KR940007520B1 - 습식 교반 볼 밀 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

습식 교반 볼 밀

제 1 도는 플로우 시트.

제 2 도는 제 1 도에 도시한 플로우 시트에 있어서의 배출구의 단면도.

제 3 도는 밀 배출구의 다른 예의 개략도.

제 4 도는 배출구를 편심시킨 예의 개략도.

제 5 도는 밀 본체내에 있어서 매체의 분포를 도시한 그래프.

제 6 도는 탄력성을 가지는 밸브 시트의 주변의 작용도.

제 7 도는 분리 밸브를 연질체로 형성한 밀의 클리어런스에 매체가 끼인때의 상태를 도시한 부분 확대 단면도.

제 8 도는 클리어런스의 위에서 매체를 분리하여 배출할 때의 상태를 도시한 도면.

제 9 도는 밀 본체내의 압력과 클리어런스와 배출량과의 관계를 도시한 선도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

21 : 밀 본체 22 : 배출구

23 : 모터 27 : 핀

29 : 교반 장치 33 : 펌프

49 : 플랜지 65 : 래크

67 : 서어보 모터 69 : 피니언

91 : 분리 밸브 95 : 매체

본 발명은 밀 본체내에서 슬러리형의 원료와 강볼, 세라믹 볼 유리 구슬등의 분쇄 매체를 교반하여 원료를 미세하게 분쇄하는 습식 교반 볼 밀에 관한 것입며, 특히, 밀폐형의 밀 본체내에 슬러리형의 원료를 공급하고 분쇄 매체와 가압 상태로 교반하면서 연속적으로 배출하는 습식 교반 볼 밀에 관한 것이다.

이런 종류의 습식 교반 볼 밀은 공지되었고 여러가지 타입의 것이 있으나 슬러리형의 원료를 밀 본체의 해부로부터 공급하고 밀 본체내에서 분쇄 매체와 함께 가압 상태에서 교반하고 분쇄한 후 매체를 분리하고 상부로부터 가루 매체와 함께 오버플로우 시켜서 배출시키는 타입의 것이 가장 많다.

원료의 공급 방식에 관하여서는 미합중극 오하이오주 유니온 프레세스사에 의하여 제조된 어트랙터 밀 S형과 같이 슬러리형의 원료를 밀 본체의 상부로부터 공급하여 하부로부터 배출하게 한 것도 있지만 이는 밀 본체가 상부 개방형 교반이 비가압 상태로 행해지는 뱃치 시스템의 것이며 가압형 연속식 밀은 아니다.

어느 경우도 밀로부터 배출되는 슬러리형 제품은 매체와 분리시킬 필요가 있고 그때문에 많은 경우 배출구에 스크린을 설치하고 이를 통하여 슬러리형의 제품을 배출시키고 있으나 가압형 밀인 경우에는 스크린에서의 막힘이 생기기 쉽다. 스크린 이외의 매체의 분리방법으로서 배출구에 회전자를 끼워서 회전 구동시키고 회전자의 주위의 환형의 클리어런스를 통하여 슬러리형의 제품을 배출시키고 클리어런스로부터 크기가 큰 분쇄 매체를 클리어런스상에서 분리하게 한 것이 알려져 있다.

이 경우 클러어런스의 막힘은 생기기 어려우나 배출구의 주변이나 회전자가 마모하기 쉬우며 마모에 의하여 유효한 매체가 배출되기 쉽다. 더구나 회전자의 회전에 의하여 클리어런스에 매체의 끼임을 발생할 우려가 있고 매체가 세라믹인 경우 끼임에 의하여 파괴된다.

