JP2020116546A - 竪型粉砕機及びその運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】粉砕中の被粉砕物の状況に応じて即時に粉砕時の異常振動の発生を防止して、効率的に被粉砕物を粉砕できる竪型粉砕機およびその運転方法を提供することにある。【解決手段】本発明の竪型粉砕機１は、回転テーブル２上に投入した被粉砕物を噛み込む粉砕ローラ３と、前記粉砕ローラ３の上流側に補助ローラ５を設けたローラユニットを１つ以上備え、前記被粉砕物を前記補助ローラ３で圧密してから前記粉砕ローラ３で粉砕する竪型粉砕機１において、前記補助ローラ５は、粉砕中に変化する前記被粉砕物の状態を検出する粉砕状態検出部５０を備え、前記粉砕状態検出部５０の検出値に基づいて、前記補助ローラ５の押付角度を制御して所定の層厚及び異常振動を防止する制御部５４を設けたことを特徴とする。【選択図】 図４

Description

本発明は、粉粒体の微粉砕分野に係わり、スラグ、クリンカ、石灰石、石炭、及びその他無機原料、並びに、バイオマスを含む有機原料を粉砕するに好適な竪型粉砕機及びその運転方法に関する。

従来、石炭等を粉砕する竪型粉砕機が広く採用されている。竪型粉砕機は、被粉砕物（以下、単に原料ともいう）を効率的に微粉砕することができる一方で、原料の種類や粉砕条件によって、異常振動が発生し易いという問題点を有していた。
この異常振動は、様々な原因によって誘発されるため、その振動原因に応じた様々な対策を講じる必要がある。従来、数多くの異常振動防止対策が提案されている。

例えば、回転テーブル上に供給される原料が粉砕ローラに噛み込む上流側に補助ローラを配置して、被粉砕物の脱気を行って適正な噛み込み層厚とする竪型粉砕機がある（一例として特許文献１など）。
また、粉砕ローラの押付角度を制御して被粉砕物の脱気や層厚を均すことによって粉砕時の振動を防止する竪型粉砕機がある（一例として特許文献２など）。

しかしながら、特許文献２に開示の粉砕機によれば、運転中に振動が発生してから、粉砕ローラの押付油圧シリンダと回転テーブルの回転数を調整するように制御しているため、これらの慣性力が大きく、短時間で応答することができない。従って、振動低減の制御指令と応答の遅れによって振動を低減する制御を行うことは難しかった。

特開平３−２３２５４３号公報 特開平５−１０４０１９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、粉砕中の被粉砕物の状況に応じて即時に粉砕時の異常振動の発生を防止して、効率的に被粉砕物を粉砕できる竪型粉砕機およびその運転方法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、回転テーブル上に投入した被粉砕物を噛み込む粉砕ローラと、前記粉砕ローラの上流側に補助ローラを設けたローラユニットを１つ以上備え、前記被粉砕物を前記補助ローラで圧密してから前記粉砕ローラで粉砕する竪型粉砕機において、
前記補助ローラは、粉砕中に変化する前記被粉砕物の状態を検出する粉砕状態検出部を備え、
前記粉砕状態検出部の検出値に基づいて、前記補助ローラの押付角度を制御して所定の層厚及び異常振動を防止する制御部を設け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、補助ローラの押付角度、回転トルク値、押付角度の定速度変化、回転トルク値の時間変化、振動波形から被粉砕物の状態を判断して、即時に最適な粉砕運転条件、換言すると回転テーブル上の被粉砕物を適正な層厚にして、かつ粉砕時の異常振動の発生を防止できるように調整することができる。

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、前記粉砕状態検出部は、前記補助ローラの軸端部に設けて前記補助ローラの従動に伴う回生力を検出可能な駆動モータである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、回生力の測定値、測定値の変化状態から粉砕物の脱気状態を判断することができる。

