JP6003505B2 - 粉体篩分装置及び粉体篩分方法 - Google Patents

Description

本発明は、粉体を篩を用いて篩い分けを行う粉体篩分装置及び粉体篩分方法に関する。

製鉄プラントにおける製鋼ラインでは、溶銑中の硫化物やリン、炭素などの不純物を化学反応によりスラグ中に取り込み、高純度の溶鋼を生成している。その中でも、脱硫工程においては、溶銑が入った取鍋に酸化カルシウムを主体とする脱硫剤を加えて、耐火物でできた羽根で攪拌し、硫化物を取り除くKR（Kanbara Reactor）法という手法が一般的に採られている。脱硫工程で生成される脱硫スラグには、未反応の酸化カルシウム、あるいはフリーライムが多く含まれている。

脱硫スラグをリサイクルする際には、これらの物質の粒度分布を正確に求めることが重要となる。従来より、微粉を高効率に分級する手段として、様々な手法が提案されている。その分級方法の１つとして、篩層を揺動旋廻運動させて、粉体を分級する振動篩分級方式が知られている。しかしながら、振動篩分級方式による装置では、粉体粒子間に作用する水分や、ファン・デル・ワールス力、静電気力などの影響により、粉体が凝集し、偏析が発生し、篩の目詰まりが生じて、分級効率が低下するという問題がある。

このような問題に対し、従来から、篩の目詰まりを低減又は解消する技術が種々提案されている。

特許文献１には、網篩上に、ブラシを植設した刷毛ディスクを配設し、網篩を水平揺動旋廻させることで刷毛ディスクを遊動させて、網篩のメッシュに詰まった粉体を擦り落とす技術が開示されている。また、特許文献１には、篩層の底部に円環状の共鳴リングが設けられ、この共鳴リングに超音波振動を印加することが開示されている。

また、特許文献２には、篩目の異なる網篩を多段に配置し、網篩に逆洗エアーを吹き付けることで、網篩の目詰まりを防止させることが開示されている。

特許第２８８２５８１号公報 特開２００２−３５６９８号公報

しかしながら、特許文献１の装置では、装置を長時間使用する場合、ブラシが破損・磨耗し、分離粒子へ異物として混入するおそれがある。また、定期的に、ブラシの交換を実施しなければならないので、ランニングコストが大きくなるという問題点を持つ。

また、特許文献２の装置では、逆洗エアーを発生させるためのブロワー等大型設備が必要となり、初期コスト、ランニングコストが大きくなるという問題を持つ。また、ブロワーに微粉が混入しないようバグフィルターを設置する必要があり、バグフィルターを定期的にメンテナンスする必要がある。

よって、本発明は、簡易な構成により篩網の目詰まりを低減させ、分級効率と処理量を向上させることを目的とする。

本発明は、上記のような目的を達成するために、以下のような特徴を有している。
［１］粉体を篩い分ける少なくとも１つの篩を備えた網篩と、
前記網篩に振動を与えるアクチュエータと、
前記篩の分級効率に関する情報を取得するセンサと、
前記センサによって取得された前記分級効率に関する情報に基づいて、前記アクチュエータを駆動する駆動信号を生成する制御部を備える粉体篩分装置。
［２］前記制御部は、前記センサによって取得された前記分級効率に関する情報に基づいて、前記アクチュエータを駆動する駆動信号の周波数を制御する［１］に記載の粉体篩分装置。
［３］前記網篩は、第１篩と第２篩を備え、
前記センサは、前記第１篩の分級効率に関する情報を取得する第１センサと、前記第２篩の分級効率に関する情報を取得する第２センサを備え、
前記アクチュエータは、前記第１篩と前記第２篩に共通して設けられ、
前記制御部は、前記第１センサによって取得された前記分級効率に関する情報に基づいて、前記アクチュエータを駆動する駆動信号を生成する第１モードと、前記第２センサによって取得された前記分級効率に関する情報に基づいて、前記アクチュエータを駆動する駆動信号を生成する第２モードを有し、
前記第１モードと前記第２モードは、所定の時間で切り替わることを特徴とする［１］又は［２］に記載の粉体篩分装置。
［４］前記駆動信号の周波数は、10Hz〜20kHzであることを特徴とする［１］乃至［３］のうちいずれかに記載の粉体篩分装置。
［５］粉体を篩い分ける少なくとも１つの篩を備えた網篩について、前記篩の分級効率に関する情報を取得し、
取得された前記分級効率に関する情報に基づいて、前記篩に振動を与えるアクチュエータを駆動する駆動信号を生成する粉体篩分方法。
［６］取得された前記分級効率に関する情報に基づいて、前記アクチュエータを駆動する駆動信号の周波数を制御する［５］に記載の粉体篩分方法。
［７］前記網篩は、第１篩と第２篩を備え、
前記アクチュエータは、前記第１篩と前記第２篩に共通して設けられ、
前記第１篩の分級効率に関する情報を取得し、
前記第２篩の分級効率に関する情報を取得し、
前記第１篩の分級効率に関する情報に基づいて、前記アクチュエータを駆動する駆動信号を生成する第１モードと、前記第２篩の分級効率に関する情報に基づいて、前記アクチュエータを駆動する駆動信号を生成する第２モードとを所定の時間で切り替えることを特徴とする［５］又は［６］に記載の粉体篩分方法。
［８］前記駆動信号の周波数は、10Hz〜20kHzであることを特徴とする［５］乃至［７］のうちいずれかに記載の粉体篩分方法。

