JP6798522B2

JP6798522B2 - 粉体供給装置

Info

Publication number: JP6798522B2
Application number: JP2018063972A
Authority: JP
Inventors: 寧源曹; 新吾佐藤; 勝福村; 岡田　淳; 淳岡田; 宏樹貞守
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2018-03-29
Filing date: 2018-03-29
Publication date: 2020-12-09
Anticipated expiration: 2038-03-29
Also published as: JP2019172445A

Description

本発明は、粉体を供給する粉体供給装置に関するものである。

ベルトコンベア等の搬送装置を用いて各種の材料を運搬する時には、シュートホッパー（以下、単に「ホッパー」ともいう）が用いられることがある。

例えば、製鉄所では、図７に示すように、ベッディングヤード(原料置き場)に野積みされた原料をリクレーマーで採取した後、ベルトコンベア等で搬送し、装入ベルトコンベアによってホッパー上部の装入口からホッパーに装入し、ホッパー下部の排出口から搬出フィードベルトコンベアによって次工程へ搬送している。原料の粒度は様々であるが、粉体の原料も存在する。

しかし、図７に示すように、豪雨等によってベッディングヤードに野積みされていた粉体原料が冠水すると、水分量（水分率）が非常に高くなった粉体原料がホッパーに装入されることになるため、粉体原料が液状化状態になってホッパーの排出口から一気に吹き出し、その結果、操業が中断したり、設備が破損したりするとともに、作業員に復帰処理のための負荷が生じるという問題がある。

そこで、従来は、降雨量が制限量（例えば２０ｍｍ以上）を超える時は、粉体原料の搬送を一時停止する等で対応しているが、ホッパーの排出口からの粉体原料の吹き出しを十分に防止することはできていない。

なお、ホッパー排出口での閉塞防止を目的とした技術として、例えば特許文献１では、振動フィーダを有するホッパーの排出口に傾斜したシュートを設けることで、ホッパー頂部からの圧縮を防止し、ホッパー排出口での閉塞の発生を防止するようにしている。

また、粒度偏析および充填層のなだれを防止する目的とする技術として、例えば特許文献２では、ホッパー下のローラーフィーダの傾斜角と回転数を任意に調節してパレット上で焼結原料充填層の粒度を調整可能にしている。

しかし、上記のいずれの技術も、ホッパーの排出口からの粉体原料の吹き出しを十分に防止することはできない。

特開２０１０−００１１２４号公報特開２０００−０６３９６１号公報

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、粉体の吹き出しを的確に防止することができる粉体供給装置を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有している。

［１］粉体を搬送する搬送手段と、
前記搬送手段によって搬送された粉体を上部に位置する装入口から装入し、下方に移動させて、下部に位置する排出口から排出するシュートホッパーと、
前記シュートホッパーの排出口に設けられた開閉手段と、
前記シュートホッパーに装入される粉体の水分量を測定する第１水分量測定手段と、
前記第１水分量測定手段によって測定された粉体の水分量に応じて、前記搬送手段と前記開閉手段とを制御する制御手段と
を備えていることを特徴とする粉体供給装置。

［２］前記制御手段は、第１水分量測定手段によって測定された水分量と、該水分量に対して予め設定された閾値とを比較し、その比較結果に応じて、前記搬送手段の搬送速度と前記開閉手段の開口度とを制御することを特徴とする前記［１］に記載の粉体供給装置。

［３］前記シュートホッパーから排出される粉体の水分量を測定する第２水分量測定手段を備えていることを特徴とする前記［１］に記載の粉体供給装置。

［４］前記制御手段は、第１水分量測定手段によって測定された水分量と、該水分量に対して予め設定された閾値とを比較し、第２水分量測定手段によって測定された水分量と、該水分量に対して予め設定された閾値とを比較し、それらの比較結果に応じて、前記搬送手段の搬送速度と前記開閉手段の開口度とを制御することを特徴とする前記［３］に記載の粉体供給装置。

本発明によれば、粉体を供給する粉体供給装置として、粉体の吹き出しを的確に防止抑止することができる粉体供給装置を得ることができる。

本発明の一実施形態の粉体供給装置を示す図である。粉体の水分量とホッパーの排出速度の関係を示すグラフである。本発明の一実施形態の基本制御方案を示す概念図である。図３に示した基本制御方案に基づく制御フローを示す図である。本発明の一実施形態の複合制御方案を示す図である。図５に示した複合制御方案に基づく制御フローを示す図である。ホッパーからの粉体の吹き出しを示す図である。

