CN104471087A - 烧结机的气体燃料供给装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种烧结机的气体燃料供给装置，在下方吸引式烧结机的点火炉下游供给被稀释至燃烧下限浓度以下的气体燃料，该气体燃料供给装置具有：罩，其具有与循环移动的台车大致相同的宽度和规定的长度，并以包围四周的方式立起设置于装填层的上方；气体燃料供给配管，其配设于上述罩内的装填层上方位置，并将气体燃料向罩内的空气中供给；挡板，其在上述罩内且在气体燃料供给配管的上方将具有规定的宽度的板材沿罩的宽度方向以隔开规定间隔的方式配设多列，且沿高度方向以隔开规定间隔的方式交替地配设多层；以及漩涡抑制板，其在上述罩的上部沿宽度方向立起设置多个具有规定的空隙率的板材，由此使得不论设置了烧结机的建筑物的构造如何，均不会使从气体燃料供给装置供给的气体燃料向外部泄漏。

Description

烧结机的气体燃料供给装置

技术领域

本发明涉及下方吸引式烧结机中的气体燃料供给装置，其中，下方吸引式烧结机作为烧结热源的一部分而供给气体燃料，并使该气体燃料燃烧来制造烧结矿。

背景技术

作为高炉炼铁法的主原料的烧结矿，通常是经由图1所示的工序来进行制造的。烧结矿的原料为铁矿石粉、烧结矿筛下粉、在炼铁厂内产生的回收粉、石灰石以及白云石等含CaO类副原料、生石灰等造粒助剂、焦炭粉、无烟煤等，上述这些原料从各个料斗1...以规定的比例被切出到传送带上。被切出的原料通过滚筒式混合机2以及3等添加适量的水来进行混合、造粒，从而制成作为平均粒径为3～6mm的准粒子的烧结原料。之后，该烧结原料从配设于烧结机上的缓冲料斗4、5经由滚筒式给料机6与导料槽7以400～800mm的厚度装填于环形移动式的烧结机台车8上，从而形成装填层9，该装填层9也被称为烧结床。然后，通过设置于装填层9的上方的点火炉10对装填层表层的炭材料进行点火，并且经由配设于台车8正下方的风箱11将装填层上方的空气吸引至下方，从而使装填层内的炭材料燃烧，利用此时产生的燃烧热，使上述烧结原料熔融而获得烧结块。然后，将如上获得的烧结块粉碎、整粒，然后将约5mm以上的块状物作为成品烧结矿回收，并供给至高炉。

在上述制造工艺中，被点火炉10点火的装填层内的炭材料之后在装填层内借助被从上层朝向下层吸引的空气而继续燃烧，从而形成沿厚度方向具有宽度的燃烧·熔融带(以下，有时仅被称为“燃烧带”。)。图2是示意性地示出了如下过程的图，即：被点火炉点火的装填层表层的炭材料借助被吸引的空气而继续燃烧，从而形成燃烧带，使该燃烧带从装填层的上层朝下层依次移动，由此逐渐形成烧结块。另外，图3(a)是示意性地示出如下情况的图，即：在上述燃烧带存在于图2中的粗框内所示的装填层的上层部、中层部以及下层部的各层内时，图3示出了各层的燃烧带的温度分布。

烧结矿的强度受下述因素的影响，即：保持在1200℃以上温度的温度与时间的积，为了在短时间内以高成品率、优异的生产力来制造高强度的烧结矿，需要通过任意的方法来延长保持在1200℃以上的高温的时间，从而提高烧结矿的冷强度。因为在烧结过程中，在1200℃开始生成融液，会生成在烧结矿的构成矿物中强度最高且被还原性也比较高的铁酸钙。但是，装填层内的中层部以及下层部通过吸引装填层上层部的炭材料的燃烧热的空气而被输送预热，因此长时间地被保持为高温度，与此相对，装填层上层部的未被预热的部分燃烧热不足，容易使得烧结所需的燃烧熔融反应(烧结反应)不充分。其结果，如图3(b)所示，装填层的宽度方向剖面内的烧结矿的成品率分布形成为越靠装填层上层部成品率越低。另外，台车两宽度端部也因来自台车侧壁的散热及通过的空气量较多而导致的过度的冷却，而无法充分地确保对烧结所需的高温区域的保持时间，从而仍使得成品率降低。

