EVERWAND, Torsten (Westkirchener Str. 1a, Warendorf, 48231, DE)
SILGE, Steffen (Conradstrasse 22, Dresden, 01907, DE)
KRÜMPEL, Michael (Geiststr. 10, Oelde, 59302, DE)
WEYRAUCH, Sandra (Herderstraße 9, Freiberg, 09599, DE)
DELATOUR, Vincent (Elsenhermstrasse 36, Gütersloh, 33334, DE)
EVERWAND, Torsten (Westkirchener Str. 1a, Warendorf, 48231, DE)
SILGE, Steffen (Conradstrasse 22, Dresden, 01907, DE)
KRÜMPEL, Michael (Geiststr. 10, Oelde, 59302, DE)
WEYRAUCH, Sandra (Herderstraße 9, Freiberg, 09599, DE)
| Ansprüche : 1. Pelletiereinrichtung (1) zum Pelletieren pelletierbarer Stoffe (2) mit wenigstens einem gegenüber der Horizontalen geneigten und drehbar vorgesehenen Pelletierteller (3) und wenigstens einer Steuereinrichtung (24), wobei der Pelletierteller (3) über eine Motoreinrichtung (4) antreibbar ist, und wobei der Pelletierteller (3) wenigstens einen Boden (5) und eine Seitenwand (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Motoreinrichtung (4) zur Drehung des Pelletiertellers (3) wenigstens einen Torquemotor (41) und wenigstens ein Verstärkermodul (34) zur Ansteuerung des Torquemotors (41) umfasst, und wobei die Welle (8) der Motoreinrichtung (4) mit einem Ritzel (40) versehen ist und mit einem Zahnkranz (35) gekoppelt ist, der fest mit dem Pelletierteller (3) verbunden ist, sodass keine weitere Getriebestufe zwischen dem Torquemotor (41) und dem Pelletierteller (3) vorgesehen ist. 2. Pelletiereinrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei der Torquemotor (41) Permanentmagnete zur Erzeugung eines Magnetfeldes im Läufer umfasst. 3. Pelletiereinrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Torquemotor (41) Elektromagnete zur Erzeugung eines Magnetfeldes im Läufer umfasst. 4. Pelletiereinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ritzel (40) mit einer geringeren Zähnezahl und der Zahnkranz (35) mit einer größeren Zähnezahl versehen ist. 5. Pelletiereinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwei oder mehr Torquemotoren (41) vorgesehen und insbesondere an den Zahnkranz gekoppelt sind. 6. Pelletiereinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Neigungswinkel (18) des Pelletiertellers (3) und/oder die Drehzahl des Torquemotors (41) einstellbar sind . 7. Pelletiereinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens eine Antriebseinrichtung zur Höhenverstellung der Seitenwandeinrichtung und/oder zur Einstellung des Neigungswinkels des Pelletiertellers (3) vorgesehen ist. 8. Pelletiereinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens eine Sensoreinrichtung zur Erfassung der Größe der ausgetragenen Pellets und/oder wenigstens eines Parameters des zu pelletierenden Stoffes vorgesehen ist. 9. Pelletiereinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Steuereinrichtung (24) zur Steuerung der Drehzahl des Pelletiertellers und/oder des Neigungswinkels (18) des Pelletiertellers und/oder der Höhe (7) der Seitenwandeinrichtung vorgesehen ist. 10. Pelletiereinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens ein Abstreifer (33) an dem Pelletierteller vorgesehen ist. 11. Pelletiereinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der vorgesehene Massendurchsatz größer 25 Tonnen pro Stunde und insbesondere größer 50 Tonnen pro Stunde und vorzugsweise größer 100 Tonnen pro Stunde beträgt . |
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pelletiereinrichtung zum Pelletieren pelletierbarer Stoffe, um z . B. durch das Agglomerieren die Handhabung, Lagerung und die Verarbeitung zu erleichtern oder zu ermöglichen. Beispielsweise kann die
Rieselfähigkeit verbessert und die Staubentstehung reduziert werden .
Obwohl im Folgenden die Erfindung im Wesentlichen mit Bezug auf die Herstellung von Pellets aus Eisenerz für die Stahlproduktion beschrieben wird, kann die erfindungsgemäße Pelletiereinrichtung auch zur Agglomeration bzw. zur Pelletierung anderer pelletierfähiger Stoffe verwendet werden. Beispielsweise können neben Primärstoffen auch Sekundärstoffe wie
Düngemittel, Filterstäube oder andere Gemische oder Reststoffe zur besseren Handhabung und/oder zur Vermeidung von Entmischung pelletiert werden, um ein einfach zu verarbeitendes Produkt zu erhalten.
Im Stand der Technik sind verschiedenste Pelletiereinrichtungen bekannt geworden, bei denen beispielsweise ein Pelletierteller zur Horizontalen geneigt vorgesehen ist. Der Pelletierteller ist drehbar aufgenommen und wird meist durch einen elektrischen Asynchronmotor angetrieben. Dabei dreht der Motor mit einer hohen Drehzahl und wird durch ein Getriebe auf die gewünschte Drehzahl des Pelletiertellers abgestuft.
Bei großen Pelletiertellern mit Außendurchmessern von bis zu 7,5 m oder mehr und bei der Pelletierung von Eisenerzen werden
BESTÄTIGUNGSKOPIE hohe Antriebsleistungen benötigt, die bis zu 200 oder 300 Kilowatt oder noch mehr betragen können. Um den Antrieb zu gewährleisten, wird deshalb eine elastische Klauenkupplung oder eine hydrodynamische Kupplung eingesetzt und es wird über z. B. ein Parallelwellengetriebe oder dergleichen die Leistung des elektrischen Asynchronmotors auf den Pelletierteller übertragen .
Aus der JP 07068148 A ist ein Pelletierteller mit einer höhenverstellbaren Seitenwand bekannt geworden, wobei der Pelletierteller einen Durchmesser von 3 m und einen Massendurchsatz von 5 Tonnen pro Stunde hat.
