JP6638959B2 - 粒状物質の複合生産装置及びその生産方法 - Google Patents

Description

本発明は砕石、石灰等の鉱物、又はコンクリート廃材から再生骨材等の粒状物質を生産する技術に関し、特に一連の破砕工程、磨砕工程、選別工程、及び分級工程を一台の装置で行う粒状物質の複合生産装置及びその生産方法に関するものである。

例えば、コンクリート廃材に含まれる粗骨材や細骨材を再生骨材として取り出すためには、少なくとも（１）遠心破砕機、ジョークラッシャ、ボールミル等の破砕機を使用してコンクリート廃材を破砕する破砕工程、（２）ショットブラスト式、擦りもみ式、洗浄式等の磨砕装置を用いて破砕物表面の付着物を除去する磨砕工程、（３）篩式、エア式等の選別装置を用いて種々の粒径範囲の骨材、セメント等に選別する選別工程を経る必要がある（特許文献１〜３）。
さらに分級装置により微粉を集塵して分級工程を追加する場合もある（特許文献４）。

特開２００４−４１８５９号公報(図１) 特開２００９−６０６号公報(図１) 特開２００４−２３８２７４号公報(図２) 特開２００９−６１３５７号公報(図１)

各種の粒状物質を生産する従来技術はつぎの問題点を有している。
＜１＞複数の処理工程に対応して独立した複数の専用装置(破砕機、磨砕装置、選別装置等)を用いることから、生産プラント全体が大型化して占有スペースが増大すると共に設備費用が非常に高くなる。
＜２＞設備費用が嵩むだけでなく、専用装置毎に駆動源を具備するため、電力総消費量が増大して粒状物質の生産単価が高いものとなる。

本発明は以上の点に鑑みて成されたもので、その目的とするところは少なくともつぎのひとつの粒状物質の複合生産装置及びその生産方法を提供することにある。
＜１＞一台の装置で以て複数工程を処理できて、生産プラント全体の小型化と、低コスト化を図ること。
＜２＞設備費と消費電力を削減して、粒状物質の生産単価を低減すること。

本発明は、粒状物質を含む破砕原料を破砕して粒状物質を生産する粒状物質の複合生産装置であって、横向きの回転軸を中心に回転しながら破砕原料を打撃して破砕する打撃ロータと、内部に前記打撃ロータを収容し、横向きの仮想の回転軸を中心に、前記打撃ロータと逆方向に回転しながら粒状物を篩分けする筒状のスクリーンと、内部にスクリーンを収容し、横向きの仮想の回転軸を中心にスクリーンと一体に回転しながらスクリーンを透過した粒状物質を捕集する筒状のケーシングと、前記ケーシングの内空と連通し、該ケーシング内の微粉を吸引して分級する集塵機とを具備し、前記打撃ロータとスクリーンの周面間に環状の破砕室を形成し、前記スクリーンが複数の分割スクリーンからなり、破砕時に破砕原料や再生骨材が漏出するのを防止し得るように隣り合う分割スクリーンの端部近くを重ね合わせると共に、スクリーンを破砕時の逆方向に回転することで、スクリーン内に残った大径の骨材をケーシング内へ排出し得るように隣り合う分割スクリーンの重合部に隙間を形成したことを特徴とする。
本発明の他の実施形態において、前記打撃ロータが横向きの回転軸を中心に回転するロータ本体と、ロータ本体の外周面に突設した複数のハンマー体とを具備していて、前記スクリーンの回転により打撃ロータへ向けて供給される破砕原料を複数のハンマー体で打撃して破砕する。
本発明の他の実施形態において、前記スクリーン及びケーシングの共通の回転中心に対して、前記打撃ロータの回転中心を偏心させておくと、破砕室の内空を有効に活用できる。
本発明の他の実施形態において、前記ケーシングの中央部に、円周方向に沿って複数の窓穴を形成し、該複数の窓穴を通じて粒状物質の排出と給気を行える。
本発明の他の実施形態において、前記ケーシングの側方に供給シュートを配置し、該供給シュートを通じてスクリーン内の破砕室へ破砕原料を供給する。
さらに本発明は、破砕原料から粒状物質を生産する生産方法であって、前記した何れかの複合生産装置を使用し、打撃ロータによりスクリーン内で循環移動する破砕原料を破砕する工程と、スクリーン内で粒状物質を回転混合しながら磨砕する工程と、スクリーンの開口を通じて粒状物質を選別する工程と、集塵機によりスクリーン内の微粉を分級して回収する分級工程とを並行して行うことで粒状物質を生産することを特徴とする。
本発明の他の実施形態において、前記粒状物質は再生骨材である。

