JP5547742B2 - 装入装置 - Google Patents
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Description
このような装入装置においては、容器内における装入物の平面分布を均一にする等、装入物が所望の状態とすることが要求される。このために、装入装置においては、装入物の散布方向や散布状態を自由に制御することが求められ、様々な散布機構が開発されている。
シュートを傾斜させる機構やその駆動源を一体的に旋回させる必要がある。従って、旋回部分をはじめとして構造が複雑化し、設備コストも上昇する。さらに、複雑な機構の旋回を維持するために保守点検が煩雑になる。
一方、前述した特許文献2では、次のような問題がある。
二組の回動機構を協調動作させるため、動作制御が複雑になるとともに、散布位置の高精度化が難しい。
すなわち、調整軸は旋回軸に対して第1角度で交差し、シュートは調整軸に対して第2角度で交差するため、ホルダとロータとが相対回転すると、旋回軸に対するシュートの角度は、第1角度と第2角度との差(最小値)から第1角度と第2角度との和(最大値)までの間で変化する。その結果、フレームおよびロータに対するシュートの角度が前述した最大値から最小値までの範囲で任意に選択することができる。
本発明においては、調整駆動モータの設置形態に応じて、シュートの角度調整のための制御が異なる。
すなわち、通常時は、ロータと伝達側傘歯歯車とを同期回転させることで、シュートの角度が一定の状態でこれらのロータおよびホルダ、シュートを旋回させることができる。一方、調整時には、ロータと伝達側傘歯歯車が異なる回転数で回転するように、調整駆動モータの回転数を制御することで、ロータに対する伝達側傘歯歯車の位相が変更され、ホルダ側傘歯歯車に駆動力が伝達され、ロータに対してホルダが調整軸を中心に回転し、その結果シュートの角度が変更される。
このような場合、通常時は、旋回駆動モータにより、ロータと伝達側傘歯歯車とが同期回転させられる。一方、調整時には、調整駆動モータを作動させることで、遊星歯車を介してロータの回転数が加速または減速され、ロータに対する伝達側傘歯歯車の位相が変更され、ホルダ側傘歯歯車に駆動力が伝達され、ロータに対してホルダが調整軸を中心に回転し、その結果シュートの角度が変更される。
このような本発明では、基本的な旋回動作を継続しつつ、シュートの角度調整を行うことができるため、制御は非常に簡略化される。また、ロータやホルダおよびその支持構造、旋回駆動モータからロータに至る伝達経路については機能的にも単純であり、構造の複雑化を回避することができる。調整駆動モータからホルダに至る伝達経路についても、前述の傘歯歯車を利用した簡単な構成で実現することができ、構造の複雑化を回避することができる。
本発明では、前述のように、旋回軸に対するシュートの中心軸の角度は、第1角度と第2角度との差(最小値)から第1角度と第2角度との和(最大値)までの間で変化する。従って、第1角度と第2角度とを等しくすることで、旋回軸に対する最小値を0(シュートの中心軸が鉛直方向直下向き)にすることができる。
前記シュートの中心軸と前記シュートの下側内面とがなす角度を第3角度として、前記第1角度と前記第2角度と前記第3角度との和が前記シュートに要求される最大傾斜角度に設定されていることが望ましい。
本発明では、前述のように、旋回軸に対するシュートの角度は、第1角度と第2角度との差(最小値)から第1角度と第2角度と第3角度との和(最大値)までの間で変化する。従って、第1角度と第2角度と第3角度との和で与えられる最大値をシュートに要求される最大傾斜角度に応じたものに設定することができる。
図1および図2において、本実施形態の装入装置1は、高炉2の炉頂部に設置されて炉内に鉄鉱石および石炭を主体とする装入物を散布するものである。
高炉2の炉頂部は円錐台状に形成され、その上部開口にはフレーム3が設置されている。フレーム3にはロータ4が支持され、ロータ4にはホルダ5が支持され、ホルダ5にはシュート6が支持されている。
