JP6056725B2

JP6056725B2 - 混錬装置用の攪拌翼及びそれを用いた混錬装置

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Publication number: JP6056725B2
Application number: JP2013205626A
Authority: JP
Inventors: 尚人寺田; 弘志渡邊; 智洋渡邊; 宣幸岩▲崎▼
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2013-09-30
Publication date: 2017-01-11
Anticipated expiration: 2033-09-30
Also published as: JP2015066533A

Description

本発明は、混錬装置用の攪拌翼及びそれを用いた混錬装置に関する。より詳しくは、摩耗作用を有する被混錬物の混錬において、優れた混錬性能と高い耐摩耗性とを備える混錬装置用の攪拌翼及びそれを用いた混錬装置に関するものである。

例えば、還元焙焼炉で電炉ダストから亜鉛を回収する工程において、還元焙焼炉内での還元反応を促進するために、還元焙焼炉に投入する前の電炉ダストを、コークスと混錬する前処理が行われる。この前処理を行う混錬装置として、例えば、図１に示すようなスクリューコンベア１００が広く用いられている。このスクリューコンベア１００は、図１及び図２に示す通り、電気駆動部５の動力により回転する回転軸２の外周上に攪拌翼１が螺旋状に配置されているものである。被混錬物は投入口８から投入され、ケーシング４内を攪拌翼１によって攪拌されながら搬送され、十分に混錬された状態で排出口９から排出される。

スクリューコンベア１００においては、通常、コークスや電炉ダスト等の摩耗作用を有する被混錬物を混錬する。よって攪拌翼１については、十分な混錬性能に加えて高い耐摩耗性を有することが要求される。例えば、スクリューコンベア１００の操業の継続に伴って、攪拌翼１の先端部の摩耗が進行した場合には、攪拌翼１の先端部とケーシング４との間にクリアランスとして設けられている隙間（ｗ_５）（図２参照）が序々に拡大する。この隙間（ｗ_５）の大きさが一定以上に達すると、混錬及び搬送能力の低下、或いは、フラッシング現象の発生等、スクリューコンベア１００を用いた操業に様々な支障をきたすこととなる。

このような事態を回避するために、例えば、攪拌翼の各部を耐摩耗性の異なる材料で形成し、耐摩耗性の低い一部分だけを、容易に交換できる構成とすることによって、攪拌翼の摩耗進行時の交換作業の作業負担を軽減したスクリューコンベアが提案されている（特許文献１参照）。

又、攪拌翼表面の略全面を覆う態様で、各種形体のセラミックス製部材を適宜組合せて設置することにより、耐摩耗性を向上させた攪拌翼も提案されている（特許文献２参照）。

特開２００３−３３６４８９号公報特開２０１０−９４６４６号公報

ここで、摩耗の進行に応じた攪拌翼の交換の要否を判断するためには、スクリューコンベアを完全に停止して、パドルの摩耗度合いを点検口等から直接測定する必要がある。この点については、特許文献１に記載のスクリューコンベアであっても、従来のスクリューコンベアと何ら変わるところはない。このため、特許文献１に記載のスクリューコンベアにおいては、操業の一時的停止の頻度を下げて、生産性を向上するためには、攪拌翼の更なる対磨耗性の向上が、尚、解決すべき課題として残っていた。

又、特許文献２に記載の攪拌翼は、耐摩耗性のみならず専ら腐食性を有する被混錬物をその対象として想定しているものであるため、攪拌翼の表面の略全面を定形パーツ化されたＬ字型等のセラミックス部材で覆う構成としているものである。このため、必要なセラミック部材が多くなり材料費が嵩む点において好ましくない。

又、攪拌翼先端部の表面形状は必然的に平坦な形状に限定されるため、例えば、図５及び図６の攪拌翼のように、例えば、攪拌能力の向上を目的として攪拌翼先端部に任意の凹凸を形成する追加的な加工は望みえない。

本発明は、上記各従来技術における未解決の課題を解決し、優れた攪拌能力と高い耐摩耗性とを兼ね備える混錬装置用の攪拌翼及びそれを用いた混錬装置を提供することを目的とする。

本発明者らは、混錬装置用の攪拌翼を、その先端部外周面に、耐摩耗性ブロックを埋設した構造とすることにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。具体的には、本発明は以下のものを提供する。

