WO1996001694A1 - Spiralstrahlmühle - Google Patents

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Horst Thaler
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Pmt Gesteinsvermahlungstechnik Powder Maker Technologies Gmbh
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02CCRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C23/00Auxiliary methods or auxiliary devices or accessories specially adapted for crushing or disintegrating not provided for in preceding groups or not specially adapted to apparatus covered by a single preceding group
    • B02C23/08Separating or sorting of material, associated with crushing or disintegrating
    • B02C23/16Separating or sorting of material, associated with crushing or disintegrating with separator defining termination of crushing or disintegrating zone, e.g. screen denying egress of oversize material
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02CCRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C19/00Other disintegrating devices or methods
    • B02C19/06Jet mills
    • B02C19/061Jet mills of the cylindrical type

Definitions

  • the invention relates to a spiral jet mill with an integrated classifier, in which the ground material is introduced into the fluid jet and the fine fraction is discharged via a central discharge opening.
  • Spiral jet mills of the type mentioned in the introduction can be found, for example, in US Pat. No. 2,763,427.
  • a static classifier was used in this known spiral jet mill in order to achieve relatively compact dimensions in this way.
  • a relatively flat, cylindrical grinding chamber which has a plurality of jet nozzles distributed uniformly over the circumference.
  • the nozzles are set at an acute angle to the tangent and force a spiral flow in the grinding chamber.
  • the ground material is fed into the comminution zone via a suitable feed and accelerated by the grinding jets.
  • the crushing is essentially based on a mutual exchange of kinetic energy.
  • a view zone of the spiral flow adjoins the center of the grinding chamber. Part of the insufficiently comminuted particles can be retained by centrifugal forces and in turn reach the comminution area.
  • centrifugal wind classifier for example in EP-A-250 921.
  • the most important characteristic of the performance of such a classifier is its selectivity, the selectivity being dependent on compliance with the separating limits in the wind classifier.
  • the separation limit is the grain size above which the mass-dependent centrifugal force acting on the grain predominates and conveys it to the coarse material discharge and below which the opposite of the centrifugal force The drag force of the sight gas flow predominates and the grain is carried away to the fine material outlet.
  • centrifugal force air classifiers of this type in particular, the centrifugal force is essentially dependent on the tangential speed of the flow and the drag force of the flow on the radial speed thereof.
  • the flow near the circumference of the rotor is given an essentially constant tangential speed and the separation limit is therefore largely determined by the radial speed. It is known to choose different blade shapes in such centrifugal wind classifiers in order to optimize the respective requirements.
  • the invention now aims to develop a device of the type mentioned in the introduction such that not only compact dimensions and low energy expenditure are required for grinding, but that at the same time the spiral jet mill can be operated safely with a larger amount of regrind to be fed and at the same time the separation limit for the application of. Fines is improved.
  • the design according to the invention for solving this task essentially consists in that a rotating classifying wheel is used inside the jet mill, which plunges into a plane in which the fluid jet opens at the periphery of the jet mill and that the discharge opening is connected coaxially to the rotation axis of the classifying wheel.
  • the improvement in grinding efficiency relates here to an improvement in grinding performance while at the same time improving the freedom from spray particles, so that with the combination according to the invention of a spiral jet mill with an integrated centrifugal air classifier, grinding energy values are achieved which are clearly superior to conventional jet mills and the much more complex fluidized bed jet mills .
  • the integrated separator rotor eliminates the previously significant disadvantage of a spiral jet mill, namely the impure upper grain size limitation. Due to the repelling effect of the classifying wheel in relation to the coarser or not yet finely ground particles, the filling of the grinding chamber with ground material can be increased and, regardless of the loading density, the fineness of the finished product discharged can be adjusted by the speed of the classifying wheel.
  • the design according to the invention is therefore such that the classifying rotor is provided with a continuously adjustable rotary drive. In this way it is possible to set a loading density that is optimized for the shredding effect and at the same time in addition to achieve an improvement in efficiency also to achieve a separation limit improvement.
  • the design according to the invention can also be automatically adjusted to the respective requirements, as a result of which a further improvement in efficiency is achieved.
  • the design is such that the current consumption of the classifying rotor is monitored and used as a control variable for the quantity of regrind given in the time unit.
  • the current consumption of the classifier rotor is a relevant parameter for the application of the ground material, which is usually applied by means of pneumatic conveying, and the operation of the spiral jet mill can be further optimized by such a regulation.
  • the design is advantageously made such that the upper housing part of the mill has a greater axial overall height than the lower housing part, the side walls of the upper housing part preferably having an angle of greater with the plane in which the fluid jets discharge or include 40 °.
  • Conventional spiral jet mills almost always have the same flat housing angle of the lower or upper housing when viewed from the central plane.
  • the upper housing is deliberately set at at least 40 ° or more in order to create a corresponding amount of space for the regrind and thereby ensure that the grinding jets always have sufficient grist available and the energy is not wasted, so to speak.
  • the design is such that at least one further discharge opening is provided on the periphery of the grinding chamber for the discharge of particles which are difficult to grind.
  • the discharge opening on the periphery of the grinding zone enables minor constituents that are difficult to grind as well as the specifically heavy constituents, such as Iron abrasion from the preceding comminution processes continuously in high concentration during the grinding process.
  • FIG. 1 shows a side view of a spiral jet mill in vertical section
  • FIG. 2 shows a top view of the grinding chamber, partly in section.
  • Fig.l 1 denotes a spiral jet mill.
  • the spiral jet mill 1 contains a grinding chamber 2, the material to be ground being introduced into a fluid jet via a feed 3.
  • a separating wheel 5 rotating centrally around an axis 4 achieves a separation between the coarse fraction and the fine-grained fraction, the fine fraction being discharged via the discharge opening 6.
  • the drive shaft of the classifying wheel 5 is designated 7 and connected to a motor 8 with an infinitely variable speed.
  • the drive shaft 7 or the classifying wheel is correspondingly sealed with respect to the grinding chamber, the seals being indicated schematically at 9.
  • the grinding chamber 2 has measured a much larger height a in the axial direction compared to conventional grinding chambers, so that overall much more material can be introduced via the feed 3.
  • the side walls of the upper housing are set steeper to achieve the greater axial height.
  • the filling of the grinding chamber is further improved by the fact that 5 oversized particles are thrown backwards into the grinding chamber in the radial direction by the classifying wheel, which improves the size reduction effect.
  • the inflow direction of the jet nozzles is indicated schematically by 10
  • the spiral flow in the interior of the grinding chamber leads to a comminution of the ground material, the spiral flow passing into the viewing zone in which the classifying wheel 5 is arranged so as to be rotatable about the central axis 4 is.
  • Fig.l 11 is the plane in which the fluid jet opens at the periphery of the jet mill. Furthermore, a further discharge opening is arranged at 12.
  • the further discharge opening 12 can be equipped with a cellular wheel sluice as a pressure shut-off device.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Combined Means For Separation Of Solids (AREA)
  • Disintegrating Or Milling (AREA)

