(57)【要約】本発明は、密度および／またはコンシステンシーの異なる物質の集合体を機械的に細分化する装置に関する。この装置は、第１端に供給用開口部（１４）と、第２端に出口開口部（１０）とを有する細分化チャンバを備える。細分化チャンバは、軸方向に連続し、円筒形状またはシェル状の円錐台の細分化チャンバ壁（２）に取り囲まれた、少なくとも２つの区間（７，８，９）を有する。各区間（７，８，９）には、ロータシェル（１７，１８，１９）と、このロータシェル（１７，１８，１９）から細分化チャンバ内へ半径方向に延びる複数の打撃ツール（１０，２１，２２，２３，２４，２５）とを有する、少なくとも１つのロータ（４，５，６）が設けられる。第１端から第２端に向って連続する区間（７，８，９）におけるロータ（４，５，６）のロータシェル（１７，１８，１９）の半径は、第２端に向って大きくなり、ロータシェル（４，５，６）の半径と細分化チャンバ壁（２）の半径との差は第１端から第２端に向かって小さくなる。ロータ（４，５，６）は、第２端近傍の区間（９）におけるロータ（６）の回転方向が、第１端側に設けられた区間（８）におけるロータ（５）の回転方向とは反対方向に回転するように、また各区間（７，８，９）におけるロータ（４，５，６）の回転速度が第１端から第２端に向かって増加するように駆動可能である。【選択図】図１
2014527457.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密度および／またはコンシステンシーの異なる物質の集合体を機械的に細分化する装置であって、
第１端に供給用開口部（１４）と、第２端に排出用開口部（１０）とを有する分離チャンバを備え、
前記分離チャンバは、円筒形状または円錐台形状の分離チャンバ壁（２）に取り囲まれた、軸方向に連続する少なくとも２つの区間（７，８，９）を有し、
前記区間（７，８，９）には、それぞれ、ロータ筐体（１７，１８，１９）と、前記ロータ筐体（１７，１８，１９）から前記分離チャンバ内へ半径方向に延びる複数の衝撃ツール（２０，２１，２２，２３，２４，２５）とを有する、少なくとも１つのロータ（４，５，６）が設けられ、
前記連続した区間（７，８，９）における前記ロータ（４，５，６）のロータ筐体（１７，１８，１９）の半径は前記第１端から前記第２端に向かって大きくなり、各ロータ筐体（４，５，６）の半径と前記分離チャンバ壁（２）の半径との差は前記第１端から前記第２端に向かって小さくなり、
前記ロータ（４，５，６）は、前記第２端に面する区間（９）における前記ロータ（６）の回転方向が、当該ロータの前記第１端側に設けられた区間（８）におけるロータ（５）の回転方向とは反対方向に回転するように、また前記区間（７，８，９）における前記ロータ（４，５，６）の回転速度が前記第１端から前記第２端に向かって増加するように駆動可能である、
密度および／またはコンシステンシーの異なる物質の集合体を機械的に細分化する装置。
【請求項２】
前記区間（７，８，９）には、それぞれ、対応する区間（７，８，９）のロータ（４，５，６）を駆動する独立した駆動部が設けられており、当該駆動部は、少なくとも１つの別の区間（７，８，９）のロータ（単数または複数）（４，５，６）の少なくとも１つの駆動部とは独立して動作または制御可能であることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ロータ筐体（１７，１８，１９）は円錐台状に構成されることを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記連続した区間（７，８，９）内のロータ（４，５，６）のロータ筐体（１７，１８，１９）は、合わせて円錐台形状を形成することを特徴とする、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記分離チャンバの第１端は、前記分離チャンバの軸が垂直となるように、上向きであることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１つに記載の装置。
【請求項６】
前記ロータ（４，５，６）は、交換可能な衝撃ツール（２０，２１，２２，２３，２４，２５）を保持する複数のレセプタクル（３０）を含むことを特徴とする、請求項１から５のいずれか１つに記載の装置。
【請求項７】
前記衝撃ツール（２０，２１，２２，２３，２４，２５）用のレセプタクル（３０）のうち、軸方向にオフセットした少なくとも２つのレセプタクル（３０）が、前記区間（７，８，９）の少なくとも１つに設けられていることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記ロータ筐体（１７，１８，１９）は複数のロータ筐体要素（３６，３７）から形成されており、当該ロータ筐体要素は前記ロータ（４，５，６）に交換可能に取り付けられていることを特徴とする、請求項１から７のいずれか１つに記載の装置。
【請求項９】
前記ロータ筐体（１７，１８，１９）は、少なくとも前記第２端に向かって最後から二番目の区間（８）に押し上げ棒（４２）を有し、当該押し上げ棒は軸方向および半径方向に前記分離チャンバ内に延びることを特徴とする、請求項１から８のいずれか１つに記載の装置。
【請求項１０】
