JP5257579B2 - ロータリーキルンの操業方法 - Google Patents
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Description
本発明は、ロータリーキルンの操業方法に関し、さらに詳しくは、鉄鋼及び非鉄金属の鉱石等の焼成と部分還元処理を行なうロータリーキルンにおいて、該ロータリーキルンへの原料鉱石の搬送系統でのハンドリング性の悪化と、該ロータリーキルンの排ガス煙道でのトラブルを防止する一方、排ガス温度及び排ガス中の水分率を制御して、ロータリーキルンの排ガスファンの寿命延長、及び電気集塵機での集塵効率の向上を達成するとともに、ロータリーキルンでの原料鉱石の処理量を増加させることができるロータリーキルンの操業方法に関する。
鉄鋼及び非鉄金属製錬においては、従来から、原料鉱石を装入し、燃料の燃焼熱等により加熱させて焼成と部分還元処理を行なう向流加熱方式のロータリーキルンが用いられている。向流加熱方式のロータリーキルンは、ロータリーキルンの一方から原料鉱石を装入し、他方から加熱用の燃焼ガスを装入するものであり、焼成等により原料鉱石から発生する水分を含む排ガスは原料鉱石供給側から排出される。ここで、ロータリーキルンの操業において、その安定操業の持続は重要な技術課題であり、そのための種々の方策が試みられている。例えば、焼成鉱石の温度を制御する（例えば、特許文献１参照。）等の提案がなされているが、さらに、安定操業の向上のため、ロータリーキルンの操業方法の改善が求められている。
このようなロータリーキルンの操業における課題に関して、酸化ニッケル鉱石の焼成及び部分還元処理を行なうフェロニッケル製錬に用いられるロータリーキルンの場合について説明する。フェロニッケル製錬の原料鉱石としては、通常ガーニエライト鉱で代表される酸化ニッケル鉱石が用いられる。ガーニエライト鉱は、２５〜３０重量％の付着水分と約１０重量％の結晶水分を含有しているので、電気炉で還元熔融する前にこれらの水分の完全除去が不可欠である。このため、ドライヤーで、付着水分の一部を除去した後、ロータリーキルンで、結晶水分を含む水分の完全除去をするのが一般的である。
例えば、まずドライヤーを用いて、他の熔解原料とともに原料鉱石の付着水分率を２２〜２４重量％にまで乾燥した後、得られた原料鉱石をロータリーキルンに装入する。ところで、ドライヤーにおける原料鉱石の出口水分の目安を２２〜２４重量％としているのは、これ以下に水分率を低下させると、ドライヤーからロータリーキルンへの搬送系統で発塵して作業環境が悪化し、これ以上の水分率であると、該搬送系統のホッパー、ベルトコンベアー、シュート等への付着鉱石が増大してトラブルが多発するなど、ハンドリング性が悪化するためである。
また、原料鉱石を装入し、燃料の燃焼熱により加熱させて焼成と部分還元処理を行なう向流加熱方式のロータリーキルンでは、装入する原料鉱石量を増加する際には、キルンバーナーでの燃料からの燃焼熱の増加、及び還元用石炭の一部の燃焼により発生する熱量の増加が付随する。このため、排ガス温度が上昇することとなるため、ロータリーキルンの排ガスファンの寿命低下、ロータリーキルンから発生するダストを回収する電気集塵機の集塵効率悪化等の問題が生じることになるので、ロータリーキルンでの原料鉱石の処理量を増加させることが難しかった。すなわち、一例として挙げたフェロニッケル製錬の場合には、前工程のドライヤーから産出される原料鉱石中の付着水分及び結晶水分による持込水分が、その蒸発熱によりロータリーキルンの排ガス温度を低下させる作用を果たしている。ところが、原料鉱石の処理量の増加に伴い加熱のため燃料の使用量を増加し、熱負荷が過度に上昇した場合、原料鉱石中の付着水分率が２２〜２４重量％では、排ガス温度の上昇を抑えることが困難になっていた。さらに、ダスト回収用の電気集塵機での集塵効率は、排ガス中水分率の影響を受けるので、荷電状態を設計荷電域内に維持するように排ガス中水分率を所定値に上昇することが求められる。
