DE3028343C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine schnellaufende Mühle zum kon­ tinuierlichen Feinzerkleinern, Dispergieren und Klassieren von in Flüssigkeiten suspendierten Materialien gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die US-PS 36 38 917 zeigt und beschreibt eine Mühle nach dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1. Diese bekannte Mühle ermöglicht ein kontinuierliches Dispergieren von Materialien durch hohe Scherkräfte. Dabei durchläuft das zu behandelnde Material eine ständig in Bewegung befindliche mittlere gekrümmte Bahn, auf der das Material einer Zone hoher Scherwirkung ausgesetzt wird.

Eine ähnliche Mühle ist aus der DE-PS 12 58 244 bekannt.

Die bekannten Vorrichtungen wirken nicht als Klassifikator und sind nicht verstellbar. Das Ausmaß des Zerkleinerns kann nur durch Verändern der Laufradgeschwindigkeit verändert werden. Außerdem erzeugen die Vorrichtungen zu viel Wärme, um Auf­ schlämmungen von vorbehandeltem Titandioxid zu verarbeiten. Hinzu kommt eine geringe Kapazität der Vorrichtungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Mühle gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 so zu verbessern, daß sie eine Einstellung der die Mühle verlassenden Korngrößen er­ laubt, so daß die Mühle als Klassifikator verwendbar ist und daß behandelte Aufschlämmungen von Titandioxidpigment sich anschließend nicht im Gehäuse der Mühle absetzen können.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 enthaltenen Merkmale.

Die Einstellbarkeit des Einlasses ermöglicht eine Beeinflus­ sung der Zerkleinerung der Teilchen in der Aufschlämmung, während die Einstellbarkeit des Auslasses die Mühle als Klassifikator verwendbar macht und die Abflußöffnungen das Absetzen von Aufschlämmungen im Gehäuse nach Benutzung der Mühle verhindern. Dabei erzeugt die Vorrichtung nur eine geringe Wärmemenge und die Strömung durch die Mühle ist derart gewählt, daß ein Kühlmantel zum Kühlen der Mühle nicht erforderlich ist. Die hohe Durchflußkapazität ermög­ licht es, daß eine große Flüssigkeitsmenge durch die Mühle innerhalb kurzer Zeit hindurchströmen kann. Darüber hinaus ist die Mühle im Verhältnis zu ihrer Kapazität klein, leicht demontierbar, selbstreinigend und mit Seitenwänden versehen, die nur in einer Ebene gekrümmt sind und daher billiger herzustellen sind als Mühlen mit in zwei Ebenen gekrümmten Seiten. Bei der Herstellung der Mühle können übliche und im Handel erhältliche Ausrüstungen benutzt werden. Ein Eindringen von Luft in die Aufschlämmung ist nicht möglich. Die Gefahr von Verunreinigungen ist auf ein Mindestmaß ver­ ringert.

Die Unteransprüche betreffen zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.

In der Zeichnung ist eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Mühle im Querschnitt erläutert.

Das Gehäuse der Mühle besteht aus Weichstahl oder korrosionsbeständigem Stahl. Das Oberteil 10 ist nach oben konisch verjüngt und weist einen röhrenförmigen Auslaß 11 auf, der sich bis in das Innere des Gehäuses erstreckt und auf verschiedene Höhen innerhalb des Oberteils 10 einstellbar ist. Das Oberteil 10 ist mit dem Unterteil 12 verbunden. Zwischen dem Oberteil 10 und dem Unterteil 12 ist ein Schleißring 13 angeordnet. Das Unterteil 12 ist nach unten konisch verjüngt und weist einen röhrenförmigen Einlaß 14 auf, der sich bis ins Innere des Gehäuses erstreckt. Am röhrenförmigen Einlaß 14 sind seitlich Abflußöffnungen 15 vorgesehen, die verhindern, daß nach der Benutzung der Mühle noch Aufschlämmung im Gehäuse zurückbleibt. Das Oberteil 10 und das Unterteil 12 sind über Flansche 16 verbunden, so daß das Gehäuse zur Wartung und Reinigung leicht zerlegt werden kann. Bolzen 17 mit speziellen Hand­ schrauben 18 halten das Oberteil 10 und das Unterteil 12 zusammen. Werden die Handmuttern 18 gelockert, können die Bolzen 17 um eine Achse 19 ausgeschwenkt werden, wodurch ein Abnehmen des Unterteils 12 ermöglicht wird. So kann der Schleißring 13 untersucht und gegebenen­ falls erneuert werden. Eine Welle 20 erstreckt sich von oben durch den ringförmigen Auslaß 11 nach unten in die ungefähre Mitte des Gehäuses zwischen dem Oberteil 10 und dem Unterteil 12 innerhalb des Schleißrings 13.

