KR101431045B1 - 매체 교반형 분체 처리 장치 - Google Patents

Abstract

피처리 원료의 분쇄로부터 분쇄 후의 분체(粉體)를 분급(分級)하여 회수할 때까지의 일련의 처리 효율을 향상시킬 수 있는 매체 교반형 분체 처리 장치를 제공한다. 교반축(4)으로부터 일단(一段) 또는 복수단(複數段) 직경 방향 외측 방향으로 돌출하는, 세로축 주위로 회전 가능하게 설치된 교반 부재(5)를 구비하고, 교반 부재(5)에 의해 용기(2) 내에서 피처리 원료를 매체(6)와 함께 교반하여 분쇄하고, 또한 용기(2) 내의 상부에 설치된 분급 로터(10)를 통하여 분쇄 후의 분체를 회수하는 매체 교반형 분체 처리 장치(1)이다. 용기(2)의 내벽이, 상부로 갈수록 중심측으로 변위하는 경사면(21)을 가지고, 또한 경사면(21)이, 최상단(最上段)의 교반 부재(5)의 하단면(下端面)의 높이 위치 또는 그보다 하측으로부터 상측을 향해 형성되어 있다.

Description

매체 교반형 분체 처리 장치{MEDIUM-AGITATING POWDER PROCESSING DEVICE}

본 발명은, 용기 내에서 피처리 원료를 매체와 함께 교반하여 분쇄하는 매체 교반형 분체(粉體) 처리 장치에 관한 것이다.

교반축으로부터 일단(一段) 또는 복수단(複數段)에 걸쳐 직경 방향 외측 방향으로 돌출하는, 세로축 주위로 회전 가능하게 설치된 교반 부재를 구비하여, 상기 교반 부재에 의해 용기 내에서 피처리 원료를 매체와 함께 교반하여 분쇄하는 매체 교반형 분쇄기나 볼밀(ball mill)이 종래부터 알려져 있다(예, 이하의 특허 문헌 1∼4 참조). 이러한 매체 교반형 분쇄기에 있어서는, 교반 부재가 세로축 주위로 회전함으로써, 용기 내에서 매체가 교반된다. 이 때 발생하는 매체 사이의 분쇄력, 즉 전단력(剪斷力), 충격력, 압축력, 마쇄력(磨碎力) 등에 의해 피처리 원료를 분쇄한다.

또한, 이와 같은 매체 교반형 분쇄기에 있어서, 분쇄 후의 피처리 원료[미세 분체(微細粉體)]를 그 입자 직경에 의해 선별하는 분급기(分級機)를 용기 내의 상부에 설치하고, 상기 분급기를 통하여 미세 분체를 분급 선별하여 회수하는 타입의 매체 교반형 분쇄기도 알려져 있다. 예를 들면, 전술한 문헌 중에서 특허 문헌 1 및 2에 기재된 매체 교반형 분쇄기가 이에 해당한다.

특허 문헌 1 및 2에 기재된 매체 교반형 분쇄기에서는, 용기의 바닥부에 유동 기체의 송풍구가 설치되고, 용기 내에서 분쇄된 미세 분체는 용기의 바닥부로부터 분출되는 유동 기체에 의해 상승되어 분급기로 안내된다. 이로써, 분쇄 후의 미세 분체의 용기 내에서의 불필요한 체류 시간을 감소시키고, 상기 미세 분체끼리 응집하는 것을 최대한 방지하여 분쇄 효율을 향상시킬 수 있도록 하고 있다. 그리고, 이 특허 문헌 1 및 2에는, 명세서 중에는 명시된 기재는 없지만, 용기 상부에 그 내면이 상부로 갈수록 중심측으로 변위하는 경사면이 형성된 구성이, 도면에 표시되어 있다.

또한, 특허 문헌 3에 기재된 매체 교반형 분쇄기에서는, 상대 회전 가능하게 설치된 상측 교반 부재[상측 교반 아지테이터(agitator)] 및 하측 교반 날개를 구비하고, 상측 교반 부재와 하측 교반 날개를 서로 역방향으로 상이한 속도로 회전시킨다. 이로써, 분쇄 후의 미세 분체의 용기 내에서의 부착을 최대한 방지하여 분쇄 효율을 향상시킬 수 있도록 하고 있다. 그리고, 이 특허 문헌 3에는, 용기의 내면을, 상부로 갈수록 점차 직경이 작아지는 경사면으로 형성하는 것에 대해서 기재되어 있다.

또한, 특허 문헌 4에는, 용기 상부에, 상부로 갈수록 직경이 작아지는 경사면을 형성하는 것에 대해서 기재되어 있다. 그리고, 이 특허 문헌 4에 기재된 매체 교반형 분쇄기는, 피처리 원료가 슬러리(slurry)의 상태로 공급되는, 이른바 습식 타입의 매체 교반형 분쇄기로 되어 있다.

일본 특허출원 공개번호 2005-270780호 공보 일본 특허출원 공개번호 2003-265975호 공보 일본 특허출원 공개번호 2005-199124호 공보 일본 특허출원 공개번호 소59-102452호 공보

특허 문헌 1 및 2에 기재된 매체 교반형 분쇄기에서는, 교반 부재의 세로축 주위에서의 회전에 따라 상기 교반 부재에 의해 긁어내어져, 용기 내를 회전함으로써 원심력이 부여된 매체는, 용기 내를 세로축 주위로 회전하면서, 용기 내벽에 충돌하여 용기의 내벽을 따라 용기 내를 상승한다. 그 후, 중력에 의해 용기의 중심부 측으로 하강하고 다시 용기 내를 상승하는 운동을 반복한다. 여기서, 특허 문헌 1 및 2에 기재된 매체 교반형 분쇄기에서는, 복수단에 걸쳐 설치되는 모든 교반 부재[여기서는 특히, 최상단(最上段)의 교반 부재의 상단면(上端面)]의 높이 위치에서의 용기의 내벽이, 바닥면에 대하여 직교하는 수직면으로 되어 있다. 이와 같은 매체 교반형 분쇄기에 있어서는, 교반 속도를 빠르게 할수록 분쇄력을 향상시킬 수 있지만, 교반 속도를 빠르게 함에 따라, 매체가 수직면을 따라 크게 상승하고, 상승으로부터 하강으로 전환되기 전후에 있어서 매체가 크게 부상(浮上)하게 된다. 그 결과, 매체의 교반을 위해 투입한 에너지가 분쇄를 위한 에너지로 충분히 변환되지 않아, 에너지 손실이 커지게 된다. 그러므로, 특허 문헌 1 및 2에 기재된 매체 교반형 분쇄기에서는, 소정 속도 이상으로 되면, 교반 속도를 빠르게 해도, 용기의 내벽 근방에서의 매체의 부상의 증대에 의해, 분쇄 효율이 저하되는 문제가 있었다.

이 점에 관해서는, 특허 문헌 3에 기재된 매체 교반형 분쇄기에 있어서도 동일한 문제가 있다. 즉, 특허 문헌 3에 기재된 매체 교반형 분쇄기에서는, 하측 교반 날개에 의해 용기의 내면으로의 미세 분체의 부착이 저감되지만, 용기의 내벽의 형상은, 모든 상측 교반 부재(여기서는 특히, 최상단 상측 교반 부재의 상단면)의 높이 위치에 있어서, 바닥면에 대하여 직교하는 수직면으로 되어 있다. 그러므로, 상측 교반 부재에 의해 긁어내어져, 용기 내를 회전함으로써 원심력을 부여받은 매체는, 마찬가지로 용기의 내면(수직면)을 따라 크게 상승하고, 상승으로부터 하강으로 전환되기 전후에 있어서 매체가 크게 부상하게 된다. 따라서, 에너지 손실이 커져서, 피처리 원료의 분쇄 효율이 저하된다.

또한, 특허 문헌 4에 기재된 매체 교반형 분쇄기는, 전술한 바와 같이 습식 타입의 매체 교반형 분쇄기로 되어 있다. 이와 같은 습식 타입의 매체 교반형 분쇄기에서는, 상기 특허 문헌 4의 도면에 화살표 A로 나타낸 바와 같이, 매체 및 피처리 원료의 용기 내에서의 거동(擧動)은 건식 타입의 매체 교반형 분쇄기와는 상이하다. 그러므로, 특허 문헌 1∼3에 기재된 매체 교반형 분쇄기에 내재된 것과 같이, 용기의 내벽 근방에서의 매체의 부상에 의한 분체의 분쇄 효율의 저하의 문제는, 특허 문헌 4로 대표되는 습식 타입의 매체 교반형 분쇄기에서는 거의 생기지 않는다. 다만, 피처리 원료가 슬러리의 상태로 공급되므로, 건조된 분체를 얻기 위해서는, 분쇄 후의 미세 분체를 건조시키는 공정이나, 건조 후에 응집 상태로 되어 있는 미세 분체를 해쇄(解碎)하는 공정이 필요하다. 그러므로, 건식 타입의 매체 교반형 분쇄기에 비해, 입자 직경에 따른 건조 분체를 얻을 때까지의 일련의 처리 효율은, 아무래도 낮아지지 않을 수 없다.

