JPH0662216B2 - 粉体の混合・搬送における閉塞検知方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、熔銑予備処理や二次精錬設備等におけるトピ
ードインジェクションや鍋インジェクション等の熔銑，
溶鋼などの熔融金属の精錬を行うフラックスインジェク
ションに、反応剤として用いられる複数の粉体材料を、
ポストミックス方式により混合割合を自由に調整できる
粉体の混合・搬送装置において各部の粉体づまりを検出
する方法に関するものである。

［従来の技術］ 従来より、溶銑予備処理や二次精錬設備において、熔融
金属に反応剤である混合粉体の吹き込みが行われている
が、実公昭５７−２１０３２号公報や特開昭５７−６７
４２２号公報で示される従来の吹き込みの技術は、予め
所定の混合比で複数粉体材料が混合された混合粉体を吹
き込みタンクに予め収容して、そのタンク内圧力を所定
圧力に制御し、所定の粉体吹き込み速度でランス部先端
から吹き込みを行うものであった。

しかし、周知のように精錬作業においては、熔融金属を
所望の純度に精製する場合に、複数の不純物の除去作業
が必要とされている。例えば、溶銑予備処理において
は、通常、溶銑中の珪素成分、燐成分及び硫黄成分を除
去する必要があり、しかも製造する鋼の性質に応じて珪
素成分、燐成分、硫黄成分の許容含有量が異なるものと
なっているので、除去する成分に応じて吹き込む混合粉
体の成分を変え、しかも目標含有量に応じてフラックス
の混合割合、吹き込み量等を変化される必要があった。
このため、上記従来の技術では、その都度、吹き込みタ
ンクの粉体を成分比（混合割合）の異なったものと交換
する作業が必要となっていた。

これに対して、本出願人は先に特願昭６２−１００７５
５号において、反応剤の複数粉体材料の成分比をポスト
ミックス方式で各粉体材料の搬送過程において混合を行
い、その混合割合を必要に応じ自由に調整できるように
して、粉体の交換作業を不要にし、作業性を改善し得る
粉体の混合・搬送方法および装置を提案した。

第８図はその従来の粉体の混合・搬送方法および装置の
説明図である。１１は１つの粉体材料を収容するリザー
バタンク、１２はその粉体材料をモータ１２ａの駆動に
よって所定量切り出すロータリーフィーダ、２１はアク
チュエータ２２によって加圧ライン１３を通してタンク
１１内圧力を制御する圧力制御弁、２３はアクチュエー
タ２４によって搬送ガス供給ライン１４の供給ガス圧を
制御する搬送ガス圧制御弁、１５はロータリーフィーダ
１２で切り出された粉体材料を搬送ガス供給ライン１４
からの供給ガスを搬送ガスとして流動状態とする粉体／
ガス混合器、１６はその粉体／ガスの搬送ライン、３１
は搬送ライン１６や他の搬送ライン１６′，…を結合し
複数の粉体材料を混合する合流管、４１はその混合され
た粉体をランス部へ供給する供給ライン、４２はランス
部を構成する噴射ノズルである。リザーバタンク１１内
圧力は粉体をロータリーフィーダ１２に圧送し切り出し
が確実に行われるようにしている。このときの切り出し
量は、重量検出等により常に所定の設定量になるように
モータ１２ａが制御されてロータリーフィーダ１２の回
転数が増減され、フィードバック制御がなされている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記従来の技術におけるポストミックス
方式による粉体の混合・搬送方法および装置では、粉体
が配管閉塞することなく搬送されているときは良いが、
何らかの要因、例えばリザーバタンク１１，合流管３
１，ランス部の混合粉体供給ライン４１のそれぞれの圧
力バランスが狂ったときや、一定の固気比で粉体が搬送
されているときに急激に搬送ガス流量が減少したり、又
は粉体切り出し量が急増したときなどが起こると、粉体
が搬送配管（搬送ライン１６，混合粉体供給ライン４
１）内に推積して配管閉塞が発生する。このような要因
はまだまだ他にも多くあり、状況に応じて継続時間の短
い場合もあれば長い場合もあり、一定していないのが実
情である。しかし、第８図で例えば搬送ライン１６が閉
塞し始めると、粉体は切り出し量の設定値通り切り出さ
れず（設定値より少なく切り出される）フィードバック
制御により自動的に切り出し量を増加する方向、即ちロ
ータリーフィーダ１２の回転を増加させて粉体をより多
く供給する方向に動くことになり、ますます配管閉塞を
助長することになってしまう。そこで、これを防止する
ために、配管閉塞を早めに確実に検知することが従来か
らの課題となっていた。本発明は、上記課題を解決する
ために創案されたもので、ポストミックス方式の粉体の
搬送・混合方法および装置において、配管閉塞によるト
ラブルを回避するために、配管閉塞の開始を早く確実に
検知する閉塞検知方法を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するための本発明の粉体の搬送・混合に
おける閉塞検知方法の構成は、 異なる粉体が収納された複数の圧力容器を加圧しながら
各圧力容器に接続された各輸送管内に各収納粉体を切出
して搬送気体で気送し、該各輸送管の合流点で気送粉体
を混合し、混合粉体を該合流点下流側のランス部先端か
ら溶融金属中に吹込む粉体の混合・搬送に際し、 まず前記粉体搬送系の圧力容器，輸送管，合流点，ラン
ス部の圧力を検出しつつ各検出点の検出圧力値と粉体流
量対圧力特性から定まる圧力偏差または圧力変化率を求
め、 次に前記圧力容器からランス部先端の吹き込み点に至る
圧力バランス変動を前記圧力偏差または圧力変化率から
チェックし、この圧力バランス変動と圧力容器からの粉
体切り出し量の変動とをもとに前記粉体搬送系の閉塞を
検知することを特徴とする。

