JP2011246758A - 還元鉄貯蔵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安全性の高いマイクロ波方式を利用しつつノイズの少ない正確なレベル計測を行う技術を確立する。
【解決手段】還元鉄（ＤＲＩ）が投入される還元鉄貯蔵装置４であって、該還元鉄貯蔵装置４に、投入口５ａと底部５ｂを有する逆円錐状の容器５と、投入口５ａの中心から離間した位置に設けられた投入シュート６と、該投入シュート６から離間した位置に設けられたマイクロ波レベル計７とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、直接還元鉄製鉄法によって得られる還元鉄（ＤＲＩ）を一時的に貯蔵するための還元鉄貯蔵装置に関するものである。

鉄鉱石、或いは製鉄プラントから排出される製鋼ダスト等を、ガスあるいは固体炭素で還元し、固体の還元鉄を製造するプロセスを一般に直接還元鉄製鉄法：ＤＲプロセス（Ｄｉｒｅｃｔ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ）と呼び、この製鉄法によって得られる還元鉄をＤＲＩ（Ｄｉｒｅｃｔ ｒｅｄｕｃｅｄ ｉｒｏｎ）と呼んでいる。

ＤＲプロセスには、天然ガスを還元材としたミドレックス法に代表されるシャフト炉タイプや回転炉床炉タイプ等が知られている。

回転炉床炉タイプによるＤＲプロセスでは、粉状の鉄鉱石、或いは製鉄プラントから排出される製鋼ダスト等と石炭を混合・造粒してペレットまたはブリケット状にし、ドーナッツ状の回転炉で還元した後、溶解炉で溶かして溶銑を製造するか、高炉原料として使用する。

この種のＤＲプロセスによれば、従来のような焼結炉やコークス炉を必要とせず、回転炉床炉だけで還元鉄を製造できる。また、回転炉床炉内で還元反応に伴い発生するＣＯガスは炉内で完全燃焼させるとともに、還元鉄を高温の状態で溶解炉に供給（熱間排出）して溶銑を製造することが可能なことから、エネルギー消費量やＣＯ_２発生量を低減することができる等の利点がある。

ＤＲプロセスにより得られるＤＲＩの温度は、８００℃程度と高温であるため、これをサージホッパー（還元鉄貯蔵装置）に投入した際のＤＲＩの貯蔵レベル計測を正確に行うことは容易ではない。ＤＲＩの貯蔵レベルの高低を計測する装置としては、ガンマー線を用いたもの、マイクロ波を用いたもの（特許文献１）が知られている。

特開２００１−１５５３０９号公報

しかしながら、ガンマー線を用いた方式は、ガンマー線自体が人体に悪影響を与えること、非常に厳格な運用管理が求められること、また、ガンマー線の線源は時間と共に減衰するため定期的な交換が必要でありメンテナンス上での制約が多いこと等から非効率であった。また、上記のようにマイクロ波を用いた方式も知られているが、計測される信号レベルにノイズが多いため実用化されていない。

本発明は、上記の様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、安全性の高いマイクロ波方式を利用しつつノイズの少ない正確なレベル計測技術を確立することにある。

本発明者らは、前記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、マイクロ波方式を用いた場合にノイズが多い原因として、（１）ＤＲＩを還元鉄貯蔵装置に投入するための投入シュートから放出される落下途中のＤＲＩにマイクロ波が当たるため、還元鉄貯蔵装置の容器に下から順に堆積された最上層のＤＲＩからの反射マイクロ波を正確に測定できていないこと、（２）ＤＲＩの落下軌跡がマイクロ波の照射範囲に重なるため、ＤＲＩに付随する鉄粉等のダスト（粉状物）にマイクロ波が散乱されることによりノイズが増えることを見出した。特に、鉄粉等のダストはその数が多いため、ダストの各々からの反射マイクロ波がそれぞれ複雑に干渉し合ってノイズレベルを増大させていることが判明した。

上記課題を解決し得た本発明の還元鉄貯蔵装置は、
還元鉄（ＤＲＩ）が投入される還元鉄貯蔵装置であって、該還元鉄貯蔵装置は、投入口と底部を有する容器と、前記投入口の中心から離間した位置に設けられた投入シュートと、該投入シュートから離間した位置に設けられたマイクロ波レベル計とを有するものである。すなわち、マイクロ波の照射範囲に重なりやすい投入口中心から所定距離をおいた位置に投入シュートを配置することにより、投入シュートから放出される落下途中のＤＲＩにマイクロ波が照射されることを防止し、落下途中のＤＲＩからの反射マイクロ波によるノイズを低減することができる。

上記還元鉄貯蔵装置において、前記マイクロ波レベル計を前記容器の中心線上に設置することができる。

上記還元鉄貯蔵装置において、前記マイクロ波レベル計は、前記容器内の堆積物の表面の法線に対して４５度以内の方向に向けられていることが望ましい。マイクロ波の反射精度を上げるためである。

