JP6163990B2

JP6163990B2 - 流体供給設備

Info

Publication number: JP6163990B2
Application number: JP2013191363A
Authority: JP
Inventors: 義隆小倉
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 2013-09-17
Filing date: 2013-09-17
Publication date: 2017-07-19
Anticipated expiration: 2033-09-17
Also published as: JP2015059740A

Description

本発明は、流体供給設備に関する。さらに詳しくは、自溶炉に精鉱反応用空気を供給するための空気供給設備等の流体供給設備に関する。

銅の乾式製錬に用いられる製錬炉として自熔炉が知られている。自熔炉は、硫黄分を含む銅精鉱と酸素との反応を利用した炉であり、乾燥させた銅精鉱を自溶炉内に装入すると同時に精鉱反応用空気を吹き込むことで銅精鉱を酸化溶融させる。銅精鉱処理量を増加させるには反応に必要な酸素量を増加させる必要があるため、工業用酸素を用いて精鉱反応用空気の酸素濃度を高くすることが行われる（例えば、特許文献１）。

図１に、自溶炉Ｆに精鉱反応用空気を供給するための空気供給設備Ａを示す。空気供給設備Ａは、空気供給源１０が接続された主配管２０の途中に、第１副配管２１および第２副配管２２が接続された構成である。第１副配管２１には第１酸素供給源１１が接続され、第２副配管２２には第２酸素供給源１２が接続されている。空気供給源１０、第１酸素供給源１１および第２酸素供給源１２からの空気および酸素が主配管２０で混合され、精鉱反応用空気として自溶炉Ｆに供給される。

主配管２０には、第１副配管２１との接続部より下流側であって第２副配管２２との接続部より上流側に主流量計３０が設けられており、第２副配管２２との接続部より下流側に主調節弁４０が設けられている。また、第１副配管２１には第１副流量計３１と第１副調節弁４１が設けられおり、第２副配管２２には第２副流量計３２と第２副調節弁４２が設けられている。制御装置５０は、これら流量計３０、３１、３２の測定値に基づいて調節弁４０、４１、４２を制御することで、精鉱反応用空気の流量および酸素濃度を調整している。

精鉱反応用空気の酸素濃度を高くするには、空気供給源１０からの流量を減少させるとともに、第１酸素供給源１１および第２酸素供給源１２からの流量を増加させる。ここで、空気供給源１０の最大流量は、自溶炉Ｆに供給できる流量の上限と同程度であり、第１酸素供給源１１および第２酸素供給源１２の最大流量は、それぞれ自溶炉Ｆに供給できる流量の上限の半分程度である。精鉱反応用空気の酸素濃度を最高とした状態では、第１酸素供給源１１および第２酸素供給源１２からの流量が最大となり、空気供給源１０からの流量がほぼ0となる。

主流量計３０は、空気供給源１０が最大流量の場合でも測定できる必要があるため、その測定可能範囲の上限は空気供給源１０の最大流量よりも高く設定される。一方、主流量計３０は、空気供給源１０からの流量が0となった場合でも、第１酸素供給源１１からの流量を測定する必要がある。しかし、第１酸素供給源１１の最大流量は、空気供給源１０の最大流量の半分程度であるため、主流量計３０の測定範囲の下限付近となる場合がある。この場合、精鉱反応用空気の酸素濃度を高くすると主流量計３０における流量が少なくなり、測定範囲の下限付近となって、主流量計３０の測定値が0（測定不能）と実際の流量の値との間で揺れ動くハンチングが生じる。

制御装置５０は、主流量計３０と第２副流量計３２の測定値を加算して精鉱反応用空気の流量とし、その結果を基に主調節弁４０の開度を制御する。ところが、前述のごとく主流量計３０の測定値がハンチングすると、精鉱反応用空気の流量の測定結果も変動することとなり、主調節弁４０の動作が不安定となる。その結果、精鉱反応用空気を自溶炉Ｆに安定して供給できなくなるという問題がある。

