KR20180042811A

KR20180042811A - 교반기 볼 밀

Info

Publication number: KR20180042811A
Application number: KR1020170134700A
Authority: KR
Inventors: 베네딕트 시몬스; 라이오넬 그로스; 노르베르트 스테르
Original assignee: 윌리 에이. 바호펜 아게
Priority date: 2016-10-18
Filing date: 2017-10-17
Publication date: 2018-04-26
Also published as: PL3311921T3; ES2698254T3; US20180104698A1; HK1248174A1; CN107952530A; KR101859335B1; CN107952530B; EP3311921A1; US10173222B2; JP2018108572A; DK3311921T3; MY189809A; EP3311921B1; JP6470814B2

Abstract

교반기 볼 밀은 스피닝 방향(38)으로 구동 가능한 교반 샤프트 상에, 엔트레이닝 프로파일들(35)이 제공되는 교반 디스크(18)를 포함한다. 엔트레이닝 프로파일(35)은 채널들(36)에 의해 형성되고, 채널들(36)은 각각 - 스피닝 방향(38)에 대하여 - 트레일링 벽(39)과 함께 중앙 길이방향 축(15)에 대해 곧게 방사상 방향으로 나아가고 길이(f)를 구비하는 내측 채널 섹션(40), 및 더 나아가서(in the further course) 스피닝 방향(38)에 반대되는 방향으로 구부러지는, 외측 구부러진 채널 섹션(41)을 포함한다. 외측 채널 섹션(41)은 방사상 폭(e)을 구비하는 교반 디스크(18)의 외주부(42)에 의해 외부로 방사상 방향으로 폐쇄된다.

Description

교반기 볼 밀{AGITATOR BALL MILL}

본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 따른 교반기 볼 밀(agitator ball mill) 및 청구항 제13항의 전제부에 따른 교반기 볼 밀을 위한 교반 디스크(agitating disc)에 관한 것이다.

수평하게 배치된 분쇄실(grinding chamber)을 구비하는 DE 1 632 424로부터 공지된 교반기 볼 밀에서, 원형 엔트레이닝 프로파일(circular-shaped entraining profiles)을 구비하는 교반 디스크가 공지되고, 개구 또는 슬롯에 의해 또는 편평한 그루브에 의해 형성될 수 있다. 엔트레이닝 프로파일은 원형으로 되고 디스크의 반경의 50% 내지 100%인 곡률 반경을 구비한다. 디스크의 가장자리로부터, 입사각(angle of incidence)은 디스크의 중앙을 향하는 방향으로 30% 내지 50%까지 증가한다. 이에 의해 분쇄체(grinding bodies)의 파괴 없이 분산 효율이 증가될 수 있다. 큰 곡률 반경에 의해, 상응하는 형상의 엔트레이닝 프로파일은 내측으로 교반 샤프트로부터 실질적으로 방사상 거리에서 종결되고, 사실상 그것의 측면에서 종결된다. 방사상 내측 단부에서, 엔트레이닝 프로파일은 교반 샤프트의 중앙 길이방향 축에 대해 접선 방향으로, 그리고 토크 벡터로 나아간다. 종합적으로, 분쇄실 내 위치된 교반 디스크 표면의 내측(inner) 및 외측(peripheral) 경계 사이에서 50%의 방사상 연장(radial extension)에 대응하는, 교반 디스크의 내부에서 분쇄체의 엔트레인먼트는 만족스럽지 못하다. 그러한 교반 디스크가 제공된 교반기 볼 밀은 분쇄실의 부피에 대해서, 40 내지 60%인 분쇄실 내 분쇄체의 비교적 작은 채움 정도에서만 적합하다. 교반 디스크의 외주부(periphery)에서, 분쇄체는 외측 방사상으로 그리고 엔트레이닝 프로파일의 트레일링 벽(trailing walls)에 의해 교반 디스크의 평면 내 교반 샤프트에 수직하게 이동된다. 또한, 분쇄실 상에 불균일하게 분포된 교반기 볼 밀에서 낮은 효율성만이 실현될 수 있다. 따라서, 그러한 분쇄 공정을 위해, 에너지에 대한 상대적으로 높은 특정 수요에서, 공간 및 시간 소비에 관한 낮은 수율(yield)이 획득될 수 있다.

따라서 본 발명의 목적은 교반 디스크의 낮은 원주 속도에서 분쇄 공정의 더 높은 효율성과, 가공된 분쇄물질의 더 좁은 입자 크기 분포의 산출을 위한 분쇄 공정의 개선된 에너지 효율성뿐만 아니라 높은 생산성을 달성하는 것이다.

