JP6229570B2

JP6229570B2 - 混合機

Info

Publication number: JP6229570B2
Application number: JP2014064028A
Authority: JP
Inventors: 政樹増井; 誠二岡本
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2014-03-26
Filing date: 2014-03-26
Publication date: 2017-11-15
Anticipated expiration: 2034-03-26
Also published as: JP2015182068A

Description

本発明は、混合機に関する。

粉粒体を混練しつつ横方向に移動させる装置として、例えば特許文献１〜３に開示される混練機が知られている。特許文献１に開示された技術では、混練機内を混合ゾーンと造粒ゾーンとに区分し、混合ゾーンと造粒ゾーンとの境界に仕切壁が設けられる。また、仕切壁には開口面積の調整が可能な通過孔が設けられる。特許文献１に開示された技術では、通過孔の開口面積を調整することで、粉粒体の混合ゾーン内での滞留時間等を調整する。

特許文献２に開示された技術では、混練機内を複数のゾーンに区分し、各ゾーンの境界に仕切り板が設けられる。仕切り板には、各ゾーンでの占積率（充填率）を調整するための貫通孔が設けられる。特許文献３に開示された技術では、混練機内での粉粒体の占積率を調整するための可動堰が設けられる。

特開２００２−１５３７４４号公報特開２０１１−２３５２５８号公報特開平９−３１３９１０号公報

ところで、混練機内の粉粒体の占積率を所定値以上に調整する技術として、混練機の先端に堰部（例えば堰板）を設ける技術が提案されている。この技術では、堰板の上端部に粉粒体の排出口が形成される。混練機は、排出口付近の粉粒体を排出口まで持ち上げることで粉粒体を排出口から排出する。したがって、この技術では、混練機はオーバーフロー型となる。

この技術では、粉粒体の占積率が所定値以上に調整される（言い換えれば、粉粒体の粉面レベルが所定レベル以上に調整される）ので、粉粒体の混合不良等を抑制することができる。例えば混練機が微粉炭とバインダ（例えばタール）とを混練することで微粉炭の造粒物（擬似粒子）を作製する場合、混練機は微粉炭とバインダとを十分に混練することができるので、造粒物の品質（歩留等）を向上することができる。特に微粉炭の単位時間あたりの投入量（投入速度）が小さい場合、バインダの分散不足が生じやすいが、占積率を高くすることで、このような分散不足が抑制される。

しかし、このような混練機には、粉粒体が混練機の稼働直後から混練機内で大塊化し、混練機内に滞留してしまうという問題があった。特に混練機が戻し羽根を有する場合、粉粒体の大塊（粒子径５０〜１５０ｍｍ程度の粉粒体）は、混練機の先端のみならず、中間部分周辺にも滞留してしまう場合があった。混練機内に大塊が滞留してしまうと、混練機を連続操業することができない。一方、特許文献１〜３は、混練機の先端に堰部を設けるものではないので、この問題を何ら解決することができなかった。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、混合機内での粉粒体の占積率を所定値以上に維持しつつ、粉粒体の滞留を抑制することが可能な、新規かつ改良された混合機を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、粉粒体を撹拌しつつ横方向に搬送する混合機本体と、混合機本体の下流側端面に設けられ、下流側端面の大部分を閉塞するとともに、上方から粉粒体の排出が可能な堰部と、堰部の下端から上方に切り欠くように設けられ、粉粒体を混合機本体の外部に排出する１または複数の貫通孔と、を備え、各貫通孔の高さ及び幅は、粉粒体の最大造粒物径の２．５倍より大きく、全貫通孔の総断面積は、粉粒体の占積部分の下流側端面における断面積よりも小さいことを特徴とする、混合機が提供される。

ここで、混合機本体内にバインダを投入するバインダ投入部を備えていてもよい。

また、粉粒体は微粉炭であってもよい。

以上説明したように本発明によれば、上記寸法条件を満たす貫通孔が堰部に形成されるので、混合機内での粉粒体の占積率を所定値以上に維持しつつ、粉粒体の滞留を抑制することができる。

