焼結原料のサンプリング装置、及び焼結原料のサンプリング方法
【課題】焼結機に装入された焼結原料の原料層から焼結原料の試料を圧密することなくサンプリングして、焼結原料の充填状態を正確に把握する。
【解決手段】本発明の焼結原料のサンプリング装置１００は、下端に開口部１３１を有する採取管１３０と、採取管１３１を昇降させて原料層１０に対して挿抜する昇降機構１４０と、採取管１３０の下端の開口部１３１を閉塞するための底蓋１５０と、底蓋１５０を円弧状の回動軌跡で回動させる回動機構１６０とを備える。回動機構１６０は、底蓋１５０を下向きに回動させることによって、採取管１３０の開口部１３１を閉塞する閉塞位置に配置し、底蓋１５０を上向きに回動させることによって、採取管１３０から離隔した退避位置に配置する。
【解決手段】本発明の焼結原料のサンプリング装置１００は、下端に開口部１３１を有する採取管１３０と、採取管１３１を昇降させて原料層１０に対して挿抜する昇降機構１４０と、採取管１３０の下端の開口部１３１を閉塞するための底蓋１５０と、底蓋１５０を円弧状の回動軌跡で回動させる回動機構１６０とを備える。回動機構１６０は、底蓋１５０を下向きに回動させることによって、採取管１３０の開口部１３１を閉塞する閉塞位置に配置し、底蓋１５０を上向きに回動させることによって、採取管１３０から離隔した退避位置に配置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼結機に装入された焼結原料の原料層から焼結原料の試料をサンプリングするサンプリング装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ドワイトロイド方式（ＤＬ式）の鉄鉱石焼結法においては、配合された焼結原料をパレット上に充填し、該パレットの下方から空気を吸引することによって、焼結原料中の粉コークスに着火した燃焼帯が原料層の上面から下方へ進行して、焼結反応が行われる。
【０００３】
焼結原料は、粒径数μｍから数ｍｍの粉鉄鉱石及び粉コークスと、石灰石、生石灰などの副原料などで構成され、水などを用いて数ｍｍ程度の擬似粒子に造粒されている。焼結反応の進行は、焼結原料の配合割合とガスの通気性に依存し、該通気性は、パレット上における焼結原料の充填状態、空隙率、粒度等の影響を受ける。このため、パレット上の焼結原料の上下方向の配合分布、粒度分布等を適切に調整することで、焼結反応を促進させて、焼結鉱の生産性を向上させることができる。
【０００４】
従って、焼結機の操業管理上、焼結機のパレット上に装入された層状態の焼結原料の充填状態（原料の配合分布、密度分布、粒度分布、空隙率分布等）を把握することは重要である。当該焼結原料の充填状態を把握するためには、焼結機に装入された焼結原料の原料層から試料をサンプリングする必要があり、当該サンプリング方法として以下の技術が開示されている。
【０００５】
特許文献１には、焼結機の点火炉の前段で、前後面に開口を有する円筒形の採取ロッドを原料層中に鉛直方向に挿入し、その後に該採取ロッドを水平方向に転回させることにより該採取ロッド内に試料を充填させるコアサンプリング方法が記載されている。また、特許文献２には、点火炉の前段で、採取ロッドを原料層中に挿入してコアサンプリングし、Ｘ線照射により焼結原料の装入密度等を測定する方法が記載されている。
【０００６】
また、特許文献３には、点火炉の前段で、内部に落とし蓋が設けられた円筒二重管を原料層中に埋設し、焼結後に該円筒二重管を取り出すことで、試料をサンプリングする方法が記載されている。さらに、特許文献４には、パレット上に装入する前にサンプルボックスを用いて焼結原料を採取する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】実開昭５６−１３６３９号公報
【特許文献２】特開昭６１−７４５０号公報
【特許文献３】実開昭６１−９８９９６号公報
【特許文献４】特開２００２−２８５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１、２に記載のサンプリング方法では、サンプリング中に採取ロッド中で焼結原料が圧密されてしまうので、パレット上における焼結原料の充填状態（原料の配合分布、密度分布、粒度分布、空隙率分布等）を正確に測定することができないという問題があった。例えば、特許文献１の技術では、採取ロッドを水平方向に転回させたときに、該ロッド中を通過する原料層の流れによって、その内部の採取試料が圧密されてしまう。また、特許文献２の技術では、原料層に対して挿入した採取ロッドを鉛直方向に引き抜く際に、該ロッド中の焼結原料が圧密されていなければ、重力により落下してしまうので、試料を採取することができない。
【０００９】
また、特許文献３のサンプリング方法においても、円筒二重管の内部で落とし蓋により焼結原料を圧密しているため、焼結原料の充填状態を正確に測定できない。また、焼結反応後に円筒二重管を取り出す手法を採用しているが、焼結反応の熱により円筒二重管の内部の焼結原料も焼結又は変質する恐れがあり、焼結反応前の焼結原料の充填状態を正確に把握することはできない。また、特許文献４のサンプリング方法では、装入途中で焼結原料を採取しているため、パレット上における焼結原料の空隙率や粒度分布等を測定することはできない。
【００１０】
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、焼結機に装入された焼結原料の原料層から焼結原料の試料を圧密することなくサンプリングして、焼結原料の充填状態を正確に把握することが可能な、新規かつ改良された焼結原料のサンプリング装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、焼結機に装入された焼結原料の原料層から焼結原料の試料を採取するサンプリング装置において、下端に開口部を有する採取管と、前記採取管を昇降させて、前記原料層に対して挿抜する昇降機構と、前記採取管の下端の前記開口部を閉塞するための底蓋と、前記底蓋を円弧状の回動軌跡で回動させる回動機構と、を備え、前記回動機構は、前記底蓋を下向きに回動させることによって、前記採取管の前記開口部を閉塞する閉塞位置に配置し、前記底蓋を上向きに回動させることによって、前記採取管から離隔した退避位置に配置することを特徴とする、焼結原料のサンプリング装置が提供される。
【００１２】
前記採取管の下端は、前記底蓋の回動軌跡に沿った円弧状に成形されているようにしてもよい。
【００１３】
前記底蓋は、前記底蓋の回動軌跡に応じた曲率半径を有する湾曲板からなるようにしてもよい。
【００１４】
前記回動機構は、回動軸に回動自在に連結されて前記底蓋を支持するアームを備え、前記回動軸を中心として、前記アームとともに前記底蓋を回動させ、前記アームは、前記底蓋の回動方向に対して平行な板状であるようにしてもよい。
【００１５】
前記回動機構は、前記採取管の上端に連結されており、前記採取管、前記回動機構及び前記底蓋は、前記昇降機構により一体的に昇降するようにしてもよい。
【００１６】
前記採取管の側面には、仕切板を挿入するための１又は２以上のスリットが形成されているようにしてもよい。
【００１７】
前記採取管は、前記採取管の側面に形成された側面開口部と、前記側面開口部に対して着脱可能なカバーと、を備えるようにしてもよい。
【００１８】
前記採取管、前記昇降機構、前記底蓋及び前記回動機構を含むサンプリング装置の本体部を、前記焼結機の幅方向に移動させる架台をさらに備えるようにしてもよい。
【００１９】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、前記焼結原料のサンプリング装置を用いて、焼結機に装入された焼結原料の原料層から焼結原料の試料を採取するサンプリング方法において、前記サンプリング装置の前記採取管を前記原料層の上方に配置する工程と、前記底蓋を前記採取管から離隔した退避位置に配置した状態で、前記昇降機構により前記採取管を下降させて前記原料層内に挿入する工程と、前記回動機構により前記底蓋を下向きに回動させることによって、前記採取管の前記開口部を閉塞する閉塞位置に配置する工程と、前記底蓋により前記開口部が閉塞されたままの状態で、前記昇降機構により前記採取管を上昇させて前記原料層から引き抜く工程と、を含むことを特徴とする、焼結原料のサンプリング方法が提供される。
【００２０】
前記採取管を前記原料層内に挿入する工程では、前記採取管を回転させずに挿入するようにしてもよい。
【００２１】
前記原料層から前記採取管を引き抜いた後に、前記採取管の側面に形成された複数のスリットに仕切板を挿入する工程と、前記採取管の下端側から順に前記仕切板を取り外し、前記採取管内の前記焼結原料の試料を取り出す工程と、を更に含むようにしてもよい。
【００２２】
前記原料層から前記採取管を引き抜いた後に、前記採取管の側面に形成された側面開口部を覆うカバーを移動させて、前記側面開口部の少なくとも一部を露出させる工程と、
前記露出された側面開口部に仕切板を挿入し、前記仕切板と前記底蓋との間の前記焼結原料の試料を取り出す工程と、を更に含むようにしてもよい。
【００２３】
上記サンプリング装置及び方法によれば、焼結機に装入された焼結原料の原料層に採取管を装入して試料を採取する際に、原料層中に装入された採取管の下端の開口部を底蓋により閉塞した状態で、該底蓋とともに採取管を引き上げる。これにより、採取管内で試料が圧密されていなくても、採取管を原料層から引き抜くときに柱状サンプルが自重により採取管から落下することを防止できる。よって、焼結原料の原料層の実際の充填状態を表す適切な試料を、圧密することなく採取することができる。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように本発明によれば、焼結機に装入された焼結原料の原料層から焼結原料の試料を圧密することなくサンプリングして、焼結原料の充填状態を正確に把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る実施形態に係る焼結機を示す模式図である。
【図２】同実施形態にかかる焼結機１における焼結原料の装入装置の周辺構造を示す拡大図である。
【図３】同実施形態に係るサンプリング装置の全体構成を示す斜視図である。
【図４】同実施形態に係る採取管を下方から見た斜視図である。
【図５】同実施形態に係るサンプリング装置の本体部を示す側面図である。
【図６Ａ】同実施形態に係るサンプリング装置の回動機構を示す拡大側面図である。
【図６Ｂ】同実施形態に係るサンプリング装置の回動機構を示す拡大側面図である。
【図７】同実施形態に係るサンプリング装置を用いたサンプリング方法を示す工程図である。
【図８】同実施形態に係る原料層から引き抜かれた採取管と仕切板を示す斜視図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係るサンプリング装置の全体構成を示す斜視図である。
【図１０】同実施形態に係る採取管を示す斜視図である。
【図１１】同実施形態に係る採取管を示す底面図である。
【図１２】図１０のＡ−Ａ断面図である。
【図１３】同実施形態に係る採取管の側面開口部をカバーで覆う手順を示す工程図である。
【図１４Ａ】同実施形態に係る採取管の側面開口部から柱状サンプルを取り出す手順を示す工程図である。
【図１４Ｂ】同実施形態に係る採取管の側面開口部から柱状サンプルを取り出す手順を示す工程図である。
【図１５】同実施形態に係る採取管内に挿入された仕切板の動作を示す底面図である。
【図１６】本実施例に係る採取管の挿入試験で測定された基準例、本実施例、比較例の焼結原料の回収比率を示すグラフである。
【図１７】本実施例に係る採取管の挿入本試験で測定された焼結原料の回収比率と採取管の径との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
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。
【００２７】
＜１．第１の実施形態＞
まず、本発明の第１の実施形態に係るサンプリング装置及びサンプリング方法について詳述する。
【００２８】
［１．１．焼結機の全体構成］
最初に、図１を参照して、本実施形態に係る焼結機の全体構成について説明する。図１は、本実施形態に係る焼結機１を示す模式図である。
【００２９】
本実施形態に係る焼結機１は、例えばドワイトロイド（ＤＬ）式焼結機であり、焼結原料を焼結することにより、高炉原料である焼結鉱を製造する。焼結原料は、粒径数μｍ〜数ｍｍ程度の粉状の鉄鉱石及びコークスと、副原料（石灰石、生石灰等の塩基度調整用原料）と、製鉄ダスト及び返鉱などを、所定の配合比で配合したものである。これらを配合した焼結原料は、焼結機１の前段に設けられた混合機（図示せず。）により混合された後に、造粒機（図示せず。）により水等を用いて数ｍｍ程度の擬似粒子に造粒されて、焼結機１に供給される。
【００３０】
図１に示すように、焼結機１は、装入装置２と、パレット３と、コンベヤ４と、点火炉５と、ウィンドボックス６と、メインダクト７と、サイクロン集塵機８と、排風機９等を備える。
【００３１】
装入装置２は、焼結機１の端部に設けられ、上記造粒された焼結原料をパレット３上に装入する。パレット３は、コンベヤ４の周囲を周回可能なように無端状に連結された複数の台車３ａからなる。該パレット３は、底板と側壁とから成る縦断面コの字型の溝形状を有し、コンベヤ４上において、焼結機１の長手方向（ｘ方向：以下、焼結機長手方向という。）に連結されたパレット３は、焼結原料の装入空間を形成する。このパレット３内に焼結原料が充填されて、焼結機長手方向に延びる原料層１０が形成される。コンベヤ４は、パレット３を構成する個々の台車３ａを、焼結原料の装入位置から焼結鉱の排鉱位置まで搬送する。点火炉５は、装入装置２に隣接して、パレット３の上方に設けられる。該点火炉５は、点火バーナ５ａを具備しており、上記パレット３上に装入された原料層１０を上面側から着火する。
【００３２】
また、パレット３の下方には、焼結機長手方向に沿って複数のウィンドボックス６が配列されており、これらウィンドボックス６の下端はメインダクト７に連通している。メインダクト７の端部には、サイクロン集塵機８、排風機９が設けられる。排風機９によりメインダクト７内の空気を吸引することにより、上記原料層１０内の空気がウィンドボックス６を通じてメインダクト７に吸引され、サイクロン集塵機８にて除塵された後に、煙突１１から廃棄される。なお、焼結機１の排気系統には、上記サイクロン集塵機８、排風機９以外にも、例えば、電気集塵機、乾式脱硫装置等の排ガス処理装置を設けてもよい。
【００３３】
以上構成の焼結機１では、コンベヤ４によりパレット３を焼結機長手方向に搬送しながら、装入装置２により焼結原料をパレット３上に装入して、原料層１０が形成される。そして、排風機９によりパレット３の下方から空気を吸引しながら、点火炉５により原料層１０の上面に点火する。これによって、原料層１０中の粉コークスに着火した燃焼帯１２が原料層１０の上層から下層に向けて進行して、焼結反応が行われる。即ち、原料層１０が点火炉５を通過した後は、ストランドの進行とともに、原料層１０の上層から焼結が完了して固結し、その固結物が冷却されてシンターケーキが形成される。上記燃焼帯１２よりも上側の部分がシンターケーキであり、燃焼帯１２よりも下側の部分はまだ原料状態にある部分である。焼結機１の排鉱側の端部に達したときには、上記原料層１０の全ての焼結反応が完了して焼結鉱が製造され、該焼結鉱は、焼結機１の後段に設けられた破砕機１３により破砕される。
【００３４】
ここで、図２を参照して、上記焼結機１における焼結原料の装入装置２の構成について詳述する。図２は、本実施形態に係る焼結機１における焼結原料の装入装置２の周辺構造を示す拡大図である。
【００３５】
図２に示すように、装入装置２は、ホッパー２１と、ドラムフィーダー２２と、供給量調整装置２３と、シュート２４と、篩２５とを備える。焼結機１に装入される焼結原料１４は、ホッパー２１に貯留されており、その下部に配置されたドラムフィーダー２２により切り出されて、シュート２４上に落下して、篩２５上に搬送される。このとき、供給量調整装置２３により、ホッパー２１からシュート２４に対する焼結原料１４の供給量が調整される。
【００３６】
シュート２４上を滑動して篩２５に搬送された焼結原料１４は、該篩２５により粒度に応じて分級されながらパレット３上に装入されて、原料層１０を形成する。篩２５は、パレット３の搬送方向と逆方向に向かって傾斜配置された複数の棒条材２５ａからなる。これら棒条材２５ａの上端はシュート２４の直下に束ねて設けられ、シュート２４から離れるにつれて複数の棒条材２５ａの相互間隔が広くなっている。かかる櫛歯状構造の篩２５により、焼結機１のパレット３上に装入される焼結原料１４に対して、焼結機１の上下方向（ｚ方向）及び焼結機１の幅方向（ｙ方向：以下、焼結機幅方向という。）の粒度偏析を付与することができる。
【００３７】
即ち、焼結原料１４が篩２５の隙間から落下する際に、比較的粒度の小さい焼結原料１４ｂは、篩２５の上端側（根元側）から落下し、比較的粒度の大きい焼結原料１４ａほど、篩２５の下端側（先端側）から落下する。このため、パレット３の搬送方向の上流側には、粒度の大きい焼結原料１４ａが到達し、当該粒度の大きい焼結原料１４ａの上部に、粒度の小さい焼結原料１４ｂが堆積することになる。このように篩２５を用いて焼結原料１４を装入した結果、パレット３上に形成された原料層１０は、上下方向に粒度分布を有することとなり、下側ほど粒度が大きくなる。かかる粒度分布の原料層１０を形成することで、パレット３上での原料層１０の通気性が向上し、焼結反応を促進させることができる。
【００３８】
また、上記篩２５において、焼結機幅方向に複数の棒条材２５ａの隙間を制御することで、該幅方向にも原料層１０に粒度分布を設けることもできる。該幅方向の粒度分布を適切に調整すれば、原料層１０の該幅方向の中央部と両端部の通気性を均等にできるため、該幅方向の焼結反応の進行偏差を防止できる。
