(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
工業用セラミック又はセラミックタイル用の最適粒状材料の生成方法であって、
容器及び攪拌器を有する造粒ミキサ内で粒状材料を生成する工程Ａ）と、
互いに相対的に移動する２つの要素を有する粒状材料調整器内で、前記粒状材料の少なくとも一部を粉砕する工程であって、前記造粒ミキサから送出された前記粒状材料は、水分の追加及び乾燥処理を経ることなく前記粒状材料調整器に供給され、１０〜１５％の含水率を有しており、前記２つの要素間の隙間に通す工程Ｂ）と、
を含む方法。
【請求項２】
前記工程Ｂ）において、前記粒状材料は１１〜１３．５％、最も好ましくは１２〜１３％の含水率を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記工程Ａ）と前記工程Ｂ）との間で、前記工程Ａ）で生成された前記粒状材料を粒径を基準に分級する工程Ｃ）を行い、
前記粒状材料のうち粒径が大きい粒状材料のみを前記工程Ｂ）で処理する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記方法による生成物の９５％の平均粒径が１２００μｍ未満、好ましくは１０００μｍ未満、特に好ましくは７００μｍ未満になるように、前記粒状材料調整器における前記隙間の幅が選択されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記方法による生成物において、粒径範囲１００μｍ未満の割合が３０％未満、好ましくは２０％未満、最も好ましくは１０％未満になるように、前記粒状材料調整器における前記隙間の幅が選択されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記隙間は、１つの錐状の隙間部又は複数の錐状の隙間部を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
使用される前記粒状材料調整器は、互いに相対的に回転可能かつ互いに略平行に配設された２つのディスクを有し、前記２つのディスク間における環状の隙間に前記粒状材料を通すことが可能な粒状材料注入口を有する前記粒状材料調整器であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記２つのディスクは同じ方向に互いに相対的に回転し、好ましくは、前記２つのディスクは互いに異なる周速で移動することを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記工程Ａ）の間、前記容器は回転軸を中心に回転し、好ましくは、前記攪拌器は前記容器と共に回転しないことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記方法は不連続的又は連続的に複数回行われ、
前記工程Ａ）が行われている間又は後に、前記粒状材料の実際の含水率を求め、
前記実際の含水率と所定の目標含水率との間の差を求め、前記差から補正液量を算出し、
前記方法が次に行われる際に、前記補正液量を前記造粒ミキサに追加的に加える、又は前記補正液量を差し引いた量の水を前記造粒ミキサに加えることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、最適粒状材料の生成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
球状の粒状材料、特に粒径が通常１ｍｍ未満の粒状材料の生成には、一般的に加熱による造粒処理が用いられる。この場合、より粗い固体を、湿式ミル内で大量の液体と混合し粉砕する。
【０００３】
