(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼システムにフィード材料を供給するためのフィード充填装置であって、
（ａ）流動状態の固体粒子状のフィード材料の予備を保持するための内部チャンバを有する保持容器であって、前記フィード材料が前記内部チャンバの下部区域に前記流動状態で保持され、前記保持容器の前記下部区域は、前記粒子状のフィード材料の流動床により占有される領域を画定し、前記内部チャンバは、前記流動床の上方のガス空間を有する上部区域を含む、保持容器と、
（ｂ）前記フィード材料が前記内部チャンバに供給される少なくとも１つの流入開口部と、
（ｃ）前記内部チャンバの前記下部区域と流れ連通し、前記フィード材料が前記内部チャンバから排出される少なくとも１つの流出開口部と、
（ｄ）前記内部チャンバの前記下部区域に流動ガスを供給するためのガス導通手段と、
（ｅ）前記内部チャンバから排出される前記フィード材料を受け取るために、前記少なくとも１つの流出開口部と流れ連通する流出導管と、
（ｆ）前記内部チャンバの前記上部区域と連通する、前記保持容器の前記内部チャンバに設けられる少なくとも１つの排ガス流出開口部と
を備える、フィード充填装置。
【請求項２】
複数の開口部を有する底部パーティションを更に備え、
前記底部パーティションにより前記保持容器の前記内部チャンバから離間されたガス分配チャンバを有し、
前記ガス分配チャンバは、前記流動ガスを受け取るための流入口を有し、
前記ガス分配チャンバの内部は、前記底部パーティションの前記複数の開口部を通じて前記保持容器の前記内部チャンバと流れ連通する、請求項１に記載のフィード充填装置。
【請求項３】
前記ガス分配チャンバは、風箱内に含まれ、前記底部パーティションは、前記風箱の頂壁を形成する、請求項２に記載のフィード充填装置。
【請求項４】
前記ガス分配チャンバは、複数のコンパートメントを有し、
前記複数のコンパートメントのそれぞれは、前記底部パーティションの前記複数の開口部のサブセットを通じて前記保持容器の前記内部チャンバの一部と流れ連通する、請求項２又は３に記載のフィード充填装置。
【請求項５】
前記少なくとも１つの流入開口部と前記少なくとも１つの流出開口部との間で前記内部チャンバ内に位置するバッフルプレートを更に備え、
前記バッフルプレートは、底部から頂部へ前記粒子状のフィード材料を空気圧で上昇させることを可能にするべく、前記底部パーティションに取り付けられる、請求項２から４のいずれか一項に記載のフィード充填装置。
【請求項６】
前記ガス導通手段は、複数の羽口部、複数の多孔質パッド及び複数の多孔質膜から成る群から選択される、請求項２から５のいずれか一項に記載のフィード充填装置。
【請求項７】
前記ガス導通手段は、互いに間隔を空けて配置された状態で前記底部パーティションに受け取られる前記複数の羽口部を有し、前記複数の開口部は、前記複数の羽口部により画定される、請求項６に記載のフィード充填装置。
【請求項８】
前記底部パーティションは、前記複数の多孔質パッド又は複数の多孔質膜のうちの１又は複数を有し、前記複数の開口部は、前記複数の多孔質パッド又は複数の多孔質膜により画定される、請求項６に記載のフィード充填装置。
【請求項９】
前記少なくとも１つの流入開口部は、前記内部チャンバの前記下部区域に設けられており、ベッドレベルの下方の前記流動床への前記粒子状のフィード材料の導入を可能にするべく、前記流動床の前記ベッドレベルの下方に位置する、請求項１から８のいずれか一項に記載のフィード充填装置。
【請求項１０】
少なくとも１つの偏向板を更に備え、
前記少なくとも１つの偏向板の少なくとも一部は、前記少なくとも１つの流入開口部が設けられる前記保持容器の側壁と前記少なくとも１つの排ガス流出開口部との間で、前記内部チャンバの前記上部区域に位置する、請求項１から９のいずれか一項に記載のフィード充填装置。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの偏向板は、実質的に鉛直方向に配向され、前記下部区域内に延びる下端を有する、請求項１０に記載のフィード充填装置。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの偏向板は、実質的に鉛直方向に配向され、前記下部区域の上方に間隔を空けて配置される下端を有する、請求項１０に記載のフィード充填装置。
【請求項１３】
前記流出導管は、前記内部チャンバの前記下部区域及び上部区域を通過し、前記少なくとも１つの排ガス流出開口部は、前記流出導管の導管壁に設けられる、請求項１から１２のいずれか一項に記載のフィード充填装置。
【請求項１４】
燃焼システムにフィード材料を供給するためのフィード充填装置であって、
（ａ）流動状態の固体粒子状のフィード材料の予備を保持するための内部チャンバを有する保持容器であって、前記フィード材料が前記内部チャンバの下部区域に前記流動状態で保持される、保持容器と、
（ｂ）前記フィード材料が前記内部チャンバに供給される少なくとも１つの流入開口部と、
（ｃ）前記内部チャンバの前記下部区域と流れ連通し、前記フィード材料が前記内部チャンバから排出される少なくとも１つの流出開口部と、
（ｄ）前記内部チャンバの前記下部区域に流動ガスを供給するためのガス導通手段と、
（ｅ）前記内部チャンバから排出される前記フィード材料を受け取るために、前記少なくとも１つの流出開口部と流れ連通する流出導管と
を備え、
前記流出導管は、前記少なくとも１つの流出開口部が形成される導管壁を有する、
フィード充填装置。
【請求項１５】
前記流出導管は、前記内部チャンバを通じて実質的に鉛直方向に延びており、前記ガス導通手段は、前記流出導管の周りで放射状に分散される、請求項１４に記載のフィード充填装置。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの流出開口部は、複数の径方向から前記フィード材料を受け取るように配置される、請求項１４又は１５に記載のフィード充填装置。
【請求項１７】
前記流出導管の前記導管壁は、外周を有し、前記少なくとも１つの流出開口部は、前記導管壁の前記外周全体に沿って前記内部チャンバの前記下部区域に対して開口する、請求項１４から１６のいずれか一項に記載のフィード充填装置。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの流出開口部は、前記導管壁の前記外周全体に沿って間隔を置いて配置される複数の開口部を有する、請求項１７に記載のフィード充填装置。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの流出開口部は、前記導管壁の前記外周全体にわたって延びる水平スリットを有する、請求項１７に記載のフィード充填装置。
【請求項２０】
前記少なくとも１つの流出開口部は、前記粒子状のフィード材料内の粗大粒子が前記少なくとも１つの流出開口部を塞ぐことを防ぐのに十分な高さを有するバッフルリングにより前記内部チャンバの底部から離間されている、請求項１４から１９のいずれか一項に記載のフィード充填装置。
【請求項２１】
前記少なくとも１つの流出開口部の面積は、調節可能である、請求項１４から２０のいずれか一項に記載のフィード充填装置。
【請求項２２】
前記流出導管は、前記少なくとも１つの流出開口部の前記面積が最大となる第１の位置から、前記少なくとも１つの流出開口部の前記面積が最小となる第２の位置へ無段階に又は離散的な段階で移動されるように適合される摺動可能又は回転可能なカバー部材を含む、請求項２１に記載のフィード充填装置。
【請求項２３】
前記第１の位置及び前記第２の位置の間の前記カバー部材の前記移動を制御するための作動機構を更に備える、請求項２２に記載のフィード充填装置。
【請求項２４】
前記少なくとも１つの流出開口部は、前記導管壁の外周全体にわたって延びる水平スリットを有し、
前記カバー部材は、前記第１の位置及び前記第２の位置の間で前記流出導管の表面に沿って長手方向に摺動可能であるスリーブを有し、前記水平スリットは、前記スリーブが前記第２の位置にある場合よりも前記第１の位置にある場合に高さが高い、請求項２２又は２３に記載のフィード充填装置。
【請求項２５】
前記保持容器の前記内部チャンバ内の前記粒子状のフィード材料の圧力降下を測定する複数のセンサを更に備える、請求項１から２４のいずれか一項に記載のフィード充填装置。
【請求項２６】
前記保持容器の外部に取り付けられる複数の作動バルブと、
前記下部区域に位置する圧力センサと、
前記圧力センサからのフィードバックを利用して、前記内部チャンバへの前記流動ガスの体積流量を制御し、要求された流動化速度を維持するべく、前記バルブを制御するための電子的なフィードバックコントローラと
を更に備え、
前記流動ガスの前記流量は、前記粒子状のフィード材料の排出量を制御するために任意に用いられる、請求項１から２５のいずれか一項に記載のフィード充填装置。