배출구로에서의 막힘 방지를 위해서 배출구를 진동시키게한 것도 제안되고 있다. 일본국 특허 공개 소 61-216747호에 도시된 것이 그것으로, 배출구에 원추형의 밸브를 충분한 간격을 유지시켜 끼우고 이 밸브를 진동시킴으로써 그 주위의 배출구에서의 막힘을 방지하게 하고 있다. 그렇지만 이 장치에서는 분쇄 매체가 슬러리형의 제품과 함께 연속적으로 배출되고 분쇄 매체를 밀 본체 바깥으로 분리하는 것이며, 상기 밸브는 분쇄 매체를 분리하는 기능을 가지고 있지 않다. 배출구인 클리어런스를 좁게 하면 상기 밸브에 의하여 분쇄 매체를 분리하는 기능을 갖게 하는 것이 가능하므로 이 경우 밸브 막힘의 유무에 관계없이 밸브가 진동하고 클리어런스의 증감이 반복되게 되어 막힘을 생기게만 클리어런스가 증대하여 막힘의 해소를 행하게 할 수 없다. 더구나 이렇게된 밀의 경우 진동에 의한 클리어런스의 증감량은 일정하기 때문에 막힘의 정도에 의하여는 막힘을 해소할 수 없는 경우가 있다. 클리어런스의 증감량을 크게 하면 막힘의 문제를 해소할 수 있으나 불필요한때에도 클리어런스가 커져서 배출량이 증대하고 그 결과 액면 레벨을 일정으로 유지하는 것이 곤란하게 되어 밀 본체내에서 슬러리형 원료의 체류시간도 적어지며 1패스로 소망 입도의 제품이 얻어지지 않게 되므로 유효한 매체가 배출되기 쉬워진다.

본 발명의 목적은 배출구에서 분쇄 매체가 분리되는 습식 교반 볼 밀에 있어서의 기술적 과제의 하나인 배출구의 막힘을 방지할 수 있게 하는데 있다.

본 발명에 의하면 그때문에 배출구에 진퇴 가능하게 끼우는 원추형의 분리 밸브와 밀 본체내의 압력에 의해서 분리 밸브를 진퇴시키는 작동수단으로 이루어지며 밀 본체내의 압력에 따라 분리 밸브가 진퇴되면 밸브 주변에 형성되는 환형 클리어런스가 확장 내지는 축소되게한 압력 제어 밸브 장치를 구비한 습식 교반 볼 밀이 제공된다. 이 밀에 의하면 클리어런스 위에서 클리어런스보다 사이즈가 큰 매체(매체의 사이즈는 클리어런스보다 통상 5 내지 100배 정도이다)가 분리된다(제 8 도). 막힘이 진행하면 배출량이 감소함과 동시에 밀 본체내의 압력이 상승하고 이것에 수반하여 분리 밸브가 후퇴하여 클리어런스가 증대된다.

클리어런스의 증대는 막힘이 해소될때까지 행하여 막힘 해소후 압력이 급격히 감소함에 수반하여 급격하다. 막힘이 생길때마다 이러한 동작이 차례차례 반복된다(제 9 도 참조). 또 막힘 해소시의 클리어런스의 개방도는 크게한 경우도 작게한 경우도 있어서 일정하지는 않고 또 막힘의 주기도 일정하게는 한계지지 않는다.

상기 밀 본체내에서 슬러리형의 원료와 분쇄 매체를 교반하기 위한 교반 장치로서는 통상 회전축에 원판을 고착하거나 핀을 방사형으로 뚫려 설치한 것이 사용되고 한결같이 회전축과 직교하는 방향의 교반을 행한다.

상기 밀에서 사용하는 작동 수단의 예에서는 분리 밸브를 지지하는 코일 스프링, 공기 스프링에서의 스프링 장치, 밀 본체내의 압력 검지 장치 및 상기 장치에 의해서 검출된 압력에 응하여 작동하고 밸브를 진퇴시키는 작동 기구로 된 장치를 들 수 있다.

분리 밸브는 교반 장치의 회전축으로부터 분리된 밀 본체의 주변부에 설치하는 것이 바람직하다. 회전축과 일치시켜 설치하면 교반 작용이 작아지고 분쇄 매체가 배출구로 체류할 우려가 있는데 반하여 주변부에 설치하는 것에 의해 교반 작용이 크게 되고 배출구에 있어서 유동성이 증가하여 액체 통과성이 좋아지기 때문이다. 이 경우 분리 밸브는 복수개 설치하는 것도 가능하다.

