JP2927455B2 - 固体原料の粉砕性評価装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、固体原料を粉砕するローラミル装置に係わ
り、特に固体原料の粉砕性を評価するのに好適な粉砕性
評価装置に関する。

〔従来の技術〕

石炭、セメントクリンカあるいは焼結鉱等の固体原料
はその目的に応じて粉砕機（ミル）により粉砕されて利
用されるが、この場合、固体原料の粉砕性を評価するの
にハードグローブミル（Hardgrove Mill）と称する粉砕
装置が用いられ、その試験方法は日本工業規格（JIS M
8801）により定められており、得られた結果はハードグ
ローブ粉砕性指数（Hardgrove Grindability Index）と
して標準化されている。

第13図にハードグローブミル（試験装置）の構成を示
す。

この構成のハードグローブミル（試験装置）におい
て、試料は粉砕容器底部に設けた粉砕レース1303に配置
した複数個の粉砕ボール1301が粉砕レース1301面上を転
勤して一定時間粉砕される。この場合粉砕ボール1301は
トップリング1302により粉砕レース1303上に押圧され
る。トップリング1302はシャフト1304に装着された変速
機1309を介してモータ1307により回転駆動される。また
トップリング1302の押圧用の荷重としては、シャフト13
04に挿通配置したウエイト1305を３個使用し、他の部品
の自重と合わせてトータル荷重29kg fとして使用する。
なお符号1306はカウンタ、1308は回転数検知器、1310は
架台である。

この構成のハードグローブミルによって得られた結果
はバッチ（回分）色と連続式の違いはあるものの、この
ミルとほぼ同一構成のボールミル（ボールレースミル、
ボール式リングローラミルあるいはＥミル、ELミルとも
称される）では、粉砕の基本形態が類似しているため、
前記試験装置の結果は直接粉砕性の評価へ利用すること
が可能と考えられてきた。簡単な方法であり、現在でも
この方法は各産業界に定着している。

〔発明が解決しようとする課題〕

大型の実用機ローラミルの機種の中には、粉砕原料を
一切供給しない空回転時において、振動衝撃による機器
の損傷を防止するため、ローラの粉砕面とレース面を直
接接触（メタルタッチ）させない工夫が施されているも
のがある。実際には、ストッパによりローラとレースの
間に隙間を設け、ローラの下降限界が維持されるように
なっている。第10A図および第10B図に粉砕部の構造を示
す２つの機種のミルもこのタイプに相当する。このタイ
プのローラミルは、ほとんどが個々の粉砕ローラ1010
1、10201をミルハウジング10107、10211から独立に懸垂
して支持し、そこに加圧力を加えるいわゆるインディペ
ンデント・サスペンション式の構成である。以下、この
タイプを略してＩ−Ｓ式と記すことにする。Ｉはインデ
ィペンデント（Independent）の、またＳはサスペンシ
ョン（Suspension）のいずれも頭文字をとったものであ
る。これに対し、第９図に示すように、空回転時に粉砕
ローラ901と粉砕レース908がメタルタッチ（Metal Touc
h）するタイプがある。以後、こちらのタイプはＭ−Ｔ
式と略記する。

これまで用いられている粉砕性評価装置は、第13に粉
砕部構造を示すハードグローブミルにしろ、また第8A
図、第8B図に示すように、ボールの代わりに粉砕ローラ
801を用いる装置においても、基本的には上記したＭ−
Ｔ式である。

しかしながら、Ｉ−Ｓ方式の粉砕特性は、特に粉砕部
に粉砕原料の少ない低負荷運用時において、Ｍ−Ｔ式と
は根本的に異なってくる。例えば、ストッパ10109b、10
209の作用により、粉砕レース上の紛層に強い圧力が加
わらなくなり粉砕能力が低下する。第11図に示すよう
に、負荷をそろえて比較する場合、低負荷時においてＩ
−Ｓ式の粒度がＭ−Ｔ式のそれよりも低く、負荷が低く
なるほど、Ｍ−Ｔ式とＩ−Ｓ式における粒度の差が拡大
していく。一方、こちらもストッパの作用が関与するも
のであるが、薄くなった粉層上を粉砕ローラが滑り易く
なり、安定で連続した転動状態が崩れて、スティック−
スリップ現象といわれる自励的な滑り振動が発生し易く
なる。この特性を第12図に示すが、振動変位Ｄは全負荷
範囲にわたりＩ−Ｓ式のミルが高く、またＤのピークと
なる負荷もＩ−Ｓ式のミルが高い条件にあることがわか
る。これより、Ｉ−Ｓ式とＭ−Ｔ式のミルでは、振動を
回避するための負荷切り下げ限界が異なっていることに
なる。

