JP2009028660A - 竪型粉砕機の運転方法 - Google Patents

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泰文 中尾
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Abstract

【課題】 固定分級羽根と回転分級羽根を順次通過させて製品として取り出すエアスエプト式の竪型粉砕機の運転方法において、ガスの流量を増やすと、製品中に粗い粒子の混入が発生して品質に悪影響を与えるという竪型粉砕機の問題を、効率的に防止する。
【解決手段】 回転分級羽根の回転方向側にガスが流れるように該固定分級羽根を傾斜させるとともに、該固定分級羽根を通過するガス速度(Vg)を、回転分級羽根の回転周速度(Vr)よりも小さくして、10m/s〜16m/sまでの範囲とする。
本発明は、前述の構成により、固定分級羽根を通過後の原料が、回転分級羽根に強く吹き付けられて分級を阻害するという問題を生じることがなく、さらに、回転分級羽根に回転する力を与えることができるので、回転分級羽根の回転に要する消費動力を低減させることが可能である。
【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好適な竪型粉砕機の運転方法に関する。
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おり、特許文献1等に開示されるような従来技術が公知である。
特開2003−268394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で、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。
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、分級機構として略環状に並んだ複数毎の固定分級羽根と、複数毎の回転羽根を有した回転セパレータを備え、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。
なお、原料投入方式は、上述の型式に限らず、竪型粉砕機ケーシング側面から回転テーブル中央に向かって延びる投入シュートによって、回転テーブル上に原料を投入する方式も一般的である。
原料投入シュートによって、回転テーブル中央付近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等を受けて、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、固定分級羽根に到達することができない、或いは固定分級羽根を通過しても回転セパレータを通過することができない。固定分級羽根を通過できなかった径の大きな原料は、環状通路より下方に落下して機外に取り出される、或いは回転テーブル上に落下して再度粉砕される。また、固定分級羽根を通過し、回転セパレータを通過できずに落下した原料は、内部コーンで集められて、再度粉砕ローラに噛み込まれて粉砕される。
また、径の小さな原料は、回転分級羽根の間を抜けて通過し、上部取出口(製品取出口)より取り出される。
そして、環状通路より回転テーブル下方に落下して機外に取り出された原料は、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、製品取出口から取り出す製品の粒度を調整する際において、竪型粉砕機に導入するガスの流量を変えることなく、回転分級機の回転周速度 のみを変化させて対応するといった運転方法が一般的に公知である。この方法は、言い換えれば、固定分級羽根を通過するガスの速度を一定の速度に設定したまま、製品取出口から取り出した製品の粒度が目的の値に達するよう回転分級羽根の回転周速度を変更する方式である。
前述したように、製品取出口から取り出す製品の粒度を調整する際において、回転分級機の回転速度を変化させて対応するといった運転方法は公知である。
しかし、例えば、前述の竪型粉砕機の運転方法においてガスの流量を増やすと、製品中に粗い粒子の混入が発生して品質に悪影響を与えるという問題が発生する。回転分級羽根の回転速度を早くして分級効果を高めると、これを回避できるが、その場合には目的とした製品粒度が過度に小さくなり、また、回転分級羽根部分の圧力損失が高くなって回転分級羽根を駆動する駆動機の消費電力が増加するという新たな問題が発生した。
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、原料を効率よく微粉砕するに好適な竪型粉砕機の運転方法に関する。
上記の目的を達成するため、本発明による竪型粉砕機の運転方法は、
(1) 回転テーブルの上方に固定分級羽根と回転分級羽根を備えた分級機を配し、回転テーブルと粉砕ローラとの間で粉砕した原料を、回転テーブル下方から導入したガスにより上方に吹き上げることによって、該固定分級羽根と該回転分級羽根を順次通過させて製品として取り出す竪型粉砕機の運転方法において、該回転分級羽根の回転方向側にガスが流れるように該固定分級羽根を傾斜させるとともに、該固定分級羽根を通過するガス速度(Vg)を、回転分級羽根の回転周速度(Vr)よりも小さくして、10m/s〜16m/sまでの範囲とした。
