JPH06568B2 - 粒状個体の処理および貯蔵装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、重力排出貯蔵設備に係り、特に、ビン(bin
s)、ホッパー(hoppers)、サイロ(silos)の改良された形
状に関するものであり、より一般的には、粒状個体を、
特に高温スポンジ鉄のような凝集性のある粒状個体の貯
蔵、保存、処理および運搬するのに用いられる収納容器
に関する。

〔発明の背景〕

ビン、ホッパー、サイロおよびあらゆる種類の処理ある
いは保存容器から粒状個体を満足いくように流出させる
ための問題点は百年程前より研究課題とされてきた。し
ばしば、取り扱われる粒状個体量が多いときには、粒状
個体の貯蔵庫からの流動は重力に依存している。そのよ
うな材料用の容器を開発するために時間と経費がかけら
れて来たが粒状固体がコンテナから流出するか否かの問
題は、実際に装置が据え付けられても残るものである。

コンテナが、大規模な流動あるいは集中的な流動のいず
れかを有するように設計されるときはいつも、特に、テ
スト結果あるいは実験によると、取り扱われる材料が長
時間にわたって粘着性、固形性、アーチ状になる性質、
結合性あるいは凝固性を帯びることを示している場合に
は多くの要因が考慮されなければならない。効率のよい
貯蔵コンテナの設計者は、取り扱われる粒状個体を貯蔵
する間と流動する間の双方に生ずる問題点を認識しなけ
ればならない。適当なコンテナを設計するためには処理
する固体の特性が測定されなければならない。流動性の
相違による粒状個体の挙動を予知することは非常に難し
いことが良く知られており、多くの問題は、そのような
粒状個体が容器内で取り扱われる時に生ずる。例えば、
温度、湿気等が変化するために、そのような流動特性が
変化するときは、コンテナの構造内で起こる変化に対応
するための設備が作られなければならない。その結果、
流動特性のそのような違いは、固体流動を複雑かつ危険
なものにするかもしれない。不適当に造られたコンテナ
は、粒状個体の流動を妨げるような好ましくない多くの
固体塊を生成する傾向がある。

流動を妨げるか流動を止める主として知られている原因
は、詰まり、ブリッジ現象およびネズミ穴（ｒａｔ−ｈ
ｏｌｉｎｇ）現象である。そのような現象を引き起こす
原因は余り良く知られておらず定義もされていない。詰
まりは処理容器のひとつ又は複数の出口の方へ大量の粒
状個体が加圧された結果として避けられないものであ
る。粒状個体が上部からの加圧ヘッドによつて重なりや
固まりが生じた時にブリッジまたはアーチが生じ、容器
内の材料の全重量を支持するのに十分なアーチを形成す
る。ネズミ穴現象は、小径円筒状内の材料が出口に向か
って流動するときに起こり、大きな容積の材料を処理容
器の壁面に引っ掛からせる。

粒状個体の流動性を研究するときに当業者によって成さ
れるいくつかの一般的なアプローチがある。粒状個体の
サンプルを剪断してみることによって流動性についての
あるパラメータを決定することができるが、粒状個体の
挙動を必ずしも正確かつ完全に予知することは出来な
い。

多くの解決法が技術的文献から提供されかつ知られてい
る。これらの解決法は主に二つの分野に分けられる。第
１は、コンテナそのものの構造に関するものであり、大
規模な流動、集中的な流動あるいはその組合せの流動が
コンテナの物理的な特徴例えば、壁面のタイプ、その形
状、その材質、内部支持方法、その入口と出口の種類等
を改善することによって促進するものである。解決法の
第２は、補助的な装置あるいは物質の移動方法に関する
ものである。これらは内部的あるいは外部的なものであ
り、例えば、特別な問題を解決するのに役立てるための
化学物質と同様に、コンテナの壁に取りつけた機械的な
振動器、内部潤滑ライナー（ｌｉｎｅｒ）、攪拌器、粒
体の流れを良くしたり促進するための気体の注入等であ
る。

過去に、ビンとそのような容器の中で起こる流動性の問
題を解決するために、非常に鋭角の壁のコンテナを形成
することや、ビンの壁の流動障害を防止しその結果潤滑
表面が流動停止を妨げることや、その他の場合には流動
の補助や促進手段が提案されてきた。

