JP4202326B2 - 還元鉄粉及び焼成副原料を高温塊状化する溶融鉄製造装置及びその溶融鉄製造方法 - Google Patents

Description

本発明は溶融鉄製造装置及びその溶融鉄製造方法に係り、より詳しくは、還元鉄粉及び焼成副原料を高温塊状化した後、溶融ガス化炉に供給して溶融鉄を製造する溶融鉄製造装置、及び溶融鉄製造方法に関するものである。

鉄鋼産業は、自動車、造船、家電、建設などの産業全体に基礎素材を供給する核心基幹産業であって、人類と共に発展してきた最も歴史の古い産業の一つである。鉄鋼産業の中枢的な役割を担当する製鉄所では、原料として鉄鉱石及び石炭を利用して溶融鉄（すなわち溶融状態の銑鉄）を製造した後、これより鋼を製造して各需要者に供給している。

現在、全世界の鉄生産量の６０％程度が、１４世紀に開発された高炉法によって生産されている。高炉法は、焼結過程を経た鉄鉱石と瀝青炭を原料として製造したコークスなどを高炉に共に入れ、酸素を吹き込んで鉄鉱石を鉄に還元して溶融鉄を製造する方法である。溶融鉄の生産設備の主な特徴である高炉法は、その反応特性上一定の水準以上の強度を保有し、炉内の通気性確保を保障することができる粒度を保有した原料を要求するので、前述のように、燃料及び還元剤として用いる炭素源としては、特定の原料炭を加工処理したコークスに依存し、鉄源としては、一連の塊状化工程を経た焼結鉱に主に依存している。そのため、現在の高炉法では、コークスの製造設備及び焼結設備などの原料予備処理設備を必ず伴うため、高炉以外の附帯設備を構築しなければならない必要があるだけでなく、附帯設備で発生する諸般環境汚染物質に対する環境汚染防止設備も設置する必要があるため、投資費用が相当なものとなり、最終的には製造原価が上昇する。

このような高炉法の問題点を解決するために、世界各国の製鉄所では、燃料及び還元剤として一般炭を直接使用し、鉄源としては、全世界鉱石生産量の８０％以上を占める粉鉱を直接使用して溶融鉄を製造する溶融還元製鉄法の開発に多くの努力を注いでいる。

下記特許文献１は、一般炭及び粉鉱を直接使用する溶融鉄の製造設備を開示している。図９は、特許文献１に開示された溶融鉄製造装置を簡略化して示したものである。図９に示したように、従来の溶融鉄製造装置９００は、気泡流動層が形成された３段の流動還元炉９１０と、これに連結された溶融ガス化炉９６０とからなる。常温の粉鉱及び副原料は最初の流動還元炉に装入された後、３段の流動還元炉９１０を順に経る。３段の流動還元炉９１０には溶融ガス化炉９６０から高温還元ガスが供給されるので、常温の粉鉱及び副原料が高温還元ガスと接触して温度が上がる。これと同時に、常温の粉鉱及び副原料は９０％以上還元され、３０％以上焼成されて溶融ガス化炉９６０内に装入される。

溶融ガス化炉９６０内には、石炭が供給されて石炭充填層が形成されており、常温の粉鉱及び副原料が石炭充填層内で溶融及びスラギングされて溶融鉄及びスラグとして排出される。溶融ガス化炉９６０の外壁に設置された複数の羽口を介して酸素が吹き込まれて石炭充填層を燃焼しながら高温の還元ガスに転換され、流動還元炉９１０に送られて常温の粉鉱及び副原料を還元した後、外部に排出される。

しかし、前述の溶融鉄製造装置９００には、溶融ガス化炉９６０の上部に高速のガス気流が形成されているため、溶融ガス化炉９６０に装入される還元鉄粉及び焼成副原料が飛散損失する問題点がある。また、還元鉄粉及び焼成副原料を溶融ガス化炉９６０に装入する場合、溶融ガス化炉９６０内の石炭充填層の通気性及び通液性の確保が難しい問題点がある。

このような問題点を解決するために、還元鉄粉及び焼成副原料を高温塊状化して溶融ガス化炉に装入する方法が研究されている。これと関連し、下記特許文献２は、楕円形の海綿鉄ブリケットを製造する方法と装置を開示している。また、下記特許文献３、４、及び５は、板状又は波板状の不整形海綿鉄ブリケットを製造する方法と装置を開示している。このような海綿鉄ブリケットは、還元鉄粉を高温塊状化し、冷却して、密度が５ｔｏｎ／ｍ^３以上になるようにして、長距離輸送に適するように製造する。
米国特許公報第５,５３４,０４６号 米国特許公報第５,６６６,６３８号 米国特許第４,０９３,４５５号 米国特許第４,０７６,５２０号 米国特許第４,０３３,５５９号

しかし、前述のように密度の大きな塊状体を溶融ガス化炉に装入する場合、溶融ガス化炉内の石炭充填層で溶融される還元鉄の溶融点が高くなる。したがって、還元鉄の溶融に必要な燃料の増加により、エネルギーの消耗が多くなる問題点がある。

また、長距離輸送のために高圧で成形を行うので、圧着成形ロールが容易に摩耗してしまう。したがって、整備費の増加により生産原価が上昇するという問題点がある。

そして、板状又は波板状の不定形状に還元鉄粉を塊状化する場合、所定の厚さ以上になると、塊状体の長さ方向に割れる現象が発生する問題点がある。この場合、塊状体の厚さが薄くなり、破砕の後に平たい形状になるため、溶融ガス化炉への装入時に塊状体が密集して充填されて、溶融ガス化炉内の通気性が低下する。

また、還元鉄粉を圧着成形する場合、生産量を増大させるために還元鉄粉の装入量を増加させる必要がある。この場合、塊状体が厚くなって連続的に形成されず、中間で切れてしまう現象が発生する。これにより、板状の塊状体の還元速度が増加して、１次破砕機で破砕されないままで通過するため、塊状体の集合物が多く生成し、２次破砕機に大きな負荷がかかる問題点がある。また、２次破砕機で破砕される塊状体が多くなると、破砕時の粉の発生量が多くなり、溶融ガス化炉への装入時に通気性が悪化する問題点がある。