对于上述的问题，以往实行了使添加于烧结原料中的炭材料(粉焦炭)增量的方法。但是，提供增加焦炭的添加量，从而如图4所示，能够提高烧结层内的温度，能够将保持为1200℃以上的时间延长，但与此同时，烧结时的最高到达温度会超过1400℃，从而导致烧结矿的被还原性及冷强度的降低。若超过上述温度，则在1200℃以上的温度生成的铁酸钙会分解成冷强度与被还原性最低的非晶态硅酸盐(硅酸钙)和容易还原粉化的骨晶状二次赤铁矿，从而无法获得高品质的烧结矿。因此，需要使烧结时的装填层内的最高到达温度不超过1400℃，优选不超过1380℃，而将装填层内的温度长时间保持为1200℃(铁酸钙的固相线温度)以上。以下，在本发明中，将上述使温度保持在1200℃以上1400℃以下的温度区域的时间称为“高温区域保持时间”。

对于上述课题，以往，提出有几个以将装填层上层部长时间地保持为高温为目的的技术。例如，在专利文献1中提出了在对装填层点火后向装填层上喷射气体燃料的技术，在专利文献2中提出了在对装填层点火后向被吸引至装填层的空气中添加可燃性气体的技术，另外，在专利文献3中提出有如下技术，即：为了使烧结原料的装填层内形成高温，在装填层的上方配设罩，在紧接着点火炉的后方的位置，从该罩吹入空气和焦炭炉气体混合的混合气体，并且，在专利文献4中提出有在紧接着点火炉后方的位置同时吹入低熔点溶剂与炭材料或可燃性气体的技术。

但是，上述这些技术使用高浓度的气体燃料，并且在吹入燃料气体时并未减少炭材料的量，因此烧结时的装填层内的最高到达温度会成为超过作为操作管理上的上限温度的1400℃的高温，从而生成被还原性、冷强度较低的烧结矿而无法获得气体燃料供给效果，并且因气体燃料的燃烧而导致温度上升与热膨胀会使通气性变差，从而使生产力降低，进一步，还存在因气体燃料的供给而在烧结床(装填层)上部空间引起火灾的危险性，因此，这些技术至今也未达到实用化。

因此，作为解决上述问题点的技术，发明人们开发了如下技术并在专利文件5～7等中提出，即：在减少添加至烧结原料中的炭材料的量的基础上，在烧结机的点火炉的下游，将稀释至燃烧下限浓度以下的各种气体燃料从台车上方导入装填层内，并使上述各种气体燃料在装填层内燃烧，从而将装填层内的最高到达温度以及高温区域保持时间这两者控制在合理范围内。

在烧结矿的制造方法中，应用上述专利文献5～7的技术，在减少向烧结原料中添加的炭材料的添加量的基础上，将稀释至燃烧下限浓度以下的气体燃料导入装填层内，使气体燃料在装填层内燃烧，在该情况下，如图5所示，上述气体燃料在炭材料燃烧后的装填层内(烧结层内)燃烧，因此能够使沿厚度方向扩大燃烧·熔融带的宽度而不使燃烧·熔融带的最高到达温度超过1400℃，从而能够有效地实现高温区域保持时间的延长。

然而，在供给气体燃料而进行烧结操作的情况下，在侧风较强时，存在已供给的气体燃料泄漏到罩的外部而引起火灾、爆炸的隐患。此外，作为气体燃料，在使用含有CO较多的高炉气体等时，也存在导致人祸的隐患。因此，发明人们在专利文献8以及专利文献9等中提出了由侧风而引起的泄漏较少的罩构造。

图6是对在专利文献9中提出的气体燃料供给装置的简要情况进行说明的图。该气体燃料供给装置21在原料装填层9(烧结床)的上方，沿台车行进方向以隔开规定的间隔的方式平行地配设有多根气体燃料供给配管23，在该气体燃料供给配管23的周围设置有由上方开放的垂直壁所构成的罩22，从上述气体燃料供给配管23的喷出口，例如朝水平方向向两侧高速地喷出LNG或城市煤气等气体燃料。并且，在上述气体燃料供给配管23的上方，将具有へ字状剖面的挡板24沿罩宽度方向以隔开间隔的方式配设多列，且沿垂直方向以隔开间隔的方式呈二叉树(tournament)状地配设多层。并且，作为对于侧风的对策，以下的方法是有效的，即：在罩22的两侧面的上部设置具有空隙率的护栏25，或在罩22的两侧面的下端部与台车8的侧壁之间安装密封盖26。

