JP5219229B2 - 竪型ローラミル - Google Patents

Description

本発明は、発電用ボイラーにおける燃料等として使用される石炭、又は石油コークスの微粉砕に適した竪型ローラミルに関する。

発電用ボイラーとしては、未だに石炭や石油コークスを燃料とするものが多用されている。それは燃料コストが安いこと、発電量の調節が容易なことなどが理由であり、発展途上国である中国等では勿論のこと、我が国でも発電量の相当部分を石炭、石油コークスに依存している。しかしながら、石炭、石油コークスには二酸化炭素の排出量が多いという大きな欠点がある。

日本は世界に向かって１９９０年度の二酸化炭素の排出量の２５％を２０２０年度までに削減すると公約した。この公約は、達成するのに国民、産業界が大きな責務を負担しなければならない極めて困難な数値であるが、公約したからにはその目標に向かって邁進しなくてはならない。そのためには発電用ボイラーで使用される石炭、石油コークスからの二酸化炭素の発生量を抑制することも大変重要な対策となる。

すなわち、発電用燃料としての石炭や石油コークスの使用は二酸化炭素の排出量が非常に多いことから、二酸化炭素の排出に関しては諸悪の根源のような評価を受けている。しかしながら、化石燃料の中でも石炭に関して、この使用を直ちに停止することは資源の無い我が国にとって不可能である。少なくとも原子力発電やクリンーな代替エネルギーが準備されるまではその経済性や利便性、埋蔵量が豊富で枯渇し難いことから使用を中止することはできない。

従って、これら化石燃料から排出される二酸化炭素量を如何に少なくコントロール出来るかが今後の技術的重要課題であり、この課題解決のために新たな技術開発が行われることが非常に重要なテーマとなる。そして、その一環として考慮に値するのが、ボイラーに供給する石炭、石油コークスの粉砕段階での微粉化、これによる二酸化炭素発生量の低減である。もとより、１台の粉砕ミルで果たす削減効果は微々たるものはあるが、全世界を見ると使用台数は数え切れない程多数あり、これを総合すると莫大な二酸化炭素排出量の削減に貢献することが可能である。先進国、とりわけ技術立国である我が国においては、粉砕ミルでの微粉化に率先して取り組むことが使命であり、責務であると考えられる。

本発明者は、早くからこのことに着目して粉砕ミルにおける微粉化対策に取り組み、大きな成果も挙げている。代表的な技術は、特許文献１及び２に記載されたローラ破砕面形状の改良、とりわけスリットローラの開発である。スリットローラは、粉砕ローラの破砕面である外周面に中心線方向のスリット溝を周方向に所定間隔で形成したものである。その使用により、竪型ローラミルの分野では既存ミルに比べ、粉砕物の噛み込み性を改善し、微粉化率の向上を達成した。

すなわち、火力発電所の場合、石炭粉砕粒度は現状において２００メッシュ通過、７５％が平均的であるが、この粉砕粒度を更に小さくし、２００メッシュ通過、７５％オーバーの微粉が従来ミルに比べ多量に採取出来るようになれば、ボイラーでの燃焼効率が向上し、結果として完全燃焼に繋がり、二酸化炭素の排出量の減少に貢献出来る。

また、製鐵所の高炉で銑鉄が生産されるが、鉄鉱石を還元、溶解するために多量のコークス還元ガスが生成使用されるが、コークスは高価な粘結炭から生産されるので非常に高価であり、その使用量を低減するために高炉羽口より安価な微粉炭を吹き込んでコークス消費量を減少させ銑鉄生産コストを低減している。

本発明者が開発したスリットローラは、高炉微粉炭吹き込み設備にも多数採用されており、コスト低減に大きく貢献している。某製鉄所においては、そのコスト低減効果は年間６〜７億円にも達していると言われている。２００メッシュを含む２００メッシュ以下の微粉の生産量が従来ミルに比べ約２０％以上増加することにより高炉燃焼効率が上昇し、より一層のコークス消費量の低減に貢献する。コークス消費量の低減は、換言すればコークス生産時に発生する二酸化炭素を削減することにもつながり、その削減に対して多大な貢献を果たす。

発電用ボイラーにおける石炭粉砕機としては、竪型ローラミルが多用されている。竪型ローラミルは、水平回転する１個の駆動テーブルと、その回転中心線を包囲するように駆動テーブル上に配置された複数個の粉砕ローラとにより構成されており、ミル中央からテーブル中心部上に供給された石炭が遠心力により外方へ搬送され、ローラとテーブル間に噛み込まれることにより、石炭を次々と粉砕して行く。粉砕された石炭は搬送気流により上方に気流搬送され分級機により分級され、必要とする粒度の石炭が捕捉されて後段へ搬送され、それより大きい粒度の石炭は再度ミル内部に返送される。

石炭粉砕用竪型ローラミルは、粉砕ローラの形状が台錘形型で、回転テーブル上面の環状破砕部が水平面であるロッシェミルタイプと、粉砕ローラの外周面が回転方向に直角な面内で外周側に凸の方向に湾曲し、回転テーブルの上面にその粉砕ローラの外周面が嵌合する断面弧状の環状溝が形成されたタイヤ型タイプとに大別される。タイヤ型粉砕ローラは、更にその最大直径Ｄとタイヤ破砕面の回転方向に直角な面における曲率半径Ｒとの比率が４．３以上の凸型タイヤ、４．３未満の偏平型タイヤとに２分される。市販されているタイヤ型ローラのＤ／Ｒを本発明者が調査したところ、前者の凸型タイヤの平均的なＤ／Ｒは４．５〜５．０であり、後者の偏平型タイヤの平均的なＤ／Ｒは３．８〜４．１の範囲にあったことから、両者の分岐点としてＤ／Ｒ＝４．３は妥当である。

最近になって、本発明者は、竪型ローラミルにおける粉砕ローラの破砕部であるローラ外周面と、回転テーブルの外周部上面に形成された環状破砕部の両方にスリット溝を設けた竪型ローラミルも開発している（特許文献３）。しかしながら、この竪型ローラミルは石灰石のような粉砕微粉がローラ表面に付着しやすい原料の粉砕、特にその粉砕での微粉付着による振動の防止には非常に有効であるが、石炭や石油コークスの微粉砕には必ずしも有効というわけではない。

