JP4174811B2

JP4174811B2 - 空気分級装置とこれを用いた微粉製造設備

Info

Publication number: JP4174811B2
Application number: JP12848898A
Authority: JP
Inventors: 雅司佃; 元彦小林
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1998-05-12
Filing date: 1998-05-12
Publication date: 2008-11-05
Anticipated expiration: 2018-05-12
Also published as: JPH11319717A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、粉体を微粉、粗粉およびその中間の中粉に分級する空気分級装置とこれを用いた微粉製造設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
センメントや石炭を粉砕して微粉を製造するために、従来から、ボールミルや竪型ミルが用いられている。
ボールミルは、原料（例えばセンメントクリンカ）を多数のミルボールを内蔵したミルドラム内に供給し、これをその軸線を中心に回転させ、ミルボールの衝撃，摩擦などの粉砕作用により原料を微粉砕するものである。かかるボールミルは、微細な微粉を製造できる特徴を有するが、原料以外のミルボールやミルドラムを駆動するため、粉砕効率が低い問題点がある。
【０００３】
一方、図６に例示する竪型ミルは、粉砕機１、粗粒分離器２、等からなり、粉砕機１は、回転テーブル１ａ、粉砕ローラ１ｂ、等から構成され、供給機により原料を回転テーブル１ａに供給し、回転テーブル１ａの回転により原料を粉砕ローラ１ｂで粉砕し、下方から供給される一次空気により粉砕され細粒化した原料を粗粉分離器２に空気輸送し、粗粉分離器２により粗粒をミル内に戻し、微細化した微粉を製品として外部に取り出すようになっている。かかる竪型ミルは、ボールミルに比較して所要動力が小さく、設置面積も小さい特徴を有しているが、原料を空気輸送するための一次空気のファン動力が大きい問題点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したボールミル及び竪型ミルの問題点を解決するために、本発明の発明者等は、図７に示す微粉製造設備を開発し既に実施している。この製造設備は、予備粉砕機３、エレベータ４ａ，４ｂ、振動篩５、ボールミル６、エアセパレータ７、等を備え、予備粉砕機３で粉砕した原料をエレベータ４ａにより振動篩５に供給し、振動篩５で粗粉を分級して予備粉砕機３に戻し、残りをボールミル６に供給して更に粉砕し、これをエレベータ４ｂでエアセパレータ７に供給し、微粉を製品として取り出し、中粉をボールミル６に戻すようになっている。なお，この図で７ｂはバグフィルターである。
【０００５】
この微粉製造設備は、▲１▼予備粉砕機３が回転テーブル、粉砕ローラ、等からなり、竪型ミルの粉砕機と同様の構成であるため、特に粗粉の粉砕動力が小さい、▲２▼空気輸送の代わりに機械式輸送手段（コンベアやバケットエレベータ）を用いるため輸送動力が小さい、▲３▼微粉を分離しながら原料をボールミルで粉砕するので、ボールミルの粉砕効率が向上する、等の特徴がある。なお、エアセパレータ７は、例えば、通常のサイクロンセパレータの内部に回転ロータを備えたものであり、ロータの回転速度により、微粉（製品）の粒径を調整するようになっている。
【０００６】
図７の微粉製造設備は、ボールミルや竪型ミルを用いた従来の微粉製造設備と比較して大幅な粉砕能力の増強と電力の節減を達成している。しかし、この微粉製造設備は、原料の粉砕効率と輸送効率は高いものの、粒子の分級効率が依然として低い問題点があった。
