TWI624446B - 爐渣轉杯造粒系統及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種爐渣轉杯造粒系統及其控制方法，該爐渣轉杯造粒系統主要包含一料斗部及一轉杯部，藉由獲得爐渣熔液於該料斗部的重量變化，可計算出該轉杯部所需要之轉速，以控制由該爐渣熔液冷卻所形成的爐渣顆粒粒徑，以確保能有效控制均勻地產出具有均勻粒徑的爐渣顆粒，以利於後續爐渣熱能之回收使用。

Description

爐渣轉杯造粒系統及其控制方法

本發明係關於一種爐渣轉杯造粒系統及其控制方法，特別是關於一種可均勻控制爐渣顆粒大小的爐渣轉杯造粒系統及其控制方法。

在一貫化製程煉鋼廠在煉鋼作業中，可以產生約攝氏1400-1500度高溫融熔狀態的爐渣副產品，然而此種高溫融熔狀態的爐渣雖然具有大量之顯熱，但是由於熔渣之熱傳導係數極低且具有高黏滯性，因此要直接由熔渣流體狀進行熱回收相當困難且效率也極低。因此，目前普遍做法是將上述高溫融熔狀態的爐渣採乾式造粒方式形成約攝氏800-900度的高溫爐渣顆粒，藉由將爐渣變成高溫小顆粒的方式，透過大幅增加熱交換面積方式，克服熱傳導係數較低之問題，使爐渣熱能能較有效率地被取出，有利於後續熱能回收利用的作業。

目前，在上述爐渣造粒技術中，爐渣轉杯造粒技術是發展最為普遍的一種技術，其是將溶融狀的高溫爐渣透過高速旋轉的杯體所產生的離心力作用，先在轉杯上產生液膜，之後受離心力作用甩出轉杯後，再因表面張力作用而形成液絲，液絲又因流場不穩定性而斷裂成液滴，斷裂後的液滴再因溶渣自身的表面張力作用而凝固形成爐渣顆粒。

因此，習用的轉杯造粒技術，主要就是採取前述之原理，使 得爐渣得以粒化。然而，在這種將爐渣粒化的過程中，習用技術並無法有效控制均勻地產出的該些爐渣顆粒，也就是無法確保該些爐渣顆粒的大小，因此不利於後續渣能回收之使用。

為了改進上述的缺點，有必要提供一種可均勻控制爐渣顆粒大小的爐渣轉杯造粒系統及其控制方法，以解決習用技術所存在的問題。

本發明之主要目的在於提供一種爐渣轉杯造粒系統及其控制方法，該爐渣轉杯造粒系統主要包含一料斗部及一轉杯部，藉由獲得爐渣熔液於該料斗部的重量變化，可推算並調整該轉杯部之轉速，以控制該些爐渣顆粒所形成的粒徑，確保能有效控制均勻地產出具有均勻粒徑的爐渣顆粒，以利於後續渣能回收之使用。

本發明之另一目的在於提供一種爐渣轉杯造粒系統及其控制方法，藉由一入料荷重計與一轉杯荷重計之資料，綜合判斷爐渣顆粒的粒徑是否為穩定產出，並對該些爐渣顆粒進行合格分類。

為達上述之目的，本發明提供一種爐渣轉杯造粒系統，其包含：一入料斗部，具有：一斗體，約呈一漏斗狀，用於暫時性盛裝一液態之爐渣熔液，該爐渣熔液由該斗體的上方倒入，再由該斗體的下方流出；及一入料荷重計，用以測量該斗體內之該爐渣熔液的一重量變化；一轉杯部，具有：一轉杯，用以暫時性盛接由該斗體流出的該爐渣熔液，並藉由自身的旋轉，以離心力的作用將該爐渣熔液向外甩出，並冷卻形成數個固態之爐渣顆粒；及一馬達，用以驅動該轉杯轉動；一殼體部，用以包圍該轉杯部，阻擋與收集該些爐渣顆粒；及一計算控制單元，用以接收來自該 入料荷重計之一資料，並藉由運算以控制該馬達，調整該轉杯之轉速，進而控制該些爐渣顆粒所形成的粒徑。

