JP7251498B2 - Granulated iron manufacturing equipment - Google Patents
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Description
本発明は、溶鉄から粒鉄を製造する粒鉄製造装置に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a granulated iron production apparatus for producing granulated iron from molten iron.
高炉等で製造される溶鉄から粒鉄を製造するプロセスがある。特許文献1には、溶鉄を固定板上に落下させ、液滴が固定板上に跳ね返って下の冷却浴に落ちて冷却され、これにより、粒鉄が製造される粒状金属製造方法が開示されている。また、特許文献2には、水流で溶鉄を粒化させ、液状の粒鉄を水中に投下することで冷却、凝固させ、大量の粒鉄を製造する装置が開示されている。
There is a process to produce iron granules from molten iron produced in a blast furnace or the like.
投入される際の溶融状態の粒鉄は高温の液体である。溶鉄の温度は、1200~1500℃程度なので、このような高温の溶鉄が水に接触すると高温物体表面上に蒸気膜が生じる膜沸騰状態となって水が蒸発し、溶鉄の熱を奪っていく。この膜沸騰は冷却能力が低く、例えば、蒸気膜が生じない核沸騰の数100分の1程度の熱伝達率しかない。このため、膜沸騰が長く続くと、粒鉄が十分に冷却されず、冷却水内で粒鉄同士が融着する。粒鉄同士が融着すると、搬送しにくい大きさの粒鉄が増えて搬送が困難になる。また、粒鉄同士が融着する際に冷却水が内含されると水蒸気爆発を引き起こす原因にもなる。 The molten iron granules as they are cast are hot liquids. Since the temperature of molten iron is about 1200 to 1500°C, when such high-temperature molten iron comes into contact with water, a vapor film forms on the surface of the high-temperature object, creating a film boiling state in which the water evaporates and takes heat from the molten iron. . This film boiling has a low cooling capacity and, for example, a heat transfer coefficient that is only several hundredths of that of nucleate boiling in which no vapor film is formed. Therefore, when film boiling continues for a long time, the iron granules are not sufficiently cooled, and the iron granules fuse together in the cooling water. When the iron granules are fused together, the iron granules of sizes that are difficult to convey increase, making transportation difficult. In addition, if the cooling water is included when the iron granules are fused together, it may cause a steam explosion.
また、冷却水温が高いと水が沸騰しやすくなるので、高温物体周囲に蒸気膜が維持されやすく膜沸騰になりやすい。したがって、冷却水の水温が高くなると、粒鉄の冷却能力が著しく低下し、粒鉄同士の融着が発生しやすくなる。このような問題に対し、特許文献3には、2次冷却水の冷却水量を調整してピット内の冷却水温を68℃以下に維持し、これによりピット内に堆積した粒鉄の融着を抑制できることが開示されている。 Also, when the temperature of the cooling water is high, the water is likely to boil, so that a vapor film is likely to be maintained around the high-temperature object, and film boiling is likely to occur. Therefore, when the temperature of the cooling water rises, the ability to cool the iron granules is significantly reduced, and fusion between the iron granules is likely to occur. In order to solve such a problem, Patent Document 3 discloses that the cooling water temperature in the pit is maintained at 68°C or less by adjusting the cooling water amount of the secondary cooling water, thereby preventing the fusion of iron particles deposited in the pit. It is disclosed that it can be suppressed.
溶鉄から粒鉄製造時に粒鉄が水平方向にある程度広がることと、凝固した粒鉄の搬送装置の設置スペースとを考慮すると、粒鉄の冷却にはかなりの大きさの冷却水槽が必要になる。冷却水槽には、冷却水を供給する吐出口と、温度が上昇した冷却水を冷却設備に搬送する排水口とを設け、これにより冷却水を水槽と冷却設備とに循環させる制御を行うが、大きい水槽に冷たい冷却水をいきわたらせるように制御することは難しく、冷却水の流れによっては、水槽内によどみ領域が生じることがある。このよどみ領域に粒鉄の冷却に使用された暖かい冷却水が滞留すると、局所的に水温が高い領域ができる場合がある。この領域に粒鉄が大量に投入された場合には、膜沸騰状態が長い間維持され、十分に冷却できず、粒鉄が凝固せずに互いに融着して、冷却水槽からの取り出し搬送が困難になる。この融着物に水が内包された場合には水蒸気爆発を引き起こす場合もある、という課題があった。
本発明は上記課題を解決するためになされた発明であって、その目的は、粒鉄を効率的に冷却して、粒鉄同士の融着を抑制できる粒鉄製造装置を提供することにある。
Considering that the iron granules spread horizontally to some extent when the iron granules are produced from molten iron and the installation space for the conveying device for the solidified iron granules, a cooling water tank of a considerable size is required to cool the iron granules. The cooling water tank is provided with a discharge port for supplying cooling water and a drain port for conveying the cooling water whose temperature has risen to the cooling equipment. It is difficult to control the flow of cold cooling water through a large water tank, and the cooling water flow can create stagnant areas within the water tank. If the warm cooling water used for cooling the iron granules stays in this stagnant region, there may be a region where the water temperature is locally high. If a large amount of iron granules is thrown into this region, the film boiling state is maintained for a long time, and cooling is not possible sufficiently. become difficult. There is a problem that if water is included in the fused material, it may cause a steam explosion.
