KR102154690B1

KR102154690B1 - 교반기 볼 밀

Info

Publication number: KR102154690B1
Application number: KR1020197013212A
Authority: KR
Inventors: 에리히 예커; 프랑크 로날드 랑; 마크 웨이더
Original assignee: 윌리 에이. 바호펜 아게
Priority date: 2009-02-24
Filing date: 2010-02-24
Publication date: 2020-09-11
Also published as: CN102333597A; KR20110131229A; JP2012518525A; DK2401083T3; EP2401083B1; KR20190051091A; PL2401083T3; JP2015166086A; WO2010112274A1; CN102333597B; EP2401083A1; ES2734520T3; KR20160140988A; CH700446A1; JP5793087B2; US8814071B2; MY161529A; US20110303774A1

Abstract

본 발명은 밀링 챔버(5)와 교반기를 가진 교반기 볼 밀(1)에 관한 것으로, 교반기는 회전가능하게 장착되어 구동되는 교반기 샤프트(6)와 그 위에 배열된 가속기들(7, 8, 9)을 구비하고, 가장 하류에 배열된 가속기, 즉, 밀링 재료 출구(21)에 가장 근접한 가속기(9)는 축방향으로 길게 형성되고, 시브(23)의 축방향 길이를 따라 연장된다.

Description

교반기 볼 밀{AGITATOR BALL MILL}

본 발명은 교반기 볼 밀에 관한 것으로, 이 교반기 볼 밀은 측벽과 입구측 상의 하나의 전방벽 및 출구측 상의 하나의 전방벽 각각에 의해 경계가 형성되어 있는 밀링 챔버(milling chamber)와, 밀링 챔버 내에 배열되면서 회전가능하게 장착 및 구동되는 교반기 샤프트 및 그 위에 배열된 가속기들을 구비하는 교반기와, 입구측 상의 전방벽에 근접하게 배열된 밀링 재료(milling material) 및 밀링 매체(milling media)들을 위한 입구(inlet)와, 출구측 상의 전방벽 내에 배열되고 시브(sieve)에 의해 밀링 챔버로부터 분리되어 있는 밀링 재료 출구(milling material outlet)를 구비한다. 또한, 본 발명은 교반기 볼 밀의 밀링 재료 출구의 상류에 배열된 시브의 폐색을 방지하기 위한 방법에 관한 것으로, 이는 밀링 재료 입구로부터 밀링 재료 출구로 유동하는 밀링 재료 및 밀링 매체들의 물질 유동이 시브의 영역에서 편향되고, 유동 방향의 반대 방향으로 시브의 외부 표면을 따라 안내되는 것을 특징으로 한다.

이러한 유형의 공지된 교반기 볼 밀들의 경우에, 짧은 동작 시간 이후 점진적으로 밀링 재료 출구의 상류에 배열된 시브가 폐색되고, 따라서, 처리량이 감소하며, 결국에는 시브를 세정하기 위해 동작을 중단시켜야만 하는, 아직도 만족스러운 정도로 해결되지 못한 심각한 문제점이 존재한다.

이 문제점을 해결하기 위해, 시브의 상류에 배열된 분리기들을 포함하는 다양한 구조적 방안들이 제안되어 왔다. 이러한 방향의 가장 최근의 개선책들 중 하나는 예를 들어 EP-751830호에 설명되어 있다. 이 개선책은 시브의 상류에 배열된 분리기에 추가로, 상기 분리기의 상류에, 조립질 입자와 미세 입자 사이의 예비거름작용을 위한 상류 장치를 배열하는 것을 제안하고 있다. 이 장치는 실질적으로 교반기의 최종 디스크와 분리기 사이에 거리를 형성하며, 이 거리는 이 중간 공간 내에 밀링 재료와 밀링 매체들의 혼합물이 나머지 밀링 챔버 내에서보다 더 강하게 가속되기에 충분히 작으며, 그에 의해, "사전거름"이라 지칭되는 분리가 이루어지게 된다. 이 방식으로, 조립질 매체들이 시브에 도달하지 않게 되거나 덜 도달하게 된다.

EP-751830호

그러나, 연속 동작시, 이 방안에도 불구하고, 대부분의 경우에 시브의 폐색이 발생할 수 있다. 따라서, 본 발명의 목적은 종래 기술과는 다른 더욱 효율적 방식으로 시브의 폐색을 방지하는 것이다.

