JP2008036692A - ロールコンパクター用押し込みスクリュー - Google Patents

Abstract

【課題】ホッパー内の造粒原料を安定に加圧成型用ロールへ押し出すことができると共に、良好な品質の成形品を製造可能なロールコンパクター用押し込みスクリューを提供する。
【解決手段】微粉状物とバインダーを混練した造粒原料を加圧成形するロールコンパクター１１のホッパー１２内に設けられ、しかもホッパー１２の下方に配置した対となる加圧成型用ロール１３、１４の軸方向に沿って複数本設置された押し込みスクリュー１０において、回転駆動軸１５の周囲に設けた螺旋状のスクリュー羽根１６には、回転駆動軸１５の基側から先側へかけて、造粒原料をホッパー１２の下方へ送る大傾斜角度の搬送羽根と、搬送羽根から搬送された造粒原料に含まれる気体を脱気するための中傾斜角度の圧密羽根と、圧密羽根から送られた造粒原料を加圧成型用ロール１３、１４に押し込む力を付与する小傾斜角度の押込羽根が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、微粉状物とバインダーを混練した造粒原料を加圧し成形するために使用するロールコンパクター用押し込みスクリューに関する。

従来、微粉状物とバインダーを混練した造粒原料を加圧し成形する装置として、ロールコンパクターが使用されている（例えば、特許文献１参照）。
このロールコンパクターは、ホッパー内に配置された押し込みスクリューにより、ホッパーの下方に対向配置した互いに逆回転する一対のロール（加圧成型用ロール）へ、ホッパー内の造粒原料を押し出す装置である。この押し込みスクリューの周囲には、螺旋状に設けられたスクリュー羽根が設けられており、しかも押し込みスクリューの基側から先側へかけて、造粒原料の押し込み面に対する傾斜角度が同一角度（即ち、スクリュー羽根の間隔が同一ピッチ）となっている。
これにより、ホッパー内の造粒原料は、押し込みスクリューによって対向するロール間の隙間へ押し出され、このロールで加圧成形される。

特開平５−６９１９８号公報

しかしながら、前記した構造の押し込みスクリューを使用した場合、造粒原料をロール間へ押し出す力が十分でなく、螺旋状に巻かれたスクリュー羽根間に造粒原料が滞留し易くなっていた。このため、スクリュー羽根間に造粒原料が付着し詰まり易くなる現象が発生し、その結果、造粒原料を安定にロール間へ送り続けることができなくなることから、スクリュー羽根の間に詰まった造粒原料を除去する作業を頻繁に行わなければならない問題があった。
更に、スクリュー羽根間に造粒原料が詰まることで、押し込みスクリューによる造粒原料のロールへの押圧力が更に小さくなり、その結果、成形品の強度低下を招き、品質が低下する恐れがあった。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、ホッパー内の造粒原料を安定に加圧成型用ロールへ押し出すことができると共に、良好な品質の成形品を製造可能なロールコンパクター用押し込みスクリューを提供することを目的とする。

本発明は上記課題を解決するためのものであり、その手段（１）は、微粉状物とバインダーを混練した造粒原料を加圧成形するロールコンパクターのホッパー内に設けられ、しかも該ホッパーの下方に配置した対となる加圧成型用ロールの軸方向に沿って複数本設置された押し込みスクリューにおいて、
回転駆動軸の周囲に設けた螺旋状のスクリュー羽根には、前記回転駆動軸の基側から先側へかけて、前記造粒原料を前記ホッパーの下方へ送る大傾斜角度の搬送羽根と、該搬送羽根から搬送された前記造粒原料に含まれる気体を脱気するための中傾斜角度の圧密羽根と、該圧密羽根から送られた前記造粒原料を前記加圧成型用ロールに押し込む力を付与する小傾斜角度の押込羽根が形成されている。

手段（２）は、手段（１）において、前記押込羽根の傾斜角度は、前記造粒原料の押し込み面に対して１０度以上１５度以下である。
手段（３）は、手段（２）において、前記圧密羽根の傾斜角度は、前記押込羽根の傾斜角度の１．５倍以上２．５倍以下である。
手段（４）は、手段（２）及び手段（３）のいずれか１において、前記搬送羽根の傾斜角度は、前記押込羽根の傾斜角度の２．５倍を超え３．５倍以下である。

