JP2010501723A - 液体またはパルプ気曝装置 - Google Patents

Abstract

液体またはパルプ（Ｐ）を、散布ノズルを通してチェーンカーテン（Ｃ）に放出して、前記流体が、対象の３表面間の表面張力および濡れ性の相互作用によって、重力により形成された膜によって前記カーテンリンクを通って流れるときに、前記液体または前記パルプ（Ｐ）からの気泡を取り込む液体またはパルプ気曝装置。流出に関する限り、上記膜は、最終的には、膜同士が相互作用して、前記膜の間に残存している空気を取り込み、これにより大量の気泡が形成されて、この結果、チェーン放出（Ｃ）によって液体または発泡パルプ（Ｐ）が形成される。

Description

本報告は、散布ノズルと、懸下された連結を有するチェーンカーテンとを基本的に有する装置について概説し、その目的は、表面張力（surface strain）および濡れ性、重力および可塑構造などの物性の組み合わせによって気泡を発生させ、これを取り込むことによって、液体またはパルプを気曝させることにある。本装置は、特に、さまざまな産業分野および経済分野において、水、液体および鉱物および／または有機パルプを気曝させるための、一貫しており、経済的な方法を実現する。

当業者が周知のように、鉱業分野において、より詳細には、鉄鉱石の微細解膠の分野において、直接還元市場のために、焼成されたペレットに、耐熱性鉱物の被覆（refractory mineral cover）が適用される「コーティング」という工程が広く知られている。

鉄鉱石または微細な鉄鉱石ペレットを金属鉄に転換するための直接還元工程を使用する製鉄プラントは、「スティッキング」と呼ばれる工程のボトルネックに対処するために適合させる必要がある。

直接還元炉においては、溶鉱炉とは対照的に、還元環境で装填材料が高温鉄に転換される。しかし、このような環境下では装填材料が融解されない。還元ガスが、装填材料成分の細孔（ペレットまたは粒状体）に浸透し、制御温度下で、鉄鉱石の酸化物が金属鉄に熱化学還元されて、その結果、海綿鉄として知られる固いスポンジ様の生成物が得られ、その成分は、その生成物の元となったペレットまたは粒状形状の原形を保っている。

上記の工程の生産性を最適化するために、操作温度が高く設定されてきたが、この操作条件の結果、スティッキング現象が一層悪化している。

このスティッキング過程では、鉄のペレットまたは粒状体が半融解し、融解した表面が高温に曝されて、大きな固い海綿鉄のブロックが形成されると理解されている。このような凝塊の結果、炉の性能が低下し、排気が困難となり、下流の装置に過負荷がかかる。

この問題を解決するために、直接還元炉の場合に、ペレットの焼成（生産）後の、熱化学還元の前の段階において、ペレットの表面に耐熱性材料の薄層を形成可能にする「コーティング」と呼ばれる工程が考案された。この工程では、ペレットの浸染のために、移動中のペレット上に、この水溶性パルプの微粉砕された耐熱性材料が散布される。このために、散布ノズルが、コンベヤベルト間のトランスファーシュートのほか、ベルト上などの位置に戦略的に配置される。

この工程は、散布作用を得るためにノズルが狭い開口を有するため、ノズルが、耐熱性パルプに存在する未知の材料の存在のほか、耐熱性材料の充填物あるいはパッキング（packing）に影響されやすくなり、これらが、コーティング作業を長時間停止している間に、ノズルの近傍に沈殿するという難点を有する。

このような頻繁な目詰まりにより、このシステムが脆弱化し、その復旧に時間を要し、保守チームを肉体的および精神的に消耗させ、事故が発生しやすくなる。さまざまな理由により、この問題の発生源での復旧は多くの場合不可能であり、このため、発生間隔が許容できないほどに短くなる。

別の難点として、ノズルの狭窄部分、いわゆるボトルネック部分の内側をパルプが高速で流れるため、その結果、ノズルが摩耗する点が挙げられる。パルプに含まれる鉱物による摩耗性と、この高い流速のとにより、このようなノズルが設計時よりも広くなってしまい、パルプのジェットのターゲットおよび流出の両方が変化し、このため、鉱物の消費量が増大し、ペレットにパルプを均一に分散させることが一層困難となる。

別の難点として、ジェット散布工程に必要であると考えられている圧力のレベルが比較的高い点にある。このような圧力レベルにより、カーブ、ジョイントおよびバルブにおいて、ならびにこの工程に使用される遠心ポンプのメカニカルシーリングにおいて、分配回路からのパルプの流出を防ぐことが困難となる。

