JPH02100871A - 遠心流動装置の運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は粉砕や母体物質の粒子表面に干物質が付着して
いる被処理粒体から該干物質を剥離させる粒体の表面改
質を行うための遠心流動装置の運転方法に関する。

［従来の技術］ 従来、粒体の表面改質方法として、篩分は法のほか、慣
性力利用分級機や回転ドラム型分級機などを用いた方法
が知られている。第３図〜第５図は従来公知の改質方法
の説明図であり、第３図は篩分は法による概略的な斜視
図である。符号４゜は篩であって、篩上に被処理粒体を
供給し、篩上で被処理粒体を上下または前後にそれぞれ
揺動や振動を加えて、被処理粒体同志を擦り合せながら
母体物質と干物質に分離し、分離後は母体物質を篩上残
分として、干物質を篩下としてそれぞれ回収する。第４
図は慣性力利用分級機を利用した場合の改質方法の模式
図であって、被処理粒体を壁面に向って高速で噴出させ
ると被処理粒体が得た運動エネルギで壁面に衝突し、こ
の衝突時の衝撃により干物質が剥離される。この時、同
時に壁面と平行に下方から上方に向って空気を流してお
けば母体物質は空気の流れに抗して落下し、干物質は空
気に同伴されて上方へ搬出される。第５図は回転ドラム
型分級機を利用した場合の改質方法であフて、回転円筒
４１を適度な角度をもたせた状態で回転させながら、回
転円筒４１下方から上方に向かって空気を流し、逆に回
転円筒４１上方に配したシュート４２かう回転円筒４１
上部に被処理粒体を供給すると、回転円筒４１内で被処
理粒体同志が擦れながら回転円筒４１下部に向かって搬
送され、母体物質は空気に抗して回転円筒４１下部に流
下し、また干物質は回転円筒４１上部から空気に同伴さ
れて搬出され、それぞれ分離される。

ところで、次の如き回転皿及び固定環を有する遠心流動
粉砕装置が本出願人より特許出願されている（特願昭６
０−２６５３７９．６０−２６６８６７〜２６６８７２
．６１−９９７４５等）。

この回転皿は回転軸心が縦方向に向いていて、少なくと
も中央部分が下方に向って拡径する皿面を有し、かつ該
皿面の縦断面が凹状に湾曲している形状の回転自在な円
状のものである。

固定環は、少なくとも上部が上方に向って縮径する内壁
面を有し、該内壁面の縦断面が凹状に湾曲している形状
であり、前記回転皿と同軸的に周設されて静止している
。

そして、遠心流動装置は、前記回転皿の皿面と固定環の
内壁面とが、回転皿と固定環との間の微小隙間を除いて
、連続的な円滑面に形成されている。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のような改質方法では、それぞれ下記のような欠点
を有している。すなわち、篩分は方法における分級方法
では、干物質が硬い場合には干物質の剥離が不十分であ
り、母体物質を製品とする場合は品質が低下しやすい。

慣性力利用分級機による改質方法では、被処理粒体に運
動エネルギを与えて高速で壁面に衝突させるため、母体
物質と干物質の分離効率が悪い場合は何度も繰返し衝突
させねばならず、このため母体物質の変形を招きやすい
。また、被処理粒体が壁面に衝突した際に干物質の一部
が母体物質に食い込んでしまい、干物質を十分に剥離す
ることができない。そして、これらのために、母体物質
を製品とする場合は品質が低下しやすい。

回転ドラム型分級機による改質方法では、干物質の剥離
効率が悪い。そして、剥離効率を良くしようとして回転
数を大きくしても同期速度があるため回転数に制限があ
り、低速回転を強いられる。また、母体物質から一旦！
！１ｍされた干物質が母体物質と共に回転円筒内に長時
間滞留する。

このため、せっかく剥離された干物質が再度母体物質に
付着したり、あるいは食い込んだりするために、干物質
の剥離が不十分になり易い。それで、これらの結果、母
体物質を製品とする場合は品質が低下しやすい。また、
−旦剥離された干物質同志が固まり合うことも多い。

