Hammermolens: een overzicht

1. Wat is een hammermolen?

Het ontwerp van een hammermolen is zeer robuust en wordt toegepast in diverse maaltoepassingen, van graanmalen tot zware taken zoals gesteentevergruizing of afvalvermalen. Hammermolens zijn veelvoorkomend verkleiningsapparatuur in procesindustrieën.

Hammermolens behoren tot de familie van impactmolens, wat betekent dat het maaleffect wordt verkregen dankzij de snelheid waarmee deeltjes worden geraakt, hier door één of meerdere rotors.

2. Werkingsprincipe hammermolen

Hoe werkt een hammermolen?

Het werkingsprincipe van een hammermolen is gebaseerd op een rotor, uitgerust met hamers (dikke platen) die met hoge snelheid roteren binnen een behuizing, die mogelijk is voorzien van een rooster. Deze opstelling verkleint het invoermateriaal door impact.

Hammermolens zijn ontworpen met een as waarop meerdere "hamers" zijn gemonteerd, die meestal de vorm hebben van dikke platen. De as draait binnen een behuizing, en aan de uitgang van de molen is een zeef gemonteerd waarvan de maaswijdte bepaalt welke deeltjes fijn genoeg zijn om de molen te verlaten. De molen kan door zwaartekracht worden gevoed en ontladen wanneer deze als breker wordt gebruikt, terwijl de gemalen producten direct pneumatisch getransporteerd kunnen worden, gebruikmakend van de grote hoeveelheid lucht die door de molen wordt verplaatst, voor fijnmaaltoepassingen.

Figuur 1: Hammermolen diagram met componenten (zwaartekrachtontlading)

De fijnheid van het poeder geproduceerd door de molen is afhankelijk van de molensnelheid, zeefmaas en invoersnelheid. Over het algemeen moet de zeefmaas aanzienlijk groter worden gekozen dan de vereiste productfijnheid; de primaire functie van het rooster is om grote deeltjes in de molen te houden, die vervolgens door de hamers worden geraakt en kleiner worden dan de zeefgaten. De resulterende deeltjesgrootteverdeling zal relatief breed zijn in hammermolens [Perry].

3. Ontwerp van hammermolens

3.1 Hamers

Het aantal hamers in een molen is variabel, afhankelijk van de gewenste fijnheid en de molencapaciteit. Over het algemeen geldt: hoe meer hamers, des te fijner het product, maar ook des te lager de capaciteit.

De molen kan breder of smaller zijn, afhankelijk van het aantal rijen hamers dat op de as is gemonteerd. Elke rij hamers is gescheiden van de andere door een afstandsplaat.

De lengte van de hamers kan ook worden aangepast. Wanneer de hamerlengte toeneemt en dichter bij de zeef komt, zal het resulterende product fijner zijn, maar de capaciteit zal afnemen. Kortere hamers produceren een grover product, maar staan een hogere capaciteit toe.

3.2 As-snelheid

Het tweede belangrijke ontwerp- en operationele aspect van een hammermolen is de rotatiesnelheid. Aangezien het maalprincipe is gebaseerd op de impactenergie, zal een hogere snelheid resulteren in een fijner product, omdat de deeltjes de hamer met hoge snelheid raken en ook tegen elkaar of tegen de zeef worden geslingerd.

Men moet echter voorzichtig zijn met het verhogen van de snelheid zonder specifieke reden, aangezien een hoge snelheid de energie-invoer, temperatuurstijging en mechanische vermoeiing van de gehele molen verhoogt, wat kan leiden tot intensievere onderhoudsbehoeften. Zeer hoge rotatiesnelheden zijn voorbehouden aan zachte materialen voor fijnmalen, terwijl lagere snelheden worden gebruikt voor het breken van grotere/hardere producten.

3.3 Zeefmaas (roosterontlading)

De zeefmaas helpt de deeltjesgrootte van het gemalen product te regelen door te voorkomen dat te grote deeltjes de molen verlaten voordat ze voldoende verkleind zijn. Het verkleinen van de zeefmaas helpt dus om de deeltjesgrootteverdeling van het eindproduct te verminderen, maar dit gaat ten koste van de molencapaciteit.

