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Verfahren und Vorrichtung zum Formen von Kugeln
Die Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren zur Herstellung von unter Druck gehärteten Kugeln aus pulveriger
Material bei Temperaturen, die unter dem Siedepunkt des Wassers liegen.
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Nach einem bekannten Verfahren werden pulveriges Material und Wasser
in eine Drehtrommel gebracht, um sie zu größeren Körpern zusammenzuhalten. Solche
Körper sind aber weich, von unregelmäßiger Form und haben nur geringe Bruchfestigkeit,
so daß sie eine weitere Behandlung, Transport und Verarbeitung kaum aushalten können.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Kugeln gewünschter Größe
erzeugt, welche genügend Bruchfestigkeit besitzen, um mit normalen Fördereinrichtungen,
wie Bän,dern, Loren, Rollen, Schüttlsieben u. dgl., transportiert zu werden, ohne
daß ein wesentlicher Zerfall, eine Verformung oder ein Zusammenkleben stattfindet.
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Bei dem neuen Verfahren wird die ganze pulverige Masse vor ihrer
Einführung in die kugelformende Einrichtung gleichmäßig durchfeuchtet.
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Es bilden sich dann schnell kleine Kerne, die über ein Bett aus angefeuchtetem
pulverigem Material rollen, wobei sie nach Schneeballart kleine feuchte Teile von
der Oberfläche des Bettes aufnehmen und so allmählich die gewünschte Größe erreichen.
Im Gegensatz zu den nach den gebräuchlichen Verfahren erzeugten sind diese Kugeln
verhältnismäßig hart, zäh und vollkommen kugelförmig und haben gleichen Durchmesser
sowie beträchtliche Widerstandsfähigkeit gegen Bruch und Verformung.
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Der grundlegende Unterschied zwischen dem vorliegenden und den bisher
üblichen Verfahren ergibt sich daraus, daß die Kugeln während des Formungsvorgangs
einen erheblichen Druck auf eine
dünne Schicht feuchter Teilchen
ausüben, während sie über diese rollen und nach und nach sich durch Aufnahme dieser
Teilchen vergrößern. Bei Verarbeitung von feinem Erzstaub ist z. B. das Gewicht
einer 25 mm dicken Kugel etwa 0,03kg. Der durch messer eines runden Teilchens ist
o,o74mm und sein Querschnitt daher 0,0043 mm2. Infolgedessen kann der Druck, den
eine 25-mm-Kugel durch ihr Gewicht auf ein einziges Teilchen ausübt, mehrere hundert
kg/cm2 betragen. Es hat sich herausgestellt, daß nach diesem Verfahren geformte
Kugeln aus Magneteisenstein eine Dichte und Festigkeit haben, wie sie durch einen
Druck von I000 kg/cm2 erzeugt werden würden. Während die Kugeln durch die Drehtrommel
rollen, reiben sie sich dauernd gegenseitig ab, wodurch etwa vorhandene weiche Kugeln
oder lose anhängende Teilchen schnell zerrieben und abgerieben werden und als kleine
Teilchen wieder von anderen Kugeln aufgenommen werden, so daß alle fertig geformten
Kugeln hart und glatt sind.
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Ein Ziel der Erfindung ist das Formen fester Kugeln aus pulverigem
Material, die einen bestimmten Durchmesser haben.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist das Formen von pulveriger
Material in anfänglich feuchtem Zustande zu unter Druck gehärteten Kugeln.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wobei die dabei verwendete Vorrichtung
in der Zeichnung schematisch dargestellt ist.
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Fig. I ist ein senkrechter Schnitt durch dieVorrichtung, Fig. 2 ein
Querschnitt längs der Linie 2-2 der Fig. I, Fig. 3 eine perspektivische Ansicht
eines Teiles der Innenfläche einer besonderen Form der Drehtrommel, Fig. 4 eine
Teilansicht einer Ausführung, ähnlich der in Fig. 2 gezeigten, in einer abgeänderten
Form und mit weggelassenen Rollen und Antrilebsrädern, Fig. 5 ein Querschnitt längs
der Linie 5-5 der Fig. 4.
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Die Erfindung ist in keiner Weise beschränkt auf die hier gegebenen
Beschreibungen, die lediglich den Zweck haben, die Erfindung so zu erklären, daß
Fachleute sile ausführen können, und schließt alle möglichen Ausführungsarten ein,
die unter die unten angeführten Patentansprüche fallen.
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Das pulverige Material, das zu Kugeln geformt werden soll, kann von
verschiedenster Art sein.
