Tiefel, Hilmar (Lohstrasse 49, Poppenricht, 92284, DE)
Donhauser, Friedrich (Kolumbusstrasse 62, Amberg, 92224, DE)
Neesse, Thomas (Löffelholzstrasse 1, Lauf, 91207, DE)
Tiefel, Hilmar (Lohstrasse 49, Poppenricht, 92284, DE)
Donhauser, Friedrich (Kolumbusstrasse 62, Amberg, 92224, DE)
| 1. | Verfahren zum Betreiben einer Nassmühle, welche mit einem Erz oder ähnlichen Mineralien, bevorzugt aus einem Bunker beschickt wird und welche einen Suspensionsaustrag aufweist, wobei die Suspension über eine Pumpe einem oder einer Gruppe von Hydrozyklonen zugeführt wird, weiterhin am Oberlaufstrom des Hydrozyklons ein Endprodukt vorgegebener Korngrößenzusammensetzung anliegt sowie der Unterlaufstrom mit Grobprodukt auf die Nassmühle zurückgeführt ist, mit folgenden Schritten: Erfassung des Betriebszustands des oder der Hydrozyklone durch Bestimmung von Strang oder Schirmaustrag oder von Übergangszu ständen hierzu, Beeinflussen des Drucks im Hydrozyklon durch Betätigen eines Ober laufregelventils zum Zweck der Stabilisierung der Oberlaufqualität bei schwankenden Aufgabebedingungen der Nassmühle, wobei die Druckregelung des ersten Regelkreises so vorgenommen wird, dass der Betrieb des Hydrozyklons im Bereich des Übergangs zwischen Dünnstrom zu Dichtstromtrennung erreicht wird oder erhalten bleibt, Schaffung eines zweiten Regelkreises ausgehend von einer Bestimmung des Drucks im Oberlauf in Strömungsrichtung vor dem Regelventil des ersten Regelkreises, wobei im Ergebnis der Druckbestimmung die Aufgabemenge aus dem Bunker und/oder die Fördermenge der Suspensionspumpe vorgegeben oder eingestellt wird. |
| 2. | Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelkreise mit Hilfe eines Computers realisiert werden, welcher hydrozyklon, mühlen und/oder materialbedingte Berechnungsalgorithmen aufweist, wobei computergestützt eine Steuerung der Wasserzugabe zur Einstellung des Fließverhaltens der Suspension am Ausgang der Nassmühle vorgenommen wird. |
| 3. | Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Drosselung des Oberlaufregelventils eine Druckerhöhung im Hydro zyklon erfolgt und hierdurch der Austrag von Grobgut im Unterlauf gefördert wird, wobei in diesem Fall eine Neueinstellung der Nachführung der Primäraufgabe der Nassmühle vorgenommen wird. |
| 4. | Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere parallel geschaltete Hydrozyklone über ein Regelventil in einer gemeinsamen Oberlaufsammelleitung betrieben werden. |
| 5. | Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung des Betriebszustands des oder der Hydrozyklone berührungslos durch Infrarot oder Laserabtastung des Unterlaufstrahls erfolgt. |
| 6. | Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung des Betriebszustands des oder der Hydrozyklone indirekt über eine Ermittlung des akustischen Schwingungsverhaltens im Unterlaufbereich vorgenommen wird. |
| 7. | Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit einer Nassmühle, welche eine Materialaufgabe und einen Suspensionsaustrag aufweist, wobei die Suspension über eine Pumpe mindestens einem Hydrozyklon zugeführt ist, der Unterlauf des Hydrozyklons mit der Materialaufgabe der Nassmühle in Verbindung steht und am Oberlauf des Hydrozyklons das Endprodukt anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Erfassung des Betriebszustands des oder der Hydrozyklone durch Bestimmung von Strang oder Schirmaustrag oder von Übergangszuständen hierzu vorgesehen sind, im Oberlauf ein Oberlaufregelventil eingesetzt ist, dessen Stelleingang mit einem Computer in Verbindung steht, zwischen Oberlaufausgang des Hydrozyklons und Oberlaufregelventil ein Drucksensor befindlich ist, dessen Druckmesswerte auf den Computer gelangen, dem außerdem die BetriebszustandsErfassungswerte des oder der Hydrozyklone zugeleitet sind, und dass der Computer ein Ausgangssignal zum Betätigen der Suspensionspumpe und/oder zum Beladen der Materialaufgabe der Nassmühle bereitstellt. |
| 8. | Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass regelungsausgangsseitig der Computer mit einem Wasserzugaberegelventil zur Einstellung der Viskosität der Suspension in Verbindung steht. |
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Nassmühle, welche mit einem Erz oder ähnlichen Mineralien, bevorzugt aus einem Bunker beschickt wird und welche einen Suspensionsaustrag aufweist, wobei die Suspension über eine Pumpe einem oder einer Gruppe von Hydrozyklonen zugeführt wird, weiterhin am Oberlaufstrom des Hydro- zyklons ein Endprodukt vorgegebener Korngrößenzusammensetzung anliegt sowie der Unterlaufstrom mit Grobprodukt auf die Nassmühle zurückgeführt ist, und eine Anordnung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.
