(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定された筒状の横型容器と、該筒状横型容器の軸心に配置された回転軸を中心として回転する羽根と、前記筒状横型容器の上流端部側に設置された原料供給部と、前記筒状横型容器の下流端部側に設置された原料排出部とを有する混合機を用いて、鉄鋼原料を連続的に混合するに際して、
前記筒状横型容器の軸心方向の有効長さをＬ（ｍ）、鉄鋼原料の平均滞留時間をｔ（ｓ）、前記筒状横型容器の体積をＶ（ｍ３）、鉄鋼原料のかさ密度をρ（ｋｇ／ｍ３）、前記筒状横型容器内で混合される鉄鋼原料の処理量をＱ（ｋｇ／ｓ）、前記筒状横型容器の体積に対する前記筒状横型容器内に滞留する鉄鋼原料の体積の占有割合である占積率をＳ（％）、羽根の枚数：ｎ（枚）、前記原料供給部側から前記原料排出物側に数えてｉ番目の羽根１枚当りの羽根形状・寸法に依存する鉄鋼原料送り能力速度をｑｉ（ｍ／ｓ）、ｉ番目の羽根の設置位置による重み付けパラメータをｆｉとし、鉄鋼原料の平均滞留時間ｔ（ｓ）または占積率Ｓ（％）が所望の値となり、且つ式（１）を満足するように、当該混合機における羽根の形状・寸法、設置位置、及び枚数を決定することを特徴とする鉄鋼原料の混合機の調整方法。
【数１】
0006260491.tif 000009
ただし、ｑｉは、前記原料供給部側から前記原料排出物側に数えてｉ番目の羽根１枚当りの羽根形状・寸法に依存する鉄鋼原料送り能力速度ｑであり、ｑは、ｎ個全てにｉ番目の羽根と同一種類の羽根を設置した実験による式（７）により算出され、ｆｉは、式（３）により算出される。
ｑ＝Ｌ／ｎｔ・・・（７）
【数２】
0006260491.tif 000010
ただし、原料供給部の回転軸方向位置をＸｉｎ（ｍ）、原料排出部の回転軸方向位置をＸоｕｔ（ｍ）とし、前記原料供給部側から前記原料排出物側に数えてｉ番目の羽根の回転軸方向の設置位置をＸｉ（ｍ）とする。
【請求項２】
羽根の形状または／および寸法を変更して、ｉ番目の羽根１枚当りの羽根形状・寸法に依存する鉄鋼原料送り能力速度ｑｉ（ｍ／ｓ）を調整することを特徴とする請求項１に記載の鉄鋼原料の混合機の調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄鋼原料（例えば、鉄鉱石や石炭）の予備処理に利用する混合機の調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、鉄鋼原料（製鉄原料）である鉄鉱石や石炭は、溶銑を製造する高炉に装入される前に予備処理が行われる。鉄鉱石のうち塊鉱石はそのまま高炉に装入されるが、その他の粉鉱石は焼結機で焼結して焼結鉱として高炉に装入される。また、石炭はコークス炉で乾留してコークスにして高炉に装入される。
【０００３】
その際に、鉄鉱石も石炭も通常は複数の銘柄を配合して使用されるため、混合機にて混合される。それによる混合度の向上により、粉鉱石を焼結したり、石炭を乾留したりする際の反応が均一に進み、品質の安定化と高強度化が期待できる。
【０００４】
混合機はさまざまあるが、鉄鋼原料は大量に処理する必要があることから、円筒状の容器を横向きに寝かして（円筒状の容器の軸心が水平方向もしくは水平に近い方向に向くようにして）、その円筒状横型容器の上流端部側に原料供給口を設け、下流端部側に原料排出口を設けた連続式の横型混合機が良く用いられる。
【０００５】
更に、この連続式横型混合機は、円筒状横型容器が回転するタイプと、円筒状横型容器は固定で内部に配置された羽根、リボン、スクリュー、パドルなどが回転するタイプに分類される。
【０００６】
いずれのタイプの混合機においても、円筒状横型容器の体積に対する円筒状横型容器内に滞留する原料の体積の占有割合（占積率）や、円筒状横型容器内に原料が滞留する時間（平均滞留時間）が、効率的に混合するための重要な指標のひとつとなる。
【０００７】
占積率が低すぎると円筒状横型容器内に原料が滞留する時間が短くなり、混合が十分進行しないまま排出されてしまう。一方、占積率が高すぎると原料が塊で共回りするので、混合が進行しない。
【０００８】