专利文献1：日本特开昭48-018102号公报

专利文献2：日本特公昭46-027126号公报

专利文献3：日本特开昭55-018585号公报

专利文献4：日本特开平05-311257号公报

专利文献5：WO2007-052776号公报

专利文献6：日本特开2010-047801号公报

专利文献7：日本特开2008-291354号公报

专利文献8：日本特开2008-292153号公报

专利文献9：日本特开2010-107154号公报

从发明人们进行模拟的结果中可知，若形成为上述专利文献9的罩构造，则即使存在10m/s左右的侧风，也几乎不会发生气体燃料向罩外泄漏的情况，另外，在实机操作中，也确认出不存在气体燃料泄漏的情况。然而，明确了如下情况：根据设置了烧结机的建筑物的构造，即便是上述罩构造也会发生微量的气体燃料泄漏。

发明内容

本发明是鉴于现有技术中存在的上述问题点而完成的，其目的在于提供一种不论设置有烧结机的建筑物构造如何，均不使从气体燃料供给装置供给的气体燃料向外部泄漏的烧结机的气体燃料供给装置。

发明人们为了解决上述课题而进行了专心研究。其结果，发现以下情况能够不受建筑物的构造影响而可靠地防止气体燃料供给装置所供给的气体燃料向外部泄漏，从而完成本发明，即：在专利文献9所公开的气体燃料供给装置的罩上部沿宽度方向设置多个具有空隙率的漩涡抑制板，更优选设置包围罩的两侧下部和台车的侧壁的防风板。

即，本发明为一种烧结机的气体燃料供给装置，在下方吸引式烧结机的点火炉下游，向形成于循环移动的台车上的烧结原料的装填层内导入稀释至燃烧下限浓度以下的气体燃料，以与烧结原料内的炭材料分离的方式使气体燃料燃烧，上述烧结机的气体燃料供给装置的特征在于，具有：罩，其具有与上述台车大致相同的宽度和规定的长度，并以包围四周的方式立起设置于装填层的上方；气体燃料供给配管，其配设于上述罩内的装填层上方位置，并将气体燃料供给至罩内的空气中；挡板，在上述罩内且在气体燃料供给配管的上方以如下方式配置该挡板，即：将具有规定宽度的板材沿罩的宽度方向以空开规定的间隔的方式配设为多列，并且沿高度方向以空开规定间隔的方式交替配设为多层；以及漩涡抑制板，其在上述罩的上部沿宽度方向立起设置多个具有规定的空隙率的板材。

