DE3823929A1 - Verfahren und vorrichtung zum walzenbrechen und -mahlen von mineralischen stoffen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Walzenbrechen und -mahlen von mineralischen Stoffen, z. B. Rohstoffen zur Herstellung von Zement, Dolomit, Bauxit, Kalk o. dgl. oder Rohkohle oder Klinker, bis zu einer gewünschten Produktfeinheit, wobei der Stoff bis zu einer Partikelgröße von weniger als 80 mm vorgebrochen worden ist.

Das Walzenbrechen von Rohstoffen ist in der Zementindustrie seit vielen Jahren allgemein bekannt und im Einsatz. So werden in Duda: "Cement Data Book", Band 1, dritte Auflage (1985), Kapitel 3.10 (Bau-verlag, GmbH - Wiesbaden und Berlin) verschiedene Arten von Walzenbrechern mit profilierten Walzen zum Brechen sowohl von Zementrohstoffen als auch von Rohkohle beschrieben. Derartige Walzenbrecher sind ebenso wie andere Arten von Brechern, z. B. Hammermühlen, Backenbrecher oder Prallbrecher, ein notwendiger Teil einer Anlage zur Verarbeitung von mineralischen Rohstoffen aus Tage- bzw. Untertagebau, die zunächst bis zu einer Partikelgröße zerkleinert werden müssen, die deren weitere Verarbeitung in der Anlage ermöglicht. Von dem Brecher werden die Stoffe über ein Zwischenlager zu einer Mühle, z. B einer Rohrmühle oder einer Kohlenmühle, weitergeführt, in der sie zu einem pulverförmigen Produkt zerkleinert werden, welches in einem Ofen oder Reaktor verarbeitet oder - wenn es sich um Kohle handelt - als Brennstoff in den Ofen/Reaktor geführt werden kann. Die Mühle kann entweder eine Rohrmühle oder eine Kugelmühle, in der das Produkt durch Mahlkörper im Inneren der Mühle vermahlen wird, oder aber eine Walzenmühle sein, in der das Produkt zwischen den Walzen und bei einer vertikalen Walzenmühle zwischen den Walzen und einem Mahlteller vermahlen wird. Das im Ofen bzw. Reaktor verarbeitete Produkt tritt als Klinker aus diesem aus, die dann zum Endprodukt, z. B. Zement, zu vermahlen sind, und hier kommen wiederum die gleichen Mühlenausführungen in Frage, die auch in der Rohrmüllerei verwendet werden.

Unbeachtlich der Wahl des Mühlentyps entfällt aber bei der Herstellung von Zement und ähnlichen Erzeugnissen ein wesentlicher Teil des Energieaufwandes auf die Mahlvorgänge, und das Bedürfnis, diesen Energieaufwand herabzusetzen, ist deshalb latent und gibt Anlaß zu einer laufenden Forschung und Entwicklung auf diesem Gebiet. Es hat sich dabei gezeigt, daß sich in einer Mühle der vorstehend beschriebenen Art eine beträchtliche Energieeinsparung von bis zu 30% durch ein Walzenpressen des Produktes unter Verwendung eines Preßdruckes von 300-500 MPa vor dem Vermahlen des Produktes in der Mühle erzielen läßt. Durch ein solches Walzenpressen wird das Produkt zu flach gepreßten Körpern agglomeriert, die anschließend in einer nachgeschaltenen Mühle bis zur gewünschten Produktfeinheit desagglomeriert bzw. vermahlen werden. Dieses Verfahren ist z. B. aus DE-C 17 57 093 und DE-C 27 08 053 und aus EP-C 00 84 383 bekannt, wobei insbesondere die beiden letzteren die Verwendung einer nachgeschalteten Mühle vorschreiben. Die bisherigen Verfahren setzen somit die Verwendung sowohl einer Walzenpresse als auch einer Mühle, d. h. zwei Brech- und/oder Vermahlungsstufen in zwei gesonderten Maschinen mit dem daraus resultierenden Aufwand teils für die Herstellung von Maschinen teils für die Förderung des zu verarbeitenden Produktes von der einen Maschinen zur anderen und teils zum Zuführen des Produktes zur jeweiligen Maschine, voraus. Zur Erzielung der gewünschten Produktfeinheit muß bei diesem Verfahren dem zur Mühle zuzuführenden Produkt ein größerer aus schon gemahlenem Produkt abgetrennter Anteil zugegeben werden, der dann als Rückführungsgut zur Wiedervermahlung in der Mühlenstufe dient.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, durch die die Herstellung eines Produktes von gewünschter Feinheit durch einen Brech- und Mahlprozeß in resourcen-sparender und wesentlich einfacherer und wirkungsvollerer Weise als bisher ermöglicht ist.

