JP2009235551A - 高炉原料の加熱乾燥ホッパーおよびその温度調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高炉原料を加熱乾燥しつつ貯留するとともに、高炉原料と粉状原料を容易に分離できる加熱乾燥ホッパー、およびその加熱乾燥ホッパーの温度調整方法を提供する。
【解決手段】加熱乾燥ホッパー１の上部に配設される投入口４から高炉原料２を投入し、加熱乾燥ホッパーの下部に配設されるフィーダー１２を用いて高炉原料を排出し、フィーダーの下方に配設される篩分け機１３を用いて高炉原料の篩分けを行なう一方で、加熱乾燥ホッパーの下部側壁に配設される送気配管６から加熱乾燥ホッパー内に高温ガスを供給し、加熱乾燥ホッパーの上部側壁に配設される排気配管９から加熱乾燥ホッパー内の雰囲気ガスを吸引して排ガスとして排出しながら、排気配管に配設される温度計１０で排ガスの温度を測定し、温度計の測定値に基づいてバイパス流量調整弁１６の開度を調整して高温ガスの供給量を制御することによって、排ガスの温度を大気温度以上に維持する。
【選択図】図１

Description

本発明は、高炉に装入される鉄鉱石，焼結鉱，コークス等の原料（以下、高炉原料という）を加熱乾燥しつつ貯留するホッパーに関するものである。高炉原料を貯留するホッパーは、鉄鉱石や焼結鉱を貯留するもの（いわゆる貯鉱槽）とコークスを貯留するもの（いわゆる貯骸槽）があり、ここではそれらを総称してホッパーと記す。

高炉では、鉄鉱石，焼結鉱，コークス等の高炉原料を炉頂から装入し、炉下部から高温空気あるいは酸素富化高温空気を炉内に吹込んで、コークスを燃焼させることによって燃焼ガスを発生させ、その燃焼ガスの熱とＣＯによって鉄鉱石や焼結鉱を還元し、さらに溶融して溶銑を得る。高炉原料は粒径（数mm〜数十mm程度）を調整した粒状の固体であり、炉内で燃焼あるいは溶融するまで固体として存在し、互いに隣り合う高炉原料の間に隙間が生じる。したがって、炉内に吹込まれる高温空気やコークスの燃焼で発生する燃焼ガスは、その隙間を通って炉頂へ上昇していく。

高炉原料（特に鉄鉱石，焼結鉱）への熱供給は燃焼ガスから行なわれるので、炉内における燃焼ガスの流れを適正な状態に維持しなければならない。何故なら、燃焼ガスの流量が不足する、あるいは燃焼ガスが炉内で偏在すると、鉄鉱石や焼結鉱の加熱が不安定になり、その還元および溶融に支障を来たすからである。
そのため、炉内の燃焼ガスの流れを適正な状態に維持する技術が種々検討されている。たとえば、高炉原料を炉頂から装入するときに、高炉原料の粒度に応じて適正な炉内位置に堆積させる技術が実用化されている。しかしながら高炉原料に粉状の粒子が混入すると、炉内で高炉原料の間に生じる隙間に粉状の粒子が充満して、燃焼ガスの流れを阻害する。つまり、高炉原料を適正な炉内位置に堆積させる精緻な装置や方法を開発しても、高炉原料に粉状の粒子が混入すると、炉内における燃焼ガスの流れを適正な状態に維持することが困難になる。

なお粉状の粒子（以下、粉状原料という）は、ホッパーに投入するときの衝撃や搬送する際の振動等によって、高炉原料が崩壊したものである。
高炉原料は、様々な経路をたどってホッパーに貯留される。高炉原料のうち、焼結鉱やコークスは、製造設備（すなわち焼結機，コークス炉）から粒度調整を経て、直接ホッパーへ送給される、あるいは一旦屋外の保管場所（いわゆるヤード）に保管された後、あらためて回収してホッパーへ送給される。鉄鉱石は、荷揚げ場からヤードに搬入して保管された後、あらためて回収してホッパーへ送給される。

高炉原料のうち、ヤードに保管されたものは雨水等の水分（含水率は質量比で数％程度）が含まれており、長期間ヤードに保管された高炉原料や降雨量の多い時期（たとえば梅雨等）にヤードに保管された高炉原料は、含水率が10％を超えるものもある。このような含分率の高い高炉原料は、粉状原料が水分によって付着しており、篩分けを行なっても粉状原料を除去できない。また、そのような高炉原料は、その水分によって篩分け機の網に付着し易いので、網の目詰まりを引き起こす。