本発明は少なくともつぎのひとつの効果を奏する。
＜１＞従来は複数の処理工程に対応して独立した複数の専用装置(破砕機、磨砕装置、選別装置等)を使用していたが、本発明では一台の複合生産装置を用いて、再生骨材等の粒状体物質を生産できるから、設備コストを大幅に低減できるだけでなく、複合生産装置の設置スペースを格段に縮小できる。
＜２＞従来と比較して駆動源の数を大幅に削減できるため、粒状体物質の生産に要する消費電力を大幅に削減できて、最終的に粒状物質の生産コストを低減することができる。
＜３＞打撃ロータによる打撃破壊と、打撃ロータの周囲に縦方向に形成したデッドベッドへの衝突破壊を並行して行えるから、効率のよい破砕と磨砕が行える。
＜４＞スクリーンの回転を利用して破砕原料を混合しながら破砕できるので、均質に破砕できる。
＜５＞スクリーンの内周面をデッドベッドが覆うので、打撃破砕された飛翔物からスクリーンを保護できてスクリーンの摩滅や損傷を抑制できる。
＜６＞簡易な構造の供給シュートを通じて破砕原料を破砕室へ供給できるので、複雑な破砕原料の供給装置が不要となる。
＜７＞スクリーン内に残った大径の骨材等は、スクリーンを破砕時の逆方向に回転させるだけで、分割スクリーンの重合部に形成した間隙を通じて外部へ排出することができる。

本発明に係る粒状物質の複合生産装置の全体斜視図 複合生産装置の縦断面図 図２におけるIII-IIIの断面図 スクリーンの一部を省略した打撃ロータの斜視図

以下に本発明の実施形態について詳しく説明する。
本例では破砕原料が骨材を含むコンクリート廃材であり、このコンクリート廃材から再生骨材を生産する場合について説明するが、破砕原料は他に砕石、石灰等の鉱物、硬質塊状の食品、医薬品等を対象として最終製品の各種粒状物質の生産に適用可能である。

＜１＞複合生産装置の機能
図１に示した複合生産装置１００は、破砕原料Ａ同士の衝突作用と破砕原料Ａを直接打撃する打撃作用の併用による破砕原料Ａの破砕機能と、破砕原料Ａ同士の擦りもみ作用により骨材表面の付着物を除去する磨砕機能と、篩作用により再生骨材Ｂを製品サイズに篩分けする選別機能と、骨材から分級した微粉（フイラー)Ｃを集塵する分級機能を有し、これら一連の破砕工程、磨砕工程、選別工程、及び分級工程を一台の装置で行えるようにした複合装置である。
破砕原料Ａは、各種の現場で発生したコンクリート廃材やアスファルトを公知の破砕機で以って１００ｍｍ以下（好ましくは４０ｍｍ〜０ｍｍ）のサイズに破砕したものである。

＜２＞複合生産装置の構成
図２〜４を参照してその構成を詳しく説明すると、複合生産装置１００は横向きの回転軸２２を中心に回転する打撃ロータ２０と、内部に打撃ロータ２０を収容し、横向きの仮想の回転軸を中心に打撃ロータ２０と逆方向に回転する筒状のスクリーン３０と、内部にスクリーン３０を収容し、横向きの仮想の回転軸を中心にスクリーン３０と一体に回転する筒状のケーシング４０と、ケーシング４０内の微粉Ｃを吸引して分級する集塵機５０とを具備する。
以降に主要な装置について詳述する。

＜３＞打撃ロータ
打撃ロータ２０は横向きの回転軸２１を中心に高速回転するロータ本体２２と、ロータ本体２２の外周面に突設した複数のハンマー体２３とを具備する。
回転軸２１の両端部はそれぞれ支持部材１２に回転自在に支承されており、モータ等の駆動源Ｍの回転を受けて打撃ロータ２０が回転する。
打撃ロータ２０の回転方向はスクリーン３０及びケーシング４０の回転方向と逆である。
ハンマー体２３は破砕原料Ａを破砕可能な硬質の突起体であればよく、ハンマー体２３の断面形状、突出長、設置間隔等は適宜選択する。

