JP2008215703A

JP2008215703A - 金属含有ダスト排出装置及び集塵機

Info

Publication number: JP2008215703A
Application number: JP2007053115A
Authority: JP
Inventors: Kosaku Tamura; 耕作田村
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2007-03-02
Filing date: 2007-03-02
Publication date: 2008-09-18
Anticipated expiration: 2027-03-02
Also published as: JP5026110B2

Abstract

【課題】集塵機のロータリーバルブ部分において、ダストの焼結化を防止しながらダストを排出できる金属含有ダスト排出装置を提供する。
【解決手段】集塵機２３のダスト排出装置において、ホッパ１の底部に設けられているロータリーバルブ３の駆動用電動機８の電流検出センサー１４や、ロータリーバルブ３の温度検出センサー２４を取付け、測定した電流値や温度を、各々の設定値と比較演算して焼結を判定する電流比較演算器１８、温度勾配比較演算器２０と、ロータリーバルブ３に不活性ガスを注入する注入パイプ５を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属ダストを含んだダストのダスト排出装置、及び該ダスト排出装置を用いた集塵機に関し、特に、ダスト排出装置内のロータリーバルブの詰りを防止するために好適な技術である。

例えば、鉄鋼業の複数の製造工程においては粉塵が発生する。当該粉塵を空気中にそのまま放散すると公害に繋がるため、粉塵を発生する各製造設備には通常集塵機を設置している。鉄鋼の製造工程の一つである製鋼工程内の真空精錬工程では精錬炉を真空にし、不純物を除去して鉄を精錬する。真空精錬工程において、精錬炉より金属マグネシウムなどのダスト（粉塵）を多量に含んだガスが発生するため、当該ガスを集塵機に通して集塵を行っている。このような集塵機では集塵したダストを一時的にホッパに蓄え、その後ロータリーバルブを通じ外部に排出することが多い。

ダストに金属マグネシウムなどの金属粉塵が含まれると、当該金属粉塵が酸素と接触して急速に酸化する。この酸化の際発生する熱により集塵機内のバグなどが焼損に至るため、特許文献１には、真空脱ガス処理装置の排ガスラインに排ガスを冷却する冷却装置を設けると共に、バグフィルター集塵機を設け、更に当該バグフィルターを不活性ガスで逆洗する真空脱ガス設備の集塵設備が開示されている。

このような従来の真空脱ガス設備の集塵設備で集塵したダストを一時的に蓄えるホッパと、ロータリーバルブによる排出装置を具備した設備構成の一例を図６に示す。この例は集塵機１０５の下部に備えられた、シール弁１０２を有するホッパ１０１に蓄えたダスト１０４を、ロータリーバルブ１０３を使用した排出装置により排出するものである。

特開平０８−００３６２７号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたように従来の集塵機内に不活性ガスを充填する方法は、ダストを排出するロータリーバルブの部分において、ダストが急速に酸化して焼結化する問題を防ぐことができなかった。すなわち、ダストはダスト排出装置の一部であるロータリーバルブの部分にて酸素と接触し、ダストに含まれる金属マグネシウムなどの可燃性の金属粉塵が酸化する。当該酸化の際発生する熱により、周囲のダストは焼結化してしまう。ダストがロータリーバルブ内で焼結して固化するとダストの切出し不能となり設備の休止に繋がる。このため、ダストのロータリーバルブ内での酸化を抑え、詰りを防止することが、精錬工程等の安定操業上重要である。

本発明は上記のような問題点を解決するものであり、金属含有ダストの焼結に起因するロータリーバルブの詰りを確実に防止することを第１の目的とし、かつ当該防止のためのランニングコストを可及的に低くすることを第２の目的とする。

本発明の要旨とするところは以下の如くである。
第１の発明の金属含有ダスト排出装置は、金属を含むダストを収納したホッパの下方から当該ダストをホッパ外部へ排出するダスト排出装置であって、前記ホッパの底部に配設され、駆動用電動機で回転駆動されてホッパ内のダストを掻きだすロータリーバルブと、前記駆動用電動機の回転駆動を制御する電動機制御部と、前記ロータリーバルブ内へ不活性ガス、又は空気と不活性ガスとの混合ガスを注入する不活性ガス注入手段とを具備することを特徴とする。