(2) (1)に記載の竪型粉砕機の運転方法において、前記回転羽根の断面形状は回転方向側に屈曲したL字型の形状であって、前記固定羽根の断面形状は半径方向中心側に向かって回転方向側に前傾するよう傾斜するとともに外周側部分にコの字型に屈曲したポケット部分を形成した。
本発明によれば、竪型粉砕機の運転方法において、下部取出口から導入したガスが、固定分級羽根と回転分級羽根を順次通過して上部取出口から取り出される際に、該固定分級羽根を通過するガス速度(Vg)を回転分級羽根の回転周速度(Vr)よりも小さくするとともに、該固定羽根を通過するガスの速度(Vg)が10m/s(メートル/秒)以上で16m/s(メートル/秒)以下の範囲にあるよう構成した。
本発明は、前述の構成により、回転分級羽根の回転周速度(Vr)を不要に高くして製品の粒度を過度に小さくすることなく、所望する粒径の製品を効率よく製造することができるとともに、分級機の圧力損失を低減して消費動力を抑えた運転を行うことができる。
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は本実施形態に固定分級羽根と回転分級羽根の説明する要部断面図である。
図3は固定分級羽根及び回転分級羽根の寸法を説明するための説明図であり、図4は固定分級羽根の寸法を説明するための説明図である。
以下、本発明の実施形態に係り竪型粉砕機1の好ましい構成の1例について説明する。
本実施形態に用いる竪型粉砕機1は、図1に示すように、上部ケーシング22及び下部ケーシング24を有して、その外郭を形成する
図1に示す竪型粉砕機1においては、上部ケーシング22の上部に製品取出口28が形成されるとともに、上部ケーシング22の中には分級機10が配されている。
図1に示すように、本実施形態に用いた分級機10は、回転分級羽根15と、回転羽根15の外周に隣設するようにして同心円状に配された固定分級羽根12とを備えている。
回転分級羽根15は、回転軸11から放射状に延びるようにして配された回転分級羽根支持部18を介して、回転軸11に取りつけられており、回転軸11を中心として円環状に並ぶようにして配列されており、その長手方向の長さは、垂直方向に延びて上部ケーシング内で立設するよう配されている。
回転軸11は、その上端が、上部ケーシング22の上部に配された駆動モータ17に連結されており、駆動モータ17によって駆動されて回転する構造となっている。
従って、回転分級羽根12は、回転軸11及び回転羽根支持部18を介して、駆動モータ17により駆動されて回転する構造となっている。
なお、回転分級羽根15について、図1のA断面にて切断した際における形状を、図2に示す。回転分級羽根15の断面形状は、基本的に、回転軸11を中心として、放射状に延びる形状であるが、その内周側部分が回転方向側に屈曲してL字型状となっている。
次ぎに、固定分級羽根12は、その上部が上部ケーシングの天板に固設されて、上部ケーシング22の天板部分から垂下するようにして、又、回転分級羽根15の回転半径の外周側に隣設するようにして、同心円状に並ぶよう配されている。
固定分級羽根12について、図1のA断面にて切断した際における形状を図2に示す。
図2に示す固定分級羽根12の断面形状は、回転軸11を中心として、中心側に進むにつれて、回転方向側に前傾するように傾斜しており、さらに、図2に示した実施形態においては、回転分級羽根15の外周部分にコの字型に屈曲したポケット部分を形成した。
図2にガスの流れVgを模式的に図示するが、回転テーブル下方からガスが導入された場合に、固定分級羽根12を通過するガスの流れは、前述の固定分級羽根の傾斜によって導かれ、回転分級羽根15の回転方向側にガスが噴出される。
また、固定分級羽根12の下端には、その外形が略逆円錐台形状の内部コーン26が、固定分級羽根支持部19を介して固設されている。
固定分級羽根12には、コの字型のポケット部が形成されており、後述する分級の際においては、回転分級羽根15等の影響により旋回するガスの中で遠心力によりガス流れを逸脱した原料の一部が、ポケット部に補足されて、ポケット部の中を滑り落ちながら、内部コーン26に達するよう構成されている。
次ぎに、上部ケーシング22の下方に固設された下部ケーシング24の中には、回転テーブル33、回転テーブル33の上面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31を備えており、下部ケーシング24の下方には、回転テーブル33を駆動する図示しない減速機、減速機を駆動する電動機等が備えられている。
ここで、粉砕ローラ31は、下部ケーシング24に回動自在に軸着した図示しないアームを介して、図示しない油圧シリンダ等に連結されており、該油圧シリンダ等の作動により回転テーブル33の方向に押圧されて、回転テーブル33に原料を介して従動することによって回転する。
また、上部ケーシング22の側面部分には、原料投入口20が設けられており、上部ケーシング22の側面部分から内部コーン26下部に延びる原料投入シュート20Aが配されている。
従って、図1に示した実施形態においては、原料投入口20から、原料投入シュート20Aを介して原料投入口20から回転テーブルに原料を投入する(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。