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Der Einfachheit halber soll die Erfindung in Verbindung mit eisenhaltigem
Erzstaub erklärt werden.
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Für die Durchführung des Verfahrens zur Bildung von Kugeln ist eine
gewisse Größenanordnung der zu verarbeitenden Staubteilchen erforderlich. Sollen
die fertigen Kugeln widerstandsfähig genug sein, um ein späteres Absieben auf Rüttelsieben
und den Transport durch mechanische Fördermittel auszuhalten, bevor sie weiteren
Verfahren unterworfen werden, so müssen sie aus Teilchen verschiedenster Größe bestehen.
Sind alle Teilchen, oder die meisten von ihnen, von gleicher Größe, so ist das Material
unbrauchbar, selbst wenn die Teilchen sehr klein sind. Material, das als »sandig«
oder »körnig« bezeichnet werden kann"ist ebenfalls ungeeignet für dieses Verfahren,
ebenso wie vollständig kolloidale Stoffe. Eine Mischung beider Arten kann dagegen
brauchbares Material zum Formen von Kugeln ergeben. Beispielsweise wurden brauchbare
Kugeln aus Magnetit der folgenden Zusammensetzung geformt: Größe Gevichtsprozent
Gröber als 88µ ................... ... 20 Zwischen 88 und 44 ffi ................
I5 Zwischen 44 und 20 µ ................ 30 Zwischen 20 und 10 p , 25 Kleiner als
10 0 Io 10 Summe.... 100 Verschiedenartige Stoffe verhalten sich natürlich auch
verschiedenartig, doch ist in dieser Beschreibung der Ausdruck »pulverig« die Bezeichnung
für eine Masse von Teilchen, deren größter Teil einen Durchmesser von unter 44 CL
hat.
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Vor seiner Einführung in die Drehtrommel wird dem Erzstaub Feuchtitv,keit
zugesetzt, wobei er in üblicher Weise in einer Mischmaschine durchgeknetet werden
kann. Im allgemeinen brauchen feinere Teilchen mehr Wasser. Die Wassermenge soll
in angemessener Weise reguliert werden. Für die Verarbeitung von pulverigen Magnetitkonzentraten
eignen sich Wassermengen von 8 bis II Gewichtsprozent. Der Feuchtigkeitsgehalt der
Masse kann in einfacher Weise dadurch geprüft werden, daß man eine Handvoll davon
fest in der Hand zusammendrücht. Dabei soll sich ein fester Klumpen ergeben. Bleibt
aber nach dem Loslassen des Klumpens Feuchtiglçeit an der Handfläche zurück, so
enthält die Masse zuviel Wasser. Eine andere Feuchtigkeitsprobe besteht darin, daß
man fertig geformte Kugeln, wie sie aus der Drehtrommel kommen, auf eine Eisenplatte
fallen läßt. War zuwenig Feuchtigkeit während des Formens vorhanden, so zerfallen
die Kugeln, während bei einem angemessenen Feuchtigkeitsgehalt nur eine Abfachung
erkennbar wird.
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Eine vorteilhafte Ausführung einer Kugelformmaschine ist in der Zeichnung
dargestellt. Eine längliche metallische Trommel 4 ist nahe ihren Enden auf zwei
Rollenpaaren 5 und 6 drehbar gelagert und wird durch einen an ihrem Umfang befestigten
Zahnkranz 7 mittels eines Zahnrades 8 gedreht, dessen Antriebswelle 9 von einer
(nicht gezeigten) Kraftquelle bewegt wird. Die Trommel kann eine leicht konische
oder eine zylindrische Form haben. Im letzteren Falle muß sie ein leichtes Gefälle
von der Einlaßseite abwärts zur Auslaßseite besitzen, das auf den Meter nur etwa
qcm
beträgt, damit die Kugeln sich nur langsam dem Auslaßende zu
bewegen.
