JP2016002555A - 成型機 - Google Patents

Abstract

【課題】塊成物を製造する成型機において、高強度の塊成物を、歩留よく製造する。
【解決手段】被塊成原料を、スクリューフィーダーで一対の成型ロールの間に押し込む成型機において、（ｉ）上記スクリューフィーダーの先端部に設けたスクリュー羽根の先端の羽根角度が、スクリュー羽根の後端に向かって連続的又は段階的に増大し、かつ、（ii）スクリュー羽根の後端の羽根角度が、（スクリュー羽根の先端の羽根角度）×１．５以上、（スクリュー羽根の先端の羽根角度）×２．６以下であることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、被塊成原料を成型して高強度の塊成物を歩留よく製造する成型機に関する。

近年、省資源、省エネルギーの点から、粉鉄鉱石や、製鉄所などで発生する鉄分を含むダスト、スケール、及び、スラッジ等の酸化鉄含有物質と炭素質還元物質を混合して塊成化した塊成物を、炉床が水平に回転する回転炉床炉に装入して１０００〜１４００℃に加熱し、炉床が一周する間に、酸化鉄含有物質中の酸化鉄を炭素質還元物質で還元して還元鉄を製造する方法が注目されている（例えば、特許文献１〜６、参照）。

図１に、酸化鉄含有物質と炭素質還元物質を含む塊成物を製造して、回転炉床式還元炉の炉床に載置して加熱し、酸化鉄含有物質中の酸化鉄を還元して還元鉄を製造する一連の工程を示す。

製鉄ダストや鉄鉱石などの酸化鉄含有物質、炭材などの炭素質還元物質、その他、必要な副原料をホッパー１から切り出し、粉砕混合機２（例えば、ボールミル）で粉砕しつつ混合し混合原料とする。

混合原料を必要に応じ混練機３に送給し、水及び／又はバインダーを添加して混練する。次に、成型機４へ送給し、成型して、例えば、５〜４０ｍｍの塊成物とする。

上記塊成物は、乾燥機５で乾燥されて、回転炉床式還元炉１０の装入装置６の装入部７から回転炉床式還元炉１０の炉床に載置される。

回転炉床式還元炉１０はバーナー１１を備えていて、回転炉床式還元炉１０の炉床上に載置された塊成物８は、バーナー１１に供給される空気と燃料の燃焼熱で加熱される。回転炉床式還元炉１０が矢印方向に回転する間に、塊成物８を構成する酸化鉄含有物質中の酸化鉄が、塊成物８中の炭素質還元物質で還元される。炉内で発生した排ガスは、排ガス管１２から炉外に排出され、排ガス処理設備（図示なし）へ送られる。

回転炉床式還元炉１０の周回で生成した還元鉄を含む塊成物は、排出装置９（例えば、スクリュー手段）で炉外に排出される。そして、還元鉄は、例えば、搬送手段（図示なし）で溶解炉（図示なし）に搬送され、石炭と酸素による反応熱で溶銑とされる。

この一連の製造工程において、成型機で成型した塊成物８の強度（特に、圧潰強度）及び歩留は、回転炉床式還元炉１０の生産性に大きく影響する。

特許文献７には、炭材内装酸化金属ブリケットの製造において、原料を加圧する加圧ロールの回転速度に基づいてスクリューフィーダーの回転速度を制御し、加圧ロールへ押し込む原料の量を調整するブリケットマシン（成型機）が開示されている。しかし、炭材内装酸化金属ブリケットの強度と歩留については開示されていない。

なお、上記スクリューフィーダーには、原料のホッパー内壁面への付着を防止するブレードが取り付けられているが、該ブレードは、原料の加圧ロールへの押込み量の調整には関与しない。

