(57)【要約】【課題】演算処理を簡素化しながらも、原料の秤量精度を向上することができる粉粒体供給装置、及びベルレス炉頂装入装置の提供。【解決手段】原料を収容するホッパー１０と、ホッパー１０の上部に接続された均排圧管１８と、均排圧管１８に接続され、均排圧管１８の内圧によるホッパー１０への持ち下げ力を相殺する均排圧管反力吸収伸縮管継手２１と、ホッパー１０の下部に接続され、ホッパー１０の下部に設けられた原料排出部１３を囲う下部伸縮管１６と、ホッパー１０の上部に接続され、下部伸縮管１６の内圧によるホッパー１０への持ち上げ力を相殺する上部伸縮管２２と、を有する、という構成を採用する。【選択図】図１
2016160524.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料を収容するホッパーと、
前記ホッパーの上部に接続された均排圧管と、
前記均排圧管に接続され、前記均排圧管の内圧による前記ホッパーへの持ち下げ力を相殺する均排圧管反力吸収伸縮管継手と、
前記ホッパーの下部に接続され、前記ホッパーの下部に設けられた原料排出部を囲う下部伸縮管と、
前記ホッパーの上部に接続され、前記下部伸縮管の内圧による前記ホッパーへの持ち上げ力を相殺する上部伸縮管と、を有する、ことを特徴とする粉粒体供給装置。
【請求項２】
前記ホッパーを支持する支持梁と、
前記ホッパーと前記支持梁との間に介在するホッパー用ロードセルと、を有し、
前記ホッパー用ロードセルは、前記ホッパーの周りに少なくとも３つ設けられており、
前記上部伸縮管は、平面視で、隣り合う前記ホッパー用ロードセル同士を直線で結んだ領域内に配置されている、ことを特徴とする請求項１に記載の粉粒体供給装置。
【請求項３】
前記ホッパーを支持する支持梁と、
前記ホッパーと前記支持梁との間に介在するホッパー用ロードセルと、を有し、
前記下部伸縮管は、上端部が前記ホッパーの下部に支持されると共に、下端部が前記支持梁の下段に設けられた下段支持梁に支持され、
前記上部伸縮管は、下端部が前記ホッパーの上部に支持されると共に、上端部が前記支持梁の上段に設けられた上段支持梁に支持されており、
前記下部伸縮管にかかる荷重を計測する下部伸縮管用ロードセルと、
前記上部伸縮管にかかる荷重を計測する上部伸縮管用ロードセルと、
前記ホッパー用ロードセル、前記下部伸縮管用ロードセル、及び前記上部伸縮管用ロードセルの計測結果に基づいて、前記ホッパーに収容された原料の荷重を演算する演算部と、を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の粉粒体供給装置。
【請求項４】
前記ホッパー用ロードセルは、前記ホッパーの周りに少なくとも３つ設けられており、
前記上部伸縮管は、平面視で、隣り合う前記ホッパー用ロードセル同士を直線で結んだ領域内に配置されている、ことを特徴とする請求項３に記載の粉粒体供給装置。
【請求項５】
前記均排圧管反力吸収伸縮管継手は、圧力バランス型伸縮管継手である、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の粉粒体供給装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の粉粒体供給装置と、
前記粉粒体供給装置の前記原料排出部の開度を調整する原料流量調整ゲートと、
前記原料流量調整ゲートを介して供給される前記原料を旋回しながら高炉に装入する分配シュートと、を有する、ことを特徴とするベルレス炉頂装入装置。
【請求項７】
２基以上の前記ホッパーが並設されている、ことを特徴する請求項６に記載のベルレス炉頂装入装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉粒体供給装置、及びベルレス炉頂装入装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
