JP2014115058A - 原料の充填層の層厚方向における濃度分布を調整することが可能な焼結機の原料装入装置 - Google Patents

Abstract

【課題】焼結機に装入した原料の充填層において原料の濃度分布を調整することができるようにする。
【解決手段】ホッパー４と、ドラムフィーダ５と、第１シュート６と、供給装置７と、スリット８と、第２シュート９とを備え、ドラムフィーダ５と第１シュート６との間に、ドラムフィーダ５で切り出して落下してきた第１の原料を一旦受けて第１シュート６又はスリット８に落下させることが可能な第３シュート１２を設け、第３シュート１２は、第１原料Ｎと第２原料Ｍとの混合距離を調節可能に構成されている。
【選択図】図７

Description

本発明は、例えば、高炉用原料である焼結鉱を製造する焼結機に装入した原料の充填層の層厚方向における濃度分布を調整することが可能な焼結機の原料装入装置に関する。

従来より、鉄鉱石やコークスなどの原料を焼結機のパレットに装入し、これらの原料を焼結機によって焼結することにより高炉用原料である焼結鉱を製造することが行われている。鉄鉱石たコークスなどの原料を焼結機のパレットに装入するにあたっては、原料を傾斜するシュートに滑走させながらパレット上に積層している。原料を焼結機に装入する技術として、特許文献１〜３に示すものがある。

特許文献１は、ホッパーからフィーダを介して助走シュート上に落下供給された焼結原料を傾斜滑降させ、シュートの延長線上に複数本の線状部材を幅方向に緊張したスリットシュートを設けている。
特許文献２は、傾斜シュートを、スリット状の傾斜シュートとプレート状の傾斜シュートを上下方向に多段で配置した構成とし、焼結パレットの幅方向にわたって伸びた筒体を焼結パレットの上方に設け、焼結補助原料の粉体を筒体に供給して筒体長手方向に押し出して筒体側面に設けた長手方向に分布した複数の粉体切り出し孔からプレート状の傾斜シュートに切り出し、次いで前記スリット状の傾斜シュートに切り出されプレート状のシュートに供給される焼結原料の一部をプレート状のシュートに切り出された粉体の上面に供給している。

特許文献３は、２段式の装入シュートを用い傾斜分級作用により原料槽により切り出される配合原料の粗粒原料と分離して落下する細粒原料に燃料槽により切り出されるコークス等の固体燃料を添加している。
その他に、焼結機への原料装入の技術として、特許文献４〜９に示すものがある。

特開平０１−１０４７２５号公報 特開２０００−０９６１５８号公報 特公昭５８−０３１３７６号公報 特開平０１−０８３６２６号公報 特開平０４−１９８４２７号公報 特開平０８−２６７０１０号公報 実開平０２−１０６５９５号公報 特開平０９−１１３１４７号公報 特公昭５９−０３０７７６号公報

特許文献１〜３では、鉄鉱石やコークスなどの原料を傾斜するシュートに滑走させて、パレットに積み上げることにより焼結機に原料を装入（供給）している。しかしながら、特許文献１〜３では、パレット上に積み上がることにより形成された充填層の層厚方向において、鉄鉱石の分布とコークスの分布とを自在に変更することができないのが実情である。

そこで、本発明では、焼結機に装入した原料の充填層の層厚方向における濃度分布を調整することが可能な焼結機の原料装入装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は、次の手段を講じた。
即ち、本発明の焼結機の原料装入装置は、 第１の原料が装入されたホッパーと、前記ホッパーに貯鉱された第１の原料を切り出すドラムフィーダと、前記ドラムフィーダで切
り出して第１の原料を一旦受けてパレットに向けて排出する第１シュートと、前記第１の原料とは異なる第２の原料を前記第１シュートに供給する供給装置と、前記第１シュートに続いて配置されて原料を篩い分けるスリットと、前記スリットから落下した原料を受けて前記パレットに向けて排出する第２シュートとを備えていて、前記ドラムフィーダと第１シュートとの間に、前記ドラムフィーダで切り出して落下してきた第１の原料を一旦受けて前記第１シュート又は前記スリットに落下させることが可能な第３シュートを設け、前記第３シュートは、第１原料と第２原料との混合距離を調節可能に構成されていることを特徴とする。