第２の発明の金属含有ダスト排出装置は、第１の発明において、さらにロータリーバルブの駆動用電動機の電流実績値を検出する電流検出手段と、該電流実績値と、予め設定した電流管理値とに基づいて前記ダストの焼結化を判定する制御部とを具備し、前記不活性ガス注入手段は当該制御部の判定に基づいて前記ロータリーバルブ内へ不活性ガスを注入することを特徴とする。

第３の発明の金属含有ダスト排出装置は、第１の発明において、さらにロータリーバルブの温度を検出する温度検出手段と、該温度検出手段による温度の検出値に基づいて、ダストの焼結化を判定する制御部とを具備し、前記不活性ガス注入手段は当該制御部の判定に基づいて前記ロータリーバルブ内へ不活性ガスを注入することを特徴とする。

第４の発明の金属含有ダスト排出装置は、第３の発明において、前記制御部は、前記温度検出手段による温度の検出値の時間的な温度変化率を導出する温度演算器と、該温度変化率と、予め設定した温度勾配管理値との大小を比較して、ダストの焼結化を判定する温度勾配比較演算器を具備することを特徴とする。

第５の発明の集塵機は、可燃性の金属粉塵を含むダストの集塵機であって、第１〜４の発明の内のいずれか１つに記載の金属含有ダスト排出装置を備えることを特徴とする。

ダスト排出用のロータリーバルブに、ロータリーバルブの駆動装置の電流検出センサーやロータリーバルブの温度検出センサーを取付け、測定した電流値や温度を設定値と比較演算する演算装置と、不活性ガス注入装置を設けることでロータリーバルブの詰り防止を確実に実現でき、かつ安価に操業することができる。

本発明のダスト排出装置及び集塵機を実施するための形態を図を用いて詳細に説明する。なお、以下の各図において、同一部分は同じ番号を付す。

図１は、本実施の形態の一例の概略構成を示し、集塵機２３はダスト４を蓄えるためのホッパ１を持ち、ホッパ１の下部には蓄えたダスト４を排出するためのシール弁２や、ダストを掻き出すロータリーバルブ３などからなる排出装置を具備している。図７に、ロータリーバルブ３に不活性ガスの注入パイプ５が取り付けられ、この注入パイプ５を介してロータリーバルブ３内に窒素やアルゴンガス等の不活性ガス、又は不活性ガスと空気の混合ガスを注入する様子を拡大して示す。以下では当該ガスをまとめて不活性ガスと記す。

図１に示すように、不活性ガス注入手段として、注入パイプ５と不活性ガスのボンベ６との間に不活性ガスの注入量を調整する流量調整弁７が設置されている。不活性ガスの流量調整弁７はガス流量調整制御部１２内の流量調整弁駆動回路２２によって弁が駆動される。制御装置１０内のガス流量設定器１３のガス流量設定及び弁の開指令又は閉指令が与えられることにより、ガス流量調整制御部１２は流量調整弁７を制御する。