本発明によれば、簡易な構成により篩網の目詰まりを低減させ、分級効率と処理量を向上させることができる。

本発明の実施の形態に係る粉体篩分装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態に係る粉体篩分装置の駆動信号を示す図である。

以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。

本実施の形態に係る粉体篩分装置は、網篩１、アクチュエータ２、カップリング材３、制御部８を備えている。制御部８は、アンプ４、演算部５、表示部６、及びファンクションジェネレーター７を備えている。粉体篩分装置によって篩い分けられる粉体は、たとえば、１０ｍｍ以下の粉体である。

網篩１は、３段の篩１ａ、１ｂ、１ｃ、及び、篩受け１ｄを有している。篩１ａ、１ｂ、及び１ｃは、鉛直方向に所定の間隔を置いて設置されている。篩１ａ、１ｂ、及び１ｃは、粉体を篩い分ける網を有し、篩１ａ、１ｂ、及び１ｃの網の目は、下方になるにしたがって細かくなるよう配置されている。篩受け１ｄは、最下段の篩１ｃの下に配され、すべての篩１ａ、１ｂ、及び１ｃを通過して下方に落下した粉体を受ける。

アクチュエータ２は、カップリング材３を介して網篩１に取り付けられている。アクチュエータ２は、制御部８により、任意の周波数で振動するよう制御される。アクチュエータ２が設置された網篩１は、任意の周波数で振動する。本実施の形態では、アクチュエータ２は、複数の篩１ａ、１ｂ、１ｃによって共有されており、アクチュエータ２の振動により、すべての篩１ａ、１ｂ、１ｃが同一の周波数で振動する。制御部８はアクチュエータ２を駆動する駆動信号を生成する。制御部８は、篩１ａ、１ｂ、１ｃのそれぞれに最適な駆動信号を生成し、所定の時間毎に駆動信号を、篩１ａ、１ｂ、１ｃのそれぞれに最適な駆動信号に切り替える。

カップリング材３は、グリスまたは水を用いるのが望ましい。

制御部８は、アンプ４、ファンクションジェネレーター７及び表示部６を有している。アンプ４は、ファンクションジェネレーター７によって生成された駆動信号を、所定の振幅まで増幅し、増幅した信号を駆動信号としてアクチュエータ２に出力する。ファンクションジェネレーター７は、アクチュエータ２を制御する駆動信号を生成し、生成した駆動信号を、アンプ４を介してアクチュエータ２に出力する。

表示部６は、ファンクションジェネレーター７によって生成される駆動信号などの粉体篩分装置の制御情報を表示する。

センサ９は、センサ９ａ、９ｂ、９ｃを有している。センサ９ａ、９ｂ、９ｃは、篩１ａ、１ｂ、１ｃのそれぞれに対して設けられ、分級効率に関する情報を取得する。具体的には、センサ９ａは、篩１ａに設けられ、篩１ａの分級効率に関する情報を取得する。センサ９ｂは、篩１ｂに設けられ、篩１ｂの分級効率に関する情報を取得する。センサ９ｃは、篩１ｃに設けられ、篩１ｃの分級効率に関する情報を取得する。なお、分級効率とは、所定の時間篩った後の篩下（篩受け１ｄ）の粉体量／サンプル中篩（１つの篩）目以下の粉体量とする。

分級効率に関する情報は、さまざまなパラメータとして取得することができる。例えば、篩１ａ、１ｂ、１ｃが大きく振動すれば、粉体が多く篩い分けられ、分級効率が大きくなると考えられる。そのため、篩１ａ、１ｂ、１ｃの水平方向及び／又は鉛直方向の変位や加速度を、分級効率に関する情報として取得することができる。

また、篩１ａ、１ｂ、１ｃの重さを検出する重量センサを設け、それぞれの網を用いて篩の上から下に篩い分けることができた粉体の重さを、分級効率に関する情報として取得してもよい。

また、篩の上及び／又は下にカメラを設置し、粉体の画像を撮像し、カメラによって取得された画像を、分級効率に関する情報として取得するよう構成してもよい。この場合、カメラによって取得された画像から、篩の上から下に篩い分けることができた粉体のおおよその量を計測することができる。

