JPH06170206A - 球状造粒方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】転動造粒法によりジルコニア粉末を成形して球
状粒子とするにあたり、撹拌造粒法によってジルコニア
粉末から直径２ｍｍ以下の核粒子を形成させ、転動造粒
法によって該核粒子にジルコニア粉末を添加しつつ該核
粒子を成長させて球状に造粒することからなる造粒方
法。 【効果】重質で真球度の高い、しかも同一球径を有する
球体が短い時間で得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、焼結することによって
粉砕用ボ−ルなどとなる、ジルコニア球体の効率的な製
造法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、各種産業分野における原材料は微
粉化の傾向にあり、原材料の粉砕効率を向上させるため
粉砕機に用いられる粉砕メディアも小粒径化の傾向にあ
る。直径２０ｍｍ以下の小粒径球体、特に１０ｍｍ以下
の球体の製造は、最近では比較的低コストで連続大量生
産に好適であり、しかも真球度、成形体密度等に優れた
転動造粒法により製造されている。回転容器を用いた転
動造粒法はドラム型及び皿型の造粒機で代表される。

【０００３】転動造粒法は通常、乾燥した粉末或いは湿
潤させた粉末に結合剤を散布させながら核の形成から所
望する球径を有する球体までを同一造粒装置で一貫して
行われている。また、原料粉末として微細粉末のみを用
いた場合、造粒体の核となる粒子の形成効率が低くなる
ため、一般的には微細粉末に粗粉末を数十％程度混在さ
せて造粒する方法がとられている。

【０００４】一般的に造粒速度は粉末並びに結合剤の添
加量を調整することにより制御される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】転動造粒方法による生
産性は統計的に核粒子の生成速度に依存するところが大
きいとされている。

【０００６】転動造粒方法は、原料粉末から完成ペレッ
トまで一貫した操作で行われるが、原料粉末を用いて造
粒操作を行うと結合剤の添加により原料粉末の不均一的
な凝集が発生し生成する核粒子の大きさ及び密度に乱れ
が発生する恐れがある。また、原料粉末から数ｍｍの径
を有する大きさの核粒子に成長するまでに膨大な時間を
要する。さらには、同一の球径を有する球体を短時間に
大量に、しかも精度よく取得するためにはこのような方
法では対応することが非常に困難であるといえる。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、あらかじ
め他の造粒機で核を形成させ、この核を転動造粒機に供
給する二段造粒法により核の不均一分布が生じること無
く、時間短縮を図ることが可能となり、しかも同一球径
を有する球体がほぼ同時に取得できることを見出だし本
発明を提案するに至った。

【０００８】すなわち、本発明は、転動造粒法によりジ
ルコニア粉末を成形して球状粒子とするにあたり、撹拌
造粒法によってジルコニア粉末から直径２ｍｍ以下の核
粒子を形成させ、転動造粒法によって該核粒子にジルコ
ニア粉末を添加しつつ該核粒子を成長させて球状に造粒
することからなる造粒方法を要旨とするものである。以
下、本発明をさらに詳述する。

【０００９】核粒子に要求される特性は形状に不均一分
布がなく、転動造粒機に投入して造粒され成長する過程
において核自体が解砕されたり破砕されることのない成
形体強度を有することにある。このことより、核の製造
方法としては転動及び圧密作用が十分であり、しかも短
時間に核が形成されることが重要な要素となる。

【００１０】本発明では、核の製造法として、核の形成
速度が速く、転動及び圧密作用の高い攪拌造粒法を採用
する。

【００１１】造粒機は特に限定されるものではなく、攪
拌羽根及び解砕羽根を備えた一般的な撹拌造粒機が適用
される。また、造粒機の条件は特に制限されるものでは
ないが、核の形成は粉末と結合剤の相関性が最大の支配
要因であるため使用する原料粉末と水により粒状形態を
した生成物が取得される攪拌速度に設定することが重要
となる。

【００１２】原料粉末に対して、水分が多すぎると核粒
子同志の結合が加速され粒子は粗大化し、反面、水分量
が少なすぎると空隙率の高い、ポ−ラスな凝集体となり
核の成形密度は低いものとなる。通常の攪拌造粒機のよ
うに攪拌羽根を回転させて核となる凝集体を形成する場
合は仕込みの粉末に対する水分量を調整することが大切
である。また、押し出し造粒物を供給しカッティング作
用を行うことにより粒度の均一な造粒物を取得するマル
メライザ−のような装置の場合は押し出し成形物を形成
する時点で水分を適正化することが必要である。通常、
転動造粒用に用いられるジルコニア粉末中の水分量は湿
潤基準で１０〜１３ｗｔ％である。

