JP2790228B2 - 遠心流動粉砕装置のバッチ運転方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，セラミックスや無機ま
たは有機化合物を微粉砕する粉砕装置に係り，さらに詳
しくは，回転皿および外周環を備えており，装置内部に
収納した鋼球またはセラミックスボール等の粉砕媒体を
遠心流動させることにより原料の粉砕を行なうようにし
た遠心流動粉砕装置のバッチ運転方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】粉砕装置は，チューブミル，竪形ミルな
ど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，内部に収納し
た鋼球またはセラミックスボール等の粉砕媒体（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。

【０００３】古くから用いられているこの種の竪型ボー
ルミルにおいては，粉砕ならびに摩砕作用が弱い，ある
い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
あった。そこで，本出願人は，次のごとき回転皿および
固定環（外周環）を有する遠心流動粉砕装置を特許出願
した。（特願昭６０−２６５３７９号，同６０−２６６
８６７〜２６６８７２号，同６１−９９７４５号，同６
１−２０７６０３号等）。

【０００４】図５はこれらの遠心流動粉砕装置の一例を
示しており、この回転皿６は回転軸芯が鉛直方向を向い
ていて、下方に向かって拡径する円錐形状の皿面６ａを
有し、かつ該皿面６ａの縦断面が中央部から外周部にか
けて凹状に湾曲している形状の回転自在な皿状のもので
ある。外周環７は、少なくとも上部が上方に向かって縮
径する内壁面を有し、該内壁面の縦断面が凹状に湾曲し
ている形状であり、前記回転皿６と同軸的に周設されて
静止している。そして、遠心流動粉砕装置１は、前記回
転皿６の皿面６ａと外周環７の内壁面とが、回転皿６と
外周環７との間の微小隙間１９を除いて、連続的な円滑
面に形成されている。

【０００５】符号８は粉砕装置の本体部分を覆うケーシ
ングであって，外周環７は連結部材９を介してケーシン
グ８の内面に取付けられている。符号１０は柱脚であっ
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。

【０００６】外周環７は，本実施例ではライナが内張り
されるとともに，その壁面を貫通するように多数のスリ
ットまたは小孔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およ
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。

【０００７】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および前記空気導入室１７には，粉粒体の抜出
および搬送用の管路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。

【０００８】ケーシング８の上面部を被うように蓋体２
８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，ベアリング２９によって
これを枢支している。この回転筒１４は，例えばプーリ
２９ａおよびベルト２９ｂ等の適宜の動力伝達手段によ
って駆動装置（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。

【０００９】而して，この回転筒１４の下端に分級機３
０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１の羽根３３，円板３１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を取囲む
ように撹拌ブレード３６が設けられている。このブレー
ド３６は図示しないステーを介して円板３１，３２に連
結され，分級機３０とともに回転するようになってい
る。

【００１０】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および撹拌ブレード３６によっ
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３１，３２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の循環ファン効果により蓋体２８の内
面に沿うように流れて粉砕室２７へ戻される。

【００１１】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の回転に伴って粉砕媒体（スチールボール
またはセラミックボール）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１８から空気導入室１７および底部カバー２
０内に導入された空気は，クリアランス１９，スリット
または小孔１５を通って粉砕室２７内に流入し，粉砕に
よって生じた粉末を伴って分級機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およびダクト１３を経て捕集手段へ送られ，
捕集機において捕集される。

