JP6331700B2 - 竪型粉砕機 - Google Patents

Description

本発明は、原料の粉砕分野に係り、セメント原料、スラグ、クリンカ、石灰石、石炭、及びその他の無機原料、並びに、バイオマス等を含む有機原料を微粉砕するに好適な竪型粉砕機に関する。

従来から、石炭等を粉砕する粉砕機として竪型粉砕機（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。
竪型粉砕機は、被粉砕物（本明細書においては単に原料等と称することもある）を効率的に粉砕することができるという優れた特性を備えている。
特に、上抜き式、或いはエアスエプト式等と呼ばれているタイプの竪型粉砕機は、機内に下方から上方に向かって上昇しながら流れるガスの気流を形成して、機内に備えた分級機構等により、粉砕後の原料について、粒径別に分級することにより所望の粒径となったものを製品として取り出すことができるという優れた機能を備えている。

しかしながら、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り、従来から数多くの異常振動防止対策が提案されている。

前述したように異常振動の原因は様々である。その１つの例として、竪型粉砕機の運転中において、回転テーブル上で粉砕される被粉砕物（原料と称することもある）と粉砕ローラが滑りやすい状態になると、粉砕ローラによる原料の噛み込み能力が落ちて粉砕効率が低下するとともに、スティックスリップ現象が誘発されて、異常振動を引き起こす可能性が高くなるということが知られている。
スティックスリップ現象とは、粉砕ローラが回転テーブル上に形成された原料層の上で瞬間的なスリップを起こして、一瞬、回転が止まったような状態になる現象であって、運転中、この現象が断続的に繰り返されると、粉砕ローラの回転が不規則になって、竪型粉砕機に振動を発生させる要因となる。

ところで、前述した上抜き式、或いはエアスエプト式等と呼ばれているタイプの竪型粉砕機の多くは、ガスの気流を利用して、所望の粒径となった原料を機外に取り出す一方で、所望の粒径となっていない原料については、機内において、再度、回転テーブル上に供給して、繰り返し粉砕する構成となっている。竪型粉砕機の機内で、繰り返し粉砕される原料は、当業者に循環原料と称されるものである。

竪型粉砕機で原料を微粉砕しようとした場合に、所望する粒径が小さければ小さいほど、それに比例して、前述した循環原料の粒径も小さいものとなる。
粒径の小さな細かな粒子は、機内で群となり、回転テーブル上に原料の層（原料層と称することもある）を形成する。
原料層は、粉体からなる粉体層であるから、通常、その内部に空気を取り込んだ状態となっている。そして、粉体の一般的な性質として、粉体層を形成する粉体の径が小さくなればなるほど、その中に多量の空気を抱え込みやすくなる。
言い換えれば、原料を細かに微粉砕しようとすれば、循環原料の量も増えるために、回転テーブル上の原料層（粉体層）について、粒径の小さな細かな原料を多く含むようになり、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。
嵩高い原料層は、空気を大量に含んでいるために、見かけ上、摩擦係数が小さくなっている。その結果、運転中、粉砕ローラが原料層の上で、滑りやすい状態になって異常振動が発生し易くなる。

前述の原因による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、粉砕ローラに効率良く噛み込ませるという技術である。
補助ローラを使用して原料を圧密してから粉砕ローラで粉砕する場合、原料が圧密されることにより、原料の中にあるガスが脱気されて、粉砕ローラがスリップしにくくなるという作用効果を奏する。

特開平２−１７４９４６号公報

前述した特許文献１に開示された方法も、異常振動を防止する効果を奏する。
しかし、特許文献１に開示された技術においては、直接的に粉砕を目的としない補助ローラ等を機内に配する必要がある。そのため、構造が複雑になり、メンテナンスの手間も増え、コスト高にもなることから、簡便な構造で、異常振動を低減化できる方法が求められていた。