이는 가장 하류에 배열된 가속기, 즉, 밀링 재료 출구에 가장 근접한 가속기가 축방향으로 길게 형성되고, 시브의 축방향 길이를 따라 하류로 연장되어 있는 본 발명에 따라 달성된다. 이 방식으로, 본 발명에 따르면, 밀링 재료 입구로부터 밀링 재료 출구로 유동하는 밀링 재료 및 밀링 매체들의 물질 유동은 시브의 영역에서 편향되고, 유동 방향의 반대 방향으로 시브의 외부 표면을 따라 안내된다.

바람직하게는, 가속기들은 블레이드 휠들로서 형성된다. 또한, 가장 하류에 배열된 블레이드 휠의 블레이드들은 시브의 전체 축방향 길이에 걸쳐 연장되며, 어떤 경우에든, 적어도 시브의 길이의 절반보다는 긴 길이에 걸쳐 연장된다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 시브를 환형으로 둘러싸는 편향 채널이 출구측의 전방벽에 배열된다. 비사용공간들을 감소시키기 위해, 편향 채널은 바람직하게는 그 축에 수직인 도넛 반쪽과 유사한 형상을 갖는다.

본 발명의 특정 실시예에 따르면, 시브는 출구측 상의 전방벽을 향한 방향으로 원추형으로 확장된다.

본 발명의 다른 양호한 실시예들을 첨부 도면들에 의거하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 교반기 볼 밀을 도시한 축방향 평면을 통한 단면도이다.
도 2는 도 1에 따른 교반기 볼 밀의 평면 A-A에 수직인 단면을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 교반기 볼 밀의 대안적인 실시예를 도시한 것이다.
도 4는 도 3에 따른 교반기 볼 밀의 평면 A-A에서 축에 수직인 단면을 도시한 것이다.

본 명세서에서, 밀을 통한, 즉, 밀링 재료 입구 하류로부터 밀링 재료 출구까지의 밀링 재료의 유동들의 방향에 관한 용어들 중 상류 및 하류는 구성적인 특징부들을 위해서도 마찬가지로 사용된다. 밀링 재료도 유동은 검은 화살표들로 표시되어 있다.

축방향 단면도로서 도 1에 도시된 교반기 볼 밀(1)은 원통형 측벽(2)과 입구측 상의 평면 전방벽(3)과 출구측 상의 평면 전방벽(4)을 포함하는 하우징을 구비한다. 측벽 및 전방벽들은 밀링 챔버(5)를 형성한다. 밀링 챔버 내에는 하우징 축과 동축으로 교반기가 배열되며, 이 교반기는 입구측의 전방벽에 회전가능하게 장착된 교반기 샤프트(6)와 상기 교반기 샤프트 상에 등거리로 배열된 블레이드 휠들(7, 8, 9) 형태의 세 개의 교반기를 포함한다.

입구측의 블레이드 휠(7) 및 중앙 블레이드 휠(8)은 동일하고, 교반기 샤프트(6)에 고정 연결되어 교반기 샤프트에 근접하게 위치한 축방향 평행 보어들(11)을 구비하는 중앙 디스크(10)와, 상기 중앙 디스크의 양 측부 상에 배열된 환형 디스크들(12)로 구성되고, 동일한 각도 거리들로 배열된 다수의 베인(vane: 13)이 이들 디스크들 사이에서 연장되어 있다. 외부 디스크들(12)은 교반기 샤프트(6) 둘레에서 환형으로 연장되는 개구(14)를 갖는다.

대안적으로, 블레이드 휠들은 또한 서로 다르게 구성될 수 있으며, 따라서, 예로서, 두 개의 평행한 디스크와 그들 사이에 배열된 블레이드들로 구성될 수 있다. 또한, 보어들(11)은 축에 대해 각지게 연장되어 있을 수 있다. 이러한 방식으로, 밀링 매체들에 대한 압축이 상쇄된다. 또한, 보어들은 슬롯형으로 형성될 수도 있다.

