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TECHNICAL SOLUTIONS
Dr. Metodi Zlatev
HAVER NIAGARA GmbH
www.haverniagara.com
Nach seinem Maschinenbaustudium an der Universität für Bergbau und
Geologie “St. Ivan Rilski” in Bulgarien (1992-1997) mit der Fachrichtung
Gewinnungs- und Aufbereitungsmaschinen, promovierte Dr. Metodi Zlatev im
Jahr 2005 am Institut für Aufbereitungsmaschinen der TU Bergakademie
Freiberg. Seit 2004 arbeitet er für den Geschäftsbereich Aufbereitungstechnik
bei der Firma HAVER & BOECKER in Münster. Seit Januar 2012 leitet er den
Vertrieb von HAVER NIAGARA GmbH in Münster.
Klaus Fennenkötter
HAVER NIAGARA GmbH
www.haverniagara.com
Nach seiner Ausbildung zum Industriemechaniker bei HAVER & BOECKER
(1993-1996) mit der Fachrichtung Maschinen und Systemtechnik, absolvierte
Klaus Fennenkötter seine Weiterbildung zum staatlich geprüften Techniker mit
dem Schwerpunkt Maschinenbautechnik (1996-2000). Im Anschluss arbeitete
er fünf Jahre als Konstrukteur für Siebmaschinen. Darauf folgten sieben Jahre
im Innovationsmanagement. Seit 2012 leitet er die Konstruktion und Produk
tion von HAVER NIAGARA GmbH in Münster.
Intelligente Kombination
Intelligent combination
Feinstkornklassierung von Quarzsand mit der HAVER FINE-LINE
Siebmaschine
Zusammenfassung: Der nachfolgende Beitrag befasst sich mit der Problematik der mechanischen Trockensiebklassierung von Quarzsand im Feinstkornbereich, die nach einigen
grundlegenden Ausführungen zum Ablauf und zur Bewertung eines Siebvorganges und
der dafür zur Verfügung stehenden Klassiertechnik, näher betrachtet wird.
Ultrafine sizing of silica sand with the HAVER FINE-LINE screen
Summary: The following paper addresses the problems of dry mechanical screen sizing of
ultrafine silica sand. These problems are examined in detail following some basic remarks
on the process sequence, evaluation of a screening process and the sizing equipment
available for this purpose.
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AT MINERAL PROCESSING 04/2016
(Volume 57)
TECHNICAL SOLUTIONS
1 Einleitung
Bei der Gewinnung und Aufbereitung fester mineralischer
Rohstoffe, der Herstellung synthetischer Roh- und Zwischenprodukte, der Verarbeitung von Produkten der Nahrungs- und
Genussgüterwirtschaft sowie bei der Rückgewinnung von
Wertstoffen aus Recyclingprozessen erhält man Korngemische
unterschiedlicher Korngröße. Es ist Aufgabe der Aufbereitungstechnik, aus den anfallenden Korngemischen Zwischen- oder
Endprodukte zu erzeugen, an deren stoffliche Zusammensetzung und physikalische Eigenschaften, vor allem hinsichtlich
des Dispersitätszustandes, bestimmte Anforderungen gestellt
werden können. Je nach Rohstoffart und Aufbereitungsziel sind
dazu unterschiedliche Aufbereitungsprozesse, wie z.B. Zerkleinern, Klassieren, Sortieren, Stückigmachen etc. anzuwenden [1].
An der Aufgabestelle des Siebgutes auf die Trennfläche (Siebbelag) bildet sich eine Materialdickschicht (Mehrkornschicht)
aus. In Richtung Trennflächenende erfolgt eine Abtrennung des
Feingutes (d < w), indem entlang der Trennfläche ein ständiger
statistischer Vergleich (Schichtung) zwischen den verschiedenen
Korngrößen d des Siebgutes und der Größe der Sieböffnungen w
stattfindet. Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Partikel durch die Sieböffnung fällt ist umso größer, je kleiner das Verhältnis d/w ist [5].
Am Trennflächenende bilden die Partikel mit d > w das Grobgut
und Körner mit d < w das Feingut. Problematisch ist die Abtrennung solcher Partikel, die annähernd so groß wie die Maschenweite sind (d ≈ w). Partikel der Größe 0,8 w < d > w können zu einer
verringerten Siebleistung führen. Körner der Größe w < d < 1,2 w
können die Sieböffnungen vollständig blockieren. Zur Beurteilung
des Trennerfolges eines Siebprozesses können verschiedene Beurteilungskriterien herangezogen werden, wie z.B.:
Kornverteilung eines typischen FINE-LINE Produktes
Particle size distribution of typical FINE LINE feed material
Siebgütegrad ηS
Für die Definition des Siebgütegrades sind verschiedene Beziehungen bekannt. Eine gebräuchliche Definition lautet:
(FF, A - FF, G) · (FF, F - FF, A)
(1)
ηS = (1 - FF, A) · (FF, F - FF, G) · FF, A
Es bedeuten:
• FF,A – Feingutanteil bzw. Unterkorngehalt (Masseanteil) der
Siebaufgabe
• FF,F – Feingutanteil bzw. Unterkorngehalt des Siebdurchganges (Feingut)
• FF,G – Feingutanteil bzw. Unterkorngehalt des Siebüberlaufes
(Grobgut)
(Volume 57)
Quelle/Source: HAVER NIAGARA GmbH
2 Ablauf und Bewertung des Siebvorganges
Nach der Gewinnung und Aufbereitung (z.B. durch Zerkleinern)
der unterschiedlichen Rohstoffe bzw. Zwischenprodukte liegen
diese meist als Schüttgut mit Partikeln unterschiedlicher Größe
und Form vor. Zur weiteren Aufbereitung müssen diese Korngemische vielfach in unterschiedliche Korngrößenbereiche bzw.
Fraktionen getrennt werden. Das häufigste angewendete mechanische Klassierverfahren ist das Sieben. Der Siebklassierprozess
beruht auf einem wiederholten, statistischen Größenvergleich der
Partikel des Siebgutes mit den Sieböffnungen einer unbewegten
oder bewegten Trennfläche (Siebbelag mit Maschenweite w),
wobei gleichzeitig ein Transport des Siebgutes von der Aufgabestelle in Richtung Trennflächenende stattfindet (Bild 1).
1 Introduction
In the extraction and processing of solid mineral raw materials,
the production of synthetic raw and intermediate products, the
processing of products in the foodstuffs, drinks and tobacco
industry as well as the recovery of recyclables in recycling processes, mixes of particles of different sizes are obtained. It is
the task of the processing equipment to produce intermediate
or end-products from these particle mixes. The material composition and physical properties of these products, especially
with regard to their dispersity, must meet certain requirements.
Depending on the type of raw material and the processing objective, different processing methods, e.g. size reduction, sizing,
sorting, agglomeration, etc. must be applied [1].
AT MINERAL PROCESSING
04/2016
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TECHNICAL SOLUTIONS
Nachteilig ist jedoch, dass die Verteilung einzelner Partikelgrößenklassen im Produkt nicht berücksichtigt wird.
Unterkornausbringen ηS,F
Anstelle der „allgemeinen“ Siebgüte nach Gleichung (1) wird
daher häufig das Unterkornausbringen
(FF, A - FF, G)
(2)
ηSF = (1 - FF, G) · FF, A
verwendet. Für den idealen Fall, dass das Grobgut kein Feinkorn enthält (FF,G = 0), ergibt sich das Unterkornausbringen
zu ηS,F = 1.