Die Kombination von Nassmühlen mit Hydrozyklonen gehört zum Stand der Technik. Üblicherweise wird jedoch die Materialaufgabe der Mühle in Abhängigkeit vom Suspensionsaustrag geregelt. Aufgrund der hohen Verweildauern der aufgegebenen Materialien in der Mühle ergeben sich jedoch Unzulänglichkeiten im an sich erstrebenswerten effektiven Mühlen- betrieb. Mahlanlagen, die vorzugsweise in der Mineralaufbereitung eingesetzt sind, sollen im Klassiereroberlauf eines Endprodukts eine Suspension erzeugen, deren Qualitätskriterien Feststoffgehalt und Korngrößenzusammensetzung sind und die mit Blick auf die nachfolgenden Prozesse keinen zu großen Schwankungen unterliegen dürfen. In vielen Fällen ist jedoch das Mühlenaufgabegut, z.B. Erz, durch wechselnde Eigenschaften, insbesondere unterschiedliche Härte des Materials gekennzeichnet.
Härteres Material führt dann zu einem grobkörnigeren Mühlenaustrag und folglich auch zu einem gröberen Hydrozykloneinlauf. Bei einer solchen Betriebsweise von Nassmühlen, die im geschlossenen Kreislauf mit Hydrozyklonen arbeiten, ergibt sich dann im Hydrozyklon eine Verschiebung in Richtung auf eine gröbere Trennung und eine unerwünschte Vergröberung der Oberlaufsuspension. Zur Stabilisierung der Oberlaufqualität sind deshalb Regelvorrichtungen notwendig. Mit Blick auf den hierzu bekannten Stand der Technik ist es erforderlich, dass beim Hydrozyklonoberlauf im Strom die Korngrößen-
Zusammensetzung bestimmt wird. Hierfür sind Meßsysteme im Einsatz, die sowohl in der Anschaffung als auch in der Wartung hohe Kosten nach sich ziehen. Bekannte Regeleinrichtungen benutzen das Meßsignal aus dem Hydrozyklonoberlauf, um eine Rückwirkung auf den Mühlenbetrieb zu erreichen. Vorzugsweise wird dann bei einem härteren Aufgabematerial die Primäraufgabe der Nassmühle durch Regelung des Bunkerabzugs verringert. Bekannt ist auch eine Regelung der Wasserzugabe am Mühlenaustrag, kombiniert mit einer Regelung der Drehzahl der Hydrozyklonspeisepumpe.
Bei den vorstehenden Varianten des Standes der Technik ist regelungs- seitig der hohe Aufwand für die Qualitätsbestimmung im Oberlauf und der regelungstechnische Zugriff auf die Mühle nachteilig . Es kommt hierbei zu einer hohen Verzögerung der Regelung in einer Größenordnung, die der Materialverweilzeit in der Mühle entspricht. Da es sich hier um Verzöge- rungen größeren Ausmaßes handelt, treten entsprechende Fehlausträge im Hydrozyklon auf.
