JP2020046146A - 炉頂装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排出する原料の粒の大きさの推移を制御する。【解決手段】炉頂装置２０は、鉛直下方に向かうにしたがって水平方向の断面積が漸減する円錐部２３が本体に設けられ、円錐部２３の底部に形成される排出口２４の中心Ｃ２が、本体の中心軸Ｃ１からずれて位置するホッパ２１と、ホッパ２１内に回転可能に設けられ、中心軸Ｃ１に対して排出口２４とは反対側に位置する複数の第１翼部（排出調整装置３０ａ、３０ｂの翼部３２）と、を備える。【選択図】図４

Description

本開示は、炉頂装置に関する。

特許文献１には、焼成炉の円錐状の壁面に、原料を撹拌する撹拌機が設けられた石膏焼成炉が開示されている。

特開２０１６−１５５７２５号公報

ところで、竪型炉の炉頂に配置される炉頂装置は、竪型炉に装入する前の原料を貯留するホッパを含んで構成される。ホッパは、中心軸に垂直な断面積が、ホッパの底部に設けられる原料の排出口に進むにしたがって小さくなっている。また、ホッパにおける排出口は、ホッパの中心軸に対して偏心するように設けられることがある。

このようなホッパには、ホッパ内における原料の粒の大きさの分布が所望の分布となるように原料が投入される。そして、炉頂装置では、所謂マスフローのように、ホッパの底部から上部に向かって大凡並行して順にホッパ内の原料を排出することで、排出する原料の粒の大きさの推移を制御することができる。

しかし、炉頂装置では、所謂ファネルフローのように、排出口の直上の原料だけが先に排出され、排出口から離れた位置での流れが悪くなることがある。さらに、炉頂装置では、排出口から離れた位置で原料が停滞し、排出口の直上に、所謂ラットホールのような孔が形成されることがある。

このようなファネルフローやラットホールが生じると、原料の粒の大きさが所望の分布となるようにホッパ内に原料を貯留したにも拘わらず、ホッパから排出する原料の粒の大きさの推移を制御することができなくなる。

本開示は、排出する原料の粒の大きさの推移を制御することが可能な炉頂装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る炉頂装置は、鉛直下方に向かうにしたがって水平方向の断面積が漸減する円錐部が本体に設けられ、円錐部の底部に形成される排出口の中心が、本体の中心軸からずれて位置するホッパと、ホッパ内に回転可能に設けられ、中心軸に対して排出口とは反対側に位置する複数の第１翼部と、を備える。

また、２つの第１翼部が、ホッパの中心軸と排出口の中心とを通る対称面に対して、互いに対称に配置されてもよい。

また、２つの第１翼部の回転方向は互いに逆方向であってもよい。

また、炉頂装置は、ホッパ内に回転可能に設けられ、第１翼部よりも排出口側に位置し、対称面に対して、互いに対称に配置される２つの第２翼部をさらに備えてもよい。

また、２つの第２翼部の回転方向は互いに逆方向であってもよい。

また、第１翼部の回転速度は、第２翼部の回転速度以上であってもよい。

また、第１翼部の翼面の大きさは、第２翼部の翼面の大きさ以上であってもよい。

また、炉頂装置は、ホッパ内に回転可能に設けられ、排出口に対してホッパの中心軸とは反対側に位置する第３翼部をさらに備えてもよい。

また、第３翼部は、翼面が円錐部の傾斜方向に対して垂直となるように支持されてもよい。

また、第３翼部の翼面が、円錐部の傾斜方向に垂直な面に対して傾動可能であってもよい。

また、第１翼部の数は、第３翼部の数以上であってもよい。

本開示によれば、排出する原料の粒の大きさの推移を制御することが可能となる。

本実施形態による炉頂装置を含む竪型炉システムの概略を説明する説明図である。 竪型炉システムを上方から見た平面図である。 炉頂装置のホッパ付近の構成を説明する透視側面図である。 炉頂装置のホッパ付近の構成を説明する平面図である。 排出調整装置の詳細な構成を説明する側面図および断面図である。 排出調整装置の詳細な構成を説明する平面図である。 排出調整装置の動作を説明する説明図である。 変形例による炉頂装置の構成を説明する透視側面図である。

以下に添付図面を参照しながら、本開示の一実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、本実施形態による炉頂装置２０を含む竪型炉システム１の概略を説明する説明図である。図１では、原料の装入方向を二点鎖線の矢印で示している。図２は、竪型炉システム１を上方から見た平面図である。

竪型炉システム１は、竪型炉１０および炉頂装置２０を含んで構成される。炉頂装置２０は、旋回シュート駆動装置１１、旋回シュート１２、切替シュート１３、コンベアヘッドプーリ１４、コンベア１５、ホッパ２１を含んで構成される。

竪型炉１０は、例えば、鉄鉱石およびコークスなどの原料Ｍから鉄を生成する高炉である。なお、竪型炉１０は、高炉に限らない。竪型炉１０は、概ね円筒状に形成されている。

竪型炉１０の上方には、複数（図１および図２では、３個）のホッパ２１が配置されている。ホッパ２１は、概ね円筒状に形成されている。各ホッパ２１は、竪型炉１０の炉心に対して偏心して配置される。各ホッパ２１は、竪型炉１０の周方向に等間隔（図１および図２では、１２０度間隔）で並べられる。なお、ホッパ２１の数は、３個に限らず、例えば、２個であってもよい。その場合、２個のホッパ２１は、竪型炉１０の周方向に１８０度間隔で並べられる。