粉粒体供給装置として、例えば、下記特許文献１に記載のベルレス炉頂装入装置が知られている。ベルレス炉頂装入装置は、ホッパーに収容された原料をホッパー用ロードセルで秤量し、次いで、その原料の量に応じた開度で原料流量調整ゲートを開き、旋回する分配シュートにより高炉内に原料を均等な分布になるように分配する。ここで、高炉内に原料を均等な分布で分配するためには、分配シュートの旋回終了と、分配シュートからの原料の装入終了とを一致させる必要がある。すなわち、分配シュートが整数旋回したときに、分配シュートからの原料の装入を過不足なく終了させる必要がある。
【０００３】
そのため、ベルレス炉頂装入装置では、ホッパー用ロードセルの出力値に基づいて、原料流量調整ゲートの開度を制御し、原料排出時間と分配シュートの旋回数とを揃える等の処理を行っている。ところで、ベルレス炉頂装入装置では、高炉の内圧が高いため、ホッパー内を加圧し、均圧してから原料を高炉に装入している。ホッパー内を加圧すると、例えば、ホッパーの下部に設けられた原料排出部を囲う下部伸縮管の内圧反力によって、ホッパーが持ち上げられる。そうすると、ホッパー用ロードセルの出力値が変化してしまい、ホッパーに収容されている原料を正確に秤量することができなくなる。
【０００４】
下記特許文献２には、持ち上げ力が作用するホッパーに収容された原料を秤量する炉頂装入装置の原料秤量方法が記載されている。この原料秤量方法においては、バンカ（ホッパー）内部が空の大気圧状態のとき、バンカ内部への原料投入が完了した大気圧状態のとき、バンカ内部への原料投入が完了した加圧状態のとき、バンカ内が空の加圧状態のとき、のそれぞれのバンカ秤量器（ホッパー用ロードセル）の出力値を記憶し、これらの記憶したデータを統計処理することにより、バンカ秤量器の出力と原料の荷重との関係式を決定し、その関係式に基づき原料を秤量している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６１−２４５０２６号公報
【特許文献２】特開昭６２−１５６５２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来技術では、各条件に応じた複数種の出力値を統計処理して関係式を決定するため、演算処理が高度になるという問題がある。また、原料の秤量精度を向上するためには、より多くの出力値を統計処理して関係式を決定しなければならないため、そのための複雑な演算処理作業が煩雑であるという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、演算処理を簡素化しながらも、原料の秤量精度を向上することができる粉粒体供給装置、及びベルレス炉頂装入装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明は、原料を収容するホッパーと、前記ホッパーの上部に接続された均排圧管と、前記均排圧管に接続され、前記均排圧管の内圧による前記ホッパーへの持ち下げ力を相殺する均排圧管反力吸収伸縮管継手と、前記ホッパーの下部に接続され、前記ホッパーの下部に設けられた原料排出部を囲う下部伸縮管と、前記ホッパーの上部に接続され、前記下部伸縮管の内圧による前記ホッパーへの持ち上げ力を相殺する上部伸縮管と、を有する、粉粒体供給装置を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、ホッパーの上部に接続された均排圧管に均排圧管反力吸収伸縮管継手を設け、均排圧管の内圧によるホッパーへの持ち下げ力を相殺する。また、本発明では、ホッパーの上部に上部伸縮管を接続し、下部伸縮管の内圧によるホッパーへの持ち上げ力を相殺する。これにより、内圧によってホッパーに作用する力の影響が排除されるため、原料の秤量精度が向上する。また、原料の荷重を演算する演算処理に、内圧によるホッパーに作用する力を考慮する必要がなくなるため、演算処理が簡素化される。
【０００９】
