JP5931349B2 - 竪型ローラミル - Google Patents

Description

本発明は、円周方向に回転する回転テーブルと、回転テーブル回転方向に間隔をあけてテーブル上の定位置に配置された複数の竪型ローラとの組合せからなる竪型ローラミルに関し、より詳しくは、石炭や石油コークスの微粉砕、石灰石のような粉砕微粉が粉砕面に付着しやすい原料の粉砕などに適した万能の竪型ローラミルに関する。

発電用ボイラーとしては、未だに石炭や石油コークスを燃料とするものが多用されている。それは燃料コストが安いこと、発電量の調節が容易なことなどが理由であり、発展途上国である中国等では勿論のこと、我が国でも発電量の相当部分を石炭、石油コークスに依存している。しかしながら、石炭、石油コークスには二酸化炭素の排出量が多いという大きな欠点がある。

日本は世界に向かって１９９０年度の二酸化炭素の排出量の２５％を２０２０年度までに削減すると公約した。この公約は、達成するのに国民、産業界が大きな責務を負担しなければならない極めて困難な数値であるが、公約したからにはその目標に向かって邁進しなくてはならない。そのためには発電用ボイラーで使用される石炭、石油コークスからの二酸化炭素の発生量を抑制することも大変重要な対策となる。

すなわち、発電用燃料としての石炭や石油コークスの使用は二酸化炭素の排出量が非常に多いことから、二酸化炭素の排出に関しては諸悪の根源のような評価を受けている。しかしながら、化石燃料の中でも石炭に関して、この使用を直ちに停止することは資源の無い我が国にとって不可能である。少なくとも原子力発電やクリンーな代替エネルギーが準備されるまではその経済性や利便性、埋蔵量が豊富で枯渇し難いことから使用を中止することはできない。

従って、これら化石燃料から排出される二酸化炭素量を如何に少なくコントロール出来るかが今後の技術的重要課題であり、この課題解決のために新たな技術開発が行われることが非常に重要なテーマとなる。そして、その一環として考慮に値するのが、ボイラーに供給する石炭、石油コークスの粉砕段階での微粉化、これによる二酸化炭素発生量の低減である。もとより、１台の粉砕ミルで果たす削減効果は微々たるものはあるが、全世界を見ると使用台数は数え切れない程多数あり、これを総合すると莫大な二酸化炭素排出量の削減に貢献することが可能である。先進国、とりわけ技術立国である我が国においては、粉砕ミルでの微粉化に率先して取り組むことが使命であり、責務であると考えられる。

本発明者は、早くからこのことに着目して粉砕ミルにおける微粉化対策に取り組み、大きな成果も挙げている。代表的な技術は、特許文献１及び２に記載されたローラ粉砕面形状の改良、とりわけスリットローラの開発である。スリットローラは、粉砕ローラの粉砕面である外周面に中心線方向（ローラ周方向に直角な方向）のスリット溝を周方向に所定間隔で形成したものである。その使用により、竪型ローラミルの分野では既存ミルに比べ、粉砕物の噛み込み性を改善し、微粉化率の向上を達成した。

すなわち、火力発電所の場合、石炭粉砕粒度は現状において２００メッシュ通過、７５％が平均的であるが、この粉砕粒度を更に小さくし、２００メッシュ通過、７５％オーバーの微粉が従来ミルに比べ多量に採取出来るようにすることにより、ボイラーでの燃焼効率を向上させ、結果として完全燃焼を可能とし、二酸化炭素の排出量の減少に貢献することに成功した。

また、製鐵所の高炉で銑鉄が生産されるが、鉄鉱石を還元、溶解するために多量のコークス還元ガスが生成使用されるが、コークスは高価な粘結炭から生産されるので非常に高価であり、その使用量を低減するために高炉羽口より安価な微粉炭を吹き込んでコークス消費量を減少させ銑鉄生産コストを低減している。

本発明者が開発したスリットローラは、高炉微粉炭吹き込み設備にも多数採用されており、コスト低減に大きく貢献している。某製鉄所においては、そのコスト低減効果は年間６〜７億円にも達していると言われている。２００メッシュを含む２００メッシュ以下の微粉の生産量が従来ミルに比べ約２０％以上増加することにより高炉燃焼効率が上昇し、より一層のコークス消費量の低減に貢献する。コークス消費量の低減は、換言すればコークス生産時に発生する二酸化炭素を削減することにもつながり、その削減に対して多大な貢献を果たす。

発電用ボイラーにおける石炭粉砕機としては、竪型ローラミルが多用されている。竪型ローラミルは、円周方向に回転する回転テーブルと、回転テーブル回転方向に間隔をあけてテーブル上の定位置に配置された複数の竪型ローラとの組合せからなり、回転テーブルの回転に伴って竪型ローラとの間に材料を噛み込み粉砕する。粉砕された材料は搬送気流により上方に気流搬送され分級機により分級され、必要とする粒度の石炭が捕捉されて後段へ搬送され、それより大きい粒度の石炭は再度ミル内部に返送される。

石炭粉砕用竪型ローラミルは、粉砕ローラの形状が台錐形型（単に台形型という）で、回転テーブル上面の環状粉砕部が水平面であるロッシェミルタイプと、粉砕ローラの外周面が回転方向に直角な面内で外周側に凸の方向に湾曲し、回転テーブルの上面にその粉砕ローラの外周面が嵌合する断面弧状の環状溝が形成されたタイヤ型タイプとに大別される。タイヤ型粉砕ローラは、更にその最大直径Ｄとタイヤ粉砕面の回転方向に直角な面における曲率半径Ｒとの比率が４．３以上の凸型タイヤ、４．３未満の偏平型タイヤとに２分される。市販されているタイヤ型ローラのＤ／Ｒを本発明者が調査したところ、前者の凸型タイヤの平均的なＤ／Ｒは４．５〜５．０であり、後者の偏平型タイヤの平均的なＤ／Ｒは３．８〜４．１の範囲にあったことから、両者の分岐点としてＤ／Ｒ＝４．３は妥当である。

スリットローラとは別に、本発明者はスクリューローラの研究も続けている。スクリューローラとは、ローラ周方向に対して傾斜した複数のスクリュー溝（螺旋溝）をローラ外周面に並列的に設けたものである（特許文献３、４）。ローラ軸と平行な方向（ローラ周方向に直角な方向）のスリット溝は、原料の噛み込み性能には優れているが、外部に飛散させる能力が著しく高い。一方、ローラ軸と直角な方向（ローラ周方向）の円周溝では、粉砕原料の噛み込み性能が得られない。これらに対し、スリット溝をスクリュー状とし、粉砕原料をテーブル中心側に掻き戻す方向に形成するならば、ローラとテーブルとの間に形成される粉砕空間において粉砕原料の挿入量が増加して、同じローラクリアランスの場合にもローラとの接触摩擦力が増大し、火力発電所における低負荷操業時等におけるミル振動が効果的に防止されることを期待できる。

しかしながら、竪型粉砕ローラの粉砕面全面に噛み込み性を向上させるスリット溝を形成した粉砕ローラにも、粉砕原料の移送性に優れたスクリュー溝を形成した粉砕ローラにも共通する課題の存在することが、本発明者による長年の経験、実験研究などから判明している。すなわち、スリット溝付きローラの場合もスクリュー溝付きローラの場合も、高硬度を持つ粉砕原料に関しては、極度の磨耗発生により、それが持つ優れた付加価値の有効利用を１００％発揮できない状況が生じるのである。

そして、石灰石のような付着性物質を粉砕する場合にも、スリットローラ、スクリューローラの如き溝付きローラが持つ優れた付加価値の有効利用を１００％発揮できない状況が生じることを本発明者は確認している。石灰石のような付着性物質を効率的に粉砕するために、回転テーブル表面の粉砕面に回転方向と交差するスリット溝を設けることは既に提案しているが、粉砕ローラは表面が平滑なフラットローラである（特許文献５）。

このような状況下で、本発明者は溝付きローラの有効性を最大限発揮させる方法を模索し続けていた。これが実現すればスリット溝付き粉砕ローラ、スクリュー溝付き粉砕ローラは如何なる粉砕材料、即ち発火性材料を除き、高硬度材料、高水分含有材料、付着、凝着性材料の総ての材料に対しても、その粉砕性の真価を如何無く発揮できる性能を持った竪型ミルローラの完成形を達成できるものである。

そこで、本発明者は基本に立ち返り、既存の粉砕ローラが果している真の機能、作用を解明し、根本的に新たな粉砕面の開発を行うことにした。そのために、本発明者は先ずスリット溝付きローラ及びスクリュー溝付きローラに共通する問題点を究明した。その結果、ローラ周方向及びローラ軸方向に関する次の２つの問題点が浮かび上がった。

