JP4953066B2 - 竪型粉砕機の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、主に石炭、オイルコークス、石灰石、スラグ、クリンカ、セメント原料、又化学品等を原料として粉砕する竪型粉砕機の制御方法及び制御装置に係り、特に、竪型粉砕機で原料を微粉砕する際に生じやすい異常振動を防止又は抑制するに好適な竪型粉砕機の制御方法に関する。

従来から、石炭やオイルコークス等を粉砕する粉砕機として竪型粉砕機（竪型ミル、或いは竪型ローラミルと称されることもある）と呼ばれる粉砕機が広く用いられている。

近年では、特に、竪型粉砕機によって原料を微粉砕するケースも増えてきており、竪型粉砕機内に分級機構を備えた型式の竪型粉砕機が増加している。分級機構を内部に備えた竪型粉砕機としては，特許文献１に開示されるような従来技術が公知である。

特開平５−１０４０１２号公報

特許文献１に示される竪型粉砕機は、粉砕機の下部から吹き込んだ気流によって、粉砕した原料を搬送し上昇させるとともに、竪型粉砕機内の上部に配した分級機構によって、気流により搬送された原料の中から微粉のみを選抜して、機外に取出すタイプの竪型粉砕機であって、一般的にエアスエプト式と呼ばれる型式の竪型粉砕機である。

以下、特許文献１に開示されたエアスエプト式の竪型粉砕機の構造等について簡略に説明する。特許文献１に開示された竪型粉砕機は、回転テーブルの上方に、分級機構として複数毎の回転羽根を有した回転セパレータを備えており、該回転セパレータの中心軸を上下に貫通するようにして原料投入シュートが配されている。そして、原料投入シュートを介し、原料投入口から回転テーブル上に原料を投入する（供給と称することもある）ことができるよう構成されている。

原料投入シュートによって回転テーブルの上方から、回転テーブル中央部に供給された原料は、回転テーブル上で渦巻き状の軌跡を描きながら、回転テーブルの外周部に向かって移動する。回転テーブルの外周縁部にはダムリングが設けられ、回転テーブル上で所要の原料厚みを保持するように構成されているので、回転テーブルの外周部に移動した原料は、ダムリングでせき止められ、回転テーブルと粉砕ローラに噛み込まれ粉砕される。

なお、回転テーブルと粉砕ローラに噛み込まれて粉砕された原料の一部は、回転テーブルの外縁部に周設されたダムリングを乗り越え、回転テーブル上面の外周部とケーシングとの隙間である環状通路（環状空間部と称することもある）へと向かう。

竪型粉砕機の運転中には、粉砕機下部に設けられたガス導入口より、エキゾーストファン等の送風機により、竪型粉砕機内にガスを導入しており、回転セパレータ部を介して、粉砕機上方に設けた取出口から機外に排出している。その結果、竪型粉砕機のケーシング内で、該回転テーブル下方から回転セパレータ上方に向かうガスの気流が生じている。
従って、該ダムリングを乗り越えて環状通路に達した原料の一部は、前記ガスの気流により吹き上げられて、ケーシング内を上昇する。

ケーシング内において上昇する気流は、回転セパレータの影響を受けて、旋回しながら上昇する気流となっている。そのため、気流により吹き上げられた原料の中で、径が大きく重量の大きな原料は、その重量のためにケーシング下方に落下する、或いは、気流による旋回により原料自身に発生する遠心力によって気流から逸脱してケーシング下方に落下する等し、回転セパレータを通過することができない。回転セパレータを通過できず、落下した原料は、再度粉砕ローラに噛み込まれて粉砕される。なお、径の小さな原料は、羽根の間を抜けて回転セパレータを通過し、上部取出口より取り出される。

環状通路に達した原料の中で特に粒径の大きな原料は、環状通路より回転テーブル下方に落下して下部取出口より竪型粉砕機１の外に取り出された後、バケットエレベータ等の搬送機を介して、型粉砕機の原料投入口から再度投入されて、粉砕される。

ところで、粉砕機が加圧式（粉砕機内にファンによりガスを吹き込む方式）であるか、負圧式（粉砕機内のガスをファンにより吸引する方式）であるかを問わず、通常、竪型粉砕機は、テーブル上の原料を全て払い出し完了させた後に、運転を停止することが好ましいが、実際には、原料が若干テーブル上に残っていても一定時間計時すると電動機を停止させて運転を停止させているケースがほとんどである。

例えば、竪型粉砕機を停止させようとした場合には、先ず、竪型粉砕機に原料を投入する原料供給装置の停止命令を発信した後、一定時間計時後に、竪型粉砕機に停止命令が発信される。

