JP5951895B2 - 原料の装入装置及び装入方法 - Google Patents

Description

本発明は、原料の装入装置及び装入方法に係り、さらに詳しくは、原料の通気性を向上させることのできる原料の装入装置及び装入方法に関する。

一般に、焼結工場では、焼結原料を装入装置を用いて焼結機の焼結台車に装入して焼結鉱を製造している。図１には、通常の焼結原料装入装置が示されている。焼結原料装入装置は、微粉鉄鉱石、石灰石などの副原料及び燃料である微粉コークスを配合した焼結原料１が貯留された焼結原料ホッパー２と、この焼結原料をその回転によって焼結原料ホッパーのホッパーゲート４を経て下部に供給するドラムフィーダー３と、を有する原料供給部と、供給される焼結原料を焼結台車８に先に敷かれている底鉱の上に装入するシュート９と、を備える。シュート９は傾斜板１１からなり、焼結台車８の上部には小さな粒子、下部には大きな粒子が装入（垂直偏析助長）されるように焼結原料を分級する役割を果たす。焼結台車８に焼結原料１が装入されると、焼結原料の表面を表面掻均板６を用いて掻均して点火炉７において点火し、吸引ブロアー（図示せず）による風箱から下部に吸引される空気によって焼結原料内に含まれているコークスの燃焼によって焼結反応を行って焼結鉱を製造する。

このような焼結操業に当たっては、焼結台車における原料の装入状態を下部には大きな粒子、上部には小さな粒子が位置するように（垂直偏析助長）して燃料であるコークスが上部に多量集まるように人為的に助長することが必要である。垂直偏析が効果的に助長されると、焼結機の上下方向の熱量ばらつき現象が抑えられる一方、焼結機内の原料層に流入する空気の抵抗（通気抵抗）が下がって焼結鉱の生産性が向上する。このとき、できる限り焼結機の幅方向にも原料の装入密度を均一に維持し続けることが最も好ましいということは周知である。

しかしながら、焼結原料層の上層部は中層部及び下層部に比べて層内温度が低くて高温に保たれる時間が短いが故に上層部の焼結鉱は溶融結合が弱いため、焼結鉱の強度が低く、且つ、得率が低下してしまうという問題がある。このような問題を解消するために、焼結配合原料を偏析させて装入し、且つ、粉コークスまたは微粉鉱を原料層の最上層に導くための種々の装入装置及び方法が提案されている。

例えば、下記特許文献１には、配合原料が搬送される傾斜シュートの後方に補助傾斜シュートを設けて粉コークスを焼結ベッド層の上部に独立して払い出すことにより偏析効率を高める方式が開示されている。この方案は、偏析効率を増加させるための装置を付設せねばならないという不都合がある。

これと同様に、下記特許文献２では、３ｍｍ以下の粒度を有する粉コークスを焼結配合原料装入とは独立して台車内に装入するために傾斜シュートの背面に粉コークス輸送フィーダーを設けて焼結原料表層部に粉コークスを添加する方式を採択することにより焼結鉱の結合強度及び回収率を向上させようとしている。また、下記特許文献３では、装入装置の中段及び下段の間に熱源添加用スクリューフィーダーを取り付けて両方向スクリューフィーダーから供給される粉コークスをスクリューフィーダー下部の振動バイブレーターを用いて台車に装入する方式を提案した。

さらに、下記特許文献４では、配合原料層の厚さ方向に配合原料内に存在するコークスの装入分布を調節するためにドラムフィーダーに所定の間隔をもって下方に配列されるチェーンを設けて、配合原料の装入分布を調節する方式を採択して、台車内の原料層の最上層におけるコークスの割合を最下層に比べて０．５％以上分布させる方法を提案している。しかしながら、配合原料が傾斜シュートから落下するとき、配合原料や粉コークス（特に、微粒コークス）がチェーンにぶつかって焼結台車の上層に導かれるため長時間使用する場合にチェーンに付着する付着鉱によって粉コークスの分離効率を維持することが困難である。

そして、下記特許文献５では、粉コークス及び微粒原料を原料層の最上段に偏析させて装入するために、空気噴射手段を用いて粒度が微細な原料及び粉コークスを分級して分離して原料層の上部に装入するために、傾斜シュートの後方に第２のスロッピングシュートを設け、下部に分級原料量検知計器を設けて空気噴射ノズルから吐き出された空気によって細粒粒子は第２スロッピングシュートに移動して原料層の上部に装入される方式を採択している。しかしながら、飛散塵埃が多い焼結工場の特性からみて、空気の注入による原料の分級は操業環境を悪化させ、しかも、周辺装置の寿命に悪影響を及ぼす。これとほとんど同様の方法は、下記特許文献６にも開示されている。加えて、原料を偏析させて装入するための種々の技術が先行技術文献に開示されている。

このような装入装置及び方法では、粉コークス及び微粒原料（微粉鉱）などの焼結原料を焼結台車内の原料層の上部に偏析させて導いており、傾斜シュートの全体または一部に空気の注入または振動を用いて原料の流れ方向を切り換える方式を採択しているため焼結工場内の環境を悪化させ、装置を付設せねばならないため設置コストが高騰し、しかも、そのメンテナンスが行い難いという問題がある。

また、実際の操業中にシュートの上に付着鉱が生成したり、焼結台車に積もった原料が崩壊したりするなど様々な変数によって原料の装入密度、すなわち、偏析度が低下して通気性が低下するという問題がある。これは、焼結鉱の品質低下及び生産性の低下につながる。

特開２０００−１６０２６１号公報 韓国公開特許第２００４−１７５４０号公報 韓国公開特許第２００２−７０８５号公報 韓国公開特許第２０００−４１２７４号公報 韓国公開特許第２００２−４６０７０号公報 特開平７−３４１４２号公報

本発明は、装入された原料の偏析度を向上させて通気性を向上させることのできる 原料の装入装置及び装入方法を提供する。

本発明は、原料の流れに影響を及ぼさないつつも粉コークス及び微粉鉱の偏析を誘導することのできる原料の装入装置及び装入方法を提供する。

本発明は、製造される焼結鉱の品質及び生産性を向上させることのできる原料の装入装置及び装入方法を提供する。

本発明の第１の実施形態に係る原料の装入装置は、原料を供給する原料供給部と、前記原料供給部から供給される原料を貯留器に搬送する装入シュートと、を備える原料の装入装置であって、前記装入シュートは、前記原料の搬送経路がサイクロイド曲線状の曲面で形成されることを特徴とする。

本発明の第２の実施形態に係る原料の装入装置は、原料を供給する原料供給部と、前記原料供給部から供給される原料を貯留器に搬送する装入シュートと、を備える原料の装入装置であって、前記装入シュートは、前記原料の搬送経路がプロレートサイクロイド曲線状の曲面で形成されることを特徴とする。

本発明の第３の実施形態に係る原料の装入装置は、原料を供給する原料供給部と、前記原料供給部から供給される原料を貯留器に搬送する装入シュートと、を備える原料の装入装置であって、前記装入シュートは、複数のロールが並べられて原料の搬送経路を形成し、前記複数のロールの中心軸はプロレートサイクロイド曲線に位置し、前記複数のロールの上に形成される前記原料の搬送経路はサイクロイド曲線状の曲面で形成されることを特徴とする。

好ましくは、前記装入シュートにおいて前記原料が流入する部分が垂直方向となす入射角は、前記原料が排出される部分が水平方向となす脱出角よりも小さい。

また、好ましくは、前記入射角は５〜５０°であり、前記脱出角は１０〜６０°である。

さらに、好ましくは、前記複数のロールは、前記装入シュートの上部から下部に進むにつれて直径が連続して増加するように配置される。

さらに、好ましくは、前記装入シュートは、前記原料の移動方向に沿って複数の領域に分割され、前記複数のロールはそれぞれの領域において同じ直径を有するように配置され、前記装入シュートの上部領域から下部領域に進むにつれて直径が増加する。

さらに、好ましくは、前記装入シュートは、複数のロールが並べられて原料の搬送経路を形成し、前記複数のロールは、少なくとも一部は荷電され、少なくとも一部は磁性を帯びる電極−磁性ロールを備え、前記電極−磁性ロールは、回転しない固定ロールと、前記固定ロールの外部を囲繞して前記固定ロールの外周面に沿って回転する回転ロールと、前記固定ロールの少なくとも一部に配置される電極板及び磁性体と、を備える。

さらに、好ましくは、前記磁性体は、前記原料が搬送される搬送経路に対応する部分に配設される。

さらに、好ましくは、前記磁性体は、前記原料の進行方向に位置する隣り合う磁性ロールに偏るように配置される。

さらに、好ましくは、前記磁性体は、前記固定ロールの中心を基準として１１０°〜１５０°の領域に形成される。

さらに、好ましくは、前記原料供給部は、前記原料を荷電させる荷電装置を備え、前記電極−磁性ロールは、前記原料供給部に隣り合う搬送経路の上に前記原料と同じ極性を有する荷電領域を形成し、前記搬送経路の下部には前記原料とは反対の極性を有する荷電領域を形成する複数の１次電極−磁性ロールと、前記貯留器に隣り合う搬送経路の上に前記原料と同じ極性を有する荷電領域とは反対の極性を有する荷電領域を形成する複数の２次電極−磁性ロールと、を備える。

