JP6772713B2 - 焼結原料装入装置、焼結機 - Google Patents

Description

この発明は、スリットシュートのスリット上を移動して焼結原料充填層に充填される粗大な擬似粒子が、焼結原料充填層に充分に分散することを可能とする焼結原料装入装置、焼結機に関する。

従来、高炉で使用される焼結鉱の製造においては、まず粉鉄鉱石と、石灰石やドロマイトなどの副原料と、粉コークスを、ドラムミキサーを用いて水と混練して粒径約５ｍｍの擬似粒子(以下、焼結原料粒とも称す)に造粒し、パレット内に充填して焼結原料充填層を形成する。そして、焼結原料充填層の上表面に分布する粉コークスに着火することにより、焼結原料の燃焼が開始されて焼結反応が始まる。

着火された焼結原料充填層は、焼結原料粒の供給側から排出側に移動する間に、パレットの下部から空気が吸引されて粉コークスの燃焼が焼結原料充填層の上部から下部に移動する。この時、粉コークスの燃焼から得られる熱エネルギーは焼結原料層の上部から下部に移動するので、下方に行くほど蓄熱される。

焼結原料充填層中で形成される粉コークスの燃焼帯では、粉鉄鉱石と石灰石が反応して溶融・同化し、冷却過程で焼結化して焼結ケーキが形成される。焼結ケーキは排出側で粉砕され、焼結鉱となる（例えば、特許文献１、２参照。）。

このように、焼結原料充填層で焼結原料を焼結する際には、熱源である粉コークスを着火しやすい焼結原料充填層の上部に偏在させ、焼結原料充填層内を効率的に昇温させることが好適である。また下方ほど蓄熱されるので、焼結原料充填層の下方における粉コークスの存在量を上方より低位にすることが好適である。

特開２０００−０９６１５８号公報 特開２００８−０５７０２８号公報

近年粉鉱石の粒径が低下する傾向にあり、ドラムミキサで造粒しきれなかった粉鉱石によって焼結原料充填層中の空隙率が低下し、焼結原料充填層中の通気性が低下して粉コークスの燃焼が阻害され、焼結生産量が低下するという問題が顕在化している。そこで、ドラムミキサとは別系統で、焼結原料の一部を、例えば、５ｍｍ〜２０ｍｍ程度に造粒して大粒化して焼結原料充填層中に配置し、通気性を維持・向上させたいという要求がある(以下、この５ｍｍ〜２０ｍｍ程度に大粒化した焼結原料を生ペレットとも称す)。 しかしながら、従前の焼結原料装入装置で大粒化した生ペレットを装入した場合、大粒化した生ペレットがスリットシュートを勢いよく移動して焼結原料充填層の斜面のすそ野に集中して焼結原料充填層の下部に偏在することで、焼結原料充填層の通気性が過度に向上して焼結時間が過度に短縮され、充分な焼結を行うことが困難になるという問題が発生する。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、生ペレット等の大粒化した原料粒を焼結原料充填層内に充分に分散させ、ひいては大粒化した原料粒を効率的に焼結することが可能な焼結原料装入装置、焼結機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１に記載の発明は、スリットを有するシュートによって、焼結用の配合原料をスリットを抜けて下方に落下して移動する第１原料粒と前記スリットを抜けずにシュートの上方を移動する第２原料粒とに分けて、焼結機パレット内に焼結原料充填層を形成する焼結原料装入装置であって、前記スリットシュートの下端から前記焼結原料充填層下層部の間で、前記第２原料粒の自由な落下方向と交差する原料粒分散手段を備え、前記原料粒分散手段は、前記第２原料粒と接触して前記第２原料粒の水平方向の速度を減速することにより前記第２原料粒を、前記焼結原料充填層上層部の斜面に落下させるように構成されていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、焼結機であって、請求項１〜４のいずれか１項に記載の焼結原料装入装置を備えることを特徴とする。