분리 밸브는 또 압력에 대하여 진퇴하는 외에 항상 혹은 막힘시에 진동시키게 해도 좋다. 밀 본체의 압력이 증가하여 클리어런스가 증대하면 통상으로는 배출하지 않게 한 마모의 진행이 작은 매체로 배출되게 되므로 막힘 해소후의 압력 저하에 반하여 밸브가 전진할 즈음에 상기 매체가 클리어런스에 협소하여 막히면 밸브의 전진을 방해하게 되다. 이때 밸브가 진동하면 클리어런스에 협소한 매체가 밀 본체내로 혹은 본체 바깥으로 튀어나가게 된다.

상기 밀에서는 또 분리 밸브는 압력 변동이 생기는 않는한은 정지 상태에 있기 때문에 매체의 끼움이 생기기 어렵고 클리어런스의 증대에 의해 만일 끼이게 되는 일이 있다 해도 협소한채로도 되고 매체의 입자직경은 통상 제품의 사이즈의 수십 내지 수만배나 되기 때문에 매체가 끼워지는 일이 있으면 클리어런스가 크게 되어 배출된 슬러리 양이 많게 되며 그 결과 액체면 레벨의 유지가 곤란한 동시에 밀안의 원료 슬러리의 체류 시간이 작게 되고 1패스에서 소망 입도의 제품이 얻어지지 않게 되는 문제를 발생한다.

이 문제는 분리 밸브와 상기 밸브가 끼워지는 밸브 시트내에 어느 일방 또는 양방을 연질체로 형성하는 것에 의하여 해결할 수 있다. 매체가 끼일때 그 일부가 밸브와 밸브 시트의 어느 일방 또는 양방에 묻힌 상태로 되고 이것에 의해서 클리어런스가 매체의 입자 직경분 보다도 협소하게 된다(제 7 도 참조). 밸브 시트 혹은 벨브를 연질체로 하면 그 전체 혹은 소망 부분을 예를들면 테프론이나 우레탄 등으로 형성하면 좋다.

매체의 끼움을 해소하려면 또 밸브 시트의 구멍 주위를 나이프 엣지형으로 하는게 유효하다. 매체와의 접촉 면적이 작아질수록 매체를 잡기 어렵게 되게 된다. 구멍 주위가 나이프 엣지형을 이룬 밸브 시트에 탄력성을 갖게 하면 매체의 끼움을 해소하는데 보다 유효하다. 매체가 가령 끼워지는 일이 있어도 제 6 도에 도시와 같이 엣지가 상하로 뛰어서 끼워진 매체를 튀겨 날리게 되기 때문이다.

원료의 공급은 종전의 많은 밀과 마찬가지로 밀 본체의 하부로 이동하고 상부로부터 배출하게 해도 좋으나 바람직하게는 상부로부터 공급하고 하부로부터 배출시키게 된다. 이 점에 관하여 본 발명자는 슬러리형의 원료가 밀 본체의 상부로부터 공급되는 입식 가압형 연속식 밀에 대하여 여러가지 실험을 거듭하여 밀 본체내의 매체의 분포 형태에 대하여 조사한 결과, 제 5 도에 도시한 바와 같이 본 밀 본체의 상부에서는 입도가 비교적 큰 것이 모이고 하방으로 향함에 따라서 점차 작은 것이 많아짐을 발견하고, 이로부터 원료가 하방으로 향하여 이동하고 분쇄가 진행함에 따라서 매체의 입자 직경이 점차 작아지기 때문에 효과적인 분쇄가 행해지고, 밀 본체의 하부에 작은 매체가 모여서 가루 매체의 분리가 연속적으로 행해지고, 매체의 입도 분포의 변화가 작아지기 때문에 분쇄성이 적은 안정한 운전을 행할 수 있고 매체 자체의 중량과 하향으로 이동하는 원료 슬러리가 가지는 운동 에너지와 압력에 의해 매체의 충진 밀도가 향상함과 동시에 매체간 압력이 증대하는 것에 의해, 또 매체의 충진 밀도의 향상으로부터 공급된 원료가 충분히 교반되지 않고 바로 배출되고 이른바 숏-패스라고 칭하는 현상이 해소되어 효과적인 분쇄가 행해지는 것을 깨달아 안다.

