JP2008178835A - 竪型粉砕機の制御方法及び制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 運転中に生じる異常振動を効果的に防止できる竪型粉砕機の制御方法と、その制御方法に用いるに好適な制御装置を提供する。
【解決手段】 予め、竪型粉砕機１の運転中に、原料中の水分量を検出しながら、振動値を測定し、振動値が竪型粉砕機１の許容範囲を超えない範囲の水分量を、境界水分量として記録する。竪型粉砕機１の制御運転中においては、竪型粉砕機内に投入する原料の水分量を測定し、検出した水分量が予め記憶した境界水分量の範囲から逸脱した場合に、回転テーブルの回転数を減速することによって、異常振動を防止することができる。本発明は、原料を粉砕する際に生じやすい竪型粉砕機の異常振動を、原料の水分量から予測し、テーブル回転数を調整することにより異常振動を抑制するものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、主に石炭、オイルコークス、石灰石、スラグ、クリンカ、セメント原料、又化学品等を原料として粉砕する竪型粉砕機の制御方法及び制御装置に係り、特に、竪型粉砕機で原料を微粉砕する際に生じやすい異常振動を防止又は抑制するに好適な竪型粉砕機の制御方法及び制御装置に関する。

従来から、石炭やオイルコークス等を粉砕する粉砕機として竪型粉砕機（竪型ミル、或いは竪型ローラミルと称されることもある）と呼ばれる粉砕機が広く用いられている。竪型粉砕機としては，特許文献１に開示されるような従来技術が公知である。

特開平５−１０４０１２号公報

特許文献１に示される竪型粉砕機は、粉砕機の下部から吹き込んだ気流によって、粉砕した原料を搬送し上昇させるとともに、竪型粉砕機内の上部に配した分級機構によって、気流により搬送された原料の中から微粉のみを選抜して、機外に取り出すタイプの竪型粉砕機であって、一般的にエアスエプト式と呼ばれる型式の竪型粉砕機である。
なお、竪型粉砕機の他のタイプには、内部に分級機構を備えていないものもあり、従来技術として周知である。

以下、特許文献１に開示されたエアスエプト式の竪型粉砕機の構造等について簡略に説明する。特許文献１に開示された竪型粉砕機は、回転テーブルの上方に、分級機構として複数毎の回転羽根を有した回転セパレータを備えており、該回転セパレータの中心軸を上下に貫通するようにして原料投入シュートが配されている。そして、原料投入シュートを介し、原料投入口から回転テーブル上に原料を投入する（供給と称することもある）ことができるよう構成されている。

原料投入シュートによって回転テーブルの上方から、回転テーブル中央部に供給された原料は、回転テーブル上で渦巻き状の軌跡を描きながら、回転テーブルの外周部に向かって移動する。回転テーブルの外周縁部にはダムリングが設けられ、回転テーブル上で所要の原料厚みを保持するように構成されているので、回転テーブルの外周部に移動した原料は、ダムリングでせき止められ、回転テーブルと粉砕ローラに噛み込まれ粉砕される。

なお、回転テーブルと粉砕ローラに噛み込まれて粉砕された原料の一部は、回転テーブルの外縁部に周設されたダムリングを乗り越え、回転テーブル上面の外周部とケーシングとの隙間である環状通路（環状空間部と称することもある）へと向かう。

竪型粉砕機の運転中には、粉砕機下部に設けられたガス導入口より、エキゾーストファン等の送風機により、竪型粉砕機内にガスを導入しており、回転セパレータ部を介して、粉砕機上方に設けた取出口から機外に排出している。その結果、竪型粉砕機のケーシング内で、該回転テーブル下方から回転セパレータ上方に向かうガスの気流が生じている。
従って、該ダムリングを乗り越えて環状通路に達した原料の一部は、前記ガスの気流により吹き上げられて、ケーシング内を上昇する。

ケーシング内において上昇する気流は、回転セパレータの影響を受けて、旋回しながら上昇する気流となっている。そのため、気流により吹き上げられた原料の中で、径が大きく重量の大きな原料は、その重量のためにケーシング下方に落下する、或いは、気流による旋回により原料自身に発生する遠心力によって気流から逸脱してケーシング下方に落下する等し、回転セパレータを通過することができない。回転セパレータを通過できず、落下した原料は、再度粉砕ローラに噛み込まれて粉砕される。なお、径の小さな原料は、羽根の間を抜けて回転セパレータを通過し、上部取出口より取出される。

