsignale zum Regeln des der Mühle zügeführten Materials und der Wasserzugabe verwendet werden.

Wie aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht, wird der Schlamm aus dem Mühlenabzugstrichter 1 von einem an die Vorrichtung angeflanschten, geneigten Einlaßstutzen 2 in ein vertikales Rohr, eine Leitung oder eine Säule 3 geleitet. Unmittelbar unterhalb des EinlaßStutzens 2 ist symmetrisch in der vertikalen Säule 3 das Abtastelement 4 eines Viskosimeter angeordnet, das außerdem ein Tragrohr 5 aufweist, welches eine mechanische Übertragungsvorrichtung umschließt und eine mit einem Dichtungeflansch versehene Öffnung im Flansch 6 durchdringt, welcher das obere Ende der Säule 3 begrenzt und abdichtet. Der Viskosimetermeßkopf 7, der am oberen Ende des Gehäuses 5 befestigt ist, setzt das von der Abtasteinrichtung 4 kommende, die Jeweilige Schlammviskosität angebende mechanische Signal in ein elektrisches Signal um, das mit einem Ausgangskabel 8 an Jede geeignete Anzeige-, Aufzeichnungs- und/oder Regelstelle übertragen werden kann.

Der Schlamm fließt gleichförmig um das Viskosimeter - Abtastelement 4 mit einer Geschwindigkeit abwärts, die durch das Verhältnis der Querschnittsfläche der Säule 3 zu der Durchflußmenge des Schlammes vorherbestimmt ist, für den die Messung der Schlammeigenschaften gewünscht wird.

Unmittelbar unterhalb des Viskosimeterabtastelementes 4 ist an der Außenseite der Säule 3 eine nukleare Dichtemeßvorrichtung 9 befestigt und so angeordnet, daß sie ein

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GanmastrahlenbUndel Bitten durch den Schlammstrom entlang einer horizontalen Linie 10 schickt, die frei unterhalb des Viskosimeterabtastelementes 4 verläuft. Die Dichtemeß vor richtung 9 erzeugt ein elektrisches Ausgangssignal, das der Hassendichte des abwärtsfließenden Schlammstromes entspricht, durch den das GammastrahlenbUndel hindurchgeht. Dieses Ausgangssignal steht hierbei zusammen mit dem Viskosimetersignal fUr die Anzeige, Aufzeichnung und/oder Steuerung oder Regelung zur Verfügung.

Unmittelbar unterhalb und frei von dem Gammastrahlenbündel der nuklearen Dichtemeßvorrichtung 9 ist ein Durchflußregelventil 11 angeordnet, welches die Menge des aus der Säule 3 abgezogenen Schlammes regelt und diese Menge derjenigen Menge anpaßt, mit der der Schlamm aus der Feinzerkleinerungsmühle in die Säule eintritt, so daß der obere Spiegel 12 des Schlammes oberhalb der Spitze des geneigten EinlaßStutzens 2 gehalten wird und die Säule 3 in Jedem Querschnitt und jederzeit vollständig mit abwärtsfließendem Schlamm gefüllt ist.

Obgleich jede geeignete Vorrichtung für die Regelung des Durchflusses im Rohr verwendet werden kann, hat sich doch ein Durchflußregelventil 11 mit pneumatisch aufblasbarem Ventilkörper für die Regelung des von der Feinzerkleinerungsmühle kommenden AbsetzSchlammes als besonders geeignet erwiesen, dessen Dichte kennzeichnenderweise 55 Vol.-Ji Feststoffe mit einen bedeutenden Anteil von Teilchen größer als 5 mm aufweist, die eine Blockierung und Störung des Durchflusses bei Regelventilen zur Folge haben können, die nicht speziell für diesen Zweck ausgebildet sind.

Das Durchflußregelventil 11 hat einen mit Luft aufblasbaren Beutel 13» der «it dem Verbindungsrohr 14 an dem Flansch 6

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hängt und das Rohr oder die Säule abdichtet oder unter geringerem Luftdruck zwischen Sack und Säule eine Zone 15 freiläßt, durch die der Schlamm ausfließen kann. Hierbei wird der Luftdruck durch ein geeignetes Regelorgan reguliert, das von einer Schlammdruckableitung 16 in dem Rohr 3 betätigt wird, um den freien Schlammspiegel 12 auf einer konstanten Höhe oberhalb der Druckableitung 16 zu halten.

