JP2009523908A - 高炉用充填装置 - Google Patents

Abstract

溶鉱炉の中心軸から外れた位置に配置された送出しオリフィスを備える少なくとも１機の充填ホッパーと、該ホッパー下方に配置された材料供給装置から構成される溶鉱炉用充填装置。材料供給装置は、溶鉱炉中心軸と同軸なフィードチャネルと、充填物を溶鉱炉中へ送り込むフィードチャネル下方に配置される回転・旋回可能シュートから構成される。充填装置には、漏斗形状をした接続ボックスがさらに含まれ、この接続ボックスは材料供給装置と充填ホッパーとの間に配置される。接続ボックスには、充填ホッパーと繋がっている下部中央送出し口と、溶鉱炉の中心軸から外れて配置され、かつホッパーの送出しオリフィスと繋がっている少なくとも１個の上部投入口が備えられる。本発明に従って、充填装置には少なくとも１個のスプレッダーが含まれ、このスプレッダーは送出しオリフィスから送り出された材料ルート上であって材料供給装置の上流に配置される。このスプレッダーにより、フィードチャネルの両側へ材料流を分散させることが可能となる。

Description

本発明は、エアロック貯蔵槽として機能し、かつ高炉内部へ充填物を送り込む回転・旋回可能なシュートを備えた材料供給装置へ接続ボックスによって連結された充填ホッパーを少なくとも１機、通常は数機備えて構成される高炉、特に溶鉱炉用の充填装置に関する。

世界中において、溶鉱炉にはかなりの数のこの種の充填装置が装備されている。溶鉱炉の場合、充填は通常下記の場合に行われる。すなわち、第一ホッパーが大気圧条件下で充填される場合、溶鉱炉圧条件下にある第二ホッパーによってその充填物が接続ボックスを通して材料供給装置の中央送りチャネル中へ放出される。この中央チャネルによって送られた充填物は回転・旋回可能なシュートによって炉の充填面全体へ分配される。第二ホッパーが空である場合には、このホッパーは炉から隔離され、再充填に備えて大気圧まで減圧される。その後、予め充填された第一ホッパーあるいは該当する場合には第三ホッパーは溶鉱炉圧下に置かれ、直ぐに材料供給装置へ充填物を送れる状態にされる。

これらの充填装置を用いる場合、ホッパーが中心から外側へ逸れて位置しているため、ホッパーから送り出される材料は炉の中心軸から外れたルートに沿って流れ出る。そのため、前記回転・旋回可能なシュートに対する衝撃範囲は可変かつ非対称的であり、該シュートが引っ込められた無作動位置にある場合には、炉の充填面に対する衝撃はその中心に対して起こるわけではない。他方、前記シュートに沿って材料がスライドする距離が前記シュートの角度配置によって変動し、かつ用いられるホッパーに依存して異なるため、前記シュートに対する非対称性かつ可変な衝撃によって分配過程が複雑化される。他方、前記シュートからの中心を外れたルートには、特に溶鉱炉の中心軸周辺の炉充填物中にコークス・チムニーを形成することによって溶鉱炉の性能を改善しようとする場合に問題がある。上述した充填装置を用いる場合、これら充填装置によって充填物を炉の中心へ正確に向けることができないため、このようなコークス・チムニーを形成することは殆ど不可能となる。この問題に対し、例えば本願出願人によるルクセンブルグ特許、ＬＵ８５８７９、ＬＵ８６３３６、ＬＵ８６３４０において種々解決策が提案されている。古典的な充填装置においては、充填材料が回転・旋回可能なシュートへ到達する前に、充填材料は接続ボックスの傾斜壁に沿って流れる。これに対し、上記解決策は本質的には接続ボックス内へさらに円錐形のファネルを設けることから成るものである。このファネルからの出力は計測装置によって制御され、それによってファネル中への材料保持が果たされる。この方法では、シュート中への非対称な送り出しが減じられ、あるいは行われなくなる。しかしながら、これらの解決策を実施するためには、精巧な制御操作の実施に加えて、古典的充填装置の本質的かつ複雑な改良が要求される。