【請求項２７】
前記少なくとも１つの流出開口部は、前記保持容器の側壁に設けられる、請求項１から１２のいずれか一項に記載のフィード充填装置。
【請求項２８】
前記保持容器は、複数の側壁を有し、
前記少なくとも１つの流出開口部が設けられる前記側壁は、前記少なくとも１つの流入開口部が設けられる側壁に対向する側壁である、請求項２７に記載のフィード充填装置。
【請求項２９】
前記少なくとも１つの流出開口部は、前記内部チャンバの前記下部区域に対して開口する、請求項２７又は２８に記載のフィード充填装置。
【請求項３０】
前記少なくとも１つの流出開口部は、１又は複数の開口を有する、請求項２７から２９のいずれか一項に記載のフィード充填装置。
【請求項３１】
前記少なくとも１つの流出開口部は、水平スリットを有する、請求項３０に記載のフィード充填装置。
【請求項３２】
前記少なくとも１つの流出開口部は、前記粒子状のフィード材料内の粗大粒子が前記少なくとも１つの流出開口部を塞ぐことを防ぐのに十分な高さで前記内部チャンバの底部から間隔を空けて配置される、請求項２７から３１のいずれか一項に記載のフィード充填装置。
【請求項３３】
燃焼システムにフィード材料を供給するためのフィード充填装置であって、
（ａ）流動状態の固体粒子状のフィード材料の予備を保持するための内部チャンバを有する保持容器であって、前記フィード材料が前記内部チャンバの下部区域に前記流動状態で保持される、保持容器と、
（ｂ）前記フィード材料が前記内部チャンバに供給される少なくとも１つの流入開口部と、
（ｃ）前記内部チャンバの前記下部区域と流れ連通し、前記フィード材料が前記内部チャンバから排出される少なくとも１つの流出開口部と、
（ｄ）前記内部チャンバの前記下部区域に流動ガスを供給するためのガス導通手段と、
（ｅ）前記内部チャンバから排出される前記フィード材料を受け取るために、前記少なくとも１つの流出開口部と流れ連通する流出導管と
を備え、
前記少なくとも１つの流出開口部は、前記保持容器の側壁に設けられ、
前記少なくとも１つの流出開口部の面積は、調節可能である、
フィード充填装置。
【請求項３４】
前記少なくとも１つの流出開口部は、前記少なくとも１つの流出開口部の前記面積が最大である第１の位置から、前記少なくとも１つの流出開口部の前記面積が最小である第２の位置へ無段階に又は離散的な段階で移動されるように適合される摺動可能又は回転可能なカバー部材を含む、請求項３３に記載のフィード充填装置。
【請求項３５】
前記第１の位置及び前記第２の位置の間で前記カバー部材の前記移動を制御するための作動機構を更に備える、請求項３４に記載のフィード充填装置。
【請求項３６】
前記少なくとも１つの流出開口部は、水平スリットを有し、
前記カバー部材は、前記第１の位置及び前記第２の位置の間で回転自在であるバルブ部材を有し、
前記水平スリットは、前記バルブ部材が前記第２の位置にある場合よりも前記第１の位置にある場合に高さが高い、請求項３４又は３５に記載のフィード充填装置。
【請求項３７】
燃焼システムにフィード材料を供給するためのフィード充填装置であって、
（ａ）流動状態の固体粒子状のフィード材料の予備を保持するための内部チャンバを有する保持容器であって、前記フィード材料が前記内部チャンバの下部区域に前記流動状態で保持される、保持容器と、
（ｂ）前記フィード材料が前記内部チャンバに供給される少なくとも１つの流入開口部と、
（ｃ）前記内部チャンバの前記下部区域と流れ連通し、前記フィード材料が前記内部チャンバから排出される少なくとも１つの流出開口部と、
（ｄ）前記内部チャンバの前記下部区域に流動ガスを供給するためのガス導通手段と、
（ｅ）前記内部チャンバから排出される前記フィード材料を受け取るために、前記少なくとも１つの流出開口部と流れ連通する流出導管と
を備え、
前記少なくとも１つの流出開口部の面積は、調節可能であり、
前記フィード充填装置は、
前記内部チャンバの内部の前記粒子状のフィード材料の量を、直接的又は間接的に測定するための少なくとも１つのセンサと、
前記内部チャンバの内部の前記粒子状のフィード材料の前記量の変化に応じて前記少なくとも１つの流出開口部の前記面積を制御するための手段と
を更に備える、
フィード充填装置。
【請求項３８】
前記少なくとも１つの流出開口部の前記面積を制御するための前記手段は、前記少なくとも１つの流出開口部の前記面積が最大となる第１の位置から、前記少なくとも１つの流出開口部の前記面積が最小となる第２の位置へ無段階で又は離散的な段階で移動されるように適合される摺動可能又は回転可能なカバー部材を有する、請求項３７に記載のフィード充填装置。
【請求項３９】
前記少なくとも１つの流出開口部の前記面積を制御するための前記手段は、前記第１の位置及び前記第２の位置の間で前記カバー部材の前記移動を制御するための作動機構を更に有する、請求項３８に記載のフィード充填装置。
【請求項４０】
バーナーを含む高反応シャフトを有する自溶製錬炉のためのフィード充填装置であって、
（ａ）流動状態の固体粒子状のフィード材料の予備を保持するための内部チャンバを有する保持容器であって、前記フィード材料が前記内部チャンバの下部区域に前記流動状態で保持される、保持容器と、
（ｂ）前記フィード材料が前記内部チャンバに供給される少なくとも１つの流入開口部と、
（ｃ）前記内部チャンバの前記下部区域と流れ連通し、前記フィード材料が前記内部チャンバから排出される少なくとも１つの流出開口部と、
（ｄ）前記内部チャンバの前記下部区域に流動ガスを供給するためのガス導通手段と、
（ｅ）前記内部チャンバから排出される前記フィード材料を受け取るために、前記少なくとも１つの流出開口部と流れ連通する流出導管と
を備え、
前記流出導管は、前記粒子状のフィード材料が反応ガスと反応する反応シャフトの上方で、前記バーナーの上端に取り付けられる、フィード充填装置。
【請求項４１】
燃焼システムにフィード材料を供給するための方法であって、
（ａ）内部チャンバを有する保持容器を設ける段階であって、前記保持容器が、前記内部チャンバ、少なくとも１つの流入開口部及び少なくとも１つの流出開口部を有する、段階と、
（ｂ）前記少なくとも１つの流入開口部を通じて前記内部チャンバに固体粒子状のフィード材料を供給する段階と、
（ｃ）前記内部チャンバの下部区域に流動ガスを噴射することにより前記内部チャンバの前記下部区域の前記フィード材料を流動化させる段階と、
（ｄ）前記少なくとも１つの流出開口部を通じて、流動化された前記フィード材料を排出する段階と
を備え、
前記少なくとも１つの流出開口部は、前記内部チャンバの前記下部区域と流動的に連通し、
前記保持容器の前記下部区域は、前記粒子状のフィード材料の流動床により占有される領域を画定し、前記内部チャンバは、前記流動床の上方のガス空間を有する上部区域を含み、
前記内部チャンバの前記上部区域と連通する少なくとも１つの排ガス流出開口部が、前記保持容器の前記内部チャンバに設けられる、方法。
【請求項４２】
前記内部チャンバの内部の前記粒子状のフィード材料の量を、直接的又は間接的に測定する段階を更に備える、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記内部チャンバの内部の前記粒子状のフィード材料の前記量の変化に応じて前記少なくとも１つの流出開口部の面積を制御する段階を更に備える、請求項４２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
「関連出願の相互参照」
本願は、２０１３年６月１７日に出願された、米国仮特許出願第６１／８３５，７１６号の優先権及び利益を主張し、その内容が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本願の主題は、粒子状のフィード材料と共に使用するための流動化されたフィード容器システムに関する。本明細書に説明されるシステムは、自溶製錬、製薬、又は、時間、空間及び粒度分布（ＰＳＤ）においてフィードフローの一様性が重要となる任意の他の分野のような分野で適用され得る。
【背景技術】
【０００３】
フィードストリーム内で十分に混合されかつ一定の粒度分布を維持しながら、時間及び空間の両方に関して、粒子状のフィード材料が一様に分散され、かつ、デバイスに導入されなければならない数多くの分野がある。
【０００４】
そのような用途のグループは、熱生成、通気又は溶錬のためのバーナー内に見出され得るような、燃焼システムに対する粉炭、粉塵又は可燃性の鉱石のような微粒子材料の供給に関する。
【０００５】
フィードフローの一様性を必要とするそのような用途の１つは、銅、ニッケル、鉛又は亜鉛の製造において直面され得るような、硫化物精鉱の自溶製錬である。自溶製錬炉は、通常、頂部に、粒子状のフィード材料及び反応ガスが共に運び込まれるバーナー又は複数のバーナーが配置される高反応シャフトを含む。銅溶錬の場合、フィード材料は、通常、銅及び鉄硫化鉱物の両方を含む鉱石物精鉱である。精鉱は、普通、シリカ溶剤で混合され、事前に加熱された空気又は酸素富化空気で燃焼される。溶滴は、反応シャフトに形成され、炉床に落ち、銅リッチマット及び鉄リッチスラグ層を形成する。