この対策として、前工程のドライヤーから排出される原料鉱石の付着水分率を意図的に高くすることが考えられるが、この際には、前述したように、原料鉱石のハンドリング性が悪化し、ドライヤーからロータリーキルンへの搬送系統のホッパー、ベルトコンベアー、シュート等への付着鉱石が増大してトラブルが多発する。また、他の方策としてロータリーキルンの排ガス煙道内でスプレーノズル等を用いて散水を行なうことにより、水分の蒸発熱で排ガス温度を低下させ、かつ排ガス中の水分率を制御することが考えられるが、煙道の腐食、ダスト堆積による煙道の閉塞及び脱落等の危険性がある。
以上の状況から、排ガス温度及び排ガス中の水分率を制御して、ロータリーキルンの排ガスファンの寿命延長、及び電気集塵機での集塵効率の向上を達成するとともに、ロータリーキルンでの原料鉱石の処理量を増加させることができる操業方法が求められている。
本発明の目的は、上記の従来技術の問題点に鑑み、鉄鋼及び非鉄金属の鉱石等の焼成と部分還元処理を行なうロータリーキルンにおいて、該ロータリーキルンへの原料鉱石の搬送系統でのハンドリング性の悪化と、該ロータリーキルンの排ガス煙道でのトラブルを防止する一方、排ガス温度及び排ガス中の水分率を制御して、ロータリーキルンの排ガスファンの寿命延長、及び電気集塵機の集塵効率の向上を達成するとともに、ロータリーキルンでの原料鉱石の処理量を増加させることができるロータリーキルンの操業方法を提供することにある。
本発明者らは、上記目的を達成するために、予めドライヤーで水分の一部が除去された原料鉱石を装入し、燃料の燃焼熱により加熱させて焼成と部分還元処理を行なう向流加熱方式のロータリーキルンの操業方法について、鋭意研究を重ねた結果、ロータリーキルンの原料鉱石供給側から、上記原料鉱石の装入に加え、特定の量の水を間欠的又は継続的に添加したところ、ロータリーキルンの排ガスファンの寿命延長、及び電気集塵機での集塵効率の向上を達成するとともに、ロータリーキルンでの原料鉱石の処理量を増加させることができることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明の第１の発明によれば、予めドライヤーで水分の一部が除去された原料鉱石を装入し、燃料の燃焼熱により加熱させて焼成と部分還元処理を行なう、向流加熱方式のロータリーキルンの操業方法において、
ロータリーキルンの原料鉱石供給側から、上記原料鉱石の装入に加え、排ガス温度の上昇を抑制することによりファン寿命の延長をはかるとともに、排ガス中に存在するダストの電気集塵機での集塵効率を向上させるのに十分な量の水を、以下に示す（１）〜（３）のいずれかの方法により、間欠的又は継続的に添加することを特徴とするロータリーキルンの操業方法が提供される。
ロータリーキルンの原料鉱石供給側から、上記原料鉱石の装入に加え、排ガス温度の上昇を抑制することによりファン寿命の延長をはかるとともに、排ガス中に存在するダストの電気集塵機での集塵効率を向上させるのに十分な量の水を、以下に示す（１）〜（３）のいずれかの方法により、間欠的又は継続的に添加することを特徴とするロータリーキルンの操業方法が提供される。
