JP7372593B2 - 竪型粉砕機 - Google Patents

Description

本発明は、主に、石炭、オイルコークス、石灰石、スラグ、クリンカ、セメント原料、その他の無機原料、又は化学品、バイオマス等の有機原料を回転テーブル上で従動する粉砕ローラで粉体に粉砕する竪型粉砕機に関し、特にローラタイヤとテーブルライナの金属接触を防止するメカニカルストッパ（以下、単にストッパということあり）を備えた竪型粉砕機に関する。

高炉スラグ、セメント、石炭、バイオマス等の原料を粉砕する粉砕機として、竪型粉砕機が広く用いられている。従来の竪型粉砕機は、粉砕機の外郭を形成するケーシング内に、回転テーブルと、回転テーブルの上面外周部を円周方向に等分する位置に配置した複数個の粉砕ローラを備えている。
このような竪型粉砕機は、回転テーブルの中央に粉砕原料が供給されると回転テーブルの回転により、粉砕原料が回転テーブルの外周部へと移動する。外周部では粉砕ローラが圧接して回転しているので、粉砕原料は、粉砕ローラと回転テーブルの間へ侵入して粉砕される。そして、回転テーブルの外周面とケーシングの内周面との間の環状通路から吹き上がる熱空気によって、熱空気とともに粉粒体が乾燥されながらケーシング内を上昇する。粉粒体は、ケーシング内の上部に設けた分級手段によって振り分けられて所定粒度の製品が外部へ排出される。分級手段を通過できない粗粉は再度回転テーブル上に落下して粉砕される。

このような粉砕ローラのローラタイヤ（回転テーブル面と対向して粉砕原料を介して接触する部分）と、回転テーブルのテーブルライナ（粉砕ローラと対向して粉砕原料を介して接触する部分）は、近年、材質に高クロム鋳鉄品、硬化肉盛、セラミック等を用いて、部材の長寿命化が図られている。しかしこれらの材質は金属接触により剥離や割れが生じ易い。そこで金属接触を防止するためにメカニカルストッパを備えた竪型粉砕機が利用されている（特許文献１参照）。図５に示すようにストッパ１は、粉砕ローラ１６を水平軸回りに揺動自在に軸支するアーム２０の側面に対し進退移動するスピンドル２の先端が当接し、ローラタイヤ１７とテーブルライナ１５の適正なクリアランスとなるよう手動操作により調整している。

しかしながらローラタイヤ１７とテーブルライナ１５の摩耗が進行するとストッパ１でローラの下限値が制限されているためにローラタイヤ１７とテーブルライナ１５の隙間が広がってしまう。図６に示すようにローラタイヤ１７及びテーブルライナ１５が摩耗して隙間が広がってしまうと、テーブル上の原料に粉砕力が有効に作用しなくなる。また粉砕状態での原料層厚（ローラに噛み込まれる原料の高さ）よりも、隙間の方が大きくなると、頻繁に振動でストッパ１を叩くようになり、粉砕能力の低下、振動の増加、電力原単位の悪化を招いてしまう。
このような状態になると一端粉砕機を停止して、所定時間の冷却後に内部で隙間を測定し、ストッパを調整する。その後、内部を昇温して再起動する手順となり作業員の手間と時間のロスが発生する。特に、作業員が内部に入るまでの冷却や、調整後の昇温にはかなりの時間がかかるため、稼働時間の大幅なロスとなり影響は大きい。

