JP2004160456A - スパイラルジェットミル - Google Patents

Abstract

【課題】耐摩耗性を有し、さらに十分に耐衝撃性を有し、熱衝撃抵抗性を備えていて、わずかなメンテナンス費用しか要さず、かつ改善された粉砕品質をもたらすようなスパイラルジェットミルを提供する。
【解決手段】鋼−外側ケーシングと、該鋼−外側ケーシング内に埋め込まれた、耐圧性の、一貫して耐摩耗性の材料よる粉砕ケーシングとから成っているようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、改良された摩耗保護部を備えたスパイラルジェットミルに関する。

スパイラルジェットミル自体は公知であり、堅固な粒子の微粉砕又はデアグロメレーションのために使用される。従来の構造体の幾つかが米国特許第２０３２８２７号明細書に詳細に記載されている。これらの構造体は、通常は扁平シリンダ状の粉砕室より成っており、この粉砕室において、ガス若しくはガス状の液体の、内側へ向けられた環状若しくはらせん状の流れが粉砕原料粒子を搬送する。微粒子粉砕は、主に粒子の互いの衝突によって行われる。粉砕のために必要なエネルギは、ガス状の媒体を介して供給され、このガス状の媒体は、従来の多くの構成では、周囲にわたって分配されたジェットノズルによって接線状に粉砕室内に吹き込まれ、これによって、渦を生ぜしめ、この渦を維持する。粉砕原料は、独立した供給部を介して粉砕室内に供給される。ミルは、水平方向にも垂直方向にも設置することができる。駆動ガスとしては、多くの場合、圧縮空気又は蒸気が使用される。

例えばドイツ連邦共和国特許実用新案第７６１７０６３号明細書につき公知のジェットミルは、原則的には、底部、外壁及びカバーから成る閉じられた粉砕ケーシング内に、ただ１つの内側ジェットリングが設けられた形で構成されている。粉砕室自体は、このジェットリングの内部に設けられており、ジェットリングと、底部及びカバーの対応する表面とによって区切られている。ケーシング−外壁と内側ジェットリングとの間の環状室内に駆動ガスが導入され、複数のノズルを介して内側ジェットリングを通って粉砕室内に案内される。

粉砕したい材料の種類に応じて、ミルの内部に摩砕による摩耗が生じるので、それ故、高いメンテナンス費用が必要となる。摩耗に基づいて、生ぜしめられた粉砕品質が変化しかねず、粉砕産物が摩砕によって不純化してしまう。それ故、通常は粉砕室の表面は内側で、硬い耐摩耗性のライニングによって摩砕に対して保護される。使用目的に応じて、適宜な耐摩耗性の材料、例えば硬質合金、酸化アルミニウム、炭化ホウ素、又はイギリス特許第１２２２２５７号明細書に記載のように、テフロン、ナイロン又はポリウレタンも選択される。ライニングとミルケーシングとの結合は、通常は、例えば硬質合金の被覆溶接又はその他の形式の摩擦接続的な結合、例えばねじ止め、接着若しくはスポット溶接によって行われる。

硬質金属を例えば鋼ベースプレートに被覆溶接する場合に、ベースプレートに公知のように熱による歪み及び変形が生じてしまう。生ぜしめられた硬質合金−表面は不規則で、とりわけ表面状態に関しては再現可能に製造することはできない。

ライニングを修理するためには、摩耗した硬質合金被覆層を修繕するか、又はこの被覆層をまず除去し、次いで新たな被覆溶接を施さなければならない。いずれの場合にも、内側の応力及び変形が生じてしまい、正確なミル幾何学形状若しくは表面状態を再び製作することはほぼ不可能である。総体的に見て修理には手間と時間とがかかる。

