DE2855583A1 - Methode und vorrichtung zur bestimmung der korngroessenverteilung von korngemischen - Google Patents
Methode und vorrichtung zur bestimmung der korngroessenverteilung von korngemischenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Methode zur Bestimmung der Korngrößenverteilung
von Gemischen von körnigen Stoffen, z.B. verschiedenen Rohstoffen für die. Eisenerzeugung und Getreide,
ί insbesondere eine Methode zur kontinuierlichen Bestimmung der
; 5 Korngrößenverteilung während des Transports der körnigen
! Stoffe sowie eine Vorrichtung zur Durchführung der Korngrößen-
'. bestimmung.
Die Kenntnis der Korngrößenverteilung verschiedener Rohstoffe, die in einen Hochofen eingesetzt werden sollen, unmittelbar
: 10 vor der Beschickung ist von großer Bedeutung für die Stabilisierung
der Arbeitsbedingungen des Hochofens, weil die Größenverteilung der Rohstoffe einen großen Einfluß auf die
Durchdringbarkeit des Hochofens mit Luft hat. Ferner ist die Kenntnis der Korngrößenverteilung von Getreide ebenfalls eine
; 15 Notwendigkeit für die Beurteilung der Qualität des Getreides.
Die Bestimmung der Korngrößenverteilung von Gemengen von kör-■
nigen Stoffen, beispielsweise Rohstoffen für die Eisenerzeugung und Getreide, erfolgte bisher in der nachstehend als
Beispiel im Zusammenhang mit den Rohstoffen für die Eisener- ! 20 zeugung beschriebenen Weise. Auf dem halben Wege eines Förderbandes
ist eine Probenahmevorrichtung angeordnet, und von dem ! auf dem Förderband transportierten Rohmaterial wird konti-
! nuierlich jeweils eine Probe in einem geeigneten Zeitabstand ;
genommen. Jede Probe wird unter Verwendung von Sieben in 4 :
• 25 bis 5' Fraktionen zerlegt und das Gewicht jeder Fraktion mit j
! einer Waage ermittelt. Die Korngrößenverteilung des Rohstoffs ]
wird somit aus dem Gewichtsanteil jeder Fraktion der Probe | bestimmt. Dies ist eine bisher angewandte allgemeine Methode
zur Bestimmung der Korngrößenverteilung der Rohstoffe für die Eisenerzeugung.Diese Bestimmungsmethode hat jedoch mehrere
Nachteile, auf die nachstehend eingegangen wird. Sowohl die Probenahmevorrichtung als auch die Wiegevorrichtung sind
zwangsläufig groß, weil es notwendig ist, jede Probe in einer
großen.Menge für..die.Fraktionierung.zu. entnehmen, damit das „
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Ergebnis dem großen Verbrauch an Rohstoff im Hochofen ent- [
sprechend angemessen genau ist, d.h. die notwendigen Vorkehrungen sind zwangsläufig aufwendig. Ferner ist der Zeitaufwand
bei der Probenahme oder, mit anderen Worten, die Probenahmedauer ziemlich lang. Sie beträgt gewöhnlich 30
Minuten bis 1 Stunde, bedingt dadurch, daß die bei der bisherigen Methode notwendige Zeit für die Fraktionierung einer
Probe sehr lang ist.
Hierdurch ergibt sich eine Unsicherheit, ob jede Probe für ο die im Hochofen zu verwendende Hauptmenge repräsentativ
ist. Es ist daher bei den bekannten Methoden schwierig, zuverlässige Werte über die Korngrößenverteilung zu erhalten.
Da es ferner mehr als eine Stunde dauert, um das Ergeb-r
nis über die Korngrößenverteilung einer Probe nach der Entnähme der Probe von einem laufenden Rohstoff zu erhalten,
ist bei den bekannten Methoden jede rückgekoppelte Regelungsmaßnahme zur Korrektur der Korngrößenverteilung zu spät und
erfolglos. Dies ist natürlich ein großer Nachteil der bekannten Methode, bei der jede Probe in 4 bis 5 Fraktionen
zerlegt wird, wozu, wie bereits erwähnt, eine lange Zeit erforderlich ist.
Gegenstand der Erfindung ist eine Methode zur Bestimmung der Korngrößenverteilung unter Ausnutzung einer Technik der
Datenverarbeitung zur Gewinnung einer von projezierten BiI- '
dern gegebenen Information, um die vorstehend genannten Nachteile auszuschalten. Die Erfindung ist ferner auf eine -i
Vorrichtung zur Durchführung der Methode gerichtet. Die j Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Methode zur Bestimmung
der Korngrößenverteilung von" körnigen Stoffen ohne die Entnahme von Proben der Stoffe verfügbar zu machen, so
daß es möglich ist, die Methode kontinuierlich durchzuführen
Die Methode gemäß der Erfindung zur Bestimmung der Korngrößenverteilung
ermöglicht es, die Korngrößenverteilung
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schnell und sehr genau zu ermitteln und die ermittelte ' Verteilung als Information für die rückgekoppelte Regelung
der Korngrößenverteilung zu verwenden. Die Methode ist nicht auf irgendeinen Bereich der Korngrößenverteilung
und auf eine Zahl von zu klassierenden Fraktionen be- ■ grenzt und führt zu einem Ergebnis, das genau dem nach
der bekannten Methode durch Siebanalyse erhaltenen Ergeb- r
nis entspricht, auch wenn die Form jedes Korns in einem Gemisch unregelmäßig ist.