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and its object is to provide a granulated iron manufacturing apparatus capable of efficiently cooling granulated iron and suppressing fusion between the granulated iron. .
上記課題を解決するための手段は、以下の通りである。
(1)溶鉄を液滴とする粒化装置と、前記液滴を受ける位置に設けられ、冷却水を収容する水流制御容器と、前記水流制御容器に接続し、前記水流制御容器に冷却水を供給する少なくとも1つの冷却水管と、を有し、前記水流制御容器は、下方に向けて前記水流制御容器の水平断面積が狭くなるように傾斜した傾斜面を有し、前記傾斜面の下方には排出口が設けられる、粒鉄製造装置。
(2)前記傾斜面の水平面に対する角度は40°以上60°以下の範囲内である、(1)に記載の粒鉄製造装置。
(3)冷却水を収容する冷却水槽をさらに有し、前記冷却水槽は、前記水流制御容器を収容する、(1)または(2)に記載の粒鉄製造装置。
(4)前記水流制御容器の下方には、冷却された粒鉄を前記冷却水槽の外に搬送する搬送装置をさらに有する、(3)に記載の粒鉄製造装置。
Means for solving the above problems are as follows.
(1) A granulating device for making droplets of molten iron, a water flow control container provided at a position to receive the droplets and containing cooling water, connected to the water flow control container, and supplying cooling water to the water flow control container. and at least one cooling water pipe for supplying cooling water, wherein the water flow control container has an inclined surface inclined downward so that the horizontal cross-sectional area of the water flow control container becomes narrower, and below the inclined surface is a granulated iron manufacturing device provided with an outlet.
(2) The iron granule manufacturing apparatus according to (1), wherein the angle of the inclined surface with respect to the horizontal plane is in the range of 40° or more and 60° or less.
(3) The apparatus for manufacturing iron granules according to (1) or (2), further comprising a cooling water tank containing cooling water, wherein the cooling water tank contains the water flow control container.
(4) The iron granule manufacturing apparatus according to (3), further comprising a conveying device below the water flow control vessel for conveying the cooled iron granules to the outside of the cooling water tank.
本発明の粒鉄製造装置では、傾斜面を有する水流制御容器内に冷却水を供給して冷却水の旋回流を形成させて粒鉄を効率的に冷却でき、さらに、粒鉄と冷却水を向流とすることで粒鉄をより効率的に冷却できる。この結果、粒鉄が十分に冷却されず、粒鉄同士が融着することを防止できる。この粒鉄同士の融着を防止することで、これらの融着物に水が内包されることによって発生する水蒸気爆発の発生も防止できる。 In the apparatus for manufacturing iron granules of the present invention, cooling water is supplied into the water flow control container having an inclined surface to form a swirling flow of the cooling water, whereby the iron granules can be efficiently cooled. The countercurrent flow can cool the iron granules more efficiently. As a result, it is possible to prevent the iron granules from being sufficiently cooled and fused together. By preventing the fusion between the iron granules, it is possible to prevent the occurrence of a steam explosion caused by the inclusion of water in these fused substances.