Fehlkornanteile (Fehlunterkorn FUK und Fehlüberkorn FÜK )
Zur Beurteilung der Produktqualität von Grob- und Feingut können auch deren Fehlkornanteile herangezogen werden (Bild 1). Unter dem Fehlkornanteil wird der Masseanteil
an Siebgut im Grob- oder Feingut verstanden, der bei nicht
idealem Trennprozess (technische Siebung) in der jeweils
„falschen“ Kornfraktion ausgetragen wird. Je nach Sieblänge, Aufgabemenge, Maschenweite usw. verbleibt im Grobgut
häufig ein Rest von Feingut, welcher als Fehlkorn (oder Fehl‑
unterkorn) die erzielte Produktgüte bestimmt. Das Auftreten
von Fehlkorn ist als normaler, siebspezifischer Vorgang anzusehen, der minimiert, aber nicht gänzlich vermieden werden
kann. Grobkorn im Feingut (Fehlüberkorn) kann durch fertigungs- und/oder betriebsbedingte Schwankungen der Siebmaschengeometrie, Abdichtungsprobleme, Siebbelagschäden
oder durch fehlförmige (splittrig-nadelige) Partikel im Sieb‑
aufgabegut bedingt sein.
2 Sequence and evaluation of the screening process
Following extraction and processing (e.g. by size reduction)
of different raw materials and intermediate products, these are
usually in the form of bulk solids with particles of different sizes
and shapes. For further processing, these particle mixes often
have to be separated into different particle size ranges or fractions.The most commonly applied mechanical sizing process is
screening.The screen sizing process is based on repeated, statistical size comparison of the particles of the screen feed with the
screen apertures of a stationary or moving separating surface
(screening surface with mesh width w), the screen feed being
simultaneously transported from the feed point in the direction
of the end of the separating surface (Fig. 1).
At the feed point of the screen feed on the separating (screening
surface) a thick layer of material (multiparticle bed) is formed.
In the direction of the end of the separating surface, the fine
particles (d < w) are separated based on a constant statistical comparison (stratification) taking place between the different particle
sizes d of the material being screened and the size of the screen
apertures w along the separating surface. The probability of a
particle falling through a screen aperture is larger, the smaller
the ratio of d/w is [5]. At the end of the separating surface the
particles with d > w forms the coarse material and particles with
d < w the fine material. Problematic is separation of such particles
that are approximately as large as the mesh width (d ≈ w). Particles
of the size 0.8 w < d > w can lead to reduced screening efficiency.
Particles of the size w < d < 1.2 w can clog or blind the screen
apertures completely. For assessment of separating efficiency of a
screening process, various assessment criteria can be applied, e.g.:
Screening efficiency ηS
For the definition of the screening efficiency, various relations
are known. A common definition is:
1Schematische Darstellung des
Screen feed
(Multiparticle bed)
Klassiervorganges • Schematic
showing the classifying process
Screening surface with
screen aspertures w
Misplaced undersize FUK
(Fine particles
in the screen overflow)
w
(FF, A - FF, G) · (FF, F - FF, A)
(1)
ηS = (1 - FF, A) · (FF, F - FF, G) · FF, A
where:
• FF,A – fines or undersize content (mass percentage) of the
screen feed
• FF,F – fines or undersize content of the screen underflow
(fine material)
• FF,G – fines or undersize content of the screen oversize
(coarse material)
One disadvantage, however, is that the distribution of individual
particle size classes in the product is not taken into consideration.
Undersize yield ηS,F
Instead of the “general” screening efficiency according to Equation (1), the undersize yield
Screen box
Misplaced oversize FÜK
(Coarse particles in the screen underflow)
(FF, A - FF, G)
(2)
η = SF
(1 - FF, G) · FF, A
Screen underflow
(Fine particles)
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Screen overflow
(Coarse particles)
is often used. For the ideal case that the coarse material does not
contain any fine particles (FF,G = 0), the undersize yield results
as ηS,F = 1.
(Volume 57)
TECHNICAL SOLUTIONS
Voraussetzung für die Ermittlung der Fehlkornanteile ist das
Vorliegen der jeweiligen Korngrößenverteilungen und die
Festlegung der Korngröße bzw. Maschenweite, bei deren
Unter- oder Überschreitung Fehlkorn vorliegt. Anhand dieser
Ergebnisse lassen sich klare Aussagen zur Qualität der Klassierprodukte, z.B. nach der TL Gestein-StB 04 [6], treffen.
3 Siebklassierer
Zur technischen Realisierung des Klassierprozesses werden
unter Beachtung der Verschiedenartigkeit der Aufbereitungsund Einsatzprobleme die unterschiedlichsten Siebklassierer
benötigt. Die einzelnen Bauarten von Siebklassierern lassen
sich nach Höffl [2] u.a. durch nachfolgende Merkmale charakterisieren:
• Nach dem Bewegungsverhalten der Trennfläche (z.B. nichtbewegte ruhende Siebe und Roste,Trommel- und Schwingsiebmaschinen mit rotierender bzw. schwingender Trennfläche)
• Nach der geometrischen Form und Lage der Trennfläche
gegenüber der Horizontalen (z.B. rechteckige oder runde
bzw. horizontale oder geneigte Trennflächen).
Für die im Bereich der Grob- (w ≥ 100 mm), Mittel(100 mm > w > 10 mm) und Fein- (10 mm > w > 1 mm) sowie
Feinstkornklassierung (1 mm > w > 0,025 mm) anstehenden
Siebaufgaben haben sich insbesondere die zur Gruppe der
Schwingsiebmaschinen gehörenden Wurfsiebmaschinen bewährt. Bei den Wurfsieben erfolgt der Transport des Siebgutes
wurfartig, weil der Siebboden in einer senkrechten Längsebene
schwingt [5]. Durch die Schwingbewegung erfolgt eine Auflockerung und/oder Umwälzung des Siebgutes, wodurch die
erforderliche Relativbewegung des Unterkorns zum Siebgewebe gewährleistet wird. Dabei sind die jeweiligen Siebguteigenschaften (z.B. Korngrößen- und Kornformverteilung,
Misplaced particles (misplaced undersize FUK
and misplaced oversize FÜK)
For assessment of the product quality of coarse and fine materials, their content of misplaced particles can be used (Fig. 1).
Misplaced content is the mass percentage of screened material in the oversize or undersize that is discharged in the
“wrong” size fraction in a non-ideal separation process (technical screening). Depending on the length of the screen, feed
rate, mesh width, etc., some percentage of fines remains in the
oversize, which as misplaced particles (or misplaced undersize)
affects the quality of the product obtained. The occurrence
of misplaced particles can be regarded as a normal, screenspecific process that can be minimized but not completely
avoided. Coarse particles in the fines (misplaced oversize) can
be caused by production- or operation-related variations in
the geometry of the screen mesh, sealing problems, damage to
the screening surface or misshapen (splinter- or needle-like)
particles in the screen feed.
Precondition for determination of the percentage of misplaced
particles is the availability of the respective particle size distributions and the definition of the particle size or mesh width at
which misplaced particles are present, being smaller or larger
than this defined size. On the basis of these results, clear information can be given regarding the quality of the sized products,
e.g. in compliance with TL Gestein-StB 04, i.e.Technical Terms
of Delivery for Aggregates Used in Road Construction [6].
3 Screen sizers
For the technical realization of the sizing process, with provision
for the different processing and application problems, a wide
range of screen sizers are required.The different types of screen
sizer can be characterized according to Höffl [2] for example
based on the following features:
Tabelle 1: Produktpalette „Siebtechnik“ der HAVER NIAGARA GmbH Münster (Auszug aus [4]): Maßgeschneiderte Klassiertechnik für nahezu alle
Kundenbedürfnisse, Industriezweige und Produktgruppen
Table 1: “Screening systems” portfolio of HAVER NIAGARA GmbH Münster (extract from [4]): customized sizing systems for almost all customer
requirements, branches of industry and product groups
Screening
systems
Eccentric-SM
(F-Class)
Free-vibrating
screening SM
(T-Class)
Linear-SM
(L-Class)
Feed
article
p
size (max.)
[mm]
Feed rate
(max.)
