JP2007007594A - 竪型粉砕機の運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 石灰石、石炭、オイルコークス、又カーボンを原料として粉砕する竪型粉砕機に係り、原料を微粉砕する際に発生しやすいスティックスリップ現象の回数を減少させて、異常振動の発生を抑制する。
【解決手段】 本発明の方法よれば、原料の粉砕特性と粉砕後の粒径を勘案して、粉砕ローラにおける原料の噛み込み速度を最適化することにより、スティックスリップ現象の発生を抑制して、異常振動を効果的に防止する。具体的には、竪型粉砕機により、石炭等を粒径がＤ_Ｐ５０≦５０μｍになるよう粉砕する際においては、噛み込み速度を１．７〜２．１（ｍ／ｓ）の範囲として運転する。また、石灰石等を粒径がＤ_Ｐ５０≦１０μｍになるよう粉砕する際においては、噛み込み速度を１．７〜２．１（ｍ／ｓ）の範囲として運転する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、主に石灰石、クリンカ、石炭、オイルコークス、又カーボン等原料として粉砕する竪型粉砕機に係り、特に原料を微粉砕するに適した竪型粉砕機の運転方法に関する。

原料を効率よく粉砕する手段として、従来から多くの粉砕装置又粉砕方法が公知であるが、最近は、粒径の小さな粉砕品が、多く求められる傾向にある。
例えば、石灰石を原料とする炭カル等は、製紙用の用途等に用いるグレードとして、従来から、細かな粒径の粉砕品が求められているが、近年、紙の品質向上を目的としてさらに細かな粒径の粉砕品が求められつつある。

また、石炭等を原料とした粉砕品は、火力発電所用ボイラ、あるいは一般産業用のボイラ等の燃焼装置において古くから用いられているが、近年、竪型粉砕機で粉砕した石炭等の粉砕品を、ボイラにそのまま燃料として送給する設備等が広く普及し、非常に細かな粒径の微粉砕品が大量に求められている。

従来から、石灰石や石炭等を粉砕する粉砕機として竪型粉砕機（竪型ミル、又は竪型ローラミルと称されることもある）と呼ばれる粉砕機が広く用いられているが、前述の細かな粒径の粉砕品が求められる状況に対処するため、如何に原料を細かく粉砕できるかという点が重要になってきた。

ここで、竪型粉砕機の中で、特に原料を微粉砕するに適した竪型粉砕機として、回転式の分級機を内蔵するエアスエプト式の竪型粉砕装置が公知である。そして、前記分級機を内蔵したエアスエプト式の竪型粉砕機として、例えば特許文献１に開示された粉砕機がある。

特開昭５７−７５１５６号公報

特許文献１に開示された竪型粉砕機は、粉砕機内の粉砕ローラと回転テーブルの間で粉砕した原料を、回転テーブル下方から導入したガスで吹き上げて該回転テーブルの上方に配した回転式の分級機で分級することにより、微粉を機外に取り出すとともに粗粉を回転テーブル上に落下させて再度粉砕して、原料を効率良く微粉砕する粉砕機である。

また、原料を微粉砕するに適した竪型粉砕機の他形式として、一旦機外に取り出した粉砕品を、分級機、あるいは分配器などを介して、再度竪型粉砕機の中に供給して、所望する粒度になるまで繰り返し粉砕する外部循環方式の竪型粉砕機も公知である。

ところで、竪型粉砕機は、回転テーブルの回転によって粉砕ローラを従動回転させるが、原料を微粉砕する場合に、粉砕ローラが回転テーブル上にある原料の上を瞬間的に滑って従動しなくなった結果、粉砕ローラの回転速度が一定にならなくなる現象が生じる。
これは、スティックスリップと言われる現象であるが、これがきっかけなり、竪型粉砕機の自励振動が大きくなって異常振動の発生につながる。

前述の原因によって異常振動が発生した場合における従来の対応方法は、原料の供給量を減少させて収束させる方法が一般的である。しかし、この方法は、発生した異常振動を如何に解消するかという方法であって、課題を根本的に解決するに至ってはいない。

また、原料に散水する、あるいは複数の異なる種類の原料を混合する等の手段によって、原料の摩擦係数を調整することにより、前述のスティックスリップ現象を防止する技術も知られているが、実際の運転において、この方法が採用できないケースも多い。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、主に石灰石、石炭、オイルコークス、又カーボンを原料として粉砕する竪型粉砕機に係り、特に原料を微粉砕する際に発生しやすいスティックスリップ現象の回数を減少させて、異常振動の発生を従来より減少させる竪型粉砕機の運転方法に関する。