また、特許文献１に開示された技術においては、補助ローラ等を機内に配する必要があることから、粉砕ローラの設置個数に制限を受ける。そのため、条件によっては、補助ローラを使用できないケースも想定された。

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、簡便な構造で異常振動を低減化し、原料を効率良く微粉砕するに好適な竪型粉砕機の技術に関する。

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） 原料投入口から回転テーブルの中心方向に伸びる原料投入シュートを備えて、原料投入シュートから回転テーブル上に供給した原料を回転テーブル上に配した粉砕ローラにより粉砕するとともに、粉砕ローラで粉砕した原料を、回転テーブルの下方から供給したガスにより吹き上げて回転テーブルの上方に配した分級機構で分級することによって、所望する粒径となった原料をガスとともに上部から機外に取り出し、機外に取り出されなかった原料を回転テーブルと分級機構の間に配した内部コーンで捕集して回転テーブル上に再度供給して粉砕する竪型粉砕機において、内部コーンの中に原料投入シュートを配して、内部コーンと原料投入シュートの間に環状の隙間を形成するとともに、該環状の隙間の下方に、回転テーブル上に支持部材を介して取り付けたガイド板を配して、該ガイド板を回転テーブルの外周側から中心側に向かって下るように傾斜させて、回転テーブルに取り付けたガイド板を回転テーブルと共に回転させる。

（２）（１）に記載の竪型粉砕機において、前記ガイド板の回転テーブル上における最も中心側の位置が、前記環状の隙間の内周側位置より回転テーブルの中心側にあって、該ガイド板の回転テーブル上における最も外周側の位置が、該環状の隙間の外周側位置より回転テーブルの外周側にある構成とした。

（３）（１）又は（２）に記載の竪型粉砕機において、前記ガイド板の傾斜角が水平方向から４５度の傾きである構成とした。

（４）（１）乃至（３）のいずれか１項に記載の竪型粉砕機において、前記ガイド板の形状を長方形として、回転テーブル上に９０度ずつ角度をずらした状態で４個配する構成とした。

本発明によれば、機内で繰り返し粉砕される原料（所謂、循環原料）と、外部から機内に投入される新規原料を、回転テーブル上に配したガイド板により効果的に混合し、回転テーブル上における原料層の空隙率を低下させて、竪型粉砕機の運転中に異常振動が発生する可能性を低減することができる。

特に、ガイド板を回転テーブルと共に回転させることにより、新規原料と循環原料を簡易な構成で強力に混合することができ、さらに、ガイド板の傾斜角を、水平方向から４５度の傾きとすることにより、ガイド板に落下した循環原料を効率良く回転テーブルの中心側に導いて、原料投入シュートから供給された原料と混合することができる。

また、ガイド板の形状を長方形として、回転テーブル上に９０度ずつ角度をずらした状態で４個配すれば、極めてシンプルな構成で本発明の効果が期待できる。

本発明の実施形態に係わり竪型粉砕機の全体構成を説明する断面図である。 本発明の実施形態に係わり内部コーンとガイド板の配置を説明する図である。 本発明の実施形態に係わりガイド板の形状を説明する図である。 本発明の実施形態に係わり回転テーブル上のガイド板を説明する図である。 本発明の実施形態に係わり原料の流れの挙動を概念的に説明する図である。 回転テーブル上における原料の流れの挙動を概念的に説明する図である。 粗粉と微粉を混合した場合と２層にした場合の層間摩擦係数を比較した図である。

