JP6172577B2 - 竪型粉砕機 - Google Patents

Description

本発明は、原料の粉砕分野に係り、セメント原料、スラグ、クリンカ、石灰石、石炭、及びその他の無機原料、並びに、バイオマス等を含む有機原料を微粉砕するに好適な竪型粉砕機に関する。

従来から、石炭等を粉砕する粉砕機として竪型粉砕機（竪型ミル、或いは竪型ローラミルと称されることもある）と呼ばれる粉砕機が広く用いられている。
竪型粉砕機は、被粉砕物（本明細書においては単に原料と称することもある）を効率的に粉砕することができるという優れた特性を備えている。
特に、上抜き式、或いはエアスエプト式等と呼ばれているタイプの竪型粉砕機は、機内に下方から上方に向かって上昇しながら流れるガスの気流を形成して、機内に備えた分級機構等によって、粉砕後の原料について、粒径別に分級することにより所望の粒径となったものを製品として取り出すことができるという優れた機能を備えている。

しかし、竪型粉砕機は、原料を効率的に微粉砕することができるという優れた特性を有している反面、原料の種類や粉砕条件によって、異常振動が発生するという問題点を有していた。竪型粉砕機に発生する異常振動は、様々な原因によって誘発されるために、その振動原因に応じた様々な対策を講じる必要があり、従来から数多くの異常振動防止対策が提案されている。

前述したように異常振動の原因は様々である。その１つの例として、竪型粉砕機の運転中において、回転テーブル上で粉砕される被粉砕物（原料と称することもある）と粉砕ローラが滑りやすい状態になると、粉砕ローラによる原料の噛み込み能力が落ちて粉砕効率が低下するとともに、スティックスリップ現象が誘発されて、異常振動を引き起こす可能性が高くなるということが知られている。
スティックスリップ現象とは、粉砕ローラが回転テーブル上に形成された原料層の上で瞬間的なスリップし、一瞬、回転が止まったような状態になる現象であって、運転中、この現象が断続的に繰り返されると、粉砕ローラの回転が不規則になって、竪型粉砕機に振動を発生させる要因となる。
スティックスリップ現象は、回転テーブル上の原料と粉砕ローラが滑りやすい状態の際に、粉砕ローラの噛み込み速度を高めると、特に生じやすい。

ところで、前述した上抜き式、或いはエアスエプト式等と呼ばれているタイプの竪型粉砕機の多くは、ガスの気流を利用して、所望の粒径となった原料を機外に取り出す一方で、所望の粒径となっていない原料については、機内において、再度、回転テーブル上に供給して、繰り返し粉砕する構成となっている。なお、竪型粉砕機の機内で、繰り返し粉砕される原料は、当業者に循環原料と称されるものである。

ここで、竪型粉砕機で微粉砕しようとした場合に、所望する粒径が小さければ小さいほど、それに比例して、前述した循環原料の粒径も小さいものとなる。
粒径の小さな細かな粒子は、機内で群となり、回転テーブル上に紛体の層（紛体層、或いは原料層と称することもある）を形成するが、紛体層は、通常、その内部に空気を取り込んだ状態となっている。そして、粉体の一般的な性質として、紛体層を形成する紛体の径が小さくなればなるほど、その中に多量の空気を抱え込みやすくなる。
言い換えれば、原料を細かに微粉砕しようとすれば、循環原料の量も増えるために、回転テーブル上の紛体層について、粒径の小さな細かな原料を多く含むようになり、空隙率の高い、所謂、嵩高い状態（嵩密度としては低い状態）になる。
嵩高い紛体層は、空気を大量に含んでいるために、見かけ上、原料層の摩擦係数が小さくなっている。その結果、運転中、粉砕ローラが滑りやすい状態になって異常振動が発生し易くなる。

前述の原因による異常振動を防止する方法の一つとして、特許文献１に開示されるような従来技術が公知である。特許文献１に開示の従来技術は、補助ローラを用いて回転テーブル上の紛体層を脱気し、一旦、圧密化することによって、粉砕ローラに原料を効率良く噛み込ませるという技術である。
補助ローラを使用して原料を圧密してから後粉砕ローラで粉砕する場合、原料が圧密されることにより、原料の中にあるガスが脱気されて、粉砕ローラがスリップしにくくなるという作用効果を奏する。

