JPH0146177B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は粉砕装置に関するものである。更に詳
しくは、外周環及び回転皿を備えており、装置内
部に収容した鋼球等の粉砕媒体を遠心流動させて
原料の粉砕を行なうようにした遠心流動粉砕装置
に関するものである。

［従来の技術］ 粉砕装置は、チユーブミル、竪型ミル等各種の
形式のものがあるが、回転皿を上向きに設置し、
この回転皿を回転させることにより、内部に収容
した鋼球等の粉砕媒体（以下、ボールという。）
を循環運動させて原料の粉砕ならびに摩砕を行な
うようにした竪型ボールミルと通称されるものが
知られている。

第２図ａは従来の竪型ボールミルの構成の一例
を示す概略的な断面図である。符号１は回転皿で
あり、この回転軸心が鉛直方向に設置され、駆動
軸２によつてこの軸心回りに回転可能とされてい
る。回転皿１はほぼ平面上の底面Ｂと、上方に向
つて拡径する傾斜した側面Ａとを備えている。符
号３は固定カバーであつて、リング形状をなし、
その内面は半円形の断面形状とされている。この
第２図ａの従来装置においては、ボールは回転皿
１の回転に伴つて、底面Ｂから側面Ａを這い上
り、次いで固定カバー３の下面に沿つて中心側に
移動し、次いで固定カバー３から離脱して底面Ｂ
上に落下する。

第２図ｂは従来の竪型ボールミルの他の構成例
を示す概略的な断面図である。この第２図ｂの従
来例においては、回転皿４はその中央部に円錐形
状部５を有しており、固定カバー３の下面から離
脱したボールはこの円錐形状部５の側面Ｃに当つ
た後、回転皿４の底面Ｂに落下する。

［発明が解決しようとする問題点］ 第２図に示すような竪型ボールミルにおいて、
粉砕作用は主として回転皿１，４の側面Ａとボー
ルとの摺動により行なわれる、いわゆる摩砕方式
である。この摺動には、ボールが側面Ａを這い上
る上下方向の摺動と、回転皿側面Ａの円周方向の
速度とボールの回転皿１又は４軸心回りの円周方
向速度との速度差に起因する摺動の二つがある。

しかして、従来の竪型ボールミルにおいては、
回転皿１，４の側面Ａも回転皿４の一部をなして
いるから、側面Ａはボールと同じ円周方向に回転
することになる。従つて、側面Ａとボールとの円
周方向回転速度はそれ程大きなものとはならず、
この円周方向速度差に起因する粉砕ならびに摩砕
作用は弱いものとなる。

また、回転皿１，４の回転によりボールには遠
心力が付与され、ボールはこの遠心力によつて側
面Ａを這い上り、位置エネルギーを得るようにな
る。しかしながら、第２図の従来例では、このボ
ールが得た位置エネルギーは、ボールが固定カバ
ー３下面から離脱して落下し底面Ｂに当つたとき
に殆ど全てが消費されてしまい、粉砕ならびに摩
砕作用に利用することができない。第２図ｂの従
来装置ならば、固定カバー３下面から落下するボ
ールは円錐形状部５の側面Ｃで跳ね返されてボー
ルに半径方向の力が付与されるから、ボールが得
た位置エネルギーの幾らかは速度エネルギーに変
換され粉砕ならびに摩砕作用に利用することが可
能とされている。しかしながら、ボールが側面Ｃ
で跳ね返されるので、衝突によるエネルギーロス
がかなり大きなものとなる。

このように、従来の竪型ボールミルと通称され
る粉砕装置においては、粉砕ならびに摩砕作用が
弱い、或は装置に投入されたエネルギーが粉砕な
らびに摩砕作用以外に消費され易く、エネルギー
効率が低いなどの問題があつた。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の遠心流動粉砕装置は、回転皿と、この
回転皿の外周を囲むように回転皿と同軸的に設置
された外周環と、該回転皿と外周環との間の粉砕
室に空気を導入するために外周環に穿設されたス
リツト又は小孔と、前記回転皿の外周縁と外周環
の下端内周縁との間隙から粉砕室に空気を吹き出
すための、該間隙の外方に周設された空気導入室
と、を備えている。