본 발명은, 전술한 문제점을 감안하여 이루어진 것이며, 교반 부재에 의해 용기 내에서 피처리 원료를 매체와 함께 교반하여 분쇄하고, 또한 분급기를 통하여 분쇄 후의 분체를 회수하는 매체 교반형 분체 처리 장치에 있어서, 피처리 원료의 분쇄로부터 분쇄 후의 분체를 분급하여 회수할 때까지의 일련의 처리 효율을 향상시키는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 교반축으로부터 일단 또는 복수단에 걸쳐 직경 방향 외측 방향으로 돌출하는, 세로축 주위로 회전 가능하게 설치된 교반 부재를 구비하고, 상기 교반 부재에 의해 용기 내에서 피처리 원료를 매체와 함께 교반하여 분쇄하고, 또한 상기 용기 내의 상부에 설치된 분급기를 통하여 분쇄 후의 분체를 분급하여 회수하는 매체 교반형 분체 처리 장치의 특징적 구성은, 상기 용기의 내벽이, 상부로 갈수록 중심측으로 변위하는 경사면을 가지고, 또한 상기 경사면이, 최상단의 상기 교반 부재의 하단면(下端面)의 높이 위치 또는 그보다 하측으로부터 상측을 향해 형성되어 있는 점에 있다.

상기 특징적 구성에 의하면, 적어도 최상단의 상기 교반 부재의 하단면의 높이 위치에서의 용기의 내면이, 상부로 갈수록 중심측으로 변위하는 경사면으로 되어 있으므로, 교반 부재에 의해 교반되어 원심력이 부여된 매체는, 최상단의 교반 부재가 차지하는 높이 영역(하단면으로부터 상단면까지의 높이 영역)에 있어서, 용기의 내벽(경사면)에 충돌했을 때 경사 하향으로 향하는 힘을 받는다. 이로써, 원심력에 의해 내벽을 따라 밀려 올라가는 매체에 작용하는 상승력을 감소시켜, 용기 내에서의 매체의 과잉 부상을 억제할 수 있다. 따라서, 매체의 교반을 위해 투입한 에너지를 분쇄를 위한 에너지로서 유효하게 변환할 수 있어, 분쇄 효율을 향상시킬 수 있다.

그런데, 매체의 부상이 생기면, 전술한 부상한 부분에 있어서, 피처리 원료나 분쇄 후의 분체가 내벽에 부착되기 쉽다. 이 점에 있어서, 상기 특징적 구성에 의하면, 매체의 부상을 억제할 수 있으므로, 피처리 원료 및 분쇄 후의 분체가 내벽에 부착하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 매체의 부상을 억제함으로써, 용기의 내벽 근방과 용기의 중심부와의 사이에서, 매체, 피처리 원료, 분쇄 후의 분체(이하 "분체·매체"라고 함)가 형성하는 포락면(包絡面)의 고저차를 작게 할 수 있다. 따라서, 분쇄 후의 분체를 반송(搬送)하기 위한 기체의 유속을 균일화시킬 수 있어, 분급기로의 분체의 반송을 양호하게 행할 수 있다. 따라서, 피처리 원료의 분쇄로부터, 분급기를 통하여 분쇄 후의 분체를 회수할 때까지의 일련의 처리 효율을 향상시킬 수 있다.

여기서, 상기 경사면이, 상기 용기의 바닥부로부터 형성되어 있는 구성으로 하는 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, 대부분의 교반 부재가 차지하는 높이 영역에 있어서, 매체의 상승력을 확실하게 감소시킬 수 있다. 따라서, 용기 내에서의 매체의 과잉 부상을 보다 더 확실하게 억제할 수 있다. 따라서, 분체의 처리 효율을 더 한층 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 교반 부재는, 상기 교반축에 대하여 복수단에 걸쳐 설치되고, 상기 교반축의 축심으로부터, 최상단에서의 상기 교반 부재의 선단부(先端部)까지의 길이가, 그 일단(一段) 밑의 단에서의 상기 교반 부재의 선단부까지의 길이보다 짧게 설정되어 있는 구성으로 하는 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, 교반 부재를 일정한 각속도(角速度)로 회전시킬 때, 최상단의 교반 부재의 선단부에서의 주속도(周速度)를, 상기 최상단의 일단 밑의 단의 교반 부재의 선단부에서의 주속도보다 작게 할 수 있다. 따라서, 최상단의 교반 부재에 의해 매체에 부여하는 원심력을 작게 할 수 있다. 그 결과, 용기 내에서의 상승력을 작게 하여, 매체의 부상을 억제할 수 있다.

또한, 상기 교반축의 상단면과 상기 분급기의 하단면과의 사이에 개삽(介揷) 부재를 구비한 구성으로 하는 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, 분쇄 후의 분체를 분급기에 반송하기 위한 기체를, 개삽 부재의 주위에서 대략 일정한 속도를 유지한 채 상승시킬 수 있다. 따라서, 분쇄 후의 분체를 양호한 효율로 분급기에 반송할 수 있으므로, 분체의 분쇄로부터 분급까지의 일련의 처리 효율을 더 한층 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 용기의 측면에 주위 방향을 따라 설치되고, 직경 방향 내측 방향으로 기체를 분출하는 기체 분출구를 구비한 구성으로 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 구성에 의하면, 기체 분출구로부터 분출되는 기체에 의해, 용기 내의 분체·매체가 교반되는 영역(교반 영역)에서의 분산력을 높임으로써, 매체 및 피처리 원료 중에 혼재하는 분쇄 후의 분체를, 교반 영역으로부터 추출하여 용기의 상측으로 반송시킬 수 있다. 따라서, 분쇄 처리 후의 분체의 교반 영역에서의 불필요한 체류를 줄일 수 있어, 피처리 원료의 과분쇄를 방지하여, 용기 내에서의 일련의 처리 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 실시형태에 따른 매체 교반형 분체 처리 장치의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 용기의 내벽 근방에서의 매체에 작용하는 힘을 설명하기 위한 설명도이다.
도 3은 용기 내에서의 매체 등의 포락면의 상태를 나타낸 모식도이다.
도 4는 경사면의 경사 각도와 분쇄 효율과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 다른 실시형태에 따른 매체 교반형 분체 처리 장치의 구조를 나타낸 모식도이다.
도 6은 다른 실시형태에 따른 매체 교반형 분체 처리 장치의 구조를 나타낸 모식도이다.
도 7은 다른 실시형태에 따른 매체 교반형 분체 처리 장치의 구조를 나타낸 모식도이다.
도 8은 다른 실시형태에 따른 매체 교반형 분체 처리 장치의 구조를 나타낸 모식도이다.

다음으로, 본 발명에 따른 매체 교반형 분체 처리 장치의 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시형태에 따른 매체 교반형 분체 처리 장치(1)는, 교반 부재(5)에 의해 용기(2) 내에서 분쇄 원료를 매체(6)와 함께 교반하여 분쇄하고, 또한 용기(2) 내의 상부에 설치된 분급 로터(10)를 통하여 분쇄 후의 미세 분체를 회수하도록 구성되어 있다. 도 1은, 본 실시형태에 따른 매체 교반형 분체 처리 장치(1)의 구조를 나타낸 도면이다. 도 2는, 용기(2)의 내벽 근방에서의 매체(6)에 작용하는 힘을 설명하기 위한 설명도이며, 도 3은, 용기(2) 내에서의 포락면(24)의 상태를 나타낸 모식도이다.

본 실시형태에 따른 매체 교반형 분체 처리 장치(1)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 용기(2) 내에, 교반 부재(5), 매체(6), 바닥판(7), 및 분급기로서의 분급 로터(10)를 구비하고 있다. 또한, 용기(2)의 측면에 형성된 기체 분출구(13)와, 용기(2)의 외주에 형성된 쟈켓(16)과 기체유입구(17)를 구비하고 있다. 용기(2)의 상부에는 원료 공급구(8)가 형성되고, 원료 공급구(8)에 연장 형성된 스크류 피더(9)로부터 원료가 투입된다. 용기(2)는, 그 내벽에 상부로 갈수록 중심측으로 변위하는 경사면(21)을 가지고 구성되어 있다.