特許第１６１８５７４号公報 特許第２８６３７６８号公報 特開２００９−１４２８０９号公報

本発明の目的は、石炭又は石油コークスの粉砕における粉砕粒度の微細化に効果的な竪型ローラミルを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明者は竪型ローラミルにおける回転テーブルと粉砕ローラとの破砕面形状の組み合わせを検討し、従来よりも細粒が得られる両者の適切な組み合わせを研究した。すなわち、石炭又は石油コークスの微粉砕という観点に限って竪型ローラミルを再考察した場合、特許文献３に記載されたものでは、後で詳しく説明するが、回転テーブルにおける環状破砕面と粉砕ローラにおける破砕面との間で機能が逆の組合せになっているために、石灰石の粉砕での粉砕ローラ表面への微粉末の付着防止には有効であるかもしれないが、石炭又は石油コークスの微粉砕については十分な効果が発揮されているとはいえないこと、また同じ竪型ローラミルといっても、ロッシェミルタイプ、凸型のタイヤタイプ、偏平型のタイヤタイプの各間では粉砕原理が微妙に異なるために、破砕面の組合せにも各タイプに固有の設計が必要であることなどに着目し、各ミル毎に２００メッシュ通過、−２３５メッシュ以下の微粒子を多量に得ることが出来る破砕面形状の組合せを再検討した。

その結果、粉砕ローラと回転テーブルとの両者にスリット溝を与え、ローラ、テーブル破砕面のそれぞれの特性を充分把握して上で、両者の破砕面の特性を有効利用することにより、従来得ることが出来なかった更なる石炭の微粉化、石油コークスの微粉化を成し遂げることに成功した。以下にそのプロセスを説明する。

本発明者は石炭粉砕で２００メッシュアンダー通過、−２３５メッシュアンダーが多量に採取出来、二酸化炭素排出削減に貢献できるより微粉を得る為の破砕面形状の組み合わせを模索するための第一歩として以下の実験を行った。

既存の平滑面の粉砕ローラと平滑面の回転テーブルとの組み合わせ、及び粉砕量の向上を目的として粉砕面において回転方向に直角なスリットを回転方向に所定間隔で形成した直角スリットローラと平滑面テーブルとの組み合わせの２通りの組み合わせについて、下記Ａ）Ｂ）Ｃ）の３種類のローラ形状の相違が粉砕性にどのような影響を与えるかの基礎実験を行い、それぞれの破砕面形状が持つ粉砕性やその性質について調査した。但し、テーブル回転速度は３種類のローラに関して一定であり、４８ＲＰＭの回転速度で試験を行った。試験機については後述する。試験結果を表１に示す。また、回転テーブルと粉砕ローラとの位置関係及び各形状を図１（ａ）〜（ｃ）に模式的に示す。

Ａ）台錘形型粉砕ローラ
Ｂ）タイヤ型粉砕ローラＤ／Ｒ＜４．３（偏平型）
Ｃ）タイヤ型粉砕ローラＤ／Ｒ≧４．３（凸型）

Ａ）台錘形型粉砕ローラの特徴として、ローラの破砕面と回転テーブルの破砕面とが平行であり、面同士が向き合っており、面同士で粉砕が行われるために、面が粉砕操業に有効に活用される。このために２００メッシュ通過アンダーの微粉の粉砕量が３種類のローラ破砕面形状の中で最も優れていた。より詳しくは、粉砕ローラは台錘形状なので、粉砕は周速度の速い大径側で主に行われるが、大径側の周面と小径側の周面との周速度が異なるためにテーブル上を回転しているとスリップを生じ易くなる。これは元から意図されたものであり、粉砕は圧縮荷重による粉砕と、ローラがスリップして生じるせん断荷重とで行われ、両者の面荷重の相乗効果により有効に行われる。スリップが頻繁に発生しないように、ローラ面圧が過度に付加される傾向があるので、このローラにスリット溝を取り付けると噛み込み性が改善され、スリップ防止のために過度に付加されたローラ面圧が自動的に石炭の粉砕荷重に変換されて粉砕量が増加するとともに、微粉の粉砕量も増加する。

粉砕ローラが摩耗した時点で、これを反転使用出来ない不経済性があるが、この竪型ローラミルは石炭粉砕機としては性能に優れ、高効率粉砕機の一つといえる。

Ｂ）タイヤ型粉砕ローラでＤ／Ｒ＜４．３の偏平形状ローラの場合、石炭の外部排出量や微粉の粉砕量が３者の中で最も少ない。このことから判断すると、この竪型ローラミルの場合は、テーブル中央から供給された石炭を直ちにローラ小径部で粉砕を行い大径部側に排出して行くので、そのローラが持つ破砕面を粉砕に有効に活用されていないことが判明した。

その理由はタイヤのＲ形状が大きい偏平であり、主粉砕部を中央にしてそれ以下のタイヤ径とそれ以上のタイヤ径との差が少なく、周速度に大きな差異が生じないので主粉砕部で粉砕された石炭をタイヤ外側方向に排出するパワーが少なく高効率粉砕が行われ難い。従って、小径部の周面のみが主粉砕部となり、これを通過すると他の粉砕面での微粉砕が有効に行われない。実機の主粉砕部はテーブル外周側のローラ小径部になるが、実験機ではその逆でテーブル内周側の小径部になる。これはテーブル回転速度の差異により粉砕点が異なったものと想定された。しかし、位置が異なるが、粉砕位置が共に小径部と同じであるので、作用効果は同一と見做して良い。

このローラの特徴は小径部で粉砕するために片側が摩耗を発生すると反転使用が可能であり、経済的であることである。但しＣ）の凸型タイヤローラに比べて振動が発生し難い特徴がある。