ロータリーバルブ３の駆動用電動機８は電動機制御部９内の電動機駆動回路２１によって駆動される。制御部である制御装置１０内の排出指令器１１から電動機制御部９へ排出速度、及び運転指令又は停止指令が与えられる。電流検出センサー１４は、ロータリーバルブ３の駆動用電動機８の駆動電流を検出するものであり、本実施の形態では電動機制御部９内に設置されている。電流検出センサー１４で検出した駆動電流信号は制御装置１０内の比較演算器１８に入力される。制御装置１０内には正常状態の電流値を示す変換テーブル１５を有している。ここで正常状態の電流値とは、ホッパ内から焼結化していないダストを切出している時の電流値である。例えば図２に示すように、ロータリーバルブ３の排出速度を一定としたとき、電流値は使用する駆動電動機の負荷と電流の特性曲線から求められる。負荷はロータリーバルブ３で排出されるダストの嵩密度によりほぼ決めることができる。ダストの嵩密度（すなわち粉体等の単位体積あたりの質量）は精錬鋼種などの操業方法により異なるため、変換テーブル１５には操業管理者により予め実験的に求められた精錬鋼種と電流値との関係のデータが格納されている。制御装置１０は管理設定器１６を備えており、精錬鋼種基づいて、操業管理者によって管理設定器１６で設定された管理裕度値を、管理値演算器１７にて変換テーブル１５の電流値に加算し電流管理値を導出する。電流管理値は電流比較演算器１８に入力され、電流検出センサー１４で検出した電流実績値と比較される。

なお、以下では、ロータリーバルブ３の排出速度の設定を一定として説明する。排出速度の設定を可変とするときには、上記の変換テーブル１５のデータは、排出速度をパラメータとした精錬鋼種と電流値との関係データとしても良い。

一方、温度検出センサー２４は、ロータリーバルブ３に取り付けられていて、ロータリーバルブ３の温度を検出する。温度検出センサー２４で検出した温度信号は制御装置１０に入力する。制御装置１０内の温度演算器１９により、温度信号から時間的な温度変化率(例えば、度／秒)が求められる。さらに温度演算器１９はこの温度変化率を、予め操業管理者により管理設定器１６で設定された時間での平均化処理を行い、平均の温度変化率を求める。平均の温度変化率は温度勾配比較演算器２０に入力され、管理設定器１６にて予め設定された温度勾配管理値と比較される。

制御装置１０は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、シーケンサー、又はハードリレー回路を用いて構成することができる。例えばＰＣやシーケンサーを用いる場合には、ハードウェアとして管理設定器１６に上記の設定を入力するためのキーボード及びマウス、制御装置画面を表示するディスプレー、電動機制御部９とガス流量調整制御部１２との信号を送受信するためのＩ／Ｏユニット、温度センサー２４からの信号をＩ／Ｏユニットに取り込むための温度変換アンプ、ＤＶＤ又はＨＤＤ等の外部メモリ、並びにＣＰＵ及びメインメモリを含む本体で構成してもよい。この場合、排出指令器１１、ガス流量設定器１３、変換テーブル１５、管理設定器１６、管理値演算器１７、比較演算器１８、温度演算器１９、比較演算器２０は本体内にソフトウェアで構築される。

電動機駆動制御部９は、接触器を用いた全電圧起動回路やインバータを用いた回路にて構成することができる。例えば、接触器を用いた全電圧起動回路の場合は電源を受ける配線用遮断機と接触器により構成され、接触器の開・閉により停止・運転が行われる。通常、本回路内に電流検出センサー１４として変流器を設けることで、駆動電動機８の実績電流値を測定する。

ロータリーバルブ３の詰りを防止する方法は、次に示す手順の通りである。
まず、制御装置１０、電動機制御部９、及び電動機制御部９の電源（図示せず）をＯＮにする。次に、制御装置１０の排出指令器１１でロータリーバルブ３の電動機駆動回路２１をＯＮにして、駆動用電動機８を運転しロータリーバルブ３の回転を開始する。その後、制御装置１０で流量調整弁駆動回路２２をＯＮにして、シール弁２を開とし、ホッパ１のダストをロータリーバルブ３上に落下させる。

ロータリーバルブ３にてダストが下部に排出され始めた後、ロータリーバルブ３内で金属マグネシウムなど金属粉塵が酸化しダストが焼結化し始めたことを、以下で説明するように検知すると不活性ガスをロータリーバルブ３に注入する。不活性ガスをロータリーバルブ３に充満させることにより、ロータリーバルブ３内で金属マグネシウムなどが酸化することが避けられダストを安定して排出することが可能となる。

