JP6572867B2

JP6572867B2 - 高炉原料の乾燥方法

Info

Publication number: JP6572867B2
Application number: JP2016212690A
Authority: JP
Inventors: 泰志小笠原; 佐藤　健; 健佐藤; 晋之介金山; 賢史郎奥田; 西村　望; 望西村; 祐樹岩井
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2016-10-31
Filing date: 2016-10-31
Publication date: 2019-09-11
Anticipated expiration: 2036-10-31
Also published as: JP2018070958A

Description

本発明は、高炉へ装入する鉄鉱石等の高炉原料の乾燥方法に関する。

高炉では、鉄鉱石、コークス、造滓剤を原料として炉頂から炉内へ装入し、炉下部から高温空気あるいは酸素を富化した高温空気を炉内へ吹き込むことによりコークスを燃焼し、この燃焼により発生する熱とＣＯガスを利用して鉄鉱石の還元、溶融を行うことで、溶銑を製造している。炉頂から装入される原料は、粒径が数ｍｍから数十ｍｍの粒状の原料に調整されて、炉内へ装入されるので、炉下部でコークスの燃焼によって発生する燃焼ガスは炉内に充填された粒状の原料の間隙を炉頂へ向けて上昇することになる。

高炉内での原料への熱供給は、主としてこの燃焼ガスからの伝熱により行われるので、炉内における燃焼ガスの流れが適正な状態でないと、原料の昇温が不安定となり、鉄鉱石の還元、溶融に支障をきたすことになる。したがって、炉内のガス流れを適正なものにするために、炉頂における原料の炉内装入時に、炉内の適正な位置へ適正な粒度の原料を装入する原料装入装置や原料装入方法の開発が鋭意進められている。

しかしながら、このような原料装入装置や原料装入方法の工夫を精緻に行っていても、原料そのものに粉が混入していると、炉内への粉の混入は回避できず、炉内における燃焼ガス流れの適正化は困難になる。

高炉で使用される原料には、焼結機やコークス炉において製造されて粒度調整後、直接高炉の原料槽へ送られてくる原料と、製造後、一旦ヤードと呼ばれる露天の保管場所にて保管された後に、改めてこれを回収して高炉の原料槽へ送られてくる原料とがある。これらの原料のうち、ヤードで保管された後に高炉の原料槽へ送られてくるものは、ヤード保管時に雨水等による湿潤が進むことが避けられず、水分含有量が数質量％になり、中には水分含有量が１０質量％を超えるような原料もある。

こうした水分含有量の多い原料では、原料の粒子に粉原料が水分によって付着するので、このまま篩等を用いて粒度調整をおこなっても粉原料が完全には除去できない場合が生じる。また、このような水分を含んだ粉原料は、篩の網そのものにも付着するので、篩の目詰まりの原因となり、さらに原料の篩分けが困難になるという問題がある。

篩により除去しきれなかった粉原料は、原料に付着したまま高炉の原料装入装置へ搬送されて炉内へ装入される。粉原料は、炉内で炉内ガスの熱により乾燥されて原料の表面から離脱し、炉内の原料の間隙を流れて、場合によっては原料同士の間隙に粉原料が溜まって炉内のガス流れを阻害する。

したがって、原料を乾燥させる技術および原料を乾燥させて原料に付着する粉原料を炉内へ装入する前に除去する技術は、高炉炉内への原料装入技術と同等に重要な技術であるといえる。

ここで、原料を乾燥させる技術に着目すると、特許文献１には、高炉原料を貯蔵するホッパー内に、ホッパー内の原料を乾燥・予熱するための加熱ガスを導入し、これにより、原料を乾燥させる技術が開示されている。

特開２００８−３０３４３３号公報

特許文献１に開示されている技術を用いれば、高炉に装入する前に原料を加熱して乾燥させることができる。しかしながら、特許文献１に開示された技術は、加熱ガスを導入するための設備、さらには、加熱ガスをホッパー内に導入するためのホッパー周辺のスペース確保が必要になるので多大な設備費が必要になるという課題があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、加熱ガスを原料槽に導入するための設備を設けることなく、原料槽に貯蔵された高炉原料を乾燥できる高炉原料の乾燥方法を提供することにある。