さらに、好ましくは、前記固定ロールには、異なる極性を有する電極板が互いに離隔して配置される。

さらに、好ましくは、前記電極板は、前記磁性体と少なくとも一部重なり合うように配設される。

さらに、好ましくは、前記２次電極−磁性ロールは、前記原料が搬送される方向に前記原料とは反対の極性を有する荷電領域が形成される。

さらに、好ましくは、前記固定ロールは、電磁気的絶縁体を備える。

さらに、好ましくは、前記固定ロールと、電極板及び磁性体の間のうちの少なくともいずれか一箇所には、電磁気的絶縁体が配設される。

さらに、好ましくは、複数の電極−磁性ロールは、５ｍｍ〜８ｍｍ離間して配置される。

本発明の実施形態に係る原料の装入方法は、原料を設ける過程と、前記原料を装入シュートに供給する過程と、前記装入シュートに供給された原料をサイクロイド曲線状の経路に搬送して貯留器に装入する過程と、を含むことを特徴とする。

好ましくは、前記貯留器に装入する過程において、前記装入シュート上の原料層の表面は、サイクロイド曲線状の軌跡を形成する。

また、 好ましくは、前記原料を装入シュートに供給する過程において、前記原料をプロレートサイクロイド曲線状の装入シュートに供給して前記装入シュートに供給された原料をサイクロイド曲線状の経路に搬送して貯留器に装入する。

さらに、好ましくは、前記貯留器に装入する過程において、前記原料は、垂直離脱速度よりも高い水平離脱速度をもって前記装入シュートから離脱する。

さらに、好ましくは、前記貯留器は、前記装入シュートから原料が離脱する方向とは反対方向に移動する。

さらに、好ましくは、前記貯留器に装入する過程において、前記原料は、密度またはサイズが大きな粒子から装入される。

さらに、好ましくは、前記装入シュートに供給された原料をサイクロイド曲線状の経路に搬送して貯留器に装入する過程において、前記原料の荷電特性及び磁性を用いて前記原料のうち小さな粒子の原料を選別して前記貯留器の内部に形成される原料層の上部に装入する。

本発明は、装入シュートから離脱する様々な密度及びサイズを有する原料の水平離脱速度を増大することができる。これにより、移動する焼結台車内に装入される原料の偏析度を向上させることができる。また、原料の偏析度が向上することにより原料層内の通気性を向上させて製造される焼結鉱の品質及び生産性を向上させることができる。なお、設備を大幅に変動させることなく原料の偏析度を向上させることができるという効果もある。

また、原料の流れに影響を及ぼさないつつも貯留器に装入される原料の偏析効率を向上させることができる。すなわち、複数のロールからなる装入シュートにおいてロールの一部に電極及び磁性体を形成して原料中に含有されている粉コークスは電気的な引力及び斥力を用いて、微粉鉱は磁力を用いてロールの間に形成される空間を介して貯留器に装入することにより、原料の流れを妨げることなく偏析効率を向上させることができる。これにより、移動する焼結台車内に装入される原料の偏析度を向上させることができる。なお、原料の偏析度が向上することにより、原料層内の通気性を向上させることができ、原料層の上部における熱量不足現象を補って製造される焼結鉱の品質及び生産性を向上させることができる。

特に、ロールは、固定ロール及び回転ロールが分離されるように構成されるので、これらのうちのいずれか一つが損傷される場合に損傷部位のみを取り出して補修することができるのでメンテナンスを手軽に行うことができる。なお、電極及び磁性体が固定ロールに接続されるので、電極または磁性体に電源を印加するための配線がロールの回転によってロールと配線との間の接続部位が損傷されることを防ぐことができる。

通常の焼結原料装入装置を概略的に示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る原料装入装置の作動原理を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態に係る原料装入装置の作動原理を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態に係る原料装入装置を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る原料装入装置の装入シュートを示す図である。 経路による水平離脱速度を比較するための図である。 装入シュートの高さの変化に伴う水平離脱速度Ｖ_Ｅｈの変化を示すグラフである。 本発明の第２の実施形態に係る原料装入装置の作動原理を説明するための図である。 本発明の第２の実施形態に係る原料装入装置の装入シュートを示す図である。 経路による水平離脱速度を比較するための図である。 本発明の第３の実施形態に係る原料装入装置の作動原理を説明するための図である。 本発明の第３の実施形態に係る原料装入装置の装入シュートを示す図である。 装入シュートの変形例を示す図である。 装入シュートの種類による水平落下距離の変化を示すグラフである。 本発明の第４の実施形態に係る原料装入装置の原料供給部を概略的に示す図である。 本発明の第４の実施形態に係る原料装入装置の装入シュートを概略的に示す図である。 電極−磁性ロールの構造を示す図である。 電極及び磁性体の配置を説明するための図である。 電極及び磁性体の配置を説明するための図である。 装入シュートに沿って搬送される原料の搬送状態を示す図である。

以下、添付図面に基づき、本発明の好適な実施形態についてより詳細に詳述する。しかしながら、本発明は以下に開示される実施形態に限定されるものではなく、異なる様々な形態に具体化可能であり、単に、これらの実施形態は、本発明の開示を完全たるものにし、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者に発明の範囲を完全に知らせるために提供されるものである。

本発明は、様々な密度及びサイズの粒子を含む原料を移動する貯留器に装入する装入装置に関するものであり、原料を貯留器内において粒子の密度別及びサイズ別に分離して装入する分野に適用可能である。このように貯留器内に装入された原料は、原料粒子の間に空間を形成して通気性を向上させることができる。以下、製銑工程において用いられる焼結鉱を製造するのに用いられる焼結配合原料を移動する焼結台車に装入する焼結原料の装入装置及びその装入方法を例にとって説明する。

図２及び図３は、本発明の第１の実施形態に係る原料装入装置の作動原理を説明するための図である。

焼結台車内の原料層における原料の偏析度は、粉体偏析の原理に基づく。図２は、粉体偏析の原理を説明するためのグラフであり、傾斜シュートから払い出される原料の粒子はＶの速度で傾斜面から離脱し、θの角度成分を有する。周知のウィリアムの軌跡効果によれば、下記の数式１に示すように、粉体の水平落下距離Ｌは、粒子の水平離脱速度Ｖ_Ｅｈと粒子の密度ρ及びサイズａの自乗に比例する。

すなわち、粒子の密度及び直径が大きく、且つ、水平離脱速度Ｖ_Ｅｈが高いほど落下距離が増加し、同じ密度ρ及び直径ａを有する粒子に対しても水平離脱速度Ｖ_Ｅｈが高いほど原料層の下段に積層される。偏析度が高いほど粒子の間に広い空間が確保されるので、通気性を向上させることができる。すなわち、異なる密度及び直径を有する粒子が混合されて積層される場合には、例えば、直径が大きな粒子の間に直径が小さな粒子が混入されて粒子間の空間が消失されて通気性が下がる。

また、装入シュートの先端から落下して離脱する粒子の水平速度成分を増加させることが偏析装入に効果的であることが分かる。ここで、装入シュートから離脱する粒子の水平方向の速度は粒子の運動量の差分による分散を示すものであり、偏析装入と直接的に関連し、垂直方向の速度は原料層に加える圧力を示すものであり、装入密度と関連する。

このように原料の効果的な偏析装入のために、落下粒子の水平方向の速度を増加させる必要がある。もちろん、装入シュートの広さ及び高さが増加すると、水平方向の速度を増加させることができるが、設備を大型化させなければならないため製作性及び制御性並びに経済性の面からみて妥当ではない。

このため、本発明の第１の実施形態においては、焼結配合原料が装入シュートを離脱するときに、水平方向の速度を最大限に増加して焼結台車への偏析装入効果を増加させることにより、焼結台車内における原料層の通気性を向上させ、これにより、焼結鉱の品質及び生産性を向上させることができる。

本発明の第１の実施形態に係る原料の装入装置は、各種の配合原料を焼結台車に投入する装入シュートを構成するに当たって、装入シュートを最短落下曲線として知られているサイクロイド曲線状の曲面を有するように形成することにより、焼結配合原料の水平離脱速度を増加させることができる。

サイクロイド曲線は、図３に示すように、平面上の１本の直線に沿って半径がｒの円を転がしたときに円周上の定点Ｓが画く軌跡を意味し、下記の数式２及び３で表わされる。

（ｒは、円の半径であり、θは、円が回転移動した角度である。）

ここで、装入シュートの長さｄと、ドラムフィーダーから原料が装入シュートに払い出される位置Ｓにおける入射角ф_Ｓと、原料が装入シュートから離脱する位置Ｅにおける装入シュートの脱出角ф_Ｅが固定されれば、下記の数式４及び５を用いて、円の半径ｒと原料がドラムフィーダーから装入シュートに流入する位置Ｓの高さｈを導き出すことができる。前記入射角は、装入シュートが垂直方向の直線となす角であり、ドラムフィーダーから原料が流入する装入シュートの上部側の角度であり、脱出角は、装入シュートが水平方向の直線となす角であり、原料が焼結台車に払い出される装入シュートの下部側の角度である。

