DE2841390A1

DE2841390A1 - Drehendes und aufprallendes mahlwerkzeug

Info

Publication number: DE2841390A1
Application number: DE19782841390
Authority: DE
Inventors: Victor Chentre
Original assignee: Societe des Acieries de Pompey
Current assignee: Societe des Acieries de Pompey
Priority date: 1977-09-27
Filing date: 1978-09-22
Publication date: 1979-04-05
Also published as: FR2403827A1; IT1098932B; IT7828079A0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen ein drehendes und aufprallendes Mahlwerkzeug, z. B. den Hammer einer Mühle, der die Form eines rechteckformigen Quaders aufweist.

Diese Hämmer, die mit Pralleffekt arbeiten, sind mechanische Stücke, die dazu dienen, ausgehend von einem rohen Material, ein Produkt mit feinerer Korngrösse zu liefern. Diese Hammer bestehen im allgemeinen aus gewalztem, gegossenem oder geschmiedenem Stahl mit einer einheitlichen Massenzusammensetzung. Für einen MahlVorgang, der durch das Aufprallen eines Hammers oder durch Zusammenpressen von Backen durchgeführt wird, wird meistens ein Stahl mit 14% Mangangehalt, der durch Kalthämmern von selbst härtet, eingesetzt. Wenn kein Aufprallen stattfindet, gehen die Vorteile eines derartigen Stahles mit 14% Mangangehalt verloren, so dass man behandelten oder unbehandelten Hartstahl verwendet.

Diese Hämmer sind sehr schnell abgenutzt, so dass sie oft ersetzt werden müssen. Die Wahl des Materials, aus welchem die Hämmer bestehen, ergibt sich aus einem Kompromiss zwischen verschiedenen sich widersprechenden Kriterien, welche den Betrieb einer Hammermühle bestimmen. Als hauptsächliche Kriterien können folgende genannt werden:

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- um die plötzliche Ausserbetriebsetzung des Hammers zu vermeiden, muss das Material eine hohe Bruchfestigkeit aufweisen;

- die behandelte, in Tonnen ausgedrückte Produktmenge, die dem gesamten Tonnengehalt des zermahlenen Produktes, welches bis zum Aussetzen des Hammers von der Vorrichtung geliefert wird, entspricht, soll möglichst hoch sein.

- Die Stundenleistung (Verhältnis der behandelten, in Tonnen ausgedrückten Produktmenge zu der Betriebsdauer des Hammers) muss möglichst hoch und konstant sein;

- die gewichtsmässige Ausbeute (Verhältnis vom einlaufenden Tonnengewicht zu dem abgegebenen Tonnengewicht) muss ebenfalls sehr hoch sein. Das Tonnengewicht des Produktes am Auslauf der Mühle kann geringer als das eingegebene Material-Tonnengewicht sein, da durch die Austrocknung, die durch das Erhitzen der Produkte während des Mahlvorganges hervorgerufen wird, bestimmte Verluste in Kauf genommen werden müssen.

Um die erstgenannte Bedingung zu erfüllen, neigt man meistens dazu, ein hartes Material einzusetzen, welches grundsätzlich weniger abriebfest ist. Im Gegensatz dazu erfordern die anderen Bedingungen die Wahl eines Materials mit hoher Abriebfestigkeit. Entsprechend des zu mahlenden Produktes, der Einsatzbedingungen der Mühle so wie der gezielten Ergebnisse führt die zwangsweise getroffene Zwischenlösung zur Wahl eines Materials, welches gleichzeitig zähe und abriebfest ist und zur Herstellung der Hämmer verwendet wird.

