JP2010099622A - 分級方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】原料スラリー中の微粉から微粒を精度よく分離し分級する分級装置を提供する。
【解決手段】第１の回転軸３の軸端に設けられるカップ状のロータ４と、第１の回転軸３とは速度差を有して同方向に回転する第２の回転軸５の軸端に設けられ、ロータ４内に回転可能に装着されるコアロータ７をケーシング２内に配置する。コアロータ７はアームとアーム端の撹拌羽根７ａよりなって撹拌羽根７ａには凹溝１９を有し、第２の回転軸５の軸孔１６から原料スラリー及び希釈水が凹溝１９よりロータ４内に供給される。ロータ４内に供給された原料スラリーは希釈水と共に撹拌されながら、ロータ４、７の回転による遠心力の作用によって微粉中の粗粒は、排出口に向かって排出される流れのうち、軸心方向に向かう流れに逆らってロータ内周面に沈降する一方、微粒は上記流れに乗って排出される。ロータ内周面に沈降する粗粒は第１の回転軸３の軸孔９から吸引排出される。
【選択図】図１

Description

本発明は、原料スラリー中の微粉から粗粒と微粒を高精度に分離し分級する方法及び装置に関する。

この種の分級装置として下記特許文献１には、断面円形状の回動体と、該回動体と同軸で一体となって回転する内円筒の間に微粉を含む原料スラリーを供給して旋回流を形成させながら流下させる一方、前記内円筒と、該内円筒と同軸で一体となって回転する外円筒の間に水等の液体を供給して旋回流を形成させながら流下させ、この旋回流と、前記原料スラリーの旋回流を前記内円筒の下方における分級室で合流させる。そして旋回流による遠心力の作用で原料スラリーに含まれる微粉を粗粒と微粒に分離し、下部の漏斗状をなす回収部において、微粒を含むスラリーが中央回収路に、粗粒を含むスラリーが側部回収路にそれぞれ分級されて回収されるようにしたものが開示されている。
特公平３−９７号

特許文献１に開示される前述の分級装置では、分級室に流入した原料スラリーの旋回流が、水等の液体の旋回流と合流し、混合されることにより微粒が粗粒に混入したり、粗粒が微粒に混入して回収されがちであること、内円筒内での原料スラリーの旋回流と回転する内円筒との相対速度差が小さいため、原料スラリー中の微粉が遠心力の作用により内円筒の内周壁に付着しがちであり、また回収部に流入した微粉は、回収部が漏斗状をなし、軸心に向かって斜め下向きに流出するため、その垂直方向のベクトル成分により回収部に押付けられて付着しがちであること、構造が回動体と内円筒と外円筒よりなり、また回収部が漏斗状をなして中央回収路と側部回収路よりなって構造が複雑であることなどの不具合を有している。

本発明は、上記不具合を解消し、原料スラリー中の微粉から粗粒と微粒を精度よく、また歩留まりよく分級して回収することができる分級装置及び方法を提供することを目的とする。

請求項１に係わる発明は、第１の回転軸の軸端に一体的に設けられるカップ状のロータと、第１の回転軸と同一軸線上に配置される第２の回転軸の軸端に一体的に設けられ、前記ロータ内に回転可能に装着されるコアロータよりなる分級装置を用い、該装置の両ロータを同方向に回転速度差をもたせて回転させながら前記ロータ内に原料スラリーを供給する工程と、原料スラリー供給後、前記両ロータの回転を続けながらロータ内に水等の溶媒を供給する工程とからなり、溶媒の供給工程中、溶媒の供給によりロータ内に軸心方向に向かってから前記第２の回転軸の周りの排出口より排出される流れを生じさせると共に、前記両ロータの回転により原料スラリーと溶媒を撹拌しながら遠心力を作用させ、該遠心力の作用によりロータ内周面に沈降しようとする原料スラリー中の微粉のうち、沈降速度の大なる粗粒が前記流れのうち、軸心方向に向かう流れに逆らってロータ内周面に沈降する一方、沈降速度の小なる微粒が前記軸心方向に向かう流れに乗って前記排出口より排出されることを特徴とする。

