TWI524043B - 燒結機之氣體燃料供給裝置 - Google Patents

Description

燒結機之氣體燃料供給裝置

本發明係關於一種供給氣體燃料作為燒結熱源之一部分且使其燃燒而製造燒結礦之下方抽吸式燒結機中之氣體燃料供給裝置。

作為高爐製造生鐵法之主原料之燒結礦，一般而言係經過如圖1所示之步驟而製造。燒結礦之原料為鐵礦石粉或燒結礦篩下粉、於製鐵所內產生之回收粉、石灰石及白雲石等含CaO系副原料、生石灰等造粒助劑、焦碳粉或無煙煤等，該等原料係自料斗1‧‧‧之各者以既定之比例輸出至輸送機上。輸出之原料係藉由筒型混合機(drum mixer)2及3等添加適量之水，進行混合、造粒，製成平均直徑為3~6mm之作為準粒子之燒結原料。其後，該燒結原料係自配設於燒結機上之暫存斗(surge hopper)4、5經由筒式給料機(drum feeder)6與輸出槽7，以400~800mm之厚度裝入至環形移動式之燒結機托板8上，而形成亦稱為燒結床之裝入層9。其後，藉由設置於裝入層9之上方之點火爐10對裝入層表層之碳材進行點火，並且經由配設於托板8之正下方之風箱11而將裝入層上方之空氣抽吸至下方，藉此使裝入層內之碳材燃燒，利用此時產生之燃燒熱使上述燒結原料熔融而獲得燒結塊。其後，將如此獲得之燒結塊粉碎、造粒，且將約5mm以上之塊 狀物回收作為成品燒結礦，且供給至高爐。

於上述製造製程中，利用點火爐10而點火之裝入層內之碳材，其後藉由於裝入層內自上層向下層抽吸之空氣而繼續燃燒，從而形成於厚度方向上具有寬度之燃燒、熔融帶(以下亦簡稱為「燃燒帶」)。圖2係模式性地表示利用點火爐而點火之裝入層表層之碳材藉由所抽吸之空氣而持續燃燒並形成燃燒帶，該燃燒帶自裝入層之上層依序移動至下層，而形成燒結塊之過程之圖。又，圖3(a)係模式性地表示上述燃燒帶存在於圖2所示之粗框內所示的裝入層之上層部、中層部及下層部之各層內時之各自之溫度分佈。

燒結礦之強度係受到保持於1200℃以上之溫度之溫度與時間之乘積的影響，為了於短時間內且以高良率生產性良好地製造高強度之燒結礦，必須尋求某種方法來延長於1200℃以上之高溫下保持之時間，提高燒結礦之冷強度(cold strength)。其原因在於：於燒結過程中，於1200℃開始產生熔融液，產生燒結礦之構成礦物中最高強度且被還原性亦相對較高之鐵酸鈣。但是，裝入層內之中層部及下層部係因裝入層上層部之碳材之燃燒熱由被抽吸之空氣傳送而得到預熱，故而長時間保持為高溫度，與此相對，裝入層上層部未得到預熱，相應地燃燒熱不足，燒結所必需之燃燒熔融反應(燒結反應)容易變得不充分。其結果，裝入層之寬度方向剖面內之燒結礦之良率分佈係如圖3(b)所示，越是裝入層上層部良率越低。又，托板兩寬度端部亦因來自托板側壁之散熱、或由通過之空氣量較多而引起之過冷卻，而無法充分地確保燒結所必需之高溫區中之保持時間，良率仍變低。

針對該等問題，習知係進行有對添加於燒結原料中之碳材(焦碳粉)增量。但是，如圖4所示，雖然藉由增加焦碳之添加量，可 提高燒結層內之溫度，延長保持於1200℃以上之時間，但與此同時，燒結時之最高到達溫度超過1400℃，導致燒結礦之被還原性或冷強度之下降。其原因在於：若超過上述溫度，則於1200℃以上之溫度下產生之鐵酸鈣分解成冷強度與被還原性最低之非晶質矽酸鹽(矽酸鈣)、及易於還原粉化之骸晶狀二次赤鐵礦，無法獲得高品質之燒結礦。因此，必須使燒結時之裝入層內之最高到達溫度不超過1400℃，較佳為不超過1380℃，而將裝入層內之溫度長時間保持於1200℃(鐵酸鈣之固相線溫度)以上。以下，於本發明中，將保持於上述1200℃以上且1400℃以下之溫度區之時間稱為「高溫區保持時間」。

