JP2015197228A

JP2015197228A - 水封式シール装置を有する回転式焼結鉱冷却装置

Info

Publication number: JP2015197228A
Application number: JP2014074009A
Authority: JP
Inventors: 康之益谷; Yasuyuki Masutani; 太蔵中村; Taizo Nakamura; 繁梶ケ山; Shigeru Kajigayama; 藤田　博司; Hiroshi Fujita; 博司藤田; 茂森下; Shigeru Morishita
Original assignee: Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2014-03-31
Filing date: 2014-03-31
Publication date: 2015-11-09
Anticipated expiration: 2034-03-31
Also published as: JP6299346B2

Abstract

【課題】水封式シール装置を有する回転式焼結鉱冷却装置の水封式シール装置内のダスト堆積を抑制し、クーラートリップや設備摩耗破損を防止した水封式シール装置を有する回転式焼結鉱冷却装置を提供する。
【解決手段】可動側仕切り板と固定側仕切り板とを設けた水封ボックスを有する水封式シール装置を備えた回転式焼結鉱冷却装置であって、前記水封ボックスの可動側仕切り板と固定側仕切り板間を焼結鉱の冷却ガスからシールする形状柔軟性のシール部材（ステンレス製ワイヤプレートシール）を焼結鉱の冷却ガスの通路側の可動側仕切り板上部に設けたことを特徴とする、さらに、水封ボックス内に堆積したダストを水と共に排水し、浄化した浄化水を水封ボックスに供給する循環式水浄化装置を配設したことも特徴とする水封式シール装置を備えた回転式焼結鉱冷却装置。
【選択図】図３

Description

本発明は、焼結鉱の冷却装置に関し、詳しくは水封式シール装置を有する回転式焼結鉱冷却装置において、水封式シール装置へのダスト侵入を抑制することにより安定的稼働を可能とした、回転式焼結鉱冷却装置に関する。

高炉では焼結鉱が使用される。焼結鉱は原材料である鉄鉱石粉鉱を調質・塊成化して焼結機により焼結した後、焼結鉱冷却装置により取り扱い可能な温度まで冷却することにより製造されている。焼結機から排鉱される焼結鉱は一般に５００℃〜７００℃の顕熱を有しており、焼結鉱冷却装置で１５０℃〜１００℃或いはそれ以下に冷却される。冷却の際に廃棄される顕熱は膨大であるため、焼結鉱冷却装置では、焼結鉱と熱交換をした冷却ガスから排熱の回収が図られている。排熱を回収できる焼結鉱冷却装置としては、回転式焼結鉱冷却装置が知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。

回転式焼結鉱冷却装置は、台形を逆にした断面形状の冷却機ホッパを有するドーナツ状の円型冷却装置であり、焼結機から排出される熱間焼結鉱はシュートを介して連続的に冷却機ホッパ上方から供給され，冷却装置を回転させながら、ホッパ下部から冷却空気を吸引或いは送気する。ホッパ内に供給された冷却空気はホッパ内の焼結鉱と熱交換した後、ホッパ上部のフードを通って除塵機、熱回収ボイラに送られ、熱回収される。冷却された焼結鉱は、ホッパ下部に焼結鉱を連続的にかき出すスクレーパが挿入されているので、スクレーパに沿って焼結鉱は流れ出てベルトコンベヤ上に排出される構造となっている。

また、回転するホッパと上部固定フードとの間をウォータシールでシールする水封シール板（固定板）と摺接シール板（可動板）とを有する水封式シール装置が設けられていて、冷却装置内への漏風を無くしており、その結果、少風量での冷却が可能となっている。

ところが、回転式焼結鉱冷却装置では、ホッパ内の焼結鉱を通過した冷却ガス（冷却空気）には焼結鉱のダスト(粉塵）が含まれていて、このダストが水封式シール装置内の水中に堆積するという問題が生じる。

ダスト(粉塵）が水封式シール装置内の水中に堆積し、その量が多くなると水封式シール装置の摺接シール板の移動が摩擦によって妨げられることとなり、冷却装置の回転に支障（クーラートリップ）が生じることとなる。さらに、水槽に侵入してくるダストは、水槽底部に堆積し水槽から溢れるほど溜っていくが、ダスト成分にはカルシウムが存在して水に溶解しているため、水槽から溢れだすと、乾燥時にカルシウム成分などをバインダーにして次第に固まって強固な塊状堆積物を形成し、装置を摩耗させ、ひいては破損に至ることも起こりうる。