特開平２−１７４９４６号公報

前述した特許文献１に開示された方法も、異常振動を防止する効果を奏する。
しかし、特許文献１に開示された技術においては、直接的に粉砕を目的としない補助ローラ等を機内に配する必要がある。そのため、構造が複雑になり、メンテナンスの手間も増え、コスト高にもなることから、簡便な構造で、異常振動を低減化できる方法が求められていた。
なお、特許文献１に開示された技術においては、補助ローラ等を機内に配する必要があることから、粉砕ローラの設置個数に制限を受ける。そのため、条件によっては、補助ローラを使用できないケースも想定される。

また、近年、竪型粉砕機の大型化にともない、回転テーブルの大型化が進んでおり、粉砕ローラによる原料の噛み込み速度も、従来から使用されている小型の竪型粉砕機と比較して、上昇している。そのため、原料と粉砕ローラが、従来に比べて、さらに滑りやすい状況となっている。
したがって、補助ローラと併用して、さらに異常振動を抑制する効果を高めることのできる技術が求められていた。

本発明は、以上、説明したような問題点に鑑みてなされたものであり、簡便な構造で異常振動を低減化し、原料を効率良く微粉砕するに好適な竪型粉砕機の技術に関する。

上記の目的を達成するため、本発明による竪型粉砕機は、
（１） 回転テーブル上の粉砕ローラで粉砕した原料を、回転テーブルの下方から供給したガスにより吹き上げて回転テーブルの上方に配した分級機構で分級することによって、
所望する粒径となった原料をガスとともに上部から機外に取り出すとともに、
分級機構で分級されて上部から機外に取り出されなかった原料を、回転テーブルと分級機構の間に配した内部コーンで捕集して、回転テーブル上に、再度、供給する竪型粉砕機において、内部コーンにガイド板を配して、ガイド板で、内部コーンから回転テーブルに供給する原料に、回転テーブルの回転方向と逆方向の向きの速度を与える構成とした。

（２）（１）に記載の竪型粉砕機において、前記ガイド板が、外周側から内周側に、回転テーブルの回転方向と逆方向に旋回する螺旋状のガイド板である構成とした。

（３）（１）又は（２）に記載の竪型粉砕機において、前記ガイド板の回転テーブルの回転方向と反対方向の面に硬化肉盛による耐摩耗層を形成した。

（４）（１）乃至（３）のいずれか１項に記載の竪型粉砕機において、外部から機内に投入する新規原料を、前記内部コーンに投入して回転テーブル上に供給する構成とした。

本発明によれば、機内で繰り返し粉砕される原料（所謂、循環原料）、又、外部から機内に投入される新規原料について、内部コーンに配したガイド板により、回転テーブルの回転方向に対して、反対方向側に向かう速度を与えた状態で、回転テーブル上に投入することができ、粉砕ローラによる原料の噛み込み速度を低減化することができるので、原料と粉砕ローラの滑りを抑えて異常振動の発生を抑制できる。

また、回転テーブルの回転方向と逆方向に旋回する螺旋状のガイド板を利用すれば、回転テーブル上に供給する原料に対して、シンプルな構成で、回転テーブルの回転方向に対して反対方向側に向かう向きの速度を与えることが可能である。

さらに、本発明によれば、ガイド板の回転テーブルの回転方向と反対方向の面に硬化肉盛による耐摩耗層を形成することにより、ガイド板の寿命を延ばすことができる。

本発明の実施形態に係わり竪型粉砕機の全体構成を説明する断面図である。 本発明の実施形態に係わり内部コーンとガイド板の配置を説明する図である。 本発明の実施形態に係わり内部コーン内に配したガイド板の形状を説明する図である。 本発明の実施形態に係わり内部コーン内の原料の流れの挙動を概念的に説明する図である。 本発明の実施形態に係わり内部コーンから回転テーブルに向う原料の流れの挙動を概念的に説明する図である。 本発明の実施形態に係わり回転テーブル上の原料の流れの挙動を概念的に説明する図である。 従来技術に係り内部コーン内の原料の流れの挙動を概念的に説明する図である。 従来技術に係り内部コーンから回転テーブルに向う原料の流れの挙動を概念的に説明する図である。 従来技術に係り回転テーブル上を流れる原料の流れの挙動を概念的に説明する図である。

