JP2020099869A - 竪型粉砕機 - Google Patents

Abstract

【課題】円錐台形の粉砕ローラによる所定押付力を作用させて粉砕効率を向上させた竪型粉砕機を提供することにある。【解決手段】本発明の竪型粉砕機１０は、粉砕ローラ１６、補助ローラ、及び、回転テーブル１４を備えて、前記回転テーブル１４上に投入した原料を前記補助ローラで圧密して脱気してから前記粉砕ローラ１６で粉砕する竪型粉砕機１０であって、前記粉砕ローラ１６を回転自在に支持し、前記粉砕ローラ１６の踏み面が回転テーブル上面１４Ａと平行となるように前記回転テーブル上面１４Ａに対して交差する方向に軸心を配置したローラ支持シャフト５０と、前記ローラ支持シャフト５０を軸支すると共に前記ローラ支持シャフト５０の軸心と直交する方向に進退移動する油圧シリンダ５２と、前記油圧シリンダ５２の進退方向に沿って進退移動する前記ローラ支持シャフト５０を支持するピストン軸５４と、を備えたことを特徴としている。【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、その他の無機原料、又は化学品、バイオマス等の有機原料を回転テーブル上で従動する円錐台形の粉砕ローラで粉体に粉砕する竪型粉砕機に関する。

高炉スラグ、セメント、石炭、バイオマス等の原料を粉砕する粉砕機として、竪型粉砕機が広く用いられている。従来の竪型粉砕機は、粉砕機の外郭を形成するケーシング内に、回転テーブルと、回転テーブルの上面外周部を円周方向に等分する位置に配置した複数個の円錐台形の粉砕ローラを備えている。粉砕ローラは、支点となる下部ケーシングに回動自在に軸着したスイングアームを介して油圧シリンダのピストンロッドに連結されている。粉砕ローラは油圧シリンダの作動によって回転テーブル上面に押圧されて、回転テーブルに粉砕原料を介して従動することによって回転する。
このような竪型粉砕機は、回転テーブルの中央に粉砕原料が供給されると回転テーブルの回転により、粉砕原料が回転テーブルの外周部へと移動する。外周部では粉砕ローラが圧接して回転しているので、粉砕原料は、粉砕ローラと回転テーブルの間へ侵入して粉砕される。そして、回転テーブルの外周面とケーシングの内周面との間の環状通路から吹き上がる熱空気によって、熱空気とともに粉粒体が乾燥されながらケーシング内を上昇する。粉粒体は、ケーシング内の上部に設けた分級手段によって振り分けられて所定粒度の製品が外部へ排出される。分級手段を通過できない粗粉は再度回転テーブル上に落下して粉砕される。

上記竪型粉砕機の粉砕工程において、粉砕ローラと回転テーブル間の粉砕原料の大きさや層厚によって、粉砕ローラが上下動して回転テーブルと粉砕ローラの間隔が変動する。粉砕ローラが持ち上げられる際には、固定されたスイングレバーの上下揺動軸を中心に回転する。このとき粉砕ローラの幅方向（円錐台形の大径側と小径側）の回転テーブルとの間隔が、揺動角度（スイングレバーの回転角度）によって異なる。粉砕ローラ先端側（小径側）の方が大径側に比べて回転テーブルとの間隔が大きくなる。このため、回転テーブル上で中心から外周側に移動する粉砕物が粉砕ローラの小径側に噛み込んでしまい、粉砕ローラの所定押付力が大きくなる。
ここで、スイングレバーの回転中心から粉砕ローラ小径側端部までの距離をＲ１、大径側端部までの距離をＲ２、Ｒ１の位置のテーブル押付力をＦ１、Ｒ２の位置のテーブル押付力をＦ２とすると、スイングレバーの回転中心モーメントは、Ｍ＝Ｆ１×Ｒ１＝Ｆ２×Ｒ２となり、テーブル押付力はＦ１＜Ｆ２となる。
テーブル中心付近に受け入れた粉砕原料は、粉砕ローラの小径側で予備粉砕されながら、遠心力によって回転テーブルの外周側に移動する。回転テーブルの外周側は、粉砕ローラの大径側であり、小径側に比べてテーブルとの間隔が狭くなり粉砕原料が細かく粉砕される。