Die Welle 20 trägt am Ende das Laufrad 21. Dieses hat die Form einer Kreisscheibe mit einer Mehrzahl von am Scheibenumfang angeordneten Scherblättern 22. Das Laufrad 21 ist innerhalb des Schleißrings 13 axial drehbar. Zwischen den Scherblättern 22 und dem Schleiß­ ring 13 liegt die Zone 23 mit hohen Scherkräften, durch die das flüssige Material oder die Aufschlämmung fließt und einer Dispersions- und Verkleinerungswirkung ausge­ setzt wird. Gemäß einer Ausführungsform ist das Laufrad 21 eine handelsübliche Cowles-Scheibe zur Erzeugung hoher Scherkräfte, die an der Welle 20 befestigt ist, welche mit Hilfe eines nicht dargestellten Elektromotors in verschiedenen Geschwindigkeiten angetrieben werden kann. Die Umfangsgeschwindigkeit oder Spitzengeschwindig­ keit des Laufrades beträgt vorzugsweise 1433 bis 3446 m/min. Die Zone 23 mit hohen Scherkräften zwischen den Spitzen der Scherblätter 22 und dem Schleißring 13 er­ streckt sich vorzugsweise über etwa 2,54 bis 7,62 cm. Der Bereich dieser Zone 23 kann durch Einsetzen von verschieden großen Laufrädern 21 oder von Schleißringen 13 mit unterschiedlichem Innendurchmesser auf verschiedene Maße eingestellt werden. Eine Überlaufkammer 24 und ein Abflußrohr 25 sind zur Abnahme der dispergierten Auf­ schlämmung und Weiterleitung an einen Aufnahmebehälter oder Lagertank vorgesehen.

Die Höhe des Einlasses 14 unter dem Laufrad 21 beeinflußt das Zerkleinern der Teilchen in der Aufschlämmung. Liegt der Einlaß 14 unmittelbar unter dem Laufrad 21, wird eine maximale Zerkleinerung erreicht. Bei weiterem Absenken des Einlasses 14 nimmt die Zerkleinerungswirkung ab, jedoch werden noch Agglomerate in der Aufschlämmung aufgebrochen. Ist die Zone 23 mit hohen Scherkräften gering, werden die Teilchen der Aufschlämmung in der Mühle zerkleinert, während bei einer großen Zone 23 die Dispergierwirkung gegenüber dem Zerkleinerungseffekt überwiegt und dabei weniger Energie auf die durch diese Zone fließende Flüssigkeit übertragen wird. Die Höhe des Auslasses 11 wird in Abhängigkeit von der gewünschten Korngröße in der abfließenden Aufschlämmung unterschied­ lich eingestellt. Diese Veränderung des Auslasses 11 gestattet eine Verwendung der Mühle als Klassifikator. Wird die Höhe des Auslasses 11 vermindert, schiebt sich dieser über die Nabe 21 A des Laufrads 21 und reduziert so den Auslaßquerschnitt. Dies hat eine Verminderung des Durchflusses durch die Mühle zur Folge. Das Ergebnis ist eine stärkere Zerkleinerungswirkung auf die Teil­ chen der Aufschlämmung in der Mühle. Wird der Auslaß 11 im Oberteil 10 angehoben, vergrößert sich der Auslaß­ querschnitt, da die Nabe 21 A außerhalb des Auslasses 11 liegt. Dadurch wird der Durchfluß durch die Mühle erhöht und die Zerkleinerungswirkung vermindert. Das Ergebnis ist eine erhöhte Korngröße in der Aufschlämmung. Somit kann durch unterschiedliches Einstellen des Auslasses 11 die Korngröße nach Wunsch eingestellt werden.

Gemäß einer Ausführungsform ist der Querschnitt am Einlaß 14 geringer als der Querschnitt am Auslaß 11, selbst wenn der Auslaß 11 in seiner niedrigsten Position über der Nabe 21 A des Laufrads 21 liegt. Dadurch wird in der Mühle nur wenig oder kein Druck aufgebaut, der ein Er­ wärmen verursachen könnte. Im Falle des Einsatzes eines vorbehandelten Titandioxidpigments kann die Wärme zu einer Beeinträchtigung der organischen Dispersionsmittel führen.

