JP6747396B2 - 粉体供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、ホッパから供給された石炭などの粉体を、目標とする供給量で切り出して供給するための粉体供給装置に関する。特に、高炉のＰＣＩ設備（微粉炭吹込設備）における、石炭粉砕機に石炭を供給する給炭機として好適な粉体供給装置に関する。

通常のＰＣＩ設備では、石炭粉砕ミル（石炭粉砕機）に対し石炭を供給する給炭機として、密閉式チェーンコンベヤが使用されている。その給炭機は、石炭の供給口に石炭ホッパが取り付けられると共に排出口が上記石炭粉砕機に接続されている。給炭機による石炭の切り出し量は、チェーンコンベヤの速度でコントロールしている。
上記給炭機について発明者らが確認したところ、石炭ホッパと石炭粉砕ミルとの圧力差が０．５ｋＰａ程度と小さい場合には、石炭の定量切り出し量が変動するような問題は発生しなかった。しかしながら、操業条件によっては、石炭ホッパと石炭粉砕ミルとの圧力差が１０ｋＰａ以上となる場合も想定され、そのような状況下においては、従来の密閉式チェーンコンベヤでは、負圧により石炭がホッパ側に噴出し、切り出し量が変動するという知見を得た。

ここで、供給口と排出口とで圧力差があっても、定量切り出しが可能な粉体供給装置として、スクリューコンベヤがある。しかしながら、スクリューコンベヤは、機長が６ｍ以上で１００ｔ/ｈの搬送能力が必要な場合や、粘着性が高い原料には適さないという課題がある。
また、圧力差があり且つ定量切り出しが可能な粉体供給装置として、特許文献１に記載の粉体搬送用ベルトコンベヤ装置がある。この粉体搬送用ベルトコンベヤ装置では、ホッパが負圧で排出先が大気圧のような圧力差には適用可能であるが、上記のようなＰＣＩ設備のように、ホッパ側に対し排出先側が負圧になるような圧力差の場合には採用できないおそれがある。

特開平９−１４２６６５号公報

本発明は、上記のような点に着目したもので、ホッパ側に対し排出先側が負圧となっている状況下であっても安定した原料の定量切り出しが可能な粉体供給装置を提供することを目的とする。

課題を解決するために、本発明の一態様である粉体供給装置は、無端環状のチェーン及びそのチェーンの移動方向に沿って所定間隔で当該チェーンに取り付けられた複数のスクレーパを備えるチェーンコンベヤと、上記チェーンコンベヤを収容し、底面部が上記チェーンコンベヤの下行き側に沿って延在すると共に、天井面部が上記チェーンコンベヤの上行き側に沿って延在する密閉型のケーシングと、上記天井面部に形成された開口であって、粉体を供給するためのホッパ下部が連結される粉体供給口と、少なくとも上記粉体供給口と下側から対向する位置に存在し、上記上行き側と上記下行き側の間において上記上行き側に沿って延在する中仕切板と、上記天井面部から上記中仕切板に向けて下方に延在して原料の切り出し高さを決めるカットゲートと、上記ケーシングの底面部に開口した粉体排出口と、を備える粉体供給装置であって、
上記中仕切板は、上面視で、上記カットゲートの位置よりも上記上行き側の移動方向下流側に向けて上記切り出し高さ以上延在した延設部を有し、上記延設部に対向可能な位置で、上記カットゲートの下端部の下流側に一端部を配設して上記上行き側の移動方向下流側に向けて延在する制限板を設け、上記制限板の上記上行き側の移動方向下流側に向けた長さは、上記切り出し高さ以上且つ上記切り出し高さの２倍未満の範囲の長さである。

本発明の一態様によれば、カットゲートで切り出されてスクレーパで押されて移動していて、且つまだ中仕切板上に位置する（上行き側にある）粉体が、中仕切板、制限板、ケーシングの左右の側壁で四方から拘束されることで、圧密状態となった圧力シールの層が連続して形成される。この結果、本発明の一態様によれば、ホッパ側に対し排出先側が所定以上の負圧となっている状況下であっても安定した原料の定量切り出しが可能となる。

