JP4603688B2 - ばら粒状材料の高密度化 - Google Patents
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Description
本発明はばら(バルク)粒状材料の高密度化に係り、特にばら粒状材料を高密度化する方法および装置に関する。
【0002】
本発明の第1の態様によると、ばら粒状材料を高密度化する方法が提供され、その方法は、
ばら粒状材料を少なくとも部分的に閉じ込めることと、
ばら粒状材料の下に沈めた回転性部材を回転軸の周囲で回転させ、材料粒子を基本的に回転軸に向かって、または回転軸から離すよう移動させて、高密度化したばら粒状材料を提供することとを含む。
【0003】
したがって、少なくとも材料粒子と回転性部材との初期接触時に、粒子が概ね回転軸に向かって、または回転軸から離れて移動する。
【0004】
ばら粒状材料を閉じ込め乃至拘束することは、ばら粒状材料を容器に供給することを含む。通常、容器は、円形の円筒形内面を画定する壁を有する。容器は、回転性部材の回転軸と同軸である中心の縦軸線を有することができる。
【0005】
方法は、容器を振動させて、容器の内面に対する粒状材料の凝集または蓄積またはケーキング(固化)を防止することを含んでもよい。
【0006】
方法は、高密度化したばら粒状材料を容器から放出することを含んでもよい。方法は、連続的に、またはバッチ式で実施し、高密度化したばら粒状材料を容器から放出して、ばら粒状材料を容器に供給し、したがってバッチ方式、または制御状態で起こることが理解される。したがって、ばら粒状材料を、連続的に容器に供給し、高密度化したばら粒状材料を連続的に容器から放出することができる。
【0007】
方法は、容器から放出する前に、高密度化したばら粒状材料の嵩密度を測定または決定することを含んでもよい。代わりに、方法は、容器から放出した後に、高密度化したばら粒状材料の嵩密度を測定または決定することを含んでもよい。
【0008】
方法は、高密度化したばら粒状材料の密度を制御することを含んでもよい。高密度化したばら粒状材料の密度を制御することは、容器内のばら粒状材料の滞留時間を操作すること、回転性部材の回転の角速度を操作すること、容器内のばら粒状材料のレベルを操作することから構成されるグループから選択した方法、またはこれらの方法の2つ以上によって実行してもよい。しかし、高密度化したばら粒状材料の密度の制御は、これらの方法に必ずしも制限されない。
【0009】
回転性部材の回転軸は、ほぼ垂直でよい。回転性部材により、材料粒子が垂直回転軸に向かって内側に移動することが好ましい。本発明の別の実施形態では、同軸の回転軸と容器の縦軸とは、水平に対して約60°の角度にある。
【0010】
回転性部材は、100rpmと3500rpmの間の角速度で回転することができる。回転性部材は、500rpmと1000rpmの間の角速度で回転することが好ましい。通常、回転性部材は、700rpmと800rpmの間、例えば約732rpmの角速度で回転する。
【0011】
ばら粒状材料は、1mm未満の平均粒子サイズを有してもよい。通常、ばら粒状材料は0.5mm未満、さらには1μm未満、例えば約0.15μmの平均粒子サイズである。
【0012】
方法は、容器から微粉を抽出することを含んでもよい。
【0013】
ばら粒状材料は、0.5μm未満、通常は0.2μm未満の粒子サイズを有する粒状シリカでよい。実際、本発明には、必ずしも限定はされないが、いわゆるシリカ・ヒュームの高密度化に用途があることが予想される。
【0014】
高密度化したシリカの密度に対する高密度化する前のシリカの密度の比率は、少なくとも2:3である。高密度化する前のシリカの密度と高密度化したシリカの密度との比率は、高密度化する前のシリカの密度に応じて、少なくとも1:2であることが好ましい。比率は、高密度化する前のシリカの密度に応じて、1:3またはそれ以上になってもよい。
【0015】
本発明の第2の態様によると、ばら粒状材料を高密度化する装置が提供され、装置は、
