JP5407436B2 - 移動型炉床炉への原料装入方法および原料装入装置 - Google Patents

Description

本発明は、移動型炉床炉への原料装入方法および原料装入装置、とくに鉄含有物等からなる原料を広幅の移動床上に、炉幅方向に均等に装入堆積させるための有効な原料装入方法とこの方法に用いる原料装入装置に関する。

還元鉄等の製造プロセスのひとつに、水平方向に移動する炉床上に、鉄鉱石と固体還元剤とを装入して堆積させ、上方から輻射伝熱によって鉄鉱石を加熱し、還元することにより還元鉄を製造する、いわゆる移動型炉床炉法がある(特許文献１〜３）。この既知の方法で用いられる移動型炉床炉は、炉床が加熱炉内を水平に移動する過程で装入原料を加熱する形式の炉であり、水平に移動する炉床が、図１に示すような回転(旋回)しながら移動するのが普通である。

上記の移動型炉床炉として、回転炉床炉の例について説明する。
従来の回転炉床炉は、図１に示すように、原料の供給側から排出側に向かって、予熱帯１０ａ、還元帯１０ｂ、溶融帯１０cおよび冷却帯１０ｄに区画された環状の炉体１０を有し、その炉体内に環状の移動床１１を回転移動するように配設した構成を有するものである。その移動床１１上には、例えば、鉄鉱石や製鉄ダストやスラッジのペレット、ブリケットなどの原料と固体還元剤である炭材との混合物（炭材内装ペレットであってもよい）が装入される。この移動床１１は、表面に耐火物が施工してあるが、例えば粒状耐火物を堆積させたものであってもよい。そして、炉体１０の側壁には、バーナー１３が配設してあり、このバーナー１３を熱源として、移動床１１上に堆積させた鉄鉱石等を炭材介在の下に加熱し、還元して還元鉄を得るようになっている。なお、図１において、符号１４は原料を炉床上へ装入する原料装入装置、符号１５は還元鉄を排出する排出装置である。

このような移動型炉床炉の操業において重要なことは、移動床上にある原料装入層へのバーナーによる加熱に当たって、いかに均一にしかも円滑な熱供給を行うかである。この炉の場合、バーナーによって加熱するとき、熱はまず炉内の輻射伝熱によって原料装入層に伝わり、そして伝導伝熱によって原料装入層内に伝達される。その熱の伝導速度は、物質固有の伝熱係数と層厚とによって決まり、層厚が厚いほど還元反応が完了するまでの時間がかかることが知られている。従って、もし原料装入層の層厚にムラがあると、原料装入層全体の還元を完了させようとすると、最も厚い層厚部分の還元反応が完了するのを待たなければならない。このことから、移動型炉床炉の操業においては、装入層の層厚のムラ（変動）を抑制するための原料装入方法の検討が重要な課題となる。

この点に関し、特許文献４は、移動型炉床炉における原料の装入に当たって、炭材層と原料層の２層構造を作るための装入方法を提案しており、また、特許文献５は、原料装入層の層厚を自由に変更するための可動式の均し機構を具えた原料供給装置を開示している。さらに、特許文献６は、２層構造の原料装入層を形成する場合において、特許文献３の原料供給装置を改良して、原料層厚の変動を抑制する技術を提案している。

特許第３８７３３６７号公報 特許第３８４５９７８号公報、 特許第３５１３８３２号公報 特許第３８７９３７５号公報 特開２００４−３６０９５３号公報 特開２００４−２５８３５０号公報

上述したように、特許文献５および６のような原料供給（装入）装置による層厚調節はある程度有効である。しかしながら、これらの提案に係る原料供給（装入）装置では、加熱炉が大型化して炉幅が大きくなると、該原料供給（装入）装置に付帯させている層厚調節装置（レベラー）がうまく機能せず、装入層表面が不均一（炉幅方向での層厚の違い）になりやすいという問題があった。とくに、近年、移動型炉床炉は、直径５０ｍ、炉幅１０ｍ以上もの回転炉床炉も現われているのが実情である。その結果、炉幅方向に横架されているレベラーの回転軸は自重によって大きく撓むようになり、このことが、炉幅方向における前記層厚分布の変動を一層助長するという問題を招いていた。