〔本発明の目的〕

本発明の一の目的は微細粒体の流動性を維持し、促進
し、その中で流動障害を減少するコンテナを提供するこ
とである。

本発明の他の目的は、微細粒体の取扱いに関するコンテ
ナであり、特に凝集性粒体、例えばスポンジ鉄ペレット
の処理に有益である。

本発明の他の目的は、凝集性粒体が粘着、流動障害、固
化あるいは過度の目詰まりとなるどんな場合にもその傾
向を少なくするコンテナを提供するものである。

更に、本発明の目的は、出口の径を減じ、又同時に重力
によって程よい排出速度でその中から固形物を排出する
ことができる容器を提供するものである。

本発明の他の目的は、流動性を助長したり促進するため
の手助けを最小限にするための容器を提供するものであ
る。

本発明の他の目的は、以下でさらに一部明白になり、ま
た一部指摘されるであろう。

〔発明の簡単な説明〕

本発明の好ましい態様は、微細粒体を保持するように構
成されたコンテナからなり、容器の最大径に位置する少
なくとも先端入口から容器の最小径に位置する少なくと
も一つの出口に向かって下方に収束した円錐状の壁から
本発明によると、少なくとも入口から少なくとも排出口
にかけて延び、下方向に収束した壁からなる粒状個体の
重力流動コンテナにおいて、前記壁の上部から下部へと
同壁の少なくとも一部に沿って連続的に延びる一体形の
内部逆螺旋ステップを有する内部連続壁面を有し、前記
逆螺旋ステップの直下で非対称形でかつ連続する前記コ
ンテナの断面積が拡大し、前記ステップの幅が前記コン
テナの厚さよりも大きく構成されている。

〔好ましい実施例の詳細な説明〕

図面に関し、本発明によって、構成されたコンテナある
いはビン１０は、入口１２から出口１８に収束した壁１
４を有している。壁は、ビン１０に対して外方に突出し
た螺旋形状あるいは螺旋形の連続した逆ステップ１６か
ら構成されている。第３図においてより良く分かるよう
に、逆ステップ１６は、内壁端２０によって決まるビン
の断面積を拡大し、さらに、ビンの内表面を非対称形と
し、それによって、さもなければ凝集性粒体によって形
成されるブリッジあるいはドームの生成減少させる結果
となっている。

逆ステップ１６は、ビンの先端から底部にかけて形成す
ることができ、ある場合にはビンの一部に沿ってのみ形
成することができ、また、特に固形粒体がその流動特性
によりブリッジあるいはドーム現象を引き起こすような
ビンの内径領域においても形成することができる。又、
ステップの幅すなわち端部２０と２２の間隔は、粒状個
体の大きさ、凝集性粒体の特性、ビンの形状等に基ずき
変化させたり適応させることができる。ビン１０の角度
Ｂは（第３図参照）、取扱われる固体材料の特性と、壁
１４の材質および所望の個体の流動性によって選択され
る。

〔実施例〕

小規模の“モデル”試験では固形物の流動実験の信頼性
を証明できなかった。さらに、パイロット・プラントあ
るいは商業設備における実物大試験は、時間と設備（こ
れは多岐にわたる相異した構造上の設計の違いの大々的
な試験を困難にしている）における経費のために一般的
に限界がある。しかし、本発明の実物大試験が、移動床
直接還元反応器からの高温スポンジ鉄の排出機構におい
て出合う問題点を解決するためのパイロット・プラント
との関係で実施することが出来た。このパイロット・プ
ラントは、冷却スポンジ鉄のために排出流動性を良くす
るために設計された。高温スポンジ鉄の排出が好ましい
（練炭状のものあるいは電気アーク炉への直接供給物な
ど）いくつかの実際の適応例がある。しかし温度が増加
するにつれて高温スポンジ鉄は摩擦を増加させ、結局、
このような高い排出温度では粘着性を帯び、さらに粘着
する。極端に高い温度（鉄鉱石タイプによる９００から
１０００℃の温度において）では、高温スポンジ鉄粒状
体はときどき凝集体となる傾向がある。それ故に、高温
スポンジ鉄粒状体は、冷却状態より一層凝集性を帯びる
ために、ブリッジ現象のためにスムーズな流動性が妨げ
られ、閉塞される。振動器やピック（ｐｉｃｋ）は余り
好ましくない。というのは、それらは、ある種の徴候を
取扱うものであり、問題点を実際に解決する効果を挙げ
ることなしに経費だけがかかる。伝統的な設計構造は、
円錐形壁の角度を鋭角にしたり、排出開口部のサイズを
大きくしたりして変化させたが、これは好ましくない傾
向にある（というのはそれらは解決されること以上に問
題点を増やし、経費がかさむからである）。

