JP2005163140A - 還元炉原料の湿式混合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 金属還元炉の原料として、酸化金属粉末と炭素粉末を含むダストおよびスラリーを湿式で混合する方法において、原料の成分や性状が時間の経過と共に変化しても、連続的に成分や性状の一定な混合原料を製造する。
【解決手段】 原料ペレットの性状を表すｎ個の指標に対して少なくともｎ＋１種類の原料を選定し、その各々の原料について該当するｎ個の指標の値を把握して混合比率を決定し、その比率で各原料を原料混合槽で混合した後、均一化槽へ送る。また、この方法で製造した混合原料を脱水装置で脱水物にした後、成形装置により原料ペレットを製造して還元炉へ供給する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、鉄鋼製造工程や金属精錬工程から排出されるダストやスラリーを原料として、還元炉に供給する原料を湿式で混合する方法に関するものである。

一般に、還元鉄や合金鉄を製造するプロセスにおいては、原料の金属酸化物を含む粉体は、炭素系の還元剤と混合された後、原料ペレットにして、還元炉に供給される。この時、原料である金属酸化物に、この酸化物の還元に必要な炭素系還元剤をよく混合した後、造粒機でペレットが製造される。造粒機での造粒性能は、一般的に原料の粒径と水分に関係があり、鉄鉱石や石炭を原料として使用するプロセスでは、破砕機で各原料を粉砕した後、造粒機へ供給される。造粒性能を確保するために、水分が約１０％となるように、水をかけながらペレットを製造したり、場合によっては、バインダー添加により、還元炉内で壊れない強度を持つペレットを製造するのが一般的である。

酸化鉄や酸化マンガン、酸化クロムなどの金属酸化物を還元炉を用いて還元する処理において、その原料を混合する方法としては、リサイクルを目的として、金属製造工程において湿式集塵装置により回収されたダストや、金属加工工程で発生する沈殿スラッジなどを湿式で混合する方法がある。しかしこの方法には、金属酸化物を含む粉体と炭素系の還元剤を含む粉体の比重差が大きいため、大容量を工業的に均一に混合することは難しく、還元炉の原料として使用する際には、還元反応が経時的に変化して、時には還元率が低下したり、また時には、炭素過剰で反応ガスが過剰になるなど、安定した還元炉の操業上の問題が大きかった。

そこで例えば、特許文献１に開示されている様に、酸化鉄と炭素の粉体のように比重の異なる粉体を湿式で混合する場合には、攪拌槽の中心部に下降流を起こし、外周部に上昇流を起こし、その速度を適正な速度以上にすることで均一なスラリーの混合を可能とし、比重の大きい原料と小さい原料の２つのスラリー備蓄槽から、２つのスラリー調合槽で混合したものを攪拌槽に送ることにより、比重差の大きな粉体を含む湿式原料を均一に混合する方法が効果的である。

この方法を用いれば、還元炉の原料を湿式で混合する場合に、原料ペレットの成分が部分部分で不均一となるという問題点を解消することができる。

特開２００３−８８７４１号公報

上記の方法では、原料の成分や性状が常に一定の場合には、連続的に均質な混合済み原料を製造することが可能であり、原料ペレットの三次元的な不均一を解消できる。しかし、混合の対象となる原料の性状や成分が多種にわたり、かつ、性状や成分が時間の経過と共に変化する場合には、従来技術のみでは、混合途上の原料は均一に混合されているが、時間の経過に伴いその混合済み原料の性状や成分を一定の値に維持することができないという問題点がある。

例えば、リサイクルを目的として、製鉄工程の高炉や転炉のシックナースラリーや、圧延工程から排出されるスラッジ、酸洗工程からの排水を中和して発生するスラリーなどを原料とする場合には、生産工程の稼動状況により、スラリーやダストの発生量が変動すると同時に、成分も変化する。製造工程の定期的なメインテナンスのための休止などがある場合には、原料そのものがその期間発生しないことになる。

このように、鉄鋼製造工程や金属精錬工程から排出されるダストやスラリーを原料とする場合には、安価に入手が可能である代わりに、原料そのものの発生量が一定でなく、かつ、成分や性状が時間の経過と共に変化する。

一方、安定した還元炉の操業のためには、時間が経過しても成分や性状が一定の原料ペレットの製造が必要であるため、成分の安定している鉄鉱石や石炭を用いると、原料の成分は経時的に安定している代わりに原料費用が高価となるだけでなく、造粒性能を確保するために適切な粒径に破砕する必要があり、破砕機などの装置の追加が必要となってしまう。

従って、酸化金属粉末と炭素粉末を含むダストやスラリーを湿式で混合して還元炉の原料にする処理方法において、原料の成分や性状が時間の経過と共に変化しても、常に成分や性状の一定な混合済み原料を製造して供給する方法が必要であった。

