JPS5827983B2 - 高速流体磨砕および分散ミル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の要約 流体用の連続高速磨砕および分散ミルならびに選別機を
開示する。

ミルは、高流速を可能とし、したがって冷却を必要とし
ない。

これは密閉容器からなり、この容器のほぼ中央における
環状摩耗リングと、容器のほぼ中央に終端して容器中に
延在する垂直軸を中心として回転しつる軸と、摩耗リン
グ内で回転する軸の端部に取り付けたインペラとを備え
、このインペラはその周辺部に複数の剪断羽根を備えた
円盤の形態であって羽根と摩耗リングとの間に高剪断域
を形成する。

垂直軸線上のインペラ直下に容器内に入口を設けると共
に、垂直軸線上のインペラの直接上方の所定高さに位置
して容器内の出口を設け、かくして入口から出［］への
流体の流れは高剪断域を通過する。

軸とインペラとを回転させる手段を設ける。

本発明は、一般に流体物質を磨砕し、分散させかつ選別
するための装置に関するものである。

さらに、詳細には、本発明は、たとえば顔料のような高
固形分組成物を連続的に脱凝集かつ分散させ、スラリを
磨砕して粒子の寸法を減寸させる装置に関するものであ
る。

この装置は、また、粒子寸法を変化させることもできる
。

均質混合物、エマルジョンなどを磨砕しまたは分散させ
るため、各種の装置が当分野で周知されている。

磨砕の場合、この種の装置にはボールミル、ローラミル
、振動ミル、音波Ｆｕ拌機、ホモゲナイザー、ミキサー
などが包含される。

物質を分散させるための一装置が米国特許第３６３８９
１７号明細書にオステンにより開示され、この場合物質
を常に動的な中心湾曲した通路に通し、そこでこの物質
を高剪断作用の領域にかげることにより。

物質の接続的高剪断分散方法が得られる。

オステンの装置は選別機として作用しない。

これには大した特徴がなく、磨砕の強さはインペラの速
度を変化させてしか変えることができない。

さらに、この装置は、仕上げ二酸化チタンスラリーなど
に使用するには、余り多くの熱を発生し過ぎ、低能力し
か有しない。

本発明の目的は、流体物質用の高能力連続高速磨砕およ
び分散ミルを提供することであり、物質は高剪断域を１
回通過し、しかも高剪断域中のこの一回の通過のみで、
高固形分組成物を分散過程の後にも二酸化チタン顔料ス
ラリーが沈降しなくなるような程度まで脱凝集および分
散させるのに充分である。

このミルは、放出する粒子寸法の変化を可能にする可変
出口を備え、したがってこのミルは選別機として作用さ
せることができる。

この装置はほんの少量の熱しか発生せず、ミルを流過す
る際このミルを冷却するための何らの冷却用ジャケット
も必要としない。

高速性能は、短時間で大量の流体物質をミルに通すこと
を可能にする。

さらに、ミル自身はその能力のわりに寸法が小さく、解
体が容易であり、自動排液性でありかつオステンの装置
とは異なって一面においてのみ湾曲した側部を有し、し
たがって−二−二面において湾曲した側部を有するミル
に比べ、安価に製作できる。

このミルは標準的かつ市販の装置を使用し、空気をスラ
リ中に入れることがない。

また、汚染も最少限まで減少する。

本発明は、流体用の連続高速磨砕および分散ミルおよび
選別機を提供し、この装置は密閉容器のほぼ中央に環状
摩耗リングを備えた前記容器と、この容器のほぼ中央に
終端して容器中に延在する垂直軸線を中心として回転し
つる軸と、摩耗リング内で回転するのに適する軸の端部
に取り付けたインペラとを含み、インペラはその周辺部
に複数の剪断羽根を備えた円盤の形態であって羽根と摩
耗リングとの間に高剪断域を形成し、装置はさらに垂直
軸線上のインペラ直下における容器中の入口と、垂直軸
線上のインペラの直接上方に所定高さで位置する容器中
の出口とを備えて入口から出口への流体の流れが高剪断
域を通過するようにし、さらに軸とインペラとを回転さ
せる手段を備える。

