EP0219740A2 - Ringspalt-Kugelmühle - Google Patents

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EP0219740A2
EP0219740A2 EP86113617A EP86113617A EP0219740A2 EP 0219740 A2 EP0219740 A2 EP 0219740A2 EP 86113617 A EP86113617 A EP 86113617A EP 86113617 A EP86113617 A EP 86113617A EP 0219740 A2 EP0219740 A2 EP 0219740A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
grinding
rotor
grinding container
ball mill
annular gap
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP86113617A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0219740B1 (de
EP0219740A3 (en
Inventor
Karl-Heinz Hoffmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Reimbold und Strick GmbH and Co
Original Assignee
Reimbold und Strick GmbH and Co
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Publication date
Application filed by Reimbold und Strick GmbH and Co filed Critical Reimbold und Strick GmbH and Co
Priority to AT86113617T priority Critical patent/ATE43798T1/de
Publication of EP0219740A2 publication Critical patent/EP0219740A2/de
Publication of EP0219740A3 publication Critical patent/EP0219740A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0219740B1 publication Critical patent/EP0219740B1/de
Expired legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C15/00—Disintegrating by milling members in the form of rollers or balls co-operating with rings or discs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C17/00—Disintegrating by tumbling mills, i.e. mills having a container charged with the material to be disintegrated with or without special disintegrating members such as pebbles or balls
    • B02C17/16—Mills in which a fixed container houses stirring means tumbling the charge
    • B02C17/166—Mills in which a fixed container houses stirring means tumbling the charge of the annular gap type

Definitions

  • the invention relates to an annular gap ball mill for the continuous fine grinding, in particular of mineral hard materials, with a closed grinding container in which a rotor is arranged, the outer surface of which limits a grinding gap with the inner surface of the grinding container, the upper part and the lower part of the rotor being tapered in opposite directions (according to patent 34 31 636).
  • Mineral hard materials such as corundum, zirconium dioxide, aluminum oxide, silicon carbide and similar substances, have so far been mainly crushed in ball mills with iron balls. This requires considerable dwell times of the material in the grinding chamber, and all with the material to be ground and the iron ku Parts that come into contact are subject to very heavy wear. In addition, the grinding process is associated with annoying noise. Another disadvantage of such ball mills is that the abrasion of the iron balls gets into the regrind and has to be washed out in chemical washing processes in a complicated and expensive manner.
  • Annular gap ball mills of the type mentioned at the outset are said to be an improvement over the conventional ball mills, but are not very suitable for the fine grinding of mineral hard materials and only for the grinding of very much softer materials, for example chalk and the like, economically. This is primarily due to the behavior of the grinding balls or grinding beads in the grinding gap.
  • the grinding beads which are pumped into the grinding gap from below with the material to be ground, initially move due to the pressure of the feed pump, with which the grinding material suspension is pressed into the annular gap ball mill, as well as the rotational movement of the rotor in the grinding gap, but they sag when they decrease of the pump pressure by gravity and do not allow a grinding process to take place in the upper part of the grinding gap.
  • the feed pump pressure or the regrind flow must be increased so that the grinding beads are also held in the upper part of the grinding gap; then there is the danger that the grinding beads are discharged together with the regrind, which in turn reduces the grinding performance.
  • the feed pump pressure or the regrind flow must be increased so that the grinding beads are also held in the upper part of the grinding gap; then there is the danger that the grinding beads are discharged together with the regrind, which in turn reduces the grinding performance.
  • the feed pump pressure or the regrind flow must be increased so that the grinding beads are also held in the upper part of the grinding gap; then there is the danger that the grinding beads are discharged together with the regrind, which in turn reduces the grinding performance.
  • the theoretically achievable grinding capacity is accordingly only about half realized.
  • the high packing density of the grinding beads in the lower part of the grinding gap causes a high level of abrasion on the surface of the rotor and the grinding container, and the rotor may even become blocked, especially after the rotor or the feed pump has come to a short
  • Another known annular gap ball mill (DE-OS 28 11 899) has a conical ring-shaped ground material container, the inner surface of which defines a grinding chamber with a conical ring-shaped rotatable displacement body.
  • return channels for the grinding beads are arranged obliquely outwards.
  • the grinding beads show the unfavorable behavior described, and despite the circulation of the grinding beads, the utilization of the entire height of both grinding gap parts for the grinding process is practically not achieved here either.
  • the grinding beads located in the inner downward grinding gap part namely follow the grinding material flow in the outlet direction instead of counteracting it, so that even less work is done in this part of the grinding gap than in the other grinding gap part, in which gravity may cause a certain lengthening of the dwell time.
  • the grinding container can be driven to rotate about the central axis.
  • this measure does not bring any advantages with regard to the optimization of the degree of comminution, but rather does the opposite, because the grinding beads are only driven faster downwards and outwards through the grinding gap, so that the grinding capacity is reduced by shortening their residence time in the grinding gap.
  • This known annular gap ball mill is otherwise only suitable for wet grinding and cannot treat dry material at all.
  • the invention has for its object to improve an annular gap ball mill of the type mentioned in such a way that, by increasing the grinding capacity in the grinding gap, it enables an economically and technically optimal fine grinding even of mineral hard materials even in the dry state.
  • the grinding container is rotatably mounted and connected to a rotary drive.
  • any mineral hard material such as corundum, zirconium dioxide, aluminum oxide, silicon carbide and the like can be finely ground economically even when dry, because the entire height and width of the Grinding gap can be used for the active grinding process of the grinding beads.
  • the centrifugal force dry grinding
  • the centrifugal force as a result of the tapering in opposite directions of the upper part and lower part of the rotor and rotating grinding bowl counteracts the gravity of the grinding beads and prevents their sinking into the grinding gap and that the grinding beads on the outside of the grinding gap of the grinding container and are kept in motion by the rotor on the inside of the grinding gap.
  • the grinding gap is optimally used for the grinding process, because even with a slowly rotating rotor and grinding bowl, it is interspersed in its entire height and width by grinding beads, which achieve high grinding performance due to increased turbulence between the two rotating parts.