本発明に基づく実施形態に係る粉体供給装置を説明する概念図である。 本発明に基づく実施形態に係る制限板位置での模式的断面図である。 制限板の長さの例を説明する概念図である。 制限板と中仕切板との関係を示す図である。 傾きが可動式の制限板を例示する図である。 従来の問題を説明する概念図である。 本発明に基づく実施形態に係る粉体供給装置の作用効果を説明する概念図である。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための構成を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造等が下記のものに特定されるものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

本実施形態では、高炉のＰＣＩ設備（微粉炭吹込設備）における、石炭粉砕機に石炭を供給する給炭機としての粉体供給装置を例に挙げて説明する。即ち、粉体が石炭からなる場合を例示する。但し、本発明の粉体供給装置に適用可能な粉体は石炭に限定されない。
ＰＣＩ設備は、例えば、石炭ホッパ、粉体供給装置（給炭機）、石炭粉砕機、コールビンおよび吹込タンクを備える。そして原料炭バンカーから石炭ホッパに石炭が供給され、石炭ホッパに貯留している石炭が、粉体供給装置によって、石炭粉砕ミルなどの石炭粉砕機に対し定量切り出しが行われる。粉体供給装置は、熱風などの乾燥雰囲気下で石炭を破砕する。破砕された石炭は、更にフィルタ等で篩いに掛けることで所定粒度以下の微粉炭となって間欠的にコールビンに供給される。コールビンに備蓄された微粉炭は、吹込タンクに供給され、吹込タンク内の微粉炭を羽口から高炉に吹き込む。

（構成）
本実施形態の粉体供給装置は、図１に示すように、チェーンコンベヤ１、チェーンコンベヤ１を収容した密閉型のケーシング２、中仕切板３及びカットゲート４を備える。
チェーンコンベヤ１は、２条の無端環状のチェーン１Ａが対を為すスプロケット１Ｂ、１Ｃ間に無端環状に架け渡されて、駆動スプロケット１Ｂを駆動することでチェーン１Ａが駆動される。その一対のチェーン１Ａ間に複数のスクレーパ１Ｄが架け渡すように取り付けられている。スクレーパ１Ｄは矩形状の板材から構成され、チェーン１Ａの移動方向と交差する方向、例えば直交する方向に長手方向を向けて配設されている。そのスクレーパ１Ｄの高さは、原料（粉体）の切り出し高さＨと同等の高さとなるように設定されている。そして、複数のスクレーパ１Ｄが、チェーン１Ａの移動方向に沿って所定間隔で設けられている。

チェーンコンベヤ１を収容するケーシング２は、チェーンコンベヤ１に沿って配置され、断面矩形状の密閉空間を形成する。すなわち、ケーシング２は、図１及び図２に示すように、底面部２Ａ、天井面部２Ｂ、左右の側壁２Ｃから断面矩形状となっている。
底面部２Ａは、チェーンコンベヤ１の下行き側ＬＯに沿って延在している。その底面部２Ａにおける下行き側ＬＯの下流側位置には、石炭を排出する粉体排出口６が形成されている。

その底面部２Ａは、チェーンコンベヤ１の下行き側ＬＯに下側から対向する部分は、下行き側ＬＯに位置するスクレーパ１Ｄの下端部と所定の隙間を持って対向するように設定されている。これによって、底面部２Ａにおける、下行き側ＬＯの上流側位置に移動した石炭は、下行き側ＬＯのスクレーパ１Ｄによって粉体排出口６に向けて押し込まれることで移動可能となっている。

天井面部２Ｂは、チェーンコンベヤ１の上行き側ＵＰに沿って延在している。天井面部２Ｂは、スクレーパ１Ｄと近接する高さに設定されている。その天井面部２Ｂの延在方向途中位置には、石炭を供給するために石炭ホッパ７の下部を連結する、例えば矩形状の粉体供給口５が開口している。この粉体供給口５に石炭ホッパ７が連結し、石炭ホッパ７から石炭が供給可能となっている。