請求項２に係わる発明は、請求項１に係わる発明を実施する分級装置に関するもので、同一軸線上に配置される第１及び第２の回転軸と、第１の回転軸の軸端に一体的に設けられるカップ状のロータと、第２の回転軸の軸端に一体的に設けられて前記ロータ内に回転可能に装着され、前記ロータ内の原料スラリー及び溶媒を撹拌するためのコアロータと、前記第１の回転軸を回転駆動する第１の回転駆動手段と、前記第２の回転軸を第１の回転軸と回転速度差を持たせて同方向に回転駆動する第２の回転駆動手段を有し、前記第１及び第２の回転軸のうち、一方の回転軸には原料スラリー又は溶媒をロータ内に供給するための供給路を構成する軸孔が形成され、また前記第１及び若しくは第２の回転軸の周りには、前記ロータとの間に微粒を希釈した溶媒を排出するための環状の隙間よりなる排出口が形成されることを特徴とし、
請求項３に係わる発明は、請求項２に係わる発明において、前記ロータにはカバーが取外し可能に取付けられて、該カバーと第２の回転軸との間に前記排出口が形成され、カバーの取外しにより、前記コアロータがロータから軸心方向に取出し可能となることを特徴とする。

請求項４に係わる発明は、請求項２又は３に係わる発明において、前記第１及び第２の回転軸のうち、一方の回転軸にはロータ内周面に沈降する粗粒をスラリー状態で吸引する真空吸引装置が接続されることを特徴とする。

請求項５に係わる発明は、請求項２ないし４に係わる発明において、前記コアロータは径方向のアームと、第２の回転軸の軸心と平行をなしてアーム端を連結する板状の撹拌羽根とからなり、ロータ内周面に向き合う該撹拌羽根の外側面には、第２の回転軸に形成される軸孔に通ずる凹溝が形成され、原料スラリーと溶媒のうち、少なくとも溶媒が第２の回転軸の軸孔より凹溝を経てロータ内に供給されることを特徴とする。

請求項１に係わる発明によると、コアロータとロータを同方向に回転速度差をもたせて回転させることにより、ロータ内の原料スラリーと溶媒を撹拌すると共に原料スラリー中の微粉に遠心力を作用させ、該遠心力の作用により微粉中の粗粒を軸心方向に向かう流れに逆らってロータ内周面に沈降させる一方、微粒を軸心方向に向かう流れに乗せ、排出口より排出させる。そして撹拌により舞い上がった微粉のうち、微粒は上記流れに乗って排出される。こうして原料スラリー中の微粉から微粒が次第に除去されていき、粗粒が残されて粗粒と微粒の分級が精度よく行われる。

請求項２に係わる発明においても請求項１に係わる発明と同様、原料スラリー中の微粉が粗粒と微粒とに分離され、精度よく分級される。

請求項３に係わる発明においては、カバーを取外すことによりコアロータをロータから取出して分解すことができ、分解後、ロータ内周面に集積する粗粒を掻き出したり、各ロータを洗浄することが容易にできる。

請求項４に係わる発明によると、真空吸引装置によりロータ内周面に集積する粗粒を吸引し回収することができる。

請求項５に係わる発明によると、溶媒が凹溝周縁より均一に溢れ出してロータ内に供給され、溶媒による微粒の希釈を均一に行うことができる。

以下、本発明の実施形態について図面により説明する。
図１は、分級装置１の断面、図２は図１のＡ−Ａ線における断面を示すもので、ケーシング２内には、第１の回転軸３の軸端に一体形成されるか、或いは溶接等にて固着されて一体的に設けられるロータ４と、第１の回転軸と同軸をなす第２の回転軸５の軸端に一体形成されるか、或いは溶接等にて固着されて一体的に設けられ、前記ロータ４内に装填されるコアロータ７が配置され、以下、これらについて順に詳述する。

