研削機械の発展と分類

粉体処理の分野において、適切な粉砕装置の選択は最終製品の品質を決定づける上で極めて重要です。本稿では、粉砕装置の進化と、分類粉砕機械のエキスパート。高度なジェット粉砕技術を専門とするEpic Powder Machineryは、この分野のエキスパートです。高効率の粉砕装置だけでなく、先進的な粉体処理ソリューションも提供しています。

蒸気機関と電動モーターの漸進的な改良と普及に伴い、近代的な粉砕機械が次々と登場しました。同時に、継続的な改良と開発によって性能も向上しました。1806年には、蒸気機関駆動のローラークラッシャーが登場しました。1858年には、アメリカのブレイクが岩石破砕用のジョークラッシャーを発明しました。1895年には、アメリカで連続破砕動作を行うジャイレトリークラッシャーが開発され、断続動作のジョークラッシャーよりも高い処理能力を実現しました。

同じく1895年、アメリカのウィリアムはエネルギー消費量の少ない衝撃式破砕機を発明しました。この時期には、粉砕機も同様の発展を遂げました。19世紀初頭には、ボールミルより大規模な生産と多様な用途に適したロッドミルが登場した。1870年には、より均一な製品サイズを生産するロッドミルが開発された。ボールミル1908年には、異なる粉砕媒体を用いた自動粉砕機が開発されました。1930年代から1950年代にかけて、米国とドイツはローラーボウルミルやローラーディスクミルといった垂直スピンドル式中速石炭粉砕機を相次いで開発しました。

これらの粉砕機の登場により、効率は大幅に向上しました。しかし、原料の特性や製品の微細化に対する業界要件は多様であったため、その後、多輪ローラーミル、振動ミル、ターボミル、ジェットミル、サンドミル、コロイドミルなど、様々な原理で動作する様々な機械が開発されました。1970年代初頭には、毎時5,000トンの処理能力と最大投入サイズ2,000mmの大型ジャイレトリー式粉砕機や、原料を0.01μm未満に粉砕できるコロイドミルが開発されました。

2. 粉砕機の分類（製品の細かさによる）

処理対象材料の多様性に鑑み、粉砕機械には様々な形態があります。具体的な材料と必要な製品の粒度に応じて、粗粉砕機、中粉砕機、微粉砕機、粉砕機、超微粉砕機に分類されます。

2.1 粉砕の種類（副産物の細かさ）

2.1.1 粗粉砕： 硬質材料にはジョークラッシャーとコーンクラッシャーが適しており、通常はジョークラッシャーとコーンクラッシャーを使用します。中硬質脆性材料には、ジョークラッシャー、コーンクラッシャー、ロールクラッシャーが適しています。中硬質で強靭な材料には、トゥースドロールクラッシャーを選択できます。

2.1.2 中間粉砕： 硬質材料には、サスペンションスピンドルコーンクラッシャー、ロールクラッシャー、ジョークラッシャーが選択肢となります。中硬質脆性材料には、ハンマークラッシャー、サスペンションスピンドルコーンクラッシャー、ロールクラッシャー、ジョークラッシャー、ホイールローラーミルが選択可能です。中硬質粘性材料には、トゥースドロールクラッシャーとホイールローラーミルが適しています。

2.1.3 微粉砕： 硬質材料には、サスペンションスピンドルコーンクラッシャー、ロールクラッシャー、ホイールローラーミルが適しています。中硬質脆性材料の粉砕には、ハンマーミル、ユニバーサルミル、またはロールクラッシャーを選択できます。中硬質で強靭な材料の微粉砕には、通常、ホイールローラーミルのみが適しています。

2.1.4 研削/粉砕: 硬質材料にはボールミルが最も適した装置です。中硬質脆性材料には、ボールミルとリングローラーミルが適しています。

2.1.5 超微粉砕： 硬質材料から超微粒化製品を得るには、通常、ボールミルと振動ミルが使用されます。これらのミルは、中硬質脆性材料の処理も可能です。さらに、近年では、サンドミル、振動ミル、ジェットミルが登場し、より微細で均一な製品微粒化を実現しています。これらの機械の導入とその後の国産化により、中国で生産される二酸化チタンの品質は大幅に向上しました。