したがって、回転式焼結鉱冷却装置の操業では、水封式シール装置内にダストが堆積すると、堆積したダストを除去するのに冷却装置の稼働を止めてダスト除去をしなければならず、手間がかかり作業能率を低下させ、安定操業ができなくなるという問題がある。

特開２００８−２３２５１９号公報特開２０００−３１０４８９号公報特開平６−２５７９５５号公報

本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、水封式シール装置を有する回転式焼結鉱冷却装置の水封式シール装置内のダスト堆積を抑制し、クーラートリップや設備摩耗破損を防止した水封式シール装置を有する回転式焼結鉱冷却装置を提供することを課題とする。

本発明者は上記課題を解決すべく鋭意研究した。その結果、水封式シール装置内に堆積するダストについては、水封式シール装置内に堆積したダストを排出させることよりも、水封式シール装置内にダストを堆積させないようにすることが根本的な解決になると着想し、可動側仕切り板（摺接シール板）と固定側仕切り板（水封シール板）の構造を有する水封式シール装置の双方の仕切り板間にシール装置を設けることによって、水封式シール装置内に冷却ガスからのダストが堆積することを抑制できることを知見して、本発明を完成した。

本発明の要旨は、次の通りである。

（１）可動側仕切り板と固定側仕切り板とを設けた水封ボックスを有する水封式シール装置を有する回転式焼結鉱冷却装置であって、前記水封ボックスの可動側仕切り板と固定側仕切り板との間を焼結鉱の冷却ガスからシールする形状柔軟性を有しかつ材質がステンレス鋼であるシール部材を焼結鉱の冷却ガスの通路側の可動側仕切り板上部に設けたことを特徴とする水封式シール装置を有する回転式焼結鉱冷却装置。

（２）前記シール部材がワイヤプレートシールであることを特徴とする上記（１）に記載の水封式シール装置を有する回転式焼結鉱冷却装置。

（３）水封ボックス内に堆積したダストを水と共に排水する排水系装置、排水を浄化する沈殿槽および浄化水を水封ボックス内に供給する給水系装置とを備えた循環式水浄化装置が配設されていることを特徴とする上記（１）または（２）に記載の水封式シール装置を有する回転式焼結鉱冷却装置。

本発明によれば、水封式シール装置へのダスト堆積が抑制されたことで、クーラートリップおよび設備摩耗破損による回転式焼結鉱冷却装置の稼働停止が無くなり、焼結稼働率・生産性が向上するとともに、メンテナンス負荷が軽減された。可動部・固定部間シールのために形状柔軟性をもつ耐熱、耐食性シール部材（例えばワイヤプレートシール）を使用したことで、シール部材の熱摩耗・熱変形を回避できた。さらなるダスト抑制策として、複数の沈殿槽を備えた循環式水浄化装置を配設したことで、排水系のポンプ詰まりを防ぐことができた。

したがって、本発明では、水封式シール装置を備えた回転式焼結鉱冷却装置の最大の特長である冷却ガスからのシール性は維持され、水封式シール装置は磨耗及び経年変化の影響を受けにくくなり、回転式焼結鉱冷却装置は過酷な操業環境にも十分耐えうる設備となった。

従来の焼結鉱の回転式焼結鉱冷却装置の概要を示す図である。従来の焼結鉱の回転式焼結鉱冷却装置に設けられている水封式シール装置の概要を示す図である。本発明の焼結鉱の回転式焼結鉱冷却装置に設けた水封式シール装置の概要を示す図である。ワイヤプレートシールを示す図で、（ａ）は長手方向の断面図で、（ｂ）は幅方向の断面図である。排水中のダストを除去する循環式水浄化装置の概要を示す図である。

以下、本発明を詳細に説明する。

まず、焼結鉱の回転式焼結鉱冷却装置の概要を説明する。焼結鉱の回転式焼結鉱冷却装置（以下単に焼結鉱冷却装置ということがある）は、例えば、特許文献１〜３に開示されているように公知であり、図１に示す焼結鉱の回転式焼結鉱冷却装置の概要、および図２に示す水封式シール装置の概要を参酌して説明する。なお、回転式焼結鉱冷却装置には、特許文献１に示すような冷却空気の誘引式と、特許文献２・３に示すような冷却空気の押込式とがあるが、ここでは誘引式焼結鉱冷却装置を例に説明するが、押込式焼結鉱冷却装置においても、水封式シール装置の構造、その課題、および課題の解決方法は同様である。