また、本発明においては、前記ホッパーを支持する支持梁と、前記ホッパーと前記支持梁との間に介在するホッパー用ロードセルと、を有し、前記ホッパー用ロードセルは、前記ホッパーの周りに少なくとも３つ設けられており、前記上部伸縮管は、平面視で、隣り合う前記ホッパー用ロードセル同士を直線で結んだ領域内に配置されている、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、ホッパー用ロードセルをホッパーの周りに少なくとも３つ設け、ホッパーの荷重を３点以上で受けることにより、各ホッパー用ロードセルにかかる荷重の偏りを抑制し、ホッパーを安定して支持することができる。また、下部伸縮管の内圧によるホッパーへの持ち上げ力を相殺する上部伸縮管を、平面視で、隣り合うホッパー用ロードセル同士を直線で結んだ領域内に設けることで、上部伸縮管の内圧によるホッパーへの持ち下げ力を、各ホッパー用ロードセルに均等に負荷させることができる。
【００１０】
また、本発明においては、前記ホッパーを支持する支持梁と、前記ホッパーと前記支持梁との間に介在するホッパー用ロードセルと、を有し、前記下部伸縮管は、上端部が前記ホッパーの下部に支持されると共に、下端部が前記支持梁の下段に設けられた下段支持梁に支持され、前記上部伸縮管は、下端部が前記ホッパーの上部に支持されると共に、上端部が前記支持梁の上段に設けられた上段支持梁に支持されており、前記下部伸縮管にかかる荷重を計測する下部伸縮管用ロードセルと、前記上部伸縮管にかかる荷重を計測する上部伸縮管用ロードセルと、前記ホッパー用ロードセル、前記下部伸縮管用ロードセル、及び前記上部伸縮管用ロードセルの計測結果に基づいて、前記ホッパーに収容された原料の荷重を演算する演算部と、を有する、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、ホッパーを支持する支持梁の撓みの影響を考慮した演算処理が可能となるため、原料の秤量精度が向上する。すなわち、ホッパーに原料が投入されると支持梁が撓み、ホッパーが下方に変位する。ホッパーが下方に変位すると、下段支持梁に下端部が支持された下部伸縮管が縮み、そのバネ反力がホッパーに作用する。また、ホッパーが下方に変位すると、上段支持梁に上端部が支持された上部伸縮管が伸び、そのバネ反力がホッパーに作用する。そのため、下部伸縮管用ロードセルを設け、下部伸縮管にかかる荷重（バネ反力）を計測すると共に、上部伸縮管用ロードセルを設け、上部伸縮管にかかる荷重（バネ反力）を計測する。これにより、ホッパー用ロードセルの出力値から下部伸縮管及び上部伸縮管のバネ反力の影響を排除できるため、支持梁の撓みの影響を考慮した演算処理が可能となり、原料を正確に秤量できる。
【００１１】
また、本発明においては、前記ホッパー用ロードセルは、前記ホッパーの周りに少なくとも３つ設けられており、前記上部伸縮管は、平面視で、隣り合う前記ホッパー用ロードセル同士を直線で結んだ領域内に配置されている、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、ホッパー用ロードセルをホッパーの周りに少なくとも３つ設け、ホッパーの荷重を３点以上で受けることにより、各ホッパー用ロードセルにかかる荷重の偏りを抑制し、ホッパーを安定して支持することができる。また、下部伸縮管の内圧によるホッパーへの持ち上げ力を相殺する上部伸縮管を、平面視で、隣り合うホッパー用ロードセル同士を直線で結んだ領域内に設けることで、上部伸縮管の内圧によるホッパーへの持ち下げ力を、各ホッパー用ロードセルに均等に負荷させることができる。
【００１２】
また、本発明においては、前記均排圧管反力吸収伸縮管継手は、圧力バランス型伸縮管継手である、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、圧力バランス型伸縮管継手によって、均排圧管の内圧によるホッパーへの持ち下げ力を相殺することができる。
【００１３】
また、本発明においては、先に記載の粉粒体供給装置と、前記粉粒体供給装置の前記原料排出部の開度を調整する原料流量調整ゲートと、前記原料流量調整ゲートを介して供給される前記原料を旋回しながら高炉に装入する分配シュートと、を有する、ベルレス炉頂装入装置を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、演算処理を簡素化しながらも、原料の秤量精度を向上することができ、高炉内に原料を均等な分布になるように分配することができるベルレス炉頂装入装置が得られる。