【００１３】核となる粒子の直径は２ｍｍ以下、好まし
くは１ｍｍ以下とすることが必要である。

【００１４】また、転動造粒装置による造粒速度は非常
に小さく、核粒子が小さいほど完成造粒体を得るために
要する時間は延長されることより、望ましくは核粒子を
小さくしすぎることがないようにすることが大切であ
る。

【００１５】直径２ｍｍ以上の核粒子を通常の攪拌造粒
機で形成する場合、攪拌羽根による転動や圧密作用にま
して剪断による解砕効果が優先し、核粒子の増大に伴い
自重が増加し核粒子同志の衝突による破砕現象が生じて
収率は低下する。また、マルメライザ−を用いた場合、
直径２ｍｍ以上の核粒子の形成は可能であるが、マルメ
ライザ−での成形体密度は転動造粒法による密度より低
いため直径が２ｍｍ以上に成長すると転動造粒機に移行
させ造粒しても核粒子の特性が影響し、完成ペレットの
造粒体の密度は不十分となる。

【００１６】攪拌羽根を備える攪拌造粒機を用いて核粒
子を造粒する場合は、最初に原料粉末を容器に採取し、
攪拌しながら原料粉末にバインダ−である水を添加す
る。水の添加により粉末は凝集を生じると同時に攪拌羽
根による解砕作用を受け最初粒径の小さな造粒体が形成
される。引き続き、この微粒体に原料粉末と水を定量的
に添加し直径２ｍｍ以下の所望とする球体を形成させ
る。

【００１７】また、マルメライザ−のように押し出し造
粒物を供給する方式において核粒子の大きさを制御する
方法としては、所望する径に調整した押し出し造粒物を
造粒装置に供給する方法又は径の小さい押し出し造粒物
をマルメライザ−でカッティングした後、引き続き原料
粉末と水を添加することにより所望とする球径を有する
方法により球体が得られる。

【００１８】得られた核粒子は、篩を用いて分級して次
の工程である転動造粒機に供給される。所望の粒径より
小さい核粒子は、核粒子形成工程に戻し循環使用され
る。

【００１９】ここで得られた核粒子を撹拌造粒機に再投
入し、そのままの状態或いは微量の水を添加した状態で
転動し整粒作用を加えることにより球状化並びに密度の
向上化が図れ、よりいっそう核粒子特性は向上する。

【００２０】以上の操作によって得られた核粒子は前記
したドラム型及び皿型で代表される転動造粒装置に供給
される。

【００２１】転動造粒は特に制限されるものではなく、
一般的な造粒条件が適用され、転動造粒機に供給された
核粒子に原料粉末とバインダ−である水を連続的に添加
し所望とする直径２０ｍｍ以下の小口径球体に造粒成形
される。その後、乾燥し、１４００〜１６００℃で焼結
することにより粉砕用ボールなどとすることができる。

【００２２】

【作用】核粒子を転動造粒装置に供給する前に、あらか
じめ攪拌造粒機により原料粉末を造粒し粒子成長させ分
級して核粒子の大きさを揃えることにより自重が均等と
なる。この操作によりを転動造粒の成長機構である核粒
子への原料粉末の付着速度が均一化され粒径の整った造
粒ペレットが効率よく取得される。また、攪拌造粒機で
直径を直径２ｍｍ以下の重質な核粒子が短時間で取得で
きることより生産の効率化が図れる。

【００２３】

【発明の効果】本発明の方法によれば、重質で真球度の
高い、しかも同一球径を有する球体が短い時間で得られ
る。

【００２４】

【実施例】以下、実施例により本発明を詳細に述べる
が、本発明はこれらに限定されるものではない。

【００２５】実施例１ 図１に示すようにステンレス製で８０ｍｍの攪拌羽根
を備えた攪拌モ−タ−と下部の内径８５ｍｍ、高さ１
００ｍｍを有するポリエチレン製の容器で構成された
簡易的な攪拌装置を作製し、容器に粒子径６０μｍの東
ソ−（株）製ジルコニア粉末ＴＺ−３ＹＳを５０ｇ秤量
採取して回転速度１０００ｒｐｍで攪拌しながら水を添
加し微粒体を得た。引き続き、攪拌状態下でこの微粒体
にジルコニア粉末と水を一定速度で添加し所用時間、約
３０分間で直径２ｍｍ以下の球体造粒物を得た。この球
体造粒物を階層的に分級したところ１．２〜１．７ｍｍ
の粒度分布を有する造粒体が約７０％の収率で得られ
た。

