JP6073647B2

JP6073647B2 - レーザ式酸素濃度計

Info

Publication number: JP6073647B2
Application number: JP2012241319A
Authority: JP
Inventors: 勇輔川崎; 貴司篠原; 正樹矢野; 和利藤上; 永雅小野寺
Original assignee: Nippon Steel Corp; Nippon Steel Texeng Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp; Nippon Steel Texeng Co Ltd
Priority date: 2012-10-31
Filing date: 2012-10-31
Publication date: 2017-02-01
Anticipated expiration: 2032-10-31
Also published as: JP2014092296A

Description

本発明は、レーザ式酸素濃度計に関する。特に、レーザ光の光路に用いられるガイド配管のダストによる閉塞が無いレーザ式酸素濃度計に関する

製鉄所の高炉は、コークス及び石炭を燃焼し、発生したＣＯガスにより鉄鉱石を還元して銑鉄を製造する。鉄鉱石としては、主に、粉鉄鉱石を焼成した焼結鉱が用いられる。
焼結鉱の製造方法としては、一般に、下方吸引型焼結機を用いた焼成方法が用いられ、次のようにして行われる。

焼結原料は、主原料である鉄鉱石と、製鉄プロセスで発生する製鉄ダストなどの鉄含有原料と、焼結反応に必要となる石灰石および蛇紋岩などの副原料と、熱源としての粉コークス等の固体燃料とを配合して形成される。

焼結原料は、パレット１内に装入され、原料充填層を形成した後、点火炉４で、その表面のコークス粉に点火されるとともに、焼結機下部に空気吸引することにより、コークス粉の燃焼点を下方に移動させる。

燃焼熱により原料充填層の上層から下層にかけての焼結反応は順次進行し、パレット１が移動し排鉱部に到達するまでに焼結は完了する。パレット内の焼結ケーキ（塊）は、排鉱部から排出された後、破砕され、所定粒度の高炉用の焼結鉱が製造される。

ここで、下方吸引型焼結機において、焼結原料充填層の上方より充填層に吸引された空気は、一般に、粉鉄鉱石の焼成に必要な粉コークスを燃焼させるために必要な量であるが、それ以上の量となる場合がある。この原因は、焼結機の漏風である。
即ち、パレット底面に装備されたグレートバー７の破損、隣り合うパレット間のサイドウォール８の連接部の隙間、さらにパレットシールバー６の磨耗などにより、密閉構造に隙間が生じ、原料充填層を経由しない、即ち、焼結の焼成に寄与しない無駄な空気（漏風）が大量にウィンドボックス２内に流れ込む。この漏風が多いと焼結鉱の製造にそれだけ無駄な動力が消費されることになり、経済的に大きな損失となるばかりではなく、漏風が多いパレットでは、焼結充填層の粉コークスを燃焼させる空気量が不足し、焼成不十分のまま排鉱部に到達し、焼結が完了してしまうため、歩留が低下してしまう。

従来から、漏風を検知する方法として、排ガス中の酸素濃度を測定する方法がある。漏風の多いパレットは、粉コークスの燃焼に寄与しない空気が多いことから、排ガス中の酸素濃度を測定することにより、漏風が検知できる。

漏風の多いパレットは、焼結機の補修時に新たなパレットに交換すればよい。しかし、漏風の検知は、焼結機の連続運転中に行うので、数多くあるパレット１のうち、漏風を検知したパレット１がどのパレット１であるかを特定する必要がある。
本願出願人は、レーザ式酸素濃度計により、パレットの磨耗等に起因する漏風を検知し、検知したパレットの位置をパレットの位置認識方法で認知することにより、漏風するパレットを特定する発明を公開した（特許文献１乃至特許文献３）。