理想の粉砕過程は、粉砕機を側面視した場合に粉砕ローラの外周（踏み面）と回転テーブル上面がほぼ平行の間隔を維持している場合である。しかし実際の粉砕工程では、前述のように回転テーブル上の粉砕物の層厚は回転テーブル中心側が厚いため、粉砕ローラ小径側の層厚が厚くなりローラ全体が持ち上げられる。そうすると、小径側の押付力が小さく、さらに層厚が厚いため、押付力が（クッションによって）分散されて粉砕されにくくなる。
一方、粉砕ローラの大径側では層厚が薄い箇所で大きな押付力で粉砕したいところ、小径側の噛み込み層厚が厚い場合には、大径側の層厚も厚くなり粉砕物に対する粉砕力が弱くなる。その結果、スイングレバーに連結した油圧シリンダ力を大きくしなければならないが、シリンダ油圧の制限があり、粉砕ローラの押付力も限界がある。

通常多く採用されている特許文献１のような傾転タイプの粉砕ローラの支持構造においては、前述の不都合が避けられない。一方、特許文献２のような粉砕ローラの踏み面が曲面状の場合には特許文献１に記載の粉砕ローラの形状に比べて傾転の影響は少ない。

特公平７−４５４２号公報 特公平７−１６６２３号公報

本発明が解決しようとする課題は、上記従来技術の問題点に鑑み、円錐台形の粉砕ローラによる所定押付力を作用させて粉砕効率を向上させた竪型粉砕機を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するための第１の手段として、粉砕ローラ、補助ローラ、及び、回転テーブルを備えて、前記回転テーブル上に投入した原料を前記補助ローラで圧密して脱気してから前記粉砕ローラで粉砕する竪型粉砕機であって、
前記粉砕ローラを回転自在に支持し、前記粉砕ローラの踏み面が回転テーブル上面と平行となるように前記回転テーブル上面に対して交差する方向に軸心を配置したローラ支持シャフトと、
前記ローラ支持シャフトを軸支すると共に前記ローラ支持シャフトの軸心と直交する方向に進退移動する油圧シリンダと、
前記油圧シリンダの進退方向に沿って進退移動する前記ローラ支持シャフトを支持するピストン軸と、を備えたことを特徴とする竪型粉砕機を提供することにある。
上記第１の手段によれば、回転テーブル上面の粉砕ローラを回転テーブル外周側から中心側へ向けて斜め上方移動する構造のため、粉砕ローラの上下移動と比べて粉砕時間を長くできる。また回転テーブル上に供給された原料を早いタイミングで粉砕できる。

本発明は、上記課題を解決するための第２の手段として、第１の手段において、前記ピストン軸は、前記ローラ支持シャフトの下部から軸心と直交方向に延出し、かつ、前記ローラ支持シャフトの軸心に沿って複数設け、
前記ピストン軸を摺動可能に支持する軸受けを有し、前記油圧シリンダの端部と接続した支持台をケーシング外に備えたことを特徴とする竪型粉砕機を提供することにある。
上記第２の手段によれば、粉砕ローラの支持構造の耐久性を高めることができる。また粉砕機のケーシングに接続せずケーシング外部で独立して支持する構造のため、メンテナンス性が高まり、騒音、振動、荷重を低減でき、振動に起因する分級手段の不具合を回避できる。

本発明は、上記課題を解決するための第３の手段として、第１の手段において、前記ピストン軸は、軸心を前記油圧シリンダの進退方向に沿って配置し、かつ前記ローラ支持シャフトを間に挟むように複数配置し、
前記ピストン軸が貫通する中心孔を有し、前記ローラ支持シャフトの外周に接続するピストンガイドと、
前記ピストン軸を支持し、前記油圧シリンダの端部と接続した支持台をケーシング外に備えたことを特徴とする竪型粉砕機を提供することにある。
上記第３の手段によれば、粉砕ローラの支持構造の耐久性を高めることができる。また粉砕機のケーシングに接続せずケーシング外部で独立して支持する構造のため、メンテナンス性が高まり、騒音、振動、荷重を低減でき、振動に起因する分級手段の不具合を回避できる。