回転皿は、回転軸心が鉛直方向に設置されてお
り、下方へ向つて拡径する円錐形状を有し、駆動
装置によつて回転される。

外周環は、下端部のみ下方へ向つて縮径し、そ
の他の部分は上方へ向つて縮径する環形状を有
し、静止もしくは前記回転皿と逆方向に回転駆動
される。

回転皿の皿面と外周環の内壁面とは連続的な円
滑面を形成している。前記回転皿の皿面の鉛直断
面形状は、該回転皿の外周縁の上方を中心とする
等半径の円弧状である。前記外周環の内壁面の鉛
直断面形状は、その下端部を除き、前記回転軸心
上であつて、かつ外周環の内壁面の下端よりも若
干上方の点を中心とする半径R₁の等半径の円弧
状である。前記外周環の内壁面の下端部の鉛直断
面形状は、外周環の下端内周縁よりも所要距離上
方の点を中心とする半径ΔRの等半径の円弧状で
ある。

また、回転皿の下端外周縁の回転軸心に対する
半径をR₂としたときに、前記ΔRはR₁−R₂にほぼ
等しい。

［作用］ 本発明の遠心流動粉砕装置では、側面が固定面
または逆回転面になつているので、ボールと側面
との円周方向速度差が大きくなり、この側面部分
における粉砕ならびに摩砕作用が著しく大きくな
る。

また、ボールが回転皿の皿面に沿つて泳動する
ので、ボールが側壁を這い上る際に得た位置エネ
ルギーを速度エネルギーに効率良く変換すること
ができ、装置に投入されたエネルギーのロスが極
めて少ない。

本発明では皿面及び外周環内壁面を特定の円弧
形状の連続した断面形状としており、粉砕がきわ
めて効率良く行なわれる。

本発明では、回転皿と外周環との間の間隙から
空気を吹き出すので、該間隙からの原料の落下が
防止ないし減少される。

本発明では、外周環の小孔又はスリツトから空
気を吹き出すことにより、細粉を粉砕室内から気
流搬出できる。前記間隙からの空気も同様の作用
を奏し得る。

本発明によれば、スラグ、ポルトランドセメン
トクリンカー、石灰石、石炭、雲母（マイカ）、
アルミナ等のセラミツクなど、各種の物質を効率
良く粉砕できる。

［実施例］ 以下図面を参照して実施例について説明する。

第１図は本発明の実施例に係る遠心流動粉砕装
置の断面図である。符号６は回転皿であり、回転
軸が鉛直方向に設置され、皿面にはライナ６ａが
貼り付けられている。この回転皿６は、下方に向
つて拡径する円錐形状とされている。この回転皿
６は、駆動軸２によつて回転駆動される。

符号７は外周環であり、回転皿６の外周を囲む
ように回転皿６と同軸的に周設されている。外周
環７は上方に向つて縮径する形状のものであり、
外周環７の下部と回転皿６の外周縁部とは摺動可
能に接触している。なお、第４図に示すように、
該外周環７の下部と回転皿６の外周縁部との間
に、例えば、最小ボール径の10〜30％程度のわず
かな隙間をあけても良い。

回転皿６の皿面Ｄと、外周環７の内壁面Ｅは、
共に凹に湾曲した鉛直断面形状とされており、か
つ皿面Ｄと内壁面Ｅとの接触部は滑らかに連続し
た面を形成している。

次に上記実施例装置の作動について説明する。

回転皿６と外周環７とで囲まれる紛砕室内にボ
ールを収容し、紛砕される原料を投入すると共
に、駆動軸２を介して回転皿６を回転させる。そ
うすると、ボールは遠心力により外周方向に移動
され、この速度エネルギーによつて外周環７の内
壁面Ｅを這い上り、次いで該内壁面Ｅから離れて
回転皿６の皿面Ｄ上にほぼ接線方向に円滑に着床
する。皿面Ｄ上に移動したボールはこの皿面Ｄに
沿つて転動降下し、かつ回転皿６の回転によつて
付与される遠心力によつて再び外周環７へ向けて
移動される。