本発明の実施形態に係る混合機の構成を示す側断面図である。同実施形態にかかる混合機の構成を示す平断面図である。混合機の下流側端面の構成を示す側面図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜１．混合機の全体構成＞
まず、図１〜図３にもとづいて、本発明の実施形態に係る混合機の全体構成について説明する。

図１及び図３に示すように、混合機は、混合機本体１０と、堰部６０と、排出口６５と、ホッパ７０と、貫通孔８０とを備える。

ホッパ７０は、混合機本体１０の上流側端面２０ａ側の上端部に設けられ、混合機本体１０に粉粒体Ｘを供給する。ここで、粉粒体Ｘの種類は特に問わず、従来の混合機本体によって搬送されうるものであればどのようなものであってもよい。粉粒体Ｘは複数種類の原料の混合物であってもよく、単一種類の原料であってもよい。粉粒体Ｘは例えば微粉炭である。微粉炭の粒子径は例えば０．５ｍｍ以下であってもよい。

混合機本体１０は、概略的には、ホッパ７０から供給された粉粒体Ｘ及びバインダ投入口２１から投入されたバインダを混練しつつ横方向に搬送する。そして、混合機本体１０は、堰部６０近傍の粉粒体Ｘを堰部６０の上方に設けられた排出口６５からオーバーフローさせる（溢れ出させる）ことによって、粉粒体Ｘを排出する。ここで、横方向は、鉛直方向以外の方向を意味する。横方向は例えば図１に示すように水平方向（矢印Ｙ１方向）であるが、水平方向から鉛直方向に傾いていてもよい。

混合機本体１０は、具体的には、ハウジング２０と、バインダ投入部２１と、混合部３０と、駆動装置４０とを備える。ハウジング２０は、筒形状となっており、混合部３０を内蔵する。すなわち、ハウジング２０は、混合機本体１０の外壁となるものである。ハウジング２０の上流側端面２０ａは閉塞されており、下流側端面２０ｂは後述する堰部６０によって一部閉塞されている。

バインダ投入部２１は、混合機本体１０内、具体的にはハウジング２０内にバインダを投入するものである。バインダ投入部２１は無くてもよい。混合機がバインダ投入部２１を有する場合、混合機は混練機とも称される。バインダの種類は混合機の用途によって任意に選択されればよい。例えば混合機が微粉炭を混練する混練機となる場合、バインダはタールとなる。混合機は、微粉炭とタールとを混練することで微粉炭の造粒物（擬似粒子）を作製し、微粉炭の造粒物を排出口６５から排出する。微粉炭の造粒物は、塊成機によって塊成されることで塊成炭とされうる。なお、混合機がバインダ投入口２１を有しない場合、混合機は、粉粒体Ｘを混合しつつ横方向に搬送することとなる。

混合部３０は、軸体３１と、羽根部３２とを備える。図２に示すように、本実施形態では、ハウジング２０内に２本の混合部３０が平行に配置されている。もちろん、混合部３０の本数はこの例に限定されない。

軸体３１は、長尺な円柱形状となっており、ハウジング２０の長さ方向と平行となるようにハウジング２０内に配置される。軸体３１は、駆動装置４０から供給される駆動力によって矢印Ｙ２方向に回転する。直線３１ａは軸体３１の回転軸を示す。軸体３１の先端部は堰部６０を貫通して混合機本体１０の外部に伸びており、後端部はハウジング２０の上流側端面２０ａを貫通して外部に伸びている。そして、軸体３１の後端部は駆動装置４０に連結されている。

