JP4966200B2 - 粉還元鉄含有還元体の塊成体製造装置及びこれを備えた鎔鉄製造装置 - Google Patents
粉還元鉄含有還元体の塊成体製造装置及びこれを備えた鎔鉄製造装置 Download PDFInfo
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Description
現在、全世界の鉄生産量の60%程度が、14世紀から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有煙炭を原料にして製造したコークスなどを高炉に一緒に入れ、酸素を吹き込んで、鉄鉱石を鉄に還元して鎔鉄を製造する方法である。鎔鉄生産設備の大半を成している高炉法は、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証することの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使用する炭素源には、特定の原料炭を加工処理したコークスに依存し、鉄源には、一連の塊状化工程を経た焼成鉱に主に依存している。そのために、現在の高炉法では、コークスの製造設備及び焼成設備などの原料予備処理設備が必ず伴わなければならないので、高炉以外の付帯設備を構築しなければならない必要があるのみでなく、付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の設置必要のため、投資費用が多量消耗し、製造原価が急激に上昇するという問題点がある。
下記特許文献1は、一般炭及び粉鉱を直接使用する鎔鉄製造設備を開示している。この特許文献1に開示された鎔鉄製造装置は、気泡流動層が形成された3段流動還元炉と、これに連結された溶融ガス化炉とからなる。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段の流動還元炉を順に通る。3段の流動還元炉には、溶融ガス化炉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%以上焼成して、溶融ガス化炉内に装入される。
溶融ガス化炉内には、石炭が供給されて、石炭充填層が形成されていて、常温の粉鉱及び副原料が石炭充填層内で溶融及びスラグ形成をして鎔鉄及びスラグとして排出される。溶融ガス化炉の外壁に設置された多数の羽口を通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て流動還元炉に送られ、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、前述の鎔鉄製造装置では、溶融ガス化炉の上部に高速のガス気流が形成されているため、溶融ガス化炉に装入される粉還元鉄及び焼成副原料が飛散して失われるという問題点がある。また、粉還元鉄及び焼成副原料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の通気性及び通液性確保が難しいという問題点がある。
前述の方法で海綿鉄ブリケットを製造する場合、色々な問題点が発生するが、これを詳細に説明すれば次の通りである。
このような問題点を解決するために、耐熱性及び耐摩耗性を有するステンレス鋼からなる移送シュートが使用されている。ステンレス鋼の移送シュートは熱膨張率が高いので、移送シュートを複数分割して、その間ごとに熱膨張に応じた離隔空間を形成する。
しかし、移送シュートの間の離隔空間に高温ブリケットが累積して詰まるのみでなく、熱変形によって移送シュートが脱落する問題点が持続的に発生する。また、脱落した移送シュートの部品の一部が後続装置に入り込んで、後続装置に故障が発生する。そして、移送シュートの整備時、移送シュートの内部に累積した高温の還元鉄によって整備が難しくなる。
また、粒度分布が制御されない海綿鉄ブリケットを溶融ガス化炉に装入する場合、溶融していない状態の海綿鉄ブリケットが溶融ガス化炉の下部に設置された酸素羽口の前端に降下して、酸素羽口を詰める。したがって、酸素羽口の前端で石炭充填層内部に形成される燃焼火炎が酸素羽口側へ逆火され、羽口を損傷させることにより、溶融ガス化への操業異常を起こす。
また、本発明は、前述の塊成体製造装置を備えた鎔鉄製造装置を提供する。
一対のロールは、固定型ロールと、これに対向する移動型ロールとを含み、案内面の上端部から固定型ロールの中心までの距離は、固定型ロールの半径と塊成体の平均厚さの半分の合計以上であるのが望ましい。
案内面の上端部から固定型ロールの中心までの距離は、固定型ロールの半径と塊成体の平均厚さの合計以下であるのが望ましい。
案内面の上端部は、移動型ロールよりは固定型ロールにより近く位置するのが望ましい。
案内面の上端部は、固定型ロールの中心軸の高さ以下、及び固定型ロールの最下端の表面の高さ以上に位置するのが望ましい。
案内面下部の高さに対する案内面上部の高さの比は5.0乃至6.0であるのが望ましい。
曲線形傾斜面の曲率半径は1700mm乃至1900mmであるのが望ましい。
曲線形傾斜面の曲率半径は、1800mmであるのが望ましい。
ガイドシュートの底辺の長さに対するガイドシュートの高さの比は1.0乃至2.0であるのが望ましい。
各ロールの表面に、各ロールの軸方向に沿って連続して凹溝が形成され、凹溝に複数の突出部を相互離隔させて形成することができる。
突出部は切欠(notch)形態として、一対のロールの外周方向に突出することができる。
突出部は、その中心に行くほどその厚さが減少するのが望ましい。
複数の突出部間のピッチ(pitch)は、16mm乃至45mmであるのが望ましい。
第1破砕機は、塊成体の平均粒度が0mmより大きく、50mm以下になるように粗破砕するのが望ましい。
第1破砕機は、塊成体の平均粒度が0mmより大きく、30mm以下になるように粗破砕するのが望ましい。