在本發明一實施例中，該轉杯部另包含一轉杯荷重計，用以測量該轉杯上之該爐渣熔液的一重量變化。

在本發明一實施例中，該殼體部另包含一切換式出口單元，其具有至少兩個出口，該計算控制單元接收來自該入料荷重計之資料與來自該轉杯荷重計之一資料，並藉由運算以控制該切換式出口單元，進而控制該些爐渣顆粒由該切換式出口單元的其中一個出口向外輸出。

在本發明一實施例中，該殼體部另包含一冷卻圍體、一集料斗及一出口單元。

為達上述之目的，本發明提供一種控制一爐渣轉杯造粒系統的控制方法，該爐渣轉杯造粒系統主要包含一入料斗部及一轉杯部，用以將一液態之爐渣熔液由該入料斗部的上方倒入，並由該入料斗部的下方流出至該轉杯部，並藉由該轉杯部的旋轉，以離心力的作用將該爐渣熔液向外甩出，並冷卻形成數個固態之爐渣顆粒，在上述形成該爐渣顆粒之期間，該控制方法包含以下步驟：以一入料荷重計測量出該入料斗部內之該爐渣熔液的一重量變化；根據該入料斗部內之該爐渣熔液的重量變化與該入料斗部的一內部幾何，獲得該爐渣熔液在該入料斗部內的一料位高度，再根據該料位高度獲得一入料流量；根據該入料流量及一預設之目標粒徑獲得該轉杯部之一目標轉速；及依該目標轉速控制該轉杯部轉動，以使被該轉杯部甩出之該些爐渣顆粒符合該目標粒徑。

在本發明一實施例中，在形成該些爐渣顆粒之後，另包含： 以一轉杯荷重計測量該轉杯上之該爐渣熔液的一重量變化，並根據分別來自該入料荷重計與該轉杯荷重計之一資料，綜合判斷該些爐渣顆粒是否為按該目標粒徑穩定產出；若判斷非穩定產出，則將該爐渣轉杯造粒系統的一切換式出口單元切換至一第一位置；若判斷為穩定產出，則將該爐渣轉杯造粒系統的一切換式出口單元切換至一第二位置。

在本發明一實施例中，當該入料荷重計的一測量值大於零，並且該轉杯荷重計的一測量值等於零時，該些爐渣顆粒判斷為一非穩定產出之產出初期。

在本發明一實施例中，當該入料荷重計的一測量值大於零，並且該轉杯荷重計的一測量值大於零且呈現一穩定訊號時，該些爐渣顆粒判斷為穩定產出。

在本發明一實施例中，當該入料荷重計的一測量值大於零，並且該轉杯荷重計的一測量值大於零且呈現一鋸齒狀訊號時，該些爐渣顆粒判斷為非穩定產出。

在本發明一實施例中，當該入料荷重計的一測量值等於零，並且該轉杯荷重計的一測量值大於零時，該些爐渣顆粒判斷為一非穩定產出之產出末期。

在本發明中，藉由獲得爐渣熔液於該料斗部的重量變化，可推算並調整該轉杯部之轉速，以控制該些爐渣顆粒所形成的粒徑，以確保能有效控制均勻地產出具有均勻粒徑的爐渣顆粒，以利於後續爐渣熱能之回收使用。

100‧‧‧爐渣轉杯造粒系統

10‧‧‧入料斗部

11‧‧‧斗體

12‧‧‧入料荷重計

20‧‧‧轉杯部

21‧‧‧轉杯

22‧‧‧馬達

23‧‧‧轉杯荷重計

30‧‧‧殼體部

31‧‧‧冷卻圍體

32‧‧‧集料斗

33‧‧‧出口單元

33a‧‧‧第一出口

33b‧‧‧第二出口

40‧‧‧計算控制單元

A‧‧‧爐渣熔液

B‧‧‧爐渣顆粒

S1-S4‧‧‧步驟

第1圖：本發明較佳實施例的一種爐渣轉杯造粒系統之一示意圖。

第2圖：本發明較佳實施例的一種爐渣轉杯造粒系統之另一示意圖。

第3圖：本發明較佳實施例的一種爐渣轉杯造粒系統的控制方法之一流程圖。

第4圖：本發明一可能實施例的一爐渣滴液之直徑分析圖。

第5圖：本發明一可能實施例的一流速與爐渣滴液之比對圖。

為了讓本發明之上述及其他目的、特徵、優點能更明顯易懂，下文將特舉本發明較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。再者，本發明所提到的方向用語，例如上、下、頂、底、前、後、左、右、內、外、側面、周圍、中央、水平、橫向、垂直、縱向、軸向、徑向、最上層或最下層等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用以說明及理解本發明，而非用以限制本發明。