本発明によれば、円錐台形の粉砕ローラの上下移動と比べて粉砕時間を長くできる。また回転テーブル上に供給された原料を早いタイミングで粉砕できる。
また、粉砕機のケーシングに接続せずケーシング外部で独立して支持する構造のため、メンテナンス性が高まり、騒音、振動、荷重を低減でき、振動に起因する分級手段の不具合を回避できる。

本発明の竪型粉砕機の構成概略図である。 粉砕ローラの説明図１である。 粉砕ローラの説明図２である。 回転テーブルと粉砕ローラの作用の説明図である。

本発明の竪型粉砕機の実施形態について、図面を参照しながら、以下詳細に説明する。
［竪型粉砕機１０］
図１は、本発明の竪型粉砕機の構成概略図である。図示のように竪型粉砕機１０は、ケーシング１２と、回転テーブル１４と、回転テーブル１４の上面外周部を円周方向に等分する位置に配置した複数個の粉砕ローラ１６と、補助ローラ（不図示）と、回転テーブル１４の外周に沿って形成した環状通路４０と、ケーシング１２の上部に設けた分級手段３０と、回転テーブル１４の外周縁部上に取り付けたダムリング４８を主な基本構成としている。

ケーシング１２の回転テーブル上面１４Ａの上方には、分級手段３０が設けられている。
分級手段３０は、回転軸３０ａと、回転羽根３０ｂと、固定羽根３０ｃを備えている。回転軸３０ａはケーシング１２の上面から下方へ垂下し、外部の駆動モータ（不図示）により回転自在な構成である。回転軸３０ａの下部には、回転軸３０ａを軸心として環状に複数の回転羽根３０ｂが並んで形成されている。さらに、回転羽根３０ｂの外周には、複数の固定羽根３０ｃが並んで形成されている。回転羽根３０ｂ及び固定羽根３０ｃはいずれも、長手方向が回転軸３０ａの軸心と平行に配置されており、ケーシング１２内を上昇してきた熱空気は、回転軸３０ａ軸心と平行な羽根の隙間から供給される。このような構成の分級手段３０は、回転軸３０ａと共に回転羽根３０ｂが回転し、固定羽根３０ｃと回転羽根３０ｂを通過した微細な粉粒体（微粉）のみが上部取出口４４から排出される。
固定羽根３０ｃの下端部には、内部コーン３０ｅ及びフィード管３０ｆが設けられている。内部コーン３０ｅは、上方から下方に向かって径が小さくなる漏斗状に形成し、フィード管３０ｆは、内部コーン３０ｅの下端に接続する円筒状に形成し、分級手段３０を通過できなかった粉粒体を捕捉して、フィード管３０ｆを介して下部の排出口から回転テーブル上面１４Ａへ供給する構造となっている。

内部コーン３０ｅには、原料投入シュート３４が接続している。この原料投入シュート３４を介して原料投入口３２から回転テーブル上面１４Ａに原料が投入される。
原料投入シュート３４から投入した原料は、回転テーブル上面１４Ａを渦巻き状の軌跡を描きながら回転テーブル上面１４Ａの外周部に移動して、回転テーブル上面１４Ａと粉砕ローラ１６の間に噛み込まれ粉砕される。そして、粉砕された粉粒体の一部は、回転テーブル上面１４Ａの外縁部に周設されて原料の層厚を調整するダムリング４８を乗り越えて、回転テーブル上面１４Ａの外周部とケーシング１２の隙間である環状通路４０へと向かう。ここで、下部ケーシング１２Ｂの回転テーブル１４の下方には、所定温度に加熱された熱空気を導入するためのガス導入口４２を設けている。