針對上述課題，先前以來，提出有若干以將裝入層上層部長時間保持於高溫為目的之技術。例如，於專利文獻1中提出有於對裝入層點火後，對裝入層上噴射氣體燃料之技術，於專利文獻2中提出有於對裝入層點火後，於被抽吸至裝入層之空氣中添加可燃性氣體之技術，又，於專利文獻3中，為了使燒結原料之裝入層內為高溫，於裝入層之上配設遮罩，於點火爐正後方之位置自該遮罩吹入空氣或與焦碳爐氣體之混合氣體之技術，進而，於專利文獻4中提出有於點火爐正後方之位置同時吹入低熔點溶劑與碳材或可燃性氣體之技術。

但是，該等技術係因使用高濃度之氣體燃料，並且於燃料氣體之吹入時未削減碳材量，故而燒結時之裝入層內之最高到達溫度成為超過作為操作管理上之上限溫度之1400℃之高溫，而產生被還原性或冷強度較低之燒結礦且無法獲得氣體燃料供給效果，或因由氣體燃料之燃燒而引起之溫度上升與熱膨脹而透氣性變差，且生產性降低，進而，有因氣體燃料之供給而於燒結床(裝入層)上部空間發生火災之危險性，故而任一者均未實現實用化。

因此，發明者等人開發出如下技術作為解決上述問題之技術，並於專利文獻5~7等中提出，上述技術係指於削減添加於燒結原料中之碳材量後，於燒結機之點火爐之下游，將稀釋至燃燒下限濃度以下之各種氣體燃料自托板上方導入至裝入層內，使該氣體燃料於裝入層內燃燒，藉此，將裝入層內之最高到達溫度及高溫區保持時間之兩者控制於適當範圍內。

於燒結礦之製造方法中應用上述專利文獻5~7之技術，於將向燒結原料中之碳材添加量削減後，將稀釋至燃燒下限濃度以下之氣體燃料導入至裝入層內，使氣體燃料於裝入層內燃燒之情形時，如圖5所示，上述氣體燃料係於碳材燃燒後之裝入層內(燒結層內)燃燒，故而可不使燃燒、熔融帶之最高到達溫度超過1400℃，而於厚度方向上擴大燃燒、熔融帶之寬度，而可有效地實現高溫區保持時間之延長。

然而，於供給氣體燃料並進行燒結操作之情形時，於側風較強時，有供給之氣體燃料洩漏至遮罩之外部而引起火災或爆炸之虞。進而，於使用含有大量CO之高爐氣體等作為氣體燃料時，亦有牽連人禍之虞。因此，發明者等人於專利文獻8及專利文獻9等中提出有由側風所引起之洩漏較少之遮罩構造。

圖6係說明於專利文獻9中提出之氣體燃料供給裝置之概要之圖。該氣體燃料供給裝置21係於原料裝入層9(燒結床)之上方沿托板前進方向保持既定之間隔平行地配設有數根氣體燃料供給配管23，於該氣體燃料供給配管23之周圍，設置有上方敞開之包含垂直壁之遮罩22，故而自上述氣體燃料供給配管23之噴出口，例如液化天然氣(LNG，Liquefied Natural Gas)或都市煤氣(city gas)等氣體燃料朝水平 方向於兩側高速地噴出。而且，於上述氣體燃料供給配管23之上方，具有字狀剖面之阻隔板24呈樹根狀於遮罩寬度方向相隔間隔配設有數行且於垂直方向相隔間隔配設有數段。進而，作為側風對策，認為較有效的是於遮罩22之兩側面之上部設置具有空隙率之柵欄25，或於遮罩22之兩側面之下端部與托板8之側壁之間安裝密封蓋26。