ケーシング２は円筒形の筒体２ａと、該筒体２ａの上下端に固着される端板２ｂ、２ｃよりなり、各端板２ｂ、２ｃは同一形で、第１の回転軸３が通される上端板２ｃには、内周に筒体２ａと同軸であり、かつ上端板２ｃより上下に突出する長尺の筒部２ｅが溶接にて固着ないしボルト、ネジ等にて止着される一方、第２の回転軸５が通される下端板２ｂには、筒体２ａと同軸、すなわち前記筒部２ｅと同軸で同径をなし、かつ下端板２ｂより上下に突出する短尺の筒部２ｄが同じく溶接にて固着ないしボルト、ネジ等にて止着されている。図中、６は下端板２ｂに隣接して筒体２ａに形成されるドレンである。

第１の回転軸３は、図示しないスラストベアリングにより軸支されると共に、メカニカルシールにより軸封され、かつ同じく図示しない第１の回転駆動手段により回転駆動されるようになっており、その軸心には軸孔９が形成されると共に、外周にフランジ状の遮蔽部１１がロータ４に突き当てられた状態で溶接にて固着ないしボルト、ネジ等にて止着され、遮蔽部１１は、筒部２ｅ下端と近接し、該下端と共にラビリンスパッキンを構成している。

ロータ４は、カップ状をなして前記コアロータ７が納まる凹所を備えたロータ本体４ａと、該ロータ本体４ａの開口縁に止めネジ１３にて取外し可能に取付けられるカバー４ｂよりなり、ロータ本体４ａは内周面に開口１５が複数（図示する例においては４箇所）、周方向に等間隔で形成されている。そして各開口１５はそれぞれ、第１の回転軸３の軸孔９とロータ本体４ａに形成される排出孔１４を介して接続され、軸孔９と排出孔１４は後述する粗粒のスラリーの排出路を構成している。第１の回転軸３にはまた、その軸孔９に図示しない真空吸引装置が接続されている。図中、１７は周方向に等間隔で形成される後述する希釈水の排出口で、図２に示すように径方向に延出する排出孔１４間において軸方向に形成されている。この排出口１７は図３に示す分級装置のように省いてもよい。

コアロータ７は図４に示すように、軸方向に一定の間隔を存する一対の十字形をなすアームと、各アーム端を一体形成又は固着等により連結する板状の撹拌羽根７ａよりなる枠体７ｂをなし、該枠体７ｂの中間部に形成され、両側のアームより厚肉をなすアーム７ｃには、第２の回転軸５の軸心に形成される軸孔１６と共に原料スラリーの供給路を構成する供給孔１８が直径方向に前記軸孔１６と接続して形成され、撹拌羽根７ａには前記供給孔１８が開口する凹溝１９が形成されている。図示する例では、コアロータ７は枠体７ｂがアーム７ｃを含むアームと撹拌羽根７ａより構成されているが、両側のアームを省いてアーム７ｃと撹拌羽根７ａのみで構成してもよい。この場合にはしたがって枠体７ｂは、アーム７ｃと撹拌羽根７ａが断面Ｔ字形に形成される。
図示する例においてはまた、コアロータ７のアームは十字形をなしているが、一文字形であってもよいし、三又状又は５方向以上に放射状に形成されていてもよい。

第２の回転軸５も、第１の回転軸３と同様、図示しないスラストベアリングにより軸支されると共に、メカニカルシールにより軸封されて同じく図示しない第２の回転駆動手段により回転駆動されるようになっており、外周にフランジ管状の遮蔽部２１がコアロータ７に突き当てられた状態で溶接にて固着ないしボルト、ネジ等にて止着され、遮蔽部１７のフランジ２１ａは筒部２ｄ上端と近接し、該上端と共にラビリンスパッキンを構成している。