また、回転皿６を回転させると、ボールは回転
皿６の回転速度よりも遅い速度で円周方向に公転
する。従つて、ボールは、前述のように皿面Ｄと
内壁面Ｅを循環する上下方向の円運動の他に、回
転皿６の軸心回りを回転する公転運動をも行な
い、これらの二つの運動を合成した縄を綯うよう
な螺旋進行運動を行なう。（なお、かかるボール
の運動を、本明細書において遠心脈状流動とい
う。） このように、ボールは回転皿６の円周方向への
運動を維持しつつ内壁面Ｅ上を這い上る運動を行
なうのであるが、この内壁面Ｅが固定されている
とき、ボールの円周方向速度（公転速度）及びボ
ールの這い上り速度との合成速度がそのまま内壁
面Ｅとボールの速度差になる。また、内壁面Ｅが
逆回転しているときには、速度差はさらに大きく
なる。従つて、ボールと内壁面Ｅとの速度差は、
極めて大きなものとなり、内壁面Ｅ上を移動する
際のボールの紛砕ならびに摩砕作用は著しく強い
ものとなる。

更に、内壁面Ｅから離脱して皿面Ｄ上に着床し
たボールは、この皿面Ｄに沿つて滑らかに転がり
落ちるので、ボールが皿面Ｄに衝突する際のエネ
ルギーロスが極めて少ない。更に、皿面Ｄを泳動
降下する際の運動により、内壁面Ｅを駆け上る際
に得た位置エネルギーを半径方向への運動エネル
ギーに変換することができるから、ボールに一旦
付与されたエネルギーをいたずらに消費すること
なく、粉砕ならびに摩砕作用に有効に利用するこ
とができる。更に、皿面Ｄに沿つて降下する際
は、ボールはこの皿面Ｄと摺動するから、この降
下運動中においても原料の摩砕が行なわれる。

なお、本発明の遠心流動粉砕装置においては、
回転皿の回転速度は一定としても良いのである
が、規則的ないしは不規則的に変動させても良
い。回転数を変動させることにより、ボールの運
動に不規則性が与えられ、摩砕作用が向上され
る。

第３図ａ〜ｅは、回転皿の回転数Ｎの経時パタ
ーンを例示する模式図である。第３図ａにおいて
は、回転皿は一定速度で回転される。同ｂにおい
ては、回転数はサインカーブ等の滑らかな波形に
変動する。同ｃにおいては、所定時間一定の速度
（高速度）で回転した後、それよりも低速の一定
速度に減速され、この低速状態で所定時間回転し
た後、再度高速度に復帰され、これを繰り返す。
同ｄにおいては、回転数は鋸歯状波形に従つて変
動する。また、同ｅにおいては、鋸歯状波形に変
化をつけて最高回転数に緩かに到達し、以降は急
激に減速するようにして同一波形を繰返す。

また、本発明者の研究によれば、皿面Ｄ及び内
壁面Ｅは、第４図に示すように、鉛直断面形状が
円弧形状となるようにすると、一段と優れた粉砕
作用が奏されることが認められた。R₁及びR₃は、
それぞれの円弧を描く半径を示している。また、
固定環７の下端部の内径をR₂とした場合、外周
環７の下部の隅角部も円弧形状断面形状とし、そ
の円弧を描く半径ΔRをΔR＝R₁−R₂とすると面
の連続がなめらかとなつて好適であることも認め
られた。なお、図示の如く、外周環７の内周縁の
円弧の半径R₁の中心点は、回転軸２の軸心上に
あつて、かつ外周環７の内周縁の下端よりも若干
上方にある。回転皿６の皿面の半径R₃は、皿面
の外周縁の上方を中心としている。外周環下端部
の内周縁の半径ΔRの中心点は、外周環の下端内
周縁の上方にある。

本発明装置は、連続式の粉砕とバツチ式の粉砕
の双方の型式とし得る。バツチ式の粉砕装置とす
る場合には、第４図の如く、外周環７の上部開口
に開閉自在な蓋体７ａを装着すれば良い。連続式
の粉砕装置は、次の第５図に例示される。

