(57)【要約】  本願は、スクリューコンベヤのスクリュー羽根の摩耗寿命を延ばすことにより、スクリューコンベヤの保守頻度を減少させて、回転炉床式還元炉の稼働率を向上させることができる回転炉床式還元炉の還元鉄排出用スクリューコンベヤを提供するもので、水平面内で回転する回転炉床上に金属酸化物及び炭材からなるペレットを装入して加熱（還元）により還元鉄を製造する回転炉床式還元炉に配置され、還元鉄を炉外に排出させるための還元鉄排出用スクリューコンベヤ５において、回転軸と、回転軸の外周においてらせん状に形成されたスクリュー羽根とを有し、スクリュー羽根５ａのリード角θ（ｒａｄ）が、０．６ｒａｄ≦θ≦０．７９ｒａｄの条件を満たすようにする。また、スクリュー羽根の高さｈとスクリューコンベヤの外径Ｄとの比（ｈ／Ｄ）を０．２より小さくするとともに、スクリュー羽根の厚みｔ及び高さｈとの比（ｔ／ｈ）を０．１２以上とするものである。
2007116878.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平面内で回転する回転炉床上に金属酸化物及び炭材からなるペレットを装入して加熱することにより還元鉄を製造する回転炉床式還元炉に配置され、前記還元鉄を炉外に排出するための還元鉄排出用スクリューコンベヤにおいて、
回転軸と、
該回転軸の外周において、らせん状に形成されたスクリュー羽根とを有し、
前記スクリュー羽根のリード角θ（ｒａｄ）が、下記（１）式の条件を満たす、
０．４６ｒａｄ≦θ≦０．７９ｒａｄ・・・（１）
ことを特徴とする還元鉄排出用スクリューコンベヤ。
【請求項２】
前記回転炉床に対する前記スクリュー羽根の押し付け力が２００００Ｎ／ｍより大きいことを特徴とする請求項１に記載の還元鉄排出用スクリューコンベヤ。
【請求項３】
前記回転炉床に対する前記スクリュー羽根の押し付け力が３５０００Ｎ／ｍより小さいことを特徴とする請求項２に記載の還元鉄排出用スクリューコンベヤ。
【請求項４】
前記スクリュー羽根の高さ及び該スクリューコンベヤの外径の比が、下記（２）式の条件を満たすとともに、
前記スクリュー羽根の厚み及び高さの比が、下記（３）式の条件を満たす、
ｈ／Ｄ＜０．２  ・・・（２）
ｔ／ｈ≧０．１２・・・（３）
ここで、ｈは前記スクリュー羽根の高さ、Ｄは該スクリューコンベヤの外径、ｔは前記スクリュー羽根の厚みである
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の還元鉄排出用スクリューコンベヤ。
【請求項５】
前記スクリュー羽根の先端が前記回転炉床に接触していることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の還元鉄排出用スクリューコンベヤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転炉床式還元炉内に配置され、還元鉄を炉外に排出するための還元鉄排出用スクリューコンベヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
還元鉄の製造に、回転炉床式還元炉が使用されている。回転炉床式還元炉では、鉄鉱石、製鉄ダストなどの金属酸化物及び炭材をペレットにし、このペレットを回転炉床式還元炉内において水平面で回転する回転炉床上に装入して加熱（還元）することにより還元鉄を製造する（特許文献１，２，３参照）。【０００３】
図５は回転炉床式還元炉の一例を示す概略図である。図５において、回転炉床式還元炉２０内で水平面内で回転する回転炉床２１にペレット装入口２２からペレットを装入して加熱（還元）することにより還元鉄を製造する。得られた還元鉄は、スクリューコンベヤ２３により回転炉床２１の外周端に寄せられて排出口２４から炉外に排出される。スクリューコンベヤには、一般に回転軸内を水冷構造とし、スクリュー羽根に耐熱性および耐摩耗性を有する材料を使用したものが用いられている。【０００４】
一方、昇降シリンダーを用いてスクリューコンベヤの見かけ上の自重を軽減し、回転炉床への押し付け力を所定範囲内（４０００Ｎ／ｍ以上、２００００Ｎ／ｍ以下）とすることにより、スクリュー羽根の摩耗を低減しているものがある（例えば、特許文献４参照）。
