JP6628880B2 - 原料処理設備及びこれを用いた原料処理方法 - Google Patents
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Description
ところが、上述したように、燒結鉱を製造する台車は酸化性雰囲気であり、還元鉄を製造する還元炉は非酸化性雰囲気に醸成されなければならないため、燒結鉱及び還元鉄を一緒に製造することができない。
前記原料処理設備は、排鉱部の一方の側に位置して、台車から排鉱された焼結鉱及び還元鉄を分離する分離装置を備える。
上記の目的を達成するために案出された本発明に係る原料処理方法は、複数の台車のそれぞれに対して還元鉄の製造のための第1の造粒物を装入する過程と、第1の造粒物が装入されて移動されてきた台車内に焼結鉱の製造のための第2の造粒物を第1の造粒物の上部に位置するように装入する過程と、第1及び第2の造粒物が装入された複数の台車のそれぞれを点火炉に向かって移動させて、複数の台車のそれぞれに装入された第2の造粒物の表層に火炎を着火する過程と、火炎が着火された複数の台車のそれぞれを、第2の造粒物を焼結する焼結区間と、焼結区間後の区間であって、第1の造粒物を還元する還元区間と、を有する原料処理区間に並設された複数のウィンドボックスの上側を通過するように順次に移動させて、上側に位置する第2の造粒物の焼結反応と、下側に位置する第1の造粒物の還元反応と、を順次に処理する過程と、を含み、第1の造粒物を還元させる過程は、還元区間において先に第1の造粒物の還元反応が行われた台車から還元反応により発生した還元性排ガスを回収する過程と、回収された還元性排ガスを還元区間に位置する台車に供給して、還元区間に位置する台車の内部の酸素の濃度を調節することにより、還元性雰囲気に醸成する過程と、を含む。
前記第2の造粒物を焼結する過程において、還元性排ガスを焼結区間に対応して位置する台車に供給して熱源を与える。
台車に装入される第1の造粒物の積層高さは、200mm以上、400mm以下にする。
[数1]
全体の原料処理時間(min)=複数の焼結台車の長さ(m)/台車の移動速度(m/min)
[数2]
焼結時間(min)=全体の原料処理時間(min)−第1の造粒物の還元にかかる時間(min)
[数3]
第2の造粒物の高さ(m)=焼結時間(min)×焼結の進行速度(m/min)
前記鋼材用材料は、高炉の製銑工程の材料として用いられる。
また、図3は、本発明の第1の実施形態に係る原料処理設備における還元性排ガスの供給位置を更に詳細に説明する概念図であり、図4は、本発明の第2の実施形態に係る原料処理設備を概念的に示す図である。
本発明の実施形態に係る原料処理設備においては、燒結鉱及び還元鉄を一緒に製造する。すなわち、一つの台車100内に燒結鉱製造用の原料及び還元鉄製造用の原料を装入し、所定の区間まで燒結鉱製造用の原料の焼結を行い、焼結が終了した後に還元鉄製造用の原料の還元を行う。
本発明の実施形態に係る原料処理設備によれば、一台車100において、上側に位置する第2の造粒物M2の焼結が先に行われて燒結鉱が製造され、第2の造粒物M2の焼結が終了した後、第1の造粒物M1の還元が行われて還元鉱が製造される。
複数のウィンドボックス500は、フード400及び台車100に対して吸引力を与えることにより、外部の空気をフード400に吸い込み、吸い込まれた空気が台車100の下側に向かって移動するようにする。これらの複数のウィンドボックス500は、点火炉200と排鉱部との間の区間に並設される。
反応式1)Fe2O3+3C=2Fe+3/2CO2
反応式2)Fe2O3+C=2FeO+CO
反応式3)FeO+CO=Fe+CO2
反応式4)CO+1/2O2=CO2
一方、第1の造粒物M1の還元のために酸素を用いるため、酸素の濃度が比較的に低く(少なくとも空気に比べて低くなる)、温度もまた高くなる。従って、本発明においては、第1の造粒物M1の還元過程において発生した還元性排ガスを回収し、これを第1の造粒物M1の還元に再使用することにより、還元が進行し易いように熱源を与え、非酸化性雰囲気を醸成する。
