JP2000279788A - 回転パン型造粒機と該造粒機を用いる造粒物の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 強度に優れかつ異形品の少ない造粒物を得る
ことができる回転パン型造粒機と該造粒機を用いる造粒
物の製造方法を提供することである。 【解決手段】 原料粉体の供給と液状結合剤の散布と
が行われ原料粉体を転動させながら底面側から順にγ部
分１６、β部分１７およびα部分１８へと移行させて凝
集造粒物へ成長させる傾斜した回転パン１と、前記液状
結合剤の散布領域を除く前記β部分１７の層高を計測す
る距離変位センサ１０と、この距離変位センサ１０から
の制御信号に応じて液状結合剤の散布量および／または
原料粉体の供給量を制御する制御手段１１とを備えた回
転パン型造粒機であり、前記β部分１７の層高に応じて
液状結合剤の散布量および／または原料粉体の供給量を
制御しながら造粒を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、粉体を転動させな
がら凝集造粒物へ成長させる回転パン型造粒機と該造粒
機を用いる造粒物の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】回転パン型造粒機は、傾斜した皿状の容
器であるパンを回転させながら、原料粉体と水等の液状
結合剤とをパンの上に連続的に供給して球状造粒物を得
る、いわゆる転動造粒型の装置である。この回転パン型
造粒機では、成長造粒物は原料粉体よりもパン底面との
摩擦抵抗が小さいために、傾斜したパンの上部に移動し
にくく、そのためパン内の粉体の上層へと順次移行し、
パンのリムより排出されるという分級効果を有する。こ
のため、回転パン型造粒機は、同じ転動造粒法を用いる
回転ドラム型等の他の造粒機と比べて、造粒物の粒度が
均一であるという利点を有する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】かかる回転パン型造粒
機では、核となる粒子の周囲に原料粉体が均一に付着し
た、いわゆる圧密状態となるように造粒を行わせること
が重要であって、これにより得られる粒子は機械的強度
や真球度の高いものとなる。圧密状態で造粒を行わせる
ためには、原料粉体量に対する液状結合剤の供給量が適
正であることが必要である。すなわち、液状結合剤の供
給量が少ないと、得られる造粒物は強度の弱いものとな
り、割れ等が発生しやすくなる。一方、液状結合剤の供
給量が多いと、強度は充分であるものの、造粒物同士ま
たは造粒物とパンとの付着等により異形物が生成しやす
くなる。

【０００４】従来、原料粉体量に対して液状結合剤の供
給量が適正であるか否かは、作業者がパン内部の造粒状
態を目視により観察して経験により判断していたが、正
確に判断するのは困難であり、熟練を要するものであっ
た。そこで、生成した造粒物中に含まれるの液状結合剤
の量を計測して、液状結合剤の供給量を制御することが
検討された。一般には液状結合剤として水が用いられる
ため、回転パンより排出された造粒物の水分量を赤外線
水分計にて測定することが検討された。

【０００５】しかしながら、粉体自体が結晶水等の形態
で水を含有している場合が殆どであるために、正確に結
合剤としての水の付着量を知ることは困難である。ま
た、生成した造粒物の水分量を計測して水供給量を制御
していたのでは、計測から制御までのフィードバックに
多くの時間的ロスがあるため、速やかに水／原料粉体の
割合を適切な条件に設定することができないという問題
があった。従って、強度に優れかつ異形品の少ない造粒
物を製造することが困難であった。

【０００６】従って、本発明の主たる目的は、強度に優
れかつ異形品の少ない造粒物を効率よく得ることができ
る回転パン型造粒機と該造粒機を用いる造粒物の製造方
法を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課
題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、傾斜した回転パ
ン内に存在するβ部分では、液状結合剤の供給量が少な
いと成長中の造粒物の盛り上がりが小さく、逆に液状結
合剤の供給量が多いと盛り上がりが大きくなるという現
象に着目し、前記β部分の層高を計測し、この層高に応
じて液状結合剤の散布量および／または原料粉体の供給
量を制御することにより、強度が高くかつ異形品の少な
い造粒物が得られるという新たな事実を見出し、本発明
を完成するに到った。

