DE102012101489A1

DE102012101489A1 - Vertikalrollenmühle und Verfahren zum Betreiben einer Vertikalrollenmühle

Info

Publication number: DE102012101489A1
Application number: DE102012101489A
Authority: DE
Inventors: Markus Berger
Original assignee: ThyssenKrupp Resource Technologies GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Priority date: 2012-02-24
Filing date: 2012-02-24
Publication date: 2013-08-29
Anticipated expiration: 2032-02-25
Also published as: CN104220172A; US20150014455A1; DE102012101489B4; EP2817100A2; WO2013124106A2; WO2013124106A3; JP2015508021A; EP2817100B1; DK2817100T3; CN104220172B; US9643188B2; JP6196243B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vertikalrollenmühle und ein Verfahren zum Betreiben einer Vertikalrollenmühle, wobei dessen Mahlaggregate, bestehend aus einem Mahlteller und wenigstens einer Mahlrolle, derart zusammenwirken, dass Mahlgut im Mahlbett zwischen dem Mahlteller und der wenigstens einen Mahlrolle zerkleinert wird, wobei wenigstens ein Mahlaggregat angetrieben und wenigstens ein Mahlaggregat geschleppt wird, und das geschleppte Mahlaggregat zur Erhöhung des Energieflusses durch das Mahlbett zwischen dem Mahlteller und der wenigstens einen Mahlrolle gebremst wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vertikalrollenmühle sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Vertikalrollenmühle, dessen Mahlaggregate, bestehend aus einem Mahlteller und wenigstens einer Mahlrolle, derart zusammenwirken, dass Mahlgut zwischen dem Mahlteller und der wenigstens einen Mahlroller zerkleinert wird, wobei wenigstens ein Mahlaggregat angetrieben und wenigstens ein Mahlaggregat geschleppt wird.
Für die Herstellung von pulverförmigen Materialien für die Bindemittelindustrie werden zunehmend Vertikalrollenmühlen eingesetzt, die gegenüber anderen Mahlsystemen, wie z.B. Rohrmühlen, eine deutliche Energieeinsparung ermöglichen.
In der Praxis wird bei Vertikalrollenmühlen üblicherweise der Mahlteller angetrieben, welcher über das Mahlbett die Mahlrollen antreibt. Dies führt jedoch zu starken Leistungsschwankungen und somit zu hohen Belastungen des Antriebsstranges, was entsprechend hohe Sicherheitsfaktoren im Antriebsstrang bedarf. Hingegen ist die Leistungsaufnahme und auch die Zerkleinerung auch starken Schwankungen unterworfen und nur bedingt über das Materialbett steuerbar.
Man hat daher in der DE 197 02 854 A1 bereits vorgeschlagen, die Mahlrollen anzutreiben. Dort wurde auch darauf hingewiesen, dass die einzelnen Mahlrollen einerseits über den Mahlteller und das darauf befindliche Mahlgut bzw. Mahlgutbett drehantriebsmäßig miteinander gekoppelt sind und andererseits aber stark unterschiedliche Leistungsaufnahmen haben können, die beispielsweise auf unterschiedliche Abrolldurchmesser auf dem Mahlteller (Abrollpunkt/Durchmesser), unterschiedliche Wirkdurchmesser der einzelnen Mahlrollen (z.B. durch Verschleiß) und auf ein unterschiedliches Einzugsverhalten des Mahlgutes im Zusammenwirken auf Mahlteller und Mahlrolle zurückzuführen sind.
Bereits geringe Drehzahländerung zwischen einzelnen Mahlrollen bewirken bei den einzelnen Antrieben relativ hohe Leistungsschwankungen. Dies kann dazu führen, dass die Mahlrollen teilweise beschleunigt und verzögert werden, sodass die einzeln angetriebenen Mahlrollen gegeneinander arbeiten, was während des Zerkleinerungsbetriebes zu einem deutlich erhöhten Kraft- bzw. Energiebedarf führt.