（１）前記水の添加量は、ロータリーキルンから排出される排ガスの温度を測定し、該ロータリーキルン内への持込水分量を一定値にするように調節する。
（２）前記水の添加量は、ロータリーキルンから排出される排ガスの温度を測定し、調節後の排ガス温度を排ガスファンの耐熱温度以下にするように調節する。
（３）前記水の添加量は、ロータリーキルンに連結する電気集塵機での荷電状態を測定し、調節後の荷電状態を設計荷電域内の数値に上昇させるように調節する。
また、本発明の第２の発明によれば、第１の発明において、前記原料鉱石は、フェロニッケル製造用に用いる酸化ニッケル鉱石であることを特徴とするロータリーキルンの操業方法が提供される。
本発明のロータリーキルンの操業方法は、ロータリーキルンの原料鉱石供給側から、上記原料鉱石の装入に加え、排ガス温度の上昇を抑制することによりファン寿命の延長をはかるとともに、排ガス中に存在するダストの電気集塵機での集塵効率を向上させるのに十分な量の水を、間欠的又は継続的に添加することにより、該ロータリーキルンへの原料鉱石の搬送系統でのハンドリング性の悪化と、該ロータリーキルンの排ガス煙道でのトラブルを防止する一方、排ガス温度及び排ガス中の水分率を制御して、ロータリーキルンの排ガスファンの寿命延長、及び電気集塵機の集塵効率の向上を達成するとともに、ロータリーキルンでの原料鉱石の処理量を増加させることができるので、その工業的価値は極めて大きい。
以下、本発明のロータリーキルンの操業方法を詳細に説明する。
本発明のロータリーキルンの操業方法は、予めドライヤーで水分の一部が除去された原料鉱石を装入し、燃料の燃焼熱により加熱させて焼成と部分還元処理を行なう、向流加熱方式のロータリーキルンの操業方法において、ロータリーキルンの原料鉱石供給側から、上記原料鉱石の装入に加え、排ガス温度の上昇を抑制することによりファン寿命の延長をはかるとともに、排ガス中に存在するダストの電気集塵機での集塵効率を向上させるのに十分な量の水を、間欠的又は継続的に添加することを特徴とする。
本発明のロータリーキルンの操業方法は、予めドライヤーで水分の一部が除去された原料鉱石を装入し、燃料の燃焼熱により加熱させて焼成と部分還元処理を行なう、向流加熱方式のロータリーキルンの操業方法において、ロータリーキルンの原料鉱石供給側から、上記原料鉱石の装入に加え、排ガス温度の上昇を抑制することによりファン寿命の延長をはかるとともに、排ガス中に存在するダストの電気集塵機での集塵効率を向上させるのに十分な量の水を、間欠的又は継続的に添加することを特徴とする。
本発明において、上記ロータリーキルンの原料鉱石供給側で、排ガス温度の上昇を抑制することによりファン寿命の延長をはかるとともに、排ガス中に存在するダストの電気集塵機での集塵効率を向上させるのに十分な量の水を、間欠的又は継続的に水の添加を行なうことが重要である。これによって、結果的には、ロータリーキルンに装入された原料鉱石の付着水分率が所望値に調整され、添加された水分の蒸発熱により、排ガス温度を低下させて所望の条件になるように制御することができる。また、電気集塵機での荷電状態を設計荷電域内に上昇するように排ガス中水分率を調節することができる。
以下に、本発明の操業方法ついて図面を用いて説明する。図１は、本発明の酸化ニッケル鉱石の焼成及び部分還元処理を行なう向流加熱方式のロータリーキルンを用いた操業方法の一例を表す設備フローを示す。
図１において、ロータリーキルン１では、乾燥鉱石２を供給原料とし、化石燃料３の燃焼熱を利用して、乾燥鉱石２を焼成と部分還元処理して、焼成鉱石４を産出する。ここで、乾燥鉱石２とは、原料の酸化ニッケル鉱石５をドライヤー６で予備乾燥して得られる、付着水分率が一部除去された原料鉱石である。なお、ドライヤー６では、発塵が起こらず、かつハンドリング性が悪化しなくなる程度にまで乾燥する。通常、ドライヤーにおける原料鉱石の出口水分の目安は２２〜２４重量％である。