Bei typischen Pelletiertellern mit z. B. 3 m Durchmesser läuft ein Asynchronmotor mit z. B. 1500 Umdrehungen pro Minute. Das Getriebe am Ausgang des Motors sorgt für eine Drehzahlherabsetzung, sodass der Pelletierteller mit einer Betriebsdrehzahl von z. B. 10 bis 15 Umdrehungen pro Minute betrieben wird.
Aufgrund der Materialbeladung und der Schrägstellung des
Pelletiertellers weist dieser eine hohe Unwucht auf, die erhebliche Ausmaße annehmen kann. Das wird klar, wenn man bedenkt, dass der Massendurchsatz bei größeren Anlagen bei 20, 25, 50 oder sogar etwa 100 oder 150 Tonnen pro Stunde oder noch darüber liegen kann. Deshalb werden enorme Anforderungen an das Antriebssystem gestellt. Aufgrund der zahlreichen mechanischen Komponenten gibt es ein gewisses Ausfallrisiko.
Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Pelletiereinrichtung zum Pelletieren pelletierbarer Stoffe zur Verfügung zu stellen, welche zuverlässig arbeitet und einen geringeren Wartungsbedarf hat.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Pelletiereinrichtung zum Pelletieren pelletierbarer Stoffe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind
Gegenstand der Unteransprüche. Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen.
Eine erfindungsgemäße Pelletiereinrichtung zum Pelletieren pelletierbarer Stoffe umfasst wenigstens einen gegenüber der Horizontalen geneigten und drehbar vorgesehenen Pelletierteller und wenigstens eine Steuereinrichtung. Der Pelletierteller ist über eine Motoreinrichtung drehbar antreibbar. Der Pelletierteller weist wenigstens einen Boden und wenigstens eine Seitenwand auf. Die Motoreinrichtung des Pelletiertellers zur Drehung des Pelletiertellers umfasst wenigstens einen Torquemotor. Wenigstens ein Verstärkermodul ist zur Ansteue- rung des Torquemotors vorgesehen. Die Welle der Motoreinrichtung ist mit einem Ritzel mit einer geringeren Zähnezahl versehen und ist mit einem Zahnkranz mit einer größeren
Zähnezahl gekoppelt. Der Zahnkranz ist fest mit dem
Pelletierteller verbunden. Es ist keine Getriebestufe zwischen dem Torquemotor und dem Pelletierteller vorgesehen.
Das auf der Welle der Motoreinrichtung vorgesehene Ritzel ist direkt mit dem Zahnkranz und damit auch direkt mit dem
Pelletierteller gekoppelt. Ein separates Getriebe ist nicht nötig. Der Zahnkranz kann eine Innenverzahnung oder auch eine Außenverzahnung aufweisen.
Die erfindungsgemäße Pelletiereinrichtung hat viele Vorteile. Der Antrieb des Pelletiertellers über einen Torquemotor, der insbesondere als synchron angetriebener Elektromotor ausgeführt ist, ermöglicht einen hohen Wirkungsgrad, während gleichzeitig der Wartungsaufwand gering ist. Beispielsweise wird kein Drehzahlgeber benötigt.
Ein erheblicher Vorteil eines Torquemotors ist, dass kein Schlupf auftritt. Außerdem ist ein Anlauf unter Volllast möglich. Bei einem normalen Asynchronmotor kann es sein, dass sich bei großen Lasten ein solcher Drehteller erst aufschaukeln muss, bevor ein Rundlauf erzielt wird. Bei einem Wiederanlauf nach einem Stop kann es auch nötig sein, den Pelletierteller zunächst wenigstens teilweise per Hand zu entleeren, damit ein Start möglich ist.
Das Verstärkermodul ermöglicht einen geberlosen Betrieb des Torquemotors und umfasst insbesondere wenigstens einen Servo- verstärker oder ist als ein solcher ausgeführt.
Außerdem kann auch auf den Einsatz von Gummipuffern als
Kupplungselement beispielsweise verzichtet werden. Dadurch, dass in der Regel auf ein Getriebe verzichtet werden kann, wird der Einsatz von Getriebeöl deutlich reduziert, wodurch sich weitere Vorteile ergeben wie z. B. ein höherer Wirkungsgrad und ein geringerer Geräuschpegel.
Insgesamt weist die erfindungsgemäße Pelletiereinrichtung weniger Einzelkomponenten und einen geringeren Wartungsbedarf auf. Auch müssen weniger Ersatzteile vorgehalten werden und der Verschleiß wird reduziert.
Insgesamt ist die erfindungsgemäße Pelletiereinrichtung durch weniger mechanische Komponenten unanfälliger für Störungen und weist einen geringeren Energieverlust im Antriebsstrang auf.
Das Zähnezahlverhältnis von Zahnkranz zu dem Ritzel liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen 2:1 und 20:1 und vorzugsweise in einem Bereich von 4:1 bis 10:1 oder 12:1.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst der Elektromotor Permanentmagnete zur Erzeugung eines Magnetfeldes im Läufer. Insbesondere dienen die Permanentmagnete dabei zur wenigstens teilweise Erzeugung des Magnetfeldes in dem Läufer.
Permanentmagnete haben viele Vorteile. Ein erheblicher Vorteil ist, dass keine Stromübertragung zu den sich drehenden Teilen erfolgen muss.
Möglich ist aber auch, dass der Elektromotor Elektromagnete zur Erzeugung eines Magnetfeldes im Läufer umfasst. Dabei ist es auch möglich, dass nur ein Teil des Magnetfeldes durch Elektromagnete erzeugt wird. Durch den Einsatz von Elektromagneten zur Erzeugung des Magnetfeldes im Läufer wird ein besonders flexibler Einsatz ermöglicht. Durch eine gezielte Abfolge der Steuerungen der einzelnen Magnete kann die Drehgeschwindigkeit sehr variabel eingestellt werden.