Diese Aufgabe wird in verfahrenstechnischer Hinsicht erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mineralische Stoffe, z. B. Rohstoffe zur Herstellung von Zement, Dolomit, Bauxit, Kalk o. dgl. oder Rohkohle oder Klinker, nach einer Vorzerkleinerung bis zu einer Partikelgröße von weniger als 80 mm in ein und derselben Maschine zwischen den Walzen eines ersten Walzenpaares unter Anwendung eines Preßdruckes von 50-600 MPa, berechnet nach der in der DE-C 27 08 053 angegebenen Formel, einer Komprimierung unterworfen werden, und daß das Produkt unmittelbar darauf einem oder mehreren nachgeschalteten Walzenpaaren zugeführt wird, wo es unter Anwendung eines entsprechend hohen Preßdruckes einem weiteren Brechen und Vermahlen unterworfen wird, wobei dem Produkt vor seiner Einführung zwischen die Walzen des bzw. der nachgeschalteten Walzenpaare Rückführungsgut in Form einer Grobfraktion zugegeben wird, die durch Abtrennung aus schon vermahlenen Produkten erhalten ist, so daß die gesamte zugeführte Produktmenge in der Mühle bis zu einer gewünschten Feinheit von z. B. kleiner als 3 mm Partikelgröße vermahlen wird.

Da ein und dieselbe Antriebswalze den einen Teil aller Walzenpaare bildet, wird das Produkt dem nachgeschalteten Walzenpaar mit etwa gleicher Umfangsgeschwindigkeit und in etwa gleicher Verteilung über die Länge der Walzenspalte zugeführt, mit der es vom vorgeschalteten Walzenpaar abgegeben wird. Durch die Komprimierung des Produktes zwischen den Walzen des ersten Walzenpaares werden die Voraussetzungen geschaffen, die für die Anwendung einer Hochdruckeinwirkung auf das Produkt auch während dessen Verarbeitung zwischen den Walzen des nachgeschalteten Walzenpaares bzw. der nachgeschalteten Walzenpaare erforderlich sind, weil die Verdichtung im ersten Walzenpaar, durch die die Luft aus dem verarbeiteten Produkt herausgepreßt wird, eine Voraussetzung für eine Vermahlung unter einem hohen Preßdruck mit gleichzeitiger Zugabe von Rückführungsgut an dem nachgeschalteten Walzenpaar bzw. den nachgeschalteten Walzenpaaren ist. Ohne dieses vorausgehende Austreiben von Luft würde die im Produkt enthaltene Luftmenge die Zugabe von Rückführungsgut an den nachgeschalteten Walzenpaaren verhindern, weil die im Produkt enthaltene Luftmenge dann wegen des hohen Walzendruckes der vorhergehenden Walzenpaare das Rückführungsgut von dem/den Walzenspalt/en wegblasen würde, bevor es in diese gelangen könnte.

