(57)【要約】【課題】従来に比べて寿命が長く、且つ精度の高い焼結層温度測定プローブを提供する。【解決手段】焼結機のパレット台車上に設置されているシンターケーキ支持スタンドの前面部から該パレット台車の進行方向に向けて突出して設置され、焼結層の温度を測定する焼結層温度測定プローブ３０であって、焼結層の温度を検知する測温体３２と、測温体３２が挿入される筒状の空洞３５を有する保護体３３とを備え、保護体３３の中心軸Ｇ１に対して空洞３５の中心軸Ｇ２がシンターケーキ支持スタンドの基部側に偏心している。【選択図】図５
2013019560.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼結機のパレット台車上に設置されているシンターケーキ支持スタンドの前面部から該パレット台車の進行方向に向けて突出して設置され、焼結層の温度を測定する焼結層温度測定プローブであって、
前記焼結層の温度を検知する測温体と、前記測温体が挿入される筒状の空洞を有する保護体とを備え、前記保護体の中心軸に対して前記空洞の中心軸が前記シンターケーキ支持スタンドの基部側に偏心していることを特徴とする焼結層温度測定プローブ。
【請求項２】
請求項１記載の焼結層温度測定プローブにおいて、前記保護体が、前記シンターケーキ支持スタンドの基部側に、前記空洞と連通する切欠部を有し、前記測温体の前端部が前記切欠部まで達していることを特徴とする焼結層温度測定プローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼結機による焼結鉱製造過程における焼結層の温度を測定する焼結層温度測定プローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
焼結機により製造される焼結鉱の品質は、焼結過程における焼結層（焼結原料層）の温度に大きく影響される。このため、焼結層の温度測定を行って焼結状態を制御する必要があり、熱電対を用いて焼結層の温度を直接測定することが従来より行われている。しかし、焼結層の温度は１４００℃以上と高温であるため、熱電対と焼結原料が溶着してしまい、１回〜数回の測定で熱電対が使用できなくなるという問題があった。
【０００３】
そこで、特許文献１では、焼結機のパレット（パレット台車）に、グレートバーと一体になりグレートバーから突出するスタンド（シンターケーキ支持スタンド）を設けると共に、スタンドの内部に、複数の熱電対をそのスタンドの高さ方向に並べた状態で収納し、これら複数の熱電対で焼結層から伝達されるスタンド内の温度をそれぞれ測定し、測定した温度をもとに、スタンドの材質、構造を条件として実際の焼結層内の温度変化を計算して算出することを特徴とする焼結層内のヒートパターン測定方法の発明が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２では、突出部（シンターケーキ支持スタンド）からパレットの進行方向下流側に向かって突出して設けられ、焼結原料層の温度を測定する測温体のうち少なくとも突出部から突出する部分が、焼結原料層の温度下で連続使用が可能な材質の保護管により包囲された２以上の温度測定部を備える温度測定装置の発明が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２２８０７１号公報
【特許文献２】特開２０１０−２４３４４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１記載の発明では、熱電対がスタンドに内蔵され、該熱電対の感温部がスタンドの表面に近接して配置されている。しかし、スタンドの表面は、壁効果により他の箇所に比べて風速が大きく、過剰に風が流れる箇所であるため、焼結層内の真のヒートパターンよりも低い温度となる。加えて、熱電対がスタンドに内蔵されているため、スタンドへの抜熱の影響を受け、熱電対による検知温度はさらに低下する。従って、特許文献１記載の発明における焼結層内のヒートパターン検知は間接的であって、真のヒートパターンを推定するための推定式が必要となり検知精度に難がある。
【０００７】
一方、特許文献２記載の発明の場合、焼結機の排鉱部で排出される焼結鉱の落下衝撃により、測温体を被覆する保護管の上面が摩耗する。このため、１ヶ月程度で保護管が機械的破壊に至るという問題がある。また、保護管の厚み分の抜熱があり、測定誤差が大きくなるという問題もある。