前記区間（７，８，９）の少なくとも１つにおいて、前記分離チャンバ壁（２）から内部に向かって軸方向および半径方向に広がる衝撃面（５０）が設けられることを特徴とする、請求項１から９のいずれか１つに記載の装置。
【請求項１１】
前記区間（７，８，９）のうち、前記第２端に向かう方向に続く区間（８，９）の少なくとも１つのロータ（５，６）が、先行する区間（７，８）の少なくとも１つのロータ（４，５）よりも、多数の衝撃ツール（２２，２３，２４，２５）を有することを特徴とする、請求項１から１０のいずれか１つに記載の装置。
【請求項１２】
前記区間（８，９）の１つにおける前記ロータ（５，６）の回転速度の、前記第１端に向かう方向において前に配された区間（７，８）のロータ（４，５）の回転速度に対する割合が、１から５の間であり、好ましくは２から４の間であることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか１つに記載の装置。
【請求項１３】
前記第２端に面する最後の区間（９）におけるロータ（６）の回転速度は、当該区間の衝撃ツール（２４，２５）の縁端の絶対速度が、１００ｍ／ｓから３００ｍ／ｓの間、好ましくは１３０ｍ／ｓから２００ｍ／ｓの間となるように選択されることを特徴とする、請求項１から１２のいずれか１つに記載の装置。
【請求項１４】
前記分離チャンバの上方に配される供給ホッパ（１５）、および／または前記分離チャンバの下方に配される排出ホッパ（１６）を備えることを特徴とする、請求項１から１３のいずれか１つに記載の装置。
【請求項１５】
前記供給用開口部（１４）側の端部において、前記分離チャンバ壁（２）の半径に対する前記第１端側の第１区間（７）のロータ筐体（１７）の半径の割合が、０．１５から０．５の間であり、前記排出用開口部（１０）側の端部において、前記分離チャンバ壁（２）の半径に対する前記第２端側の最後の区間（９）における前記ロータ筐体（１９）の半径の割合が、０．５５から０．８５の間であることを特徴とする、請求項１から１４のいずれか１つに記載の装置。
【請求項１６】
前記衝撃ツール（２０，２１，２２，２３，２４，２５）は、鎖および／またはバッフルプレートから形成される、またはこれを含むことを特徴とする、請求項１から１５のいずれか１つに記載の装置。
【請求項１７】
前記分離チャンバまたは前記分離チャンバ壁（２）の直径は、前記第１端から前記第２端に向かって大きくなることを特徴とする、請求項１から１６のいずれか１つに記載の装置。
【請求項１８】
前記分離チャンバの区間（７，８，９）には、少なくとも１つの前処理チャンバ、少なくとも１つの加速チャンバ、および少なくとも１つの高速衝撃チャンバがあり、それぞれは、前記区間（７，８，９）の１つにより形成されることを特徴とする、請求項１から１７のいずれか１つに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、密度および／またはコンシステンシーの異なる物質の集合体を機械的に分解する装置に関する。この装置は、例えば、廃棄物の再利用において用いることができる。金属生産からのスラグ、および熱廃棄物再利用におけるスラグや灰には、通常、鉄やそのほかの金属が含まれる。これらの金属は、その天然型でミネラルスラグ内に大量に付着または包含されていることがある。これらの金属は、磁石または非鉄金属選別器によって物質流からこの金属を分別できるようにその合成物またはスケール形成から解放・分離すれば、それぞれの集合体から効率的に回収することができる。
【背景技術】
【０００２】
従来技術によれば、このようなスラグは、ハンマーミルまたはインパクトミルで断片化されてから、実際に選別するために磁気および非鉄金属選別器に供給される。ハンマーミルまたはインパクトミルによって、２０ｍｍよりも大きい粒径での金属の分解と再利用が可能であり、また比較的効率的に行うことができる。このミルによるより細かい金属粒子の分解には、２０ｍｍ未満の非常に小さな隙間分離の必要があり、これは衝撃粉砕を犠牲にする代わりにすりつぶし粉砕を著しく高めるものである。その結果、柔らかい非鉄金属は、非鉄金属選別器によっては選別不可能なほど細かく砕かれることになる。そのため、上記従来技術の集塊破砕機を用いてのスラグ内に天然型で存在する細かい金属粒子の再利用は、限られた範囲内でのみ可能となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
したがって、本発明は、スラグ内にその天然型で包含される細かい金属粒子および微小金属粒子を機械的に細分化または分離することができる、密度および／またはコンシステンシーが異なる物質集合体を機械的に細分化する装置を提案するという目的に基づくものである。また、提案される装置は、その他の密度および／またはコンシステンシーの異なる物質の集合体の分解にも適する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明によれば、この課題は、主たる請求項の特徴を備える装置によって解決される。本発明の好適な設計および更なる発展形は、従属請求項の特徴によるものである。
【０００５】
本発明にかかる装置は、第１端に供給用開口部と、第２端に排出用開口部とを有する分離チャンバを備える。上記分離チャンバは、円筒形状または円錐台形状の分離チャンバ壁に取り囲まれており、この分離チャンバ壁は、通常、供給側端部が上で排出側端部が下となって垂直方向を向いている。このような垂直配置により、物質を上から重量計量的に供給することができる。
