JP4766806B2 - 還元鉄塊成化物の冷却方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸化鉄塊成化物から還元鉄塊成化物を製造する設備において、還元炉で還元されて連続的に排出される高温の還元鉄塊成化物を冷却するための方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
還元鉄製造設備から排出される還元鉄塊成化物の冷却方法として、従来から、還元鉄塊成化物を水槽内で浸水冷却した後、水槽内からコンベアで引き上げ、これを土間に直接払い出して山積み貯蔵した後、適宜搬送し、電気炉に投入する方法が実機化されている。
【０００３】
しかしながら、この浸水冷却方法でえた還元鉄塊成化物は含水率が高くなるため、これを直接溶湯中に投入すると水蒸気爆発を起こす危険性があることから、電気炉への投入に限定されており、そのうえ還元鉄塊成化物の粉化や金属化率の低下という問題も生じていた。
【０００４】
また特許第３１４５８３４号公報には、直接還元製鉄法により得られた還元鉄をブリケットマシン設備により成形し、この状態の還元鉄ブリケットをスプレー水にて１５０℃／分〜２５０℃／分の冷却速度で徐冷する還元鉄ブリケットの製造方法が開示されている。
【０００５】
しかしこの方法は、高温還元鉄ブリケットの割れを抑制するためにスプレー冷却により徐冷する方法であって、回転炉床炉などの還元鉄製造設備から排出される還元鉄塊成化物冷却する方法ではないうえ、還元鉄塊成化物の適正な含水率については考慮されていない。
【０００６】
さらに、特許第３００９６６１号公報には、加熱還元後の高温の還元鉄ブリケットを、その表面温度が６５０℃から１５０℃まで降温する間の平均冷却速度を１５００℃／分から５００℃／分の間になるように水冷する方法が開示されている。
【０００７】
しかし、この方法は還元鉄ペレットの冷却に関するものであり、本発明が対象とするブリケットのような塊成化物とは大きさおよび性状が異なり、この方法をそのまま適用することはできない。また回転炉床炉から排出される還元鉄塊成化物の温度は約１０００℃前後であるが、６５０℃までの冷却方法や冷却速度についての記述がないばかりか、６５０℃以下についても具体的な冷却手段の記述がなく、さらに塊成化物の含水率にも全く着目していない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前述のような従来技術の問題点を解決し、還元鉄塊成化物の中心温度と含水率を適正範囲にする冷却方法を提供することを課題とし、次の具体的な技術課題の解決手段を提供する。
回転炉床炉などの還元鉄製造設備から排出される約１０００℃の還元鉄塊成化物を、速やかに３００℃以下まで冷却することで大気による再酸化を抑制する。冷却後の還元鉄塊成化物の含水率を６％以下とすることにより、還元鉄塊成化物を溶湯中に投入することを可能ならしめるとともに、溶解時の水分蒸発エネルギーを低減する。冷却時間を適正化することにより、還元鉄塊成化物の粉化や金属化率の低下を抑制する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明は、以下の構成を要旨とする。
酸化鉄塊成化物を還元炉内で還元し還元鉄塊成化物として排出する還元鉄塊成化物を冷却する方法において、前記還元鉄製造設備の排出口に高温の還元鉄塊成化物を搬送するコンベアを配設し、該コンベアの上方に複数のスプレーノズルを配置し、該スプレーノズルから間欠的にスプレー水を噴出させてコンベア上の還元鉄塊成化物を間欠的に冷却し、スプレー水を噴出する時間Ｔ1 と停止する時間Ｔ2 との関係を下記（１）式の範囲となるようにスプレー水を噴出させることを特徴とする還元鉄塊成化物の冷却方法。
１．２×Ｔ1≦Ｔ1 ＋Ｔ2≦１０×Ｔ1 ・・・（１）
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１の例により本発明を実施する装置を説明する。
還元炉としての回転炉床炉１３内で酸化鉄塊成化物が還元され、還元鉄塊成化物排出口８から連続的に排出される。排出された高温の還元鉄塊成化物５は、排出口８に連設された冷却装置１６内でコンベア６上を搬送されつつ、複数のスプレーノズル１からの散水により冷却されて還元鉄塊成化物排出口７から排出され、図示しない貯留装置等へ搬送される。
【００１２】