［作用］ ポストミックス方式の粉体の混合・搬送装置において、
正常に粉体の混合・搬送が行われている場合には、圧力
容器→合流管→ランス部の順に圧力が低くなってバラン
スしているが、各輸送管等で閉塞が発生すると、上流側
の圧力が加圧ガスの供給圧力値に近づいてゆくととも
に、粉体の搬送ができなくなり、圧力容器に収納された
粉体の切り出し量が零にまで減少してゆく。本発明は、
所定の各部で圧力を検出し、各部の検出点における検出
圧力値と粉体流量対圧力特性から定まる圧力偏差または
圧力変化率を求めて圧力バランス変動のチェックを行
い、これと上記粉体の切り出し量の変動をチェックして
閉塞のし始めを検知する。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第１図は本発明の一実施例の閉塞検知方法を適用するポ
ストミックス方式の粉体の搬送・混合装置の一例を示す
構成図である。第８図で示した従来と同一の部材には同
一の番号を付して説明を簡略にする。本構成例は２種の
粉体Ａ，Ｂを搬送・混合する場合を例としており、粉体
Ａの搬送部１Ａと、粉体Ｂの搬送部１Ｂと、搬送部１Ａ
に加圧ガスを供給するバルブユニット２Ａと、搬送部１
Ｂに加圧ガスを供給するバルブユニット２Ｂと、各搬送
部１Ａ，１Ｂから搬送された粉体を混合する混合部３
と、その混合粉体を容器５の溶銑へ噴射するランス部４
と、各部を統括的に制御して上期粉体の混合と搬送を自
動制御するとともに、本実施例の粉体の閉塞検知を行い
その回避の動作を制御するＤＤＣ（Direct Digital Con
trol）ユニット６などから成る。

