JP2013532775A - 分配シュート - Google Patents

Abstract

シュート本体中にバルク材料流を受け入れる入口部（２０）とバルク材料を放出する出口部（２４）を備える流路（２２）を有する該シュート本体を含んで構成される回転・旋回型分配シュート（１０）を提供する。作動に際して、バルク材料は流路によって入口部から出口部へと運ばれる。流路には、材料流を入口部中における第一流れ方向から出口部中における第二流れ方向へと方向転換させるための曲折部（２８）が設けられる。シュート本体は、入口部を含む少なくとも１個の上流部分（１４）と、出口部を含み、かつ上流部分へ固定される下流部分（１６）から組み立てられる。下流部分によって流路の真っ直ぐな部分が画定され、他方上流部分によって入口部及び流路の曲折部が画定される。上流部分は下流部分に対して厚壁で仕切られる。

Description

本発明は概略的には、冶金反応炉等の閉鎖系設備、特に高炉においてバルク材料を分配するバルク材料分配装置に用いられる分配シュートに関する。本発明は、より具体的には、第一流れ方向からのバルク材料を方向転換する曲折部を備えて流路を限定するシュート本体を備える分配シュートに関する。バルク材料はシュートの入口部分において該シュートに衝突した後直ぐに曲折部に沿って第二流れ方向へと流れ、この第二方向への流れはシュート出口から外へ出る。

高炉の具体例において、所謂「ベルレス型」装入設備が広範に使用されている。このような装入設備は炉頂へ取り付けられ、該装入設備には分配装置が備えられ、その主要な構成部分として分配シュートが備えられる。分配装置は通常炉の縦軸を中心としてシュートを回転させ、また直交する横軸を中心として該シュートを旋回させるように構成される。装入過程において、バルク装入物は縦方向に分配シュート上へ落下し、落下した装入物はシュートの回転及び旋回位置に従って周縁方向及び半径方向へ分配される。その結果として、実質上望ましい装入材料プロファイルを装入面上に得ることが可能である。

分配シュート上を滑る大量のバルク材料の摩耗効果により、シュートはかなりの程度まで摩耗され、定期的に新しいか、あるいは改装されたシュートと取換えることが必要とされる。広く知られたシュート設計が欧州特許ＥＰ０６４０５３９から公知である。この特許では、シュート上に一層のバルク材料を保留させて摩耗を最小限に抑える特別な保留小室が備えられた縦方向に真っ直ぐで概略桶形状を呈するシュート本体が提案されている。

シュートの摩耗を悪化させる影響として、シュートがほぼ垂直（中央装入）位置にない場合において、材料がシュートに対して比較的大きな角度で衝突することが挙げられる。別の言い方をすれば、典型的な装入プロフィールでは、シュートの旋回位置の大部分に大きな衝撃負荷が含められ、この衝撃負荷が摩耗の原因となるスライド摩擦力へ加えられる。実際、ＥＰ０６４０５３９において提案されている典型的な直線構成の真っ直ぐなシュートを用いる場合、シュートに対する材料の衝突角度はシュート傾斜角度に一致し、該角度は半径方向の最も外側の装入位置においては５０°以上（垂線からの角度）となる。

最も摩耗し易い部分、すなわちシュートの衝突部分の摩耗を減らすため、典型的な真っ直ぐ形状から逸脱したシュート本体を提供することが提案されている。しかし、率直に言って、そのようなシュートを用いる場合、衝突部における垂直落下方向に対する角度が、半径方向への流れの逸脱程度を決定する出口シュート出口部における角度よりもさらに鋭角となる。別の言い方をすれば、衝突後の流れ方向がシュート出口部における流れ方向よりも概して急勾配となる。その結果、このようなシュートでは、衝突負荷を減じながら、ほぼ同等な流れの逸脱を得ることが可能である。さらに、もっと急な角度で衝突する場合には、前記流れが減速される程度はより少なくなる。従って、さらに別の利点として、材料の出口部における流出速度がさらに速くなるため、シュートはより短いシュート長であっても、あるいはシュートの傾斜角が小さくても、同じ装入径を達成でき、後者の場合はさらに摩耗を減ずることが可能となる。

