JPH0232020B2 - Enshinryudofunsaisochi - 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、固定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はほぼ平面状の底面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固定
設置された固定環とを備え、装置内部にボールを
収容して構成されている。回転皿は、回転軸心が
鉛直方向となるように設置されており、かつ下方
へ向つて拡径する円錐形状とされている。そし
て、回転皿の皿面及び固定環の内壁面は、それぞ
れ凹に湾曲した鉛直断面形状をなすと共に、この
皿面と固定環の内壁面とは連続的な円滑面を形成
している。更に固定環の内方に電圧印加により固
定環との間に電場を発生させる電極部材が設けら
れている。

［作用］ 本発明の遠心流動粉砕装置では、側面が固定面
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転動する
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。

また、粉砕効果は固定環内周面位置において著
しいが、転動摩擦によりあるいは電界の形成によ
り帯電した原料は、静電気力により固定環に吸引
され、固定環内周面にとどまるので、粉砕効率が
一段と向上される。

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、各種の物質を極め
て交率良く粉砕できる。

［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ａ，ｂは本発明の第１の実施例に係る遠
心流動粉砕装置の縦断面図及び平断面図（ｂ図は
ａ図のｂ―ｂ断面図）である。各図において、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は固定環であり、回転皿６の外周を囲む
ように回転皿６と同軸的に固設されている。固定
環７は上方に向つて縮径する形状のものであり、
固定環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、
該固定環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、固定環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。

而して、固定環７の内方位置には、環状の電極
部材Ｆが設けられている。電極部材Ｆは固定環７
からのびる絶縁されたアーム３０によつて回り止
めされて支持されている。固定環７と電極部材Ｆ
とは極性変換装置４２の組込まれた高圧電源４０
に接続されており、両者間に高電圧が印加されて
電場が生じるようになつている。極性変換装置４
２は、第１図ｃに示すように、電極となる固定環
７と電極部材Ｆとの極性を交番して切変えるよう
になつている。第１図ｃにおいて、t₁は固定環７
を陽極とする（電極部材Ｆを陰極とする）時間、
t₂は固定環７を陰極とする（電極部材Ｆを陽極と
する）時間を示している。

装置内には、ボールが収納されており、装置内
に投入された原料は電極への高電圧の印加、例え
ばイオンシヤワー等によつて負に帯電する。第１
図ｃのt₁で示す時間内では、固定環７が陽極側と
なる電場がかかり、原料には陽極である固定環７
方向への吸引力が作用して固定環に一時的に吸着
保持される。この固定環７の内周面では最も粉砕
効果が著しく、ここでの滞留時間が長くなる程、
原料の粉砕効率が高まることになる。なお、第１
図ｃのt₂で示す時間内では固定環７は陰極とな
り、固定環７に吸着されていた原料は反発力を得
てスムースに移動可能である。

第１図ｄは本発明の第２の実施例を示すもの
で、固定環７を鉛直方向複数個（図では５個）の
リング状の部分（７Ａ〜７Ｅ）に分割し、絶縁材
５０を介して一体化している。固定環７を構成す
る各分割体７Ａ〜７Ｅはそれぞれ独立した高圧電
源４０Ａ〜４０Ｅに接続されており、第１図ｅに
示されるように固定環７の鉛直方向下方部ほど高
電圧（V_A＜V_B＜V_C＜V_D＜V_E）が印加されて段
階的に強い電場が形成されるようになつている。
その他は前記第１の実施例と同様であるため同一
の符号を付し、その説明を省略する。

この第２の実施例は、固定環７の内周面位置で
あつても鉛直上下方向において粉砕効果が異なる
ことに着目し、回転中心から離れた位置、即ち遠
心力が最も大きく粉砕効果の著しい固定環７の底
部程原料を長く留め得るようにし、粉砕効率をさ
らに向上させようとするものである。

次に上記実施例装置の作動について説明する。

説明を明瞭とするために、まず電場をかけない
状態におけるボールの運動について、第１図ｆを
参照して説明する。

第１図ｆにおいて、回転皿６と固定環７とで囲
まれる粉砕室内にボールを収容し、粉砕される原
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
つて固定環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
固定環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は固定されている
ので、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。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粉砕なら
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を転動
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粉砕が行なわれる。