さらに、第３〜５図のいずれの従来例にあっても、粒径
が１ｍｍ以下程度の小粒体については表面改質は殆どで
きなかった。

また、遠心流動装置により粉砕又は表面改質を行なう場
合、装置内に収容する媒体と原料との割合が適切でない
場合には、電力原単位が大きくなることがある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、回転軸心が縦方向に向いていて、少なくとも
中央部分が下方に向って拡径する皿面を有し、かつ該皿
面の縦断面が凹状に湾曲している形状の回転自在な円状
の回転皿と、少なくとも上部が上方に向って縮径する内
壁面を有し、該内壁面の縦断面が凹状に湾曲している形
状であり、前記回転皿と同軸的に周設されて静止してい
る固定環とを具備し、前記回転皿の皿面と固定環の内壁
面とが、回転皿と固定環との間の微小隙間を除いて、連
続的な円滑面に形成されている遠心流動装置を用いて粉
砕又は表面改質を行う。

粉砕を行う場合には、装置内に原料と粉砕媒体とを装入
し、回転皿を回転させる。また、表面改質を行う場合に
は、原料としての被処理粒体と改質媒体とを装入し、回
転皿を回転させて被処理粒体の表面から干物質を剥離さ
せる。そして、前記回転皿と固定環との間の微小隙間か
ら気体を装置内に導入し、粉砕又は表面改質により生じ
た細粉（例えば、製品粒度にまで達した粉砕細粉又は被
処理粒体から！ＩＩ離した干物質）を気流搬送して装習
外に排出させる。

本発明ではかかる粉砕又は表面改質を行うに際し、媒体
と原料との重量比（媒体／原料）が０．５ないし２（０
，５以上２以下）となるように遠心流動装置の運転を行
う。

［作用］ 回転皿の皿面と固定環の内壁面とで囲まれる室内に原料
と粉砕媒体又は改質媒体とを収容し、回転皿を回転させ
ることで、原料や媒体は回転皿の回転速度よりも遅い速
度で円周方向に公転しながら、皿面と内壁面を循環する
上下方向の円運動をも行ない、これら二つの運動を合成
した縄を絢うような螺旋進行運動（この運動は遠心流動
と通称されている。）を行なう。これにより、原料同志
又は原料と媒体とが擦れ合い、原料が粉砕（特に摩砕）
されたり、被処理粒体の表面から干物質が剥離されたり
する。

本発明で採用している遠心流動装置は原料や媒体を遠心
流動させるものであり、被処理粒体の摩砕作用が顕著で
ある。このため、短時間のうちに微粉砕又は表面改質が
行なわれる。そして、導入される気体により細粉が速や
かに排出されるので、過粉砕を防止でき、あるいは母体
物質と干物質とを効率よく分離できる。

また、粉砕される原料の硬度がロフト毎に異なる場合で
あっても、装置内での原料の滞留時間を変えるだけで容
易に対処できる。

母体物質が軟かくて干物質が硬い原料を表面改質する場
合、あるいは、母体物質が硬くて干物質が軟かい原料を
表面改質する場合でも、装置内での被処理粒体の滞留時
間を変えて、被処理粒体同志又は被処理粒体と改質媒体
との擦れ合いの程度を変えるだけで容易に対処できる。