環状通路に達した原料の中で特に粒径の大きな原料は、環状通路より回転テーブル下方に落下して下部取出口より竪型粉砕機１の外に取り出された後、バケットエレベータ等の搬送機を介して、型粉砕機の原料投入口から再度投入されて、粉砕される。

なお、前述した竪型粉砕機で問題となりやすいのは、竪型粉砕機の異常振動である。特許文献１には、竪型粉砕機の運転中に原料層厚の時間的変化を監視し、予め設定した時間幅で原料層厚が単調減少したとき等において、回転テーブル上の原料層厚を改善して振動を回避するために、回転テーブルの回転速度を調整して異常振動を防止する竪型粉砕機の制御方法が開示されている。

前記した従来技術に従い、回転テーブル上の原料層厚を調整することより振動を回避できる場合も多いが、竪型粉砕機の運転中においては、回転テーブル上の原料層厚がほとんど変化しないにもかかわらず、異常振動が発生する場合がある。
この原因については、従来、明確になっておらず、対処的に運転条件を変化させて振動を回避するしかなく、このような場合においても、振動を効果的に防止できる竪型粉砕機の制御方法並びに制御装置が求められていた。

本発明は、以上のような要求に鑑みてなされたものであり、竪型粉砕機の異常振動を防止するに好適な竪型粉砕機の制御方法並びに制御装置に関する。

上記の目的を達成するため、本発明による竪型粉砕機の制御方法は、
（１） 複数個の回転自在な粉砕ローラを備えて回転テーブル上に供給した原料を、回転テーブルと粉砕ローラとの間で粉砕する竪型粉砕機の制御方法において、竪型粉砕機の制御運転中に、該竪型粉砕機内に投入する原料の水分量を測定し、該水分量が予め記憶した境界水分量の範囲から逸脱した場合に、回転テーブルの回転数を減速する。

（２） （１）に記載の竪型粉砕機の制御方法において、予め運転中に、竪型粉砕機内に投入する原料の水分量を検出しながら、竪型粉砕機の振動値を測定して、該振動値が竪型粉砕機の許容範囲を超えない原料水分量を境界水分量の範囲として記録する。

（３） （１）に記載の制御方法を行う竪型粉砕機の制御装置であって、前記竪型粉砕機内に投入する原料の水分量を検出するための水分計を有して、該水分計からの信号を演算して原料の水分量を検出する演算機、境界水分量の範囲を記憶した記憶機、及び該演算機で検出した水分量と境界水分量の範囲を比較して、該測定した水分量が境界水分量の範囲を逸脱した場合に、回転テーブルの回転数を減速する指令を発信する制御装置とを備える。

本発明によれば、竪型粉砕機の異常振動を、竪型粉砕機内に投入する原料の水分量から予測できるので、異常振動が生じる前に竪型粉砕機の回転テーブル回転速度を減速して異常振動を抑制することができる。

以下、図面に基づき本発明の好ましい実施形態の例について詳細に説明する。
図１は本実施形態に係り竪型粉砕機の概略の構造を説明するための説明図である。図２は本実施形態に係り竪型粉砕機を用いた粉砕システムを概念的に説明する図である。図３は原料の水分量と動摩擦係数の関係を表すグラフ、図４は回転テーブルの速度と動摩擦係数の関係を表すグラフ、図５は振動数比と振動増幅係数の関係を表すグラフである。

以下、本発明の実施形態に係る竪型粉砕機１の好ましい構成について説明する。
本実施形態に用いた竪型粉砕機１は、図１に示すように竪型粉砕機１の外郭を形成するケーシング１Ｂ、回転テーブル２、回転テーブル２の上面（回転テーブル上面２Ａと称することもある）外周部を円周方向に等分する位置に配設した複数個のコニカル型の粉砕ローラ３、竪型粉砕機１の下部に設置された減速機２Ｂ、減速機２Ｂを介して回転テーブル２を駆動する可変速式の電動機２Ｍ、及び電動機２Ｍの回転数を制御する制御盤５０、を備えている。

粉砕ローラ３は、軸７により下部ケーシングに回動自在に軸着した上部アーム６と、該上部アーム６と一体に形成した下部アーム６Ａとを介して油圧シリンダ８のピストンロッド９に連結されており、該油圧シリンダ８の作動によって回転テーブル上面２Ａの方向に押圧されて、回転テーブル上面２Ａに原料を介して従動することによって回転する。

