DE2855583C2

DE2855583C2 - Verfahren zur Bestimmung der Korngrößenverteilung von Korngemischen

Info

Publication number: DE2855583C2
Application number: DE19782855583
Authority: DE
Inventors: Kiyotaka Amagasaki Hyogo Inada; Kiyohiko Kawaguchi; Yoshiyasu Sakamoto; Youichi Tamura
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1977-12-29
Filing date: 1978-12-22
Publication date: 1984-07-12
Also published as: DE2855583A1; GB2012948A; GB2012948B; FR2413654B1; FR2413654A1

Description

a) zur Bestimmung des Wertes des mittleren Konfigurationskoeffizienten der Körner

a-1) eine Kornklasse aus dem Korngemisch heraussiebt,

a.2) die Kornklasse aus einer geeigneten Fallhöhe herabfallen läßt,

a3) wenigstens ein statisches Bild der herabfallenden Körner mit einer Fernsehkamera registriert,

a.4) die projezierte Oberflächenverteilung der Kornklasse aus willkürlichen Richtungen durch Verarbeitung der Daten, die von dem statischen Bild herrühren, ermittelt,

a5) unter der Annahme, daß die Körner die Gestalt eines Rotationsellipsoids haben, den Wert des mittleren Konfigurationskoeffizienten als mittleren Wert des Verhältnisses der langen Achse zur kurzen Achse der Körner ermittelt,

b) die gesamte Probe aus einer geeigneten Fallhöhe herabfallen läßt,

c) wenigstens ein statisches Bild der fallenden Körner mit einer Fernsehkamera ermittelt,

d) die projezierte Fläche jedes Korns ermittelt, die Zahl und Größenverteilung der Körner unter Verwendung des Wertes des mittleren Konfigurationskoeffizienten ermittelt.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Korngrößenverteilung von Korngemischen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches.

Ein derartiges Verfahren ist aus der US-PS 36 09 043 bekannt. Danach kann aber die Korngrößenverteilung nur dann zuverlässig bestimmt werden, wenn die körnige Substanz aus kugelförmigen oder zumindest nahezu kugelförmigen Teilchen besteht. Dagegen versagt dieses Verfahren, wenn die Konfiguration der Teilchen nicht kugelförmig ist, d. h. wenn die Konfiguration der Teilchen unregelmäßig ist, wie das in Erzen, Koks und Getreide der Fall ist. Dann erhält man abweichende Ergebnisse von dem Ergebnis, das nach dem ebenfalls bekannten Siebverfahren erhalten wird. Dabei wird von dem auf dem Förderband transportierten Rohmaterial mit einer auf dem halben Wege des Förderbandes angeordneten Probenahmevorrichtung kontinuierlich jeweils eine Probe in einem geeigneten Zeitabstand genommen. Jede Probe wird unter Verwendung von Sieben in 4 bis 5 Fraktionen zerlegt und das Gewicht jeder Fraktion mit einer Waage ermittelt. Die Korngrößenverteilung des Roiistoffs wird somit aus dem Gewichtsanteil jeder Fraktion der Probe bestimmt. Dies ist eine bisher angewandte allgemeine Methode zur Heslim· miiiH' der KcirnLirfißenverteiliitif! der Rohstoffe Mir dir Eisenerzeugung. Diese Bestimmungsmethode hat jedoch mehrere Nachteile, auf die nachstehend eingegangen wird. Sowohl die Probenahmevorrichtung eis auch die Wiegevorrichtung sind zwangsläufig groß, weil es notwendig ist, jede Probe in einer großen Menge für die Fraktionierung zu entnehmen, damit das Ergebnis dem großen Verbrauch an Rohstoff im Hochofen angemessen genau ist, d. h. die notwendigen Vorkehrungen sind zwangsläufig aufwendig.

Ferner ist der Zeitaufwand bei der Probennahme oder - mit anderen Worten - die Probennahmedauer ziemlich lang. Sie beträgt gewöhnlich 30 min bis 1 h, bedingt dadurch, daß die bei der bisherigen Methode notwendige Zeit für die Fraktionierung einer Probe sehr lang ist.