In der Regel darf die kritische Drehzahl nicht überschritten werden, da es ab der kritischen Drehzahl zum Zentrifugieren des Materials kommen kann. Günstige Betriebsdrehzahlen liegen somit unter der kritischen Drehzahl, um ein Abrollen der Pellets und damit den Pelletierprozess zu fördern.
Bei dem Pelletierprozess findet eine Agglomeration statt. Unter Agglomeration wird hier das Überführen eines Feingutes bzw. feinkörniger Güter in stückige Produkte mit verbesserten Transport- und/oder Verarbeitungs- und/oder Gebrauchseigenschaften verstanden. Ausschlaggebend für die Agglomeration sind anziehende Kräfte zwischen den Partikeln. Anziehende Kräfte können z. B. in Form von Kapillarkräften durch
Flüssigkeitsbrücken, Festkörperbrücken und Van-der-Waals- Kräfte zwischen den Partikeln wirken.
Der Prozessraum des Pelletiertellers kann durch einen geneigten und rotierenden flachzylindrischen Behälter gebildet werden. Das aufgegebene Feingut wird durch die Behälterrotation in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen, wie z. B. der Drehzahl und dem Anstellwinkel bis z. B. zur tellerhöchsten Stelle mitgerissen und rollt dann auf einem Materialbett ab. Zur Erzeugung besserer oder geeigneter Haftbedingungen kann das Material von oben mit Bindemittel besprüht werden.
Durch die Ausbildung von Flüssigkeitsbrücken z. B. entstehen Pelletkeime, die auf dem Feingut im Materialbett nach oben wandern. Dieser Pelletwachstumsprozess kann mit einem
kontinuierlichen Zerfall der Pellets einhergehen. Durch die überwiegenden Haftkräfte lagern sich weitere Partikel und Pelletbruchstücke an, bis die Agglomerate so groß sind, dass sie durch die Zentrifugalkraft über die Seitenwand bzw. den Tellerrand ausgetragen werden. Durch diesen Segregationseffekt ist es möglich, dass die im Pelletierteller hergestellten Pellets eine sehr enge Korngrößenverteilung aufweisen.
Zur Vermeidung von Materialanhaftungen im Prozessraum können Abstreifer verwendet werden. Diese wahlweise stationären oder dynamischen Systeme können eine zusätzliche Vertikalkomponente der Materialdurchmischung ergeben.
Bei der Pelletierung befinden sich die kleinsten Partikel dabei zunächst in der Regel in der Nähe des Bodens des
Pelletiertellers, während die größeren Agglomerate auf der Oberfläche quasi schwimmen.
In bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung sind wenigstens eine Steuereinrichtung und wenigstens ein Verstärkermodul zur Steuerung des Elektromotors vorgesehen. Dabei erfolgt die Geschwindigkeitsregelung des Torquemotors insbesondere über das Verstärkermodul. Torquemotoren drehen typischerweise entsprechend der Frequenz des angelegten Wechselstroms. Durch ein entsprechendes Verstärkermodul kann die Frequenz und damit die Drehgeschwindigkeit des Pelletiertellers entsprechend stufenlos oder stufenbehaftet eingestellt werden.
Typische Umdrehungsgeschwindigkeiten des Pelletiertellers liegen bei 2 bis 10 Umdrehungen pro Minute und typischerweise beträgt die Umfangsgeschwindigkeit etwa 2 m pro Sekunde, kann aber auch größer oder kleiner gewählt werden.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist die Welle der Motoreinrichtung mit einem Antriebsritzel mit einer geringeren Zähnezahl versehen und der mit den Pelletierteller gekoppelte Zahnkranz ist mit einer größeren Zähnezahl versehen. Das Antriebsritzel ist mit dem Zahnkranz gekoppelt, woraus resultiert, dass die Welle des Torquemotors mit einer größeren Geschwindigkeit als der Pelletierteller dreht.
In bevorzugten Weiterbildungen sind zwei oder mehr separate Torquemotoren vorgesehen, die insbesondere über dem Umfang verteilt angeordnet sind. Da Torquemotoren keinen Schlupf aufweisen, können mehrere separate Torquemotoren angesteuert werden, die insgesamt das erforderliche Drehmoment aufbringen. Beispielsweise können zwei gegenüberliegende oder drei um 120° versetzt angeordnete Torquemotoren auf einen mit der Drehachse verbundenen Zahnkranz einwirken.
Ein Vorteil mehrerer Torquemotoren liegt z. B. darin, dass kleinere und standardisierte Torquemotoren verwendet werden können. Außerdem sinkt das Ausfallrisiko. Des Weiteren kann eine etwas größere Leistung als benötigt installiert werden, sodass auch bei Ausfall eines Torquemotors noch ein Betrieb möglich ist. Aber auch wenn nur zusammen mit den zwei, drei oder vier vorgesehenen Torquemotoren die vorgesehene Maximalleistung erreicht wird, kann bei Ausfall eines Teils der
Motoren der Pelletierteller mit einer geringeren Belastung angefahren werden.
Ein weiterer Vorteil ist, dass Torquemotoren leichter sind.
Vorzugsweise ist der Neigungswinkel des Pelletiertellers und/oder die Drehzahl des Elektromotors variierbar und jeweils insbesondere automatisch einstellbar.
In vorteilhaften Weiterbildungen ist eine Antriebseinrichtung zur Höhenverstellung der Seitenwand und/oder zur Einstellung des Neigungswinkels des Pelletiertellers vorgesehen. Durch eine automatische Verstellung der Höhe der Seitenwand kann das Aufnahmevolumen des Pelletiertellers entsprechend eingestellt und variiert werden, wodurch sich vielfältige Verbesserungsmöglichkeiten des Pelletierprozesses ergeben. Ein erheblicher Vorteil ist, dass die Verweilzeit der zu pelletierenden Stoffe auf dem Pelletierteller vergrößert werden kann, wodurch sich die Wertkornfraktion entsprechend erhöhen lässt, wenn der Anteil der Pellets mit zu geringem Durchmesser zu groß ist.