シュートへの衝突直後の第一流れ方向を、流出口においてより急な該流れの第二流れ方向に転換する曲折部を用いて流路を限定する分配シュート本体は、例えば日本特許出願ＪＰ５９−０２０４１２及びＪＰ５９−０３１８０７から公知である。

ＪＰ５９−０２０４１２には、概略真っ直ぐな下流部分（図２：Ａ−Ｂ）及びシュート長の０．５〜４．０倍、より好ましくは０．５〜３．０倍の半径で湾曲中心をもつアーチ形状に湾曲された上流部分（図２：Ｃ−Ｂ）をもつ概して桶形のシュートが提案されている。かかる構造により、装入材料の流れはシュートの湾曲形状に沿って徐々にその方向を変える。しかしながら、このような湾曲形状の作製は非経済的であり、あるいは構造体として相対的に弱いものとなる。ＪＰ５９−０３１８０７でも極めて類似した設計が提案されている。この提案された桶形状のシュート本体は、前記上流部分が真っ直ぐなセグメントの連続から形成され、これらセグメントがシュート長の０．５〜４．０倍の半径をもつアーチと接線方向に接触している点において相違しているにすぎない。従って、ＪＰ５９−０３１８０７で提案されているセグメントは、作製コストにおいてより経済的であると思われるが、形状においてＪＰ５９−０２０４１２の前記湾曲形状に近似するものである。

また、ＷＯ２００９／０３７５０８においては、下流部分が上流部分よりも緩やかに形成されている別のシュート本体が提案されている。このシュートは概して円錐台形状に建造され、特にシュートが２つの直交する水平軸を中心としてカルダン方式で旋回する所謂ジンバル型装入装置に適している。回転・旋回型装入装置との互換性はないが、このシュートは衝突点でのより急激な摩耗にも耐え得る。

摩耗の減少及びシュート長の短縮によって耐用期間が延びる明らかな利益が得られるにも拘わらず、上述した漸進的な材料流の逸脱を伴う分配シュートは、少なくとも冶金反応炉分野において未だ広範には採用されていない。

このように受け入れられない理由は、特にシュート本体の製作における経済性と、シュートの回転及び旋回中に働く装入材料重量及び動的負荷を含めたシュートに対して働く大きな負荷に確実に耐え得る十分な強度の双方についての困難性のためと説明されている。

すなわち、本発明は、曲折された上流部分を用いて流路を限定するシュート本体を有し、強度性が高く、かつ経済性に優れる分配シュート構造を提供することを目的とする。

本発明では、回転・旋回型分配シュートが提案されている。かかる分配シュートはバルク材料分配装置、特にシャフト炉等の冶金反応炉の装入材料分配装置において用いられる。この分配シュートは、バルク材料流を受け入れるための入口部及びバルク材料を放出する出口部を備える流路を保有するシュート本体（すなわち分配シュートの負荷支持本体）から構成される。作動に際して、この流路によってバルク材料は前記入口部から前記出口部へと運ばれる。前記流路には材料流を入口部における第一流れ方向から出口部における第二流れ方向へと方向転換する曲折部が設けられる。本発明によれば、前記シュート本体は少なくとも１つの入口部を有して成る上流部分と、出口部を有する下流部から成り、前記下流部は前記上流部分へ固定される（すなわち、上流部分と下流部分は互いに移動しないように固定される）。この下流部分によって流路の真っ直ぐな部分が画成され、他方上流部分によって入口及び流路の曲折部が画成される。さらに、前記上流部分の壁は、（壁厚がより薄い）前記下流部分よりも厚く形成される。

このような分配シュートにおいて、分配シュートに対して衝突するバルク材料によって加えられる負荷の主要部分がシュート本体の壁厚上流部分によって受け取られることは当業者の理解するところであろう。シュートの上流部分には曲折部分も含まれるため、第一流れ方向と第二流れ方向の移行部分においてバルク材料の軌道を変えるために必要とされる屈折力の殆どもまた前記上流部分によって与えられる。シュートの下流部分においては、材料は（前述したシステムのシュートにおける）ほぼ直線状の軌道に従って流れる。それゆえ、下流部分の壁強度は上流部分の壁強度よりも小さく選定されている。その結果、分配シュートは高い機械的剛性を発揮し、半径方向外側の下流部分の構造によってシュートベアリングに対して加えられるトルクが減少し、さらに分配シュートを経済的に作製することが可能とされる。