Trotz dieser Nachteile der Siebmethode, verglichen mit der Methode nach US-PS 36 09 043, wird sie in der Industrie generell verwendet. Die abweichenden Ergebnisse der Methode nach US-PS 36 09 043 müssen daher korrigiert werden, so daß man Ergebnisse erhält, die denen nach der Siebmethode erhaltenen vergleichbar sind. Nur dann sind die Ergebnisse der Methode nach US-PS 36 09 043 praktisch verwertbar.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Be-Stimmung der Korngrößenverteilung von Korngemischen bereit zustellen, das unter Beibehaltung der Vorteile des Verfahrens gemäß dem St. d. T. zu Ergebnissen führt, wie sie nach der Siebmethode erhalten werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches angegebenen Verfahrensschritte gelöst.

Die Methode gemäß der Erfindung zur Bestimmung der Korngrößenverteilung ermöglicht es, die Korngrößenverteilung schnell und sehr genau zu ermitteln und j5 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 begrenzt und führt zu dem Ergebnis, das genau dem nach der bekannten Methode durch Siebanalyse erhaltenen Ergebnis entspricht, auch wenn die Form jedes Kornes in einem Gemisch unregelmäßig ist.

Bei einem Vergleich der Erfindung mit der bekannten Siebmethode 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 verglichen mit der Methode gemäß US-PS 36 09 043 auf die Korrektur der Korngrößenverteilung nach einer Methode gerichtet, die während einer Messung durchführbar ist, indem ein durchschnittlicher Konfigurationskoeffizient, der für die Form oder Gesalt eines gegebenen körnigen Stoffs charakteristisch ist, verwendet wird, wenn die Bestimmung der Korngrößenverteilung an einem Gemisch von Körnern vorzunehmen ist, deren Form unregelmäßig ist. um eine bessere Übereinstimmung mit dem Ergebnis zu erhalten, das nach der bereits genannten Sicbmcthode erzielt wird. Der vorstehend genannte durch'Hinittliche Konfii/, giiralionskoeflizient für die Korrektur der Korngrößenverteilung nach der Methode gemäß der Erfindung kann wie folgt bestimmt werden:

Zuerst wird ein körniger Stoll in i-inr 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 durchschnittlicher Konfigurationskoeffizienl der zum Gemenge gehörenden Körner definiert und der durchschnittliche Koeffizient wird zur Korrektur der experimenteil nach der Methode gemäß der Erfindung zu bestimmenden Korngrößenverteilung ausgenutzt. Dies ist eines der Merkmale der Erfindung.

Die Vorrichtung für die Bestimmung der Korngrößenverteilung nach der Methode gemäß der Erfindung ist mit einem Stroboskop, einem vom Stroboskop zu bestrahlenden Schirm, einer Fernsehkamera, die so angeordnet ist, daß der Schirm und ein Gemenge von festen Körpern (körnige Stoffe), die sich längs des Schirms bewegen, mit der Kamera aufgenommen werden können, und einer Vorrichtung zur Datenverarbeitung der Information auf den projizierten Bildern versehen. Die Datenverarbeitungsvorrichtung ermöglicht die Berechnung der projizierten Fläche des Körpers des Gemenges durch Lesen der auf die projizierten Bilder zurückzuführenden Hell- und Dunkelverteilung, die gerade den Ausgangssignalen aus der Fernsehkamera entspricht.

Die Erfindung wird nachstehend ausführlich unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung, die die Methode gemäß der Erfindung veranschaulicht.

F i g. 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.

Fig. 3 ist e^ne graphische Darstellung, die eine als Zahl der Teilchen dargestellte Verteilung der Länge der kurzen Achse einer klassierten Fraktion von Teilchen veranschaulicht. Der Darstellung liegt die Annahme zugrunde, daß jedes Teilchen die Form eines in F i g. 2 dargestellten Rotationsellipsoid hat.