本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の粉体供給装置の一実施形態を示す図である。

図１に示すように、この実施形態の粉体供給装置は、基礎となる装置として、粉体を上部に位置する装入口１ａから装入し、下方に移動させて、下部に位置する排出口１ｂから排出するホッパー１（シュートホッパー）と、粉体を搬送してホッパー１の装入口１ａから装入する装入ベルトコンベア２（搬送手段）と、装入ベルトコンベア２の駆動モータ３と、ホッパー１の排出口１ｂから粉体を搬出する搬出フィーダーベルトコンベア４とを備えている。そして、追加された装置として、装入ベルトコンベア２の上方に設置されて、ホッパー１に装入される粉体の水分量を測定する入側水分計１１（第１水分量測定手段）と、搬出フィーダーベルトコンベア４の上方に設置されて、ホッパー１から排出される粉体の水分量を測定する出側水分計１２（第２水分量測定手段）と、ホッパー１の排出口１ｂに設けられた排出口開閉装置１３（開閉手段）と、排出口開閉装置１３を駆動する排出口開閉装置駆動手段１４と、制御装置１５（制御手段）とを備えている。そして、制御装置１５は、入側水分計１１によって測定された粉体の水分量（入側水分量）と出側水分計１２によって測定された粉体の水分量（出側水分量）とに応じて、駆動モータ３を介して装入ベルトコンベア２の搬送速度を制御するとともに、排出口開閉装置駆動手段１４を介して排出口開閉装置１３を制御し、排出口１ｂの開口度を調整する。排出口開閉装置駆動手段１４には、モータや油圧など、適切なものを使用できる。

ここで、図２に、ホッパー１内の粉体の水分量（質量％）と排出口１ｂからの粉体の排出速度（ｋｇ／ｓ）との関係の一例を示す。なお、ホッパー１内の粉体の水分の分布は均一であるとする。

図２に示すように、排出口１ｂを全開（開口度１００％）にした状態（図２中の●印）では、水分量が０〜６．５％の範囲では、排出速度にほとんど変化はないが、水分量が６．５％を超えると、粉体の固結等の影響で排出速度が徐々に低下していく。しかし、水分量が１０％を超えると、粉体が液状化して、逆に排出速度が急上昇する。そして、排出速度が上昇し続けて限界値(図示せず)を超えると、粉体の吹き出しが発生するようになる。これに対して、排出口１ｂを半開（開口度５０％）にした場合（図２中の▲印）は、粉体が液状化した後の排出速度上昇が抑えられるので、排出速度が限界値になる水分量を排出口１ｂが全開（開口度１００％）の時よりも大きな値にすることができる。

上記のような粉体の挙動を念頭において、この実施形態では、以下のような制御を行うようにしている。

（Ａ）基本制御方法
この基本制御方法は、入側水分計１１によって測定された入側水分量に応じて、装入ベルトコンベア（装入ＢＣ）２の搬送速度と排出口１ｂの開口度とを制御するものである。言い換えれば、図１において出側水分計１２が設置されていない場合に相当する。

図３は、この基本制御方法の考え方を表した基本制御方案を示す概念図である。

図３に示すように、測定された入側水分量をＭ_ｉｎとし、その入側水分量Ｍ_ｉｎに対する３段階の入側水分量閾値（第１入側水分量閾値Ｔ１_ｉｎ、第２入側水分量閾値Ｔ２_ｉｎ、第３入側水分量閾値Ｔ３_ｉｎ）を予め設定しておく。

そして、入側水分量Ｍ_ｉｎと入側水分量閾値Ｔ１_ｉｎ、Ｔ２_ｉｎ、Ｔ３_ｉｎとを比較し、その比較結果に応じて、装入ＢＣ２の搬送速度と排出口１ｂの開口度とを制御するようにしている。なお、Ｔ１_ｉｎ＜Ｔ２_ｉｎ＜Ｔ３_ｉｎとする。

まず、０≦Ｍ_ｉｎ≦Ｔ１_ｉｎの場合は、装入ＢＣ２の搬送速度を定常速度とし、排出口１ｂの開口度は１００％（全開）とする。すなわち、通常の操業を行う。

次に、Ｔ１_ｉｎ＜Ｍ_ｉｎ≦Ｔ２_ｉｎの場合は、装入ＢＣ２の搬送速度を調整して定常速度より遅くなるようにする。これによって、ホッパー１内の粉体の平均水分量の上昇を抑える。なお、排出口１ｂの開口度は１００％（全開）とする。

次に、Ｔ２_ｉｎ＜Ｍ_ｉｎ≦Ｔ３_ｉｎの場合は、装入ＢＣ２の搬送速度を調整して定常速度より遅くなるようにすることに加えて、排出口開閉装置１３によって排出口１ｂの開口度を調整して１００％未満になるようにする。これによって、ホッパー１内の粉体の平均水分量の上昇を抑えると同時に、液状化した粉体の排出速度（排出量）を抑えるようにする。