이하에 도시한 표는 슬러리형의 원료를 밀 본체의 하부로부터 공급한 경우와 상부로부터 공급한 경우의 비교 실험을 도시한 것이다.

사용한 재료는 어떤 경우도 탄산칼슘 CaCo₃로 원료 1은 최대 입자 직경 35μ, 평균 입자 직경 2.3μ, 원료 2는 최대 입자 직경 100μ, 평균 입자 직경 13μ이고, 또 분쇄 매체의 입도 직경은 1mm이다. 또 어떤 경우도 밀 동력은 1.5kw로 되는 회전수를 설정한다. 상부 공급 방식은 이상의 표로부터 보는 바와 같이 하부 공급 방식에 비하여 회전수를 낮게 설정하는 필요가 있다. 이것은 상부 공급 방식의 방법이 매체의 충진 밀도가 높아짐을 표시하고 밀내에서 슬러리의 숏-패스가 작아짐을 표시하고 있다. 그 결과 제품의 입도 분포도 샤아프하게 된것, 즉 입도가 정돈되고 입도의 변동이 적게 된 것으로 판단된다.

따라서 본 발명의 다른 목적은 분리 밸브를 교반 장치의 축심부로부터 분리하여 밀 본체의 주변부에 설치하여 유동성을 증가하고 통액성을 향상시키는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 분리 밸브를 밀 본체의 압력에 응하여 진퇴시키는 외 항상 혹은 소요시에 진동시키고 클리어런스가 확대된때에 통상적으로는 배출되지 않는 작은 매체가 들어오는 일이 있어도 클리어런스가 좁아서 지장을 받지 않게 한데 있다.

본 발명의 또다른 목적은 분리 밸브와 상기 밸브가 끼워지는 밸브 시트중 어느 한쪽 혹은 쌍방을 연질체로 형성하고 클리어런스에 작은 매체가 끼이는 일이 있어도 일부가 연질체에 묻혀 클리어런스의 확대를 적게하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 밸브의 구멍 주변을 나이프 엣지형으로 하여 작은 매체가 끼이기 어렵게 하는데 있고, 또다른 목적은 밸브의 엣지에 탄력성을 갖게 하여 매체가 끼이는 일이 있어도 이를 튀어 날리게 하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 입식 밀에 있어서 슬러리형의 원료를 꼭대기로부터 공급하여 바닥으로 배출하고 숏-패스를 해소하여 효과적인 분쇄를 행하는데 있다.

본 발명의 다른 목적 및 이점은 실시예에 기초로 하여 이하 기재로부터 명백해질 것이다.

입식 밀 본체(21)는 하단부를 좁게 하여 하부에 배출구(22)를 구비한 통형의 가압 용기로 구성되고 외측의 자켓(26)으로 통한 냉수에 의해 냉각되게 된 것이다. 그리고 축심부에는 모터(23)에 의해 회전구동된 축봉(24)에 의해 봉합된 종축(25)과 종축(25)의 축방향에 일정 간격으로, 또 방사상으로 다수 뚫고 설치되어 핀(27)으로 된 교반 장치(29)가 설치되어 있다.

원료 탱크(31)로부터 펌프(33)에 의해 밀 본체(21)의 상부에 공급되는 슬러리형의 원료는 밀 본체(21)내에 충전된 분쇄 매체와 함께 가압 상태로 교반 장치(29)에 의해 교반되고 다음에 가늘게 분쇄된 것으로부터 하향으로 이동하고 배출구(22)상의 매체층을 통하여 가루 매체와 함께 배출된다. 배출된 슬러리형의 제품은 제품 탱크(31)를 경유하여 스프링(33)에 통하여 가루 매체를 제거한 후 펌프(35)로 도시하지 않은 저류 탱크에 보내진다.

배출구는 제 2 도에 도시한 바와 같이 밸브 시트(37)에 형성된 구멍 부분이 하향으로 확대하는 테이퍼형의 원통 구멍(38)으로 이루어지고 원통 구멍(38)에는 상측부가 원추형을 이루는 분리 밸브(39)가 끼워져서 밸브 시트(37)와의 사이에 환형의 클리어런스(41)를 형성하고 있다.

