DE4128074C2 - Rührwerkskugelmühle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Rührwerkskugelmühle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine solche Rührwerkskugelmühle ist bereits aus der US-PS 25 92 994 aus dem Jahre 1952 bekannt geworden.

Bei den allgemein in Betrieb befindlichen Rührwerkskugelmühlen steht allerdings der Mahlbehälter still. Das aus Mahlkörpern und Mahlgut bzw. Mahlgutsuspension bestehende Mahlbett nimmt etwa 30-90% des Mahlraumvolumens ein. Durch dieses Mahlbett werden die Mahlorgane mittels der Rührwerkswelle hindurchbewegt. Unter der Einwirkung der Rührorgane werden die Mahlkörper (wie auch die Mahlgutkörper) in rollende und gleitende Bewegung versetzt, wodurch die Mahlgutkörper zerrieben, zerquetscht und zum Teil auch zerschlagen werden.

Aus der US-PS 33 07 792 und der FR-AS 20 15 544 sind bereits derartige Rührwerkskugelmühlen bekannt, bei denen am Innenumfang des stillstehenden Mahlbehälters Ringscheiben angebracht sind, die zwischen die Rührscheiben der Rührwerkswelle eingreifen und somit das Mahlgut-Mahlkörpergemisch zur Behälterinnenzone umlenken und damit die Mahlwirkung intensivieren.

(Die Arbeitsweise bzw. Mahlwirkung ist also anders als bei den bekannten Kugelmühlen mit rotierendem Mahlbehälter, bei denen der Inhalt ständig von dem - unterkritisch rotierenden - Mahlbehälter in Umfangsrichtung mitgenommen wird, aber vor dem höchsten Punkt der Umlaufbahn herniederfällt und auf diesem Sturz die Mahlwirkung beruht.)

Erstrebt wird ganz allgemein eine große Durchsatzleistung bei möglichst gleichmäßiger, intensiver Mahlwirkung über die ganze Länge und Breite der Mühle, so daß man ein Feingut mit möglichst engen Grenzen der Kornverteilung erhält.

Mängel in der Mahlwirkung können folgende Ursachen haben: Die Partikel im radial inneren Bereich gehen auf geradem, kürzestem Weg zu schnell vom Eingang zum Ausgang; die Verweilzeit ist bei ihnen also zu gering, es gibt Überkorn. Auf anderen Strömungswegen dagegen verweilen die Partikel zu lange in der Mühle, es gibt also Unterkorn. Hier besteht insbesondere die Gefahr örtlicher Überhitzung. Bei nasser Mahlung bilden sich Dampfblasen, die die Arbeitsweise stören. Schließlich kann es sein, daß in gewisse Bereiche der Mühle überhaupt kein Mahlgut hinkommt, daß also die Mahlkörper ohne Mahlgut, also ohne Mahlwirkung gegeneinander arbeiten.

Aus der eingangs erwähnten US-PS 25 92 994 ist bereits eine Rührwerkskugelmühle bekannt, bei welcher der Rotor - oder auch der Mahlbehälter - mit einer solchen Geschwindigkeit rotiert, daß sich die gesamte Mahlbettschüttung durch die Einwirkung der Fliehkraft in Form einer relativ dünnen Schicht an die innere Wandung des Mahlbehälters anlegt. Erstrebt wird dabei eine dünne Mahlbettschicht.

Aufgrund dieser ziemlich gleichmäßigen Verteilung des Mahlbettes in dünner Schicht über die gesamte Innenwand soll man zwar ein entsprechend gleichmäßiges Mahlgut im Auslaß erhalten, aber die Mahlwirkung und insbesondere die Durchsatzleistung sind im Verhältnis zum apparativen Aufwand zu gering.

An der relativ großen inneren Oberfläche erfolgt überhaupt keine Mahlwirkung. Um innerhalb der geringen Schichtdicke eine größere Mahlwirkung zu erreichen, muß die Drehgeschwindigkeit entsprechend hoch sein. Damit ergibt sich aber wieder ein relativ großer Gradient der einwirkenden Fliehkraft - so daß die Mahlwirkung wiederum ungleichmäßig wird, je dicker das Mahlbett wird.

