JP2011194298A - 竪型粉砕機 - Google Patents

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Mitsuru Ikeda
充 池田
Yasuhiro Shigemoto
康弘 繁本
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Abstract

【課題】 粉砕した原料をガスにより上方に吹き上げて機外に取り出す竪型粉砕機において、ガスの流れから落下した原料を、機内に配したコーンで捕集して回転テーブル上に再供給する際に、回転テーブル上の原料層が嵩高くなることによって発生する異常振動等の問題を防止するに好適な竪型粉砕機を提供する。
【解決手段】 本発明による竪型粉砕機は、センターシュート下側に漏斗状のコーンを配するとともに、センターシュートの周りにスクリュ羽根を有した回転筒を配して、コーン内に落下した原料を圧密するスクリュコンベヤを形成する。本発明によれば、前述のスクリュコンベヤを回転させることによって、コーン内に落下した原料について、ガスを脱気してから回転テーブル上に供給することができるので、回転テーブル上の原料層が嵩高くなることによって発生する異常振動等の問題を防止することができる。
【選択図】 図1

Description

本発明は、主に石炭、オイルコークス、スラグ、クリンカー、石灰石、その他の無機原料、又バイオマス等の有機原料を粉砕するに好適な竪型粉砕機に係わり、特に、原料を微粉砕するに好適な竪型粉砕機に関する。
従来から、石炭等を粉砕する装置として、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。
竪型粉砕機は、原料を効率的に微粉砕することができるという優れた特性を有している反面、原料の種類や粉砕条件によって、異常振動が発生するという問題点を有していた。
竪型粉砕機に発生する異常振動は、様々な原因によって誘発されるために、その振動原因に応じた様々な対策を講じる必要があり、竪型粉砕機については、従来から数多くの異常振動防止対策が提案されている。
例えば、異常振動が発生し易くなる状況として、原料を機内で繰り返し粉砕して、微粉砕するようなケースが知られている。
なぜなら、原料を微粉砕する際には、竪型粉砕機内で繰り返し原料を粉砕する必要がある。そして、機内で繰り返し粉砕される原料は、循環原料と呼ばれるが、循環原料の平均粒径は、竪型粉砕機に新たに投入された粉砕前の原料の平均粒径に比較すれば、当然に小さくなる。従って、竪型粉砕機で、細かな製品を得ようとすれば、前述した循環原料の量が必然的に増加する。しかし、原料は細かい微粉になればなるほど、多量の空気を抱え込むという性質を持っている。即ち、原料を微粉砕しようとすれば、循環原料の量が増えるので、回転テーブル上の原料層は、粒径の小さな原料の割合が増えて、結果として、空隙率の高い、所謂、嵩高い状態(嵩密度が低い)状態になる。
前述した嵩高い原料層は、空気を大量に含んでいるために、粉砕ローラ等が滑りやすい状態になり、見かけ上において、原料層の摩擦係数が小さくなって滑りやすいような状況になる。そのため、嵩高い原料層を、粉砕ローラによって一挙に粉砕しようとすれば、回転テーブル上の原料層の上で、粉砕ローラが滑ってスリップすることによって、粉砕ローラの回転が不規則になり、その結果、異常振動が発生するという問題が生じた。
また、近年は、環境問題によって、バイオマスを燃料として使用するように強く求められるようになってきた。燃料として使用されるバイオマスの代表的なものとして、例えば、間伐材、倒木、麦わら、建築廃材等があるが、その他にも数多くのバイオマスが燃料として使用できないかどうか検討され始めている。
ところが、バイオマスのような繊維質を多く含む原料は、石炭等の鉱石に比較して、比重が小さく(比重が軽い)、さらに、粉砕中において、その形状が刻々と変化する。
そのため、従来の竪型粉砕機でバイオマスを粉砕しようとすると、比重の軽い繊維質の原料は、回転テーブル上で、先に投入した原料を、うまくテーブル外周側に押し流していくことができず、その結果、原料が、回転テーブル上で滞留又は堆積する等して、蜘蛛の巣、或いは鳥の巣のような塊となってしまう場合がある。