焼結配合原料の離脱個所Ｅにおける焼結配合原料の離脱速度Ｖ_Ｅ及び水平方向の離脱速度Ｖ_Ｅｈ並びに垂直方向の離脱速度Ｖ_Ｅｖは、下記式で表わされる。

（ｇは、重力加速度である。）

装入シュートは、数式２及び３に示す曲線に沿う経路を有し、このような経路で製作される装入シュートから払い出される焼結配合原料は、装入シュートの離脱時に定められた装入シュートの長さｄ、高さｈ、入射角ф_Ｓ、脱出角ф_Ｓに対して最大の水平速度を有する。

図４は、本発明の第１の実施形態に係る原料装入装置を示す図であり、図５は、本発明の第１の実施形態に係る原料装入装置の装入シュートを示す図である。

原料装入装置は、原料ホッパー１００及びドラムフィーダー１２０を有する原料供給部と、装入シュート１３０と、を備える。

原料ホッパー１００は、微粉鉄鉱石、副原料及び微粉コークスなどの配合原料１をホッパーゲート１１０を経てドラムフィーダー１２０に供給し、ドラムフィーダー１２０は回転しながら内部に供給された配合原料１を混合して装入シュート１３０に払い出す。

装入シュート１３０は傾斜面を形成して、焼結台車２００の上部には小さな粒子が、且つ、下部には大きな粒子が装入（垂直偏析助長）されるように原料１を分級する役割を果たす。焼結台車２００に原料が装入されると、原料の表面を表面掻均板１４０を用いて掻均して点火炉１５０において点火し、吸引ブロアー（図示せず）による 風箱から下部に吸引される空気によって原料１に含まれているコークスの燃焼によって焼結反応を行って焼結鉱を製造する。

装入シュート１３０は複数のロール１３２を並べて形成してもよく、一体型傾斜板（図示せず）により形成されてもよい。装入シュート１３０は、面積を有する曲面で形成される搬送経路を有し、装入シュート１３０の横方向の断面形状は、サイクロイド曲線状である。装入シュート１３０は、長さｄ、高さｈ、入射角ф_Ｓ、脱出角ф_Ｅの変化に応じて、数式６によって原料の装入シュートからの離脱速度Ｖ_Ｅが決定される。このとき、装入シュート１３０の高さが１ｍに固定されていると想定した場合、装入シュート１３０の入射角ф_Ｓは約５〜５０°であり、脱出角ф_Ｅは約１０〜６０°である。装入シュート１３０の入射角及び脱出角が上記の範囲内である場合、装入シュート１３０の搬送経路を理想的なサイクロイド曲面状にすることができるので、原料の水平離脱速度Ｖ_Ｅｈを増加させて原料の装入シュートからの離脱速度Ｖ_Ｅを極大化させることができる。

図６は、経路による水平離脱速度を比較するための図であり、図７は、装入シュートの高さの変化に伴う水平離脱速度Ｖ_Ｅｈの変化を示すグラフである。

図６の（ａ）は、直線状の傾斜面を有する装入シュートにおける原料の装入シュートからの離脱速度を示す。直線状の傾斜面を有する装入シュートの場合、装入シュートの長さｄ及び高さｈが決定されると、装入シュートの傾斜角фが決定される。

図６の（ｂ）は、本発明によりサイクロイド曲面状の傾斜面を有する装入シュートにおける原料の装入シュートからの離脱速度を示す。ここで、装入シュートの搬送経路は、装入シュートの長さｄ、高さｈ、原料の入射角及び脱出角によって決定される。

図６の（ａ）及び（ｂ）を比較すると、装入シュートの長さｄ及び高さｈが同じである場合、装入シュートの搬送経路がサイクロイド曲面状であるときの方が、装入シュートが直線状であるときよりも水平離脱速度Ｖ_Ｅｈは上がり、垂直離脱速度Ｖ_Ｅｖは下がることが分かる。

正確な比較のために、装入シュートの長さｄを１ｍに固定し、高さｈを０．８ｍ、１．０ｍ及び１．２ｍに変化させたときの各装入シュート別の原料の水平離脱速度Ｖ_Ｅｈと、落下距離Ｌ及び各変数を下記表１にまとめて示す。ここで、実施例１〜３は、サイクロイド曲面状の装入シュートの場合を示し、比較例１〜３は、直線状の装入シュートの場合を示し、付着鉱の形成による撹乱と粒子の層の流れによる相互作用は考慮していない。

前記表１によれば、装入シュートの長さ及び高さが同じである場合、実施例１〜３における水平離脱速度Ｖ_Ｅｈ及び距離Ｌが比較例１〜３における水平離脱速度Ｖ_Ｅｈ及び落下距離Ｌに比べて増加したことが分かる。例えば、実施例１及び比較例１を比較すると、実施例１では水平離脱速度Ｖ_Ｅｈが３．４３ｍ／ｓであり、原料の落下距離Ｌは０．３４ｍであるのに対し、比較例１では水平離脱速度Ｖ_Ｅｈが３．０７ｍ／ｓであり、原料の落下距離Ｌは０．３０ｍであることから、実施例１における水平離脱速度Ｖ_Ｅｈは約１１．７３％、落下距離Ｌは約１３．３％増加したことが分かる。なお、全体的に水平離脱速度Ｖ_Ｅｈはサイクロイド曲面状の装入シュートの方が直線状の装入シュートに比べて各ｄ／ｈに対して約１２〜３６％増加したことを確認することができる。

図７は、装入シュートの長さｄを１ｍに固定した状態における装入シュートの高さの変化に伴う原料の水平離脱速度Ｖ_Ｅｈの変化を示す。図７によれば、サイクロイド曲面状の装入シュートにおける原料の水平離脱速度は、直線状の装入シュートにおける水平離脱速度に比べて高い値を有することが分かる。特に、装入シュートの高さが１．３１６〜１．４１７である場合に水平離脱速度が最も高く、直線状の装入シュートに比べて平均２４％、最大６６．７％まで増加したことが分かる。

このように原料の水平離脱速度が増加すると、密度ρ及びサイズａが一定である場合に前記数式１によって落下距離が増加する。なお、水平離脱速度が一定である場合には密度ρ及びサイズａが大きな原料の落下距離が増加して偏析度が向上する。

また、原料を焼結台車に装入する間に、焼結台車は原料が離脱する方向とは反対の方向に移動する。このとき、密度及びサイズが大きな原料の落下距離が増加して焼結台車に密度及びサイズが大きな原料から積もった後、その上部に密度及びサイズが小さな原料が積もる。このため、焼結台車内の焼結配合原料層における偏析度が増加して通気性が増加し、これにより、焼結鉱の生産性を大幅に増加させることができる。

本発明の第２の実施形態においては、焼結配合原料が装入シュートを離脱するとき、装入シュートの表面、すなわち、原料層の最下部に位置する原料の水平方向の速度を最大化させ、これと同時に、装入シュート上の原料層の高さを考慮して装入シュートの傾斜面を移動しながら斜面分級作用によって原料層の表面に突出する相対的に大きな粒子の装入シュートの脱出（離脱）速度を最大化させて焼結台車への偏析装入効果を向上させることができる。これにより、原料の通気性を向上させて焼結鉱の品質及び生産性も向上させることができる。

図８は、本発明の第２の実施形態に係る原料装入装置の作動原理を説明するための図であり、図９は、本発明の第２の実施形態に係る原料装入装置の装入シュートを示す図であり、図１０は、経路による水平離脱速度を比較するための図である。

本発明の第２の実施形態に係る焼結原料の装入装置は、各種の配合原料を焼結台車に投入する装入シュートを構成するに当たって、装入シュートをプロレートサイクロイド曲線状の曲面を有するように形成することにより、装入シュートの移動経路に沿って移動する原料層の表面、すなわち、最上部層が最短落下曲線として知られているサイクロイド曲線状の軌跡を形成しながら流動するようにすることにより、焼結配合原料の水平離脱速度を増加させることができる。

プロレートサイクロイド曲線は、図８に示すように、２つの異なる半径ｒ、ｒ_Ｐを有する同心円のうち内部に位置する小さな円（半径がｒの円）が平面を転がるとき、外部に位置する大きな円（半径がｒ_Ｐの円）の円周上の定点Ｐが画く軌跡を意味し、下記の数式８及び９で表わされる。

（ここで、ｒは、小さな円の半径であり、ｔは、大きな円の半径と小さな円の半径との差分（ｒ_Ｐ−ｒ）である。）

装入シュートの長さｄ、ドラムフィーダーから装入シュートに焼結配合原料が払い出される位置Ｐにおける入射角ф_ＰＳ、装入シュート上における原料流動層の厚さｔ、焼結配合原料が装入シュートから離脱する位置Ｅにおける装入シュートの脱出角ф_Ｅが固定されると、数式１０及び１１を用いて、円の半径ｒ_Ｐと配合原料がドラムフィーダーから装入シュートに流入する位置Ｐの高さｈ_Ｐを導き出すことができる。

原料が離脱する個所Ｅにおける、原料流動層の下部（装入シュートの表面）における原料の離脱速度Ｖ_ＰＥ及び水平方向の離脱速度Ｖ_ＰＥｈ並びに垂直方向の離脱速度Ｖ_ＰＥｖは、下記の数式１２及び１３で表わされる。

装入シュートは、数式８及び９に示す曲線に沿う経路を有し、装入シュートの表面から払い出される原料は、装入シュートの離脱時に定められた装入シュートの長さｄ、高さｈ、入射角ф_ＰＳ、脱出角ф_Ｅに対して最大の水平速度を有する。

