JPH0331099B2 - - 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
位置エネルギの幾らかは速度エネルギに変換され
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が粉砕なら
びに摩砕作用以外に消費され易く、エネルギ効率
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
転駆動される外周環と、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、粉砕室の上部に設けられた微粉分の吸
引排出口と、該吸引排出口の下方部分に設けられ
た分級機と、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△Ｒ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△ＲはR₁−R₂にほ
ぼ等しい。

［作用］ 粉砕室の外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
ルギを速度エネルギ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、外周溝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。

加えて、本発明の遠心流動粉砕装置において
は、分級機によつて分級を行ないながら粉砕を行
なうので、過粉砕が無く粉砕効率が高い。また、
分級機を内蔵しているからコンパクトな構成とな
る。

このようなことから、本発明によれば、スラ
グ、ポルトランドセメントクリンカ、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。

まず、遠心流動粉砕装置の基本的な構成とその
作動について説明する。第５図は基本的な遠心流
動粉砕装置の一例を示す断面図である。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。

次に上記遠心流動粉砕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、ボールに一旦付与さ
れたエネルギをいたずらに消費することなく、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、このような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、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△Ｒの中心点は、外周環の下端
内周縁の上方にある。

第１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
り巻くようにダクト１３が設けられ、このダクト
１３に回転筒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。

ケーシング８の上面部を被うように蓋体２８が
設けられている。この蓋体２８の頂部中央には前
記回転筒１４が挿入されており、ラジアル方向及
びスラスト方向の軸承をなすべベアリング２９に
よつてこれを枢支している。この回転筒１４は、
例えばプーリ２９ａ及びベルテ２９ｂ等の適宜の
動力伝達手段によつて駆動装置（図示せず）に接
続されている。なお、この回転筒１４の上端とダ
クト１３の下端とは回転自在に連結機構にて連結
されている。

而して、この回転筒１４の下端に分級機３０が
連設されている。本実施例において、分級機３０
は上下１対の回転円板３１，３２、該円板３１，
３２の縁部に挟設された第２の羽根３４、円板３
１の縁部に立設された第２の羽根３４、円板３２
の縁部に垂設された第３の羽根３５を備えてい
る。また分級機３０を取り囲むように仕切部材３
６が設けられている。この仕切部材３６は図示し
ない取付部材によつて蓋体２８又はケーシング８
に対して固定されている。

この分級機３０においては、粉砕物を含む空気
は、第３の羽根３５によつて粒子が分散された
後、第１の羽根３３で分級され、微粉分は円板３
１，３２間の中央に流入し、回転筒１４へ抜き出
される。一方、第１の羽根３３で分級された粗粉
は第２の羽根３４の循環フアン効果により、仕切
部材３６の外側を蓋体２８の内面に沿うように流
れて粉砕室２７に戻される。この分級機３０は、
分級作用を行なう第１の羽根３３が円板３１，３
２で挟まれているので、気流の乱れが少ない。ま
た、分級された粗粒が流入気流と対向接触するこ
となく粉砕室２７に戻される。そのためこの分級
機３０は極めて分級効果に優れたものとなつてい
る。

なお、ダクト１３はバツグフイルタ等の粉体捕
集手段を経て吸引ブロワ（図示せず）に接続され
ている。

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から粉砕室２７内に投入される。一
方、回転皿６の回転に伴つてボール２３は粉砕室
２７内において、外周環７と皿面６ａ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、空気導入管１
８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２７内に流入し、粉砕
によつて生じた粉末を伴つて分級機３０に到達
し、分級作用を受け、粗粉分は再度粉砕室２７に
戻され、細粒分は回転筒１４及びダクト１３を経
て捕集手段へ送られ、捕集機において捕集され
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３３から抜け出た粒子
は、管路２１および投入管１２により、粉砕室２
７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。

なお、上記実施例では、原料を連続的に投入し
て連続運転できるようになつているが、本発明の
遠心流動粉砕装置は、バツチ運転でも稼動でき
る。

また、本発明では、外周環や仕切環を回転皿と
逆方向に回転駆動しても良い。

［発明の効果］ 本発明の如き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、アトリツシヨンミル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リツ
シヨンミル、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効である。

また、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お
よび位置エネルギを半径方向の運動エネルギのみ
に変換できるので、装置に投入されたエネルギの
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、細粉を粉
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。

加えて、本発明の遠心流動粉砕装置において
は、粉砕室内の上部に分級機が設けられているか
ら、過粉砕等がなく、粉砕効率が高い。また、連
続運転も可能である。さらに、本発明では、分級
機を内蔵しているからコンパクトであり、設置ス
ペースが小さくて足りる等の実用上の効果も大で
ある。

【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
基本的な遠心流動粉砕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、２８，２９……
仕切環、３０……分級機、３１，３２……円板、
３３，３４，３５……羽根。

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
   動される外周環と、 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、 粉砕室の上部に設けられた微粉分の吸引排出口
   と、 該排出口の下方部分に設けられた分級機と、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△Ｒ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△Ｒ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。