本発明は、上記課題を解決するための第３の手段として、回転テーブル上に投入した被粉砕物を噛み込む粉砕ローラと、前記粉砕ローラの上流側に補助ローラを設けたローラユニットを１つ以上備え、前記被粉砕物を前記補助ローラで圧密してから前記粉砕ローラで粉砕する竪型粉砕機の運転方法において、
前記補助ローラに設けた粉砕状態検出部で、粉砕中に変化する前記被粉砕物の状態を検出する工程と、
前記粉砕状態検出部の検出値に基づいて、前記補助ローラの押付角度を制御して所定の層厚及び異常振動を防止する制御を行う工程と、
を有することを特徴とする竪型粉砕機の運転方法を提供することにある。
上記第３の手段によれば、補助ローラの押付角度、回転トルク値、押付角度の定速度変化、回転トルク値の時間変化、振動波形から被粉砕物の状態を判断して、即時に最適な粉砕運転条件、換言すると回転テーブル上の被粉砕物を適正な層厚にして、かつ粉砕時の異常振動の発生を防止できるように調整することができる。

本発明は、上記課題を解決するための第４の手段として、第３の手段において、前記粉砕状態検出部の検出値に基づいて、前記粉砕ローラの押付角度又は前記回転テーブルの回転速度を制御して所定の層厚及び振動を防止する制御を行うことを特徴とする竪型粉砕機の運転方法を提供することにある。
上記第４の手段によれば、発生した大きいローラ振動に対して最適な粉砕運転条件、換言すると回転テーブル上の被粉砕物を適正な層厚にして、かつ粉砕時の異常振動の発生を防止できるように調整することができる。

本発明は、上記課題を解決するための第５の手段として、第３又は第４の手段において、前記粉砕状態検出部の検出値に基づいて、前記回転テーブルの下方からのガス供給量を変化して所定の層厚及び振動を防止する制御を行うことを特徴とする竪型粉砕機の運転方法を提供することにある。
上記第５の手段によれば、回転テーブル上の被粉砕物の滞留量の増加に対して最適な粉砕運転条件、換言すると回転テーブル上の被粉砕物を適正な層厚にして、かつ粉砕時の異常振動の発生を防止できるように調整することができる。

本発明によれば、粉砕中の粉砕原料の層厚や物性によって粉砕状態が変化するのに対し、脱気する補助ローラに被粉砕物の状態を測定する機能を付加して、粉砕時において即時に、被粉砕物の含有空気量に応じた脱気が可能となり、被粉砕物の供給粉砕量に伴う層厚変化に対応可能であり、粉砕テーブル上の被粉砕物を適正な層厚にでき、かつ異常振動の発生を防止できる。

本発明の竪型粉砕機の全体構造を説明する図である。 粉砕ローラ、補助ローラ及び回転テーブルの配置を説明する図である。 本発明の竪型粉砕機の運転方法の処理フロー図である。 本実施形態の粉砕状態検出部と制御部に関するブロック図である。

本発明の竪型粉砕機及びその運転方法の実施形態を添付の図面を参照しながら、以下詳細に説明する。
［竪型粉砕機１］
図１は、本発明の竪型粉砕機の全体構造を説明する図である。図２は、粉砕ローラ、補助ローラ及び回転テーブルの配置を説明する図である。図３は、本発明の竪型粉砕機の運転方法の処理フロー図である。図４は、本実施形態の粉砕状態検出部と制御部に関するブロック図である。

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１Ｂ、１Ａ、竪型粉砕機のケーシングに取り付けられて、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、及び、回転テーブル２に従動して回転するコニカル型の粉砕ローラ３（図面上などにおいては単に主ローラと称することもある）並びに補助ローラ５を備えている。
また、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おり、運転中、回転テーブル２の回転速度を任意に変更可能な可変速式の竪型粉砕機１である。

本実施形態に使用した竪型粉砕機１の粉砕ローラ３は、図２（１）に示すように、回転テーブル２の上面に２個が配置されて、回転テーブル２の方向に押圧されるよう構成されており、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。また、本実施形態に使用した竪型粉砕機１においては、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個配置されており、粉砕ローラ３と同様に回転テーブル２に対して、原料を介して従動して回転する。