Die Erfindung umfaßt ferner eine Vorrichtung, die zur Durchführung der Methode zur Bestimmung der Korngrößenverteilung
verwendet wird und, obwohl sie ziemlich einfach aufgebaut ist, die Bestimmung der Korngrößenverteilung
von Gemischen von körnigen Substanzen ermöglicht.
Bei einem Vergleich der Erfindung mit den bekannten Methoden
kann als charakteristisches Merkmal der Erfindung ; eindeutig festgestellt werden, daß bei der Methode gemäß
der Erfindung die Messung der Korngrößenverteilung von Kollektiven von körnigen Stoffen durch Verarbeitung statischer
Bilder der Körner eines Kollektivs erfolgt, das statisch projiziert wird, während das Kollektiv kontinuierlich
durch eine bestimmte Fallhöhe fällt.
; Die Erfindung ist außerdem auf die Korrektur der Korngrößenverteilung
nach einer Methode gerichtet, die während einer ι Messung durchführbar ist, indem ein durchschnittlicher
! Konfiguratiönskoeffizient, der für die Form oder Gestalt
j eines gegebenen körnigen Stoffs charakteristisch ist, ver- j wendet wird, wenn die Bestimmung der Korngrößenverteilung \
■ an einem Gemisch von Körnern vorzunehmen ist, deren Form J 30 unregelmäßig ist, um eine bessere Übereinstimmung zwischen ·
den beiden beobachteten Ergebnissen, d.h. dem nach der j vorstehend erläuterten Methode gemäß der Erfindung erhal-
n09828/0718
tenen Ergebnis und dem Ergebnis, das nach der bereits genannten
bekannten Methode erzielt wird, bei dem im-allgemeinen
Siebe zur Fraktionierung der Korngemische verwendet werden, zu erzielen. Der vorstehend genannte durchschnittliehe
Konfigurationskoeffizient für die Korrektur der Korngrößenverteilung
nach der Methode gemäß der Erfindung kann : wie folgt bestimmt werden:
Zuerst wird ein körniger Stoff in eine Klasse von Körnern unter Verwendung von zwei Arten von Sieben fraktioniert,
und die projizierte Flächenverteilung des klassierten Gemisches
von Körnern, die durch Projektion des Gemisches aus verschiedenen Richtungen möglich ist, wird experimentell
ermittelt. Ferner wird unter der Annahme, daß jedes Korn * des klassierten Gemisches eine Gestalt hat, die einem Rotationsellipsoid
sehr nahe kommt, eine theoretische projizierte Flächenverteilungsfunktion des in der vorstehend genannten
Weise idealisierten Gemenges abgeleitet. Durch Einsetzen der beobachteten Verteilung in die theoretische Funktion
kann das durchschnittliche Verhältnis der langen Achse zur kurzen Achse der zum Gemenge gehörenden Körner berechnet
werden. Der so ermittelte Wert des durchschnittlichen Verhältnisses der langen Achse zur kurzen Achse unter der Annahme,
daß jedes Korn des Gemenges die Form eines Rotationsellipsoiden hat, wird als durchschnittlicherKonfigurationskoeffizient
der zum Gemenge gehörenden Körner definiert und , der durchschnittliche Koeffizient wird zur Korrektur der
experimentell nach der Methode gemäß der Erfindung zu be- ' stimmenden Korngrößenverteilung ausgenutzt. Dies ist eines j
der Merkmale der Erfindung. J
Die Erfindung ist ferner, wie bereits erwähnt, auf eine Vorrichtung
für die Bestimmung der Korngrößenverteilung nach der Methode gemäß der Erfindung gerichtet. Diese Vorrichtung
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ist mit einer Augenblicksstrahlungsquelle (instantaneous :
radiation means), einem von der Strahlungsquelle zu bestrahlenden Schirm, einer Fernsehkamera, die so angeordnet
ist, daß der Schirm und ein Gemenge von festen Körpern ; (körnige Stoffe), die sich längs der Schirms bewegen, mit
der Kamera aufgenommen werden können, und einer Vorrichtung :
zur Datenverarbeitung der Information auf den projezierten Bildern versehen. Die Datenverarbeitungsvorrichtung ermöglicht
die Berechnung der projezierten Fläche des Körpers des Gemenges durch Lesen der auf die projezierten Bilder
zurückzuführenden Hell- und Dunkelverteilung, die gerade den Ausgangssignalen aus der Fernsehkamera entspricht.
Der Erfindung wird nachstehend ausführlich unter Bezugnahme auf die Abbildungen beschrieben.
Figur 1 ist eine schematische Darstellung, die die Methode gemäß der Erfindung unter Verwendung einer Apparatur gemäß
der Erfindung als Beispiel veranschaulicht. :
Figur 2 veranschaulicht die Dimensionsbeziehung eines Rotationsellipsoids,
der, so kann angenommen werden, eine sehr ähnliche Form wie jedes Teilchen des körnigen Gemisches hat,
dessen Korngrößenverteilung nach der Methode gemäß der Erfindung bestimmt werden soll.
Figur 3 ist eine graphische Darstellung, die eine als Zahl der Teilchen dargestellte Verteilung der Länge der kurzen !
Achse einer klassierten Fraktion von Teilchen veranschau- ']
licht. Der Darstellung liegt die Annahme zugrunde, daß jedes:
Teilchen die Form eines in Figur 2 dargestellten Rotations- J ellipsoid hat.