本発明は、簡単な手段の使用によって、充填物送り出しルートの炉中心軸へのセンタリングを可能とする溶鉱炉用充填装置を提供することを目的とする。

上記課題は、本発明に従って、溶鉱炉の中心軸から外れるように配置された送出しオリフィスを備える少なくとも１機の充填ホッパーと、前記ホッパー下方に配置される材料供給装置から構成される溶鉱炉充填装置を提供することによって達成される。前記材料供給装置は、炉中心軸と同軸上のフィードチャネルと、充填物を溶鉱炉中へ分配するように設計され、かつ該フィードチャネル下方に配置される回転・旋回可能なシュートから構成される。本願充填装置にはさらに、漏斗形状を呈する接続ボックスが含まれ、この接続ボックスは前記材料供給装置と充填ホッパーとの間に配置される。この接続ボックスには前記フィードチャネルと連絡されている下部中心送出し口と、炉中心軸の中心から外れるように配置され、かつホッパーの送出しオリフィスと連絡されている上部受入口が設けられている。本発明の重要な観点に従って、充填装置には、少なくとも１個の分散手段、すなわちスプレッダーが含まれ、このスプレッダーは上述した材料供給装置の上流であって前記送出しオリフィスから送り出される材料の流路上に配置され、このスプレッダーによって上述したフィードチャネルの両側へ材料の流れを分散させることが可能となる。

前記ボックスがファネル形状であれば、速度の水平成分は前記ボックスの中心を外れて入り、かつ該ボックス中を通る物の流れのそれぞれへ不可避的に伝達されることが知られている。その結果、フィードチャネルから出る流れは中心を外れることになる。前記回転・旋回可能なシュート上においては、該シュートが回転すると、前記中心を外れた流れは種々のスライド距離を移動する。実際、前記シュートに対する衝撃ゾーンは、入射流が同軸でない場合、シュートの相対回転位置によって変動する。シュート上を移動するスライド距離によって材料の減速度合が左右される。その結果、シュートから出る材料の速度もシュートの回転位置によって左右される。それゆえ、好ましい充填グラフを構成する同一中心円形ゾーンを達成することは容易ではない。さらに、コークス・チムニーが所望される場合、その形成も妨げられる。

本発明に従ったスプレッダーにより、ホッパーから充填された材料の流れを分割し、少なくとも２つに分流して接続ボックスの傾斜面の対向側上へ、すなわちフィードチャネルの両側へ分散させることが可能となる。このようにスプレッダーによって先に分離された流れは再び合流され、それら流れの衝突によって速度の水平成分が十分に減じられあるいは失われ、それによってほぼ中心を通る、すなわち炉の中心軸とほぼ同軸上を通る流れが形成される。このようなスプレッダーの利用を考慮した場合、それが機械的に単純であり、それゆえ信頼度が高く、接続ボックス中への配置が容易であり、また既知充填装置へ極めて僅かな変更を加えるだけで使用できることが理解されよう。

簡単な実施態様においては、スプレッダーは接続ボックス内に配置されるスプレッダープレートから構成される。本発明の第一の変形では、スプレッダープレートとして固定型水平板が用いられる。本発明の第二の実施態様では、スプレッダープレートとして操作位置と非操作位置との間を旋回できる旋回型プレートが用いられる。操作位置では、このプレートは通常流れ方向に対して横切る障害物となるように水平に配置される。他方無操作位置にある時、このプレートは例えば材料の流れを妨げないように縦方向軸に沿って引っ込められる。

旋回可能プレートの場合、操作位置にある時にスプレッダープレートが少なくとも部分的にフィードチャネルを覆うことができるように形状化すると有利である。旋回可能プレートの面積は固定型プレートより大きくすることが可能である。操作位置にある時にフィードチャネルを少なくとも部分的に覆うことができれば、チャネル全体を横切る材料の拡がりを最適化することが可能となる。

