JP6919239B2

JP6919239B2 - 粉砕システムの運転方法

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Publication number: JP6919239B2
Application number: JP2017049258A
Authority: JP
Inventors: 竜也日名内; 博文笠井
Original assignee: Ube Machinery Corp Ltd
Current assignee: Ube Machinery Corp Ltd
Priority date: 2017-03-15
Filing date: 2017-03-15
Publication date: 2021-08-18
Anticipated expiration: 2037-03-15
Also published as: JP2018150213A

Description

本発明は、原料の粉砕分野に係り、セメントクリンカーと石膏、又、フライアッシュ、ポゾラン、石灰石、ドロマイト等のその他鉱物、セメントクリンカー、及び石膏を混合粉砕するに好適な竪型粉砕機を使用した粉砕システムに関する。

原料を微粉砕する粉砕システムにおいて、従来から、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と称することもある）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備えている。

特に、近年は、旧来であればボールミル方式が多く使用されてきたような粉砕システムにおいても竪型粉砕機が多く使用されるようになってきた。その一番の理由は、省エネルギーである。ボールミル方式の粉砕においては、エネルギーの多くが粉砕に寄与せず、音と熱に変わり、粉砕以外の形で消費される。一般的に竪型粉砕機はボールミルに比べて粉砕効率が高い。電力原単位（ＫＷｈ／ｔ−製品）で比べた場合に、竪型粉砕機による粉砕は、ボールミル方式による粉砕の６０％〜７０％程度のエネルギー消費で済むケースが多い。

しかしながら、一方でセメント工場における最終粉砕工程は、未だボールミル方式による粉砕システムが多く採用され続けている。国内においては９５％以上がボールミル方式による粉砕システムであると推測されている。

ここで、竪型粉砕機を使用した粉砕システムで製造したセメントと、ボールミルを使用した粉砕システムで製造したセメントを比較すると、粒度分布、粒子の形状、又石膏の半水化率に違いがあるとされている。

なお、石膏は、通常、二水石膏（ＣａＳＯ_４・２Ｈ_２Ｏ）の状態で存在しており、加熱されると半水石膏（ＣａＳＯ_４・１／２Ｈ_２Ｏ）へと転移する。そして、一般的に半水石膏への転移の割合が半水化率と呼ばれている。石膏の半水化率は、セメント又セメントを使用したコンクリートの品質に対して、影響を及ぼすことが知られている。そして、この半水化率の違いが、ボールミル方式が多く採用される一因となっている。

というのは、石膏の半水化率は、粉砕機内の温度と滞留時間に影響を受ける。ボールミル方式の場合、前述したエネルギーのロスにより機内に生じた発熱で機器出口温度が１２０℃から１３０℃もの高温になる。また、竪型粉砕機に比較して機内に滞留している時間が長い。セメントクリンカーと二水石膏の混合物をボールミル方式で粉砕する際においては、これらの要因が相まって、石膏の半水化率が６０％から８０％と高い数値になる。

それに対して、竪型粉砕機の場合は、粉砕時におけるエネルギーのロスが少ない。そのため機器出口温度を高めるためには機内に熱風等の加熱ガスを吹き込む必要がある。
しかし、あまり機器出口温度を上げすぎると機器内部が乾燥しすぎた状態となり振動が発生する可能性がある。また、機器保護を勘案すれば機器出口温度を過度にあげるということは好ましい状態ではない。竪型粉砕機は、通常、９０℃程度の温度で運転されることが多く、二水石膏が半水石膏へ転移する温度は１０５℃近辺と言われているから、竪型粉砕機による通常の粉砕では石膏の半水化率が大きくなりにくい。

また、例え、温度対策をして竪型粉砕機の機器出口温度を過度に上げたとしてもボールミル方式に比べて機内での滞留時間が短い竪型粉砕機では半水石膏への転移が進まない。それらの理由から、竪型粉砕機を使用した場合におけるセメントの半水化率は、１０％から２０％に留まっている。

なお、石膏の半水化率を向上させる手段として、竪型粉砕機に供給する石膏に半水石膏を加えておく方法が知られている。図２に、その１例を示す。図２に示した粉砕システムにおいては、二水石膏を供給する原料ホッパと半水石膏を供給する原料ホッパをシステムに備えて、竪型粉砕機に供給する石膏の半水化率を予め上げておくことにより製品として取り出す粉砕品の中に含まれる石膏の半水化率を向上させる。