装入シュートの傾斜軌跡がプロレートサイクロイド状を有すると、焼結配合原料の流動層の厚さｔを考慮した原料流動層の最上部（表面）において原料粒子が有する曲線軌跡は、通常のサイクロイド曲線方程式を有する。

サイクロイド曲線は、図８に示すように、平面上の１本の直線に沿って半径がｒの円（小さな円）を転がしたときに円周上の定点が画く軌跡を意味し、上記の数式２及び３で表わされる。このとき、サイクロイド曲線は、一見してプロレートサイクロイド曲線と同じ形状に形成されるかのように見えるが、原料が装入シュートから離脱する位置Ｅに進むにつれて両曲線間の距離ｔ（原料層の厚さと同じである。）が大きくなることが分かる。

ここで、装入シュートの長さｄ及び装入シュートの高さｈが決定された状態で、原料が装入シュートから離脱する位置Ｅにおける装入シュートの脱出角ф_Ｅが固定されると、上記の数式４及び５によって円の半径ｒと、原料がドラムフィーダーから装入シュートに供給される位置Ｐの高さｈと、ドラムフィーダーから原料が装入シュートに払い出される位置Ｐにおける入射角ф_Ｓと、を繰り返し計算して導き出すことができる。前記入射角ф_Ｓは、装入シュートが垂直方向の直線となす角であり、ドラムフィーダーから原料が供給される装入シュートの上部側の角度であり、脱出角は、装入シュートが水平方向の直線となす角度であり、原料が焼結台車に払い出される装入シュートの下部側の角度である。

装入シュートから原料が離脱する個所Ｅにおける焼結配合原料の離脱速度Ｖ_Ｅと、水平方向の離脱速度Ｖ_Ｅｈ及び垂直方向の離脱速度Ｖ_Ｅｖは、上記の数式６及び７で表わされる。

装入シュートは、数式８及び９に示す曲線に沿うプロレートサイクロイド曲線の経路を有し、原料層の表面における原料粒子はサイクロイド曲線の経路を有して流動する。このとき、粒子は、定められた装入シュートの長さｄ、高さｈ、入射角ф_ＰＳ、脱出角ф_Ｅに対して最大の水平速度を有する。

図９を参照すると、装入シュート１３０は、複数のロール１３２を並べて形成してもよく、一体形傾斜板（図示せず）により形成されてもよい。装入シュート１３０は、面積を有する曲面で形成される搬送経路を有し、装入シュート１３０の横方向の断面形状は、上記の数式８に示すプロレートサイクロイド曲線状を有する。なお、装入シュート１３０上を移動する原料層の表面の横方向の断面形状は、数式２及び３に示すサイクロイド曲線状の軌跡を有する。次いで、装入シュート１３０から離脱する原料層の表面における原料粒子は、装入シュートの曲面軌跡の形成のために定められた装入シュート１３０の長さｄ、高さｈ、入射角ф_ＰＳ及び脱出角ф_Ｅに対して最大の水平離脱速度Ｖ_Ｅｈを有する。

図１０の（ａ）は、直線状の傾斜面を有する装入シュートにおける原料の装入シュートからの離脱速度を示す。直線状の傾斜面を有する装入シュートの場合、装入シュートの長さｄ及び高さｈが決定されると、装入シュートの傾斜角фが決定される。

図１０の（ｂ）は、本発明によりプロレートサイクロイド曲面状の傾斜面を有する装入シュートにおける、原料層表面における原料粒子の装入シュートからの離脱速度を示す。ここで、装入シュートの搬送経路は、装入シュートの長さｄ、高さｈ、原料の入射角ф_ＰＳ及び脱出角の変化によって決定され、原料が装入シュートから離脱する速度Ｖ_ＰＥ、Ｖ_Ｅは、数式１２及び６によって決定される。

図１０の（ａ）及び（ｂ）を比較すると、装入シュートの長さｄ及び高さｈが同じである場合、装入シュートの搬送経路がプロレートサイクロイド曲面状であるときの方が、装入シュートが直線状であるときよりも水平離脱速度Ｖ_Ｅｈは増加し、垂直離脱速度Ｖ_Ｅｖは減少することが分かる。また、装入シュートの搬送経路がプロレートサイクロイド曲面状であるとき、装入シュートの表面における離脱速度Ｖ_ＰＥ及び原料層の表面における離脱速度Ｖ_Ｅが略同じであることが分かる。

正確な比較のために、装入シュートの長さｄを１ｍに固定し、高さｈを０．８ｍ、１．０ｍ、１．２ｍに変化させるときの各装入シュート別の原料の水平離脱速度Ｖ_ＰＥｈ及び各変数を下記表２にまとめて示す。ここで、実施例１〜６は、サイクロイド曲面状の装入シュートの場合を示し、比較例１〜３は、直線状の装入シュートの場合を示し、付着鉱の形成による撹乱及び粒子の層の流れによる相互作用は考慮されていない。

前記表２によれば、装入シュートの長さ及び高さが同じである場合、実施例１〜６における水平離脱速度Ｖ_ＰＥｈが、比較例１〜３における水平離脱速度Ｖ_ＰＥｈ、Ｖ_Ｅｈに比べて増加したことが分かる。例えば、実施例１及び比較例１を比較すると、実施例１では水平離脱速度Ｖ_ＰＥｈ、Ｖ_Ｅｈが３．４３／３．４３ｍ／ｓであるのに対し、比較例１では水平離脱速度Ｖ_Ｅｈが３．０７ｍ／ｓであることから、実施例１における水平離脱速度Ｖ_ＰＥｈ、Ｖ_Ｅｈは比較例１に比べて約１１．７３％増加したことが分かる。なお、全体的に水平離脱速度Ｖ_ＰＥｈ、Ｖ_Ｅｈは、プロレートサイクロイド曲面状の装入シュートの場合、直線状の装入シュートに比べて各ｄ／ｈに対して約１２〜３６％増加したことを確認することができる。

原料の水平離脱速度が増加すると、密度ρ及びサイズａが一定である場合、前記数式１によって落下距離が増加する。

また、原料粒子は、装入シュートの表面及び原料層の表面における水平離脱速度が略等速であるため、原料層において斜面分級が発生する場合、大粒径の粒子が原料層の上部に移動する。このため、水平離脱速度が一定である場合には密度ρ及びサイズａが大きな原料、すなわち、装入シュート上を流動する原料層の表面近くに存在する相対的に大きな粒子の落下距離が増加して偏析度が向上する。

さらに、原料を焼結台車に装入する間に、焼結台車は原料が離脱する方向とは反対の方向に移動する。このとき、密度及びサイズが大きな原料の落下距離が増加して焼結台車に密度及びサイズが大きな原料から積もった後、その上部に密度及びサイズが小さな原料が積もる。このため、焼結台車内の焼結配合原料層における偏析度が増加して通気性が増加し、これにより、焼結鉱の生産性を大幅に増加させることができる。

本発明の第３の実施形態によれば、装入シュートは、装入シュートを形成する複数のロールの中心軸をプロレートサイクロイド曲線の軌跡の上に位置させることにより、複数のロール、すなわち、装入シュートの表面に形成される原料の搬送経路を最短落下曲線として知られているサイクロイド曲線の軌跡を有するように形成することができる。その結果、装入シュートを介して焼結台車に装入される原料の水平離脱速度を増加させることができる。

図１１は、本発明の第３の実施形態に係る原料装入装置の作動原理を説明するための図であり、図１２は、本発明の第３の実施形態に係る原料装入装置の装入シュートを示す図であり、図１３は、装入シュートの変形例を示す図である。

図１１を参照すると、プロレートサイクロイド曲線の軌跡Ｘ及びサイクロイド曲線の軌跡Ｙは、一見して互いに同じ形状に形成されるかのように見える。しかしながら、プロレートサイクロイド曲線の軌跡Ｘとサイクロイド曲線の軌跡Ｙとの間の距離は、装入シュートの上部から下部に進むにつれて、すなわち、ドラムフィーダーから原料が払い出される位置Ｓよりも、原料が装入シュートから離脱する位置Ｅに進むにつれて大きくなることが分かる。ここで、プロレートサイクロイド曲線の軌跡Ｘとサイクロイド曲線の軌跡Ｙとの間の距離は、ロールの半径となる。このため、装入シュートを形成する複数のロールの直径または半径を、装入シュートの上部から下部に進むにつれて、すなわち、ドラムフィーダーから原料が払い出される位置Ｓよりも、原料が装入シュートから離脱する位置Ｅに進むにつれて大きくなるように形成することができる。

図１２を参照すると、装入シュート１３０は、複数のロール１３２を並べて形成してもよい。装入シュート１３０は、面積を有する曲面で形成される搬送経路を有し、装入シュート１３０の横方向の断面形状はサイクロイド曲線状を有する。このとき、装入シュート１３０、すなわち、原料の搬送経路を形成する複数のロール１３２は、その中心軸がプロレートサイクロイド曲線の上に位置する。サイクロイド曲線とプロレートサイクロイド曲線との間の距離は、装入シュート１３０の上部から下部に進むにつれて大きくなるが、このため、複数のロール１３２は異なる直径または半径を有するように形成される。このように装入シュート１３０を構成すると、台車に原料が排出される装入シュート１３０の下段部のロール１３２がその上部側に配置されるロール１３２よりも比較的に大きく形成される。このため、装入シュート１３０の上に形成される搬送経路に沿って搬送される原料の搬送速度及び荷重によって最も大きな影響を受ける装入シュート１３０の下段部に配置されるロール１３２の寿命低下を抑制または防止することにより、ロール１３２の取り替え時期を延ばすことができる。

