JP2007254836A - 高炉原料の乾燥予熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高炉原料の乾燥、予熱を安価な方法で実施可能とすると共に、高炉操業において炉内へ投入される熱量を低減し、高炉への粉原料の持込量を低減することで炉内のガス流を適正なものとし、これにより高炉の安定操業を達成する高炉原料の乾燥予熱装置を提供すること。
【解決手段】高炉原料の乾燥予熱装置であって、前記原料を貯蔵するホッパーと、該ホッパーの下方に設置された前記原料を排出するフィーダーと、該フィーダーから排出される前記原料を篩分けする篩設備と、前記ホッパーの側壁に設けた複数の送気口から加熱ガスを前記ホッパー内へ供給する送気装置と、前記ホッパー内のガスを吸引して除塵する排気装置とを有すると共に、前記ホッパー内の周方向の温度分布を測定するための温度計と、該温度計の計測値に応じて前記各送気口へ供給する加熱ガス量を制御するための制御装置とを有することを特徴とする高炉原料の乾燥予熱装置を用いる。
【選択図】図２

Description

本発明は、鉄鉱石、コークス等の高炉装入原料の乾燥予熱装置に関し、特に、高炉原料を乾燥、予熱することにより、高炉への粉原料の装入を回避し、高炉の安定操業を図る技術に関する。

高炉では、鉄鉱石、コークス、造滓剤を原料として炉頂から炉内へ装入し、炉下部から高温空気あるいは酸素を富化した高温空気を炉内へ吹き込むことによりコークスを燃焼し、この燃焼により発生する熱とＣＯガスを利用して鉄鉱石の還元、溶融を行うことで、溶銑を製造している。炉頂から装入される原料は数ｍｍから数十ｍｍの粒状に調整されて、炉内へ装入されるので、炉下部でコークスの燃焼によって発生する燃焼ガスは炉内に充填された粒状の原料の間隙を炉頂へ向けて上昇することになる。

原料への熱供給は主としてこの燃焼ガスからの伝熱により行われるために、炉内における燃焼ガスの流れが適正な状態でないと、原料の昇温が不安定となり、鉄鉱石の還元、溶融に支障をきたすことになる。

したがって、炉内のガス流を適正なものとするために、炉頂における原料の炉内装入時に、炉内の適正な位置へ適正な粒度の原料を装入するための、炉頂装入装置や炉頂装入方法の開発が鋭意進められている。

しかしながら、このような原料装入装置や方法の工夫を精緻に行っていても、原料そのものに粉が混入してしまうと、炉内への粉原料の装入は回避できず、上記したガス流の適正化は困難となってしまう。

高炉で使用される原料には、焼結機やコークス炉において製造されて粒度調整後直接、高炉の原料槽へ送られてくる原料と、製造後一旦ヤードと呼ばれる露天の保管場所にて保管された後に、改めてこれを回収して高炉原料槽へ送られてくる原料、さらには、鉄鉱石の中には、工場に入荷後に粒状のままヤードに保管され、これを回収して粒度調整後に高炉の原料槽へ送られてくる原料もある。これらの原料のうち、ヤードで保管された後に高炉原料槽へ送られてくるものについては、ヤード保管時に雨水等による湿潤が進むことが避けられず、水分含有量が数ｍａｓｓ％となり、中には水分含有量が１０ｍａｓｓ％を超えるような原料もある。

こうした水分量の多い原料では、原料の粒子に粉原料が水分によって付着しているため、篩等により粒度調整をおこなっても粉原料が除去できない場合が生じる。また、このような水分を含んだ粉原料は篩の網そのものにも付着しやすいため、篩の目詰まりの原因となり、その結果さらに原料の篩分けが困難になるという問題がある。

篩により粒原料から除去しきれなかった粉原料は粒原料に付着したまま炉頂へ運ばれて炉内へ装入されると、炉内の熱により乾燥されて粒原料の表面から離脱するので、炉内の原料の間隙を流れ、場合によっては原料同士の間隙に粒原料が溜まって炉内のガス流を阻害するといった現象を引き起こすこともある。