特開２００９−２３５５４７号公報

本発明は上記事情に鑑み、流体の流量を正確に測定できる流体供給設備を提供することを目的とする。

第１発明の流体供給設備は、主流体供給源が接続された主配管と、副流体供給源が接続され、前記主配管の途中に接続する副配管と、前記主配管の前記副配管との接続部より上流側に設けられた供給源元調節弁と、前記主配管の前記副配管との接続部より下流側に設けられた主流量計と、前記副配管に設けられ、測定可能範囲の下限が前記主流量計の測定可能範囲の下限よりも低い副流量計と、前記供給源元調節弁の開閉状態、および前記主流量計と前記副流量計の測定値が入力される制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記主流量計における流量として、前記供給源元調節弁が開状態の場合は前記主流量計の測定値を採用し、前記供給源元調節弁が閉状態の場合は前記副流量計の測定値を採用することを特徴とする。
第２発明の流体供給設備は、第１発明において、前記制御装置は、前記主流量計における流量として、前記供給源元調節弁が開状態の場合は前記主流量計の測定値を採用し、前記供給源元調節弁が閉状態の場合は前記副流量計の測定値に流体が前記主流量計に至るまでの損失を考慮した値を採用することを特徴とする。
第３発明の流体供給設備は、主流体供給源が接続された主配管と、それぞれに副流体供給源が接続され、前記主配管の途中に接続する複数の副配管と、前記主配管の前記複数の副配管との接続部より上流側に設けられた供給源元調節弁と、前記主配管の前記複数の副配管との接続部より下流側に設けられた主流量計と、前記複数の副配管にそれぞれに設けられ、測定可能範囲の下限が前記主流量計の測定可能範囲の下限よりも低い複数の副流量計と、前記供給源元調節弁の開閉状態、および前記主流量計と前記複数の副流量計の測定値が入力される制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記主流量計における流量として、前記供給源元調節弁が開状態の場合は前記主流量計の測定値を採用し、前記供給源元調節弁が閉状態の場合は前記複数の副流量計の測定値を加算した値を採用することを特徴とする。
第４発明の流体供給設備は、第３発明において、前記制御装置は、前記主流量計における流量として、前記供給源元調節弁が開状態の場合は前記主流量計の測定値を採用し、前記供給源元調節弁が閉状態の場合は前記複数の副流量計の測定値に流体が前記主流量計に至るまでの損失を考慮した値を加算した値を採用することを特徴とする。

第１発明によれば、供給源元調節弁が閉状態の場合に主流量計における流量が主流量計の測定可能範囲の下限以下となっても、主流量計の代わりに測定可能範囲の下限が低い副流量計の測定値を採用するので、流体の流量を正確に測定できる。
第２発明によれば、流体が主流量計に至るまでの損失を考慮するので、流体の流量をより正確に測定できる。
第３発明によれば、供給源元調節弁が閉状態の場合に主流量計における流量が主流量計の測定可能範囲の下限以下となっても、主流量計の代わりに測定可能範囲の下限が低い複数の副流量計の測定値を加算した値を採用するので、流体の流量を正確に測定できる。
第４発明によれば、流体が主流量計に至るまでの損失を考慮するので、流体の流量をより正確に測定できる。

本発明の第１実施形態に係る空気供給設備の説明図である。本発明の第２実施形態に係る空気供給設備の説明図である。

つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
本発明に係る流体供給設備は、気体、液体等の流体を特定の設備に供給する設備である。以下では、自溶炉に精鉱反応用空気を供給するための空気供給設備を例に説明するが、供給する対象は空気や酸素のほか種々の気体でもよいし、液体でもよい。また、流体の供給先は自溶炉に限定されず、その他の設備でもよい。