上記とは別の方法では、微粉を液体と混合して懸濁液にする。そして、それを噴霧乾燥器で粒状化する。この粒状化を行うには、懸濁液を高温雰囲気でノズルシステムや遠心ディスクによって噴霧化する。結果として生じる液滴は、乾燥室で液滴とは逆の方向に流れる熱風により乾燥される。液滴に含まれる粒子は凝集して、粒状材料を形成する。残留水分含量や粒状材料の粒径分布は、ノズル形状や処理パラメータの影響を受けることがある。数十年間にわたり定着しているこの方法の利点は、１００〜８００μｍの範囲の粒状材料の歩留まりが高いことである。一方、この方法の欠点は、噴霧工程において大量の液体が必要となり、まずその液体を固体に供給した後、再びほぼ完全に乾燥させなければならないことである。
【０００４】
セラミックタイル用の粒状材料を生成するには、例えば、水分レベルを３５％にした状態で材料を噴霧させることが必要であるが、この場合、さらなる処理を行うには、最終含水率をわずか６％にする必要がある。このような用途における一般的な噴霧塔の処理能力は、１０〜３０ｔ／ｈである。
【０００５】
さらに別の方法として、造粒ミキサ内で湿式造粒を行う方法が既存である。造粒ミキサ内において、液体を加えることによって乾燥した混合物質を湿らせ、その後、せん断負荷のもと粒子間に液体架橋を提供することにより球状の粒状材料が生成される。造粒ミキサ内の容器には、撹拌器が配設されている。具体的な構成として、これら容器と撹拌器とは互いに相対的に回転する。造粒工程に必要な水分は、例えば、粘度を有する物質、懸濁液又は純正液体がノズルを介して噴流又は噴霧として加えられ、噴霧乾燥器での噴霧工程に必要な含水率を大きく下回る。
【０００６】
そのため、セラミックタイル用の粒状材料の生成において、噴霧塔での噴霧工程における含水率が約３５％であるのに対し、造粒ミキサでの含水率は通常１１〜１３％、すなわち約１／３である。
【０００７】
この結果、水の使用量が大きく減少し、したがって、この後に必要な乾燥工程をより短時間でより一層有利に行うことができるため、コストが大幅に削減される。
【０００８】
造粒混合方法の欠点は、装置のサイズ及び使用する造粒器によっては、粒状材料の粒径分布を０．１〜２ｍｍの範囲とすることができる一方、装置の種類やサイズ及び原料によっては、１ｍｍ未満の粒状材料の歩留まりが３０〜６０％であり、噴霧塔で粒状材料を生成した場合に比べて低い。
【０００９】
つまり、造粒ミキサで粒状材料を生成した方が、最終的に複雑で高コストの工程において除去されることになる水の使用量が大幅に少ないため、確かに非常に低コストであるが、その一方で粒径分布は劣る。
【００１０】
そのため、造粒ミキサで生成した粒状材料の粒径分布を生成後に所望の最終水分レベルになるまで乾燥させ、過大粒子、つまり所望の最大粒径を超えた粒径の粒子を乾燥した状態で分離し粉砕した後、造粒ミキサに再循環させる方法がすでに一般的になっている。しかしながら、造粒ミキサでは、その用途によっては、過大粒子の割合が４０〜７０％を占めることもある。つまり、生成された粒状材料のおよそ半分が再度粉砕され、再度造粒ミキサに送られることになる。この結果、少なくない量の粒状材料に対して上述の処理を何度も行うことになるため、エネルギー及び水の削減量の大部分が再び失われてしまう。
【００１１】
図１は、現在の技術水準における粒状材料の生成方法の構成図を示している。粒状材料の生成に必要な原料１及び２は、適切な計量秤量供給部３を介して造粒ミキサ５に加えられる。必要に応じて、水供給部４からミキサに水を追加的に注入することもできる。造粒ミキサにおいて対応する粒状材料が生成された後、この粒状材料は中間容器６に排出される。約１２％の含水率を有する生成された粒状材料は、中間容器６から連続的に流動層乾燥器７に搬送され、熱風生成器８により流動層乾燥器７内に供給される熱風によって、残留水分含量が６％になるまで乾燥される。流動層乾燥器７内の熱風は、排気ファン１３によってフィルタ１２を介して吸引される。フィルタ１２はダスト成分を分離する。乾燥された粒状材料は分級器９を介して粒径に応じて分離される。過大粒子は、粉砕器１１を通った後、フィルタ１２からのダストと共に戻り材料サイロ１４を介して造粒ミキサに再度供給される。所望の粒径の粒状材料は、容器１０に搬送され一時的に保管され、さらなる生成処理のためにそこから取り出される。