請參考第1圖，第1圖是本發明較佳實施例的一種爐渣轉杯造粒系統之一示意圖。本發明較佳實施例的一種爐渣轉杯造粒系統100主要包含：一入料斗部10、一轉杯部20、一殼體部30及一計算控制單元40。

如第1圖所示，該入料斗部10具有一斗體11及一入料荷重計12，其中該斗體11約呈一漏斗狀，用於暫時性盛裝一液態之爐渣熔液A，該爐渣熔液A由該斗體11上端倒入，再由該斗體11下端流出；該入料荷重計11較佳設在該斗體11的下方，用以測量該斗體10內之該爐渣熔液A的重量變化。

再者，該轉杯部20具有一轉杯21及一馬達22，其中該轉杯21用以暫時性盛接由該斗體11流出的爐渣熔液A，並藉由其自身的旋轉，以離心力的作用將該爐渣熔液A向外甩出，並冷卻形成數個固態之爐渣顆粒B。該轉杯21之直徑可視處理量而定，例如2-200cm。另外，該馬達22用以驅動該轉杯21的轉動，其轉速例如為500-3000rpm。

如第1圖所示，該殼體部30用以包圍該轉杯部20，並阻擋與收集該些爐渣顆粒B。該殼體部30較佳可包含一冷卻圍體31、一集料斗32及一出口單元33，其中該冷卻圍體31之直徑可視處理量而定，例如50-250cm。

另外，該計算控制單元40用以接收該入料荷重計12之資料，並藉由運算後控制該馬達22之轉動，以調整該轉杯21之轉速，進而控制該些爐渣顆粒B所形成的粒徑。

如上所述，在本實施例之爐渣轉杯造粒系統100中，藉由獲得該入料荷重計12之資料，進而調整該轉杯21之轉速來控制該些爐渣顆粒B所形成的粒徑，以確保能有效控制均勻地產出的該些爐渣顆粒B的粒徑，以利於後續渣能回收之使用。該爐渣轉杯造粒系統100之控制方法將具體描述於後。

另外，如第1圖所示，該轉杯部20另可包含一轉杯荷重計23，其較佳設在該轉杯部20的下方，用以測量該轉杯21上之該爐渣熔液的重量變化，並作為該些爐渣顆粒B分類輸出之判斷依據，具體描述於後。

再者，請同時參考第1圖及第2圖，其中第2圖是本發明較佳實施例的一種爐渣轉杯造粒系統之另一示意圖。該殼體部30的出口單元33 是一切換式出口單元，其具有至少兩個出口33a及33b，該計算控制單元40接收該入料荷重計12與該轉杯荷重計23之資料，並藉由運算後控制該切換式出口單元(出口單元33)，進而控制該些爐渣顆粒B由該切換式出口單元的其中一個出口33a(第一出口)或33b(第二出口)向外輸出。此一切換控制方法也將描述於後。

請同時參考第1-3圖，其中第3圖是本發明較佳實施例的一種爐渣轉杯造粒系統的控制方法之一流程圖。本發明較佳實施例的爐渣轉杯造粒系統100主要包含一入料斗部10及一轉杯部20，用以將一液態之爐渣熔液A由該入料斗部10的上方倒入，並由該入料斗部10的下方流出至該轉杯部20，並藉由該轉杯部20的旋轉，以離心力的作用將該爐渣熔液A向外甩出，並冷卻形成數個固態之爐渣顆粒B，在上述形成爐渣顆粒B之期間，本發明較佳實施例的爐渣轉杯造粒系統100的控制方法包含以下步驟(如第3圖所示)：S1：以一入料荷重計12測量出該入料斗部10內之該爐渣熔液A的重量變化；S2：根據該入料斗部10內之該爐渣熔液A的重量變化與該入料斗部10的一內部幾何，獲得該爐渣熔液A在該入料斗部10內的一料位高度，再根據該料位高度獲得一入料流量；S3：根據該入料流量及一預設目標粒徑獲得該轉杯部20之一目標轉速；及S4：控制該轉杯部20之轉速，以使被該轉杯部20甩出之該些爐渣顆粒B的大小符合該目標粒徑。