Ｃ）タイヤ型粉砕ローラでＤ／Ｒ≧４．３の凸型形状ローラの場合、石炭外部排出量が最も多く、高生産量を与えるローラであることが判明した。その証拠としては、粉砕面における石炭層厚が１ｍｍと薄く、粉砕面に溜め込むよりも外部に排出する傾向の強いことがある。その結果、テーブル中央から供給された石炭をローラの周速度が速い中央側で粉砕するようになる。主粉砕部を中央にしてそれ以下のタイヤ径とそれ以上のタイヤ径との差が大きく異なるために周速度に大きな差異が生じ、石炭は掻き上げられ排出方向に搬送されて高効率で粉砕される。粉砕性はＢのローラより向上するが、大径の中央側で主粉砕が行われ、主粉砕域はＢより狭く、摩耗が生じるまでは線粉砕に近い。実機に関しても、中央側の摩耗のため、反転使用が出来なくて不経済である。また電力需要に余裕が出来た場合に定格操業より石炭供給量が少なく供給されるが、その低負荷操業時には振動が発生し易くなると言われている。それは高効率な粉砕のために、粉砕室に噛み込まれた石炭が優れた掻き上げ能力により排出されるので、石炭層厚が薄くなり、スリップを生じ易くなるためと想定される。

以上の事実から次のような推論が導き出される。

Ａの台錘形型粉砕ローラの場合、微粉の生産量に関しては、既存の平滑面同士の破砕面の組み合わせに比べ、回転方向に直角な直角スリット溝や回転方向に対して４５度までの斜め角度を持つスリット溝が最適であることが推測された。

Ｂのタイヤ型粉砕ローラでＤ／Ｒ＜４．３の偏平形状ローラの場合、微粉の生産量に関しては、既存の破砕面同士との組み合わせと比較して、直角スリット溝の効果が見られなかった。その要因は小径側のみで粉砕が行われているので、スリット溝が粉砕に有効利用されていないことが想定された。このローラの場合には小径部以外の破砕面を有効利用する方法を考えることが重要であり、そのためにはローラに取り付けられるスリット溝の方向をテーブル中央から供給された石炭を再び小径部方向へ掻き戻す方向とするのが望ましく、その角度は回転方向に直角な方向（直角スリット）を基準として４５度までの角度が有効であると推測された。

Ｃのタイヤ型粉砕ローラでＤ／Ｒ≧４．３の凸型形状ローラの場合、ローラの太径寄りで主粉砕が行われ、周速度が速くなることと、凸形状の外径差による強力な原料掻き上げ作用とにより高能率粉砕か可能になった。直角スリットは主粉砕線を狭い幅で横切るが、石炭をローラ外方へ積極的に掻き出し、既存の平滑面ローラに比べ微粉の粉砕量を増加させた。テーブルの環状破砕部に石炭をテーブル外方へ積極的に排出する方向のスリット溝を設ければ、ローラ本来が持つ排出能力をさらに助長する役目が果たされ、微粉の粉砕量を増加させることが推測された。

またＡ粉砕ローラ及びＣ粉砕ローラは実機、実験においても直角スリット溝が非常に有効であることが判明したが、Ｂローラは実験においては、スリット溝の優位性が認められなかった。しかし実機に関しては４５度斜めスリット溝で石炭をテーブル内側に掻き込む方向が有効であることがすでに認められているので、粉砕ローラに関しては直角スリット溝かもしくは直角から斜め４５度までのスリット溝で石炭をテーブル内側に掻き込む方向を採択した。Ｂローラでは小径側で粉砕が行われるために、周速度が遅く石炭の掻き上げ作用が劣り、また主粉砕線と交差するスリット溝の幅が狭く、スリット溝による石炭の噛み込み効果が発揮されなかった。この原因はテーブル回転速度が遅いことにより影響を受けているかもしれない。

実機では又、当初は小径側の線粉砕であっても、次第に摩耗を生じてくると線粉砕から面粉砕に移行してスリット溝の噛み込み効果が生じて来るが、試験機では摩耗が生じる程使用されないので、線粉砕のままとなり、スリット溝による噛み込み作用が発揮されなかったことが考えられる。

一方、タイヤ型粉砕機おいて回転テーブルに粉砕ローラと同様に回転方向に直角な半径方向の直角スリット溝を形成すると、両者の破砕面による相乗により石炭の噛み込みが過剰となり、ローラとテーブル間に形成される粉砕室における石炭層厚が増加してローラ面圧が不足し、微粉が得られなくなる経験をした。ローラ面圧を増加すると、微粉量は回復するが、軸電量が増加すると共にローラの摩耗が速くなった。台錘形状ローラの場合は面粉砕であるので両者に直角スリットを付けても有効粉砕面が広く、タイヤ型程、微粉粉砕量は低下しないと想定された。

ローラと相対向する回転テーブルのスリット溝に関しては、その作用効果として、あくまでテーブル中央から供給された石炭を粉砕ローラの主粉砕点に安定的に石炭を送り込む作用を果たせれば良く、スクレーパ的役割を期待するのが正解である。従って、テーブルに付けるスリット溝の角度は、回転方向に直角な半径線に対する傾斜角度で表して０〜４５度の範囲では噛み込み性を向上させてしまうので、石炭の移送性、搬送性を与える観点から４５度超が好ましく、５０〜８５度が特に好ましいと判断された。

すなわち、竪型ローラミルにおける粉砕ローラには、噛み込み性優先の観点から直角スリット溝もしくは４５度までの傾斜スリット溝を付け、回転テーブルには主粉砕部への原料送り込みの観点から、前述した４５度超、好ましくは５０〜８５度の傾斜スリット溝を付けるというローラとテーブル間の機能分担により、−２３５メッシュアンダーの微粉粒度の採取量が増加する。

本発明の竪型ローラミルはかかる知見を基礎として完成されたものであり、回転駆動される回転テーブルと、回転テーブルの回転中心線を包囲するように回転テーブル上の定位置に配置されたフリーローラからなる複数個の粉砕ローラとを備え、回転テーブルの回転駆動に伴って粉砕ローラとの間に粉砕原料を噛み込み破砕する竪型ローラミルにおいて、回転テーブル上面の環状破砕部にテーブル半径線に対してテーブル回転方向又は反回転方向に傾斜した複数の傾斜スリット溝を周方向に所定間隔で設けると共に、原料供給制御性を優先して個々の傾斜スリット溝を半径線に対して４５度を超える領域に存在させる一方、複数の粉砕ローラの各表面には原料噛み込み粉砕性を優先して、回転方向に直角な直角スリット溝もしくは回転方向に直角から斜め４５度までの傾斜スリット溝を設けたことを構成上の特徴点としている。

