Mechanische Zentrifugal-Luftklassierer

1. November 2010 | Von Joseph Muscolino, Sturtevant Inc.

Ein besseres Verständnis von Windsichtersystemen und deren Anwendung kann bei der Auswahl des richtigen Geräts hilfreich sein

Mechanische Zentrifugal-Luftklassierer werden häufig zur Verarbeitung von Zuschlagstoffen, Keramik, Chemikalien, Lebensmitteln, Mineralien, Metallen, Kunststoffen, Flugasche und anderen Materialien eingesetzt. Sie werden normalerweise eingesetzt, wenn die zu trennende Partikelgröße zu klein zum Sieben ist. Das luftklassierte Produkt kann entweder der körnige Grobabtrag mit sehr wenig Feinanteilen und Staub oder der Feinanteil mit sehr wenig Grobmaterial sein.

Luftklassierer beseitigen die mit Sieben verbundenen Verstopfungs- und Bruchprobleme. Sie arbeiten durch den Ausgleich der physikalischen Prinzipien Zentrifugalkraft, Widerstandskraft, Kollision und Schwerkraft, um eine hochpräzise Methode zur Klassifizierung von Partikeln nach Größe und Dichte zu erzeugen. Für trockene Materialien mit einer Maschenweite von 100 Mesh und kleiner stellt die Luftklassierung das effektivste und effizienteste Mittel zur Trennung eines Produkts vom Zufuhrstrom, zur Entstaubung oder, bei Verwendung in Verbindung mit Mahlgeräten, zur Steigerung der Produktivität dar.

Windsichter können nur zur Trockenaufbereitung eingesetzt werden. Um feine Pulver effektiv zu entfernen, muss die Oberflächenfeuchtigkeit des Futters sehr niedrig sein.

Mechanische Zentrifugal-Windsichter sind Meister der Genauigkeit. Sie sind eine gute Wahl, wenn die Trennkurve oder der Trennpunkt für Siebe zu fein ist (200–400 Mesh oder feiner), wenn die Kapazität für Siebe zu groß ist (bis zu 800 Tonnen/h) und wenn eine einfache Einstellbarkeit für verschiedene Anforderungen erforderlich ist Produktspezifikationen.

Einer der größten Vorteile eines Klassierers ist sein Trockenverfahren. Bei der Entstaubung von Zuschlagstoffen entfällt bei der Trockenaufbereitung der Bedarf an Wasser oder Absetzbecken, was Geld und Land spart und der Umwelt zugute kommt.

Luftklassierer bewältigen nicht die aggressivere Arbeit, die Pulverisierer leisten, und sie arbeiten mit viel niedrigeren Geschwindigkeiten, sodass die Ausrüstung weniger anfällig für Verschleiß ist. Durch den Einsatz zusätzlicher Schutzauskleidungen können Windsichter auch abrasive Pulver wie Quarzsand, Flugasche und Keramik wirtschaftlich verarbeiten.

Luftklassierer sind in der Lage, Pulver mit einer Größe von bis zu 80 Mesh (180 μm) und bis zu einer Größe von 2–3 μm zu trennen. Die Feinheit luftklassifizierter Produkte wird durch ein genaues Gleichgewicht zwischen der Anzahl der Ausscheiderblätter, der Geschwindigkeit, mit der die Ausscheiderblätter arbeiten, der Geschwindigkeit des Luftstroms und der Geschwindigkeit, mit der das Material zugeführt wird, gesteuert. Selbst bei zerbrechlichen Pulvern zerbrechen oder zersetzen Windsichter die Partikel nur selten, da sie nicht mit Pulverisierergeschwindigkeit arbeiten und der Großteil der Beschickung niemals mit den rotierenden Teilen in Kontakt kommt.

Luftklassierer können als einzelnes Klassierungsgerät in einem offenen Kreislauf eingesetzt werden, bei dem das Futter in einen Feinteilaustrag und einen Grobaustrag aufgeteilt wird. Dieses Gerät kann auch im geschlossenen Kreislauf mit Mühlen eingesetzt werden. In diesem Fall maximiert der Einsatz des Luftklassierers die Kapazität der Mühle und reduziert den Energieverbrauch der Mühle, da die Mühle nicht als Klassierungsvorrichtung dienen muss (Abbildung 1).