粉状原料が付着した高炉原料を高炉に装入すると、炉内の熱で水分が蒸発して、粉状原料と高炉原料が分離する。その結果、高炉原料の間に生じる隙間に粉状原料が充満して、燃焼ガスの流れを阻害する。そこで、篩分けに先立ってホッパーに保管されている高炉原料を加熱して乾燥させる技術が検討されている。
たとえば特許文献１には、熱処理炉等から発生するガスの廃熱を回収し、その熱量を利用して秤量前に高炉原料を乾燥する技術が開示されている。この技術は、高炉原料の含水率を低減して秤量を行なうことによって、秤量の精度を向上することを目的としたものである。

しかし特許文献１に開示された技術を適用して秤量を行なった場合でも、高炉原料のみならず、その高炉原料に付着した粉状原料も一緒に秤量されて高炉に装入されてしまう。そのため、炉内における燃焼ガスの流れを適正な状態に維持することが困難になる。
また、高炉原料の乾燥を行なうホッパーから排出されるガスを集塵機に導入して除塵する場合、ホッパーから排出されるガスは湿度が高いので、そのガスの温度が大気温度より低い場合には、結露による集塵機のバグ詰まりを引き起こす。
特開昭53-141117号公報

本発明は、高炉原料を加熱乾燥しつつ貯留するとともに、高炉原料と粉状原料を容易に分離できる加熱乾燥ホッパー、およびその加熱乾燥ホッパーの温度調整方法を提供することを目的とする。また、その加熱乾燥ホッパーの出側に配設される集塵機のバグ詰まりを防止し、集塵能力を安定して維持できる加熱乾燥ホッパー、およびその加熱乾燥ホッパーの温度調整方法を提供することを目的とする。

本発明は、高炉原料を加熱乾燥しつつ貯留する加熱乾燥ホッパーであって、ホッパーの上部に配設されて高炉原料の投入経路となる投入口と、投入口に開閉可能に取付けられる蓋と、加熱乾燥ホッパーの下部に配設されて高炉原料を排出するフィーダーと、加熱乾燥ホッパーの下部側壁に配設されて加熱乾燥ホッパー内に高温ガスを供給する送気配管と、フィーダーの下方に配設されて高炉原料の篩分けを行なう篩分け機と、加熱乾燥ホッパーの上部側壁に配設されて加熱乾燥ホッパー内の雰囲気ガスを吸引して排ガスとして排出する排気配管と、排気配管に配設されて排ガスの温度を測定する温度計と、加熱乾燥ホッパー内に供給する高温ガスの供給量を調整する流量調整弁と、排気配管に高温ガスを直接供給するバイパス配管と、温度計の測定値に基づいて排気配管に供給される高温ガスの供給量を調整するバイパス流量調整弁と、を有する高炉原料の加熱乾燥ホッパーである。

また本発明は、高炉原料を加熱乾燥しつつ貯留する加熱乾燥ホッパーの温度調整方法において、加熱乾燥ホッパーの上部に配設される投入口から高炉原料を投入し、加熱乾燥ホッパーの下部に配設されるフィーダーを用いて高炉原料を排出し、フィーダーの下方に配設される篩分け機を用いて高炉原料の篩分けを行なう一方で、加熱乾燥ホッパーの下部側壁に配設される送気配管から加熱乾燥ホッパー内に高温ガスを供給し、加熱乾燥ホッパーの上部側壁に配設される排気配管から加熱乾燥ホッパー内の雰囲気ガスを吸引して排ガスとして排出しながら、排気配管に配設される温度計で排ガスの温度を測定し、温度計の測定値に基づいてバイパス配管に設置されたバイパス流量調整弁の開度を調整して高温ガスの供給量を制御することによって、排ガスの温度を大気温度以上に維持する高炉原料の加熱乾燥ホッパーの温度調整方法である。

本発明によれば、高炉原料を加熱乾燥しつつ貯留するとともに、高炉原料と粉状原料を容易に分離できる。本発明を適用して高炉原料から粉状原料を分離し、その高炉原料を高炉に装入すると、炉内の高温空気や燃焼ガスの流れを適正な状態に維持できる。さらに、湿分を多量に含んだガス中のダストによる集塵機のバグ詰まりを防止できる。

図１は、本発明を適用する加熱乾燥ホッパーの例を模式的に示す配置図である。加熱乾燥ホッパー１内に高炉原料２が貯留される。ここで高炉原料２は、高炉の炉頂から装入される鉄鉱石，焼結鉱，コークス等の原料を指す。また、鉄鉱石，焼結鉱を貯留する貯鉱槽とコークスを貯留する貯骸槽に本発明を適用したものを総称して加熱乾燥ホッパー１と記す。