Figur 4 (A) ist ein Säulendiagramm, das eine Korngrößenverteilung eines Gemenges von Erzteilchen zeigt, die experimen-
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tell nach der Methode gemäß der Erfindung unter der Annahme,
daß jedes Teilchen kugelförmig ist, bestimmt worden ist.
Figur 4 (B) ist ein Säulendiagramm, das eine Korngrößenver- ,
teilung des in Figur 4 (A) als Beispiel dargestellten Gemisches von Erzteilchen nach Vornahme einer Korrektur auf I
der Grundlage eines durchschnittlichen Konfigurationskoeffizienten,
wie er im Rahmen der Methode gemäß der Erfindung vorgeschlagen wird, zeigt.
Figur 5 (A) ist ein Säulendiagramm, das eine Korngrößenverteilung eines Gemisches von gesinterten Erzteilchen zeigt.
Diese Verteilung wurde experimentell nach der Methode gemäß der Erfindung unter der Annahme bestimmt, daß jedes Teilchen
kugelförmig ist.
Figur 5 (B) ist ein Säulendiagramm, das eine Korngrößenverteilung des in Figur 5 (A) als Beispiel dargestellten Gemisches
von gesinterten Erzteilchen nach Vornahme einer Korrektur auf der Grundlage eines im Rahmen der Methode gemäß
der Erfindung vorgeschlagenen durchschnittlichen Konfigura- .
tionskoeffizienten zeigt.
Ein Beispiel der Apparatur gemäß der Erfindung, die für die Durchführung der Methode gemäß der Erfindung verwendet wird,1
wird nachstehend ausführlich unter Bezugnahme auf dii^Figur
1 dargestellte Apparatur beschrieben. Diese Apparatur um- j faßt einen Bunker 1 für die Lagerung eines körnigen Stoffs,
eine Entnahmevorrichtung 2, mit der der Auslauf des körnigen Stoffs kontinuierlich und gleichmäßig geschaltet werden kann
ein erstes Förderband 3, ein Trichter 4 für die Aufnahme des körnigen Stoffs und ein zweites Förderband 5. Der zunächst
im Bunker 1 gelagerte körnige Stoff wird kontinuierlich entnommen, wobei seine Auslaufmenge mit Hilfe der Vorrichtung
2 geregelt wird. Nach dem Transport bis zum Ende des ersten
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Förderbandes 3 fällt der Stoff in den Trichter 4,-der in
einer geeigneten tieferen Stellung unter dem Ende des Transportbandes 3 angeordnet ist. Der vom zweiten Trichter 4
aufgenommene körnige Stoff gelangt vom unteren Austritt des Trichters 4 auf das zweite Transportband 5, das" ihn weiter- '-,
transportiert. ;
An einer Seite einer Zone, in der der körnige Stoff 14 kontinuierlich
mit geeigneter Geschwindigkeit herabfällt, ist ein Schirm 15 angeordnet, der Licht mit geeigneter Intensitat
durchläßt. An der Rückseite des Schirms 15 (d.h. an der ; Seite, die der Zone, durch die der körnige Stoff 14 fällt,
abgewandt ist) ist eine Augenblicksstrahlungsqualle (instantaneous radiation means) 6, z.B. ein Stroboskop, angeordnet.
An der Vorderseite des"Schirms 15 ist eine Fernsehkamera
7 so angeordnet, daß der körnige Stoff 14 zwischen ihr und dem Schirm 15 durchfällt. Ferner ist für die Augenblicksstrahlungsquelle
6 ein Regler 13 vorgesehen, der die Augenblicksstrahlungsquelle 6 auf "Ein" schaltet. Ferner
ist eine Speichereinheit 8 zur Speicherung der projizierten Bilder vorgesehen. Dieser Speicher nimmt die Bildsignale
auf, die von der Fernsehkamera 7 abgegeben werden, während ■. ihr Ausgang gerade den von der Kamera aufgenommenen projizierten
Bildern entspricht, wobei jedes Bildsignal in einer Einheit, die aus einem Bild besteht, gespeichert wird. \
Sowohl der Regler 13 der Augenblicksstrahlungsvorrichtung 6 als auch der Speicher 8 für projizierte Bilder werden synchron
in einer bestimmten Zeit durch einen Computer 10 so gesteuert, daß der Hintergrund des bestrahlten Schirms hell
und der körnige Stoff 14 im fallenden Zustand dunkel erscheint, um einen deutlichen Kontrast zwischen ihnen zu erzielen,
so daß es dem Speicher für projizierte Bilder 8 möglich ist, genau die Information über statische projizierte
Bilder aufzufangen und sie als Analoginformation oder als
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Digitalinformation zu speichern, die in Binärcode oder dunkel und hell entsprechend einer Stellung, wo ein projiziertes
Bild vorliegt oder nicht, umgewandelt wird. Ferner ist ein erster Monitor 9 so angeordnet, daß er die statischen.