各ホッパ２１の下部は、旋回シュート駆動装置１１に接続されている。旋回シュート駆動装置１１は、竪型炉１０の上部に配置されている。旋回シュート駆動装置１１の下部には、旋回シュート１２が設けられている。旋回シュート１２は、竪型炉１０内に位置する。旋回シュート１２は、旋回シュート駆動装置１１によって、炉心に沿った回転軸を中心として回転すると共に、炉心側を支点として傾動可能となっている。旋回シュート１２は、炉心側に対して炉壁側が下方に位置するように傾斜している。

ホッパ２１の上方には、切替シュート１３が配置される。切替シュート１３は、概ね炉心の延長線上に配置される。切替シュート１３は、曲がった筒状に形成されている。切替シュート１３は、炉心の延長線に沿った回転軸周りに回転可能となっている。なお、切替シュート１３は、回転型に限らず、所謂、ダンパ型や揺動型であってもよい。切替シュート１３の上方には、コンベアヘッドプーリ１４が配置されている。コンベアヘッドプーリ１４には、コンベア１５が連結されている。コンベア１５は、切替シュート１３から離隔するように延びている。

コンベア１５は、竪型炉１０へ装入する原料Ｍをコンベアヘッドプーリ１４へ運搬する。コンベアヘッドプーリ１４は、原料Ｍを切替シュート１３へ投入する。切替シュート１３は、投入された原料Ｍを、複数（図１および図２では、３個）のホッパ２１のうちのいずれかのホッパ２１に振り分ける。ホッパ２１は、切替シュート１３を介して投入された原料Ｍを一時的に貯留する。ホッパ２１は、貯留している原料Ｍを所定のタイミングで旋回シュート駆動装置１１を介して旋回シュート１２に排出する。旋回シュート１２は、供給された原料Ｍを、回転および傾動しつつ竪型炉１０内に装入する。竪型炉１０は、旋回シュート１２を介してホッパ２１から装入された原料Ｍを還元して鉄を生成する。

また、ホッパ２１内には、落下位置調整部１６が設けられてもよい。落下位置調整部１６は、板状に形成されており、ホッパ２１に投入される原料Ｍの落下経路の途中に設けられる。落下位置調整部１６は、傾斜方向および傾斜角度を変更することで、原料Ｍの落下位置を調整することができる。

図３は、炉頂装置２０のホッパ２１付近の構成を説明する透視側面図である。図４は、炉頂装置２０のホッパ２１付近の構成を説明する平面図である。なお、図３では、後述する排出調整装置３０ｂ、３０ｄ、３０ｆの表記を省略している。以下、竪型炉１０外から竪型炉１０の中心軸に向かう方向を、炉心方向と呼ぶことがある。また、竪型炉１０の中心軸から竪型炉１０外に向かう方向を、炉外方向と呼ぶことがある。

ホッパ２１は、円筒部２２、円錐部２３、排出口２４を含んで構成される。円筒部２２は、円筒状に形成された本体である。ホッパ２１の中心軸Ｃ１は、円筒部２２の中心軸に対応している。中心軸Ｃ１は、鉛直方向に延びている。

円錐部２３は、円筒部２２の下方に形成されており、円筒部２２に連続している。円錐部２３の底部には、ホッパ２１内の原料Ｍを排出する排出口２４が形成されている。円錐部２３は、円筒部２２から排出口２４に（鉛直下方に）進むにしたがって、中心軸Ｃ１に垂直な断面積（水平方向の断面積）が漸減する逆円錐状に形成されている。

排出口２４は、ホッパ２１の中心軸Ｃ１に対して、炉心方向に偏心した位置に設けられている。以下、ホッパ２１の中心軸Ｃ１から排出口２４の中心Ｃ２に向かう方向（図３および図４の左方向）を、偏心方向と呼ぶことがある。なお、偏心方向は炉心方向に対応している。

円錐部２３の内壁面は、排出口２４から炉心方向に延びる部分での水平面（中心軸Ｃ１に垂直な面）に対する傾きが、排出口２４から炉外方向に延びる部分での水平面に対する傾きよりも大きく（急に）なっている。また、円錐部２３の内壁面は、排出口２４から炉心方向に延びる部分から、排出口２４から炉外方向に延びる部分まで、円錐部２３の周方向に沿って進むにしたがって、水平面に対する傾きが徐々に小さく（緩やかに）なっている。

炉頂装置２０は、ホッパ２１の他に、排出調整装置３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｆ、および制御部４０を含んで構成される。以下、排出調整装置３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｆを総称して、排出調整装置３０と呼ぶことがある。排出調整装置３０は、円錐部２３における内壁面を形成する側壁に設けられている。