そこで、本発明は、このような問題を解決して、連続的に成分や性状の一定な還元炉原料の湿式混合方法を提供することを目的とする。

本発明は、前記問題点に鑑みなされたものであり、その要旨とするところは、
（１）金属還元炉の原料として、酸化金属粉末と炭素粉末を含むダストおよびスラリーを湿式で混合する方法において、還元炉に投入する原料ペレットの性状を表すｎ個の指標に対して少なくともｎ＋１種類の原料を選定し、その各々の原料について該当するｎ個の指標の値を把握して混合比率を決定し、その比率で各原料を混合した後、混合済み原料について該当するｎ個の指標の値を把握し、これらの値が原料ペレットの目標値を満足することを確認することを特徴とする還元炉原料の湿式混合方法、
（２）金属還元炉の原料として、酸化金属粉末と炭素粉末を含むダストやスラリーを湿式で混合する方法において、少なくとも５種類の原料の各々について酸化金属含有量、炭素含有量、含水量および粒径を把握して混合比率を決定し、その比率で秤量した原料を混合した後、混合済み原料について酸化金属含有量、炭素含有量、含水量および粒径を把握し、これらの値が原料ペレットの目標値を満足することを確認することを特徴とする（１）に記載の還元炉原料の湿式混合方法、
（３）鉄鋼製造工程で発生する酸化鉄粉末と炭素粉末を含むダストおよびスラリーを湿式で混合して還元炉の原料にする処理方法において、少なくとも４種類の原料の各々について酸化鉄含有量、炭素含有量および含水量を把握して混合比率を決定し、その比率で秤量した各原料を混合した後、混合済み原料について酸化鉄含有量、炭素含有量および含水量を把握し、これらの３つの値が原料ペレットの目標値を満足することを確認することを特徴とする（１）に記載の還元炉原料の湿式混合方法、
（４）複数種の原料を、還元炉に投入する原料ペレットの性状を表すｎ個の指標に対して少なくともｎ＋１種類以上に分別して貯留し、これらを適宜組み合わせて用いることを特徴とする（１）〜（３）に記載の還元炉原料の湿式混合方法、
（５）（１）、（２）、または（３）において、複数種の原料を、まず含水量によって、含水量が５０質量％以上の汚泥状の原料、含水量が５０質量％未満の汚泥状の原料、および乾粉状の原料の３種類に分類し、更にその各々について、還元炉の原料ペレットの目標炭素含有率よりその値が高い原料と低い原料に２分することで、６種類に分別して貯留し、これらを適宜組み合わせて用いることを特徴とする還元炉原料の湿式混合方法、
（６）（５）において、含水量が５０質量％以上の汚泥状の原料はポンプ圧送により配管経由で貯留タンクから原料混合槽へ供給した後、含水量が５０質量％未満の汚泥状の原料はクラブバケットクレーンを用いて貯留タンクから原料混合槽へ供給し、乾粉状の原料はコンベヤを用いて貯留ホッパーから原料混合槽へ供給し、原料混合槽に装備した攪拌装置で混合することを特徴とする還元炉原料の湿式混合方法、
（７）（６）において、含水量が５０質量％以上の汚泥状の原料を供給する配管経路に流量計を設置し、含水量が５０質量％未満の汚泥状の原料を供給するクラブバケットと、乾粉状の原料を供給するコンベヤには、各々、秤量装置を装備し、各原料の貯留タンクやホッパーから原料混合槽へ原料を供給する時に、含水量が５０質量％以上の汚泥状の原料は、原料混合槽へ供給した原料の流量の積算値と予め求めた嵩比重によって演算して秤量を行い、含水量が５０質量％未満の汚泥状の原料は、クラブバケットに設置した秤量装置で秤量を行い、乾粉状の原料は、コンベヤに設置した秤量装置によって秤量を行うことを特徴とする還元炉原料の湿式混合方法、
（８）（６）において、原料混合槽に液面レベル計を設置し、水を含む汚泥状の原料は、原料混合槽へ供給した際の液面レベルの上昇幅と原料混合槽の水平断面積より算定される体積と予め求めた嵩比重とを用いて演算を行うことにより秤量を行い、乾粉状の原料は、コンベヤに設置した秤量装置によって秤量を行うことを特徴とする還元炉原料の湿式混合方法、
（９）（６）から（８）のいずれかにおいて、原料混合槽にはスラリー濃度計を設置し、原料混合槽での原料混合操作途中において、スラリー濃度が５０質量％を越えた場合には、スラリー濃度が５０質量％未満になるまで水を添加し、原料混合槽で混合されたスラリー濃度が５０質量％未満の混合原料をポンプを用いて供給することを特徴とする還元炉原料の湿式混合方法、
（１０）（２）または（６）から（８）のいずれかにおいて、予め求めた各原料の酸化金属含有量、炭素含有量、水分量および粒径のデータと原料混合槽へ供給した各原料の秤量結果に基づいて、混合済みの原料の酸化金属含有量、炭素含有量、水分量および粒径を算定し、それらの値が適切な値で無い場合には、適切な値にするために必要な原料の種類と量を演算して求め、その演算結果に基づいて原料を秤量して投入することを特徴とする還元炉原料の湿式混合方法、
（１１）（３）または（６）から（８）のいずれかにおいて、予め求めた各原料の酸化金属含有量、炭素含有量および水分量のデータと原料混合槽へ供給した各原料の秤量結果に基づいて、混合済みの原料の酸化金属含有量、炭素含有量および水分量を算定し、それらの値が適切な値で無い場合には、適切な値にするために必要な原料の種類と量を演算して求め、その演算結果に基づいて原料を秤量して投入することを特徴とする還元炉原料の湿式混合方法、
（１２）複数種の原料を原料混合槽を用いて混合した後、均一化槽へ送ることを特徴とする（１）〜（１１）の還元炉原料の湿式混合方法、
（１３）原料混合槽と均一化槽には各々混合装置を装備し、少なくとも２槽以上の原料混合槽と、原料混合槽の１．８倍以上の容量をもつ均一化槽を１槽用いて処理することを特徴とする（１２）の還元炉原料の湿式混合方法、
（１４）（６）から（９）のいずれかまたは（１２）または（１３）において、含水量が５０質量％以上の汚泥状の原料や混合済みの原料をポンプで移送する際には、移送配管の末端開放部を移送元のタンクとするループ状の配管を設置し、移送先のタンクへは、配管途中より分岐して設置した自動弁の開閉によって供給を行うことを特徴とする還元炉原料の湿式混合方法、
（１５）（１４）において、含水量が５０質量％以上の汚泥状の原料や混合済みの原料をポンプで移送するループ状の配管の途上に除塵装置を設置して粗ゴミを除くことを特徴とする還元炉原料の湿式混合方法、
（１６）（１２）または（１３）において、原料混合槽で混合した原料を均一化槽へ供給する際に、除塵装置で粗ゴミを除いた後、均一化槽へ入れることを特徴とする還元炉原料の湿式混合方法、
（１７）（５）において、含水量が５０質量％以上の汚泥状の原料の貯留タンクには、攪拌装置を設置して連続的に攪拌混合を行い、含水量が５０質量％未満の汚泥状の原料は、クラブバケットクレーンによって新たな原料を受入れる毎に攪拌混合を行うことを特徴とする還元炉原料の湿式混合方法、
（１８）（１）から（１７）のいずれかにおいて、原料混合槽または均一化槽において混合済み原料の温度を４０℃〜７０℃に加温することを特徴とする還元炉原料の湿式混合方法、
（１９）（１）から（１８）のいずれかにおいて、均一化槽の含水量が５０質量％未満の混合原料を、脱水装置を用いて含水量が１７〜２７質量％の脱水物にした後、押し出し式の成形装置により原料ペレットを製造して還元炉へ供給することを特徴とする還元炉原料の湿式混合方法
である。