3.4 Aandrijving

Een hammermolen-aandrijving moet zijn uitgerust met een frequentieomvormer om de snelheid te kunnen regelen en zo de capaciteit en resulterende fijnheid van de materialen aan te passen.

3.5 Productinvoer

De toevoer naar de molen moet (ten minste globaal) worden geregeld door doseerapparatuur zoals een trillende buis, een schroeftransportband, of een luchtsluis roterende klep. Als de molen breed is, met meerdere rijen hamers gescheiden door afstandsplaten, moet het voedsysteem een goede verdeling van het materiaal over de hele lengte van de molen mogelijk maken. Omdat de molen veel lucht vereist, is het ook essentieel om een luchtrinvoering te hebben.

3.6 Productontlading

Als de molen als breker wordt gebruikt, wat betekent dat de deeltjesgrootte van het eindproduct vrij grof is (>> 1 mm), kan de molen door zwaartekracht worden ontladen. Voor fijnere doelgrootten, die zeer hoge snelheden en dus veel luchtverplaatsing vereisen, kan het eindproduct pneumatisch worden getransporteerd. In alle gevallen is het noodzakelijk rekening te houden met de luchtbehoefte van de molen en filters te voorzien bij de luchtinlaat en -uitlaat (in de ontlaadtrechter bij zwaartekrachtontlading, of in de ontvangsttrechter na pneumatisch transport).

Het luchtbeheer in een hammermolen moet zorgvuldig worden bestudeerd. [Liu] vermeldt dat een onjuiste luchtstroom ertoe kan leiden dat een molen tot 50% van zijn capaciteit verliest. De volgende vuistregels worden gegeven:

• 260 m³/u tot 775 m³/u per 1 m² zeefoppervlak
• 1350 m³/u tot 2050 m³/u per 1 t/u invoer

Dit zijn slechts vuistregels; ondersteuning van een molenleverancier is verplicht voor gedetailleerd ontwerp.

3.7 Veiligheid

Hammermolens hebben roterende elementen, de hamers, met zeer hoge snelheden (tot 120 m/s). Het binnendringen van vreemde voorwerpen zoals metaaldeeltjes kan ernstige mechanische en veiligheidsgevolgen hebben (stofexplosies). De molen moet daarom worden beschermd door het zeven van de invoer en het plaatsen van een sterke magneet of zelfs een metaaldetector bij de inlaat. Het risico op stofexplosies moet ook worden aangepakt door een explosiebestendige molen te gebruiken of door beschermingsmaatregelen (explosiepanelen, onderdrukkingsystemen, etc.).

3.8 Vergelijkbaar ontwerp

Andere ontwerpen vertonen overeenkomsten met hammermolens:

• Pinsmolens (zonder zeef)
• Universele molens: molens waarbij de hamers kunnen worden vervangen door andere soorten slagstaven

4. Industriële hammermolens

Waar wordt een hammermolen voor gebruikt?

Hammermolens worden typisch toegepast in grote industriële processen die een hoge doorvoer vereisen, terwijl een relatief fijn product wordt gegarandeerd. Robuuste ontwerpen zijn te vinden in de mijnbouw, terwijl andere leveranciers gespecialiseerd zijn in hammermolens voor diervoeding (diervoeding, aquavoeding, huisdiervoeding).

Grote hammermolens kunnen een capaciteit bereiken van 20-50 t/u, afhankelijk van de gewenste korrelgrootte (fijner = lagere capaciteit; grover = hogere capaciteit). Materialen met een grootte tot 60 mm kunnen worden vermalen tot ~1 mm, terwijl bij een fijnere invoer (10 mm) hammermolens groottes kleiner dan 500 micron kunnen bereiken.

Leveranciers van hammermolens:

• Stolz hammermolens
  
• Hosokawa
• Bühler
• Prater Industries
  

PowderProcess.net heeft geen relatie met deze bedrijven; ze worden slechts hier vermeld ter indicatie voor de lezer die op zoek is naar een leverancier

Bron

[Liu] "Hammer Milling en Jet Milling - fundamentele principes", Gary Liu, CEP, 2017
[Perry] Perry's Chemical Engineers Handbook, 8e editie, 21-59