本発明は前述の問題点を解決するためのものであって、還元鉄粉及び焼成副原料を高温塊状化して使用した溶融鉄製造方法及びその溶融鉄製造装置を提供することにその目的がある。

また、本発明は、割れや切れ現象がなく、連続して繋がって、粉の発生量が少ない塊状体を製造することを目的とする。

前述の目的を達成するための本発明の溶融鉄製造方法は、多段の気泡流動層から高温の還元鉄粉及び焼成副原料が混合された還元体を製造する段階、還元体を少なくとも一対の圧着成形ロールに装入する段階、一対の圧着成形ロールにより還元体を圧着成形し、圧着両面に溝が形成されて連続して繋がった塊状体を製造する段階、塊状体を破砕する段階、破砕した塊状体を石炭充填層に装入する段階、及び石炭充填層に酸素を吹き込んで溶融鉄を製造する段階を含み、塊状体を製造する段階で、塊状体を圧着成形ロールの軸方向に垂直に長さ方向に切断した断面の長さ方向の中心線と、断面において圧着両面の最も近接した溝とを互いに連結する連結線が、鋭角及び鈍角を形成し、前記中心線が前記圧着成形ロールの両軸を含む仮想平面を貫通することを特徴とする。

前述の還元体を装入する段階で、還元体を、圧着成形ロールに垂直な方向に対して鋭角に傾いた２つの方向から圧着成形ロールに装入するのが好ましい。

また、塊状体を製造する段階で、製造した塊状体は、厚さが３〜３０ｍｍであり、比重が３．５〜４．２ｔｏｎ／ｍ^３であるのが好ましい。

そして、塊状体を破砕する段階で、塊状体の平均粒度が５０ｍｍ以下であり、不定形状になるように破砕するのが好ましい。

また、本発明は、破砕した塊状体を迂回（by-pass）させる段階、迂回させた塊状体を冷却する段階、及び冷却した塊状体を保存する段階をさらに含むことができる。

そして、破砕した塊状体の平均粒度が３０ｍｍを超える場合、破砕した塊状体を再び破砕する段階をさらに含むことができる。

一方、本発明は、前述の各段階に窒素を供給する段階をさらに含むことができる。

そして、本発明は、各段階で発生する粉塵を捕集する段階、捕集した粉塵を湿式除塵する段階、湿式除塵した粉塵の水分を除去する段階、及び水分を除去した粉塵を外部に排出する段階をさらに含むことができる。

また、本発明は、多段の気泡流動層から高温の還元鉄粉を製造する段階、還元鉄粉を一対の圧着成形ロールに装入する段階、一対の圧着成形ロールにより還元鉄粉を圧着成形し、圧着両面に突起が形成されて連続して繋がった塊状体を製造する段階、塊状体を破砕する段階、破砕した塊状体を石炭充填層に装入する段階、及び石炭充填層に酸素を吹き込んで溶融鉄を製造する段階を含み、塊状体を製造する段階で、塊状体を圧着成形ロールの軸方向に垂直で長さ方向に切断した断面において、塊状体の第１表面の隣接する溝の間に塊状体の第２表面の溝が位置し、その断面の長さ方向の中心線が前記圧着成形ロールの両軸を含む仮想平面を貫通することを特徴とする。

一方、塊状体を製造する段階で、第１表面の隣接する溝の間の距離に対し、第２表面の溝に対応する第１表面の対応部と第１表面の隣接する溝とのうちの少なくとも一つの溝との間の距離の比は０．３乃至０．５であるのが好ましい。

そして、本発明は、多段の気泡流動層から、高温の焼成副原料を還元鉄粉と混合して各段階を実行する段階をさらに含むことができる。

また、焼成副原料は、前記塊状体全体の３〜２０重量％であるのが好ましい。

本発明の塊状体を製造する段階では、一対の圧着成形ロールにより還元鉄粉を４００〜８００℃で圧着成形するのが好ましい。

そして、塊状体を製造する段階で、一対の圧着成形ロールにより還元鉄粉を１４０〜２５０ｂａｒで圧着成形することができる。

一方、塊状体を製造する段階で、製造した塊状体は、厚さが３〜３０ｍｍであり、比重が３．５〜４．２ｔｏｎ／ｍ^３であるのが好ましい。

また、塊状体を破砕する段階で、破砕した塊状体は平均粒度が５０ｍｍ以下であり、不定形状であってもよい。

そして、塊状体の平均粒度は３０ｍｍ以下であるのが好ましい。

破砕した塊状体を石炭充填層に装入する段階では、塊状体の粒度が１〜３０ｍｍであるものが全体の２５〜１００重量％を占めるのが好ましい。

本発明は、流動還元炉からの高温の還元鉄粉及び焼成副原料が混合された還元体の供給を受ける装入槽、装入槽からの還元体を装入し、還元体を圧着成形して、連続して繋がった塊状体を製造する少なくとも一対の圧着成形ロール、圧着成形ロールにより製造した塊状体を破砕する破砕機、及び破砕機で破砕した塊状体を装入する溶融ガス化炉を含み、少なくとも一対の圧着成形ロールの表面には、凹溝が圧着成形ロールの軸方向に沿って並んで連続形成されて、圧着成形ロールの円周方向に沿って隣接する凹溝の間に突起を形成し、少なくとも一対の圧着成形ロールは、塊状体の製造時、第１圧着成形ロールの表面の隣接する突起の間に第２圧着成形ロールの突起が位置するように作動することを特徴とする。

また、装入槽は、圧着成形ロールの間の垂直上部に位置する中空型チャンバー、中空型チャンバーの上部に連結されて還元体を供給する還元体流入管、及び還元体流入管の両側で圧着成形ロールの垂直方向に対して鋭角に傾いて回転駆動することにより、中空型チャンバー内の還元体を圧着成形ロールに装入する装入部材を含むのが好ましい。

そして、本発明による溶融鉄製造装置は、破砕した塊状体を迂回させて水で冷却する冷却器と、冷却器で冷却した塊状体を移送して保存する保存タンクをさらに含んでもよい。

また、冷却器は、破砕された塊状体の供給を受け、塊状体を水に沈積させて冷却しながら保存タンクに移送する第１コンベヤーと、複数のブレードが設置されており、底に沈積した破砕された塊状体の粉をブレードで集めて保存タンクに供給する第２コンベヤーとを含んでもよい。

