(57)【要約】      （修正有）【課題】高炉上部より粒状の原料を高炉内に装入する際に、原料の堆積位置のばらつきを低減して高炉内での原料の堆積位置を良好に制御できる原料装入装置を提供する。【解決手段】原料装入装置１は、作動機構４が遮蔽部１４ｂの下端部１４ｃとベル１２の上面１２ａの外周部１２ｂ近傍の領域とが当接してこれらの間に形成される原料２００の放出口が閉じた状態から、高炉内への原料の装入時に遮蔽部を上方へ移動させると同時にベルを下方へ移動させて放出口を開かせることにより、当該放出口を通じて貯留室１０内の原料を放出させるとともに高炉内に落下させる。【選択図】図２
2008179880.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉の上部に設けられ、粒状の原料を前記高炉内へ装入する原料装入装置であって、
前記原料を貯留する貯留室を有するとともに、前記高炉内への原料の装入時に前記貯留室内の原料を前記高炉内へ放出可能に構成された貯留部と、
前記貯留部に前記原料の放出動作を行わせる作動機構とを備え、
前記貯留部は、前記貯留室の底面を構成するとともに前記原料を外周側へ流下させるように傾斜する上面を持つ底部と、前記貯留室の周りを囲む外壁部とを含み、
前記外壁部は上方へ移動可能に構成されている一方、前記底部は下方へ移動可能に構成され、
前記作動機構は、前記外壁部の下端部と前記底部の外周部とが当接してこれらの間に形成される原料の放出口が閉じた状態から、前記高炉内への原料の装入時に前記外壁部を上方へ移動させると同時に前記底部を下方へ移動させて前記放出口を開かせることにより、当該放出口を通じて前記貯留室内の原料を放出させるとともに前記高炉内に落下させる、原料装入装置。
【請求項２】
前記作動機構は、前記高炉内への原料の装入時に前記外壁部の上方への移動速度と前記底部の下方への移動速度との速度比を前記原料の落下軌跡の上下方向の中心位置が一定となるような所定の速度比に維持しながら前記外壁部と前記底部をそれぞれ移動させる、請求項１に記載の原料装入装置。
【請求項３】
前記作動機構は、前記外壁部の上方への移動と前記底部の下方への移動とを同時に停止させる、請求項２に記載の原料装入装置。
【請求項４】
前記外壁部は、前記底部上に所定の隙間を隔てて設けられるとともに前記貯留室の周りを囲む外壁部本体と、この外壁部本体の下端部と前記底部の外周部近傍の領域との間の隙間を遮蔽する遮蔽部とを含み、
前記外壁部本体はその位置が固定されている一方、前記遮蔽部は上方へ移動可能に構成され、
前記放出口は、前記遮蔽部の下端部と前記底部の外周部との間に形成され、
前記作動機構は、前記放出口が閉じた状態から前記高炉内への原料の装入時に前記遮蔽部を上方へ移動させると同時に前記底部を下方へ移動させて前記放出口を開かせる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の原料装入装置。
【請求項５】
前記放出口から前記高炉内に落下する原料と当接してその原料の落下軌跡を前記高炉の径方向内側に変化させることによりその原料の前記高炉内における堆積位置を調節する堆積位置調節部を備え、
前記作動機構は、前記底部を下方へ移動させ、前記放出口から落下する原料の落下軌跡の下端の位置が下方へ移行する過程においてその原料の落下軌跡の下端が前記堆積位置調節部の下端に達する時点で前記底部の下方への移動を停止させる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の原料装入装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉内へ原料を装入するための原料装入装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、高炉を用いて製鉄を行う際には、鉄鉱石やコークス等の粒状の原料を高炉の頂上部からその内部に落下させて高炉内に原料を堆積させることが行われている。この際、例えば下記の特許文献１に示されているような原料装入装置を用いて高炉内への原料の装入が行われる。
【０００３】
この特許文献１に示された原料装入装置は、高炉の頂上部に設けられており、原料を貯留する貯留室を内部に持つ貯留部を備えている。この貯留部は、前記貯留室の底面を構成する円錐状の上面を持つ底部と、この底部上に設けられるとともに前記貯留室の周りを囲む外壁部とによって構成されている。そして、この特許文献１の原料装入装置では、底部が下方へ移動可能に構成されており、貯留室に原料を貯留している時には外壁部の下端に底部の上面が接触する位置に当該底部が配置されている一方、高炉内への原料の装入時にはその位置から底部が下方へ移動して外壁部の下端と底部の上面との間に原料放出のための放出口が形成されるようになっている。そして、この形成された放出口を通じて貯留室内の原料が底部の上面の傾斜に沿って径方向外側へ流下しながら高炉内に落下するようになっている。
