JP6183347B2 - 造粒装置 - Google Patents

Description

本発明は、造粒体を製造するための造粒装置に関する。

造粒体を製造するための装置としては、原料スラリーを炉内に投入して乾燥・仮焼することで造粒体を生成するロータリー炉などの種々の造粒装置が提案されている。
そして、このような造粒装置の１つに、特許文献１に記載されているような造粒装置がある。

特許文献１に記載されている造粒装置１０１では、内部に転動体（メディア）１１４が収容され、ヒータ１１６により加熱された状態で回転させておいた円錐ドラム状の筒体１１０内に原料スラリーｗを供給し、水などの溶媒（分散媒）を蒸発させて乾燥させるとともに、転動体１１４にて粉砕することで造粒体を生成させるようにしている。
この造粒装置１０１は、円錐ドラム状の筒体１１０の使用状態において下側に位置する内周面Ｆが、排出側に向けて上り勾配となっており、造粒体がこの上り勾配に沿って造粒装置１０１の外へ排出されるような構成となっている。

特開平６−２４１６６０号公報

しかし、特許文献１に記載されている造粒装置１０１では、上述のように、円錐ドラム状の筒体１１０の内周面Ｆが排出側に向けて上り勾配となっているため、筒体１１０内で生成した造粒体が排出されにくく、筒体１１０内での滞留時間が長くなり、目標とする粒径よりも粒径の小さい微粒成分の割合が多くなるという問題がある。
また、微粒成分の割合が多くなると、局所排気や集塵器などによる損失が増大して収率の低下を招くという問題がある。
さらに、微粒成分の割合が多くなると、造粒体の粒度分布が大きくなり、後工程で実施される熱処理などで品質差を生じるという問題がある。

本発明は、上記課題を解決するものであり、微粒成分の発生を抑制して、微粒成分の割合の少ない造粒体を効率よく製造することが可能な造粒装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の造粒装置は、
円錐筒形状を有し、小径端側から造粒を行う対象である被処理物としての原料スラリーが供給される第１の筒体と、一端側において前記第１の筒体の大径端側と連通し、他端側から造粒体が排出される第２の筒体とを備えた筒状本体と、
前記第１の筒体内に収容され、前記第１の筒体内を転動する転動体と、
前記第１の筒体と、前記第２の筒体との境界部に設けられ、前記被処理物は通過させるが、前記転動体は通過させない貫通孔を備えた仕切り部材と、
前記筒状本体を軸心まわりに回転させる回転手段と、
前記筒状本体を通過する前記被処理物を加熱する加熱手段と
を具備し、
前記被処理物が供給された前記筒状本体を前記回転手段によって回転させ、前記第１の筒体内の前記被処理物を前記加熱手段によって加熱し、かつ、前記転動体によって前記被処理物を粉砕することにより前記造粒体が得られるように構成された造粒装置であって、
前記第１の筒体の軸心を通る鉛直面で切断し、前記鉛直面に直交する方向からみた場合における、前記第１の筒体の内周面を示す一対の線のうちの下側の線が、前記第２の筒体に向かって下り勾配を有するとともに、前記下側の線と水平線のなす角度が、１０°以上、５０°以下であること
を特徴としている。

さらに、本発明の造粒装置においては、前記角度が、１０°以上、３０°以下であることが好ましい。

上記構成を備えることにより、被処理物の第１の筒体内での滞留時間を確実に適切な範囲に制御することが可能になり、本発明をより実効あらしめることができる。

また、前記貫通孔が、前記仕切り部材の外周と同心で、前記転動体が通過しない幅を有する円弧状の長穴であることが好ましい。

上記構成を備えることにより、転動体の通過を確実に防止しつつ、被処理物を円滑に仕切り部材を通過させることが可能になり、被処理物の第１の筒体内での滞留時間をより確実に制御することができるようになる。

また、前記第２の筒体を、その軸心を通る鉛直面で切断し、前記鉛直面に直交する方向からみた場合における、前記第２の筒体の内周面を示す一対の線のうちの下側の線が、前記第２の筒体の他端側に向かって下り勾配を有するとともに、前記下側の線と水平線のなす角度が、１°以上、１０°以下であることが好ましい。

上記構成を備えることにより、造粒体を円滑、かつ確実に排出することが可能になる。

また、前記第２の筒体の内周面に、前記被処理物を案内するための、らせん状のガイドが設けられていることが好ましい。

上記構成を備えることにより、被処理物をらせん状のガイドに沿って安定して搬送させることができる。また、被処理物に適切な回転力を与えながら搬送を行うことが可能になるため、例えば、水分の蒸発や、有機成分の分解などを促進することができる。