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Diese Art von Vorrichtung ist seit langem gebräuchlich, war aber
nie besonders erfolgreich, da mit ihr nur leicht zerbrechliche Körper von unregelmäßiger
Form, Größe und; Dichte erzeugt werden konnten, die als »Glomerate«, »Kügelchen«,
»Klümpchen« u. dgl. bezeichnet werden. Es ist nun festgestellt worden, daß beim
Vorhandensein einer sich gleichmäßig über die gesamte Innenwand der Trommel hinziehenden
verhältnismäßig dünnen Schicht aus feuchtem pulverigem Material eine ganz andersartige
Zusammenballung erfolgt, bei der fast genau kugelförmige Körper gleicher Größe erzeugt
werden. Zur Herstellung dieses erwünschten Zustandes kann an der Innenwand der Trommel
eine aufgerauhte, gerändelte Fläche 10 angeordnet werden, wie sie in Fig. 3 gezeigt
ist, jedoch werden vorzugsweise eine Reihe von gleichmäßig verteilten inneren Rippen
II angebracht. In Fig. I sind acht ringförmige Rippen gezeigt, doch kann je nach
den Abmessungen der Trommel und der Art des pulverigen Materials eine größere oder
kleinere Zahl verwendet werden, oder die Rippen können längsseitig angeordnet sein,
oder es kann eine Verbindung von längsseitigen und ringförmigen Rippen verwendet
werden. Diese Innenrippen I I können etwa 6 mm hoch und im Abstand von etwa 6 cm
voneinander angeordnet sein. Sie dienen einzig und allein dazu, eine dünne Schicht
pulverigen Materials fest an der Innenfläche der Trommel zu halten. Daher ist auch
jede andere Art von Aufrauhen der Innenfläche ebenso zweckmäßig, sofern hierdurch
diese Haftung erreicht wird.
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Um die Dicke der an der Innenwand haftenden Materialschicht oder
des Bettes auf einer bestimmten Höhe zu halten, ist an einer nahe der Einlaßöffnung
der Trommel befindlichen (nicht gezeigten) festen Stütze eine Schabschiene 12 befestigt,
die sich oben in der Trommel fast durch die ganze Trommellänge erstreckt.
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Die obere Kante dieser Schabschitene befindet sich in einem Abstand
von etwa 6 mm von der Oberkante der Innenrippenll. Die Schabschiene verhindert die
Entstehung eines dicken oder unregelmäßigen Lagers an der Innenfläche der Trommel.
Die abgeschabten Teilchen fallen abwärts auf die jeweilige Unterseite des Trommelinnerns.
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Bei der in Fig. 4 und 5 gezeigten Ausführung erstreckt sich eine
Einführungs- oder Ladevorrichtung fast durch die ganze Länge der Trommel, und das
Erz kann in diese Vorrichtung gebracht und darin über die ganze Länge derselben
verteilt werden mittels einer Schaufel oder einer Förderschnecke, Bandförderer oder
irgendeiner anderen Fördervorrichtung, die nicht gezeigt ist. An der unteren Seite
dieses Laders 22 ist eine verstellbare Platte 23 angeordnet, durch welche die Dicke
der neu auf die Innenfläche der Trommel eingebrachten Erzschicht geregelt wird.
Der Lader wird zweckmäßigerweise von einem U-Eisen 24 getragen, das sich längs durch
die Trommel erstreckt und an jedem Ende an (nicht gezeigten) Stützen befestigt ist.
Die verstellbare Platte 23 i;st mit mehreren Schlitzen 25 versehen, durch welche
Schraubenbolzen 26 gesteckt sind, die an der schrägen Seite des Laders 22 befestigt
sind. Die Schraubenbolzen 26 sind mit Muttern 27 versehen, durch den Anziehen die
verstellbare Platte 23 in jeder gewünschten Lage festgehalten wird. Die untere Kante
der Platte 23 wird vorzugsweise auf einen Abstand von 8 mm über der Oberkante der
Rippen II eingestellt. Durch die verstellbare Platte 23 wird die anfängliche Dicke
des Bettes heim Einbringen des Materials in das Innere der Trommel geregelt, während
die Schabschiene 12 dazu beiträgt, die Glätte und Dicke des Bettes zu erhalten.
Die von der Schabschiene I2 abgetrennten Teilchen fallen in den unteren Teil der
Trommel und bilden dort Kerne, die sich schnell zu Kugeln formen.
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Die in Fig. 4 gezeigte Form der Vorrichtung erfüllt alle Erfordernisse,
wie sie oben beschrieben wurden. Es hat sich aber als einfacher erwiesen, eine Drehtrommel
zu verwenden, wie sie in Fig. I gezeigt wird. In diese Trommel wird das Erz durch
eine Laderinne 28 eingeführt und mit ihm alle wieder in die Trommel eingeführten
(unzureichend) großen Kugeln. Das pulverige, feuchte Erz neigt dazu, an der Innenwand
der Trommel zu kleben, und wird von dieser herumgetragen, wobei sich ein Bett bildet,
auf dem die Kerne rollen.