また、特許文献１に開示される方法は、竪型粉砕機に供給する二水石膏を、あらかじめ加熱して仮焼することによって、粉砕品の中に含まれる石膏の半水化率を向上させる技術であると解される。

特表２００６−５２８１２３

しかし、図２示すような粉砕システムにおいては、竪型粉砕機に供給する半水石膏を調達する必要がある。半水石膏の供給元は限られており、セメント生産者は、半水石膏の入手に納期や価格等の制限を受けるケースが多い。

前述した特許文献１の粉砕システムであれば、セメント生産者は、調達しやすい二水石膏だけを入手すれば良い。しかし、ボールミル方式の粉砕の場合において、石膏から抜けた水がセメントクリンカーと反応することで、その品質が影響を受けているという報告がある。そのため、ボールミル方式と同等な品質に近づけるためには、二水石膏を単独で乾燥させるのではなく、セメントクリンカーと混合状態で乾燥させることのできる粉砕システムが求められていた。

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、セメントを効率良く粉砕するに好適な粉砕システムに関する。

上記の目的を達成するため、本発明による粉砕システムの運転方法は、
（１）セメントクリンカーを排出する第１の原料ホッパ、二水石膏を排出する第２の原料ホッパ、セメントクリンカー及び二水石膏を原料として回転テーブル上に配した粉砕ローラで粉砕するとともに、下部に配したガス供給口から第１の熱風機により機内に供給したガスにより吹き上げて上方に設けた取出口からガスとともに取り出す竪型粉砕機、竪型粉砕機からガスと共に取り出された原料をガスと分離して捕集する集塵機、及び、集塵機で捕集した原料を供給して乾燥させる乾燥機を備えた粉砕システムにより、セメントクリンカー及び二水石膏を、竪型粉砕機で混合粉砕した後に、ガス供給口から供給されて上方に設けた取出口より排出される８０℃から９０℃に加熱されたガスと共に機外に取り出して集塵機に送給し、集塵機でガスと混合粉砕後の原料に分離した後、混合粉砕後の原料を乾燥機に供給して乾燥させる粉砕システムの運転方法において、集塵機で分離したガスを、さらに加熱して乾燥機に供給する第２の熱風機を備えて、第２の熱風機から乾燥機に加熱したガスを供給することにより、乾燥機の温度を１２０℃から１３０℃までの範囲とし、乾燥機内における原料の滞留時間を調整することで、混合粉砕後の原料であるセメントの石膏半水化率を６０％から８０％の範囲に調整する。

本発明による粉砕システムであれば、セメントクリンカーと二水石膏を混合粉砕して、半水化率の高い石膏を含んだ粉砕品を製造することができる。

本発明の実施形態に係わり粉砕システムの構成を説明する図である。従来技術に係わり粉砕システムの構成を説明する参考図である。

以下、図面等に基づき本発明による好ましい実施形態の１例について説明する。
図１は本発明の実施形態に係わり、その好ましい例を示したものであって、粉砕システムの全体構成を説明する図である。図２は従来技術に係る粉砕システムの１例を説明する参考図である。

本発明の実施形態に係り粉砕システム１の好ましい１例について説明する。
本実施形態による粉砕システム１は、原料ホッパ３、竪型粉砕機５、集塵機８、クッションホッパ９，乾燥機１０等の機器を備えて、さらに、原料を乾燥又は送供するために、第１の熱風機３１及び第２の熱風機３２、並びに、ファン４１及びファン４２、又、ダンパ２１乃至ダンパ２６を備えている。

原料ホッパ３は、セメントクリンカーが蓄えられる第１の原料ホッパ３Ａ、二水石膏が蓄えられる第２の原料ホッパ３Ｂ、副原料としてフライアッシュ、石灰石、又ドロマイト等のその他鉱物が蓄えられる第３の原料ホッパ３Ｃを備えている。なお、副原料のホッパは副原料の種類に応じて複数あるが説明を簡略化するため第３の原料ホッパ３Ｃとしてまとめて１台として説明する。