Abbildung 1. Mechanische Zentrifugal-Windsichter können als Klassierungsgeräte dienen, bei denen das Futter in groben Austrag und Feinanteile aufgeteilt wird

Mechanische Zentrifugal-Luftklassierer sind in vielen Anwendungen nützlich, unter anderem in den folgenden:

• Entstaubung unerwünschter Feinanteile in vielen Arten von Zuschlagstoffen wie Kalkstein, Granit, Fallgestein, Sandstein, Basalt, Diabasgestein, Gabbro, Sand und Kies

• Reduzierung der Feinstaubbelastung eines Wasserflotationssystems zur Gewinnung von Edelmetallen aus vielen Arten von Mineralien, einschließlich Eisen-, Gold-, Phosphat- oder Illmenit-Erzen

• Verbesserung der Feinheit von gemahlenem Kalkstein, Siliziumdioxid, Feldspat, feuerfester Schlacke, geschmolzenem Glas, Kyanit, Zirkonoxid, Aluminiumoxid, Lithiumcarbonat, Kupferoxid und anderen

• Entfernen unerwünschter Verunreinigungen in Flugasche, Kohle, Kaolin, Kalkhydrat, Kieselgur und Glimmer

• Erhöhung des Proteingehalts in Weizenmehl, Kichererbsenmehl, Geflügelmehl, Tierfutter und anderen

Während die Dichte bei der Windsichter-Trennung eine Rolle spielt, werden die internen Luftströme hauptsächlich von der Gesamtmasse und dem Gesamtgewicht der Partikel in der Beschickung beeinflusst. Leichtere und kleinere Partikel werden vom Luftstrom entfernt, während schwerere und größere Partikel nicht vom Luftstrom mitgerissen werden. Wenn das Material mit geringerer Dichte auch eine feinere Partikelgröße aufweist, können Windsichter sehr effektiv sein. Allerdings können große Partikel mit geringer Dichte eine ähnliche Masse und ein ähnliches Gewicht haben wie einige kleine Partikel mit hoher Dichte. Dies kann die Wirksamkeit der Dichtetrennung eines Luftklassierers verringern.

Feuchtigkeitseffekte werden eher durch die Oberflächenfeuchtigkeit als durch die Eigenfeuchtigkeit begrenzt. Nach der natürlichen Trocknung an der Luft befindet sich in den Partikeln von Erzen, Mineralien oder Steinsand auf natürliche Weise inhärente Feuchtigkeit. Die inhärente Feuchtigkeit beeinträchtigt nicht die Fähigkeit eines Windsichters, feines Pulver oder feinen Staub von groben Partikeln zu entfernen. Beispielsweise wird zerkleinerte Kohle mit einer Eigenfeuchtigkeit von bis zu 10 % erfolgreich an der Luft klassifiziert.

Oberflächenfeuchtigkeit hingegen findet sich auf der Oberfläche von Erzen, Mineralien oder Gesteinssand und entsteht durch Regenfälle oder durch das Versprühen von Wasser in einer Zuschlagstoffanlage oder einem Steinbruch bei der Staubunterdrückung. Oberflächenfeuchtigkeit wirkt sich nachteilig auf die Leistung von Luftklassierern aus, da die feinen Partikel an den großen Partikeln haften bleiben und der Luftstrom nicht ausreicht, um sie zu entfernen. Wenn die Oberflächenfeuchtigkeit sehr hoch ist, schleudert das Wasser ebenfalls heraus und führt zu einer Verstopfung der Geräte.

Die Leistung von Windsichtern in Zuschlagstoffwerken oder Steinbrüchen wird durch die Oberflächenfeuchtigkeit im Steinsand begrenzt. Je trockener das Gestein ist (1–2 %), desto mehr Staub kann entfernt werden, sodass Windsichter häufig Wasserwaschsysteme vollständig ersetzen können. Wenn im Steinsand eine höhere Oberflächenfeuchtigkeit vorhanden ist (2,5–3,0 %), bleiben die Feinpartikel am Gestein haften und für eine effektive Wirkung sind größere Windsichter mit mehr Luftstrom als üblich erforderlich. Wenn die Oberflächenfeuchtigkeit sehr hoch ist (3,5–4,0 % oder mehr), zentrifugiert das Wasser aus und führt zu einer Verstopfung der Geräte.

Windsichter können pneumatisch beschickt und teilweise in eine pneumatische Förderleitung integriert werden. Bei einem pneumatischen Zuführungsprozess gelangen die Partikel jedoch mit einer viel höheren Geschwindigkeit in den Windsichter als bei der Schwerkraftzuführung. Wenn sich diese Partikel mit hoher Geschwindigkeit den Abscheideblättern des Klassierers nähern, besteht eine höhere Wahrscheinlichkeit, dass sie hindurchgehen, was eine höhere Geschwindigkeit des Abscheiders erfordert, um diese übergroßen Partikel zu stoppen. Eine höhere Auswurfgeschwindigkeit kann dann zu höherem Verschleiß und einer geringeren Effizienz bei der Feinkornentfernung führen.

Es gibt zwei Kategorien mechanischer Zentrifugalluftklassierer: Modelle mit internem Lüfter und Modelle mit externem Lüfter.

Luftklassierer mit internem Ventilator recyceln die Luft und benötigen daher keine Luftschleusen, Zyklone oder Beutelkammern, um die abgeschiedenen Feinstoffe aufzufangen. Dieses Design verfügt über eine einzelne Welle, die drei rotierende Elemente steuert – die Zufuhrverteilungsplatte, die Auswahlblätter für die Partikelgröße und den Umwälzventilator (Abbildung 2).