本発明の造粒装置は、上述したような筒状本体と、転動体と、仕切り部材と、回転手段と、加熱手段とを具備しており、第１の筒体の軸心を通る鉛直面で切断し、鉛直面に直交する方向からみた場合に、第１の筒体の内周面を示す一対の線のうちの下側の線が、第２の筒体に向かって下り勾配を有するとともに、下側の線と水平線のなす角度が、１０°以上、５０°以下となるように構成されているので、被処理物の第１の筒体内での滞留時間が長くなり過ぎて、微粒成分の割合が目標とする範囲よりも多くなったり、滞留時間が短くなり過ぎて必要な造粒を行うことができなくなったりすることを回避して、意図するような粒度分布を有する造粒体を効率よく製造することが可能になる。

すなわち、本発明によれば、複雑な構成を必要とすることなく、被処理物の第１の筒体内での滞留時間を適切な範囲に保つことが可能で、特性の良好な造粒体を効率よく製造することが可能な造粒装置を得ることができる。

本発明の実施形態にかかる造粒装置の概略構成を示す図である。 図１に示した造粒装置の筒状本体および仕切り板の構成を示す分解斜視図である。 本発明の実施形態にかかる造粒装置の他の例を示す図である。 従来の造粒装置を示す図である。

次に、本発明の実施形態を示して本発明をさらに詳しく説明する。

本発明の実施形態にかかる造粒装置１は、図１に示すように、回転手段１５により軸心まわりに回転させることができるように構成された筒状本体１０と、筒状本体１０を加熱するための加熱手段（ヒータ）１６とを備えている。加熱手段１６は、断熱材を含むハウジング１９の内側に設けられ、回転する筒状本体１０を介して被処理物ｗが加熱されるように構成されている。

そして、筒状本体１０は、円錐筒形状を有する第１の筒体１１と、円筒形状を有する第２の筒体１２とを備えている。すなわち、筒状本体１０は、円錐筒形状を有する第１の筒体１１の大径端側１１ｂが、円筒形状を有する第２の筒体１２の一端側１２ａと連通するように接続された構造を有している。
また、第１の筒体１１内には、第１の筒体１１内を転動する転動体（メディア）１４が収容されている。

さらに、筒状本体１０を構成する、円錐筒形状を有する第１の筒体と、円筒形状を有する第２の筒体１２との境界部には、仕切り部材１３が配設されている。この仕切り部材１３は、被処理物ｗは通過させるが、転動体１４は通過させないような構造を有している。

また、筒状本体１０は、第１の筒体１１の小径端側１１ａに供給口１０ａを備えており、この供給口１０ａから、造粒を行う対象である被処理物ｗが供給され、第２の筒体１２の他端側１２ｂから造粒体が排出されるように構成されている。

以下、各部の構成について、さらに詳しく説明する。
この実施形態にかかる造粒装置１において、上記筒状本体１０を構成する第１の筒体１１および第２の筒体１２は同軸となるように構成されており、筒状本体１０の軸心Ｃは直線状である。
そして、筒状本体１０は、その軸心Ｃが水平線Ｈに対して所定の角度θをもって傾斜するように配設されている。この実施形態では、角度θは、６°とされている。
第１の筒体１１および第２の筒体１２を構成する材料としては、例えば、ステンレス、チタン合金などの耐熱金属を用いることができる。

そして、この実施形態にかかる造粒装置１において、第１の筒体１１は、その使用状態において下側に位置する内周面が、下り勾配を有するように構成されており、第１の筒体１１を、軸心Ｃを通る鉛直面で切断し、鉛直面に直交する方向からみた場合に、第１の筒体１１の内周面を示す一対の線のうちの下側の線Ｌ１と、水平線Ｈのなす角度θ１が所定の値となるように構成されている。なお、本発明において好ましいθ１の範囲は、１０°以上、５０°以下である。

また、第２の筒体１２も、第２の筒体１２を、軸心Ｃを通る鉛直面で切断し、鉛直面に直交する方向からみた場合における、第２の筒体１２の内周面を示す一対の線のうちの下側の線Ｌ２が、第２の筒体１２の他端側１２ｂに向かって下り勾配を有するように構成されている。なお、本発明において線Ｌ２と水平線Ｈのなす角度θ２の好ましい範囲は、１〜１０°である。
なお、図１は、θ１が２０°、θ２が６°の状態を示している。

本発明においては、上記の線Ｌ２が第２の筒体１２の一端側１２ａから他端側１２ｂに向かって上り勾配となるように、あるいは水平になるように構成することも可能であるが、被処理物ｗを円滑に通過させる見地からは、下り勾配となるようにすることが望ましい。