Abstract

Die Spiralstrahlmühle (1) weist einen integrierten Sichter auf, dessen Sichtrad (5) um die zentrale Achse (4) rotierbar angetrieben ist. Der Rotationsantrieb wird von einem Motor (8) mit stufenlos verstellbarem Drehantrieb gebildet, wobei das Sichtrad (5) in die Ebene (11) eintaucht, in welche der Fluidstrahl am Umfang der Strahlmühle (1) mündet. Die Austragsöffnung (6) ist koaxial zur Rotationsachse (4) des Sichtrades (5) angeordnet.

Description

SpiralStrahlmühle
Die Erfindung bezieht sich auf eine Spiralstrahlmühle mit integriertem Sichter, bei welcher das Mahlgut in den Fluidstrahl eingetragen und die Feinfraktion über eine zen¬ trale Austragsöffnung ausgebracht wird. Spiralstrahlmühlen der eingangs genannten Art sind beispielsweise der US-PS 2 763 427 zu entnehmen. Bei dieser bekannten Spiralstrahlmühle wurde ein statischer Sichter verwendet, um auf diese Weise relativ kompakte Baumaße zu erzielen.
Bei Spiralstrahlmühlen wird üblicherweise eine relativ flache, zylindrische Mahlkammer vorgesehen, welche mehrere, gleich¬ mäßig über den Umfang verteilte Strahldüsen aufweist. Die Dü- sen sind unter einem spitzen Winkel zur Tangente angestellt und erzwingen in der Mahlkammer eine Spiralströmung. Das Mahl¬ gut wird über eine geeignete Zuführung in die Zerkleinerungs¬ zone eingespeist und von den Mahlstrahlen beschleunigt. Die Zerkleinerung beruht hiebei im wesentlichen auf einem gegen- seitigen Austausch von kinetischer Energie. Im Anschluß an die durch Teilchenstoß erzielte Zerkleinerung schließt zur Mahl¬ kammermitte eine Sichtzone der Spiralströmung an. Ein Teil der nicht genügend zerkleinerten Partikel kann durch Zentrifugal¬ kräfte zurückgehalten werden und wiederum in den Zerkleine- rungsbereich gelangen.
Neben derartigen bekannten Konstruktionen von Spiralstrahlmüh¬ len sind auch eine Reihe von Sichtern bereits bekannt. Eine besonders vorteilhafte Konstruktion eines derartigen Sichters ist unter der Bezeichnung Zentrifugalkraftwindsichter bei¬ spielsweise der EP-A-250 921 zu entnehmen. Wichtigstes Kenn¬ zeichen der Leistungsfähigkeit eines derartigen Sichters ist seine Trennschärfe, wobei die Trennschärfe von der Einhaltung der Trenngrenzen im Windsichter abhängig ist. Die Trenngrenze ist hiebei jene Korngröße, über der die auf das Korn wirkende massenabhängige Fliehkraft überwiegt und es zum Grobgutaustrag hinbefördert und unter der die der Fliehkraft entgegengesetzte Schleppkraft der Sichtgasströmung überwiegt und das Korn zum Feingutauslaß mitreißt. Insbesondere bei derartigen Zentri- fugalkraftwindsichtern ist die Fliehkraft im wesentlichen von der Tangentialgeschwindigkeit der Strömung abhängig und die Schleppkraft der Strömung von der Radialgeschwindigkeit der¬ selben. Bei rotierenden Rädern eines derartigen Zentrifugal- kraftwindsichters wird der Strömung in Rotorumfangsnähe eine im wesentlichen konstante Tangentialgeschwindigkeit erteilt und die Trenngrenze wird daher in hohem Maße von der Radial- geschwindigkeit bestimmt. Es ist bekannt, bei derartigen Zen- trifugalkraftwindsichtern unterschiedliche Schaufelformen zu wählen, um die jeweiligen Erfordernisse zu optimieren.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, eine Einrichtung der ein- gangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß nicht nur kompakte Baumaße und geringer Energieaufwand für das Mahlen erforderlich sind, sondern daß gleichzeitig die Spiralstrahl¬ mühle mit einer größeren Menge an aufzugebenden Mahlgut sicher betrieben werden kann und gleichzeitig die Trenngrenze für das Ausbringen von . Feingut verbessert wird. Abweichend von der bekannten Ausbildung mit einem statischen Sichter besteht die erfindungsgemäße Ausbildung zur Lösung dieser Aufgabe im wesentlichen darin, daß als Sichter ein rotierendes Sichtrad im Inneren der Strahlmühle verwendet wird, welches in eine Ebene eintaucht, in welcher der Fluidstrahl am Umfang der Strahlmühle mündet und daß die Austragsöffnung koaxial zur Ro¬ tationsachse des Sichtrades