【０００８】すなわち、本発明の回転パン型造粒機は、
原料粉体の供給と液状結合剤の散布とが行われ、供給さ
れた原料粉体を転動させながら底面側から順にγ部分、
β部分およびα部分へと移行させて凝集造粒物へ成長さ
せこの凝集造粒物を排出する傾斜した回転パンと、前記
液状結合剤の散布領域を除く前記β部分の層高を計測す
る計測手段と、この計測手段からの制御信号に応じて液
状結合剤および／または原料粉体の供給量を制御する制
御手段とを備えたことを特徴とする。

【０００９】また、本発明の造粒物の製造方法は、かか
る回転パン型造粒機を用いて、液状結合剤の散布領域を
除く前記β部分の層高を計測し、この層高に応じて液状
結合剤の散布量および／または原料粉体の供給量を制御
しながら造粒を行うことを特徴とする。前記γ部分、β
部分およびα部分とは、成長した造粒物は原料粉体より
も傾斜した回転パン（以下、単にパンと称する場合があ
る）の底面との摩擦抵抗が小さいためにパンの上層へ移
行するという分級効果によって出現する領域であって、
それぞれ以下のように定義される。

【００１０】γ部分：原料粉体と、成長した排出造粒物
の平均粒子径の約５０％以下の平均粒子径を有する未成
長の造粒物（外部から供給した核粒子や自然発生核粒子
を含む）とが混在する領域。 β部分：造粒物の成長が盛んな領域。 α部分：ほぼ成長の終了した造粒物の圧密化が進行する
領域。

【００１１】特に、α部分とγ部分との中間領域である
β部分では、液状結合剤の量が多いと、成長中の造粒物
同士が付着することにより層全体が大きく盛り上がって
層高が大きくなり、逆に液状結合剤の量が少ないと層全
体の盛り上がりが少なくなって層高が小さくなる。本発
明においては、核粒子に対する粉体の付着が圧密状態と
なるのに最適な層高を維持するように、液状結合剤の散
布量や原料粉体の供給量を制御することにより、強度が
高く異形品の少ない造粒物が得られる。

【００１２】層高変化の計測は、前記β部分の上方に設
置した距離変位センサにて行うのが好ましく、距離変位
センサからパン底面までの距離から粉体層表面までの距
離を引き算することにより、正確に層高を知ることがで
きる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の一実施形態を図１〜図４
に示す。なお、以下の説明では液状結合剤として水を使
用しているが、水のみに限定されるものでなく、適用す
る粉体の種類等に応じて各種溶剤や樹脂含有液等が使用
可能である。

【００１４】図１は、本発明に係る回転パン型造粒機の
一実施形態を示す概略図である。同図において、１はパ
ンであり、周囲にリム２を有する皿形で構成されてい
る。パン１は傾斜姿勢にて回転駆動部３によって矢印Ａ
方向に回転駆動される。回転駆動部３は、図示しない基
台に傾動自在に支持されている。パン１の傾斜角度は、
通常３０〜６０°、好ましくは４０〜５０°である。４
はパン回転駆動用のモータであり、例えばインバータ装
置により可変速駆動される誘導電動機等からなる。

【００１５】パン１内には、粉体供給口５と、液状結合
剤としての水を散布する水スプレイノズル６と、核粒子
供給口１４とが臨んでいる。原料粉体はホッパー７から
フィーダー８，８を経て粉体供給口５に送られ、この粉
体供給口５からパン１内に連続供給される。また、水ス
プレイノズル６からの水散布量は電磁弁９（供給弁）の
開閉によって制御される。核粒子供給口１４からは、核
粒子がパン１内に連続供給される。また、電磁弁９が開
であるときの水の流量は調整弁を兼ねた流量計１５で制
御することができる。

【００１６】パン１の底面から離隔した上方には距離変
位センサ１０が設置される。この距離変位センサ１０は
パン底面に向いて配置されているので、粉体を供給して
いない状態では、センサ１０からパン底面までの垂直距
離が計測される。センサ１０は制御装置１１と電気的に
接続され、センサ１０から制御装置１１に送られた信号
は制御信号となって前記電磁弁９および／または原料フ
ィーダー８，８に送られ、電磁弁９および／またはフィ
ーダー８，８の開閉を制御する。フィーダー８，８は、
粉体供給の開閉を行うだけでなく、開状態での粉体流量
も制御できるようになっている。