【００３９】
以上のように、焼結機１においては、焼結原料１４をパレット３に装入する際に、粒度分布等の充填状態が適切な状態となるように、焼結原料１４の装入条件が制御される。しかし、実際の操業では、種々の要因により、焼結機１に装入された焼結原料１４の充填状態が所望の状態とならない場合もある。
【００４０】
そこで、本実施形態に係る焼結機１では、実際の焼結原料１４の充填状態（充填密度分布、空隙率分布、粒度分布及び原料の配合分布等）を測定するために、原料層１０から焼結原料１４の試料を採取するためのサンプリング装置１００が設置されている。図２に示すように、サンプリング装置１００は、上記装入装置２と点火炉５の間の中間位置に設けられ、パレット３に装入された点火前の焼結原料１４の原料層１０から、試料（例えば柱状サンプル）を採取する。以下に、このサンプリング装置１００について詳述する。
【００４１】
［１．２．サンプリング装置の構成］
次に、本実施形態に係る焼結機１におけるサンプリング装置１００の構成について説明する。上述したように、従来のサンプリング装置は、その機構上、焼結原料の原料層１０から柱状サンプルを採取する際に、該サンプル中の焼結原料を圧密してしまうものが大半であった。このように焼結原料を圧密してしまうと、原料層１０中の粒度分布や空隙率分布などといった焼結原料の充填状態を正確に把握することは困難である。
【００４２】
そこで、本実施形態では、パレット３上の原料層１０から、焼結原料の柱状サンプルを圧密することなく採取可能なサンプリング装置１００を提供する。また、本実施形態に係るサンプリング装置１００は、採取した柱状サンプルが、原料層１０の高さ方向のどの部分に対応するものであるかを明確に判別できるとともに、原料層１０の焼結機幅方向の任意の位置から柱状サンプルを採取することも可能である。
【００４３】
［１．２．１．サンプリング装置の全体構成］
まず、図３を参照して、本実施形態に係るサンプリング装置１００の全体構成について説明する。図３は、本実施形態に係るサンプリング装置１００の全体構成を示す斜視図である。
【００４４】
図３に示すように、サンプリング装置１００は、鉛直方向に立設される本体部１１０と、該本体部１１０を焼結機幅方向に移動可能に支持する架台１２０とから構成される。本体部１１０は、原料層１０から柱状サンプルを採取するための円筒状の採取管１３０と、採取管１３０を昇降させる昇降機構１４０と、採取管１３０の下端の開口部１３１を閉塞するための底蓋１５０と、底蓋１５０を円弧状の回動軌跡で回動させる回動機構１６０とを備える。以下にサンプリング装置１００の各部について説明する。
【００４５】
［１．２．２．架台構造］
まず、サンプリング装置１００の架台１２０の構造について説明する。図３に示すように、架台１２０は、パレット３を焼結機幅方向（ｙ方向）に跨ぐように架設され、サンプリング装置１００の本体部１１０を焼結機幅方向に移動可能に支持する。架台１２０は、焼結機１の所定箇所に固定的に設置されてもよいし、クレーン等の搬送手段により搬送されて、適宜の位置に載設されてもよい。後者の場合には、本体部１１０及び架台１２０が転倒しないように、架台１２０と周囲の構造物とを連結することが好ましい。
【００４６】
図示の例の架台１２０は、パレット３の上方において鋳型幅方向に水平に配置される水平部材１２１と、パレット３の外側で該水平部材１２１の両端を支持する一対の脚部１２２とから構成される。水平部材１２１は、鉛直方向に立設された本体部１１０の下端と係合しており、該本体部１１０の焼結機幅方向への移動をガイドするガイドレールとして機能する。なお、作業員が手動で本体部１１０を焼結機幅方向に移動させてもよいし、電動モータ等の駆動源（図示せず。）の動力を用いて本体部１１０を移動させてもよい。後者の場合には、水平部材１２１に動力伝達機構が設けられる。また、後述する昇降機構１４０等を駆動させるための油圧機構（図示せず。）が脚部１２２に近接して配置されてもよい。
【００４７】
上記構造の架台１２０により、本体部１１０を焼結機幅方向の任意の位置に移動させることができる。これにより、当該本体部１１０により、原料層１０の焼結機幅方向の任意の位置から試料を採取可能となる。従って、原料層１０の鋳型幅方向の充填状態（原料の配合分布、密度分布、粒度分布、空隙率分布等）を測定することが可能となる。
【００４８】
なお、図３の例では、水平部材１２１上に本体部１１０を載置する架台構造であったが、本発明は、かかる例に限定されない。例えば、パレット３を跨ぐように配設された門型架台から、本体部１１０を吊り下げる構造であってもよい。また、底蓋１５０の回動方向が図３では焼結機長手方向（ｘ方向）になるようにサンプリング装置１００を配置しているが、当該回動方向が焼結機幅方向（ｙ方向）となるようにサンプリング装置１００を配置してもよい。また、当該門型架台は、本体部１１０を、焼結機幅方向（ｙ方向）のみならず、焼結機長手方向（ｘ方向）にも移動させる構造であってもよい。また、当該門型架台は、鉛直軸を中心に本体部１１０を回転させる構造であってもよい。これにより、後述の回動機構１６０により底蓋１５０を回動させる方向を任意に変更可能となる。
【００４９】
［１．２．３．採取管］
次に、図４を参照して、サンプリング装置１００の採取管１３０の構成について説明する。図４は、本実施形態に係る採取管１３０を下方から見た斜視図である。
【００５０】
図４に示すように、採取管１３０は、上端が閉塞され下端が開放された略円筒形状を有し、その内部は中空である。採取管１３０の下端には円形の開口部１３１が設けられており、採取管１３０を原料層１０に挿入したときに、当該開口部１３１から焼結原料の試料が採取管１３０内に進入する。
【００５１】
原料層１０への挿入時の抵抗が最小となる形状にするために、採取管１３０は円筒形状を有している。採取管１３０の長さは、原料層１０から焼結原料１４のサンプルを採取する範囲及び深さに応じて適宜調整される。採取管１３０の厚みは、挿入抵抗を減少させるためには薄い方が好ましいが、採取管１３０にスリット１３４を設ける場合には、剛性を確保する必要がある。このため、採取管１３０の厚みは、剛性を確保しつつ、できるだけ薄い厚み（例えば２ｍｍ）であることが好ましい。さらに、挿入抵抗を減少させるために、採取管１３０の下端部１３２（先端部）は、先鋭化されていることが好ましい。
【００５２】
また、採取管１３０の側面１３３には、仕切板１３５を挿入するための複数のスリット１３４が、軸方向に等ピッチ（例えば１００ｍｍ）で設けられている。該スリット１３４は、採取管１３０の中心軸１３６に対して垂直方向に延びるように形成されている。かかるスリット１３４に仕切板１３５を挿入することで、採取管１３０内に採取された焼結原料１４の柱状サンプルを、軸方向に対して垂直に分割することができる。
【００５３】
また、採取管１３０の上端には、採取管１３０を昇降機構１４０に連結するための連結部１３７が設けられている。図示の例の連結部１３７は、採取管１３０の上面に突設された角柱であり、ピンを貫通するための貫通孔１３８が形成されている。後述する昇降機構の１４０下部ジョイント１４７に穿設された矩形孔に採取管１３０の連結部１３７を嵌合し、さらに貫通孔１３８にピン（図示せず。）を嵌挿させることによって、採取管１３０が昇降機構１４０に連結される。
【００５４】
［１．２．４．昇降機構］
次に、上記図３及び図５を参照して、本実施形態に係るサンプリング装置１００における採取管１３０の昇降機構１４０の構成について説明する。図５は、本実施形態に係るサンプリング装置１００の本体部１１０を示す側面図である。
【００５５】
図３及び図５に示すように、昇降機構１４０は、採取管１３０を上下方向に昇降させて、原料層１０に挿抜する機能を有する。該昇降機構１４０は、鉛直方向に延びるガイド柱１４１と、昇降シリンダ１４２と、固定部１４３と、上部スライダ１４４と、下部スライダ１４５と、上部ジョイント１４６、下部ジョイント１４７とを備える。
【００５６】
ガイド柱１４１は、上記架台１２０の水平部材１２１上に立設され、採取管１３０を昇降させるためのガイドレールとして機能する。昇降シリンダ１４２は、採取管１３０を昇降させるための駆動源である。昇降シリンダ１４２の上端は、固定部１４３によりガイド柱１４１の上端に固定されており、昇降シリンダ１４２の下端は、下部スライダ１４５及び下部ジョイント１４７を介して採取管１３０の上端に連結されている。
【００５７】
上部スライダ１４４と、下部スライダ１４５は、昇降シリンダ１４２の伸縮に伴い、ガイド柱１４１に沿って昇降する。上部ジョイント１４６は、後述する回動機構１６０を昇降機構１４０に取り付けるための部材であり、上部スライダ１４４及び回動機構１６０の上端に連結されている。下部ジョイント１４７は、上記採取管１３０を昇降機構１４０に取り付けるための部材であり、下部スライダ１４５及び回動機構１６０の下端、及び採取管１３０の上端に連結されている。
【００５８】
以上、本実施形態に係る昇降機構１４０の構成について説明した。次に、上記昇降機構１４０の動作について説明する。
【００５９】
昇降シリンダ１４２を伸張させたときには、上部スライダ１４４及び下部スライダ１４５が、ガイド柱１４１に沿って下降する。これにより、当該スライダ１４４、１４５に連結された採取管１３０、底蓋１５０及び回動機構１６０が一体となって、鉛直下方に下降する。この結果、サンプリング装置１００の下方にある原料層１０中に採取管１３０が挿入され、採取管１３０下端の開口部１３１から採取管１３０内にサンプルが充填される。
【００６０】
その後、昇降シリンダ１４２を収縮させたときには、上部スライダ１４４及び下部スライダ１４５が、ガイド柱１４１に沿って上昇する。これにより、当該スライダ１４４、１４５に連結された採取管１３０、底蓋１５０及び回動機構１６０が一体となって、鉛直上方に上昇し、この結果、原料層１０から採取管１３０が引き抜かれる。以上のように、昇降機構１４０は、採取管１３０を底蓋１５０及び回動機構１６０とともに鉛直方向に昇降させて、採取管１３０を原料層１０に挿入したり、採取管１３０を原料層１０から引き抜いたりすることができる。
【００６１】
なお、上記昇降シリンダ１４２のみでは、昇降ストロークが不足する場合には、上記ガイド柱１４１自体を昇降させるエクステンションガイド機構（図示せず。）を追加設置してもよい。このエクステンションガイド機構は、ガイド柱１４１を昇降自在に支持する支持部材と、ガイド柱１４１を昇降させる駆動源であるエクステンションシリンダとを備えればよい。かかるエクステンションガイド機構を設けることで、採取管１３０の昇降ストロールを大幅に延長できる。
【００６２】
［１．２．５．底蓋と回動機構］
次に、上記図３、図５及び図６を参照して、本実施形態に係るサンプリング装置１００における底蓋１５０と、該底蓋１５０の回動機構１６０の構成について説明する。図６Ａ及び図６Ｂは、本実施形態に係るサンプリング装置１００の回動機構１６０を示す拡大側面図である。
【００６３】
図３及び図５に示すように、底蓋１５０は、上記採取管１３０の下端に形成された開口部１３１よりも大きい面積を有する板状部材で構成され、当該開口部１３１を閉塞する機能を有する。図示の例の底蓋１５０の形状は、例えば略矩形の湾曲板状であるが、かかる例に限定されず、底蓋１５０は、開口部１３１を閉塞可能な形状であれば、略円板状、楕円状など任意の形状であってよい。底蓋１５０は、後述する回動機構１６０のアーム１６３を介して、回動軸１６１を中心として回動可能に支持されている。
【００６４】
かかる構造の底蓋１５０により採取管１３０の開口部１３１を閉塞することで、採取管１３０を原料層１０から引き抜くときに、その内部の焼結原料１４の柱状サンプルが開口部１３１から抜け落ちないようにすることができる。従って、採取管１３０を原料層１０に挿入して柱状サンプルを採取するときに、実際の原料層１０における空隙率分布や密度分布等を維持したままで、該柱状サンプルを圧密することなく採取できる。
【００６５】
図６Ａ及び図６Ｂに示すように、回動機構１６０は、上記底蓋１５０を円弧状の回動軌跡で回動させる機能を有する。回動機構１６０は、回動軸１６１を中心として底蓋１５０を下向きに回動させることによって、採取管１３０の開口部１３１を閉塞する閉塞位置（図６Ｂ参照。）に配置する。また、回動機構１６０は、回動軸１６１を中心として底蓋１５０を上向きに回動させることによって、採取管１３０から離隔した退避位置（図６Ａ参照。）に配置する。このように回動機構１６０により底蓋１５０を円弧状の回動軌跡で回動させることで、原料層１０中において採取管１３０の開口部１３１を、底蓋１５０を用いて開閉することができる。
【００６６】
この回動機構１６０の構造について詳述する。図５、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、回動機構１６０は、回動軸１６１と、回動シリンダ１６２と、アーム１６３と、リンク機構１６４とを備える。リンク機構１６４は、相互に回動自在に連結された３つのリンク部材１６５Ａ、１６５Ｂ、１６５Ｃと、４つの回動軸１６６Ａ、１６６Ｂ、１６６Ｃ、１６６Ｄとから構成される。
【００６７】
回動軸１６１は、底蓋１５０を円弧状軌跡で回動させるときの中心軸である。この回動軸１６１は、上述した昇降機構１４０の下部ジョイント１４７に対してリンク部材１６５Ｃを回動自在に連結する。かかる回動軸１６１は、採取管１３０の上端よりも上方に配置されている。これにより、底蓋１５０を上方に回動させて待避させたときに（図６Ａ参照。）、底蓋１５０が原料層１０の上面よりも十分に上方に位置づけることができ、底蓋１５０と原料層１０との接触を回避できる。
【００６８】
回動シリンダ１６２は、上記底蓋１５０を回動させるための駆動源である。回動シリンダ１６２の上端は、上記昇降機構１４０の上部ジョイント１４６に対して回動軸１６６Ｄで回動自在に連結されている。まら、回動シリンダ１６２の下端は、リンク機構１６４のリンク部材１６５Ａ、１６５Ｃに対して回動軸１６６Ａで回動自在に連結されている。
【００６９】
アーム１６３は、底蓋１５０を回動自在に支持する機能を有する。アーム１６３は、底蓋１５０の回動方向に対して平行な板状部材で構成され、上記回動軸１６１に対して回動自在に連結される。該アーム１６３の後端上部には、リンク部材１６５Ｂの端部が回動軸１６６Ｃで回動自在に連結され、該アーム１６３の後端下部は、リンク部材１６５Ｃを介して回動軸１６１に回動自在に連結されている。かかるアーム１６３は、回動軸１６１を中心として底蓋１５０とともに回動する。
【００７０】
リンク機構１６４は、上記回動シリンダ１６２の直線動作を、底蓋１５０の円弧状軌跡での回動動作に変換する機能を有する。リンク機構１６４のリンク部材１６５Ａの両端はそれぞれ、回動軸１６６Ａ、１６６Ｂで回動シリンダ１６２と下部ジョイント１４７に対して回動自在に連結される。また、リンク部材１６５Ｂの両端はそれぞれ、回動軸１６６Ａ、１６６Ｃで回動シリンダ１６２とアーム１６３に対して回動自在に連結される。さらに、リンク部材１６５Ｃの一端は、回動軸１６１で下部ジョイント１４７に対して回動自在に連結され、該リンク部材１６５Ｃの他端は、アーム１６３に固定される。
【００７１】
かかるリンク機構１６４のリンク部材１６５Ａ、１６５Ｂ、１６５Ｃ及びアーム１６３と、回動軸１６６Ａ、１６６Ｂ、１６６Ｃ及び回動軸１６１によって、四角リンクが構成される。これにより、回動シリンダ１６２が伸張したときには、当該四角リンクにより、底蓋１５０がアーム１６３とともに、回動軸１６１を中心とした円弧状軌跡で下方向に回動し、閉塞位置に位置づけられる（図６Ｂ参照。）。一方、回動シリンダ１６２が収縮したときには、上記四角リンクにより、底蓋１５０がアーム１６３とともに、回動軸１６１を中心とした円弧状軌跡で上方向に回動し、待避位置に位置づけられる（図６Ａ参照。）。
【００７２】
以上のような構成の回動機構１６０は、底蓋１５０を円弧状軌跡で回動させて原料層１０内に挿入する。このときの抵抗を減少させるためには、底蓋１５０の厚みは薄い方が好ましく、底蓋１５０の挿入方向の先端部は先鋭化されていることが好ましい。加えて、当該抵抗をより減少させるためには、底蓋１５０は、当該底蓋１５０の円弧状の回動軌跡に対応する所定の曲率半径Ｒ１を有する湾曲板で構成されることが好ましい。特に、底蓋１５０の曲率半径Ｒ１は、当該底蓋１５０の円弧状の回動軌跡の曲率半径Ｒ２と同一であることが更に好ましい。これにより、底蓋１５０を円弧状軌跡で回動させながら原料層１０に挿入するときの抵抗を最小化できる。従って、回動機構１６０の駆動力を抑制できるとともに、採取管１３０内の焼結原料１４の柱状サンプルが底蓋１５０の回動動作により圧密されることを好適に防止できる。
【００７３】
また、上記底蓋１５０とともにアーム１６３を回動させて原料層１０内に挿入するときの抵抗を減少させるためには、アーム１６３の厚みも薄い方が好ましく、さらに、アーム１６３の回動方向前方側の縁部１６３ａも先鋭化されていることが好ましい。このように、アーム１６３をブレード状に成形することで、アーム１６３を原料層１０に挿入するときの抵抗を最小化できるので、回動機構１６０の駆動力を更に抑制できる。
【００７４】
また、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、上記採取管１３０の下端部１３２は、底蓋１５０の円弧状の回動軌跡に沿った円弧状に成形されている。特に、この採取管１３０の下端部１３２の曲率半径Ｒ３は、底蓋１５０の円弧状の回動軌跡の曲率半径Ｒ２と同一であることが好ましく、底蓋１５０の曲率半径Ｒ１とも同一であることが更に好ましい（Ｒ３＝Ｒ１＝Ｒ２）。これにより、底蓋１５０を下向きに回動させたときに、底蓋１５０が採取管１３０の下端部１３２に衝突することなく、かつ、円弧状の底蓋１５０により採取管１３０の円弧状の下端部１３２を隙間無く閉塞することが可能となる。
【００７５】