各スプレーノズル１は、コンベア６の上方でコンベア６の搬送方向に平行に設けたノズルヘッダー２に所定の間隔をあけて取付けられている。
これらスプレーノズル１、スプレーヘッダー２、コンベア６はケーシング１５に覆われており、ケーシング１５の先端側には冷却された還元鉄塊成化物５を排出するための還元鉄塊成化物排出口７が設けられ、後端側には還元鉄塊成化物５に散水することにより発生するスラッジを排出するスラッジ排出口９が設けられている。
【００１３】
図２は、コンベア６上における図１のＡ−Ａ矢視平面の例を示し、スプレーノズル１のピッチＰはＰ＝Ｂとなるように配置され、各スプレーノズル１からのスプレー水は、スプレー範囲１a で示すように、搬送方向広がり幅Ｂで散水される。この配置により、隣接するノズル１のスプレー水の搬送方向広がり幅Ｂが重ならないようになっている。
【００１４】
図３は図２のＣ−Ｃ矢視断面拡大図であり、各スプレーノズル１は搬送方向に間隔Ｐをもってスプレーヘッダー２に取付けられ、スプレー水はコンベア６上で搬送方向広がり幅Ｂで散水される。
【００１５】
図４は図２のＢ−Ｂ矢視正面を示し、スプレーノズル１はコンベア６の幅方向中央に配置されたスプレーヘッダー２に設けられ、スプレー水はコンベア６上にてコンベア６の幅ＣＷ以上の幅方向広がり幅Ｗで散水される。
スプレーヘッダー２には、図１に例示するように給水配管３より水が供給される。
【００１６】
本発明は、このようにコンベア６の上方に複数のスプレーノズル１を、還元鉄塊成化物５の搬送方向に所定の間隔で配設し、各スプレーノズル１におけるスプレーの噴出時間Ｔ1 と停止時間Ｔ2 の関係が、１．２×Ｔ1 ≦Ｔ1 ＋Ｔ2 ≦１０×Ｔ1 の範囲になるように設定し、図９に示すように間欠的（on-off）にコンベア上の還元鉄塊成化物５を冷却する。
【００１７】
間欠的に冷却することにより、コンベア６上の還元鉄塊成化物５の表面温度は、たとえば図１０のように変化しながら降下する。すなわち、スプレーノズル１からＴ1 時間噴出させ、Ｔ時間停止すると、Ｔ1 時間の間スプレー水により冷却れた後Ｔ2 の停止時間の間に還元鉄塊成化物の内部熱により表面温度が上昇（復熱）しはじめ、還元鉄塊成化物の内部と外側都の温度がバランスした所で温度上昇は止まる。
【００１８】
そして、次のスプレー水によりバランスした温度から冷却が開始される。この繰返しにより、図１０に示すような冷却パターンとなって還元鉄塊成化物５は１００〜３００℃に冷却される。還元鉄塊成化物５は該塊成化物内の熱の授受と外部からのスプレー水による強制冷却により温度降下するので、間欠冷却は連続的な強制冷却に比べて水量密度を小さくすることができる。これは、一方的に外部からスプレー水を散水する場合にくらべて還元鉄塊成化物内の熱の内部移動の方が速いため、少ない水量密度で冷却することができるからである。
【００１９】
また、間欠冷却により還元鉄塊成化物は、冷却と次の冷却の間での表面温度の上昇によって、表面に散水されたスプレー水は蒸発し表面が乾燥する。このパターンを繰返すことで、還元鉄塊成化物の表面では、散水と蒸発が繰返されながら排出目標温度まで冷却される。これにより、本発明の冷却装置から排出される還元鉄塊成化物５は、含水率６％以下を確保することができる。
還元鉄塊成化物の含水率は、電気炉等による溶解時のエネルギー消費を抑えるため低い方が好ましく、また溶湯への投入時の水蒸気爆発を防止するため６％以下にするのが好ましい。
【００２０】
一般的に冷却ノズルは、図１１及び図１２に示すように円錐スプレーノズルが用いられ、還元鉄塊成化物の幅方向および搬送方向全域に亘って冷却ノズルから噴出するスプレー水の広がりが互いに干渉するように配置され、極力スプレー水が全ての還元鉄塊成化物に散水されるようになっている。
【００２１】
この状態では、連続的な散水によって還元鉄塊成化物の内部と表面の温度差が大きくなり（内部が高温、表面が低温）、本発明の間欠水冷に比べて水量を多くする必要が生じる。内部まで充分に冷却するために水量を増加すると、既に低温になっている表面に水分が残存し、含水率が６％超になってしまう。
【００２２】
さらに図１１および図１２のような円錐スプレーノズルを使用した場合、各ノズルのスプレー範囲１ｂ，１ｃに重なりが生じ、コンベア幅方向で冷却状態にバラツキが生じ、塊成化物の温度、水分にバラツキが生じる。
【００２３】
本発明は、スプレー水を噴出する時間Ｔ1 と停止する時間Ｔ2 との関係を１．２×Ｔ1 ≦Ｔ1 ＋Ｔ2 ≦１０×Ｔ1 の範囲となるように設定した。