図１において、ロータリーキルン１では、乾燥鉱石２を供給原料とし、化石燃料３の燃焼熱を利用して、乾燥鉱石２を焼成と部分還元処理して、焼成鉱石４を産出する。ここで、乾燥鉱石２とは、原料の酸化ニッケル鉱石５をドライヤー６で予備乾燥して得られる、付着水分率が一部除去された原料鉱石である。なお、ドライヤー６では、発塵が起こらず、かつハンドリング性が悪化しなくなる程度にまで乾燥する。通常、ドライヤーにおける原料鉱石の出口水分の目安は２２〜２４重量％である。
ロータリーキルン１の操業では、主として化石燃料３の燃焼熱と部分還元により発生した反応熱により規定されるロータリーキルン排ガス７の温度、及び／又は電気集塵機１０での荷電状態（荷電電圧、荷電電流等）を常時監視する。ここで、ロータリーキルン排ガス７の温度の測定場所としては、特に限定されるものではないが、ロータリーキルン排ガスを排ガス処理設備へ導く排ガス煙道の所定の場所が選ばれる。
その後、操業方法の一つのやり方としては、排ガス温度７が所望温度以上であれば、ロータリーキルン１の乾燥鉱石２の供給側に設置された水添加設備８を運転し、ロータリーキルン内に水９の添加を行なって、乾燥鉱石２の付着水分率を所望値に調節する。なお、付着水分率の所望値としては、ロータリーキルンでの鉱石処理量、燃料の燃焼量、石炭添加量等により異なる。すなわち、前記水の添加量は、ロータリーキルンの排ガス温度を測定し、該ロータリーキルン内への持込水分量を一定値にするように調節する
また、他のやり方としては、所定温度以上になると水添加設備８を運転させ、排ガス温度７の上昇幅によって水９の添加量を調節し、排ガス温度７をロータリーキルン１の排ガスファンの耐熱温度以下になるように制御する。すなわち、前記水の添加量は、ロータリーキルンの排ガス温度を測定し、調整後の排ガス温度を排ガスファンの耐熱温度以下にするように調節する。また、このとき、電気集塵機１０の荷電状態に応じて、自由に水の添加を行なうことができる。すなわち、前記水の添加量は、ロータリーキルンの電気集塵機の荷電状態を測定し、調整後の荷電状態を設計荷電域内に上昇するように排ガス中水分率を調節する。なお、電気集塵機の集塵効率を上昇させるためには、荷電状態を設計荷電域内にするため排ガス中水分率を所望値にすることが肝要であるが、その所望値としては、電気集塵機の設計により異なる。
上記ロータリーキルン操業方法により、ロータリーキルンへの原料鉱石の搬送系統でのハンドリング性を悪化させることなく、ロータリーキルンの原料鉱石供給側で直接ロータリーキルン内部へ水添加を行ない、しかもその量を調節することで、ロータリーキルンの排ガス煙道のトラブルを起こすことなく、ロータリーキルンの排ガス温度又は排ガス中の水分率を所望値に制御して、ロータリーキルンの排ガスファンの寿命延長、及び電気集塵機の集塵効率の向上を達成するとともに、ロータリーキルンでの原料鉱石の処理量を増加させることができる。
上記方法に用いる原料鉱石としては、特に限定されるものではなく、種々の鉄鋼及び非鉄金属の鉱石等が用いられるが、この中で、ガーニエライト鉱等の酸化ニッケル鉱石が好ましく用いられる。上記酸化ニッケル鉱石としては、一般に、ガーニエライト鉱等のケイ酸マグネシウム鉱石が使用される。最も一般的に用いられるガーニエライト鉱の代表的な組成としては、乾燥鉱換算でＮｉ品位が２．１〜２．５重量％、Ｆｅ品位が１１〜２３重量％、ＭｇＯ品位が２０〜２８重量％、ＳｉＯ２品位が２９〜３９重量％、ＣａＯ品位が＜０．５重量％、灼熱減量が１０〜１５重量％であり、ロータリーキルンへ装入される原料鉱石には、１０〜３０重量％の付着水と灼熱減量分の結晶水が含有されている。