パイロット・プラント還元反応器において、還元帯から
下方に流動するスポンジ鉄の移動床は排出円錐体から流
動し、これは、貯蔵「ビン」の中に回転排出バルブを通
して計量される。それから、減圧室として機能する貯蔵
ビンの中に圧力弁を通して循環される。そして圧力弁は
更に加圧弁の中に供給する円錐排出器を有する｛この構
造は米国特許番号３７１０８０８（特公昭５１−３２０
３１）の第１図参照｝。本発明は、これらの構造のどれ
か一つの排出円錐部分に適用することができる（例え
ば、反応器自体、貯蔵ビンあるいは減圧ビンの排出
器）。主たる流動障害の問題は、減圧ビンの中で起こっ
た。それ故に、これは、単なる比較のために、初期試験
として成されたものである。貯蔵ビンは問題点が少な
い。というのはこれは余り大きくないためである（少な
い加圧ヘッドを有するためである）。前記米国特許３７
１０８０８によると、それは、円錐排出器を有するが、
パイロット・プラントにおいては単に大きな直線パイプ
である。それは、１分間あるいは毎３０分間でスポンジ
鉄を蓄積するため（例えば減圧ビンの排出の間）、余り
大きな容量は必要とされない。反応器の排出円錐体は、
問題点が少ない。というのは、床が静止床である場合に
は容易に形成されるブリッジ現象が、連続した大規模流
動に床がある場合にはそれを減少させる傾向にあるため
である。パイロット・プラントの減圧ビンの角度Ｂは８
０度である。４００度から７００度（それ以上）の温度
範囲では、スポンジ鉄粒状体のブリッジ現象のための流
動障害は、温度増加に直接比例して、しばしば起こる。
いくつかの鉄鉱石タイプにおけるそのような流動障害
は、普通７００℃以上で起こる。それとは逆に、実験用
ビンは、パイロット・プラントの減圧ビンと同様に構成
されているが、本発明の螺旋状のステップ形状と組合せ
て変更されている（しかもステンレスよりもむしろ炭素
鋼から出来ている）。そこで、試験は、パイロット・プ
ラント操業上問題を起こしていたものと同様のスポンジ
鉄粒状個体で行なわれた。その結果は以下の通りであ
る。

前述したところからわかるように、正味の有効円錐角が
双方のビンで同じであっても、６００℃から８２０℃の
温度範囲でブリッジまたは流動障害は完全に除去され
た。螺旋ステップを有するビンの角度Ｂは、略７５度あ
るいは、螺旋壁の個々の部分がより平坦かもしれない
が、螺旋ステップであるために、有効な傾斜は、もとの
パイロット・プラントの直線壁円錐排出器におけるもの
と同じ８０度であろう。この有効な傾斜角は、少なくと
も±５度の範囲で変化し得る。螺旋ステップを有するビ
ンは、実験用ビンでは用いられたが、パイロット・プラ
ントにおいては物理的には装備されなかったが、他は実
質的に同一な状態で行われた。（代表的な３から５atm
の還元反応圧以上の外気圧下で、実験ビンに満たした場
合を除いて、双方のビンは同外気圧下で排出される）。

前記実施例によって、より凝集し易い粒状個体を取扱う
場合の問題点を解決するため、 及び排出円錐体の角度を増加する必要性（それはビンの
大きさと経費を増大させたでろう）を除去するために
は、前記の新規な概念が有効であることが確認された。
本発明の概念はビンの設計の短縮に有効でることが理解
されるであろう。それは、より平坦な角度Ｂがビンの容
量を増加することになっているからである。前記記載か
ら、本発明を構成する構造は、本発明の目的を達成する
ことを可能にし、上記効果を提供することを可能にして
いることが明らかであろう。