図１２に示すように、装入シュート１３０を原料の移動方向に沿って、すなわち、上部から下部側に進むにつれてロール１３２の直径が連続して増加するように配置してもよい。

または、図１３に示すように、装入シュート１３０を原料の移動方向に沿って複数の領域、例えば、上部領域Ｉ、中間領域ＩＩ及び下部領域ＩＩＩに分割し、それぞれの領域ごとに同じ直径を有するロール１３２０ａ、１３２０ｂ、１３２０ｃを配置してもよい。この場合、上部領域Ｉから下部領域ＩＩＩに進むにつれてロール１３２０ａ、１３２０ｂ、１３２０ｃの直径が漸増するように配置してもよい。

装入シュート１３０は、長さｄ、高さｈ、入射角ф_Ｓ、脱出角ф_Ｅの変化に応じて前記数式６によって原料の装入シュートからの離脱速度Ｖ_Ｅが決定される。このとき、装入シュート１３０の高さが１ｍに固定されていると想定した場合、装入シュート１３０の入射角ф_Ｓは約５〜５０°であり、脱出角ф_Ｅは約１０〜６０°である。装入シュート１３０の入射角及び脱出角が上記の範囲内である場合、装入シュート１３０の搬送経路を理想的なサイクロイド曲線の軌跡を有する曲面状にすることができるので、原料の水平離脱速度Ｖ_Ｅｈを増加させて原料の装入シュートからの離脱速度Ｖ_Ｅを極大化させることができる。

図１４は、装入シュートの種類による水平落下距離の変化を示すグラフであり、本発明に係る焼結配合原料の台車内の落下距離による積層分布を比較した実験結果である。

直線分割デフレクタプレートタイプの装入シュート（以下、「装入シュート１」と称する。）及び本発明に係る装入シュート（以下、「装入シュート２」と称する。）に対して焼結原料の払出し実験を行った。

台車は移動せずに停止された状態であり、ホッパーの高さは２．５ｍであり、装入シュートの下部角は４０°であり、２種類の装入シュートに対して同様に適用した。図１４の横軸は、焼結配合原料の落下距離（ｃｍ）を示し、縦軸は、合計の払出し原料量に対する積層高さの割合を示す。

図１４を参照すると、台車内に払い出された原料の積層高さを調べてみると、装入シュート１を用いた場合に積層高さが最も大きな部分Ａが約３５ｃｍの距離に形成され、装入シュート２を用いた場合には積層高さが最も大きな部分Ｂが約４５ｃｍの距離に形成される。このように本発明の実施形態に係る装入シュート２を用いた場合でのように、積層高さが最も大きな部分Ｂが装入シュートの原料排出位置から遠く形成される点を介して装入シュートから排出される原料の水平落下距離が増加したことが分かる。

そして、台車内の分散度を調べてみると、装入シュート１を用いて台車に原料を装入したときにほとんどの原料が約２０ｃｍ〜６５ｃｍの領域Ｃに分散され、装入シュート２を用いて台車に装入したときにはほとんどの原料が約２８ｃｍ〜８８ｃｍの領域Ｄに分散されることがわかる。すなわち、本発明の実施形態に係る装入シュート２を用いて台車に原料を装入した場合、装入シュートから遠くまでの広い領域に亘って均一に分散されることが分かる。

このような結果から、装入シュート１に比べて装入シュート２の構成における水平落下距離は、既存に比べて約３３％増加し、焼結原料の分散度は約２６％増加したことを確認することができる。ここで、付着鉱の形成による撹乱及び粒子の層の流れによる相互作用は考慮されていない。

このため、原料の水平落下距離が増加すると、密度及びサイズが大きな原料の落下距離が増加し、分散度もまた増加して、サイズ及び密度の差分が大きな原料の落下個所が確実に区別されるので、原料の偏析度が向上する。

また、原料を焼結台車に装入する間に、焼結台車は原料が離脱する方向とは反対の方向に移動する。このとき、密度及びサイズが大きな原料の落下距離が増加して焼結台車に密度及びサイズが大きな原料から積もった後、その上部に密度及びサイズが小さな原料が積もる。このため、焼結台車内の焼結配合原料層における偏析度が増加して通気性が増加し、これにより、焼結鉱の生産性を大幅に増加させることができる。

上述したように、装入シュートを構成するに当たって、原料の水平離脱速度を増加させるように装入シュートの上部面に形成される曲面や装入シュートにおける原料層の搬送経路を制御することにより、原料の偏析装入効果を向上させることができる。これと共に、原料の荷電特性及び磁性を用いて原料の偏析装入効果をさらに増大させることができる。例えば、装入シュートに沿って搬送される原料から微粉原料である粉コークス及び微粉焼結鉱を選別して焼結台車の上部層に装入することができる。後述する装入シュートの構成は、前記第１から第３の実施形態に係る装入シュートにいずれも適用可能である。

図１５は、本発明の実施形態に係る原料装入装置の原料供給部を概略的に示す図であり、図１６は、本発明の実施形態に係る原料装入装置の装入シュートを概略的に示す図であり、図１７は、電極−磁性ロールの構造を示す図であり、図１８及び図１９は、電極及び磁性体の配置を説明するための図である。

原料装入装置は、原料ホッパー１００及びドラムフィーダー１２０を備える原料供給部と、装入シュート１３０と、を備える。

原料ホッパー１００は、微粉鉄鉱石、副原料及び微粉コークスなどの配合原料１をホッパーゲート１１０を経てドラムフィーダー１２０に供給し、ドラムフィーダー１２０は回転しながら内部に供給された原料１を混合して装入シュート１３０に供給する。

図１５を参照すると、原料ホッパー１００と、ドラムフィーダー１２０及びホッパーゲート１１０のうちの少なくともいずれか一つには電極板１００ａ、１２０ａ、１１０ａが設けられて装入シュート１３０に供給される原料１を荷電させる。例えば、電極板１００ａ、１２０ａ、１１０ａは負極または正極であり、両方とも同じ種類の電極を用いて形成することが好ましく、これにより、原料１のうちの粉コークスは電極板１００ａ、１２０ａ、１１０ａによって負または正に荷電される。このため、粉コークスは荷電された状態で装入シュート１３０に供給される。

装入シュート１３０は傾斜面を形成して配合原料１を貯留する貯留器、すなわち、焼結台車２００の上部には小さな粒子、下部には大きな粒子が装入（垂直偏析助長）されるように原料１を分級する役割を果たす。焼結台車２００に原料が装入されると、原料の表面を表面掻均板１４０を用いて掻均して点火炉１５０において点火し、吸引ブロアー（図示せず）による風箱から下部に吸引される空気によって原料１に含まれているコークスの燃焼によって焼結反応を行って焼結鉱を製造する。

図１６を参照すると、装入シュート１３０は、複数のロール１３２ａ、１３２ｂを平行に隔設して形成してもよい。装入シュート１３０は、面積を有する直線状または曲線状の搬送経路を有し、その搬送経路を介して配合原料１を焼結台車２００に装入する。

装入シュート１３０は、少なくともロール１３２ａ、１３２ｂの一部を荷電させる電極板１３２４ａ、１３２４ｂ、１３２４ｃ、１３２４ｄと、少なくともロール１３２ａ、１３２ｂの一部に磁性を与える磁性体１３２５を有する電極−磁性ロール１３２ａ、１３２ｂと、を備える。

装入シュート１３０は、原料１が供給されるドラムフィーダー１２０側、すなわち、上部側には複数の１次電極−磁性ロール１３２ａが配置され、原料１が装入される焼結台車２００側、すなわち、下部側には複数の２次電極−磁性ロール１３２ｂが配置される。そして、電極−磁性ロール１３２ａ、１３２ｂの下部には、電極−磁性ロール１３２ａ、１３２ｂの表面に付着して残留する粉コークス及び微粉焼結鉱を除去して焼結台車２００に装入するためのスクラッパー１３９が配設される。スクラッパー１３９は板状に電極−磁性ロール１３２ａ、１３２ｂの長手方向に沿って形成され、その端部が電極−磁性ロール１３２ａ、１３２ｂの外周面に接触されるように配設される。このとき、１次電極−磁性ロール１３２ａは、ドラムフィーダー１２０を介して供給される原料１のうち荷電された粉コークスを再び荷電させる役割を果たすため、１次電極−磁性ロール１３２ａにおいて荷電された原料が２次電極−磁性ロール１３２ｂから分離されるように１次電極−磁性ロール１３２ａの下部にはスクラッパー１３９を形成しなくてもよい。