竪型粉砕機１０の運転中において、ガス導入口４２より熱空気を導入することによって、ケーシング１２内において回転テーブル１４の下方から分級手段３０を通過して上部取出口４４へと流れる熱空気の気流が生じている。
竪型粉砕機１０内に投入した原料と、回転テーブル１４と粉砕ローラ１６に粉砕されて後述するダムリング４８を乗り越えた粉粒体の一部は、環状通路４０からの熱空気によって吹き上げられてケーシング１２内を上昇し、分級手段３０に到達する。
ここで、径及び質量の大きな粉粒体は、分級手段３０の固定羽根３０ｃ及び回転羽根３０ｂを通過することができず、内部コーン３０ｅに落下して再度粉砕ローラ１６に噛み込まれて粉砕される。一方、径の小さな粉粒体は、隙間を開けて並べられた固定羽根３０ｃ及び回転羽根３０ｂの間を抜けて分級手段３０を通過して上部取出口４４よりケーシング１２外へ取り出される。
また、粉砕ローラ１６に噛み込まれずそのまま環状通路４０に達したような一部の極大の粒径の原料は、環状通路４０より回転テーブル１４の下方に落下して下部取出口４６より竪型粉砕機１０の外に取り出される。

［粉砕ローラ１６］
図２は、粉砕ローラの説明図１であり、（１）は正面図、（２）は（１）のａ矢視図である。図示のように粉砕ローラ１６は円錐台形であり、ローラ支持シャフト５０の端部にベアリング（不図示）を介して回転自在に軸支されている。粉砕ローラ１６の外周面は、踏み面であり、回転テーブル上面１４Ａと対向するように取り付ける。
ローラ支持シャフト５０は、一端側で粉砕ローラ１６を回転自在に支持し、粉砕ローラ１６の踏み面（側面外周）が回転テーブル上面１４Ａと平行になるように回転テーブル上面１４Ａに対して交差する方向に、換言すると回転テーブル上面１４Ａと平行ではなく所定角度傾けて軸心を配置している。
油圧シリンダ５２は、ローラ支持シャフト５０の他端側の外周面から軸心と直交する方向に突出した一対のピン５１をピストンヘッド５２ａ側で軸支している。また、ローラ支持シャフト５０の軸心と直交する方向に進退移動するように、シリンダ５２ｂ側を後述する支持台６０に接続している。このような油圧シリンダ５２は、ローラ支持シャフト５０を間に挟むように一対設けている。

ピストン軸５４は、油圧シリンダ５２の進退方向に沿って進退移動するローラ支持シャフト５０を支持するシャフトである。図２に示すピストン軸５４は、ローラ支持シャフト５０の外周下面側から軸心と直交する方向へ延出したシャフトである。ピストン軸５４は、ローラ支持シャフト５０の長手方向に沿って複数（図２は２個）取り付けている。
支持台６０は、ピストン軸５４を摺動可能に支持する軸受け５３を有すると共に、油圧シリンダ５２のシリンダ５２ｂと接続して、竪型粉砕機１０のケーシング１２外に取り付けている。図２に示す支持台６０は、上面をローラ支持シャフト５０の軸心と平行となるように、換言すると回転テーブル上面と交差する方向に形成している。このような支持台６０は、ケーシング１２の外部に設けている。
上記構成による粉砕ローラ１６は油圧シリンダ５２の進退移動によってピストン軸５４が支持台６０の軸受け５３内で摺動して回転テーブル上面１４Ａに押圧されて、回転テーブル１４に粉砕原料を介して従動することによって回転する。

