JP2005506192A - 湿式分級装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
【解決手段】ここに開示するものは、遠心分離機の形態の湿式分級装置であって、静止状の外側ハウジングと、前記外側ハウジング内に配置される遠心分離ドラムと、前記遠心分離ドラムの壁部に堆積する堆積物を掃除するための装置と、入口部と出口部とを備える。前記清掃装置は、遠心分離ドラム内に延びていて、周部に配置される切断装置を有する軸体と、更に、遠心分離ドラムに分散液を導入するための装置とを備え、前記切断装置の形態及び配置が、送り込まれる分散液に乱流がつくりだされ、それにより、堆積物ケークに対する洗浄効果が発生し、堆積物ケークの除去が促進される形態および配置である。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、静止状の外側ハウジングと、前記外側ハウジング内に配置される遠心分離ドラムと、前記遠心分離ドラムの壁部に堆積する堆積物のための清掃装置と、入口部と出口部とを備えた遠心分離機の形態の湿式分級装置に関するものである。
【０００２】
このような湿式分級装置は知られており、例えば、二酸化チタンなどの粉末の粗い部分を分けるために利用される。ところで今日、粒度０．１〜５ミクロンのいっそう超微粒な材料が用いられる。このような粒度は、原料物質の精細な研磨によって得られるが、但しそれは、エネルギー消費が極めて高いこと、冷却システムが必要であること、比較的高率に環境汚染が引き起こされること、寸法不足の粒子が大量に生じることなどから、比較的高い操作コストを意味する。いま述べた各種の問題は、湿式分級遠心分離機の場合には存在しない。湿式分級遠心分離機では、固体（粉末）が予混合槽内で液体（通常は水）と混合され、懸濁液がつくられる。必要に応じ、この懸濁液は後続の希釈槽で希釈され、その後に、遠心分離機として形成されている湿式分級装置へ導入される。回転式の遠心分離ドラム内において、いっそう重く、いっそう粗い粒子が、懸濁液におけるいっそう軽く、いっそう細かい粒子よりも速く、ドラム壁へむかって半径方向外側方向に送られ、堆積物として溜められる。ドラム壁の堆積物は、湿式分級装置の清掃段階においてドラム壁から除去される。そのために、各実施例に応じて、清掃液や、ナイフなどの機械的清掃手段などが使用される。最後に、清掃液中に再度拡散させた堆積物は、遠心分離ドラムから排出され、例えば別に配置されるボールミルへ送られ、ボールミル内で、再拡散懸濁液の粗い部分が研磨される。処理済の懸濁液はそののち、再びシステム内へ、例えば、予混合槽へ送り込んでも良い。
【０００３】
分級プロセスの間、分級された懸濁液は連続的に、湿式分級装置から引き出され、以後の使用の為に利用可能にされる。
【０００４】
超微粒材料の遠心分離操作時、多数の応用場面において、最適なローター設計のほかにも、高度な遠心分離要素が高い分離効果の為に必要とされる。この高度な遠心分離要素が原因となって、極めて安定した、極めて固い堆積物ケークが、相応の遠心分離時間により生じる。更に、多数の応用場面において、モース硬度３〜１０の硬度の固い物質を、遠心分離し、液に懸濁させなければならない。通常、遠心分離機の削除のために知られている装置は、この関係で失格している。すなわち、堆積物ケークの剥離ができない。この点は、磨耗したナイフや、破損した剥離装置、さらには、曲がりもしくは破損したナイフシャフトによって過去に確認されている。したがって、強い切断力によっても、メインの駆動モーターの休止にまで到る制動が発生する。
【０００５】
本発明の目的は、堆積物ケークが、とくに、問題がない方法によって剥がされもしくは運び出される前述した類の湿式分級装置を提供することである。
【０００６】
本発明によれば、前記の目的は下記の態様にもとづき前述した類の湿式分級装置によって得られる。
【０００７】