本発明の溶融鉄製造装置は、破砕した塊状体のうち、粒度が３０ｍｍ以上である塊状体を選別する高温選別機、及び高温選別機により選別した塊状体を再び破砕する別途の破砕機をさらに含んでもよい。

また、本発明の溶融鉄製造装置は、圧着成形ロール、第１破砕機、及び第２破砕機に窒素を供給する窒素供給装置をさらに含んでもよい。

圧着成形ロールは、第１圧着成形ロールの表面の隣接する突起の間の弧の長さに対し、第２圧着成形ロールの突起に対応する第１圧着成形ロールの対応部と、第１圧着成形ロールの表面の突起とのうちの少なくとも一つの間の弧の長さの比が、０．３乃至０．５になるように作動するのが好ましい。

また、圧着成形ロールは油圧圧着器をさらに含み、第１成形ロールは定位置回転し、油圧圧着器により第１成形ロールと第２成形ロールとの距離を変化させるのが好ましい。

一方、本発明の溶融鉄製造装置は、装入槽、圧着成形ロール、及び破砕機で発生する粉塵を捕集する集塵ポート、集塵ポートに捕集した粉塵を湿式除塵する湿式除塵器、及び湿式除塵器により湿式除塵した粉塵から水分を除去する水分除去機をさらに含むことができる。

そして、圧着成形ロールにより製造した塊状体は、厚さが３〜３０ｍｍであり、比重が３．５〜４．２ｔｏｎ／ｍ^３であるのが好ましい。

破砕した塊状体は、平均粒度が５０ｍｍ以下であり、不定形状であるのが好ましい。

本発明による一般炭及び粉鉄鉱石を利用した溶融鉄製造方法及び溶融鉄製造装置は、還元鉄粉を高温塊状化する方法を提供して溶融鉄製造工程の操業を便利にし、効率性及び生産性を向上させ、塊状体の製造時の設備稼動柔軟性を確保することができる。

また、一対の圧着成形ロールのうち、第１圧着成形ロールの表面の隣接する突起の間に第２圧着ロールの突起が位置するようにして塊状体を圧着成形するので、塊状体の溝が互いに交差して形成され、切れたり割れたりしない適当な粒度を有する塊状体を製造することができる。したがって、圧着成形した塊状体が連続して繋がった状態で破砕機に供給されるので、破砕機に大きな負荷はかからない。

また、本発明による圧着成形ロールは、第１圧着成形ロールの表面の隣接する突起の間の弧の長さに対し、第２圧着成形ロールの突起に対応する第１圧着成形ロールの対応部と、第１圧着成形ロールの表面の突起とのうちの少なくとも一つの間の弧の長さの比が０．３乃至０．５になるように作動するので、塊状体が切れる現象を予め防止することができる。

還元体は、圧着成形ロールに垂直な方向に対して鋭角に傾いた２つの方向に装入するので、還元体の飛散を防止しながら、効率的に還元体を圧着成形することができる。

塊状体の厚さを３〜３０ｍｍにするので、塊状体が切れる虞がないだけでなく、塊状体の量が多くて圧着成形ロールの表面が損なわれることも少ない。

本発明では特に、破砕した塊状体を迂回させて冷却した後、保存することができるので、溶融ガス化の作業異常の場合や塊状体の品質が不良な場合、もう少し融通性のある工程を行うことができる。

また、本発明の溶融鉄製造方法で製造した塊状体を溶融ガス化炉に直ちに使用するので、３．５〜４．２ｔｏｎ／ｍ^３程度の密度であれば移送するのに充分であり、圧着成形時に圧着成形ロールに加えられる圧力がそれほど高くないので、圧着成形ロールの破損危険が少なくなる。

以下、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を容易に実施できる最も好ましい実施形態と添付した図面を利用し、本発明を詳細に説明する。しかし、この実施形態は単に本発明を例示するためのものであり、本発明がこれに限られるわけではない。

図１は、本発明の一実施形態による溶融鉄製造装置の概略的な図である。図１に示した溶融鉄製造装置１０に含まれた高温塊状化装置１００は、より詳細な説明のために、他の装置に比べて実際の大きさより若干拡大して示す。

本発明の一実施形態による溶融鉄製造装置１０は、大きく高温塊状化装置１００、流動還元炉ユニット３００、及び溶融ガス化炉ユニット４００に分けられる。ここで、流動還元炉ユニット３００は、内部に気泡流動層を有する多段の流動還元炉を含むが、図１では、４段の流動還元炉を例として示した。図１に示した流動還元炉の段の数は単に本発明を例示するためのものであり、本発明がこれに限られるわけではない。４段の流動還元炉は、第１予熱炉３１０、第２予熱炉３２０、予備還元炉３３０、及び最終還元炉３４０からなる。４段の流動還元炉は、溶融ガス化炉４３０から供給される還元ガスにより常温の粉鉱及び副原料を還元及び焼成して混合した還元体を製造し、高温塊状化装置１００に供給する。高温塊状化装置１００は、還元体を圧着成形及び破砕して塊状体を製造した後、溶融ガス化炉ユニット４００に供給する。

本発明の一実施形態による高温塊状化装置１００は、大きく装入槽２０、一対の圧着成形ロール３０、及び第１破砕機４０を含む。それ以外に、高温塊状化装置１００は、高温保存槽１１、冷却器６０、保存タンク６９、高温分岐器５０、高温選別機７０、第２破砕機８０、及び高温移送機９０をさらに含むことができる。本発明の一実施形態による高温塊状化装置１００は、それ以外に、その他の必要な装置を含むことができる。

以下では、高温塊状化装置１００を構成している各装置について詳細に説明する。

まず、多段の流動還元炉内の気泡流動層を経た７００℃以上、見掛け比重約２ｔｏｎ／ｍ^３程度の還元鉄粉及び焼成副原料を混合した還元体を移送し、高温保存槽１１に保存する。最終流動還元炉の排出圧力は３ｂａｒであり、流量は３０００ｍ^３／ｈであるので、高温保存槽１１へ高温の還元鉄粉及び焼成副原料が圧送される。焼成副原料なしで高温の還元鉄粉のみを単独として使用することもできるが、高温の還元鉄粉が溶融ガス化炉内で容易に崩れないようにするためには、焼成副原料を高温の還元鉄粉と混合して全体の３〜２０重量％になるようにするのが好ましい。

