JP2018505965A - 焼結鉱製造装置及び製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明の一実施例による焼結鉱製造装置は、無限軌道上に多数の焼結台車を連結して焼結工程を進行する焼結鉱製造装置において、焼結台車に上部鉱及び配合原料をそれぞれ供給する上部鉱ホッパーとサージホッパーを含む原料供給部、焼結台車の進行方向に原料供給部の後端に配置されて焼結台車に収容された配合原料の表層部を着火する点火炉、及び点火炉の後端に配置されて焼結台車に収容された配合原料の表層部にマイクロ波を照射するマイクロ波加熱炉を含むことを特徴とする。【選択図】図３

Description

本発明は、焼結鉱製造装置及び製造方法に係り、より詳しくは、焼結台車の上部にマイクロ波を照射して焼結台車上層部の返鉱生成を最小化することで、焼結鉱の粒度を改善し、焼結鉱の回収率を増加させて生産性を向上させる焼結鉱製造装置及び製造方法に関する。

一般に、熔鉱炉で原料として使われる焼結鉱は、主原料の約８０％を占め、焼結鉱は焼結装置に配合原料と上部鉱を収容し、高温で塑性させて製造する。
図１は一般的な下方吸入式（Ｄｗｉｇｈｔ Ｌｏｙｄ）焼結装置を利用した焼結工程を示す概路図で、図２は従来一般的下方吸入式焼結装置の焼結台車の位置別回収率を示す図面である。
図１及び図２に図示したとおり、下方吸入式焼結装置を利用した焼結工程は、粉鉱石と副原料、コークス（Ｃｏｋｅ）を鉱石ビン（ＯＲＥ ＢＩＮ；１０）に貯蔵した後、一定量を切り出してドラムミキサー（ＤＲＵＭ ＭＩＸＥＲ；１１）で水分を添加及び混合し、サージホッパー（ＳＵＲＧＥ ＨＯＰＰＥＲ；１２）に貯蔵する。

以後、上部鉱ホッパー１４を通じて上部鉱が収容された焼結台車１５が移動し、上部鉱ホッパー１４の後端でドラムフィーダー１３がサージホッパー１２を通じて排出される原料に水分を添加して配合原料を用意し、上記のように用意された配合原料は、分級現象を誘導するための偏向板（Ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ ｐｌａｔｅ、１６）に沿って焼結台車１５の上部に収容される。
このように、配合原料の収容が完了した焼結台車１５は、点火炉１７で高温（約１２００℃）の炎で配合原料の表層部を着火させ、メインブロワー１８を作動させて吸入力を発生させる。
吸入力はチャンバー１９を通じてウインドボックス２０に伝達されることで、ウインドボックス２０に伝達された吸入力は、焼結台車１５の下部を強く吸入して大気中の空気が焼結台車１５に収容された配合原料の上部から下部へ通過する間に、高温塑性によって粉鉱石を塊成化させて焼結鉱を製造する。

一方、焼結鉱製造工程は、焼結鉱の品質が優秀で、燃料消費を最小にしながら、回収率及び生産性を極大にする方法であるが、下方吸入式焼結装置は、焼結台車１５の下方で持続的に燃焼ガスを吸入するために、冷たい空気が焼結台車１５の全体の深さに対して配合原料の表面から１／３の深さまで形成される上層部を速く冷却するので、製造された焼結鉱の約１／３を占める焼結台車１５上層部の焼結鉱が焼結に必要な熱を充分に供給されないので、粒子の直径が５mm未満の返鉱が多量発生し、焼結鉱の回収率が低下する問題点があった。
下記先行文献はいずれも焼結台車に原料を収容した後、表層部に点火する前に、マイクロ波を利用して原料を加熱し、水分を乾燥させて擬似粒子の強度を増進したり予熱することで、焼結時のエネルギー消耗を減少させる方法によって、焼結台車の上層部を速く冷却することにより、上層部の焼結鉱粒子の大きさが減少した返鉱が多量生成され、焼結鉱の回収率が低下する問題点を解決することができなかった。