【００１７】次に、パン１内の造粒操作を図２ないし図
４を参照して説明する。図２は造粒中の回転パン１内の
粉体ないし造粒物の動き（パン１内に多数の矢印で示
す）と該粉体ないし造粒物によって形成される山の等高
線とを示している。図３は図２のIII-III 線概略断面
図、図４は同ＩＶ−ＩＶ線概略断面図である。図２に示
すように、パン１内には、サイドスクレイパー１２、さ
らにパン１の底面に付着した粉体を自動的に掻き取る掻
き取り装置１３が設けられる。

【００１８】パン１内には、粉体が連続供給されると共
に、水スプレイノズル６から水が散布され（散布領域を
一点鎖線で示す）、さらに造粒物の核となる核粒子も粉
体や水と共に連続供給される。水は、造粒物が成長して
いるβ部分１７を中心に一部がγ部分１６にも散布され
る。粉体および核粒子は、サイドスクレイパー１２や掻
き取り装置１３で掻き取られながら、パン１の回転に伴
ってパン１内を転動し、核粒子の周囲に粉体が付着して
造粒物へと成長する。その際、前記した分級効果によ
り、成長した造粒物は原料粉体よりもパン１の底面との
摩擦抵抗が小さいために上層へ移り、リム２の最底部領
域Ｃより排出される。具体的には、図３および図４に示
すように、パン１内には、粉体の造粒物への成長に応じ
て、γ部分１６、β部分１７およびα部分１８という各
領域が層状に存在するようになる。

【００１９】本実施形態では、成長中の造粒物が存在す
る領域であるβ部分１７の層高を距離変位センサ１０に
て計測し、この計測値に基づいて水スプレイノズル６の
電磁弁９および／または原料粉体のフィーダー８，８の
開閉を制御する。すなわち、β部分１７の層高変化は距
離変位センサ１０からの距離の変化となって計測される
ので、容易に層高変化を検知することができる。

【００２０】距離計測位置としては、水散布領域を除く
β部分であれば、特に限定されないが、β部分とα部分
との境界付近に設定するのが層高変化が大きい点で好ま
しい。また、計測位置がβ部分であるか否かは、計測位
置の造粒物をパン１内よりサンプリングし、粒径が核粒
子径以上でかつリム２より排出される所望の粒径より小
さいことにより知ることができる。前述のようにβ部分
の層高は、原料粉体供給量に対する水散布量の割合、す
なわち水／原料粉体の値によって変化し、水／原料粉体
が低いとβ部分の層高は低くなり、逆に水／原料粉体が
高いとβ部分の層高は高くなる。そして、水／原料粉体
が低いときは核粒子に対する粉体の付着強度が充分でな
いため、強度の弱い造粒物となりやすい。一方、水／原
料粉体が高いときは造粒物同士の付着による異形品が生
成しやすくなる。

【００２１】従って、造粒操作にあたっては、強度が高
くかつ異形品の少ない造粒物が得られる水／原料粉体の
比を設定する必要がある。最適な水／原料粉体の比は、
一般には原料粉体の吸水率と等しい。原料粉体の吸水率
とは、所定量の原料粉体に水を滴下しながら攪拌混合
し、粉体がほぼ１つの塊状になる時点までの水使用量か
ら求められる水使用量／原料粉体重量の比（ｇ／ｇ）を
いう。なお、吸水率は、原料粉体の種類や粒径分布、水
分率等によって異なるので、これらの物性が変わるたび
に、実験にて吸水率を求める必要がある。

【００２２】次に、このようにして求めた水／原料粉体
の比に対応するβ部分の層高を実験により調べ、この層
高が中心値になるように粉体供給量や水供給量を制御す
る。その際、β部分の層高の許容範囲は、造粒物に求め
られる特性や品質等に応じて適宜設定可能であり、特に
限定されるものではない。ちなみに、後述する試験例で
使用した活性アルミナの場合には、水／原料粉体の比が
吸水率±０．０１ｇ／ｇの範囲にあるように設定するの
が好ましいことが判明した。