第１の原料ホッパ３Ａから排出されたセメントクリンカー、第２の原料ホッパ３Ｂから排出された二水石膏、第３の原料ホッパ３Ｃから排出された副原料は、それぞれのホッパ直下にある計量ベルトコンベヤでそれぞれが計量されて、その下流側にある一台の大型ベルトコンベヤ上に供給されて、搬送された後、ロータリバルブ５１等を介して、後述する竪型粉砕機５の原料供給口５Ａに供給される。

以下、本実施形態に係る竪型粉砕機５の好ましい構成について詳細に説明する。
竪型粉砕機５は、原料供給口５Ａから機内の回転テーブル上に供給した原料を粉砕ローラで粉砕するタイプの粉砕機である。本実施形態に用いた竪型粉砕機５は、竪型粉砕機５の外郭を形成するケーシング、竪型粉砕機５の下部に設置された減速機と駆動モータによって駆動される回転テーブル、及び、回転テーブルに従動して回転するコニカル型の粉砕ローラ等を備えている。また、本実施形態による粉砕システム１に使用した竪型粉砕機５は、駆動モータの駆動用電源としてインバータ電源を備えており、運転中、回転テーブルの回転速度が任意に変更可能な可変速式の竪型粉砕機５である。

そして、竪型粉砕機５は、回転テーブルの下方に機内にガスを導入するためのガス供給口５Ｂを備えており、回転テーブル上方にはガスと共に粉砕後の原料（製品）を取り出すことのできる上部取出口５Ｃを備えている。なお、竪型粉砕機５は、機内に回転式分級機構を配した構成となっている。

ここで、本実施形態においては、所謂、負圧型の竪型粉砕機５を使用しており、集塵機８を介して上部取出口５Ｃに接続されたファン４１により竪型粉砕機５の機内のガスを吸い込むことによって、ガス供給口５Ｂから上部取出口５Ｃへと流れるガスの気流を形成している。

即ち、本実施形態による竪型粉砕機５においては、運転中、第１の熱風機３１（第１熱風機３１と称することもある）から熱風を送風して、ガス供給口５Ｂから加熱ガス（本実施形態においては加熱された空気）を竪型粉砕機５の機内に導入する。その結果、回転テーブルの下方から加熱ガスが供給されて、機内に配した回転式分級機を通過して、上部取出口５Ｃへと流れて排出される加熱ガスの気流が生じる構成となっている。

なお、本実施形態では、第１熱風機３１又後述する第２の熱風機３２（第２熱風機３２と称することもある）として、熱風発生炉を使用した。しかし、本発明に適応できる熱風機の種類はこれに限らず、本発明の技術思想を逸脱しない範囲において、他の公知の熱風発生手段を第１熱風機３１又第２熱風機３２として用いることが可能である。

前述した構成により、粉砕された原料は、加熱ガスによって吹き上げられて、回転式分級機構で所定の粒径で分級される。そして、所定の粒径になった原料が、粉砕品として、上方に設けた上部取出口５Ｃから加熱ガスとともに取り出される。なお、所定の粒径にまで小さく粉砕されていない原料は機外に取り出されず、機内を落下する等して、所定の粒径になるまで繰り返し粉砕される。

所定の粒径まで粉砕されて、竪型粉砕機５からガスと共に取り出された粉砕品（粉砕後の原料）は、集塵機８に供給されて加熱ガスと分離される。本実施形態においては、集塵機８のガス排出口にはダンパ２１を介してファン４１が接続されている。前述したように、竪型粉砕機５の運転中においては、ファン４１により集塵機８を介して機内を吸引することによって、竪型粉砕機５の機内を負圧とする。

集塵機８でガスと分離された粉砕品は、バルブ８Ｂを介してクッションホッパ９に供給された後、後工程となる乾燥機１０への搬送手段上に排出される。
図１示す実施形態では、クッションホッパ９から排出された粉砕品が、計量ベルトベヤで計量されながら、乾燥機１０の原料投入口１０Ａまで搬送されて、乾燥機１０の機内に供給される構成となっている。

なお、本実施形態で使用する乾燥機１０は、流動層式、ドラム式、チューブ式等、加熱源として加熱ガスを使用できる公知の乾燥機１０が使用可能である。

そして、本実施形態では、ファン４１により集塵機８を介して吸引した竪型粉砕機５内の加熱ガスをダンパ２１又ダンパ２２等を介して第２熱風機３２の元に供給する構成としている。即ち、竪型粉砕機５の中から吸引された加熱ガスが、第２熱風機３２で、さらに加熱されて高温となり、乾燥機１０のガス供給口１０Ｃに供給される。乾燥機１０の機内においては高温の加熱ガスで、粉砕品を乾燥させる構成となっている。

