Für die Weich- und Mittelhartzerkleinerung von Primär- und Sekundärrohstoffen werden zunehmend Profilwalzenbrecher eingesetzt. Trotz relativ geringer Zerkleinerungsgrade zeichnen sie sich durch einen geringen spezifischen Leistungsbedarf, hohe Durchsätze, eine einfache Konstruktion und Instandhaltung sowie eine störungsfreie Betriebsweise aus und sind auch bei adhäsivem Aufgabematerial anwendbar. Trotz der Bedeutung dieser Maschinen gibt es bisher nur unzureichende Auslegungsmethoden. Die theoretisch begründete Modellierung der Zerkleinerung in markant profilierten Walzenbrechern ist deshalb Gegenstand dieser Arbeit, um dadurch die Dimensionierungsgrundlagen zu verbessern und Einsatzmöglichkeiten in der Hartzerkleinerung abzuschätzen. Dazu werden im Rahmen einer Systembetrachtung zunächst die wesentlichen Prozessparameter der Zerkleinerung ermittelt und die Bauarten von Profilwalzenbrechern klassifiziert (Kapitel 2). Die Darstellung der bekannten Berechnungsmodelle für die Hauptzielgrößen „Grenzdurchsatz“, „Produktgranulometrie“ und „Leistungsbedarf“ ist Gegenstand von Kapitel 3. Darauf aufbauend wird in Kapitel 4 ein neues, physikalisch begründetes Auslegungsmodell vorgestellt und das Untersuchungsfeld hinsichtlich der zu analysierenden Aufgabestoffart und Maschinengeometrie eingegrenzt. Die für dieses Modell erforderlichen Zerkleinerungstest- und Simulationsergebnisse werden in Kapitel 5 und 6 dargestellt, bevor die Arbeit in Kapitel 7 mit einer Zusammenfassung und einem Ausblick abschließt.:Symbolverzeichnis III
Tabellenverzeichnis XX
Abbildungsverzeichnis XXI
1 Einleitung und Problemstellung 1
2 Systemanalyse von Profilwalzenbrechern 3
2.1 Einfluss- und Zielgrößen von Profilwalzenbrechern 3
2.2 Systematisierung und Einordnung von Profilwalzenbrechern 7
2.2.1 Klassifizierung von Profilwalzenbrechern 8
2.2.1.1 Klassifizierung nach konstruktiven Maschinenparametern 9
2.2.1.2 Klassifizierung nach der Belastungsart 18
2.2.2 Abgrenzung von Profilwalzenbrechern 25
3 Erkenntnisstand zur Zerkleinerung in Profilwalzenbrechern 29
3.1 Wertebereiche der Einfluss- und Zielgrößen von Profilwalzenbrechern 29
3.2 Auslegungsmodelle von Profilwalzenbrechern 32
3.2.1 Ermittlung des Grenzdurchsatzes 32
3.2.1.1 Einzugsbedingung für das Einzelkorn 32
3.2.1.2 Theoretisch begründete Ansätze für den Grenzdurchsatz 38
3.2.1.3 Empirische Ansätze für den Grenzdurchsatz 47
3.2.2 Ermittlung der Produktkorngrößenverteilung 49
3.2.3 Ermittlung des Leistungsbedarfs 54
3.2.3.1 Theoretisch begründete Ansätze für den Leistungsbedarf 57
3.2.3.2 Empirische Ansätze für den Leistungsbedarf 68
3.3 Wertung des Erkenntnisstandes und Präzisierung der Aufgabenstellung 75
4 Neues Auslegungsmodell für Profilwalzenbrecher 77
4.1 Aufbau des Modells 77
4.2 Voruntersuchungen zu den Einflussgrößen des Modells 78
4.2.1 Analyse maschinenbezogener Parameter 78
4.2.1.1 Primäroptimierung der Profilwalzengeometrie 79
4.2.1.2 Sekundäroptimierung der Profilwalzengeometrie 86
4.2.2 Analyse aufgabestoffbezogener Parameter 95
4.2.3 Analyse systembezogener Parameter 99
4.3 Bestimmung der Zielgrößen des Modells 101
4.3.1 Simulation der Einzelkornzerkleinerung in einem Modellwalzenbrecher 101
4.3.2 Aggregation der Simulationsergebnisse auf die Massestromzerkleinerung 102
4.3.3 Skalierung der Simulationsergebnisse auf den Originalwalzenbrecher 110
5 Zerkleinerungsversuche für das neue Auslegungsmodell 115
5.1 Grundlagen zur Einzelkorndruckzerkleinerung 115
5.1.1 Physikalische Beschreibung von Deformations- und Bruchprozessen 115
5.1.2 Empirische Analyse von Deformations- und Bruchprozessen 121
5.1.2.1 Einfluss- und Zielgrößen der Einzelkorndruckzerkleinerung 121
5.1.2.2 Korngrößeneffekt der Einzelkorndruckzerkleinerung 124
5.1.2.2.1 Versuchsergebnisse zum Korngrößeneffekt 124
5.1.2.2.2 Mathematisch-statistische Ansätze zum Korngrößeneffekt 128
5.2 Experimentelle Untersuchungen zur Einzelkorndruckzerkleinerung 132
5.2.1 Aufbau der Versuchsapparaturen 132
5.2.2 Durchführung der Versuche 134
5.2.3 Auswertung der Versuche 136
6 DEM-Simulationen für das neue Auslegungsmodell 141
6.1 Grundlagen zur DEM-Simulation 141
6.1.1 Beschreibung der DEM 141
6.1.2 Bisherige DEM-Simulationen von Zerkleinerungsprozessen 151
6.2 Kalibrierung des DEM-Gesteinsmodells 154
6.2.1 Statistische Simulationsplanung 156
6.2.2 Simulationsdurchführung 159
6.2.3 Voroptimierung 161
6.2.4 Nachoptimierung 164
6.3 Walzenbrechersimulationen mit dem kalibrierten DEM-Gesteinsmodell 166
6.3.1 Aufbau des Walzenbrechersimulationsprogramms 166
6.3.2 Ergebnisse der Walzenbrechersimulationen 169
6.3.2.1 Simulationsergebnisse zum Massedurchsatz des Walzenbrechers 169
6.3.2.2 Simulationsergebnisse zur Produktkorngrößenverteilung des Walzenbrechers 171
6.3.2.3 Simulationsergebnisse zum Leistungsbedarf des Walzenbrechers 174
7 Zusammenfassung und Ausblick 178
Literaturverzeichnis XXIV
Anlagenverzeichnis XXXV
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:22761 |
| Date | 25 March 2011 |
| Creators | Schmidt, Marko |
| Contributors | Unland, Georg, Kunze, Günter, TU Bergakademie Freiberg |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | German |
| Detected Language | German |
| Type | doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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