Aus der zum ferneren Stand der Technik zählenden EP 1 124 642 Bl ist eine Hydrozyklonanordnung mit einem Einlauf der Aufgabetrübe, einem Oberlauf und einem Unterlauf vorbekannt, wobei der Einlauf von einer Pumpe in eine Aufnahmekammer geführt wird. Der Oberlauf der Hydrozyklonanordnung wird in eine Sammelkammer geleitet, wobei für den Unterlauf ein freier Auslauf vorgesehen ist. Bei diesem Stand der Technik sind darüber hinaus mehrere, gleichbemessene Hydrozyklone vorgesehen, die räumlich dicht beieinander angeordnet sind, wobei die Oberläufe aller Hydrozyklone in die gemeinsame Oberlaufsammeikammer münden. Die Oberlaufsammelkammer ist als Drucktopf ausgebildet und steht über eine Oberlaufsammelleitung mit einem verstellbaren Regelventil und einer zugehörigen Regeleinrichtung für die Einstellung des Volumensplitts, nämlich des Verhältnisses der Volumenströme von Oberlauf und Unterlauf zueinander, in Verbindung. Um die vorerwähnte Regelung vornehmen zu können, sind bei einem oder bei allen Hydrozyklonen Messmittel zur Erfassung der in dem jeweiligen konischen Unterteil befindlichen Masse an schwerem Austrittsgut vorgesehen. Diese Messmittel stehen mit dem Regelventil als Stellglied in Verbindung. Eine solche Massebestimmung mit entsprechender Sensorik ist unter den harten Einsatzbedingungen beim
Betrieb von Nassmühlen zur Mineralaufbereitung völlig ungeeignet und liefert darüber hinaus keine exakten Werte zur jeweiligen Bestimmung des Betriebszustands des oder der Hydrozyklone.
Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, ein weiterentwickeltes Verfahren zum Betreiben einer Nassmühle anzugeben, welche mit einem Erz oder ähnlichen Mineralien, bevorzugt aus einem Bunker beschickt wird, wobei eine für das Betreiben der Nassmühle optimierte Regelung derart zu realisieren ist, dass der mess- und regelungstechnische Aufwand gering gehalten werden kann und wobei die Regelung selbst verzögerungsarm geschieht.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch ein Verfahren in seiner Definition gemäß Lehre nach Patentanspruch 1 sowie mit einer Anordnung nach der Merkmalskombination des Patentanspruchs 7, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.
Erfindungsgemäß wird der regelungstechnische Eingriff auf den Hydrozyklon fokussiert, und zwar indem der Hydrozyklon über den Oberlauf einer Regelung unterliegt, so dass eine verzögerungsfreie Stabilisierung der Oberlaufqualität gewährleistet wird.
Voraussetzung für eine erfolgreiche Regelung ist eine exakte und schnelle Messung des Betriebszustands des Hydrozyklons, für den die Luftkernausbildung im Zentrum der Hydrozyklonströmung entscheidend ist.
Als Betriebszustände werden hier die Dünnstromtrennung, Dichtstromtrennung sowie der Übergangszustand zwischen Dünnstrom- und Dichtstromtrennung unterschieden.
Während bei der Dünnstromtrennung ein relativ stabiler, durchgehender Luftkern im Hydrozyklon zu beobachten ist, wird der Luftkern bei Dichtstromtrennung im Unterlauf abgeschnürt und es ist der Restluftkern im Zykloninneren durch eine unruhige, schwankende Bewegung gekennzeichnet.
Im Gegensatz zum Stand der Technik, wo der Betriebszustand des Hydro- zyklons über eine Massebestimmung im Unterlauf erfolgt, was eine schnelle und exakte Regelung ausschließt, wird der Betriebszustand erfindungsgemäß entweder mit einem Sensor berührungslos abgetastet oder es wird der Betriebszustand durch Schwingungsanalyse des Zyklonkörpers ermittelt.