  • the speed of rotation of the two rotating parts determines the grinding action by influencing the grinding pearl speed in the grinding gap, so that an adaptation to the ground material can be achieved by speed control, taking into account the prevention of the discharge of the grinding pearls from the grinding gap.
  • the discharge of grinding beads with the material to be ground is effectively prevented by the large centrifugal forces at the equatorial zone of the largest diameter, so that a sieve or the like is omitted and the finely ground material emerges freely from the grinding gap in the direction of the outlet opening.
  • the regrind moved through the grinding gap between the upper part of the rotor and the grinding container to the outlet opening contains practically no grinding beads, so that a subsequent separation of grinding beads and grinding stock is not necessary.
  • there are longer residence times because it is possible to work with lower peripheral speeds of the rotor and the grinding container.
  • the millbase between the millbeads correspondingly moves upwards very slowly and the grain size of the millbase is narrow.
  • the annular gap ball mill according to the invention works extremely well with grinding beads of various sizes, the coarse, heavier grinding beads preferably grinding coarse parts of the ground material in the bottom of the grinding gap and the fine, lighter grinding beads preferably grinding finer parts in the top of the grinding gap because the centrifugal force and thus the buoyancy of the lighter ones Particle increases upwards. If the material now remains in the grinding gap for a sufficiently long time, the hard material is ground in a short time into powder of the desired fineness and discharged in a continuous stream. Corresponding to the higher filling in the grinding gap, the utilization of the energy supplied to the rotor and the grinding container is also greater and the operation of the annular gap ball mill is more economical.
  • the rotor and the grinding container are driven in opposite directions.
  • the additional swirling of the grinding beads and the material to be ground in the grinding gap and in particular in the equatorial zone it is possible in this way to approximately double the output compared to an annular gap ball mill which works with a rotor and an immovable grinding container.
  • the shear gradient essential for the grinding action is therefore here in the lower part of the grinding gap practically on the wall of the inner rotor and in the upper region of the grinding gap on the wall of the outer body.
  • the position of the reversal of the direction of rotation described moves upward with increasing speed of the outer rotor.
  • the direction of rotation of the outer body is selected to be the same as the direction of rotation of the inner rotor, the behavior of the grinding beads in the mill changes.
  • the centrifugal force acting on the liquid filling raises the liquid level in the outlet area.
  • the inner rotor can stand still.
  • the centrifugal force generated by the grinding container, which acts as the outer rotor is sufficient to achieve the effects described in the case of dry grinding.
  • the rotor or the grinding container can be displaceably mounted to change the grinding gap width. It can preferably be displacements transversely to the central axes of the rotor and grinding container that narrow the grinding gap on one side, or coaxial displacements are possible that narrow the grinding gap at the top or bottom.
  • the grinding beads pressed through the narrowing of the grinding gap have a particularly good work performance due to the congestion of grinding material and grinding beads in this narrowing.
  • Different grinding gap constrictions can be expedient to adapt to the mineral hard material to be ground.
  • the displacement can be carried out during the rotation of the rotor and / or grinding container to the eccentricity of both parts change in mill operation and thereby cause an additional increase in performance.
  • the central axes of the rotor and the grinding container can be inclined at an angle relative to one another and / or to the vertical. This results in an improvement in the separation of millbase and millbeads when the millbase is discharged, because the millbeads are kept below an upper outlet for the millbase by centrifugal force. There are many possible variations by combining the change in the width of the grinding gap and the position of the central axes relative to one another.
  • the inner surface of the rotatable grinding container and the outer surface of the rotor have fine-rough surfaces. This means that they must not be particularly smooth, but should not be particularly rough.
  • the fine roughness can be achieved by a suitable coating of the surfaces, which serves as a corrosion and wear protection layer.
  • the inside of the rotor can be ventilated.
  • the grinding container can be surrounded by a coolant jacket.
  • the rotor 13 of an annular gap ball mill 45 which essentially consists of a rotatably mounted grinding container 12 and the rotor 13, is suspended from any frame 10 via an arm 11, a displaceable motor bearing 11a, a motor 17 and a drive shaft 16.
  • the grinding container 12 and the rotor 13 are each constructed from an upper part and a lower part, which are tapered in the form of a truncated cone in opposite directions.
  • the upper parts have a lower height than the lower parts.
  • the upper part 14 of the rotor 13 is covered at a short distance by a cover 15 which is detachably attached as an upper part on the lower part of the grinding container 12 and is adapted to the conical inclination of the upper part 14 of the rotor 13.
  • the upper end of the upper part 14 engages the drive shaft 16, which supports the rotor 13 in the free-floating container 12 and transmits the drive of the motor 17 to the rotor 13.
  • the entire inner surface of the grinding container 12 with cover 15 is provided with a wear and corrosion resistant lining 18, 19 provided which has a fine-rough surface.
  • the outer surface of the rotor 13 with the upper part 14 is equipped with a correspondingly fine-rough surface, which is not shown for the sake of clarity.
  • a parallel-walled annular grinding gap 20 is provided, which is connected via a horizontal space 22 between the flat bottoms of the grinding container 12 and the rotor 13 to a lower central feed opening 21 for the ground material.
  • a parallel discharge gap 23 Between the upper part 14 and the cover 15 or its coating 19 there is a likewise parallel discharge gap 23, the width of which is smaller than the width of the grinding gap 20 and which extends over the entire height of the upper part 14.
  • the lower end of the downwardly diverging outlet gap 23 and the upper end of the upwardly diverging grinding gap 20 open into a radial annular chamber 24.
  • Their upper and lower walls are flat and parallel to one another; its outer end face 25 is convexly curved.
  • the chamber 24 Since the chamber 24 lies on the dividing line between the cover 15 and the lower part of the grinding container 12, it can be opened by removing the cover 15. A spacer 27 is inserted into the division joint 26, which can be exchanged for a spacer of a different thickness in order to raise or lower the grinding container 12 more or less with respect to the rotor 13 in order to change the width of the grinding gap 20.
