JPH10286479A - 試料粉砕装置及び粉砕方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 試料を粉砕するに際して、所望の粒度で均一
な分布を得る。 【解決手段】 円筒型の粉砕ポット１の内部にドーナツ
状のローターストン２を収納し、粉砕ポット１を偏心円
形に公転させて揺さぶることによって、ローターストン
２を運動させ、円周壁１１とローターストン２の外周面
で試料を粉砕する。ローターストン２の内径を変えると
外径を変えずに重量を調整することができ、均一性を維
持したまま平均粒度を変えることができ、粉砕試料の粒
度を制御することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】物性測定や分析等に供する試
料を粉砕する技術、特に粉砕試料の粒度分布を制御する
技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】鉱石や石炭或いはプラスチック等の物性
を測定したり或いは分析に供する場合、これらの塊や粒
を粉砕して粉末にする事がしばしばある。かっては粉砕
に際して、小型のロータリーミルが使われていたが、粉
砕効率が低く要する時間が長いことから粉砕の効率化が
望まれていた。

【０００３】その後、粉砕時間の短縮と粉砕の自動化の
ために、短い円筒状の粉砕ポットの中に厚い円盤状のロ
ーターストンを入れ、塊状試料を連続的に装入しなが
ら、粉砕ポットを円状に激しく揺動して粉砕する方法が
開発された。例えば、特公平６−８３７９４号に記載さ
れている遠心型粉砕装置がある。これを図４を用いて説
明する。

【０００４】（ａ）図は粉砕部の縦断面図で、１は粉砕
ポット、２はローターストン、３はスクリーンである。
粉砕ポット１は円筒状であるがその長さは短く、端面は
底と蓋とで閉じられている。図示してないが、蓋には塊
状試料を供給する装入口があり柔軟性のある装入管に接
続している。粉砕ポット１の円周壁の一部はスクリーン
３となっており、スクリーン３は二重の篩で構成され、
内側の篩の目は粗く外側の篩の目は細かくなっている。
ローターストン２はその厚さが粉砕ポット１の長さより
やや薄く、外径は粉砕ポットの内径の半分程度で、粉砕
ポット１内を自在に動くことができる。

【０００５】（ｂ）図は粉砕部を揺動する機構を示すも
ので、粉砕ポット１はその支持軸２１が揺動台２２に取
り付けられており、揺動台２２は揺動可能で且つ自転し
ないように、バネ１３で左右下方に引っ張られている。
カム１４の回転によって、揺動台２２は偏心円を描いて
揺動する。（ａ）図で、粉砕ポット１が円を描いて揺動
すると、ローターストン２は粉砕ポット１の内壁に押さ
れて遠心力を与えられ、円を描いて公転するとともに自
転し、内壁との間に挟まった塊状試料を粉砕する。

【０００６】粉砕される塊状試料は、装入口６から連続
的に一定量が装入され、粉砕された試料は、スクリーン
３を通過して、外側の試料収集器（図示せず）で自動的
に採取される。そして、この粉砕装置では、動力効率や
粉砕効率もよく、石炭や石灰石、スラグ等の数mmの塊状
試料を数分の短い時間で１００μm 以下に粉砕すること
ができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、粉砕試
料には上限の粒度が守られているだけでなく、その粒度
が一定の分布に従わなくてはならないものがある。この
ような場合、均一且つ所定の粒度に粉砕しなければなら
ない。粒度の上限はスクリーンの目開きを選ぶことによ
って簡単に制御できるが、粒度の下限を制御することは
容易でない。測定に供される試料は元の塊状試料を代表
するものでなければならず、過剰に粉砕された微細な試
料を篩落として除外することができないからである。

【０００８】従来の前記遠心型粉砕装置では、装入した
塊状試料の９５％以上を回収しようとすると、過粉砕さ
れた粉体が多量に発生し、粉砕試料の粒度分布を制御す
ることが困難であった。

