JP5064502B2 - 高温直接還元鉄を複数の高温輸送容器から溶融装置または仕上げ装置に装入する方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は一般に、製鉄業などにおいて用いるためのペレット状、塊状、および／またはブリケット状の装入原料を取り扱う方法および装置に関する。より詳しくは、本発明は、高温直接還元鉄（ＨＤＲＩ）を複数の高温輸送容器から溶融装置または仕上げ装置に装入するための方法および装置に関する。

直接還元鉄（ＤＲＩ）、特にＨＤＲＩは（金属化工程後にまだ熱いまま）、製鉄における装入原料として用いられる。直接還元（ＤＲ）プラントの多くが大型の製鉄複合施設の中に設けられ、その近くの現場の電気アーク炉（ＥＡＦ）のような溶融装置または仕上げ装置の中で、ＨＤＲＩが用いられる。ＨＤＲＩを常温より高い温度で使用することは、ＤＲＩを常温以下で使用することに比べてより好ましいが、その理由は、ＨＤＲＩが有する顕熱により、溶融装置または仕上げ装置においてエネルギー（例えばＥＡＦの場合には電気エネルギー）を追加で加える必要がなくなるからである。さらに好都合なことには、ＨＤＲＩはＤＲＩよりも含有する水分量が少ない。ＨＤＲＩの溶融または仕上げを行うときのエネルギー消費はＤＲＩに比べて低減され（ＥＡＦの場合は電極の消耗が低減され）、生産性と収率が向上する。このため溶融装置または仕上げ装置には、ＤＲＩではなくＨＤＲＩを装入する傾向が強まっている。

一般的にＤＲプラントは、溶解工場（メルトショップ、meltshop）を有するような大型の製鉄複合施設のなかに設置されている。これら製鉄業者は、ＤＲプラントからのＨＤＲＩを直接使用することを好む。しかし、メルトショップの直近（すなわち約１００メートル以内）にＤＲプラントを設置することは、多くの場合現実的ではない。従って、高温輸送容器（ＨＴＶ）を用いてＨＤＲＩをＥＡＦの中へ装入する必要がある。実際、製鉄業者の一部はこの方式のほうが、ＨＤＲＩを重力式でＥＡＦに供給したり、あるいは他の機械式高温コンベヤーを用いることよりも実際に好ましいと考えている。既存のＨＴＶ方式は、幾つかの理由から最適ではない。すなわち、１）ＥＡＦに装入されるＨＤＲＩの供給速度が精密に制御されない。また、２）ＨＤＲＩをＥＡＦの中に装入する際にＨＴＶを所定の位置に保持するためにＥＡＦ装入クレーンを使用する必要があるので、ＥＡＦに装入できるＨＤＲＩの年間総量が制限されてしまう。このように、既存のＨＴＶの方式は、洗練されていない「吊り上げ−投下」方式である。

これらＨＴＶ方式の全てにおいて用いられているＨＴＶは、比較的平坦な底部と、ＨＴＶを持ち上げて回転させるための複数の耳軸と、入口および出口の両方として機能するポートを有する円錐形の頭頂部とを有している。一般にＨＴＶはレールの上に置かれる。他の適当な輸送方式としては、機械式高温コンベヤーや空気式高温コンベヤーなどが挙げられる。ＨＴＶの一つの例が、２００１年４月１０日付でモンタギュー（Montague）らに付与され譲渡された「直接還元鉄装入システムおよび方法」という名称の特許文献１において開示されている。
米国特許第６２１４０８６号明細書

しかしながら、本技術分野において、今なお必要とされているのは、ＨＤＲＩをＨＴＶから溶融装置または仕上げ装置に装入するための方法および装置であって、装入されるＨＤＲＩの供給速度が明らかであって且つ制御可能であり（例えばコンピューター制御によって）、装入されるＨＤＲＩの供給速度が実質的に連続的であり、熱の損失とダストの放出が共に最小限であり、再酸化が最小限であり、例えばＥＡＦ装入クレーンなどの既存のメルトショップの設備を適用でき、既存のＨＴＶと新規のＨＴＶを共に適用でき、例えばスラグフォーマー（slag former）や還元剤などの他の材料も装入できる方法と装置である。これらの方法および装置は、頑丈で信頼性が高く、ＥＡＦに装入できるＨＤＲＩの年間総量を最大化するものであることが好ましい。