【特許文献１】特許第２７２５５２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、貯留部の底部の降下速度には限界があるので、その降下の過程で原料の落下軌跡が徐々に変化し、高炉内での原料の堆積位置の制御が困難になる。すなわち、底部が降下していく過程では、前記放出口が下方へ開いていく。これにより、放出口から放出される原料の落下軌跡の上下方向の中心位置が下方へ移行し、それに伴って、高炉内に落下する原料の堆積位置が高炉の外周の炉壁側から高炉の軸心側へ移行する。その結果、底部の降下開始から降下終了までの期間において原料の堆積位置にばらつきが生じるため、高炉内での原料の堆積位置の制御が困難になる。
【０００５】
この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、原料の堆積位置のばらつきを低減して高炉内での原料の堆積位置を良好に制御することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明による原料装入装置は、高炉の上部に設けられ、粒状の原料を前記高炉内へ装入する原料装入装置であって、前記原料を貯留する貯留室を有するとともに、前記高炉内への原料の装入時に前記貯留室内の原料を前記高炉内へ放出可能に構成された貯留部と、前記貯留部に前記原料の放出動作を行わせる作動機構とを備えている。そして、前記貯留部は、前記貯留室の底面を構成するとともに前記原料を外周側へ流下させるように傾斜する上面を持つ底部と、前記貯留室の周りを囲む外壁部とを含み、前記外壁部は上方へ移動可能に構成されている一方、前記底部は下方へ移動可能に構成され、前記作動機構は、前記外壁部の下端部と前記底部の外周部とが当接してこれらの間に形成される原料の放出口が閉じた状態から、前記高炉内への原料の装入時に前記外壁部を上方へ移動させると同時に前記底部を下方へ移動させて前記放出口を開かせることにより、当該放出口を通じて前記貯留室内の原料を放出させるとともに前記高炉内に落下させる。なお、本発明における「外壁部の下端部」とは、外壁部の下端の局部のみならず、その下端の近傍の領域をも含む概念である。また、本発明における「底部の外周部」とは、底部の最外周に位置する局部のみならず、その最外周の部分の近傍の領域をも含む概念である。
【０００７】
この原料装入装置では、外壁部の下端部と底部の外周部とが互いに接触していて放出口が閉じている状態から、外壁部が上方へ移動するとともに底部が下方へ移動することによって開いた放出口を通じて原料が高炉内に落下するので、その落下軌跡の上下方向の中心位置が安定する。すなわち、従来のように底部のみを降下させる場合には原料の落下軌跡の上下方向の中心位置が下方へ移行するが、この原料装入装置のように外壁部と底部が同時に上下に移動する場合には放出口が上下にバランスよく開いていくので、そのような落下軌跡の上下方向の中心位置の移行は生じにくい。このため、原料の落下軌跡の上下方向の中心位置が安定する。その結果、前記放出口が開いていく過程での原料の堆積位置のばらつきを低減することができ、高炉内での原料の堆積位置を良好に制御することができる。
【０００８】
上記原料装入装置において、前記作動機構は、前記高炉内への原料の装入時に前記外壁部の上方への移動速度と前記底部の下方への移動速度との速度比を前記原料の落下軌跡の上下方向の中心位置が一定となるような所定の速度比に維持しながら前記外壁部と前記底部をそれぞれ移動させるのが好ましい。
【０００９】
このように構成すれば、外壁部と底部が上下に移動する過程、すなわち前記放出口が開いていく過程において、原料の落下軌跡の上下方向の中心位置を一定に保つことができる。これにより、放出口が開いていく過程での原料の堆積位置のばらつきをより抑制することができる。
【００１０】
この場合において、前記作動機構は、前記外壁部の上方への移動と前記底部の下方への移動とを同時に停止させるのが好ましい。
【００１１】
このように構成すれば、外壁部と底部をそれぞれ異なるタイミングで停止させる場合と異なり、外壁部と底部の両方の移動が停止した時点、すなわち前記放出口が開き終わった時点で原料の落下軌跡の上下方向の中心位置を一定に保つことができる。
【００１２】