韓国公開特許第１０−１９９５−００１８５５５号 日本公開特許第１９９６−０１４７６３号公報 韓国公開特許第１０−２０１０−００２６４５７号

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであって、焼結台車に収容され、点火炉を通過しながら表層部が着火された配合原料の平面にマイクロ波を照射して焼結台車の上層部に足りない熱源を供給して未焼結による返鉱発生を最小化することにより、焼結鉱の品質及び回収率を向上させる焼結鉱製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一実施例による焼結鉱製造装置は、無限軌道上に多数の焼結台車を連結して焼結工程を進行する焼結鉱製造装置において、焼結台車に上部鉱及び配合原料をそれぞれ供給する上部鉱ホッパーとサージホッパーを含む原料供給部、焼結台車の進行方向に原料供給部の後端に配置されて焼結台車に収容された配合原料の表層部を着火させる点火炉、及び点火炉の後端に配置されて焼結台車に収容された配合原料の表層部にマイクロ波を照射するマイクロ波加熱炉を含むことを特徴とする。

マイクロ波加熱炉は、周波数８００ＭＨｚ〜３ＧＨｚであるマイクロ波を照射することができる。
マイクロ波加熱炉は、焼結台車を通過させながら台車内部に収容された配合原料の表面にマイクロ波を照射できるように、焼結台車の進行方向の両端が開口したトンネル形状に形成されることが好ましい。

本発明の一実施例による焼結鉱製造方法は、下方吸入式（Ｄｗｉｇｈｔ Ｌｏｙｄ）焼結装置を利用した焼結鉱製造方法であって、無限軌道上を移動する焼結台車に上部鉱及び配合原料を供給する原料供給段階、焼結台車に収容された配合原料の表層部に点火し着火させる点火段階、及び表層部に点火された配合原料の表面にマイクロ波を照射して配合原料の上層部を加熱する加熱段階を含むことを特徴とする。

加熱段階は、周波数が８００ＭＨｚ〜３ＧＨｚのマイクロ波を照射することが好ましい。
加熱段階は、マイクロ波を１０秒〜３分間照射することがよい。

本発明の実施例によると、マイクロ波加熱炉を利用して燃焼ガスの流れに影響を与えずに焼結台車に収容された配合原料の上層部に必要な熱エネルギーを供給することで、焼結鉱の品質及び回収率を向上させる效果がある。

一般的な下方吸入式（Ｄｗｉｇｈｔ Ｌｏｙｄ）焼結装置を利用した焼結工程を示す概路図。 従来の一般的な下方吸入式焼結装置の焼結台車の位置別回収率を示す図面。 本発明の一実施例による焼結鉱製造装置を示す概路図。 本発明のマイクロ波加熱炉を説明するための図面。 本発明の焼結鉱製造方法を示すフローチャート。 焼結鉱製造装置と温度分布を示す図面であって、（ａ）は従来の一般的な下方吸入式焼結装置であり、（ｂ）は本発明の一実施例による下方吸入式焼結装置である。

以下、添付した図面に基づいて本発明の好ましい実施例を詳細に説明するが、本発明が実施例によって制限されたり限定されることはない。
参考として、本説明において同じ番号は実質的に同じ要素を意味し、このような規則下で他の図面に記載された内容を引用して説明することができ、当業者にとって自明であると判断されたり繰り返される内容は、省略することができる。
図３は本発明の一実施例による焼結鉱製造装置を示す概路図であり、図４は本発明のマイクロ波加熱炉を説明するための図面である。

図３及び図４に示したとおり、本発明の一実施例による焼結鉱製造装置は無限軌道上に複数個が連結された焼結台車１５の内部に原料を供給する原料供給部と、それぞれの焼結台車１５に収容された原料の表層部に着火する点火炉１７、及び焼結台車１５に収容された原料の表面にマイクロ波を照射するマイクロ波加熱炉３０を含む。
それぞれの焼結台車１５の内部に供給される原料は、上部鉱と上部鉱の上部に積層される配合原料で構成され、原料供給部は無限軌道に形成された走行レールに沿って焼結台車１５が移動する経路の一側上部に焼結台車１５の幅方向に設けられた上部鉱ホッパー１４と上部鉱ホッパー１４の後端に配置されたサージホッパー１２で構成される。
上部鉱ホッパー１４は、焼結台車１５の内部に１０〜１５ｍｍの粒度範囲を有する上部鉱を約５０ｍｍ厚さで焼結台車１５に収納させ、後端に設けられたサージホッパー１２は一定量の水分が添加された配合原料を焼結台車１５に供給する。