第１の問題点は、粉砕ローラ粉砕面のローラ周方向（回転方向）における磨耗形態に関する問題である。詳細は以下のとおりである。硬い材料を粉砕する場合にスリット溝が早期磨耗を生じ易い大きな欠点が生じた。すなわち、従来はローラ粉砕面の全体にスリット溝を形成していた。このような粉砕ローラにおいて、柔らかい原料を粉砕した場合には、スリット溝を形成する軟質リブの磨耗が徐々に進行し、スリット溝が形成され始め、軟質リブ間に介在する耐摩耗硬化金属が歯車状に現出する。しかし、粉砕原料が柔らかいので、現出した硬化金属のエッジは磨耗を受けずにほぼ直角を保持し、その結果、優れた噛み込み性と耐摩耗性とを示して長期間に亘り、それらの効果や寿命を維持し満足した使用結果を与える。このように柔らかい原料を粉砕する場合には、スリット溝やスクリュー溝をローラ粉砕面の全面に形成しても、その効果を如何なく発揮すること事が出来た。

例えば、ＨＧＩが４５以下である石炭粉砕の場合や高炉スラグのスラグ粉砕においては、生産性の向上と長寿命化とに著しい効果を如何なく発揮することが出来た。

それに反し、非常に硬い粉砕原料を粉砕する場合、スリット溝を形成する柔らかいリブは早期に磨耗を生じて、短い期間で耐磨耗金属が歯車状に現れ、その耐摩耗性金属のコーナー部は硬い原料を効率的に粉砕して粉砕効率を向上させる反面、硬い原料により極端な磨耗を受けて鋭角な歯車形状が早期に山形形状に変化して行き、次第に粉砕効率が失われると同時に、極端な磨耗を発生して短期間で交換を強いる現象が発生した。その磨耗速度は、既存の円周巻き付け肉盛りローラに比べ極端に短い。

例えばセメント工場で使用されるセメント原料粉砕ローラの場合には、単位時間当たりの生産量は約２０％以上向上したが、寿命は既存の肉盛りローラの寿命に比べ半分以下となった。また非常に高硬度の珪石やセラミックス、風化していない高炉スラグ、アッシュを多量に含有している低品位炭などを粉砕する場合にも磨耗速度が極端に増大した。

これらの現象から、本発明者はスリット溝付きローラやスクリュー溝付きローラの使用寿命は、採用した耐摩耗性金属の耐摩耗性にのみ依存するのではなく、粉砕する粉砕面の形状にも大きく依存していると判断した。ある一例として数値解析を行った結果、同じ耐摩耗性を持つ硬化金属に関して、タイヤ型ローラで円周巻き付け肉盛りされた平滑粉砕面の場合に比べ、スリット溝付きローラにおける歯車形状のエッジ部が受ける面圧は約３倍に上昇する事が判明した。

一般に、磨耗はその磨耗面が受ける面圧のべき乗に比例すると言われているので、エッジが受ける磨耗は平滑面に比べ面圧の２〜４倍以上の磨耗を受けることが推測される。従って、硬い粉砕原料を粉砕する場合においても、スリット溝の高効率粉砕が発揮され、しかも同一耐摩耗性金属を使用した場合でも平滑粉砕面と同程度の寿命が確保できる新しい粉砕面を開発する必要性が急務とされる。

第２の問題点は、粉砕ローラ粉砕面のローラ軸方向における磨耗形態に関する問題である。すなわち、粉砕ローラの磨耗形状を詳細に観察すると、粉砕効率が低下して交換される段階における台形型ローラ粉砕面に関しては、太径側に深い磨耗溝が発生し、小径側はさして磨耗が発生していない形状を示した。タイヤ型ローラで曲率が小さい凸型ローラ（Ｄ／Ｒ＝５）では、台形型ローラと同じく、主に太径側に最大磨耗が発生する傾向を示し、タイヤ型ローラで曲率が大きい偏平型ローラ（Ｄ／Ｒ＝４）に関しては、小径側でより最大磨耗を発生する傾向を示した。

最大磨耗を発生する粉砕部は、全ローラ粉砕面の内で最も粉砕に寄与している部分であり、粉砕仕事量が最大の領域であり、この領域で微粉砕が主として行われていると判断できる。それ以外の粉砕面は、当然微粉の粉砕も行っているが、磨耗が少ないことからむしろ微粉砕を行うのではなく、回転テーブルの中央に供給された粉砕原料を遠心力とともに主粉砕面へ送り込む役割を果たす移送面であると想定された。この移送粉砕面は、最初に原料を噛み込む部分であり、大きな粒度を持つ原料を砕く働きが大きな目的でもあるが、この移送粉砕面における原料移送性を何らかの手段で促進すれば、微粉の粉砕性は格段に向上させることができると推測された。スリット溝を開発した段階では主として噛み込み性ばかりに重点を置いていたが、石灰石のよう付着性物質の粉砕において、ローラに付着を発生させないで有効粉砕する方法に効果があるスクリュー溝を開発して以後、粉砕面における原料移送性の重大性に気が付いた。

理論的にローラ粉砕面は、主として微粉砕を行う領域の主粉砕面と、原料を主粉砕面に送り込む領域の移送面との２つの粉砕面から構成されていると考えられた。個々の粉砕面毎に役割分担をより明確化することにより、如何なる種類の原料であろうとも確実に主粉砕面に原料を安定確実に移送できる。このことは、粉砕に要する無駄なエネルギーの浪費を減少させ、粉砕操業をより効率的に行える粉砕面の設計を可能にし、主粉砕面の磨耗対策にもなることを、過去から現在に至る永年の経験と試行錯誤に基づき認識することが出来た。

このように、粉砕面の重要な役割の一つは原料の移送性である。現状の平滑面ローラにおいては、実際のところ、その役割を果たしていないことが判明した。硬い粉砕原料や水分の多い粉砕原料を粉砕する場合、粉砕面が平滑面であることから、噛み込み性と移送性とに劣り、ローラがスリップを発生して粉砕機自体に大きな振動を発生させて操業を困難にし、その結果として、微粉の生産量が低下する。ローラのスリップや振動を抑制する為、ローラに対して過大な面圧を付加すると、ミルの軸電流が増加して大きな電力ロスを発生させる。

特許第１６１８５７４号公報 特許第２８６３７６８号公報 実開昭６３−１１１９３９号明細書 国際公開ＷＯ２００９／１５７３３５号明細書 特開２００９−１４２８０９号公報

本発明の目的は、粉砕ローラ粉砕面の周方向及び軸方向における問題を共に解決し、優れた粉砕能力を長期間維持し得る高性能で経済性に優れた竪型ローラミルを提供することにある。

理論的に考察して、微粉の生産性に最も重要な役割を果たす粉砕面は主粉砕面である。微粉の粉砕作用をより効果的にするためには主粉砕面にスリット溝やスクリュー溝等の余分な溝が存在しない方が、有効粉砕面積を増加させることにより微粉の粉砕効率が向上することは自明である。主粉砕面を平滑面に変えることが出来れば、当然、歯車形状の硬化金属エッジに過酷な摩耗を受ける特異現象が消失して、平滑面と同じように長寿命化が成就され、微粉生産量の増加を加味すれば一挙両得になる。これこそが完全な解決方法を提供する第一歩である。

しかし、主粉砕面を平滑面に変化させただけでは微粉の粉砕量の向上効果を得ることが出来ない。主粉砕面に対して連続して粉砕原料が安定供給されなければ、微粉の生産性を向上することが困難になる。従って、主粉砕面以外の粉砕面の補完作用が必要となり、その作用として如何なる種類の原料であろうとも確実に主粉砕面へ送り込む移送性がその補完作用として求められるのである。

粉砕面に多量の原料が送り込まれると、当然ローラとテーブル間に形成される粉砕室において原料層厚が厚くなり、原料同士の摩砕作用が顕著になり、微粉の生産性は向上する。ローラに対する負荷面圧が一定の場合、噛み込み量が増加すれば層厚が増加し、その結果、仕事量が増加するためにミルの軸電流は増加するが、微粉の粉砕量も増加するので、得ようとしたい粒度の微粉採取量で使用電力量を除して得られる電力原単位で比較すれば分母が大きくなればなる程、電力原単位が低下して省エネルギーに貢献するようになる。ローラ粉砕面積と電力消費量との相関性について言えば、ローラの表面積が増加すると、摩擦抵抗が増加することになり、電力量も増加する傾向があるので、主粉砕面は１００％の平滑面が必要であるので接触面積の減少は出来ないが、移送面は粉砕を主として行わないので溝を形成して接触面積を減少させる事が可能である。

