Polygone Kugelmühle

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Kugelmühle zur Vermahlung von mahlfähigen, pulverförmigen Stoffen und deren pasten­förmigen und flüssigen Zubereitungen, die sich dadurch auszeichnet, daß sie einen polygonen Mahlbehälter aufweist sowie das Verfahren zur Feinvermahlung solcher Stoffe in Kugelmühlen mit polygonen Mahlbehältern und die Ver­wendung solcher Mühlen zur Feinvermahlung von Pigmenten oder Füllstoffen.

Beschreibung

[0001] Für viele pulverförmige Stoffe und deren Zubereitungen ist häufig in Abhängigkeit vom Verwendungszweck eine möglichst hohe Feinheit, also eine sehr geringe Teilchengröße, erwünscht. Entsprechende Vermahlungen werden in den unterschiedlichsten Mahlaggregaten durchgeführt, die nicht nur einen erheblichen Energie-, sondern auch Zeitaufwand erfordern.

[0002] Diese für viele Anwendungszwecke erforderliche Vermahlung kann unter anderem in unterschiedlich dimensionierten Kugelmühlen erfolgen, wobei außer der Art, Größe und Menge der Mahlkörper auch die jeweilige Feststoffkonzentration variiert wird.

[0003] Neben den oben genannten Parametern wirkt sich auch die Drehzahl der Mühle auf die Zerkleinerung des Mahlgutes und auf die Zerkleinerungsgeschwindigkeit aus. Die von Reib- und Schlageffekten ausgehende Mahlwirkung zwischen Kugeln, Trommelwand und dem jeweiligen Mahlgut wird stark vermindert, wenn die Kugeln nur noch an der Mühleninnenwand entlangrutschen und bei Erreichen der kritischen Drehzahl dadurch unterbunden, daß die äußere Kugelschicht fest an die Trommelwand gepreßt wird, Mahlgut und Kugeln in der Trommel sich der Umfangsgeschwindigkeit der Trommel nähern, und dadurch die für die Mahlwirkung wichtige Ablösung der Kugeln durch Abrollen oder Abwerfen nicht mehr optimal stattfindet. Um den Rutscheffekt zu vermeiden oder zu verzögern, werden in die Mühlen Wulstleisten eingebaut, die z.B. Rechteckform, abgerundete Form, Stromlinienform haben oder auch Stabform mit Befestigung an der Stirnwand, so daß der Stab einen Abstand von der inneren Mühlenwandung hat.

[0004] Durch den Einbau von Wulstleisten kann die Drehzahl der Kugelmühlen stark erhöht werden, jedoch zeigt sich häufig erhöhter Abrieb und bei hohen Kugelfüllungen unterstützen die Wulstleisten das Festhalten der unteren Kugellagen und die Kugeln pressen die unteren Lagen in der Höhe so stark, daß praktisch keine Bewegungsmöglichkeit mehr bleibt und außerdem soviel Kraftschluß zwischen Kugel und Trommelwand entsteht, daß ein Rutschen hier nur in geringem Umfang auftreten kann. Eine ausführliche Darstellung der Vorteile und Nachteile von Wulstleisten in Kugelmühlen findet sich in dem Betriebshandbuch der Lackherstellung von Kölln-Engels, Berliner Union GMbH, Stuttgart, Jahrgang 1959, S. 273-274.

[0005] In der Literatur (siehe u.a. Dr. Ing. G. Kwittkat, Erzmetall, Band II, 1949, S. 6-14) wird eine kritische Umdrehungszahl von

[0006] Die durch praktische Versuche ermittelten günstigsten Drehzahlen liegen in Abhängigkeit von den verschiedenen Versuchsparametern im Bereichvon 70 bis 90 % der kritischen Drehzahl, entsprechend

[0007] Bei der Verwendung solcher Kugelmühlen, beispielsweise zur Herstellung von Pigmenten und Füllstoffen mit sehr hoher Feinheit, wurde zunächst versucht, die aufgeführten Parameter zu variieren, um die Bedingungen für eine optimale Mahlwirkung zu ermitteln, und um pro Zeiteinheit zu einer gewünschten Feinstvermahlung zu kommen.