このような塊が発生すると、原料が、回転テーブル上を、粉砕ローラ部にまで、効率良く流れていくことができなくなるので、粉砕の効率が低下する。
なお、前述したような従来技術の問題点を解決する方法の1つとして、特許文献1に開示されるような従来技術が公知である。特許文献1に開示の従来技術は、「ならしローラ」を用いて回転テーブル上の原料層を一旦、圧密して均一化してから、粉砕ローラに噛み込ませるという技術である。
特開平3−52652号公報
ここで、特許文献1に開示された従来技術は、回転テーブル上の原料層を「予圧縮ローラ」或いは「ならしローラ」と呼ばれるローラによって均一化することによって、粉砕ローラでの粉砕効率を向上させると記載されている。
しかし、特許文献1に開示された従来技術は、回転テーブル上に配した「予圧縮ローラ」等によって、回転テーブル上の原料層を均一化する技術である。
そのため、例えば、循環原料を漏斗状のコーンで捕集するタイプの竪型粉砕機を使用した場合において、漏斗状のコーンに捕集されて回転テーブル上に供給する循環原料について、回転テーブルに供給する以前に、原料の圧密化をすることはできない。
また、本来、漏斗状のコーンから回転テーブルの中央部付近に供給された原料は、回転テーブル中央部から外周側に向かって速やかに流れて行き、先に投入した原料を、うまくテーブル外周側に押し流してかなければならない。
しかし、バイオマスのような繊維質を多く含む原料等は、比重が小さく、その形状も様々であるため、回転テーブルの中央付近で滞留又は堆積する等して、蜘蛛の巣、或いは鳥の巣のような塊となってしまう可能性が高い。
引用文献1に記載の「予圧縮ローラ」等では、センターシュートから供給直後の原料、言い換えれば、回転テーブル中央部に堆積した原料を均一化できないので、回転テーブル中央部付近で発生する前記問題を解決することはできなかった。
なお、所望の粒径になった原料だけ上部製品取出口(上部取出口と略して称することもある)より製品として取り出すようなタイプの竪型粉砕機を使用した場合に、前記原料の塊は、回転テーブル上に限らず、粉砕した原料を分級機まで導くガス通路等においても発生する可能性があった。
ガス通路に塊が発生すると、機内の差圧を上昇させ、粉砕機の運転効率を低下させるが、前述の「ならしローラ」による対応方法では、この問題を解消できない。
特に、バイオマスのような比重の軽い繊維質の原料については、コーンの中で、塊となってしまう場合が多く、原料が、効率良く流れていくことができない可能性が高かった。
本発明は、以上、説明したような問題点に鑑みてなされたものであり、バイオマス等の原料を微粉砕するに好適な竪型粉砕機に関する。
上記の目的を達成するため、本発明による竪型粉砕機は、
(1) 回転テーブル上に投入した原料を、複数個の粉砕ローラによって粉砕し、該回転テーブルの下方から導入したガスにより上方に吹き上げて機外に取り出す竪型粉砕機であって、該回転テーブルの中央上方に、該回転テーブルに原料を投入するためのセンターシュートを設けて、該センターシュートの下側の部分に漏斗状のコーンを配するとともに、該センターシュートの周りにスクリュ羽根を有した回転筒を配して、コーン内に落下した原料を圧密するためのスクリュコンベヤを形成する構成とした。
(2) (1)に記載の竪型粉砕機において、前記コーンの下端に管状部分を形成して、前記スクリュコンベヤが該管状部分の中を挿通するように配置し、該管状部分の長さが前記スクリュ羽根のピッチの0.5倍以上であることを構成とした。
(3) (2)に記載の竪型粉砕機において、前記管状部分の中におけるスクリュ羽根のピッチが、下方に向かうほど小さくなる構成とした。
(4) (2)又は(3)に記載の竪型粉砕機において、前記管状部分の中における回転筒の外径寸法が、下方に向かうほど大きくなる構成とした。
本発明によれば、循環原料を捕集するコーン内で、スクリュコンベヤを回転させることにより、循環原料からガスを脱気することによって、回転テーブル上の原料を速やかに粉砕ローラに噛み込ますことができる。
また、コーンの下端に円管状部分を形成し、該管状部分の長さを、スクリュ羽根のピッチの0.5倍以上とすれば、コーンの下端から吹き込んでくるガスの流れを抑えることができるので、コーン内の原料を回転テーブル上に効率良く落下させることができる。