竪型ローラミルにおいて、粉砕ローラは一つの粉砕面で微粉を主として粉砕する主粉砕面と、粉砕原料を主粉砕面に移送する粉砕面との２つの役割に分担して考えると、ローラの粉砕機能を非常に理解し易くなる。一例として、台形型ローラに関して考察する。微粉の粉砕を主として行う主粉砕面は太径側に位置しており、小径側はあくまで原料を太径側に移送する粉砕面として明白に粉砕域を２つに分けて説明できる。本来、粉砕作用はこのように明白に分けて行われているのでは無い。竪型ローラミルに関して、粉砕原料はミル中央から供給され、テーブル回転による遠心力でテーブル外方に追いやられ、その間において粗粒の原料がローラとテーブル間との間隙に噛み込まれテーブル外方に移行して行くに連れて、粗粒が細粒へと粉砕が段階的に進行するものである。当然、小径側においても微粉砕は行われているが、その頻度が太径側において非常に高く、小径側では粗粒の噛み込みが主として行われ、徐々に細粒に粉砕されつつ太径側に移送され、主粉砕域において微粉の粉砕が主として行われているのである。その証拠として、最も粉砕作用が激しい太径側の粉砕面が極端な磨耗域を現出しており、小径側はさして磨耗の進行が見られないのが現実である。

これらの事実、検証から、本発明者は一つのローラ粉砕面の中に微粉の粉砕を主として行う主粉砕面と、原料を主粉砕面に確実、安定的に送り込む原料移送面とがお互いに共存し、どちらが欠けても有効な粉砕効果が得られないことを理論的に、また経験的に導き出した。

また、付着性の少ない原料粉砕においては、噛み込み性を向上させるローラ軸と平行か４５度までの角度を持つスリット溝が有効であり、付着性が顕著な原料粉砕においては、ローラへの付着を減少させ、移送性を向上させる４５度以上８５度までの角度を持つスクリュー溝が有効であり、２種類の溝を含めることにより、総ての粉砕原料に対する粉砕性の向上が確立されることを粉砕実験により実証した。

このような検証結果を基礎として、本発明者は先に粉砕ローラの表面を主粉砕面とそれ以外の面とに分けて考え、主粉砕面を平滑面とする一方、主粉砕面以外の粉砕面にはローラ周方向に対して直角または４５度超の角度で傾斜したスリット溝、若しくはローラ周方向に対して４５度以下の角度で傾斜したスクリュー溝を形成したハイブリッド粉砕面構造の竪型ローラミル用粉砕ローラをＰＣＴ／ＪＰ２０１０／６２５４６号により提案したが、回転テーブルの粉砕面についても、同様に主粉砕面を平滑面とする一方、主粉砕面以外の粉砕面にはテーブル回転方向に対して直角または４５度超の角度で傾斜したスリット溝、又はテーブル回転方向に対して５度以上４５度以下の角度で傾斜したスクリュー溝を形成したハイブリッド粉砕面構造が有効なことを知見した。

本発明の竪型ローラミルはかかる知見を基礎として開発されたものであり、円周方向に回転する回転テーブルと、回転テーブルの回転方向（すなわち回転進行方向、以下同じ）に間隔をあけてテーブル上の定位置に配置された複数の竪型粉砕ローラとの組合せからなる竪型ローラミルにおいて、ローラ粉砕面が微粉砕を主として行う主粉砕面と主粉砕面以外の粉砕面とからなり、粉砕ローラの表面に対向する回転テーブル粉砕面のうち、粉砕ローラの主粉砕面に対向する回転テーブル側の主粉砕面が平滑面とされ、主粉砕面以外の回転テーブル粉砕面にはテーブル回転方向に対して直角または４５度超９０度未満の角度で傾斜したスリット溝、又はテーブル回転方向に対して５度以上４５度以下の角度で傾斜したスクリュー溝が形成されたハイブリッド粉砕面構造を回転テーブル側に有している。

本発明の竪型ローラミルにおいては、粉砕ローラの表面に対向する回転テーブル粉砕面のうち、粉砕ローラの主粉砕面に対向する回転テーブル側の主粉砕面が平滑面とされ、主粉砕面以外の回転テーブル粉砕面にはスリット溝やスクリュー溝が形成されたハイブリッド粉砕面構造が回転テーブルに付与されているので、スリット溝やスクリュー溝による移送性を残しつつ主粉砕面における有効粉砕面積率を１００％に高めることができ、その結果として回転テーブルの粉砕面にスリット溝やスクリュー溝を設けたことによる粉砕性向上効果を一層高めることができる。

主粉砕面以外の回転テーブル粉砕面に設ける溝の種類としては、噛み込み性にしろ原料移送性にしろ、粉砕ローラの粉砕面に設ける溝の種類の違いによるほどの影響度はない。このため、粉砕原料の種類による溝の種類は厳密である必要はない。石灰石の粉砕にスリット溝を使用してもよいし、スクリュー溝を使用してもよい。また石炭の粉砕にスリット溝を使用してもよいし、スクリュー溝を使用してもよい。石炭もレキセイ炭のように水分が多く付着性が大きいものもあるので、両者の区別は一層緩やかとなる。

一方、粉砕ローラの方に関しては、粉砕面に成形される溝の種類は基本的に限定せず、粉砕面全体を平滑面としてもよいが、粉砕性を高めるためには、粉砕原料の種類に応じた溝の種類の選択は重要となる。すなわち、粉砕原料に付着性が少ない場合、その粉砕面に噛み込み性を向上させるローラ周方向に対して大角度のスリット溝か、若しくは移送性を向上させるローラ周方向に近い角度のスクリュー溝を形成するのがよい。粉砕原料が付着性物質である場合には、ローラ軸に対して４５度以上８５度以下（ローラ周方向に対して５度以上４５度以下）の角度で傾斜するスクリュー溝を限定的に形成するのがよい。その理由は、溝角度がローラ軸と平行か若しくは４５度未満の角度では、噛み込み性が発揮され、ローラ表面に付着や転着を発生させ粉砕操業を困難にするので、噛み込み性が少なく移送性を発揮する溝角度が望ましく、具体的には４５度と８５度の間、特にその平均角度である６０〜７０度がスクリュー溝角度として望ましい。

また、粉砕ローラに３種類存在することは先に述べた。粉砕ローラの種類によって主粉砕面の位置は異なる。台形型ローラでは、大径部の粉砕面が主粉砕面となる。タイヤ型ローラでは、タイヤＲが大きい扁平型ローラの主粉砕面は、操業では両側の小径部の何れかに存在するが、反転使用を行うために磨耗上は両側の小径部に存在する。タイヤＲが小さい凸型ローラでは、操業上はタイヤ中央部（大径部）に主粉砕面が存在するので、反転使用が可能であるものの、磨耗上もタイヤ中央部（大径部）に主粉砕面が存在する。これらに伴って、回転テーブル粉砕面における主粉砕面の位置も、組み合わされる粉砕ローラの種類によって異なるものとなる。ちなみに、各粉砕ローラにおける主粉砕面とは、ローラ外周面のうち、最大磨耗量の２／３以上の磨耗を示す領域であり、ローラの軸方向長さで表して３０〜４０％の領域である。

好ましい粉砕ローラを列挙すると以下のとおりである。石灰石の粉砕には、石灰石が非常に柔らかく、ローラ磨耗が非常に少ないために、台形型ローラ、タイヤ凸型ローラ及びタイヤ扁平型ローラのいずれも有効性が高く、石炭の粉砕には、石炭は石灰石より硬く、ローラ磨耗が激しいので、コストメリットの観点から粉砕面の反転使用が可能なタイヤ凸型ローラ及びタイヤ扁平型ローラが特に有効である。

〔１〕台形型ローラであり、大径側の主粉砕面を含む粉砕面全体が、粉砕原料を内側から外側へ強制搬送する原料排出方向（すなわち排出促進方向、以下同じ）のスクリュー溝が形成された原料移送面である移送式台形型ローラ。
〔２〕タイヤ凸型ローラであり、中央大径部の主粉砕面を含む粉砕面全体が、粉砕原料を内側から外側へ強制搬送する原料排出方向のスクリュー溝が形成された原料移送面である移送式タイヤ凸型ローラ。
〔３〕タイヤ扁平型ローラであり、反転使用（すなわち当該ローラの取付け方向の変更）に伴って両側小径部に位置した両側の主粉砕面を含む粉砕面全体が、粉砕原料を外側から内側へ逆送する掻き戻し方向のスクリュー溝が形成された原料移送面である逆送式タイヤ扁平型ローラ。
〔４〕タイヤ扁平型ローラであり、反転使用（すなわち当該ローラの取付け方向の変更）に伴って両側小径部に位置した両側の主粉砕面を含む粉砕面全体が、粉砕原料を内側から外側へ強制搬送する原料排出方向のスクリュー溝が形成された原料移送面である移送式タイヤ扁平型ローラ。