이러한 목적은 교반기 볼 밀에 관한 독립항 제1항의 특징 및 교반 디스크에 관한 독립항 제13항의 특징에 의해 달성된다. 본 발명의 근본적인 해결책 접근은, 분쇄체의 보다 효과적인 엔트레인먼트를 위한 분쇄 셀 내 특히 현저한 원형 유동의 형성을 위해서, 특히 분쇄체의 높은 채움 정도를 구비하여서, 이미 내부에서 중앙 길이방향 축에 대해 직각으로 그리고 - 더 외측으로 - 후방으로 구부러지는 방식으로 교반 샤프트에서 시작하는 엔트레이닝 프로파일의 가속하는 트레일링 벽을 형성하는 것이고, 디스크 외주부에, 즉 교반 디스크의 외측 가장자리에 엔트레이닝 프로파일을 잇지(continue) 않는 것이다. 놀랍게도, 다른 종래의 교반기 볼 밀의 상응하는 조건에서, 교반 디스크의 외측 가장자리에 도달하기 전에 엔트레이닝 프로파일이 끝나는 경우에 가공된 분쇄물질 내 더 좁은 입자 분포의 관점에서 분쇄 품질이 증가되는 것으로 밝혀졌다. 따라서 일 설명은 방사상 외측 부분에서 엔트레이닝 프로파일에 의해 외측으로 가속되는 분쇄체가 교반기 볼 밀을 통한 전체 유동 방향에 대하여, 개별적인 디스크의 정면에 의해 상류 분쇄 셀로 그리고 개별적인 교반 디스크의 배면에 의해서 하류 분쇄 셀로 리다이렉트된다(redirected)는 것이다. 결론은 종래 기술과 같이, 분쇄실의 벽과 교반 디스크의 외측 가장자리 사이 영역에서만 분쇄체를 압축하는(compressing) 대신에, 교반 디스크의 양측면에 의해서 외측으로 가속된 분쇄체의 정의된 전개(defined fan-out)이다. 교반 디스크의 외측 가장자리에 인접하게, 즉 분쇄 용기의 벽과 분쇄 디스크의 외측 가장자리 사이의 환형 또는 갭 내에서 이차 와류는 발생되지 않는다. 이는 외측 분쇄 셀의 벽과 교반 디스크의 상당히 감소된 마모와 함께, 교반기 볼 밀의 매끄러운 진행에 대한 상당한 개선을 제공한다. 본 발명에 따라 형성된 교반 디스크의 엔트레이닝 프로파일에 의해서, 미리 정의된 분쇄 품질이 달성될 수 있는 변수가 분쇄 공정을 위한 대폭 감소된 비에너지 요구(reduced specific energy demand)를 구비하여 설정될 수 있다. 이러한 변수는 특히 분쇄체의 높은 채움 정도 및 동시에 교반기의 낮은 회전 속도이다.

종속항 제2항 내지 제12항은 본 발명에 따른 교반기 볼 밀의 이로운 측면들을 구체화한다. 종속항 제2항 내지 제6항과 제8항 내지 제12항의 측면은 그에 상응하여 본 발명에 따른 교반 디스크에 적용 가능하다.

본 명세서 내에 포함되어 있음.

본 발명의 추가적인 이점 및 상세 사항은 다음과 같은 도면의 도움으로 본 발명의 실시예에 대한 설명 및 추가적인 종속항으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 교반기 볼 밀의 실시예를 부분적인 측면도로 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 교반 디스크의 제1 실시예에 대한 평면도이다.
도 3은 도 2에 다른 교반 디스크의 부분 단면도이다.
도 4는 도 2 및 3에 따른 교반 디스크와 함께, 도 1에 대한 배율로 된(in an enlarged scale) 도 1의 상세도이다.
도 5는 본 발명에 따른 교반 디스크의 제2 실시예에 대한 평면도이다.
도 6은 도 5에 따른 교반 디스크의 부분 단면도이다.
도 7은 도 5 및 6에 따른 교반 디스크와 함께, 도 1에 대한 배율로 된(in an enlarged scale) 도 1의 상세도이다.
도 8은 본 발명에 따른 교반 디스크의 제3 실시예에 대한 평면도이다.
도 9는 도 8에 따른 교반 디스크의 부분 단면도이다.
도 10은 본 발명에 따른 교반 디스크의 제4 실시예에 대한 평면도이다.
도 11은 도 10에 따른 교반 디스크의 부분 단면도이다.

도 1은 수평 교반기 볼 밀(horizontal agitator ball mill)을 도시한다. 일반적으로 그것은 지면(2) 상에 지지되는 스탠드(1)를 포함한다. 제어 가능한 회전 속도를 구비하는 구동 모터(3)가 스탠드(1) 내에 배치되고 교반기 볼 밀의 구동 샤프트(7)가 V-벨트를 통해 구동 가능한 V-벨트 풀리(4) 및 추가적인 V-벨트 풀리(6)가 구비된다. 스탠드(1)의 상부에서 구동 샤프트(7)는 다수의 베어링(9)에 의해 지지된다.

원통형인 분쇄 용기(cylindrical grinding vessel; 10)는 스탠드(1)의 상부(8)에 해제 가능하게 장착된다. 원통형인 분쇄 용기(10)는 내벽(11)을 포함하고 상부(8)를 향하는 단부에서 제1 리드(first lid; 12)에 의해 폐쇄되고 타단에서 제2 리드(13)에 의해 폐쇄된다. 분쇄 용기는 분쇄실(14)을 둘러싼다. 따라서 내벽(11)은 분쇄실 외측 경계(grinding chamber outer boundary)를 형성한다.