  • the chamber 24 is accessible through an opening 28 in the cover flange. Through this opening 28 grinding beads are introduced into the grinding gap 20 when the rotor 13 and the grinding container 12 are rotating and mineral hard materials to be comminuted through the feed opening 21 have been introduced into the grinding gap 20 from below.
  • the drive shaft 16 passes through a discharge chamber 29 in a nozzle 30.
  • a discharge chamber 29 in a nozzle 30.
  • outlet openings 31 for the finely ground material that flows from the outlet gap 23 into the discharge chamber 29 is pushed in.
  • elastic seals 32, 33 are arranged at the upper end of the nozzle 30.
  • a fixed ring channel 34 which bears against the nozzle 30 by means of sealing lips 35, picks up the ground material and discharges it via the drain pipe 36.
  • the motor 17 When the annular gap ball mill 45 is operated, the motor 17 first rotates the rotor 13 and the grinding container 12 is driven in the opposite direction. Then, through the feed opening 21 in the hollow axis 39, grinding stock is introduced into the grinding gap 20, and then through the opening 28 grinding beads are added, which may consist of the same material as the material to be crushed, so that the abrasion of the grinding beads does not contaminate the grinding stock and high-purity substances are produced. Since the highest circumferential speed is achieved by the conical configuration of the rotor 13 and the grinding container 12 in the equatorial zone of the largest diameter, the centrifugal force prevents the grinding beads from falling in the grinding gap 20.
  • An excess of grinding beads is collected in the chamber 24, so that a barrier layer arises, which prevents the escape of grinding beads from the grinding gap 20.
  • the grinding beads in the grinding gap 20 fill the grinding gap 20 over its entire height, so that it is used 100% for the grinding process and the ground material is exposed to a maximum grinding attack during its residence time in the grinding gap 20. Grinding beads, which have become so small due to abrasion, for example, that they fit into the outlet gap 23, are returned to the chamber 24 by the centrifugal force, so that the powder emerging from the outlet openings 31 contains no grinding beads and without aftertreatment such as washing or sieving in it desired final state is present.
  • the grinding beads are reliably prevented from sedimentation in the grinding gap 20, the risk of starting difficulties or blocking of the rotor 13 is averted.
  • the wear of the parts is correspondingly low.
  • high grinding capacities are achieved with mineral hard materials, whereby the length of the residence time of the material in the grinding gap can be adjusted by a suitable choice of the peripheral speeds of the rotor and grinding container and the width of the grinding gap.
  • the degree of comminution can be influenced by the size of the grinding beads, which can be different if necessary, whereby a gradual comminution is achieved because coarse grinding beads in the lower part of the annular gap ball mill preferably grind the coarse parts and finer grinding beads in the upper parts preferably comminute the finer parts .
  • the reference numerals of parts which roughly correspond to the example in FIG. 1 are supplemented by "a".
  • the design of the annular gap ball mill 45a differs, inter alia, from the construction according to FIG. 1 in that the grinding gap 20a extends essentially over the entire height of the rotor 13a and grinding container 12a tapering in the shape of a truncated cone in opposite directions, and upper and lower parts 13b, 13c have approximately the same height.
  • the chamber 24 is missing. It is not required because the grinding beads remain at an appropriate speed of the rotor 13a and grinding container 12a due to the centrifugal force in the equator zone and perform increased grinding work in this.
  • the power is increased in that the rotor 13a is displaced across the bearing 11a in the grinding container 12a transversely to its axis of rotation 16a (to the left in the drawing), so that the grinding gap 20a is narrower on one side than on the other.
  • the regrind and milling pearls accumulate in the narrow gap part and the milling effect is increased with continuous upward movement of the milling material in the discharge direction.
  • the drive of the rotor 13a is transmitted by a motor via a pulley 41 fastened to the drive shaft 16a.
  • the grinding container 12a is rotatably mounted in a bearing 37a which is connected to a holder 38a and surrounds a hollow axis 39a.
  • the hollow axle 39a carries a drive pulley 40a.
  • a feed line 21a is passed through the hollow axis 39a and opens into the lower region of the grinding gap 20a.
  • the axes of rotation of rotor 13a and grinding container 12a can be inclined to the vertical.
  • An automatic interval switch can be provided, which can initially drive the grinding container 12a and the rotor 13a with the same direction of rotation, when the maximum speed is reached, move the rotor 13a or the grinding container 12a relative to each other until a one-sided grinding gap 20a of 1 mm is reached and simultaneously switches the grinding container 12a or the rotor 13a to counter-rotation, then return the grinding container 12a or the rotor 13a to its starting position with the same direction of rotation and then has these processes repeated.
  • This process technology is particularly recommended for oxyacetylene grinding in order to achieve high energy density in the narrowed grinding gap.

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Abstract

Die Ringspalt-Kugelmühle zum kontinuierlichen Feinst­zerkleinern insbesondere von mineralischen Hartstoffen weist einen drehend angetriebenen geschlossenen Mahl­behälter (12) auf, in dem ein gegenläufig angetriebener Rotor (13) angeordnet ist, dessen Außenfläche mit der Innenfläche des Mahlbehälters (12) einen Mahlspalt (20) begrenzt, der Mahlperlen enthalten kann.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Ringspalt-Kugelmühle zum kontinuierlichen Feinstzerkleinern insbesondere von mi­neralischen Hartstoffen mit einem geschlossenen Mahlbe­hälter, in dem ein Rotor angeordnet ist, dessen Außen­fläche mit der Innenfläche des Mahlbehälters einen Mahlspalt begrenzt, wobei das Oberteil und das Unter­teil des Rotors in entgegengesetzte Richtungen verjüngt sind (nach Patent 34 31 636).
  • Mineralische Hartstoffe (Mohssche Härte > 5), wie Ko­rund, Zirkoniumdioxid, Aluminiumoxid, Siliciumcarbid und ähnliche Stoffe, werden bisher vorwiegend in Kugel­mühlen mit Eisenkugeln feinzerkleinert. Hierbei sind beträchtliche Verweilzeiten des Gutes im Mahlraum er­forderlich, und alle mit dem Mahlgut und den Eisenku­ geln in Berührung kommenden Teile unterliegen sehr starkem Verschleiß. Außerdem ist der Mahlvorgang mit störender Geräuschentwicklung verbunden. Ein weiterer Nachteil solcher Kugelmühlen besteht darin, daß der Abrieb der Eisenkugeln in das Mahlgut gelangt und in chemischen Waschprozessen auf komplizierte aufwendige Weise herausgewaschen werden muß.
