(57)【要約】　　　（修正有）【課題】粉体を造粒して、良質なペレットを安定的、かつ能率的に得ることができる造粒装置を提供する。【解決手段】粉体の造粒装置は、造粒機５から排出される造粒ペレットを自動でサンプリングする収集装置１３と、サンプリングされた造粒ペレットの水分を測定する中性子方式の水分量測定装置１６と、水分量測定装置１６の計測値に基づいて造粒機５の撹拌翼２０の回転軸９の回転速度を制御する制御部１９とを有し、造粒ペレットの粒径が所望の粒径となるように制御する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給される粉体及び造粒水を撹拌翼によって撹拌して粉体から造粒ペレットを得る造粒機と、該造粒機から排出される造粒ペレットをサンプル収集する収集装置と、該収集装置によって収集された造粒ペレットの単位体積当たりの水分量を計測する水分量検出装置と、前記水分量検出装置で検出された水分量に基づいて造粒機の攪拌翼の回転速度を制御する制御装置とを備えることを特徴とする粉体の造粒装置。
【請求項２】
前記水分量検出装置が、中性子水分計である、請求項１に記載の粉体の造粒装置。
【請求項３】
前記造粒ペレットの主成分がカーボンブラックである、請求項１または２に記載の粉体の造粒装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉体の造粒装置に関し、更に詳しくは、カーボンブラックのペレット化や、肥料、食品、薬品などの製造分野等で広く用いられる粉体の造粒装置であって、各種粉体を連続的に良質のペレット（造粒ペレット）に転化するための造粒装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
粉体の造粒方法は、大別すると乾式法と湿式法に分類される。湿式法は、粉体と、水または造粒助剤を添加した水溶液（造粒水）とを連続的に造粒機に供給し、造粒機内で激しく攪拌転動することにより造粒する方法であり、現状における主要な工業的手段とされている。
【０００３】
湿式造粒機には種々の形式がある。例えばピン型造粒機は、円筒管内を貫通するシャフト上に多数のピンが螺旋状に植設された撹拌翼を高速回転させながら、粉体と造粒水とを連続的に供給し、粉体の塑性限界より若干低い含水率に相当する状態で、その混合物を攪拌転動させることによって、粉体を球状（粒状）にペレット化させる。ピン型造粒機では、粉体と造粒水の供給を一定の割合に維持することが、良質のペレットを形成させる上での重要な条件とされている。
【０００４】
しかしながら、造粒されたペレットの状態は、粉体の品質変化および攪拌翼の摩耗、円筒管内壁への粉体の付着状態など、造粒機内で生ずる微妙な状況変化によって大きな影響を受け、これによって、ペレットの形状が変化する。このため、粉体と造粒水とを適切な割合で安定的に供給していても、造粒ペレット形状を安定に維持することは極めて困難である。
【０００５】
以下、カーボンブラックを例として従来技術を説明するが、本発明の粉体の造粒装置が対象とする粉体は、カーボンブラックに限定されるものではなく、本発明の粉体の造粒装置は、広範囲の粉体に適用可能である。
【０００６】
図５は、従来のカーボンブラックの造粒機の構成を示す模式的ブロック図である。造粒機５は、紛状カーボンブラックを供給する原料供給口６、造粒水を供給する造粒水供給口１１、および、得られた造粒ペレットが排出される造粒ペレット排出口１２を備えた円筒管８と、その内部に装備された撹拌翼２０とから構成される。撹拌翼２０は、円筒管５内を貫通する撹拌シャフト９と、撹拌シャフト９に植設された、円筒管５の半径に近い長さの攪拌ピンとを有している。撹拌シャフト９に連結する電動機１０によって、撹拌翼２０を高速回転させた状態で、円筒管８内に、紛状カーボンブラックと造粒水とをそれぞ連続供給する。粉状カーボンブラックは、撹拌翼２０によって攪拌転動されることにより造粒されて、ペレット状になり、造粒ペレット排出口１２から連続的に排出される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記型式の造粒機では、カーボンブラックと造粒水の供給比率が適正範囲を外れると以下の問題が生ずる。まず、カーボンブラックの供給量に対して造粒水の供給比率が低い場合には、カーボンブラックは、未造粒粉のまま造粒機５から排出される。その逆に、造粒水の供給比率が高くなると、ペレットの粒径が粗大化するとともに、円筒管８の内壁及び攪拌ピン７に含水量の高い造粒ペレットが付着成長する。この場合、撹拌翼２０の負荷が増大し、駆動力とのバランスが崩れるため、造粒機５全体の異常振動を誘発するなど、ペレットの性状劣化に加えて操業の不安定化を招く。
