JP5408179B2 - 焼結機への原料装入装置 - Google Patents

Description

この発明は、焼結鉱を連続的に製造する焼結機に、焼結用原料を装入するための原料装入装置に関するものである。

高炉用原料として使用される焼結鉱は、一般に、次の方法により製造される。
造粒された焼結用原料をホッパーより焼結機のパレット上に、連続的に所定の層厚、例えば５００〜７００ｍｍ程度の高さの層厚にして供給する。次いで点火炉にて表層部中の炭材に点火し、下方に向けて強制的に空気を吸引しながら炭材を燃焼させる。燃焼時に発生する燃焼熱によって焼結鉱原料を焼結し、塊成化する。こうして焼成された「焼結ケーキ」を破砕し、冷却する。冷却後整粒して３〜５ｍｍ以上の粒子の内、品質基準を満たすものを「成品焼結鉱」として高炉に装入する。品質不合格品及び破砕・整粒過程で発生した３〜５ｍｍ以下の粉焼結鉱は、返鉱として再度焼結用原料として使用される。

こうして製造される高炉用原料として使用される焼結鉱の品質は、高炉操業時の荷下がり状態の安定性や通気・通液性、還元効率及び高温性状等に対して大きな影響を及ぼす。従って、焼結鉱に対して高品質が要求され、厳しい品質管理が行なわれると共に、またその製造コスト低減のために、焼結鉱の成品歩留向上が要請される。

上記焼結鉱に対する高品質の維持、高成品歩留の維持、及び製造コスト低減、並びに、生産性の向上を図るための極めて重要な条件の一つは、焼結機パレットへ装入する焼結用原料の層内粒度分布と成分分布との両方を適切に調節することである。層内粒度分布と成分分布との両方を適切に調節することにより、５００〜７００ｍｍ程度の高さを有する原料層内の通気性を確保して炭材の燃焼を向上させると共に、その燃焼熱による焼結鉱原料の溶融・焼結反応を適切に制御することが可能となる。そこで、従来、パレットに装入された焼結用原料の層内粒度分布及び成分分布を調節するための多数の原料装入技術が提案されている。

例えば、特許文献１には、図１に示されるような原料装入装置が提案されている。焼結用原料３はホッパー１からロールフィーダー２で送り出されて落下する。落下した焼結用原料３は、ロールフィーダー２に対向して下方に傾斜する平板状シュート４を滑り降下する。その平板状シュート４の下方略延長線上に所定ピッチで複数本のロープ又はロッド５が、焼結機パレット６の幅方向に配設され、複数のスリット状隙間７が形成される。滑り降下した焼結用原料はその複数のスリット状隙間７から焼結機パレット６上に落下し、所定厚さの原料層８を形成する。上記複数本の所定ピッチで配設され、スリット状隙間７を形成した構造体である粒度偏析装入機構９の下方傾斜方向は、焼結機パレット６の移動方向（図１中の矢印ｘ方向）に対向している。スリット状隙間７は上方の平板状シュート４側で狭く、下方の焼結機パレット６側で広い。かくして、パレット６に装入された原料層８内部の焼結用原料の粒度分布は、下層部に粗粒、上層部に細粒のものが堆積するように調節することができる（以下、先行技術１という）。

また他の例として、特許文献２には、図２に示されるような原料装入装置が提案されている。焼結用原料３はホッパー１からロールフィーダー２で送り出されて落下する。落下した焼結用原料は、上記ロールフィーダー２の下方に設けられ且つ焼結用原料の落下方向に対向して回転するドラムフィーダー１０により受けられる。このドラムフィーダー１０の前面から下方に傾斜し、なだらかに下方に湾曲した曲面上に、所定ピッチで複数本のロッド又はロープ５が、焼結機パレット６の幅方向に配設され、複数のスリット状隙間７を形成している。上記ドラムフィーダー１０により落下速度が減速された焼結用原料は、その複数のスリット状隙間７から焼結機パレット６上に落下し、所定厚さの原料層８を形成する。上記複数本の所定ピッチで配設され、スリット状隙間７を形成した構造体である粒度偏析装入機構９の下方傾斜方向は、焼結機パレット６の移動方向（図２中の矢印ｘ方向）に対向している。そして、スリット状隙間７は上方のドラムフィーダー１０側で狭く、下方の焼結機パレット６側で広い。かくして、パレット６に装入された原料層８内部の焼結用原料の粒度分布は、下層部に粗粒、上層部に細粒のものが堆積するように調節することができる（以下、先行技術２という）。