高温保存槽１１は、下部の側面にレベル制御装置１３を備える。レベル制御装置１３は、高温保存槽１１に保存した還元体のレベルを検出し、予め設定されたレベルに到達すれば、流動還元炉からの還元体の移送を遮断する。

高温保存槽１１の下端には、開閉式バルブ１５を備える。開閉式バルブ１５は、高温保存槽１１の下端を開閉する開閉用プレート１５ａと、開閉用プレート１５ａを制御する油圧アクチュエータ１５ｂとを備える。

高温保存槽１１の下部には、高温保存槽１１から還元体の供給を受ける装入槽２０が設置されている。装入槽２０は、開閉式バルブ１５の開放時に内部に還元体の供給を受け、電気モータを駆動してこれを圧着成形ロールに強制的に装入させる。装入槽２０については図２を参照してより詳細に説明する。

図２は、本発明の一実施形態による断面図であって、還元体の装入方向に沿って切断した装入槽２０の断面図である。

装入槽２０は、内部に中空型チャンバー２００を含む。還元体流入管２１０は、中空型チャンバー２００の上部に連結されて還元体を供給する。装入部材２２０ａ、２２０ｂは、還元体流入管２１０の両側に垂直方向に対して鋭角に傾いて回転駆動することにより、中空型チャンバー２００内の還元体を下部の圧着成形ロールに強制的に供給する。図２には２個の装入部材を示したが、これは単に本発明を例示するためのものであって、本発明がこれに限られるわけではない。このように、垂直方向に対して鋭角に傾いた２つの方向から、還元体を強制的に圧着成形ロールに装入するので、飛散したり漏出する還元体の量を最小化することができるだけでなく、還元体を同一な量で装入することができる。

装入槽２０は、還元体の装入量を１時間当り最大６０ｔｏｎまで可変制御することができる。装入部材２２０ａ、２２０ｂは螺旋形であり、その上部には各々の装入部材２２０ａ、２２０ｂを回転駆動するための電気モータ２４０ａ、２４０ｂが備えられており、下部には、装入のためのスクリューが設置されている。装入部材２２０ａ、２２０ｂは、高温状態で摩耗を最大限防止するために、高温強度の優れた材質で製造する。漏出防止部２６０ａ、２６０ｂは、下部に位置した一対の圧着成形ロールが回転する場合、上部側面に還元体が漏出することを防止する。

図１に再び戻れば、装入槽２０の下端には、還元体を連続して繋がった塊状体に圧着成形する少なくとも一対の圧着成形ロール３０が設置されている。このような圧着成形ロールの数は単に本発明を例示するためのものであり、本発明がこれに限られるわけではない。したがって、複数の圧着成形ロールを付着することもできる。

圧着成形ロール３０には、装入槽２０から還元体を装入し、還元体を圧着成形して、圧着両面に突出部が形成されて連続して繋がった塊状体を製造する。圧着成形ロール３０は、互いに反対方向に回転しながら還元体を圧着成形する。この場合、還元鉄粉を含む還元体を４００〜８００℃、１４０〜２５０ｂａｒで圧着成形するのが好ましい。

図１に示してはいないが、第１圧着成形ロール３１及び第２圧着成形ロール３３は、各々油圧モータに連結されて回転駆動する。圧着成形ロール３０には油圧圧着器３７が設置されて、定位置回転する第１圧着成形ロール３１と第２圧着成形ロール３３との間の距離を変化させる。これによって塊状体の厚さを調節することができる。距離は水平に変化可能である。つまり、第１圧着成形ロール３１は、定位置で回転する固定式であり、第２圧着成形ロール３３は、油圧圧着器３７によって水平に変化可能な移動式構造である。これとは反対の構造にすることもできる。圧着成形ロール３０の間には漏出防止膜３５を設置して、圧着成形された塊状体が側面に漏出できないように防止する。

図１には示していないが、圧着成形ロール３０は、油圧モータに連結された本体シャフトと、その周囲を囲んだロールタイヤとからなる。ここで、圧着成形時、圧着成形ロール３０の冷却のために、本体シャフト内部には冷却水が流れる。また、ロールタイヤの表面、つまり、圧着成形ロール３０の表面には、凹溝が圧着成形ロール３０の軸方向に沿って並んで連続形成されて、圧着成形ロール３０の円周方向に沿って隣接する凹溝の間に突起を形成する。圧着成形ロール３０の表面は、高温状態で摩耗を最大限防止することができる材質を使用する。

ロールの回転方向に並行な凹溝の長さは１〜５ｍｍが好ましく、突起から凹溝の最も深い所までの垂直距離は３〜１５ｍｍが好ましく、突起と突起との間の距離は２０〜５０ｍｍ程度が好ましい。

以下では、図３を参照して、本発明の実施形態における圧着成形ロールの表面の形状についてもう少し詳しく説明する。

図３は、本発明の一実施形態による圧着成形ロールの表面形状と、これで成形した塊状体を概略的に示す図である。

図３に示したような塊状体を製造する場合、第１圧着成形ロール３１の表面の隣接する突起の間に第２圧着成形ロール３３の突起が位置するように、一対の圧着成形ロールを作動させる。例えば、第１成形ロール３１の隣接する突起３１ａ、３１ｂの間に第２成形ロール３３の突起３３ｃが位置するように、一対の圧着成形ロールを作動させる。この場合、連続的に連結されながら圧着両面の溝が互いに対向しないように形成された塊状体５００を製造することができる。

また、本発明の一実施形態では、第１圧着成形ロール３１の表面の隣接する突起の間の弧の長さに対し、第２圧着成形ロール３３の突起に対応する第１圧着成形ロール３１の対応部と、第１圧着成形ロール３１の表面の突起とのうちの少なくとも一つの間の弧の長さの比が０．３乃至０．５になるように作動させるのが好ましい。つまり、図３の拡大円で、第１圧着成形ロール３１の表面の隣接する突起３１ａ、３１ｂの間の弧の長さをｍとし、第２圧着成形ロール３３の突起３３ｃに対応する第１圧着成形ロール３１の対応部３１ｃと、第１圧着成形ロール３１の表面の突起３１ａ、３１ｂとのうちの少なくとも一つまでの弧の長さをｎとすれば、ｎ／ｍが０．３乃至０．５になるように作動させるのが好ましい。図３では、弧の長さｎを突起３１ａと対応部３１ｃとの間の距離を例に挙げたが、ｎを突起３１ｂと対応部３１ｃとの間の距離としても差し支えない。