【０００６】
上記分離チャンバは、この分離チャンバ壁の円筒形状によって規定される円筒軸の方向に、少なくとも２つ、好ましくは３つの連続した区間を有する。上記３つの区間のそれぞれには、それぞれロータ筐体と衝撃ツールとを有する少なくとも１つのロータが配され、この衝撃ツールは、少なくとも本装置の動作中、ロータ筐体から分離チャンバ内へ半径方向に延びる。例えば衝撃ツールとして鎖が用いられる場合、これらの鎖は、当然ながら、対応するロータが十分な速度で回転している場合にのみ分離チャンバ内に半径方向に延びる。本請求項のために、このような衝撃ツールもまた、ロータ筐体から分離チャンバ内に半径方向に延びる衝撃ツールとみなされる。上記衝撃ツールによって、場合によっては後述のように分離チャンバ壁に配されたバッフルプレートと接続して、後述のようなやり方で集合体を細分化することができる。
【０００７】
上記ロータは、その連続した区間に、半径が分離チャンバの第２端に向かって大きくなるロータ筐体を含み、各ロータ筐体の半径と分離チャンバの半径との差は第１端から第２端に向かって小さくなる。したがって、上記ロータのロータ筐体は、連続した区間がおおよそ円錐形状であり、この円錐の半径が第１端から第２端に向かって大きくなる。このように、供給用開口部から供給される物質集合体が、分離チャンバ内を進むにつれてより半径方向外側に位置し、衝撃ツールの速度が対応して内側のエリアよりも早くなることを実現することができる。上記円錐は、その直径が第２端に向かって連続的または段階的、例えばカスケード状に増加する。上記分離チャンバ壁の半径は、同じであっても、供給用開口部から排出用開口部に向かって大きくなってもよく、これによって分離チャンバ内で次第に長い距離を運動する粒子の速度が増加することにもなる。また、上記分離チャンバ壁の半径は第１端から第２端に向かって小さくなってもよい。上記分離チャンバ壁の半径が通常は底部に位置する第２端に向かって大きくなる場合、半径は連続的または段階的に変化してもよい。このために、いずれにせよ、各ロータ筐体の半径と分離チャンバ壁の半径との差は、この２つの半径の差が第１端から第２端に向かって軸方向に小さくなるよう調整されることになる。これにより、上記分離チャンバの容量は、物質が分離チャンバ内を軸方向に進行するにつれて小さくなり、これによって粒子密度の高まり、ひいては相互衝撃およびこの粒子の衝撃ツールまたはバッフルプレートに対する衝撃の増加につながるよう実現することになる。これに加えて、各隣接する区間におけるロータの回転方向は、逆回転であることが好ましい。このようにして、上記区間の１つにおいて衝撃ツールによって加速される粒子が、次の区間における二重反転衝撃ツールと真っ向から衝突することが実現される。よって、この衝突速度は、粒子速度と衝撃ツールの速度との和である。これにより、上記分離チャンバ壁の上記衝撃ツールおよび／またはバッフルプレートに対する上記金属粒子の衝突速度が極めて高いものとなり、これによって、密度および／またはコンシステンシーの異なる、例えば弾力性の異なる物質が内部に含まれる場合、集合体が破壊されることになる。また、異なる区間におけるロータの回転速度が、上記分離チャンバの第１端から第２端に向かって増加することが好ましい。また、このように、上記ロータの回転速度、したがって衝撃ツールの速度が増加するため、粒子密度が増加する範囲において衝突速度が分離チャンバの第２端に向かって増加することが実現できる。
【０００８】
よって、上述した技術的特徴の組み合わせにより、一方では供給用開口部から分離チャンバに供給される集合体の速度は排出用開口部に向かって増加することになり、同時に粒子密度も増加することになる。これにより、上記分離チャンバの排出用開口部前の最後の区間において、集合体は、例えば２００ｍ／ｓを超える速度でバッフルプレートまたは衝撃ツールに衝突することが実現される。このように、上記物質集合体の破裂は、従来のハンマーミルやインパクトミルによって粉砕することなく実現することができる。そのため、特に集合体に含まれる金属粒子について、その粒子サイズを不都合に縮小させることなく取り出すことができる。
【０００９】
したがって、提案される装置は、従来のハンマーミルやインパクトミルを用いては不可能なやり方で、例えば鉄または鉄を含まない金属などの金属をスラグ構造またはスケール構造から分離することを可能とする。この過程で、提案される装置は、金属部品自体を破壊することなく、分解対象の集合体の衝撃ツールおよび／またはバッフルプレートに対する衝撃エネルギーの最大化を実現する構成を用いる。その結果、経済的に妥当なやり方でスラグ内のごく小さな金属粒子でさえ、分解・分離することができる。したがって、本発明により、分離対象の集合体の衝突速度を極めて高いものとすることができ、これにより、ほんのわずかの粉砕効果で集合体を細分化することができるようになる。
【００１０】
好ましくは、各区間におけるロータはそれぞれの駆動部を有しており、少なくとも１つの別の区間の駆動部とは独立して動作または制御可能である。このように、ロータの回転速度は、様々な分離対象の集合体に適用することができる。
【００１１】