Das Aufgabegut kann eine zeitlich und/oder je nach Ursprungsort schwankende Qualität aufweisen. Weiterhin können auch Unterschiede in der Lagerung auftreten und es kann auch die Feuchte in dem zu verarbeitenden Material variieren. Bei unterschiedlichen Randbedingungen können Pellets unterschiedlicher Größe, Festigkeit und auch Dichte entstehen, was unerwünscht ist. Hiermit wird eine automatische und kontinuierliche Anpassung verschiedenster Parameter ermöglicht.
Insbesondere kann auch die effektive Höhe der Seitenwand verändert werden, wodurch die gewünschten Ergebnisse zielsicher eingehalten werden können.
Möglich ist es zusätzlich auch, den Durchmesser des Prozessraumes zu verändern, um die Größe des Prozessraumes zu vergrößern. In der Regel führt ein im Durchmesser größerer
Prozessraum bei sonst gleichen Bedingungen zu einem größeren Durchsatz, während ein kleinerer Prozessraum zu einem
geringeren Durchsatz führt. Somit kann über den Durchmesser des Prozessraumes der Durchsatz der hergestellten Pellets be- einflusst werden.
Durch die Vergrößerung der Prozessraumhöhe wird eine längere Verweilzeit erreicht und damit werden im Durchschnitt größere Pellets abgegeben, während mit einer Verkleinerung der
Prozessraumhöhe eine kürzere Verweilzeit und damit im Durchschnitt kleinere Pellets ausgetragen werden.
In bevorzugten Ausgestaltungen ist wenigstens eine Sensoreinrichtung zur Erfassung der Größe der pelletierten Pellets und/oder wenigstens eines Parameters des zu pelletierenden Stoffes vorgesehen.
Vorteilhafterweise dient die Steuereinrichtung zur Steuerung der Drehzahl des Pelletiertellers und/oder zur Einstellung der Höhe der Seitenwandeinrichtung . Gegebenenfalls kann auch der Neigungswinkel des Pelletiertellers eingestellt werden.
In allen Ausgestaltungen ist vorzugsweise wenigstens ein Abstreifer an dem Pelletierteller vorgesehen.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Au'sführungsbeispielen, die im Folgenden mit Bezug auf die beiliegenden Figuren beschrieben werden.
Darin zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Gesamtansicht einer ersten
Pelletiereinrichtung;
Fig. 2 eine teilgeschnittene Seitenansicht der Pelletiereinrichtung aus Fig. 1;
Fig. 3 das Detail „B" in einer vergrößerten Darstellung, bei dem sich die Seitenwand in einer ersten Höheneinstellung befindet;
Fig. 4 das Detail „B" mit der Seitenwand in einer zweiten
Höheneinstellung;
Fig. 5 das Detail „B" mit der Seitenwand in einer dritten
Höheneinstellung;
Fig. 6 die Motoreinrichtung zum Drehen des Pelletiertellers gemäß Fig. 1;
Fig. 7 einen vergrößerten schematischen Querschnitt durch den
Seitenwandaufbau des Pelletiertellers gemäß Fig. 1; und
Fig. 8 eine schematische Darstellung des Antriebs eines
Pelletiertellers mit mehreren Torquemotoren .
Mit Bezug auf die Figuren 1 - 7 wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erläutert. In Figur 1 ist eine in einer perspektivischen Gesamtansicht dargestellte erfindungsgemäße Pelletiereinrichtung 1 abgebildet, die über einen
Pelletierteller 3 verfügt. Der Pelletierteller 3 wird über ein Gestell 38 um einen Winkel 18 zur Horizontalen geneigt gehalten. Die Pelletiereinrichtung 1 ist insbesondere für große Massendurchsätze ausgelegt. Vorzugsweise wird ein Massendurchsatz größer 25 Tonnen pro Stunde und insbesondere größer 50 Tonnen pro Stunde erreicht. Besonders bevorzugt weisen solche Anlagen pro Pelletierteller einen Massendurchsatz größer 100 Tonnen pro Stunde auf.
Wie insbesondere Figur 2 entnehmbar ist, ist der Pelletierteller 3 um eine Drehachse 8 drehbar aufgenommen und wird über eine Motoreinrichtung 4 drehbar angetrieben. Die Motoreinrichtung 4 ist als Torquemotor 41 und hier als synchron angetriebener Synchronmotor 41 ausgeführt. Der Torquemotor 41 verfügt über einen konstant magnetisierten Läufer bzw. Rotor, der synchron von einem bewegten magnetischen Drehfeld im umgebenden Stator mitgenommen wird.
Im gewählten Ausführungsbeispiel weist der Torquemotor 41 Permanentmagnete zur Erzeugung des Magnetfeldes im Läufer auf. Der Torquemotor 41 weist im Betrieb eine Drehzahl auf, die synchron zu der angelegten Wechselspannung ist. Damit wird die Drehzahl des Torquemotors 41, der über eine vorgegebene
Polpaarzahl verfügt mit der Frequenz der angelegten Wechselspannung verknüpft und läuft hiermit synchron.
Um die Drehzahl des Torquemotors 41 und damit die Drehzahl des Pelletiertellers 3 einstellen bzw. variieren zu können, ist ein Frequenzumrichter 34 vorgesehen, der von der Steuereinrichtung 24 gesteuert eine entsprechende Frequenz der Wechselspannung erzeugt und den Torquemotor 41 damit beaufschlagt. Das Verstärkermodul 34 ermöglicht einen geberlosen Betrieb des Torquemotors 41 und umfasst insbesondere wenigstens einen Servoverstärker oder ist als ein solcher ausgeführt. Der Einsatz des Torquemotors 41 bietet erhebliche Vorteile, da damit hohe Drehmomente bei niedrigen Drehzahlen mit hohem Wirkungsgrad erzeugbar sind. Torquemotoren weisen außerdem keinen Schlupf auf und können unter Volllast angefahren werden. Möglich ist auch der Einsatz von Torquemotoren in asynchroner Bauweise.
