JP4811713B2 - セメントクリンカの粉砕設備 - Google Patents

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Description

本発明の粉砕設備は、セメントクリンカを効率良く粉砕する粉砕設備に係わる。
セメント製造方法を大きく工程別に分類すると、原料粉砕、焼成、及び仕上げ粉砕の3工程に分けることができる。
従来から、原料を微粉化するのに適した粉砕装置としてボールミルが公知であって、焼成後のセメントクリンカを粉砕してセメント製品とする前述の仕上げ粉砕の工程では、一般的に、ボールミルが使用されている。
しかし、ボールミルは原料を微粉化するのに適した粉砕装置であっても、大きな原料塊を粉砕するのに適した粉砕機と言えず、大きな塊状となった原料を微粉化して製品にする際には、粉砕に時間がかかって効率が良くないという問題を有していた。
そのため、近年では、ボールミルで原料を粉砕する前に、ボールミル以外の粉砕機で予め原料を予備粉砕する、所謂2段粉砕方式が多く用いられるようになってきている。
2段粉砕方式は、予備粉砕機を用いて、原料塊の大きさをある程度の大きさになるまで予め粉砕することによって、粒径が小さくなった原料をボールミル投入し、所望する粒径の微粉(製品)を得る方式である。2段粉砕方式の粉砕設備の1例として特許文献1に開示される粉砕設備が公知である。
特開平5−245405号公報
特許文献1に開示される粉砕設備は、竪型粉砕機を予備粉砕機として用いて、原料をある程度の大きさにまで粉砕してから、ボールミルで原料を微粉化して製品とする。
粗粉砕の効率が良い竪型粉砕機と、微粉砕の効率が良いボールミルを組み合わせて使用する2段粉砕方式の粉砕設備は、ボールミル単独の粉砕設備に比較して、効率よくセメントクリンカを粉砕して製品することができる。
ところで、前述した粉砕設備の粉砕効率を決める要因の一つが、ボールミルに投入する原料の粒度である。そのため、ボールミルに投入する原料の粒度を調整することを目的として予備粉砕機とボールミルとの間に分級装置を配する粉砕設備等も知られている。
ボールミルに投入する原料の粒度を調整する目的に使用される分級装置として、例えば、サイクロン分離方式等が一般的に多く用いられており、原料を分級装置の分級点以上の大きさの粒径の原料(粗粉と称することもある)と、それより小さな粒径の原料(細粉と称することもある)とに選別分離している。
そして、分級装置で粗粉と判断した原料を予備粉砕機に戻して、再度、粉砕するとともに、分級装置から取り出した細粉を、ボールミルに送って微粉砕して製品とする。なお、分級装置の分級点は、分級装置の種類や構造、運転条件などによって様々に変えることができる。前述の分級装置には、多くの型式があり、例えば、特許文献2等に開示されるような構造の分級装置が公知である。
特開昭63−39666号公報
特許文献2に開示される分級装置(セパレータと称することもある)においては、装置下方から分級ガス(空気等)が導入され、該導入されたガスは装置内を上昇する気流となって、案内部材と分級羽根(分級羽根車)を抜けて装置外部に導出されている。
そして、該気流は、装置内を上昇する際に、回転している分級羽根の効果等によって渦を巻くように回転しながら上昇している。
ここで、原料投入口から、分散板の上に供給された原料は、分散板の回転によって分散板から飛び出し、分散板の周囲を流れる上昇気流に乗って搬送される。
そして、分散板から飛び出した原料の中で、径の大きな原料は、重量が重いため上昇気流に乗れず、下方に落下して装置下方から取り出される。
また、一旦、上昇気流に乗って上昇し始めた原料も、気流の回転に影響を受け、回転しながら上昇するため、比較的、粒径の大きな原料は、原料が回転することにより発生する遠心力によって気流の流れから逸脱し、下方に落下して、装置の外部に取り出される。
特許文献2に開示の分級装置は、前述の原理によって、径が大きな原料を装置下方に落下させ、径が小さく重量の小さな原料を選択的に装置上方から取り出すことができ、径の大きな原料と、径の小さな原料を分離して、分級することができる。
ところで、前述した粉砕設備に用いる分級装置には、ガスの流れを発生させる外部送風機と、ガスに含塵した原料を捕集するバグフィルタが必要であるが、分級に必要なガスの流れを発生させるために大きな動力を必要とし、粉砕設備全体の効率を低下させていた。
また、セメント製造工程においては、大量の電気と燃料を必要とする。前述したようにセメント製造設備は、原料粉砕、焼成、及び仕上げ粉砕の3工程に分けることができる。
