JP6729610B2 - シュート - Google Patents

Description

本発明は、粒状や粉状などからなる原料を原料供給方向とは異なる方向へ排出するシュートに関し、特に、原料の大きさが不揃いな場合に好適なシュートに関する。また特に、本発明は、焼結後の焼結鉱（焼結材料）を冷却設備（焼結クーラー）に搬送するためのシュートに好適な技術である。

焼結材料を焼結クーラーに供給するシュートとしては、例えば特許文献１に記載のシュートがある。
特許文献１のシュートは、上端開口からなる送入領域を通じて自由落下してきた全ての焼結材料を、一旦、第１の支持装置で受け、第１の支持装置の面上で焼結材料の流れを集束させた後に第２の支持装置に向けて焼結材料を自由落下させ、第２の支持装置の面上を移動する間に第２の支持装置の幅方向に焼結材料を拡散させてから、焼結材料を下方に自由落下させて、直下に位置する焼結クーラーに供給する。特許文献１には、シュート内で原料の流れを収束させる第１の支持装置（集束装置）と、その後拡散する第２の支持装置(拡散装置)によって、焼結材料に均一な分布を与えて排出することが出来ると記載されている。

特表２０１６−５１４２４２号公報

しかしながら、特許文献１に記載のシュートでは、材料の分布を均一化するために、材料を案内する斜面に集束装置と拡散装置の機能を持たせるように構造体を形成しているために、シュート内構造物が複雑となり、シュート自体を大きくする必要がある。
また、特許文献１に記載のシュートは、シュート内を自由落下する全ての材料を第１の支持装置及び第２の支持装置にぶつけることで、材料の流れの集束及び拡散を行うものであって、斜めの傾斜面に沿って案内されかつ途中に材料の移動方向を変えて、原料の供給方向と排出方向が異なる構造のシュートへの適用についてなんら考慮されていない。なお、特許文献１のシュートでは、縦孔が案内路に相当する。
本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、案内路に沿って案内される原料の移動方向が変更されても、簡易な構成で、原料の幅方向分布を均一化して排出可能なシュートを提供することを目的としている。

課題を解決するために、本発明の一態様は、原料を案内路の底面に沿って下方に案内し、その案内路の途中に形成された方向転換部で原料の移動方向を変更するシュートであって、上記案内路の幅方向において、上記方向転換部の上記案内路の延在方向に沿った移動距離が長い側を幅方向外周側、その移動距離が短い側を幅方向内周側と定義した場合、上記方向転換部位置に、幅方向内周側を移動する原料を幅方向外周側に誘導する整流構造体を設けたことを特徴とする。

本発明の一態様によれば、案内路の幅方向内周側を流れる一部の原料を幅方向外周側に誘導する整流構造体を設けるという簡単な構造によって、原料供給方向と原料排出方向が異なるように案内路の途中に方向転換部が形成されても、排出される原料の幅方向分布を均一化させて排出させることが可能となる。

本発明に基づく実施形態に係るシュートを設ける焼結設備を示す概念図である。 冷却設備に原料が載った状態を示す概念図である。 本発明に基づく実施形態に係るシュートの案内路を説明する斜視図である。 本発明に基づく実施形態に係る整流構造体とストーンボックスを説明する斜視図である。 本発明に基づく実施形態に係る整流構造体とストーンボックスを説明する平面図である。 供給側案内路の延在方向側からみた概念図である。 排出側案内路の延在方向側からみた概念図である。 整流構造体を設けない場合の幅方向分布の例を示す図である。

上流側の原料搬送設備と下流側の原料とガスの熱交換・反応設備(焼結クーラー)との間の原料の受け渡しなど、前段設備での原料の移動方向と、後段設備での原料の移動方向とが異なる場合がある。このとき、原料を搬送するシュートの途中に方向転換部を設けることで、原料の移動方向（流れ方向）を変更して、前段設備から後段設備に原料を受け渡す。
本実施形態では、図１に示す概略図のように、焼結機１から排出された高温の焼結鉱を破砕機３で破砕してなる粒状の焼結鉱が、シュート４に供給される原料１０の場合であり、その焼結鉱からなる粒状体の原料１０を冷却設備２（焼結クーラー）に供給するために使用されるシュート４を例にして説明する。なお、破砕機３で破砕された焼結材料は、そのまま若しくは不図示のコンベアを介して、シュート４の供給口１５に供給される。