【００１２】
前述したように、造粒ミキサを用いることによって、エネルギー消費を大きく抑えながら粒状材料を生成することは確かに可能である。しかし、特にセラミックタイル用の粒状材料の生成においては、粒径分布が好ましくないことから、粒状材料のおよそ半分が過大粒子となり、粉砕された状態で、造粒ミキサに再循環させる必要がある。これは、造粒ミキサの処理能力に対して負担となり、消費電力が再び増加してしまう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
したがって、前述の技術水準から、本発明は、非常に高い歩留まり及びエネルギー消費の大幅な削減と共に、所望の粒状材料粒径分布が実現できる最適粒状材料の生成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明によれば、上述の目的は、容器及び容器に配設された撹拌器を有する造粒ミキサ内で粒状材料を生成する工程Ａ）と、互いに相対的に移動する２つの要素を有する粒状材料調整器内で、粒状材料の少なくとも一部を粉砕する工程であって、この粒状材料を２つの要素間の隙間に通す工程Ｂ）とによって達成される。
【発明の効果】
【００１５】
粒状材料を２つの要素間の隙間に通すことによって、過大粒子と呼ばれる大きすぎる粒状材料が粒状材料調整器内で粉砕される一方、すでに適切な粒径を有する粒状材料はさらに細かく粉砕されることなく上記隙間を通過することができる。
【００１６】
実験により、本発明における粒状材料調整器での粉砕が、粒状材料が１０〜１５％、好ましくは１１〜１３．５％、最も好ましくは１２〜１３％の含水率を有する場合において特に効果的であることがわかった。特に、工業用セラミック用の粒状材料の生成においても、上述した含水率の範囲は、造粒ミキサにおける粒状材料の生成に適した範囲である。そのため、基本的に、造粒ミキサから出てきた粒状材料は粒状材料調整器に直接送ることができ、過大粒子を粉砕するために水分を加える必要はなく、前段で乾燥処理を行うこともない。
【００１７】
好適な実施形態では、粒状材料調整器における隙間の幅を、この隙間の幅が生成対象の粒状材料の所望の最大粒径と略一致するように設定して、この隙間の幅よりも小さい粒径の粒状材料がほとんど粉砕されずに粒状材料調整器を通過し、設定した隙間の幅よりも大きい粒径の粒状材料が粉砕されるようにする。この結果、さらなる処理において悪影響を及ぼし得る微粉割合が実質的に増加せず、同時に、不要な過大粒子の割合が大幅に減少する。
【００１８】
粒状材料調整器から排出される粒状材料の９５％の粒径が１２００μｍ未満、好ましくは１０００μｍ未満、特に好ましくは７００μｍ未満になるように、粒状材料調整器における隙間の幅を選択することが特に好ましい。
【００１９】
上述したように調整された材料は、その後乾燥器に搬送することができる。ここでは、所望の処理用含水率になるまで乾燥が行われる。最適化された粒状材料には、過大粒子や分級、例えば保護ふるいによって容器壁から剥離した通常の物質からなる剥離物などが含まれるものの、その割合はわずかであり、その後さらなる処理をそのまま行うことができる。
【００２０】
隙間が、その断面において、１つの錐状隙間部又は連続して配置された複数の錐状隙間部を有する場合、本方法がさらに向上することがわかった。
【００２１】
最良の形態として、粒状材料調整器は、少なくとも１つ、好ましくは２つの回転ディスクを有するディスク部を備え、回転ディスクは、粉砕隙間と呼ばれる錐状の粉砕空間をディスクの径方向内端から径方向外端にわたって形成する。このディスク間の隙間を調節することによって、粒状材料の排出時の粒径を調節することができる。この場合、造粒後の湿った粒状材料は、好ましくは中空シャフトを介して、ディスクの中央に供給され、回転するディスクによる遠心力によって、隙間内の外側に運ばれる。
【００２２】
好適な実施形態では、２つのディスクは同じ方向に互いに相対的に回転する。この場合、２つのディスクの周速は異なる。
【００２３】