このような難点が、個々に、または複合的に作用する直接の結果、コーティング工程の操作が不安定となり、ペレットボリュームへのコーティングの大きな欠陥のほか、スティッキングが頻繁に発生し、顧客の不満につながる。

研究室ベースのサンプルのスティッキング比は、上で説明したような直接還元炉の凝塊形成を表している。これは、高温、圧力および熱化学還元に曝された初期自由質量に対する、凝塊形成された質量のパーセンテージに基づいて表される。

本特許出願は、水と、微粉砕された、加熱または冷却された純粋な鉱物、あるいは石灰、石灰石、ダナイト、ボーキサイト、セメント、および鉄鉱石ペレットコーティングの解膠プラントにおいて評価および／または使用される任意の鉱物等の材料と結合している鉱物とから形成される、鉱物パルプの気曝を可能にする装置を提供することを目的とするという点で、言及した技術とは異なる。

この目的のために、本装置は、表面張力、濡れ性、重力などの純粋な物理原則のほか、金属または非金属のチェーン、管、プレート、ボルトおよびナット等のよく用いられる入力機構（input）に基づいて設計されている。

したがって、本発明の更に別の目的は、鉱物パルプの気曝を、上で説明した鉄鉱石ペレットコーティングを、解膠プラントにおいて使用可能にする装置を提供することにある。また、本装置は、下部ベルトペレットに到達させるために、コンベヤベルトにわたる均一な（evently crossed）散布および浸出のために、コンベヤベルト上の移動中のペレット装填材料に、このようなパルプを適用する。

このような目的のために、この装置は、下記に記載する５つのモジュールを備えたキットとして設計され、その経路に、好ましくは供給源の近くに、高さ４ｍの自由部分を有するコンベヤベルトが存在していれば、どのような状況にも容易に適合させることができる。

ペレットへの均一な散布と、下への浸出を実現するために、アプリケーションモジュールは、ペレット装填材料ベルトの全体に広がるカーテンを形成するためのチェーンを有する。

したがって、本発明の更に別の目的は、工程に関連しない材料がノズル端または他の任意の部分を目詰まりさせるのを防ぎ、システムの使用の全てにわたって、操作の安定性と適用の均質性を保証するために、解膠プラント用の鉄鉱石ペレットコーティングシステムにおいて鉱物パルプの気曝を使用可能にすることにある。

これを実現するために、装置は、散布ノズルを有し、その開口は、工程に関連しない任意の材料をその内部に捕捉しないために十分な寸法を有する長方形である。

したがって、本発明の更に別の目的は、流出および制御できない散布を防止し、このため廃棄物、汚れおよび環境問題を発生させないために、解膠プラント用の鉄鉱石ペレットコーティングシステムにおいて鉱物パルプの気曝を使用可能にすることにある。

この目的を実現するために、装置は、以下の３つの要件を満たすように設計されている。ａ）工程に関しては、カーテンの端がペレット装填材料のごく近くに配置されるように配置される。
ｂ）気曝工程は、パルプの落下速度を和らげ、パルプの所定の部分がペレットと接触する際にパルプが突発的に圧縮されるのを防ぎ、突出を防止する。
ｃ）気泡は、パルプとペレット間の衝撃を和らげる緩衝剤のように作用する。

したがって、本発明の更に別の目的は、長期間の操業を可能にし、早い摩耗による保守および部品交換を不要にするために、解膠プラント用の鉄鉱石ペレットコーティングシステムにおいて鉱物パルプの気曝を使用可能にすることにある。

この目的を実現するために、本装置は、Ｓｃｈｅｄｕｌｅ８０の直径３インチの鋼管の散布端、溶接された短いチェーンのリンク、厚さ５ｍｍの鋼鉄を有するシュートなどの堅固な部品を意図的に有するが、装置の高耐久性の特徴を保証するために、ほかの材料および寸法を使用してもよい。

したがって、本発明の更に別の目的は、調製（preparation）点から低圧下での塗布に至る全てにわたり、パルプポンピングシステムの動作を可能にし、ポンピングエネルギーによる負荷を軽減すると共に、輸送管からの漏出、ならびにガスケット、メカニカルシールなどのポンプのシール系での漏出を防ぐために、解膠プラント用の鉄鉱石ペレットコーティングシステムにおいて鉱物パルプの気曝を使用可能にすることにある。