なお、本実施形態のように、底蓋１５０自体の曲率半径Ｒ１と、該底蓋１５０の円弧状の回動軌跡の曲率半径Ｒ２とが同一である場合には、回動軸１６１の位置は、採取管１３０の中心軸１３６を基準として底蓋１５０と同じ側にあってもよいし、反対側にあってもよい。この場合には、底蓋１５０が上記円弧状の回動軌跡に沿って原料層１０中を移動したとしても、その周囲の原料層１０はほとんど影響を受けないので、底蓋１５０が採取管１３０の下端部１３２を閉塞する際に、採取管１３０内のサンプルが圧密されることはない。
【００７６】
一方、底蓋１５０自体の曲率半径Ｒ１と、該底蓋１５０の円弧状の回動軌跡の曲率半径Ｒ２とが相違する場合には、回動軸１６１の位置は、採取管１３０の中心軸１３６を基準として底蓋１５０と反対側にあることが好ましい。例えば、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、底蓋１５０が採取管１３０の中心軸１３６の右側にあるときには、回動軸１６１は当該中心軸１３６よりも左側にあった方がよい。Ｒ１とＲ２が相違する場合には、底蓋１５０が上記円弧状の回動軌跡に沿って原料層１０中を移動したときに、上記底蓋１５０の曲率半径Ｒ１と回動軌跡の曲率半径Ｒ２との相違が原因で、底蓋１５０の回動動作により、開口部１３１の周囲の原料層１０がある程度は圧密されてしまう。
【００７７】
従って、当該場合において、回動軸１６１が採取管１３０の中心軸１３６を基準として底蓋１５０と同一側にあると、回動する底蓋１５０が採取管１３０の下端部１３２を閉塞するときに、底蓋１５０が斜め上方に向かって回動することになる。この結果、当該底蓋１５０の回動動作により採取管１３０内のサンプルが少なからず圧密される可能性がある。これに対し、回動軸１６１が採取管１３０の中心軸１３６を基準として底蓋１５０と反対側にあれば、回動する底蓋１５０が採取管１３０の下端部１３２を閉塞するときに、底蓋１５０は斜め下方に向かって回動することになる。従って、当該底蓋１５０の回動動作により採取管１３０内のサンプルが圧密されることがほとんどない。
【００７８】
以上、本実施形態に係る底蓋１５０の回動機構１６０の構成について説明した。次に、上記回動機構１６０の動作について説明する。
【００７９】
まず、図６Ａに示すように、上記昇降機構１４０により採取管１３０が原料層１０内に挿入され、底蓋１５０が原料層１０よりも上方の待避位置に配置された状態を考える。この状態で、回動機構１６０の回動シリンダ１６２を伸張させると、上記リンク機構１６４により、回動シリンダ１６２の伸張動作が、回動軸１６１を中心としたアーム１６３の回動動作に変換される。これにより、図６Ａに示すように、底蓋１５０が下方向に円弧状の回動軌跡で回動して、アーム１６３とともに原料層１０内に押し込まれて、採取管１３０の下端部１３２に密着する閉塞位置に位置づけられる。この結果、採取管１３０の下端部１３２の開口部１３１が底蓋１５０で閉塞される。
【００８０】
その後、上記昇降機構１４０により採取管１３０を原料層１０から引き抜くときには、回動機構１６０も採取管１３０とともに引き上げられる。この際、回動機構１６０の回動シリンダ１６２は、底蓋１５０を採取管１３０の下端部１３２に圧着したままの状態を保持するための動力をアーム１６３に付与し、該アーム１６３に支持された底蓋１５０は、採取管１３０の開口部１３１を閉塞した状態を維持することができる。
【００８１】
［１．３．サンプリング方法］
次に、図７及び図８を参照して、本実施形態に係るサンプリング装置１００を用いて、焼結機１のパレット３上に装入された原料層１０から柱状サンプル１５を採取するサンプリング方法について説明する。図７は、本実施形態に係るサンプリング装置１００を用いたサンプリング方法を示す工程図である。図８は、本実施形態に係る原料層１０から引き抜かれた採取管１３０と仕切板１３５を示す斜視図である。
【００８２】
まず、図７（ａ）に示すように、サンプリング装置１００の本体部１１０を、パレット３に挿入された原料層１０の上方に配置する（Ｓ１）。このとき、架台１２０の水平部材１２１上で本体部１１０を焼結機幅方向に移動させて、原料層１０における柱状サンプルを採取したい幅方向位置の上方に採取管１３０を配置する。このように、本実施形態に係るサンプリング方法では、焼結機幅方向の任意の位置から柱状サンプルを採取することが可能である。
【００８３】
次いで、図７（ｂ）に示すように、底蓋１５０を退避位置に配置したままの状態で、昇降機構１４０により採取管１３０、底蓋１５０及び回動機構１６０を鉛直方向に下降させて、該採取管１３０を原料層１０内に所望の深さまで挿入する（Ｓ２）。これにより、採取管１３０下端の開口部１３１から採取管１３０内に、原料層１０の所望位置の焼結原料が柱状サンプル１５として充填される。なお、上記挿入工程では、底蓋１５０は待避位置に配置されたままの状態であり、原料層１０の上面よりも上方に位置づけられている。
【００８４】
かかる採取管１３０の挿入工程Ｓ２では、採取管１３０を回転させることなく、採取管１３０を原料層１０内に挿入する。これにより、挿入中に採取管１３０の開口部１３１付近で焼結原料が詰まることを防止できるので、焼結原料の回収率を高めることができる。
【００８５】
通常、土木建築分野において土壌のコアサンプルを採取する際には、採取管の貫入抵抗を低減する目的で、採取管を回転させながら貫入する。しかし、本実施形態に係る採取対象である焼結原料の原料層１０は、土砂と比べて材料特性が異なる。例えば、原料層１０を成す焼結原料の粒度、空隙率は、土砂よりも大きい。従って、採取管１３０を原料層１０に挿入するときの抵抗は小さいので、採取管１３０を回転させながら挿入する必要はない。採取管１３０を回転させながら原料層１０に挿入すると、却って当該採取管１３０の回転動作に伴って、開口部１３１付近の焼結原料が詰まってしまい、解消率が低下するという弊害がある。そこで、本実施形態では、採取管１３０を回転させずに原料層１０に挿入することで、採取される焼結原料の柱状サンプルの詰まり及び圧密を防止できるので、原料層１０の実際の充填状態（原料の配合分布、密度分布、粒度分布、空隙率分布等）を正確に把握することができる。
【００８６】
その後、図７（ｃ）に示すように、採取管１３０を原料層１０内に挿入したままの状態で、回動機構１６０により、回動軸１６１を中心として底蓋１５０を下向きに回動させる（Ｓ３）。これにより、底蓋１５０は、アーム１６３とともに円弧状の回動軌跡で回動しながら、原料層１０内に挿入され、採取管１３０下端の開口部１３１を閉塞する閉塞位置に配置される。この結果、底蓋１５０が採取管１３０の開口部１３１に密着して、当該開口部１３１が閉塞される。
【００８７】
さらに、図７（ｄ）に示すように、底蓋１５０により採取管１３０の開口部１３１を閉塞したままの状態で、昇降機構１４０により採取管１３０、底蓋１５０及び回動機構１６０を鉛直方向に上昇させて、原料層１０から採取管１３０及び底蓋１５０を引き抜く（Ｓ４）。これにより、採取管１３０内の柱状サンプル１５を下方に落下させたり、圧密させたりすることなく、原料層１０内の充填状態のままで柱状サンプル１５を採取することができる。
【００８８】
その後、原料層１０から引き抜いた採取管１３０の中から柱状サンプル１５を取り出す（Ｓ５）。具体的には、サンプリング装置１００の本体部１１０の下部ジョイント１４７から採取管１３０を取り外した後に、該採取管１３０を水平に載置する。次いで、図８に示すように、採取管１３０の側面１３３に形成された複数のスリット１３４にそれぞれ仕切板１３５を挿入して、採取管１３０内の柱状サンプル１５を、採取管１３０の軸方向（即ち、原料層１０の高さ方向）に分割する。その後、採取管１３０内から、上記分割された柱状サンプル１５を取り出す。例えば、採取管１３０を鉛直方向に立て、採取管１３０の下端側から順に仕切板１３５を取り外すことで、採取管１３０下端の開口部１３１から落下した柱状サンプル１５の分割片を採取する。これにより、原料層１０の高さ位置ごとに柱状サンプル１５を切り出して採取することができる。
【００８９】
＜２．第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態に係るサンプリング装置及びサンプリング方法について詳述する。第２の実施形態に係るサンプリング装置は、上記第１の実施形態と比べて、採取管の構造が相違するのみであり、その他の機能構成は第１の実施形態の場合と実質的に同一である。従って、以下では主に、第２の実施形態の特徴である採取管の構造と、それを用いたサンプリング方法について説明し、その他の詳細説明は省略することとする。
【００９０】
［２．１．サンプリング装置の構成］
まず、図９を参照して、第２の実施形態に係るサンプリング装置１００の全体構成について説明する。図９は、第２の実施形態に係るサンプリング装置１００の全体構成を示す斜視図である。
【００９１】
図９に示すように、第２の実施形態に係るサンプリング装置１００は、第１の実施形態と同様に、鉛直方向に立設される本体部１１０と、該本体部１１０を焼結機幅方向に移動可能に支持する架台１２０とから構成される。本体部１１０は、原料層１０から柱状サンプルを採取するための円筒状の採取管２３０と、採取管２３０を昇降させる昇降機構１４０と、採取管２３０の下端の開口部１３１を閉塞するための底蓋１５０と、底蓋１５０を円弧状の回動軌跡で回動させる回動機構１６０とを備える。
【００９２】
第２の実施形態に係るサンプリング装置１００の採取管２３０は、原料層１０の任意の深さ位置のサンプルを採取したい場合に有効な構造を有する。なお、架台１２０、昇降機構１４０、底蓋１５０及び回動機構１６０は、第１の実施形態と同様である。
【００９３】
［２．２．採取管］
次に、図１０〜図１２を参照して、本実施形態に係る採取管２３０の構成について説明する。図１０は、本実施形態に係る採取管２３０を示す斜視図であり、図１１は、本実施形態に係る採取管２３０を示す底面図であり、図１２は、図１０のＡ−Ａ断面図である。
【００９４】
図１０〜図１２に示すように、採取管２３０は、上端及び下端が開放された略円筒形状を有し、その内部は中空である。採取管２３０の下端には円形の開口部２３１が設けられており、採取管２３０を原料層１０に挿入したときに、当該開口部２３１から焼結原料の試料が採取管２３０内に進入する。
【００９５】
原料層１０への挿入時の抵抗が最小となる形状にするために、採取管２３０は円筒形状を有している。採取管２３０の厚みは、剛性を確保しつつ、できるだけ薄い厚み（例えば２ｍｍ以下）であることが好ましい。さらに、挿入抵抗を減少させるために、採取管２３０の下端部２３２（先端部）は、先鋭化されていることが好ましい。
【００９６】
採取管２３０の側面２３３の一部には、軸方向に長い略矩形状の側面開口部２３４が形成されている。そして、この側面開口部２３４を覆う略矩形状のカバー２３５が、側面開口部２３４に対して着脱自在に設けられる。図１１に示すように、カバー２３５は、採取管２３０の側面２３３と実質的に同一の曲率を有することが好ましい。例えば、採取管２３０の外径φが１５０ｍｍである場合には、カバー２３５の曲率半径Ｒ５は７５ｍｍとすることが好ましい。これにより、カバー２３５で側面開口部２３４を覆ったときにも、採取管２３０全体として略同一径の円筒形状を保つことができる。
【００９７】
また、側面開口部２３４の左右両端には、カバー２３５を軸方向にスライド可能に支持する一対の支持部材２３６、２３６が取り付けられている。支持部材２３６は、例えば、採取管２３０の側面開口部２３４の端部に軸方向に延設された断面Ｌ字形の部材からなり、カバー２３５のスライドをガイドするガイドとして機能する。この支持部材２３６、２３６によりカバー２３５を採取管２３０の軸方向にスライドさせることで、カバー２３５により側面開口部２３４を開放／閉塞可能となる。
【００９８】
さらに、採取管２３０の側面２３３における側面開口部２３４の上方には、ロックボルト２３７が固定具２３８により取り付けられている。また、カバー２３５の上端付近には、ロックボルト２３７と螺合する受け具２３９が取り付けられている。かかるロックボルト２３７及び受け具２３９は、カバー２３５を採取管２３０の側面開口部２３４を覆う位置に固定するための固定手段として機能する。即ち、図１２に示すように、側面開口部２３４の全体を覆うようにカバー２３５を閉めた状態で、ロックボルト２３７を受け具２３９に螺合することで、カバー２３５が採取管２３０に固定される。これにより、採取管２３０を原料層１０中に挿入したときに、カバー２３５が外れないように固定できる。
【００９９】
また、採取管２３０の内部には、円板状のホールドプレート２４０が配置されており、該ホールドプレート２４０の直径は、採取管２３０の内径と同程度である。このホールドプレート２４０は、採取管２３０内に採取された焼結原料の柱状サンプルの上端が、崩れ無いように保持する機能を有する。かかるホールドプレート２４０は、採取管２３０の上方から採取管２３０内に挿入された一対の支持ロッド２４１、２４１により支持されている。採取管２３０を水平にする前に、この支持ロッド２４１、２４１を用いて、採取管２３０内でホールドプレート２４０を昇降させて、採取管２３０内の焼結原料の柱状サンプル上端が崩れないように押さえることができる位置に配置することが可能である。その際は、柱状サンプルを圧密しない程度に、ホールドプレート２４０の位置を調整することが好ましい。
【０１００】
また、採取管２３０の上端には、環状のフランジ２４２が取り付けられている。このフランジ２４２は、採取管２３０を昇降機構１４０に連結するための連結手段として機能する。このフランジ２４は、上記昇降機構の１４０の下部ジョイント１４７に対してボルト等の固定部材で結合される。
【０１０１】
ところで、上記のように採取管２３０の側面２３３に側面開口部２３４を設けることで、当該側面開口部２３４から、採取管２３０内に採取された焼結原料の柱状サンプル１５を取り出すことができる。従って、側面開口部２３４の開口面積が大きいほど、柱状サンプル１５を取り出し易い。反面、側面開口部２３４の開口面積が過度に大きいと、柱状サンプル１５を取り出すために採取管２３０を水平に載置したときに、採取管２３０内の柱状サンプル１５の焼結原料が側面開口部２３４からこぼれ落ちてしまう。従って、焼結原料がこぼれ落ちることを防止する観点からは、側面開口部２３４の開口面積は小さい方が好ましい。
【０１０２】
そこで、本実施形態では、図１１に示すように側面開口部２３４の開口角度θを、焼結原料の安息角（例えば４０°程度）に見合った角度（例えばθ＝８０°）に設定している。これにより、側面開口部２３４からの柱状サンプル１５の取り出し易さを確保しつつ、当該取り出し時に、側面開口部２３４から焼結原料がこぼれ落ちることを好適に防止できる。
【０１０３】
また、上記図９及び図１２に示すように、上記回動機構１６０により、回動軸１６１を中心とした円弧状の回動軌跡で底蓋１５０を回動させることで、採取管２３０下端の開口部２３１が底蓋１５０により閉塞される。従って、第１の実施形態と同様に、底蓋１５０が、当該底蓋１５０の円弧状の回動軌跡に対応する曲率半径Ｒ１の湾曲版で構成され、特に、底蓋１５０の曲率半径Ｒ１と、当該底蓋１５０の円弧状の回動軌跡の曲率半径Ｒ２とを同一にすることが好ましい。これにより、底蓋１５０を回動させて原料層１０に挿入するときの抵抗を最小化できる。
【０１０４】
さらに、図９及び図１２に示すように、第２の実施形態に係る採取管２３０の下端部２３２も、上記底蓋１５０の円弧状の回動軌跡に沿った円弧状に成形されることが好ましい。特に、この採取管２３０の下端部２３２の曲率半径Ｒ４は、底蓋１５０の円弧状の回動軌跡の曲率半径Ｒ２と同一であることが好ましく、底蓋１５０自体の曲率半径Ｒ１とも同一であることが更に好ましい（Ｒ４＝Ｒ１＝Ｒ２）。これにより、底蓋１５０を下向きに回動させたときに、底蓋１５０が採取管２３０の下端部２３２に衝突することなく、かつ、円弧状の底蓋１５０により採取管２３０の円弧状の下端部２３２を隙間無く閉塞することが可能となる。
【０１０５】
［２．３．サンプリング方法］
次に、上記図７及び図１３〜図１５を参照して、第２の実施形態に係るサンプリング装置１００を用いて、焼結機１のパレット３上に装入された原料層１０から柱状サンプル１５を採取するサンプリング方法について説明する。
【０１０６】
図１３は、本実施形態に係る採取管２３０の側面開口部２３４をカバー２３５で覆う手順を示す工程図である。図１３に示すように、採取管２３０を原料層１０に挿入する前に、採取管２３０の側面開口部２３４をカバー２３５で閉塞する。具体的には、まず、採取管２３０の下端側からカバー２３５の上端を、支持部材２３６、２３６と側面２３３間の隙間に差し込み（図１２（ｂ））。次いで、カバー２３５を支持部材２３６、２３６に沿って上方向にスライドさせて（図１２（ｃ））、カバー２３５により側面開口部２３４を閉塞する。その後、ロックボルト２３７を受け具２３９に螺合させることで、カバー２３５を採取管２３０に固定する（図１２（ｄ））。
【０１０７】
このようにカバー２３５で側面開口部２３４が閉塞した状態で、採取管２３０を原料層１０中に挿入して、焼結原料の柱状サンプル１５をサンプリングする。このサンプリング方法は、図７に示した第１の実施形態の場合と同様であるが、以下に概要を説明する。
【０１０８】
まず、サンプリング装置１００の本体部１１０を、パレット３に挿入された原料層１０の上方に配置し、サンプルの採取を所望する幅方向位置の上方に採取管２３０を配置する。（図７（ａ）参照。）。次いで、底蓋１５０を退避位置に配置したままの状態で、昇降機構１４０により採取管２３０を底蓋１５０及び回動機構１６０とともに鉛直方向に下降させて、原料層１０内に所望の深さまで挿入する（図７（ｂ）参照。）。このとき、採取管２３０を回転させることなく、原料層１０中に挿入する。次いで、採取管２３０を原料層１０内に挿入したままの状態で、回動機構１６０により底蓋１５０を下向きに回動させて閉塞位置に配置し、採取管２３０下端の開口部２３１を閉塞する（図７（ｃ）参照。）。その後、底蓋１５０により採取管２３０の開口部２３１を閉塞されたままの状態で、昇降機構１４０により採取管２３０、底蓋１５０及び回動機構１６０を鉛直方向に上昇させて、原料層１０から採取管２３０及び底蓋１５０を引き抜く（図７（ｄ）参照。）。