特許文献８には、内部に回転スクリューを有し、竪型ミルに給炭する給炭管を備える石炭燃料粉砕供給装置が開示されている。特許文献８には、給炭管への石炭の導入を促進し、かつ、石炭が羽根面に付着して欠炭となるのを防止するため、スクリューの羽根の水平に対する角度を、上端から下端に向かって漸次小さくすることが開示されているが、具体的な角度は開示されていない。

特開平１０−３１７０３３号公報 特開２００１−０２０００５号公報 特開２００１−１８１７２０号公報 特開２００２−１２９２１８号公報 特開２００３−０２７１１８号公報 特開２００３−１８３７１６号公報 特開２００８−２６０９８２号公報 特開平０７−１５５６２５号公報

前述したように、成型機で成型した塊成物の強度（特に、圧潰強度）及び歩留は、回転炉床式還元炉の生産性に大きく影響する。

塊成物の強度が低いと、塊成物を回転炉床式還元炉に搬送する過程又は炉内に装入する過程で、塊成物が割れて粉化する。また、炉内で塊成物を加熱・還元する過程で、塊成物が部分的に割れて粉化する。塊成物の紛体は、回転炉床式還元炉の炉床に堆積し、加熱されて融着・固化して堆積層を形成する。この堆積層が厚くなると、当然に、回転炉床式還元炉の生産性が低下する。

また、塊成物の歩留が低いと、回転炉床式還元炉へ搬送・装入する塊成物の量が制限されるので、回転炉床式還元炉の生産性が低下する。それ故、回転炉床式還元炉（図１、参照）に装入して炉床に載置する塊成物を製造する成形機においては、高強度の塊成物を、歩留よく製造することが求められる。

そこで、本発明は、上記要望に鑑み、上記塊成物を製造する成型機において、高強度の塊成物を、歩留よく製造することを課題とし、該課題を解決する手段を提供することを目的とする。

本発明者らは、塊成物の強度と歩留が低下する原因を調査し、上記課題を解決する手段について鋭意検討した。

調査の結果、被塊成原料を微細化すると、（ｉ）被塊成原料内の空隙が増加し、塊成物内の空隙も増加すること、及び、（ii）被塊成原料の付着力が増加し、一対の成型ロールの間へ押し込む被塊成原料の量が安定しないことが相乗して、塊成物の強度と歩留が低下することが解った。

上記知見を踏まえ、上記課題を解決する手段について鋭意検討した結果、一対の成型ロールの間へ被塊成原料を押し込むスクリューフィーダーの先端に設けたスクリュー羽根のピッチ差を、先端から後端に向かって大きくすれば、即ち、スクリュー羽根の水平に対する角度を、先端から後端に向かって大きくすれば、（ｉ）一対の成型ロールの間へ押し込む被塊成原料内の空隙を低減することができ、塊成物内の空隙も低減できること、及び、（ii）被塊成原料の付着力が増加しても、一対の成型ロールの間へ押し込む被塊成原料の量を安定化できることを見いだした。

本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は以下のとおりである。

（１）被塊成原料を、１つ又は複数のスクリューフィーダーで一対の成型ロールの間に押し込む成型機において、
（ｉ）上記スクリューフィーダーの先端部に設けたスクリュー羽根の羽根角度が、先端から後端に向かって連続的又は段階的に増大し、かつ、
（ii）スクリュー羽根の後端の羽根角度が、（スクリュー羽根の先端の羽根角度）×１．５以上、（スクリュー羽根の先端の羽根角度）×２．６以下である
ことを特徴とする成型機。