第５図は本発明装置を実際に稼動させる場合の
装置全体構成の一例を示す断面図である。

符号８は粉砕装置の本体部分を覆うケーシング
であつて、外周環７は連結部材９を介してケーシ
ング８の内面に取り付けられている。符号１０は
脚柱であつて、ベアリング１１を介して回転皿６
を枢支している。回転軸２は、減速機構等を介し
て電動機等の原動装置に連結されている。

ケーシング８の天井中央部分には原料の投入管
１２が設置されており、かつこの投入管１２を取
り巻くように開口１３が設けられ、この開口１３
にダクト１４が接続されている。

外周環７は、本実施例ではライナが内張りされ
ると共に、その壁面を貫通するように多数のスリ
ツト又は小孔１５が穿設されている。外周環７外
面の底部とケーシング８内面との間には側部カバ
ー１６が周設されており、この側部カバー１６と
ケーシング８及び外周環７外面との間に空気導入
室１７が区画形成され、空気導入管１８から空気
が導入可能とされている。なお、側部カバー１６
の上端は外周環７の側部外面に封着されている。

一方、回転皿６の外周縁と外周環７の底部内周
縁との間には、最小ボール径の10〜30％のクリア
ランス１９があいており、底部カバー２０がこの
クリアランス１９の下側を覆うように周設されて
いる。なお、本実施例では、側部カバー１６に透
孔を開設するか、あるいは空気導入管を接続する
などして、この底部カバー２０内へも空気が導入
可能とされている。

底部カバー２０及び前記空気導入室１７には、
粉粒体の抜出及び搬送用の管路２１が接続され、
この管路２１は投入管１２へ粉粒体を返送可能に
配設されている。また、回転皿６の外周縁下側に
は、スクレーパ２２が固設され、底部カバー２０
内に落下した粉粒体を抜出用の管路２１の接続部
へ向けて寄せ集めるよう構成されている。

なお、ダクト１４はバツグフイルタ等の粉体捕
集手段（図示せず）に接続されている。（捕集手
段の上流側に分級手段を設置しても良い。） このように構成された粉砕装置において、原料
は投入管１２から装置内（粉砕室内）に投入され
る。回転皿６の回転に伴つてボール２３は外周環
７の内壁面と皿面とを循環する円運動と、回転皿
６の軸心回りの公転運動との合成による縄を綯う
ような螺旋運動を行ない、その間で原料の粉砕を
行なう。空気導入管１８から空気導入室１７及び
底部カバー２０内に導入された空気は、クリアラ
ンス１９、スリツト又は小孔１５を通つて粉砕室
内に流入し、粉砕によつて生じた粉末を伴つてダ
クト１４内に入り、分級手段ないしは捕集手段へ
送られる。この空気に同伴された細かい粒子は捕
集手段において捕集される。

なお、ダクト１４内の下流側に分級手段が設置
されており、この分級手段により比較的粒径の大
きな粒子を分離することが可能な場合には、分離
した粗い粒子を再度投入管１２を経て装置内に投
入する。

第６図および第７図は、同一粉砕原料であるア
ルミナあるいはマイカに対する、従来例と本発明
における粉砕粒度分布の比較を示す。第６図、第
７図において横軸は粒子径（μm）、縦軸は篩残分
（％）を示し、Ａは粉砕原料、Ｂは本発明による
粒度分布、Ｃは従来例による粒度分布を示す。第
６図、第７図とも従来例に比べて本発明の方が微
粉砕領域にあり、粉砕特性上優れていることがわ
かる。

