DE2535979C3 - Scheibenmühle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Scheibenmühle für lignozellulosehaltiges Mahlgut mit einer umlaufenden und einer nichtumlaufenden Mahlscheibe, die zwischen sich einen Spalt für das Mahlgut bilden, wobei die einander zugekehrten Seiten der Mahlscheiben Stege und Rinnen aufweisen und wobei der Mahlspalt eine Ausdehnung sowohl in axialer als auch radialer Richtung hat, wodurch das Mahlgut unter Wirkung der Fliehkraft von der umlaufenden Scheibe zur nichtumlaufenden Scheibe geschleudert wird.

Bei der bekannten Scheibenmühle (DE-AS 12 12 404), von der die Erfindung ausgeht, sind die Mahlscheiben mit Messern versehen und der mit einer Krümmung versehene Mahlspalt verläuft kugelkalottenförmig. Mit dieser Anordnung wird beabsichtigt, eine genauere Einstellung des Mahlspaltes zu erreichen.

Um eine zufriedenstellende Zerfaserung des Mahlgutes, wie Holz, Degasse oder dergleichen und im übrigen gute Eigenschaften des hergestellten Papierstoffes zu erhalten, ist es oft notwendig, je Tonne Trockengewicht große Mengen mechanischer Energie, beispielsweise kWh oder mehr je Tonne hergestellten Papierstoffes, zuzuführen. Wenn die Vermahlung bei relativ hohem Trockensubstanzgehalt beispielsweise von Holzmaterial erfolgt, erhält man, wie sich herausgestellt hat, ein längerfaseriges Erzeugnis von hoher Festigkeit, vor allem sog. Reißfestigkeit. Es ist üblich, die Vermahlung bei einem Trockengehalt von 20% und höher durchzuführen.

Die bei der Vermahlung eingesetzte Energie wird zur Hauptsache in Wärme umgewandelt, die, wenn der Trockengehalt des Mahlgutes hoch ist, nur zu einem kleineren Teil durch Erwärmung von Mahlgut und Wasser gebunden werden kann. Der größere Teil der entwickelten Wärme bewirkt eine Verdunstung von Wasser, wobei große Mengen von Dampf gebildet werden.

Bei der Zerfaserung und Vermahlung von Papierstoff werden in Scheibenmühlen eine Tonne Dampf oder mehr je Tonne Trockengewicht hergestellten Stoffes erzeugt. Das Volumen der erzeugten Dampfmenge

is kann sich bei atmosphärischem Druck auf bis zu 2000 m³ oder mehr je Tonne hergestellten Stoffes belaufen. Diese Dampfmenge entwickelt sich in einer Scheibenmühle in dem Mahlspalt zwischen den Mahlscheiben und muß in irgendeiner Weise von der Stelle, wo sie sich bildet, wegströmen. Ein großer Teil, oft der größere Teil des Dampfes, strömt in radialer Richtung auswärts zum Außenumfang des Mahlspaltes. Diese Strömung erfolgt weitgehend durch Rinnen in den Mahlflächen oft mit Geschwindigkeiten der Größenordnung von ein paar hundert Metern je Sekunde. Ein Teil des Dampfes strömt aus der Mahlzone in Richtung zum Zentrum.

Die hohe Dampfgeschwindigkeit bewirkt, daß, insbesondere im äußeren Teil der Mahlzone, Mahlgut leicht mitgerissen wird. Hierbei wird das Mahlgut allzu schnell aus der Mahlzone ausgeblasen, bevor es eine ausreichende Vermahlung erfahren hat. Hierdurch wird der äußerste Teil der Mahlzone weniger wirksam. Energie wird dem Mahlgut bei seinem Durchgang durch die Mahlzone in radialer Richtung zugeführt. Je weiter auswärts zum Außenumfang, desto größer werden die sich bildenden Dampfmengen, und desto höhere Geschwindigkeiten erhält der Dampf.

Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, die Scheibenmühle so auszubilden, daß der geschilderten Erscheinung entgegengewirkt wird. Es soll also die Neigung des Mahlguts verringert werden, dem Dampf allzu schnell zum Austritt aus dem Mahlspalt zu folgen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Rinnen der nichtumlaufenden Scheibe radial und die Stege radial und quer dazu verlaufen, während die Rinnen und Stege der umlaufenden Scheibe in der Hauptsache nur radial verlaufen.