本発明の竪型ローラミルにおいては、回転テーブルの環状破砕部に設けられた傾斜スリット溝の半径線に対する角度が大きいため、テーブル側では粉砕原料の噛み込み粉砕機能が小さくなり、粉砕原料の環状粉砕部への供給制御の能力が大きくなる。この状態で粉砕ローラに回転方向と直角な直角スリット溝、或いはこれに対する傾斜角度の小さい傾斜スリット溝を設け、粉砕ローラの側で噛み込み粉砕性能を上げることにより、噛み込み粉砕性と原料供給制御性の高次元での両立が可能となり、これを竪型ローラミルにおける粉砕ローラの種類に固有の条件で行うことにより、いずれの竪型ローラミルにおいても高い微粉砕効果を獲得することができる。

回転テーブルにおける個々の傾斜スリット溝は、テーブル半径線に対して５０度傾斜した直線（環状粉砕部の内円接線に対して４０度傾斜した直線）から環状粉砕部の内円に至るまでの内角領域に存在するのが特に好ましい。

竪型ローラミルにおける粉砕ローラとして台錘形状ローラ、タイヤ型ローラでＤ／Ｒ＜４．３の偏平形状ローラ、タイヤ型ローラでＤ／Ｒ≧４．３の凸型形状ローラの３種類が存在することは前述したとおりである。

粉砕ローラとして台錘形状ローラを備える所謂ロッシェミルにおいては、当該台錘形状ローラの外周面に、ローラ回転方向に直角な直線に平行な直角スリット溝又は当該直線に対して２２．５度以下の角度で回転方向又は反回転方向に傾斜した傾斜スリット溝を設けるのが石炭又は石油コークスの微粉砕化の点から好ましい。

粉砕ローラとして外周面が回転方向に直角な面内で湾曲し最大ローラ径Ｄと湾曲外周面の曲率半径Ｒとの比率Ｄ／Ｒが４．３未満の偏平型タイヤローラを備える竪型ローラミルにおいては、当該偏平型タイヤローラの外周面に、ローラ回転方向に直角な湾曲線に平行な直角スリット溝又は当該湾曲線に対して４５度以下の角度でローラ回転方向（原料掻き戻し方向）に傾斜した傾斜スリット溝を設け、回転テーブル上面における傾斜スリット溝の傾斜方向をテーブル回転方向（原料掻き戻し方向）とするのが石炭又は石油コークスの微粉砕化の点から好ましい。

粉砕ローラとして外周面が回転方向に直角な面内で湾曲し最大ローラ径Ｄと湾曲外周面の曲率半径Ｒとの比率Ｄ／Ｒが４．３以上の凸型タイヤローラを備える竪型ローラミルにおいては、当該凸型タイヤローラの外周面に、ローラ回転方向に直角な湾曲線に平行な直角スリット溝又は当該湾曲線に対して４５度以下の角度で反回転方向（原料排出方向）に傾斜した傾斜スリット溝を設け、回転テーブル上面における傾斜スリット溝の傾斜方向をテーブル回転方向に対して逆方向（原料排出方向）とするのが石炭又は石油コークスの微粉砕化の点から好ましい。

いずれの粉砕ローラにおいても、スリット溝は当該ミルの使用開始前より予め形成されたものでもよいし、各溝に対応する部分に耐摩耗性の低い材料を配置し、当該ミルの使用に伴って形成される磨耗溝であってもよい。

回転テーブルの環状破砕部に形成される傾斜スリット溝については、環状破砕部の内周側から外周側へ至る直線溝を基本とするが、回転テーブルの内周側から外周側へ凸の方向に湾曲した弧状溝であってもよい。

ちなみに、特許文献３に記載された竪型ローラミルでは、粉砕ローラ及び回転テーブルの両方にスリット溝が設けられているが、粉砕ローラにおけるスリット溝は付着防止の観点から、回転方向に直角な方向に対する角度が９０度に近い所謂スパイラル溝であり、一方、回転テーブルにおけるスリット溝は、粉砕ローラの側で失った噛み込み粉砕性を確保する観点から、回転方向に直角な半径線に対する傾斜角度が４５度以下の直角スリット溝に近い形態であり、本発明の竪型ローラミルにおけるスリット溝の傾斜の組合せとは逆である。

結果、特許文献３に記載のような竪型ローラミルは、石灰石の粉砕における微粉付着による振動の防止には有効であるかもしれないが、石炭や石油コークスの微粉砕には不適となる。すなわち、特許文献３に記載された竪型ローラミルは、粉砕原料の微粉化よりも、ローラ表面への微粉付着防止を優先した設計である。

本発明の竪型ローラミルは、回転テーブルの環状粉砕部にテーブル半径線に対して大角度で傾斜した原料供給制御性優先のスリット溝を設ける一方、複数の粉砕ローラの各表面には回転方向に直角な直角スリット溝もしくは回転方向に直角から斜め４５度までの小角度で傾斜した原料噛み込み粉砕性優先の傾斜スリット溝を設けることにより、ミル形式毎にミルの本来性能である微粉化能力を最大限引き出す原料供給形態を選択でき、これにより石炭又は石油コークスの微粉化促進に多大の効果を発揮し、ひいては発電ボイラー等における二酸化炭素排出量の抑制に寄与する。

（ａ）〜（ｃ）は竪型ローラミルの粉砕ローラにおける主粉砕部をローラ形式毎に示した模式図である。 本発明の有効性を立証するために使用した実験用の小型粉砕機の主要部の斜視図である。 （ａ）〜（ｄ）は粉砕ローラにおけるスリット溝の形態を示す模式図である。 （ａ）〜（ｆ）は回転テーブルの破砕部におけるスリット溝の形態（主に傾斜方向及び傾斜角度）を示す模式図である。 （ａ）（ｂ）は回転テーブルの破砕部におけるスリット溝の形態（主に形状）を示す模式図である。

以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、２００メシュ通過、−２３５メッシュアンダーの微粉を多量に採取可能なローラとテーブルとの破砕面形状の組み合わせを小型粉砕機による粉砕実験により確認することにした。実験用の小型粉砕機を図２に示す。