【００２６】次に残り３０％に相当する直径１．２ｍｍ
以下の造粒体を再度、図１に示す攪拌造粒機に投入し球
体の成長を行い最終的に約５００ｇの球状造粒物を得
た。

【００２７】この球体造粒物の乾燥後の成形体密度は
３．２ｇ／ｍ³であり、１２０℃で乾燥した時の水分含
有量は約１２ｗｔ％であった。

【００２８】得られた直径１．２〜１．７ｍｍの球体造
粒物の中から３００ｇを秤量採取し、直径６００ｍｍの
パンを有する皿型造粒機に投入し、パンの一定回転速度
の下で完成ペレットの直径が１５ｍｍ前後となるように
原料粉末と水の添加量を調整したところ得られたペレッ
トは全て直径が１５ｍｍ前後を有する造粒体となった。

【００２９】この造粒球体ペレットの乾燥後の成形体密
度は３．３ｇ／ｍ³でありペレットの最大直径に対する
最小直径の比である平均真球度は１．０３であった。

【００３０】実施例２ 実施例１と同一のジルコニア粉末に水を添加し、スクリ
ュ−式の押し出し造粒機を用いてスクリ−ン孔サイズが
直径０．５ｍｍであるソ−メン状の造粒体を得た。この
造粒体を５００ｇを不二パウダル社製の球型整粒機マル
メライザ−に供給し高速回転の下でカッティング操作を
行った。得られた造粒物はほぼ直径０．５ｍｍを有して
いた。この造粒物を再度マルメライザ−に投入し、高速
回転下でジルコニア粉末と水を添加し直径１ｍｍの球形
まで成長させた。この操作に要した時間は２０分程度で
あった。また、この球状造粒物の１２０℃乾燥による水
分含有量は１１ｗｔ％であり、成形体密度は２．６ｇ／
ｍ³であった。

【００３１】得られた球形造粒体を核粒子として直径６
００ｍｍのパンを有する皿型造粒機に投入し、パンの一
定回転速度の下で完成ペレットの直径が８ｍｍ前後とな
るように原料粉末と水の添加量を調整した。

【００３２】この完成ペレットの成形体密度は３．２ｇ
／ｍ³であり真球度は１．０２であった。

【００３３】比較例１ 実施例１と同一の攪拌装置及び条件並びにジルコニア粉
末を用いて核粒子を形成させ原料粉末と水を一定速度で
添加しつつ核粒子を成長させた。

【００３４】核粒子の直径が２ｍｍまでは原料粉末と水
の添加と共に核の成長は進んだが、直径が２ｍｍ以上に
なると成長段階にある核粒子の解砕及び破砕現象が生じ
始め、粒子の成長に伴い破砕現象は増大し、結果的に粒
度分布の広い、また、球状性の劣った核粒子となった。

【００３５】比較例２ 実施例１で用いたジルコニア粉末を用い、実施例２と同
一の装置並びに方法により核粒子を直径２．５ｍｍの球
形まで成長させた。この成形体密度は２．５ｇ／ｍ³で
あった。

【００３６】得られた球形造粒体を核粒子として直径６
００ｍｍのパンを有する皿型造粒機に投入し、原料粉末
と水の添加して直径が８ｍｍ前後の球体を得た。

【００３７】この完成ペレットを１２０℃で乾燥し成形
体密度を測定してところ２．９ｇ／ｍ³であった。

【００３８】比較例３ 直径６００ｍｍのパンを有する皿型造粒機の回転速度を
実施例１と同一とし、パンの内部に実施例１で用いたジ
ルコニア粉末と水を添加して転動造粒法により球状造粒
物の製造を行った。

【００３９】原料粉末と水の添加量が生成速度を支配す
ることより添加速度を上昇させる方向として直径２ｍｍ
の球状物を得ようとしたが、添加速度を早めると生成す
る造粒体の粒度分布は幅広いものとなり、空隙率の高い
成形密度の低い造粒体となった。よって、添加速度を調
整し粒度分布に優れる添加条件の検討を行い造粒操作を
行ったが直径２ｍｍの核粒子を得るのに５〜６時間を要
した。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１で用いた攪拌造粒装置を示す。

【符号の説明】 攪拌モ−タ 攪拌羽根 ポリエチレン製容器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｃ０１Ｇ 25/02

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】転動造粒法によりジルコニア粉末を成形し
   て球状粒子とするにあたり、撹拌造粒法によってジルコ
   ニア粉末から直径２ｍｍ以下の核粒子を形成させ、転動
   造粒法によって該核粒子にジルコニア粉末を添加しつつ
   該核粒子を成長させて球状に造粒することを特徴とする
   造粒方法。