旋回軸D1は、鉛直方向の軸線であり、高炉2の中心軸線と一致する。
調整軸D2は、交点Oにおいて旋回軸D1と交差しており、互いの交差角度は第1角度A1とされている。
シュート中心軸D3は、前述した交点Oにおいて調整軸D2と交差しており、互いの交差角度は第2角度A2とされている。
本実施形態においては、シュート6は基本的にシュート中心軸D3を中心軸とし、角度A3の傾きをもった円錐台である。基部(ホルダ5に支持されている太い部分)の上側の一部分においては、装入物の散布方向を規定する部分ではないため、フレーム3と干渉しないように円錐面を切り欠いて輪郭を変更している。従って、本実施形態においてはシュート6から散布される装入物の散布方向は、シュート6の円錐面の底面側の方向、つまりシュート中心軸D3に対して角度A3をなすシュート底面の方向D3´としてよい。
このような回転により、シュート中心軸D3の旋回軸D1に対する方向(つまりフレーム3に対する方向)が変化し、図1におけるシュート中心軸D3は、図中一点鎖線で示す状態から交点Oを中心に図中左側へと振れることになる。
以上のような旋回軸D1、調整軸D2、シュート中心軸D3を基準として、以下にフレーム3、ロータ4、ホルダ5およびシュート6の各部およびこれらの駆動機構について説明する。
円盤状の部分412の外周は下向きに形成され、その外周縁には下フランジ413が形成されている。
円盤状の部分412の辺縁のうち、筒状の部分411が最も近接する側は、周方向に所定長さにわたって切り欠かれており、これにより伝達用開口414が形成されている。
上フランジ422には前述した上ケース41の下フランジ413が接続され、これにより本体421の上側開口が覆われるとともに、本体421の内部から上ケース41を経て供給管33までが連通される。
ガスシール板423の外形はフレーム3の開口34に合わせて形成され、下ケース42をフレーム3に収容した際には、ガスシール板423が開口34の全周にわたって所定の重なり代で重なるように形成されており高炉炉内のガスが炉頂挿入装置に侵入することを防いでいる。またこの部分にパッキン等を施してガスシール性を向上させることもできる。
本体421の外周面には、本体421の中心軸方向に沿って複数の補強リブ424が形成されている。
旋回用軸受431は供給管33の周囲のフレーム3の上面板31の下面側に固定され、これによりロータ4の全体が旋回軸D1を中心に回転自在に支持されている。
図6において、ホルダ5は、扁平な円筒状の本体50を有し、本体50の上下の開口の周囲には上フランジ51および下フランジ52が形成され、本体50の外周にはこれらの上フランジ51および下フランジ52を結ぶ補強リブ53が形成されている。本体50および下フランジ52は2箇所に切欠きが形成され、この切欠きに面してシュート固定用ピンを挿通可能な受け部54が形成されている。本実施形態において、シュート6は受け部54にシュート受け部を導入して、シュート固定用ピンを挿通することでホルダ5に固定される(図7参照)。
図1および図2に戻って、ロータ4の内部(図3における上ケース41上面、円盤状の部分412の下側)には調整用軸受55が固定され、これにホルダ5が支持されている。これにより、ホルダ5は、ロータ4に対して調整軸D2を中心に回転自在に支持されている。
なお、図1および図2では、調整用軸受55が上ケース41上面(円盤状部分412、図3参照)の下側に固定されているが、その上側に固定してもよい(図16参照)。
基端部60は、上端がホルダ5に接続され、中心軸がホルダ5と同様に調整軸D2に一致されている。本体61は、基端部60の下端に接続され、中心軸がシュート中心軸D3に一致されている。接続部62は、前述した本体61とフレーム下面34が干渉するために切り欠いた部分で基端部60と本体61を接続させている。