上記原料装入装置において、前記外壁部は、前記底部上に所定の隙間を隔てて設けられるとともに前記貯留室の周りを囲む外壁部本体と、この外壁部本体の下端部と前記底部の外周部近傍の領域との間の隙間を遮蔽する遮蔽部とを含み、前記外壁部本体はその位置が固定されている一方、前記遮蔽部は上方へ移動可能に構成され、前記放出口は、前記遮蔽部の下端部と前記底部の外周部との間に形成され、前記作動機構は、前記放出口が閉じた状態から前記高炉内への原料の装入時に前記遮蔽部を上方へ移動させると同時に前記底部を下方へ移動させて前記放出口を開かせるのが好ましい。なお、本発明における「遮蔽部の下端部」とは、遮蔽部の下端の局部のみならず、その下端の近傍の領域をも含む概念である。
【００１３】
このように構成すれば、高炉への原料の装入時に外壁部のうち遮蔽部のみを上方へ移動させればよいので、外壁部全体を上昇させる場合に比べて、作動機構にかかる負荷を小さくすることができる。
【００１４】
上記原料装入装置において、前記放出口から前記高炉内に落下する原料と当接してその原料の落下軌跡を前記高炉の径方向内側に変化させることによりその原料の前記高炉内における堆積位置を調節する堆積位置調節部を備え、前記作動機構は、前記底部を下方へ移動させ、前記放出口から落下する原料の落下軌跡の下端の位置が下方へ移行する過程においてその原料の落下軌跡の下端が前記堆積位置調節部の下端に達する時点で前記底部の下方への移動を停止させるのが好ましい。
【００１５】
このように構成すれば、堆積位置調節部によって原料の高炉内における堆積位置を所望の位置に調節することができる。ただし、外壁部と底部を上下に移動させて前記放出口が開いていく過程において、前記底部を下方へ移動させ過ぎると原料の落下軌跡の下端が堆積位置調節部の下端よりも下回り、堆積位置調節部に当たらずに落下する原料が生じる虞がある。この場合には、その堆積位置調節部に当たらずに落下する原料の堆積位置を調節できなくなり、高炉内に落下する原料全体として堆積位置にばらつきが生じる。しかしながら、この構成では、原料の落下軌跡の下端が堆積位置調節部の下端に達する時点で底部の下方への移動を停止させるので、堆積位置調節部に当たらずに落下する原料が生じるのを防ぐことができ、高炉内に落下する全ての原料の堆積位置を所望の位置に確実に調節することができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明による原料装入装置では、原料の堆積位置のばらつきを低減して高炉内での原料の堆積位置を良好に制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００１８】
図１には、本発明の一実施形態による原料装入装置１を適用する高炉１００の構成が示されている。まず、図１を参照して、高炉１００の構成について説明する。
【００１９】
高炉１００は、有底の略円筒状に構成されており、その内部に原料装入装置１によって装入された鉄鉱石やコークス等の粒状の原料２００が堆積するように構成されている。そして、原料２００の堆積帯の下部では、原料が加熱されて融着するとともに、さらに溶融して滴下し、高炉１００の底に溶融した銑鉄とスラグが溜まるようになっている。高炉１００の上部の炉壁１０１付近には、落下する原料２００の堆積位置を径方向内側へ調節するためのアーマ１１０が設けられている。このアーマ１１０は、本実施形態の原料装入装置１に含まれるものであり、高炉１００に対して取り付けられる支持部１１１と、その支持部１１１の先端に設けられた規制板１１２とを有しており、規制板１１２が高炉１００の径方向に移動できるように構成されている。そして、このアーマ１１０では、炉壁１０１側に近づくように落下する原料２００の流れに規制板１１２を当接させてその原料２００の落下軌跡を高炉１００の径方向内側に変化させることによりその原料２００の高炉１００内における堆積位置を調節する。そして、規制板１１２を高炉１００の径方向内側に移動させることによって、原料２００の堆積位置を高炉１００のより径方向内側に移行させることができるように構成されている。
【００２０】
図２には、本発明の一実施形態による原料装入装置１の構成が示されている。図３には、図２に示した原料装入装置１の原料２００の放出状態における遮蔽部１４ｂとベル１２の位置関係が示されている。次に、図１〜図３を参照して、本実施形態による原料装入装置１の構成について説明する。
【００２１】
本実施形態による原料装入装置１は、図１に示すように上記高炉１００の頂上部に設けられている。この原料装入装置１は、前記原料２００を高炉１００内に装入するためのものであり、原料２００を高炉１００の頂上部から高炉１００内に落下させるように構成されている。そして、この原料装入装置１は、貯留部２と作動機構４によって構成されている。
【００２２】