一般來說，在高溫的熔液狀態下，很難準確的估算熔液的流量。在本發明的控制方法得S2步驟中，例如可使用一第一關係式R1，該第一關係式R1的原理主要在於使用該入料斗部10內之該爐渣熔液A的重量變化，搭配該入料斗部10的一內部幾何，先計算出一料位高度，進而能換算成一入料流量。

然而，在本發明中，使用者除了可使用理論計算得到該第一關係式R1之外，也可採用其他各種實驗或經驗值來獲得該入料斗部10的爐渣熔液重量與入料流量之對應關係，以提供該計算控制單元40作為計算的依據，本發明並不加以限制。

此外，在本發明的控制方法得S3步驟中，例如可使用一第二關係式R2，該第二關係式R2的原理主要在於考量各種物理參數，例如該轉杯21的直徑、爐渣熔液A的密度、表面張力、黏滯係數等參數，再依據想要達到的目標粒徑來求得該轉杯21的理想轉速。

例如，在本發明的某一可能的實施例中，該爐渣熔液A的密度為0.8614g/cm3；表面張力為26.6dyne/cm；黏滯係數為0.1581 σ(cP)；本領域技術人員可利用以下公式，組合成該第二關係式R2的基礎。

(公式4)

然而，在本發明中，使用者除了可使用理論計算得到該第二關係式R2之外，也可採用其他各種實驗或經驗值來獲得人料流量、預設目標粒徑及目標轉速之對應關係，以提供該計算控制單元40作為計算的依據，本發明並不加以限制。

另外，請再參考第4圖及第5圖，其中第4圖是本發明一可能實施例的一爐渣滴液之直徑分析圖，第5圖是本發明一可能實施例的一流速與爐渣滴液之比對圖。第4圖顯示在某特定條件下，爐渣滴液直徑與轉速的關係比對情況；第5圖顯示在某特定條件下，流速與爐渣滴液之比對情況。由此可知，上述分析比對屬於相關研究及實驗環節的一部份，在本發明中，使用者可利用各項實驗數據，作為本發明各項計算或控制的依據，本發明並不加以限制。

如上所述，在本發明的爐渣轉杯造粒系統100的控制方法中，藉由獲得該入料斗部10內之該爐渣熔液A的重量變化，可推算出入料流量，進而藉由控制該轉杯部20之轉動，可以有效控制均勻地產出具有均勻粒徑的該些爐渣顆粒B，以利於後續渣能回收之使用。

再者，本發明較佳實施例的爐渣轉杯造粒系統的控制方法在形成該些爐渣顆粒B之後，另可包含以下步驟：以一轉杯荷重計23測量該轉杯21上之該爐渣熔液A的重量變化，並根據該入料荷重計12與該轉杯荷重計23之資料，綜合判斷該些爐渣顆粒B的粒徑是否為穩定產出，具體判斷的方法如下：

(1)當該入料荷重計12的測量值大於零，並且該轉杯荷重計 23的測量值等於零時，該些爐渣顆粒B為產出之初期，為非穩定產出。

(2)當該入料荷重計12的測量值大於零，並且該轉杯荷重計23的測量值大於零且呈現穩定訊號時，該些爐渣顆粒B為穩定產出。

(3)當該入料荷重計12的測量值大於零，並且該轉杯荷重計23的測量值大於零且呈現鋸齒狀訊號時，該些爐渣顆粒B為非穩定產出。

(4)當該入料荷重計12的測量值等於零，並且該轉杯荷重計23的測量值大於零時，該些爐渣顆粒B為產出之末期，為非穩定產出。

如上所述，若判斷為非穩定產出時，則將該爐渣轉杯造粒系統100的該切換式出口單元(出口單元33)切換至一第一位置(例如33a，此為不符合標準的爐渣顆粒)；若判斷為穩定產出，則將該切換式出口單元切換至一第二位置(例如33b，此為符合標準的爐渣顆粒)。因此，本發明藉由該入料荷重計12與該轉杯荷重計23之資料，可綜合判斷該些爐渣顆粒B的粒徑是否為穩定產出，進而對該些爐渣顆粒B進行是否符合目標粒徑的分類。