本発明の竪型ローラミルは、世界的に見ても新規な粉砕理論に基づき、最も磨耗を受ける主粉砕面を平滑面にすることにより、スリット溝特有の極端な磨耗発生を回避でき、少なくとも平滑面が受ける磨耗と同一水準に改善出来ることと、更に有効粉砕面積を１００％に出来ることから、微粉の生産量の向上に貢献できる。

粉砕機の電力消費量に関しては、粉砕面の機能分担により、原料移送面の表面積を減少させて平滑面ローラに比べ接触面積を減少させることにより無駄に消費していた電力を減少することが可能である。

粉砕面形状に関し、長年、研究を継続してきた本発明者にとって、スリット溝とスクリュー溝の２形態を含めた包括的な粉砕面技術の完成形を確立することは一つの最終目標であり、なかでも特にスクリュー溝の作用効果をより一層高めることにより、実用界では見られないほどのさらなる優れた作用効果をもたらす粉砕面形状の完成形を開発することに成功した。その結果が上記の画期的な粉砕面形態である。

本発明の竪型ローラミルの基本構造を、台形型ローラ使用のロッシェミルについて示すミル主要部の正面図である。 本発明の竪型ローラミルに使用される粉砕ローラの正面図で、（ａ）は石灰石粉砕用台形型ローラ、（ｂ）は石灰石粉砕用タイヤ型扁平ローラ、（ｃ）は石灰石粉砕用タイヤ凸型ローラをそれぞれ示す。 本発明の竪型ローラミルに使用される回転テーブルの平面図で、（ａ）は石灰石粉砕用台形型ローラと組み合わされる回転テーブル、（ｂ）は石灰石粉砕用タイヤ扁平型ローラと組み合わされる回転テーブル、（ｃ）は石灰石粉砕用タイヤ凸型ローラと組み合わされる回転テーブルをそれぞれ示している。 本発明の竪型ローラミルに使用される別の粉砕ローラの正面図で、（ａ）は石炭粉砕用タイヤ扁平型ローラ、（ｂ）は石炭粉砕用タイヤ凸型ローラをそれぞれ示す。 本発明の竪型ローラミルに使用される別の回転テーブルの平面図で、（ａ）は石炭粉砕用タイヤ扁平型ローラと組み合わされる回転テーブル、（ｂ）は石炭粉砕用タイヤ凸型ローラと組み合わされる回転テーブルをそれぞれ示している。 テーブル溝形状を示す縦断側面図である。 実験用小型粉砕機の構成図である。

以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１に示した竪型ミルローラは粉砕ローラとして台形型ローラ１０Ａを使用するロッシェミルである。この台形型ローラ１０Ａは、周方向に駆動される水平な回転テーブル２０Ａ上に、周方向に等間隔で配置されている。回転テーブル２０Ａの中心部上に供給された粉砕原料が回転テーブル２０Ａの回転に伴って粉砕ローラとの間に噛み込まれ粉砕されて外周側へ排出されること、外周側へ排出された材料は搬送気流により上方に気流搬送され分級機により分級され、必要とする粒度の材料が捕捉されて後段へ搬送され、それより大きい粒度の材料は再度ミル内部に返送されることなどは周知のとおりである。

台形型ローラ１０Ａの外周面が粉砕面１１Ａである。粉砕面１１Ａは、大径側の主粉砕面１１Ａ′と、それ以外の副粉砕面１１Ａ″とに大別されており、主粉砕面１１Ａ′を含めた粉砕面全体に、複数条のスクリュー溝１２Ａがローラ軸方向に等間隔で形成されている。スクリュー溝１２Ａの傾斜方向は、回転に伴って粉砕原料を外周側へ積極的に移送する原料排出方向であり、その傾斜角度は、ここではローラ軸に対する傾斜角度θで表して６７．５度、ローラ周方向に対する傾斜角度では２２．５度とされている。台形型ローラ１０Ａの回転軸は、その外周面が、下方の回転テーブル２０Ａの表面と平行となるように傾斜している。

台形型ローラ１０Ａと組み合わされる回転テーブル２０Ａは、台形型ローラ１０Ａが対向する環状の外周部が粉砕面２１Ａである。粉砕面２１Ａのうち、台形型ローラ１０の主粉砕面１１Ａ′に対向する最外周部が主粉砕面２１Ａ′であり、副粉砕面１１Ａ″に対向する外周面（主粉砕面２１Ａ以外の粉砕面）が副粉砕面２１Ａ″である。そして、副粉砕面２１Ａ″には、テーブル回転方向に直角、若しくはその直角線に対して若干傾斜したスリット溝２２Ａが設けられており、主粉砕面２１Ａ′はスリット溝２２Ａもスクリュー溝も存在しない平滑面である。

回転テーブル２０における主粉砕面２１Ａ′を平滑面とすることにより、スリット溝２２２Ａによる原料移送性を残しつつ、主粉砕面２１Ａ′における有効粉砕面積率を１００％とすることにより、粉砕効率が劇的に向上することは前述したとおりである。

次に、本発明の竪型ローラミルに使用される粉砕ローラの種類について説明する。

図２（ａ）〜（ｃ）は石灰石の粉砕に適した粉砕ローラである。図２（ａ）の粉砕ローラは図１に示した台形型ローラ１０Ａであり、主粉砕面１１Ａ′を含む粉砕面１１Ａの全体に、複数条のスクリュー溝１２Ａがローラ軸方向に等間隔で形成されている。スクリュー溝１２Ａの傾斜方向は、回転に伴って粉砕原料を外周側へ積極的に移送して主粉砕面１１Ａ′に送り込む原料排出方向であり、その傾斜角度は、ここではローラ軸に対する傾斜角度θで表して６７．５度、ローラ周方向に対する傾斜角度では２２．５度とされている。

図２（ｂ）に示した粉砕ローラは、タイヤ型ローラで曲率が大きい扁平型ローラ１０Ｂ（Ｄ／Ｒ＝４）である。タイヤ扁平型ローラ１０Ｂでは、そのローラ１０Ｂの反転使用により、外周面の両小径側、すなわち両側部が主粉砕面１１Ｂ′，１１Ｂ′となり、中央部が副粉砕面１１Ｂ″となるが、ここにおける操業では、テーブル中心側の主粉砕面１１Ｂ′が機能上の主粉砕面となる。両側の主粉砕面１１Ｂ′，１１Ｂ′及び中央部の副粉砕面１１Ｂ″を含めた粉砕面１１Ｂの全体に、複数条のスクリュー溝１２Ｂがローラ軸方向に等間隔で形成されている。スクリュー溝１２Ｂの傾斜方向は、回転に伴って粉砕原料を外周側へ積極的に移送する原料排出方向であり、その傾斜角度は、ここではローラ軸に対する傾斜角度θで表して６７．５度、ローラ周方向に対する傾斜角度では２２．５度とされている。

図２（ｃ）に示した粉砕ローラは、タイヤ型ローラで曲率が小さい凸型ローラ１０Ｃ（Ｄ／Ｒ＝５）である。タイヤ凸型ローラ１０Ｃでは、外周面の大径側、すなわち中央部が主粉砕面１１Ｃ′となり、両側の小径側端部が副粉砕面１１Ｃ″，１１Ｃ″となる。中央の主粉砕面１１Ｃ′及び両側の副粉砕面１１Ｃ″，１１Ｃ″を含めた粉砕面１１Ｃの全体に、複数条のスクリュー溝１２Ｃがローラ軸方向に等間隔で形成されている。スクリュー溝１２Ｃの傾斜方向は、回転に伴って粉砕原料を外周側へ積極的に移送する原料排出方向であり、その傾斜角度は、ここではローラ軸に対する傾斜角度θで表して８５度、ローラ周方向に対する傾斜角度では１５度とされている。

主粉砕面１１Ａ′，１１Ｂ′，１１Ｃ′は、ローラ外周面の最大磨耗量の２／３以上の磨耗を生じる領域であり、主粉砕面１１Ａ′，１１Ｂ′，１１Ｃ′のローラの軸方向長さ、すなわち主粉砕面１１Ａ，１１Ｂ′，１１Ｃ′の横幅は、通常はローラ全幅の約３０〜４０％となり、ここでは１／３とされている。

これらの粉砕ローラに組み合わされる回転テーブルについて、図３（ａ）〜（ｃ）を参照して以下に説明する。

図３（ａ）に示した回転テーブル２０Ａは、図２（ａ）に示した台形型ローラ１０Ａと組み合わされるものであり、図１に示した回転テーブル２０Ａに対応している。回転テーブル２０Ａの表面のうち、台形型ローラ１０Ａが対向する環状の外周部が粉砕面２１Ａである。粉砕面２１Ａのうち、台形型ローラ１０の主粉砕面１１Ａ′に対向する最外周部が主粉砕面２１Ａ′であり、副粉砕面１１Ａ″に対向する外周部（主粉砕面２１Ａ以外の外周面）が副粉砕面２１Ａ″である。そして、副粉砕面２１Ａ″には、テーブル回転方向に直角なスリット溝２２Ａが設けられており、主粉砕面２１Ａ′はスリット溝２２Ａもスクリュー溝も存在しない平滑面である。