Die Futterverteilungsplatte übt eine Zentrifugalkraft auf die Futterpartikel aus und bewegt sie in die Klassifizierungszone. Grobe Partikel fallen in den Innenkegel und treten am Grobabwurf aus. Das Umwälzgebläse erzeugt einen nach oben gerichteten Luftzug, der feinere Partikel vom Futter weg und durch die Selektorblätter befördert. Feine Partikel der richtigen Größe passieren den internen Ventilator, der noch in der Luft enthalten ist. Feste Flügel führen die Luft zurück in den Klassierer, während die feinen Partikel der richtigen Größe aus dem Luftstrom fallen und den Feinteilkegel hinuntergleiten, wo sie austreten.

Luftklassierer mit externem Ventilator (Abbildung 3) erfordern Zyklone oder Filterfilter, um die abgeschiedenen Feinpartikel aufzufangen. Dieses Design verwendet einen Rotor mit variabler Geschwindigkeit und mehreren, eng beieinander liegenden Abscheiderblättern für ultrafeine und äußerst effiziente Anwendungen. Die Futterverteilungsplatte übt eine Zentrifugalkraft auf die Futterpartikel aus und bewegt sie in die Klassifizierungszone. Grobe Partikel fallen in den Innenkegel und treten an der Grobabwurfstelle aus. Der externe Ventilator erzeugt einen Luftzug, der feinere Partikel vom Futter weg und durch den Rotor befördert. In der Luft mitgeführte Feinpartikel der richtigen Größe passieren den Rotor und verlassen den Luftklassierer. Zur Rückgewinnung der klassifizierten Partikel aus dem Luftstrom ist ein Zyklon oder ein Filterfilter erforderlich.

Die gebräuchlichsten Methoden zur Steuerung der Partikelgröße in mechanischen Zentrifugal-Luftklassierern sind die Ausscheidergeschwindigkeit, die Käfigöffnungsgröße der Ausscheiderelemente, die Luftströmungsgeschwindigkeit und das Verhältnis von Zufuhrgeschwindigkeit zu Luft.

Die Geschwindigkeit des Auswerfers steuert die Aufprall- oder Kollisionskraft auf die in der Luft mitgerissenen Partikel, wenn diese versuchen, den Luftklassierer zu verlassen. Bei höherer Geschwindigkeit passieren nur die feinsten Partikel den Abscheider und werden gesammelt. Dies erhöht die Abstoßung größerer Partikel (Abbildung 4).

Die von einem Ventilator erzeugte Luftstromgeschwindigkeit steuert die Widerstandskraft der Partikel beim Eintritt in die Klassifizierungszone. Ein höherer Luftstrom ermöglicht die Entfernung größerer Partikel aus dem Futter, während ein niedrigerer Luftstrom nur die feinsten Partikel zur Sammlung durch den Ausscheiderkäfig passieren lässt.

Abweisungselemente/Käfigöffnungssteuerungen beeinflussen die Kollisionskraft auf die in der Luft mitgerissenen Partikel, wenn diese versuchen, den Luftklassierer zu verlassen. Eine größere Anzahl von Abscheiderelementen (Klingen oder Stäbe) verkleinert die Käfigöffnung und lässt nur die feinsten Partikel zur Sammlung durch den Abscheider passieren. Dadurch wird die Abweisung größerer Partikel erhöht.

Das Verhältnis von Zufuhrgeschwindigkeit zu Luft steuert die Mitnahme von Partikeln im Luftstrom. Eine höhere Vorschubgeschwindigkeit ermöglicht, dass nur die feinsten Partikel zur Sammlung durch den Ausscheiderkäfig gelangen. Dadurch wird die Abweisung größerer Partikel erhöht.

Die Leistung mechanischer Zentrifugal-Luftklassierer kann durch die Analyse von Schnittpunkt, Toleranz, Ausbeute und Effizienz bewertet werden.

Der Trennpunkt ist einfach die gewünschte Partikelgröße, die klassifiziert werden soll. Dieser Wert kann in Millimeter-Maschenweite oder Mikrometergröße gemessen werden. Die Toleranz ist der Prozentsatz an über- oder untergroßen Partikeln, die im Endprodukt zulässig sind. Der Ertrag ist der Prozentsatz der Produktionsrate pro Vorschubeinheit. Effizienz ist der Prozentsatz der gewünschten Partikelgrößenfraktion, die als Produkt von der im Futtermittel verfügbaren Gesamtmenge gewonnen wird.

Herausgegeben von Scott Jenkins

Autor

Joseph Muscolino ist Produktmanager für Luftklassierer bei Sturtevant Inc. (348 Circuit St., Hanover, MA 02339; Telefon: 800-992-0209; E-Mail: [email protected]; Web: www.sturtevantinc.com). Muscolino verfügt über 26 Jahre Industrieerfahrung mit Windsichtern und Mühlen. Er ist Mitglied verschiedener Fachgesellschaften, darunter der National Stone, Sand and Gravel Assn., und Autor mehrerer Fachartikel und Fallgeschichten. Er erhielt 1981 einen BS in Maschinenbau von der Northeastern University.