清掃装置は、遠心ドラム内で、旋回可能もしくは直線的に移動可能な軸体を含んでおり、この軸体の周部に少なくともふたつの、スラット状の切断装置を配置している。清掃装置には更に、遠心チャンバーに分散液を導入するための装置を含んでいる。
【０００８】
そして、前記したふたつの切断装置は、互いにそれぞれに向かって傾斜していて、その間に、前記軸体の移動方向にひろがる空間を形成しているとともに、隣接しあう端部間に隙間を有している。
【０００９】
前述の問題は本発明にもとづく解決方法によって回避できる。本発明解決方法により、堆積物ケークを、何らの問題も無く、そして、切断装置やこれを携える前記軸体に損傷を生じさせずに、剥離するもしくは運び去ることが可能である。すなわち、切断装置とこれを支持する軸体の磨耗が減少し、且つ、生じる力が先行技術の場合より小さくなるので、切断装置と軸体の破砕や撓みなどが、大幅に避けられる。更には、先行技術においてメイン駆動モーターの消極的な影響（制動）に関して強い切断力によって生じる問題さえも回避できる。
【００１０】
これは、前述したように、この湿式分級装置の清掃装置の特別な設計により得られる。前記清掃装置により、機械的構造と、分散液の供給との組み合わせが利用できる。機械的構造の設計により、すなわち、切断装置の特別な配置と設計とにより、堆積物ケークの剥離と排出に対し積極的な効果を有する供給される分散液の渦巻きが得られる。
【００１１】
特に、互いの方向に傾斜し、軸体の移動方向とは逆に狭まって隙間へつながる空間を形成する前記切断装置は、繰返し発生する堆積物に向かって分散液を押し戻すことにより、分散液のリニアな流れ状態は生じないが、分散液の強烈な渦巻きを発生させ堆積物表面に強い洗浄効果をもたらす乱流は発生させるという効果を有している。これにより、堆積物ケーキが、切断装置を堆積物ケークに突っ込むだけと言う簡単且つ良好な方法で除去できる、即ち、先行技術に比べて堆積物ケーク除去の為に必要な力が小さい。前述した流体力学的効果が得られるのは、隣接するふたつの切断装置の間を狭くすることによるもので、これにより、前記した隙間が形成される。この隙間は、前記分散液の僅かながらも通過を可能にするため、存在しなければならない。
【００１２】
好ましくは、分散液は切断装置の切り込み段階及び後退段階のあいだに添加する。遠心分離ドラム内に分級プロセスからなおも存在する液は通常、前述の流体力学的効果（堆積物ケーク表面領域での渦巻き）を得るためには十分ではない。
【００１３】
清掃プロセスの間に供給される追加的な分散液（希釈液）が、最大のドラム径に対して、つまりは、堆積物の最大の塊に対して供給されることは、前記した狭くなるもしくは拡張する空間により保証される。これにより、先に述べた強烈な渦巻きがうみだされ、堆積物ケーキについてのある程度の洗浄効果も得られる。したがって、堆積物ケークと切断装置のチップとのあいだには何ら具体的な機械的な接触は発生しない。堆積物ケークはかなり液化され、その物質が保護されるような方法で運び出される。
【００１４】
分散液の遠心分離ドラムへの送り込みについては、分散液導入手段が、遠心分離チャンバーにおいて切断装置頭部内で開くことが好ましい。これにより、分散液は直接に、堆積物表面近辺に供給され、これによって、所望の渦巻き効果が極めて良好に得られる。この解決方法によれば、供給される分散液は、遠心分離ドラムに存在する液カラム（分級液）へ最初に導入される必要はない。ただし、分散液の導入は直接に前記液カラム内で行われ、その結果、多数の利点が生じる。
【００１５】
研究の結果、スラット状の切断装置は、剥離操作に関して問題無しに最高の結果が得られるよう、好ましくは、軸体の軸心に直角に交差する平面に対して１５〜４５°の角度で配置すべきであることがわかった。
【００１６】