修理又は交換可能なライニングを備えたジェットミルが、文献、例えば米国特許２０３２８２７号明細書、イギリス特許第６３６５０３号明細書及びイギリス特許第１２２２２３７号明細書につき公知である。プレート状の耐摩耗性のライニングが、例えば米国特許第２６９０８８０号明細書に記載されている。このスパイラルジェットミルの環状の粉砕室壁は、耐摩耗性の合金より成っていてもよい、ケーシング壁にねじ止めされた独立プレートを備えている。ドイツ連邦共和国実用新案第７３００１１３号明細書に記載の垂直ジェットミルは、内側が完全に、耐摩耗性の材料より成る多数の平坦なプレートによって装備されている。これらのプレートは、有利には炭化ホウ素（ＢＣ）又は炭化ケイ素（ＳｉＣ）により製造されており、面上にミルケーシングに接着又は溶接されている。ドイツ連邦共和国実用新案第２９９０９７４３号明細書には、モジュール形式に水平に設置されたスパイラルジェットミルが記載されている。このスパイラルジェットミルは、ポイント的にのみ摩耗保護のライニングを施されており、この場合には、駆動ガスが部分的に通気底部を介して粉砕室に導入されてしまう。上に述べた構成は全て環状の粉砕室壁内に座着しており、高圧駆動ガスを導入するジェットノズルが、粉砕室壁の二層構造（金属リングとライニングとから成る）内を通過すること、そしてジェットノズル自体が耐摩耗性に、例えばセラミックにより構成されていなければならない点でさらに共通している。その上、ノズル貫通案内部は耐圧性に構成されていなければならない。さらに、粉砕室ライニングの修理の度にノズルを解体し、次いで再び組み立てなければならない。

ミル内側の摩砕による負荷に加えて、３５０℃までの温度を有する高圧蒸気を用いて、例えば二酸化チタン顔料を微粉砕する場合のミルの作動時には、温度による著しい負荷が生じる。好んで使用される耐摩耗性の材料、例えば炭化物、窒化物又は硬質合金は、周知の通り非常に砕けやすい。ケーシング及びライニングに使用される種々異なる材料の異なる熱膨張特性に基づいて、すぐに摩耗保護部の破損が生じかねない。

さらに、支持体及び被覆層材料の異なる弾性率によって、被覆層部分は応力を負荷された場合に亀裂形成によって反応し易く、このことが、摩耗保護層の剥離につながってしまう。
米国特許第２０３２８２７号明細書 ドイツ連邦共和国特許実用新案第７６１７０６３号明細書 イギリス特許第１２２２２５７号明細書 イギリス特許第６３６５０３号明細書 米国特許第２６９０８８０号明細書 ドイツ連邦共和国実用新案第７３００１１３号明細書 ドイツ連邦共和国実用新案第２９９０９７４３号明細書

そこで本発明の課題は、粉末状の材料を粉砕するためのスパイラルジェットミルを改良して、耐摩耗性を有し、さらに十分に耐衝撃性を有し、熱衝撃抵抗性を備えていて、わずかなメンテナンス費用しか要さず、かつ改善された粉砕品質をもたらすようなものを提供することである。

この課題は、鋼外側ケーシングと、この鋼外側ケーシング内に埋め込まれた、耐圧性の、一貫して耐摩耗性の材料より成る粉砕ケーシングとから成るジェットミルにより解決される。

本発明の対象は、公知の技術的解決手段と比較して、特に次のような利点を有するスパイラルジェットミルである。すなわち、極めて長い耐用寿命、短い修理時間、簡単なクリーニング、応力なしの組立、再構成可能なミル幾何学形状に基づいた、修理後の再現可能な粉砕品質の獲得、粉砕原料の要請に適した種々異なる耐摩耗性の材料及びこれらの組合せの使用である。

本発明によるジェットミルは、外側ケーシングと、この外側ケーシング内に自由に埋め込まれた粉砕ケーシングとにより構成されている。外側ケーシングも粉砕ケーシングも、供給・導出管は別として、互いに独立した、それ自体が閉じられたケーシングである。「自由に埋め込まれた」という表現は、粉砕ケーシングと外側ケーシングとが互いに堅固に結合されていないことを意味する。

外側ケーシングは公知のように鋼により製作されてる。粉砕ケーシングは、これに対して一貫して耐摩耗性の材料より成っており、特別な構造により優れている。

ドイツ連邦共和国実用新案第２９９０９７４３号明細書では、完全に例えば炭化ケイ素より成るミルが、砕けやすさのために限定的にしか使用可能ではないことが強調されている。この公知のスパイラルジェットミルでは、それ故、ケーシング自体が２つの層より成っている。すなわち、第１に、支持体材料、一般に鋼より成る層、そして第２に、前記支持体材料の内側に被覆される、耐摩耗性の材料より成るライニングの層である。本発明による粉砕ケーシングは、これに対して一貫して耐摩耗性の材料から製作されている。例えば、炭化タングステン（例えばWidiaという名で知られているWC-Co-合金）のような炭化物、炭化ケイ素、炭化ホウ素又は別の適当な炭化物並びに窒化物、ホウ化物又はその他のセラミック又は硬質合金である。さらに、耐摩耗性の材料を互いに組み合わせて使用することもできる。