以下、図面等に基づき本発明の好ましい実施形態の１例を、第１の実施形態（第１実施形態と称することもある）として詳細に説明する。
図１から図６は本発明の実施形態を説明するための図に係わり、その好ましい例を示したものであって、図１は竪型粉砕機の全体構成を説明する断面図であり、図２は内部コーンとガイド板の配置を説明する図である。
図３は回転テーブル上に配したガイド板を説明する図であり、図３（１）は上方から観察した図であり、図３（２）はガイド板の拡大図である。図４は回転テーブル上に配されたガイド版を俯瞰的に記載した概念図である。図５又図６は原料の流れの挙動を概念的に示したものであり、図５は竪型粉砕機内における原料の流れ、図６は回転テーブルに向う原料の流れであって図６（１）が本実施形態による原料の流れを示した図であり、図６（２）が従来技術による原料の流れを示した図である。図７は粗粉と微粉を混合した場合と２層にした場合の層間摩擦係数を比較した参考図である。

本発明の第１の実施形態（第１実施形態と称することもある）による竪型粉砕機１を図１に示す。
図１に示した竪型粉砕機１は、エアスエプト式等と呼ばれているタイプの竪型粉砕機１であり、後述するガスの気流と内部に備えた分級機構１６を利用して、所望の粒径となった原料を上部から機外に取り出す一方、所望の粒径となっていない原料については、再度、回転テーブル２上に供給して、粉砕ローラ３で、繰り返し粉砕する構成となっている。

以下、竪型粉砕機１の構造を説明する。
図１に示した竪型粉砕機１は、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、駆動モータ２Ｍによって駆動される回転テーブル２、及び、コニカル型の粉砕ローラ３等を備えている。
また、図１に示した竪型粉砕機１は、粉砕ローラ３が回転テーブル２上において、その外周部分に位相を９０度ずらした形で４個配されている構造となっている。竪型粉砕機１は、駆動モータ２Ｍの駆動用電源として図示しないインバータ電源を備えて、運転中、回転テーブル２の回転速度が任意に変更可能な可変速式の竪型粉砕機１である。

そして、図１に示す竪型粉砕機１は、機内の上部に固定式の一次分級羽根１４、回転式の回転分級羽根１３、及び、回転軸１５、で構成される分級機構１６を備えており、回転分級羽根１３の外周側に固定式の一次分級羽根１４が配置されている構造となっている。 回転分級羽根１３は、回転軸１５に接続されて、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て、自在に回転する構成となっている。
なお、固定式の一次分級羽根１４は、一般的に、ガイドベーンと称されることもあるものであり、回転式の回転分級羽根１３は、回転ベーンと称されることもあるものである。

本発明の第１実施形態よる竪型粉砕機１においては、一次分級羽根１４と回転分級羽根１３の２段構成となった分級機構１６を採用しているが、本発明に適応できる分級機構１６の構成はこれに限らず、本発明の技術思想を逸脱しない範囲内で、変更が可能であって、例えば、固定式の一次分級羽根１４のみを備えた分級機構を使用しても良い。

ここで、図１に示した竪型粉砕機１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と、極端に大きな重量の原料を取り出すための下部取出口３４（排出シュート３４と称することもある）と、を備えており、回転テーブル２の上方には、ガスと共に製品（粉砕されて所望の粒径となった原料）を機外に取り出すことのできる原料取出口３９（上部取出口３９と称されることもある）を備えている。

そして、図１に示した竪型粉砕機１においては、回転テーブル２の外周側部分と竪型粉砕機１の下部ケーシング１Ａとの間に、環状の通路３０（環状通路３０と称することもある）を形成しており、ガス供給口３３から供給されたガスは、環状通路３０を通過し上昇して、機内を吹き上がり、分級機構１６を通過した後、原料取出口３９方向に流れていくように構成されている。

図１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よりガスを導入することによって、回転テーブル２下方から一次分級羽根１４及び回転分級羽根１３を通過して原料取出口３９へと流れるガスの気流が生じている。

ここで、本発明の第１実施形態による竪型粉砕機１においては、図１に示すように、回転テーブル２と分級機構１６との間に、内部コーン２２が配されている。
なお、内部コーン２２は一般的にセンターコーンと称されることもあるものである。
内部コーン２２は、略切頭円錐型を逆にした形状をしており、その上部が円環状となって上方に向かって開口し、その上端の外周部には、前述した一次分級羽根１４が、等間隔で複数本配されているとともに、内部コーン２２の下端（コーン下端２２Ａと称する）は円筒状で、回転テーブル２の中心側に向かって下方に開口する形状となっている。