以下、図面等に基づき本発明の好ましい実施形態の１例を、第１の実施形態（第１実施形態と称することもある）として詳細に説明する。
図１から図６は本発明の実施形態に係わり、その好ましい例を示したものであって、図１は竪型粉砕機の全体構成を説明する断面図である。
また、図２は内部コーンとガイド板の配置を説明する図であり、図２（１）は上方からら観察した図であり、図２（２）は側面から断面を観察した図である
図３は内部コーン内に配したガイド板の形状を説明する図であり、図３（１）は上方から観察した図であり、図３（２）又（３）は、それぞれＢ部又Ｃ部の拡大又断面図である。図４から図６は原料の流れの挙動を概念的に示したものであり、図４は内部コーン内の原料の流れ、図５は内部コーンから回転テーブルに向う原料の流れ、図６は回転テーブル上の原料の流れ、について示したものである。
なお、図７乃至図９は、従来技術に係り原料の流れの挙動を概念的に示したものであり、内部コーンにガイド板を備えないケースの例を示したものであって、図７は内部コーン内の原料の流れ、図８は内部コーンから回転テーブルに向う原料の流れ、図９は回転テーブル上の原料の流れ、について示したものである。

図１に、第１実施形態による竪型粉砕機１を示す。
図１に示した竪型粉砕機１は、エアスエプト式等と呼ばれているタイプの竪型粉砕機１であり、後述するガスの気流と内部に備えた分級機構１６を利用して、所望の粒径となった原料を機外に取り出す一方、所望の粒径となっていない原料については、再度、回転テーブル２上に供給して、粉砕ローラ３で、繰り返し粉砕する構成となっている。

以下、竪型粉砕機１の構造を説明する。
図１に示した竪型粉砕機１は、竪型粉砕機１の外郭を形成するケーシング１Ｂ、１Ａ、竪型粉砕機１の下部に設置された減速機２Ｂ、図示しない駆動モータによって駆動される回転テーブル２、及び、コニカル型の粉砕ローラ３等を備えている。
また、図１に示した竪型粉砕機１は、図６に示したように、粉砕ローラ３が回転テーブル２上において、その外周部分に位相を９０度ずらした形で、４個配されている構造となっている。竪型粉砕機１は、図示しない駆動モータの駆動用電源としてインバータ電源を備えて、運転中、回転テーブル２の回転速度が任意に変更可能な可変速式の竪型粉砕機１である。

なお、竪型粉砕機１は、機内の上部に固定式の一次分級羽根１４（一般的に、ガイドベーン１４と称されることもある）、回転式の回転分級羽根１３、及び、回転軸１５とで構成される分級機構１６を備えている。
回転分級羽根１３は、回転軸１５に接続されて、竪型粉砕機１の上部に設置された図示しない駆動モータにより駆動されて、自在に回転する構成となっており、回転分級羽根１３の外周側に固定式の一次分級羽根１４が配置されている。

また、竪型粉砕機１は、回転テーブル２の下方にガスを導入するためのガス供給口３３と、極端に大きな重量の原料を取り出すための下部取出口３４（排出シュート３４と称することもある）と、を備えており、回転テーブル２の上方には、ガスと共に製品（粉砕されて所望の粒径となった原料）を機外に取り出すことのできる上部取出口３９を備えている。

そして、竪型粉砕機１においては、回転テーブル２の外周側部分と竪型粉砕機１の下部ケーシング１Ａとの間に、環状の通路３０（環状通路３０と称することもある）を形成しており、ガス供給口３３から供給されたガスは、環状通路３０を通過し上昇して機内を吹き上がり、分級機構１６を通過した後、上部取出口３９方向に流れていくように構成されている。

図１に示した竪型粉砕機１は前述の構成によって、運転中に、ガス供給口３３よりガス（第１実施形態においては空気）を導入することによって、回転テーブル２下方から一次分級羽根１４及び回転分級羽根１３を通過して上部取出口３９へと流れるガスの気流が生じる。

ここで、本発明の第１実施形態よる竪型粉砕機１においては、図１に示したように、回転テーブル２と分級機構１６との間に、内部コーン２２が配されている。
内部コーン２２は、略切頭円錐型を逆にした形状をしており、その上部が円環状となって上方に向かって開口し、その上端の外周部には、前述した一次分級羽根１４が、等間隔で複数本配されている。
また、本発明の第１実施形態において、内部コーン２２の下部になるコーン下端２４は、円筒状で、回転テーブル２の中心に向けて下方に向かって開口する形状となっている。

そして、内部コーン２２の内側面には、図２に示すように、外周側（内部コーン２２の上方側）から内周側（内部コーン２２の下方側）に向かって、回転テーブル２の回転方向と逆方向に旋回しながら伸びる緩やかな螺旋状（スパイラル状と称されることもある）のガイド板２０を、複数列備えている。
第１実施形態においては、図２（１）に示すように、８列のガイド板２０を備えており、それぞれのガイド板２０は、図３（２）に、その詳細な形状を示すように、内部コーン２２の内側の面で、一定の高さ（第１実施形態においては５０ｍｍ）を保って、緩やかに螺旋状を描きながら伸びている。