（２）前記スクリュー羽根の幅が、スクリュー羽根の先端から後端に向かって広がっていることを特徴とする前記（１）に記載の成型機。

本発明によれば、回転炉床式還元炉に装入し炉床に載置する塊成物を、高強度で、歩留よく製造することができるので、成型機の生産性が著しく向上する。

酸化鉄含有物質と炭素質還元物質を含む塊成物を製造して、回転炉床式還元炉の炉床に載置して加熱し、酸化鉄含有物質中の酸化鉄を還元して還元鉄を製造する一連の工程を示す図である。 従来の成型機の一態様を示す図である。 本発明の成型機の一態様を示す図である。 本発明の成型機で用いるスクリューフィーダーの一態様示す図である。（ａ）は、スクリューフィーダーの側面態様を示し、（ｂ）は、スクリューフィーダーの先端からみたスクリューフィーダーの態様を示す。 従来の成型機と本発明の成型機において、スクリュー羽根の回転数（ｒｐｍ）と成型ロールの回転数（ｒｐｍ）の関係を示す図である。 従来の成型機と本発明の成型機において、ブリケット空隙率（％）と圧壊強度（kg/p）の関係を示す図である。 スクリュー羽根の後端の羽根角度をスクリュー羽根の先端の羽根角度で除した角度比と塊成物歩留（％）の関係を示す図である。

本発明の成型機（以下「本発明成型機」ということがある。）は、被塊成原料を、１つ又は複数のスクリューフィーダーで一対の成型ロールの間に押し込む成型機において、
（ｉ）上記スクリューフィーダーの先端部に設けたスクリュー羽根の先端の羽根角度が、スクリュー羽根の後端に向かって連続的又は段階的に増大し、かつ、
（ii）スクリュー羽根の後端の羽根角度が、（スクリュー羽根の先端の羽根角度）×１．５以上、（スクリュー羽根の先端の羽根角度）×２．６以下である
ことを特徴とする成型機。

以下、本発明成型機について図面に基づいて説明するが、まず、図２に、図１に示す成型機４として用いる従来の成型機の一態様を示す。

成型機４は、電動機４ｎで回転する一対の成型ロール４ａ、４ａを備えている。ホッパー１ａに投入された被塊成原料３ａは、先端部にスクリュー羽根４ｃを備え、電動機４ｍで回転するスクリューフィーダー４ｂにより、装入口１ｂを経て、電動機４ｎで回転する一対の成型ロール４ａ、４ａの間に連続的に押し込まれて塊成物８となる。

一対の成型ロール４ａ、４ａの回転数とスクリューフィーダー４ｂの回転数は、高強度の塊成物を歩留よく製造するため、制御器４ｄで電動機４ｍと電動機４ｎを連動して制御することにより、適宜、最適値に維持されている。

しかし、図２に示す従来の成型機のスクリュー羽根４ｃにおいて、スクリュー羽根４ｃのピッチ差ｄは、スクリュー羽根４ｃの先端（図では下端）から後端（図では上端）まで一定である。即ち、スクリュー羽根４ｃの水平に対する羽根角度は、スクリュー羽根の先端から後端まで一定である。

本発明者らの調査によれば、成型機において、スクリュー羽根の水平に対する羽根角度が、スクリュー羽根の先端から後端まで一定である場合、被塊成原料が微細化するのに伴い、（ｉ）被塊成原料内の空隙が増加して、塊成物内の空隙が増加し、また、（ii）被塊成原料の付着力が増加して、一対の成型ロールの間へ押し込む被塊成原料の量が安定せず、これらのことが相乗して、塊成物の強度と歩留が低下する。

そこで、本発明者らは、上記知見を踏まえ、スクリューフィーダーの先端部に設けたスクリュー羽根のピッチ差を、スクリュー羽根の先端から後端に向かって連続的又は段階的に大きくした。即ち、スクリュー羽根の水平に対する羽根角度を、スクリュー羽根の先端から後端に向かって連続的又は段階的に大きくした。

図３に、本発明成型機の一態様を示す。図３中の番号で、図２中の番号と同じ番号は、図２中の番号が示すものと同じものを示す。

図３に示す本発明成型機においては、スクリューフィーダー４ｂが２本、ホッパー１ａ内に配置されているが、スクリューフィーダー４ｂの数は、ホッパー１ａの容量に従って、適宜、設定すればよい。