[t/h]
Screening
rate per
deck
[m2]
Number of
decks
[-]
Cut-point
range
[mm]
Deck pitch
[*]
Drive
power
[kW]
Total
weight
[t]
% 500
% 1500
3 … 18
1 … 3.5
2 … 125
13 …25
7.5 … 90
2.5 … 30
Product screening
Scalping
Impurity separation
% 300
% 800
0.3 … 24
1 … 3.5
0.5 … 150
6 … 25
3 … 75
0.2 … 25
Product screening
(dry, wet)
Impurity separation
% 300
% 1500
0.9 … 19.2
2 … 3.5
0.3 … 125
-3 … 10
45 … 150
0.5 … 25
Product screening
(dry, wet)
Dewatering
5 … 10
Product screening
Industrial minerals
Foodstuffs
Synthetic and
chemical products
2 … 14.5
Product screening
(dry)
Filler removal
Reject removal
Multideck-SM
(M-Class)
% 10
% 75
5.6
% 100
4.5 …
11.25
% 11
0.08 … 8
0
15 … 30
30 … 45
2.64 …
26.4
FINE-LINE
%8
(Volume 57)
1…3
0.1 … 3.0
04/2016
Application areas
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Oberflächenfeuchtigkeit, Kornrauhigkeit etc.) zu berücksichtigen. Wurfsiebmaschinen untergliedern sich weiterhin in die
Maschinen mit Siebkastenerregung, z.B. Kreis-Schwing-, Ellipsen-Schwing- und Linear-Schwingsiebmaschinen, und in die
Maschinen mit Siebbelagerregung, wie z.B. Stößel-Schwingsiebmaschinen (Tabelle 1).
Speziell für die Fein- und Feinstkornklassierung wurde das
HAVER FINE-LINE Siebsystem zur Trockenklassierung entwickelt [7, 8], das mit einer Direkterregung des Siebbelages
betrieben wird. Mit dieser innovativen Entwicklung konnte
der Hauptnachteil der siebkastenerregten Siebmaschinen, der
in den großen bewegten Massen besteht, vermieden werden.
Da die Bewegungsenergie ausschließlich durch die Trennfläche auf das Siebgut übertragen wird, ist es völlig ausreichend,
wenn nur die Siebfläche in Schwingungen versetzt wird. Die
geringe dynamische Last wirkt sich positiv auf die Auslegung
des Stahlbaus aus.
2Funktionsprinzip der HAVER FINE-LINE
Functional principle of the HAVER FINE-LINE
• According to the motion of the separating surface (e.g. nonmoving stationary screens and grids, trommel and vibrating
screens with rotating or vibrating separating surface)
• According to the geometric shape and position of the separating surface to the horizontal (e.g. rectangular or round or
horizontal or inclined separating surfaces).
For the screening duties in the range of coarse (w ≥ 100 mm), medium- (100 mm > w > 10 mm) and fine (10 mm > w > 1 mm)
as well as ultrafine sizing (1 mm > w > 0,025 mm), especially
the throw screens within the group of vibrating screens have
proven effective. On throw screens, the screened material is
transported in that it is thrown forwards as a result of the vibration of the screen deck in a vertical longitudinal plane [5].
As a result of the vibrating motion, the screen feed is loosened
up and/or circulated, ensuring the necessary relative motion
of the undersize to the screen cloth. Here the specific properties of the screen feed (e.g. particle size and particle shape
distribution, surface moisture, particle roughness, etc.) have
to be taken into consideration. Throw screens can be subclassified in machines with screen box excitation, e.g. circular
vibration, elliptical vibration and linear vibration screens, and
in machines with screening surface excitation, bumper-type
vibrating screens (Table 1).
Bild 2 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer direkterregten Schwingsiebmaschine am Beispiel des HAVER FINELINE Siebsystems. Die von Unwuchtmotoren (1) erzeugten
Schwingungen (mit bis zu 14 g) werden durch Übertragungsmechanismen (2) auf die Schlagleisten (3) übertragen und so
das Siebgewebe in Schwingungen versetzt. Durch Variation
von Frequenz, Schwingweite und Siebflächenneigung kann
die HAVER FINE-LINE problemlos auf die kundenspezifischen Produkt- und Klassiererfordernisse eingestellt werden.
Bei Trennschnitten im Bereich von 0,08-3 mm konnten für
unterschiedliche Siebgüter (z.B. Dolomit, REA-Stuck, Siliciumcarbit, Kalkstein, Talkum und Chromerz) spezifische
Durchsätze bis ca. 12 t/(hm2) erreicht werden. Der spezifische
Energiebedarf W0 bei einer direkterregten Siebmaschine liegt
bei ca. 0,5 kWh/t. Im Vergleich dazu liegen die W0-Werte
konventioneller Siebmaschinen bei ca. 1,1 kWh/t. Für beide
Siebverfahren gilt jedoch, dass mit abnehmendem Trennschnitt der spezifische Energiebedarf ansteigt. Bild 3 zeigt
eine HAVER FINE-LINE im attraktiven Maschinendesign
TECHNICAL SOLUTIONS
3Maschinenansicht der HAVER
FINE-LINE Typ HD 1800*3750
Machine view of the HAVER
FINE-LINE HD 1800*3750
TECHNICAL SOLUTIONS
4 Experimentelle Untersuchungen zur
Feinstkornklassierung von Quarzsand
Der Klassierprozess ist aus technischer Sicht ein relativ leicht
durchzuführender Vorgang. Jedoch müssen bei der Optimierung und Beurteilung des Siebprozesses eine Vielzahl von Einflussgrößen berücksichtigt werden, die hauptsächlich aus
• den Eigenschaften des Siebgutes (z.B. Korngrößen- und
Kornformverteilung, Roh- und Schüttdichte, Aufgabemenge, Gutfeuchte, Fließfähigkeit etc.),
• dem verwendeten Siebgewebe (z.B. Werkstoff, Drahtstärke,
Herstellungsart, Siebfläche, Öffnungsgeometrie und -größe,
freie Öffnungsfläche etc.).
• den konstruktiven und betrieblichen Parametern der Siebmaschine (z.B. Bauart und Baugröße, Schwingfrequenz und
Amplitude, Neigungs- bzw. Wurfwinkel, Antriebsleistung,
Siebhilfen etc.) und
• den Anforderungen an das Siebergebnis (z.B. Siebgüte,
Trennschärfe, Wertkornausbringen, spezifischer Siebdurchsatz, Fehlkorngehalte etc.)
resultieren. Daher müssen zur Bewertung des Siebprozesses und
zur begründeten Auswahl einer geeigneten Siebmaschine noch
umfangreiche experimentelle Untersuchungen durchgeführt
werden. Im Allgemeinen wird vor Beginn der experimentellen Untersuchungen eine Charakterisierung der wichtigsten
stofflichen und granulometrischen Parameter des Siebgutes
durchgeführt.
4.1 Stoffliche Bewertung des Quarzsandes
Für die Durchführung der experimentellen Untersuchungen
wurde von einem Kunden eine Sammelprobe von ca. 400 kg
Quarzfeinsand zur Verfügung gestellt. Dieser wurde einer umfangreichen stofflichen und granulometrischen Bewertung unterzogen. Zur Ermittlung der Korngrößenverteilung des gelieferten Quarzsandes wurden nach Probenahme und -teilung
zwei Analysensiebungen mit einer HAVER & BOECKER
Analysensiebmaschine Typ EML-200-T durchgeführt [11]. Die
Mittelwerte der beiden Prüfsiebungen wurden in ein RRSBNetz (DIN 66145) eingetragen (Bild 4).
Die Approximation der Analysenwerte ergab eine Gerade, d.h.
die Grundgesamtheit der Analysenproben liegt in normalverteilter Form vor. Bei Q3(d) = 63,2 % kann die charakteristische
Korngröße d63 (Lageparameter) abgelesen werden. Der Gleichmäßigkeitskoeffizient n der Quarzprobe kann nach Parallelverschiebung durch den Pol am Randmaßstab abgelesen werden.
Je größer n wird, desto monodisperser (gleichkörniger) ist die
analysierte Schüttgutprobe.
Im Ergebnis der Korngrößenanalyse kann festgestellt werden,
dass die vorliegende Quarzprobe der Körnung 0/0,4 mm durch
den Lageparameter d63 = 120 μm und den Anstiegsparameter
n = 1,95 gekennzeichnet werden kann. Neben der Korngrößenverteilung kann auch die Kornform der Quarzkörner einen
großen Einfluss auf den Siebvorgang und die Qualität der Siebprodukte haben. Zur Charakterisierung der Partikelform werden in der Praxis verschiedene Methoden verwendet, die zur
(Volume 57)
in staubdichter Ausführung mit installierter automatischer Abreinigung des Siebgewebes.Weitere Einzelheiten sind Tabelle 1
zu entnehmen.