Bilder der Körner des körnigen Stoffs 14 wiedergibt. [
Hier verarbeitet der Computer 10 die Daten aller in der
Speichereinheit 8 gespeicherten projizierten statischen BiI- .
der einzeln nacheinander nach einer bekannten üblichen Methode, damit die projizierte Fläche jedes Teilchen des körnigen
Stoffs 14 als entsprechendes Bild, sein Durchmesser . und die Gesamtzahl der Teilchen erscheinen. Ferner berechnet
der Computer auf der Grundlage der Werte der projizierten Flächen, der Durchmesser und des spezifischen Gewichts des
Korns des körnigen Stoffs 14 das Gewicht jedes Teilchens
und rechnet diese Daten in das Gewichtsverhältnis jeder gegebenen Fraktion um, die innerhalb eines Korngrößenbereichs
liegt, die von einer Software angegeben wird. Ein zweiter Monitor/zeigt die in der vorstehend beschriebenen Weise berechnete
Korngrößenverteilung in Form eines Säulendiagramms, ι und aus einem Schreiber 12 werden Kopien der berechneten
Ergebnisse erhalten. l
Die Korngrößenverteilung des körnigen Stoffs 14 kann somit '
nach der Methode gemäß der Erfindung unter Verwendung der , in Figur 1 dargestellten Apparatur ermittelt werden. \
In der Praxis kann die vorstehend beschriebene Methode gemäß der Erfindung zur Bestimmung der Korngrößenverteilung wie
folgt durchgeführt werden:
Der fallende Strom des körnigen Stoffs 14 wird durch Betätigung der Entnahmevorrichtung 2 so eingestellt, daß eine überdeckung
zwischen Körnern nie stattfindet, wenn der fallenden Strom der Körner waagerecht längs der Richtung des Auges der
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Fernsehkamera beobachtet wird. Wenn ein solcher Zustand i erreicht ist, wird die Zuführung des körnigen Stoffs 14 ;
zum ersten Transportband 3 aus dem Trichter 1 durch die Entnahmevorrichtung 2 ohne weitere Handhabung der Ent- !
nahmevorrichtung fortgesetzt. Hier setzt die Betätigung j
der verschiedenen Meßinstrumente zuerst für den Computer 10 ein, und dann wird mit der Betätigung der Augenblicks- :
strahlungsquelle 6 und der Speichereinheit 8 für projizierte
Bilder synchron in der gleichen Zeit begonnen, so daß die Speicherung der statischen projizierten Bilder
der Körner des körnigen Stoffes 14 fortgesetzt wird. Der Computer 10 wird so betätigt, daß er die für jedes
einzelne Bild erhaltenen Daten verarbeitet, um die projizierte Fläche jedes Korns des körnigen Stoffes 14, seinen
Durchmesser und die Gesamtzahl der in einem Bild erschienenen Körner zu berechnen. Die Korngrößenverteilung des
körnigen Stoffs 14 kann somit durch Umrechnung dieser
Daten in das Gewichtsverhältnis jeder Fraktion ermittelt werden. Das vom Computer 10 ermittelte Ergebnis wird durch
den zweiten Monitor 11 als graphische Darstellung angezeigt und vom Schreiber 12 registriert. Hierbei sei bemerkt,
daß bei der Datenverarbeitung der in der Speicher- ι einheit 8 gespeicherten Information die Berechnung des ,
Teilchendurchmessers aus dem projizierten Bild unter der Annahme erfolgt, daß die Form jedes Teilchens einer ein- j
fachen geometrischen Form, z.B. einer Kugel, einem Rotationsellipsoid oder einem Zylinder, nahekommt. Ferner wird ;
die Korngrößenverteilung eines körnigen Stoffs aus proji- j
zierten Bildern ermittelt, die nur in einem Bild erscheinen und angezeigt und registriert, oder die Verteilung wird
als Mittelwert der beobachteten Werte bestimmt, die aus deri Datenverarbeitung einer Vielzahl von projizierten Bildern
erhalten werden.
Im Rahmen der Erfindung ist es ferner natürlich möglich,
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einen Schirm zwischen der Fernsehkamera 7 und dem fallen- '■
den Strom des körnigen Stoffs 14 anzuordnen und die auf
dem Schirm erscheinenden Schatten der Teilchen mit der i Fernsehkamera 7 aufzufangen. Ferner ist als Maßnahme zum ■
Erfassen des körnigen Stoffs 14 im fallenden Zustand als statische projizierte Bilder die Verwendung einer Augen- !
blicksstrahlungsquelle offensichtlich wirksam, wie bereits erwähnt, jedoch sind auch andere Maßnahmen geeignet. Gegeeinret
ist beispielsweise eine Blende oder ein Ver-ο schluß an der Fernsehkamera 7, der synchron mit der Speichereinheit
8 für projizierte Bilder gesteuert wird, j oder eine Methode, bei der ein projiziertes Bildsignal,
das einem Bild entspricht, mit der Einheit in jedem beliebigen Augenblick abgetastet wird.
Wirksam ist ferner eine Anordnung, bei der auf die Speichereinheit
8 für Bilder in der in Figur 1 dargestellten : Apparatur verzichtet und das Ausgangssignal der Fernseh- ;
kamera 7 zum Computer 10 durch ein beliebiges Interface ■
übertragen wird, wobei man den Computer lediglich eine Information verarbeiten läßt, die gerade diesem einen Zeichen
entspricht.