ここで、図２（２）に示すように、粉砕ローラ３はスイングレバー３Ａに取り付けられてケーシング１Ｂに軸３Ｃを中心として回動自在に軸支されており、スイングレバー３Ａのアーム３Ｂには第１の油圧シリンダ３Ｄが取り付けられている。油圧シリンダ３Ｄを作動させてアーム３Ｂを駆動することによりスイングレバー３Ａを動かして粉砕ローラ３を所望する加圧力で回転テーブル２側に押し付ける。
粉砕ローラ３と同様に、補助ローラ５はスイングレバー５Ａに取り付けられてケーシング１Ｂに軸５Ｃを中心として回動自在に軸支されており、スイングレバー５Ａのアーム５Ｂには第２の油圧シリンダ５Ｄが取り付けられている。油圧シリンダ５Ｄを作動させてアーム５Ｂを駆動することによりスイングレバー５Ａを動かして補助ローラ５を所望する加圧力で回転テーブル２側に押し付ける。
補助ローラ５のスイングレバー５Ａには振動センサ５６を設けている。振動センサ５６は、補助ローラ５で発生した上下（垂直）方向の振動を検出し、測定値を電気信号に変換して後述する制御部５４へ送信可能に構成している。

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２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。

［補助ローラの粉砕状態検出部５０］
本実施形態の補助ローラ５は、第１に被粉砕物を脱気する目的と、第２に被粉砕物の状態を測定する目的で使用している。
第１の目的は、粉砕運転時に補助ローラ５を先に下げて粉砕層を圧縮する。補助ローラ５の役割は、粉砕ローラ３の粉砕を容易に行うための事前作業である。主に粉砕物中に含まれる空気を脱気して粉砕ローラ３の粉砕性能を向上させることである。そして、回転テーブル２に供給される被粉砕物の量がその都度変化する場合に、粉砕ローラ３と回転テーブル２間の間隔を粉砕量に応じて高さ調整している。
本実施形態の被粉砕物の状態とは、被粉砕物の層厚、粘性、弾性、供給量、被粉砕物内の空気量などをいう。
第２の目的を実行する補助ローラ５の粉砕状態検出部５０は被粉砕物の状態を検出する検出部である。より具体的な粉砕状態検出部５０の構成は、補助ローラ５の軸端部に駆動モータ５２を設けている（図２（２）参照）。駆動モータ５２は、一例として電動機などを適用することができ、補助ローラ５を回転できる。このような駆動モータ５２により、通常の粉砕工程においては、補助ローラ５を回転テーブル２に近づけると、被粉砕物を介して回転テーブル２の回転が補助ローラ５に伝わって従動回転する。正常運転の場合、回転テーブル２上の被粉砕物を補助ローラ５によって脱気しながら従動回転する。このため、補助ローラ５の軸端部に設けた駆動モータ５２に回生力が生じる。被粉砕物の層厚に対して補助ローラ５の押付量で得られる負荷、換言すると回生力の測定値、測定値の変化状態から粉砕物の脱気状態を判断することができる。

［制御部５４］
制御部５４は、粉砕状態検出部５０からの検出値を受信可能とし、かつ補助ローラ５及び粉砕ローラ３の各油圧源（不図示）と回転テーブル２の駆動モータ２Ｍとガス供給源３６に制御信号を送信可能に構成している（図４参照）。制御部５４は、粉砕状態検出部５０の検出値に基づいて被粉砕物の状態を把握して、原則、補助ローラの押付角度を制御して、被粉砕物の脱気と、所定の層厚に調整する。また、制御部５４は、運転中に小さな変動が生じた場合には、補助ローラ５の押付角度を制御して対処している。
一方、運転中に大きな変動が生じた場合には、粉砕ローラ３の押付角度又は回転テーブル２の回転速度を制御して対処している。
また、回転テーブル２上の被粉砕物の滞留量が多くなって振動が大きくなった場合は、粉砕機下部からのガス供給量を増やす制御を行い対処している。