본 실시형태에 있어서는, 교반 부재(5)가, 대략 원기둥형의 교반축(4)으로부터 복수단에 걸쳐 직경 방향 외측 방향으로 복수개 돌출되어 있다. 즉, 교반 부재(5)는, 용기(2) 내에서 세로축(회전축심 Z) 주위로 회전 가능하게 설치되어 있고, 세로축(회전축심 Z) 주위로 회전함으로써, 피처리 원료로서의 분쇄 원료를 매체(6)와 함께 교반하여 분쇄한다. 여기서, 본 실시형태에 있어서는, 하나의 단에서의 회전축심 Z로부터 교반 부재(5)의 선단부까지의 길이(이하에서는, "교반 직경"이라고 칭하는 경우가 있음)가, 그 일단 밑의 단에서의 교반 부재(5)보다 각각 짧아지도록 설정되어 있다. 즉, 교반 부재(5)는, 상단에 배치될수록, 교반 직경이 순차적으로 짧아지도록 설정되어 있다. 그리고, 본 실시형태에 있어서는, 각 단에서의 교반 부재(5)의 선단부와 후술하는 용기(2)의 내벽[구체적으로는 경사면(21)]과의 사이의 클리어런스 C가 일정하게 되어 있다. 클리어런스 C는, 매체(6)가 교반 부재(5)와 용기(2)의 내벽과의 사이에 끼이지 않도록, 매체(6)의 직경에 대하여 4배 이상 또는 1/3 이하로 하는 것이 바람직하다. 그리고, "클리어런스 C가 일정"하다는 것은, 각 단에서의 클리어런스 C가 대략 같은 것을 의미하고, 엄밀하게 같은 것을 요구하는 개념은 아니다. 따라서, 마모 등에 의해 클리어런스 C가 변동했다고 하더라도, 불균일의 정도가 매체(6)의 직경에 대하여, 예를 들면 1/3 이하 정도이면, 여기서 말하는 "클리어런스 C가 일정"에 포함된다. 그리고, 도시한 예에서는, 교반 부재(5)를 각각 같은 높이로 2개씩 5단으로 설치하고, 각 단을 순차적으로 90° 변위시킨 지그재그 배열로 되어 있다. 교반축(4)은 구동 모터(도시는 생략함)의 출력부에 연결되고, 그 구동에 기초하여 교반축(4) 및 교반 부재(5)가 회전한다.

매체(6)의 재질은 분쇄할 원료의 종류에 따라 선택되고, 예를 들면, 스테인레스 등의 금속제나 세라믹스제가 적절하게 사용된다. 매체(6) 사이에서 발생하는 충격력을 크게 하기 위해서는, 밀도가 큰 재질의 것을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 매체(6)의 크기는 취출할 미세 분체의 입경(粒徑)에 따라 선택된다. 다만, 일반적으로는, 직경이 작아지면 매체(6) 사이에서 발생하는 충격력이 작아지고, 반대로 직경이 커지면 접촉점이 적어져서 충돌의 기회가 줄어들어 분쇄하기 어려워지기 때문에, 양자를 감안하여 직경 2∼6 mm의 매체(6)를 사용하는 것이 바람직하다. 그리고, 매체(6)가, 사용에 따라 경시(經時) 마모에 의해 조금씩 직경이 작아지는 것을 고려하면, 직경의 초기 설정값은, 5∼6 mm 정도로 해두는 것이 가장 바람직하다.

바닥판(7)은, 용기(2) 내의 바닥부에 배치되고, 중심부로부터 내벽에 이르는 영역을 커버하는 원반형의 부재이다. 바닥판(7)은 용기(2) 내를 분체 처리실 P 및 기체실 G의 2개의 영역으로 나누는 것이다. 분체 처리실 P는, 용기(2) 내에서의 바닥판(7)으로부터 분급 로터(10)에 이르는 공간이며, 교반 부재(5)에 의해 분쇄 원료를 매체(6)와 함께 교반하여 분쇄를 행하기 위한 공간이다. 또한, 기체실 G는, 유동 기체 공급로(15a)로부터 공급되는 유동 기체를 일시적으로 저류(貯留)하는 공간이다. 여기서, 유동 기체로서, 통상적으로 공기를 사용한다. 다만, 원료가 산소에 대하여 불안정한 물질인 경우 등에는, 질소, 헬륨, 아르곤 등의 불활성 가스를 사용해도 된다. 또한, 유동 기체를 냉각하거나, 가열해도 되고, 가습 가스를 사용해도 된다. 또는, 필터 등에 통과시킨 후에 도입해도 된다. 바닥판(7)에는 기체가 통과 가능한 투과공(透過孔)(7a)이 형성되어 있다. 바닥판(7)으로서는, 다공판, 예를 들면, 슬릿형의 투과공이 있는 판, 펀칭 메탈, 다공질판 등을 사용할 수 있다. 그리고, 바닥판(7)에 형성된 투과공(7a)을 통과하여 기체실 G로부터 분체 처리실 P로 유동 기체가 분출되고, 분체 처리실 P에서 분쇄된 미세 분체는, 유동 기체에 의해 상승되어 분급 로터(10)로 안내된다. 여기서, 기체실 G로부터 분체 처리실 P로의 유동 기체의 유입을 많이 확보하기 위해서는, 투과공(7a)은 가능한 한 많게 하고, 또한 크게 하여 투과공(7a)의 총 면적이 커지도록 하는 것이 바람직하다. 그러나, 적어도 분체 처리실 P의 내부의 매체(6)가 낙하하지 않을 정도의 크기로 한다.

용기(2)의 상부 측면에, 원료 공급구(8)가 형성되어 있다. 원료 공급구(8)에는 원료 공급 수단으로서의 스크류 피더(9)가 연장되어 스크류 피더(9)에 의해 분쇄 원료가 용기(2) 내로 공급된다. 이와 같은 스크류 피더(9)는, 원료가 고체, 특히 분상(粉狀)의 경우로서, 원료를 일정 속도로 연속적으로 투입하는 경우에 바람직하게 사용된다. 그리고, 스크류 피더 대신, 더블 댐퍼나 로터리 밸브 등을 사용해도 된다. 또한, 스크류 피더 등의 원료 공급 수단을 원료 공급구(8)에 직접 장착하지 않고, 공기 수송관을 통하여 원료를 공급할 수도 있다. 그리고, 도시하지 않았지만, 매체 교반형 분체 처리 장치(1) 전체를 로드셀 등의 중량 계측 수단에 의해 중량 관리하면, 연속 처리를 행했을 때에도 기내(機內) 체류량이 일정하게 되도록, 원료의 공급량을 조절할 수 있다.

본 실시형태에 있어서는, 용기(2) 내는 바닥판(7)을 사이에 두고 기체실 G와 분체 처리실 P로 구획되고, 바닥판(7)의 상면 근방에는 기체 분출구(13), 용기(2) 내의 상부에는 회전축(도시는 생략) 주위로 회전하는 분급 로터(10)가 설치되어 있다. 기체실 G로부터는 바닥판(7)에 형성된 투과공(7a)을 통과하여 유동 기체가 분체 처리실 P에 유입된다. 기체 분출구(13)로부터는 분출 기체가 분체 처리실 P에 분출된다. 분체 처리실 P 내의 공간은 매체(6)가 교반되는 교반 영역 R과, 그 상부에 위치하는 분급 영역 Q로 구성된다. 분체 처리실 P 내에 있어서, 교반 영역 R에서 교반 부재(5)에 의해 매체(6)와 함께 교반되고 분쇄된 미세 분체는, 이것을 반송하기 위한 반송 기체에 의해 분급 영역 Q로 상승된다. 여기서, "반송 기체"란, 유동 기체 및 분출 기체의 어느 한쪽 또는 양쪽을 말한다. 용기(2) 내부의 중앙 상부에는 세로축 주위로 회전하는 분급 로터(10)가 설치되어 있고, 상승한 미세 분체는 분급 로터(10)로 분급되어 제품 분체로서 회수된다. 분급 로터(10)는, 방사형(放射形)으로 설치된 복수개의 분급 날개(10a)를 가진다. 그리고, 분급 로터(10)가 회전함으로써 발생하는 직경 방향의 원심력과, 분급 로터(10) 내로의 기체의 유입과의 밸런스에 의해 미세 분체를 분급한다. 분급 로터(10)의 회전수는, 회수하는 제품 분체의 입자 직경에 따라 설정된다. 본 실시형태에 있어서는, 분급 로터(10)에 의해, 본 발명에서의 "분급기"가 구성되어 있다.