上記の目的を達成するため、本発明による竪型粉砕機の運転方法は、
（１） 回転テーブルの上面に回転自在な粉砕ローラを配置し、該回転テーブル上に供給した原料を回転テーブル上面と粉砕ローラとの間で粉砕する竪型粉砕機の運転方法において、石炭、オイルコークス、カーボン、又は主成分が炭素からなる鉱物を原料として、粒径がＤ_Ｐ５０≦５０μｍになるよう粉砕する際に、粉砕ローラタイヤ中心径部の粉砕ローラ噛み込み速度を１．７〜２．１（ｍ／ｓ）の範囲とする。
とする。

（２）回転テーブルの上面に回転自在な粉砕ローラを配置し、該回転テーブル上に供給した原料を回転テーブル上面と粉砕ローラとの間で粉砕する竪型粉砕機の運転方法において、石灰石、又はクリンカを原料として、粒径がＤ_Ｐ５０≦１０μｍになるよう粉砕する際に、粉砕ローラタイヤ中心径部の粉砕ローラ噛み込み速度を１．７〜２．１（ｍ／ｓ）の範囲とする。

本発明による竪型粉砕機の運転方法によれば、原料の粉砕特性と粉砕後の粒径を勘案して、粉砕ローラにおいて原料の噛み込み速度を最適化することにより、スティックスリップ現象をきっかけにして発生する異常振動を効果的に防止することができる。

以下、図面に基づき本発明による実施形態の好ましい１例について詳細に説明する。
図１から図６は本発明による実施形態を説明する図であって、図１は本実施形態による竪型粉砕機の概略の構造を説明する要部縦断面図である。図２及び図３は粉砕ローラの中心径部を説明する概念図である。図４及び図５は石灰石及び石炭について粉砕特性を説明するための参考図である。図６は噛み込み速度と摩擦係数の関係を説明する参考図である。

以下、本発明の実施形態に用いる竪型粉砕機１の好ましい構成について説明する。
本実施形態に用いた竪型粉砕機１は、図１に示すように竪型粉砕機１の外郭を形成するケーシング１Ａ、及び１Ｂと、竪型粉砕機１の下部に設置された減速機２Ｂを介して電動機２Ｍにより駆動される回転テーブル２と、回転テーブル２の上面（回転テーブル上面２Ａと称することもある）外周部を円周方向に等分する位置に配設した複数個のコニカル型の粉砕ローラ３とを備えている。

粉砕ローラ３は、軸７により下部ケーシングに回動自在に軸着した上部アーム６と、該上部アーム６と一体に形成した下部アーム６Ａとを介して油圧シリンダ８のピストンロッド９に連結されており、該油圧シリンダ８の作動によって回転テーブル上面２Ａの方向に押圧されて、回転テーブル上面２Ａに原料を介して従動することによって回転する。

前記ケーシング１Ｂの回転テーブル上面２Ａの中央上部には、セパレータ１４と、原料投入口３５が設けられており、また、セパレータ１４の中心軸を上下に貫通するようにして原料投入シュート１３が配されており、原料投入シュート１３を介して原料投入口３５から回転テーブル上面２Ａに原料を投入することができるよう構成されている。

また、セパレータ１４は、セパレータ１４の回転軸を中心として上方に拡径する逆円錐台状に一定間隔の隙間をあけて並べられた複数枚の羽根１４Ａを備えて、図示しない駆動装置により自在に回転できる構成となっている。

原料投入シュート１３から投入した原料（供給した原料と称することもある）は、回転テーブル上面２Ａを渦巻き状の軌跡を描きながら回転テーブル上面２Ａの外周部に移動して、回転テーブル上面２Ａと粉砕ローラ３に噛み込まれ粉砕される。

そして、回転テーブル上面２Ａと粉砕ローラ３に噛み込まれて粉砕された原料の一部は、回転テーブル上面２Ａの外縁部に周設されたダムリング１５を乗り越え、回転テーブル上面２Ａの外周部とケーシングとの隙間である環状通路３０（環状空間部３０と称することもある）へと向かう。

ここで、ケーシング１Ｂの回転テーブル２の下方には、ガスを導入するためのガス導入口３３を設けており、さらに回転テーブル上方に該ガスを排出するため上部取出口３９を設けている。竪型粉砕機１の運転中において、該ガス導入口３３よりガス（本実施形態においては空気）を導入することによって、前記ケーシング１Ｂ内において該回転テーブル下方からセパレータ１４を通過して上部取出口３９へと流れるガスの気流が生じている。