本发明的烧结机的气体燃料供给装置的特征在于，将包围上述罩的下部与台车的侧壁的防风板设置于罩的两侧。

本发明的烧结机的气体燃料供给装置的特征在于，上述漩涡抑制板是空隙率为20～80％的板材。

另外，本发明的烧结机的气体燃料供给装置的特征在于，上述漩涡抑制板沿罩的宽度方向以隔开500～4000mm的间隔的方式立起设置。

另外，本发明的烧结机的气体燃料供给装置的特征在于，上述漩涡抑制板是宽度为250～1000mm的板材。

根据本发明，能够不受建筑物的构造影响而可靠地防止由侧风导致的从气体燃料供给装置供给的气体燃料向装置外的泄漏，因此能够安全并且稳定地制造高品质的烧结矿。

附图说明

图1是对烧结工艺进行说明的简图。

图2是对伴随烧结进行的装填层内的变化进行说明的示意图。

图3是针对燃烧带存在于装填层的上层部、中层部以及下层部的各位置时的温度分布、和装填层的宽度方向剖面内的烧结矿的成品率分布进行说明的图。

图4是对基于炭材料的量的变化(增量)的装填层内的温度变化进行说明的图。

图5是对基于气体燃料供给的烧结层内的温度分布的变化进行说明的图。

图6是专利文献9所公开的气体燃料供给装置的示意图。

图7是示出针对设置于开放构造的建筑物内的烧结机的气体燃料的泄漏进行了模拟的结果的图。

图8是说明针对来自设置于烧结机的气体燃料供给装置的气体燃料的泄漏进行模拟时所使用的建筑物的构造的图。

图9是对模拟所使用的烧结机的规格进行说明的图。

图10是示出针对设置于通透构造的建筑物内的烧结机的气体燃料的泄漏进行了模拟的结果的图。

图11是对防止气体燃料的泄漏的漩涡抑制板与防风板进行说明的图。

图12是示出针对漩涡抑制板与防风板抑制气体燃料的泄漏的效果进行了模拟的结果的图。

图13是对漩涡抑制板抑制气体燃料的泄漏的效果进行说明的图。

图14是示出针对漩涡抑制板的空隙率对气体燃料的泄漏带来的影响进行了模拟的结果的图。

图15是示出针对漩涡抑制板的设置间隔对气体燃料的泄漏带来的影响进行了模拟的结果的图。

图16是示出针对漩涡抑制板的宽度(高度)对气体燃料的泄漏带来的影响进行了模拟的结果的图。

图17是对实施例所使用的气体燃料供给装置进行说明的图。

具体实施方式

以下，对本发明的实施方式进行说明。

成为应用本发明的对象的烧结机为下方吸引式的烧结机，并且，作为对烧结原料进行烧结时的热源，除了添加于烧结原料中的焦炭粉等炭材料之外，还使用在点火炉的下游侧被供给的气体燃料。上述气体燃料由设置于装填层的上方的气体燃料供给装置供给，在与炭材料不同的位置燃烧，由此能够延长保持为1200℃以上的温度的时间(高温区域保持时间)而不使烧结时的最高到达温度超过1400℃。

上述气体燃料在上述气体燃料供给装置中被稀释至燃烧下限浓度以下，或者由上述气体燃料供给装置以预先被稀释至燃烧下限浓度以下的状态供给，因此，例如在向图6所示的气体燃料供给装置的罩外泄漏的情况下，也不会有引起火灾、爆炸的隐患。但是，气体燃料的泄漏不仅使气体燃料添加效果降低，在使用B气体等包含有害的一氧化碳的气体燃料的情况下，存在安全方面的问题。因此，需要可靠地防止气体燃料向气体燃料供给装置外的泄漏。

图7是示出在风速为10m/s、20m/s、30m/s以及50m/s的情况下针对在侧风从横向与设置于建筑物内的烧结机抵碰时的、气体燃料(城市煤气)向罩外的散逸状况进行了模拟的结果的图，其中，气体燃料由气体燃料供给装置供给，建筑物为如下构造：如图8(a)所示，上风侧的横壁面的下部开放，且不存在下风侧的横壁，即整个面都处于开放状态的构造(以下，称为“开放构造”)。另外，图中所示的烧结机如图9所示，台车宽度为4000mm，在该台车的上方配设有罩，该罩的高度为1500mm，且在其上端设置了开口率为40％的护栏，在该烧结机的内部中层设置有挡板，该挡板的剖面呈ヘ字状，且宽度为300mm，其形成为沿宽度方向间距为400mm、沿高度方向间距为200mm的三层结构，在该挡板的下方具有气体燃料供给装置，该气体燃料供给装置沿宽度方向以间距800mm设置了六根供给城市煤气的配管喷嘴。另外，同样如图9所示那样来设定被风箱(wind box)所吸引的气体的量在台车宽度方向上的分布。

根据图7可知，在设置有烧结机的建筑物为开放构造的情况下，直至风速为30m/s，几乎不存在城市煤气向罩外泄漏的情况，风速为50m/s，则逐渐开始气体燃料的泄漏。通常，在建筑物内，风速不会为50m/s，因此考虑为在开放构造的建筑物中不引起城市煤气的泄漏。

另一方面，图10是将在风速为10m/s的情况下针对侧风从横向与设置于建筑物内的烧结机抵碰时的、城市煤气向罩外的散逸状况进行了模拟的结果与图7所示的开放构造中风速为10m/s、30m/s以及50m/s的结果进行对比来表示的图，其中，建筑物为如下构造：如图8(b)所示，上风侧以及下风侧的横壁面的上部被关闭且下部被开放的构造(以下，称为“通透构造”)。根据该图可知，在建筑物为通透构造的情况下，即使侧风的风速为10m/s，也会引起城市煤气的泄漏，且其程度要超过在开放构造中风速为50m/s时的城市煤气的泄漏程度。