용기(2)는, 그 내벽에 상부로 갈수록 중심측으로 변위하는 경사면(21)을 가진다. 본 실시형태에 있어서는, 경사면(21)은 용기(2)의 바닥부로부터 형성되어 있다. 본 예에서는, 경사면(21)은 바닥판(7)의 위치로부터 형성되어 있다. 이로써, 모든 교반 부재(5)의 높이 위치에서의 용기(2)의 내벽이 경사면(21)으로 되어 있다. 또한, 본 실시형태에 있어서는, 경사면(21)은 기울기가 일정하게 되고, 용기 전체적으로는 선단을 잘라낸 원추형(圓錐形)의 형상으로 되어 있다. 이 때의 경사 각도에 대해서는, 수직 방향에 대하여 3°이상 35°이하인 것이 바람직하고, 6°이상 35°이하이면 더욱 바람직하다. 6°이상 25°이하이면 가장 바람직하고, 최적인 경사 각도는 11°이다.

여기서, 분체 처리실 P 내에서의 매체(6)의 거동에 대하여 설명한다. 교반 부재(5)가 세로축(회전축심 Z) 주위로 회전함으로써, 매체(6)에는 원심력 F(도 2를 참조)가 작용한다. 원심력 F가 부여된 매체(6)는, 용기(2)의 내벽에 충돌하여 다른 매체(6)에 밀려 올라가 용기(2)의 내벽을 따라 용기(2) 내를 상승한다. 그 후, 중력에 의해 용기(2)의 중심부측으로 하강하고, 다시 용기(2) 내를 상승하는 운동을 반복한다(도 1의 2점 쇄선 화살표를 참조). 이 때, 용기(2)의 내벽에 상부로 갈수록 중심측으로 변위하는 경사면(21)이 형성되어 있으므로, 도 2에 나타낸 바와 같이, 매체(6)가 용기(2)의 내벽에 충돌했을 때는, 매체(6)는 경사면(21)으로부터, 원심력 F의 경사면(21)에 대하여 수직인 성분과 반대 방향(경사 하향)의 항력(抗力) N을 받게 된다. 그 결과, 매체(6)는 항력 N의 수직 하향으로 수직 성분 Ny를 받아, 상기 내벽 근방에서 다른 매체(6)로 밀어 올려지는 상승력이 감소되어 용기(2) 내에서의 매체(6)의 과잉 부상이 억제된다. 특히, 본 실시형태에 있어서는, 바닥판(7)의 위치로부터 경사면(21)이 형성되어 있고, 바닥판(7)으로부터 상부의 모든 위치에서 매체(6)의 상승력이 감소되므로, 매체(6)의 부상이 효과적으로 억제된다.

또한, 본 실시형태에 있어서는, 전술한 바와 같이, 교반 부재(5)는, 상단에 배치된 것일수록 회전축심 Z로부터 그 선단부까지의 길이(교반 직경)가 순차적으로 짧아지도록, 각각의 교반 부재(5)의 길이가 설정되어 있다. 그러므로, 교반축(4)이 일정한 각속도로 회전할 때, 각각의 교반 부재(5)의 선단부에서의 주속도는, 상단에 배치된 것일수록 작아진다. 따라서, 매체(6)의 교반 영역 R에 있어서는, 상부로 갈수록 교반 부재(5)에 의해 매체(6)에 부여되는 원심력 F(도 2를 참조)가 작아진다. 따라서, 이로 인해 용기(2) 내에서의 매체(6)의 부상이 억제된다.

이와 같이, 용기(2)의 내벽 근방에서의 매체(6)의 부상을 억제함으로써, 매체(6)의 교반을 위해 투입한 에너지를 분쇄를 위한 에너지로서 유효하게 이용할 수 있다. 따라서, 용기(2)를 직동(直胴)으로 형성한 종래형의 매체 교반형 분체 처리 장치에 비해 분쇄 효율을 향상시킬 수 있다.

그런데, 매체(6)와 원료 분체가 교반 부재(5)에 의해 교반되는 교반 영역 R에 있어서, 상기 영역 내를 통과하는 반송 기체는, 분체·매체에 의한 통기 저항이 적은 부위부터 누출되기 쉽다. 그러므로, 포락면(24)의 고저차가 커지면, 포락면(24)의 높이가 낮아지는 용기(2)의 중심부로부터 반송 기체가 누출되기 쉽고, 이와 반대로 포락면(24)의 높이가 높아지는 용기(2)의 내벽 근방으로부터는 반송 기체가 누출되기 어려워져, 교반 영역 R에서의 반송 기체의 통기가 장소에 의해 불균일하게 된다. 그 결과, 미세 분체를 균일하게 분급 영역 Q에 반송하기가 곤란해져, 예를 들면, 원하는 입자 직경보다 큰 분체가 반송되는 한편, 원하는 입자 직경이 되어있음에도 불구하고 반송되지 않은 분체가 교반 영역 R에 체류하여 필요 이상으로 미세화되는, 이른바 과분쇄가 생긴다. 이 점에 있어서, 본 실시형태에 따른 매체 교반형 분체 처리 장치(1)에 의하면, 매체(6)의 과잉 부상을 억제함으로써, 분체·매체가 형성하는 포락면(24)의 고저차를 작게 할 수 있으므로[도 3 참조, 2점 파선은 용기(2)를 직동으로 형성한 경우의 상태를 나타냄], 용기(2)의 내벽 근방으로부터의 누출과 용기(2)의 중심부로부터의 누출을 고려할 경우, 전술한 두 곳으로부터의 반송 기체의 누출의 차이를 작게 할 수 있다. 그 결과, 교반 영역 R에서의 반송 기체의 통기를 보다 균일화할 수 있게 되어, 반송 기체에 의해 미세 분체를 보다 균일하게 분급 영역 Q에 반송할 수 있게 된다. 따라서, 종래형의 매체 교반형 분체 처리 장치에 비해, 교반 영역 R에서의 미세 분체의 체류를 억제하여 과분쇄의 발생을 억제함으로써, 분쇄로부터 분급까지의 일련의 처리 효율을 향상시킬 수 있다.

기체 분출구(13)는, 용기(2)의 측면에, 직경 방향 내측 방향으로 기체를 분출 가능하게 주위 방향을 따라 설치되어 있다. 본 실시형태에 있어서는, 바닥판(7)의 상면 근방에 위치하는 용기(2)의 측면에, 슬릿형의 기체 분출구(13)가 용기(2)의 전체 주위에 걸쳐 형성되어 있다. 이외에도, 예를 들면, 복수개의 기체 분출구(13)를 주위 방향을 따라 대략 균등하게 분산 배치하는 구성으로 하거나, 다공질 부재 등을 부설(附設)하여 용기(2)의 전체 주위에 걸쳐 기체 분출구(13)를 형성하는 구성으로 함으로써, 복수개의 위치로부터 직경 방향 내측 방향으로 기체를 대략 균일하게 분출 가능한 구성으로 해도 된다. 분출시키는 기체(분출 기체)로서는, 유동 기체와 동종의 기체일 수도 있고, 앞서 설명한 바와 같이, 공기, 또는 질소 등의 불활성 가스일 수도 있다. 또한, 분출 기체의 온도나 습도 등을 제어하는 것 외에, 필터 등에 통과시킨 후에 도입해도 된다. 본 실시형태에서는, 기체 공급로(15)로부터 공급되는 동일한 기체가, 유동 기체 공급로(15a)와 분출 기체 공급로(15b)의 2개의 공급로로 분기(分岐)된 후, 각각 바닥판(7)의 투과공(7a) 및 기체 분출구(13)로부터 용기(2)(분체 처리실 P) 내에 분출하여 유입된다. 기체 분출구(13)로부터의 분출 기체는, 교반 영역 R에 있어서, 매체(6) 및 분쇄 원료 중에 혼재하는 분쇄 후의 미세 분체를, 교반 영역 R로부터 추출하여 용기(2)의 상측으로 반송시키는 역할을 한다. 따라서, 용기(2) 내에서의 미세 분체의 교반 영역 R에서의 불필요한 체류를 줄일 수 있다. 이로써, 미세 분체의 과분쇄를 방지하여, 분쇄로부터 분급까지의 일련의 처리 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 실시형태에 있어서는, 기체 분출구(13)가 바닥판(7)의 상면 근방에 형성되어 있으므로, 용기(2)의 내벽과 바닥판(7)과의 모퉁이부의 미세 분체의 체류나 부착도 방지할 수 있다.