ばら粒状材料の本体を少なくとも部分的に拘束する容器と、
使用時にはばら粒状材料の本体中に沈められ、回転軸を中心に回転すると、材料粒子を基本的に回転軸に向かって、または回転軸から離れる方向に移動させる回転性部材と、
回転性部材に接続され、ばら粒状材料の本体中に沈められると回転性部材を回転することができる駆動手段とを含む。
【0016】
容器は、高密度化したばら粒状材料の出口を低い高さに、出口より高い高さにばら粒状材料の入口を有することができる。回転性部材は、容器の入口と出口の間に配置してよい。回転性部材は、容器の出口の高さに配置することが好ましい。
【0017】
駆動手段は、回転性部材を粒状材料の本体中に沈めた時に100rpmと3500rpmの間の角速度で回転性部材を回転させることができる。通常、駆動手段は、回転性部材を粒状材料の本体中に沈めた時に、500rpmと1000rpmとの間、例えば約700rpmから800rpmの角速度で回転性部材を回転することができる。
【0018】
回転性部材は、複数の周方向に隔置された羽根を含んでもよい。羽根は、使用時にばら粒状材料を回転性部材の回転軸に対して概ね半径方向に変位させるよう配向または配置することができる。羽根は、回転性部材の回転時、少なくとも材料粒子と回転性部材との初期接触時に、材料粒子が回転軸に向かって内側に移動するよう配向または配置される。
【0019】
回転性部材は円盤形本体を含んでもよく、そこから羽根が突き出す。羽根は、使用時に上面である円盤形本体の表面から突き出してよい。代わりに、羽根は円盤形本体の周辺から半径方向外側に突き出してもよい。
【0020】
羽根は、平面で、駆動手段を回転性部材と接続する駆動軸に対してほぼ正接してもよい。各羽根の半径方向内端部分は、この羽根の半径方向内端が羽根の面の回転軸と15°から60°の角度を形成するよう、先端を切断してもよい。角度は20°と50°の間、例えば約30°である。
【0021】
容器は、円形の円筒内面を画定する壁、回転性部材の回転軸と同軸の中心の縦軸線を有してもよい。回転時の回転性部材によって描かれる円の直径と容器の直径との比率は、0.25:1.と0.99:1の間でよい。比率は0.5:1と0.99:5の間であることが好ましい。通常、回転時の回転性部材によって描かれる円の直径と容器の直径との比率は、0.9:1と0.99:1の間、例えば約0.95:1である。
【0022】
容器は0.1m3と200m3の間の容積でよい。通常、容器は0.1m3と0.5m3の間の容積である。
【0023】
回転性部材の回転軸はほぼ垂直でよい。
【0024】
装置は、搬送手段および袋詰め手段を含んでよく、搬送手段は、高密度化したばら粒状材料を、高密度化したばら粒状材料を袋詰めする袋詰め手段へ容器から搬送するよう配置される。
【0025】
装置は、容器を振動させて、容器の内面に対する粒状材料の凝集またはケーキングまたは蓄積を防止する振動手段を含んでもよい。
【0026】
装置は、容器から微粉を抽出する微粉抽出手段を含んでよい。
【0027】
回転性部材および容器の内面は、それらに対してばら粒状材料のケーキングまたは凝集または蓄積を防止する材料で被覆してもよい。
【0028】
装置は、高密度化したばら粒状材料の嵩密度を制御するため、密度測定手段および制御手段を含んでもよい。
【0029】
次に、本発明を添付の略図および例を参照して、例示として説明する。
【0030】
図面の図1を参照すると、参照番号10は、全体として、ばら粒状材料を高密度化するための本発明による装置の1つの実施形態を示す。装置10は、ばら粒状材料を入れて拘束する容器12、そして使用時には容器12に入れたばら粒状材料に沈められ、縦回転軸16を中心に回転可能である回転性部材14を含む。
【0031】
容器12は、容器12の円形の円筒内面20を画定する円形の円筒壁18を含む。したがって、容器12は、回転軸16と対応する、またはこれと同軸である中心の縦垂直軸を有する。本発明の別の実施形態では、容器の軸および回転軸は、水平に対して角度をつけて、例えば約60°の角度で配置してもよい。
【0032】
