JP5267333B2 - 竪型粉砕機 - Google Patents

Description

本発明は、主に石炭、オイルコークス、スラグ、クリンカー、石灰石、その他の無機原料、又バイオマス等の有機原料を粉砕するに好適な竪型粉砕機に係わり、特に、原料を微粉砕する際に好適な竪型粉砕機に関する。

従来から、石炭等を粉砕する装置として竪型粉砕機（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。
ここで、竪型粉砕機は、原料を効率的に微粉砕することができるという優れた特性を有している反面、原料の種類や粉砕条件によって、異常振動が発生するという問題点を有していた。竪型粉砕機に発生する異常振動は、様々な原因によって誘発されるために、その振動原因に応じた様々な対策を講じる必要がある。そのため、竪型粉砕機について、従来から数多くの異常振動防止対策が提案されている。

例えば、異常振動が発生し易くなる状況として、原料を微粉砕するために機内で原料を繰り返し粉砕するようなケースが知られている。
なぜなら、原料を微粉砕する際には、竪型粉砕機内で原料を繰り返し粉砕する必要がある。そして、機内で繰り返し粉砕される原料は、循環原料と呼ばれるが、循環原料の粒径は、竪型粉砕機に新たに投入された粉砕前の原料に比較すれば、当然に、小さい。

前述した循環原料の粒子は、細かな製品を得ようとすればするほど、小さくなるが、細かい粒子は細粒になればなるほど多量の空気を抱え込む。
原料を微粉砕しようとすれば、循環原料の量が増えるので、回転テーブル上の原料層は、粒径の小さな細かな原料を多く含み、空隙率の高い、所謂、嵩高い状態（嵩密度としては低い状態）になる。

前述した嵩高い原料層は、空気を大量に含んでいるために、粉砕ローラ等が滑りやすい状態になり、見かけ上、原料層の摩擦係数が小さくなって滑りやすいような状況になる。
従って、嵩高い原料層を、粉砕ローラによって一挙に粉砕しようとすれば、回転テーブル上の原料層の上で、粉砕ローラが滑ってスリップしてしまい、粉砕ローラの回転が不規則になって、異常振動が発生するという問題が生じた。

なお、異常振動を防止する方法の一つとして、特許文献１に開示されるような従来技術が公知である。特許文献１に開示の従来技術は、補助ローラを用いて回転テーブル上の原料層を脱気し、一旦、圧密化することによって、粉砕ローラに原料を効率よく噛み込ませるという技術である。

特開平２−１７４９４６号公報

ここで、特許文献１に開示された従来技術のように、補助ローラで圧密した原料層を粉砕ローラにて粉砕するという方式は、粉砕効率の向上という点において、一定の効果が期待できる。
しかし、特許文献１に開示された従来技術においても、補助ローラで圧密する際の嵩高い原料層は、空気を大量に含んで滑りやすい状況という点に変わりはない。
補助ローラで原料層を押す圧力は粉砕ローラで原料層を粉砕する圧力より小さいので、基本的に補助ローラで大きな振動が生じにくい構造であるにしても、空気を多量に含んだ原料層を補助ローラで急激に圧密すれば、原料層中の空気が一気に脱気されて、原料層と補助ローラとの間に多量の空気が介在することになる。その結果、原料層と補助ローラとの間に多量の空気が滞留し、補助ローラと原料層が大きくスリップして振動が発生するという問題が生じた。そのため、補助ローラで原料層を圧密化するにも限度があり、原料層と補助ローラとの間に多量の空気を介在させないように注意する必要があった。

本発明は、以上、説明したような問題点に鑑みてなされたものであり、原料を効率良く微粉砕するに好適な竪型粉砕機に関する。

上記の目的を達成するため、本発明による竪型粉砕機は、
（１）回転テーブル上に回転自在な粉砕ローラとコニカル型の補助ローラとを配置し、回転テーブル上に投入した原料を、補助ローラにより脱気してから粉砕ローラによって粉砕する竪型粉砕機であって、該補助ローラは、該補助ローラの小径側から大径側に延びる複数列の溝部を備えて、補助ローラの大径側に向かう溝部の端部が、補助ローラの大径側の端部まで到達せずに途中で閉じられるとともに、補助ローラの小径側に向かう溝部の端部が、補助ローラの小径側の端部に達して、該溝部の中に導入されたガスが抜けるための隙間を形成した。

（２） （１）に記載の竪型粉砕機において、前記複数列の溝部の通路断面積が、補助ローラの大径側から小径側に向かって縮小した。

（３） （２）に記載の竪型粉砕機において、前記溝部の形状について、前記補助ローラの大径側に向かう溝の端部が、円弧状に丸められて閉じられるとともに、補助ローラの大径側から小径側に向かって、その溝幅を縮小させる構成とした。

