JP2013226502A - 竪型粉砕機の運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 スラグを微粉砕するに好適な竪型粉砕機の運転方法を提供する。
【解決手段】 本願発明による運転方法においては、回転テーブル上に投入した原料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を使用して、スラグを粉砕する際において、回転テーブルの回転速度を調整して、原料の噛み込み速度を６．５ｍ／ｓ以下にする。本願発明の運転方法によれば、スラグを粉砕する際においても、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できる。
【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、被粉砕物を微粉砕するに好適な竪型粉砕機の運転方法に関する。

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、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、粉砕された後、セメント原料等として広く使用されている。

ここで、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るようになってきた。しかし、竪型粉砕機は、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）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、従来から数多くの異常振動防止対策が提案されている。

前述の竪型粉砕機を運転するに際し、異常振動が発生し易くなるケースの１つとして、機内で原料を繰り返し粉砕することにより原料を微粉砕するケースが知られている。原料を微粉砕する際において、一度の粉砕で所望する粒度まで微粉砕できなかった原料は、機内で繰り返し粉砕される。このように繰り返し粉砕される原料は、当業者において循環原料と呼ばれるものである。循環原料の粒径について説明すれば、少なくとも一度は粉砕された後の原料であるから、竪型粉砕機に新たに投入された粉砕前の原料に比較すれば、当然に小さいものとなる。

ここで、粉体の一般的な性質として、小さな粒子になればなるほど、粉体層の中に多量の空気を抱え込みやすくなる。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、粒径の小さな細かな原料を多く含み、その結果、空隙率の高い、所謂、嵩高い状態（嵩密度としては低い状態）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、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。
特にスラグの場合は、原料層の中に多量に空気を抱え込んだ部分が無数にできてしまうために、粉砕の際に、その部分でローラが急激に滑るという問題を生じる。
そのため、スラグによる嵩高い原料層を、粉砕ローラによって一挙に粉砕しようとすれば、回転テーブル上で粉砕ローラが滑ってスリップし、粉砕ローラの回転が不規則になって、異常振動が発生するという問題が生じた。

なお、異常振動を防止する方法の一つとして、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、補助ローラを用いて回転テーブル上の原料層を脱気し、一旦、圧密化することによって、粉砕ローラに原料を効率よく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、補助ローラで圧密する際の嵩高い原料層は、空気を大量に含んで滑りやすい状況であるという点において変わりはない。
補助ローラで原料層を押す圧力は粉砕ローラで原料層を粉砕する圧力より小さいので、基本的に補助ローラで大きな振動が生じにくい構造であるにしても、空気を多量に含んだ原料層を補助ローラで急激に圧密すれば、原料層中の空気が一気に脱気されて、原料層と補助ローラとの間に多量の空気が介在することになる。その結果、原料層と補助ローラとの間に多量の空気が滞留し、補助ローラと原料層が大きくスリップして振動が発生するという問題が生じた。そのため、補助ローラで原料層を圧密化するにも限度があった。

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、原料を微粉砕する際において、異常振動を防止して原料を効率良く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） 粉砕ローラ、補助ローラ、及び回転テーブルを備えて、回転テーブル上に投入した被粉砕物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の運転方法であって、スラグを粉砕する際において、原料の噛み込み速度を６．５ｍ／ｓ以下にする。

本発明によれば、スラグを粉砕する際においても、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と原料層の関係を説明する概念図である。 本実施形態に係わり粉砕ローラの転動ラインの寸法を説明する図である。 本実施形態に係わりローラで与える面圧を説明するための概念図である。 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。 原料層と粉砕ローラについて噛み込み速度と噛み込み率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７は、本発明の実施形態に係わり、図１は竪型粉砕機の全体構成を説明する概念図である。図２はローラと回転テーブルの関係を説明する図、図３はローラと原料層の関係を説明する図、図４は粉砕ローラの転動ラインの寸法を説明する図、及び、図５はローラで与える面圧を説明するための図である。
また、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示したものであり、図７は粉砕ローラにおける噛み込み率と噛み込み速度との関係を示したものである。

以下、本実施形態に使用する竪型粉砕機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。
なお、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。

ここで、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図示しない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。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、ガスと共に粉砕品（粉砕されて所望の粒径となった原料）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から粉砕品（製品と称することもある）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、繰り返して粉砕される原料は、一般的に循環原料と称される。

ここで、本実施形態においては、回転テーブル２上に補助ローラ５及び粉砕ローラ３が配されており、それぞれのローラは、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。

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り、本発明の技術思想を逸脱しないで変更が可能である。

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、本実施形態においては、回転テーブル２の回転速度を調整して、粉砕ローラ３における原料（本実施形態においては被粉砕物である高炉スラグ）の噛み込み速度（ｍ/ｓ）を６．５（ｍ／ｓ）とした。