この発明に係る焼結原料装入装置、焼結機によれば、スリットシュートの下端から焼結原料充填層下層部の間で、第２原料粒の自由な落下方向と交差する原料粒分散手段を備え、原料粒分散手段は、第２原料粒と接触することにより第２原料粒を焼結原料充填層上層部の斜面に落下させるように構成されているので、第２原料粒（例えば、後述の皿型造粒機によって造粒、された粒径５〜２０ｍｍの生ペレット等）を焼結原料充填層内に充分に分散させることができる。その結果、第２原料粒を効率的に焼結することができる。

この明細書において、第１原料粒とは、焼結用の配合原料を構成する原料粒のうち、スリットを抜けて下方に落下する原料粒をいう。
また、第２原料粒とは、焼結用の配合原料を構成する原料粒のうち、例えば、生ペレットのように大粒化された粗大な原料粒を包含していて、スリットを抜けずにシュートの上方を移動する原料粒をいう。なお、大粒化された原料粒のみにより構成されていてもよい。なお、大粒化された粗大な原料粒を第２原料粒と称する場合がある。

この明細書において、充填層上層部とは、充填層を垂直方向に２分したときの概ね上半分をいう。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の焼結原料装入装置であって、前記原料粒分散手段は、上方から下方に垂れ下がったのれん状に形成され、前記第２原料粒との接触部位より上方において前記第２原料粒の移動方向前方に変位可能に構成されていることを特徴とする。

この発明に係る焼結原料装入装置によれば、原料粒分散手段は、上方から下方に垂れ下がったのれん状に形成され、第２原料粒との接触部位より上方において第２原料粒の移動方向前方に変位可能に構成されているので、第２原料粒と接触した場合に、第２原料粒の水平速度を充分に減速しつつ第２原料粒が衝撃で破損するのを抑制することができる。
その結果、焼結原料充填層内に充分に分散されて、第２原料粒を効率的に焼結することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の焼結原料装入装置であって、前記原料粒分散手段は、上方から下方に垂れ下がり互いに可動可能に連接された複数の節部を有して形成され、前記第２原料粒との接触部位より上方において前記第２原料粒の移動方向前方に変位可能に構成されていることを特徴とする。

この発明に係る焼結原料装入装置によれば、原料粒分散手段は、上方から下方に垂れ下がり互いに可動可能に連接された複数の節部を有していて、第２原料粒との接触部位より上方において第２原料粒の移動方向前方に変位可能に構成されているので、第２原料粒と接触した場合に、第２原料粒の水平速度を充分に減速しつつ第２原料粒が衝撃で破損するのを抑制することができる。
その結果、焼結原料充填層内に充分に分散されて、第２原料粒を効率的に焼結することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の焼結原料装入装置であって、前記原料粒分散手段は、上方から下方に垂れ下がって可撓性を有し、前記第２原料粒との接触部位より上方において前記第２原料粒の移動方向前方に変位可能に構成されていることを特徴とする。

この発明に係る焼結原料装入装置によれば、原料粒分散手段は、上方から下方に垂れ下がり可撓性を有していて、第２原料粒との接触部位より上方において第２原料粒の移動方向前方に変位可能に構成されているので、第２原料粒と接触した場合に、第２原料粒の水平速度を充分に減速しつつ第２原料粒が衝撃で破損するのを抑制することができる。
その結果、焼結原料充填層内に充分に分散されて、第２原料粒を効率的に焼結することができる。

この発明に係る焼結原料装入装置、焼結機によれば、第２原料粒が包含する大粒化した原料粒を焼結原料充填層内に充分に分散させ、ひいては第２原料粒が包含する大粒化した原料粒を充分に焼結することが可能な焼結原料装入装置を提供することができる。その結果、第２原料粒を効率的に焼結することができる。

本発明の一施形態に係る焼結鉱製造プロセスの概略構成の一例を説明する図である。 本発明の一施形態に係る焼結機の概略構成の一例を説明する図である。 本発明の一施形態に係る焼結原料装入装置の要部詳細の一例を説明する図である。 本発明の効果を確認する実施例を説明する図であり、粒度分布の変化を示す図である。 本発明の効果を確認する実施例を説明する図であり、焼結原料充填層の特性の変化を示す図である。