Wenn somit das Mahlgut unter der Wirkung der Fliehkraft auf die Oberfläche der nichtumlaufenden Mahlscheibe geschleudert wird, so wird die Bewegung des Mahlgutes auf dieser Oberfläche in Richtung zum Auße.iumfang durch die quer verlaufenden Stege abgebremst. Die Stege und Rinnen an der Oberfläche der nichtumlaufenden Scheibe sind also so angeordnet, daß sie einen erheblich größeren Widerstand gegen die Dampfströmung und die Mahlgutbewegung in radialer Richtung entgegensetzen, als es bei der Oberfläche der umlaufenden Scheibe der Fall ist. Es wird so das Gleiten des Mahlgutes längs der Oberfläche der nichtumlaufenden Scheibe erschwert und die Dampfsirömung in den Rinnen gebremst Man wird also zwischen den radialen Rinnen der nichtumlaufenden Scheibe eine große Anzahl von quer verlaufenden Stegen vorsehen. Andererseits sind an der umlaufenden Mahlscheibe nur radiale Rinnen und Stege vorgesehen, so daß der erzeugte Dampf im wesentlichen ohne Abbremsung in den radialen Rinnen nach außen treten kann.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die

Rinnen in der umlaufenden Scheibe tiefer als die Rinnen in der nichtumlaufenden Scheibe, Auf diese Weise wird die Wirkung noch verstärkt, daß der Dampf frei zum Außenumfang der Mahlscheibe strömen kann, ohne das Mahlgut mitgerissen wird.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung bestehen die Stege der nichtumlaufenden Scheibe wenigstens in ihrem äußeren Teü aus einem körnigen Werkstoff, bei dem die Körner eine Größe von höchstens 1,5 mm, haben. Da die Menge des Mahlguts auf der nichtumlaufenden Mahlscheibe infolge der Abbremsung angereichert wird, während die Rinnen der umlaufenden Mahlscheibe verhältnismäßig wenig Mahlgut enthalten, sind die Rinnen der nichtumlaufenden Mahlfläche hinsichtlich der Dampfabströmung weniger wichtig. Daher kann diese Mahlfläche eine dichtere Musterung erhalten, als bisher üblich gewesen ist Stellt man die nichtumlaufende Mahlfläche daher aus kornförmigem Werkstoff, beispielsweise keramischen oder pulvermetallurgischem Werkstoff her, so erhält man eine feine 2Q Musterung, die für die Herstellung gewisser Pr.nierstoffsorten vorteilhaft ist Die Körner können zweckmäßig durch einen Sinter- oder Leimstoff, der durch Verschleiß oder Korrosion leichter angegriffen wird als der harte und widderstandsfähige körnige Werkstoff selbst, miteinander verbunden sein.

Ferner kann nach einem vorteilhaften Merkmal der Mahlspalt wenigstens in seinem äußeren Teil eine gekrümmte oder gewölbte Form aufweisen, wobei die nichtumlaufende Scheibe konkav und die umlaufende Scheibe konvex geformt sind. Außerdem kann der Mahlspalt zwischen dem Umlaufmittelpunkt und dem Außenumfang einen Abschnitt aufweisen, der sich im wesentlichen senkrecht zur Umlaufachse erstreckt. Durch diese Merkmale läßt sich die Trennwirkung von Dampf und Mahlgut unter der Wirkung der Fliehkraft noch steigern. Durch die Form des Mahlspaltes wird der Dampf gezwungen, einer gekrümmten Bahn zu folgen.

Andererseits Ipßt sich eine gewisse Fliehkraftwirkung und Trennung von Mahlgut und Dampf auch mit kegeligen Mahlscheiben schaffen. Für das Wesen der Erfindung ist dieser Gesichtspunkt aber vor allem nahe dem Außenumfang der Mahlscheiben von Bedeutung. Um zu vermeiden, daß die umlaufende Scheibe unnötig schwer und zugleich ein übermäßig grußer Abstand zwischen den Lagern erforderlich wird, ist es somit zweckmäßig, die Mahlscheiben in der Hauptsache mit ebenen Flächen zu versehen. Dies schließt jedoch nicht aus, daß ein kleinerer Abschnin der Mahlscheiben nahe der Achse kegelig geformt ist, was gegebenenfalls bei einigen Scheib^nmühlen für die Einspeisung des Mahlgutes von Vorteil sein kann.

Die Erfindung soll nachstehend durch einige Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben werden. Es zeigt

F i g. I schematisch einen Schnitt durch den Mittelteil einer Scheibenmühle, wobei die übrigen Teile lediglich durch Umrißlinien angedeutet ist;

Fig.2 in größerem Maßstab einen Schnitt durch die Mahlseheiben in der Scheibenmühle nach der F i g. I an dem Außenumfang der Scheiben;

Fig.3 in größerem Maßstab einen Schnitt längs der Linie II1-III in Fig.2 durch die einander zugekehrten, mit Stegen und Rinnen versehenen Teile der Mahlscheiben;

F i g. 4 einen gleichartigen Schnitt wie die F i g. 2 bei einer abgewandelten Ausführung; und

F i g. 5 in noch größerem Maßstab eine Ausführung, bei der die Rinnen eines Mahlscheibensegnients eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung erhalten haben.