【００２３】制御は、距離変位センサ１０からの信号を
受けた制御装置１１によってフィーダー８，８または電
磁弁９の開閉によって行われる。すなわち、正常条件下
では原料粉体および水はパン１内に連続供給されている
が、β部分の層高が設定範囲の上限を超えた場合（すな
わち、水／原料粉体が高くなった場合）には、電磁弁９
を閉じて水／原料粉体の比を下げるようにする。逆に、
β部分の層高が設定範囲の下限を下回った場合（すなわ
ち、水／原料粉体が低くなった場合）には、フィーダー
８，８を閉じて、水／原料粉体を上げるようにする。

【００２４】また、制御は、β部分の層高が設定範囲の
上限を超えた場合に電磁弁９を閉じるか又はフィーダー
８，８を開き、逆にβ部分の層高が設定範囲の下限を下
回った場合に電磁弁９を開くか又はフィーダー８，８を
閉じるようにしてもよい。さらに、β部分の層高が設定
範囲の上限を超えた場合に電磁弁９を閉じかつフィーダ
ー８，８を開き、逆にβ部分の層高が設定範囲の下限を
下回った場合に電磁弁９を開きかつフィーダー８，８を
閉じてもよい。また、制御は、水および／または原料粉
体の供給量を増減させることによって行うことも可能で
ある。

【００２５】距離変位センサ１０からの信号を受けた制
御装置１１によってフィーダー８，８および／または電
磁弁９の開閉を制御するに際しては、β部分１７の層高
が実質的に設定範囲内に制御されていればよく、例えば
回転パン形造粒機の総運転時間の約８０％以上の時間に
ついてβ部分１７の層高が設定範囲内にあれば、本発明
の目的である、充分に強度が高く異形品の少ない造粒物
を得ることができる。

【００２６】制御の具体例としては、距離変位センサ１
０からの信号によってフィーダー８，８や電磁弁９の開
閉を制御する方法、距離変位センサ１０からの信号によ
ってフィーダー８，８や電磁弁９の開閉量を比例制御
（Ｐ制御）する方法、距離変位センサ１０からの信号に
よってフィーダー８，８や電磁弁９の開閉量をＰＩ制
御、ＰＤ制御またはＰＩＤ制御する方法等が挙げられ
る。

【００２７】制御装置１１には、β部分１７の層高が設
定範囲を外れた場合に警報を発する機能を設けてもよ
い。具体的には、例えばβ部分１７の層高が設定範囲内
にある時間を積算し、当該時間が回転パン形造粒機の総
運転時間の約８０％未満になったときに警報信号を出す
方法等が挙げられる。

【００２８】なお、層高の設定範囲を比較的広くとった
場合、層高が下限域または上限域に長く滞留すると、造
粒物の強度が低下したり、異形品の割合が多くなったり
するおそれがあるため、下限域または上限域の累積滞留
時間が比較的長くなった場合には、造粒条件を調査する
のがよい。前記距離変位センサ１０としては、例えば表
示分解能が約１ｍｍで表示精度が±１％程度である超音
波式の変位センサが好適に使用される。また、距離変位
センサ１０はパン１の底面に対して垂直の距離を計測で
きるように取り付けるのが計測精度を高める上で好まし
い。

【００２９】また、造粒物の核となる前記核粒子は必ず
しも必要ではなく、原料粉体の種類や造粒条件によって
は核粒子を供給しなくてもよいが、一般には核粒子を使
用したほうが、狭い粒度分布の造粒物が得られる。ま
た、サイドスクレイパー１２や掻き取り装置１３は必ず
しも必要ではない。

【００３０】造粒物の粒径は特に限定されるものではな
く、周知のごとくパン１の回転速度や傾斜角度、パン１
の深さ、原料粉体の供給速度、核粒子の径、核粒子の供
給速度等によって任意に調節可能である。さらに、本発
明では、原料粉体の種類や粒径が限定されるものではな
く、各種粉体の造粒に適用可能である。