以下、図１〜図３を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明の一施形態に係る焼結鉱製造プロセスの概略構成の一例を説明する図である。また、図２は、焼結機の概略構成の一例を説明する図であり、図３は焼結原料装入装置の要部詳細の一例を説明する図である。図２、図３において、符号１は焼結機を、符号２０は焼結原料装入装置を、符号２５はチェーン状部材（原料粒分散手段）を、符号３０Ｍは焼結原料充填層（焼結原料充填層）を示している。

焼結鉱製造プロセスは、図１に示すように、例えば、焼結機１と、第１造粒系統(以下、本造粒系という)２と、第２造粒系統(以下、分割造粒系)３とを備えている。
また、焼結機１は、サージホッパ１０と、焼結原料装入装置２０と、焼結部３０と、着火炉４０と、排気装置４５と、焼結ケーキ排出装置５０とを備えている。

本造粒系２は、例えば、ドラムミキサ２Ａと、ドラムミキサ２Ａと直列に接続されたドラムミキサ２Ｂとを備えていて、原料ホッパ（不図示）から切り出される原料（粉鉱石、副原料、粉コークス、返鉱）を、ドラムミキサーで水と混練して造粒するようになっている。

分割造粒系３は、例えば、高速撹拌ミキサ３Ａと、皿型造粒機３Ｂとを備えていて、原料ホッパ（不図示）から切り出される原料（特にペレットフィードと呼ばれる微粉鉱石、それに加えて、粉鉱石、副原料、粉コークスを含んでもよい。）を、高速撹拌ミキサで水と混練し、皿型造粒機で粒径５ｍｍ以上の生ペレット（大粒化された粗大な原料粒）に造粒するようになっている。

そして、本造粒系２で処理される原料を造粒した擬似粒子と分割造粒系３で造粒される粗大な生ペレットは、サージホッパ１０に配合原料Ｍ０として貯留され、焼結原料装入装置２０によって焼結部３０に装入されて着火炉４０で着火されて排気装置４５で排気しながら焼結され、焼結された焼結ケーキは排出側で、焼結ケーキ排出装置５０において、粉砕装置５１で粉砕されて焼結鉱となり、冷却装置５２で冷却された後に篩５３にかけられて高炉に供給されるようになっている。

サージホッパ１０は、上述のように、そして、本造粒系２で造粒された擬似粒子と分割造粒系３で造粒される粗大な生ペレットを貯留するようになっている。

サージホッパ１０に貯留された本造粒系２で造粒された擬似粒子と分割造粒系３で造粒される粗大な生ペレットとを含む配合原料Ｍ０は、図２に示すように、サージホッパ１０の下部に設けられたロールフィーダ１２によって焼結原料装入装置２０に供給されるようになっている。

焼結原料装入装置２０は、図３に示すように、スリットシュート２１と、チェーン状部材（原料粒分散手段）２５とを備えており、チェーン状部材２５は、スリットシュート２１の出口側に上方から下方に垂下って配置されている。

スリットシュート２１は、例えば、ディフレクタプレート２２と、スリットバー２３とを備えている。
ディフレクタプレート２２は、例えば、長手方向と直交する断面がチャネル形に形成されるとともに底部が平板状とされたシュートとされていて、鉛直方向（自由落下方向）と交差して配置されている。
スリットバー２３は、ディフレクタプレート２２と所定間隔をあけて長手方向と直交（交差角９０°で交差）する方向に配置されている。このスリットバー２３はいわゆる篩（ふるい）の役目を担い、後述するように主に擬似粒子で構成される第１原料粒と、主に生ペレットで構成される第２原料粒とに分級する機能を有する。なお、スリットバー２３は、ディフレクタプレート２２の長手方向と直交する向きに限定されることなく、篩の役目を果たす範囲でディフレクタプレート２２の長手方向と交差する交差角度で配置してもよい。