Wenn man die Entwicklung des Verschleisses eines herkömmlichen Hammers im Betrieb studiert, stellt man fest, dass durch die Abnutzung der Arbeitsfläche des Werkzeuges eine fortschreitende Erosion stattfindet, so dass die genannte Arbeitsfläche ähnlich wie eine Messerschneide profiliert wird, wie es die Figur 2 der

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beigefügten Zeichnungen zeigt, wobei bei dieser Untersuchung die Gefahr eines Bruches des Werkzeuges ausgeschlossen wird. Die Neigung zu einer derartigen Abnutzung wird mit Materialien beliebiger Abriebfestigkeit festgestellt und tritt jedoch in stärkerem Masse auf, wenn die Abriebfestigkeit des Materials einheitlich ist, Daneben geht der Abnutzungsvorgang besonders schnell vor sich, so bald er angefangen hat. Ein Hammer dessen Arbeitsfläche in Form einer Messerschneide profiliert geworden ist, hat eine wesentlich geringere Stundenleistung, so da^s das Tonnengewicht des behandelten Produktes ebenfalls geringer ist. Durch die erhöhte Reibung der Produkte auf den Hammer und daher durch die stärkere Erhitzung der selben wird ausserdem eine Verringerung der Gewichtsausbeute hervorgerufen.

Die vorliegende Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, die Probleme, die beim Einsatz von bekannten Hammermühlen auftreten, zu beheben.

Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein drehendes, durch Prallwirkung arbeitendes Mahlwerkzeug, wie z. B. ein Hammer der genannten Art, welches eine im Wesentlichen konstante Stundenleistung, die jedoch höher als diejenige der bekannten Vorrichtungen liegt, aufweist.

Das Werkzeug aus dervorliegenden Erfindung, z. B. der Hammer einer Mühle, soll daneben eine höhere Gewichtsausbeute, sowie ein grössere, in Tonnen ausgedrückte behandelte Produktmenge als die schon bekannten Hämmer erzielen lassen.

Schliesslich ist es auch die Aufgabe der folgenden Erfindung, ein Mahlwerkzeug zu schaffen, welches eine geringere Bruchneigung als die schon bekannten ähnlichen Vorrichtungen aufweist.

Zu diesem Zweck schlägt die vorliegende Erfindung ein drehendes durch Aufprallen arbeitendes Werkzeug, z. B. einen Hammer für eine Mühle vor, welches die Form eines rechteckigen Quaders aufweist, und dadurch gekennzeichnet ist, dass es aus min-

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ORIGINAL INSPECTED

destens drei verschiedenen, angrenzenden Werkstoffschichten, und zwar einer mittleren Schicht und zwei Aussenschichten besteht, wobei die jeweilige Abriebfestigkeit der verschiedenen Werkstoffschichten von der mittleren Schicht zu den Aussenschichten hin ständig zunimmt.

Dieses hauptsächliche Merkmal der vorliegenden Erfindung setzt sich der Neigung der Arbeitsfläche des Hammers, sich messerschneidenartig abzunutzen, entgegen, so dass das Verschleissprofil der Arbeitsfläche eines erfindungsgemässen Hammers konkav und nicht mehr konvex wie in der schon bekannten Technik, wird.

Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, in welcher anhand der beigefügten Zeichnungen verschiedene nicht einschränkende Ausführung s b eispiele der Erfindung erläutert werden.

Es zeigen:

- Figur 1 eine schematische Darstellung in der Perspektive des Hammers einer Hammermühle, für welchen die Erfindung angewandt werden kann;

- Figur 2 eine schematische Darstellung des ursprünglichen Profils der Arbeitsfläche eines schon bekannten Hammers, wobei das durch den Verschleiss hervorgerufene Messerschneidenprofil ersichtlich ist;

- Figur 3 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Abreibgeschwindigkeit und dem Eingriffswinkel der zu mahlenden Produkte mit der Arbeitsfläche eines Hammers;

- Figur 4 eine der Figur 2 ähnlichen Darstellung, die sich jedoch auf einen erfindungsgemässen Hammer bezieht.

In Figur 1 sind jeweils der Hammer einer Hammermühle sowie dessen Arbeitsprinzip schematisch dargestellt, bzw. erläutert. Der Hammer i besteht aus einem rechteckigen Quader, aus hartem