本発明の焼結機の原料装入装置によれば、焼結機に装入した原料の充填層の層厚方向における原料の濃度分布を調整することができる。

焼結機の原料装入装置の全体図である。 第３シュートの全体図斜視である。 第３シュートの全体側面図である。 第１位置調整部の断面図である。 第３シュートの正面断面図である。 第３シュートの底面図である。 第３シュートを位置変化させたときの状態図である。 各実験における層高さ方向位置における第２原料の比率（混合比率）を示した図である。 上層の２０％域におけるコークスの濃度と相対接触距離との関係を示した図である。

本発明の焼結機の原料装入装置について図を基に説明する。
図１は、本発明の焼結機の原料装入装置の全体図を示している。
焼結機の原料装入装置１は、焼結される原料を焼結機のパレット２上に装入（供給）するものである。この原料装入装置１は、焼結される第１の原料（第１原料）Ｎが装入されたホッパー４と、ホッパー４に貯蔵（貯鉱）された第１原料Ｎを切り出すドラムフィーダ５と、ドラムフィーダ５で切り出して第１原料Ｎを一旦受けてパレット２側に向けて排出する第１シュート６と、第１原料Ｎとは異なる第２の原料（第２原料）Ｍを供給する供給装置７と、原料を篩い分けるスリット８と、スリット８から落下した原料を受けてパレット２側に向けて排出する第２シュート（デフレクターシュート）９とを備えている。なお、第１原料は焼結する鉄鉱石などの鉄源であり、第２原料は熱源となるカーボン材料や粉鉱石を溶融や同化を促進するためのＣａＯ源等である。

ホッパー４の下側にドラムフィーダ５が配置され、ドラムフィーダ５の下側（下流側）に第１シュート６が配置され、第１シュート６の上端部側に供給装置７が配置され、第１シュート６の下端側に、当該第１シュート６に続いてスリット８が配置されている。スリット８の下側に、第２シュート９が配置され、第２シュート９の下側及びスリット８の下側に、パレット２が配置されている。

第１シュート６、第２シュート９及びスリット８は、図示省略のフレーム（台車）に取り付けられ、側面視で斜めに傾斜している。第１シュート６、第２シュート９及びスリット８の滑走面の角度（水平方向に対する角度）は、調整可能となっている。第１シュート６の滑走面の角度と、スリット８の滑走面の角度は略同じ（第１シュート６の角度≒第２シュート９の角度）となっており、第２シュート９の角度は、第１シュート６の角度よりも大きく設定されている。言い換えれば、第２シュート９の角度は、原料の安息角よりも大きく設定されている。

ホッパー４は、上部及び下部が開口している直方体で構成されたもので、図示省略のフレームに取り付けられている。ドラムフィーダ５は、外側を形成する円筒状の外筒５１の内部に、回転自在な内筒５２を設けることにより形成されたもので、これら外筒５１及び
内筒５２には、ホッパー４からの原料を供給する供給口と、供給された第１原料Ｎを第１シュート６に向けて排出する排出口とが形成されている。このドラムフィーダ５は、軸心を水平方向にしてホッパー４の下部に取り付けられ、内筒５２の回転速度を調整する電動機が連結されている。

第１シュート６は、平板で形成され、ドラムフィーダ５から落下してきた第１原料Ｎの流れを変化させると共に、供給装置７から排出された第２原料Ｍを第１原料Ｎに合流させるものである。スリット８は、例えば、丸棒を２５〜５０ｍｍの所定間隔で配置して構成したもので、第１シュート６から滑走してきた第１原料Ｎ及び第２原料Ｍを篩い分けるものである。

ここで、第１シュート６において原料が滑走する滑走面（平板の上面）６ａがスリット８の滑走面（丸棒の上面）８ａよりも上方に位置する場合は、第２原料Ｍがスリット８上で篩い分けられ難くなり、第２原料Ｍは第１原料Ｎの全体へ混合され易くなる。逆に、第１シュート６の滑走面６ａがスリット８の滑走面８ａよりも下方に位置する場合は、大きな第２原料Ｍ（粗粒原料）が第２シュート９上の細粒原料に混合してしまう可能性がある。そのため、第１シュート６の滑走面６ａの延長線上にスリット８の滑走面８ａを設置しており、第１シュート６の滑走面６ａとスリット８の滑走面８ａとは同一平面となっている。言い換えれば、第１シュート６の滑走面６ａとスリット８の滑走面８ａとは側面視で直線状となっている。