용기(2)의 외주에, 기체 분출구(13)를 덮도록 환형(環形) 유로(14)가 형성되어 있다. 환형 유로(14)는, 기체 분출구(13)에 분출 기체를 공급하기 위한 분출 기체 공급로(15b)와 기체 분출구(13)와의 사이에 개재되어 있다. 이와 같은 환형 유로(14)의 내부에 형성되는 공간은, 분출 기체 공급로(15b)로부터 공급되고, 기체 분출구(13)를 통하여 용기(2) 내로 분출되는 분출 기체를 일시적으로 저류하는 공간으로서의 역할을 한다. 분출 기체 공급로(15b)로부터 공급된 분출 기체는, 환형 유로(14)에서 압력이 균등화된 후, 기체 분출구(13)에 공급된다. 이로써, 기체 분출구(13)로부터 대략 균일하게 분출 기체를 분출시킬 수 있다. 그 결과, 용기(2) 내에서 미세 분체를 균일하게 분산시킬 수 있어, 일련의 처리 효율을 더 한층 향상시킬 수 있다.

교반 부재(5)의 상측에 있는 용기(2)의 측면에는, 용기(2)의 측면으로부터 내측 방향으로 기체를 유입시키는 기체 유입구(17)가 형성되어 있다. 기체 유입구(17)는, 예를 들면, 용기(2)의 측면의 전체 주위로부터 기체가 상측을 향해 유입되도록 설치된 슬릿형으로 형성할 수 있다. 또한, 기체가 선회하면서 유입되도록, 용기(2)에 대한 접선 방향으로 기체 유입구(17)를 형성하는 구성이나, 용기(2)의 전체 주위에 다수의 날개를 접선 방향으로 경사지게 하여 설치하는 구성으로 해도 된다. 유입시키는 기체(유입 기체)로서는, 유동 기체나 분출 기체와 동종의 기체일 수 있고, 먼저 설명한 바와 같이, 공기, 또는 질소 등의 불활성 가스일 수도 있다. 또한, 유입 기체의 온도나 습도 등을 조절하는 것 외에 필터 등에 통과시킨 후에 도입해도 된다. 기체 유입구(17)로부터의 유입 기체는, 용기(2)의 내벽에 대한 미세 분체의 부착을 방지함과 동시에, 분급용의 분산 기체로서의 역할도 수행한다.

쟈켓(16)은 용기(2)의 외주에 형성되어 있고, 용기(2)의 온도를 임의의 온도로 조절하는 온도 조절 수단으로서 기능한다. 본 실시형태에 있어서는, 쟈켓(16) 내에 냉각수를 유입하여 용기(2)를 냉각하고 있다. 매체 교반형 분체 처리 장치(1)의 운전중에는, 기체 분출구(13) 등으로부터 냉풍을 도입하여 용기(2) 내의 온도를 비교적 저온으로 유지하였다고 하더라도, 용기(2)의 내벽의 온도가 상승하여, 내벽에 부착된 분쇄 원료 및 미세 분체가 열열화를 일으키는 경우가 있다. 그래서, 본 실시형태와 같이 쟈켓(16) 내에 냉각수를 유입하여 냉각 수단으로서 사용하면, 용기(2)의 내벽의 온도가 상승하는 것을 억제할 수 있으므로, 예를 들면, 열열화나 변질이 생기기 쉬운 원료의 분쇄에도, 본 실시형태에 따른 매체 교반형 분체 처리 장치(1)를 유효하게 적용할 수 있다.

또한, 본 실시형태에 있어서는, 교반축(4)의 상단면(4u)과 분급 로터(10)의 하단면(10d) 사이에 개삽 부재(12)가 설치되어 있다. 본 실시형태에 있어서는, 개삽 부재(12)는, 교반축(4)의 상단면(4u)의 형상과 대략 일치하는 하단면을 가지는 대략 원기둥형의 부재이며, 교반축(4)에 연결되어 있다. 교반축(4)에 연결되는 개삽 부재(12)의 상단면(12u)과 분급 로터(10)의 하단면(10d)은 근접 배치되어 있다. 이로써, 교반축(4)의 상단면(4u)과 분급 로터(10)의 하단면(10d) 사이의 공간이 실질적으로 메워지고, 교반 영역 R의 상부에 위치하는 분급 영역 Q는, 그 단면이 환형의 공간으로 되어 있다.

여기서, 이와 같은 개삽 부재(12)를 설치하지 않은 경우에는, 반송 기체 및 이것으로 인해 분체 처리실 P 내를 상승한 미세 분체는, 개구 면적이 커지게 되는 교반축(4)의 상단면(4u)으로부터 분급 로터(10)의 하단면(10d)의 높이 위치까지에 있어서의 분급 영역 Q에 있어서, 상승 속도가 저하된다. 그 결과, 미세 분체를 분급 로터(10)까지 충분히 반송할 수 없고, 또한 한 번 분쇄된 미세 분체끼리 반송 도중에 응집하는 등으로 인해 실속(失速)하여, 매체(6)의 교반 영역 R에 다시 낙하할 경우가 있다. 이것이, 과분쇄를 발생시키는 원인의 하나로 되고 있다.

이에 비해, 본 실시형태에 따른 매체 교반형 분체 처리 장치(1)는, 교반축(4)의 상단면(4u)과 분급 로터(10)의 하단면(10d)과의 사이에 형성되는 공간을 메우도록 개삽 부재(12)가 설치되어 있다. 이로써, 분급 영역 Q의 단면은, 중심부에 중공 부분을 가지는 환형의 공간으로 되고, 개구 면적이 분급 영역 Q의 전역(全域)에 걸쳐 대략 동일해지므로, 반송 기체 및 이로 인해서 반송되는 미세 분체는 대략 일정한 속도를 유지한 채 상승한다. 따라서, 미세 분체를 양호한 효율로 분급 로터(10)로 반송할 수 있으므로, 분쇄로부터 분급까지의 일련의 처리 효율을 더 한층 향상시킬 수 있다.

이하에서는, 본 실시형태에 따른 매체 교반형 분체 처리 장치(1)의 분쇄 처리에 대하여, 실시예에 따라 설명한다.

(실험 1)

먼저, 바닥판(7)의 위치로부터 상부로 갈수록 중심측으로 변위하는 경사면(21)이 형성된 용기(이하, 원추형 용기)와, 전체가 직동으로 형성된 용기(이하, 원통형 용기)를 사용하여, 분급 회전수와 회수된 미세 분체의 입자 직경 및 처리 능력과의 관계를 조사하였다. 원추형 용기의 경사면(21)은 기울기가 11°로 되고, 원추형 용기 및 원통형 용기는 모두 바닥판(7)의 직경이 600mm의 것을 사용하였다. 또한, 매체(6)로서 직경 5.0mm의 스틸 볼을 사용하고, 중질 탄산칼슘(비표면적 환산 직경: 1.0㎛)을 분쇄 원료로 하여, 유동 기체, 분출 기체, 유입 기체의 총량인 처리 풍량 10m³/min, 교반 부재의 회전수 120rpm의 운전 조건으로 연속 처리를 행하였다. 그리고, 분급 로터(10)의 분급 회전수는 3000rpm 및 7000rpm으로 하고, 비표면적 환산 직경은 BET법에 의해 측정하여 구하고, 처리 능력은 단위 시간당 처리량으로서 구하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

[표 1]

표 1에 의하면, 원통형 용기를 사용한 경우에는, 분급 회전수의 차이에 관계 없이 대략 동일 직경의 미세 분체가 회수된 것과, 그리고 분급 회전수가 3000rpm인 경우에는 7000rpm인 경우에 비해 처리 능력이 낮아진 것이 확인되었다. 여기서, 분급 원리를 고려하면, 이론적으로는, 분급 회전수가 커질수록 비표면적 환산 직경은 작아지고 또한 처리 능력도 작아진다. 그러나, 원통형 용기를 사용한 경우의 결과는, 이 이론에 반하는 것으로 되었다. 이는, 원통형 용기에서는, 매체(6)의 부상에 의해 분쇄 효율이 저하되고, 또한, 매체(6) 등이 형성하는 포락면(24)의 고저차가 커지는 것으로 인해 용기(2) 내를 상승하는 반송 기체의 유속이 불균일하게 되는 것이 원인으로 여겨진다.

