JP5445741B2 - 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、竪型粉砕機内で繰り返し原料を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、補助ローラの下を通過する際に、原料層が大きな容積変化を起こした場合は、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、嵩高い原料層を圧密する場合でも、補助ローラにて大きな容積変化が生じないよう注意する必要があった。
その結果、原料層を圧密化できる程度が制限されて、竪型粉砕機の粉砕効率を向上させる上での障害となっていた。

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補助ローラとを配置し、該回転テーブル上に投入した原料を、該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、該補助ローラの中心径の寸法について、該粉砕ローラの中心径の寸法より大きく形成することによって、該補助ローラの中心径を該粉砕ローラの中心径と同一に形成した場合より、該補助ローラで圧密する原料層の容積変化を緩やかにした。

（２） （１）に記載の竪型粉砕機において、前記補助ローラに負荷するローラ面圧が、
該補助ローラの自重を除いた状態において、０．３〜０．５ＭＰａの範囲であることを
特徴とした竪型粉砕機。

本発明は、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において、補助ローラの中心径の寸法を、該粉砕ローラの中心径の寸法より大きく構成した。
本発明は前述の構成により、補助ローラの幅広い部分で原料を噛み込むことができるので、原料層を緩やかに圧密することができ、その結果として、回転テーブル上の原料層について、急激な容積変化を抑えながら空隙率を減少させることかできる。従って、回転テーブル上の原料層は、補助ローラで圧密される際においても、従来技術のような急激な容積変化は起こさないので、異常振動が抑制される。

また、前記補助ローラに負荷するローラ面圧が、補助ローラの自重を除いた状態において、０．３ＭＰａ（メガパスカル）以上から０．５ＭＰａ（メガパスカル）以下の範囲とすることにより、動力の無駄を抑えて、原料層を効果的に圧密することが可能であるという優れた利点を有する。

本実施形態に係わる竪型粉砕機のローラ配置を説明する図である。 本実施形態に係わる竪型粉砕機の構造概略を説明する図である。 本実施形態に係わる補助ローラと回転テーブルの配置を概念的に説明する図である。 本実施形態に係わる粉砕ローラと回転テーブルの配置を概念的に説明する図である。 本実施形態に係わるローラ面圧を説明するための概念図である。 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。 補助ローラのローラ面圧と竪型粉砕機の能力比を説明する図である。

以下、図面等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〜図４は本実施形態に係わり、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は補助ローラと回転テーブルの配置を概念的に説明する図であり、図４は粉砕ローラと回転テーブルの配置を概念的に説明する図である。図５は本実施形態に係わるローラ面圧を説明するための概念図であり、図６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。
図７は補助ローラのローラ面圧と竪型粉砕機の能力比を説明する図である。

以下、本発明による竪型粉砕機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及び補助ローラ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。
前述した構成の竪型粉砕機１は、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。
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内で循環し、再度粉砕される循環原料となる。
なお、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及び図４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、図１及び図３に示すように、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。

また、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より大きくする。図５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、補助ローラの幅寸法Ｗ（補助ローラ５の転動面の幅方向寸法）について粉砕ローラ３の幅寸法と同一にしても、その中心径寸法Ｄは、粉砕ローラより小さい寸法にて設計されていた。
なぜなら、補助ローラ５と粉砕ローラ３との幅寸法Ｗを同一にすれば、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。
そのため、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。
従って、コストを削減するためにも、補助ローラ５は、中心径寸法Ｄを小さめに作られることが一般的であった。
なお、設備の関係上、粉砕ローラ３として作られたローラを流用して、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は同一径でしかない。

詳細は後述するが、出願人らが鋭意研究した結果、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Ｗ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、ここで、補助ローラ５を回転テーブル２に押圧するローラ面圧Ｓは、補助ローラ５の中心径寸法Ｄ（中心径寸法Ｄと称することもある）、補助ローラの幅寸法Ｗ、補助ローラ５を回転テーブル２に垂直方向に押し付ける力である押圧力をＦとした場合において、補助ローラ５の幅方向の中心線と垂直軸との傾き角度をθとすると、以下の式で表される。