しかしながら、前述した従来式の停止方法の場合には、一定時間計時後に、竪型粉砕機が停止するのであって、停止するまでの間は、回転テーブルは定格回転数で動き続けている。そのため、竪型粉砕機内の回転テーブルが、定格回転数で回転しているにもかかわらず、テーブル上に投入される原料が遮断されることになって、テーブル上の原料層の厚みは極端に薄くなっている。
従って、原料供給装置の停止命令が発信されてから竪型粉砕機が実際に停止するまでの間に、粉砕ローラがテーブル面を叩く現象等が発生し、騒音が発生していた。
この騒音は、粉砕ローラにメカニカルストッパが具備されている場合とされていない場合で、状況が異なるものの、大きな騒音となって問題となるケースが多い。

本発明は、以上のような要求に鑑みてなされたものであり、竪型粉砕機の運転停止動作中に発生しやすい竪型粉砕機の騒音を抑制するに好適な竪型粉砕機の制御方法に関する。

上記の目的を達成するため、本発明による竪型粉砕機の制御方法は、
（１） 複数個の回転自在な粉砕ローラを備えて回転テーブル上に供給した原料を、回転テーブルと粉砕ローラとの間で粉砕する竪型粉砕機の制御方法であって、竪型粉砕機を停止させる際において、竪型粉砕機への新規原料の供給を停止させるとともに、該回転テーブルを駆動する電動機を定格回転数から徐々に低下させることを特徴とする。

（２） （１）に記載の竪型粉砕機の制御方法において、前記回転テーブルを駆動する電動機を、定格回転数からステップ状に減少させて、徐々に低下させる。

本発明によれば、原料供給装置の停止命令が発信されてから竪型粉砕機が停止するまでの間、テーブル回転数を徐々に低減させることにより、粉砕ローラがテーブル面を叩く現象の発生を抑制でき、騒音を低減することができる。

以下、図面に基づき本発明の好ましい実施形態の例について詳細に説明する。
図１は本実施形態に係り竪型粉砕機の概略の構造を説明するための説明図である。図２は本実施形態に係り竪型粉砕機を用いた粉砕システムを概念的に説明する図である。
図３は回転テーブルの速度と動摩擦係数の関係を表すグラフ、図４は振動数比と振動増幅係数の関係を表すグラフである。図５はインバータ制御でテーブル回転数を徐々に低下させた場合の騒音レベルを示すグラフであり、図６は従来技術によりテーブル回転数を低下させた場合の騒音レベルを示すグラフである。

以下、本発明の実施形態に係る竪型粉砕機１の好ましい構成について説明する。
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、回転テーブル２、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、竪型粉砕機１の下部に設置された減速機２Ｂ、減速機２Ｂを介して回転テーブル２を駆動する可変速式の電動機２Ｍ、及び電動機２Ｍの回転数を制御する制御盤５０、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１Ｂの回転テーブル上面２Ａの中央上部には、セパレータ１４と、原料投入口３５が設けられており、また、セパレータ１４の中心軸を上下に貫通するようにして原料投入シュート１３が配されて、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（供給と称することもある）ことができるよう構成されている。
また、セパレータ１４は、セパレータ１４の回転軸を中心として上方に拡径する逆円錐台状に一定間隔の隙間をあけて並べられた複数枚の羽根１４Ａを備えて、図示しない駆動装置により自在に回転できる構成となっている。

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１５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）へと向かう。ここで、ケーシング１Ｂの回転テーブル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は該ガスとともに粉砕した原料を取り出すための上部取出口３９を設けている。

竪型粉砕機１の運転中において、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、前記ケーシング１Ｂ内において該回転テーブル下方からセパレータ１４を通過して上部取出口３９へと流れるガスの気流が生じている。

竪型粉砕機１内に投入した原料と、回転テーブル２と粉砕ローラ３に粉砕されてダムリング１５を乗り越えた原料の一部は、前記ガスにより吹き上げられてケーシング内を上昇し、回転セパレータ１４に達する。
ここで、径の大きく重量の大きな原料はセパレータ１４の羽根１４Ａを通過することができずセパレータ１４の下方に落下して再度粉砕ローラ３に噛み込まれて粉砕されるとともに、径の小さな原料は、隙間をあけて並べられた羽根１４Ａの間を抜けてセパレータ１４を通過し、上部取出口３９より取り出される。

また、粉砕ローラ３に噛み込まれずそのまま環状通路に達したような一部の極大な粒径の原料は、環状通路３０より回転テーブル下方に落下して下部取出口３４より竪型粉砕機１の外に取り出される。