そして、第１実施形態による竪型粉砕機１においては、上部に形成された原料投入口３５Ａから原料投入シュート３５を介して、回転テーブル２上に原料を投入する構成となっている。原料投入シュート３５は、一般的にセンターシュートと称されることもあるものである。
図２に示すように、原料投入シュート３５は、竪型粉砕機１の上部から内部コーン２２の中を通って、コーン下端２２Ａと環状の隙間（環状隙間Ｔと称する）を形成するように配置される。

環状隙間Ｔの下方には、図３（１）に示すように、長方形のガイド板５０を、回転テーブル２の回転中心軸を中心として、回転テーブル２上に９０度ずつ角度をずらした状態で４個配した。そして、ガイド板５０は、図３（２）に示すように、棒状の支持部材５１を介して、回転テーブル２上に固設されて、回転テーブル２の中心側に向かって下るように水平方向から４５度傾いて取り付けられている。

図４にガイド板５０と内部コーン２２等の位置関係を俯瞰的に外観した図により、概念的に示す。
第１実施形態による竪型粉砕機１においては、ガイド板５０は、回転テーブル２上に固設されて、回転テーブル２が回転すると共に回転し、環状隙間Ｔから供給されて落下する原料の当て板として機能し、環状隙間Ｔから落下する原料が、回転テーブル２の中心側に向かって流れるように導くためのガイドをする。

なお、第１実施形態においては、環状隙間Ｔから落下する原料を、できるかぎり多くガイドして、回転テーブル２の中心側に向かって流れるように導くため、ガイド板５０の回転テーブル２上における最も中心側の位置が、環状隙間Ｔの内周側位置より回転テーブル２の中心側に位置するように配し、又、ガイド板５０の回転テーブル２上における最も外周側の位置が、環状隙間Ｔの外周側位置より回転テーブルの外周側に位置するよう配置した。

以下、図１又図５等を用いて、本発明の第１実施形態による竪型粉砕機１について、機内を流れる原料の挙動、並びに粉砕挙動等を説明する。
竪型粉砕機１の機内に外部から投入された新規原料Ｎは、原料投入シュート３５を介して回転テーブル２上の中心上に供給され、回転テーブル２の回転による影響等を受けることにより、回転テーブル２の中心側から外周側に向かって移動し、粉砕ローラ３により噛み込まれて粉砕される。

粉砕ローラ３により粉砕された原料は、さらに回転テーブル２の外周側に移動してダムリング１７を乗り越えて、環状通路３０に達して、そこで機内を流れるガス（第１実施形態においては空気）により吹き上げられて、ケーシング１Ｂ内を上昇する。
ガスによって吹き上げられた原料の中で、比較的径の大きな原料は、吹き上げられる際において、ガスの流れから逸脱して落下し、環状通路３０側、或いは、回転テーブル２上側に、再度、戻る方向に移動する。
なお、環状通路３０に達した原料の中で、極端に重量が大きな原料は、環状通路３０に達しても、そこで吹き上げられずに、そのまま落下して、竪型粉砕機１の下部にある下部取出口３４より機外に排出される。

一方、ガスによって吹き上げられた原料の中で、比較的径の小さな原料は、一次分級羽根１４までガスと共に搬送されて、一次分級羽根１４を通過する。
そして、一次分級羽根１４を通過した原料の中で、所望の粒径となった原料は、回転分級羽根１３を通過することにより、分級機構１６を通過して、原料取出口３９から製品として取り出される。