さらに、小径の粒体についても確実に細粉にまで粉砕し
たり、干物質を剥離できる。

本発明では、媒体の重量Ａと原料の重量Ｂとの重量比Ａ
／Ｂを０．５〜２とすることにより回転皿を回転駆動す
るための電力原単位が著しく小さくなる。

［実施例］ 以下、図面を参照して実施例について説明する。

第２図は本発明方法を実施するに好適な遠心流動装置の
側面図、第１図は要部縦断面図である。

符号１は固定環、２は回転皿である。固定ｐＪ１は底面
がプレート３で封じられたドラム状ケーシング４の上側
に固設され、該プレート３は脚柱５により支承されてい
る。回転皿２には支持ブロック６が固設され、該支持ブ
ロック６はベアリング装置７を介して前記プレート３に
支持されている。即ち、プレート３の中央部分には開口
８が穿設され、ベアリングハウジング９のフランジ部１
０が該開口８の縁部に係止され、ボルト１１により固定
されている。支持ブロック６の下側には駆！ｌＪ軸１２
が連結されており、該駆動軸１２は継手１３を介して減
速機１４の出力軸１５に連結されている。符号１７は駆
動用の可変速型のモータであり、減速機１４に連結され
ている。

回転皿２の上側には蓋部材１８が取り付けられている。

該蓋部材１８はその下端外周にフランジ１９を備えてお
り、該フランジ１９が固定環１の上端外周縁に突設され
たフランジ２０上に載置され、ボルト２１により固定さ
れている。蓋部材１８の中央には排出管２２が設置され
、該排出管２２内は固定環１、回転皿２及び蓋部材１８
で囲まれる粉砕又は改質のための室（以下、粉砕室もし
くは改質室ということがある。）２３内に連通している
。蓋部材１８には没入管２４が設けられており、該没入
管２４内は改質室２３内に連通している。

次に、第１図を参照して固定Ｔ！Ａｌ及び回転皿２の構
成について詳細に説明する。

固定環１は軸心方向を鉛直方向にして設層された環形状
のものであり、高さ方向の中途部分（以下、中部という
。）ｔｂが最も拡径している。固定３］１は、該中部１
ｂから下方部分（以下、下部という。）ｌｃが下方に向
ってわずかに縮径し、該中部から上方部分（以下、上部
という。）ｌａは上方に向って縮径している。従って、
該固定環ｌの内壁面ＩＡは下部１ｃから中部１ｂに向っ
てわずかに拡径し、中部１ｂは略鉛直であり、中部１ｂ
から上部１ａに向って縮径する形状であり、かつ該内壁
面ＩＡは縦断面が凹状に湾曲している。なお、固定環１
の中部１ｂの外周面にはフランジ２５が突設され、該フ
ランジ２５がケーシング３の上端外周に突設されたフラ
ンジ２６に載置され、ボルト２７により固定されている
。

回転皿２の皿面２Ａは、中央部分２ａでは下方に向って
拡径する形状であり、該中央部分にひき続く中間部分２
ｂでは略々水平であり、該中間部分２ｂにひき続く外周
部分２ｃでは上方に向って拡径する形状である。この皿
面２Ａは全体として凹状に湾曲しており、前記固定環１
の内壁面ＩＡと該皿面２Ａとは固定環１と回転皿２との
間の微小な隙間２９を除いて連続的な円滑面を形成して
いる。

回転皿２の中央部分には尖頭のキャップ３ｏが装着され
、ボルト３１により止め付けられている。回転皿２の中
央部分には軸孔３２が穿設され、前記支持ブロック６の
上端が該軸孔３２に嵌入されている。上記ボルト３１の
下端は該支持ブロック６の上端に設けられたと−ス３３
に螺合されている。

なお、図示はしないが固定環１の内壁面ＩＡと回転皿２
の皿面２Ａにはそれぞれライナが装着されている。

前記プレート３には空気等の気体の導入口３４が穿設さ
れ、配管３５を介して気体をケーシング３内の気体室３
６に導入可能としである。

また、前記排出管２２にはバッグフィルタなどの粉体捕
集手段（図示略）が接続されている。

このように構成された遠心流動装置による粒体の表面改
質方法の一例について次に説明する。

予め、改質室２３内には例えば球状のボールからなる改
質媒体が多数装入されて゛いる。まず、例えば、母体物
質の粒子表面にこの母体物質とは異質の干物質が付着し
ている被処理粒体を投入管２４から装置内に投入する。