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。また、要求される製品の粒度に応じて、セパレータ１４は固定タイプのものであっても良い。或いはセパレータを備えないタイプのものであっても良い。

なお、図１に示す実施形態において、電動機２Ｍは、図示しないインバータ電源により可変速できる方式であり、電動機２Ｍは、減速機２Ｂを介して回転テーブル２に連結されている。従って、電動機２Ｍは、制御盤５０の制御装置５０Ａよりから送信される信号によって、その回転速度を自在に変化させて、回転テーブル２の回転速度を自在に変化させることができる。

次に本実施形態に係る粉砕システムの好ましい１例ついて図２を参考に説明する。
図２に示した粉砕システムは、竪型粉砕機１、原料ホッパ２０、バケットエレベータ２５、原料ホッパ２１、エキゾーストファン８９等を備えている。原料ホッパ２０に蓄えられた原料は、バケットエレベータ２５並びに原料ホッパ２１等を介して竪型粉砕機１に投入されて粉砕される。

竪型粉砕機１内で粉砕された原料は、エキゾーストファン８９によるガスの気流により、竪型粉砕機１内を上方に移動して製品取出口３９から機外に取り出される。また、竪型粉砕機１の中に投入された原料の中で、製品取出口３９から機外に取り出されなかった一部の原料については、下部取出口３４から機外に取り出されて、バケットエレベータ２５並びに原料ホッパ２１等を介して竪型粉砕機１に再度投入されて粉砕される。

以下、竪型粉砕機１の運転方法について説明する。
なお、実施形態に用いた竪型粉砕機１は、粉砕ローラの個数が３個であって、テーブル回転数は７３ＲＰＭであり、粉砕ローラ中心直径Ｄは０．４ｍであり、テーブル直径Ｔは０．６４ｍである。

原料投入シュート１３によって、回転テーブル中央部に供給された原料は、回転テーブル２の外周部に向かって移動し、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の一部は、回転テーブルの外縁部に周設されたダムリング１５を乗り越え、回転テーブル２Ａ上面の外周部とケーシング１Ｂとの隙間である環状通路３０へと向かう。

竪型粉砕機１の運転中には、粉砕機下部に設けられたガス導入口３３より、エキゾーストファン８９によって、機内にガスを導入しており、回転セパレータ部を介して、粉砕機上方に設けた取出口から機外に排出している。その結果、竪型粉砕機１のケーシング１Ｂ内で、回転テーブル２下方から回転セパレータ１４上方に向かうガスの気流が生じている。従って、ダムリング１５を乗り越えて環状通路３０に達した原料の一部は、前記ガスの気流により吹き上げられて、ケーシング１Ｂ内を上昇する。

ケーシング１Ｂ内において上昇する気流は、回転セパレータ１４の影響を受けて、旋回しながら上昇する気流となっている。そのため、気流により吹き上げられた原料の中で、径が大きく重量の大きな原料は、その重量のためにケーシング１Ｂ下方に落下する、或いは、気流による旋回により原料自身に発生する遠心力によって気流から逸脱してケーシング１Ｂ下方に落下する等し、回転セパレータ１４を通過することができない。

回転セパレータ１４を通過できず、落下した原料は、竪型粉砕機内で循環して、再度、粉砕ローラ３に噛み込まれて粉砕される。或いは、環状通路より回転テーブル下方に落下して下部取出口より竪型粉砕機１の外に取り出された後、バケットエレベータ等の搬送機を介して、型粉砕機の原料投入口から再度投入されて、粉砕される。なお、径の小さな原料は、羽根の間を抜けて回転セパレータを通過し、上部取出口より取り出される。

次ぎに、竪型粉砕機１を停止する際の制御方法を説明する。
まず、本発明による実施形態においては、竪型粉砕機１を停止させる際において、竪型粉砕機１内に対して、原料ホッパ２０から送られる新規原料の供給を停止させるとともに、図示しないインバータ電源を制御することによって、回転テーブル２を駆動する電動機２Ｍを定格回転数から、一定の割合で徐々に低下させる。
図５と図６に本実施形態による停止方法によって生じた騒音レベルと、従来方式による停止方法によって生じた騒音レベルを示す。
インバータ電源を使用して徐々に回転テーブル２の回転数を低下させた本実施形態の方が、明らかに騒音レベルが低く、効果が認められる。

