JP5974723B2

JP5974723B2 - 高炉原料の篩分け方法

Info

Publication number: JP5974723B2
Application number: JP2012177211A
Authority: JP
Inventors: 石井　純; 純石井; 渡壁　史朗; 史朗渡壁; 佐藤　道貴; 道貴佐藤; 和平市川
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2012-08-09
Filing date: 2012-08-09
Publication date: 2016-08-23
Anticipated expiration: 2032-08-09
Also published as: JP2014034714A

Description

本発明は、高炉原料の篩分け方法に関し、特に高炉原料貯蔵槽下における篩の処理能力の有利な向上を図ろうとするものである。

高炉内部では、装入された原料が充填層を形成しており、下部から還元性ガスを通過させることにより、原料中の酸化鉄を還元して金属鉄を生成している。充填層においては、一定粒度以下の細かな原料（以下、微粉と呼ぶ）は、ガスの通気を大きく阻害し、生産性を低下させる要因となる。従って、このような微粉が混在する場合には、通気を確保するために大量のコークスが必要となり、エネルギー原単位およびコストの観点からも問題となる。

このため、高炉操業に際しては、高炉原料貯蔵槽下に篩を設けて微粉を分離しているが、大量の原料が篩を通過することから、十分な分離性能を発揮するためには非常に大きな篩面積が必要となる。
しかしながら、現実的には、莫大なコストをかけて巨大な篩装置を運用するのは困難であるため、篩効率を妥協して小型の篩装置で運用しているケースが多く、篩能力は十分とは言えなかった。

そこで、従来から、篩の効率を改善するために様々な手法が検討されてきた。例えば、特許文献１では、篩の振幅を従来より大幅に拡大した「揺動篩」を高炉原料の分離に用いることにより、篩効率の大幅な改善を図っている。

特開２００７−２１７７３０号公報

しかしながら、従来検討されてきた新たな篩方法はいずれも、篩設備の更新または大幅な改造を伴うため、設置コストが非常に高価になるという問題があった。また、篩能力の向上によってスクリーンの劣化が早まる、またはより大きな動力が必要となるなど、運用コストが上昇するところにも問題を残していた。

本発明は、上記の現状に鑑み開発されたもので、従来の篩装置をそのまま活かし、大幅な改造を加えることなく簡易に篩効率を向上させることができる高炉用原料の篩分け方法を提供することを目的とする。

本発明は、現状の設備に比較的簡単な改造を施すのみで、高炉原料貯蔵槽下の篩能力を飛躍的に向上させるために開発されたものである。
すなわち、本発明は、粒径の違う粒子の偏析挙動を粒子の分離のために有効に利用することにより、限られた性能の篩を最大効率で活用しようとするものである。

高炉原料貯蔵下の篩（通常、庫下篩と呼称される）は、高炉に原料が入る直前の最後の篩であり、この部位で効率良く微粉を除去することができれば高炉の通気性の飛躍的な向上が期待できる。しかしながら、庫下篩は原料貯蔵槽の原料排出口直下に設置されるため、通常その設置面積は限られており、篩効率は極めて低い。
篩効率を単純に向上させる手法としては、原料通過量を抑制する方法が考えられるが、この方法では切り出し速度が低下するため生産量の低下を招くという問題がある。
生産量を低下させずに現状の篩設備を用いて篩能力を向上させるためには、事前に分級しておいて、粒度ごとに篩の処理能力を変化させる手法が有効と考えられる。

そこで、発明者らは、事前に原料を分級する方法として、原料貯蔵槽内における粒度偏析に着目した。この粒度偏析は、原料堆積面における粒子の転がり挙動に起因して生じ、原料の装入時の慣性力と重力が駆動力となるため、分級のための新たなエネルギーを必要としない。この方法によれば、原料貯蔵槽内の原料装入位置に傾斜板を設置するだけで原料の堆積形状を制御し、槽内において原料粒度の偏析を生じさせることが可能である。
本発明は、上記の知見に立脚するものである。

すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．高炉原料貯蔵槽に装入された原料を、順次排出し、排出した原料を庫下篩に掛けて微粉を分離する高炉原料の篩分け方法において、
該貯蔵槽内への原料装入を偏析装入とすることによって、該貯蔵槽内での原料を粒度別に分別し、排出の初期から後期にわたって該貯蔵槽から排出される原料の粒径を経時的に変化させ、変化した原料の粒径に応じて相対的に、原料排出速度を、粒径が小さい場合には小さく、原料の粒径が大きい場合には大きくすることを特徴とする高炉原料の篩分け方法。

２．前記高炉原料貯蔵槽が、オフセンター型の貯蔵槽であることを特徴とする前記１に記載の高炉原料の篩分け方法。

３．前記高炉原料貯蔵槽内において、原料を偏析させる手段として、一定角度に設置した偏析制御板を用いることを特徴とする前記１または２に記載の高炉原料の篩分け方法。

本発明では、原料を貯蔵槽内に装入する際、原料の流れを制御することにより、貯蔵槽内において粒度偏析を生じさせる。この際、高炉原料は、装入時の慣性力と重力によって、大径の粒子と小径の粒子に分別される。このため、貯蔵槽からの排出原料粒度は経時的に変化することとなる。この際、粒度が小さい時には処理量調整ゲートを絞って、時間をかけて篩うようにする一方、粒度が大きい時には処理量調整ゲートを開けて、処理量を増やすことにより、全体的な処理量を低下させることなしに、効率的な原料の篩分けが可能となる。

原料の偏析装入要領および槽内での原料の粒度別分別状態を示した図である。高炉巻下部貯鉱槽の1/20模型と、原料の貯鉱槽への装入要領および貯鉱槽からの排出要領を示した図である。切り出し原料の平均粒度推移を、実施例と比較例で比較して示した図である。実施例における、原料の篩分け要領を示した図である。

本発明では、高炉原料貯蔵槽内に装入原料の流れをコントロールする機構を設け、原料の落下位置を制御することにより貯蔵槽内での粒度分布をコントロールする。原料の流れをコントロールする機構としては、一定角度の傾斜を付けた偏析制御板等が好適である。
また、本法は、どのような形状の高炉原料貯蔵槽にも対応可能であるが、原料の転がり距離を確保し、粒度による分離を促すためにはオフセンター型の貯蔵槽が望ましい。

オフセンター型の原料貯蔵槽内において偏析制御板の設置による粒度偏析効果の概要を図１に示す。
図中、符号１は原料貯蔵槽、２は偏析制御板、３は小径原料、４は大径原料、５は原料排出口である。

オフセンター型の原料貯蔵槽１において、偏析制御板２を用いて粒度偏析を生じさせる場合、原料排出口５の上部付近に原料を落下させると排出口直上に装入原料の山が形成されるが、粒径が大きい原料は遠くまで転がるため、山の頂上部に小径の原料３、裾野に大径の原料４が偏析することとなる。
ここに、上記したように、排出口直上に小径の原料３、裾野に大径の原料４が堆積するような偏析装入とする場合には、偏析制御板２の角度θは30〜60°程度とすることが好ましい。
これは、偏析制御板角度が30°未満では、鉱石の堆積角度より小さくなり偏析制御板上に鉱石が残留する可能性があり、また60°より大きい場合は鉱石が偏析制御板に衝突した後の水平方向の速度ベクトルが小さくなり、十分な分級効果が得られないためである。

一方、原料排出の際には、まず排出口５直上の原料が排出され、最後に裾野側の原料が排出される排出挙動が知られており、この結果切り出し順序として、はじめは細かい粒度の小径原料３から排出され、徐々に粒径が大きくなり、最後に大きい粒径の大径原料４が排出されることになる。

このように排出時間ごとに粒度が変化するため、その挙動を事前に調査しておき、小径の原料３の場合は切り出し量が少なくなるように、一方大径の原料４の場合は切り出し量が多くなるように制御することにより、小径の原料３は時間をかけてよく篩い、あまり篩う必要のない大径の原料４は時間をかけずに篩うことによって、庫下篩の処理能力を向上させることができ、結果として同じ処理能力でも篩効率を向上させることが可能となる。