4Korngrößenverteilung des Quarzsandes im RRSB-Netz
Particle size distribution of the silica sand in the RRSB grid
The HAVER FINE-LINE screen system for dry sizing was
specially developed for fine and ultrafine sizing [7, 8]. It is operated with direct excitation of the screening surface. With this
innovative development the main disadvantage of the screenbox-excited screens, that is the large moved masses, could be
avoided. As the kinetic energy is transferred exclusively via the
separating surface to the screen feed, it is sufficient if only the
screening surface is vibrated.The low dynamic load has a positive effect with regard to the design of the steel structure.
Fig. 2 shows the basic set-up of a directly excited vibrating
screen based on the example of the HAVER FINE-LINE
screen system. The vibrations (up to 14 g) generated by the
unbalance motors (1) are transferred by means of transmission
mechanisms (2) to the impact strips (3) and the screen cloth is
vibrated. With variation of frequency, amplitude and screening
surface pitch, the HAVER FINE-LINE can be easily adapted
to customer-specific product and sizing requirements. For cutpoints in the region of 0.08-3 mm, for different feed materials
(e.g. dolomite, FGD gypsum, silicon carbide, limestone, talcum and chromium ore), specific screening rates up to around
12 t/(hm2) have been achieved. The specific energy requirement W0 for a directly excited screen is around 0.5 kWh/t. In
comparison, the W0 values of conventional screens are around
1.1 kWh/t. It is, however, the case for both screening processes
that the specific energy requirement increases with decreasing
cut-point. Fig. 3 shows a HAVER FINE-LINE in an attractive
dust-tight machine design with installed automatic cleaning of
the screening cloth. Further details are listed in Table 1.
4 Experimental studies of the
ultrafine sizing of silica sand
From a technical perspective, the sizing process is a relatively
easy-to-do process. However, in the optimization and assessment of the screening process, a large number of parameters
must be taken into consideration, which are derived from the
• Properties of the screen feed (e.g. particle size and particle
shape distribution, apparent and bulk density, feed rate, moisture content, flowability, etc.),
• The screen cloth used (e.g. material, wire thickness, production type, screening area, aperture geometry and size, free
open area, etc.).
04/2016
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TECHNICAL SOLUTIONS
• The structural and operating parameters of the screen (e.g.
type and size, vibrational frequency and amplitude, inclination and throw angle, drive power, screening aids, etc.) and
• The requirements for the screened product (e.g. screening
efficiency, separation sharpness, product yield, specific screening rate, misplaced content, etc.).
0.15...0.18
0.18...0.212
0.212...0.25
0.25...0.30
0.30...0.425
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
2.2
Cubicity (ratio l/w) [–]
5Kornformverteilung (Kubizität L/W) des Quarzsandes
Particle shape distribution (cubicity L/W) of the silica sand
Qualitätssicherung z.B. in gültigen Normen berücksichtigt werden. Neben einer Kornformcharakterisierung der Makro- (Kubizität) und Mesogestalt (Sphärizität) ist auch eine Beschreibung
der Mikrogestalt (Rauigkeit, Bruchflächigkeit) möglich [10].
Für die Charakterisierung der Kornform der Quarzpartikel
wurden nachfolgende Formkennwerte verwendet:
• Makrogestalt: Kubizität (Verhältnis von größter und kleinster
Abmessung des Kornes L/W)
• Mesogestalt: Zirkularität C (Rundheitsmaß als Quotient von
Umfang eines projektionsflächengleichen Kreises UK und
Umfang der tatsächlichen Partikelprojektionsfläche UP)
Dazu wurden wiederum zwei Analysenproben vorbereitet, die
zur Bestimmung der Kornformverteilung einem HAVER CPA
(Computerized Particle Analyser) [9] zugeführt wurden. Der
HAVER CPA analysiert mittels dynamischer Bildanalyse sowohl
die Partikelgrößen als auch die Partikelformen berührungslos
in Echtzeit. Das Partikelanalysegerät besteht im Wesentlichen
aus einer Zeilenkamera (Sensor), einer LED-Lichtquelle, einer
elektromagnetischen Materialzuführung (Schwingrinne) sowie
einer Software-Schnittstelle zur Gerätesteuerung und granulometrischen Auswertung der Analysenergebnisse. Anforderungsgrenzen an die Aufnahmetechnik für die Korngrößen- und
Kornformbestimmung (Pixel- bzw. Partikelgröße) wurden in
[10] untersucht und dokumentiert. Die rieselfähigen Quarzkörner werden beim Aufnahmeprozess im freien Fall zweidimensional und in Echtzeit vermessen. Durch die räumliche
und statistische Orientierung der Quarzkörner im freien Fall
können nahezu alle Abbildungslagen erfasst werden [3, 10].
In Bild 5 sind die fraktionsabhängigen Kubizitätswerte der analysierten Quarzproben (Mittelwert aus 2 Messungen) dargestellt.
Es ist erkennbar, dass besonders in der Feinfraktion 0/0,09 mm
vermehrt fehlförmige (länglich, splittrige) Quarzpartikel vorhanden sind. Die Zirkularität C ist, wie bereits erwähnt, als
Quotient von Umfang eines projektionsflächengleichen Kreises
UK und Umfang der tatsächlichen Partikelprojektionsfläche UP
definiert. Ersetzt man UK durch einen flächengleichen Kreis AK
mit dem Äquivalentdurchmesser DA, so folgt nach Einsetzen
und Umformung [3]:
72
For this reason, for assessment of the screening process and the
considered selection of a suitable screening machine, extensive experimental investigations must be conducted. Generally,
prior to the beginning of the experimental investigation, characterization of the most important material and granulometric
parameters of the screen feed is undertaken.
4.1 Material assessment of the silica sand
For the experimental investigations, a customer provided a
collective sample of around 400 kg. This underwent extensive
material and granulometric assessment. For determination of
the particle size distribution of the supplied silica sand, following sampling and sample division, two analysis screenings were
performed with a HAVER & BOECKER EML-200-T analysis
sieve [11].The mean values of the two test screening were input
into an RRSB grid (DIN 66145) (Fig. 4).
The approximation of the analysis values resulted in a straight
line, i.e. the population of the analysis samples is present in
normal distributed form. At Q3(d) = 63.2 %, the characteristic
particle size d63 (position parameter) can be read.The uniformity coefficient n of the silica sample can be read after a parallel
shift by the pole at the edge scale. The bigger n is, the more
monodisperse (uniform) is the analysed sample of bulk solids.
As a result of the particle size analysis, it can be established that
the available silica sample of the size fraction 0/0.4 mm can be
0...0.09
0.09...0.106
0.106...0.125
0.125...0.15
0.15...0.18
0.18...0.212
0.212...0.25
0.25...0.30
0.30...0.425
0.8
0.82
0.84
0.86
0.88
0.9
Circularity C [–]
Fraction 0/0.09 mm
Fraction 0.15/0.25 mm
6Kornformverteilung (Zirkularität C) des Quarzsandes
Particle shape distribution (circularity C) of the silica sand
(Volume 57)
0.125...0.15
Particle sizes [mm]
0.09...0.106
0.106...0.125
Particle sizes [mm]
0...0.09
TECHNICAL SOLUTIONS
UK (2√π · AK)
C=
=
(3)
UP UP
Da der Umfang der Realkörner UP immer größer als der Umfang des projektionsflächengleichen Kreises UK ist, nimmt die
Zirkularität C Werte zwischen 0 und 1 an, wobei C = 1 einem
idealen Kreis (rundes Korn) entspricht. In Bild 6 sind die fraktionsabhängigen Zirkularitätswerte der analysierten Quarzproben (Mittelwert aus 2 Messungen) dargestellt. Alle Werte liegen
im Bereich 0,8 < C < 0,9, was insgesamt auf einen hohen Anteil
an relativ runden Quarzkörnern schließen lässt.