Offenbar im wesentlichen aus diesen Gründen ist die Leistung im Vergleich zum Aufwand zu gering, so daß diese Mühle keinen Eingang in die Praxis gefunden hat.

Aus der EP-Patentschrift B1 02 14 145 ist bereits ein Disper­ gierverfahren bzw. eine Rührwerkskugelmühle mit stillstehenden Mahlbehälter bekannt geworden, bei der sich die Rotoren mit einer so großen Geschwindigkeit drehen, daß die von diesen bewegten Mahlkörper durch die Zentrifugalkraft eine ebenfalls der Innen­ wandung des Mahlbehälters anliegende, rotierende Mahlkörper­ schüttung ausbilden, wobei im Zentrum dieser Mahlkörperschüttung ein von Mahlkörpern im wesentlichen freier Raum entsteht. Der Mahlbehälter weist dabei über seine axiale Länge verteilt mehrere Einlässe auf, über die das Mahlgut über die axiale Länge verteilt eingegeben wird und die Mahlkörperschüttung entgegen der Zentrifugalwirkung radial von außen nach innen so durchströmt, daß in Bezug auf die Mahlkörper ein Zentrifugalwirbelbett ent­ steht und das Mahlgut durch eine Mahlkörpertrenneinrichtung aus dem mahlkörperfreien Raum abgeführt wird.

Im Vergleich mit der Mühle gemäß der US-PS 25 92 994 weist diese Mühle gemäß EP-PS 02 14 145 zwar eine größere Mahlleistung auf, wobei die Mahlkörper relativ einfach von dem Mahlgut getrennt werden und das Verweilzeitspektrum eng ist. Nachteilig ist aber, daß mehrere Mahlgutdurchgänge erforderlich sind, um die gewünschte Endfeinheit zu erreichen. Auch ist eine relativ hohe Umfangsgeschwindigkeit und damit Relativgeschwindigkeit zwischen Rührorganen und Gehäuse erforderlich, womit ein zu hoher Abrieb und Verschleiß von Mahlkörpern, Rührorganen und Bewandungen verbunden ist.

Gegenüber dem vorstehend erläuterten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Rührwerkskugelmühle so zu verbessern, daß das Mahlraumvolumen intensiver genutzt wird, wobei aber gleichzeitig die Verweilzeitverteilung und damit das erzielte Kornspektrum eng sind und wobei schließlich große Durchsatzleistungen erzielt werden können.

Die Lösung dieser Aufgabe ist in dem Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 angegeben.

Beim Betrieb einer erfindungsgemäßen Mühle bildet sich eine - besonders im Vergleich mit der US-PS 25 92 994 - verhältnis­ mäßig dicke Mahlbettschichtung, und zwar differenziert gemäß der Dichte: Radial außen, unmittelbar an der Mahlbehälterwand lagern sich vorwiegend die schwersten Partikel, also die Mahlkörper an; davon in radialem Abstand nimmt das Mahlgut (insbesondere Slurry) mehr und mehr zu. Radial innen erhält man einen freien zylindri­ schen Hohlraum.

Die Füllung des Mahlbehälters ist dabei so groß, d. h. die Mühle wird zu Beginn des Betriebes mit so viel Material beschickt, daß der Innendurchmesser des Mahlbettringzylinders kleiner ist als der Innendurchmesser der Scheiben an dem Mahlbehälter.

Der relativ großen Dicke des Mahlbettes entspricht eine große, intensive Mahlwirkung.

Da gemäß der Erfindung jeweils zwischen zwei axial benachbarten Ringscheiben der Rührwerkswelle eine Ringscheibe des Mahlbehälters sozusagen als Trennscheibe eingreift, können die Mahlgut-Partikel nicht mehr in axialer Richtung auf kurzem Wege vom Einlaß zum Auslaß gelangen, sondern sie sind gezwungen, sich längs einer Wellenlinie um die Ringscheiben von Rührwerkswelle und Gehäusemantel herumzubewegen. Entsprechend dem viel längeren Weg ist die Verweildauer größer. Der Weg ist für alle Partikel in etwa der gleiche. Alle Partikel werden mehrfach durch Zonen größerer Fliehkraft (radial außen) und Zonen kleinerer Fliehkraft hindurchgeführt.