このように、センサ９は、種々のデータを取得するセンサとして構成することができる。また、センサ９は、２種類以上のセンサを組み合わせて用いてもよい。また、センサ９の検出値に基づいて駆動信号のフィードバック制御を行うことができればよいため、篩１ａ、１ｂ、１ｃ毎に異なるセンサを用いてもよい。また、篩受け１ｄに重量センサを設けてもよい。また、複数の篩１ａ、１ｂ、１ｃの分級効率に関する情報を、１つのセンサによって検出するように構成してもよい。

以下では、センサ９ａ、９ｂ、９ｃを変位センサとして説明を行う。本実施の形態では、篩１ａ、１ｂ、１ｃのそれぞれの篩面の格子点に、複数の変位センサが設けられている。篩面の格子点に、複数の変位センサを設けることで、変位を２次元情報として取得することができる。センサ９ａ、９ｂ、９ｃによって取得された篩１ａ、１ｂ、１ｃの分級効率に関する情報は、演算部５に出力される。

演算部５は、センサ９ａ、９ｂ、９ｃによって取得された篩１ａ、１ｂ、１ｃの分級効率に関する情報に基づいて、駆動信号を生成する。具体的には、演算部５は、センサ９ａ、９ｂ、９ｃによって取得された篩１ａ、１ｂ、１ｃの分級効率に関する情報に基づいて、ファンクションジェネレーター７によって生成される駆動信号の周波数を、篩１ａ、１ｂ、１ｃの分級効率が最適となるよう制御する。ファンクションジェネレーター７は、演算部５からの制御指示に応じて、駆動信号の周波数は振幅を変化させる。

次に、ファンクションジェネレーター７によって生成され、アンプ４によって増幅された駆動信号について説明する。図２は、ファンクションジェネレーター７により生成された駆動信号を示す図である。駆動信号は、上記のように、それぞれの篩１ａ、１ｂ、及び１ｃの分級効率が最適となるように設定され、所定の時間毎に切り替えられる。

具体的には、制御部８は、第１モードにおいて、篩１ａの分級効率が最大となる周波数の駆動信号を一定時間生成してアクチュエータ２に出力し、第２モードにおいて、篩１ｂの分級効率が最大となる周波数の駆動信号を一定時間生成してアクチュエータ２に出力し、第３モードにおいて、篩１ｃの分級効率が最大となる周波数の駆動信号を一定時間生成してアクチュエータ２に出力する。これにより、１つのアクチュエータ２で、複数の篩１ａ、１ｂ、及び１ｃの最適な周波数の駆動信号を生成することができる。このように、制御部８は、第１モードから第３モードへと動作を切り替えることで、１つのアクチュエータ２を用いて、複数の篩に最適な駆動信号を生成している。

また、駆動信号は、図２に示すように矩形波とすることが好ましい。矩形波とすることで、矩形波のエッジ部分で、篩の振動方向を急峻に変化させることができ、分級効率を高めることができる。さらに、駆動信号の周波数は、10Hz〜20kHzであることが好ましい。駆動信号の周波数を10Hz〜20kHzとすることで、ある程度の振幅を持たせて篩を振動させることができ、効率的に篩い分けを行うことができる。

第１モードから第３モードのそれぞれの区間の長さは、同一であっても異なるように構成してもよい。図２の例では、第１モードから第３モードまで１回ずつ示されているが、第１モードから第３モードまでを繰り返し切り替えるように構成してもよい。この場合、第１モードから第３モードを同じ回数繰り返す必要はなく、例えば、１回だけ第１モードに設定し、第２モードと第３モードを２回ずつ繰り返すように構成してもよい。

次に、このように構成された本実施の形態の効果について説明する。本実施の形態に係る粉体篩分装置では、各篩１ａ、１ｂ及び１ｃの分級効率が最適（若しくは、最大）となるように、駆動信号の周波数をフィードバック制御している。そのため、効率的に篩１ａ、１ｂ及び１ｃを最適な周波数によって振動させ、粉体の目詰まりを解消若しくは低減させることで、粉体の分級効率と処理量を向上させることができる。そのため、従来のように目詰まり防止のためのブラシを設ける必要がないので、これらの磨耗による異物混入の可能性もない。さらに、従来のブロワーのように大掛かりな装置も必要ない。なお、上記の実施の形態では、篩は、３段設けられていたが、少なくとも１つの篩があれば、最適な周波数によって篩を振動させ、粉体の目詰まりを解消若しくは低減させ、粉体の分級効率及び処理量を向上させることができるという本実施の形態の効果を奏することができる。

また、本実施の形態では、駆動信号の周波数をフィードバック制御しているため、網篩の高速条件、分級物の重量、篩網のメッシュ等の変更があった場合でも、自動で最適な篩分けを行うことができる。