[0008] Die dabei erhaltenen Ergebnisse waren vielfach nicht zufriedenstellend, so daß Überlegungen angestellt wurden, wie eine Verbesserung des Mahleffektes erreicht werden kann.

[0009] Überraschenderweise zeigte sich, daß mit nicht kreisförmigen, polygonen Kugelmühlen Mahlwirkungen erzielt werden konnten, die mit den üblichen runden Kugelmühlen nicht zu erzielen waren, auch nicht, wenn Wulstleisten verschiedener Form in ihnen angebracht sind.

[0010] Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Kugelmühlen in polygoner, vorzugsweise viereckiger bis sechseckiger Ausgestaltung des Mahlgefäßes.

[0011] Offensichtlich kommt es bei diesen Ausführungsformen zu einer Optimierung der für die Mahlwirkung verantwortlichen Rutsch- und Rollreibung mit zusätzlichen Fall- und Aufschlagseffekten, was zu einer deutlichen Verbesserung der Mahlleistung sowohl im Hinblick auf Zeitaufwand als auch Feinheit des Mahlgutes führt.

[0012] Außerdem zeigte sich, daß sich bei den polygonen Kugelmühlen durch eine Erhöhung der Drehzahl bis hin zu der kritischen Drehzahl noch Verbesserungen der Mahlwirkung ergeben, wie sie sich bei runden Kugelmühlen durch Erhöhung der Drehzahl nicht erzielen ließen, auch nicht, wenn Wulstleisten vorliegen. Offensichtlich kommt es durch die polygone Ausgestaltung der Kugelmühlen auch zu einer gesteigerten Energieübertragung und auf diese Weise ebenfalls zu einer Optimierung der Effekte in der Kugelmühle, was günstige Auswirkungen auf die Mahlfeinheit bzw. Laufzeit der Mühlen im Vergleich zu runden Kugelmühlen hat. Dabei zeigte sich, daß über den in Frage kommenden Regelbereich keine wesentlichen Unterschiede in der Stromaufnahme festzustellen waren. Bei vergleichbaren Drehzahlen arbeiten demnach die polygone Kugelmühle und runde Kugelmühlen energetisch unter den gleichen Voraussetzungen.

[0013] Bei einer Erhöhung der Umdrehungszahl von 60 auf 80 Upm muß sich natürlich die Stromaufnahme entsprechend erhöhen, was aber durch die deutlich verkürzte Mahldauer kompensiert wird.

[0014] Das erfindungsgemäße Verfahren zur Feinstvermahlung von pulverförmigen Stoffen mit polygonen Mahlbehältern soll am Beispiel einer Vermahlung von Calcit demonstriert werden. Zum Vergleich sind Vermahlungen in einem runden und in einem viereckigen Mahlbehälter gegenübergestellt.

[0015] Die Maße der Mahlbehälter sind wie folgt:
Mahlbehälter A rund
Volumen = 19,1 1, Radius = 12 cm,
Länge = 42,2 cm
Mahlbehälter B viereckig
Volumen = 19,1 1, Seiten = 16,7 cm,
Länge = 68,4 cm, Diagnoaldurchmesser = 24 cm.

[0016] Die Vermahlung mit dem runden Mahlbehälter erfolgte auf einem Kugelmühlengestell mit entsprechenden Antriebsrollen, während der viereckige Mahlbehälter axial angetrieben wurde.

[0017] Das folgende Beispiel zeigt die Betriebsdaten und Versuchergebnisse.

Beispiel

[0018] Mahlgut: Calcit
Ausgangskörnung: ca. 100 µm
Mahlkugeln: Steatit 3 mm
Gewicht der Mahlkugeln: 20 kg
Füllvolumen: 40 % vom Mühlenvolumen
Füllmenge Calcit: 2 kg
Füllmenge Wasser: 2 kg
Upm: 60
Mahldauer: 20 Std.

