JP5868588B2

JP5868588B2 - 造粒物の製造装置及び製造方法

Info

Publication number: JP5868588B2
Application number: JP2010267069A
Authority: JP
Inventors: 敦資山本; 正俊藤田; 哲哉秋山
Original assignee: Kitagawa Iron Works Co Ltd
Current assignee: Kitagawa Iron Works Co Ltd
Priority date: 2010-11-30
Filing date: 2010-11-30
Publication date: 2016-02-24
Anticipated expiration: 2030-11-30
Also published as: JP2012115755A

Description

本発明は、汚泥など水分を多量に含んだ泥を脱水装置を用いて絞った後の細粒物の塊（以下、脱水ケーキという）、建設残土などの泥系材料、または、製鉄所で発生する製鉄スラッジ及び製鉄ダストや、石炭灰及びバイオマス材料の焼却灰や建材廃棄物ダストなどの産業廃棄物材料などの粉体材料に固化材、添加剤などを加えて材料の性状を改質し粒状の材料を生成する造粒物の製造装置及び製造方法に関する。

現在、各種産業現場から発生する、泥系材料や粉体材料は、そのハンドリングの悪さから、十分に活用されず、産業廃棄物として処分、処理されており再利用資源として有効活用されていない。
これに対して、本出願人は、特開２０００−１４０８２０号公報に示される再生造粒物の製造装置を提案している。この発明は、脱水ケーキや建設残土などの土木系産業の過程で発生する材料を、他の有用な用途に用いるために、使い勝手のよい粒状材料に生成し、再利用を促す。
ここで提案されている再生造粒物の製造装置は、円筒形のドラムへ、公転する攪拌翼と、公転しながら自転するロータを備えており、各々の回転方向と回転速度を任意に変更することで、混合工程・ねっか工程・造粒工程などを実施するものである。

特開２０００−１４０８２０号公報

しかしながら、この造粒装置は、脱水ケーキや建設残土など水分を多量に含む材料の造粒化には適しているが、水分を含まない粉体材料に水を加えて造粒化する際には材料がひとつの塊になって攪拌翼やロータに付着し易くなり、十分な混合、造粒作用を発揮することができなくなる。
また、この造粒装置は、攪拌翼とロータの回転駆動源であるモータがドラム底部下方に配置されており、モータの動力を伝達する出力軸がドラム底部下方からドラム内部を貫通してドラム上方へ延長されている。このため、ドラム内部の中央部位には出力軸を通すケーシング部が配置されており、このケーシング部がドラム内部の材料の流れを妨げ、混合作用や造粒作用の低下を招いている。

前述の問題を解決するため、本発明は、粉体材料を造粒する際に用いる造粒装置において、材料のロータへの持ち回りや付着を起こさず、十分にドラム内で材料を流動させて混合作用、造粒作用を発揮できる造粒装置を提供することを目的とする。

前述の課題を解決するため、本発明は、材料を内部に貯えるドラムと、該ドラムの上方に配置され回動するアームと、該アームへ回転自在に支持されロータ翼を有し前記ドラム内を自転する複数のロータと、該ロータをモータにより回転自在に駆動させる駆動部を備え、前記ロータの自転が回転方向を任意に選定される造粒物の製造装置において、前記駆動部がドラムの上方へ配置されて材料移動空間をドラム中央部へ確保しており、前記ロータが、ドラム内の中央部に備えられる内方ロータと、該内方ロータへ対向して設けられドラムの外縁側に備えられる外方ロータからなり、前記ロータ翼が水平に対して傾斜角度を有して回転軸へ放射状に備えられ、前記内方ロータ及び外方ロータが造粒物の製造工程において最適な回転方向へ変更可能になされ、前記内方ロータ及び外方ロータが、正回転時は時計廻りで回転し、逆回転時は反時計廻りに回転することを特徴とする。