電極−磁性ロール１３２ａ、１３２ｂは、固設される固定ロール１３２１と、中空の円筒状に形成されて固定ロール１３２１の外周面を囲繞するように配置され、固定ロール１３２１の外周面に沿って回転する回転ロール１３２３と、固定ロール１３２１と回転ロール１３２３との間に配置される電極板１３２４ａ、１３２４ｂ及び磁性体１３２５と、を備える。このとき、固定ロール１３２１及び回転ロール１３２３は、固定ロール１３２１の外周面と回転ロール１３２３の内周面とを離隔させた状態で軸受などの連結手段１３２２を介して連結されて、回転ロール１３２３が固定ロール１３２１と互いに摩擦しない状態に回転できるようにする。電極−磁性ロール１３２ａ、１３２ｂは、同じ極性を有する物質の間に発生する斥力（相互の距離を遠ざけるように働く力）及び反対の極性を有する物質の間に発生する引力（引き合う（互いを近付けようとする）力）を用いて荷電された粉コークス及び着磁性物質である微粉焼結鉱を電極−磁性ロール１３２ａ、１３２ｂ間の空間にスクリーンする役割を果たす。

図１６を参照すると、電極−磁性ロール１３２ａ、１３２ｂは、固設される固定ロール１３２１と、中空の円筒状に形成されて固定ロール１３２１の外周面を囲繞するように配置され、固定ロール１３２１の外周面に沿って回転する回転ロール１３２３と、固定ロール１３２１と回転ロール１３２３との間に配置される電極板１３２４ａ、１３２４ｂ、１３２４ｃ、１３２４ｄ及び磁性体１３２５と、を備える。このとき、固定ロール１３２１は、電極板１３２４ａ、１３２４ｂ、１３２４ｃ、１３２４ｄ及び磁性体１３２５を除く部分を意味する。固定ロール１３２１及び回転ロール１３２３は、固定ロール１３２１の外周面と回転ロール１３２３の内周面とを離隔させた状態で軸受などの連結手段１３２２を介して連結されて、回転ロール１３２３が固定ロール１３２１と互いに摩擦しない状態に回転できるようにする。

このような構造により、電極−磁性ロール１３２ａ、１３２ｂの外周面には、磁性領域Ｍ及び非磁性領域Ｎと、正電荷領域Ｘと、負電荷領域Ｙ及び非電荷領域Ｚが形成される。このとき、磁性領域Ｍ及び非磁性領域Ｎと、正電荷領域Ｘと、負電荷領域Ｙ及び非電荷領域Ｚは、電極−磁性ロール１３２ａ、１３２ｂの長手方向に沿って形成される。

固定ロール１３２１に配設される電極板１３２４ａ、１３２４ｂ、１３２４ｃ、１３２４ｄ及び磁性体１３２５の構造について概略的に説明する。

まず、磁性体１３２５は、固定ロール１３２１の長手方向に沿って固定ロール１３２１の一部を形成するように配置される。例えば、磁性体１３２５は、図１７に示すように、固定ロール１３２１の外周面の一部を形成するように形成されてもよく、固定ロール１３２１の中心から外周面まで形成するようにパイ状に形成されてもよい。磁性体１３２５は回転しない固定ロール１３２１に形成されるため、電極−磁性ロール１３２ａ、１３２ｂには磁性領域Ｍ及び非磁性領域Ｎが固設される。このとき、磁性体１３２５としては、永久磁石、電磁石などの磁性を有する様々な磁性体が用いられる。このように磁性体１３２５によって磁性領域Ｍ及び非磁性領域Ｎが形成されるためには、固定ロール１３２１は非磁性体により形成されることが好ましい。

このような構成を有する電極−磁性ロール１３２ａ、１３２ｂを用いて原料１に含有されている磁鉄鉱（Ｆｅ_３Ｏ_４）、赤鉄鉱（Ｆｅ_２Ｏ_３）などの着磁性原料を焼結台車２００の原料層の上部に装入するためには、磁性体１３２５を固定ロール１３２１の適切な位置に配置することが重要である。

磁性体１３２５は、装入シュート１３０の搬送経路に沿って搬送される配合原料１からの着磁性原料の付着を容易にし、隣り合う電極−磁性ロール１３２ａ、１３２ｂの間に互いに干渉しない位置に配置されることが好ましい。このため、磁性体１３２５は固定ロール１３２１における搬送経路に対応する位置に配置され、搬送経路の上に非磁性領域Ｎが形成されるように隣り合う電極−磁性ロール１３２ａ、１３２ｂに配置される磁性体１３２５と重なり合わないように形成されることが好ましい。

一方、電極板１３２４ａ、１３２４ｂ、１３２４ｃ、１３２４ｄはそれぞれ正極（＋）及び負極（−）であり、一つの電極−磁性ロール１３２ａ、１３２ｂに異なる電荷に荷電された領域が共存する。このとき、固定ロール１３２１は電気的な絶縁体により形成され、２枚の電極板１３２４ａ及び１３２４ｂまたは１３２４ｃ及び１３２４ｄは互いに離隔されてそれぞれ固定ロール１３２１の長手方向に沿って形成される。電極板１３２４ａ、１３２４ｂ、１３２４ｃ、１３２４ｄは、固定ロール１３２１の表面に取り付けられて形成されてもよく、固定ロール１３２１に所定の深さの溝を形成し、溝内に嵌設してもよい。このとき、磁性体１３２５が形成された領域においては、電極板１３２４ａ、１３２４ｂ、１３２４ｃ、１３２４ｄが磁性体１３２５の上部、すなわち、外側に配設される。磁性体１３２５に比べて電極板１３２４ａ、１３２４ｂ、１３２４ｃ、１３２４ｄが形成される領域が広く分布しているため、搬送経路に沿って搬送される原料１のうち荷電された原料粒子に所定の引力及び斥力を印加するためには、形成される大面積の電極板１３２４ａ、１３２４ｂ、１３２４ｃ、１３２４ｄが固定ロール１３２１の外側に形成されることが好ましい。しかしながら、磁性体１３２５及び電極板１３２４ａ、１３２４ｂ、１３２４ｃ、１３２４ｄの配置構造はこれに限定されるものではなく、磁性体１３２５が電極板１３２４ａ、１３２４ｂ、１３２４ｃ、１３２４ｄの少なくとも一部よりも外側に配設されてもよいということはいうまでもない。なお、電極板１３２４ａ、１３２４ｂ、１３２４ｃ、１３２４ｄは、磁性体１３２５の上部に一部重なり合うように形成されてもよく、回転ロール１３２１の外周面に直接的に接触されるように形成されてもよい。このため、磁性体１３２５と電極板１３２４ａ、１３２４ｂ、１３２４ｃ、１３２４ｄとの間、固定ロール１３２１と磁性体１３２５及び電極板１３２４ａ、１３２４ｂ、１３２４ｃ、１３２４ｄの間には電気的に絶縁体であり、且つ、非磁性体である電磁気的絶縁体を介装することにより、電極板１３２４ａ、１３２４ｂ、１３２４ｃ、１３２４ｄと磁性体１３２５との間に発生する影響を抑制または防止することができる。

ここで、電極−磁性ロール１３２ａ、１３２ｂに配設される電極板１３２４ａ、１３２４ｂ、１３２４ｃ、１３２４ｄが板状に形成されると説明しているが、その形状はこれに限定されない。

このような構成により、電極−磁性ロール１３２ａ、１３２ｂには、固定ロール１３２１における正極が配置された領域には正の電荷に荷電された正電荷領域Ｘが、負極が配置された領域には負の電荷に荷電された負電荷領域Ｙが形成され、電極板１３２４ａ、１３２４ｂ、１３２４ｃ、１３２４ｄが形成されていない正電荷領域Ｘと負電荷領域Ｙとの間には正や負の電荷を帯びない非電荷領域Ｚが形成される。なお、磁性体１３２５が配置された領域には磁性領域Ｍが、磁性体１３２５が配設されていない領域には非磁性領域Ｎが形成される。このとき、電荷、非電荷領域Ｘ、Ｙ、Ｚと、磁性、非磁性領域Ｍ、Ｎは一部重なり合うように形成され、それぞれの領域Ｘ、Ｙ、Ｘ、Ｍ、Ｎは電極−磁性ロール１３２ａ、１３２ｂの長手方向に沿って形成される。以下では、説明の便宜性のために、Ｘ領域は正電荷領域と称し、Ｙ領域は負電荷領域と称する。

このような構成を有する電極−磁性ロール１３２ａ、１３２ｂを用いて原料１に含有されている粉コークス及び微粉焼結鉱を焼結台車２００の原料層の上部に装入するためには、電極板１３２４ａ、１３２４ｂ、１３２４ｃ、１３２４ｄを固定ロール１３２１の適切な位置に配置することが重要である。着磁性原料である微粉焼結鉱の場合には、装入シュート１３０に沿って搬送される過程で磁性体１３２５が配設された領域では回転ロール１３２３の表面に付着し、回転ロール１３２３の表面に付着した微粉焼結鉱は回転ロール１３２３の回転につれて移動して磁性体１３２５が配設されていない領域において回転ロール１３２３の表面から離脱する。しかしながら、粉コークスの場合には、装入シュート１３０に荷電された状態で供給されて反対極性に荷電された電極板が配設される領域において回転ロール１３２３の表面に付着していて、回転ロール１３２３の回転につれて移動して同じ極性に荷電された電極板が配設される領域においては回転ロール１３２３の表面から離脱する。しかしながら、原料１を供給する原料ホッパー１００、ドラムフィーダー１２０などにおいては多量の原料１を荷電させるため原料１のうち粉コークスが円滑に荷電されないことがある。このため、装入シュート１３０の一部は。粉コークスの荷電を補完するように電極−磁性ロール１３２ａ（１次電極−磁性ロールと称する。）を形成し、残りは荷電された粉コークスをろ過するように電極−磁性ロール１３２ｂ（２次電極−磁性ロールと称する。）を形成する必要がある。