Die Verwendung eines solchen Torquemotors 41 gegenüber den im Stand der Technik typischerweise verwendeten hochtourigen Asynchronmotoren hat auch den Vorteil, dass ein geringerer Wartungsaufwand erforderlich ist. In der Regel wird kein
Drehzahlgeber nötig und auf den Einsatz von Kupplungselementen in Form von Gummipuffern oder dergleichen kann verzichtet werden. Auch der Einsatz eines mehrstufigen Getriebes ist nicht nötig. Durch die geringere Zahl der einzelnen
Komponenten wird der Wartungsbedarf reduziert und es müssen weniger Ersatzteile vorgehalten werden. Weiterhin wird der Verschleiß an sich reduziert und es kann auf den Einsatz von Getriebeöl im erheblichen Maße verzichtet werden. Die
Energieeffizienz ist größer, da kein Energieverlust an den Kupplungen und im aufwendigen Getriebe anfällt. Außerdem ist der Torquemotor 41 unanfälliger gegen Störungen, da weniger mechanische Komponenten verbaut sind.
In einer anderen Ausgestaltung ist es auch möglich, anstelle von Permanentmagneten Elektromagnete zur Erzeugung des
Magnetfeldes im Läufer zu verwenden. Dabei kann eine Stromzufuhr über z. B. Schleifringe erfolgen.
Möglich ist auch der Einsatz von dreiphasigen Synchronmotoren, die zur Erfassung der Motorlage über geeignete Sensoren verfügen können. Dabei werden typischerweise zwei Phasen mit Strom versorgt, während die dritte Phase stromlos geschaltet wird. Durch eine entsprechende umlaufende Schaltung der einzelnen Phasen wird ein drehendes Magnetfeld erzeugt, welches den Motor antreibt. Zur Einsparung von separaten Sensoren und zur Erfassung der Drehrichtung ist es auch möglich, die jeweils stromlose Phase steuerungstechnisch vorzugeben, um die Drehrichtung und die Drehzahl des Motors entsprechend zu steuern. Durch ein solches sensorloses Antriebskonzept werden der Wartungsbedarf und die möglichen Fehleranfälligkeiten weiter reduziert.
Bei der Pelletiereinrichtung 1 weist der mit der Antriebswelle 36 versehene Torquemotor 41 ein Antriebsritzel 40 auf, welches mit einem Zahnkranz 35 des Pelletiertellers 3 kämmt. Da die Zähnezahl des Zahnkranzes 35 erheblich größer ist, als die Zähnezahl des Antriebsritzels 40 dreht sich der Pelletierteller 3 in Betrieb erheblich langsamer als die Welle 36 des Torquemotors 41. Typischerweise werden Rotationsgeschwindigkeiten zwischen etwa 2 und 10 Umdrehungen pro Minute und insbesondere zwischen 4 und 7 Umdrehungen pro Minute bei einem Pelletierteller mit 7,5 m Durchmesser erzielt. Dabei beträgt die Umfangsgeschwindigkeit typischerweise zwischen 1 und 5 m pro Sekunde. Vorzugsweise liegt die Umfangsgeschwindigkeit bei etwa 2 m pro Sekunde.
Betrachtet man den Pelletierteller 3 senkrecht zu seiner Oberfläche und versieht man die Bodenfläche praktisch mit einer Einteilung entsprechend eines Zifferblattes einer Uhr so erfolgt typischerweise die Aufgabe des zu pelletierenden Stoffes 2 in einem Bereich von etwa 4 bis 5 Uhr, wenn die Drehrichtung des Pelletiertellers von oben auf den Prozessraum betrachtet im Uhrzeigersinn erfolgt. Die Abgabe der fertigen Pellets erfolgt meist zwischen etwa 7 und 9 Uhr. Dabei laufen die pelletierbaren Stoffe bis zur Abgabe als fertige Pellets typischerweise mehrmals mit dem Pelletierteller 3 um, sodass die Verweilzeit der zu pelletierenden Stoffe 2 unter anderem von dem Durchmesser des Pelletiertellers 3, der Drehgeschwindigkeit des Pelletiertellers 3 und der Höhe der Seitenwand abhängt.
Der Prozessraum 50 des Pelletiertellers 3 wird hier praktisch durch einen geneigten und rotierenden flachzylindrischen Be- hälter gebildet. Das aufgegebene Feingut 2 wird durch die Drehung des Pelletiertellers 3 in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen, wie der Drehzahl, dem Anstellwinkel 18 etc. bis weit nach oben und gegebenenfalls bis zur tellerhöchsten Stelle mitgerissen und rollt dann auf dem Materialbett wieder zurück nach unten, wo es dann erneut wieder mitgerissen wird. Zur Verbesserung der Haftbedingungen kann das Material 2 z. B. von oben mit Bindemittel und/oder Wasser besprüht werden.
Oftmals ist es bei bekannten Anlagen nötig, den Pelletierteller nach einem unplanmäßigen Stopp wenigstens teilweise vor einem Startvorgang von Hand zu entleeren, da die auftretenden Belastungen für den Antriebsstrang beim Start mit gefülltem Pelletierteller zu groß sind. Nur eine sehr aufwendige und damit teure Überdimensionierung aller Antriebskomponenten könnte Abhilfe schaffen. Hingegen sind Torquemotoren konstruktionsbedingt in der Lage, ein erhebliches Überlastmoment in der Anlaufphase aufzubringen.