ここで、一次分級羽根１４を通過した原料の中で、所望の粒径にまで細かく粉砕されていなかった原料は、回転分級羽根１３を通過できずに、内部コーン２２内に落下して捕集され、原料投入シュート３５と内部コーンの下端で形成される前述の環状隙間Ｔに向かって流れて行き、環状隙間Ｔから排出されて回転テーブル２上に供給される。
なお、このように、分級後、内部コーン２２内に落下して捕集され、再度、粉砕される原料の流れを、循環原料Ｒとして図５に示す。

前述の循環原料Ｒは、環状隙間Ｔから排出されて、環状隙間Ｔの下方で回転する当て板として配されたガイド板５０にガイドされて導かれ、回転テーブル２の中心側に向かって流れる。
ここで、回転テーブル２の中心側には、原料投入シュート３５を介して供給される新規原料Ｎが落下しながら流れている。
その結果、図６（１）に示したように、環状隙間Ｔから排出された循環原料Ｒは、ガイド板５０によりガイドされて中心側に流れ、混合ゾーンＢにおいて、新規原料Ｎと合わせられて混合された状態となって、回転テーブル２上で原料層を形成し、粉砕ローラ３に噛み込まれて粉砕される。

図６（２）にガイド板５０を備えていない従来技術の場合の例を示す。
前述のガイド板５０がある場合と比較すると、原料投入シュート３５から投入される新規原料Ｎの上に、環状隙間Ｔから排出された循環原料Ｒが排出されて供給される形となるため、回転テーブル２上において、循環原料Ｒと新規原料Ｎが混合されにくい。
その結果、原料層の上層に循環原料Ｒが多く含まれる状態となり、下層に新規原料Ｎが多く含まれる状態となりやすい。

それに比較して、第１実施形態よる竪型粉砕機１においては、回転テーブル２上において、回転するガイド板５０によって、循環原料Ｒを新規原料Ｎと積極的に混合する。
その結果、図６（２）に記載したような従来技術と比較して、新規原料Ｎと循環原料Ｒが上層と下層で分離したような状態になりにくい。

粉砕される前の新規原料Ｎは粒径の大きな粗粉の割合が多く、環状隙間Ｔから供給される循環原料Ｒは微粉の割合が多い。
そのため、上層に循環原料Ｒが多く含まれ、下層に新規原料Ｎが多く含まれる従来技術においては、回転テーブル上の原料層が空隙率の高い状態になりやすい。

本発明による１実施形態においては、新規原料Ｎと循環原料Ｒを、従来技術に比較して強く混合することにより、粗粉である新規原量Ｎが形成する原料層の中の空隙に対して、微粉である循環原料Ｒが入り込んで充填されるという効果が期待できるので、回転テーブル２上にある原料層の中の空隙を、従来技術より少なくできる。
その結果、見かけ上、原料層の摩擦係数が大きくなり、運転中、粉砕ローラ３と原料層が滑りにくい状態になって、異常振動が発生するリスクを低減することができる。

なお、参考として、図７に粗粉と微粉を混合した場合と２層にした場合の層間摩擦係数を比較した図を示す。粗粉と微粉を２層にした場合に比較して、混合した場合の方が、層間摩擦係数が高い状態となっていることから推測して、本実施形態による混合の効果が期待できることが推測できる。

なお、本発明の第１実施形態では、簡易な構成で、効率的な効果を得ることができる好ましい構成とし、図４に示すように、ガイド板５０の形状を長方形として、回転テーブル２上に９０度ずつ角度をずらした状態で、４個配する構成とした。
しかし、本発明に適応できるガイド板５０の構成は、これに限らず、本発明の技術思想を逸脱しない範囲内において変更が可能であって、他の形状のガイド板５０を使用しても良く、例えば、円盤状、正方形状、或いは、円環状であっても良く、環状隙間Ｔから排出されて回転テーブル２上に供給される循環原料Ｒを回転テーブル２の中心側に向かって流し、原料投入シュート３５から流れ出る新規原料Ｎと積極的に混合できる構成であれば良いので、その個数も、特に４枚に限られない。