したがって、高炉原料に付着する粉原料を除去する技術は、高炉炉内への原料装入技術と同等に重要な技術であるといえる。

従来、高炉の原料を予熱する、という観点で、特許文献１において、高炉原料の秤量前に、高炉ドライピット、冶金用加熱炉その他の熱風発生源から排出される雰囲気ガスもしくは排ガスを回収し、そのガス熱量を高炉原料に与える高炉原料の恒湿温間装入方法、が提案されている。これは、高炉原料に付着している水分を、その秤量前に加熱してできるだけ除去し、原料中の水分を一定量とし、高炉原料の秤量を正確に行うことを目的としているものである。
特開昭５３-１４１１１７号公報

特許文献１に記載の技術を用いれば、高炉原料を高炉装入前に加熱して乾燥させることができ、高炉炉内へ投入される水分量を低減することで、高炉操業において炉内へ投入される熱量を低減することが可能となる。しかしながら、この技術は高炉原料の乾燥により含水率を低減させて秤量を正確に行なうことを目的とするものであり、付着していた粉原料も粒原料と一緒に秤量されて高炉炉内へ装入されてしまうため、高炉炉内における粉原料による目詰まりの発生を防ぐことはできないと考えられる。つまり、高炉操業において炉内へ投入される熱量を低減することはできるが、炉内へ装入される粉原料を低減するという目的には効果がないものである。

したがって本発明は、このような従来技術の課題を解決し、高炉原料の乾燥、予熱を安価な方法で実施可能とすると共に、高炉操業において炉内へ投入される熱量を低減し、高炉への粉原料の持込量を低減することで炉内のガス流を適正なものとし、これにより高炉の安定操業を達成する高炉原料の乾燥予熱装置を提供することを目的とする。

このような課題を解決するための本発明の特徴は以下の通りである。
（１）高炉原料の乾燥予熱装置であって、前記原料を貯蔵するホッパーと、該ホッパーの下方に設置された前記原料を排出するフィーダーと、該フィーダーから排出される前記原料を篩分けする篩設備と、前記ホッパーの側壁に設けた複数の送気口から加熱ガスを前記ホッパー内へ供給する送気装置と、前記ホッパー内のガスを吸引して除塵する排気装置とを有すると共に、前記ホッパー内の周方向の温度分布を測定するための温度計と、該温度計の計測値に応じて前記各送気口へ供給する加熱ガス量を制御するための制御装置とを有することを特徴とする高炉原料の乾燥予熱装置。
（２）温度計を送気口よりも下方に設置することを特徴とする（１）に記載の高炉原料の乾燥予熱装置。

本発明によれば、高炉原料からの水分の除去が容易となり、篩分けによる粉原料除去が確実に行える上に、湿った粉原料が篩に付着して篩の目詰まりを起こすことを回避できるため、篩の管理が容易となるという効果がある。

そして、その結果、高炉内に投入する熱量を低減でき、高炉への粉原料の持込量が減少するので、炉内のガス流を適正化して、高炉の操業安定にも大きく寄与することができる。

本発明に係る高炉原料の乾燥予熱装置の一実施形態を図１に示す。

高炉原料の乾燥予熱装置は、原料を貯蔵するホッパーと、ホッパーの下方に設置された原料を排出するフィーダーと、フィーダーから排出される原料を篩分けする篩設備と、ホッパーの側壁に設けた複数の送気口から加熱ガスをホッパー内へ供給する送気装置と、ホッパー内のガスを吸引して除塵する排気装置とを有すると共に、ホッパー内の周方向の温度分布を測定するための温度計と、温度計の計測値に応じて各送気口へ供給する加熱ガス量を制御するための制御装置とを有している。図１においては、貯鉱槽１と貯骸槽２とが、高炉原料の乾燥予熱装置の原料を貯蔵するホッパーに該当する。３がフィーダー、４が篩設備であるスクリーン、８が送気装置、１５が排気装置であり、高炉へ供給する鉱石を鉱石銘柄毎に貯留する貯鉱槽１と、高炉へ供給するコークスを貯留する貯骸槽２へ加熱ガスを供給する例を示している。通常貯鉱槽１、貯骸槽２はそれぞれ複数のホッパーで形成される。貯鉱槽１では、焼結鉱、生鉱石（鉄鉱石として掘削され篩分けにより粒度を調整された鉱石、或いはそのような鉱石を適切な比率に配合した鉱石。通常鉱石類の銘柄毎に別ホッパーとする。）、副原料（石灰石や蛇紋岩等造滓材）等毎にホッパーを分けて、それぞれ所定の比率でホッパーから排出されて混合原料として高炉内へ装入される。貯骸槽２では通常同種のコークスが複数のホッパーに貯留されて各ホッパーから同時に排出して所定量を計量する。図１において貯骸槽２のホッパーの下方にフィーダー３が設けられ、ここで排出されたコークスはスクリーン４を経由して粗粒はコンベアで運搬されてコークスの計量ホッパー５へ送られる。スクリーンの篩下粉は粉シュート６を介して粉コークスホッパー７へ集められ、系外へ搬出される。

