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2.2.3 Berechnung nach der BOND’schen FormelDurch die von BOND empirisch ermittelte Formel (Gl. 13) für den BOND-Test, ergibt sich Wi für eine Nassüberlaufkugelmühle mit D=2,44 m, die im vollgeschlossenen Kreislauf mit einem Klassierer und einer umlaufenden Last von 250% arbeitet zu: 4,90Wi = ( 13 ) do0,23 • G0,82 • (d'80 -0,5 -d80 -0,5 ) Mit dieser Gleichung und den Werten aus Tabelle 4 ergibt sich für die Absiebung bei einer Korngröße von 90 mm ein Arbeitsindex von In diesem Falle bestätigt sich eindeutig die BOND’sche Aussage, dass die Änderung der oberen Korngröße im Bereich von 75 bis 250 mm keine große Auswirkung auf den Arbeitsindex hat. Wie bereits erwähnt wird in der Literatur [1] für Zementklinker ein Arbeitsindex von Wi»15,0 kWh/t angegeben. Die Differenz zwischen diesem Wert und dem ermittelten Arbeitsindex entsteht, da nicht die originale BOND-Mühle verwendet wurde (s.o.). 2.2.4 Berechnung mit Hilfe der Kugelmahl-Sicht-AnlageWie in Punkt 2.2.2 kann auch mit der Kreislaufmahlung auf der Kugelmahl–Sicht– Anlage der BOND’sche Arbeitsindex bestimmt werden. Hierbei ist es erforderlich, die massebezogene Zerkleinerungsarbeit WB mit Hilfe der Software PMP-Compact zu ermitteln (Erläuterungen siehe Abschnitt 4.1). Dazu wird ein Mühlenmodell erstellt (siehe Punkt 4.2.5), wobei als Aufgabegut die Partikelgrößenverteilung der Mühlenaufgabe mit dem jeweiligen Mühlendurchsatz und als Mühlenprodukt, die Partikelgrößenverteilung des Umlaufgutes zu verwenden sind. Für die Berechnung benötigt das Programm die Leistungsaufnahme des Motors und den Durchsatz der Mühle. Der Durchsatz, welcher bereits im Körnungsobjekt des Ausgangsmaterials enthalten ist, wird automatisch in das Mühlenmodell übernommen. Der Antriebsmotor der Mühle wurde mit einem kWh–Zähler ausgestattet, womit die Leistungsaufnahme ermittelt werden kann. Die Werte der einzelnen Durchläufe, welche aus den Mahlprotokollen (siehe Anlage) stammen, wurden zu einem Mittelwert zusammengefasst und in das Programm eingegeben. Im Anschluss errechnet das Programm die wichtigsten Daten der Mühle und gibt sie in Form einer Tabelle (siehe Abb. 14) aus. ( 14 ) WB == = 31,99 kWh/t D 0,0869 t / h
Als weiterer Parameter wird bei der Analyse das Zerkleinerungsverhältnis as_rr berechnet, welches für eine spätere Beurteilung des Mahlvorganges von entscheidender Bedeutung ist. Der erhaltene Wert für WB wird in die unter Punkt 2.2.2 hergeleitete Formel eingesetzt, und man erhält damit den Arbeitsindex nach BOND für die Kugelmahl-Sicht-Anlage. Für die Berechnung wurden die Messdaten der Kreislaufmahlung bei einer Sichterdrehzahl von 1150 U/min verwendet. Da es sich bei der Kugelmahl-Sicht-Anlage nicht um die von BOND beschriebene Nassüberlaufmühle mit D=2,44 m handelt, werden auch hier die in Punkt 2.2.1 beschriebenen Korrekturwerte angewendet. Somit können die Werte aus den vorangegangenen Berechnungen mit denen der Kugelmahl–Sicht–Anlage verglichen werden. Es ergeben sich folgende Korrekturfaktoren:
Trifft nicht zu, da 14,3 d80 =2158,641< 3877,99 = 4000 Wi in µm Sehr feine Aufmahlung (nur bei Trockenmahlung), wenn d’80 < 75 µm d'80`+10,3 48,13 + 10,3 k4 == = 1,06 1,145 • d'80 1,145 • 48,13 • Niedriges Zerkleinerungsverhältnis Damit ergibt sich Wi für die Kugelmahl-Sicht-Anlage zu: 111 111 Wi = WiKMSA ••• = 26,08 • ••= 15,21kWh/tk1 k2 k3 1,244 1,30 1,06 Diese Berechnung wurde nun auf die ersten vier Sichterdrehzahlen angewendet. Die verwendeten Messdaten und Ergebnisse sind in Tabelle 6 und Abb. 15 dargestellt.