本発明は、各種の例示的な実施態様において、ＨＤＲＩをＨＴＶから溶融装置または仕上げ装置に装入するための方法および装置であって、装入されるＨＤＲＩの供給速度が明らかであって且つ制御可能であり（例えばコンピューター制御によって）、装入されるＨＤＲＩの供給速度が実質的に連続的であり、熱の損失とダストの放出が共に最小限であり、再酸化が最小限であり、例えばＥＡＦ装入クレーンなどの既存のメルトショップの設備を適用でき、既存のＨＴＶと新規のＨＴＶを共に適用でき、例えばスラグフォーマーや還元剤などの他の材料も装入できる方法および装置を提供する。この方法および装置は、頑丈で信頼性が高く、ＥＡＦに装入できるＨＤＲＩの年間総量を最大化する。

本発明は、例示の一実施態様において、高温直接還元鉄などを高温輸送容器から溶融装置または仕上げ装置に装入するための装置であって、
並行して複数の高温輸送容器を収容して支持するように構成された装入台と、
前記装入台と結合された供給装置であって、並行して前記複数の高温輸送容器と密封状態で係合するように、且つ前記複数の高温輸送容器の内容物を前記複数の高温輸送容器から溶融装置または仕上げ装置に所定の供給速度で輸送するように動作可能な供給装置と、
プログラマブル論理制御装置と複数のロードセルとを含み、前記所定の供給速度を選択的に変動させるように動作可能な制御システムと、を備え、
前記制御システムが、前記複数のロードセルによって測定された、一つ以上の前記高温輸送容器およびその内容物の重量に応じて、前記所定の供給速度を選択的に変動させるように動作可能であり、
前記装置が所定の時間にわたって連続的に高温直接還元鉄を装入すべく動作するように、前記制御システムが、前記複数のロードセルにより測定したときに前記複数の高温輸送容器のうちの一つ以上が空である場合に、前記複数の高温輸送容器のうちの一以上の高温輸送容器の交換を指示するように動作可能である、
装置を提供する。前記装入台は、前記複数の高温輸送容器を収容して支持するように構成された複数の区画を含む。前記供給装置は、前記複数の高温輸送容器と密封状態で係合するように動作可能な複数の入れ子型伸縮式シールを含む。前記供給装置は、前記高温輸送容器の内容物を、前記複数の高温輸送容器から前記溶融装置または仕上げ装置へ一定の所定の供給速度で輸送するように動作可能である。あるいはまた前記供給装置は、前記高温輸送容器の内容物を、前記複数の高温輸送容器から前記溶融装置または仕上げ装置へ変動可能な所定の供給速度で輸送するように動作可能である。

〔関連出願の相互参照〕
非仮特許出願である本出願は、２００６年６月３０日に出願された「高温輸送容器から溶融装置または仕上げ装置に高温直接還元鉄を装入するための方法および装置」という名称の米国仮特許出願第６０／８１８，２１１号に基づく優先権の利益を主張し、その内容の全てを引用することにより本出願に援用する。

様々な図面を参照しながら以下に本発明が説明されるが、必要に応じて、方法の工程および／または装置の部品を参照するために図中の参照番号と同じ番号が用いられる。

本発明は、様々な例示の実施態様において、ＨＤＲＩをＨＴＶから溶融装置または仕上げ装置に装入するための方法および装置を提供する。本発明の文脈においては、ＨＤＲＩの温度は、約４００℃から約１１００℃の間である。本装置は一般に、複数のＨＴＶを収容して支持するための複数の区画を含む。後でより詳しく記載されるように、各々のＨＴＶは少なくとも一つの出口ポートを含む。この出口ポートは、実質的に気密性のシールをもたらす入れ子型伸縮式シールを介して、装入台の複数の区画のうちの一つの入口ポートと係合するように構成される。ＨＴＶの内部にあるＨＤＲＩを、出口ポート／入口ポート接合部から電気アーク炉（ＥＡＦ）などのような溶融装置または仕上げ装置まで移動させる供給装置が設けられる。装入台はまた、ＨＴＶとその内部にあるＨＤＲＩの重量を測定するように動作可能な一つ以上のロードセルも含むので、溶融装置または仕上げ装置に装入されるＨＤＲＩの供給速度を制御するために、コンピューターまたは他の論理回路を用いることができる。装入台はさらに、要すれば任意に、ＨＴＶの中身を排出する際の架橋現象（bridging）を防止するように動作可能な、例えば一つ以上の加振機などの、一つ以上の流動刺激装置（flow stimulator）を含む。これらの基本的な装置部品の各々については後でより詳細に説明する。装入台と複数のＨＴＶは、メルトショップの内部またはメルトショップの壁の直ぐ外側にあると好都合である。ＨＤＲＩを装入する方法および装置はまた、例えばスラグフォーマーや還元剤などの他の材料を装入するためにも使用できる。

