JP2007175561A - 微粉炭の製造設備および製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】硬さの異なる石炭を同時に粉砕する際にも、高炉吹き込みに好適な粒度分布を有する微粉炭が製造できる、微粉炭の製造設備および製造方法を提供すること。
【解決手段】複数の石炭ホッパーと、該石炭ホッパーから排出された石炭を搬送するベルトコンベアと、ベルトコンベアで搬送された石炭を貯留する第一の配合ホッパーと、第一の配合ホッパーから排出された石炭を貯留する第二の配合ホッパーと、第二の配合ホッパーから排出された石炭を粉砕する粉砕機とを有することを特徴とする微粉炭の製造設備を用いる。第一の配合ホッパーと第二の配合ホッパーとの間に、石炭を搬送する第二のベルトコンベアを設置することが好ましい。この製造設備を用い、複数の異なる銘柄の石炭を所定の比率で配合して粉砕する際に、比率に応じた質量平均として平均ＨＧＩを求め、平均ＨＧＩに応じて設定した粉砕力で粉砕を行なうことを特徴とする微粉炭の製造方法を用いる。
【選択図】図１

Description

本発明は、微粉炭の製造設備および製造方法に関し、特に高炉羽口から還元材として吹き込むのに好適な微粉炭に関するものである。

高炉操業においては、鉄鉱石の還元材としてコークスが使用されている。このコークスを一部代替する補助還元材として、微粉炭を用い、微粉炭を高炉羽口から吹き込む微粉炭吹込み操業が行なわれている。高炉への微粉炭吹込み操業は、高炉用コークスに比べて微粉炭が安価であるために、大きなコスト低減効果が得られる。また、高炉への微粉炭吹き込み量を増やすことにより高炉用コークスの製造設備であるコークス炉の負荷軽減を図ることができ、コークス炉の延命にも寄与する。高炉用コークスの原料となる良質原料炭の資源枯渇化の問題もあり、高炉操業においては、多量の微粉炭吹き込みが行なわれ、溶銑製造における合理化に大きく寄与している。

このような、微粉炭の高炉内への吹込みにおいては、通常、微粉炭をキャリアガスにより、微粉炭製造設備から配管系内を通して高炉側に設けられた微粉炭吹込み装置まで気流輸送し、次いで微粉炭吹込み装置から高炉下部炉壁に設けられた羽口の近傍まで気体搬送し、熱風気流中に微粉炭を噴射して羽口から高炉炉内へ、適切な吹込み条件で吹き込み、燃焼させる。

微粉炭は、その粒径が大きいほど羽口内での燃焼性が悪化する一方で、粒径が小さすぎると吹き込みまでの輸送性が悪化して配管詰まり等が発生する。例えば、微粉炭の粒度が４４μm以下が９０ｍａｓｓ％以上になると輸送性が悪化する。したがって、吹き込みに用いる微粉炭は、適正な粒度分布を有するように制御する必要がある。通常は目標粒度として７４μｍ以下が７５〜８０ｍａｓｓ％程度を設定し、原料石炭の硬さに応じて、ローラーミル等の粉砕機で粉砕時の加圧力等を変化させて、微粉炭の粒度が目標の粒度分布を有するように調整する。

一方で、石炭には性状の異なる様々な銘柄が存在し、銘柄ごとに異なる硬さを有している。通常の操業においては、複数の銘柄の石炭を混合して微粉炭を製造するが、使用する粉砕機で目標粒度が得られる範囲の銘柄の石炭のみを使用しており、その結果、使用できる石炭銘柄として、同程度の硬さを有するものを用いている。

しかし、近年は、世界の石炭消費量の増大による需要供給のバランス状況から、同一銘柄のみの石炭を長期間使用することは困難であり、硬さが同程度の石炭だけでなく、性状の異なる、様々な銘柄の石炭を用いて微粉炭を製造できることが望ましい。性状の異なる複数種類の石炭を用いた場合にも対応可能な方法として、石炭の粉砕性をパラメーターとして、石炭を粉砕する際の粉砕力を調整し、炉に吹き込む微粉炭の粒度分布を制御する微粉炭の製造方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。粉砕性としては、ハードグローブ粉砕性指数（ＨＧＩ）を用いることができる。ＨＧＩは石炭の硬さを表し、値が大きいほど軟らかいことを示している。
特開２００２−１９４４０８号公報