上述したように、ウィンドボックス500の吸込力により外部の空気がフード400を介して複数の台車100のそれぞれに吸い込まれる。また、空気には21%の酸素が含まれている。一方、第2の造粒物M2の焼結が終了した後の地点から原料処理の終了地点(100%地点)までは第1の造粒物M1の還元が行われるべき還元区間であって、還元区間において台車は還元性雰囲気に醸成されなければならないが、21%の酸素の濃度を有する空気中では還元性雰囲気を醸成することができない。
このとき、還元性排ガスが排出される循環ライン610の下側に対応位置するウィンドボックス500の吸込力により、循環ライン610の下側を通過する台車100に還元性排ガスが吸い込まれ、前記台車100の内部が還元雰囲気に醸成される。
第1のブロワー630は、回収配管611に吸引力を与えるものであり、第1の集塵器620の後端に連結された回収配管611と連通される。
すなわち、循環ライン610は、一方の末端が複数のウィンドボックス500と連通され、他方の末端がウィンドボックス500の上側まで延在されて、複数のウィンドボックス500から排気された還元ガスをウィンドボックス500の上側の位置まで移動させる回収配管611と、一方の末端が回収配管611と連結され、他方の末端が還元区間と対応するフード400の位置に連結された第1の供給配管612と、一方の末端が回収配管611と連結され、他方の末端が焼結区間と対応するフードの位置に連結された第2の供給配管613と、を備える。
本発明においては、上述したように、台車100に還元鉄の製造のための第1の造粒物M1及び燒結鉱の製造のための第2の造粒物M2を装入するが、第1の造粒物M1の上に第2の造粒物M2が位置するように層を分けて装入する。また、台車が移動するにつれて、第2の造粒物M2の最上部層から下部層まで連続して焼結が行われ、次いで、第1の造粒物M1の最上部層から下部層まで還元が行われる。このため、第1の造粒物M1及び第2の造粒物M2の高さに応じて第1の造粒物M1の還元区間及び第2の造粒物M2の焼結区間が決定される。
第1の造粒物M1の積層高さを300mmとしたとき、第1の造粒物M1を還元するのに必要な温度まで昇温させるのにかかる時間(昇温時間)、還元にかかる時間(還元時間)、還元が終了してから冷却にかかる時間(冷却時間)を合計すると、約15分の時間が必要である。これらのうち、還元にかかる時間は約8分であることを確認することができ、還元時間は、積層高さが変化した場合も大きく変化しないことを確認した。また、第1の造粒物M1の高さを200mmとした場合には、還元にかかる時間は約8分であり、全体の工程時間は10分であることが分かる。他の例によれば、第1の造粒物M1の高さを200mm未満としたとき、還元にかかる時間は8分から大きく変化せず、このため、全体の工程時間も10分から大きく変化しない。ところが、還元鉄の生産性が低下するため好ましくない。
従って、本発明においては、第1の造粒物M1の積層高さを200mm以上、400mm以下にする。
全体の原料処理工程時間のうち、第1の造粒物の高さに応じた第2の造粒物の高さは、次の数式1により算出することができる。原料処理設備における全体の原料処理時間(min)は、工程長さ(m)及び台車の移動速度(m/min)に応じて異なる。ここで、工程長さ(m)は、工程の進行方向に並べられた複数の台車の長さ(m)を意味する。
第2の造粒物の高さは、第1の造粒物の高さ、焼結の進行速度などに応じて決定される。
全体の原料処理工程時間のうち、第1の造粒物の高さに応じた第2の造粒物の高さは、次の数式1により算出することができる。原料処理設備における全体の原料処理時間(min)は、工程長さ(m)及び台車の移動速度(m/min)に応じて異なる。ここで、工程長さ(m)は、工程の進行方向に並べられた複数の台車の長さ(m)を意味する。
[数1]
全体の原料処理時間(min)=複数の焼結台車の長さ(m)/台車の移動速度(m/min)
[数2]