In der DE 197 02 854 A1 wurde daher vorgeschlagen, dass die Betriebsschwankungen zwischen den einzelnen Drehantrieben aller angetriebenen Mahlrollen durch eine gemeinsame Leistungsausgleichsregelung ausgeglichen werden.
Vertikalmühlen haben allerdings den Nachteil, dass der damit erreichbare Feinstanteil des zu mahlenden Gutes geringer als bei anderen Mahlsystemen, wie z.B. Rohrmühlen ist, was sich bei der Herstellung von Bindemitteln ungünstig auf die Bindemitteleigenschaften auswirken kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Vertikalrollenmühle und das Verfahren zum Betreiben der Vertikalrollenmühle dahingehend zu verbessern, dass der Feinstanteil je Mahlwerkzeugkontakt (Zerkleinerungsfortschritt während der Beanspruchung im Mahlbett zwischen Mahlrolle und Mahlteller) erhöht wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 10 gelöst.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Vertikalrollenmühle wirken dessen Mahlaggregate, bestehend aus einem Mahlteller und wenigstens einer Mahlrolle, derart zusammen, dass Mahlgut im Mahlbett zwischen dem Mahlteller und der wenigstens einen Mahlrolle zerkleinert wird, wobei wenigstens ein Mahlaggregat angetrieben und wenigstens ein Mahlaggregat geschleppt wird, und das geschleppte Mahlaggregat zur Erhöhung des Energieflusses durch das Mahlbett zwischen dem Mahlteller und der wenigstens einen Mahlrolle gebremst wird.
Die erfindungsgemäße Vertikalrollenmühle weist wenigstens ein angetriebenes und wenigstens ein geschlepptes Mahlaggregat auf, wobei die Mahlaggregate durch einen Mahlteller und wenigstens eine Mahlrolle gebildet werden, die derart zusammenwirken, dass Mahlgut im Mahlbett zwischen dem Mahlteller und der wenigstens einen Mahlrolle zerkleinert wird. Das geschleppte Mahlaggregat wirkt außerdem zu Erhöhung des Energieflusses durch das Mahlbett zwischen dem Mahlteller und der wenigstens einen Mahlrolle mit einer Bremseinrichtung zum Bremsen des geschleppten Mahlaggregats zusammen.
Das geschleppte Mahlaggregats wird nicht durch einen Antrieb angetrieben, sondern lediglich über das Mahlgut in Drehung versetzt.
Die Erhöhung des Energieflusses durch das Mahlbett resultiert in einer Erhöhung des Schlupfes zwischen Mahlteller und der wenigstens einen Mahlrolle, was im Folgenden anhand der 1 bis 3 näher erläutert wird. Dort sind ein Mahlteller 1, eine Mahlrolle 2 und das Mahlbett 3 schematisch dargestellt. Der Kraftangriffspunkt der Mahlrolle 2 auf dem Mahlbett 3 ist mit dem Bezugszeichen 4 gekennzeichnet. Der Schlupf wird durch die Differenzgeschwindigkeit Δv_S zwischen der Umfangsgeschwindigkeit der Mahlrolle 2 im Kraftangriffspunkt 4 und der Umfangsgeschwindigkeit des Mahltellers 1 im senkrecht nach unten auf den Mahlteller 1 projizierten Kraftangriffspunkt (Radius R_K) definiert.
2 zeigt ein Beispiel mit angetriebener Mahlrolle 2 und geschlepptem Mahlteller 1 im Bereich des Kraftangriffspunktes 4. Dabei ist klar ersichtlich, dass die obere, mit der Mahlrolle 2 in Kontakt kommende Schicht des Mahlbettes 3 eine höhere Geschwindigkeit als die mit dem geschleppten Mahlteller 1 in Kontakt stehende untere Schicht aufweist. Die Differenz zwischen der größten und der kleinsten Geschwindigkeit wird als Schlupf Δv_S1 bezeichnet.