[0019] Danach wurde das Mahlgut aus beiden Mühlen isoliert getrocknet und nach der erneuten Pulverisierung die spezifische Oberfläche (Methode: Air Permeability) gemessen.

Mahlgut aus runder Kugelmühle:

[0020] Spez. Oberfläche: 3,5 m²/g (mittlerer Teilchendurchmesser:
0,63 µm)

Mahlgut aus viereckiger Kugelmühle:

[0021] Spez. Oberfläche: 5,9 m²/g (mittlerer Teilchendurchmesser:
0,38 µm)

[0022] Um mit der runden Mühle zu der Mahlfeinheit zu kommen wie sie mit der viereckigen Kugelmühle erzielt wurde, ist eine Verlängerung der Laufzeit auf 30 Std. erforderlich.

[0023] Während bei einer Erhöhung der Drehzahl bei der runden Kugelmühle eine Verschlechterung der Mahlwirkung festzustellen war, wobei offensichtlich auftretende Zentrifugalkräfte wirksame Schlageffekte bzw. Reibeffekte zwischen Mahlkugeln, Mahlgut und Trommelwand verhindern, konnte bei der viereckigen Kugelmühle durch Erhöhung der Umdrehungszahl von 60 auf 80 Upm die Mahldauer von 20 Std. um weitere 5 Std., also um 25 %, verkürzt werden, um Mahlgut zu erhalten mit einer spezifischen Oberfläche von ca. ca 5,9 m²/g und einem mittleren Teilchendurchmesser von ca. 0,38 µm.

[0024] Praktisch gleiche Ergebnisse, die nur innerhalb der Fehlergrenze variierten, ergaben sich mit einer sechseckigen Kugelmühle von 19,1 1 Inhalt.

[0025] Dies zeigt, daß bei polygonen Kugelmühlen im Vergleich zu runden Kugelmühlen zur Erzielung gleicher Ergebnisse nur etwa 2/3 der Mahlzeit bei gleicher Umdrehungszahl und gleichem Energieverbrauch erforderlich sind und dieses Ergebnis durch Erhöhung der

[0026] Drehzahl der polygonen Kugelmühle nochmals verbessert werden kann, so daß dann nur die halbe Laufzeit einer runden Kugelmühle erforderlich ist, was beträchtliche Kosteneinsparungen mit sich bringt.

[0027] Das Längen-/Seitenverhältnis der Mahlbehälter, also das Verhältnis zwischen Länge des Mahlbehälters und Breite der Umfangssehne, die eine Seite des Polygons bildet, ist nicht kritisch, jedoch wird man aus praktischen Gründen keine zu großen Trommeldurchmesser wählen und lieber die Länge vergrößern, wie dies jetzt auch bei den runden Kugelmühlen üblich ist. Es ist jedoch grundsätzlich nicht erforderlich, die Länge zu vergrößern, um bei etwa gleichem Durchmesser das gleiche Volumen wie in einer runden Kugelmühle zu haben, wie dies im vorstehenden Beispiel erfolgt ist, jedoch ist dies aus Gründen der Lagerung des Axialantriebes sinnvoll, um die Fliehkräfte kleiner zu halten.

Ansprüche

1. Kugelmühle zur Vermahlung von mahlfähigen, pulverförmigen Stoffen und deren pastenförmigen und flüssigen Zubereitungen, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen polygonen Mahlbehälter aufweist.

2. Kugelmühle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mahlbehälter quadratische bis sechseckige Form hat.

3. Kugelmühle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mahlbehälter quadratische Form hat.

4. Verfahren zur Feinvermahlung von vermahlungsfähigen pulverförmigen Stoffen und deren pastenförmigen bzw. flüssigen Zubereitungen mittels einer Kugelmühle, dadurch gekennzeichnet, daß die Mahlung in polygonen Mahlbehältern erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vermahlung in Kugelmühlen mit quadratischer bis sechseckiger Form des Mahlbehälters erfolgt.

6. Verwendung der Kugelmühle nach Anspruch 1 bis 3 zur Feinvermahlung von Pigmenten oder Füllstoffen.