本発明の方法を行うことにより、鉄鋼製造工程や金属精錬工程から排出されるダストやスラリーを原料として還元炉の原料を湿式混合する際に、連続的に成分や性状の一定な還元炉原料を製造することができる。

以下、本発明について詳細に説明する。

まず、原料の種類について説明する。

還元炉へ投入する原料ペレットの製造のために適切な値としなければならない成分を含めた性状指標の項目がｎ個の場合に、そのｎ個の指標の値が各々異なる原料を用いて、混合後の原料の持つｎ個の指標の値が、常に一定の値を維持することが可能となる様な原料の種類について研究を行った。その結果、少なくとも（ｎ＋１）種類の原料を選定する必要があることを見出した。これは、（ｎ＋１）種類の原料の各々の混合比率を変数とし、その値と（ｎ＋１）種類の原料の持つｎ項目の指標の値との積が、混合済み原料に要求されるｎ項目の指標の値であるというｎ個の関係式と、（ｎ＋１）個の各原料の混合比率の総和が１００％であるという１個の関係式より、（ｎ＋１）個の変数に対して（ｎ＋１）元１次方程式を作ることができた。この連立方程式を解くと、（ｎ＋１）個の変数の値が１通りに決めることができた。尚、鉄鋼製造工程や金属精錬工程から排出されるダストやスラリーを原料とする場合、原料毎に、それらの発生量と性状指標のｎ個の値について、１週間や１ケ月から数ケ月間あるいは１年間の平均値を加重平均した値が、混合済み原料の目標値に近いものを対象の原料として選定した。その結果、各原料のｎ項目の指標の値が変化しても、変化する毎に、（ｎ＋１）元１次連立方程式を作り、その解を求めることで原料の成分や性状の変動にも常に追随することが可能であった。一方、ｎ項目の指標の値に対し、ｎ種類の原料を準備した場合、ｎ個の変数に対して（ｎ＋１）元１次方程式を作ることができた。この場合には、ｎ種類の原料のある成分が全て目標の混合済み原料の成分の値と同じである場合の様に、特殊な場合にのみ１通りの混合比率の解が求められ、原料の成分や性状が変化する条件において、常に最適な混合比率の解を導くことはできなかった。詳細は、実施例で説明する。

酸化金属を還元炉で還元するための原料ペレットを製造する上においては、還元反応上重要となる酸化金属量と炭素量に加えて、ペレットの造粒性を確保するための水分と粒径の４つの指標が適正な値を満足する必要がある。つまり、これらの４つの指標が適正な値となる様に、様々な種類の原料を混合する必要がある。上述の様に、４つの指標を常に満足する混合済み原料を製造し供給するためには、少なくとも５種類の原料を選定し準備する必要がある。準備した５種類以上の原料の各々について、酸化金属含有量、炭素含有量、水分量および粒径を測定し、その結果に基づいて、混合後の原料が還元炉原料として適切な酸化金属含有量、炭素含有量、水分量および粒径になる様な配合比率を計算する。そしてその比率に基づいて秤量しながら原料を混合し、混合原料を製造する。この混合操作は、原料の各々が算定された所定の量にする必要があるため、回分式（バッチ）操作となる。混合済み原料は、酸化金属含有量、炭素含有量、水分量および粒径を測定して、適正な値になっているか確認を行う必要がある。これは、各原料の供給において、装置特性上生ずる誤差や、秤量装置における計装品の検知誤差、制御装置の制御時間送れにより生ずる誤差や、当初の各原料の分析データに包含される分析誤差等の誤差要因を排除するためである。以上の混合方法を行うことにより、還元炉原料として経時的に一定の成分や性状の混合原料を製造することが可能となる。

原料として鉄鋼製造工程から発生するダストやスラリーの様に、粉体の粒径が１〜数十μｍの範囲に限られている原料を用いる場合には、炭素量と酸化金属量、水分の３つの指標を確認することで、安定した混合原料を製造できる。これは、１〜数十μｍの範囲の粒径の粉体では造粒性が良いことによるものであり、この時には、３種類以下の数の原料であると、特定条件の場合を除き、適正な混合原料が製造できないが、４種類以上の原料を用いることで、還元炉用ペレットの製造原料に必要となる３指標を満足する配合比率を決定できる。