第2破砕機で破砕された塊成体は、0重量%より大きく、30重量%以下である粒度25mm乃至30mmの塊成体、55重量%以上100重量%未満である粒度5mm乃至25mm未満の塊成体、及び0重量%より大きく、15重量%以下である粒度5mm未満の塊成体を含むのが望ましい。
第1破砕機は、外周に相互離隔した複数の突起が形成され、共に駆動されるように同軸に並んで配列設置された複数の破砕板、及び複数の破砕板の間に挿入されて破砕板間の間隔を調節するスペーサ環(spacer ring)を含むことができる。複数の破砕板の駆動により、複数の突起で塊成体を粗破砕することができる。
第1破砕機は、外周に相互離隔した複数の突起が軸方向に沿って形成された一体型本体(one body)を含むことができ、第1破砕機の駆動により、複数の突起で塊成体を粗破砕することができる。
第2破砕機は、複数の破砕用ディスクを備えると共に、相互離隔して設置された一対の破砕ロールを含み、一対の破砕ロールを相互反対方向に駆動して、破砕用ディスクの外周面に形成された複数のブレードで粗破砕された塊成体を再び破砕することができる。
一対の破砕ロールのうちの一つの破砕ロールは固定型ロールであり、他の一つの破砕ロールは移動型ロールであり、一対の破砕ロール間の間隔が可変調節されることができる。
ブレードは、破砕ロールの回転方向に向かった第1傾斜面と、破砕ロールの回転反対方向に向かった第2傾斜面とを含み、第1傾斜面が破砕ロールの外周面と成す第1傾斜角は、第2傾斜面が破砕ロールの外周面と成す第2傾斜角より大きいのが望ましい。
第1傾斜角及び第2傾斜角のうちの一つ以上は80°乃至90°であるのが望ましい。
第1傾斜角及び第2傾斜角のうちの一つ以上は40°乃至50°であるのが望ましい。
一対の破砕ロールは第1破砕ロール及び第2破砕ロールを含み、第1破砕ロールの外周面に形成された複数の第1ブレードは、第2破砕ロールの外周面に形成された複数の第2ブレードの間に対向するのが望ましい。
第1ブレード端部から第1ブレード端部に対向する第2破砕ロールの表面までの距離は、10mm乃至20mmであるのが望ましい。
各ブレードの端部は面取りされているのが望ましい。
第1ブレードの端部に形成された面取り面と、第1ブレードに最も近い第2ブレードの端部に形成された面取り面とが相互対向するのが望ましい。
第1ブレードの上端に形成された面取り面と、第1ブレードに最も近い第2ブレードの上端に形成された面取り面との間の距離は、10mm乃至15mmであるのが望ましい。
第2破砕機は、相互離隔して設置された一対の破砕ロールを含み、一体型本体を含む1対の破砕ロールを相互反対方向に駆動して、一対の破砕ロールの外周面に形成された複数のブレードで粗破砕された塊成体を再び破砕することができる。
第1リニアシュートの長さ及び幅と第2リニアシュートの長さ及び幅とは同一であるのが望ましい。
粉還元鉄含有還元体の移送方向に沿って、第2リニアシュート及び第1リニアシュートの順序で反復配列されることができる。
第2リニアシュートの他端の開口部に、他の第1リニアシュートの一端の開口部が挿入されて重なるのが望ましい。
各リニアシュートは、相互対向する一対の側面部と、一対の側面部を相互連結する底部とを含むことができる。
各リニアシュートは一体に形成されることができる。
リニアシュートの一端の開口部を形成する一対の側面部の一端に、粉還元鉄含有還元体の移送方向に沿って低くなる段差部が形成されることができる。
移送シュートは、複数のリニアシュートが収納された複数の外部ケーシング、及び各外部ケーシング上に付着された外部カバーを含むことができる。
リニアシュート上にリニアシュートカバーが付着されることができる。
複数の窒素パージ連結具が外部カバーに設置され、複数の窒素パージ連結具が、リニアシュートカバーに形成された貫通孔を通して移送シュートの内部に挿入されるのが望ましい。
外部カバーとリニアシュートカバーとの間に複数の補強チャンネルを固定することができる。
補強チャンネルは、リニアシュートカバー側に凹むように折り曲がれるのが望ましい。
外部カバーにはマンホールが付着され、マンホールは、リニアシュートカバー上に形成された貫通孔に対向することができる。
リニアシュートの側面部に、粉還元鉄含有還元体の移送方向に沿って、一対のブラケットが順に付着されることができる。
一対のブラケットは、第1ブラケット及び第2ブラケットを含み、粉還元鉄含有還元体の移送方向に沿って、第1ブラケット及び第2ブラケットの順序で付着されることができる。
外部ケーシングの内部に複数の固定部が形成され、ブラケットは固定部に固定されることができる。
複数の固定部は、第1固定部と、これと離隔した第2固定部とを含み、第1ブラケットは第1固定部にネジ結合されることができる。
第2固定部は第2ブラケットと離隔固定されることができる。
外部ケーシング内部に、2個のリニアシュートが設置されることができる。
外部ケーシングとリニアシュートとの間に保温材が充填されることができる。
リニアシュートの一端の開口部の幅とリニアシュートの他端の開口部の幅との差は、10cm乃至25cmであるのが望ましい。
リニアシュートの一端の開口部の高さとリニアシュートの他端の開口部の高さとの差は、10cm乃至25cmであるのが望ましい。
粉還元鉄含有還元体は焼成副原料をさらに含むことができる。
塊炭及び成形炭からなる群より選択された一つ以上の石炭を融融ガス化炉に供給することができる。
塊成体製造装置100は、装入装置11、一対のロール20、及び移送シュート80を含む。その他に、塊成体製造装置100は、必要に応じてレベル制御装置13、開閉式バルブ15、装入ホッパー25、ガイドシュート10、第1破砕機30、及び第2破砕機40をさらに含むことができる。