以下に、本発明の実施例及び比較例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例によってなんら限定されるものではない。なお、本発明の実施例及び比較例では、図１に示す設備フローにより、代表的な組成のガーニエライト鉱を用いて焼成を行なった。ここで用いたフェロニッケル製錬用の鉱石焼成用ロータリーキルンは、直径４．８ｍ、及び長さ１０５ｍであった。なお、ドライヤーにおける原料鉱石の出口水分は、２２〜２４重量％になるように管理された。また、ロータリーキルンは、焼成鉱石の温度を８００℃になるように管理して操業した。
（実施例１）
上記条件での操業において、本発明の方法によるキャンペーンを行なった。このとき、ロータリーキルンへのガーニエライト鉱の供給量は、ドライヤーからの乾燥鉱石が湿量規準で１００トン／ｈであった。ここで、水添加設備を用いて、ロータリーキルンの原料鉱石供給側から２トン／ｈで水を添加した。このときの排ガス温度と電気集塵機の荷電状態を測定した。また、乾燥鉱石のハンドリング性の悪化によるトラブル度数（期間当たり）も求めた。結果を表１に示す。
上記条件での操業において、本発明の方法によるキャンペーンを行なった。このとき、ロータリーキルンへのガーニエライト鉱の供給量は、ドライヤーからの乾燥鉱石が湿量規準で１００トン／ｈであった。ここで、水添加設備を用いて、ロータリーキルンの原料鉱石供給側から２トン／ｈで水を添加した。このときの排ガス温度と電気集塵機の荷電状態を測定した。また、乾燥鉱石のハンドリング性の悪化によるトラブル度数（期間当たり）も求めた。結果を表１に示す。
（実施例２）
上記条件での操業において、本発明の方法によるキャンペーンを行なった。このとき、ロータリーキルンへのガーニエライト鉱の供給量は、ドライヤーからの乾燥鉱石が湿量規準で１１０トン／ｈであった。ここで、水添加設備を用いて、ロータリーキルンの原料鉱石供給側から２トン／ｈで水を添加した。このときの排ガス温度と電気集塵機の荷電状態を測定した。また、乾燥鉱石のハンドリング性の悪化によるトラブル度数（期間当たり）も求めた。結果を表１に示す。
上記条件での操業において、本発明の方法によるキャンペーンを行なった。このとき、ロータリーキルンへのガーニエライト鉱の供給量は、ドライヤーからの乾燥鉱石が湿量規準で１１０トン／ｈであった。ここで、水添加設備を用いて、ロータリーキルンの原料鉱石供給側から２トン／ｈで水を添加した。このときの排ガス温度と電気集塵機の荷電状態を測定した。また、乾燥鉱石のハンドリング性の悪化によるトラブル度数（期間当たり）も求めた。結果を表１に示す。
（比較例１）
上記条件での操業において、従来方法による操業を行なった。このとき、ロータリーキルンへのガーニエライト鉱の供給量は、ドライヤーからの乾燥鉱石が湿量規準で１００トン／ｈであった。ここで、ロータリーキルンへの水の添加を停止した。このときの排ガス温度と電気集塵機の荷電状態を測定した。また、乾燥鉱石のハンドリング性の悪化によるトラブル度数（期間当たり）も求めた。結果を表１に示す。
上記条件での操業において、従来方法による操業を行なった。このとき、ロータリーキルンへのガーニエライト鉱の供給量は、ドライヤーからの乾燥鉱石が湿量規準で１００トン／ｈであった。ここで、ロータリーキルンへの水の添加を停止した。このときの排ガス温度と電気集塵機の荷電状態を測定した。また、乾燥鉱石のハンドリング性の悪化によるトラブル度数（期間当たり）も求めた。結果を表１に示す。