[先前技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：日本專利特開昭48-018102號公報

專利文獻2：日本專利特公昭46-027126號公報

專利文獻3：日本專利特開昭55-018585號公報

專利文獻4：日本專利特開平05-311257號公報

專利文獻5：WO2007-052776號公報

專利文獻6：日本專利特開2010-047801號公報

專利文獻7：日本專利特開2008-291354號公報

專利文獻8：日本專利特開2008-292153號公報

專利文獻9：日本專利特開2010-107154號公報

於發明者等人之模擬之結果中，若為上述專利文獻9之遮罩構造，則可確認即便有10m/s左右之側風，氣體燃料之向遮罩外之洩漏亦大致不發生，又，於實機操作中亦無氣體燃料之洩漏。然而，根據設置有燒結機之建築物之構造，已明確即便為上述遮罩構造，亦有發生少量氣體燃料之洩漏之情況。

本發明係鑒於習知技術所存在之上述問題而完成者，其目的在於提供一種無論設置有燒結機之建築物構造如何，均無自氣體燃料供給裝置供給之氣體燃料洩漏至外部之情況之燒結機之氣體燃料供給裝置。

發明者等人為了解決上述課題而反覆努力研究。其結果發現就不受建築物之構造影響而確實地防止對氣體燃料供給裝置供給之氣體燃料之向外部之洩漏而言，較有效的是於專利文獻9中所揭示之氣體燃料供給裝置之遮罩上部之寬度方向設置數個具有空隙率之渦流抑制板，且較有效的是進而較佳為設置包圍遮罩之兩側下部與托板之側壁之防風板，從而達成開發本發明。

即，本發明係一種燒結機之氣體燃料供給裝置，其係於下方抽吸式燒結機之點火爐下游，對形成於循環移動之托板上之燒結原料之裝入層內導入稀釋至燃燒下限濃度以下之氣體燃料且與燒結原料內之碳材分離並使氣體燃料燃燒者，其特徵在於具有：遮罩，其具有與上述托板大致相同之寬度及既定之長度且包圍四方而立設於裝入層之上方；氣體燃料供給配管，其配設於上述遮罩內之裝入層上方位置，將氣體燃料供給至遮罩內之空氣中；阻隔板，其係於上述遮罩內且於氣體燃料供給配管之上方，將具有既定之寬度之板材沿遮罩之寬度方向相隔既定之間隔配設數行且沿高度方向相隔既定之間隔交替地配設數段而成；以及渦流抑制板，其於上述遮罩之上部沿寬度方向立設有數片具有既定之空隙率之板材。

本發明之燒結機之氣體燃料供給裝置之特徵在於：其係將包圍上述遮罩之下部與托板之側壁之防風板設置於遮罩之兩側而 成。

本發明之燒結機之氣體燃料供給裝置中之上述渦流抑制板之特徵在於：其係空隙率為20~80%之板材。

又，本發明之燒結機之氣體燃料供給裝置中之上述渦流抑制板之特徵在於：其係於遮罩之寬度方向保持500~4000mm之間隔立設而成。

又，本發明之燒結機之氣體燃料供給裝置中之上述渦流抑制板之特徵在於：其係寬度為250~1000mm之板材。

根據本發明，可不受到建築物之構造影響而確實地防止自氣體燃料供給裝置供給之氣體燃料之因側風而引起之向裝置外之洩漏，故而可安全且穩定地製造高品質之燒結礦。

1‧‧‧原料料斗

2‧‧‧筒型混合機

3‧‧‧旋轉窯

4、5‧‧‧暫存斗

6‧‧‧筒式給料機

7‧‧‧輸出槽

8‧‧‧托板

9‧‧‧原料裝入層(燒結床)

10‧‧‧點火爐

11‧‧‧風箱(Wind House)