粉還元鉄含有還元体は、鉄鉱石及び副原料の混合物を、流動還元炉を通過させて製造することができる。このように製造した方還元鉄含有還元体を装入装置11に供給する。装入装置11は温度が700℃以上であり、比重が約2ton/m3程度の粉還元鉄含有還元体を貯蔵する。流動還元炉最終端の排出圧力が3bar程度であり、流量は3000m3/h程度であるので、粉還元鉄含有還元体を装入装置11に圧送することができる。
副原料なしで高温粉還元鉄のみを用いて、塊成体を製造することができる。しかし、高温粉還元鉄が溶融ガス化炉内で容易に砕けないようにするためには、副原料を全体の3wt%乃至20wt%程度になるように混合するのが望ましい。
そして、装入装置11の下部には開閉式バルブ15が設置されている。開閉式バルブ15は、開閉用プレート15aと、油圧アクチュエータ15bとを備える。開閉用プレート15aは装入装置11の下端を開閉し、油圧アクチュエータ15bは、開閉用プレート15aを制御する。開閉式バルブ15を利用して、装入装置11から装入ホッパー25に装入される粉還元鉄含有還元体の量を調節する。
一対のロール20は2個のロール20a、20bを含む。一対のロール20は、装入ホッパー25から排出される方還元鉄含有還元体を圧縮する。第1ロール20a及び第2ロール20bは、相互反対方向に、下部に向かって回転する。したがって、粉還元鉄含有還元体を圧縮して、塊成体を連続的に製造することができる。特に、大量の粉還元鉄含有還元体の装入による故障を防止するために、第1ロール20aは固定型に設置し、第2ロール20bは移動型に設置する。したがって、第2ロール20bは、油圧シリンダー27などで軸を支持して、第1ロール20aに対して水平方向に移動することができる。したがって、大量の粉還元鉄含有還元体が装入されても、第2ロール20bが第1ロール20aの水平方向に弾力的に変位可能であるので、塊成体を連続して製造することができる。
第2破砕機40は、一対の破砕ロールを利用して塊成体を再び破砕することによって、塊成体の粒度分布を調節する。第2破砕機40で再破砕された塊成体は、移送シュート80を通して再びダンピング貯蔵槽90に移送されたり、溶融ガス化炉に移送される。図1には示していないが、第1破砕機30と第2破砕機40の下部には転換ダンパーが設置されて、塊成体の移送方向を操業条件に応じて選択することができる。転換ダンパーの詳細な構造は、本発明が属する技術分野にて通常の知識を有する者であれば容易に理解できるので、その詳しい説明を省略する。
移送シュート80は、上部の第1破砕機30または第2破砕機40と、下部のダンピング貯蔵槽90または溶融ガス化炉とを連結する。塊成体を移送するために、移送シュート80は上下方向に設置され、スプリングハンガー(spring hanger)で固定される。移送シュート80は鉛直方向に対して傾斜して形成することもできる。
図2に示したように、第1ロール20aの軸方向に沿って連続して凹溝201を形成する。凹溝201には、多数の突出部202を相互離隔させて形成する。凹溝201が形成された整形ロールを利用して、波形塊成体を製造することができ、突出部202を利用して、塊成体表面に溝を形成することができる。突出部202を利用して波形塊成体表面に溝を形成するので、後続工程で波形塊成体の破砕が容易になる。したがって、破砕性能を向上させ、塊成体の粉率を最小化することができる。
凹溝201に形成された突出部202のピッチは、16mm乃至45mmであるのが望ましい。ピッチが16mm未満であると、塊成体を圧縮した後の移送中に、塊成体が圧縮されないため、収率が低下する。また、ピッチが45mmを超えると、第1破砕機及び第2破砕機に過負荷がかかるため、塊成体の破砕効果が微々たるものとなる。前述の方法を用いて圧縮した波形塊成体を第1破砕機に連続供給することによって、所望の大きさの塊成体を得ることができる。
図3に示したように、ガイドシュート10は、一対のロール20a、20bから排出される塊成体(B)を案内して、第1破砕機30に装入する。ガイドシュート10の上端部10aは案内面12端に位置する。上端部10aは、一対のロール20a、20bのうちの第1ロール20aにより近く位置する。一対のロール20a、20bの間に流入する粉還元鉄(DRI)の量によって、第2ロール20bは可変する。したがって、ガイドシュート10の上端部10aを第2ロール20bに近く位置させる場合、第2ロール20bの変位により、ガイドシュート10と第2ロール20bとが相互接触する恐れがある。さらに、塊成体製造装置100に故障が発生する恐れもある。したがって、上端部10aを、第2ロール20bより第1ロール20aにより近く位置させる。第1ロール20aの位置は変わらないので、設備配置時、より安定的である。したがって、塊成体製造装置100で塊成体(B)を製造する場合、連続的でかつ安定的に操業することができる。
また、上端部10aは、第1ロール20aの中心軸20cの高さ以下、及び第1ロール20aの最下端表面20d高さ以上になるように設置するのが望ましい。このような方法を用いれば、ガイドシュート10が第1ロール20aの表面に隣接する。したがって、塊成体(B)が第1ロール20aの表面に接着しながら巻かれるので、塊成体製造装置100に故障が発生することを防止することができる。
図3に示した第1仮想線40aは、第1ロール20aの中心20cから、第1ロール20aの半径(r)と塊成体(B)の平均厚さの半分(t/2)を合わせた距離を意味する。距離(d)は、ガイドシュート10の案内面12上端部10aから、第1ロール20aの中心20cまでの距離を意味する。距離(d)は、第1ロール10aの半径(r)と塊成体(B)の平均厚さの半分(t/2)の合以上であるのが望ましい。つまり、ガイドシュート10の上端部10aが第1仮想線40a上に位置したり、第1仮想線40aの外側に位置するのが望ましい。図3の拡大円に示したように、塊成体(B)の平均厚さ(t)は、塊成体(B)の断面を基準に相互交差して位置する凸部間の距離を意味する。