すなわち、上述した振動篩は、粉砕した原料から粗粉を分離することはできるが、微粉と中粉を分級しようとすると、篩の目が非常に細かくなって効率が極端に低下すると同時に振動篩が大きくなる問題点がある。従って、現状では製品として十分に細かい微粉もボールミルに供給することになり、ボールミルの粉砕能力の妨げとなっている。一方、エアセパレータは微粉と中粉を比較的効率よく分級することはできるが、比較的粗い原料を粗粉から微粉までの分級はできない問題点があった。
【０００７】
本発明は上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、粉体を微粉、中粉及び粗粉に効率よく分級することができる空気分級装置と、これを用いて分級効率のみならず、粉砕効率及び輸送効率を更に高めることができる微粉製造設備を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、垂直な軸心Ｚを中心に回転駆動され周方向に間隔を隔てて配置された複数の回転ベーン（１２ａ）を有する中空円筒状の回転ロータ（１２）と、該回転ロータを囲んで同心に固定され周方向に間隔を隔てて配置された複数の固定ベーン（１４ａ）を有する中空円筒状の固定セパレータ板（１４）と、回転ロータと同軸に回転駆動され固定セパレータ板の上部を塞さぐ回転分散板（１６）とを備え、回転分散板を相対的に低速に回転させて供給された粉体を一様に緩やかに広がり落ちるように分散させ、回転ロータを相対的に高速に回転させて微粒の粒度を調整し、前記各回転ベーンおよび前記各固定ベーンは、回転ロータの回転方向の先端と、該回転方向の後端と、を有し、前記先端が前記後端よりも回転ロータの回転軸に近接するように、前記各回転ベーン及び前記各固定ベーンは前記回転方向から同じ側に斜めに傾いて前記先端から前記後端まで延びており、空気流が、前記回転軸の側へ向かうように、複数の固定ベーンの間を通過し次いで複数の回転ベーンの間を通過するようになっている、ことを特徴とする空気分級装置が提供される。本発明の好ましい実施形態によれば、回転ロータの内側を外部に連通する微粉ダクト（１８）と、固定セパレータ板の下方に設けられ回転ロータとの間を外部に連通する中粒シュート（２０）と、回転分散板、固定セパレータ板及び中粒シュートを間隔を隔てて囲み、回転分散板上に粉体を供給する粉体供給管（２２ａ）と粗粒を排出する粗粒シュート（２２ｂ）と空気を導入する空気導入管（２２ｃ）とを有する中空円筒状のケーシング（２２）とを備える。
【０００９】
上記本発明の構成によれば、予備粉砕した粉体を粉体供給管（２２ａ）を介して回転分散板（１６）上に供給し、その回転により固定セパレータ板（１４）の回りに分散させて落下させ、空気導入管（２２ｃ）から供給される空気の上昇流により、そのまま自重で下降する粗粒と、上昇流に同伴される粉体（中粒と微粒）に分級し、粗粒を粗粒シュート（２２ｂ）から排出することができる。更に、上昇流に同伴される粉体は、固定セパレータ板（１４）の固定ベーン（１４ａ）で整流され、回転ベーン（１２ａ）の回転により旋回流となり、遠心力の作用により、微粒は空気流に同伴して微粉ダクト（１８）を介して外部に取り出され、中粒は回転ベーンの外側で下降し、中粒シュート（２０）を介して外部に排出される。従って、この構成により、粉体を微粒、中粒及び粗粒に分級することができる。
また、本発明の構成によれば、回転ロータ（１２）と回転分散板（１６）が独立に回転駆動できるので、回転分散板を相対的に低速に回転させて供給された粉体を一様に緩やかに広がり落ちるように分散させることができ、逆に回転ロータを相対的に高速に回転させて微粒の粒度を調整することができる。
【００１０】
更に本発明の好ましい実施形態によれば、前記粗粒シュート（２２ｂ）は、直径が下方に漸減するテーパ状に形成されており、該粗粒シュートの中間部に前記空気導入管（２２ｃ）が形成されている。この構成により、粗粒シュート内の上昇流を下方ほど強くすることができ、粗粒を効果的に分級することができる。
【００１１】