  • Ringspalt-Kugelmühlen der eingangs erwähnten Art (DE-­OS 28 48 479) sollen zwar gegenüber den herkömmlichen Kugelmühlen eine Verbesserung darstellen, sind zum Feinzerkleinern von mineralischen Hartstoffen aber we­nig geeignet und nur bei der Zerkleinerung von sehr viel weicheren Stoffen, z.B. Kreide und dergleichen, wirtschaftlich. Dies ist vor allem auf das Verhalten der Mahlkugeln oder Mahlperlen in dem Mahlspalt zurück­zuführen. Die zusammen mit dem Mahlgut von unten in den Mahlspalt eingepumpten Mahlperlen bewegen sich zwar zunächst durch den Druck der Speisepumpe, mit der die Mahlgutsuspension in die Ringspalt-Kugelmühle gedrückt wird, sowie durch die Rotationsbewegung des Rotors in dem Mahlspalt nach oben, sacken jedoch bei Nachlassen des Pumpendruckes durch Schwerkraft nach unten und las­sen einen Mahlvorgang im oberen Teil des Mahlspaltes gar nicht stattfinden. Will man dies verhindern, muß der Speisepumpendruck bzw. der Mahlgutdurchfluß derart erhöht werden, daß die Mahlperlen auch im oberen Teil des Mahlspaltes gehalten werden; dann besteht aber die Gefahr, daß die Mahlperlen zusammen mit dem Mahlgut ausgetragen werden, was wiederum die Mahlleistung redu­ziert. Erfahrungsgemäß wird daher bei einer mittleren Durchflußgeschwindigkeit des Mahlgutes nur etwa die untere Hälfte des Mahlspaltes für den Mahlvorgang aus­genutzt, und die theoretisch erzielbare Mahlleistung ist demgemäß nur etwa zur Hälfte realisiert. Außerdem bewirkt die hohe Packungsdichte der Mahlperlen im unte­ren Teil des Mahlspaltes einen hohen Abrieb an der Oberfläche des Rotors und des Mahlbehälters, und es kann, insbesondere nach einer kurzen Stillstandszeit des Rotors oder der Speisepumpe, sogar zu Blockierungen des Rotors kommen. Dieses Risiko soll bei der vorge­nannten Ringspalt-Kugelmühle dadurch reduziert werden, daß der Rotor an seinem unteren Ende mit einem Flügel­pumpenrad versehen ist. Das Flügelpumpenrad verstärkt jedoch nur einen weiteren Nachteil dieser Ringspalt-Ku­gelmühle, der darin besteht, daß Mahlperlen, die nicht nach unten sacken, mit dem Mahlgut verstärkt zur Aus­laßöffnung gepumpt werden und auch dadurch für den Mahlvorgang verloren sind. Überdies unterliegt das Flü­gelpumpenrad einem starken Verschleiß durch Mahlperlen und Mahlgut. Bisweilen werden zur Zurückhaltung der Mahlperlen in dem Mahlspalt Siebe benutzt, die jedoch den Mahlgutaustrag behindern und sogar verhindern kön­nen, wenn sie mit Mahlgut und Mahlperlen zugesetzt sind.
  • Eine andere bekannte Ringspalt-Kugelmühle (DE-OS 28 11 899) weist einen kegelringförmigen Mahlgutbehäl­ter auf, dessen Innenfläche mit einem kegelringförmigen drehbaren Verdrängungskörper einen Mahlraum begrenzt. In einer den Verdrängungskörper tragenden Ringscheibe sind schräg nach außen gerichtete Rückführkanäle für die Mahlperlen angebracht. Die Mahlperlen zeigen auch in diesem Falle das geschilderte ungünstige Verhalten, und die Ausnutzung der gesamten Höhe beider Mahlspalt­teile für den Mahlvorgang wird trotz der Zirkulation der Mahlperlen auch hierbei praktisch nicht erzielt. Die in dem inneren abwärtsführenden Mahlspaltteil be­findlichen Mahlperlen folgen nämlich dem Mahlgutstrom in Auslaßrichtung anstatt ihm entgegenzuwirken, so daß in diesem Teil des Mahlspaltes noch geringere Arbeit geleistet wird als in dem anderen Mahlspaltteil, in dem die Schwerkraft eine gewisse Verweilzeitverlängerung hervorrufen mag. Als eventuelle weitere Ausführungsform kann der Mahlbehälter um die Mittelachse rotierbar an­getrieben werden. Diese Maßnahme bringt jedoch keine Vorteile hinsichtlich der Optimierung des Zerkleine­rungsgrades, sondern bewirkt eher das Gegenteil, weil die Mahlperlen nur um so schneller durch den Mahlspalt innen abwärts und außen aufwärts getrieben werden, so daß durch Verkürzung ihrer Verweilzeit in dem Mahlspalt die Mahlleistung sinkt. Diese bekannte Ringspalt-Kugel­mühle ist im übrigen nur zum Naßmahlen geeignet und kann trockenes Material gar nicht behandeln.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ring­spalt-Kugelmühle der eingangs erwähnten Art so zu ver­bessern, daß sie durch Erhöhung der Mahlleistung in dem Mahlspalt eine wirtschaftlich und technisch optimale Feinstzerkleinerung auch von mineralischen Hartstoffen sogar in trockenem Zustand ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Mahlbehälter drehbar gelagert und mit einem Drehan­trieb verbunden ist.