In der Zeichnungsfigur 1 enthält ein Gehäuse 10 einer Scheibenmühle die üblichen Lager- und Antriebsvorrichtungen für die Mühle, die der besseren Übersichtlichkeit halber nicht im einzelnen dargestellt, sondern durch den Umriß der Mühle angedeutet sind. Der geschnitten gezeigte Mittelteil der Mühle enthält eine nichtumlaufende Mahlscheibe 11 und eine umlaufende Mahlscheibe 12 und ein die Mahlscheiben umgebendes Gehäuse 13. Die Welle 14 der Mühle ist mit einer Schnecke 15 zum Einspeisen des zu mahlenden Gutes durch eine zentrale öffnung 16 in der nichtumlaufenden Mahlscheibe 11 versehen. Das Mahlgehäuse 13 hat unten einen Auslaß 17 für das fertigbearbeitete Gut, das durch den Mahlspalt zum Außenumfang der Scheiben hindurchgegangen ist Die einander zugekehrten Flächen der Mahlscheibcn sind aus Mahlsegmenten zusammengesetzt, die in verschiedener Zonen des Mahlspaltes eine ungleiche Ausbildung erhalten haben. Die Segmente 18, 19 sind an den Mahlscheiben durch Bolzen 26, befestigt (siehe auch F i g. 2).

Die Segmente 18, 19 der Mahlscheiben 11 bzw. 12 sind so ausgebildet, daß sie wenigstens in ihrem äußeren Teil von einer ebenflächigen Form abweichen, und beispielsweise, wie bei dem zeichnerisch wiedergegebenen Ausführungsbeispiel, gekrümmt sind. Der Außenteil des Segments 19 der umlaufenden Scheibe 12 bildet dann die Außenfläche eines Kegels und die Innenfläche des Segments 18 der nichtumlaufenden Scheibe 11 die Innenfläche eines Kegels. Durch die hohe Geschwindigkeit der umlaufenden Scheibe 12 wird das Mahlgut von dem Segment 19 auf der umlaufenden Scheibe 12 nach außen, gegen die Fläche des Segments 18 der nichtumlaufenden Mahlscheibe 11 geschleudert.

Das auf der nichtumlaufenden Scheibe 11 sitzende Segment 18 hat radial verlaufende Rinnen 20 (F i g. .1) und zwischen diesen radial verlaufende Stege 21. Um während des Betriebs gegen das Mahlsegment 18 zentrifu^iertes Mahlgut als auch Dampf zu bremsen, sind in den radial verlaufenden Rinnen 20 querverlaufende Stege 22 vorgesehen. Das auf der umlaufenden Mahlscheibe 12 sitzende Segment 19 hat gleicherweise radial verlaufende Rinnen 23 und zwischen diesen Ste^e 24. Durch die Wirkung der Fliehkraft werden die Rinnen 23 in dem Segment 19 der umlaufende Mahlscheibe 12 weitgehend von Mahlgut befreit, und hierdurch entsteht ein Zwischenraum, wo der Dampf frei nach außen zum Außenumfang des Mahlsegments 19 strömen kann, ohne daß Mahlgut mitgerissen wird. Um diese Wirkung noch zu verstärken, sind vorzugsweise die Rinnen 23 in dem umlaufenden Segment 19 tiefer als die Rinnen 20 in dem nichtumiaufenden Segment 18. Damit der Dampfstrom zum Außenumfang nicht gebremst, dagegen die Rinnen 23 von Mahlgut freigeschleuder' werden können, sind Querstege überflüssig und deswegen in den Rinnen 23 keine solche vorgesehen. In unmittelbarer Nähe des umfangsmäßiij inneren Teiles des Segments ist jedoch ein Quersteg 25 vorgesehen, der zur Aufgabe hat, das Mahlgut zu dem nichtumlaufenden Mahlsegment 18 am Übergang von dem vorhergehenden inneren Teil zum äußeren Teil der Mahlzone zu lenken.