即，在建筑物为图8(a)那样的开放构造的情况下，气体燃料的泄漏不成为问题，但在建筑物为图8(b)那样的通透构造的情况下，存在气体燃料泄漏的隐患。对于如上引起气体燃料的泄漏的原因，根据图10的最下层所示的气体的流速分布图考虑为：在开放构造中，即便风速为50m/s，也不认为在罩内的气体流中存在较大的漩涡，但在通透构造中，风速为10m/s就已经在罩内产生较大的漩涡流。

因此，发明人们针对抑制会引起气体燃料的泄漏的上述罩内的漩涡形成的罩构造进行了专心研究。其结果，如图11(a)所示，发现了在气体燃料供给装置的罩22的上部立起设置多片具有透过性的漩涡抑制板27是有效的。

图12(b)是将在如下情况下，即：在气体燃料供给装置的罩上部立起设置多片图11(a)所示的漩涡抑制板27，气体燃料供给装置设置于在通透构造的建筑物内设置的烧结机的情况下对承受风速为10m/s的侧风时的气体燃料的泄漏进行了模拟的结果与在上述的通透构造中承受风速为10m/s的侧风时的模拟结果(图10(d))进行对比而表示的图。根据这两个附图可知，通过设置漩涡抑制板27，使得即使在通透构造中也能够使气体燃料的泄漏锐减。

此处，针对通过上述漩涡抑制板的设置来防止气体燃料的泄漏的理由，发明人们的考虑如下。

例如，如图13(a)所示，在使侧风与不具有透过性的一片立板抵碰的情况下，在上述立板的下游侧(背面侧)形成有蔓延至立板的下侧的较大的漩涡，立板背面侧的空气在较宽的范围内被侧风搅乱。此处示出了如下情况，即：若将上述立板假定为本发明的设置于气体燃料供给装置的罩上部的漩涡抑制板，则即使设置立板，在承受了侧风的情况下，罩内的空气也会被很大程度地扰乱，从而存在供给至罩内的气体燃料发生的泄漏的隐患。另外，在立板的空隙率较大，空气几乎保持原样地透过的情况下，则与不存在立板时相同，因此具有同样的结果。

与此相对，如图13(b)所示，在侧风与具有适当的空隙率(具有透过性)的一片立板抵碰的情况下，在上述立板的背面侧通过空隙部分而产生较小的空气流，因此能够抑制形成于立板的背面侧的漩涡的形成。并且，如图13(c)所示，在并列设置多片具有适当的空隙率(具有透过性)的立板的情况下，能够进一步抑制在立板的背面侧形成漩涡，从而能够大幅度地减少侧风的影响。即，在气体燃料供给装置的罩上部配设多片具有适当的透过性的立板，从而将漩涡的形成抑制为最小限度，从而能够大体上可靠地防止由侧风导致的气体燃料的泄漏。

上述漩涡抑制板优选空隙率为20～80％。图14是示出了在0％～100％的范围内改变上述漩涡抑制板的空隙率来对气体燃料的泄漏进行了模拟的结果的图，得知在上述范围内泄漏量减少。优选为30～50％的范围。

另外，上述漩涡抑制板优选以沿罩的宽度方向隔开500～4000mm的间隔的方式立起设置。图15是示出了在500～4000mm的范围内改变上述漩涡抑制板的间隔来对气体燃料的泄漏进行了模拟的结果的图，得知在上述范围内泄漏量减少。更加优选为1000～2000mm的范围。

另外，上述漩涡抑制板优选一片板材的宽度(高度)为250～1000mm。图16是示出了上述漩涡抑制板在0～1000mm的范围内改变一片板材的宽度来对气体燃料的泄漏进行了模拟的结果的图，得知在上述范围内泄漏量减少。更加优选为250～500mm的范围。

另外，发明人们针对能够更加可靠地防止气体燃料的泄漏的罩构造进一步进行了研究。其结果，发现了如下情况是有效的，即：代替专利文献9所公开的局部设置于罩下部的密封盖26，或者在上述密封盖26的基础上进一步如图11(b)所示那样在罩22的两侧下部设置包围罩下部与台车8的侧壁的防风板28。