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。なお、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。
なお本実施形態の粉砕ローラ３及びその上流側の補助ローラ５は、各１台で一対のローラユニットとし（図２（１）はローラユニットが２つとなる）、１つ以上を備えた竪型粉砕機の構成を採用している。そして、ローラユニットを複数設けた場合、１つのローラユニットの補助ローラで脱気、圧縮、粉砕状態検出を行っても良いし、複数のローラユニットの補助ローラで脱気、圧縮、粉砕状態検出を行っても良い。複数のローラユニットで行う場合には、各ローラユニットでそれぞれ脱気、圧縮、粉砕状態検出を行うことによってきめ細かい粉砕運転を行うことができる。

［竪型粉砕機の運転方法］
以下、本実施形態の竪型粉砕機の運転方法について説明する。
竪型粉砕機１の運転中においては、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。 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２上面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。
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（循環原料）、粉砕される。

［ステップ１］
補助ローラ５の粉砕状態検出部５０で、被粉砕物の状態を検出する。具体的には、回転テーブル２の回転時において、被粉砕物層に補助ローラ５を押し付けると、被粉砕物が押付高さに応じて脱気され、回転テーブル２の回転力が被粉砕物を介して補助ローラ５に伝達して回転し始める。そして補助ローラ５に設けた駆動モータ５２に回生力が生じて、回生力（電流値）の変動状態から被粉砕物の脱気状態を判断する。また補助ローラ５を回転テーブル２上の被粉砕物に押し付ける際の速度一定で押付角度を変化と、補助ローラ５の回転トルク値の変化によって、被粉砕物の層厚や、圧縮性、換言すると空気の含有程度を推定できる。
運転開始時又は運転途中で、回転テーブル２上の被粉砕物が不均一であると、脱気のときに補助ローラ５の押付力が一定でなくなり、補助ローラ５の回転も不均一となる。そうすると粉砕層間で剪断すべり、換言すると粉砕層間で剪断されてローラ反力が脈動する。この状態が継続すると振動が次第に大きくなる。
［ステップ２］
補助ローラ５のスイングレバー５Ａに設けた振動センサ５６により補助ローラ５で発生した上下方向の振動を検出して、測定値を電気信号に変換し制御部５４へ送信する。制御部５４は振動センサ５６の測定値に基づいて振動の有無を判断する。

［ステップ３］
振動が小さい場合は、以下のような処理を行う。
補助ローラ５が回転と停止を繰り返して、その繰り返し発生頻度が多く、繰り返し間隔も短くなる兆候が生じた場合には、振動が増幅するので、駆動モータ５２で補助ローラ５を強制的に回転（正回転（従動）方向）させる。
振動が低減しない場合、補助ローラ５の上下動作を繰り返し行う。より具体的には、油圧源（不図示）、第２の油圧シリンダ５Ｄを介して補助ローラ５を上下移動させる。上下動作を行い粉砕層の表面を脱気しながら、均一に均して、自励振動発生のタイミングを乱して振動を解消する。
このような補助ローラ５による被粉砕物の脱気と層厚の調整は、粉砕ローラ３に比べて重量が軽く、かつ慣性力の小さい補助ローラ５を主体に行うことにより、小さな振動に対して即時に対応することが可能となる。

［ステップ４］
ステップ３の補助ローラ５による振動低減でも対応できないような振動が大きい場合、または当初から大きな振動が発生した場合は、重量が重く、かつ慣性力の大きい粉砕ローラ３の上下動作を繰り返し行う。より具体的には、油圧源（不図示）、第１の油圧シリンダ３Ｄを介して粉砕ローラ３を上下移動させる。上下動作を行いながら、粉砕層の表面を均一に均して、自励振動発生のタイミングを乱して振動を解消する。
この他、駆動モータ２Ｍを介して回転テーブル２の回転速度を変化させて発生したローラ振動を解消する。
［ステップ５］
回転テーブル２上の被粉砕物の滞留量が多くなって振動が大きくなった場合には、ガス供給源３６を介して粉砕機下部からのガス供給量を増やして被粉砕物の滞留量を低減する。これにより発生したローラ振動を解消できる。
なおステップ５は、ステップ３（小さい振動）と併用、ステップ４（大きい振動）と併用する場合もある。
［ステップ６］
被粉砕物の有無を判断し、有りの場合はステップ１からの工程を再度繰り返す。一方、無しの場合は終了する。

