JP5613985B2 - 焼結機 - Google Patents
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Description
図18は、焼結鉱の高生産時と低生産時の装入層内の温度分布を示したものである。原料粒子が溶融し始める1200℃以上の温度に保持される時間(以降、「高温域保持時間」と称する)は、低生産の場合にはt1、生産性を重視した高生産の場合にはt2で表されている。高生産の場合、パレットの移動速度を上げるため、高温域保持時間t2が低生産場合のt1と比べて短くなる。高温域保持時間が短くなると、焼成不足となって、焼結鉱の冷間強度の低下を招き、歩留が低下する。したがって、高強度焼結鉱の生産量を上げるためには、短時間の焼結においても、焼結ケーキの強度、即ち焼結鉱の冷間強度を上げて、歩留の維持、向上を図ることができる何らかの手段を講じる必要がある。なお、焼結鉱の冷間強度を表す指標としては、一般に、SI(シャッターインデックス)、TI(タンブラーインデックス)が用いられる。
また、特許文献3は、焼結原料の装入層内を高温にするため、装入層の上にフードを配設し、そのフードを通じて空気やコークス炉ガスとの混合ガスを点火炉直後の位置で吹き込むことを開示している。しかし、この技術も、焼結層内の燃焼溶融帯の温度が1380℃を超える高温となるため、コークス炉ガス吹き込みの効果を享受できないとともに、可燃性混合ガスが焼結ベッド上部空間で発火し、火災を起こす危険性があり、実用化されていない。
上記問題点を解決する技術として、本出願人は、特許文献5において、焼結機のパレット上に堆積させた焼結原料の装入層の上から燃焼下限濃度以下に希釈した各種気体燃料を供給して装入層中に導入し、燃焼させることにより、装入層内の最高到達温度および高温域保持時間の何れか一方又は双方を調整する方法を提案している。また、さらに改良を加えた技術として、特許文献6,7において、焼結原料の装入層の上で気体燃料を大気中に供給し、装入層上で燃焼下限濃度以下に希釈した気体燃料を供給する方法を提案している。
また、請求項5に係る焼結機は、請求項4に係る発明において、前記気体透過部は、パンチングメタルで構成され、該パンチングメタルの気体透過率が25%以上55%以下に設定されていることを特徴としている。
図1は本発明の焼結機を示す概略構成図であって、前述した従来例で記載したように、鉄鉱石粉、製鉄所内回収粉、焼結鉱篩下粉、石灰石及びドロマイトなどの含CaO系副原料、生石灰等の造粒助剤、コークス粉や無煙炭などの各原料を個々のホッパー1から切り出し、ドラムミキサー2a,2bにより適量の水を混合し、造粒して、3.0乃至6.0mmの平均径を有する疑似粒子である焼結原料を焼結機3のサージホッパー5に貯留すると共に、細粒の焼結鉱を床敷ホッパー4に貯留しておく。
この点火炉10の下流側には、保温炉11が配設され、この保温炉11の下流側に例えば3台の気体燃料供給装置12a〜12cが焼結機パレット8の搬送方向に直列に隣接して配設されている。
一方、気体燃料供給装置12a〜12cのそれぞれは、図2に示すように、点火炉10の下流側且つ燃焼・溶融帯が装入層9中を進行する過程におけるパレット進行方向の何れかの位置に一つ以上配設され、装入層9中への希釈気体燃料の供給は、装入層9中の炭材への点火後の位置で行われるのが好ましい。この気体燃料供給装置12a〜12cは、点火炉10の下流側で、燃焼前線が表層下に進行した以降の任意の位置に一つ又は複数個配設されるものであり、目標とする製品焼結鉱の冷間強度及び被還元性を調整する観点から、大きさ、位置、配置数が後述するように決められる。
燃料供給部囲繞フード16は、前述した前後ウォール16a及び左右ウォール16bとで方形枠状に形成された囲繞部16cと、この囲繞部16cの上端に形成された方形枠状の飛散防止フェンス16dとで構成されているが、これを外側フード部23として、前記したように支持梁22に固定配置されている。