In 3 wird der geschleppte Mahlteller 1 zusätzlich gebremst. Währen die Geschwindigkeit der obersten Schicht des Mahlbettes 3 im Wesentlichen unverändert bleibt, wird die Geschwindigkeit der mit dem Mahlteller 1 in Kontakt stehenden unteren Schicht verringert. Dementsprechend ist der Schlupf Δv_S2 in 3 größer als der Schlupf Δv_S1 in der Situation gemäß 2. Wird die Mahltellergeschwindigkeit hingegen durch eine Regelung beeinflusst (z.B. konstante Geschwindigkeit), so erhöht sich die Geschwindigkeit der mit der Mahlrolle 2 in Kontakt stehende Schicht.
Der sich einstellende Schlupf Δv_S1 der 2 hängt im Wesentlichen von der über die Mahlrolle auf das Mahlbett ausgeübten Normalkraft, dem Mahlbett 3 der Geometrie von Mahlrollen und Mahlteller sowie dem übertragenen Moment ab. Durch das gezielte Bremsen eines Mahlaggregats (Energieflusserhöhung durch das Mahlbett), hier dem Bremsen des Mahltellers 1 in 3, erhöht sich bei gleicher Normalkraft der Schlupf Δv_S2, wobei es zu einer erhöhten Scherbelastung im Mahlbett 3 kommt. Dies wiederum wirkt sich unmittelbar auf einen höheren Feinstanteil pro Durchlauf aus.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erhöhung des Energieflusses durch das Mahlbett kann auf verschiedene Art und Weise realisiert werden. So kann beispielsweise eine Mahlrolle angetrieben und der Mahlteller gebremst werden oder wenigstens der Mahlteller angetrieben und wenigstens eine Mahlrolle gebremst werden. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird beim Bremsen des einen Mahlaggregats Energie erzeugt, die zum Antreiben des anderen Mahlaggregats genutzt wird. Durch die Rückspeisung der Bremsenergie steigt der Energieverbrauch des Gesamtsystems daher nur geringfügig an, während die Mahleffizienz bei einer gewünschten Zielfeinheit hingegen deutlich zunimmt.
Des Weiteren kann vorgesehen werden, dass zur Regelung des Energieflusses durch das Mahlbett der Schlupf zwischen dem Mahlteller und der wenigstens eine Mahlrolle in einem vorgegebenen Bereich geregelt wird. Hierzu kann insbesondere die Umdrehungsgeschwindigkeit des gebremsten Mahlaggregats ermittelt und zur Regelung verwendet werden. Des Weiteren ist es denkbar, dass der Schlupf zwischen dem Mahlteller und wenigstens einer Mahlrolle in Abhängigkeit des Feinstanteils des zerkleinerten Mahlguts geregelt wird.
Bei den die Erfindung zugrundeliegenden Versuchen hat sich gezeigt, dass das gebremste Mahlaggregat gegenüber dem angetriebenen Mahlaggregat zweckmäßigerweise so gebremst wird, dass der Schlupf zwischen dem Mahlteller und der wenigstens einen Mahlrolle in einem Bereich von 3–10% geregelt wird. Weiterhin kann das gebremste Aggregat gegenüber dem angetriebenen Mahlaggregat derart gebremst werden, dass sich der Schlupf zwischen dem Mahlteller und der wenigstens einen Mahlrolle gegenüber einem ungebremsten und lediglich geschleppten Mahlaggregat um 15–100% erhöht.