また、本実施の形態では、アクチュエータの駆動信号を第１モード乃至第３モードへと切り替えることによって、１つのアクチュエータ２によって、複数の篩１ａ、１ｂ、及び１ｃに最適な周波数の駆動信号を供給することができる。なお、上記の実施の形態では、３段の篩を設けていたが、少なくとも２段の篩あれば、１つのアクチュエータ２によって、複数の篩に最適な駆動信号を供給することができるという効果を奏することができる。

本発明は、上記の実施の形態に限られず、種々の設計変更を実施することが可能である。具体的には、上記の実施の形態では、複数の篩１ａ、１ｂ、及び１ｃによって１つのアクチュエータ２が共有されていたが、篩１ａ、１ｂ、及び１ｃ毎にアクチュエータ２を設けるように構成してもよい。この場合、ファンクションジェネレーター７では図２に示すように駆動信号の周波数を切り替える必要はなく、それぞれの篩１ａ、１ｂ、及び１ｃ毎に設けられたアクチュエータ２に対し、異なる最適な駆動信号を供給すればよい。

上記の実施の形態では、アクチュエータ２の駆動信号の周波数を、所定の時間毎に、篩１ａ、１ｂ、及び１ｃそれぞれの分級効率が最大となる周波数に切り替えていたが、本発明は、必ずしもすべての篩の分級効率が最大となる周波数に切り替える必要はない。本発明は、所定の時間に、いずれか１つの篩の分級効率が最大となる周波数となるようアクチュエータ２を駆動すれば、粉体の目詰まりを解消若しくは低減させ、粉体の分級効率を向上させることができるという本発明の効果を奏することができる。また、篩１ａ、１ｂ、及び１ｃ全体を１つの篩と捉えて、分級効率が最大となるように、駆動信号のフィードバック制御を行うように構成してもよい。

１ 網篩
１ａ、１ｂ、１ｃ 篩
１ｄ 篩受け
２ アクチュエータ
３ カップリング材
４ アンプ
５ 演算部
６ 表示部
７ ファンクションジェネレーター
８ 制御部
９ センサ

Claims (4)

1. 粉体を篩い分ける、少なくとも第１篩と第２篩を備えた網篩と、
   該網篩にカップリング材を介して振動を与え、前記第１篩と前記第２篩に共通して設けられたアクチュエータと、
   変位センサ、加速度センサ、重量センサ、およびカメラのいずれか又はこれら２種類以上のセンサを組み合わせた、前記第１篩の分級効率に関する情報を取得する第１センサと、前記第２篩の分級効率に関する情報を取得する第２センサを備えたセンサと、
   該センサによって取得された前記第１篩の分級効率と前記第２篩の分級効率に関する情報に基づいて、前記アクチュエータを駆動する駆動信号を生成する制御部を備え、
   該制御部では、前記第１センサによって取得された前記分級効率に関する情報に基づいて、前記第１篩の分級効率が最大となる周波数の駆動信号をフィードバック制御により生成して前記アクチュエータに出力する第１モードと、前記第２センサによって取得された前記分級効率に関する情報に基づいて、前記第２篩の分級効率が最大となる周波数の駆動信号をフィードバック制御により生成して前記アクチュエータに出力する第２モードとを、所定の時間で切り替えることを特徴とする粉体篩分装置。
2. 前記駆動信号は矩形波であり、その周波数は、10Hz〜20kHzであることを特徴とする請求項１に記載の粉体篩分装置。
3. 粉体を篩い分ける、少なくとも第１篩と第２篩を備えた網篩について、
   変位センサ、加速度センサ、重量センサ、およびカメラのいずれか又はこれら２種類以上のセンサを組み合わせた、前記第１篩の分級効率に関する情報を取得する第１センサと、前記第２篩の分級効率に関する情報を取得する第２センサを備えたセンサで、前記第１篩と第２篩の分級効率に関する情報を取得し、
   取得された前記第１篩と第２篩の分級効率に関する情報に基づいて、前記第１篩と第２篩に共通して、かつ前記網篩にカップリング材を介して設けられたアクチュエータを、
   前記第１篩の分級効率が最大となる周波数の駆動信号をフィードバック制御により生成して前記アクチュエータに出力する第１モードと、前記第２センサによって取得された前記分級効率に関する情報に基づいて、前記第２篩の分級効率が最大となる周波数の駆動信号をフィードバック制御により生成して前記アクチュエータに出力する第２モードとを所定の時間で切り替わるようにして、前記第１篩と第２篩を振動させて粉体を篩分けることを特徴とする粉体篩分方法。
4. 前記駆動信号は矩形波であり、その周波数は、10Hz〜20kHzであることを特徴とする請求項３に記載の粉体篩分方法。

Images