JPS5820313B2 - 岩石または鉱石等の破砕方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、岩石または鉱石等の塊体を破砕する方法に関
し、特に、製品寸法として１’３ｍｍ以下の破砕製品を
得るためのショークラッシャ、あるいは、コーンクラッ
シャ等の破砕機における新規な破砕方法に関するもので
ある。

従来、岩石または鉱石等（以下、単に岩石等という。

）を破砕するショークラッシャ、あるいはコーンクラッ
シャ等の破砕機（以下、単に破砕機という。

）を用いて破砕を行う場合、その破砕機の出口開口の間
隙（ここにいう出口間隙とは揺動運動あるいは偏心旋動
運動時に形成される出口開口の最少間隙を意味する。

）を破砕製品寸法と略同等あるいはそれ以下に設定する
ものとされている。

一方、破砕機の能力は単位時間における破砕量、換言す
れば、破砕機における出口間隙、運動偏差量、破砕室形
状、回転数等によって定まる単位時間当りの破砕機を通
過する岩石等の量、いわゆる、単純な破砕機通過量と、
破砕処理された破砕製品中の所望寸法製品の量、いわゆ
る製品生産量により定義される。

ところで、破砕に際しては前述する出口間隙を破砕製品
寸法より小さくし、岩石等の破砕機通過量に対する製品
生産量の比率をできるだけ１ｏｏ％に近づける様に種々
の努力がはられれていた。

しかし乍ら、製品生産量の比率を上げようとする場合に
は出口間隙を小さくする必要があり、その反作用として
破砕機通過量が必然的に減少し、この結果、製品生産量
も低下することになる。

例えば、コーンクラッシャを例にとり説明すると、固定
体としての円錐筒状のコーンケープ１と該コーンケープ
内を偏心旋動運動をなす破砕運動体としてのマントル２
とにより画成される破砕室３に供給された岩石等は、破
砕室３内を落下する過程においてマントル２の旋動運動
により繰り返し圧縮荷重を受け、圧壊をくり返しながら
マントル２とコーンケープ１により規制される出口開口
４の間隙Ｃにほぼ等しい粒度または寸法にまで破砕され
ると、出口開口４より機外へ排出される。

これにより得られた岩石等は、所望製品寸法、粒度の製
品と、それ以外のものきに選別されるが、前述するよう
に製品比率を高くするために出口開口ｊを小さくすると
、破砕機通過量に対する製品生産量の比率は高くなるが
反面、破砕機における破砕機通過量が低下し、その結果
として製品生産量が低下することになる。

このため従来においては、製品生産量を増大させる意図
のもとに破砕機における破砕室３、特に出口開口４の近
傍をほぼ平行な破砕室に形成し、該部分における岩石等
の流動速度を早めることにより破砕室３における岩石等
の落下速度を増大せしめるとともに圧縮回数を増大せし
めることにより破砕機通過量を増加させ、もって製品生
産量を増大せしめることが提案されているが、かかる場
合においても製品生産量を飛躍的に増大させるまでには
到らなかった。

この様な理由によって製品寸法あるいは粒度の細かい破
砕製品を得ようとする場合には大巾に破砕能力の低下を
招くこととなり、これを単に破砕機を大型化することの
みでは到底解決し得ず、また、特に水分を含む岩石等、
あるいは粘着性に富。

む岩石等の破砕を行う場合に極度の効率の低下を避は得
ない欠点を有するものである。

本発明者等は前述せる従来の破砕方法における欠点に鑑
み、破砕機における岩石等の破砕状態、換言すれば、破
砕機構について種々実験研究を行。

つた結果、岩石等の破砕機通過量を増大させるために出
口間隙を大きくした場合においても破砕室内における岩
石等に対する破砕に充分な有効な圧縮荷重を付与するた
めに岩石等に対する圧縮仕事量を破砕機の噴板あるいは
旋回体になさしめることにより製品生産量を飛躍的に増
大せしめるのみならず、得られる破砕製品形状も立方形
に近くなることを知見した。

本発明はかかる知見に基づいてなされたもので、具体的
には固定体と破砕運動体間に形成される破砕室に被破砕
物を供給しつつ、破砕運動体の運動により被破砕物に周
期的に圧縮荷重を付与する形式のショークラッシャある
いは旋動型破砕機等の破砕機を用いる破砕方法において
、破砕機の出口間隙をショークラッシャにあっては破砕
運動体の破砕室長さの０．０２５〜０．０５の範囲で、
また旋動型破砕機あっては破砕運動体直径の０．０５〜
０．０３の範囲に設定し、かつ破砕機における破砕運動
体の運動偏差量を、ショークラッシャにあっては破砕室
長さの０．０５〜０．１の範囲で、また旋動型破砕機に
あっては破砕運動体直径の０．０３〜０．０６に設定す
るとともに、破砕室内において被破砕物が圧密状態とな
るように被破砕物を連続的に供給しつつ破砕を行なわせ
ることを特徴とする。