第２シュート９は、第１シュート６と同様に、平板で形成されたもので、スリット８から落下してきた原料（第１原料Ｎ及び／又は第２原料Ｍ）を受けてパレット２へ向けて案内するものである。
以上、このような原料装入装置１では、まず、ドラムフィーダ５から切り出された第１原料Ｎが第１シュート６に落下すると共に、水平往復動作を行うスリップスティックコンベア等で構成された供給装置７から排出された第２原料Ｍが第１シュート６に滑走していくことになる。そして、第１シュート６上で、第１原料Ｎと第２原料Ｍとが混合され、第１原料Ｎ及び第２原料Ｍは、さらに、スリット８に向けて滑走していく。スリット８において、スリット８を通り抜けることができない粗い原料（粗粒原料ということがある）は、スリット８上を滑走してパレット２に落下する。一方、スリット８を通り抜ける原料（細粒原料ということがある）は、第２シュート９に落下した後、パレット２に向けて落下する。

このように、原料装入装置１では、第１原料Ｎと第２原料Ｍとが第１シュート６及びスリット８で混合されながらパレット２へ向けて滑走していき、スリット８上では、混合された原料が篩い分けられ、最終的に、パレット２の下側から粗粒原料が積み上げられ、粗粒原料の上側に細粒原料が積み上げられ、充填層１１は、大凡、粗粒原料が積み上がった下層１１ｄと、細粒原料が積み上がった上層１１ｕとに分かれるようになっている。

さて、本発明の原料装入装置１では、上述したように、第１原料Ｎと第２原料Ｍとを混合させつつ、篩い分けを行うことにより、パレット２上に粗粒原料が積み上がった下層１１ｄと、細粒原料が積み上がった上層１１ｕとを形成させるものであるが、ドラムフィーダ５と第１シュート６との間に第３シュート１２を設けることにより、後述するように、層厚方向における第２原料Ｍの濃度を可変とすることができると共に、下層１１ｄと上層１１ｕとの割合（比率）も調整できる構造となっている。

以下、第３シュートについて詳しく説明する。説明の便宜上、原料が滑走する滑走方向において上流側（元側）を基端側といい、滑走方向において下流側を先端側という。
図１に示すように、第３シュート１２が第１原料Ｎの落下位置にない場合、第１原料Ｎと第２原料Ｍとは、第１シュート６の第１原料Ｎの落下位置からスリット８の先端位置までの間が原料の混合距離（混合長さ）Ｌ０となるが、本発明のようにドラムフィーダ５と第１シュート６との間に第３シュート１２を設け、この第３シュート１２自体を先端側に移動させたり、第３シュート１２の長手方向（滑走方向）の長さを可変とすることにより、原料の混合距離が変化することができるようになっている。

具体的には、第３シュート１２は、ドラムフィーダ５で切り出して落下してきた第１の
原料を一旦受けて第１シュート６に落下させたり、スリット８に落下させることができるもので、原料を受けるシュート長を調節可能なものである。
詳しくは、図２に示すように、第３シュート１２は、原料を受ける部分が上下２段となったもので、上側に位置して原料（第１原料Ｎ）を受ける第１段受部１２１と、下側に位置して第１原料Ｎを受ける第２段受部１２２とを備えている。

第１段受部１２１は、第１原料Ｎを受けると共に第１原料Ｎを滑走させる板状の第１滑走面１２１１と、この第１滑走面１２１１の幅方向両側から起立した一対の第１側壁１２１２と、第１滑走面１２１１の上側及び第１側壁１２１２の上側から立ち上がる第１背面１２１３部とで構成され、全体として、滑走方向の一方側が開放した箱型で形成されている。