前記ロータ４の開口１５は図示する例ではコアロータ７の供給孔１８と対応する位置に形成されているが、供給孔１８とは軸方向にずれて形成されていてもよい。図中、２０は軸部５の周りで、カバー４ｂの内周と遮蔽部２１の管部２１ｂとの間に形成される環状の隙間よりなる排出口である。

本装置は以上のように構成され、原料スラリー中の微粉の分級は次のようにして行われる。
先ず、第１及び第２の回転駆動手段により第１及び第２の回転軸３及び５を同方向に回転速度差をもたせて回転させた状態で、第２の回転軸５に設けた図示しないバルブを切替え、同じく図示しないポンプにより加圧した原料スラリーを図１の矢印で示すように、第２の回転軸５の軸孔１６より供給孔１８を通してロータ４内に供給する。このとき前記した図示しない真空吸引装置が接続される第１の回転軸３に設けたバルブ（図示しない）が閉じられることにより、バルブ手前の軸孔９と排出孔１４は密閉状態にあるため、原料スラリーが排出孔１４の奥まで流入することはない。

原料スラリーがロータ４内に供給されると、ロータ４、７の回転による遠心力の作用によって原料スラリーはロータ４の内周面側に押付けられる。この状態で原料スラリーの供給が続けられ、嵩が次第に増して遮蔽部２１の管部２１ｂとの間で前記排出口２０を形成するカバーの内周端及び前記排出口１７に達すると、該カバー内周端及び排出口１７より溢れ出す。したがって原料スラリーの供給はカバー内周端及び排出口１７より溢れ出ない程度まで行われ、そのためにカバーの内周端及び排出口１７を内径とし、ロータ内周を外径とするロータ内容積が予め求めておかれ、このロータ内容積からコアロータ７の容積を減じた容積が原料スラリーの最大の供給量とされる。

原料スラリーが所定量供給されると、第２の回転軸５のバルブが閉じられ、原料スラリーの供給が停止される。原料スラリーの供給停止後、第２の回転軸５に設けたバルブ（図示しない）を切替え、前記ポンプ又は別のポンプにより加圧した溶媒としての希釈水を図５の矢印で示すように第２の回転軸５の軸孔１６より供給孔１８を通して凹溝１９に送る。希釈水は凹溝１９に溜まったのち、その周縁より均一に溢れ出し、ロータ内に供給される。ロータ４内に供給された希釈水は、ロータ４、７が回転速度差を有して回転することにより、原料スラリーと撹拌混合される。希釈水の供給に伴い原料スラリーとの混合液は、カバー内周端の排出口２０と排出口１７より溢れ出て流出する。

ロータ内の原料スラリーと希釈水の混合液は、撹拌されながら遠心力の作用を受けると共に、希釈水が供給されるのに伴い、その供給分が排出口１７、２０から流出するように回転軸５の軸心方向に向かい、ついで排出口１７、２０に向かう流れを生ずる。混合液中の微粉は遠心力の作用によりロータ内周側に沈降しようとするが、微粉中の租粒と微粒では沈降速度に差を生じ、沈降速度の大なる粗粒は前記した軸心方向に向かう流れに打勝ち、該流れに逆らってロータ内周面側に沈降する。一方、沈降速度の小なる微粒は、軸心方向に向かう流れに負け、該流れに逆らうことなく該流れに乗って排出口１７及び２０より流出する。

ロータ内周面に沈降した粗粒には微粒が含まれるが、ロータ４、７の回転による撹拌作用によって微粒が粗粒と共に舞い上がり、舞い上がった微粒は前記した径方向内方に向かう流れに乗って排出される。こうして微粒は分離され、次第に排出されていく。一定時間分級されると、希釈水の供給が停止される。次に排出口２０から液が漏れない程度までロータ４、７の回転数を下げたのち、第１の回転軸３に設けた図示しないバルブを開き、かつ真空吸引装置を駆動してロータ内周面に集積する粗粒を図６の矢印で示すように、開口１５よりスラリー状態で吸引し、排出孔１４及び第１の回転軸３の軸孔９を通して排出する。排出後、ロータ内周面に付着して残る粗粒は、ロータ４、７を低速で回転し、かつ真空吸引装置で吸引しながら第２の回転軸５の軸孔１６より洗浄水を供給することにより開口１５を通して回収することができる。以上のようにして原料スラリー中の微粉が粗粒と微粒とに分級される。

