≡、化学機械

竪型ローラミルにおける能力下限域の拡大
宇部興産機械株式会社
産三部

池田充

繁本康弘

原料

1．はじめに胡粉

当社は産業界の各種用途に対応すべき竪型ミルの諺

セパレータ改良・開発を実施してきた。この結果、納入実績はセンターシュート

国内のセメント原料用においては90％以上の占有率（サイドシュートもあり）

上部ケーシングを有し、東南アジアの主力工場に多くの実績を有している。

一一スイングレバー

テーブル

近年成長著しい中国市場においては、根強い欧州

ヨ下部ケーシング志向の中で当社の大型原料ミル及びスラグミルはアキュームレータ

竪型減速機20％以上の市場シェアを持っており、現在も受注が．

油圧シリンダ．

駆動モータ継続している。

納入実績は各種用途に応じ国内・海外を含み、能力として1t／hから750t／hのミルまで総納入実績は

図1

宇部竪型ローラミルの構造500台近くになり、大容量のセメント業界のみならず各種分野のニーズに対応すべき開発を行っている。

嚇熱

また、近年原油価格が高騰化した中で竪型ミルに対し、海外の亜炭・褐炭を含む石炭を効率良く粉砕嚥鋸するニーズが高まっている。同時に石炭の能力を低下させた場合のミル下限能力がどこまで追随運転できるかが大きな課題となってくる。

竪型ローラミルの粉砕力

・圧縮力（F）
・勇断力（τ）
・衝撃力（1）

鳶，

本稿では、一型ローラミルにおける石炭類の下限能．尋ら∫．等：．．茎｝力に着目し、課題・原因・対応策について紹介する。

テーブル回転方向

2．竪型ミルの構造と粉砕機構
図1に宇部竪型ミルの構造（代表例）を、図2に

図2

竪型ローラミルの粉砕機構

粉砕機構の概念を示す。
れる。

粉砕原料はシュートから定量供給され、テーブルの中心に落下し、遠心力で外周に押し出され、圧縮セパレータでは、所定粒度の製品に分級レ、排気とせん断力を発生し、微粉砕される。この粉砕力は、ダクトを通じて直接燃焼バーナで燃焼、または集塵油圧またはスプリングの調整により容易にできる。

・・@に導かれ捕集される。製品粒度は、セパレータのテーブルとローラは直接接触しないようにストッ回転数を変更することで容易に任意の分級点に合わパを具備している。微粉砕された製粉は、ミルファせるζとができる。ローラタイヤ・テーブルライナ

ンによってテーブル外周のブレードリングから吸引の取り替えはスイングレバーの反転によりミル外部される熱風により乾燥され、セパレータに送り込まに露出するため、容易かつ安全に行われる。

産業機械2008．12●713。石炭粉砕能力下限の現状と課題散水し、摩擦係数の改善（摩擦係数を上げる）を石炭粉砕用として稼動している竪型ローラミルに図ることがあるが、水分蒸発に余分な乾燥熱量をおいて、ミル能力の増減は頻繁に行われる。通常ミ必要とする欠点がある。

ル能力は最大能力を100％とした場合、下限は35〜

実機の粉砕機においては、摩擦係数に大きく影40％が限界値であることは広く知られているが、石響されるせん断力が作用している。竪型ミルの特炭のうち、滑りやすい種類の炭種の場合、下限領域

徴は強いせん断力を発生させることにより微粉をが限界値まで到達しないことがある。

精製するため、せん断力を受け持つ各粒子問の摩擦係数が大きく影響する。従って、粉砕性を改善

4、下限領域に到達しない原因

するには摩擦係数を大きくし安定化させることにミル能力が想定した下限領域まで到達できない原ある。

因の大半はミル振動の発生によるものであり、そのここで摩擦係数について再考する。

要因は粉砕層厚が低下することである。

従来、摩擦係数は擦りあう物質とその表面粗さ竪型ローラミルが一定回転数で回転している場
合、ミルに供給する原料量を低下させると運転中に形成される粉砕層の厚さは当然薄くなる。

粉砕層の厚さとその粒子がもつ摩擦係数及び振動数が変化する。

（1）摩擦係数により定まり、・垂直力に比例し、接触面積の大小には無関係である。

・滑り速度の大小に無関係である。とされていた。

しかしながら、この定説は擦りあう物質の大き粉砕機（ミル）の中では、粉砕過程において原さがミリメートル単位以上の物であると推察す

料には強い圧縮荷重とせん断荷重が作用するようる。近年、粉粒体の場合、速度と動摩擦係数に相になっている。このせん断荷重が有効に原料に作関があることが知られ始めている。