第２圧着成形ロール３３の突起３３ｃは、第１圧着成形ロール３１の表面の突起３１ａ、３１ｂの間に位置して、その中央を中心に上下に動くので、前述の０．３乃至０．５の比率は、相対的に０．５乃至０．７の比率と本質的に同一である。ｎ／ｍの比が０乃至０．３未満であると、圧着両面の突起が隣接して突起付近の塊状体の厚さが薄くなるため、塊状体が切れる現象が発生する虞がある。

前述のような圧着成形ロールを利用して製造した塊状体の断面形状について、図４を参照してより詳しく説明する。図４は、本発明の一実施形態によって製造した塊状体５００を、圧着成形ロールの軸方向に垂直に長さ方向に切断した断面図である。

本発明による塊状体５００は、圧着成形ロールの軸方向に垂直に長さ方向に切断した断面の長さ方向の中心線と、断面において圧着両面の最も近接した溝とを互いに連結する連結線が鋭角及び鈍角を形成する。例えば、図４に示した中心線５００ｌと圧着両面の最も近接した溝５００ａ、５００ｂとを互いに連結する連結線は交差点５００ｃで相互交差しており、鋭角及び鈍角を形成する。さらには、図３において、第１圧着成形ロール３１の軸と第２圧着成形ロール３３の軸を含む仮想的な平面を想定すると、図４の中心線５００ｌは当該仮想平面を貫通する。

また、本発明による塊状体５００は、圧着成形ロールの軸方向に垂直に長さ方向に切断した断面に対し、圧着両面のうちの一側を第１表面とし、他の側を第２表面とすれば、第１表面の隣接する溝の間に第２表面の溝が位置する。したがって、圧着両面の溝が相互交差して位置する。例えば、図４に示したように、第１表面の隣接する溝５００ｄ、５００ｅの間に第２表面の溝５００ｆが位置する。

また、本発明によって製造した塊状体は、第１表面の隣接する溝の間の距離に対し、第２表面の溝に対応する第１表面の対応部と、第１表面の隣接する溝のうちの少なくとも一つの溝との間の距離の比が０．３乃至０．５である。例えば、図４に示したように、第１表面の隣接する溝５００ｄ、５００ｅの間の距離をｋとし、第２表面の溝５００ｆに対応する第１表面の対応部５００ｇと第１表面の隣接する溝のうちの一つである溝５００ｄとの距離をｌとすれば、ｌ／ｋは０．３乃至０．５である。これとは反対に、また他の第１表面の溝５００ｅに適用しても同様な比率を有する。ｌ／ｋが０乃至０．３未満であると、圧着両面の溝が隣接して溝付近の塊状体の厚さが薄くなるため、切れる現象が発生する虞がある。

本発明で、圧着成形ロールを作動させて製造した塊状体の厚さは３〜３０ｍｍであり、密度は３．５〜４．２ｔｏｎ／ｍ^３である。このように製造した塊状体は、厚さが３ｍｍ未満であると切れる虞があり、厚さが３０ｍｍを超えると、塊状体の量が多くて圧着成形ロールの表面が損なわれる虞があるので、前記範囲の厚さの塊状体を製造する。塊状体を溶融ガス化炉に直ちに使用するので、前述の３．５〜４．２ｔｏｎ／ｍ^３の密度程度であれば移送するのに充分であり、圧着成形時に圧着成形ロールに加えられる圧力がそれほど高くないので、圧着成形ロールの破損危険が少ない。次の段階では、圧着成形した塊状体を一定の大きさに破砕する。

図１に再び戻れば、圧着成形ロール３０の下部には第１破砕機４０を設置する。第１破砕機４０は、圧着成形ロール３０により成形した塊状体を溶融ガス化炉４３０に装入することができる大きさに１次分離／破砕する装置である。これと関連し、図５に第１破砕機４０をより詳細に示す。

図５は、本発明の一実施形態による圧着成形ロールと第１破砕機の作動を概略的に示す図である。

圧着成形ロール３０で圧着成形した塊状体５００は、連続して繋がって第１破砕機４０で破砕される。支持台４６は塊状体５００を第１破砕機４０に誘導し、塊状体５００の破砕時に第１破砕機４０を支持する。第１破砕機４０は、油圧モータ４９の回転軸に連結されて回転する複数の破砕板４１が、塊状体５００に衝撃を与えて破砕する。破砕板４１の間にはスペーサ環４３が介在していて、破砕板４１の間の間隔を調節することができる。また、破砕板４１は、複数の尖った突起４５を備えて、破砕板４１の回転時に慣性力による衝撃を与えて塊状体５００を分離及び破砕する。第１破砕機４０により破砕する場合、塊状体の平均粒度が５０ｍｍ以下になるように破砕し、好ましくは溶融ガス化炉に使用適合するように３０ｍｍ以下にし、不定形状になるようにする。

図１に戻れば、第１破砕機４０の下部には高温分岐器５０が設置されている。高温分岐器５０は、破砕した高温の塊状体を迂回させて冷却及び保存したり、溶融ガス化炉に移送するように分岐することができる。図１で高温分岐器５０は、流入口６４を介して塊状体を流入した後、左側の排出口５３を介して高温の塊状体を冷却器６０で冷却処理して保存タンク６９に保存したり、右側の排出口５５を介して高温の塊状体を溶融ガス化炉４３０に移送する。

図示してはいないが、高温分岐器５０の内部には、油圧シリンダーにより作動する分岐板が回転可能であるように設置されていて、塊状体の供給方向を左側排出口５３又は右側排出口５５に調節する。高温分岐器５０は特に、溶融ガス化炉４３０に異常が生じて塊状体を供給できなくなったり塊状体の品質が適当しない場合、分岐板を切換えて冷却器６０側に塊状体を移送する。これと反対の場合には、正常に溶融ガス化炉４３０に塊状体を供給する。