手段（５）は、手段（１）〜手段（４）のいずれか１において、前記スクリュー羽根の傾斜角度は、前記搬送羽根、前記圧密羽根、及び前記押込羽根の各羽根内において同一角度であり、しかも隣り合う各羽根の接続部における傾斜角度を断続的（階段状）に変更している。

本発明に係るロールコンパクター用押し込みスクリューは、回転駆動軸の周囲に設けた螺旋状のスクリュー羽根に、大傾斜角度の搬送羽根と、中傾斜角度の圧密羽根と、小傾斜角度の押込羽根が形成されているので、それぞれ各羽根の機能を発揮して、ホッパー内の造粒原料に対し、加圧成型用ロール側へ送り出す力を十分に付与できる。
これにより、スクリュー羽根間への造粒原料の滞留を抑制し、造粒原料の付着を抑制できるので、造粒原料を安定に加圧成型用ロール間へ送り続けることができ、良好な品質の成形品を製造できる。また、スクリュー羽根間における造粒原料の除去作業の頻度を、従来よりも低減できるので作業性が良好である。

また、本発明に係るロールコンパクター用押し込みスクリューにおいて、スクリュー羽根の傾斜角度を搬送羽根、圧密羽根、押込羽根の各羽根内において同一角度とした場合、スクリュー羽根の取付け作業を簡単にできる。更に、隣り合う各羽根の接続部における傾斜角度を断続的に変更することで、傾斜角度を連続的に徐々に変化させた場合と比較して、押し込みスクリューの全長を短くできると共に、回転駆動軸の振れも小さくなるので好ましい。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここで、図１は本発明の一実施の形態に係るロールコンパクター用押し込みスクリューの部分正断面図、図２は同ロールコンパクター用押し込みスクリューの部分側断面図である。

図１、図２に示すように、本発明の一実施の形態に係るロールコンパクター用押し込みスクリュー（以下、単に押し込みスクリューともいう）１０は、微粉状物とバインダーを混練した造粒原料を加圧成形するロールコンパクター１１のホッパー１２内に設けられ、しかもホッパー１２の下方に配置した対となる加圧成型用ロール（以下、単にロールともいう）１３、１４の軸方向に沿って複数本（ここでは、４本）設置されたものであり、各回転駆動軸１５の周囲に、その基側から先側へかけて、造粒原料の押し込み面に対する傾斜角度を小さくしたスクリュー羽根１６が螺旋状に設けられている。以下、詳しく説明する。

使用する微粉状物は、例えば、粒径が０．５ｍｍ以下の微粉炭（粉状石炭）であり、バインダーは、コークス炉（図示しない）で発生したタールである。
なお、微粉状物とバインダーは、これに限定されるものではなく、微粉状物として、例えば、鉱石粉又は焼結鉱粉を使用することも、また、バインダーとして、例えば、澱粉（例えば、コーンスターチ）を使用することもできる。
この微粉状物とバインダーを混練して製造された造粒原料は、多数の微粉状物がバインダーによって結合された擬似造粒物の形態となっている。

ロールコンパクター１１のホッパー１２は、混練された造粒原料が供給されるものであり、図１に示すように、各加圧成型用ロール１３、１４の軸方向と直交する水平方向のホッパー１２の内幅は、下方へ向けて縮幅しており、図２に示すように、各ロール１３、１４の軸方向と同じ方向のホッパー１２の内幅は、上方から下方にかけて同一となっている。
このホッパー１２の上側には、ホッパー１２内に造粒原料を供給するための供給口１７が設けられ、下側には、造粒原料を加圧成型用ロール１３、１４間に向けて排出するためのテーパ状となった押出口１８が設けられている。

図１に示すように、ホッパー１２の対向する側壁部１９、２０の外側には、それぞれ衝撃付与手段２１が設けられており、ホッパー１２の傾斜した側壁部１９、２０に衝撃を付与することで、ホッパー１２の側壁部１９、２０の内面上に滞留する造粒原料を、下方へ落下させ易くしている。
ホッパー１２の押出口１８側には、対となる加圧成型用ロール１３、１４が、隙間を有して回転可能に対向配置されている。この各加圧成型用ロール１３、１４が、互いに逆回転することにより、押出口１８から排出された造粒原料を、隙間を介して下方へ押し出すことができる。なお、隙間の大きさは、製造する成形品の形状に応じて、適宜設定される。