排出調整装置３０ａ、３０ｂは、ホッパ２１の中心軸Ｃ１に対して排出口２４とは反対側に配置されている。また、排出調整装置３０ａ、３０ｂは、ホッパ２１の中心軸Ｃ１と排出口２４の中心Ｃ２とを通る対称面Ｓ１に対して、互いに対称に配置されている。また、排出調整装置３０ａ、３０ｂは、円錐部２３における比較的に高い位置（円筒部２２寄り）に配置されている。

排出調整装置３０ｃ、３０ｄは、排出調整装置３０ａ、３０ｂよりも排出口２４側に配置されている。具体的には、排出調整装置３０ｃ、３０ｄは、ホッパ２１の中心軸Ｃ１に対して排出口２４側であり、排出口２４の中心Ｃ２に対してホッパ２１の中心軸Ｃ１側に配置されている。また、排出調整装置３０ｃ、３０ｄは、対称面Ｓ１に対して、互いに対称に配置されている。また、排出調整装置３０ｃ、３０ｄは、円錐部２３における比較的に高い位置（円筒部２２寄り）に配置されている。

排出調整装置３０ｅ、３０ｆは、排出調整装置３０ｃ、３０ｄよりも炉心方向側に配置されている。具体的には、排出調整装置３０ｅ、３０ｆは、排出口２４の中心Ｃ２に対してホッパ２１の中心軸Ｃ１とは反対側に配置されている。また、排出調整装置３０ｅ、３０ｆは、対称面Ｓ１に対して、互いに対称に配置されている。また、排出調整装置３０ｅ、３０ｆは、円錐部２３における比較的に低い位置（排出口２４寄り）に配置されている。換言すると、排出調整装置３０ｅ、３０ｆは、排出調整装置３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄよりも低い位置に配置されている。

排出調整装置３０は、軸部３１、翼部３２、モータ３３を含んで構成される。軸部３１は、棒状に形成されている。軸部３１は、円錐部２３の側壁に交差しており、軸部３１の周方向に回転可能に支持されている。

翼部３２は、ホッパ２１内において軸部３１の端部に固定されている。翼部３２は、円錐部２３の内壁面から起立するように設けられている。翼部３２には、円錐部２３の内壁面に大凡垂直な翼面３４が形成されている。なお、翼面３４は、円錐部２３の内壁面に対して傾斜していてもよい。

排出調整装置３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄには、４個の翼部３２が、軸部３１の周方向に等間隔（９０度間隔）に設けられている。一方、排出調整装置３０ｅ、３０ｆには、２個の翼部３２が、軸部３１の周方向に等間隔（１８０度間隔）に設けられている。

また、排出調整装置３０ａの翼面３４の大きさ（面積）は、排出調整装置３０ｂの翼面３４の大きさ（面積）と大凡等しくなっている。同様に、排出調整装置３０ｃの翼面３４の大きさは、排出調整装置３０ｄの翼面３４の大きさと大凡等しくなっている。排出調整装置３０ｅの翼面３４の大きさは、排出調整装置３０ｆの翼面３４の大きさと大凡等しくなっている。

また、排出調整装置３０ａ、３０ｂの翼面３４の大きさは、排出調整装置３０ｃ、３０ｄの翼面３４の大きさ以上である。

モータ３３は、ホッパ２１外において軸部３１の端部に接続されている。モータ３３は、軸部３１を回転させる。軸部３１が回転すると、翼部３２が回転することとなる。

制御部４０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含む半導体集積回路から構成される。制御部４０は、モータ３３に供給する電力を制御することで、軸部３１の回転を制御する。制御部４０は、原料Ｍをホッパ２１から排出する際に、軸部３１（翼部３２）の回転を制御する。

図５は、排出調整装置３０の詳細な構成を説明する側面図および断面図である。図６は、排出調整装置３０の詳細な構成を説明する平面図である。なお、図５では、排出調整装置３０の中心軸に対して左側に側面図を示し、右側に断面図を示している。また、図５では、モータ３３の表示を省略している。また、図６では、４個の翼部３２を有する排出調整装置３０を示している。

ホッパ２１の側壁は、ホッパ鉄皮５０およびライニング５１を含んで構成される。ホッパ鉄皮５０は、ホッパ２１の外壁として機能する。ライニング５１は、ホッパ鉄皮５０の内側面に設けられている。ライニング５１は、耐摩耗性の材料によって構成されている。ホッパ鉄皮５０およびライニング５１には、貫通孔５２が設けられている。貫通孔５２付近において、ホッパ鉄皮５０には、外側面から張り出すフランジ部５３が溶接などで接続されている。

軸部３１は、略円筒状の軸支持部５４に挿入されている。軸支持部５４は、支持部本体５４ａ、軸受抑えフランジ５４ｂ、シール抑えフランジ５４ｃ、ダストシール抑えプレート５４ｄを含んで構成される。支持部本体５４ａは、ガスケット５３ａを支持部本体５４ａとフランジ部５３との間に挟んだ状態で、フランジ部５３にボルトなどで固定される。支持部本体５４ａと軸部３１との間には、軸受５５が設けられている。支持部本体５４ａは、軸受５５を通じて軸部３１を回転可能に支持する。軸受抑えフランジ５４ｂは、支持部本体５４ａのモータ３３側（図５の下側）に配置され、軸受５５の位置を固定させる。