ところで、省エネルギーの観点で考えた場合に、焼成工程までの工程は、通常、熱効率確保のために連続操業しなければならないが、仕上げ粉砕の工程においては、必ずしも連続運転する必要はない。従って、原料粉砕や焼成工程の処理能力に比較して、大幅に処理能力の大きな大型のボールミルを粉砕設備として用いれば、仕上げ粉砕の工程時において、間欠運転も可能になり、例えば、電力料金の安価な夜間のみボールミルを動かして運転を行うような運転方案も可能となる。
しかし、ボールミルを大型化して、処理能力を大きくしようとすれば、多大な設備コストが必要であって、さらに、ボールミルの運転に必要な所要動力も増えてしまという問題点がある。そのため、ボールミルを大型化することなく、粉砕効率を大きく効率化し、処理能力を向上させた仕上げ粉砕工程用の粉砕設備が求められていた。
本発明によるセメントクリンカの粉砕設備は
(1) セメントクリンカを原料として、回転テーブル上に投入した原料を回転テーブルと粉砕ローラの間で粉砕する竪型粉砕機と、該竪型粉砕機の下部から取り出した原料を粗粉と細粉に分離して取り出す分級装置と、該分級装置から取り出した細粉を微粉砕して製品とするボールミルと、を備えたセメントクリンカの粉砕設備において、該竪型粉砕機は、下方からガスを導入することによって、取り出す原料の中の15〜35%を上部からガスとともに取り出す竪型粉砕機であり、該分級装置が、外部ケーシング、内部ケーシング、分散板、及びファンブレードを備えて、該内部ケーシングは該外部ケーシングの同一軸芯上に内設して、上部筒体、中間通気部、及び下部コーン部とで形成するとともに、上部筒体内に回転式の分散板を吊下して、外部ケーシングと内部ケーシングの間に設けたファンブレードにより分級装置内に発生させた気流によって、分散板上に供給した原料を、粗粉と細粉とに分離する分級装置であって、該竪型粉砕機の上部と下部から取り出した原料を、前記分級装置に送給して粗粉と細粉とに分離し、該細粉の全量をボールミルに送給し、該粗粉の全量を竪型粉砕機に再度送給する
(2) (1)に記載のセメントクリンカの粉砕設備において、前記分級装置から細粉として取り出す原料の粒径がDP100≦800μmとした。
(3) (2)に記載のセメントクリンカの粉砕設備において前記分級装置から細粉として取り出す原料の粒径がDP100≦500μmとした。
(4) (2)又は(3)に記載のセメントクリンカの粉砕設備において、前記竪型粉砕機とボールミルとの間に、原料の貯留設備を配した。
本発明によれば、竪型粉砕機の下方からガスを導入することにより、竪型粉砕機から取り出す原料の15〜35重量%を上部からガスとともに取り出す。従って、竪型粉砕機内で粉砕する必要のない比較的粒径の小さな原料を、過度に粉砕することなく、竪型粉砕機の外に取り出すので効率的な粉砕が可能である。また、竪型粉砕機の下部から取り出した原料を分級装置に供給して、ボールミルで粉砕しやすい粒径の細粉を選別、分離し、ボールミルに供給することによって、ボールミルの生産率を大幅に向上させることができる。 なお、本発明においては、分級装置に、外部送風機を必要としないスターテバンド型の分級装置を用いることによって、分級のために必要な動力を低減化できる。
そして、分級装置から細粉として取り出す原料の粒径を調整することにより、ボールミルの処理能力が変化する。
原料のDP100を40mm程度としてボールミルに投入した場合の生産率と比較すると、DP100≦800μm、好ましくはDP100≦500μmとすれば、ボールミルの粉砕効率が向上し、ボールミルの増産率が2倍程度、或いは2倍以上になる。なお、Dp100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=100%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。
従って、分級装置とボールミルとの間に原料の一時的な貯留設備を設ければ、例えば、竪型粉砕機で12時間をかけて粉砕した原料を、貯蔵設備に一旦保管し、ボールミルを電力料金の安価な夜間のみ6時間だけなどの運転する等の運転方案が可能になって、ボールミルの間欠運転等を行うこともできるので、ボールミルの運転時間等を減少させることが可能になって効率的である。
以下、図面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は本実施形態によるセメントクリンカの粉砕設備を説明する図である。図2は本実施形態の粉砕設備に使用した竪型粉砕機の構造を概念的に説明する要部断面図であり、図3は本発明に係る他の実施形態によるセメントクリンカの粉砕設備を説明する図である。図4は粉砕設備に使用した分級装置の構造を概念的に説明する要部断面図である。