図１では簡単のために貯鉱槽１の排出系統は省略しているが、こちらでも、ホッパー下方のフィーダーで排出された鉱石類がスクリーンを介して粗粒と粉に分けられて粗粒はコンベアにより計量ホッパーへ運ばれ、粉は粉鉱石ホッパーに回収される。

加熱ガスをホッパー内へ供給する送気装置８は、加熱ガスを昇圧する昇圧ファン（導入ファン）９と、ホッパー内へ加熱ガスを送気する送気配管１０を有している。送気配管の先端はホッパーに接続されて送気口１１を形成している。送気配管のホッパー外部部分にダスト排出口１２を設置することもできる。１３は熱風発生源、１４は流調弁である。熱風発生源１３で発生させた加熱ガスを導入ファン９によって昇圧し各貯鉱槽１、貯骸槽２の側壁へ設けた送気口１１からホッパー内へ送気する。図１に示すように各送気口１１毎に流調弁１４を設置しておくと、一つの送気装置で複数の貯鉱槽１、貯骸槽２へ同時に加熱ガスを供給するときに、それぞれの送気量を調整でき、好適である。図１では各ホッパーの送気口１１を１個ずつしか記載していないが、それぞれのホッパーに複数個の送気口を設けるものとする。各送気口毎に流調弁を設けておくと、ホッパー内での加熱ガスの流れを均等に調整することが容易となり、好適である。

ホッパー内のガスを吸引して除塵する排気装置１５は、ホッパー内のガスを吸引する吸引配管１６と、集塵器１７と、吸引ファン１８とを有している。吸引配管１６は排気口１９でホッパーと接続されている。各ホッパー（貯鉱槽１、貯骸槽２）の上部には、排気口１９が設けられ、集塵器１７を介して吸引ファン１８によって排気される。このようにすることで、ホッパーの送気口１１から送気された加熱ガスがホッパー内を上昇して排気口１９から排出されるガスの流れが形成され、加熱ガスによるホッパー内の鉱石類、コークスの加熱、乾燥が容易に行われる。したがって、加熱ガスをホッパー内へ送気する送気口１１の位置はできる限りホッパー側壁の下部に設けると良い。従来の貯鉱槽１、貯骸槽２では通常ホッパーの上部は原料をホッパー内へ装入するために開口しているが、本発明では吸引ファン１８により加熱ガスを効果的に吸引するために、ホッパー内への原料装入時以外は図１に示すように、原料を装入する開口部を簡易な蓋２０で閉止しておくと好適である。だだし、吸引ファン１８により下方から上昇してくる加熱ガスによるホッパー上部からの粉塵の飛散は防止されるので、必ずしもホッパー上部の蓋は必要ではない。

ホッパーに送気する加熱ガスとしては、工場で発生する各種の加熱ガスが利用できる。特に３００℃以下程度の比較的低温で排出されて熱回収が困難な排ガスが有効に利用できるため、これを用いることが好ましい。高炉の貯鉱槽、貯骸槽の場合、近隣に焼結機が設置されている場合がほとんどであるので、焼結機のクーラー排ガスを利用すると、送気経路が短く、放熱が少ないため最適であり、特に好ましい。その他、高炉熱風炉排ガス、圧延の加熱炉排ガス等それぞれの工場の立地条件にあわせて適宜加熱ガスを選択できる。もちろん、加熱ガス発生用に燃焼炉、電気炉等を設置して、専用の熱風発生源としても良い。

加熱ガスの温度は、高炉原料の乾燥、予熱が可能であればよいので、送気口で６０℃以上とすることが好ましく、より好適には、８０℃以上あれば良い。ただし３００℃を超えるような高温とすると、高温ガスに対応できる昇圧ファン（導入ファン）を設置する必要があり、またホッパー周辺の機器の耐熱性等も問題となり、設備コストが上昇する可能性があるので、３００℃以下とすることが好ましい。乾燥予熱の目的から考えれば、２００℃以下で十分である。