교반 샤프트(16)는 분쇄실(14) 내 구동 샤프트(7)와 분쇄 용기(10)의 공통된 중앙 길이방향 축(15)에 대해 동심으로 배치되고 구동 샤프트(7)에 대한 회전에 대하여 고정되게 구동 샤프트(7)에 연결된다. 분쇄실(14)은 제1 리드(12)와 구동 샤프트(7) 사이의 개스킷(17)에 의해 밀폐된다. 구동 샤프트(7)와 교반 샤프트(16)의 조합은 외팔보 식으로 지지되어, 제2 리드(13)의 영역 내에 지지되지 않는다. 분쇄실(14) 내에서 교반 샤프트(16)에 그것의 전체 길이 상에서 교반 툴이 구비되고, 교반 툴은 원형 교반 디스크(18)로 구현된다.

교반 디스크(18)는 교반 샤프트(16) 상에 장착되고, 예를 들어 키(key) 및 그루브(groove) 연결에 의해 교반 샤프트(16)에 대한 회전에 대하여 고정되게 교반 샤프트(16)에 유지되며, 스페이서 슬리브(spacer sleeves; 19)에 의해 축방향으로 이격되게 유지된다. 교반 샤프트(16)는 스페이서 슬리브(19) 및 교반 디스크(18)와 함께 교반기(20)를 형성한다. 스페이서 슬리브(19)는 일반적으로 원통형 분쇄실(14)을 내부로 구획하고 있어서(bounding) 분쇄실 내측 경계(grinding chamber inner boundary)를 형성한다.

분쇄물질 공급구(grinding material feed; 21)는 제1 리드(first lid; 14)의 영역 내에서 분쇄실(14) 안으로 안내한다(leading in). 분쇄물질 배출구(22)는 분쇄물질 공급구(21)의 단부에 반대되는 분쇄 용기(10)의 단부에서 제2 리드(13)의 밖으로 안내한다(leading out).

제2 리드(13)에 인접한 마지막 교반 디스크(18)의 외주에, 원통형 케이지(cylindrical cage; 23)가 형성된다. 케이지는 그것의 전체 둘레 상에 분포된 개구(24)를 포함한다. 제2 리드(13)에 장착되고 분쇄물질 배출구(22)에 연결된 스크린 바디(26)는 마지막 교반 디스크(18) 및 케이지(23)에 의해 구획되는 세퍼레이터 공간(25; separator space) 내에 배치된다. 이러한 부품들은 EP 2 178 642 A1로부터 공지된 분쇄물질/분쇄체 세퍼레이터 유닛(grinding material/grinding bodies separator unit; 27)을 형성하고, 분쇄물질(예를 들어, 분쇄 부유물) 및 분쇄체(33)가 개구(28)를 통해서 들어가게 된다.

인접한 교반 디스크(18)는 서로로부터 동일한 축방향 거리(a)를 구비한다. 또한, 인접한 교반 디스크(18)는 교반 샤프트(16) 상에서, 즉 개별적인 스페이서 슬리브(19) 상에서 인접한 교반 디스크(18)의 베이스와 교반 디스크(18)의 외측 가장자리(30) 사이의 선(29) 및 축(15)에 평행하는 선(31)에 의해 형성된 분리 각도(separation angle; α)를 정의한다. 다음의 조건을 적용한다: 30°≤α≤ 60°.

외측 가장자리(30) 및 벽(11) 사이에서 환형 갭(32)의 폭(b)은 내측 경계 및 외측 경계 사이에서 분쇄실(14)의 자유 반경(free Radius; R14)의 20%를 초과하지 않으며, 즉 b ≤ 0.2·R14이다.

분쇄실(14)에는 분쇄체(33)가 채워지고, 바람직하게 6.0g/cm³의 고체 밀도(solid density)를 구비하는 ZrO₂(지르코늄 디옥사이드)로 마련된 고성능 세라믹과 같은 고밀도의 물질로 마련된 분쇄체(33)가 채워진다. 분쇄체의 채움 정도는 50% 내지 90%의 범위 내, 바람직하게 80% 내지 90%의 범위 내이다. 분쇄 부유물의 밀도에 대한 분쇄체(33)의 높은 고체 밀도는 요구되는 효과, 즉 교반기의 상대적으로 낮은 회전 속도에서 개별적인 교반 디스크(18)의 표면 영역 내의 분쇄체(13)를 외측으로 이미 축적된 분쇄물질의 영역 안으로 전달하기 위해 중요하다. 분쇄 셀(34)(예를 들어, 도 4를 보기 바란다)은 개별적인 인접한 교반 디스크(18) 사이에 형성된다.

교반 디스크(18)는 분쇄체(33)를 위해서 개별적인 교반 디스크(18)에 통합되나 그것의 표면으로부터 돌출되지 않는 엔트레이닝 프로파일(entraining profiles; 35)(예를 들어, 도 2를 보기 바란다)을 포함하고, 프로파일은 분쇄실의 내벽에서, 즉 스페이서 슬리브(19)에서 바로 시작한다. 다음에 설명되는 최적의 방식으로 발생할 효과를 위해서, 엔트레이닝 프로파일(35)의 폭(c)은 바람직하게 교반 디스크(18)의 두께(d)의 0.5 내지 1.5배로 된다. 이는 0.5· d ≤ c ≤ 1.5·d를 의미한다.