Das Gehäuse der Mühle besteht vorzugsweise aus Weichstahl oder korrosionsbeständigem Stahl. Der Schleißring 13 kann aus den gleichen Materialien hergestellt sein. Er kann auch mit einem harten, abriebbeständigen Material, wie Wolframkarbid, beschichtet sein oder aus keramischem Material bestehen. Die Welle 20 wird vorzugsweise über ein Getriebe mit variabler Geschwindigkeit von einem Elektromotor angetrieben.

Das Laufrad 21 ist vorzugsweise eine normale Cowles- Verteilerscheibe. Dabei handelt es sich um eine Scheibe mit benachbarten Scherblättern auf beiden Scheibenseiten. Die Höhe der Scherblätter über der Scheibe kann in Ab­ hängigkeit von der gewünschten Zerkleinerungswirkung verschieden gewählt werden. Höhere Scherblätter auf beiden Seiten der Scheibe erhöhen den Zerkleinerungseffekt in der Mühle.

Beim Betrieb der erfindungsgemäßen Mühle wird eine Aufschlämmung mit hohem Feststoffgehalt kontinuierlich über den Einlaß 14 eingespeist, der sich auf der verti­ kalen Achse der Welle 20 direkt unterhalb des Laufrads 21 befindet. Beim Austreten aus der Einlaßöffnung wird die Aufschlämmung von der Zentrifugalkraft des Laufrads 21 erfaßt, das mit hoher Drehzahl rotiert. Teilchen, die genügend klein sind, treten durch die Zone 23 mit hohen Scherkräften. Größere Teilchen werden in der Mühle zur Seite geworfen, kehren zum Boden des Mühlengehäuses zurück, werden dort umhergewirbelt und passieren dann die Zone 23 mit hohen Scherkräften in der Nähe des Schleißrings 13. Die Aufschlämmung wird kräftig gerührt und wegen der vom Laufrad 21 und den Scherblättern 22 ausgehenden Zentrifugalkraft mit hoher Geschwindigkeit in Drehbewegung versetzt. Die größeren Teilchen der Auf­ schlämmung neigen dazu, sich an den Wänden des Mühlen­ gehäuses zu halten. In manchen Fällen können sie in die Zone 23 zurückfallen. Der Auslaß 11 verursacht einen Wirbel in der Aufschlämmung, die sich in dieser Form an der konischen Innenfläche des Oberteils 10 empor­ bewegt. Befindet sich der Auslaß in seiner höchsten Position, wirkt die Mühle nur in geringem Umfang als Klassifikator, bricht aber Agglomerate auf. Ist der Auslaß in der niedrigsten Position, wirkt die Mühle am besten als Klassifikator, jedoch werden größere Teilchen in die Zone 23 zurückgeführt und aufgebrochen. Das Gehäuse der Mühle ist vollständig geschlossen und erfordert keine Belüftungsöffnungen. Deshalb kann keine Luft in die Aufschlämmung eingemischt werden. Muß die Mühle ge­ reinigt werden, können nach dem Lösen der Handmuttern 18 das Oberteil 10 und das Unterteil 12 gesäubert werden.

Die Umfangsgeschwindigkeit des Laufrads 21 kann durch Verändern der Drehzahl der Welle 20 dem zu behandelnden Material angepaßt werden. Im Fall des Einsatzes eines beschichteten Titandioxids führt eine zu niedrige Umfangs­ geschwindigkeit zu einer unzureichenden Dispergierung der Aufschlämmung. Liegt dagegen die Umfangsgeschwindigkeit zu hoch, kann die Beschichtung von den Titandioxidteil­ chen abgerissen werden, was dessen Qualität beeinträchtigt.