출구측 상의 블레이드 휠 또는 가장 하류에 배열된 블레이드 휠도 각각 교반기 샤프트(6)에 고정 연결되면서 보어들(16')을 갖는 중앙 디스크(15)를 가지며, 이 보어들은 출구측 상에서 교반기 샤프트의 단부에 근접하게 배열되면서 축에 대해 각지게 연장되거나 축방향으로 평행하게 연장된다. 다른 블레이드 휠들과 같이 밀링 챔버를 향해 소정 거리에 환형 디스크(16)가 배열되며, 이는 다수의 베인들(17)에 의해 중앙 디스크(15)에 연결된다. 중앙 디스크(15)의 다른 측부 상에는 또한 환형 디스크(18)가 존재하지만, 그러나, 이는 출구측 상의 전방 벽에 근접하게 위치된 중앙 디스크로부터 더 먼 거리에 있다. 축에 대해 각지게 연장되는 이러한 더 먼 거리는 각각의 중앙 디스크로부터 측방향 환형 디스크의 거리의 적어도 두 배이다. 이들 두 디스크들 사이에는 역시 다수의 베인들(19)이 연장되어 있다. 베인들의 형상은 도 1의 선 A-A를 따른 단면을 예시하는 도 2에 도시되어 있다. 베인들은 교반기 샤프트에 대하여 나선형으로 형성되며, 다시 말하면, 반경 방향에 대하여 굴곡되고 각지게 오프셋되어 있다.

입구측 상의 전방벽(3)에서, 교반기 샤프트(6) 부근에서 밀링 챔버 내로 개방되는 입구 채널(20)이 배열되어 있다. 출구측 상의 전방벽(4)의 중앙에서, 출구 채널(21)이 교반기 샤프트에 동축으로 배열되며, 출구 채널은 환형 간극(22)을 통해 밀링 챔버에 연결되고, 밀링 챔버와 간극으로의 입구 사이에서, 밀링 매체들 및 조립질 밀링 재료 입자들이 출구로 통과하는 것을 방지하는 시브(23)가 배열된다.

또한, 출구측 상의 전방벽은 편향(deflection) 채널(24)을 둘러싸는 시브를 구비한다. 상기 편향 채널은 원호형 단면을 가지며, 예로서, 전방벽 내에 대략 도넛형 환형 만입부의 형태로 존재한다. 편향 채널의 최하부 영역은 베인들(19)의 중앙에 대략 대향하여 배치된다. 편향 채널의 반경방향 외부 에지는 밀링 챔버의 외주에 대응하며, 그래서, 유선형 전이부가 형성된다. 편향 채널의 형상 및 배열로 인해, 비사용공간들이 없어지며, 밀링 재료-밀링 매체 유동이 최적화된다.

또한, 가속기들 사이에는, 교반기 샤프트 상에 디스크들이 배열되며, 이 디스크들은 교반기 샤프트를 따라 조악하게 밀링된 밀링 재료의 유동을 방지한다.

이미 언급한 바와 같이, 교반기 볼 밀의 구조적 부분들 이외에, 도 1은 또한 물질 유동을 나타낸다. 검은 화살표들(25)은 생성물 물질 유동, 즉, 밀링 매체들이 없는 밀링 재료를 나타내고, 윤곽선 화살표들(26)은 밀링 챔버 내에서 이루어지는 밀링 재료와 밀링 매체들의 혼합물의 회로들을 예시한다. 따라서, 밀링 부재들로서 작용하는 블레이드 휠들의 영역에서, 밀링 재료가 밀링 매체들의 작용을 통해 분쇄되는 공지된 회로들이 발생한다.

도시된 바와 같이, 가장 하류에 배열된 블레이드 휠(9)의 영역에서, 즉, 출구측 상의 블레이드 휠에서, 마찬가지로, 밀링 재료-밀링 매체 혼합물이 출구측 상의 전방 벽으로 실질적으로 축방향으로 블레이드 휠과 측벽 사이에서 유동하고, 그 곳에서 블레이드들의 둘레로, 그리고, 축방향의 반대 방향으로 시브(23)와 블레이드 휠 사이에서 역방향 유동하는 회로가 형성된다. 이 반대 방향의 유동은 외부측으로 블레이드들을 통해 화살표(27)로 표시된 부분을 가속시키는 반면, 화살표(28)로 표시된 다른 부분은 최초에 시브를 따라 이동하고, 시브의 외부 표면 상에 재료가 축적되는 것을 방지하는데, 그렇게 하지 않는 경우에는 이 재료 시브를 폐색시킬 수 있다. 더 상류에서, 상기 부분(28)은 베인들에 의해 다시 외부로 추진된다.