特許文献１に記載の方法は、銘柄別に最適な粉砕を行ない、複数銘柄を用いる場合には、銘柄別に粉砕したものを粉砕後に混合する方法である。石炭の銘柄別に粉砕を行なうことは望ましい方法ではあるが、一銘柄では粉砕機の一回の粉砕量に不足する場合があり、石炭の銘柄が頻繁に変更される場合には生産性が低下する。また、吹き込まれる微粉炭の性質を平均化させるためにも、複数銘柄の石炭を混合して用いることが好ましいが、粉砕後に効率良く混合するためには、多数の粉砕機が必要でありコスト高である。

一方で、硬さの大きく異なる石炭を同時に粉砕すると、目標とする粒度分布が得られないという問題がある。硬さの大きく異なる２銘柄の石炭を同時粉砕した場合の粒度分布は、図３に示すように単一銘柄の粉砕に比べて粒度分布の幅の広いものとなり、輸送性が悪化する。この理由は、硬い石炭と軟らかい石炭とを混合して粉砕する際に、硬い石炭に合わせて粉砕ローラーの加圧力を設定すると、軟らかい石炭が過粉砕となり、軟らかい石炭に合わせて粉砕ローラーの加圧力を設定すると、硬い石炭が十分に粉砕されないためであるとされている。軟らかい石炭が過粉砕となると、微粉炭の流動性を悪化させ、硬い石炭が十分に粉砕されないと、羽口先での微粉炭の燃焼性を悪化させる。したがって、硬さの大きく異なる石炭を同時に粉砕処理して高炉吹き込み用の微粉炭を製造することは困難である。

したがって本発明の目的は、このような従来技術の課題を解決し、硬さの異なる石炭を同時に粉砕する際にも、高炉吹き込みに好適な粒度分布を有する微粉炭が製造できる、微粉炭の製造設備および製造方法を提供することにある。

本発明者らは上記の課題を解決すべく実験と検討を重ねた結果、以下のような驚くべき事実を見出した。すなわち、従来は硬さの異なる石炭を、同一の粉砕機で粉砕しても目標とする吹き込み用に適正な粒度分布を得ることは困難であったが、硬さの異なる石炭を予め十分に混合し、適切な粉砕条件を設定することで、目標とする粒度分布を得ることが可能となるのである。本発明はこのような知見に基づきなされたもので、その特徴は以下の通りである。
（１）、複数の石炭ホッパーと、該石炭ホッパーから排出された石炭を搬送するベルトコンベアと、該ベルトコンベアで搬送された石炭を貯留する第一の配合ホッパーと、該第一の配合ホッパーから排出された石炭を貯留する第二の配合ホッパーと、該第二の配合ホッパーから排出された石炭を粉砕する粉砕機とを有することを特徴とする微粉炭の製造設備。
（２）、第一の配合ホッパーと第二の配合ホッパーとの間に、石炭を搬送する第二のベルトコンベアを設置することを特徴とする（１）に記載の微粉炭の製造設備。
（３）、（１）または（２）に記載の微粉炭の製造設備を用い、複数の異なる銘柄の石炭を所定の比率で配合して粉砕する際に、前記比率に応じた質量平均として平均ＨＧＩを求め、該平均ＨＧＩに応じて設定した粉砕力で粉砕を行なうことを特徴とする微粉炭の製造方法。

本発明によれば、硬さの異なる石炭を、同一の粉砕機で粉砕しても目標とする高炉の吹き込み用に適正な粒度分布を有する微粉炭が得られる。このため従来は使用が困難であった硬さの石炭を微粉炭原料として用いることが可能となる。また、低コストで複数銘柄の石炭を混合した微粉炭を製造できる。また、微粉炭を製造後に混合する必要が無いので、発火の危険が減り、安全に微粉炭を製造できる。