占積率Ｓ（％）は、円筒状横型容器の体積Ｖ（ｍ３）、原料のかさ密度ρ（ｋｇ／ｍ３）、円筒状横型容器内に滞留する原料の質量Ｍ（ｋｇ）を用いて、式（４）のように書ける。
Ｓ＝Ｍ／Ｖρ×１００      ・・・（４）
【０００９】
また、原料の平均滞留時間ｔ（ｓ）は、原料の処理量Ｑ（ｋｇ／ｓ）を用いて、式（５）になる。
ｔ＝Ｍ／Ｑ      ・・・（５）
【００１０】
式（４）と式（５）から式（６）が導かれる。
ｔ＝ＶρＳ／１００Ｑ      ・・・（６）
【００１１】
これによって、平均滞留時間ｔ（ｓ）は占積率Ｓ（％）と置き換え可能な指標と考えられる。
【００１２】
以上のことから、平均滞留時間や占積率を所望の値にすることは、混合機の操業上極めて重要なことである。
【００１３】
しかしながら、同じ混合機でも原料の種類や性状により適正な平均滞留時間や占積率が異なり、同じ形状の混合機でもサイズが異なれば適正な平均混合時間や占積率を予測することが難しく、結局のところ、適正な平均滞留時間や占積率を安定して得るための混合機の設計は経験によるところが多い。また、実際に原料を処理したうえで再調整することも多い。
【００１４】
特許文献１には、原料の処理量が増加した場合に、占積率を一定に保つため、混練機（混合機）内の原料の移動速度を上昇させることが開示されている。原料の移動速度の調整手段は具体的には記載されていないが、一般的にはパドルの回転数を変更すると考えられる。
【００１５】
特許文献２には、占積率を一定に保つために、原料排出部の上流にある堰の高さを上下に調整して、混練機（混合機）内の粉体の滞留量を調整する方法が記載されている。
【００１６】
また、原料排出部の位置または開度を調整する方法として、原料排出部の開口に、開口を覆うよう混練機の長手方向或は周方向に移動する扉体を設け、この扉体を移動させることにより、原料排出部の位置または開度を調整して、混練機内の粉体の滞留量を調整する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開平６−４７２６６号公報
【特許文献２】特開２０１１−１３６２５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、特許文献１のパドルの回転数を変更する方法は、パドルの回転数を変更すると、パドルの遠心力と重力のバランスが崩れ、適正な混練状態を維持できなくなることが指摘されている。
【００１９】
また、特許文献２の堰の高さを上下に調整する方法は、堰の高さを上に調整した場合に、原料が詰まる危険が大きくなり、調整に限度がある。
【００２０】
また、原料排出部の位置や開度を調整する方法は、開閉部の粉体噛み込みなどメンテナンスの頻度が上がると考えられる。
【００２１】
このようなことから、これまでは、混合機（実機）での試行錯誤によって、所望の平均滞留時間や占積率が得られるように、当該混合機を調整する場合が多かった。
【００２２】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、鉄鉱石や石炭等の鉄鋼原料を混合する混合機を用いて、鉄鋼原料を連続的に混合するに際して、当該混合機が効率的に混合することができるように、実機での試行錯誤をすることなく容易に当該混合機を調整することができる鉄鋼原料の混合機の調整方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。
【００２４】
［１］固定された筒状の横型容器と、該筒状横型容器の軸心に配置された回転軸を中心として回転する羽根と、前記筒状横型容器の上流端部側に設置された原料供給部と、前記筒状横型容器の下流端部側に設置された原料排出部とを有する混合機を用いて、鉄鋼原料を連続的に混合するに際して、
筒状横型容器の軸心方向の有効長さをＬ（ｍ）、鉄鋼原料の平均滞留時間をｔ（ｓ）、筒状横型容器の体積をＶ（ｍ３）、鉄鋼原料のかさ密度をρ（ｋｇ／ｍ３）、鉄鋼原料の処理量をＱ（ｋｇ／ｓ）、占積率をＳ（％）、羽根の枚数：ｎ（枚）、ｉ番目の羽根１枚当りの羽根形状・寸法に依存する鉄鋼原料送り能力速度をｑｉ（ｍ／ｓ）、ｉ番目の羽根の設置位置による重み付けパラメータをｆｉとし、鉄鋼原料の平均滞留時間ｔ（ｓ）または占積率Ｓ（％）を予め定めておき、式（１）、式（２）を満足するように当該混合機を調整することを特徴とする鉄鋼原料の混合機の調整方法。