羽根部３２は、軸体３１の周面にらせん状に設けられている。したがって、混合機はいわゆるスクリューコンベアとなっている。羽根部３２は、軸体３１と一体となって回転する。羽根部３２は、軸体３１と一体となって回転することによって、ハウジング２０内の粉粒体Ｘをバインダと混練しつつ開口部５０近傍まで搬送する（すなわち、矢印Ｙ１方向に搬送する）。そして、混合部３０は、開口部５０近傍の粉粒体Ｘを堰部６０の上方の排出口６５からオーバーフローさせる。

羽根部３２は混合機の用途等によって様々な形態をとりうる。例えば混合機が粉粒体Ｘとバインダとを十分に混練する必要がある場合、羽根部３２の一部は戻し羽根となる。戻し羽根は粉粒体Ｘを矢印Ｙ１と逆方向に戻すものである。羽根部３２は、戻し羽根を有する場合、粉粒体Ｘ１を混合機本体１０内で往復させつつ、最終的には排出口６５まで搬送する。これにより、粉粒体Ｘは混合機本体１０内で十分に混練される。また、図１では、ホッパ７０直下の羽根ピッチを他の領域の羽根ピッチよりも狭めているが、羽根ピッチはこの例に限定されない。例えば、羽根ピッチはハウジング２０内の全領域で同じであってもよく、下流側端面２０ｂに向けて徐々に広げていってもよい。また、羽根部３２の形状はスクリュー形状に限られない。例えば、羽根部３２はパドル形状であってもよい。この場合、羽根部３２は、軸体３１から放射状に伸びる。また、羽根部３２がパドル形状となる場合、混合機本体１０は、いわゆるパドル式ミキサーとなる。後述する実施例では、パドル式ミキサーを用いて本発明の効果を検証している。

堰部６０は、混合機本体１０の下流側端面２０ｂに設けられる。堰部６０は、下流側端面２０ｂの大部分を閉塞することで、混合機本体１０内の粉粒体Ｘの占積率を所定値以上に維持する。さらに、堰部６０の上方には排出口６５が形成されており、粉粒体Ｘは、排出口６５から外部に排出される。ここで、占積率は、充填率とも称され、混合機本体１０の中空部分（ハウジング２０の中空部分のうち、混合部３０によって閉められる部分を除外した部分）のうち、粉粒体Ｘが占める部分の割合を意味する。占積率は、堰部６０の上端高さＨ（図３参照）、ホッパ７０から混合機本体１０に単位時間あたりに投入される粉粒体Ｘの投入量（すなわち投入速度）、混合部３０の回転速度、混合機本体１０の中空部分の体積、及び全貫通孔８０の総断面積等によって変動しうる。したがって、混合機のユーザは、これらのパラメータを任意に調整することで、占積率を所望の値に調整することができる。ここで、堰部６０の上端高さＨは、図１及び図３に示すように、軸体３１の回転軸（直線３１ａ）から堰部６０の上端面までの高さを意味する。

貫通孔８０は、図３に示すように、堰部６０の下端から上方に切り欠くように設けられる。具体的には、貫通孔８０は、各混合部３０に対向する位置にそれぞれ設けられる。より具体的には、貫通孔８０は、羽根部３２の最下点に対向する位置に設けられる。貫通孔８０は、下流側端面２０ｂの下端部に存在する粉粒体Ｘを外部に排出する。これにより、粉粒体Ｘの混合機本体１０内での滞留を抑制することができる。もちろん、貫通孔８０は、堰部６０の下端から上方に切り欠くように設けられるのであれば、上記以外の箇所に設けられても良いが、上記の配置が最も好ましい。