主粉砕面２１Ａ′の横幅（テーブル半径方向長さ）は、台形型ローラ１０Ａにおける粉砕面２１Ａの横幅に対応して、粉砕面２１Ａの横幅の３０〜４０％が適当であり、ここでは１／３とされている。

スリット溝２２Ａの断面形状は、特開２００９−１４２８０９号公報により提示した石灰石粉砕に適するテーブル粉砕面形状の一つであり、図６に示すように、テーブル表面に直角な凹溝形状ではなく、回転テーブル２０の回転方向下流側に位置するスリットエッジの角度（エッジ角度θ′）が鋭角、好ましくは９０度未満４５度以上となるように、テーブル表面に対して傾斜した鋭角エッジの傾斜溝形状であり、ここではエッジ角度θ′が６０度の６０度鋭角エッジの傾斜溝形状である。

図３（ｂ）に示した回転テーブル２０Ｂは、図２（ｂ）に示したタイヤ扁平型ローラ１０Ｂと組み合わされるものである。回転テーブル２０Ｂの表面のうち、タイヤ扁平型ローラ１０Ｂが対向する環状の外周部が粉砕面２１Ｂである。粉砕面２１Ｂのうち、タイヤ扁平型ローラ１０Ｂの当該操業での機能上の主粉砕面１１Ｂ′に対向する内周部分が主粉砕面２１Ｂ′であり、副粉砕面１１Ｂ″に対向する中央部分及び外周部分（主粉砕面２１Ｂ′以外の粉砕面）が副粉砕面２１Ｂ″である。そして、副粉砕面２１Ｂ″には、テーブル回転方向に直角なスリット溝２２Ｂが設けられており、主粉砕面２１Ｂ′はスリット溝２２Ｂもスクリュー溝も存在しない平滑面である。

主粉砕面２１Ｂ′の横幅（テーブル半径方向長さ）は、タイヤ扁平型ローラ１０Ｂにおける粉砕面２１Ｂの横幅に対応して、粉砕面２１Ｂの横幅の３０〜４０％が適当であり、ここでは１／３とされている。また、スリット溝２２Ａの断面形状は、テーブル表面に直角な凹溝形状である。

図３（ｃ）に示した回転テーブル２０Ｃは、図２（ｃ）に示したタイヤ凸型ローラ１０Ｃと組み合わされるものである。回転テーブル２０Ｃの表面のうち、タイヤ凸型ローラ１０Ｃが対向する環状の外周部が粉砕面２１Ｃである。粉砕面２１Ｃのうち、タイヤ凸型ローラ１０Ｃの主粉砕面１１Ｃ′に対向する中央部分が主粉砕面２１Ｃ′であり、副粉砕面１１Ｃ″，１１Ｃ″に対向する外周部分及び内周部分（主粉砕面２１Ｃ′以外の粉砕面）が副粉砕面２１Ｃ″，２１Ｃ″である。そして、副粉砕面２１Ｃ″，２１Ｃ″には、テーブル回転方向に直角なスリット溝２２Ｃ，２２Ｃがそれぞれ設けられており、主粉砕面２１Ｃ′はスリット溝２２Ｃもスクリュー溝も存在しない平滑面である。

主粉砕面２１Ｃ′の横幅（テーブル半径方向長さ）は、タイヤ凸型ローラ１０Ｃにおける粉砕面２１Ｃの横幅に対応して、粉砕面２１Ｃの横幅の３０〜４０％が適当であり、ここでは１／３とされている。スリット溝２２Ｃの断面形状は、テーブル表面に直角な凹溝形状である。

図４（ａ）（ｂ）は石炭の粉砕に適した粉砕ローラである。

図４（ａ）に示した粉砕ローラは、タイヤ型ローラで曲率が大きい扁平型ローラ１０Ｂ（Ｄ／Ｒ＝４）である。タイヤ扁平型ローラ１０Ｂでは、そのローラ１０Ｂの反転使用により、外周面の両小径側、すなわち両側部が主粉砕面１１Ｂ′，１１Ｂ′となり、中央部が副粉砕面１１Ｂ″となるが、ここにおける操業では、テーブル中心側の主粉砕面１１Ｂ′が機能上の主粉砕面となる。両側の主粉砕面１１Ｂ′，１１Ｂ′及び中央部の副粉砕面１１Ｂ″を含めた粉砕面１１Ｂの全体に、複数条のスクリュー溝１２Ｂがローラ軸方向に等間隔で形成されている。スクリュー溝１３Ｂの傾斜方向は、回転に伴って粉砕原料を外周側へ排出する原料排出方向であり、その傾斜角度は、ここではローラ軸に対する傾斜角度θで表して４５度、ローラ周方向に対する傾斜角度でも４５度とされている。

図４（ｂ）に示した粉砕ローラは、タイヤ型ローラで曲率が小さい凸型ローラ１０Ｃ（Ｄ／Ｒ＝５）である。タイヤ凸型ローラ１０Ｃでは、外周面の大径側、すなわち中央部が主粉砕面１１Ｃ′となり、両側の小径側端部が副粉砕面１１Ｃ″，１１Ｃ″となる。中央の主粉砕面１１Ｃ′及び両側の副粉砕面１１Ｃ″，１１Ｃ″を含めた粉砕面１１Ｃの全体に、複数条のスクリュー溝１３Ｃがローラ軸方向に等間隔で形成されている。スクリュー溝１２Ｃの傾斜方向は、回転に伴って粉砕原料を内周側へ返送する原料掻き戻し方向であり、その傾斜角度は、ここではローラ軸に対する傾斜角度θで表して４５度、ローラ周方向に対する傾斜角度でも４５度とされている。

主粉砕面１１Ｂ′，１１Ｃ′は、ローラ外周面の最大磨耗量の２／３以上の磨耗を生じる領域であり、主粉砕面１１Ｂ′，１１Ｃ′のローラの軸方向長さ、すなわち主粉砕面１１Ｂ′，１１Ｃ′の横幅は、通常はローラ全幅の約３０〜４０％となり、ここでは１／３とされている。

これらの粉砕ローラに組み合わされる回転テーブルについて、図５（ａ）（ｂ）を参照して以下に説明する。

図５（ａ）に示した回転テーブル２０Ｂは、図４（ａ）に示したタイヤ扁平型ローラ１０Ｂと組み合わされるものである。回転テーブル２０Ｂの表面のうち、タイヤ扁平型ローラ１０Ｂが対向する環状の外周部が粉砕面２１Ｂである。粉砕面２１Ｂのうち、タイヤ扁平型ローラ１０Ｂの当該操業での機能上の主粉砕面１１Ｂ′（内周側の主粉砕面１１０Ｂ′）に対向する内周部分が主粉砕面２１Ｂ′であり、副粉砕面１１Ｂ″に対向する中央部分及び外周部分（主粉砕面２１Ｂ′以外の粉砕面）が副粉砕面２１Ｂ″である。そして、副粉砕面２１Ｂ″には、テーブル半径方向に対して６７．５度の角度θで原料掻き戻し方向に傾斜したスクリュー溝２３Ｂが設けられており、主粉砕面２１Ｂ′はスリット溝もスクリュー溝２３Ｂも存在しない平滑面である。

主粉砕面２１Ｂ′の横幅（テーブル半径方向長さ）は、タイヤ扁平型ローラ１０Ｂにおける主粉砕面１１Ｂ′，１１Ｂ′の各横幅に対応して、粉砕面２１Ｂの横幅の３０〜４０％が適当であり、ここでは１／３とされている。また、スクリュー溝２３Ｂの断面形状は、テーブル表面に直角な凹溝形状である。

図５（ｂ）に示した回転テーブル２０Ｃは、図４（ｂ）に示したタイヤ凸型ローラ１０Ｃと組み合わされるものである。回転テーブル２０Ｃの表面のうち、タイヤ凸型ローラ１０Ｃが対向する環状の外周部が粉砕面２１Ｃである。粉砕面２１Ｃのうち、タイヤ凸型ローラ１０Ｃの主粉砕面１１Ｃ′に対向する中央部分が主粉砕面２１Ｃ′であり、副粉砕面１１Ｃ″，１１Ｃ″に対向する外周部分及び内周部分（主粉砕面２１Ｃ′以外の粉砕面）が副粉砕面２１Ｃ″，２１Ｃ″である。そして、副粉砕面２１Ｃ″，２１Ｃ″には、テーブル半径方向に対して６７．５度の角度θで原料掻き戻し方向に傾斜したスクリュー溝２３Ｃ，２３Ｃがそれぞれ設けられており、主粉砕面２１Ｃ′はスリット溝もスクリュー溝２３Ｃも存在しない平滑面である。