前記ケーシング１Ｂの回転テーブル上面２Ａの中央上部には、セパレータ１４と、原料投入口３５が設けられており、また、セパレータ１４の中心軸を上下に貫通するようにして原料投入シュート１３が配されて、原料投入シュート１３を介して原料投入口３５から回転テーブル上面２Ａに原料を投入する（供給と称することもある）ことができるよう構成されている。また、セパレータ１４は、セパレータ１４の回転軸を中心として上方に拡径する逆円錐台状に一定間隔の隙間をあけて並べられた複数枚の羽根１４Ａを備えて、図示しない駆動装置により自在に回転できる構成となっている。

原料投入シュート１３から投入した原料は、回転テーブル上面２Ａを渦巻き状の軌跡を描きながら回転テーブル上面２Ａの外周部に移動して、回転テーブル上面２Ａと粉砕ローラ３に噛み込まれ粉砕される。そして、回転テーブル上面２Ａと粉砕ローラ３に噛み込まれて粉砕された原料の一部は、回転テーブル上面２Ａの外縁部に周設されたダムリング１５を乗り越え、回転テーブル上面２Ａの外周部とケーシングとの隙間である環状通路３０（環状空間部３０と称することもある）へと向かう。ここで、ケーシング１Ｂの回転テーブル２の下方には、ガスを導入するためのガス導入口３３を設けており、さらに回転テーブル上方には該ガスとともに粉砕した原料を取り出すための上部取出口３９を設けている。

竪型粉砕機１の運転中において、該ガス導入口３３よりガス（本実施形態においては空気）を導入することによって、前記ケーシング１Ｂ内において該回転テーブル下方からセパレータ１４を通過して上部取出口３９へと流れるガスの気流が生じている。

竪型粉砕機１内に投入した原料と、回転テーブル２と粉砕ローラ３に粉砕されてダムリング１５を乗り越えた原料の一部は、前記ガスにより吹き上げられてケーシング内を上昇し、回転セパレータ１４に達する。
ここで、径の大きく重量の大きな原料はセパレータ１４の羽根１４Ａを通過することができずセパレータ１４の下方に落下して再度粉砕ローラ３に噛み込まれて粉砕されるとともに、径の小さな原料は、隙間をあけて並べられた羽根１４Ａの間を抜けてセパレータ１４を通過し、上部取出口３９より取り出される。

また、粉砕ローラ３に噛み込まれずそのまま環状通路に達したような一部の極大な粒径の原料は、環状通路３０より回転テーブル下方に落下して下部取出口３４より竪型粉砕機１の外に取り出される。

なお、本実施形態に用いることのできる竪型粉砕機１の型式は、前述したものに限らないことは勿論であって、例えば、粉砕ローラ３の形状がスフェリカル形状のタイヤ型の竪型粉砕機１であっても良い。また、要求される製品の粒度に応じて、セパレータ１４は固定タイプのものであっても良い。或いはセパレータを有しないタイプのものでも良い。

ここで、本実施形態においては、竪型粉砕機１内を流れる原料の水分量を図るための水分計として水分センサＳ１、及び、竪型粉砕機１の振動値を測定するための振動センサＳ２を備えている。

次ぎに、竪型粉砕機１に備えた制御盤５０について簡略に説明する。
図１に示した実施形態において、制御盤５０は、水分センサＳ１からの信号を演算して、原料の水分量を検出する演算機５０Ｂを備えている。
また、図１に示した実施形態においては、予め運転中に、演算機５０Ｂから送信される水分量と振動センサＳ２より送信される振動値が入力されて、該振動値が竪型粉砕機の許容範囲内にある水分量を、境界水分量の範囲として記録する記憶機５０Ｃを備えている。

本実施形態による制御方法によって、竪型粉砕機１を制御中（制御運転中）には、演算機５０Ｂで検出した水分量と、記憶機５０Ｃに記憶した境界水分量の範囲を比較して、該検出した水分量が、予め記憶した境界水分量の範囲を逸脱した際に、電動機２Ｍに、回転数を減速するための信号を発信する制御装置５０Ａを備えている。
なお、図１に示す実施形態において、電動機２Ｍは、可変速式であり、減速機２Ｂを介して回転テーブル２に連結されている。従って、電動機２Ｍは、制御盤５０の制御装置５０Ａよりから送信される信号によって、その回転速度を自在に変化させて、回転テーブル２の回転速度を自在に変化させることができる。