この複数種の原料を混合する操作は、複数の原料混合槽を設置して、１槽毎に原料を混合調整し、目標値になった混合原料より、順次、下流側の設備や装置へ供給する。混合原料の供給を終えた原料混合槽は、再び原料の混合操作を開始する。この一連のシーケンスを複数の原料混合槽でメリーゴーランド方式に繰り返すことによって、連続的かつ経時的に一定の成分や性状の混合原料を製造し供給することができる。

次に、様々な原料の貯留方法である。還元炉へ投入する原料ペレットの製造のために適切な値としなければならない成分を含めた性状指標の項目がｎ個の場合、ｎ個の指標について原料を細かく分類すると、２のｎ乗の種類に分類される。このうち、少なくとも（ｎ＋１）種類の原料を用いることによって、本発明の原料混合が実施可能である。ところが、２のｎ乗の種類に原料を分類して貯留すると、ｎの値が大きくなるに従い、非常に多数の貯留タンクが必要となる。そこで、少なくとも（ｎ＋１）種類に集約して貯留して使用しても構わない。

含有する酸化金属量や炭素量、含水量、粒径を指標として、それらの異なる様々な原料の貯留は、以下の方法で行うのが効果的である。例えば混合原料の含水量を５０重量％に調整する場合には、含水量５０重量％以上の原料と含水量５０重量％未満の原料に分別する要領で、混合済み原料の目標値に対し、各原料の指標値が超過しているか否かで分別する。この時、酸化金属量、炭素量、含水量、粒径の４つの指標を考慮した場合、計１６種類の原料に分類する必要が生ずるが、１６種類の貯留設備を設置するのは設備費の上昇を招くだけでなく、混合操作が非常に煩雑となる。そこで、本発明者らは、製鉄工程から発生するダストやスラリーなどの様々な原料を対象に分類を行った結果、様々な原料の成分・性状のうち、炭素量の大小と水分量の大小とゼロ（乾燥粉末）の条件によって、それらを６種類に分別して用いることで、還元炉の原料として連続的に安定した成分や性状に混合することが可能であることを見出すに至った。鉄鋼製造工程や金属精錬工程から排出されるダストやスラリーのうち、その製造工程で炭素系燃料や炭素系材料を大量に使用するプロセスでは炭素含有量の高いダストやスラリーが排出されることから、炭素含有量の多い原料と少ない原料とは明確に分類することが可能である。さらに、石炭の粉末やコークス粉の様な炭素系の原料を選定することにより、適正な還元に必要な酸化金属含有量と炭素含有量の比率に調整が可能である。また、粒径の大きいものについては、水きり性が良く、水分量が低くなりやすいのに対し、粒径の小さいものについては、反対に水きり性が悪く、水分が高いものが多い傾向が強いことから、水分量に基づいて分類することで、同時に粒径も分別することが可能であるからである。

原料混合槽へは、水分の高い汚泥状のスラリー原料のうち、ポンプ圧送が可能な含水量５０重量％以上のものは、ポンプで移送する。含水量５０重量％未満になると、粘性が高く、高揚程のポンプが必要となるだけでなく、磨耗による補修費用が増大するため、含水量５０重量％未満のものは、クラブバケットクレーンを用いて供給する。水分の無い乾燥粉体のものについては、コンベヤ輸送が効率的である。コンベヤ設備は、ベルトコンベヤ、パイプコンベヤ、気流コンベヤ等々いずれも適用可能であるが、搬送ルートや装置のレベルによって、最適なものを選定することが望ましい。尚、含水量３５重量％未満の場合には、クラブバケットクレーンの代わりにコンベヤを用いた移送・供給も可能である。一方、供給された原料を混合するため、原料混合槽には各々攪拌装置を設置する。この攪拌装置は、ブロワーやコンプレッサーによる空気攪拌や攪拌翼を持つ機械式攪拌、水流によるジェット攪拌を用いることができるが、比重差の大きい粉体を混合する場合には、機械式の攪拌が好適である。

以上の発明に基づく還元炉への金属酸化物原料の湿式混合方法を示した全体を図−１に示す。これは、含水量５０質量％以上で炭素含有量が多い汚泥状の原料の貯留ピット１、含水量５０質量％以上で炭素含有量の少ない汚泥状の原料の貯留ピット２、含水量５０質量％未満で炭素含有量が多い汚泥状の原料の貯留ピット３、含水量５０質量％未満で炭素含有量が少ない汚泥状の原料の貯留ピット４、炭素含有量の多い乾粉状の原料の貯留ホッパー５、炭素含有量の少ない乾粉状の原料の貯留ホッパー６、含水量５０質量％以上の汚泥状の原料を供給するポンプ７、含水量５０質量％未満の汚泥状の原料を供給するクラブバケットクレーン８、乾粉状の原料を供給するコンベヤ９、原料混合槽１０、１１、混合済みの原料を供給するポンプ１２、脱水装置１３、造粒装置１４、還元炉１５から構成される。

複数の原料を原料混合槽へ供給して混合する順番については、水分の多い原料から投入する方が良い。つまり、水分量の多い原料をポンプで圧送供給した後、水分の低い原料や乾粉状の原料を供給する順番が良い。これは、攪拌装置で湿式混合を行う場合に、水分の高い条件から混合を開始し、水分の低い条件へ以降する方が、混合均一化が容易であるだけでなく、攪拌装置の必要な動力を低減することが可能であるためである。この時、含水分５０質量％未満の汚泥状の原料と乾粉状の原料については、別々に供給する方法と同時に投入する方法があるが、どちらでも構わない。ただし、原料の混合に要する時間を短縮するためには、同時に供給する方が望ましい。