焼結時間(min)=全体の原料処理時間(min)−第1の造粒物の還元所要時間(min)
[数3]
このように、第1及び第2の造粒物の積層高さが決定されれば、原料処理の際に台車に既に決定された高さで第1及び第2の造粒物を装入して工程を行う。
以下、図1から図4に基づいて、本発明の実施形態に係る原料処理設備の動作及びこれを用いた燒結鉱及び還元鉄の製造方法について説明する。
以下では、第1の造粒物M1の最上部層の温度が900℃であれば、還元性排ガスを供給するが、最上部層の温度が900℃である地点が、例えば、45%の地点である場合を例にとって説明する。
ここで、第1の造粒物M1は、還元鉄の製造のための原料であって、0.1mm以下の極微粉鉄鉱石と、炭材としての0.1mm以下の石炭と、を用意し、これを重さ比80:20で混合した後、これを双ロール式ブリケッターである造粒機11を用いて長さ45mm、幅23mm、厚さ17mmの大きさのブリケット状に造粒した造粒物である。いうまでもなく、第1の造粒物M1は、ペレタイザーを用いてペレット状に製造してもよい。
上部鉱M0は、製造された燒結鉱のうち粒度が2〜3mmと小さい燒結鉱であって、高炉操業には用いず、次のチャージの原料の処理に際して上部鉱として用いられる。上部鉱は、原料処理工程に際して台車内のガスの流れを円滑にし、鉄鉱石原料が溶融されたとき、鉄材により作製されている台車を保護する役割を果たす。
次いで、複数の台車100のそれぞれは、コンベヤー300により点火炉200の下側を順次に通過し、火炎の噴射された台車が最初のウィンドボックスに位置されれば、第2の造粒物M2の表層に火炎が着火される。火炎の着火された台車100は、コンベヤー300の動作に伴い、フード400とウィンドボックス500との間においてその延設方向に沿って移動される。このとき、複数のウィンドボックス500の吸込力により外部の空気がフード400に吸い込まれて台車100内に供給されるが、空気中の酸素の濃度が21%であるため、台車100の内部がコークスの燃焼又は焼結を行い易い酸素の濃度を保つことができる。
このように、雰囲気醸成ユニットにより還元雰囲気に制御された還元区間を複数の台車のそれぞれが通過して100%の地点に達すれば、第1の造粒物の還元が終完了して還元鉄が製造される。
このようにして製造された還元鉄及び燒結鉱は、高炉における製銑工程時の原料として用いられる。
このように、本発明においては、複数の移動式台車が順次に移動して処理が行われる原料処理設備を用いて、焼結鉱及び還元鉄を一緒に製造することができる。すなわち、移動式台車が移動する原料処理設備を、所定の区間を焼結し易い雰囲気に醸成し、他の所定の区間を還元し易い雰囲気に醸成するように構成することにより、同じ設備を用いて焼結鉱及び還元鉄を一緒に製造することができる。なお、台車内に還元鉄の製造のための第1の造粒物及び焼結鉄の製造のための第2の造粒物を、層を分けて装入することにより、燒結鉱及び還元鉄の生産性及び操業効率が向上するという効果がある。
Claims (21)
- それぞれに、還元鉄製造用の原料である第1の造粒物及び焼結鉱製造用の原料であって前記第1の造粒物の上側に位置する第2の造粒物が装入され、前記第2の造粒物を焼結する焼結区間と、前記焼結区間後の区間であって、第1の造粒物を還元する還元区間と、を有する原料処理区間に移動可能な複数の台車と、
前記複数の台車が前記原料処理区間を移動される経路の上に配設されて、前記第2の造粒物の表層に火炎を噴射する点火炉と、
前記複数の台車の下方に前記複数の台車の移動方向に並設され、前記複数の台車のそれぞれに吸引力を与える複数のウィンドボックスと、
前記還元区間に位置し、前記第1の造粒物の還元中の台車から還元反応による還元性排ガスを回収し、前記還元区間に位置する台車に前記還元性排ガスを供給する循環ラインを有する雰囲気醸成ユニットと、を備えることを特徴とする原料処理設備。 - 前記循環ラインの一方の末端は、前記原料処理区間のうち還元区間に対応して位置する複数のウィンドボックスと連結され、