回転皿２の回転に伴って被処理粒体及び改質媒体は固定
３！！１の内壁面ＩＡと皿面２Ａとを循環する円運動（
矢印Ｓ）と、回転皿２の軸心回りの公転運動との合成に
よる縄を絢うような螺旋運！ｍ１ｌｌ（遠心流動）を行
ない、その間で被処理粒体の粒子表面の摩砕又は剥ぎ取
りを行なう。

即ち、回転皿２を回転させると、改質媒体は遠心力によ
り外周方向に穆勅され、この速度エネルギによって固定
環１の内壁面ＩＡを這い上り、その這い上る力が重力よ
り小さくなったら次いで該内壁面ＩＡから離れて回転皿
２の皿面２Ａ上に落下する。皿面２Ａ上に移動した改質
媒体はこの皿面２Ａに沿って再び固定環１へ向けて移動
される。

また、回転皿２を回転させると、改質媒体は回転皿２の
回転速度よりも遅い速度で円周方向に公転する。したが
って、改質媒体は、前述のように皿面２Ａと内壁面ＩＡ
を循環する上下方向の円運ＴｇＪＳの他に、回転皿２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絢うような螺旋進行運動（遠心流
動）を行なう。

このように、改質媒体は回転皿２の円周方向への運動を
維持しつつ内壁面ＩＡを這い上る運動を行なうのである
が、この内壁面ＩＡが固定されているとき、改質媒体の
円周方向速度（公転速度）および改質媒体の這い上り速
度との合成速度がそのまま内壁面ＩＡと改質媒体の速度
差になる。したがって、改質媒体と内壁面ＩＡとの速度
差は極めて大きなものとなり、内壁面ＩＡ上を移動する
際の改質媒体の作用による摩砕作用は著しく強いものと
なる。

さらに、内壁面ＩＡから離脱して皿面２Ａ上に着床した
改質媒体は、この皿面２Ａに沿って滑らかに転がり落ち
るので、皿面２Ａを転勤降下する際の運動により、内壁
面ＩＡを駆は上る際に得た位置エネルギを半径方向への
運動エネルギに変換することができるから、改質媒体に
一旦付与されたエネルギをいたずらに消費することなく
、剥離作用に有効に利用することができる。さらに、皿
面２Ａに沿って降下する際は、改質媒体はこの皿面２Ａ
と摺動するから、この降下運動中においても干物質の剥
離が行なわれる。

配管３５、気体室３６及び間隙２９から改質室２３内に
適当量の空気を導入しておき、前記したような遠心流動
を一定時間継続すると、被処理粒体の表皮の干物質が摩
砕あるいは剥ぎ取りにより剥離され、剥離された干物質
は空気とともに排出管２２から搬出される。こうして被
処理粒体は干物質と母体物質とに分離される。

なお、遠心流動している被処理粒体及び改質媒体中に隙
間２９から気体が吹き込まれるので、被ＩＡ理粒体から
剥離された干物質は直ちに気流搬送されて排出される。

このため、−旦剥離された干物質が再び母体物質に付着
することがない。

勿論、改質室２３内への空気の導入は、配管３５からの
空気の吹込みで行なう代りに排出管２２からの吸引で行
なうこともできる。

このようにして、被処理粒体の表面から干物質を確実に
剥離することができ、高純度の母体物質又は干物質を効
率良く得ることができる。また、この母体物質は実質的
に表皮の干物質のみが剥離されたものであり、圧潰作用
等は殆ど受けず、はぼ原型を有するものであり、粒子形
状の好適な母体物質を回収できる。

本発明方法によると各種の物質を母体物質とする粒子表
面から通常は異質な干物質を、場合によっては同質の干
物質を剥離することができるが、本発明は特に鉄、銅、
ニッケル、コバルト、アルミニウムなどの金属（純金属
又は合金）の粒子表面から酸化物、窒化物、炭化物など
よりなる干物質を剥離する場合に好適である。