加熱乾燥ホッパー１の上部には、高炉原料２の投入経路となる投入口４が設けられ、その投入口４には蓋５が開閉可能に取付けられる。高炉原料２を加熱乾燥ホッパー１に投入するときは蓋５が開き、投入が終了すると蓋５が閉じる。
加熱乾燥ホッパー１内に貯留される高炉原料２には、加熱乾燥ホッパー１へ搬送する際の振動や加熱乾燥ホッパー１の投入口４から投入するときの衝撃によって高炉原料２が崩壊して生じた粉状原料３が混入している。さらに高炉原料２には水分が含まれているので、その水分によって粉状原料３が高炉原料２に付着している。

加熱乾燥ホッパー１の下部側壁には送気配管６が配設され、その先端の送気口７から高温ガスを加熱乾燥ホッパー１内および排気配管９に供給する。図１には２本の送気配管６を配設する例を示したが、本発明では送気配管６の数は限定しない。加熱乾燥ホッパー１の寸法，容量あるいは立地条件等に応じて適宜設定する。ただし、送気配管６を２本以上配設する場合は、加熱乾燥ホッパー１の周囲に送気配管６を均等な間隔を設けて配置することが好ましい。

なお、このとき投入口４の蓋５は閉じているので、高温ガスを加熱乾燥ホッパー１内に供給しても、高炉原料２や粉状原料３が投入口４から漏出する惧れはない。
高温ガスの種類や加熱源は特に限定しない。ただし、高温ガスとして空気を加熱して使用することが、コスト削減の観点から好ましい。また加熱源は、製鉄プラントで発生する各種の廃熱を利用することが、省エネルギーの観点から好ましい。勿論、専用の加熱機を設置しても良い。本発明では、高炉原料２に含まれる水分を蒸発させるために高温ガスを加熱乾燥ホッパー１内に供給するので、300℃以下程度に加熱した高温ガスを使用すれば十分に効果を発揮する。製鉄プラントにおける加熱乾燥ホッパー１（すなわち貯鉱槽，貯骸槽）には、焼結機が周辺に設置されており、その焼結機のクーラーの廃熱で加熱された空気（いわゆるクーラー排ガス）を利用すると、その送風経路を短縮できるので好適である。

高温ガスの温度が送気口７にて60℃未満では、高炉原料２に含まれる水分が蒸発しない。一方、300℃を超えると、送気配管６やその付帯設備（たとえば送風ファン等）に耐熱性素材を使用しなければならないので、加熱乾燥ホッパー１の建設コストが上昇する。また高炉原料２や粉状原料３の温度が過剰に上昇して、後述する篩分け機の網が損傷を受ける。したがって、高温ガスの温度は送気口７にて60〜300℃の範囲内が好ましい。より好ましくは80〜300℃である。なお、送気配管や篩分け機の耐熱性を考慮すると、高温ガスの温度は200℃以下が一層好ましい。

送気配管６に高温ガスを分配する元管８は、加熱乾燥ホッパー１の周囲に環状に配設することが好ましい。その管状の元管８がリザーバーの役割を果たして、各送気配管６に高温ガスを均等に分配できる。
加熱乾燥ホッパー１の上部側壁には排気配管９が設けられ、加熱乾燥ホッパー１内の雰囲気ガスを排気ガスとして排出する。その結果、加熱乾燥ホッパー１内が負圧になるので、高炉原料２や粉状原料３が投入口４から放出されるのを防止できる。ただし、排気配管９から排出される排気ガスには粉状原料３が混入しているので、排気ガスを集塵機（図示せず）へ導入して集塵処理を施す。

加熱乾燥ホッパー１内の雰囲気ガスを排気ガスとして排出するための排気ファン（図示せず）は、ターボファンを使用することが好ましい。ターボファンは10000Pa程度の静圧を得ることができるので、蓋５のシール性が多少不十分であっても、加熱乾燥ホッパー１内を5000Pa程度の負圧にすることが可能である。そのため、大型高炉の併設される大型の加熱乾燥ホッパー１（たとえば高炉原料１の堆積高さが10ｍ程度）にも有効である。