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Stahl mit im Bereich seiner Enden zwei durchgehenden Löchern 2 und 3, über welche der genannte Hammer auf einer Welle 4, die um die Achse 5 in Drehung versetzt wird, drehbar eingebaut werden kann. Die zu behandelnden Werkstoffe werden in die Mühle geschüttet und dann durch die Prallwirkung der Hämmer 1 zerkleinert. Zur Erhöhung der Betriebsdauer eines Hammers, wird Letzterer im allgemeinen auf die Welle 4 in vier verschiedene Stellungen eingesetzt, und zwar: zuerst in die in Figur 1 gezeigte Stellung, in welcher die Welle 4 durch das Loch 3 hindurch geführt und der Höhepunkt der Fläche 6 des Hammers auf die zu behandelnden Produkte hin gerichtet ist; dann entgegengesetzt, wobei die Welle 4 das Loch 3 durchgeht und die Spitze der gegenüberliegenden Fläche 7 des Hammers auf die zu behandelnden Produkte hin gerichtet ist; und schliesslich umgekehrt, wobei die Welle 4 durch das Loch 2 .hindurchgeführt ist und nacheinander als Arbeitsflächen die zwei anderen Enden, bzw. Kanten der Flächen 6 und 7eirgesetzt werden.

In Figur 2 ist ein zum Stand der Technik gehörender Hammer dargestellt, der im allgemeinen aus einem Stanl mit einheitlicherer Massenzusammensetzung besteht. Die mit vollen Zügen gezeichnete Umrisslinie 1 zeigt den Hammer vor seiner Inbetriebsetzung, während die gestrichelte Linie IOb das Profil der Arbeitsfläche 6 des Hammers nach einer bestimmten Betriebszeit, bzw. das abgenutzte Profil der genannten Fläche zeigt. In 11 sind die Produkte bezeichnet, die zerkleinert werden müssen und die Pfeile 12 zeigen den Eingriffswinkel dieser Produkte mit der Arbeitsfläche eines Hammers 1.

Unter Bezugnahme auf die Figur 2 kann man bemerken, dass die Wirksamkeit des MahlVorganges, die von der Prallflache 6 des Hammers abhängt, am Anfang normal ist und dann mit dem Profil IOb dazu neigt, sich stark zu verschlechtern oder sogar null zu werden,

Die konvexe Profilierung IOb kann durch die auf dem Gebiet der Abrieberscheinungen erworbenen Kenntnisse, die aen Einfluss des Eingriffswinkels auf die Abriebgeschwindigkeit hervorgehoben haben, wie es die graphische Darstellung der Figur 3 zeigt, erklärt werden. Wie es die Kurve der Figur 3 zeigt, ist bekannt-

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lieh die Abriebgeschwindigkeit für einen Einfall von 0° sehr gering und erreicht ihren Höchstwert mit einem Einfall von etwa 45°, wobei diese Geschwindigkeit mit einem Einfallwinkel von 90° wieder einen geringen Wert aufweist. Gleich am Anfang des Einsatzes eines Hammers werden die Ecken, bzw. die Winkel, die am stärksten beansprucht werden und auch empfindlicher sind, schneller abgenutzt und erhalten die durch den Schliff abgeschrägte Form, die durch die Linie IOa in Figur 2 angedeutet ist, so dass der Eingriffswinkel der Produkte, der anfänglich mit der Arbeitsfläche 6 90° betrug, sehr schnell bis annähernd 45° herabgesetzt wird. Dadurch ist die Abriebwirkung verstärkt und örtlich begrenzt, so dass man schliesslich das durch die Linie IOb angedeutete Profil erzielt.

Es ist leicht zu verstehen, dass mit einem derartigen Angriffsprofil, die Reibung der zu mahlenden Werkstoffe auf den Hammer stärker wird, so dass die genannten Werkstoffe stärker erhitzt werden und die endgültige, gewichtsmässige Ausbeute geringer ist.

Um eine derartige Profilierung der Arbeitsfläche des Hammers einer Mühle in Form einer Messerschneide zu vermeiden, sieht die vorliegende Erfindung solche Bedingungen vor, dass die Zunahme des Verschleisses zu einer umgekehrten, d. h. konkaven Profilie rung der Aufprallfläche des Werkzeuges führt. Zu diesem Zweck besteht der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung darin, anstatt eines einzigen Werkstoffes mit einheitlicher Abriebfestigkeit einen Verbundwerkstoff einzusetzen, der aus angrenzenden Schichten aus verschiedenen Werkstoffen mit unterschiedlicher Abreibfestigkeit besteht, wobei die genannten Schichten in der Weise miteinander verbunden sind, dass sie der Entstehung von Ebenen, die in der Richtung des konvexen Profils den günstigsten Einfall bieten, mechanisch entgegenwirken.

