JP2011169570A - 焼結機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】循環移動するパレット8上に粉鉱石と炭材を含む焼結原料を装入して装入層9を形成する原料供給装置5〜7と、前記装入層9の炭材に点火するための点火炉10と、前記パレット8の下方に配設したウインドボックスと、前記点火炉10の下流側に配設された、前記パレットを覆うとともに、複数の排ガス導入部13bが配設されたフード13aを有し、該排ガス導入部13bから供給される排ガス流中に気体燃料を前記装入層9の上方側で吹込み、排ガスと混合させて希釈気体燃料とする気体燃料供給装置13とを備えている。
【選択図】図1
Description
図20は、厚さが600mmの装入層中を移動する燃焼(火炎)前線が、該装入層のパレット上約400mm(装入層表面から200mm)の位置にあるときにおける装入層内の圧損と温度の分布を示したものである。このときの圧損分布は、湿潤帯におけるものが約60%、燃焼・溶融帯におけるものが約40%である。
上記問題点を解決する技術として、本出願人は、特許文献5において、焼結機のパレット上に大切させた焼結原料の装入層の上から燃焼下限濃度以下に希釈した各種気体燃料を供給して装入層中に導入し、燃焼させることにより、装入層内の最高到達温度および高温域保持時間の何れか一方又は双方を調整する方法を提案している。
そこで、本発明は上記従来例の課題に着目してなされたものであり、下方吸引式の焼結機において、高強度高品質の焼結鉱を、高歩留りでかつ安全に製造することができる焼結機およびその操業方法を提供することを目的としている。
前記装入層の炭材に点火するための点火炉と、
前記パレットの下方に配設したウインドボックスと、
前記点火炉の下流側に配設された、前記パレットを覆うとともに、複数の排ガス導入部が配設されたフードを有し、該排ガス導入部から供給される排ガス流中に気体燃料を前記装入層の上方側で吹込み、空気と混合させて希釈気体燃料とする気体燃料供給装置とを備えたことを特徴としている。
また、請求項3に係る焼結機は、請求項1に係る発明において、前記排ガス導入部の直下に前記気体燃料を噴射する気体燃料噴射部を形成したことを特徴としている。
また、請求項4に係る焼結機は、請求項1に係る発明において、前記排ガス導入部の下方に邪魔板列を配設し、該邪魔板列の下方側に前記気体燃料を噴射する気体燃料噴射部を形成したことを特徴としている。
図1は本発明の焼結機を示す概略構成図であって、前述した従来例で記載したように、鉄鉱石粉、製鉄所内回収粉、焼結鉱篩下粉、石灰石及びドロマイトなどの含CaO系副原料、生石灰等の造粒助剤、コークス粉や無煙炭などの各原料を個々のホッパーから切り出し、ドラムミキサーにより適量の水を混合し、造粒して、3.0乃至6.0mmの平均径を有する疑似粒子である焼結原料をサージホッパー5に貯留すると共に、整粒した塊鉱石を床敷ホッパー4に貯留しておく。
この点火炉10の下流側には、保温炉13が配設され、この保温炉13の下流側に複数の気体燃料供給装置15が配設されている。
この気体燃料供給装置15は、図2に示すように、点火炉10の下流側且つ燃焼・溶融帯が装入層9中を進行する過程におけるパレット進行方向の何れかの位置に一つ以上配設され、装入層9中への液体燃料ミストの供給は、装入層9中の炭材への点火後の位置で行われるのが好ましい。この液体燃料噴射装置15は、点火炉10の下流側で、燃焼前線が表層下に進行した以降の任意の位置に一つ又は複数個配設されるものであり、目標とする製品焼結鉱の冷間強度を調整する観点から、大きさ、位置、配置数が後述するように決められる。
気体供給フード16内には、その前後ウォール17間に燒結機パレット8の搬送方向に沿って延長し、頂点を上方とする断面く字状の邪魔板19を燒結機パレット8の搬送方向と直交する幅方向に所定ピッチpを保って所定本数平行に配設した構成を有する邪魔板列20を上下方向に3列配置し、上下方向に隣接する邪魔板列20間で、一方の邪魔板列20の邪魔板19間に他方の邪魔板列20の邪魔板19が位置するように配設されている。
これらは、いずれも燃焼成分を含有しており、これらの気体燃料のいずれかを空気中に高速で吐出させて空気と混合して希釈し、燃焼下限濃度の75%程度以下の希釈気体燃料として装入層9中に供給(導入)する。
ここで、上記気体燃料中のプロパンガス、水素ガス、メタンガス、炭酸ガス、コークス炉ガス、LNG、高炉ガスについての性状を下記表1に示す。
