Die Hartzerkleinerung: Maschinen, Theorie und Anwendung in den verschiedenen Zweigen der Verfahrenstechnik PDF
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Die Hartzerkleinerung Maschinen, Theorie und Anwendung in den verschiedenen Zweigen der Verfahrenstechnik Von Carl Mittag Kiiln Unter Mitarheit von Dr.-Ing. Hellmuth Weinrich Kiiln Mit 190 AbbUdungen Springer-Verlag Berlin / Gottingen / Heidelberg 1953 ISBN· 13: 978·3·642·92605·1 e·ISBN·13: 978·3·642·92604·4 DOl: 10.1007/978·3·642·92604·4 Aile Rechte, insbesondere das der Obersetzung in fremde Sprachen, vorbehalten. Copyright 1953 by Springer· Verlag ORG, Berlin/Gottingen/Reidelberg. Softcover reprint of the hardcover 1st edition 1953 Vorwort. Die Anregung zur Herausgabe dieses Buches wurde mir vom Springer~ Verlag gegeben. Darfiber hinaus entsprach dieser Gedanke auch meinem eigenen Wunsche, die Erfahrungen, die ich in einer mehr als fUnf Jahr zehnte langen Berufstatigkeit auf dem Gebiete der Hartzerkleinerung sammeln konnte, hier niederzulegen. Diese Erfahrungen und Beobach tungen gaben mir auch den Leitfaden zu der Art der Abfassung dieser Arbeit. Die Hartzerkleinerung hat in den letzten Jahrzehnten einen auBer ordentlichen Umfang angenommen, so daB eine das ganze Gebiet bis in aIle Einzelheiten umfassende Behandlung den Umfang eines Lexi kons annehmen wfirde. Dies ware aber nicht der eigentliche Zweck dieser Arbeit. Hier handelt es sich vielmehr um dieSchaffung eines Handbuches, das vielen Kreisen einen Gesamtfiberblick fiber die Hart zerkleinerung und fiber ihre zWElckmaBigste Anwendung in den ver schiedenen Gebieten der Verfahrenstechnik vermitteln solI. Das heiBt also: 1. den Studierenden an den technischen Hochschulen, den Berg akademien und technischen Lehranstalten einen leichtverstii.ndlichen Oberblick fiber die Hartzerkleinerung aHgemein, fiber ihre theoretischen Grundlagen und ihre Anwendung in der Industrie zu geben, 2. den Konstrukteur, der heute in der Zerkleinerungstechnik be reits weitgehend spezialisiert ist, mit dem Gesamtumfang seines Arbeits gebietes vertraut zu machen, 3. den Projekteur bei seinen Entwurfsarbeiten ganzer Anlagen in der richtigen Auswahl der zweckmaBigsten Zerkleinerungsmaschinen zu unterstfitzen, 4. den Betriebsffihrern und Meistern in den verschiedenen ver fahrenstechnischen Gebieten einen Einblick in die Arbeitsvorgange der Zerkleinerungsmaschinen sowie einen Hinweis auf die vorteilhafteste Anwendung und Ausnfitzung dieser Maschinen zu verm:ittelp., 5. den Wissenschaftler mohr in die Sorgen des Praktikers einzu weihen, um hierdurch einen engeren Kontakt zwischen Theorie und Praxis zu schaffen und schlieBlich 6. den Erfinder zur weiteren Verbesserung der Zerkleinerungs maschinen und Methoden anzuregen. So hoffe und wfinsche ich, daB dieses Buch den beabsichtlgten Zweck erffillen moge. Koln, im Marz 1952. Carl Mittag. Inhaltsverzeiehnis. Enter Teil. Die Hartzerkleinerung ond ihre wichtJgsten Maschinen. sette A. Einleitung .• • • • • • • • • • . . . • . . • . .. . • 1 B. Geschichtlicher.Obe·rblick. • • • • • • • • • • • • 5 C. Die wichtigsten.Maschinen derHartzerkleinerung (I 1. Backenbrecher ••••••• " •••••••••• ' 9 Grobbrecher S. 11. ~ Feinbrecher S.14. - Gro8backenbrecher S.16. - Einschwingenbrecher S.18. - Granulatoren S.20 2. Kegelbrecher • '. • • • • • • • • . • . • • • • .. • ... • .