原料投入口20から原料投入シュート20Aを介して投入した原料は、内部コーン26の下端にある供給用の円筒から回転テーブル33上に投入される。
投入された原料は、回転テーブル33上で渦巻き状の軌跡を描きながら、回転テーブル33の外周部に移動して、回転テーブル33と粉砕ローラ31に噛み込まれ粉砕される。
そして、回転テーブル33と粉砕ローラ31に噛み込まれて粉砕された原料の一部は、回転テーブル33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33の外周部とケーシングとの隙間である環状通路50へと向かう。
ここで、図示しない回転テーブル33の下方には、ガスを導入するためのガス導入口を設けており、竪型粉砕機1の運転中においては、環状通路50よりガス(本実施形態においては空気)を導入する。
導入されたガスは、製品取出口28から機外に排出されるので、上部ケーシング22及び下部ケーシング24内において、回転テーブル33下方から、固定分級羽根12を通過して、回転分級羽根15を通過することにより分級機10を通過して製品取出口28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33と粉砕ローラ31に粉砕されてダムリング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上部及び下部ケーシング22、24(ケーシング22、24と称することもある)内を上昇し、分級機10の方向に向かって上昇していく。
ここで、径の大きく重量の大きな原料は、分級機10の固定分級羽根12まで到達することができない、或いは固定分級羽根12を通過できないために、ガスの流れから逸脱して落下する。落下した原料は、再度粉砕ローラ31に噛み込まれて粉砕される、或いは環状通路50からさらに下方に落下して機外に取り出される。
分級機10の固定分級羽根12まで到達した原料は、固定分級羽根12を通過する際に、凝集等を解砕されながら、回転分級羽根15の方向に向かって流れようとする。
前述したように、固定分級羽根12を通過する際、又通過直後において、回転分級羽根15等の影響により強く旋回するガスの中で遠心力によりガス流れを逸脱した原料はポケット部に補足され、或いは、回転分級羽根15に到達しながら回転分級羽根15を通過することができなかった原料は、そのまま落下して、分級機10の下方に配した内部コーン26上を滑り落ちながら、回転テーブル33の中央部分に戻されて、再度粉砕ローラ31に噛み込まれて粉砕される。
回転分級羽根15を通過した原料は、製品取出口28からガスと共に機外に取り出されて、図示しない捕集器などで補足されて製品となる。
なお、本実施形態に用いる竪型粉砕機の1例として、図1に示すような竪型粉砕機1を説明したが、本発明に用いることのできる竪型粉砕機1の構造はこれに限ることがないことは勿論であって、本発明の適応の範囲を逸脱しない範囲において、他の公知の構成の竪型粉砕機を使用しても良く、例えば、ケーシング上部から原料を投入する所謂、センターフィード方式の竪型粉砕機であっても良く、例えば、粉砕ローラ31の形状がスフェリカル形状のタイヤ型の竪型粉砕機であっても良い。
以下、本発明による竪型粉砕機1の運転方法について、従来技術と異なる部分を中心として、好ましい実施形態を説明する。
なお、本実施形態に用いた竪型粉砕機1は、粉砕ローラ31の個数が3個であって、回転テーブル33の回転数は73RPMであり、粉砕ローラ31の中心直径Dは0.4mであり、回転テーブル33の直径Tは0.64mである。
原料投入シュート20Aにより、回転テーブル33の中央部に供給された原料は、回転テーブル33の外周部に向かって移動し、回転テーブル33と粉砕ローラ31に噛み込まれ粉砕される。
回転テーブル33と粉砕ローラ31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33の上面の外周部と下部ケーシング24との隙間である環状通路50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環状通路50より、機内にガスを導入しており、分級機10を介して、粉砕機上方に設けた製品取出口28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22,24内で、回転テーブル33下方から分級機10に向かうガスの気流が生じている。従って、ダムリングを乗り越えて環状通路50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22,24内を上昇する。
ケーシング22,24内において上昇する気流は、分級機10の回転分級羽根15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、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て、分級機10の固定分級羽根12を通過することができない。
固定分級羽根12を通過できず、落下した原料は、再度、粉砕ローラ31に噛み込まれて粉砕される、或いは、環状通路50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、図示しない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、前述したように、固定分級羽根12まで到達した原料は、固定分級羽根12を通過する際に、凝集等を解砕されて、回転分級羽根15の方向に向かって流れる。