また、第１実施形態においては、図３（３）に示すように、螺旋状に伸びるガイド板２０を２層構造として、ガイド板２０の回転テーブルの回転方向側の面を基板２０Ｂ（第１実施形態においては肉厚６ｍｍ）とし、回転テーブルの回転方向と反対方向の面に硬化肉盛による耐摩耗層２０Ａ（第１実施形態においては肉厚３ｍｍ）を形成した。

以下、竪型粉砕機１の粉砕挙動等ついて概略を説明する。
外部から竪型粉砕機１の機内に投入された原料は、原料投入シュート３５を介して内部コーン２２内に投入されて、後述する循環原料と合わせられて、コーン下端２４から、回転テーブル２上に供給される。コーン下端２４から回転テーブル２の中心部近傍に供給された原料は、回転テーブル２上で、回転テーブル２の回転による影響等を受けることにより、回転テーブル２の中心側から外周側に向かって移動しながら紛体層を形成して、粉砕ローラ３により噛み込まれて粉砕される。

粉砕ローラ３により粉砕された原料は、さらに回転テーブル２の外周側に移動してダムリング１７を乗り越えて、環状通路３０に達して、そこで吹き上げられて、ケーシング１Ｂ内を上昇する。
そして、ガスによって吹き上げられた原料の中で、比較的径の大きな原料は、吹き上げられる際にガスの流れから逸脱して落下し、環状通路３０側、或いは、回転テーブル２上側に、再度、戻る方向に移動する。
なお、環状通路３０に達した原料の中で、極端に重量が大きな原料は、環状通路３０に達しても、そこで吹き上げられずに、そのまま落下して、竪型粉砕機１の下部にある下部取出口３４より機外に排出される。

一方、ガスによって吹き上げられた原料の中で、比較的径の小さな原料は、一次分級羽根１４までガスと共に搬送されて、一次分級羽根１４を通過する。

そして、一次分級羽根１４を通過した原料の中で、所望の粒径となった原料は、回転分級羽根１３を通過することにより、分級機構１６を通過して、上部取出口３９から製品として取り出される。
また、一次分級羽根１４を通過した原料の中で、所望の粒径にまで細かく粉砕されていなかった原料は、内部コーン２２内に落下し、そこで前述した原料投入シュート３５を介して機内に投入された新規原料と合わせられて、回転テーブル２上に、再度、供給されて、粉砕ローラ３と回転テーブル２の間に噛み込まれて粉砕される。

ここで、本発明の第１実施形態においては、内部コーン２２の中に螺旋状のガイド板２０を配している。
内部コーン２２内に落下した原料は、内部コーン２２の内周面に配された螺旋状に伸びるガイド板２０に案内されて、外周側から内周側に向かって、螺旋状に旋回しながら下方に流れ、コーン下端２４側へと移動する。そして、コーン下端２４に流れた原料は、回転テーブル２の回転方向に対して、反対方向側に向かう速度を与えられた状態で、回転テーブル２上に供給される。

図４、図５及び図６に原料の流れＳを示す。
図４に示すように、内部コーン２２内に投入された原料は、螺旋状のガイド板２０に案内されて、内部コーン２２の内側面を外周側から内周側に向かって、回転テーブル２の回転方向と反対側に渦巻くようにして、中心側方向に流れて移動する。

図５に原料の流れＳを側面側から観察した場合を示す。
内部コーン２２に投入された原料は、螺旋状のガイド板２０に案内されて、内部コーン２２の上方側から下方側に向かって渦巻くように流れながら移動し、回転テーブル２上へと供給される。

図６に回転テーブル２上における原料の流れＳを示す。
本来、回転テーブル２上に供給された原料は、回転テーブル２の回転による影響を受けることにより、回転テーブル２の回転方向側に流されながら、回転テーブル２の中心側から外周側へと移動する。
しかし、本発明による第１実施形態においては、原料が、コーン下端２４から回転テーブル２へ供給された際において、回転テーブル２の回転方向に対して、反対方向側に向かう速度を与えられた状態にある。
そのため、回転テーブル２上に供給された原料は、コーン下端２４から、最初、回転テーブル２の回転方向と反対側に向かって流れだし、回転テーブル２の回転方向と反対側に向かおうとする向きの速度と、回転テーブル２の回転方向側に流されながら進もうとする向きの速度が、互いに影響しあった状態で、移動する。