【００１４】
また、本発明においては、２基以上の前記ホッパーが並設されている、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、２基以上のホッパーが並設されるベルレス炉頂装入装置において、各ホッパーの原料を正確に秤量することができ、高炉内に原料を均等な分布になるように分配することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、演算処理を簡素化しながらも、原料の秤量精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態におけるベルレス炉頂装入装置を示す構成図である。
【図２】本発明の実施形態における下部伸縮管を示す構成図である。
【図３】本発明の実施形態における均排圧管反力吸収伸縮管継手を示す構成図である。
【図４】本発明の実施形態における上部伸縮管を示す構成図である。
【図５】本発明の実施形態における上部伸縮管の配置を示す平面図である。
【図６】本発明の実施形態におけるホッパーに作用する力を説明するための概念図である。
【図７】本発明の実施形態における均圧操作、排圧操作時のホッパー用ロードセルの出力値の変化を示すグラフである。
【図８】本発明の一変形例における均排圧管反力吸収伸縮管継手を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は、本発明の実施形態におけるベルレス炉頂装入装置１を示す構成図である。
図１に示すように、ベルレス炉頂装入装置１は、高炉１００の炉頂の直上に設けられ、主原料の鉄鉱石、コークス、及び副原料の石灰石等の原料を高炉１００に装入するものである。ベルレス炉頂装入装置１は、装入コンベヤ２と、旋回シュート３と、粉粒体供給装置４と、原料流量調整ゲート５と、分配シュート６と、を有する。
【００１９】
粉粒体供給装置４は、原料を収容するホッパー１０と、ホッパー１０を支持する支持梁１１と、ホッパー１０と支持梁１１との間に介在するホッパー用ロードセル１２と、を有する。ホッパー１０は、同一の支持梁１１に２基並設されている。装入コンベヤ２は、旋回シュート３の上方に原料を搬送するものである。旋回シュート３は、中心軸Ｃ周りに旋回可能に設けられており、並設された２基のホッパー１０に対し、交互に原料を投入するものである。
【００２０】
ホッパー１０の下部には、原料排出部１３が設けられている。原料流量調整ゲート５は、原料排出部１３の開度を調整するものである。原料流量調整ゲート５は、並設された２基のホッパー１０のそれぞれに設けられている。原料流量調整ゲート５は、一方のホッパー１０の原料排出部１３を開くとき、他方のホッパー１０の原料排出部１３を閉じる。これにより、並設された２基のホッパー１０から交互に原料が排出される。
【００２１】
粉粒体供給装置４は、並設された２つの原料排出部１３の下方に設けられた集合ホッパー１４を有する。集合ホッパー１４は、２つの原料排出部１３のいずれか一方から排出される原料を分配シュート６に供給するものである。分配シュート６は、原料流量調整ゲート５を介して供給される原料を旋回しながら高炉１００に装入する。分配シュート６は、高炉１００の炉頂に固定された駆動装置７を有し、駆動装置７によって中心軸Ｃ周りに旋回可能、且つ、傾動可能に設けられている。
【００２２】
集合ホッパー１４は、支持梁１１の下段に設けられた下段支持梁１５に支持されている。粉粒体供給装置４は、ホッパー１０の下部に接続され、原料排出部１３を囲う下部伸縮管１６を有する。下部伸縮管１６は、上端部がホッパー１０の下部に接続されると共に、下端部が集合ホッパー１４を介して下段支持梁１５に支持されている。ホッパー１０に原料が投入されると、原料の荷重により支持梁１１が撓み、ホッパー１０が下方に変位する。下部伸縮管１６は、ホッパー１０の変位を吸収し、ホッパー１０と集合ホッパー１４との接続状態を保つ。