（１）混錬装置用の攪拌翼であって、前記攪拌翼の先端部外周面には、母材に埋設されている耐摩耗性ブロックによって、耐摩耗性強化部が形成されている攪拌翼。

（２）複数の前記耐摩耗性ブロックが前記母材に埋設されている（１）に記載の攪拌翼。

（３）前記耐摩耗性ブロックがいずれも同一形状である（２）に記載の攪拌翼。

（４）前記先端部外周面において前記耐摩耗性強化部が占める面積割合が５５％以上９５％以下である（１）から（３）のいずれかに記載の攪拌翼。

（５）前記先端部外周面には、前記耐摩耗性ブロックが突出している部分である凸部と、前記母材が露出している部分である凹部とからなる凹凸が形成されていて、前記凸部と前記凹部との高低差が、１ｍｍ以上１５ｍｍ以下である（１）から（４）のいずれかに記載の攪拌翼。

（６）（１）から（５）のいずれかに記載の攪拌翼が配置されている混錬装置。

（７）前記混錬装置が、二軸不等速スクリューコンベアである（６）に記載の混錬装置。

（８）（６）又は（７）の装置を用いた被混錬物の混錬方法であって、前記被混錬物が、ビッカーズ硬度が略５０以上の鉱物を含有する粉体又は粒体である混錬方法。

本発明によれば、優れた混錬性能と高い耐摩耗性とを兼ね備える混錬装置用の攪拌翼及びそれを用いた混錬装置を提供することができる。

本発明の混錬装置の一実施形態であるスクリューコンベアの構造を模式的に示す正面図である。図１のＡ断面におけるスクリューコンベアの内部構造と本発明の攪拌翼の配置態様を模式的に示す断面図である。本発明の攪拌翼の斜視図である。本発明の攪拌翼の平面図である。本発明の攪拌翼の正面図である。本発明の攪拌翼の他の実施形態の正面図である。

以下、本発明の混錬装置用の攪拌翼１、及びそれを用いた混錬装置の好ましい一例であるスクリューコンベア１００の実施形態について説明する。但し、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。

＜攪拌翼＞
本発明の混錬装置用の攪拌翼１は、図１及び図２に示す通り、スクリューコンベア１００に被混錬物の攪拌を目的として設置される部材である。攪拌翼１は、スクリューコンベア１００の回転軸２の外周上に、被混錬物を攪拌及び搬送可能な態様で配置される。攪拌翼１を配置する混錬装置としては、攪拌翼１によって被混錬物を攪拌する機能を有する混錬装置であれば特に限定されないが、スクリューコンベアを好ましく用いることができる。又、中でも、２軸不等速スクリューコンベアを、攪拌翼１を配置する混錬装置として、特に好ましく用いることができる。本実施形態のスクリューコンベア１００は、２軸不等速スクリューコンベアである。混錬装置の詳細は後述する。

図３〜図６に示す通り、攪拌翼１は、いわゆるパドルタイプの板羽根状の部材である。攪拌翼１は、耐摩耗性ブロック１２が母材１１に埋設されている。耐摩耗性ブロック１２は、少なくともその一部が母材１１の先端部外周面１１１に露出する態様で埋設されており、この耐摩耗性ブロック１２の露出部分によって、先端部外周面１１１に耐摩耗性強化部が形成されている。そして、母材１１は、取付用台座部１３上に溶接等により強固に固着されている。

耐摩耗性強化部を構成する耐摩耗性ブロック１２は、各操業毎に投入される被混錬物の硬度等によって規定される摩耗性の強弱に応じて、母材１１の先端部外周面１１１に、所望の耐摩耗性を付与しうるために必要とされる態様で埋設されればよい。これにより、必ずしも母材１１のその他の部分を覆うことなく、最小限の部材の追加により、被混錬物との摩擦による摩耗が問題となる先端部外周面１１１の耐摩耗性を十分に向上させることができる。

母材１１に埋設する耐摩耗性ブロック１２の個数は限定されないが、２以上の複数であることが好ましい。又、その場合における複数の耐摩耗性ブロック１２は、いずれも同一形状であることが更に好ましい。複数の同一形状の耐摩耗性ブロック１２を複数埋設する構造とすることにより、母材１１の形状に関わらず、汎用品として入手容易な各種の定形ブロックの組合せによって耐摩耗性ブロックを自在に構成することができる。これにより、様々な形状の攪拌翼１を、従来品よりも低コストで製造することができる。同一形状の耐摩耗性ブロックの具体例としては、図３〜５に例示される直方体のプレートタイプのブロックや図６に例示される円柱又は角柱状のピンタイプのブロックをあげることができる。