前記循環ラインの他方の末端は、前記原料処理区間のうち前記台車内の第1の造粒物の最上部層が800℃〜1000℃の温度を有する地点に対応して位置して、前記還元性排ガスを供給することを特徴とする請求項1に記載の原料処理設備。 - 前記台車が移動する経路の上における前記点火炉から、前記第1の造粒物の還元が終了する地点までを全体の原料処理区間としたとき、
前記第1の造粒物の還元区間は、前記循環ラインから前記還元性排ガスを供給する地点から、前記第1の造粒物の還元が完了する地点までの区間であり、
前記第2の造粒物の焼結区間は、前記点火炉から前記還元性排ガスの供給前の地点までの区間であり、
前記還元区間は、前記還元性排ガスの供給により酸素の濃度が10%以下に調節され、
前記焼結区間は、酸素の濃度が15%以上に調節されることを特徴とする請求項1に記載の原料処理設備。 - 前記循環ラインは、
一方の末端が、複数のウィンドボックスのうち、前記還元区間に対応して配置された複数のウィンドボックスと連結され、前記還元区間に位置する複数の台車から前記第1の造粒物の還元反応中に発生した還元性排ガスを回収する回収配管と、
一方の末端が前記回収配管に連結されて、前記回収配管から移送した還元性排ガスを還元区間に位置する台車に供給する第1の供給配管と、を備え、
前記第1の供給配管は、前記原料処理区間のうち、前記第1の造粒物の最上部層が800℃〜1000℃の温度を有する地点に対応して位置するように配設されることを特徴とする請求項3に記載の原料処理設備。 - 前記雰囲気醸成ユニットは、
前記回収配管の延長経路の上に前記回収配管と連設されて、前記回収配管に吸込力を与えるブロワーと、
前記ウィンドボックスと前記ブロワーとの間の回収配管と連設されて、外部の空気を前記回収配管に供給することにより、前記回収配管に回収されたガスが前記ブロワーを通過する前に温度を下げる温度調節部と、を備えることを特徴とする請求項4に記載の原料処理設備。 - 前記雰囲気醸成ユニットは、
一方の末端が前記回収配管と連結され、他方の末端が前記台車の上方における前記焼結区間に対応位置して、前記焼結区間に還元性排ガスを供給することにより、前記焼結区間に熱源を与える第2の供給配管と、
前記第2の供給配管と連結されて、前記第2の供給配管に空気を供給して、前記焼結区間内の酸素の濃度が15%以上になるように調節する濃度調節部と、を備えることを特徴とする請求項4に記載の原料処理設備。 - 前記原料処理区間の終端の一方の側に位置して、前記台車から前記第2の造粒物の焼結が終了した焼結鉱及び前記第1の造粒物の還元が終了した還元鉱が排鉱される排鉱部と、
前記点火炉と前記排鉱部との間に位置するフードと、を備え、
前記循環ラインの他方の末端は、前記原料処理区間のうち、第1の造粒物の最上部層が800℃〜1000℃の温度を有する地点に対応して位置するフードに連結され、
前記第2の供給配管は、前記焼結区間に対応して位置するフードに連結されたことを特徴とする請求項6に記載の原料処理設備。 - 還元鉄製造用の原料である前記第1の造粒物が貯留され、移動する台車に前記第1の造粒物を、下方に向かって装入する第1のホッパーと、
前記第1のホッパーの後方に位置し、前記第1の造粒物が装入された後に移動された前記台車に焼結鉱製造用の原料である前記第2の造粒物を装入する第2のホッパーと、を備えることを特徴とする請求項7に記載の原料処理設備。 - 前記排鉱部の一方の側に位置して、前記台車から排鉱された焼結鉱及び還元鉄を分離する分離装置を備えることを特徴とする請求項8に記載の原料処理設備。
- 前記分離装置は、粒度及び磁力のうちのいずれか一方で焼結鉱及び還元鉄を分離することを特徴とする請求項9に記載の原料処理設備。
- 複数の台車のそれぞれに対して還元鉄の製造のための第1の造粒物を装入する過程と、
前記第1の造粒物が装入されて移動されてきた前記台車内に、焼結鉱の製造のための第2の造粒物を前記第1の造粒物の上部に位置するように装入する過程と、
前記第1及び第2の造粒物が装入された複数の台車のそれぞれを、点火炉に向かって移動させて、前記複数の台車のそれぞれに装入された前記第2の造粒物の表層に火炎を着火する過程と、