竪型ローラミルを想定したこの粉砕機は、図２に示すように、ベース部材である水平回転テーブル１の外周部表面に粉砕ローラ２が対向する構造とした。粉砕ローラ２は、図２では円錐台形状ローラであるが、Ｄ／Ｒが４．３未満の偏平型タイヤローラ、Ｄ／Ｒが４．３以上の凸型タイヤローラとも交換可能である（図１参照）。偏平型タイヤローラ２は、太径側を外周側に小径側を中心側に向け、テーブル１との対抗面が水平となるように傾斜配置されている。実験機であるためにローラ個数は１個とした。

粉砕ローラ２の外周面には複数のスリット溝７が設けられている。複数のスリット溝７は図２では回転方向に直角な直線に平行な直角溝であり、回転に伴って石炭を回転テーブルとで形成される粉砕室に石炭を噛み込む。スリット溝７については、図３（ａ）〜（ｄ）に示すように、直角スリット溝の他、回転方向に直角な直線に対してローラ回転方向（原料掻き戻し方向）に４５度の角度で傾斜した傾斜スリット溝、前記直線に対して反回転方向（原料排出方向）に４５度の角度で傾斜した傾斜スリット溝をそれぞれもつ粉砕ローラ〔図３（ｂ）〜（ｄ）〕も、前記した３種類の粉砕ローラ２のそれぞれに対して用意した。またスリット溝のない平滑面ローラ〔図３（ａ）〕も３種類の粉砕ローラ２のそれぞれに用意した。すなわち、３種類の粉砕ローラ２〔図１（ａ）〜（ｃ）参照〕について、外周面が４種類のものをそれぞれ用意した。

回転テーブル１においては、粉砕ローラ２と対向する外周部が環状破砕部３となり、環状破砕部３は、試験機であるために、テーブル本体４に対して脱着可能にした。環状破砕部３としては、台錘形状ローラと組み合わせられるフラットタイプ、偏平型タイヤローラと組み合わされる浅いＲ溝付きタイプ、凸型タイヤローラと組み合わされる深いＲ溝付きタイプと交換可能な脱着形式とした。そして図４（ａ）〜（ｆ）に示すように、各テーブルにつき、スリット溝６のない表面が平坦なもの〔図４（ａ）〕、表面にテーブル回転方向と直角なテーブル半径方向の直角スリット溝６をもつもの〔図４（ｂ）〕、半径線に対して回転方向（原料掻き戻し方向）に４５度傾斜した傾斜スリット溝６をもつもの〔図４（ｃ）〕、反回転方向（原料排出方向）に４５度傾斜した傾斜スリット溝６をもつもの〔図４（ｄ）〕、半径線に対して回転方向（原料掻き戻し方向）に６５度傾斜した傾斜スリット溝６をもつもの〔図４（ｅ）〕、反回転方向（原料排出方向）に６５度傾斜した傾斜スリット溝６をもつもの〔図４（ｆ）〕の計６種類を用意した。

いずれのタイプであっても、粉砕ローラ２は、環状破砕部３とのクリアランスを任意に調節できるように、その支持機構５に対して回転自在かつ昇降自在に取り付けられている。また粉砕原料に所定の加圧力を付加するために、粉砕ローラ２はスプリングにより、環状破砕部３へ押し付けられる方向へ付勢されている。

回転テーブル１の回転により、回転テーブル１と粉砕ローラ２は、相対的な旋回運動を行う。本実験では回転テーブルと粉砕ローラの各種組合せの粉砕性能を確認にするために、粉砕された石炭のエアーによる分級装置を設置していない。従って、粉砕された粉砕原料としての石炭はローラが持つ排出能力とテーブル回転の遠心力とにより回転テーブル内部から外部へ排出されるので、回転テーブル１の外側に排出石炭を完全に捕集出来る捕集用容器８を設置した。

このように、実験用の小型粉砕機は、１台の試験機により全てのローラとテーブルの組合せ試験が可能なように設計した。試験機の更なる詳細は以下のとおりである。

ローラ寸法：
台錘形状ローラ 太径：２００ｍｍ
小径：１７０ｍｍ
幅５７ｍｍ
偏平型タイヤローラD/R ＝4.0 太径：２００ｍｍ
タイヤＲ：５０ｍｍ
幅７４ｍｍ
凸型タイヤローラD/R ＝5.0 太径：２００ｍｍ
タイヤＲ：４０ｍｍ
幅６６ｍｍ
テーブル寸法：
台錘形状ローラ 外径：４１０ｍｍ
内径：２８０ｍｍ
偏平型タイヤローラD/R ＝4.0 外径：４２０ｍｍ
内径：２２０ｍｍ
溝Ｒ：６０ｍｍ
凸型タイヤローラD/R ＝5.0 外径：４１０ｍｍ
内径：２３０ｍｍ
溝Ｒ：５０ｍｍ

テーブル周速度： ４８ＲＰＭ（左方向回転）
ローラ加圧： スプリング加圧方式
ローラとテーブルとのクリアランス: ０ｍｍ
試験時間： ３０分間
石炭供給量： 約２５５０ｇ／３０分間
石炭供給方法： 連続供給スクリューフィーダー方式
試験に使用した石炭： 製鉄原料炭
初期粒度分布 ２０メッシュ以上 ４０ｇ
６０メッシュ以上 ３４ｇ
１２０メッシュ以上 ３ｇ
２００メッシュ以上 １３ｇ
２３５メッシュ以上 ２ｇ
Ｐ ９ｇ
水分量 ５％
粒度測定時、各試料は３０分間乾燥後、測定する。
温度、湿度はそれぞれ２５〜３２℃、５１〜８７％

上記実験用小型粉砕機により、粉砕後のテーブル外側への石炭排出量及びテーブル内石炭残量、２００メュシュ通過、―２３５メッシュアンダーの粒子が全粉砕量に占める重量割合を調査した。この実験で最も重要な項目は粉砕ローラ自体によるテーブル外側へ排出した石炭の粒度調査であり、―２３５メッシュアンダー分の粒子重量が微粉生産量を判定する上で重要となる。本実験では便宜上、粉砕ローラ１個でしか粉砕しておらず、実機では２〜３個のローラが使用され、微粉を捕集するための分級装置が設置されているので、実機で得られる微粉粉砕量とは全く異なる数値を示している。本実験ではあくまで同一条件下での粉砕において破砕面の差異による微粉粉砕量の比較を調査した。