各気体燃料供給配管21の内、幅方向の両端の気体燃料供給配管21については内側向きに気体燃料噴出ノズル23が配設され、残りの気体燃料供給配管21については隣接する気体燃料供給配管21に対向する対称位置に焼結機パレット8の搬送方向に所定ピッチで所定数の気体燃料を水平方向に噴出する噴出口としての吐出気体燃料噴出ノズル22が配設されている。
また、本発明では、上記気体燃料供給装置15により、気体燃料を、装入層9の上方で、大気中に高速で吐出させ、それによって周囲の空気と短時間で混合し、その気体燃料が有する燃焼下限濃度以下の濃度に希釈し、その後、装入層中にその希釈気体燃料を導入する必要がある理由は、下記による。
上記気体燃料の吐出速度を得るためには、気体燃料噴射ノズル23からの気体燃料の吐出圧力を、雰囲気圧力に対して300mmAq以上40000mmAq未満とすることが好ましい。
(a)配管内の断面積を徐々に小さくしたテーパー状配管を用いる
(b)燃料供給元ヘッダーより遠ざかるほど、開口断面積を大きくする
(c)燃料供給元ヘッダーより遠ざかるほど、開口部やノズルのピッチを狭め、単位配管長さ当りの開口部ないしノズル断面積の和が大きくする、
のいずれか1つを適用するか、これらを組み合わせて適用することにより、配管長さが長い場合でも、均等に燃料を供給することができる。
本発明では、前述したように、焼結機パレット8の上部を覆うフード16を設けている。このフード16によって横風による希釈気体燃料29の濃度分布に与える影響を抑制するようにしている。すなわち、本発明者等は、種々の検討を行った結果、フード16の設置は、横風対策として、衝立以上の効果があることが分かった。
さらに、フード16の焼結機パレット8の搬送方向に沿う左右のサイドウォール18の上端に、図3に示すように、透過率30%程度のパンチメタル等で構成される横風減衰フェンス16cを設けることが好ましい。
また、液体燃料噴射装置15の設置位置、大きさ、配置数は以下のようにして設定される。
(b)希釈気体燃料の供給は、焼結鉱の歩留りを向上させる必要のある部分に対して行う、即ち、焼結鉱の強度を上昇させたい部分で燃焼を起こすよう供給するのが好ましい。
希釈気体燃料24の装入層9の上方側で燃焼しないようにするには、装入層9の表層部に点火炉10による着火後、着火して焼結ケーキが表面に生成された後は、装入層9の表層部分に火種が無く逆火(引火)の確率は低くなる。この焼結ケーキは前述した図22(a)に示すように、焼結機パレット8が点火炉10から下流側に移動するに応じて厚みが厚くなることから、焼結ケーキの装入層9の表面からの厚みが20mm以上となると逆火を生じる可能性が十分に低く、焼結ケーキの厚みが50mm以上となると逆火を確実に防止することができる。
一方、前記燃焼・溶融帯の厚みが15mm以上、好ましくは20mm以上、より好ましくは30mm以上となる段階で希釈気体燃料24を供給すると、燃焼・溶融帯の厚みが大きく拡大し、高温域保持時間を延長することができ、ひいては冷間強度の高い焼結鉱を得ることができる。
本発明に係る焼結鉱の製造方法では、装入層中への希釈気体燃料24の導入は、生成した焼結ケーキの再加熱を促進するものであることも意味している。即ち、この希釈気体燃料の供給は、もともと高温域保持時間が短く熱不足となりやすく、焼結鉱の冷間強度が低い部分に対して、固体燃料に比べて反応性の高い気体燃料を供給することによって、不足しやすいこの部分の燃焼熱を補填し、燃焼・溶融帯の再生−拡大を図るという意義を担うものだからである。
一般に、点火後の装入層9では、焼結機パレット8の移動に伴って燃焼(火炎)前線が次第に下方にかつ前方(下流側)に拡大していく中で、燃焼・溶融帯の位置が前述した図22(a)に示すように変化する。そして、図22(b)に示すように、焼結層内の焼結過程で受ける熱履歴は、上層、中層、下層で異なり、上層〜下層間では、高温域保持時間(約1200℃以上となる時間)は大きく異なる。その結果、パレット8内の位置別焼結鉱の歩留まりは、図22(c)に示すような分布を示す。即ち、表層部(上層部)の歩留は低く、中層、下層部で高い歩留分布となる。そこで、本発明方法に従って、前記希釈気体燃料24を供給すると、燃焼・溶融帯は、上下方向の厚みやパレット進行方向の幅などが拡大し、これが成品焼結鉱の品質向上に反映されるのである。そして、高い歩留分布となる中層部や下層部は、さらに高温域保持時間を制御できるため、歩留をより上昇させることができる。