これまで用いられているバッチ式の粉砕性試験装置で
は、たとえ負荷を変化させた実験を行っても、薄くなっ
た粉層上へのローラの加圧力と転動状態が基本的に異な
るために、Ｉ−Ｓ式ローラミルの粉砕特性を的確に評価
するのは難しい。

〔課題を解決するための手段〕

上記した問題点は、ミル容器と、該ミル容器内に設け
られた粉砕レースと、該粉砕レースとの間で被粉砕物を
粉砕する複数個の粉砕用ローラと、該粉砕用ローラをロ
ーラシャフトを介して支持するローラブラケットと、該
ローラブラケットをヒンジを介して支持する固定フレー
ムと、該固定フレームに回転動力を伝える回転シャフト
とを有する固体原料の粉砕性評価装置において、前記ミ
ル容器内壁に沿って環状にレールを設け、該レール上を
回転し、前記粉砕ローラの粉砕面と粉砕レースの粉砕面
の間隙を設定する位置決めローラを前記ローラブラケッ
トにシャフトを介して支持したことを特徴とする固体原
料の粉砕性評価装置により解決される。

本発明において、ミル容器を、前記環状のレールの下
側で上部容器と下部容器に分割し、該両方の容器の間に
任意厚さの位置調整用プレートを介設させて粉砕ローラ
の粉砕面と粉砕レースの粉砕面の間隙を調整することが
好ましい。

また本発明において、粉砕性評価装置の粉砕部に仕込
む粉砕原料量を変化させ、粉砕原料量の変化に伴って変
化する微粉生成量および／またはトルク変動に基いて粉
砕装置の粉砕特性を評価することができる。

〔作用〕

上記したように、バッチ式の粉砕性評価装置におい
て、位置決め用の小型ローラをストッパとしてレール上
に押圧するごとくに粉砕ローラを支持するため、空回転
の場合もしくはレース上の紛層が薄い場合、粉砕ローラ
はレース面と接触することなく回転することが可能にな
る。つまり、粉砕ローラは位置決め用ローラとレールと
の接触によって、レース上への効果限界が定められるこ
とになる。一方、粉砕ローラ下の粉層が厚くなる条件で
は、ローラが紛層により持ち上げられため、上述したス
トッパは作用しなくなる。

このような手段を具体化したバッチ式ローラミルを粉
砕性評価装置として用いれば、ローラとレースをメタル
タッチさせないタイプのローラミルにおける特性を、バ
ッチ式の実験により高い精度で予測することが可能にな
る。特に、低負荷時においてレース上の粉層が薄くなり
過ぎた場合、ストッパが障害物となって粉層に充分な圧
力が加わらなくなり、またローラが粉層上を滑り易くな
るため、粉砕トルクが比較的大きく変動するといった特
異な現象は、本発明になる装置を用いて明らかにするこ
とができる。

〔実施例〕

第１図と第２図に、本発明になる粉砕性評価装置の粉
砕部の構造を示すが、第１図はミル回転軸８を通る垂直
断面として粉砕部を、また第２図はその粉砕部の一部を
上方から見た構造を、それぞれ示したものである。