【０００６】
従来の自溶製錬用のバーナーは、水冷式スリーブ及び内部中央ランスを有する噴射装置と、風箱と、炉反応シャフトのルーフと統合する冷却台とを含む。インジェクタスリーブの下側部分及び冷却台の内側端部は、環状流路を作り出す。酸素冨化燃焼用空気は、風箱に入り、この環状流路を通って反応シャフトに排出される。噴射装置の水冷式スリーブ及び内部ランスはまた、燃焼用空気フロー環状部内に環状流路を作り出す。フィード材料は、上方から導入され、インジェクタスリーブを介してこの内部環状部を通って反応シャフトへ下降する。反応ガスへのフィード材料の撓みは、中央ランスの下端における釣鐘状の先端部により促進される。さらに、先端部は、圧縮された空気を外側に案内して傘状の反応域にフィード材料を分散させる複数の穿孔ノズルを含む。そのような自溶製錬炉用のバーナーは、米国特許第６，２３８，４５７号に開示されている。
【０００７】
材料フィード供給機器は、容器並びにホッパー、機械的なフィーダ、コンベア、スプリッタボックス、マニホールドコネクタ及び噴射装置の上方に位置付けられるフィードパイプを典型的に備える。典型的なフィーダ及びコンベアは、スクリューフィーダ、テーブルフィーダ、ドラッグチェーンコンベア及びエアスライドを含む。いくつかのフィードシステムはまた、異なる粒子密度のフィードストリーム、形状及びバーナーのサイズアップストリームを組み合わせる。
【０００８】
このタイプの既知のフィードシステムは、バーナー性能に悪影響を及ぼし得る欠点を伴い、低酸素効率、可変炉冶金及びマットグレード、スラグに対する増加した銅の減失、排ガス処理機器に対する増加した粉塵の水簸等のような問題を引き起こす。これら問題は、粒度、密度及び／又は形状に関して個々のフィードコンポーネントの分離を引き起こすだけではなく、適切な規模で空間的及び継時的の両方でフィード材料の一様性を実現し損ねたことから生じる。
【０００９】
例えば、ドラッグチェーン、スクリューコンベア及びテーブルフィーダのような、既知の機械的なフィードシステムが離散的な材料のパケットにフィードを供給し、バーナーに対するフィード材料の供給において低頻度フィード振動をもたらし、不完全燃焼を引き起こすことが十分に記述されている。そのようなシステム及び関連する問題は、Ｓｕｅｎａｇａ他著（２０００）「Ｈｉｇｈ−Ｐｅｒｆｏｒｍｉｎｇ  Ｆｌａｓｈ  Ｓｍｅｌｔｉｎｇ  Ｆｕｒｎａｃｅ  ａｔ  Ｓａｇａｎｏｓｅｋｉ  Ｓｍｅｌｔｅｒ＆Ｒｅｆｉｎｅｒｙ」『Ｓｅｃｏｎｄ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ｆｏｒ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ、Ｔｈｅ  Ｍｉｎｅｒａｌｓ、Ｍｅｔａｌｓ＆Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｓｏｃｉｅｔｙ』、８７９−８８４頁に説明されている。
【００１０】
既知のフィードシステムは、フィード容器における充填の制御不能な粒子の流動化に伴う周期的な流れの不安定性に悩まされることもまた十分に記述されている。これは、通常、容器の充填サイクルの間に生じ、通常１分から数分の間持続するバーナーへのフィード材料の制御不能な供給をもたらす。これは、燃焼処理の全ての態様において否定的な結果を有する。
【００１１】
エアスライド及び代替的な容器設計が上記の問題に対処するべく提案されてきたが、これらのアプローチは、深刻な欠点に悩まされる。つまり、エアスライドには、低頻度フィード振動を取り除いて代わりにそれらをバーナーへ伝えること提供する能力がない。通常、質量流量ホッパーを用いる代替的な容器設計は、フラッシング現象の深刻化を軽減できるが、通常大型であり、所与の容器の高さ又は設置面積について容器の容量を大幅に減少させる。これは、既存のフィードシステムへの代替的な容器の改良にコストがかかり、かつ非実用的なものにする。
【００１２】
精鉱バーナーが直面する典型的なフィード問題の別の例は、バーナーの周囲におけるフィードの不十分な分布である。フィードシステムは、普通、噴射装置と連動する１又は複数のフィードパイプを含み、スプリッタボックス、ガイド及びダイバータシュートを利用して周囲に一様にフィードを分散することを試みる。そのようなシステムは、シュート壁及びフィンの角部／端部にフィードを寄せ集める傾向にあり、プルーム内でフィードの高密度な「ロープ（ｒｏｐｅｓ）」を形成する。この空間的な一様性の欠如は、不十分な点火特性、燃焼プルームの非一様性及び低酸素効率をもたらす。
【００１３】
空気圧式の搬送システムでは、振動問題の両方を解決するための試みが提案されてきたが、これらは、システムに適合するように既存の建物配置に対する大幅な修正だけではなく新たな機器について大規模な資本の投資を必要とする。しかしながら、これらのシステムは、バーナー流入口でフィードの非一様な周辺分布の問題を取り除くことはできないが、中間物、フィードシュート、スプリッタ又は他の装置を通じてそれらがフィードし、バーナーの周囲の離散的なポイントを通じてフィードを供給するので、一様性の欠如を必ずしももたらすものではない。
【００１４】
自溶製錬バーナーに対するフィードの時間的及び空間的に非一様な供給により引き起こされる処理障害は、自溶製錬オペレータに対する経済的価値の著しい損失を表す。既存の技術では、フィード供給の問題を適切に解決することができない。これによって、最小粒子分離効果を利用した流入口環状部の周りに、空間的及び継時的の両方で、一様なフローを提供し、供給量が正確に制御され得る自溶製錬炉のためのフィードシステム、又は、粒子状のフィード材料を用いた他の適用の必要性が依然として残る。
【発明の概要】
【００１５】
以下の概要は、以下でより詳細な説明を読者に案内することが意図され、請求された主題を画定又は限定するものではない。
【００１６】
いくつかの例において、（ａ）流動状態で固体粒子状のフィード材料の予備を保持するための内部チャンバを有する保持容器であって、フィード材料が内部チャンバの下部区域において流動状態で保持される、保持容器と、（ｂ）フィード材料が内部チャンバに供給される少なくとも１つの流入開口部と、（ｃ）フィード材料が内部チャンバから排出され、内部チャンバの下部区域と流れ連通する少なくとも１つの流出開口部と、（ｄ）内部チャンバの下部区域に流動ガスを供給するガス供給手段と、（ｅ）内部チャンバから排出されるフィード材料を受け取るために少なくとも１つの流出開口部と流れ連通する流出導管とを備える、フィード充填装置が提供される。
【００１７】
いくつかの例において、フィード充填装置は、複数の開口部を有する底部パーティションを更に備え、ガス供給手段は、底部パーティションにより保持容器の内部チャンバから離間されるガス分配チャンバを有し、ガス分配チャンバは、流動ガスを受け取るための流入口を有し、ガス分配チャンバの内部は、底部パーティションの複数の開口部を通じて保持容器の内部チャンバと流れ連通する。
【００１８】
いくつかの例において、ガス分配チャンバは、風箱内に含まれており、底部パーティションは、風箱の頂壁を形成する。ガス分配チャンバは、複数のコンパートメントを有してよく、コンパートメントのそれぞれは、底部パーティションの複数の開口部のサブセットを通じて保持容器の内部チャンバの一部と流れ連通する。
【００１９】
いくつかの例において、フィード充填装置は、少なくとも１つの流入開口部に近接した状態で内部チャンバ内に位置付けられるバッフルプレートを更に備え、バッフルプレートは、底部から頂部へ粒子状のフィード材料の空気圧上昇を可能するべく、底部パーティションに取り付けられる。
【００２０】
いくつかの例において、ガス供給手段は、羽口部、多孔質パッド及び多孔質膜から成る群から選択される。例えば、ガス供給手段は、互い間隔を空けて配置された底部パーティションで受け取られる複数の羽口部を有してよく、開口部は、羽口部により画定される。あるいは、底部パーティションは、多孔質パッド又は多孔質膜のうちの１又は複数を有してよく、開口部は、多孔質パッド又は多孔質膜により画定される。
【００２１】
いくつかの例において、保持容器の下部区域は、粒子状のフィード材料の流動床により占有されるべき領域を画定し、内部チャンバはまた、流動床の上方にガス空間を含む上部区域を有する。例えば、少なくとも１つの流入開口部は、内部チャンバの下部区域に設けられ、ベッドレベル以下の流動床への粒子状のフィード材料の導入を可能とするべく、流動床のベッドレベルの下方に位置付けられる。
【００２２】