ここで、天井面部２Ｂのうち、粉体供給口５の位置（カットゲート４の位置）から上行き側ＵＰの移動方向に向けて、所定長さ分だけ天井が、原料切り出し高さＨよりも高くなっていることで、石炭ホッパ７から供給された石炭が、カットゲート４で切り出されて上行き側ＵＰのスクレーパ１Ｄで押される際に移行しやすくなっている。すなわち、コンベア駆動力の増大を防ぐ機能を有する。この天井が高くなって形成されている空間部分を、仮にバッファ空間Ｓと呼ぶ。このバッファ空間Ｓは、天井面部２Ｂに設けたマンホール（不図示）を介して、チェーンコンベヤ１やスクレーパ１Ｄの破損時などに、中仕切板３の上で補修作業をする空間としても利用される。

左右の側壁２Ｃ部は、スクレーパ１Ｄの左右方向端部と近接して配置されている。
カットゲート４は、粉体供給口５よりも上行き側ＵＰの下流側に位置して、上記バッファ空間Ｓ位置において、天井面部２Ｂから下方に突出した板部材である。カットゲート４は、下方の中仕切板３との距離が、原料の切り出し高さＨに設定されている。カットゲート４位置は、粉体供給口５の端と接している必要はなく、後方にバッファ空間Ｓの少なくとも一部が形成される位置であれば良い。

中仕切板３は、少なくとも上記粉体供給口５に下側から対向する位置に存在し、上行き側ＵＰと上記下行き側ＬＯの間において上行き側ＵＰに沿って延在する。中仕切板３の左右両側は、ケーシング２の左右側壁２Ｃに取り付けられている。中仕切板３の上面は、上行き側ＵＰのスクレーパ１Ｄの下端面に所定隙間を持って対向するように設定されている。これによって、石炭ホッパ７から供給された石炭が中仕切板３上に堆積し、上行き側ＵＰのスクレーパ１Ｄで押されることで、中仕切板３に沿って石炭が移動するようになっている。

中仕切板３は、上面視で、粉体供給口５位置よりも上行き側ＵＰの移動方向に向けて上流側及び下流側に延びて、石炭ホッパ７からの石炭がより確実に中仕切板３上に載るようにしている。特に、中仕切板３は、上面視で、カットゲート４位置よりも上行き側ＵＰの下流方向に向けて、原料切り出し高さＨ以上延在している。その延在部分を延設部３Ａと呼ぶ。この延設部３Ａは、後述の制限板１０以上の長さに設定されている。但し、延設部３Ａの長さは、バッファ空間Ｓの長さよりも短い。

また本実施形態の粉体供給装置は、カットゲート４の下流側に制限板１０を備える。
制限板１０は、上面視でバッファ空間Ｓ位置における、延設部３Ａに対向可能な位置で、カットゲート４の下端部の後に一端部を配設し、上行き側ＵＰの移動方向下流側に向けて延在する板である。この制限板１０は、石炭から上方に向かう加重を受ける為に、天井面部２Ｂに支持されていることが好ましい。制限板１０は、天井面部２Ｂに支持させるため、カットゲート４との間に隙間があっても良い。制限板１０の一端部（カットゲート４側の端部）の高さは、カットゲート４の下端部と同等の高さとする。若干高くなるように設定しても良い。

ここで、本明細書における隙間とは、対象とする石炭の平均粒径以下の隙間が好ましい。
制限板１０の上行き側ＵＰの移動方向下流側に向けた長さは、例えば切り出し高さＨ以上かつ切り出し高さＨの２倍未満の範囲に設定する。
制限板１０の長さは、好ましくは、図３に示すように、対象とする石炭の安息角θで規定する長さＬ以上が好ましい。すなわち、カットゲート４から中仕切板３に向けて引いた斜めの直線の中仕切板３との交わる角度が安息角θとなる長さＬ（＝Ｈ／ｔａｎθ）以上が好ましい。安息角θで規定する長さＬ以上に延設部３Ａ及び制限板１０を設定することで、石炭ホッパ７からの石炭が落下して中仕切板３に載った場合により確実に石炭が中仕切板３に載ると共に、より確実に圧密して圧力シールとなる石炭部分の層を形成できるようなる。