ホッパー１２内には、対向配置されるロール１３、１４の隙間に沿って、その上方に複数本の押し込みスクリュー１０が設けられている。
この各押し込みスクリュー１０の回転駆動軸１５の上端部（基部）は、ホッパー１２の上方に取付けられ、駆動手段２２（駆動モータと減速機を有する）により回転可能になっている。これにより、各押し込みスクリュー１０は、例えば、５０〜１７０ｒｐｍ程度の回転数(回転速度)で回転できる。

スクリュー羽根１６には、回転駆動軸１５の基側から先側へかけて、造粒原料をホッパー１２の下方へ送る大傾斜角度の搬送羽根と、搬送羽根から搬送された造粒原料に含まれる気体を脱気するための中傾斜角度の圧密羽根と、圧密羽根から送られた造粒原料を加圧成型用ロール１３、１４に押し込む力を付与する小傾斜角度の押込羽根が順次形成されている。なお、この大傾斜角度の搬送羽根、中傾斜角度の圧密羽根、及び小傾斜角度の押込羽根が設けられた各領域が、それぞれ搬送領域、圧密領域、及び押込領域となる。

ここで、スクリュー羽根１６に、前記した搬送羽根、圧密羽根、及び押込羽根を設けた理由について説明する。
ホッパー１２内に装入された造粒原料を、３〜７トンの線圧が掛かっている加圧成型用ロール１３、１４に対して安定に押し込むためには、一定量の擬似造粒物をホッパー１２内上部からホッパー１２内下方に搬送し、この搬送した造粒原料を、ホッパー１２内下部から確実に押し出す必要がある。
そこで、ホッパー１２内の造粒原料を、加圧成型用ロール１３、１４の線圧に負けないように圧縮し、ホッパー１２内下部から押し出すために、押込羽根を設けた。

しかし、ホッパー１２内から押し出される造粒原料は、多量の気体を含有している。
このように、気体を多く含んだ状態の造粒原料を押込羽根に搬送すると、加圧成型用ロール１３、１４での造粒原料の噛み込みが悪くなり、圧縮した圧縮造粒原料を安定にホッパー１２内下部から押し出すことができなくなる。また、噛み込まれた造粒原料には、気体が閉じ込められた状態のものが多くなるため、この造粒原料を加圧成型用ロール１３、１４が噛み込むと、気体が存在する部分では造粒原料を充分に成形できず、品質（硬さ）が悪くなる問題が生じる。
このため、押込羽根と搬送羽根の間に圧密羽根を設けることにより、造粒原料中の気体を押し出している。

次に、スクリュー羽根１６を構成する前記した搬送羽根、圧密羽根、及び押込羽根の造粒原料の押し込み面に対する傾斜角度、即ち、押し込みスクリュー１０（回転駆動軸１５）の軸心に直交する面に対する傾斜角度θ１〜θ３について説明する。
まず、押込羽根の傾斜角度θ１は、１０度以上１５度以下とすることが好ましい。このように、押込羽根の傾斜角度θ１を、上記した範囲内に設定することで、造粒原料に対してこの造粒原料をロール１３、１４の隙間に押し込む力を十分に付与できる。
また、圧密羽根の傾斜角度θ２は、押込羽根の傾斜角度θ１の１．５倍以上２．５倍以下（更に好ましくは、下限を１．７倍、上限を２．３倍）とすることが好ましい。このように、圧密羽根の傾斜角度θ２を、上記した範囲内に設定することで、造粒原料中の空隙が減少し、造粒原料の密度が上昇して、より強度の高い成形炭を製造できる。

そして、搬送羽根の傾斜角度θ３は、圧密羽根の傾斜角度θ２より大きく、押込羽根の傾斜角度θ１の２．５倍を超え３．５倍以下（更に好ましくは、下限を２．７倍以上、上限を３．３倍）とすることが好ましい。このように、搬送羽根の傾斜角度θ３を、上記した範囲内に設定することで、ホッパー１２内に供給され自重で落下する造粒原料を、安定に下方へ荷下がりさせることができる。
このように、各押し込みスクリュー１０の回転駆動軸１５の周囲に設けられた螺旋状のスクリュー羽根１６は、回転駆動軸１５の基側から先側へかけて、その傾斜角度が小さくなっている。