Bei der körperlichen Ausgestaltung der Vertikalrollenmühle kann das wenigstens eine angetriebene Mahlaggregat durch wenigstens eine Mahlrolle gebildet werden, die mit einem Mahlrollenantrieb zusammenwirkt und das wenigstens eine geschleppte Mahlaggregat kann durch den Mahlteller gebildet werden, der mit einer Bremseinrichtung zusammenwirkt. Es wäre aber auch denkbar, dass das wenigstens eine angetriebene Mahlaggregat durch den Mahlteller gebildet wird, der mit einem Mahltellerantrieb zusammenwirkt und das wenigstens eine geschleppte Mahlaggregat durch wenigstens eine Mahlrolle gebildet wird, die mit der Bremseinrichtung zusammenwirkt. Die Bremseinwirkung kann insbesondere durch einen Generator gebildet werden.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung werden im Folgenden anhand der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen
1 eine schematische Detailansicht der Vertikalrollenmühle zur Erläuterung des Kraftangriffspunktes,
2 eine schematische Darstellung des Schlupfes bei angetriebener Mahlrolle und geschlepptem Mahlteller,
3 eine schematische Darstellung des Schlupfes bei angetriebener Mahlrolle und gebremstem Mahlteller,
4 eine schematische Darstellung einer Vertikalrollenmühle mit angetriebenen Mahlrollen und gebremstem Mahlteller,
5 eine schematische Darstellung einer Vertikalrollenmühle mit angetriebenem Mahlteller und einer angetriebenen und einer gebremsten Mahlrolle,
6 eine schematische Darstellung des Schlupfes bei angetriebenem Mahlteller und geschleppter Mahlrolle,
7 eine schematische Darstellung des Schlupfes bei angetriebenem Mahlteller und gebremster Mahlrolle,
8 eine schematische Darstellung einer Vertikalrollenmühle mit angetriebenem Mahlteller und einer gebremsten und einer geschleppten Mahlrolle und
9 eine schematische Darstellung einer Vertikalrollenmühle mit gebremstem Mahlteller und einer gebremsten und einer angetriebenen Mahlrolle.
Im Ausführungsbeispiel gemäß 4 werden zwei Mahlrollen 2, 5 über zugehörige Mahlrollenantriebe 6, 7 angetrieben. Der Mahlteller 1 wird über das Mahlbett 3 geschleppt und steht mit einer Bremseinrichtung 8 zur Regelung des Schlupfes zwischen dem Mahlteller 1 und den Mahlrollen 2, 5 in Wirkverbindung. Weiterhin ist eine Regeleinrichtung 9 vorgesehen, die mit den Mahlrollenantrieben 6, 7 und der Bremseinrichtung 8 in Verbindung steht. Der tatsächlich vorhandene Schlupf kann beispielsweise über Sensoren, insbesondere Sensoren zum Erfassung der Umdrehungsgeschwindigkeiten von Mahlteller 1 und ggf. den Mahlrollen 2, 5, ermittelt werden.
Die Bremseinrichtung 8 ist hier als Generator ausgebildet, um beim Abbremsen des Mahltellers 1 Energie zu erzeugen, die für die Mahlrollenantriebe 6 und/oder 7 über einen gemeinsamen Energiezwischenspeicher 14 verwendet werden kann.
Wird der Mahlteller 1 gemäß 4 nicht zusätzlich gebremst, würde sich ein Schlupf Δv_S1 gemäß 2 einstellen. Wird der Mahlteller 1 zusätzlich über die Bremseinrichtung 8 abgebremst, erhöht sich gemäß 3 der Schlupf auf Δv_S2. Dadurch wird eine erhöhte Scherbelastung innerhalb des Mahlbettes 3 erzeugt, da sich die Differenzgeschwindigkeit innerhalb des Mahlbettes vergrößert. Die zusätzliche Scherbelastung bewirkt einen höheren Feinstanteil pro Durchlauf. Man kann sich daher eine Regelung des Schlupfes auch in Abhängigkeit des Feinstanteils des zerkleinerten Mahlguts vorstellen. Hierzu würde man den Feinstanteil im zerkleinerten Mahlgut ermitteln und zur Regelung heranziehen.