粒度測定は３０分間の粉砕試験終了後、テーブルから捕集器８に排出された全量の石炭を正確に集め、またテーブル内に残存した石炭も同様に正確に捕集した。それぞれ捕集した石炭の重量を測定した後、捕集した石炭の任意の箇所から粒度測定用として３試料を採取した。粒度測定結果は正確性を確保するために３資料の平均値を採用した。粉砕ローラとテーブル破砕面との組み合わせは以下のとおりである。また結果を表２〜４に示す。

Ａ）台錘形状粉砕ローラの場合の組み合わせは以下のとおりである。
ａ）平滑面ローラ ＋平滑面テーブル
ｂ）直角スリット溝 ＋平滑面テーブル
ｃ）４５度傾斜スリット溝 掻き戻し＋平滑面テーブル
ｄ）直角スリット溝 ＋直角スリット溝
ｅ）直角スリット溝 ＋６５度斜めスリット溝 排出側
ｆ）直角スリット溝 ＋４５度斜めスリット溝 排出側
ｇ）直角スリット溝 ＋６５度斜めスリット溝 掻き戻し
ｈ）斜め４５度スリット溝 掻き戻し＋６５度斜めスリット溝 掻き戻し
ｉ）斜め４５度スリット溝 排出側 ＋６５度斜めスリット溝 排出側
ｊ）斜め４５度スリット溝 掻き戻し＋６５度斜めスリット溝 排出側

表２は台錘形状粉砕ローラの場合の結果であり、詳細は以下のとおりである。

ｅ，ｆ，ｇの直角スリット溝付きの台錘形状ローラと、テーブル半径線とのなす角度が６５度から４５度までの傾斜スリット溝を環状破砕部に形成したテーブルとの組み合わせが、―２３５メッシュの微粉採取量が最も多い結果を示した。回転テーブルにおける傾斜スリット溝の方向性は排出側への傾斜の場合が幾分多いが、掻き込み側への傾斜の場合と大きな差異は生じなかった。ローラとテーブルとの間は面粉砕であり、その両者で形成される粉砕室の石炭が面間で移動すれば、掻き込み側であろうと排出側であろうと移動させればそれだけ粉砕に要する時間が長くなり、微粉砕され易くなる。その中でもｅは、ー２３５メッシュの採取量が極わずかな差ではあるが最大量を示した。このことから、テーブルに付ける傾斜スリットの角度は、テーブル半径線とのなす角度が５０度から８５度までの範囲が好ましく、最も好ましい角度は６０度から７０度となる。

粉砕ローラにおけるスリット溝の傾斜については、理論的に考察すれば回転方向に直角な場合、すなわち傾斜のない場合が最も噛み込み性に優れるが、スリット溝を回転方向に直角な方向に対して徐々に４５度までの傾斜角度を付けて行くと、次第に噛み込み性能が少なくなり、その反面、掻き寄せ性能が増加してくる。４５度の角度では、理論的には噛み込み性と掻き寄せ性とが５０％になり、それ以上の角度になると掻き寄せ性が増加して噛み込み性が少なくなる。

小型の粉砕試験機によれば、粉砕試験結果のｈ，ｉ，ｊを見ると全てー２３５メッシュの粉砕量が他の破砕面との組み合わせに比べ、極端に減少した。その理由は、傾斜角度が４５度の傾斜スリット溝付き粉砕ローラでは、上述したように石炭を掻き寄せる性能が強くなると共に、テーブルには６５度のスリット溝が取り付けられているので、石炭を掻き寄せる傾向が一層大きくなり、その結果、石炭層厚が厚くなり、層厚に対するローラ加圧力が不足して、微粉の粉砕量が減少したと推測される。ｈ，ｉ，ｊの微粉度はローラとテーブルとのスリット溝の組み合わせが異なるために差異を生じているが、トータル的に見た場合はｅ，ｆ，ｇの破砕面組み合わせに比べ圧倒的に劣った数値を示した。

主な要因はスリット溝の掻き寄せ効果により石炭層厚が厚くなったからであると想定される。石炭層厚が原因であることは、ｈのローラ、テーブルともにテーブル内側に石炭を掻き寄せる破砕面形状を組み合わせた場合、ａの平滑面同士の組み合わせに比べ、微粉度はそれより劣っていたことから確認できる。

粉砕ローラに設けるスリット溝の角度を２２．５度以下にしたのは、粉砕試験のｊによれば、ローラスリット溝が斜め４５度で石炭を掻き込む方向とテーブルスリットが６５度斜めスリット溝で石炭を外部に排出する方向との組み合わせで、−２３５メッシュ以下の微粉度３０．３％が得られたことによる。ｅのローラスリットが直角溝の場合とテーブルスリットが石炭を排出する６５度斜めスリット溝との組み合わせの場合でー２３５メッシュアンダー分が４０．８％得られた事から、ローラのスリット角度が４５度に近づくにつれ、１度当たり０．２３３％ずつ微粉度が減少して行くことが分かる。すなわち（４０．８％−３０．３％）／４５度＝０．２３３％／度

計算によれば、粉砕ローラにおけるスリット溝角度を４５度の１／２の２２．５度にした場合、微粉度が約５．２４％向上して約３５．６％となることが推測される。目標値を３８％〜４０％とした場合、テーブルスリット溝角度をテーブル半径線とのなす角度で８５度から徐々に小さくして４０度に接近させれば、テーブルによる噛み込み性が増加して目標値を達成できるので、粉砕ローラにおけるスリット溝角度については、４５度の１／２の２２．５度を高微粉度が得られる限界値にした。

Ｂ）Ｄ／Ｒ＝４．０の偏平型タイヤローラの場合、組み合わせは以下の取りである。
ａ）平滑面ローラ ＋平滑面テーブル
ｂ）直角スリット溝 ＋平滑面テーブル
ｃ）斜め４５度スリット溝掻き込み＋平滑面テーブル
ｄ）直角スリット溝 ＋４５度斜めスリット溝掻き込み
ｅ）斜め４５度スリット溝掻き込み＋６５度斜めスリット溝掻き込み
ｆ）直角スリット溝 ＋６５度斜めスリット溝掻き込み
ｇ）直角スリット溝 ＋６５度斜めスリット溝排出側