このとき、サージホッパー１２は、下部に設けられたドラムフィーダー１３が回転して、サージホッパー１２の内部に収容された配合原料が焼結台車１５の内部に投入され、ドラムフィーダー１３の回転速度に応じて配合原料の供給量が調節される。その下部には供給される配合原料の均等分配を誘導するための偏向板（Ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ ｐｌａｔｅ、１６）が設けられてサージホッパー１２から供給された配合原料が偏向板１６に沿って焼結台車１５の内部に供給される。
点火炉１７は焼結台車１５に供給された配合原料の表層部に着火することができるように、その上部に複数のバーナーが焼結台車１５の幅方向に一定間隔に離隔されて設けられ、連続してその下部を通過する複数の焼結台車１５に収容された配合原料の表層部を次々に点火する。
マイクロ波加熱炉３０は、複数の焼結台車１５が連続して通過できるように、その底面及び両端が開放されたトンネル状で形成され、その下部を通過する焼結台車１５に収容された配合原料の表層部にマイクロ波を照射できるように、その天井にマイクロ波の照射手段が設けられる。

一般に、マイクロ波は電磁気エネルギーの中で低い周波数を有するエネルギーの一形態として８００〜３００，０００ＭＨｚの周波数範囲を持ち、電磁気場の範囲内で分子の回転だけを惹起させ、分子構造には影響を与えない。
より具体的に、マイクロ波は電場と磁場で構成されるが、その中で磁場が物質を加熱させる役割をし、光速で電波され、光子エネルギー（０．０３７ｋｃａｌ／ｍｏｌｅ）は分子結合を切ることができるエネルギー（８０〜１２０ｋｃａｌ／ｍｏｌｅ）に比べて低いので、物質を加熱させるだけであって分子構造には影響を与えない。

ここで、本発明の一実施例によるマイクロ波加熱炉３０は、エネルギー伝達速度が遅く物質の熱平衡まで長期間が必要で非效率的な伝導熱を利用した従来の一般的な加熱方式に代わり、内外部温度を均一且つ早く加熱させることができるマイクロ波を照射する。
このとき、使われるマイクロ波の周波数は８００ＭＨｚ〜３ＧＨｚであることが好ましいが、その理由はマイクロ波の周波数が３ＧＨｚを超える場合、費用が上昇し、且つ焼結温度を過度に上昇させるので、生産される焼結鉱の品質を低下させる問題点があり、８００ＭＨｚ未満の場合、配合原料の内部に浸透する深さは伸びるがエネルギー密度が低く、粒度が５mm未満の返鉱が生成される配合原料の上層部を充分に加熱することができず、加熱に長時間を要すためである。

表１は、一般に焼結台車に収容される配合原料の主要成分に対し、２ｋＷ容量、２．４ＧＨｚのマイクロ波を１分間照射した後、その温度を測定して示した表である。
表１から分かるように、マイクロ波を使って配合原料を加熱する際に、短時間で配合原料の主要成分を加熱することができるので、マイクロ波を焼結台車１５に収容された配合原料の表面に照射することにより、焼結台車１５の全体深さに対して配合原料の平面から１／３の深さまで形成される上層部を加熱させて、焼結台車１５の下方で持続的に燃焼ガスを吸入することによって、冷たい空気によって冷却される温度を補償し、上層部の返鉱生成を最小化する效果がある。

一方、本発明の一実施例によるマイクロ波加熱炉３０は、それぞれの焼結台車１５が１〜２分間で通過する長さに形成されることが好ましい。
なぜなら、マイクロ波を照射する長さとなるその下部を通過する焼結台車１５の通過時間が１分未満に形成された場合、焼結台車１５に収納された配合原料の上層部を充分に加熱することができないため返鉱の生成量が増加し、２分以上加熱されるように形成された場合、製造コストの上昇に比べて返鉱発生減少量が微々たるものであって、マイクロ波加熱炉３０の長さは焼結台車１５が１〜２分の通過時間を有するように形成されることが好ましい。

表２は、マイクロ波の照射条件による返鉱発生比を示した表であって、本発明では１２０ｋｇ配合原料の表面を火炎を利用して着火させた後、マイクロ波（２ｋＷ、２．４ＧＨｚ）を照射して上層部を加熱させた後、下方で１，６００mmＨｑの圧力で燃焼ガスを吸入し、燃焼が完全に終了された後で試料を５０mm以下に破砕し、ドラム強度を測定した後５mm未満の返鉱発生量を測定した。
表２から分かるように、マイクロ波を照射していない従来の下方吸入式焼結装置に比べて、マイクロ波を１分間照射した場合の返鉱発生量が約７．４％ 減少され、２分間照射した場合の返鉱発生量が１３．４％減少し、焼結時に発生される返鉱発生量を顕著に減少できることが分かる。

表３は、マイクロ波のパワーを５ｋＷに増加させた時、照射時間による返鉱発生比を示した表であって、表２の２ｋＷに比べて短時間に返鉱発生比が急激に減少することが分かる。
したがって、表２と表３の測定結果より、マイクロ波のパワーが増加することにつれ、照射時間は顕著に減少することが分かる。