【０１０９】
次いで、上記のように原料層１０から引き抜いた採取管２３０の中から柱状サンプル１５を取り出す。図１４Ａ及び図１４Ｂは、本実施形態に係る採取管２３０の側面開口部２３４から柱状サンプル１５を取り出す手順を示す工程図である。
【０１１０】
具体的には、まず、サンプリング装置１００の昇降機構１４０から採取管２３０を底蓋１５０とともに取り外す。次いで、図１４Ａ（ａ）に示すように、支持ロッド２４１、２４１を用いて採取管２３０内部のホールドプレート２４０を下降させて、採取管２３０内の柱状サンプル１５の上面に当接させる。このとき、ホールドプレート２４０により柱状サンプル１５を圧密しないように、ホールドプレート２４０の下降量を調節する。その後、該採取管２３０を水平に載置する。
【０１１１】
次いで、図１４Ａ（ｂ）に示すように、ロックボルト２３７を受け具２３９から取り外した後に、カバー２３５を採取管２３０の下端側に向けて軸方向にスライドさせて、採取管２３０の側面開口部２３４を露出させる。このとき、柱状サンプル１５を採取したい範囲だけカバー２３５をスライドさせて、側面開口部２３４を部分的に露出させれば、側面開口部２３４から焼結原料がこぼれ落ちることを好適に防止できる。しかし、カバー２３５を完全に取り外して、側面開口部２３４の全てを露出させてもよい。
【０１１２】
その後、図１４Ｂ（ｃ）及び（ｄ）に示すように、上記露出された側面開口部２３４に仕切板２５０を挿入して、採取管２３０内部の柱状サンプル１５の中央部を分断する。このとき、採取を所望する柱状サンプル１５の任意の深さ位置に、仕切板２５０を挿入すればよい。その後、図１４Ｂ（ｅ）に示すように、仕切板２５０に設けられた一対の補助カッター２５２、２５２を回動させて、仕切板２５０が挿入された位置の柱状サンプル１５を完全に分断する。次いで、採取管２３０の側面開口部２３４が下向きになるように採取管２３０を旋回し、仕切板２５０とホールドプレート２４０の間の柱状サンプル１５を側面開口部２３４から取り出す。
【０１１３】
ここで、図１５を参照して、本実施形態に係る仕切板２５０について説明する。図１５は、本実施形態に係る採取管２３０内に挿入された仕切板２５０の動作を示す底面図である。なお、図１５（ａ）は、側面開口部２３４に仕切板２５０を挿入するときの状態（上記図１４Ｂ（ｄ）に対応する。）を示し、図１５（ｂ）は、仕切板２５０の補助カッター２５２を回動させたときの状態（上記図１４Ｂ（ｅ）に対応する。）を示している。
【０１１４】
図１５に示すように、仕切板２５０は、メインプレート２５１と、メインプレート２５１に取り付けられる一対の可動式補助カッター２５２、２５２とを備える。メインプレート２５１は、上記採取管２３０の側面開口部２３４に挿入されて、柱状サンプル１５を分割する機能を有する。このために、メインプレート２５１の先端２５１ａは、採取管２３０の内周面２３０ａに合わせた円弧状となっている。また、メインプレート２５１の幅ｗは、側面開口部２３４の開口幅と同程度である。
【０１１５】
補助カッター２５２、２５２は、メインプレート２５１の両側に回動自在に設けられ、メインプレート２５１と採取管２３０の間の柱状サンプル１５の両端部を分断する機能を有する。補助カッター２５２の柄部２５２ａは、ヒンジ部２５３、２５３により、メインプレート２５１に対して回動自在に取り付けられる。補助カッター２５２の刃部２５２ｂは、採取管２３０の内周面２３０ａに合わせた円弧状となっている。また、補助カッター２５２の刃部２５２ｂには、ピン状のストッパー２５２ｃが設けられており、このストッパー２５２ｃは、メインプレート２５１に形成された円弧状のガイド長孔２５４に遊挿されている。このガイド長孔２５４は、補助カッター２５２の回動が容易かつ確実になるよう案内するとともに、当該回動可能範囲を規制する機能を有する。
【０１１６】
この仕切板２５０の動作について説明する。仕切板２５０を採取管２３０の側面開口部２３４に挿入すると、仕切板２５０のメインプレート２５１により、採取管２３０内の柱状サンプル１５の中央部が分断される。この仕切板２５０の挿入時には、図１５（ａ）に示すように、一対の補助カッター２５２、２５２を閉じた状態（即ち、一対の刃部２５２ｂ、２５２ｂがメインプレート２５１に重なった状態）にする。これにより、側面開口部２３４に対して仕切板２５０を挿入する時に、補助カッター２５２、２５２が邪魔になることがない。
【０１１７】
上記のように仕切板２５０を採取管２３０内に挿入した後に、採取管２３０の外部に突出した補助カッター２５２、２５２の柄部２５２ａ、２５２ａを内側に回動させる。これにより、刃部２５２ｂ、２５２ｂが外側に回動して、メインプレート２５１の外縁よりも外側に突出し、採取管２３０の内周面２３０ａに密接する。かかる補助カッター２５２、２５２の動作により、採取管２３０内においてメインプレート２５１で分断できない柱状サンプル１５の両端部が分断される。従って、仕切板２５０の挿入位置で柱状サンプル１５全体を完全に分割することができるので、仕切板２５０とホールドプレート２４０間の所望深さ位置の柱状サンプル１５を、側面開口部２３４から容易に取り出すことができるようになる。
【０１１８】
［３．まとめ］
以上、本発明の第１及び第２の実施形態に係るサンプリング装置１００とそれを用いたサンプリング方法について説明した。
【０１１９】
上記実施形態によれば、採取管１３０（２３０）を原料層１０に挿入するときに、採取管１３０（２３０）を回転させずに原料層１０中に挿入する。これにより、挿入中に採取管１３０（２３０）内に充填される焼結原料が圧密されることを好適に防止できる。また、焼結機１のパレット３に装入された原料層１０から柱状サンプル１５を採取する際に、原料層１０中に装入された採取管１３０（２３０）の下端の開口部１３１（２３１）を底蓋１５０により閉塞した状態で、該底蓋１５０とともに採取管１３０を引き上げる。これにより、採取管１３０（２３０）の引き上げ時に、柱状サンプル１５が自重により採取管１３０（２３０）から落下することを防止できる。従って、採取管１３０（２３０）内で柱状サンプル１５を圧密しなくとも、採取管１３０（２３０）とともに柱状サンプル１５を引き上げることができる。
【０１２０】
従って、上記実施形態によれば、原料層１０内の充填状態のままの柱状サンプル１５を圧密することなく、採取することができる。よって、当該柱状サンプル１５から、原料層１０における焼結原料の充填状態（原料の配合分布、密度分布、粒度分布、空隙率分布等）を正確に測定することが可能となる。
【０１２１】
また、第１の実施形態では、採取管１３０の複数のスリット１３４に仕切板１３５を挿入することで、採取管１３０内の柱状サンプル１５を軸方向（原料層１０の深さ方向）に分割してから採取することができる。よって、原料層１０の所望の深さ位置でのサンプルを容易に採取して、各深さ位置での焼結原料の充填状態を容易かつ正確に測定可能である。
【０１２２】
また、第２の実施形態では、仕切板２５０を用いて採取管２３０内の柱状サンプル１５から、任意の深さ位置のサンプルを好適に切り出して採取することができる。よって、原料層１０の所望の深さ位置でのサンプルを容易に採取して、当該深さ位置での焼結原料の充填状態を容易かつ正確に測定可能である。
【０１２３】
従来では、焼結機１に装入された層状態の焼結原料の充填状態は、十分に解明されておらず、原料層１０全体の圧損などを利用して原料層１０の通気性を評価し、この評価結果から当該充填状態を間接的に把握する方法しかなかった。これに対し、本実施形態によれば、原料層１０から柱状サンプル１５を圧密せずに採取できるとともに、採取した柱状サンプル１５の深さ位置も明確であるので、パレット３上における実際の焼結原料の充填状態を直接的に把握することができる。従って、焼結機１における焼結原料の装入装置２の改善に大きく寄与することができ、パレット３上における焼結原料の配合割合と、ガスの通気性を向上させることで、焼結反応を促進させることができる。よって、焼結機１による焼結鉱の生産性をより向上できる効果がある。
【実施例】
【０１２４】
次に本発明の実施例について説明する。なお、以下の実施例は本発明の効果を説明するための一例に過ぎず、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【０１２５】
＜試験１＞
まず、採取管の径が焼結原料の回収率に及ぼす影響を調べた試験について説明する。本試験では、管径が異なる３種の採取管（内径８９、１５０、２００ｍｍ）を回転させずに、焼結原料の原料層（所定高さから焼結原料を落下させたもの）に挿入し、各々の採取管内に回収された焼結原料の重量を測定した。基準例として、採取管内に手詰めをした場合（ほぼ同じ高さから採取管内に焼結原料を落下させた場合）の回収重量を測定した。
【０１２６】
図１６には、本試験で測定された焼結原料の回収比率と採取管の径との関係を示す。なお、図１６の回収比率は、採取管を原料層に挿入したときの回収重量を、基準例（手詰め）の回収重量で除算したものである。
【０１２７】
図１６の結果によれば、採取管の内径が大きいほど、焼結原料の回収比率が増加することが分かる。特に、内径が１５０ｍｍ以上である場合には、回収比率は急激に上昇し、９０％以上となっている。この理由は、採取管の内径が大きいほど、採取管内の焼結原料に対して採取管の挿入圧力が作用する範囲の割合が減少するからであると考えられる。また、採取管の挿入時に採取管の内周面と焼結原料の間で摩擦が生じるが、この摩擦係数は、採取管内の焼結原料の圧密に対してさほど影響を与えないと考えられる。
【０１２８】
＜試験２＞
次に、焼結原料の原料層に対する挿入時に採取管を非回転とすることの効果を検証するために行った試験について説明する。本試験では、採取管（内径８９ｍｍ、長さ６００ｍｍ）を原料層に挿入し、採取管内に回収された焼結原料の重量を測定した。この際、本実施例１〜４では採取管を回転させずに鉛直方向に挿入し、比較例１〜３では、採取管に回転機構が設けられ、採取管を回転させながら鉛直方向に挿入した。また、基準例では、作業員が手作業で採取管内に焼結原料を詰めた。手詰めの際は、焼結原料が採取管内で詰まらないように観察しながら詰めた。本実施例に係る試験条件及び結果は以下の表１の通りである。
【０１２９】
【表１】
【０１３０】
表１に示すように、採取管の管厚みが３ｍｍである場合、採取管内に回収された焼結原料の重量（以下、回収重量という。）は、本実施例１〜３では、３．５６〜３．６３ｋｇであるのに対し、比較例１では、２．９２ｋｇであった。また、採取管の管厚みが８ｍｍである場合、回収重量は、本実施例４では、２．９２ｋｇであるのに対し、比較例２〜３では、２．３０〜２．４２ｋｇであった。なお、基準例の回収重量は、４．１６ｋｇであった。この結果によれば、本実施例１〜４のように採取管を回転させずに挿入した場合は、比較例１〜３のように採取管を回転させながら挿入した場合よりも、焼結原料の回収率が増加することが分かる。
【０１３１】
また、図１７には、本試験で測定された基準例、本実施例、比較例の焼結原料の回収比率を示す。なお、図１７の回収比率は、表１の回収重量の試験結果（採取管内径８９ｍｍ）を、内径１５０ｍｍ、管厚み２ｍｍの採取管での回収重量に換算し、基準例（手詰め）を１００％として相互の比率を計算したものである。
【０１３２】
図１７に示すように、比較例（採取管を回転）の回収比率は７４％である。これに対し、本実施例（採取管を非回転）の回収比率は９２％であり、比較例と比べて約１．３倍である。この結果からも、本実施例のように採取管を回転させずに挿入した場合は、比較例のように採取管を回転させながら挿入した場合よりも、焼結原料の回収率が増加することが分かる。
【０１３３】
この理由について考察する。比較例のように採取管を回転させながら原料層に挿入した場合には、本実施例のように非回転の場合と比べて、採取管による挿入抵抗が生じる時間が増加する。従って、採取管下端の開口部付近で焼結原料が詰まりやすく、さらに焼結原料の圧密も発生して、採取管内への焼結原料が阻害されると考えられる。よって、本実施例のように採取管を回転させずに原料層に挿入した方が、焼結原料の回収率が上昇すると思われる。
【０１３４】
なお、上記表１の試験結果によれば、採取管の管厚みを増加させると、焼結原料の回収率が低下することが分かる。この理由は、採取管の管厚みが厚いと、原料層に対する採取管の挿入抵抗が増加するためであると考えられる。
【０１３５】
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。
【符号の説明】
【０１３６】
１ 焼結機
２ 装入装置
３ パレット
４ コンベヤ
５ 点火炉
６ ウィンドボックス
７ メインダクト
８ サイクロン集塵機
９ 排風機
１０ 原料層
１１ 煙突
１２ 燃焼帯
１３ 破砕機
１４ 焼結原料
１５ 柱状サンプル
１００ サンプリング装置
１１０ 本体部
１２０ 架台
１２１ 水平部材
１２２ 脚部
１３０、２３０ 採取管
１３１、２３１ 開口部
１３２、２３２ 下端部
１３３、２３３ 側面
１３４ スリット
１３５ 仕切板
１４０ 昇降機構
１４１ ガイド柱
１４２ 昇降シリンダ
１４３ 固定部
１４４ 上部スライダ
１４５ 下部スライダ
１４６ 上部ジョイント
１４７ 下部ジョイント
１５０ 底蓋
１６０ 回動機構
１６１ 回動軸
１６２ 回動シリンダ
１６３ アーム
１６４ リンク機構
２３４ 側面開口部
２３５ カバー
２３６ 支持部材
２３７ ロックボルト
２４０ ホールドプレート
２５０ 仕切板
２５１ メインプレート
２５２ 補助カッター
２５３ ヒンジ部
２５４ ガイド長孔
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼結機に装入された焼結原料の原料層から焼結原料の試料をサンプリングするサンプリング装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ドワイトロイド方式（ＤＬ式）の鉄鉱石焼結法においては、配合された焼結原料をパレット上に充填し、該パレットの下方から空気を吸引することによって、焼結原料中の粉コークスに着火した燃焼帯が原料層の上面から下方へ進行して、焼結反応が行われる。
【０００３】
焼結原料は、粒径数μｍから数ｍｍの粉鉄鉱石及び粉コークスと、石灰石、生石灰などの副原料などで構成され、水などを用いて数ｍｍ程度の擬似粒子に造粒されている。焼結反応の進行は、焼結原料の配合割合とガスの通気性に依存し、該通気性は、パレット上における焼結原料の充填状態、空隙率、粒度等の影響を受ける。このため、パレット上の焼結原料の上下方向の配合分布、粒度分布等を適切に調整することで、焼結反応を促進させて、焼結鉱の生産性を向上させることができる。
【０００４】
従って、焼結機の操業管理上、焼結機のパレット上に装入された層状態の焼結原料の充填状態（原料の配合分布、密度分布、粒度分布、空隙率分布等）を把握することは重要である。当該焼結原料の充填状態を把握するためには、焼結機に装入された焼結原料の原料層から試料をサンプリングする必要があり、当該サンプリング方法として以下の技術が開示されている。
【０００５】
特許文献１には、焼結機の点火炉の前段で、前後面に開口を有する円筒形の採取ロッドを原料層中に鉛直方向に挿入し、その後に該採取ロッドを水平方向に転回させることにより該採取ロッド内に試料を充填させるコアサンプリング方法が記載されている。また、特許文献２には、点火炉の前段で、採取ロッドを原料層中に挿入してコアサンプリングし、Ｘ線照射により焼結原料の装入密度等を測定する方法が記載されている。
【０００６】
また、特許文献３には、点火炉の前段で、内部に落とし蓋が設けられた円筒二重管を原料層中に埋設し、焼結後に該円筒二重管を取り出すことで、試料をサンプリングする方法が記載されている。さらに、特許文献４には、パレット上に装入する前にサンプルボックスを用いて焼結原料を採取する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】実開昭５６−１３６３９号公報
【特許文献２】特開昭６１−７４５０号公報
【特許文献３】実開昭６１−９８９９６号公報
【特許文献４】特開２００２−２８５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１、２に記載のサンプリング方法では、サンプリング中に採取ロッド中で焼結原料が圧密されてしまうので、パレット上における焼結原料の充填状態（原料の配合分布、密度分布、粒度分布、空隙率分布等）を正確に測定することができないという問題があった。例えば、特許文献１の技術では、採取ロッドを水平方向に転回させたときに、該ロッド中を通過する原料層の流れによって、その内部の採取試料が圧密されてしまう。また、特許文献２の技術では、原料層に対して挿入した採取ロッドを鉛直方向に引き抜く際に、該ロッド中の焼結原料が圧密されていなければ、重力により落下してしまうので、試料を採取することができない。
【０００９】
また、特許文献３のサンプリング方法においても、円筒二重管の内部で落とし蓋により焼結原料を圧密しているため、焼結原料の充填状態を正確に測定できない。また、焼結反応後に円筒二重管を取り出す手法を採用しているが、焼結反応の熱により円筒二重管の内部の焼結原料も焼結又は変質する恐れがあり、焼結反応前の焼結原料の充填状態を正確に把握することはできない。また、特許文献４のサンプリング方法では、装入途中で焼結原料を採取しているため、パレット上における焼結原料の空隙率や粒度分布等を測定することはできない。
【００１０】