【特許文献１】特公昭４５−１９５６９公報
【特許文献２】特許第３０２０４８２号公報
【特許文献３】米国特許第４６３６１２７号明細書
【特許文献４】特開２００５−６１６５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した回転炉床式還元炉において、スクリュー羽根は、高温下で使用される上、回転炉床上に敷設された還元鉄を掻き出す際に回転炉床の表面と接触することで絶えず摩擦力を受けている。このため、従来の構造では、スクリュー羽根は摩耗により短期間で損耗し、長期間にわたって使用し続けることはできなかった。そのため、回転炉床式還元炉から頻繁にスクリューコンベヤを取り出して保守を行う必要があり、回転炉床式還元炉の稼働率が低下していた。【０００６】
ここで、特許文献４に記載の装置では、スクリューコンベヤによる回転炉床への押し付け力を所定範囲内とすることにより、スクリュー羽根の摩耗を低減するようにしている。【０００７】
しかしながら、特許文献４に記載の装置では、スクリューコンベヤの押し付け力が所定範囲内となるように、昇降シリンダーによるスクリューコンベヤの押し上げ力を調整する必要がある。ここで、スクリューコンベヤの押し上げ力を誤って調整した場合には、スクリューコンベヤの見かけ上の自重を過度に軽減してしまうこともある。また、スプリング等を用いて、昇降シリンダーによるスクリューコンベヤの押し上げ力を軽減する場合には、スプリング等の部品が増え、コストアップとなってしまう。【０００８】
そこで、本発明は、簡単な構成において、回転炉床式還元炉内に配置される還元鉄排出用スクリューコンベヤのスクリュー羽根の摩耗寿命を延ばすことにより、スクリューコンベヤの保守頻度を減少させて回転炉床式還元炉の稼働率を向上させることができる回転炉床式還元炉の還元鉄排出用スクリューコンベヤを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、水平面内で回転する回転炉床上に原料及び炭材からなるペレットを装入して加熱（還元）することにより還元鉄を製造する回転炉床式還元炉に配置され、還元鉄を炉外に排出するための還元鉄排出用スクリューコンベヤにおいて、回転軸と、回転軸の外周においてらせん状に形成されたスクリュー羽根とを有し、スクリュー羽根のリード角θ（ｒａｄ）が、下記（１）式の条件を満たすことを特徴とする。【００１０】
０．４６ｒａｄ≦θ≦０．７９ｒａｄ・・・（１）
ここで、スクリュー羽根の高さ（ｈ）とスクリューコンベヤの外径（Ｄ）との比（ｈ／Ｄ）を０．２より小さくしたり、スクリュー羽根の厚み（ｔ）とスクリュー羽根の高さ（ｈ）との比（ｔ／ｈ）を０．１２以上とすることができる。また、スクリュー羽根は、回転軸に対して溶接により固定することができる。そして、スクリュー羽根の先端は、回転炉床に接触させておく。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の還元鉄排出用スクリューコンベヤでは、スクリュー羽根のリード角を上記（１）式の条件を満たすように設定することにより、スクリュー羽根と回転炉床の摩擦力を低減することができる。また、回転軸内に水冷構造を設けた構成において、スクリュー羽根の高さおよびスクリューコンベヤの外径の比（ｈ／Ｄ）を０．２より小さくするとともに、スクリュー羽根の厚み及び高さの比（ｔ／ｈ）を０．１２以上とすることにより、スクリュー羽根に対する回転軸からの水冷効果を向上させることができ、スクリュー羽根の摩耗量を低下させることができる。また、回転軸に対してスクリュー羽根を溶接により形成することで、上述した条件を持たすスクリューコンベヤを容易に製造することができる。そして、スクリュー羽根の摩耗寿命が延びることで、回転炉床式還元炉の年間稼働率を向上させ、生産量あたりの設備費を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は本発明の還元鉄排出用スクリューコンベヤ（以下「スクリューコンベヤ」という。）を配置した回転炉床式還元炉の一例を示す概略図である。【００１３】