次に、Ｍ_ｉｎ＞Ｔ３_ｉｎの場合は、このままでは粉体の吹き出しを防止するのは難しいと判断して、装入ＢＣ２を停止するとともに、排出口１ｂの開口度を０％（全閉）にする。

なお、上記の３段階の入側水分量閾値Ｔ１_ｉｎ、Ｔ２_ｉｎ、Ｔ３_ｉｎについては、粉体の性質等を考慮しながら、操業実績や実験やシミュレーション計算等に基づいて数式化やテーブル化しておけばよい。

また、装入ＢＣ２の搬送速度の調整量や排出口１ｂの開口度の調整量についても、粉体の性質等を考慮しながら、操業実績や実験やシミュレーション計算等に基づいて数式化やテーブル化をしておけばよい。

そして、図４は、上記の基本制御方案（図３に示した基本制御方案）を制御フロー図にしたものである。

（Ｂ）複合制御方法
この複合制御方法は、上記の基本制御方法（図３、図４）をベースにして、出側水分計１２によって測定された出側水分量も用いて、装入ベルトコンベア（装入ＢＣ）２の搬送速度と排出口１ｂの開口度とを制御するものである。これは、ホッパー１内で装入された粉体の水分量が変化する場合（例えば、粉体から水分のみが下方に移動して、下方に位置していた粉体の水分量が急上昇する場合）を想定したものである。このような場合は、装入された粉体中の水分量はそれほど多くはないが、排出口付近の粉体の水分量が多くなって液状化し、粉体が吹き出してしまう可能性があり、入側水分計１１の測定結果を基礎とした装入ＢＣの搬送速度制御のみでは対応できない。

図５は、この複合制御方法の考え方を表した複合制御方案を示す概念図である。

図５に示すように、測定された入側水分量をＭ_ｉｎとし、その入側水分量Ｍ_ｉｎに対する３段階の入側水分量閾値（第１入側水分量閾値Ｔ１_ｉｎ、第２入側水分量閾値Ｔ２_ｉｎ、第３入側水分量閾値Ｔ３_ｉｎ）を予め設定しておく。ここまでは、図３と同様である。

一方、測定された出側水分量をＭ_ｏｕｔとし、その出側水分量Ｍ_ｏｕｔに対する２段階の出側水分量閾値（第１出側水分量閾値Ｔ１_ｏｕｔ、第２出側水分量閾値Ｔ２_ｏｕｔ）を予め設定しておく。

そして、入側水分量Ｍ_ｉｎと入側水分量閾値Ｔ１_ｉｎ、Ｔ２_ｉｎ、Ｔ３_ｉｎとを比較し、出側水分量Ｍ_ｏｕｔと出側水分量閾値Ｔ１_ｏｕｔ、Ｔ２_ｏｕｔとを比較し、それらの比較結果に応じて、装入ＢＣ２の搬送速度と排出口１ｂの開口度とを制御するようにしている。なお、ここでは、Ｔ１_ｉｎ＜Ｔ１_ｏｕｔ＜Ｔ２_ｉｎ＜Ｔ２_ｏｕｔ＜Ｔ３_ｉｎとする。

次に、Ｔ１_ｉｎ＜Ｍ_ｉｎ≦Ｔ２_ｉｎの場合は、装入ＢＣ２の搬送速度を調整して定常速度より遅くなるようにし、Ｔ２_ｉｎ＜Ｍ_ｉｎ≦Ｔ３_ｉｎの場合は、装入ＢＣ２の搬送速度を調整して定常速度より遅くなるようにすることに加え、排出口１ｂの開口度を調整する。これらによって、ホッパー１内の粉体の平均水分量の上昇を抑えるようにすることは、基本制御の場合と同様である。

しかし、出側水分量が多くなってくると、粉体の吹き出しが発生する可能性が高くなる。そこで、出側水分量Ｍ_ｏｕｔの測定を行い、Ｍ_ｏｕｔがＴ１_ｏｕｔ以上になると、装入ＢＣ２の速度制御に加えて、排出口１ｂの開口度も調整するようにする。つまり、Ｔ１_ｉｎ＜Ｍ_ｉｎ≦Ｔ２_ｉｎであって、かつ０≦Ｍ_ｏｕｔ≦Ｔ１_ｏｕｔの場合は、装入ＢＣ２の搬送速度の調整のみで対応し、排出口１ｂの開口度は１００％（全開）とする。Ｔ１_ｉｎ＜Ｍ_ｉｎ≦Ｔ２_ｉｎであって、かつＴ１_ｏｕｔ＜Ｍ_ｏｕｔの場合は、装入ＢＣ２の搬送速度の調整に加えて、排出口開閉装置１３によって排出口１ｂの開口度の調整を行う。