【００２５】
【数１】
0006260491.tif 000002
【００２６】
［２］ｉ番目の羽根の設置位置による重み付けパラメータｆｉを式（３）とすることを特徴とする前記［１］に記載の鉄鋼原料の混合機の調整方法。
【００２７】
【数２】
0006260491.tif 000003
【００２８】
［３］羽根の形状または／および寸法を変更して、ｉ番目の羽根１枚当りの羽根形状・寸法に依存する鉄鋼原料送り能力速度ｑｉ（ｍ／ｓ）を調整することを特徴とする前記［１］または［２］に記載の鉄鋼原料の混合機の調整方法。
【発明の効果】
【００２９】
本発明においては、鉄鉱石や石炭等の鉄鋼原料を混合する混合機を用いて、鉄鋼原料を連続的に混合するに際して、当該混合機が効率的に混合することができるように、実機での試行錯誤をすることなく容易に当該混合機を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態において用いる混合機を示す縦断面図である。
【図２】本発明の一実施形態において用いる羽根の形状を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態において用いる羽根の設置角度を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００３２】
図１は、本発明の一実施形態において用いる混合機を示す縦断面図である。
【００３３】
図１に示すように、この実施形態において用いる混合機１０は、固定された円筒状の横型容器１１と、円筒状横型容器１１の軸心に配置された回転軸１２を中心として回転する羽根１５と、円筒状横型容器１１の上流端部に設置された原料供給部１８と、円筒状横型容器１１の下流端部に設置された原料排出部１９とを有している。
【００３４】
ここで、羽根１５は、円筒状横型容器１１内の鉄鋼原料の送り機能と攪拌機能を備えた羽根（攪拌機能付き送り羽根）であり、回転軸１２に直交するように固定されたシャフト１４の両端部に取り付けられていて、回転モータ１３の駆動によって回転軸１２とともに回転するようになっている。なお、羽根１５は必ずしもシャフト１４の両端に取り付ける必要はなく、シャフト１４の片端に取り付ける場合もある．
図２に示すように、羽根１５の基本形状は矩形の板形状であり、図３に示すように、羽根１５の取付け形状として、下流方向に対する傾斜角度αを備えている。なお、羽根１５の基本形状は必ずしも板形状である必要はなく、ショベルのように湾曲部を有する形状であっても良い。
【００３５】
そして、この混合機１０を用いて鉄鋼原料を連続的に混合する際に、上述した特許文献１、２等に記載されたような従来技術に替えて、実機での試行錯誤をすることなく容易に、予め定めている所望の平均滞留時間ｔ（ｓ）や占積率Ｓ（％）が得られるように、混合機１０を調整することができる方法について検討した。
【００３６】
ちなみに、所望の平均滞留時間ｔ（ｓ）、所望の占積率Ｓ（％）は、これまでの操業実績等に基づいて、混合機１０が効率的に混合することができる適正な平均滞留時間ｔ（ｓ）、適正な占積率Ｓ（％）と判断された値であり、例えば、適正な平均滞留時間ｔ（ｓ）は５０〜７０ｓｅｃであり、適正な占積率Ｓ（％）は３０〜５０％である。
【００３７】
検討の結果、平均滞留時間ｔ（ｓ）や占積率Ｓ（％）は、羽根１５の１枚当りの鉄鋼原料送り能力（羽根１５の形状と寸法に依存）に大きく影響されるが、その羽根１５の１枚当りの鉄鋼原料送り能力を単純に羽根１５の枚数分足し合わせても、混合機１０全体の平均滞留時間ｔ（ｓ）や占積率Ｓ（％）は予測できず、羽根１５の１枚当りの鉄鋼原料送り能力に、羽根１５の設置位置による重み付けをする必要があることがわかった。
【００３８】
すなわち、円筒状横型容器１１の軸心方向の有効長さをＬ（ｍ）とすると、鉄鋼原料が円筒状横型容器１１内を軸心方向に移動する平均速度はＬ／ｔで表現できるので、羽根枚数をｎ（枚）、ｉ番目の羽根１枚当りの羽根形状・寸法に依存する原料送り能力速度をｑｉ（ｍ／ｓ）、ｉ番目の羽根の設置位置による重み付けパラメータｆｉとすると、予め定めた所望の平均滞留時間ｔ（ｓ）または占積率Ｓ（％）に対して、式（１）、式（２）を満たすようにすればよいことがわかった。