ここで、冷却設備２は、図１及び図２に示すように、冷却設備２の円環部の径方向に分布が形成されるように、シュート４の排出口から冷却設備の径方向に原料１０が落下し、ガスとの熱交換によって冷却処理を行う。本実施形態では、シュート４の排出口の幅方向が、冷却設備２の円環部の径方向と平行になるように設定されている。
原料１０（焼結材料）は、破砕されることで粒径が不揃いな粒状体の集合体となってシュート４に供給される。また、図１に示すように、シュート４は、冷却設備２の円環部の外径方向から原料１０がシュート４に投入され、円環部の移動方向（円周方向）に向けて原料１０を排出するように構成されている。このため、原料１０の供給方向とシュート４からの原料１０の排出方向が異なるように設計される。

本実施形態のシュート４は、図３に示すように、原料１０をその自重（重力）によって案内路の底面１１Ａ、１２Ａに沿って下方に案内し、その案内路の途中に形成された方向転換部１３で原料１０の移動方向を変更するシュートである。すなわち、本実施形態のシュート４は、平面視において、原料１０が供給される方向に沿って延在する供給側案内路１１と、原料１０を排出する方向に沿って延在する排出側案内路１２と、供給側案内路１１と排出側案内路１２を連結する方向転換部１３と、を有する。図３中、符号Ｙ１は供給側案内路１１での案内方向（原料１０の移動方向）を示し、符号Ｙ２は排出側案内路１２での案内方向（原料１０の移動方向）を示す。また、シュート４の躯体そのものが原料１０を案内する案内路を構成する。

供給側案内路１１は、底面１１Ａが延在方向に沿って斜めに傾斜した傾斜面からなり、シュート４の供給口１５から供給された原料１０は、その供給側案内路１１の底面１１Ａの傾斜面に沿って、重力により排出側案内路１２側へ移動する。すなわち、原料１０は、供給側案内路１１の底面１１Ａが形成する傾斜面に沿って案内される。Ｙ１が原料１０の移動方向である。
排出側案内路１２は、平面視、供給側案内路１１の延在方向と交差する方向に延在している。排出側案内路１２は、底面１２Ａが延在方向に沿って斜めに傾斜した傾斜面からなり、原料１０は、その排出側案内路１２の傾斜面に沿って重力によって移動して、排出口１６から排出される。Ｙ２が原料１０の移動方向である。

本実施形態では、シュート４をコンパクトにするため、平面視における排出側案内路１２の長さを、供給側案内路１１の幅と等しい構造としているが、排出側案内路１２の長さはこれに限定されない。また、供給側案内路１１及び排出側案内路１２の底面１１Ａ、１２Ａは、幅方向に沿って傾斜が無い、つまり水平であることが好ましいが、供給側案内路１１の底面１１Ａに、幅方向への多少の傾斜がついていても良い。ただし、この場合であっても、供給側案内路１１及び排出側案内路１２の底面１１Ａ、１２Ａの延在方向に沿った傾斜角度よりも小さい傾斜とする。

方向転換部１３は、供給側案内路１１と排出側案内路１２との連結部分である。供給側案内路１１と排出側案内路１２とは底面１１Ａ、１２Ａの傾斜方向が異なることと整流構造体２０を設ける空間を確保するため、供給側案内路１１の底面１１Ａの下流位置と排出側案内路１２の底面１２Ａの上流位置とに上下に段差が形成され、その段差部分の空間が方向転換部１３を構成する。なお、排出側案内路１２との上流部分は、方向転換部１３の一部を兼ねる。

方向転換部１３を、供給側案内路１１と排出側案内路１２と連結する円弧状の案内路で構成しても良い。
ここで、本実施形態では、平面視において、供給側案内路１１の延在方向と排出側案内路１２の延在方向とが直交しているとする。本発明は、平面視における、供給側案内路１１の延在方向から排出側案内路１２への延在方向の変更角度(交差角度)が６０度以上１２０度以下の場合に好適であり、８０度以上１００度以下がより好適である。

また、案内路の幅方向において、方向転換部１３の案内路の延在方向に沿った移動距離が長い側を幅方向外周側ＯＵＴ、その移動距離が短い側を幅方向内周側ＩＮと定義する。原料１０の流れの方向が変更する位置における内側（内径側）が幅方向内周側ＩＮであり、外側（外径側）が幅方向外周側ＯＵＴである。
上記構成のシュート構造において、本実施形態では、整流構造体２０及びストーンボックスを有する。もっともストーンボックスを設けなくても良い。