上記還元鉄貯蔵装置において、前記容器が錐状をなし、錐の稜線の傾斜角を５０度以上とすることが望ましい。稜線の傾斜角を大きく取ることにより、ダストの付着量が低減されるからである。

上記還元鉄貯蔵装置において、前記容器の内側面がステンレス鋼で構成することが望ましい。ステンレス鋼であれば、高温による容器の劣化が少なく、また、ＤＲＩのダストが内側面に付着しにくいからである。

上記還元鉄貯蔵装置において、前記容器の断面が左右非対称円であることが望ましい。容器の断面が完全な円形であると、容器内部にＤＲＩの閉塞が発生しやすいためである。

上記還元鉄貯蔵装置において、前記投入シュートの内部に制限板を設けることが好ましい。ＤＲＩの衝突による投入シュート内壁面の劣化を低減するためである。また、制限板によりＤＲＩの放出方向を調節することにより、落下途中のＤＲＩがマイクロ波レベル計の計測エリアに入らないようにすることができる。

上記還元鉄貯蔵装置において、前記容器の底部の部分は、平面状とすることが好ましい。円錐状の容器の内側面には上述の通りＤＲＩのダストが付着しやすい。前記容器の底部に至るまで先細りの逆円錐状とする場合、ＤＲＩの貯蔵量が減少してくると容器の内側面が徐々に露出していき、内側面にマイクロ波が当たりやすくなってしまう。そこで、容器の底部の部分を平面状にすることにより、ＤＲＩの貯蔵量が完全にゼロとなるまで容器の内側面を露出させないようにすることができる。

上記還元鉄貯蔵装置において、前記容器の底部に排出シュートを設け、該排出シュートにマイクロ波レベル計を設置することが一層好ましい。投入口に設けられたマイクロ波レベル計のみでＤＲＩの貯蔵レベルを計測するよりも、排出シュートにさらにマイクロ波レベル計を設置することにより、容器の底部付近のＤＲＩの貯蔵レベルを一層正確に測定することができる。

上記還元鉄貯蔵装置において、前記排出シュートの下流側にブリケッターを設ける態様も好ましく実施される。還元鉄成形体（ＨＢＩ）を製造するためである。

本発明によれば、マイクロ波の照射範囲から離れた位置に投入シュートを配置することにより、投入シュートから放出される落下途中のＤＲＩにマイクロ波が照射されにくくなる。また、このような構成により、ＤＲＩの落下軌跡に付随するダストにマイクロ波が照射されにくいため、ダストからの反射マイクロ波のノイズを低減させることができる。ひいては、ＤＲＩの貯蔵レベルをより正確に計測することができる。

図１は、本発明の実施の形態１における還元鉄貯蔵装置の概略図である。 図２は、本発明の実施の形態１における他の還元鉄貯蔵装置の概略図である。 図３は、本発明の実施の形態２における還元鉄貯蔵装置の概略図である。 図４は、本発明の実施の形態３における還元鉄貯蔵装置の概略図である。 図５は、本発明の実施の形態４における還元鉄貯蔵装置の概略図である。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１における還元鉄貯蔵装置について図面に基づいて詳細に説明する。

１．直接還元製鉄設備の構成
図１は、本発明に係る還元鉄貯蔵装置を直接還元製鉄設備に適用した場合の構成を示したものである。

直接還元製鉄設備（図示せず）は、図１に示される回転炉床式加熱還元炉（以下、「回転炉床炉」と呼ぶ）１を有し、この回転炉床炉１の回転炉床１ａは時計方向（矢印Ａ方向）に回転するようになっている。

回転炉床炉１の回転速度は、加熱還元炉の大きさや操業条件によって異なるが、通常は８分から１６分程度で１周するようになっている。

また、回転炉床炉１における炉体１ｂの壁面には加熱バーナー２が複数個設けられており、これらの加熱バーナー２による燃焼熱あるいはその輻射熱によって炉床部に熱が供給される。

耐火材で構成された回転炉床１ａ上に装入された原料混合物Ｍは、回転炉床１ａ上で回転炉床炉１内を周方向へ移動する中で、加熱バーナー２からの燃焼熱や輻射熱によって加熱される。そして回転炉床炉１内の加熱帯を通過する間に、原料混合物Ｍ内の酸化鉄が還元されて還元鉄Ｎとなる。