【０００８】
また、カーボンブラックと造粒水の供給比率が適正範囲であっても、供給されるカーボンブラックの状態が変化すると、カーボンブラックが未造粒粉のまま造粒機５から排出され、或いは、ペレット粒径が粗大化する等の問題が発生し、前記のように造粒機５の異常振動を誘発するなど、ペレットの性状変化に加えて操業の不安定化を招くこととなる。
【０００９】
良質なペレットを安定的且つ効率的に得るために、様々な提案が成されている。このような提案の多くは、カーボンブラックと造粒水の供給比率の変化を検出し、造粒水の供給量をカーボンブラックの供給量に自動的に追従させて適正比率を得るものである。
【００１０】
しかし、提案された造粒水の制御方法は、造粒機に供給されるカーボンブラック量の変化に対応して造粒水の供給量を自動的に調整する方式であるため、供給水量の変動が不可避である。この場合、供給水量の変動が造粒後の乾燥工程における乾燥負荷の変動に波及し、均質安定な乾燥を行う上での支障となる欠点がある。
【００１１】
また、造粒機が撹拌翼に及ぼす負荷変動を、駆動電動機の電流変化として検出し、その信号出力によりカーボンブラック供給用の可変速電動機を速度制御することによって、カーボンブラックの供給量を自動的に調節する提案も知られている。この提案された方法は、供給水量が一定に保たれるため、造粒後の乾燥工程における乾燥負荷の安定化には有効である。ところが、この方式のみでは、カーボンブラックのペレットの粒径及びその分布を安定して調整するには不十分という問題がある。特に、近年では、カーボンブラックの取扱性の問題から、ペレットの性状は益々重要視されており、良好なペレットを安定かつ効率的に製造する技術開発の必要性が高まっているため、上記の問題は、造粒装置において解決すべき大きな課題として残されていた。
【００１２】
本発明は、上記問題点の解消を図り、粒体を造粒して良質なペレットを安定的かつ効率的に得ることのできる湿式型の粉体の造粒装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る粉体の造粒装置は、供給される粉体及び造粒水を撹拌翼によって撹拌して粉体から造粒ペレットを得る造粒機と、該造粒機から排出される造粒ペレットをサンプル収集する収集装置と、該収集装置によって収集された造粒ペレットの単位体積当たりの水分量を計測する水分量検出装置と、前記水分量検出装置で検出された水分量に基づいて造粒機の攪拌翼の回転速度を制御する制御装置とを備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る粉体の造粒装置は、造粒機から排出される造粒ペレットの粒径の変化を造粒ペレットの水分量の変化として計測し、その計測された水分量に基づいて造粒機の撹拌翼の回転数を制御することにより、カーボンブラック及び造粒水量の供給量の調整を抑えることが出来るので、安定して適正粒径の造粒ペレットを効率的に得ることを可能にする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図示の実施形態例に基づいて、本発明を具体的に説明する。図１は、本発明の一実施形態例に係る粉体の造粒装置を示す。１は粉体を貯える貯槽であり、貯槽１内の粉体は、駆動用の可変速電動機３が回転軸４に直結された粉体供給装置２を経由して、造粒機５に供給される。造粒機５は、円筒管８及び撹拌翼２０とから構成される。円筒管８は、粉体の供給口６と、造粒ペレットの排出口１２と、造粒水を供給する造粒水供給口１１とを備え、撹拌翼２０は、多数の攪拌ピン７が螺旋状に植設された撹拌シャフト９と、この撹拌シャフト９に連結された電動機１０とを備える。