angeschlossen ist. Während die Vorteile eines rotierenden Sichtrades im Rahmen eines Sichters durchwegs bekannt sind und weiters die inhärenten Vorteile einer Spiralstrahlmühle gleichfalls Stand der Technik sind, ergibt sich durch die Kombination einer Spiralstrahlmühle mit einem zentrisch angeordneten Sichterrotor ein über den jewei¬ ligen Einzeleffekt bei weitem hinausgehender kombinatorischer Effekt. Durch entsprechende Wahl der Schaufeln des Sichtrades kann nämlich, wie eingangs bereits erwähnt, die radiale Kom¬ ponente der im Sichter entstehenden Kräfte in weiten Bereichen eingestellt werden und es kann auf diese Weise sichergstellt werden, daß ein Überkorn, welches nicht ausgetragen werden soll, in den eigentlichen Mahlraum nahe der Peripherie der Spiralstrahlmühle rückgefördert wird. Insgesamt wird es auf diese Weise möglich, die Spiralstrahlmühle abweichend von der bisher bekannten flachen zylindrischen Mahlkammerbauweise mit relativ hochbauenden zylindrischen Mahlkammern zu betreiben, sodaß bei wesentlich größerer Befüllung eine im wesentlichen vollständige Umsetzung der kinetischen Strahlenergie in Sto߬ energie und damit in Zerkleinerungsenergie sichergestellt wird. Die Zwangsrückführung von Überkorn aufgrund des zen¬ trisch angeordneten rotierenden Sichtrades ermöglicht hier die wesentlich höhere Befüllung als bei konventionellen Spiral¬ strahlmühlen und insgesamt wird somit nicht nur die Trenn¬ grenze verbessert und eine kompakte Bauweise erzielt, sondern es kann vielmehr auch gleichzeitig die Aufgabemenge an Mahlgut erhöht werden, wodurch die Effizienz der Spiralmühle gesteigert werden kann. Die Verbesserung der Mahleffizienz bezieht sich hiebei auf eine Verbesserung der Mahlleistung bei gleichzeitiger Verbesserung der Spritzkornfreiheit, sodaß mit der erfindungsgemäßen Kombination einer Spiralstrahlmühle mit einem integrierten Zentrifugalkraftwindsichter mahlenergeti¬ sche Werte erzielt werden, die den konventionellen Strahlmüh¬ len und den wesentlich aufwendigeren Fließbettstrahlmühlen deutlich überlegen sind. Durch den integrierten Sichterrotor kann der bisher wesentliche Nachteil einer Spiralstrahlmühle, nämlich die nicht saubere Oberkornbegrenzung, eliminiert wer¬ den. Durch die Abweiswirkung des Sichtrades gegenüber den grö¬ beren bzw. noch nicht fein genug gemahlenen Partikeln kann die Füllung des Mahlraumes mit Mahlgut erhöht werden und unab- hängig von der Beladungsdichte kann durch die Drehzahl des Sichtrades die Feinheit des ausgetragenenen Fertiggutes einge¬ stellt werden. In besonders vorteilhafter Weise ist daher die erfindungsgemäße Ausbildung so getroffen, daß der Sichterrotor mit einem stufenlos verstellbaren Drehantrieb versehen ist. Auf diese Weise gelingt es, eine auf die Zerkleinerungswirkung optimierte Beladungsdichte einzustellen und gleichzeitig neben einer Wirkungsgradverbesserung auch eine Trenngrenzenverbesse¬ rung zu erzielen.
Bei konventionellen Spiralstrahlmühlen mit nachgeschaltetem zentralangeschlossenem zyklonartigem Austrag ist eine Feinheitssteuerung des Fertiggutes in der Regel nur durch Erhöhung oder Verringerung der Beladungsdichte möglich. Demge¬ genüber bietet die erfindungsgemäße Ausgestaltung mit einem Sichterrotor eine wesentlich bessere Anpaßbarkeit an die Be- dürfnisse bei gleichzeitiger Verbesserung der eingangs bereits ausführlich dargelegten Mahlparameter.
In besonders einfacher Weise läßt sich die erfindungsgemäße Ausbildung auch selbsttätig den jeweiligen Erfordernissen an- gepaßt regeln, wodurch eine weitere Verbesserung der Effizienz erzielt wird. In besonders einfacher Weise ist hiefür die Aus¬ bildung so getroffen, daß die Stromaufnahme des Sichterrotors überwacht und als Regelgröße für die in der Zeiteinheit aufge¬ gebene Mahlgutmenge eingesetzt ist. Die Stromaufnahme des Sichterrotors ist hiebei eine relevante Kenngröße für die Auf¬ gabe des Mahlgutes, welche üblicherweise mittels pneumatischer Förderung aufgebracht wird, und es kann durch eine derartige Regelung der Betrieb der Spiralstrahlmühle weiter optimiert werden.