Die so beschriebene Einrichtung hat in der vertikalen Röhre 3 einen sich nach unten erstreckenden länglichen Bereich, der sich von oberhalb des Durchflußregelventils 11 bis unmittelbar unterhalb des EinlaßStutzens 2 erstreckt, in dem der Schlamm homogen ist und seine Masseeigenschaften genau gemessen werden können*

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist die oben beschriebene Vorrichtung so ausgebildet, daß sie nur einen sehr kleinen Kopfraum benötigt, wenn sie in der dargestellten Weise zum Messen der Eigenschaften des Ausflusses einer Feinzerkleinerungsmühle installiert wird. Ein weiterer Vorteil der dargestellten Einrichtung besteht darin, daß die gesamte in den Schlamm eintauchende Einrichtung am Flansch 6 befestigt ist und zu Wartungszwecken entfernt werden kann, ohne den Schlammausfluß oder den Betrieb der Feinzerkleinerungsmühle zu unterbrechen.

Das in Figo 3 dargestellte Diagramm zeigt die Erfindung bei ihrer Anwendung zur Steuerung einer im offenen Kreislauf arbeitenden FeinzerkleinerungsmUhle und ist nur zum Messen der Viskosität eingerichtet. Der aus der Mühle 1 könnende Schlamm wird von dem Trichter 2 gesammelt, in dem von dem Beutel-Regelventil 4 der in Fig. 1 beschriebenen Art bei 3 ein freier Schlammspiegel gehalten wird. Die Viskosität des in dem Rohr 5 abwärtsfließenden Schlammes wird durch ein

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Abtastelement 7 von einem Viskosimeter 6 gemessen und ein der Viskosität des Schlammes entsprechendes Signal wird von dem Regler 8 dazu verwendet, durch das Ventil 9 die Wasserzufuhr zur Feinzerkleinerungsmühle zu steuern, während die der Mühle zugeführten Feststoffe von einer Aufgabevorrichtung 10 zugemessen werden. Der Viskosimetersteuerkreis dient zum Aufrechterhalten einer konstanten Viskosität des aus der Mühle abgezogenen Schlammes durch Vergrößern oder Verkleinern der Wasserzufuhr zur Mühle, da die Viskosität des aus der Mühle auslaufenden Schlammes die Neigung hat, sich entsprechend den Änderungen in der Zufuhrmenge, Korngröße, Mahlbarkeit oder Feuchtigkeitsgehalt der Feststoffe zu vergrößern oder zu verkleinern.

Das Diagramm in Fig. 4 zeigt die Anwendung der Erfindung bei der Steuerung einer im geschlossenen Kreislauf arbeitenden Hartzerkleinerungsmühle mit einer Klassiervorrichtung und Meßvorrichtungen für die Viskosität und die Dichte. Bei dieser Anlage ist die Ausgestaltung der Vorrichtung nach der Erfindung im wesentlichen die gleiche wie in Fig. 1 dargestellt und beschrieben. Zum Steuern der Mahlarbeit der Feinzerkleinerungsmühle 1 wird das vom Viskosimeter 2 kommende Signal zum Regulieren der der Mühle über die Aufgabevorrichtung 3 zugeführten neuen Feststoffmenge und das von der nuklearen Dichtemeßvorrichtung 4 kommende Signal zum Regulieren der der Mühle durch das Ventil 5 zugeführten Wassermenge verwendet. Der aus dem Durchflußregelventil 6 abgezogene Schlamm wird aufgefangen und im Trichter 7 mit Wasser verdünnt und dann in ein Klassiersieb 8 angepumpt, dessen Siebdurchgang 9 das Fertigerzeugnis 10 darstellt und dessen Uberkorn 11 sich mit dem neuzugeführten Mahlgut vereinigt und in die Feinzerkleinerungsmühle 1 zurückkehrt.

Wenn eine Feinzerkleinerungsmühle in geschlossenem Kreislauf mit einer Klassiervorrichtung wie oben beschrieben betrieben wird, wird ein stabiler Betrieb bei bestem Wirkungsgrad von

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der engen Steuerung (close control) sowohl der Schlammviskosität als auch der Schlammdichte nach vorbestimmten Werten bedenklich abhängig. Die Anwendung der Erfindung der oben beschriebenen Art erleichtert dann eine solche enge Regelung.

Obgleich es bei den meisten Anwendungen üblich sein wird, die Schlammeigenschaften kontinuierlich zu messen und/oder zu regeln,soll doch darauf hingewiesen werden, daß die Erfindung auch dadurch ausgeübt werden kann, daß intermittierende Meßsignale geschaffen und/oder verwendet werden.