Ferner ist auch dann, wenn die Korngröße eines körnigen ; Stoffs, dessen Korngrößenverteilung bestimmt werden soll,
kleiner als 1 mm ist, die in Figur 1 dargestellte Apparatür wirksam, wenn eine Linse für die Bildvergrößerung
der Fernsehkamera 10 vorgeschaltet wird. Ferner ist der Fall berücksichtigt, in dem die Regulierung des fallenden
Stroms des körnigen Stoffs nur durch Verwendung der vorstehend beschriebenen Entnahmevorrichtung 2 durch eine
Voraussetzung unmöglich wird, die für den Transport des körnigen Stoffs als Rohstoff für eine gewünschte Produktion
gilt. In einem solchen Fall muß die in Figur 1 dargestellte Apparatur so modifiziert werden, daß sie einen
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1 Parallelweg oder Bypass aufweist. Als Fernsehkamera eig- !
ι
net sich nicht nur ein mit Bildröhre versehener Kamera- :
: typ, sondern auch eine mit einer Halbleitervorrichtung ι (solid device) für die Bildaufnahme versehene Kamera mit '
j 5 zahlreichen Bildelementen. j
! Nachstehend werden einige Ergebnisse von Versuchen, die ; nach der erfindungsgemäßen Methode zur Bestimmung der
; Korngrößenverteilung erhalten wurden, erläutert. In Fällen, in denen die Bestimmung an einem körnigen Stoff mit
; 10 ziemlich regelmäßiger Form, die einer Kugel nahekam, vor-' genommen wurde, stimmte das erhaltene Ergebnis der Korn-,
größenbestimmung, die unter der Annahme vorgenommen wurde, daß die Form jedes Teilchens des körnigen Stoffs kugelförmig
ist, befriedigend mit dem Ergebnis überein, daß 15 mit Hilfe der bekannten Siebanalyse erhalten wurde.
' Im Falle von körnigen Stoffen mit unregelmäßiger Form, : z.B. Erz oder Koks, wurde jedoch festgestellt, daß die
ι Korngrößenverteilung, die nach der Methode gemäß der Eri findung unter der Annahme bestimmt wird, daß jedes Teil-20
chen des körnigen Stoffs kugelförmig ist, von der nach '
der bekannten Methode bestimmten Korngrößenverteilung 1 etwas verschieden ist. Die nach der Methode gemäß der Erj
findung unter der Annahme der Kugelform für jedes Korn '
i ermittelte Korngrößenverteilung eines Gemenges von unre- j
j 25 gelmäßigen Teilchen verschiebt sich leicht, aber deutlich zu einem kleineren Größenbereich, wenn sie mit der nach
der bekannten Siebmethode ermittelten Korngrößenverteilung verglichen wird. Dies kann der Tatsache zuzuschreiben
sein, daß bei der Methode gemäß der Erfindung diese un-30 regelmäßigen Körner die Neigung haben, nach unten zu
fallen, während ihre kurze Achse waagerecht liegt. Hier ist eine Methode zur Korrektur als Folge der Unregelmäßigkeit
des Korns als eines der Merkmale der Erfindung ent-
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wickelt worden. Die nach der Korrektur gemäß der Erfindung bestimmte Korngrößenverteilung stimmt zufriedenstellend
mit der Korngrößenverteilung überein, die bei der Fraktio- ! nierung unter Verwendung von Sieben bestimmt wurde. Die
Korrektur wird in der nachstehend beschriebenen Weise unter der Annahme vorgenommen, daß das unregelmäßige Korn \
die Form eines Rotationsellipsoids hat.
Bisher sind als Koeffizienten, die die Form des Korns des
körnigen Stoffs beschreiben, der Volumenkonfigurationskoeffizient"^V
und der Oberflächenkonfigurationskoeffizient
Ij)A bekannt. Wenn der mittlere Durchmesser der Körner eines
körnigen Stoffs mit dp, das mittlere Volumen des Korns mit V und seine mittlere Oberfläche mit A bezeichnet wird,
können(J)V undJiA durch die Gleichungen (1) und (2) definiert
werden:
V =l>Vdp3 (1)
A =JpAdp2 (2) .
Wie bereits erwähnt, wird im Rahmen der Erfindung die Form ;
jedes unregelmäßigen Korns in einem Gemenge als Rotationsellipsoid
angenommen. Natürlich ist diese Annahme an sich ' nicht neu, jedoch hat diese Annahme bei der Methode gemäß [
der Erfindung eine große Bedeutung, die durch die später i folgende Erläuterung deutlich wird. Gemäß der Erfindung j
wird der mittlere Konfigurationskoeffizieht für die Korrektür
der Korngrößenverteilung von unregelmäßigen Körnern eines körnigen Stoffs theoretisch unter Verwendung einer
experimentellen Beobachtung unter der vorstehend genannten Annahme bestimmt, wobei der mittlere Konfigurationskoeffizient
definiert wird als Mittelwert des Verhältnisses der langen Achse zur kurzen Achse jedes Korns, das in einem
Kollektiv von unregelmäßigen Körnern enthalten ist, für die eine Form, die, wie vorstehend erwähnt, einem Rota-
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tionsellipsoid sehr nahekommt , und der Koeffizient den '
Definitionen"^ V und J} A entspricht.
Figur 2 zeigt ein Rotationsellipsoid, dessen kurze Achse | mit a und dessen lange Achse mit b bezeichnet wird. Es j
handelt sich um ein Modell, das, so wird angenommen, die
Form jedes unregelmäßigen Korns darstellt. Das Rotations- ; ellipsoid kann durch die folgende mathematische Gleichung
(3) beschrieben werden, wenn die zueinander senkrecht stehenden 3 Achsen, x, y und ζ in der in Figur 2 dargestellten Weise verlaufen: .