  • Mit einer Ringspalt-Kugelmühle, die zwei Rotoren mit in entgegengesetzte Richtungen verjüngten Ober- und Unter­teilen aufweist, kann beliebiges mineralisches Hartma­terial, wie Korund, Zirkoniumdioxid, Aluminiumoxid, Siliciumcarbid und dergleichen sogar in trockenem Zu­stand wirtschaftlich feinstzermahlen werden, weil die gesamte Höhe und Breite des Mahlspaltes für den aktiven Mahlvorgang der Mahlperlen ausgenutzt werden. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Zentrifugalkraft (Trockenmahlung) als Folge der in entgegengesetzte Richtungen verjüngten Ausbildung des Oberteils und Un­terteils von Rotor und drehendem Mahlbehälter der Schwerkraft der Mahlperlen entgegenwirkt und deren Ab­sinken in den Mahlspalt verhindert und daß die Mahlper­len auf der Außenseite des Mahlspaltes von dem Mahlbe­hälter und auf der Innenseite des Mahlspaltes von dem Rotor in Bewegung gehalten werden. Der Mahlspalt wird optimal für den Mahlvorgang ausgenutzt, weil er sogar bei langsam rotierendem Rotor und Mahlbehälter in sei­ner gesamten Höhe und Breite von Mahlperlen durchsetzt ist, die durch verstärkte Verwirbelung zwischen den beiden rotierenden Teilen hohe Mahlleistungen erbrin­gen. Die Drehzahl der beiden rotierenden Teile bestimmt die Mahlwirkung durch Beeinflussung der Mahlperlenge­schwindigkeit im Mahlspalt, so daß durch Drehzahlrege­lung eine Anpassung an das Mahlgut unter Berücksichti­gung der Verhinderung des Austrages der Mahlperlen aus dem Mahlspalt erreichbar ist. Die Austragung von Mahl­perlen mit dem Mahlgut wird durch die großen Fliehkräf­te an der Äquatorzone größten Durchmessers wirksam ver­hindert, so daß ein Sieb oder dergleichen entfällt und der feinstgemahlene Stoff aus dem Mahlspalt in Richtung der Auslaßöffnung frei austritt. Das durch den Mahl­spalt zwischen Rotor-und Mahlbehälteroberteil nach oben zur Auslaßöffnung bewegte Mahlgut enthält praktisch keine Mahlperlen, so daß eine nachträgliche Trennung von Mahlperlen und Mahlgut entfällt. Bei der erfin­dungsgemäßen Ringspalt-Kugelmühle ergeben sich verlän­gerte Verweilzeiten, weil mit niedrigeren Umfangsge­schwindigkeiten des Rotors und des Mahlbehälters gear­beitet werden kann. Das Mahlgut zwischen den Mahlperlen bewegt sich entsprechend ganz langsam nach oben, und es ergibt sich ein enges Kornspektrum des Mahlgutes. Die erfindungsgemäße Ringspalt-Kugelmühle arbeitet außeror­dentlich gut mit Mahlperlen verschiedener Größe, wobei die groben, schwereren Mahlperlen unten im Mahlspalt vorzugsweise grobe Teile des Mahlgutes vermahlen und die feinen, leichteren Mahlperlen oben im Mahlspalt vorzugsweise feinere Teile vermahlen, weil die Zentri­fugalkraft und damit der Auftrieb der leichteren Parti­kel nach oben zunimmt. Bei nunmehr ausreichend langer Verweilzeit des Gutes in dem Mahlspalt wird das Hartma­terial in kurzer Zeit in Pulver gewünschter Feinheit zermahlen und in kontinuierlichem Strom ausgetragen. Entsprechend der höheren Füllung im Mahlspalt ist auch die Ausnutzung der dem Rotor und dem Mahlbehälter zuge­führten Energie größer und der Betrieb der Ringspalt-­Kugelmühle wirtschaftlicher.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorge­sehen, daß der Rotor und der Mahlbehälter gegenläufig angetrieben sind. Infolge der zusätzlichen Verwirbelung der Mahlperlen und des Mahlgutes in dem Mahlspalt und insbesondere in der Äquatorzone kann auf diese Weise eine angenäherte Leistungsverdoppelung gegenüber einer Ringspalt-Kugelmühle erreicht werden, die mit einem Rotor und einem unbeweglichen Mahlbehälter arbeitet.
  • Wird die gegenläufige Rotation des Außenkörpers (Mahl­behälter plus Deckel) zugeschaltet, so findet im Mahl­spalt eine teilweise Umkehr der Perlenbewegung statt. Hatte bisher die Perlenfüllung gleichmäßig in Richtung der Innenrotordrehung rotiert, so beginnt nun im unte­ren Teil des Mahlspalts die Perlenfüllung in Richtung der Außenkörperrotation zu drehen. Im oberen Bereich des Mahlspalts bleibt die ursprüngliche Rotation der Perlen erhalten. Zwischen beiden Perlenpaketen bildet sich eine ca. 10 Millimeter breite Zone der Drehrich­ tungsumkehr aus, in der die Perlen weniger dicht ge­packt sind und fast zum Stillstand kommen. Das für die Mahlwirkung wesentliche Schergefälle liegt also hier im unteren Teil des Mahlspalts praktisch an der Wandung des Innenrotors und im oberen Bereich des Mahlspalts an der Wandung des Außenkörpers. Die Lage der beschriebe­nen Drehrichtungsumkehr wandert mit steigender Drehzahl des Außenrotors nach oben.
  • Im Bereich der Auslaßöffnung, oberhalb des Innenrotors, stellt sich in der überstehenden Flüssigkeit eine Dreh­richtungsumkehr ein, die mit der Bildung von Wirbeln verbunden ist. Mahlperlen, die in diesen Bereich gelan­gen, bleiben in diesen Wirbeln gefangen.
  • Wird die Drehrichtung des Außenkörpers gleich der Dreh­richtung des Innenrotors gewählt, so ändert sich das Verhalten der Mahlperlen in der Mühle.
  • Rotiert der Innenkörper mit z.B. 2080 U/min, so werden die Mahlperlen bis weit in den Auslaufbereich getragen. Wird nun der Außenkörper gleichsinnig in Rotation ver­setzt, so genügt eine Drehzahl des Außenkörpers von nur 170 U/min, um den Auslaufbereich praktisch frei von Mahlperlen zu machen.
  • Wird die Drehzahl des Außenkörpers erhöht, so ist der Auslaufspalt fast frei von Mahlperlen.