また、材料を内部に貯えるドラムと、該ドラムの上方に配置され回動するアームと、該アームへ回転自在に支持されドラム内を自転する複数のロータを備え、該ロータがドラム内の中央部を攪拌する内方ロータと、前記中央部の外縁部を攪拌する外方ロータから構成され、前記ロータを駆動させる駆動源がドラム上方に配置されて材料移動空間をドラム中央部へ確保され、前記ロータが回転方向を任意に選定される装置を用いて分散工程・混合工程・造粒工程・整粒工程の４工程を同じドラム内で一連の連続作業となして実施すると共に、下記の制限条件に従いながら実施する造粒物の製造方法であって、
（ア）前記分散工程が、内方ロータの自転回転方向を正回転で回転させて実施され、外方ロータの自転回転方向を逆回転で回転させて実施されること、
（イ）前記混合工程が、内方ロータの自転回転方向を逆回転で回転させて実施され、外方ロータの自転回転方向を正回転で回転させて実施されること、
（ウ）前記造粒工程が、内方ロータの自転回転方向を正回転で回転させて実施され、外方ロータの自転回転方向を逆回転で回転させて実施されること、
（エ）前記整粒工程が、内方ロータの自転回転方向を正回転で回転させて実施され、外方ロータの自転回転方向を逆回転で回転させて実施されること、
（オ）内方ロータ及び外方ロータの回転方向が、正回転は時計廻りであり逆回転が反時計廻りであること。

また、前記混合工程が、外方ロータの回転によりドラム内壁と外方ロータのロータ翼との隙間へ材料を圧密させて実施され、前記造粒工程が、内方ロータ及び外方ロータの回転によりドラム内へ材料を拡散させて実施されていることを特徴とする。

本発明によれば、ロータを駆動させるための駆動部がドラム中央部を占有することがなくなり、ドラム内の中央部へ材料の対流や移動を行う材料移動空間が確保されるので、ドラム全域への材料のダイナミックな移動が可能となり、各工程における各種作用をドラム内にて十分に発揮することができる。

また、ロータが内方ロータと外方ロータを有し、内方ロータと外方ロータの回転方向を異なる方向とすることにより、混合工程においては、材料へ圧密作用を与えて練り込み、材料への水分の浸透を素早く、短時間に行うことができ、材料全体の水分分布を均一化し、材料の塊（ダマ）をできにくくする。
また、造粒工程においては、材料をドラム内で十分に転動させて転がらせることにより、一定形状、一定品質の造粒物を短時間で生成することができる。

本発明の実施例における造粒装置の縦断面図。実施例の装置の一部を破断した平面図。ロータの回転方向における作用説明図。分散工程の作用を示す模式図。混合工程の作用を示す模式図。造粒工程の作用を示す模式図。整粒工程の作用を示す模式図。

本発明を図を用いて説明する。
図１は、本発明の実施例における造粒装置の縦断面図を示している。
図２は、前記実施例の装置の一部を破断した平面図を示している。
図１に示すように、本発明の造粒装置は、略円筒形のドラム１へ、自転するロータ２が備えられている。
ドラム１は底部に設けられ円形に形成されるドラム底面１１と、垂直に側面を形成するドラム側面１０で構成され、ロータ２は、ドラム１の上方に設けられたアーム３へ回転自在に支持され、ドラム１の内方へ突入されている。
ロータ２は、前記アーム３に支持される回転軸部４と、ドラム内へ配置された回転軸部４の外周へ設けられたロータ翼５から構成されている。
ドラム１の上方には、ロータ２を回転させる駆動源としてモータ７が備えられ、変速機構６を介してロータ２の回転のための主軸１９に連結されている。主軸１９の回転力を各ロータ２の回転軸部４へ伝える伝達機構２０がアーム３の内部に設けられており、モータ７の回転力によりロータ２を回転可能になされており、前記変速機構６及び伝達機構２０の操作によってロータ２の回転方向及び回転速度が自由に変更可能になされている。

また、前記アーム３はドラム１の上方に配置されており、変速機構８を介してドラム１の上方に配設されたモータ９に連結されている。
アーム３は、この変速機構８の操作によって、モータ９の駆動によりドラムの上方を図２における反時計廻りで回動し、回動速度が自由に変更可能になされている。
これにより、アーム３が回動することで、アーム３に設けられたロータ２がドラム１の内部を公転し、且つアーム３の回転により、ロータ２が公転しながら自転するようになされ、ロータ２の公転、自転を任意に選定できるようになされている。