而して、本発明においては、例えば第１図ａ，
ｂ，ｄに示すように、電極部材Ｆを固定環７に対
向させて設け、高電圧を印加することにより電場
を形成し、帯電した原料を固定環７内周面に一時
的に滞留させるようになつている。固定環内周面
は粉砕作用が最も著しい場所であり、原料がここ
に長く滞留することにより粉砕効率が向上する。
なお、第１図ｄに示す実施例において、電極の極
性の切換間隔（第１図ｃ参照）は、原料の粉砕要
求細度によりt₁，t₂の長さを調整すればよく、t₁
を長くすればそれだけ原料や原料粉末の固定環７
内周面での滞留時間が長くなつてさらに粉砕が進
み、超微粉砕も可能となる。

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
動に強い不規則性が与えられ、粉砕作用が向上さ
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、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り返す。

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、固定
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
の連続が滑らかとなつて好適であることも認めら
れた。

なお、上記実施例においては、回転皿６の下部
外周面と、固定環７の下端内周面とは、皿面Ｄと
固定環内壁面Ｅとが形成する凹曲面の最低レベル
の部位において対向している。しかしながら、本
発明においては、第５図に示すように、該対向部
位を該最低レベルと異なる位置に配置するよう構
成しても良い。第５図ａにおいては、対向部位Ｔ
が最低レベル部位Ｓよりも外周側に配置されてお
り、同ｂにおいては、対向部位Ｔが最低レベル部
位Ｓよりも内周側に配置されている。

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、固定環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６図、第７図に例示され
る。

第６図および第７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、固定環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。

固定環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。また、固定
環７の内方位置には、電極部材Ｆがアーム３０に
支持されて配設されており、極性を交番させるこ
とのできる高圧電源４０，４０Ａ〜４０Ｅによつ
て高電圧が印加されて固定環７と電極部材Ｆ間に
電場を形成するようになつている。電極部材Ｆ、
固定環７の構成は前述の第１図ａ，ｃと同様であ
る。

固定環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及び固定環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の上端は固定環７の側部外面に封着
されている。

一方、回転皿６の外周縁と固定環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はバツク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から装置内に投入される。回転皿６
の回転に伴つてボール２３は固定環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。ま
た、原料あるいは粉砕された原料粉体は固定環７
と電極部材Ｆ間に作用する電場の影響を受けて固
定環７の内周面に一時的に引き止められて粉砕が
一層進む。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（なお第７図
では図面を明瞭とするために、固定環７に形成さ
れている小孔１５は図示されていないがこの第７
図の実施例でも、小孔１５が設けられている。）
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。また
本実施例では、小孔１５、クリアランス１９から
の空気流が固定環７内周面位置の原料（原料粉
体）を吹き飛ばすよう作用するが、原料と固定環
７との間に作用する吸引力によつてこの影響が少
なく、効率のよい粉砕が可能となる。

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。

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。電極部材と固定環との間に印加す
る電圧は、例えば２万〜50万ボルト程度とされ
る。

なお上記説明は固定環を静止させた型式の遠心
流動粉砕装置に関するものであるが、本発明の遠
心流動粉砕装置においては、固定環を回転皿と逆
方向に回転させるよう構成しても良い。

［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又は回転ブレー
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
（固定環）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、固定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、固定環内壁
面から離脱して皿面上に着床したボールが有する
運動エネルギー及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。

また、原料（原料粉体）が粉砕作用の著しい固
定環内周面に滞留されるので粉砕効率が一段と向
上される。

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ａ，ｂは本発明の第１の実施例に係る遠
心流動粉砕装置の断面図、第１図ｃはその電極の
極性変化状態を示すフローチヤート、第１図ｄは
本発明の第２の実施例に係る遠心流動粉砕装置の
断面図、第１図ｅはその装置内部に生ずる電場の
大きさを示す図、第１図ｆは本発明装置の作動説
明図、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、第５図、第６図及
び第７図は異なる実施例装置の縦断面図である。 １，４，６…回転皿、７…固定環、４０，４０
Ａ〜４０Ｅ…高圧電源、４２…極性変換装置、Ｄ
…皿面、Ｅ…固定環の内壁面、Ｆ…電極部材。

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
   へ向か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、 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固設
   された固定環と、を具備した粉砕装置であつて、
   該装置内部には粉砕媒体が収容されており、 前記回転皿の皿面及び固定環の内壁面の鉛直断
   面形状は、それぞれ凹に湾曲した形状であると共
   に、該皿面と内壁面とは連続的な円滑面を形成し
   ており、 かつ、前記固定環内方には、電圧印加により固
   定環との間に電場を発生させる電極部材が設けら
   れていることを特徴とする遠心流動粉砕装置。