搬送部１Ａと１Ｂとは、収容する粉体材料が異なるだけ
でほぼ同様に構成されるので、その一方の搬送部１Ａに
ついて構成を述べる。１１は圧力容器であるリザーバタ
ンク、１２は粉体を切り出すロータリーフィーダ、１２
ａはロータリー駆動用のモータ、１３は加圧ライン、１
４は搬送ガス供給ライン、１５は粉体／ガス混合器、１
６Ａは粉体／ガスの搬送ラインである。１７はアクチュ
エータ１７ａで開閉される粉体の供給遮断弁であり、停
止時等に閉じられる。１１ａはタンク１１内圧力の圧力
センサ、１４ａは搬送ライン１６Ａへの供給ガス圧の圧
力センサ、１８はロードセル等で構成されたタンク１１
内の粉体の重量や切り出し量を測定するための重量セン
サ、１８ａはその検出信号をＤＤＣユニット６に電送す
るための信号発生器であり、これらのセンサ等の検出信
号は後記するＤＤＣユニット６に入力される。１９はＤ
ＤＣユニット６が重量センサ１８によって粉体材料の残
量監視を行い、所定量以下のときに新たに粉体材料をタ
ンク１１に供給する粉体材料供給制御弁である。

バルブユニット２Ａおよび２Ｂも同一に構成されるの
で、その一方について構成を述べる。バルブユニット２
Ａにはガス流量制御弁２５と、圧力制御弁２１及び搬送
ガス制御弁２３を有している。ガス流量制御弁２５は、
図略の圧力ガス供給源よりバルブユニット２Ａに導入す
る圧力ガスの流量を制御する。このときのガス流量制御
弁２５の制御は、ＤＤＣユニット６がガス流量センサ２
６の検出信号を入力して行う。圧力制御弁２１は、加圧
ライン１３内に配設されており、粉体材料のリザーバタ
ンク１１に供給する圧力ガスを調整してタンク１１内の
圧力を調整する。一方、搬送ガス制御弁２３は搬送ガス
の供給ライン１４内に配設され、搬送ライン１６Ａに導
入する搬送ガスの流量を制御することによって、搬送ラ
イン１６Ａに流通するガス流量及びガス圧力を制御して
いる。

混合部３は合流管３１を備え、搬送部１Ａの搬送ライン
１６Ａと搬送部１Ｂの搬送ライン１６Ｂを合流させて混
合し、混合粉体を混合粉体供給ライン４１へ送り出す。
３２はこの合流管３１内の合流点の圧力を検出する合流
点圧力センサであり、その検出信号はＤＤＣユニット６
に入力される。

ランス部４は噴射ノズル４２を備え、前述の混合粉体供
給ライン４１に接続される。４３はランス部背圧を検出
するために混合粉体供給ライン４１の圧力を検出する圧
力センサであり、その検出信号はＤＤＣユニット６へ入
力される。

第２図はＤＤＣユニットの回路構成を示すブロック図で
ある。ＤＤＣユニット６はコンピュータで構成されてい
る。６１はプロセッサ（ＣＰＵ）、６２はＲＡＭ，６３
は制御手順や制御データなどから成るプログラムを格納
するＲＯＭ、６４はパターンテーブルメモリ、６５はＣ
ＰＵ６１が必要とするクロックを供給するクロック発振
器、６６Ａ／Ｄ変換器を備え、前述の各種センサや信号
発生器からのアナログ入力をデジタル信号に変換してＣ
ＰＵ６１に入力するインプットユニット、６７はフィー
ダ駆動モータや各種制御弁などのアクチュエータ等に制
御信号を出力するアウトプットユニットである。パター
ンテーブルメモリ６４には種々の粉体供給パターンおよ
びガス圧変化パターンがプリセットされている。パター
ンテーブルメモリ６４としてはＲＯＭ６３やＲＡＭ６２
内に設定することも可能であるが、フロッピーディスク
やハードディスク等の外部メモリとすることもできる。