前記火炎が着火された複数の台車のそれぞれを、前記第2の造粒物を焼結する焼結区間と、前記焼結区間後の区間であって第1の造粒物を還元する還元区間と、を有する原料処理区間に並設された複数のウィンドボックスの上側を通過するように順次に移動させて、上側に位置する前記第2の造粒物の焼結反応と、下側に位置する第1の造粒物の還元反応とを順次に処理する過程と、を含み、
前記第1の造粒物を還元する過程は、
前記還元区間において、先に第1の造粒物の還元反応が行われた台車から還元反応により発生した還元性排ガスを回収する過程と、
回収された前記還元性排ガスを前記還元区間に位置する台車に供給して、前記還元区間に位置する台車の内部の酸素の濃度を調節することにより、還元性雰囲気を醸成する過程と、を含むことを特徴とする原料処理方法。 - 回収された前記還元性排ガスを前記還元区間に位置する台車に供給するに当たって、前記原料処理区間のうち、前記台車内の第1の造粒物の最上部層が800℃〜1000℃の温度を有する地点に対応して位置する台車に、前記還元性排ガスを供給することを特徴とする請求項11に記載の原料処理方法。
- 前記台車が移動する経路上における前記点火炉から前記第1の造粒物の還元が終了する地点までを全体の原料処理区間としたとき、
前記第1の造粒物の還元区間は、循環ラインから前記還元性排ガスを供給する地点から、前記第1の造粒物の還元が終了する地点までの区間であり、
前記第2の造粒物の焼結区間は、前記点火炉から前記還元性排ガスの供給前の地点までの区間であり、
前記還元区間は、前記還元性排ガスの供給により酸素の濃度を10%以下に調節し、
前記焼結区間は、酸素の濃度を15%以上に調節することを特徴とする請求項12に記載の原料処理方法。 - 前記還元性排ガスを回収する過程において、
前記原料処理区間のうち、前記還元区間に対応して位置する複数のウィンドボックスから、第1の造粒物の還元反応により発生した還元性排ガスを回収することを特徴とする請求項13に記載の原料処理方法。 - 前記還元性排ガスを回収する過程において、
前記複数のウィンドボックスから回収された還元性排ガスが前記還元性排ガスの回収経路の上に配設されたブロワーを通過する前に、回収された前記還元性排ガスと空気とを混合して500℃以下の温度に下げることを特徴とする請求項14に記載の原料処理方法。 - 前記第2の造粒物を焼結する過程において、
前記還元性排ガスを前記焼結区間に対応して位置する台車に供給して熱源を与えることを特徴とする請求項13に記載の原料処理方法。 - 前記焼結区間に前記還元性排ガスを供給するに当たって、前記焼結区間に対応して位置する台車に外部から吸い込んだ空気を更に供給して、酸素の濃度を15%以上に調節することを特徴とする請求項16に記載の原料処理方法。
- 前記台車に装入される第1の造粒物の積層高さは、200mm以上、400mm以下にすることを特徴とする請求項11に記載の原料処理方法。
- 前記第2の造粒物の積層高さは、数式1、数式2及び数式3により決定されることを特徴とする請求項18に記載の原料処理方法。
[数1]
全体の原料処理時間(min)=複数の焼結台車の長さ(m)/台車の移動速度(m/min)
[数2]
焼結時間(min)=全体の原料処理時間(min)−第1の造粒物の還元にかかる時間(min)
[数3]
第2の造粒物の高さ(m)=焼結時間(min)×焼結の進行速度(m/min) - 前記第1の造粒物の還元及び第2の造粒物の焼結が完了した台車から第1の造粒物の還元により製造された還元鉄及び第2の造粒物の焼結により製造された焼結鉱を排鉱する過程と、
前記排鉱された還元鉄及び焼結鉱を分離する過程と、を含むことを特徴とする請求項19に記載の原料処理方法。 - 前記排鉱された還元鉄及び焼結鉱を分離するに当たって、
前記第1の造粒物及び第2の造粒物の粒度又は磁力に基づいて分離することを特徴とする請求項20に記載の原料処理方法。
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