本実施形態における粉砕設備10(粉砕システム10と称することもある)は、図1に示すように竪型粉砕機1、分級装置50、貯留タンク70、ボールミル80からなり、竪型粉砕機に原料を供給する原料ホッパ20、竪型粉砕機の上部から原料を取り出すためのエキゾーストファン45、竪型粉砕機1の上部から取り出した細粉を捕集するバグフィルタ46、分級装置50から取り出した粗粉を再度竪型粉砕機1に送るバケットエレベータ90等を備えている。
図2を用いて本実施形態に用いた竪型粉砕機の構造を以下に説明する。
本実施形態に用いた竪型粉砕機1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と、竪型粉砕機1の下部に設置された減速機2Bを介して図示しない電動機2Mにより駆動される回転テーブル2と、回転テーブル2の上面(回転テーブル上面2Aと称することもある)外周部を円周方向に等分する位置に配設した複数個のコニカル型の粉砕ローラ3とを備えている。
粉砕ローラ3は、軸7により下部ケーシングに回動自在に軸着した上部アーム6と、該上部アーム6と一体に形成した下部アーム6Aとを介して油圧シリンダ8のピストンロッド9に連結されており、該油圧シリンダ8の作動によって回転テーブル上面2Aの方向に押圧されて、回転テーブル上面2Aに原料を介して従動することによって回転する。
前記ケーシングの回転テーブル上面2Aの中央上部には原料投入口35が設けられており、原料投入シュート13を介して原料投入口35から回転テーブル上面2Aに原料を投入することができるよう構成されている。
原料投入シュート13から投入した原料は、回転テーブル上面2Aを渦巻き状の軌跡を描きながら回転テーブル上面2Aの外周部に移動して、回転テーブル上面2Aと粉砕ローラ3に噛み込まれ粉砕される。
そして、回転テーブル上面2Aと粉砕ローラ3に噛み込まれて粉砕された原料の一部は、回転テーブル上面2Aの外縁部に周設されたダムリング19を乗り越え、回転テーブル上面2A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)へと向かい、下部取出口34から取り出される。
ここで、回転テーブル2の下方には、ガスを導入するためのガス導入口33を設けており、さらに回転テーブル上方に、該ガスを排出するため上部取出口39を設けている。
また、本発明において、竪型粉砕機1の運転中は、該ガス導入口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、上部取出口39へと流れるガスの気流を生じさせて、ケーシング内の原料の一部(竪型粉砕機から取り出す原料の15〜30重量%)を上部取出口より取り出すように構成している。
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って、例えば、粉砕ローラ3の形状がスフェリカル形状のタイヤ型の竪型粉砕機1であっても良い。
次に、本実施形態における分級装置50の構造を、図4に基づいて説明する。
本実施形態における分級装置50は、図4に示すように、周囲を外部ケーシング56で囲まれており、その内部に内部ケーシング57を配した2重構造となっている。
ここで、外部ケーシング56の上側部分は筒状であって、略中央部付近から下側部分は、下側に向かって径が小さくなる逆切頭円錐型に類似する形状となっており、下部に細粉を取り出すための細粉取出口63が設けられている。
また、内部ケーシング57は、外部ケーシング56内に配されて、上側部分は筒状であって、中間部分に内部ケーシング57の内外を連通させる通気口58を備えて、通気口58よりから下側部分は、下側に向かって径が小さくなって、粗粉取出口55を形成し、該粗粉取出口55は、外部ケーシング56の側壁を貫通して、外部ケーシング56の外側に飛び出している。
また、外部ケーシング56の上部は、天板により覆われているが、原料投入口59が設けられるとともに、電動機68により回転される分散板53が内部ケーシング57内に吊下されて、配される構成となっている。
なお、分散板53の外周側で、一定の距離が離れた位置に内部ケーシング57の一部が側壁として形成されるとともに、分散板53の中央付近部分の上方にある内部ケーシング57には、分散板53に原料を供給するため、また後述するファンブレード52により気流が流れるための開口が設けられている。