チェーン状部材（原料粒分散手段）２５は、例えば、上方から下方に垂れ下がり互いに可動可能に連接された複数のチェーンリンク（節）２６を備えている。
なお、チェーン状部材２５としては、チェーンリンク２６が互いに３次元的に可動可能であることが好適であるが、二次元的に可動可能な構成とされてもよい。
この実施形態において、それぞれのチェーンリンク（節）２６は、ウレタン樹脂（不図示）がコーティング（被覆）されていて、第２原料粒に含まれる生ペレットがチェーン状部材に接触して一部が欠損あるいは崩壊した場合に、その欠片等が付着するのを抑制することができるようになっている。

また、チェーン状部材（原料粒分散手段）２５は、例えば、第２原料粒に含まれる生ペレットが接触した場合に、接触部が生ペレットの移動方向に変位して、接触開始から水平方向速度の減速終了（水平方向速度が最小になるタイミング）までの時間が適切に確保されて、衝撃を緩和する（単時間あたりの吸収エネルギーを低減する）ことにより、衝突に起因する一部の欠損あるいは崩壊が発生しないことが好適である。

サージホッパ１０からロールフィーダ１２を介して切り出された擬似粒子と生ペレットは、スリットシュート２１を通過する際にそのスリットバー２３の間隔に応じて分級操作を受ける。

配合原料Ｍ０のうち、スリットバー２３の間隙を通り抜けて落下する第1原料粒（例えば、擬似粒子の一部または全部と生ペレットの一部）Ｍ１の粒径は、スリットバー２３の上を通り抜ける第２原料粒（例えば、擬似粒子の一部と生ペレットの一部または全部）Ｍ２よりも相対的に小さい。

また、粉コークスは粒径が小さいので、スリットバー２３の間隙を通り抜ける確率が高く、すなわち第１原料粒Ｍ１に含まれる確率が高い。第１原料粒Ｍ１は、焼結原料充填層Ｍ３０の上層に供給されるので、粉コークスも上層に多く供給される。
一方、生ペレットは他の原料よりも相対的に大きいので、スリットバー２３の間隙を通り抜ける確率は低い。その結果、擬似粒子と生ペレットはスリットシュート２１によって分級することができる。

焼結部３０は、図１に示すように、例えば、直線部を含む周回軌道に沿って移動する複数の焼結機パレット３２を備えている。
焼結機パレット３２は、図２、図３に示すように、矢印Ｔ方向に進行するようになっている。
また、焼結機パレット３２は、底面壁部と底面壁部の左右から上方に立上る立上壁部とを有し、進行方向前方３２Ｆと進行方向後方３２Ｒが開口した構成とされていて、進行方向から見たときに上方が開口する略チャネル形に形成されている。そして、周回軌道の直線部を移動する際には、隣接する前後の焼結機パレット３２の進行方向前方３２Ｆと進行方向後方３２Ｒが互いに密着して、焼結機パレット３２から原料粒がこぼれ落ちないようになっている。なお、焼結部３０において焼結原料充填層を形成する際には、周知の種々の形式の焼結機パレットを使用してもよい。

着火炉４０は、焼結機パレット３２の上方に配置されていて、下方に向かって火炎を噴射する複数の着火ノズルを備えている。

排気装置４５は、焼結機パレット３２の下方に配置され、焼結機パレット３２の下方から空気を排気し、その結果、パレット内の焼結原料充填層に堆積した焼結原料粒に上方から下方に向かう気流を形成するとともに燃焼熱を伝えるようになっている。