主粉砕面２１Ｃ′の横幅（テーブル半径方向長さ）は、タイヤ凸型ローラ１０Ｃにおける粉砕面２１Ｃの横幅に対応して、粉砕面２１Ｃの横幅の３０〜４０％が適当であり、ここでは１／３とされている。スクリュー溝２３Ｃの断面形状は、テーブル表面に直角な凹溝形状である。

〔実験装置〕
本発明の有効性を調査するために、実験用の小型粉砕機を作製した。この粉砕機は、図７に示すように、ベース部材である水平回転テーブル１の外周部表面に粉砕ローラ２が対向する構造とした。粉砕ローラ２は、ここでは台形型ローラであり、太径側を外周側に小径側を中心側に向け、テーブル１との対抗面が水平となるように傾斜配置されているが、タイヤ扁平型ローラ、タイヤ凸型ローラとの交換も可能である。ローラ個数は実験機であるために１個とした。

回転テーブル１においては、粉砕ローラ２と対向する外周部が環状の粉砕部３となり、環状の粉砕部３は、試験機であるために、テーブル本体４に対して脱着可能にした。環状の粉砕部３としては、表面が平滑なもの、表面にスリット溝、スクリュー溝を設けたものなど、脱着可能な各種互換テーブルを用意し、１台の試験機によりすべてのローラ、テーブルの試験が可能なように設計した。試験機の更なる詳細は後で説明する。

ちなみに、図７では環状の粉砕部３として、台形型ローラの主粉砕面に対向する外周部が平滑面、それ以外の面にスリット溝６を設けた粉砕部３が示されている。

粉砕部３とのクリアランスを任意に調節できるように、粉砕ローラ２はその支持機構５に対して回転自在かつ昇降自在に取り付けられている。粉砕原料に所定の加圧力を付加するために、粉砕ローラ２はスプリングにより、粉砕部３へ押し付けられる方向へ付勢されている。

回転テーブル１の回転により、回転テーブル１と粉砕ローラ２は、相対的な旋回運動を行う。本実験ではローラ自体が持つ粉砕性能を確認にするために、粉砕された原料のエアーによる分級装置を設置していない。従って、粉砕された原料はローラが持つ排出能力とテーブル回転の遠心力とにより回転テーブル内部から外部へ排出されるので、回転テーブルの外側に排出原料を完全に捕集出来る捕集用容器８を設備した。

〔粉砕原料〕
粉砕ローラの粉砕面を主粉砕面と原料移送面の２つに分けて考えた粉砕ローラを実際に使用した場合、微粉の粉砕量が、従来のスリット溝やスクリュー溝を粉砕面全体に形成した場合に比べ増加するか否かに関し、小型粉砕試験機を使用して解明した。その確認実験に使用する粉砕原料としては
１）付着性、凝着性が大きい石灰石
２）付着性、凝着性が石灰石に比べ少ない石炭
の２種類を選択した。

〔石灰石の粉砕実験〕
石灰石を粉砕する場合には、石灰石がローラ表面に付着、転着するのを防止するためにスクリュー溝を形成することにした。スクリュー溝はローラ軸に対して４５度以上８５度以下の角度範囲の中からその中間の６７．５度と、最も角度が大きい８５度とを選択した。４５度までのスリット溝を石灰石の粉砕に使用すると、スリット溝は原料を掻き上げる能力に優れ、その結果ローラ表面に石灰石の付着、転着を発生して粉砕操業を困難にすることが既に判明しているので、４５度以上の角度を持つスクリュー溝を形成することにした。特に４５度以上のスクリュー溝は原料を掻き上げる性能が減少して、原料を送り込む移送性に優れ、その角度が大きくなるにつれて移送性がより向上し、石灰石のローラ表面への転着、付着を減少させる性質がある。特に、斜め勾配の大きな６７．５度が最も優れた傾斜角度と想定された。

実験に採用した粉砕ローラは、図２（ａ）に示した台形型ローラ、図２（ｂ）に示したタイヤ扁平型ローラ（Ｄ／Ｒ＝４）、図２（ｃ）に示したタイヤ凸型ローラ（Ｄ／Ｒ＝５）の３種類とした。

これらに組み合わせる環状の粉砕部は、図３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す回転テーブルを想定したものとした。具体的には、図２（ａ）に示した台形型ローラに対しては、図３（ａ）に示した主粉砕面（外周部）が平滑面、副粉砕面（中央部及び内周部）が６０度鋭角エッジ直角スリット付きである粉砕部を組み合わせた。比較のために、粉砕面の全体が６０度鋭角エッジ直角スリット付きである粉砕部を組み合わせた。また台形型ローラ、粉砕部ともに表面が平滑な場合の組合せも実験した。各組合せについて、２００メッシュアンダーの微粉粉砕量と本粉砕試験機の消費電力量の差異を測定し、電力原単位の比較を行うことにより、回転テーブルの主粉砕面を平滑にすることの有効性を、台形型ローラ使用の場合について比較した。

同様に、図２（ｂ）に示したタイヤ扁平型ローラ（Ｄ／Ｒ＝４）に対しては、図３（ｂ）に示した主粉砕面（内周部）が平滑面、副粉砕面（中央部及び外周部）が凹溝直角スリット付きである粉砕部を組み合わせた。比較のために、粉砕面の全体が凹溝直角スリット付きである粉砕部を組み合わせた。またタイヤ扁平型ローラ、粉砕部ともに表面が平滑な場合の組合せも実験した。各組合せについて、２００メッシュアンダーの微粉粉砕量と本粉砕試験機の消費電力量の差異を測定し、電力原単位の比較を行うことにより、回転テーブルの主粉砕面を平滑にすることの有効性を、タイヤ扁平型ローラ使用の場合について比較した。

また、図２（ｃ）に示したタイヤ凸型ローラ（Ｄ／Ｒ＝５）に対しては、図３（ｃ）に示した主粉砕面（中央部）が平滑面、副粉砕面（外周部及び内周部）が凹溝直角スリット付きである粉砕部を組み合わせた。比較のために、粉砕面の全体が凹溝直角スリット付きである粉砕部を組み合わせた。またタイヤ扁平型ローラ、粉砕部ともに表面が平滑な場合の組合せも実験した。各組合せについて、２００メッシュアンダーの微粉粉砕量と本粉砕試験機の消費電力量の差異を測定し、電力原単位の比較を行うことにより、回転テーブルの主粉砕面を平滑にすることの有効性を、タイヤ凸型ローラ使用の場合について比較した。

台形型ローラ、タイヤ扁平型ローラ及びタイヤ凸型ローラの寸法、回転テーブルを想定した環状の粉砕部の寸法、並びに他の粉砕条件を以下に集約した。

粉砕ローラ寸法：
台形型ローラ 太径：２００ｍｍ、小径：１７０ｍｍ、 幅５７ｍｍ
タイヤ扁平型ローラ（Ｄ／Ｒ＝４）
太径：２００ｍｍ、タイヤＲ：５０ｍｍ、幅７４ｍｍ
タイヤ凸型ローラ（Ｄ／Ｒ＝５）
太径：２００ｍｍ、タイヤＲ：４０ｍｍ、幅：６６ｍｍ

回転テーブル寸法（粉砕部寸法）：
台形型ローラ用 外径：４１０ｍｍ、内径：２８０ｍｍ、
タイヤ扁平型ローラ用 外径：４２０ｍｍ、内径：２２０ｍｍ、溝Ｒ：５０ｍｍ
タイヤ凸型ローラ用 外径：４１０ｍｍ、内径：２３０ｍｍ、溝Ｒ：５０ｍｍ

周速度： ３０ＲＰＭ（左方向回転）
ローラ加圧： ２３．５ｋｇ
ローラとテーブルとのクリアランス： ０ｍｍ
試験時間： ３０分間
石灰石供給量： ＋／−１５００ｇ／３０分間
石灰石供給方法： 連続供給スクリューフィーダー方式
温度、湿度： １２〜１８℃、６０〜８９％

試験に使用した石灰石
粒径： １〜３ｍｍ
粒度分布（３０分間乾燥後の測定値）
１０メッシュ以上 ４６．０ｇ
１６メッシュ以上 ４４．０ｇ
３０メッシュ以上 ９．０ｇ
６０メッシュ以上 Ｔｒ
Ｐ ０．５ｇ