また、第２の筒体１２の内周面には、軸心Ｃを中心とする、らせん状のガイド１２ｃが設けられている（図２参照）。ガイド１２ｃは、被処理物ｗが第２の筒体１２の内周面を転がりながら搬送する際に、被処理物ｗの搬送を案内するように構成されている。

転動体１４は、球体であり、第１の筒体１１内に複数（例えば１００個）収容されている。そして、回転手段１５により筒状本体１０が回転することにより、第１の筒体１１内を転動するように構成されている。転動体１４を構成する材料としては、例えば、ステンレス、チタン、アルミナなどの耐熱性材料を用いることができる。

また、上述のように第１の筒体１１と第２の筒体１２との境界部に設けられた仕切り部材１３は円板状の部材であり、筒状本体１０が回転するのに伴って回転するように構成されている（図２参照）。

また、仕切り部材１３には、被処理物ｗは通過させるが、転動体１４は通過させない形状および寸法を有する貫通孔１３ａが形成されている。具体的には、貫通孔１３ａとして、転動体１４が通過することができない幅を有する円弧状の長穴が設けられている。貫通孔（円弧状の長穴）１３ａは、仕切り部材１３の外周と同心で、複数列設けられている。
この実施形態の造粒装置においては、貫通孔１３ａである長穴が、その幅により、造粒体の大きさを規定する機能をも果たすように構成されている。
なお、仕切り部材１３の中央領域には、第１の筒体１１内で発生した被処理物ｗの蒸発ガスを通気させるための通気孔１３ｂが設けられている。通気孔１３ｂも、転動体１４が通過することができないような寸法とされている。

また、筒状本体１０を軸心回りに回転させるための回転手段１５は、駆動ローラ１５ａと、筒状本体１０に固定され、駆動ローラ１５ａの回転により回転するドライブローラ１５ｃと、第２の筒体１２の他端側１２ｂの外周面と当接する複数の従動ローラ１５ｂとを備えた構成とされている。
そして、筒状本体１０は、これら駆動ローラ１５ａ、ドライブローラ１５ｃ、および従動ローラ１５ｂによって、回転可能にハウジング１９内に支持されている。

なお、この実施形態における造粒装置１のそれぞれの設計値などは以下の通りである。
筒状本体の長さ：１３３０ｍｍ
第１の筒体の径：小径端側＝θ１，θ２により変動（例えば、θ１が２０°で、θ２が６°のとき１７２ｍｍとなる）、
：大径端側３９０ｍｍ
第２の筒体の径：３９０ｍｍ
転動体（メディア）の直径：３０ｍｍ
筒状本体の回転速度（周速度）：４０ｍｍ〜５００ｍｍ／ｓｅｃ
被処理物加熱温度（筒状本体内の温度）：４００℃〜９００℃

次に、この造粒装置１を用いてセラミックの造粒体を製造する方法について説明する。

まず、回転手段１５によって筒状本体１０を回転させながら、加熱手段１６によって筒状本体１０を所定温度に加熱する。そして、溶媒および有機成分を含む被処理物（原料スラリー）ｗを供給口１０ａから第１の筒体１１へ供給する。
供給された被処理物ｗは、加熱された第１の筒体１１内において、溶媒の一部が除去され、また、第１の筒体１１内で転動する転動体１４により粉砕されることで、半乾燥状態の造粒体となる。第１の筒体１１の内部は、この半乾燥状態の造粒体となる。

そして、この実施形態の造粒装置１においては、第１の筒体１１の使用状態において下側に位置する内周面が、下り勾配（上述の線Ｌ１と水平線Ｈのなす角度がθ１となるような下り勾配）を有しているので、第１の筒体１１に貯留されている半乾燥状態の造粒体（被処理物ｗ）が、第２の筒体１２に向かって円滑に移動する。その結果、被処理物ｗの、第１の筒体１１内への滞留時間が長くなり過ぎて、微粒まで粉砕されてしまうことを抑制、防止することが可能になる。

第２の筒体１２に移行した被処理物ｗは、第２の筒体１２のらせん状のガイド１２ｃに沿って転動しながら搬送される。この間に、被処理物ｗは均一に加熱され、被処理物ｗに含まれる溶媒の蒸発や、有機成分の蒸発、分解、燃焼などによる除去が十分に行われる。

そして、上述の処理が行われた被処理物（造粒体）ｗは、その後、第２の筒体１２の他端側１２ｂから外へ排出される。

上述したように、この造粒装置１では、第１の筒体１１内での被処理物ｗの滞留時間を適切な範囲に保つことができることから、転動体１４による被処理物ｗの粉砕を適度に行って、微粒成分の発生を抑制し、微粒成分の割合の少ない造粒体を効率よく製造することが可能になる。

