JP2013226500A - スラグ粉砕用の竪型粉砕機 - Google Patents

Abstract

【課題】 スラグを微粉砕するに好適な竪型粉砕機を提供する。
【解決手段】 粉砕ローラ、及び回転テーブルを備えて、回転テーブル上に投入したスラグを粉砕ローラで粉砕する竪型粉砕機であって、粉砕ローラのローラ径を２５００ｍｍ以下とするとともに、回転テーブルのテーブル径に対して粉砕ローラのローラ径の割合が０．４５以下として、前記粉砕ローラを少なくとも２個以上配した。
機体の振動を測定する振動センサ、及び、該振動センサで検出した検出値が入力されて該検出値が予め設定したしきい値を超えた場合に回転テーブルの回転数を低下させる制御装置を備えた。 本発明によれば、原料を微粉砕する際に、粉砕ローラが原料層の上でスリップすることに起因して発生する異常振動を抑制して、原料を効率良く粉砕する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、主に高炉スラグや電炉スラグを粉砕するに好適な竪型粉砕機に係わり、特に、スラグを微粉砕するに好適な竪型粉砕機に関する。

スラグとは、溶鉱炉で鉄鉱石を溶かして鉄を作るときに出てくる原石の中の不純物である。主に、高炉で粗鋼を作る際、或いは、転炉で粗鋼から鋼鉄を作る際等に生じ、それぞれ出てきた場所により、高炉スラグ、電炉スラグ、或いは転炉スラグ等と呼ばれる。
また、近年では、廃棄物減容化を目的として、ごみ焼却においても灰などをスラグ化することがある。前述したスラグは、粉砕されて後、セメント原料等として広く使用されている。そして、高炉スラグ、電炉スラグ、又転炉スラグ等のスラグ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用いられようになってきている。

しかし、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、被粉砕物（本明細書においては単に原料と称することもある）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、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、竪型粉砕機において、嵩高い原料層（嵩密度が低い状態）を一挙に粉砕する運転を行った場合に異常振動が誘発されるケースがある。
なぜなら、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、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。

原料層が嵩高くなる状況の１つとして、原料を微粉砕するケースが知られている。というのは、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り、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。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、当然に小さい。
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。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、その結果として、空隙率の高い、所謂、嵩高い状態になる。

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る。

なお、竪型粉砕機を大型化した際に、異常振動が発生しやすくなり、サイズの大型化に見合うほどの処理能力が得られないケースがある。
なぜなら、竪型粉砕機を大型化することによって、粉砕ローラ径が大きくなり、粉砕ローラで噛み込める原料層の厚みが増える。しかし、噛み込める原料層の厚みが大きくなった結果、嵩高くなった原料層を一挙に粉砕することになって、粉砕ローラが滑りやすくなり、異常振動が発生するため、サイズの大型化に見合うほどの処理能力をあげて運転できない。

特に近年は、スラグ粉砕用の竪型粉砕機を始めとして超大型の竪型粉砕機が求められるようになってきているため、前述の問題が顕著である。

前述した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２−１７４９４６号公報

ここで、特許文献１に開示された従来技術は、振動を防止すると言う点で、一定の効果が期待でき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においても、補助ローラで圧密できる原料層の厚みには限界があり、竪型粉砕機を大型化して処理能力を上げようとした場合に、その制限を受けた。

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、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、本発明によるスラグ粉砕用の竪型粉砕機は、
（１） 補助ローラ、粉砕ローラ、及び回転テーブルを備えて、回転テーブル上に投入したスラグを補助ローラで圧密してから粉砕ローラで粉砕する竪型粉砕機であって、粉砕ローラのローラ径を２５００ｍｍ以下とした。

（２） （２）に記載のスラグ粉砕用の竪型粉砕機において、前記回転テーブルのテーブル径に対して粉砕ローラのローラ径の割合が０．４５以下とした。

（３） （１）又は（２）に記載のスラグ粉砕用の竪型粉砕機において、前記補助ローラと粉砕ローラの組み合わせを少なくとも２組以上配した。

（４） （１）から（３）までのいずれか１項に記載のスラグ粉砕用の竪型粉砕機において、機体の振動を測定する振動センサ、及び、該振動センサで検出した検出値が入力されて該検出値が予め設定したしきい値を超えた場合に回転テーブルの回転数を低下させる制御装置を備えた。