表３は偏平型タイヤローラの場合の結果であり、詳細は以下のとおりである。

タイヤ型ローラでＤ／Ｒ＝４．０の偏平型ローラの場合、ｅの斜め４５度（掻き込み側）のスリット溝付き粉砕ローラと、ｆの直角スリット溝付きローラとが、テーブル半径線とのなす角度が６５度（掻き込み側）の斜めスリット溝を形成したテーブルとの組み合わせにおいて、―２３５メッシュの微粉採取量が最も多い結果を示した。偏平型タイヤローラでは、小径部において主粉砕が行われるので、スリット溝の噛み込み効果が生じ難く、それが原因でａの平滑面ローラとｂの直角スリット溝付きローラとの間で微粉粉砕量に差異が生じなかった。これに対し、ｅとｆにおいてー２３５メッシュアンダーの粉砕量が最も多く採取された理由は、スリット溝の噛み込み性によるものではなく、石炭をテーブル内側に掻き込む方向に付けたスリット溝の掻き寄せ効果である。すなわち一旦粉砕した石炭を再度元の小径側に掻き戻すことにより 石炭が破砕面に長く閉じ込められるから充分な粉砕操作を受け、微粉粉砕量が増加したのである。ｆの破砕面組み合わせは、ｇと同一条件でテーブルスリットの方向のみを排出側にした場合であるが、―２３５メッシュの粉砕量がｆに較べて非常に低下したことがそれを証明している。

小型の粉砕試験機ではスリット溝の作用効果として、石炭の掻き寄せ作用に顕著な効果が見られたが、噛み込み作用に関してはもうひとつ効果が見られなかった。これはテーブル回転速度が４８ＲＰＭでは遅すぎるためと想定された。回転速度が上昇すれば噛み込み性の差異も明白化されるものと思われる。しかし、実機においては既にスリット溝の噛み込み性の効果も実証されており、両者の作用効果が重なるとー２３５メッシュアンダーの微粉粉砕量は著しく向上し、偏平型タイヤローラの形状的欠点を大きく改善されることが可能になる。実験では１個のローラで行っているが、実機では３個のローラが使用されるので、微粉砕量はより大きく増加するものと思われる。

回転テーブルにおけるスリット溝のテーブル半径線に対する傾斜角度は、５０〜８５度の範囲が好ましく、６０度から７０度の範囲が最も好ましい。

Ｃ）Ｄ／Ｒ＝５．０の凸型タイヤローラの場合、組み合わせは以下の取りである。
ａ）平滑面ローラ ＋平滑面テーブル
ｂ）直角スリット溝 ＋平滑面テーブル
ｃ）直角スリット溝 ＋７０度斜めスリット溝 掻き込み
ｄ）直角スリット溝 ＋７０度斜めスリット溝 排出側
ｅ）斜め４５度スリット溝 排出側＋７０度斜めスリット溝 排出側

表４は凸型タイヤローラの場合の結果であり、詳細は以下のとおりである。

タイヤ型ローラでＤ／Ｒ＝５．０の凸型ローラの場合、ａの既存の平滑面同士で得られた−２３５メッシュの微粉量に比べ、ｃ，ｄ，ｅの組み合わせでは約６〜８％の粉砕量の増加が認められた。傾斜スリット溝付き回転テーブルに関しては、直角スリット溝付きローラ、斜め４５度（排出側）の傾斜スリット溝を持つローラと、斜め７０度の石炭排出方向及び石炭掻き込み方向のスリット溝を持つテーブルとの組み合わせが微粉の粉砕量を増加させることに有効である。特に斜め４５度（排出側）のスリット溝を持つローラと、斜め７０度（排出側）のスリット溝をもつテーブルとの組み合わせがー２３５メッシュの微粉の粉砕量が２９％と他の組み合わせに比べ多かったが、その差異は誤差範囲内であり、スリット溝の方向性に関する優位性を示すデータは得られなかった。

そこでＤ／Ｒ＝５の凸型タイヤローラ自体のスリット溝の方向性が微粉の粉砕量にどのような差異を与えるかを調べる追加実験を行った。ローラの破砕面形状は平滑面、直角スリット溝、斜め４５度掻き込みスリット、及び斜め４５度排出スリットの４種類とした。これらの粉砕ローラにおける破砕面形状を調べるために、これらの粉砕ローラを平滑面テーブルとの組み合わせて粉砕実験を行い、−２３５メッシュ以下の微粉粉砕量の差異を調査した。ローラ破砕面形状の性能差を確認したいので、テーブルは平滑面とし、テーブルの影響を受けないようにした。結果を表５に示す

石炭の種類やサイズはこれまでの実験に使用したものとは異なるが、テーブル回転速度は４８ＲＰＭではなく、速度を速くして差異が出やすいように６０ＲＰＭに上げた。試験条件はこれまでの実験と少々異なっていても、あくまで破砕面の性能差を求める粉砕実験であり、差異が求まればローラ破砕面性能そのものが確認できることであり、このデータを証拠として採用可能と考えた。

本実験によりＤ／Ｒ＝５の凸型タイヤローラにおけるスリット溝の方向性は明白に確認され、ローラスリットの傾斜方向が排出側の場合が、ー２３５メッシュ以下の微粉量を最も多量採取できることが判明した。平滑面ローラと比べ約３９％も微粉度が増加した。

タイヤ型ローラでＤ／Ｒ＝５．０の凸型ローラの場合には、太径部に位置する主粉砕線の周速度が速いために、ローラに設けたスリット溝が石炭の掻き上げ作用に大きく影響して微粉粉砕量の増加を促進した。しかし、実機では使用を続けていると粉砕部が摩耗を発生し、線粉砕が面粉砕に徐々に移行していくので、テーブルスリットの方向性がよりその効果を発揮し出すものと考えられる。方向性の効果は４６ＲＰＭの回転速度では明白化されなかったが、６０ＲＰＭでは明白になったことから、回転速度の影響を受けると思われた。