いくつかの例において、フィード充填装置は、内部チャンバの上部区域と連通する、保持容器の内部チャンバに設けられる少なくとも１つの排ガス流出開口部を更に備える。例えば、フィード充填装置は、少なくとも１つの偏向板を更に備えてよく、少なくとも１つの偏向板の少なくとも一部は、保持容器の少なくとも１つの流入開口部と少なくとも１つの排ガス流出開口部との間で、内部チャンバの上部区域に位置付けられる。 少なくとも１つの偏向板は、実質的に鉛直方向に配向されてよく、下部区域に延びる下端を有する。少なくとも１つの偏向板は、実質的に鉛直方向に配向されてよく、下部区域の上方に間隔を空けて配置される下端を有する。
【００２３】
いくつかの例において、流出導管は、内部チャンバの下部及び上部区域を通過してよく、少なくとも１つの排ガス流出開口部は、流出導管の導管壁に設けられる。
【００２４】
いくつかの例において、流出導管は、少なくとも１つの流出開口部が形成される導管壁を有する。例えば、流出導管は、内部チャンバを通じて実質的に鉛直方向に延びてよく、ガス供給手段は流出導管の周りに放射状に分散される。少なくとも１つの流出開口部は、複数の径方向からフィード材料を受け取るように配置されてよい。流出導管の導管壁は、外周を有してよく、少なくとも１つの流出開口部は、導管壁の外周全体に実質的に沿う内部チャンバの下部区域に向けて開口する。例えば、少なくとも１つの流出開口部は、実質的に導管壁の外周全体に沿って間隔を置いて配置される複数の開口部を有してよく、又は、少なくとも１つの流出開口部は、導管壁の外周全体に実質的に全体にわたって延びる水平スリットを有してよい。
【００２５】
いくつかの例において、少なくとも１つの流出開口部は、粒子状のフィード材料内の粗大粒子が少なくとも１つの流出開口部を塞ぐことを防ぐのに十分な高さを有するバッフルリングにより内部チャンバの底部から離間される。
【００２６】
いくつかの例において、少なくとも１つの流出開口部の面積は、調節可能である。
【００２７】
いくつかの例において、流出導管は、少なくとも１つの流出開口部の面積が最大となる第１の位置から少なくとも１つの流出開口部の領域が面積となる第２の位置へ、無段階又は離散的な段階で移動されるように適合された摺動可能又は回転可能なカバー部材を含む。
【００２８】
いくつかの例において、フィード充填装置は、第１の位置及び第２の位置の間でカバー部材の移動を制御するための作動機構を更に備える。例えば、少なくとも１つの流出開口部は、導管壁の外周全体に実質的に全体にわたって延びる水平スリットを有してよく、カバー部材は、第１の位置及び第２の位置の間で流出導管の表面に沿って長手方向に摺動可能であるスリーブを有し、水平スリットは、スリーブが第２の位置にある場合よりも第１の位置にある場合に高さが高い。
【００２９】
いくつかの例において、フィード充填装置は、保持容器の内部チャンバに粒子状のフィード材料の圧力降下を測定する複数のセンサを更に備える。
【００３０】
いくつかの例において、フィード充填装置は、保持容器の外部に取り付けられる複数の作動バルブと、下部区域に位置付けられる圧力センサと、内部チャンバへの流動ガスの体積流量を制御し、圧力センサからのフィードバックを用いて要求される流動化速度を維持するべく、バルブを制御するための電子的なフィードバックコントローラとを更に備え、流動ガスの流量は、粒子状のフィード材料の排出量を制御するべく任意に用いられる。
【００３１】
いくつかの例において、少なくとも１つの流出開口部は、保持容器の側壁に設けられる。
【００３２】
いくつかの例において、少なくとも１つの流出開口部が設けられる側壁は、少なくとも１つの流入開口部に対して遠位である。例えば、少なくとも１つの流出開口部は、内部チャンバの下部区域に向けて開口してよい。少なくとも１つの流出開口部は、側壁のベースに沿って位置付けられる１又は複数の開口を有してよい。少なくとも１つの流出開口部は、側壁のベースに沿って延びる水平スリットを有してよい。少なくとも１つの流出開口部は、粒子状のフィード材料内の粗大粒子が少なくとも１つの流出開口部を塞ぐことを防ぐのに十分な高さで内部チャンバの底部から間隔を空けて配置されてよい。少なくとも１つの流出開口部の面積は調節可能であってよい。
【００３３】
いくつかの例において、少なくとも１つの流出開口部は、少なくとも１つの流出開口部の面積が最大となる第１の位置から、少なくとも１つの流出開口部の面積が最小となる第２の位置へ無段階又は離散的な段階で移動されるように適合される摺動可能又は回転可能なカバー部材を含む。フィード充填装置は、第１の位置及び第２の位置の間でカバー部材の移動を制御するための作動機構を更に備える。少なくとも１つの流出開口部は、水平スリットを有してよく、カバー部材は、第１の位置及び第２の位置の間で回転自在であるバルブ部材を有し、水平スリットは、スリーブが第２の位置にある場合よりも第１の位置にある場合に高さが高い。
【００３４】
いくつかの例において、少なくとも１つの流出開口部の領域は調節可能であり、フィード充填装置は、内部チャンバ内の粒子状のフィード材料の量を直接的又は間接的に測定するための少なくとも１つのセンサと、内部チャンバ内の粒子状のフィード材料の量の変化に応じて少なくとも１つの流出開口部の領域を制御するための手段とを更に備える。
【００３５】
いくつかの例において、少なくとも１つの流出開口部の領域を制御するための手段は、少なくとも１つの流出開口部の領域が最大となる第１の位置から、少なくとも１つの流出開口部の領域が最小となる第２の位置へ無段階又は離散的な段階で移動されるように適合される摺動可能又は回転可能なカバー部材を有する。
【００３６】
いくつかの例において、少なくとも１つの流出開口部の面積を制御するための手段は、第１の位置及び第２の位置の間でカバー部材の移動を制御するための作動機構を更に備える。
【００３７】
いくつかの例において、フィード充填装置は、バーナーを有する高反応シャフトを含む自溶製錬炉のためのものであり、流出導管は、粒子状のフィード材料が反応ガスと反応する反応シャフトの上方で、バーナーの上端に取り付けられる。
【００３８】
いくつかの例において、バーナーに入るフィードの空間的及び時間的な一様性を向上させることにより自溶製錬精鉱バーナーの燃焼性能を向上させるための方法であって、（ａ）内部チャンバを有する保持容器を設ける段階であって、保持容器が、内部チャンバ、少なくとも１つの流入開口部及び少なくとも１つの流出開口部を有する、段階と、（ｂ）少なくとも１つの流入開口部を通じて内部チャンバに固体粒子状のフィード材料を供給する段階と、（ｃ）チャンバの下部区域に流動ガスを噴射することにより内部チャンバの下部区域内のフィード材料を流動化させる段階と、（ｄ）少なくとも１つの流出開口部を通じて流動化されたフィード材料を排出する段階とを備え、少なくとも１つの流出開口部は、内部チャンバの下部区域と流れ連通する、方法が提供される。
【００３９】
いくつかの例において、方法は、内部チャンバ内の粒子状のフィード材料の量を直接的又は間接的に測定する段階を更に備える。
【００４０】
いくつかの例において、方法は、内部チャンバ内の粒子状のフィード材料の量の変化に応じて少なくとも１つの流出開口部の面積を制御する段階を更に備える。
【００４１】
別の態様によれば、フィードフローコンディショナが、炉の反応シャフトと統合される自溶製錬精鉱バーナーのために設けられる。フィードフローコンディショナは、保持容器、フィード供給流入口、排出開口部、流動プレート、風箱及び流動ガス供給システムを含む。保持容器は、バーナーフィードシュートと統合され、これを通って、シュート又はエアスライドのような、中間搬送装置を介してバーナーのフィードシュートと連通する排出開口部を有する。フィード供給流入口は、保持容器上に取り付けられ、フィードフローコンディショナに粒子フィードを供給する。保持容器の１又は複数の壁に配置される１又は複数の開口の形である排出開口部は、搬送装置への粒子フィードの流れを可能としてよい。保持容器の底部を形成する流動プレートは、粒子フィードを流動化させる流動ガスを保持容器に供給するべく、複数の羽口部、多孔質パッド又は多孔質膜のような複数のガス分配器を含み、保持容器内のフィードのサスペンションを作成し、これにより、開口部を通じて及び搬送装置を介してバーナーのフィードシュートに粒子フィードの流入を促す。流動プレートの下方に取り付けられる風箱は、風箱全体の全体にわたって流動ガスを供給及び分散するべく、流動ガス供給システムに取り付けられる。
【００４２】
別の態様によれば、システムの上流側に供給されるフィードの空間的及び時間的なフロー特性に関わらず、低空間非一様性及び大幅に減らされた低周波数揺らぎで自溶製錬精鉱バーナーにフィードを供給する、自溶製錬精鉱バーナーの燃焼性能を向上させるための方法が提供される。方法は、流入フィードにおける任意の揺らぎを吸収するべく十分なバッファ容量を有する流動保持容器を利用する。保持容器の排出量は、オペレータ入力又は流入する流量の長期的な変化に応じて制御される。排出量の制御は、開口部のサイズ、流動化する空気流量又は流動床の高さを手動又は自動で調整することにより実現される。
【００４３】
いくつかの例において、排出開口部は、保持容器の壁のうちの１又は複数に配置される１又は複数の穴又はスロットである。