前述のように、ガイドシュート10の上端部10aを第1ロール20aに隣接位置させるが、第1ロール20aとの距離を塊成体(B)の平均厚さの半分(t/2)程度に維持する。したがって、塊成体(B)が第1ロール20aの表面に接着して、第1ロール20aの回転により上昇することを防止することができる。つまり、第1ロール20aの表面に接着した塊成体(B)が上昇できずに、ガイドシュート10に架かって破砕機30側に向かう。ガイドシュート10を前述のように配置することによって、第1ロール20aに塊成体(B)が付着することを防止することができる。したがって、塊成体(B)が第1ロール20aの表面に付着しないように、潤滑剤を第1ロール20aに塗布したり、スクレーパー(scraper)を設置する必要がない。
前述のようにガイドシュート10の位置を適切に配置することによって、一対のロール20a、20bに塊成体(B)が巻かれることを防止することができる。また、塊成体(B)を破砕機30に円滑に供給して、破砕することができる。
ガイドシュート10は、塊成体(B)を案内する案内面12を備える。案内面12は、直線形傾斜面12a及び曲線形傾斜面12bを含む。図4には、ガイドシュート10の案内面12上部を直線形傾斜面12aに形成し、案内面12下部を曲線形傾斜面12bに形成したが、これは単に本発明を例示するためのものであり、本発明がここに限定されるわけではない。したがって、これとは反対に、ガイドシュート10の案内面12を形成することもできる。
前述の方法を用いて塊成体を破砕する場合、未破砕の塊成体によって伝達される衝撃を吸収することができる。したがって、塊成体を連続して排出するので、塊成体が切れる場合の微粉排出を防止することができる。したがって、後端設備の熱負荷を減少させることができ、設備が安定化される。
案内面下部12bの高さ(h2)に対する案内面上部12aの高さ(h1)の比は、5.0乃至6.0であるのが望ましい。高さ(h1、h2)の比を前述の範囲に調節することにより、ガイドシュート10に流入する塊成体の速度を適切に維持する。また、塊成体を破砕機に供給して破砕された塊成体を連続して供給する。
傾斜角(α)は、ガイドシュート10の直線形傾斜面12aが鉛直方向と成す角度を意味する。傾斜角(α)は6°乃至8°であるのが望ましい。傾斜角(α)が6°乃至8°である場合に、塊成体は、破砕機に連続して装入されることができる。特に、傾斜角(α)が実質的に7°である場合、塊成体が最も均一に装入される。ここで、傾斜角(α)が実質的に7°である場合は、傾斜角(α)が7°であるか、または7°に近いことを意味する。
曲線形傾斜面12bの曲率半径は1700mm乃至1900mmであるのが望ましい。曲線形傾斜面12bの曲率半径が1700mm乃至1900mmである場合、塊成体が切れないようにしながら、破砕機に連続して装入することができる。特に、曲線形傾斜面12bの曲率半径が実質的に1800mmである場合、塊成体が切れずに、破砕機に連続して装入されることができる。
曲線形傾斜面12bの曲率半径が1700mm未満である場合、曲線形傾斜面12bが急激に曲がるため、破砕機に装入される塊成体に応力が大きく作用する。したがって、塊成体の中間部が切れる。また、曲線形傾斜面12bの曲率半径が1900mmを越えると、曲線形傾斜面12bの傾きがあまりにも緩やかになるため、直線に近くなる。したがって、破砕機に装入される塊成体の移動速度が増加して、破砕機に大きな負荷がかかる。
前述の構造のガイドシュート10を使用することによって、塊成体を破砕機に自然的に案内し、破砕機で未破砕の塊成体を通して伝達される衝撃を吸収することができる。したがって、ガイドシュート10から塊成体が連続して排出されて、塊成体が切れた場合に発生する未成形分の排出を防止することができる。したがって、破砕機など後端設備の熱負荷を減少させ、設備を安定化することができる。
図6に示したように、第1破砕機35の外周に、相互離隔した複数の突起32aを形成する。したがって、第1破砕機35の駆動により、多数の突起32aを利用して塊成体(B)を粗破砕する。第1破砕機35は一体型本体を含むので、修理及び補修が簡便であり、破砕時に破損が少ない。
一対の破砕ロール40a、40bは、Y軸方向(軸方向)に沿って設置された多数の破砕用ディスク43、44を各々含む。破砕用ディスク43、44の外周面には、各々、多数のブレード41、42が形成される。多数の破砕用ディスク43、44を各軸45、46に挿入した後、多数のタイボルト(tie bolt)48を挿入して、結合する。油圧モーターなどの駆動手段を各軸45、46に連結した後、一対の破砕ロール40a、40bを相互反対方向に駆動する。したがって、上部に装入される粗破砕された塊成体を、所望の大きさに再び破砕することができるので、溶融ガス化炉の通気性を円滑に確保することができる。
ブレード41、42は、第2破砕機40で塊成体をより効率的に破砕するための形態に形成される。図7の拡大円には、Y軸方向で右側破砕ロール40bに形成されたブレード42を見た状態を示し、矢印は、右側破砕ロール40bの回転方向を示す。左側破砕ロール40aに形成されたブレード41は、右側破砕ロール40bに形成されたブレード42と左右対称となるように形成して、破砕を効率的に行う。
第1傾斜面421が、塊成体と直接接触して塊成体を破砕するという点を考慮して、第1傾斜角(α1)を急激に傾いた角度に形成する。つまり、直角に近くなるように形成する。したがって、塊成体を効率的に破砕することができる。ここで、第1傾斜角(α1)は、80°乃至90°に形成するのが望ましい。第1傾斜角(α1)が80°未満であるか又は90°を超えると、よく破砕されない。