第２段受部１２２は、第１滑走面１２１１の下側に配置されて第１原料Ｎを受け且つ第１原料Ｎを滑走させる板状の第２滑走面１２２１と、第１側壁１２１２の外側に配置され且つ第２滑走面１２２１の幅方向両側から起立した一対の第２側壁１２２２とで構成され、全体として、滑走方向の両側が開放した箱型で形成されている。
第３シュート１２は、第１段受部１２１及び第２段受部１２２の滑走方向（長手方向）の位置を調整する第１位置調整部１３と、第２段受部１２２の滑走方向（長手方向）の位置を調整する第２位置調整部１４とを備えている。

図３〜図７に基づき、第１位置調整部１３及び第２位置調整部１４について説明する。
図３、４に示すように、第１位置調整部１３は、第１背面１２１３部に連結され滑走方向に延びるボルト軸１３ａにベアリング（軸受）１３ｂを介して操作ハンドル１３ｃを回転自在に支持し、ベアリングケース１３ｄを幅方向一対のフレーム１３ｅに取り付けることにより構成されている。操作ハンドル１３ｃを回転させると、操作ハンドル１３ｃに螺合したボルト軸１３ａの相対位置（操作ハンドル１３ｃに対する位置）が変化し、第１段受部１２１の滑走方向の位置を変えることができるようになっている。

第１位置調整部１３には、操作ハンドル１３ｃの回転位置を固定する固定部材１３ｆが設けられている。具体的には、固定部材１３ｆは、操作ハンドル１３ｃを貫通し且つベアリングケース１３ｄにねじ込むボルト（ピン）で構成されており、ボルト１３ｆをベアリングケース１３ｄにねじ込んでいる状態では、操作ハンドル１３ｃを回すことができず、ボルト１３ｆを緩めてベアリングケース１３ｄ及び操作ハンドル１３ｃから取り外すと、操作ハンドル１３ｃを回転させることができるようになっている。

図３〜５に示すように、第２位置調整部１４は、第２滑走面１２２１の下側に当該第２滑走面１２２１に沿ってボルト軸１４ａを配置し、ボルト軸１４ａの基端部及び先端部にそれぞれナット部１４ｂを螺合し、基端部側のナット部１４ｂを取付具１４ｃを介して第２滑走面１２２１に回転自在に取り付けると共に、先端部側のナット部１４ｂを取付具１４ｃを介して第１側壁１２１２又は第１滑走面１２１１の裏側に回転自在に取り付ける。

また、第２位置調整部１４は、第２側壁１２２２の外側に操作ハンドル１４ｄを配置すると共に、当該操作ハンドル１４ｄと一体回転するハンドル軸１４ｅをボルト軸１４ａと直交して配置し、ハンドル軸１４ｅを取付具１４ｃを介して第１滑走面１２１１の裏側に取り付け、ハンドル軸１４ｅの先端とボルト軸１４ａとの先端をベベルギア１４ｆを介して連結し、ハンドル軸１４ｅの回転をボルト軸１４ａに伝達できるようにすることにより構成されている。操作ハンドル１４ｄを回転させると、ハンドル軸１４ｅの回転がベベルギア１４ｆを介してボルト軸１４ａに伝達して、ボルト軸１４ａが回転することにより、第２段受部１２２の滑走方向の位置を変えることができるようになっている。

図１に示すように、第３シュート１２を最も縮小させた状態（第１位置調整部１３のボルト軸１３ａを最も操作ハンドル１３ｃに対して上流側に突出させ、且つ、第２段受部１２２を最も滑走方向の基端側に位置させている状態）では、第１原料Ｎの落下位置には、第３シュート１２が位置しない。ここで、例えば、第３シュート１２を縮小させた状態から第１位置調整部１３によって第１段受部１２１及び第２段受部１２２を滑走方向に突出させると、第１段受部１２１を第１原料Ｎの落下位置に位置させることができる。

図７は、第１位置調整部１３や第２位置調整部１４によって、第１段受部１２１や第２
段受部１２２の位置を変化させた図を示している。
図７（ａ）は、第１位置調整部１３によって、第１段受部１２１及び第２段受部１２２を移動させ、第１シュート６の長手方向の中央部の直上に、第３シュート１２の第１段受部１２１及び第２段受部１２２の先端部を位置させた状態を示している。この状態にすると、第１原料Ｎと第２原料Ｍとは、第１シュート６の先端部側で混合することとなり、第１原料Ｎと第２原料Ｍとの混合距離Ｌａは、図１に比べて短くなる（Ｌ０＞Ｌａ）。

