JP5843286B2 - 可搬材料を搬送する方法及びその装置 - Google Patents

Description

本明細書における「材料」の意味は、材料の混合物も含む。これは一部が固形のものと液体を含み、固形物のサイズ分布とタイプ、および液体のタイプと含有比率は、広い範囲で様々である。本明細書における「可搬材料」とは、材料が、流動性があり、及び／又は流し入れることができ、及び／又は粘り気のある、ことを意味する。

利点のある一適用例は、反応炉への可搬材料の搬送である。

特に利点のある一適用例は、大気圧に対してかなりの超過気圧にある銑鉄生産用の高炉の圧力ゾーン内への可搬材料の搬送である。これによって、問題物質とみなされてすべてを除去するのにコストが掛かる材料の混合物が使用され、従って収益を持って廃棄することができ、全体的には環境汚染を低減すると考えられる。ここで問題となる典型的な材料の混合物は、油、脂肪、塗料、タール、粘着剤などの炭素もしくは炭素化合物や、製鉄およびその加工工程で生じる切削屑、埃、スケール、スラグを含む。

ＤＥ３７１８５６８Ｃ１では、炭素粒と水からなる流動性がある材料を高濃度物質用ポンプによって流動床燃焼炉に給送している。この材料が充分良好にポンプ送りされる（「流体静力学的に充分な可搬性」を持つ）ようにするために、複数のミキサで粒状物に水を加えるが、これは粒状物の粒径を小さくする作用もある。この工程において、材料の流動性を連続して計測する。材料が充分に流動的になると、燃焼工程へとポンプ送りされる。上記段落で述べたように、この方法は材料の混合物にとって十分なロバスト性がなく、水を加えることは、エネルギーバランスの観点からも続いて行われる燃焼過程に大きな欠点である。

ＷＯ２００７／０３５９７４Ａ１は、固体成分と液体成分を含む流動物質の処理プラント、特に、燃焼炉への加圧給送について述べている。この加工すべき物質は、先ず混合されて、次いで搬入地点とできるだけ近い処理プラントへ加圧することなく搬送され、それからポンプで加圧して処理プラントへ導入される。加圧しない搬送、典型的にはシャフトレスのスクリューコンベヤによる搬送は、一般的に、搬送する材料の特性のバラツキに対して非常にロバスト性が高い。更に、加圧搬送は、最終的に、非常に短い区間のみで行われるため、ＷＯ２００７／０３５９７４Ａ１の教示を用いて、冒頭で述べた鉄と炭素を含有しており、搬送に問題がある材料の混合物も、銑鉄生産用高炉の圧力ゾーンに給送することができる。残る最も重要な欠点は、被搬送材料と接触する加圧せずに稼働する搬送セクションのプラント部分の磨耗に起因する好ましくない損耗である。

本発明が解決しようとする課題は、液体および固体もしくは粒体が混ざっている可搬材料を搬送する方法と装置を作ることである。搬送は、搬送する材料の組成の多様性、粒径分布、及び、粘性やチクソトロピーなどの更なる物性に対してロバスト性をもって機能するべきであり、被搬送材料質が研磨粒子を含む様な場合でも、被搬送材料に接触するプラント部分の磨耗が最小限に抑えられるべきである。

この課題を解決するために、圧力をかけない状態で作動する機械的コンベヤ及びに圧力ポンプを用いて、材料の投入口と排出口を具えるキャビティ内に被搬送材料を移動させることを提案している。

本発明における圧力をかけない状態で作動する機械的コンベヤとは、被搬送材料内の圧力が搬送経路に沿って伝わったり、あるいは、気体状もしくは液状の搬送媒体が被搬送材料を移動させるといった、搬送機能が求められるのではなく、むしろ被搬送材料がコンベヤの移動面との直接接触によって実質的に移動することを意味する。

本発明は更に、上述したキャビティがパイプであり、圧力をかけない状態で作動する機械的コンベヤがスクリューコンベヤである、単純ながらも利点の多い特別な例によって、説明されている。

一見すると、本発明によって材料を搬送する費用は高いように見える。しかしながら、実際、研削材を搬送する場合、ポンプのみあるいはスクリューコンベヤのみのいずれかによる稼動モードに比べて、相当に作動する搬送プラントの稼働時間を計算すると、相当なコストの節減となる。特に、本発明が提唱する出力がより小さいポンプと、出力がより小さいスクリューコンベヤとを組み合わせて使用することが可能であり、この組み合わせは、摩耗が非常に少なくエネルギーコストを非常に安くして稼動させることができ、稼働時間に関してのコストが非常に小さいことを意味している。

本発明を図面に基づいて更に詳しく説明する。
図１は、本発明に基づいて稼動するスクリューコンベヤの例示的な実施形態の概要を示す断面図である。

充填用ホッパー１を介して被搬送材料がポンプ２に入る。ポンプ２として適しているものは、「高濃度材料用ポンプ」として市販されているポンプである。ポンプ２として偏心型スクリューポンプを用いることには秀れた実績がある。