F i g. 4(A) ist ein Säulendiagramm, das eine Korngrößenverteilung eines Gemenges von Erzteilchen zeigt, die experimentell nach der Methode gemäß der Erfindung unter der Annahme, daß jedes Teilchen kugelförmig ist, bestimmt worden ist.

F i g. 4(B) ist ein Säulendiagramm, das eine Korngrö- e>o ßenverteilung des in F i g. 4(A) als Beispiel dargestellten Gemisches von Erzteilchen nach Vornahme einer Korrektur auf der Grundlage eines durchschnittlichen Konl'igurationskoefffizienten, wie er im Rahmen der Methode gemäß der Erfindung vorgesehlagen wird, zeigt. b^r>

F i g. 5(A) ist ein Säulendiagramm, das eine Korngrößenverteilung eines Gemisches von gesinterten Erzteilclien zeigt. Diese Verteilung wurde experimentell nach der Methode gemäß der Erfindung unter der Annahme bestimmt, daß jedes Teilchen kugelförmig ist.

F i g. 5(B) ist ein Säulendiagramm, das eine Korngrößenverteilung des in F i g. 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 Konfigurationskoeffizienten zeigt.

Die nachgereichte Fig.6 zeigt die Ergebnisse von Vergleichsversuchen, die mit Erzteilchen nach den genannten drei Methoden durchgeführt worden sind. In der Figur zeigt die Abzisse den Teilchendurchmesser und die Ordinate die kumulativen Volumenprozente, und die schwarzen ausgefüllten Kreise, die Ergebnisse, die mit der bekannten Siebmethode erreicht wurde, die schwarzen Dreiecke, die Ergebnisse, die mit der Methode der US-PS 36 09 043 erreicht wurde und die weißen nicht ausgefüllten Dreiecke, die Methode gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie aus der Figur ersichtlich ist, fallen die Ergebnisse gemäß der Methode der vorliegenden Erfindung mit denen zusammen, die durch die Siebmethode erhalten worden sind. Weiterhin ist ersichtlich, daß man gemäß der Methode des Standes der Technik nicht zu mit der bekannten Siebmethode gut übereinstimmenden Werten gelangt.

Ein Beispiel der Apparatur, die für die Durchführung der Methode gemäß der Erfindung verwendet wird, wird nachstehend ausführlich unter Bezugnahme auf die in F i g. 1 dargestellte Apparatur beschrieben. Diese Apparatur umfaßt einen Bunker 1 für die Lagerung eines körnigen Stoffes, 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 Stoffes und ein zweites Förderband 5. Der zunächst im Bunker 1 gelagerte körnige Stoff wird kontinuierlich entnommen, wobei seine Auslaufr.ienge mit Hilfe der Vorrichtung 2 geregelt wird. Nach dem Transport bis zum Ende des ersten 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 weitertransportiert.

An einer Seite einer Zon° in der der körnige Stoff 14 kontinuierlich mit geeigneter Geschwindigkeit herabfällt, ist ein Schirm 15 angeordnet, der Licht mit geeigneter Intensität 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 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 durchfäll·. Ferner ist für das Stroboskop 6 ein Regler 13 vorgesehen, der es 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 des Stroboskops 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 füllenden 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 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 statisehen Bilder 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 projizieren 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 11 zeigt die in der vorstehend beschriebenen Weise berechnete Korngrößenverteilung in Form eines Säulendiagramms, und aus einem Schreiber 12 werden Kopien der berechneten Ergebnisse erhalten.