本発明によれば、原料を微粉砕する際に、粉砕ローラが原料層の上でスリップすることに起因して発生する異常振動を抑制して、原料を効率良く粉砕する。

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ローラと回転テーブルの配置を説明する図である 本実施形態に係わりローラの寸法を説明するための概念図である。 本実施形態に係わり大径の粉砕ローラと小径の粉砕ローラとで、噛み込み状態の違いを説明するための概念図である。 本実施形態に係わり粉砕ローラと原料層の関係を説明する概念図である。 原料層と粉砕ローラについて速度と摩擦係数の関係を示したものである。

以下、図面等に基づき本発明の好ましい実施形態の１例について詳細に説明する。
図１〜図５は、本発明の実施形態に係わり、その好ましい例を示したものであって、図１は竪型粉砕機の全体構成を説明する概念図である。図２はローラと回転テーブルの配置を説明する図、図３はローラの寸法を説明する図である。
また、図４は大径の粉砕ローラと小径の粉砕ローラとで噛み込み状態の違いを説明するための図、図５は粉砕ローラと原料層の関係を説明するための図である。なお、図６は原料層と粉砕ローラについて速度と摩擦係数の関係を説明するための図である。

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又は図２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、１Ａ、竪型粉砕機のケーシングに取り付けられて、機体の振動を測定する振動センサＳ１、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３及び補助ローラ５を備えている。また、本実施形態に用いた竪型粉砕機１は、図２に示したように、粉砕ローラ３が、回転テーブル２上において、その外周部分に２個が対向するようにして配されているとともに、粉砕ローラ３と位相を９０度ずらしたような形で、補助ローラ５が２個配されている。補助ローラ５を配したタイプの竪型粉砕機１においては、回転テーブル上に供給された原料を、一旦、圧密してから粉砕ローラ３にて粉砕できるという点で粉砕効率が良く、好しい形態の１つである。

なお、図１に示した竪型粉砕機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に示した竪型粉砕機１においては、制御装置５０を備えており、制御装置５０は、しきい値を設定する設定機５１、振動センサＳ１の検出値が入力されて設定機５１で設定した設定値と比較演算する比較機５２、並びに、比較機５２で比較した結果に基づいて駆動モータ２Ｍをインバータ電源により回転数制御する制御機５３を備えている。

また、図１に示した竪型粉砕機１は、回転テーブル２の上方に形状が略逆円錐型の内部コーン１９を備えるとともに、内部コーン１９の上部に固定式の一次分級羽根１４と、内部コーン１９の上方で一次分級羽根１４の内側に回転式の分級羽根を備えた回転式分級機１３と、を有している。
なお、回転式分級機１３が備えた回転式の羽根は、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り駆動されて、自在に回転する構成となっている。

さらに、図１に示した竪型粉砕機１は、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と、極端に大きな重量の原料を取り出すための下部取出口３４と、を備えており、回転テーブル上方には、ガスと共に製品を取り出すことのできる上部取出口３９を備えている。

図１に示した竪型粉砕機１は前述の構成によって、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下方から一次分級羽根１４及び回転式分級機１３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。

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し、一次分級羽根１４方向に流れるが、径が大きく重量の大きな原料は一次分級羽根１４まで到達できずに落下して、回転テーブル２上で再度粉砕される、或いは、極端に重量が大きな原料は竪型粉砕機１の下部にある下部取出口３４より機外に排出される。

一次分級羽根１４を通過して回転式分級機１３を通過できなかった原料は、内部コーン１９上に落下して回転テーブル２中央部分付近に供給され、回転テーブル２上で、再度、粉砕される。一方、回転式分級機１３を通過した径の小さな原料は、上部取出口３９から製品として取り出される。なお、粉砕ローラ３で粉砕された後においても、一次分級羽根１４、又は回転式分級機１３を通過できずに、回転テーブル２上に供給されて、再度、粉砕される原料は、循環原料と称される。

ここで、本実施形態においては、図２に示すように回転テーブル２上に、補助ローラ５及び粉砕ローラ３を１セットで１組として、２組が配されており、それぞれのローラが、回転テーブル２の方向に押圧されるよう構成されている。なお、補助ローラ５及び粉砕ローラ３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。

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。なお、詳細は後述するが、スラグを粉砕する場合には、粉砕ローラ３の最大径としては２５００ｍｍ程度までが問題のない好ましい範囲であって、それ以上大きくすると、状況によって異常振動が発生しやすくなる傾向にある。
本実施形態においては、粉砕ローラのローラ径を１０００ｍｍとして回転テーブル２上に４個配した。