Die Welle 8 der Motoreinrichtung 4 ist mit einem Ritzel 40 versehen. Die Welle 8 ist mit dem Zahnkranz 35 des Pelletiertellers gekoppelt. Der Zahnkranz 35 ist fest mit dem
Pelletierteller 3 verbunden, sodass keine weitere Getriebestufe zwischen dem Torquemotor 41 und dem Pelletierteller 3 vorgesehen oder nötig ist.
Der Pelletierteller 3 weist in der Regel einen Neigungswinkel 18 zwischen 40 und 70 Grad zur Horizontalen auf. Typischerweise liegt der Winkel in einem Bereich zwischen 50 und 60 Grad und hängt vom konkreten Anwendungsfall und von den Eigenschaften der zu pelletierenden Stoffe ab. In einem konkreten Ausführungsbeispiel kann unter bestimmten Betriebsparametern der Winkel 18 bei 56 bis 57 Grad liegen.
Der Neigungswinkel 18 des Pelletiertellers 3 lässt sich hier stufenlos, automatisch und selbst im laufenden Betrieb über eine motorgetriebene Gewindespindel 51 verstellen. Die Drehzahl des Pelletiertellers 3 kann ebenfalls stufenlos geregelt werden. Durch das Antriebskonzept mit einem oder mehreren Torquemotoren 41 ist es möglich, den Teller auch unter Volllast anzufahren. Das ist ein erheblicher Vorteil gegenüber bekannten Pelletiertellern, die oft nur halb befüllt oder leer gestartet werden können.
Durch die geneigte Stellung des Pelletiertellers 3 bedingt sammeln sich im unteren Bereich des Pelletiertellers 3 die größeren Pellets. Im oberen Bereich des Pelletiertellers 3 sind Abstreifer 33 vorgesehen, die dafür sorgen, dass dort die Höhe des eingefüllten pelletierbaren Stoffes 2 ein vorbestimmtes und gegebenenfalls variables Maß nicht übersteigt und die Verteilung der Pellets und Keime über dem Tellerboden des Prozessraumes unterstützen und das Abrollen der Pellets begünstigen .
Eine Fördereinrichtung 28 fördert den pelletierbaren Stoff 2 auf den Pelletierteller 3. Dabei kann eine Sensoreinrichtung 21 wenigstens eine Eigenschaft des zu pelletierenden Stoffes erfassen. Beispielsweise kann der Durchmesser der einzelnen zu pelletierenden Teilchen oder es kann eine Durchmesserverteilung bestimmt werden. Es ist aber auch möglich, den Feuchtigkeitsanteil des zu pelletierenden Stoffes oder weitere Eigenschaften des zu pelletierenden Stoffes zu bestimmen.
In Abhängigkeit von den Eigenschaften des zu pelletierenden Stoffes und auch in Abhängigkeit von der Größenverteilung der produzierten Pellets und/oder von weiteren Eigenschaften der fertigen Pellets kann ein Zusatzstoff 25 oder es können mehrere Zusatzstoffe 25 über eine Zusatzstoffzufuhr 32 dem Pelletierteller 3 oder der Fördereinrichtung 28 zugeführt werden, um die Bildung der Pellets 22 zu fördern oder um geeignete Eigenschaften der fertigen Pellets 22 zu erzeugen.
Die fertigen Pellets 22 verlassen den Pelletierteller 3 über den oberen Rand der Seitenwand 6, weiter über die Schurre und werden über eine nur schematisch eingezeichnete Transporteinrichtung 27 abtransportiert. Dabei kann eine Sensoreinrichtung 20 vorgesehen sein, die beispielsweise über optische Verfahren einzelne Durchmesser 26 der erzeugten Pellets oder die Durchmesserverteilung der Pellets und/oder einem und/oder mehrere andere Parameter erfasst.
Insbesondere werden die erzeugten Pellets 22 mittels geeigneter Siebe, Rollenroste oder dergleichen klassiert, um nur die gewünschte Kornfraktion als Grünlinge (englisch: „green balls") abzuführen. Die abgeführte Wertkornfraktion weist im konkreten Ausführungsbeispiel bei der Pelletierung von Eisenerzkonzentrat Durchmesser im Bereich zwischen 9 und etwa 12,5 mm auf. Bei einem Durchmesser des Pelletiertellers von 7,5 m wird ein Durchsatz von etwa 100 bis 150 Tonnen pro Stunde Eisenerz erzielt.
Durch den Segregations- bzw. Entmischungseffekt auf dem
Pelletierteller 3, der bewirkt, dass größere Partikel eher nach oben wandern, liegt ein Anteil der den Pelletierteller verlassenden Pellets von 60 %, 65 %, 70 %, 75% oder mehr im Wertkornbereich, wenn der Prozess gut eingestellt ist.
Das aufgegebene Material weist hier bei der Pelletierung von Eisenerzkonzentrat (Pellet Feed Fines: PFF) typische Durchmesser kleiner 100 Mikrometer auf.
Die Pelletiereinrichtung 1 verfügt über eine Seitenwand 6, deren effektive Höhe 7 veränderbar und hier auch während des Betriebs einstellbar ist. Durch eine größere effektive Höhe 7 der Seitenwand 6 wird eine längere Aufenthaltszeit des zu pelletierenden Stoffes 2 auf dem Pelletierteller 3 gewährleistet, wodurch eine Anpassung an die aktuell vorliegenden Bedingungen möglich ist. Dadurch kann sehr flexibel und während des Betriebs bei sich ändernden Parametern eine kurzfristige Anpassung der Betriebsparameter der Pelletiereinrichtung 1 erfolgen. Somit können negative Auswirkungen ge- änderter Bedingungen in Bezug auf die Wertkornfraktion ausgeglichen werden.
Da die typische Aufenthaltszeit der zu pelletierenden Stoffe 2 auf dem Pelletierteller 3 im Bereich von einigen Minuten liegt, kann so sehr schnell auf sich ändernde Bedingungen reagiert werden. Wird hingegen in einem vorgeschalteten
Prozess die Feuchtigkeit erhöht, ist die Reaktionszeit, bis sich das Ergebnis der fertigen Pellets ändert, länger und kann typischerweise im Bereich von bis zu einigen Stunden liegen.