本発明の好適具体例において、出口の所定高さをインペ
ラの上方で変化させて、ミルから出る流体の粒子寸法を
調節することができる。

したがって、ミルから出るスラリーの性質を、工程の要
求に合致するよう調整することができる。

他の具体例において、軸は下方に容器中へと延在し、出
［Ｊは１軸の周りに位置する。

さらに他の具体例において、容器の頂部は円錐形状を示
して出口を備え、この出口は管状であってインペラの上
方において可変高さを右しつつ容器の内部へと下方に延
在し、容器の底部は逆円錐形状を示して入口を備え、こ
の入口は管状であって容器の内部へと上方に延在する。

容器は着脱自在な環状摩耗リングを備えることができる
。

−具体例において、羽根と摩耗リングとの間の高剪断域
の幅は約２．５４〜７．６２ｃＴＬの範囲であり、ミル
を通る流体流速は毎分約２６．４．９〜４１．６４１の
範囲である。

他の具体例においてインペラは、毎分約１．４３〜３．
４４ｋｍの範囲の周速をもたらすように回転する。

以下、添付図面を参照して本発明を実施例につきさらに
説明する。

高速磨砕および分散ミルの一実施例を第１図に示す。

容器は軟鋼またはステンレス鋼から加工され、円錐状の
頂半部１０を有して容器の内部へと下方に延在する管状
出口１１を備えると共に、頂半部１０内において異なる
高さ位置に調整することができる。

頂半部１０は、底半部１２に結合され、半部１０と１２
との間に環状摩耗リング１３を備える。

容器の底半部１２は逆円錐状であって容器の内部へと上
方に延在する管状の入口１４を備える。

排液穴１５を設けてこれを管状人口１４を画成する壁部
中に貫通延在させ、それにより、高速度の磨砕および分
散が行なわれていない際スラリーを容器の下半分から排
液しうるようにする。

頂半部１０と底半部１２とはフランジ１６により接続さ
れ、かくして容器は保守および清浄目的で容易に分離す
ることができる。

特殊手動ナツト１８を備えたボルト１７により、二つの
半部１０と１２とを合体させる。

ナツト１８をゆるめれば、ボルト１７をピボット位置１
９を中心として旋回させることができ、容器の底半部１
２を頂半部１０から降下させることができ、かくして摩
耗リング１３を点検し、必要に応じて交換することがで
きる。

回転軸２０が頂部から下方へ管状出口１１中を通して容
器のほぼ中央へと摩耗リング１３内の頂半部１０と底半
部１２との間まで延在し、この軸２０の端部にインペラ
２１を装着する。

インペラ２１は円盤の形態であって周辺部に複数の羽根
２２を有し、摩耗リング１３内で軸回転する。

羽根２２と摩耗リング１３との間の空間は高剪断域２３
であり、流体物質またはスラリーがこの領域２３を通過
し、ここで分散および磨砕が起こる。

一実施例において、容器中に使用されるインペラ２１は
市販の「カラレス・ノ・イーシャ・ディスク」であって
、これを軸２０に取り付け、変速駆動の電動モータ（図
示せず）により駆動させる。

インペラの周速すなわち先端速度は好ましくは毎分１．
４３〜３．４４ｋｍの範囲であり、翼羽根の先端と摩耗
リング１３との間の高剪断域２３は好ましくは約２．５
４〜７．６２ＣｒｒＬの範囲である。

高剪断域２３０面積は、異なる寸法のインペラ２１を挿
入するか或いは異なる内径の摩耗リング１３を挿入する
ことにより変化させることができる。

海山チャンバ２４と排出パイプ２５とを設けて分散スラ
リーを供給槽または貯蔵槽に供給することができる。

インペラ２１下方における入口１４の高さは、スラリー
中の粒子の磨砕に影響を与えることができる。

入口１４がインペラ２１の直ぐ下で終端すれば、最大の
磨砕が起こる。

入口がそれより下がれば、磨砕は低下するがスラリー中
の集塊は破壊される。

高剪断域の面積が小さげれば容器中のスラリーに対し磨
砕が起こり、この面積が大きくなれば磨砕が少なくなっ
て分散が多く起こり、高剪断域を通過する流体に対しよ
り少ないエネルギーが伝達される。