ここで、第一流れ方向は入口部底部の（分配シュート縦中心面における）全体的接線方向と一致し、この入口部底部においてバルク材料流が少なくとも約４５°以上の高い放出角度で分配シュートにぶつかり、他方第二流れ方向は出口部底部の（分配シュートの縦中心面中における）全体的接線方向に一致する。ここで、用語「放出角度」は分配シュート出口部と垂直方向とが成す角度を指す。

本発明の好ましい実施態様によれば、前記上流部分は鋳造金属、例えば鋳鉄あるいは鋳鋼などから作製される。鋳造技術を利用することにより、前記上流部分を多様に形状化できることは当業者の理解するところであろう。別の言い方をすれば、シュートの設計に課される制限が先行技術よりも少なくなっており、シュート本体を用途、有効空間、及びその他の操作パラメータに従って適合させることが容易となる。最も好ましくは、前記下流部分は１または２以上の溶接された曲折スチール板から構成される。

分配シュートの流路入口は好ましくは環状襟部として上流部分上へ設けられる。この入口は従って（入口の軸を取りまく）管状の断面として形成される。前記環状襟部によって上流部分が補強され、大きな変形を生ずることなく、上流部分により高いトルクを得ることが可能とされる。

分配シュートの好ましい実施態様によれば、前記下流部分は出口を与える管状の断面から構成される。これにより、バルク材料の側方でのオーバーフローが減じられ（取り除かれ）、最終的にシュート下方における装入分配制御が向上する。最も好ましくは、前記下流部分は上流部分との連結部から出口部へ向けて先細形状に構成される。

好ましくは、前記流路には（第一流れ方向に一致する）第一流路軸が前記入口部中に与えられ、また（第二流れ方向に一致する）第二流路軸が前記出口部中に与えられ、それら軸間において上流部分中の曲折部によって一定角度が限定される。この角度は好ましくは１５〜４５°の範囲内、さらに好ましくは２０〜４０°の範囲内である。

前記上流部分中の曲折部は鋭角（急な角度）であってもよい。あるいは、前記曲折部によって入口部中の流路底部と出口部との間に曲折された移行部分が画成されてもよい。前記上流部分の作製において鋳造技術を用いて３次元曲折面が容易に得られることが理解されよう。

前記上流部分と前記下流部分を組み立てるため、上流部分には（曲折部を挟んで）入口部と反対側に連結端部が与えられる。下流部分は好ましくはこの連結端部中へ、例えば曲折部に達するまで挿入され、その位置でネジ、ボルト、リベットを用いて、あるいは溶接により、あるいはその他の適当な固定手段を用いて固定される。高い安定性を得るため、前記連結端部と下流部分が重なり合う長さは下流部分の全長の好ましくは少なくとも２０％、例えば２０〜４０％の範囲内とされる。

本発明の好ましい実施態様によれば、分配シュートには、その上流部分中及び又はその下流部分中にインサートを有し、該インサートには保留小室が含まれ、この保留小室を流路へ向けて開いてバルク材料で満たすことにより分配シュートを摩耗から保護することが可能とされる。好ましくは、前記インサートは、バルク材料の流入が約３０°以上の角度でぶつかる面が保留小室で保護されるように配置される。かかる方法により、衝突材料流によって最も摩損され易い流路面上の部分を適切に保護することが確保される。インサートが摩耗した場合には、それをシュート本体から取り出して交換できることが理解されよう。これにより、修理コストを低減することができる。また、保留小室形状のインサートに代えて、鋳造あるいはセラミック摩耗プレート形状のインサートを供することも可能である。