粉砕ローラとして凸型タイヤローラをもつ竪型ローラミルは、非常に高効率な粉砕機であり、粉砕された石炭をテーブル外側に排出する性質が高いので、ローラ及びテーブルにおけるスリット溝の方向は、石炭を外部に排出する方向とすることが望ましい。それにより、この粉砕機が持つ粉砕性能をさらに助長することが可能である。テーブルスリット溝の傾斜角度はテーブル半径線に対して５０度から８５度までの大角度が好ましく、その方向は石炭を排出する方向が好ましいということである。

表６は表２、表３及び表４の破砕砕面組み合わせ試験で得られたすべての数値の平均値を取ったものである。悪い数値も良い数値も含まれているが、それらを包括したこの平均値はローラそのものの性能を明確に語っているものと考えられる。これよると、台錘形状ローラは、微粉の生産量が３種類のローラ形状の中で最も多いが、ローラ自体の粉砕効率、即ち石炭排出量に関しては、凸型タイヤローラに比べ劣り、偏平型タイヤローラより優れている。凸型タイヤローラをもつ竪型ローラミルは最も高効率な粉砕ミルであり、テーブルに残存した石炭量が３者の内で最も少なく、排出量が最も多い。微粉度に関しては台錘形状ローラをもつ竪型ローラミルに比べて劣り、偏平型タイヤローラをもつ竪型ローラミルより優れている。偏平型タイヤミルは粉砕量、微粉砕性ともに３者の内で劣る傾向を示した。

上述の実施形態では回転テーブル２の環状破砕部３におけるスリット溝６は直線としたが、図５（ａ）（ｂ）に示すように内周側から外周側へ凸の曲線としてもよい。要はテーブル回転方向に傾斜するスリット溝にしろ、反回転方向に傾斜するスリット溝にしろ、テーブル半径線に対して４５度傾斜した直線（環状粉砕部の内円接線に対して４５度傾斜した直線）から環状粉砕部の内円に至る間までの内角領域（但し、前記直線は除く）に存在しておればよく、好ましくはテーブル半径線に対して５０度傾斜した直線（環状粉砕部の内円接線に対して４０度傾斜した直線）から環状粉砕部の内円に至るまでの内角領域に存在しておればよい。

これらの曲線状（弧状）のスリット溝６も原料排出機能や原料掻き戻し機能を阻害しない。反対方向に湾曲した曲線状（弧状）のスリット溝の場合はこれらの機能を大きく阻害する。

１ 回転テーブル
２ 粉砕ロール
３ 環状破砕部
４ テーブル本体
５ 支持機構
６，７ スリット溝
８ 捕集用容器

Claims (8)

1. 回転駆動される回転テーブルと、回転テーブルの回転中心線を包囲するように回転テーブル上の定位置に配置されたフリーローラからなる複数個の粉砕ローラとを備え、回転テーブルの回転駆動に伴って粉砕ローラとの間に粉砕原料を噛み込み破砕する竪型ローラミルにおいて、
   回転テーブル上面の環状破砕部にテーブル半径線に対してテーブル回転方向又は反回転方向に傾斜した複数の傾斜スリット溝が周方向に所定間隔で設けられており、個々の傾斜スリット溝は原料供給制御性を優先して半径線に対して４５度を超える領域に存在する一方、複数の粉砕ローラの各表面には原料噛み込み粉砕性を優先して回転方向に直角な直角スリット溝もしくは回転方向に直角から斜め４５度までの傾斜スリット溝が存在することを特徴とする竪型ローラミル。
2. 請求項１に記載の竪型ローラミルにおいて、個々の傾斜スリット溝は、テーブル半径線に対して５０度傾斜した直線（環状粉砕部の内円接線に対して４０度傾斜した直線）から環状粉砕部の内円に至るまでの内角領域に存在する竪型ローラミル。
3. 請求項１又は２に記載の竪型ローラミルにおいて、粉砕ローラとして台錐形状ローラを備え、当該台錘形状ローラの外周面に、ローラ回転方向に直角な直線に平行な直角スリット溝又は当該直線に対して２２．５度以下の角度で回転方向又は反回転方向に傾斜した傾斜スリット溝を有する竪型ローラミル。
4. 請求項１又は２に記載の竪型ローラミルにおいて、粉砕ローラとして外周面が回転方向に直角な面内で湾曲し最大ローラ径Ｄと湾曲外周面の曲率半径Ｒとの比率Ｄ／Ｒが４．３未満の扁平型タイヤローラを備え、当該偏平型タイヤローラの外周面に、ローラ回転方向に直角な湾曲線に平行な直角スリット溝又は当該湾曲線に対して４５度以下の角度でローラ回転方向（原料掻き戻し方向）に傾斜した傾斜スリット溝を有し、回転テーブル上面における傾斜スリット溝の傾斜方向がテーブル回転方向（原料掻き戻し方向）である竪型ローラミル。
5. 請求項１又は２に記載の竪型ローラミルにおいて、粉砕ローラとして外周面が回転方向に直角な面内で湾曲し最大ローラ径Ｄと湾曲外周面の曲率半径Ｒとの比率Ｄ／Ｒが４．３以上の凸型タイヤローラを備え、当該凸型タイヤローラの外周面に、ローラ回転方向に直角な湾曲線に平行な直角スリット溝又は当該湾曲線に対して４５度以下の角度で反回転方向（原料排出方向）に傾斜した傾斜スリット溝を有し、回転テーブル上面における傾斜スリット溝の傾斜方向がテーブル回転方向に対して逆方向（原料排出方向）である竪型ローラミル。
6. 請求項１〜５の何れかに記載の竪型ローラミルにおいて、スリット溝は当該ミルの使用開始前より予め形成されている竪型ローラミル。
7. 請求項１〜５の何れかに記載の竪型ローラミルにおいて、スリット溝はそれらの溝に対応する部分に耐摩耗性の低い材料が配置され、当該ミルの使用に伴って形成される磨耗溝である竪型ローラミル。
8. 請求項１〜７の何れかに記載の竪型ローラミルにおいて、回転テーブルに形成される傾斜スリット溝は、回転テーブルの内周側から外周側へ凸の方向に湾曲した弧状溝である竪型ローラミル。

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