ここで、第２原料Ｍの装入量（供給量）は一定であるため、第１原料Ｎと第２原料Ｍとの混合距離が短くなると、スリット８における第２原料Ｍの通過率は大きくなる。即ち、スリット８を第２原料Ｍが通過する通過率をＳとすると、通過率Ｓは第２原料Ｍと第１原料Ｎとの接触距離との関係として、Ｓ∝１／［第１原料Ｎと第２原料Ｍとの混合距離（接触距離］となる。そのため、図７（ａ）の場合、図１と比べ、第２原料Ｍがスリット８を通って第２シュート９に移動し易くなる一方、第１原料Ｎは、スリット８上をそのまま通過してパレット２に落下するため、パレット２の充填層において、上層中の第２原料Ｍの濃度は上昇し易くなる。

図７（ｂ）は、第１位置調整部１３によって第１段受部１２１及び第２段受部１２２を最も突出させた状態で、さらに、第２位置調整部１４によって第２段受部１２２の先端側を第１段受部１２１の先端部から当該第２段受部１２２の全体長さの１／２程度突出させ、第１シュート６の先端側の直上に第２段受部１２２の先端側を合わせた状態を示している。この場合、図７（ａ）に比べてさらに、第１原料Ｎと第２原料Ｍとの混合距離Ｌｂが短くなるため、上層中の第２原料Ｍの濃度を上昇させることが可能となる。

図７（ｃ）は、第１位置調整部１３によって第１段受部１２１及び第２段受部１２２を最も突出させた状態で、さらに、第２段受部１２２の先端側を当該第２段受部１２２の全体長さだけ、第１段受部１２１の先端部から突出させた状態を示している。この場合、最も第１原料Ｎと第２原料Ｍとの混合距離Ｌｃが短くなるため、上層中の第２原料Ｍの濃度を上昇させることができる。

さて、上述したように、第３シュート１２によって、充填層の上層における第２原料Ｍの濃度の上昇を確認するため、本発明の焼結機の原料装入装置を模ししたシュミレーション装置を作成し、第３シュート１２の位置を変化させて、パレット２における充填層について実験を行った。
この実験では、第１原料Ｎを焼結原料とし焼結機で使用する原料粒度に近似した原料を作成し、水分７．０％に調整した。第１原料Ｎ（焼結原料）の供給速度は実機と同じとし、各シュートも実機と同じとした。パレット２上の充填層の厚みは、６００ｍｍとし、第２原料Ｍとして３〜４ｍｍのコークス粉を用いた。充填層の評価を行うにあたって第２原料Ｍであることの印として、第２原料Ｍに銀色のペイントを付着させて、第１原料Ｎと識別できるようにした。第２原料Ｍは、全体の原料に対して０．１質量％装入した。

図１に示すように、第３シュート１２を最も短くして第１原料Ｎがそのまま第１シュート６に落下する実験を「従来法」とし、図７（ａ）に示すように、第３シュート１２の第１段受部１２１及び第２段受部１２２の先端位置を第１シュート６の長手方向の中央部の直下に位置させた実験を「実験１」とし、図７（ｂ）に示すように、第３シュート１２の第２段受部１２２の先端位置を第１シュート６の長手方向の先端部の直下に位置させた実験を「実験２」とし、図７（ｃ）に示すように、第３シュート１２の第２段受部１２２の先端部を最も下流側に位置させた実験「実験３」とした。

各実験では、上述したように第３シュート１２の位置を変えて、第１原料Ｎ及び第２原料Ｍをパレット２上に供給した。原料の供給終了後、充填層を高さ方向で複数に分割し、各高さ方向において、第２原料Ｍの重量比率を求めることにより、高さ方向における第２原料Ｍの濃度分布を整理した。
なお、各実験において第１原料Ｎが滑走する距離の関係は、実験１では、第１段受部１２１における滑走距離は第１シュート６の長さの約１／２倍とし（滑走距離≒第１シュート６の長さ×１／２）、実験２では、第１段受部１２１及び第２段受部１２２における滑走距離は、第１シュート６の長さと略同じ（滑走距離≒第１シュート６の長さ×１）、実
験３では、第１段受部１２１及び第２段受部１２２における滑走距離は、第１シュート６の長さとスリット８の長さの略１／２倍とした（滑走距離≒第１シュート６の長さ＋スリット８長さ×１／２倍）。