出口１１の高さは、ミルから出る所要粒子寸法に応じて
変化させる。

すなわち、出口１１の位置は、ミルを選別機として作用
させる。

出口１１の高さを下げれば、インペラ２１のバフ２１Ａ
にまたがって出口面積を減少させる。

これはミルを通る流れに制限をもたらし、その結果ミル
内の粒子に対し磨砕がより多く起ってより小さな粒子寸
法まで磨砕される。

出口１１を容器１０内で高めれば、インペラノ・ブ２１
Ａが出口１１の外部に出るので出口直径が増大してミル
を通る流れも増大させかつ磨砕がより少なくなり、した
がって粒子寸法がより大きくなる。

容器１０内の種種異なる位置に出口を位置決めすること
により、ミルから出るスラリーの粒子寸法を変化させる
ことができる。

一実施例において、入口１５０面積は、出口がインペラ
バブ２１Ａにまたがるその最低位置にある時でさえ、出
口１１の面積より小さく、したがって加熱を惹起しうる
ようなミル内での圧力蓄積は殆んどまたは全く生じない
。

仕上げ二酸化チタン顔料の場合、加熱は有機分散剤の破
壊をひき起こす。

容器の製作材料は、好ましくは軟鋼またはステンレス鋼
である。

環状摩耗リング１３も、軟鋼またはステンレス鋼から作
ることができる。

摩耗リングは、たとえば炭化タングステンのような硬質
耐摩耗材料で被覆することもでき、または成る場合には
セラミック挿入体であってもよい。

軸２０は、好ましくは変速駆動の電動モータにより駆動
される。

インペラ２１は好ましくは標準のカラレス型ディフュー
ザーブレードであり１円盤のどの側にも隣接羽根を有す
る円盤である。

円盤上方における羽根の高さは、所要の磨砕程度に応じ
て変化させることができる。

円盤の各側における羽根をより高くすれば、ミル中での
磨砕が増大する。

操作する場合、高固形分スラリーを入ロパイフ１４中に
連続的に供給し、スラリーはインペラ２１直下の軸２０
の垂直軸線に沿って流出する。

スラリーが外方に移動するにつれて、これは容器内で高
速回転しているインペラの遠氾・力によって捕えられる
。

充分小さい粒子は高剪断域２３を上方に流過し、より大
きい粒子はミルの外方に飛ばされて容器の底部に戻り、
そこで旋回した後、摩耗リング１３に近接して高剪断域
２３を上方へ通過する。

スラリーは、インペラ２１と羽根２２との遠心力により
激しく攪拌されて高速度で回転する。

より大きい粒子は容器の外方に保たれる傾向があり、成
る場合には高剪断域２３中に再落下することができる。

出口１１は渦流を形成させて、スラリーが頂半部１０の
円錐側部を舞い上るようにする。

出口がその最高位置にあれば、容器は選別機として低効
率を示すが、スラリー中の集塊を破壊する。

出口１１がその最低位置にあれば、容器は選別機として
最大効率を示し、より大きな粒子は高剪断域に戻って破
壊される。

容器は完全に密閉されて、排気部を必要としないので、
空気がスラリーと混合されることはない。

装置を清浄する必要がある場合、これは特殊手動ナツト
１８をゆるめて容器の両半部１０および１２を清浄する
ことにより行なうことができる。

インペラ２１の周速は、処理される特定物質に合わせて
軸２００回転速度を変えることにより変化させることが
できる。

被覆された二酸化チタン材料の場合、インペラの周速が
遅過ぎると、スラリー中で充分な分散が生じない。

周速が早過ぎると、被覆が二酸化チタン顔料から剥離す
ることがあり、許容することができない。

一つの特定実施例において、直径２９．５３ＣＴＬのイ
ンペラにつき、羽根先端と摩耗リングとの間の高剪断域
の距離を６．１９ｃｍとして試験した。

インペラの周速は毎分２．４２ｋｒｎであった。

実験用の物質は仕上げ顔料を含有する高固形分スラリー
とし、顔料用途に応じて一つの場合には少なくとも６３
％固形分に調整し、他の例では少なくとも７６％に調整
した。