ポンプ２は、被搬送材料をパイプ３の一方の端部近傍に設置した搬入口３．１を通って、搬送セクションを表わすパイプ３内に押し入れる。パイプ３では、ポンプ２によって生じた搬送圧と、パイプ３の中を貫通しており駆動装置５によって駆動する、軸方向に案内されたスクリューコンベヤ４とによって、被搬送材料が反対側の端部へ移動する。投入口の反対側にあるパイプ３の端部には、搬出口３．２が配置されており、この搬出口を経て被搬送材料はパイプ３の外へ押し出される、又は、落下する。

スクリューコンベヤ４を用いずにポンプ２のみを用いた場合は、上り勾配になったパイプ３を通って被搬送材料を押し出すために、ポンプ２は、図に示す構成で必要な圧力より大きな圧力で材料を搬送しなければならない。従って、本発明による動作モード行なう場合より、遥かに強力でより高価なポンプを用いなければならないことになる。プラントの他の部品も、より高圧用に設計しなければならないであろう。一般的に、このように高さが高く水平な長い距離を単一の搬送部で渡すことはできず、被搬送材料の許容特性についても、より制約が大きくなるであろう。

スクリューコンベヤ４のみを用いて、ポンプ２を用いない場合は、スクリューコンベヤ４を、パイプの断面で見たときに少なくともパイプ下側のエリアにパイプに寄りかかるようにして配置しなければならず、また、いくらか液状である材料を持ち上げる、あるいは、落下する傾向にある材料の液状部分を持ち上げるためには、コンベヤを非常に高速で回転させなければならない。被搬送材料中の硬い研磨性粒子に関しては、材料中の粒子によって、スクリューコンベヤとパイプ壁面にかなりの損耗が生じ、スクリューコンベヤとパイプ壁面間で、被搬送材料とプラント部品間、及び個々のプラント部品間の高い相対速度によって、詰まりが生じる。

「被搬送材料のポンプ送り」と「圧力をかけない状態で作動する機械的コンベヤによって、ポンプ送りセクションにある材料を更に移動させること」の組み合わせは、公知の搬送方法や、公知の搬送方法の組み合わせと比較して、非常に有利である。なぜなら、この組み合わせは、非常に広い範囲の被搬送材料に使用することができるし、追加の搬送流体（気体又は液体）を被搬送材料と共に移動させる必要がないからである。

スクリューコンベヤとポンプを、ポンプ又はスクリューコンベアの一方に過大な抵抗が検知された場合に、それぞれ他方がより大きい駆動力で作動するように制御することは有意義である。これに関する最適な設定は、プラントの規模と被搬送材料の特性に依存しており、基本的には経験則に基づいて決定するべきである。

パイプに被搬送材料が充填されており何らかの理由でスクリューコンベヤを停止しなければならない場合、スクリューコンベヤ４を時折動かしてみる、あるいは、連続的に幾分ゆっくりと動かして、分離や一体化を防ぐ、すなわち被搬送材料の粘度が危険な程に高くなることを回避することができる。

このかき混ぜ動作によって、及び、パイプ壁面とスクリューコンベヤ間のギャップにおける摩耗を防ぐために、軸方向に案内されるスクリューコンベヤ４とパイプの内壁面との間の半径方向の最小間隔を、被搬送材料中の最も大きい硬い粒子より大きく設定することが有益である。

シャフトレスタイプのスクリューコンベヤの大きく柔軟な弾性変形能によって、これを用いる場合は、パイプ壁面とスクリューコンベヤとの間の隙間をより小さいものとすることができる。

スクリューコンベヤ４用の駆動装置５を、被搬送材料の搬出口３．２が設けられているパイプ３の端部に配置することも有益である。この端部付近では、被搬送材料が受ける流体静力学上の圧力は、ポンプに近いパイプ端部側よりもかなり低い。従って、スクリューコンベヤ４と駆動装置５を繋いでいるシャフトがパイプ５の端面を通るところのベアリングを十分に耐圧にして、ベアリング内へ及びベアリングを通って材料が流れ込むことを防止することはより容易である。それでもベアリング付近で高い圧力が生じるような場合は、外部からベアリングに圧力給油を行う。

既に冒頭で述べたとおり、本発明による搬送方式は、可搬材料の銑鉄生産用高炉の圧力ゾーンへの導入に有益に適用可能である。高炉への投入に関連する地点は、通常、運搬車によって被搬送材料を運び込む地点から５乃至１５メートル上方に設置される。水平方向の距離は、典型的には、６０乃至１５０メートルである。ここに述べた本発明による搬送方法は、この距離の最大部分を乗り切るのに非常に適している。全搬送経路の最後の部分、すなわち高炉の高温圧力ゾーンに直結する部分においてのみ、より小さい搬送断面でそこだけ加圧下状態で搬送するか、あるいは加圧と搬送手段を組み合わせた態様で搬送することが、いっそう有利である。