さらに、スクリュコンベヤの管状部分を挿通する部分において、スクリュ羽根のピッチを下方に向かうほど小さくなるように形成する、或いは、回転筒の外径寸法を下方に向かうほど大きくなるように形成することは、簡単な構成によって確実に原料を圧密できるという点で優れた効果を有する。
本実施形態に係わり竪型粉砕機の全体構造を説明する図である。 本実施形態に係わりスクリュコンベヤとコーン下端の管状部分の関係を説明する図である。 本実施形態に係わりスクリュコンベヤのスクリュ羽根ピッチとコーン下端の管状部分の長さの関係について説明する図である。 本実施形態に係わりスクリュコンベヤの回転筒の外径寸法について説明する図である。 従来技術による竪型粉砕機の全体構造を説明する図である。
以下、図面等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〜図4は本実施形態に係わり、図1は竪型粉砕機の全体構成を説明する図であり、図2はスクリュコンベヤとコーン下端の管状部分の関係を説明する図であり、図3はスクリュコンベヤのスクリュ羽根ピッチとコーン下端の管状部分の長さの関係について説明する図である。図4はスクリュコンベヤの回転筒の直径について説明する図である。図5は従来技術による竪型粉砕機の全体構造を説明する図である。
以下、本発明による竪型粉砕機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1A、及び1A、並びに、竪型粉砕機1の下部に設置された減速機2Bと駆動モータ2Mによって駆動される回転テーブル2、コニカル型の粉砕ローラ5等を備えている。ここで、本実施形態において粉砕ローラ5は、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)に複数個(本実施形態においては2個)が配されて、回転テーブル2の方向に押し付けられる(押圧と称することもある)ように構成されている。
なお、粉砕ローラ5は、回転テーブル2が回転することにより、回転テーブル2に対して、原料を介して従動して回転する。本実施形態においては、粉砕ローラ5が、回転テーブル2上において、その外周部分を2等分して2個が対向するようにして配されている。
また、図1に示した実施形態に用いた竪型粉砕機1は、駆動モータ2Mの駆動用電源としてインバータ電源を備えて、運転中、回転テーブル2の回転速度が任意の変更可能な可変速式の竪型粉砕機1である。
図1に示す竪型粉砕機1においては、回転テーブル2の中央上方に回転テーブル2に原料を供給するためのセンターシュート35を有しているとともに、回転テーブル2の下方にガスを導入するためのガス供給口33を設けており、さらに回転テーブル上方に該ガスと共に製品を取り出すための上部取出口39を設けている。
また、本実施形態においては、竪型粉砕機1内の上部に固定式分級羽根40を配置しており、固定式分級羽根40は、センターシュート35を中心にして環状に並べられて、竪型粉砕機1の上部外周側の空間と、上部取出口39へと続く空間を区切るようにして、配列されている。
図1に示す本実施形態の竪型粉砕機1は、その特徴の一つとして、回転テーブル2の上方に、回転式のスクリュコンベヤ60と漏斗状のコーン50を備えている。
以下、スクリュコンベヤ60とコーン50の構造について説明する。
本実施形態によるスクリュコンベヤ60は、図1に示したように、回転テーブルの中央部上方に設けたセンターシュート35の周りに配した回転筒63の下方部分に、スクリュ羽根65を取り付けることによって構成されている。
なお、竪型粉砕機1の上部に設置された図示しない駆動モータによって、回転筒63が回転することにより、スクリュコンベヤ60も回転する。
また、本実施形態においては、図1に示すように、センターシュート35の下側部分を周りから大きく囲むようにして、漏斗状のコーン50が配されている。
なお、コーン50は、漏斗型の形状となっており、その上部分の形状は、中空の略逆円錐台形状53となっており、その形状は下方に進むほど径が小さく、上方に進むほど径が大きくなって、その上端部が、機内上部に環状に並べられて設置された固定式分級羽根40の下端に支持されて固定されている。