Nach der Erfindung werden die paarweise unterschiedlichen Preßdruckbedingungen der jeweiligen Walzenpaare durch eine von den übrigen Walzenpaaren unabhängige Einstellung des Preßdruckes des einzelnen Walzenpaares geschaffen. Zu verarbeitendes Material wird zum ersten Walzenpaar geführt, entweder über einen Zufuhrschacht, in welchem Falle die Walzen selbst das Material aus dem Schacht in den Walzenspalt ziehen und dieses während dessen Durchtritt durch den Walzenspalt auf die Umfangsgeschwindigkeit der Walzen bringen, oder über ein Förderband, welches vor dem Einführen des Materials in den Walzenspalt dieses auf die Umfangsgeschwindigkeit bringt und das Material über die gesamte Walzenlänge verteilt. Die letztere Art der Materialzufuhr wird auch als "dynamische Zuführung" bezeichnet, wobei vermieden wird, daß für das erste Walzenpaar Energie benötigt wird, um das zugeführte Material auf die Umfangsgeschwindigkeit der Walzen zu bringen, bevor es zwischen die Walzen gezogen wird.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung oder eine Walzenpresse zur Durchführung des Verfahrens. Bei einer derartigen Walzenpresse mit einem Walzendurchmesser von 500 mm und größer sind die Walzen in einem Rahmengestellt gelagert, das Einläufe und Ausläufe für das in der Walzenpresse verarbeitete Produkt aufweist, und mit einem zugehörigen am Rahmengestell angeordneten oder damit verbundenen Motor, Getriebe und Antrieb zum Drehen der Walzen versehen. Die Walzenpresse weist eine Antriebswalze mit großem Durchmesser und mindestens zwei Mitläuferwalzen mit kleinerem Durchmesser auf. Die Mitläuferwalzen sind so angeordnet, daß sie jeweils zusammen mit der Antriebswalze ein Walzenpaar bilden, wobei die Walzenspalte der Walzenpaare, in Drehrichtung der Antriebswalze und damit in Bewegungsrichtung des zu verarbeitenden Produktes durch die Walzenpresse gesehen, eine Serie von Spalten bilden, durch die das Produkt allmählich hindurchtritt. Diese Walzen werden dazu gebracht, mit einem für jede Mitläuferwalze gesteuerten Preßdruck mit der Antriebswalze zusammenzuwirken, um die gewünschte Wirkung in dem betreffenden Walzenspalt zu erzielen.

Während die Antriebswalze eine glatte (unprofilierte) Oberfläche aufweist, kann die in der Bewegungsrichtung des Materialflusses durch die Presse gesehen vordere Mitläuferwalze entweder eine glatte Oberfläche oder eine profilierte Oberfläche aufweisen, und die folgende bzw. die folgenden Mitläuferwalzen können mit glatter Oberfläche versehen sein. Bei dynamischer Zuführung wird vorzugsweise eine glatte Oberfläche der vorderen bzw. ersten Mitläuferwalze als die für Verdichtungszwecke am besten geeignete Walzenmantelfläche verwendet, während bei Materialzuführung über einen Zufuhrschacht, wo das vordere, d. h. erste Walzenpaar selbst das Material in die Spalte hineinziehen soll, eine profilierte Oberfläche verwendet wird.

Die Walzenpresse umfaßt ferner ein Drucksystem vorzugsweise ein hydraulisches System, welches die jeweiligen Mitläuferwalzen zum Zusammenwirken mit der Antriebswalze unter Ausübung eines geregelten Preßdruckes bringt, so daß in dem Walzenspalt zwischen der Antriebswalze und der ersten Mitläuferwalze eine Verdichtung des zu verarbeitenden Produktes unter einem Preßdruck von 50-600 MPa erfolgt, während in der bzw. den folgenden Walzenspalten eine Feinzerkleinerung und Vermahlung des zu verarbeitenden Produktes unter einem entsprechenden Preßdruck erfolgt.

Zwischen dem ersten und dem zweiten Walzenpaar und falls erforderlich auch zwischen den übrigen Walzenpaaren ist die Walzenpresse mit Eintritten zur Zufuhr einer aus schon vermahlenem Produkt abgetrennten Grobfraktion als Rückführungsgut versehen. Die Walzenpresse umfaßt ferner an sich bekannte Regelorgane zum Regeln des Materialflusses sowohl zum ersten Walzenpaar als auch zu den übrigen Walzenpaaren, wobei auch die Zufuhr von Rückführungsgut durch solche Organe geregelt werden kann.