For the characterization of the particle shape of the quartz
particles, the following shape characteristics were used:
• Macroform: cubicity (ratio of the largest and smallest dimension of the grain L/W)
• Mesoform: circularity C (roundness as a quotient of the circumference of a projection-area-equivalent circle UK and
perimeter of the actual particle projected area UP)
For this purpose, two analysis samples were prepared, which were
fed to HAVER CPA (Computerized Particle Analyser) for particle shape analysis [9]. By means of dynamic image analysis, the
HAVER CPA analyses both the particle sizes and the particle
shapes in a contactless process in real time. The particle analyser
consists essentially of a line camera (sensor), an LED light source,
an electromagnetic material feed (vibrating feeder) as well as a
Auch hier ist wiederum der eindeutige Trend zu erkennen, dass
die Quarzpartikel der Fraktion 0/0,09 mm die größten Abweichungen von der Kugelgestalt aufweisen. Dieser Eindruck wird
auch durch eine vergleichende Betrachtung der Makroaufnahmen
der beiden Fraktionen 0/0,09 mm und 0,15/0,25 mm bestätigt.
Dabei ist auch erkennbar, dass die Quarzkörner im Bereich des
gewünschten Trennschnittes und kleiner (d < 0,1 mm) erhebliche
Oberflächenrauhigkeiten aufweisen. Diese können sich ungünstig
auf den Siebprozess auswirken. Ergänzend zu den granulometrischen Kenngrößen wurde die Schüttdichte des Quarzsandes
gemäß DIN ISO 692 und EN ISO 60 mit ρS = 1,44 g/cm3 ermittelt. Die Gutfeuchte wurde durch Trocknung im Trockenschrank
bei T = 105 °C mit f = 0,07 M.-% festgestellt.
characterized by the position parameter d63 = 120 μm and the
slope parameter n = 1.95. Besides the particle size distribution,
the shape of the silica particles can also have a considerable
influence on the screening process and quality of the screened
products. For characterization of the particle shape, various
methods are used in practice, which for the purpose of quality
assurance are included in applicable standards. Besides a particle
shape characterization of the macro- (cubicity) and mesoform
(sphericity), a description of the microform (roughness, angularity) is possible [10].
7HAVER FINE-LINE Typ HE 500*1250 (Technikumsausführung) • HAVER FINE-LINE HE 500*1250 (research centre model)
(Volume 57)
04/2016
73
TECHNICAL SOLUTIONS
Tabelle 2: Charakteristik der getesteten Siebgewebe
Table 2: Characteristics of the screen cloths tested
Gewebeart
Cloth type
Maschenform
Mesh shape
Maschenabmessungen
Mesh dimensions
W und/and (w‘) [mm]
Drahtdurchmesser dD
Wire diameter dD
[mm]
Verhältnis w/dD
Ratio w/dD
[-]
Edelstahl/Stainless steel
Quadratmasche/Square mesh
0.09
0.056
1.61
0.09
0.040
2.25
Polyamid/Polyamide
0.09
0.075
1.20
Langmasche/Slotted mesh
0.083
0.58
0.071
4.2 Versuchsanordnung, -programm und -durchführung
Für die Herstellung hochwertiger Glasartikel soll aus einer bereitgestellten Quarzkörnung 0/0,4 mm (Bild 4) im 1. Klassierschritt durch Trockensiebung die Kornfraktion 0/0,09 mm abgetrennt werden, die dann durch nachgeschaltete Sichtprozesse
in die Wertkornfraktion 0,04/0,09 mm überführt werden soll.
Durch den Auftraggeber wurden nachfolgende Qualitätsforderungen an den Siebprozess gestellt:
• Fehlunterkorn FUK 11 … 13 M.-% und
• Fehlüberkorn FÜK = 0 M.-%
Zur Durchführung der Versuche zur Quarzsandtrockensiebung wurde aus dem Maschinenprogramm der HAVER NIAGARA GmbH eine FINE-LINE Siebmaschine vom Typ
HE 500*1250 eingesetzt (Bild 7). Nachfolgende Maschinenund Betriebsparameter wurden bei der Versuchsdurchführung
konstant gehalten:
• Drehzahl der Unwuchtantriebe
• Schwingungsamplitude
• Abmessungen der Siebfläche: Breite B = 500 mm; Länge
L = 1250 mm; Siebfläche AF = 0,635 m2
• Neigung der Siebfläche
Das Versuchsprogramm sah die Änderung bzw.Variation nachfolgender Parameter vor:
• Gewebeart
• Maschenform
• Maschengeometrie
Für die Klassierung im Mittel-, Fein- und Feinstkornbereich
werden meist Gewebesiebböden mit quadratischen oder spaltförmigen Sieböffnungen eingesetzt. Für die Auswahl des Siebgewebes sind neben der Form der Sieböffnungen auch noch die
offene Siebfläche AÖ, die Herstellungsart und der verwendete
Werkstoff von großer Wichtigkeit. Die offene Siebfläche charakterisiert den prozentualen Anteil der Fläche aller Maschen an
der gesamten Siebfläche. Im Zusammenhang mit der Festlegung
der Maschenweite w ist auch der bei der Gewebeherstellung
verwendete Drahtdurchmesser dD zu beachten, der von den
Siebgewebeherstellern angegeben wird [4].
Für jede Maschenweite werden meist mehrere Drahtdurchmesser angegeben, um den Anwender optimale Auswahlbedingungen bezüglich Siebgüte,Verschleiß- und Lebensdauerverhalten
bieten zu können. Bei Siebgeweben mit Quadratmaschen ist für
Maschenweiten w 3 mm ein Verhältnis w/dD = 1,6 … 2,5 anzustreben. Solche Gewebe weisen dann im Allgemeinen eine für
den Siebvorgang optimale Steifigkeit auf. Außerdem ist noch
zu beachten, dass der Durchgangswiderstand beim Durch-
74
software interface for control of the analyser and granulometric
analysis of the analysis results. Standard requirements for the image-capturing technology for the determination of the particle
sizes and particle shapes (pixel and particle size) were examined
in [10] and documented. The flowable silica grains are measured in the image-capturing process in free fall and in real time.
Thanks to the spatial and statistical orientation of the silica grains
in free fall, almost all image positions can be captured [3. 10].
In Fig. 5, the fraction-dependent cubicity values of the analysed
silica samples (mean of two measurements) are shown. It can be
seen that especially in the fine fraction 0/0.09 mm, an increased
number of misshapen (elongated, splinter-like) silica particles
is present. The circularity C is, as mentioned earlier, defined as
a quotient of the circumference of a projected-area-equivalent
circle UK and perimeter of actual particle projected area UP. If
UK is replaced with a circle of equal area AK with the equivalent
diameter DA, so after insertion and transformation, it follows [3]:
UK (2√π · AK)
=
C=
(3)
UP UP
As the perimeter of the real particles UP is always bigger than
the circumference of the projected-area-equivalent circle UK,
the circularity C takes values between 0 and 1, C = 1 corresponding to an ideal circle (round particle). In Fig. 6, the fraction-dependent circularity values of the analysed silica samples
(mean from two measurements) are shown. All values lie in the
range 0.8 < C < 0.9, which leads to the conclusion of a high
content of relatively round silica grains.
Here too, a definite trend can be identified, that is the silica
particles of the fraction 0/0.09 mm show the biggest deviations from the spherical shape. This impression is confirmed
by a comparative analysis of the macroimages of the two fractions 0/0.09 mm and 0.15/0.25 mm. Here it can also be seen
that the silica particles in the region of the required cut-point
and smaller (d < 0.1 mm) exhibit considerable surface roughnesses. These can have an unfavourable effect on the screening
process. In addition to granulometric characteristics, the bulk
density of the silica sand was determined in compliance with
DIN ISO 692 and EN ISO 60 to be ρS = 1.44 g/cm3. The
moisture content of the material was determined by means of
drying in a drying cabinet at T = 105 °C to be f = 0.07 mass%.