（４） （１）〜（３）のいずれか１項に記載の竪型粉砕機において、前記補助ローラの中心径の寸法を、粉砕ローラの中心径の寸法より大きくした。

本発明は、竪型粉砕機の運転中に、補助ローラにより原料層を脱気する際において、原料層が圧密される際に生じる多量の空気を、溝部の中に入れた後、ガスの流れやすい補助ローラの小径側端部に設けた溝部の隙間から、速やかに効率よく排出させることができる。従って、従来技術のように、原料層と補助ローラの間で多量の空気が滞留しないので、異常振動が抑制される。

なお、前記溝部の通路断面積を、補助ローラの大径側から小径側に向かって縮小させることによって、空気を、より早い噴出速度で溝から吹き出すことができ、溝部を覆った原料を吹き飛ばして、空気の排出が速やかに行われるという優れた作用効果を有する。

また、補助ローラの中心径の寸法を粉砕ローラの中心径の寸法より大きくすれば、補助ローラによる圧密部分の幅が大きくなるので、原料層の急激な容積変化が避けられ、より振動を抑える効果的が高まる。

本実施形態に係わり竪型粉砕機の粉砕ローラと補助ローラの配置を説明する図である。 本実施形態に係わり竪型粉砕機の全体構造概略を説明する図である。 本実施形態に係わり補助ローラの構造と溝部の配列を説明する図である。 本実施形態に係わり補助ローラに設けた溝部の配列と形状を説明する要部断面図である。 本実施形態に係わり補助ローラの溝部の形状を概念的に説明する図である。 本発明による他の実施形態に係わり補助ローラの溝部の形状を概念的に説明する図である。 本実施形態に係わり補助ローラの溝部から空気を排出する挙動を概念的に説明する図である。 本実施形態に係わり補助ローラによる原料層の圧密挙動を概念的に説明する図である。

以下、図面等に基づき本発明による実施形態の好ましい１例について詳細に説明する。
図１〜図８は本発明の実施形態に係わり、図１は補助ローラと粉砕ローラの配置並びに補助ローラに設けた溝部配列を説明する図であり、図２は、竪型粉砕機の全体構成を説明する概念図である。図３は補助ローラの構造と溝部の配列を説明する図であり、図４及び図５は補助ローラの溝部と配列の形状を説明する図である。図６は本発明による他の実施形態による溝部形状を説明する図である。図７は、補助ローラの溝部から空気を排出する挙動を概念的に説明する図である。図８は補助ローラによる原料層の圧密挙動を概念的に説明する図である。

以下、本実施形態による竪型粉砕機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１Ｂ、１Ａ、竪型粉砕機１の下部に設置された減速機２Ｂと駆動モータ２Ｍによって駆動される回転テーブル２、コニカル型の粉砕ローラ３と補助ローラ５等を備えている。なお、本実施形態に用いた竪型粉砕機１は、駆動モータ２Ｍの駆動用電源としてインバータ電源を備えて、運転中、回転テーブルの回転速度が任意の変更可能な可変速式の竪型粉砕機１である。

また、図２に示す竪型粉砕機１においては、回転テーブル２の下方にガスを導入するためのガス供給口３３を設けており、さらに回転テーブル上方に該ガスと共に製品を取り出すための上部取出口３９を設けている。
なお、図２に示す実施形態の竪型粉砕機１は、回転テーブル２の上方に、回転式の分級機１４を備えており、分級機１４の分級機構として、回転テーブル２の上方に配された回転分級羽根１４Ａが、竪型粉砕機１の上部に設置された図示しない駆動モータにより駆動され、自在に回転する構成となっている。

図２に示した竪型粉砕機１は前述の構成によって、運転中に、ガス供給口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、回転テーブル２下方から分級機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る構成となっている。
なお、回転テーブル２上で粉砕された原料は、前記ガスにより吹き上げられてケーシング内を上昇し、分級機１４方向に流れるが、径が大きく重量の大きな原料は分級機１４まで到達できずに、或いは通過できずに落下することによって、竪型粉砕機１内で再度粉砕される循環原料となる。そして、分級機１４を通過した径の小さな原料は、上部取出口３９から製品として取り出される。

ここで、本実施形態において粉砕ローラ３は、図１に示すように、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）に複数個（本実施形態においては２個）が配されて、回転テーブル２の方向に押圧されるよう構成されている。なお、粉砕ローラ３は、回転テーブル２が回転することにより、回転テーブル２に対して、原料を介して従動して回転する。