도 2 및 3에 따른 실시예에서, 엔트레이닝 프로파일(35)은 편평한 그루브-형 채널들(36)로서 형성되고, 개별적인 교반 디스크(18)의 양측면 상에 합동으로(in a congruent manner) 형성되어, - 도 3에 도시된 바와 같이 - 얇은 벽 부분(37)이 그것들 사이에 남아 있다. 개별적인 채널(36)은 - 교반 디스크(18)의 스피닝 방향(38)에 대해서 - 개별적인 교반 디스크(18)의 중앙 길이방향 축(15)인, 중앙 길이방향 축(15)에 대해 평행하게 나아가는 트레일링 벽(trailing wall; 39)을 포함한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 채널(36)은 중앙 길이방향 축(15)에 외측 방사상 직각으로 연장하는 내측 곧은 채널 섹션(inner straight channel section; 40) 및 내측 채널 섹션(40)에 외측 방사상 방향으로 연결되어, 스피닝 방향(38)에 반대되게 구부러지고 교반 디스크(18)의 외측 가장자리(30)와 거리(e)를 두고 끝나는 외측 채널 섹션(outer channel section; 41)을 포함한다. 그러므로 외측 채널 섹션(41)은 교반 디스크(18)의 링-형상 외주부(42)에서 끝난다. 링-형상 외주부(42)를 둘러싸는 거리(e) 또는 방사상 크기(radial extent; e)는 바람직하게 교반 디스크(18)의 두께(d)보다 0.5 내지 1.5배이다. 이는 0.5·d ≤ e ≤ 1.5·d를 의미한다.

도 2를 더 참조하여, 분쇄체(33)는 트레일링 벽(39)에 의해 - 스피닝 방향(38)으로 - 접선 방향으로 엔트레인되고(entrained), 이에 의해 개별적인 채널(36) 내에서 원심력에 의해 가속된다. 접선 속도(tangential speed) 및 외측으로 향해지는 결과적인 원심 가속도(centrifugal accelerations)는 외측 방사상으로 증가하는 속도 화살표(43)의 길이에 의해 나타내진 바와 같이 외측 방사상으로 증가한다. 교반 샤프트(16) 또는 스페이서 슬리브(19)에 근접하게 비교적 낮은 접선 속도에 의해서, 만약 국부적인(local) 원주 속도로 분쇄체(33)를 가속시키는 벽(39)이 토크 벡터(torque vector), 즉 중앙 길이방향 축(15)에 수직하게 향해진다면, 분쇄실(14) 안으로 동력 입력(power input) 관점에서 효과적인 것으로 보인다. 이는 곧게, 방사상으로 배치된 내측 채널 섹션(40)에 의해 달성된다. 대응하는 원심 가속도는 분쇄체(33)의 원주 속도로부터 산출된다.

본 발명에 따라서 곧은 내측 채널 섹션(40)은 스페이서 슬리브(19)로부터 외측 가장자리(30)까지 교반 디스크(18)의 자유 반경(R18)의 25% 내지 60%, 바람직하게 30% 내지 50%인 길이(f)를 구비한다. 이는 R18 ≤ f ≤ 0.6·R18, 바람직하게 0.3·R18 ≤ f ≤ 0.5·R18을 의미한다. 교반 디스크(18)의 자유 반경(R18)의 60%를 상당히 초과하는 엔트레이닝 프로파일(35)의 방사상 섹션(40)은 분쇄체(33)의 불리한 난류(turbulences)를 유도하는 것을 보이고, 이는 분쇄 공정에서 유용하지 않을 수 있다.

후방으로, 스피닝 방향(28)에 대해서 반대되게 구부러진 채널 섹션(41)에 의해서, 특히 엔트레인먼트 표면(entrainment surface)으로 작용하는 트레일링 벽(39)에 의해서, 벽(39)과 연관되는(in engagement with) 분쇄체(33)의 접선-방사상 엔트레인먼트(tangential-radial entrainment)는 국부적인 원주 속도를 초래하고, 추가적으로 원심 가속도를 발생시킨다. 분쇄체는 유사 긍정적으로(quasi positively) 외측으로 운반된다. 방사상 엔트레이닝 요소(component)는 바람직하게 외측으로 연속적으로 증가한다. 에너지적으로 유익한 분쇄 공정에 이르기 위해서, 곡률 반경(r41)을 교반 디스크(18) 반경(r18)의 40%보다 작게 하는 것이 바람직하다고 입증되었다. 채널(36), 특히 외측 단부에서 채널 섹션(41)이 전체 폭(c)을 구비하여 나아가는 것으로 고려되었다. 트레일링 벽(39)은 교반 디스크(18)의 외측 가장자리에 동심으로 나아가고 매우 작은 합류 반경(merging-radius; r41/42)을 구비하여, 즉 예각으로, 링-형상 외주부(42)에 의해 형성되는 채널 섹션(41)의 외측 경계에 합쳐진다. 합류-반경(r41/42)은 바람직하게 엔트레이닝 프로파일(35)의 폭(c)의 20%보다 작을 수 있다. 이는 r41/42 ≤ 0.2·c를 의미한다. 본 발명에 따라서 구현되는, 트레일링 벽(39)는 그것의 최외단까지 내내 분쇄체(33) 상에 외측으로 향해진 가속도만을 인가한다. 이러한 실시예는 높은 분쇄체 채움 정도에서 효율적인 작동을 위한 전제 조건인, 분쇄 셀(34) 내 이차 와류(vortices)를 방지하면서, 특히 방해받지 않는 원형 유동(unobstructed circular flows), 즉 브레이디드 유동(braided flows; 44)(예를 들어, 도 4를 보기 바란다)의 형성에 이로운 것으로 입증되었다.