竪型粉砕機１の原料投入口３５に投入された原料（本実施形態においては被粉砕物である高炉スラグ）は、原料投入シュートを介して回転テーブル２の中央付近に投入されて、渦巻き状の軌跡を描きながら、回転テーブル２の外周側に移動する。そして、回転テーブル２上に投入された原料は、後述する循環原料と回転テーブル２上で合わさった後、その大部分が補助ローラ５で圧密されて脱気された後、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。

ここで、補助ローラ５で与える面圧について、高炉スラグを粉砕する場合は、補助ローラ５の投影面積当たり２〜５（ｋｇ／ｃｍ^２）となるように設定することが好ましく、本実施形態においては３（ｋｇ／ｃｍ^２）となるように設定した。
なお、図３に示したように、補助ローラ５により与えられる力をＦとした場合に、補助ローラ５の幅方向の寸法をＷ、周方向の直径（ローラ幅方向寸法の中央部寸法）をＤ、とすると、補助ローラ５の投影面積当たりに与えられる面圧Ｍは以下の数式（１）により求められる。

Ｍ＝（Ｆ×ＣＯＳθ）÷（Ｗ×Ｄ）・・・数式（１）

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。

環状通路３０に達した原料は、前記ガスにより吹き上げられてケーシング内を上昇し、一次分級羽根１４方向に流れようとするが、径が大きく重量の大きな原料は、一次分級羽根１４まで到達することができず、或いは一次分級羽根１４を通過できず、に落下するが、その大部分が回転テーブル２上に落下して、再度、粉砕される。
なお、一次分級羽根１４を通過できない原料の中で極端に重量の重いものは、回転テーブル２の下方まで落下して、下部取出口３４より排石として取り出される。また、一次分級羽根１４を通過して、回転式分級機１３を通過できなかった原料は、落下することにより内部コーン１９に捕集されて、再度、回転テーブル２上に供給され、粉砕される。

ここで、原料を微粉砕する場合においては、回転式分級機１３を通過できる原料の径を小さくする必要があるため、結果として、一次分級羽根１４又は回転式分級機１３を通過できずに落下する原料の割合は多くなり、原料投入シュートから投入される新規原料に対して繰り返し粉砕される循環原料の割合が大きくなり、嵩高い原料層が形成される。

循環原料は、所定の粒径となって機外に排出されるまで、繰り返し、回転テーブル上に供給され、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。一方、所定の粒径まで小さく粉砕された原料は、回転式分級機１３を通過することにより、上部取出口３９より粉砕品として取り出される。本実施形態では、高炉スラグを平均粒子径として、Ｄ_Ｐ５０≒１５μｍになる程度の状態まで粉砕した。なお、Ｄp５０はロジン・ラムラー線図（Ｒｏｓｉｎ−Ｒａｍｍｌｅｒ−Ｓｐｅｒｌｉｎｇ）上に粒径分布を図示した場合にＲ＝５０％となる点の粒径をμｍ（ミクロンメータ）で表わしたものである。

前述したように竪型粉砕機１においては、新規原料とは別に、一次分級羽根１４或いは回転式分級機１３を通過できずに落下して内部を循環する循環原料が多くなる。
当然、原料を微粉砕しようとすればするほど内部循環原料の割合は増加するが、循環原料は新規原料に比較して径が小さいため嵩高くなり、原料層の中に細かな空隙が生じるため、空隙に抱え込むガスの量も必然的に大きくなる。

図６に粉砕ローラ３の速度と、原料層及び粉砕ローラ３の間の動摩擦係数について見かけ上の関係を示す。動摩擦係数についてみれば、一部の極めて速度の遅い領域を除き、細かい粒度の方が粗い粒度よりも動摩擦係数が小さくなっている。出願人は、この現象について鋭意検討した結果、原料の径により動摩擦係数が変わるというのではなく、ガスという媒体が作る見掛けの摩擦係数が低下していると考えた。

また、図３に概念図を示すが、原料層の中にガスを多く含む層があり、滑りやすい部分を形成している。原料を微粉砕する際においては、粉砕ローラ３により、ガスを抱え込む空隙が大きい循環原料と、新規原料を一緒に合わせて粉砕するため、その層間で滑りが発生し、異常振動の発生につながるから、運転不能に陥るのである。

ここで、図４に説明のための図を示すが、大径の粉砕ローラ（大径ローラと称する）と小径の粉砕ローラ（小径ローラと称する）を比較した場合において、本来、大径ローラの原料層の噛み込み角度β２と、小径ローラの噛み込み角度β１は同一であって良いはずのものであるから、噛み込むことのできる原料層の厚みについてだけ考えれば、大径ローラがＨ２に対して小径ローラをＨ１とすると、Ｈ１＜Ｈ２となり、大径ローラを用いた竪型粉砕機１の処理能力が、小径ローラを用いた竪型粉砕機１の処理能力より大きくなるはずである。