その結果、回転テーブル２上の原料の流れＳについて言えば、粉砕ローラ３により原料を噛み込む際の速度が、従来の竪型粉砕機に比較して低減化することになるため、粉砕ローラ３と紛体層の間でスリップしにくくなり、異常振動の発生が低減化される。

なお、比較のため、図７、図８、又図９に従来技術による例を示す。
前述した第１実施形態と異なり、従来技術では、回転テーブル２上へ原料を供給する際において、供給する原料に、回転テーブル２の回転方向に対して反対方向側に向かう速度を積極的に与えていない。
粉砕ローラ３により原料が噛み込まれて際の速度について言えば、前述した本願発明による第１実施形態と異なり、回転テーブル２上へ供給する原料に対して回転テーブル２の回転方向と反対側に向かおうとする向きの速度を与えて低減化させていないから、第１実施形態の場合に比較して速くなる。
したがって、粉砕ローラ３により原料を噛み込む際の速度について低減化されておらず、粉砕ローラ３と紛体層の間で生じるスリップの可能性が抑制できていないから、異常振動の低減化が図られれていない。

また、本発明の第１実施形態においては、ガイド板２０の回転テーブル２の回転方向と反対方向の面に硬化肉盛を施して耐摩耗層２０Ａを形成した。
内部コーン２２の内側面において、外周側から内周側に、回転テーブル２の回転方向と逆方向に旋回する螺旋状のガイド板を配した場合に、原料が内部コーン２２内を流れる際には、ガイド板２０の回転テーブル２の回転方向と反対方向の面である耐摩耗層２０Ａに沿って片寄って流れる。
したがって、ガイド板２０について、回転テーブル２の回転方向と反対方向の面に、耐摩耗層２０Ａを形成することによって、ガイド板２０の寿命を延ばすことができる。

なお、本発明の第１実施形態においては、簡易な構成で、回転テーブル２上に供給する原料に対し、回転テーブル２の回転方向と反対方向側に向かう向きの速度を効果的に与えることができる好ましい構成として、内部コーン２２の内部に螺旋状のガイド板２０を配する構成を示した。
しかし、本発明に適応できるガイド板２０の構成はこれに限らず、本発明の技術思想を逸脱しない範囲内において変更が可能であって、他の形状のガイド板２０を使用しても良く、例えば、コーン下端２４内に一定の角度で傾斜させたガイド板を配することによって、回転テーブル２上に供給する原料に対して回転テーブル２の回転方向と反対方向側に向かう向きの速度を効与える構成等としても良い。

以上のように本願発明に係わる竪型粉砕機は、原料を微粉砕するに好適な竪型粉砕機に関する。

１ 竪型粉砕機
２ 回転テーブル
３ 粉砕ローラ
１３ 回転分級羽根
１４ 一次分級羽根
１５ 回転軸
１６ 分級機構
１７ ダムリング
２０ ガイド板
２０Ａ 耐摩耗層
２０Ｂ 基板
２２ 内部コーン
１Ａ 下部ケーシング
１Ｂ 上部ケーシング
２Ｂ 減速機
３０ 環状通路（環状空間部）
３３ ガス供給口
３５ 原料投入口
３９ 上部取出出口

Claims (4)

1. 回転テーブル上の粉砕ローラで粉砕した原料を、回転テーブルの下方から供給したガスにより吹き上げて回転テーブルの上方に配した分級機構で分級することによって、
   所望する粒径となった原料をガスとともに上部から機外に取り出すとともに、
   分級機構で分級されて上部から機外に取り出されなかった原料を、回転テーブルと分級機構の間に配した内部コーンで捕集して、回転テーブル上に、再度、供給する竪型粉砕機において、
   内部コーンにガイド板を配して、ガイド板で、内部コーンから回転テーブルに供給する原料に、回転テーブルの回転方向と逆方向の向きの速度を与える竪型粉砕機。
2. 前記ガイド板が、外周側から内周側に、回転テーブルの回転方向と逆方向に旋回する螺旋状のガイド板であることを特徴とした請求項１に記載の竪型粉砕機。
3. 前記ガイド板の回転テーブルの回転方向と反対方向の面に硬化肉盛による耐摩耗層を形成したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の竪型粉砕機。
4. 外部から機内に投入する新規原料を、前記内部コーンに投入して回転テーブル上に供給する請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の竪型粉砕機。

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