本発明成型機において、投入口１ｃからホッパー１ａへ投入され、成型機４で成型される被塊成原料３ａは、各種の原料を混合した混合原料であるので、ホッパー１ａの内部でも均一混合状態を維持する必要がある。そのため、スクリューフィーダー４ｂの上端部（スクリュー羽根４ｚより上の部分）に撹拌板４ｙを取り付けてもよい。

撹拌板４ｙを取り付けなくても、ホッパー１ａの内部で、被塊成原料の均一混合状態を維持できる場合は、撹拌板４ｙを取り付けない。

成型機４の成型ロール４ａの加圧力は、ロードセル４ｆで常時測定されていて、加圧力の調整が必要なときは、油圧シリンダー４ｅで加圧力を調整する。

スクリュー羽根４ｚの幅は、スクリュー羽根の先端から後端に向かって広がっている。スクリューフィーダー４ｂの先端部に設けたスクリュー羽根４ｚのピッチ差は、先端（図３では下端）から後端（図３では上端）に向かって、連続的又は段階的に大きくなっている。

図４に、本発明の成型機で用いるスクリューフィーダーの一態様を示す。スクリューフィーダー４ｂの先端部に設けたスクリュー羽根４ｚのピッチ差ｄ1、ｄ2は、先端（図４では下端）から後端（図４では上端）に向かって連続的又は段階的に大きくなっている（ｄ１＜ｄ2）。

即ち、スクリュー羽根４ｚの水平に対する角度θ1、θ2、θ3が、先端（下端）から後端（上端）に向かって連続的又は段階的に大きくなっている（θ1＜θ2＜θ3）。なお、図４において、θ3を、スクリュー羽根の後端の羽根角度とする。

スクリュー羽根の水平に対する角度を、先端から後端に向かって連続的又は段階的に大きくしたので、スクリュー羽根に巻き込まれた被塊成原料は、スクリュー羽根の先端に向かって押し下げられる間に圧縮され、被塊成原料内部の空隙が低減して、被塊成原料が緻密化する。

そして、緻密化した被塊成原料は、スクリュー羽根で、成形機に連続的に押し込まれるが（図３、参照）、被塊成原料は緻密化しているので、成形機の一対の成型ロールの間に押し込まれる被塊成原料の量は安定し、さらに、被塊成原料のスクリュー羽根への付着量は減少する。

一対の成型ロールの間に押し込まれた被塊成原料は、回転する一対の成型ロールで水平方向に圧縮されて塊成物となる（図３、塊成物８、参照）。本発明成型機においては、緻密化した被塊成原料を圧縮して塊成物を製造するので、空隙率の低い高強度の塊成物を歩留よく製造することができる。

特許文献８には、内部に回転スクリューを有し、竪型ミルに給炭する給炭管を備える石炭燃料粉砕供給装置において、給炭管への石炭の導入を促進し、かつ、石炭が羽根面に付着して欠炭となるのを防止するため、スクリュー羽根の水平に対する角度を、上端から下端に向かって漸次小さくすることが開示されている。

しかし、本発明成型機のスクリュー羽根の作用は、空隙率の低い高強度の塊成物を歩留よく製造するために、被塊成原料を緻密化して、回転する一対の成型ロールの間に、安定した押込み量で押し込むことであって、特許文献８に開示のスクリュー羽根の作用、即ち、石炭を粉砕する竪型ミルへの給炭を促進し、かつ、石炭が羽根面に付着して欠炭となるのを防止することとは、技術的に異なっている。

本発明者らは、本発明成型機のスクリュー羽根の作用を最大化するスクリュー羽根の羽根角度を調査した。その結果、スクリュー羽根の後端の羽根角度は、（スクリュー羽根の先端の羽根角度）×１．５以上、（スクリュー羽根の先端の羽根角度）×２．６以下が好適であることが判明した。