この粉砕性評価装置におけるミル（粉砕部）の回転駆
動機構または加圧機構は、いずれも第13図に示す標準装
置（JIS M 8801）または特開昭63−137423号公報に示し
た装置と同様であるので詳細は省略し、概略のみ述べ
る。ミルは、ミル回転軸８を軸中心とするミル回転シャ
フト７を減速機（省略）を介してモータ（省略）により
回転駆動される。また加圧力は、ウエイトあるいはスプ
リング等の機械的手段によってこのミル回転シャフト７
へ与えられる。また、このバッチ式ミルの構成も、基本
的には上記特願昭63−137423号公報に示された装置と同
様であり、ミル下部容器16の底部に粉砕レース17が刻設
されており、その上を、上方から見て円周方向に等間隔
（120゜）に設けられた３個の粉砕ローラ１がみずから
回転しながら循環運動する。この実施例の粉砕ローラ１
は、その断面が略台形（コーナ部にわずかな丸みを持た
せてある）である。これらの粉砕ローラ１は、粉砕ロー
ラシャフト２の周りを回転する。なお、軸受、オイルシ
ール等の部品は図示を省略した。また粉砕ローラ１の形
状に対応させて、粉砕レース17も断面図上では直線状、
すなわち平面となっている。粉砕ローラシャフト２は、
その支持部がローラブラケット４に回転しないように堅
固に装着されている。ローラブラケット４は、その上方
にヒンジ５があり、ミル回転シャフト７の回転駆動力を
受け止める固定フレーム６に、わずかな首振り運動が可
能な状態で接続されている。このローラブラケット４に
は、粉砕ローラ回転軸19を中心に、第２図に示すように
上方から見て左右対称に小さな位置決めローラ11が、各
粉砕ローラ１に対して２個ずつ、計６個設けられてい
る。この位置決めローラ11は、ローラブラケット４から
延設した位置決めローラ支持アーム10において、位置決
めローラシャフト13の周りを回転する構造となってい
る。軸受やオイルシール等の部材は省略する。位置決め
ローラ11は、粉砕ローラ１の粉砕面と粉砕レース17の粉
砕面の隙間δを設定するためのもであり、その粉砕部の
断面とメタルタッチした状態でその上を位置決めローラ
11が回転するところの位置決めローラ用レール14の断面
はいずれも円弧状になっている。位置決めローラ用レー
ル14は、第２図にその一部を記したように、ミル上部容
器15において円周全体にわたり環状に刻設されている。
この実施例では、メタルタッチした状態でスムーズに回
転するように、位置決めローラ用レール14の断面円弧状
粉砕部の曲率半径は、位置決めローラ11のそれよりも大
きめにしてかなりの裕度を持たせるようにしてある。上
記した隙間δは、ミル上部容器15とミル下部容器16の間
に介設するパッキン状の位置調整用プレート18の厚みを
変化させることによって任意に調整できるようになって
いる。各ローラごとに位置や傾きを調整することもむろ
ん可能であるが（実用機のミルはこのようにしてい
る）、３個のローラに対応する間隙δをできるだけ均等
にするという意図で、このように位置調整用プレート18
を用いた。このようにして、ミル内に粉砕試料が全くな
い場合、あるいはあったとしても少量の場合には、位置
決めローラ11が、位置決めローラ用レール14とメタルタ
ッチした状態で回転する。各粉砕ローラ１は、ヒンジ５
によって接続されているために、荷重が加わるとやや開
脚ぎみになる。その場合も、この位置決めローラ11と位
置決めローラ用レール14がメタルタッチして、位置のず
れがないよう開脚方向への動きを拘束し、実用機ミルに
おけるストッパとしての役割を用いた。以上のように、
本発明になるバッチ式のローラミルは、ストッパを用い
て粉砕ローラとレースの間に間隙を設けるタイプのロー
ラミルの粉砕部の構成を極めて巧妙に模擬したものとい
える。

第３図に示す実施例は、基本的には、上記した第１図
および第２図に示した例と全く同様であるが、粉砕ロー
ラ31と粉砕レース47の粉砕面の形状を、図のように断面
として見る場合、略円弧状としたものである。このよう
に、粉砕面に丸みを持たせたローラを搭載するローラミ
ルでも、ローラとレースの間にギャップを設ける実用機
も数多く製作されているので、第３図の実施例はこのよ
うなミルに適用する粉砕性評価装置である。

インディペンデント・サスペンション（Ｉ−Ｓ）式の
ミルの多くが、このようにギャップを設けるのは、メタ
ルタッチの状態でミルを回転させた場合、Ｉ−Ｓ方式で
あるがゆえにミル全体に振動が伝播し易く、減速機を初
めとする機器類が損傷する恐れがあるからである。した
がって、ギャップを設けるミルの構成は、ミルの予防保
全や耐久性向上の観点からは合理的な選択といえるが、
粉砕能力に関しては特に低負荷時において特異な現象が
あらわれる。そこで次に、上記した本発明になるバッチ
式の粉砕性試験装置において得られた粉砕特性について
述べる。