Insgesamt ermöglicht die Pelletiereinrichtung 1 eine erhebliche Verbesserung der Konditionierung der Pellets. Durch die Veränderung der effektiven Höhe 7 der Seitenwand 6 kann neben Veränderungen bei der Zugabe von Bindemitteln und der Einstellung der Rotationsgeschwindigkeit, die entstehende Korngröße flexibel beeinflusst werden. Durch eine Vergrößerung der effektiven Höhe 7 der Seitenwand 6 wird die Aufenthaltszeit erhöht, sodass eine deutliche Erhöhung der Wertkornausbringung bei gleich bleibender Rotationsgeschwindigkeit möglich ist, wenn die Pellets zuvor zu klein waren. Entsprechendes gilt analog bei umgekehrten Verhältnissen.
Insgesamt wird dadurch eine erhebliche Erhöhung der Effektivität und des Durchsatzes der Anlage erzielt, während gleichzeitig der Wartungsaufwand sinkt. Außerdem führt eine variable Höhe 7 der Seitenwand 6 dazu, dass bei unterschiedlichen
Stoffen oder Produktanforderungen (z. B. Größe, Dichte), die mit der gleichen Anlage zu pelletieren sind, jeweils in einem weiten Bereich verschiedene Parameter einstellbar sind.
In den Figuren 3-5 sind unterschiedliche Einstellungen der effektiven Höhe 7 der Seitenwand 6 dargestellt. Die innere Seitenwandeinrichtung 6 ist höhenverstellbar ausgeführt, während die äußere Seitenwandeinrichtung 10 feststehend ausgeführt ist. Die Verstellung der Höhe der Seitenwand 6 erfolgt hier über eine Versteileinrichtung 14, die hier als Hydraulikeinrichtung 15 ausgeführt ist und die über mehrere Hydraulikzylinder 37 verfügt, die durch die Steuerungseinrichtung 24 gesteuert, die innere Seitenwandeinrichtung 9 automatisch anheben oder senken, je nachdem wie es gerade gewünscht ist. Erstaunlicherweise hat sich gezeigt, dass die innere verstellbare Seitenwandeinrichtung 6 einen dauerhaft zuverlässigen Betrieb ermöglicht. Ein Verklemmen der verfahrbaren Seitenwandeinrichtung 6 tritt im Betrieb nicht auf, obwohl die Seitenwandeinrichtung 6 beim Verringern der
effektiven Höhe in das auf dem Pellettierteller vorhandene Material eintaucht bzw. von der äußeren Seitenwandeinrichtung wegschiebt .
In der in Figur 3 dargestellten Stellung entspricht die effektive Höhe 7 der geringsten Höhe 29. In Figur 4 ist die Seitenwand in einer mittleren Höhe 30 dargestellt, während in Figur 6 die größtmögliche Höhe 31 abgebildet ist. Hier kann die Seitenwand in einem Höhenbereich von etwa 50 cm bis 90 cm eingestellt werden. Auch noch größere Höhen sind konstruktiv möglich .
In Figur 6 ist die als Torquemotor 41 ausgeführte Motoreinrichtung 4 separat abgebildet. Klar erkennbar ist das Antriebsritzel 40 an dem Torquemotor 41. Das Verstärkermodul 34, der die Ansteuerung der einzelnen Phasen bewirkt, ist in Fig. 2 abgebildet.
In Fig. 7 ist ein vergrößerter schematischer Querschnitt durch den Seitenwandaufbau des Pelletiertellers 3 gemäß Fig. 1 dargestellt. Die Fig. 7 ist nicht maßstäblich gezeichnet, um den Überblick zu erleichtern und die Funktion zu verdeutlichen.
In diesem Ausführungsbeispiel weist die Stützstruktur an der Seitenwand 6 mehrere am Umfang verteilte Gleitführungen auf, die jeweils aus einem Führungsrohr 45 bestehen im dem zwei oder mehr Gleitbuchsen eingesetzt sind. Innerhalb der Gleitbuchsen läuft eine Führungsstange 46, die entsprechend der gewünschten Höheneinstellung verfahren wird.
Zwischen der inneren Seitenwandeinrichtung 9 und der äußeren Seitenwandeinrichtung 10 sind an der inneren Seitenwandeinrichtung 9 als Bronze-Gleitbleche ausgeführte Gleitplatten 42 befestigt, die unter anderem zur Lagestabilisierung dienen. Die Bronze-Gleitbleche gleiten hier auf Gegenplatten 43 aus einem verschleißfesten Blech, das beispielsweise aus einem Hartmetall wie z. B. Hardox bestehen kann, die am Außenring 10 befestigt sind.
Ein umgekehrter Aufbau mit einer außenliegenden verstellbaren Seitenwandeinrichtung hat hingegen nicht zum Erfolg geführt, da das Material zwischen die beiden Seitenwandeinrichtungen gezogen wird. Bei einem solchen Aufbau trat ein Verklemmen der Seitenwand auf, sodass ein kontinuierlicher Betrieb mit automatischer Seitenwandverstellung nicht gewährleistet werden konnte. Ein damit ausgeführter Pelletierteller ist in der Regel deshalb auch undicht. Der Aufbau mit einer innenliegenden verstellbaren Seitenwandeinrichtung ermöglicht hingegen eine Verstellung der effektiven Höhe 7 der Seitenwand im Betrieb, während weiterhin pelletiert wird. So kann - ohne Stopp des Systems - kontinuierlich pelletiert werden und es kann kurzfristig auf sich ändernde Bedingungen reagiert werden. Der Betrieb ist vollautomatisch sensorgesteuert möglich. Möglich ist aber auch ein von Hand initiiertes Verfahren der inneren Seitenwandeinrichtung 9, um bei Bedarf die
effektive Höhe 7 zu verändern.