整流構造体２０は、平板や曲板からなる板部材からなり、図４〜図７に示すように、方向転換部１３の位置に配置されている。なお、各図での整流構造体２０の位置関係が分かるように、符号Ａ〜Ｅを付した。
整流構造体２０は、図５に示すように、平面視において、案内路の幅方向内周側ＩＮの端から案内路の幅の１／３以上１／２以下の範囲を覆うように配置されている。その整流構造体２０の上面（原料１０と当接する面）は、図６に示すように、幅方向外周側ＯＵＴが下側となるように傾斜した面になっている。案内路幅方向への傾斜角度（幅方向内周側ＩＮから幅方向外周側ＯＵＴへの傾斜角度）は、原料１０が滞留することなく原料１０が傾斜に沿って移動出来る、例えば安息角よりも大きな傾斜角が好ましい。例えば、排出側案内路１２の底面１２Ａの傾斜角と等しいか、やや小さい角度とする。

この構成によって、整流構造体２０は、方向転換部１３の位置において、幅方向内周側ＩＮを移動してきた原料１０を幅方向外周側ＯＵＴ（排出側案内路１２の上流側）に誘導可能となる。
また、整流構造体２０の上面（原料１０と当接する面）は、図７に示すように、供給側案内路１１側が下側となるように傾斜した面になっていることが好ましい。この傾斜角度は、原料１０が傾斜に沿って移動出来る傾斜角、例えば安息角より大きな傾斜角度があればよい。

また、供給側案内路１１の底面１１Ａの全部若しくは一部にはストーンボックスが形成されている。すなわち、供給側案内路１１の底面１１Ａ、１２Ａには、延在方向に沿って階段状の凹凸１１ａが形成されている。その凹凸１１ａの段差は、原料１０の平均粒径よりも大きい、好ましくは想定される原料１０の最大粒径よりも大きいように設定する。このような凹凸１１ａを形成すると、その凹凸１１ａの凹に原料１０が貯留して、いわゆるストーンボックスが形成される。

（作用その他）
上記のシュート４は、整流構造体２０を設けない場合、供給側案内路１１での原料１０の幅方向分布が均一であっても、原料１０の移動方向が変化する際に、供給側案内路１１の案内方向（搬送方向）に向かう慣性力により、排出側案内路１２において、原料１０の幅方向での粒径分布や層厚分布が不均一となる。
すなわち、発明者らが検討したところ、原料供給方向と排出方向が交差する方向に設定された上記のシュート４においては、少なくとも下記の２つの課題があった。

（課題１）供給側から距離が遠い方に多くの原料１０が流れる傾向がある。
（課題２）原料１０の慣性によって、小径の粒子に対し大径の粒子が供給側から距離が遠い方に多く流れる傾向がある。
課題１は、層厚分布の不均一化に繋がり、課題２は幅方向の粒径分布の不均一化に繋がる。
そして、原料１０の幅方向の粒径分布や層厚分布の不均一の状態で、冷却設備２に原料１０が投入されると、冷却設備２において、幅方向（径方向）のガスの通気差が生じる。この場合、熱交換や反応の多寡が生じることにより熱交換・反応効率が低下し、生産率の低下あるいは品質の不合格の原料１０が発生するおそれがある。

上記の課題は、供給側案内路１１の底面１１Ａに沿って移動してきた原料１０が、その慣性によって、供給側案内路１１の底面１１Ａの下流端から、供給側案内路１１の延在方向に向けて移動しやすくなり、排出側案内路１２の底面１２Ａの幅方向外周側ＯＵＴへ積層しやすくなるためである。特に粒径の大きな原料１０ほど、慣性が大きいためにその傾向が強い。
また、供給側案内路１１の幅方向内周側ＩＮを移動する原料１０は、排出側案内路１２の途中位置若しくは下流側に落下するため、特にその傾向が強くなる。

これに対し、整流構造体２０を設けることで、排出側案内路１２の底面１２Ａに載る原料１０の幅方向の粒径分布や層厚分布の均一化が可能となる。
その理由について説明する。
供給側案内路１１の幅方向内周側ＩＮを流れる原料１０は、図５に示すように、整流構造体２０によって、直接、排出側案内路１２に落下することが抑制され、原料１０の移動方向が、原料排出方向とは反対側である幅方向外周側ＯＵＴに誘導される。この結果、整流構造体２０によって、供給側案内路１１の幅方向内周側ＩＮを流れる原料１０は、排出側案内路１２の上流側に搬送されることとなる。