軸部３１は、貫通孔５２に挿入されている。翼部３２は、貫通孔５２に挿入された軸部３１の先端に、ホッパ２１の内側からボルト５６で連結されている。翼部３２は、軸部３１の径方向に延在している。また、翼部３２は、ライニング５１から離隔する方向に延在している。

支持部本体５４ａには、グリース供給口５７が設けられている。グリース供給口５７を通じて潤滑用のグリースが支持部本体５４ａと軸部３１との間に供給され、軸受５５を潤滑する。また、支持部本体５４ａと軸部３１との間には、シール５８が設けられている。シール５８は、供給されたグリースの漏れを防止する。シール抑えフランジ５４ｃは、支持部本体５４ａのホッパ２１側（図５の上側）に配置され、シール５８の位置を固定させる。

貫通孔５２には、ライニング５１およびホッパ鉄皮５０と、軸部３１および翼部３２との間に隙間が生じる。また、ホッパ２１内には、圧力がかかっている。このため、ホッパ２１内に堆積された粒径の小さい原料Ｍ（ダスト）が、貫通孔５２の隙間に進入するおそれがある。

そこで、フランジ部５３と軸支持部５４との間には、貫通孔５２の隙間に連通するガス流通部５９が形成されている。そして、フランジ部５３には、ガス流通部５９に連通するガス供給部６０が設けられている。ガス流通部５９には、ガス供給部６０を通じて、不活性ガス（例えば、窒素ガス）が供給される。

ガス流通部５９に供給された不活性ガスは、貫通孔５２の隙間を通じてホッパ２１内に移動し、貫通孔５２の隙間へのダストの進入を阻止する。これにより、排出調整装置３０では、貫通孔５２の隙間のダストによって軸部３１（翼部３２）の回転が抑制されることを防止できる。なお、ガスケット５３ａは、ホッパ２１内およびガス流通部５９内の不活性ガスが、フランジ部５３と支持部本体５４ａとの間から外に漏れることを防止している。

また、軸受抑えフランジ５４ｂと軸部３１との間、および、シール抑えフランジ５４ｃと軸部３１との間には、ダストシール６１が設けられている。ダストシール６１は、支持部本体５４ａと軸部３１との間へのダストの進入を防止する。ダストシール抑えプレート５４ｄは、軸受抑えフランジ５４ｂのモータ３３側（図５の下側）、および、シール抑えフランジ５４ｃのホッパ２１側（図５の上側）に配置され、ダストシール６１の位置を固定させる。

図７は、排出調整装置３０の動作を説明する説明図である。図７（ａ）は、ホッパ２１における炉心側に原料Ｍを落下させた場合を示している。図７（ｂ）は、ホッパ２１における炉外側に原料Ｍを落下させた場合を示している。

図７（ａ）では、落下位置調整部１６が炉心方向に傾斜している。このため、ホッパ２１に投入された原料Ｍは、落下位置調整部１６よりも炉心側に落下する。その結果、ホッパ２１内に落下した原料Ｍは、炉心側が高く炉外側が低い山状に堆積する。

ここで、ホッパ２１に投入される前の原料Ｍの粒の大きさは、大凡均一となっている。この原料Ｍが図７（ａ）のようにホッパ２１内に投入されると、山の頂上側となる炉心側には、ハッチングエリアＡ１０で例示するように、相対的に細粒（粉状）の原料Ｍが堆積される。一方、山の麓側となる炉外側には、ハッチングエリアＡ１２で例示するように、相対的に大粒（塊状）の原料Ｍが堆積される。山の中腹となる中間部には、ハッチングエリアＡ１１で例示するように、細粒と大粒との間の大きさの粒（中粒）の原料Ｍが堆積される。

図７（ａ）では、ホッパ２１の底部に近いほど、水平断面積当たりの細粒の比率が大きく、大粒の比率が小さい。一方、ホッパ２１の上部に進むほど、水平断面積当たりの細粒の比率が小さくなり、大粒の比率が大きくなる。

図７（ａ）のように堆積した原料Ｍを、排出口２４から所謂マスフローのように排出すると、排出される原料Ｍの粒の大きさは、大凡、細粒→中粒→大粒の順に時間変化する。つまり、図７（ａ）では、排出する粒の大きさが時間とともに細粒から大粒に変わるように、排出する粒の大きさの推移を制御することができる。なお、マスフローとは、ホッパ２１の底部から上部に向かって大凡並行して順に原料Ｍが排出される状態のことをいう。

しかし、所謂ファネルフローが生じると、排出口２４の直上にある細粒の原料Ｍが相対的に早く排出され、炉外側にある大粒の原料Ｍが相対的に遅く排出されることがある。なお、ファネルフローとは、排出口２４の直上の原料Ｍだけが先に排出され、排出口２４から離れた位置での流れが悪い状態のことをいう。また、所謂ラットホールが生じると、大粒の原料Ｍが内壁面に停滞することがある。なお、ラットホールとは、ファネルフローによって排出口２４の直上に孔が形成された状態のことをいう。このようにファネルフローやラットホールが生じると、排出する粒の大きさの時間推移を目標通りの推移とすることができない。