本発明の実施形態によると、ロータ４とコアロータ７に回転速度差をもたせてロータ４内の原料スラリーを希釈水と共に撹拌しながら遠心力を与え、撹拌により舞い上がった微粉のうち、沈降速度の小なる微粒を回転軸５の軸心方向に向かう流れに乗って排出させる一方、沈降速度の大なる粗粒が前記軸心方向の流れに逆らってロータ内周面に集積することから、粗粒と微粒の分級が行え、撹拌により微粒の分離が進行し、分級が精度よく行えること、カバー４ｂを取外すことによりコアロータ７をロータ４から抜き取って
分解することができ、各ロータ４、７の洗浄が容易に行えること、真空吸引装置によりロータ内周面に集積する粗粒をスラリー状態で開口１５を通して吸引回収できること、希釈水は凹溝周縁より均一に溢れ出して原料スラリーの希釈を均一に行うことができること、等の効果を奏する。

前述の分級方法では、原料スラリーと希釈水の供給は第２の回転軸５の軸孔１６を通して行われ、粗粒のスラリーの排出は第１の回転軸３の軸孔９を通して行われているが、原料スラリーの供給を図７に示すように第１の回転軸３の軸孔９を通して行い、希釈水の供給と粗粒のスラリーの排出を第２の回転軸５の軸孔１６を通して行うようにしてもよいし、また原料スラリーと希釈水の供給を第１の回転軸３の軸孔９を通して行い、粗粒のスラリーの排出を第２の回転軸５の軸孔１６を通して行うようにしてもよい。

前記実施形態の分級方法ではまた、粗粒のスラリーが第１の回転軸３の軸孔９を通して吸引排出されるようになっているが、別の分級方法では、粗粒のスラリーの排出は第１及び第２の回転軸３及び５を停止することによって行われる。回転軸３及び５を停止すると、遠心力が作用しなくなって、ロータ４内の希釈水が粗粒を伴い排出口２０を通して排出されるようになる。ロータ内周面にくっ付き、排出されない粗粒はカバー４ｂを取外してコアロータ７を抜き取ったのち、掻き出されるか、或いは洗浄水で洗浄して排出される。この方法による場合、真空吸引装置、第１の回転軸３の軸孔９、ロータ本体４ａの排出孔１４は不要にできる。

前記実施形態の分級装置では、真空吸引装置は第１の回転軸３の軸孔９に接続されているが、第２の回転軸５の軸孔１６に接続してもよい。
なお、前記実施形態の分級装置１は縦向きにして用いているが、横向きにして用いることもできる。

前記実施形態の分級装置は、原料スラリー中の微粉を粗粒と微粒に分級するのに使用されるが、ロータ４内にビーズを入れ、ロータとコアロータを同方向に回転速度差をもたせて回転させながらビーズと軸孔９又は１６よりロータ４内に供給された原料スラリーを撹拌して原料スラリー中の微粉を粉砕する粉砕装置として用いることもできる。この場合、原料スラリーの供給は連続して行われ、排出口１７及び２０より溢れ出たスラリーは集められて軸孔９又は１６よりロータ４内に戻される動作が繰返される。粉砕装置として用いる場合には、ロータ４の内周面とコアロータ７の外周面にセラミックによるライナー層を設け、耐磨耗性をもたせるのが望ましい。