【００４４】
いくつかの例において、排出開口部の開口高さは、排出量を制御するべく、調節可能なゲートの利用を通じて変更され得る。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
請求された主題がより完全に理解され得る目的で、添付の図面が参照されるだろう。
【００４６】
【図１】一実施形態に係るフィードフローコンディショナの等角図である。
【００４７】
【図２】フィードフローコンディショナの第１実施形態の断面図である。
【００４８】
【図３】フィードフローコンディショナの第１実施形態に示される調節可能な開口部の詳細図である。
【００４９】
【図４】フィードフローコンディショナの第２実施形態の断面図である。
【００５０】
【図５】フィードフローコンディショナの第２実施形態に示される調節可能な開口部及び多孔質膜の詳細図である。
【００５１】
【図６】可能な配置におけるバーナー及びフィードフローコンディショナを示す自溶製錬炉の典型的な配置である。
【００５２】
【図７】保持容器の複数の壁のうちの一つに位置付けられる開口部を有するフィードフローコンディショナの第３実施形態の断面図である。
【００５３】
【図８】フィードフローコンディショナの第３実施形態における調節可能な開口部の詳細図である。
【００５４】
【図９】フィードが中間搬送装置を介してバーナーに供給される可能な配置においてバーナー及びフィードフローコンディショナを示す、反応シャフトルーフの典型的な配置の等角図である。
【００５５】
【図１０】従来のフィードシステムのフィード間欠性の影響を減らすべく本明細書で規定されるフィードフローコンディショナの容量を示す質量流量対時間のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００５６】
以下の説明において、具体的な詳細は、請求された主題の例を提供するべく説明される。しかしながら、以下で説明される実施形態は、請求された主題を定義又は限定することを意図するものではない。具体的な実施形態の多くのバリエーションが請求された主題の範囲内で可能であり得ることが当業者に明らかとなるであろう。
【００５７】
図１は、本発明の一実施形態に係るフィード充填装置２０の外観の等角図である。図１で視認可能なフィード充填装置２０の二つのメインコンポーネントは、固体粒子状のフィード材料の予備を保持するための保持容器１１と、保持容器１１に流動ガスの分散されたフローを提供するための風箱１５である。図示されるように、保持容器１１は、風箱１５の上方に位置付けられる。フィード充填装置２０は、それを用いることが意図されるおおよその方向で図１及び２に示されている。
【００５８】
フィード充填装置２０は、全体的にみれば箱のような形状を有するように示されており、保持容器１１及び風箱１５はそれぞれ、４つの側壁部分を含む側壁２２又は２４を有する。さらに、保持容器１１は、頂壁２６と、底壁２８を有する風箱（ｗｉｎｄｂｏｘ）１５とを有する。箱のような形状がフィード充填装置２０の適切な動作にとって必須ではなく、フィード充填装置が円筒形を含む任意の適当な形状を有してよいことが理解されるだろう。
【００５９】
図２の断面図に示されるように、保持容器１１は、流動状態で固体粒子状のフィード材料の予備を保持するための内部チャンバ３０を有し、風箱１５は、ガス分配チャンバ３２を含む。内部チャンバ３０は、内部チャンバ３０の下部区域３６に粒子状のフィード材料の流動床９を保持するべく適切な容積を有し、内部チャンバ３０はまた、流動床９の上方にガス空間を含む上部区域３８を有し、上部区域３８は、「フリーボード」と呼ばれることもある。内部チャンバ３０は、フィードシステムの上流側の要素内の揺らぎに起因する任意の材料余剰又は不足のためのバッファを設けるべく、十分なサイズでなければならない。内部チャンバ３０のサイジングは、粒子状のフィード材料の流動化特性及び揺らぎの大きさに依存し、当業者に明らかなはずである。
【００６０】
図１及び２に示されるように、保持容器１１の底部は、風箱１５の頂壁も形成し、かつ、風箱１５から保持容器１１を分離する底部パーティション１３を有する。底部パーティション１３は、ガス分配チャンバ３２が保持容器１１の内部チャンバ３０と流れ連通し、かつ、流動ガスがガス分配チャンバ３２から内部チャンバ３０に供給される複数の開口部３４を有する。開口部３４は、以下で更に説明される、フィード充填装置２０のガス供給手段の一部を形成する。
【００６１】
保持容器１１は、例えば、フィード材料が重力により供給される粒子フィードダクト４０から保持容器１１に向けて、フィード材料がフィードフローコンディショナ２０の内部チャンバ３０に供給される少なくとも１つのフィード流入開口部７を更に有する。例示の目的のために、フィード充填装置２０は、その側壁２２に位置付けられる１つの流入開口部７を有するものとして、図２に示される。しかしながら、２又はそれより多い流入開口部７が保持容器１１の異なる領域に設けられてよく、少なくとも１つの流入開口部が側壁２２又は頂壁２６に設けられてよいことが理解されるであろう。図面に示されるように、少なくとも１つの流入開口部７は、保持容器１１の側壁２２に設けられ、内部チャンバ３０の上部区域３８と連通する。
【００６２】
フィード充填装置２０は、フィード材料が保持容器１１の内部チャンバ３０から排出される少なくとも１つの流出開口部２を更に備える。少なくとも１つの流出開口部２は、流出導管５の壁に形成され、本説明において「排出管５」と称されることがある。流出導管５は、保持容器１１の底部パーティション１３を通じて延びており、それらの内部チャンバ３０内に延びる。例示された実施形態において、流出導管５は、内部チャンバ３０の下部及び上部区域３６、３８を通過し、さらに、内部チャンバ３０の上部区域３８内の保持容器１１の壁を貫通する。例えば、流出導管５が実質的に鉛直方向に配向されている場合、導管５は、保持容器１１の高さ全体を通じて鉛直方向に延び、かつ、頂壁２６の開口部４２の内側周縁部に封止された状態で、保持容器１１の頂壁２６に設けられた開口部４２を通じて延びる。
【００６３】
フィード充填装置２０が風箱１５を含む場合、流出導管５はまた、風箱１５の底壁２８の開口部４４を通じて、及び、ガス分配チャンバ３２を通じて延びる。流出導管５は、従って、流動床９内の粒子状のフィード材料がデバイス２０から排出される流路を提供する。
【００６４】
例示された実施形態において、底部パーティション１３は、実質的に平坦であり、かつ、水平に配向され得る剛性板を有し、本明細書において「流動プレート１３」と称されることがある。しかしながら、底部パーティション１３が必ずしも平坦かつ水平である必要はないことが理解されるであろう。むしろ、底部パーティション１３は、傾斜されてよく、及び／又は、窪んだ又は円錐状の形状を有してよい。流出導管５は、排出管５の周囲のフィード充填装置２０内の中央に置かれるように図面に示される。必ずしも流出導管５がフィード充填装置２０の中心に置かれる必要はないことが理解され得る。例えば、流出導管５の位置は、少なくとも１つの流入開口部７から更に離れるように偏らせてよい。通常、流出導管５は、内部チャンバ３０の下部区域３６にて粒子状のフィード材料の流動床９により全ての側面を囲まれるように、保持容器１１の側壁２２から間隔を空けて配置されるだろう。
【００６５】
保持容器１１の内部チャンバ３０は、少なくとも１つの流出開口部２を通じて排出管５と連通し、下部区域３６にて粒子状のフィード材料の流動床９と流れ連通する。図２−３に示されるフィード充填装置２０の例において、少なくとも１つの流出開口部２は、固定された高さの恒久的な開口スリットを有し、開口スリットは、水平に配向され、かつ、実質的に排出管５の導管壁４６の外周全体の周りに連続的に延びる。少なくとも１つの流出開口部２は、複数の径方向からフィード材料を受け取るように適合され、より具体的には、導管壁４６の外周全体に実質的に沿って、フィード材料を受け取るように適合される。少なくとも１つの流出開口部２を通じたこのフィード材料の径方向流入は、フィードフローコンディショナ２０の下端から粒子フィードの軸対称及び空間的に一様な排出を提供し、これは例えば、自溶製錬炉の精鉱バーナー（図示せず）等の粒子フィードを必要とする機器に統合される。排出管５の上端は、排ガス配管、又は、場合によっては代替的なフィードバイパスシュート（図示せず）を接続してよく、（デバイス２０の下方の）フィードを下流側の機器に供給することを継続させる一方、フィード充填装置の管理を可能にする。
【００６６】
少なくとも１つの流出開口部２は、単一の、連続的な開口スリットを有するように示されているが、他の構成が可能であることが理解されるであろう。例えば、少なくとも１つの流出開口部２は、少なくとも１つの流出開口部２が内部チャンバ３０の下部区域３６、及び、その中に位置付けられる流動床９に向けて開口するように、導管壁４６の外周全体に実質的に沿って間隔を置いて配置される、複数の開口部又はスリットを有してよい。少なくとも１つの流出開口部２が複数の開口部又はスリットを有する場合、それらは、流出導管５の壁４６に統合され得るウェブにより離間される。