図8に示した一対の破砕ロール40a、40bのうちの一つの破砕ロールは固定型ロールであり、他の一つの破砕ロールは移動型ロールである。移動型ロールは、その軸の両端をスプリング緩衝装置(図示せず)で支持するので、水平方向に移動することができる。したがって、装入される塊成体の量によって一対の破砕ロール40a、40b間の間隔を可変調節することができる。また、油圧モーターで一対の破砕ロール40a、40bを回転させる場合、油圧モータに供給されるオイルの量で、一対の破砕ロール40a、40bの回転速度を調節することにより、適切な粒度分布を有する塊成体を製造することができる。したがって、上部から装入される塊成体の量によって一対の破砕ロール40a、40b間の間隔を可変調節して、操業を弾力的に調節することができる。
多数の第1ブレード41の相互間隔と多数の第2ブレード42の相互間隔とが同一であるので、第2ブレード42も第1ブレード41の間に対向する。したがって、第2ブレード42端部からこれに対向する第1破砕ロール40aの表面までの距離も、10mm乃至20mmであるのが望ましい。各ブレード41、42が回転することにより、塊成体を、所望の粒度分布に調節して破砕することができる。
第2破砕機60はディスク型に分離されず、一体型本体47、49を含む1対の破砕ロール40a、40bを含む。一対の破砕ロール40a、40bの外周面に多数のブレード41、42が形成されているので、一対の破砕ロール40a、40bを相互反対方向に駆動して、粗破砕された塊成体を再び破砕する。第2破砕機60は一体型本体を含むので、修理及び補修が簡便であり、破砕時に破損が少ない。
図10に示したように、移送シュート80は、多数の外部ケーシング89と多数の外部カバー88を含む。その他、必要に応じて伸縮管(compensator)、サンプラー(sampler)、遮断バルブ(slide gate)、及び集合シュート(common chute)などをさらに含むことができる。各外部カバー88は各外部ケーシング89上に付着され、各外部ケーシング89は、各外部カバー88にネジで組立てられる。合体した外部ケーシング89と外部カバー88の両端にはフランジを設置して、これらを長く連結する。したがって、移送シュート80を堅固に組み立てることができる。
外部カバー88は、その断面が梯形状を有するように折り曲げられて形成される。したがって、移送シュート80を通して移送される粉還元鉄含有還元体が外部に漏洩することを防止することができる。外部カバー88には、マンホール881と、多数の窒素パージ連結具882、883とを設けることができる。マンホール881は、リニアシュートカバー824に形成された貫通孔8241に対向する。したがって、マンホール881を開けて、リニアシュート82内部での粉還元鉄含有還元体の動きを点検することができる。
特に、リニアシュート82の摩耗状態も観察できるので、事前に故障を予防することができる。マンホール881には取っ手8811とヒンジ8813が付着されているので、マンホール881を容易に開閉できる。マンホール881は蝶々ボルト8815で堅固に組立てられるので、粉還元鉄含有還元体が外部に容易に飛散しない。
リニアシュート821、823は、第1リニアシュート821及び第2リニアシュート823を含む。第1リニアシュート821の大きさと第2リニアシュート823の大きさは同一であるので、リニアシュートを大量製造して、使用することができる。リニアシュート821、823は、矢印に示す粉還元鉄含有還元体の移送方向に沿って、第2リニアシュート823及び第1リニアシュート821の順序で反復配列される。リニアシュート821、823の具体的な形状及び連結構造については、後述の図12を参照して具体的に説明する。
第2リニアシュート823の側面部には、粉還元鉄含有還元体の移送方向に沿って、一対のブラケット8234、8236を順に付着することができる。一対のブラケット8234、8236は、外部ケーシング89内部に形成された多数の固定部891、893に固定される。多数の固定部891、893は、第2リニアシュート823が垂れることを防止すると共に、移送シュート80の強度を強化させる。第1リニアシュート821の場合も同一である。
図11の右側の拡大円に示したように、第2リニアシュート823が熱膨張すれば、第2ブラケット8236が第2固定部893に接触する。熱がまだ加えられていない場合、第2固定部893が第2ブラケット8236と接触せずに固定されるので、熱変形による移送シュート80の破損を防止することができる。
[数1]
d=α×l×ΔT
したがって、前述の数式1を参考にして、離隔距離(d)を設定する。
第1リニアシュート821は、一対の側面部8211と、これを相互連結する底部8213とを含む。一対の側面部8211は相互対向する。側面部8211には、第1リニアシュート821を固定するための一対のブラケット8214、8216が付着される。
第1リニアシュートカバー822の上には多数の補強チャンネル826を付着することができる。補強チャンネル826は、外部カバー88と第1リニアシュートカバー822との間に固定される。補強チャンネル826は高熱を遮断し、熱膨張による移送シュートの変形を防止する。
図12に示したように、第1リニアシュート821は、矢印に示した粉還元鉄含有還元体の移送方向に沿ってテーパー(taper)形態を有する。第1リニアシュート821は両端に開口部8215、8217を有する。開口部8215、8217は、一端の開口部8215及び他端の開口部8217を含む。第1リニアシュート821がテーパー形態であるので、一端の開口部8215の大きさは他端の開口部8217の大きさより小さい。第1リニアシュート821がこのような構造を有するので、粉還元鉄含有還元体が外部に漏洩されずに、矢印方向に円滑に移送されることができる。
第1リニアシュート821を移送シュート80から除去する過程を説明する。最上端から移送シュート80を分解する。移送シュート80から外部カバーを外す。したがって、図13に示したように、移送シュート80の内部部品が外部へ露出する。
次に、過程(2)では、第2リニアシュート823を矢印方向に押して、第1リニアシュート821を取り出せる空間を確保する。第2リニアシュート823を約50cm程度押すのが望ましい。