図１を参照すると、例示的な一実施態様において、ＨＤＲＩを装入するための方法および装置と共に用いることができる、反転可能型のＨＴＶ１０は、実質的にドーム形の端部１４と実質的に円錐形の端部１６とを含む、実質的に円筒状のドラム１２を含む。実質的に円錐形の端部１６は、その終端が実質的に管状のポート１８の中にあり、このポートは、反転されていないＨＴＶ１０がＨＤＲＩで満たされつつあるときに入口として機能し、反転されたＨＴＶ１０の中身が排出されつつあるときには出口としても機能する。実質的に円筒状のドラム１２は、付属する一対の耳軸２２を有する下側鍔２０と、付属する一対の耳軸２６を有する上側鍔２４とを含む。耳軸２２および２６は、ＨＴＶ１０を持ち上げて反転させるための、下側および上側の旋回可能なハンドルを提供する。ＨＴＶから溶融装置または仕上げ装置へのＨＤＲＩの供給速度は、典型的にはＨＤＲＩが実質的に管状のポート１８の中をどれほどの速さ／遅さで流れるかについての関数であるとされてきたが、かつてはＨＤＲＩは、典型的にはＨＴＶの一杯分づつ溶融装置または仕上げ装置に装入されていた。本発明のＨＴＶ１０は、好都合なことに、実質的に管状のポート１８またはその上流側に設けられるゲート２８を含む。このゲート２８は、ＨＴＶ１０から溶融装置または仕上げ装置へのＨＤＲＩの供給速度を制御し、且つ実質的に円筒状のドラム１２から酸化性の空気を締め出す。ＨＴＶ１０から溶融装置または仕上げ装置へのＨＤＲＩの供給速度は実質的に管状のポート１８の直径には依存しないので、直径がより大きな実質的に管状のポートを使用することによって、ＨＤＲＩの融合による詰まりを低減させることができる。ＨＴＶ１０の容量は、ＨＴＶの一杯分ずつという制約がないため、今では好都合なことに付属の支持構造の重量制限にまで増やすことができる。

図２を参照すると、別の例示的な一実施態様において、ＨＤＲＩを装入するための方法および装置と共に用いることができる、非反転可能型のＨＴＶ３０は、実質的に円筒状のドラム１２の実質的にドーム形の端部１４もまた、その終端がＨＴＶ３０がＨＤＲＩで満たされつつあるときに入口として機能する実質的に管状のポート３２のなかにある、という点を除き、上記と同様に構成される。実質的に円筒状のドラム１２の実質的に円錐形の端部１６に付属する実質的に管状のポート１８は、ＨＴＶ３０の中身が排出されつつあるときに出口として機能する。従って、追加の実質的に管状のポート３２もまた、ＨＴＶ３０へのＨＤＲＩの供給速度を制御し、且つ実質的に円筒状のドラム１２から酸化性の空気を締め出すゲート３４を含む。ＨＴＶ３０は反転されないので、複数の対の耳軸２２（図１）および２６は必要ではない。

