4.2.8 Kontrolle der Simulation

Um beurteilen zu können, ob das Modell den realen Mahlprozess simulieren kann,
sollte zur Kontrolle ein Vergleich durchgeführt werden.
Dies ist nur möglich, wenn Messdaten der realen Anlage vorliegen. Bei den drei Ma-
terialien, welche in dieser Diplomarbeit untersucht wurden, ist dies der Fall.
Da sich die Simulation bezugnehmend auf die Massenströme eigenständig prüft (s.a.
Punkt 4.2.1.1), kann davon ausgegangen werden, dass die Bedingung:

Massestrom Aufgabe = Massestrom Produkt

erfüllt ist, wenn ein stationärer Zustand angezeigt wurde.
Ob die Masseströme im System mit denen aus der realen Mahlung übereinstimmen,
kann überprüft werden, indem das Feld INFO des Simulationsobjektes UMLAUF oder
GROBGUT angewählt wird. In diesem Feld ist der Wert des Massestromes abgelegt.

Eine weitere Kontrollmöglichkeit ergibt sich durch den Vergleich der Partikelgrößenverteilungen des simulierten Mahlproduktes mit der des realen Produktes. Im optimalen Fall sollten diese Verteilungen identisch sein. In Abb. 43 ist die Partikelgrößenverteilung des simulierten Mahlproduktes und des realen Produktes bei einer Sichterdrehzahl von 5000 U/min abgebildet.

Hier ist sehr gut zu erkennen, dass ein optimales Simulationsergebnis vorliegt, denn die Verteilungen der realen und simulierten Mahlung sind fast identisch. Weiterhin können ebenso die Grobgut- und Umlaufmasseströme durch den Vergleich der Partikelgrößenverteilung kontrolliert werden. Auch in diesem Fall stellt man die reale und simulierte Partikelgrößenverteilung (siehe Abb. 44) in einem Diagramm dar. Dieses Diagramm bietet nicht nur eine Kontrollmöglichkeit der gesamten Simulation, sondern es kann anhand der Verteilungsabweichung erkannt werden, wie gut sich das Sichtermodell in den Gesamtprozess einpasst.

In diesem Fall kann man sehr deutlich erkennen, dass auch der Grobgutmassestrom in der Simulation ähnliche Eigenschaften aufweist wie der aus der realen Mahlung.

4.2.9 Simulation der fehlenden Drehzahlen

Um durch Simulation Voreinstellungen wie Sichterdrehzahl oder Spaltweite vorauszusagen, sollten bestimmte Vorüberlegungen durchgeführt werden. Zum einen stellt sich die Frage, welche Partikelgrößenverteilung bzw. welche obere Korngröße angestrebt wird und zum anderen mit welchem Durchsatz die Anlage betrieben werden soll.

Im Allgemeinen sollte wie folgt vorgegangen werden:

1. Unter Verwendung von Abb. 19 (siehe Abschnitt 3.5.1) und dem bevorzugten Anlagedurchsatz ergibt sich eine entsprechende Sichterdrehzahl und die dafür notwendige Spaltweite.
2. Nach der Eingabe der Werte wird die Simulation gestartet.
3. Ergebnisse wie der d’80-Wert, die spezifische Energie und die Eingabewerte sollten dokumentiert werden.
4. Nun können ähnliche Einstellungen simuliert werden, um ein optimales Produkt zu erreichen.

In der Auswertung ist besonders auf die spezifische Energie zu achten, denn diese sollte bei einem zu erreichendem Produkt so gering wie möglich sein. Um ein Überlaufen der Mühle oder einen instationären Zustand zu vermeiden, ist es angebracht, eine Aufgabemenge zu verwenden, welche sich im Bereich der Kurve von Abb. 19 befindet. Entnimmt man die Werte direkt am Schnittpunkt der jeweiligen Kurve, so stellt sich ein Umlaufmassestrom ein, bei dem die Mühlenfüllung konstant die gleiche Masse besitzt, was auch in der Praxis Anwendung findet. Nachfolgend werden einige Einstellungsveränderungen und ihre Wirkung auf das Mahlprodukt beschrieben:

• • Erhöhung des Aufgabegutmassestromes
  • ? d’80 und Umlaufmassestrom erhöhen sich und as_rr verringert sich
  • Erhöhung der Sichterdrehzahl
  • ? d’80 und as_rr verringern sich und der Umlaufmassestrom erhöht sich
  • Erhöhung der Spaltweite
    • d’80 und Umlaufmassestrom verringern sich und as_rr erhöht sich
    • Erhöhung der Aufgabemenge möglich