4.2 Test set-up, programme and procedure
For the production of high-quality glass articles, from a provided silica fraction 0/0.4 mm (Fig. 4), in the first sizing step,
(Volume 57)
TECHNICAL SOLUTIONS
tritt durch die Sieböffnungen umso größer wird, je dicker der
Drahtdurchmesser des Siebgewebes gewählt wird. Je größer
das Verhältnis (Maschenweite/Drahtstärke w/dD) gewählt wird,
desto geringer ist die Gefahr von Steckkornbildung.
In Tabelle 2 sind die relevanten Daten zu den verwendeten
Siebgeweben zusammengefasst. Angaben zur offenen Siebfläche, die ebenfalls von der Wahl des Drahtdurchmessers beeinflusst wird, sind Bild 8 zu entnehmen. Die Berechnung der
Werte erfolgte nach DIN/ISO 9044. In die Planung des Versuchsprogrammes wurden des Weiteren noch nachfolgende
relevante Einflussgrößen einbezogen, wie z.B.:
• Siebdauer: tD = 30 … 60 s; für ausgewählte Einzelversuche
bis tD = 16 min
• Variation des spezifischen Siebdurchsatzes im Bereich
ASP = 0,4 … 1,0 [t/(hm2)]
• Änderung der Verspannung der Siebbeläge
• Betrieb der Siebmaschine mit und ohne Absaugung
For then silica sand dry screening tests, from the machine range
of the HAVER NIAGARA GmbH, a FINE-LINE screen of
the type HE 500*1250 was used (Fig. 7). The following machine and operating parameters were kept constant in the test
procedure:
• Speed of the unbalance drives
• Vibration amplitude
• Dimensions of the screening surface: width W = 500 mm;
length L = 1250 mm; screening area AF = 0.635 m2
• Pitch of the screening surface
The test programme included the change and variation of the
following parameters:
• Type of screen cloth
• Mesh form
• Mesh geometry
Für die Durchführung der experimentellen Untersuchungen wurde die in Bild 7 dargestellte Siebmaschine in die
Versuchsanordnung (Bild 9) des Technikums (R&D Center) der HAVER NIAGARA GmbH Münster integriert.
Über eine diskontinuierliche Materialversorgung (1) wird
der Quarzsand in einen Vorratsbehälter (2) gefüllt. Eine Vibrationsrinne (3) zieht das Material ab und gibt es auf die
HAVER FINE-LINE Siebmaschine (4) auf. Zur Variation
des Aufgabegutdurchsatzes ist die Vibrationsrinne in Neigung
und Frequenz stufenlos einstellbar. Als Siebhilfe kann eine
Luftabsaugung (7) unter der Siebfläche zugeschaltet und stufenlos eingestellt werden. Die Absaugung ist geometrisch so
For sizing in the medium, fine and ultrafine ranges, mainly
screening surfaces with square or slotted screen apertures are
used. For selection of the screening surface, in addition to the
form of the screen apertures, the open screen area A Ö, the
method of production and the material used are of great importance. The open screen area characterizes the percentage of
the surface of all apertures in the total screening area. In connection with the definition of the mesh width w, the diameter
of the wire dD used to produce the screening surface has to be
taken into account; this is specified by the manufacturer of the
screen cloth [4].
70
For every mesh width, usually several wire diameters are specified to offer the user optimum selection options in respect of
screening efficiency, wear and lifetime. For screen cloths with
square mesh, for mesh widths w 3 mm, the aim is a ratio w/
dD = 1.6 … 2.5. Such cloths then generally exhibit optimum
stiffness for the screening process. In addition, it should be taken
into account that the resistance during passage through the
screen apertures becomes greater, the thicker the wire diameter chosen for the screen cloth is. The bigger the ratio (mesh
width/wire thickness w/dD), the lower the danger of particles
becoming pegged in the screening surface.
Free open Area AÖ [%]
60
50
DAÖ = 10%
40
0
0.02
0.04
Wire diameter dD [mm]
Wire cloth (square mesh)
0.06
0.08
Square mesh:
(
0.1
)
2
w
AÖ = 100 w + d
D
Wire cloth (slotted mesh)
Slotted mesh:
Polyamide cloth (square mesh)
w · w’
AÖ = (w + d ) (w’ + d ) 100
D
D
8Einfluss des Drahtdurchmessers auf die freie Öffnungsfläche der
Siebgewebe • Influence of the wire diameter on the unblocked
open area of the screen cloth
(Volume 57)
30
20
the particle fraction 0/0,09 mm is to be separated by means
of dry screening. This is then to be turned into the product
grade 0.04/0.09 mm in downstream air separation processes.
The customer specified the following quality requirements for
the screening process:
• Misplaced undersize FUK 11 … 13 mass% and
• Misplaced oversize FÜK = 0 mass%
In Table 2, relevant data on the screen cloths are summarized.
Details on the open screen area, which is also influenced by the
choice of wire diameter, can be found in Fig. 8.The values were
calculated according to DIN/ISO 9044. In the planning of the
test programme, the following relevant influencing variables
were included, like for example:
• Screening duration: tD = 30 … 60 s; for selected individual
tests to tD = 16 min
• Variation of the specific screening rate in the range
ASP = 0.4 … 1.0 [t/(hm2)]
• Change in the tensioning of the screening surfaces
• Operation of the screen with and without extraction
04/2016
75
TECHNICAL SOLUTIONS
ausgelegt, dass nur ein Minimum an Siebdurchgangsmaterial
mit der Luft abgesaugt wird. Das im Siebdurchgang (5) und
Siebüberlauf (6) gesammelte Material wird gewogen und mit
HAVER & BOECKER Analysentechnik granulometrisch
bewertet [4].
4.3 Darstellung und Diskussion der Versuchsergebnisse
Schwerpunkte der experimentellen Untersuchungen war die
Ermittlung ausgewählter Siebgewebeeigenschaften und Siebbedingungen in Bezug auf die Güte der erzeugten Siebprodukte.
Im Fokus standen dabei die Drahtgewebe mit Quadratmaschen,
die mit zwei unterschiedlichen Drahtdurchmessern vorlagen.
Ergänzt wurden die Untersuchungen durch die Einbeziehung eines Polyamidgewebes und eines Drahtgewebes mit
Langmaschen (Tabelle 2). Aufgrund der begrenzten Menge
an Versuchsmaterial mussten die Siebzeiten auf 30 … 60 s pro
Versuch begrenzt werden. Die Versuche wurden bei Variation der Aufgabemenge (spezifischer Siebdurchsatz ASP) mit der
in Bild 9 dargestellten Versuchsanordnung im Technikum der
HAVER NIAGARA GmbH in Münster durchgeführt, wobei
nach jedem Klassierversuch die getrennt anfallenden Produkte
„Grobgut“ und „Feingut“ einer Analysensiebung zur Feststellung der Fehlkornanteile unterzogen wurden.
Die Ergebnisse der Untersuchungen sind in Bild 10 (Fehlunterkorn) und Bild 11 (Fehlüberkorn) dargestellt. Für die Drahtgewebe mit Quadratmaschen ergab sich erwartungsgemäß ein
progressiver Anstieg der Fehlunterkorngehalte mit zunehmendem spezifischem Siebdurchsatz ASP. Bei Begrenzung des spezifischen Siebdurchsatzes auf Werte ASP ≤ 0,7 [t/(hm2)] kann die
kundenspezifische Vorgabe von FUK ≤ 13 M.-% erreicht werden.
Für beide Drahtdurchmesser wurde gemäß Bild 11 im Bereich
0,4 ≤ ASP ≤ 1,0 [t/(hm2)] kein Fehlüberkorn (FÜK = 0 M.-%) festgestellt, was ebenfalls der Kundenforderung entspricht.