切断装置の互いに隣接する端部間の隙間は、固体内容物、懸濁駅の粘度、更に別のパラメータなどに対応して調節可能であることが適当である。この方法によって、個々の適用場面に応じて最適な条件が達成される。当然ながら、前記した拡張するもしくは狭まる空間（傾斜している前記切断装置間のスペース）のサイズについても、前述した隙間調節によって調節される。また、切断装置は、傾斜の角度を変更するという方法でも調節することができる。
【００１７】
本発明のとりわけ好ましい実施例によれば、前記した隙間は、軸体から切断装置のヘッドへ向かう方向へも拡がる。したがって、好ましくは二重の円錐状設計 によってこの構造とし、これにより、前述の効果に更に寄与する。これによって、二重の乱流が発生させられ、堆積物除去をさらに促進する。したがって、この実施例に拠れば、ふたつの切断装置の,あいだの空間は、最少半径へちかづくよ う狭まりを追加される。
【００１８】
本発明の別の実施例に拠れば、前記切断装置もしくはそのヘッドには、構造を備えた表面を有する。これらの表面は例えば溝部や隆起部などを配置することにより形成し得る。切断装置の表面すべてに、もしくは、これら表面のうち一部だけに構造を持たせることができる。これにより、供給される分散液において追加的な渦巻き発生が達成される。
【００１９】
切断装置は軸体に脱着可能に配置できる。従って、適用の個々の場面に応じて交換可能である。
【００２０】
好ましくは、前記分散液導入手段には、軸体内に延びるチャネル(溝)を持たせる。そして、その溝から切断装置内を延びる他の溝を分岐させる。従って、分散液は、切断装置のチップまで送り込まれ、かつ、堆積物ケースに隣接する部位で、遠心分離チャンバーへ流れ出る。
【００２１】
前記軸体は、堆積物ケークへ突入し得るようリニア動作もしくは旋回動作が可能である。旋回動作が行われるとき、軸体は、堆積物に入るよう、約８０〜１２０°回動することが好ましい。従って、この場合、軸体は（前方及び後方へ）所望の角度範囲でステップ動作を行う。この場合、その動作が各生成物に対応して調節可能であることが好ましい。
【００２２】
実際上、前記分散液導入手段は、軸体の前記切り込み段階および後退段階のあいだ分散液を導入する。
【００２３】
スラット状の切断装置の設計に関しては、本発明は特に限定しない。公知のスラット状切断装置（ナイフ）を用いても良い。好ましくは、このスラット状切断装置は、平坦なスチール製形材を高強度材料で覆ったものから成る。
【００２４】
分散液が切断装置内を延びるチャネルを通って送り込まれることのもととなる実施例において、それらのチャネルは、好ましくは、切断装置の前側で開き、それにより、分散液は切断装置の前側からドラムチャンバーへ流れ出る。
【００２５】
導入される分散液は、更に、前述の洗浄効果を助けるように、加圧してもよい。そして、純粋な分散機能にくわえて、例えば、洗浄機能や、固体濃度の為の調整機能などの更なる機能を、分散液に持たせても良い。
【００２６】
本発明は、遠心分離ドラムが隔壁で分けたチャンバーを有している場合とくに優れた結果を示している。好ましくは、前記隔壁は水平に延び、ドラムの外壁と連絡するリング体を形成する。この隔壁の構成はだいたい知られている。
【００２７】
本発明は特に遠心分離ドラムのスリム（痩身）比が、Ｌ／Ｄ＞１、２（この場合Ｌは遠心分離ドラムにおいて利用可能な分級表面の長さもしくは高さ、Ｄは遠心分離ドラムの内径）の湿式分級装置とともに用いられる。このような湿式分級装置はＤＥ１９９２５０８２Ａ１号公報に記載されている。この公報の開示を言及により本稿で紹介する。
【００２８】
更に、本発明は一体的な研磨装置を備えた湿式分級装置にとくによく適する。例えば、そのような湿式分級装置はＤＥ１９９１４０８９Ａ１号公報に記載されている。この公報の開示も、おなじく、言及により本稿で紹介する。
【００２９】
ここまでのしめくくりとして、本発明は、同時に分散装置としても形成されている湿式分級装置にとくによく適する。例えば、そのような湿式分級装置はＤＥ１９９１４０８６Ａ１号公報に記載されている。この公報の開示も、おなじく、 言及により本稿で紹介する。