Die Wegleitung des Dampfes, folgt in der Hauptsache in dem umlaufenden Mahlsegment 19, während das nirhtumlaufende Mahlsegment 18 keine solche Aufgabe zu erfüllen hat. Deswegen kann die Oberfläche des Mahlsegments 18 eine dichtere Musterung erhalten, beispielsweise, wie in der Fig.4 veranschaulicht,

dadurch, daß sie aus einem körnigen Werkstoff 27, wie beispielsweise keramischem oder pulvermetallurgischem Werkstoff, besteht. Hierbei können die Materialkörner mittels eines Sinter- oder Leimstoffs, der durch Verschleiß oder Korrosion schneller angegriffen wird als der harte und widerstandsfähige Werkstoff, miteinander verbunden sein. Um die gewünschte Wirkung zu erhalten, darf die Korngröße höchstens 1,5 mm betragen. Für feineren Papierstoff, für die die hier in Rede stehende Mahlscheibe in erster Linie in Betracht kommt, soll sich die KorngröBe auf höchstens 0,5 mm belaufen. Diese Mahlscheibe eignet sich auch zur Herstellung außerordentlich schmierig gemahlener Papierstoffe, die sonst in Scheibenrefinern schwer herzustellen sind, und dann darf die Korngröße höchstens 0,3 mm betragen.

Um die umlaufende Mahlscheibe nicht unnötig

schwer zu machen, und 7ii<Hi»irh um pinpn ιιηηΛιί«

großen Lagerabstand zu vermeiden, ist es zweckmäßig, den Hauptteil der Scheiben 11, 12 ebenflächig auszubilden, auch wenn ein kleinerer Teil der Scheiben nahe der Antriebswelle kegelig geformt werden kann, um das Einspeisen des Mahlgutes zu erleichtern. Ein Teil der Mahlscheiben 11, 12 zwischen der Mittelwelle 14 und dem Außenumfang soll zweckmäßig jedoch im wesentlichen eben sein, um zu ermöglichen, daß die Krümmung des Mahlspaltes genügend stark gehalten werden kann, ohne daß der Kegelwinkel am Außenumfang zu klein wird. Um die radiale Geschwindigkeit des Mahlgutes an dem Außenumfang zu bremsen, können die Rillen oder Rinnen 20 bzw. 23 wenigstens auf dem einen Mahlsegment 18 bzw. 19 dem Radius und der Umlaufrichtung der umlaufenden Scheibe 12 gegenüber derart schräggestellt sein, daß eine Gegenwirkung gegen die Verschiebung des Mahlgutes nach außen erzeugt wird. Je näher das Mahlgut dem Außenumfang kommt, desto mehr wird es einem immer schnelleren Dampfstrom ausgesetzt. Deswegen ist es erforderlich, die Bewegung des Mahlgutes umso mehr abzubremsen, je näher es dem Außenumfang kommt. Dies kann dadurch bewirkt werden, daß die schräggestellten Rinnen 2ύ bzw. α eine solcne bogentorm erhalten, daß die Winkelabweichung von der Richtung des Radius am Außenumfang der Mahlscheiben 11 bzw. 12 am größten wird, wie in der F i g. 5 veranschaulicht ist.

Bei den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen haben, wie bereits erwähnt, die Mahlsegmente 18, 19 eine solche Ausbildung erhalten, daß der zwischen ihnen gebildete Mahlspalt eine gekrümmte oder gewölbte Form erhält, wodurch der Dampf gezwungen wird, in seiner Strömung einer gekrümmten Bahn zu folgen. Dies verstärkt noch die Abscheidungswirkung zwischen Dampf und festen Teilchen in dem Mahlspalt, soweit sie das Ergebnis der Fliehkraftwirkung ist. Der Dampf kann am Außenumfangsende des Mahlspalts eine Radial-Geschwindigkeit von 200 Meter je Sekunde haben. Wenn nun der Mahlspalt gekrümmt ist wird der Dampf dazu gezwungen, mit dieser Geschwindigkeit im wesentlichen in der Richtung der Erzeugenden der gewölbten Fläche zu strömen. Dem Dampfstrom mitfolgende Holzteilchen werden hierbei bedeutenden Fliehkräften unterworfen. Der Krümmungshalbmesser der Erzeugenden läßt sich hierbei der gewünschten Fliehkraftwirkung anpassen, soweit es die Konstruktion der Mühle im übrigen zuläßt, und darf, damit eine zufriedenstellende Wirkung erreicht wird, höchstens 600 mm betragen. Vorteilhafter ist es jedoch, mit einem Krümmungshalbmesser von höchstens 300 mm zu arbeiten. Die hohe Dampfgeschwindigkeit zusammen mit dem Krümmungshalbmesser ergibt eine große Zentripedalbeschleunigung, die einer hohen Erdbeschleunigung entspricht, wodurch die in dem Dampfstrom suspendierten festen Teilchen gezwungen sind, in einer Richtung von der umlaufenden Scheibe 12 zur nicht umlaufenden Scheibe 11 hin zu wandern.