また、ロータ２の駆動部を構成するアーム３と変速機構６と変速機構８とモータ７とモータ９と伝達機構２０は、ドラム上方に配置されており、ドラム内の中央部には材料の移動を容易とする空域である材料移動空間が確保されている。
前記ドラム１の内部には図２に示すように、ドラム１の略中心位置に配置される内方ロータ２ａと、その内方ロータ２ａへ対向して配置されドラムの外縁側に設けられる外方ロータ２ｂの複数のロータ２が備えられており、複数のロータ２ａ、２ｂは回転方向、回転速度をそれぞれ選択でき、材料を混合・造粒する際に必要な作用を発現できるようになされている。

図３は、ロータ２の回転方向における作用説明図を示している。
また、ロータ２に設けられたロータ翼５は、図３に断面図で示すようにロータ２の回転方向に対して長手側を有する多角形状に形成されている。そして、ロータ翼５は水平面に対して角度αだけ傾斜して設けられており、回転軸部４へ回転軸芯を中心として放射状に設けられている。
前記ロータ翼５の傾斜角度αは、内方ロータ２ａと外方ロータ２ｂとでは傾斜向きが異なっており、内方ロータ２ａにはロータ２の正回転時（図２における時計廻り）の回転方向側が高位となるように角度が付けられており、外方ロータ２ｂには逆回転時（図２における反時計廻り）の回転方向側が高位となるように角度が付けられている。

また、図２に示すように、ドラム１の底面１１には、材料を排出する排出口１４が備えられている。ドラム１の底面１１の一部がゲート１５として水平にスライドして開口可能に設けられており、造粒した材料をドラム１の下方へ放出できるようになされている。
なお、前記実施例においては、複数のロータである内方ロータ２ａと外方ロータ２ｂは、ひとつのモータ７を用いて駆動し、変速機構６を介して内方ロータ２ａと外方ロータ２ｂの回転方向、回転速度を各々変更するようになしているが、本発明の構成は、これに限定するものではなく、モータを複数台備えて、複数のロータ２をそれぞれのモータを用いて回転させて駆動させてもよい。また、モータ１台のみを用いて変速機構により複数のロータ２及びアーム３を回転駆動させても、前記実施例と同様な効果を有することができる。
このような構造になされている本装置は、各変速機構を操作しながらモータを駆動させることで、アーム３の回動速度と、ロータ２の自転の回転方向・回転速度を任意に調整できるものであり、これによってロータ２のロータ翼５の機能を変えることになる。

次に、本実施例の動作を説明し、本発明の作用について述べる。
図４〜７は、本発明の各工程の作用説明図であり、ドラム１内部を上方から見た状態を模式的に表している。
本発明の造粒方法は、４つの工程である、分散工程・混合工程・造粒工程・整粒工程を順次実施することで行われる。
まず、ドラム１内へ粉体の主材料を投入しながら、駆動源であるモータの駆動が変速機構を介してアーム３とロータ２が回転され、第一工程である分散工程を開始する。このとき粉体固化剤も主材料へ追加投入される。

図４は、分散工程の作用を示す模式図である。
この分散工程は、アーム３の回動により、材料をドラム１の内部で拡散させることにより、材料を分散させて主材料の塊の粉砕や多種の粉体材料全体の均一化を行う。
このときの回転速度については、アーム３の回動速度つまり、ロータ２の公転速度は、ドラム１内部の材料全体をゆっくりと確実にロータ２の回転域へ取り込む必要があるために低速に回動される。
ロータ２の回転速度つまりロータ２の自転速度は、高速回転しており、強い回転力で材料を勢いよく跳ね飛ばす。
また、複数あるロータ２のうち、内方ロータ２ａの回転方向を正回転（図４において時計廻り）とし、外方ロータ２ｂの回転方向を逆回転（図４において反時計廻り）とする。
このため、アーム３の回動によりロータ２によって効率よくロータ翼５の回転域へ取り込まれた材料は、高速回転するロータ翼５により勢いよく跳ね飛ばして分散される。