このような構造は、粉砕ケーシングが自立式に、堅固な結合及び応力なしに外側ケーシング内に埋め込まれている場合にのみ可能である。

粉砕ケーシングは、少なくとも４つの部分から成っている。水平方向に設置されたミルでは、この粉砕ケーシングは、底部、環状の側壁、一体成形された粉砕産物搬出管片を備えたカバー及び粉砕原料搬入管片より成っている。カバーには粉砕産物搬出管片に隣接して粉砕原料搬入のための開口が設けられている。底部、側壁、カバー及び粉砕原料搬入管片は、特別なシールなしに摩擦接続的に接触する。複数部材よりなる粉砕ケーシング全体は、応力なしに外側ケーシングの内部に位置している。相応にミルを垂直方向に設置することもできる。

外側ケーシングと粉砕ケーシングとの間の中間室は、環状の高圧−駆動ガス通路として働く。駆動ガスは単数又は複数の管片を介して、まず外側ケーシングと内側ケーシングとの間の環状の駆動ガス通路に案内され、次いで粉砕ケーシング（粉砕室壁）のリング内の単純な孔を介して粉砕ケーシングの内部、粉砕室へ案内される。公知のミルにおいてノズルが組み込まれているために必要であるように、孔に特別な摩耗保護のライニングを施したり、又はシールのための特別な措置を講じたりする必要は全くない。

耐圧性のミルのための外側ケーシングの部分と粉砕ケーシングの部分との結合は、外側ケーシングの外周におけるねじ止め又はクランプによって得られる。ねじ止め若しくはクランプは、ミルをクリーニング又は保守作業のために極めて簡単かつ極めて迅速に開き、そして再び閉じることができるので有利である。粉砕ケーシングの個別部材は簡単に持ち上げ、若しくは挿入することができる。このようにして、駆動ガス通路は直接にアクセス可能であり、かつ問題なくクリーニングすることもできる。

焼結材料による一体的な製造が部材の大きなサイズのために問題となる場合には、耐摩耗性の粉砕ケーシングの個別部材、すなわち、底部、側壁及びカバーをさらにセグメントに分割することもできる。これらのセグメントは、粉砕ケーシング自体が密になっていて、応力なしに外側ケーシング内に位置するように互いに接合される。

粉砕室内への駆動ガス導入は有利には単純な孔を介して行われるが、ノズル、特にラバルノズルを使用することも可能である。これらのノズルは公知の技術で組み込まれ、例えば、ノズルを収容するねじ孔を備えた特殊ろう材製スリーブによって挿入することができる。

ガスとしては、高熱蒸気、圧縮空気又はその他のガスを使用することができる。圧力（約３５ｂａｒまで）と温度（約３５０℃まで）とは、それぞれの粉砕原料及び所望の粉砕微細度に合わせて調整されている。

ミルが高い温度で作動される場合には、底部及びカバーの温度上昇時に外側ケーシングと粉砕ケーシングとの間に超過圧力が生じるが、この超過圧力は、外側ケーシングの底部とカバーとに設けられた通気孔を通って導出される。

粉砕ケーシング−内室の表面は任意に形成してよい。一般的な場合には、この粉砕ケーシング−内室の表面は平滑である。所定の粉砕条件下では、底部プレート又は別の内室表面、及び粉砕原料搬入管片内の表面を構造化する、すなわち、切込み、溝、ウェーブ、ネップなどを設けると、粉砕品質のために有利である。例えば、二酸化チタン−顔料の微粉砕時には、このように構造化された粉砕室表面によって、例えば光沢のような、顔料の光学的な特性に影響を及ぼすことができる。

有利には、スパイラルジェットミルは二酸化チタン顔料−粒子の微粉砕のために使用され、この場合に高熱蒸気が駆動ガスとして用いられる。それにもかかわらず、ミルはその他の材料、例えば顔料、着色料一般又はその他の材料、例えば無機酸化物及び金属−酸化物、トナー、鉱物充填材（カーボン、チョーク、タルクなど）、洗剤、製薬剤、栄養剤、化粧品、肥料、除草剤、農薬、殺虫剤、かび防止剤、汚泥などを微粉砕するためにも適している。