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、焼結機に装入された焼結原料の原料層から焼結原料の試料を圧密することなくサンプリングして、焼結原料の充填状態を正確に把握することが可能な、新規かつ改良された焼結原料のサンプリング装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、焼結機に装入された焼結原料の原料層から焼結原料の試料を採取するサンプリング装置において、下端に開口部を有する採取管と、前記採取管を昇降させて、前記原料層に対して挿抜する昇降機構と、前記採取管の下端の前記開口部を閉塞するための底蓋と、前記底蓋を円弧状の回動軌跡で回動させる回動機構と、を備え、前記回動機構は、前記底蓋を下向きに回動させることによって、前記採取管の前記開口部を閉塞する閉塞位置に配置し、前記底蓋を上向きに回動させることによって、前記採取管から離隔した退避位置に配置することを特徴とする、焼結原料のサンプリング装置が提供される。
【００１２】
前記採取管の下端は、前記底蓋の回動軌跡に沿った円弧状に成形されているようにしてもよい。
【００１３】
前記底蓋は、前記底蓋の回動軌跡に応じた曲率半径を有する湾曲板からなるようにしてもよい。
【００１４】
前記回動機構は、回動軸に回動自在に連結されて前記底蓋を支持するアームを備え、前記回動軸を中心として、前記アームとともに前記底蓋を回動させ、前記アームは、前記底蓋の回動方向に対して平行な板状であるようにしてもよい。
【００１５】
前記回動機構は、前記採取管の上端に連結されており、前記採取管、前記回動機構及び前記底蓋は、前記昇降機構により一体的に昇降するようにしてもよい。
【００１６】
前記採取管の側面には、仕切板を挿入するための１又は２以上のスリットが形成されているようにしてもよい。
【００１７】
前記採取管は、前記採取管の側面に形成された側面開口部と、前記側面開口部に対して着脱可能なカバーと、を備えるようにしてもよい。
【００１８】
前記採取管、前記昇降機構、前記底蓋及び前記回動機構を含むサンプリング装置の本体部を、前記焼結機の幅方向に移動させる架台をさらに備えるようにしてもよい。
【００１９】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、前記焼結原料のサンプリング装置を用いて、焼結機に装入された焼結原料の原料層から焼結原料の試料を採取するサンプリング方法において、前記サンプリング装置の前記採取管を前記原料層の上方に配置する工程と、前記底蓋を前記採取管から離隔した退避位置に配置した状態で、前記昇降機構により前記採取管を下降させて前記原料層内に挿入する工程と、前記回動機構により前記底蓋を下向きに回動させることによって、前記採取管の前記開口部を閉塞する閉塞位置に配置する工程と、前記底蓋により前記開口部が閉塞されたままの状態で、前記昇降機構により前記採取管を上昇させて前記原料層から引き抜く工程と、を含むことを特徴とする、焼結原料のサンプリング方法が提供される。
【００２０】
前記採取管を前記原料層内に挿入する工程では、前記採取管を回転させずに挿入するようにしてもよい。
【００２１】
前記原料層から前記採取管を引き抜いた後に、前記採取管の側面に形成された複数のスリットに仕切板を挿入する工程と、前記採取管の下端側から順に前記仕切板を取り外し、前記採取管内の前記焼結原料の試料を取り出す工程と、を更に含むようにしてもよい。
【００２２】
前記原料層から前記採取管を引き抜いた後に、前記採取管の側面に形成された側面開口部を覆うカバーを移動させて、前記側面開口部の少なくとも一部を露出させる工程と、
前記露出された側面開口部に仕切板を挿入し、前記仕切板と前記底蓋との間の前記焼結原料の試料を取り出す工程と、を更に含むようにしてもよい。
【００２３】
上記サンプリング装置及び方法によれば、焼結機に装入された焼結原料の原料層に採取管を装入して試料を採取する際に、原料層中に装入された採取管の下端の開口部を底蓋により閉塞した状態で、該底蓋とともに採取管を引き上げる。これにより、採取管内で試料が圧密されていなくても、採取管を原料層から引き抜くときに柱状サンプルが自重により採取管から落下することを防止できる。よって、焼結原料の原料層の実際の充填状態を表す適切な試料を、圧密することなく採取することができる。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように本発明によれば、焼結機に装入された焼結原料の原料層から焼結原料の試料を圧密することなくサンプリングして、焼結原料の充填状態を正確に把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る実施形態に係る焼結機を示す模式図である。
【図２】同実施形態にかかる焼結機１における焼結原料の装入装置の周辺構造を示す拡大図である。
【図３】同実施形態に係るサンプリング装置の全体構成を示す斜視図である。
【図４】同実施形態に係る採取管を下方から見た斜視図である。
【図５】同実施形態に係るサンプリング装置の本体部を示す側面図である。
【図６Ａ】同実施形態に係るサンプリング装置の回動機構を示す拡大側面図である。
【図６Ｂ】同実施形態に係るサンプリング装置の回動機構を示す拡大側面図である。
【図７】同実施形態に係るサンプリング装置を用いたサンプリング方法を示す工程図である。
【図８】同実施形態に係る原料層から引き抜かれた採取管と仕切板を示す斜視図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係るサンプリング装置の全体構成を示す斜視図である。
【図１０】同実施形態に係る採取管を示す斜視図である。
【図１１】同実施形態に係る採取管を示す底面図である。
【図１２】図１０のＡ−Ａ断面図である。
【図１３】同実施形態に係る採取管の側面開口部をカバーで覆う手順を示す工程図である。
【図１４Ａ】同実施形態に係る採取管の側面開口部から柱状サンプルを取り出す手順を示す工程図である。
【図１４Ｂ】同実施形態に係る採取管の側面開口部から柱状サンプルを取り出す手順を示す工程図である。
【図１５】同実施形態に係る採取管内に挿入された仕切板の動作を示す底面図である。
【図１６】本実施例に係る採取管の挿入試験で測定された基準例、本実施例、比較例の焼結原料の回収比率を示すグラフである。
【図１７】本実施例に係る採取管の挿入本試験で測定された焼結原料の回収比率と採取管の径との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
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。
【００２７】
＜１．第１の実施形態＞
まず、本発明の第１の実施形態に係るサンプリング装置及びサンプリング方法について詳述する。
【００２８】
［１．１．焼結機の全体構成］
最初に、図１を参照して、本実施形態に係る焼結機の全体構成について説明する。図１は、本実施形態に係る焼結機１を示す模式図である。
【００２９】
本実施形態に係る焼結機１は、例えばドワイトロイド（ＤＬ）式焼結機であり、焼結原料を焼結することにより、高炉原料である焼結鉱を製造する。焼結原料は、粒径数μｍ〜数ｍｍ程度の粉状の鉄鉱石及びコークスと、副原料（石灰石、生石灰等の塩基度調整用原料）と、製鉄ダスト及び返鉱などを、所定の配合比で配合したものである。これらを配合した焼結原料は、焼結機１の前段に設けられた混合機（図示せず。）により混合された後に、造粒機（図示せず。）により水等を用いて数ｍｍ程度の擬似粒子に造粒されて、焼結機１に供給される。
【００３０】
図１に示すように、焼結機１は、装入装置２と、パレット３と、コンベヤ４と、点火炉５と、ウィンドボックス６と、メインダクト７と、サイクロン集塵機８と、排風機９等を備える。
【００３１】
装入装置２は、焼結機１の端部に設けられ、上記造粒された焼結原料をパレット３上に装入する。パレット３は、コンベヤ４の周囲を周回可能なように無端状に連結された複数の台車３ａからなる。該パレット３は、底板と側壁とから成る縦断面コの字型の溝形状を有し、コンベヤ４上において、焼結機１の長手方向（ｘ方向：以下、焼結機長手方向という。）に連結されたパレット３は、焼結原料の装入空間を形成する。このパレット３内に焼結原料が充填されて、焼結機長手方向に延びる原料層１０が形成される。コンベヤ４は、パレット３を構成する個々の台車３ａを、焼結原料の装入位置から焼結鉱の排鉱位置まで搬送する。点火炉５は、装入装置２に隣接して、パレット３の上方に設けられる。該点火炉５は、点火バーナ５ａを具備しており、上記パレット３上に装入された原料層１０を上面側から着火する。
【００３２】
また、パレット３の下方には、焼結機長手方向に沿って複数のウィンドボックス６が配列されており、これらウィンドボックス６の下端はメインダクト７に連通している。メインダクト７の端部には、サイクロン集塵機８、排風機９が設けられる。排風機９によりメインダクト７内の空気を吸引することにより、上記原料層１０内の空気がウィンドボックス６を通じてメインダクト７に吸引され、サイクロン集塵機８にて除塵された後に、煙突１１から廃棄される。なお、焼結機１の排気系統には、上記サイクロン集塵機８、排風機９以外にも、例えば、電気集塵機、乾式脱硫装置等の排ガス処理装置を設けてもよい。
【００３３】
以上構成の焼結機１では、コンベヤ４によりパレット３を焼結機長手方向に搬送しながら、装入装置２により焼結原料をパレット３上に装入して、原料層１０が形成される。そして、排風機９によりパレット３の下方から空気を吸引しながら、点火炉５により原料層１０の上面に点火する。これによって、原料層１０中の粉コークスに着火した燃焼帯１２が原料層１０の上層から下層に向けて進行して、焼結反応が行われる。即ち、原料層１０が点火炉５を通過した後は、ストランドの進行とともに、原料層１０の上層から焼結が完了して固結し、その固結物が冷却されてシンターケーキが形成される。上記燃焼帯１２よりも上側の部分がシンターケーキであり、燃焼帯１２よりも下側の部分はまだ原料状態にある部分である。焼結機１の排鉱側の端部に達したときには、上記原料層１０の全ての焼結反応が完了して焼結鉱が製造され、該焼結鉱は、焼結機１の後段に設けられた破砕機１３により破砕される。
【００３４】
ここで、図２を参照して、上記焼結機１における焼結原料の装入装置２の構成について詳述する。図２は、本実施形態に係る焼結機１における焼結原料の装入装置２の周辺構造を示す拡大図である。
【００３５】
図２に示すように、装入装置２は、ホッパー２１と、ドラムフィーダー２２と、供給量調整装置２３と、シュート２４と、篩２５とを備える。焼結機１に装入される焼結原料１４は、ホッパー２１に貯留されており、その下部に配置されたドラムフィーダー２２により切り出されて、シュート２４上に落下して、篩２５上に搬送される。このとき、供給量調整装置２３により、ホッパー２１からシュート２４に対する焼結原料１４の供給量が調整される。
【００３６】
シュート２４上を滑動して篩２５に搬送された焼結原料１４は、該篩２５により粒度に応じて分級されながらパレット３上に装入されて、原料層１０を形成する。篩２５は、パレット３の搬送方向と逆方向に向かって傾斜配置された複数の棒条材２５ａからなる。これら棒条材２５ａの上端はシュート２４の直下に束ねて設けられ、シュート２４から離れるにつれて複数の棒条材２５ａの相互間隔が広くなっている。かかる櫛歯状構造の篩２５により、焼結機１のパレット３上に装入される焼結原料１４に対して、焼結機１の上下方向（ｚ方向）及び焼結機１の幅方向（ｙ方向：以下、焼結機幅方向という。）の粒度偏析を付与することができる。
【００３７】
即ち、焼結原料１４が篩２５の隙間から落下する際に、比較的粒度の小さい焼結原料１４ｂは、篩２５の上端側（根元側）から落下し、比較的粒度の大きい焼結原料１４ａほど、篩２５の下端側（先端側）から落下する。このため、パレット３の搬送方向の上流側には、粒度の大きい焼結原料１４ａが到達し、当該粒度の大きい焼結原料１４ａの上部に、粒度の小さい焼結原料１４ｂが堆積することになる。このように篩２５を用いて焼結原料１４を装入した結果、パレット３上に形成された原料層１０は、上下方向に粒度分布を有することとなり、下側ほど粒度が大きくなる。かかる粒度分布の原料層１０を形成することで、パレット３上での原料層１０の通気性が向上し、焼結反応を促進させることができる。
【００３８】
また、上記篩２５において、焼結機幅方向に複数の棒条材２５ａの隙間を制御することで、該幅方向にも原料層１０に粒度分布を設けることもできる。該幅方向の粒度分布を適切に調整すれば、原料層１０の該幅方向の中央部と両端部の通気性を均等にできるため、該幅方向の焼結反応の進行偏差を防止できる。
【００３９】
以上のように、焼結機１においては、焼結原料１４をパレット３に装入する際に、粒度分布等の充填状態が適切な状態となるように、焼結原料１４の装入条件が制御される。しかし、実際の操業では、種々の要因により、焼結機１に装入された焼結原料１４の充填状態が所望の状態とならない場合もある。
【００４０】
そこで、本実施形態に係る焼結機１では、実際の焼結原料１４の充填状態（充填密度分布、空隙率分布、粒度分布及び原料の配合分布等）を測定するために、原料層１０から焼結原料１４の試料を採取するためのサンプリング装置１００が設置されている。図２に示すように、サンプリング装置１００は、上記装入装置２と点火炉５の間の中間位置に設けられ、パレット３に装入された点火前の焼結原料１４の原料層１０から、試料（例えば柱状サンプル）を採取する。以下に、このサンプリング装置１００について詳述する。
【００４１】
［１．２．サンプリング装置の構成］
次に、本実施形態に係る焼結機１におけるサンプリング装置１００の構成について説明する。上述したように、従来のサンプリング装置は、その機構上、焼結原料の原料層１０から柱状サンプルを採取する際に、該サンプル中の焼結原料を圧密してしまうものが大半であった。このように焼結原料を圧密してしまうと、原料層１０中の粒度分布や空隙率分布などといった焼結原料の充填状態を正確に把握することは困難である。
【００４２】
そこで、本実施形態では、パレット３上の原料層１０から、焼結原料の柱状サンプルを圧密することなく採取可能なサンプリング装置１００を提供する。また、本実施形態に係るサンプリング装置１００は、採取した柱状サンプルが、原料層１０の高さ方向のどの部分に対応するものであるかを明確に判別できるとともに、原料層１０の焼結機幅方向の任意の位置から柱状サンプルを採取することも可能である。
【００４３】
［１．２．１．サンプリング装置の全体構成］
まず、図３を参照して、本実施形態に係るサンプリング装置１００の全体構成について説明する。図３は、本実施形態に係るサンプリング装置１００の全体構成を示す斜視図である。
【００４４】
図３に示すように、サンプリング装置１００は、鉛直方向に立設される本体部１１０と、該本体部１１０を焼結機幅方向に移動可能に支持する架台１２０とから構成される。本体部１１０は、原料層１０から柱状サンプルを採取するための円筒状の採取管１３０と、採取管１３０を昇降させる昇降機構１４０と、採取管１３０の下端の開口部１３１を閉塞するための底蓋１５０と、底蓋１５０を円弧状の回動軌跡で回動させる回動機構１６０とを備える。以下にサンプリング装置１００の各部について説明する。
【００４５】
［１．２．２．架台構造］
まず、サンプリング装置１００の架台１２０の構造について説明する。図３に示すように、架台１２０は、パレット３を焼結機幅方向（ｙ方向）に跨ぐように架設され、サンプリング装置１００の本体部１１０を焼結機幅方向に移動可能に支持する。架台１２０は、焼結機１の所定箇所に固定的に設置されてもよいし、クレーン等の搬送手段により搬送されて、適宜の位置に載設されてもよい。後者の場合には、本体部１１０及び架台１２０が転倒しないように、架台１２０と周囲の構造物とを連結することが好ましい。
【００４６】
図示の例の架台１２０は、パレット３の上方において鋳型幅方向に水平に配置される水平部材１２１と、パレット３の外側で該水平部材１２１の両端を支持する一対の脚部１２２とから構成される。水平部材１２１は、鉛直方向に立設された本体部１１０の下端と係合しており、該本体部１１０の焼結機幅方向への移動をガイドするガイドレールとして機能する。なお、作業員が手動で本体部１１０を焼結機幅方向に移動させてもよいし、電動モータ等の駆動源（図示せず。）の動力を用いて本体部１１０を移動させてもよい。後者の場合には、水平部材１２１に動力伝達機構が設けられる。また、後述する昇降機構１４０等を駆動させるための油圧機構（図示せず。）が脚部１２２に近接して配置されてもよい。
【００４７】
上記構造の架台１２０により、本体部１１０を焼結機幅方向の任意の位置に移動させることができる。これにより、当該本体部１１０により、原料層１０の焼結機幅方向の任意の位置から試料を採取可能となる。従って、原料層１０の鋳型幅方向の充填状態（原料の配合分布、密度分布、粒度分布、空隙率分布等）を測定することが可能となる。
【００４８】
なお、図３の例では、水平部材１２１上に本体部１１０を載置する架台構造であったが、本発明は、かかる例に限定されない。例えば、パレット３を跨ぐように配設された門型架台から、本体部１１０を吊り下げる構造であってもよい。また、底蓋１５０の回動方向が図３では焼結機長手方向（ｘ方向）になるようにサンプリング装置１００を配置しているが、当該回動方向が焼結機幅方向（ｙ方向）となるようにサンプリング装置１００を配置してもよい。また、当該門型架台は、本体部１１０を、焼結機幅方向（ｙ方向）のみならず、焼結機長手方向（ｘ方向）にも移動させる構造であってもよい。また、当該門型架台は、鉛直軸を中心に本体部１１０を回転させる構造であってもよい。これにより、後述の回動機構１６０により底蓋１５０を回動させる方向を任意に変更可能となる。
【００４９】
［１．２．３．採取管］
次に、図４を参照して、サンプリング装置１００の採取管１３０の構成について説明する。図４は、本実施形態に係る採取管１３０を下方から見た斜視図である。
【００５０】
図４に示すように、採取管１３０は、上端が閉塞され下端が開放された略円筒形状を有し、その内部は中空である。採取管１３０の下端には円形の開口部１３１が設けられており、採取管１３０を原料層１０に挿入したときに、当該開口部１３１から焼結原料の試料が採取管１３０内に進入する。