例えば、本発明は純鉄の粒子表面に付着したスラグを剥
離する場合に好適に採用できる。金属粒子の表面からス
ラグを剥離する場合、被処理粒体の粒径は１０ｍｍ以下
、とりわけ０．１〜５ｍｍ、特に、従来技術に比べて際
立った剥離効果を得ようとする場合は、０，１〜１ｍｍ
程度とするのが好適である。また、この場合、スラグが
鉄に対し５０重量％（以下、％と略）以下、特に１０〜
２０％付着しているものが好適である。

本発明方法では、改質媒体または被処理粒体のうちで改
質媒体の役目を果すものを用いることにより干物質の剥
離を促進できる。改質媒体としては被処理粒体の母体物
質と同材質の粒子が好適であるが、硬質粒子（例えば鋼
球やコランダム、ジルコニア等のセラミックボール）で
あれば被処理粒体と改質媒体とは異なる材質のものであ
っても良い。媒体の表面をポリアミド樹脂（商品名ナイ
ロン）等で被覆しても良い。

また、改質媒体は１０ｍｍ程度の直径のものが摩砕に好
適であるが、より効率のよい摩砕を行なうには、被処理
粒体の径が改質媒体の径の５〜２０％となるようにする
のがよい。

次に上記遠心流動装置により粉砕をを行う場合の作動に
ついて説明する。

粉砕を行う場合は、粉砕室２３内に原料と粉砕媒体とを
装入し、回転皿を回転させる。そうすると、粉砕媒体は
前述した改質媒体と同様に遠心流動する。そして、この
遠心流動時における粉砕媒体と内壁面ＩＡとの速度差が
極めて大きく、内壁面ＩＡ上を移動する際の粉砕媒体に
よる粉砕ないしは摩砕作用は著しく強いものになる。

この粉砕の場合、表面改質の場合と同様に、粉砕媒体の
運動エネルギ及び位置エネルギの無駄な消費が少ない。

また、皿面２Ａ上を粉砕媒体が転勤降下する際にも原料
の粉砕が行なわれる。

なお、この粉砕の場合も隙間２９からの空気の導入を行
うことにより、製品粒度にまで達した細粉は気流搬送さ
れて排出管２２から搬出され、捕集手段にて捕集される
。このように細粉を連続的に排出することができるので
、原料の過粉砕が防止される。

かかる遠心流動装置による粉砕方法は各種の鉱物や金属
、有機物質の粉砕に適用できる。遠心流動装置を用いて
粉砕を行なう場合、原料の粒径は１ｍｍ以下とするのが
好適である。

粉砕媒体としては、硬質の鋼球やコランダム、ジルコニ
ア等のセラミックボールが好適である。

また、ボール表面をポリアミド樹脂（商品名ナイロン）
等で被覆しても良い。粉砕媒体の直径は３〜５０ｍｍと
りわけ５〜１０ｍｍ程度のものが好適である。

なお、粉砕及び表面改質のいずれの場合であっても回転
皿２は例えば５０〜１１０００ｒｐ程度で回転される。

本発明において、前記隙間から吹き込む気体は通常の場
合、空気が用いられるが、例えば酸化され易い金属を粉
砕又は表面改質する場合には窒素など空気以外の気体を
用いても良い。

なお、本発明方法を実施する場合においては、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、媒体や原料の運動に不規則性が与えられ、摩
砕作用が向上される。

次に具体的な実施例について説明する。

実施例１（表面改質） 第１．２図に示した装置において平均粒径０．９ｍｍの
被処理粒体（母体物質：鉄、子物質ニスラグ。スラグの
平均付着量は鉄に対し１７％）１００ｋｇと改質媒体（
平均粒径１０ｍｍの鉄）１５０ｋｇとを投入した。この
場合、改質媒体と原料との重量比は１５０／１００＝１
．５である。なお、装置の諸元は次の通りである。