以下、本発明を発明の実施形態を通じて説明する。図1は、本実施形態に係る粒鉄製造装置10の一例を示す模式図である。粒鉄製造装置10は、溶鉄から粒鉄を製造する装置である。溶鉄は、高炉で製造された溶銑であってもよく、溶鋼であってもよく、スクラップを電気炉で溶解して製造されたものであってもよい。粒鉄製造装置10に用いられる溶鉄は、鉄を主成分とするものであればいずれの製造方法であっても用いることができる。
Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention. FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of an iron
本実施形態に係る粒鉄製造装置10は、溶鉄を液滴とする粒化装置12と、冷却水を収容する水流制御容器20と、冷却水40を水流制御容器20に供給する冷却水管30と、冷却水槽32と、搬送装置34とを有する。溶鉄は、溶銑鍋やトピードカー等により、粒鉄製造装置10が設けられている場所に輸送される。輸送された溶鉄は、粒化装置12により液滴にされる。粒化装置12は、例えば、タンディッシュ14および耐火物16を有し、タンディッシュ14に収容された溶鉄18を流出させ、流出された溶鉄18を耐火物16に衝突させて液滴にする装置である。なお、粒化装置12はこれに限らず、タンディッシュ14から流出された溶鉄18に水を衝突させて液滴にする装置であってもよい。これらの粒化装置12を用いることで、溶鉄を所定の粒径の粒鉄となる液滴に調整できる。
The granulated
液滴の形状が大きくなると、熱容量が大きくなって凝固に時間がかかり、部分的に溶融した粒鉄同士が水流制御容器20内で互いに接触・融着し、大きな塊となって取り出し搬送がしにくくなるおそれがある。このため、粒化装置12は、溶鉄を冷却後の粒鉄の最大長さが50mm以下になる液滴にすることが好ましい。溶鉄18は、粒化装置12で液滴とされ、水流制御容器20内に落下する。
As the shape of the droplet increases, the heat capacity increases and it takes time to solidify. Partially melted iron granules come into contact with each other and fuse together in the water
水流制御容器20は、円筒形状の容器であって、下方に向けて水流制御容器20の水平断面積が狭くなるように傾斜した傾斜面22を有する。水流制御容器20の傾斜面22が設けられた下方端部の穴は、冷却されて凝固した粒鉄の排出口26である。水流制御容器20の傾斜面には、冷却水管30が接続する吐出口24が設けられる。
The water
冷却水管30は、不図示の冷却装置によって0℃以上35℃以下に冷却された冷却水40が通る水管である。冷却水40は、冷却水管30を通り、吐出口24から水流制御容器20内に吐出される。図1に示した例においては、1つの冷却水管30を水流制御容器20に接続した例を示したが、これに限らず、複数の冷却水管を水流制御容器20に接続してもよい。すなわち、粒鉄製造装置10は、水流制御容器20に接続する少なくとも1つ以上の冷却水管を有すればよい。
The
水流制御容器20は、粒化装置12によって液滴とされた溶鉄18を受ける位置に設けられる。液滴とされた溶鉄18は、水流制御容器20の上側端部から水流制御容器20内に投入される。溶鉄18の液滴は、水流制御容器20内の冷却水40によって冷却されて粒鉄となる。粒鉄は、重力により傾斜面22を降下し、排出口26から排出される。このようにして、溶鉄18から粒鉄が製造される。
A water
傾斜面22は、製造された粒鉄を排出口26に案内する。このため、傾斜面22の水平面に対する傾斜角度は、粒鉄の安息角以上であることが好ましい。すなわち、傾斜面22の水平面に対する角度は40°以上60°以下の範囲内であることが好ましい。傾斜面22の水平面に対する傾斜角度を40°以上にすることで、粒鉄を傾斜面22に滞留させることなく排出口26に案内できる。さらに、傾斜角度を60°以下にすることで、搬送装置34に案内するための傾斜面を短くでき、水流制御容器20の深さが深くなって粒鉄製造装置10が大きくなることを抑制できる。
The
冷却水槽32は、冷却水40と水流制御容器20と搬送装置34とを収容する。水流制御容器20は、冷却水槽32に収容される冷却水40の中に設置される。冷却水槽32内に収容される冷却水40は、水流制御容器20から排水された冷却水40である。冷却水槽32内に収容される冷却水は、冷却水槽32の冷却水面が一定になるように、冷却水管30から吐出される冷却水量と同じ量の冷却水40が排水口33から排水される。なお、大容量の冷却水槽32を用いることによって、冷却水面を制御することが容易になり、安定して粒鉄を製造できる。
Cooling
搬送装置34は、排出口26から排出された粒鉄を冷却水槽32の外の所定の位置に搬送する。搬送装置34は、冷却された粒鉄を冷却水槽32の外に搬送する装置である。粒鉄を搬送できる装置であれば、搬送方法や装置構成を限定することなく搬送装置34として用いることができる。但し、冷却水40が冷却水槽32の外に搬出されないように、搬送装置34としてメッシュコンベアを用いることが好ましい。
The conveying