이에 비해, 원추형 용기를 사용한 경우에는, 분급 회전수가 3000rpm인 경우에는 7000rpm인 경우에 비해, 비표면적 환산 직경은 크고, 처리 능력도 높은 것이 확인되었다. 또한, 원추형 용기와 원통형 용기 사이에서 분급 회전수가 7000rpm인 경우에 비해, 거의 동일한 비표면적 환산 직경의 미세 분체를 얻기 위하여, 원추형 용기에서는 처리 능력이 약 15% 향상되는 것이 확인되었다. 이로써, 분쇄로부터 분급까지의 일련의 처리 효율이 향상되는 것이 확인되었다.

(실험 2)

다음으로, 바닥판(7)의 직경이 600mm인 원추형 용기를 사용하여, 경사면(21)의 기울기를 수직 방향에 대하여 0°로부터 35° 사이에서 변화시켜, 경사면(21)의 경사 각도와 분쇄 효율과의 관계를 조사하였다. 그리고, 경사면(21)의 기울기가 0°의 것은, 비교예로서의 원통형 용기에 상당한다. 매체(6)로서 직경 3mm의 지르코니아 볼을 사용하여, 탈크(평균 입자 직경: 13㎛)를 분쇄 원료로 하여, 처리 풍량 10m³/min, 교반 부재의 회전수 120rpm, 분급 회전수 7000rpm의 운전 조건으로 연속 처리를 행하였다. 평균 입자 직경은 레이저 회절 산란법에 의해 측정하여 구하고, 처리 능력은 단위 시간당의 처리량으로서 구하였다. 또한, 분쇄 효율은, 처리 능력을 분쇄 처리에 필요로 하는 동력의 크기로 나눗셈하여 구하였다. 그 결과를 도 4 및 표 2에 나타낸다. 그리고, 표 2에서는, 경사면(21)의 기울기가 0°인 경우의 분쇄 효율에 대한 각각의 경사 각도에서의 분쇄 효율을 분쇄 효율비로서 나타내고 있다.

[표 2]

도 4로부터 명백하게 알 수 있는 바와 같이, 원추형 용기의 내벽이 일정한 경사 각도를 가지고 있는 경우에는, 분쇄 효율이 향상되는 것이 확인되었다. 또한, 표 2에 의하면, 원추형 용기의 경사면(21)의 경사 각도가 3°∼35°의 범위에서, 원통형 용기를 사용한 경우에 비해 분쇄 효율이 약 11% 이상 향상된 것이 확인되었다. 또한, 경사 각도가 6°∼35°의 범위에서는, 마찬가지로 분쇄 효율이 약 21% 이상 향상된 것이 확인되었다. 또한, 경사 각도가 6°∼25°의 범위에서는, 마찬가지로 분쇄 효율이 약 43% 이상 향상되고, 경사 각도가 11°에서는, 분쇄 효율이 약 54%도 향상된 결과가 되어, 원통형 용기를 사용한 경우에 비해 분쇄 효율이 현격하게 향상되고 있는 것이 확인되었다.

(실험 3)

다음으로, 바닥판(7)의 직경이 600mm인 원추형 용기를 사용하여, 교반축(4)의 상단면(4u)으로부터 분급 로터(10)의 하단면(10d)까지의 공간에 개삽 부재(12)를 설치한 것과, 설치하지 않은 것에 대하여, 분급 회전수와 회수된 미세 분체의 평균 입자 직경 및 처리 능력과의 관계를 조사하였다. 여기서, 개삽 부재(12)를 설치하지 않은 경우의 교반축(4)의 상단면(4u)으로부터 분급 로터(10)의 하단면(10d)까지의 거리 H는 약 300mm이며, 개삽 부재(12)를 설치하는 경우에는 상기 거리는 동일하게 하고, 분급 로터(10)의 하단면(10d)과 개삽 부재(12)의 상단면(12u)과의 간극을 약 10mm로 하였다. 또한, 매체(6)로서 직경 5.0mm의 지르코니아 볼을 사용하고, 유리 가루(평균 입자 직경: 33㎛)를 분쇄 원료로 하여, 처리 풍량 10m³/min, 교반 부재의 회전수 130rpm의 운전 조건으로 연속 처리를 행하였다. 그리고, 분급 로터(10)의 분급 회전수는 3000rpm 및 7000rpm으로 하고, 평균 입자 직경은 레이저 회절 산란법에 의해 측정하여 구하고, 처리 능력은 단위 시간당의 처리량으로서 구하였다. 그 결과를 표 3에 나타낸다.

[표 3]

표 3에 의하면, 개삽 부재(12)를 설치하지 않은 경우에는, 분급 회전수에 큰 차이가 있음에도 불구하고, 회수되는 제품 분체의 평균 입자 직경 및 처리 능력에는 그다지 차이가 없는 것이 확인되었다. 이는, 반송 기체에 의해 분체 처리실 P 내를 상승한 미세 분체가, 개구 면적이 커지게 되는 교반축(4)의 상단면(4u)으로부터 분급 로터(10)의 하단면(10d)의 높이 위치까지의 분급 영역 Q에 있어서, 반송 기체의 상승 속도가 저하되어, 미세 분체를 양호한 효율로 분급 로터(10)에 반송할 수 없는 것이 원인인 것으로 여겨진다.

이에 비해, 개삽 부재(12)를 설치한 경우에는, 분급 회전수가 3000rpm인 경우에는 7000rpm인 경우에 비해, 평균 입자 직경은 커지고, 처리 능력도 크게 향상되는 것이 확인되었다. 또한, 각각의 분급 회전수에 있어서, 개삽 부재(12)를 설치한 경우와 설치하지 않은 경우를 비교하면, 전자(前者)[개삽 부재(12)를 설치한 경우]가 처리 능력이 명확하게 향상되어 있는 것이 확인되었다.

[그 외의 실시형태]

(1) 전술한 실시형태에 있어서는, 경사면(21)이 용기(2) 내의 바닥판(7)의 위치에서부터 형성되어 있고, 모든 교반 부재(5)의 높이 위치에서의 용기(2)의 내벽이 경사면(21)으로 되는 경우를 예로 들어 설명하였다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 이에 한정되지 않는다. 즉, 경사면(21)은, 적어도 최상단의 교반 부재(5)의 하단면의 높이 위치, 또는 그보다 아래쪽으로부터 상측을 향해 형성되도록 구성되어 있으면, 복수단 중에서 중간부에 있어서의 교반 부재(5)의 상단면 또는 하단면의 높이 위치로부터 형성되어 있어도 되고, 즉, 반드시 모든 교반 부재(5)의 높이 위치에 있어서의 용기(2)의 내벽을 경사면(21)으로 형성하지 않아도 된다. 예를 들면, 도 5에 나타낸 바와 같이, 용기(2)의 형상을, 용기(2)의 바닥면으로부터 소정의 높이 위치까지, 바닥면에 대하여 대략 직교하는 수직면(22)으로 형성된 직동부를 가지는 구성으로 할 수 있다. 이 경우, 수직면(22)으로부터 연속적으로 경사면(21)이 형성되게 된다. 또한, 도 6에 나타낸 바와 같이, 용기(2)의 내벽이, 상부로 갈수록 중심측으로 변위하는 경사면(21)(이것을 제1 경사면으로 함)에 더하여, 상부로 갈수록 외측으로 변위하는 제2 경사면(23)을 가지는 구성으로 해도 된다. 이 때, 제2 경사면(23)은, 바닥판(7)으로부터 최상단의 교반 부재(5)보다 하부의 어떤 높이 위치에까지 도달해도 되는 구성으로 할 수 있다. 이 경우, 제2 경사면(23)으로부터 연속적으로 제1 경사면(21)이 형성되게 된다.

이들 경우에는, 경사면(21)이 용기(2) 내의 바닥판(7)의 위치로부터 형성되는 경우에 비해, 용기(2)를 대용량으로 만들어 처리 능력을 증대시킬 수 있는 이점이 있다. 또한, 경사면(21)이 바닥판(7)의 위치로부터 형성되는 경우에 비해, 매체(6)의 부상 억제 효과는 다소 저하되지만, 매체(6)나 분쇄 원료의 체류가 비교적 생기기 쉬운 용기(2)의 바닥부의 모퉁이에서, 매체(6)의 순환을 촉진할 수 있는 이점이 있다.

(2) 전술한 실시형태에 있어서는, 경사면(21)의 기울기가 일정하게 되는 경우를 예로 들어 설명하였다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 경사면(21)의 기울기가 상부로 갈수록 커지도록 형성하는 것도, 본 발명의 바람직한 실시형태의 하나이다. 이와 같이 하면, 매체 입자(6)가 경사면(21)으로부터 받는 항력 N의 수직 하향으로 수직 성분 Ny(도 2 참조)가 상부로 갈수록 커지므로, 용기(2) 내에서의 매체(6)의 부상이 더 한층 억제된다.