本発明の目的は、炉体が大型化しても原料装入層の炉幅方向における層厚均一性を確保するのに有効な原料の装入方法とその装置を提案することにある。

上記目的の実現に向けた研究の中で、発明者らは、以下に記述する要旨構成に係る解決手段に想到した。即ち、本発明は、
加熱炉内を水平に移動する移動床上に、鉄含有物と固体還元剤を含む原料を装入して積み付け、この移動床が炉内を移動する間に加熱、還元して還元鉄を製造する形式の移動型炉床炉への原料装入方法において、移動床の上に、前記原料を炉幅方向に並列配置した複数の原料ホッパから複数位置に切り出して堆積させるとともに、その原料装入層の層厚調節を行い、かつ隣り合う前記原料ホッパを、隣接するものどうしの間隔（Ｄ）が、該原料ホッパ下端部から装入面までの距離を（Ｌ）とし、原料の安息角を（θ）としたときに、次式：
ｔａｎθ＜２Ｌ／Ｄ
を満足するように並列配置した態様で装入することを特徴とする移動型炉床炉への原料装入方法を提案する。

本発明の方法においては、
（１）前記層厚調節は、並列配置された原料ホッパ下の炉幅方向に横架した回転軸と、この回転軸に取付けられ回転によって揺動する層厚調節用可動板とを備える層厚調節装置により行うこと、
（２）前記層厚調節は、前記層厚調節用可動板の揺動角度を変えることにより行うこと、
（３）前記層厚調節は、架台上に昇降自在に設置した原料ホッパーの昇降により行うこと、
（４）前記層厚調節は、原料ホッパーの前面に設置した昇降するスライドゲートを使って行うこと、
がより好ましい解決手段となる。

本発明はまた、
加熱炉内を水平に移動する移動床上に、鉄含有物と固体還元剤を含む原料を装入して積み付け、この移動床が炉内を移動する間に加熱、還元して還元鉄を製造する形式の移動型炉床炉において、この炉の前記移動床上の炉幅方向に沿って並列に配置してなる複数個の原料ホッパと、この原料ホッパ下の炉幅方向に横架した回転軸と、この回転軸に取付けられ回転によって揺動して装入面の層厚調整を行う層厚調節用可動板とによって構成された層厚調節装置とを備え、かつ隣り合う前記原料ホッパは、隣接するものどうしの間隔（Ｄ）が、該原料ホッパ下端部から装入面までの距離を（Ｌ）とし、原料の安息角を（θ）としたときに、次式：
ｔａｎθ＜２Ｌ／Ｄ
を満足するように並列配置したことを特徴とする移動型炉床炉への原料装入装置である。

本発明の装置においては、
（１）前記層厚調節装置は、回転軸の回転によって揺動する層厚調節用可動板の揺動角度を変えることによって行われるものであること、
（２）前記層厚調節装置は、架台上に設けたジャッキを介して昇降するようにした原料ホッパ自体で行うようにしたこと、
（３）前記層厚調節装置は、原料ホッパの移動方向側前面に配置されたスライドゲートを介して行うようにしたものであること、
が好ましい解決手段となる。

（１）本発明によれば、移動型炉床炉が大型化し、炉幅が大きくなった場合でも、原料装入層の炉幅方向における層厚の均一性を確保することができると共に、粒径分布の変動を抑制することができる。

（２）本発明によれば、大型（広幅）炉床に対応した原料装入装置を提供することができると共に、この場合であっても、炉幅方向における層厚均一性を確保するのに有効な解決手段が得られる。

（３）本発明によれば、原料装入層の均一で迅速な加熱、還元をもたらし、焼けムラを防止して、強度の高い還元鉄を高い生産性を維持して製造するのに有効な技術を提案することができる。

回転炉床炉の略線図である。 原料装入装置の一例を示す正面図ならびに側面図である。 従来技術下での層厚分布を示す図である。 本発明の層厚調節装置の一例を示す側面図である。 本発明の層厚調節装置の他の例を示す側面図である。 本発明を適用したときの層厚分布の一例を示す図である。 ２ホッパ時の層厚分布を説明する図である。 ２ホッパ時の装入による層厚分布の図である。 実施例における鉄鉱石の層厚分布の図である。 本発明を適用したときの層厚分布の一例を示す図である。

本発明は、基本的には、大型の移動型炉床炉（ただし、以下に述べる例は、「回転炉床炉」である）に対応する原料の装入方法ならびにそのための装置を提案するものである。この方法の実施のために、本発明では、図１に示す回転炉床炉１０の、水平方向に旋回移動する環状の移動床１１上（予め炭材を敷き詰めておく場合を含む）の予熱帯１０ａの入口部分に配設する原料装入装置１４として、以下の構成のものを用いる。例えば、以下の説明において、この原料装入装置１４は、図２に示すとおり、炉の大型化に対応して、炉幅方向（移動方向に直交する向き）に複数個、図示例では２基の原料ホッパ１４ａ、１４ｂを並列配置した例である。もちろん、本発明では、２基だけでなく３基以上の原料ホッパを並列配置したものであってもよい。なお、本発明において原料とは、鉱石およびコークス・石炭等の炭材（固体還元材）との混合物を言う。