排気ガスの温度が過剰に上昇すると、集塵機（たとえばバグフィルター等）が損傷を受けるので、排気配管９に温度計10を配設して、排気ガスの温度を測定する。そして、測定された排気ガスの温度に応じてバイパス配管17に設置されるバイパス流量調整弁16の開度を制御して、高温ガスの供給量を調整する。
図１には送気配管６に流量調整弁11を配設する例を示したが、元管８に流量調整弁11を配設しても良い。ただし高温ガスの供給量を精度良く調整するためには、各送気配管６に流量調整弁11を配設することが好ましい。

高温ガスの供給量を調整すれば、加熱乾燥ホッパー１内の圧力を一定の範囲内に維持することができ、高炉原料２や粉状原料３の漏出を防止できる。なお、圧力計を用いて加熱乾燥ホッパー１内（特に送気口７近傍）の圧力を測定すれば、圧力制御の精度が一層向上する。圧力計を配設する位置は、送気配管６の送気口７に近い位置、あるいは加熱乾燥ホッパー１下部側壁の送気口７に近い位置等であれば良く、加熱乾燥ホッパー１の寸法や周辺機器の配置等に応じて適宜選択する。

排気ガスの温度の許容範囲は特に限定しない。排気ガスの温度の上限値は、排気配管７やその付帯設備（たとえば排気ファン等）の耐熱性や集塵機の仕様等に応じて適宜設定する。一方、下限値はダクト内で結露を生じさせないために、大気温度とする。なお、ここで大気温度は、特定の数値ではなく、その時点における加熱乾燥ホッパー１周辺の大気の温度を指す。

このようにして、高炉原料２と粉状原料３が混在する加熱乾燥ホッパー１内を高温ガスが流れることによって、高炉原料１に含まれる水分が蒸発する。
加熱乾燥ホッパー１の下部にはフィーダー12が配設されており、そのフィーダー12から高炉原料２と粉状原料３が排出（いわゆる切り出し）される。
さらに、フィーダー12の下方には篩分け機13が配設されており、その篩分け機13によって高炉原料２と粉状原料３とを分別する。高炉原料２に含まれる水分は蒸発しているので、高炉原料２と粉状原料３を容易に分別できる。しかも高炉原料２や粉状原料３が篩分け機13の網に付着せず、網の目詰まりは発生しない。また、高温ガスの温度を上記した範囲に維持することによって、網の耐用性が向上する。その結果、長時間にわたって安定して篩分けを行なうことが可能である。

以上に説明したように、本発明を適用して篩分けされた粉状原料３は、ベルトコンベア14等で粉鉱石槽（図示せず）や粉炭槽（図示せず）に送給され、それぞれ焼結鉱やコークスの原料として再利用される。
高炉原料２は、篩分け機13から計量槽15に供給された後、所定量を計量されて高炉に装入される。この高炉原料２には粉状原料３が混入していないので、高炉内の燃焼ガスの流れを適正な状態に維持できる。

内容積5150ｍ³の高炉に併設された貯鉱槽のうちの、焼結鉱を貯留する貯鉱槽と鉄鉱石を貯留する貯鉱槽（それぞれ４槽ずつ）に本発明を適用して、図１に示すような加熱乾燥ホッパー１とした。なお、焼結鉱の貯鉱槽の最大切り出し能力は70ｔ／時であり、鉄鉱石の貯鉱槽の最大切り出し能力は100ｔ／時である。いずれの加熱乾燥ホッパー１も送気配管６を４本ずつ、均等な間隔を設けて配置した。元管８は加熱乾燥ホッパー１の周囲に環状に配設した。

各加熱乾燥ホッパー１の投入口４から焼結鉱あるいは鉄鉱石をそれぞれ投入し、投入が終了した後、蓋５を閉じて投入口４を閉鎖した。
投入口４から投入された焼結鉱の含水率は２質量％であったので、送気配管６の先端の送気口７から高温ガスを供給量40000ｍ³〔標準状態〕／時で供給し、水分を蒸発させて含水率をゼロとした。鉄鉱石の含水率は５質量％であったので、送気配管６の先端の送気口７から高温ガスを供給量140000ｍ³〔標準状態〕／時で供給し、水分を蒸発させて含水率をゼロとした。なお、高温ガスの供給量は、各加熱乾燥ホッパー１ごとに４本の送気配管６から供給される合計量を示す。