また、本発明によれば、回転テーブルと粉砕ローラを有し原料を粉砕する予備粉砕機（３）と、空気流の流れにより粉体を微粒、粗粒およびその中間の中粉に分級する上記空気分級装置（１０）と、予備粉砕機で粉砕した粉体を空気分級装置まで輸送する機械式輸送手段（４）と、を備え、空気分級装置で分級した微粒を製品として回収し、粗粒を予備粉砕機にリサイクルすることを特徴とする微粉製造設備が提供される。
【００１２】
上記本発明の構成によれば、回転テーブルと粉砕ローラを有し原料を粉砕する予備粉砕機（３）を用いるので粉砕効率が高く、予備粉砕機で粉砕した粉体を空気分級装置まで輸送する機械式輸送手段（４）を用いるので輸送効率が高い。また、本発明では、空気流の流れにより粉体を微粒、粗粒およびその中間の中粉に分級する空気分級装置（１０）を備えているので、分級効率を高めることができ、かつ分級した分級した微粒を製品として回収し、粗粒を予備粉砕機にリサイクルするので、予備粉砕機の粉砕効率と機械式輸送手段の輸送効率を更に高めることができる。
【００１３】
本発明の好ましい実施形態によれば、更に、ボールミル（６）を備え、空気分級装置で分級した中粒を供給する。この構成により、空気分級装置で製品となる微粉を分級した中粒をボールミルに供給することにより、ボールミルにおける粉砕効率も高めることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。
図１は、本発明による空気分級装置の横断面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線における断面図である。図１及び図２に示すように、本発明の空気分級装置１０は、中空円筒状の回転ロータ１２、中空円筒状の固定セパレータ板１４、回転分散板１６、微粉ダクト１８、中粒シュート２０及びケーシング２２からなる。
【００１５】
回転ロータ１２は、垂直な軸心Ｚを中心に図示しない駆動装置により回転駆動される。また、この回転ロータ１２は、図２に示すように周方向に間隔を隔てて配置された複数の回転ベーン１２ａを有している。固定セパレータ板１４は、回転ロータ１２を囲んで同心に固定されている。また、図２に示すように周方向に間隔を隔てて配置された複数の固定ベーン１４ａを有している。回転ベーン１２ａと固定ベーン１４ａは、この例では、同じ向きに傾斜した平板であり、かつ固定ベーン１４ａを通過した空気流の向きに回転ロータ１２が回転（図で左回転）し、空気流がスムースに回転ベーン１２ａの間を通過して回転ロータ１２の内側に流入するようになっている。なお、各ベーン１２ａ，１４ａを翼形、その他の形状にしてもよい。
【００１６】
微粉ダクト１８は、回転ロータ１２の内側を外部に連通している。なお、この図において、微粉ダクト１８は回転ロータ１２の下方に位置しているが、本発明はこれに限定されず、回転ロータ１２の上方に設けてもよい。
中粒シュート２０は、固定セパレータ板１４の下方に設けられ、回転ロータ１２との間を外部に連通している。この中粒シュート２０は、図１に示すように下方が細いテーパ状に形成され、粗粒がスムースに落下するようになっているのがよい。
上述した構成により、外側から導入される空気流を固定セパレータ板１４の固定ベーン１４ａで整流し、回転ベーン１２ａの回転により旋回流を形成し、遠心力の作用により、微粒と中粒を分級し、微粉ダクト１８と中粒シュート２０からそれぞれ外部に取り出すことができる。
【００１７】
ケーシング２２は、回転分散板１６、固定セパレータ板１４及び中粒シュート２０を間隔を隔てて囲む気密容器である。また、このケーシング２２は、回転分散板１６の上に粉体を供給する粉体供給管２２ａと、粗粒を排出する粗粒シュート２２ｂと、空気を導入する空気導入管２２ｃとを有している。粗粒シュート２２ｂは、この例では、直径が下方に漸減するテーパ状に形成されている。また、この粗粒シュート２２ｂの中間部に空気導入管２２ｃが設けられている。