（第１実施形態）
図１に示すように、本発明の第１実施形態に係る空気供給設備Ａは、空気供給源１０が接続された主配管２０の途中に、第１副配管２１および第２副配管２２が接続された構成である。第１副配管２１には第１酸素供給源１１が接続され、第２副配管２２には第２酸素供給源１２が接続されている。空気供給源１０、第１酸素供給源１１および第２酸素供給源１２からの空気および酸素が主配管２０で混合され、精鉱反応用空気として自溶炉Ｆに供給される。

なお、「空気供給源１０」、「第１酸素供給源１１」、「主配管２０」、「第１副配管２１」、および「空気供給設備Ａ」が、それぞれ特許請求の範囲に記載の「主流体供給源」、「副流体供給源」、「主配管」、「副配管」、および「流体供給設備」に相当する。ここで、特許請求の範囲に記載の「副配管」とは、主流量計より上流側において主配管に接続された配管を意味する。したがって、本実施形態においては、後述の主流量計３０より上流側において主配管２０に接続された第１副配管２１のみが、特許請求の範囲に記載の「副配管」に相当する。

空気供給源１０の最大流量は自溶炉Ｆに供給できる流量の上限と同程度であり、第１酸素供給源１１および第２酸素供給源１２の最大流量はそれぞれ自溶炉Ｆに供給できる流量の上限の半分程度である。例えば、自溶炉Ｆに供給できる流量の上限が40,000Nm³/hであるのに対して、空気供給源１０の最大流量は40,000Nm³/h、第１酸素供給源１１の最大流量は19,000Nm³/h、第２酸素供給源１２の最大流量は21,000Nm³/hである。

主配管２０には、第１副配管２１との接続部より下流側であって第２副配管２２との接続部より上流側に主流量計３０が設けられている。また、第１副配管２１には第１副流量計３１が設けられおり、第２副配管２２には第２副流量計３２が設けられている。主流量計３０により空気供給源１０および第１酸素供給源１１からの混合空気の流量が測定される。また、第１副流量計３１により第１酸素供給源１１からの流量が測定され、第２副流量計３２により第２酸素供給源１２からの流量が測定される。なお、「主流量計３０」、および「第１副流量計３１」が、それぞれ特許請求の範囲に記載の「主流量計」、および「副流量計」に相当する。

主流量計３０、第１副流量計３１、および第２副流量計３２としては種々の方式の流量計を採用できるが、例えば差圧式流量計が用いられる。一般に、差圧式流量計は測定可能範囲が他の方式の測定可能範囲に比べて狭く、レンジアビリティが３：１程度である。主流量計３０、第１副流量計３１、および第２副流量計３２の測定可能範囲は、それぞれの位置における流量に合わせて設定される。例えば、主流量計３０の測定可能範囲は20,000〜50,000Nm³/h、第１副流量計３１の測定可能範囲は6,000〜25,000Nm³/h、第２副流量計３２の測定可能範囲は7,000〜27,000Nm³/hに設定される。このように、第１副流量計３１の測定可能範囲の下限（6,000Nm³/h）は、主流量計３０の測定可能範囲の下限（20,000Nm³/h）よりも低く設定される。

主配管２０には、第２副配管２２との接続部より下流側に主調節弁４０が設けられており、第１副配管２１との接続部より上流側に供給源元調節弁４３が設けられている。また、第１副配管２１には第１副調節弁４１が設けられおり、第２副配管２２には第２副調節弁４２が設けられている。

空気供給設備Ａはコンピュータ等で構成された制御装置５０を備えている。制御装置５０には５つの調節器５１〜５５が接続されている。供給源元調節弁４３には調節器５１が接続されており、調節器５１により供給源元調節弁４３の開閉状態が制御装置５０に入力されている。なお、「開閉状態」には、供給源元調節弁４３の開状態と閉状態のいずれかを示す２値情報のほか、供給源元調節弁４３の開度等、供給源元調節弁４３の開閉状態を判断できる情報も含まれる。主流量計３０には調節器５２が接続されており、調節器５２により主流量計３０の測定値が制御装置５０に入力されている。主調節弁４０には調節器５３が接続されており、制御装置５０の指示に従い調節器５３が主調節弁４０の開度を調節する。