そして、コーン50の下部分の形状は、鉛直方向に延びる管径が一定の管状部分55となって、管状部分55の下方に向いた開口部が回転テーブル2の方向に向いている。
なお、後の説明を簡単にするため、コーン50の内径が上方から下方に向けて縮径している部分を逆円錐部分53(コーン上方部分)とし、逆円錐部分53の下端に連なり、径が同一の管状の部分を管状部分55(コーン下方部分)と呼ぶことにする。
次ぎに、図1に示したスクリュコンベヤ60のスクリュ羽根65の形状について説明すると、本実施形態によるスクリュ羽根65の外径寸法は、コーン50の内径に合わせるようにして、上方から下方にかけて、徐々に小さくなって、縮径しており、その下方部分は、管状となったコーン50の形状に合わせて略同一径となっている。そのため、コーン50内に落下した原料は、コーン50内のスクリュコンベヤ上に、一旦、滞留し、スクリュコンベヤで下方に搬送されながら、徐々に圧密された後、回転テーブル2上に供給される構成となっている。
なお、本実施形態おいてスクリュコンベヤ60の回転数は、回転筒63の回転数を調整することによって、自在に調整制御できる方式としている。
従って、循環原料の種類と量にあわせて、スクリュコンベヤ60の回転数を調整することにより、スクリュコンベヤ60の下端から供給される原料が適度に圧密されるように、回転数を調整することができる。また、スクリュコンベヤ60のスクリュ羽根65のピッチ、或いは羽根の枚数、形状等についても、循環原料の量と種類により、種類や大きさなどを検討して、原料が効率よく圧密されるように配慮することが好ましい。
なお、本発明に適応できるスクリュコンベヤ60は、回転することによって、原料を圧密しながら下方に送ることができる構成であれば良く、本発明の技術思想の範囲を逸脱しない範囲で、リボン状、中実、或いは、一条、多条であっても良く、又、他の形態であっても良いので、その形態は特に限定されない。
また、例えば、本実施形態においては、図3に示すように、スクリュコンベヤのピッチを下方に進むほど徐々に小さくすることによって、スクリュ羽根65の1ピッチが形成するコンベヤの容積を下方に向かって徐々に小さくする(スクリュピッチ:P1>P2>P3)ことにより原料を圧密する方式や、或いは、図4に示すように、スクリュコンベヤの中心軸の径(本実施形態においては、回転筒63の外径寸法)を徐々に大きく(回転筒の外形寸法:A1<A2)することによって、スクリュ羽根65の1ピッチが形成するコンベヤの容積を下方に向かって徐々に小さくすることにより原料を圧密する方式等が、構成が簡単でトラブルが生じにくいという点で好ましい。
なお、スクリュコンベヤによって原料を圧密する方法として、公知の方法も数多く知られているが、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で、その形態は特に限定されない。
次ぎに、コーン50の下端に形成した管状部分55の長さとスクリュコンベヤ60のスクリュ羽根65のピッチの関係について説明すると、管状部分Lの長さがスクリュ羽根65のピッチの0.5倍以上であるという条件を満たしていることが好ましい。
なお、図1に示した実施形態においては、管状部分Lの長さが、スクリュ羽根65のピッチの3倍程度になるように構成した
以下、管状部分Lの長さとスクリュ羽根65のピッチの関係について説明する。
機内における原料とガスの流れの詳細については後述するが、コーン50内の原料について説明すれば、その基本的な挙動として、固定式分級羽根40を通過しながら上部取出口39から機外に取り出されなかった原料が、コーン50内に落下して循環原料となり、スクリュコンベヤ60により下方に圧密されながら搬送されて、コーン50の下端部分から回転テーブル2の中央付近に再度投入されるという挙動を示す。
そのため、スクリュコンベヤ60とコーン50の下端部分との間に大きな隙間があると、該下端部分の隙間から直接コーン50内に、ガスと原料が吹き込んでくる可能性があって、その場合には、固定式分級羽根40を通過していない原料がコーン50内に飛び込んでくることになるので、分級精度が低下する。