送気口はホッパー側面に二つ以上設置する。ホッパー内の原料を均等に乾燥予熱するためには、ホッパーの周方向に複数送気口を配置することが好ましいためである。また複数の送気口は、周方向で均等位置に配置することが好ましい。さらに、環状管から複数の送気口へ加熱ガスを供給することが好ましい。

図２に、ホッパーの周囲に環状管を設け、環状管から複数の送気口へ加熱ガスを供給する場合の一実施形態を示す。ホッパー３０の周囲に環状管３１を設け、熱風の送気配管１０を介して、送気口１１から加熱ガスを供給している。環状管３１がリザーバーの役目を果たし、各送気口１１から均等に加熱ガスを供給することができる。

本発明においては、さらに、ホッパー内の周方向の温度分布を測定するための温度計と、温度計の計測値に応じて各送気口へ供給する加熱ガス量を制御するための制御装置を設置する。周方向の同一高さレベルに温度計を設置することが好ましく、各送気口の上方および／または下方位置に温度計を設置することがより好ましい。図２においては、送気口の上方および下方について、ホッパー３０の側壁の周方向にそれぞれ２つの温度計３２、３３が設置されている。この温度計によりホッパー内の鉱石等の原料の温度を計測することでホッパー内での原料の乾燥、予熱のバランスを推定することができる。すなわち、周方向の一部に温度が低い部分があれば、その方向の送気口からの加熱ガスの流量を増加することで低温部への入熱を増加してホッパーの周方向全体での温度バランスを均一にすることができる。加熱ガスの流量は流調弁１４で調整できる。

図２では２つの送気口１１に対して水平方向で２箇所に温度計を設けた例が示されているが、この例にかぎらず、水平方向で３箇所以上に温度計を設けてもよい。ホッパー内へ送気された加熱ガスはホッパー上部で排気されているため上方へ流れるので、ホッパーの高さ方向では温度勾配ができるため、温度制御に用いる温度計は周方向に同一水平レベルに設置することが好ましいが、高さ方向に１００ｍｍ程度のレベルの差があっても制御には支障がない。

図２において、温度計の計測値に応じて加熱ガス量を制御する制御装置は３４である。図２では送気口１１よりも上のレベルの周方向の温度計３２と、下のレベルの周方向の温度計３３が設置されている様子が示されているが、制御装置３４では、それぞれのレベル同士で温度計測値を比較して送気口１１の流調弁１４の開度制御を行えば良い。どちらのレベルでも制御は可能であるが、送気口よりも上のレベルを用いる場合（温度計３２）、送気口からの高さがあまり離れると、まだ十分に乾燥予熱がなされていない位置での測定となるため、最終的にホッパーの下方から排出されるときに乾燥予熱が十分に達成されているか別途現場での目視等の確認が必要となるため、好ましくない。送気口から５００〜１０００ｍｍ程度の範囲のレベルに温度計を設置することが望ましい。

送気口よりも下方のレベルの周方向へ温度計を設置する場合（温度計３３）には、ほぼ乾燥予熱が終了した位置での温度測定となるため、より好ましい。この場合は周方向の各温度計のバランスを調整する制御に加えて、乾燥予熱が終了した後の到達温度と判断することによって、ホッパー全体の乾燥予熱の程度を確認することもできる。具体的には、周方向各温度計の計測値が一致していたとしても、原料の到達温度がたとえば６０℃程度であったとすると全体としての乾燥予熱が十分でないと判断することができ、各送気口からの加熱ガスの流量を全体的に増加するという操作が可能となる。原料の付着水分を気化させて付着粉を効率的に篩分けするためには、原料の温度を８０℃以上程度に昇温することが好ましい。