また、本実施形態においては、回転テーブル２の上面に複数個（本実施形態においては２個）の補助ローラ５が配されて、回転テーブル２の方向に押圧されるよう構成されており、補助ローラ５は、回転テーブル２が回転することにより、回転テーブル２に対して原料を介して従動して回転する。なお、粉砕ローラ３は、回転テーブル２上において、その外周部分に２個が対向するようにして配されているとともに、粉砕ローラ３と位相を９０度ずらしたような形で、補助ローラ５が２個配されている。

ここで、図３に示すように、本実施形態において、補助ローラ５は、回転テーブル中心側に向かって直径の小さくなる切頭円錐型のタイプのコニカル型のローラであって、回転テーブル中心側にローラの小径部を、外周側にローラの大径部を配している。
そして、本実施形態における補助ローラ５は、補助ローラ５のローラ幅方向（補助ローラ５の転動面の幅方向）に延びる複数本の溝部Ｍが加工されている。
なお、参考までに、図３において、補助ローラ５について、ローラ幅方向の寸法をローラ幅寸法Ｌとして、ローラ幅方向中心部のローラ直径寸法をローラ中心径寸法Ｄとして、記載した。

また、前述の溝部Ｍの形状を説明するために、図５に補助ローラ５の表面部分を展開した図を概念的に示す。
図５のＡ部概観図を見ればわかるように、補助ローラ５の幅方向に延びる複数本の溝部Ｍが一定間隔で配設されている。図５においては、溝部Ｍの形状が、補助ローラ５の大径側から小径側に向かって延びており、溝部の大径側の端部は、補助ローラ５の大径側端部まで到達せずに途中までしか溝加工されていないのに対して、小径側の溝部Ｍの端部は、補助ローラ５の小径側端部にまで溝加工がされて、ガスが抜けるための隙間を形成している。

次に、図４に溝部の断面形状を示す。図４に示した断面図を見れば明かであるが、補助ローラ５の小径側になる溝部Ｍの端部に、深さ数ｍｍの溝加工をして、深さ寸法（ｈ１）の溝部による隙間を形成して、ガスが抜けるための隙間を確保している。また、溝部Ｍのローラ幅方向の中心部付近については、それより深く削り込むことによって深さ寸法（ｈ２）の溝部を加工し、さらに。ローラ大径側に向かう溝の端部は、ローラ大径側端部に到達するまえに、徐々に浅くして溝加工を止めた。

なお、補助ローラ５の小径側端部に設けているガスが抜けるために必要な端部の溝深さ寸法ｈ１について説明すれば、あまり小さすぎると、排出するための隙間が小さくなりすぎて溝部Ｍの中のガスが十分に排出させることができない。また、あまり寸法が大きすぎると、排出時のガス速度が遅くなって、原料層の中でガスを噴出しにくくなり、その結果、返ってガスの排出が悪くなる。従って、溝深さ寸法ｈ１は、１ｍｍ以上１０ｍｍ未満の範囲とすることが好ましい。

なお、図６に本実施形態による溝部の第２の形状を示した。
図６においては、溝部Ｍの形状が、補助ローラ５の大径側から小径側に向かって縮小して、大径側の端が円弧状に丸められて閉じられるとともに、小径側の溝部Ｍの端部は、補助ローラ５の小径側端部にまで達して、ガスが抜けるための隙間を形成している。

なお、図６に示した実施形態も図５に示した実施形態も断面形状は同一とした。
ここで、図６の実施形態の特徴は、溝部の通路断面積が、補助ローラ５の大径側から小径側に向かって縮小していることにある。
図６を見れば明らかであるが、溝部Ｍの形状が、補助ローラ５の大径側から小径側に向かって縮小しており、溝部の深さは、幅方向中心付近がほぼ均一で、端部が浅くなっている。

溝部の中をガスが流れる速度は、ガスの量が変わらなければ、溝部の形状に影響され、基本的には、ガスの流れる溝部の通路断面積が小さくなるほど、ガスの速度は上昇する。
図６に示した実施形態における溝部の通路断面積は、Ａ部ローラ表面展開図に表された溝部の幅寸法（ローラ幅方向に直交する方向の溝寸法）と、溝深さ寸法とをかけ算した（乗ずる）ものになる。
前述したように、排出時のガス速度が遅くなると、ガスの排出が悪くなる。従って、溝部の端部から噴出させるガスの速度は、早い方が良い。図６に示した実施形態は、通路断面積を縮小させて排気するガスの速度を上昇させることができるという点で、特に好ましい形態の一つである。