さらに好適な実施形態では、工程Ａ）と工程Ｂ）との間で、工程Ａ）で生成された粒状材料を粒径を基準に分級する工程Ｃ）を行い、この粒径材料のうち粒径が大きい粒径材料のみを工程Ｂ）で処理する。これにより、すでに所望の粒径になった粒状材料は、当然のごとく粒状材料調整器に注入する必要がなく、この粒状材料に対して後段の工程Ｂ）を行う必要がないため、処理量を大幅に増加できる。
【００２５】
本発明のさらなる利点、特徴及び可能な用途が、以下の好適な実施形態及び添付図面から明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、現在の技術水準における方法の構成図である。
【図２】図２は、本発明に係る方法の第１実施形態の構成図である。
【図３】図３は、本発明に係る方法の第２実施形態の構成図である。
【図４】図４は、本発明に係る方法の第３実施形態の構成図である。
【図５】図５は、本発明に係る方法の第４実施形態の構成図である。
【図６】図６は、方法の第５実施形態の構成図である。
【図７】図７は、本発明に係る方法の第６実施形態の構成図である。
【図８】図８は、本発明に係る方法の第７実施形態の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１は、既知の生成方法を示しており、上述したものである。
図２は、本発明に係る方法の第１実施形態の構成図である。
【００２８】
同一の要素には、可能な限り同じ符号が用いられる。図２に示す実施形態は、中間容器６から出てくる粒状材料を流動層乾燥器７に直接供給せず、まず粒状材料調整器１５に供給する点において、現在の技術水準における方法と異なることがわかる。したがって、粒状材料調整器１５は、造粒ミキサと流動層乾燥器７との間に位置し、このミキサからの全ての物質流を処理する。それでも残っている過大粒子は、現在の技術水準の場合と同様に、乾燥器の下流でふるい分けされ、粉砕された後、造粒処理に再循環される。粒状材料調整器を用いるだけで、過大粒子の割合を５〜１０％、つまり現在の技術水準における通常の割合の１／５〜１／１０まで低減することができる。ごく一部の過大粒子のみが系内を循環するだけ、つまりごく一部の過大粒子のみが造粒ミキサに再度供給されるだけであるため、大幅なエネルギー削減が可能であることがすぐにわかる。
【００２９】
図３は、本発明に係る方法の第２実施形態の構成図を示している。これは、図示した実施形態において電気加熱手段１７をさらに有するふるい分けデッキである分級器１６が中間容器６の下流に設けられている点において、図２に示した方法と異なる。良好な粒子と過大粒子とは分級器１６によって分離できる。これにより、粒状材料の４０〜５０％を占めることがある過大粒子のみが粒状材料調整器１５に送られ、良好な粒子（５０〜６０％）が流動層乾燥器７に直接供給される。したがって、ふるい分け後の良好な粒子と粒状材料調整器で粉砕された過大粒子との混合物が流動層乾燥器７に加えられる。そして、乾燥器の下流では、分級器９で粒径に基づいた別の分離が行われる。例えば、ふるい分け器でふるい分けが行われる。そして、図２で説明したように、それでも残っている過大粒子は、粉砕器１１で粉砕され、乾燥器からのダストと共に造粒処理に再循環される。本実施形態では、図２の方法と比較して、粒状材料調整器に半分の物質流しか充填されないため、歩留まりがさらに向上している。また、この場合、より小さな装置を用いることも可能であるが、加熱されたふるいを追加的に用いることになることに留意されたい。
【００３０】