焼結鉱冷却装置１は、円形の回転テーブル２と該テーブルの周囲上に設置され、焼結鉱３を堆積させるための逆台形断面の空間を有する環状のホッパ４を備えている。鉱石焼結機から排出される熱間焼結鉱は冷却機入口シュート５を介して連続的に冷却機ホッパ上部に供給される。

ホッパ４の上部には、ホッパ４の上部を覆うように、環状のフード６が設けられており、フード６には、フード６と連通するように排ガスダクトが接続されている。吸引ファンによりフード６内の空気を吸引することにより、取り込んだ外部の空気をホッパ４内の焼結鉱３に通過させて、焼結鉱３を冷却するようにしてある。

ホッパ上部に連続的に供給された焼結鉱は、冷却後にホッパ下部に冷却された焼結鉱を連続的にかき出すスクレーパ７が挿入されているので、スクレーパ７の切り出しに伴い順次ホッパ内を冷却ガスと熱交換して冷却されながら下方へと降りて行き、最後にスクレーパ７によってかき出されベルトコンベヤ上に排出される。

焼結鉱冷却装置１の内部に焼結鉱と熱交換する冷却空気を吸引する際には外部からの漏風を防止することが必要となる。このため、ホッパ４の上部とフード６との間を密閉する水封式シール装置８を設けてある。

図２は水封式シール装置の概要を示す図である。図２に示すように、水封式シール装置８は、ホッパ４の上部周縁部の板９上に、その全周に沿って可動側仕切り板１０によって構成される水封ボックス（溝部）１１が設置されている。このボックスには、給水管１２及び排水管１３により所定量の水１４が常に供給されている。そして、フードの下部には、水封ボックス１０内の水１４の中に沈下するように、水仕切り封止板（固定側仕切り板）１５が設けられている。つまり、水封ボックス（溝部）１１の水１４の中に、封止板（固定側仕切り板）１５を沈下させることにより、ホッパ４の上部とフード６との間を水１４により密封することができ、ホッパの回転移動に応じて水封ボックス（可動側仕切り板）も回転移動できる構造となっている。

ところが、本発明者は、ホッパ内の焼結鉱を通過した冷却ガスには焼結鉱のダスト(粉塵）が含まれていて、このダストが水封式シール装置内の水中に堆積すると、可動側仕切り板１０の移動が堆積したダストとの摩擦によって妨げられることとなり、冷却装置の回転に支障（クーラートリップ）が生じることとなり、また、ダスト堆積のために設備摩耗破損を引き起こす等の問題があることを知見し、水封ボックス（溝部）１１中におけるダスト堆積を抑制することができる水封式シール装置について研究した。

まず、本発明者は水封ボックス（溝部）１１中にダスト堆積が生じる原因について冷却装置内を通気する冷却ガス（冷却空気）中のダスト流れを解析モデルにて数値流動解析により究明した。その結果、水封式シール装置にダストが流れこまないように邪魔板を設置することを試みたが、熱変形し摩耗して、水封式シール装置へのダスト流入を抑制する効果はあるもののいまだ不十分であった。そこで、焼結鉱冷却装置において可動側仕切り板と固定側仕切り板の構造を有する水封式シール装置の前記固定と可動の両仕切り板との間をシールすることとし、そしてそのシールとして固定側仕切り板の上部に形状柔軟性を有するブラシを備えたシール部材を設けることを行ったところ、水封式シール装置へのダスト流入を効果的に抑制できることを知見した。

図３は、水封式シール装置の可動側仕切り板と固定側仕切り板との間に形状柔軟性を有するブラシを備えたシール部材を設けた本発明での水封式シール装置を示す図である。

図３に示すように、本発明での水封式シール装置８は、ホッパ４の上部周縁部の板上に、その全周に沿って水封ボックス（溝部）１１が設置されている。このボックス１１は、可動側仕切り板と固定側仕切り板とを有していて、給水管１２及び排水管１３により所定量の水１４が常に供給されている。そして、固定側仕切り板１５は、フード６の下部にボックス１１の水１４の中に沈下するように設けられている構造となっている。このような構造自体は図２に示す従来の水封式シール装置の構造と同様である。