図３を参照すると、例示的な一実施態様において、ＨＤＲＩを装入するための装置４０は、複数のＨＴＶ１０，３０を複数の区画４４，４６，４８の中で収容して支持するように構成された装入台４２を含む。図示された例示的な実施態様においては、複数の区画４４，４６，４８はそれぞれ、一つの非反転可能型のＨＴＶ３０と、もう一つの非反転可能型のＨＴＶ３０と、一つの反転可能型のＨＴＶ１０とを収容して支持するように構成される。これとは別の構成も可能であることは当業者であれば容易に理解できるであろう。複数のＨＴＶ１０および３０は、ヨーク５２を有する頭上クレーン５０などによって複数の区画４４，４６，４８のなかに配置され、ヨークは、複数のＨＴＶ１０および３０を付属の耳軸２２および２６で持ち上げ、および／または反転させる。複数の区画４４，４６，４８は、ＨＴＶ１０および３０の中身を排出する際の架橋現象を防止するように動作可能な、例えば一つ以上の加振機などのような、一つ以上の流動刺激装置（図示せず）を備えていてもよい。複数の区画４４，４６，４８は、好ましくは、装入台４２と、ＨＴＶ１０および３０の鍔２０および２４と、ＨＴＶ１０および３０の耳軸２２および２６などとの間に選択的に配置される、複数のロードセル５４を備えている。鍔２０および２４、あるいは耳軸２２および２６は、一般的にＨＴＶ１０および３０の支持点として機能する。複数のロードセル５４は、ＨＴＶ１０および３０とそれらの中のＨＤＲＩの重量を測定するように動作可能なので、装入されるＨＤＲＩの供給速度を制御するために、コンピューターまたは他の論理回路（図示せず）を用いることができる。複数のＨＴＶ１０および３０は、ＨＴＶ１０および３０に付属する複数の出口６４，６６，６８と実質的に対応する複数の入口５８，６０，６２を通じて、定常型または可変速度型の供給装置５６にＨＤＲＩを装入する。入口５８，６０，６２の各々と、出口６４，６６，６８の各々との間に、実質的に気密性のシールをもたらす入れ子型伸縮式シール７０が設けられることによって、装置４０への空気の進入と、再酸化と、逃散ダストの放出とが最小限に抑えられる。これらの入れ子型伸縮式シール７０は、ＨＴＶ１０および３０を供給装置５６と素早く簡単に接続／切断することを可能にし、また、入れ子型伸縮式になっているので、接続による張力をほとんど生じない。供給装置５６は、ＨＴＶ１０および３０の各々からのＨＤＲＩの流れを制御する。

供給装置５６の入口５８，６０，６２の一つとＨＴＶ１０および３０の出口６４，６６，６８の一つとの間の接続は、ＨＴＶ１０および３０の荷重による力が供給装置５６に実質的にかからないように長さが調節されるので、供給装置５６の入れ子型伸縮式シール７０は、供給装置５６には部分的にしか荷重が加わらないことを保証する。しかしひとたびＨＤＲＩが入口５８，６０，６２に流れ込むと、内部のＨＤＲＩの荷重の一部は供給装置５６に加わるようになり、他方、ＨＤＲＩの荷重の大部分はＨＴＶ１０または３０の壁面によって支えられるようになる。ＨＴＶ１０または３０を収容して支持する区画４４，４６または４８は、個々のＨＴＶ１０または３０の荷重を支え、区画４４，４６，４８の各々には、区画４４，４６または４８のうちの特定のＨＴＶ１０または３０の重量を決定するための、ロードセル５４が装着される。典型的には、ＨＴＶ１０または３０の各々は、容器が空の時に既知の重量を有しており、これが風袋重量となるので、計量された重量が分かるだけでなく、使用できるＨＤＲＩの総重量も明らかとなるため、溶融装置または仕上げ装置７２への装入原料の流れを一定に維持するためにはどれくらいの頻度でＨＴＶ１０および３０を交換すればよいのかということ、および、溶融装置または仕上げ装置７２のために充分な装入原料の用意があるかどうかということを計算により求めることができる。ＨＤＲＩの総重量は、ＨＴＶ１０または３０を開く前に決定しておくべきであり、ＨＴＶ１０または３０を開くと、ＨＤＲＩが供給装置５６内へ流入することが可能になる。