このとき、内方ロータ２ａが正回転し、外方ロータ２ｂが逆回転することで、ロータ翼５へ取り込まれた材料は押し戻されるように、アーム３の回動方向前方へ跳ね飛ばされる。そのため、材料がドラム１の内方へ常に拡散され、より確実に材料の分散化が行われる。
また、ロータ２が前述の回転方向に回転すると、ロータ翼５は回転方向側が低位となるように傾斜角度を構成されており、ロータが自転することによりロータ翼上面１２へ材料を当てて傾斜によって上方へ跳ね上げながらアーム３の回動方向前方へ跳ね飛ばす。

分散工程は前述の作用を起こすことにより、材料をドラム内へ拡散させながら、異成分の材料同士を均等にシャッフルし、異成分の塊をなくして材料全体の均一化を行い、平均な材料分布とする。これにより、造粒物の成分分布における品質の安定化が行われ、ダマ（材料の塊）の発生しにくい材料を得ることができる。
ドラム直径１ｍ、ロータ直径３００ｍｍとした本実施例において、アームの回動速度つまりロータ２の公転速度は、１０〜１５ｒｐｍが望ましい。このうち１３ｒｐｍが最も適している。また、ロータ２の回転速度は２００〜６００ｒｐｍが望ましい。このうち２４０〜２６０ｒｐｍが最も適している。
また、ロータ翼５の傾斜角度は、５〜３０°が望ましく、このうち１０°が最も適している。

図５は、混合工程の作用を示す模式図である。
混合工程は、造粒化する粉体材料へ水をドラム１の内部へ投入し、粉体材料へ水分を含ませる工程である。このとき必要ならば固化や凝集のための液体薬剤も同時に投入する。この混合工程においては、粉体内部へ水分を十分含ませて、粉体材料を混合し、練り込んで造粒物の芯となる核を形成させる。
このときの回転速度については、アーム３の回動速度（ロータ２の公転速度）は、ドラム１の内部の材料全体をゆっくりと確実にロータ２の回転域へ取り込む必要があるために低速に回動される。ロータ２の回転速度（自転速度）は、高速で回転しており、材料をより多くの回数で圧密を繰り返すようになされている。また、内方ロータ２ａの回転方向を逆回転（図５において反時計廻り）とし、外方ロータ２ｂの回転方向を正回転（図５において時計廻り）とする。

このため、アーム３の回動により、外方ロータ２の自転回転域に取り込まれた材料は、高速回転するロータ翼５によってロータの回転により、ドラム側面１０の内側であるドラム内壁１６側へ巻き込まれる。このとき、ロータ翼５とドラム内壁１６との隙間へ材料が続々と押し込まれ続け、ドラム内壁１６へ押し付けられて、隙間内にて材料同士が密着し、圧密域が形成される。
また、このときロータ翼５は、回転方向側が高位となるように傾斜される方向に回転するので、ロータ２の回転によってロータ翼５の下面１３へ材料を受け、材料をドラム下方へ押し込み、ドラム底面１１へ材料を押し付けるようになされる。
また、内方ロータ２ａの回転により材料を続々と連続的に外方ロータ２ｂの移動方向の前方へ供給し続けることで、より多くの材料を確実に外方ロータ２ｂによる材料の圧密作用をおこさせるようになしている。

混合工程は、前述の作用を起こすことにより、材料をドラム内壁１６とドラム底面１１へ押し付け、材料同士を圧密させる。材料が圧密されることにより、材料の周囲の水分及び材料へ含まれる水分が材料内部へ浸透される。さらには、材料同士の密着によって、材料が練り込まれて材料内方の空気が押し出され、密度の高い重質な材料を得ることができる。
これにより、材料が十分に練り込まれ、造粒物の元となる核が形成される。この核が圧密されて形成されることで、より強固なものとなり、生成される造粒物が、崩れにくく、ハンドリング性の良好な使いやすいものとなる。
本実施例において、アーム３の回動速度（ロータの公転速度）は、１０〜１５ｒｐｍが望ましく、特に１３ｒｐｍが最も適している。また、ロータ２の回転速度（自転速度）は５００〜６００ｒｐｍが望ましく、このうち５４０〜５５０ｒｐｍが最も適している。