Tabelle 6: Verwendete Messdaten und Ergebnisse Wie aus der Tabelle zu erkennen ist, ergibt sich bei den ersten beiden Sichterdrehzahlen ein konstanter Arbeitsindex von Wi»15 kWh/t, aber bei den folgenden Drehzahlen nimmt Wi rapide ab. Dies hat zum einen die Ursache darin, dass sich die obere Korngröße der ersten beiden Mahlprodukte in der Nähe des Bereiches befindet, welcher von BOND angegebenen wurde (75-250 µm), und zum anderen darin, dass die Durchsätze der Mühle bei 3000, 4000 und 5000 U/min sehr hoch (500 – 2500 %) sind und somit der Arbeitsindex sehr gering ausfällt. Im Normalfall beträgt der Durchsatz einer Mühle im Kreislaufbetrieb 200–400 %. Eine Ursache für die zu hohen Durchsätze könnte darin bestehen, dass die Produktaufgabemenge zu groß ist, sich dadurch die Zerkleinerungsleistung verringert, der Umlaufmassestrom erhöht und durch den hohen Sichterdurchsatz die Produktfeinheit verschlechtert. Eine Kompensation wäre zu erreichen, wenn die Aufgabemenge reduziert würde. Um zu überprüfen, ob die Berechnung des BOND’schen Arbeitsindex mit Hilfe der Kugelmahl-Sicht-Anlage problemlos durchgeführt werden kann, wird mit Werten aus einer parallel laufenden Diplomarbeit [11] verglichen. Dazu sind in Tabelle 7 die Messdaten und Ergebnisse bei einer Sichterdrehzahl von 1150 U/min dargestellt.
Tabelle 7: Vergleich mit anderen Versuchsreihen Der mit der Kugelmahl-Sicht-Anlage ermittelte spezifische Arbeitsindex des Altbetons weist wie beim Zementklinker eine vertretbare Abweichung in Bezug auf den BOND-Test auf. Beim Arbeitsindex des Hüttensandes hingegen ist eine erhebliche Abweichung festzustellen, welche zur Zeit noch nicht eindeutig geklärt werden konnte. Eine Ursache hierfür könnte - wie schon oben beschrieben - ein zu hoher Durchsatz sein also demzufolge ein zu hoher Aufgabestrom. Um dies zu belegen, müssten weitere Versuche durchgeführt werden. 2.2.5 Zusammenfassung und AuswertungDie Bestimmung der Mahlbarkeit mit dem BOND–Testes wird in der Literatur im Allgemeinen immer so beschrieben, wie sie auch hier durchgeführt wurde. Die Berechnung mit Hilfe der von BOND ermittelten Näherungsbeziehung (Punkt 2.2.2) bei einer oberen Korngröße von 200 µm erzielte ein sehr genaues Ergebnis, welches auch mit Angaben der Literatur vergleichbar ist. Die speziell für den BOND-Test bestimmte Formel erbrachte kein vergleichbares Ergebnis, da nicht die originale BOND-Mühle zum Einsatz kam. Es wäre jedoch denkbar, mit Hilfe von Versuchen an der originalen Mühle, einen Faktor k für die BOND-Formel zu ermitteln, welcher die unterschiedliche Bauweise kompensiert. Mit der Kugelmahl-Sicht-Anlage konnte ebenso wie mit der KARSDORFER Kugelmühle der Arbeitsindex Wi mit Hilfe von Korrekturfaktoren berechnet werden. Auch hier wurde mit der Näherungsbeziehung von BOND bei einer oberen Korngröße von 200 µm ein optimales Ergebnis erzielt. Bei der Bestimmung des Arbeitsindex mit der Kugelmahl-Sicht-Anlage muss mit größeren Abweichungen gerechnet werden, da sich hier durch Schwankungen des Umlaufmassestromes erhebliche Fehler ergeben können. Die Bestimmung mit Hilfe des BOND-Testes hingegen ergibt einen sehr genauen Wert, da hier mit einem konstanten Umlaufstrom von 350 % gearbeitet wird. Wie sich zeigt, ist