第１副流量計３１および第１副調節弁４１には調節器５４が接続されている。調節器５４は制御装置５０から流量指示が入力されている。調節器５４は制御装置５０からの流量指示を目標値、第１副流量計３１の測定値を制御量、第１副調節弁４１の開度を操作量とするフィードバック制御を行うことで、第１酸素供給源１１からの流量を調節する。また、調節器５４により第１副流量計３１の測定値が制御装置５０に入力されている。

第２副流量計３２および第２副調節弁４２には調節器５５が接続されている。調節器５５は制御装置５０から流量指示が入力されている。調節器５５は制御装置５０からの流量指示を目標値、第２副流量計３２の測定値を制御量、第２副調節弁４２の開度を操作量とするフィードバック制御を行うことで、第２酸素供給源１２からの流量を調節する。また、調節器５５により第２副流量計３２の測定値が制御装置５０に入力されている。

自溶炉に供給する精鉱反応用空気の流量および酸素濃度は反応計算に基づいて定められる。制御装置５０は、流量計３０、３１、３２の測定値に基づいて調節弁４０、４１、４２を制御することで、精鉱反応用空気の流量および酸素濃度が定められた状態となるように調整する。

精鉱反応用空気の酸素濃度を最低（空気と同程度）の状態とするには、空気供給源１０からの流量を最大とし、第１酸素供給源１１および第２酸素供給源１２からの流量をほぼ0とする。

精鉱反応用空気の酸素濃度を高くするには、まず第１副調節弁４１を開き、第１酸素供給源１１からの流量を増加させる。さらに精鉱反応用空気の酸素濃度を高くするには、第２副調節弁４２を開き、第２酸素供給源１２からの流量を増加させる。精鉱反応用空気の酸素濃度を最高の状態とするには、第１酸素供給源１１および第２酸素供給源１２からの流量を最大とする。自溶炉Ｆに供給できる流量には上限があるため、第１酸素供給源１１および第２酸素供給源１２からの流量を増加させると、空気供給源１０からの流量を減少させる必要がある。精鉱反応用空気の酸素濃度を最高とした状態では、供給源元調節弁４３の開度はほぼ0%とされ、空気供給源１０からの流量がほぼ0となる。

精鉱反応用空気の酸素濃度を最高とした場合、主流量計３０における流量は、第１酸素供給源１１の最大流量（例えば、19,000Nm³/h）となり、主流量計３０の測定範囲の下限付近（例えば、20,000Nm³/h）となる。そうすると、主流量計３０の測定値が0（測定不能）と実際の流量の値（例えば、19,000Nm³/h）との間で揺れ動くハンチングが生じる。

すなわち、空気供給源１０から空気が供給されている場合、主流量計３０における流量は主流量計３０の測定可能範囲内であるが、空気供給源１０から空気が供給されていない場合、主流量計３０における流量は主流量計３０の測定可能範囲の下限付近となりハンチングの恐れがある。そこで、本実施形態の空気供給設備Ａでは、空気供給源１０から空気が供給されているか否かにより、主流量計３０における流量の定め方を切り替える。

空気供給源１０から空気が供給されているか否かは、供給源元調節弁４３の開閉状態により判断する。「開閉状態」として供給源元調節弁４３の開度が制御装置５０に入力されている場合は、制御装置５０は供給源元調節弁４３の開度が、0に近い所定の閾値以上の場合は供給源元調節弁４３が開状態であると判断し、供給源元調節弁４３の開度が閾値未満の場合は供給源元調節弁４３が閉状態であると判断する。