図８に示すように、第３シュート１２を設けない場合（第１原料Ｎを第３シュート１２で受けずに従来通り供給する場合（従来）、充填層において第２原料Ｍ（コークス粉）は、高さ方向に幅広く分布するものとなっているが、実験１〜３のように、第３シュート１２によって第１原料Ｎと第２原料Ｍとの混合長さ（混合距離）を変えることにより、充填層において第２原料Ｍの高さ方向の分布（原料の充填層の層厚方向の分布）を上方に位置させることができるようになった。特に、第３シュート１２を延長していくと、充填層１１において０．８から１．０の上層域において、第２原料Ｍの濃度を上昇させることができる。なお、図９の縦軸は、充填層１１の層の高さ方向（層方向）の位置を示したものであり、最上部を１．０とし、最下部を０．０としている。

図９は、第１原料と第２原料の混合距離（接触距離）と、充填層１１の上層１１ｕの２０％域におけるコークス粉の濃度との関係をまとめたものである。図９では、Ｌｉは、第３シュートを動作させたときの混合距離（接触距離）を「Ｌｉ」とし、第３シュートを縮小又は第３シュートが無い場合（従来例と同じ）のときの接触距離を「Ｌ０」とし、その相対距離＝Ｌｉ／Ｌ０と、コークスの濃度とをまとめたものである。図９に示すように、混合距離を短くすることによって、上層１１ｕの２０％域［高さ方向（層方向）０．８〜１．０の領域］におけるコークス粉の濃度を上昇させることができた。

以上の結果から、第３シュート１２によって、第１原料Ｎと第２原料Ｍとの混合距離（混合長さ）を調整することにより、焼結機に装入した原料の充填層において原料の濃度分布を調整することができ、例えば、層高０．８〜１．０の領域におけるカーボン濃度制御をすることができる。
なお、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な事項を採用している。

１ 焼結機の原料装入装置
２ パレット
４ ホッパー
５ ドラムフィーダ
５１ 外筒
５２ 内筒
６ 第１シュート
６ａ 第１シュートの滑走面
７ 供給装置
８ スリット
８ａ スリットの滑走面
９ 第２シュート
１１ 充填層
１１ｕ 上層
１１ｄ 下層
１２ 第３シュート
１２１ 第１段受部
１２１１ 第１滑走面
１２１２ 第１側壁
１２１３ 第１背面
１２２ 第２段受部
１２２１ 第２滑走面
１２２２ 第２側壁
１３ 第１位置調整部
１３ａ ボルト軸
１３ｂ ベアリング
１３ｃ 操作ハンドル
１３ｄ ベアリングケース
１３ｅ フレーム１３
１３ｆ 固定部材
１４ 第２位置調整部
１４ａ ボルト軸
１４ｂ ナット部
１４ｃ 取付具
１４ｄ 操作ハンドル
１４ｅ ハンドル軸
１４ｆ ベベルギア
Ｎ 第１原料
Ｍ 第２原料

Claims (1)

1. 第１の原料が装入されたホッパーと、
   前記ホッパーに貯鉱された第１の原料を切り出すドラムフィーダと、
   前記ドラムフィーダで切り出して第１の原料を一旦受けてパレットに向けて排出する第１シュートと、
   前記第１の原料とは異なる第２の原料を前記第１シュートに供給する供給装置と、
   前記第１シュートに続いて配置されて原料を篩い分けるスリットと、
   前記スリットから落下した原料を受けて前記パレットに向けて排出する第２シュートとを備えていて、
   前記ドラムフィーダと第１シュートとの間に、前記ドラムフィーダで切り出して落下してきた第１の原料を一旦受けて前記第１シュート又は前記スリットに落下させることが可能な第３シュートを設け、前記第３シュートは、第１原料と第２原料との混合距離を調節可能に構成されていることを特徴とする原料の充填層の層厚方向における濃度分布を調整することが可能な焼結機の原料装入装置。

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