前記貯留部２は、図２に示すように、内部に原料２００を貯留する貯留室１０を有している。この貯留部２は、高炉１００内への原料２００の装入時に貯留室１０内の原料２００を高炉１００内へ放出可能に構成されている。そして、この貯留部２は、ベル１２（底部）と外壁部１４とによって構成されている。
【００２３】
ベル１２は、貯留室１０の底面を構成する円錐状の上面１２ａを有しており、その軸心が高炉１００の軸心上に位置するように配置されている。貯留室１０に投入された原料は、このベル１２の上面１２ａの傾斜に沿って外周部１２ｂ側へ流下するようになっている。また、ベル１２は、貯留室１０への原料２００の貯留時には、その上面１２ａの外周部１２ｂ近傍の領域が外壁部１４の後述する遮蔽部１４ｂの下端部１４ｃと接触している。そして、ベル１２は、遮蔽部１４ｂの下端部１４ｃと接触した位置から下方へ移動可能に構成されているとともに、その下方へ移動した位置から上方の元の位置へ移動可能に構成されている。
【００２４】
外壁部１４は、ベル１２上に設置されているとともに、貯留室１０の周りを囲むように配置されている。この外壁部１４は、外壁部本体１４ａと遮蔽部１４ｂとからなる。外壁部本体１４ａは、ベル１２の上方に所定の隙間を隔てて設けられており、高炉１００に対してその位置が固定されている。この外壁部本体１４ａは、円筒状に形成されており、その軸心がベル１２の軸心の位置と重なるように配置されている。遮蔽部１４ｂは、外壁部本体１４ａよりもわずかに大径の円筒状に形成されている。この遮蔽部１４ｂは、外壁部本体１４ａと同軸になるように外壁部本体１４ａの下端部の外周面を覆うように設けられており、外壁部本体１４ａの外周面に対して上下に摺動可能に構成されている。そして、遮蔽部１４ｂは、貯留室１０への原料２００の貯留時には、その下端部１４ｃが前記ベル１２の上面１２ａの外周部１２ｂ近傍の領域に接触しており、外壁部本体１４ａの下端部とベル１２の上面１２ａとの間の隙間を遮蔽している。そして、遮蔽部１４ｂは、ベル１２の上面１２ａと接触した位置から上方へ移動可能に構成されているとともに、その上方へ移動した位置から下方の元の位置へ移動可能に構成されている。
【００２５】
そして、本実施形態では、遮蔽部１４ｂの下端部１４ｃとベル１２の上面１２ａの外周部１２ｂ近傍の領域が互いに接触した状態から遮蔽部１４ｂが上方へ移動すると同時にベル１２が下方へ移動することによって、遮蔽部１４ｂの下端部１４ｃとベル１２の上面１２ａとの間に貯留室１０内の原料２００を放出するための放出口１６（図３参照）が形成されるようになっている。そして、この形成された放出口１６を通じて原料２００が高炉１００内に落下するようになっている。
【００２６】
前記作動機構４は、貯留部２に原料２００の放出動作および貯留動作を行わせるものである。この作動機構４は、ベル駆動部２０と遮蔽部駆動部２２と制御部２４とによって構成されている。
【００２７】
ベル駆動部２０は、ベル１２を上下に駆動するためのものである。このベル駆動部２０は、ベル１２の上方に設けられている。そして、ベル駆動部２０は、駆動源としての油圧シリンダを有しており、その油圧シリンダのロッド部２０ａがベル１２の軸心に沿って上下に延びるとともにベル１２の頂部１２ｃに繋がっている。ベル駆動部２０では、このロッド部２０ａの上下方向への駆動によりベル１２を上下に移動させるようになっている。
【００２８】
遮蔽部駆動部２２は、外壁部１４の遮蔽部１４ｂを上下に駆動するためのものである。この遮蔽部駆動部２２は、遮蔽部１４ｂの上方に設けられており、前記ベル駆動部２０と同様に駆動源として油圧シリンダを有している。そして、この油圧シリンダのロッド部２２ａが上下方向に延びるとともに、その先端部が遮蔽部１４ｂに結合している。遮蔽部駆動部２２では、ロッド部２２ａの上下方向への駆動により遮蔽部１４ｂを上下に移動させるようになっている。
【００２９】
制御部２４は、ベル駆動部２０と遮蔽部駆動部２２の駆動を制御して、高炉１００内への原料２００の装入時に貯留部２を原料２００の放出状態に移行させる一方、その放出状態から貯留室１０への原料２００の貯留時に貯留部２を原料２００の貯留状態に移行させる機能を有している。そして、制御部２４は、ベル駆動部２０にベル駆動指令信号を入力することにより、ベル１２の移動方向、移動速度および停止タイミングを指定してベル駆動部２０の駆動を制御するように構成されている。また、制御部２４は、遮蔽部駆動部２２に遮蔽部駆動指令信号を入力することにより、遮蔽部１４ｂの移動方向、移動速度および停止タイミングを指定して遮蔽部駆動部２２の駆動を制御するように構成されている。具体的には、高炉１００内への原料２００の装入時に制御部２４から入力される上記各駆動指令信号により遮蔽部駆動部２２とベル駆動部２０が同時に駆動することによって、遮蔽部１４ｂとベル１２が同時に上下に移動して放出口１６が開口し、貯留部２が原料２００の放出状態に移行するようになっている。一方、その放出状態から貯留室１０への原料２００の貯留時には制御部２４から入力される上記各駆動指令信号により遮蔽部駆動部２２とベル駆動部２０が駆動することにより、遮蔽部１４ｂとベル１２が元の位置に移動して放出口１６が閉じ、貯留部２が貯留状態に移行するようになっている。