図３は、粉砕ローラの説明図２であり（１）は正面図、（２）は（１）のＡ及びＢ矢視図である。同図に示す粉砕ローラ１６は、油圧シリンダの構造は図１と同一であるが、ピストン軸５４Ａと支持台６０Ａの構造が異なる。すなわち、ピストン軸５４Ａを油圧シリンダ５２と同様にローラ支持シャフト５０を間に挟むように配置している。
図３のピストン軸５４Ａは、軸心を油圧シリンダ５２の進退方向に沿って配置し、かつローラ支持シャフト５０を間に挟むように複数（図３では４個）配置している。
ローラ支持シャフト５０の外周には、ピン５１と同様に軸心と直交する方向にピストンガイド５５を設けている。ピストンガイド５５はピストン軸５４Ａが貫通する中心孔を有している。図３に示すピストンガイド５５はピストン軸５４Ａの長手方向に沿って２個設けている。
支持台６０Ａは、４個のピストン軸５４Ａを間に挟んで支持する台座本体６１及び上板６２を有している。このような支持台６０Ａは、ケーシング１２の外部に設けている。
上記構成による粉砕ローラ１６は油圧シリンダ５２の進退移動によってピストン軸５４Ａの長手方向に沿ってピストンガイド５５が摺動して回転テーブル上面１４Ａに押圧されて、回転テーブル１４に粉砕原料を介して従動することによって回転する。
粉砕ローラ１６の粉砕反力は上下方向に作用する。これに回転テーブル１４の回転による水平方向の反力も加わり粉砕ローラ１６の支持構造の剛性力が求められる。図３に示す粉砕ローラ１６の支持構造によれば、上下及び左右の反力に対して剛性を確保できる。
このような粉砕ローラ１６の支持構造は、粉砕ローラ１６の反力をケーシング１２に伝達することなく、油圧シリンダ５２、ピストン軸５４、支持台６０，６０Ａによる剛性を高めた一体構造で受けている。支持台６０，６０Ａは、粉砕機本体と別の基礎（鋼体又はコンクリート）を設けて、この上に設置している。このため、設置工事、点検、交換工事を含むメンテナンスが容易になる。また粉砕機本体に荷重がかからない構成のため、騒音の低減、振動衝撃荷重による粉砕機本体の損傷のおそれがない。また、粉砕機本体へ振動を伝達しないため、高速回転する分級手段などの機能に悪影響を及ぼすことがない。
補助ローラは、回転テーブル上に投入した原料を粉砕ローラの前段で圧密して脱気している。

［作用］
上記構成による本発明の竪型粉砕機の作用について、以下説明する。
本発明の粉砕ローラ１６の支持構造は、ローラ支持シャフト５０を間に挟むように一対の油圧シリンダ５２を取り付けている。油圧シリンダ５２の支持点は、ピン５１を介して回転自在にローラ支持シャフト５０に取り付けてあり、曲げ力（曲げモーメント）に対して、剛性を有する。ローラ支持シャフト５０は、支持構造によって、上下方向（鉛直方向）ではなく、回転テーブル１４の外周縁から中心に向けて斜め上方に移動可能であり、粉砕ローラ１６の踏み面と回転テーブル上面１４Ａが層厚と関係なく平行に維持できる。これにより、従来構造の傾転タイプの課題となっていた粉砕ローラ１６の踏み面の小径側と大径側の層厚が異なることによる押付力の分散や低下のおそれがない。

また斜め上方に上下移動するローラ支持シャフト５０をピストン軸５４で支持する構成を採用している。粉砕ローラ１６の粉砕力作用点と油圧シリンダ５２の支持点の間が離れているため、油圧シリンダ５２の支持点を中心に回転モーメントが作用する。この回転モーメントに反して回転テーブル上面１４Ａと粉砕ローラ１６の踏み面の間を平行に保ちながらピストン軸５４の軸心を油圧シリンダの軸心と平行に配置している。従来構造の傾転タイプでは、油圧シリンダの支持点を中心に回転するため、回転モーメントによる反力は油圧シリンダの軸力でバランスをとっていた。しかしながら本発明では斜め上方に平行移動しなければならないため、曲げモーメントを受けるピストン軸５４を設けている。これにより、油圧シリンダ５２に対して好ましくない曲げモーメントの作用を回避できる。