上記ロータ筐体は、円錐台状に構成されることが好ましい。これにより、集合体および金属粒子は、実質的に落下速度を減少させることなく分離チャンバの一層外側のエリアに搬送される。上記分離チャンバの連続した区間におけるロータのロータ筐体は、円錐台形状を形成することが好ましく、ここで、異なるロータのロータ筐体が合わせて円錐形状または円錐台形状を形成するように、直接連続した円錐台の互いに向き合う端部における直径が同じであることが好ましい。このように、分離チャンバの軸方向の物質の処理量を著しく低減することなく、供給される金属粒子および物質集合体を分離チャンバ全体で半径方向に外側のエリアに向かって搬送することができる。ただし、上記１個のまたは複数のロータ筐体の直径の増加は段階的なものであってもよく、ここで、各区間においてロータ筐体の直径が一定である１つ以上の軸方向エリアが形成され、このロータ筐体の後続の段のエリアの直径がより大きいものであることが好ましい。このバージョンは、軸方向における分離チャンバでの物質の処理量がより妨げられるという問題を有している。
【００１２】
好適な実施形態において、上記衝撃ツールは、容易に交換可能なようにロータに設けられたレセプタクルに保持される。また、交換の容易性の観点から、上記ロータ筐体は、同様にして上記ロータに設けられた複数の交換可能なロータ筐体要素から構成されることが好ましい。上記ロータ筐体により物質粒子を集合体から分離チャンバの半径方向に外側のエリアに搬送する際、ロータ筐体は多くの衝撃を受けてある程度摩耗するため、単に個々の損傷したロータ筐体要素を交換することによって、ロータ全体を交換しなければならない場合に比べると著しく費用効率がよくなる。
【００１３】
以下に、例として、３つの区間を有する分離チャンバに基づいて、提案された装置を説明する。また、本装置は、２つの区間、または４以上の区間を有するものとして実現してもよく、基本的に同様の方法で機能する。以下、上記分離チャンバの第１端すなわち供給用開口部側の第１区間を、前処理チャンバと呼ぶ。この前処理チャンバから第２端に向かう方向に第２区間が続くが、これを加速チャンバと呼ぶ。残る第２端すなわち排出用開口部側に面した第３区間を、高速衝撃チャンバと呼ぶ。
【００１４】
本発明の好適な変化形において、上記分離チャンバの第１および／または第２および／または第３区間には、軸方向にオフセットした２つ以上の衝撃ツール用のレセプタクルが設けられている。このようにして、分離チャンバの区間ごとに衝撃ツールの数を広い範囲で調整することができる。これは、先の２つの区間においては、粒子および集合体の加速の向上を伴い、第３区間においては、衝撃ツールに対する集合体または粒子の衝突の制御可能性を高めることになる。少なくとも第２区間においては、上記ロータ筐体が押し上げ棒を有してもよく、この押し上げ棒は軸方向および半径方向に分離チャンバ内に延びる。この押し上げ棒は、運動する物質の粒子をロータ筐体のエリアにおいてさらに奥に運び、分離チャンバのさらに半径方向外側のエリアにおいてこれらを加速し、この粒子を高速衝撃チャンバの衝撃ツールによってより効果的に細分化することができるようにする。この特徴は本発明の基本的な思想に有用であり、これによれば、上記衝撃ツールまたはバッフルプレートに対する粒子または集合体の衝突がおおよそ２００ｍ／ｓの範囲の速度で実現される程度まで、分離チャンバにおける全粒子の運動エネルギーを可能な限り増大させられることになる。このような衝撃速度により、金属部品自体を破断することなく、極めて確実に集合体の粉砕および制御された分解を実現することができるということが分かる。ただし、この過程において、端部において最速となる衝撃ツールの運動速度は、音速を超えてはならない。
【００１５】
上記分離チャンバ内での粒子または集合体の衝突回数を増やすために、分離チャンバ壁上に内部に向かって軸方向および半径方向に延びるバッフルプレートを設けてもよい。このように、上記衝撃ツールによって加速された粒子がこれらのバッフルプレートに衝突して細分化することができる。
【００１６】
上記装置が意図されたように動作する場合、その結果として、供給用開口部から排出用開口部すなわち第１端から第２端に向かって集合体または粒子の物質流が生じる。上記装置の好適な実施形態において、分離チャンバ内の物質流の供給方向に後続の区間は、その前の区間よりも多数の衝撃ツールを備えてもよい。これは、粒子と衝撃ツールとの衝突のより多くが、上記衝撃ツールがより高速となる区間にシフトするという利点がある。よって、例えば前処理チャンバ内の衝撃ツールの数をさらに少なくすることもできるが、これは、上記前処理チャンバの目的が、集合体の粒子が後続の加速チャンバの衝撃ツールの運動範囲に入ることができるよう、粒子を半径方向に外側に向かって運ぶことであるためである。したがって、加速チャンバにはより多数の衝撃ツールを設ける必要がある。さらに、上記前処理チャンバにおいて、半径方向にさらに外側に位置するエリアに向かって粒子を効率的に搬送するために、ロータ筐体上に押し上げ棒を形成してもよい。
【００１７】