【００３０】
図４〜図６は、本実施形態による原料装入装置１の高炉１００への原料装入時の動作を説明するための図である。次に、図２〜図６を参照して、原料装入装置１の高炉１００への原料装入時の動作について説明する。
【００３１】
まず、図４に示すように、原料２００の貯留時には、外壁部１４の遮蔽部１４ｂの下端部１４ｃとベル１２の上面１２ａの外周部１２ｂ近傍の領域とが接触していてこれらの間に形成される放出口１６が閉じた状態になっている。
【００３２】
この状態から制御部２４（図２参照）によりベル駆動指令信号がベル駆動部２０に入力されるとともに遮蔽部駆動指令信号が遮蔽部駆動部２２に入力される。これにより、ベル駆動部２０はその駆動指令信号に応じて駆動し、ベル１２を下方へ所定の速度で移動させる。それと同時に、遮蔽部駆動部２２も前記駆動指令信号に応じて駆動し、遮蔽部１４ｂを上方へ所定の速度で駆動させる。これにより、図５と図６に示すように、遮蔽部１４ｂの下端部１４ｃとベル１２の上面１２ａの外周部１２ｂ近傍の領域との間に放出口１６が徐々に開口し、この放出口１６を通じて貯留室１０内の原料２００が放出されるとともに高炉１００内へ落下して堆積する。
【００３３】
そして、本実施形態では、この高炉１００への原料装入時に遮蔽部駆動部２２が遮蔽部１４ｂを上方へ移動させる速度とベル駆動部２０がベル１２を下方へ移動させる速度との速度比が、原料２００の高炉１００内への落下軌跡の上下方向の中心位置（以下、落下主流の位置という）を一定とするような速度比に維持される。具体的には、制御部２４がそのような速度比を予め演算しておき、その演算により求めた設定速度を上記各駆動指令信号に組み込んで遮蔽部駆動部２２とベル駆動部２０にそれぞれ入力することによって、遮蔽部１４ｂとベル１２の速度比が上記のような速度比に維持される。
【００３４】
なお、この際の制御部２４による上記速度比の演算は、以下の方法に基づいて行われる。まず、図３を参照して、遮蔽部１４ｂの下端部１４ｃとベル１２の上面１２ａとの間に形成される放出口１６での原料２００の放出量と、ベル１２の外周部１２ｂ上での原料２００の流下量とは等しくなることに基づいて、以下の式（１）が成り立つ。
【００３５】
ｈ１×ｒ１×ｖ１＝ｈ２×ｒ２×ｖ２・・・（１）
ここで、ｈ１は放出口１６の上下方向の幅であり、ｒ１は高炉１００の軸心から遮蔽部１４ｂの下端部１４ｃまでの径方向の距離であり、ｖ１は放出口１６の位置における原料２００の流下速度である。また、ｈ２はベル１２の外周部１２ｂ上における原料２００の落下流の上下方向の幅であり、ｒ２は高炉１００の軸心からベル１２の外周部１２ｂまでの径方向の距離であり、ｖ２はベル１２の外周部１２ｂ上における原料２００の落下流の速度である。
【００３６】
上記式（１）は式変形により以下の式（２）のように表せる。
【００３７】
ｈ２＝（ｈ１×ｒ１×ｖ１）／（ｒ２×ｖ２）・・・（２）
そして、ベル１２の外周部１２ｂ上における原料２００の落下主流２００ａの位置は、上記ｈ２の上下方向の中心位置である。ここで、ベル１２の降下過程において原料２００の落下主流２００ａの位置を一定とするには、降下前におけるベル１２の外周部１２ｂの基準位置をその落下主流２００ａの位置とする必要がある。そして、この場合、ベル１２の降下距離ｈＢはｈ２／２となるので、この降下距離ｈＢは上記式（２）を用いて以下の式（３）のように求められる。
【００３８】
ｈＢ＝ｈ２／２＝（ｈ１×ｒ１×ｖ１）／（２×ｒ２×ｖ２）・・・（３）
次に、遮蔽部１４ｂの上昇前の基準位置からの上昇距離ｈＨはｈ１−ｈＢで表される。従って、遮蔽部１４ｂの上昇距離ｈＨは上記式（３）を用いて次式（４）で表される。
【００３９】
ｈＨ＝ｈ１−ｈＢ＝（２×ｈ１×ｒ２×ｖ２−ｈ１×ｒ１×ｖ１）／（２×ｒ２×ｖ２）・・・（４）
そして、上記式（２）および（３）を用いて、遮蔽部１４ｂの上昇距離ｈＨとベル１２の降下距離ｈＢとの比ｈＨ：ｈＢは次式（５）で表される。
【００４０】
ｈＨ：ｈＢ＝（２×ｒ２×ｖ２−ｒ１×ｖ１）：（ｒ１×ｖ１）・・・（５）
そして、遮蔽部１４ｂの上昇速度ｖＨとベル１２の降下速度ｖＢとの比ｖＨ：ｖＢは、遮蔽部１４ｂの上昇距離ｈＨとベル１２の降下距離ｈＢとの比ｈＨ：ｈＢに等しくなるので、上記式（５）から以下の式（６）が求められる。
【００４１】
ｖＨ：ｖＢ＝（２×ｒ２×ｖ２−ｒ１×ｖ１）：（ｒ１×ｖ１）・・・（６）