【０００８】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、従来に比べて寿命が長く、且つ精度の高い焼結層温度測定プローブを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明は、焼結機のパレット台車上に設置されているシンターケーキ支持スタンドの前面部から該パレット台車の進行方向に向けて突出して設置され、焼結層の温度を測定する焼結層温度測定プローブであって、
前記焼結層の温度を検知する測温体と、前記測温体が挿入される筒状の空洞を有する保護体とを備え、前記保護体の中心軸に対して前記空洞の中心軸が前記シンターケーキ支持スタンドの基部側に偏心していることを特徴としている。
【００１０】
ここで、「中心軸」は、部材断面の中心を通る、長手方向の軸線のことである。また、本明細書では、パレット台車の進行方向を「前」側、その逆方向を「後」側とし、「シンターケーキ支持スタンドの前面部」は、シンターケーキ支持スタンドにおいて、パレット台車の進行方向側の端面を指す。
【００１１】
焼結層温度測定プローブをシンターケーキ支持スタンド（以下では、単に「支持スタンド」と呼ぶこともある。）から突出して設置することにより、支持スタンド表面の壁効果及び支持スタンドへの抜熱が防止され、焼結層温度の測定精度を高めることができる。しかし、焼結機の排鉱部で排出される焼結鉱の落下衝撃により、保護体の上面（シンターケーキ支持スタンドの頂部側）が徐々に摩耗していく。その結果、保護体の摩耗量が大きくなって、測温体が保護体から露出した時点で、その焼結層温度測定プローブは使用できなくなる。保護体の被覆厚を増大させることにより、焼結層温度測定プローブの寿命を延長させることはできるが、保護体の被覆厚の増大に伴い、保護体への抜熱が大きくなり、焼結層温度の測定精度が低下するという問題がある。
【００１２】
そこで、本発明では、保護体の中心軸に対して測温体が挿入される空洞の中心軸をシンターケーキ支持スタンドの基部側に偏心させることにより、測温体に対する保護体の上部の被覆厚を増大させて焼結層温度測定プローブの寿命延長を図ると共に、測温体に対する保護体の下部（シンターケーキ支持スタンドの基部側）の被覆厚を薄くして焼結層温度の測定精度の向上を図っている。
【００１３】
また、本発明に係る焼結層温度測定プローブでは、前記保護体が、前記シンターケーキ支持スタンドの基部側に、前記空洞と連通する切欠部を有し、前記測温体の前端部が前記切欠部まで達していることを好適とする。
ここで、「測温体の前端部」は、シンターケーキ支持スタンドの前面部からパレット台車の進行方向に向けて突出する測温体の先端部、即ち感温部を指す。
【００１４】
当該構成では、保護体の下部に、測温体が挿入される空洞と連通する切欠部を設け、測温体の前端部、即ち感温部を焼結層に直に接触させることにより、焼結層温度の測定精度のさらなる向上を図っている。しかも、測温体に対する焼結鉱の落下衝撃は、保護体の上部で防止することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る焼結層温度測定プローブでは、保護体の中心軸に対して測温体が挿入される空洞の中心軸をシンターケーキ支持スタンドの基部側に偏心させているので、従来に比べて寿命が長く、且つ精度の高い焼結層温度測定プローブを実現することができる。
また、保護体の下部に、空洞と連通する切欠部を設け、測温体の前端部を焼結層に直に接触させることにより、測温体に対する焼結鉱の落下衝撃を防止しつつ、焼結層温度の測定精度のさらなる向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】ドワイトロイド式焼結機の模式図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る焼結層温度測定プローブが装着されたパレット台車の斜視図である。
【図３】同焼結層温度測定プローブが装着されたシンターケーキ支持スタンドの側面図である。
【図４】同シンターケーキ支持スタンドの前面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る焼結層温度測定プローブの側断面図である。