图12(c)是示出在设置于通透构造的建筑物内的烧结机的气体燃料供给装置的罩下部设置图11(b)所示的防风板28的情况下，对承受了风速为10m/s的侧风时的气体燃料的泄漏进行了模拟的结果的图，另外，图12(d)是在并列设置图11(a)所示的漩涡抑制板27与上述防风板28的情况下，对承受了风速为10m/s的侧风时的气体燃料的泄漏进行了模拟的结果的图。根据上述这些图与上述图12(a)以及图12(b)的对比，通过设置防风板28，即便为通透构造，也能够将气体燃料的泄漏减少至某种程度，而且在以与漩涡抑制板27组合的方式设置了防风板28的情况下，得知即便为通透构造也能够大体上完全防止气体燃料的泄漏。

实施例

在台车宽度为4500mm、有效机长为82m、生产量为36万t/月的实机烧结机的点火炉下游侧，以单列的方式配设三台如图17(a)所示那样的具有宽度4500mm×长度7500mm的罩的气体燃料供给装置，并实施了供给气体燃料的烧结操作。上述烧结机处于本发明中所言及的通透构造的建筑物内，在烧结操作时，在建筑物外以及烧结机的机侧设置风速计，另外，在上述气体燃料供给装置的机侧设置气体燃料(甲烷)的检测装置，在检测出50massppm以上的气体燃料的泄漏时，紧急停止气体燃料的供给。

在上述的条件下实施烧结操作，在建筑物外的风速超过20m/s的时间段内，测量出了发生超过上述基准的气体燃料的泄漏的次数，为2次/小时的频率。

接下来，如图17(b)所示，在气体燃料供给装置的罩上部设置图11所示的漩涡抑制板，并且在罩下部设置防风板，以这样的方式实施烧结操作，并进行了与上述相同的测量，其能够使超过50massppm的气体燃料的泄漏次数为零。

工业上的利用可能性

本发明的技术也能够应用于土木、建筑领域中对建筑风的抑制等。

附图标记的说明

1…原料料斗；2…滚筒式混合机；3…回转炉；4、5…缓冲料斗；6…滚筒式给料机；7…导料槽；8…台车；9…原料装填层(烧结床)；10…点火炉；11…风箱(wind box)；12…节流板(cut-off plate)；21…气体燃料供给装置；22…罩；23…气体燃料供给配管；24…挡板；25…护栏；26…罩下部密封件；27…漩涡抑制板；28…防风板。

Claims (5)

1.一种烧结机的气体燃料供给装置，其在下方吸引式烧结机的点火炉下游向形成于循环移动的台车上的烧结原料的装填层内导入被稀释至燃烧下限浓度以下的气体燃料，以与烧结原料内的炭材料分离的方式使气体燃料燃烧，

所述烧结机的气体燃料供给装置的特征在于，具有：

罩，该罩具有与所述台车大致相同的宽度和规定的长度，并以包围四周的方式立起设置于装填层的上方；

气体燃料供给配管，该气体燃料供给配管配设于所述罩内的装填层上方位置，并将气体燃料向罩内的空气中供给；

挡板，在所述罩内且在气体燃料供给配管的上方以如下方式配置该挡板：将具有规定宽度的板材沿罩的宽度方向以空开规定的间隔的方式配设为多列，且沿高度方向以空开规定间隔的方式交替配设为多层；以及

漩涡抑制板，该漩涡抑制板将多个具有规定的空隙率的板材在所述罩的上部沿宽度方向立起设置。

2.根据权利要求1所述的烧结机的气体燃料供给装置，其特征在于，

将包围所述罩的下部与台车的侧壁的防风板设置于罩的两侧。

3.根据权利要求1或2所述的烧结机的气体燃料供给装置，其特征在于，

所述漩涡抑制板是空隙率为20～80％的板材。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的烧结机的气体燃料供给装置，其特征在于，

所述漩涡抑制板以沿罩的宽度方向隔开500～4000mm的间隔的方式立起设置。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的烧结机的气体燃料供给装置，其特征在于，

所述漩涡抑制板是宽度为250～1000mm的板材。