Schließlich kann die erfindungsgemäße Walzenpresse mit unterhalb der Walzenspalte angeordneten Mitteln zum Abziehen der aus dem in den Walzenspalten verarbeiteten Produkt ausgetriebenen überschüssigen Luft versehen sein, durch die insbesondere die Zufuhr von Rückführungsgut zu den Walzenspalten beeinträchtigt werden kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der ausschließlich beispielhaft zu verstehenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert; in diesen zeigen

Fig. 1a und 1b eine bisher bekannte Ausführungsform einer Walzenpresse zur Vermahlung eines Produktes unter einem hohen Preßdruck,

Fig. 2 eine bevorzugte Ausführungsform der Walzenpresse nach der Erfindung zur Verdichtung und Vermahlung eines Produktes in ein und derselben Maschine, bei der die Materialzufuhr über einen Zufuhrschacht erfolgt,

Fig. 3 eine Walzenpresse entsprechend Fig. 2, bei der jedoch die Materialzufuhr über ein Förderband erfolgt und in der zwecks Luftabsaugung ein Unterdruck aufgebaut wird, und

Fig. 4 die in Fig. 3 dargestellte Walzenpresse gekuppelt mit einem Steigförderer und einem Separator für weitere Verarbeitung/Rückführung von vermahlenem Produkt.

Fig. 1 zeigt eine Walzenpresse in bekannter Ausführung zum teilweisen Vermahlen eines Produktes der eingangs genannten Art durch Zusammendrücken (Verdichtung). Fig. 1a ist eine Seitenansicht der Walzenpresse und Fig. 1b eine Darstellung der Presse gesehen von der einen Stirnseite. Die Presse weist zwei vorzugsweise glatte Walzen 1 mit einem Durchmesser von z. B. 1000 mm und einer Länge von 800 mm auf. Die Walzen 1 sind über ihre Wellen 3 in einem Rahmen 2 aufgehängt, der außerdem einen schachtförmigen Materialeinlauf 8 trägt und mit einem Materialauslauf 5 versehen ist. Eine Preßdruckeinrichtung 4 hält über die Wellen 3 einen gewünschten Preßdruck auf das Produkt im Walzenspalt aufrecht. Die mittlere Weite des Walzenspalts kann z. B. etwa 25 mm messen. Die Walzen 1 werden über ein Getriebe 6 mittels eines nicht dargestellten Motors angetrieben. Grundsätzlich werden beide Walzen 1 entweder einzeln mittels eines Motors und eines Getriebes je Walze oder aber mittels eines gemeinsamen Motors mit zugehörigem Getriebe mit zwei Zapfwellen, eine für jede Walze, angetrieben. Das Produkt wird über ein Förderband 7 in den Materialeinlauf 8 eingegeben und tritt als gepreßte Schülpen aus der Presse aus, die in einer nicht dargestellten Mühle oder Brechvorrichtung bis zur gewünschten Produktfeinheit fertiggemahlen werden.

Die in Fig. 2 dargestellte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung weist eine auf einer Welle 30 angeordnete glatte Antriebswalze 21 und zwei jeweils auf einer Welle 31, 32 angeordnete Mitläuferwalzen 23, 24 auf. Die Wellen 31, 32 sind in einem Rahmen 22 angeordnet, der außerdem einen als Zufuhrschacht dienenden Produkteinlauf 25 und einen Einlauf 26 für Rückführungsgut und einen Materialablauf 28 trägt. Eine vorzugsweise hydraulische Preßdruckeinrichtung 29, die auf die Wellen 31, 32 der Mitläuferwalzen 23, 24 einwirkt, sorgt für die Aufrechterhaltung des gewünschten Mahlpreßdruckes in den Walzenspalten zwischen der Antriebswalze 21 und jeder der beiden Mitläuferwalzen 23, 24, wofür die Einrichtung ein nicht dargestelltes Regelsystem umfaßt, mittels dessen die Preßdrücke in den beiden Walzenspalten jeweils unabhängig voneinander auf unterschiedliche Werte von z. B. 200 MPa in dem ersten Spalt, in dem die Verdichtung des Produktes erfolgt, und 300 MPa oder mehr in dem zweiten Spalt, in dem die Vermahlung erfolgt, geregelt werden können. Die Einläufe 25 und 26 können an sich bekannte von Hand oder selbständig geregelte Zungen 33, 27 oder Klappen zur Regelung der zu den Walzenspalten zu führenden Materialströme enthalten. Schließlich kann die Walzenoberfläche der ersten Mitläuferwalze 23 zweckmäßig profiliert sein, um das Einziehen von Material aus dem Produkteinlauf 25 in den Walzenspalt zu verbessern. Die Umfangsgeschwindigkeit der Antriebswalze 21 liegt in der Größenordnung von 1 bis 8 m/sek.