一方、図５に示すように、供給側案内路１１の幅方向外周側ＯＵＴを流れる原料１０は、そのまま、排出側案内路１２の上流側に落下するが、上記整流構造体２０によって誘導される原料１０と衝突しながら落下するため、慣性が小さくなって、整流構造体２０を設けない場合に比べて排出側案内路１２の幅方向内周側ＩＮに落下しやすくなる。
この結果、排出側案内路１２の底面１２Ａに載る原料１０の幅方向の粒径分布や層厚分布が均一化する。

更に、整流構造体２０上面を供給側案内路１１側に傾斜させることで、整流構造体２０上を介して移動する原料１０が、相対的に排出側案内路１２の幅方向内周側ＩＮに移動しやすくなり、整流構造体２０を介して排出側案内路１２に供給される原料自体についても排出側案内路１２に対し、より均一化されてから落下しやすくなる。
ここで、整流構造体２０が、平面視において、案内路の幅方向内周側ＩＮの端から案内路の幅の１／３以上１／２以下の範囲を覆うように配置することが好ましい。整流構造体２０の傾斜にもよるが、案内路の幅の１／２よりも多く覆うと、シュート４の詰まりが発生しやすくなるおそれがある。一方、案内路の幅の１／３以上を覆うように整流構造体２０を配置することで、確実に原料１０の幅方向の粒径分布や層厚分布の均一化が確保できたためである。

なお、整流構造体２０上面の各傾斜や大きさは、対象とする原料１０の性状に応じて、事前に最適角度を実験や計算によって最適値を求めることが望ましい。
また、供給側案内路１１の底面１１Ａ、１２Ａに階段状の凹凸を形成してストーンボックスを形成することで、供給される原料１０から案内路の底面１１Ａ、１２Ａが受ける衝撃が緩和される。
また底面１１Ａ、１２Ａを斜面とすることで、鉛直方向自由落下させる場合に比べて、各原料１０の慣性を緩和することが出来る。
図８に整流構造体２０を設けない場合における、シュート４から排出される原料１０の幅方向分布の例を示す。これに対し、整流構造体２０を設けることで、破線で囲んだ部分が幅方向内周側ＩＮに移動することを確認した。また、粒径についても、整流構造体２０を設けることで、幅方向分布が平均化したことも確認した。

１ 焼結機
２ 冷却設備（焼結クーラー）
３ 破砕機
４ シュート
１０ 原料
１１ 供給側案内路
１１Ａ 底面
１１ａ 凹凸
１２ 排出側案内路
１２Ａ 底面
１３ 方向転換部
１５ 供給口
１６ 排出口
２０ 整流構造体
ＩＮ 幅方向内周側
ＯＵＴ 幅方向外周側

Claims (6)

1. 原料を案内路の底面に沿って下方に案内し、その案内路の途中に形成された方向転換部で原料の移動方向を変更するシュートであって、
   上記案内路の幅方向において、上記方向転換部の上記案内路の延在方向に沿った移動距離が長い側を幅方向外周側、その移動距離が短い側を幅方向内周側と定義した場合、
   上記方向転換部の位置に、幅方向内周側を移動する原料を幅方向外周側に誘導する整流構造体を設けたことを特徴とするシュート。
2. 上記整流構造体は、設置する位置の案内路における、幅方向内周側の端から案内路の幅の１／３以上１／２以下の位置を移動する原料を、幅方向外周側に誘導することを特徴とする請求項１に記載したシュート。
3. 上記整流構造体における上記原料に当接する面は、上記幅方向外周側が下側となるように傾斜していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載したシュート。
4. 上記整流構造体における上記原料に当接する面は、原料の移動方向上流側が下側となるように傾斜していることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載したシュート。
5. 上記整流構造体の配置位置よりも上流側の案内路の底面には、延在方向に沿って凹凸が形成され、その凹凸は原料の平均粒径よりも大きいことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載したシュート。
6. 上記原料は、焼結機から排出された焼結鉱を破砕機で破砕した粒状の焼結鉱であり、その焼結鉱を冷却設備に供給するために使用されるシュートであることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載したシュート。

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