好ましくは、分配シュートの出口部は耐摩耗性スライドインサートを用いて下流部分内に形成される。保留小室が備えられるゾーンとは対照的に、前記スライドにはその出口部中に、バルク材料を可能な限り集中的かつ均質な流れとして放出するための略円滑面が付与される。

シュート本体には好ましくは曲折部の内面側上に開口部が設けられる。このような開口部の利点として、例えば耐摩耗性や、中心装入のためにシュートがほぼ垂直に向けられる時（すなわち、放出角がおよそ１５°未満である時）のバルク材料の進入流に対する「妨害」除去に妥協することなく、シュート重量が減じられることが挙げられる。

分配シュートには、その上流部分上へ操作トラニオンを備えて、該トラニオン上へ角度可変装置を用いて該分配シュートを支持することが可能である。この操作トラニオンは好ましくは上流部分と一体に形成される。

本発明の好ましい観点は、本願において提供される分配シュートが装備された装入材料分配装置を備える冶金反応炉、例えばシャフト炉に関する。

本発明の好ましい実施態様に従った分配シュートを示した斜視図である。 図１に示した分配シュートが装備された装入装置の縦断面図である。 図１に示した分配シュートの上面図である。

発明を実施するための手段

本発明のさらなる詳細及び利点について、非限定的な好ましい実施態様に基づき添付図面を参照しながら以下において明らかにする。
本願の図面全体を通して、機能的に同様な部分あるいは要素に対しては同一符号を用いて示す。

本発明の好ましい実施態様に従った分配シュート１０の全体を図１に示す。本発明に係る分配シュートは、鋳鋼製上流部分１４、及び曲折された鋼板から作製される下流部分１６の２つの構造部分から構成されるシュート本体１２から成る。

分配シュート１０は、上流部分１４の入口部の外面上に該上流部分と一体に形成されているトラニオン１８を用いて装入装置へ吊り下げることが可能である。入口部２０は（周縁が閉じられた）管路として形状化される。上流部分１４の入口部と反対側の端部は連結部として形状化され、該連結部に下流部分が固定される。上流部分１４及び下流部分１６は、それらの内部において、分配シュート１０へ入るバルク材料を入口部２０を経由して出口部２４へ運び、次いで該出口部２４からバルク材料を例えばシャフト炉の装入ゾーンへ放出する流路２２を画成している。

図２は、図１に示した分配シュートが装備されたシャフト炉装入装置を示した図である。分配シュート１０はトラニオン１８を用いて回転可能構造２５へ旋回可能に懸架される。回転可能構造２５は大口径ローラーベアリング３２を用いて静止ハウジング３０中に回転可能に支持される。ローラーベアリング３２の内側溝は回転可能構造２５の上端フランジ３４へ固定され、他方ローラーベアリング３２の外側溝は静止ハウジング３０の上板３６へ固定される。ローラーベアリング３２は、回転可能構造２５及び分配シュート１０が、通常炉の中心軸と一致する略垂直軸３８を中心として回転できるように構成される。中心供給口２６は軸３８に対して中心に位置され、上板３６を通過するバルク材料通路が画成される。図２の装入装置において、軸３８の周りに分配シュート１０を回転することと旋回軸３９を中心として分配シュート１０の旋回角度を変えることによって、シャフト炉の装入ゾーンにおける装入材料の分配が成し遂げられる。旋回軸３９は概略軸３８に対し直交している。分配シュート１０を回転させ、及び旋回させるために適する機構の詳細については図面に示されておらず、また本願ではこれ以上の説明は行わない。かかる機構について関心がある場合は、例えばＵＳ３，８８０，３０２を参照されたい。

バルク材料（例えばコークス、鉱石、ペレットなど）が供給口２６を通して分配シュート１０上へ投入される時にバルク材料が流路２２の底部にぶつかる。衝突箇所は分配シュート１０の傾斜角によって異なる。放出角度（ここでは分配シュート１０の出口２４におけるバルク材料の速度ベクトルと縦軸３８とが成す角度β）が高い場合、バルク材料は入口２０に近接した流路底部に衝突する。放出角度が低くなるにつれて、衝突位置も入口部２０から離れて出口部２４の方へ移動してくる。流路２２には、垂直線から放出方向へ入口部２０中の底部へぶつかる材料を進行させながら方向転換させるための曲折部２８が上流部分１４中に設けられる。入口部２０中において流路底部へぶつかる材料は最初に入口部の底部に対してほぼ平行な第一流れ方向へと方向転換される。次いで曲折部２８において、材料は出口部２４の底部に対して平行な第二流れ方向へと方向転換される。曲折部２８によって入口流路底部と出口流路底部間の角度αが２０〜４０°の範囲内に限定される。