Bei der Ausführungsform der Fig. 3 dient zur Zuführung neuen Materials ein Förderband 34, welches das zugeführte Produkt auf die Walzenempfangsgeschwindigkeit des ersten Walzenpaares beschleunigt, bevor das Produkt in den ersten Walzenspalt gelangt, so daß hier der schon erwähnte Vorteil der "dynamischen Zuführung" erzielt wird. Die Walzenpresse der Fig. 3 weist einen Auslaufschacht 35 mit einer Auslaufschleuse 37, ein Ablaufrohr 38 und eine Luftabsaugung 36 auf. Durch die Luftabsaugung 36 wird sichergestellt, daß die durch die Verarbeitung des Produktes in den Walzenspalten ausgetriebene Luft abgezogen wird, und somit nicht die Zufuhr von Rückführungsgut zum zweiten Walzenspalt beeinträchtigt. Die Bezugszeichen dieser Fig. entsprechen im übrigen denen der Fig. 2.

In Fig. 4, in der sich die auf die Walzenpresse selbst beziehenden Bezugszeichen, denen der Fig. 2 und 3 entsprechen, stellt das Ablaufrohr 38 die Zufuhr vermahlenen Produktes zu einem Steigförderer 39 dar, der dieses über einen Auslauf 40 einem Separator 41 zuführt. Im Separator 41 wird der größere Anteil des Produktes abgetrennt, der dann als Rückführungsgut über einen Ablauf 42 und den Einlauf 26 zum zweiten Spalt der Walzenpresse zur wiederholten Vermahlung und Vermengung mit dem aus dem ersten Walzenspalt austretenden Produkt zurückgeführt wird, während der feinere Anteil des Produktes über den Auslauf 43 des Separators 41 als fertiggemahlenes Produkt zur nächsten Stufe der Verarbeitungsanlage geführt wird.

Die oben erwähnte Formel der DE-C 27 08 053 für den Preßdruck lautet:

F/LD - k α₀Pm.

Dabei bezeichnen:

F die Anpreßkraft
L die Walzenlänge
D den Walzendurchmesser
k eine Materialkonstante
α₀ den Winkel, bei dem die Beanspruchung beginnt
Pm den Preßdruck

Claims (10)