上述したように、先行技術１及び２によればいずれも、焼結機パレット６に装入された原料層８内部の焼結用原料の粒度について、下層部に粗粒、上層部に細粒のものが堆積する粒度分布に形成することができる。しかし、原料層８内部の層内成分分布の調節については、上述した先行技術１及び先行技術２等の従来技術による焼結機パレット６への原料装入技術では、その焼結用原料の構成成分、例えば、固体燃料である粉コークス等炭材や、スラグ成分であるＣａＯ等の層内分布を調節することはできない。

また、特許文献２記載のシュートを連続的にカーブさせた原料供給装置にあっては、なだれ現象を防止できるが、粒子速度とロッド配置カーブの曲率のバランスを取るのが困難で、原料粒子の分級が不十分になるという問題とシュートの終端に到達する前に、全ての粒子がロッド間より落下してしまうという問題を生じる。

実公平３−４３５９９号公報 特開平８−３１１５６８号公報

この発明の目的は、焼結機パレットの原料層内の粒度分布に加えて、成分分布の調節性向上を図り、高品質、高歩留、高生産性が得られるようにするための焼結機への原料装入装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、焼結用原料をパレットに供給するための原料供給機構と、その上端が前記原料供給機構の近傍に位置し、その下端が前記パレットの上方に位置する、前記パレットの移動方向とは反対の方向に向けて傾斜しているシュートからなる焼結機への原料装入装置を提供する。

前記シュートは、前記パレットの幅方向に、その上端から下端に向けて互いに所定間隔を空けて平行に配設された複数本のロッドからなり、その上端からその下端に向けて凹面状に湾曲した形状を有する。

前記シュートの水平方向の長さの上端側１／３に対応する範囲における、隣接するロッド間を結ぶ勾配の変化率の平均値は、下端側２／３に対応する範囲における勾配の変化率の平均値に対して１．５倍〜１０倍である。

図１（ａ）は、従来の焼結機への原料装入装置の一例を示す概略垂直断面図である。
図１（ｂ）は、図１（ａ）の原料装入装置の偏析装入機構におけるスリット状隙間を模式的に示す図である。
図２は、従来の焼結機への原料装入装置の他の例を示す概略垂直断面図である。
図３は、第１の実施形態に係わる焼結機への原料装入装置を示す垂直断面図である。
図４は、第１の実施形態に係わる原料装入装置におけるシュートを示す正面図である。
図５は、図４のＡ−Ａ線断面図である。
図６は、第２の実施形態に係わる焼結機への原料装入装置を示す垂直断面図である。
図７は、第３の実施形態に係わる焼結機への原料装入装置を示す垂直断面図である。
図８は、第４の実施形態に係わる焼結機への原料装入装置を示す垂直断面図である。
図９は、本実施形態で使用されるシュートにおいて隣接するロッド間の距離を示すグラフである。
図１０は、本実施形態における実施例のシュートの形状曲線を示すグラフである。
図１１は、本実施形態における比較例１のシュートの形状曲線を示すグラフである。
図１２は、本実施形態における比較例２のシュートの形状曲線を示すグラフである。
図１３（ａ）は、本実施形態の実施例における原料層中のＣａＯの割合を示すグラフである。
図１３（ｂ）は、本実施形態の比較例１における原料層中のＣａＯの割合を示すグラフである。
図１３（ｃ）は、本実施形態の比較例２における原料層中のＣａＯの割合を示すグラフである。
図１４（ａ）は、本実施形態の実施例における原料層中の平均粒径およびＣの割合を示すグラフである。
図１４（ｂ）は、本実施形態の比較例１における原料層中の平均粒径およびＣの割合を示すグラフである。
図１４（ｃ）は、本実施形態の比較例２における原料層中の平均粒径およびＣの割合を示すグラフである。

本発明者等は、隣接するロッド間を結ぶ直線の勾配の変化率（概念的にはシュートの形状曲線を２階微分した値）に着目し、この勾配の変化率を所定の範囲に設定することで、粒子が進行方向を変えると共にその速度の低下が適切になり、シュートの全長にわたり均一に分散して粒子を落下させることができることを知見した。