各試１験の間、ミルスラリー〇試料を採取して色／色調
、着色力につき試験し、スラリーが集塊を含有しないこ
とを確かめた。

完全な均質化がスラリーに生じたことが明らかであり、
比較試験は得られるスラリーの性質が乾燥状の仕上げ顔
料より良好でないにしろ同等であることを示した。

スラリーの流動学的性質も優秀であった。流速を毎分２
６．４９〜４］、、６４１稈度にすると、ミルを通過す
る温度差が約７．２２℃となることが見出された。

この温度差は、より多い処理量の場合、スラリーがミル
中で冷却剤として作用するため減少した。

この高スラリー流速は毎日１００１−ンまでの固形物を
ミルで処理することなり能にする。

本発明の範囲を逸脱することなく、このミルに対し種々
の変更をなしうろことが、当業者には明白であろう。

容器の頂半部と底半部との円錐角は、特定流れおよび選
別機要求に応じて選択することができる。

成る場合には、ミルの下半分を囲繞する冷却ジャケット
を設けることが望ましい。

ミル自身をセラミック材料で作って、付加的な摩耗特性
を与えることもできる。

摩耗リンク半身は容易に交換可能であり、また成る場合
には容器と一体的に作ることもできる。

或いは、特殊被覆を容器の全内側に施こして摩耗を減ら
すこともできる。

【図面の簡単な説明】

図面は、連続高速磨砕および分散ミルの一実施例の断面
正面図である。 １０・・・・・・頂半部、１２・・・・・・底半部、１
３・・・・・・摩耗リング、１４・・・・・・入［」、
１５・・・・・・排液穴、１６・・・・・・フランジ、
１７・・・・・・ボルト、１８・・・・・・特殊手動ナ
ツト、１９・・・・・・ピボット、２０・・・・・・軸
、２１・・・・・・インペラ、２１Ａ−・・・・・）・
ブ、２２・・・・・・羽根、２３・・・・・・高剪断域
、２４・・・・・・濡出チャンバ ２５・・・・・・排
出パイプ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 容器のほぼ中央に環状摩耗リングを備える容器と、 容器のほぼ中央に終端して容器中に延在する垂直軸線を
   中心として回転しうる軸と、 摩耗リング内で回転する軸の端部に取り付けられかつ周
   辺部に複数の剪断羽根を備えてこれら羽根と摩耗リング
   との間に高剪断域を形成する円板状のインペラと、 垂直軸線上のインペラの直下に位置する容器内の入口と
   、 垂直軸線上においてインペラの直接上方に所定高さで位
   置して入口から出口への流体の流れが高剪断域を通過す
   るようにした容器内の出口と、軸およびインペラを回転
   させる手段とを備えることを特徴とする流体物質を連続
   的に磨砕、分散および選別するための装置。 ２ 軸の容器中へと下方に延在かつ出口が軸の周囲の位
   置決めされている特許請求の範囲第１項記載の装置。 ３ 容器の頂部が円錐形状を有して管状かつ容器内へと
   下方に延在する出口を備え、容器の底部が逆円錐形状を
   有して管状かつ容器中へと上方に延在する入口を備える
   特許請求の範囲第２項記載の装置。 ４ 人口をインペラ下方において可変距離に設定するこ
   とができ、かつ排液穴を備えて流体がミル中に残存する
   のを防止する特許請求の範囲第３項記載の装置。 ５ 出口の所定高さをインペラの上方において可変距離
   に設定しうる特許請求の範囲第２項記載の装置。 ６ 羽根と摩耗リングとの間の高剪断域の幅が約２．５
   ４〜７．６２ＣｒｆＬの範囲である特許請求の範囲第１
   項記載の装置。 ７ ミルを通る流体の流速が毎分約２６．４９〜４１．
   ６４．ｇの範囲である特許請求の範囲第１項記載の装置
   。 ８ インペラの周速が毎分約１．４３〜３．４４ｋｍの
   範囲である特許請求の範囲第３項記載の装置。 ９ ミルを流る流体の少なとも６０％の固形物を含有す
   る特許請求の範囲第１項記載の装置。 １０ 環状リングが着脱自在である特許請求の範囲第
   ２項記載の装置。 １１容器の内側と摩耗リングとが耐摩耗性材料で被覆さ
   れている特許請求の範囲第２項記載の装置。