冷却器６０は、高温の塊状体を水で冷却して保存タンク６９に放出する装置である。以下では、図６を参照して、冷却器６０についてより詳細に説明する。

図６は、本発明の一実施形態による冷却器の概略的な断面図であって、塊状体の流入方向に沿って切断した断面図である。図６に示した冷却器６０は、破砕された塊状体の供給を受け、塊状体を水に沈積させて冷却しながら保存タンクに移送する第１コンベヤー６１と、複数のブレード６３１が設置されて、底に沈積した破砕された塊状体の粉をブレード６３１で集めて保存タンクに供給する第２コンベヤー６３とを含む。その他にも、冷却器６０は冷却に必要ないろいろな附帯装置を含むことができる。

上下に設置された第１コンベヤー６１及び第２コンベヤー６３は、鉄板からなるベルトを、モータに連結されたローラにより回転して操作される。そのために、水槽６５に満たしてある水６７により塊状体を冷却した後、外部の保存タンクに排出する。保存タンク６９（図１に図示）は、このように冷却した塊状体を保存し、後で再び使用する。

再び図１に戻れば、正常な状態では、高温分岐器５０から分岐された高温の塊状体が高温選別機７０に移送されて選別過程を経る。高温選別機７０は、破砕後に発生する粒度が５０ｍｍ以上である塊状体、好ましくは３０ｍｍ以上である塊状体を選別する装置であって、時間当り最大１２０トンまで選別することができる。高温選別機７０は、上部側の吹出し口に流入した塊状体に対し、内部に設置されたスクリーンに振動を付与して、前述の所望の大きさの粒子を選別する。

高温選別機７０は、大粒排出口７３を通して粒度が５０ｍｍ以上、好ましくは３０ｍｍ以上の塊状体を排出し、小粒排出口７１を通して前述の大きさ以下の塊状体を排出する。塊状体の粒度が３０ｍｍを超えると溶融ガス化炉への便用に適合しないので、再び破砕する過程を経る。高温選別機７０の大粒排出口７３の下部には、塊状体を溶融ガス化炉４３０に使用するのに適した大きさに再び破砕する第２破砕機８０を備える。また、高温選別機７０の小粒排出口７１の下部には、塊状体を溶融ガス化炉４３０に移送するための高温移送機９０が設置されている。

図示してはいないが、第２破砕機８０は２個の破砕ロールからなるが、スペースリングを間に置いて複数のディスク型ブレードをタイボルトで固定した後、これを油圧モータにより回転させる。これにより、ブレードに形成された突起部を互いに隣接するように配置し、その間を通過する大粒の塊状体を破砕する。特に、スペースリングの厚さを異なるようにしてブレードの間の間隔を変化させることにより、多様な粒度を有する塊状体に破砕することができる。２個の破砕ロールのうちの一つの破砕ロールは固定し、他の破砕ロールは油圧装置を利用して水平方向に移動可能であるようにして、破砕ロール間の間隔を調節することができる。また、油圧モータに供給されるオイルの量を調節し、油圧モータの回転数を調節して塊状体を破砕することもできる。

小粒排出口７１を介して排出された塊状体と、第２破砕機８０を通じて再び破砕された塊状体とは、高温移送機９０によって塊状体保存槽９５に移送される。高温移送機９０は、駆動モータの回転軸に複数のスプロケットを装着してチェーンを無限軌道型に回転させ、滑車と結合したバケットをチェーンに連結して、塊状体を塊状体保存槽９５に移送する。

塊状体保存槽９５の下部に設置した複数の高温均排圧装置４１０により、溶融ガス化炉４３０との圧力を均一に調整する。その次、塊状体保存槽９５から塊状体を溶融ガス化炉４３０に装入する。

ここで、好ましい塊状体の粒度分布は１ｍｍ未満が１０重量％以下、１〜１０ｍｍが５〜３０重量％、１０〜２０ｍｍが１０〜４０重量％、２０〜３０ｍｍが１０〜４０重量％、３０〜５０ｍｍが２０重量％以下になるようにする。特に、平均粒度が１〜３０ｍｍである塊状体が全体の２５〜１００重量％を占めるのが好ましい。
溶融ガス化炉４３０内には、塊炭か又は微粉炭を成形した成形炭からなる石炭充填層が形成されており、溶融ガス化炉４３０の外壁から石炭充填層に酸素（Ｏ_２）を吹き込んで溶融鉄を製造する。

一方、本発明の一実施形態による溶融鉄製造装置１０は、高温の塊状体が大気に接触する場合、酸素による再酸化によって発熱及び火災が発生する虞があるので、不活性雰囲気を造成するのが必要である。したがって、塊状体の酸化を防止するために窒素供給装置である窒素注入管を設置し、窒素を充填して酸素濃度を低下させた状態で工程を進行する。窒素は図１に示したように、塊状体が外部の大気と接触する可能性の高い開閉式バルブ１５、圧着成形ロール３０、第１破砕機４０、第２破砕機８０、及び高温移送機９０などに設置することができる。

図７は、本発明の一実施形態による集塵装置７００の概略図である。

集塵装置７００は、本発明の溶融鉄製造装置で塊状体の移送、装入、破砕、及び選別過程で発生する高温の粉塵を集塵する。図７に示した集塵装置７００は、図１の圧着成形ロール３０、第１破砕機４０、冷却器６０、高温選別機７０、第２破砕機８０、及び高温移送機９０が設置されて、ここで発生する粉塵を捕集する各々の集塵ポート（図示せず）、集塵ポート（図示せず）に集塵した粉塵を湿式除塵する湿式除塵器７１０、及び湿式除塵器７１０で湿式除塵した粉塵から水分を除去する水分除去機７２０を含む。湿式除塵作業の後には、煙突７３０を通して外部に粉塵を排出する。前述のような方法で塊状体を製造する場合、粉塵発生量を５％未満と低くすることができる。

以下では、本発明の実験例を説明する。このような実験例は単に本発明を例示するためのものであり、本発明がこれに限られるわけではない。

実験例
流動還元炉から排出される７５０℃程度の高温還元鉄粉及び焼成副原料の混合物である還元体より、多様な形態の圧着成形ロールを利用して連続して繋がった塊状体を製造した。