本発明において、このように炉幅方向に複数の原料ホッパ１４ａ、１４ｂを並列配置する理由は、回転炉床炉１０が大型化すると、たとえ、特許文献５に示すような粉体材料供給装置を用いて装入層表面の掻き均し処理を行ったとしても、それは所詮、炉長方向（炉床移動方向）の層厚変更を修正するものであって、炉幅方向の層厚変動を抑制する効果は小さいのが普通である。即ち、図２、図３に示すように、この装置（レベラー）では、回転軸がそれの自重により炉幅方向の中央部が撓み、その結果、原料装入層の堆積層は、炉幅方向の中央が窪むと同時に両側部が高くなる不均一な層厚分布になる。

図３の場合で言うと、炉床中央からの距離が１０００ｍｍを超えるような原料ホッパ１４ａ、１４ｂ端部では、正の偏差、いわゆる層圧の厚い部分が発生し、その部分により多くの原料が装入されることとなる。装入された鉱石は加熱によって、還元反応を起すが、この反応は吸熱反応であり、層厚の厚い部分ほど多くの熱を必要とし、加熱にはより長い時間が必要となる。もし、層厚の厚い部分の銑滓分離を十分に行わせるためには、長時間の加熱操業が必要となり、それでは炉の生産性が落ちてしまう。一方、層厚の薄い部分に合わせて、操業すれば厚い堆積部分は熱不足の状態となり、大量の不良品を発生してしまう。大量の不良品が発生した場合、粒鉄が排出困難となる場合も多く、最悪の場合、操業の継続が難しくなることもある。

一方、図３で示す負の偏差いわゆる堆積層の層厚が薄い場合、不良品の発生は見られず、操業が困難になるということはないが、薄い部分が存在すると、移動床に装入される単位面積あたりの原料装入量が低下してしまい、生産性の低下を招くことになる。

そこで、本発明は、炉の大型化によって炉長方向ではなく炉幅方向に不均一な層厚分布になるのを解消するために、炉幅方向に複数の原料ホッパ１４ａ、１４ｂを並列配置し、これらの原料ホッパ１４ａ、１４ｂから同じ原料を等量づつ切り出して、回転軸の長手方向中央部の撓みに起因する炉幅方向における上記の不均一層厚分布を緩和する構造の原料装入装置を採用して対処することにしたのである。

なお、本発明において層厚調節と言うのは、原料ホッパ１４ａ、１４ｂから切り出され堆積させた原料装入層表面を掻き均して、炉幅方向における原料装入層の厚さを略均一に均す操作を言い、そのための手段は特に限定しないが、段落[００１０]および[００１７]に記載の装置および以下に例示する形態等を含むものとする。例えば、図４は、前記原料ホッパ１４ａ、１４ｂを架台１７上にジャッキ１８を介して昇降自在に設置した層厚調節装置１６の例を示し、該原料ホッパ１４ａ、１４ｂ自体を昇降調節して、炉幅方向の堆積層の山並みを均す装置である。なお、図示の１９は原料装入層、２０は床敷用炭材層である。

また、図５は、前記原料ホッパ１４ａ、１４ｂの前記炉床移動方向側下部に昇降するスライドゲート２１を設置して、これを昇降させることによって、炉幅方向での不均一層厚分布を掻き均すタイプの層厚調節装置１６の例を示す。

いずれにしても、例示した層厚調節装置１６により、原料ホッパ１４ａ、１４ｂから切り出されて堆積した原料装入層表面の、とくに炉幅方向における層厚変動をある程度なくすことができるようになる。

しかしながら、単に、炉幅方向に並列させた複数の原料ホッパ１４ａ、１４ｂを配設して切り出しただけでは、たとえ前記層厚調節装置１６があったとしても、それは炉長方向の層厚不均一を均すための炉幅方向の均一化にも十分であるとまでは言えない。それは、原料ホッパ１４ａ、１４ｂが複数になると、原料の堆積形状が炉幅方向で高低差をもつ山並み状態で積み付けられる結果、図３に示すような大きなうねりは解消されるものの、代わりに小さなうねり（高低差）が残ることになるからである。