この圧力シールの層の長さは、対象とする石炭（粉体）の性状や、対象とする粉体供給装置で想定される圧量差の上限値に基づき、圧力シールを形成する長さを、実験や理論式などから決定すればよいが、切り出し高さＨ以上であれば目的の圧力シールの層が確保可能となる。
但し、制限板１０を設けることによる圧力シールの層が長すぎると、その分、コンベヤの駆動力を増大する必要があるので、切り出し高さＨの２倍未満、若しくは上記安息角θで規定する長さＬの２倍未満とすることが好ましい。

ここで、本実施形態で想定しているチェーンコンベヤ１の搬送速度は、例えば５０〜１５０ｍｍ／ｓｅｃ程度であり、この範囲での搬送速度であれば、制限板１０の長さに影響はさほど無い。
制限板１０は、図４に示すように、上行き側ＵＰの移動方向下流側に向かうにつれて、中仕切板３との距離が大きくなるように、中仕切板３に対し０度より大きく且つ２０度以下の勾配を有することが好ましい。中仕切板３の上面が水平な場合、制限板１０の下面は、カットゲート４から離れる側につれて上方に位置するように、０度より大きく且つ２０度以下の仰角が付けられていることが好ましい。

延在方向に沿って、中仕切板３と制限板１０との距離は等しくなるように設定してもよいが、上記のように若干の勾配を設定することで、圧密するように拘束された石炭をスクレーパ１Ｄで押しやすくなる。中仕切板３と制限板１０との距離が、下流に向かうにつれて小さくなるように設定しても良いが、その分、チェーンコンベヤ１の駆動力が大きくなるため、それに対応した耐久性能のあるチェーンコンベヤ１を採用する必要がある。

なお、制限板１０は、図５のようにカットゲート４側を中心にして、所定回転軸１１を回転中心として上下に可動可能に構成しても良い。この場合、対象とする石炭の性状に伴い、制限板１０による圧密状態とスクレーパ１Ｄによる押出し圧とのバランスが最適な勾配を、様子を見ながら適宜設定することが可能となる。
図５では、回転中心を制限板１０よりも上方に設定しているため、制限板１０のカットゲート４側の端部を、橇状に上方へ反らした形状としている。

（動作その他）
粉体供給装置は、チェーンコンベヤ１の駆動によって、粉体供給口５から供給されて中仕切板３に堆積した石炭を上行き側ＵＰのスクレーパ１Ｄで順番に押して移動させ、カットゲート４位置を通過することで石炭の切り出し高さを調整すると共にカットゲート４位置を通過した後に中仕切板３の長手方向下流側端部から底面部２Ａに落下させ、その底面部２Ａに落下した石炭を、下行き側ＬＯのスクレーパ１Ｄで押して粉体排出口６に向けて移動させるようになっている。

ここで、粉体供給装置（給炭機）からの石炭排出量（給炭量）は、チェーンコンベヤ１の速度で調整され、石炭粉砕機での安定した石炭粉砕量とするために、粉体供給装置（給炭機）のチェーンコンベヤ１の速度を制御する。制御は、例えば駆動スプロケット１Ｂの回転数制御にて実施される。
また、給炭機の上流は大気圧下に設置された石炭ホッパ７であり、下流は負圧状態の石炭粉砕機である。そして設定する石炭粉砕量を大きく設定するほど負圧が高くなる傾向にあり、上記の圧力差が約１０ｋＰａ程度と大きな状況下となっても、ケーシング２内の石炭が石炭ホッパ７側に噴出してこないようにして、チェーンコンベヤ１の速度に比例した石炭切り出し量をコントロール出来ることが好ましい。

また同時に、石炭粉砕機での炭塵爆発防止のために、石炭ホッパ７から石炭粉砕機に到る石炭の移動通路に空気が流入しないような気密性も要求される。
そして、本実施形態のような制限板１０を設けない場合であって、例えば、粉体排出口６での圧が−１０ｋＰａＧ程度の負圧状態の場合、その負圧によって、模式図である図６のように、カットゲート４の後方において石炭２０がスプロケット１Ｂや底面部２Ａ側に噴出するように躍動してしまうおそれがあり、これによって、カットゲート４で目的の切り出し高さＨに石炭を切り出しても、底面部２Ａに落下する石炭の量に変動が発生して、粉体排出口６からの石炭の供給量に変動が発生するおそれがある。