次に、本発明の高炉原料の乾燥予熱装置を用いてホッパー周方向の温度バランスを調整する制御について説明する。

図３は、周方向に４箇所の送気口を設置し、各送気口の下方に温度計を設置した場合の例であり、周方向４箇所の温度計の側温値（Ｔ１〜Ｔ４）を用いて、各温度計の設置方向に対応する送気口からの加熱ガス量を調整する流調弁の開度Ｄ１〜Ｄ４を制御する方法を示すフロー図である。図３中αは各温度の平均値との差についての閾値であり、閾値α以上平均値との差が開いたときに流調弁開度の調整を行う。αは通常５℃程度で管理すると良い。βは流調弁の開度を一回の調整で変更する開度単位である。βは通常２〜５％程度で調整すると良い。

図３に示すフローに限らず、さらに各温度が所定値以上の値に到達した場合には、全体の流調弁の開度を低くする等の調整を適宜加えることができる。

内容積５１５０ｍ³の高炉に設置された貯鉱槽２０槽の内、焼結鉱を貯留する槽４槽、生鉱石を貯留する貯鉱槽４槽につき、図１、図２に示すものと同様の原料乾燥予熱装置を設置した。焼結鉱槽の能力は最大切り出し量７０ｔ／Ｈ、生鉱石槽の能力は最大切り出し量１００ｔ／Ｈである。

焼結鉱の水分は実績で最大２ｍａｓｓ％程度であったので、これを０ｍａｓｓ％まで低減するために、４００００ｍ³（標準状態）／Ｈの熱風を吹き込めるようにし、生鉱石の水分は実績で最大５ｍａｓｓ％だったため、１４００００ｍ³（標準状態）／Ｈ吹き込み可能な設備とした。熱風発生源として隣接する焼結機のクーラー排ガスの一部を使用し、これを導入ファンにて昇圧して加熱ガスとして各槽へ送給した。加熱ガスの温度は各槽の送気口部にて１５０℃であった。

各原料乾燥予熱装置の送気口はホッパー下部の周方向の対称位置に４箇所設置し、４つの送気口の下端レベルから３００ｍｍ下方の位置にそれぞれ熱電対を設置し、連続的に温度計測を行った。この温度計の計測値をパソコンに取り込み、図３に示す制御フローにて４つの送気口に設けた流調弁の開度を制御した。温度偏差の閾値αは５℃、流調弁の開度制御の調整は５％づつ行った。なお、この開度制御は２０分に一回づつ行うように、パソコンにて管理した。

その結果、加熱ガスの吹き込み開始後１時間の時点では４箇所の温度計の偏差（最大値から最小値を引いた数値）は１４℃であったが、６時間後の時点では６℃まで低減した。

また、ホッパー下方から排出される焼結鉱は目視する限り、吹き込み開始後１時間の時点では乾燥された焼結鉱に部分的に水分の付着した焼結鉱が混在していたが、吹き込み開始後１時間の時点では全体的に均一に乾燥していた。

本発明に係る高炉原料の乾燥予熱装置の一実施形態を示す概略図。 本発明に係る高炉原料の乾燥予熱装置の一実施形態であり、温度制御部分を示す概略図。 本発明装置を用いて加熱ガス量を制御する方法を示すフロー図。

符号の説明

１ 貯鉱槽
２ 貯骸槽
３ フィーダー
４ スクリーン
５ 計量ホッパー
６ 粉シュート
７ 粉コークスホッパー
８ 送気装置
９ 昇圧ファン（導入ファン）
１０ 送気配管
１１ 送気口
１２ ダスト排出口
１３ 熱風発生源
１４ 流調弁
１５ 排気装置
１６ 吸引配管
１７ 集塵器
１８ 吸引ファン
１９ 排気口
２０ 蓋
３０ ホッパー
３１ 環状管
３２ 温度計
３３ 温度計
３４ 制御装置

Claims (2)

1. 高炉原料の乾燥予熱装置であって、前記原料を貯蔵するホッパーと、該ホッパーの下方に設置された前記原料を排出するフィーダーと、該フィーダーから排出される前記原料を篩分けする篩設備と、前記ホッパーの側壁に設けた複数の送気口から加熱ガスを前記ホッパー内へ供給する送気装置と、前記ホッパー内のガスを吸引して除塵する排気装置とを有すると共に、前記ホッパー内の周方向の温度分布を測定するための温度計と、該温度計の計測値に応じて前記各送気口へ供給する加熱ガス量を制御するための制御装置とを有することを特徴とする高炉原料の乾燥予熱装置。
2. 温度計を送気口よりも下方に設置することを特徴とする請求項１に記載の高炉原料の乾燥予熱装置。

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