【００２３】
図２は、本発明の実施形態における下部伸縮管１６を示す構成図である。
図２に示すように、下部伸縮管１６は、有効径がＤ１のベローズ部１６ａと、ベローズ部１６ａの内側に設けられた内筒１６ｂと、ベローズ部１６ａの上端部に接続されたフランジ１６ｃ１と、ベローズ部１６ａの下端部に接続されたフランジ１６ｃ２と、を有する。フランジ１６ｃ１，１６ｃ２の間には、下部伸縮管１６にかかる荷重を計測する下部伸縮管用ロードセル５０が設けられている。下部伸縮管用ロードセル５０は、下部伸縮管１６の周りに少なくとも２つ設けられている。下部伸縮管用ロードセル５０が２つの場合、本実施形態のように、支持梁１１の延在方向において下部伸縮管１６を挟んだ位置に配置することが望ましい。
【００２４】
図１に戻り、粉粒体供給装置４は、ホッパー１０の圧力を調整する圧力調整装置１７を有する。圧力調整装置１７は、ホッパー１０の上部に接続された均排圧管１８と、ホッパー１０の内部に連通する上部開口を気密にシールする上部シール弁１９と、ホッパー１０の内部に連通する下部開口を気密にシールする下部シール弁２０と、を有する。均排圧管１８は、高炉１００に原料を装入する前に、ホッパー１０の内圧を高炉１００の内圧と等しくする均圧操作を行うものである（一次均圧操作）。
【００２５】
また、均排圧管１８は、原料装入中のホッパー１０の内圧の低下を補填する二次均圧操作、及び、原料装入後に再び原料を受け入れるためにホッパー１０の内圧を大気圧まで排圧する排圧操作を行うものである。
均圧操作がされると、均排圧管１８の内圧によるホッパー１０への持ち下げ力が作用する。また、下部伸縮管１６の内圧によるホッパー１０への持ち上げ力が作用する。これらホッパー１０に作用する力を相殺するため、粉粒体供給装置４は、均排圧管反力吸収伸縮管継手２１と、上部伸縮管２２と、を有する。
【００２６】
図３は、本発明の実施形態における均排圧管反力吸収伸縮管継手２１を示す構成図である。
図３に示すように、均排圧管反力吸収伸縮管継手２１は、均排圧管１８に接続されている。本実施形態の均排圧管反力吸収伸縮管継手２１は、圧力バランス型伸縮管継手であり、より具体的には、曲管部２１ａを有する曲管部圧力バランス型伸縮管継手である。
【００２７】
均排圧管反力吸収伸縮管継手２１は、ホッパー１０に接続される直管部２３と、曲管部２１ａを境に直管部２３の延長線上に接続された連結管部２４と、を有する。連結管部２４には、圧力チャンバー２５が設けられている。圧力チャンバー２５は、一対の鏡板２６と、一対の鏡板２６の間を接続するベローズ部２７と、を有する。圧力チャンバー２５は、導圧管２８を介して均排圧管１８と連通している。
【００２８】
直管部２３にも、ベローズ部２９が設けられている。ベローズ部２７，２９の有効径は、互いにＤ２で同一である。また、均排圧管反力吸収伸縮管継手２１は、ベローズ部２９を基準としてホッパー１０側に位置する直管部２３に接続されたフランジ３０と、ベローズ部２７を基準としてホッパー１０と反対側に位置する鏡板２６に接続されたフランジ３１と、フランジ３０，３１を連結するタイロッド３２と、を有する。上記構成によれば、均排圧管１８にかかる均圧反力（推力）を相殺することができる。
【００２９】
図４は、本発明の実施形態における上部伸縮管２２を示す構成図である。図５は、本発明の実施形態における上部伸縮管２２の配置を示す平面図である。
上部伸縮管２２は、ホッパー１０の上部に接続されている（図１参照）。上部伸縮管２２は、下端部がホッパー１０の上部に支持されると共に、上端部が支持梁１１の上段に設けられた上段支持梁３３に支持されている。
【００３０】
図４に示すように、上部伸縮管２２は、ホッパー１０に接続される第１直管部３４と、第１直管部３４に接続される第２直管部３５と、第２直管部３５と上段支持梁３３との間に介在する据付調整用シム３６と、を有する。第２直管部３５には、圧力チャンバー３７が設けられている。圧力チャンバー３７は、一対の鏡板３８と、一対の鏡板３８の間を接続するベローズ部３９と、を有する。圧力チャンバー３７は、導圧管４０を介して均排圧管１８と連通している（図１参照）。