まず、従来の微粉炭製造設備を図４を用いて説明する。従来の微粉炭製造設備は、複数の石炭ホッパー２と、石炭ホッパー２から切り出した石炭を搬送するベルトコンベア４と、ベルトコンベア４で搬送された石炭を貯留する配合ホッパー５と、この配合ホッパー５から切り出した石炭を粉砕する粉砕機８とで構成されている。微粉炭の製造は、ヤード１にストックされた石炭を石炭ホッパー２に貯留し、複数の石炭ホッパー２に貯留されている石炭をフィーダー３で共通のベルトコンベア４上に切出して、配合ホッパー５に貯留して、この配合ホッパー５から切り出した石炭を粉砕機に供給して粉砕して行なわれる。

石炭ホッパー２を石炭の銘柄（石炭種）別にして、各銘柄の石炭を所定の比率で供給・混合して粉砕することで、粉砕後の微粉炭の粒度分布を調製できるが、硬さの異なる石炭を用いる場合は、所定の粒度分布範囲内（例えば、７４μｍ以下が７５〜８０ｍａｓｓ％）とすることは困難である。本発明では、粉砕前に石炭を十分に混合するために、従来の設備に配合ホッパーを追加する。本発明の微粉炭の製造設備の一実施形態を、図１に示す。なお、微粉炭の製造設備は高炉装入原料の製造設備に比べて小規模であり、設備の変更が容易で、相対的にコストも低いため、本発明の実施は比較的容易に行なうことができる。

図１において、微粉炭の製造設備は、複数の石炭ホッパー２と、石炭ホッパー２から切り出した石炭を搬送するベルトコンベア４と、ベルトコンベア４で搬送された石炭を貯留する第一の配合ホッパー５と、第一の配合ホッパー５の下流側に設置された第二の配合ホッパー７と、第二の配合ホッパー７から切り出した石炭を粉砕する粉砕機８とで構成されている。第一の配合ホッパー５と第二の配合ホッパー７との間に、石炭を搬送する第二のベルトコンベア６を設置することが好ましい。

図１に示す設備を用いた微粉炭の製造方法を説明する。ヤード１にストックされた石炭は、銘柄別に石炭ホッパー２に貯留し、複数の石炭ホッパー２に貯留されている石炭をフィーダー３で共通のベルトコンベア４上に所定の割合で切出して重ね排出し、ベルトコンベア４上に異種石炭の多層構造を形成する。この石炭が第一の配合ホッパー５に装入される際には、まだホッパー内で石炭は銘柄別に偏析している。第一の配合ホッパー５に貯留された石炭は、切り出される際にある程度混合される。第一の配合ホッパー５から切り出した石炭をベルトコンベア６で搬送し、第二の配合ホッパー７に装入する。石炭は第二の配合ホッパー７から排出される際にさらに混合されて、十分に混合された状態で粉砕機８に供給されて粉砕される。

以上のように、複数銘柄（品種）の石炭を混合状態で貯留するホッパーを粉砕工程までに２つ以上設けることで、異なる銘柄の石炭の混合を自動的に十分に行なうことができる。従来の設備を用いた場合には、石炭の混合が十分ではなく、粉砕する石炭の平均的な硬さ（ＨＧＩ）は時間的に変動していた。本発明の微粉炭製造設備を用いて石炭の混合を十分に行なうと、各銘柄の石炭の配合比率で質量平均された平均ＨＧＩを用いて、平均的な銘柄として石炭を処理可能となり、その平均的な硬さに適合した粉砕条件を用いて粉砕を行なうことで、目標とする高炉吹き込みに適した粒度分布を有する微粉炭を製造することができる。粉砕条件としては、従来と同様、粉砕時の加圧力等を調整すればよい。

粉砕前の石炭の混合は、平均ＨＧＩの時間変動が±５％以内となる程度まで行なうことが好ましい。石炭の粉砕工程前のホッパーが１段であるような場合には、平均ＨＧＩの時間変動は±１５％程度であり、混合が十分ではなかったが、２段以上のホッパーを設けることで、平均ＨＧＩの時間変動を±５％以内に低減可能である。