竪型粉砕機１の原料投入口３５に投入された原料は、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上に投入された前記原料は、後述する循環原料と回転テーブル２上で合わさって、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５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）

そして、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して、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。そのため、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る。そうすると、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必然的に高くなるから、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、補助ローラ５で圧密された後、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。

前述したように竪型粉砕機１において原料を微粉砕しようとすればするほど、循環原料の割合は増加するが、前述したように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、粉砕ローラ３の速度が極めて遅い一部の領域を除き、細かい粒度の方が、粗い粒度の場合よりも動摩擦係数が小さい。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。
そして、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おり、原料を微粉砕する際においては、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、運転不能に陥ると考えた。

特に、竪型粉砕機１を大型化して、回転テーブル２と粉砕ローラ３を大型化した場合に、粉砕ローラ３の周速が早くなるため、原料層と粉砕ローラ３の間等で滑りが発生しやすくなり、その結果、原料が粉砕ローラ３に噛み込まれにくくなる。
従って、竪型粉砕機１を大型化すると、竪型粉砕機１の異常振動が著しく発生しやすくなり、運転不能に陥るケースが高くなるのである。

ここで、本実施形態では、粉砕ローラ３による原料の噛み込み速度を６．５（ｍ／ｓ）として、６．５（ｍ／ｓ）以下とすることによって、前述の原因に起因する異常振動の発生を抑制した。

図７にスラグと石灰石を粉砕する際における原料の噛み込み速度と、原料の噛み込み率の関係を示す。図７に示した実験データは、スラグとして高炉スラグを用いた場合で、その粒子の大きさは４５００（ｃｍ^２／ｇ）、平均粒子径（ＤＰ５０≒１５μｍの状態であり、石灰石粉は、その粒子の大きさは１００００（ｃｍ^２／ｇ）、平均粒子径（Ｄ_Ｐ５０≒４μｍ）の状態である。なお、説明するまでもないが、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。

図７に示したデータは、噛み込み速度（ｍ/ｓ）を２（ｍ／ｓ）の場合を１つの基準として、粉砕ローラ３の速度を上げていった場合に、噛み込み率がどの程度変化するかを調べたものである。図７から明らかなように、石灰石については、速度に対して一定の比率をもって噛み込み率が低下しているのに対して、スラグは、６．５（ｍ／ｓ）を超えたところで急激に噛み込み率が低下しているのが確認できた。
異常振動の発生がなければローラ速度を上げた方が、処理能力が上がるため、本実施形態においては、スラグの粉砕において、速度を６．５（ｍ／ｓ）として、竪型粉砕機１の運転を行った。

ここで、粉砕ローラ３の噛み込み速度の定義について図４を用いて説明する。なお、図４においては、説明をわかり易くするために補助ローラ５については記載を省略した。
本実施形態においては、粉砕ローラ３の幅方向寸法Ｗに対して、その中央部の寸法を基準として、対向する２つの粉砕ローラ３の間に、円状の転動ラインＳを設定し、回転テーブル２の回転速度から、転動ラインＳの回転している速度を算出する。

なお、回転テーブルの回転数をＮ（ｒｐｍ）とし、転動ラインＳで設定される円の直径をＳＤ（ｍ）とした場合に、以下の数式によって、噛み込み速度Ｖ（ｍ／ｓ）を、計算することができる。
Ｖ＝（π×ＳＤ×Ｎ）÷６０

本実施形態においては、回転テーブル上に投入した原料を、補助ローラ５により脱気した後、適正な噛み込み速度範囲で転がる粉砕ローラ３によって原料を粉砕する。従って、従来技術に比較して、異常振動が抑制されやすい。

以上のように本願発明に係わる竪型粉砕機は、従来技術に比較して、スラグの微粉砕時に振動が発生しにくいという特徴を有するので、原料を微細化する粉砕等に、特に適した竪型粉砕機の運転方法として使用できる。

１ 竪型粉砕機
２ 回転テーブル
３ 粉砕ローラ
５ 補助ローラ
６ スイングレバー
１３ 一次分級羽根
１４ 回転式分級機
１５ ダムリング
１９ 内部コーン
３５ 原料投入口
３９ 上部取出口

Claims (1)

1. 粉砕ローラ、補助ローラ、及び回転テーブルを備えて、
   回転テーブル上に投入した被粉砕物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の運転方法であって、
   スラグを粉砕する際において、粉砕ローラによる原料の噛み込み速度を６．５ｍ／ｓ以下にすることを特徴とする竪型粉砕機の運転方法。

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