より詳しくは、高炉2内へ放出される装入物は、シュート6の底面の方向D3´に沿って先端へ送られる。従って、高炉2内へ放出される装入物の方向は、シュート6の内面に沿った方向となる。ここで、シュート6の中心軸とシュート6の内面とがなす角度を第3角度A3として、第1角度A1と第2角度A2と第3角度A3との和は、シュート6に要求される最大傾斜角度となるように設定されている(図1参照)。
このために、装入装置1は、ロータ4を回転駆動する旋回駆動機構7と、ホルダ5を回転駆動する調整駆動機構8とを備えている。
伝達側傘歯歯車82はフレーム3の上面板31の下面から延びる支持部材83により、フレーム3に固定されている調整用動力伝達軸受84に支持され、旋回軸D1を中心として回転自在である。ホルダ側傘歯歯車81はホルダ5と一体に調整軸D2まわりに回転するが、傘歯歯車とすることで、ホルダ側傘歯歯車81と伝達側傘歯歯車82は互いに回転力を伝達可能である。
これらのホルダ側傘歯歯車81と伝達側傘歯歯車82および伝達用開口414により軸方向変換機構9が構成されている。
旋回駆動機構7においては、旋回駆動モータ70の駆動力が、歯車73,72を介して歯車71に伝達され、フレーム3に対してロータ4を回転させる。
調整駆動機構8においては、調整駆動モータ80の駆動力が、歯車87,86を介して歯車85に伝達され、フレーム3に対して伝達側傘歯歯車82を回転させる。前述した伝達側傘歯歯車82からホルダ側傘歯歯車81へと伝達され、ロータ4に対してホルダ5を回転させる。
このような旋回駆動機構7および調整駆動機構8においては、各々の回転駆動が同期しており、フレーム3に対するロータ4の回転速度と伝達側傘歯歯車82の回転速度が等しい場合、前述した伝達側傘歯歯車82とホルダ側傘歯歯車81が相対回転しないため、ロータ4とホルダ5とは一体に回転し、シュート6は現在の傾斜角度のままフレーム3に対して旋回する。
シュート6の傾斜角度が変更される。すなわち、ロータ4とホルダ5との相対回転は、調整用軸受55により実現されるが、この調整用軸受55の中心である調整軸D2が旋回軸D1およびシュート6の中心軸D3の何れに対しても傾いている。このため、ロータ4とホルダ5との相対回転によりシュート6が調整軸D2廻りに振れるように回転し、これによりシュート6の傾斜角度の調整が行われる。
ロータ4およびホルダ5を一体に回転させるためには、旋回駆動機構7と調整駆動機構8とを同期させ、ロータ4およびホルダ5を同じ速度で回転させればよい。
ロータ4に対してホルダ5を相対回転させるためには、旋回駆動機構7と調整駆動機構8との同期をずらし、例えばホルダ5の回転速度をロータ4の回転速度よりも遅くする、あるいは一時的に停止させる等とすればよい。逆にホルダ5の回転速度をロータ4の回転速度よりも速くしてもよい。
このようにしてシュート6の先端Pの旋回半径を調整することができ、各旋回半径において旋回しつつ装入物を散布することで、高炉2内に均一にあるいは任意の分布で装入物を散布することができる。
本実施形態においては、シュート6の傾きの調整にあたって、旋回駆動機構7と調整駆動機構8との速度制御により、ロータ4とホルダ5とを同期回転状態から相対回転状態に切り替えることで簡単に行うことができる。
とくに、旋回駆動機構7と調整駆動機構8との速度制御で旋回および角度調整が自由に行えるため、制御装置における制御の設計により、多様な動作を自由に設定することができる。
前述した実施形態では、図1あるいは図2に示すように、旋回駆動モータ70および調整駆動モータ80を同軸に設置したが、旋回駆動モータ70および調整駆動モータ80を隣接した別の軸線で設置あるいは離れた位置に設置してもよい。また、前述した実施形態では、旋回駆動モータ70によるロータ4の駆動と調整駆動モータ80によるホルダ5の駆動を独立させ、各モータの速度制御により各系統の回転に位相差を生じさせたが、遊星歯車を用いて位相差を制御する機構であってもよい。
このような本実施形態によっても、前述した図1の実施形態と同様な効果を得ることができる。