図４は、本発明に係る方法の第３実施形態の構成図である。本実施形態では、第１実施形態と同様に、粒状材料調整器が造粒ミキサの下流に位置しており、ミキサからの全ての物質流を処理する。しかし、本実施形態では、粒状材料調整器１５の出口は、流動層乾燥器７に直接つながっておらず、例えば電気加熱手段１７を有するふるい分け器である分級器１６にまずつながっている。良好な粒子と過大粒子とは電気的に加熱されるふるい分けデッキにより分離され、過大粒子は再度粒状材料調整器に直接供給されて、良好な粒子のみ流動層乾燥器７に供給される。乾燥工程後に分流され、フィルタ１２によって分離されたダストのみが、戻り材料サイロ１４を介して造粒ミキサに再度供給される。また、多くの使用条件において、少量のダストは有利に働くため、ダストを良好な粒子に直接加えることも可能である。本実施形態は、現在の技術水準に対して、歩留まりが向上しているという利点がある。なぜなら、粉砕器が必要なく、過大粒子を造粒ミキサに再循環させる必要がなく、流動層乾燥器の下流において乾燥後のふるい分けを行うが必要なく、また、より大きな隙間の幅で粒状材料調整器を動作させることもでき、これらが消費電力の低減及び処理速度の向上をもたらしているからである。閉塞の傾向も減少している。
【００３１】
前述の各実施形態に対する欠点としては、分級器１６からの過大粒子を粒状材料調整器１５に直接再循環させるため粒状材料調整器がより一層多くの物質流を処理しなくてはならない点、及び分級器１６として動作する追加的に加熱されるふるい分け手段が必要になる点が挙げられる。
【００３２】
図５は、本発明に係る方法の第４実施形態を示している。ここでも、良好な粒子と過大粒子とを分離し、過大粒子成分のみを粒状材料調整器１５に供給するために、電気加熱部１７を有するふるい分け器である分級器１６が中間容器６の直下流に配設されている。本方法は第２実施形態と略同一であるが、本例では、分級器９の後における含水率６％の過大粒子を、戻り材料サイロを介して造粒ミキサに直接供給せず、粒状材料調整器１５に直接供給する。このため、粒状材料調整器１５は、ミキサからの物質流の一部と、例えばふるい分け器である分級器９から戻る過大粒子流とを処理することになる。乾燥器より分流されたダストは、戻り材料サイロ１４を介して造粒処理に再度戻される。ここでも、過大粒子を造粒処理に再循環させないため、粉砕器は必要ない。その代わりとして、本実施形態では、加熱されるふるい分け手段１６及び１７が追加的に必要になる。
【００３３】
図６は、本発明の第５実施形態を図解的に示している。ここでも、粒状材料調整器１５が造粒ミキサ及び中間容器６の直下流に位置しており、ミキサからの全ての物質流を処理する。また同様に、分級器９からの乾燥した過大粒子が粒状材料調整器１５に供給される。乾燥器７より分流されたダストは、造粒処理に再度戻される。
【００３４】
図７は、本発明に係る方法の第６実施形態を図解的に示している。本実施形態でも、図示した実施形態において電気加熱部１７を有するふるい分け器である分級器１６が、中間容器６の下流に配設されており、過大粒子が良好な粒子から分離され、過大粒子のみが粒状材料調整器１５に供給される。そして、ふるい分け後の良好な粒子と粒状材料調整器で粉砕された過大粒子との混合物が流動層乾燥器７に供給される。そして、流動層乾燥器７の下流の分級器９において、別の分離が粒径に基づいて行われる。それでも残っている過大粒子は、粒状材料調整器１５に供給される（第２実施形態のように造粒工程には戻されない）。ここでは、空気流によって乾燥器から吸引されたダストはミキサには戻さず、良好な粒子に直接供給して、微粉成分を増やす。したがって、粒状材料調整器１５は、ミキサからの物質流の一部及び分級器９から戻る過大粒子流を処理することになる。本方法の利点としては、設置技術の簡略化、及び良好な粒子における微粉割合の増加によるプレス成形における表面特性の向上が挙げられる。
【００３５】
図８は、本発明に係る方法の第７実施形態を示している。
本実施形態は第６実施形態と略同一だが、同図は連続造粒ミキサを示している。すなわち、例えば秤量されたベルトコンベヤや計量ねじなどの適切な物質流調節計量部材１９及び２０を介して、原料が造粒ミキサ２１に直接供給され、水道１８を介して水と混合される。不連続的に作動する計量秤量供給装置は必要ない。したがって、連続的に造粒が行われ、また、例えば電気的に加熱されるふるいを有するふるい分け器である分級器１６へ粒状材料が連続的に排出される。他の構成は、第６実施形態と同一である。
【００３６】