また、図７（ｂ）では、落下位置調整部１６が炉外方向に傾斜している。このため、ホッパ２１に投入された原料Ｍは、落下位置調整部１６よりも炉外側に落下する。その結果、ホッパ２１内に落下した原料Ｍは、炉外側が高く炉心側が低い山状に堆積する。

図７（ｂ）のようにホッパ２１内に原料Ｍが投入されると、山の頂上側となる炉外側には、ハッチングエリアＡ１０で例示するように、相対的に細粒（粉状）の原料Ｍが堆積される。一方、山の麓側となる炉心側には、ハッチングエリアＡ１２で例示するように、相対的に大粒（塊状）の原料Ｍが堆積される。山の中腹となる中間部には、ハッチングエリアＡ１１で例示するように、細粒と大粒との間の大きさの粒（中粒）の原料Ｍが堆積される。

図７（ｂ）では、ホッパ２１の底部に近いほど、水平断面積当たりの細粒の比率が小さく、大粒の比率が大きい。一方、ホッパ２１の上部に進むほど、水平断面積当たりの細粒の比率が大きくなり、大粒の比率が小さくなる。

図７（ｂ）のように堆積した原料Ｍを、排出口２４から所謂マスフローのように排出すると、排出される原料Ｍの粒の大きさは、大凡、大粒→中粒→細粒の順に時間変化する。つまり、図７（ｂ）では、排出する粒の大きさが時間とともに大粒から細粒に変わるように、排出する粒の大きさの推移を制御することができる。

しかし、ファネルフローが生じると、排出口２４の直上にある大粒の原料Ｍが相対的に早く排出され、炉外側にある細粒の原料Ｍが相対的に遅く排出されることがある。また、ラットホールが生じると、細粒の原料Ｍが内壁面に停滞することがある。このようにファネルフローやラットホールが生じると、排出する粒の大きさの時間推移を目標通りの推移とすることができない。

そこで、炉頂装置２０では、内壁面の傾きが小さい（緩やかな）炉外側において、排出調整装置３０ａ、３０ｂで原料Ｍの排出を積極的に促進させる。また、炉頂装置２０では、内壁面の傾きが中程度の部分において、排出調整装置３０ｃ、３０ｄで原料Ｍの排出を適度に促進させる。また、炉頂装置２０では、内壁面の傾きが大きい（急な）炉心側において、排出調整装置３０ｅ、３０ｆで原料Ｍの排出を抑制させる。

具体的には、制御部４０は、原料Ｍの排出の際に、排出調整装置３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄの軸部３１（翼部３２）を回転させる。翼部３２が回転すると、翼部３２上の原料Ｍが自重によって翼部３２間に供給される。そして、翼部３２は、回転にしたがって、翼部３２間の原料Ｍを排出口２４方向に押し下げる。これにより、排出調整装置３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄは、原料Ｍの排出を促進させることができる。

また、上述のように、炉頂装置２０では、排出調整装置３０ａ、３０ｂの翼面３４の大きさが、排出調整装置３０ｃ、３０ｄの翼面３４の大きさ以上となっている。このため、排出調整装置３０ａ、３０ｂの翼部３２は、排出調整装置３０ｃ、３０ｄの翼部３２よりも多くの原料Ｍを排出口２４方向へ押し下げることができる。つまり、炉頂装置２０では、排出調整装置３０ｃ、３０ｄに比べ、排出口２４から離隔した位置に設けられる排出調整装置３０ａ、３０ｂにおける原料Ｍの排出を、より促進させることができる。

また、制御部４０は、原料Ｍの排出の際に、排出調整装置３０ｅ、３０ｆの翼面３４が、円錐部２３の傾斜方向（原料Ｍの落下方向）に対して垂直となる姿勢で維持されるように、軸部３１（翼部３２）を制御する。翼面３４が円錐部２３の傾斜方向に対して垂直となると、原料Ｍが翼面３４によって支持されることとなる。これにより、排出調整装置３０ｅ、３０ｆは、原料Ｍの排出を抑制させることができる。

また、排出調整装置３０ｅ、３０ｆでは、軸部３１の角度を制御することで、翼面３４が、円錐部２３の傾斜方向に垂直な面に対して傾動可能となっている。そこで、制御部４０は、原料Ｍの排出の際に、排出調整装置３０ｅ、３０ｆの翼面３４を、円錐部２３の傾斜方向に垂直な面に対して傾斜させてもよい。翼面３４が傾斜すると、翼部３２における円錐部２３の傾斜方向の投影面積、つまり、原料Ｍを支持する面積が、翼面３４の傾斜角度にしたがって変わる。これにより、排出調整装置３０ｅ、３０ｆは、原料Ｍの排出の抑制度合いを調整することができる。

なお、制御部４０は、排出調整装置３０ｅの翼面３４の傾斜方向および傾斜角度と、排出調整装置３０ｆの翼面３４の傾斜方向および傾斜角度とを、対称面Ｓ１に対して対称にさせてもよい。

また、上述のように、排出調整装置３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄは、翼部３２の数が排出調整装置３０ｅ、３０ｆよりも多くなっている。このため、排出調整装置３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄは、より効率よく原料Ｍを排出口２４方向に押し下げることができる。