したがって、下側の整流板列18cと気体燃料噴射ノズル31との間に配置されたメタン(CH4)分析計53により、燃料供給部囲繞フード16の4隅の左右ウォール16b近傍の4点においてメタン(CH4)ガス濃度をメタン(CH4)分析計53で検出することにより、気体燃料濃度が異常となっているか否かを正確に把握することができる。
そして、圧力計52で検出した圧力が通常値(例えばマイナス数mmH2O〜数十mmH2O程度)を超えて変動した場合やメタン(CH4)分析計53で検出したガス濃度が増加した場合には、相対移動機構25の油圧シリンダ25cを動作させて、内側フード部24の外側フード部23に対する上下方向位置を調整することにより、気体燃料噴射ノズル31と整流板列18a〜18cとの間隔を調整して、圧力変動やガス濃度の増加を抑制して、気体燃料噴射ノズル31から噴射される気体燃料と空気が最適状態で混合されて最適な希釈率で希釈された希釈気体燃料38を形成するように制御する。
この図11の気体燃料供給制御処理でステップS6〜S8及びステップS10、S11の処理が外乱監視部に対応し、ステップS8、S9の処理及びステップS12、S13の処理が相対位置調整機構に対応している。
なお、検出信号などを表示するようにして手動制御を行ってよいことはもちろんである。
上記のように、気体燃料を燃焼下限濃度以下の濃度に希釈する理由は、下記による。
表1は、本発明で用いることができる代表的な気体燃料の燃焼下限濃度、供給濃度等を示したものである。焼結原料中に気体燃料を供給する時のガス濃度は、火災の発生を防止するためには、燃焼下限濃度より低いほど安全である。すなわち、常温状態では燃焼しない(できない)ようにして供給することが安全のため必要である。この点、都市ガスは、Cガス(コークス炉ガス)と燃焼下限濃度が近似しているが、熱量がCガスよりも高いことから、供給濃度を低くできる。さらにCガスは、H2を主成分としているので逆火速度が都市ガスに比べ非常に早く、都市ガスに比べ危険でもある。したがって、安全性を確保する観点からは、供給濃度を低くすることができる都市ガス、また逆火速度の低い都市ガスの方がCガスより優位である。なお、表1において、Bガスは高炉ガスを表している。
しかも、都市ガスは、一酸化炭素成分を含まないので、ガス中毒を起こすおそれもなく安全である。したがって、安全性を確保する観点からは、都市ガスは、気体燃料として使用する上で好ましい特性を有すると言うことができる。Cガスも、気体燃料として使用することができるが、以上述べた問題があり、困難を伴う。本発明では、これらの点も合わせて解決する。
また、気体燃料を吐出させる気体燃料噴射ノズル31の噴射口31aが同一形状である場合、一般的に、燃料を供給元ヘッダーに近いほど、燃料が出やすく、遠くなるほど燃料が出にくくなる。そこで、長尺の配管を使用する場合には、
(a)配管内の断面積を徐々に小さくしたテーパー状配管を用いる
(b)燃料供給元ヘッダーより遠ざかるほど、開口断面積を大きくする
(c)燃料供給元ヘッダーより遠ざかるほど、開口部やノズルのピッチを狭め、単位配管長さ当りの開口部ないしノズル断面積の和を大きくする、
のいずれか1つを適用するか、これらを組み合わせて適用することにより、配管長さが長い場合でも、均等に燃料を供給することができる。
本発明では、前述したように、焼結機パレット8の上部を覆い気体燃料供給装置12iを覆う燃料供給部囲繞フード16を設けている。このフード16によって横風による希釈気体燃料29の濃度分布に与える影響を抑制するようにしている。すなわち、本発明者等は、種々の検討を行った結果、フード16の設置は、横風対策として、ついたて以上の効果があることが分かった。但し、このフード16は前述したように、上端を開放するか又は適当な透過率(空隙率)を有するものとし、この部分から、大気を取り入れることができる構造とする必要がある。これにより、フード16内部で、外部に漏洩することなく気体燃料噴射ノズル31から噴射された気体燃料と大気とが混合される。
さらに、燃料供給部囲繞フード16の基部16cの上端に前述したように、図4〜図6に示すように、透過率45%程度のパンチングメタル等で構成される気体燃料の飛散を防止する飛散防止フェンス16cを設けることが好ましい。