上記課題を解決するための本発明の特徴は、以下の通りである。
（１）高炉原料を貯蔵するホッパーを用いた高炉原料の乾燥方法であって、前記ホッパーに、水分含有量が０．５０質量％以上である高炉原料と、水分含有量が０．０１質量％以下であって５０℃以上の高炉原料とを交互に投入する、高炉原料の乾燥方法。
（２）前記ホッパー容量の１０体積％以上５０体積％以下となる量の前記水分含有量が０．５０質量％以上である高炉原料と、前記ホッパー容量の１０体積％以上５０体積％以下となる量の前記水分含有量が０．０１質量％以下であって５０℃以上の高炉原料と、を前記ホッパーに投入する、（１）に記載の高炉原料の乾燥方法。
（３）集塵機を用いて、前記ホッパー内胴部の空塔速度が０．０１ｍ／ｓｅｃ以上となるように前記ホッパー内を集塵する、（１）または（２）に記載の高炉原料の乾燥方法。
（４）前記水分含有量が０．５０質量％以上である高炉原料、および、前記水分含有量が０．０１質量％以下であって５０℃以上の高炉原料を、前記ホッパーの中心位置に投入する、（１）から（３）の何れか１つに記載の高炉原料の乾燥方法。
（５）前記ホッパーから排出される前記高炉原料を篩い分ける、（１）から（４）の何れか１つに記載の高炉原料の乾燥方法。

本発明の高炉原料の乾燥方法は、原料槽の外部から加熱ガスを導入することなく高炉原料を乾燥できる。このため、本発明の高炉原料の乾燥方法を実施することで、設備費用を増大させることなく、高炉原料を乾燥させることができる。

本実施形態に係る高炉原料の乾燥方法が実施できる原料槽１０の一例を示す断面図である。実験装置により確認したホッパー内の粒状物の堆積状態を示す断面模式図である。

焼結鉱は、焼結機で焼結されて製造される。このため、製造された直後の焼結鉱は、焼結による熱によって非常に熱くなっており、焼結鉱が、焼結機からヤードを経由せずに原料槽に直送されると、その状態は、少なくとも５０℃以上であって、水分含有量が０．０１質量％以下になる。本発明者らは、焼結機から原料槽に直送される焼結鉱の熱を利用して、ヤードで保管された後に原料槽に送られてくる水分含有量が０．５０質量％以上の焼結鉱を、原料槽内で乾燥できることを見出して本発明を完成させた。以下、発明の実施形態を通じて本発明を説明する。

図１は、本実施形態に係る高炉原料の乾燥方法が実施できる原料槽１０の一例を示す断面図である。原料槽１０は、ホッパー１２と、フィーダー１４と、スクリーン１６と、計量ホッパー１２と、粉シュート２０と、トリッパー２２と、集塵機２４と、集塵ダクト２６と、集塵フード２８と、コンベア３０とを備える。この原料槽１０を用いて高炉原料である焼結鉱を乾燥させるとして、本実施形態に係る高炉原料の乾燥方法を説明する。

原料槽１０において、焼結鉱は、トリッパー２２からホッパー１２に貯蔵される。トリッパー２２は輸送先を移動可能なコンベアであり、焼結鉱やその他原料のそれぞれの供給元から、複数の原料槽１０へ焼結鉱やその他原料を送給することができる。各原料槽１０の残量を一定レベル以上に保つようにトリッパー２２は運転される。ホッパー１２に貯蔵された焼結鉱は、ホッパー１２の下方のフィーダー１４から排出される。フィーダー１４から排出された焼結鉱は、スクリーン１６によって粒状鉱石と粉鉱石とに篩分けされ、粒状鉱石は、計量ホッパー１８へ搬送されて高炉へ装入される。一方、粉鉱石は、粉シュート２０へ搬送されてコンベア３０で系外へ搬出される。

ホッパー１２内の集塵およびスクリーン１６の集塵は、集塵ダクト２６および集塵フード２８を介して集塵機２４によって行なわれる。集塵機２４は、ホッパー内胴部の空塔速度が０．０１ｍ／ｓｅｃ以上３．００ｍ／ｓｅｃ以下となるようにホッパー内を吸引する。