【図６】（Ａ）は非接地型シース熱電対の側断面図、（Ｂ）は接地型シース熱電対の側断面図、（Ｃ）は露出型シース熱電対の側断面図、（Ｄ）は（Ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る焼結層温度測定プローブの側断面図である。
【図８】（Ａ）は実施例１の模式図、（Ｂ）は実施例２の模式図、（Ｃ）は比較例の模式図である。
【図９】保護体の上面及び下面の摩耗量と経過月数との関係を示したグラフである。
【図１０】焼結層温度測定プローブによる検出温度の時刻歴変化を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態に付き説明し、本発明の理解に供する。なお、前述したように、以下の説明では、パレット台車の進行方向を「前」側、その逆方向を「後」側と呼ぶ。
【００１８】
［焼結機］
高炉等で溶銑を製造する際の原料となる焼結鉱は、粉状鉄鉱石に石灰石や粉コークスを添加し、水や接着材などのバインダによって粒子状に固めた焼結原料を焼き固めることにより製造される。そして、この焼結鉱の製造には、図１に示すドワイトロイド式の焼結機１０が用いられることが多い。
【００１９】
ドワイトロイド式の焼結機１０では、上下に配置された往路と復路からなる無端レール１６上を走行する複数のパレット台車１１が数珠状に連結され、無端搬送コンベアを構成している。パレット台車１１に焼結原料を供給する給鉱部１７と、製造された焼結鉱が排出される排鉱部１８にそれぞれ設けられたスプロケット１９を回転させることにより、複数のパレット台車１１が無端レール１６に沿って周回する。
【００２０】
給鉱部１７に設置されたホッパー１２を介してパレット台車１１に積載された焼結原料は、ホッパー１２の下流側に設置された点火炉１３を通過する際に着火される。点火炉１３から排鉱部１８までの往路には、パレット台車１１上の焼結原料に対して下方から吸気するためのウインドボックス１４が往路に沿って連設されている。ウインドボックス１４の下方には吸気管１５が配設されており、吸気管１５の先に設置したブロア（図示省略）を作動させることで吸気が行われる。
点火炉１３によって着火した焼結原料は、焼結原料層（焼結層）中を下方に向けて空気が流れることで上層から下層に向けて順次燃焼する。そして、このとき発生する燃焼熱によって焼結原料が溶融してシンターケーキとなる。製造されたシンターケーキは、排鉱部１８においてパレット台車１１が下降する際に落下して焼結機１０から排出される。
【００２１】
［パレット台車］
図２に、本発明の第１の実施の形態に係る焼結層温度測定プローブ３０（以下では、単に「温度測定プローブ」と呼ぶ。）が装着されたパレット台車１１を示す。パレット台車１１は、平面視して矩形状とされた架台２４と、架台２４の上面に配設され、床面２５を構成する複数のグレートバー２１と、床面２５から上方に突出し、シンターケーキを支持する複数のシンターケーキ支持スタンド２０（以下では、単に「支持スタンド」と呼ぶ。）とを備えている。図２に示すように、パレット台車１１の短辺方向Ｘがパレット台車１１の進行方向Ｆとなる。
【００２２】
架台２４は、短辺方向Ｘに配された２本の短辺梁（図示省略）と、短辺梁間に架設された４本の長辺梁（図示省略）とから概ね構成されている。架台２４の両短辺には、パレット台車１１を移動させるための車輪２３と、パレット台車１１に積載された焼結層の落下を防止するための側壁２２とが設けられている。
【００２３】
各グレートバー２１は平面視して帯板状とされている。各グレートバー２１の長手方向中間部は両端部に比べて幅が狭く、隣接するグレートバー２１間に形成された間隙が吸気の流通路とされている。各グレートバー２１は、その長手方向がパレット台車１１の進行方向Ｆ（パレット台車１１の短辺方向Ｘ）と平行となるように配設されている。本実施の形態では、グレートバー２１の長辺同士が隣接するようにグレートバー２１をパレット台車１１の長辺方向Ｙに連続配置して、パレット台車１１の長辺方向Ｙに列なるグレートバー列を形成すると共に、当該グレートバー列をパレット台車１１の短辺方向Ｘに３列（前列、中列、後列）並設している。
【００２４】
図３及び図４に支持スタンド２０の形状を示す。支持スタンド２０は概略板状とされ、側面視すると、基部２０ｄから頂部２０ｕに向けて縮幅する正弦半波形状もしくは台形状とされている。各支持スタンド２０は、その側面部２０ｅがパレット台車１１の進行方向Ｆと平行となるように配置される。本実施の形態では、パレット台車１１の長辺方向Ｙに所定の間隔をあけて、グレートバー列の中列及び後列にそれぞれ４基設置されている（図２参照）。