【００３９】
【数３】
0006260491.tif 000004
【００４０】
ここで、円筒状横型容器１１の軸心方向の有効長さをＬ（ｍ）は、原料供給部１８と原料排出部１９が円筒状横型容器１１のそれぞれ上流端部と下流端部にある場合は、円筒状横型容器１１の長さで代表できるし、原料供給部１８と原料排出部１９が円筒状横型容器１１の上流端部と下流端部にない場合は、原料供給部１８から原料排出部１９までの距離で代表できる。
【００４１】
また、羽根１５の設置位置による重み付けパラメータｆｉは、原料排出部１９に近いほど重みがあるように設定するのが良い。
【００４２】
例えば、原料供給部１８の回転軸１２方向位置をｘｉｎ（ｍ）、原料排出部１９の回転軸１２方向位置をｘｏｕｔ（ｍ）とし、ｉ番目の羽根の回転軸１２方向の設置位置をｘｉ（ｍ）とすると、重み付けパラメータｆｉは式（３）のように設定できる。
【００４３】
【数４】
0006260491.tif 000005
【００４４】
なお、式（３）において、ｘｏｕｔ−ｘｉｎは円筒状横型容器１１の軸心方向の有効長さをＬ（ｍ）に置き換えても良いが、いずれにしても、このとき式（２）を満足することが必要である。式（２）を満足しない場合は、例えば、過不足分を比例配分して、式（２）を満足するようにすればよい。
【００４５】
そして、式（１）において、処理する鉄鋼原料のかさ密度ρは自ずと決まる値であるが、その他のパラメータ（処理量Ｑ、円筒状横型容器１１の有効長さＬ、円筒状横型容器１１の体積Ｖ、羽根１５の枚数ｎ、羽根１５の１枚当りの羽根形状・寸法に依存する鉄鋼原料送り能力速度ｑｉ、羽根１５の設置位置による重み付けパラメータｆｉ）については、調整や変更可能である。
【００４６】
ただし、処理量Ｑは操業上から必要な要求範囲があるし、使用できる混合機１０が限られている場合は、有効長さＬや体積Ｖもある程度決まってしまう。
【００４７】
また、羽根１５の枚数ｎを増減することは可能だが、羽根１５は円筒状横型容器１１の側面に投影した際の投影面積が重ならない程度に密に配置され、羽根１５の枚数ｎが少ないと混合不足となり、多いと過剰設備となるため、変更する余地が余りない。また、羽根１５の枚数ｎを変更するために、取り付け用のシャフト１４を回転軸１２に増設または撤去するのは労力を要する。したがって、羽根１５の設置位置に依存する重み付けパラメータｆｉは一度決定した後の変更は難しくなる。
【００４８】
以上のように、式（１）に関する混合機１０のパラメータ（処理量Ｑ、有効長さＬ、体積Ｖ、羽根１５の枚数ｎ、重み付けパラメータｆｉ）がある程度決定してしまっている場合を考えると、比較的容易に行うことが可能な、羽根１５の形状（基本形状、取り付け形状）や寸法を変更・調整することによって、羽根１５の１枚当りの羽根形状・寸法に依存する鉄鋼原料送り能力速度ｑｉを調整することが最も自由度が高く有効である。
【００４９】
なお、羽根１５の１枚当りの羽根形状に依存する鉄鋼原料送り能力速度ｑｉは、ｎ個すべてに同一種類の羽根を設置した場合の実験により、式（７）として算出でき、羽根１５の種類別に算出することが望ましい。
ｑ＝Ｌ／ｎｔ      ・・・（７）
【００５０】
簡易的には、スケールダウンした模型で羽根１５の総数ｎを削減して実験しても良い。ある羽根形状の鉄鋼原料送り能力速度ｑが既知の場合、羽根１５の寸法変更に関しては、円筒状横型容器１１の軸心から見た投影面積比を乗ずることで決定しても良い。
【００５１】
なお、本来、鉄鋼原料送り能力速度ｑは羽根１５の回転数に依存するパラメータであるが、ここでは羽根１５の回転数は変更しないとしている。
【００５２】
このようにして、この実施形態においては、鉄鉱石や石炭等の鉄鋼原料を混合する混合機１０を用いて、鉄鋼原料を連続的に混合するに際して、混合機１０が効率的に混合することができるように、実機での試行錯誤をすることなく容易に混合機１０を調整することができる。
【００５３】