本発明の焼結機への原料装入装置は、焼結用原料をパレットに供給するための原料供給機構と、その上端が前記原料供給機構の近傍に位置し、そして、その下端が前記パレットの上方に位置する、前記パレットの移動方向とは反対の方向に向けて傾斜しているシュートとからなる。前記シュートは、前記パレットの幅方向に、その上端から下端に向けて互いに所定間隔を空けて平行に配設された複数本のロッドからなり、その上端からその下端に向けて凹面状に湾曲した形状を有する。前記シュートの水平方向の長さの上端側１／３に対応する範囲における、隣接するロッド間を結ぶ勾配の変化率の平均値は、下端側２／３に対応する範囲における勾配の変化率の平均値に対して１．５倍〜１０倍である。

本発明によれば、原料がシュートで適正量落下し、しかも、シュートの装置長方向（原料粒子および装入パレットの進行方向）での落下量の分布が分散する。したがって、大きな偏析と適当な装入密度の原料層が得られ、焼結歩留りと生産率を向上することができる。

以下、添付図面に基づいて、第１の実施形態における原料装入装置について説明する。図３は原料装入装置の概略垂直断面図を示すものである。この原料装入装置は、原料１０７をパレット１０５に供給するための原料供給機構と、シュート１１４とを備える。

原料供給機構は、幅方向に均一に原料１０７を載せて、原料１０７を矢印の方向に移動するベルト式フィーダ１０３からなる。

シュート１１４は、その上端がベルト式フィーダ１０３の排出端近傍に位置し、その下端がパレット１０５の上方に位置し、パレット１０５の移動方向とは反対の方向に向けて傾斜している。案内シュート１１７は、ベルト式フィーダ１０３の排出端と、シュート１１４の上端との間に位置する板状のシュートである。原料１０７がシュート１１４に適切な角度および速度で進入する場合には、案内シュート１１７は必ずしも必要でない。

図４は、シュートの正面図を示し、図５は、図４のＡ−Ａ線断面図を示す。シュート１１４は、パレット１０５の幅方向に、その上端から下端に向けて互いに所定間隔を空けて平行に配設された複数本のロッド１１５からなるスクリーン状に形成されている。ロッドにはワイヤ等の線状部材も含まれる。このシュート１１４は、その上端から下端に向けてなだらかな凹面状に形成されている。また、シュート１１４は、水平方向の長さＬの上端側１／３に対応する範囲Ｌ１における、隣接するロッド１１５間を結ぶ勾配の変化率の平均値が、下端側２／３に対応する範囲Ｌ２における勾配の変化率平均値の１．５倍〜１０倍になるように形成される。連結部材１１６は、シュート１１４を構成する複数本のロッド１１５を、所定間隔を空けて、相互に連結する。この連結部材１１６は、ロッド１１５の幅方向に所定間隔を空けて例えば４個取り付けられる。ロッド１１５の隙間は、全般的にはシュート１１４の上端側１１４ａのほうが、下端側１１４ｂよりも小さいが、上部から下部に向って一様に拡大している必要はない。例えば上端と下端のロッドの途中で、一部で隣接するロッド間隔で、下部側が小さくなり、さらにその下部では再び増大して、上端側より大きなロッド間隔となる様に配置することも可能である。