特開２００９−２７５２３９号公報特開２０１２−３６４７６号公報特開２０１２−３６４７７号公報

特許文献１乃至特許文献３に記載の発明は、レーザ式酸素濃度計により、パレットの磨耗等に起因する漏風を検知し、パレットの位置を認識することにより、漏風するパレットを特定することができる。漏風するパレットを定期補修時に取り替え、漏風の少ない焼結機の操業が可能となる効果を奏する。
しかし、発光器９からレーザ光を出射し、受光器で受光して光路中の酸素濃度を測定するレーザ式酸素濃度計において、前記発光器及び前記受光器のシールガラス窓１５からウィンドボックス２の内部に通じるガイド配管１３が、ダストで閉塞し、酸素濃度の測定が不可能となる問題がある。
本発明は、レーザ式酸素濃度計のシールガラス窓からウィンドボックスの内部に通じるガイド配管１３が、ダストで閉塞することの無いレーザ式酸素濃度計を提供することを目的とする。

本発明者は、燒結工程に用いられる排風機の負圧を利用すれば、前記ガイド配管１３のダストによる閉塞を防止することができるという知見を得た。
本発明は、この新たな知見に基づくものであり、その要旨とするところは、以下のとおりである。

（１）焼結機のウィンドボックスの相対する壁の上部に、光軸が焼結機のライン長手方向に対して直角になるように、発光器および受光器が設置されており、前記発光器からレーザ光を出射し、前記受光器で受光して光路中の酸素濃度を測定するレーザ式酸素濃度計において、
前記発光器及び前記受光器のシールガラス窓からウィンドボックスの内部に通じるガイド配管にエアー吸引管及びエアー吸引管開閉バルブを設置することを特徴とするレーザ式酸素濃度計。
（２）前記エアー吸引管が、前記シールガラス窓からウィンドボックスの内部に通じるガイド配管に、複数の本数で設けられていることを特徴とする（１）に記載のレーザ式酸素濃度計。

レーザ式酸素濃度計のシールガラス窓１５からウィンドボックス２の内部に通じるガイド配管１３が、ダストで閉塞することが無いレーザ式酸素濃度計を提供することできる。

本発明に係るレーザ式酸素濃度計が用いられる焼結機を示し、（Ａ）は平面図。（Ｂ）は、側面図である。図１のＣ−Ｃ線から見た断面図である。レーザ式酸素濃度計の概略図である。レーザ式酸素濃度計のエアー吸引管の配管図である。パレットの斜視図である。

図１に、本発明に係るレーザ式酸素濃度計が用いられる焼結機を示し、（Ａ）は平面図。（Ｂ）は、側面図である。焼結機５は、長手方向に多数個のパレット１が連結され、長手方向に移動可能な一連のパレットＰと、一連のパレットＰの下方に固定して設けられた複数個のウインドボックス２からなる吸気手段とを具備する。各パレット１は、図５に示すように、底面にグレートバー７を並べ、グレートバー７を挟んで両側面に配置されるサイドウォール８の外側に、車輪１１を備えている。図１（Ｂ）に示すように、一連のパレットＰは先端と後端とが連接されており、エンドレスに焼結機５の筐体１９内を回転する。各ウインドボックス２は、吸気管１６を介してブロア２１で減圧される。ＰＰの回転中に、各パレット１に、原料供給ホッパー３からコークス粉を含む焼結原料層２０が供給され、積載される。その焼結原料層２０の表面が点火炉４で着火され、ウインドボックス２を介して吸気される。

図２に、図１のＣ−Ｃ線から見た断面図を示す。焼結機５のライン長手方向（パレット１の移動方向）の、パレット１の直下に位置するウインドボックス２の側壁の最上部に、パレット１の幅方向に対向して、レーザ式酸素濃度計１７の、レーザ光を発射する発光器９とレーザ光を検知する受光器１０とを設置する。ウインドボックス２の側壁の上部に設置する理由は、パレット１からウインドボックス２に流入した漏風は、吸気管１６に向かって下方に引きこまれていくにつれて拡散していくので、漏風箇所を特定するためには、できるだけパレット１に近い方が好ましいためである。この際、パレット１の幅方向での漏風検知感度を揃えるため、発光器９と受光器１０を結ぶ方向に平行なレーザ光の光軸が、地上に対し水平で且つパレット１の底面に平行になるようにする。また、漏風しているパレット１の特定を容易とするため、光軸が焼結機５のライン長手方向に対して直角になるように、発光器９および受光器１０を設置する。