동시에, 불충분하게 분쇄된 밀링 입자들의 밀링이 또한 밀링 매체와의 접촉을 통해 가장 하류에 배열된 블레이드 휠(9)의 영역에서 수행되며, 이 영역에서도 접촉이 이루어진다.

편향 채널의 형성으로 인해, 유동 내의 미사용 공간들이 없어지고, 그래서, 블레이드 휠로부터 밀링 매체들로 전달되는 운동 에너지가 밀링 매체들의 회로 내로의 재순환동안 보전되게 된다. 따라서, 전체 밀링 챔버가 밀링 재료의 분쇄 및 분산을 위해 사용된다.

도 3에 도시된 실시예는 시브(23)가 원추형으로 형성되고 밀링 챔버를 향해 테이퍼져 있다는 것 이외에는 이미 설명한 교반기 볼 밀(1)과 실질적으로 동일한 방식으로 구성된다. 이러한 구조에 의해, 시브의 세정을 실행하는 유동이 이루어질 수 있다.

도면에 도시되고 설명된 예시적 실시예들의 경우에 단지 총 세 개의 블레이드 휠들이 교반기 샤프트 상에 배열되어있지만, 물론 다른 실시예들은 더 많은 블레이드 휠들을 갖는 것이 가능하다. 또한, 편향 채널의 형상은 혼합물 유동의 편향이 이루어질 수 있는 한 다른 형상으로도 구성될 수 있다. 블레이드 휠들이 구비하는 베인들의 수는 넓은 범위 내에서 변할 수 있으며, 바람직하게는 5개 내지 20개이다.