Im Ausführungsbeispiel gemäß 5 wird der Mahlteller 1 über einen Mahltellerantrieb 11 angetrieben. Weiterhin wird die Mahlrolle 2 über den Mahlrollenantrieb 6 angetrieben. Eine Mahlrolle 12 wird hingegen über eine Bremseinrichtung 10 abgebremst. Auch hier kann die dabei entstehende Bremsenergie zum Antrieb der Mahlrolle 2 und/oder des Mahltellers 1 verwendet werden. Der Schlupf zwischen Mahlrolle 12 und Mahlteller 1 kann wieder über die Regeleinrichtung 9 in einem vorgegebenen Bereich geregelt werden. Die Variante gemäß 5 hat den Vorteil einer größeren Flexibilität der Mühle, wobei insbesondere ein höherer Feingutanteil mit einem gesteigerten Durchsatz realisiert werden kann.
In 6 und 7 ist die Situation des Schlupfes zwischen einer lediglich geschleppten bzw. gebremsten Mahlrolle und einem angetriebenen Mahlteller dargestellt, wobei die Mahlrolle 13 in 6 lediglich geschleppt und die Mahlrolle 12 in 7 zusätzlich gebremst wird. Auch hier ist ersichtlich, dass durch das zusätzliche Bremsen der Mahlrolle 12 der Schlupf zwischen Mahlrolle 12 und Mahlteller 1 bzw. die Scherbelastung innerhalb des Mahlbettes 3 wiederum erhöht wird (Δv_S3 < Δv_S4).
In 8 wird ein über einen Mahltellerantrieb 11 angetriebener Mahlteller 1 mit einer über einen Bremseinrichtung 10 gebremsten Mahlrolle 12 und einer lediglich geschleppten Mahlrolle 13 kombiniert. Die Einstellung des Schlupfes zwischen der gebremsten Mahlrolle 12 und dem Mahlteller 1 erfolgt wiederum über die Regeleinrichtung 9. Auch die beim Bremsvorgang gewonnene Energie kann zum Antrieb des Mahltellers 1 genutzt werden. Der sich so ergebene Schlupf im Bereich der Mahlrollen 12 und 13 ist ebenfalls aus den 6 und 7 ersichtlich.
In 9 ist schließlich ein Ausführungsbeispiel dargestellt, wo ein gebremster Mahlteller 1 mit einer angetriebenen Mahlrolle 2 und einer gebremster Mahlrolle 12 kombiniert ist.
Zweckmäßigerweisen werden Mahltellerantrieb 11 und Bremseinrichtung 8 des Mahltellers durch ein Aggregat verwirklicht, das wahlweise Antrieben oder Bremsen kann. Auch die Mahlrollenantriebe 6 bzw. 7 und die Bremseinrichtung 12 können durch ein Aggregat gebildet werden, das beide Aufgabenstellungen verwirklichen kann.
Bei allen dargestellten Varianten können selbstverständlich auch mehr als zwei Mahlrollen vorgesehen werden, wobei jede der zusätzlichen Mahlrollen entweder angetrieben, gebremst oder lediglich geschleppt sein können.