第１比較例
図８の（Ａ）の左側に示したように、表面が平坦な圧着成形ロールを利用して塊状体を圧着成形した。その結果、図８の（Ａ）の右側のような形状の厚さが８ｍｍである塊状体を得た。この場合、塊状体の密度は３．８ｇ／ｃｍ^３であり、１ｍｍ以下の粉塵は１０重量％程度発生した。また、図８の（Ａ）の右側に示したように、塊状体の長さ方向に割れる現象が観察された。

第２比較例
図８の（Ｂ）の左側に示したように、表面に溝を一定に形成した圧着成形ロールを利用して塊状体を圧着成形した。その結果、図８の（Ｂ）の右側のように、厚さが１０ｍｍである塊状体を得た。この場合、塊状体の密度は３．８ｇ／ｃｍ^３であり、１ｍｍ以下の粉塵は８重量％程度発生した。しかし、還元鉄粉と圧着成形ロールとの間に粘着性が増加したため、割れが発生した。

第３比較例
図８の（Ｃ）の左側に示したように、凹溝が圧着成形ロールの軸方向に沿ってその表面に並んで連続形成されている一対の圧着成形ロールを使用して塊状体を製造した。この場合、 同調式に、つまり一対の圧着成形ロールの突起が互いに対向するように圧着成形ロールを作動させて、厚さ１６ｍｍの塊状体を製造した。この場合、塊状体の密度は３．８ｇ／ｃｍ^３であった。しかし、図８の（Ｃ）の右側に示したように、圧着両面の溝が互いに対向して位置するため、塊状体に切れ部分８０ａが発生するだけでなく、長さ方向に沿って割れ部分８０ｂがよく発生した。

実施例
本発明では図３に示したように、凹溝が圧着成形ロールの軸方向に沿ってその表面に並んで連続形成されている一対の圧着成形ロールを使用して塊状体を製造した。この場合、非同調式に、つまり一対の圧着成形ロールのうちの第１成形ロールの表面に隣接する突起の間に第２圧着成形ロールの突起が位置するように圧着成形ロールを作動させ、厚さ１６ｍｍの塊状体を製造した。この場合、塊状体の密度は３．８ｇ／ｃｍ^３であり、生産性は２００％向上し、１ｍｍ以下の粉塵発生率は５重量％であった。
前述の内容を整理すれば、次の表１の通りである。

表１から分かるように、本発明の一実施形態によって製造した塊状体は、厚さを１６ｍｍ以下に製造することができるので、生産性が向上するだけでなく、粉の発生量が低減される利点があった。また、本発明の実施形態では切れ現象や割れ現象が現れず、第１比較例乃至第３比較例によって製造された塊状体に比べてその性質が優れていた。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲と発明の詳細な説明及び添付した図面の範囲内で多様に変形して実施するのが可能であり、これも本発明の範囲に属する。

本発明の一実施形態による溶融鉄製造装置の概略的な図である。 本発明の一実施形態による装入槽の断面図である。 本発明の一実施形態による圧着成形ロールと、これにより成形した塊状体を概略的に示す図である。 本発明の一実施形態によって製造した塊状体の断面図である。 本発明の一実施形態による圧着成形ロールと第１破砕機の作動を概略的に示す図である。 本発明の一実施形態による冷却器の断面図である。 本発明の一実施形態による集塵装置の概略的な図である。 従来の圧着成形ロール及びこれにより製造した塊状体を概略的に示した図である。 従来の溶融鉄製造装置を概略的に示した図である。

Claims (30)