Verringerungen bewirken den gegenteiligen Effekt. Eine weitere Möglichkeit zur positiven Beeinflussung des Produktes besteht darin, die Partikelgrößenverteilung des Aufgabegutes zu verändern. Diese Variante ist besonders aus energetischer Sicht interessant, da durch eine andere Verfahrensweise bei der Vorzerkleinerung, z.B. durch Verwendung eines Prallbrechers, der Energieaufwand insgesamt verringert werden kann. Es kann eine bestimmte Partikelgrößenverteilung als Aufgabegut eingegeben werden und dadurch, dass die Software den Energieaufwand während der Simulation berechnet, ist es relativ schnell möglich, eine energiesparende Lösung zu finden. Bei der Altbetonmahlsimulation ist zu erwähnen, dass für die Erstellung des Modells nur Messdaten bis zu einer Sichterdrehzahl von 6000 U/min vorlagen. Die Simulation dagegen kann bis zur maximalen Drehzahl von 12000 U/min arbeiten. Dabei ist aber mit einem zunehmendem Fehler ab 6000 U/min zu rechnen, da der weitere Verlauf auf der Kugelmahl-Sicht-Anlage unbekannt ist. In der folgenden Abbildung sind im Abstand von 1000 U/min alle Simulationsprodukte mit den dazugehörigen Sichterdrehzahlen dargestellt, welche mit dem Modell ALTBETON simuliert wurden.

4.3 Modell der Hüttensandmahlung

4.3.1 Modellerstellung

Die Hüttensandmahlung verlief im Allgemeinen problemlos, weshalb auch relativ viele Mahldurchläufe unternommen wurden. Bei der Modellerstellung ergab sich allerdings eine Besonderheit, denn ab einer Sichterumdrehungszahl von 6000 U/min wurde der Zyklon übergangen und damit der zweite Klassierprozess weggelassen. Dies war zweckmäßig, da die Produktfeinheit zu groß wurde. Bedingt dadurch änderten sich die Druckverhältnisse im System und demzufolge auch die Sichteigenschaften, wodurch für die Modellierung die Erstellung eines zweiten Sichtermodells erforderlich wurde, in dem die veränderten Eigenschaften berücksichtigt werden konnten. Die Kornanreicherungskurve wurde aus der Altbetonsimulation übernommen und durch die in Punkt 4.2.7.2 beschriebene Korrekturmaßnahme geringfügig verändert bzw. angepasst. Dies war möglich, da die Analysen der Mahldurchläufe einen ähnlichen Kurvenverlauf beschreiben, wie die Kornanreicherungskurven der Altbetonmahlung. Wie in Abb. 46 ersichtlich, handelt es sich bei der Korrektur nur um eine geringe Abweichung im Bereich kleiner 0,1 µm.

Des Weiteren wurde bei der Erstellung der Modellobjekte der Hüttensandmahlung genau so verfahren, wie bei der Altbetonsimulation. Die folgenden Diagramme geben die Sichtereigenschaften bei der Hüttensandmahlung wieder. Sie stellen gleichzeitig den Potenzproduktsatz des Sichtermodells dar.

Abb. 47:Trennkorngröße in Abhängigkeit von der Sichterdrehzahl (Anlage ohne Zyklon)

Der sichterabhängige Optimaldurchsatz der Anlage für die Hüttensandmahlung wurde durch die Versuche ermittelt (Tabelle 12) und in Abb. 49 mit Hilfe einer exponentiellen Trendfunktion dargestellt.

Tabelle 12: Zusammenfassung der Hüttensanddurchläufe

4.3.2 Überprüfung der Simulation

Vergleicht man die Daten der Simulation mit den realen Messdaten (Abb. 50), so kann man erkennen, dass das Modell der Hüttensandmahlung ein optimales Simulationsergebnis erzielt.

In Abb. 51 wurde das gesamte Simulationsspektrum des Modells der Hüttensandmahlung abgebildet, um den kontinuierlichen Verlauf der Partikelgrößenverteilung bei Veränderung der Sichterdrehzahl zu veranschaulichen.

4.4 Modell der Zementklinkermahlung

4.4.1 Modellerstellung

Bei der Zementklinkermahlung wurden sechs Versuche durchgeführt. Da es erhebliche Probleme mit der Konstanz der Stoffströme und mit dem Transport des Mahlgutes im System gab, war es erforderlich, den Zyklon von Anfang an herauszunehmen. Ebenso wie bei der Hüttensandsimulation wurde auch hier die Kornanreicherungskurve des Mühlenmodells aus der Altbetonsimulation übernommen und - wie in Abb. 52 zu sehen ist - geringfügig angepasst.

Bei der weiteren Modellerstellung wurde wie bei der Erstellung des Altbetonmodells verfahren.

Die Abhängigkeit der Trennkorngröße von der Umdrehungszahl des Sichters wird durch die Abb. 53 verdeutlicht.