なお粉砕状態検出部は、駆動モータの構成のほか、補助ローラ５を取り付けたスイングレバー５Ａが上下（垂直）方向に回動する角度を検出する公知のセンサ、例えば、レーザ変位計（特開平５−３２９３９２号公報）、変位計（特開２０００−１２６６３３号公報）などを適用して、角度変化を電気信号に変換して制御部５４へ送信する。制御部５４は、あらかじめ設定したローラ押付角度、粉砕層厚、回転トルク値、振動波形の管理値、振動の時間軸変化などの基準値と、測定値を比較して、被粉砕物の層厚、被粉砕物の粘性、弾性、供給量、被粉砕物内の空気量を推定できる。
このような本実施形態の竪型粉砕機の運転方法によれば、補助ローラの押付角度、回転トルク値、押付角度の定速度変化、回転トルク値の時間変化、振動波形から被粉砕物の状態を判断して、最適な粉砕運転条件、換言すると回転テーブル上の被粉砕物を適正な層厚にして、かつ粉砕時の異常振動の発生を防止できるように調整することができる。

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。

本発明の竪型粉砕機及びその運転方法は、補助ローラと粉砕ローラを使用して原料を微粉砕する際に特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
３Ａ スイングレバー
３Ｂ アーム
３Ｃ 軸
３Ｄ 第１の油圧シリンダ
５ 補助ローラ
５Ａ スイングレバー
５Ｂ アーム
５Ｃ 軸
５Ｄ 第２の油圧シリンダ
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
３０ 環状通路
３３ ガス供給口
３４ 下部取出口
３５ 原料投入口
３６ ガス供給源
３９ 上部取出口
５０ 粉砕状態検出部
５２ 駆動モータ
５４ 制御部
５６ 振動センサ

Claims (5)

1. 回転テーブル上に投入した被粉砕物を噛み込む粉砕ローラと、前記粉砕ローラの上流側に補助ローラを設けたローラユニットを１つ以上備え、前記被粉砕物を前記補助ローラで圧密してから前記粉砕ローラで粉砕する竪型粉砕機において、
   前記補助ローラは、粉砕中に変化する前記被粉砕物の状態を検出する粉砕状態検出部を備え、
   前記粉砕状態検出部の検出値に基づいて、前記補助ローラの押付角度を制御して所定の層厚及び異常振動を防止する制御部を設け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、
   前記粉砕状態検出部は、前記補助ローラの軸端部に設けて前記補助ローラの従動に伴う回生力を検出可能な駆動モータであることを特徴とする竪型粉砕機。
3. 回転テーブル上に投入した被粉砕物を噛み込む粉砕ローラと、前記粉砕ローラの上流側に補助ローラを設けたローラユニットを１つ以上備え、前記被粉砕物を前記補助ローラで圧密してから前記粉砕ローラで粉砕する竪型粉砕機の運転方法において、
   前記補助ローラに設けた粉砕状態検出部で、粉砕中に変化する前記被粉砕物の状態を検出する工程と、
   前記粉砕状態検出部の検出値に基づいて、前記補助ローラの押付角度を制御して所定の層厚及び異常振動を防止する制御を行う工程と、
   を有することを特徴とする竪型粉砕機の運転方法。
4. 請求項３に記載の竪型粉砕機の運転方法において、
   前記粉砕状態検出部の検出値に基づいて、前記粉砕ローラの押付角度又は前記回転テーブルの回転速度又は前記回転テーブルの下方からのガス供給量を制御して所定の層厚及び振動を防止する制御を行うことを特徴とする竪型粉砕機の運転方法。
5. 請求項３又は４に記載の竪型粉砕機の運転方法において、
   前記粉砕状態検出部の検出値に基づいて、前記回転テーブルの下方からのガス供給量を変化して所定の層厚及び振動を防止する制御を行うことを特徴とする竪型粉砕機の運転方法。

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