【００３１】
ベローズ部３９の有効径は、下部伸縮管１６のベローズ部１６ａの有効径と同じＤ１である。上記構成によれば、ホッパー１０の均圧操作時に、下部伸縮管１６の内圧によるホッパー１０への持ち上げ力と、上部伸縮管２２の内圧によるホッパー１０への持ち下げ力とが互いに相殺される。したがって、ホッパー用ロードセル１２は、内圧によってホッパー１０に作用する力の影響を受けない。
【００３２】
また、上部伸縮管２２は、ベローズ部３９の上端部に接続されたフランジ４１と、ベローズ部３９の下端部に接続されたフランジ４２と、を有する。フランジ４１，４２の間には、上部伸縮管２２にかかる荷重を計測する上部伸縮管用ロードセル５１が設けられている。上部伸縮管用ロードセル５１は、上部伸縮管２２の周りに少なくとも２つ設けられている。上部伸縮管用ロードセル５１が２つの場合、本実施形態のように、支持梁１１の延在方向において上部伸縮管２２を挟んだ位置に配置することが望ましい。
【００３３】
図５に示すように、ホッパー用ロードセル１２は、ホッパー１０の周りに３つ（３つ以上でもよい）設けられている。各ホッパー用ロードセル１２には、原料を含めたホッパー１０の総重量が均等に負荷されることが望ましい。よって、本実施形態のホッパー用ロードセル１２は、正三角形の頂点に対応する位置に均等に配置されている。上部伸縮管２２は、平面視で、隣り合うホッパー用ロードセル１２同士を直線で結んだ仮想領域（正三角形の領域）内に配置されている。本実施形態の上部伸縮管２２は、各ホッパー用ロードセル１２までの距離が均等になる正三角形の領域の重心位置に配置されている。
【００３４】
この構成によれば、ホッパー１０の荷重を３点（若しくは３点以上）で受けることにより、各ホッパー用ロードセル１２にかかる荷重の偏りを抑制し、ホッパー１０を安定して支持することができる。また、下部伸縮管１６の内圧によるホッパー１０への持ち上げ力を相殺する上部伸縮管２２を、平面視で、隣り合うホッパー用ロードセル１２同士を直線で結んだ領域内に配置することで、上部伸縮管２２の内圧によるホッパー１０への持ち下げ力を、各ホッパー用ロードセル１２に均等に負荷させることができる。
【００３５】
図１に戻り、粉粒体供給装置４は、ホッパー用ロードセル１２の出力値を増幅する増幅器５２ａと、下部伸縮管用ロードセル５０の出力値を増幅する増幅器５２ｂと、上部伸縮管用ロードセル５１の出力値を増幅する増幅器５２ｃと、増幅器５２ａ〜５２ｃの出力値が入力される演算器５３（演算部）と、演算器５３の出力値が入力される計器５４と、を有する。演算器５３は、以下説明する演算処理により、ホッパー１０に収容された原料の荷重を演算する。
【００３６】
図６は、本発明の実施形態におけるホッパー１０に作用する力を説明するための概念図である。図７は、本発明の実施形態における均圧操作、排圧操作時のホッパー用ロードセル１２の出力値の変化を示すグラフである。なお、図７において、符号Ｉは比較例として従来構成（均排圧管反力吸収伸縮管継手２１及び上部伸縮管２２が無い構成）のホッパー用ロードセル１２の出力値の変化を示し、符号ＩＩは演算処理により補正したホッパー用ロードセル１２の出力値の変化を示す。
【００３７】
図７に示すＡ点は、ホッパー１０の風袋重量ｗである。符号Ｉで示す比較例では、ホッパー１０に原料が無く、且つ、ホッパー１０が大気圧のときのＡ点が原点となる。ホッパー１０に原料が投入されると、ホッパー用ロードセル１２の出力値が、Ａ点からＢ点に移動する。すなわち、ホッパー用ロードセル１２の出力値が、原料重量（原料の荷重）Ｗ分、増加する。その後、Ｃ点の時点で、均圧操作を開始してホッパー１０を加圧すると、ホッパー１０に持ち上げ力が作用し、ホッパー用ロードセル１２の出力値が、Ｃ点からＤ点に減少する。
【００３８】
そして、Ｅ点の時点からホッパー１０に収容された原料を高炉１００に装入（排出）すると、ホッパー用ロードセル１２の出力値が、Ｅ点からＦ点に減少する。その後、Ｇ点の時点で、排圧操作を開始してホッパー１０を排圧すると、ホッパー１０に作用していた持ち上げ力が無くなり、ホッパー用ロードセル１２の出力値が、Ｇ点からＨ点に増加する。Ｈ点は、Ａ点と同じ出力値であり、ホッパー用ロードセル１２の出力値が、原点に復帰する。