次に、第３図に構造を示したように、本発明装置にな
るミルと、第８図に示すようにローラの粉砕面とレース
の粉砕面の間にギャップを設けないミルの粉砕特性を比
較した実験結果について述べる。第３図と第８図の両ミ
ルにおいて、粉砕ローラと粉砕レースの形状は同一であ
り、繰返し述べるがローラの支持方式が異なっている。

第５図は、ミル内の石炭ホールドアップ（滞留量）に
対する粉砕速度の変化をもとに、量ミルの特性を比較し
たものである。横軸のホールドアップは、石炭の標準ホ
ールドアップで割ることにより無次元化して表現してあ
る。粉砕速度は、粉砕期間中に生成した微粉（所定の粒
径以下）量を粉砕時間で割り求めるが、この値も標準ホ
ールドアップの条件下における第８図のミルで得られる
粉砕速度の値を用いて無次元化してある。ミル内のホー
ルドアップが多い場合（無次元化した値でおおむね0.75
以上）においては、両ミルの粉砕速度はぼほ等しく、粉
砕能力は同等となることがわかる。これは、ミル内石炭
ホールドアップが多い条件では、第３図に示すミルでも
ローラ下に厚い紛層が形成されるために、全荷重が粉砕
ローラから粉層に加わるためである。このようにミル内
が高負荷となり、粉砕ローラ下の紛層が厚い場合には、
第4A図の例のように、位置決めローラは、位置決めロー
ラ用のレースから浮き上がりメタルタッチしていない。
一方、無次元化ホールドアップとして0.65以下の低負荷
条件になると、第３図に示すミルの粉砕速度が低くな
り、第８図のミルにおける粉砕速度との差は、ミル内ホ
ールドアップが少なくなるほど拡大していく。これは第
4B図に模式的に示したように、粉砕ローラが薄い粉層を
強く圧縮することがないままに、位置決めローラ11と位
置決めローラ用のレール14が接触し、加えた荷重が位置
決めローラを介して位置決めローラ用のレールへ伝わっ
てしまうためである。この結果は、バッチ式の粉砕性評
価装置で得られたものであるが、重要な情報を提供して
いる。すなわち、粉砕ローラをレースから離して支持す
る構造のミルでは、無対策のままでは低負荷帯において
粉砕能力が低下することと、低負荷条件でも高い粉砕能
力を維持するためには、粉砕ローラとレース間のギャッ
プをより狭くしてやる必要があることなどである。

なお、給炭負荷が高い条件であっても、粉砕性の良好
な石炭の場合には、紛層が薄くなり、低負荷時と同じ挙
動が現れる。従って、このような場合にも、粉砕ローラ
と粉砕レースとの間の間隙（ギャップ）を狭くする必要
があり、本発明の粉砕性評価装置を用いれば、その対策
が容易となる。

本発明になる粉砕性評価装置は、ミルの回転駆動軸に
おいて、ミルと減速機の間にトルク計を介設している。
バッチ式の装置であるが、粉砕時のトルク変動を観測す
ることにより、ローラの支持方式の違いがミルの振動に
与える効果についても知見を得ることが可能である。ミ
ルの振動に関しても、上記した粉砕速度の場合と同様
に、特に低負荷条件が問題となる。第６図は、ミル内の
無次元ホールドアップと無次元トルク変動分の関係を示
すものであり、第３図と第８図に示すミルについて粉砕
ローラの支持方式を比較したものである。トルクの変動
分は、粉砕に伴い発生するトルク変動の両振り値であ
る。標準ホールドアップ条件における第８図のミルで得
られたトルク変動分をもとに無次元化した。粉砕ローラ
の支持方式による差異は、ホールドアップの多い場合に
僅少であるが、無次元ホールドアップ1.0以下の条件に
なると大きく拡大する。第３図のミルのように、位置決
めローラを用いるローラ支持方式の場合は、第８図のミ
ルのようなメタルタッチ式よりもトルク変動分のピーク
が大きく、またそのピークに相当するホールドアップ
は、第８図のミルよりも高い条件にある。この結果は、
第３図のミルのようなローラ支持方式のほうが、低負荷
帯において、より激しい振動を起こし易いことを示唆し
たものといえる。このような特性は、第３図のミルのよ
うに位置決めローラがストッパとなる場合には、粉砕ロ
ーラが薄くなった粉層上でかみ込み不充分となり、不規
則な滑り振動（粉層上においてローラが回転と滑りを不
連続的に繰返す）を起こしているため、それが粉砕トル
クの変動としてあらわれたものと考えられる。