＜４＞スクリーン
スクリーン３０は打撃ロータ２０と協働して破砕原料Ａを破砕および研磨しながら製品サイズと、製品サイズ以上のものを選別するための筒状の回転式篩である。
スクリーン３０はその両端開口部をケーシング４０に固定してある。
スクリーン３０はケーシング４０の回転を受けて一体に回転するため、スクリーン専用の駆動源は不要である。
スクリーン３０内には環状の破砕室Ｓを形成していて、供給シュート１１を通じて破砕室Ｓ内へ破砕原料Ａを連続的、または間欠的に供給可能である。
破砕室Ｓ内へ供給された破砕原料Ａは、スクリーン３０の内周面を覆う堆積層となってデッドベッドＤを形成する。
スクリーン３０の回転速度は、デッドベッドＤがスクリーン３０の頂部位置に達する前に破砕原料Ａ等が自重落下する速度になっている。
スクリーン３０は周面に多数のスリット状の開口を有していて、粒状物を篩分けする。
スクリーン３０のスリット状の開口幅は適宜選択するが、再生骨材Ｂを生産する場合の開口幅は５ｍｍ程度が望ましい。

図３に例示したスクリーン３０は、円弧状を呈する複数の分割スクリーン３０ａからなる。
本例では所定間隔を隔て同一方向に並列した複数のバーで分割スクリーン３０ａを構成する形態について示すが、分割スクリーン３０ａは有孔板で構成してもよい。
隣り合う分割スクリーン３０ａ，３０ａの端部近くは互いに重合していて、各分割スクリーン３０ａの重合部に隙間Ｇを形成している。
分割スクリーン３０ａ，３０ａの端部を重合させたのは、破砕時に破砕原料Ａや再生骨材Ｂが間隙Ｇを通じて漏出するのを防止するためである。
分割スクリーン３０ａ，３０ａの重合部に隙間Ｇを形成したのは、スクリーン３０を破砕時の逆方向に回転することで、隙間Ｇを通じてスクリーン３０内に残った大径の骨材をケーシング４０内へ排出するためである。

＜５＞ケーシング
ケーシング４０は略算盤玉形（略提灯形）を呈し、左右両端を開放した回転筒であり、スクリーン３０を透過した再生骨材Ｂ等を捕集するために機能する。
図外のモータの駆動を受けて回転するローラ４１が横置きしたケーシング４０の両側外周を支持していて、ケーシング４０はローラ４１の回転駆動を受けて横向きの仮想の回転軸を中心に一方向または正逆方向へ回転する。
ケーシング４０の内径は中央部が両端部より大径に形成してあって、その内周面は再生骨材Ｂを自重で捕集し得るように中央部へ向けて下り勾配で傾斜したテーパ状に形成してある。
さらにケーシング４０の中央部には円周方向に沿って複数の窓穴４２を有する。
窓穴４２は捕集した再生骨材Ｂ等の排出機能と、ケーシング４０内へ空気を取り込む通気機能を併有する。
ケーシング４０の図面左方の開口には供給シュート１１の下端が案内され、ケーシング４０の図面右方の開口にはラッパ状の捕集管４３が接続されている。

＜６＞打撃ロータとスクリーンとケーシングの回転中心の関係
図３を参照して説明すると、スクリーン３０及びケーシング４０は共に回転中心Ｏ_１が同一であるが、打撃ロータ２０の回転中心Ｏ_２は先の回転中心Ｏ_１に対して斜め上方に偏心している。
打撃ロータ２０の回転中心Ｏ_２を偏心させたのは、スクリーン３０の内空を有効活用して破砕空間Ｓを広く確保するためである。
尚、本例では打撃ロータ２０、スクリーン３０及びケーシング４０の回転中心軸が共に水平である形態について図示するが、これらの回転中心軸を水平に対して多少上下方向へ向けて傾けてもよい。

＜７＞集塵機
図２に示すように、捕集管４３には、配管５１を介して集塵機５０が接続していて、集塵機５０の吸引により破砕室Ｓ内に舞う微粉Ｃを吸引回収して分級できるようになっている。