このように構成される本発明の一実施例による焼結鉱製造装置を利用した焼結鉱製造方法を図面を基にして説明する。
図５は、本発明の焼結鉱製造方法を示すフローチャートである。
図５に示したとおり、本発明の一実施例による焼結鉱製造方法は、原料供給段階と配合原料の表面を着火させる点火段階、及び配合原料の表層部にマイクロ波を照射する加熱段階を含む。

原料供給段階は、無限軌道上を移動する焼結台車１５の内部に上部鉱ホッパー１４及びサージホッパー１２を利用してそれぞれ上部鉱及び配合原料を順次に供給する。
焼結台車１５の内部への原料供給が完了すれば、原料が収容された焼結台車１５が点火炉１７を通過しながら、その内部に収容された配合原料の表層部が着火される。

図６は、焼結鉱製造装置と温度分布を示す図面であって、（ａ）は従来の一般的な下方吸入式焼結装置であり、（ｂ）は本発明の一実施例による下方吸入式焼結装置である。
図６に示したとおり、本発明の一実施例による焼結鉱製造方法は、表層部の点火が完了すれば、加熱段階で焼結台車１５に収容された配合原料の表層部に８００ＭＨｚ〜３ＧＨｚのマイクロ波を１〜２分間照射して配合原料の上層部を加熱する。
これ以後、下方で持続的に燃焼ガスを吸入することによって、冷却される配合原料上層部の冷却温度を補償することができ、焼結台車１５に収容された配合原料の上層部に必要な熱エネルギーを供給することで、焼結鉱の品質及び回収率を向上させる效果がある。

また、マイクロ波を利用して加熱することにより、燃焼ガスの流れに影響を与えないため、生産される焼結鉱の品質を一定にし、生産性を向上させる效果がある。
上記のとおり、配合原料の上層部加熱が完了すると、メインブロワー１８が作動して焼結台車１５の下方に吸入力を発生させ、燃焼ガスを吸入しながら焼結鉱を製造する。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、当該技術分野の熟練した当業者であれば、下記の請求範囲に記載された本発明の思想及び領域から脱しない範囲内で、本発明を多様に修正及び変更できることを理解することができる。

１０：鉱石ビン
１１：ドラムミキサー
１２：サージホッパー
１３：ドラムフィーダー
１４：上部鉱ホッパー
１５：焼結台車
１６：偏向板
１７：点火炉
１８：メインブロワー
１９：チャンバー
２０：ウインドボックス
３０：マイクロ波加熱炉

Claims (6)

1. 無限軌道上に複数の焼結台車を連結して焼結工程を進行する焼結鉱製造装置において、
   前記焼結台車に上部鉱及び配合原料をそれぞれ供給する上部鉱ホッパーとサージホッパーを含む原料供給部、
   前記焼結台車の進行方向に前記原料供給部の後端に配置されて前記焼結台車に収容された配合原料の表層部を着火させる点火炉、及び
   前記点火炉の後端に配置され、前記焼結台車に収容された配合原料の表層部にマイクロ波を照射するマイクロ波加熱炉を含むことを特徴とする焼結鉱製造装置。
2. 前記マイクロ波加熱炉は、
   周波数が８００ＭＨｚ〜３ＧＨｚのマイクロ波を照射することを特徴とする請求項１に記載の焼結鉱製造装置。
3. 前記マイクロ波加熱炉は、
   前記焼結台車を通過させながら、その内部に収容された配合原料の表面にマイクロ波を照射できるように、前記焼結台車の進行方向の両端が開口されたトンネル状に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の焼結鉱製造装置。
4. 下方吸入式（Ｄｗｉｇｈｔ Ｌｏｙｄ）焼結装置を利用した焼結鉱製造方法であって、
   無限軌道上を移動する焼結台車に上部鉱及び配合原料を供給する原料供給段階、
   前記焼結台車に収容された配合原料の表層部に点火し着火させる点火段階、及び
   表層部に点火された配合原料の表面にマイクロ波を照射して配合原料の上層部を加熱する加熱段階を含むことを特徴とする焼結鉱製造方法。
5. 前記加熱段階は、
   周波数が８００ＭＨｚ〜３ＧＨｚのマイクロ波を照射することを特徴とする請求項４に記載の焼結鉱製造方法。
6. 前記加熱段階は、
   マイクロ波を１０秒〜３分間照射することを特徴とする請求項５に記載の焼結鉱製造方法。

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