次に、図３を参照して、焼結機１の動作について説明する。
（１）サージホッパ１０内に貯留した配合原料（擬似粒子と生ペレット）Ｍ０をロールフィーダ１２によって焼結原料装入装置２０に供給する。
（２）焼結原料装入装置２０に供給された配合原料Ｍ０は、スリットシュート２１において、擬似粒子の多くを内包する第１原料粒Ｍ１はスリットバー２３の間隙から下方に落下し、生ペレットを多く内包する第２原料粒Ｍ１はスリットバー２３の上方を移動する。なお、擬似粒子、生ペレットのスリットシュート２１における挙動は絶対的なものではなく、生ペレットの一部が第１原料粒Ｍ１に内包されていてもよく、また、擬似粒子の一部が第２原料粒Ｍ２に内包されていてもよい。
（３）スリットバー２３の間隙から下方に落下した第１原料粒Ｍ１はディフレクタプレート２２上を転がって焼結機パレット３２に移動して焼結原料充填層３０Ｍに堆積する。
（４）第２原料粒Ｍ２は、スリットバー２３の上側を転がって焼結機パレット３２に向かって移動する。そして、第２原料粒Ｍ２は、チェーン状部材２５と接触して減速され、焼結原料充填層３０Ｍの斜面に停止される。
（５）その結果、焼結原料充填層３０Ｍの斜面に停止した第２原料粒Ｍ２の上に第１原料粒Ｍ１が堆積して、第１原料粒Ｍ１と第２原料粒Ｍ２が充分に分散された焼結原料充填層３０Ｍが形成される。
（６）焼結機パレット３２内に焼結原料充填層３０Ｍが形成されるとともに矢印Ｔ方向に移動し、着火炉４０によって焼結原料充填層３０Ｍの上面に着火されて、焼結原料充填層３０Ｍが下方から吸引されることで焼結原料充填層３０Ｍが加熱されて、第１原料粒Ｍ１、第２原料粒Ｍ２が充分に焼結される。

第１実施形態に係る焼結機１によれば、スリットシュート２１の下端から焼結原料充填層３０Ｍの下層部の間で、焼結原料粒Ｍ２の自由な落下方向と交差するチェーン状部材２５を備えていて、チェーン状部材２５が、焼結原料粒Ｍ２と接触することにより焼結原料粒Ｍ２の水平速度を減速して、焼結原料充填層３０Ｍの上層部の斜面に焼結原料粒Ｍ２を落下させるように構成されているので、焼結原料粒Ｍ２を焼結原料充填層３０Ｍ内に分散させることができる。その結果、焼結原料粒Ｍ２を効率的に焼結することができる。

また、第１実施形態に係る焼結機１によれば、チェーン状部材２５が、上方から下方に垂れ下がり上方から複数のチェーンリンク（節）２６を有していて、焼結原料粒Ｍ２との接触部位より上方において焼結原料粒Ｍ２の移動方向前方に変位可能に構成されているので、焼結原料粒Ｍ２と接触した場合に、焼結原料粒Ｍ２の水平速度を充分に減速しつつ焼結原料粒Ｍ２が衝撃で破損するのを抑制することができる。
その結果、焼結原料充填層３０Ｍ内に効率的に分散されて、焼結原料粒Ｍ２を効率的に焼結することができる。

また、第１実施形態に係る焼結機１によれば、焼結原料粒Ｍ１、焼結原料粒Ｍ２が焼結原料充填層３０Ｍ内で充分に分散されて、焼結原料充填層３０Ｍの内方に大きな空隙（例えば、生焼結原料粒Ｍ２同士の間に）が形成されることが抑制されるので、効率的に焼結することができる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更をすることが可能である。

例えば、一実施形態においては、第２原料粒Ｍ２が生ペレットを含む場合について説明したが、生ペレットに代えて、生ペレット以外の形態で大粒化した粗大な原料粒を内包していてもよい。

例えば、一実施形態においては、原料粒分散手段が、上方から下方に垂れ下がった複数のチェーンリンク（節部）２６を有するチェーン状部材２５により構成されている場合について説明したが、チェーン状部材２５に代えて、第２原料粒Ｍ２と接触することにより第２原料粒Ｍ２の水平速度を減速して、焼結原料充填層の斜面に所定量の第２原料粒Ｍ２を落下、停止させることが可能な、例えば、のれん状部材、可撓性を有するナイロンやワイヤ等の繊維状部材、種々の部材を適用してもよい。

また、一実施形態においては、各チェーンリンクにウレタン樹脂をコーティングしたチェーン状部材２５を用いる場合について説明したが、チェーンリンク２６にウレタン樹脂をコーティングするかどうかは任意に設定することができ、ウレタン樹脂に代えて、他の樹脂又は付着抑制部材を被覆する構成としてもよい。