しかしながら、図５で、その仕組みを概念的に説明するように、竪型粉砕機の運転中においては、原料層の中に空隙率の高い部分が発生し、その部分で原料層自体が滑ってしまい異常振動の発生につながるから、粉砕ローラ３を大型化しても、原料層の噛み込み厚さについては、粉砕ローラ３の径に見合うほど大きく出来ないというのが実情である。
従って、実際のところ、竪型粉砕機１を大型化して粉砕ローラ３の径を大径化しても、サイズに見合うほど処理能力を上げることができないのである。

発明者らは、この問題を鋭意検討した結果、スラグを粉砕する場合には、粉砕ローラ３の最大径としては２５００ｍｍ程度までが問題のない好ましい範囲であって、それ以上大きくすると、異常振動が発生しやすくなる傾向にあることがわかった。

そして、スラグ用の竪型粉砕機１を大型化して処理能力を上げる場合には、粉砕ローラ３のローラ径Ｄを装置大型化に合わせて単に大きくしていくのではなく、その個数を増やして小さい粉砕ローラ３を多数個配する方が、粉砕効率が良い。言い換えれば、スラグ用の竪型粉砕機１の処理能力をあげるためには、小径ローラの数を増やしていくことが好ましく、補助ローラ５と粉砕ローラ３を１セットとして、少なくとも２組以上配することが好ましいことが判明した。
そして、その際における回転テーブルの直径Ｌと粉砕ローラ３の好ましい範囲について説明すれば、Ｄ（ｍ）≦０．４５×Ｌ（ｍ）の関係にあり、それ以上に粉砕ローラＤの直径が大きいと、多数個の粉砕ローラ３を回転テーブル２上に配置しづらくなり、結果として、異常振動が発生し易い傾向にあることがわかった。

なお、本実施形態において、図３に示したように粉砕ローラ３のローラ径Ｄは、ローラ幅方向寸法の中央部における外周直径寸法とし、回転テーブル２のテーブル直径Ｌは、図２に示すように回転テーブル上のダムリングを除いた部分までの外周直径とする。

本実施形態においては、粉砕ローラのローラ径Ｄを１０００ｍｍとして、２５００ｍｍ以下にするとともに、回転テーブル２のテーブル径Ｌに対して粉砕ローラのローラ径Ｄの割合を０．４５以下とすることによって４個を配して、前述の原因に起因する異常振動の発生を抑制した。

なお、本実施形態においては、前述の構成によっても防げない異常振動が発生する場合に備えて、運転中、常に振動センサＳ１で機体の振動値を検出し、予め設定機５１に入力した振動値と一致、或いはそれを上回るような振動値が発生した場合に、回転テーブル２の回転速度を減速させることにより、振動が大きくなって運転不能になる前に振動を抑制した。

以上のように本願発明に係わる竪型粉砕機の運転方法及びスラグ粉砕用の竪型粉砕機は、スラグを微細化する粉砕に好適に使用できる。

１ 竪型粉砕機
２ 回転テーブル
３ 粉砕ローラ
６ スイングレバー
１３ 回転式分級機
１４ 一次分級羽根
１５ ダムリング
１９ 内部コーン
３５ 原料投入口
３９ 上部取出口
５０ 制御装置
５１ 設定機
５２ 比較機
５３ 制御機
Ｓ１ 振動センサ

Claims (4)

1. 補助ローラ、粉砕ローラ、及び回転テーブルを備えて、回転テーブル上に投入したスラグを補助ローラで圧密してから粉砕ローラで粉砕する竪型粉砕機であって、粉砕ローラのローラ径を２５００ｍｍ以下としたスラグ粉砕用の竪型粉砕機。
2. 前記回転テーブルのテーブル径に対して粉砕ローラのローラ径の割合が０．４５以下とした請求項２記載のスラグ粉砕用の竪型粉砕機。
3. 前記粉砕ローラを少なくとも２個以上配した請求項１又は請求項２に記載のスラグ粉砕用の竪型粉砕機。
4. 機体の振動を測定する振動センサ、及び、該振動センサで検出した検出値が入力されて該検出値が予め設定したしきい値を超えた場合に回転テーブルの回転数を低下させる制御装置を備えた請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のスラグ粉砕用の竪型粉砕機。

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