JP4735682B2 - 焼結鉱の製造方法および焼結機 - Google Patents
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Description
以上説明したように、これまで提案された従来の技術はいずれも、実用化には大きな問題を抱えており、実施可能な可燃性ガス吹込み技術の開発が切望されていた。
(a)開口径が3mmφ未満の噴出口から噴出させること、
(b)開口径が0.8〜1.5mmφの噴出口から噴出させること、を特徴とする。
(a)装入層の上から導入した希釈気体燃料の少なくとも一部を未燃焼のまま上記装入層内の燃焼・溶融帯に到達させ、燃焼させること、
(b)装入層の上から導入した希釈気体燃料を装入層内で燃焼させることによって、燃焼・溶融帯の高さ方向の厚みおよび/またはパレット進行方向の幅を拡大させること、
(c)装入層の上から導入した希釈気体燃料を装入層内で燃焼させることによって、燃焼・溶融帯の高温域保持時間を延長させること、を特徴とする。
(a)希釈気体燃料の装入層への導入を、点火炉以降の位置で行うこと、
(b)希釈気体燃料の装入層への導入を、装入層表層部に焼結ケーキが生成されてから焼結が完了するまでの間に行うこと、
(c)希釈気体燃料の焼結層内への導入を、燃焼・溶融帯の厚みが15mm以上となる領域において行うこと、を特徴とする。
(a)燃焼下限濃度の75%以下かつ2%以上の濃度に希釈された気体燃料であること、
(b)燃焼下限濃度の60%以下かつ2%以上の濃度に希釈された気体燃料であること、
(c)燃焼下限濃度の25%以下かつ2%以上の濃度に希釈された気体燃料であること、を特徴とする。
また、本発明の製造方法における上記気体燃料は、
(a)高炉ガス、コークス炉ガス、高炉・コークス炉混合ガス、都市ガス、天然ガス、メタンガス、エタンガス、プロパンガスおよびそれらの混合ガスのうちから選ばれるいずれかの可燃性ガスであること、
(b)CO含有量が50massppm以下であること、を特徴とする。
また、本発明の方法における上記気体燃料は、気体状態での着火温度が、気体燃料供給開始時の焼結ベッド表層温度より高い液体燃料を気化させたものであること、また、上記液体燃料は、アルコール類、エーテル類、石油類、その他の炭化水素系化合物類であることを特徴とする。また、本発明の製造方法では、上記液体燃料を、液体燃料の沸点以上着火温度未満の温度に保持することを特徴とする。
(a)気体燃料を装入層表面に対して垂直方向に噴出するものであること、
(b)気体燃料を装入層表面に対して平行方向に噴出するものであること、
(c)気体燃料を装入層の上方に設けられた反射板に向かって噴出するものであること、
(d)気体燃料供給パイプに設けられた気体燃料の噴出方向を装入層表面に対して±90度の範囲に分散させたものであること、
(e)気体燃料供給パイプを回転させ、気体燃料の噴出方向を装入層表面に対して±90度の範囲で揺動させるものであること、
(f)気体燃料の大気中への噴出を、装入層表面上方300mm以上の高さで行うものであること、
(g)気体燃料の噴出高さ位置を調整する昇降機構を有すること、を特徴とする。
表1は、本発明で用いることができる代表的な気体燃料の燃焼下限濃度、供給濃度等を示したものである。焼結原料中に気体燃料を供給する時のガス濃度は、爆発や火災(着火)を防止するには、燃焼下限濃度より低いほど安全である。都市ガスは、Cガス(コークス炉ガス)と燃焼下限濃度が近似しているが、熱量がCガスよりも高いことから、供給濃度を低くできる。したがって、安全性を確保する観点からは、供給濃度を低くできる都市ガスの方がCガスよりも優位である。
この実験では、図8に示したように25Aの配管に、開口径が1mmφ、2mmφおよび3mmφの噴出口を加工し、この配管にLNGガスを供給して上記噴出口からLNGガスを噴出させ、その噴出したLNGガスに点火源を用いて点火し、その後、上記点火源を引き離したときに吹き消えが起こる噴出速度を測定した。ここで、上記噴出速度は、LNGガスのヘッダー圧を変えることにより制御した。