焼結化の検知については以下の電流実績値による検出方法、又は温度実績値による検出方法を用いる。

＜電流実績値を用いた焼結化検出＞
まず、電流実績値を用いた焼結化の検知及び不活性ガスの注入方法について説明する。ダストの焼結化が始まるとロータリーバルブ３の回転の抵抗が増える。抵抗が増えるとロータリーバルブ３の駆動用電動機８の電流実績値が増大する。そのまま運転を続けると、電動機の過負荷故障が発生し設備の操業が停止してしまう。

図３はこの様子を説明する図で、ロータリーバルブ３の回転開始後時間経過（横軸）に従って駆動用電動機８に流される電流がどのように変化するかを例示したものである。ロータリーバルブ３の運転を開始した直後はダストが無いため電流値は低い。その後、シール弁２を開することによりダストがロータリーバルブ３上に落下し、ロータリーバルブ３は時間当たり一定のダストを排出し始めると、負荷が一定化するため電流値は正常な電流値で安定する。しかし、ロータリーバルブ３より酸素が進入してダストの酸化が始まるとダストが溶融し、ロータリーバルブ３に固着し始める。するとロータリーバルブ３とホッパー１の間に固着したダストが挟まるようになり駆動電動機の負荷が増大していく。負荷の増大に従って電流値が大きくなっていき、電流管理値に達し、ついには完全に固着してロータリーバルブ３が回らなくなる。この状態を電流検出センサー１４の信号より電動機制御部９内の過電流保護継電器が電動機の過負荷故障と判断し、電動機駆動制御部９は駆動電動機８への電流を遮断する。

このようにダストの焼結化が始まると電流値が増大していくことに着目し、固着したダストでロータリーバルブが回転停止しないように、電流検出センサー１４で検出された電流実績値と、予め設定した電流管理値を電流比較演算器１８で比較し、管理設定器１６で設定された確認時間の間、電流管理値を超えた場合に焼結化し始めていると判定する。焼結化が始まったことが検知できれば、同時にガス流量調整制御盤１２に指令を与え、管理設定器１６で設定された流量の不活性ガスを注入する。不活性ガスの注入の結果、電流実績値は再度正常な状態を取り戻し、設備の操業の継続が可能となる。図４はこの様子を説明する図である。

まず、ダストが酸素に触れ焼結化が始まるところまでは同様である。しかし、焼結化を検知し不活性ガスが注入されると酸素が供給されなくなるため、酸化反応が停止する。すると、それ以上はダストの焼結化が進まなくなるため、ロータリーバルブ３は回転の継続が可能となる。焼結化が停止し、しばらく回転するうちに焼結化したダストはロータリーバルブ３にて排出される。ロータリーバルブ３の負荷を上げる原因となっていた焼結化したダストが外部へ排出されることで再び駆動電動機の実績電流値は正常な値となる。

＜温度実績値を用いた焼結化検出＞
次に、温度実績値を用いた焼結化の検知及び不活性ガスの注入方法について説明する。ダストの焼結化が始まるとロータリーバルブ３の温度が上昇する。この温度はダストの酸化反応により急激に上昇するため、検出には温度の変化率を用いる。変化率を用いることにより、操業の条件によりダストの温度が変わることによる検出条件の変更や誤検出を避けることができる。管理設定器１６により求められた平均の温度変化率と温度勾配管理値を温度勾配比較演算器２０で比較し、管理設定器１６で設定された時間温度勾配管理値を超えた場合焼結化し始めていると判定する。同時にガス流量調整制御部１２に指令を与え、管理設定器１６で設定された流量の不活性ガスを注入する。不活性ガスの注入の結果、温度変化率は再度正常な状態を取り戻し、設備の操業の継続が可能となる。図５はこの様子を説明する図である。集塵されたダストはホッパへの払い落とし時間や精錬ガスの温度により温度が異なるが、通常であれば排出中の温度変化はほとんど無い。しかし、ダストの酸化が始まると、ダストは溶融し焼結化するほど温度が上昇する。ダストの温度が上昇するとロータリーバルブ３の表面にまで熱が伝わることにより、ロータリーバルブ３のケーシング２５の温度が急速に上昇していく。このケーシング２５の温度を温度センサー２４で検出し、温度演算器１９にて演算した温度変化率が温度勾配管理値を超えると、不活性ガスの注入を開始する。焼結化を検知し不活性ガスが注入されると酸素が供給されなくなるため、次第に酸化反応が停止し温度変化率はマイナスとなって行く。その際、また温度は反応前のダストの温度となることから、温度変化率はほとんど無くなる。その状態では、順調にダストが排出され操業が継続される。