【００６７】
保持容器１１は、流動床９のレベル移動のいくらかの自己制御を可能とするべく、適切な容量を設けるように設計される。別の言い方をすると、もしフィード流入口７からの供給量が増加されれば、流動床９のレベルは上昇し、任意の他の動作パラメータの変化を必要とすることなく、少なくとも１つの流出開口部２を通じて粒子フィードの排出フローを増加させるだろう。
【００６８】
少なくとも１つの流出開口部２は、底部パーティション１３に近接した状態で位置付けられており、少なくとも１つの流出開口部２の底部入口（ｂｏｔｔｏｍ  ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）は、交換可能なバッフルリング１７により形成され、粒子状のフィード材料の流動床９内の粗大粒子が、少なくとも１つの流出開口部２を部分的に又は完全に塞ぐことを防ぐ。バッフルリング１７はまた、少なくとも１つの開口部３４により作られる排出路上の流動ガスの局所的な影響を減らす。
【００６９】
排出量の制御を可能とするべく、少なくとも１つの流出開口部２の面積が調節可能である。図２−３に示される例について、少なくとも１つの流出開口部２が形成される流出導管５は、少なくとも１つの流出開口部２の面積が最大となる第１の位置から、少なくとも１つの流出開口部２の面積が最小となる、あるいは、完全に閉じられた第２の位置へ移動可能である連続的に摺動可能なカバー部材を含んでよい。摺動可能なカバー部材が、少なくとも１つの流出開口部２の面積を調節するために用いられる鉛直方向に移動又は回転するコンポーネントであってよく、又は、流出開口部２を調整する任意の他の手段が用いられ得ることが理解され得る。
【００７０】
例えば、図２−３に示される実施形態において、少なくとも１つの流出開口部２は、実質的に連続的なスリットを有し、流出導管５は、円筒状のスライドスリーブ４を有してよい。スリーブ４が第２の位置よりも第１の位置におけるスリット２の高さが高くなるように、スリーブ４は、第１及び第２の位置の間で流出導管５の表面に沿って、鉛直方向（長手方向）に摺動可能である。図３に示されるように、スライドスリーブ４は、流出導管５の外側固定層及び内側固定層３の間に挟まれており、可変開口スリット１を流出導管５に形成することを可能とし、少なくとも１つの流出開口部２を有する連続的なスリットの領域を効果的に減らす。図３は、スライドスリーブ４の第２の位置を示し、少なくとも１つの流出開口部２の有効な開口面積は、最小ではあるが、少なくとも１つの流出開口部２は、部分的に開口したままである。第１の位置は、可変開口スリット１が少なくとも連続的なスリット２の面積と少なくとも等しい面積を有するようにスライドスリーブ４が引き上げられる位置が規定される。
【００７１】
上記の記載から理解され得るように、可変開口スリット１は、軸対称及び空間的に一様な排出流量が制御されることを可能とし、（最大で少なくとも１つの流出開口部２のそれと等しい最大面積まで）排出量を増やすべく高さ及び面積が増加され、又は、円筒状のスライドスリーブ４を移動させることにより排出量を減らすべく減少され得る。円筒状のスライドスリーブ４の移動は、第１及び第２の位置の間でスライドスリーブ４を移動させるための作動機構６により制御される。例示された実施形態において、作動機構６は、フィードフローコンディショナ２０の上方に位置付けられており、本実施形態の円筒状のスライドスリーブ４に要求される鉛直動作にモータの回転動作を変換するパワースクリューを有する。任意の場所に配置される任意の作動機構６が流出開口部の領域を調節するために用いられ得ることが理解され得る。
【００７２】
フィード充填装置２０のガス供給手段が風箱１５を含む場合、風箱１５は、流動ガス流入口ノズル１４を通じて流動ガスを供給されてよく、かつ、流動プレートの形であり得る底部パーティション１３により保持容器１１から離間される。流動プレート１３は、複数の開口部３４を含み、図２−３に示されるように、複数の開口部３４は、流動ガスを保持容器１１に入れることを可能にする複数の高精度な羽口部１２により画定され得る。羽口部１２は、互いに間隔を空けて配置された状態で底部パーティション１３に受け取られ、内部チャンバ３０の下側部分３６内の粒子フィードの実質的に一様な周辺流動化及びサスペンションを提供するべく、流出導管５の導管壁の周りに径方向に分散され得る。さらに、風箱１５は、ガス分配チャンバ３２の全体にわたって流動ガスの一様分布を提供し、これにより、流動ガスが羽口部１２に入る前に、実質的に流動プレート１３全体にわたって流動ガスを分散する。
【００７３】
羽口部１２の代わりに、底部パーティション１３が１又は複数の多孔質パッド又は多孔質膜を部分的又は全体的に有してよく、底部パーティション１３の開口部３４は、多孔質パッド又は多孔質膜により画定されることが理解されるだろう。
【００７４】
保持容器１１は、流出導管５の導管壁に設けられ、かつ、流動ガスがデバイス２０から排出されることを可能とする少なくとも１つの排ガス流出開口部１０を更に含む。少なくとも１つの排ガス流出開口部１０は、粒子フィードの流動床９の高さより上方に位置付けられており、内部チャンバ３０の上部区域３８と連通する。これは、流動床９から排ガスと共に運ばれる水簸された（ｅｌｕｔｒｉａｔｅｄ）微粒子の収集を可能とし、粒子フィードの残りと共に排出管５を通じて下流側に排出されるであろう。
【００７５】
保持容器１１の内部において、偏向板８は、フィード流入開口部７及び排ガス流出開口１０の間で内部チャンバ３０の上部区域３８に配置される。偏向板８は、フィード流入口７から少なくとも１つの排ガス流出開口部１０へ向かう微粒子の短絡を取り除く。偏向板８は、実質的に鉛直方向に配向されてよく、図２に示されるように、フィード流入口７への流動ガスの排気を防ぎ、かつ、粉塵から上流側のフィード機器を保護するべく、偏向板８の下端が流動床９に浸されてよい。
【００７６】
フィード充填装置２０の外部に取り付けられる複数の作動バルブ（図示せず）は、プログラマブルロジックコントロール（ＰＬＣ）又は他の機械的若しくは電子的なフィードバックコントローラにより統制され、かつ、流動ガスの体積流量を制御し、流動プレート１３のすぐ上方の流動床９の下部区域３６内に配置された圧力センサ（図示せず）からのフィードバックを用いて、ベッド９の要求された流動化速度を維持する。必要な場合、流動ガスの流量は、流出開口部２の面積の調整と連動して、流出導管５への粒子フィードの排出量を制御するために用いられ得る。
【００７７】
圧力センサ（図示せず）はまた、底部パーティション１３のすぐ上方の流動床９の底部だけではなく、粒子フィードの流動床９のレベルの上方のフリーボードにおいて、保持容器１１に位置付けられる。この配置は、流動床９全体の圧力降下を測定し、ＰＬＣにフィードバックを提供する。このデータは、流動床９のレベルだけではなく、フィードフローコンディショナ２０内の粒子フィードの重量を監視するために用いられる。ＰＬＣは、例えば、可変開口スリット１の高さ又は流動ガスの流量を変更することにより、流出開口部２を調節して、流出導管５を通じた粒子フィードの排出量を制御できる。
【００７８】
ロードセル１６は、フィードフローコンディショナの底部に配置され、フィードフローコンディショナ２０の重量及びその含有量をサポートし、及び、正確に測定する。ロードセル１６は、短期間の間、流入口７への粒子フィードのフローを意図的に停止して、重量損失の割合を測定することにより、フィードフローコンディショナ２０を通じた粒子フィードの質量流量を正確に測定／較正するために用いられ得る。さらに、ロードセル１６は、流動床９のレベルを効果的に監視できる。
【００７９】
フィードフローコンディショナは、上流側（デバイス２０の上方）の排ガス機器だけではなく、下流側（デバイス２０の下方）のバーナーからフィードフローコンディショナ２０を隔離する伸縮継手１８を利用できる。伸縮継手１８は、システムの残りの部分からフィードフローコンディショナ２０を隔離し、フィードフローコンディショナ２０の重量及びその含有量をロードセル１６により正確に秤量させることを可能とする。伸縮継手１８はまた、フィードフローコンディショナ２０の熱膨張を可能とし、フィードフローコンディショナ２０、バーナー、フィード及び排ガスダクトのような他の装置に接続される。
【００８０】
風箱１５及び保持容器１１の両方は、内部の検査、クリーニング及び調整のための複数のアクセスポートを含み、ポートは、デバイス２０が使用中のときに、プレート４７で覆われる。
【００８１】