【０００９】この発明は、上記の問題を解決するために
行われたもので、過粉砕試料の発生量を抑制し粒度分布
を制御する装置及び方法を提供しようとするものであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、短い円筒
状の粉砕ポットの内部に、円盤状のローターストンが収
容され、前記粉砕ポットが円を描いて揺さぶられること
によって、前記ローターストンと前記内壁面との間で試
料が粉砕され、粉砕された試料が前記粉砕ポットの壁面
に部分的に設けられたスクリーンを通して篩分けられる
構造の試料粉砕装置において、前記ローターストンがド
ーナツ状であり、前記スクリーンが内側の補強板と外側
の篩とからなり、且つ前記補強板の開口率が５０％以上
７５％以下であることを特徴とする試料粉砕装置であ
る。

【００１１】ローターストンをドーナツ状とするのは、
その外周面寸法を変えずに重量のみを調整するためであ
る。過粉砕試料が多量に発生することを防ぐためには、
ローターストンの重量を軽くするか或いは粉砕ポットの
回転半径や回転速度を落としてローターストンの運動速
度を低下させてロータストンの運動量を小さくすればよ
い。しかし、粉砕ポットの回転半径や回転速度を落とし
た場合、粉砕に時間がかかるので、ローターストンの重
量を減らすことによってその運動量を小さくすることが
得策になる。

【００１２】しかし、ローターストンの重量を軽くする
ためにその外径を小さくすると、粉砕する面の面積が減
り粉砕に長時間を要するだけでなく、粒度の均一性は期
待できなくなる。このため、ローターストンの外周面寸
法を変えずに重量のみを調整することが重要となり、ロ
ーターストンをドーナツ状とする。

【００１３】微細に粉砕された試料は、遠心力によって
スクリーンを通過するが、内側の補強板の非開口部即ち
網線にぶつかって跳ね返される微細試料もある。開口率
が小さいと、跳ね返される微細試料の量も多く、更に粉
砕が繰り返され過粉砕試料の量を増やす一因となる。こ
のため、補強板の開口率が大きいほど過粉砕試料が少な
くなるので、その開口率的を５０％以上とするが、開口
率が大き過ぎると強度が低下し補強効果が失われるの
で、７５％以下とする。

【００１４】第２の発明は、円筒状の粉砕ポットの内部
に、ドーナツ状のローターストンが収容され、前記粉砕
ポットが円状に揺動されることによって、前記ローター
ストンと前記内壁面との間で試料が粉砕され、粉砕され
た試料が前記粉砕ポットの壁面に部分的に設けられたス
クリーンを通して篩分けられる構造の試料粉砕装置を用
い、前記ローターストンの内径を変えることによって粉
砕試料の粒度分布を制御する試料粉砕方法である。

【００１５】用いる試料粉砕装置は、ドーナツ状のロー
ターストンを収容する前記の粉砕装置である。試料は粉
砕ポットの内壁面とローターストンの外周面との隙間に
挟まれて粉砕される。この隙間は、ローターストンの径
が小さいと内壁面と外周面の接点では小さいが少し円周
方向にずれると直ぐに大きくなる。しかし、ロータース
トンの径が大きいと隙間の変わり方が緩慢で、余り変わ
らない隙間で多くの試料が粉砕されることになり、粒径
が同程度の試料が多く得られる。即ち、粒度の揃った粉
砕試料が得られ易く、粉砕された試料の粒度分布が均一
になる。

【００１６】一方、ローターストンの重量を変えること
によって、平均粒度を変えることができ、重量を減らす
ことによって平均粒度を大きくすることができる。しか
し、ローターストンの外径を小さくすることによって重
量を減らすと、粒度の揃った粉砕試料が得られない即ち
粒度の均一性が低下してしまう。このため、ドーナツ状
のローターストンを用いて、外径を変えずに均一性を確
保しながら平均粒度を変える。これによって、粉砕試料
の粒度分布を制御することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１に試料粉砕装置の一例を示
し、実施の形態を説明する。（ａ）図は粉砕ポットの縦
断面図である。粉砕ポット１及びローターストン２は、
工具鋼を用いて製作される。粉砕ポット１の円周壁１１
は等間隔で開口部１２を有し、そこにスクリーン３が設
けられている。

【００１８】スクリーン３は補強板５と篩４の二重構造
で、内側の補強板５は必要な粒度の上限よりもかなり大
きい径の孔を開けた鋼板や目開きの大きい金網であり、
外側の篩４は必要な粒度の上限に合わせた金網である。
粉砕ポット１を取り囲んで試料収集器７が配置されてお
り、スクリーン３を通過した粉砕試料は試料収集器７で
集められ、試料受け皿８に溜められる。