【００３１】

【実施例】以下、試験例および実施例を挙げて本発明を
詳細に説明するが、本発明はこれらの例に限定されるも
のではない。なお、試験例および実施例における各測定
値は以下の測定法にて求めた。 (1) β部分の層高 距離変位センサ１０として市販の長距離変位センサ（キ
ーエンス社製のＵＤ−３２０型）を使用し、これを図
２，図４に示すように、パン１の底面からの垂直距離が
計測できるように取り付けた。そして、センサ１０から
β部分の粉体層表面までの距離をセンサで計測し、セン
サからパン底面までの距離（３６０ｍｍ）から引き算す
ることによりβ部分の層高を計測した。

【００３２】(2) 造粒物強度 パン１のリム２から１ｍの落差がある造粒物移送用ベル
トに造粒物が落下したときの造粒物の割れ発生状況を観
察した。 (3) 異形品率 試料１００ｇ中の造粒物同士が付着した形状のものを目
視にて選び出し、その総重量を測定し、試料１００ｇ中
の割合（％）を求めた。

【００３３】(4) スケールの発生 パン１内で原料粉体が造粒されないままパン１の底面や
壁面に付着している状態を目視にて観察した。 (5) 灼熱減量 試料を１１００℃で２時間加熱したときの重量減を測定
し、式：（重量減／試料重量）×１００から計算した。

【００３４】(6) 磨耗率 ＪＩＳ Ｋ １４６４に準拠して測定した。 (7) 耐圧強度 木屋式強度試験機にて試料１０個の破壊強度を測定し、
その平均値を求めた。

【００３５】(8) 原料粉体の平均粒子径 レーザー散乱式粒度測定径（マイクロトラック）により
５０％重量径を測定した。 (9) 吸水率 試料５ｇに水を滴下しながら攪拌混合し、粉体がほぼ１
つの塊状になる時点までの水使用量を求め、水使用量／
試料重量の比を吸水率とした。

【００３６】試験例１ バイヤー法により得られた水酸化アルミニウム（ギブサ
イト）を７００℃の加熱ガス中に投入して瞬間仮焼し、
灼熱減量が６重量％、平均粒子径が１５μｍ、吸水率が
０．５４ｇ／ｇの再水和しうる活性アルミナを得た。こ
の活性アルミナ粉体および該アルミナ粉体より製造した
核粒子を図１〜４に示す造粒機のパン１に供給し、水を
スプレイノズル６より散布し、水／原料粉体＝０．５５
ｇ／ｇの条件にて直径約３ｍｍの球状に造粒し、活性ア
ルミナ造粒物を得た。

【００３７】試験例２および３ 水／原料粉体の比をそれぞれ０．５２および０．５６と
した他は、試験例１と同様にして活性アルミナ造粒物を
得た。それらの試験結果を表１に示す。

【００３８】

【表１】

【００３９】表１から明らかなように、試験例２は水／
原料粉体の比が原料粉体の吸水率より低いため、β部分
の層高が小さくなり、また得られる造粒物の強度も小さ
くなり、造粒後の移送工程で割れが発生した。一方、試
験例３は水／原料粉体の比が原料粉体の吸水率より高い
ため、β部分の層高が大きくなり、得られる造粒物の強
度は充分であるが、パン内での造粒物同士の付着による
とみられる異形品の量が多くなっていた。

【００４０】従って、これらの試験例１〜３から、水／
原料粉体の比がおよそ吸水率±０．０１ｇ／ｇの範囲内
で造粒を行うと、強度が高く異形品の少ない造粒物が得
られることがわかる。また、表１から、水／原料粉体の
比とβ部分の層高とは正の相関関係にあることもわか
る。よって、β部分の層高を制御することにより、強度
が高く異形品の少ない造粒物が得られることがわかる。

【００４１】実施例１ 前記試験例において、原料粉体として用いた活性アルミ
ナの吸水率０．５４ｇ／ｇに対応するβ部分の層高を実
験により求めたところ、約４０ｍｍであった。そこで、
距離変位センサ１０にてβ部分の層高を計測し、層高４
０ｍｍが中心値となるように下記の方法にて原料粉体お
よび水の供給量を制御しながら造粒操作を１時間行っ
た。その他の造粒条件は前記試験例と同じである。