1. Verfahren zum Brechen und Mahlen von mineralischen Stoffen, z. B. Rohstoffen zur Herstellung von Zement, Dolomit, Bauxit, Kalk o. dgl. oder Rohkohle oder Klinker, bis zu einer gewünschten Produktfeinheit, wobei der Stoff bis zu einer Partikelgröße kleiner als 80 mm vorzerkleinert worden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das zu verarbeitende Produkt in ein und derselben Maschine zwischen den Walzen eines ersten Walzenpaares einer Verdichtung unter Anwendung eines Preßdruckes von 50-600 MPa und gleichzeitigem Austreiben der im Produkt enthaltenen Luft unterworfen wird, daß darauf dem Produkt Rückführungsgut in Form einer durch Abtrennung aus einem schon vermahlenen Produkt erhaltenen Grobfraktion zugegeben wird, um unmittelbar darauf zusammen mit diesem Rückführungsgut zwischen den Walzen eines oder mehrerer nachgeschalteten Walzenpaare ebenfalls unter Anwendung eines entsprechenden Druckes einer Zerkleinerung unterworfen zu werden, so daß das Produkt bis zu einer gewünschten Feinheit, z. B. einer Partikelgröße kleiner als 3 mm gemahlen wird, wobei eine und dieselbe Antriebswalze Teil sämtlicher Walzenpaare bildet, und so daß das verarbeitete Produkt etwa mit gleicher Umfangsgeschwindigkeit und in gleicher Verteilung über die Länge des Walzenspalts dem nachgeschalteten Walzenpaar zugeführt wird, mit der bzw. in der es vom vorgeschalteten Walzenpaar abgegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßdruck zwischen den Walzen eines Walzenpaares unabhängig von den übrigen Walzenpaaren auf unterschiedliche Werte regelbar ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten Walzenpaar Material unmittelbar aus einem Zufuhrschacht zugeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten Walzenpaar Material mit einer vorgegebenen etwa der Umfangsgeschwindigkeit der Walzen entsprechenden Geschwindigkeit und in einer der gesamten Walzenlänge entsprechenden Verteilung zugeführt wird.

5. Walzenpresse zum Brechen und Mahlen von mineralischen Rohstoffen, Rohkohle oder Klinker bis zu einer gewünschten Feinheit nach Anspruch 1, wobei der Stoff bis zu einer Partikelgröße kleiner als 80 mm vorzerkleinert worden ist, und in welcher die Walzen in einem mit Einläufen und Ausläufen für das in der Walzenpresse zu verarbeitende Produkt sowie Motor und Getriebe und Antriebe zum Drehen der Walzen aufweisenden Rahmengestell gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzenpresse eine durch den Motor angetriebene Antriebswalze (21) mit großem Durchmesser und mindestens zwei Mitläuferwalzen (23, 24) mit kleinerem Durchmesser zur Bildung einer Serie von Walzenspalten aufweist, durch welche das zu verarbeitende Produkt allmählich hindurchtritt, wobei die Mitläuferwalzen (23, 24) mit einem für jede Mitläuferwalze geregelten Preßdruck zum Zusammenwirken mit der Antriebswalze (21) gebracht werden.

6. Walzenpresse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswalze (21) eine glatte Oberfläche aufweist, daß die in der Bewegungsrichtung des Materialflusses durch die Presse gesehen erste Mitläuferwalze (23) entweder eine glatte oder eine profillierte Oberfläche aufweist und daß die nachgeschaltete(n) Mitläuferwalze(n) (24) eine glatte Oberfläche aufweist/aufweisen.

7. Walzenpresse nach den Ansprüchen 5 und 6, gekennzeichnet durch Mittel (29), um ein Zusammenwirken der jeweiligen Mitläuferwalzen (23, 24) mit der Antriebswalze (21) unter einem geregeltem Preßdruck zu bewirken derart, daß in dem ersten Walzenspalt zwischen der Antriebswalze (21) und der ersten Mitläuferwalze (23) eine Verdichtung des zu verarbeitenden Produktes unter einem hohen Preßdruck stattfindet, und in dem Walzenspalt zwischen der Antriebswalze (21) und den übrigen Mitläuferwalzen (24) eine Feinzerkleinerung und Vermahlung des zu verarbeitenden Produktes erfolgt.

8. Walzenpresse nach den Ansprüchen 5, 6 und 7, gekennzeichnet durch ein hydraulisches Preßdrucksystem (29), um den Mahlpreßdruck der einzelnen Mitläuferwalzen (23, 24) auf das Produkt in den Walzenspalten zu bewirken.

9. Walzenpresse nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch Mittel (33, 27), um den Materialstrom in die Walzenspalte zu regeln.

10. Walzenpresse nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch Mittel (36), um unterhalb der Walzenpaare einen Unterdruck zum Abführen der aus dem in den Walzenspalten zu verarbeitenden Produkt ausgetriebenen Luft aufzubauen.