乾燥された粉砕品は、乾燥機１０の取出口１０Ｂから乾燥機１０の機外に取り出されて製品となる。また、乾燥機１０のガス排出口１０Ｄから排出された加熱ガスは、ダンパ２４を経由しファン４２を介して竪型粉砕機５のガス供給口５Ｂへと供給される。

本実施形態においては、前述したように第１熱風機３１から供給される加熱ガスと、ファン４１により集塵機８を介して吸引した竪型粉砕機５内のガスの一部が合流混合されて、竪型粉砕機５のガス供給口５Ｂへ導入されるように、加熱ガスの配管等を構成した。

また、竪型粉砕機５に供給する加熱ガスの温度を調整するため、第１熱風機３１とガス供給口５Ｂの間を繋ぐ配管にダンパ２６を設けた。そして、さらに竪型粉砕機５のガス供給口５Ｂに接続する配管には、竪型粉砕機５の機内に、外気等が導入できるようにするために、ダンパ２５を介してガス供給口５Ｂが外気に接続する配管を配した。

なお、図１に示す実施形態においては、竪型粉砕機５の機内に導入された加熱ガスは、集塵機８を介してダンパ２１を通過した後、分配される。
そして、一部がダンパ２２を介して第２熱風機３２に送られ、一部がダンパ２３を介して竪型粉砕機５Ｂのガス供給口５Ｂに送られ、一部が排気ダンパ５３を介して排気部に送られて外部に放出される構成となっている。

以下、図１に基づいて粉砕システム１による粉砕工程を簡略に説明する。
竪型粉砕機５が運転を開始すると、第１の原料ホッパ３Ａから排出されたセメントクリンカー、第２の原料ホッパ３Ｂから排出された二水石膏、及び、第３の原料ホッパ３Ｃから排出された副原料が、それぞれのホッパ直下にある計量ベルトコンベヤで、それぞれ計量されながら、その下流側にある一台の大型ベルトコンベヤ上に供給されて搬送され、竪型粉砕機５の原料供給口５Ａに供給される。

原料供給口５Ａに投入された原料は、竪型粉砕機５内で粉砕されて、第１熱風機３１等から供給された機内を流れる加熱ガスとともに、上部取出口５Ｃから竪型粉砕機５の機外に取り出される。上部取出口５Ｃから、竪型粉砕機５の機外に、加熱ガスとともに取り出された原料は、集塵機８により、加熱ガスと分離される。

集塵機８でガスと分離された粉砕後の原料は粉砕品として、バルブ８Ｂを介してクッションホッパ９に供給された後、計量ベルトベヤで送られて計量される。そして、計量ベルトコンベヤ上の粉砕品は計量されながら、乾燥機１０の原料投入口１０Ａに供給される。乾燥機１０に供給された粉砕品は、乾燥機１０の取出口１０Ｂから乾燥機１０の機外に取り出されて製品となる。

なお、従来技術について説明をすれば、竪型粉砕機５から排出された石膏は、二水石膏（ＣａＳＯ_４・２Ｈ_２Ｏ）の状態のものが多く、半水石膏（ＣａＳＯ_４・１／２Ｈ_２Ｏ）へと転移した割合は１０％程度である。

しかし、本実施形態おいては、第２の熱風機３２により、乾燥機１０の温度を１２０℃から１３０℃にすることが容易で、また、滞留時間も自由に調整できる。したがって、ボールミルにより得られるセメントの石膏半水化率（６０％から８０％）に合わせて、半水化率を調整することが容易である。

次に、本実施形態に係る粉砕システム１のガス流れについて説明する。
前述したように、本実施形態においては竪型粉砕機５内が負圧雰囲気となっているので、第１熱風機３１により加熱されて昇温された加熱ガスが、ダンパ２５等から大気を導入することなどによって温度調整された後、竪型粉砕機５のガス供給口５Ｂに導入されて供給される。