本発明の有利な実施例を図１、図２及び図３を用いて説明する。
図１は、粉砕室７並びに中央に配置された粉砕産物搬出口２に通じる粉砕原料搬入口１とインジェクタガス入口３とを備えた本発明によるスパイラルジェットミルの平面図を示している。駆動ガス供給４は、縁部から外側ケーシング１３，１４を介して駆動ガス通路５内へと行われる。粉砕ケーシングの側壁、粉砕ケーシングリング８には、粉砕室７への駆動ガス導入のための孔６が設けられている。

図２ａには、Ａ−Ｂ線に沿った横断面図が、判りやすいように分解図の形で示されている。図２ｂは、図２ａの詳細部Ｘを示している。外側の粉砕ケーシングは、底部１４、一体成形された粉砕産物搬出管片１８を備えた外側ケーシングカバー１３、及び粉砕原料搬入・インジェクタガス入射管片２０（図３ａに示す）の形で構成されている。この粉砕ケーシング内に位置する、耐摩耗性の材料から製造された粉砕ケーシングは、底部１０、リング８、及び同様に一体成形された粉砕産物搬出管片９ａを備えたカバー９、並びに図３ａ及び図３ｂに示した粉砕原料搬入管片から成っている。外側ケーシング底部１４若しくは外側ケーシングカバー１３と粉砕ケーシングリング８との間には駆動ガス通路５が設けられている。粉砕ケーシングの内部には粉砕室７が設けられている。組立の間だけは、破損しやすい粉砕ケーシングカバー９は粉砕産物搬出管片１８に固定ねじで位置決めされる。

駆動ガス通路５への駆動ガス供給４は、単数又は複数の導入管片を介して行われる。有利には、供給は複数の供給管を介して行われ、これにより、必要なガス量を妨害なしに、かつ圧力損失なしに駆動ガス通路に導入することができる。

図１は、粉砕ケーシングリング８が粉砕ケーシング底部１０に対して、粉砕ケーシングリング８及び外側ケーシング底部１４の切欠き内に緩く挿入された固定ピン１６によって、どのように固定されるのかを示している。外側ケーシングカバー１３は、次いでミルを開く必要なしに粉砕室リング８に対して１８０°まで回転させることができ、これにより、粉砕室への駆動ガス噴射のための粉砕原料搬入口の種々異なる幾何学的な配置が調節可能になっている。

孔若しくはノズル６の数は粉砕室直径に関係している。例えば２００ｍｍの小さい直径の場合には４個のノズルで、そしてほぼ１０００ｍｍの大きい直径の場合には１６個のノズルで作業することができる。しかしながら、別の組合せも可能である。粉砕ケーシングリング壁８に設けられた孔６の迎え角は、粉砕したい原料及び所望の粉砕品質を考慮して選択される。当業者は、ノズル若しくは孔迎え角、ノズルの数、駆動ガス圧、流量など、及び種々異なる粉砕産物における粉砕微細度の間の関係を熟知している。ミル全体及び粉砕ケーシングのモジュール形式の構成に基づいて、特に孔又はノズルの迎え角や数量は、粉砕ケーシングリング若しくは個々のセグメントの交換によって簡単に変更することができる。

粉砕ケーシング８，９，１０の個々の部分の互いの接触面は、セルフシーリングにより研磨されている。粉砕ケーシングリング８と外側ケーシング底部１４と外側ケーシングカバー１３との間のシールは、シール１１、例えば黒鉛シールによって得られる。通常、外側ケーシングの表面許容誤差と粉砕ケーシングの表面許容誤差とは、１から２等級分異なる。それ故、粉砕ケーシング底部１０と外側ケーシング底部１４との間、若しくは粉砕ケーシングカバー９と外側ケーシングカバー１３との間に、摩擦接続的な結合を生ぜしめる補償フィルム１２をそれぞれ挿入すると有利であるが、このことは不可欠ではない。ミル全体は、ねじクリップ１５を介して外周でまとめて保持される。このようにして、粉砕ケーシング８，９，１０，１９も高圧−駆動ガス通路５も耐圧性にシールされている。