有利な実施態様では、スプレッダーにはさらに保持縁部が設けられ、この保持縁部によってスプレッダー上への材料の蓄積が可能とされる。このような蓄積を行うことにより、特にスプレッダーの研磨摩損が減じられる。材料の流れを有効に分割・迂回させるため、スプレッダーは好ましくは接続ボックスの壁に隣接して配置される２つの対向面から構成される。

有利な実施態様において、フィードチャネルは第一上部管状部分及び第二下部管状部分から成り、前記第一及び／または第二管状部分の水平断面は材料の流れ方向に沿って先細になるように形状化される。このように形状化することによりフィードチャネルの出口における材料の流れのセンタリング程度をさらに改善させることが可能となる。

本発明が特に数機のホッパーを用いる充填装置として溶鉱炉に用いられることに適することは明らかである。前述したスプレッダーを改善のために既存の充填装置へ容易に組み入れられることが理解されよう。好ましい実施態様において、前記充填装置は３機のホッパーから構成され、各ホッパーには炉の中心軸から外れた送出しオリフィスと３個のスプレッダーが設けられ、また各送出しオリフィスにはそれに付属するスプレッダーがそれぞれ設けられる。

発明を実施するための手段

以下の説明において、添付図面を参照しながら２つの有利な実施態様を用いて本発明の他の特徴及び長所について明らかにする。

本願全体を通して符号１０で示す充填装置の一例を図１及び図３に示す。この充填装置１０は、図には全体が示されていない溶鉱炉首部１２へ設置される。符号１５は溶鉱炉中心軸である。

充填装置１０には、第一ホッパー１６、第二ホッパー１８及び第三ホッパー２０が既知の方法で含まれ、これらのホッパーは充填材料用のエアロック貯蔵槽として用いられる。図には第一ホッパー１６及び第二ホッパー１８の下部２２、２４だけが示されている。第三ホッパー２０及びその下部２５も存在するがこの断面図では見えなくなっている。図１及び図３においては、ホッパー１６、１８は溶鉱炉の中心軸１５から外側へ外れて並べて配置されている。また、第三ホッパー２０についても同様である。実際、ホッパー１６、１８、２０は中心軸１５に対して対称的に配置されている。

符号２６はホッパー１６、１８、２０下方に配置される材料供給装置を示す図である。この材料供給装置２６は、既知方法により、溶鉱炉の中心軸１５と同軸上にあるフィードチャネル２８及び回転・旋回可能シュート３０から構成される。後者のシュートはフィードチャネル２８下方へ配置され、また、充填物を首部１２を通して溶鉱炉充填面（図示せず）へ送り込むことができるように、中心軸１５の周りを回転し、及びサスペンジョンの略水平軸を中心に旋回可能である。

接続ボックス３２は材料供給装置２６とホッパー１６、１８、２０との間に縦方向に配置される。接続ボックス３２はほぼ漏斗状に形状化される。接続ボックス３２には、既知の方法で、材料供給装置２６のフィードチャネル２８と接続された下部送出し口３４と、中心軸１５に対して対称に配置され、かつホッパー１６、１８、２０の下部２２、２４、２５へ接続された３つの上部側投入口３６、３８、４０が設けられている。図１及び図３には第一ホッパー１６及び第二ホッパー１８の投入口３６及び３８だけが図示されている。ホッパー１６、１８、２０の下部２２、２４、２５には送出しオリフィス４２、４４、４６がそれぞれ設けられるが、図にはそのうちの送出しオリフィス４２、４４だけが示されている。ホッパー１６、１８、２０の配置により、送出しオリフィス４２、４４、４６も溶鉱炉中心軸１５から外れている。

ホッパー１６、１８、２０のそれぞれに関し、材料ゲート弁４８、５０、５２のそれぞれによって送出しオリフィス４２、４４、４６のいずれかを通って交互に充填される流れが既知方式によって止められ、あるいは制御される。材料ゲート弁４８、５０、５２のそれぞれには下部シーリング弁５６、５８、６０が連係しており、これらシーリング弁によってホッパー１６、１８、２０が溶鉱炉から遮断されている。ホッパー１６、１８、２０の上端部へ取り付けられ、かつホッパー上端を外気から遮断している上部シーリング弁は図示されていないので注意されたい。