本発明の微粉炭製造設備および製造方法を用いて製造した微粉炭の高炉への吹き込みは、通常と同様の方法を用いて行なえばよい。図１において、製造された微粉炭は、主管１０を通して微粉炭吹込み装置１１へ気体搬送する。微粉炭吹込み装置１１に搬送された微粉炭を気送により分配器１２へ供給し、更に分配器１２から複数の枝管１３を通して高炉１４下部の多数の羽口１５部まで分配気送する。熱風炉１６から各羽口１５部のブローパイプ１７に供給される熱風１８中に、微粉炭を吹込みノズル１９からを噴射し、熱風と共に各羽口１５から微粉炭を吹き込み、燃焼させる。所定の粒度に調整された微粉炭は、配管等でつまりを生じることなく羽口から吹き込まれ、良好な燃焼性を有している。

図４に示すものと同様の設備を用いて、微粉炭の製造を行なった。粉砕は水平に回転するテーブルに複数のローラーを押し当て、圧縮力やせん断力によって原料を微粉砕するローラーミルを用いて行なった。原料石炭としてＨＧＩが５０のもの（低ＨＧＩ炭）に、ＨＧＩが７５の石炭（高ＨＧＩ炭）を全体の７０質量％配合し、平均ＨＧＩから算出して給炭量が５０ｔ／ｈ時のローラーミルのローラーの加圧力を２．５ＭＰａとして粉砕して微粉炭を製造し、流動性を測定して比較例とした。流動性は、微粉炭を微粉炭吹き込み装置に気体（窒素）輸送する際の、特定区間の輸送時間で評価した。

比較例の場合の粒度分布は、平均粒径が２０〜３０μｍで、累積体積比率が１０％の位置での粒度と９０％の位置での粒度の差を、５０％の位置での粒度で割った指数（以下、「指数Ｓ」と称する。）は３．７〜４.０であった。この指数Ｓは粒度分布の広がりを示す指数であり、値が大きくなるほど、その粒度分布の幅が広いことを意味している。

次に、図１に示すものと同様の設備を用いて、微粉炭の製造を行った。ローラーミルは上記と同じ形式のものを用い、前述した石炭と同じ配合（高ＨＧＩ炭の配合比率が７０質量％）で、かつ、粉砕条件（給炭量：５０ｔ／ｈ、ローラーミルの加圧力：２.５ＭＰａ）も同じにして粉砕し、粒度分布や流動性を評価して本発明例とした。

本発明例の微粉炭の粒度分布は平均粒径が２０〜３０μｍであったが、分布の広がりを示す指数Ｓの値は２.１〜２.３となり、分布の広がりが抑制された。

本発明例と比較例との、流動性の測定結果を図２に併せて示す。図２に示すように、本発明例では微粉炭の輸送時間が短くなり、流動性が改善されていることがわかる。

本発明の一実施形態を示す微粉炭製造設備および吹き込み設備の概略図。 微粉炭の流動性の変化を示すグラフ。 単一銘柄と、２銘柄混合粉砕時の粒度分布の比較を示すグラフ。 従来の微粉炭製造設備および吹き込み設備の概略図。

符号の説明

１ ヤード
２ 石炭ホッパー
３ フィーダー
４ ベルトコンベア
５ （第一の）配合ホッパー
６ 第二のベルトコンベア
７ 第二の配合ホッパー
８ 粉砕機
１０ 主管
１１ 微粉炭吹込み装置
１２ 分配器
１３ 枝管
１４ 高炉
１５ 羽口
１６ 熱風炉
１７ ブローパイプ
１８ 熱風
１９ 吹込みノズル

Claims (3)

1. 複数の石炭ホッパーと、該石炭ホッパーから排出された石炭を搬送するベルトコンベアと、該ベルトコンベアで搬送された石炭を貯留する第一の配合ホッパーと、該第一の配合ホッパーから排出された石炭を貯留する第二の配合ホッパーと、該第二の配合ホッパーから排出された石炭を粉砕する粉砕機とを有することを特徴とする微粉炭の製造設備。
2. 第一の配合ホッパーと第二の配合ホッパーとの間に、石炭を搬送する第二のベルトコンベアを設置することを特徴とする請求項１に記載の微粉炭の製造設備。
3. 請求項１または請求項２に記載の微粉炭の製造設備を用い、複数の異なる銘柄の石炭を所定の比率で配合して粉砕する際に、前記比率に応じた質量平均として平均ＨＧＩを求め、該平均ＨＧＩに応じて設定した粉砕力で粉砕を行なうことを特徴とする微粉炭の製造方法。
   

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