eine obere Korngröße von 200 µm bei der Bestimmung des spezifischen Arbeitsindex anzustreben, da hier verglichen mit Angaben aus der Literatur optimale Ergebnisse erzielt werden können. Die BOND’sche Berechnung ist eine empirische Methode, die, wie im Punkt 2.2.1 erörtert eine Reihe von Einflussgrößen durch empirische Korrekturfaktoren erfasst. Jedoch darf nicht übersehen werden, dass einerseits die Korngrößenverteilung von Aufgabe- und Fertiggut nur jeweils durch eine charakteristische Korngröße (d80 bzw. d’80) beschrieben wird und dass andererseits einige Einflussgrößen keine Berücksichtigung finden, wie z.B.:
3 Kleintechnische Mahlung3.1 Ziel der UntersuchungUm eine spätere Simulation mit der Software PMP–Compact realisieren zu können, müssen die Eigenschaften der Mahlanlage für jeweils einen bestimmten Stoff ermittelt werden. Wichtige Eigenschaften:
Dazu ist es notwendig, dass die Anlage mit möglichst vielen verschiedenen Einstellungen gefahren wird, um die Eigenschaften der Mühle, des Sichters und des Zyklons charakterisieren zu können. In dieser Arbeit wurde als Aufgabegut Zementklinker verwendet, welcher in der Kugelmahl-Sicht-Anlage mit sechs verschieden Sichterdrehzahlen gemahlen wurde. In einer anderen Diplomarbeit [11], welche parallel zu dieser lief, wurden zwei weitere Stoffe (Altbeton und Hüttensand) mit mehreren Einstellungen gemahlen. Die Messdaten aus diesen Durchläufen wurden in dieser Arbeit verwendet, um die Wirkung der unterschiedlichen Stoffeigenschaften auf die Simulation zu untersuchen. 3.2 Aufbau und Funktionsweise der Kugelmahl–Sicht–AnlageBei der Anlage (Abb. 16), welche 1997 von der Firma HOSOKAWA ALPINE AG erworben wurde, handelt es sich um eine Mahl-Sicht-Anlage für unterschiedliche Baustoffe. Sie ist dafür vorgesehen, in mehreren, verfahrenstechnisch unterschiedlichen Arten betrieben zu werden:
Bei der Kreislaufmahlung, welche auch Gegenstand dieser Arbeit ist, wird das Mahlgut nach dem Verlassen der Mühle einem Klassierprozess unterzogen, um ausreichend feines Material von der groben Fraktion zu trennen, welches erneut der Mühle zugeführt wird. Im Gegensatz zur Kreislaufmahlung findet bei der Durchlaufmahlung keine Rückführung des gesichteten Materials statt, sondern nur die einmalige Mahlung und Sichtung. Die Mahl–Sicht–Anlage arbeitet im Durchluftbetrieb. Die dem Filter nachgeschaltete Vakuumpumpe saugt die Luft durch die Anlage (Sichter, Zyklon, Filter) und bläst sie ins Freie aus. Als Luftabschluss gegenüber der Umgebung und um die unterschiedlichen Wege von Luft- und Materialfluss zu gewährleisten, dienen Zellenradschleusen. Die Ansaugung geschieht über eine spezielle Ansaugleitung am Sichter und außerdem aus der Kugelmühle heraus, was der Entstaubung dieser Mühle dient. 250 m³/t werden der Umgebung entnommen. Diese Luft, die Spülluft vom Sichter und die Zusatzluft vor der Vakuumpumpe werden nach außen geführt. Die Luftmengenströme können mit Hilfe von Drosselklappen reguliert werden. 