容器12は、ばら粒状材料の入口22、および高密度化されたばら粒状材料の出口24を含む。入口22は容器12の屋根26に配置され、出口24は容器12の床28に配置される。
【0033】
回転性部材14は、入口22と出口24との間に配置する。回転性部材14は駆動軸30に機械的に取り付けられ、この軸は被駆動状に電気モータ(図示せず)に接続される。電気モータは、2600rpmと3000rpmの間の角速度で回転性部材14を選択的に回転することができる。
【0034】
回転性部材14は円盤状本体32を含み、そこから複数の周方向に隔置された平面の羽根34が突き出す。羽根34は、使用時には容器23に含まれるばら粒状材料を回転軸16に向かって内側に変位させるよう配向、または配置される。羽根34は、使用時には上面である円盤状本体32の面36から突き出す。
【0035】
円盤状本体32、したがって回転状部材14は、720mmの直径である。容器12は、約800mmの内径である。したがって、回転性部材14の直径と容器12の直径との比率は0.9:1である。
【0036】
駆動軸30は容器12の屋根26を通って延在する。駆動軸30と屋根26の間にシール38を設ける。
【0037】
出口24の下に搬送ベルト40を設ける。
【0038】
容器12に微粉抽出出口(図示せず)を設け、壁18の外面に対して振動器(図示せず)を装着する。
【0039】
使用時には、矢印42で示すように、容器12に、制御した状態でばら粒状材料44を供給し、回転性部材14を覆うのに十分な容器12のばら粒状材料のレベル46を維持する。
【0040】
沈めた回転性部材14は、電気モータおよび駆動軸30によって、矢印48の方向に約2900rpmの角速度で回転する。羽根34は、ばら粒状材料の粒子を回転軸16に向かって内側に変位させ、ばら粒状材料を高密度化する。振動器を運転して、容器12の内面に対するばら粒状材料のケーキングを防止し、形成した微粉は、微粉抽出出口を通して抽出する。
【0041】
高密度化したばら粒状材料は、矢印50で示すように、出口24を通ってコンベヤ・ベルト40へと放出し、このコンベア・ベルトは矢印52の方向に動作する。コンベヤ・ベルト40上で、高密度化したばら粒状材料の密度は、密度測定および制御手段(図示せず)によって測定され、この手段は、ばら粒状材料を所望の嵩密度まで高密度化するため、容器12からの高密度化したばら粒状材料の放出速度を増減させ、それによって容器12内のばら粒状材料の滞留時間を増減させる。
【0042】
図面の図3を参照すると、ばら粒状材料を高密度化するための本発明による装置の別の実施形態が、全体を参照番号100で指示されている。装置100は装置10と同様であり、他に指示しない限り、装置10に関して使用したものと同じ参照番号が、装置100の同じまたは同様の部品または機構を指示するのに使用される。
【0043】
装置100は回転性部材102を含み、これは図面の図4でさらに明白に図示されている。図4から分かるように、羽根34は垂直かつ平面で、図4の駆動軸30(図示せず)に対してほぼ正接し、この駆動軸は適切に作動する状態で回転性部材102に接続される。各羽根34の内端部分は、各羽根34の半径方向内端35が、羽根34の面で回転性部材34の回転軸と約30°の角度を形成するよう、先端を切断される。
【0044】
回転性部材102は、容器12の出口24の高さに配置する。出口24は、容器12の壁18の下部分に設ける。手動で操作する出口カバー104を設けて、使用時に容器12から高密度化したばら粒状材料が放出される速度を制御する。
【0045】
駆動軸30は、2つの軸受台33によって回転可能な状態で支持部材31に装着され、駆動ベルト108および2つのプーリ110,112によって適切に作動する状態で電気モータ106に接続される。モータ106とプーリ110,112は、使用時に、モータ106が700rpmから800rpmの平均速度で回転性部材102を回転できるように配置する。
【0046】
容器12およびモータ106を、支持構造114に装着する。
【0047】