さらに、本実施形態においては、図１に示すように、補助ローラ５の大きさを粉砕ローラ３より大きくしている。図３に補助ローラ５の構成を概念的に示すが、本実施形態において、補助ローラ５の中心径寸法Ｄ（補助ローラ５の転動面の幅方向中心部の直径寸法）は、粉砕ローラ３の中心形寸法の約１．２倍とした。

なお、補助ローラ５は、原料を粉砕するためのローラではない。そのため、通常は、補助ローラ５について、ローラ幅寸法Ｌは粉砕ローラ３のローラ幅寸法と同一、ローラ中心径寸法Ｄは粉砕ローラの中心径寸法より小さく設計された。
これは、補助ローラ５と粉砕ローラ３とのローラ幅寸法を同一にしさえすれば、粉砕ローラ３で粉砕する原料層を補助ローラ５で圧密できるであろうという考え方からによる。
従って、従来は、補助ローラ５の中心径寸法Ｄは、粉砕ローラ３の中心径寸法より小さくても、十分に補助ローラ５としての機能を果たすものと考えられていた。
その結果、コストを削減するためとして、補助ローラ５は、粉砕ローラよりも、ローラ中心径寸法を小さくして作られることが一般的であった。
粉砕ローラ３として作られたローラをそのまま流用して補助ローラ５として使用する場合も散見されるが、その場合でも補助ローラ３と粉砕ローラ５は同一径にしかならない。

しかし、詳細は後述するが、出願人は、補助ローラ５にて、嵩高い原料層を圧密する場合は、前述した補助ローラ５の幅寸法Ｌのみならず、中心径寸法Ｄの大きさが、圧密の効果に大きく作用することを知見したため、敢えて、粉砕ローラ３より補助ローラ５の中心径寸法Ｄを大きくする構成とした。

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り、本発明の技術思想を逸脱しないで変更が可能である。

以下、本実施形態による竪型粉砕機１の運転方法について、その好ましい１例を説明する。
竪型粉砕機１の原料投入口３５に投入された原料（本実施形態においては石炭）は、原料投入シュート１３を介して回転テーブルの中央付近に投入されて、渦巻き状の軌跡を描きながら、回転テーブルの外周側に移動する。
そして、回転テーブル上に投入された原料は、後述する循環原料と回転テーブル２上で合わさって、その大部分が補助ローラ５で圧密されて脱気された後、回転テーブル２と粉砕ローラ３の間に噛み込まれ粉砕される。
そして、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は、回転テーブル２の外縁部に周設されたダムリング１５を乗り越えて、回転テーブル上面２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。

なお、環状通路３０に達した原料は、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方向に流れようとするが、径が大きく重量の大きな原料は、セパレータ１４まで到達することができず、或いはセパレータ１４を通過できずに、落下することにより、竪型粉砕機１内で循環して繰り返し粉砕される循環原料となる。
そして、原料を微粉砕する場合において、竪型粉砕機１内には循環原料の割合が大きくなり、嵩高い原料層が形成される。

なお、循環原料は、所定の粒径となって機外に排出されるまで、繰り返し、回転テーブル上に供給され、補助ローラ５で圧密されて脱気された後、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。一方、所定の粒径まで小さく粉砕された原料は、セパレータ１４に到達して通過することにより、上部取出口３９より粉砕品として取り出される。

ここで、本実施形態においては、回転テーブル２上に投入した原料を、補助ローラ５により脱気してから粉砕ローラ３によって粉砕するが、補助ローラ５にガス抜きのための溝部Ｍを形成している。従って、原料層が圧密される際に生じる多量の空気を、溝部Ｍの中に入れた後、補助ローラ５の小径側の溝部Ｍの端部から速やかに排出させることができる。

また、本実施形態においては、補助ローラ５により原料層を脱気する際において、補助ローラ５の小径側の端部から、回転テーブルの中心側に向かって、脱気した空気を噴出させている。通常、竪型粉砕機１の粉砕ローラ等においては、ローラ小径側が、ローラ大径側に比べて仕事量が少ない。言い換えれば、ローラ小径側の方が、粉砕ローラと原料層についてあたりが弱く、その結果、溝の中のガスが流れやすい。
これは補助ローラ５についても言えることであり、ローラと原料層の間のあたりが弱い小径側の端部からガスを排出する方が、より空気の排出効果が高いという利点を有する。
本実施形態においては、以上説明したような理由から、従来技術のように、原料層と補助ローラの間で多量の空気が滞留しないので、異常振動が抑制される。