以上のような構成によって本実施例の粉体の混合・搬送
装置は、本実施例に必要な以下の機能を備える。

（１）リザーバタンクの圧力が計れる。

（２）タンク内粉体重量が計測できる。これにより、粉
体切り出し量や粉体流量を求めることができる。

（３）ロータリーフィーダの回転数により、粉体切り出
し量が変えられる。

（４）搬送ガスで切り出した粉体を搬送ラインで運搬す
る構成であり、搬送ガス供給圧力が計測できる。

（５）搬送された複数の粉体を混合する合流管を有し、
合流管圧力が計測できる。

（６）混合粉体供給ラインでランス部と結合されてお
り、溶銑へ混合粉体のインジェクションができる。

（７）ランス部背圧が計測できる。

（８）コンピュータを内蔵し、判定や演算，自動制御等
ができる。

以下に、上記機能を有するポストミックス式の粉体の混
合・搬送装置に適用した粉体づまり（閉塞）の検出方法
の実施例を述べる。第３図はその一実施例を示すフロー
チャートである。本実施例は、第１図のＤＤＣユニット
６の内部の制御手順（制御アルゴリズム）によって実現
する。粉体の搬送や供給での配管閉塞のし始めは、各部
の圧力計測を行い、各部のバランス変化のチェックを行
うことにより可能である。即ち、通常は第４図で示すと
おり、リザーバタンク→合流管→ノズルの順に圧力が低
くなっているが、第１図の搬送ライン１６Ａで閉塞し始
めると、その上流にあるリザーバタンク１１の圧力が異
常に高く（搬送ガス供給圧力値に近づく）なり、他のリ
ザーバタンクより高くなって圧力バランスが狂ってく
る。また混合粉体供給ライン４１で配管閉塞し始める
と、合流管３１の圧力が上昇し始め、リザーバタンク１
１の圧力値に近づいて、最終的には全てのリザーバタン
ク１１，…と合流管３１は同一圧力値となってしまう
（ほぼ搬送ガス供給圧力値に等しくなる）これらの現象
に加えて、配管閉塞時には当然の事とながら搬送する粉
体が供給できなくなるため、リザーバタンク１１からの
粉体の切り出し量が、ロータリーフィーダ１２が回転す
るものの減少してゆき零となる現象が短時間のうちに起
こる。そこで本実施例は、以上の様な圧力バランスと粉
体切り出し量の変動現象を、第１図のＤＤＣユニット６
の内部でタイムリーに判断して、各部における粉体の閉
塞を検知する。

第３図において、本実施例の閉塞の検知方法は、まず、
第４図に示す粉体流量対圧力特性を記憶しておき、この
特性値と測定値から、圧力偏差チェックまたは圧力変化
率チェックをタイムリーに行って、配管閉塞現象の開始
を把握し警報を発する。第４図に例示する装置各部にお
ける流量対圧力特性は、粉体材料の銘柄の変更やプロセ
ス変更等によりその特性が変化するが、初期設計条件を
元にＤＤＣユニット内である間隔で学習機能を用い、各
部の粉体流量と圧力の関係を実状に合うように補正す
る。その詳細は特に本発明とは無関係なため省略する
が、粉体吹き込みが正常で定常状態に到達したという判
断と、操業データのサンプリング方法と演算方法（例え
ばサンプリング点数と間隔、平均処理方法など）を決め
て信号処理すれば補正できる。

上記における圧力偏差チェックとは、第５図の説明図に
示すように圧力測定時点の粉体流量Ｆ_１に対する測定値
（Ｐ_１またはＰ_１′）と学習機能より求めた正常な粉体
流量対圧力特性グラフＡから算出した圧力偏差（ΔＰ_１
またはΔＰ_１′）が、正常な変動範囲ＢまたはＣの幅以
内にあるかを判定し、超えていれば異常と判定して警報
を発することである。また、圧力変化率チェックとは、
圧力偏差では正常な変動幅Ｂ，Ｃ内にある場合でも、前
回の圧力測定時点から今回の圧力測定時点までの時間
（Ｔ）に粉対流量がＦ_２→Ｆ_３と変化し、圧力がＰ_２→
Ｐ_３に変化した場合、その圧力変化率（Ｐ_３−Ｐ_２）／
（（Ｆ_３−Ｆ_２）・Ｔ）を求めて、これが正常な圧力変
化率の変動範囲内であるかを判定し、超えていれば異常
と判断して警報を発することである。

次にこれらの警報がどの部分で発生したかを判断し、続
いてシリーズにその警報の発生した部分の圧力の上昇と
粉体の切り出し量（粉体流量）の減少化傾向を判断し、
判断がＮＯであれば一過性の現象で閉塞は回避されたも
のとしてその回の検知作動を終了し、ＹＥＳであれば各
部に即して閉塞開始箇所の特定を行い、アラーム表示を
行う。以上のようにして本実施例は配管閉塞現象を予知
する。