竪型粉砕機１内に投入した原料と、回転テーブル２と粉砕ローラ３に粉砕されてダムリング１５を乗り越えた原料の一部は、前記ガスにより吹き上げられてケーシング内を上昇し、回転セパレータ１４に達する。

ここで、径の大きく重量の大きな原料はセパレータ１４の羽根１４Ａを通過することができずセパレータ１４の下方に落下して再度粉砕ローラ３に噛み込まれて粉砕されるとともに、径の小さな原料は、隙間をあけて並べられた羽根１４Ａの間を抜けてセパレータ１４を通過し、上部取出口３９より取り出される。

なお、本実施形態に用いることのできる竪型粉砕機１の型式は、前述したものに限らないことは勿論であって、例えば、粉砕ローラ３の形状がスフェリカル形状のタイヤ型の竪型粉砕機１であっても良い。また、要求される製品の粒度に応じて、セパレータ１４は固定タイプのものであっても良い。また、一度粉砕した原料を取り出した後、その一部を再度竪型粉砕機に戻して粉砕する外部循環方式の竪型粉砕機であっても良い。

さらに、本実施形態においては、粉砕ローラ３の軸受部部にセンサＳを取り付けており、粉砕ローラ３の回転数を検出している。本実施形態におけるセンサＳは、ロータリエンコーダを使用したが、センサＳがこれに限らないことはもちろんであって、近接スイッチ等を利用して１分間あたりの回転数をカウントする方法であっても良く、粉砕ローラの回転数を検出できる測定器であれば良いことは説明するまでもない。

また、本実施形態においては、竪型粉砕機１の粉砕ローラ３の噛み込み速度を設定する設定器５０Ｃ、センサＳの検出信号と設定器５０Ｃの設定信号が入力されて２つのデータを比較演算する演算機５０Ｂ、並びに比較演算機５０Ｂの演算結果に基づく指令信号を電動機２Ｍに送信して回転テーブル２の回転数を制御する制御盤５０Ａを備えている。
なお、本発明による設定器５０Ｃ、演算機５０Ｂ、及び制御盤５０Ａは前述の構成に限らないことは勿論であって、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で構成を変更することは可能であり、例えば。コンピュータを使用して、設定器５０Ｃ、演算機５０Ｂ、及び制御盤５０Ａを一体化して一つの装置にしたとしても本発明の適応の範囲である。

次に、本発明で言う粉砕ローラの噛み込み速度について以下説明する。
噛み込み速度Ｖは数式１で求められる。
Ｖはローラ中心径部における原料の噛み込み速度であり、ローラ中心径部におけるローラ外周の周速（単位：ｍ／ｓ）である。ここで、図２及び図３に示すように、粉砕ローラ３の幅をＷとした場合に、その中間位置に相当する部分が中心径部Ｐになり、その中心径部Ｐの位置にあたる粉砕ローラ３の直径をＤとする。
また、Ｄはローラ中心径部におけるローラ外周の直径（単位：ｍ）であり、Ｎは粉砕ローラが一分間あたりに回転する回転数（単位：ｒｐｍ）であり、πは円周率である。

以下、本発明による竪型粉砕機の運転方法についてその好ましい１例を実施形態として説明する。
第１実施形態に用いた竪型粉砕機１は、粉砕ローラの個数が３個であって、粉砕ローラ中心直径Ｄは０．４ｍであり、テーブル直径Ｔは０．６４ｍであり、ダムリング１５の高さはテーブル上面２Ａより約２０ｍｍである。

なお、本願発明者らは、鋭意研究の結果、粉砕ローラ３における原料の噛み込み速度に着目して、前述のスティックスリップ現象は、原料を一定粒度以下に微粉砕する場合に発生することが多く、石灰石、クリンカといった一般的な粉砕物においては、Ｄ_Ｐ５０が１０μｍ（Ｄ_Ｐ５０≦１０μｍ）以下になった場合に生じる可能性が高いことを見出した。

また、石炭、オイルコークス等といった炭素分を多く含有する原料を粉砕する場合においては、Ｄ_Ｐ５０が５０μｍ（Ｄ_Ｐ５０≦５０μｍ）以下になるとスティックスリップ現象が生じる可能性が高くなることを見出した。
なお、ここで前述のＤ_Ｐ５０はロジン・ラムラー線図（Ｒｏｓｉｎ−Ｒａｍｍｌｅｒ−Ｓｐｅｒｌｉｎｇ）上に粒径分布を図示した場合にＲ＝５０％となる点の粒径をμｍ（ミクロンメータ）で表わしたものである。