用するか否かは原料の摩擦係数に起因することがこれは粉粒体を単一粒子で存在するのではな

多く、大半の場合、摩擦係数が低下した場合にミく、粒子群として存在することであると考えたもル振動が発生しやすい。また、摩擦係数は粉砕層のである。に比例するため、粉砕層が低下すると摩擦係数も即ち、細粒子笹と粗粒子群はその粒子の周辺に低下する。

抱え込む空気量に大きな違いが発生することか（2）振動数ら、・空気を多量に抱え込んだ細粒子馬の方が摩擦粉砕ローラにより粉砕される粉粒子は粒度の変係数が小さいという結果を生む。ここではあえて化によりロー・ラ直下面の振動数（バネ定数）が変見かけの摩擦係数と呼ぶのが正しいかもしれない。

化する。

①擦りあう速度により摩擦係数（見かけ摩擦係粉砕量を低下させた場合、（1）、（2）の変化により、竪型ローラミルは衝撃振動または自励振動を発生させるものと考えられる。

数）が変化する

図4のように、速度を低減させることにより脱気作用を促進させ摩擦係数を向上させることができる。

5．粉砕性の改善

実際の粉砕機においては、摩擦係数が小さい（1）摩擦係数の改善物質の場合、摩擦速度（テーブル回転数）を低ミル振動の原因の一つである動摩擦係数を変化させることが重要である。

前述の通り、竪型ミルにおいては、摩擦係数が減させることにより、摩擦係数を大きくすることが可能である。

対策としてテーブル回転数を低減する。

低下した時にミル振動が発生することは知られて竪型ミルの能力は粉砕テーブルの回転数に比いる。この対処法として、図3のようにミル内に例するとされてきたが、これは図4とは異なり、

72●「特集」化学機械

も重要である。

70

当社は本項に関し特許を取得した。

60

輩50
莫4・…

選3・慧2。

旨．1，10，0／i30／↓

水分
図3／H

100
90

十粗い粒度80，

@iノβ

図5コβ

速度と噛み込み角度の関係

黹iー細かい粒度70②粒子の大きさ（粒度分布）により摩擦係数が60変化する

藁50

図4に示すように、細かい粒子ほど摩擦係数40，誠」は小さくなり、逆に粗い粒子は摩擦係数が大き30，乱畷ム鵡20くなることが分かる。これは粒子が抱え込む空気量の差異によるものと考えられる。

100i

水分と動摩擦係数の指標

H§）

iノ

従って、ローラ部へ噛み込まれる粒子径を大020

図440

速度（％）

6080

ユ00

きくすることにより摩擦係数を大きくし、ミル振動を抑制することが可能である。

速度と動摩擦係数

粉砕機の中で新規に投入される原料の何倍もの多量に循環する循環粒子を粗くすることが肝原料の摩擦係数が速度に関係なく一定であると要である。即ち、分級装置の分離効率を向上さいう前提条件から成り立つものである。

せ、製品粒域の粒子を速くミル外部に持ち出し、しかしながら上述を加味すると、速度により摩擦係数が変化することを粉粒体に展開すれば、ミルの粉砕ローラ部の原料噛み込み角度ることが重要である。

このためには、ミルに付随するセパレータ（分級装置）を高効率な装置に改造することが（摩擦角）が変化することになる。

図5に示すように、噛み込み角度は速度が速い時の「β」から速度を低減させた時の「βローラ部に戻ってくる細粉の絶対量を減少させ」に変われば、粉砕ローラの粉砕層が「H」から望ましい。

③仕事量からの制御
粉砕テーブル上の粉砕ローラの仕事量を考え」に増加するため大きく能力低下を招く

ると、粉砕量を減じた場合、減じた量に応じてことはない。この適正な速度（テーブル回転数）

テーブル上の仕事量を低減させれば、粉砕ローは刻々と変化する粉砕原料に大きく影響される

ラ部の粉砕層を極度に低下させることなく一定ため、石炭等の滑りやすい原料を粉砕する場合の粉砕層を確保することができ、摩擦係数の確は、テーブル回転数を自在に制御することが最保につながる。