酸素など各分子は、特有の振動、回転を持っており、光が当たると特定の波長域で光エネルギーを吸収する。赤外線レーザー式酸素濃度計は、この原理を利用して、吸収された光エネルギーから酸素濃度を算出する装置であり、レーザーを発信する発光器９、レーザーの光エネルギーを受光する受光器１０、吸収された光エネルギーから濃度を演算する、例えばパーソナルコンピュータ等からなるデータ処理装置１８が接続される（図１（Ａ））。

図３に、レーザ式酸素濃度計１７の配置の概略を示す。パレット１の車輪１１が転がる両側の軌条１２の架台１２ａとウインドボックス２の側壁２ａの対向位置に貫通穴を設け、当該貫通穴それぞれにガイド配管１３を通し、一方のガイド配管１３の端部に発光器９、他方のガイド配管１３の端部に受光器１０を、それぞれフランジ１４を介して接続する。発光器９の出射口と受光器１０の受光口には、それぞれの光路に、保護用のシールガラス窓１５が設けられている。

ウインドボックス２の内部は、パレット１の底面にあるグレートバー７から落下する微粉原料が多く浮遊しており、ガイド配管１３はダストにより、閉塞されやすい。本発明は、排ガス中の粉塵などによるガイド配管１３の詰まり防止を目的として、発光器９及び受光器のシールガラス窓１５からウィンドボックス２の内部に通じるガイド配管１３の内部にブロア２１の負圧を利用して、エアー吸引管２２から空気を吸引する。燒結面積７００ｍ^２級の大型燒結機では、ブロアー負圧は‐１８．６ｋＰａに達し、ガイド配管１３内に、空気を吸引するには、十分である。

ガイド配管１３内に、発光器９と受光器１０のシールガラス窓１５からウインドボックス２内部に向けて、パージガスとして空気又は窒素ガスの吹き込むことも考えられる。これに対し、本発明は、ブロアー負圧を利用するので、新たな動力を必要とせず、経済的である。

図４に、レーザ式酸素濃度計１７のエアー吸引管２２の一例を示す。この例では、レーザ式酸素濃度計１７は、４本のエアー吸引管２２を有している。エアー吸引管２２はダストにより、閉塞されやすい。そこで、ガイド配管１３は、複数のエアー吸引管２２を設けることが望ましい。

エアー吸引管は、エアー吸引管開閉バルブ２３を有し、ガイド配管１３の閉塞を防止するため定期的に開放し、エアーを吸引する。この場合、バルブの開閉は、手動でも良いが、タイマーにより、開閉を実施することが好ましい。尚、ガイド配管１３内にエアーを吸引する場合は、吸引エアーによりウインドボックス２の内部の酸素濃度は増加するので、エアーを吸引中の酸素濃度値は採用しない。

レーザ式酸素濃度計のシールガラス窓からウィンドボックスの内部に通じるガイド配管が、ダストで閉塞することが無いレーザ式酸素濃度計を提供することができる。

１パレット
２ウインドボックス
２ａウインドボックスの側壁
３原料供給ホッパー
４点火炉
５焼結機
６パレットシールバー
７グレートバー
８サイドウォール
９発光器
１０受光器
１１車輪
１２軌条
１２ａ軌条の架台
１３ガイド配管
１４フランジ
１５シールガラス窓
１６吸気管
１７レーザ式酸素濃度計
１８データ処理装置
１９筐体
２０焼結原料層
２１ブロア
２２エアー吸引管
２３エアー吸引管開閉バルブ
Ｐ一連のパレット

Claims

焼結機のウィンドボックスの相対する壁の上部に、光軸が焼結機のライン長手方向に対して直角になるように、発光器および受光器が設置されており、前記発光器からレーザ光を出射し、前記受光器で受光して光路中の酸素濃度を測定するレーザ式酸素濃度計において、
前記発光器及び前記受光器のシールガラス窓からウィンドボックスの内部に通じるガイド配管にエアー吸引管及びエアー吸引管開閉バルブを設置することを特徴とするレーザ式酸素濃度計。
前記エアー吸引管が、前記シールガラス窓からウィンドボックスの内部に通じるガイド配管に、複数の本数で設けられていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ式酸素濃度計。