図2は、水流制御容器20の模式図である。図2(a)は水流制御容器20の側面断面模式図であり、図2(b)は水流制御容器20の上面模式図である。図2(a)に示すように、吐出口24から吐出された冷却水40は、傾斜面22に衝突することで冷却水40の流れ方向が変化する。この流れ方向の変化により、水流制御容器20内の水平方向に回転(図2(b)では上から見て時計回り)しながら上方へと向かう旋回流42が生じる。この旋回流42により、水流制御容器20内におけるよどみ領域の生成が抑制されるので、冷却水40の局所的な温度上昇が抑制されて粒鉄を効率的に冷却でき、粒鉄が十分に冷却されずに互いに融着することが抑制される。この旋回流42の生成の観点からも、傾斜面22の水平面に対する角度は40°以上60°以下であることが好ましい。なお、冷却水管30から吐出される冷却水40の水量が排出口26から排水される排水量よりも少ないと冷却水40は排出口26から排出されてしまうので水流制御容器20内で冷却水40の旋回流が生じなくなる。このため、冷却水管30から吐出される冷却水40の水量は、少なくとも排出口26から排水される排水量よりも多くなるように設定される。
FIG. 2 is a schematic diagram of the water
また、吐出口24を水流制御容器20の上下方向の中央位置よりも下方に設け、冷却水40を水流制御容器20の下方から吐出させることが好ましい。冷却水40を水流制御容器20に吐出させると、冷却水40は開口の広い上方に向かう。このため、冷却水40を下方から吐出させると水流制御容器20内を下方から上方へ流れる。一方、粒鉄は水流制御容器20の上方から下方へ降下するので、粒鉄と冷却水40とが向流となり冷却水40による粒鉄の冷却効率が高くなる。これにより、冷却水40による粒鉄の冷却がさらに促進され、粒鉄が十分に冷却されずに互いに融着することがさらに抑制される。
Moreover, it is preferable that the
また、冷却水温が低すぎると、粒鉄表面の蒸気膜が不安定となり、粒鉄表面で水の自発核生成が生じて水蒸気爆発が起きる場合がある。これに対しても吐出口24を水流制御容器20の下方に設け、粒鉄と冷却水40とを向流として冷却効率を高めることで、水流制御容器20の上方における冷却水40の水温が高くなるので、冷却水温の低下による水蒸気爆発の発生を抑制できる。
On the other hand, if the cooling water temperature is too low, the steam film on the surface of the iron granules becomes unstable, and spontaneous nucleation of water occurs on the surface of the iron granules, which may cause a steam explosion. In response to this, the
さらに、水流制御容器20が円筒形状である場合に、吐出口24から吐出される冷却水の流れ方向は、図2(b)の上面図に示すように、水流制御容器20の偏心方向(中心とは異なる偏心を通る方向)であることが好ましい。このような方向に冷却水を吐出させることで、冷却水40が対向する傾斜面22に衝突したときに水平方向の旋回流42が形成されやすくなる。一方、水流制御容器20の中心を通る方向に冷却水40を吐出させると、対向する傾斜面22に衝突したときに冷却水40の流れ方向が水平方向に変化しにくくて旋回流42が形成されづらくなる。また、水流制御容器20の中心を通る方向に冷却水40を吐出させると、傾斜面22との衝突によって冷却水流の勢いが減少するので好ましくない。
Furthermore, when the water
本実施形態では、粒鉄製造装置10が粒化装置12と、冷却水40を収容する水流制御容器20と、冷却水40を水流制御容器20に供給する冷却水管30と、冷却水槽32と、搬送装置34とを有する例を示したが、これに限らない。粒鉄製造装置は、冷却水槽32と搬送装置34とを有しなくてもよい。また、冷却水管30は、必ずしも水流制御容器20の傾斜面に設けられていなくてもよい。冷却水槽32を設けない場合、水流制御容器20の上方および下方から冷却水40が排水される。水流制御容器20の下方において粒鉄と排水とをメッシュ状部材を用いて分離し、分離後の排水を回収することで、図1に示した粒鉄製造装置10と同様の方法で溶鉄18から粒鉄を製造できる。さらに、図1、2では、水流制御容器20が円筒形状である例を示したが、これに限らない。水流制御容器20は、筒状形状であって傾斜面22を有していれば、円筒形状でなくてもよい。
In this embodiment, the iron
図3は、水流制御容器20の他の例を示す断面模式図である。図3(a)~(c)は、水流制御容器20の上方に冷却水管50、52または54が設けられた例を示す。図3(a)~(c)のように、水流制御容器20の上方に冷却水管50、52または54が設けられ、当該冷却水管から下方に向けて冷却水40が吐出されたとしても、傾斜面22に衝突することで冷却水40の流れ方向が変化して上下方向に回転する旋回流が生じる。この旋回流により、水流制御容器20内における冷却水の局所的な温度上昇が抑制され、粒鉄が十分に冷却されずに互いに融着することが抑制される。なお、図3(b)に示す場合であっても排出口26から排水される冷却水量よりも冷却水管52から吐出される冷却水量の方が多い場合には、排出口26から排出されない冷却水40は傾斜面22に衝突して旋回流が生じる。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing another example of the water