また、スリツト又は小孔１５あるいはクリアラ
ンス１９を通つて粉砕室から抜け出た粒子は、管
路２１により、粉砕室内に戻される。

この装置は、例えば、200〜3000rpmで回転さ
れる。また、ボールは３〜70mm程度の直径のもの
が好適である。

［発明の効果］ 本発明の遠心流動粉砕装置においては、他の型
式の粉砕機に比較すると次の特徴がある。

即ち、ボールミル等の横型の粉砕機では回転数
が大きくなると粉砕媒体が胴体内面について回る
ため、この臨界回速数以上には早く回せない。ま
た、アトライタやタワーミルではその機構上、ボ
ールを押し分ける様にして撹拌棒または回転ブレ
ードが回るのでその抵抗が大きくなりすぎ、あま
り早い回転速度で回せない。それに反して、遠心
流動粉砕装置では、ロータ（回転皿）とステータ
（外周環）の相対速度を理論上無制限に上げられ
る。勿論、技術的あるいは経済上の制約からある
程度以上回転を上げても無意味となるが、その限
界速度は前記のボールミルやアトライタ、タワー
ミルに比べてはるかに大きい。そのため、縄を綯
う様なボール運動を高速で採用できるので、本発
明の装置における特色である、摩砕作用に対して
極めて有利である。

以上の通り、本発明の遠心流動粉砕装置におい
ては、外周環内壁面とボールとの速度差が大きく
なり、粉砕作用が優れている。また、外周環内壁
面から離脱して皿面上に着床したボールが有する
運動エネルギーおよび位置エネルギーを半径方向
の運動エネルギーのみに変換できるので、装置に
投入されたエネルギーのロスが極めて少ない。更
に、皿面に沿つて摺動するボールによつても粉砕
作用が奏される。

特に、本発明では皿面と外周環内壁面を特定の
円弧形状の凹曲面としたので、きわめて優れた粉
砕効果が得られる。

また、本発明では、外周環に設けた小孔やスリ
ツト、さらには外周環と回転皿との間の間隙から
空気を粉砕室内に導入することにより、細紛を粉
砕室から気流搬出できる。さらに、該間隙から空
気を吹き出すことにより、原料が該間隙から落下
することが防止されるようになる。

従つて、本発明の遠心流動粉砕装置によれば、
粉砕効率を大幅に高め、かつ粉砕に要する動力原
単位（例えば電力原単位）を大幅に減少させるこ
とも可能とされる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る遠心流動粉砕装
置の断面図、第２図ａ，ｂはそれぞれ従来の粉砕
装置の構成を示す概略的な断面図、第３図ａ〜ｅ
は回転皿回転速度の説明図、第４図及び第５図は
異なる実施例装置の縦断面図、第６図及び第７図
は、それぞれ本発明と従来のものとの粉砕効果の
違いを示す粒子径―篩残分線図である。 １，４，６……回転皿、７……外周環、Ｄ……
皿面、Ｅ……外周環の内壁面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 回転軸心が鉛直方向に設置されており、下方
   へ向つて拡径する円錐形状を有し、駆動装置によ
   つて回転される回転皿と、 下端部のみ下方へ向つて縮径し、その他の部分
   は上方へ向つて縮径する環形状を有し、前記回転
   皿の外周を囲むように前記回転皿と同軸的に周設
   され、静止もしくは前記回転皿と逆方向に回転駆
   動する外周環と、 該回転皿と外周環との間の粉砕室に空気を導入
   するために外周環に穿設されたスリツト又は小孔
   と、 前記回転皿の外周縁と外周環の下端内周縁との
   間隙から粉砕室内に空気を吹き出すための、該間
   隙の外方に周設された空気導入室と、を備え 回転皿の皿面と外周環の内壁面とは連続的な円
   滑面を形成しており、 前記回転皿の皿面の鉛直断面形状は、該回転皿
   の外周縁の上方を中心とする等半径の円弧状であ
   り、 前記外周環の内壁面の鉛直断面形状は、その下
   端部を除き、前記回転軸心上であつて、かつ外周
   環の内壁面の下端よりも若干上方の点を中心とす
   る半径R₁の等半径の円弧状であり、 前記外周環の内壁面の下端部の鉛直断面形状
   は、外周環の下端内周縁よりも所要距離上方の点
   を中心とする半径ΔRの等半径の円弧状であり、 回転皿の下端外周縁の回転軸心に対する半径を
   R₂としたときに、前記ΔRはR₁−R₂にほぼ等しい
   ことを特徴とする遠心流動粉砕装置。