例えば、プロパンガスは、燃焼下限濃度は2.2vol%であるから、75%に希釈したガス濃度上限は1.7vol%、60%に希釈したガス濃度上限は1.3vol%、25%に希釈したガス濃度は0.6vol%のものを用いるということである。したがって、好ましい範囲は以下のようになる。なお、希釈したガス濃度の下限、即ち、気体燃料供給の効果が顕れる下限濃度は、プロパンガスの場合は0.05vol%である。
好ましい範囲(1): 2.2vol%〜0.05vol%
好ましい範囲(2): 1.7vol%〜0.05vol%
好ましい範囲(3): 1.3vol%〜0.05vol%
好ましい範囲(4): 0.6vol%〜0.05vol%
好ましい範囲(1): 5.0vol%〜0.24vol%
好ましい範囲(2): 3.8vol%〜0.24vol%
好ましい範囲(3): 3.0vol%〜0.24vol%
好ましい範囲(4): 1.3vol%〜0.24vol%
好ましい範囲(1): 4.8vol%〜0.1vol%
好ましい範囲(2): 3.6vol%〜0.1vol%
好ましい範囲(3): 2.9vol%〜0.1vol%
好ましい範囲(4): 1.2vol%〜0.1vol%
好ましい範囲(1): 40.0vol%〜1.25vol%
好ましい範囲(2): 30.0vol%〜1.25vol%
好ましい範囲(3): 24.0vol%〜1.25vol%
好ましい範囲(4): 10.0vol%〜1.25vol%
すなわち、保温炉13は、図8に示すように、焼結機パレット8の上部を覆うフード13aを有し、このフード13aの上板部に焼結鉱用クーラの高温排ガスが熱風風速約40m/s程度の高速で供給される大きさが例えば350Aの複数の排ガス導入円筒部13bが配設されている。そして、フード13a内には、前述した気体燃料供給装置15の気体供給フード16と同様に、頂点を上方としたく字状断面を有する邪魔板を焼結機パレット8の搬送方向に延長させてフード13aの前後側壁13c幅方向に所定ピッチを保って複数配設した邪魔板列13dを上下方向に3段形成し、隣接する邪魔板列13dの邪魔板が焼結機パレット8の搬送方向からみて千鳥状に配置されている。
このため、保温炉13でも前述した気体燃料供給装置15と同様の装入層9内への気体燃料吹込み機能を発揮することができる。
先ず、図1に示すように、床敷ホッパー4から整粒した塊鉱石を切り出して焼結機パレット8のグレート上に床敷層を形成し、この床敷層上にサージホッパー5からドラムフィーダー6で定量切り出しされた焼結原料が装入されて焼結ベッドとも言われる400〜800mm程度の装入層9を形成する。
点火後の装入層9では、保温炉13での加熱に伴って、焼結機パレット8の移動に伴って燃焼(火炎)前線が次第に下方にかつ前方(下流側)に拡大していく中で、燃焼・溶融帯の位置が前述した図22(a)に示すように変化する。そして、燃焼・溶融帯の位置が上層から中層に移行する表層から20mm程度に達するときに、焼結機パレット8が最初の気体燃料供給装置15の位置に達する。
このとき、この気体燃料噴射ノズル23が図4に示すように、隣接する組のスプレー機構23同士が対向しないように隣接する組間で焼結パレット8の搬送方向に半ピッチずらして配置されているので、隣接する組における気体燃料噴射ノズル23から噴射されるLNGが互いに干渉することなく焼結機パレット8の搬送方向に均一な噴射領域が形成される。
噴射された気体燃料は、邪魔板19によって乱流とされた空気と混合されて常温における燃焼下限濃度以下に希釈され、装入層9の上方での燃焼を抑制することができる。
装入層9内に導入された希釈気体燃料29は、表層部に生成された焼結ケーキを通過して表面から20mm以上下側の燃焼・溶融帯に達し、この燃焼・溶融層で燃焼される。このため、元々高温域保持時間が短く熱不足となりやすく、焼結鉱の冷間強度が低い上・中層域を1200℃以上の高温域に保持する高温域保持時間を長くすることができ、焼結鉱の冷間強度を向上させることができる。したがって、希釈気体燃料24の吹き込みを行わない場合の図22(c)に示す歩留りの低い上・中層部の歩留りを向上させることができる。