Der Pelletierteller 3 ist im Wesentlichen dicht ausgeführt, obwohl ein radialer Spalt 52 zwischen der inneren Seitenwandeinrichtung 9 und der äußeren Seitenwandeinrichtung 10 vorhanden ist, dessen Spaltweite 54 hier etwa 10 mm beträgt, aber auch größer oder kleiner sein kann. In diesem Ausführungsbeispiel sind auch Spaltweiten 54 von 5 mm oder von 20 mm denkbar. Durch den labyrinthartigen Aufbau der Seitenwand wird zuverlässig der Austritt größerer Mengen zu pelletierenden Materials verhindert, während gleichzeitig ein einfaches Verstellen der effektiven Höhe 7 der Seitenwand 6 gewährleistet wird. Insbesondere eine Spaltweite, die größer ist als der angestrebte Pelletdurchmesser verhindert darüber hinaus ein Zusetzen des Spaltes im Betrieb. Partikel, die in den Spalt hinein gelangen, fallen während des Umlaufes wieder zurück in den Pelletierteller, wenn dieser Bereich des Spaltes während des Umlaufes oberhalb des Produktspiegels gelangt.
Typischerweise wird eine solche Pelletiereinrichtung 1 zur Pelletierung von Eisenerzen oder dergleichen neun Monate durchgängig betrieben, bevor die Pelletiereinrichtung 1 gewartet wird. Eine solche intensive Wartung kann einige Wochen benötigen. Im Anschluss daran muss der Pelletierteller 3 aber wieder für einen langen Zeitraum ohne Zwischenstopp durchlaufen. Bei einem Zwischenstopp kann ein manuelles Entleeren mit Schaufeln nötig werden, falls ein konventioneller
Asynchronmotor verwendet wird. Bei geplanten Stopps muss ein konventioneller Pelletierteller zuvor leer gefahren werden. Denn die dort verwendeten schnell laufenden Asynchronmotoren können bei großen Anlagen nicht das nötige Antriebsmoment bei geringen Drehzahlen aufbringen. Nur eine sehr erhebliche und damit sehr teure Überdimensionierung des konventionellen
Asynchronmotors könnte ein Wiederanlaufen im gefüllten Zustand ermöglichen. Der hier eingesetzte Torquemotor erlaubt auch das Starten im gefüllten Zustand, da dieser Motor schon aus dem Stand ein sehr hohes Drehmoment aufbringen kann. In einem konkreten Beispiel zur Pelletierung von Eisenerz hat der Motor bei einem Durchmesser des Pelletiertellers von etwa 7,5 m ein Nenndrehmoment von mehr als 40 kNm und ein kurzzeitiges maximales Drehmoment von mehr als 60 kNm, welches z. B. beim Anfahren aufgebracht werden kann.
Fig. 8 zeigt in einer schematischen Darstellung den Einsatz mehrerer Torquemotoren 41. Hier sind drei Torquemotoren 41 dargestellt, die an einer Außenverzahnung eines Zahnkranzes 35 angreifen und die symmetrisch über den Umfang verteilt angeordnet sind. Auch der Einsatz von nur zwei oder aber von mehr als drei Torquemotoren 41 ist möglich.
Gestrichelt eingezeichnet sind drei Torquemotoren 41, die an einer Innenverzahnung eines Zahnkranzes 35 angreifen.
Da Torquemotoren keinen Schlupf aufweisen, und da die
Torquemotoren 41 hier synchron angesteuert werden, können jeweils kleinere Torquemotoren 41 verwendet werden, deren Leistungen sich zu der gewünschten bzw. geforderten Gesamtleistung addieren.
Neben dem Einsatz zur Herstellung von Eisenpellets und der weiteren eingangs genannten Stoffe ist der Einsatz solcher Pelletiereinrichtungen 1 auch bei der Herstellung von Waschmitteln und Futtermitteln sowie der Verarbeitung von Reststoffen, Abfallstoffen, Filterstäuben, organischen Substanzen oder Schlacken aus z. B. Kraftwerken möglich.
Durch die vorliegende Erfindung wird der Energiebedarf verringert und es wird der Anteil der hochwertigen Pellets deutlich erhöht. Der Fehlkornanteil wird vermindert und die
Produktivität erhöht.
Durch die Höhenverstellung der Seitenwand 6 kann der Prozessraum im Inneren des Pelletiertellers 3 deutlich vergrößert und an die aktuellen Bedingungen angepasst werden. Ein automatischer und dauerhaft zuverlässiger Betrieb ist möglich. Bezugszeichenliste :
1 Pelletiereinrichtung 28 Fördereinrichtung
2 pelletierbarer Stoff 29 Höhe
3 Pelletierteller 30 Höhe
4 Motoreinrichtung 31 Höhe
5 Boden 32 Zusatzstoffzufuhr
6 Seitenwand 33 Abstreifer
7 effektive Höhe 34 Verstärkermodul
8 Drehachse 35 Zahnkranz
9 innere Seitenwand- 36 Welle
einrichtung 37 Hydraulikzylinder
10 äußere Seitenwand- 38 Gestell
einrichtung 40 Ritzel
11 Schubstange 41 Torquemotor
14 VerStelleinrichtung 42 Gleitplatte
15 Hydraulikeinrichtung 43 Gegenplatte
18 Neigungswinkel 44 Getriebe
19 Antriebseinrichtung 45 Führungsrohr
20 Sensoreinrichtung 46 Führungsstange
21 Sensoreinrichtung 47 Gleitführung
22 Pellet 50 Prozessraum
24 Steuereinrichtung 51 Gewindespindel
25 Zusatzstoff 52 Spalt
26 Durchmesser 54 Spaltweite
27 Transporteinrichtung
Next Patent: DEVICE AND METHOD FOR DIAGNOSING TEST OBJECTS USING A MEASURING VOLTAGE