도 4에서 보는 바와 같이, 이중 원형 유동, 소위 브레이디드 유동(4)은 개별적인 분쇄 셀(34) 내에 형성된다. 교반 디스크(18)의 영역에서 분쇄체(33) 및, 가공된 분쇄물질, 분쇄 부유물은 각각 교반 디스크(18)에 의해 야기되는 접선 방향 가속도에 의해 분쇄실(14)을 외측에서 구획하는 내벽(11)을 향하는 방향으로 외측으로 흐르고, 분쇄 셀(34)의 축방향 중앙 영역에서 교반 샤프트(16)를 향하여 내측으로 리다이렉트한다(redirect). 그루브-형 채널(36)과 같은 형상으로 된 엔트레이닝 프로파일(35)의 방사상 외측으로, 교반 디스크(18)는 실질적으로 양측 편향 장치(double-sided deflection device)로 작용한다. 교반 디스크(18)가 스페이서 슬리브(19)의 영역과 동일한 두께를 구비하는, 교반 디스크(18)의 외주부(42)는 외측으로 가속되는 분쇄물질 및 분쇄체(33)의 혼합물의 방향 변화 및 전개(fan-out)을 담보한다. - 교반기 볼 밀을 통한 전체 유동 방향(overall-direction of flow; 45)에 대하여 - 개별적인 교반 디스크(18)의 외주부(42)의 상류 측은 분쇄체 및 분쇄물질의 혼합물을 상류로 다시 보낸다. 전체 유동 방향(45)에 반대되게 분쇄체(33)에 대한 충격(impact)은 분쇄체의 높은 채움 정도 및 일반적인 분쇄 부유물 유동 속도에서, 분쇄 부유물 유동 속도에 의해 다음 하류 분쇄 셀(34)을 따라 이송되지 않게 할 수 있다. 따라서 이는 전체 분쇄실(14) 상에 분쇄체의 일정한 분포를 야기한다. 그러나, 분쇄 셀(34)을 구획하는 교반 디스크(18)의 외주부(42)의 하류 측은 하류 방향으로 개별적인 편향(deflection)에 영향을 미친다. 분쇄 부유물은 오직 감소된 양의 분쇄체가 본 발명에 따라서 구현되는 교반 디스크(18)에 의해서 존재하고 하류에 위치된 분쇄 셀(34) 내 원형 유동(44) 안으로 흡입되는(sucked) 환형 갭(32)을 통해 흐른다. 도 4에서 보는 바와 같이, 외측 채널 섹션(41)에는 개별적인 편향을 지지하기 위해서, 외주부(42)로의 트랜지션(transition)에 안내 슬로프(guiding slope; 46)가 제공될 수 있다.

도 5 내지 7에 따른 실시예의 설명을 위해서 다음을 적용한다: 부품들이 동일한 것인 한, 동일한 도면 부호가 사용되고, 부품들이 상응하는 것인 한, 반복된 상세한 설명 없이 이어서(consecutive) a를 가진 동일한 도면 부호가 사용된다. 도 5 및 6에 따른 교반 디스크(18a)와 도 2 및 3에 따른 교반 디스크(18)는 채널(36a)이 서로 분리시키는 벽 부분(37)을 갖는 그루브로 구현되지 않는 대신에, 엔트레이닝 프로파일과 같이 교반 디스크(18a)의 표면으로부터 표면으로 연장하는 벽(39)을 포함하는 연속적인 관통-슬롯으로 형성된다는 점에서 차이가 있다. 작동 메커니즘은 대체로 도 2 내지 4에 따른 실시예 중 하나와 대응된다. 벽 부분(37)의 생략에 의해서 분쇄체(33)를 가속시키는 벽(39)의 상당히 증가된 표면은 교반기 볼 밀의 추가적인 효율성 증가를 유도하거나 감소된 교반기 속도에서 이미 일정한 출력을 허용한다. 물론, 분쇄물질은 분쇄 셀(34)로부터 분쇄 셀(34)에 인접하게 위치된 하류로 개별적인 채널 섹션(40a 및 41a)을 구비하는 연속적인 관통-슬롯으로 구현되는 채널(36a)을 통해서 직접 통과할 수 있다. 이러한 바람직하지 않은 효과가 얼마나 많이 발생하지는 선택된 작동 변수, 특히 분쇄체의 채움 정도 및 단위 시간당 분쇄 부유물의 부피 처리량(volume throughput)에 의존한다. - 도 4와 유사하게 - 도 7에서 분쇄체의 농도가 교반 샤프트(16)를 향해서 강하게 감소하고 벽(11)을 향해서 강하게 증가하는 것을 볼 수 있다.