ところで、上記説明では、噴出口の形状を円とし、その直径で大きさを説明してきたが、開噴出口の形状は、同一の開口面積を有するものであれば特に円に限定されるものではなく、例えば、楕円形状のものや溝状(スリット)としたものでもよい。
ΔP=ρ・V2/(2・g)
ここで、ΔP:ノズル差圧(mmH2O)、ρ:30℃における気体燃料の密度(kg/m3)、V:ノズル流速(m/s)、g:重力加速度(m/s2)である。
を用いてノズル流速を求めることができる。
また、LNGガスを開口径が1mmφの孔から噴出させる場合には300mmH2Oで70m/s、1.5mmφの孔から噴出させる場合には700mmH2Oで100m/sの速度で噴出させることが可能で、吹き消しを起こさせることができる。
(a)配管内の断面積を徐々に小さくしたテーパー状配管を用いる
(b)燃料供給元ヘッダーより遠ざかるほど、開口断面積を大きくする
(c)燃料供給元ヘッダーより遠ざかるほど、開口部やノズルのピッチを狭め、単位配管長さ当りの開口部ないしノズル断面積の和が大きくする、
のいずれか1つを適用するか、これらを組み合わせて適用することにより、均等に燃料を供給することができる。
図16に示したような、気体燃料の噴出方向が水平方向となるよう25Aの配管の両側面に開口径が1mmφの噴出口を112mmピッチで開けた気体供給配管を、焼結ベッド(装入層)の上の500mm位置に、400mmの間隔をもたせてパレット進行方向に平行に配列し、上記噴出口から200m/sの速度でLNGを大気中に噴出して周囲の空気と混合し、LNGを目標濃度0.8%に希釈させたときの均一化状況をシミュレーションした。なお、上記気体供給配管は、隣接する配管の噴出口が互いに56mmずつずれ、噴出した気体燃料が衝突しないように配列した。また、実焼結機を模して、焼結ベッドの上表面では、下方に0.9m/sの吸引速度で空気が吸引されているものとした。
(a)装入層上部への高濃度の可燃性ガスの供給は、時として、爆発的燃焼を招くおそれがあり、少なくとも常温では、火種があっても燃焼しない状態としておく必要がある。
(b)装入層中で完全に燃焼せず、未燃焼のままウインドボックスの下流にある電気集塵器等に到達したとしても、電気集塵器の放電によって燃焼するおそれがないことが必要である。
好ましい範囲(1): 2.2vol%〜0.05vol%
好ましい範囲(2): 1.7vol%〜0.05vol%
好ましい範囲(3): 1.3vol%〜0.05vol%
好ましい範囲(4): 0.6vol%〜0.05vol%
好ましい範囲(4): 0.6vol%〜0.05vol%
好ましい範囲(1): 5.0vol%〜0.24vol%
好ましい範囲(2): 3.8vol%〜0.24vol%
好ましい範囲(3): 3.0vol%〜0.24vol%
好ましい範囲(4): 1.3vol%〜0.24vol%
好ましい範囲(1): 4.8vol%〜0.1vol%
好ましい範囲(2): 3.6vol%〜0.1vol%
好ましい範囲(3): 2.9vol%〜0.1vol%
好ましい範囲(4): 1.2vol%〜0.1vol%
好ましい範囲(4): 1.2vol%〜0.1vol%
好ましい範囲(1): 40.0vol%〜1.25vol%
好ましい範囲(2): 30.0vol%〜1.25vol%
好ましい範囲(3): 24.0vol%〜1.25vol%
好ましい範囲(4): 10.0vol%〜1.25vol%
この実験は、図20に示す実験装置、即ち、透明石英製窓付き竪型管状の試験鍋(150mmφ×400mmH)を用い、使用する気体燃料として、高炉ガス・コークス炉ガスの混合ガス(Mガス)を用い、出願人会社の焼結工場で使用しているのと同じ焼結原料、即ち、表10に示す焼結原料を使って、下方吸引圧力11.8kPa一定の条件で焼結鍋試験を行った例である。ここで、前記Mガスの燃焼成分の濃度は、空気で希釈して、0.5vol〜15vol%の範囲内で変動させた。なお、この実験に用いたMガスの燃焼下限濃度は12vol%である。