容器12は、約576mmの内径および約1500mmの高さである。回転性部材102は約550mmの内径である。したがって、回転性部材102の直径と容器12の直径との比率は、約0.95:1である。
【0048】
装置100は、装置10と同様の方法で使用して、ばら粒状材料を高密度化する。したがって、ばら粒状材料は、入口22を通って容器12に供給し、回転性部材12を覆うのに十分な容器12のばら粒状材料のレベル(高さ)を維持し、回転性部材102が、電気モータ106および駆動軸30によって約732rpmの角速度で回転する。羽根34が、材料粒子を回転性部材102の回転軸に向かって内側に変位させ、ばら粒状材料を高密度化する。高密度化したばら粒状材料は、定期的に出口24を通り、シュート116によってコンベヤ・ベルト40へと放出される。コンベヤ40は、高密度化したばら粒状材料を袋詰めプラント(図示せず)に搬送し、これは高密度化したばら粒状材料を袋詰めする。
【0049】
(例1)
高密度化していない、または原料のシリカ・ヒューム1000gを、室温で、約155mmの内径および約300mmの高さを有する実験室規模の円筒形容器に入れた。高密度化していないシリカ・ヒュームは以下の組成であった。
【0050】
高密度化していないシリカ・ヒュームのpH(5g/100mlの蒸留水)は6.5と7.8の間で、約0.4%の含水率であり、平均粒子直径は約0.15μmであった。高密度化していないシリカ・ヒュームの嵩密度は約281.7kg/m3であった。
【0051】
図面の図2に示すような約135mmの直径を有する回転性部材を、容器中のシリカ・ヒュームに沈め、約150秒の期間、約3000rpmの角速度で回転し、シリカ・ヒュームを高密度化した。高密度化したシリカ・ヒュームを容器から取出、その密度を求めた。高密度化したシリカ・ヒュームは約623.7kg/m3の密度および69℃の温度を有することが判明した。
【0052】
(例2)
装置100を使用して、組成の分からないシリカ・ヒュームを高密度化した。16回運転し、結果を下表に要約した。運転ごとに、回転性部材102を732rpmの角速度で回転し、約3秒以内で速度を上昇させ、運転終了後、約3秒停止した。
【0053】
【表1】
【0054】
例示したように、シリカ・ヒュームなどのばら粒状材料を高密度化するため、費用効果が高い方法および装置を提供することが、本発明の利点である。例示したように、方法および装置が、シリカ・ヒュームの高密度化に使用する従来の方法および装置より高い嵩密度までシリカ・ヒュームを高密度化できることが、本発明のさらなる利点である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 ばら粒状材料を高密度化するための本発明による装置の1つの実施形態の縦断面図を示す。
【図2】 図1の装置の回転性部材の3次元図を示す。
【図3】 ばら粒状材料を高密度化するための本発明による装置の別の実施形態の縦断面図を示す。
【図4】 図3の装置の回転性部材の3次元図を示す。
Claims (16)
- ばら粒状材料を高密度化する方法であって、ばら粒状材料を少なくとも部分的に閉じ込めることと、
回転性部材(14、102)をばら粒状材料の中に沈めることと、
回転性部材(14、102)を回転軸(16)の周りに回転させることを含む方法において、
前記回転性部材(14、102)は、複数の周方向に隔置され円盤形本体(32)の上面(36)から突き出る羽根(34)を含み、これら羽根の各々が回転方向に対してほぼ正接方向に面する材料接触表面を画定し、各羽根(34)が傾斜して、半径方向内端につながる半径方向外端を有し、前記材料接触表面が材料粒子を回転軸(16)に対して正接方向および半径方向に移動させ、該材料粒子を内方に回転軸へ向けて変位させる方法。 - 請求項1に記載の方法において、前記ばら粒状材料を閉じ込めることが、ばら粒状材料を容器(12)に供給することを含む、方法。
- 請求項2に記載の方法において、前記容器(12)が、円形の円筒形内面(20)を画定する壁(18)を有し、容器(12)が、回転性部材(14、102)の回転軸(16)と同軸である中心の縦軸を有する、方法。