【００１９】（ｂ）図は側面図で、粉砕ポット１の端面
に装入口６が設けられており、ベルトフィーダを備えた
定量送り装置９から塊状試料が一定の送り込み量で連続
的に装入される。粉砕ポット１の内径は１００mm、長さ
は内法で３０mm、ローターストン２の厚さは２５mmであ
る。粉砕ポットの公転半径はカムの取り替えにより５mm
〜３０mmの範囲で変えられ、公転の回転数も可変であ
る。これらの条件は、粉砕する試料の種類や必要な粒度
によって選ばれる。

【００２０】図２はスクリーンの縦断面図である。篩４
は、目開きが小さく網線が細いので、補強板５によって
その強度を補う。このため、補強板５の網線５１は太
く、大きな塊をここではじき返し篩を保護する。しか
し、網線５１は大きな塊とともに粉砕された小さな粉体
もはじき返す。篩の目を通過する充分に微小な粒度の粉
末が、網線５１ではじき返され、再度ローターストンに
よって粉砕されると過粉砕された粉体となり、粒度分布
の均一性を阻害する。この過剰粉砕は、補強板５の開口
率を大きくすることによって低減する。

【００２１】次に、ドーナツ状のローターストンの作用
をスラグ試料の例により説明する。粒度２００μm 〜５
００μm を目的にスラグ試料を粉砕し、篩を通過した粉
体の粒度分布と使用したローターストンの関係を調べ
た。４mm以下に砕いたスラグ塊を毎分３ｇの一定の送り
込み量で装入し、２６分かけて粉砕し粒度分布を調べた
ものである。

【００２２】使用したローターストンは、Ａ，Ｂ，Ｃの
三種であり、Ａは従来型の外径が６０mmの円柱状でその
重量が約５５０ｇである。Ｂは過粉砕試料を減らす意図
で、外径を３５mmと小さくし、重量を約三分の一に軽く
した従来型のものである。Ｃは本発明によるドーナツ状
で外径をＡと同じく６０mm、内径を２５mmとし重量を約
三分の一即ちＢと同じに軽くしたものである。得られた
分布曲線を図３に示す。ローターストンＡ、Ｂ、Ｃに対
応するものをそれぞれＡ、Ｂ、Ｃで図示した。ローター
ストンＡでは過粉砕試料が多く、粒度が２００μm 〜５
００μm の目的範囲の試料は約７０w%しか得られていな
い。またＢでは平均粒度はＡより大きくなっているが、
目的範囲の試料はＡの場合と変わらず改善効果は見られ
ない。一方本発明に係るローターストンＣを使用した場
合は改善効果が顕著に見られ、目的範囲の試料は約９０
wt% 得られている。

【００２３】ローターストンの外径を小さくした場合
は、その重量減少による正の効果と同時に、ロータース
トン外周と内壁との間隔が適正に保たれる面積が減り破
砕条件の均一性が阻害されるという負の効果をももたら
したものと考えられる。又、粉砕に際しての附帯条件に
ついては、粉砕ポットの公転半径２０mm、回転速度６０
０回／分、篩は目開き５００μm の金網で、補強板は太
さ２５０μm の鋼線で目開き３mmに作られ、その開口率
は５５％であった。

【００２４】なお、ローターストンをドーナツ状にする
場合、内径が外径に近くなると肉厚が薄くなり剛性に影
響してくる。このような場合、内部にフレームを取り付
けたり或いは中空構造として重量を調整してもよく、円
盤の中心点に関して対象性が確保されていれば、外見に
とらわれず実質的にドーナツ状であればよい。

【００２５】

【実施例】流動度試験に供する石炭試料を粉砕した。石
炭の流動度は製鉄原料として重要な特性であり、一回の
測定で５ｇの粉体が使われる。測定は JIS M 8808 にし
たがってギーセラープラストメータによって行われ、不
活性ガス中で一定の速度で試料を昇温しながら、その流
動度を検出する。このとき、試料に吸着する酸素等によ
る試料の酸化が試験値に影響するため、過粉砕試料の割
合が規制される。