Aufgrund des Hydrozyklonbetriebs in industrieller Umgebung ist es wünschenswert und steht demzufolge als bevorzugte Realisierungsform an, indirekte bzw. berührungslose Messmethoden zu nutzen. Insofern kommt eine bevorzugte Abtastung des Unterlaufstrahls mit einem Infrarotstrahl oder Laserstrahl bzw. die vorerwähnte Schwingungsmessung mit Piezosensor oder mit Hilfe eines Laser-Reflexionslichttasters zum Einsatz.
Mit Hilfe dieser vorbeschriebenen Sensoren kann der optimale Betriebszustand des Hydrozyklons detektiert werden, der sich am Übergang zwischen Dichtstrom- und Dünnstromtrennung, d.h. im Bereich des Übergangs zwischen Strang- oder Schirmaustrag befindet. Das Betreiben des Hydrozyklons am optimalen Betriebspunkt bedeutet, dass ein maximaler Feststoffgehalt im Unterlauf und ein maximaler Feststoffaustrag möglich wird.
Das jeweilige Sensorausgangssignal wirkt gemäß der Erfindung auf ein Oberlaufregelventil ein. Bei Drosselung dieses Oberlaufregelventils wächst der Druck im Hydrozyklon mit der Folge, dass der Austrag von Grobgut im Unterlauf intensiviert wird. Auf diese Weise werden die Trennkorngröße und folglich auch die Kornfeinheit im Oberlauf verringert. Bei der Anordnung von mehreren Hydrozyklonen kann der Oberlauf aller Zyklone zusammengefasst und das Regelventil in der Sammelleitung installiert werden. Hierbei genügt dann auch die Installation von Meßsensoren für den Betriebszustand an nur einem oder wenigen der Hydrozyklone.
Der durch die Drosselung des Oberlaufs sich ergebende erhöhte Druck im Hydrozyklon wird bestimmt und liefert ein Signal, welches zur Nachführung
der Primäraufgabe der Nassmühle bzw. der Einstellung der Suspensionsoder Hydrozyklonspeisepumpe benutzt werden kann.
Zusammenfassend wird verfahrensseitig eine Erfassung des Betriebszustands des oder der Hydrozyklone durch Bestimmung von Strangoder Schirmaustrag oder von Übergangszuständen hierzu vorgenommen. Weiterhin erfolgt ein Beeinflussen des Drucks im Hydrozyklon durch Betätigen des erwähnten Oberlaufregelventils zum Zweck der Stabilisierung der Oberlaufqualität bei schwankenden Aufgabebedingungen der Nassmühle, wobei die Druckregelung des hierdurch gebildeten ersten
Regelkreises so vorgenommen wird, dass der Betrieb des Hydrozyklons im Bereich des Übergangs zwischen Dünnstrom- zu Dichtstromtrennung erreicht wird oder erhalten bleibt.
Weiterhin wird ein weiterer, zweiter Regelkreis geschaffen, und zwar ausgehend von einer Bestimmung des Drucks im Oberlauf in Strömungsrichtung vor dem Regelventil des ersten Regelkreises, wobei im Ergebnis der Druckbestimmung die Aufgabemenge aus dem Bunker und/oder die Fördermenge der Suspensionspumpe, die auf den Hydrozyklon führt, vorgegeben wird.
Die Regelkreise sind in Ausgestaltung der Erfindung mit Hilfe eines Computers realisierbar, welcher hydrozyklon-, mühlen- und/oder materialbedingte Berechnungsalgorithmen aufweist, wobei computergestützt eine Steuerung der Wasserzugabe zur Einstellung des Fließverhaltens der Suspension am Ausgang der Nassmühle vorgenommen werden kann.
Bei einer Drosselung des Oberlaufregelventils im ersten Regelkreis wie erläutert, erfolgt eine Druckerhöhung im Hydrozyklon. Hierdurch wird der Austrag von Grobgut im Unterlauf gefördert, wobei in diesem Fall eine Neueinstellung der Nachführung der Primäraufgabe der Nassmühle realisiert wird .