３種類の竪型ローラミルを想定した粉砕実験において、テーブル外周への石灰石排出量、テーブル内石灰石残量、及び２００メュシュ通過、―２３５メッシュアンダーの粒子が全粉砕量に占める重量割合を調査した。本実験では便宜上、粉砕ローラ１個でしか粉砕しておらず、実機では２〜４個のローラが使用され、微粉を捕集する為の分級装置が設置されているので、実機で得られる微粉粉砕量とは異なる数値を示すが、同一試験機を使用するので、得られる傾向は信憑性の高いものとなる。

粒度測定では、３０分間の粉砕試験終了後、テーブルから捕集器８に排出された全量の石灰石を正確にかき集め、またテーブル内に残存した石灰石も同様に正確に捕集した。それぞれ捕集した石灰石の重量を測定した後、捕集した石灰石の任意の箇所から粒度測定用として３試料を採取した。粒度測定結果は正確性を確保するために３資料の平均値を採用した。

小型粉砕試験機の消費電力測定に使用した電力測定器は日置電機株式会社製の「クランプオンパワーハイテスタ３１６８」である。消費電力量は１秒単位で測定された数値の平均値であり、本実験では３０分間の平均値が測定された。本小型実験用粉砕機は３相２２０Ｖで消費電力は７５０Ｗ／Ｈである。消費電力量を測定した理由は次のとおりである。石灰石のミルへの供給をスクリューフィーダーで行っているが、しばしば閉塞を発生して定量切り出しに変量を発生した。供給量に差異があると、２００メッシュアンダーの微粉粉砕量の単なる比較では正確を期することが出来ないので、各試験粉砕における消費電力量を測定し、そのとき得られた２００メッシュアンダーの微粉粉砕量で除した電力原単位で比較することにより、正確性を保持した。

粉砕試験時間の３０分間内で２００メッシュアンダー分の全粉砕量を測定すると共に、その粉砕に要した消費電力量（Ｗｈ）を測定し、測定された消費電力量を２００メッシュアンダーの全粉砕量で除した数値を電力原単位として、ローラとテーブルの粉砕面の様々な組合せについて求め、比較した。

〔比較試験結果〕
粉砕ローラが台形型ローラの場合、すなわち図２（ａ）と図３（ａ）の組合せの場合の結果を表１に示す。

回転テーブルにおける主粉砕面を平滑面とし、他の粉砕面、すなわち副粉砕面に直角スリット溝を設けた試験（３）においては、２００メッシュアンダー量が、回転テーブルの粉砕面全体に直角スリット溝を設けた試験（２）と比べて約１２．５％向上し、試験（１）の平滑面同士の組合せと比べた場合は約１４．３％向上した。電力原単位は全粉砕量で比較したものであるが、試験（１）では０．０７５Ｗｈ／ｇ、試験（２）では０．０７８Ｗｈ／ｇ、試験（３）では０．０７１Ｗｈ／ｇであり、試験（３）は試験（１）に対しては約５．３％の低減、試験（２）に対しては約９％の低減効果を示した。

粉砕ローラがタイヤ扁平型ローラの場合、すなわち図２（ｂ）と図３（ｂ）の組合せの場合の結果を表２に示す。

回転テーブルにおける主粉砕面を平滑面とし、他の粉砕面、すなわち副粉砕面に直角スリット溝を設けた試験（３）においては、２００メッシュアンダー量が、回転テーブルの粉砕面全体に直角スリット溝を設けた試験（２）と比べて約４８％向上し、試験（１）の平滑面同士の組合せと比べた場合は約４２．４％向上した。電力原単位は全粉砕量で比較したものであるが、試験（１）では０．０７３Ｗｈ／ｇ、試験（２）では０．０６８Ｗｈ／ｇ、試験（３）では０．０６３Ｗｈ／ｇであり、試験（３）は試験（１）に対しては約１３．７％の低減、試験（２）に対しては約７．４％の低減効果を示した。

粉砕ローラがタイヤ凸型ローラの場合、すなわち図２（ｃ）と図３（ｃ）の組合せの場合の結果を表３に示す。

回転テーブルにおける主粉砕面を平滑面とし、他の粉砕面、すなわち副粉砕面に直角スリット溝を設けた試験（３）においては、２００メッシュアンダー量が、回転テーブルの粉砕面全体に直角スリット溝を設けた試験（２）と比べて約４６．５％向上し、試験（１）の平滑面同士の組合せと比べた場合は約３６％向上した。電力原単位は全粉砕量で比較したものであるが、試験（１）では０．０６１Ｗｈ／ｇ、試験（２）では０．０６２Ｗｈ／ｇ、試験（３）では０．０６４Ｗｈ／ｇであり、試験（３）は試験（１）に対しては約４．７％の増加、試験（２）に対しては約３．１％の増加となった。

台形型ローラを用いた竪型ローラミルによる試験（１）及びタイヤ扁平型ローラを用いた竪型ローラミルによる試験（２）では、平滑面同士の電力原単位が最も高く、回転テーブル粉砕面のうち主粉砕面のみを平滑面としたローラとテーブルの組合せの場合が電力原単位が最も小さく、大差を生じていた。これに対し、タイヤ凸型ローラを用いた竪型ローラミルによる試験（３）では、僅かではあるが逆の傾向を示した。これは、前者の粉砕はどちらかと言えば面粉砕であるのに対し、後者の粉砕は、粉砕ローラの曲率半径が小さく粉砕面の凸傾向が強いので線粉砕に近くなり、粉砕面形状の影響を受け難かったためと想定される。しかし、その後者の場合も２００メッシュアンダーの生産量が多くなるにつれて単純に電力原単位が増加したと考えられるので、悪い評価ではない。

〔石炭の粉砕実験〕
実験に採用した粉砕ローラは、図４（ａ）に示したタイヤ扁平型ローラ（Ｄ／Ｒ＝４）、図４（ｂ）に示したタイヤ凸型ローラ（Ｄ／Ｒ＝５）の２種類とした。

これらに組み合わせる環状の粉砕部は、図５（ａ）（ｂ）に示す回転テーブルを想定したものとした。具体的には、図４（ａ）に示したタイヤ扁平型ローラ（Ｄ／Ｒ＝４）に対しては、図５（ａ）に示した主粉砕面（内周部）が平滑面、副粉砕面（中央部及び外周部）が４５度掻き戻しスクリュー凹溝付きである粉砕部を組み合わせた。比較のために、粉砕面の全体が４５度掻き戻しスクリュー凹溝付きである粉砕部を組み合わせた。またタイヤ扁平型ローラ、粉砕部ともに表面が平滑な場合の組合せも実験した。各組合せについて、２００メッシュアンダーの微粉粉砕量と本粉砕試験機の消費電力量の差異を測定し、電力原単位の比較を行うことにより、回転テーブルの主粉砕面を平滑にすることの有効性を、タイヤ扁平型ローラ使用の場合について比較した。

図４（ｂ）に示したタイヤ凸型ローラ（Ｄ／Ｒ＝５）に対しては、図５（ｂ）に示した主粉砕面（中央部）が平滑面、副粉砕面（外周部及び内周部）が４５度排出方向スクリュー凹溝付きである粉砕部を組み合わせた。比較のために、粉砕面の全体が４５度排出方向スクリュー凹溝付きである粉砕部を組み合わせた。またタイヤ扁平型ローラ、粉砕部ともに表面が平滑な場合の組合せも実験した。各組合せについて、２００メッシュアンダーの微粉粉砕量と本粉砕試験機の消費電力量の差異を測定し、電力原単位の比較を行うことにより、回転テーブルの主粉砕面を平滑にすることの有効性を、タイヤ凸型ローラ使用の場合について比較した。

タイヤ扁平型ローラ及びタイヤ凸型ローラの寸法、回転テーブルを想定した環状の粉砕部の寸法は前述したとおりである。他の粉砕条件を以下に集約した。

使用した石炭： 製鉄所原料炭
粒度範囲―Ｇ−： ７ｍｍｘ７ｍｍ≧Ｇ≧０．５ｍｍｘ０．５ｍｍ
初期粒度分布：
２０メッシュ以上 ４０ｇ
６０メッシュ以上 ３４ｇ
１２０メッシュ以上 ３ｇ
２００メッシュ以上 １３ｇ
２３５メッシュ以上 ２ｇ
Ｐ ９ｇ
水分量 ５％
ローラクリアランス： ０ｍｍ
ローラ面圧： ２３．５Ｋｇ
テーブル回転速度： ６０ＲＰＭ
石炭供給量： ２，５３０〜２，８５０ｇ／３０分間
石炭供給方法： スクリューフィーダー連続供給方式
試験温度及び湿度： １８〜３４℃、６２〜７８％