Die groberen Partikel des Mahlgutes werden von der an ihnen angreifenden entsprechend größeren Zentrifugalkraft weiter radial nach außen bewegt, wo sie unter dem dort höheren Mahldruck von im Durchschnitt größeren Mahlkörpern weiter zerkleinert werden. Dieser Vorgang wiederholt sich von Ringscheibe zu Ringscheibe bzw. Ringkammer zu Ringkammer.

Insgesamt erhält man also eine gleichmäßige, aber intensive Mahlwirkung innerhalb eines dicken Mahlbettes, also eine große Leistung bei enger Kornverteilung des Auslaß­ gutes. Vorteilhaft ist dabei auch, daß die Mahlkörper durch die Ringscheiben des Gehäusemantels festgehalten werden, also sich in axialer Richtung nur wenig bewegen können, womit das in der Praxis schwierige Problem der Trennung von Mahlkörpern und Mahlgut entfallen ist.

Dank der Erfindung ist auch das Problem örtlicher Überhitzung vermieden: Die Mahlgutströmung gelangt jeweils beim Überfließen einer Ringscheibe des Mahlbehälters an bzw. nahe an die innere Oberfläche der Mahlbettschüttung, wo die aufgenommene Wärme in Form von Wasserdampf an den inneren, zylindrischen Hohlraum abgegeben wird.

Durch die Durchtrittsöffnungen der Ringscheiben der Rührwerkswelle hindurch gelangt der Wasserdampf (bzw. erhitzte Luft) von der hintersten, eingangsseitigen Kammer bis zur auslaßseitigen Kammer und weiter durch Durchtrittsöffnungen an der Auslaßseite des Mahlbehälters ins Freie.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Mühle und

Fig. 2 einen Querschnitt nach Schnittlinie II-II in Fig. 1.

Die Mühle besteht im wesentlichen aus einem drehbaren, mehrteiligen Mahlbehälter 1 und einer zu diesem konzentrischen Rührwerkswelle 2.

Der Mahlbehälter und die Rührwerkswelle sind beidseits mittels der Wälzlager 7, 8; 9, 10 gelagert. Zum Drehantrieb des Mahlbehälters 1 ist eine Riemenscheibe 5, zum Antrieb der Rührwerkswelle ist eine Kupplung 6 vorgesehen.

Die Rührwerkswelle 2 weist an der einen Stirnseite eine zentrale Bohrung 11 auf, die sich an ihrem inneren Ende konisch erweitert und über mindestens eine radiale Bohrung 12 mit der Mahlkammer verbunden ist. Durch ein Zuführrohr 13, welches feststehend durch die Bohrung 11 bis in den Bereich der konischen Aufweitung reicht, wird die zu mahlende Suspension in die Rührwerkskugelmühle gepumpt. Zuvor ist in die Mühle die erforderliche Menge von Mahlkörpern eingegeben worden.

An der gegenüberliegenden Stirnseite 1b des Mahlbehälters 1 befinden sich mindestens eine Öffnung 15 als Auslaß für die gemahlene Suspension sowie mindestens eine Öffnung 16 für den entstehenden Dampf. Diese Öffnungen führen in eine feststehende Auffangkammer 17, die auf der Oberseite einen Austrittsstutzen 18 für den Dampf und auf der Unterseite einen Austrittsstutzen 19 für die Suspension aufweist.

Im stationären kontinuierlichen Betrieb bildet sich aufgrund der einwirkenden Zentrifugalkraft eine zylinderringförmige Schichtung aus. Eine radial äußere Zone 20 ist hauptsächlich von den Mahl­ körpern ausgefüllt, eine radial innere Zone 21 dagegen besteht überwiegend aus der Mahlgut-Suspension.

Die radiale Dicke der Mahlgutsuspension (der inneren Zone 21) nimmt vom Einlaß zum Auslaß hin ab, d. h. aufgrund des Strömungs­ druckverlustes ergibt sich ein Gefälle zur Auslaßöffnung 15 hin. Ein entsprechender, konischer Innenraum 14 ist von Mahlkörpern und Suspension frei.