(3) beschrieben werden, wenn die zueinander senkrecht stehenden 3 Achsen, x, y und ζ in der in Figur 2 dargestellten Weise verlaufen: .
"2 * Σ2 + € = 1 ··· <3>
άδ a _ °
Das Verhältnis r der langen Achse zur kurzen Achse eines
Korns, das lediglich der Konfigurationskoeffizient des
j 15 Korns ist, ist durch die folgende Gleichung gegeben: :
Korns, das lediglich der Konfigurationskoeffizient des
j 15 Korns ist, ist durch die folgende Gleichung gegeben: :
j r = b/a ... (4) :
Zunächst wird aus einem körnigen Stoff, dessen Korngrößen- j J
j - verteilung bestimmt werden soll, eine Kornklasse unter Ver-
j wendung von zwei Arten von Sieben mit den Abständen f. und j
f ausgesiebt (hier f. > f9), um größere und kleinere Körnerj
δ ι δ I
zu entfernen, d.h. der körnige Stoff wird unter Verwendung :
des. Siebes f.. fraktioniert, um Körner zu entfernen, deren
kurze Achse größer ist als f.., und der Rückstand wird erneut durch ein Sieb f2 gegeben, um Teilchen zu entfernen,
kurze Achse größer ist als f.., und der Rückstand wird erneut durch ein Sieb f2 gegeben, um Teilchen zu entfernen,
deren kurze Achse kleiner ist als f2· Die in dieser Weise
erhaltene Fraktion ist lediglich ein Kollektiv von Körnern, bei denen die Länge der kurzen Achse zwischen f „ und f..
liegt, wie in Figur 3 dargestellt, wo die als Zahl der
Körner dargestellte Mengenverteilung der kurzen Achse durchaus als die normale Verteilung, wie sie in. Figur 3 darge-
liegt, wie in Figur 3 dargestellt, wo die als Zahl der
Körner dargestellte Mengenverteilung der kurzen Achse durchaus als die normale Verteilung, wie sie in. Figur 3 darge-
s.tellt_ist.j_angenommen, werden.kann. -...
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Dann wird die projizierte Oberflächenverteilung Fex(S)
des in der beschriebenen Weise erhaltenen klassierten Kollektivs von Teilchen experimentell bestimmt, indem'
die Beobachtung der projizierten Oberflächen und der Zahl der Körner sehr häufig vorgenommen wird, während das
Kollektiv von Körnern vom Förderband 3 der in Figur 1 dargestellten Apparatur nach unten fällt.
Hier wird P(a, r, S) als projizierte Oberflächenverteilungsfunktion
eines Rotationsellipsoids definiert, das mathematisch durch die Gleichung (3) beschrieben werden
kann, wenn die Projektion aus 4tl Richtungen, d.h. willkürlich
aus verschiedenen Richtungen vorgenommen wird. Hierbei ist r das Verhältnis der langen Achse zur kurzen
Achse, wie in Gleichung. (4) dargestellt, und S die projizierte Oberfläche des Korns.
Da ferner durchaus angenommen werden kann, daß ein solches,
i Korn in Form eines Rotationsellipsoids durch ein Sieb !
geht, dessen Maschenweite größer ist als die kurze Achse j
. des Korns, aber nicht durch ein Sieb, dessen Maschenweite (
, kleiner ist als die kurze Achse, wird angenommen, daß !
- 20 die als Zahl der Körner dargestellte Verteilungsfunktion ι G(x) des aus diesen Körnern bestehenden Kollektivs einer
j normalen Verteilung gehorcht:
! 1 (X-Xo)2
G(x) = e- 202 ... (5)
~j/2/\«r
Hierin sind X0 und (T willkürliche, positive Konstanten.
Andererseits ist theoretisch die der normalen Verteilung (5) gehorchende projizierte Oberflächenverteilungsfunktion
If(S) eines solchen Gemenges, das aus Körnern in Form von Rotationsellipsoiden besteht, durch die Gleichung (6)
0 gegeben:
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j - 17 -
F(S) = \ ' P (D,r1, S) » G(D)dD ... (6)
Hierin ist D die kurze Achse eines Korns und r1 der
Mittelwert des Verhältnisses der langen Achse zur kurzen Achse für jedes Korn, das im Gemenge enthalten
ist. Unter Verwendung der Gleichung (6) und durch Entfalten des experimentell erhaltenen Ergebnisses Fex (S),
kann der Wert von r1 bestätigt werden. Dieser Wert von r1 ist lediglich der mittlere Konfigurationskoeffizient
des Kollektivs von Körnern, für die die Form des Rotationsellipsoids gemäß der Definition für die Methode gemäß
der Erfindung angenommen wird.
Nachstehend wird die Wirksamkeit der Korrekturmethode gemäß der Erfindung unter Verwendung des mittleren Konfigurationskoeffizienten
unter Bezugnahme auf Figur 4(A) und (B) und Figur 5(A) und (B) als Beispiel erläutert.
Figur 4(A) zeigt die Korngrößenverteilung eines fraktionierten
Erzgemenges. Diese Verteilung würde ermittelt aus dem beobachteten Ergebnis der projizierten Oberflächenverteilung
des Gemenges unter der Annahme, daß jedes Korn eine Form, die einer Kugel sehr nahe kommt, aufweist.