• ,. • ,!,2.2 Grobbrecher S. 22. - Feinbrecher S. 25. - Der .Kegelbrecher' von S~ONS S.26 . 3. S~oNs-Brecher. • • • . • . • .'. • • . • .. • • • '. • • • • • 29 SYMoNs·Tellerbrecher S.29. - SYMoNs-Tellerbrecher mit verti.i 'kaler Welle S.31. - Der SYlIiIoNS-Brecher S.32. -Schlagbrecher S,36 . ,. 4. Walzenbrecher und Walzenmiihlen • 38 5. Hammermiihlen uIid Hammerbrecher 50 6. Prallbrecher und Prallmiihlen.. • . • 53 Prallbrechel S. 55. - Prallmiihlen S. 59 7. Schlagkreuzmiihlen 63 8. Schlagnasenmiihlen 65 9. Schleudermiihlen 66 10. Schlagstiftmuhlen 68 it. Scheibenmiihlen . 69 12. ~ochwerke . ; 72 13. Glockenmiihlen . 75 14. Tellermiihlen • • 78 15. Brechschnecken und Daumenbrecher. 78 16. Messerbrecher • 81) 17. Mahlgange' • .'. . 81 18. Ringmiihle • • 87 19. Kollergange •• 88 " 20. Fliehkraftmiihlen ' . 93 21. LOESCHE-Milhle. : 97 22. Fu'LLER-PETERs-Miihle 99 23. Kugel- oder Trommelmiihlen fOr satzweise Vermahlung '102 24. Siebkugelmiihlen • • • .',. • • • • • • • • • • • • 104 Siehkugelmiihlen fUr Trockenmahlung S. 105. - Siebkugelmiihlen fiir, Na,BlDahlung S.112 v Inhaltsverzeichnis. Seite 25. Die Rohrmiihle • • • • • • • • • • • . . • • . • • • • . • • • 115 Die Rohrmiihle in der Zement-und Bindemittel-Industrie S. 118. - Die Rohrmilhle in der Erzaufbereitung S. 144. - Die Rohrmiihle in den verschiedensten Zweigen der Verfahrenstechnik S. 151 26. Rohrmiihlen mit Windsichter und Luftstromsichtung • . • •. 152' 27. Schwingmilhle • • . • . • • • • • • • . • • • • . . • •• 164 D. StahlguB und VerschleiBwerkstoffe filr Zerkleinerungs- maschinen •••••••••••••••••••••••• 168 Zwei ter Teil. Theoretisehe Grundziige der physikalisehen und teehnisehen Zerkleinerung und ihre Bedeutung fUr die Praxis. A. Einleitung ••••.•••• '. • • • • • • • • . • •• • • 175 B. Allgemeine Theorie der Hartzerkleinerung • • • • • • 177 1. Die Kombeschaffenheit und die Komverteilung im Mahlgut 177 Die KorngroBe S. 177. - Die Komform S. 180. -Die Komverteilung im Brech-und Mahlgut und deren wissenschaftlicpe Behandlung S. 181 2. Die physikalisch-technischen Grundlagen der Hartzerkleinerung ••• 192 Der spezifische Arbeitsbedarf der maschinellen Zerkleinerung S. 192. - Oberflachenerzeugung und Arbeitsbedarf S. 196. - Wirkungsgrad und Verlustarbeit bei der maschinellen Zerkleinerung S.200 3. Nutzanwendung der Ergebnisse der wissenschaftlichen Forschung fiir die Praxis. • • • • • • • • • • • • • 213 C. Theorie einzelner Maschinen •. . • 215 1. Die Bewegungsvorgange in Robrmiihlen 215 2. Untersuchungen zur Schwingmiihle •• 222 Bewegungsvorgange im allgemeinen S. 222. - WnrfhOhe S. 225. - Zentrifugalbeschleunigung, Amplitude, Drehzahl und FrequeIiz S. 226. - Schlagarbeit und Leistungsaufnahme S. 228. - Auswertung der Formeln S. 228 D. Ausblicke filr die Weiterentwicklung der maschinellen Hart- zerkleinerling und neue Entwicklungswege • 232 1. Allgemeines • • • 232 2. Explosionstechnik 233 3. Verbundtechnik • 235 4. Vibrationstechnik. 239 5. Die Technik der Schwingmilhie 242 6. Die Technik der Rohrmuhle. • 244 7. Die Technik der Prallzerkleinerung 249 Dritter Teil. Die Hartzerkleinerung in der Aufbereitungs- und Verfahrensteehnik. A. Ein1llitung • • • 251 B. Hilfsmaschinen ••.•...•.•..•••••.•••. 