図１には、第二ホッパー１８から送り出され回転・旋回可能シュート３０によって供給される充填材料の流れ６２が示されている。また図１には、第一スプレッダー６６及び第二スプレッダー６８も示されている。図２には第三ホッパー２０と連係される第三スプレッダー７０も示されている。これらスプレッダー６６、６８、７０のそれぞれは、ホッパー１６、１８、２０のそれぞれによって送りだされる材料流の通常ルート上、すなわち材料が送りだされる送出しオリフィス３６、３８、４０の縦方向下方に配置される。

充填段階では、スプレッダー６６、６８、７０によって材料流が拡散され、接続ボックス３２の傾斜壁の別々の側へと分流され、かつ逸らされる。スプレッダー６８及び流れ６２に関して図１及び図３から理解されるように、スプレッダー６６、６８、７０によって、例えば材料流６２は特に符号６２’及び６２”によって示されるように２つの分流へと分けられる。これらの流れはこのように拡散されるため、流れ６２’及び６２”は接続ボックス３２の傾斜内壁の対向部分上を通ってフィードチャネル２８の両側へと向けられる。それにより、これらの分流６２’及び６２”は中心軸１５を通り、図１及び図３の面に直交する面の両側へ送り出される。分流６２’と分流６２”の塊流速は同じである。従って、接続ボックス３２の下部送出し口３４の部分における分流６２’及び６２”間の衝突は、スプレッダー６６、６８、７０の２つの自由面に沿った片寄りによって生じることが理解されるであろう。この衝突によって中心軸１５と実質的に同軸な単一流が生成される。２つの分流６２’及び６２”への分散及びそれらの衝突によって水平速度成分が実質的に減じられ、あるいは失われることさえあることも理解されよう。ホッパー１６、１８、２０のいずれかに拘わらず、再合流した流れによって回転・旋回可能シュート３０上に生ずる衝撃ゾーンは同じである。この衝撃ゾーンは対応スプレッダー６６、６８、７０によって中心軸１５上へセンタリングされるため、シュート３０から出る材料の速度は該シュート３０の回転位置とは無関係である。さらに、図１に示すようにシュートが引っ込められ（すなわち流路から外れた場合）、かつ作動していない状態において、再合流された流れのそれぞれが溶鉱炉充填面の中心へ衝突する利点がある。このような再合流した材料流の一例は、第二ホッパー１８から出る充填物について、図１及び図３において符号６２'''で示されている。

図２は３個のスプレッダー６６、６８、７０と、接続ボックス３２内部におけるそれらの配置を示す図である。これらのスプレッダー６６、６８、７０は中心軸１５に対して対称に配置されている。図２に示す３個のスプレッダー６６、６８、７０のそれぞれは保持縁部６６”、６８”、７０”を備える矩形スプレッダープレート６６’、６８’、７０’から成っている。図１に明瞭に示されているように、保持縁部６６”、６８”、７０”によって、円錐形状をした材料の蓄積６６'''、６８'''、７０'''がスプレッダープレート６６’、６８’、７０’上へ保持される。この材料の蓄積６６'''、６８'''、７０'''により、溶鉱炉中への大量の材料の充填によってスプレッダープレート６６’、６８’、７０’上に生ずる摩擦が減じられる。スプレッダープレート６６’、６８’、７０’及び保持縁部６６”、６８”、７０”は、適当なセラミック材料を用いた耐摩擦性スチールあるいはスチールクラッド等の機械的強度の高い材料を用いて作製される。