前述のとおり、Ｔ２_ｉｎ＜Ｍ_ｉｎ≦Ｔ３_ｉｎの場合も装入ＢＣ２の搬送速度の調整に加えて、排出口１ｂの開口度の調整も行うのであるが、この時はＭ_ｏｕｔの測定も行われている。そこで、Ｔ２_ｉｎ＜Ｍ_ｉｎ≦Ｔ３_ｉｎであって、Ｔ１_ｏｕｔ＜Ｍ_ｏｕｔ≦Ｔ２_ｏｕｔの場合は、装入ＢＣ２の搬送速度と、排出口１ｂの開口度の調整を行う。Ｍ_ｉｎとＭ_ｏｕｔのうちのどちらかひとつを用いてもよい。または、Ｍ_ｉｎとＭ_ｏｕｔとの間に優先順位をつけて、優先順位の高い方の数値に合わせて、装入ＢＣ２の搬送速度と排出口１ｂの開口度の調整を行ってもよい。

次に、Ｍ_ｉｎ＞Ｔ３_ｉｎの場合、または、Ｍ_ｏｕｔ＞Ｔ２_ｏｕｔの場合は、このままでは粉体の吹き出しを防止するのは難しいと判断して、装入ＢＣ２を停止するとともに、排出口１ｂの開口度を０％（全閉）にする。

なお、上記の３段階の入側水分量閾値Ｔ１_ｉｎ、Ｔ２_ｉｎ、Ｔ３_ｉｎと、２段階の出側水分量閾値Ｔ１_ｏｕｔ、Ｔ２_ｏｕｔについては、粉体の性質等を考慮しながら、操業実績や実験やシミュレーション計算等に基づいて数式化やテーブル化をしておけばよい。

また、装入ＢＣ２の搬送速度の調整量や排出口１ｂの開口度の調整量についても、粉体の性質等を考慮しながら、操業実績や実験やシミュレーション計算等に基づいて数式化やテーブル化しておけばよい。

そして、図６は、上記の複合制御方案（図５に示した複合制御方案）を制御フロー図にしたものである。

なお、ここでは入側水分量閾値を３段階、出側水分量閾値を２段階に設定したが、各閾値の設定段階は、これらに限られるものではない。さらに設定段階を多くして、細かい制御を行ってもよいことは、言うまでもない。

入側水分計１１は、装入ベルトコンベア２の上方に設置されるが、水分量を測定してから実際に装入ベルトコンベア２の搬送速度が制御されるまでの時間と、その間に搬送される粉体の量を考慮し、適切な位置に設置される。出側水分計１２も同様である。

このようにして、本発明の実施形態によれば粉体の吹き出しを的確に防止することができる。その結果、吹き出しによる操業の中断、設備の破損や、作業員による復帰処理の負荷の発生を防止することが可能になる。

１ホッパー
１ａホッパーの装入口
１ｂホッパーの排出口
２装入ベルトコンベア
３装入ベルトコンベア駆動モータ
４搬出フィードベルトコンベア
１１入側水分計
１２出側水分計
１３排出口開閉装置
１４排出口開閉装置駆動手段
１５制御装置

Claims

粉体を搬送する搬送手段と、
前記搬送手段によって搬送された粉体を上部に位置する装入口から装入し、下方に移動させて、下部に位置する排出口から排出するシュートホッパーと、
前記シュートホッパーの排出口に設けられた開閉手段と、
前記シュートホッパーに装入される粉体の水分量を測定する第１水分量測定手段と、
前記第１水分量測定手段によって測定された粉体の水分量に応じて、前記搬送手段と前記開閉手段とを制御する制御手段と
を備えていることを特徴とする粉体供給装置。
前記制御手段は、第１水分量測定手段によって測定された水分量と、該水分量に対して予め設定された閾値とを比較し、その比較結果に応じて、前記搬送手段の搬送速度と前記開閉手段の開口度とを制御することを特徴とする請求項１に記載の粉体供給装置。
前記シュートホッパーから排出される粉体の水分量を測定する第２水分量測定手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の粉体供給装置。
前記制御手段は、第１水分量測定手段によって測定された水分量と、該水分量に対して予め設定された閾値とを比較し、第２水分量測定手段によって測定された水分量と、該水分量に対して予め設定された閾値とを比較し、それらの比較結果に応じて、前記搬送手段の搬送速度と前記開閉手段の開口度とを制御することを特徴とする請求項３に記載の粉体供給装置。