9Flow Sheet der Versuchsanlage • Flow sheet of the test plant
76
For the experimental investigations, the screen shown in Fig. 7
in the test set-up (Fig. 9) of the R&D Centre at HAVER NIAGARA GmbH Münster is integrated. Via intermittent material supply (1), the silica sand is filled in a storage tank (2). A
vibrating feeder (3) takes off the material and feeds it to the
HAVER FINE-LINE screen (4). For variation of the feed rate,
the vibrating feeder can be infinitely adjusted with regard to
pitch and frequency. As a screening aid, air extraction (7) can
switched on below the screening surface and infinitely adjusted.
Extraction is geometrically designed so that only a minimum of
screen undersize is extracted with the air.The material collected
in the screen underflow (5) and screen overflow (6) is weighed
and granulometrically analysed with HAVER & BOECKER
analysis technology [4].
4.3 Description and discussion of the test results
Focuses of the experimental investigations were the determination of the influence of selected screen cloth properties and
screening conditions on the quality of the screened products.
The focus was on wire cloths with square mesh, which was
available with two different wire diameters. The investigations
were supplemented with the inclusion of a polyamide cloth
and a wire cloth with slotted apertures (Table 2). On account
of the limited quantity of test materials, the screening times had
to be limited to 30 … 60 s per test. The tests were conducted
with variation of the feed rate (specific screening rate ASP) on
the test set-up shown in Fig. 9 at the R&D Centre of HAVER
NIAGARA GmbH in Münster, Germany. The separate products “coarse material” and “fine material” underwent analysis
sieving after every screening test in order to determine the
misplaced content.
The results of the test are shown in Fig. 10 (misplaced undersize) and Fig. 11 (misplaced oversize). For the wire cloth
with square mesh, as expected, a progressive increase in the
misplaced undersize content was observed with increasing specific screening rate ASP. When the specific screening rate was
limited to values ASP ≤ 0.7 [t/(hm2)], the customer-specification
of FUK ≤ 13 M.-% could be achieved. For both wire diameters,
according to Fig. 11, in the range 0.4 ≤ ASP ≤ 1,0 [t/(hm2)], no
misplaced oversize (FÜK = 0 mass%) was determined, which also
meets the customer specifications.
Surprisingly, the tested polyamide cloth showed a decrease in
the misplaced undersize content with increasing specific screen
throughput. However, with this type of cloth, traces of misplaced oversize were found in the screen underflow, which can
be detrimental to the quality of the product fraction 0/0.09 mm
(Fig. 11). The decreasing content of misplaced undersize with
increasing specific screening rate can be explained by the fact
that the higher material bed height keeps the near-size particles
at the screen cloth, as a result of which a maximum number of
statistical size comparisons of the particles of the screen feed
with the screen apertures is generated. The traces of misplaced
oversize found in the screen undersize can be explained with
the expansion of the polyamide wires and therefore a certain
“distortion” of the mesh form of the tensioned cloth.
An intelligent combination of cloth tension, screening rate and
amount of misplaced particles with the use of polyamide cloth
can lead to an optimum technical and low-cost solution for
(Volume 57)
TECHNICAL SOLUTIONS
20
18
Misplaced undersize FUK [mass %]
16
14
12
10
8
6
4
0
Allgemein wurde bei den durchgeführten Siebversuchen festgestellt, dass sich die Sieböffnungen – bei den meisten der
eingesetzten Siebgewebe – sehr schnell zusetzen. Durch die
Kombination der Selbstreinigungsfunktion der HAVER FINELINE und dem Einsatz von HAVER Spezialgeweben kann
dem entgegengewirkt werden. Aufgrund seiner Flexibilität (in
Vergleich mit dem Drahtgewebe mit dD = 0,056 mm) trat bei
Verwendung des Polyamidgewebes ein Erblinden des Siebbelages erst nach einer längeren Siebdauer ein.
In einem weiteren Siebversuch sollte geklärt werden, ob durch
Einsatz eines Drahtgewebes mit abgemindertem Drahtdurchmesser (dD = 0,04 mm) aber vergrößerter offener Siebfläche
(ΔAÖ = 10 %; Bild 8) einer Verstopfung der Maschen vorgebeugt werden kann. Wie aus Bild 12 zu ersehen ist, weist das
Drahtgewebe mit dD = 0,04 mm gegenüber dem Gewebe mit
dD = 0,056 mm im Testzeitraum wesentlich geringere Fehlunterkorngehalte auf, wobei der spezifische Siebdurchsatz mit
ASP = 0,91 [t/(hm2)] noch relativ hoch gewählt wurde. Nach
dem Dauertest von mehreren Minuten zeigte sich eine deutlich
geringere Steckkornbildung, wodurch die Eignung des Drahtgewebes mit dD = 0,04 mm für den vorgesehenen großtechnischen Einsatzfall bewiesen ist.
Abschließend wurde noch der Einfluss der Gewebeverspannung und der Absaugung untersucht. Eine Reduzierung des
Absaugvolumenstromes VL bewirkt erwartungsgemäß einen
Anstieg des Fehlunterkorns (Bild 13), da bei der Klassierung
von fein- und feinstdispersen Stoffen der Einfluss der Haft- und
(Volume 57)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
Specific screening rate ASP [t/(hm2)]
Screening time tD = 30...60 s
dD = 0.040mm
dD = 0.056mm
Wire (square mesh)
dD = 0.075mm
dD = 0.071mm
10Einfluss des spezifischen Siebdurchsatzes auf das Fehlunterkorn
Influence of the specific screening rate on the misplaced
undersize
19
18.5
Misplaced oversize FUK [mass %]
Eine intelligente Kombination aus Gewebespannung, Durchsatzleistung und Fehlkornmenge kann bei Einsatz von Polyamidgeweben zu einer optimalen technischen und kostengünstigen Lösung für die Feinstkornklassierung des Quarzsandes
führen. Drahtgewebe mit Langmaschen sind für den vorgesehenen Einsatzfall ungeeignet. Der Fehlunterkorngehalt und damit
das Ausbringen an Wertkornfraktion sind gering. Dafür liegt
der Fehlüberkornanteil sehr hoch, was auf die gewebespezifische Maschenform und -größe und die vergleichsweise große
offene Siebfläche (AÖ = 50 %; Bild 8) zurückzuführen ist. Da
das Fehlüberkorn zum großen Teil Partikel mit fehlförmigen
(nadeligen bzw. splittrigen) Kornformen enthält, ist der Einsatz dieser Gewebevariante u.U. für Anwender interessant, die
an einer Kornformverbesserung des Siebüberlaufes (Grobgut)
interessiert sind.
2
18
17.5
17
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
Das getestete Polyamidgewebe zeigte überraschenderweise ein
Absinken der Fehlunterkorngehalte mit zunehmendem spezifischem Siebdurchsatz. Allerdings wurden bei diesem Gewebetyp Spuren von Fehlüberkorn im Siebdurchgang festgestellt,
die für die Wertkornfraktion 0/0,09 mm qualitätsmindernd
sein können (Bild 11). Der absinkende Fehlunterkornanteil
mit zunehmendem spezifischem Siebdurchsatz ist dadurch zu
erklären, dass die höhere Materialschichthöhe das Grenzkorn
an dem Siebgewebe hält, wodurch eine maximale Anzahl von
statistischen Größenvergleichen der Partikel des Siebgutes mit
den Sieböffnungen erzeugt wird. Die im Siebdurchgang festgestellten Spuren von Fehlüberkorn sind durch die Ausdehnung der Polyamiddrähte und somit auch durch die gewisse
„Verzerrung“ der Maschenformen des gespannten Gewebes
zu erklären.
Specific screening rate ASP [t/(hm )]
2
Screening time tD = 30...60 s
dD = 0.040mm
dD = 0.056mm
Wire (square mesh)
dD = 0.075mm
dD = 0.071mm
11Einfluss des spezifischen Siebdurchsatzes auf das Fehlüberkorn
Influence of the specific screening rate on the misplaced oversize
04/2016
77
TECHNICAL SOLUTIONS
Screening time: tD = 16 min
Specific screening rate: ASP = 0.91 t/(hm2)
dD = 0.056 mm
dD = 0.040 mm
0
5
14.3
10
15
20
25
30
35
40
Misplaced undersize FUK [mass %]
32.1
12Einfluss des Drahtdurchmessers auf das Fehlunterkorn
Influence of the wire diameter on the misplaced undersize
Strömungskräfte auf den Siebprozess überwiegt. Für einen optimalen Siebprozess ist außerdem die Verspannung des Siebgewebes von großer Bedeutung. Bei Einbau des Siebgewebes werden
diese mechanisch in Längsrichtung verspannt. Dadurch wird
eine optimale Schwingbewegung (Überlagerung von Grundund Eigenschwingungen) des Siebbelages erzeugt, die für eine
hohe Effektivität des Siebprozesses unerlässlich ist.