Dieses fraktionierte Gemenge von Erzteilchen wurde aus einem Erz erhalten, indem größere Teilchen durch Absieben
mit einem Sieb mit einer Maschenweite von 35 mm und kleinere Körner durch Absieben mit einem Sieb einer Maschenweite
von 30 mm entfernt wurden. In der Abbildung ist auf die Abszissen, das Durchmesserverhältnis des Korns, d.h.
das Verhältnis der Länge der kurzen Achse D(D=2xk^) eines
Rotationsellipsoids zur mittleren Länge der kurzen Achse D0 (=32,5 mm) des klassierten Gemenges und als Ordinate
der Volumenanteil der Körner, die einem gegebenen Durchmesserverhältnis entsprechen, in Prozent aufgetragen.
Figur 4(B) zeigt für das klassierte Gemenge die Korn-
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größenverteilung, die erhalten wurde nach Korrektur nach ! der Methode gemäß der Erfindung unter Verwendung des beob- j
achteten Wertes des mittleren Verhältnisses der Länge der , langen Achse zur Länge der kurzen Achse r' = 1,9, bestimmt'
durch Einsetzen des beobachteten Wertes von Fex (S) in die j Gleichung (6), und das lediglich der mittlere Konfigurationskoeffizient
ist, wobei Abszisse und Koordinate die gleiche Bedeutung haben wie in Figur 4(A).
In Figur 4(A) und (B) sollte die Korngrößenverteilung
des unter Verwendung von zwei Sieben klassierten Gemenges ;
von Erzkörnern offensichtlich im Bereich von 30/32,5-^
35/32,5 (0,92—1,08) liegen, jedoch ist der Unterschied
zwischen dieser Verteilung und dem in Figur 4(A) dargestellten Ergebnis, das nach der Methode gemäß der Erfindung
unter der Annahme gehalten wurde, daß die Erzkörner Kugelgestalt aufweisen, groß.
Andererseits entspricht die in Figur 4 (B) dargestellte Korngrößenverteilung, die für das Gemisch von Körnern, ;
deren kurze Achse sich zwischen 30/32,5—'35/32,5 in einer
Gauss'sehen Verteilung erstreckt als Gemisch von Rotationsellipsoiden
mit r'=1,9 berechnet wurde, gut der in Figur , 4 (A) dargestellten Verteilung. Bei Anwendung dieser Korrekturmethode
durch Korrektur mit dem genannten mittleren i Konfigurationskoeffizienten und durch Verwendung zur Be- !
Stimmung der Korngrößenverteilung unter Berücksichtigung , der Form der Körner wird es somit möglich, ein Ergebnis
zu erzielen, das mit dem durch Sieben erhaltenen Ergebnis besser übereinstimmt. Vergleicht man die durch Figur '4 (A)
und (B) dargestellten Ergebnisse, so ergibt sich, daß die Annahme, bei der das unregelmäßige Korn als Rotationsellipsoid
angesehen wird, gerechtfertigt ist.
Figur 5 (A) zeigt für ein Gemisch von gesinterten Erzkör-
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i nern die Korngrößenverteilung, die nach der Methode der ;
Erfindung unter der Annahme, daß jedes Korn Kugelgestalt
aufweist, bestimmt wurde. Das Gemisch wurde durch Sieben
mit einem Sieb einer Maschenweite von 50 mm zur Entfernung,
aufweist, bestimmt wurde. Das Gemisch wurde durch Sieben
mit einem Sieb einer Maschenweite von 50 mm zur Entfernung,
i 5 von größeren Körnern und durch Sieben mit einem Sieb einer
; Maschenweite von 45 mm zur Entfernung von kleineren Teil- ;
j chen erhalten. Figur 5 (B) zeigt für dieses Gemisch die
■ Korngrößenverteilung, die unter der Annahme ermittelt
■ wurde, daß jedes Korn die Form eines Rotationsellipsoids ,
' 10 hat. Hierbei wurde als mittlerer Konfigurationskoeffizient
: das mittlere Verhältnis der Länge der langen Achse zur
j Länge der kurzen Achse r1 = 1,3 verwendet, ermittelt unter
: Verwendung der Gleichung (6) wie vorher. Die Abszisse und
! die Ordinate in Figur 5 (A) und (B) haben die gleiche Be- ! wobei
15 deutung wie in Figur 4 (A) und (B), jedoch D0 im vorlie-
! genden Fall 47,5 mm betrug.
i i
! Vergleicht man Figur 5 (A) und Figur 5 (B), so ist eine ;
i ähnliche Beziehung zwischen ihnen wie zwischen Figur 4 (A)
ι und Figur 4 (B) leicht festzustellen. Dies ist ebenfalls
I 20 ein Beweis für die Wirksamkeit der Korrekturmethode gemäß !
; der Erfindung. Daher ist die Schlußfolgerung zu ziehen, j daß es vor der Vornahme der Bestimmung der Korngrößenver- ■
teilung eines körnigen Stoffs nach der Methode gemäß der
Erfindung unter Verwendung der in Figur 1 dargestellten ι
Erfindung unter Verwendung der in Figur 1 dargestellten ι
25 Apparatur sehr zweckmäßig ist, den mittleren Konfigurationskoeffizienten,
d.h. das mittlere Verhältnis der langen Achse zur kurzen r' nach der vorstehend erläuterten
Methode zu ermitteln und den ermittelten Koeffizienten
auf die Berechnung des Volumens oder Gewichts bei der Be-
Methode zu ermitteln und den ermittelten Koeffizienten
auf die Berechnung des Volumens oder Gewichts bei der Be-
30 rechnung der Korngrößenverteilung anzuwenden. Es ist somit möglich, ein Ergebnis zu erzielen, das mit dem mit Hilfe
der Siebanalyse erhaltenen Ergebnis befriedigend übereinstimmt.
der Siebanalyse erhaltenen Ergebnis befriedigend übereinstimmt.