各原料の秤量方法について、図−２を用いて説明する。含水量５０質量％以上の汚泥状の原料は、ポンプで圧送する。原料混合槽への供給配管経路に流量計１６を設置し、原料の供給流量を連続測定しながら積算する。この含水量５０質量％以上の汚泥状の原料のかさ比重を予め分析しておき、積算流量と乗ずることで、原料混合槽へ供給した量を秤量する。この時使用する流量計の型式としては、指定は無いが、スラリーによる磨耗を考慮すると、非接触式の電磁流量計や超音波式流量計が好適である。含水量５０質量％未満の汚泥状の原料は、貯留ピットよりクラブバケットクレーンを用いて原料混合槽へ供給する。このクラブバケットクレーンに秤量装置１７を設置することにより、クラブバケットクレーンでつかんだ原料の重量を測定して、原料混合槽へ供給することが可能となる。乾粉状の原料は、コンベヤを用いて貯留ホッパーより原料混合槽へ供給する。このコンベヤに秤量装置１８を設置して、供給する原料の秤量を行う。これらの秤量方法を行うことにより、設定した混合比率になる様に、各原料を混合することが可能である。

この各原料の秤量方法として図−２に記載の秤量方法に対し、計装品の設置数が比較的少なく、簡便な方法として、図−３を用いることが可能である。図−３においては、原料混合槽にレベル計１９を設置し、乾粉状の原料の供給コンベヤには、秤量装置を設置する。まず、ポンプで圧送される含水量５０質量％以上の汚泥状の原料は、原料混合槽のレベル上昇に応じ、原料混合槽の水平断面積と上昇したレベルの値の積を算出することにより、供給された体積を求めることができる。この体積に、あらかじめ分析で求めた汚泥状の原料のかさ比重を乗ずることにより、供給された含水量５０質量％以上の汚泥状の原料の秤量を行う。一方、含水量５０質量％未満の汚泥状の原料についても、同様の方法で秤量することが可能である。クラブバケットクレーンで供給した原料の体積をレベルの上昇値と水槽の水平断面積、あらかじめ求めた原料のかさ比重の値とを乗ずる。乾粉状の原料については、湿式混合によって水を含んだ状態になった場合、供給された量はその真比重により決まるため、水分を含んだ混合原料としての体積増加は、非常に小さい。例えば、真比重４ｋｇ／Ｌの乾粉状の原料１ｔｏｎを１０ｍ³の水に分散させた場合、体積の増加は２５０Ｌとなり、他の水分を含む原料に比べて、混合原料の体積比率としては非常に小さい。そのため、水分を含んだ原料と同様の水槽の液面レベルを用いた秤量は、大きな誤差要因となる可能性が高く、得策とは言えない。そのため、コンベヤ設備に秤量装置を設置して秤量する。この時、乾粉状の原料の水槽液面レベルの上昇に与える比率が含水量５０質量％未満の汚泥状の原料に対し非常に小さいことから、含水量５０質量％未満の汚泥状の原料の投入と乾粉状の原料の投入を同時に行って、混合操作時間の短縮を図っても構わない。

酸化金属含有量、炭素含有量、含水量、粒径のうち、混合操作の途上において、オンラインで連続測定できるもののうち、計測機器の信頼性が高いものは、含水量のみである。含水量は、原料混合槽にスラリー濃度計２０を設置して固形分濃度を測定することにより、瞬時に算出可能である。そこで、含水量については、混合操作の途上で連続的に監視することが可能である。原料混合槽内の混合中の原料の含水量が５０質量％未満になると、攪拌装置の負荷が増大して、モータがトリップする危険性があるほか、磨耗による整備費の増大といった問題点があるため、混合中の原料のスラリー濃度が５０質量％以上になると、スラリー濃度が５０質量％未満になるまで水を供給し、希釈する。

オンラインで連続測定できない酸化金属含有量、炭素含有量、粒径については、混合済み原料をサンプリングして、手分析を行うと、分析結果がでるまでに長時間を要することになる。そこで、この分析に要する時間を短縮する方法として、各原料の秤量実績データと予め求めた各原料の成分や性状の分析値とを用いて、演算により混合済みの原料の成分や性状を算定する方法がある。この方法は、原料混合槽に供給されて混合された混合済み原料が、還元炉の原料として適切な原料ペレットの目標値を満足する様な原料成分や性状になっているか否かを、瞬時に判断可能である。この演算結果が、適切な値でない場合には、適切な値にするために必要な原料の種類と量を演算して求め、必要量を秤量してさらに供給することが可能である。

混合済みの原料を原料混合槽から下流側の設備へ連続的に供給するためには、原料混合槽は混合済みの原料を貯留するバッファー機能も併せ持つ必要があり、比較的大きな容量が必要となる。この原料混合槽の容量を小さくする方法として、図−４に示す方法がある。図−４においては、均一化槽２１を設置し、原料混合槽の混合原料を直ちに均一化槽へ供給する。目標値を満足すること確認した混合原料は、直ちに均一化槽へ供給するため、原料混合槽では原料の混合操作を再び開始することで、その容量を小さくすることが可能となる。この時、均一化槽は、連続的に下流側の脱水装置へ混合済みの原料を供給するためのバッファー槽の役割を果たすだけでなく、原料混合槽でのバッチ毎の成分や性状のばらつきを均一化する効果もある。原料混合槽と均一化槽の組み合わせについては、均一化槽は１槽あれば十分であるが、原料混合槽での混合がバッチ操作となるため、原料混合槽は２槽以上設置して均一化槽と組み合わせる必要がある。原料混合槽の数は２槽以上であればいくらでも構わないが、槽数が多い程建設費用が増大するため、最低限必要となる２槽を設置するのが好適である。その場合、均一化槽は２つの原料混合槽から交互に混合済みの原料を受入れることになる。この時、均一化槽は原料混合槽の１槽分より大きな容量を持つ必要がある。均一化槽から連続的にその後段の脱水装置へ混合原料が供給されるのに対し、原料混合槽から均一化槽へはバッチ混合操作が終了する毎に供給されることから、均一化槽は原料混合槽の１．８倍以上の容量を確保することで、十分なバッファー効果を果たす。この時、原料混合槽と同様に、均一化槽にも攪拌装置を設置する。この攪拌装置は、ブロワーやコンプレッサーによる空気攪拌や攪拌翼を持つ機械式攪拌、水流によるジェット攪拌を用いることができるが、比重差の大きい粉体を混合する場合には、機械式の攪拌が好適である。