253 VI Inhaltsverzeichnis. Seite 1. Aufgabevorrichtungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 253 Schubwagen S. 254. - StoBschuh S. 255. - Schiittelspeiser S. 255. - Pendelspeiser S.256. - Walzenaufgabe S.256. - Kettenaufgabe S. 257. - Tellerspeiser S. 258. - Elektromagnetische Vibratoren als 'Zusatzappal'ate S. 259 2. Fol'dereinrichtungen .............•......... 259 Becherwerke S. 259. - Schaukelbechel'werke S. 260. - Forder schnecken S. 261. - BandfOrderer S. 262. - Plattenfol'derer S. 264. - Forderrinnen S. 264. - Pneumatische Fordermittel S. 265. - Pneu matische Forderrinnen S. 265. - Fullel'pumpen S. 266. Elektl'o magnetische Forderer S.267 3. Siebe, Roste und Klassierer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268 Schwingsiebe S.270. - Turboschwingsieb S.274. - Ellipsen schwingsieb S. 275. - UniversalschwiDgsieb S.276. - Resonanz schwingsiebe S.277. - Feststehende. Siebeund Roste S.281 - Be wegliche Stangenroste S. 281. - Rollenrostt> S. 282. - Siebtrommeln S.283. - Klassierer S.284. . - Windsichter S.286 4. Entstaubung del' Raume . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287 Staubkammern S.288. - Trockenfilter S.289. - NaBabscheidel' S. 291. - Fliehkl'aftabscheidel' S. 291. - Elektroabscheidel' S. 292 C. Die Hal'tzerkleinel'ung in Anlagen del' Aufbel'eitungs- und Vel'- fahl'enstechnik ......................... 294 1. El'zaufbereitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294 Eisenerze S. 294. - Harte Eisenerze S. 294. - Mittelharte Eisenerze S. 297. - Weiche und mulmige Eisenerze S. 298. - Kupfererze S. 299. - Blei-Zink-Erze S. 301. - Wolframerze S. 302. - Zinnerze S. 303 2. Kohle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303 Steinkohlenaufbereitung S.303. - Braunkohlenaufbereitung S.305. - Kohlenstaubmahlung S. 307 3. Steine und Erden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308 Kalkstein S. 308. - Dolomit, Magnesit,. Feldspat, Quarzit S. 310. _0 Schotter und Splitt S. 313. - Betonzuschlage S. 316. - Stuckgips S.317. - Zement S.319. - Keramik S.322 4. Kalziumkarbid und Kalkstickstoff . . . . . . . . 323 5. Kiinstliche Diingestoffe . . . . . . . . . . . . . 328 Kalkstickstoff S. 328. - Thomasschlacke und Thoml1sphosphat S. 328. - Phosphat und Superphosphat S. 333 6. Elektrodenherstellung. 333 Schrifttum 336 Sachverzeichnis 340 Berichtigung. S. 35, Abb. 39, statt Leistung L = ~ (ma/h) lies: Leistung L = ~ (ma/h). Ordinate: statt kWh/t lies·: kWh/rna. Erster Teil. Die Hartzerkleinerung und ihre wichtigsten Maschinen. A. Einleitung. Bei der Behandlung der einzelnen Hartzerkleinerungsmaschinen ist von einer Gruppeneinteilung Abstand genommen worden, da sich eine solche Gruppeneinteilung sachlich schwer durchfiihren laBt. Verschie dene in der konstruktiyen Durchbildung auf gleichartigem Zerkleine rungsprinzip beruhende Maschinen dienen sowohl zum Grobbrechen wie auch zum Feinbrechen oder sowohl zum Schroten wie auch zum Feinmahlen. 1m iibrigen ist auch eine solche Gruppeneinteilung fiir die Praxis belanglos. Selbstverstandlich solI bei der Behandlung der ein zelnen Maschinen eine gewisse Richtlinie innegehalten werden, und zwar in der Reihenfolge von der Grobzerkleinerung zur Feinzerkleine rung. Es ist weiterhin davon Abstand genommen worden, bei allgemein bekannten Maschinenarten auf die Bauausfiihrung einzelner Maschinen fabriken hinzuweisen, sofern nicht durch die besondere Ausfiihrung ein bestimmter Zweck erreicht wird oder soweit es sich nicht um be sondere Maschinentypen iiberhaupt