フィーダー１４から焼結鉱が排出されると、ホッパー１２内の焼結鉱の堆積面が低下する。ホッパー１２内には、焼結鉱の堆積面を計測するレベル計（不図示）が設けられており、当該レベル計（不図示）でホッパー１２内の焼結鉱の貯蔵量を計測し、ホッパー１２内の焼結鉱の貯蔵量が所定量以下になった時点で、トリッパー２２からホッパー１２の上限まで焼結鉱が投入される。トリッパー２２は、原料ヤードで保管されて湿潤が進み、水分含有量が０．５０質量％以上になった焼結鉱（以後、ヤード焼結鉱と記載する）と、焼結工場から原料槽１０に直接搬送される、水分含有量が０．０１質量％以下であって５０℃以上の焼結鉱（以後、直送焼結鉱と記載する）と、を交互にホッパー１２の中心位置へ投入する。

ホッパー１２内において、直送焼結鉱とヤード焼結鉱は、層状に交互に堆積されて貯蔵される。直送焼結鉱とヤード焼結鉱との接触面では、直送焼結鉱の熱がヤード焼結鉱に伝熱し、これによりヤード焼結鉱は加熱され乾燥される。

本実施形態において、トリッパー２２は、ホッパー１２の容量の１０体積％以上５０体積％以下となる量の直送焼結鉱とヤード焼結鉱とを交互にホッパー１２に投入する。トリッパー２２から投入されるヤード焼結鉱の投入量を少なくすることでヤード焼結鉱の乾燥効果を高めることができるが、ホッパー１２への直送焼結鉱およびヤード焼結鉱の投入量を１０体積％未満にすると、トリッパー２２から供給する原料の切り替え頻度が高くなり、焼結鉱供給における輸送能力上の問題が発生する虞があり好ましくない。

また、直送焼結鉱およびヤード焼結鉱の投入量をホッパー容量の５０体積％となる量より多くすると、焼結鉱とヤード焼結とで粒度分布が異なるため、粒度分布の差に起因して焼結鉱の粒度偏析が変動するので好ましくない。高炉の炉芯および周辺部には粒径の大きい原料が装入される方が通気性の観点から有利であるため、ホッパーからの排出される原料粒度に応じて装入パターンを決めるが、ホッパーから排出される原料の粒度偏析の変動が大きくなると高炉の炉芯および周辺部に粒径の小さいものが装入される可能性が生じ、通気性を悪化させることがあるという問題点がある。さらに、トリッパー２２への原料供給能力が低くなる場合や、高炉の原料消費量が多くなる場合を考慮すると、直送焼結鉱およびヤード焼結鉱の投入量をホッパー容量の２０体積％以上４０体積％以下となる量にすることがより好ましい。

なお、直送焼結鉱およびヤード焼結鉱の投入量は、ホッパー１２の容量の１０体積％以上５０体積％以下となる量であればそれぞれ異なる量にしてよいが、直送焼結鉱の方がヤード焼結鉱よりも使用量が多いため、ヤード焼結鉱の装入量を多くすることは使用量のバランス上好ましくなく、また、直送焼結鉱の方がヤード焼結鉱よりも多量であると、直送焼結鉱の熱量が利用されずに貯鉱槽から切出される可能性があるという理由から、直送焼結鉱の投入量とヤード焼結鉱の投入量とを同じ量で管理するとより好ましい

本実施形態において、集塵機２４は、ホッパー内胴部の空塔速度が０．０１ｍ／ｓｅｃ以上となるように、ホッパー１２内を吸引する。これにより、直送焼結鉱によって加熱されたホッパー１２内の空気を、積極的にヤード焼結鉱に接触させることができ、ヤード焼結鉱の乾燥効率を高めることができる。また、トリッパー２２とホッパー１２との接続部を密閉すると、集塵機２４のホッパー１２内の吸引効率が高まって空塔速度が速くなり、ヤード焼結鉱の乾燥効率を高めることができる。