また、チェーンリンク２６にウレタン樹脂等の付着抑制手段をコーティング等する場合に、すべてのチェーンリンク２６を対象とするか一部のチェーンリンク２６を対象とするかは任意に設定することができる。

次に、本発明の実施例について説明する。
実施例は、例えば、図３に示すような原料粒を用いて、原料粒分散手段を適用しない比較例、チェーン状部材を用いた本発明例１、２について、スリットシュートにおける粒度分布変化と、充填密度、焼成前通気度、焼成中通気度、焼成速度ＦＦＳ(Flame Front Speed)について検証した。

以下、図４を参照して、実施例における粒度分布の変化について説明する。
図４は、本発明の効果を確認する実施例を説明する図であり、粒度分布の変化を示す図である。
スリットシュートにおける粒度分布は、図４に示すように、比較例では、大きな原料粒が焼結原料層の下方から０ｍｍ〜２５０ｍｍの間に集中しているが、本発明例１、本発明例２では、二層目より下方の各層に比較例よりも多く（概ね均一）に分布することが確認できた。

以下、図５を参照して、実施例における充填密度、焼成前通気度、焼成中通気度、ＦＦＳについて説明する。
図５は、本発明の効果を確認する実施例を説明する図であり、充填密度、焼成前通気度、焼成中通気度、ＦＦＳを示す図である。
充填密度、焼成前通気度、焼成中通気度、ＦＦＳは、図５に示すように、本発明例１、本発明例２は、比較例に対していずれも向上することが確認できた。

この発明に係る焼結原料装入装置、焼結機によれば、大粒化した原料粒を焼結原料充填層内に充分に分散させ、ひいては大粒化した原料粒を効率的に焼結することができるので産業上利用可能である。

Ｍ０ 配合原料
Ｍ１ 第１原料粒
Ｍ２ 第２原料粒
１ 焼結機
２０ 焼結原料装入装置
２１ スリットシュート
２２ ディフレクタプレート
２３ スリットバー
２５ チェーン状部材（原料粒分散手段）
２６ チェーンリンク（節部）
２０ スリットシュート
３０Ｍ 焼結原料充填層
３２ 焼結機パレット
４０ 着火炉

Claims (5)

1. スリットを有するスリットシュートによって、焼結用の配合原料をスリットを抜けて下方に落下して移動する第１原料粒と前記スリットの上方を移動する第２原料粒とに分けて、焼結原料充填層を焼結機パレット内に形成する焼結原料装入装置であって、
   前記スリットシュートの下端から前記焼結原料充填層下層部の間で、前記第２原料粒の自由な落下方向と交差する原料粒分散手段を備え、
   前記原料粒分散手段は、
   前記第２原料粒と接触して前記第２原料粒の水平方向の速度を減速することにより前記第２原料粒を、前記焼結原料充填層上層部の斜面に落下させるように構成されていることを特徴とする焼結原料装入装置。
2. 請求項１に記載の焼結原料装入装置であって、
   前記原料粒分散手段は、
   上方から下方に垂れ下がったのれん状に形成され、前記第２原料粒との接触部位より上方において前記第２原料粒の移動方向前方に変位可能に構成されていることを特徴とする焼結原料装入装置。
3. 請求項１に記載の焼結原料装入装置であって、
   前記原料粒分散手段は、
   上方から下方に垂れ下がり互いに可動可能に連接された複数の節部を有して形成され、前記第２原料粒との接触部位より上方において前記第２原料粒の移動方向前方に変位可能に構成されていることを特徴とする焼結原料装入装置。
4. 請求項１に記載の焼結原料装入装置であって、
   前記原料粒分散手段は、
   上方から下方に垂れ下がって可撓性を有し、前記第２原料粒との接触部位より上方において前記第２原料粒の移動方向前方に変位可能に構成されていることを特徴とする焼結原料装入装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の焼結原料装入装置を備えることを特徴とする焼結機。

Images