次に本実施形態に係る粉砕システムの好ましい１例ついて図２を参考に説明する。
図２に示した粉砕システムは、竪型粉砕機１、原料ホッパ２０、バケットエレベータ２５、原料ホッパ２１、エキゾーストファン８９等を備えている。
原料ホッパ２０に蓄えられた原料は、バケットエレベータ２５並びに原料ホッパ２１等を介して竪型粉砕機１に投入されて粉砕される。竪型粉砕機１内で粉砕された原料は、エキゾーストファン８９によるガスの気流により、竪型粉砕機１内を上方に移動して製品取出口３９から機外に取り出される。また、竪型粉砕機１の中に投入された原料の中で、製品取出口３９から機外に取り出されなかった一部の原料については、下部取出口３４から機外に取り出されて、バケットエレベータ２５並びに原料ホッパ２１等を介して竪型粉砕機１に再度投入されて粉砕される。

以下、本発明による竪型粉砕機の制御方法について、従来技術と異なる部分を中心として、第１の実施形態を説明する。
なお、第１実施形態に用いた竪型粉砕機１は、粉砕ローラの個数が３個であって、テーブル回転数は７３ＲＰＭであり、粉砕ローラ中心直径Ｄは０．４ｍであり、テーブル直径Ｔは０．６４ｍである。

原料投入シュート１３によって、回転テーブル中央部に供給された原料は、回転テーブル２の外周部に向かって移動し、回転テーブル２と粉砕ローラ３に噛み込まれ粉砕される。

回転テーブル２と粉砕ローラ３に噛み込まれて粉砕された原料の一部は、回転テーブルの外縁部に周設されたダムリング１５を乗り越え、回転テーブル２Ａ上面の外周部とケーシング１Ｂとの隙間である環状通路３０へと向かう。

竪型粉砕機１の運転中には、粉砕機下部に設けられたガス導入口３３より、エキゾーストファン８９によって、機内にガスを導入しており、回転セパレータ部を介して、粉砕機上方に設けた取出口から機外に排出している。その結果、竪型粉砕機１のケーシング１Ｂ内で、回転テーブル２下方から回転セパレータ１４上方に向かうガスの気流が生じている。従って、ダムリング１５を乗り越えて環状通路３０に達した原料の一部は、前記ガスの気流により吹き上げられて、ケーシング１Ｂ内を上昇する。

ケーシング１Ｂ内において上昇する気流は、回転セパレータ１４の影響を受けて、旋回しながら上昇する気流となっている。そのため、気流により吹き上げられた原料の中で、径が大きく重量の大きな原料は、その重量のためにケーシング１Ｂ下方に落下する、或いは、気流による旋回により原料自身に発生する遠心力によって気流から逸脱してケーシング１Ｂ下方に落下する等し、回転セパレータ１４を通過することができない。

回転セパレータ１４を通過できず、落下した原料は、竪型粉砕機内で循環して、再度、粉砕ローラ３に噛み込まれて粉砕される。或いは、環状通路より回転テーブル下方に落下して下部取出口より竪型粉砕機１の外に取り出された後、バケットエレベータ等の搬送機を介して、型粉砕機の原料投入口から再度投入されて、粉砕される。なお、径の小さな原料は、羽根の間を抜けて回転セパレータを通過し、上部取出口より取り出される。

以下、竪型粉砕機１の制御方法について説明する。
まず、本発明による竪型粉砕機の第１実施形態においては、予め運転中に、水分センサ１により竪型粉砕機１内に投入する原料の水分量を検出しながら、振動センサＳ２により竪型粉砕機１の振動値を測定して、該振動値が竪型粉砕機の許容範囲を超えない範囲の水分量を境界水分量の範囲として、記憶機５０Ｃ記録しておく。
言い換えると、本発明による第１の実施形態においては、まず、異常振動が発生しない水分量を境界水分量として記憶機５０Ｃに記憶する必要がある。
なお、この境界水分量については、制御運転前に実際に測定しておき、制御運転の前に設定値として制御盤５０に入力し、記憶機５０Ｃに記憶させても良い。

次ぎに、竪型粉砕機１の制御運転中においては、水分センサＳ１で竪型粉砕機１内に投入する原料の水分量を検出しながら、記憶している境界水分量と比較する。
そして、竪型粉砕機１の制御運転中においては、演算機５０Ｂ検出した水分量が、前記記憶している境界水分量の範囲を逸脱して、大きくなる、或いは小さくなった際に、制御装置５０Ａから、電動機２Ｍに回転数低下の信号を発信して、回転テーブル２の回転数を低下させて、異常振動の発生を防止する。