制御部２４は、この式（６）に基づいて遮蔽部１４ｂの上昇速度ｖＨとベル１２の降下速度ｖＢを予め演算しておき、高炉１００への原料２００の装入時に前記上昇速度ｖＨの値を遮蔽部駆動指令信号に組み込んで遮蔽部駆動部２２に入力するとともに、前記降下速度ｖＢの値をベル駆動指令信号に組み込んでベル駆動部２０に入力する。これにより、各駆動指令信号に応じて駆動する遮蔽部駆動部２２とベル駆動部２０により、原料２００の落下主流２００ａの上下方向の位置が一定となるような速度比に遮蔽部１４ｂの上昇速度とベル１２の降下速度の比が維持される。
【００４２】
そして、放出口１６が所定の幅だけ開口した時点で制御部２４からの各駆動指令信号により遮蔽部駆動部２２とベル駆動部２０の駆動が同時に停止される。これによって、遮蔽部１４ｂの上方への移動とベル１２の下方への移動とが同時に停止する。
【００４３】
上記のような制御により、放出口１６を通じて放出される原料２００落下主流２００ａの上下方向の位置は、図５のように放出口１６が開き始めの状態から図６のように放出口１６が開き終わった状態に至るまで一定に保たれる。その結果、原料２００の高炉１００内での堆積位置のばらつきが抑制されるようになっている。
【００４４】
また、ベル１２の下方への移動の停止位置は、以下のように設定されるのが好ましい。
【００４５】
図７は、原料装入装置１の放出口１６が開いた直後における原料２００の落下軌跡を示す図である。図８は、本実施形態の比較例による原料装入装置の原料２００の落下軌跡を示す図である。図９は、本実施形態による原料装入装置１においてベル１２の下方への移動を停止させるときの原料２００の落下軌跡を示す図である。ただし、図７〜図８に図示した原料２００の落下軌跡は、原料２００がアーマ１１０の規制板１１２に当たらずに落下すると仮定した場合の落下軌跡を示している。図１０は、ベル１２の停止位置を求めるシミュレーションについて説明するための図である。これら図７〜図１０を参照して、ベル１２の停止位置の設定方法について説明する。
【００４６】
このベル１２の停止位置の設定方法では、アーマ１１０によって高炉１００内に落下する原料２００の堆積位置を調節する構成において、作動機構４（図２参照）によるベル１２の下方への移動が、原料２００の落下軌跡の下端２００ｂがアーマ１１０の規制板１１２の下端に達する時点で停止するように設定する。なお、このアーマ１１０の規制板１１２は、本発明の堆積位置調節部の概念に含まれるものである。
【００４７】
具体的には、本実施形態では、前記放出口１６から高炉１００内に落下する原料２００をアーマ１１０の規制板１１２の前記高炉１００の径方向内側の面に当接させてその原料２００の落下軌跡を高炉１００の径方向内側に変化させ、原料２００の高炉１００内における堆積位置を所望の位置に調節している。
【００４８】
この構成において、作動機構４が外壁部１４のうち遮蔽部１４ｂを上方へ移動させるとともにベル１２を下方へ移動させて前記放出口１６が開いていく過程で、その放出口１６から落下する原料２００の落下軌跡は図７に示す放出口１６が開いた直後の状態から上下に広がり、原料２００の落下軌跡の下端２００ｂの位置が下方へ移行する。
【００４９】
この際、図８に示す比較例のようにベル１２を下方へ移動させ過ぎた場合には、原料２００の落下軌跡の下端２００ｂがアーマ１１０の規制板１１２の下端よりも下回り、その規制板１１２に当たらずに高炉１００内に落下する原料２００が生じる。この場合には、その規制板１１２に当たらない原料２００の堆積位置を調節できなくなり、高炉１００内に落下する原料２００全体として堆積位置にばらつきが生じる。
【００５０】
そこで、本実施形態では、図９に示すように、作動機構４によるベル１２の下方への移動を原料２００の落下軌跡の下端２００ｂがアーマ１１０の規制板１１２の下端に達する時点で停止させ、全ての原料２００がアーマ１１０の規制板１１２に当たってから落下する状態を維持することにより、全ての原料２００の堆積位置を前記所望の位置に調節して堆積位置のばらつきを抑える。
【００５１】
より具体的には、本実施形態では、ベル１２を下方へ移動させる過程において原料２００の落下軌跡の下端２００ｂの位置の変化をシミュレーションによって予め算出するとともに、その原料２００の落下軌跡の下端２００ｂの位置がアーマ１１０の規制板１１２の下端に達するときのベル１２の上下方向の位置を求めておく。
【００５２】
この際のシミュレーションは以下の各数式に基づいて行われる。なお、このシミュレーションでは、遮蔽部１４ｂとベル１２の上下への移動開始前に遮蔽部１４ｂの下端部１４ｃとベル１２の上面１２ａが当接していた位置Ａ（図１０参照）から初速度Ｖ０で排出された原料２００の粒子がその位置Ａからベル１２の外周部１２ｂまでの上面１２ａに沿った距離Ｓを助走した後、その外周部１２ｂから速度Ｖ１で落下するものとする。