含水量５０質量％以上の原料や混合済みの原料をポンプにて供給する配管経路については、間欠での原料供給を行うと、配管が閉塞する危険性が高く、流量の低下によって、原料の供給や混合操作に要する時間が長くなってしまう。この問題点を防止するためには、図−５に示す様に、ポンプで供給する配管経路は、配管の開放末端部を供給元のタンクとするループ状の配管を設置し、ポンプは常に連続運転を行い、供給先のタンクへは、配管経路の途中より分岐して設置した自動弁の開閉動作により、供給を行う方法が良い。この方法を用いると、供給元のタンク内の汚泥状の原料が常に配管を経由して循環されることになり、原料の混合操作を補助する効果も見込めることになる。

製鉄工程の高炉や転炉のシックナースラリーや、圧延工程から排出されるスラッジ、酸洗工程からの排水を中和して発生するスラリーなどを原料とする場合には、発生元が開放状態の水槽である場合が多く、スラリーやスラッジに異物が混入する場合がある。ここでいう異物とは、粒径が数ｍｍ以上の粒子のことであり、湿式混合においては、水槽内への沈降・堆積や機器の磨耗やポンプへの異物かみ込みといった故障を引き起こす原因となるものである。この異物は、除塵装置２２で取り除くことが可能である。除塵装置の型式としては、液体サイクロン、沈殿装置、ろ過装置、スクリーン、回転式スクリーンなどあるが、型式の制約は無い。また除塵装置の設置場所としては、混合済み原料を原料混合槽から脱水装置への移送配管経路、または原料混合槽から均一化槽へ移送する配管経路の途上に設置することにより下流側への異物の流出が防止できる。加えて、原料の混合操作中に異物を除去するため、図―５に示すループ状の配管の経路上に除塵装置を設置するのも効果的である。

本原料混合方法において用いられる各原料については、貯留タンク内でその成分や性状が均一になることが必要となる。そのため、含水量５０質量％以上の汚泥状の原料の貯留タンクにおいては、攪拌装置を用いた連続攪拌を行う。また、含水量５０質量％未満の汚泥状の原料については、貯留タンクに原料を受入れる毎に、クラブバケットクレーンを用いて混合する。

原料混合槽または均一化槽の混合原料を加温すると、撹拌装置による均一度を向上させるのに一層効果的である。これは、液体は加温によって粘性が低下するため、高濃度スラリーにおいてもその粘性が低下するからである。特に、夏期と冬期の外気温の差によってスラリーの液温が変動する場合には、混合均一度を一定に維持する方法として有効であり、加温後の温度としては、夏期の外気温より若干高い４０℃以上、機器の保温や耐熱性を考慮して７０℃以下が良い。加温方法としては、電熱ヒータや蒸気吹き込みによる直接加熱、浸漬配管に熱風や蒸気を通す間接加熱、いずれの方法でも構わない。

混合済み原料は、脱水装置を用いて脱水物とした後、成形装置により原料ペレットを製造する。還元炉用の適切な原料ペレットを製造するために、含水量１７質量％〜２７質量％の脱水物にする。この時、脱水装置としては、真空脱水機、デカンター、ロールプレス等、様々な脱水装置が適用可能であるが、還元炉の連続操業のため、連続的に脱水物を製造することが可能で、かつ、含水量を１７質量％〜２７質量％にすることが可能な方式を選定する。この脱水物は、押出し式の成形装置によって原料ペレットを製造し、還元炉へ供給する。

以下、実施例に基づき、本発明を詳細に説明する。

実施例−１
４個の指標、即ち酸化金属含有量、炭素含有量、含水量、粒径に対し、５種類の原料で混合原料を製造する場合

（１）処理開始（Ｔ＝ｔ１）の時

この時、
ｘ＋ ｙ＋ ｚ＋ ｗ＋ ρ＝ １
４０ｘ＋８０ｙ＋５０ｚ＋９０ｗ＋８５ρ＝７０
３５ｘ＋１０ｙ＋４０ｚ＋ ５ｗ＋１０ρ＝２０
９０ｘ＋９５ｙ＋１５ｚ＋２０ｗ＋ ０＝４５
３０ｘ＋１０ｙ＋２０ｚ＋ ５ｗ＋６５ρ＝２５
となり、５つの変数に対し、５つの方程式が成立するため、解が存在する。
ｘ＝１１％ ｙ＝３０％ ｚ＝２６％ ｗ＝１３％ ρ＝２０％
となり、混合比率が決定できる。