Bei den der Erfindung zugrundeliegenden Versuchen hat sich gezeigt, dass ein Schlupf zwischen einem angetriebenen und einem gebremsten Mahlaggregat zweckmäßigerweise in einem Bereich von 3–10% zu regeln ist, um einerseits den Feinstanteil deutlich zu erhöhen und andererseits den zusätzlichen Energieaufwand in einem vertretbaren Rahmen zu halten. Dies bedeutet, dass die Geschwindigkeit des Mahlbettes im Kontaktbereich des angetriebenen Mahlaggregats um 3–10% höher als die Geschwindigkeit des Mahlbettes im Kontaktbereich des gebremsten Mahlaggregats ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19702854 A1 [0004, 0006]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Vertikalrollenmühle, dessen Mahlaggregate, bestehend aus einem Mahlteller (1) und wenigstens einer Mahlrolle (2, 5, 12, 13), derart zusammenwirken, dass Mahlgut im Mahlbett zwischen dem Mahlteller (1) und der wenigstens einen Mahlrolle (2, 5, 12, 13) zerkleinert wird, wobei wenigstens ein Mahlaggregat angetrieben und wenigstens ein Mahlaggregat geschleppt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das geschleppte Mahlaggregat zur Erhöhung des Energieflusses durch das Mahlbett zwischen dem Mahlteller und der wenigstens einen Mahlrolle gebremst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Mahlrolle (2, 5) angetrieben und der Mahlteller (1) gebremst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens der Mahlteller (1) angetrieben und wenigstens eine Mahlrolle (12) gebremst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Bremsen des einen Mahlaggregats Energie erzeugt wird, die zum Antreiben des anderen Mahlaggregats genutzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiefluss durch das Mahlbett über einen sich zwischen dem Mahlteller (1) und der wenigstens einen Mahlrolle (2, 5, 12) einstellenden Schlupf (Δv_S2; Δv_S4) in einem vorgegebenen Bereich geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Regelung des Schlupfes (Δv_S2; Δv_S4) zwischen dem Mahlteller (1) und der wenigstens einen Mahlrolle (2, 5, 12) die Umdrehungsgeschwindigkeit des gebremsten Mahlaggregats ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das gebremste Mahlaggregat gegenüber dem angetriebenen Mahlaggregat derart gebremst wird, dass der Schlupf (Δv_S2; Δv_S4) zwischen dem Mahlteller (1) und der wenigstens einen Mahlrolle (2, 5, 12) in einem Bereich von 3 bis 10% geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlupf (Δv_S2; Δv_S4) zwischen dem Mahlteller (1) und der wenigstens einen Mahlrolle (2, 5, 12) in Abhängigkeit des Feinstanteils des zerkleinerten Mahlguts geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das gebremste Mahlaggregat gegenüber dem angetriebenen Mahlaggregat derart gebremst wird, dass sich der Schlupf (Δv_S2; Δv_S4) zwischen dem Mahlteller (1) und der wenigstens einen Mahlrolle (2, 5, 12) gegenüber einem ungebremsten und lediglich geschleppten Mahlaggregat um 15 bis 100% erhöht.
Vertikalrollenmühle mit wenigstens einem angetriebenen und wenigstens einem geschleppten Mahlaggregaten, die durch einen Mahlteller (1) und wenigstens eine Mahlrolle (2, 5, 12, 13) gebildet werden, die derart zusammenwirken, dass Mahlgut im Mahlbett zwischen dem Mahlteller und der wenigstens einen Mahlrolle (2, 5, 12, 13) zerkleinert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das geschleppte Mahlaggregat zur Erhöhung des Energieflusses durch das Mahlbett zwischen dem Mahlteller (1) und der wenigstens einen Mahlrolle (2, 5, 12) mit einer Bremseinrichtung (8, 10) zum Bremsen des geschleppten Mahlaggregats zusammenwirkt.
Vertikalrollenmühle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine angetriebene Mahlaggregat durch wenigstens eine Mahlrolle (2, 5) gebildet wird, die mit einem Mahlrollenantrieb (6, 7) zusammenwirkt und das wenigstens eine geschleppte Mahlaggregat durch den Mahlteller (1) gebildet wird, der mit der Bremseinrichtung (8) zusammenwirkt.
Vertikalrollenmühle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine angetriebene Mahlaggregat durch den Mahlteller (1) gebildet wird, der mit einem Mahltellerantrieb (11) zusammenwirkt und das wenigstens eine geschleppte Mahlaggregat durch wenigstens eine Mahlrolle (12) gebildet wird, die mit der Bremseinrichtung (10) zusammenwirkt.
Vertikalrollenmühle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinrichtung (8, 10) durch einen Generator gebildet wird.
Vertikalrollenmühle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regeleinrichtung (9) zur Regelung eines Schlupfes zwischen dem Mahlteller und der wenigstens einen Mahlrolle (2, 5, 12) in einem vorgegebenen Bereich vorgesehen ist.