  • Durch die auf die Flüssigkeitsfüllung wirkende Flieh­kraft wird der Flüssigkeitsspiegel im Auslaufbereich angehoben.
  • Durch den mit geringer Drehzahl mitlaufenden Außenkör­per wird im Auslaufspalt eine Zentrifugalbeschleunigung aufgebaut, die auf das gesamte Flüssigkeitsvolumen im Spalt wirkt und nicht in bestimmten Bereichen (Außen­wand) zu Null wird. Darum wirkt auf alle Mahlperlen eine über der Erdbeschleunigung liegende Beschleuni­gungskraft, welche die Füllung des Auslaufspalts wie eine Zentrifuge in leichte und schwere Anteile trennt und damit die Mahlperlen sehr wirksam separiert.
  • Auf eine an der Außenwand mitlaufende Mahlperle wirkt hier die 3,8fache Erdbeschleunigung, die zu einem ra­schen Absetzen selbst in Schlickern hoher Dichte führt. Zudem wird der Absetzvorgang im Auslaufspalt nicht durch Wirbelbildung gestört.
  • Der innere Rotor kann stillstehen. In diesem Falle ge­nügt die von dem als äußerer Rotor wirksamen Mahlbehäl­ter erzeugte Fliehkraft zur Erzielung der geschilderten Effekte bei der Trockenmahlung.
  • Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, daß der Rotor bzw. der Mahlbehälter zur Veränderung der Mahlspalt­breite verschiebbar gelagert ist. Es kann sich vorzugs­weise um Verschiebungen quer zu den Mittelachsen von Rotor und Mahlbehälter handeln, die den Mahlspalt auf einer Seite verengen, oder es sind koaxiale Verschie­bungen möglich, die den Mahlspalt oben oder unten ver­engen. Die durch die Verengung des Mahlspaltes hin­durchgepreßten Mahlperlen haben infolge des Mahlgut- ­und Mahlperlenstaus in dieser Verengung eine besonders gute Arbeitsleistung. Zur Anpassung an den zu mahlenden mineralischen Hartstoff können unterschiedliche Mahl­spaltverengungen zweckmäßig sein. Die Verschiebung kann während der Drehung von Rotor und/oder Mahlbehälter durchführbar sein, um die Exzentrizität beider Teile beim Mühlenbetrieb zu verändern und hierdurch eine zu­sätzliche Leistungssteigerung zu bewirken. Die Mittel­achsen des Rotors und des Mahlbehälters können relativ zueinander und/oder zur Senkrechten unter einem Winkel geneigt sein. Hierdurch ergibt sich eine Verbesserung der Trennung von Mahlgut und Mahlperlen bei Auslaß des Mahlgutes, weil die Mahlperlen durch Fliehkraft unter­halb eines oberen Auslasses für das Mahlgut gehalten werden. Es ergeben sich viele Variationsmöglichkeiten durch Kombination der Veränderung der Mahlspaltbreite und der Position der Mittelachsen relativ zueinander.
  • Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 6 bis 9 enthalten. Auch sie tragen zur Leistungssteigerung der Ringspalt-Kugelmühle bei und ermöglichen die Feinstzerkleinerung von trockenen und von nassen Hartstoffen.
  • Die Innenfläche des drehbaren Mahlbehälters und die Außenfläche des Rotors weisen feinrauhe Oberflächen auf. Dies bedeutet, daß sie keinesfalls besonders glatt sein dürfen, aber auch nicht besonders rauh sein soll­ten. Die Feinrauhigkeit kann durch eine geeignete Be­schichtung der Oberflächen erzielt werden, die als Kor­rosions- und Verschleißschutzschicht dient. Zur Vermei­dung von Wärmestaus kann der Rotor innen belüftet sein. Außerdem kann der Mahlbehälter von einem Kühlflüssig­keitsmantel umgeben sein.
  • In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfin­dung schematisch dargestellt. Es zeigen:
    • Fig. 1 einen Längsschnitt einer Ringspalt-Kugelmühle und
    • Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt einer Ring­ spalt-Kugelmühle mit veränderter Mahlspaltform, wobei die ringförmige Kammer im Bereich der Äquatorzone größ­ten Durchmessers weggelassen ist.
  • An einem beliebigen Gestell 10 ist über einen Arm 11, ein verschiebbares Motorlager 11a, einen Motor 17 und eine Antriebswelle 16 der Rotor 13 einer Ringspalt-Ku­gelmühle 45 aufgehängt, die im wesentlichen aus einem drehbar gelagerten Mahlbehälter 12 und dem Rotor 13 besteht. Der Mahlbehälter 12 und der Rotor 13 sind je­weils aus einem Oberteil und einem Unterteil aufgebaut, die in entgegengesetzten Richtungen geradflächig kegel­stumpfförmig verjüngt sind. Die Oberteile haben gerin­gere Höhe als die Unterteile. Das Oberteil 14 des Ro­tors 13 wird mit geringem Abstand von einem Deckel 15 abgedeckt, der als Oberteil lösbar auf dem Unterteil des Mahlbehälters 12 befestigt und der konischen Schrägneigung des Oberteiles 14 des Rotors 13 angepaßt ist. Das obere Ende des Oberteils 14 greift an die An­triebswelle 16 an, die den Rotor 13 freifliegend in dem Mahlbehälter 12 lagert und den Antrieb des Motors 17 auf den Rotor 13 überträgt. Der Antrieb des Mahlbehäl­ters 12, der über ein Lager 37 auf einer Halterung 38 befestigt ist, erfolgt über eine Riemenscheibe 40 am unteren Ende einer Hohlachse 39, und zwar gegenläufig zu dem Rotor 13. Die gesamte Innenfläche des Mahlbehäl­ters 12 mit Deckel 15 ist mit einer verschleiß- und korrosionsfesten Auskleidung 18, 19 versehen, die eine feinrauhe Oberfläche hat. Die Außenfläche des Rotors 13 mit Oberteil 14 ist mit einer entsprechend feinrauhen Oberfläche ausgestattet, die der Deutlichkeit halber nicht eingezeichnet ist.