物質流に沿って前処理チャンバの後に続く加速チャンバには、前処理チャンバよりも明らかに多くの衝撃ツールが設けられることが好ましい。これらの衝撃ツールは、外方向に向けて、また第２端、すなわち通常は高速衝撃チャンバの下方向に向かってに向けて、第２端付近に高密度で存在する粒子を加速するために用いられる。また、上記加速チャンバにおけるロータのロータ筐体には、粒子をさらに外側のエリアに搬送する機能を有する押し上げ棒が設けられていてもよい。ここで、粒子は、高速衝撃チャンバ方向へ移動しつつ、同時に加速チャンバ内のより多数の衝撃ツールによって大きく加速される。
【００１８】
好ましくは、上記衝撃ツールのほとんどが、第３区間、すなわち高速衝撃チャンバに設けられている。これら衝撃ツールの目的は、この区間の分離チャンバにおいて、ロータ筐体の半径が大きくなるためより高密度で高速衝撃チャンバ内に存在する粒子を、高い確率で粉砕することである。衝撃ツールおよび対応するロータの回転速度は、高速衝撃チャンバ内が最も高くなることが好ましい。外側エリアでの衝撃ツールの速度は２００ｍ／ｓを超えるように選択されてもよいが、３００ｍ／ｓ未満、すなわち音速を下回る速度であることが好ましい。したがって、第２端に向かって連続する区間において衝撃ツールの数を増やし回転速度を早くすること、および回転方向を二重反転とすることによって、特に、ある区間から次の区間への移行部分における衝撃エネルギーが最大となる。
【００１９】
これにより、集合体の機械的分解がとりわけ効果的に行われることになる。個別の成分に分解された集合体は、排出用開口部を通じて分離チャンバから排出されたのち、例えばサイクロン、磁気選別器、または渦電流選別器など、従来の分別チャンバまたは選別チャンバなどの現在知られている方法で選別される。上記区間のうちのあるロータの回転速度は、第１端の側に配された区間のロータの回転速度に対して、１：１から５：１の間の割合、好ましくは２：１から４：１の間の割合であってもよい。これにより、金属粒子または金属を含有する粒子の衝突速度および衝撃ツールに対する衝突可能性を、最大化することができることがわかる。また、好ましくは、第２区間側の最後の区間におけるロータの回転速度は、ここでの衝撃ツールの縁端の絶対速度が１００ｍ／ｓから３００ｍ／ｓの間となるよう、好ましくは１３０ｍ／ｓから２００ｍ／ｓの間、または２００ｍ／ｓから３００ｍ／ｓの間となるよう調整される。
【００２０】
分離チャンバ壁の半径に対する第１区間のロータ筐体の半径の割合は、０．１５から０．５の間の割合であることが好ましい。第２区間のロータ筐体の半径は、その割合が分離チャンバ壁の半径に対して０．３４から０．６５の間の割合であることが好ましい。第３区間における対応する割合は、０．５５から０．８５の間であることが好ましい。このようなロータ筐体の半径と分離チャンバ壁の半径の割合により、第２端に向かって粒子密度が高まるという利点と合わせて、半径方向にさらに外側に向って広がるエリアへの粒子の制御搬送が特に効果的に実現される。同時に、ロータ筐体の拡大は、分離チャンバ壁の半径がロータ筐体の半径と同じ割合では増加しないとしても、粒子の流れにそれほどの影響を与えない。さらに外側に向って広がるエリアでは内側のエリアよりも衝撃ツールの速度が速いため、これは最終的に粒子密度の増加および衝撃エネルギーの増加につながる。
【００２１】
標準的な事例では、分離チャンバ内のロータ筐体の直径は、例えば、上から下に向って、５００ｍｍまたは６００ｍｍから、１４００ｍｍまたは１５００ｍｍに増加する。同時に、上記分離チャンバ壁の直径が、上部でおおよそ１２００ｍｍもしくは１３００ｍｍから下部でおおよそ１９００ｍｍまで増加してもよく、または１７００ｍｍから１９００ｍｍの範囲で一定であってもよい。いずれの場合にも、ロータ筐体と分離チャンバ壁との間の距離は第１端から第２端に向かって小さくなる。これは、少なくとも分離チャンバの軸方向のある程度の距離にわたって平均的に減少していけば十分である。ただし、例えば分離チャンバ壁が段階的に拡大するエリア、または分離チャンバ壁が１つ以上の有用とみなされる突起を含む場合などの個々の事例においては、ロータ筐体と分離チャンバ壁との間の距離が、局所的に分離チャンバの排出用開口部に向って増加すると安全である。３つの区間を有する上記の例で見込まれるロータの回転速度は、例えば、第１区間のロータについては５００ＲＰＭまたは６００ＲＰＭであり、第２区間のロータについては９００ＲＰＭまたは１０００ＲＰＭであり、第３区間のロータについては１４００ＲＰＭまたは１５００ＲＰＭである。第３区間のロータは、第１および第２区間のロータとは反対方向に回転し、第１および第２区間のロータは同じ方向に回転する。このようにして、第３区間すなわち高速衝撃チャンバの外側エリアにおいて、１４０ｍ／ｓを超える衝撃ツールの速度を実現することができる。前処理チャンバおよび加速チャンバ内の粒子の逆加速により、２００ｍ／ｓを超える衝撃速度を実現することができる。
【００２２】
このように、衝撃ツールおよび／またはバッフルプレートに衝突する際、金属粒子または金属を含有する粒子の集合体の衝突速度、ひいては衝撃エネルギーを、妥当かつ物理的に可能な範囲内で制御および最大化することができる。
【００２３】
衝撃ツールは、例えば、鎖および／またはバッフルプレートから形成されてもよく、鎖および／またはバッフルプレートを含んでもよい。このような衝撃ツールは、例えばドイツ公開公報ＤＥ１０２００５０４６２０７（Ａ１）において実際に知られている。
【００２４】