磁性体１３２５は、１次電極−磁性ロール１３２ａ及び２次電極−磁性ロール１３２ｂに同じ形状に形成される。隣り合う電極−磁性ロール１３２ａ、１３２ｂとの干渉が発生しないように、隣り合う電極−磁性ロール１３２ａ、１３２ｂの間に非磁性領域Ｙが形成されるように配置される。隣り合う電極−磁性ロール１３２ａ、１３２ｂの中心を結んで仮想の斜線を画く。磁性体１３２５は、このようにして形成された仮想の斜線の上に配置される。このとき、磁性体１３２５は、隣り合う電極−磁性ロール１３２ａ、１３２ｂの間に非磁性領域Ｎが形成されるように所定の角度θ１、例えば、１１０°〜１５０°の角度を有するように形成される。磁性体１３２５は、上部側の電極−磁性ロール１３２ａ、１３２ｂに比べて下部側の電極−磁性ロール１３２ａ、１３２ｂ側に偏るように形成されることが好ましい。すなわち、原料１のうち着磁性原料は、磁性領域Ｍにおける回転ロール１３２３の外周面に付着していて、回転ロール１３２３が回転するにつれて非磁性領域Ｎから離脱して焼結台車２００に装入されるが、このとき、焼結台車２００が配置される下部側の電極−磁性ロール１３２ｂ、すなわち、２次電極−磁性ロール１３２ｂにおいても着磁性原料のろ過を円滑に行うためである。これにより、隣り合う電極−磁性ロール１３２ｂａ、１３２ｂｂ間の干渉なしに着磁性原料の偏析効率を向上させることができる。

このような構成により、電極−磁性ロール１３２ａ、１３２ｂは、装入シュート１３０に沿って搬送される原料１から着磁性原料を選別するスクリーンの役割を果たす。すなわち、装入シュート１３０の搬送経路には電極−磁性ロール１３２ａ、１３２ｂが隔設されて磁性領域Ｍ及び非磁性領域Ｎが交互に繰り返し形成されるが、電極−磁性ロール１３２ａ、１３２ｂは、上述したように、外周面に着磁性原料を付着及び離脱させながら電極−磁性ロール１３２ａ、１３２ｂの回転ロール１３２３の外周面に付着した着磁性原料が隣り合う電極−磁性ロール１３２ａ、１３２ｂの外周面に接触されないように電極−磁性ロール１３２ａ、１３２ｂ間の間隔ｔを設定することができる。通常、装入シュートを形成する一般ロール間の間隔が３〜５ｍｍであるのに対し、電極−磁性ロール１３２ａ、１３２ｂ間の間隔ｔは一般ロール間の間隔よりも僅かに大きな約５〜８ｍｍに設定して電極−磁性ロール１３２ａ、１３２ｂの外周面に付着した着磁性原料の移動を円滑にする。このとき、電極−磁性ロール１３２ａ、１３２ｂ間の間隔ｔが上記の範囲よりも小さな場合には、電極−磁性ロール１３２ａ、１３２ｂの外周面に付着した着磁性原料が電極−磁性ロール１３２ａ、１３２ｂ間の空間に移動し難く、電極−磁性ロール１３２ａ、１３２ｂ間の間隔ｔが上記の範囲よりも大きな場合には、着磁性原料に加えて、これよりも大きな粒度を有する原料が電極−磁性ロール１３２ａ、１３２ｂの間に抜け出て焼結台車２００内の原料層の上部に装入されて偏析効率が低下するという問題がある。

このような電極−磁性ロール１３２ａ、１３２ｂ間の間隔、磁性体１３２５の形成範囲などは、電極−磁性ロール１３２ａ、１３２ｂによって形成される搬送経路の形状に応じて種々に変更可能であるということはいうまでもない。

電極板１３２４ａ、１３２４ｂ、１３２４ｃ、１３２４ｄは、固定ロール１３２１の１次電極−磁性ロール１３２ａにより配合原料が搬送される上部側には原料供給部において荷電された粉コークスと同じ極性を有する第１の電極板１３２４ａが形成され、下部側には粉コークスとは反対の極性を有する第２の電極板１３２４ｂが形成される。

第１の電極板１３２４ａは、原料供給部から供給される粉コークスのうち荷電された粉コークスの荷電を増加させるとともに、未荷電の粉コークスを荷電させる役割を果たす。第１の電極板１３２４ａは、複数の１次電極−磁性ロール１３２ａの中心を結んで形成する仮想の線Ｓ（搬送経路と平行に形成される）を基準として仮想の線Ｓの上部側に形成され、隣り合う他の電極板との相互干渉が発生しない範囲内で形成される。例えば、第１の電極板１３２４ａは、固定ロール１３２１の中心から約１１０〜１５０°の範囲（θ２）内に形成される。

第２の電極板１３２４ｂは、第１の電極板１３２４ａによって荷電された粉コークスを引力によって１次電極−磁性ロール１３２ａの表面に付着させて１次電極−磁性ロール１３２ａ間の空間に排出することにより、焼結台車２００の原料層の上部に装入する役割を果たす。このとき、１次電極−磁性ロール１３２ａに付着した粉コークスは、１次電極−磁性ロール１３２ａが回転するにつれて下部に配設されるスクラッパー１３９に接触されて除去されるか、あるいは、電極板が形成されていない非電荷領域Ｚまたは荷電された正電荷領域Ｘにおいて働く斥力によって１次電極−磁性ロール１３２ａの表面から除去される。第２の電極板１３２４ｂは、前記仮想の線を基準として第１の電極板１３２４ａから所定の距離だけ離隔されて仮想の線の下部側に形成される。図１８には、第２の電極板１３２４ｂが第１の電極板１３２４ａよりも短い長さを有するように形成されていることが示されているが、隣り合う電極板との相互干渉が発生しない場合には、第２の電極板１３２４ｂ及び第１の電極板１３２４ａが同じ長さを有するように形成されてもよく、第２の電極板１３２４ｂが第１の電極板１３２４ａよりも長く形成されてもよい。

２次電極−磁性ロール１３２ｂは、１次電極−磁性ロール１３２ａの間に排出されずに１次電極−磁性ロール１３２ａによって形成される搬送経路に沿って搬送される粉コークスを電気的な引力を用いて２次電極−磁性ロール１３２ｂの間に排出するスクリーンの役割を果たす。このため、２次電極−磁性ロール１３２ｂによって形成される搬送経路には第３の電極板１３２４ｃ及び第４の電極板１３２４ｄが共存する。２次電極−磁性ロール１３２ｂは、配合原料の搬送方向に対して反対方向側には、荷電された粉コークスを荷電させるように粉コークスと同じ極性を有する第３の電極板１３２４ｃが配設され、配合原料の搬送方向側には、２次電極−磁性ロール１３２ｂの表面に付着した粉コークスを離脱させるために荷電された粉コークスとは反対の極性を有する第４の電極板１３２４ｄが配設される。

図１９を参照すると、第３の電極板１３２４ｃ及び第４の電極板１３２４ｄは所定の距離だけ離隔されて配置され、隣り合う電極−磁性ロール１３２ａ、１３２ｂに形成された電極板との干渉が発生しないように配置されることが好ましい。これは、電極−磁性ロールの直径、離隔距離など種々の装入シュートの設置条件に応じて変更される。２次電極−磁性ロール１３２ｂにおける第３の電極板１３２４ｃによって形成される正電荷領域Ｘは、１次電極−磁性ロール１３２ａに沿って搬送される配合原料のうち粉コークスを荷電させる役割を果たし、第４の電極板１３２４ｄによって形成される負電荷領域Ｙは、荷電された粉コークスを引力を用いて２次電極−磁性ロール１３２ｂの表面、すなわち、回転ロール１３２３の表面に付着させる役割を果たす。上述したように、異なる極性を有する物質の間には互いを近付けようとする力である引力が働くため、荷電された粉コークスとは反対の極性に荷電された負電荷領域Ｙにおいては粉コークスを回転ロール１３２３の表面に付着させ、回転ロール１３２３の表面に付着した粉コークスは、回転ロール１３２３が回転するにつれて２次電極−磁性ロール１３２ｂ間の空間を介して搬送経路の下部側に移動する。このようにして搬送経路の下部側に移動した粉コークスは、２次電極−磁性ロール１３２ｂの下部に配設されるスクラッパー１３９によって回転ロール１３２３の表面から除去されて焼結台車２００の原料層の上部に装入される。

このような構成により、電極−磁性ロール１３２ａ、１３２ｂは、装入シュート１３０に沿って搬送される配合原料１から粉コークス及び微粉焼結鉱を選別するスクリーンの役割を果たす。すなわち、装入シュート１３０を電極板及び磁性体付き電極−磁性ロールを用いて形成することにより、原料供給部から供給される配合原料から粉コークスが荷電されて搬送されるようにし、搬送される過程で電気的な引力及び斥力、磁力を用いて粉コークスを焼結台車２００の原料層の上部に装入することができる。