さらに、図６に示す実施形態であれば、溝部Ｍの形状について、補助ローラ５の大径側から小径側に向かってガスの流れを絞り、さらに、ガスの排気速度を上昇させることができる。その結果、小径側の端部に形成した狭い溝から排出するガスの速度が前述の実施形態より高まるので、より空気の排出が速やかに行われるという優れた作用効果を有する。

参考までに申せば、補助ローラ５の前と後で原料層の高さに違いがないとすれば、運転時に補助ローラ５が原料層を圧密する部分は、補助ローラ５の最下点をつないだ線分（ローラを幅方向に横切って延びる一本の線）となるため、例え、中心径寸法Ｄが大きくても小さくても、圧密部分の寸法に大きな変化はない。従来技術は、そのような考え方に基づいて、補助ローラ５の中心径寸法Ｄを小さ目に作成されていた。

しかし、実際に補助ローラ５によって原料を圧密すれば、補助ローラ５に噛み込まれる前と後で、原料層の高さに大きな違いが生じる。そして、補助ローラ５に噛み込まれる前と後で、原料層の高さに違いが生じるとすれば、中心径寸法Ｄが大きいほど、前述した圧密部分の線分の幅が広くなる。具体的に言えば、圧密部分（前述したローラを幅方向に横切って延びる一本の線分）の幅寸法が広くなってくる。
言い換えれば、原料層が嵩高い場合は、補助ローラ５を大きくすればするほど、一度に多くの原料層部分を噛み込んだ状態とすることが可能になる。

図８に、中心径寸法Ｄに対する原料層の圧密部分の幅寸法Ｘの関係を示す。
補助ローラ５の前と後で原料層の高さが変化した（前寸法がＴ１、後寸法がＴ２）場合に、補助ローラ５の中心径寸法がＤ１＞Ｄ２ならば、圧密部分の幅寸法はＸ１＞Ｘ２となる。そして、補助ローラ５の前と後で原料層の高さ方向の寸法の変化量が同一であるなら、圧密部分の幅寸法Ｘ１が大きい中心径寸法Ｄ１の方が、緩やかな容積変化を示すことになる。特に、原料を微粉砕する場合には、嵩高い原料層を圧密するので、補助ローラ５の前と後で原料層の高さの違いが大きく、中心径寸法Ｄを大きくすることにより、圧密部分の幅が大きくなるので、原料層の急激な容積変化が避けられる。
従って、本実施形態の竪型粉砕機１にとれば、補助ローラ５に対しても、急激な容積変化を緩和して、緩やかな容積変化をさせることができ、その結果、原料層の中の空気の脱気が緩やかに行われ、補助ローラ５と原料層のスリップが抑えることができるので、振動を抑えるのに効果的であって、異常振動を生じにくい。

以上のように本願発明に係わる竪型粉砕機は、従来に比較して、微粉砕時に振動が発生しにくいという特徴を有するので、原料を微細化する粉砕等に、特に適した粉砕装置として使用できる。

１ 竪型粉砕機
２ 回転テーブル
３ 粉砕ローラ
５ 補助ローラ
１４ 分級機
１５ ダムリング
３５ 原料投入口
３９ 上部取出口
Ｄ ローラ中心径寸法
Ｌ ローラ幅方向寸法
Ｔ 原料層厚み
Ｍ 溝部

Claims (4)

1. 回転テーブル上に回転自在な粉砕ローラとコニカル型の補助ローラとを配置し、回転テーブル上に投入した原料を、補助ローラにより脱気してから粉砕ローラによって粉砕する竪型粉砕機であって、
   該補助ローラは、該補助ローラの小径側から大径側に延びる複数列の溝部を備えて、補助ローラの大径側に向かう溝部の端部が、補助ローラの大径側の端部まで到達せずに途中で閉じられるとともに、
   補助ローラの小径側に向かう溝部の端部が、補助ローラの小径側の端部に達して、該溝部の中に導入されたガスが抜けるための隙間を形成することを特徴とした竪型粉砕機。
2. 前記複数列の溝部の通路断面積が、補助ローラの大径側から小径側に向かって縮小することを特徴とした請求項１に記載の竪型粉砕機。
3. 前記溝部の形状について、前記補助ローラの大径側に向かう溝の端部が、円弧状に丸められて閉じられるとともに、補助ローラの大径側から小径側に向かって、その溝幅が縮小することを特徴とした請求項２に記載の竪型粉砕機。
4. 前記補助ローラの中心径の寸法が、粉砕ローラの中心径の寸法より大きいことを特徴とした請求項１から請求項２までのいずれか１項に記載の竪型粉砕機。

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