下流部分１６及び上流部分１４は上流部分１４の連結部４０において互いに固定される。連結部４０は、曲折部２８を挟んで入口部２０の反対位置に配置される。下流部分１６の上端部は連結部４０中へ曲折部２８まで挿入され、その位置に固定される。図示された実施例において、連結部４０と下流部分１６が重なり合う長さは下流部分１６の全長の約１／３に達する。

図２及び図３に最もよく示されているように、分配シュート１０には、上流部分１４において保留小室を画定する第一インサート４２と、下流部分１６において保留小室を画定する第二インサート４４を含む。これら保留小室は、バルク材料で満たして分配シュートを摩耗から保護するために、流路に向けて開かれている。インサートは衝突するバルク材料による摩損を最も受け易い部分に取り付けられる。インサート４２、４４のそれぞれには概略バルク材料流に対向する方向へ傾斜した複数の斜め向きプレート４６が含まれている。シュート１０の側方領域において保留小室へ材料を確実により均質に満たすため、保留小室は１または２以上の縦方向プレート４８によって流路の横方向にさらに分割されている。保留小室の可能な構成に関する詳細については例えばＥＰ０６４０５３９に記載がある。

分配シュート１０の出口部２４は、下流部分内に取り付けられる耐摩耗性スライドインサート５０によって形成される。保留小室が装着されるゾーンとは対照的に、バルク材料を可能な限り集中された均質な流れとして放出できるように、スライドインサート５０によって出口部中にほぼ円滑かつ僅かに先細形状化された流路（流路）部分が形成される。スライドインサートによって形成される面は横プレート４６の上縁部及び曲折部２８の下流にある縦方向プレートとほぼ整列している。出口部のスロープによって放出角βが決まり、この放出角は旋回軸３９を中心にシュートを旋回させることによって約１０°（中心装入位置）ないし約５０°の範囲内で変動する。

シュート本体１２には、曲折部２８の内側に開口部５２が設けられる。図２の縦断面図より、この開口部５２は、回転可能構造２５の下端フランジの半径方向内側縁部に接触することなく、シュート１０の傾斜角を大きくできるリセスを画成するように配置されることが分かる。開口部５２のさらなる利点として、曲折部２８において流路２２の天井によってバルク材料が実質的に逸れることなく、「中心装入」位置においてバルク材料がシュート１０を通して真っ直ぐ落下できることである。さらに、この開口部を一定状況下においてオーバーフローとして機能させることも可能である。

図示した分配シュートにおいて、上流部分中の曲折部はほぼ真っ直ぐな流路部分間における急な移行部分に相当する。かかる曲折部を、入口部及び出口部中の流路底部間に亘る滑らかに曲折した移行部分として構成することも可能なことは当業者の理解するところである。

以上、特定の実施態様について詳細に説明したが、本願において開示した教示全体を考慮してこれらの詳細に種々の変更及び代替を行うことが可能なことは当業者の認識するところである。従って、本願において開示された特定の構成は単なる例示であり、添付の特許請求の範囲の全体及びその均等範囲から与えられる本発明範囲を限定するものではない。

１０：分配シュート
１２：シュート本体
１４：上流部分
１６：下流部分
１８：操作トラニオン
２０：入口部
２２：流路
２４：出口部
２５：回転可能構造
２６：供給口
２８：曲折部
３０：静止ハウジング
３２：ローラーベアリング
３４：上端フランジ
３６：上板
３８：縦軸
４０：連結部
４２：保留小室を伴う第一インサート
４４：保留小室を伴う第ニインサート
４６：横プレート
４８：縦方向プレート
５０：スライドインサート
５２：開口部
５４：下端フランジ縁部