一方、ホッパー内胴部の空塔速度が０．０１ｍ／ｓｅｃ未満の場合には、ホッパー１２から集塵ダクト２６に向かう空気の流れが、焼結鉱排出時にホッパー１２からフィーダー１４に向かう空気の流れに相殺される。このため、ホッパー内胴部の空塔速度が０．０１ｍ／ｓｅｃ未満の場合には、ヤード焼結鉱の乾燥効率を高めることができない。また空塔速度が３．００ｍ／ｓｅｃを超えるような空気の流れを形成すると、焼結鉱が流動化する可能性があり、ホッパー内壁の損耗を促進する虞があり好ましくない。

また、本実施形態において、トリッパー２２は、ヤード焼結鉱および直送焼結鉱をホッパー１２の中心位置へ投入する。これにより、ヤード焼結鉱と直送焼結鉱との接触面積が増えて直送焼結鉱とヤード焼結鉱との伝熱が促進され、この結果、ヤード焼結鉱の乾燥効率をさらに高めることができる。

図２は、実験装置により確認したホッパー内の粒状物の堆積状態を示す断面模式図である。ホッパー１２を模した実験装置に、直送焼結鉱を想定した粒状物４０をホッパーの中心位置に対して左側に投入し、ヤード焼結鉱を想定した粒状物４２をホッパーの中心位置に対して右側に投入し、さらに、粒状物４０をホッパーの中心位置に対して左側に投入した所、これらの粒状物は、図２（ａ）に示すように堆積した。また、同じ実験装置を用いて粒状物４０をホッパーの中心位置に投入し、粒状物４２をホッパーの中心位置に投入し、さらに、粒状物４０をホッパーの中心位置に投入した所、これらの粒状物は、図２（ｂ）に示すように堆積した。なお、図２（ａ）（ｂ）において、粒状物４４は、ホッパー内に滞留して排出されない粒状物である。

粒状物４０と粒状物４２との接触面積を確認した所、図２（ｂ）の接触面積は、図２（ａ）の接触面積よりも広かった。このことから、直送焼結鉱およびヤード焼結鉱をホッパーの中心位置に交互に投入することで、直送焼結鉱とヤード焼結鉱との接触面積は増加し、これにより、直送焼結鉱とヤード焼結鉱との伝熱が促進されてヤード焼結鉱の乾燥効果を高めることができる。

このように、本実施形態に係る高炉原料の乾燥方法を実施することで、直送焼結鉱を用いてヤード焼結鉱を乾燥させることができるので、加熱ガスを原料槽１０に導入するための設備を設けることなく、ホッパーに貯蔵されたヤード焼結鉱を乾燥させることができる。

以上、原料槽１０を用いて焼結鉱を乾燥させるとして本発明の実施形態を説明したが、本実施形態に係る高炉原料の乾燥方法は、焼結鉱に限られず、ペレット、塊鉱石およびコークス等の高炉原料にも適用できる。すなわち、本実施形態に係る高炉原料の乾燥方法は、水分含有量の多い原料と、水分含有量が少ない高温の原料を交互にホッパーに投入し、高温の原料の熱を水分含有量の多い原料に伝熱させることで水分の蒸発を促して乾燥させるものである。このため、上述した高炉原料のいかなる組み合わせであっても、これらを水分含有量の多い高炉原料と水分含有量が少ない高温の高炉原料とにすることで、本実施形態に係る高炉原料の乾燥方法を適用できる。

一方、高炉で使用される原料は、一定期間に使用される原料の成分比率を一定に管理する必要がある所、異なる原料をホッパー内で混合させると、成分比率が変わる可能性がある。このため、ホッパーに投入する原料としては、同じ種類の高炉原料であってその水分含有量と温度が異なるものを交互に投入することが好ましい。例えば、コークス炉から原料槽に直送されるコークスと、ヤードコークスとを交互に投入してもよい。

内容積５，１５３ｍ^３の高炉に設置された焼結鉱を貯蔵する貯鉱槽において、原料ヤードに保管され、水分含有量が多いヤード焼結鉱の乾燥を行なった。ヤード焼結鉱の水分含有量は、１．３〜１．６質量％程度であった。一方、焼結工場から直接搬送された直送焼結鉱の温度は１５０℃であり、水分含有量は、０〜０．０１質量％であった。