Die Korngrößenverteilung des körnigen Stoffs 14 kann somit nach der Methode gemäß der Erfindung unter Verwendung der in F i g. 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 fallende Strom der Körner waagerecht längs der Richtung des Auges der Fernsehkamera beobachtet wird. Wenn ein solcher Zustand 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 Entnahmevorrichtung fortgesetzt. Hier setzt die Betätigung der verschiedenen Meßinstrumente zuerst für den Computer 10 ein, und dann wird mit der Betätigung des Stroposkops 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 kornigen Stoffes i4, seinen Durehmesser 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 Speichereinheit 8 gespeicherten Information die Berechnung des Teilchendurchmessers aus dem projizierten Bild unter der Annahme erfolgt, daß die Form jedes Teilchens einer einfachen geometrischen Form, z. B. einer Kugel, einem Rotationsellipsoid oder einem Zylinder, nahekommt Ferner wird die Korngrößenverteilung eines körnigen Stoffs aus projizierten Bildern ermittelt die nur in einem Bild erscheinen, angezeigt und registriert, oder die Verteilung wird als Mittelwert der beobachteten Werte bestimmt, die aus der Datenverarbeitung einer Vielzahl von projizierten Bildern erhalten werden. Es ist ferner möglich, einen Schirm zwischen der Fernsehkamera 7 und dem fallenden Strom des körnigen Stoffs 14 anzuordnen und die auf dem Schirm erscheinenden Schatten der Teilchen mit der Fernsehkamera 7 aufzufangen. Feiner ist als Maßnahme zum Erfassen des körnigen Stoffs 14 im fallenden Zustand als statische projizierte Bilder die Verwendung eines Stroposkops offensichtlich wirksam, wie bereits erwähnt, jedoch sind auch andere Maßnahmen geeignet. Geeignet ist beispielsweise eine Blende oder ein Verschluß an der Fernsehkamera 7, der synchron mit der Speichereinheit 8 für projizierte Bilder gesteuert wird, 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 Fig. 1 dargestellten Apparatur verzichtet und das Ausgangssignal der Fernsehkamera 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 F i g. 1 dargestellte Apparatur 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 Fig. 1 dargestellte Apparatur so modifiziert werden, d?ß sie einen Parallelweg oder Bypass aufweist. Als Fernsehkamera eignet sich nicht nur ein mit Bildröhre versehener Kameratyp, sondern auch eine mit einer Halbleitervorrichtung für die Bildaufnahme versehene Kamera mit zahlreichen Bildelementen.

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 ziemlich regelmäßiger Form, die einer Kugel nahekam, nach dem Verfahren gemäß US-PS 36 09 043 vorgenommen wurde, stimmte das erhaltene Ergebnis der Korngrößenbestimmung, die unter der Annahme vorgenommen wurde, daß die Form jedes Teilchens des körnigen Stoffes kugelförmig ist, befriedigend mit dem Ergebnis überein, das 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 Korngrößenverteilung, die nach der Methode gemäß der US-PS 36 09 043 von der nach der bekannten Siebmethode bestimmten Korngrößenverteilung etwas verschieden ist; und zwar verschiebt sie sich leicht aber deutlich zu einem kleineren Größenbereich. Dies kann der Tatsache zuzuschreiben sein, daß bei der Methode gemäß der US-PS 36 09 043 diese unregelmäßigen 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 entwickelt worden.

Die nach der Korrektur gemäß der Erfindung bc-

.stimmte Korngrößenverteilung stimmt zufriedenstellend mit der Korngrößenverteilung überein, die bei der Fraktionierung 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 Φν und der Oberflächenkonfigurationskoeffizient ΦΑ 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 Φν und Φ Α durch die Gleichungen (1) und (2) definiert werden:

V = Φ Vdρ ^J
A = ΦΑάρ⁷

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 folgende Erläuterung deutlich wird. Gemäß der Erfindung wird der mittlere Konfigurationskoeffizient für die Korrektur 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 Mittelv/ert 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 Rotationsellipsoid sehr nahekommt, und der Koeffizient den Definitionen Φ Vund ΦΑ entspricht.