以下、本発明につき第２図および第３図に示したコーン
クラッシャの実施例にもとづいてその破砕機構を説明す
るが、基本的なコーンクラッシャ１０の形態乃至構造は
従来のものと同一のものでありその詳細は省略する。

コーンクラッシャ１０は円錐筒状の固定体としてのコー
ンケープ１１と該コーンケープ１１内にコーンケープの
中心軸線の回りに偏心旋動運動をなす適宜の駆動源によ
り駆動される破砕運動体としてのマントル１２が設けら
れる。

マントル１２とコーンケープ１１によって画成される破
砕室１３に供給される岩石等はマントル１２の旋動運動
によって漸次圧縮荷重を受け、出口開口１４より機外に
排出される。

ところで、かかる破砕機における製品生産量を増大する
ためには、一面において破砕機における岩石等の通過量
を大きくすることと、他面においてはその破砕機通過量
に対する所望製品寸法の破砕製品含有率を増大すること
の相反する二面性を同時に満足させることである。

前者の条件については出口間隙を大きくすることにより
破砕機の噴板あるいは旋回体の運動偏差量（後述）、な
らびに、破砕室形状とによって一義的に破砕機の単位時
間当りの岩石等の計算通過量（Ｔｏｎ／）（ｒ）が決定
されることになるが、後者の条件については岩石等の破
砕機構として前述するように破砕室内における岩石等の
圧縮時における充分な嵩密度と高い圧縮比を与えること
により解決し得ることになる。

出口開口４の間隙Ｃを犬きくシ、それに対応したマント
ル１２の運動偏差量ｅを設定すれば、それによって破砕
機における岩石等の通過量、いいかえると、破砕処理量
が定まることになり、この処理量を破砕室１３に連続的
に供給すると岩石等は破砕室１３内の破砕室長さＨ方向
の各位置において圧密充填状態で落下流動することにな
る。

なお、ここで運動偏差量ｅとはコーンクラッシャの場合
第２図に示すようにマントル１２の旋回運動に伴なって
同マントル１２とコーンケープ１１の間に形成される出
口開口１４の間隙Ｃが最少になる際のマントル１２の下
端外周縁の位置と最大になる際の外周縁の位置との内外
間の距離を指し、またショークラッシャにおいては第４
図の通り歯板１２′の揺動に伴ない同歯板１２′と固定
板１１′の間に形成される出口開口１４の間隙Ｃが最少
となる際の歯板１２′の下端外周縁の位置と最大になる
際の外周縁の位置との内外間の距離を示すものである。

さて、この様に破砕室内における岩石等の圧密層状の流
動状態を維持するとともに、岩石等の破砕機通過量を大
なるものとするためには運動偏差量ｅとの関係を考慮し
て出口開口１４の間隙Ｃをマントル１２の下部直径りの
０．０１５〜０．０３の範囲、あるいは、破砕室長さＨ
の０．０２５〜０．０５の範囲に設定することが必須の
要件となり、この下限値を逸脱する場合には出口開口１
４の間隙が過小となり、岩石等の破砕機通過量が小さく
なり、所期の目的を達成し得す、のみならず、破砕機の
操業が不安定となり、また、その上限値を逸脱する場合
は、層状の圧密流動状態を再現し得ず、後述するマント
ル１２の偏心旋動運動による岩石等に対する充分な圧縮
荷重を付与せしめることが不可能となる。

このようにして出口開口１４の間隙が設定され破砕室１
３内を落下流動する圧密層状の岩石等に対して破砕を生
起せしめるには、前述するように、マントル１２の旋動
運動による圧縮時に破砕室１３内において岩石等に充分
な嵩密度と高い圧縮比を与えることにより破砕を行い得
るのであって、かかる層状の岩石等に対して破砕にたる
充分な圧縮荷重を付与するためにはマントル１２の偏心
旋動に伴なう運動偏差量ｅは従来のそれと比較して大き
なものとなり、その最少量ならびに破砕機の機械構造上
から許容される運動偏差量ｅはマントル１２の直径りの
０．０３〜０．０６範囲に設定する必要がある。

上記のように出口開口１４の間隙Ｃおよび運動偏差量ｅ
が決定されるが、本発明にいう破砕をなさしめるには破
砕室１３における岩石等の流動状態が問題となる。

即ち、破砕室１３における岩石等に対して圧縮荷重をよ
り有効に層の相互間に伝播するためには、破砕室１３に
おいて岩石等が密に充填された流動状態を形成すること
が要求され、このためには破砕室１３に対する岩石等の
供給量を充分に行なうことである。