［再生骨材の生産方法］
つぎに粒状物質の一例である再生骨材の生産方法について説明する。

＜１＞破砕工程
図２，３において、供給シュート１１を通じて、例えば４０ｍｍ以下に破砕した破砕原料Ａを、破砕室Ｓ内へ向けて供給を開始する。
スクリーン３０の破砕室Ｓ内へ供給した破砕原料Ａは以下に説明する複数の破砕作用を繰り返えすことで効率よく破砕できる。

＜１．１＞デッドベッドの循環
供給シュート１１を通じて一方向に回転するスクリーン３０内へ破砕原料Ａを供給する。
破砕原料Ａはスクリーン３０の全長に亘って広がると共に、スクリーン３０内で破砕原料Ａが循環移動しながらスクリーン３０の底部から頂部近くに亘って層状のデッドベッドＤを形成する。
破砕原料Ａの循環移動とは、スクリーン３０の頂部に近付くまで移動した破砕原料Ａが自重で落下する現象と、崩落した破砕原料ＡがデッドベッドＤの下部に捕捉されて再びスクリーン３０の内周面を被覆する現象の繰り返しを指す。

＜１．２＞ハンマー体による破砕
図３，４に矢印で示すように、スクリーン３０の回転に伴い、破砕原料Ａが自然落下して打撃ロータ２０へ供給されると、高速で回転する複数のハンマー体２３が破砕原料Ａを打撃して破砕する。
複数のハンマー体２３による破砕は、スクリーン３０内で循環移動する破砕原料Ａに対して繰り返し行われる。

＜１．３＞デッドベッドへの衝突破砕
複数のハンマー体２３による破砕原料Ａの打撃に伴い、打撃ロータ２０の周囲へ向けて破砕物が飛び散る。
高速で飛び散った破砕物が側方のデッドベッドＤの表面に衝突することで再び破砕原料Ａの破砕が行われる。

＜１．４＞破砕の同時進行
破砕室Ｓ内において、デッドベッドＤが循環移動を繰り返す間に、ハンマー体２３による打撃破砕と、デッドベッドＤへの衝突破砕が同時に進行する。
しかも、上記した破砕作用が横向きに配置した打撃ロータ２０とスクリーン３０との全長に亘って進行するので、大量の破砕原料Ａを効率よく破砕できる。
殊に破砕原料Ａの循環移動に伴ってデッドベッドＤが混合されるため、デッドベッドＤの表層の骨材のみが微粉化したり、奥側に大径の骨材が破砕されずに残ったりすることがなく、デッドベッドＤ全体を均質に破砕できる。
破砕工程において、スクリーン３０の内面を層状のデッドベッドＤが覆って保護するので、スクリーン３０に対する飛翔物の直撃を回避できる。

＜２＞磨砕工程
上記した破砕室Ｓ内における破砕工程において、デッドベッドＤ内で原料や骨材が転動する際に相互に衝突、又は擦りもみされることに伴い、原料や骨材の磨砕が進行する。
すなわち、本発明の複合生産装置１００では、破砕工程と磨砕工程が並行して進行することから、破砕と磨砕を短時間のうちに効率よく行える。
尚、破砕時間や磨砕時間は、破砕原料Ａの破砕状況や磨砕状況を確認しながら、適宜選択する。

＜３＞選別工程
破砕原料Ａを元に生産した付着物のない粗粒骨材や細粒骨材等の再生骨材Ｂのうち、スクリーン３０の周面の開口より小さい再生骨材Ｂは開口を通過して落下し、ケーシング４０の底部で捕集し、窓穴４２を通じて回収する。
スクリーン３０の開口より大きいサイズのものは、スクリーン３０内に残留して前記した破砕工程と磨砕工程を継続する。
再生骨材Ｂの搬出手段として本例では、ケーシング４０の直下に配置した搬送用コンベア６０を用いる場合を示すが、コンベア以外に公知の回収手段を適用できる。
このように複合生産装置１００では、破砕工程と磨砕工程だけでなく、再生骨材Ｂの選別工程も並行して行える。