その結果、隣り合う原料ホッパ１４ａ、１４ｂ相互間の間隔が大きすぎると、図６に示すように、原料の雪崩れ込みを考慮したとしてもなお不足する領域が発生し、たとえ図２、図４および図５に示すような層厚調節装置１６があったとしても、炉幅方向の層厚分布に一部不均一を生じる場合がある。その場合でも[００１９]で述べた生産性低下または熱不足の問題は生じないものの、原料装入量の点ではやや不利となる。

それを改善するためには、層厚調節装置の回転軸の軸方向（炉幅方向）に生じる撓みによる影響だけでなく、隣接する原料ホッパ１４ａ、１４ｂどうしの間隔、とくに切り出し原料の安息角θを考慮した適切な間隔を維持することが好ましい。

図７は、原料ホッパ１４ａ、１４ｂを２基配設してなる２ホッパ原料装入装置１４の例において、ホッパ間隔Ｄとホッパ下端から装入面までの距離Ｌと、鉱石（安息角３７°）を主体とする混合原料の安息角ｔａｎθとの関係を図示したものである。ここで、ホッパ間隔Ｄは、各ホッパ下端の粉体吐出口の最近接距離である。また、ホッパ下端から装入面までの距離Ｌは、ホッパ下端の粉体吐出口から、移動床上に直接、原料がある場合は炉床まで、炉床上に石灰やコークスの床敷炭材層がある場合は、その炭材層の表面までの距離である。

発明者らの実験によると、上記の関係は、ｔａｎθ＞２Ｌ／Ｄのときは、ホッパ間では、原料の流れ込み不足を生じ、図６、図８に示すように、ホッパ間の中央部に原料の堆積窪みが生じ、前記層厚調節装置１６を使ってもなお、炉幅方向に均一な層厚分布にすることは困難である。

一方、上記の関係において、ｔａｎθ＜２Ｌ／Ｄのときは、両ホッパ１４ａ、１４ｂからの流れ込みが適当に起こり、前記堆積窪みは縮小し、少なくとも前記層厚調節装置１６を使えば、炉幅方向への均一な層厚分布の確保に有効である。

なお、ｔａｎθ＜２Ｌ／Ｄのとき、２Ｌ／Ｄの上限（実質的にはＤの下限）は、単一ホッパに近づくため特に制限はない。実際には、隣接ホッパ１４ａ、１４ｂの間隔Ｄを小さくし過ぎると設備上の制約が生じるため、制約を生じない範囲で実施可能である。

本発明において用いる原料装入装置１４の一形態では、図２に示す例では、上記の原料ホッパ１４ａ、１４ｂ下の炉幅方向に沿って横架された回転軸１６ａと、この回転軸１６ａの回転によって揺動して装入層表面の層厚調節を果す層厚調節用可動板１６ｂと、によって構成される層厚調節装置１６を付帯させて行うのが好ましい形態である。

なお、この層厚調節装置１６は前記原料ホッパ１４ａ、１４ｂ直下の炉幅方向に掛け渡した回転軸１６ａを適当な間隔で懸吊支持するようにしてもよい。また、この回転軸１６ａに取付けた前記層厚調節用可動板１６ｂは一体のものでも、また、軸方向に複数個に分けて固定したものであってもよい。

この層厚調節装置１６による原料装入層表面の炉幅方向における均一装入は、前記回転軸１６ａを回転させることにより、この軸に固定した前記可動板１６ｂを移動床１１の移動方向に揺動させ、その揺動角度によって、該可動板１６ｂ下端と移動床１１またはコークス層との距離（高さＬ）の変動をもたらし、このことによって、既に積み付けた山なみ状態の堆積層表面の掻き均しと層厚調節に併せて実現することができる。

この実施例では、図２に示すような原料装入装置（２ホッパ、図２（ｂ）に示す層厚調節装置１６つき）を用い、石炭と鉄鉱石とからなる原料を回転炉床炉の移動床上（石炭床敷層５０ｍｍあり）に装入して操業したケースでの層厚変動を調査した。即ち、移動床上に、はじめに床敷用石炭を５０ｍｍの厚さに堆積させ、次いで、原料を２０ｍｍの層厚で積載した。混合原料のうち鉄鉱石の安息角は３７°、石炭の安息角は４２°であった。装入後、電極式の層厚測定装置を用いて、層厚を測定した。電極式の層厚測定装置は、針状のプローブの高さを測定しながら、差込み電気抵抗の変化を測定する装置を用いた。この層厚測定装置は、前記プローブが各層の境界面に到達すると、電気抵抗が大きく変化するため、そのときの高さを記録することで、層厚を測定するものである。
なお、使用した原料装入装置は、実験のために、各原料ホッパを固定せずに水平および上下に移動できるように配設したものを用いた。これによって、任意のＤとＬの測定が可能になるようにした。実験の条件および結果を表１に、そして、図９に示した。