【００５１】
原料層１０への挿入時の抵抗が最小となる形状にするために、採取管１３０は円筒形状を有している。採取管１３０の長さは、原料層１０から焼結原料１４のサンプルを採取する範囲及び深さに応じて適宜調整される。採取管１３０の厚みは、挿入抵抗を減少させるためには薄い方が好ましいが、採取管１３０にスリット１３４を設ける場合には、剛性を確保する必要がある。このため、採取管１３０の厚みは、剛性を確保しつつ、できるだけ薄い厚み（例えば２ｍｍ）であることが好ましい。さらに、挿入抵抗を減少させるために、採取管１３０の下端部１３２（先端部）は、先鋭化されていることが好ましい。
【００５２】
また、採取管１３０の側面１３３には、仕切板１３５を挿入するための複数のスリット１３４が、軸方向に等ピッチ（例えば１００ｍｍ）で設けられている。該スリット１３４は、採取管１３０の中心軸１３６に対して垂直方向に延びるように形成されている。かかるスリット１３４に仕切板１３５を挿入することで、採取管１３０内に採取された焼結原料１４の柱状サンプルを、軸方向に対して垂直に分割することができる。
【００５３】
また、採取管１３０の上端には、採取管１３０を昇降機構１４０に連結するための連結部１３７が設けられている。図示の例の連結部１３７は、採取管１３０の上面に突設された角柱であり、ピンを貫通するための貫通孔１３８が形成されている。後述する昇降機構の１４０下部ジョイント１４７に穿設された矩形孔に採取管１３０の連結部１３７を嵌合し、さらに貫通孔１３８にピン（図示せず。）を嵌挿させることによって、採取管１３０が昇降機構１４０に連結される。
【００５４】
［１．２．４．昇降機構］
次に、上記図３及び図５を参照して、本実施形態に係るサンプリング装置１００における採取管１３０の昇降機構１４０の構成について説明する。図５は、本実施形態に係るサンプリング装置１００の本体部１１０を示す側面図である。
【００５５】
図３及び図５に示すように、昇降機構１４０は、採取管１３０を上下方向に昇降させて、原料層１０に挿抜する機能を有する。該昇降機構１４０は、鉛直方向に延びるガイド柱１４１と、昇降シリンダ１４２と、固定部１４３と、上部スライダ１４４と、下部スライダ１４５と、上部ジョイント１４６、下部ジョイント１４７とを備える。
【００５６】
ガイド柱１４１は、上記架台１２０の水平部材１２１上に立設され、採取管１３０を昇降させるためのガイドレールとして機能する。昇降シリンダ１４２は、採取管１３０を昇降させるための駆動源である。昇降シリンダ１４２の上端は、固定部１４３によりガイド柱１４１の上端に固定されており、昇降シリンダ１４２の下端は、下部スライダ１４５及び下部ジョイント１４７を介して採取管１３０の上端に連結されている。
【００５７】
上部スライダ１４４と、下部スライダ１４５は、昇降シリンダ１４２の伸縮に伴い、ガイド柱１４１に沿って昇降する。上部ジョイント１４６は、後述する回動機構１６０を昇降機構１４０に取り付けるための部材であり、上部スライダ１４４及び回動機構１６０の上端に連結されている。下部ジョイント１４７は、上記採取管１３０を昇降機構１４０に取り付けるための部材であり、下部スライダ１４５及び回動機構１６０の下端、及び採取管１３０の上端に連結されている。
【００５８】
以上、本実施形態に係る昇降機構１４０の構成について説明した。次に、上記昇降機構１４０の動作について説明する。
【００５９】
昇降シリンダ１４２を伸張させたときには、上部スライダ１４４及び下部スライダ１４５が、ガイド柱１４１に沿って下降する。これにより、当該スライダ１４４、１４５に連結された採取管１３０、底蓋１５０及び回動機構１６０が一体となって、鉛直下方に下降する。この結果、サンプリング装置１００の下方にある原料層１０中に採取管１３０が挿入され、採取管１３０下端の開口部１３１から採取管１３０内にサンプルが充填される。
【００６０】
その後、昇降シリンダ１４２を収縮させたときには、上部スライダ１４４及び下部スライダ１４５が、ガイド柱１４１に沿って上昇する。これにより、当該スライダ１４４、１４５に連結された採取管１３０、底蓋１５０及び回動機構１６０が一体となって、鉛直上方に上昇し、この結果、原料層１０から採取管１３０が引き抜かれる。以上のように、昇降機構１４０は、採取管１３０を底蓋１５０及び回動機構１６０とともに鉛直方向に昇降させて、採取管１３０を原料層１０に挿入したり、採取管１３０を原料層１０から引き抜いたりすることができる。
【００６１】
なお、上記昇降シリンダ１４２のみでは、昇降ストロークが不足する場合には、上記ガイド柱１４１自体を昇降させるエクステンションガイド機構（図示せず。）を追加設置してもよい。このエクステンションガイド機構は、ガイド柱１４１を昇降自在に支持する支持部材と、ガイド柱１４１を昇降させる駆動源であるエクステンションシリンダとを備えればよい。かかるエクステンションガイド機構を設けることで、採取管１３０の昇降ストロールを大幅に延長できる。
【００６２】
［１．２．５．底蓋と回動機構］
次に、上記図３、図５及び図６を参照して、本実施形態に係るサンプリング装置１００における底蓋１５０と、該底蓋１５０の回動機構１６０の構成について説明する。図６Ａ及び図６Ｂは、本実施形態に係るサンプリング装置１００の回動機構１６０を示す拡大側面図である。
【００６３】
図３及び図５に示すように、底蓋１５０は、上記採取管１３０の下端に形成された開口部１３１よりも大きい面積を有する板状部材で構成され、当該開口部１３１を閉塞する機能を有する。図示の例の底蓋１５０の形状は、例えば略矩形の湾曲板状であるが、かかる例に限定されず、底蓋１５０は、開口部１３１を閉塞可能な形状であれば、略円板状、楕円状など任意の形状であってよい。底蓋１５０は、後述する回動機構１６０のアーム１６３を介して、回動軸１６１を中心として回動可能に支持されている。
【００６４】
かかる構造の底蓋１５０により採取管１３０の開口部１３１を閉塞することで、採取管１３０を原料層１０から引き抜くときに、その内部の焼結原料１４の柱状サンプルが開口部１３１から抜け落ちないようにすることができる。従って、採取管１３０を原料層１０に挿入して柱状サンプルを採取するときに、実際の原料層１０における空隙率分布や密度分布等を維持したままで、該柱状サンプルを圧密することなく採取できる。
【００６５】
図６Ａ及び図６Ｂに示すように、回動機構１６０は、上記底蓋１５０を円弧状の回動軌跡で回動させる機能を有する。回動機構１６０は、回動軸１６１を中心として底蓋１５０を下向きに回動させることによって、採取管１３０の開口部１３１を閉塞する閉塞位置（図６Ｂ参照。）に配置する。また、回動機構１６０は、回動軸１６１を中心として底蓋１５０を上向きに回動させることによって、採取管１３０から離隔した退避位置（図６Ａ参照。）に配置する。このように回動機構１６０により底蓋１５０を円弧状の回動軌跡で回動させることで、原料層１０中において採取管１３０の開口部１３１を、底蓋１５０を用いて開閉することができる。
【００６６】
この回動機構１６０の構造について詳述する。図５、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、回動機構１６０は、回動軸１６１と、回動シリンダ１６２と、アーム１６３と、リンク機構１６４とを備える。リンク機構１６４は、相互に回動自在に連結された３つのリンク部材１６５Ａ、１６５Ｂ、１６５Ｃと、４つの回動軸１６６Ａ、１６６Ｂ、１６６Ｃ、１６６Ｄとから構成される。
【００６７】
回動軸１６１は、底蓋１５０を円弧状軌跡で回動させるときの中心軸である。この回動軸１６１は、上述した昇降機構１４０の下部ジョイント１４７に対してリンク部材１６５Ｃを回動自在に連結する。かかる回動軸１６１は、採取管１３０の上端よりも上方に配置されている。これにより、底蓋１５０を上方に回動させて待避させたときに（図６Ａ参照。）、底蓋１５０が原料層１０の上面よりも十分に上方に位置づけることができ、底蓋１５０と原料層１０との接触を回避できる。
【００６８】
回動シリンダ１６２は、上記底蓋１５０を回動させるための駆動源である。回動シリンダ１６２の上端は、上記昇降機構１４０の上部ジョイント１４６に対して回動軸１６６Ｄで回動自在に連結されている。まら、回動シリンダ１６２の下端は、リンク機構１６４のリンク部材１６５Ａ、１６５Ｃに対して回動軸１６６Ａで回動自在に連結されている。
【００６９】
アーム１６３は、底蓋１５０を回動自在に支持する機能を有する。アーム１６３は、底蓋１５０の回動方向に対して平行な板状部材で構成され、上記回動軸１６１に対して回動自在に連結される。該アーム１６３の後端上部には、リンク部材１６５Ｂの端部が回動軸１６６Ｃで回動自在に連結され、該アーム１６３の後端下部は、リンク部材１６５Ｃを介して回動軸１６１に回動自在に連結されている。かかるアーム１６３は、回動軸１６１を中心として底蓋１５０とともに回動する。
【００７０】
リンク機構１６４は、上記回動シリンダ１６２の直線動作を、底蓋１５０の円弧状軌跡での回動動作に変換する機能を有する。リンク機構１６４のリンク部材１６５Ａの両端はそれぞれ、回動軸１６６Ａ、１６６Ｂで回動シリンダ１６２と下部ジョイント１４７に対して回動自在に連結される。また、リンク部材１６５Ｂの両端はそれぞれ、回動軸１６６Ａ、１６６Ｃで回動シリンダ１６２とアーム１６３に対して回動自在に連結される。さらに、リンク部材１６５Ｃの一端は、回動軸１６１で下部ジョイント１４７に対して回動自在に連結され、該リンク部材１６５Ｃの他端は、アーム１６３に固定される。
【００７１】
かかるリンク機構１６４のリンク部材１６５Ａ、１６５Ｂ、１６５Ｃ及びアーム１６３と、回動軸１６６Ａ、１６６Ｂ、１６６Ｃ及び回動軸１６１によって、四角リンクが構成される。これにより、回動シリンダ１６２が伸張したときには、当該四角リンクにより、底蓋１５０がアーム１６３とともに、回動軸１６１を中心とした円弧状軌跡で下方向に回動し、閉塞位置に位置づけられる（図６Ｂ参照。）。一方、回動シリンダ１６２が収縮したときには、上記四角リンクにより、底蓋１５０がアーム１６３とともに、回動軸１６１を中心とした円弧状軌跡で上方向に回動し、待避位置に位置づけられる（図６Ａ参照。）。
【００７２】
以上のような構成の回動機構１６０は、底蓋１５０を円弧状軌跡で回動させて原料層１０内に挿入する。このときの抵抗を減少させるためには、底蓋１５０の厚みは薄い方が好ましく、底蓋１５０の挿入方向の先端部は先鋭化されていることが好ましい。加えて、当該抵抗をより減少させるためには、底蓋１５０は、当該底蓋１５０の円弧状の回動軌跡に対応する所定の曲率半径Ｒ１を有する湾曲板で構成されることが好ましい。特に、底蓋１５０の曲率半径Ｒ１は、当該底蓋１５０の円弧状の回動軌跡の曲率半径Ｒ２と同一であることが更に好ましい。これにより、底蓋１５０を円弧状軌跡で回動させながら原料層１０に挿入するときの抵抗を最小化できる。従って、回動機構１６０の駆動力を抑制できるとともに、採取管１３０内の焼結原料１４の柱状サンプルが底蓋１５０の回動動作により圧密されることを好適に防止できる。
【００７３】
また、上記底蓋１５０とともにアーム１６３を回動させて原料層１０内に挿入するときの抵抗を減少させるためには、アーム１６３の厚みも薄い方が好ましく、さらに、アーム１６３の回動方向前方側の縁部１６３ａも先鋭化されていることが好ましい。このように、アーム１６３をブレード状に成形することで、アーム１６３を原料層１０に挿入するときの抵抗を最小化できるので、回動機構１６０の駆動力を更に抑制できる。
【００７４】
また、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、上記採取管１３０の下端部１３２は、底蓋１５０の円弧状の回動軌跡に沿った円弧状に成形されている。特に、この採取管１３０の下端部１３２の曲率半径Ｒ３は、底蓋１５０の円弧状の回動軌跡の曲率半径Ｒ２と同一であることが好ましく、底蓋１５０の曲率半径Ｒ１とも同一であることが更に好ましい（Ｒ３＝Ｒ１＝Ｒ２）。これにより、底蓋１５０を下向きに回動させたときに、底蓋１５０が採取管１３０の下端部１３２に衝突することなく、かつ、円弧状の底蓋１５０により採取管１３０の円弧状の下端部１３２を隙間無く閉塞することが可能となる。
【００７５】
なお、本実施形態のように、底蓋１５０自体の曲率半径Ｒ１と、該底蓋１５０の円弧状の回動軌跡の曲率半径Ｒ２とが同一である場合には、回動軸１６１の位置は、採取管１３０の中心軸１３６を基準として底蓋１５０と同じ側にあってもよいし、反対側にあってもよい。この場合には、底蓋１５０が上記円弧状の回動軌跡に沿って原料層１０中を移動したとしても、その周囲の原料層１０はほとんど影響を受けないので、底蓋１５０が採取管１３０の下端部１３２を閉塞する際に、採取管１３０内のサンプルが圧密されることはない。
【００７６】
一方、底蓋１５０自体の曲率半径Ｒ１と、該底蓋１５０の円弧状の回動軌跡の曲率半径Ｒ２とが相違する場合には、回動軸１６１の位置は、採取管１３０の中心軸１３６を基準として底蓋１５０と反対側にあることが好ましい。例えば、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、底蓋１５０が採取管１３０の中心軸１３６の右側にあるときには、回動軸１６１は当該中心軸１３６よりも左側にあった方がよい。Ｒ１とＲ２が相違する場合には、底蓋１５０が上記円弧状の回動軌跡に沿って原料層１０中を移動したときに、上記底蓋１５０の曲率半径Ｒ１と回動軌跡の曲率半径Ｒ２との相違が原因で、底蓋１５０の回動動作により、開口部１３１の周囲の原料層１０がある程度は圧密されてしまう。
【００７７】
従って、当該場合において、回動軸１６１が採取管１３０の中心軸１３６を基準として底蓋１５０と同一側にあると、回動する底蓋１５０が採取管１３０の下端部１３２を閉塞するときに、底蓋１５０が斜め上方に向かって回動することになる。この結果、当該底蓋１５０の回動動作により採取管１３０内のサンプルが少なからず圧密される可能性がある。これに対し、回動軸１６１が採取管１３０の中心軸１３６を基準として底蓋１５０と反対側にあれば、回動する底蓋１５０が採取管１３０の下端部１３２を閉塞するときに、底蓋１５０は斜め下方に向かって回動することになる。従って、当該底蓋１５０の回動動作により採取管１３０内のサンプルが圧密されることがほとんどない。
【００７８】
以上、本実施形態に係る底蓋１５０の回動機構１６０の構成について説明した。次に、上記回動機構１６０の動作について説明する。
【００７９】
まず、図６Ａに示すように、上記昇降機構１４０により採取管１３０が原料層１０内に挿入され、底蓋１５０が原料層１０よりも上方の待避位置に配置された状態を考える。この状態で、回動機構１６０の回動シリンダ１６２を伸張させると、上記リンク機構１６４により、回動シリンダ１６２の伸張動作が、回動軸１６１を中心としたアーム１６３の回動動作に変換される。これにより、図６Ａに示すように、底蓋１５０が下方向に円弧状の回動軌跡で回動して、アーム１６３とともに原料層１０内に押し込まれて、採取管１３０の下端部１３２に密着する閉塞位置に位置づけられる。この結果、採取管１３０の下端部１３２の開口部１３１が底蓋１５０で閉塞される。
【００８０】
その後、上記昇降機構１４０により採取管１３０を原料層１０から引き抜くときには、回動機構１６０も採取管１３０とともに引き上げられる。この際、回動機構１６０の回動シリンダ１６２は、底蓋１５０を採取管１３０の下端部１３２に圧着したままの状態を保持するための動力をアーム１６３に付与し、該アーム１６３に支持された底蓋１５０は、採取管１３０の開口部１３１を閉塞した状態を維持することができる。
【００８１】
［１．３．サンプリング方法］
次に、図７及び図８を参照して、本実施形態に係るサンプリング装置１００を用いて、焼結機１のパレット３上に装入された原料層１０から柱状サンプル１５を採取するサンプリング方法について説明する。図７は、本実施形態に係るサンプリング装置１００を用いたサンプリング方法を示す工程図である。図８は、本実施形態に係る原料層１０から引き抜かれた採取管１３０と仕切板１３５を示す斜視図である。
【００８２】
まず、図７（ａ）に示すように、サンプリング装置１００の本体部１１０を、パレット３に挿入された原料層１０の上方に配置する（Ｓ１）。このとき、架台１２０の水平部材１２１上で本体部１１０を焼結機幅方向に移動させて、原料層１０における柱状サンプルを採取したい幅方向位置の上方に採取管１３０を配置する。このように、本実施形態に係るサンプリング方法では、焼結機幅方向の任意の位置から柱状サンプルを採取することが可能である。
【００８３】
次いで、図７（ｂ）に示すように、底蓋１５０を退避位置に配置したままの状態で、昇降機構１４０により採取管１３０、底蓋１５０及び回動機構１６０を鉛直方向に下降させて、該採取管１３０を原料層１０内に所望の深さまで挿入する（Ｓ２）。これにより、採取管１３０下端の開口部１３１から採取管１３０内に、原料層１０の所望位置の焼結原料が柱状サンプル１５として充填される。なお、上記挿入工程では、底蓋１５０は待避位置に配置されたままの状態であり、原料層１０の上面よりも上方に位置づけられている。
【００８４】
かかる採取管１３０の挿入工程Ｓ２では、採取管１３０を回転させることなく、採取管１３０を原料層１０内に挿入する。これにより、挿入中に採取管１３０の開口部１３１付近で焼結原料が詰まることを防止できるので、焼結原料の回収率を高めることができる。
【００８５】
通常、土木建築分野において土壌のコアサンプルを採取する際には、採取管の貫入抵抗を低減する目的で、採取管を回転させながら貫入する。しかし、本実施形態に係る採取対象である焼結原料の原料層１０は、土砂と比べて材料特性が異なる。例えば、原料層１０を成す焼結原料の粒度、空隙率は、土砂よりも大きい。従って、採取管１３０を原料層１０に挿入するときの抵抗は小さいので、採取管１３０を回転させながら挿入する必要はない。採取管１３０を回転させながら原料層１０に挿入すると、却って当該採取管１３０の回転動作に伴って、開口部１３１付近の焼結原料が詰まってしまい、解消率が低下するという弊害がある。そこで、本実施形態では、採取管１３０を回転させずに原料層１０に挿入することで、採取される焼結原料の柱状サンプルの詰まり及び圧密を防止できるので、原料層１０の実際の充填状態（原料の配合分布、密度分布、粒度分布、空隙率分布等）を正確に把握することができる。