また、コーンの下端部分から直接コーン50内にガスが吹き込んでくると、コーン50内に落下した原料を吹き上げてしまうため、下方に向かおうとする原料の基本的な流れを阻害して、スクリュコンベヤ60による原料の搬送効率が悪くなる。
しかしながら、本実施形態のように、コーン50の下端に、スクリュ羽根65のピッチの0.5倍以上の長さの管状部分55を形成すれば、スクリュコンベヤ60で圧密されながら搬送される原料自体が、コーン50の下端から吹き込もうとするガスに対して蓋の役目を果たす。従って、コーン50の下端部分から、ガスが吹き込んで来るのを抑制することが可能である。
コーン50の下端に形成した管状部分55の長さとスクリュコンベヤ60のスクリュ羽根65のピッチの関係について、簡単な計算方法を説明すると、スクリュ羽根65のピッチが変化しない場合は、該ピッチの長さを、そのまま使用して計算し、管状部分Lの長さが、スクリュ羽根のピッチの0.5倍以上であるという条件を満たしているかどうか、判断すれば良い。
また、スクリュ羽根65のピッチが変化する場合は、管状部分55の中を挿通するスクリュコンベヤの部分のピッチを平均して、管状部分Lの長さがスクリュ羽根のピッチの0.5倍以上であるという条件を満たしているかどうか、判断する。
例えば、本実施形態において、図2の(1)に示すような形態で合った場合に、管状部分55の長さLに対して、管状部分55の中を挿通するスクリュコンベヤ60のスクリュ羽根65のピッチ(P1、P2、P3)とすると、L>P1+P2+P3となっているのが図面上で明かであるから、少なくとも、管状部分Lの長さが、スクリュ羽根のピッチの0.5倍以上であるという条件を満たしていると判断できる。
また、図2の(2)に示すような形態で合った場合は、同様にして、管状部分55の長さLに対して、該管状部分の中を挿通するスクリュコンベヤの部分のピッチ(P1)とすると、L>P1となっているのが図面上で明かであるから、少なくとも、管状部分Lの長さが、スクリュ羽根のピッチの0.5倍以上であるという条件を満たしていると判断できる。
なお、もう少し詳細に説明すれば、管状部分Lの長さが、スクリュ羽根のピッチの0.5倍以上であるという条件を満たすためには、図2の(1)のようなケースにおいては、後述の数式(1)を満たす必要があり、図2の(2)のようなケースにおいては、後述の数式(2)を満たす必要がある。
Figure 2011194298
Figure 2011194298
以下、本実施形態による竪型粉砕機1の運転方法について、その好ましい1例を説明する。
図1に示したように、竪型粉砕機1に投入された原料(本実施形態においては木材片)は、原料投入用のセンターシュート35を介して回転テーブルの中央付近に投入される。
なお、詳細は後述するが、固定式分級羽根40を通過して機外に取り出されなかった原料も、コーン50に案内されて、回転テーブル2の中央付近に投入される。
ここで、回転テーブル2の中央付近に投入された原料は、渦巻き状の軌跡を描きながら、回転テーブル2の外周側に移動して、回転テーブル2と粉砕ローラ5の間に噛み込まれ粉砕される。そして、回転テーブル2と粉砕ローラ5に噛み込まれて粉砕された原料は、回転テーブル2の外縁部に周設されたダムリング15を乗り越えて、回転テーブル上面2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。
なお、図1に示した竪型粉砕機1は、運転中に、ガス供給口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、回転テーブル2の下方から固定式分級羽根40を通過して上部取出口39へと流れるガスの気流が生じる構成となっている。
従って、回転テーブル2上で粉砕された原料は、前記ガスにより吹き上げられてケーシング内を上昇するが、径が大きく重量の大きな原料は固定式分級羽根40まで到達できずに、或いは通過できずに落下することによって、竪型粉砕機1内で再度粉砕される循環原料となる。
また、ガスにより吹き上げられてケーシング内を上昇し、固定式分級羽根40を通過した径の小さな原料は、その多くが、上部取出口39から製品として取り出されるが、通過した原料の中でも比較的径の大きな原料が、上部取出口39から取り出されずに、コーン50内に落下して、循環原料となり、回転テーブル2の中心付近に再度投入される。