実開平４－１０２６４７号公報

本発明が解決しようとする課題は、上記従来技術の問題点に鑑み、ローラタイヤ及びテーブルライナが摩耗しても効率的な粉砕ができる竪型粉砕機を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するための第１の手段として、回転テーブル上で粉砕原料を介して接する複数の粉砕ローラが従動して前記粉砕原料を粉砕する竪型粉砕機であって、
前記粉砕ローラを水平軸回りに揺動自在に軸支するアームの側面に対し進退移動するスピンドルを備え前記粉砕ローラと前記回転テーブルとの隙間を調整するストッパと、
前記粉砕ローラの回転数を検出し、前記回転数からローラの摩耗具合を推定して前記隙間の初期設定値に戻すための前記スピンドルの調整長さを求めるローラ摩耗推定部と、
前記スピンドルの調整長さに基づいて前記スピンドルを進退移動するストッパ調整部と、
を有し、
前記ローラ摩耗推定部は、粉砕ローラの摩耗時に隙間を初期設定値ｔまで戻すためのストッパのスピンドル調整長さ（δ）、Ｄｔ：テーブル軌道径（ｍｍ）、Ｌ１：ストッパのスピンドル軸線と、前記アームの回転軸を通りスピンドル軸線と平行線の間の距離（ｍｍ）、Ｌ２：ローラ径と、前記アームの回転軸を通りローラ径と平行線の間の距離（ｍｍ）、θ：ローラタイヤ角度（°）、Ｎｒ：ローラの回転数（ｒｐｍ）、Ｎｔ：テーブル回転数（ｒｐｍ）、ｔ：初期設定隙間長さ（ｍｍ）、Ｎｒ’：摩耗時のローラの回転数（ｒｐｍ）としたとき、

より求めることを特徴とする竪型粉砕機を提供することにある。
上記第１の手段によれば、ローラタイヤとテーブルライナの隙間が生じてもストッパ調整に要する時間及び人員の大幅な削減が可能となる。
また摩耗の進行度合いの異なる粉砕ローラ毎にストッパ調整を行うことができ、常に効率の高い粉砕運転を継続して実行できる。
また粉砕ローラの回転数からローラタイヤとテーブルライナの隙間を初期設定値に戻すストッパのスピンドル調整長さを算出することができる。

本発明は、上記課題を解決するための第２の手段として、第１の手段において、前記ストッパ調整部は、スピンドルに設けたギアと、前記ギアと噛み合うピニオンギアを有するギヤードモータを有し、前記粉砕ローラの摩耗時に隙間を初期設定値ｔまで戻すためのストッパのスピンドル調整長さ（δ）に基づいて前記スピンドルを進退移動することを特徴とする竪型粉砕機を提供することにある。
上記第２の手段によれば、スピンドルの進退移動を人手によらず自動で行い、隙間を初期設定値に調整することができる。

本発明によれば、ローラタイヤとテーブルライナの隙間が生じてもストッパ調整に要する時間及び人員の大幅な削減が可能となる。

本発明の竪型粉砕機のローラ摩耗推定部及びストッパ調整部の説明図である。 ローラ摩耗部の説明図である。 ストッパ調整部の説明図である。 竪型粉砕機の説明図である。 メカニカルストッパの説明図である。 ローラタイヤ及びテーブルライナの摩耗時の説明図である。

本発明の竪型粉砕機の実施形態について、図面を参照しながら、以下詳細に説明する。
［竪型粉砕機１０］
図４は、竪型粉砕機の構成概略図である。なお図４においてメカニカルストッパは省略している。図示のように竪型粉砕機１０は、ケーシング１２と、回転テーブル１４と、回転テーブル１４の上面外周部を円周方向に等分する位置に配置した複数個の粉砕ローラ１６と、回転テーブル１４の外周に沿って形成した環状通路４０と、ケーシング１２の上部に設けた分級手段３０と、回転テーブル１４の外周縁部上に取り付けたダムリング４８を主な基本構成としている。
粉砕ローラ１６は、支点となる下部ケーシング１２Ｂに回動自在に軸着したアーム２０を介して油圧シリンダ２４のピストンロッドに連結されている。粉砕ローラ１６は油圧シリンダ２４の作動によって回転テーブル上面１４Ａに押圧されて、回転テーブル１４に粉砕原料を介して従動することによって回転する。
ケーシング１２の回転テーブル上面１４Ａの上方には、分級手段３０が設けられている。