図４及び図５に、石灰石及び石炭おける粉砕特性を示す。
それぞれ、スティックスリップ現象が生じる可能性が高くなる粒径の領域に差はあるものの、スティックスリップ現象が発生しやすくなる噛み込み速度の値については、傾向的に一致しており、噛み込み速度が、概ね２．２〜２．５（ｍ／Ｓ）を超えたあたりで原料の供給量を減少せざるを得ない程度まで振動が大きくなると考えられる。

ここで、図６により噛み込み速度と摩擦角度の関係を概念的に説明するが、噛み込み速度が大きくなるにつれて、回転テーブル上の原料が滑りやすくなり、スティックスリップ現象が生じ易くなると推察する。
また、竪型粉砕機１の処理量の面から考察すると、噛み込み速度が、概ね１．５〜１．６（ｍ／Ｓ）あたりまでは処理量が非常に小さいため実用的ではない。
これらのことから、微粉砕に適した噛み込み速度は、１．７〜２．１（ｍ／ｓ）の範囲とすることが好ましい。

ここで、本実施形態においては、噛み込み速度として、２．０（ｍ／ｓ）を設定機５０Ｃに入力して運転を開始し、運転中には、センサＳで粉砕ローラ３の回転数を検出するとともに、演算機５０Ｂにより検出した回転数から粉砕ローラ３の中心径部Ｐの回転速度を算出し、該設定値と検出値の回転速度を比較して、検出した回転速度が設定値より低い場合は原則的に回転テーブル２の回転速度を上昇させ、検出した回転速度が設定値より高い場合に回転テーブル２の回転速度を下降させるように構成した。

また、本実施形態においては、回転テーブルの回転数から粉砕ローラ３の回転速度を推定し、該推定値と検出した粉砕ローラ３の回転速度の差が、大きくなった場合にスティックスリップ現象が発生したと判断し、回転テーブル２の回転速度を下降させ、一定時間の間スティックスリップ現象が発生しない場合に回転テーブル２の回転速度を増加させるプログラムを制御装置に組み込んだ。

本実施形態による竪型粉砕機の運転方法によれば、竪型粉砕機内の回転テーブルの速度を調整して、粉砕ローラにおける原料の噛み込み速度を、１．７〜２．１（ｍ／ｓ）の範囲とすることにより、最適化して、スティックスリップ現象をきっかけにして発生する異常振動を効果的に防止することができる。
なお、

さらに、本実施形態による竪型粉砕機によれば、竪型粉砕機１内の回転テーブル２の速度を調整して、粉砕ローラ３における原料の噛み込み速度を常に最適化することができる。

本発明に係る竪型粉砕機の実施形態を示す要部縦断面図である。 本発明の実施形態に係る粉砕ローラ中心径部を説明するための概念図である。 本発明の実施形態に係る粉砕ローラ中心径部を説明するための概念図である。 石灰石の粉砕特性を説明するための参考図である。 石炭の粉砕特性を説明するための参考図である。 噛み込み速度と摩擦係数の関係を説明する参考図である。

符号の説明

１ 竪型粉砕機
２ テーブル
３ 粉砕ローラ
１３ シュート
１４ セパレータ
１５ ダムリング
１Ａ ケーシング（下部）
１Ｂ ケーシング（上部）
３０ 通路
３３ ガス導入口
３５ 原料投入口
３９ 上部取出口
５０Ａ 制御盤
５０Ｂ 比較演算機
５０Ｃ 設定器
Ｓ センサ

Claims (2)

1. 回転テーブルの上面に回転自在な粉砕ローラを配置し、該回転テーブル上に供給した原料を回転テーブル上面と粉砕ローラとの間で粉砕する竪型粉砕機の運転方法において、
   石炭、オイルコークス、カーボン、又は主成分が炭素からなる鉱物を原料として、
   粒径がＤ_Ｐ５０≦５０μｍになるよう粉砕する際に、粉砕ローラタイヤ中心径部の粉砕ローラ噛み込み速度を１．７〜２．１（ｍ／ｓ）の範囲とする竪型粉砕機の運転方法。
2. 回転テーブルの上面に回転自在な粉砕ローラを配置し、該回転テーブル上に供給した原料を回転テーブル上面と粉砕ローラとの間で粉砕する竪型粉砕機の運転方法において、
   石灰石、又はクリンカを原料として、粒径がＤ_Ｐ５０≦１０μｍになるよう粉砕する際に、粉砕ローラタイヤ中心径部の粉砕ローラ噛み込み速度を１．７〜２．１（ｍ／ｓ）の範囲とする竪型粉砕機の運転方法。

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