一般的な竪型粉砕機の場合は、例えば、図5に示すように循環原料を捕集するためのコーンはあっても、コーン内に落下した原料を圧密するためのスクリュコンベヤは備えていない。それに比較して、本実施形態においては、図1に示すように、コーン50内に落下した原料を圧密するためのスクリュコンベヤ60が配されている。
スクリュコンベヤ60は、コーン50内に落下した原料をスクリュ羽根65の上に載せた状態で、回転しながら、原料を下方側へと搬送する。
図1に示した実施形態では、スクリュコンベヤ60のスクリュ羽根65、並びにコーン50の内径ともに、上方から下方に向けて小さくしているので、スクリュコンベヤが回転して原料を下方に送るほど、徐々にコンベヤ内の容積が狭くなり、その結果、原料が徐々に圧密される。従って、比重の軽い循環原料でも、回転テーブル上に供給される際には、従来技術で回転テーブル上に循環させた原料と比較すれば、嵩密度を高くすることができる。
また、図2に示した実施形態であれば、スクリュ羽根65のピッチが、P1,P2,P3と順次小さくなっているので、管状部分55内で、確実に原料を圧密することができる。さらに、図3に示した実施形態であれば、スクリュコンベヤ60の回転軸となる回転筒63の外形寸法が、A1、A2と下方に向かうほど拡径して広くなっているので、管状部分55内で、確実に原料を圧密することができる。
特に、従来技術がバイオマス等を粉砕する際において問題としていた「回転テーブル上で、先に投入された原料をうまく前に押し流しながら流れていくことができず、回転テーブル上で滞留又は堆積する等して塊となり、その結果、回転テーブル上で原料が速やかに流れなくなるので、粉砕ローラに原料を効率良く噛み込ますことができなくなって、粉砕効率を低下させてしまう」について、原料を圧密して回転テーブル上に供給する本実施形態による運転方法であれば、原料が、回転テーブル上で塊になりにくいので、効果的に問題を防止できる。
また、本実施形態においては、コーン50の下端に管状部分55を形成して、管状部分55の長さを、スクリュ羽根のピッチの0.5倍以上(本実施形態においては、3以上)とすることによって、回転テーブル下方から吹き上げてくるガスの流れを抑えて、効率良く、コーン内の循環原料を回転テーブル上に落下させることができる。
以上のように本願発明に係わる竪型粉砕機は、原料が回転テーブル上で滞留又は堆積する等して粉砕しにくいというケースに際して、従来に比較して効率の良い粉砕が可能で、原料を微細化する粉砕等に、特に適した粉砕装置として使用できる。
1 竪型粉砕機
2 回転テーブル
5 粉砕ローラ
15 ダムリング
1B ケーシング
30 環状空間
33 ガス供給口
35 センターシュート(原料投入シュート)
39 上部取出口
40 固定式分級羽根
50 コーン
53 逆円錐形状部分
55 管状部分
60 スクリュコンベヤ
63 回転筒
65 スクリュ羽根

Claims (4)

  1. 回転テーブル上に投入した原料を、複数個の粉砕ローラによって粉砕し、該回転テーブルの下方から導入したガスにより上方に吹き上げて機外に取り出す竪型粉砕機であって、
    該回転テーブルの中央上方に、該回転テーブルに原料を投入するためのセンターシュートを設けて、該センターシュートの下側の部分に漏斗状のコーンを配するとともに、
    該センターシュートの周りにスクリュ羽根を有した回転筒を配して、コーン内に落下した原料を圧密するためのスクリュコンベヤを形成することを特徴とした竪型粉砕機。
  2. 前記コーンの下端に管状部分を形成して、前記スクリュコンベヤが該管状部分の中を挿通するように配置し、該管状部分の長さが前記スクリュ羽根のピッチの0.5倍以上であることを特徴とする請求項1に記載の竪型粉砕機。
  3. 前記管状部分の中におけるスクリュ羽根のピッチが、下方に向かうほど小さくなることを特徴とした請求項2に記載の竪型粉砕機。
  4. 前記管状部分を中における回転筒の外径寸法が、下方に向かうほど大きくなることを特徴とした請求項2又は請求項3に記載の竪型粉砕機。
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