Wie Bild 13 ebenfalls zeigt, führt eine Reduzierung der Spannkraft zu einem erheblichen Anstieg des Fehlunterkorns. Diese
wesentlichen Maschinentechnischen Parameter wurden bei der
Entwicklung der neuen FINE-LINE Baureihe von HAVER
NIAGARA besonders berücksichtigt. Die geräumigen seitlich
angebrachten Wartungstüren ermöglichen einen einfachen und
schnellen Siebbelagswechsel in wenigen Minuten. Die außenliegenden Spannvorrichtungen gewährleisten das schnelle und
optimale Einstellen des Siebgewebes. Die Kontrolle der Siebgewebespannung ist durch eine „Optische Anzeige“ ersichtlich.
5 Fazit
Für die Herstellung hochwertiger Glasprodukte sollte ein Quarzsand 0/0,4 mm bei einer Maschenweite w = 0,09 mm getrennt
werden. Für die Trockenklassierung wurde das HAVER FINEWire diameter: dD = 0.04 mm
Screening time: tD = 30...60 s
25.6
L
ASP = 0.86 t/(hm2)
11.4
Tensioning force FS
(reduced)
28.2
0
5
10
15
20
25
30
Misplaced under size FUK [mass %]
13Einfluss von Siebverspannung und Staubabsaugung auf das
Fehlunterkorn • Influence of screen tensioning and dust
extraction on the misplaced undersize
35
14.3
Tensioning force FS
(optimum)
78
In the conducted screen tests, it was established that the screen
apertures – in the case of most screen cloths used – generally
clog up very quickly.With the combination of the self-cleaning
function featured by the HAVER FINE-LINE and the use of
HAVER special cloths, it is possible to combat this problem.
Owing to its flexibility (in comparison with the wire cloth
with dD = 0.056 mm), when the polyamide cloth was used, the
screening surface only became blinded after a relatively long
screening time.
In another screening test, the objective was to clarify whether blinding of the mesh can be prevented with the use of a
wire cloth with reduced wire diameter (dD = 0.04 mm) but
increased open screen area (ΔAÖ = 10 %; Fig. 8). As can be seen
from Fig. 12, the wire cloth with dD = 0,04 mm shows much
lower misplaced undersize in the test period than the cloth with
dD = 0.056 mm, although the specific screening rate was chosen
to be relatively high at ASP = 0,91 [t/(hm2)]. After the endurance
test lasting several minutes, far fewer particles became pegged
in the screening surface, which proves the suitability of the
wire cloth with dD = 0.04 mm for the designated industrial
application.
Finally, the influence of the cloth tensioning and the extraction system was investigated. As expected, a reduction of the
extracted volume flow VL effects an increase in the misplaced
undersize (Fig. 13), as in the sizing of fine and ultrafine dispersed materials, the influence of the adhesive and flow forces
on the screening process is dominant. For an optimal screening
process, the tensioning of the screening cloth is of great importance. During fitting of the screen cloth, this is tensioned
mechanically lengthways. As a result, optimum vibration (superimposition of basic and natural oscillations) of the screening
surface is obtained, which is essential for high effectiveness of
the screening process.
ASP = 0.67 t/(hm2)
·
Air flow V
L
(optimum)
·
Air flow V
(reduced)
ultrafine sizing of silica sand. Wire cloths with slotted mesh are
not suitable for the application. The misplaced undersize content and therefore the yield f product particles are low. On the
other hand, the misplaced oversize content is very high, which
can be attributed to the cloth-specific mesh form and size and
the comparatively large open screen area (AÖ = 50 %; Fig. 8). As
the misplaced oversize largely contains particles with misshapen
(needle or splinter) particle shapes, the use of this type of cloth
may be interesting for users interested in improving the particle
shape of the screen overflow (coarse material).
As Fig. 13 also shows, a reduction in the tensioning force leads
to a considerable increase in the misplaced undersize. The essential machine-related parameters were taken into special
consideration in the development of the new FINE-LINE
series of HAVER NIAGARA. The large maintenance doors
at the side enable simple and fast change of the screening
surface in just a few minutes. The exterior tensioning devices
guarantee fast and optimum adjustment of the screen cloth.
Monitoring of the screen cloth tension is possible from an
“optical display”.
5 Conclusion
For the manufacture of high-quality glass products, a silica sand
0/0.4 mm was separated at a mesh width w = 0.09 mm. For dry
(Volume 57)
TECHNICAL SOLUTIONS
LINE Siebsystem eingesetzt, für das durch umfangreiche experimentelle Untersuchungen eine geeignete Maschinenkonfiguration und ein vorteilhaftes Betriebsregime gefunden werden sollte.
Als besonders geeignet erwies sich der Einsatz eines Drahtgewebes mit Drahtdurchmesser dD = 0,04 mm, dass bei spezifischen
Siebdurchsätzen von ASP = 0,5 … 0,7 t/(hm2) betrieben werden
sollte. Der Einsatz der besonders flexiblen Polyamidgeweben
kann sich als preisgünstige Alternative zu den üblichen Drahtgeweben (z.B. mit Drahtdurchmessern dD > 0,04 mm) erweisen.
Bei verringerter Steckkornbildung muss jedoch mit Spuren von
Fehlüberkorn im Siebdurchgang gerechnet werden.
sizing, the HAVER FINE-LINE screening system was used.
Based on extensive experimental investigations, a suitable machine configuration and an expedient operating regime had to
be found. As especially suitable proved the use of a wire cloth
with wire diameter dD = 0.04 mm, that should be operated at
specific screening rates of ASP = 0.5 … 0.7 t/(hm2). The use of
the especially flexible polyamide cloths can prove a low-cost
alternative to the standard wire cloths (e.g. with wire diameters
dD > 0.04 mm). Despite fewer particles becoming pegged in the
screening surface, however, traces of misplaced oversize in the
screen underflow must then be expected.
Literatur • Literature
[1] Schubert, H.: Aufbereitung fester Stoffe, Stuttgart: Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, (1996)
[2] Höffl; K.: Zerkleinerungs- und Klassiermaschinen, Leipzig:VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, (1986)
[3] Lampke, J.; Messerschmidt, C.; Folgner, T. & Lieberwirth, H.: Well rounded – Granulation of mineral fertilisers. AT Mineral Processing 01-02/2015, p.
[4] Technische Unterlagen der HAVER NIAGARA GmbH, Münster und der Draht-Weberei, Oelde
[5] Schmidt, P., Körber, R.; Coopers, M.: Sieben und Siebmaschinen (Grundlagen und Anwendung). Willy-VCH Verlag, Weinheim 2003
[6] TL Gestein-StB 04: Technische Lieferbedingungen für Gesteinskörnungen im Straßenbau, Ausgabe 2004/Fassung 2007
[7] HAVER NIAGARA: http://www.haverniagara.com/
[8] FINE LINE: http://www.finescreening.com/
[9] CPA-Computer particle analyser: http://www.haver-partikelanalyse.com/photooptische-partikelanalyse/haver-cpa-portfolio/haver-cpa-2-1/
[10]Zlatev M.: Beitrag zur quantitativen Kornformcharakterisierung unter besonderer Berücksichtigung der digitalen Bildaufnahmetechnik, Technischen
Universität Bergakademie Freiberg http://d-nb.info/978198808/34
[11]HAVER & BOECKER Analysensiebmaschine http://www.haver-partikelanalyse.com/siebanalyse/
(Volume 57)
04/2016
79

full text - haver niagara

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