回転炉床式還元炉の炉体１の内部下方には、回転炉床２が水平面内で回転可能に配置されており、炉体１と回転炉床２は、炉内の雰囲気を維持するために環状の水封路３で水封されている。【００１４】
ペレットの還元処理により得られた還元鉄４を外部に排出するためのスクリューコンベヤ５は、回転軸６の両端が炉体１の長孔７を貫通し、炉外に配置されたシリンダー８のピストンロッド９に軸受け１０を介して昇降可能に支持されている。軸受け１０は、ピストンロッド９に固定され支持されている。スクリューコンベヤ５には、回転軸６内を水冷構造としたスクリューが用いられている。【００１５】
還元鉄４は、スクリューコンベヤ５の回転により回転炉床２の外周端に向かって移動し、回転炉床２の外周端から落下することにより、排出口１１を介して炉外に排出される。スクリューコンベヤ５は、シリンダー８により位置を調整してスクリュー羽根の先端と回転炉床２の間に隙間を設けることなく、確実に接触させて、常時、回転炉床２上の表面を清掃しつつ操業することが望ましい。【００１６】
図２（ａ）は本発明の一実施形態であるスクリュー羽根を示す正面図、図２（ｂ）は、
図２（ａ）のＡ−Ａ断面図である。【００１７】
回転軸６の中空部には冷却水通路６ａが形成され、回転軸６の外周には、スクリュー羽根５ａが溶接により螺旋状に形成されている。【００１８】
スクリュー羽根５ａは、そのリード角θを大きくとって、スクリュー羽根５ａの条数を多くすることによって、スクリュー羽根５ａと回転炉床２の摩擦力が小さくなるようにする。具体的には、スクリュー羽根５ａのリード角θ（ｒａｄ）は、後述するように、摩耗および掻き取り力の観点において、下記（１）式を満たすように設定する。【００１９】
０．４６ｒａｄ≦θ≦０．７９ｒａｄ・・・（１）
図３において、（ａ）は摩耗速度（ｍｍ／日）とスクリュー羽根５ａのリード角θとの関係を示すグラフ、（ｂ）は摩耗速度（ｍｍ／日）とスクリュー羽根５ａの高さおよびスクリューコンベヤ５の外径の比（ｈ／Ｄ）との関係を示すグラフ、（ｃ）は摩耗速度（ｍｍ／日）とスクリュー羽根５ａの厚みおよび高さの比（ｔ／ｈ）との関係を示すグラフである。図４は、スクリュー羽根５ａのリード角θと掻き取り力の関係を説明するための図である。【００２０】
図３（ａ）に示す実験データから、スクリュー羽根５ａのリード角θが０．４６未満では摩耗速度が大きくなって摩耗が増加するので、リード角θの下限値は０．４６ｒａｄ以上になるように設定する。また、図４に示すように、スクリュー羽根５ａの掻き取り力は、Ｆ・ｓｉｎθ・ｃｏｓθ＝（Ｆ／２）・ｓｉｎ２θで表されるため、リード角θが０．７９ｒａｄ（４５度）において掻き取り力が最大となる。一方、スクリュー羽根５ａのリード角θを０．７９ｒａｄより大きくすると、スクリュー羽根５ａの掻き取り力が低下するので、リード角θの上限値は０．７９ｒａｄになるように設定する。【００２１】
スクリュー羽根５ａの条数を増やし、そのリード角θを大きくすることにより、回転炉床２の移動方向に対して、より斜めの状態（水平面に近づいた状態）でスクリュー羽根５ａが移動することになる。それによって回転炉床２上の堆積物がスクリュー羽根５ａの先端と回転炉床２の間に噛み込む頻度が減少し、スクリュー羽根５ａの摩耗量を低減させることができる。また、還元鉄がスクリューコンベヤ５の前方（一端側）に滞留および転動して粉化することで、その一部が床上堆積物になるが、スクリュー羽根５ａにより回転炉床２上の堆積物を削り取る効率が向上することで、堆積物の掻き残しが減り、回転炉床２上の堆積物が硬化するのを抑制できる。また、スクリュー羽根５ａのリード角θを上記（１）式の範囲内とすることで、スクリューコンベヤ５の回転数を上げなくても、堆積物の掻きだし速度を増加させることができ、回転炉床２上の堆積物を減らすことができる。【００２２】
また、スクリュー羽根５ａのうち、水冷構造の回転軸６から最も遠い先端部は、水冷効果が小さく、高温の回転炉床２との接触により急速に摩耗が進んでしまう。そこで、スクリュー羽根５ａの水冷効果を向上させるために、回転軸６からのスクリュー羽根５ａの高さｈ、スクリュー羽根５ａの厚みｔ、およびスクリューコンベヤ５の外径Ｄを、以下に説明する条件を満たす範囲内に設定する。【００２３】