Vexm es auch das Hauptanliegen dieser Erfindung ist, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Messen und Regeln eines Absetzschlammes anzugeben, kann die Erfindung doch auch nichtsdestoweniger mit Vorteil für ähnliche Zwecke bei Schlämmen eingesetzt werden, bei denen Absetzung, Entmischung und ungleichförmige Verteilung der diskontinuierlichen Phase geringere Konsequenzen haben.

Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern es sind eine Reihe von Änderungen und Abwandlungen möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassene

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Claims

Patentansprüche :

1.) Verfahren zum Messen der Masseeigenschaften eines Schlammes, dadurch gekennzeichnet, daß man den Schlamm durch ein Rohr oder eine Leitung fließen läßt, deren Querschnittsfläche im Verhältnis zur Schlammdurchflußmenge so groß ist, daß die Vertikalkomponente der Geschwindigkeit der Schlammphase bedeutend größer ist als die Absetzgeschwindigkeit der diskontinuierlichen Phase des Schlammes, wobei die Durchflußmenge am unteren Ende des Rohres so eingeregelt wird, daß das Rohr oder die Leitung in jedem Querschnitt vollständig mit Schlamm gefüllt ist, daß dann im Inneren des abwärtsfließenden Schlammstromes eine oder mehrere Masseeigenschaften gemessen und die den Masseeigenschaften entsprechenden Meßsignale auf eine Anzeige- und/oder Aufzeichnungsvorrichtung übertragen und dort in geeigneter Weise sichtbar gemacht und/oder aufgezeichnet werden.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn -zeichnet, daß die Einrichtungen zum Bestimmen oder Abwandeln der Schlammeigenschaften von Hand oder automatisch gesteuert werden«

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3· Vorrichtung zum Messen der Masseeigenschaften eines Schlammes, insbesondere zum Ausüben des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein im wesentlichen vertikal angeordnetes Meßrohr (3) mit seitlich angesetztem, an den Schlammtrichter (1) einer Mühle od.dgl. anachließbaren Schlammeinlaufstutzen (2), das an seinem unteren Ende ein Durchflußregelventil (11) aufweist und in dessen vom Schlamm durchflossenen Bereich Meßvorrichtungen (4, 9) zum Messen der Materialeigenschaften des Schlammes angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekenn zeichnet, daß in dem Schlammrohr (3) die Abtasteinrichtung (4) eines Viskosimeters (7) angeordnet ist, die in den vom Schlamm durchflossenen Bereich des Schlammrohres (3) eintaucht und zusammen mit dem Viskosimeter am oberen Ende des Schlammrohres (3) herausnehmbar befestigt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung (4) von einem Rohr (5) umgeben wird, das an einer Flanschplatte (6) befestigt ist und eine das Schlammrohr (3) oberseitig abschließende Abdeckplatte abdichtend durchdringt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3bis5, dadurch gekennzeichnet, daß an der Außenseite des Schlammrohres (3) in dessen von Schlamm durchflossenem Bereich eine nukleare Dichtemeßvorrichtung (9) angeordnet ist, deren Meßstrahlenbündel (10) das Schlammrohr in dem Bereich zwischen Abtasteinrichtung (4) und Durchflußregelventil (11) durchdringt»

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7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperregelventil (11) als Verschlußstück einen von einem Druckmedium aufblähbaren Beutel (13) aufweist, der mit seinem oberen Ende an einem an der Innenwand des Schlammrohres (3) angeordneten Zuführrohr (14) für das Steuermedium befestigt ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß am Schlammrohr (3) im Schlammdurchflußbereich eine Druckableitung (16) angeordnet ist, welche die Zufuhr vom Druckmedium zum Ventilverschlußstück (13) derart regelt, daß im Zulauf (1) zum Schlammrohr (3) ein konstanter Schlammspiegel (12) gehalten wird.

9· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Viskosimeter (6) an einen Regler (8) angeschlossen ist, der ein Ventil (9) steuert, durch welches dem Schlammerzeuger (1) in Abhängigkeit von der Viskosität des erzeugten Schlammes Flüssigkeit zugeführt wird.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung bei einem im geschlossenen Kreislauf arbeitenden Schlammerzeuger eingesetzt ist und daß das Viskosimeter (2) die Aufgabevorrichtung (3) für die Feststoffe und die Dichtemeßvorrichtung (4) das Wasserzugabeventil (5) steuert (Fig.4).

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