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2 Theoretische Grundlagen 2.3 Prozessparameter von Mahlkörpermühlen - 16 2.3.2.2 Mahlkörper •Mahlkörperarten Eine bedeutende Gruppe von Mühlen besitzen frei bewegliche Mahlwerkzeuge. Diese befinden sich innerhalb eines geschlossenen, rotierenden, zylindrischen oder konischen Mahlraums. Die auch Mahlkörper genannten Mahlwerkzeuge können sich in Form, Größe, Material und Gattierung unterscheiden. Diese vielfältigen Parameter der Mahlkörper beeinflussen den Erfolg des Zerkleinerungsprozesses entscheidend. Abbildung 6: Mahlkörperarten; Stahlkugeln und Cylpebse Je nach Mahlkörper bzw. Behälterform werden diese Schwerkraftmühlen als Kugel-, Autogen-, Stab- bzw. Trommel-, Konus- oder Rohrmühlen bezeichnet. Kugeln, Cylpebse (siehe Abb. 6) und Stäbe werden aus Stahl oder Guss hergestellt, da die Mahlkörper einerseits möglichst schlagunempfindlich sowie verschleißfest sein sollen und andererseits die hohe Materialdichte der Mahlkörper das Erlangen der benötigten Zerkleinerungsenergie begünstigt. Für eine eisenfreie bzw. eisenarme Vermahlung kommen keramische Mahlkörper und Mahlräume zum Einsatz. Natursteine wie z.B. Flintstein und Granit haben als Mahlkörper in der modernen Aufbereitungstechnik mehr und mehr an Bedeutung verloren. Grosse Mahlgutstücke übernehmen jedoch weiterhin in Autogenmühlen die Funktion von Mahlkörpern. Am verbreitetsten ist die Verwendung von Stahlkugeln in Mahlkörpermühlen. Im Versuchsprogramm wurden neben den Kugeln auch Cylpebse verwendet, um den Einfluss der Mahlkörperform auf die Mahlgutfeinheit zu untersuchen. Cylpebse (cylindrical pebbles) sind annähernd zylindrische Mahlkörper mit einem Länge-Durchmesser-Verhältnis von ca. eins (siehe Tab. 1). 2 Theoretische Grundlagen 2.3 Prozessparameter von Mahlkörpermühlen - 17 •Gattierung Eine Mahlkörperfüllung setzt sich aus Mahlkörpern unterschiedlicher Größe zusammen. Die Gattierung definiert sich als die Anpassung der Mahlkörpergröße an die Mahlgutfeinheit. Die passende Mahlkörpergrößenverteilung richtet sich, unter Berücksichtigung der Korngrößenverteilung und Mahlbarkeit des Aufgabegutes, nach der geforderten Partikelgrößenverteilung eines Produkts. In der Praxis werden die kleinsten Mahlkörper nach der geforderten Feinheit und die größten Mahlkörper nach Größe und Menge der Grobanteile des Aufgabegutes ausgewählt. Durch vorgeschaltete Brechprozesse kann die obere Korngröße des Aufgabegutes herabgesetzt werden, um eine effiziente Energieausnutzung des Mühlenbetriebs zu erreichen. Bei Zwei- bzw. Dreikammermühlen werden im Durchlaufbetrieb in den Grobmahlkammern Mahlkörper von 100 mm – 40 mm Durchmesser und in Feinmahlkammern Mahlkörper von 40 mm – 10 mm Durchmesser verwendet. Die Anzahl der Mahlkörperkontakte und damit die Anzahl der Beanspruchungszonen sollte im Hinblick auf die Zerkleinerungskinetik möglichst groß sein. Dies ist bei Gattierungen mit einem hohen Anteil an kleinen Mahlkörpern zum Beispiel in Feinmahlkammern zu beobachten. Für die kleintechnische Mahlung wurde die Mahlkörperart variiert. Für die Durchlauf- bzw. Chargenmahlungen wurden sowohl Stahlkugeln als auch Cylpebse verwendet. Hierbei standen für die Versuche die in Tabelle 1 aufgeführten Gattierungen zur Verfügung. Die Oberflächen AO der Mahlkörper wurden näherungsweise über die Masse-Geometrie-Beziehung berechnet. Im Vergleich der Mahlkörperart zeigt sich, dass bei annähernd gleicher Gesamtmasse der Mahlkörper von ca. 360 kg der Anteil an kleinen Mahlkörpern bei der verwendeten Kugelfüllung mit etwa 51 % erheblich höher ist als bei der Cylpebsefüllung. Die damit verbundene höhere Anzahl an Mahlkörperkontakten und Beanspruchungszonen lässt für die Kugel-Gattierung eine höhere Effizienz erwarten.
Tabelle 1: Cylpebse- und Kugelgattierung 2 Theoretische Grundlagen 2.3 Prozessparameter von Mahlkörpermühlen - 18 •Mahlkörperfüllungs- und Lückengrad Im Allgemeinen liegt der Lückengrad der Mahlkörperfüllung bei vergleichbarer Gattierung bei Cylpebsen gegenüber den kugelförmigen Mahlkörpern geringfügig höher. Nach STIEß ist durch diese Erhöhung des Lückengrades eine Steigerung des Durchsatzes möglich [26]. ‹ Lückengrad der Mahlkörperfüllung: ?Sch
(Schüttdichten der Mahlkörper) ?MK (Mahlkörperdichte = 7,43 kg/dm³) ?MK Um die Schüttdichten der verschiedenen Gattierungen zu ermitteln, wurden Mahlkörper der einzelnen Größenfraktionen prozentual abgewogen und das eingenommene Volumen berechnet. Schüttdichten und Lückengrade für Cylpebse (C) und Kugeln (K): ?sch,C = 4,75 kg/dm³ ?sch,K = 5,33 kg/dm³ eKF,C = 36,1 % eKF,K = 28,3 % Der beachtliche Unterschied im Lückengrad von 7,8 % ist nur zu einem geringen Anteil auf die unterschiedliche Geometrie von Cylpebsen bzw. Kugeln zurückführbar. Der Einfluss der verwendeten Gattierungen auf den Lückengrad ist ausschlaggebender. Die überwiegend kleineren Stahlkugeln erzeugen weniger Hohlräume als die Cylpebse und füllen besser die Hohlräume zwischen den größeren Mahlkörpern aus. ‹ Mahlkörperfüllungsgrad: ?KF
- Mahlkörperfüllungsgrad mKF - Masse der Mahlkörperfüllung [t] ?MK ·(1-eKF ) ·VM ?MK - Dichte der Mahlkörper [t/m³] eKF - Lückengrad der Mahlkörperfüllung VM - Volumen der Mahltrommel [m³] Der Mahlkörperfüllungsgrad errechnet sich mit dem zugehörigen Lücken grad
für die Füllung mit |