【００２６】粒度を調整するために過粉砕試料を篩分け
て除くと、微粉砕され易い部分を塊状試料から人為的に
除いたことになり、試験試料はもはや塊状試料を代表し
なくなる。このため、粉砕時に過粉砕試料が発生しない
ように細心の注意を要する。即ち、粉体試料の粒度を４
２５μm 以下とするが、全試料の４０％が粒度４２５μ
m 〜２５０μm の範囲に入ることが要求され、許容範囲
は僅かに３％である。

【００２７】図１に示した装置を用い、３mm以下に砕い
た石炭塊を毎分２ｇの一定の送り込み量で３０分かけて
装入した。篩は目開き４２５μm の金網で、補強板は直
径２mmの孔を穿ち開口率を５０％〜７０％としたもので
あり、材質はいずれもＳＵＳ３０４であった。粉砕ポッ
トの公転半径は２０mm、回転速度は６００回／分であっ
た。

【００２８】ローターストンの外径及び内径を変えて、
回収した試料の粒度分布を調べた結果を表１に示す。な
お、目的範囲適合率は４２５μm 〜２５０μm の範囲に
入った粉体の百分率である。

【００２９】

【表１】

【００３０】発明の実施例では、ローターストンの外径
を４５mm〜５５mm即ち粉砕ポットの内径の４５〜５５％
とし、ドーナツ状のローターストンの内径を変えること
によりその重量を１４０ｇ〜１６０ｇ程度に調整した。
この結果、回収率は９７wt%〜９９wt% で、目的の粒度
範囲には４０wt% 〜４２wt% が入り良好であった。

【００３１】一方、比較例では、目的の粒度範囲の試料
が４０wt% 以上得られた例はなかった。

【００３２】

【発明の効果】この発明によれば、外周が円形のロータ
ーストンを収容した円筒状の粉砕ポットを円を描いて揺
さぶることによって試料を粉砕し、粉砕ポット円周面に
設けられた二重構造のスクリーンを通して粉砕試料を回
収する試料粉砕装置において、ローターストンをドーナ
ツ状とし、且つスクリーンの内側にある補強板の開口率
を５０％以上７５％以下とする。補強板の開口率を大き
くし、ドーナツ状のローターストンの内径を変えること
によってその重量を調整すると、過粉砕試料の発生量を
制御することができ、規制された粒度分布を再現性よく
得られる。このように、従来技術では困難であった粒度
分布制御を可能としたこの発明の効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の実施例に用いた試料粉砕装置の粉砕部を
示す図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は側面図である。

【図２】スクリーンの縦断面図である。

【図３】粉砕試料の粒度分布を示す図である。

【図４】従来の試料粉砕装置を示す図で、（ａ）は粉砕
部の縦断面図、（ｂ）は試料粉砕装置の正面図である。

【符号の説明】

１ 粉砕ポット ２ ローターストン ３ スクリーン ４ 篩 ５ 補強板 ６ 装入口 ７ 試料収集器 ８ 試料受け皿 ９ 定量送り装置 １１ 円周壁 １２ 開口部 ５１ 網線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉岡 豊 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒状の粉砕ポットの内部に、円盤状の
   ローターストンが収容され、前記粉砕ポットが円状に揺
   動されることによって、前記ローターストンと前記内壁
   面との間で試料が粉砕され、粉砕された試料が前記粉砕
   ポットの壁面に部分的に設けられたスクリーンを通して
   篩分けられる構造の試料粉砕装置において、前記ロータ
   ーストンがドーナツ状であり、前記スクリーンが内側の
   補強板と外側の篩とからなり、且つ前記補強板の開口率
   が５０％以上７５％以下であることを特徴とする試料粉
   砕装置。
2. 【請求項２】 円筒状の粉砕ポットの内部に、ドーナツ
   状のローターストンが収容され、前記粉砕ポットが円状
   に揺動されることによって、前記ローターストンと前記
   内壁面との間で試料が粉砕され、粉砕された試料が前記
   粉砕ポットの壁面に部分的に設けられたスクリーンを通
   して篩分けられる構造の試料粉砕装置を用い、前記ロー
   ターストンの内径を変えることによって粉砕試料の粒度
   分布を制御することを特徴とする試料粉砕方法。