また、本発明の第１実施形態においては、回転テーブル２上を流れる原料の流れを阻害しにくい好ましい構成とし、１本の丸棒型鋼材を支持部材５１としてガイド板５０を回転テーブル２上に固設する構成とした。
しかし、本発明に適応できる支持部材５１の構成はこれに限らず、本発明の技術思想を逸脱しない範囲内において変更が可能であって、例えば、角材、Ｌ型等、他の形状の支持部材５１を使用しても良い。
さらに言えば、支持部材５１は、例えば、内部コーンの下端から角材などにより吊り下げるような形として、ガイド板５０を環状隙間Ｔの下方に配する構成としても良く、その場合は、ガイド板５０が回転テーブル２と共に回転しないので、リング状（円環状）とすることが好ましい。

また、本発明の第１実施形態においては、好ましい構成の１つとして、内部コーン２２の下端（コーン下端２２Ａ）を円筒状とすることにより原料投入シュート３５との間に環状隙間を形成した。
しかし、本発明に適応できる内部コーン２２の下端の形状は、これに限らず、本発明の技術思想を逸脱しない範囲内において変更が可能であって、例えば、円筒部を設けず、逆接頭円錐形状のままとして、原料投入シュート３５との間に環状隙間Ｔを形成する構成であっても良く、他の形状であっても良い。

以上のように本願発明に係わる竪型粉砕機は、原料を微粉砕するに好適な竪型粉砕機に関する。

１ 竪型粉砕機
２ 回転テーブル
３ 粉砕ローラ
１３ 回転分級羽根
１４ 一次分級羽根
１５ 回転軸
１６ 分級機構
１７ ダムリング
２２ 内部コーン
２２Ａ コーン下端
１Ａ 下部ケーシング
１Ｂ 上部ケーシング
３０ 環状通路（環状空間部）
３３ ガス供給口
３５ 原料投入シュート
３５Ａ 原料投入口
３９ 原料取出口
５０ ガイド板
５１ 支持部材
Ｎ 新規原料
Ｒ 循環原料
Ｔ 環状隙間

Claims (4)

1. 原料投入口から回転テーブルの中心方向に伸びる原料投入シュートを備えて、原料投入シュートから回転テーブル上に供給した原料を回転テーブル上に配した粉砕ローラにより粉砕するとともに、
   粉砕ローラで粉砕した原料を、回転テーブルの下方から供給したガスにより吹き上げて回転テーブルの上方に配した分級機構で分級することによって、所望する粒径となった原料をガスとともに上部から機外に取り出し、機外に取り出されなかった原料を回転テーブルと分級機構の間に配した内部コーンで捕集して回転テーブル上に再度供給して粉砕する竪型粉砕機において、
   内部コーンの中に原料投入シュートを配して、内部コーンと原料投入シュートの間に環状の隙間を形成するとともに、
   該環状の隙間の下方に、回転テーブル上に支持部材を介して取り付けたガイド板を配して、該ガイド板を回転テーブルの外周側から中心側に向かって下るように傾斜させて、
   回転テーブルに取り付けたガイド板を回転テーブルと共に回転させることを特徴とする竪型粉砕機。
2. 前記ガイド板の回転テーブル上における最も中心側の位置が、前記環状の隙間の内周側位置より回転テーブルの中心側にあって、
   該ガイド板の回転テーブル上における最も外周側の位置が、該環状の隙間の外周側位置より回転テーブルの外周側にあることを特徴とした請求項１記載の竪型粉砕機。
3. 前記ガイド板の傾斜角が水平方向から４５度の傾きであることを特徴とした請求項１又は請求項２に記載の竪型粉砕機。
4. 前記ガイド板の形状を長方形として、回転テーブル上に９０度ずつ角度をずらした状態で４個配したことを特徴とした請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の竪型粉砕機。

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