연속적인 관통-슬롯으로 구현되는 채널들 및 폐쇄된 그루브-형 채널들의 혼합된 실시예가 가능할 수 있고, 본 발명의 교시 관점에서 추가적인 이점을 유도할 수 있다.

도 8 및 9에 따른 예시의 설명을 위해서 다음을 적용한다: 부품들이 동일한 것인 한, 동일한 도면 부호가 사용되고, 부품들이 상응하는 것인 한, 반복된 상세한 설명 없이 이어서(consecutive) b를 가진 동일한 도면 부호가 사용된다. 도 8 및 9에 따른 교반기 디스크(18b)에서 두 개의 합동인 채널(36b)을 분리시키는 벽 부분(37b)은 대략적으로 곧은 채널 섹션(41)의 길이 상에서 돌파되나(broken through), 스피닝 방향(38)에 반대되게 구부러진 외측 방사상 그루브-형 채널 섹션(41) 내 벽 부분(37b)은 여전히 존재한다. 이러한 실시예는, 분리 벽의 부재에 의해서, 분쇄체(33)에 대한 엔트레이닝 효과가 낮은 원주 속도의 영역 내에서 - 즉, 정확하게는 특히 요구되는 지점에서 - 강화되는 이점을 가진다. 구부러진 채널 섹션(41)의 영역 내 많은 분쇄체를 구비하는 외주부에서, 분리 벽 부분(37b)은 하나의 분쇄 셀(34)로부터 인접한 것으로 분쇄 부유물 및 분쇄체(33)의 비제어된 통과를 방지한다. 이러한 조치는 입자 크기 분포를 좁게 하는 데 도움이 되므로 분쇄 품질 또는 분쇄 효율을 증가시킨다. 그렇지 않으면, 위에서 설명한 작동 메커니즘에 대한 설명이 여기에 적용된다.

도 10 내지 11에 따른 실시예의 설명을 위해서 다음을 적용한다: 부품들이 동일한 것인 한, 동일한 도면 부호가 사용된다. 부품들이 상응하는 것인 한, 도 2 및 3에서의 도면 부호에 이어서(consecutive) c를 가진 도면 부호가 사용된다. 추가적인 상세한 설명은 필요하지 않다. 도 10 및 11에 따른 교반 디스크(18)에서, 분쇄물질 통로 개구(grinding material passage openings; 47)가 교반 샤프트(16), 그리고 스페이서 슬리브(19)에 바로 근접하게 그루브-형 채널(36c)의 벽 부분(37c)에 형성되고, 그것을 통해서, 교반 샤프트(16)에 인접한 분쇄체(34)의 낮은 농도에 의해, 오직 분쇄물질만이 하나의 분쇄 셀(34)로부터 - 전체 유동 방향(45)으로 - 인접한 분쇄 셀(34)로 통과한다. 방사상 연장(R47), 즉 분쇄실 내측 경계로부터 교반 디스크(18c)의 방사상 방향으로 분쇄물질 통로 개구(47)의 연장, 및 분쇄실 내측 경계, 즉 스페이서 슬리브(19)로부터 외측 가장자리(30)로 교반 디스크(18c)의 방사상 연장 사이의 비율은 0.05·R18 ≤ R47 ≤ 0.25·R18이다. 바람직하게, R47 ≤ 0.20·R18인 조건이 적용되고, 특히 바람직하게 R47 ≤ 0.15·R18이다.

분쇄물질 관통-개구(47)는 스페이서 슬리브(19)(분쇄실 내측 경계)에 바로 근접하게 배치된다. "바로 근접하게(in the immediate proximity)"라는 용어는 분쇄물질 통로 개구(47)의 방사상 내측 경계가 스페이서 슬리브(19)에 접하거나, 분쇄물질 통로 개구의 방사상 내측 경계가 스페이서 슬리브(19)로부터 짧은 방사상 거리에 배치되는 것을 의미하며, 일반적으로 이러한 거리는 0(경계(bounding))이거나 교반 디스크(18c 또는 18b)의 방사상 연장(R18)의 약 1/10까지로 될 수 있다(≤ 0.1·R18).

교반 디스크(18c)의 외측 가장자리(30)에 인접한 영역에서 축적된 분쇄체의 영역 내 조건과 비교할 때 통과될 매우 낮은 저항에 의해서, 이 실시예는 또한 분쇄실(14)를 따라서 균일한 분쇄체 분포를 유지하면서 특히 높은 전체 유동 속도 및 최고의 분쇄체 채움 정도에 적합하다. 높은 효율은 감소된 교반기 속도에서 이미 달성될 수 있다. 하나의 분쇄 셀(34)로부터 인접한 분쇄 셀(34)로 분쇄 부유물의 비제어된 통과는 서로로부터 잘 정의된 분쇄 셀(34)의 경계에 의해서 완전히 제거된다. 특히 균질성의 관점에서 높은 분쇄 품질이 이 실시예로부터 도출되고, 가공된 분쇄 부유물의 좁은 입자 크기 분포에 의해서 확인될 수 있다. 그 외에, 작동 메커니즘은 전술된 바와 같다.