スクリュー羽根の後端の羽根角度が、（スクリュー羽根の先端の羽根角度）×１．５未満であると、スクリュー羽根の傾斜がなだらかすぎて、微細な被塊成原料を圧縮して所望の緻密度まで緻密化することが難しい。それ故、スクリュー羽根の後端の羽根角度は、（スクリュー羽根の先端の羽根角度）×１．５以上とする。好ましくは（スクリュー羽根の先端の羽根角度）×１．９以上である。

一方、スクリュー羽根の後端の羽根角度が、（スクリュー羽根の先端の羽根角度）×２．６を超えると、スクリュー羽根の傾斜が急峻になりすぎて、圧縮された被塊成原料がスクリュー羽根に付着して、成型機へ押し込む被塊成原料の量が安定しない。それ故、スクリュー羽根の後端の羽根角度は、（スクリュー羽根の先端の羽根角度）×２．６以下とする。好ましくは（スクリュー羽根の先端の羽根角度）×２．５以下である。

スクリュー羽根の先端の羽根角度は８〜１７°が好ましい。スクリュー羽根の先端の羽根角度が８°未満であると、スクリュー羽根が被塊成原料を回転する一対の成型ロールの間に押し込む力が不足する。それ故、スクリュー羽根の先端の羽根角度は８°以上が好ましい。より好ましくは９°以上である。

一方、スクリュー羽根の先端の羽根角度が１７°を超えると、スクリュー羽根が被塊成原料を回転する一対の成型ロールの間に押し込む力が増大しすぎて、回転する一対の成型ロールの水平方向の加圧力との平衡を維持することが難しくなる。それ故、スクリュー羽根の先端の羽根角度は１７°以下が好ましい。より好ましくは１６°以下である。

本発明成型機のスクリュー羽根の作用は、前述したように、空隙率の低い高強度の塊成物を歩留よく製造するために、被塊成原料を緻密化して、回転する一対の成型ロールの間に、安定した押込み量で押し込むことである。

本発明者らは、本発明成型機のスクリュー羽根の上記作用効果（以下「スクリュー羽根効果」ということがある。）を確認するため、従来の成型機（図２、参照）の性能と本発明成型機（図３及び４、参照）の性能を比較した。

従来の成型機（図２、参照）においては、スクリュー羽根の羽根角度をθ1＝１０°とし、ピッチ差ｄは一定とした。本発明成型機（図３及び４、参照）においては、スクリュー羽根の羽根角度を、θ１＝１０°、θ2＝１５°、θ3＝２２．５°として段階的に増大した。

成型機で塊成物を製造する場合、一対の成型ロールの間に被塊成原料を押し込むスクリュー羽根の回転数と、押し込まれた被塊成原料を塊成物に成形する成型ロールの回転数の間には、相関関係が存在する。本発明者らは、まず、従来成型機（θ1＝１０°）と本発明成型機（θ1＝１０°、θ2＝１５°、θ3＝２２．５°）において、スクリュー羽根の回転数（ｒｐｍ）と成型ロールの回転数（ｒｐｍ）の関係を調査した。結果を、図５に示す。

従来成型機で塊成物を製造する場合（図中、◇、参照）、スクリュー羽根の回転数は５２ｒｐｍが限界で、成型ロールの回転数は４．２ｒｐｍ（図中、Ｒ1）が限界である。

一方、本発明成型機で塊成物を製造する場合（図中、□、参照）、スクリュー羽根の回転数の従来限界：５２ｒｐｍ以下の４０ｒｐｍで、成型ロールの回転数を、従来限界４．２ｒｐｍ（図中、Ｒ1）を超えて、４．７ｒｐｍ（図中、Ｒ2）まで高めることができる。

これは、本発明成型機のスクリュー羽根効果が、成型ロールの回転数の上昇に大きく寄与した結果であると推測される。

成型ロールの回転数が上昇すれば、塊成物の生産性が向上する。本発明者らの調査によれば、本発明成型機の生産性（ｔ／ｈｒ）は、従来の３６．０ｔ／ｈｒから約５．２ｔ／ｈｒ上昇した。