そして、分散板53の中央付近部分から連結部材を介して複数枚のファンブレード52が支持されて、内部ケーシング57の上方で、外部ケーシング56と内部ケーシング57の間に、配されている。なお、ファンブレード52は、その各々の一端が連結部材に取り付けられて、円周方向に等間隔に配されている
そして分級装置50は前述した構成により、ファンブレード52が回転することにより分級装置50内で発生した気流が分散板53の外周部分と該側壁部分の間に形成された環状通路を、吹き上げるようになっており、また、分散板53から遠心力によって飛び出した原料の一部が内部ケーシング57の側壁に衝突するよう構成されている。
本実施形態においては、前述の構成により、分散板53から、分散板53と内部ケーシング57の側壁との間にある環状通路に放出された原料、及び前述の側壁に衝突した原料は、環状通路を吹き上げられる気流により粗粉とそれより小さな粉に分離させられる。
そして、気流に乗った原料は、外部ケーシング56と内部ケーシング57の間に移動して、細粉取出口63から分級装置の外に取り出される。
なお、ファンブレード52により生じた気流は、内部ケーシング57から上方に流れて、外部ケーシング56と内部ケーシング57の間に流れ込んだ後、外部ケーシング56と内部ケーシング57の間を下方に流れ、通気口58を通じて、外部ケーシング56と内部ケーシング57の間から、内部ケーシング57の間に流れ込み、分級装置50内で循環する。
図1の実施形態に用いた貯留タンク70について詳細な説明を割愛するが、一般的に原料保管用として多く用いられている原料貯留用のタンクであって、図1において、分級装置50から取り出した細粉を一時的に貯留して取り出すための貯留設備である。
貯留タンク70の形状は、略円筒形状であって、その下部が下側に向かって縮径する逆切頭円錐形状になっている。そして、貯留タンク70の上部には、原料投入用の投入口72が設けられるとともに、下部には原料を出すための排出口74が形成されている。
本実施形態においては、貯留タンク70の容量を大きく設定し、焼成工程12時間で生産されるセメントクリンカの全量を竪型粉砕機1で粉砕した場合を想定して、その粉砕物の全量が貯留タンク70内に貯留できる容量としている。
また、図1に示したボールミルについて詳細な説明を割愛するが、一般的な原料粉砕用に用いられるボールミルであって、円筒上の筒の中に多数のボールを入れて回転させることによって、原料料投入口82から投入した原料を、ミル内のボールで粉砕して、製品取出口84から取り出す構成となっている。
以下、上記のように構成された粉砕設備10(粉砕システム10と称することもある)の運転状況について説明する。
原料ホッパ20から、原料投入シュート13を介して、竪型粉砕機1に投入された原料(本実施形態においてはセメントクリンカ)は、回転テーブル上面2Aを渦巻き状の軌跡を描きながら回転テーブル上面2Aの外周部に移動して、回転テーブル上面2Aと粉砕ローラ3に噛み込まれ粉砕される。
そして、回転テーブル上面2Aと粉砕ローラ3に噛み込まれて粉砕された原料の一部は、回転テーブル上面2Aの外縁部に周設されたダムリング19を乗り越え、回転テーブル上面2Aの外周部とケーシングとの隙間へと向かい、下部取出口34から取り出される。
竪型粉砕機の下部取出口34から取り出された原料は、分級装置50の原料投入口59に搬送されて、分級装置50に投入される。なお、図1の実施形態においては、ガス導入口33よりガスを導入することによって、竪型粉砕機から取り出す原料の15〜30重量%を上部取出口35から取り出している。本発明においては、上部取出口35から取り出した原料をバグフィルタで捕集して、分級装置50に供給するので、竪型粉砕機1で粉砕する原料の量を低減化できる。
分級装置50に供給された原料は、原料投入口59を通り、分散板53上の中央部付近に落下して分散板53上に供給される。そして、原料が供給される際に、分散板53は第1電動機68によって回転しているため、供給した原料も分散板53の回転に従働されて回転を始める。そのため、原料に回転による遠心力が発生して、原料は分散板53の外周方向へ移動し、やがて、分散板53から分散板53の周囲に形成された環状通路の方向へ飛び出す。
分散板53から飛び出した原料は、ファンブレード52により生じた気流により分級されて、大きな粒径の原料(粗粉)は吹き上げられず、そのまま落下して、内部ケーシング57内を滑り落ちながら、下端の粗粉取出口55より取り出されるとともに、粗粉以外の小さな粒径の原料は、細粉取出口63より分級装置50の外に取り出される。