これに対し、本実施形態では、図７のように、カットゲート４の下流に中仕切板３と上下で対向する制限板１０を設けているので、カットゲート４で切り出され且つスクレーパ１Ｄで押されて中仕切板３上を移動する石炭に対し、中仕切板３と制限板１０とで上下方向から拘束すると共にケーシング２の左右側壁２Ｃで左右から拘束することで、四方から圧密するような加重を相対的に負荷しながら移動する。これによって、中仕切板３と制限板１０の間に位置する石炭が密となって、当該部分の石炭が圧力シールの層（図７中符号２１の部分）が、石炭ホッパ７側と粉体排出口６との間に形成されて、負圧による石炭ホッパ７側への石炭の噴出が防止されて、チェーンコンベヤ１の速度に応じた量の石炭を安定して底面部２Ａに落下させることが可能となる。

この結果、石炭粉砕量の増大によって粉体排出口６側の負圧が大きくなっても、安定した量の石炭を石炭粉砕機側に供給することが可能となる。すなわち、本実施形態の粉体供給装置では、安定して原料の定量切り出しが可能となる。
また、制限板１０に下流側が高くなった上記のような勾配を形成することで、カットゲート４で切り出した石炭を制限板１０で拘束して密な石炭層を形成しても、チェーンコンベヤ１の駆動量の増大を小さく抑えることが可能となる。

１ チェーンコンベヤ
１Ａ チェーン
１Ｂ、１Ｃ スプロケット
１Ｄ スクレーパ
２ ケーシング
２Ａ 底面部
２Ｂ 天井面部
２Ｃ 側壁
３ 中仕切板
３Ａ 延設部
４ カットゲート
５ 粉体供給口
６ 粉体排出口
７ 石炭ホッパ
１０ 制限板
ＬＯ 下行き側
ＵＰ 上行き側
Ｓ バッファ空間
θ 安息角

Claims (3)

1. 無端環状のチェーン及びそのチェーンの移動方向に沿って所定間隔で当該チェーンに取り付けられた複数のスクレーパを備えるチェーンコンベヤと、
   上記チェーンコンベヤを収容し、底面部が上記チェーンコンベヤの下行き側に沿って延在すると共に、天井面部が上記チェーンコンベヤの上行き側に沿って延在する密閉型のケーシングと、
   上記天井面部に形成された開口であって、粉体を供給するためのホッパ下部が連結される粉体供給口と、
   少なくとも上記粉体供給口と下側から対向する位置に存在し、上記上行き側と上記下行き側の間において上記上行き側に沿って延在する中仕切板と、
   上記天井面部から上記中仕切板に向けて下方に延在して原料の切り出し高さを決めるカットゲートと、
   上記ケーシングの底面部に開口した粉体排出口と、を備える粉体供給装置であって、
   上記中仕切板は、上面視で、上記カットゲートの位置よりも上記上行き側の移動方向下流側に向けて上記切り出し高さ以上延在した延設部を有し、
   上記延設部に対向可能な位置で、上記カットゲートの下端部の下流側に一端部を配設して上記上行き側の移動方向下流側に向けて延在する制限板を設け、
   上記制限板の上記上行き側の移動方向下流側に向けた長さは、上記切り出し高さ以上且つ上記切り出し高さの２倍未満の範囲の長さであることを特徴とする粉体供給装置。
2. 上記制限板は、上記上行き側の移動方向下流側に向かうにつれて、上記中仕切板との距離が大きくなるように、上記中仕切板に対し０度より大きく且つ２０度以下の勾配を有することを特徴とする請求項１に記載した粉体供給装置。
3. 上記粉体は石炭であり、上記ケーシングの粉体排出口は、石炭を粉砕する石炭粉砕機の供給口に連結されて負圧になっていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載した粉体供給装置。
   
   

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