本装置は、分離チャンバの第１端に供給ホッパ、および／または分離チャンバの第２端に排出ホッパを有することが好ましい。この排出ホッパにより、機械的に分解された物質が、例えば、コンベヤベルトまたは選別装置の方に導かれる。
【００２５】
上記の装置が、スラグ中の金属粒子の細分化に限定されるものではないことは明らかである。それどころか、あらゆるタイプの密度および／または弾力性の異なる物質を含む物質集合体の細分化に用いることができる。
【００２６】
本装置の標準的な実施形態において分離チャンバ壁および／または衝撃ツールおよび／またはロータ筐体は、好ましくは、金属またはセラミック金属合成物質などの硬質で耐衝撃性のある物質で構成される。
【００２７】
また、分離チャンバの１つ以上または全てにおいて、１つのロータだけでなく、２つ以上のロータが軸方向に連続して設けられてもよい。さらに、区間の数を変更してもよく、特に、２、３、４、５、またはそれ以上の数の区間があってもよい。
【００２８】
上記分離チャンバ壁は、分離チャンバ壁に沿って上から落ちてくる物質を分離チャンバの内側の方向に向けてこの物質が再度衝撃ツールに届くようにするための、複数の環状の内側を向いた周辺突起を有することが好適である。このようにして、落ちてくる物質が衝撃ツールの運動範囲に戻り、効果的に粉砕のために供給される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態を、図１〜図６に基づいて説明する。
【００３０】
【図１】図１は、本発明の実施形態におけるロータを３つ備える密度および／またはコンシステンシーの異なる物質の集合体を分解する装置の部分縦断面である。
【図２】図２は、図１の装置の細部の縦断面である。
【図３】図３は、衝撃ツールを懸架した同装置の別の細部の横断面である。
【図４】図４は、同懸架部分の平面図である。
【図５】図５は、図１にかかる装置の別の細部の断面図である。
【図６】図６は、同装置により実現される集合体の分解の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図１は、密度および／またはコンシステンシーの異なる物質の集合体の機械的分離を行う装置１の部分縦断面である。装置１は、垂直方向に設けられ、直径が均一な円筒状の分離チャンバ壁２を備える分離チャンバを含む。ただし、この直径は、例えば上から下に向かって大きくなってもよい。ロータアレンジメント３は、分離チャンバ壁２内の中心部に配される。このロータアレンジメントは、積み重ねられた３個のロータ４，５，６を含み、これらは独立して駆動することができる。
【００３２】
ロータ４，５，６と円筒状の分離チャンバ壁２の対応する高さの部分との間には、分離チャンバの第１区間７、第２区間８、および第３区間９が形成される。分離チャンバの一番上の第１区間７は前処理チャンバであり、中央に配される第２区間８は加速チャンバであり、排出用開口部１０手前にある底部の第３区間９は高速衝撃チャンバである。
【００３３】
ロータ４，５，６は、これに関連して同軸上にガイドされた３個のシャフト１１，１２，１３によって、それぞれ独立して駆動することができる。シャフト１１，１２，１３は、それぞれ、装置の上端部分に配された駆動部（不図示）に接続されている。分離チャンバは、その上端が、バルク材として供給される分離対象の集合体用の供給ホッパ１５を有する供給用開口部１４となっている。
【００３４】
区間７，８，９によって形成される分離チャンバの下端には排出ホッパ１６があり、これは、粉砕されて機械的に分解されたバルク材を、例えばベルトコンベヤに搬送する機能を持つ。
【００３５】
ロータ４，５，６は、それぞれ、円錐台形をしたロータ筐体１７，１８，１９を有する。ロータ筐体１７，１８，１９は、関連付けられたロータ４，５，６に同心円状に配されており、ロータアレンジメント３、正確には３個のロータ筐体１７，１８，１９によって形成される形状が全体として円錐台形状となるように、上から下に向かって直径が大きくなっている。以下の説明では、個々のロータおよび区間は、物質流の方向に上から下へ番号をつける。第１ロータ４は、円周を横切って軸方向に互いにオフセットし、後で詳述するような形で第１ロータ４に接続されている２段の衝撃ツール２０，２１を有している。同様に、第２ロータ５は、同じく軸方向に互いにオフセットした第３および第４段の衝撃ツール２２，２３を有している。そして、第３ロータ６も、軸方向に互いにオフセットした２段の衝撃ツール２４，２５を有している。これらの衝撃ツール２０，２１，２２，２３，２４，２５は、その外端および回転方向における前側に硬質金属衝撃端部を有する鎖および／または金属棒である。
【００３６】
ロータアレンジメント３のロータ筐体１７，１８，１９の直径は、円錐台のように上から下に向かって連続的に増加する。一方、分離チャンバ壁２の直径は、本実施の形態では一定である。
【００３７】
分離チャンバ壁２は、内側に、軸方向に互いにオフセットした複数の環状の周辺突起２６を有している。これらの突起２６は、分離チャンバ壁に沿って落ちてくる粒子を内側、すなわちロータ４，５，６の方向に方向転換させて、効率的な機械的粉砕を行うことができるように機能する。これらの突起２６は、（ここには示さないような形で）上外側から下内側に向かって傾斜がつけられている。これにより、ガイド効果の向上が実現できる。ここで示す例とは異なり、分離チャンバ壁２の半径が上から下に向かって大きくなる場合には、環状の突起２６は必要とならない。