本発明での水封式シール装置では、可動側仕切り板１０と固定側仕切り板１５とを有する水封ボックスの可動側仕切り板１０の上部（図３中にＢ_２として示している）にシール部材としてワイヤプレートシール（ワイプレシールと称されている）１６を設けて、可動側仕切り板１０と固定側仕切り板１５との間をシールしてダストを伴う冷却ガスが水封ボックス内に流れ込まないようにした。シール部材は、可動側仕切り板の上部とフード（固定側仕切り板の水平部）との間を仕切るように設けるのが効果的であるが、冷却装置の回転に応じて可動側仕切り板も移動する。したがって、可動側仕切り板上部に設置したシール部材は、固定仕切り板の水平部分の下部と摺動することとなる。このため、シール部材としては熱変形せず耐摩耗性がある形状柔軟性を有する部材とする必要がある。本発明では、形状柔軟性を有するシール部材としてワイヤプレートシールを用いることが好ましい。

図４は、ワイヤプレートシールを示す図で、（ａ）は長手方向の断面図で、（ｂ）は幅方向の断面図である。ワイヤプレートシール１６は、固定側仕切り板下部に向けて延びる多数の金属ワイヤからなるワイヤブラシ部１７と、ワイヤブラシ部１７の幅方向中央部に挿入された金属シート１８とが基部１９に固定されて立設されている構造を有し、基部１９は可動側仕切り板１０の上部に固定されている。金属ワイヤおよび金属シートの材質としては、耐熱性、耐食性がある鋼を用いることができ、なかでもステンレス鋼（ステンレスワイヤ、ステンレスシート）とすることが好ましい。

このようなワイヤプレートシールを用いることにより、冷却装置の回転に応じて可動側仕切り板が移動してもワイヤブラシ部及び金属シートがそれぞれ撓んで、フード下部と摺動して可動側仕切り板上部と固定側仕切り板下部との間に隙間が形成されるのを防止できる。なお、ワイヤプレートシールの高さは、冷却装置の大きさにもよるが、１００〜１５０ｍｍとすることが好ましい。

したがって、ワイヤプレートシールを設けたことによって、冷却装置内のダストを含む冷却ガスが可動側仕切り板と固定側仕切り板との間に侵入することを抑制できる。すなわち、水封式シール装置の水封ボックス内にダストが堆積することを抑制できることとなる。

また、形状柔軟性のシール部材としては、金属ワイヤだけを立設させワイヤブラシ形状や金属ワイヤに代えて細幅の金属薄板を立設させた形状のシール部材であっても良い。

水封式シール装置内の水中へのダスト堆積が抑制されることによって、可動側仕切り板の移動がスムースとなり、冷却装置の回転に支障（クーラートリップ）が生じるもなくなる。また、ダスト堆積による設備摩耗破損も防止できる。このため、水封ボックス中に堆積したダスト除去のために、冷却装置の稼働を停止する作業も必要がなくなる。

また、水封式シール装置の水封ボックス内にダストが堆積することを完全には防止できないので、水封ボックス内に堆積したダストを除去することも必要となる。水封ボックス内には、図２に示すように、給水管１２と排水管１３とが設置されていて、水封ボックス１１へは給水管１２により給水し、排水管１３により排水を行う。排水中には水封ボックス内に堆積したダストが吸引されるので、水封ボックス内に堆積したダストを排出することができる。水封ボックスへの給水は、排水管より排水した水を循環して使用することが好ましい。しかし、排水中にはダストが含まれているので、排水中のダストを除去した水を供給する必要がある。本発明では、複数のダスト分離槽を有する水浄化装置を設けて、ダストを除去した浄化水を水封装置に戻すようにした。

図５は、排水中のダストを除去する循環式水浄化装置の概要を示す図である。

本発明の循環式水浄化装置では、図５に示すように、水封ボックス１１中の水は、水中に堆積したダストと共に排水ポンプ２０により沈殿槽２１に排水される。沈殿槽２１ではダスト（汚泥）を沈殿させて、ダストと上澄み水とを分離する複数のダスト沈殿槽２１を配設してある。複数のダスト沈殿槽とするのは、排水の流速を緩めて排水中のダストを確実に沈殿分離するためで、ダスト沈殿槽としては３〜６槽を配設することが好ましい。ダストは比重が重いので、ダストを含む排水は下流側に向かって流れる過程でダストは沈殿し容易に除去され水の浄化ができる。浄化された水は、最終沈殿槽から給水ポンプ２２により給水管１２を通じて水封ボックス１１に給水される。なお、最初の沈殿槽２１では、中央に堰２３を設けて水に浮かぶ浮上物（スカム）を除去するようにしてある。