分級手段３０は、回転軸３０ａと、回転羽根３０ｂと、固定羽根３０ｃを備えている。回転軸３０ａはケーシング１２の上面から下方へ垂下し、外部の駆動モータ（不図示）により回転自在な構成である。回転軸３０ａの下部には、回転軸３０ａを軸心として環状に複数の回転羽根３０ｂが並んで形成されている。さらに、回転羽根３０ｂの外周には、複数の固定羽根３０ｃが並んで形成されている。回転羽根３０ｂ及び固定羽根３０ｃはいずれも、長手方向が回転軸３０ａの軸心と平行に配置されており、ケーシング１２内を上昇してきた熱空気は、回転軸３０ａ軸心と平行な羽根の隙間から供給される。このような構成の分級手段３０は、回転軸３０ａと共に回転羽根３０ｂが回転し、固定羽根３０ｃと回転羽根３０ｂを通過した微細な粉粒体（微粉）のみが上部取出口４４から排出される。
固定羽根３０ｃの下端部には、内部コーン３０ｅ及びフィード管３０ｆが設けられている。内部コーン３０ｅは、上方から下方に向かって径が小さくなる漏斗状に形成し、フィード管３０ｆは、内部コーン３０ｅの下端に接続する円筒状に形成し、分級手段３０を通過できなかった粉粒体を捕捉して、フィード管３０ｆを介して下部の排出口から回転テーブル上面１４Ａへ供給する構造となっている。
内部コーン３０ｅには、原料投入シュート３４が接続している。この原料投入シュート３４を介して原料投入口３２から回転テーブル上面１４Ａに原料が投入される。
原料投入シュート３４から投入した原料は、回転テーブル上面１４Ａを渦巻き状の軌跡を描きながら回転テーブル上面１４Ａの外周部に移動して、回転テーブル上面１４Ａと粉砕ローラ１６の間に噛み込まれ粉砕される。そして、粉砕された粉粒体の一部は、回転テーブル上面１４Ａの外縁部に周設されて原料の層厚を調整するダムリング４８を乗り越えて、回転テーブル上面１４Ａの外周部とケーシング１２の隙間である環状通路４０へと向かう。ここで、下部ケーシング１２Ｂの回転テーブル１４の下方には、所定温度に加熱された熱空気を導入するためのガス導入口４２を設けている。

竪型粉砕機１０の運転中において、ガス導入口４２より熱空気を導入することによって、ケーシング１２内において回転テーブル１４の下方から分級手段３０を通過して上部取出口４４へと流れる熱空気の気流が生じている。
竪型粉砕機１０内に投入した原料と、回転テーブル１４と粉砕ローラ１６に粉砕されて後述するダムリング４８を乗り越えた粉粒体の一部は、環状通路４０からの熱空気によって吹き上げられてケーシング１２内を上昇し、分級手段３０に到達する。
ここで、径及び質量の大きな粉粒体は、分級手段３０の固定羽根３０ｃ及び回転羽根３０ｂを通過することができず、内部コーン３０ｅに落下して再度粉砕ローラ１６に噛み込まれて粉砕される。一方、径の小さな粉粒体は、隙間を開けて並べられた固定羽根３０ｃ及び回転羽根３０ｂの間を抜けて分級手段３０を通過して上部取出口４４よりケーシング１２外へ取り出される。
また、粉砕ローラ１６に噛み込まれずそのまま環状通路４０に達したような一部の極大の粒径の原料は、環状通路４０より回転テーブル１４の下方に落下して下部取出口４６より竪型粉砕機１０の外に取り出される。

（ローラ摩耗推定部５０）
図１は本発明の竪型粉砕機のローラ摩耗推定部及びストッパ調整部の説明図である。図２はローラ摩耗部の説明図である。
ローラ摩耗推定部５０は粉砕ローラ１６の回転数を測定し記録している。回転数測定は一例として、粉砕ローラ１６の回転箇所に設けてローラと共に回転するターゲット５２と、周回転するターゲットの軌道付近に設けた近接スイッチ５４により、時間当たりの検知回数から回転数に変換する方式を採用している。
ここで、ローラの回転数Ｎｒ（ｒｐｍ）、摩耗時のローラの回転数Ｎｒ’（ｒｐｍ）は、Ｄｔ：テーブル軌道径（ｍｍ）、Ｄｒ：ローラ回転径（ｍｍ）、Ｄｒ’ ：摩耗時のローラ回転径（ｍｍ）、Ｎｔ：テーブル回転数（ｒｐｍ）、ｔ：初期設定隙間長さ（ｍｍ）としたとき数式１（ローラの新品時），２（ローラの摩耗時）のように表すことができる。