供給源元調節弁４３が開状態の場合、下記数１に示すように、制御装置５０は主流量計３０における流量Fとして主流量計３０の測定値F₀を採用する。
（数１）
F=F₀

供給源元調節弁４３が閉状態の場合、下記数２に示すように、制御装置５０は主流量計３０における流量Fとして第１副流量計３１の測定値F₁を採用する。ここで、第１副流量計３１の測定値F₁に係数αを掛けることで、第１酸素供給源１１からの酸素が主配管２０を逆流して供給源元調節弁４３から漏れ出る等、主流量計３０に至るまでの損失を考慮した値とすることが好ましい。係数αは例えば0.90〜0.98程度に設定される。第１酸素供給源１１からの酸素が主流量計３０に至るまでの損失を考慮することで、主流量計３０における流量Fをより正確に測定できる。なお、損失が無視できる場合には、係数αを掛けなくてもよい。
（数２）
F=αF₁

制御装置５０は、上記いずれかの方法で求めた主流量計３０における流量Fに第２副流量計３２の測定値を加算することで精鉱反応用空気の流量を求める。そして、求めた精鉱反応用空気の流量を基に主調節弁４０の開度を調節する。

以上のように、供給源元調節弁４３が閉状態の場合に主流量計３０における流量が主流量計３０の測定可能範囲の下限付近またはそれ以下となっても、主流量計３０の代わりに測定可能範囲の下限が低い第１副流量計３１の測定値を採用するので、主流量計３０における流量を正確に測定できる。そのため、精鉱反応用空気の流量の測定結果がハンチングにより変動することがなく、主調節弁４０の動作が安定する。その結果、精鉱反応用空気を自溶炉Ｆに安定して供給できる。

（第２実施形態）
上記第１実施形態に係る空気供給設備Ａは、主流量計３０より上流側において主配管２０に接続された副配管が第１副配管２１の１本であるが、この副配管を複数本接続した実施形態としてもよい。

図２に示すように、本発明の第２実施形態に係る空気供給設備Ｂは、第１実施形態に係る空気供給設備Ａにおいて、主流量計３０が、主配管２０の第２副配管２２との接続部より下流側に設けられた構成である。すなわち、主流量計３０より上流側において主配管２０に接続された副配管が、第１副配管２１と第２副配管２２の２本である。第１副流量計３１の測定可能範囲の下限、および第２副流量計３２の測定可能範囲の下限は、主流量計３０の測定可能範囲の下限よりも低く設定される。その余の構成は第１実施形態に係る空気供給設備Ａと同様であるので、同一部材に同一符号を付して説明を省略する。

なお、本実施形態においては、「第１酸素供給源１１」および「第２酸素供給源１２」が特許請求の範囲に記載の「副流体供給源」に相当し、「第１副配管２１」および「第２副配管２２」が特許請求の範囲に記載の「複数の副配管」に相当し、「第１副流量計３１」および「第２副流量計３２」が特許請求の範囲に記載の「複数の副流量計」に相当する。

本実施形態では、供給源元調節弁４３の開閉状態により、主流量計３０における流量の定め方を以下のように切り替える。

供給源元調節弁４３が開状態の場合、上記数１に示すように、制御装置５０は主流量計３０における流量Fとして主流量計３０の測定値F₀を採用する。

供給源元調節弁４３が閉状態の場合、下記数３に示すように、制御装置５０は主流量計３０における流量Fとして第１副流量計３１の測定値F₁と第２副流量計３２の測定値F₂を加算した値を採用する。ここで、第１副流量計３１の測定値F₁に係数αを掛けることで、第１酸素供給源１１からの酸素が主流量計３０に至るまでの損失を考慮した値とすることが好ましい。また、第２副流量計３２の測定値F₂に係数βを掛けることで、第２酸素供給源１２からの酸素が主流量計３０に至るまでの損失を考慮した値とすることが好ましい。係数α、βは例えば0.90〜0.98程度に設定される。第１酸素供給源１１および第２酸素供給源１２からの酸素が主流量計３０に至るまでの損失を考慮することで、主流量計３０における流量Fをより正確に測定できる。なお、損失が無視できる場合には、係数α、βを掛けなくてもよい。
（数３）
F=αF₁+βF₂

