Die Hartzerkleinerung: Maschinen, Theorie und Anwendung in den verschiedenen Zweigen der Verfahrenstechnik

348 Pages·1953·17.477 MB·German

by  Carl Mittag (auth.)

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.) JO JS '10. 'IS 50 55 GO &5 70 7S etJ8S90951tJfJ
%OlJrchsolz
90 ! ! t ! ! 8,0 is 70 55 k is 10 q5 k l5 1 ~ totS ,9} 0
0/0 RtJc/rslond
Abb. 1. Kllrnungsanfnll.
Abh.l den ungefii.hren Kornungsanfall entnehmen. Die stark ausgezogene
Pfeillinie zeigt beispielsweise an,. daB in dem Brechgut etwa 52% Korn
von 40.mm und ein Oberkorn von etwa 15% enthalten sein werden.