5m/sの風速では、ついたて内部高さ2mとしてもわずかに渦流が形成されて気体燃料の散逸が起こり、同じ条件でも、高さ2mの上方50cmにパンチングメタルの飛散防止フェンス16dを設置しても同じ効果か、もしくは過流が収まっているようにも見える効果があります。構造上は軽量化できるという効果を有する。
このように、少なくとも左右ウォール16bをついたて構造とし頂上の一部をパンチングメタル構造としたとき、軽量化でき空気の渦の形成が抑制されて、気体燃料の散逸を低減することができる。このため、前後ウォール16aにも同様の飛散防止フェンス16dを形成することにより、同様の横風による気体燃料の飛散を抑制することができる。
すなわち、装入層9中の炭材に点火された後に、希釈気体燃料38を装入層9上へ供給(導入)する。その理由は、点火直後の位置で希釈気体燃料38を供給しても、装入層9の表層上で燃焼するだけであり、希釈気体燃料38が燃焼層に何ら影響を与えることはないからである。したがって、装入層9の上部の焼結原料が焼成されて、焼結ケーキの層が形成された後に、希釈気体燃料38を装入層9へ供給する必要がある。なお、希釈気体燃料38の供給は、装入層9の表面に焼結ケーキの層が形成されていれば、焼結が完了するまでの任意の位置で行うことができる。希釈気体燃料38の供給を焼結ケーキの層が形成された後に行う上記以外の理由は、下記の通りである。
(a)装入層9の上部に焼結ケーキ(焼結層)が生成していない状態で希釈気体燃料38の供給を行うと、この装入層9の上で燃焼を起こす可能性がある。
(b)希釈気体燃料の供給は、焼結鉱の歩留りを向上させる必要のある部分に対して行う、即ち、焼結鉱の強度を上昇させたい部分で燃焼を起こすよう供給するのが好ましい。
例えば、プロパンガスは、燃焼下限濃度は2.2vol%であるから、75%に希釈したガス濃度上限は1.7vol%、60%に希釈したガス濃度上限は1.3vol%、25%に希釈したガス濃度は0.6vol%のものを用いるということである。したがって、好ましい範囲は以下のようになる。なお、希釈したガス濃度の下限、即ち、気体燃料供給の効果が顕れる下限濃度は、プロパンガスの場合は0.05vol%である。
好ましい範囲(2): 1.7vol%〜0.05vol%
好ましい範囲(3): 1.3vol%〜0.05vol%
好ましい範囲(4): 0.6vol%〜0.05vol%
好ましい範囲(2): 3.8vol%〜0.24vol%
好ましい範囲(3): 3.0vol%〜0.24vol%
好ましい範囲(4): 1.3vol%〜0.24vol%
好ましい範囲(2): 3.6vol%〜0.1vol%
好ましい範囲(3): 2.9vol%〜0.1vol%
好ましい範囲(4): 1.2vol%〜0.1vol%
好ましい範囲(2): 30.0vol%〜1.25vol%
好ましい範囲(3): 24.0vol%〜1.25vol%
好ましい範囲(4): 10.0vol%〜1.25vol%
先ず、図1に示すように、床敷ホッパー4から整粒した塊鉱石を切り出して焼結機パレット8のグレート上に床敷層を形成し、この床敷層上にサージホッパー5からドラムフィーダー6で定量切り出しされた焼結原料が装入されて焼結ベッドとも言われる400〜800mm程度の装入層9を形成する。
点火後の装入層9では、保温炉11での加熱に伴って、焼結機パレット8の移動に伴って燃焼(火炎)前線が次第に下方にかつ前方(下流側)に拡大していく中で、燃焼・溶融帯の位置が前述した図19(a)に示すように変化する。そして、燃焼・溶融帯の位置が上層から中層に移行する表層から20mm程度に達するときに、焼結機パレット8が最初の気体燃料供給装置12aの位置に達する。
このとき、この気体燃料噴射ノズル31の噴射口31aが図8に示すように、隣接する気体燃料噴射ノズル31の噴射口31a同士が対向しないように隣接する気体燃料噴射ノズル31間で焼結機パレット8の搬送方向に半ピッチずらして配置されているので、隣接気体燃料噴射ノズル31の噴射口31aから噴射される都市ガスが互いに干渉することなく焼結機パレット8の搬送方向に均一な噴射領域が形成される。
そして、気体燃料噴射ノズル31から噴射され空気で希釈された希釈気体燃料38は、焼結機パレット8の下側に配設されたウインドボックス13を介して空気を下方に吸引することにより、装入層9内に導入される。