以下に、上記配管閉塞アラームが発生した場合におい
て、その配管閉塞を自動的に回避する方法を述べる。第
６図はその回避方法の実施例を示すフローチャートであ
る。この方法も第１図のＤＤＣユニット６に含まれる制
御手順等で実現される。本実施例の配管閉塞の回避方法
は、閉塞の発生開始場所に即して以下のように行われ
る。

（１）ノズル４２の閉塞の場合 粉体吹き込みを一時停止する状態（ｐａｕｓｅ）を自動
的に作りノズルを容器より抜く。これにより、ノズルの
浸漬深さに応じて自動的に粉体インジェクションが停止
し、ノズルが大気中で搬送ガスのみインジェクションす
る状態となり、ノズル部閉塞が回避できる。ノズル部背
圧センサにより閉塞回避（判別は粉体流量０での圧力特
性値より行う）できたなら再びインジェクションを再開
する。これらを自動的に行う。

（２）混合粉体供給ライン４１の閉塞の場合 ノズル部閉塞の場合と同様の制御を行うが、閉塞回避の
判断は、合流管部圧力センサによる粉体流量対圧力特性
に基づく。

（３）搬送ライン１６Ａ，１６Ｂの閉塞の場合 先ず、該当する搬送ラインのリザーバタンクへの加圧ガ
ス供給ラインのガス量ＳＶをα％増大する（αは設備に
より適正値が存在する）ようガス流量制御系（バルブユ
ニット）に設定値変更指令を出すと同時に、粉体流量Ｓ
Ｖを制御するロータリーフィーダ制御系（モータ）に、
β％粉体流量減少指令を出す。この状態をＴ_１（タイマ
ー）だけ続行し、リザーバタンク圧力対粉体流量特性に
より配管閉塞回避判別を行う。配管閉塞回避の場合、が
す流量制御系および粉体流量制御系（ロータリーフィー
ダ制御系）へ出力した指令を、Ｔ_１′（タイマー）経過
後に（ランプ状に）元に戻し、粉体吹き込みを継続す
る。

もし、配管閉塞が回避できないときは、さらにガス量を
α％増大し、粉体流量をβ％減少する指令を出し、Ｔ_２
（タイマー）だけ続行して配管閉塞回避判断を行う。回
避の場合は、前述と同様に、Ｔ_１′＋Ｔ_２′（タイマ
ー）経過後に（ランプ状に）元に戻して粉体吹き込みを
継続する。

これでも配管閉塞が回避できないときは、Ｔ_１＋Ｔ
_２（タイマー）後に、配管閉塞していない正常なリザー
バタンクの粉体流量をさらに一律にγ％だけ減少させ
て、Ｔ_３（タイマー）間様子を見る。これで配管閉塞が
回避できたなら、逆の操作をしながら元に戻す。即ちＴ
_３′（タイマー）経過後に（ランプ状に）正常なリザー
バタンクの粉体流量を元に戻し、つぎにＴ_１′＋Ｔ_２′
（タイマー）経過後に（ランプ状に）、配管閉塞してい
た加圧ガス供給ラインのガス量を元に戻し、さらに粉体
流量を元に戻す。

以上の方法による配管閉塞回避アルゴリズムによって回
避できないときは、（１）（２）項と同様の手段を自動
的にとる。即ち、粉体吹き込みの一時停止処理状態に移
行させる。これでも配管閉塞が回避できないとき、全停
へ移行する。