過程(4)では、第1リニアシュート821を上部に持ち上げる。したがって、第1リニアシュート821を移送シュート80から容易に除去することができる。第1リニアシュート821が除去されたので、後端に位置した第2リニアシュート823も容易に除去することができる。
つまり、過程(5)では、第2リニアシュート823を持ち上げて、移送シュート80から除去することができる。同様な方法で、次の下端に位置した第1リニアシュート821及び第2リニアシュート823も除去することができる。
前述の方法で、短時間内に移送シュート80を容易に分解することができる。したがって、移送シュート80の整備及び修理が容易になる。移送シュート80の組み立て過程は、前述の分解方法と反対に実施することができる。
リニアシュート821、823に段差部829が形成されるので、リニアシュート821、823を相互挿入することが容易になる。したがって、リニアシュート821、823を反復配列して連結することができる。リニアシュート821、823が相互挿入されて重なるので、リニアシュート821、823は全体的に望遠鏡(telescope)形態に組立てられる。望遠鏡形態に組み立てられたリニアシュート821、823を通して、粉還元鉄含有還元体を円滑に移送することができる。
図14に示した鎔鉄製造装置200は、塊成体製造装置100と溶融ガス化炉70を含む。溶融ガス化炉70には、塊成体製造装置100で破砕した塊成体が装入されて溶融される。溶融ガス化炉70の構造は、本発明の属する分野における通常の知識を有する者が容易に理解できるので、その詳しい説明を省略する。
塊炭または成形炭を溶融ガス化炉70に装入して、石炭充填層を形成する。溶融ガス化炉70に酸素(O2)を供給して塊成体を溶融した後、出湯口を通して排出する。したがって、良好な品質の鎔鉄を製造することができる。
以下、実験例を通じて本発明を説明する。後述の本発明の実験例は単に本発明を例示するためのものであり、本発明がここに限定されるわけではない。
塊成体を適切に案内するためのガイドシュートの形状を分析するために、シミュレーションを実施した。シミュレーションは、I−DEAS構造解釈ソフトウェアを通じて実施した。シミュレーションでは、塊成体と類似な形態を有するように、表面を陰刻した板形状を、長さ1300mm、幅94mmにモデリングした。板形状は、ストリップ型(strip type)またはポケット型(pocket type)になるように陰刻した。次に、前記板に、ガイドシュートによる強制変位を適用し、上部排出地点と下部破砕位置は固定した。
つまり、ガイドシュートを実際に使用したわけではないが、板がガイドシュートに沿って進行することと同一な状態に置かれるように、強制変位を適用して、板が曲がるようにさせた状態でシミュレーションを行った。その他のシミュレーション条件は、本発明の属する分野における通常の知識を有する者が容易に理解できるので、その詳しい説明を省略する。
ストリップ型に陰刻した板形状に、ガイドシュートによる強制変位を適用して、板形状を2次元に変化させた。ストリップ型板上部が鉛直方向と成す角度を10°にして、傾くようにし、ストリップ型板下部の曲率半径が1550mmになるように、曲がるようにさせた後、ストリップ型板の圧縮部、傾斜部端部及び曲面中間部での応力を測定した。図15の左側には、本発明の実験例によるストリップ型板の応力測定地点を示しており、図15の右側の(A)は、本発明の実験例1によるストリップ型板の各地点の平均応力分布を示す。実験例1で測定した応力は下記の表1に示した。
ストリップ型板上部が鉛直方向と成す角度を10°にして、傾くようにし、ストリップ型板下部の曲率半径が1800mmになるように、曲がるようにさせた後、ストリップ型板の圧縮部、傾斜部端部及び曲面中間部での応力を測定した。図15の左側には、本発明の実験例によるストリップ型板の応力測定地点を示し、図15の右側の(B)は、本発明の実験例2によるストリップ型板の各地点の平均応力分布を示す。実験例2で測定した応力は下記の表1に示した。残りの実験条件は、前述の実験例1と同一である。
ストリップ型板上部が鉛直方向と成す角度を7°にして、傾くようにし、ストリップ型板下部の曲率半径が1800mmになるように、曲がるようにさせた後、ストリップ型板の圧縮部、傾斜部端部及び曲面中間部での応力を測定した。図15の左側には、本発明の実験例によるストリップ型板の応力測定地点を示し、図15の右側の(C)は本発明の実験例3によるストリップ型板の各地点の平均応力分布を示す。実験例3で測定した応力は下記の表1に示した。残りの実験条件は、前述の実験例1と同一である。
ポケット型に陰刻した板形状に、ガイドシュートによる強制変位を適用して、板形状を2次元に変化させた。ポケット型板の上部が鉛直方向と成す角度を10°にして、傾くようにし、ポケット型板下部の曲率半径が1550mmになるように、曲がるようにさせた後、ポケット型板の圧縮部、傾斜部端部及び曲面中間部での応力を測定した。図16の左側には、本発明の実験例によるポケット型板の応力測定地点を示し、図16の右側の(A)は、本発明の実験例4によるポケット型板の各地点の平均応力分布を示す。実験例4で測定した応力は下記の表1に示した。
ポケット型板の上部が鉛直方向と成す角度を10°にして、傾くようにし、ポケット型板の下部の曲率半径が1800mmになるように、曲がるようにさせた後、ポケット型板の圧縮部、傾斜部端部及び曲面中間部での応力を測定した。図16の左側には、本発明の実験例によるポケット型板の応力測定地点を示し、図16の右側の(B)は、本発明の実験例5によるポケット型板の各地点の平均応力分布を示す。実験例5で測定した応力は下記の表1に示した。残りの実験条件は、前述の実験例4と同一である。