【００３８】
分離チャンバ壁２の内径は例えば１８００ｍｍであってよく、環状の周辺突起２６の内径はこれよりも小さく、例えば１７００ｍｍであってもよい。第１ロータ筐体１７の上端の直径は例えば７００ｍｍであってもよく、また底部の第３ロータ筐体１９の底部直径は例えば１３００ｍｍであってもよい。したがって、分離チャンバ壁２とロータ筐体１７，１８，１９との間のギャップは、上端から下端に向かって５５０ｍｍから２５０ｍｍに減少する。
【００３９】
ロータ筐体１７，１８，１９と分離チャンバ壁２の対応する区間との間の距離が上から下に向かって小さくなり、外側に向かって半径方向にずれる点は、図１に示す装置１の重要な特徴である。これにより、供給される集合体の効果的な分解がサポートされる。結果として、一方では、各距離において分離チャンバ２の容積は下に向かって減少し、その結果、分離チャンバ内の物質の密度が増加する。また、供給される物質が、さらに外側に位置する装置１の分離チャンバの半径方向エリアに搬送される。このエリアでは、衝撃ツール２０，２１，２２，２３，２４，２５がより高速である。
【００４０】
２つの第１のロータ４および５は、同じ方向に回転するよう駆動されるが、第３ロータ６は反対方向に回転する。第２ロータ５の衝撃ツール２２，２３によって加速された物質は、第３ロータ６の二重反転衝撃ツール２４，２５に衝突する。結果として、供給される集合体の加速した粒子の速度と、衝撃ツール２４，２５の速度とが加算される。これにより、衝撃ツール２４，２５の粒子に２００ｍ／ｓを超える衝撃速度が生じ、これにより比較的確実に密度および／またはコンシステンシーの異なる物質からなる複合材料が分解されることになる。
【００４１】
本実施の形態において、３つのロータ４，５，６は、同心円状に配されたシャフト１１，１２，１３を介して駆動部によって上から駆動される。代替的に、シャフト１１，１２，１３は、下方向に延びて、底部から駆動されてもよい。同様に、駆動シャフトを分離チャンバの外に伸ばす必要がないように、駆動部自体をロータ４，５，６に割り当てられたロータ筐体１７，１８，１９内に配することも可能である。
【００４２】
図１に示す本実施形態に設けられた軸方向に連続した３つの区間４，５，６の代わりに、２つまたは４つまたはそれ以上の数の区間を設けてもよい。同様に、供給ホッパ１５および排出ホッパ１６を設けることについても、任意である。さらに、ロータ筐体１７，１８，１９の直径、また場合によっては分離チャンバ壁２の直径が、ここで示したように連続的に増加するのではなく、段階的に増加するものでもよい。
【００４３】
図２に、図１の装置１の一番上の第１ロータ４の細部の例を示す。第１ロータは、トルクに耐える形で割り当てられたシャフト１１（不図示）に接続され、このシャフトとともに回転する３つの円盤状のレセプタクル２７，２８，２９を備える。上部の円盤状レセプタクル２７の外径は、その下方に位置する円盤状レセプタクル２８，２９よりも小さい。上２つの円盤状レセプタクル２７，２８の外周には切欠き３０が設けられており、ここに衝撃鎖の複数の第１のリンク３１が挿入されて、各第１のリンクは１つのピン３２によってここに保持される。このために、円盤状レセプタクル２７，２８にはポケット３３が設けられている。この円盤状レセプタクル２８と衝撃ツール２１の１つを例にとって、図４にこれを示す。上記の衝撃鎖は、対応する衝撃ツール２０または２１の一部を形成する。
【００４４】
ロータ４の全円盤状レセプタクル２７，２８，２９は、ボルト３４，３５を挿入することができる垂直穴を有する。２つの円盤状レセプタクル２７，２８の間および２８，２９の間には、それぞれ、ロータ筐体要素３６，３７が設けられており、これも円盤状レセプタクル２７，２８，２９の穴に一致した向きの垂直穴３８を有している。ロータ筐体要素３６，３７に対向するリミットストップ３９，４０，４１は、上円盤状レセプタクル２７の下側、その下の円盤状レセプタクル２８の上側、そしてこの円盤状レセプタクル２８の下側に形成される。これらのリミットストップ上に位置するのが、シャフト１１に対向するロータ筐体要素３６，３７の水平支持壁側面である。このようにして、ロータ筐体要素３６，３７は、ロータ４との関連での正しい位置に中心が置かれ保持され支えられる。そして、ロータ筐体要素３６，３７は、ボルト３４，３５によって支持位置でロータ４に固定される。ロータ筐体要素３６，３７の交換が必要な場合には、ボルト３４，３５を取り除き対応するロータ筐体要素３６，３７を交換することにより簡単に行うことができる。
【００４５】
その下に位置するロータ筐体要素３７は、ロータ筐体要素３７の円錐台形状の外表面から外側に向かってに半径方向および軸方向に広がる押し上げ棒４２を有している。押し上げ棒４２は、ロータ筐体１７のエリアに入り込む粒子を、衝撃ツール２０，２１，２２，２３，２４，２５がより高速であるエリアに搬送するために、外側に向かって半径方向に加速する目的で設けられている。この押し上げ棒４２は、特に第２ロータ５の対応するロータ筐体要素にも設けられる。また、下のロータ筐体要素３７は、ロータ４の最下段の円盤状レセプタクル２９に重なる縁端４３を有する。この縁端は円盤状レセプタクル２９に支えられて、リミットストップ３９，４０，４１と同様のやり方で個々のロータ筐体要素３７のロータ４の適切な位置への固定を支援し、このロータ筐体要素がボルト３５で固定される。