2.2 破砕機の種類（構造別）

2.2.1 圧縮破砕機：

比較的低速（低速または中速）で運転します。粗粉砕から中粉砕（数十cmから数cm、または数cmから数メッシュ）まで、大きな塊状の材料を処理できます。原理は圧縮破砕です。例としては、ジョークラッシャーやジャイロクラッシャーなどがあります。

2.2.2 ロールクラッシャー：

低速（低速または中速）で運転するタイプもあります。中程度の塊を中程度または微細に破砕します。動作原理は圧縮またはせん断です。ローラークラッシャーとも呼ばれるこのカテゴリーには、ロールクラッシャー、ホイールローラーミル、リングローラーミルが含まれます。数cmから数メッシュ、最大200メッシュまでの材料を処理できます。

2.2.3 せん断破砕機：

中速で運転します。中程度の塊（数cmから数メッシュ）から、より微細な材料（数メッシュから200メッシュ）まで破砕できます。その原理はせん断力と衝撃力を利用しています。

2.2.4 円筒形/回転式ミル：

低速または高速で運転できます。微粉砕（数メッシュから200メッシュ）または超微粉砕（325メッシュから数ミクロン）に使用されます。粉砕原理は、粉砕とせん断作用です。例としては、タワーミル、ボールミル、振動ミル、サンドミル、アトリターなどがあります。

2.2.5 インパクトクラッシャー：

低速または高速で運転できます。中程度のサイズの塊（数cmから数メッシュ）を処理できます。動作原理は衝撃とせん断を利用します。ハンマーミル、インパクトクラッシャー、ディスインテグレーター、パルベライザー、ピンミルとも呼ばれます。

2.2.6 ジェットミル:

高速ガス流を利用して粒子を加速し、主に粒子間衝突とミル壁面への衝突によって粒子径を縮小する高速装置です。ジェットミルは、せん断、衝撃、摩耗を1つのプロセスに統合しており、超微粉砕とも呼ばれ、325メッシュから数ミクロンまでの製品を製造できます。

ジェットミル（フラットジェットミルとも呼ばれる）は、第二次世界大戦後の産業技術の大きな進歩の時代、特にフラットジェットミル 1936年に米国で誕生し、ファインケミカル粉体処理において広く利用されています。ジェットミルは現在、国内外を問わず、二酸化チタン製造プロセスにおける微粉砕および超微粉砕に最適な装置です。比較的大きな処理能力、比較的シンプルな構造、そして付属設備を備え、粒度分布が狭く、非常に細かく均一な製品を生成します。

ジェット粉砕技術の利点：

優れた粒子サイズ: 製品の粒度と粒度分布は、機械粉砕をはるかに上回ります。狭い分布要件を満たしながらサブミクロンの粒度を達成するには、ジェット粉砕が最も重要かつ効果的な方法の一つです。

高効率： ミリングサイクルは短くて効率的であり、長時間の作業や複数のパスを必要としないことがよくあります。

製品の一貫性: 製品のサイズ分布は安定しており、製粉時間によって変化しないため、一貫した出力が保証されます。

低汚染： 摩耗が最小限に抑えられ、製品の汚染を防ぎます。

付加的な統合: 粉砕中に化学添加剤（研磨助剤、コーティング剤など）を導入することで、製品内の均一な分散を実現できます。

ディスク型ジェットミルは、1934年に米国のFluid Energy社によって開発されました。その後、フラットジェットミル → ループ/スパイラルジェットミル → ターゲットジェットミル → 対向ジェットミル → 流動床対向ジェットミルと、おおよそ5段階の進化を遂げてきました。

ジェットミルの動作原理： 粉砕対象物はベンチュリーノズルによって超音速に加速され、粉砕室に送り込まれます。高圧流体（物質を運ぶガス/蒸気）が粉砕室に接続された分配室に入ります。加圧された流体はノズルから超音速（数キロメートル/秒）で排出され、粒子に衝突します。ノズルは粉砕室の壁に対して鋭角に設置されており、粒子を円運動で運ぶ渦を作り出します。粒子は互いに衝突し、粉砕室の壁に衝突し、衝突と摩擦によって細かく砕かれます。粗い粒子は遠心力によって粉砕室の周辺部に投げ出され、さらに粉砕されます。一方、細かい粒子は中央の（求心性の）空気流によって出口パイプに運ばれ、サイクロン分離器で回収されます。