Auf der Rührwerkswelle 2 sind in gleichmäßigem axialem Abstand voneinander Ringscheiben 3 angebracht.

Auch auf dem inneren Umfang des Mahlbehälters 1 sind konzentrische Ringe bzw. Ringscheiben 22 angebracht, die etwa mittig zwischen die Ringscheiben 3 der Welle eingreifen und deren Innendurchmesser kleiner ist als der Außendurchmesser der Ringscheiben 3 der Rührwerkswelle 2.

Durch diese Ringscheiben 22 an dem Behältermantel ist die Mühle in eine Vielzahl von Abschnitten unterteilt. Die Mahlkörpersus­ pension ist somit gezwungen, von der Einlaßseite zur Auslaßseite jeweils um diese Mahlringscheiben herum auf einem mäanderförmigen Strömungspfad zu fließen. Hierdurch werden alle Teilchen der Mahlgutsuspension gezwungen, den gleichen, verlängerten Weg zu gehen, wodurch die Mahlintensität entsprechend erhöht wird; dabei ist besonders wichtig, daß die Mahlintensität für alle Teilchen gleich hoch wird: Hierdurch wird eine höhere Produktqualität erreicht. Auch steigern die zusätzlichen Rührorgane des Mahlbehälters die Leistungsaufnahme und damit die Durchsatzleistung.

Die Rührwerksscheiben auf der Welle sind an ihrem radial inneren Bereich innerhalb des freien konischen Innenraums 14 mit Durch­ trittsöffnungen 4 für den Durchtritt des sich bildenden Wasserdampf versehen. Über die erwähnten Dampfauslaßöffnungen 16 und den Dampfaustrittsstutzen 18 wird der Wasserdampf abgeleitet und somit die Mühle gekühlt. Auf diese Weise wird trotz erhöhter Leistungsaufnahme und damit gegebener höherer Durchsatzleistung eine Überhitzung der Mühle vermieden.

Es sei erwähnt, daß der Mantel des Mahlbehälters auch anders als zylindrisch, insbesondere konisch oder doppelt-konisch ausgebildet sein kann.

Bezugszeichenliste

 1 Mahlbehälter
 2 Rührwerkswelle
 3 Ringscheiben von 2
 4 Durchtrittsöffnungen an 3
 5 Riemenscheibe für 1
 6 Kupplung für 2
 7, 8; 9, 10 Wälzlager
11 Bohrung an 2
12 radiale Bohrungen
13 Zuführrohr für Suspension
14 freier konischer Innenraum, radial innerhalb der inneren Zone 21
15 Auslaßöffnung(en) für Suspension
16 Auslaßöffnungen für Gas bzw. Dampf
17 Auffangkammer
18 Austrittsstutzen für Dampf an 17
19 Austrittsstutzen für Suspension
20 radial äußere Zone (Mahlkörperzone)
21 radial innere Zone (Suspensionszone)
22 konzentrische Ringscheiben an Mahlbehälter 1

Claims (2)

1. Rührwerkskugelmühle mit einem vorzugsweise zylindrischen, drehbaren, mit einem Einlaß an seinem einen und einem Auslaß an seinem anderen Ende versehenen Mahlbehälter, in welchem eine mit Rührorganen versehene Rührwerkswelle drehbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Innenumfang des Mahlbehälters (1) Rührorgane in Form von konzentrischen Ringen (22) vorgesehen sind, die zwischen die Rührorgane der Rührwerkswelle (2) radial nach innen eingreifen und deren Innendurchmesser kleiner ist als der Außendurchmesser der - ebenfalls von Ringscheiben (3) ge­ bildeten - Rührorgane der Rührwerkswelle (2), und daß die Ringscheiben (3) der Rührwerkswelle mit Durchtrittsöffnungen (4) für Wasserdampf versehen sind.

2. Rührwerkskugelmühle nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Durchtrittsöffnungen (16) für Wasserdampf an der Auslaßseite des Mahlbehälters.