高温ガスは焼結機のクーラー排ガスを使用し、高温ガスの温度は送気口７にて150℃であった。また高温ガスの供給速度は送気口７にて20ｍ／秒とした。加熱乾燥ホッパー１内の高温ガスの流速は0.4ｍ／秒であった。
また、高温ガスを加熱乾燥ホッパー１内に供給する一方で、排気配管９から加熱乾燥ホッパー１内の雰囲気ガスを排気ガスとして排出した。排気配管９には温度計10を配設して排気ガスの温度を測定した。そして、その温度の測定値に応じてバイパス配管17に設置されるバイパス流量調整弁16の開度を制御して、高温ガスの供給量を調整し、排気ガスの温度を50〜60℃の範囲内に維持した。なお、加熱乾燥ホッパー１内に供給する高温ガスの流量を調整する流量調整弁11は各送気配管６に配設し、高温ガスを均等に分配するよう調整した。排気ガスは、集塵機へ導入して粉状原料３を除去した後、煙突から大気中へ放散した。

こうして高炉原料２（すなわち焼結鉱と鉄鉱石）に含まれる水分を蒸発させながら、各加熱乾燥ホッパー１のフィーダー12から、それぞれ最大切り出し能力で高炉原料２とそれに混入した粉状原料３を同時に排出した。そしてフィーダー12の下方に配設した篩分け機13によって高炉原料２と粉状原料３とを分別した。
以上に説明したように本発明を適用して、加熱乾燥ホッパー１（合計８槽）を４ケ月継続して稼動した。その期間中に篩分け機13の網の目詰まりは発生せず、また高炉原料２や粉状原料３の漏出も認められず、安定して加熱乾燥ホッパー１を稼動できた。しかも集塵機のバグ詰まりは発生しなかった。

篩分けした粉状原料３は、ベルトコンベア14等で粉鉱石ホッパーに送給して、焼結鉱の原料として再利用した。
高炉原料２は、篩分け機13から計量槽15に供給した後、所定量を計量して高炉に装入した。この高炉原料２には粉状原料３が混入していないので、高炉内の高温空気や燃焼ガスの流れを適正な状態に維持できた。

本発明を適用する加熱乾燥ホッパーの例を模式的に示す配置図である。

符号の説明

１ 加熱乾燥ホッパー
２ 高炉原料
３ 粉状原料
４ 投入口
５ 蓋
６ 送気配管
７ 送気口
８ 元管
９ 排気配管
10 温度計
11 流量調整弁
12 フィーダー
13 篩分け機
14 ベルトコンベア
15 計量槽
16 バイパス流量調整弁
17 バイパス配管

Claims (2)

1. 高炉原料を加熱乾燥しつつ貯留する加熱乾燥ホッパーであって、前記ホッパーの上部に配設されて前記高炉原料の投入経路となる投入口と、前記投入口に開閉可能に取付けられる蓋と、前記加熱乾燥ホッパーの下部に配設されて前記高炉原料を排出するフィーダーと、前記加熱乾燥ホッパーの下部側壁に配設されて前記加熱乾燥ホッパー内に高温ガスを供給する送気配管と、前記フィーダーの下方に配設されて前記高炉原料の篩分けを行なう篩分け機と、前記加熱乾燥ホッパーの上部側壁に配設されて前記加熱乾燥ホッパー内の雰囲気ガスを吸引して排ガスとして排出する排気配管と、前記排気配管に配設されて前記排ガスの温度を測定する温度計と、前記加熱乾燥ホッパー内に供給する前記高温ガスの供給量を調整する流量調整弁と、前記排気配管に前記高温ガスを直接供給するバイパス配管と、前記温度計の測定値に基づいて前記排気配管に供給される前記高温ガスの供給量を調整するバイパス流量調整弁と、を有することを特徴とする高炉原料の加熱乾燥ホッパー。
2. 高炉原料を加熱乾燥しつつ貯留する加熱乾燥ホッパーの温度調整方法において、前記加熱乾燥ホッパーの上部に配設される投入口から前記高炉原料を投入し、前記加熱乾燥ホッパーの下部に配設されるフィーダーを用いて前記高炉原料を排出し、前記フィーダーの下方に配設される篩分け機を用いて前記高炉原料の篩分けを行なう一方で、前記加熱乾燥ホッパーの下部側壁に配設される送気配管から前記加熱乾燥ホッパー内に高温ガスを供給し、前記加熱乾燥ホッパーの上部側壁に配設される排気配管から前記加熱乾燥ホッパー内の雰囲気ガスを吸引して排ガスとして排出しながら、前記排気配管に配設される温度計で前記排ガスの温度を測定し、前記温度計の測定値に基づいてバイパス配管に設置されたバイパス流量調整弁の開度を調整して前記高温ガスの供給量を制御することによって、前記排ガスの温度を大気温度以上に維持することを特徴とする高炉原料の加熱乾燥ホッパーの温度調整方法。
   

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