【００１６】
１３は、造粒ペレットを定量的に収集する定量収集装置であり、定量収集装置１３は、造粒ペレット出口１２の下方に移動して造粒ペレットをサンプル収集する収集容器１５を備える。収集容器１５は、一定量の造粒ペレット収集後に外部に引き出され、その収集された造粒ペレットに対して水分検出システム１６によって水分検出が行われる。水分検出後に、造粒ペレットを収容した収集容器１５が再び造粒ペレット排出口１２の下方に戻されると、ペレット払い落とし板１４が下降し、その下端が収集容器１５の底部に接する。次に、収集容器１５は、再び外部に引き戻され、ペレット払い落とし板１４の作用によって、収集容器１５内のペレットは、乾燥機に向かって落下する。ペレット払い落とし板１４が上昇して元に戻ると、一連のサンプル収集工程が終了する。
【００１７】
水分検出システム１６は、収集容器１５に収集された造粒ペレットの水分を検出するために設けられ、検出器１７及び測定部１８から構成される。図２は、収集容器１５に検出器１７を取り付けた状態で水分検出システム１６を示している。検出器１７は、中性子線２１を照射する中性子源、及び、減速・散乱によって得られた熱中性子の数を検出する熱中性子センサとを一体的に有している。検出器１７は、収集された造粒ペレット２２の上部に梁状に張り渡され、下方の所定範囲（所定体積）の造粒ペレット２２に向けて中性子線２１を放射状に照射し、造粒ペレット２２から散乱して戻ってきた熱中性子を検出する。なお、造粒ペレット２２が排出口１２から排出された直後には、造粒ペレット２２から水蒸気が発散して、水分量検出装置１６の検出値に誤差が生ずることがあり、そのようなおそれがある場合には、中性子線２１の照射方向を横方向とする。
【００１８】
測定部１８は、検出器１７で検出された熱中性子の数をカウントし、所定体積の造粒ペレット２２について、照射した中性子の単位時間当たりの数（個／秒）、及び、熱中性子センサで検出された熱中性子の単位時間当たりの数（個／秒）に基づいて、造粒ペレット２２中の単位体積当たりの水素原子数を演算し、次いで、これを造粒ペレットの単位体積当たりの水分量に換算する。
【００１９】
制御部１９は、水分検出システム１６から、検出された水分量を示す信号を受け取り、制御部１９内で設定された水分量と、検出システム１６から得られた水分量との間に偏差が生じると、その偏差を無くすように造粒機５の可変速電動機１０の駆動電圧をフィードバック制御する。駆動電圧の制御によって、撹拌シャフト９、つまり、撹拌翼２０の回転速度が制御される。なお、制御部１９における制御では、水分量の設定に代えて、所望の造粒ペレットの粒径を設定し、水分検出システム１６の計測値を造粒ペレットの粒径に換算してもよい。
【００２０】
上記造粒装置を用いて、予め駆動電圧制御を外し、カーボンブラックを一定量供給し、カーボンブラックと造粒水の供給比率を種々に変えて、造粒ペレットの粒径を変化させる造粒試験を行った。その時の水素原子数と嵩密度と粒径（粒度分布）との相関関係を確認し、その結果を図３及び図４に示した。カーボンブラックの供給量は、９４２ｋｇ／ｈに維持し、これに対する造粒水の供給比率を、５２％、５６％、４７％と順次に変更した。これに伴って、図３に示すように、造粒ペレットの嵩密度（ｋｇ／ｍ３）が変化し、水分量（水素原子数）も殆ど同様な変化を示した。また、図４に示すように、同じ条件での嵩密度の変化に対して、造粒ペレットの粒径（中位径）の変化は、嵩密度の変化と逆方向であった。
【００２１】
つまり、図３及び図４から容易に理解できるように、供給比率の大小に拘わらず、造粒ペレットの水素原子数と嵩密度との間には強い正の相関があり、また、嵩密度と造粒ペレットの粒径（中位径）との間には強い負の相関がある。従って、水素原子数（水分量）と粒径との関係は、強い負の相関がある。換言すると、計測される水素原子数が多いと、そのときの粒径は小さく、逆に計測される水素原子数が少ないと、そのときの粒径は大きいこととなる。
【００２２】