【００１２】また，スリットまたは小孔１５あるいはク
リアランス１９を通って粉砕室２７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２７内に
戻される。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したような図
５に示す従来の遠心流動粉砕装置においては，粉砕媒体
はジルコニア，アルミナ，炭化硅素，窒化硅素，鋼球等
が使用されるが，被粉砕物の要求製品の粉末度に応じて
連続運転のほかバッチ運転を行なうこともできる。一般
に比較的処理能力が大きく，かつ，製品粒度がそれほど
苛酷でないものは連続運転とし，処理量が小さくても製
品粒度が非常に小さい製品を得る場合にはバッチ運転に
よる回分操作が必要となる。しかしながら，従来使用さ
れていた運転条件では，例えば図６に示すように，粉砕
時間が８０分を越える限界時間ｔ_aに達すると平均粒径
Ｄｐ₅₀は限界粒子径Ｄａに達したあと，それ以上粉砕し
ても凝集が起こって平均粒径が限界粒子径Ｄａより小さ
くならず，要求の製品粒径がこれ以下の製品を得ること
ができないという問題があった。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上に述べた課題を解決し
て、有効な粉砕を行ない所要の超微粉砕品も得られるた
めに、本発明の遠心流動粉砕装置のバッチ運転方法は、
回転軸芯が鉛直方向を向いており、下方に向かって拡径
する円錐形状を有する皿面を有し、かつ、該皿面の縦断
面が中央部から外周部にかけて凹状に湾曲している形状
の回転自在な皿状の回転皿と、少なくとも上部が上方に
向かって縮径する内壁面を有し、該内壁面の縦断面が凹
状に湾曲している形状であり、前記回転皿と同軸的に周
設されて静止した外周環とを具備し、前記回転皿の皿面
と該外周環の内壁面とが、回転皿と外周環との間の微小
隙間を除いて、連続的な円滑面に形成されている遠心流
動粉砕装置の回分操作の運転において、該遠心流動粉砕
装置内に粉砕原料とともに収納する粉砕媒体を、粉砕後
の平均粒径が４μｍ以上の製品を短時間で得たい場合に
は直径が５〜１０ｍｍ程度の大径または中径のボールと
し、粉砕後の平均粒径が３〜４μｍ程度の微粉砕品を短
時間で得たい場合には直径が３〜５ｍｍ程度の中径また
は小径のボールとし、粉砕後の平均粒径が３μｍ未満の
超微粉砕品を得たい場合には直径が３ｍｍもしくはそれ
以下の小径ボールを使用して長時間運転することとし
た。

【００１５】

【作用】本発明の遠心流動粉砕装置のバッチ運転方法に
おいては，製品平均粒径が大のとき大径または中径ボー
ルで短時間運転し，製品平均粒径が小のときには小径ボ
ールで長時間運転する。そして，製品平均粒径が中間の
３〜４μｍ程度のときには中径ボールまたは小径ボール
で短時間運転することによって，各々所望のサイズの製
品を得ることができる。

【００１６】

【実施例】以下図面に基づいて本発明の実施例について
詳細に説明する。図１〜図４は本発明の実施例に係り，
図１は遠心流動粉砕装置の全体縦断面図，図２は遠心流
動粉砕装置の要部縦断面図，図３は運転時間と製品の平
均粒径との相関曲線図，図４はバッチ運転方法の選択指
針説明図である。

【００１７】図１において，回転皿６は回転皿６の中心
下方に垂設される回転軸２およびカップリング２ａを介
して減速機２５の出力軸と連結され，可変速電動機２６
によって回転駆動される。一方，微小のクリアランス１
９を隔て回転皿６の周囲には柱脚２４，架台２３を介し
て外周環７が配設され，回転皿６と外周環７とで形成さ
れる空間である粉砕室２７では，従来技術で述べたよう
に構成され原料は粉砕媒体による遠心流動粉砕作用を受
け，微粉砕または超微粉砕される。外周環７の上部には
天板４０ａを有する帽子状の円筒管４０が載置され外周
環７に連結される。円筒管４０の中間には複数個の透孔
４４を有する水平円板からなる仕切板４２が固設され，
透孔４４にはバッグフィルタエレメント５０が仕切板４
２の下方に形成される分級室４７に突出垂下されるよう
に配設される。また，透孔４４の上方にはベンチュリ管
４６が設けられ，ベンチュリ管４６の上にはバッグフィ
ルタエレメント５０の内面へ圧縮エアを吹付けるための
圧縮エア供給管６０が機外から導かれ，吹出しノズル６
０ａがベンチュリ管４６に対向配置される。円筒管４０
の天板４０ａ中央には含塵ガスの排出管４８が設けられ
る。以上のように構成された可変速電動機２６，減速機
２５および柱脚２４は共通ベース１００の上面に固設さ
れる。本発明の遠心流動粉砕装置１は間欠運転（バッチ
操作）と連続運転がともに可能で汎用性が広い。バッチ
運転を行なうときには，装置内への吸入空気量はクリア
ランス１９から粉砕微粉が漏洩しない程度に少なく留
め，バッグフィルタエレメント５０の篩目は微粉を逃が
さないよう極微小のものを採用する。