In einer speziellen Anwendung wurde ein Laufrad mit einem Durchmesser von 29,5 cm eingesetzt, wobei sich zwischen den Spitzen der Scherblätter und dem Schleißring eine 6,2 cm breite Zone mit hohen Scherkräften ergab. Die Umfangsgeschwindigkeit des Laufrads betrug 2418,6 m/min. Das zu behandelnde Material war eine Aufschlämmung von vorbehandeltem Pigment, das in Abhängigkeit vom Einsatz­ zweck des Pigments im einen Fall auf einen Feststoffgehalt von mindestens 63%, im anderen Fall von mindestens 76% eingestellt worden ist. Während jeder Untersuchung wurden Proben der Aufschlämmung in der Mühle entnommen und auf ihren Farbton, ihre Färbekraft und ihren Gehalt an Agglomeraten geprüft. Es zeigte sich, daß die Aufschlämmung vollständig homogenisiert worden ist. Vergleichsversuche ergaben, daß die Eigenschaften der in der erfindungsgemäßen Mühle behandelten Aufschlämmung mindestens ebenso gut waren wie die Eigenschaften eines vorbehandelten Pigments in trockener Form. Das rheologische Verhalten der in der erfindungsgemäßen Mühle dispergierten Aufschlämmung war ebenso hervorragend. Es zeigte sich, daß bei einem Durch­ fluß von 26,5 bis 41,6 l/min durch die Mühle ein Temperatur­ gefälle von etwa 7,2°C auftrat. Dieses Gefälle wurde bei höheren Durchsätzen vermindert, weil die Aufschlämmung als Kühlmittel wirkte. Die erfindungsgemäße Mühle gestattet Durchsätze von bis zu 100 t Feststoffen pro Tag.

Die beschriebenen Merkmale der Mühle können in Abhängigkeit vom Anwendungszweck der Mühle modifiziert werden. So können z. B. die Konuswinkel des Oberteils und des Unter­ teils der Mühle an spezielle Fließeigenschaften oder Erfordernisse beim Klassieren angepaßt werden. In einigen Fällen kann auch zweckmäßig sein, das Unterteil 12 der Mühle mit einem Kühlmantel zu versehen. Die Mühle selbst kann auch aus keramischem Material hergestellt werden, um eine bestimmte Abriebbeständigkeit zu erzielen. Der Schleiß­ ring 13 kann so gestaltet sein, daß er leicht austauschbar oder mit dem Mühlengehäuse fest verbunden ist. Zur Ver­ minderung des Abriebs kann die Innenseite des Gehäuses mit einer speziellen Beschichtung versehen sein.

Claims (5)

1. Schnellaufende Mühle zum kontinuierlichen Feinzerklei­ nern, Dispergieren und Klassieren von in Flüssigkeiten suspendierten Materi­ alien, bestehend aus einem umgekehrt konisch geformten Boden, einer um eine senkrechte Achse drehbaren Welle (20), die sich in das Gehäuse (10, 12) ab­ wärts erstreckt und an einem Ende in der ungefähren Mitte des Gehäuses endet, einem Laufrad (21), das an dem Ende der Welle (20) angebracht ist und innerhalb des Gehäuses (10, 12) drehbar ist, wobei das Laufrad (21) in Form einer kreisförmigen Schleißscheibe mit mehreren Scherblättern (22) am Umfang zur Bildung einer Zone (23) mit hohen Scherkräften zwischen den Scherblättern (22) und dem Gehäuse vorliegt, einem axial ausge­ richteten rohrförmigen Einlaß (14), der sich nach oben in das Gehäuse erstreckt und sich unmittelbar unter dem Laufrad (21) auf der senkrechten Achse befindet, einem sich in das Gehäuse abwärts erstreckenden Auslaß (11), der um die Welle (20) herum angeordnet ist und in einer bestimmten Höhe unmit­ telbar oberhalb des Laufrades (21) auf der senkrechten Achse derart angeordnet ist, daß ein Flüssigkeitsstrom vom Einlaß (14) zum Auslaß (11) durch die Zone (23) hoher Scherkraft geleitet wird, sowie aus einer Vorrichtung zum Drehen der Welle (20) und des Laufrades (21), dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß (14) in einem veränder­ baren Abstand unter dem Laufrad (21) angeordnet ist und Abflußöffnungen (15) aufweist, und daß der Auslaß (11) auf einen unter­ schiedlichen Abstand von dem Laufrad (21) einstell­ bar ist.

2. Mühle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Zone (23) mit hohen Scherkräften zwischen den Scherblättern (22) und einem Schleißring (13) etwa 2,54 bis 7,62 cm beträgt.

3. Mühle nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schleißring (13) entfernbar ist.

4. Mühle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Innenseite des Gehäuses und der Schleißring (13) mit einem abriebbeständigen Material beschichtet sind.

5. Verfahren zum Mahlen und Dispergieren von flüssigen Materialien unter Verwendung einer Mühle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Umdrehungsgeschwindigkeit des Laufrads von etwa 1433 bis 3446 U/min angewandt wird.