Untersuchung zur Einzelkornprallzerkleinerung unter besonderer Berücksichtigung des Einflusses der Kornform
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Mit den folgenden Hauptaussagen soll der erarbeitete Kenntnisstand zur Einzelkornprallzerkleinerung, unter besonderer Berücksichtigung des Einflusses der Kornform, zusammengefasst werden: • Beim zentralen Stoß steigt bei irregulären Körnern die Kontaktkraft mit zunehmender Kubizität und sinkt mit zunehmender Länglichkeit und Plattigkeit der Partikel. • Beim dezentralen Stoß hat die Aufgabegutkornform keinen signifikanten Einfluss auf die Kontaktkraft. • Die Kontaktkraft ist beim zentralen Stoß prinzipiell größer als beim dezentralen Stoß. • Bei irregulären kubischen, länglichen oder plattigen Körnern tritt eine zusätzliche Kornorientierungsphase auf (Partikelrotation), die zur Gegenbeschleunigung des Partikels vor dem Hauptstoß und damit zur Reduktion der Kontaktkraft führt. • Bei der Zerkleinerung des kugelförmigen Aufgabegutes werden beim zentralen Stoß bis zu ca. 100% höhere Kontaktkräfte gemessen als bei der Zerkleinerung irregulärer, extrem plattiger Körner. • Die Kontaktzeit nimmt beim zentralen Stoß mit steigender Länglichkeit bzw. Plattigkeit der Körner des Aufgabegutes zu und mit steigender Kubizität ab. Beim zentralen Stoß liegt die Kontaktzeit geringfügig höher als beim dezentralen Stoß. • Der massenbezogene Energieverbrauch nimmt beim zentralen Stoß mit zunehmendem Achsenverhältnis der Partikel ab. • Bei kubischen Körnern ist der Energieverbrauch für beide Stoßarten größer als bei plattigen Körnern. • Der oberflächenbezogene Energieaufwand für die irregulären länglichen und plattigen Partikel beträgt im Vergleich zu kubischen Partikeln weniger als 50%. Der Grund hierfür ist in der unterschiedlichen Kontaktgeometrie zu suchen. • Die oberflächenbezogene Energieausnutzung kann als energetischer Effizienzfaktor dargestellt werden. Hierbei ist die Effizienz bei den kubischen Partikeln am geringsten und bei den stark länglichen und plattigen Partikeln am größten. • Die oberflächenbezogene Energieausnutzung ist vom Material abhängig. Die Energieausnutzung ist für Partikel aus Glas, welche ein besonders sprödes Materialverhalten aufweisen, am größten. Für Material mit elastisch-plastischem Stoffverhalten sind die Werte dieser Zielgröße geringer. • Bei kugelförmigen Körnern wird die kinetische Energie unter einer relativ hohen Kontaktkraft und einer kurzen Kontaktzeit direkt in Zerkleinerungsenergie umgesetzt. • Bei unregelmäßiger Kornform treten dagegen durch die Rotation der Körner Energie- und Kraftverluste auf. Die Kontaktzeit mit der Schlagleiste ist relativ lang. • Der zentrale Stoß zeigt für alle untersuchten Partikelformen bessere Zerkleinerungsergebnisse als der dezentrale Stoß. • Für kugelförmige Partikel wird das beste Zerkleinerungsergebnis erzielt. Dagegen ist das Zerkleinerungsresultat bei unregelmäßigen kubischen Partikeln schlechter. • Unabhängig von den extrem unterschiedlichen Kornformen des Aufgabematerials wird durch die Prallbeanspruchung eine weitgehend kubische Produktkornformverteilung erzeugt. Diese ist für die Herstellung von Qualitätsprodukten in der Steine/Erden-Industrie (Edelsplitt) von großer Bedeutung. Die Erkenntnisse der Arbeit können in Zukunft zur Verbesserung der Auslegung und zur Optimierung des Betriebs von Prallzerkleinerungsmaschinen beitragen. Weiterführende Untersuchungen sollten sich auf nachfolgende Schwerpunkte konzentrieren: • Verwendung von unterschiedlichen Materialarten, Aufgabegutgrößen und –formen bei Einzelkornprallversuchen. • Betrachtung weiterer Einflussgrößen, z.B. der Feuchtigkeit. • Betrachtung anderer Zielgrößen, z.B. minimaler Verschleiß. • Weitere experimentelle Untersuchungen zum Einfluss der Aufgabegutkornform (z.B. Massestromzerkleinerung mit unterschiedlichen Kornformverteilungen des Aufgabegutes). • DEM-Modellierung unter Berücksichtigung irregulärer Aufgabegutformen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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The influence of particle shape on parameters of impact crushing. Minerals Engineering 22 (2009) 220-228
G. Unland, Y. Al-Khasawneh