Durch die Vorbcäciiricbcric Eiiii'ichiüi'ig läui sich also

die Neigung des Mahlgutes, allzu schnell mit dem Dampf aus dem Mahlspalt auszutreten, verringern. Daneben erhält man eine zweite vorteilhafte Wirkung. Beim Betrieb tritt eine Anreicherung von Mahlgut in dem Mahlspalt in der Nähe der nicht umlaufenden Scheibe 11 ein. Die Menge an zu jedem Zeitpunkt im Mahlspalt vorhandenem Mahlgut erhöht sich außerdem durch die Bremsung der radialen Förderung des Mahlgut . Mit erhöhter Menge an Mahlgut in dem Spait wird die Scheibenmühle stärker gebremst, oder aber läßt sich die Belastung der Mühle aufrechterhalten, auch wenn sich die Weite des Mahlspal'.es durch eine axiale Verschiebung der einen Mahlscheibe vergrößert. Dies ist an sich vorteilhaft, weil dadurch die Gefahr eines Abscherens von Fasern verringert wird. Im Mahlspalt sind Fasern. Faserfragmente und gröbere Holzteilchen in Dampf unter starker Wirbelung suspendiert. Sobald ein solches Teilchen unter die Einwirkung der umlaufenden Scheibe 12 gerät, wird es durch den Umlauf der Scheibe einer starken Fliehkrafteinwirkung ausgesetzt. Diese Wirkung wird noch verstärkt durch die Fliehkraft in dem Dampfstrom, der infolge der gewölbten Form des Mahlsoaltes einer boeenförmieen Bahn zu folgen gezwungen ist. je größer das Teilchen ist, desto stärker wird die Fliehkraft, die das Teilchen in Richtung näher zu der nicht umlaufenden Scheibe 11

*5 zurückzuführen strebt. Ein gröberes Holzteilchen, das zufälligerweise in eine Rinne 23 der umlaufenden Scheibe 12 hineingewirbelt wird, erhält hierbei einen stärkeren Anstoß, in den Mahlspalt hinaus und zur nichtumlaufenden Scheibe 11 hin geschleudert zu

α werden, als eine leichte einzelne Faser odei ein Faserfragment, die beide eine größere Oberfläche im Verhältnis zu ihrem Gewicht und damit eine niedrigere Fallgeschwindigkeit durch die Dampfsuspension haben. Diese Umstände bewirken, daß die gröberen Holzteilchen mit höherer Fallgeschwindigkeit langer in der Scheibenmühle zurückgehalten werden als die leichten Einzelfasern, die fertigbehandelt sind und keine weitere Bearbeitung benötigen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche;

1. Scheibenmühle für lignozellulosehaltiges Mahlgut mit einer umlaufenden und einer nicht umlaufenden Mahlscheibe, die zwischen sich einen Spalt für das Mahlgut bilden, wobei die einander zugekehrten Seiten der Mahlscheiben Stege und Rinnen aufweisen und wobei der Mahlspalt eine Ausdehnung sowohl in axialer als auch in radialer Richtung hat, so daß das Mahlgut unter Wirkung der Fliehkraft von der umlaufenden Scheibe zur nicht umlaufenden Scheibe geschleudert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Rinnen (20) der nicht umlaufenden Scheibe (11) radial und die Stege (21, 22) radial und quer dazu verlaufen, während die Rinnen (23) und Stege (24) der umlaufenden Scheibe (12) in der Hauptsache nur radial verlaufen.

2. Scheibenmühle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rinnen (23) in der umlaufenden Scneibe (12) tiefer sind als die Rinnen (20) in der nicht umlaufenden Scheibe (11).

3. Scheibenmühle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (21, 22) der nicht umlaufenden Scheibe (11) wenigstens in ihrem äußeren Teil aus einem körnigen Werkstoff (27) bestehen, bei dem die Körner ,eine Größe von höchsten 1,5 mm, haben.

4. Scheibenmühle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mahlspalt wenigstens in seinem äußeren Teil eine gekrümmte oder jewölbte Form aufweist, wobei die nicht umlaufende Scheibe (11) konkav und die umlaufende Scheibe (12) konvex geformt sind, und daß der Mahlspalt zwischen dem UrrJaufmittelpunkt und dem Außenumfang einen Abschnitt aufweist, der sich im wesentlichen senkrecht zur Umlaufachse erstreckt. ι