【００３０】
以下、図面に関連して実例により本発明を詳細に説明する。図面のうち図１は、湿式分級装置の縦断面図である。図１では、軸体に設ける切断装置は示していない。図２は、切断装置を配置した軸体の拡大部分図である。図３は、切断装置の詳細を示した図２の一部分についての図である。図４は、図３のＡ-Ｂ線断面図である。
【００３１】
図１に示した遠心分離機の形態の湿式分級装置は、上部に蓋（１５）を備えた静止状のハウジング（１）を有する。静止状ハウジング（１）は、適当な振動減衰手段を介して支持枠に支持される。垂直軸を備えた遠心分離ドラムが、静止状ハウジング（１）内に配置され、垂直軸（８）により回転される。垂直軸（８）は、下方から、遠心分離ドラム（２）の内方へ延びる。垂直軸（８）には、前記軸（８）を支持するための上部メイン軸受（９）と下部第２軸受（１０）を含んだ支持ハウジング（１１）を被せている。支持ハウジング（１１）は、静止状ハウジング（１）へ固定しているプレート（１７）へ固定されている。前記軸（８）は、支持ハウジング（１１）と、プレート（１７）とを貫通して下方向に延び、適当なクラッチ手段（１８）を通り、直接駆動部を構成する電動モーター（１２）へ到る。前記軸（８）の速度は制御可能である。
【００３２】
遠心分離ドラム（２）は、分級すべき懸濁液のための適当な入口部（図示せず）を有する。この入口部は、例えば、チューブの形態をもたせておき、開放して いる遠心分離ドラム上部から入って下端部まで延ばし、その位置に、流出用開口を備える。分級された懸濁液は、排出チューブ（１６）により遠心分離ドラム （２）の上方端部から撤収される。遠心分離ドラム下端部の排出チューブ（１４）は、堆積物を撤収する役割を果たす。
【００３３】
図１から判る通り、遠心分離ドラムは、下部が円形のリング状に形成され、上部は円形状に形成されている。水平な隔壁（４）が遠心分離ドラム内部を、互いに積み重ねられ、堆積物の溜まる半径方向端部部分を持つ６つの分級チャンバー（３）に分割する。堆積物は、符号（１３）で概略的に示した清掃装置によって堆積物滞留部分から除去される。
【００３４】
ここで説明している遠心分離ドラム（２）は、可能な限りスリムに形成し、また、前記軸のメイン軸受（９）は、可能な限り中央に、即ち、遠心分離ドラムの重心の領域に配置する。これにより、メイン軸受（９）が遠心分離ドラムの相当深い位置に配置され、前記軸（８）におけるメイン軸受（９）の垂直方向の中心が、遠心分離ドラム（２）において利用可能な分級表面の長さもしくは高さ（Ｌ）の約４０％に相当する、遠心分離ドラムの内部下端からの測定での高さ（ｈ）の位置となしていることは、認識いただけるであろう。更にまた、遠心分離ドラ ムの痩身比Ｌ／Ｄ、即ち、遠心分離ドラムにおいて利用可能な分級表面の長さもしくは高さと、遠心分離ドラム内径との比率は、およそ１、２４という値である。なお当然ながら、前記の値は単に例示しただけである。この実施例によれば、互いに積み上げられた６つの分級チャンバー（３）が、遠心分離ドラム（２）となる。
【００３５】
前述したように、前記軸（８）のための上部メイン軸受（９）と下部第二軸受（１０）は支持ハウジング（１１）内部に配置される。この方法により、安定した支持ができる。軸（８）は、支持ハウジング（１１）から上方に突出し、直径 が小さくなった部分が終端となる。遠心分離ドラムの筒状内壁（５）における軸方向の延長部分に形成される遠心分離ドラムの中央ハブ（６）が、前記軸（８）の縮径終端部分に固定される。この固定は（符号７の部位で）摩擦接触により行われる。上端で前記ハブ（６）は蓋により閉じられる。
【００３６】