10: 분쇄 용기
18: 교반 디스크
19: 스페이서 슬리브
20: 교반기
30: 외측 가장자리
33: 분쇄체
35: 엔트레이닝 프로파일
36: 채널
37: 벽 부분
38: 스피닝 방향
39: 트레일링 벽
40: 내측 채널 섹션
41: 외측 채널 섹션
42; 외주부

Claims

교반기 볼 밀에 있어서,
상기 교반기 볼밀은 수평하게 배치된 분쇄 용기(10)를 포함하고,
상기 분쇄 용기(10)는 자유 반경(free radius; R14)을 구비하고, 분쇄 용기 벽(grinding vessel wall; 11) 및 분쇄실 내측 경계에 의해 구획되는(bounded) 원통형 분쇄실(14)을 둘러싸고,
상기 분쇄 용기(10)의 일단에서 안으로 분쇄물질 공급구(grinding material feed; 21)가 안내하고(leading in),
상기 분쇄 용기(10)의 타단에서 밖으로 분쇄물질 배출구(22)가 안내하고(leading out), 분쇄물질(grinding material) 및 분쇄체(grinding bodies)를 분리하기 위한 세퍼레이터 유닛(separator unit; 27)이 분쇄물질 배출구(22)의 상류에 배치되고,
상기 교반기 볼밀은 상기 분쇄실(14) 내에 배치된 교반기(20)를 더 포함하고,
상기 교반기는,
스피닝 방향(spinning direction; 38)으로 회전 가능하게 구동 가능한, 중앙 길이방향 축(15)을 구비하는 교반 샤프트(16); 및
상기 교반 샤프트(16)에 대한 회전에 대하여 고정되게 상기 교반 샤프트(16)에 장착되고, 서로에 대해서 축방향 거리(a)에 배치되는 교반 디스크(18, 18a, 18b, 18c);
를 포함하고,
상기 교반 디스크(18, 18a, 18b, 18c)는 외측 가장자리(30) 및 두께(d)를 구비하고,
상기 교반 디스크(18, 18a, 18b, 18c)는 분쇄실 내측 경계 및 외측 가장자리(30) 사이에 자유 반경(R18)을 구비하고,
상기 분쇄 용기 벽(11) 및 상기 교반 디스크(18, 18a, 18b, 18c)의 외측 가장자리(30) 사이에 방사상 폭(b)을 구비하는 갭(32)이 형성되고,
두 개의 인접한 교반 디스크(18, 18a, 18b, 18c)는 각각 분쇄 셀(34)을 구획하고,
상기 교반 디스크(18, 18a, 18b, 18c)는 상기 교반 디스크(18, 18a, 18b, 18c) 내에 형성된, 분쇄체(33)를 위한 엔트레이닝 프로파일(entraining profiles; 35, 35a, 35b, 35c)을 포함하고, 상기 엔트레이닝 프로파일은 각각 - 상기 스피닝 방향(38)에 대하여 - 상기 교반 디스크 내에 형성된 채널들(36, 36a, 36b, 36c)의 트레일링 벽(39)에 의해 형성되고, 상기 트레일링 벽은 상기 중앙 길이방향 축(15)에 대해 평행하게 나아가고, 각각의 트레일링 벽은 상기 스피닝 방향(38)에 반대되는(counter) 방향으로 구부러지는(bent off), - 상기 중앙 길이방향 축(15)에 대하여 - 상기 채널의 방사상 외측 부분 내 구부러진 채널 섹션(bent-off channel section 41, 41a, 41b, 41c)에 의해 형성되고,
- 상기 스피닝 방향(38)에 대하여 - 트레일링 벽(39)을 구비하는 채널들(36, 36a, 36b, 36c)은 각각 상기 중앙 길이방향 축(15)에 대해 곧게 방사상으로 나아가고 길이(f)를 구비하는 내측 채널 섹션(40, 40a, 40b, 40c), 및 더 나아가서 상기 스피닝 방향(38)에 반대되게 구부러지는 구부러진 외측 채널 섹션(41, 41a, 41b, 41c)을 포함하고,
상기 외측 채널 섹션(41, 41a, 41b, 41c)은 방사상 폭(e)을 구비하는 상기 교반 디스크(18, 18a, 18b, 18c)의 외주부(42)에 의해 외부로 방사상으로 폐쇄되는 교반기 볼 밀.
제1항에 있어서,
상기 교반 디스크(18, 18a, 18b, 18c)는 상기 교반 디스크(18, 18a, 18b, 18c)의 양측 상에 형성된 채널들(36, 36a, 36b, 36c)을 포함하고, 각각의 경우에 상기 교반 디스크(18, 18a, 18b, 18c)의 상이한 측에 형성된 채널들(36, 36a, 36b, 36c) 중 두 개는 쌍으로 합동으로 배치되는(pairwise congruently arranged) 교반기 볼 밀.
제2항에 있어서,
상기 쌍으로 합동으로 배치된 채널들(36, 36b, 36c)은 그루브(groove) 형태로 형성되고 상기 교반 디스크(18, 18b, 18c)의 벽 부분(37, 37b, 37c)에 의해 분리되는 교반기 볼 밀.
제2항에 있어서,
상기 곧은 채널 섹션(40a, 40b)의 영역 내에서, 상기 벽 부분(37b, 37c)은 상기 교반 디스크(18b, 18c)의 방사상 방향으로 방사상 연장(radial extension; R47)을 구비하는 분쇄물질 관통-개구(grinding material through-opening; 47)에 의해 개방되는 교반기 볼 밀.