12‧‧‧隔斷板

21‧‧‧氣體燃料供給裝置

22‧‧‧遮罩

23‧‧‧氣體燃料供給配管

24‧‧‧阻隔板

25‧‧‧柵欄

26‧‧‧遮罩下部密封蓋

27‧‧‧渦流抑制板

28‧‧‧防風板

圖1係說明燒結製程之概要圖。

圖2係說明伴隨燒結進展之裝入層內之變化之模式圖。

圖3係說明燃燒帶存在於裝入層之上層部、中層部及下層部之各位置時之溫度分佈與裝入層之寬度方向剖面內之燒結礦之良率分佈之圖。

圖4係說明因碳材量之變化(增量)而引起之裝入層內之溫度變化之圖。

圖5(a)及(b)係說明因氣體燃料供給而引起之燒結層內之溫度分佈之變化之圖。

圖6係專利文獻9中所揭示之氣體燃料供給裝置之模式圖。

圖7(a)至(d)係表示模擬設置於敞開構造之建築物內之燒結機中之氣體燃料之洩漏之結果的圖。

圖8(a)及(b)係說明於模擬來自設置於燒結機中之氣體燃料供給裝置之氣體燃料之洩漏時所使用之建築物之構造之圖。

圖9係說明使用於模擬之燒結機之規格之圖。

圖10(a)至(d)係表示模擬設置於通風構造之建築物內之燒結機中之氣體燃料之洩漏之結果的圖。

圖11(a)及(b)係說明防止氣體燃料之洩漏之渦流抑制板與防風板之圖。

圖12(a)至(d)係表示模擬渦流抑制板與防風板抑制氣體燃料之洩漏之效果之結果的圖。

圖13(a)至(c)係說明抑制渦流抑制板之氣體燃料之洩漏之效果的圖。

圖14係表示模擬渦流抑制板之空隙率對氣體燃料之洩漏帶來之影響之結果的圖。

圖15係表示模擬渦流抑制板之設置間隔對氣體燃料之洩漏帶來之影響之結果的圖。

圖16係表示渦流抑制板之寬度(高度)對氣體燃料之洩漏帶來之影響之結果的圖。

圖17(a)及(b)係說明實施例中所使用之氣體燃料供給裝置之圖。

以下對本發明之實施形態進行說明。

成為應用本發明之對象之燒結機為下方抽吸式之燒結機，且作為對燒結原料進行燒結時之熱源，除添加於燒結原料中之焦碳粉等碳材以外，亦使用在點火爐之下游側供給之氣體燃料。上述氣體燃料係自 設置於裝入層之上方之氣體燃料供給裝置供給，且於與碳材不同之位置進行燃燒，藉此，可不使燒結時之最高到達溫度超過1400℃，而可延長保持為1200℃以上之溫度之時間(高溫區保持時間)。

上述氣體燃料係於上述氣體燃料供給裝置中稀釋至燃燒下限濃度以下，或者自上述氣體燃料供給裝置以預先稀釋至燃燒下限濃度以下之狀態供給，故而例如於洩漏至圖6所示之氣體燃料供給裝置之遮罩外之情形時，無引起火災或爆炸之虞。但是，氣體燃料之洩漏不僅使氣體燃料添加效果下降，於使用高爐氣(Blast Furance Gas)等包含有害之一氧化碳之氣體燃料之情形時，有安全上之問題。因此，必須確實地防止氣體燃料向氣體燃料供給裝置外之洩漏。

圖7係表示關於風速為10m/s、20m/s、30m/s及50m/s之情形，模擬對設置於如圖8(a)所示上風側之橫壁面之下部敞開且無下風側之橫壁、即整個面處於敞開狀態之構造(以下稱為「敞開構造」)之建築物內之燒結機自橫方向吹送側風時之自氣體燃料供給裝置供給之氣體燃料(都市煤氣)之向遮罩外之散逸狀況之結果者。再者，圖中所示之燒結機係如圖9所示包括如下所述之氣體燃料供給裝置者，該氣體燃料供給裝置係托板寬度為4000mm，於該托板之上方配設高度為1500mm且其上端設置有數值孔徑40%之柵欄之遮罩，於其內部中段，以於寬度方向上400mm間距、於高度方向上200mm間距之3段構成設置剖面為字狀之寬度為300mm之阻隔板，於該阻隔板之下方在寬度方向上以800mm間距設置有6根供給都市煤氣之配管噴嘴。又，利用風箱(Wind Box)抽吸之氣體量之托板寬度方向分佈係如圖9所示般設定。

根據圖7，可知於設置有燒結機之建築物為敞開構造之情形時，於風速為30m/s之前幾乎無都市煤氣之向遮罩外之洩漏，風速變為50m/s後氣體燃料之洩漏才逐漸開始。通常，認為於建築物內，風速不會變為50m/s，故而於敞開構造之建築物中不會發生都市煤氣之洩漏。