＜４＞分級工程
図２において、集塵機５０が捕集管４３及び配管５１を通じて破砕室Ｓを吸引することで、破砕室Ｓ内に舞う微粉Ｃのみを吸引して分級し、最終的にタンク５２等に回収する。
ケーシング４０が密封に近い構造であると、微粉Ｃより重たい骨材を誤って吸引するおそれがあるが、ケーシング４０の一部に複数の窓穴４２を開設して大気と連通させることで、軽量な微粉Ｃのみを吸引することができる。
本発明では、一台の複合生産装置１００で以て一連の破砕工程、磨砕工程、選別工程、及び分級工程を効率よく行うことができる。
さらに工程毎に専用装置を用いていた従来の再生骨材の生産プラントと比べて、複合生産装置１００ではモータ等の駆動源数を削減できることから、消費電力を大幅に削減できて再生骨材の生産単価を低減できる。

Ａ・・・・・破砕原料
Ｂ・・・・・再生骨材(粒状物質)
Ｃ・・・・・微粉
Ｄ・・・・・デッドベッド
Ｇ・・・・・分割スクリーンの重合部の間隙
Ｓ・・・・・破砕室
１００・・・複合生産装置
１１・・・・ホッパ
１２・・・・支持部材
２０・・・・打撃ロータ
２１・・・・回転軸
２２・・・・ロータ本体
２３・・・・ハンマー体
３０・・・・スクリーン
３０ａ・・・分割スクリーン
４０・・・・ケーシング
４１・・・・ローラ
４２・・・・窓穴

Claims (8)

1. 粒状物質を含む破砕原料を破砕して粒状物質を生産する粒状物質の複合生産装置であって、
   横向きの回転軸を中心に回転しながら破砕原料を打撃して破砕する打撃ロータと、
   内部に前記打撃ロータを収容し、横向きの仮想の回転軸を中心に、前記打撃ロータと逆方向に回転しながら粒状物を篩分けする筒状のスクリーンと、
   内部にスクリーンを収容し、横向きの仮想の回転軸を中心にスクリーンと一体に回転しながらスクリーンを透過した粒状物質を捕集する筒状のケーシングと、
   前記ケーシングの内空と連通し、該ケーシング内の微粉を吸引して分級する集塵機とを具備し、
   前記打撃ロータとスクリーンの周面間に環状の破砕室を形成し、
   前記スクリーンが複数の分割スクリーンからなり、破砕時に破砕原料や再生骨材が漏出するのを防止し得るように隣り合う分割スクリーンの端部近くを重ね合わせると共に、スクリーンを破砕時の逆方向に回転することで、スクリーン内に残った大径の骨材をケーシング内へ排出し得るように隣り合う分割スクリーンの重合部に隙間を形成したことを特徴とする、
   複合生産装置。
2. 前記打撃ロータが横向きの回転軸を中心に回転するロータ本体と、ロータ本体の外周面に突設した複数のハンマー体とを具備し、前記スクリーンの回転により打撃ロータへ向けて供給される破砕原料を複数のハンマー体で打撃して破砕することを特徴とする、請求項１に記載の複合生産装置。
3. 前記スクリーン及びケーシングの共通の回転中心に対して、前記打撃ロータの回転中心を偏心させたことを特徴とする、請求項１又は２に記載の複合生産装置。
4. 前記ケーシングの中央部に、円周方向に沿って複数の窓穴を形成したことを特徴とする、請求項１乃至３の何れか一項に記載の複合生産装置。
5. 前記ケーシングの側方に供給シュートを配置し、該供給シュートを通じてスクリーン内の破砕室へ破砕原料を供給することを特徴とする、請求項１乃至４の何れか一項に記載の複合生産装置。
6. 前記粒状物質が再生骨材であることを特徴とする、請求項１に記載の複合生産装置。
7. 破砕原料から粒状物質を生産する生産方法であって、
   前記請求項１乃至６の何れか一項に記載した複合生産装置を使用し、
   打撃ロータによりスクリーン内で循環移動する破砕原料を破砕する工程と、
   スクリーン内で粒状物質を回転混合しながら磨砕する工程と、
   スクリーンの開口を通じて粒状物質を選別する工程と、
   集塵機によりスクリーン内の微粉を分級して回収する分級工程とを並行して行うことで粒状物質を生産することを特徴とする、
   粒状物質の生産方法。
8. 前記粒状物質が再生骨材であることを特徴とする、請求項７に記載の粒状物質の生産方法。

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