この岩石等の供給量は破砕機通過（Ｔｏｎ／Ｈｒ）に見
合うものであり、従って、破砕機寸法と前述せる出口開
口の間隙Ｃ１運動偏差量ｅから一義的に計算され、この
破砕機通過量にほぼ等しい量を供給量として連続的また
は間けつ的に供給することにより、破砕室１３における
岩石等の充填状態が維持形成されることになる。

かかる出口開口間隙、運動偏差量、岩石等の供給量の３
つの条件が満足することによって初めて岩石等の破砕を
なし得るもので、第２図に示すようにマントル１２の偏
心旋動運動による圧縮仕事量、いいかえると、岩石等に
対する圧縮荷重は層状をなす岩石等相互間で伝播し、そ
の結果、強度の低い岩石等から破壊を生起し、破砕室１
３内においてこれが繰り返されることによって、所要製
品まで破砕される。

さらに詳述するならば、岩石等の破砕機構の理解を容易
にするためにマントル１２のコーンケープ１１に対する
旋動運動をショークラッシャと同様の直接的な往復揺動
運動として（理論的には同一のものと見做（ッ得るもの
である。

）さらに、破砕室１３を軸方向に一部分断面として、ま
た、破砕室１３をその破砕室長さＨ方向に１〜■の複数
領域に分割して説明を加えるに、マントル１２が運動偏
差量ｅでコーンケープ１１より離間した位置から徐々に
前進を開始すると、破砕室１３内における岩石等は徐々
に嵩密度を増加するとともに、破砕室１３内において円
周方向に流動する傾向を見せるが、破砕室１３内に供給
される岩石等が極めて多量なものである関係上、円周方
向には一種の拘束状態が生じ、マントル１２による圧縮
仕事量はそのほとんどが岩石等に対する圧縮荷重となり
この圧縮荷重は岩石等の相互間に伝播されることになる
。

かかる意味において出口開口１４の間隙Ｃを大きく設定
し、岩石等の供給量を増大させることの意義が存在する
。

岩石等がマントル１２の旋動運動により嵩密度が増加し
、岩石等の相互間に圧縮荷重が伝播すると岩石等は破壊
強度の低いものから破壊が進行し、また破壊された岩石
等はその圧縮荷重を受ける領域における荷重の伝播部材
として作用し、マントル１２が図中仮想線で示されるよ
うに最もコーンケープ１１に接近せる位置となるまで岩
石等は層状のまま圧縮されることになる。

本発明者等はかかる現象を層圧縮破砕と名づけた。

この層圧縮破砕は、破砕室１３内の１〜■に示される領
域同時になされるものであるが、その各領域毎に岩石等
の破砕状況、いいかえるならば粒度あるいは寸法は破砕
の進行に伴って変化するものである。

このように破砕室１３内を圧密状態で落下流動する岩石
等に対し、充分な圧縮荷重を付与するにはマントル１２
の運動偏差量ｅとして前述せる特定範囲が要求されるこ
とになり、また、その範囲が必須不可欠のものである。

マントル１２が図中仮想線で示される位置から実線で示
される位置に後退を始めると、第３図における交叉斜線
で示される体積まで圧縮され、最高の嵩密度まで高めら
れ破砕された１〜■で示される各領域における岩石等は
、マントル１２の後退に伴って、各領域直下の領域に鉛
直方向に同時的あるいは連続的に落下流動することにな
り、全体として岩石の圧密層状の落下流動状態を呈する
・Ｆことになるが、この場合においてもマントル１２の
運動偏差量ｅが小さい場合にあっては、層形成のために
必要な岩石等の落下体積を保障し得ないことが確認され
、このような観点からもマントル１２の運動偏差量ｅは
前述せる範囲に限定されるべきものである。

岩石等は破砕室内において、１〜■の領域を漸次落下流
動する過程において破砕が行なわれ、出口開口１４を通
って破砕機下方に落下し、この破砕機を通過せる岩石等
を適宜篩い分けし、所要の製品寸法以上のものは再度破
砕機に戻して破砕を行う。