〔比較試験結果〕
粉砕ローラがタイヤ扁平型ローラの場合、すなわち図４（ａ）と図５（ａ）の組合せの場合の結果を表４に示す。

回転テーブルにおける主粉砕面を平滑面とし、他の粉砕面、すなわち副粉砕面に４５度掻き戻し方向スクリュー溝を設けた試験（３）においては、２００メッシュアンダー量が、回転テーブルの粉砕面全体にスクリュー溝を設けた試験（２）と比べて約４１％向上し、試験（１）の平滑面同士の組合せと比べた場合は約１８．４％向上した。試験（１）に比べ試験（２）の微粉砕量が少なくなった原因はローラの主粉砕面がローラ小径側に存在し、その結果、有効粉砕面積が元々少なく、更に掻き戻し方向の４５度スクリュー溝が主粉砕面にまで形成されているため、実際に粉砕を行っている主粉砕面は石炭の粉砕に必要な有効粉砕面が非常に少なくなると同時に、石炭がテーブル中央側へ掻き戻され、より粉砕仕事量が減少したことにある。それに比べ、平滑面ローラは、試験（２）に比べ有効粉砕面積が広くなり、微粉の粉砕量がより多くなった。

全粉砕量に対する電力原単位は、試験（３）は試験（１）に比べ約１２％減少しているが、試験（２）と比較すると約１．７％増加した。しかし、試験（３）での微粉砕量は試験（２）での微粉砕量と比べて４１％も増加しており、その仕事量から考えると、試験（３）の電力原単位は非常に優れた数値である。試験（２）は元々粉砕仕事量が少ないので、それに比例して電力消費量も少なくなるのは当然である。

粉砕ローラがタイヤ凸型ローラの場合、すなわち図４（ｂ）と図５（ｂ）の組合せの場合の結果を表５に示す。

回転テーブルにおける主粉砕面を平滑面とし、他の粉砕面、すなわち副粉砕面に排出方向の４５度スクリュー溝を設けた試験（３）においては、２００メッシュアンダー量が、回転テーブルの粉砕面全体に排出方向の４５度スクリュー溝を設けた試験（２）と比べて約７．７％向上し、試験（１）の平滑面同士の組合せと比べた場合は約２０．４％向上した。全粉砕量に対する電力原単位は、試験（３）は試験（１）に比べて約６．３％減少する一方で、試験（２）比べると約３．４％増加したが、これは試験（３）における粉砕仕事量が試験（２）に比べて約７．７％増加したことによるものであり、その増加量を考慮すると、試験（３）は試験（２）比して電力原単位についても優位である。

このように、回転テーブル粉砕面を主粉砕面とそれ以外の副粉砕面とに区分し、副粉砕面にのみスリット溝やスクリュー溝を設け、主粉砕面を平滑面とすると、主粉砕面は１００％の有効粉砕面積をもち、他の粉砕に大きく貢献しない副粉砕面は粉砕原料の移送作用面として働き、結果的に粉砕効率を高めることになる。

１０Ａ 台形型ローラ
１１Ａ 粉砕面
１１Ａ′主粉砕面
１１Ａ″副粉砕面
１２Ａ スリット溝
１０Ｂ タイヤ扁平型ローラ
１１Ｂ 粉砕面
１１Ｂ′主粉砕面
１１Ｂ″副粉砕面
１２Ｂ スリット溝
１０Ｃ タイヤ凸型ローラ
１１Ｃ 粉砕面
１１Ｃ′主粉砕面
１１Ｃ″副粉砕面
１２Ｃ スリット溝
２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ 回転テーブル
２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ 粉砕面
２１Ａ′，２１Ｂ′，２１Ｃ′ 主粉砕面
２１Ａ″，２１Ｂ″，２１Ｃ″ 副粉砕面
２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ スリット溝
２２Ｂ，２２Ｃ スクリュー溝

Claims (5)

1. 円周方向に回転する回転テーブルと、回転テーブル回転進行方向に間隔をあけてテーブル上の定位置に配置された複数の竪型粉砕ローラとの組合せからなる竪型ローラミルにおいて、
   ローラ粉砕面が微粉砕を主として行う主粉砕面と主粉砕面以外の粉砕面とからなり、粉砕ローラの外周面に対向する回転テーブル粉砕面のうち、粉砕ローラの主粉砕面に対向する回転テーブル側の主粉砕面が、回転テーブルの半径方向長さで表して回転テーブル粉砕面の３０〜４０％の領域であって平滑面とされ、主粉砕面以外の回転テーブル粉砕面にはテーブル回転進行方向に対して直角または４５度超９０度未満の角度で傾斜したスリット溝、又はテーブル回転進行方向に対して５度以上４５度以下の角度で傾斜したスクリュー溝が形成されたハイブリッド粉砕面構造を回転テーブル側に有し、
   前記粉砕ローラは台形型ローラであると共に、大径側の主粉砕面を含む粉砕面全体が、粉砕原料を内側から外側へ強制搬送する排出促進方向のスクリュー溝が形成された原料移送面である竪型ローラミル。
2. 円周方向に回転する回転テーブルと、回転テーブル回転進行方向に間隔をあけてテーブル上の定位置に配置された複数の竪型粉砕ローラとの組合せからなる竪型ローラミルにおいて、
   ローラ粉砕面が微粉砕を主として行う主粉砕面と主粉砕面以外の粉砕面とからなり、粉砕ローラの外周面に対向する回転テーブル粉砕面のうち、粉砕ローラの主粉砕面に対向する回転テーブル側の主粉砕面が、回転テーブルの半径方向長さで表して回転テーブル粉砕面の３０〜４０％の領域であって平滑面とされ、主粉砕面以外の回転テーブル粉砕面にはテーブル回転進行方向に対して直角または４５度超９０度未満の角度で傾斜したスリット溝、又はテーブル回転進行方向に対して５度以上４５度以下の角度で傾斜したスクリュー溝が形成されたハイブリッド粉砕面構造を回転テーブル側に有し、
   前記粉砕ローラはタイヤ凸型ローラであると共に、大径側の主粉砕面を含む粉砕面全体が、粉砕原料を内側から外側へ強制搬送する排出促進方向のスクリュー溝が形成された原料移送面である竪型ローラミル。
3. 円周方向に回転する回転テーブルと、回転テーブル回転進行方向に間隔をあけてテーブル上の定位置に配置された複数の竪型粉砕ローラとの組合せからなる竪型ローラミルにおいて、
   ローラ粉砕面が微粉砕を主として行う主粉砕面と主粉砕面以外の粉砕面とからなり、粉砕ローラの外周面に対向する回転テーブル粉砕面のうち、粉砕ローラの主粉砕面に対向する回転テーブル側の主粉砕面が、回転テーブルの半径方向長さで表して回転テーブル粉砕面の３０〜４０％の領域であって平滑面とされ、主粉砕面以外の回転テーブル粉砕面にはテーブル回転進行方向に対して直角または４５度超９０度未満の角度で傾斜したスリット溝、又はテーブル回転進行方向に対して５度以上４５度以下の角度で傾斜したスクリュー溝が形成されたハイブリッド粉砕面構造を回転テーブル側に有し、
   前記粉砕ローラはタイヤ扁平型ローラであると共に、当該ローラの取付け方向の変更に伴って両側小径部に位置した両側の主粉砕面を含む粉砕面全体が、粉砕原料を外側から内側へ逆送する掻き戻し方向のスクリュー溝が形成された原料移送面である竪型ローラミル。
4. 円周方向に回転する回転テーブルと、回転テーブル回転進行方向に間隔をあけてテーブル上の定位置に配置された複数の竪型粉砕ローラとの組合せからなる竪型ローラミルにおいて、
   ローラ粉砕面が微粉砕を主として行う主粉砕面と主粉砕面以外の粉砕面とからなり、粉砕ローラの外周面に対向する回転テーブル粉砕面のうち、粉砕ローラの主粉砕面に対向する回転テーブル側の主粉砕面が、回転テーブルの半径方向長さで表して回転テーブル粉砕面の３０〜４０％の領域であって平滑面とされ、主粉砕面以外の回転テーブル粉砕面にはテーブル回転進行方向に対して直角または４５度超９０度未満の角度で傾斜したスリット溝、又はテーブル回転進行方向に対して５度以上４５度以下の角度で傾斜したスクリュー溝が形成されたハイブリッド粉砕面構造を回転テーブル側に有し、
   前記粉砕ローラはタイヤ扁平型ローラであると共に、当該ローラの取付け方向の変更に伴って両側小径部に位置した両側の主粉砕面を含む粉砕面全体が、粉砕原料を内側から外側へ強制搬送する排出促進方向のスクリュー溝が形成された原料移送面である竪型ローラミル。
5. 請求項１〜４の何れかに記載の竪型ローラミルにおいて、粉砕ローラにおける主粉砕面は、ローラ外周面のうち、最大磨耗量の２／３以上の磨耗を示す領域である竪型ローラミル。

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