（２）処理開始６時間後（Ｔ＝ｔ２）の時

この時、５つの変数に対し、５つの方程式が成立するため、
ｘ＝２２％ ｙ＝１８％ ｚ＝１７％ ｗ＝２６％ ρ＝１７％
となり、混合比率が決定できる。

このように、各原料の成分や性状の値が変化しても、適切な混合比率を決定することができる。

実施例−２
（１）３個の指標、即ち酸化金属含有量、炭素含有量、含水量に対し、４種類の原料で混合済み原料の成分や性状が決定される例

この時、
ｘ＋ ｙ＋ ｚ＋ ｗ＝ １
４０ｘ＋８０ｙ＋５０ｚ＋９０ｗ＝７０
３５ｘ＋１０ｙ＋４０ｚ＋ ５ｗ＝２０
９０ｘ＋９５ｙ＋１５ｚ＋２０ｗ＝４５
となり、４つの変数に対し、４つの方程式が成立するため、解が存在する。
ｘ＝１１％ ｙ＝２５％ ｚ＝３０％ ｗ＝３４％
となり、混合比率が決定できる。

（２）３個の指標、即ち酸化金属含有量、炭素含有量、含水量に対し、３種類の原料で混合済み原料の成分や性状が不適の例

この時、
ｘ＋ ｙ＋ ｚ＝ １
４０ｘ＋５０ｙ＋９０ｚ＝７０
３５ｘ＋４０ｙ＋ ５ｚ＝２０
９０ｘ＋１５ｙ＋２０ｚ＝４５
となり、３つの変数に対し、４つの方程式が成立するため解が存在しない。

（３）３個の指標、即ち酸化金属含有量、炭素含有量、含水量に対し、３種類の原料で混合済み原料の成分や性状が適の例

この時、
ｘ＋ ｙ＋ ｚ＝ １
５０ｘ＋５０ｙ＋５０ｚ＝５０（→ｘ＋ ｙ＋ ｚ＝ １）
３５ｘ＋４０ｙ＋ ５ｚ＝２０
９０ｘ＋１５ｙ＋２０ｚ＝４５
となり、３つの変数に対し、３つの方程式となるため、
ｘ＝３７％ ｙ＝１７％ ｚ＝４６％ が成立する。

（２）〜（３）の様に、混合済み原料のｎ個の指標に対し、ｎ種類の原料で適正な値を得ることができるのは、特殊な場合であり、性状指標が独立で変化する系においては、常に成立するとは言えない。

本発明の処理フローを示す図 複数種の原料を秤量して混合する本発明による湿式原料混合処理フローを示す図 原料混合槽のレベルを用いて秤量する本発明による湿式原料混合処理フローを示す図 原料混合槽と均一化槽を用いる本発明による湿式原料混合処理フローを示す図 ループ状の配管でスラリー状の原料を移送する処理フローを示す図

符号の説明

１；含水量５０質量％以上で炭素含有量が多い汚泥状の原料の貯留ピット
２；含水量５０質量％以上で炭素含有量が少ない汚泥状の原料の貯留ピット
３；含水量５０質量％未満で炭素含有量が多い汚泥状の原料の貯留ピット
４；含水量５０質量％未満で炭素含有量が少ない汚泥状の原料の貯留ピット
５；炭素含有量の多い乾粉状の原料の貯留ホッパー
６；炭素含有量の少ない乾粉状の原料の貯留ホッパー
７；含水量５０質量％以上の汚泥状の原料を供給するポンプ
８；含水量５０質量％未満の汚泥状の原料を供給するクラブバケットクレーン
９；乾粉状の原料を供給するコンベヤ
１０，１１；原料混合槽
１２；混合済みの原料を供給するポンプ
１３；脱水装置
１４；造粒装置
１５；還元炉
１６；流量計
１７；秤量装置
１８；秤量装置
１９；レベル計
２０；スラリー濃度計
２１；均一化槽
２２；除塵装置

Claims (19)