  • Zwischen der Außenfläche des Unterteiles des Rotors 13 und der Innenfläche des Unterteiles des Mahlbehälters 12 ist ein parallelwandiger ringförmiger Mahlspalt 20 vorgesehen, der über einen waagerechten Zwischenraum 22 zwischen den ebenen Böden des Mahlbehälters 12 und des Rotors 13 mit einer unteren zentralen Speiseöffnung 21 für das Mahlgut in Verbindung steht. Zwischen dem Ober­teil 14 und dem Deckel 15 bzw. seiner Beschichtung 19 ist ein ebenfalls parallelflächiger Auslaufspalt 23 vorhanden, dessen Breite geringer ist als die Breite des Mahlspaltes 20 und der sich über die ganze Höhe des Oberteiles 14 erstreckt. Das untere Ende des nach unten divergierenden Auslaufspaltes 23 und das obere Ende des nach oben divergierenden Mahlspaltes 20 münden in eine radiale ringförmige Kammer 24. Ihre obere und untere Wand sind eben und zueinander parallel; ihre äußere Stirnfläche 25 verläuft konvex gekrümmt. Da die Kammer 24 auf der Teilungsfuge zwischen Deckel 15 und Unter­teil des Mahlbehälters 12 liegt, läßt sie sich durch Abnahme des Deckels 15 öffnen. In die Teilungsfuge 26 ist eine Distanzscheibe 27 eingesetzt, die gegen eine Distanzscheibe anderer Dicke ausgetauscht werden kann, um zur Änderung der Breite des Mahlspaltes 20 den Mahl­behälter 12 in bezug auf den Rotor 13 mehr oder weniger anzuheben oder abzusenken. Die Kammer 24 ist durch eine Öffnung 28 im Deckelflansch zugänglich. Durch diese Öffnung 28 werden Mahlperlen in den Mahlspalt 20 einge­führt, wenn der Rotor 13 und der Mahlbehälter 12 rotie­ren und durch die Speiseöffnung 21 zu zerkleinernde mineralische Hartstoffe von unten in den Mahlspalt 20 eingebracht worden sind.
  • Die Antriebswelle 16 durchquert eine Austragkammer 29 in einem Stutzen 30. In der Wand des Stutzens 30 befin­den sich Auslaßöffnungen 31 für das feingemahlene Gut, das aus dem Auslaufspalt 23 in die Austragkammer 29 hineingedrückt wird. Am oberen Ende des Stutzens 30 sind elastische Dichtungen 32, 33 angeordnet. Ein fest­stehender Ringkanal 34, der mittels Dichtlippen 35 an dem Stutzen 30 anliegt, nimmt das Mahlgut auf und führt es über das Ablaufrohr 36 ab.
  • Beim Betrieb der Ringspalt-Kugelmühle 45 versetzt zu­nächst der Motor 17 den Rotor 13 in Drehung und es wird der Mahlbehälter 12 gegenläufig drehend angetrieben. Dann wird durch die Speiseöffnung 21 in der Hohlachse 39 Mahlgut in den Mahlspalt 20 eingeführt, und an­schließend werden durch die Öffnung 28 Mahlperlen zuge­geben, die aus dem gleichen Material wie das zu zer­kleinernde Gut bestehen können, damit der Abrieb der Mahlperlen das Mahlgut nicht verunreinigt und hochreine Stoffe erzeugt werden. Da durch die entgegengesetzt konische Ausbildung des Rotors 13 und des Mahlbehälters 12 in der Äquatorzone größten Durchmessers die höchste Umfangsgeschwindigkeit erreicht wird, verhindert die Fliehkraft ein Absinken der Mahlperlen im Mahlspalt 20. Ein Überschuß an Mahlperlen wird in der Kammer 24 ge­sammelt, so daß eine Sperrschicht entsteht, die einen Austritt von Mahlperlen aus dem Mahlspalt 20 unterbin­det. Die im Mahlspalt 20 befindlichen Mahlperlen fül­len den Mahlspalt 20 über seine ganze Höhe aus, so daß dieser 100%ig für den Mahlvorgang ausgenutzt wird und das Mahlgut während seiner Verweilzeit im Mahlspalt 20 einem maximalen Mahlangriff ausgesetzt ist. Mahlperlen, die beispielsweise durch Abrieb so klein geworden sind, daß sie in den Auslaufspalt 23 passen, werden durch die Zentrifugalkraft in die Kammer 24 zurückge­führt, so daß das aus den Auslaßöffnungen 31 austre­tende Pulver keine Mahlperlen enthält und ohne Nachbe­handlung wie Waschen oder Sieben in seinem gewünschten Endzustand vorliegt.
  • Da die Mahlperlen zuverlässig an einer Sedimentation im Mahlspalt 20 gehindert werden, ist die Gefahr von An­laufschwierigkeiten oder Blockierung des Rotors 13 ge­bannt. Der Verschleiß der Teile ist entsprechend ge­ring. Mit geringer Energieaufnahme werden hohe Mahllei­stungen bei mineralischen Hartstoffen erzielt, wobei die Länge der Verweilzeit des Gutes in dem Mahlspalt durch passende Wahl der Umfangsgeschwindigkeiten von Rotor und Mahlbehälter und der Breite des Mahlspaltes eingestellt werden kann. Der Zerkleinerungsgrad läßt sich durch die Größe der Mahlperlen beeinflußen, die gegebenenfalls unterschiedlich sein kann, wodurch eine stufenweise Zerkleinerung erreicht wird, weil grobe Mahlperlen im unteren Teil der Ringspalt-Kugelmühle vorzugsweise die groben Teile mahlen und feinere Mahl­perlen im oberen Teile vorzugsweise die feineren Teile zerkleinern.
