JP4811713B2

JP4811713B2 - セメントクリンカの粉砕設備

Info

Publication number: JP4811713B2
Application number: JP2005358447A
Authority: JP
Inventors: 啓治成重; 貴志佐々木
Original assignee: Ube Machinery Corp Ltd
Current assignee: Ube Machinery Corp Ltd
Priority date: 2005-12-13
Filing date: 2005-12-13
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2025-12-13
Also published as: JP2007160189A

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Ｄ_Ｐ１００≦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Ｄ_Ｐ１００≦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Ｄ_Ｐ100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、Ｄ_Ｐ100≦８００μｍ、好ましくはＤ_Ｐ100≦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、Ｄ_p100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、Ｄ_Ｐ100≦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

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。
前記分級装置から細粉として取り出す原料の粒径がＤ_Ｐ１００≦８００μｍである請求項１に記載のセメントクリンカの粉砕設備。
前記分級装置から細粉として取り出す原料の粒径がＤ_Ｐ１００≦５００μｍである請求項２記載のセメントクリンカの粉砕設備。
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２又は請求項３に記載のセメントクリンカの粉砕設備。