図示したように、２Ｌ／Ｄがｔａｎθより小さくなると、ホッパ間の層厚標準偏差σは大きくなる。一方、２Ｌ／Ｄがｔａｎθよりも大きいとホッパ間とホッパ正面の層厚標準偏差σが変わらなくなり、層厚変動が更に低減できることが確められた。図１０は、発明法２−１の鉄鉱石の層厚分布を示すものであり、層厚分布は炉幅方向に均一になっていることが確められた。

本発明は、移動型炉床炉の原料装入技術として有用であるが、この技術はまた、他の例えば焼結設備の原料装入技術などとしても応用が可能である。

１０ 炉体
１０ａ 予熱帯１０ａ
１０ｂ 還元帯
１０ｄ 冷却帯
１１ 移動床
１３ バーナー
１４ 原料装入装置
１５ 排出装置
１４ａ、１４ｂ 原料ホッパ
１６ 層厚調節装置
１６ａ 回転軸
１６ｂ 層厚調節用可動板
１７ 架台
１８ ジャッキ
１９ 原料装入層
２０ 床敷用炭材層
２１ スライドゲート

Claims (9)

1. 加熱炉内を水平に移動する移動床上に、鉄含有物と固体還元剤を含む原料を装入して積み付け、この移動床が炉内を移動する間に加熱、還元して還元鉄を製造する形式の移動型炉床炉への原料装入方法において、移動床の上に、前記原料を炉幅方向に並列配置した複数の原料ホッパから複数位置に切り出して堆積させるとともに、その原料装入層の層厚調節を行い、かつ隣り合う前記原料ホッパを、隣接するものどうしの間隔（Ｄ）が、該原料ホッパ下端部から装入面までの距離を（Ｌ）とし、原料の安息角を（θ）としたときに、次式：
   ｔａｎθ＜２Ｌ／Ｄ
   を満足するように並列配置した態様で装入することを特徴とする移動型炉床炉への原料装入方法。
2. 前記層厚調節は、並列配置された原料ホッパ下の炉幅方向に横架した回転軸と、この回転軸に取付けられ回転によって揺動する層厚調節用可動板とを備える層厚調節装置により行うことを特徴とする請求項１に記載の移動型炉床炉への原料装入方法。
3. 前記層厚調節は、前記層厚調節用可動板の揺動角度を変えることにより行うことを特徴とする請求項２に記載の移動型炉床炉への原料装入方法。
4. 前記層厚調節は、架台上に昇降自在に設置した原料ホッパーの昇降により行うことを特徴とする請求項１に記載の移動型炉床炉への原料装入方法。
5. 前記層厚調節は、原料ホッパーの前面に設置した昇降するスライドゲートを使って行うことを特徴とする請求項１に記載の移動型炉床炉への原料装入方法。
6. 加熱炉内を水平に移動する移動床上に、鉄含有物と固体還元剤を含む原料を装入して積み付け、この移動床が炉内を移動する間に加熱、還元して還元鉄を製造する形式の移動型炉床炉において、
   この炉の前記移動床上の炉幅方向に沿って並列に配置してなる複数個の原料ホッパと、この原料ホッパ下の炉幅方向に横架した回転軸と、この回転軸に取付けられ回転によって揺動して装入面の層厚調整を行う層厚調節用可動板とによって構成された層厚調節装置とを備え、かつ
   隣り合う前記原料ホッパは、隣接するものどうしの間隔（Ｄ）が、該原料ホッパ下端部から装入面までの距離を（Ｌ）とし、原料の安息角を（θ）としたときに、次式：
   ｔａｎθ＜２Ｌ／Ｄ
   を満足するように並列配置したことを特徴とする移動型炉床炉への原料装入装置。
7. 前記層厚調節装置は、回転軸の回転によって揺動する層厚調節用可動板の揺動角度を変えることによって行われるものであることを特徴とする請求項６に記載の移動型炉床炉への原料装入装置。
8. 前記層厚調節装置は、架台上に設けたジャッキを介して昇降するようにした原料ホッパ自体で行うようにしたことを特徴とする請求項６に記載の移動型炉床炉への原料装入装置。
9. 前記層厚調節装置は、原料ホッパの移動方向側前面に配置されたスライドゲートを介して行うようにしたものであることを特徴とする請求項６に記載の移動型炉床炉への原料装入装置。

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