handelt. Ferner wird grundsatzlich vermieden, auf Patente, Gebrauchs muster od. dgl. hinzuweisen, da gerade unter den derzeitigen Verhalt nissen eine korrekte Behandlung dieser Fragen unmoglich erschei:iJ.t. In den Tabellen sind die Maschinengro13en bestimmter Typen nicht nach Katalogen einzelner Maschinenfabriken angegeben, sondem, so weit wie es moglich war, den bisherigen Festlegungen des Ngrmenaus schusses angepa13t worden. Diese Angaben tragen zwar noch keinen verbindlichen Charakter, zeigen aber dennoch den Weg zu dem er strebten Ziel. Was die Angaben der Leistungen der einzelnen Maschinen anbelangt, so sind diese natiirlich nur als Durchschnittsleistungen zu bewerten. Gerade in der Hartzerkleinerung sind die Schwankungen in der Leistung der Maschinen sehr weitgehend. Hier spielt die Art des zu zerkleinemden Materials in physikalischer und in chemischer Hinsicht, wie auch der Mittag, Hartzerkleinerllng. .1 2 Die Hartzerkleinerung und ihre wichtigsten Maschinen. Feuchtigkeitsgehalt eine erhebliche Rolle. Selbst Naturstoffe, wie Kalk stein oder Granit od. dgl. konneu einen spezifischen Mahlwiderstand· in weiten Grenzen aufweisen, der aber bei der maschinellen Zerkleinerung nicht in unmittelbarer Beziehung zur spezifischen Festigkeit des Ge steins steht, wenngleich auch, ganz allgemein gesehen, das hartere Ge stein einen hoheren Arbeitsaufwand zur Zerkleinerung erfordert als das weniger harte. In der Tab. 1, die der Biitte, des Ingenieurs Tascben buch 27. Auflage, entnommen ist, sind die Druckfestigkeiten einiger Gesteinsarten angegeben. Tabelle 1. Druck/estigkeiten kg/cm2 einzelner Gesteinsarten. Granit 800-2700 Sandstein 150-3200 Gabbro. 1000-2800 Grauwacke . 1800'-3600 Quarzporphy I' 1900-3500 Kalkstein 250-1900 Basalt 1000-5800 Dolomit 500-1600 Gneis 1500-2300 Marmor 400-2800 Bei der Grob- und Mittelzerkleinerung ist die Leistung der Zer kleinerungsmaschine, unabhangig von der Art des Aufgabegutes, nur geringeren Schwankungen unterlegen, wahrend der nach der Art des Aufgabegutes stark schwankende spez. Arbeitsbedarf in dem Leistungs bedarf der Maschine zum Ausdruck kommt. Bei der Feinzerkleinerung dagegen, besonders bei Kugel- und Rohrmiihlen, auBert sich die Ver schiedenheit in der Mahlbarkeit der Stoffe unmittelbar in der Leistung der Maschine, wahrend der Leistungsbedarf nahezu konstant bleibt. In den nachfolgenden Ausfiihrungen wird die Leistung einer Ma schine durch die Menge des zerkleinerten bzw. vermahlenen Gutes in t/h oder m3/h ausgedriickt. Unter Leistungsbedarf ist die Antriebs energie, die die Zerkleinerungsmaschine zum Betrieb benotigt, zu ver stehen. Sie entspricht der verlangten Leistung des Antriebsmittels, also in den meisten Fallen der vom Elektromotor verlangten Leistung, so fern dieser unmittelbar mit der Maschine gekuppelt ist. Der Leistungs bedarf kommt einheitlich in k W zum Ausdruck. Mit Riicksicht auf die auftretenden Schwankungen im Leistungsbedarfder Zerkleinerungs maschine und mit Riicksicht auf das oftmals sehr betrachtliche AnlaB moment der Maschine ist der Antriebsmotor zweckmaBig mit einer etwa 25% hoheren Leistung zu wahlen, als dem Leistungsbedarf der Zerkleinerungsmaschine entspricht. Da die Leistung der Zerkleinerungsmaschinen haufig sowohl in Tonnen als auch in Kubikmeter erwiinscht ist, so ist die Kenntnis der Schiittgewichte wertvoll. In der Tab. 2 sind neben den spezifischen Gewichten einer Reihe von Stoffen auch die Schiittgewichte des ge brochenen oder gemahlenen Gutes aufgefiihrt. Einleit4ng. 3 Tabelle 2. Spezi/ische und SchUttgewichte. I S pezlfisches I Schiittgew;cht SChiittgewlc.ht Gegenstand Gewlcht gebrochen gemaWen 1dm3=kg 1 ma = kg 1 ma ~ kg Golderz . 