雖然本發明已以較佳實施例揭露，然其並非用以限制本發明，任何熟習此項技藝之人士，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種更動與修飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (8)

1. 一種爐渣轉杯造粒系統，其包含：一入料斗部，具有：一斗體，約呈一漏斗狀，用於暫時性盛裝一液態之爐渣熔液，該爐渣熔液由該斗體的上方倒入，再由該斗體的下方流出；及一入料荷重計，用以測量該斗體內之該爐渣熔液的一重量變化；一轉杯部，具有：一轉杯，用以暫時性盛接由該斗體流出的該爐渣熔液，並藉由自身的旋轉，以離心力將該爐渣熔液向外甩出，並冷卻形成數個固態之爐渣顆粒；一馬達，用以驅動該轉杯轉動；及一轉杯荷重計，用以測量該轉杯上之該爐渣熔液的一重量變化；一殼體部，用以包圍該轉杯部，並阻擋與收集該些爐渣顆粒；及一計算控制單元，用以接收來自該入料荷重計之一資料，並藉由運算以控制該馬達，以調整該轉杯之一轉速，進而控制該些爐渣顆粒所形成的一粒徑。
2. 如申請專利範圍第1項所述之爐渣轉杯造粒系統，其中該殼體部另包含一切換式出口單元，其具有至少兩個出口，該計算控制單元接收來自該入料荷重計之資料與來自該轉杯荷重計之一資料，並藉由運算以控制該切換式出口單元，進而控制該些爐渣顆粒由該切換式出口單元的其中一個出口向外輸出。
3. 如申請專利範圍第1項所述之爐渣轉杯造粒系統，其中該殼體部另包含一冷卻圍體、一集料斗及一出口單元。
4. 一種控制一爐渣轉杯造粒系統的控制方法，該爐渣轉杯造粒系統主 要包含一入料斗部及一轉杯部，用以將一液態之爐渣熔液由該入料斗部的上方倒入，並由該入料斗部的下方流出至該轉杯部，並藉由該轉杯部的旋轉，以離心力將該爐渣熔液向外甩出，並冷卻形成數個固態之爐渣顆粒，在上述形成該爐渣顆粒之期間，該控制方法包含以下步驟：(1)以一入料荷重計測量出該入料斗部內之該爐渣熔液的一重量變化；(2)根據該入料斗部內之該爐渣熔液的重量變化與該入料斗部的一內部幾何，獲得該爐渣熔液在該入料斗部內的一料位高度，再根據該料位高度獲得一入料流量；(3)根據該入料流量及一預設之目標粒徑獲得該轉杯部之一目標轉速；及(4)依該目標轉速控制該轉杯部轉動，以使被該轉杯部甩出之該些爐渣顆粒符合該目標粒徑；其中在形成該些爐渣顆粒之後，另包含：以一轉杯荷重計測量該轉杯上之該爐渣熔液的一重量變化，並根據分別來自該入料荷重計與該轉杯荷重計之一資料，綜合判斷該些爐渣顆粒是否穩定產出；若判斷非穩定產出，則將該爐渣轉杯造粒系統的一切換式出口單元切換至一第一位置；若判斷為穩定產出，則將該爐渣轉杯造粒系統的一切換式出口單元切換至一第二位置。
5. 如申請專利範圍第4項所述之控制方法，其中當該入料荷重計的一測量值大於零，並且該轉杯荷重計的一測量值等於零時，該些爐渣顆粒判斷為一非穩定產出之產出初期。
6. 如申請專利範圍第4項所述之控制方法，其中當該入料荷重計的一測量值大於零，並且該轉杯荷重計的一測量值大於零且呈現一穩定訊號時，該些爐渣顆粒判斷為穩定產出。
7. 如申請專利範圍第4項所述之控制方法，其中當該入料荷重計的一測量值大於零，並且該轉杯荷重計的一測量值大於零且呈現一鋸齒狀訊號時，該些爐渣顆粒判斷為非穩定產出。
8. 如申請專利範圍第4項所述之控制方法，其中當該入料荷重計的一測量值等於零，並且該轉杯荷重計的一測量值大於零時，該些爐渣顆粒判斷為一非穩定產出之產出末期。