なお、ここでは、全ての押し込みスクリューのスクリュー羽根の構造を同一にしているが、上記した条件を満足すれば、各押し込みスクリューごとに、スクリュー羽根の傾斜角度をそれぞれ変えてもよい。この場合、スクリュー羽根の条件に応じて、各押し込みスクリューの全長を変えることもできる。
また、スクリュー羽根の半径方向の幅（回転駆動軸１５の外周面から半径方向外側への突出幅）は、押し込みスクリューの基側から先側へかけて同一幅となっているが、押し込みスクリューによる押し込み力を更に高めるため、例えば、押し込みスクリューの先側へかけて大きくしてもよい。

そして、スクリュー羽根の傾斜角度は、搬送羽根、圧密羽根、及び押込羽根の各羽根内において同一角度とすることが好ましい。このように、スクリュー羽根の傾斜角度を、各羽根内で同一角度とした場合、例えば、押込羽根と圧密羽根の各傾斜角度が１１度と２２度（２倍）のとき、この隣り合う羽根の接続部における傾斜角度を、１１度から２２度に断続的（急激）に変更し、接続部分を溶接で接合する。
なお、スクリュー羽根の傾斜角度は、前記した隣り合う羽根の間で、連続的に徐々に変化させてもよい。

各領域を平面視したときのスクリュー羽根の形成範囲は、スクリュー軸を中心として１周又はｎ周（ｎは２以上の整数）とすることが好ましい。これにより、スクリュー羽根の重量を、押し込みスクリューの軸心を中心として均等にできるので、押し込みスクリューの回転の際に、押し込みスクリューの軸心の振れを抑制できる。
また、隣り合う押し込みスクリューは、スクリュー羽根の配置が左右対称となるように、ホッパー内に取付けることが好ましい。

そして、各押し込みスクリューの回転方向は、同一方向でもよく、また両側に配置される押し込みスクリューの回転方向と、内側に配置される押し込みスクリューの回転方向とを、逆方向にしてもよい。このとき、回転方向を同じにした押し込みスクリューの回転速度は、同期させるとよい。
なお、各押し込みスクリューは、造粒原料がホッパーの下方へ流れる方向に回転させる。
更に、両側に配置されるスクリュー羽根の回転速度を、内側に配置されるスクリュー羽根の回転速度より、速くしてもよい。

また、図１、図２の実線で示すように、ホッパー１２の下部（ここで、圧密羽根の上端位置からホッパー１２の下端位置まで）の内幅が、下方へ向けて同一幅の場合は、この部分での造粒原料の堆積は起こらず、造粒原料の落下がスムーズに行われる。
しかし、図２の二点差線（仮想線）で示すように、ホッパー１２の幅方向両側（即ち、側壁）の下部のうち、押込羽根の下端位置から下方へかけての内幅が、徐々に狭くなる（テーパ状となった）場合は、この部分へ造粒原料が堆積し易くなる。この場合は、堆積した造粒原料を、ホッパー１２の下方へ掻き落とすための撹拌羽根２３〜２５を、ホッパー１２の幅方向両側に配置される各押し込みスクリュー１０の先部周囲に、それぞれ設けるとよい。

この各撹拌羽根２３〜２５は、棒状（ここでは、断面円形）のもので構成されており、押し込みスクリュー１０の高さ方向に複数段（ここでは、３段）設けられている。なお、各撹拌羽根２３〜２５は、各高さ毎に１本ずつ（複数本でもよい）設けられ、しかもその配置位置は、平面視して押し込みスクリュー１０の軸心を中心として、周方向に９０度ピッチ（等ピッチでもよい）で設けられている。
この各撹拌羽根２３〜２５の押し込みスクリュー１０の軸心を中心とした外側への突出長さは、押し込みスクリュー１０の先側へかけて短くなっている。
また、押し込みスクリューの基側であって、スクリュー羽根の上方には、必要に応じて掻き取り羽根を設けてもよい。これにより、ホッパー内へ供給された造粒原料を、ホッパー内に均等に分散できる。