【００４２】(ａ)層高が５５ｍｍ以上になった場合は、
スプレイ水の電磁弁９を層高が４５ｍｍ以下になるまで
閉止する。 (ｂ)層高が２５ｍｍ以下になった場合は、原料粉体のフ
ィーダー８，８を層高が３５ｍｍ以上になるまで停止す
る。 その結果、１時間の造粒操作の間、β部分の層高が３５
〜４５ｍｍであった時間は５４分であり、造粒時間１時
間でのβ部分の平均層高は４２ｍｍであった。また、得
られた造粒物は割れが非常に少なくかつ異形品も殆ど存
在しなかった。

【００４３】参考例１および２ （水／原料粉体と造粒物の強度との関係）バイヤー法に
より得られた水酸化アルミニウム（ギブサイト）を７０
０℃の加熱ガス中に投入して瞬間仮焼し、灼熱減量が６
％、平均粒子径が１３μｍ、吸水率が０．４５ｇ／ｇの
再水和しうる活性アルミナを得た。この活性アルミナ粉
体を図１〜４に示す造粒機のパン１に供給し、水をスプ
レイノズルより供給し、水／原料粉体の比を表２に示す
値に調節して直径約３ｍｍの球状に造粒し、活性アルミ
ナ造粒物を得た。

【００４４】この造粒物を蓋付き容器に入れて密封し、
温度８０℃で約１６時間保持して再水和硬化させた後、
電気炉に入れ５００℃まで３時間で昇温させ、同温度で
２時間保持して活性アルミナ成形体を得た。この活性ア
ルミナ成形体について耐圧強度および磨耗率をそれぞれ
測定した。その結果を表２に併せて示す。

【００４５】

【表２】

【００４６】表２から、参考例１のように水／原料粉体
の比が原料粉体の吸水率よりも小さい層高で造粒を行っ
た場合、結合剤である水の供給量が少ないために、得ら
れる活性アルミナ成形体は強度が小さくなることがわか
る。これに対して、参考例２では、水／原料粉体の比が
原料粉体の吸水率と等しい条件で造粒を行っているの
で、得られる活性アルミナ成形体は高い強度を有してい
ることがわかる。

【００４７】

【発明の効果】本発明によれば、β部分で層高を計測
し、この層高に応じて液状結合剤および／または原料粉
体の供給量を制御するため、強度が高くかつ異形品の少
ない造粒物が効率よく得られるという効果がある。

【００４８】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である回転パン型造粒機を
示す概略説明図である。

【図２】回転パン内の原料粉体ないし造粒物の移動と分
布を示す概略説明図である。

【図３】図２のIII-III 線概略断面図である。

【図４】図２のIV-IV 線概略断面図である。

【符号の説明】

１ パン ２ リム ５ 粉体供給口 ６ 水スプレイノズル ８ フィーダー ９ 電磁弁 １０ 距離変位センサ １１ 制御装置 １６ γ部分 １７ β部分 １８ α部分

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浜野 誠一 愛媛県新居浜市惣開町５番１号 住友化学 工業株式会社内 Ｆターム(参考） 4G004 JA03 5H307 AA20 BB11 EE36 FF16 GG20 HH01

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】原料粉体の供給と液状結合剤の散布とが行
   われ、供給された原料粉体を転動させながら底面側から
   順にγ部分、β部分およびα部分へと移行させて凝集造
   粒物へ成長させ、この凝集造粒物を排出する、傾斜した
   回転パンと、 前記液状結合剤の散布領域を除く前記β部分の層高を計
   測する計測手段と、 この計測手段からの制御信号に応じて液状結合剤の散布
   量および／または原料粉体の供給量を制御する制御手段
   とを備えた回転パン型造粒機。
2. 【請求項２】前記計測手段が、前記β部分の上方に設置
   した距離変位センサである請求項１記載の回転パン型造
   粒機。
3. 【請求項３】請求項１または２記載の回転パン型造粒機
   を用いて、前記液状結合剤の散布領域を除く前記β部分
   の層高を計測し、この層高に応じて液状結合剤の散布量
   および／または原料粉体の供給量を制御しながら造粒を
   行うことを特徴とする造粒物の製造方法。