【００１８】以上のように構成された本発明の作動につ
いて説明する。あらかじめ，粉砕室２７内には，たとえ
ば，球状のボールからなる粉砕媒体が多数装入されてい
る。まず，粉砕原料を図示しない投入管から装置内に投
入する。回転皿６の回転に伴って粉砕原料および粉砕媒
体は外周環７の内壁面７ａと皿面６ａとを循環する円運
動（矢印Ｓ）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（遠心流動）を行な
い，その間で粉砕原料の摩砕または剥ぎ取りを行なう。
すなわち，回転皿６を回転させると，粉砕媒体は遠心力
により外周方向に移動され，この速度エネルギによって
外周環７の内壁面７ａを這い上がり，その這い上がる力
が重力より小さくなった時点で該内壁面７ａから離れて
回転皿６の皿面６ａ上に落下する。皿面６ａ上に移動し
た粉砕媒体はこの皿面６ａに沿って再び外周環７へ向け
て移動される。

【００１９】また，回転皿６を回転させると，粉砕媒体
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。したがって，粉砕媒体は，前述のように皿面６ａ
と内壁面７ａを循環する上下方向の円運動Ｓ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
らの二つの運動を合成した縄を綯うような螺旋進行運動
（遠心流動）を行なう。

【００２０】このように，粉砕媒体は回転皿６の円周方
向への運動を維持しつつ内壁面７ａを這い上がる運動を
行なうのであるが，この内壁面７ａが固定されていると
き，粉砕媒体の円周方向速度（公転速度）および粉砕媒
体の這い上がり速度との合成速度がそのまま内壁面７ａ
と粉砕媒体の速度差になる。したがって，粉砕媒体と内
壁面７ａとの速度差は極めて大きなものとなり，内壁面
７ａ上を移動する際の粉砕媒体の作用による摩砕作用は
著しく強いものとなる。

【００２１】さらに，内壁面７ａから離脱して皿面６ａ
上に着床した粉砕媒体は，この皿面６ａに沿って滑らか
に転がり落ちるので，皿面６ａを転動降下する際の運動
により，内壁面７ａを駆け上が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，粉砕媒体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，剥離作用に有効に利用することができ
る。さらに，皿面６ａに沿って降下する際は，粉砕媒体
はこの皿面６ａと摺動するから，この降下運動中におい
ても摩砕または剥離が行なわれる。

【００２２】図３に示すものは，運転時間（粉砕時間）
ｔと製品の平均粒径Ｄｐ₅₀との相関関係を示し，熔融シ
リカの砕料（出発粒径８２μｍ）を回転皿直径が４００
ｍｍの遠心流動粉砕装置で回転数５００ｒｐｍでバッチ
運転による粉砕を実施した場合の結果を示す。粉砕媒体
は各々１０ｍｍ，５ｍｍ，３ｍｍの単一ジルコニアボー
ルを使用した。図３によると，図６で説明した１０ｍｍ
ボールの凝集現象（限界時間ｔ_a に限界粒子径Ｄａに達
する）と同様に，５ｍｍボールの場合にも粉砕時間ｔ＝
６０分のときに凝集が起こり，その後粉砕を実施しても
平均粒子径Ｄｐ ₅₀は低下せず，むしろ増大する。一方，
３ｍｍボールの場合にはかなり長時間のバッチ運転でも
凝集は見られず平均粒子径Ｄｐ₅₀は単調に減少する。