本発明例１では、焼結鉱を排出させてホッパー内の焼結鉱の堆積面位置をホッパー容量の８０体積％になる位置まで低下させた。その後、ホッパー内の堆積面位置を１００体積％となる位置まで回復させる際に、ホッパー容量の１０体積％となる量のヤード焼結鉱をホッパーの端の位置へ投入し、次いで、ホッパー容量の１０体積％となる量の直送焼結鉱を反対側の端の位置へ投入した。その後、ホッパー上部を開放し、ホッパー内胴部の空塔速度が０．０１ｍ／ｓｅｃになるように集塵機を用いてホッパー内を集塵した。この操作を繰り返し実行し、ホッパーから排出される焼結鉱をサンプリングした。

本発明例２では、焼結鉱を排出させてホッパー内の焼結鉱の堆積面位置をホッパー容量の８０体積％になる位置まで低下させた。その後、ホッパー内の堆積面位置を１００体積％となる位置まで回復させる際に、ホッパー容量の１０体積％となる量のヤード焼結鉱をホッパーの端の位置へ投入し、次いで、ホッパー容量の１０体積％となる量の直送焼結鉱を反対側の端の位置へ投入した。その後、ホッパー上部を密閉し、ホッパー内胴部の空塔速度が０．０１ｍ／ｓｅｃになるように集塵機を用いてホッパー内を集塵した。この操作を繰り返し実行し、ホッパーから排出される焼結鉱をサンプリングした。

本発明例３では、焼結鉱を排出させてホッパー内の焼結鉱の堆積面位置をホッパー容量の８０体積％になる位置まで低下させた。その後、ホッパー内の堆積面位置を１００体積％となる位置まで回復させる際に、ホッパー容量の１０体積％となる量のヤード焼結鉱をホッパーの端の位置へ投入し、ホッパー容量の１０体積％となる量の直送焼結鉱を反対側の端の位置へ投入した。その後、ホッパー上部を密閉し、ホッパー内胴部の空塔速度が０．０３ｍ／ｓｅｃになるように集塵機を用いてホッパー内を集塵した。この操作を繰り返し実行し、ホッパーから排出される焼結鉱をサンプリングした。

本発明例４では、焼結鉱を排出させてホッパー内の焼結鉱の堆積面位置をホッパー容量の８０体積％になる位置まで低下させた。その後、ホッパー内の堆積面位置を１００体積％となる位置まで回復させる際に、ホッパー容量の１０体積％となる量のヤード焼結鉱をホッパーの中心位置へ投入し、ホッパー容量の１０体積％となる量の直送焼結鉱をホッパーの中心位置へ投入した。その後、ホッパー上部を密閉し、ホッパー内胴部の空塔速度が０．０３ｍ／ｓｅｃになるように集塵機を用いてホッパー内を集塵した。この操作を繰り返し実行し、ホッパーから排出される焼結鉱をサンプリングした。

比較例１では、焼結鉱を排出させてホッパー内の焼結鉱の堆積面位置をホッパー容量の８０体積％になる位置まで低下させた。その後、ホッパー内の堆積面位置を１００体積％となる位置まで回復させる際に、ホッパー容量の２０体積％となる量のヤード焼結鉱をホッパーへ投入し、ホッパー上部を開放状態にしたまま集塵機を用いてホッパー内を集塵した。この操作を繰り返し実行し、ホッパーから排出される焼結鉱をサンプリングした。

ホッパーから排出された焼結鉱のサンプリングを断続的に実施し、サンプリングされた焼結鉱の水分含有量の平均値を測定して乾燥効果を評価した。表１に、比較例１および本発明例１〜４の評価条件および評価結果を示す。

比較例１の条件では、ホッパーから排出された焼結鉱の平均水分含有量は１．５質量％であった。比較例１では、ホッパーにヤード焼結鉱しか投入していないので、焼結鉱は乾燥されず、投入時の水分含有量を維持したまま、ホッパーから焼結鉱が排出されたと考えられる。