【００２５】
図２に示すように、パレット台車１１の床面２５の中央部に配置された２基の支持スタンド２０には、焼結層の温度を測定するための焼結層温度測定プローブ３０（以下では、単に「温度測定プローブ」と呼ぶ。）が設置されている。具体的には、支持スタンド２０の前面部２０ａからパレット台車１１の進行方向Ｆに向けて水平に突出する温度測定プローブ３０が、支持スタンド２０の高さ方向に間隔（８０ｍｍ〜１２０ｍｍ程度）をあけて３本設置されている。
温度測定プローブ３０の突出量（支持スタンド２０の前面部２０ａから温度測定プローブ３０の前端までの距離）は３０ｍｍ〜６０ｍｍ程度が好適である。温度測定プローブ３０の突出量が３０ｍｍ未満だと、支持スタンド２０の壁効果の影響が大きくなる一方、温度測定プローブ３０の突出量が６０ｍｍを超えると、折れやすいという問題がある。
【００２６】
なお、各温度測定プローブ３０は、支持スタンド２０から脱落しないように、支持スタンド２０の側面部２０ｅ間に架設された円柱状の固定部材３７により温度測定プローブ３０の基部を下方から支持している。
【００２７】
［本発明の第１の実施の形態に係る焼結層温度測定プローブ］
図５に、本発明の第１の実施の形態に係る温度測定プローブ３０の側断面図を示す。温度測定プローブ３０は、焼結層の温度を検知する感温部３２ａが前端部に設けられた測温体３２と、測温体３２が挿入される筒状の空洞３５を有する保護体３３とから概略構成され、空洞３５の中心軸Ｇ２は、保護体３３の中心軸Ｇ１に対して支持スタンド２０の基部２０ｄ側に偏心している。
上記構成により、測温体３２に対する保護体３３の上部（支持スタンド２０の頂部２０ｕ側）の被覆厚が増大して温度測定プローブ３０の寿命延長を図れると共に、測温体３２に対する保護体３３の下部（支持スタンド２０の基部２０ｄ側）の被覆厚が減少して焼結層温度の測定精度の向上を図ることができる。
なお、保護体３３の後部下部には、前述した固定部材３７が嵌入する凹部３３ａが形成されている。
【００２８】
空洞３５に挿入された測温体３２の後部から延出するリード線３６は、図３に示すように、支持スタンド２０の基部２０ｄを経由した後、焼結機１０から離れた位置に設置されている測定器（図示省略）に接続されている。
【００２９】
測温体３２には、例えば図６（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すようなシース熱電対を用いることができる。シース熱電対は、金属シース４４、４５内に熱電対素線４０、４１、４２を挿入し、金属シース４４、４５と熱電対素線４０、４１、４２との間に粉末無機絶縁物４３を充填したものである（図６（Ｄ）参照）。図６（Ａ）は、熱電対素線４０の前端部が金属シース４４と絶縁されている非接地型シース熱電対、図６（Ｂ）は、熱電対素線４１の前端部が金属シース４４に接地している接地型シース熱電対、図６（Ｃ）は、熱電対素線４２の前端部が金属シース４５から露出している露出型シース熱電対をそれぞれ示している。
【００３０】
測温体３２を被覆する保護体３３は、測温体３２の損傷を防止するために設けられている。保護体３３は、焼結原料の荷重を受けると共に、焼結層の温度が約１２００〜１３００℃まで達する使用環境に耐えるものでなければならない。そのため、当該温度域で構造用部材として十分な剛性と高温耐摩耗性を有する材料として、例えば鉄ニッケル系金属を用いて形成することができる。
保護体３３は概略円柱状とされ、後端部から前端部に向かうにつれて僅かに細くなっている。また、保護体３３の前端部は丸みを帯びた形状とされている。これは、保護体３３による感度低下を低減すべく、測温体３２の感温部３２ａが配置される、保護体３３の前端部の厚みを後端部より薄くしたものである。
【００３１】
［本発明の第２の実施の形態に係る焼結層温度測定プローブ］
図７に、本発明の第２の実施の形態に係る温度測定プローブ３１を示す。本実施の形態に係る温度測定プローブ３１は、第１の実施の形態に係る温度測定プローブ３０と以下の点で異なっている。即ち、保護体３３の下部（支持スタンド２０の基部２０ｄ側）に、空洞３５と連通する切欠部３４が形成され、測温体３２の前端部（感温部３２ａ）が切欠部３４まで達している。温度測定プローブ３１では、測温体３２の感温部３２ａを焼結層に直に接触させることにより、焼結層温度の測定精度のさらなる向上が図れると共に、測温体３２に対する焼結鉱の落下衝撃を保護体３３の上部で防止することができる。