제2항에 있어서,
상기 쌍으로 합동으로 배치된 채널들(36, 36a)은 슬롯 형태로 연결되는 교반기 볼 밀.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 교반 디스크(18, 18a)의 외주부(42)로 트랜지션(transition) 시에 상기 채널들(36, 36a)에는 상기 채널들(36, 36a)에 의해 향하게 되는(faced by) 상기 분쇄 셀(35)에 상기 분쇄체(33)를 리다이렉트하는(redirecting) 안내 슬로프(guiding slopes; 46, 46a)가 제공되는 교반기 볼 밀.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 갭(32)의 방사상 폭(b) 및 상기 분쇄실(14)의 자유 반경(R14)의 비율은 b ≤ 0.2·R14인 교반기 볼 밀.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 교반 디스크(18, 18a, 18b, 18c)의 두께(d) 및 상기 교반 디스크(18, 18a, 18b, 18c)의 외주부(42)의 방사상 폭(e)의 비율은 0.5·d ≤ e ≤ 1.5·d인 교반기 볼 밀.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 교반 디스크(18, 18a, 18b, 18c)의 자유 반경(R18) 및 곧게 나아가는 내측 채널 섹션(40, 40a, 40b, 40c)의 길이(f)의 비율은 0.25·R18 ≤ f ≤ 0.6·R18이고, 바람직하게 0.3·R18 ≤ f ≤ 0.5·R18인 교반기 볼 밀.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 외측 채널 섹션(41, 41a, 41b, 41c)은 상기 교반 디스크(18, 18a, 18b, 18c)의 외주부 안으로 합쳐지고, 상기 채널(36)의 폭(c)에 대한 반경(r41/42)은 r41/42 ≤ 0.2·c인 교반기 볼 밀.
제4항에 있어서,
상기 분쇄물질 통로 개구(47)는 상기 분쇄실의 내측 경계에 바로 근접하게만 배치되는 교반기 볼 밀.
제4항에 있어서,
각각 상기 분쇄실 내측 경계로부터 계산되는, 개별적인 분쇄물질 통로 개구(47)의 방사상 연장(R47) 및 상기 교반 디스크(18, 18a, 18b, 18c)의 방사상 연장(R18)의 비율은 0.05·R18 ≤ R47 ≤ 0.25·R18, 바람직하게 R47 ≤ 0.20·R18, 그리고 특히 바람직하게 R47 ≤ 0.15·R18인 교반기 볼 밀.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 교반기 볼 밀을 위한 교반 디스크에 있어서,
상기 교반 디스크(18, 18a, 18b, 18c)는 외측 가장자리(30) 및 두께(d)를 포함하고, 상기 교반 디스크(18, 18a, 18b, 18c)는 분쇄체(33)를 위한 엔트레이닝 프로파일(35, 35a, 35b, 35c)을 포함하고, 상기 엔트레이닝 프로파일은 각각 - 상기 교반 디스크(18, 18a, 18b, 18c)의 스피닝 방향(38)에 대해서 - 상기 교반 디스크(18, 18a, 18b, 18c) 내에 형성된 채널들(36, 36a, 36b, 36c)의 트레일링 벽(39)에 의해서 형성되고, 상기 트레일링 벽(39)은 상기 교반 디스크(18, 18a, 18b, 18c)의 중앙 길이방향 축에 대해 평행하게 나아가고, 상기 트레일링 벽은 - 상기 중앙 길이방향 축(15)에 대하여 - 상기 스피닝 방향(38)에 반대되게 구부러지는, 상기 채널의 방사상 외측 부분 내 구부러진 채널 섹션(41, 41a, 41b, 41c)에 의해 형성되고,
- 상기 스피닝 방향(38)에 대하여 - 트레일링 벽(39)을 구비하는 채널들(36, 36a, 36b, 36c)은 각각 상기 중앙 길이방향 축(15)에 대해 곧게 방사상으로 나아가는 내측 채널 섹션(40, 40a, 40b, 40c), 및 더 나아가서 상기 스피닝 방향(38)에 반대되게 구부러지는 구부러진 외측 채널 섹션(41, 41a, 41b, 41c)을 포함하고,
상기 외측 채널 섹션(41, 41a, 41b, 41c)은 상기 교반 디스크(18, 18a, 18b, 18c)의 외주부(42)에 의해 외부로 방사상으로 폐쇄되는 교반 디스크.
제13항에 있어서,
상기 교반 디스크(18, 18a, 18b, 18c)는 상기 교반 디스크(18, 18a, 18b, 18c)의 양측 상에 형성된 채널들(36, 36a, 36b, 36c)을 포함하고, 각각의 경우에 상기 교반 디스크(18, 18a, 18b, 18c)의 상이한 측 상에 형성된 채널들(36, 36a, 36b, 36c) 중 두 개는 쌍으로 합동으로 배치되는 교반 디스크.
제13항 또는 제14항에 있어서,
상기 채널들(36, 36a)에는 상기 외주부(42)로의 트랜지션(transition)에서 안내 슬로프(46, 46a)가 제공되는 교반 디스크.