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Die Schabschiene I2 sichert die Erhaltung eines verhältnismäßig glatten
Bettes von geregelter Dicke, und die abgeschabten Teilchen fallen nach unten und
formen Kerne. Die in Fig. I und 2 gezeigte Form der Vorrichtung hat sich in der
Praxis bewährt, und ihre Erzeugnisse entsprechen ziemlich genau denen, die aus der
Vorrichtung nach Fig. 4 hervorgehen.
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Nahe dem unteren Ende der Trommel ist ein Stauring I3 angeordnet,
der ähnlich den Ringen II ist, jedoch eine größere Höhe hat, z. B. 50 bis So mm.
Dieser Stauring hält die geformten Kugeln eine Weile länger in der Trommel, als
es ohne ihn der Fall sein würde.
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Jenseits des Stauringes I3, zum Auslaßende der Trommel hin, ist vorzugsweise
noch ein Trommelteil ohne Rippen vorgesehen, von dem aus die Kugeln abgelassen werden.
In diesem ungerippten Teil der Trommel unterhalb des Staurings rollen die Kugeln
unmittelbar auf der nackten Trommelwand, wobei sie sich kaum noch vergrößern, aber
an der Oberfläche härter werden und eine vollkommen runde Form erhalten.
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Da nicht alle Kugeln gleich schnell anwachsen, ist es vorteilhaft,
sie durch Absieben voneinander zu trennen, um eine gleichmäßige Größe zu erzielen.
Bei der gezeigten Ausführung der Vorrichtung rollen die Kugeln über die Ablaßrinne
14 auf das obere große Sieb 15, dessen Maschenweite so bemessen ist, daß die unerwünscht
großen Kugeln über es hinwegrollen und auf den Boden oder in einen Behälter fallen,
von wo sie in die Knetmühle zurückgebracht, zerkleinert und wieder in das Ver-
fahren
eingeführt werden. Die durch das obere Sieb 15 fallenden Kugeln gelangen auf ein
Zwischensieb I6 mit kleinerer Maschenweite, über welches die Kugeln gewünschter
Größe hinwegrollen und in den Sammelbehälter 17 für fertige Kugeln fallen, während
die zu kleinen Kugeln durch das Sieb I6 auf die feste Platte Is fallen und in den
Behälter 19 für unzureichend große Kugeln befördert werden. Bei normalem Betriebe
ist der Anteil übergroßer Kugeln klein, während der Anteil der zu kleinen Kugeln
so groß ist, daß ein Gewichtsanteil von 50 °/o nicht als übermäßig angesehen zu
werden braucht. Diese unzureichend großen Kugeln werden sofort zurück zum oberen
Ende der Trommel gebracht und rollen wieder durch diese und über die Siebe, bis
sie die gewünschte Größe erlangt haben. Diese Kreislaufführung der kleinen Kugeln
ist ein vorteilhafter Vorgang, da auf diese Weise die Kugeln nur langsam an Größe
zunehmen und dadurch besonders hart und fest werden.
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Für den Fall, daß die Bedienung zufällig vergessen hat, die in die
Trommel eingeführten Teilchen vorher genügend zu durchfeuchten, kann eine kleine
Menge Wasser auch später noch durch einen Zerstäuber zugeführt werden.
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Bei der Durchführung des neuen Verfahrens ist es erforderlich, daß
die Kugeln langsam anwachsen und sich allmählich dem unteren Ende der Trommel zu
bewegen, während sie über das Bett feuchter Teilchen rollen, welches die Innenwand
der Trommel bedeckt und in seiner Dicke durch die oben angebrachte Schabschiene
begrenzt ist. Die Drehzahl einer Trommel von 1 m Durchmesser kann bei etwa I2 bis
I5 pro Minute gehalten werden, kann aber auch je nach der Art des zu verarbeitenden
Materials geändert werden. Am Einlaßende der Trommel werden anfänglich viele feine
Teilchen über das feuchte Bett rollen und langsam durch Aufnahme anderer Teilchen
an Größe zunehmen in der gleichen Weise wie ein rollender Schneeball in feuchtem
Schnee. Dieses langsame Fortbewegen wird bewirkt durch die schräge Lage der Trommel
abwärts in Richtung des Auslaßendes.
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Wie oben bereits erwähnt, haben die sich formenden Kugeln beim Rollen
über die Teilchen und beim Aufnehmen derselben einen immer größeren Druck auf letztere
aus, der mehrere hundert kg/cm2 betragen kann. Während des Formens reiben sich die
Kugeln gegenseitig ab, und die nur lose anhängenden Teilchen werden schnell abgerieben
und von anderen Kugeln aufgenommen, so daß schließlich harte, glatte Kugeln erzeugt
werden, die fast genau sphärisch sind.