単一の搬送部分、すなわち、ポンプと、キャビティと、その中で圧力をかけない状態で作動する機械的コンベヤの最も本質的な部分は、通常は数メートル、例えば１０メートルの長さである。このような多くの個々のコンベヤ部分を問題なく一列に並べて、搬送が難しい被搬送材料用に所望の長さのコンベヤセクションを構築することができる。

望ましくは、比較的長い、傾斜が付いているかあるいは水平に延びている部分であって、曲がっていないか僅かに曲がっているだけの長いコンベヤセクションでは、搬送手段によってあるいは搬送手段に支持された状態で搬送することが可能であり、有益である。すなわち、被搬送材料は、少なくとも、パイプを流れる搬送媒体、典型的には圧縮空気のような流動性に富んだ媒体の作用によって、支援されてパイプ内を移動する。このため、搬送媒体は、このような搬送部分の開始段階で、搬送セクションにポンプ送りされて、搬送部分の終わりの段階で、必要に応じて、例えばサイクロンのような堆積地点で再び抜き取ることができる。搬送媒体を用いた搬送は、一般的に、ここで述べた方法と同様に詰りに対してそれほど強くなく、材料自体はポンプ送りされ、更に、圧力をかけない状態で移動する。しかし、最初から詰る危険が少ない部分は、比較的高速で、装置に関して比較的安価に、移動することができる。

本発明の多数の適用例においては、キャビティ３の隔壁を中空に構成することが推奨される。この方法で、キャビティ３の隔壁内で熱媒体としての液体を移送することが可能となり、これによってキャビティ３を加熱あるいは冷却することができる。一般的に、被搬送材料の流動性を高めるために加熱が必要とされることがある。また冷却は、通常、暖かい環境で、被搬送材料の各成分の気化を防ぐために必要なことがある。

なお、本発明の範囲内で、スクリューコンベヤ以外の圧力をかけない状態で作動する機械的コンベヤを使用することもできる。

同様に、本発明によって材料の搬送が行われるキャビティも、パイプ形状以外の形状であってもよい。キャビティをパイプとして形成することに加えて、フレキシブルなパイプとしてキャビティを形成することも頻繁に適用可能である。

Claims (11)

1. 搬入口（３．１）と搬出口（３．２）との間のキャビティ（３）を介して、可搬材料を搬送する方法において、
   被搬送材料を、圧力ポンプ（２）を介して前記キャビティ（３）内に導入した後、前記圧力ポンプ（２）により生成される圧力と、前記キャビティ（３）内に配置され且つ圧力をかけない状態で作動する機械的コンベヤ（４）との組合せによって、被搬送材料を前記キャビティ（３）内で移動させることを特徴とする可搬材料の搬送方法。
2. 請求項１に記載の可搬材料の搬送方法において、
   当該方法を、可搬材料の反応炉への搬送に使用することを特徴とする可搬材料の搬送方法。
3. 請求項２に記載の可搬材料の搬送方法において、
   当該方法を、銑鉄生産のための高炉内の圧力ゾーンへの可搬材料の搬送に使用することを特徴とする可搬材料の搬送方法。
4. 請求項３に記載の可搬材料の搬送方法において、
   搬送路の最終部分においては、搬送が専ら圧力をかけた状態で行われることを特徴とする可搬材料の搬送方法。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の可搬材料の搬送において、
   搬送セクション一部において、搬送が、少なくとも搬送媒体によって支持された状態で行われることを特徴とする可搬材料の搬送方法。
6. 可搬材料を、圧力ポンプを用いて、搬入口を介してキャビティへ、及び当該キャビティから搬出口を介して搬送する装置において、
   圧力をかけない状態で作動する機械的コンベヤ（４）が前記キャビティ（３）に配置され、前記圧力ポンプが前記搬入口の前に配置され、
   前記圧力ポンプにより生成される圧力と、前記機械的コンベヤ（４）との組合せによって、被搬送材料を前記キャビティ（３）内で移動させることを特徴とする搬送装置。
7. 請求項６に記載の搬送装置において、
   前記コンベヤ（４）がスクリューコンベヤであることを特徴とする搬送装置。
8. 請求項７に記載の搬送装置において、
   前記キャビティ（３）がパイプであり、前記スクリューコンベヤ用の駆動装置（５）及び前記搬出口（３．２）が、前記パイプの同じ端部領域に設けられていることを特徴とする搬送装置。
9. 請求項７に記載の搬送装置において、
   前記スクリューコンベヤが軸に沿って案内され、当該スクリューコンベヤとその周りのキャビティ壁面との間の半径方向における間隔が、少なくとも、可搬材料が含有し得る最大の硬い部分と同じに大きいことを特徴とする搬送装置。
10. 請求項６乃至９のいずれか１項に記載の搬送装置において、
    前記搬送装置が銑鉄生産用の高炉の圧力ゾーンに通じていることを特徴とする搬送装置。
11. 請求項１０に記載の搬送装置において、
    請求項１０に記載の搬送装置と、前記銑鉄生産用の高炉の圧力ゾーンとの間に、専ら圧力をかけた状態で作動する搬送セクションが介在していることを特徴とする搬送装置。

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