【００４６】
図２に、第２ロータ５の円盤状レセプタクル４４をさらに示す。この第２ロータ５の直径は第１ロータ４の直径に比べて大きいため、対応する衝撃ツール２２の切欠き４５、および対応するボルト４６は、さらに半径方向にオフセットする。
【００４７】
円盤状レセプタクル２８の例に基づいて、図３および図４に、円盤状レセプタクル２７，２８，４４と衝撃鎖として形成された衝撃ツール２０，２１，２２，２３，２４，２５との間の接続を示す。衝撃ツール２０，２１，２２，２３，２４，２５は、それぞれ、対応するロータ４，５，または６に対向する第１のチェーンリンク３１を含み、このリンクに垂直ピン３２が溶接される。第１のチェーンリンク３１は半開放された第２のチェーンリンク４７と係合しており、この第２のリンクに極めて耐久性の高いスチールでできた衝撃ツール２０，２１，２２，２３，２４，２５の別の部分が溶接される。周辺に分布した数個（例えば、最大で８）のフライス加工されたポケット３３が円盤状レセプタクル２７，２８，２９に配され、衝撃ツールはこのポケットの内部にピン３２で接続されることになる。また、図３に、分離チャンバ壁２の環状の周辺突起２６の１つを示す。この突起は、衝撃ツール２１の反対側に位置する。また、これらの突起２６は、落ちてくる粒子を衝撃ツール２１，２２，２３，２４，２５のエリアに向かわせる能力を向上するために、その上端が傾斜していてもよい。また、図４は、ボルト３４および３５用の穴４８うちの２個を示す。
【００４８】
図５に、衝撃要素４９の分離チャンバ壁２への取り付け方法がわかるように、図１の装置１の細部を示す。衝撃要素４９は衝撃面５０を含み、この衝撃面は衝撃ツール２０によって加速された物質用の衝撃面として機能し、これによりそこにある物質集合体を分解可能とする。もちろん、この集合体は、衝撃ツール２０および他の衝撃ツール２１，２２，２３，２４，２５自体においても分解される。衝撃ツール２０を有するロータ４の回転方向を、図５の矢印で示す。
【００４９】
分離チャンバ壁２において、ロータ４，５，６を含む分離チャンバ内に突出する「歯」が、分離チャンバの内部に向かって軸方向および半径方向に広がる衝撃要素４９によって形成される。衝撃要素４９は、このために設けられたポケット５１に挿入され、ポケットは分離チャンバ壁２の周辺に分布する。したがって、例えば４つまたは８つまたはかなり多数の、衝撃要素４９を有するポケット５１を周辺に分配することができる。衝撃要素４９は、これらのポケット５１に外側から挿入し、分離チャンバ壁２の外部にボルトで固定することができる。衝撃要素４９の回転方向に向かう側であって分離チャンバ２内に突出する側は、上記の衝撃面５０を形成する。このような衝撃面５０のない滑らかな円筒状の分離チャンバ壁２が望ましい場合には、ポケット５１にはプレースホルダ５２を挿入してもよい。プレースホルダ５２は、分離チャンバ壁２の摩耗ライニング５３を含む分離壁チャンバ２と厚みが同じである。したがって、プレースホルダ５２は、分離チャンバ壁の内部と面一となり、これにより分離チャンバ壁２の内部が連続した滑らかな円筒形の内面５４となる。また、衝撃要素４９は、分離チャンバ内に突き出ている。図６に、本発明にかかる分離装置を備える装置１の動作方法を模式的に示す。金属粒子５６およびスラグ残留物５７からなる集合体５５は、装置１の衝撃ツール２０，２１，２２，２３によって加速する。結果として、速度ｖ２を実現する。分離チャンバの次の区間９において、これらは高速で反対方向に回転する衝撃ツール２４，２５に衝突する。衝突すると、集合体５５の速度ｖ２と衝撃ツール２４，２５の速度ｖ１とが加算され、集合体の細分化が確実に行われて、これによって例えば金属粒子５６やスラグ残留物５７などの個々の成分に分離される。このようにして、２００ｍ／ｓ以上の衝撃速度が実現可能となる。その過程で放出されるエネルギーにより、硬く固まった集合体ですら高確率で分解されることになる。
【００５０】
上記の実施形態には、様々な変形が可能であることは言うまでもない。例えば、衝撃ツール２０，２１，２２，２３，２４，２５の数および分布は、図示の例から外れてもよい。代わりに、特に鎖やバッフルプレートなどの、別の衝撃ツールを用いてもよい。第１区間７に用いた数よりずっとたくさんの衝撃ツールを、分離チャンバの第３区間９の衝撃ツール２３，２４の段として周辺に分布させてもよい。これにより、第３区間９、すなわち高速衝撃チャンバ内のエリアでの激突可能性が高まる。分離チャンバ壁２の一部分を、例えば分離チャンバ２にアクセスしてメンテナンス作業を行うことができるよう開放可能としてもよい。これにより、すり減ったり引き裂かれたりしやすい部品の交換、特に摩耗ライニング５３、衝撃ツール２０，２１，２２，２３，２４，２５、または、ロータ筐体要素３６，３７の交換が簡単になる（言うまでもなく、その他のロータ５，６のロータ筐体１８，１９も、対応する構成のロータ筐体要素を有しておりこれらについても交換が簡単になる）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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