Bei der Anordnung zur Durchführung des Verfahrens wird von einer an sich bekannten Nassmühle ausgegangen, welche eine Materialaufgabe und einen Suspensionsaustrag aufweist.
Die Suspension ist über eine Pumpe mindestens einem Hydrozyklon zugeführt, wobei der Unterlauf des Hydrozyklons mit der Materialaufgabe der Nassmühle in Verbindung steht und am Oberlauf des Hydrozyklons das Endprodukt anliegt.
Weiterhin sind anordnungsseitig Mittel zur Erfassung des Betriebszustands des oder der Hydrozyklone und zur Bestimmung von Strang- oder Schirmaustrag oder von Übergangszuständen hierzu vorgesehen.
Im Oberlauf ist ein Oberlaufregelventil eingesetzt, dessen Stelleingang mit dem Computer in Verbindung steht.
Zwischen Oberlaufausgang des Hydrozyklons und Oberlaufregelventil befindet sich ein Drucksensor, dessen Druckmesswerte auf den Computer gelangen. Diesem Computer werden außerdem die Betriebszustands- Erfassungswerte des oder der Hydrozyklone zugeleitet.
Der Computer liefert ein Ausgangssignal zum Betätigen der Suspensionspumpe und/oder zum Beladen der Materialaufgabe der Nassmühle. Ergänzend steht der Computer regelungsausgangsseitig mit einem Wasserzugaberegelventil zur Einstellung der Viskosität der Suspension in Wirkverbindung.
Die vorgestellte Hydrozyklonregelung innerhalb von Mahlkreisläufen mit Nassmühlen ermöglicht eine verzögerungsfreie Stabilisierung der Hydrozyklonoberlaufqualität auch bei sehr stark schwankenden Aufgabebedingungen der Mühle.
Der Betriebszustand der Hydrozyklone kann bevorzugt berührungslos mit Laser- bzw. Infrarotsensoren ermittelt werden. Eine indirekte, berührungsfreie Messung kommt dem rauhen, industriellen Hydrozyklonbetrieb entgegen.
Die beschriebene Sensorik stellt sich als wesentlich vorteilhafter mit Blick auf die Installation von aufwendigen Messverfahren für eine In-Stream- Bestimmung der Korngrößenzusammensetzung des Oberlaufs dar.
Die Regelung des Hydrozyklons gibt den optimalen Betriebspunkt der Hydrozyklone am Übergang von Dünnstrom- zu Dichtstromtrennung an. Dadurch wird die Rückführung von Feinkorn, das als Fehlaustrag im Unterlauf befindlich ist, minimiert.
Der zweite Regelkreis, der den Druck im Hydrozyklon benutzt, um auf die Primäraufgabe der Nassmühle einzuwirken und gegebenenfalls auch auf die Suspensions- oder Hydrozyklonspeisepumpe, ermöglicht einen stabilen Mühlenbetrieb bei konstantem Durchsatz und mit günstigem Zeitverhalten auch bei hohen Schwankungen der Materialeigenschaften, welche dem Mahlprozess unterworfen werden.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie unter Zuhilfenahme einer Figur näher erläutert werden.
Die Figur zeigt hierbei ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Anordnung.
Die Anordnung zum Betreiben einer Nassmühle 2, welche mit einem Erz oder einem ähnlichen Mineral, bevorzugt aus einem Bunker 1 beschickt wird, umfasst einen Suspensionsaustrag, z.B. in Form einer Schurre 15, die mit einer Suspensionspumpe 3 in Verbindung steht.
Ausgangsseitig der Suspensionspumpe 3 ist eine Verbindung zur Aufgabe eines Hydrozyklons 4 geschaffen .
Am Oberlauf 14 des Hydrozyklons 4 ist ein Oberlaufregelventil 10 befindlich.
Dieses Oberlaufregelventil 10 besitzt vorzugsweise ein pneumatisch oder hydraulisch betätigtes Stellmittel 9. Das Stellmittel 9 steht mit dem
Ausgang eines Personal-Computers 8, der einen Bestandteil des Regelkreises bildet, in Verbindung.