【００５３】
まず、ベル１２の上面１２ａ上における原料２００の粒子の運動方程式は以下の式（７）によって与えられる。
【００５４】
ｍ・ｄ２ｚ／ｄｔ２＝ｍｇ（ｓｉｎα−μｃｏｓα）・・・（７）
ここで、ｍは原料２００の粒子の質量、ｔは時間、ｇは重力加速度、μはベル１２の上面１２ａにおける原料２００の滑り摩擦係数である。また、図１０に示すように、ｚはベル１２の外周部１２ｂを原点としたベル１２の上面１２ａの傾斜方向下方への距離であり、αは水平方向に対するベル１２の上面１２ａの傾斜角である。
【００５５】
また、ベル１２の外周部１２ｂから速度Ｖ１で角度α方向（ｚ方向）に放出される原料２００の粒子の運動方程式は、以下の式（８），（９）で表される。
【００５６】
ｄ２ｘ／ｄｔ２＝０・・・（８）
ｍ・ｄ２ｙ／ｄｔ２＝ｍｇ・・・（９）
ここで、図１０に示すように、ｘはベル１２の外周部１２ｂを原点とした水平方向外側への距離であり、ｙはベル１２の外周部１２ｂを原点とした鉛直方向下側への距離である。
【００５７】
以上の式（７）〜（９）からベル１２の外周部１２ｂから落下する原料２００の下端２００ｂの落下軌跡は、以下の式（１０）によって表される。
【００５８】
ｙ＝ｘ・ｔａｎα＋ｇｘ２／２｛Ｖ０２＋２Ｓｇ（ｓｉｎα−μｃｏｓα）｝ｃｏｓ２α・・・（１０）
この式（１０）に基づいたシミュレーションによりベル１２を下方へ移動させる過程における原料２００の落下軌跡の下端２００ｂの位置の変化を求めるとともに、その原料２００の落下軌跡の下端２００ｂの位置がアーマ１１０の規制板１１２の下端に達するときのベル１２の上下方向の位置を求める。
【００５９】
そして、このように求めたベル１２の上下方向の位置を作動機構４の制御部２４（図２参照）にベル１２の停止位置として記憶させておく。これにより、制御部２４は、前記停止位置でベルの移動を停止させる指令を組み込んだベル駆動指令信号をベル駆動部２０へ出力し、前記停止位置にベル１２が達した時点でベル駆動部２０によるベル１２の下方への移動を停止させる。その結果、その時点で原料２００の落下軌跡の下端２００ｂの下方への移行が止まり、全ての原料２００がアーマ１１０の規制板１１２に当たって高炉１００内に落下する状態が維持される。
【００６０】
以上説明したように、本実施形態による原料装入装置１では、遮蔽部１４ｂの下端部１４ｃとベル１２の上面１２ａの外周部１２ｂ近傍の領域とが互いに接触していて放出口１６が閉じている状態から遮蔽部１４ｂが上方へ移動するとともにベル１２が下方へ移動することによって開いた放出口１６を通じて原料２００が高炉１００内に落下するので、その落下主流２００ａの上下方向の位置が安定する。すなわち、従来のように底部（ベル）のみを降下させる場合には原料２００の落下主流２００ａの位置が下方へ移行するが、この原料装入装置１のように遮蔽部１４ｂとベル１２が同時に上下に移動する場合には放出口１６が上下にバランスよく開いていくので、そのような落下主流２００ａの位置の移行は生じにくい。このため、原料２００の落下主流２００ａの位置が安定する。その結果、放出口１６が開いていく過程での原料２００の堆積位置のばらつきを低減することができ、高炉１００内での原料２００の堆積位置を良好に制御することができる。
【００６１】
また、本実施形態による原料装入装置１では、作動機構４が高炉１００内への原料２００の装入時に遮蔽部１４ｂの上方への移動速度とベル１２の下方への移動速度との速度比を原料２００の落下主流２００ａの位置が一定となるような速度比に維持しながら遮蔽部１４ｂとベル１２をそれぞれ移動させるので、遮蔽部１４ｂとベル１２が上下に移動する過程、すなわち前記放出口１６が開いていく過程において、原料２００の落下主流２００ａの位置を一定に保つことができる。これにより、放出口１６が開いていく過程での原料２００の堆積位置のばらつきをより抑制することができる。
【００６２】
また、本実施形態による原料装入装置１では、作動機構４が遮蔽部１４ｂの上方への移動とベル１２の下方への移動とを同時に停止させるので、遮蔽部１４ｂとベル１２をそれぞれ異なるタイミングで停止させる場合と異なり、遮蔽部１４ｂとベル１２の両方の移動が停止した時点、すなわち放出口１６が開き終わった時点で原料２００の落下主流２００ａの位置を一定に保つことができる。
【００６３】
また、本実施形態による原料装入装置１では、作動機構４が外壁部１４のうち遮蔽部１４ｂを上方へ移動させて放出口１６を開かせるので、外壁部全体を上昇させる場合に比べて、作動機構４にかかる負荷を小さくすることができる。
【００６４】