ベルト式フィーダ１０３の排出端から、案内シュート１１７を介して排出された原料１０７は、凹面状に形成されたシュート１１４上を滑降する際に、原料１０７の一部の粒子がロッド１１５に衝突し、次々に進行方向を上方に持ち上げるように曲げられる。このとき、上端側１／３に対応する範囲Ｌ１における、隣接するロッド１１５間を結ぶ勾配の変化率の平均値が、下端側２／３に対応する範囲Ｌ２における勾配の変化率の平均値よりも大きく、具体的には１．５倍から１０倍になるように、ロッド１１５を配置すると、粒子が進行方向を変えると共にその速度の低下が適切になり、シュート１１４の全長にわたり均一に分散して粒子を落下させることができる。すなわち、案内シュート１１７を介して排出された原料のうち、粗粒の一部は、複数本のロッド１１５からなるシュート１１４上を滑降し、また、粗粒の残りの部分は、シュート１１４下部を構成する複数本のロッド１１５間の広い隙間から落下して、連続的に移動するパレット１０５内のグレートバー１０６上に供給される。一方、細粒の原料は、シュート１１４上部を構成する複数本のロッド１１５間の狭い隙間から落下して、パレット１０５内のグレートバー１０６上に供給される。したがって、シュート１１４直下に落下する原料粒子量が装置長方向に分散される。かくして、パレット１０５内の下層１０７ａに粗粒原料が供給され、上層１０７ｂに細粒原料が供給され、しかも細粒原料の層は、上部ほど細粒になる。このため、粒度が偏析した原料層が形成される。また、偏析することで、原料層中のＣおよびＣａＯが下層から上層に向けて次第に多くなり、品質の優れた焼結鉱を高歩留まりで製造することができる。さらに、原料１０７が分散して落下するので、パレット１０５上への落下衝撃が低下して、ソフトに装入された通気性のよい原料層を得ることができる。

なお、ロッド中心間を結ぶ直線の勾配の変化率は、ロッド配置が関数で定義された曲線上に乗っている場合は、この関数の各ロッド中心位置での２階微分値をもって算出できる。ロッド中心位置の配置が関数で定義されない場合でも簡易的に下記の数式１により算出することができる。
｛（y3−y2）/（x3−x2）−（y2−y1）/（x2−x1）｝/（x3−x1）
＝｛（y3−y2）（x2−x1）−（y2−y1）（x3−x2）｝/｛（x2−x1）（x3−x2）（x3−x1）｝
・・・ 数式１
ここで、水平方向をｘ軸、垂直方向をｙ軸とし、隣接する３本のロッドの中心位置の座標をそれぞれ、（x1，y1）、（x2，y2）および（x3，y3）とした。
上記数式１から隣接する３本のロッド中心位置から勾配の変化率を算出してロッドの配置を決定すれば、本発明における効果を奏することができる。

なお、この簡易算出法は３点で定義されるものであるから、シュートの両端のロッドでは勾配の変化率は算出しない。すなわち、ｎ本のロッドからなるシュートではｎ−２点の勾配変化率につき、水平方向の範囲を考慮して平均値を算出する。このロッドの配置の有効性はロッド上を原料が流れることにより得られるものであるから、物理的に原料が流れ得ない位置に配置したロッドは、シュートの水平長を考慮する際の範囲には含めない。

ここで、上端側１／３に対応する範囲Ｌ１における、隣接するロッド間を結ぶ勾配変化率の平均値が、下端側２／３に対応する範囲Ｌ２における勾配の変化率の平均値に対して１０倍よりも大きいと、粒子の減速が大きくなりすぎ、シュート１１４の途中で全ての原料が落下してしまう。また、１．５倍よりも小さいと、シュート上端側１／３の範囲Ｌ１での粒子の減速が小さく、粒子が下端側２／３の範囲Ｌ２に大きな滑降速度で進むことになる。範囲Ｌ２における勾配の変化率の平均値は、範囲Ｌ１における勾配の変化率の平均値よりも小さいため、充分な減速効果を得ることができず、粒子がロッド１１５間の隙間から落下する割合が低下して、大部分の粒子がシュート１１４下端から飛び出してしまう。

なお、粒子の進行方向を変化し、粒子を減速することなく、ロッド１１５の隙間から粒子を落下させる割合を制御し、シュート１１４の直下に均一に粒子を落下させることは、落下させたい部分のロッド１１５の隙間を調整することで可能であるが、隙間を広げるとすべての粒子が隙間から落下することになり、粒度が偏析した原料層を得ることができない。

図６は、第２の実施形態における原料装入装置を示すものである。この原料装入装置において、原料供給機構は、原料１０７が装入され、側壁下部に切り出しゲート１０１ａを有するホッパ１０１と、ホッパ１０１の下端開口に設けられたロールフィーダ１０２からなっている点が、上記第１の実施形態と異なる。

図７は、第３の実施形態における原料装入装置を示すものである。この原料装入装置において、原料供給機構は、原料１０７が装入され、側壁下部に切出しゲート１０１ａを有するホッパ１０１と、ホッパ１０１の下端開口に設けられたロールフィーダ１０２を有し、さらに第２の実施形態と異なり、ロールフィーダ１０２の斜め下に設けられたロールフィーダ１１８を有する。ロールフィーダ１１８は、切出しゲート１０１ａの斜め下に設けられている。ロールフィーダ１１８の回転により、原料のシュートへの進入角度、補助的な速度調整が可能である。