図中の高炉ガスに含まれる燃焼成分(可燃性ガス)とその他の成分(イナート:不活性ガス)の割合については、H2とCO2およびCOとN2との組み合わせで検討すると以下のとおりである。
(1)「H2とCO2」部分の組み合わせについての、(イナートガス)/(可燃性ガス)の比は、20.0/3.5=5.7である。
そこで、この燃焼限界図の(イナートガス)/(可燃性ガス)の比を示す横軸の、5.7の軸と交差するH2+CO2曲線の交わる部分(燃焼限界)を求めると、下限は32vol%、上限は64vol%となる。即ち、H2+CO2の燃焼限界の下限濃度は32vol%、上限濃度は64vol%となる。
(2)一方、残りの燃焼成分である「COとN2」の組み合わせの場合における、(イナートガス)/(可燃性ガス)の比は、53.5/23.0=2.3であるから、同様にして、同図から横軸2.3と、CO+N2の曲線と交わる点から下限:44vol%、上限:74vol%が求まる。従って、この場合の燃焼限界の下限濃度は44vol%、上限濃度は74vol%である。
(3)さらに、両燃焼成分を含む高炉ガスの燃焼下限濃度は、図22中左方最下段の式で求めることができる。また、同式で前記(1)、(2)の上限値をあてはめれば燃焼上限濃度が求まる。このようにして高炉ガスの燃焼下限濃度ならびに燃焼上限濃度を求めることができる。
図25は、数種類の気体燃料を燃焼下限濃度以下に希釈した希釈気体燃料を使用した本発明焼結法と、気体燃料の吹き込みを行わない従来焼結法とを比較した実験結果を示すものである。なお、希釈気体燃料の吹き込みを行わない従来焼結例では、粉コークスの添加量を5mass%とし、一方、粉コークス0.8mass%相当の希釈気体燃料を吹き込む本発明例では、総熱量を一定とするため、粉コークスの添加量を4.2mass%とした。図25からわかるように、希釈気体燃料を使用した場合は、いずれの例においても、シャッター強度、成品歩留、生産性の向上が認められた。このように、希釈気体燃料の使用例において、シャッター強度、成品歩留等が向上した理由は、燃焼・溶融帯の拡大と、それによる高温域保持時間の延長によるものと考えられる。
一方、図31(b)は、中層、下層部分に気体燃料を供給した場合である。中層、下層域では燃焼帯が上層から下方へ移行するのに伴って装入層内の温度が上昇することから、燃焼帯の幅が拡大しており、希釈気体燃料は、図31(a)の場合よりも粉コークスの燃焼位置から離れた位置で燃焼するようになる。その結果、図31(b)の右側に示すような温度分布となる。即ち、気体燃料の燃焼点は、ハッチングして示す固体燃料(コークス)燃焼点より離れているため、合成された温度分布曲線はすそ野の広い温度分布になる。従って、T3、T4で示される固体燃料と気体燃料の燃焼に基づく高温域保持時間が延長されるので、得られる焼結鉱のシャッター強度が向上するのである。
上記サーモビュアの結果を基に、焼結時の温度履歴をまとめて示したのが図35である。粉コークスのみで焼結した場合と比較して、LNGを吹き込むことで、最高温度が1400℃、好ましくは1380℃を超えることなく、1200℃以上の温度領域を約2倍に増加することができている。また、観察される2つのピークからなる温度パターンは、最初のピーク(原料層の上層側のピーク)がコークス燃焼帯上部で吹き込んだLNGの燃焼によるもので、2つ目のピーク(原料層の下層側のピーク)がコークスの燃焼によるもので、それらの燃焼による温度変化が組み合わされて生じたもの推察される。すなわち、コークス(炭材)燃焼と吹き込まれた都市ガスの燃焼が異なる位置で複合して起こることにより、コークス燃焼による最高到達温度が制御され(2つ目のピーク)、引き続くLNGの燃焼(1つ目のピーク)により、この両領域を結ぶ間は1200℃以上に保たれ、焼結鉱を生成するのに有効な燃焼・溶融帯を形成する1200℃以上の高温保持領域が大きく拡大し、その結果、燃焼・溶融帯の高温域保持時間が連続して延長されて、成品焼結鉱の強度が大幅に向上できたものと考えられる。