2,7 1800 Bleizinkerz 3,0 2000 Kupfererz 2,9-3,1 2000 Eisenerz . 3,5-4,0 2500 Manganerz .. 3,0-3,6 2200 Zinn -Wo lframerz 2,7-2,8 1800 Kalkstein 2,3-2,6 1600 1200 Schamotte 2,0-2,3 1400 1100 Dolomit . 2,8-3,0 2000 1500 Quarzit . 2,5-2,8 1800 1400 Magnesit . 2,2-2,4 1500 1200 Feldspat . 2,6 1700 1300 Steinkohle . . . 1,2-1,5 900 700 Koks (Hiitten-) . 1,4 900 700 Thomal\schlacke . 2,5-3,0 1800 1400 Hochofenschlacke 2,5-3,0 1800 1400 Hilttenzement 1600 1200 Neben der mengenmii.13igen Angabe der Leistung einer Zerkleine rungsmaschine ist auch der Kornungsanfall bei grob zerkleinertem Gut, wie auch der Feinheitsgrad des Mahlgutes bei der Feinzerkleinerung er forderlich, denn die beiden sich erganzenden Anga ben lassen erst die Beur teilung der Leistungs- fahigkeit der Ma- Tabelle 3. Pru/siebe. schine zu. In der Pra xis ist es heute noch Priifsleb Nach DIN 1171 allgemein ublich, den Nr. Nt'. Anzahl Lichte Draht- Kornungsanfall, wie Anzahl Anzahl der Maschen- starke Maschen Maschen Maschen weite auch den Feinheits auf auf je 111 eng!. 1cm cmD mm mm grad des Mahlgutes durch Absiebung auf 10 4 16 1,5 1,00 13 5 25 1,2 0,80 genormten Sieben 15 6 36 1,02 0,65 festzustellen. Bewegt 20 8 64 0,75 0,50 sich jedoch der Fein 25 10 100 0,60 0,40 28 11 121 0,54 0,37 heitsgrad eines Ma1ll 30 12 144 0.49 0,34 gutes unter 60 It, ellt 35 14 "JIl6 0,43 0,28 40 16 2liij 0.385 0,24 sprechend oinem Sieb 50 20 4()() 0,300 0,20 von 10000 MaschenJ 60 24 576 0,250 0,17 cm2,so JlluE man zur 75 30 1100 0,200 0,13 100 40 1600 0,150 0,10 weiteren Zerlegung 130 50 2500 0,120 0,08 des Mahlgu tes zur Se 150 60 3600 0,102 0,065 dimen ta tionsanalyse 180 70 4900 0,088 0,055 200 80 6400 0,075 0,050 ubergehen. 250 100 10000 0.060 0,040 1* 4 Die Hartzerkleinerung und ihre wichtigsten Maschinen. In der Tab. 3 sind die Maschenweiten und Drahtstarken der genorm ten Prufsiebe wiedergegeben, wahrend die Abb. I einen ungefahren Dber blick uber den Kornungsanfall bei der Hartzerkleinerung vermittelt. Wird beispielsweise ein Gestein aufeinem Backenbrecher auf 70 mm KorngroBe gebrochen, so kann man aus der graphischen Darstellung der %R Ods/ond 90 I I iii iii I ?I 5 ?OI &I5 GOI 55I soI ~r5 ~I UJ5I J0i2iSIi!r Ji 15I 10I 50I '/oOurchsolz 1tJ 11 7Z 1J 71115 IG77181!J1!rJ 25 JO J5 M '15 50 55 GO G5 ?O ~ 8085 909S1(J(J 10 / 1/ '/ 1/ 11 / / 12 v- /' 1J / / / 1'1 / 1/ /IL 15 -- -H - / / / / 1/ 7r.7 f- I- . 1-1- - !I / - 1---vi' / 78 -- 19 :>~ o/ / V / / ./ V / / / / / V / / / V 1/ 25 / / ,~'~\-~-I~t - / / V 1/ / JO / / / ~~/ / / V V V !I 1/ / 'J15 0/ V .v 1/ V / / ~/ / / V 1/ / V V / v/ 1/ ~ / V / 1/ 1/ Vv 'IS / / il4( / / / 1/ v/ V 5550 / / / / / / / V 'tf ~ / / / 11// / / V &Ii/5) / / / / / 1/ 1/ / ,':-;-}~ ~ / 1/ / // // / / 15 / /V- vV- / ~~ V I// // / 7_ L ~/ 8w. / V / --;/" V / L /--~~~~v 90 / / t / / ./ / / / v~~ ,~ / / / // 1/ /i/~, ~ ~/ / 1/ 1ll1O0 V / / 1// / 1!r/ /7 ~/ I/T S V /7/ ~A7~ ~\~~\\) ~~l 1/ j 1J() 1/ / / 1/// '/ / yy~~~ 1'IQ IV / / V V /1/ / Y Y i71/ 1.'" 10 11 Ti? 7J 1'Ilj lG 1?181!J1O 6.) 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