スクリュー羽根５ａの高さｈとスクリューコンベヤ５の外径Ｄとの比（ｈ／Ｄ）を変化させて摩耗速度に及ぼす影響を検討した。この場合には、図３（ｂ）に示されるように、ｈ／Ｄが０．２以上になると摩耗速度が急激に増加する結果が得られた。この結果から、ｈ／Ｄが０．２より小さくなるように、高さｈ及び外径Ｄの値を設定する。【００２４】
次に、スクリュー羽根５ａの厚みｔとスクリュー羽根５ａの高さｈとの比（ｔ／ｈ）を変化させて摩耗速度に及ぼす影響を検討した。この場合には、図３（ｃ）に示されるように、ｔ／ｈが０．１２を超えると摩耗速度が急激に減少する結果が得られた。この結果から、ｔ／ｈが０．１２以上となるように、厚みｔ及び高さｈの値を設定する。【００２５】
上述したように、スクリュー羽根５ａの高さｈをスクリューコンベヤ５の外径Ｄに対して２０％を超えないようにするとともに、スクリュー羽根５ａの厚みｔを高さｈに対して１２％以上とすることにより、高い水冷効果が得られ、その結果、耐摩耗性を向上させることができる。スクリュー羽根５ａの高さｈは、スクリューコンベヤ５の外径Ｄの２０％を超えないようにするため、従来のボルト及びナットを用いた接続構造では、スクリューコンベヤ５の製作が困難である。ここで、スクリュー羽根５ａを回転軸６に溶接することにより、スクリューコンベヤ５の製作が容易となる。【００２６】
次に、上述したスクリューコンベヤ５を用いた場合において、回転炉床２に対するスクリュー羽根５ａの押し付け力について説明する。スクリュー羽根５ａのリード角θとスクリュー羽根５ａの押し付け力との関係を異ならせて、スクリュー羽根５ａの摩耗速度を測定した。この結果を、以下の表１に示す。【００２７】
【表１】
2007116878.tif 000003
【００２８】
表１に示すように、上記（１）式の条件を満足する実施例１，２，４，８では、上記（１）式の条件を満足しない実施例３，５〜７に比べてスクリュー羽根５ａの摩耗速度を低減することができた。また、実施例１，２，４，８のうち、スクリュー羽根５ａの押し付け力が２００００Ｎ／ｍを超える実施例４，８では、摩耗速度を更に低減することができた。【００２９】
このため、回転炉床２に対するスクリュー羽根５ａの押し付け力は、２００００Ｎ／ｍより大きいことが好ましい。また、本出願人の実験及び解析により、スクリュー羽根５ａの押し付け力が３５０００Ｎ／ｍまでは、スクリュー羽根５ａの摩耗速度を低減できることが分かった。したがって、スクリュー羽根５ａの押し付け力の上限値は、３５０００Ｎ／ｍであることが好ましい。【００３０】
本発明のスクリューコンベヤによれば、スクリュー羽根５ａの先端と回転炉床２の間に隙間を設けることなく確実に接触させて常時、回転炉床上に堆積あるいは付着した還元鉄を掻き出して清掃しても、スクリュー羽根５ａの摩耗量を低減させることができ、回転炉床式還元炉を長時間において運転することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明のスクリューコンベヤを配置した回転炉床式還元炉の一例を示す概略図である。
【図２】（ａ）は本発明によるスクリュー羽根を示す正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図３】（ａ）は摩耗速度（ｍｍ／日）とスクリュー羽根のリード角θの関係を示すグラフ、（ｂ）は摩耗速度（ｍｍ／日）とスクリュー羽根の高さおよびスクリューコンベヤの外径の比（ｈ／Ｄ）との関係を示すグラフ、（ｃ）は摩耗速度（ｍｍ／日）とスクリュー羽根の厚みおよび高さの比（ｔ／ｈ）との関係を示すグラフである。
【図４】スクリュー羽根のリード角θと掻き取り力の関係の説明図である。
【図５】還元鉄製造用回転炉の一例を示す概略図である。
【図１】
2007116878.tif 000004
【図２】
2007116878.tif 000005
【図３】
2007116878.tif 000006
【図４】
2007116878.tif 000007
【図５】
2007116878.tif 000008
【国際調査報告】
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2007116878.tif 000010