さらに、外側ケーシング底部１４及び外側ケーシングカバー１３は、単数又は複数の排気孔１７を有しており、この排気孔１７は、外側ケーシングと粉砕ケーシングとの間の加熱時に生じる超加圧力を導出し、これによって応力なしの運転を可能にする。

図３ａは、Ｃ−Ｄ線に沿って断面した粉砕原料搬入口の側面図を示している。図３ｂは、図３ａの詳細部Ｙを示している。図示の実施例では、粉砕したい材料１はロートを介して供給され、インジェクタガス流３によって粉砕室７内に斜めに導入される。耐摩耗性の粉砕原料搬入管片１９は、外側ケーシング２０の搬入管片内に緩く挿入されたスリーブの形で構成されており、このスリーブは組立行程の間のみ固定ねじにより位置決めされる。

本発明によるジェットミルは、熱衝撃抵抗性を有し、十分に耐衝撃性に形成されている。

本発明によるスパイラルジェットミルの平面図である。

Ａ−Ｂ線に沿って断面した側面図である。

Ａ−Ｂ線に沿って断面した側面図である。

Ｃ−Ｄ線に沿って断面した側面図である。

Ｃ−Ｄ線に沿って断面した側面図である。

符号の説明

１ 粉砕原料搬入口、 ２ 粉砕産物搬出口、 ３ インジェクタガス入口、 ４ 駆動ガス供給、 ５ 駆動ガス通路、 ６ 孔、 ７ 粉砕室、 ８ リング、 ９ カバー、 ９ａ 粉砕産物搬出管片、 １０ 底部、 １１ シール、 １２ 補償フィルム、 １３ 外側ケーシングカバー、 １４ 外側ケーシング底部、 １５ ねじクリップ、 １６ 固定ピン、 １７ 孔、 １８ 粉砕産物搬出管片、 １９ 粉砕産物搬出管片、 ２０ 外側ケーシング

Claims (12)

1. 粉末状の材料を粉砕するための、モジュール形式に組み立てられたスパイラルジェットミルであって、鋼−外側ケーシングと、該鋼−外側ケーシング内に埋め込まれた、耐圧性の、全体的に耐摩耗性の材料より成る粉砕ケーシングとから成っていることを特徴とする、スパイラルジェットミル。
2. 耐摩耗性の材料として、硬質金属群、炭化物群、ホウ化物群、窒化物群又は別のセラミックが使用される、請求項１記載のスパイラルジェットミル。
3. 粉砕ケーシングが、少なくとも４つの部材より成っている、請求項１記載のスパイラルジェットミル。
4. 耐圧性の粉砕ケーシングが、１つの耐摩耗性の材料のみから製造されている、請求項３記載のスパイラルジェットミル。
5. 粉砕ケーシングの個別部材が、それぞれ種々異なる耐摩耗性の材料から製造されている、請求項３記載のスパイラルジェットミル。
6. ミルが、空気、又は窒素や高圧蒸気のような不活性ガスにより運転される、請求項１から５までのいずれか１項記載のスパイラルジェットミル。
7. 粉砕室−表面が、平滑に及び／又は構造化されて形成されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のスパイラルジェットミル。
8. 外側ケーシングの底部及びカバーが、通気孔を有している、請求項１から７までのいずれか１項記載のスパイラルジェットミル。
9. 外側ケーシング−底部と粉砕ケーシングとの間並びに外側ケーシング−カバーと粉砕ケーシングとの間に、それぞれ補償フィルムが挿入されている、請求項１から８までのいずれか１項記載のスパイラルジェットミル。
10. 前記粉砕ケーシングが、底部とリングと一体成形された粉砕産物搬出管片を備えたカバーと粉砕原料搬入管片とから成っている、請求項１から９までのいずれか１項記載のスパイラルジェットミル。
11. 請求項１から９までのいずれか１項記載のスパイラルジェットミルの使用法において、二酸化チタン−顔料を微粉砕するために使用することを特徴とする、スパイラルジェットミルの使用法。
12. 請求項１から９までのいずれか１項記載のスパイラルジェットミルの使用法において、顔料、及び着色料、無機酸化物及び金属酸化物、トナー、鉱物充填材例えばカーボン、チョーク、タルクなど、及び洗浄剤、栄養剤、肥料、除草剤、農薬、殺虫剤、かび防止剤、汚泥を微粉砕するために使用することを特徴とする、スパイラルジェットミルの使用法。

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