本発明者らは、さらに、スクリュー羽根効果を確認するため、従来成型機で製造した塊成物と、本発明成型機で製造した塊成物において、空隙率と圧壊強度の関係を調査した。結果を、図６に示す。

従来成型機で製造した塊成物では、空隙率が略２９．１％で、圧壊強度が４６〜９６ｋｇｆであり、平均は７８．２ｋｇｆであったが、本発明成型機で製造した塊成物では、空隙率の平均が２７．５％で、圧壊強度は平均で１０２．５ｋｇｆであった。本発明成形で製造した塊成物においては、平均の空隙率が１．６％低下し、平均の圧壊強度が２４．３ｋｇｆ上昇したことが解った。

なお、圧潰強度は、１つの乾燥させたブリケットを最も安定する横に寝せた状態とし、上から荷重をかけ、割れが生じた時点の強度とした（ｋｇ/ｐにおけるｐはpieceの略である）。また、歩留は、篩分けした塊成物の室量を製造した塊成物の質量で除して算出した。空隙率は、ＪＩＳ ２２０５に準じて測定した。

このようにして、本発明者らは、塊成物の生産性、強度の点で、本発明成型機のスクリュー羽根効果を確認することができた。

次に、本発明の実施例について説明するが、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。

（実施例）
成型機のスクリューフィーダーの先端部に、スクリュー羽根角度比１．０から２．７のスクリュー羽根を設け、表１に示す原料条件の被塊成原料を成型し、スクリューフィーダーの出側での被塊成原料の歩留を測定した。結果を、図7に示す。

スクリュー羽根角度比が１．５から２．６のときに塊成物歩留が８０％以上となり、更に、角度比が１．９から２．５５では、塊成物歩留が８５％以上であることが解る。本発明成型機を使用した場合、被塊成原料をスクリュー羽根で適度に圧縮することができ、被塊成原料の圧壊強度が向上し、塊成物の歩留が顕著に増加していることが解る。その結果、成型機の生産性が著しく向上する。

前述したように、本発明によれば、回転炉床式還元炉に装入し炉床に載置する塊成物を、高強度で、歩留よく製造することができるので、成型機の生産性が著しく向上する。よって、本発明は、産業上の利用可能性が高いものである。

１、１ａ ホッパー
１ｂ 装入口
１ｃ 投入口
２ 粉砕混合機
３ 混練機
３ａ 被塊成原料
４ 成型機
４ａ 成型ロール
４ｂ スクリューフィーダー
４ｃ スクリュー羽根
４ｄ 制御器
４ｅ 油圧シリンダー
４ｆ ロードセル
４ｍ、４ｎ 電動機
４ｙ 撹拌板
４ｚ スクリュー羽根
５ 乾燥機
６ 装入装置
７ 装入部
８ 塊成物
９ 排出装置
１０ 回転炉床式還元炉
１１ バーナー
１２ 排ガス管
ｄ１、ｄ2 ピッチ差
θ1、θ2、θ3 角度

Claims (2)

1. 被塊成原料を、１つ又は複数のスクリューフィーダーで一対の成型ロールの間に押し込む成型機において、
   （ｉ）上記スクリューフィーダーの先端部に設けたスクリュー羽根の羽根角度が、先端から後端に向かって連続的又は段階的に増大し、かつ、
   （ii）スクリュー羽根の後端の羽根角度が、（スクリュー羽根の先端の羽根角度）×１．５以上、（スクリュー羽根の先端の羽根角度）×２．６以下である
   ことを特徴とする成型機。
2. 前記スクリュー羽根の幅が、スクリュー羽根の先端から後端に向かって広がっていることを特徴とする請求項１に記載の成型機。

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