ポケット型板の上部が鉛直方向と成す角度を7°にして、傾くようにし、ポケット型板の下部の曲率半径が1800mmになるように、曲がるようにさせた後、ポケット型板の圧縮部、傾斜部端部及び曲面中間部での応力を測定した。図16の左側には、本発明の実験例によるポケット型板の応力測定地点を示し、図16の右側の(C)は、本発明の実験例6によるポケット型板の各地点の平均応力分布を示す。実験例6で測定した応力は下記の表1に示した。残りの実験条件は、前述の実験例4と同一である。
一方、本発明の実験例7及び実験例8では、各々、本発明の実験例3及び実験例6で2次元シミュレーションしたストリップ型板及びポケット型板を3次元シミュレーションして、より正確な応力を測定した。実験例7及び実験例8の実験条件は次の通りである。
ストリップ型に陰刻した板形状に、ガイドシュートによる強制変位を適用して、板形状を3次元変化させた。ストリップ型板の上部が鉛直方向と成す角度を7°にして、傾くようにし、ストリップ型板の下部の曲率半径が1800mmになるように、曲がるようにさせた後、ストリップ型板の圧縮部、傾斜部端部及び曲面中間部での応力を測定した。図17の左側には、本発明の実験例によるストリップ型板の応力測定地点を示し、図17の右側には、本発明の実験例7によるストリップ型板の各地点の平均応力分布を示した。実験例7で測定した応力は下記の表2に示した。
ポケット型に陰刻した板形状に、ガイドシュートによる強制変位を適用して、板形状を3次元変化させた。ポケット型板の上部が鉛直方向と成す角度を7°にして、傾くようにし、ポケット型板の下部の曲率半径が1800mmになるように、曲がるようにさせた後、ポケット型板の圧縮部、傾斜部端部及び曲面中間部での応力を測定した。図18の左側には、本発明の実験例によるポケット型板の応力測定地点を示し、図18の右側には、本発明の実験例8によるポケット型板の各地点の平均応力分布を示した。実験例8で測定した応力は下記の表2に示した。
Claims (58)
- 粉還元鉄含有還元体を圧縮して、塊成体を製造する一対のロール、
前記一対のロールから排出される塊成体を案内するガイドシュート、及び
前記ガイドシュートに案内される塊成体を破砕する破砕機
を含む粉還元鉄含有還元体の塊成体製造装置であって、
前記塊成体を案内する前記ガイドシュートの案内面の上部は直線形傾斜面に形成され、前記案内面の下部は、前記直線形傾斜面と繋がる曲線形傾斜面に形成され、
前記直線形傾斜面の角度は、鉛直方向に対して6°乃至8°である塊成体製造装置。 - 前記一対のロールは、固定型ロールと、前記固定型ロールに対向する移動型ロールとを含み、前記案内面の上端部から前記固定型ロールの中心までの距離は、前記固定型ロールの半径と前記塊成体の平均厚さの半分の合計以上である、請求項1に記載の塊成体製造装置。
- 前記案内面の上端部から前記固定型ロールの中心までの距離は、前記固定型ロールの半径と前記塊成体の平均厚さの合計以下である、請求項2に記載の塊成体製造装置。
- 前記案内面の上端部は、前記移動型ロールより前記固定型ロールにより近く位置する、請求項2に記載の塊成体製造装置。
- 前記案内面の上端部は、前記固定型ロールの中心軸の高さ以下、及び前記固定型ロールの最下端の表面の高さ以上に位置する、請求項2に記載の塊成体製造装置。
- 前記案内面下部の高さに対する前記案内面上部の高さの比は5.0乃至6.0である、請求項1に記載の塊成体製造装置。
- 前記直線形傾斜面の角度は、鉛直方向に対して7°である、請求項1に記載の塊成体製造装置。
- 前記曲線形傾斜面の曲率半径は1700mm乃至1900mmである、請求項1に記載の塊成体製造装置。
- 前記曲線形傾斜面の曲率半径は1800mmである、請求項8に記載の塊成体製造装置。
- 前記ガイドシュートの底辺の長さに対する前記ガイドシュートの高さの比は1.0乃至2.0である、請求項1に記載の塊成体製造装置。
- 前記各ロールの表面に、前記各ロールの軸方向に沿って連続して凹溝が形成され、前記凹溝に複数の突出部を相互離隔させて形成した、請求項1に記載の塊成体製造装置。
- 前記突出部は切欠(notch)形態であって、前記一対のロールの外周方向に突出した、
請求項11に記載の塊成体製造装置。 - 前記突出部は、その中心に行くほどその厚さが減少する、請求項12に記載の塊成体製造装置。
- 前記複数の突出部間のピッチは16mm乃至45mmである、請求項11に記載の塊成体製造装置。
- 前記破砕機は、
前記一対のロールで製造した塊成体を粗破砕する第1破砕機、及び
前記粗破砕された塊成体を再び破砕する第2破砕機
を含む、請求項1に記載の塊成体製造装置。 - 前記第1破砕機は、前記塊成体の平均粒度が0mmより大きく、50mm以下になるように粗破砕する、請求項15に記載の塊成体製造装置。
- 前記第1破砕機は、前記塊成体の平均粒度が0mmより大きく、30mm以下になるように粗破砕する、請求項16に記載の塊成体製造装置。
- 前記第2破砕機で破砕された塊成体は、
0重量%より大きく、30重量%以下である粒度25mm乃至30mmの塊成体、55重量%以上100重量%未満である粒度5mm乃至25mm未満の塊成体、及び
0重量%より大きく、15重量%以下である粒度5mm未満の塊成体
を含む、請求項15に記載の塊成体製造装置。 - 前記第1破砕機は、
外周に相互離隔した複数の突起が形成され、共に駆動されるように、同軸に並んで配列設置された複数の破砕板、及び
前記複数の破砕板の間に挿入されて前記破砕板間の間隔を調節するスペーサ環を含み、
前記複数の破砕板の駆動により、前記複数の突起で前記塊成体を粗破砕する、請求項15に記載の塊成体製造装置。 - 前記第1破砕機は、外周に相互離隔した複数の突起が軸方向に沿って形成された一体型本体(one body)を含み、前記第1破砕機の駆動により、複数の突起で前記塊成体を粗破砕する、請求項15に記載の塊成体製造装置。
- 前記破砕された塊成体を臨時貯蔵するダンピング(dumping)貯蔵槽をさらに含み、前記第1破砕機及び前記第2破砕機は、移送シュートを通して前記ダンピング貯蔵槽に連結された、請求項15に記載の塊成体製造装置。