3.2.1 Technische Daten vom Mahl–Sicht–KreislaufAbmessungen : D x L = 0,82 m x 0,7 m; V = 0,37 m³ Abmessungsverhältnis : L/D = 0,85 ? Kugelmühle mit peripherem Austrag Drehzahl (unveränderlich) : n = 32 min-1 Mahlkörpergewicht : mk = 360,5 kg Mahlkörpervolumen : Vk = 0,049 t/m³ Mahlkörperfüllungsgrad : jKF = 0,205 Mahlgutfüllungsgrad : jGF = 0,172 kritische Drehzahl : nkrit. = 46,7 U/min relative Drehzahl : Y = n / nkrit. = 0,68 überschlägige Antriebsleistung: ( 15 ) P = (4 + 15 • fK) • L • D(1,5+n / nkrit.) P = (4 + 15 • 0,3) • 0,7 • 0,82(1,5+0,86) = 3,86 kW 3.3 Einstellungsmöglichkeiten an der Anlage3.3.1 Regelung der Produktaufgabemenge Die Kugelmühle steht zur Überwachung der Mahlgutmenge auf Wägezellen. Das Mahlgutgewicht wird über eine Digitalanzeige dargestellt. Mit Hilfe der Dosierrinne kann das Mahlgutgewicht der Kugelmühle konstant gehalten werden. Hierzu ist die Dosierrinne mit einem Potentiometer ausgestattet und muss bei Abweichungen vom Mahlgutsollgewicht manuell nachgeregelt werden. Mahlgutgewicht zu gering ? Dosiermenge erhöhen Die Mahlgutmenge muss über das Mahlgutvolumen bestimmt werden. 3.3.2 Einstellung der UmlaufmengeUm ein Übermahlen in der Kugelmühle zu verhindern, muss die Umlaufmenge vom Kugelmühlenkreislauf in Abhängigkeit der gewünschten Produktfeinheit eingestellt werden. Hierzu kann über unterschiedlich breite Platten, die den Austrittspalt der Mühle verändern, die Umlaufmenge eingestellt werden. Die Einstellung dieses Spaltes ist sowohl feinheitsabhängig als auch materialabhängig und muss außerdem unter Beachtung der Stromaufnahme des Sichtermotors vorgenommen werden. Die Einstellung erfolgt bei der Inbetriebnahme. 3.3.3 Einstellung der Luftmenge am SichterDer Gesamtluftvolumenstrom, der durch den Sichter strömt, kann mittels einer handverstellbaren Drosselklappe verändert werden. Diese ist zwischen Filter und Vakuumpumpe angeordnet und reguliert über einen Zusatzluftstrom die Sichtluftmenge. Der Nennvolumenstrom für den Sichter beträgt ca. 250 m3/h. Die Sichtluft zuzüglich der Sichterspülluft und Zusatzluft beträgt ca. 300 m3/h. Die genaue erforderliche Luftmenge ist in den während der Inbetriebnahme durchzuführenden Versuchen zu ermitteln und einzustellen. Dabei ist darauf zu achten, dass die Stromaufnahme des Vakuumpumpenmotors den Nennstrom nicht überschreitet. 3.3.4 Einstellung der TrenngrenzeDie Einstellung der Trenngrenze des Sichters kann über den gesamten Luftdurchsatz und über die Drehzahl des Sichtrades erfolgen. Da der Luftdurchsatz jedoch normalerweise unverändert bleibt, wird die Trenngrenze lediglich über die Sichtraddrehzahl verändert: hohe Drehzahl ? feine Sichtung niedrige Drehzahl ? grobe Sichtung bei konstantem Volumenstrom geringer Volumenstrom ? feine Sichtung großer Volumenstrom ? grobe Sichtung bei konstanter Drehzahl 3.3.5 Regelung der ProduktaufgabemengeMahl-Sicht-Betrieb Die Einstellung der Produktaufgabemenge wird begrenzt durch die Leistung vom Sichtermotor. Angezeigt wird hierfür die Stromaufnahme des Motors. Im Betrieb muss diese unterhalb der Nennstromaufnahme liegen. Im Anlagenbetrieb bei der Mahl-Sichtung entspricht die Aufgabemenge des Sichters der Umlaufmenge. Nur-Sicht-Betrieb Beim Nur-Sicht-Betrieb erfolgt die Dosierung direkt über die Dosierrinne
und wird begrenzt durch die Kapazität, sprich die Stromaufnahme vom
Sichterantrieb. Die Stromaufnahme wird über ein Amperemeter angezeigt. Bei zu
hoher Stromaufnahme muss die Dosierleistung heruntergeregelt werden. |