すなわち、１．２×Ｔ1≦Ｔ1 ＋Ｔ2 はスプレー水噴出時間と停止時間を確実に設定するための最低時間で、確実に間欠冷却を行う条件として定めた。
Ｔ1 ＋Ｔ2 ≦１０×Ｔ1 は冷却後の還元鉄塊成化物の内部熱による温度上昇が飽和せず、効果的な冷却を行うための条件として定めた。
【００２７】
次に実施例を図６〜図８に示す。
本発明例の間欠冷却は、スプレー水の搬送方向広がり幅Ｂとスプレーノズルの配設ピッチＰの関係をＢ≦Ｐとし、散水時間と停止時間との関係を１．２×Ｔ1 ≦Ｔ1 ＋Ｔ2 としたものであり、比較例の連続冷却はＢ≧Ｐとしたものである。
図６は還元鉄塊成化物の冷却時の中心温度と散水量の関係を示したもので、本発明例の間欠冷却は、比較例の連続冷却よりも冷却効果が優れていることがわかる。本発明により、還元鉄塊成化物の中心温度が好ましくは実線で示す３００℃以下、より好ましくは破線で示す２００℃以下に冷却されればよい。間欠冷却では散水量比０．７以上で３００℃以下になっているのに対し、連続冷却では散水量比を２．０にする必要があった。
【００２８】
図７は散水量と冷却後の含水率の関係を示す。本発明例では還元鉄塊成化物の含水率が散水量によって調整可能となる。含水率は実線で示す６％以下が好ましく、破線で示す５％以下がより好ましい。間欠冷却では散水量比１．３以下で含水率６％以下になり、散水量比が０．７以上１．３以下で温度３００℃以下かつ含水率６％以下となるのに対し、連続冷却では温度３００℃以下を満足した散水量比では含水率が６％超となった。
【００２９】
図８は図６と図７を纏めたもので、還元鉄塊成化物の中心温度と含水率の関係を示した。比較例の連続冷却では、還元鉄塊成化物の中心温度を３００℃以下にすると含水率が６％を超え、含水率を６％以下にすると中心温度が３００℃を超えてしまう。それに対して本発明例の間欠冷却では、実線で示す中心温度３００℃以下、含水率は６％以下に調整でき、良好な還元鉄塊成化物を得ることができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように、本発明方法によれば、高温の還元鉄塊成化物を間欠冷却により一気に１００〜３００℃まで効率的に冷却することができ、大気による再酸化を抑制できる。また冷却された還元鉄塊成化物の含水率を低く調整でき、溶湯へ投入時の水蒸気爆発の恐れが解消され、かつ溶解に必要とするエネルギーを最小限に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明例を示す説明図である。
【図２】本発明例を示し、図１のＡ−Ａ矢視平面図である。
【図３】本発明におけるスプレー散水の例であって、図２のＣ−Ｃ矢視拡大断面図である。
【図４】本発明例を示し、図２のＢ−Ｂ矢視正面図である。
【図５】図４の例における冷却能を示す説明図である。
【図６】本発明の実施例を示すグラフである。
【図７】本発明の実施例を示す別のグラフである。
【図８】本発明の実施例を示す別のグラフである。
【図９】本発明における塊成化物から見た冷却パターンの例を示す説明図である
【図１０】本発明における塊成化物の温度変化の例を示すグラフである。
【図１１】従来のスプレーノズルの配置例を示す説明図である。
【図１２】従来のスプレーノズルの別の配置例を示す説明図である。
【符号の説明】
１：スプレーノズル
１a ：フラットスプレーノズルによるスプレー範囲
１b ：円錐スプレーノズルによるスプレー範囲
２：ノズルヘッダー ３：給水配管
４：蒸気排気口 ５：還元鉄塊成化物
６：コンベア ７，８：還元鉄塊成化物排出口
９，１０：スラッジ排出口 １１：スラッジタンク
１２：スラッジコンベア １３：回転炉床炉
１４：スラッジ回収タンク １５：ケーシング
１６：冷却装置

Claims (1)

1. 酸化鉄塊成化物を還元炉内で還元し還元鉄塊成化物として排出する還元鉄塊成化物を冷却する方法において、前記還元鉄製造設備の排出口に高温の還元鉄塊成化物を搬送するコンベアを配設し、該コンベアの上方に複数のスプレーノズルを配置し、該スプレーノズルから間欠的にスプレー水を噴出させてコンベア上の還元鉄塊成化物を間欠的に冷却し、スプレー水を噴出する時間Ｔ1 と停止する時間Ｔ2 との関係を下記（１）式の範囲となるようにスプレー水を噴出させることを特徴とする還元鉄塊成化物の冷却方法。
   １．２×Ｔ1 ≦Ｔ1 ＋Ｔ2 ≦１０×Ｔ1 ・・・（１）

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