In Figur 4 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, in welchem der erfindungsgemässe Hammer 15 aus drei angrenzenden Schichten aus unterschiedlichen Werkstoffen, und zwar einer mittleren Schicht 16 und zwei Aussenschichten 17 besteht, wobei die mittlere Schicht 16 aus einem Material besteht, dessen Abriebfestigkeit geringer als diejenige des Werkstoffes, aus welchem die Aussenschichten 17 gebildet sind, ist.

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In einem derartigen Verbundmaterial werden die Anzahl, die Stärke, sowie die Zusammensetzung der jeweiligen Schichten durch die Betriebsbedingungen bestimmt.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besitzen die Schichten 16 und 17 die gleiche konstante Stärke, wobei die Schicht 16 z. B. aus einem weichen Stahl mit 0,10 ^Kohlenstoff und 0,7 % Mangan besteht, während die Aussenschichten 17 aus einem gehärteten Stahl mit 0,7 % Kohlenstoff und 0,2 % Chrom zusammengesetzt sind. Der mittlere Bereich der Arbeitsfläche 18 des Verbundmaterials, welcher durch das Aufprallen der zu mahlenden Produkte 12 beansprucht wird, ist in erster Linie dem Verschleiss ausgesetzt und wird fortschreitend ausgehöhlt, wie es die gestrichelte Linie I9a in Figur 4 ersehen lässt. Die mittlere Aushöhlung bildet mit dem zunehmenden Verschleiss eine auf 45° geneigte Strömungsebene für die zerkleinerten Produkte, welche die durch die gestrichelte Linie I9b angedeutete konkave Profilgebung begünstigt. Man kann bemerken, dass die Linie I9b im Gegensatz zu der konvexen, durch die Abnutzung hervorgerufene Form 10b des bekannten Hammers konkave ausgehölt ist. Daneben ist est schon bekannt, dass eine Aushöhlung in einer ebenen Fläche, welche einer Abriebwirkung ausgesetzt ist, eine schnellere Abnutzung erfährt.

Die Art der verschiedenen Schichten, sowie ihre jeweilige Stärke haben eine besondere Bedeutung, wobei die herkömmlichen, schon eingesetzten Oberflächenbehandlungen zum gezielten Ergebnis nicht führen können, und zwar aus folgenden Gründen:

- die durch eine Wärmebehandlung erzielten Tiefen, welche die Erzielung einer besseren Abriebfestigkeit zum Zweck haben, reichen nicht aus, um eine wirksame Rolle zu spielen;

- Der Abrieb in Form einer Messerschneide zeigt sich sobald das Werkzeug in Betrieb gesetzt wird. Im Falle einer Oberflächenbehandlung, ist die Härte im allgemeinen einheitlich, wobei die Empfindlichkeit der Ecken, bzw. Winkel zur Bildung von Einfallebenen, welche die Be-

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schleunigung eines konvexen Abriebes begünstigen, beiträgt. Sobald die genannten Ebenen gebildet sind., erhöht sich die Verschleisserscheinung ständig und setzt sich unwiderruflich fort.

Im Gegensatz zu den herkömmlichen Behandlungen zur Anreicherung an C-N u.s.w., ermöglicht die vorliegende Erfindung die angrenzende Anordnung von Schichten, deren jeweilige chemische Zusammensetzung den Betriebsbedingungen gerecht ist. Unter diesen Bedingungen sind die in der Beschreibungseinleitung genannten Bedingungen erfüllt :

- Die mittlere Stundenleistung ist durch die konkave Form, die im Betrieb durch den Verschleiss erzielt wird, stabilisiert.

- Unter diesen Bedingungen wird die gesamte, in Tonnen ausgedrückte Produktmenge, die durch ein Werkzeug mit erhöhter Lebensdauer behandelt wird, grosser.

- Aus diesen beiden Gründen ruft die Verringerung der Reibung der zermahlenen Produkte eine Beschränkung der Erhitzung dieser Produkte hervor, so dass die gewichtsmässige Ausbeute ebenfalls erhöht wird.