【００８６】
その後、図７（ｃ）に示すように、採取管１３０を原料層１０内に挿入したままの状態で、回動機構１６０により、回動軸１６１を中心として底蓋１５０を下向きに回動させる（Ｓ３）。これにより、底蓋１５０は、アーム１６３とともに円弧状の回動軌跡で回動しながら、原料層１０内に挿入され、採取管１３０下端の開口部１３１を閉塞する閉塞位置に配置される。この結果、底蓋１５０が採取管１３０の開口部１３１に密着して、当該開口部１３１が閉塞される。
【００８７】
さらに、図７（ｄ）に示すように、底蓋１５０により採取管１３０の開口部１３１を閉塞したままの状態で、昇降機構１４０により採取管１３０、底蓋１５０及び回動機構１６０を鉛直方向に上昇させて、原料層１０から採取管１３０及び底蓋１５０を引き抜く（Ｓ４）。これにより、採取管１３０内の柱状サンプル１５を下方に落下させたり、圧密させたりすることなく、原料層１０内の充填状態のままで柱状サンプル１５を採取することができる。
【００８８】
その後、原料層１０から引き抜いた採取管１３０の中から柱状サンプル１５を取り出す（Ｓ５）。具体的には、サンプリング装置１００の本体部１１０の下部ジョイント１４７から採取管１３０を取り外した後に、該採取管１３０を水平に載置する。次いで、図８に示すように、採取管１３０の側面１３３に形成された複数のスリット１３４にそれぞれ仕切板１３５を挿入して、採取管１３０内の柱状サンプル１５を、採取管１３０の軸方向（即ち、原料層１０の高さ方向）に分割する。その後、採取管１３０内から、上記分割された柱状サンプル１５を取り出す。例えば、採取管１３０を鉛直方向に立て、採取管１３０の下端側から順に仕切板１３５を取り外すことで、採取管１３０下端の開口部１３１から落下した柱状サンプル１５の分割片を採取する。これにより、原料層１０の高さ位置ごとに柱状サンプル１５を切り出して採取することができる。
【００８９】
＜２．第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態に係るサンプリング装置及びサンプリング方法について詳述する。第２の実施形態に係るサンプリング装置は、上記第１の実施形態と比べて、採取管の構造が相違するのみであり、その他の機能構成は第１の実施形態の場合と実質的に同一である。従って、以下では主に、第２の実施形態の特徴である採取管の構造と、それを用いたサンプリング方法について説明し、その他の詳細説明は省略することとする。
【００９０】
［２．１．サンプリング装置の構成］
まず、図９を参照して、第２の実施形態に係るサンプリング装置１００の全体構成について説明する。図９は、第２の実施形態に係るサンプリング装置１００の全体構成を示す斜視図である。
【００９１】
図９に示すように、第２の実施形態に係るサンプリング装置１００は、第１の実施形態と同様に、鉛直方向に立設される本体部１１０と、該本体部１１０を焼結機幅方向に移動可能に支持する架台１２０とから構成される。本体部１１０は、原料層１０から柱状サンプルを採取するための円筒状の採取管２３０と、採取管２３０を昇降させる昇降機構１４０と、採取管２３０の下端の開口部１３１を閉塞するための底蓋１５０と、底蓋１５０を円弧状の回動軌跡で回動させる回動機構１６０とを備える。
【００９２】
第２の実施形態に係るサンプリング装置１００の採取管２３０は、原料層１０の任意の深さ位置のサンプルを採取したい場合に有効な構造を有する。なお、架台１２０、昇降機構１４０、底蓋１５０及び回動機構１６０は、第１の実施形態と同様である。
【００９３】
［２．２．採取管］
次に、図１０〜図１２を参照して、本実施形態に係る採取管２３０の構成について説明する。図１０は、本実施形態に係る採取管２３０を示す斜視図であり、図１１は、本実施形態に係る採取管２３０を示す底面図であり、図１２は、図１０のＡ−Ａ断面図である。
【００９４】
図１０〜図１２に示すように、採取管２３０は、上端及び下端が開放された略円筒形状を有し、その内部は中空である。採取管２３０の下端には円形の開口部２３１が設けられており、採取管２３０を原料層１０に挿入したときに、当該開口部２３１から焼結原料の試料が採取管２３０内に進入する。
【００９５】
原料層１０への挿入時の抵抗が最小となる形状にするために、採取管２３０は円筒形状を有している。採取管２３０の厚みは、剛性を確保しつつ、できるだけ薄い厚み（例えば２ｍｍ以下）であることが好ましい。さらに、挿入抵抗を減少させるために、採取管２３０の下端部２３２（先端部）は、先鋭化されていることが好ましい。
【００９６】
採取管２３０の側面２３３の一部には、軸方向に長い略矩形状の側面開口部２３４が形成されている。そして、この側面開口部２３４を覆う略矩形状のカバー２３５が、側面開口部２３４に対して着脱自在に設けられる。図１１に示すように、カバー２３５は、採取管２３０の側面２３３と実質的に同一の曲率を有することが好ましい。例えば、採取管２３０の外径φが１５０ｍｍである場合には、カバー２３５の曲率半径Ｒ５は７５ｍｍとすることが好ましい。これにより、カバー２３５で側面開口部２３４を覆ったときにも、採取管２３０全体として略同一径の円筒形状を保つことができる。
【００９７】
また、側面開口部２３４の左右両端には、カバー２３５を軸方向にスライド可能に支持する一対の支持部材２３６、２３６が取り付けられている。支持部材２３６は、例えば、採取管２３０の側面開口部２３４の端部に軸方向に延設された断面Ｌ字形の部材からなり、カバー２３５のスライドをガイドするガイドとして機能する。この支持部材２３６、２３６によりカバー２３５を採取管２３０の軸方向にスライドさせることで、カバー２３５により側面開口部２３４を開放／閉塞可能となる。
【００９８】
さらに、採取管２３０の側面２３３における側面開口部２３４の上方には、ロックボルト２３７が固定具２３８により取り付けられている。また、カバー２３５の上端付近には、ロックボルト２３７と螺合する受け具２３９が取り付けられている。かかるロックボルト２３７及び受け具２３９は、カバー２３５を採取管２３０の側面開口部２３４を覆う位置に固定するための固定手段として機能する。即ち、図１２に示すように、側面開口部２３４の全体を覆うようにカバー２３５を閉めた状態で、ロックボルト２３７を受け具２３９に螺合することで、カバー２３５が採取管２３０に固定される。これにより、採取管２３０を原料層１０中に挿入したときに、カバー２３５が外れないように固定できる。
【００９９】
また、採取管２３０の内部には、円板状のホールドプレート２４０が配置されており、該ホールドプレート２４０の直径は、採取管２３０の内径と同程度である。このホールドプレート２４０は、採取管２３０内に採取された焼結原料の柱状サンプルの上端が、崩れ無いように保持する機能を有する。かかるホールドプレート２４０は、採取管２３０の上方から採取管２３０内に挿入された一対の支持ロッド２４１、２４１により支持されている。採取管２３０を水平にする前に、この支持ロッド２４１、２４１を用いて、採取管２３０内でホールドプレート２４０を昇降させて、採取管２３０内の焼結原料の柱状サンプル上端が崩れないように押さえることができる位置に配置することが可能である。その際は、柱状サンプルを圧密しない程度に、ホールドプレート２４０の位置を調整することが好ましい。
【０１００】
また、採取管２３０の上端には、環状のフランジ２４２が取り付けられている。このフランジ２４２は、採取管２３０を昇降機構１４０に連結するための連結手段として機能する。このフランジ２４は、上記昇降機構の１４０の下部ジョイント１４７に対してボルト等の固定部材で結合される。
【０１０１】
ところで、上記のように採取管２３０の側面２３３に側面開口部２３４を設けることで、当該側面開口部２３４から、採取管２３０内に採取された焼結原料の柱状サンプル１５を取り出すことができる。従って、側面開口部２３４の開口面積が大きいほど、柱状サンプル１５を取り出し易い。反面、側面開口部２３４の開口面積が過度に大きいと、柱状サンプル１５を取り出すために採取管２３０を水平に載置したときに、採取管２３０内の柱状サンプル１５の焼結原料が側面開口部２３４からこぼれ落ちてしまう。従って、焼結原料がこぼれ落ちることを防止する観点からは、側面開口部２３４の開口面積は小さい方が好ましい。
【０１０２】
そこで、本実施形態では、図１１に示すように側面開口部２３４の開口角度θを、焼結原料の安息角（例えば４０°程度）に見合った角度（例えばθ＝８０°）に設定している。これにより、側面開口部２３４からの柱状サンプル１５の取り出し易さを確保しつつ、当該取り出し時に、側面開口部２３４から焼結原料がこぼれ落ちることを好適に防止できる。
【０１０３】
また、上記図９及び図１２に示すように、上記回動機構１６０により、回動軸１６１を中心とした円弧状の回動軌跡で底蓋１５０を回動させることで、採取管２３０下端の開口部２３１が底蓋１５０により閉塞される。従って、第１の実施形態と同様に、底蓋１５０が、当該底蓋１５０の円弧状の回動軌跡に対応する曲率半径Ｒ１の湾曲版で構成され、特に、底蓋１５０の曲率半径Ｒ１と、当該底蓋１５０の円弧状の回動軌跡の曲率半径Ｒ２とを同一にすることが好ましい。これにより、底蓋１５０を回動させて原料層１０に挿入するときの抵抗を最小化できる。
【０１０４】
さらに、図９及び図１２に示すように、第２の実施形態に係る採取管２３０の下端部２３２も、上記底蓋１５０の円弧状の回動軌跡に沿った円弧状に成形されることが好ましい。特に、この採取管２３０の下端部２３２の曲率半径Ｒ４は、底蓋１５０の円弧状の回動軌跡の曲率半径Ｒ２と同一であることが好ましく、底蓋１５０自体の曲率半径Ｒ１とも同一であることが更に好ましい（Ｒ４＝Ｒ１＝Ｒ２）。これにより、底蓋１５０を下向きに回動させたときに、底蓋１５０が採取管２３０の下端部２３２に衝突することなく、かつ、円弧状の底蓋１５０により採取管２３０の円弧状の下端部２３２を隙間無く閉塞することが可能となる。
【０１０５】
［２．３．サンプリング方法］
次に、上記図７及び図１３〜図１５を参照して、第２の実施形態に係るサンプリング装置１００を用いて、焼結機１のパレット３上に装入された原料層１０から柱状サンプル１５を採取するサンプリング方法について説明する。
【０１０６】
図１３は、本実施形態に係る採取管２３０の側面開口部２３４をカバー２３５で覆う手順を示す工程図である。図１３に示すように、採取管２３０を原料層１０に挿入する前に、採取管２３０の側面開口部２３４をカバー２３５で閉塞する。具体的には、まず、採取管２３０の下端側からカバー２３５の上端を、支持部材２３６、２３６と側面２３３間の隙間に差し込み（図１２（ｂ））。次いで、カバー２３５を支持部材２３６、２３６に沿って上方向にスライドさせて（図１２（ｃ））、カバー２３５により側面開口部２３４を閉塞する。その後、ロックボルト２３７を受け具２３９に螺合させることで、カバー２３５を採取管２３０に固定する（図１２（ｄ））。
【０１０７】
このようにカバー２３５で側面開口部２３４が閉塞した状態で、採取管２３０を原料層１０中に挿入して、焼結原料の柱状サンプル１５をサンプリングする。このサンプリング方法は、図７に示した第１の実施形態の場合と同様であるが、以下に概要を説明する。
【０１０８】
まず、サンプリング装置１００の本体部１１０を、パレット３に挿入された原料層１０の上方に配置し、サンプルの採取を所望する幅方向位置の上方に採取管２３０を配置する。（図７（ａ）参照。）。次いで、底蓋１５０を退避位置に配置したままの状態で、昇降機構１４０により採取管２３０を底蓋１５０及び回動機構１６０とともに鉛直方向に下降させて、原料層１０内に所望の深さまで挿入する（図７（ｂ）参照。）。このとき、採取管２３０を回転させることなく、原料層１０中に挿入する。次いで、採取管２３０を原料層１０内に挿入したままの状態で、回動機構１６０により底蓋１５０を下向きに回動させて閉塞位置に配置し、採取管２３０下端の開口部２３１を閉塞する（図７（ｃ）参照。）。その後、底蓋１５０により採取管２３０の開口部２３１を閉塞されたままの状態で、昇降機構１４０により採取管２３０、底蓋１５０及び回動機構１６０を鉛直方向に上昇させて、原料層１０から採取管２３０及び底蓋１５０を引き抜く（図７（ｄ）参照。）。
【０１０９】
次いで、上記のように原料層１０から引き抜いた採取管２３０の中から柱状サンプル１５を取り出す。図１４Ａ及び図１４Ｂは、本実施形態に係る採取管２３０の側面開口部２３４から柱状サンプル１５を取り出す手順を示す工程図である。
【０１１０】
具体的には、まず、サンプリング装置１００の昇降機構１４０から採取管２３０を底蓋１５０とともに取り外す。次いで、図１４Ａ（ａ）に示すように、支持ロッド２４１、２４１を用いて採取管２３０内部のホールドプレート２４０を下降させて、採取管２３０内の柱状サンプル１５の上面に当接させる。このとき、ホールドプレート２４０により柱状サンプル１５を圧密しないように、ホールドプレート２４０の下降量を調節する。その後、該採取管２３０を水平に載置する。
【０１１１】
次いで、図１４Ａ（ｂ）に示すように、ロックボルト２３７を受け具２３９から取り外した後に、カバー２３５を採取管２３０の下端側に向けて軸方向にスライドさせて、採取管２３０の側面開口部２３４を露出させる。このとき、柱状サンプル１５を採取したい範囲だけカバー２３５をスライドさせて、側面開口部２３４を部分的に露出させれば、側面開口部２３４から焼結原料がこぼれ落ちることを好適に防止できる。しかし、カバー２３５を完全に取り外して、側面開口部２３４の全てを露出させてもよい。
【０１１２】
その後、図１４Ｂ（ｃ）及び（ｄ）に示すように、上記露出された側面開口部２３４に仕切板２５０を挿入して、採取管２３０内部の柱状サンプル１５の中央部を分断する。このとき、採取を所望する柱状サンプル１５の任意の深さ位置に、仕切板２５０を挿入すればよい。その後、図１４Ｂ（ｅ）に示すように、仕切板２５０に設けられた一対の補助カッター２５２、２５２を回動させて、仕切板２５０が挿入された位置の柱状サンプル１５を完全に分断する。次いで、採取管２３０の側面開口部２３４が下向きになるように採取管２３０を旋回し、仕切板２５０とホールドプレート２４０の間の柱状サンプル１５を側面開口部２３４から取り出す。
【０１１３】
ここで、図１５を参照して、本実施形態に係る仕切板２５０について説明する。図１５は、本実施形態に係る採取管２３０内に挿入された仕切板２５０の動作を示す底面図である。なお、図１５（ａ）は、側面開口部２３４に仕切板２５０を挿入するときの状態（上記図１４Ｂ（ｄ）に対応する。）を示し、図１５（ｂ）は、仕切板２５０の補助カッター２５２を回動させたときの状態（上記図１４Ｂ（ｅ）に対応する。）を示している。
【０１１４】
図１５に示すように、仕切板２５０は、メインプレート２５１と、メインプレート２５１に取り付けられる一対の可動式補助カッター２５２、２５２とを備える。メインプレート２５１は、上記採取管２３０の側面開口部２３４に挿入されて、柱状サンプル１５を分割する機能を有する。このために、メインプレート２５１の先端２５１ａは、採取管２３０の内周面２３０ａに合わせた円弧状となっている。また、メインプレート２５１の幅ｗは、側面開口部２３４の開口幅と同程度である。
【０１１５】
補助カッター２５２、２５２は、メインプレート２５１の両側に回動自在に設けられ、メインプレート２５１と採取管２３０の間の柱状サンプル１５の両端部を分断する機能を有する。補助カッター２５２の柄部２５２ａは、ヒンジ部２５３、２５３により、メインプレート２５１に対して回動自在に取り付けられる。補助カッター２５２の刃部２５２ｂは、採取管２３０の内周面２３０ａに合わせた円弧状となっている。また、補助カッター２５２の刃部２５２ｂには、ピン状のストッパー２５２ｃが設けられており、このストッパー２５２ｃは、メインプレート２５１に形成された円弧状のガイド長孔２５４に遊挿されている。このガイド長孔２５４は、補助カッター２５２の回動が容易かつ確実になるよう案内するとともに、当該回動可能範囲を規制する機能を有する。
【０１１６】
この仕切板２５０の動作について説明する。仕切板２５０を採取管２３０の側面開口部２３４に挿入すると、仕切板２５０のメインプレート２５１により、採取管２３０内の柱状サンプル１５の中央部が分断される。この仕切板２５０の挿入時には、図１５（ａ）に示すように、一対の補助カッター２５２、２５２を閉じた状態（即ち、一対の刃部２５２ｂ、２５２ｂがメインプレート２５１に重なった状態）にする。これにより、側面開口部２３４に対して仕切板２５０を挿入する時に、補助カッター２５２、２５２が邪魔になることがない。
【０１１７】
上記のように仕切板２５０を採取管２３０内に挿入した後に、採取管２３０の外部に突出した補助カッター２５２、２５２の柄部２５２ａ、２５２ａを内側に回動させる。これにより、刃部２５２ｂ、２５２ｂが外側に回動して、メインプレート２５１の外縁よりも外側に突出し、採取管２３０の内周面２３０ａに密接する。かかる補助カッター２５２、２５２の動作により、採取管２３０内においてメインプレート２５１で分断できない柱状サンプル１５の両端部が分断される。従って、仕切板２５０の挿入位置で柱状サンプル１５全体を完全に分割することができるので、仕切板２５０とホールドプレート２４０間の所望深さ位置の柱状サンプル１５を、側面開口部２３４から容易に取り出すことができるようになる。
【０１１８】
［３．まとめ］
以上、本発明の第１及び第２の実施形態に係るサンプリング装置１００とそれを用いたサンプリング方法について説明した。
【０１１９】