この湿式分級装置の操作については公知であり、ここではこれ以上詳細に述べる必要はない。ただし、入口部分と出口部分との大きな間隔、つまりは、短絡する流れの危険性の低減が、選択された高いスリム比の結果生じるのであり、これにより、究極的に、より良好な分離が得られるということが基本である。更に、高い遠心分離率（遠心分離は高速で操作可能である。）と、大きな分級表面とが、互いに積み重ねられた複数のチャンバーにより達成される。
【００３７】
当然ながら、これらの条件のために、相応に安定した極めて固い堆積物ケークが生み出されるので、清掃装置（１３）の操作性に関しての特に高い基準が設定されなければならない。これらの基準は、下記の清掃装置により実行される。
【００３８】
清掃装置（１３）は、上方から遠心分離ドラムへ突入し、ドラムの壁部に形成される堆積物ケークに入り込むステップ動作（約８０〜１２０°の角度の旋回動作）を行い、元の位置へ戻る軸体（２０）を有する。分散液を、切り込み段階のあいだだけでなく、軸体（２０）の後退段階の間にも遠心分離ドラムへ導入する。詳細は後述する。
【００３９】
図２は清掃装置（１３）の前記軸体（２０）の一部についての拡大図である。この軸部は適当なステップモーターによって駆動される。複数のスラット状の切断装置（２１、２２）を前記軸部の周囲に、一方が他方の上にくるよう配置する。すなわち、ふたつの隣接する切断装置（２１、２２）が互いに向かって傾斜し、その間に、軸体（２０）の移動方向に拡がる空間（２６）を形成し、さらに、隣接する端部部分に隙間（ｘ）を有している。スラット状切断装置（２１、２２）（ナイフ）は、表面全体に構造を持つ。すなわち、切断装置（２２）の符号 （２５）で概略的に示したような溝を備えている。
【００４０】
図３、図４は、切断装置（２１、２２）の正確な設計内容を示している。切断装置が、軸部の軸心と直角に交差する平面に対して１５〜４５°の角度（α／２）で配置されて傾斜していることを認識されよう。この実施例において、切断装置（２１、２２）の主要な平面は、軸体（２０）の軸心に対し直角に延びるが、ただし、軸体（２０）の軸心に対して斜めにも延び得るので、隙間（ｘ）と空間（２６）は、大きな直径にちかづくよう放射状の方向に伸張する。図４の水平方向断面図は、図３の下側の切断装置（２１）と、そのカッティングヘッド（２７）およびカッティングビーム（横桁）（２８）を示している。この切断装置は、外装を施したスチール製のフラットな形材から成る。
【００４１】
図２は、分散液（清掃用液）の為の供給用チャネル（２３）が軸体（２０）内部に形成され、軸心と平行に延びる様子を示している。ふたつのチャネル（２４ ）が、チャネル（２３）から、個々のスラット状切断装置（２１、２２）を通って延び、切断装置の前側表面（ヘッド部分）で開口する。
【００４２】
隣接する切断装置間に形成される隙間（ｘ）と、そこから発して拡がる空間（２６）は、調節可能である。
【００４３】
清掃装置は、ステップモーター（図示せず）が軸体（２０）を半時計回りに約８０〜１２０°動かして、チャンバー（３）内に形成されている堆積物ケークへ進入させるように作用する。この動作段階の間に、分散液がチャネル（２３）（２４）から供給され、切断装置のチップ（即ち、ヘッド）に設けたドラムチャンバーへ放出される。流れ出る分散液は、切断装置の傾斜構造によって、繰返し、堆積物ケークの方に押され、渦巻きとなる。これにより、これに対応する堆積物ケーク表面における洗浄プロセスが達成され、これ以上切断装置が直接堆積物ケークに接触する必要はなくなる。堆積物ケークは相当液化されるので、従って、材料を保護、保存するようなかたちで切断装置により剥がされる。軸部の後退 段階のあいだにも、分散液が供給されるので、堆積物ケークの良好で完全な除去が達成できる。

Claims (18)

1. 遠心分離機の形態の湿式分級装置であって、静止状の外側ハウジング（１）と、前記外側ハウジング（１）内に配置される遠心分離ドラム（２）と、前記遠心分離ドラムの壁部に堆積する堆積物のための清掃装置（１３）と、入口部と出口部（１４、１６）とを備えたものにおいて、