Um die Effizienz weiter zu steigern ist die Ausbildung mit Vorteil so getroffen, daß der Gehäuseoberteil der Mühle eine größere axiale Bauhöhe als der Gehäuseunterteil aufweist, wo¬ bei vorzugsweise die Seitenwände des Gehäuseoberteiles mit der Ebene, in welcher die Fluidstrahlen münden, einen Winkel von größer oder gleich 40° einschließen. Konventionelle Spiral¬ strahlmühlen haben von der Mittelebene aus gesehen nahezu immer den gleichen flachen Gehäusewinkel von Unter- bzw. Obergehäuse. Erfindungsgemäß wird das Obergehäuse ganz bewußt mit zumindest 40° oder mehr angestellt, um entsprechend viel Raum für das Mahlgut zu schaffen und dadurch sicherzustellen, daß die Mahlstrahlen immer ausreichend Mahlgut zur Verfügung haben und die Energie nicht sozusagen ungenützt verpufft.
Da man zu einer effektiven Sichtung immer eine Mindestoberflä- ehe beim Sichtrotor benötigt (abhängig von der Gasmenge) , um die Radialgeschwindigkeiten nicht zu groß werden zu lassen, ermöglicht diese hohe Bauweise auch einen höheren Rotor und damit kleinere Rotordurchmesser, was sich wieder günstig auf die ax. erreichbare Trenngrenze auswirkt.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist die Ausbildung so getroffen, daß am Umfang des Mahlraumes wenigstens eine weite¬ re Austragsöffnung für den Austrag von schwer mahlbaren Teil¬ chen vorgesehen ist. Die Austragsöffnung an der Peripherie der Mahlzone ermöglicht es, schwer mahlbare Nebenbestandteile so¬ wie die spezifisch schweren Bestandteile, wie z.B. Eisenabrieb aus den vorangegangenen Zerkleinerungsprozessen kontinuierlich während des Mahlvorganges in hoher Konzentration auszuschleu¬ sen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten AusführungsbeiSpieles näher erläu¬ tert. In dieser zeigen Fig.l eine Seitenansicht einer Spiral¬ strahlmühle im Vertikalschnitt und Fig. 2 eine Draufsicht auf die Mahlkammer teilweise im Schnitt.
In Fig.l ist mit 1 eine Spiralstrahlmühle bezeichnet. Die Spiralstrahlmühle 1 enthält eine Mahlkammer 2, wobei das Mahl¬ gut über eine Zuführung 3 in einen Fluidstrahl eingetragen wird. Durch ein zentral um eine Achse 4 rotierendes Sichtrad 5 wird eine Trennung zwischen Grobfraktion und feinkörniger Fraktion erzielt, wobei die Feinfraktion über die Austrags¬ öffnung 6 ausgetragen wird. Die Antriebswelle des Sichtrades 5 ist mit 7 bezeichnet und mit einem Motor 8 mit stufenlos ver- stellbarer Drehzahl verbunden. Die Antriebswelle 7 bzw. das Sichtrad ist gegenüber der Mahlkammer entsprechend gedichtet, wobei die Abdichtungen schematisch mit 9 angedeutet sind. Die Mahlkammer 2 hat eine gegenüber konventionellen Mahlkam¬ mern wesentlich größere Höhe a in axialer Richtung gemessen, sodaß insgesamt über die Zuführung 3 wesentlich mehr Material eingetragen werden kann. Die Seitenwände des Obergehäuses sind hiebei steiler angestellt um die größere axiale Bauhöhe zu erzielen. Die Befüllung der Mahlkammer wird noch dadurch ver¬ bessert, daß durch das Sichtrad 5 Partikel mit Übergröße zu¬ rück in den Mahlraum in radialer Richtung auswärts geschleu- dert werden, wodurch der Zerkleinerungseffekt verbessert wird.
In der Darstellung nach Fig.2 ist die Einströmrichtung der Strahldüsen schematisch mit 10 angedeutet, die Spiralströmung im Inneren der Mahlkammer führt zu einer Zerkleinerung des Mahlgutes, wobei die Spiralströmung in die Sichtzone übergeht, in welcher um die zentrale Achse 4 rotierbar das Sichtrad 5 angeordnet ist.
In Fig.l ist mit 11 diejenige Ebene bezeichnet, in welcher der Fluidstreihl am Umfang der Strahlmühle mündet. Weiters ist mit 12 eine weitere Austragsöffnung angeordnet. Die unterschied¬ liche Mahlbarkeit von mineralischen Rohstoffen, vor allem der meist mit eingeschlossenen Nebenbestandteile, wie Quarz, Kal¬ zit, Dolomit usw. bewirkt eine Anreicherung von schwer ahlba- ren Teilchen in der Mahlzone. Die weitere Austragsöffnung 12 kann mit einer Zellradschleuse als Druckabsperrorgan ausge¬ stattet sein.