装入台４２は、当業者に周知の溶融装置または仕上げ装置７２に隣接して配置され、好ましくは実質的に溶融装置または仕上げ装置７２の上方に配置される。装入台４２へ／装入台４２からＨＴＶ１０または３０が移動している間の「ダウンタイム」を避けるため、複数のＨＴＶ１０および３０を使用することが望ましい。例えば、二つのＨＴＶ１０および３０を使用する場合、ＨＴＶ１０または３０のうちの一つから溶融装置または仕上げ装置７２へ制御された速度で装入されているあいだに、もう一つの空のＨＴＶ１０または３０が装入台４２から除かれて、頭上クレーン５０を用いて、一杯になったＨＴＶ１０または３０で置き換えられてもよい。このような方法によって、一杯になって装入する用意のできたＨＴＶ１０または３０が装入台４２の中に常に存在することになる。言い換えれば、望ましい連続的な工程が生み出されるのである。

装入台４２は、メルトショップの内部に配置されてもよいし、例えばメルトショップの壁の直ぐ外側に配置されてもよい。装入台４２がメルトショップの内部に配置される場合、メルトショップの装入クレーンをＨＴＶ１０および３０を取り扱うために用いてもよい。装入台４２がメルトショップの壁の直ぐ外側に配置される場合、別のクレーンを設置してＨＴＶ１０および３０を取り扱うために用いてもよい。メルトショップの装入クレーンが、重い容器を取り扱うのに充分な能力を有していない場合や、メルトショップの装入クレーンが、他の用途に頻繁に用いられて、重い容器を取り扱う必要がある時に使用できないような場合は、別のクレーンを設置して用いる方が望ましいかもしれない。

また装入台４２を配置する高さについても、ＨＤＲＩを移動経路に沿って再び大きく持ち上げる必要なしに、ＨＤＲＩがＨＴＶ１０および３０から供給装置５６を通って溶融装置または仕上げ装置７２に流れていくことのできるような高さであることが望ましい。この場合、供給装置は、より幅広い選択肢から選んで用いることができ、その例としては、鉛直型スクリューフィーダー、水平型スクリューフィーダー、ロータリーフィーダー、水平型差動振動コンベヤー、管コンベヤー、振動パンコンベヤー、ワイパーバー（wiper bar）などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。逆に、供給装置５６の排出シュート７４が溶融装置または仕上げ装置７２の給入口７６よりもずっと下方にある場合は、より高い位置へ運搬し供給速度を制御できるようなバケット型のコンベヤーを用いてもよい。

複数のＨＴＶ１０および３０の各々は、好ましくは、１回の熱サイクルに必要な量のＨＤＲＩを保持できるだけの容量を有している。前述のように、ＨＴＶ１０および３０は、ドーム１４上の入口３２と、円錐１６上の出口１８とを別々に有していてもよいし（図２に示したＨＴＶ３０の場合）、あるいは、円錐１６上に共通の入口／出口１８を有していてもよい（図１に示したＨＴＶ１０の場合）。いずれの場合も、ＨＴＶ１０および３０への空気の進入をできるだけ抑えることが重要である。これを実現するのは、共通の入口／出口１８を有する場合の方が若干容易であるが、この場合、ＨＴＶ１０の中身を排出するのに先立って反転させる必要があるので、そのための余分の操作が必要となる。空気の遮断を確実にするために、窒素のような非酸化性ガスを用いて、ＨＴＶ１０および３０の各々に対して低圧で低速のパージを行ってもよい。前述のように、ＨＴＶ１０および３０の各々の入口１８または３２と出口１８には、材料の流れを選択的に止めて、且つ空気の進入を最小限に抑えるための、スライドゲート２８および３４が設けられる。装入台４２の区画４４，４６，４８の各々に付属する入れ子型伸縮式シール７０と供給装置５６との間にも、スライドゲート７８が設けられる。このように、溶融装置または仕上げ装置７２へのＨＤＲＩの供給速度を制御するために用いられる供給装置５６は、実質的に密閉された環境の中で高温のＨＤＲＩを取り扱うことができ、ＨＤＲＩの再酸化を最小限に抑えることができ、逃散ダストの放出を最小限に抑えることができ、ＨＤＲＩの温度低下を最小限に抑えることができる。