上記のように、造粒水の供給比率の大小に拘わらず、水素原子数を計測することによって、現在の造粒ペレットの粒径が推測可能である。つまり、カーボンブラックと造粒水の供給比率を一定として運転している際に、カーボンブラックの性状が変化した場合には、造粒ペレットの粒径（粒度分布）が変化するものの、この粒径の変化は、上記関係に従って、造粒ペレットの水素原子数の変化として検知できる。一般的に、造粒ペレットの粒径は、撹拌翼の回転速度が大きくなると小さくなり、撹拌翼の回転速度が小さくなると大きくなる。従って、造粒装置の運転に際して、計測される水分量が設定された水分量より多ければ、それは造粒ペレットの粒径が所望の粒径よりも小さいことを意味し、これは、撹拌翼の回転速度を下げることによって解消される。また、計測される水分量が設定された水分量よりも少なければ、それは造粒ペレットの粒径が所望の粒径よりも大きいことを意味し、これは、撹拌翼の回転速度を上げることによって解消される。
【００２３】
上記のようにして、撹拌シャフト９の回転速度を制御することによって、設定された水分量に、計測される水分量を追従させることができ、これによって、所望の粒径（粒度分布）が得られる。つまり、上記粉体の造粒装置によれば、所望の粒度分布を有する造粒ペレットを安定かつ高能率で得ることが可能になる。
【００２４】
上記造粒装置では、さらに、造粒水量を変動させる必要がないため、これを一定に維持できる。このため、次の乾燥工程における乾燥負荷の変動が発生しない利点も得られる。なお、本発明の粉体の造粒装置は、造粒水の供給比率が低い運転において特に有効であることが実験的に確認された。
【００２５】
以上、本発明をその好適な実施形態例に基づいて説明したが、本発明の粉体の造粒装置は、上記実施形態例の構成にのみ限定されるものではなく、上記実施形態例の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。
【００２６】
例えば、上記実施形態例では、設定された水分量に、計測された水分量を追従させる例を示したが、所望の粒径を設定値とし、計測された水分量からその時点の粒径を演算で求め、これを設定された粒径に追従させてもよい。
【００２７】
また、水分量を計測する方法としては、上記中性子を照射する方法に限定されることはなく、他の方法を用いる水分量計、例えば赤外線法や高周波法などを用いる水分量計でも水分量の測定は可能である。
【００２８】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明の粉体の造粒装置によると、造粒機から排出される造粒ペレットについて計測された水分量に基づいて、造粒機の撹拌翼の回転速度を制御することにより、粉体の供給量や造粒水の供給比率の調整を抑えながらも所望の粒径が得られ、且つ、その後の乾燥工程における乾燥負荷の変動が抑えられることから、所望の粒径のペレットが安定的且つ効率的に得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態例に係る粉体の造粒装置の構成を示す模式的ブロック図。
【図２】図１に示した水分量検出システムの構成を示す模式的斜視図。
【図３】カーボンブラックの供給量を一定とし、造粒水の供給比率を変えた際の造粒ペレットの嵩密度、及び、単位体積当たりの水素数の変動を示すグラフ。
【図４】カーボンブラックの供給量を一定とし、造粒水の供給比率を変えた際の造粒ペレットの嵩密度、及び、粒径の変動を示すグラフ。
【図５】従来の粉体の造粒機の構成を示す模式的ブロック図。
【符号の説明】
１　粉体貯槽
２　粉体供給装置
３　可変速電動機
４　回転軸
５　造粒機
６　紛状カーボンブラック供給口
７　攪拌ピン
８　円筒管
９　撹拌シャフト
１０　可変速電動機
１１　造粒水供給口
１２　造粒ペレット排出口
１３　造粒ペレット収集装置
１４　造粒ペレット払い落とし板
１５　造粒ペレット収集容器
１６　水分量検出装置
１７　水分検出器
１８　制御部
１９　コントローラー
２０　撹拌翼
２１　中性子線
２２　造粒ペレット
【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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