F i g. 2 zeigt ein Rotationsellipsoid, dessen kurze Achse mit a und dessen lange Achse mit b bezeichnet wird. Es handelt sich um ein Modell, das, so wird angenommen, die Form jedes unregelmäßigen Korns darstellt. Das Rotationsellipsoid kann durch die folgende mathematische Gleichung (3) beschrieben werden, wenn die zueinander senkrecht stehenden 3 Achsen, Ar, y und κ in der in F i g. 2 dargestellten Weise verlaufen:

ττ = 1

Das Verhältnis r der langen Achse zur kurzen Achse eines Korns, das lediglich der Konfigurationskoeffizient des Korns ist, ist durch die folgende Gleichung gegeben:

r= b/a

Zunächst wird aus einem körnigen Stoff, dessen Korngrößenverteilung bestimmt werden soll, eine Kornklasse unter Verwendung von zwei Arten von Sieben mit den Abständen f\ und h ausgesiebt (hier /i > /2), um größere und kleinere Körner zu entfernen, d. h. der körnige Stoff wird unter Verwendung des Siebes f\ fraktioniert, um Körner zu entfernen, deren kurze Achse größer ist als /Ί, und der Rückstand wird erneut durch ein Sieb /2 gegeben, um Teilchen zu entfernen, deren kurze Achse kleiner ist als /j- Die in dieser Weise erhaltene Fraktion ist lediglich ein Kollektiv von Körnern, bei denen die Länge der kurzen Achse zwischen Z₂ und f\

liegt, wie in F i g. 3 dargestellt, wo die als Zahl der Körner dargestellte Mengenverteilung der kurzen Achse durchaus als die normale Verteilung, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, angenommen werden kann.
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 F i g. 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 Απ 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 5 die projizierte Oberfläche des Korns.

Da ferner durchaus angenommen werden kann, daß ein solches Korn in Form eines Rotationsellipsoids durch ein Sieb geht, dessen Maschenweite größer ist als die kurze Achse des Korns, aber nicht durch ein Sieb, dessen Maschenweite kleiner ist als die kurze Achse, wird angenommen, daß die als Zahl der Körner dargestellte Verteilungsfunktion G(x) des aus diesen Körnern bestehenden Kollektivs einer normalen Verteilung gehorcht:

G(x)

la⁷

(5)

Hierin sind x» und i/willkürliche, positive Konstanten.
Andererseits ist theoretisch die der normalen Verteilung (5) gehorchende projizierte Oberflächenverteilungsfunktion F(S) eines solchen Gemenges, das aus Körnern in Form von Rotationsellipsoiden besteht, durch die Gleichung (6) gegeben:

F(S) - jp(D,r\ S)- G(D)dD

(6)

Hierin ist D die kurze Achse eines Korns und r' 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 /-'bestätigt werden. Dieser Wert von r'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 F i g. 4(A) und (B) und F i g. 5(A) und (B) als Beispiel erläutert Fig.4(A) zeigt die Korngrößenverteilung eines fraktionierten Erzgemenges. Diese Verteilung wurde 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

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eines Rotationsellipsoids zur mittleren Länge der kurzen Achse Do (= 32,5 mm) des klassierten Gemenges und als Ordinate der Volumenanteil der Körner, die einem gegebenen Durchmesserverhältnis entsprechen, in Prozent aufgetragen. F i g. 4(B) zeigt für das klassierte Gemenge die Korngrößenverteilung, die erhalten wurde nach Korrektur nach der Methode gemäß der Erfindung unter Verwendung des beobachteten 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 Gleichung (6), und das lediglich der mittlere Konfigurationskoeffizient ist, wobei Abszisse und Koordinate die gleiche Bedeutung haben wie in F i g. 4(A).

In F i g. 4(A) und (B) sollte die Korngrößenverteilung des unter Verwendung von zwei Sieben klassierten Gemenges von Erzkörnern offensichtlich im Bereich von 30/32,5 bis ~ 35/32,5 (0,92 bis ~ 1,08) liegen, jedoch ist der Unterschied zwischen dieser Verteilung und dem in F i g. 4(A) dargestellten Ergebnis, das nach der Methode gemäß der US-PS 36 09 043 unter der Annahme gehalten wurde, daß die Erzkörner Kugelgestalt aufweisen, groß.

