JPH0232021B2 - 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、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
ルミ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、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
された外周環とで構成される粉砕室が複数個円周
方向に配設され、粉砕室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
の皿面及び外周環の内壁面は、それぞれ凹に湾曲
した鉛直断面形状となつている。更に、この皿面
と外周環の内壁面とは連続的な円滑面を形成して
いる。更に、これら複数個の粉砕室を中心軸回り
に公転させると同時に、回転皿を高速で自転さ
せ、外周環を低速で自転させる駆動装置を形成し
ている。

〔作用〕

本発明の遠心流動粉砕装置では、側面となる外
周環が、高速で回転する回転皿に比べて、低速で
回転するので、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。

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ａは本発明の実施例に係る遠心流動粉砕
装置を構成する粉砕室の部分断面図である。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と同軸的に設置されている。ま
た、外周環７は外周側面には歯車７ａが設けられ
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、
共に凹に湾曲して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。

第１図ｂは、本発明の実施例に係る遠心流動粉
砕装置の縦断面図であり、第１図ｃは装置の平面
図である。

符号３０は、装置の駆動のための中心軸３１に
はめこまれた歯車であり、この歯車３０の回りに
配設された複数個の粉砕室（本実施例では４個）
の外周環７の歯車７ａと噛みあつている。

一方、中心軸３１の下部には、歯車３２が、軸
心を合せてはめこまれており、粉砕室の回転皿６
の軸２にはめこまれた歯車３３と噛合い、回転皿
６を駆動する。符号３５は内面に内歯車３５ａを
持ち、中心軸３１の軸心が、一致した固定環であ
り、装置の架台３４に固設されている。符号３
６、符号３７はそれぞれ、回転皿６、外周環７を
軸承する軸受である。

次に上記実施例装置の作動について説明する。

第１図ｂ，ｃに示されるように構成された粉砕
装置において、中心軸３１が図示していない可変
速電動機により、たとえば左回りに所望の回転数
で駆動するとき、中心軸３１に固設された歯車３
０と外周環７の外歯車７ａとの噛合により、外周
環７は右回りに自転するが、同時に外歯車７ａと
固定環３５の内歯車３５ａとの噛合により左回り
に公転を行なう。この場合歯車３０、歯車７ａ、
歯車３５ａの歯数の選択により、外周環７の自転
および公転の回転数を自由に設定できることは勿
論である。

一方、中心軸３１の下部に固設された歯車３２
と、回転皿６の軸２の下端に固設された歯車３３
との噛合により、回転皿６も外周環７と同じに左
回りの公転をしながら、外周環７と異なつた回転
数で自転される。この自転の回転数は、歯車３２
と歯車３３の歯数比を適当に選定することによ
り、外周環７の自転回転数より高速にすることが
できる。

このように構成することにより、中心軸３１の
駆動により回転皿６を高速で自転させ、外周環７
を低速で自転させ、同時に両者を同一方向、同一
回転数で中心軸３１の軸心回りに公転させること
ができる。

このように構成された粉砕装置において、複数
個存在する粉砕室内における作動について、次に
説明する。

回転皿６と外周環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上にほぼ接戦方向に円滑に着床
する。皿面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軸２
の回りに公転する。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２の回りを回転する公
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は回転皿６に比べ
て低速に回転しているので、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
成速度がほぼそのまま内壁面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。更
に、前記した中心軸３１回りの公転により、回転
皿６と外周環７とで構成される粉砕室内のボール
と被粉砕物質の動きが一段と不規則となり、ボー
ルとボール、あるいはボールと被粉砕物質相互の
接触機会が増大する。

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、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、
回転皿６の下端部の外径を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△Ｒを△Ｒ＝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。

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７ｂ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は連続部材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２
０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、回転皿は200〜3000rpm、
外周環は20〜100rpmの自転回転をなし、公転は、
両者とも８〜40rpm程度である。また、ボール
は、粉砕室の直径に応じて、３〜70mm程度の直径
のものを使いわける。

〔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。

すなわち、ボールミル等の模型の粉砕機では回
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、この臨界回転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。

更に、粉砕室は自転のみならず、装置の中心軸
３１の回りの公転運動も付与されるため、粉砕室
内のボールと被粉砕物の動きに不規則性が付与さ
れ、両者の接触頻度が増大され、粉砕効率が一段
と向上される。

また、複数個の粉砕室を同時にひとつの動力源
で回転駆動することにより、単独駆動の場合に比
較して、処理量当りの動力、すなわち電力原単位
の低減が期待できる。

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は、本発明の実施例に係る遠心流動粉
砕装置の部分断面図、第１図ｂ，ｃは、本発明の
実施例に係る遠心流動粉砕装置の縦断面図および
平面図、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である。 １，４，６…回転皿、７…外周環、Ｄ…皿面、
Ｅ…外周環の内壁面、３０，３２，３３…歯車、
３５…固定環、３６，３７…軸受。

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、駆動軸によ
   つて回転される回転皿と、 上方へ向かつて縮形する環形状を有し、前記回
   転皿の外周を囲むように前記回転皿と同軸的に設
   けられ、回転皿を囲繞する外周環とでなる粉砕室
   であつて、該粉砕室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外周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、該皿面と外周環内壁面とは連続的な円滑面を
   形成しており、かつ、 上記の粉砕室を円周方向に複数個配設し、各粉
   砕室を構成する回転皿を、同一回転数で同時に駆
   動可能に設けるとともに、対応する外周環を前記
   回転皿の回転数と異なる回転数で自転させ、か
   つ、前記の円周方向に公転させる駆動装置を持つ
   ことを特徴とする、遠心流動粉砕装置。