先端部外周面１１１において、必要とされる耐摩耗性は、被混錬物の摩耗性によって変動するため、必ずしも一義的に限定されるものではない。但し、先端部外周面１１１において耐摩耗性ブロック１２が露出している部分である耐摩耗性強化部が占める面積割合が５５％以上９５％以下であることが好ましい。耐摩耗性強化部が占める面積割合が５５％以上であることにより、摩耗性を有するカーボン等を含む被混錬物を対象とする場合において、母材の摩耗を十分に防ぐことができる。母材１１の材質にもよるが、９５％を超えても母材１１の耐摩耗性の向上率は逓減し、埋設にかかる母材の破損リスクが上回るため上記面積比は９５％以下であることが好ましい。

又、先端部外周面１１１には、耐摩耗性ブロック１２が突出してなる凸部１４１と、耐摩耗性ブロック１２の間の隙間部分である凹部１４２とからなる凹凸１４が形成されていることがより好ましい。この場合における凸部１４１と凹部１４２との高低差ｈ（図５参照）は、１ｍｍ以上１５ｍｍ以下であることが好ましい。先端部外周面１１１にこのような凹凸１４が形成されていることにより、特に、攪拌の対象となる被混錬物の小塊の分解促進や、内壁等に付着した小塊の掻き取り促進等の効果を発揮しうる。これにより、先端部外周面１１１が平坦な場合よりも一段の攪拌性能の向上が可能である。

一般的には、攪拌翼は、混錬装置内で摩耗作用を有する被混錬物を攪拌する際に、その本体略全面に被混錬物からの摩耗作用を受ける。但し、混錬装置がスクリューコンベアである場合には、攪拌翼１の各部のうちでも、特に先端部外周面１１１近傍において他の部分よりも相対的に強い摩耗作用を受け、その結果、先端部外周面１１１近傍において特に摩耗が早く進行する傾向がある。そして、混錬装置が二軸不等速スクリューコンベアである場合には、この傾向は更に顕著となる。

本発明は、先端部外周面１１１に、耐摩耗性ブロック１２を埋設することによって、特に、先端部近傍の耐摩耗性を大きく向上させたものである。よって、混錬装置がスクリューコンベアである場合に好ましく用いることができるものであり、混錬装置が二軸不等速スクリューコンベアである場合に特に好ましく用いることができるものである。

母材１１の材料としては、加工性に優れ、セラミックス製の耐摩耗性ブロック１２と、ろう付けなどの接着方法で取り付け可能である炭素鋼又はステンレス鋼等の材料とすることが好ましい。母材１１の形状については、被混錬物を、十分に攪拌可能な形状であり、又、操業中に被混錬物から受ける圧力に耐えるだけの強度を備えうる形状であればよい。例えば、図３及び図４に示すように、平面視においてテーパー状の外周に囲まれた平坦な表面及び裏面を有する板羽根状のパネルを母材１１として好ましく用いることができる。

耐摩耗性ブロック１２の材料は、耐摩耗性を有する材料を適宜用いることができるが、加工性や経済性も勘案した上での総合的な観点から、セラミック製材料の他、超硬合金、工具鋼、高速度鋼等の材料を用いることができる。部材であることが好ましい。又、耐摩耗性ブロック１２の形状と大きさは、図３、図４及び図５に示すように、母材１１に埋設可能であればよく、単独若しくは複数の組合せによって、耐摩耗性強化部の面積割合を、上述の通り、５５％以上９５％以下とすることができる形状と大きさであることが好ましい。

具体的な耐摩耗性ブロック１２の形状としては、所定の厚さを有するパネル形体、直方体、若しくはそれに近似する６面体形状のものを含む。例えば、耐摩耗性ブロック１２がパネル形体である場合の上記の「所定の厚さ」については、母材１１の厚さ（ｗ_２）（図４参照）に対する、耐摩耗性ブロック１２の厚さ（ｗ_１）（図４参照）の比が、概ね６０％〜９５％の範囲となる厚さであればよい。