また、偏析制御板の角度の設定によっては、原料排出初期に大径の原料、後期に小径の原料が排出されるようにコントロールすることも可能であるが、この場合は初期に切り出し量を大きく、後期に切り出し量を小さく制御することになる。篩への原料切り出しは可変ゲート等を用いて行うことが可能であるが、初期にゲート開度を大きくし徐々に開度を狭める場合、原料を噛み込むおそれがあるため、前述したように初期に小径、後期に大径の原料を排出する手法がより有効である。

図２に示すような高炉巻下部貯鉱槽の1/20模型を製作し、上部から実機で計測された粒径の1/20スケールの焼結鉱を装入した。一定重量が装入された後、排出口を開けて焼結鉱を切り出し、切り出された焼結鉱を列車型のサンプリング装置をもって一定時間間隔で回収した。ここに、焼結鉱の粒度構成は、実機焼結鉱の粒度分布を測定し、これを１/20スケールに縮小した粒度分布に合わせて各粒度の焼結鉱を配合した。なお、図２中、符号６はベルトコンベア、７は貯鉱槽模型、８は排出ゲート、９はサンプリングボックスである。

配合された原料をＶ型ブレンダーでよく混合した後、ベルトコンベア６上に一定速度で切り出した。ベルトコンベア上の原料は一定速度で切り出され、貯鉱槽内７に装入された。この際、落下原料が傾斜させた板上に当たるように、一定角度（40°）に傾斜させた偏析制御板２を取付け、かような偏析制御板２が無い場合との比較を行った。

図３に、切り出し原料の平均粒度推移を示す。
同図に示したとおり、偏析制御板を設置しない条件では、切り出し量に対して平均粒度の変化が少ないのに対して、偏析制御板設置条件では、初期に小粒径の焼結鉱が排出され、後半では粒度が大きくなっており、偏析が促進されることが確認された。

次に、図４に示すように、貯鉱槽模型７の下に振動篩10を取付け、篩分け試験を実施した。振動篩いも実機の1/20スケールとし、篩目は0.3mmとした。ここで、比較例においては、偏析制御板２を配置せず、高炉と同様に一定速度で原料を輩出し篩分けを行った。一方、実施例においては、貯鉱槽７の上部に偏析制御板２（設置角度：40°）を設置し、さらに排出ゲート８をプログラム制御することにより、原料排出速度比が図３の平均粒径比と同じになるよう調整して、篩分けを行った。
これらの結果を表１に示す。なお、粉率とは、粒径が0.3mm未満の微粉の含有率（質量％）である。

表１から明らかなように、偏析制御版を設置して排出原料粒度を偏析させ、排出される原料の粒度に応じて原料排出速度を制御することにより、篩分け後の粉率が大幅に低減され、篩性能が向上することが確認された。

１原料貯蔵槽
２偏析制御板
３小径原料
４大径原料
５原料排出口
６ベルトコンベア
７貯鉱槽模型
８排出ゲート
９サンプリングボックス

Claims

高炉原料貯蔵槽に装入された原料を、順次排出し、排出した原料を庫下篩に掛けて微粉を分離する高炉原料の篩分け方法において、
該貯蔵槽内への原料装入を偏析装入とすることによって、該貯蔵槽内での原料を粒度別に分別し、排出の初期から後期にわたって該貯蔵槽から排出される原料の粒径を経時的に変化させ、変化した原料の粒径に応じて相対的に、原料排出速度を、粒径が小さい場合には小さく、原料の粒径が大きい場合には大きくすることを特徴とする高炉原料の篩分け方法。
前記高炉原料貯蔵槽が、オフセンター型の貯蔵槽であることを特徴とする請求項１に記載の高炉原料の篩分け方法。
前記高炉原料貯蔵槽内において、原料を偏析させる手段として、一定角度に設置した偏析制御板を用いることを特徴とする請求項１または２に記載の高炉原料の篩分け方法。