ローラタイヤ１７が摩耗すると、ローラ径（Ｄｒ）は小さくなるため、結果として、ローラ回転数（Ｎｒ）は増加する。従って、ローラ回転数から摩擦深さ（ｔｒ）を推定できる。
そこでローラタイヤ１７の摩擦深さ（ｔｒ）は数式３のように表すことができる。

数式３に数式１，２を代入し、整理すると数式４のように表すことができる。

ローラタイヤ１７の摩耗時に生じた隙間を初期設定値ｔまで戻すためのストッパのスピンドル調整長さ（δ）は、Ｌ１：ストッパのスピンドル軸線と、アームの回転軸を通りスピンドル軸線と平行線の間の距離（ｍｍ）、Ｌ２：ローラ径と、アームの回転軸を通りローラ径と平行線の間の距離（ｍｍ）、θ：ローラタイヤ角度（°）としたとき数式５のように表すことができる。

数式５に数式４を代入すると数式６のように表すことができる。

となり、ローラ回転数を測定することにより、ローラタイヤ１７とテーブルライナ１５の隙間を初期設定値ｔに戻すためのストッパの調整長さを計算することができる。
なお実際にはローラタイヤ１７だけでなく、テーブルライナ１５も摩耗するが、データ蓄積によりローラ摩耗深さとテーブル摩耗深さの関数を把握することができる。またローラタイヤ１７やテーブルライナ１５の摩耗形状も関係するが、データ蓄積により、実用する場合には数式６に基づいて、テーブルライナ１５の摩耗深さ、ローラタイヤ１７及びテーブルライナ１５の摩耗形状を補正すると良い。

（ストッパ調整部６０）
図３はストッパ調整部の説明図である。ストッパ調整部６０は、スピンドル２に取り付けたギア６２と噛み合うピニオンギア６４を有する電動式ギヤードモータ６６に接続している。ギア６２の回転軸はスピンドル２の回転軸と同軸上に設置している。ギヤードモータ６６を回転させることでギア６２を介してスピンドル２を進退移動できる。また、ギア６２に設けたターゲットに近接する近接スイッチでセンシングしている。スピンドル調整長さδの目標値に対してＰ：スピンドル２のネジピッチ（ｍｍ／ｒｅｖ）、Ｎｓ：スピンドル２の回転量（ｒｅｖ）としたとき数式７によりスピンドル２の回転量を求めることができる。

求めたδに基づいてギヤードモータ６６を回転させてスピンドル２を進退移動させて自動調整が可能となる。
なお、上記ローラ摩耗推定部５０及びストッパ調整部６０は、粉砕機に設置した複数の粉砕ローラ１６毎に取り付けることにより、ローラ毎の調整を実行できる。

（作用）
上記構成による本発明の竪型粉砕機の作用（運用方法）について、以下説明する。
竪型粉砕機１０の稼働中において、ローラ摩耗推定部５０により粉砕ローラ１６の回転数を定期的に記録する。
なお、粉砕機の振動が大きいときは粉砕ローラ１６がスリップ（空回り）している可能性が高く、正確な回転数を把握することができない可能性がある。このため振動値が所定値（μｍ）以上のときのデータ誤差は採用せずに排除すると良い。
運転中又は一時的に原料投入を停止して粉砕ローラ１６を上昇させた状態、換言するとストッパ１のスピンドル２に外力が作用していない状態で隙間調整を行う。一例として、竪型粉砕機１０の（遠隔地等にある）運転画面上に設けた隙間自動調整ボタンを押下するなどして実行する。
ローラ摩耗推定部５０では、記録した現在の摩耗深さから隙間を初期値まで戻すためのスピンドル調整長さδを計算する。
そしてストッパ調整部６０では、スピンドル調整長さδに基づいてギヤードモータ６６を正逆回転させてスピンドル２の進退移動を行いローラタイヤ１７とテーブルライナ１５の隙間を初期値に戻す調整を行うことができる。