さらに、旋回駆動モータ70および調整駆動モータ80は旋回軸D1の反対側に配置したが、これらのモータの位置は旋回軸D1を中心とした円周上の任意の点に設置してよい。
旋回駆動モータ70の出力軸には歯車70A,70Bが固定され、このうち歯車70Bは歯車70Cに噛合され、筒状のシャフト70Dを介して歯車73を駆動する。この歯車73からロータ4に至る駆動経路は前述した図1の実施形態と同様である。
調整駆動モータ80は旋回駆動モータ70と並列に設置されている。調整駆動モータ80の出力軸には歯車80Aが固定され、その周囲には複数の遊星歯車80Bが配置され、各々の外側には内歯車80Cが噛合されている。内歯車80Cが形成された環状の部材の外周には歯車80Dが形成され、この歯車80Dには前述した歯車70Aが噛合されている。遊星歯車80Bの回転軸は回転板80Eに支持され、その中心軸80Fは歯車87に固定されている。この歯車87から伝達側傘歯歯車82至る駆動経路は前述した図1の実施形態と同様である。
このような本実施形態によっても、前述した図1の実施形態と同様な効果を得ることができる。
図17には本発明の他の実施形態が示されている。本実施形態では、ホルダ側傘歯歯車81を内歯歯車、伝達側傘歯歯車82を外歯歯車としている。その他の構成は、前述した図1の実施形態と同様である。
このような本実施形態によっても、前述した図1の実施形態と同様な効果を得ることができる。
前記各実施形態では、旋回軸D1、調整軸D2およびシュート中心軸D3の3本を交点Oで互いに交叉させた。また、シュート6の本体61がフレーム下面34と干渉しないように、本体61に切り欠いたうえ接続部62で接続し、これによりシュート6の一部に凹んだ逃げ形状を形成していた。
これに対して、本実施形態では、徐々に小径となるテーパ管状の本体61Aと、ホルダ5に接続する根元部分の中心軸が調整軸D2に一致するように中心軸の角度を徐々に変更している中間部62A、基端部60Aを連結してシュート6を形成している。基端部60Aのホルダに接続する根元部分の断面の中心軸は調整軸D2に一致されており、本体61Aの中心を通るシュート中心軸D3は調整軸D2と交叉するが、その交点は旋回軸D1および調整軸D2の交点Oとは異なる位置とされている。
2…高炉
3…フレーム
4…ロータ
5…ホルダ
6…シュート
7…旋回駆動機構
8…調整駆動機構
9…軸方向変換機構
70…旋回駆動モータ
80…調整駆動モータ
81…ホルダ側傘歯歯車
82…伝達側傘歯歯車
414…伝達用開口
A1…第1角度
A2…第2角度
A3…第3角度
D1…旋回軸
D2…調整軸
D3…シュート中心軸
Claims (3)
- フレームと、前記フレームに設定された旋回軸と、前記フレームに支持されて前記旋回軸を中心に回転可能なロータと、前記ロータに設定されて前記旋回軸に第1角度で交差する調整軸と、前記ロータに支持されて前記調整軸を中心に回転可能なホルダと、前記ホルダに固定されて前記調整軸に第2角度で交差する方向へ延びるシュートと、前記フレームに固定されて前記ロータを前記フレームに対して回転させる旋回駆動モータと、前記フレームに支持されて前記旋回軸を中心に回転可能な伝達側傘歯歯車と、前記ホルダに固定されて前記伝達側傘歯歯車に噛み合うホルダ側傘歯歯車と、前記フレームに固定されて前記伝達側傘歯歯車を回転させることで前記ホルダを前記ロータに対して回転させる調整駆動モータと、を有することを特徴する装入装置。
- 請求項1に記載された装入装置において、
前記第1角度と前記第2角度とが等しいことを特徴とする装入装置。 - 請求項1または請求項2に記載された装入装置において、
前記シュートの中心軸と前記シュートの下側内面とがなす角度を第3角度として、前記第1角度と前記第2角度と前記第3角度との和が前記シュートに要求される最大傾斜角度に設定されていることを特徴する装入装置。
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