制御装置５０は、上記いずれかの方法で求めた主流量計３０における流量Fを精鉱反応用空気の流量として、それを基に主調節弁４０の開度を調節する。

以上のように、供給源元調節弁４３が閉状態の場合に主流量計３０における流量が主流量計３０の測定可能範囲の下限付近またはそれ以下となっても、主流量計３０の代わりに測定可能範囲の下限が低い第１副流量計３１および第２副流量計３２の測定値を加算した値を採用するので、主流量計３０における流量を正確に測定できる。そのため、精鉱反応用空気の流量の測定結果がハンチングにより変動することがなく、主調節弁４０の動作が安定する。その結果、精鉱反応用空気を自溶炉Ｆに安定して供給できる。

同様に、主流量計３０より上流側において主配管２０に接続された副配管が３本以上の実施形態においては、供給源元調節弁４３が閉状態の場合に、主流量計３０における流量として、それら複数の副流量計の測定値を加算した値を採用すればよい。

１０空気供給源
１１第１酸素供給源
１２第１酸素供給源
２０主配管
２１第１副配管
２２第１副配管
３０主流量計
３１第１副流量計
３２第１副流量計
４０主調節弁
４１第１副調節弁
４２第２副調節弁
４３供給源元調節弁
５０制御装置

Claims

主流体供給源が接続された主配管と、
副流体供給源が接続され、前記主配管の途中に接続する副配管と、
前記主配管の前記副配管との接続部より上流側に設けられた供給源元調節弁と、
前記主配管の前記副配管との接続部より下流側に設けられた主流量計と、
前記副配管に設けられ、測定可能範囲の下限が前記主流量計の測定可能範囲の下限よりも低い副流量計と、
前記供給源元調節弁の開閉状態、および前記主流量計と前記副流量計の測定値が入力される制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記主流量計における流量として、前記供給源元調節弁が開状態の場合は前記主流量計の測定値を採用し、前記供給源元調節弁が閉状態の場合は前記副流量計の測定値を採用する
ことを特徴とする流体供給設備。
前記制御装置は、前記主流量計における流量として、前記供給源元調節弁が開状態の場合は前記主流量計の測定値を採用し、前記供給源元調節弁が閉状態の場合は前記副流量計の測定値に流体が前記主流量計に至るまでの損失を考慮した値を採用する
ことを特徴とする請求項１記載の流体供給設備。
主流体供給源が接続された主配管と、
それぞれに副流体供給源が接続され、前記主配管の途中に接続する複数の副配管と、
前記主配管の前記複数の副配管との接続部より上流側に設けられた供給源元調節弁と、
前記主配管の前記複数の副配管との接続部より下流側に設けられた主流量計と、
前記複数の副配管にそれぞれに設けられ、測定可能範囲の下限が前記主流量計の測定可能範囲の下限よりも低い複数の副流量計と、
前記供給源元調節弁の開閉状態、および前記主流量計と前記複数の副流量計の測定値が入力される制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記主流量計における流量として、前記供給源元調節弁が開状態の場合は前記主流量計の測定値を採用し、前記供給源元調節弁が閉状態の場合は前記複数の副流量計の測定値を加算した値を採用する
ことを特徴とする流体供給設備。
前記制御装置は、前記主流量計における流量として、前記供給源元調節弁が開状態の場合は前記主流量計の測定値を採用し、前記供給源元調節弁が閉状態の場合は前記複数の副流量計の測定値に流体が前記主流量計に至るまでの損失を考慮した値を加算した値を採用する
ことを特徴とする請求項３記載の流体供給設備。