  • Bei dem Beispiel der Figur 2 sind die Bezugsziffern von mit dem Beispiel der Figur 1 etwa übereinstimmenden Teilen durch "a" ergänzt. In diesem Beispiel weicht die Ausbildung der Ringspalt-Kugelmühle 45a u.a. insofern von der Konstruktion nach Fig. 1 ab, als der Mahlspalt 20a sich im wesentlichen über die gesamte Höhe des nach entgegengesetzten Richtungen kegelstumpfförmig verjün­genden Rotors 13a und Mahlbehälters 12a erstreckt und Ober- und Unterteile 13b, 13c etwa gleiche Höhe haben. Außerdem fehlt die Kammer 24. Sie wird nicht benötigt, weil die Mahlperlen bei angemessener Drehzahl von Rotor 13a und Mahlbehälter 12a infolge der Zentrifugalkraft in der Äquatorzone bleiben und in dieser verstärkte Mahlarbeit leisten. Außerdem wird die Leistung dadurch erhöht, daß der Rotor 13a über das Lager 11a in dem Mahlbehälter 12a quer zu seiner Drehachse 16a (in der Zeichnung nach links) verschoben ist, so daß der Mahl­ spalt 20a auf einer Seite schmaler ist als auf der an­deren. Mahlgut und Mahlperlen stauen sich im schmalen Spaltteil und die Mahlwirkung wird bei kontinuierlicher Aufwärts-Bewegung des Mahlgutes in Austragrichtung ge­steigert. Je nach Härte des Mahlgutes und den Umfangs­geschwindigkeiten von Rotor und Mahlbehälter ist auch ein Verzicht auf die Zugabe von Mahlperlen und damit eine Autogenmahlung, d.h. eine Vermahlung des Mahlgutes mit sich selbst, möglich. Der Antrieb des Rotors 13a wird über eine auf der Antriebswelle 16a befestigte Riemenscheibe 41 von einem Motor übertragen. Der Mahl­behälter 12a ist in einem Lager 37a drehbar gelagert, das mit einer Halterung 38a verbunden ist und eine Hohlachse 39a umgibt. Die Hohlachse 39a trägt eine An­triebsscheibe 40a. Durch die Hohlachse 39a ist eine Speiseleitung 21a hindurchgeführt, die in den unteren Bereich des Mahlspaltes 20a mündet. Die Drehachsen von Rotor 13a und Mahlbehälter 12a können zur Senkrechten schräg geneigt sein.
  • Es kann eine Intervall-Schaltautomatik vorgesehen sein, die den Mahlbehälter 12a und den Rotor 13a zunächst mit gleichem Drehsinn antreiben läßt, bei Erreichen der maximalen Drehzahl den Rotor 13a bzw. den Mahlbehälter 12a bis zur Erreichung eines einseitigen Mahlspaltes 20a von 1 mm relativ zueinander verschieben läßt und gleichzeitig den Mahlbehälter 12a oder den Rotor 13a auf Gegenläufigkeit umschaltet, danach den Mahlbehälter 12a bzw. den Rotor 13a in seine Ausgangslage mit glei­chem Drehsinn zurückführen und sodann diese Vorgänge wiederholen läßt. Diese Verfahrenstechnik empfiehlt sich insbesondere bei Autogenmahlung zur Erzielung ho­her Energiedichte im verengten Mahlspalt.

Claims (10)

1. Ringspalt-Kugelmühle zum kontinuierlichen Feinstzer­kleinern insbesondere von mineralischen Hartstoffen mit einem geschlossenen Mahlbehälter, in dem ein Rotor an­geordnet ist, dessen Außenfläche mit der Innenfläche des Mahlbehälters einen Mahlspalt begrenzt, der Mahl­perlen enthält, wobei das Oberteil und das Unterteil des Rotors in entgegengesetzte Richtungen verjüngt sind (nach Patent 3 431 636),
dadurch gekennzeichnet, daß der Mahlbehälter (12) drehbar gelagert und mit einem Drehantrieb verbunden ist.
2. Ringspalt-Kugelmühle nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (13) und der Mahlbehälter (12) gegenläufig angetrieben sind.
3. Ringspalt-Kugelmühle nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichet, daß der Rotor (13) bzw. der Mahlbehälter (12) zur Verände­rung der Mahlspaltbreite verschiebbar gelagert ist.
4. Ringspalt-Kugelmühle nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebung während der Drehung von Rotor (13) und/oder Mahlbehälter (12) durchführbar ist.
5. Ringspalt-Kugelmühle nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelachsen des Rotors (13) und des Mahlbehälters (12) relativ zueinander unter einem Winkel geneigt sind.
6. Ringspalt-Kugelmühle nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelachsen des Rotors (13) und/oder des Mahlbe­hälters (12) in bezug auf die Senkrechte geneigt sind.
7. Ringspalt-Kugelmühle nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Intervall-Schaltautomatik für den Rotor (13) und den Mahlbehälter (12) vorgesehen ist, die den Drehsinn von Rotor (13) und/oder Mahlbehälter (12) ändert, die Verschiebung des Rotors (13) relativ zum Mahlbehälter (12) bewirkt und die Wiederholung dieser Vorgänge ver­anlaßt.
8. Ringspalt-Kugelmühle nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Intervall-Schaltautomatik den Mahlbehälter (12) und den Rotor (13) zunächst mit gleichem Drehsinn antreiben läßt, bei Erreichen der maximalen Drehzahl den Rotor (13) bzw. den Mahlbehälter (12) bis zur Erreichung ei­nes einseitigen Mahlspaltes (20) von 1 mm relativ zu­einander verschieben läßt und gleichzeitig den Mahlbe­hälter (12) oder den Rotor (13) auf Gegenläufigkeit umschaltet, danach den Mahlbehälter (12) bzw. den Rotor (13) in seine Ausgangslage mit gleichem Drehsinn zu­rückführen und sodann diese Vorgänge wiederholen läßt.
9. Ringspalt-Kugelmühle nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (13) oder der Mahlbehälter (12) einen zentra­len Durchlaß aufweist, der im unteren Bereich des Mahl­spaltes (20) offen endet und daß der Durchlaß koaxial zu einer hohlen Antriebswelle verläuft, die mit einem Einlaß für das Mahlgut verbunden ist.
10. Ringspalt-Kugelmühle nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 3 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (13) und der Mahlbehälter (12) gleichsinnig angetrieben sind.
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