図６は、造粒工程の作用を示す模式図である。
造粒工程は、前工程の混合工程で形成された核同士の塊を崩しながら、ドラム１内で転がすことで、個々の核の成長を促し、小径の造粒物を生成させる工程である。
このときの回転速度は、アーム３の回動速度（ロータ２の公転速度）は低速〜中速で回動する。また、ロータ２の回転速度（自転速度）は中速〜高速で回転させて、材料の小さな塊をロータ翼５で崩しながら、混合工程で形成した核をひとつひとつに分断させて造粒物となす。

また、内方ロータ２ａの回転方向を正回転（図６において時計廻り）とし、外方ロータ２ｂの回転方向を逆回転（図６において反時計廻り）とする。これにより、ロータ２の公転・自転によってロータ翼５を材料の塊へ当てて叩いて塊を崩し、材料を細分化することで、造粒物の芯となる核をバラバラに分断させる。
このときのロータ翼５の傾斜は、分散工程と同じく、ロータ２の回転方向側が低位となり、ロータ翼５の状面１２へ材料が当たり、材料を上方へ巻き上げるようになされる。

造粒工程では、前工程である分散工程・混合工程よりもロータ２の回転速度（自転速度）を低速にすることにより、成長させる造粒物を必要以上に壊すことなく造粒することができる。
本実施例における、造粒工程のアーム３の回動速度（ロータの公転速度）は、１０〜２０ｒｐｍが望ましい。このうち１３〜１７ｒｐｍが最も適している。また、ロータ２の回転速度（自転速度）は、２００〜６００ｒｐｍが望ましい。このうち３５０〜５４０ｒｐｍが最も適している。

図７は整粒工程の作用を示す模式図である。
整粒工程は、前工程の造粒工程で生成した造粒物をさらに転動させて転がすことで、造粒物の粒径・表面粗さ等を整え、バラつきのない均一な造粒物を得るために実施される。
この整粒工程におけるアーム３の回動速度（ロータ２の公転速度）は、造粒物全体をできるだけ多く転動させるため、前述の全ての工程よりも高速回転で回動される。またロータ２の回転速度（自転速度）は、全ての工程よりも低速で回転され、生成した造粒物の形状を壊さないようになされる。

このとき、内方ロータ２ａの回転方向を正回転（図７において時計廻り）とし、外方ロータ２ｂの回転方向を逆回転（図７において反時計廻り）とする。これにより、造粒物がドラム全域に渡って送られ、転がされることにより、造粒物の転動がなされ、造粒物の大きさ・粒径・形状の均一化が行われる。
また、ロータ２が前述の回転方向に回転すると、ロータ翼５は、回転方向側が低位になるように傾斜されており、ロータ２が回転することでロータ翼上面１２へ材料が当たり、傾斜によって上方へ持ち上げられながら、アーム３の回動方向前方へ転がり落ちるようにして材料移動空間へ送られる。

整粒工程は、前述の作用を起こすことにより、造粒物をドラム全域を使って転がさせて、成長した造粒物を壊すことなく、転動させて造粒物の形状調整を行う。また、材料移動空間をドラム内の中央部に確保することにより、造粒物の転動を十分に行うことが可能となる。これにより、造粒物の表面をならして整形された凹凸のない形状となし、且つ造粒物の大きさを揃えて、粒径・形状の均一な一定品質の造粒物を生成することができる。
前述の条件による本実施例において、アーム３の回動速度（ロータの公転速度）は、１５〜２５ｒｐｍが望ましい。このうち１６〜２０ｒｐｍが最も適している。また、ロータ２の回転速度（自転速度）は、２００〜３００ｒｐｍが望ましい。このうち２４０〜２６０ｒｐｍが最も適している。

本実施例では、混合工程において粉体材料へ水を投入しているが、材料全体へ均一に水分を行き渡らせるために前工程である分散工程の終了直前に水を投入し、分散工程の作用により水分を粉体へ均等に分散した後、混合工程を実施し、水分の粉体への浸透を図ることを行うこともできる。