次に本発明に係る破砕方法と従来の破砕方法によって岩
石等の破砕実験を行った結果を下表に示す。

本発明方法の実験データをグラフ形式でもって第５図に
示し、本発明方法の利益を理解する一助とする。

この実験における前提条件すなわち岩石等の種類、岩石
等の大きさ、岩石等の含水率、破砕機の型式、マントル
直径、回転数は上表と同一条件である。

同第５図において縦軸は製品生産量（Ｔｏｎ／）Ｉｒ）
、横軸は出口間隙／マントル直径、パラメータは運動偏
差量／マントル直径を示す。

同第５図中イ２口、ハおよび二は上表に示した本発明方
法（１）、同（２）、比較例および従来方法のデータを
示す。

またホは運転限界点（この種クラッシャにおいては見掛
密度／真密度が概ね８０係程度以上にわたっては圧縮が
不能となり、クラッシャの運転が不能となる。

この限界をホに示す）を示す。

更に図中ハツチングの範囲が本発明の範囲を示す。

ここで、イ〜ホ以外の実験結果の各点はグラフを認識し
易くするためにあえてプロットしない。

同第５図中破線で示す範囲内で従来はこの種破砕機が運
転されていたことを示す。

この実験結果からも明らかなように、従来の破砕方法と
比較するに本発明の破砕条件は従来の破砕方法における
概念からすれば極めて顕著な差異を有し、それにもかか
わらず製品生産量は８５．８Ｔｏｎ／）（ｒと従来の製
品生産量に比し６倍にも達しその効果の大きなことが理
解されよう。

また、比較例と比較してもその製品生産量において本発
明は格段に優れたものであり、特に注目すべきことは破
砕条件の設定において本発明にいう条件全てを満足せざ
る場合にはその効果が達成できない点である。

尚、この実験によって得られた破砕製品の形状について
も、本発明は立方形に近いものが製出されるということ
が判明したが、その他の場合にはその含有率は低いもの
であった。

前述の説明は破砕機としてコーンクラッシャを用いた場
合について説明を行ったが、これは説明の便宜上なされ
たものであり、ショークラッシャの場合においても同様
の効果を達成し得るものであることが確認されている。

即ち、ショークラッシャによる破砕原理は、コーンクラ
ッシャにおける一断面におけるマントルとコーンケープ
の関係と相似のものであり、ショークラッシャにおいて
はその破砕条件の設定に際しては破砕室長さく第４図の
Ｈ）が基準となり、具体的には出口間隙をこの破砕室長
さの０．０２５〜０．０５の範囲でかつ破砕運動体（噴
板）の運動偏差量を同破砕室長さの０．０５〜０．１の
範囲に保持することが必須となる。

また、本発明方法にあってはその破砕機構が層圧縮現象
による関係上、従来破砕が非常に困難とされ、あるいは
、製品生産量の低下を犠牲にせざるを得ない湿潤状態の
岩石等あるいは、粘結性の高い岩石等の破砕に対しても
極めて高い効果を有することが確認された。

以上から明らかなように、本発明に係る破砕方法によれ
ば、破砕機の出口間隙、運動偏差量を設定することによ
って効果的な破砕現象を付与し、破砕機の能力、即ち、
単位時間当りの製品生産量を飛躍的に向上せしめること
が可能となり、この結果、岩石等の破砕コストを低減せ
しめるとともに、一方においては大量の破砕量を処理し
得ることを可能とし破砕機の設置台数を削減し得る道を
開き、岩石等の破砕プラントの設備コストを低減せしめ
得る等、その奏する効果は産業上寄与するところ極めて
犬なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のコーンクラッシャにおける破砕状態を示
す部分断面説明図、第２図は本発明に係る破砕方法を実
施する場合における同コーンクラッシャによる破砕状態
を示す部分断面説明図、第３図は同拡大説明図、第４図
は本発明破砕方法をショークラッシャに適用する場合に
おける破砕状態を示す部分断面図、第５図は本発明方法
の実験データをグラフ形式で示した説明図である。 図において、１０はコーンクラッシャ、１１はコーンケ
ープ、１２はマントル、１３は破砕室、１４は出口開口
を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 固定体と破砕運動体間に形成される破砕室に破砕物
   を供給しつつ、破砕運動体の運動により被破砕物に周期
   的に圧縮荷重を付与する形式のショークラッシャあるい
   は旋動型破砕機等の破砕機において、破砕機の出口間隙
   をショークラッシャにあっては破砕運動体の破砕室長さ
   の０．２５〜０．０５の範囲で、また旋動型破砕機にあ
   っては破砕運動体直径の０．０１５〜０．０３の範囲に
   設定し、かつ破砕機における破砕運動体の運動偏差量を
   ショークラッシャにあっては破砕室長さの０．０５〜０
   ．１の範囲で、また旋動型破砕機にあっては破砕運動体
   直径の０．０３〜０．０６に設定するとともに、破砕室
   内において被破砕物が圧密状態となるように被破砕物を
   連続的に供給しつつ破砕を行なわせることを特徴とする
   岩石または鉱石等の破砕方法。