(3) 전술한 실시형태에 있어서는, 용기(2)의 내벽이 경사면(21)을 형성하고 있는 경우를 예로 들어 설명하였다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 용기(2)의 형상은 직동으로 한 채, 용기(2) 내에 별도의 부재를 장착함으로써 경사면(21)을 형성해도 된다. 또한, 매체의 부상을 억제하는 높이 위치보다 위쪽의 내벽은 경사지게 하지 않고 직동으로 할 수도 있다. 이 경우, 용기(2)의 상부의 직동부의 내경은, 분급 로터(10)의 외경의 1.3배 내지 2배의 범위에 있는 것이 바람직하다.

(4) 전술한 실시형태에 있어서는, 교반 부재(5)가 상단에 배치될수록, 회전축심 Z로부터 그 선단부까지의 길이(교반 직경)가 순차적으로 짧아지고 있는 경우를 예로 들어 설명하였다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 5나 도 6에 나타낸 바와 같이, 일부에서, 하나의 단에 있어서의 교반 직경이, 그 일단 밑의 단에 있어서의 교반 직경과 같아지도록 설정하는 경우도, 본 발명의 바람직한 실시형태의 하나이다. 다만, 최상단의 교반 부재(5)의 선단부에서의 주속도를 다른 교반 부재(5)보다 작게 하기 위하여, 적어도 최상단에서의 교반 직경은, 상기 최상단보다 일단 밑의 단에서의 교반 직경보다 짧게 설정되고,또한 그 외의 단에 있어서는, 하나의 단에서의 교반 직경이, 그 일단 밑의 단에서의 교반 직경보다 짧거나, 또는 같아지도록 설정되는 것이 바람직하다. 도 5나 도 6의 예에서는, 아래로부터 3번째단까지의 교반 직경이 같아지도록 설정되고, 또한 그 이후는 상단으로 갈수록 교반 직경이 순차적으로 짧아지도록 설정되어 있다. 그리고, 이 경우에 있어서는, 용기(2)의 내벽 형상을 따라 교반 직경을 설정하고, 각각의 단에서의 교반 부재(5)의 선단부와 용기(2)의 내벽과의 사이의 클리어런스 C를 대략 일정하게 하는 것이 바람직하다. 그리고, 모든 단에서의 교반 직경이 같아지도록 설정하거나, 하나의 단에서의 교반 직경이 그 일단 밑의 단에서의 교반 직경보다, 일부 커지도록 설정해도 된다.

(5) 전술한 실시형태에 있어서는, 교반 부재(5)가, 각각 같은 높이로 2개씩 5단으로 설치되고, 각각의 단을 순차적으로 90° 변위시킨 지그재그 배열이 되는 경우를 예로 들어 설명하였다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 이에 한정되지 않는다. 즉, 교반 부재(5)의 단의 수나 각 단에서의 교반 부재(5)의 개수는 임의로 설정할 수 있다. 그리고, 교반 부재(5)의 단수가 1단뿐일 경우에는, 해당하는 1개의 단이 최상단이 된다. 또한, 지그재그 배열로 하는 경우에 있어서의 변위각도 임의로 설정할 수 있다. 또한, 교반 부재(5)의 형상은, 단면이 원형이나 타원형, 사각형 등의 다각형, 그 외의 형상일 수도 있고, 또한 그 선단이 패들형일 수도 있다.

(6) 전술한 실시형태에 있어서는, 용기(2)의 측면에 슬릿형의 기체 분출구(13)가 용기(2)의 전체 주위에 걸쳐 형성되고, 또한 이들 기체 분출구(13)를 덮도록 용기(2)의 전체 주위에 이르는 환형 유로(14)가 형성되는 경우를 예로 들어 설명하였다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 용기(2)의 측면에 복수개 또는 복수열의 기체 분출구(13)를 주위 방향으로 배치하고, 또한 적어도 이들 기체 분출구(13)를 덮도록 용기(2)의 외주의 일부에 형성된 환형 유로를 구비하는 구성일 수도 있다.

(7) 전술한 실시형태에 있어서는, 바닥판(7)의 상면 근방에 위치하는 용기(2)의 측면에 기체 분출구(13)를 형성하는 경우를 예로 들어 설명하였다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 매체(6)의 교반 영역 R의 중간 위치에 있어서의 용기(2)의 측면에 기체 분출구(13)를 형성하는 구성으로 해도 된다. 이 경우에도, 분쇄 후의 미세 분체를 용기(2)의 상측으로 상승시킴으로써, 용기(2) 내에서의 미세 분체의 분산 효율을 향상시킬 수 있다.

(8) 전술한 실시형태에 있어서는, 용기(2) 내의 상부 중앙에, 분급기로서 세로축 주위로 회전하는 기류식의 분급 로터(10)가 1개 설치되는 경우를 예로 들어 설명하였다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 가로축 주위로 회전하는 1개의 분급 로터(10)를 사용해도 된다. 또한, 도 7에 나타낸 바와 같이, 가로축 주위로 회전하는 복수개의 분급 로터(10)를 병용하는 구성으로 하는 것도, 본 발명의 바람직한 실시형태의 하나이다. 이와 같은 구성은, 전술한 용기(2)가 직동부를 가지는 경우의 구성으로서 적합하다. 즉, 대용량의 용기(2)를 구비한 매체 교반형 분체 처리 장치(1)를 사용하여 큰 처리 능력을 얻고자 할 경우, 비교적 소형의 분급 로터(10)를 복수개 병용함으로써, 비교적 대형의 분급 로터(10)를 1개만 사용하는 경우에 비해, 분급 정밀도를 향상시킬 수 있다. 그리고, 가로축 주위로 회전하는 1개의 분급 로터(10)를 사용할 경우, 최하부에 위치하는 분급 날개(10a)의 회전 외주면이, "분급기의 하단면(10d)"에 해당한다.

또한, 분급기로서는, 분급 로터(10)를 사용하지 않는 그 외의 분급기를 사용해도 된다.

(9) 전술한 실시형태에 있어서는, 개삽 부재(12)가 교반축(4)에 연결됨으로써 교반축(4)의 상단면(4u)으로부터 분급 로터(10)의 하단면(10d)까지의 공간이 메워지는 경우를 예로 들어 설명하였다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 5에 나타낸 바와 같이, 개삽 부재(12)가 분급 로터(10)에 연결됨으로써 교반축(4)의 상단면(4u)으로부터 분급 로터(10)의 하단면(10d)까지의 공간을 메우도록 구성하는 것도, 본 발명의 바람직한 실시형태의 하나이다. 그리고, 도 7의 예에서는, 복수개 병용되는 분급 로터(10)는 제품 회수관(또는 제품 회수용 연결관)(11)을 통하여 일체적으로 구성되며, 상기 제품 회수관(11)에 개삽 부재(12)가 연결되어 있다. 이 경우에는, 복수개의 분급 로터(10)와 제품 회수관(11)이 전체적으로 1개의 "분급기"로 되고, 교반축(4)의 상단면(4u)과 상기 분급기에 연결되는 개삽 부재(12)의 하단면(12d)이 근접 배치되어 있다.

또한, 개삽 부재(12)를 교반축(4)이나 분급 로터(10)에 연결시키지 않고, 용기(2)로부터 지지 부재를 사용하여 지지하는 구성으로 해도 된다. 또한, 전술한 실시형태에 있어서는, 개삽 부재(12)는 상부로 갈수록 외경이 작아지는 형상으로 되어 있지만, 교반축(4)의 외경과 분급 로터(10)의 외경에 따라, 또는 반송 기체의 상승 속도를 보다 빠르게 하기 위해, 개삽 부재(12)의 외경을 상부로 갈수록 크게 하거나, 또는 상하 같은 직경의 원통형으로 하는 등, 적절하게 변경할 수도 있다.

(10) 혹은, 도 8에 나타낸 바와 같이, 용기(2)의 높이를 낮게 하여, 교반축(4)의 상단면(4u)과 분급 로터(10)의 하단면(10d)이 근접 배치되도록 구성하는 것도, 본 발명의 바람직한 실시형태의 하나이다. 이와 같은 구성을 채용함으로써, 미세 분체를 양호한 효율로 분급 로터(10)에 반송할 수 있으므로, 분쇄로부터 분급까지의 일련의 처리 효율을 향상시킬 수 있다.

(실험 4)

이 경우에서의 분급 회전수와 회수된 제품 분체의 평균 입자 직경 및 처리 능력과의 관계를 표 4에 나타낸다. 그리고, 실험 조건은 상기 실험 3과 동일하다.