図４は回転テーブルと粉砕ローラの作用の説明図である。同図は粉砕ローラ１６と回転テーブル上面１４Ａを一部拡大した側面の断面図である。図中のＬ（従来；上下移動の粉砕ローラ）とＬ’（本発明；斜め上方移動の粉砕ローラ１６）は粉砕物の粉砕滞留ゾーンを示している。
従来（先行技術文献１，２など）の粉砕滞留ゾーンＬは、粉砕ローラ１６を上下（鉛直）方向に移動するため本発明のような回転テーブル上面１４Ａの外周縁から中心に向けて斜め上方向へ移動する粉砕停留ゾーンＬ’よりも短くなる。このような本発明の粉砕ローラ１６によれば、粉砕物の滞留時間を長く確保でき十分に粉砕できる。
また粉砕ローラ１６が上昇移動すると粉砕前のサイズの大きな原料がローラとテーブル間に多く入ってしまう。本発明の粉砕ローラ１６は、油圧シリンダ５２が伸長した状態（粉砕ローラ１６が上方に移動）で回転テーブル１４の中心側にも移動するため、粉砕前の原料を早いタイミングで粉砕できると共に、粉砕時間を増やすことができる。粉砕ローラ１６が中心側に斜め移動することにより、回転テーブル上面１４Ａの外径側と粉砕ローラ１６の大径側の隙間が広くなる。しかしながら粉砕ローラ１６大径側に回転テーブル上面１４Ａの粉砕物が移動する時点で既に粉砕されている。そしてダムリング４８によって滞留するのでより細かく粉砕できる。
このような本発明の竪型粉砕機によれば、円錐台形の粉砕ローラの上下移動と比べて粉砕時間を長くできる。また回転テーブル上面に供給された原料を早いタイミングで粉砕できる。
また、粉砕機のケーシングに接続せずケーシング外部で独立して支持する構造のため、メンテナンス性が高まり、騒音、振動、荷重を低減でき、振動に起因する分級手段の不具合を回避できる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明した。しかしながら、本発明は、上記実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の変更が可能である。
また、本発明は、実施形態において示された組み合わせに限定されることなく、種々の組み合わせによって実施可能である。

１０ 竪型粉砕機
１２ ケーシング
１２Ｂ 下部ケーシング
１４ 回転テーブル
１４Ａ 回転テーブル上面
１６ 粉砕ローラ
３０ 分級手段
３０ａ 回転軸
３０ｂ 回転羽根
３０ｃ 固定羽根
３０ｅ 内部コーン
３０ｆ フィード管
３２ 原料投入口
３４ 原料投入シュート
４０ 環状通路
４２ ガス導入口
４４ 上部取出口
４６ 下部取出口
４８ ダムリング
５０ ローラ支持シャフト
５１ ピン
５２ 油圧シリンダ
５２ａ ピストンヘッド
５２ｂ シリンダ
５３ 軸受け
５４ ピストン軸
５５ ピストンガイド
６０ 支持台
６１ 台座本体
６２ 上板

Claims (3)

1. 粉砕ローラ、補助ローラ、及び、回転テーブルを備えて、前記回転テーブル上に投入した原料を前記補助ローラで圧密して脱気してから前記粉砕ローラで粉砕する竪型粉砕機であって、
   前記粉砕ローラを回転自在に支持し、前記粉砕ローラの踏み面が回転テーブル上面と平行となるように前記回転テーブル上面に対して交差する方向に軸心を配置したローラ支持シャフトと、
   前記ローラ支持シャフトを軸支すると共に前記ローラ支持シャフトの軸心と直交する方向に進退移動する油圧シリンダと、
   前記油圧シリンダの進退方向に沿って進退移動する前記ローラ支持シャフトを支持するピストン軸と、を備えたことを特徴とする竪型粉砕機。
2. 請求項１に記載された竪型粉砕機であって、
   前記ピストン軸は、前記ローラ支持シャフトの下部から軸心と直交方向に延出し、かつ、前記ローラ支持シャフトの軸心に沿って複数設け、
   前記ピストン軸を摺動可能に支持する軸受けを有し、前記油圧シリンダの端部と接続した支持台をケーシング外に備えたことを特徴とする竪型粉砕機。
3. 請求項１に記載された竪型粉砕機であって、
   前記ピストン軸は、軸心を前記油圧シリンダの進退方向に沿って配置し、かつ前記ローラ支持シャフトを間に挟むように複数配置し、
   前記ピストン軸が貫通する中心孔を有し、前記ローラ支持シャフトの外周に接続するピストンガイドと、
   前記ピストン軸を支持し、前記油圧シリンダの端部と接続した支持台をケーシング外に備えたことを特徴とする竪型粉砕機。