この目的を実現するために、本装置のノズルは、直径３インチの適用管と、狭窄部分のない（non-bottlenecking）ノズルとを適切に備え、これは、適切に寸法を定められたパルプの分散ラインに加えて、均質化タンクから濾過装置まで、回路にわたって低い負荷損レベルを保証し、このためポンプ圧を低く維持する。

本発明の上記の目的およびその他の目的は、液体またはパルプが、散布ノズルによってチェーンの流れに放出され、液体またはパルプが、対象の３表面（固体／流れ、液体／パルプおよび気体／空気）間の表面張力および濡れ性の相互作用によって、膜により形成されたチェーンリンクを通って流れるときに、表面張力および濡れ性、ならびに可塑構造等の物性の組み合わせによって、液体またはパルプ中に気泡が捕捉される際に、実現することができる。この膜は、各リンク内、リンク間およびチェーン間に形成される。流出に関する限り、膜は、最終的には、膜同士が相互作用して、膜の間に残存している空気を取り込み、これにより大量の気泡が形成されて、この結果、チェーン放出（chain discharge）によって液体または発泡パルプが形成される。

本発明に関して、添付の図面を参照して説明する。

液体またはパルプ用の気曝装置の斜視図である。 液体またはパルプ気曝装置の使用により可能な発泡液体の生成を示す詳細な図である。 液体またはパルプ気曝装置において使用される目詰まり防止散布ノズルの詳細な図である。 液体またはパルプ気曝装置の使用により可能な液体の分配および均質化を示す詳細な図である。 液体またはパルプ気曝装置の使用により可能な液体の分配および均質化を示す詳細な図である。

上で説明した目的に沿うように考察され、解膠プラントで使用するのに適切な寸法で設計された装置は、以下の５つのモジュールを備える。

１．直径３インチおよび長さ０．８ｍの管から構成された第１の部品と、前記第１の部品に連結され、最適な配置のために軸に沿って自由に回転させることができる２０×２１０ミリメートルの矩形の開口を有する平坦な端を有する管から構成された適用ノズルである第２の部品と、前記アプリケータの支持部であり、その特別に作製された特徴のため、流れ（Ｃ）への距離、角度、アラインメントおよび高さなどの現在の必要に合うように最適に配置させることができる第３の部品と、の３つの部品を有するアプリケーションモジュールまたはアプリケータ。

２．試作品の主要部分であり、並べられ、カーテンを形成している長さ３ｍの隣接するチェーンの組（Ｃ）を有し、懸下中に、気曝現象を可能にする凝集性を有し、スポンジ様の（sponged）組を形成し、自己洗浄および時々の洗浄が促進されるように、意図的に自由端とされた、試作品の主要部品である気曝および散布モジュール（２）。

３．前記パルプ（Ｐ）から外れた流れを元に戻し、前記パルプをカーテンの幅に沿って平均的に分散させるためのサンドイッチ形状を形成している、前記チェーン（Ｃ）にわずかに傾斜した前板および後板を有する照準モジュール（３）。

４．前記チェーンによって支持されているアプリケーションモジュールの下に配置されたボックスを有するレセプタモジュール（４）。また、このモジュールは、パルプの分散（Ｐ）を補助し、前記アプリケータ（１）からの時々生ずる飛沫を閉じ込める。

５．前記システムを支持および補強して、前記システムの各部品を固定し、同時に迅速かつ安全な機械の検査および介入を可能にする金属製の輪郭を備えた構造モジュール（５）。

低圧下で前記装置に達した前記鉱物パルプ（Ｐ）は前記アプリケータ（１）を通り、前記アプリケータは、カーテンに均一に分散させるためにカーテンにパルプを自由に放出する。重力によって前記カーテンを通って流体が流れると、下端を通って出るように、前記パルプの体積（Ｐ）が更に分散され、このためベルトコンベヤ上の焼成されたペレット層の全ての部分を覆う。

前記パルプ（Ｐ）が前記チェーン（Ｃ）と相互作用し、その結果気曝を受け、気泡によって得られる断熱のため、前記パルプ（Ｐ）が、前記ベルト上のペレット装填材料の下端に迅速に浸透して捕捉され、同時に水の沸点を越えたペレットによる蒸発工程が開始される。この現象は、気曝浸出（aerated percolation）と呼ばれている。このため、この工程は、装置の下で移動中のペレット装填材料に、鉱物質顔料を良好に浸染およびスティッキングさせ、このため高度なコーティングを保証する。