1. 多段の気泡流動層から、高温の還元鉄粉及び焼成副原料が混合された還元体を製造する段階、
   前記還元体を少なくとも一対の圧着成形ロールに装入する段階、
   前記一対の圧着成形ロールにより前記還元体を圧着成形し、圧着両面に溝が形成されて連続して繋がった塊状体を製造する段階、
   前記塊状体を破砕する段階、
   前記破砕した塊状体を石炭充填層に装入する段階、及び
   前記石炭充填層に酸素を吹き込んで溶融鉄を製造する段階を含み、
   前記塊状体を製造する段階で、塊状体を前記圧着成形ロールの軸方向に垂直に長さ方向に切断した断面の長さ方向の中心線と、前記断面において前記圧着両面の最も近接した溝とを互いに連結する連結線が、鋭角及び鈍角を形成し、前記中心線が前記圧着成形ロールの両軸を含む仮想平面を貫通する、溶融鉄製造方法。
2. 前記還元体を装入する段階で、
   前記還元体を、前記圧着成形ロールに垂直な方向に対して鋭角に傾いた２つの方向から前記圧着成形ロールに装入する、請求項１に記載の溶融鉄製造方法。
3. 前記塊状体を製造する段階で、
   製造した前記塊状体は、厚さが３〜３０ｍｍであり、密度が３．５〜４．２ｔｏｎ／ｍ^３である、請求項１に記載の溶融鉄製造方法。
4. 前記塊状体を破砕する段階で、
   前記塊状体の平均粒度が５０ｍｍ以下であり、不定形状になるように破砕する、請求項１に記載の溶融鉄製造方法。
5. 前記破砕した塊状体を迂回させる段階、
   前記迂回させた塊状体を冷却する段階、及び
   前記冷却した塊状体を保存する段階
   をさらに含む、請求項１に記載の溶融鉄製造方法。
6. 前記破砕した塊状体の平均粒度が３０ｍｍを超える場合、
   前記破砕した塊状体を再び破砕する段階をさらに含む、請求項１に記載の溶融鉄製造方法。
7. 前記各段階に窒素を供給する段階をさらに含む、請求項１に記載の溶融鉄製造方法。
8. 前記各段階で発生する粉塵を捕集する段階、
   前記捕集した粉塵を湿式除塵する段階、
   前記湿式除塵した粉塵の水分を除去する段階、及び
   前記水分を除去した粉塵を外部に排出する段階
   をさらに含む、請求項１に記載の溶融鉄製造方法。
9. 多段の気泡流動層から高温の還元鉄粉を製造する段階、
   前記還元鉄粉を少なくとも一対の圧着成形ロールに装入する段階、
   前記一対の圧着成形ロールにより前記還元鉄粉を圧着成形し、圧着両面に溝が形成されて連続して繋がった塊状体を製造する段階、
   前記塊状体を破砕する段階、
   前記破砕した塊状体を石炭充填層に装入する段階、及び
   前記石炭充填層に酸素を吹き込んで溶融鉄を製造する段階を含み、
   前記塊状体を製造する段階で、塊状体を前記圧着成形ロールの軸方向に垂直で長さ方向に切断した断面において、前記塊状体の第１表面の隣接する溝の間に前記塊状体の第２表面の溝が位置し、その断面の長さ方向の中心線が前記圧着成形ロールの両軸を含む仮想平面を貫通する、溶融鉄製造方法。
10. 前記塊状体を製造する段階で、前記第１表面の隣接する溝の間の距離に対し、前記第２表面の溝に対応する前記第１表面の対応部と、前記第１表面の隣接する溝のうちの少なくとも一つの溝との間の距離の比は０．３乃至０．５である、請求項９に記載の溶融鉄製造方法。
11. 前記多段の気泡流動層から高温の焼成副原料を前記還元鉄粉と混合して、前記各段階を実行する段階をさらに含む、請求項９に記載の溶融鉄製造方法。
12. 前記焼成副原料は、前記塊状体全体の３〜２０重量％である、請求項１１に記載の溶融鉄製造方法。
13. 前記塊状体を製造する段階で、
    前記一対の圧着成形ロールにより、前記還元鉄粉を４００〜８００℃で圧着成形する、請求項１１に記載の溶融鉄製造方法。
14. 前記塊状体を製造する段階で、
    前記一対の圧着成形ロールにより、前記還元鉄粉を１４０〜２５０ｂａｒで圧着成形する、請求項１１に記載の溶融鉄製造方法。
15. 前記塊状体を製造する段階で、
    製造した前記塊状体は、厚さが３〜３０ｍｍであり、比重が３．５〜４．２ｔｏｎ／ｍ^３である、請求項１１に記載の溶融鉄製造方法。
16. 前記塊状体を破砕する段階で、
    破砕した前記塊状体は、平均粒度が５０ｍｍ以下であり、不定形状である、請求項１１に記載の溶融鉄製造方法。
17. 前記塊状体の平均粒度は３０ｍｍ以下である、請求項１６に記載の溶融鉄製造方法。
18. 前記破砕した塊状体を石炭充填層に装入する段階で、
    前記塊状体の粒度が１〜３０ｍｍであるものが全体の２５〜１００重量％である、請求項１１に記載の溶融鉄製造方法。
19. 多段の流動還元炉からの高温の還元鉄粉及び焼成副原料が混合された還元体の供給を受ける装入槽、
    前記装入槽からの還元体を装入し、前記還元体を圧着成形して、連続して繋がった塊状体を製造する少なくとも一対の圧着成形ロール、
    前記圧着成形ロールにより製造した前記塊状体を破砕する破砕機、及び
    前記破砕機で破砕した前記塊状体を装入する溶融ガス化炉を含み、
    前記少なくとも一対の圧着成形ロールの表面には、凹溝が前記圧着成形ロールの軸方向に沿って並んで連続形成されて、前記圧着成形ロールの円周方向に沿って隣接する前記凹溝の間に突起を形成し、
    前記少なくとも一対の圧着成形ロールは、前記塊状体の製造時、第１圧着成形ロールの表面にある隣接する突起の間に第２圧着成形ロールの突起が位置するように作動する、溶融鉄製造装置。
20. 前記装入槽は、
    前記圧着成形ロールの間の垂直上部に位置する中空型チャンバー、
    前記中空型チャンバーの上部に連結されて前記還元体を供給する還元体流入管、及び
    前記還元体流入管の両側に、前記圧着成形ロールの垂直方向に対して鋭角に傾いて回転駆動することによって、前記中空型チャンバー内の還元体を前記圧着成形ロールに装入する装入部材
    を含む、請求項１９に記載の溶融鉄製造装置。
21. 前記破砕した塊状体を迂回させて水で冷却する冷却器、及び
    前記冷却器で冷却した塊状体を移送して保存する保存タンク
    をさらに含む、請求項１９に記載の溶融鉄製造装置。
22. 前記冷却器は、
    前記破砕された塊状体の供給を受け、前記塊状体を水に沈積させて冷却しながら前記保存タンクに移送する第１コンベヤー、及び
    複数のブレードが設置されており、底に沈積した前記破砕された塊状体の粉を前記ブレードで集めて前記保存タンクに供給する第２コンベヤー
    を含む、請求項２１に記載の溶融鉄製造装置。
23. 前記破砕した塊状体のうち、粒度が３０ｍｍ以上である塊状体を選別する高温選別機、及び
    前記高温選別機により選別した前記塊状体を再び破砕する別途の破砕機
    をさらに含む、請求項１９に記載の溶融鉄製造装置。
24. 前記別途の破砕機に窒素を供給する窒素供給装置をさらに含む、請求項２３に記載の溶融鉄製造装置。
25. 前記圧着成形ロール及び前記破砕機に窒素を供給する窒素供給装置をさらに含む、請求項１９に記載の溶融鉄製造装置。
26. 前記圧着成形ロールは、前記第１圧着成形ロールの表面の隣接する突起の間の弧の長さに対して、前記第２圧着成形ロールの突起に対応する第１圧着成形ロールの対応部と前記第１圧着成形ロールの表面の突起とのうちの少なくとも一つの間の弧の長さの比が、０．３乃至０．５になるように作動する、請求項１９に記載の溶融鉄製造装置。
27. 前記圧着成形ロールは油圧圧着機をさらに含み、
    前記第１成形ロールは定位置回転し、前記油圧圧着機により前記第１成形ロールと前記第２成形ロールとの距離を変化させる、請求項１９に記載の溶融鉄製造装置。
28. 前記装入槽、前記圧着成形ロール、及び前記破砕機で発生する粉塵を捕集する集塵ポート、
    前記集塵ポートに捕集した粉塵を湿式除塵する湿式除塵器、及び
    前記湿式除塵器により湿式除塵した粉塵から水分を除去する水分除去機
    をさらに含む、請求項１９に記載の溶融鉄製造装置。
29. 前記圧着成形ロールにより製造した前記塊状体は、厚さが３〜３０ｍｍであり、比重が３．５〜４．２ｔｏｎ／ｍ^３である、請求項１９に記載の溶融鉄製造装置。
30. 前記破砕した塊状体は、平均粒度が５０ｍｍ以下であり、不定形状である、請求項１９に記載の溶融鉄製造装置。

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