表１から明らかなように、比較例１では、従来操業のように水添加設備を使用していないので、ロータリーキルンの原料鉱石供給量が１００トン／ｈの場合、排ガス温度は３２０〜３３０℃であり、電気集塵機の荷電状態は、荷電電圧が５５ｋＶ、及び荷電電流が１５５ｍＡであった。これに対して、実施例１では、排ガス温度は、２８０〜２９０℃に低下し、電気集塵機の荷電状態は、荷電電圧が６０ｋＶ、及び荷電電流が１６５ｍＡと向上することが分かる。さらに、実施例２では、実施例１において排ガスファンの耐熱温度と電気集塵機の荷電状態に余裕があるため、燃料と燃焼空気量を増加してロータリーキルンの原料鉱石供給量を１１０トン／ｈに増加しても、排ガス温度は、３１０〜３２０℃と低く、電気集塵機の荷電状態は、荷電電圧が５５ｋＶ、及び荷電電流が１５５ｍＡと従来操業の場合と同様であることが分かる。
また、比較例１での乾燥鉱石のハンドリング性の悪化によるトラブル度数１に対して、実施例１又は２では、乾燥鉱石ハンドリング性の悪化によるトラブル度数は０に減少させることができることが分かる。
また、比較例１での乾燥鉱石のハンドリング性の悪化によるトラブル度数１に対して、実施例１又は２では、乾燥鉱石ハンドリング性の悪化によるトラブル度数は０に減少させることができることが分かる。
以上より明らかなように、本発明のロータリーキルンの操業方法は、鉄鋼及び非鉄金属の鉱石等の原料鉱石を装入し、燃料の燃焼熱等により加熱させて焼成と部分還元処理を行なう向流加熱方式のロータリーキルンの操業方法において、ロータリーキルンの排ガス温度の低下、又は電気集塵機の集塵効率の向上を達成するとともに、ロータリーキルンでの原料鉱石の処理量を増加させる方法として好適である。
１ ロータリーキルン
２ 乾燥鉱石
３ 化石燃料
４ 焼成鉱石
５ 酸化ニッケル鉱石
６ ロータリードライヤー
７ ロータリーキルン排ガス
８ 水添加設備
９ 水
１０ 電気集塵機
２ 乾燥鉱石
３ 化石燃料
４ 焼成鉱石
５ 酸化ニッケル鉱石
６ ロータリードライヤー
７ ロータリーキルン排ガス
８ 水添加設備
９ 水
１０ 電気集塵機
Claims (2)
- 予めドライヤーで水分の一部が除去された原料鉱石を装入し、燃料の燃焼熱により加熱させて焼成と部分還元処理を行なう、向流加熱方式のロータリーキルンの操業方法において、
ロータリーキルンの原料鉱石供給側から、上記原料鉱石の装入に加え、排ガス温度の上昇を抑制することによりファン寿命の延長をはかるとともに、排ガス中に存在するダストの電気集塵機での集塵効率を向上させるのに十分な量の水を、以下に示す（１）〜（３）のいずれかの方法により、間欠的又は継続的に添加することを特徴とするロータリーキルンの操業方法。
（１）前記水の添加量は、ロータリーキルンから排出される排ガスの温度を測定し、該ロータリーキルン内への持込水分量を一定値にするように調節する。
（２）前記水の添加量は、ロータリーキルンから排出される排ガスの温度を測定し、調節後の排ガス温度を排ガスファンの耐熱温度以下にするように調節する。
（３）前記水の添加量は、ロータリーキルンに連結する電気集塵機での荷電状態を測定し、調節後の荷電状態を設計荷電域内の数値に上昇させるように調節する。 - 前記原料鉱石は、フェロニッケル製造用に用いる酸化ニッケル鉱石であることを特徴とする請求項１に記載のロータリーキルンの操業方法。
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