以下、本発明の実施形態に係る原料の装入方法について説明する。

図２０は、装入シュートに沿って搬送される原料の搬送状態を示す図である。

図２０を参照すると、用意された粉コークス、焼結鉱などが配合された原料１をドラムフィーダー１２０を介して装入シュート１３０に供給すると、配合原料１は、装入シュート１３０に形成される搬送経路に沿って移動して焼結台車２００に装入される。このとき、装入シュート１３０に供給された原料１のうち粉コークスは、原料ホッパー１００と、ドラムフィーダー１２０及びホッパーゲート１１０に形成される電極板１００ａ、１１０ａ、１２０ａによって負極または正極に荷電される。

装入シュート１３０に供給された原料１は、搬送経路上において斜面分級されて粒度が小さな原料、例えば、粉コークス及び微粉焼結鉱などは搬送経路の上部に位置し、その上部に進むにつれて粒度が大きな原料、例えば、副原料などが位置して搬送される。そして、配合原料１のうち粉コークスは、１次電極−磁性ロール１３２ａによって形成される搬送経路（装入シュートの上部側）に沿って搬送されながら原料供給部において荷電された粉コークスは荷電量が増加し、原料供給部において荷電されていない粉コークスは原料供給部において荷電された粉コークスと同じ極性に荷電される。

一方、原料１のうち着磁性原料である微粉焼結鉱は、電極−磁性ロール１３２ａ、１３２ｂによって形成される搬送経路に沿って搬送されながら、磁性体１３２５が配設された搬送経路上において回転ロール１３２３の表面に付着する。次いで、微粉焼結鉱は、回転ロール１３２３が回転するにつれて回転ロール１３２３に付着した状態で搬送経路の下部側に移動して磁性体１３２５が形成されていない領域、すなわち、非磁性領域Ｎに達すると、回転ロール１３２３の表面から離脱して焼結台車２００の原料層の上部に装入される。

次いで、原料１が２次電極−磁性ロール１３２ｂによって形成される搬送経路（装入シュートの下部側）に沿って搬送されながら、原料供給部及び１次電極−磁性ロール１３２ａによって荷電された粉コークスは電気的な斥力によって２次電極−磁性ロール１３２ｂの間の空間に排出されて焼結台車２００の原料層の上部に装入される。原料供給部において荷電された粉コークスは、粉コークスと同じ極性に荷電された領域及び反対極性に荷電された領域を通過しながら電極−磁性ロール１３２ａ、１３２ｂの表面に付着したり電極−磁性ロール１３２ａ、１３２ｂの表面から離脱したりしながら電極−磁性ロール１３２ａ、１３２ｂ間の空間及び装入シュート１３０の先端（焼結台車側の２次電極−磁性ロール）を介して焼結台車２００の原料層の上部に偏析されて装入される。例えば、原料供給部において正（＋）の電荷を有するように荷電された粉コークスは、１次電極−磁性ロール１３２ａによって形成される搬送経路に沿って搬送されながら搬送経路上においては正の電荷量が増加するか、あるいは、正の電荷を有するように荷電される。正の電荷に荷電された粉コークスは、１次電極−磁性ロール１３２ａの回転によって搬送経路に沿って搬送され、そのうちの一部は１次電極−磁性ロール１３２ａ間の空間に排出される。このとき、１次電極−磁性ロール１３２ａ間に排出された粉コークスのうちの一部は１次電極−磁性ロール１３２ａにおいて負電荷領域Ｙに付着し、１次電極−磁性ロール１３２ａの回転ロール１３２３が回転しながら１次電極−磁性ロール１３２ａの下部に配設されるスクラッパー１３９に接触されて１次電極−磁性ロール１３２ａの表面から離脱しながら焼結台車２００の原料層の上部に装入される。

また、１次電極−磁性ロール１３２ａによって付着せずに２次電極−磁性ロール１３２ｂに搬送される着磁性原料（微粉焼結鉱）は、２次電極−磁性ロール１３２ｂの磁性領域Ｍにおける回転ロール１３２３の表面に付着し、非磁性領域Ｎから離脱して焼結台車２００の原料層の上部に装入される。

ここで、粉コークス及び微粉焼結鉱（着磁性原料）を電極−磁性ロール１３２ａ、１３２ｂの回転ロール１３２３の表面に効果的に付着させるためには、原料１の搬送速度よりも回転ロール１３２３の回転速度の方が遅いことが好ましい。すなわち、原料１の搬送速度よりも回転ロール１３２３の回転速度の方が速いと、回転ロール１３２３の表面に付着する粉コークス及び微粉焼結鉱の量が減って偏析効率が低下する虞があるためである。このため、回転ロール１３２３の回転速度が原料１の搬送速度よりも遅くなるように制御することにより、焼結台車１３０に装入される原料１の偏析効率を向上させることができる。なお、配合原料１の搬送速度が速過ぎる場合には、回転ロール１３２３を配合原料１の搬送方向とは反対の方向に回転させることにより、配合原料１の搬送速度を遅くすることができる。

このように、本発明の詳細な説明の欄においては具体的な実施形態について説明したが、本発明の範囲から逸脱しない範囲内において種々に変形可能であるということはいうまでもない。よって、本発明の範囲は上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、後述する特許請求の範囲だけではなく、この特許請求の範囲と均等なものによって定められるべきである。

本発明に係る原料の装入装置及び装入方法は、移動する焼結台車に装入される原料の偏析装入効率を増大させることができて原料層の通気性を向上させることができる。したがって、焼結鉱の品質及び生産性を向上させることができる。

Claims (16)

1. 原料を供給する原料供給部と、前記原料供給部から供給される原料を貯留器に搬送する装入シュートと、を備える原料の装入装置であって、
   前記装入シュートは、複数のロールが並べられて原料の搬送経路を形成し、前記装入シュートは、前記原料の搬送経路がサイクロイド曲線状の曲面で形成される原料の装入装置。
2. 原料を供給する原料供給部と、前記原料供給部から供給される原料を貯留器に搬送する装入シュートと、を備える原料の装入装置であって、
   前記装入シュートは、複数のロールが並べられて原料の搬送経路を形成し、前記装入シュートは、前記原料の搬送経路がプロレートサイクロイド曲線状の曲面で形成される原料の装入装置。
3. 原料を供給する原料供給部と、前記原料供給部から供給される原料を貯留器に搬送する装入シュートと、を備える原料の装入装置であって、
   前記装入シュートは、複数のロールが並べられて原料の搬送経路を形成し、前記複数のロールの中心軸はプロレートサイクロイド曲線に位置し、前記複数のロールの上に形成される前記原料の搬送経路はサイクロイド曲線状の曲面で形成される原料の装入装置。
4. 前記装入シュートにおいて前記原料が流入する部分が垂直方向となす入射角は、前記原料が排出される部分が水平方向となす脱出角よりも小さな請求項１から請求項３のうちのいずれか一項に記載の原料の装入装置。
5. 前記入射角は５〜５０°であり、前記脱出角は１０〜６０°である請求項４に記載の原料の装入装置。
6. 前記複数のロールは、前記装入シュートの上部から下部に進むにつれて直径が連続して増加するように配置される請求項３に記載の原料の装入装置。
7. 前記装入シュートは、複数のロールが並べられて原料の搬送経路を形成し、
   前記複数のロールは、一部は荷電され、一部は磁性を帯びる電極−磁性ロールを備え、
   前記電極−磁性ロールは、回転しない固定ロールと、前記固定ロールの外部を囲繞して前記固定ロールの外周面に沿って回転する回転ロールと、前記固定ロールの一部に配置される電極板及び磁性体と、を備える請求項１から請求項３のうちのいずれか一項に記載の原料の装入装置。
8. 前記磁性体は、前記原料が搬送される搬送経路に対応する部分に配設される請求項７に記載の原料の装入装置。
9. 前記磁性体は、前記原料の進行方向に隣り合う電極−磁性ロールに偏るように配置される請求項８に記載の原料の装入装置。
10. 前記磁性体は、前記固定ロールの中心を基準として１１０°〜１５０°の領域に形成される請求項９に記載の原料の装入装置。
11. 記原料供給部は、前記原料を荷電させる荷電装置を備え、
    前記電極−磁性ロールは、
    前記原料供給部に隣り合う搬送経路の上に前記原料と同じ極性を有する荷電領域を形成し、前記搬送経路の下部には前記原料とは反対の極性を有する荷電領域を形成する複数の１次電極−磁性ロールと、
    前記貯留器に隣り合う搬送経路の上に前記原料の搬送方向に対して反対方向側には前記原料と同じ極性を有する荷電領域を形成し、前記原料の搬送方向側には、前記原料とは反対の極性を有する荷電領域を形成する複数の２次電極−磁性ロールと、
    前記２次電極−磁性ロールの下部に前記２次電極−磁性ロールの外周面に接触されるように配設されるスクラッパーと
    を備える請求項７に記載の原料の装入装置。
12. 前記固定ロールには、異なる極性を有する電極板が互いに離隔して配置される請求項１１に記載の原料の装入装置。
13. 前記電極板は、前記磁性体と少なくとも一部重なり合うように配設される請求項１２に記載の原料の装入装置。
14. 前記２次電極−磁性ロールは、前記原料が搬送される方向に前記原料とは反対の極性を有する荷電領域が形成される請求項１３に記載の原料の装入装置。
15. 前記固定ロールは、電磁気的絶縁体を備える請求項７に記載の原料の装入装置。
16. 前記固定ロールと、電極板及び磁性体の間のうちの少なくともいずれか一箇所には、電磁気的絶縁体が配設される請求項７に記載の原料の装入装置。

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