貫通孔８０の断面は矩形となっている。貫通孔８０の幅Ｌ１及び高さＬ２は、いずれも粉粒体Ｘの最大擬似粒子径の２．５倍よりも大きい。好ましくは、貫通孔８０の幅Ｌ１及び高さＬ２は、いずれも粉粒体Ｘの最大擬似粒子径の３．０倍よりも大きい。ここで、排出口６５、貫通孔８０及び粉粒体Ｘの占積部分の断面は、混合機本体１０の長さ方向に垂直な断面を意味する。また、幅Ｌ１は、貫通孔８０の幅方向（図１の紙面に垂直な方向）の寸法であり、高さＬ２は貫通孔８０の鉛直方向の寸法である。粉粒体Ｘの最大擬似粒子径は、混合機本体１０から排出される粉粒体Ｘの造粒物（擬似粒子）のうち、最大のものの粒子径である。擬似粒子径は、例えば目開きの大きさが異なる篩を用いて測定される。例えば、目開きが０．３ｍｍの篩を用意し、測定対象の造粒物をこの篩にかける。この篩に残留した造粒物は、擬似粒子径が０．３ｍｍより大きく、篩から落ちた造粒物は擬似粒子径が０．３ｍｍ以下となる。他の粒子の粒子径も同様の方法で測定される。最大擬似粒子径は、混合機本体１０を実際に操業することで確認すればよい。貫通孔８０の幅Ｌ１及び高さＬ２が上記大きさを有することで、粉粒体Ｘ及びその造粒物が貫通孔８０内で詰まりにくくなる。

また、全貫通孔８０の総断面積は、粉粒体Ｘの占積部分の下流側端面２０ｂでの断面積よりも小さい。ここで、粉粒体Ｘの下流側端面２０ｂでの断面積は、例えば以下のように測定されればよい。すなわち、堰部６０を外した状態で混合機本体１０を駆動させる。そして、粉粒体Ｘの占積率がほぼ一定となったタイミングで混合機本体１０を停止する。この時、粉粒体Ｘは下流側端面２０ｂにも占積している。そして、粉粒体Ｘの占積部分の下流側端面２０ｂでの断面積を測定する。したがって、粉粒体Ｘの占積部分の下流側端面２０ｂでの断面積は、操業条件（例えば粉粒体Ｘの粒径分布、混合機本体１０に単位時間あたりに投入される粉粒体Ｘの投入量等）に応じて変動しうる。このため、貫通孔８０の総断面積は可変であってもよい。または、貫通孔８０の総断面積が異なる複数種類の堰部６０を用意しておき、操業条件に応じて堰部６０を選択するようにしてもよい。

なお、貫通孔８０の断面形状は矩形に限られず、例えば円形であってもよい。この場合、断面の直径を最大擬似粒子径の２．５倍以上とし、かつ、総断面積を上記の条件をみたすように設定すればよい。また、各貫通孔８０は同じ形状、大きさであることが好ましいが、必ずしも同じでなくても良い。

＜２．混合機の動作＞
次に、混合機の動作について説明する。混合機には、粉粒体Ｘ及びバインダが所定の投入速度で投入される一方、駆動装置４０によって軸体３１が駆動される。これにより、混合機内の粉粒体Ｘは、混合部３０によって撹拌（混練）されつつ矢印Ｙ１方向に移動する。粉粒体Ｘは、堰部６０の近傍まで移動した後、混合部３０によって持ち上げられ、排出口６５から排出される。一方、堰部６０によって粉粒体Ｘの占積率は所定値以上に維持される。また、一部の粉粒体Ｘは、貫通孔８０から外部に排出される。これにより、粉粒体Ｘの混合機内での滞留が抑制され、ひいては、大塊の発生が抑制される。

（実施例１）
次に、本実施形態の実施例１について説明する。実施例１では、粉粒体Ｘは微粉炭（粒子径０．５ｍｍ以下）とし、バインダはタールとした。また、混合機は２軸パドル式ミキサー（軸体３１を２本有するパドル式ミキサー）とした。また、羽根部３２は戻し羽根付きのものを使用し、羽根部３２の直径は８８０ｍｍとした。また、混合機の機長は４６００ｍｍとした。

そして、堰部６０を下流側端面２０ｂに設置し、軸体３１を２７ｒｐｍで回転させた。一方、微粉炭を３０ｔ／ｈで混合機に投入し、タールを３ｔ／ｈ（微粉炭の１０質量％）で混合機に投入した。そして、この時の占積率が５５％となるように堰部６０の上端高さＨを２４０ｍｍに調整した。