ここで、比較的径の大きな原料は、強く旋回するガスの中で発生する原料自身の遠心力によってガス流れを逸脱し、分級機10の下方に配した内部コーン26上を滑り落ちながら、回転テーブル33の中央部分に戻されて、再度粉砕ローラ31に噛み込まれて粉砕される。
回転分級羽根15を通過した原料は、製品取出口28からガスと共に機外に取り出されて、図示しない捕集器などで補足されて製品となる。
ここで、従来技術においては、固定分級羽根12は、一般的に、粉砕物を解砕することを目的として配置されているだけであって、回転分級羽根の回転周速度との関係が特段に規定されていなかった。
本願発明者らは鋭意研究の結果、固定分級羽根12を通過するガスの速度Vgと、回転分級羽根15の回転周速度Vrとの関係に着目し、その結果、前述の問題を防止できる運転条件として、固定分級羽根12を通過するガスの速度Vgと、回転分級羽根15の回転周速度Vrとの好ましい関係として、下記条件を数式1として見出した。
Figure 2009028660
また、本実施形態において、固定分級羽根12は、分級する原料の解砕を主目的とし、原料の粒度、比重、付着水分によって固定分級羽根通過速度を設定するとともに、回転分級羽根15による分級を阻害しないように考慮した。
即ち、ガスの流量を増やす等して固定分級羽根12を通過するガスの速度を高めると、固定分級羽根12を通過後の原料が、回転分級羽根に強く吹き付けられて、回転分級羽根15による分級を阻害する。
このような理由から、固定分級羽根12を通過するガスの速度Vgは、数式1の条件を満たすと共に、10m/s(メートル/秒)以上で16m/s(メートル/秒)以下の範囲にあることが好ましい。
なお、本実施形態においては、前記固定分級羽根の断面形状は半径方向中心側に向かって回転方向側に前傾するよう傾斜しており、回転分級羽根15に回転する力を与えることができ、回転分級羽根15の回転に要する消費動力を低減させることが可能である。
ここで、実運転中においては、内部コーン26下方から上昇して固定分級羽根12を通過しないガスもあって、実際のガス速度Vgを算出することは極めて困難である。
従って、本発明においては、固定分級羽根12を通過するガスの速度Vgは、竪型粉砕機1内に導入する単位時間あたりのガス量Q(m/s)、及び固定分級羽根12間の隙間面積S(m)により下記数式2で表わすものと定義した。
なお、前記導入ガス量Q(m/s)は、竪型粉砕機1の出口側(製品取出口28等)から抜き出されるガス量を算出して求めた。
Figure 2009028660
隙間開口面積S(m)は、図3の隙間長手寸法L(m)、図4の隙間幅寸法W(m)、及び隙間の個数により、以下の数式3で表わすものと定義する。
なお、隙間の個数は、固定分級羽根12の枚数によって決定し、固定分級羽根12の枚数と同数になる。
Figure 2009028660
回転分級羽根の回転周速度Vr(m/s)は、回転分級羽根15の1分間あたりの回転数である回転速度N(rpm)と図3の回転分級羽根15の回転半径R(m)により以下の数式4で表される。
Figure 2009028660
本実施形態によれば、固定分級羽根12を通過するガス速度Vgと、回転分級羽根の回転周速度Vrを前述の構成により設定し運転することで、回転分級羽根15の回転速度を過度に速くすることなく、目的の製品粒度を得ることができると同時に、分級機10の圧力損失を低減し、分級機10の駆動モータ17等の動力低減を行うことが可能になる。
本実施形態に用いる竪型粉砕機の断面図である。 固定分級羽根と回転分級羽根の配置及び形状を説明する要部拡大図である。 固定分級羽根及び回転分級羽根の寸法を説明するための説明図である。 固定分級羽根の寸法を説明するための説明図である。
符号の説明
1 竪型粉砕機
10 分級機
11 回転軸
12 固定分級羽根
15 回転分級羽根
17 駆動モータ
20 原料投入口
22 上部ケーシング
24 下部ケーシング
26 内部コーン
28 製品取出口
31 粉砕ローラ
33 回転テーブル
50 環状通路
20A 原料投入シュート

Claims (2)

  1. 回転テーブルの上方に固定分級羽根と回転分級羽根を備えた分級機を配し、回転テーブルと粉砕ローラとの間で粉砕した原料を、回転テーブル下方から導入したガスにより上方に吹き上げることによって、該固定分級羽根と該回転分級羽根を順次通過させて製品として取り出す竪型粉砕機の運転方法において、
    該回転分級羽根の回転方向側にガスが流れるように該固定分級羽根を傾斜させるとともに、該固定分級羽根を通過するガス速度(Vg)を、回転分級羽根の回転周速度(Vr)よりも小さくして、10m/s〜16m/sまでの範囲としたことを特徴とする竪型粉砕機の運転方法。
  2. 前記回転羽根の断面形状は回転方向側に屈曲したL字型の形状であって、前記固定羽根の断面形状は半径方向中心側に向かって回転方向側に前傾するよう傾斜するとともに外周側部分にコの字型に屈曲したポケット部分を形成した形状であることを特徴とした請求項1記載の竪型粉砕機の運転方法。
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