この第2の実施形態では、前述した第1の実施形態における保温炉13のフード13a内に形成した邪魔板列13d及び気体燃料噴射ノズル53を有する気体燃料供給配管51を省略し、これらに代えて、フード13aの上下に形成された排ガス導入円筒部13bの周囲に等間隔で例えば8孔の気体燃料吹込みノズル部55を形成し、この気体燃料吹込み部55から気体燃料としてのLNGを法線方向から高温排ガス内に吹き込むようにしている。ここで、気体燃料吹き込みノズル部55のノズル径は3mmに設定されており、図11に示すように、内径が339.8mmの350Aの排ガス導入円筒部13bに7600Nm3/hの流量180℃の焼結鉱用クーラ排ガスを供給し、この排ガス導入円筒部13bのフード13aの上端から1000mmの位置に気体燃料吹き込みノズル部55を形成し、フード13a内における上端から装入層9までの距離を1500mm、装入層9の高さを650mmとし、排ガス導入円筒部13bの下側に1350mm×1750mmの直方体状のモデルを考えたとき、ノズル径3mmで8孔の場合には、LNGの吹き込み量は、排ガス流量7600Nm3/hに希釈率0.004を乗算することにより、30.4Nm3/hとなる。このLNG吹き込み量をノズル径3mmの8孔から吹き込むと、気体燃料の風速は150m/sとなる。
この第2の実施形態によると、排ガス導入円筒部13bに形成した気体燃料吹き込みノズル部55が8孔であるので、ノズル当たりの運動量が主流となる排ガス導入円筒部13bの排ガスに対して小さいので、図12に示すように、排ガス導入円筒部13bの中心部まで気体燃料が侵入しにくいが、ノズル数を少なくし、排ガス導入円筒部13bの中心部まで気体燃料が侵入する条件を求めることにより、最適な気体燃料吹き込みを行うことができる。
この第3の実施形態では、排ガス導入円筒部13bの直下にその中心を通り、焼結機パレット8の搬送方向と直交する幅方向に延長する気体燃料供給配管61を設け、この気体燃料供給配管61の排ガス導入円筒部13bに対向する位置に水平方向に両側に気体燃料を噴射する複数の気体燃料噴射ノズル62を設けている。
また、上記実施形態においては、液体燃料噴射装置15の気体供給フード16の上方部に開口16aを有する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、上部に気体供給フード16の上端を開放したフード構成とすることもできる。
さらに、上記実施形態においては、気体燃料としてLNGを適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、他のプロパンガス、水素ガス、メタンガス、一酸化炭酸ガス(CO)、コークス炉ガス(Cガス)、高炉ガス(Bガス)、高炉・コークス炉混合ガス(Mガス)、都市ガスまたはこれらの混合ガスの何れかを適用することができる。
2…ドラムミキサー
3…ロータリーキルン
4…サージホッパー
5…床敷ホッパー
6…ドラムフィーダー
7…切り出しシュート
8…燒結機パレット
9…装入層
10…点火炉
11…ウインドボックス
13…保温炉
13a…フード
13b…排ガス導入円筒部
15…液体燃料噴射装置
16…フード、
19…邪魔板
20…邪魔板列
21…気体燃料配管
22…気体燃料供給元配管
23…気体燃料噴射ノズル
51…気体燃料供給配管
52…気体燃料供給元配管
53…気体燃料噴射ノズル
61…気体燃料供給配管
62…気体燃料噴射ノズル
Claims (4)
- 循環移動するパレット上に粉鉱石と炭材を含む焼結原料を装入して装入層を形成する原料供給装置と、
前記装入層の炭材に点火するための点火炉と、
前記パレットの下方に配設したウインドボックスと、
前記点火炉の下流側に配設された、前記パレットを覆うとともに、複数の排ガス導入部が配設されたフードを有し、該排ガス導入部から供給される排ガス流中に気体燃料を前記装入層の上方側で吹込み、空気と混合させて希釈気体燃料とする気体燃料供給装置とを備えたことを特徴とする焼結機。 - 前記排ガス導入部の周囲に前記気体燃料の吹込み部が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の焼結機。
- 前記排ガス導入部の直下に前記気体燃料を噴射する気体燃料噴射部を形成したことを特徴とする請求項1に記載の焼結機。
- 前記排ガス導入部の下方に邪魔板列を配設し、該邪魔板列の下方側に前記気体燃料を噴射する気体燃料噴射部を形成したことを特徴とする請求項1に記載の焼結機。
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