図８は、第４の実施形態における原料装入装置を示すものである。この原料装入装置において、原料供給機構は、原料１０７が装入され、側壁下部に切出しゲート１０１ａを有するホッパ１０１と、ホッパ１０１の下端開口に設けられたロールフィーダ１０２を有し、その下に直線状に配置された複数個のローラー１１９を有する。ローラー１１９により、原料のシュートへの進入角度が調整可能である。

発明の実施例を比較例と対比しながら説明する。図３ないし図５に示す一実施形態の原料装入装置を使用して、パレット内への原料の供給を行った。同装置におけるシュートの構成は以下の通りである。
１）シュートの形状曲線：
ｙ＝−｛√（０．４５６＋０．１２ｘ）｝／０．０６＋１１．２６で、ｘ≧０の部分を用いた。ただしｘ，ｙはｃｍ値
２）ロッドの直径：１１．５ｍｍ
３）ロッド数：２２本
４）ロッド間隔：図９に示す。この図において、横軸はロッドの番号、縦軸は隣接するロッド（ワイヤ）間の間隔を示す。ロッドには、上端側から下端側に向けて順番に１，２，３…２１と番号を附している。ロッドの間隔は、上端側のほうが下端側よりも小さく設定され、上端側１／３の範囲をすぎた辺りから徐々に広くなるように設定されている。
５）［水平方向の長さの上端側１／３に対応する範囲における、隣接するロッド間を結ぶ勾配の変化率の平均値］／［水平方向の長さの下端側２／３に対応する範囲Ｌ２における、隣接するロッド間を結ぶ勾配の変化率の平均値］＝Ｒとすると、
Ｒ＝６．５
シュートの形状曲線を図１０に示す。図１０中、横軸はシュート上端からの水平方向距離（ｃｍ）を示し、縦軸はシュート上端からの垂直方向距離（ｃｍ）を示す。この図からシュートは放物線に形成されていることがわかる。

次に比較例のシュートの構成について説明する。まず、比較例１について説明する。
１）シュートの形状曲線：
ｙ＝０．０１２ｘ^２−１．４８３ｘで、ｘ≧０の部分の曲線を用いた。ただしｘ，ｙはｃｍ値
２）ロッドの直径およびロッド数は実施例と同じ
３）Ｒ＝１．０
比較例１のシュートの形状曲線を図１１に示す。図１１中、横軸はシュート上端からの水平方向距離（ｃｍ）を示し、縦軸はシュート上端からの垂直方向距離（ｃｍ）を示す。この図からシュートは放物線に形成されていることがわかる。比較例を実施例と比較すると、比較例では、シュートの上端側１／３の範囲における勾配の変化率が、シュートの下端側２／３における勾配の変化率に比べ、小さくなっているのがわかる。

次に比較例２について説明する。
１）シュートの形状曲線：
ｙ＝５００００／（ｘ＋１２）^３−２８．９４で、ｘ≧０の部分の曲線を用いた。ただしｘ，ｙはｃｍ値
２）ロッドの直径およびロッド数は実施例と同じ
３）Ｒ＝８８
比較例２のシュートの形状曲線を図１２に示す。図１２中、横軸はシュート上端からの水平方向距離（ｃｍ）を示し、縦軸はシュート上端からの垂直方向距離（ｃｍ）を示す。この図からシュートは３次曲線に形成されていることがわかる。比較例を実施例と比較すると、比較例では、シュートの上端側１／３の範囲における勾配の変化率が、シュートの下端側２／３における勾配の変化率に比べ、極めて大きくなっていることがわかる。

図１３、図１４は、上述した実施例および比較例の装置を使用し、パレット内に原料を供給したときの、層方向の高さと、層中の平均粒径、Ｃ、ＣａＯの割合との関係を示すグラフである。