Da bei der Klinkermahlung eine Spaltweite von 1,5 cm bei allen Durchläufen am effektivsten war, wurde ausschließlich diese verwendet. In der folgenden Tabelle sind die Messdaten der Versuche zusammengefasst. Mit Hilfe dieser Werte wurde auch für die Klinkermahlung der ideale Anlagedurchsatz in Abhängigkeit von der Sichterdrehzahl dargestellt (Abb. 54).

Tabelle 13: Zusammenfassung der Zementklinkerdurchläufe

Bei einer Umdrehungszahl von 2000 U/min konnte sich das System so gut wie nicht stabilisieren und demzufolge kam es auch zu unterschiedlichen und unrealen Messergebnissen. Deshalb war es erforderlich, mit Hilfe der Erfahrungen, welche bei der Altbeton- und Hüttensandmahlung gemacht wurden, die falschen oder fehlenden Werte durch Erfahrungswerte zu ersetzen.

4.4.2 Überprüfung und Simulation der fehlenden Drehzahlen

Um zu verdeutlichen, dass auch das Modell der Zementklinkermahlung optimale Simulationsergebnisse erzielt, wurden in Abb. 55 einige Messdaten der realen und simulierten Mahlung gegenübergestellt.

Anhand der Zementklinkermahlung kann sehr anschaulich verdeutlicht werden, wofür eine Modellierung zweckmäßig verwendet werden kann. Da aus Zeitmangel nur sechs Versuche mit sechs verschiedenen Sichterdrehzahlen an der Anlage durchgeführt werden konnten, ist es durch die Simulation kein Problem mehr, die fehlenden Partikelgrößenverteilungen und Durchsätze der restlichen Sichterdrehzahlen zu berechnen. Es besteht sogar die begründete Vermutung, dass durch die ermittelten Ergebnisse eine recht exakte Prognose mit nur drei Versuchsdurchläufen möglich ist. In der folgenden Abbildung ist das gesamte Simulationsspektrum für die Zementklinkermahlung dargestellt.

4.5 Vergleich der drei Modelle

Prognostisch ist anzustreben, dass aufgrund von bestimmten Stoffeigenschaften, welche im Vorfeld bekannt sind, ohne Versuchsdurchläufe ein Modell entwickelt werden kann, mit dessen Hilfe grundlegende Einstellungen für die Anlage prognostiziert werden können. Um die Realisierbarkeit zu überprüfen, wurden in Tabelle 14 und Abb. 57-60 Daten zusammengestellt, aus denen man erkennen könnte, welche stoffspezifischen Größen eine Vorhersage der Modelle ermöglichen:

Tabelle 14: Vergleich der Modelldaten Aufgrund dieser Daten der drei Modelle, ist eine Vorhersage für das Mühlenmodell der Simulation nicht möglich. Zum einen ist es problematisch vorauszusagen, wie die Kornanreicherungskurve im Feinstbereich auszusehen hat (Abb. 57) zum anderen ist keine Abhängigkeit der Zerkleinerungsverhältnisse von der Mahlbarkeit oder dem spezifischen Arbeitsindex erkennbar. Daher ist es vorerst notwendig Versuchsdurch-Die Anlagendurchsätze dagegen schwanken bei den drei untersuchten Materialen nur gering. Es ist eine Abhängigkeit zwischen dem Durchsatz und dem spezifischen Arbeitsindex zu erkennen. Aus Abb. 59 wird ersichtlich, je kleiner der Arbeitsindex, um so größer der Anlagedurchsatz. Bei neuen Materialien kann zwischen den vorhandenen materialspezifischen Durchsatzkurven interpoliert werden.

Beim Sichtermodell müsste die Vorhersage mittels der Dichte möglich sein. Um dies zu belegen, sind in Abb. 60 die drehzahl- und durchsatzabhängigen Verläufe der Trennkorngröße abgebildet. Wie zu erkennen ist, sind die Verläufe der Altbeton- und Hüttensandkurve so gut wie gleich, da auch die Dichten fast identisch sind. Die Dichte von Zementklinker ist größer und demzufolge ist die Trennkorngröße bei gleichen Bedingungen kleiner, da der Luftstrom die kleinen aber schwereren Partikel nicht mitreißen kann. Hieraus wird weiterhin geschlussfolgert, dass sich durch ein Material mit höherer Dichte der Grobgutstrom vergrößert. Um ein stoffunabhängiges Sichtermodell zu entwerfen, müsste man sich eines Potenzproduktsatzes bedienen, in dem die Dichte berücksichtigt wird. Da aber für einen solchen Ansatz mindestens drei Sichtermodelle mit möglichst sehr unterschiedlichen Materialdichten vorliegen müssen, ist eine Erstellung zu diesem Zeitpunkt nicht möglich, da die Dichten von Altbeton und Hüttensand zu eng beieinander liegen und damit der Potenzproduktansatz zu ungenau ist.