さらに、回転炉床炉１の回転下流側ゾーンから高温のまま排出された還元鉄Ｎは、冷却装置（図示せず）で８００℃程度に冷却された後、還元鉄貯蔵装置４に移動される。

２．還元鉄貯蔵装置の構成
還元鉄貯蔵装置４は、直接還元製鉄プロセスで生産された高温の還元鉄（ＤＲＩ）を、ブリケッター等、次の工程設備に搬送するにあたってバッファーとして貯蔵するものである。還元鉄貯蔵装置４は、投入口５ａと底部５ｂを有する容器５と、投入口５ａの中心から離間した位置に設けられた投入シュート６と、投入シュート６から離間した位置に設けられたマイクロ波レベル計７を有している。投入シュート６には、直接還元製鉄プロセスにより生産されたＤＲＩが装入される。

投入シュート６の位置は、上述したようにマイクロ波レベル計７から離間しているため、ＤＲＩの落下軌跡がマイクロ波レベル計７の直下には入りにくく、落下途中のＤＲＩがマイクロ波レベル計７により検知されにくくなる。そのため、測定目的物である堆積されたＤＲＩのレベルの信号に対するノイズが少なくなる。

マイクロ波レベル計７は、投入シュート６から離間した位置に設けられていればよく、例えば、図１に示したように容器５の中心線上に設置することもできる。

容器５内に積もっていくＤＲＩの堆積物は、ＤＲＩの落下地点を頂点とする円錐状を形成していく。上述のように投入シュート６の位置は、投入口５ａの中心から離間しているため、円錐状堆積物の頂点はマイクロ波レベル計７の照射範囲外となりやすい。したがって、マイクロ波レベル計７の中心的照射位置は、図１に示すように円錐状堆積物の斜面上となる。この斜面は、ＤＲＩが更に降り積もってもその傾斜角を安息角に保ちながら上方へと上昇していく。円錐状堆積物の斜面付近では頂点付近とは異なり、ＤＲＩの落下に付随する粉状の細かいダストが少ないため、乱反射マイクロ波が少なく信号のノイズが少ない。したがって、ＤＲＩの堆積レベルを正確に測定することができる。

図２は、本発明の実施の形態１における他の還元鉄貯蔵装置の概略図である。図２に示すように、マイクロ波レベル計７は、容器５内の円錐状堆積物の表面の法線に対して平行な方向に向けられていることが望ましい。円錐状堆積物の表面からのマイクロ波の反射精度を上げるためである。もちろん、必ずしも平行でなくてもよく、マイクロ波レベル計７は、容器５内の円錐状堆積物の表面の法線に対して４５度以内（好ましくは４０度以内、より好ましくは３５度以内、さらに好ましくは３０度以内）の方向に向けられていることが望ましい。

投入シュート６を傾ければ、ＤＲＩは容器５の内側面５ｃに沿って放出されるため、内側面５ｃとの強い衝突が回避され、細かく粉化される恐れが少なくなり、かつ容器５の内側面５ｃの摩耗を軽減することが可能となる。

実施の形態１の還元鉄貯蔵装置４において、錐状の容器５を用いた場合、容器５の稜線５ｄの傾斜角を５０度以上とすることが望ましい。稜線５ｄの傾斜角を大きく取ることにより、ダストが斜面下方に落下しやすく、ダスト付着量が低減されるからである。より好ましくは、６０度以上、さらに好ましくは７０度以上である。傾斜角の上限には特に制限はないが、容器５をあくまで円柱状ではなく錐状とするため、上限は、例えば８５度、或いは、８０度とする。

実施の形態１の還元鉄貯蔵装置において、容器５の内側面がステンレス鋼で構成することが望ましい。ステンレス鋼であれば、高温による容器５の劣化が少なく、また、ＤＲＩの粉が付着しにくいからである。

実施の形態１の還元鉄貯蔵装置４において、容器５の鉛直方向の断面が左右非対称円であることが望ましい。容器５の断面が完全な円形であると、容器５内部にＤＲＩによる閉塞が発生しやすくなるためである。例えば、右半円と左半円の弧の曲率半径を若干異ならせることが好ましい。

（実施の形態２）
以下、図３に示した実施の形態２に基づいて本発明を説明する。

図３は、本発明の実施の形態２における還元鉄貯蔵装置４の概略図であり、特に還元鉄貯蔵装置４の投入口５ａ付近を拡大して示したものである。図３に示すように、投入シュート６の内部には、制限板８が設けられている。制限板８は、ＤＲＩの通過速度を下げる働きを有しているため、ＤＲＩの衝突による投入シュート６の内壁面の傷付きや劣化を低減することができる。また、制限板８によりＤＲＩの放出方向を調節することもできる。そのため、落下途中のＤＲＩがマイクロ波レベル計７の計測範囲に入らないように調整することもできる。