このような本発明の竪型粉砕機によれば、従来、ストッパの隙間調整は、粉砕機を停止して冷却及び昇温等の時間を要し、スピンドルの調整に人員及び労力を要していたことを大幅に削減でき、時間及び人員の削減が可能となる。
また粉砕機の粉砕ローラは複数設置しているが、すべてのローラが同じ速度で摩耗が進行することは少ない。実際には回転テーブル上の原料の流れ、熱空気のバランスなどにより負荷が高いローラとそうでないローラがあり、負荷の高いローラの方が早く摩耗が進行する。負荷の高いローラから隙間が広がり粉砕性能が低下していく。しかし本発明によれば、遠隔で、すべての粉砕ローラの隙間を常時最適（初期値）に調整することができるため、常に効率の高い粉砕運転を継続することが可能になる。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明した。しかしながら、本発明は、上記実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の変更が可能である。
また、本発明は、実施形態において示された組み合わせに限定されることなく、種々の組み合わせによって実施可能である。

１ ストッパ
２ スピンドル
１０ 竪型粉砕機
１２ ケーシング
１２Ｂ 下部ケーシング
１４ 回転テーブル
１４Ａ 回転テーブル上面
１５ テーブルライナ
１６ 粉砕ローラ
１７ ローラタイヤ
２０ アーム
２４ 油圧シリンダ
３０ 分級手段
３０ａ 回転軸
３０ｂ 回転羽根
３０ｃ 固定羽根
３０ｅ 内部コーン
３０ｆ フィード管
３２ 原料投入口
３４ 原料投入シュート
４０ 環状通路
４２ ガス導入口
４４ 上部取出口
４８ ダムリング
５０ ローラ摩耗推定部
５２ ターゲット
５４ 近接スイッチ
６０ ストッパ調整部
６２ ギア
６４ ピニオンギア
６６ ギヤードモータ

Claims (2)

1. 回転テーブル上で粉砕原料を介して接する複数の粉砕ローラが従動して前記粉砕原料を粉砕する竪型粉砕機であって、
   前記粉砕ローラを水平軸回りに揺動自在に軸支するアームの側面に対し進退移動するスピンドルを備え前記粉砕ローラと前記回転テーブルとの隙間を調整するストッパと、
   前記粉砕ローラの回転数を検出し、前記回転数からローラの摩耗具合を推定して前記隙間の初期設定値に戻すための前記スピンドルの調整長さを求めるローラ摩耗推定部と、
   前記スピンドルの調整長さに基づいて前記スピンドルを進退移動するストッパ調整部と、
   を有し、
   前記ローラ摩耗推定部は、粉砕ローラの摩耗時に隙間を初期設定値ｔまで戻すためのストッパのスピンドル調整長さ（δ）、Ｄｔ：テーブル軌道径（ｍｍ）、Ｌ１：ストッパのスピンドル軸線と、前記アームの回転軸を通りスピンドル軸線と平行線の間の距離（ｍｍ）、Ｌ２：ローラ径と、前記アームの回転軸を通りローラ径と平行線の間の距離（ｍｍ）、θ：ローラタイヤ角度（°）、Ｎｒ：ローラの回転数（ｒｐｍ）、Ｎｔ：テーブル回転数（ｒｐｍ）、ｔ：初期設定隙間長さ（ｍｍ）、Ｎｒ’：摩耗時のローラの回転数（ｒｐｍ）としたとき、
   

   

   より求めることを特徴とする竪型粉砕機。
2. 請求項１に記載された竪型粉砕機であって、
   前記ストッパ調整部は、スピンドルに設けたギアと、前記ギアと噛み合うピニオンギアを有するギヤードモータを有し、前記粉砕ローラの摩耗時に隙間を初期設定値ｔまで戻すためのストッパのスピンドル調整長さ（δ）に基づいて前記ギヤードモータを正逆回転させて前記スピンドルを進退移動することを特徴とする竪型粉砕機。

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