さらに、圧力計52で検出した圧力検出値が所定範囲を超えた場合には、ステップS6からステップS7に移行して、圧力検出値が上限値を超えた場合には、ステップS8に移行して、相対移動機構25の油圧シリンダ25cのピストンロッド25bを伸長させる伸長制御信号が油圧シリンダ駆動回路57に出力されることにより、各油圧シリンダ25cが伸長されて、外側フード部23に対して内側フード部24が上昇される。このため、最下段の整流板列18cと装入層9の表面との距離が増加されて両者間の容積が増加されることにより、圧力検出値が減少されて圧力変動が抑制される。
また、上記実施形態においては、点火炉10の下流側に保温炉11を配置する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、保温炉11を省略して、点火炉10の下流側に所定距離を保って気体燃料供給装置12aを配設する場合にも本発明を適用することができる。
2a,2b…ドラムミキサー
4…サージホッパー
5…床敷ホッパー
6…ドラムフィーダー
7…切り出しシュート
8…焼結機パレット
9…装入層
10…点火炉
12a〜12c…気体燃料供給装置
13…ウインドボックス
16…燃料供給部囲繞フード
16a…前後ウォール
16b…左右ウォール
16c…囲繞部
16d…飛散防止フェンス
17…整流板
18a〜18c…整流板列
23…外側フード部
24…内側フード部
25…相対移動機構
31…気体燃料噴射ノズル
31a…気体燃料噴射口
51…着火検知器
52…圧力計
53…メタン(CH4 )分析計
54…漏洩検知機
55…制御装置
56…遮断弁
57…油圧シリンダ駆動回路
Claims (6)
- 循環移動するパレットと、
前記パレット上に粉鉱石と炭材を含む焼結原料を装入して装入層を形成する原料供給装置と、
前記装入層の炭材に点火するための点火炉と、
前記パレットの下方に配設したウインドボックスと、
前記点火炉の下流側に配設された、前記装入層の上方で気体燃料を噴射し、空気と混合して希釈気体燃料として供給する気体燃料供給装置と、
該気体燃料供給装置を囲む燃料供給部囲繞フードとを備え、
前記燃料供給部囲繞フードは、上端を開放した方形枠状に形成され、前記気体燃料供給装置の上方側に前記希釈気体燃料の外部への飛散防止機能と空気整流機能とを備えた整流板列を備え、さらに、
前記燃料供給部囲繞フードは、前記気体燃料供給装置を支持する外側フードと、前記整流板列を支持する内側フードとで構成されていることを特徴とする焼結機。 - 前記外側フードと内側フードとが前記パレットの搬送方向と交差する上下方向に相対移動可能に構成されていることを特徴とする請求項1に記載の焼結機。
- 前記燃料供給部囲繞フード内の圧力及び前記希釈気体燃料の濃度の少なくとも一方を監視することにより、横風、操業変化及び下方吸引力変化の少なくとも1つの状態変化による外乱の影響を検出する外乱監視部を有し、該外乱監視部で外乱を検出したときに、当該外乱を抑制するように前記外側フードと内側フードとの相対距離を調整する相対位置調整機構を備えたことを特徴とする請求項1又は2に記載の焼結機。
- 前記燃料供給部囲繞フードは、頂上の一部にフード外の気流変化を抑制する所定の気体透過率を有する気体透過部を形成したことを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の焼結機。
- 前記気体透過部は、パンチングメタルで構成され、該パンチングメタルの気体透過率が25%以上55%以下に設定されていることを特徴とする請求項4に記載の焼結機。
- 前記気体燃料は、高炉ガス、コークス炉ガス、高炉・コークス炉混合ガス、都市ガス、天然ガス、メタンガス、エタンガス、プロパンガスおよびそれらの混合ガスのうちから選ばれるいずれかの可燃性ガスであることを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載の焼結機。
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