各工程におけるロータ２の公転回転速度（アーム３の回動速度）と、ロータ２の自転回転方向及び自転回転速度を表１にまとめている。

これらの実施例によるアーム３の回動速度（ロータ２の公転回転速度）、ロータ２の自転回転速度及び傾斜角度は、材料の種類、ドラム１の径、ロータ２の数、ロータ翼５の径、所望する粒径、造粒時間などの条件により変動するものであり、本発明においては、各工程間の相対的な速度の違いに特徴があるものである。
本発明は、前述の４つの工程における、アーム３の回動速度（ロータ２の公転回転速度）、ロータ２の自転回転速度が以下の関係となることにより各工程の作用を発現させて造粒を行うものである。
（ア）前記アーム３の回動速度（ロータ２の公転回転速度）が、整粒工程時のアーム３の回動速度（ロータ２の公転回転速度）＞造粒工程時のアーム３の回動速度（ロータ２の公転回転速度）＞分散工程時のアーム３の回動速度（ロータ２の公転回転速度）及び混合工程時のアーム３の回動速度（ロータ２の公転回転速度）で実施されること、
（イ）前記ロータ２の自転回転速度が、分散工程時の自転回転速度及び混合工程時の自転回転速度＞造粒工程時の自転回転速度＞整粒工程時の自転回転速度で実施されること。

１ドラム
２ロータ
２ａ内方ロータ
２ｂ外方ロータ
３アーム
４回転軸部
５ロータ翼
１０ドラム側面
１１ドラム低面
１２ロータ翼上面
１３ロータ翼下面
１６ドラム内壁

Claims

材料を内部に貯えるドラムと、該ドラムの上方に配置され回動するアームと、該アームへ回転自在に支持されロータ翼を有し前記ドラム内を自転する複数のロータと、該ロータをモータにより回転自在に駆動させる駆動部を備え、前記ロータの自転が回転方向を任意に選定される造粒物の製造装置において、前記駆動部がドラムの上方へ配置されて材料移動空間をドラム中央部へ確保しており、前記ロータが、ドラム内の中央部に備えられる内方ロータと、該内方ロータへ対向して設けられドラムの外縁側に備えられる外方ロータからなり、前記ロータ翼が水平に対して傾斜角度を有して回転軸へ放射状に備えられ、前記内方ロータ及び外方ロータが造粒物の製造工程において最適な回転方向へ変更可能になされ、前記内方ロータ及び外方ロータが、正回転時は時計廻りで回転し、逆回転時は反時計廻りに回転することを特徴とする造粒物の製造装置。
材料を内部に貯えるドラムと、
該ドラムの上方に配置され回動するアームと、該アームへ回転自在に支持されドラム内を自転する複数のロータを備え、該ロータがドラム内の中央部を攪拌する内方ロータと、前記中央部の外縁部を攪拌する外方ロータから構成され、前記ロータを駆動させる駆動源がドラム上方に配置されて材料移動空間をドラム中央部へ確保され、前記ロータが回転方向を任意に選定される装置を用いて分散工程・混合工程・造粒工程・整粒工程の４工程を同じドラム内で一連の連続作業となして実施すると共に、下記の制限条件に従いながら実施する造粒物の製造方法、
（ア）前記分散工程が、内方ロータの自転回転方向を正回転で回転させて実施され、外方ロータの自転回転方向を逆回転で回転させて実施されること、
（イ）前記混合工程が、内方ロータの自転回転方向を逆回転で回転させて実施され、外方ロータの自転回転方向を正回転で回転させて実施されること、
（ウ）前記造粒工程が、内方ロータの自転回転方向を正回転で回転させて実施され、外方ロータの自転回転方向を逆回転で回転させて実施されること、
（エ）前記整粒工程が、内方ロータの自転回転方向を正回転で回転させて実施され、外方ロータの自転回転方向を逆回転で回転させて実施されること、
（オ）内方ロータ及び外方ロータの回転方向が、正回転は時計廻りであり逆回転が反時計廻りであること。
前記混合工程が、外方ロータの回転によりドラム内壁と外方ロータのロータ翼との隙間へ材料を圧密させて実施され、前記造粒工程が、内方ロータ及び外方ロータの回転によりドラム内へ材料を拡散させて実施されていることを特徴とする請求項２に記載の造粒物の製造方法。