次いで、本発明の作用効果について具体的に説明する。

図３に示す回転式焼結鉱冷却装置に、Ａ１：鋼板シート、Ａ２：Ｌ字鋼板シート及びＡ３：ワイヤプレートシールの３種類のシール装置の形状のシール装置を用いて、シール装置の設置位置として、Ｂ１：内側の固定側仕切り板下部（図３中に表示）、Ｂ２：可動側仕切り板上部（図３中に表示）の位置にシール装置を設置して、回転式焼結鉱冷却装置で焼結鉱を冷却することで、ダスト蓄積状態、回転式焼結鉱冷却装置の故障頻度およびメンテナンス性について調査した。その結果を、表１に示した。

表１において、シール装置の材質は、Ｃ１：ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）、Ｃ２：一般鋼材（ＳＳ４００）であった。そして、排水系装置では、Ｄ１：単独、Ｄ２：複数の沈殿槽を用いた。

試験結果としてのダストの蓄積状態の評価は、○：ダストの堆積はほとんどみられない（１０ｃｍ未満）、△：ダストが水槽中にかなり堆積（１０ｃｍ以上）、×：ダストが水槽から溢れるほど堆積を示した。ダストによるクーラー故障頻度の評価としては、○：ほとんどなし（年１回以下）、△：まれにあり（年５回以下）、×：頻繁にあり（年５回以上）として評価した。また、メンテナンス性の評価としては、○：補修頻度小（年１回以下）、△：補修頻度中（年３回以下）、×：補修頻度大（年３回以上）として評価した。

表１に示すように、本発明例（Ｚ７）の回転式焼結鉱冷却装置では、水封式シール装置内の水中へのダスト堆積の抑制が良好で、冷却装置の回転に支障はなくメンテナンス性も良好であった。

これに対して、固定側仕切り板下部にシールを設けた比較例（Ｚ１，Ｚ２，Ｚ４，Ｚ５）はシール装置の熱変形・摩耗・脱落によりメンテナンスが高頻度で必要になるため好ましくなかった。また、一般鋼材を用いた比較例（Ｚ６）はシール装置の腐食・変形によりダストが水槽から溢れるほど堆積し、故障頻度が頻繁にあり、メンテナンス性も劣っていた。また、鋼板シートを用いた比較例（Ｚ３）はダスト堆積抑制効果が十分には得られなかった。

以上の通り、本発明によれば、シール装置へのダスト堆積が抑制され、クーラートリップおよび設備摩耗破損による回転式焼結鉱冷却装置の故障頻度が低減され、メンテナンス負荷が軽減された。このため、回転式焼結鉱冷却装置の稼働停止が無くなり、焼結稼働率・生産性を向上させることができた。

１焼結鉱冷却装置
２回転テーブル
３焼結鉱
４ホッパー
５シュート
６環状のフード
７スクレーパ
８水封式シール装置
９ホッパ上部
１０可動側仕切り板
１１水封ボックス
１２給水管
１３排水管
１４水
１５固定側仕切り板
１６ワイヤプレートシール
１７金属ワイヤブラシ部
１８金属シート
１９ワイヤプレートシールの基部
２０排水ポンプ
２１沈殿槽
２２給水ポンプ
２３堰

Claims

可動側仕切り板と固定側仕切り板とを設けた水封ボックスを有する水封式シール装置を有する回転式焼結鉱冷却装置であって、前記水封ボックスの可動側仕切り板と固定側仕切り板との間を焼結鉱の冷却ガスからシールする形状柔軟性を有しかつ材質がステンレス鋼であるシール部材を焼結鉱の冷却ガスの通路側の可動側仕切り板上部に設けたことを特徴とする水封式シール装置を有する回転式焼結鉱冷却装置。
前記シール部材がワイヤプレートシールであることを特徴とする請求項１に記載の水封式シール装置を有する回転式焼結鉱冷却装置。
水封ボックス内に堆積したダストを水と共に排水する排水系装置、排水を浄化する沈殿槽および浄化水を水封ボックス内に供給する給水系装置とを備えた循環式水浄化装置が配設されていることを特徴とする上記（１）または（２）に記載の水封式シール装置を有する回転式焼結鉱冷却装置。