另一方面，圖10係將關於風速為10m/s之情形模擬對設置於如圖8(b)所示上風側及下風側之橫壁面之上部封閉且下部敞開之構造(以下稱為「通風構造」)之建築物內之燒結機自橫方向吹送側風時之自氣體燃料供給裝置供給之都市煤氣之向遮罩外之散逸狀況之結果與圖7所示之敞開構造中風速為10m/s、30m/s及50m/s之結果加以對比並表示者。根據該圖，可知於建築物為通風構造之情形時，即便側風之風速為10m/s，亦會發生超過於敞開構造中風速50m/s時之都市煤氣之洩漏。

即，於建築物為如圖8(a)般之敞開構造之情形時，氣體燃料之洩漏不會成為問題，但於如圖8(b)般之通風構造之情形時，有氣體燃料洩漏之虞。可認為發生如此氣體燃料之洩漏之原因係由圖10之最下段所示之氣體之流速分佈圖可知，於敞開構造中，即便風速為50m/s亦不會於遮罩內之氣流中發現較大之渦流，但於通風構造中，風速為10m/s便已於遮罩內產生較大之渦流。

因此，發明者等人對抑制引起氣體燃料之洩漏之上述遮罩內之渦流形成之遮罩構造反覆努力研究。其結果發現較有效的是如圖11(a)所示，於氣體燃料供給裝置之遮罩22之上部立設數片具有透過性之渦流抑制板27。

圖12(b)係將模擬於設於設置在通風構造之建築物內之 燒結機的氣體燃料供給裝置之遮罩上部立設數片圖11(a)所示之渦流抑制板27之情形時，受到風速10m/s之側風時之氣體燃料之洩漏之結果與於上述通風構造中受到風速10m/s之側風時之模擬結果(圖10(d))加以對比並表示者。根據該兩個圖，可知藉由設置渦流抑制板27，於通風構造中亦可使氣體燃料之洩漏銳減。

此處，關於藉由上述渦流抑制板之設置而得以防止氣體燃料之洩漏之理由，發明者等人係予以如下考慮。

例如，如圖13(a)所示，於對無透過性之1片立板吹送側風之情形時，於上述立板之下游側(背面側)形成有迂迴至立板之下側為止之較大之渦流，且立板背面側之空氣因側風而遍及較廣之範圍被攪亂。此處表示若將上述立板假定為設置於本發明中之氣體燃料供給裝置之遮罩上部之渦流抑制板，則即便設置立板，於受到側風之情形時，遮罩內之空氣亦被較大程度地攪亂，且有發生供給至遮罩內之氣體燃料之洩漏之虞。又，於立板之空隙率較大而空氣幾乎直接透過之情形時，與不存在立板時相同，故而成為相同之結果。

對此，如圖13(b)所示，於對具有適當之空隙率之(具有透過性之)1片立板吹送側風之情形時，於上述立板之背面側通過空隙部分產生較小之空氣之流動，故而得以抑制於立板之背面側形成之渦流之形成。進而，如圖13(c)所示，於一併設置數片具有適當之空隙率之(具有透過性之)立板之情形時，可更抑制立板之背面側中之渦流之形成，且得以大幅度地減少側風之影響。即，藉由於氣體燃料供給裝置之遮罩上部配設數片具有適當之透過性之立板，可將渦流之形成限制於最小限度，而可大致確實地防止因側風而引起之氣體燃料之洩漏。

上述渦流抑制板較佳為空隙率為20~80%。圖14係表 示使上述渦流抑制板之空隙率於0%~100%之範圍內改變而模擬氣體燃料之洩漏之結果者，可知於上述範圍內洩漏量變少。較佳為30~50%之範圍。

又，較佳為上述渦流抑制板於遮罩之寬度方向上保持500~4000mm之間隔而立設。圖15係表示使上述渦流抑制板之間隔於500~4000mm之範圍內改變而模擬氣體燃料之洩漏之結果者，可知於上述範圍內洩漏量變少。更佳為1000~2000mm之範圍。

又，上述渦流抑制板較佳為1片板材之寬度(高度)為250~1000mm。圖16係表示上述渦流抑制板之1片板材之寬度於0~1000mm之範圍內改變而模擬氣體燃料之洩漏之結果者，可知於上述範圍內洩漏量變少。更佳為250~500mm之範圍。