【００３９】
ここで、原料排出時間を決めるホッパー用ロードセル１２の「空表示」は、出力値の誤差を考慮して、ある範囲（±ε％）に入った時点で行う。なお、＋ε％に相当する原料の排出は、「空表示」からタイマーによってｔ秒間で行う。
符号Ｉで示すホッパー用ロードセル１２の生データでは、原料装入のオペレーターが扱いにくいため、符号ＩＩで示す補正後のホッパー用ロードセル１２の出力値を用いる。
【００４０】
具体的には、ホッパー用ロードセル１２の出力値からホッパー１０の風袋重量ｗを差し引くと共に、Ｃ点からＤ点に減少する均圧反力をホッパー用ロードセル１２の出力値に加算する演算処理を行う。これにより、Ａ点を０のＡ´点に引き下げ、また、Ｅ点をＢ´点と同じＥ´点に引き上げる。この演算処理によれば、原料重量と原料排出時間を捉えられるため有用である。しかしながら、この演算処理では、均圧反力を予め統計処理等して求めなくてはならず、演算処理作業が煩雑である。また、均圧反力の影響を統計処理した値で電気的にキャンセルするために、原料の秤量精度が低下する。
【００４１】
すなわち、図６に示すように、下部伸縮管１６の内圧によるホッパー１０への持ち上げ力Ｆ１は、ベローズ部１６ａの有効直径をＤ１、内圧の上昇幅をΔＰとすると、下式（１）で表される。
Ｆ１  ＝  （Ｄ１／２）２×π×ΔＰ  …（１）
また、均排圧管１８の内圧によるホッパー１０への持ち下げ力Ｆ２は、ベローズ部２７の有効径をＤ２、直管部２３の傾きをθ、内圧の上昇幅をΔＰとすると、下式（２）で表される。
Ｆ２  ＝  （Ｄ２／２）２×π×ΔＰ×ｓｉｎθ  …（２）
【００４２】
そうすると、ホッパー１０に作用する均圧反力の影響を受けたホッパー用ロードセルの出力値Ｘは、原料重量をＷ、風袋重量をｗとすると、下式（３）となる。
Ｘ  ＝  Ｗ＋ｗ−Ｆ１＋Ｆ２  …（３）
したがって、原料重量Ｗは、下式（４）で求められる。
Ｗ  ＝  Ｘ−ｗ＋Ｆ１−Ｆ２  …（４）
【００４３】
一方で、本実施形態では、図６に示すように、ホッパー１０の上部に接続された均排圧管１８に均排圧管反力吸収伸縮管継手２１を設け、均排圧管１８の内圧によるホッパー１０への持ち下げ力Ｆ２を相殺する。また、本実施形態では、ホッパー１０の上部に上部伸縮管２２を接続し、下部伸縮管１６の内圧によるホッパー１０への持ち上げ力Ｆ１を相殺する。すなわち、本実施形態によれば、原料重量Ｗは、下式（５）で求められる。
Ｗ  ＝  Ｘ−ｗ＋Ｆ１−Ｆ１−Ｆ２＋Ｆ２
＝  Ｘ−ｗ  …（５）
【００４４】
このように、本実施形態によれば、ホッパー用ロードセル１２の出力値Ｘから、内圧によってホッパー１０に作用する均圧反力の影響が物理的に排除されるため、統計処理等を全く行う必要がなく、原料の秤量精度が向上する。さらに、式（５）に示すように、ホッパー用ロードセル１２の出力値から原料重量Ｗを演算する演算処理に、内圧によるホッパー１０に作用する力を考慮する必要がなくなるため、演算処理が簡素化される。したがって、本実施形態では、演算処理を簡素化しながらも、符号ＩＩで示す補正後のホッパー用ロードセル１２の出力値が簡単に得られる。
【００４５】
さらに、本実施形態では、図１に示すように、下部伸縮管１６にかかる荷重を計測する下部伸縮管用ロードセル５０と、上部伸縮管２２にかかる荷重を計測する上部伸縮管用ロードセル５１と、ホッパー用ロードセル１２、下部伸縮管用ロードセル５０、及び上部伸縮管用ロードセル５１の計測結果に基づいて、ホッパー１０に収容された原料重量Ｗを演算する演算器５３と、を有する。この構成によれば、ホッパー１０を支持する支持梁１１の撓みの影響を考慮した演算処理が可能となるため、原料の秤量精度が向上する。
【００４６】