上記実施形態によれば、採取管１３０（２３０）を原料層１０に挿入するときに、採取管１３０（２３０）を回転させずに原料層１０中に挿入する。これにより、挿入中に採取管１３０（２３０）内に充填される焼結原料が圧密されることを好適に防止できる。また、焼結機１のパレット３に装入された原料層１０から柱状サンプル１５を採取する際に、原料層１０中に装入された採取管１３０（２３０）の下端の開口部１３１（２３１）を底蓋１５０により閉塞した状態で、該底蓋１５０とともに採取管１３０を引き上げる。これにより、採取管１３０（２３０）の引き上げ時に、柱状サンプル１５が自重により採取管１３０（２３０）から落下することを防止できる。従って、採取管１３０（２３０）内で柱状サンプル１５を圧密しなくとも、採取管１３０（２３０）とともに柱状サンプル１５を引き上げることができる。
【０１２０】
従って、上記実施形態によれば、原料層１０内の充填状態のままの柱状サンプル１５を圧密することなく、採取することができる。よって、当該柱状サンプル１５から、原料層１０における焼結原料の充填状態（原料の配合分布、密度分布、粒度分布、空隙率分布等）を正確に測定することが可能となる。
【０１２１】
また、第１の実施形態では、採取管１３０の複数のスリット１３４に仕切板１３５を挿入することで、採取管１３０内の柱状サンプル１５を軸方向（原料層１０の深さ方向）に分割してから採取することができる。よって、原料層１０の所望の深さ位置でのサンプルを容易に採取して、各深さ位置での焼結原料の充填状態を容易かつ正確に測定可能である。
【０１２２】
また、第２の実施形態では、仕切板２５０を用いて採取管２３０内の柱状サンプル１５から、任意の深さ位置のサンプルを好適に切り出して採取することができる。よって、原料層１０の所望の深さ位置でのサンプルを容易に採取して、当該深さ位置での焼結原料の充填状態を容易かつ正確に測定可能である。
【０１２３】
従来では、焼結機１に装入された層状態の焼結原料の充填状態は、十分に解明されておらず、原料層１０全体の圧損などを利用して原料層１０の通気性を評価し、この評価結果から当該充填状態を間接的に把握する方法しかなかった。これに対し、本実施形態によれば、原料層１０から柱状サンプル１５を圧密せずに採取できるとともに、採取した柱状サンプル１５の深さ位置も明確であるので、パレット３上における実際の焼結原料の充填状態を直接的に把握することができる。従って、焼結機１における焼結原料の装入装置２の改善に大きく寄与することができ、パレット３上における焼結原料の配合割合と、ガスの通気性を向上させることで、焼結反応を促進させることができる。よって、焼結機１による焼結鉱の生産性をより向上できる効果がある。
【実施例】
【０１２４】
次に本発明の実施例について説明する。なお、以下の実施例は本発明の効果を説明するための一例に過ぎず、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【０１２５】
＜試験１＞
まず、採取管の径が焼結原料の回収率に及ぼす影響を調べた試験について説明する。本試験では、管径が異なる３種の採取管（内径８９、１５０、２００ｍｍ）を回転させずに、焼結原料の原料層（所定高さから焼結原料を落下させたもの）に挿入し、各々の採取管内に回収された焼結原料の重量を測定した。基準例として、採取管内に手詰めをした場合（ほぼ同じ高さから採取管内に焼結原料を落下させた場合）の回収重量を測定した。
【０１２６】
図１６には、本試験で測定された焼結原料の回収比率と採取管の径との関係を示す。なお、図１６の回収比率は、採取管を原料層に挿入したときの回収重量を、基準例（手詰め）の回収重量で除算したものである。
【０１２７】
図１６の結果によれば、採取管の内径が大きいほど、焼結原料の回収比率が増加することが分かる。特に、内径が１５０ｍｍ以上である場合には、回収比率は急激に上昇し、９０％以上となっている。この理由は、採取管の内径が大きいほど、採取管内の焼結原料に対して採取管の挿入圧力が作用する範囲の割合が減少するからであると考えられる。また、採取管の挿入時に採取管の内周面と焼結原料の間で摩擦が生じるが、この摩擦係数は、採取管内の焼結原料の圧密に対してさほど影響を与えないと考えられる。
【０１２８】
＜試験２＞
次に、焼結原料の原料層に対する挿入時に採取管を非回転とすることの効果を検証するために行った試験について説明する。本試験では、採取管（内径８９ｍｍ、長さ６００ｍｍ）を原料層に挿入し、採取管内に回収された焼結原料の重量を測定した。この際、本実施例１〜４では採取管を回転させずに鉛直方向に挿入し、比較例１〜３では、採取管に回転機構が設けられ、採取管を回転させながら鉛直方向に挿入した。また、基準例では、作業員が手作業で採取管内に焼結原料を詰めた。手詰めの際は、焼結原料が採取管内で詰まらないように観察しながら詰めた。本実施例に係る試験条件及び結果は以下の表１の通りである。
【０１２９】
【表１】
【０１３０】
表１に示すように、採取管の管厚みが３ｍｍである場合、採取管内に回収された焼結原料の重量（以下、回収重量という。）は、本実施例１〜３では、３．５６〜３．６３ｋｇであるのに対し、比較例１では、２．９２ｋｇであった。また、採取管の管厚みが８ｍｍである場合、回収重量は、本実施例４では、２．９２ｋｇであるのに対し、比較例２〜３では、２．３０〜２．４２ｋｇであった。なお、基準例の回収重量は、４．１６ｋｇであった。この結果によれば、本実施例１〜４のように採取管を回転させずに挿入した場合は、比較例１〜３のように採取管を回転させながら挿入した場合よりも、焼結原料の回収率が増加することが分かる。
【０１３１】
また、図１７には、本試験で測定された基準例、本実施例、比較例の焼結原料の回収比率を示す。なお、図１７の回収比率は、表１の回収重量の試験結果（採取管内径８９ｍｍ）を、内径１５０ｍｍ、管厚み２ｍｍの採取管での回収重量に換算し、基準例（手詰め）を１００％として相互の比率を計算したものである。
【０１３２】
図１７に示すように、比較例（採取管を回転）の回収比率は７４％である。これに対し、本実施例（採取管を非回転）の回収比率は９２％であり、比較例と比べて約１．３倍である。この結果からも、本実施例のように採取管を回転させずに挿入した場合は、比較例のように採取管を回転させながら挿入した場合よりも、焼結原料の回収率が増加することが分かる。
【０１３３】
この理由について考察する。比較例のように採取管を回転させながら原料層に挿入した場合には、本実施例のように非回転の場合と比べて、採取管による挿入抵抗が生じる時間が増加する。従って、採取管下端の開口部付近で焼結原料が詰まりやすく、さらに焼結原料の圧密も発生して、採取管内への焼結原料が阻害されると考えられる。よって、本実施例のように採取管を回転させずに原料層に挿入した方が、焼結原料の回収率が上昇すると思われる。
【０１３４】
なお、上記表１の試験結果によれば、採取管の管厚みを増加させると、焼結原料の回収率が低下することが分かる。この理由は、採取管の管厚みが厚いと、原料層に対する採取管の挿入抵抗が増加するためであると考えられる。
【０１３５】
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。
【符号の説明】
【０１３６】
１ 焼結機
２ 装入装置
３ パレット
４ コンベヤ
５ 点火炉
６ ウィンドボックス
７ メインダクト
８ サイクロン集塵機
９ 排風機
１０ 原料層
１１ 煙突
１２ 燃焼帯
１３ 破砕機
１４ 焼結原料
１５ 柱状サンプル
１００ サンプリング装置
１１０ 本体部
１２０ 架台
１２１ 水平部材
１２２ 脚部
１３０、２３０ 採取管
１３１、２３１ 開口部
１３２、２３２ 下端部
１３３、２３３ 側面
１３４ スリット
１３５ 仕切板
１４０ 昇降機構
１４１ ガイド柱
１４２ 昇降シリンダ
１４３ 固定部
１４４ 上部スライダ
１４５ 下部スライダ
１４６ 上部ジョイント
１４７ 下部ジョイント
１５０ 底蓋
１６０ 回動機構
１６１ 回動軸
１６２ 回動シリンダ
１６３ アーム
１６４ リンク機構
２３４ 側面開口部
２３５ カバー
２３６ 支持部材
２３７ ロックボルト
２４０ ホールドプレート
２５０ 仕切板
２５１ メインプレート
２５２ 補助カッター
２５３ ヒンジ部
２５４ ガイド長孔
【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼結機に装入された焼結原料の原料層から焼結原料の試料を採取するサンプリング装置において、
下端に開口部を有する採取管と、
前記採取管を昇降させて、前記原料層に対して挿抜する昇降機構と、
前記採取管の下端の前記開口部を閉塞するための底蓋と、
前記底蓋を円弧状の回動軌跡で回動させる回動機構と、
を備え、
前記回動機構は、前記底蓋を下向きに回動させることによって、前記採取管の前記開口部を閉塞する閉塞位置に配置し、前記底蓋を上向きに回動させることによって、前記採取管から離隔した退避位置に配置することを特徴とする、焼結原料のサンプリング装置。
【請求項２】
前記採取管の下端は、前記底蓋の回動軌跡に沿った円弧状に成形されていることを特徴とする、請求項１に記載の焼結原料のサンプリング装置。
【請求項３】
前記底蓋は、前記底蓋の回動軌跡に応じた曲率半径を有する湾曲板からなることを特徴とする、請求項１又は２に記載の焼結原料のサンプリング装置。
【請求項４】
前記回動機構は、回動軸に回動自在に連結されて前記底蓋を支持するアームを備え、前記回動軸を中心として、前記アームとともに前記底蓋を回動させ、
前記アームは、前記底蓋の回動方向に対して平行な板状であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の焼結原料のサンプリング装置。
【請求項５】
前記回動機構は、前記採取管の上端に連結されており、
前記採取管、前記回動機構及び前記底蓋は、前記昇降機構により一体的に昇降することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の焼結原料のサンプリング装置。
【請求項６】
前記採取管の側面には、仕切板を挿入するための１又は２以上のスリットが形成されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の焼結原料のサンプリング装置。
【請求項７】
前記採取管は、
前記採取管の側面に形成された側面開口部と、
前記側面開口部に対して着脱可能なカバーと、
を備えることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の焼結原料のサンプリング装置。
【請求項８】
前記採取管、前記昇降機構、前記底蓋及び前記回動機構を含むサンプリング装置の本体部を、前記焼結機の幅方向に移動させる架台をさらに備えることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の焼結原料のサンプリング装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の焼結原料のサンプリング装置を用いて、焼結機に装入された焼結原料の原料層から焼結原料の試料を採取するサンプリング方法において、
前記サンプリング装置の前記採取管を前記原料層の上方に配置する工程と、
前記底蓋を前記採取管から離隔した退避位置に配置した状態で、前記昇降機構により前記採取管を下降させて前記原料層内に挿入する工程と、
前記回動機構により前記底蓋を下向きに回動させることによって、前記採取管の前記開口部を閉塞する閉塞位置に配置する工程と、
前記底蓋により前記開口部が閉塞されたままの状態で、前記昇降機構により前記採取管を上昇させて前記原料層から引き抜く工程と、
を含むことを特徴とする、焼結原料のサンプリング方法。
【請求項１０】
前記採取管を前記原料層内に挿入する工程では、前記採取管を回転させずに挿入することを特徴とする、請求項９に記載の焼結原料のサンプリング方法。
【請求項１１】
前記原料層から前記採取管を引き抜いた後に、前記採取管の側面に形成された複数のスリットに仕切板を挿入する工程と、
前記採取管の下端側から順に前記仕切板を取り外し、前記採取管内の前記焼結原料の試料を取り出す工程と、
を更に含むことを特徴とする、請求項９又は１０に記載の焼結原料のサンプリング方法。
【請求項１２】
前記原料層から前記採取管を引き抜いた後に、前記採取管の側面に形成された側面開口部を覆うカバーを移動させて、前記側面開口部の少なくとも一部を露出させる工程と、
前記露出された側面開口部に仕切板を挿入し、前記仕切板と前記底蓋との間の前記焼結原料の試料を取り出す工程と、
を更に含むことを特徴とする、請求項９又は１０に記載の焼結原料のサンプリング方法。
【請求項１】
焼結機に装入された焼結原料の原料層から焼結原料の試料を採取するサンプリング装置において、
下端に開口部を有する採取管と、
前記採取管を昇降させて、前記原料層に対して挿抜する昇降機構と、
前記採取管の下端の前記開口部を閉塞するための底蓋と、
前記底蓋を円弧状の回動軌跡で回動させる回動機構と、
を備え、
前記回動機構は、前記底蓋を下向きに回動させることによって、前記採取管の前記開口部を閉塞する閉塞位置に配置し、前記底蓋を上向きに回動させることによって、前記採取管から離隔した退避位置に配置することを特徴とする、焼結原料のサンプリング装置。
【請求項２】
前記採取管の下端は、前記底蓋の回動軌跡に沿った円弧状に成形されていることを特徴とする、請求項１に記載の焼結原料のサンプリング装置。
【請求項３】
前記底蓋は、前記底蓋の回動軌跡に応じた曲率半径を有する湾曲板からなることを特徴とする、請求項１又は２に記載の焼結原料のサンプリング装置。
【請求項４】
前記回動機構は、回動軸に回動自在に連結されて前記底蓋を支持するアームを備え、前記回動軸を中心として、前記アームとともに前記底蓋を回動させ、
前記アームは、前記底蓋の回動方向に対して平行な板状であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の焼結原料のサンプリング装置。
【請求項５】
前記回動機構は、前記採取管の上端に連結されており、
前記採取管、前記回動機構及び前記底蓋は、前記昇降機構により一体的に昇降することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の焼結原料のサンプリング装置。
【請求項６】
前記採取管の側面には、仕切板を挿入するための１又は２以上のスリットが形成されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の焼結原料のサンプリング装置。
【請求項７】
前記採取管は、
前記採取管の側面に形成された側面開口部と、
前記側面開口部に対して着脱可能なカバーと、
を備えることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の焼結原料のサンプリング装置。
【請求項８】
前記採取管、前記昇降機構、前記底蓋及び前記回動機構を含むサンプリング装置の本体部を、前記焼結機の幅方向に移動させる架台をさらに備えることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の焼結原料のサンプリング装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の焼結原料のサンプリング装置を用いて、焼結機に装入された焼結原料の原料層から焼結原料の試料を採取するサンプリング方法において、
前記サンプリング装置の前記採取管を前記原料層の上方に配置する工程と、
前記底蓋を前記採取管から離隔した退避位置に配置した状態で、前記昇降機構により前記採取管を下降させて前記原料層内に挿入する工程と、
前記回動機構により前記底蓋を下向きに回動させることによって、前記採取管の前記開口部を閉塞する閉塞位置に配置する工程と、
前記底蓋により前記開口部が閉塞されたままの状態で、前記昇降機構により前記採取管を上昇させて前記原料層から引き抜く工程と、
を含むことを特徴とする、焼結原料のサンプリング方法。
【請求項１０】
前記採取管を前記原料層内に挿入する工程では、前記採取管を回転させずに挿入することを特徴とする、請求項９に記載の焼結原料のサンプリング方法。
【請求項１１】
前記原料層から前記採取管を引き抜いた後に、前記採取管の側面に形成された複数のスリットに仕切板を挿入する工程と、
前記採取管の下端側から順に前記仕切板を取り外し、前記採取管内の前記焼結原料の試料を取り出す工程と、
を更に含むことを特徴とする、請求項９又は１０に記載の焼結原料のサンプリング方法。
【請求項１２】
前記原料層から前記採取管を引き抜いた後に、前記採取管の側面に形成された側面開口部を覆うカバーを移動させて、前記側面開口部の少なくとも一部を露出させる工程と、
前記露出された側面開口部に仕切板を挿入し、前記仕切板と前記底蓋との間の前記焼結原料の試料を取り出す工程と、
を更に含むことを特徴とする、請求項９又は１０に記載の焼結原料のサンプリング方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１２−２２９８２０（Ｐ２０１２−２２９８２０Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９６５２２（Ｐ２０１１−９６５２２）
【出願日】平成２３年４月２２日（２０１１．４．２２）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【出願人】（３９１０５１３２６）ヤマモトロックマシン株式会社 (17)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２２日（２０１１．４．２２）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【出願人】（３９１０５１３２６）ヤマモトロックマシン株式会社 (17)
【Ｆターム（参考）】
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