図3(d)~(f)は、水流制御容器20の傾斜面に冷却水管30、56または58が接続した例を示す。図3(d)は、図1、2に示した水流制御容器20に比べて冷却水管30が高い位置にある。水流制御容器20の傾斜面に冷却水管30、56または58を接続した場合には、図2で説明したような水平方向に回転しながら上方に向かう旋回流が生じるので、水流制御容器20内における冷却水40の局所的な温度上昇が抑制され、粒鉄が十分に冷却されずに互いに融着することが抑制される。さらに、水流制御容器20の下方から上方へ流れる旋回流が形成されるので、粒鉄と冷却水40とが向流になり、冷却水40による冷却効率の向上と、冷却水温低下による水蒸気爆発の抑制とが実現される。
3(d) to (f) show an example in which the cooling
図3(g)、(h)は、水流制御容器20の下方に冷却水管60または62が設けられた例を示す。図3(g)、(h)に示すように、冷却水管60、62から上方に向けて冷却水40が吐出されると、粒鉄と冷却水40とが向流になり、冷却水40による冷却効率の向上と、冷却水温低下による水蒸気爆発の抑制とが実現される。
3(g) and (h) show an example in which a
このように、本実施形態に係る粒鉄製造装置では、冷却水40を収容し、下方に向けて水流制御容器20の水平断面積が狭くなるように傾斜した傾斜面を有する水流制御容器20を用い、当該水流制御容器20に冷却水管から冷却水40を吐出させることで、冷却水40の旋回流を形成させて、粒鉄を効率的に冷却でき、さらに、粒鉄と冷却水40を向流とすることで粒鉄をより効率的に冷却でき、粒鉄が十分に冷却されずに互いに融着することを防止できる。これにより、粒鉄の取り出し搬送が容易になるとともに、融着物に水が内包され、水蒸気爆発を引き起こすことも防止される。
As described above, in the iron granule manufacturing apparatus according to the present embodiment, the water
10 粒鉄製造装置
12 粒化装置
14 タンディッシュ
16 耐火物
18 溶鉄
20 水流制御容器
22 傾斜面
24 吐出口
26 排出口
30 冷却水管
32 冷却水槽
33 排水口
34 搬送装置
40 冷却水
42 旋回流
50 冷却水管
52 冷却水管
54 冷却水管
56 冷却水管
58 冷却水管
60 冷却水管
62 冷却水管
REFERENCE SIGNS
Claims (4)
前記液滴を受ける位置に設けられ、冷却水を収容する水流制御容器と、
前記水流制御容器に接続し、前記水流制御容器に冷却水を供給する少なくとも1つの冷却水管と、
を有し、
前記水流制御容器は、下方に向けて前記水流制御容器の水平断面積が狭くなるように傾斜した傾斜面を有し、前記傾斜面の下方には排出口が設けられ、
前記冷却水管は、前記水流制御容器の上下方向の中央位置より下方に、前記水流制御容器の中心とは異なる偏心を通る方向に向けて接続される、粒鉄製造装置。 a granulating device that makes molten iron into droplets;
a water flow control container provided at a position for receiving the droplets and containing cooling water;
at least one cooling water pipe connected to the water flow control vessel and supplying cooling water to the water flow control vessel;
has
The water flow control container has an inclined surface inclined downward so that the horizontal cross-sectional area of the water flow control container becomes narrower, and a discharge port is provided below the inclined surface,
The cooling water pipe is connected downward from a vertical center position of the water flow control container in a direction passing through an eccentricity different from the center of the water flow control container.
前記冷却水槽は、前記水流制御容器を収容する、請求項1または請求項2に記載の粒鉄製造装置。 further comprising a cooling water tank containing cooling water;
3. The iron granule manufacturing apparatus according to claim 1, wherein said cooling water tank accommodates said water flow control container.
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