そして、分級装置50の粗粉取出口55から取り出された原料は、バケットエレバータ90により搬送されて、再度、竪型粉砕機1の原料投入口35に投入されて、粉砕される。本実施形態においては、竪型粉砕機で再度粉砕する必要のない凝集物を、竪型粉砕機に戻すことにより生じる粉砕効率の低下を改善できる。
また、分級装置50の排出口63から分級ガスとともに取り出された原料は、バグフィルタで捕集されて、貯留タンク70の投入口72に送られた後、一旦、貯留されて、その後、排出口74から取り出されて、ボールミル80に送られて、そこで微粉化されて製品となる。
ここで、本実施形態においては、分級装置50から細粉として取り出す原料の粒径を従来より小さくして、DP100≦500μmとしている。
なお、分級装置50によりボールミル80に供給する原料の粒度を細かくすれば、ボールミルの生産率が向上する。
従って、竪型粉砕機で粉砕した原料を、貯留タンク70に一旦、貯留することによって、ボールミルを電力料金の安価な夜間のみ運転する間欠運転等を行うこともでき、また、ボールミルの運転時間等を減少させることができる。
さらに、ボールミルの連続運転をしなくても良い場合は、ボールミル等の装置について、保守時間が取れ、装置の故障、事故等の防止につながる。
なお、本実施形態は、単に、ボールミルに投入する原料の粒度を調整して、ボールミルの生産率を増加させるに留まらず、貯留タンク70を配した粉砕設備10とすることによって、夜間のみ運転する間欠運転等を行うこともできるようにした好ましい構成であって、夜間電力の使用によるコスト削減メリットは極めて大きいものである。
しかし、本発明の構成がこれに限るものでないことは勿論であって、例えば、間欠運転等を行はなくとも良い場合などにおいては、図3に示したように貯留タンク70を設けない粉砕設備11として構成しても良い。
本実施形態によるセメントクリンカの粉砕設備を概念的に説明する図である。 本実施形態の粉砕設備に使用した竪型粉砕機の構造を説明する要部断面図である。 本発明に係る他の実施形態によるセメントクリンカの粉砕設備を概念的に説明する図である。 本実施形態の粉砕設備に使用した分級装置の構造を説明する要部断面図である。
符号の説明
1 粉砕機
2 回転テーブル
3 粉砕ローラ
10 粉砕設備(粉砕システム)
11 粉砕設備(粉砕システム)
13 原料シュート
20 原料ホッパ
34 下部取出口
35 原料投入口
45 エキゾーストファン
46 バグフィルタ
50 分級装置
52 ファンブレード
53 分散板
55 粗粉取出口
56 外部ケーシング
57 内部ケーシング
59 原料投入口
63 細粉取出口
68 電動機
70 タンク
72 タンク投入口
74 排出口
80 ボールミル
90 バケットエレバータ

Claims (4)

  1. セメントクリンカを原料として、回転テーブル上に投入した原料を回転テーブルと粉砕ローラの間で粉砕する竪型粉砕機と、該竪型粉砕機の下部から取り出した原料を粗粉と細粉に分離して取り出す分級装置と、該分級装置から取り出した細粉を微粉砕して製品とするボールミルと、を備えたセメントクリンカの粉砕設備において、
    該竪型粉砕機は、下方からガスを導入することによって、取り出す原料の中の15〜35%を上部からガスとともに取り出す竪型粉砕機であり、
    該分級装置が、外部ケーシング、内部ケーシング、分散板、及びファンブレードを備えて、該内部ケーシングは該外部ケーシングの同一軸芯上に内設して、上部筒体、中間通気部、及び下部コーン部とで形成するとともに、上部筒体内に回転式の分散板を吊下して、外部ケーシングと内部ケーシングの間に設けたファンブレードにより分級装置内に発生させた気流によって、分散板上に供給した原料を、粗粉と細粉とに分離する分級装置であって、
    該竪型粉砕機の上部と下部から取り出した原料を、前記分級装置に送給して粗粉と細粉とに分離し、該細粉の全量をボールミルに送給し、該粗粉の全量を竪型粉砕機に再度送給することを特徴とするセメントクリンカの粉砕設備。
  2. 前記分級装置から細粉として取り出す原料の粒径がDP100≦800μmである請求項に記載のセメントクリンカの粉砕設備。
  3. 前記分級装置から細粉として取り出す原料の粒径がDP100≦500μmである請求項記載のセメントクリンカの粉砕設備。
  4. 前記竪型粉砕機とボールミルとの間に、原料の貯留設備を配した請求項又は請求項に記載のセメントクリンカの粉砕設備。
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