Andererseits entspricht die in Fig.4(B) dargestellte Korngrößenverteilung, die für das Gemisch von Körnern, deren kurze Achse sich zwischen 30/32,5 U · ~ 35/32,5 in einer Gauß'schen Verteilung erstreckt als Gemisch von Rotationsellipsoiden mit r' = 1,9 berechnet wurde, gut der in F i g. 4(A) dargestellten Verteilung. Bei Anwendung dieser Korrekturmethode durch Korrektur mit dem genannten mittleren Konfigurationskoeffizienten und durch Verwendung zur Bestimmung 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 F i g. 4(A) und (B) dargestellten Ergebnisse, so ergibt sich, daß die Annahme, bei der das unregelmäßige Korn als Rotationsellipsoid angesehen wird, gerechtfertigt ist.

F i g. 5(A) zeigt für ein Gemisch von gesinterten Erzkörnern die Korngrößenverteilung, die nach der Methode der US-PS 36 09 043 unter der Annahme, daß jedes Korn Kugelgestalt aufweist, bestimmt wurde. Das Gemisch wurde durch Sieben mit einem Sieb einer Maschenweite von 50 .Tim zur Entfernung von größeren Körnern und durch Sieben mit einem Sieb einer Maschenweite von 45 mm zur Entfernung von kleineren Teilchen erhalten. F i g. 5(B) zeigt für dieses Gemisch die Korngrößenverteilung, die unter der Annahme ermittelt wurde, daß jedes Korn die Form eines Rotationsellipsoids hat Hierbei wurde als mittlerer Konfigurationskoeffizient das mittlere Verhältnis der Länge der langen Achse zur Länge der kurzen Achse r' — 1,3 verwendet, ermittelt unter Verwendung der Gleichung (6) wie vorher. Die Abszisse und die Ordinate in F i g. 5(A) und (B) haben die gleiche Bedeutung wie in Fig.4(A) und (B), wobei jedoch Do im vorliegenden Fall 47,5 mm betrug.

Vergleicht man F i g. 5(A) und F i g. 5(B), so ist eine ähnliche Beziehung zwischen ihnen wie zwischen Fig.4(A) und Fig.4(B) leicht festzustellen. Dies ist ebenfalls ein Beweis für die Wirksamkeit der Korrekturmethode gemäß der Erfindung. Daher ist die Schlußfolgerung zu ziehen, daß es vor der Vornahme der Bestimmung der Korngrößenverteilung eines körnigen Stoffs

^r, nach der Methode gemäß der Erfindung unter Verwendung der in F i g. 1 dargestellten 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 Berechnung der Korngrößenverteilung anzuwenden. Es ist somit möglich, ein Ergebnis zu erzielen, das mit dem mit Hilfe der Siebanalyse erhaltenen Ergebnis befriedigend

i^r> übereinstimmt.

Wie vorstehend dargelegt, ist es durch Anwendung der Erfindung möglich, eine genaue Aussage über die Korngrößenverteilung von körnigen Stoffen während des Transports kontinuierlich und schnell in kürzester Zeit ohne jede Probenahme zu erhalten. Hierdurch ist es möglich, das Meßergebnis 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 jede 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 Erfindung eine Betriebsregelung und -Überwachung von Hochöfen mit der in der Eisenindu-

strie erwünschten Genauigkeit oder die schnelle und genaue Durchführung einer wirksamen Qualitätsübervvachung und -regelung von Rohstoffen oder Produkten, die aus körnigen Stoffen bestehen. Die Erfindung spielt somit eine wichtige Rolle auf den verschiedensten Gebieten der Technik.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Bestimmung der Korngrößenverteilung von Korngemischen, wobei man eine Probe des Gemisches aus einer geeigneten Fallhöhe herabfallen läßt, wenigstens einen Zustand des Gemisches während des Herabfallens mit einer Fernsehkamera statisch registriert und die Daten in Abhängigkeit von den statischen projezierten Bildern der fallenden Körner verarbeitet dadurch gekennzeichnet, daß man