このように、炉頂装置２０では、原料Ｍの排出を排出調整装置３０によって調整することができる。これにより、炉頂装置２０では、ファネルフローおよびラットホールが生じることを抑制し、原料Ｍをマスフローのように排出させることができる。

例えば、図７（ａ）のように原料Ｍを堆積させた場合、細粒の原料Ｍが相対的に早く排出されることを防止でき、大粒の原料Ｍが相対的に遅く排出されることを防止できる。また、図７（ｂ）のように原料Ｍを堆積させた場合、大粒の原料Ｍが相対的に早く排出されることを防止でき、細粒の原料Ｍが相対的に遅く排出されることを防止できる。つまり、炉頂装置２０では、排出する粒の大きさを制御でき、排出する粒の大きさの時間推移を目標通りの推移とすることができる。

なお、図７（ａ）では、原料Ｍを炉心側に偏らせて落下させることで、排出する原料Ｍを、細粒から大粒に時間推移させていた。また、図７（ｂ）では、原料Ｍを炉外側に偏らせて落下させることで、排出する原料Ｍを、大粒から細粒に時間推移させていた。しかし、炉頂装置２０では、排出する粒の大きさを、時間に依らず大凡一定となるように制御してもよい。

このような場合、例えば、原料Ｍを四方に分散させるような落下位置調整部１６を設けるなどして、原料Ｍを、粒の大きさの偏りを抑えるように堆積させる。しかし、粒の大きさの偏りを抑えるように堆積させたとしても、堆積された原料Ｍの粒の大きさの分布に、ばらつきが生じてしまう。そして、原料Ｍの排出の際にファネルフローおよびラットホールが生じると、排出する粒の大きさの時間推移にばらつきが生じてしまう。

上述のように、炉頂装置２０では、ファネルフローおよびラットホールが生じることを抑制し、原料Ｍをマスフローのように排出させることができる。このため、炉頂装置２０では、粒の大きさの偏りを抑えるように原料Ｍを堆積させた場合、排出する原料Ｍの粒の大きさが時間とともにばらつくことを抑えることができ、排出する原料Ｍの粒の大きさを時間に依らず大凡一定とすることができる。

図４に戻って、制御部４０は、排出調整装置３０ａの軸部３１（翼部３２）の回転方向と、排出調整装置３０ｂの軸部３１（翼部３２）の回転方向とが互いに逆方向となるように、軸部３１の回転を制御する。例えば、制御部４０は、排出調整装置３０ａの軸部３１を時計回りに回転させる場合、排出調整装置３０ｂの軸部３１を反時計回りに回転させる。同様に、制御部４０は、排出調整装置３０ｃの軸部３１（翼部３２）の回転方向と、排出調整装置３０ｄの軸部３１（翼部３２）の回転方向とが互いに逆方向となるように、軸部３１の回転を制御する。つまり、炉頂装置２０では、対称に配置される排出調整装置３０の一方側の軸部３１の回転方向と、他方側の軸部３１の回転方向とが、互いに逆方向となっている。

これにより、炉頂装置２０では、原料Ｍの排出の際の流れが対称面Ｓ１に対して対称となり、排出口２４よりも炉外方向の原料Ｍの流れを滑らかにすることができる。その結果、炉頂装置２０では、原料Ｍをマスフローのように排出させることができる。

また、制御部４０は、排出調整装置３０ａの軸部３１の回転方向と排出調整装置３０ｃの軸部３１の回転方向とが同方向となるように軸部３１を回転させてもよいし、逆方向となるように軸部３１を回転させてもよい。

また、制御部４０は、排出調整装置３０ｂの軸部３１の回転方向と排出調整装置３０ｄの軸部３１の回転方向とが同方向となるように軸部３１を回転させてもよいし、逆方向となるように軸部３１を回転させてもよい。

排出調整装置３０ａの軸部３１の回転方向と排出調整装置３０ｃの軸部３１の回転方向との関係、および、排出調整装置３０ｂの軸部３１の回転方向と排出調整装置３０ｄの軸部３１の回転方向との関係は、各排出調整装置３０間の具体的な距離関係などにしたがって設定されてもよい。

また、制御部４０は、排出調整装置３０ａの軸部３１（翼部３２）の回転速度と、排出調整装置３０ｂの軸部３１（翼部３２）の回転速度とが大凡同速度となるように、軸部３１の回転速度を制御する。同様に、制御部４０は、排出調整装置３０ｃの軸部３１（翼部３２）の回転速度と、排出調整装置３０ｄの軸部３１（翼部３２）の回転速度とが大凡同速度となるように、軸部３１の回転速度を制御する。

また、制御部４０は、排出調整装置３０ａ、３０ｂの軸部３１（翼部３２）の回転速度が、排出調整装置３０ｃ、３０ｄの軸部３１（翼部３２）の回転速度以上となるように、軸部３１の回転速度を制御する。

これにより、炉頂装置２０では、排出調整装置３０ａ、３０ｂによる単位時間あたりの原料Ｍの押し下げ量を、排出調整装置３０ｃ、３０ｄに比べて、より多くすることができる。つまり、炉頂装置２０では、排出調整装置３０ｃ、３０ｄに比べ、排出調整装置３０ａ、３０ｂにおける原料Ｍの排出を、より促進させることができる。