第７図は、４種の粉体材料を混合・搬送する他のポスト
ミックス方式の混合・搬送装置の概略を示す構成図であ
る。この構成例は精錬工程中の熔銑予備処理に適用した
もので、その主要部の構成は第１図の構成を４種の粉体
材料Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの混合・搬送に拡張したものなの
で、同じ部材番号を付してその説明は省略する。ただ
し、周知のように溶銑予備処理においては、トピードカ
ー７にて搬送される溶銑の脱珪、脱燐、脱硫処理が行わ
れる。また、脱珪用反応剤（混合粉体）としてはダスト
（ＦｅＯ，Ｆｅ_２Ｏ_３）および石灰が用いられ、脱燐用
反応剤としては上記ダスト，石灰に加えてホタル石，ソ
ーダ灰が用いられ、脱硫用反応剤としては石灰とソーダ
灰が用いられるので、ダスト，石灰，ホタル石，ソーダ
灰のそれぞれを粉体材料として各リザーバタンク１１へ
収納する。図中、８はＤＤＣユニット６にパターン制御
等のデータや制御指令を与える制御盤である。第６図の
フローチャート中のパラメータ（α，β，Ｔ_１，
Ｔ_１′，Ｔ_２，Ｔ_２′，γ，Ｔ_３，Ｔ_３′）は粉体性
状，設備構成により適正値が存在するが、この第７図に
示す４銘柄粉体の装置の場合の数値の一例を挙げてお
く。

（例）α＝３０，β＝２５，Ｔ_１＝６０ｓｅｃ，Ｔ_１′
＝６０ｓｅｃ，Ｔ_２＝Ｔ_２′＝６０ｓｅｃ，γ＝１０，
Ｔ_３＝Ｔ_３′＝６０ｓｅｃ なお、上記実施例において圧力偏差チェックと圧力変化
率チェックは、その一方だけを実施しても良いし、両方
実施しても本発明の目的は十分達せられる。このよう
に、本発明はその主旨に沿って種々に応用され、種々の
実施態様を取り得るものである。

［発明の効果］ 以上の説明で明らかなように、本発明の粉体の混合・搬
送における閉塞検知方法によれば、粉体の混合・搬送に
ポストミックス方式を採用し、混合する粉体の混合比，
銘柄等の選択自由度が飛躍的に向上した装置の、配管閉
塞トラブルに素早く対応できるようになり、設備稼働率
を大巾に向上させる効果を有する。さらに、本発明を適
用した粉体の混合搬送装置を精錬を目的とした溶銑予備
処理に用いた場合、一回の処理で脱珪，脱燐，脱硫の処
理を設備トラブルなく実施可能になり、溶銑予備処理の
作業性・稼働率を飛躍的に向上しうるものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の閉塞検知方法を適用する粉
体混合・搬送装置の一例を示す図、第２図はＤＤＣユニ
ットの回路構成を示すブロック図、第３図は粉体の閉塞
検知方法の一実施例を示すタイムチャート、第４図は粉
体流量対圧力特性図、第５図は圧力偏差チェックと圧力
変化率チェックの説明図、第６図は粉体の閉塞の回避方
法の実施例を示すフローチャート、第７図は他の粉体の
混合・搬送装置の構成図、第８図は従来の粉体の混合・
搬送方法および装置の説明図である。 ４……ランス部、６……ＤＤＣユニット、１１……リザ
ーバタンク、１２……ロータリフィーダ、１６Ａ，１６
Ｂ……搬送ライン、３１……合流管、４１……混合粉体
供給ライン、４２……噴射ノズル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】異なる粉体が収納された複数の圧力容器を
   加圧しながら各圧力容器に接続された各輸送管内に各収
   納粉体を切出して搬送気体で気送し、該各輸送管の合流
   点で気送粉体を混合し、混合粉体を該合流点下流側のラ
   ンス部先端から溶融金属中に吹込む粉体の混合・搬送に
   際し、 まず前記粉体搬送系の圧力容器，輸送管，合流点，ラン
   ス部の圧力を検出しつつ各検出点の検出圧力値と粉体流
   量対圧力特性から定まる圧力偏差または圧力変化率を求
   め、 次に前記圧力容器からランス部先端の吹き込み点に至る
   圧力バランス変動を前記圧力偏差または圧力変化率から
   チェックし、この圧力バランス変動と圧力容器からの粉
   体切り出し量の変動とをもとに前記粉体搬送系の閉塞を
   検知することを特徴とする粉体の混合・搬送における閉
   塞検知方法。