図１及び図２に従った実施態様において、スプレッダープレート６６’、６８’、７０’は接続ボックス３２内部の水平位置に固定配置される。スプレッダープレート６６’、６８’、７０’は接続ボックス３２の傾斜壁から縦方向へ一定間隔を空けて配置されるため、フィードチャネル２８の両側上に流れルートを得ることが可能である。このように縦方向に間隔を空けることによりスプレッダープレート６６’、６８’、７０’それぞれの下方へ分流６２”を通すことも可能となる。フィードチャネル２８の両側上及び該チャネルに対向する側面上に流路が残存するように、スプレッダープレート６６’、６８’、７０’それぞれの寸法、特に表面積が選定される。スプレッダープレート６６’、６８’、７０’は、それらの板が配置される送出しオリフィス３６、３８、４０の必ず下方へ配置される。図１及び図２から理解されるように、スプレッダープレート６６’、６８’、７０’それぞれの幾何形状的中心は一定の流速で流れる流れ６２に合わせて配列される。材料ゲート弁４８、５０、５２それぞれを設定することによって決まる前記流速は、通常図２及び図４に示された最大流速よりも遅い中間的流速とされる。実際、接続ボックスは、その漏斗形状ゆえに、中間速度的流速あるいは低流速の場合において材料流を中心に集めることは不可であるが、速い流速に関しては材料流を中心に集めることが可能である。しかしながら、スプレッダープレート６６’、６８’、７０’によれば、この問題を解決することが可能なことが理解されよう。図２には、フィードチャネル２８の両側に分流６２’及び６２”が示されている。スプレッダー６８によって材料が分配される流路は図２に示されている矢印の集合によってほぼ示されている。一旦最初の充填物が送り出されると、スプレッダー６６、６８、７０のそれぞれによって、スプレッダープレート６６’、６８’、７０’、保持縁部６６”、６８”、７０”及び材料蓄積６６'''、６８'''、７０'''から成る集合体が形成される。

図３及び図４は別の実施態様を示した図である。これら図３及び４において図１及び２に示したものと同一あるいは類似の要素には同一符号が付されている。図３及び４に示した実施態様は構成及び特徴において類似したものであるので、相違点だけについて以下に説明する。この実施態様と前述した実施態様との主たる相違点は、スプレッダー１６６、１６８、１７０が接続ボックス内部に取り付けられることと、スプレッダープレート１６６’、１６８’、１７０’の形状が異なることである。図３には作動位置にある回転・旋回可能シュート３０と、該シュート３０に対する中心軸１５と同軸方向に流れる分流６２'''の衝突状態も示されている。

図３及び図４から分かるように、スプレッダー１６６、１６８及び１７０の構造及び配置は上述した配置とほぼ同様である。しかしながら、スプレッダー１６６、１６８及び１７０、及びスプレッダープレート１６６’、１６８’及び１７０’の表面積はさらに大きくなっている。接続ボックス３２の下部送出し口３４へ向かう充填材料の通過を遮断することなくこのように表面積を大きくするため、スプレッダープレート１６６’、１６８’及び１７０’は旋回シャフト８０上へ旋回可能に取り付けられる。旋回シャフト８０は接続ボックス３２の壁中にある軸受中において回転し、スプレッダープレート１６６’、１６８’及び１７０’のそれぞれのために働く回転軸となる。これにより、スプレッダープレート１６６’、１６８’及び１７０’のそれぞれが、無作動状態となって材料の流れを妨げないほぼ垂直な待機位置と、スプレッダープレート１６６’、１６８’及び１７０’によって材料６２の流れが遮断され、分流され、また逸らされる水平作動位置との間を旋回することが可能となる。図３及び図４には、作動位置にあるスプレッダー１６８と、無作動位置にあるスプレッダー１６６及び１６８が示されている。これらスプレッダー１６６、１６８及び１７０の旋回を対応密閉弁５６、５８、６０の作動と有利に連係させることが可能である。図４において、スプレッダープレート１６６’、１６８’及び１７０’の形状が五角形であることも理解されよう。このように、作動位置にある場合、スプレッダープレート１６６’、１６８’及び１７０’のそれぞれの一部によって下部送出し口３４、従ってフィードチャネル２８が部分的に覆われるため、フィードチャネルの両側への材料拡散がより高められる。