以上のように、本実施形態の炉頂装置２０では、回転可能な翼部３２を有する排出調整装置３０ａ、３０ｂが、ホッパ２１の中心軸Ｃ１に対して排出口２４とは反対側に設けられている。これにより、本実施形態の炉頂装置２０では、原料Ｍをマスフローのように排出させることができる。

したがって、本実施形態の炉頂装置２０によれば、排出する原料Ｍの粒の大きさの推移を制御することが可能となる。

また、本実施形態の炉頂装置２０では、排出調整装置３０ａ、３０ｂが、対称面Ｓ１に対して互いに対称に配置されている。このため、本実施形態の炉頂装置２０では、原料Ｍの流れを対称面Ｓ１に対して対称にさせることができ、原料Ｍの流れを、より確実にマスフローのようにさせることが可能となる。

また、本実施形態の炉頂装置２０では、回転可能な翼部３２を有する排出調整装置３０ｃ、３０ｄが、排出調整装置３０ａ、３０ｂよりも排出口２４側において、対称面Ｓ１に対して対称に配置されている。これにより、本実施形態の炉頂装置２０では、排出する原料Ｍの粒の大きさの推移をより詳細に制御することが可能となる。

また、本実施形態の炉頂装置２０では、排出口２４に対してホッパ２１の中心軸Ｃ１とは反対側において、排出調整装置３０ｅ、３０ｆが配置されている。これにより、本実施形態の炉頂装置２０では、排出する原料Ｍの大きさの推移をより詳細に制御することが可能となる。

なお、上記実施形態において、排出調整装置３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｆは、省略されてもよい。炉頂装置２０では、少なくとも、排出調整装置３０ａ、３０ｂが設けられていれば、排出される原料Ｍの粒の大きさの推移を制御することができる。ただし、排出調整装置３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｆを設けた方が、排出される原料Ｍの粒の大きさの推移をより詳細に制御することができる。

また、ホッパ２１の中心軸Ｃ１に対して排出口２４とは反対側には、２個の排出調整装置３０ａ、３０ｂが対称面Ｓ１に対して対称に配置されていた。しかし、排出調整装置３０ａ、３０ｂは、対称面Ｓ１に対して対称に配置される態様に限らず、非対称に配置されてもよい。また、この位置に配置される排出調整装置３０は、２個に限らず、複数個であればよく、例えば、３個以上であってもよい。

また、ホッパ２１の中心軸Ｃ１よりも排出口２４側であり、排出口２４の中心Ｃ２よりもホッパ２１の中心軸Ｃ１側には、２個の排出調整装置３０ｃ、３０ｄが対称面Ｓ１に対して対称に配置されていた。しかし、排出調整装置３０ｃ、３０ｄは、対称面Ｓ１に対して対称に配置される態様に限らず、非対称に配置されてもよい。また、この位置に配置される排出調整装置３０は、２個に限らず、１個であってもよく、３個以上であってもよい。

また、排出口２４に対してホッパ２１の中心軸Ｃ１とは反対側には、２個の排出調整装置３０ｅ、３０ｆが対称面Ｓ１に対して対称に配置されていた。しかし、排出調整装置３０ｅ、３０ｆは、対称面Ｓ１に対して対称に配置される態様に限らず、非対称に配置されてもよい。また、この位置に配置される排出調整装置３０は、２個に限らず、１個であってもよく、３個以上であってもよい。例えば、翼面３４を円錐部２３の傾斜方向に対して垂直にさせた１個の排出調整装置３０を、排出口２４に対してホッパ２１の中心軸Ｃ１とは反対側における対称面Ｓ１上に配置してもよい。

また、排出調整装置３０ｅ、３０ｆは、軸部３１が回転可能に支持される態様に限らない。例えば、排出調整装置３０ｅ、３０ｆでは、翼面３４が円錐部２３の傾斜方向に対して垂直となるように円錐部２３の内壁面に固定されてもよい。

また、制御部４０は、原料Ｍの排出の際に、排出調整装置３０ｅ、３０ｆの翼面３４の傾斜方向および傾斜角度を、時間変化させてもよい。この態様によれば、排出する原料Ｍの粒の大きさの推移をより詳細に制御することが可能となる。

また、制御部４０は、排出調整装置３０ｅ、３０ｆの軸部３１（翼部３２）を回転させてもよい。この場合、制御部４０は、排出調整装置３０ｅの軸部３１の回転方向と、排出調整装置３０ｆの軸部３１の回転方向とが逆方向となるように、軸部３１の回転を制御してもよい。また、制御部４０は、排出調整装置３０ｅ、３０ｆの軸部３１（翼部３２）の回転速度を、排出調整装置３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄの軸部３１の回転速度以下となるように、軸部３１の回転を制御してもよい。この態様によれば、排出する原料Ｍの粒の大きさの推移をより詳細に制御することが可能となる。

また、制御部４０は、原料Ｍの排出の際に、排出調整装置３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｆの軸部３１（翼部３２）の回転速度を、それぞれ時間変化させてもよい。この態様によれば、排出する原料Ｍの粒の大きさの推移をより詳細に制御することが可能となる。