次に、本発明の効果を確認するため、造粒装置の設定条件を以下に説明するように異ならせて造粒を行い、第１の筒体における被処理物の滞留時間と、造粒体における微粒成分の割合を調べた。

炭酸バリウム粉末と二酸化チタン粉末をモル比が１：１となるように秤量し、所定量のポリカルボン酸型の分散剤を加え、さらに所定量の純水を加えて攪拌することにより被処理物である原料スラリーを作製した。

そして、この原料スラリーをこの実施形態で説明した造粒装置１であって、第１の筒体１１の内周面と鉛直面（切断面）とにより規定される一対の線のうちの下側の線Ｌ１と、水平線Ｈのなす角度θ１が表１に示すように、１０°、１３°、１５°、２０°、３０°、４０°、５０°とした造粒装置（表１の実施例１〜７の造粒装置）を用いて造粒した。

また、比較のため、上述の原料スラリーを、角度θ１を６°とした表１の比較例１の造粒装置を用いて造粒した。この比較例１の造粒装置においては、第１の筒体１１および第２の筒体１２として、いずれも円筒状の筒体が用いられている。
なお、上述の実施例１〜７、および比較例１の造粒装置においては、第２の筒体１２の内周面と鉛直面（切断面）とにより規定される一対の線のうちの下側の線Ｌ２と、水平線Ｈのなす角度θ２は、いずれも６°で一定とした。

また、比較のため、上述の原料スラリー（被処理物）を、従来の造粒装置（図４参照）（表１の比較例２）を用いて造粒した。
そして、得られた造粒体をふるい分けし、粒径が０．３５ｍｍ以下の微粒成分の、造粒体（乾燥物）の全体に対する割合（質量％）を、以下の式（１）により求めた。
粒径０．３５ｍｍ以下の微粒成分の割合（質量％）＝（粒径が０．３５ｍｍ以下の微粒成分の質量／得られた造粒体全体の質量）×１００ ……（１）
その結果を、表１に示す。

表１における滞留時間は、原料スラリー（被処理物）を第１の筒体に投入開始してから、半乾燥状態の造粒体（被処理物）ｗが第２の筒体へ移行し始めるまでの時間である。

なお、得られた造粒体に残留する有機成分をＴＧ−ＭＳ法で分析したところ、分散剤などの有機成分はほぼ除去されていることが確認された。

表１に示すとおり、角度θ１が１０°〜５０°の範囲にある実施例１〜７の造粒装置を用いた場合、滞留時間が１１〜３５ｓｅｃの範囲にあり、粒径が０．３５ｍｍ以下の微粒成分の割合が３．０質量％以下であることが確認された。

これに対し、角度θ１が６°と本発明の範囲を下回る比較例１の造粒装置を用いた場合、粒径が０．３５ｍｍ以下の微粒成分の割合が５．８質量％と大きくなり、好ましくないことが確認された。

また、従来の造粒装置を用いた場合、滞留時間が１００ｓｅｃと大幅に長くなり、粒径が０．３５ｍｍ以下の微粒成分の割合も、２５質量％と著しく多くなることが確認された。

上記の結果から、角度θ１を１０°以上、５０°以下に設定することで、滞留時間が適切な範囲に保たれ、微粒成分の割合が少なくなることがわかった。また、角度θ１を１０°以上、３０°以下に設定することにより、さらに、微粒成分の割合が少なくなることがわかった。

なお、表１に示すように、実施例５〜７では、実施例１〜４より、角度θ１の値が大きくなっているにもかかわらず、実施例１〜４よりも滞留時間が長くなるとともに、微粒成分の割合が多くなっているが、これは、角度θ１の値が大きくなることで被処理物（原料スラリー）が、第１の筒体の内周面を短時間で流下して仕切り部材上に堆積し、その後、徐々に仕切り部材を通過して第２の筒体に移行することによるものであり、滞留時間が長くなることにより転動体との接触時間が増大して、微粒成分の割合が増加したものと推測される。

なお、この実施形態では第２の筒体１２を円筒状とした造粒装置１を示したが、図３に示すように、第２の筒体１２を、一端側１２ａから他端側１２ｂに向かって径が徐々に小さくなる円錐状とすることも可能である。

また、この造粒装置１においても、第２の筒体１２を、軸心Ｃを通る鉛直面で切断し、鉛直面に直交する方向からみた場合における、第２の筒体１２の内周面を示す一対の線のうちの下側の線Ｌ２が一端側１２ａから他端側１２ｂに向かって下り勾配となるように構成されている。なお、この造粒装置１の場合も、線Ｌ２と水平線Ｈのなす角度θ２の好ましい範囲は、１〜１０°である。