Claims

Patentansprüche:
1. Spiralstrahlmühle mit integriertem Sichter, bei welcher das Mahlgut in den Fluidstrahl eingetragen und die Feinfraktion über eine zentrale Austragsöffnung ausgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Sichter ein rotierendes Sichtrad (5) im Inneren der Strahlmühle (1) verwendet wird, welches in eine Ebene (11) eintaucht, in welcher der Fluidstrahl am Umfang der Strahlmühle (1) mündet und daß die Austragsöffnung (6) koaxial zur Rotationsachse (4) des Sichtrades (5) angeschlossen ist.
2. Spiralstrahlmühle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich¬ net, daß der Sichterrotor (5) mit einem stufenlos verstellba- ren Drehantrieb (8) versehen ist.
3. Spiralstrahlmühle (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Stromaufnahme des Sichterrotors (5) überwacht und als Regelgröße für die in der Zeiteinheit aufge- gebene Mahlgutmenge eingesetzt ist.
4. Spiralstrahlmühle (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäuseoberteil der Mühle (1) eine größere axiale Bauhöhe als der Gehäuseunterteil aufweist.
5. Spiralstrahlmühle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da¬ durch gekennzeichnet, daß die Seitenwände des Gehäuseobertei¬ les mit der Ebene, in welcher die Fluidstrahlen münden, einen Winkel von größer oder gleich 40° einschließen.
6. Spiralstrahlmühle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß am Umfang des Mahlraumes (2) wenigstens eine weitere Austragsöffnung (12) für den Austrag von schwer mahlbaren Teilchen vorgesehen ist.
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