ここで、従来式の停止方法の場合には、前述したように、原料供給装置の停止命令が発信されてから、竪型粉砕機１の中にある原料をある程度機外に排出しなければならず、そのため、一定時間の間、竪型粉砕機１の回転テーブル２を定格回転でまわしてから停止させていたため、回転テーブル２の回転が停止するまでの間に、粉砕ローラ３がテーブル面を叩く現象等が発生し、騒音が発生する。

図３に回転テーブル２の回転速度と動摩擦係数（粉砕ローラと原料との間の動摩擦係数）の関係を示す。本実施形態によれば、竪型粉砕機１の中にある原料を機外に排出するために必要な一定時間の間に、徐々に回転テーブル２の回転数を遅くするので、粉砕ローラ３と原料の摩擦係数が大きくなり、その結果、粉砕部ですべりが生じにくくなるので、竪型粉砕機１の騒音を抑止する効果があると考えられる。

このような理由から、竪型粉砕機１を停止させる際においては、竪型粉砕機１内に原料ホッパ２０から送られる新規原料の供給を停止させるとともに、回転テーブル２の回転数を定格回転数から徐々に低下させて停止させることが騒音の防止に有効である。

なお、本実施形態はインバータ電源を用いて、回転テーブル２の回転数を定格回転数から一定の割合で徐々に低下させて停止させたが、回転テーブル２の回転数を定格回転数から徐々に低下させる方法は、これに限らず、例えば、回転テーブル２の回転数を、定格回転数からステップ状に減少させることにより、低下させる方式であっても良い。

ところで、摩擦係数と竪型粉砕機１の振動の関係は、摩擦係数が低下した際に振動や騒音の起点となりやすい。また、竪型粉砕機１に発生する騒音のもととなる振動は摩擦係数の他に下記のように考えることもできる。

なお、加振力をバネ定数で割ったものを変位量（Ａ）とする。

また、図４に示したように振動増幅係数Ｍ、加振振動数（ω）と粉砕層の振動数（ω０）の比率により変化することが分かる。
通常は、図４においてω／ω０が１．０以下（＝共振点以下）で運転されているので、粉砕層の振動数（ω０）を変えずに（製品の粒度に比例し同粒度は変更できないため）加振振動数（ω）を低下させることにより振動増幅係数を低下させることができる。

加振振動数（ω）は粉砕ローラの回転数に比例するため同調するテーブル回転数を変更することにより加振振動数を低減できる。この結果、分母、分子ω/ω０の内分子を低下させれば振動増幅係数は減少するので、竪型粉砕機振動が抑制できる。

以上、説明したように、振動や騒音を抑制または抑止する方法として、摩擦係数の確保法と加振振動数の制御法がある。この２方法に共通するものは、回転テーブル２の回転数であり、原料性状に合わせて都度適正な回転数に設定することにより竪型粉砕機１の能力を最大限に引き出すことができる。

即ち、竪型粉砕機１の騒音が大きくなる場合に、回転テーブル２のテーブル回転数を任意に低下させて、加振振動数を低下させ、振動増幅係数を減少させれば、振動や騒音の要因を排除することができる。

本発明に係る竪型粉砕機の実施形態を示す要部縦断面図である。 本実施形態に係る竪型粉砕機を用いた粉砕システムを概念的に説明する図である。 回転テーブルの速度と動摩擦係数の関係を表すグラフである。 振動数比と振動増幅係数の関係を表すグラフである。 本実施形態による騒音レベルを表したグラフである。 従来技術による騒音レベルを表したグラフである。

符号の説明

１ 竪型粉砕機
２ 回転テーブル
３ 粉砕ローラ
１３ 原料投入シュート
１４ 回転セパレータ
１５ ダムリング
１Ｂ ケーシング
２０ 原料ホッパ（新規原料供給用）
２１ 原料ホッパ
２５ バケットエレベータ
３０ 環状通路
３３ ガス導入口
８９ エキゾーストファン（送風機）
３４ 下部取出口
３５ 原料投入口
３９ 製品取出口（上部取出口）
５０ 制御盤
５０Ａ 制御装置

Claims (2)

1. 複数個の回転自在な粉砕ローラを備えて回転テーブル上に供給した原料を、回転テーブルと粉砕ローラとの間で粉砕する竪型粉砕機の制御方法であって、
   竪型粉砕機を停止させる際において、竪型粉砕機への新規原料の供給を停止させるとともに、該回転テーブルを駆動する電動機を定格回転数から徐々に低下させることを特徴とする竪型粉砕機の制御方法。
2. 前記回転テーブルを駆動する電動機を、定格回転数からステップ状に減少させて、徐々に低下させる請求項１記載の竪型粉砕機の制御方法。

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