- 請求項3に記載の方法であって、高密度化したばら粒状材料の密度を制御することを含み、高密度化したばら粒状材料の密度を制御することが、容器(12)内のばら粒状材料の滞留時間を操作すること、回転性部材(14、102)の回転の角速度を操作すること、そして、容器(12)内のばら粒状材料のレベルを操作することから成るグループから選択した方法、またはこれらの方法の2つ以上によって実行される、方法。
- 請求項1から4のいずれか一項に記載の方法において、前記回転性部材(14、102)の回転軸(16)がほぼ垂直である、方法。
- 請求項1から5のいずれか一項に記載の方法において、前記回転性部材(14、102)が100rpmと3500rpmの間の角速度で回転する、方法。
- 請求項1から6のいずれか一項に記載の方法において、ばら粒状材料が1mm未満の平均粒子サイズである、方法。
- ばら粒状材料を高密度化する装置であって、ばら粒状材料の本体を少なくとも部分的に拘束する容器(12)と、容器(12)内に位置し、使用時にはばら粒状材料の本体中に沈められるよう配置された回転性部材(14、102)と、回転性部材(14、102)に接続され、回転性部材(14、102)をばら粒状材料の本体中に沈めると、回転性部材(14、102)を回転することができる駆動手段(106、108、110、112)とを含む装置において、
前記回転性部材(14、102)は、複数の周方向に隔置され円盤形本体(32)の上面(36)から突き出す羽根(34)を含み、これら羽根の各々が回転方向に対してほぼ正接方向に面する材料接触表面を画定し、各羽根(34)が傾斜して、半径方向内端につながる半径方向外端を有し、前記回転性部材(14、102)は使用時に該回転性部材(14、102)が回転されると材料粒子を回転軸(16)に対して正接方向および半径方向に移動させ、該材料粒子を内方に回転軸へ向けて変位させる、装置。 - 請求項8に記載の装置において、前記羽根(34)が、駆動手段(106、108、110、112)を回転性部材(14、102)に接続する駆動軸(30)に対してほぼ正接方向である平面の材料接触表面を画定する、装置。
- 請求項9項に記載の装置において、各羽根(34)の半径方向内端部分(35)は、該羽根(34)の半径方向内端(35)が羽根(34)の材料接触表面の面の回転軸(16)と15°から60°の角度を形成するよう、先端を切断される、装置。
- 請求項8から10のいずれか一項に記載の装置において、前記容器(12)が、高密度化したばら粒状材料の出口(24)を低い高さに、この出口(24)より高い高さにばら粒状材料の入口(22)を有し、回転性部材(14、102)が容器(12)の出口(24)の高さに配置される、装置。
- 請求項8から11のいずれか一項に記載の装置において、前記回転性部材(14、102)を粒状材料の本体に沈めると、駆動手段(106、108、110、112)が、100rpmと3500rpmの間の角速度で回転性部材(14、102)を回転することができる、装置。
- 請求項8から12のいずれか一項に記載の装置において、前記容器(12)は円形の円筒形内面(20)を画定する壁(18)を有し、容器(12)が、回転性部材(14、102)の回転軸(16)と同軸である中心の縦軸を有し、回転時に回転性部材(14、102)によって描かれる円の直径と容器(12)の直径との比率が0.25:1と0.99:1の間である、装置。
- 請求項13に記載の装置において、回転時に回転性部材(14、102)によって描かれる円の直径と容器(12)の直径との比率が0.9:1と0.99:1の間である、装置。
- 請求項8から14のいずれか一項に記載の装置において、前記容器(12)が0.1m 3 と200m 3 の間の容積を有する、装置。
- 請求項8から15のいずれか一項に記載の装置において、前記回転性部材(14、102)の回転軸(16)がほぼ垂直である、装置。
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