Claims

교반기 볼 밀로서, 원통형 측벽(2), 입구측 상의 실질적으로 평탄한 전방벽(3)과 출구측 상의 실질적으로 평탄한 단부벽(4)에 의해 경계가 형성되는 밀링 챔버(5)와, 상기 밀링 챔버(5) 내에 배열되면서 회전가능하게 장착되어 구동되는 교반기 샤프트(6) 및 교반기 샤프트 상에 배열된 가속기들(7, 8, 9)을 구비하는 교반기와, 상기 전방벽에 인접하게 배열된 밀링 재료(milling material) 및 밀링 매체(milling media)들을 위한 입구와, 상기 단부벽(4) 내에 배열되고 상기 단부벽에 설치된 시브(23)에 의해 상기 밀링 챔버(5)로부터 분리되어 있는 밀링 재료 출구를 구비하는 교반기 볼 밀에 있어서,
상기 단부벽에 가장 근접한 가속기는 블레이드 휠(9)로서 형성되고, 상기 블레이드 휠의 블레이드들은 축방향으로 길게 형성되고 상기 시브의 축방향 길이를 따라 연장되고, 또한, 상기 단부벽에는 편향 채널(24)이 배열되고, 상기 편향 채널(24)은 그 축에 수직인 도넛 반쪽의 형상을 가지며 상기 시브를 동축으로 둘러싸고, 그 내측 림(rim)이 상기 시브의 외측 하류 단부에 인접하여 배열되고, 상기 편향 채널이 밀링 재료와 밀링 매체의 유동을 그 반대방향으로 역전시켜 그 유동 중 일부가 최초에 시브를 따라 이동함으로써, 시브의 외부 표면 상에 재료가 축적되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 교반기 볼 밀.
제1항에 있어서,
가장 하류에 배열된 상기 블레이드 휠(9)은 블레이드들로서 상기 교반기 샤프트의 축에 대해 나선형으로 형성된 다수의 베인(19)을 구비하는 것을 특징으로 하는 교반기 볼 밀.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 가속기들 중 가장 하류에 배열된 가속기는 상기 시브의 축방향 길이의 적어도 절반에 걸쳐 연장되는 것을 특징으로 하는 교반기 볼 밀.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 가속기들 중 가장 하류에 배열된 가속기는 상기 시브의 전체 축방향 길이에 걸쳐 연장되는 것을 특징으로 하는 교반기 볼 밀.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 가속기들 중 적어도 하나는 서로 이격되어 배열된 두 개의 디스크들(10, 12; 15, 16, 18)과 그 사이에 배열된 블레이드들(13; 19)로 구성된 블레이드 휠(7, 8, 9)로서 형성된 것을 특징으로 하는 교반기 볼 밀.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 가속기들 중 적어도 하나는 서로 이격되어 배열된 세 개의 디스크들(10, 12; 15, 16, 18)과 각각 두 개의 디스크들 사이에 배열된 블레이드들(13; 19)로 구성된 블레이드 휠(7, 8, 9)로서 형성된 것을 특징으로 하는 교반기 볼 밀.
제6항에 있어서,
상기 편향 채널(24)의 반경방향 외부 에지는 상기 밀링 챔버의 외주에 대응하는 것을 특징으로 하는 교반기 볼 밀.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 시브(23)는 원통형인 것을 특징으로 하는 교반기 볼 밀.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 시브(23)는 하류 방향으로 원추형으로 확장되는 것을 특징으로 하는 교반기 볼 밀.
제5항에 있어서,
상기 디스크들(10; 15)은 보어들을 구비하는 것을 특징으로 하는 교반기 볼 밀.
제6항에 있어서,
상기 디스크들(10; 15)은 보어들을 구비하는 것을 특징으로 하는 교반기 볼 밀.
제10항에 있어서,
상기 디스크들(10; 15)은 축에 대하여 일정 각도로 오프셋(offset)된 보어들(11; 16')을 구비하는 것을 특징으로 하는 교반기 볼 밀.
제11항에 있어서,
상기 디스크들(10; 15)은 축에 대하여 일정 각도로 오프셋(offset)된 보어들(11; 16')을 구비하는 것을 특징으로 하는 교반기 볼 밀.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 가속기들 사이에는 축방향 유동을 방지하기 위한 디스크들이 샤프트 상에 배열되는 것을 특징으로 하는 교반기 볼 밀.
교반기 볼 밀의 밀링 재료 출구의 상류에 배열된 시브의 폐색을 방지하기 위한 방법에 있어서,
상기 교반기 볼 밀은, 원통형 측벽(2), 입구측 상의 실질적으로 평탄한 전방벽(3)과 출구측 상의 실질적으로 평탄한 단부벽(4)에 의해 경계가 형성되는 밀링 챔버(5)와, 상기 밀링 챔버(5) 내에 배열되면서 회전가능하게 장착되어 구동되는 교반기 샤프트(6) 및 교반기 샤프트 상에 배열된 가속기들(7, 8, 9)을 구비하는 교반기와, 상기 전방벽에 인접하게 배열된 밀링 재료(milling material) 및 밀링 매체(milling media)들을 위한 입구와, 상기 단부벽(4) 내에 배열되고 상기 단부벽에 설치된 시브(23)에 의해 상기 밀링 챔버(5)로부터 분리되어 있는 밀링 재료 출구를 구비하고, 상기 단부벽에 가장 근접한 가속기는 블레이드 휠(9)로서 형성되고, 상기 블레이드 휠의 블레이드들은 축방향으로 길게 형성되고 상기 시브의 축방향 길이를 따라 연장되고, 또한, 상기 단부벽에는 편향 채널(24)이 배열되고, 상기 편향 채널(24)은 그 축에 수직인 도넛 반쪽의 형상을 가지며 상기 시브를 동축으로 둘러싸고, 그 내측 림(rim)이 상기 시브의 외측 하류 단부에 인접하여 배열되며,
상기 가속기들(7, 8, 9) 중에서 밀링 재료 출구에 가장 근접하여 배치된 가속기 주위에서 밀링 재료 및 밀링 매체들의 순환 유동이 상기 시브의 영역에서 편향(deflection)되어 유동 방향의 반대 방향으로 상기 시브의 외부 표면을 따라 안내되되, 밀링 재료와 밀링 매체의 유동은 상기 편향 채널(24)에 의해 반대 방향으로 역전되어 상기 블레이드와 상기 시브(23) 사이의 영역 안으로 흐르게 되고, 그로 인해 그 유동 중 일부가 최초에 시브를 따라 이동하고, 상기 유동이 시브를 스쳐 지나가며, 그로부터 가속기에 의해 상기 유동이 반경 방향으로 가속되고, 그로 인해 상기 시브의 외부 표면 상에 재료가 축적되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 방법.