上述した全ての方法では、造粒器において、０．１〜１１％、好ましくは０．１〜４％の範囲の可変注入口含水率を有する粉砕された粒状乾燥原料から、湿った粒状材料が規定の粒径分布で生成される。この原料は、上流側に配置された秤量容器３に注入するか、造粒ミキサに直接注入することができる。
【００３７】
通常、生成物の実際の水分は、計量工程中に測定される。原料混合物は、造粒ミキサにおいて混合、均質化される。生成物の実際の含水率が計量工程前に測定されていない場合、固定された水分プローブ又はミキサ内に移動する水分プローブを用いて、造粒ミキサにおける含水率を求める必要がある。水分測定を行った後、目標含水率と実際の含水率との差までの必要追加液量を算出し、適宜加える。これにより、造粒ミキサでは、液体架橋が形成されることにより原料混合物が粉状に造粒されて、可能な限り０．８を超える球形度を有する粒状材料が構成される。
【００３８】
好適な実施形態では、粒状材料の粒径分布は、固定して設置した測定プローブ又は所定位置まで移動可能な測定プローブで造粒工程中に求めることができる。
【００３９】
造粒工程は、所定の混合時間が経過したとき、駆動モータが所定量の電力を消費したとき、又は粒状材料の粒径分布に関する測定信号が所望の粒径を示したときに終了する。
【００４０】
さらに、造粒物の含水率を再度求めることができる。所望の含水率と異なる場合は、補正液量を算出し、この補正液量を単純に加えるか、若しくは次回の注入分又は後続の各注入分のうちの１つから差し引くことができる。造粒ミキサを連続的に作動させる形態においては、加える液量の補正は、造粒ミキサ内にある材料に対して直接行うことができる。
【００４１】
計量、秤量及び造粒が上述したよう不連続的に実施可能であるだけでなく、第７実施形態で説明したように連続的にも実施可能であることが理解されるであろう。
【００４２】
その後、造粒物は全て中間容器６に送られ（不連続処理の場合のみ）、粒状材料はそこから連続的に取り出される。
【００４３】
一部の実施形態では、粒径に基づいた分離がこの後直ぐに行われる。この場合、例えば、ふるいによる分級又は分離媒体ガスを用いた気流による分級などの分流を行うことができる。ふるいを用いる場合は、高い含水率によって粒状材料がふるいにはり付いてしまわないように、ふるいの表面を加熱する必要がある。気流による分流を用いた分離の場合は、実質的な乾燥は行われない。
【００４４】
少なくとも粗粒子分は、粒状材料調整器１５に送られる。
【００４５】
このように調整された粒状材料、そして場合によっては前回ふるい分けされた粒状材料が、その後、処理用水分レベルまで水分を低減させる乾燥器に供給される。
【００４６】
本本法で生成される粒状材料は、粒径範囲１００μｍ未満の割合が３０％未満、好ましくは２０％未満、最も好ましくは１０％未満となる。
【００４７】
また、造粒物は、平均粒径が１５００μｍ未満、好ましくは１０００μｍ未満、特に好ましくは４００μｍ未満となる。
【００４８】
造粒物の９５％は、粒径が１２００μｍ未満、好ましくは１０００μｍ未満、特に好ましくは７００μｍ未満となる。
【符号の説明】
【００４９】
１）原料
２）原料
３）秤量容器／計量秤量供給部
４）水供給部
５）造粒ミキサ
６）中間容器
７）流動層乾燥器
８）熱風生成器
９）分級器
１０）容器
１１）粉砕器／受容手段
１２）フィルタ
１３）排気ファン
１４）戻り材料サイロ
１５）粒状材料調整器
１６）ふるい分け器
１７）電気加熱器
１８）水道
１９）計量部材
２０）計量部材
２１）連続造粒ミキサ
【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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【図７】
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【図８】
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