図３に原料の水分量と摩擦係数の関係を示すが、原料の中の水分量が適正な範囲を逸脱すると一挙に摩擦係数（粉砕ローラと原料との間の動摩擦係数）が低下し、その結果、粉砕部ですべりなどが生じて、竪型粉砕機１の振動を誘発する原因となっている。図４に回転テーブルの回転速度と動摩擦係数（粉砕ローラと原料との間の動摩擦係数）の関係を示すが、テーブル回転速度を低下させることによって、摩擦係数は上昇する。

このような理由から、竪型粉砕機１の制御運転中においては、原料の中に含まれる水分量を測定して、該水分量が、予め記憶した境界水分量を逸脱した場合に、回転テーブル２の回転速度を低下させて、粉砕ローラ３と原料の動摩擦係数を回復することは、振動の防止に有効である。

ところで、摩擦係数と竪型粉砕機振動の関係は、摩擦係数が低下した際に振動、特に自励振動の起点となる。

また、竪型粉砕機に発生する振動は摩擦係数の他に下記のように考えることもできる。

なお、加振力をバネ定数で割ったものを変位量（Ａ）とする。

振動増幅係数は図５に示したように加振振動数（ω）と粉砕層の振動数（ω０）の比率により変化することが分かる。
通常は、図５においてω／ω０が１．０以下（＝共振点以下）で運転されているので、粉砕層の振動数（ω０）を変えずに（製品の粒度に比例し同粒度は変更できないため）加振振動数（ω）を低下させることにより振動増幅係数を低下させることができる。

加振振動数（ω）は粉砕ローラの回転数に比例するため同調するテーブル回転数を変更することにより加振振動数を低減できる。この結果、分母、分子ω/ω０の内分子を低下させれば振動増幅係数は減少するので、竪型粉砕機振動が抑制できる。

以上、説明したように、振動を抑制または抑止する方法として、摩擦係数の確保法と加振振動数の制御法がある。この２方法に共通するものは、回転テーブル２の回転数であり、原料性状に合わせて都度適正な回転数に設定することにより竪型粉砕機１の能力を最大限に引き出すことができる。

即ち、竪型粉砕機１に投入する原料の水分量が、振動を生じない適正な範囲から外れ逸脱した場合に、回転テーブル２のテーブル回転数を任意に低下させ、加振振動数を低下し、振動増幅係数を減少させれば、振動要因を排除することができる。

本発明に係る竪型粉砕機の実施形態を示す要部縦断面図である。 本実施形態に係る竪型粉砕機を用いた粉砕システムを概念的に説明する図である。 原料の中に含まれる水分量と動摩擦係数の関係を表すグラフである。 回転テーブルの速度と動摩擦係数の関係を表すグラフである。 振動数比と振動増幅係数の関係を表すグラフである。

符号の説明

１ 竪型粉砕機
２ 回転テーブル
３ 粉砕ローラ
１３ 原料投入シュート
１４ 回転セパレータ
１５ ダムリング
１Ｂ ケーシング
２０ 原料ホッパ（新規原料供給用）
２１ 原料ホッパ
２５ バケットエレベータ
３０ 環状通路
３３ ガス導入口
８９ エキゾーストファン（送風機）
３４ 下部取出口
３５ 原料投入口
３９ 製品取出口（上部取出口）
５０ 制御盤
５０Ａ 制御装置
５０Ｂ 演算機
５０Ｃ 記憶機
Ｓ１ 水分センサ
Ｓ２ 振動センサ

Claims (3)

1. 複数個の回転自在な粉砕ローラを備えて回転テーブル上に供給した原料を、回転テーブルと粉砕ローラとの間で粉砕する竪型粉砕機の制御方法において、
   竪型粉砕機の制御運転中に、該竪型粉砕機内に投入する原料の水分量を測定し、該水分量が予め記憶した境界水分量の範囲から逸脱した場合に、回転テーブルの回転数を減速する竪型粉砕機の制御方法。
2. 予め運転中に、竪型粉砕機内に投入する原料の水分量を検出しながら、竪型粉砕機の振動値を測定して、該振動値が竪型粉砕機の許容範囲を超えない原料水分量を境界水分量の範囲として記録する請求項１に記載の竪型粉砕機の制御方法。
3. 前記竪型粉砕機内に投入する原料の水分量を検出するための水分計を有して、
   該水分計からの信号を演算して原料の水分量を検出する演算機、境界水分量の範囲を記憶した記憶機、及び該演算機で検出した水分量と境界水分量の範囲を比較して、該測定した水分量が境界水分量の範囲を逸脱した場合に、回転テーブルの回転数を減速する指令を発信する制御装置とを備えて、請求項１に記載の竪型粉砕機の制御方法を行う竪型粉砕機の制御装置。

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