分級装置の縦断面図。 図１のＡ−Ａ線断面図。 分級装置の変形態様の縦断面図。 図１に示す分級装置のロータの斜視図。 図１に示す分級装置における溶媒の供給方向を示す断面図。 図１に示す分級装置における粗粒スラリーの排出方向を示す断面図。 図１に示す分級装置における原料スラリーの供給方向を示す断面図。

符号の説明

１・・分級装置
２・・ケーシング
２ａ・・筒体
２ｂ、２ｃ・・端板
２ｄ、２ｅ・・筒部
３・・第１の回転軸
４・・ロータ
４ａ・・ロータ本体
４ｂ・・カバー
５・・第２の回転軸
６・・ドレン
７・・コアロータ
７ａ・・撹拌羽根
７ｂ・・枠体
７ｃ・・アーム
９、１６・・軸孔
１１、２１・・遮蔽部
１３・・ネジ
１４・・排出孔
１５・・開口
１７、２０・・排出口
１９・・凹溝
２１ａ・・フランジ
２１ｂ・・管部

Claims (5)

1. 第１の回転軸の軸端に一体的に設けられるカップ状のロータと、第１の回転軸と同一軸線上に配置される第２の回転軸の軸端に一体的に設けられ、前記ロータ内に回転可能に装着されるコアロータよりなる分級装置を用い、該装置の両ロータを同方向に回転速度差をもたせて回転させながら前記ロータ内に原料スラリーを供給する工程と、原料スラリー供給後、前記両ロータの回転を続けながらロータ内に水等の溶媒を供給する工程とからなり、
   溶媒の供給工程中、溶媒の供給によりロータ内に軸心方向に向かってから前記第２の回転軸の周りの排出口より排出される流れを生じさせると共に、前記両ロータの回転により原料スラリーと溶媒を撹拌しながら遠心力を作用させ、該遠心力の作用によりロータ内周面に沈降しようとする原料スラリー中の微粉のうち、沈降速度の大なる粗粒が前記流れのうち、軸心方向に向かう流れに逆らってロータ内周面に沈降する一方、沈降速度の小なる微粒が前記軸心方向に向かう流れに乗って前記排出口より排出されることを特徴とする分級方法。
2. 同一軸線上に配置される第１及び第２の回転軸と、第１の回転軸の軸端に一体的に設けられるカップ状のロータと、第２の回転軸の軸端に一体的に設けられて前記ロータ内に回転可能に装着され、前記ロータ内の原料スラリー及び溶媒を撹拌するためのコアロータと、前記第１の回転軸を回転駆動する第１の回転駆動手段と、前記第２の回転軸を第１の回転軸と回転速度差を持たせて同方向に回転駆動する第２の回転駆動手段を有し、前記第１及び第２の回転軸のうち、一方の回転軸には原料スラリー又は溶媒をロータ内に供給するための供給路を構成する軸孔が形成され、また前記第１及び若しくは第２の回転軸の周りには、微粒を希釈した溶媒を排出するための排出口が形成されることを特徴とする分級装置。
3. 前記ロータにはカバーが取外し可能に取付けられて、該カバーと第２の回転軸との間に前記排出口が形成され、カバーの取外しにより、前記コアロータがロータから軸心方向に取出し可能となることを特徴とする請求項２記載の分級装置。
4. 前記第１及び第２の回転軸のうち、一方の回転軸にはロータ内周面に沈降する粗粒をスラリー状態で吸引する真空吸引装置が接続されることを特徴とする請求項２又は３記載の分級装置。
5. 前記コアロータは径方向のアームと、第２の回転軸の軸心と平行をなしてアーム端を連結する板状の撹拌羽根とからなり、ロータ内周面に向き合う該撹拌羽根の外側面には、第２の回転軸に形成される軸孔に通ずる凹溝が形成され、原料スラリーと溶媒のうち、少なくとも溶媒が第２の回転軸の軸孔より凹溝を経てロータ内に供給されることを特徴とする請求項２ないし４記載の分級装置。