ミル内が高負荷になり、第３図のようなミルでも粉砕
ローラが粉層を安定に圧縮するようになれば、荷重を変
化させたことによる影響はあらわれない。第７図は、ミ
ル内のホールドアップを多めに一定とし、荷重を変化さ
せて粉砕速度を求めた結果である。実験を行った荷重全
範囲において、粉砕ローラ支持方式による違いが粉砕速
度にあらわれてこないことがわかる。

以上のように、幾つかの具体例を示したが、本発明に
なる粉砕性評価装置は、小型のバッチ式ミルであるにも
かかわらず、粉砕ローラの支持方式の違い、すなわちロ
ーラとレースをメタルタッチさせる構造か否かが、いろ
いろな粉砕特性にどのように影響を与えていくかを知る
ことができる。特にＩ−Ｓ方式のローラミルにおける特
に低負荷帯の独特な現象も、的確に検知することが可能
になる。

本発明になる粉砕性評価装置は、粉砕ローラ位置決め
用小型ローラと、この小型ローラが転動するためのレー
ルとを取り外すか、もしくは粉砕ローラと粉砕レースが
メタルタッチで（粉砕試料を仕込まない場合）回転する
ように取付け位置を調整することにより、メタルタッチ
タイプのローラミル（例:MPSシリーズの応用など）や、
ローラの代わりに鋼球を用いるボール式のローラミル
（例：ハードグローブミル）へも応用することができ
る。

〔発明の効果〕

本発明になる固体原料の粉砕性評価装置を用いること
により、粉砕ローラと粉砕レースとの間に間隙を設けた
状態で粉砕を行うＩ−Ｓ式ミルに対する原料の粉砕性を
的確に行うことができる。また、Ｉ−Ｓ式ミルの低負荷
時の振動に対して、粉層上の粉砕ローラの不安定な動き
を、粉砕トルクの変動として検知することにより、振動
発生限界を予測できる。

【図面の簡単な説明】

第１〜３図および第4A図、第4B図は、本発明の実施例
図、第５〜７図は、本発明の粉砕性評価装置による試験
結果を示す図、第8A図と第8B図は、従来技術になる粉砕
性評価装置の構造図、第９図、第10A図、第10B図は、実
用されているローラミルの粉砕部の構成図、第11〜12図
は、実用ローラミルにおける粉砕特性図、第13図は、従
来の粉砕性評価装置を示す図である。 １……粉砕ローラ、２……粉砕ローラシャフト、４……
ローラブラケット、５……ヒンジ、６……固定フレー
ム、７……ミル回転シャフト、10……位置決めローラ支
持アーム、11……位置決めローラ、13……位置決めロー
ラシャフト、14……位置決めローラ用レール、15……ミ
ル上部容器、16……ミル下部容器、17……粉砕レース、
18……位置調整プレート。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金本 浩明 広島県呉市宝町６番９号 バブコック日 立株式会社呉工場内 (72)発明者 田岡 善憲 広島県呉市宝町６番９号 バブコック日 立株式会社呉工場内 (72)発明者 長谷川 忠 広島県呉市宝町６番９号 バブコック日 立株式会社呉工場内 (56)参考文献 特開 昭63−242356（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−201642（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01N 33/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ミル容器と、該ミル容器内に設けられた粉
   砕レースと、該粉砕レースとの間で被粉砕物を粉砕する
   複数個の粉砕用ローラと、該粉砕用ローラをローラシャ
   フトを介して支持するローラブラケットと、該ローラブ
   ラケットをヒンジを介して支持する固定フレームと、該
   固定フレームに回転動力を伝える回転シャフトとを有す
   る固体原料の粉砕性評価装置において、前記ミル容器内
   壁に沿って環状にレールを設け、該レール上を回転し、
   前記粉砕ローラの粉砕面と粉砕レースの粉砕面の間隙を
   設定する位置決めローラを前記ローラブラケットにシャ
   フトを介して支持したことを特徴とする固体原料の粉砕
   性評価装置。
2. 【請求項２】請求項（１）において、前記ミル容器を、
   前記環状のレールの下側で上部容器と下部容器に分割
   し、該両方の容器の間に任意厚さの位置調整用プレート
   を介設させたことを特徴とする固体原料の粉砕性評価装
   置。