なお、この実施形態においては、横型容器が円筒状の横型容器１１（すなわち、縦断面（軸心１２と直交する断面）が円形の筒状横型容器）であったが、横型容器は必ずしも円筒状の横型容器である必要はなく、縦断面が楕円形や多角形の筒状横型容器であってもよい。
【実施例１】
【００５４】
本発明の効果を確認するために、図１〜図３に示した混合機を用いて、鉄鋼原料の混合試験を行い、その際の平均滞留時間ｔ（ｓ）と占積率Ｓ（％）を評価した。
【００５５】
その際に、鉄鋼原料は水分９ｍａｓｓ％の石炭を用いた。そのかさ密度ρは６７５ｋｇ／ｍ３であった。円筒状横型容器１１の径は２．５ｍφ、有効長さＬは５．２ｍであり、円筒状横型容器１１の体積Ｖは２５．５ｍ３であった。羽根１５の回転数は３０ｒｐｍで一定とした．
そして、羽根１５は、図１に示したように、シャフト１４の両端部にそれぞれ取り付け、隣り合うシャフト１４は回転軸１２方向に４００ｍｍの間隔で位相が１２０度ずつずれるように１２本取り付けた。したがって、羽根１５の枚数ｎは２４枚であった。
【００５６】
原料供給部１８の回転軸１２方向位置ｘｉｎ＝０ｍ、原料排出部１９の回転軸１２方向位置ｘｏｕｔ＝５．２ｍとし、ｉ番目の羽根１５の設置位置ｘｉを、ｉが奇数の場合は、ｘｉ＝０．４×（（ｉ＋１）／２）ｍとし、ｉが偶数の場合は、ｘｉ＝０．４×（ｉ／２）ｍとした。例えば、１番目と２番目の羽根１５の設置位置ｘ１＝ｘ２＝０．４ｍ、２３番目と２４番目の羽根１５の設置位置ｘ２３＝ｘ２４＝４．８ｍとした。そして、式（３）に基づいて、重み付けパラメータｆｉを算出した。
【００５７】
それぞれの羽根１５の基本形状は、図２に示したように、矩形の板形状であり、寸法ａ＝４００ｍｍ、ｂ＝３００ｍｍ、厚みは１５ｍｍであった。
【００５８】
その上で、この実施例では、図３に示した取付け形状（傾斜角α）が異なる３種類の羽根１５（形状１、形状２、形状３）を準備した。形状１の羽根は傾斜角αが３０度、形状２の羽根は傾斜角αが６０度、形状３の羽根は傾斜角αが１２０度とした。
【００５９】
そして、条件１として、全２４枚の攪拌羽根を形状１とし、処理量４００ｔ／ｈｒ（１１１ｋｇ／ｓ）で処理した。円筒状横型容器１１内に滞留する原料の質量Ｍは、４８００ｋｇであった。
【００６０】
また、条件２として、全２４枚の攪拌羽根を形状２とし、処理量４００ｔ／ｈｒ（１１１ｋｇ／ｓ）で処理した。円筒状横型容器１１内に滞留する原料の質量Ｍは、２３００ｋｇであった。
【００６１】
また、条件３として、全２４枚の攪拌羽根を形状３とし、処理量４００ｔ／ｈｒ（１１１ｋｇ／ｓ）で処理した。円筒状横型容器１１内に滞留する原料の質量Ｍは、９８００ｋｇであった。
【００６２】
それぞれの条件について、式（４）より占積率Ｓ、式（５）より平均滞留時間ｔ、式（７）より羽根１枚当りの原料送り能力速度ｑを算出した。その結果を表１に示す。
【００６３】
【表１】
0006260491.tif 000006
【００６４】
そこで、所望の占積率Ｓが３５〜４０％、所望の平均滞留時間ｔが５５〜６０ｓｅｃのとき、例えば、表２に示すような、条件４、条件５の羽根形状の組み合わせが考えられる。
【００６５】
条件４、条件５について、式（１）、式（３）から占積率Ｓ、平均滞留時間ｔを計算したところ、表３に示すように、所望の範囲になった。
【００６６】
そして、条件４および条件５で混合機１０の運転を行ったところ、計算値と５％程度の誤差範囲で運転することができた。
【００６７】
【表２】
0006260491.tif 000007
【００６８】
【表３】
0006260491.tif 000008
【００６９】
このように、この実施例では、混合機１０で石炭を混合する際に、複数ある羽根１５の形状を個別に調整することによって、実機での試行錯誤をすることなく、所望の平均滞留時間ｔや占積率Ｓを容易に得ることができた。
【００７０】
これにより、本発明の有効性が確認された。
【符号の説明】
【００７１】
１０  混合機
１１  円筒状横型容器
１２  回転軸
１３  回転モータ
１４  シャフト
１５  羽根（攪拌機能付き送り羽根）
１８  原料供給部
１９  原料排出部
【図１】
0006260491.tif 000011
【図２】
0006260491.tif 000012
【図３】
0006260491.tif 000013