まず、平均粒径について説明する。実施例の平均粒径は、層上部から層下部に向けて次第に大きくなる。層上部の粒径と層下部に粒径の差は、４．５ｍｍ−２．５ｍｍ＝２ｍｍ程度である。これに対し、比較例１の粒径の差は、４．２ｍｍ−２．７５ｍｍ＝１．４５ｍｍである。また、比較例２の粒径の差は、４．１ｍｍ−２．８ｍｍ＝１．３ｍｍである。したがって、実施例において、分級効果の大きい、すなわち、粒度偏析の大きい原料層が得られるのがわかる。また、実施例は、層上部から層下部に向けて略一定の比率で、平均粒径が大きくなっているのに対し、比較例１および比較例２は、平均粒径の増加比率が層上部と層下部とで変化してしまう。

次に、Ｃの割合について説明する。実施例のＣの割合は、層下部から層上部に向けて次第に大きくなる。層下部の割合と層上部の割合との差は３．７５ｗｔ．％−３．１ｗｔ．％＝０．６５ｗｔ．％程度になる。これに対し、比較例１の割合の差は、３．７ｗｔ．％−３．２５ｗｔ．％＝０．４５ｗｔ．％。また、比較例２の割合の差は、３．７ｗｔ．％−３．３５ｗｔ．％＝０．３５ｗｔ．％である。したがって、実施例では、Ｃ偏析の大きい原料層が得られるのがわかる。また、実施例では、層下部から層上部に向けて略一定の比率でＣ割合が大きくなっているのに対し、比較例１および比較例２では、Ｃ割合の変化率が層上部と層下部とで変化してしまう。

最後に、ＣａＯの割合について説明する。図１３は、上述した実施例および比較例の装置を使用し、パレット内に原料を供給したときの、層方向の高さと、層中のＣａＯの割合との関係を示すグラフである。実施例のＣａＯの割合は、層下部から層上部に向けて大きくなる。層下部の割合と層上部の割合との差は１０．１ｗｔ．％−７．９ｗｔ．％＝２．２ｗｔ．％程度になる。これに対し、比較例１の割合の差は、９．６ｗｔ．％−８．２ｗｔ．％＝１．４ｗｔ．％。また、比較例２の割合の差は、９．６ｗｔ．％−８．５ｗｔ．％＝１．１ｗｔ．％である。したがって、実施例では、ＣａＯ偏析の大きい原料層が得られるのがわかる。また、実施例では、層下部から層上部に向けて略一定の比率でＣａＯ割合が大きくなっているのに対し、比較例１および比較例２では、ＣａＯ割合の変化率が層上部と層下部とで変化してしまう。

１ ホッパー
２ ロールフィーダー
３ 焼結用原料
４ 平板状シュート
５ ロープ又はロッド
６ 焼結機パレット
７ スリット状隙間
８ 原料層
９ 粒度偏析装入機構
１０ ドラムフィーダー
１０１ ホッパ
１０１ａ 切出しゲート
１０２ ロールフィーダ
１０３ ベルト式フィーダ
１０５ パレット
１０６ グレートバー
１０７ 原料
１０７ａ 原料１０７の下層
１０７ｂ 原料１０７の上層
１１４ シュート
１１４ａ シュート１１４の上端側
１１４ｂ シュート１１４の下端側
１１５ ロッド
１１６ 連結部材
１１７ 案内シュート
１１８ ロールフィーダ
１１９ ローラー

Claims (1)

1. 焼結機への原料装入装置は以下からなる：
   焼結用原料をパレットに供給するための原料供給機構と、
   その上端が前記原料供給機構の近傍に位置し、そして、その下端が前記パレットの上方に位置する、前記パレットの移動方向とは反対の方向に向けて傾斜しているシュートと、
   前記シュートは、前記パレットの幅方向に、その上端から下端に向けて互いに所定間隔を空けて平行に配設された複数本のロッドからなり、
   前記シュートは、その上端からその下端に向けて凹面状に湾曲した形状を有し、
   前記シュートの水平方向の長さの上端側１／３に対応する範囲における、隣接するロッド間を結ぶ勾配の変化率の平均値は、下端側２／３に対応する範囲における勾配の変化率の平均値に対して１．５倍〜１０倍であり、
   前記原料供給機構は、原料が装入され、下部に切出しゲートを有するホッパと、ホッパの下端に設けられたロールフィーダと、前記シュートの上端に設けられ、前記ロールフィーダの下に直線状に配置された複数個のローラーとからなる焼結機への原料装入装置。

Images