분리 밸브(39)는 축(43)의 상단에 고착되어 지주(45)의 축심에 축(43)이 미끄럼 가능으로 통합과 동시에 지주 상단에 분리 밸브(39)가 끼워져 있다. 지주(45)는 하측부가 실린더형으로 형성되고 공동부(47)로 축(43)에 고착 플런저(49)가 끼워지고 플런저(49)와 공동부(47)의 저부와의 사이에는 코일 스프링(51)이 장착되어 있다. 축(43) 및 여기에 연결된 분리 밸브(39)는 코일 스프링(51)의 작용에 의하여, 밀어 올려지고 밀 본체내의 압력에 의해 코일 스프링(51)의 작용에 대항하여 밀어 내려진다. 이러한 방법으로 밸브 시트(37)와의 사이의 클리어런스(41)는 밀 본체의 압력에 의해서 변동한다. 53,54 및 55는 모두 공기빼기로, 플런저 (49)의 상하에 형성된 공기 빼기구멍(54 및 55)에는 압축 공기가 도입될 수 있게 되어 있고 한쪽의 공기 빼기구멍에 압축 공기를 도입하면 플린저(49)의 진퇴에 의해 분리 밸브(39)가 진퇴할 수 있게 되어 있다.

본 장치는 이상과 같이 구성되고 밀 내의 압력이 일정하게 보호되고 정상 상태에서 운전되고 있을때에는 밸브 시트와 밸브체 사이의 클리어런스가 일정하게 유지되어 슬러리형의 제품이 매체를 클리어런스상에서 분리하여 가루 매체와 동시에 정량으로 하면서 클리어런스(41)로부터 유출구(57)를 경유하여 배출되고 상기 제품 탱크(31)로 보내지지만 클리어런스에서 막힘이 생기기 시작하면 밀내에서 슬러리 압력이 상승하게 되며 그에 수반한 분리 밸브(39)가 코일 스프링(51)의 작용에 대항하여 코일 스프링(51)의 항력과 균형될때까지 강하한다. 그결과 클리어런스가 증대하고 이것으로부터 배출량이 급격히 증가하여 막힘이 해소된다. 막힘이 해소되고 밀 본체내의 압력이 저하하면 분리 밸브(39)가 상승한다. 이리하여 배출량이 일시적으로 증가하지만 막힘의 해소 후는 정상상태로 돌아온다.

제 3 도는 분리 밸브 작동 장치의 다른 예를 도시한 것으로, 베어링(61)에 미끄럼 가능하게 끼워 맞춘 축(63)의 하측부에는 래크(65)가 형성되어 서어브 모터 (67)에 의해 회전 구동되는 피니언(69)과 맞물리고 서어보 모터(67)는 밀 본체내의 압력을 검지하는 압력 검출 기구에 의해 제어되고 압력에 응하여 정역방향으로 소요량 회전하도록 되어 있다. 밀 본체내의 압력 변동에 의해 서어보 모터(67)가 정 혹은 역방방향으로 소요량 회전하면 분리 밸브(71)가 승강하여 밸브 시트(72)와의 사이의 클리어런스(73)가 변화하게 되어 있다.

제 4 도는 분리 밸브(81)를 교반 장치(82)의 축 중심부로부터 분리하고 밀 본체(83)의 주변부에 설치된 예를 도시한 것이다. 교반 장치(82)에 의한 교반 작용은 축심부보다도 주변부쪽이 크기 때문에 분리 밸브를 주변부에 설치하는 것에 의해 유동성이 증가하여 통액성이 좋아진다.