以下、図５に示した構成の押圧装置を用いた場合のローラ面圧Ｓの計算方法について、参考までに説明する。
図５に示した構成の押圧装置を用いた場合における押圧力Ｆは、油圧シリンダ８のロッドの引込力（油圧シリンダ力と称することもある）をＦ１とし、油圧シリンダ８から補助ローラ５までのレーバー比をＲ（本実施例においては、Ｒ＝Ｌ１／Ｌ２である）とすると、Ｆ＝Ｆ１×Ｒ＋Ｍである（Ｍは補助ローラ５等の自重によって生じる粉砕力である）。
従って、補助ローラ５を回転テーブル２に垂直方向に押し付ける力である押圧力をＦとした場合において、補助ローラ５の幅方向の中心線と垂直軸との傾き角度をθとすると、ローラ面圧ＳはＳ＝（Ｆ×ＣＯＳθ）／（Ｗ×Ｄ）で表される。

なお、本実施例の竪型粉砕機１においては、油圧シリンダ８のロッド側の油室にかかる緊張圧力Ｐ１を測定できるように図示しない圧力計が取付けられており、油圧シリンダ８の緊張圧力Ｐ１を常に測定できる構成となっている。
また、油圧シリンダ力Ｆ１（Ｎ）は、緊張油圧をＰ１（Ｐａ）、油圧シリンダロッド側有効面積をＵ（ｍ²）とすると、Ｆ１＝Ｐ１×Ｕで求められる。
従って、Ｆ＝Ｐ１×Ｕ×Ｒ＋Ｍとなり、油圧シリンダロッド側有効面積Ｕとレーバー比Ｒと補助ローラ５等の自重Ｍとは竪型粉砕機１により決まっている固定値なので、緊張油圧Ｐ１を調整することにより、押圧力Ｆを自在に制御することができる。

また、緊張油圧Ｐ１を０Ｐａとしても補助ローラ５等の自重Ｍによって押圧力が生じるが、押圧力Ｆを自重Ｍによって生じる押圧力より小さくしたい場合は、油圧シリンダピストンヘッド側に油圧をかけることにより、補助ローラ５等を持上げる力を作用させれば、押圧力Ｆを自重Ｍによって生じる粉砕力より小さくすることができる。
なお、スフェリカル形状の竪型粉砕機１の場合においても同様にして押圧力Ｆを自在に制御できることは勿論である。

また、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。

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、仮に、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６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、効果的である。
本実施形態の竪型粉砕機１においては、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ているので、異常振動を生じにくい。

従来技術のように補助ローラ５の中心径寸法Ｄが粉砕ローラより小さい場合は、ローラの中心径寸法Ｄも小さくなってしまうために、補助ローラ５にて原料層を圧密する部分の幅が小さい。その結果、圧密部分で急激な容積変化が起こり、補助ローラ５と原料層の間でスリップが生じてしまう可能性がある。

図７に補助ローラ５のローラ面圧と、竪型粉砕機の粉砕能力とについての関係を示す。
粉砕原料の種類によりピーク圧は多少変化するが、概ね、補助ローラ５に負荷するローラ面圧Ｓが、補助ローラ５の自重を除いた状態において、０．４ＭＰａ（約４ｋｇｆ／ｃｍ^２）を超えた辺りから能力が低下し始める。
これは、補助ローラ５に対して過度に大きなローラ面圧を使用すると、原料層に含まれる空気が抜けると同時に、原料層から微粉が抜けだし、その結果、粉砕ローラ３に送られる原料の量が減ってしまうからではないかと推測される。
従って、補助ローラ５に負荷するローラ面圧Ｓが、該補助ローラの自重を除いた状態において、０．３〜０．５ＭＰａの範囲とすることにより、動力の無駄を抑えた効果的な圧密が可能である。

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
Ｔ 原料層厚み
Ｄ 中心径寸法（補助ローラ）
Ｗ ローラ幅（補助ローラ）

Claims (2)

1. 回転テーブル上に回転自在な粉砕ローラと補助ローラとを配置し、該回転テーブル上に投入した原料を、該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、
   該補助ローラの中心径の寸法について、該粉砕ローラの中心径の寸法より大きく形成することによって、
   該補助ローラの中心径を該粉砕ローラの中心径と同一に形成した場合より、該補助ローラで圧密する原料層の容積変化を緩やかにすることを特徴とした竪型粉砕機。
2. 前記補助ローラに負荷するローラ面圧が、該補助ローラの自重を除いた状態において、０．３〜０．５ＭＰａの範囲であることを特徴とした請求項１記載の竪型粉砕機。

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