また、制御部４０は、ホッパ２１内の原料Ｍの排出開始を指示する排出指示を受信し、受信した排出指示に応じて各排出調整装置３０の翼部３２の回転を開始させてもよい。例えば、制御部４０は、原料Ｍの排出開始に合わせて、各排出調整装置３０の軸部３１の回転制御を開始してもよい。また、制御部４０は、原料Ｍの排出開始から所定時間経過後に、各排出調整装置３０の軸部３１の回転制御を開始してもよい。この態様によれば、排出する原料Ｍの粒の大きさの推移をより詳細に制御することが可能となる。

また、制御部４０は、原料Ｍの排出開始から排出終了までに亘って、各排出調整装置３０の軸部３１の回転制御を行ってもよい。また、制御部４０は、原料Ｍの排出開始から排出終了までの期間のうちの一部の期間において、各排出調整装置３０の軸部３１の回転制御を行ってもよい。この態様によれば、排出する原料Ｍの粒の大きさの推移をより詳細に制御することが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら一実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、図８は、変形例による炉頂装置１２０の構成を説明する透視側面図である。なお、図８では、排出調整装置３０ｂ、３０ｄ、３０ｆの表記を省略している。

炉頂装置１２０では、インサート金物１３０がホッパ２１内に設けられている。インサート金物１３０は、略円錐状に形成されている。インサート金物１３０は、排出口２４の上方であり、各排出調整装置３０の翼部３２よりも下方に配置されている。

インサート金物１３０は、原料Ｍの排出の際に、ファネルフローおよびラットホールが生じることを抑制する。しかし、インサート金物１３０が設けられると、インサート金物１３０と円錐部２３の内壁面との間に、原料Ｍのブリッジが生じることがある。ブリッジが生じると、ブリッジよりも上方に堆積された原料Ｍが詰まって排出されなくなる。

本変形例の炉頂装置１２０では、排出調整装置３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄの軸部３１（翼部３２）が回転するため、ブリッジが生じることを防止でき、ブリッジが生じたとしても、ブリッジを崩すことができる。このため、本変形例の炉頂装置１２０では、排出する原料Ｍの粒の大きさの推移を制御することができるとともに、原料Ｍの詰まりを防止できる。なお、炉頂装置１２０において、ブリッジが生じた場合、排出調整装置３０ｅ、３０ｆの軸部３１（翼部３２）を回転させてもよい。

なお、上記実施形態および変形例において、排出調整装置３０ａ、３０ｂの翼部３２が、本開示の第１翼部に相当し、排出調整装置３０ｃ、３０ｄの翼部３２が、本開示の第２翼部に相当し、排出調整装置３０ｅ、３０ｆの翼部３２が、本開示の第３翼部に相当する。

本開示は、炉頂装置に利用することができる。

２０、１２０ 炉頂装置
２１ ホッパ
２２ 円筒部
２３ 円錐部
２４ 排出口
３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｆ 排出調整装置
３１ 軸部
３２ 翼部
３４ 翼面
Ｃ１ 中心軸
Ｃ２ 中心
Ｓ１ 対称面

Claims (11)

1. 鉛直下方に向かうにしたがって水平方向の断面積が漸減する円錐部が本体に設けられ、前記円錐部の底部に形成される排出口の中心が、前記本体の中心軸からずれて位置するホッパと、
   前記ホッパ内に回転可能に設けられ、前記中心軸に対して前記排出口とは反対側に位置する複数の第１翼部と、
   を備える炉頂装置。
2. ２つの前記第１翼部が、前記ホッパの前記中心軸と前記排出口の中心とを通る対称面に対して、互いに対称に配置される請求項１に記載の炉頂装置。
3. ２つの前記第１翼部の回転方向は互いに逆方向である請求項２に記載の炉頂装置。
4. 前記ホッパ内に回転可能に設けられ、前記第１翼部よりも前記排出口側に位置し、前記対称面に対して、互いに対称に配置される２つの第２翼部をさらに備える請求項２または３に記載の炉頂装置。
5. ２つの前記第２翼部の回転方向は互いに逆方向である請求項４に記載の炉頂装置。
6. 前記第１翼部の回転速度は、前記第２翼部の回転速度以上である請求項４または５に記載の炉頂装置。
7. 前記第１翼部の翼面の大きさは、前記第２翼部の翼面の大きさ以上である請求項４から６のいずれか１項に記載の炉頂装置。
8. 前記ホッパ内に回転可能に設けられ、前記排出口に対して前記ホッパの前記中心軸とは反対側に位置する第３翼部をさらに備える請求項１から７のいずれか１項に記載の炉頂装置。
9. 前記第３翼部は、翼面が前記円錐部の傾斜方向に対して垂直となるように支持される請求項８に記載の炉頂装置。
10. 前記第３翼部の翼面が、前記円錐部の傾斜方向に垂直な面に対して傾動可能である請求項９に記載の炉頂装置。
11. 前記第１翼部の数は、前記第３翼部の数以上である請求項８から１０のいずれか１項に記載の炉頂装置。

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