このように構成することで、供給口１７を介してホッパー１２内へ供給された造粒原料は、押し込みスクリュー１０の回転により、まず搬送羽根によってホッパー１２の下方側へ送られ、圧密羽根によって造粒原料中の空隙が除去された後、押込羽根によって押出口１８を介して対向配置された加圧成型用ロール１３、１４の隙間に押し込まれる。
このように、造粒原料が、加圧成型用ロール１３、１４の隙間に安定に押し込まれることで、薄板状の成形品が製造される。

次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について、押し込みスクリューの日ごとの平均電流値を測定した結果を用いて説明する。なお、各押し込みスクリューの回転数は８０ｒｐｍに設定している。
ここで、使用した押し込みスクリューは、実施例と比較例のいずれについても、図１、図２に示すように、加圧成型用ロールの長手方向に沿って４本配置した。

ここで、実施例で使用した押し込みスクリューは、図１、図２に示すものであり、回転駆動軸の基側から先側へかけて、搬送羽根、圧密羽根、及び押込羽根が形成されたものである。なお、押込羽根の傾斜角度は、１１度であり、圧密羽根と搬送羽根の傾斜角度は、それぞれ押込羽根の傾斜角度の２倍、３倍となっている。
一方、比較例で使用した押し込みスクリューは、回転駆動軸の基側から先側へかけて、スクリュー羽根の傾斜角度を１１度に設定したものである。

実施例の１ヶ月の平均電流値が４２Ａであって、比較例の１ヶ月の平均電流値が３３Ａで、実施例が比較例の１．３倍程度と大きく、造粒原料を加圧成型用ロールへ押し付けるための力が大きくかかっていることを確認できた。
これにより、ホッパー内の造粒原料が、ホッパーの下方に安定に搬送されながら加圧成型用ロールへ押し付けられ、強度の高い成形品を製造できることを確認できた。

以上、本発明を、一実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明のロールコンパクター用押し込みスクリューを構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。

本発明の一実施の形態に係るロールコンパクター用押し込みスクリューの部分正断面図である。 同ロールコンパクター用押し込みスクリューの部分側断面図である。

符号の説明

１０：ロールコンパクター用押し込みスクリュー、１１：ロールコンパクター、１２：ホッパー、１３、１４：加圧成型用ロール、１５：回転駆動軸、１６：スクリュー羽根、１７：供給口、１８：押出口、１９、２０：側壁部、２１：衝撃付与手段、２２：駆動手段、２３〜２５：撹拌羽根

Claims (5)

1. 微粉状物とバインダーを混練した造粒原料を加圧成形するロールコンパクターのホッパー内に設けられ、しかも該ホッパーの下方に配置した対となる加圧成型用ロールの軸方向に沿って複数本設置された押し込みスクリューにおいて、
   回転駆動軸の周囲に設けた螺旋状のスクリュー羽根には、前記回転駆動軸の基側から先側へかけて、前記造粒原料を前記ホッパーの下方へ送る大傾斜角度の搬送羽根と、該搬送羽根から搬送された前記造粒原料に含まれる気体を脱気するための中傾斜角度の圧密羽根と、該圧密羽根から送られた前記造粒原料を前記加圧成型用ロールに押し込む力を付与する小傾斜角度の押込羽根が形成されていることを特徴とするロールコンパクター用押し込みスクリュー。
2. 請求項１記載のロールコンパクター用押し込みスクリューにおいて、前記押込羽根の傾斜角度は、前記造粒原料の押し込み面に対して１０度以上１５度以下であることを特徴とするロールコンパクター用押し込みスクリュー。
3. 請求項２記載のロールコンパクター用押し込みスクリューにおいて、前記圧密羽根の傾斜角度は、前記押込羽根の傾斜角度の１．５倍以上２．５倍以下であることを特徴とするロールコンパクター用押し込みスクリュー。
4. 請求項２及び３のいずれか１項に記載のロールコンパクター用押し込みスクリューにおいて、前記搬送羽根の傾斜角度は、前記押込羽根の傾斜角度の２．５倍を超え３．５倍以下であることを特徴とするロールコンパクター用押し込みスクリュー。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のロールコンパクター用押し込みスクリューにおいて、前記スクリュー羽根の傾斜角度は、前記搬送羽根、前記圧密羽根、及び前記押込羽根の各羽根内において同一角度であり、しかも隣り合う各羽根の接続部における傾斜角度を断続的に変更していることを特徴とするロールコンパクター用押し込みスクリュー。

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