なお、この変形例の場合においても、上記の線Ｌ２が第２の筒体１２の一端側１２ａから他端側１２ｂに向かって上り勾配となるように、あるいは水平になるように構成することも可能であるが、被処理物を円滑に通過させる見地からは、下り勾配となるようにすることが望ましい。

図３に示すように構成された造粒装置１においては、第２の筒体１２の表面積が減少し、放熱量が低減することから、省エネルギーを図ることが可能になる。その他の点においても、図１に示す造粒装置１と同様の効果を得ることができる。

なお、本発明の造粒装置においては、第１の筒体および第２の筒体の寸法や形状、角度θ１、θ２などを適切に調整することにより、被処理物が完全に乾燥され、有機成分が分解、燃焼などによりすべて除去された状態の造粒体が得られるように構成することも可能であるが、完全乾燥や有機成分の完全除去までは目標とせず、造粒を主目的とする造粒装置として構成することも可能である。
後者の場合は、例えば、造粒装置の後にロータリー炉などを接続することで、完全乾燥や有機成分の完全除去を行うことができる。

本発明はさらにその他の点においても上記の実施形態に限定されるものではなく、例えば、筒状本体の大きさ、材質、回転数や、転動体の大きさや材質、投入個数などに関し、発明の範囲内において種々の応用、変形を加えることが可能である。

１ 造粒装置
１０ 筒状本体
１０ａ 供給口
１１ 第１の筒体
１１ａ 第１の筒体の小径端側
１１ｂ 第１の筒体の大径端側
１２ 第２の筒体
１２ａ 第２の筒体の一端側
１２ｂ 第２の筒体の他端側
１２ｃ ガイド
１３ 仕切り部材
１３ａ 貫通孔
１３ｂ 通気孔
１４ 転動体
１５ 回転手段
１５ａ 駆動ローラ
１５ｂ 従動ローラ
１６ 加熱手段
１９ ハウジング
Ｃ 軸心
Ｈ 水平線
Ｌ１ 第１の筒体の下側の線
Ｌ２ 第２の筒体の下側の線
ｗ 被処理物
θ 水平線Ｈに対する軸心Ｃの傾斜角度
θ１ 第１の筒体の下側の線Ｌ１と水平線Ｈのなす角度
θ２ 第２の筒体の下側の線Ｌ２と水平線Ｈのなす角度

Claims (5)

1. 円錐筒形状を有し、小径端側から造粒を行う対象である被処理物としての原料スラリーが供給される第１の筒体と、一端側において前記第１の筒体の大径端側と連通し、他端側から造粒体が排出される第２の筒体とを備えた筒状本体と、
   前記第１の筒体内に収容され、前記第１の筒体内を転動する転動体と、
   前記第１の筒体と、前記第２の筒体との境界部に設けられ、前記被処理物は通過させるが、前記転動体は通過させない貫通孔を備えた仕切り部材と、
   前記筒状本体を軸心まわりに回転させる回転手段と、
   前記筒状本体を通過する前記被処理物を加熱する加熱手段と
   を具備し、
   前記被処理物が供給された前記筒状本体を前記回転手段によって回転させ、前記第１の筒体内の前記被処理物を前記加熱手段によって加熱し、かつ、前記転動体によって前記被処理物を粉砕することにより前記造粒体が得られるように構成された造粒装置であって、
   前記第１の筒体の軸心を通る鉛直面で切断し、前記鉛直面に直交する方向からみた場合における、前記第１の筒体の内周面を示す一対の線のうちの下側の線が、前記第２の筒体に向かって下り勾配を有するとともに、前記下側の線と水平線のなす角度が、１０°以上、５０°以下であること
   を特徴とする造粒装置。
2. 前記角度が、１０°以上、３０°以下であることを特徴とする請求項１に記載の造粒装置。
3. 前記貫通孔が、前記仕切り部材の外周と同心で、前記転動体が通過しない幅を有する円弧状の長穴であることを特徴とする請求項１または２に記載の造粒装置。
4. 前記第２の筒体を、その軸心を通る鉛直面で切断し、前記鉛直面に直交する方向からみた場合における、前記第２の筒体の内周面を示す一対の線のうちの下側の線が、前記第２の筒体の他端側に向かって下り勾配を有するとともに、前記下側の線と水平線のなす角度が、１°以上、１０°以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の造粒装置。
5. 前記第２の筒体の内周面に、前記被処理物を案内するための、らせん状のガイドが設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の造粒装置。

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