1. 金属還元炉の原料として、酸化金属粉末と炭素粉末を含むダストおよびスラリーを湿式で混合する方法において、還元炉に投入する原料ペレットの性状を表すｎ個の指標に対して少なくともｎ＋１種類の原料を選定し、その各々の原料について該当するｎ個の指標の値を把握して混合比率を決定し、その比率で各原料を混合した後、混合済み原料について該当するｎ個の指標の値を把握し、これらの値が原料ペレットの目標値を満足することを確認することを特徴とする還元炉原料の湿式混合方法。
2. 金属還元炉の原料として、酸化金属粉末と炭素粉末を含むダストおよびスラリーを湿式で混合する方法において、少なくとも５種類の原料の各々について酸化金属含有量、炭素含有量、含水量および粒径を把握して混合比率を決定し、その比率で秤量した各原料を混合した後、混合済み原料について酸化金属含有量、炭素含有量、含水量および粒径を把握し、これら４つの値が原料ペレットの目標値を満足することを確認することを特徴とする請求項１に記載の還元炉原料の湿式混合方法。
3. 鉄鋼製造工程で発生する酸化鉄粉末と炭素粉末を含むダストおよびスラリーを湿式で混合して還元炉の原料にする処理方法において、少なくとも４種類の原料の各々について酸化鉄含有量、炭素含有量および含水量を把握して混合比率を決定し、その比率で秤量した各原料を混合した後、混合済み原料について酸化鉄含有量、炭素含有量および含水量を把握し、これら３つの値が原料ペレットの目標値を満足することを確認することを特徴とする請求項１に記載の還元炉原料の湿式混合方法。
4. 複数種の原料を、還元炉に投入する原料ペレットの性状を表すｎ個の指標に対して少なくともｎ＋１種類以上に分別して貯留し、これらを適宜組み合わせて用いることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の還元炉原料の湿式混合方法。
5. 複数種の原料を、まず含水量によって、含水量が５０質量％以上の汚泥状の原料、含水量が５０質量％未満の汚泥状の原料、および乾粉状の原料の３種に分類し、更にその各々について、還元炉の原料ペレットの目標炭素含有率よりその値が高い原料と低い原料に２分することで、６種類に分別して貯留し、これらを適宜組み合わせて用いることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の還元炉原料の湿式混合方法。
6. 含水量が５０質量％以上の汚泥状の原料をポンプ圧送により配管経由で貯留タンクから原料混合槽へ供給した後、含水量が５０質量％未満の汚泥状の原料はクラブバケットクレーンを用いて貯留タンクから原料混合槽へ供給し、乾粉状の原料はコンベヤを用いて貯留ホッパーから原料混合槽へ供給し、原料混合槽に装備した攪拌装置で混合することを特徴とする請求項５に記載の還元炉原料の湿式混合方法。
7. 含水量が５０質量％以上の汚泥状の原料を供給する配管経路に流量計を設置し、含水量が５０質量％未満の汚泥状の原料を供給するクラブバケットクレーンと、乾粉状の原料を供給するコンベヤには、各々、秤量装置を装備し、各原料の貯留タンクやホッパーから原料混合槽へ原料を供給する時に、含水量が５０質量％以上の汚泥状の原料は、原料混合槽へ供給した原料の流量の積算値と予め求めた嵩比重によって演算して秤量を行い、含水量が５０質量％未満の汚泥状の原料は、クラブバケットクレーンに設置した秤量装置で秤量を行い、乾粉状の原料は、コンベヤに設置した秤量装置によって秤量を行うことを特徴とする請求項６に記載の還元炉原料の湿式混合方法。
8. 原料混合槽に液面レベル計を設置し、水を含む汚泥状の原料は、原料混合槽へ供給した際の液面レベルの上昇幅と原料混合槽の水平断面積より算定される体積と予め求めた嵩比重とを用いて演算を行うことにより秤量を行い、乾粉状の原料は、コンベヤに設置した秤量装置によって秤量を行うことを特徴とする請求項６に記載の還元炉原料の湿式混合方法。
9. 原料混合槽にはスラリー濃度計を設置し、原料混合槽での原料混合操作途中において、スラリー濃度が５０質量％を越えた場合には、スラリー濃度が５０質量％未満になるまで水を添加し、原料混合槽で混合されたスラリー濃度が５０質量％未満の混合原料をポンプを用いて供給することを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の還元炉原料の湿式混合方法。
10. 予め求めた各原料の酸化金属含有量、炭素含有量、水分量および粒径のデータと原料混合槽へ供給した各原料の秤量結果に基づいて、混合済みの原料の酸化金属含有量、炭素含有量、水分量および粒径を算定し、それらの値が適切な値で無い場合には、適切な値にするために必要な原料の種類と量を演算して求め、その演算結果に基づいて原料を秤量して投入することを特徴とする請求項２または請求項６乃至８のいずれかに記載の還元炉原料の湿式混合方法。
11. 予め求めた各原料の酸化金属含有量、炭素含有量および水分量のデータと原料混合槽へ供給した各原料の秤量結果に基づいて、混合済みの原料の酸化金属含有量、炭素含有量および水分量を算定し、それらの値が適切な値で無い場合には、適切な値にするために必要な原料の種類と量を演算して求め、その演算結果に基づいて原料を秤量して投入することを特徴とする請求項３または請求項６乃至８のいずれかに記載の還元炉原料の湿式混合方法。
12. 複数種の原料を原料混合槽を用いて混合した後、均一化槽へ送ることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の還元炉の湿式混合方法。
13. 原料混合槽と均一化槽には各々攪拌装置を装備し、少なくとも２槽以上の原料混合槽と、原料混合槽の１．８倍以上の容量をもつ均一化槽を１槽とを用いて処理することを特徴とする請求項１２に記載の還元炉原料の湿式混合方法。
14. 含水量が５０質量％以上の汚泥状の原料や混合済みの原料をポンプで移送する際には、移送配管の末端開放部を移送元のタンクとするループ状の配管を設置し、移送先のタンクへは、配管途中より分岐して設置した自動弁の開閉によって供給を行うことを特徴とする請求項６乃至９のいずれかまたは請求項１２乃至１３のいずれかに記載の還元炉原料の湿式混合方法。
15. 含水量が５０質量％以上の汚泥状の原料や混合済みの原料をポンプで移送するループ状の配管の途上に除塵装置を設置して粗ゴミを除くことを特徴とする請求項１４に記載の還元炉原料の湿式混合方法
16. 原料混合槽で混合した原料を均一化槽へ供給する際に、除塵装置で粗ゴミを除いた後、均一化槽へ入れることを特徴とする請求項１２または１３に記載の還元炉原料の湿式混合方法。
17. 含水量が５０質量％以上の汚泥状の原料の貯留タンクには、攪拌装置を設置して連続的に攪拌混合を行い、含水量が５０質量％未満の汚泥状の原料は、クラブバケットクレーンによって新たな原料を受入れる毎に攪拌混合を行うことを特徴とする請求項５に記載の還元炉原料の湿式混合方法。
18. 原料混合槽または均一化槽において混合済み原料の温度を４０℃〜７０℃に加温することを特徴とする請求項１及至１７のいずれかに記載の還元炉原料の湿式混合方法。
19. 請求項１乃至１８のいずれかの湿式混合方法によって準備した含水量が５０質量％未満の混合原料を、脱水装置を用いて含水量が１７〜２７質量％の脱水物にした後、押し出し式の成形装置により原料ペレットを製造して還元炉へ供給することを特徴とする還元炉原料の供給方法。

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