又，發明者等人進而對可更確實地防止氣體燃料之洩漏之遮罩構造反覆研究。其結果，發現較有效的是代替局部地設置於專利文獻9中所揭示之遮罩下部之密封蓋26，或者除上述密封蓋26以外，進而如圖11(b)所示於遮罩22之兩側下部設置包圍遮罩下部與托板8之側壁之防風板28。

圖12(c)係表示於設置在通風構造之建築物內之燒結機之氣體燃料供給裝置之遮罩下部設置有圖11(b)所示之防風板28之情形時模擬受到風速10m/s之側風時之氣體燃料之洩漏之結果者，又，圖12(d)係表示於一併設置有圖11(a)所示之渦流抑制板27與上述防風板28之情形時模擬受到風速10m/s之側風時之氣體燃料之洩漏之結果者。根據該等圖與上述圖12(a)及圖12(b)之對比，可知藉由設置防風板28，即便為通風構造亦可使氣體燃料之洩漏降低至某種程度為止，而且，於與渦流抑制板27組合而設置防風板28之情形時，即便為通 風構造亦可大致完全地防止氣體燃料之洩漏。

[實施例]

於托板寬度為4500mm、有效機長為82m且生產量為36萬t/月之實機燒結機之點火爐下游側，串列地配設3台如圖17(a)所示般之具有寬度4500mm×長度7500mm之遮罩之氣體燃料供給裝置，實施供給氣體燃料之燒結操作。上述燒結機係位於本發明中所提及之通風構造之建築物內，於燒結操作時，於建築物外及燒結機之機側設置風速計，又於上述氣體燃料供給裝置之機側設置氣體燃料(甲烷)之檢測裝置，於檢測到50massppm以上之氣體燃料之洩漏時，使氣體燃料之供給緊急停止。

於上述之條件下實施燒結操作，於建築物外之風速超過20m/s之時間帶對發生超過上述基準之氣體燃料之洩漏之次數進行測定，為2次/小時之頻率。

繼而，如圖17(b)所示，於氣體燃料供給裝置之遮罩上部，設置圖11所示之渦流抑制板及於遮罩下部設置防風板並實施燒結操作，進行與上述相同之測定，可使超過50massppm之氣體燃料之洩漏次數為全無。

(產業上之可利用性)

本發明之技術亦可應用於土木、建築領域之建築物風之抑制等。

Claims (7)

1. 一種燒結機之氣體燃料供給裝置，其係於下方抽吸式燒結機之點火爐下游，對形成於循環移動之托板上之燒結原料之裝入層內導入稀釋至燃燒下限濃度以下之氣體燃料且與燒結原料內之碳材分離並使氣體燃料燃燒，其特徵在於具有：遮罩，其具有與上述托板大致相同之寬度及既定之長度且包圍四方而立設於裝入層之上方；氣體燃料供給配管，其配設於上述遮罩內之裝入層上方位置，將氣體燃料供給至遮罩內之空氣中；阻隔板，其係於上述遮罩內且氣體燃料供給配管之上方，將具有既定之寬度之板材沿遮罩之寬度方向相隔既定之間隔配設數行且沿高度方向相隔既定之間隔交替地配設數段而成；以及渦流抑制板，其於上述遮罩之上部沿寬度方向立設有數片具有既定之空隙率之板材。
2. 如申請專利範圍第1項之燒結機之氣體燃料供給裝置，其係將包圍上述遮罩之下部與托板之側壁之防風板設置於遮罩之兩側而成。
3. 如申請專利範圍第1項之燒結機之氣體燃料供給裝置，其中，上述渦流抑制板係空隙率為20~80%之板材。
4. 如申請專利範圍第2項之燒結機之氣體燃料供給裝置，其中，上述渦流抑制板係空隙率為20~80%之板材。
5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之燒結機之氣體燃料供給裝置，其中，上述渦流抑制板係於遮罩之寬度方向保持500~4000mm之間隔立設而成。
6. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之燒結機之氣體燃料供給裝 置，其中，上述渦流抑制板係寬度為250~1000mm之板材。
7. 如申請專利範圍第5項之燒結機之氣體燃料供給裝置，其中，上述渦流抑制板係寬度為250~1000mm之板材。