2 ドラムミキサー
3 ロータリーキルン
4、5 サージホッパー
6 ドラムフィーダー
7 切り出しシュート
8 パレット
9 装入層
10 点火炉
11 ウインドボックス
12 気体燃料供給装置
Claims (28)
- 循環移動するパレット上に粉鉱石と炭材を含む焼結原料を装入して装入層を形成する装入工程と、
上記装入層表面の炭材に点火炉で点火する点火工程と、
上記装入層上方で大気中に気体燃料を噴出して燃焼下限濃度以下の希釈気体燃料とする気体燃料供給工程と、
上記希釈気体燃料と空気とをパレット下に配設されたウインドボックスで吸引して装入層内に導入し、装入層内において希釈気体燃料と炭材を燃焼させて焼結ケーキを生成する焼結工程とを有する焼結鉱の製造方法において、
上記気体燃料供給工程では、気体燃料を気体燃料供給手段の噴出口から吹き消え現象が起こる流速で噴出させると共に、
上記焼結工程では、希釈気体燃料の供給量や濃度および焼結原料中の炭材量を変化させて、装入層内の温度が1200℃以上に保持される高温域保持時間の延長を図ると共に、最高到達温度を1200〜1380℃の範囲に保持することを特徴とする焼結鉱の製造方法。 - 上記吹き消え現象が起こる流速は、気体燃料の燃焼速度を超える速度であることを特徴とする請求項1に記載の焼結鉱の製造方法。
- 上記気体燃料を、開口径が3mmφ未満の噴出口から噴出させることを特徴とする請求項1または2に記載の焼結鉱の製造方法。
- 上記気体燃料を、開口径が0.8〜1.5mmφの噴出口から噴出させることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の焼結鉱の製造方法。
- 上記焼結工程では、装入層の上から導入した希釈気体燃料の少なくとも一部を未燃焼のまま上記装入層内の燃焼・溶融帯に到達させ、燃焼させることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の焼結鉱の製造方法。
- 上記燃焼工程では、装入層の上から導入した希釈気体燃料を装入層内で燃焼させることによって、燃焼・溶融帯の高さ方向の厚みおよび/またはパレット進行方向の幅を拡大させることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の焼結鉱の製造方法。
- 上記燃焼工程では、装入層の上から導入した希釈気体燃料を装入層内で燃焼させることによって、燃焼・溶融帯の高温域保持時間を延長させることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の焼結鉱の製造方法。
- 上記燃焼工程では、希釈気体燃料の装入層への導入を、点火炉以降の位置で行うことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の焼結鉱の製造方法。
- 上記燃焼工程では、希釈気体燃料の装入層への導入を、装入層表層部に焼結ケーキが生成されてから焼結が完了するまでの間に行うことを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の焼結鉱の製造方法。
- 上記燃焼工程では、希釈気体燃料の焼結層内への導入を、燃焼・溶融帯の厚みが15mm以上となる領域において行うことを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の焼結鉱の製造方法。