すなわち、図６に示すように、ホッパー１０に原料が投入されると支持梁１１が撓み、ホッパー１０が下方に変位する。ホッパー１０が下方に変位すると、下部伸縮管１６が縮み、そのバネ反力がホッパー１０に作用する。また、ホッパー１０が下方に変位すると、上部伸縮管２２が伸び、そのバネ反力がホッパー１０に作用する。そのため、下部伸縮管用ロードセル５０を設け、下部伸縮管１６にかかる荷重Ｘ１（バネ反力）を計測すると共に、上部伸縮管用ロードセル５１を設け、上部伸縮管２２にかかる荷重Ｘ２（バネ反力）を計測する。すなわち、支持梁１１の撓みを考慮した原料重量Ｗは、下式（６）で求められる。
Ｗ  ＝  Ｘ−ｗ＋Ｘ１＋Ｘ２  …（６）
【００４７】
このように、本実施形態によれば、ホッパー用ロードセル１２の出力値から下部伸縮管１６及び上部伸縮管２２のバネ反力の影響を加算して排除できるため、支持梁１１の撓みの影響を考慮した演算処理が可能となり、原料を正確に秤量できる。
したがって、ベルレス炉頂装入装置１は、ホッパー１０に収容された原料の重量に応じた開度で原料流量調整ゲート５を開き、旋回する分配シュート６により高炉１００内に原料を均等な分布になるように分配することができる。すなわち、分配シュート６が整数旋回したときに、分配シュート６からの原料の装入を過不足なく終了させることができる。
【００４８】
このように、上述の本実施形態によれば、原料を収容するホッパー１０と、ホッパー１０の上部に接続された均排圧管１８と、均排圧管１８に接続され、均排圧管１８の内圧によるホッパー１０への持ち下げ力を相殺する均排圧管反力吸収伸縮管継手２１と、ホッパー１０の下部に接続され、ホッパー１０の下部に設けられた原料排出部１３を囲う下部伸縮管１６と、ホッパー１０の上部に接続され、下部伸縮管１６の内圧によるホッパー１０への持ち上げ力を相殺する上部伸縮管２２と、を有する、という構成を採用することによって、演算処理を簡素化しながらも、原料の秤量精度を向上することができる。
【００４９】
以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００５０】
例えば、上記実施形態では、均排圧管反力吸収伸縮管継手２１に曲管部圧力バランス型伸縮管継手を採用したが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、例えば、図８に示すように、直管部圧力バランス型伸縮管継手を採用してもよい。
図８に示す均排圧管反力吸収伸縮管継手２１は、同一の断面積を有するベローズ部６１，６２と、ベローズ部６１，６２の合計の断面積を有するベローズ部６３と、ベローズ部６１，６２とベローズ部６３とを連結する複数のタイロッド６４と、を概略有し、直管部において均圧反力を相殺するものである。
【００５１】
また、例えば、上記実施形態では、支持梁１１に２基のホッパー１０が並設されたベルレス炉頂装入装置１を例示したが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、ホッパー１０が１基であってもよく、また、ホッパー１０が２基以上並設されてもよい。
【００５２】
また、例えば、上記実施形態では、粉粒体供給装置４をベルレス炉頂装入装置１に適用した場合を例示したが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、ベルレス炉頂装入装置１以外の粉粒体供給装置にも適用することが可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１  ベルレス炉頂装入装置
４  粉粒体供給装置
５  原料流量調整ゲート
６  分配シュート
１０  ホッパー
１１  支持梁
１２  ホッパー用ロードセル
１３  原料排出部
１５  下段支持梁
１６  下部伸縮管
１８  均排圧管
２１  均排圧管反力吸収伸縮管継手
２２  上部伸縮管
３３  上段支持梁              
５０  下部伸縮管用ロードセル
５１  上部伸縮管用ロードセル
５３  演算器（演算部）
１００  高炉
【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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