液体（１０）およびパルプ気曝装置を備えた組として特に記載および図示したが、本発明の範囲を逸脱することなく、構成の変更および利用可能分野の変更が実施可能であり、実行可能である。

Claims (9)

1. 液体またはパルプ（Ｐ）を、散布ノズルを通してチェーンカーテン（Ｃ）に放出して、前記液体またはパルプ（Ｐ）が、対象の３表面（固体／流れ、液体／パルプおよび気体／空気）間の表面張力および濡れ性の相互作用によって、膜により形成された前記チェーンリンクを通って流れるときに、前記液体または前記パルプ（Ｐ）内部に気泡を取り込むことが可能である液体またはパルプ気曝装置であって、流出に関する限り、上記膜は、最終的には、膜同士が相互作用して、前記膜の間に残存している空気を取り込み、これにより大量の気泡が形成されて、この結果、チェーン放出（Ｃ）によって液体または発泡パルプ（Ｐ）が形成されることを特徴とする液体またはパルプ気曝装置。
2. ｉ）アプリケーションモジュールまたはアプリケータ（１）と、ｉｉ）気曝および散布モジュール（２）と、ｉｉｉ）照準モジュール（３）と、ｉｖ）レセプタモジュール（４）と、ｖ）構造モジュール（５）と、を有することを特徴とする液体またはパルプ気曝装置。
3. 前記アプリケーションモジュールまたはアプリケータ（１）は、管から構成された第１の部品と、前記第１の部品に連結され、最適な配置のために軸に沿って自由に回転させることができる矩形の開口を有する平坦な端を有する管から構成された適用ノズルである第２の部品と、前記アプリケータの支持部であり、その特別に作製された特徴のため、流れ（Ｃ）への距離、角度、アラインメントおよび高さなどの現在の必要に合うように最適に配置させることができる第３の部品と、の３つの別個の部品を有することを特徴とする請求項２に記載の液体またはパルプ気曝装置。
4. 前記気曝および散布モジュール（２）は、並べられ、カーテンを形成している隣接するチェーンの組（Ｃ）を有し、懸下中に、気曝現象を可能にする凝集性を有し、スポンジ様の（sponged）組を形成し、自己洗浄および時々の洗浄を意図的に自由に容易にする（deliberately free to facilitate）ことを特徴とする請求項２に記載の液体またはパルプ気曝装置。
5. 前記照準モジュール（３）は、前記パルプ（Ｐ）から外れた流れを元に戻し、前記パルプをカーテンの幅に沿って平均的に分散させるためのサンドイッチ形状を形成している、前記チェーン（Ｃ）にわずかに傾斜した前板および後板を有することを特徴とする請求項２に記載の液体またはパルプ気曝装置。
6. 前記レセプタモジュール（４）は、前記チェーンによって支持されているアプリケーションモジュールの下に配置されたボックスを有し、パルプの分散（Ｐ）を補助し、前記アプリケータ（１）からの時々生ずる飛沫を閉じ込めることを特徴とする請求項２に記載の液体またはパルプ気曝装置。
7. 構造モジュール（５）は、前記システムを支持および補強して、前記システムの各部品を固定し、同時に迅速かつ安全な機械の検査および介入を可能にする金属製の輪郭を備えることを特徴とする請求項２に記載の液体またはパルプ気曝装置。
8. 低圧下で前記装置に達した前記鉱物パルプ（Ｐ）は前記アプリケータ（１）を通り、前記アプリケータは、カーテンに均一に分散させるためにカーテンにパルプを自由に放出し、重力によって前記カーテンを通って流体が流れると、下端を通って出るように、前記パルプの体積（Ｐ）が更に分散され、このためベルトコンベヤ上の焼成されたペレット層の全ての部分（all the crossed extension）を覆うことを特徴とする請求項１に記載の液体またはパルプ気曝装置。
9. 前記パルプ（Ｐ）が前記チェーン（Ｃ）と相互作用し、その結果気曝を受け、気泡によって得られる断熱のため、前記パルプ（Ｐ）が、前記ベルト上のペレット装填材料の下端に迅速に浸透して捕捉され、同時に水の沸点を越えたペレットによる蒸発工程が開始されることを特徴とする請求項１に記載の液体またはパルプ気曝装置。

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