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Wie vorstehend dargelegt, ist es durch Anwendung der Erfindung möglich, eine genaue Aussage über die Korngrößen- .
verteilung von körnigen Stoffen während des Transports kontinuierlich und schnell in kürzester Zeit ohne jede \
Probenahme zu erhalten. Hierdurch ist es möglich, das Meß-:
ergebnis als Information für die rückgekoppelte Regelung der Korngrößenverteilung für die praktische Betriebsführung
zu nutzen. Ferner ist zu bemerken, daß die Meßmethode gemäß der Erfindung zuverläßlich auf die verschiedensten körnigen
Stoffe ohne iede Begrenzung hinsichtlich ihrer Korngröße und -form anwendbar ist und daß es bei unregelmäßiger Form der
Teilchen durch Vornahme einer Korrektur in der vorstehend beschriebenen Weise möglich ist, eine Korngrößenverteilung zu ermitteln,die
derjenigen, die unter Anwendung der Siebanalyse ermittelt wird, !
sehr nahe kommt.
Da die Apparatur für die Durchführung der Methode gemäß der Erfindung nicht groß, sondern sehr kompakt ist, kann
sie an geeigneter Stelle an einer vorhandenen Transportanlage angeordnet werden, so daß die Anwendung in der
Praxis äußerst leicht ist. Beispielsweise ermöglicht die j Erfindung eine Betriebsregelung und -überwachung von Hochöfen
mit der in der Eisenindustrie erwünschten Genauigkeit '■ oder die schnelle und genaue Durchführung einer wirksamen j
Qualitätsüberwachung und -regelung von Rohstoffen oder
i Produkten, die aus körnigen Stoffen bestehen. Die Erfin- I
dung spielt somit eine wichtige Rolle auf den verschieden- ! sten Gebieten der Technik. ι
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Claims (4)
1. Methode zur Bestimmung der Korngrößenverteilung von
Korngemischen, dadurch gekennzeichnet, daß man das Gemisch durch eine geeignete Fallhöhe niederfallen läßt,
den Zustand des Gemisches während des Herabfallens mit einer Fernsehkamera statisch registriert und abschließend
die Daten in Abhängigkeit von den statischen projizierten Bildern der fallenden Körner verarbeitet.
2. Methode zur Bestimmung der Korngrößenverteilung von Korngemischen durch Bestimmung des Gewichtsanteils der
Körner, die zu jeder Fraktion mit geeignetem Korngrößenbereich gehören, dadurch gekennzeichnet, daß man das
Gemisch durch eine geeignete Fallhöhe niederfallen läßt, dann den Zustand des Gemisches während des Herabfaliens
mit einer Fernsehkamera, die auf einen Schirm gerichtet ist, der längs eines Bereichs angeordnet ist, wo die
Körner herabfallen, durch augenblickliche Belichtung des Schirms statisch registriert und abschließend die proji-
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Π 1041 Tpipy- 8Ρ8?3Ω7 Hnnn fj Teipnmmm - Dornnnfpril KnIn
zierte Oberfläche jedes Korns, seinen Durchmesser und sein Gewicht und die Gesamtzahl der Körner berechnet und
daraus das Gewichtsverhältnis als Grunddaten für.die
Ermittlung der Korngrößenverteilung durch Verarbeitung der Daten in Abhängigkeit von den statischen projizierten
Bildern der fallenden Körner berechnet.
3. Methode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den mittleren Konfigurationskoeffizienten zur
Korrektur verwendet, wobei man den mittleren Konfigurationskoeffizienten
ermittelt, indem man zuerst eine Kornklasse aus dem Korngemisch heraussiebt und die pröjisierte
Oberflächenverteilung der Kornklasse durch Projizieren der fallenden Kornklasse aus willkürlichen Richtungen
ermittelt und anschließend unter der Annahme, daß jedes Korn des Korngemisches ein Rotationsellipsoid ist,
das mittlere Verhältnis der Länge der langen Achse zur Länge der kurzen Achse des Korngemisches durch Ausführen
der notwendigen Operation bestimmt, wobei man das mittlere Verhältnis als mittleren Konfigurationskoeffizienten
verwendet. :
4. Apparatur zur Bestimmung der Korngrößenverteilung, i gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (6) für Augenblicks^
belichtung, einen durch die Vorrichtung (6) zu bestrahlenden Schirm (15), eine Fernsehkamera (7), die so angeordnet
ist, daß der Schirm (15) und die sich längs des Schirms bewegenden festen Körper (14) aufgenommen werden können,
und eine Vorrichtung (10) zur Datenverarbeitung der Infor-.
mation über die projizierten Bilder, wodurch es möglich ist, die Hell- und Dunkelverteilung, die sich durch die j
projizierten Bilder ergibt, die dem Ausgangssignal der
Fernsehkamera (7) entsprechen, in dem Augenblick abzulesen, in dem die Vorrichtung (6) für Augenblicksbelichtung
betätigt wird, und die projizierte Oberfläche jedes '
festen Korns (14) zu berechnen.
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