また、本実施形態による原料装入装置１は、アーマ１１０を備えているので、そのアーマ１１０の規制板１１２によって原料２００の高炉１００内における堆積位置を所望の位置に調節することができる。
【００６５】
ただし、遮蔽部１４ｂとベル１２を上下に移動させて前記放出口１６が開いていく過程において、ベル１２を下方へ移動させ過ぎると、そのアーマ１１０の規制板１１２に当たらずに落下する原料２００が生じてその原料２００の堆積位置を調節できなくなり、高炉１００内に落下する原料２００全体として堆積位置にばらつきが生じる。しかしながら、本実施形態では、原料２００の落下軌跡の下端２００ｂがアーマ１１０の規制板１１２の下端に達する時点でベル１２の下方への移動を停止させるので、アーマ１１０の規制板１１２に当たらずに落下する原料２００が生じるのを防ぐことができ、高炉１００内に落下する全ての原料２００の堆積位置を所望の位置に確実に調節することができる。
【００６６】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００６７】
例えば、上記実施形態では、外壁部１４を外壁部本体１４ａと遮蔽部１４ｂによって構成するとともに、高炉１００内への原料２００の装入時に外壁部１４のうち遮蔽部１４ｂのみを上方へ移動させたが、本発明の構成はこれに限らない。すなわち、上記のような遮蔽部１４ｂを設けずに外壁部を一体のものとして構成し、その外壁部全体を高炉１００への原料２００の装入時に上記遮蔽部駆動部２２と同様に構成した外壁部駆動部を用いてベル１２の上面１２ａに接触した状態から上方へ移動させてもよい。
【００６８】
また、上記実施形態では、作動機構４のベル駆動部２０と遮蔽部駆動部２２にそれぞれ駆動源として油圧シリンダを用いたが、これに限らず、ベル駆動部２０と遮蔽部駆動部２２に油圧シリンダ以外の種類の駆動源を用いてもよい。
【００６９】
また、上記実施形態では、遮蔽部１４ｂの上方への移動速度とベル１２の下方への移動速度との速度比を原料２００の落下主流２００ａの位置が一定となるような所定の速度比に維持しながら遮蔽部１４ｂとベル１２をそれぞれ移動させたが、本発明はこの構成に限らない。すなわち、高炉１００への原料２００の装入時に遮蔽部１４ｂとベル１２が上下に同時に移動するのであれば、それらの速度比は上記実施形態のような速度比に維持されていなくてもよい。
【００７０】
また、上記実施形態では、遮蔽部１４ｂの上方への移動とベル１２の下方への移動とを同時に停止させたが、本発明はこの構成に限らない。すなわち、遮蔽部１４ｂの上昇を停止させるタイミングとベル１２の降下を停止させるタイミングとが多少ずれていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の一実施形態による原料装入装置を適用する高炉の構成を示した断面図である。
【図２】本発明の一実施形態による原料装入装置の構成を示した概略図である。
【図３】図２に示した原料装入装置の原料の放出状態における遮蔽部とベルの位置関係を部分的に示した図である。
【図４】本発明の一実施形態による原料装入装置の高炉への原料装入時の動作を説明するための図である。
【図５】本発明の一実施形態による原料装入装置の高炉への原料装入時の動作を説明するための図である。
【図６】本発明の一実施形態による原料装入装置の高炉への原料装入時の動作を説明するための図である。
【図７】本発明の一実施形態による原料装入装置の放出口が開いた直後における原料の落下軌跡を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態の比較例による原料装入装置の原料の落下軌跡を示す図である。
【図９】本発明の一実施形態による原料装入装置においてベルの下方への移動を停止させるときの原料の落下軌跡を示す図である。
【図１０】ベルの停止位置を求めるシミュレーションについて説明するための図である。
【符号の説明】
【００７２】
１  原料装入装置
２  貯留部
４  作動機構
１０  貯留室
１２  ベル（底部）
１２ａ  上面
１２ｂ  外周部
１４  外壁部
１４ｂ  遮蔽部
１４ｃ  下端部
１６  放出口
１００  高炉
１１０  アーマ
１１２  規制板
２００  原料
【図１】
2008179880.tif 000003
【図２】
2008179880.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2008179880.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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