上記目的から理解されるように、より広い視点から見た
本発明は、多種類の固形粒体（特に凝集性のある粒体か
否かであるが）のために用いられるビンの粒体の流動の
問題点を解決するために適用できる。ビンの断面積を拡
大することによって、個体同志の結合を減少させ、それ
故に固形物はほぼあらゆる環境下でコンテナからの流動
性を維持することができ、より狭い排出口径を持つ構造
を可能にしている。

上記記載は、実施例のみのものであり、しかも本発明の
概念の中には多く改良が含まれ、これは当業者にとって
明白であることは容易に理解されるであろう。例えばビ
ンは解放されるか、あるいは、その代わりに大気に接触
することが危険であるかあるいは取り扱われる材料の性
質が変わる場合に、大気に対して密閉する必要があるこ
とが理解されるであろう。又、ビンは、一般的に円錐形
の代わりに長四角形あるいは、長楕円形状とすることが
出来る。又、螺旋形あるいは、連続した螺旋ステップの
数はコンテナの全てあるいは一部分のみに変化あるいは
拡張することができる。

本明細書及び添付の図面においては、本出願人は発明及
びそのいくつかの望ましい実施例を説明し、種々の代案
及びその設計変更を示した。しかし、それらで例を挙げ
尽くしたことを意図していないこと、及び本発明の特許
請求の範囲内で多数の設計変更ができることを了解され
たい。ここに挙げた提案は当業者が本発明及びその原理
を一層良く了解し、従って各々の特定の用途条件に最適
となるべく本発明を設計変更して種々の形態で実施でき
るようにとの目的から選択して含めたものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の望ましい、実施例を組込んだコンテ
ナの平面図であり、第２図は第１図のコンテナの外観
図、第３図は第１図のＡ−Ａ垂直断面図、第４図は還元
反応器から高温スポンジ鉄を排出するための装置として
の減圧ビンとして使用される）絶縁による望ましい代案
実施例の垂直断面図。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−82873（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−26385（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−287626（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−125192（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−106994（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−143986（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭53−4991（ＪＰ，Ｂ２) 米国特許第3797707（ＵＳ，Ａ) 米国特許第3125256（ＵＳ，Ａ) 米国特許第3921351（ＵＳ，Ａ)

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも入口１２から少なくとも排出口
   １８にかけて延び、下方向に収束した壁１４からなる粒
   状個体の重力流動コンテナ１０において、前記壁１４の
   上部から下部へと同壁の少なくとも一部に沿って連続的
   に延びる一体形の内部逆螺旋ステップ１６を有する内部
   連続壁面を有し、前記逆螺旋ステップ１６の直下で非対
   称形でかつ連続する前記コンテナの断面積が拡大し、前
   記ステップの幅が前記コンテナの厚さよりも大きいこと
   を特徴とする粒状固体の処理及び貯蔵装置。
2. 【請求項２】前記収束壁１４が逆円錐形である請求項１
   記載のコンテナ。
3. 【請求項３】一つの排出口１８のみを有する請求項３の
   コンテナ。
4. 【請求項４】前記内部逆ステップ１６は前記壁１４の上
   部から底部へと延びている請求項１又は請求項４記載の
   コンテナ。
5. 【請求項５】前記内部逆ステップ１６が、凝集粒状固体
   がブリッジ又はそれと類似の流動障害を形成しがちな前
   記壁１４の一部に沿って延びる請求項１記載のコンテ
   ナ。
6. 【請求項６】前記逆ステップ１６に沿った何れの点にお
   いても、前記逆ステップ上方の壁部分は前記逆ステップ
   下方の壁部分よりも鋭角をなす請求項４のコンテナ。
7. 【請求項７】前記コンテナ壁１４の内側面が前記壁の上
   部から下部へと漸次小さくなる収束角Ｂを有し、コンテ
   ナ壁１４の任意の所定点の収束角Ｂがほぼ８０度から７
   ５度の範囲の値をとることの可能な請求項４のコンテ
   ナ。
8. 【請求項８】前記螺旋ステップ１６が前記コンテナ１０
   の収束壁を少なくとも１．５回包囲する請求項４のコン
   テナ。