Zwischen Oberlauf 14 und dem Oberlaufregelventil 10 ist ein Drucksensor 11 befindlich. Die Druckmesswerte des Drucksensors 11 gelangen ebenfalls auf den Personal-Computer 8, welchem außerdem Betriebszustands- Erfassungswerte des oder der Hydrozyklone 4 zugeleitet werden.
Zur Bestimmung des Betriebszustands des oder der Hydrozyklone 4 durch Erfassung von Strang- oder Schirmaustrag bzw. von Übergangszuständen hierzu ist eine Sensorik 7 vorhanden. Der Unterlaufstrom 5 des Hydrozyklons 4 wird wie auch das Schüttgut 6 aus dem Bunker 1 der Nassmühle 2 zugeführt.
Ein weiterer Regelungsausgang des Personal Computers 8 steht über eine Verbindung 13 mit der Primäraufgabe der Mühle 2 in Verbindung und kann die Vorgabe der Zuführmenge des Schüttguts beeinflussen.
Es liefert also der Personal-Computer 8 Regelungssignale zur Schüttgutauf- gabemenge über die Verbindung 13 und darüber hinaus über die
Verbindung 12 Signale zum Betätigen der Suspensionspumpe 3, z.B. über eine Drehzahleinstellung dieser.
Mit der strichpunktierten Linie im Zweig 13 ist angedeutet, dass über den Personal-Computer 8 die Möglichkeit besteht, die Wasserzugabemenge zur Einstellung der Viskosität der Suspension ausgangsseitig der Nassmühle 2 einzustellen, wobei zu diesem Zweck in die Wasserzuführungsleitung ein Wasserregelventil 16 eingeschleift ist.
Die Messung des Betriebszustands des Hydrozyklons 4 kann durch
Schwingungsmessungen mit einem Laser-Schwingungsmesser oder aber auch berührungslos durch einen Infrarotsensor zum Zweck der Abtastung der Unterlaufaustrags vorgenommen werden. Die Sensorik 7 kann außerhalb kritischer Bereiche, d.h. außerhalb von den Räumen, die einer extremen Verschmutzung und Belastung unterliegen, angeordnet werden.
Bei der Nutzung von Infrarotsensoren, die, wie vorerwähnt, an unkritischen Stellen montierbar sind, wirkt der Unterlaufstrahl als Reflektor des Infrarotstrahls, so dass bei Veränderungen der Strahlposition oder des Strahldurchmessers sich ein entsprechend geändertes Reflexionssignal zur Betriebszustandsanalyse des Hydrozyklons einstellt.
Mit dem Betätigen des Oberlaufregelventils 10 im Hydrozyklonoberlauf 14 wird ein Gegendruck aufgebaut, so dass die Oberlaufqualität stabilisierbar ist.
Wie in der figürlichen Darstellung entnehmbar, werden die Regelkreise mit Hilfe des Personal-Computers 8 realisiert, welcher hydrozyklon-, mühlen- und/oder materialbedingte Berechnungsalgorithmen aufweist und mit dem zusätzlich computerunterstützt eine Steuerung der Wasserzugabe zur Einstellung des Fließverhaltens der Suspension am Ausgang der Nassmühle 2 vorgenommen wird .
Bei der Ausbildung mehrerer, parallel geschalteter Hydrozyklone werden diese über ein Regelventil in einer gemeinsamen Oberlaufsammelleitung betrieben. Bei einer solchen Gruppenanordnung von Hydrozyklonen genügt die Erfassung des Betriebszustands an einem oder an wenigen Zyklonen der Gruppe.
Bezugszeichenliste
1 Bunker
2 Nassmühle
3 Suspensionspumpe 4 Hydrozyklon
5 Feststoffaustrag über den Unterlauf
6 Schüttgutaufgabe
7 Sensorik zur Erfassung des Betriebszustands des Hydrozyklons
8 Personal-Computer 9 Stellmittel
10 Oberlaufregelventil
Drucksensor Steuerverbindungsleitungen ausgehend vom Personal-Computer 8 Oberlauf Schurre Wasserzugaberegelventil