ついで、堰部６０を取り外し、同様の操業条件で混合機を駆動した。微粉炭の占積率がほぼ一定となったタイミングで混合機を停止し、微粉炭の占積部分の下流側端面２０ｂにおける断面積を測定した。この結果、占積部分の断面積は０．１ｍ^２であった。また、最大擬似粒子径は１５ｍｍであった。したがって、最大擬似粒子径の２．５倍は３７．５ｍｍとなる。

ついで、堰部６０の下端部のうち、各混合部３０の最下点に対向する位置から上方に切り欠くように幅３００ｍｍ×高さ４０ｍｍの貫通孔８０を設け、堰部６０を再度混合機の下流側端面２０ｂに設置した。したがって、全貫通孔８０の総断面積は０．０２４ｍ^２となる。また、貫通孔８０の高さは最大擬似粒子径の２．５倍より大きく、３倍未満となる。そして、上記と同様の操業条件で混合機を駆動した。この結果、１ヶ月連続して操業しても、大塊はほとんど堆積せず、占積率も上記の値を維持することができた。

（実施例２）
各貫通孔８０の寸法を幅３００ｍｍ×高さ５０ｍｍとした他は、実施例１と同様の処理を行った。実施例２では、高さが最大擬似粒子径の３．０倍より大きい。この結果、１ヶ月連続して操業しても、大塊は全く堆積せず、占積率も上記の値を維持することができた。すなわち、実施例１よりも大塊の発生が抑制できた。この理由として、混合機の底部での微粉炭の滞留がなくなり、大塊の排出がより円滑化したためであると考えられる。

（比較例１）
各貫通孔８０の寸法を幅３００ｍｍ×高さ３０ｍｍとした他は、実施例１と同様の処理を行った。比較例１では、操業開始から１日程度経過した際に貫通孔８０が目詰まりを起こし、連続操業ができなかった。また、混合機内には大塊が多数滞留していた。

（比較例２）
各貫通孔８０の寸法を幅３００ｍｍ×高さ２００ｍｍとした他は、実施例１と同様の処理を行った。比較例２では、全貫通孔８０の総断面積は０．１２ｍ^２となる。比較例２では、占積率が上記の値を保てなかったので、連続操業ができなかった。

（比較例３）
貫通孔８０を設けなかった他は、実施例１と同様の処理を行った。比較例３では、操業開始から１日程度経過しただけで混合機内に大量の大塊が発生した。このため、連続操業ができなかった。

実施例１、２及び比較例１〜３によれば、上記の寸法条件を満たす貫通孔８０を堰部６０に設けることにより、占積率を所定値以上に維持しつつ、粉粒体の滞留を抑制することができることがわかる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１０混合機本体
２０ハウジング
２１バインダ投入部
３０混合部
３１軸体
３２羽根部
４０駆動装置
６０堰部
６５排出口
７０ホッパ
８０貫通孔

Claims

粉粒体を撹拌しつつ横方向に搬送する混合機本体と、
前記混合機本体の下流側端面に設けられ、前記下流側端面の大部分を閉塞するとともに、上方から前記粉粒体の排出が可能な堰部と、
前記堰部の下端から上方に切り欠くように設けられ、前記粉粒体を前記混合機本体の外部に排出する１または複数の貫通孔と、を備え、
各貫通孔の高さ及び幅は、前記粉粒体の最大造粒物径の２．５倍より大きく、全貫通孔の総断面積は、前記粉粒体の占積部分の前記下流側端面における断面積よりも小さいことを特徴とする、混合機。
前記混合機本体内にバインダを投入するバインダ投入部を備えることを特徴とする、請求項１記載の混合機。
前記粉粒体は微粉炭であることを特徴とする、請求項１または２記載の混合機。