（実施の形態３）
以下、図４に示した実施の形態３に基づいて本発明を説明する。

図４は、本発明の実施の形態３における還元鉄貯蔵装置４の概略図である。基本的には、実施の形態１の還元鉄貯蔵装置４と同じものであるが、容器５の底部５ｂからＤＲＩが排出されていくことにより、容器内に残っているＤＲＩが非常に少ない状態を示したものである。容器５の底部５ｂの部分は、図１および図４に示すように平面状とすることが好ましい。容器５の最下部まで逆円錐状であると、ＤＲＩが減少したときに、内側面５ｃにマイクロ波が照射されやすい。上述の通り、内側面５ｃにはＤＲＩのダストが付着しやすいため、マイクロ波レベル計７の照射範囲内に容器５の円錐状部が重なることによりマイクロ波の乱反射が起こりやすくなるため好ましくない。そこで、マイクロ波レベル計７の照射範囲となる容器５の底部５ｂの部分は、円錐形状でなく平面状とすることが好ましい。

（実施の形態４）
以下、図５に示した実施の形態４に基づいて本発明を説明する。

図５は、本発明の実施の形態４における還元鉄貯蔵装置４の概略図である。基本的には、実施の形態３の還元鉄貯蔵装置４と同様のものであるので、共通する構成に関する説明は省略する。本発明の実施の形態４における還元鉄貯蔵装置４では、容器５の底部５ｂに続く円筒状の排出シュート９には、マイクロ波レベル計７とは別のマイクロ波レベル計１０が設けられている。堆積されたＤＲＩのレベルは、基本的にはマイクロ波レベル計７で測定されるのであるが、図４または図５に示すように、ＤＲＩの堆積量が非常に下がってきたときには、容器５の底部５ｂからの反射マイクロ波の影響を大きく受けるため、マイクロ波レベル計７だけでは、堆積量低下時のレベルを正確に測定できない場合がある。

そこで、排出シュート９の部分に、マイクロ波レベル計７とは別にマイクロ波レベル計１０を設けることにより、容器５内の残存ＤＲＩの有無を正確に調べることができる。

例えば、マイクロ波レベル計７がＤＲＩの十分な貯蔵量を示しているにもかかわらずマイクロ波レベル計１０が空の状態を示す場合は、排出シュート９の入口付近でＤＲＩが詰まっていると判断することができる。また、マイクロ波レベル計７，１０の両方が空の状態を示す場合は、容器５内のＤＲＩが現実に空となっていると判断することができる。

上記実施の形態１〜４の還元鉄貯蔵装置を構成するにあたって、以下の具体的構成を伴う態様を選択し得る。

排出シュート９から供給されたＤＲＩを凹状モールドのある一対のローラー（図示せず）の間に挟みこみ、還元鉄成形体（ＨＢＩ）を製造することができる。

逆円錐状の容器５の内容積は、例えば５〜１０ｍ^３、高さは、１〜５ｍである。容器５の内側面の材質は、ステンレスであり、例えば、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１０Ｓを好ましく用いることができる。

還元鉄貯蔵装置４に投入されるＤＲＩの平均長径は、例えば１０〜４０ｍｍである。

１ 回転炉床炉
１ａ 回転炉床
１ｂ 炉体
２ 加熱バーナー
４ 還元鉄貯蔵装置
５ 容器
５ａ 投入口
５ｂ 底部
５ｃ 内側面
５ｄ 稜線
６ 投入シュート
７ マイクロ波レベル計
８ 制限板
９ 排出シュート
１０ マイクロ波レベル計

Claims (10)

1. 還元鉄が投入される還元鉄貯蔵装置であって、該還元鉄貯蔵装置は、投入口と底部を有する容器と、前記投入口の中心から離間した位置に設けられた投入シュートと、該投入シュートから離間した位置に設けられたマイクロ波レベル計とを有していることを特徴とする還元鉄貯蔵装置。
2. 前記マイクロ波レベル計は、前記容器の中心線上に設置されている請求項１に記載の還元鉄貯蔵装置。
3. 前記マイクロ波レベル計は、前記容器内の堆積物の表面の法線に対して４５度以内の方向に向けられている請求項１または２に記載の還元鉄貯蔵装置。
4. 前記容器が錐状をなし、錐の稜線の傾斜角を５０度以上とする請求項１〜３のいずれかに記載の還元鉄貯蔵装置。
5. 前記容器の内側面がステンレス鋼で構成されている請求項１〜４のいずれかに記載の還元鉄貯蔵装置。
6. 前記容器の断面が左右非対称円である請求項１〜５のいずれかに記載の還元鉄貯蔵装置。
7. 前記投入シュートの内部に制限板が設けられている請求項１〜６のいずれかに記載の還元鉄貯蔵装置。
8. 前記容器の底部が平面状になっている請求項１〜７のいずれかに記載の還元鉄貯蔵装置。
9. 前記容器の底部に排出シュートが設けられており、該排出シュートにマイクロ波レベル計が設置されている請求項１〜８のいずれかに記載の還元鉄貯蔵装置。
10. 前記排出シュートの下流側にブリケッターが設けられている請求項９に記載の還元鉄貯蔵装置。

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