「H

産業機械2008．12●13単一指数では変更不可能な数値ではあるが、組（2）加味振動数（バネ定数）の改善

実機の粉砕機において、粉砕ローラ直下の原料の振動数（バネ定数）を制御することは現実的にみ合わせられる加振振動数を変化させれば、その振動増幅係数を低下させることが可能となる。

は不可能である。これは、原料性状と粉砕機に要竪型ミルは図6に示すように、ω／ωOが1．0以求される製品の粒度（例：製品粒度が75μrnパス下（共振点以下）で運転されているので、粉砕層○○％）からくるもので、製品の粒度は顧客の要の振動数（ωO）を変えずに（製品の粒度に比例求により変更できず、メーカサイドでは制御不可し、同粒度は変更できないため）加振振動数（ω）

能となる。

を低下させることにより、振動増幅係数を低下さ粉砕機に発生する振動は、次のように考えるこせることができる。

なお、加振振動数（ω）は粉砕ローラの回転数とができる。

及びテーブル回転数に比例する。従って、「テー振動による変位量（A）＝ブル回転数」を変更することにより加振振動数を（加振力／バネ定数）＊（振動増幅係数）変更できる。

この結果、分母・分子ω／ω0のうち、分子即ち加ここで、振動増幅係数は加振振動数（ω）と粉振振動数を低下させれば振動増幅係数は減少する。

砕層の振動数（ω0）の比率により変化すること

第5章（1）項による摩擦係数を増加させる目的でテーブル回転数を低減させれば、富麗振動数（ω）

が分かる（図6参照）。

が低下し、振動増幅係数をも併せて低下させるこ…とができる。

ii

加振振動数（ω）

6．乱調ローラミルにおける能力下限域の拡大…

竪型ローラミルにおいて能力下限域を拡大させP一．

るためには、その阻害原因であるミル振動を回避し．一iなければならない…

対策として、

i①摩擦係数の改善②振動数の改善③仕事量のマッチングの方法があり、それぞれが相互に深く関連している。

粉砕層の振動数（ω0）

この方法に共通するものは、粉砕テーブルの回転100数であり、ミルに投入される負荷状況に合わせて都b

度適正な回転数に設定することにより、ミルの下限無能力の拡大を図ることができる。

10

近年燃料価格の高騰により、一般的に粉砕・燃焼下させていた涯青炭から高水分・高揮発分または高炭

妻璽÷←

@

素化された、俗に難粉砕性石炭が検討されており、こ1i

IO．250．50．75

11．251．51．75

・れらに共通することは摩擦係数が小さいことである。

摩擦係数が小さくなればミル振動が発生しやすくなり、当然ミルの能力下限域も従来よりも高い（下0．1・振動数比（ω／ωO）

図614●「特集」化学機械．

振動増幅係数と振動数比の関係限に到達しない）設定を余儀iなくされる。

ミルを複数台運転する発電所等においてはミル能力下限域が高い設定になれば、発電負荷によりミルを停止せざるを得なくなり、停止・起動の際の作業が輻較し、かつ着火・爆発事故のリスクが大きくなる。

このように、想像される環境においてミルの能力下限域を拡大し、当初設定のミル下限能力をミル振動の発生を抑制、達成し得るためにはミルのテーブル回転数を任意に制御することが有効である。

当社は、この状況を鑑みミル振動を抑制する方法
として「テーブル回転数制御法」の特許を取得した。

7．「テーブル回転数制御法（特許）」の展開
ミル振動を抑制すれば従来不可能であった事項が可能になる可能性が見えてくる。その一例として、以下の4点が挙げられる。

①原料コストは安いが、ミル振動が発生するため敬遠されていた難粉砕性燃料が粉砕できる。

②ミル振動が原因で、ニーズはあるが微細な製品が生産できなかった原料も粉砕できる。

③一台のミルで多品種の原料をミルの設定時間をかけずにワンタッチで運転することができる。

④一台のミルで多品種の製品をミルの設定時間をかけずにワンタッチで運転することができる。

8．あとがき今回、宇部竪型ミルによる能力下限域の拡大について紹介したが、今後とも更なる高機能・高効率の竪型ローラミルを納入できるように、多種原料の粉砕テスト及び粉砕システムに関する研究開発設計を継続していく所存である。

※本稿及び各種原料粉砕に関するお問い合わせ、お引き合いは下記の当社窓口までお問い合わせください。

宇部興産機械㈱
産機営業部

久保田・

TEL：03−5419−6292

FAX：：03−5419−6296

産業機械

2008．12●75