図１及び３に戻り、充填装置１０のさらに別の２つの観点について説明する。フィードチャネル２８は、第一上部管状部２８’と第二下部管状部２８”から構成されている。第一の観点は、これらの管状部２８’、２８”が先細に形状化されていること、すなわち底部に向かって直径が減少していることである。このように構成することにより、図１及び３に示した分流よりもさらに速い流速に設定された分流６２'''を中心軸１５上へさらに集中させることが可能となる。管状部２８’、２８”に関し、これら管状部の直径が減じられていることにより、その流出方向への流速が高められ、その自由流を失うことなく材料を集中させることができるようになっている。第二の観点は、図１及び図３から分かるように、第一管状部が接続ボックス３２中へある程度突き出している点である。かかる構成とすることにより、接続ボックス３２の傾斜壁上を充填材料が通過する際に障害物となる効果が得られる。その結果、材料が符号９０で示される傾斜形状に蓄積される。この材料から成る永久層９０によって接続ボックス３２の傾斜壁上における摩擦が大幅に減じられる。

本発明の第一の実施態様に従った溶鉱炉用充填装置を示すための図２に示す軸Ｉ−Ｉに沿った縦断面図である。 スプレッダーを示すための図１に従った装置の水平断面図である。 本発明の第二の実施態様に従った溶鉱炉用充填装置を示すための図４に示す軸ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った縦断面図である。 他のスプレッダーを示すための図３に従った装置の縦断面図である。

Claims (10)

1. 溶鉱炉の中心軸から外れて配置された、送出しオリフィスを備える少なくとも１機の充填ホッパーと、
   溶鉱炉の中心軸と同軸なフィードチャネルと、溶鉱炉中へ充填物を送り込む前記フィードチャネル下方に配置された回転・旋回可能シュートから成り、かつ前記ホッパー下方に配置される材料供給装置と、
   前記材料供給装置と前記ホッパーとの間に配置され、さらに前記フィードチャネルと繋がっている中央下部送出し口と、溶鉱炉中心軸から外れて配置され、かつ前記送出しオリフィスと繋がっている少なくとも１個の上部投入口を備える漏斗形接続ボックスから構成される溶鉱炉用充填装置であって、
   前記送出しオリフィスから送り出された材料のルート上であって、かつ前記材料供給装置の上流に少なくとも１個のスプレッダーが配置され、このスプレッダーによって材料流を前記フィードチャネルの両側へ分散させることが可能とされていることを特徴とする前記溶鉱炉用充填装置。
2. 前記スプレッダーが前記接続ボックス内部に配置されるスプレッダープレートから成ることを特徴とする請求項１項記載の装置。
3. 前記スプレッダープレートが固定型水平プレートであることを特徴とする請求項２項記載の装置。
4. 前記スプレッダープレートが作動位置と無作動位置との間を旋回可能な旋回型プレートであることを特徴とする請求項２項記載の装置。
5. 前記スプレッダープレートが、該スプレッダープレートが作動位置にある時に、前記フィードチャネルを少なくとも部分的に覆うように形状化されていることを特徴とする請求項４項記載の装置。
6. 前記スプレッダーに、該スプレッダー上へ材料を蓄積保持することを可能とする保持縁部がさらに設けられることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の装置。
7. 前記スプレッダーが、接続ボックスの壁へ隣接して配置された２つの対向面から成ることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の装置。
8. 前記フィードチャネルが第一上部管状部と第二下部管状部から成り、これら第一及び／または第二管状部の横方向断面が材料流方向に向かって先細に形状化されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の装置。
9. ３機の充填ホッパーを備え、これらホッパーのそれぞれには送出しオリフィスが溶鉱炉中心軸から外れて配置され、及びそれぞれが送出しオリフィスと連結された３個のスプレッダーをさらに備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の装置。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載の充填装置を備える溶鉱炉。

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