又、複数の耐摩耗性ブロック１２を組合せて母材１１埋設する場合には、母材１１の先端部外周面１１１に、先端部外周面１１１の長辺方向に沿って直列に、一定の間隔毎に埋設されることが好ましい。上記の「一定の間隔」については、耐摩耗性ブロック１２間の隙間部分の幅（ｗ_３）（図４参照）が、２０ｍｍ程度以下であることがより好ましい。

＜混錬装置＞
図１及び図２は、本発明の攪拌翼１を用いたスクリューコンベア１００の構造を模式的に示す正面図と断面図である。図１及び図２に示す通り、スクリューコンベア１００は、中空の管状外殻部であるケーシング４と、ケーシング４の内部空間に配置される搬送スクリュー３、及び、電気駆動部５等の回転駆動装置や、軸受け６等の支持部材等により構成される。電気駆動部５及び軸受け６等の支持部材は、機械ベース７に強固に固定されている。

搬送スクリュー３は、被混錬物を攪拌しながらケーシング４内を搬送することのできるスクリューである。搬送スクリュー３は、回転軸２に攪拌翼１を螺旋状に設置したものである。攪拌翼１は、取付用台座部１３に形成されている攪拌翼取付穴１３１にボルトを通して回転軸２に強固に、且つ、着脱可能に固定されている。

回転軸２は一組の軸受け６に軸回転可能な態様で支持されている。そして、この回転軸２を電気駆動部５によって回転駆動させることにより、ケーシング４内の被混錬物を攪拌翼１で攪拌しながら、スクリューコンベア１００の長軸方向に搬送する。この搬送によって、投入口８から投入された被混錬物は、排出口９の方向へ押し出される。

ケーシング４は単一の部材で形成してもよいし、或いは、攪拌翼１の保守性を高めるために、複数の部材をボルト等で着脱可能に連結したものであってもよい。

スクリューコンベア１００においては、被混錬物の搬送を円滑、且つ、効率よく行うために、通常、攪拌翼１の先端部外周面１１１とケーシング４の内周面との間に、摩擦等防止のためのクリアランスとして、隙間（ｗ_５）を持たせるようにしている。この隙間（ｗ_５）の好ましい幅については、ケーシングの内径や、投入する粉体の粒径等によっても異なるが、例えば、標準的なサイズであるケーシング４の内径が５００ｍｍであるスクリューコンベア１００においては、隙間（ｗ_５）の幅は、３ｍｍ以上１０ｍｍ以下程度であることが好ましく、この隙間（ｗ_５）の大きさが、上記の被混錬物との衝突による攪拌翼１への摩耗作用の負荷による先端部外周面１１１の摩耗の進行により、凡そ１０ｍｍを超えた場合には、混錬物の搬送効率の低下や、フラッシング現象が多発するようになる。

スクリューコンベア１００は、特に攪拌翼１の特に先端部外周面１１１における耐摩耗性を著しく向上させたものである。よって、特に攪拌翼の先端部に強い摩耗作用による負荷がかかる場合において、上記の先端部の摩耗の進行を顕著に抑制することができる。攪拌翼１に強い摩耗作用による負荷を与える被混錬物としては、鉄鋼ダスト、カーボン、各種澱物、ＲＰＦ、その他鉱物等、主にカーボンを含有する粉体を、代表的な具体例として挙げることができる。

攪拌翼１を備えたスクリューコンベア１００を用いる混錬方法においては、上記の通り、鉄鋼ダスト、カーボン、各種澱物、ＲＰＦ、その他鉱物等、主にカーボンを含有する粉体を好ましい態様において、混錬することができる。又、被混錬物が、ビッカーズ硬度略５０以上の鉱物を含有する粉体であれば、上記のカーボンを含有する粉体に限らず、攪拌翼１を備えたスクリューコンベア１００を用いる混錬方法を好ましく用いることができる。ビッカーズ硬度略５０以上の鉱物の具体例としては、カーボンの他に、バライト、ケイ石、カッ石、石膏、やソーダガラス等が挙げられる。

又、攪拌翼１を備えたスクリューコンベア１００は、上記の被混錬物を、還元焙焼工程等の加熱工程に投入する前段階で行う前処理を行うための手段として、好ましく用いることができる。好ましい具体例として、鉄鋼ダストとカーボンを混錬してペレット化する処理等を挙げることができる。