本発明の実施の形態の概略構成を模式的に示した説明図である。排出されたダストに対する正常状態の駆動電動機の電流値を示す変換テーブル例である。ダストの焼結化によりロータリーバルブの故障が発生し、操業が停止する例である。ダストの焼結化を電流で検出し、不活性ガスを注入することで操業を継続する例である。ダストの焼結化を温度変化率で検出し、不活性ガスを注入することで操業を継続する例である。従来のロータリーバルブによる排出装置を具備した設備構成の例である。本実施の形態におけるロータリーバルブに不活性ガスの注入パイプを取り付けた状態の一例である。

符号の説明

１・・・ホッパ
２・・・シール弁
３・・・ロータリーバルブ
４・・・ダスト
５・・・注入パイプ
６・・・不活性ガスボンベ
７・・・流量調整弁
８・・・駆動用電動機
９・・・電動機制御部
１０・・・制御装置
１１・・・排出指令器
１２・・・ガス流量調整制御部
１３・・・ガス流量設定器
１４・・・電流検出センサー
１５・・・変換テーブル
１６・・・管理設定器
１７・・・管理値演算器
１８・・・電流比較演算器
１９・・・温度演算器
２０・・・温度勾配比較演算器
２１・・・電動機駆動回路
２２・・・流量調整弁駆動回路
２３・・・集塵機（本体）
２４・・・温度検出センサー
２５・・・ロータリーバルブのケーシング
１０１・・・ホッパ
１０２・・・シール弁
１０３・・・ロータリーバルブ
１０４・・・ダスト
１０５・・・集塵機（本体）

Claims

金属を含むダストを収納したホッパの下方から当該ダストをホッパ外部へ排出するダスト排出装置であって、
前記ホッパの底部に配設され、駆動用電動機で回転駆動されてホッパ内のダストを掻きだすロータリーバルブと、
前記駆動用電動機の回転駆動を制御する電動機制御部と、
前記ロータリーバルブ内へ不活性ガス、又は空気と不活性ガスとの混合ガスを注入する不活性ガス注入手段とを具備することを特徴とする、金属含有ダスト排出装置。
さらに前記ロータリーバルブの駆動用電動機の電流実績値を検出する電流検出手段と、
該電流実績値と、予め設定した電流管理値とに基づいて、前記ダストの焼結化を判定する制御部とを具備し、
前記不活性ガス注入手段は当該制御部の判定に基づいて前記ロータリーバルブ内へ不活性ガスを注入することを特徴とする、請求項１に記載の金属含有ダスト排出装置。
さらに前記ロータリーバルブの温度を検出する温度検出手段と、
該温度検出手段による温度の検出値に基づいて、ダストの焼結化を判定する制御部とを具備し、
前記不活性ガス注入手段は当該制御部の判定に基づいて前記ロータリーバルブ内へ不活性ガスを注入することを特徴とする、請求項１に記載の金属含有ダスト排出装置。
前記制御部は、前記温度検出手段による温度の検出値の時間的な温度変化率を導出する温度演算器と、
該温度変化率と、予め設定した温度勾配管理値との大小を比較して、ダストの焼結化を判定する温度勾配比較演算器を具備することを特徴とする、請求項３に記載の金属含有ダスト排出装置。
金属を含むダストの集塵機であって、請求項１〜４の内のいずれか１項に記載の金属含有ダスト排出装置を備えることを特徴とする、集塵機。