回転分散板１６は、回転ロータ１２と同軸に、図示しない駆動装置により独立に回転駆動されている。また、この回転分散板１６は、固定セパレータ板の上部を塞さぐように形成されている。
この構成により、予備粉砕した粉体を粉体供給管２２ａを介して回転分散板１６上に供給し、その回転により固定セパレータ板１４の回りに分散させて落下させ、空気導入管２２ｃから供給される空気の上昇流により、そのまま自重で下降する粗粒と、上昇流に同伴される粉体（中粒と微粒）に分級し、粗粒を粗粒シュート２２ｂから排出することができる。
【００１８】
更に、上述した本発明の構成によれば、回転ロータ１２と回転分散板１６を独立に回転駆動できるので、回転分散板１６を相対的に低速に回転させて供給された粉体を一様に緩やかに広がり落ちるように分散させることができ、逆に回転ロータ１２を相対的に高速に回転させて微粒の粒度を調整することができる。
【００１９】
図３は、本発明による微粉製造設備の全体構成図である。この図に示すように、本発明の微粉製造設備は、回転テーブルと粉砕ローラを有し原料を粉砕する予備粉砕機３と、空気流の流れにより粉体を微粒、粗粒およびその中間の中粉に分級する空気分級装置１０と、予備粉砕機で粉砕した粉体を空気分級装置まで輸送する機械式輸送手段４と、ボールミル６とを備え、空気分級装置１０で分級した微粒を製品として回収し、粗粒を予備粉砕機３にリサイクルし、かつ空気分級装置１０で分級した中粒をボールミル６に供給するようになっている。
【００２０】
この構成により、回転テーブルと粉砕ローラを有し原料を粉砕する予備粉砕機３を用いるので粉砕効率が高く、予備粉砕機３で粉砕した粉体を空気分級装置１０まで輸送する機械式輸送手段４（例えばバケットエレベータ、ベルトコンベア）を用いるので輸送効率が高い。また、本発明では、空気流の流れにより粉体を微粒、粗粒およびその中間の中粉に分級する空気分級装置１０を備えているので、分級効率を高めることができ、かつ分級した微粒を製品として回収し、粗粒を予備粉砕機３にリサイクルするので、予備粉砕機３の粉砕効率と機械式輸送手段の輸送効率を更に高めることができる。更に、ボールミル６を備え、空気分級装置１０で分級した中粒をボールミルに供給することにより、ボールミル６における粉砕効率も高めることができる。
【００２１】
以下、本発明の実施例を説明する。
図４は、本発明の微粉製造設備の実施例であり、全体のマテリアルバランスの実測値を示している。この図からわかるように、原料１２６ｔ／ｈに対して、３０ｔ／ｈの微粒が本発明の空気分級装置１０で分離されており、これにより、ボールミル６の負荷が低減していることがわかる。また、得られた微粒は３２００ｃｍ²／ｇ以上の比表面積を有する良質のものであった。また、ボールミル６にはおよそ５００ｃｍ²／ｇの中粒が供給され、ボールミル６における粉砕効率も高めることができることがわかった。
【００２２】
図５は、本発明の空気分級装置の実施例であり、分級前後の粉体の粒径分布を示している。なおこの例は、直径約２３００ｍｍの回転ロータ１２を約１８〜１８０ｒｐｍで高速回転させ、直径約３０００ｍｍの回転分散板１６を約７．５〜３０ｒｐｍで低速回転させた場合を示している。
図５から本発明の空気分級装置により、予備粉砕した粉体Ａを粗粒Ｂ、中粒Ｃ及び微粉Ｄに効果的に分級できることがわかる。また、得られた製品（微粉Ｄ）は、４４μｍを９２％が通過する非常に細かい微細であり、かつその分布もシャープになっている。
【００２３】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【００２４】
【発明の効果】
上述したように、本発明の空気分級装置は、回転ロータ１２と回転分散板１６が独立に回転駆動できるので、回転分散板を相対的に低速に回転させて供給された粉体を一様に緩やかに広がり落ちるように分散させることができ、逆に回転ロータを相対的に高速に回転させて微粒の粒度を調整することができる。