【００２３】以上のような傾向は，熔融シリカ以外の他
の砕料（アルミナ，窒化硅素，タルク等）にも同様に見
られ，汎用性があるものと考えられる。そこで，図４に
示すように，これらの特性よりバッチ運転においては，
砕料の種類，処理能力，所望の製品粒度等を考慮して粉
砕媒体のボール径や運転時間を決定する。まず，製品平
均粒径が，たとえば，５〜８μｍなど４μｍ以上の製品
を得る場合には従来使用されていた１０ｍｍボールや５
ｍｍボールでも２０分程度の短時間に粉砕され，処理能
力も大きい。一方，製品平均粒径が３〜４μｍ程度の中
級品を得たいときには５ｍｍボールや３ｍｍボールで４
０〜６０分程度の短時間の粉砕を行なう。また，製品平
均粒径が３μｍ未満の超微粉砕品を得る場合には凝集を
起こし難い小径のボール，たとえば，３ｍｍボールやそ
れ以下のボールで１００分以上の長時間運転を実施す
る。

【００２４】なお，砕料によっては図３に示す特性曲線
が幾分上下にスライドされるので，粉砕頻度の多い砕料
や所望粒度の許容幅の小さい砕料については，事前にテ
スト運転し，データを収集整理しておくことが望まし
い。

【００２５】本発明のバッチ運転方法は，遠心流動粉砕
装置における粉砕媒体ボール径と製品平均粒径との相関
関係における特性を十分把握してそれに適合した運転を
行なうので，効率の良い粉砕が実施され，所望の粒度の
製品を必要最小限度の時間で得られる。

【００２６】

【発明の効果】以上述べたように，本発明のバッチ運転
方法では，適正なボール径の粉砕媒体を選択し，効率の
良い運転が実施されるため所要粒度の製品を速やかに得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る遠心流動粉砕装置の全体
縦断面図である。

【図２】本発明の実施例に係る遠心流動粉砕装置の要部
縦断面図である。

【図３】本発明の実施例に係るバッチ運転における運転
時間と製品の平均粒径との相関曲線図である。

【図４】本発明の実施例に係るバッチ運転方法の運転指
針説明図である。

【図５】従来の遠心流動粉砕装置の要部縦断面図であ
る。

【図６】従来の遠心流動粉砕装置のバッチ運転における
運転時間と製品の平均粒径との相関曲線図である。

【符号の説明】

１ 遠心流動粉砕装置 ２ 回転軸 ６ 回転皿 ６ａ 皿面 ７ 外周環 ７ａ 内壁面 １８ 空気導入管 １９ クリアランス ２７ 粉砕室 ４０ 円筒管 ４０ａ 天板 ４０ｂ 円筒管 ４０ｃ 蓋 ４０ｄ 丁番 ４２ 仕切板 ４４ 透孔 ４６ ベンチュリ管 ４７ 分級室 ４８ 排出管 ５０ バッグフィルタエレメント ６０ 圧縮エア供給管 ６０ａ 吹出しノズル １００ 共通ベース Ｓ 円運動 Ａ 単一ボール Ｄｐ₅₀ 平均粒径 Ｄａ 限界粒子径 ｔ_a 限界時間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B02C 17/00 - 17/20

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸芯が鉛直方向を向いており、下方
   へ向かって拡径する円錐形状を有する皿面を有し、か
   つ、該皿面の縦断面が中央部から外周部にかけて凹状に
   湾曲している形状の回転自在な皿状の回転皿と、少なく
   とも上部が上方に向かって縮径する内壁面を有し、該内
   壁面の縦断面が凹状に湾曲している形状であり、前記回
   転皿と同軸的に周設されて静止した外周環とを具備し、
   前記回転皿の皿面と該外周環の内壁面とが、回転皿と外
   周環との間の微小隙間を除いて、連続的な円滑面に形成
   されている遠心流動粉砕装置の回分操作の運転におい
   て、 該遠心流動粉砕装置内に粉砕原料とともに収納する粉砕
   媒体を、 粉砕後の平均粒径が４μｍ以上の製品を短時間で得たい
   場合には直径が５〜１０ｍｍ程度の大径または中径のボ
   ールとし、 粉砕後の平均粒径が３〜４μｍ程度の微粉砕品を短時間
   で得たい場合には直径が３〜５ｍｍ程度の中径または小
   径のボールとし、 粉砕後の平均粒径が３μｍ未満の超微粉砕品を得たい場
   合には直径が３ｍｍもしくはそれ以下の小径ボールを使
   用して長時間運転する遠心流動粉砕装置のバッチ運転方
   法。