   清掃装置（１３）は、遠心分離ドラム（２）内で、旋回可能もしくは直線的に移動可能な軸体（２０）を含んでおり、この軸体の周部に少なくともふたつの、スラット状の切断装置（２１、２２）を配置しており、清掃装置には更に、遠心分離チャンバー（２）に分散液を導入するための装置を含んでおり、
   前記ふたつの切断装置（２１、２２）は、互いにそれぞれに向かって傾斜していて、その間に、前記軸体の移動方向にひろがる空間（２６）を形成しているとともに、隣接しあう端部部分に隙間（ｘ）を有している。
2. 請求項１に記載の湿式分級装置であって、分散液を導入する為の装置が、切断装置（２１、２２）のヘッドの領域でドラムチャンバーへ開口することを特徴とするもの。
3. 請求項１または２に記載の湿式分級装置であって、スラット状切断装置（２１、２２）が軸体の軸心に対して直角に交差する平面に対し、１５〜４５°の角度で配置されることを特徴とするもの。
4. 上記の請求項のうちいづれか一項に記載の湿式分級装置であって、隙間（ｘ）が、切断装置（２１、２２）の隣接する端部間で、調節可能であることを特徴とするもの。
5. 上記の請求項のうちいづれか一項に記載の湿式分級装置であって、隙間（ｘ）が、軸体（２０）から切断装置（２１、２２）のヘッド（２７）へ向かう方向に追加的に拡がることを特徴とするもの。
6. 上記の請求項のうちいづれか一項に記載の湿式分級装置であって、切断装置（２１、２２）もしくはそのヘッド（２７）が、構造を備えた表面（２５）を有することを特徴とするもの。
7. 上記の請求項のうちいづれか一項に記載の湿式分級装置であって、切断装置（２１、２２）が、脱着可能に軸体（２０）へ配置されることを特徴とするもの。
8. 上記の請求項のうちいづれか一項に記載の湿式分級装置であって、分散液を導入する為の装置が、軸体（２０）内に延びるチャネル（２３）を含んでおり、チャネル（２３）から、切断装置（２１、２２）から延びるチャネル（２４）が分岐することを特徴とするもの。
9. 上記の請求項のうちいづれか一項に記載の湿式分級装置であって、軸体（２０）が、堆積物に入るよう８０〜１２０°の旋回動作を行うことを特徴とするもの。
10. 上記の請求項のうちいづれか一項に記載の湿式分級装置であって、分散液を導入する為の装置が、軸体（２０）の切り込み段階のあいだ及び後退段階の間、分散液を導入することを特徴とするもの。
11. 上記の請求項のうちいづれか一項に記載の湿式分級装置であって、スラット状切断装置（２１、２２）が、高強度材料で覆われたフラットなスチール製形材から成ることを特徴とするもの。
12. 請求項２〜１１のうち一項に記載の湿式分級装置であって、分散液を導入する為の装置が、切断装置（２１、２２）の前側からドラムチャンバーへ開口することを特徴とするもの。
13. 上記の請求項のうちいづれか一項に記載の湿式分級装置であって、導入される分散液が加圧されることを特徴とするもの。
14. 上記の請求項のうちいづれか一項に記載の湿式分級装置であって、分散液が更なる機能、例えば、洗浄機能や、固体濃度調節機能などを有することを特徴とするもの。
15. 上記の請求項のうちいづれか一項に記載の湿式分級装置であって、遠心分離ドラム（２）が、仕切り（４）によって分割されるチャンバー（３）を有することを特徴とするもの。
16. 上記の請求項のうちいづれか一項に記載の湿式分級装置であって、遠心分離ドラム（２）のスリム比が、Ｌ／Ｄ>１、２であり、この場合、Ｌは遠心分離 ドラム（２）において利用可能な分級表面の長さもしくは高さを意味し、Ｄが遠心分離ドラム（２）の内径を意味することを特徴とするもの。
17. 上記の請求項のうちいづれか一項に記載の湿式分級装置であって、一体的な研磨装置を備えていることを特徴とするもの。
18. 上記の請求項のうちいづれか一項に記載の湿式分級装置であって、同時に分散装置としても形成されていることを特徴とするもの。