発明例１の条件では、ホッパーから排出された焼結鉱の平均水分含有量は０．６質量％であった。発明例１では、ホッパーに直送焼結鉱とヤード焼結鉱とを交互に投入しているので、直送焼結鉱の熱はヤード焼結鉱に伝熱し、これにより、ヤード焼結鉱の水分を蒸発させて、ヤード焼結鉱を含む焼結鉱の水分含有量を０．６質量％にすることができた。

発明例２の条件では、ホッパーから排出された焼結鉱の平均水分含有量は０．３質量％であった。発明例２では、発明例１に対して、ホッパー上部を密閉して集塵機を用いてホッパー内を吸引したので、集塵機の吸引による送風により、直送焼結鉱とヤード焼結鉱との間の伝熱が促進され、さらに、当該送風によってヤード焼結鉱の水分の蒸発速度が速められた。発明例２は、これらの要因によって、ヤード焼結鉱を含む焼結鉱の水分含有量を０．３質量％にすることができた。

発明例３の条件では、ホッパーから排出された焼結鉱の平均水分含有量は０．１質量％であった。発明例３では、発明例２に対して、集塵機によるホッパーの吸引量を３倍にしたので、直送焼結鉱とヤード焼結鉱との間の伝熱がさらに促進されるとともに、ヤード焼結鉱の水分の蒸発速度もさらに速められた。発明例３は、これらの要因によって、ヤード焼結鉱を含む焼結鉱の水分含有量を０．１質量％にすることができた。

発明例４の条件では、ホッパーから排出された焼結鉱の平均水分含有量は０．０質量％であった。発明例４では、発明例３に対して、直送焼結鉱とヤード焼結鉱をホッパーの中心位置に交互に投入し、直送焼結鉱とヤード焼結鉱との接触面積を増やしたので、発明例３よりも、焼結鉱間の伝熱がさらに促進され、ヤード焼結鉱の水分の蒸発速度がさらに速められた。発明例４は、これらの要因によって、ヤード焼結鉱を含む焼結鉱の水分含有量を０．０質量％にすることができた。

このように、本実施形態に係る高炉原料の乾燥方法を実施することで、加熱ガスを原料槽１０に導入するための設備を設けることなく、ホッパーに貯蔵されたヤード焼結鉱を含む焼結鉱を乾燥できることが確認された。そして、本実施形態に係る高炉原料の乾燥方法によって乾燥された高炉原料を、スクリーン等の篩を用いて篩分けすることで、乾燥されていない高炉原料と比較して、より多くの粉鉱石を除去できることがわかる。

１０原料槽
１２ホッパー
１４フィーダー
１６スクリーン
１８計量ホッパー
２０粉シュート
２２トリッパー
２４集塵機
２６集塵ダクト
２８集塵フード
３０コンベア
４０粒状物
４２粒状物
４４粒状物

Claims

高炉原料を貯蔵するホッパーを用いた高炉原料の乾燥方法であって、
前記ホッパーに、水分含有量が０．５０質量％以上である高炉原料と、水分含有量が０．０１質量％以下であって５０℃以上の高炉原料とを交互に投入し、集塵機を用いて、前記ホッパー内胴部の空塔速度が０．０１ｍ／ｓｅｃ以上となるように前記ホッパー内を集塵する、高炉原料の乾燥方法。
前記ホッパーの上部が密閉されている、請求項１に記載の高炉原料の乾燥方法。
前記ホッパー容量の１０体積％以上５０体積％以下となる量の前記水分含有量が０．５０質量％以上である高炉原料と、前記ホッパー容量の１０体積％以上５０体積％以下となる量の前記水分含有量が０．０１質量％以下であって５０℃以上の高炉原料と、を前記ホッパーに投入する、請求項１または請求項２に記載の高炉原料の乾燥方法。
前記水分含有量が０．５０質量％以上である高炉原料、および、前記水分含有量が０．０１質量％以下であって５０℃以上の高炉原料を、前記ホッパーの中心位置に投入する、請求項１から請求項３の何れか一項に記載の高炉原料の乾燥方法。
前記ホッパーから排出される前記高炉原料を篩い分ける、請求項１から請求項４の何れか一項に記載の高炉原料の乾燥方法。