固定環の最大内径：　１２００ｍｍ 固定環の上端内径：　　８００ｍｍ 回転皿の最大内径：１０００ｍｍ 皿面の最底部から 固定環の上端までの高さ：６００ｍｍ 陣間：１ｍｍ 回転皿２を２５０ｒｐｍで回転させながら配管３５がら
空気を１２００ｒｒ＋″／　Ｈｒの割合で供給し、１５
分経過後装置を停止し、改質室２３内から粒子を全量取
り出して計量したところ、８０ｋｇであった。また、分
析の結果、スラグの含有量は５％であフた。改質媒体の
損耗をゼロとした場合、スラグの除去率は７６％に達し
、鉄の回収率は９２％に達した。また、この実施例１に
おける電力原単位（ＫＷＨ／ｌｏｎ；このｔｏｎは原料
重量）は３０ＫＷＨ／ｌｏｎであった。

なお、第３．’４．５図に示した従来法により同じ被処
理粒体の改質処理を同じ時間だけ行ったところ、スラグ
の除去率は０．５％、４８％及び６０％であった。

実施例２．３，４、比較例１，２（表面改質）実施例１
において、改質媒体と原料との重量比が０．３（比較例
１）、０．５（実施例２）、１、Ｏ（実施例３）、２．
０　（実施例４）、２．５（比較例２）となるように改
質媒体の使用量を変えた。そして、スラグの除去率が７
６％になるまでに消費した電力量を求め、電力原単位（
ＫＷＨ／１ｏｎ）を計算した。その結果を第６図に示す
。

第６図より明らかな通り、改質媒体と原料との比を０．
５〜２．０とすることにより電力原単位が著しく小さく
なる。

［発明の効果］ 以上の実施例からも明らかな通り、本発明は原料を遠心
流動させながら粉砕又は表面改質し、かつ装置内に気体
を導入することにより生じた細粉をすみやかに排出する
ものであるので、効率の良い粉砕は表面改質を行なうこ
とができる。例えば、本発明方法で粉砕を行なう場合に
は、短時間にて粉砕でき、過粉砕も確実に防止される。

また、表面改質を行なう場合には、剥離した干物質が再
び母体物質に結合したり、剥離した干物質同志がそこで
結合し合うこともなく、短時間で効率良く、かつ、確実
容易に干物質を剥離でき、確実容易に干物質を取り出す
ことができる。従って、干物質及び母体物質のいずれを
製品とする場合であっても、それらを高収率にて回収で
きる。

本発明方法によると、従来法では表面改質できなかった
例えば粒径１ｍｍ以下の小粒子についても効率良く表面
改質を行なうことができる。

さらに、本発明では媒体と原料との比を適切に選定した
ので、電力原単位が著しく小さくなり、粉砕又は表面改
質の処理コストの低減が図れる。

【図面の簡単な説明】 第１図は実施例装置の要部縦断面図、第２図は全体側面
図である。第３図、第４図及び第５図は従来例の説明図
である。第６図は実験結果を示すグラフである。 １８・・・蓋部材、 ２３・・・改質室、 ２９・・・隙間。 ２２・・・排出管、 ２４・・・投入管、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転軸心が縦方向に向いていて、少なくとも中央
   部分が下方に向って拡径する皿面を有し、かつ該皿面の
   縦断面が凹状に湾曲している形状の回転自在な円状の回
   転皿と、 少なくとも上部が上方に向って縮径する内壁面を有し、
   該内壁面の縦断面が凹状に湾曲している形状であり、前
   記回転皿と同軸的に周設されて静止している固定環とを
   具備し、 前記回転皿の皿面と固定環の内壁面とが、回転皿と固定
   環との間の微小隙間を除いて、連続的な円滑面に形成さ
   れている遠心流動装置を運転する方法において、 粉砕又は表面改質のための媒体を粉砕又は表面改質され
   る原料と共に、かつ媒体と原料との重量比が０．５ない
   し２となるように装置内に挿入し、 前記回転皿を回転させて粉砕又は表面改質を行う共に、 前記回転皿と固定環との間の微小隙間から気体を装置内
   に導入し、粉砕又は表面改質により生じた細粉を気流搬
   送して装置外に排出させることを特徴とする遠心流動装
   置の運転方法。