多くのバリエーションが請求された主題の範囲で可能であることが当業者により理解されるであろう。上記で説明された図１−３に示される実施形態は、例示することを意図されたものであり、規定又は限定するものではない。例えば、保持容器１１に流動ガスを注入するために用いられる羽口部１２は、個々に制御され得、又は、それらは群又は集団で制御され得る。流動プレート１３の開口部３４は、多孔性セラミックパッド又は多孔質膜を含んでよく、又は、底部パーティション１３は、織物タイプのような、フレームに対して封止された接続を有するフレーム保持多孔性材料として製造され得る。流動ガスの排出方向及び速度はまた、機械的に又は他の手段により調節され得る。
【００８２】
いくつかの可能なバリエーションを示すべく、図４及び５は、本発明の第２実施形態を示し、図５は、図４に示された流出口領域の詳細図を提供する。図１−３に示されるコンポーネントと同様のコンポーネントには、同様の参照番号が付与されており、それらの説明は繰り返されない。本明細書で述べられる設計の更なる特徴又は変形の例を提供するべく、第１実施形態に示されたものとは異なるコンポーネントのみが説明される。
【００８３】
図４及び５に示される実施形態において、フィード流入開口部７は、保持容器１１の底部の近く、及び、流動プレート１３の近くに配置されるので、フィードは、流動床９の上部より下方の保持容器１１に導入される。
【００８４】
風箱１５は、多孔質膜５１を間に挟む２つの流動プレートの形式である底部パーティション１３により保持容器１１から離間されている。底部パーティション１３は、複数の開口部３４を含み、両方のプレートにおいて、流動ガスが多孔質膜５１を通じて保持容器１１に入ることを可能とする。しかしながら、底部パーティション１３は、第１実施形態のように、羽口部１２と共に単一の開口部を備えたプレート３４を代わりに備えてよいことが理解されるであろう。
【００８５】
風箱１５は、隔壁用型枠４９により離間され、及び封止された別個のコンパートメントで構成される。コンパートメントのそれぞれには、分離流動ガス流入口ノズル１４から流動ガスが供給される。
【００８６】
恒久的なバッフルプレート４８は、流動プレート１３の上面に配置され、流動床９内に突き出る。保持容器１１に沿うフィード流入口４０からのフィード分散を最適化して保持容器１１内の微粒子について一様な滞留時間を実現するべく、バッフルプレート４８の位置及び形状は、変更され得る。図４に示される実施形態において、バッフルプレート４８の上端は、流動床９内、すなわち下部区域３６に位置付けられる。
【００８７】
バッフルプレート４８及び風箱隔壁用型枠４９は、容器１１のチャンバ３０内のフィード流入口区域５３を少なくとも部分的に画定し、風箱１５を複数の別個のコンパートメントへ分離することは、異なる量の流動ガスがフィード流入口区域５３内の流動床に供給されることを可能にすることが理解され得る。この配置は、フィード流入口７に入る粒子フィードを空気圧で上昇させることを可能とし、フィード流入口７を通じた微粒子材料の自由落下に起因して、フリーボード内の粉塵の水簸を最小化する。これはまた、フィード流入口７内への流動ガスの浸透を最小化する。フィード流入口区域５３は、流動床９内へのフィードの流れのチェックとして機能する。フィード流入口７をフィード容器に直接接続し、この配置における風箱コンパートメント３２への空気の流れを変化させることにより、フィードフローコンディショナ２０は、フィーダとしても用いられ得る。
【００８８】
偏向板５２は、フィード流入開口部７及び排ガス流出開口１０の間で内部チャンバ３０の上部区域３８に配置される。偏向板５２は、頂壁２６から下方に延びており、フィード流入口区域５３の外へ、及び、チャンバ３０の主要部分内へのガス及び微粒子の流れのための通路を提供するべく、偏向板５２の下端が流動床９の上方、かつ、バッフルプレート４８の上端の上方に位置付けられた状態で配置される。偏向板の位置及び形状は、フィード流入開口部７から保持容器１１又は排ガス口１０に入る粉塵の量を最小化するように変更され得る。
【００８９】
図４及び５に示される実施形態において、フィード充填装置２０は、フィード材料が保持容器１１の内部チャンバ３０から排出される少なくとも１つの流出開口部２を更に備える。少なくとも１つの流出開口部２は、スライド流入導管５０の壁に形成され、本実施形態において、スライド流入導管５０の壁と一体にされたウェブ５５により離間される複数の開口部を備える。
【００９０】
スライド流入導管５０は、内部チャンバ３０の下部及び上部区域３６、３８を通過し、保持容器１１全体の高さを通じて鉛直方向に延びており、頂壁２６の開口部４２の内側周縁部に封止された状態で、保持容器１１の頂壁２６に設けられた開口部４２を通じて延びている。スライド流入導管５０は、バッフルリング１７を通じて下方に延びており、バッフルリング１７の内側周囲面に封止された状態で、底部パーティション１３を通じて下方に延びてよい。
【００９１】
スライド流入導管５０は、流出開口部２が底部パーティション１３及び交換可能バッフルリング１７に近接した状態で位置付けられるように配置される。スライド流入導管５０の鉛直位置を変更することにより、流出開口部２は、流出開口部２の域が最大で開口するバッフルリング１７から離れた第１の位置から、少なくとも１つの流出開口部２の領域がバッフルリング１７によって最小に窄められた第２の位置へ移動可能となり得る。これによって、スライド流入導管５は、バッフルリング１７と共に、可変開口１を画定する。例えば、図４は、流出開口部２の領域の大部分がバッフルリング１７で覆われた状態の最小の可変開口１の領域を示す。図５はまた、少なくとも１つの流出開口部２の領域と等しい流出開口部の最小面積（図５の右側における可変開口１の寸法）及び最大面積（図５の左側における恒久的な開口部２の寸法）を示す。
【００９２】
スライド流入導管５０の移動は、上述した作動機構６と同じであり得る作動機構６により制御される。
【００９３】
いくつかの例において、排ガス排出開口１０は、保持容器１１の頂部にあってよく、ビンベント集塵機（図示せず）を備え得る。いくつかの例において、保持容器１１は、粒子フィードを提供する複数のフィード流入開口部７を含む。そのような構成は、フィード供給システムがフィード流入口と連動した状態で、フィードフローコンディショナ２０が既存の精鉱バーナーの頂部に配置されることを可能とする。この配置は、バイパスバルブが、流出導管５の頂部を直接通じてフィード供給システムから粒子フィードをそらし、非直結（ｏｆｆｌｉｎｅ）にすることなく、フィードフローコンディショナ２０で生じる管理を行うことができる。
【００９４】
いくつかの可能なバリエーションを示すべく、図７は、本発明の更なる実施形態の断面図を提供する。図１−５に示されるコンポーネントと同様のコンポーネントには、同様の参照番号が付与されており、それらの説明は繰り返されない。本明細書で述べられる設計の更なる特徴又は変形の例を提供するべく、第１又は第２実施形態とは異なるコンポーネントのみが説明される。図８は、図７に示される流出口領域の詳細図を提供する。
【００９５】
図７の実施形態は、図４及び５に関連付けて上述したものと同様にフィード流入口区域５３を含む。フィード流入口区域５３は、図４に示される第２実施形態のフィード流入口区域５３の下の風箱１５の別個のコンパートメントに機能的に対応する独立した流入口風箱１５１と共に、別個の流動化されたフィードコンパートメント５３１を有する。保持容器１１は、流動フィードコンパートメント５３１及び内部チャンバ３０の間の流動床９内に配置される恒久的なバッフルプレート４８を含む。バッフルプレート４８の高さは、流動床のレベルより低く又は高くなり得る。
【００９６】
図７のフィード充填装置２０は、フィード材料が保持容器１１の内部チャンバ３０から排出される少なくとも１つの流出開口部２を更に備える。最初の２つの実施形態のように排出管５又はスライド流入導管５０に位置付けられる代わりに、少なくとも１つの流出開口部２は、保持容器３０の壁に形成され、かつ、最初の２つの実施形態のように流動プレート３４の上方に位置付けられる。流出開口部２の領域は、平坦な面と共に円筒状の部分を有し、かつ、水平軸を中心に回転自在であるバルブ機構５００により変化される。流出開口部２のサイズは、可変開口１を画定する２つの角度位置の間で、部分的に円筒状のバルブ機構５００をその軸を中心に回転させることにより変化され得る。図７は、可変開口１の最小領域を画定する部分的に閉じた位置におけるバルブ機構５００を示す。 
【００９７】
図８は、部分的に閉じた位置におけるバルブを示す。その軸を中心にバルブ機構５００を反時計回りに回転させることにより、バルブ機構５００の端部及び排出シュート５０１の床面の間に矩形の可変開口１を作り出す。可変開口１の最大の開きは、許容されている回転角度の制限及び部分的に円筒状のバルブ機構５００の寸法により画定され、本実施形態では、バルブ機構５００の平坦な面が水平に配向される方向により画定されるだろう。
【００９８】