[표 4]

표 3 및 표 4에 의하면, 교반축(4)의 상단면(4u)과 분급 로터(10)의 하단면(10d)을 근접 배치시킨 경우, 교반축(4)에 연결되는 개삽 부재(12)의 상단면(12u)과 분급 로터(10)의 하단면(10d)이 근접 배치되는 경우에 비해, 동등하거나, 또는 그 이상의 처리 능력 향상 효과가 확인되었다.

(11) 전술한 실시형태에 있어서는, 교반축(4)의 형상이 대략 원기둥형인 경우를 예로 들어 설명하였다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 이에 한정되지 않는다. 즉, 예를 들면, 교반축(4)의 형상을, 상부로 갈수록 직경이 커지는 역원추형으로 하는 것도, 본 발명의 바람직한 실시형태의 하나이다. 이와 같은 구성을 채용한 경우, 분체·매체가 형성하는 포락면(24)의 중심부에 생기는 오목형의 공간보다 많은 공간을 교반축(4)에 의해 메울 수 있으므로, 용기(2)의 내벽 근방에 있어서의 반송 기체의 누출과 용기(2)의 중심부에 있어서의 반송 기체의 누출의 차이를 보다 더 작게 할 수 있다. 따라서, 용기(2) 내를 상승하는 반송 기체의 유속을 균일화할 수 있어, 분쇄로부터 분급까지의 일련의 처리 효율을 한층 더 향상시킬 수 있다.

(12) 전술한 실시형태에 있어서는, 온도 조절 수단으로서의 쟈켓(16) 내에 냉각수를 유입시켜 용기(2)를 냉각시키는 경우를 예로 들어 설명하였다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 이에 한정되지 않는다. 즉, 예를 들면, 쟈켓(16) 내에 소정의 온도로 가열된 열매체를 유통시켜 용기(2)를 가열함으로써, 분쇄와 동시에 미세 분체의 건조를 행하는 구성으로 하는 것도, 본 발명의 바람직한 실시형태의 하나이다. 이 경우의 열매체로서는, 예를 들면, 온수나 스팀, 오일 등을 사용할 수 있다.

(13) 전술한 실시형태에 있어서는, 본 발명에 따른 매체 교반형 분체 처리 장치(1)를, 분쇄 처리를 행하기 위해 적용하는 경우를 예로 들어 설명하였다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 이에 한정되지 않는다. 즉, 예를 들면, 표면 처리, 구형화(球形化), 편평화, 복합화, 정밀 혼합, 건조, 그 외의 분체 처리에도 본 발명을 적용할 수 있다.

본 발명에 따른 매체 교반형 분체 처리 장치(1)는, 예를 들면, 탄산 리튬, 수산화 리튬, 니켈산 리튬, 코발트산 리튬, 망간산 리튬, 등의 리튬 화합물; 질산 나트륨(황산 나트륨), 수산화 나트륨, 탄산 나트륨, 중탄산 소다, 아황산 소다, 아질산 소다, 황화 소다, 규산 소다, 질산 소다, 중황산 소다, 티오 황산 소다, 식염 등의 나트륨 화합물; 황산 마그네슘, 염화 마그네슘, 수산화 마그네슘, 산화 마그네슘, 탄산 마그네슘, 아세트산 마그네슘, 질산 마그네슘, 산화 마그네슘, 수산화 마그네슘, 등의 마그네슘 화합물; 수산화 알루미늄, 황산 알루미늄, 폴리 염화 알루미늄, 산화 알루미늄, 명반(alum), 염화 알루미늄, 질화 알루미늄 등의 알루미늄 화합물; 산화 규소, 질화 규소, 탄화 규소, 규산 칼슘, 규산 마그네슘, 규산 나트륨, 규산 알루미늄 등의 규소 화합물; 염화 칼륨, 수산화 칼륨, 황산 칼륨, 질산 칼륨, 탄산 칼륨 등의 칼륨 화합물; 탄산 칼슘, 염화 칼슘, 황산 칼슘, 질산 칼슘, 수산화 칼슘 등의 칼슘 화합물; 산화 티탄, 티탄산 바륨, 티탄산 스트론튬, 탄화 티탄, 질화 티탄 등의 티탄 화합물; 황산 망간, 탄산 망간, 산화 망간 등의 망간 화합물; 산화철 등의 철 화합물; 염화 코발트, 탄산 코발트, 산화 코발트 등의 코발트 화합물; 수산화 니켈, 산화 니켈 등의 니켈 화합물; 산화 이트륨, 이트륨 철 가닛(Yttrium Iron Garnet) 등의 이트륨 화합물; 수산화 지르코늄, 산화 지르코늄, 지르코니아 실리케이트, 지르콘샌드, 등의 지르코늄 화합물; 염화 안티몬, 산화 안티몬, 황산 안티몬 등의 안티몬 화합물; 염화 바륨, 산화 바륨, 질산 바륨, 수산화 바륨, 탄산 발륨, 황산 바륨, 티탄산 바륨, 등의 바륨 화합물; 산화 비스머스, 차 탄산 비스머스, 수산화 비스머스 등의 비스머스 화합물; 등의 무기 화합물; 알니코계, 철·크롬·코발트계, 철·망간계, 바륨계, 스트론튬계, 사마륨·코발트계, 네오듐·철·붕소계, 망간·알루미늄·카본계, 프라세오디뮴계, 플라티나계 등의 자석 재료; 그 외에, 안료, 유리, 금속 산화물, 유기 화합물, 카본, 활성탄, 코크스, 광물, 탈크, 전지 재료, 수소 흡장 합금 등의 처리에 바람직하게 사용할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

[산업상 이용 가능성]

본 발명은, 전술한 것 이외에도, 예를 들면, 금속, 세라믹스, 또는 곡류(穀類) 등의 분말을 제조하기 위한 매체 교반형 분체 처리 장치에 바람직하게 이용할 수 있다.

1: 매체 교반형 분체 처리 장치
2: 용기
4: 교반축
5: 교반 부재
6: 매체
7: 바닥판
10: 분급 로터(분급기)
12: 개삽 부재
13: 기체 분출구
14: 환형 유로
21: 경사면
Z: 회전축심

Claims (6)

1. 교반축으로부터 일단(一段) 또는 복수단(複數段)에 걸쳐 직경 방향 외측 방향으로 돌출하는, 세로축 주위로 회전 가능하게 설치된 교반 부재를 포함하고,
   상기 교반 부재에 의해 용기 내에서 피처리 원료를 매체와 함께 교반하여 분쇄하고, 또한 상기 용기 내의 상부에 설치된 분급기(分級機)를 통하여 분쇄 후의 분체(粉體)를 회수하는 매체 교반형 분체 처리 장치로서,
   상기 용기의 내벽은, 상부로 갈수록 중심측으로 변위하는 제1 경사면을 가지는 동시에,
   상기 제1 경사면은, 최상단(最上段)의 상기 교반 부재의 하단면(下端面)의 높이 위치 또는 그보다 하측으로부터 상측을 향해 형성되어 있고,
   상기 교반축과 상기 분급기와의 사이에, 상기 교반축의 상단면(上端面)과 상기 분급기의 하단면과의 사이의 공간을 메우는 개삽(介揷) 부재를 포함하는,
   매체 교반형 분체 처리 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 경사면은, 상기 용기의 바닥부로부터 형성되어 있는, 매체 교반형 분체 처리 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 교반 부재는, 상기 교반축에 대하여 복수단에 걸쳐 설치되고,
   상기 교반축의 축심으로부터, 최상단에 있어서의 상기 교반 부재의 선단부(先端部)까지의 길이가, 그 일단(一段) 밑의 단에 있어서의 상기 교반 부재의 선단부까지의 길이보다 짧게 설정되어 있는, 매체 교반형 분체 처리 장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 용기의 측면에 주위 방향을 따라 설치되고, 직경 방향 내측 방향으로 기체를 분출하는 기체 분출구를 포함하는, 매체 교반형 분체 처리 장치.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   매체의 과잉 부상을 억제하여, 분체·매체가 형성하는 포락면의 고저차를 작게 하는, 매체 교반형 분체 처리 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 용기의 내벽은, 상기 제1 경사면보다도 하측에, 상부로 갈수록 외측으로 변위하는 제2 경사면을 가지는 동시에,
   상기 제1 경사면과 상기 제2 경사면과의 경계가, 최상단(最上段)의 상기 교반 부재의 하단면(下端面)의 높이 위치 또는 그보다 하측으로부터 설정되어 있는, 매체 교반형 분체 처리 장치.

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