竪型粉砕機５の機内に導入されて排出された加熱ガスは、集塵機８を介してダンパ２１を通過した後、分配されて、一部がダンパ２２を介して第２熱風機３２に送られ、一部がダンパ２３を介して竪型粉砕機５Ｂのガス供給口５Ｂに送られる。なお、加熱ガスを分配するにあたり、第１熱風機３１又竪型粉砕機５Ｂのガス供給口５Ｂに送る必要のない加熱ガスは排気ダンパ５３を調整することにより必要に応じて外部に排出する。

ここで、本実施形態においては、第２熱風機３２に送るガスは、集塵機８を介して竪型粉砕機５の機内を吸引したガスであり、第２熱風機３２に送られる以前にすでに常温より昇温されているガスである。即ち、本実施形態においては、乾燥機１０の加熱源として竪型粉砕機５より排出した加熱ガス（８０℃から９０℃）を利用することによって、乾燥機１０に必要なエネルギーを低減することができる。

また、本実施形態によれば、乾燥機１０からダンパ２４を介してファン４２により吸引排出した加熱ガスを、竪型粉砕機５のガス供給口５Ｂに戻す。したがって、本実施形態においては、乾燥機１０より排出した加熱ガスを再利用することによって、竪型粉砕機５に供給する加熱ガスに必要なエネルギーを低減することができる。

即ち、本実施形態においては、竪型粉砕機５及び乾燥機１０に接続するガスのラインを鋭意工夫し、加熱ガスが竪型粉砕機５及び乾燥機１０を繰り返し循環して流れるようにすることで、加熱ガスの有する熱エネルギーを無駄にしないようにするとともに、熱風機の配置、並びに、外気の導入又排気位置等を検討して、必要に応じて自由に加熱ガスの温度が調整できるように構成した。

また、本実施形態においては、ファン４２により乾燥機１０から加熱ガスを排出する構成としているが、竪型粉砕機５の機内と乾燥機１０内の圧力バランスを調整することによって、ファン４２を使用しなくても、乾燥機１０より排出した加熱ガスを竪型粉砕機５のガス供給口５Ｂに供給することも可能である。

以上のように本願発明に係わる竪型粉砕機及び竪型粉砕機の運転方法は、機内の雰囲気を均一にして原料を効率良く粉砕する際に、特に好適に使用できる。

１粉砕システム
３原料ホッパ
３Ａ第１の原料ホッパ（セメントクリンカー）
３Ｂ第２の原料ホッパ（二水石膏）
３Ｃ第３の原料ホッパ（副原料）
５竪型粉砕機
５Ａ原料供給口
５Ｂガス供給口
５Ｃ上部取出口
８集塵機
９クッションホッパ
１０乾燥機
１０Ａ原料投入口
１０Ｂ取出口
１０Ｃガス供給口
１０Ｄガス排出口
２１ダンパ
２２ダンパ
２３ダンパ
２４ダンパ
２５ダンパ
２６ダンパ
３１第１の熱風機（第１熱風機）
３２第２の熱風機（第２熱風機）
４１ファン
４２ファン
５１ロータリバルブ

Claims

セメントクリンカーを排出する第１の原料ホッパ、二水石膏を排出する第２の原料ホッパ、セメントクリンカー及び二水石膏を原料として回転テーブル上に配した粉砕ローラで粉砕するとともに、下部に配したガス供給口から第１の熱風機により機内に供給したガスにより吹き上げて上方に設けた取出口からガスとともに取り出す竪型粉砕機、竪型粉砕機からガスと共に取り出された原料をガスと分離して捕集する集塵機、及び、集塵機で捕集した原料を供給して乾燥させる乾燥機を備えた粉砕システムにより、
セメントクリンカー及び二水石膏を、竪型粉砕機で混合粉砕した後に、ガス供給口から供給されて上方に設けた取出口より排出される８０℃から９０℃に加熱されたガスと共に機外に取り出して集塵機に送給し、集塵機でガスと混合粉砕後の原料に分離した後、混合粉砕後の原料を乾燥機に供給して乾燥させる粉砕システムの運転方法において、
集塵機で分離したガスを、さらに加熱して乾燥機に供給する第２の熱風機を備えて、第２の熱風機から乾燥機に加熱したガスを供給することにより、乾燥機の温度を１２０℃から１３０℃までの範囲とし、乾燥機内における原料の滞留時間を調整することで、混合粉砕後の原料であるセメントの石膏半水化率を６０％から８０％の範囲に調整する粉砕システムの運転方法。