また、本発明の微粉製造設備は、予備粉砕機３を用いるので粉砕効率が高く、機械式輸送手段４を用いるので輸送効率が高く、更に、空気分級装置１０を備えているので、分級効率を高めることができ、かつ分級した分級した微粒を製品として回収し、粗粒を予備粉砕機にリサイクルするので、予備粉砕機の安定運転とボールミル６の粉砕効率を高めることができる。
【００２５】
従って、本発明の空気分級装置とこれを用いた微粉製造設備は、粉体を微粉、中粉及び粗粉に効率よく分級することができる空気分級装置と、これを用いて分級効率のみならず、粉砕効率及び輸送効率を更に高めることができる、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による空気分級装置の横断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線における断面図である。
【図３】本発明による微粉製造設備の全体構成図である。
【図４】本発明の微粉製造設備の実施例である。
【図５】本発明の空気分級装置の実施例である。
【図６】竪型ミルの模式図である。
【図７】従来の微粉製造設備の全体構成図である。
【符号の説明】
１粉砕機
２粗粒分離器
３予備粉砕機
４，４ａ，４ｂ機械式輸送手段（バケットエレベータ）
５振動篩
６ボールミル
７エアセパレータ
１０空気分級装置
１２回転ロータ
１２ａ回転ベーン
１４固定セパレータ板
１４ａ固定ベーン
１６回転分散板
１８微粉ダクト
２０中粒シュート
２２ケーシング
２２ａ粉体供給管
２２ｂ粗粒シュート
２２ｃ空気導入管

Claims

垂直な軸心Ｚを中心に回転駆動され周方向に間隔を隔てて配置された複数の回転ベーン（１２ａ）を有する中空円筒状の回転ロータ（１２）と、該回転ロータを囲んで同心に固定され周方向に間隔を隔てて配置された複数の固定ベーン（１４ａ）を有する中空円筒状の固定セパレータ板（１４）と、回転ロータと同軸に回転駆動され固定セパレータ板の上部を塞さぐ回転分散板（１６）とを備え、回転分散板を相対的に低速に回転させて供給された粉体を一様に緩やかに広がり落ちるように分散させ、回転ロータを相対的に高速に回転させて微粒の粒度を調整し、
前記各回転ベーンおよび前記各固定ベーンは、回転ロータの回転方向の先端と、該回転方向の後端と、を有し、
前記先端が前記後端よりも回転ロータの回転軸に近接するように、前記各回転ベーン及び前記各固定ベーンは前記回転方向から同じ側に斜めに傾いて前記先端から前記後端まで延びており、
空気流が、前記回転軸の側へ向かうように、複数の固定ベーンの間を通過し次いで複数の回転ベーンの間を通過するようになっている、ことを特徴とする空気分級装置。
前記回転ロータ（１２）の内側を外部に連通する微粉ダクト（１８）と、固定セパレータ板（１４）の下方に設けられ回転ロータとの間を外部に連通する中粒シュート（２０）と、回転分散板、固定セパレータ板及び中粒シュートを間隔を隔てて囲み、回転分散板上に粉体を供給する粉体供給管（２２ａ）と粗粒を排出する粗粒シュート（２２ｂ）と空気を導入する空気導入管（２２ｃ）とを有する中空円筒状のケーシング（２２）と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の空気分級装置。
前記粗粒シュート（２２ｂ）は、直径が下方に漸減するテーパ状に形成されており、該粗粒シュートの中間部に前記空気導入管（２２ｃ）が形成されている、ことを特徴とする請求項２に記載の空気分級装置。
回転テーブルと粉砕ローラを有し原料を粉砕する予備粉砕機（３）と、空気流の流れにより粉体を微粒、粗粒およびその中間の中粉に分級する請求項１に記載の空気分級装置（１０）と、予備粉砕機で粉砕した粉体を空気分級装置まで輸送する機械式輸送手段（４）と、を備え、空気分級装置で分級した微粒を製品として回収し、粗粒を予備粉砕機にリサイクルすることを特徴とする微粉製造設備。
更に、ボールミル（６）を備え、前記空気分級装置で分級した中粒を供給する、ことを特徴とする請求項４に記載の微粉製造設備。