【００３２】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、上記実施の形態では、支持スタンド１基当たりの温度測定プローブの本数を３本としたが、２本あるいは４本以上としてもよい。また、上記実施の形態では、パレット台車の中央部に配置された２基の支持スタンドに温度測定プローブを設置したが、他の支持スタンドに設置してもよいのは言うまでもない。さらにまた、上記実施の形態では、保護体の断面を円形としたが、例えば楕円形など他の形状でもよい。
【実施例】
【００３３】
次に、本発明の効果を検証するために実施した試験について説明する。
図８に各試験体の形状を示す。図８（Ａ）が実施例１、図８（Ｂ）が実施例２、図８（Ｃ）が比較例である。各試験体とも、保護体３３の後端部の直径は１５ｍｍ、空洞３５の直径は５ｍｍとした。また、温度測定プローブの突出量は、支持スタンドの前面から３０ｍｍ〜６０ｍｍとした。なお、シース熱電対からなる測温体３２の直径は２．３ｍｍである。
実施例１では、保護体３３の中心軸Ｇ１に対して空洞３５の中心軸Ｇ２が支持スタンド２０の基部２０ｄ側に２．５ｍｍ偏心（空洞３５の直径に対する偏心量Ｄは５０％）している。また、実施例２では、実施例１の要件に加えて、保護体３３の下部（支持スタンド２０の基部２０ｄ側）に、空洞３５と連通する切欠部３４を形成し、測温体３２の感温部３２ａが切欠部３４から露出している。
一方、比較例は従来例とし、保護体３３の中心軸Ｇ１に対する空洞３５の中心軸Ｇ２の偏心量Ｄをゼロとし、切欠部も設けていない。
【００３４】
図９は、実施例１と比較例について、保護体の上面及び下面の摩耗量と経過月数との関係を示したグラフである。実施例１では、保護体上面の摩耗量が７．５ｍｍに達した時点（試験開始から２．５ヶ月）で、測温体に対する保護体の被覆量がゼロとなり、比較例では、保護体上面の摩耗量が５ｍｍに達した時点（試験開始から１．０ヶ月）で、測温体に対する保護体の被覆量がゼロとなった。一方、実施例１、比較例とも、試験期間中の保護体下面の摩耗量はゼロであった。因って、実施例１の寿命が２．５ヶ月であるのに対し、比較例の寿命が１．０ヶ月であることがわかる。
【００３５】
また、図１０は、実施例１、２及び比較例について、温度測定プローブによる検出温度の時刻歴変化を示したグラフである。なお、図中の破線は、焼結層に上から鉄パイプを打ち込んで該鉄パイプ内に挿入した熱電対による測定値であり、焼結層の真の温度と見なすことができる。同図より、実施例１は、比較例に比べて温度の上昇開始は若干遅いが、焼結層の最高温度に関する精度が比較例よりも高いことがわかる。また、実施例２による測定値は焼結層の真の温度曲線にほぼ一致し、非常に精度が高いことがわかる。
【符号の説明】
【００３６】
１０：焼結機、１１：パレット台車、１２：ホッパー、１３：点火炉、１４：ウインドボックス、１５：吸気管、１６：無端レール、１７：給鉱部、１８：排鉱部、１９：スプロケット、２０：支持スタンド（シンターケーキ支持スタンド）、２０ａ：前面部、２０ｄ：基部、２０ｅ：側面部、２０ｕ：頂部、２１：グレートバー、２２：側壁、２３：車輪、２４：架台、２５：床面、３０、３１：温度測定プローブ（焼結層温度測定プローブ）、３２：測温体、３２ａ：感温部、３３：保護体、３３ａ：凹部、３４：切欠部、３５：空洞、３６：リード線、３７：固定部材、４０、４１、４２：熱電対素線、４３：粉末無機絶縁物、４４、４５：金属シース、Ｄ：偏心量、Ｆ：進行方向、Ｇ１、Ｇ２：中心軸、Ｘ：短辺方向、Ｙ：長辺方向
【図１】
2013019560.tif 000003
【図２】
2013019560.tif 000004
【図３】
2013019560.tif 000005
【図４】
2013019560.tif 000006
【図５】
2013019560.tif 000007
【図６】
2013019560.tif 000008
【図７】
2013019560.tif 000009
【図８】
2013019560.tif 000010
【図９】
2013019560.tif 000011
【図１０】
2013019560.tif 000012