上記の記載から理解され得るように、可変開口１は、矩形の空間的に一様な排出流量が制御されることを可能とし、反時計回りにバルブ機構５００を回転させることにより排出量を増やすべく高さ及び面積を大きくすることができ、又は、時計回りにバルブ機構５００を回転させることにより排出量を減らすべく低下させることができる。バルブ機構５００の動作は、バルブ機構５００を回転させるための作動機構（図示せず）により制御される。バルブ機構５００が、任意の所望の平面形状の流出開口部１を形成するべく、ナイフゲート又はスライドゲートのような、他の既知の作動バルブによって置き換えられ得ることが理解され得る。
【００９９】
この実施形態に示されるように、風箱１５は、別個のコンパートメントで構成されてよく、コンパートメントのそれぞれが流動プレート３４の羽口部１２の特定の配置を含み、保持容器１１内の流動化特性の修正を可能とする。
【０１００】
いくつかの例において、可変開口スリット１は、一連の穴又はスロット開口で置き換えられてよく、開口断面積の調整は、鉛直方向又は回転方向のいずれかにおいて内部スリーブによって制御されてよい。
【０１０１】
以下で具体的に説明される実施形態は、粒子状のフィード材料及び反応ガスが共に運ばれ及び反応するバーナーを有する高反応シャフトを含む自溶製錬炉のためのフィード充填装置である。しかしながら、以下で説明されるデバイスは、製薬、化学及び食品の製造及び処理業界のような、粒子フィードシステムを用いる他の分野での使用に適用され得ることが理解されるであろう。
【０１０２】
図６は、本発明の更なる実施形態、及び、バーナー１１０と、本明細書において「フィード充填装置」称されることがあるフィードフローコンディショナ２０とを有する自溶製錬炉１００の可能な構成を示す。図６のフィードフローコンディショナ２０は、最初の３つの実施形態に係るフィードフローコンディショナのいずれかの形式又はそれらの変形をとり得る。図１−５、７及び８に示されるコンポーネントと同様のコンポーネントには、同様の参照番号が付与されており、それらの説明は繰り返されない。本明細書で述べられる設計の更なる特徴又は変形の例を提供するべく、最初の３つの実施形態とは異なるコンポーネントのみが説明される。
【０１０３】
図６に示される実施形態において、フィード充填装置２０は、保持容器１１を備え、フィードダクト４０を通じて従来のフィードシステム（図示せず）からフィードを受け取るためのフィードコンパートメント５３１を有するものとして示される。フィード充填装置２０は、精鉱バーナー１１０の上部に直接統合される。この配置は、充填装置２０を介してバーナー１１０に又はバイパスシュート１２０を通じて代替的な通路に、フィード材料が直接的に充填されることを可能とする。
【０１０４】
図６に示される実施形態において、フィード充填装置２０は、バーナー１１０に直接的にフィードを供給し、フィードの揺らぎ及び空間的な非一様性の両方を取り除く。
【０１０５】
図９は、本発明の更なる実施形態、及び、バーナー１１０と、本明細書において「フィード充填装置」と称されることがあるフィードフローコンディショナ２０とを有する自溶製錬炉１００の可能な構成を示す。図１−８に示されるコンポーネントと同様のコンポーネントには、同様の参照番号が付与されており、それらの説明は繰り返されない。本明細書で述べられる設計の更なる特徴又は変形の例を提供するべく、最初の４つの実施形態とは異なるコンポーネントのみが説明される。
【０１０６】
図９に示される実施形態において、フィード充填装置２０は、保持容器１１を備えると共に、２つの別個のフィードコンパートメント５３２を含み、２つの別個のフィードコンパートメント５３２のそれぞれは、フィードダクト４０を通じて従来のフィードシステム（図示せず）からフィードを受け取るための上述したフィードコンパートメント５３１と同様のものであってよい。フィード充填装置２０は、中間搬送装置２０１、この場合、エアスライド、を介して精鉱バーナー１１０と統合されてよい。この配置は、充填装置２０を介したバーナー又はバイパスシュート１２０を通じた代替的な通路にフィード材料が充填されることを可能とする。
【０１０７】
図９に示される実施形態において、フィード充填装置２０は、フィードの揺らぎを取り除き、バーナーフィードシュートに空間的に一様なフィードを提供する。フィードの基本的な空間分布は、バーナー内のフィードを分散する機械的なコンポーネントの設計により左右される。この欠点は、図９に示される実施形態が既存の自溶炉バーナーフィードシステムに統合され得ることの容易さによって、ある程度相殺される。
【０１０８】
多くの設備変更が請求された主題の範囲内で可能であることが当業者により理解されるだろう。上述した図９に示される実施形態は、例示であることが意図されており、規定又は限定されない。例えば、充填装置は、複数の可変開口を通じて複数の流入口又は複数のバーナーを有するバーナーを供給するように構成され得る。様々な流入口の構成は、充填装置を既存のフィードシステムに適合させるために利用され得る。また、本明細書の開示は、上述したように、フィードバック制御排出開口部を有する流動保持容器の適用により、自溶炉の燃焼空間に供給されるフィード分散の時間的及び空間的な一様性を向上させることにより自溶製錬バーナーの燃焼特性を向上させるための方法である。この方法は、以下の例を用いて更に示され、過渡的な数値流体力学（ＣＦＤ）モデリング及び数値粒子流体力学（ＣＰＦＤ）モデリングの組み合わせを用いてシミュレートされていた。
【０１０９】
実施例
従来のフィードシステムで動作する自溶製錬炉は、軸対称過渡ＣＦＤモデルを用いてシミュレートされていた。モデリング作業の詳細は、「Ｉｍｐａｃｔ  ｏｆ  Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ  Ｆｅｅｄ  Ｔｅｍｐｏｒａｌ  Ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｓ  ｏｎ  ａ  Ｃｏｐｐｅｒ  Ｆｌａｓｈ  Ｓｍｅｌｔｉｎｇ  Ｐｒｏｃｅｓｓ」http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/9781118887998.ch52/summary、と題されたＬａｍｏｕｒｅｕｘ他著による論文内に見出され得る。同一の時間平均供給量の３つの非定常条件では、（１）理想的な、時間的に一様なフィード、（２）１Ｈｚの周波数、８０％のデューティサイクルで噴射された間欠的なフィード、及び（３）５Ｈｚの周波数、８０％のデューティサイクルで噴射された間欠的なフィードがモデル化されていた。後者の２つの事例は、従来のフィードシステムのフィード周波数、及び、（本明細書で説明されたような）フィードフローコンディショナのモデル化された固有振動数にそれぞれ対応する。バーナーの性能が酸素効率に基づいて評価された。間欠的なフィードの事例について報告された値は、理想的な事例の酸素効率に関連する。以下の表１に示されるシミュレーション結果は、同じ振幅についての事例を示したものであり、高周波数間欠性は、無視できる程度の影響を及ぼす一方、低頻度フィード間欠性は、バーナー酸素効率に大きな悪影響を及ぼす。
【表１】
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【０１１０】
上記の結果に加えて、間欠性の振幅の影響が評価された。２つの追加の非定常条件では、４．平均値の３３％に等しい間欠性振幅で１Ｈｚの周波数における正弦波間欠性、及び、５．平均値の５０％に等しい間欠性振幅で１Ｈｚの周波数における正弦波間欠性がモデル化された。以下の表２に示されるシミュレーション結果は、同じ周波数についての事例を示したものであり、間欠性振幅が増加することは、対応して増加する悪影響をバーナー酸素効率に及ぼす。
【表２】
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【０１１１】
上記を考慮して、流入口における低周波数のフィード間欠性に対するフィードフローコンディショナの反応が商業用のＣＰＦＤソフトウェアを用いてシミュレートされた。図１０に示す結果は、フィードフローコンディショナが、その流入口で導入される低頻度フィード間欠性の振幅を弱めるべく、高容量を有することを明確に示す。これは、フィードフローコンディショナが、バーナー及び従来のフィードシステムの間に導入されるとき、従来のフィードシステムのフィード間欠性に固有の影響を減らすことができ、これによりバーナー性能を向上させることを示す。
【０１１２】
上記の主題が自溶製錬炉のためのバーナーの文脈で説明されてきたが、粒子炭を燃料とする炉のためのバーナー、又は、粒子フィードを必要とする他の装置のように、粒子状のフィード材料の他のバーナーに適用されてもよい。
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図９】
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【図１０】
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