Claims (15)

1. シャフト炉等の冶金反応炉のバルク材料分配装置、特に装入材料分配装置に用いる分配シュート（１０）であって、
   バルク材料流を受け入れる入口部（２０）及び前記バルク材料を放出する出口部（２４）を有するシュート本体（１２）、該流路（２２）は、前記入口部（２０）から前記出口部（２４）へ前記バルク材料を運び、さらに前記入口部（２０）における第一流れ方向から前記出口部（２４）中における第二流れ方向へと前記バルク材料流を方向転換させる曲折部（２８）を備えており、
   前記シュート本体（１２）は、前記入口部（２０）が含まれる少なくとも１個の上流部分（１４）と、前記出口部が含まれ、かつ前記上流部分へ固定される下流部分（１６）から組み立てられ、前記下流部分（１６）によって前記流路（２２）の真っ直ぐな部分が画成され、及び前記上流部分（１４）によって前記入口部（２０）及び前記流路（２２）の前記曲折部（２８）が画成され、及び
   前記上流部分（１４）は前記下流部分（１６）に対して厚い壁となっていることを特徴とする前記分配シュート（１０）。
2. 前記上流部分（１４）が鋳造金属、好ましくは鋳鉄または鋳鋼から作製されることを特徴とする請求項１項記載の分配シュート（１０）。
3. 前記下流部分（１６）が１または２以上の溶接曲折スチール板から成ることを特徴とする請求項２項記載の分配シュート（１０）。
4. 前記入口部（２０）が環状襟部として前記上流部分（１４）上に設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の分配シュート（１０）。
5. 前記下流部分（１６）が前記出口部（２４）を提供する管状片から成ることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の分配シュート（１０）。
6. 前記下流部分（１６）が前記上流部分（１４）との連結部から前記出口部（２４）に向けて先細に形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の分配シュート（１０）。
7. 前記流路（２２）が前記入口部（２０）において第一流路軸、及び前記出口部（２４）中において第二流路軸を有し、及び前記曲折部（２８）が、前記上流部分において、前記第一流路軸と第二流路軸間に一定角度、好ましくは１５〜４５°の範囲内の角度、さらに好ましくは２０〜４０°の範囲内の角度を成すことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の分配シュート（１０）。
8. 前記上流部分（１４）の前記曲折部（２８）によって前記第一流路軸と前記第二流路軸との間の曲折移行部分が画成されることを特徴とする請求項７項記載の分配シュート（１０）。
9. 前記上流部分（１４）に、前記曲折部（２８）を挟んで前記入口部（２０）に対向位置する連結端部（４０）が含まれ、他方前記下流部分（１６）が前記連結端部（４０）中へ、好ましくは前記曲折部（２８）へ達するまで挿入されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の分配シュート。
10. 連結端部（４０）と下流部分（１６）の重なり合う長さが、下流部分（１６）の全長の２０〜４０％に達することを特徴とする請求項９項記載の分配シュート（１０）。
11. 前記上流部分（１４）中、及び又は前記下流部分（１６）中にインサート（４２、４４）を有し、それらインサート（４２、４４）に保留小室が含まれ、それら保留小室が前記流路（２２）へ向けて開かれることによりバルク材料で満たされ、それによって分配シュート（１０）が摩耗から保護されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の分配シュート（１０）。
12. 前記シュート本体（１２）は耐摩耗性スライドインサート（５０）を有し、該スライドインサート（５０）によって前記下流部分（１６）内に前記出口部（２４）が形成されることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の分配シュート（１０）。
13. 前記シュート本体（１２）の曲折部（２８）の内側上に開口部（５２）が設けられることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の分配シュート（１０）。
14. 前記上流部分（１４）上に、好ましくは該上流部分（１４）と一体形成される操作トラニオン（１８）が含まれることを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の分配シュート（１０）。
15. 請求項１〜１４のいずれかに記載の分配シュート（１０）が装備された装入材料分配装置を備える装入設備を含んで構成されるシャフト炉等の冶金反応炉。

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