以上の攪拌翼１及びそれを用いた混錬装置（スクリューコンベア１００）によれば、以下のような効果を奏する。

（１）混錬装置用の攪拌翼１を、混錬装置用の攪拌翼であって、前記攪拌翼１の先端部外周面１１１には、母材１１に埋設されている耐摩耗性ブロック１２によって、耐摩耗性強化部が形成されている構成とした。これにより、被混錬物による摩耗作用、特に高い摩耗作用を受ける先端部付近の耐摩耗性を重点的に向上させた。よって、攪拌翼１は、攪拌翼の寿命の延長を低コストで実現することにより、混錬装置を用いた操業の生産性の向上に寄与することができる。

（２）更に、攪拌翼１を、複数の耐摩耗性ブロック１２が母材１１に埋設されている構成とした。これにより、複数の耐摩耗性ブロック１２の組合せで、様々なサイズや形状の母材にも適応して、攪拌翼を自在に構成することができる。よって、攪拌翼の生産性が向上する。

（３）更に、（２）の攪拌翼１において、耐摩耗性ブロック１２がいずれも同一形状である構成とした。これにより、（２）の攪拌翼１の生産性向上効果がより顕著となる。

（４）更に、攪拌翼１を、先端部外周面１１１において耐摩耗性強化部が占める面積割合が５５％以上９５％以下である構成とした。

（５）更に、攪拌翼１を、先端部外周面１１１には、耐摩耗性ブロック１２が突出している部分である凸部１４１と、母材１１が露出している部分である凹部１４２とからなる凹凸１４が形成されていて、凸部１４１と凹部１４２との高低差が、１ｍｍ以上１５ｍｍ以下である構成とした。これにより、被混錬物中の不要な塊を適度にほぐすことが可能であり、攪拌翼１の攪拌性能を更に向上させることができる。

（６）混錬装置を、（１）から（５）のいずれかに記載の攪拌翼１が配置されている混錬装置とした。これにより、混錬装置を、保守性と耐摩耗性、更には、混錬性能においても優れたものとすることができる。

（７）更に、混錬装置を、二軸不等速スクリューコンベアとした。これにより、攪拌翼の先端部に特に高い負荷がかかる二軸不等速スクリューコンベアの操業において、上記（６）の効果を更に有効に発現させることができる。

（８）（６）又は（７）の装置を用いた被混錬物の混錬方法を、被混錬物が、ビッカーズ硬度が略５０以上の鉱物を含有する粉体である構成とした。これによって、カーボンに代表される強い摩耗作用を有する被混錬物を投入する際において、上記（１）から（７）のいずれかの発明の奏する効果が、より顕著な効果として発現する。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限るものではない。又、本発明の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施例に記載されたものに限定されるものではない。

１攪拌翼
１１母材
１１１先端部外周面
１２耐摩耗性ブロック
１３取付用台座部
１４凹凸
１４１凸部
１４２凹部
２回転軸
３搬送スクリュー
４ケーシング
５電気駆動部
６軸受け
７機械ベース
８投入口
９排出口
１００スクリューコンベア

Claims

混錬装置用の攪拌翼であって、
前記攪拌翼の母材の先端部外周面には、少なくともその一部が該先端部外周面に露出する態様で、該先端部外周面の長辺方向に沿って直列に、一定の間隔毎に埋設されている複数の同一形状の耐摩耗性ブロックによって、耐摩耗性強化部が形成されていて、
前記先端部外周面において前記耐摩耗性強化部が占める面積割合が５５％以上９５％以下であり、
前記先端部外周面には、前記耐摩耗性ブロックが突出している部分である凸部と、前記母材が露出している部分である凹部とからなる凹凸が形成されていて、前記凸部と前記凹部との高低差が、１ｍｍ以上１５ｍｍ以下である攪拌翼。
前記耐摩耗性ブロックが、直方体のプレートタイプのブロックである請求項１に記載の攪拌翼。
請求項１又は２に記載の攪拌翼が配置されている混錬装置。
前記混錬装置が、二軸不等速スクリューコンベアである請求項３に記載の混錬装置。
請求項３又は４に記載の混錬装置を用いた被混錬物の混錬方法であって、
前記被混錬物が、ビッカーズ硬度が略５０以上の鉱物を含有する粉体である混錬方法。