- Der gegenseitige Wechsel von weniger abriebfesten, bzw. zäheren Schichten zu abriebfesteren Schichten sowie die Bekämpfung der Abriebwirkung durch die Schaffung eines günstigen Profils führen zu einer geringeren Empfindlichkeit des Hammers, der dann den Bruchgefahren weniger ausgesetzt wird. Man möchte bemerken dass die Schaffung des günstigen Profils, um die messerschneidenförmige Abnutzung des Werkzeuges zu vermeiden, nicht durch die Wahl eines Werkstoffes mit höchster Abriebfestigkeit erzielt wird.

Daneben ist der Verbrauch an Werkzeugen, bzw. Hämmern im Verhältnis zu jeder Tonne zerkleinerter Produkte wesentlich geringer.

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Verschiedene Versuche mit herkömmlichen Hämmern, sowie mit Hämmern, die die gleiche Form haben und nach dem Schema der Figur 4 hergestellt worden sind, liessen folgende Ergebnisse erzielen:

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	Versuche im Betrieb	Gesamtes Brutto-Tonnengewicht vor der Abnutzung	Mittlere Stundenleistung	Erhitzung der Werkstoffe	Beobachtetes Verschleissprofil
9098	herkömmlicher Hammer	800 T	7 T	+4° C	Δ
ο OO co σ	erfindungsgemässer Hammer	1500 T	13 T	+0,8⁰C
Bemerkungen	Hammer immer noch im Einsatz		Gewinn: 2% bezogen auf das Tonnen gewicht der gemahlenen Produkte

OO CD O

Das erfindungsgemässe Verbundmaterial, welches aus mehreren angrenzenden Materialschichten unterschiedlicher Zusammensetzung besteht, kann durch jedes geeignete an sich bekannte Verfahren, z. B. durch Zusammenpassung, durch Giessen oder dergleichen hergestellt werden. Die Anzahl der eingesetzten Schichten, die gleichlaufend zu der Drehungsebene des Hammers aneinanderliegend angeordnet sind, kann variieren: Bei dem in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst der Hammer eine mittlere Schicht sowie zwei Aussenschichten, wobei er genauso zwei mittlere Schichten und zwei Aussenschichten oder noch eine mittlere Schicht, zwei beiderseits der selben angeordneten Zwischenschichten, sowie zwei Aussenschichten umfassen kann. Die Zwischenschichten bestehen dann aus einem ähnlichen Werkstoff, dessen Abriebfestigkeit höher als diejenige der mittleren Schicht ist, während die zwei Aussenschichten aus einem Werkstoff bestehen, dessen Abriebfestigkeit höher als diejenige der zwei Zwischenschichten ist. Eine solche Anordnung der jeweiligen Werkstoffschichten kann selbstverständlich entsprechend fortgesetzt werden.

Die erfindungsgemässen Hämmer können aus beliebigen Werkstoffen geeigneter Art, wie z. B. aus Stahl, aus anderen Metallen oder anderen geeigneten Materialien hergestellt werden.

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Claims

Drehendes, durch Prallwirkung arbeitendes Mahlwerkzeug, z. B. Hammer einer Hammermühle, welches die Form eines rechteckigen Quaders aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass es aus mindestens drei angrenzenden Schichten von verschiedenartigen Werkstoffen, und zwar mindestens einer mittleren Schicht 16 und mindestens zwei Aussenschichten 17 besteht, wobei die jeweilige Abriebfestigkeit der für die jeweiligen Schichten eingesetzten Werkstoffen ausgehend von der mittleren Schicht zu den Aussenschichten hin höher ist.
2,- Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenschichten 17, welche paarweise einander entsprechen, aus dem gleichen Werkstoff bestehen.
3.- Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff, aus welchem die mittlere Schicht 16 besteht, zäher als der Werkstoff der zwei Aussenschichten ist.
4,- Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die verschiedenen angrenzenden Schichten, welche das Werkzeug 1 bilden, gleichlaufend zu der Umdrehungsebene des genannten Werkzeuges angeordnet sind.
5. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Schichten 16, 17 gleichmässig stark sind.
6. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Schichten 16, 17 jeweils eine konstante Stärke haben.
7. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Schicht 16 aus einem weichen Stahl besteht, während die zwei Aussenschichten 17 z. B. aus gehärtetem Stahl zusammengesetzt sind.

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