- 上記希釈気体燃料は、燃焼下限濃度の75%以下かつ2%以上の濃度に希釈された気体燃料であることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の焼結鉱の製造方法。
- 上記希釈気体燃料は、燃焼下限濃度の60%以下かつ2%以上の濃度に希釈された気体燃料であることを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載の焼結鉱の製造方法。
- 上記希釈気体燃料は、燃焼下限濃度の25%以下かつ2%以上の濃度に希釈された気体燃料であることを特徴とする請求項1〜12のいずれか1項に記載の焼結鉱の製造方法。
- 上記気体燃料は、高炉ガス、コークス炉ガス、高炉・コークス炉混合ガス、都市ガス、天然ガス、メタンガス、エタンガス、プロパンガスおよびそれらの混合ガスのうちから選ばれるいずれかの可燃性ガスであることを特徴とする請求項1〜13のいずれか1項に記載の焼結鉱の製造方法。
- 上記気体燃料は、CO含有量が50massppm以下であることを特徴とする請求項1〜14のいずれか1項に記載の焼結鉱の製造方法。
- 上記気体燃料は、気体状態での着火温度が、気体燃料供給開始時の焼結ベッド表層温度より高い液体燃料を気化させたものであることを特徴とする請求項1〜13のいずれか1項に記載の焼結鉱の製造方法。
- 上記液体燃料は、アルコール類、エーテル類、石油類、その他の炭化水素系化合物類であることを特徴とする請求項16に記載の焼結鉱の製造方法。
- 上記液体燃料を、液体燃料の沸点以上着火温度未満の温度に保持することを特徴とする請求項16または17に記載の焼結鉱の製造方法。
- 循環移動するパレット上に粉鉱石と炭材を含む焼結原料を装入して装入層を形成する原料供給装置と、
上記装入層表面の炭材に点火する点火炉と、
上記装入層上辺の空気中に、気体燃料を噴出して燃焼下限濃度以下の希釈気体燃料とする気体燃料供給装置と、
上記希釈気体燃料と空気とをパレット下で吸引して装入層内に導入するウインドボックスとを備える焼結機において、
上記気体燃料供給装置は、開口径:3mmφ未満の噴出口を有する気体燃料供給パイプを配設してなるものであることを特徴とする焼結機。 - 上記気体燃料供給装置は、気体燃料を、開口径が0.8〜1.5mmφの噴出口から噴出させるものであることを特徴とする請求項19に記載の焼結機。
- 上記気体燃料供給装置は、パレット幅方向における気体燃料の供給量が可変な装置であることを特徴とする請求項19または20に記載の焼結機。
- 上記気体燃料供給装置は、気体燃料を装入層表面に対して垂直方向に噴出するものであることを特徴とする請求項19〜21のいずれか1項に記載の焼結機。
- 上記気体燃料供給装置は、気体燃料を装入層表面に対して平行方向に噴出するものであることを特徴とする請求項19〜21のいずれか1項に記載の焼結機。
- 上記気体燃料供給装置は、気体燃料を装入層の上方に設けられた反射板に向かって噴出するものであることを特徴とする請求項19〜21のいずれか1項に記載の焼結機。
- 上記気体燃料供給装置は、気体燃料供給パイプに設けられた気体燃料の噴出方向を装入層表面に対して±90度の範囲に分散させたものであることを特徴とする請求項19〜21のいずれか1項に記載の焼結機。
- 上記気体燃料供給装置は、気体燃料供給パイプを回転させ、気体燃料の噴出方向を装入層表面に対して±90度の範囲で揺動させるものであることを特徴とする請求項19〜21のいずれか1項に記載の焼結機。
- 上記気体燃料供給装置は、気体燃料の大気中への噴出を、装入層表面上方300mm以上の高さで行うものであることを特徴とする請求項19〜26のいずれか1項に記載の焼結機。
- 上記気体燃料供給装置は、気体燃料の噴出高さ位置を調整する昇降機構を有することを特徴とする請求項19〜27のいずれか1項に記載の焼結機。
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