상기 실시예에서는 이상 설명한 바와 같이 분리 밸브(39,71,81)가 밀내의 슬러리 압력의 상승에 의해 강하하고 이것에 의해 클리어런스가 증대하여 배출량이 일시적으로 증가하게 되어 있으나 클리어런스(41,73)의 증대에 수반하여 통상으로는 배출할 수 없는 입자 직경이 비교적 큰 매체로 동시에 배출되게 한다. 그래서 배출량의 일시적인 증가에 의한 압력 저하에 수반하여 분리 밸브가 상승하려 할때 확대된 클리어런스로부터 빠져나오려는 입자 직경이 비교적 큰 매체가 밸브 시트와 분리 밸브 사이에 끼이고, 이로서 막힌 상태로 되어 분리 밸브가 정상 상태로 돌아올 수 없게 될 우려가 있다. 이러한 매체의 끼임은 밸브 시트의 구멍 주변을 나이프 엣지형으로 하여 매체를 잡기 어렵게 되고 즉 벗겨지기 쉽게 함으로써 어느정도 해소할 수 있으나, 이 외에는 예를들면 축(43 혹은 63)에 진동기를 연결하여 분리 밸브를 항상 혹은 매체의 끼임시에 진동시키거나 혹은 또 제 6 도에 도시한 바와 같이 밸브 시트(85)의 구멍 주변에 탄력성을 가지게 하는 것에 의해서도 해소할 수 있다. 즉 밸브 시트와 분리 밸브(86)의 사이에 협소한 매체(87)를 밀 본체내로 혹은 밀본체 밖으로 튀어나올 수 있게 된다.

클리어런스에 매체가 끼이면 분리 밸브가 귀환되기 어려워지는 문제 외에 다음과 같은 문제를 생기게 한다. 즉 매체의 사이즈는, 많은 경우 제품의 사이즈의 수십 내지 수만배나 되기 때문에 매체가 끼이는 일이 있으면 클리어런스가 커져서 배출되는 슬러리양이 많아지며 그 결과 액면 레벨의 유지가 곤란한 동시에 밀 본체내의 슬러리형 원료의 체류 시간이 적어지며 한번 패스로 희망 입도의 제품이 얻어지지 않는다. 제 7 도에는 이 문제에 대처하기 위하여 분리 밸브(91)를 우레탄 고무로 형성한 것이고 클리어런스(93)내에 매체(95)가 끼일때 그 일부를 분리 밸브(91)에 묻어서 클리어런스 h를 매체(95)의 입자 직경 m보다 작게 하게 한 것이다.

Claims (9)

1. 교반장치를 구비한 밀폐형의 밀 본체로 이루어지며, 밀 본체내에 연속적으로 공급한 슬러리형의 원료를 분쇄 매체와 동시에 가압상태로 교반하여 분쇄한 후 분쇄 매체를 분리하여 배출시키는 습식 교반 볼 밀에 있어서, 배출구에 진퇴 가능하게 끼워지는 원추형의 분리 밸브와 상기 분리 밸브를 밀 본체내의 압력에 의해 진퇴시키는 작동 수단으로 이루어지는 압력 제어 밸브 장치를 설치하고, 클리어런스에서 막힘을 생기게 하고 이것에 의해 밀 본체내의 압력이 상승하면 그 압력에 응하여 분리 밸브가 후퇴하고 클리어런스가 증대하는 것을 특징으로 하는 습식 교반 볼 밀.
2. 제 1 항에 있어서, 작동 수단은 분리 밸브를 지지하는 스프링 장치인 것을 특징으로 하는 밀.
3. 제 1 항에 있어서, 작동 수단은 밀 본체내의 압력을 검지하는 압력 검지 장치와, 상기 수단에 의해 검출된 압력에 응하여 작동하고 밸브를 진퇴시키는 작동 기구 등으로 이루어진 것을 특징으로 하는 밀.
4. 제 1 항에 있어서, 분리 밸브는 교반 장치의 축심부로부터 떨어진 주변부에 설치되는 것을 특징으로 하는 밀.
5. 제 1 항에 있어서, 분리 밸브는 항상 혹은 소요시에 진동하는 것을 특징으로 하는 밀.
6. 제 1 항에 있어서, 배출구가 형성되는 밸브 시트와 배출부에 끼워지는 분리 밸브중 어느 하나 혹은 양쪽이 연질체로 형성되는 것을 특징으로 하는 밀.
7. 제 1 항에 있어서, 배출구의 구멍 주변은 나이프 엣지형을 이루는 것을 특징으로 하는 밀.
8. 제 1 항에 있어서, 배출구의 구멍 주변은 탄력성을 가지는 것을 특징으로 하는 밀.
9. 제 1 항에 있어서, 원료는 밀 본체의 상부로부터 공급되고 하부로 배출되는 것을 특징으로 하는 밀.

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