繰り返しになるが、本発明の装置４０と共に用いることができる供給装置の例としては、スクリューフィーダー（全般的な構成に伴う高さの制約に応じて、鉛直型と水平型のいずれか）、ロータリーフィーダー、水平型差動振動コンベヤー、管コンベヤー、振動パンコンベヤー、エプロンコンベヤー、バケットコンベヤー、およびワイパーバーなどが挙げられる。オーガー型のスクリューフィーダーは特に正確であって、この場合、単位時間当たりの重量変化（すなわち装入速度の計量値）を実現するために、スクリューの速度を調節するプログラマブル論理制御装置（ＰＬＣ）のようなコンピューター化制御装置（図示せず）によって、スクリューが回転する速さが制御され、ＰＬＣは、所望の供給速度の計量値を実現するために、複数のロードセル５４を監視する。ＰＬＣは、ロードセル５４と電気的に通信するデータ線（図示せず）を通じて重量変化を監視し、チャンネル（図示せず）を通じて供給装置５６の速度を制御する。

ＨＤＲＩを受け入れることができる溶融装置の例としては、ＥＡＦ、電気製鉄炉、酸素式化学溶融装置（ＣＤＭ）などが挙げられる。仕上げ装置の例としては、クイックスチール（KwikSteel(商標)）、またはその他の、製鉄に先立ち脈石を除去することを目的とする装置が挙げられる。

ここまで本発明について、好ましい実施態様およびそれらの具体的な実施例を参照しながら説明して記載してきたが、当業者であれば、その他の実施態様および実施例も同様に機能してもよい、および／または同様の結果をもたらしてもよい、ということを容易に理解できるであろう。そのような等価な実施態様および実施例の全てが、本発明の範囲と精神に含まれ、企図され、そして特許請求の範囲に含まれる。

図１は、ＨＴＶから溶融装置または仕上げ装置にＨＤＲＩを装入するための本発明の方法および装置と共に用いることができる、反転可能型のＨＴＶの一実施態様を例示する側面図である。 図２は、ＨＴＶから溶融装置または仕上げ装置にＨＤＲＩを装入するための本発明の方法および装置と共に用いることができる、非反転可能型のＨＴＶの別の一実施態様を例示する側面図である。 図３は、ＨＴＶから溶融装置または仕上げ装置にＨＤＲＩを装入するための本発明の方法および装置の、一実施態様を例示する側面図である。

Claims (5)

1. 高温直接還元鉄などを高温輸送容器から溶融装置または仕上げ装置に装入するための装置であって、
   並行して複数の高温輸送容器を収容して支持するように構成された装入台と、
   前記装入台と結合された供給装置であって、並行して前記複数の高温輸送容器と密封状態で係合するように、且つ前記複数の高温輸送容器の内容物を前記複数の高温輸送容器から溶融装置または仕上げ装置に所定の供給速度で輸送するように動作可能な供給装置と、
   プログラマブル論理制御装置と複数のロードセルとを含み、前記所定の供給速度を選択的に変動させるように動作可能な制御システムと、を備え、
   前記制御システムが、前記複数のロードセルによって測定された、一つ以上の前記高温輸送容器およびその内容物の重量に応じて、前記所定の供給速度を選択的に変動させるように動作可能であり、
   前記装置が所定の時間にわたって連続的に高温直接還元鉄を装入すべく動作するように、前記制御システムが、前記複数のロードセルにより測定したときに前記複数の高温輸送容器のうちの一つ以上が空である場合に、前記複数の高温輸送容器のうちの一以上の高温輸送容器の交換を指示するように動作可能である、
   装置。
2. 前記装入台が、前記複数の高温輸送容器を収容して支持するように構成された複数の区画を含む、請求項１に記載の装置。
3. 前記供給装置が、前記複数の高温輸送容器と密封状態で係合するように動作可能な複数の入れ子型伸縮式シールを含む、請求項１に記載の装置。
4. 前記供給装置が、前記高温輸送容器の内容物を、前記複数の高温輸送容器から前記溶融装置または仕上げ装置へ一定の所定の供給速度で輸送するように動作可能である、請求項１に記載の装置。
5. 前記供給装置が、前記高温輸送容器の内容物を、前記複数の高温輸送容器から前記溶融装置または仕上げ装置へ変動可能な所定の供給速度で輸送するように動作可能である、請求項１に記載の装置。

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