- 前記第2破砕機は、複数の破砕用ディスクを備えると共に、相互離隔して設置された一対の破砕ロールを含み、前記一対の破砕ロールを相互反対方向に駆動して、前記破砕用ディスクの外周面に形成された複数のブレード(blade)で、前記粗破砕された塊成体を再び破砕する、請求項15に記載の塊成体製造装置。
- 前記一対の破砕ロールのうちの一つの破砕ロールは固定型ロールであり、他の一つの破砕ロールは移動型ロールであり、前記一対の破砕ロール間の間隔が可変調節される、請求項22に記載の塊成体製造装置。
- 前記ブレードは、前記破砕ロールの回転方向に向かった第1傾斜面と、前記破砕ロールの回転反対方向に向かった第2傾斜面とを含み、前記第1傾斜面が前記破砕ロールの外周面と成す第1傾斜角は、前記第2傾斜面が前記破砕ロールの外周面と成す第2傾斜角より大きい、請求項22に記載の塊成体製造装置。
- 前記第1傾斜角及び前記第2傾斜角のうちの一つ以上は80°乃至90°である、請求項24に記載の塊成体製造装置。
- 前記第1傾斜角及び前記第2傾斜角のうちの一つ以上は40°乃至50°である、請求項24に記載の塊成体製造装置。
- 前記一対の破砕ロールは第1破砕ロール及び第2破砕ロールを含み、前記第1破砕ロールの外周面に形成された複数の第1ブレードは、前記第2破砕ロールの外周面に形成された複数の第2ブレードの間に対向する、請求項22に記載の塊成体製造装置。
- 前記第1ブレード端部から前記第1ブレード端部に対向する前記第2破砕ロールの表面までの距離は10mm乃至20mmである、請求項27に記載の塊成体製造装置。
- 前記各ブレードの端部は面取り(chamfer)されている、請求項27に記載の塊成体製造装置。
- 前記第1ブレードの端部に形成された面取り面と、前記第1ブレードに最も近い第2ブレードの端部に形成された面取り面とが相互対向する、請求項29に記載の塊成体製造装置。
- 前記第1ブレードの上端に形成された面取り面と、前記第1ブレードに最も近い第2ブレードの上端に形成された面取り面との間の距離は10mm乃至15mmである、請求項30に記載の塊成体製造装置。
- 前記第2破砕機は、相互離隔して設置された一対の破砕ロールを含み、一体型本体を含む前記一対の破砕ロールを相互反対方向に駆動して、前記一対の破砕ロールの外周面に形成された複数のブレードで前記粗破砕された塊成体を再び破砕する、請求項15に記載の塊成体製造装置。
- 粉還元鉄含有還元体を圧縮して、塊成体を製造する一対のロール、
前記一対のロールから排出される塊成体を案内するガイドシュート、
前記ガイドシュートに案内される塊成体を破砕する破砕機、及び
前記一対のロールの下部に位置して、前記塊成体を移送する移送シュート
を含む粉還元鉄含有還元体の塊成体製造装置であって、
前記塊成体を案内する前記ガイドシュートの案内面の上部は直線形傾斜面に形成され、前記案内面の下部は、前記直線形傾斜面と繋がる曲線形傾斜面に形成され、
前記直線形傾斜面の角度は、鉛直方向に対して6°乃至8°であり、
前記移送シュートは、その内部に相互連結された複数のリニアシュート(linear chute)を含み、前記リニアシュートの一端の開口部の大きさは、前記リニアシュートの他端の開口部の大きさより小さく、開口部の大きな他端側が一端側より上流となるよう配置され、
前記複数のリニアシュートは第1リニアシュート及び第2リニアシュートを含み、前記第1リニアシュートの他端の開口部に前記第2リニアシュートの一端の開口部が挿入されて重なった塊成体製造装置。 - 前記第1リニアシュートの長さ及び幅と前記第2リニアシュートの長さ及び幅は同一である、請求項33に記載の塊成体製造装置。
- 前記粉還元鉄含有還元体の移送方向に沿って、前記第2リニアシュート及び前記第1リニアシュートの順序で反復配列された、請求項33に記載の塊成体製造装置。
- 前記第2リニアシュートの他端の開口部に、また他の第1リニアシュートの一端の開口部が挿入されて重なった、請求項35に記載の塊成体製造装置。
- 前記各リニアシュートは、相互対向する一対の側面部と、前記一対の側面部を相互連結する底部とを含む、請求項33に記載の塊成体製造装置。
- 前記各リニアシュートは一体に形成された、請求項37に記載の塊成体製造装置。
- 前記リニアシュートの一端の開口部を形成する一対の側面部の一端に、前記粉還元鉄含有還元体の移送方向に沿って低くなる段差部が形成された、請求項37に記載の塊成体製造装置。
- 前記移送シュートは、前記複数のリニアシュートが収納された複数の外部ケーシング、及び前記各外部ケーシング上に付着された外部カバーを含む、請求項33に記載の塊成体製造装置。
- 前記リニアシュート上にリニアシュートカバーが付着された、請求項40に記載の塊成体製造装置。
- 複数の窒素パージ連結具が前記外部カバーに設置され、複数の窒素パージ連結具が、前記リニアシュートカバーに形成された貫通孔を通して前記移送シュートの内部に挿入された、請求項41に記載の塊成体製造装置。
- 前記複数の窒素パージ連結具は、第1窒素パージ連結具及び第2窒素パージ連結具を含み、前記第1窒素パージ連結具は、前記移送シュートの下側に向かって傾いて設置され、前記第2窒素パージ連結具は、前記移送シュートの上側に向かって傾いて設置される、請求項42に記載の塊成体製造装置。
- 前記外部カバーと前記リニアシュートカバーとの間に複数の補強チャンネルを固定した、請求項42に記載の塊成体製造装置。
- 前記補強チャンネルは、前記リニアシュートカバー側へ凹面をなして折り曲げられた、請求項44に記載の塊成体製造装置。
- 前記外部カバーにはマンホールが付着され、前記マンホールは、前記リニアシュートカバー上に形成された貫通孔に対向する、請求項41に記載の塊成体製造装置。
- 前記リニアシュートの側面部に、前記粉還元鉄含有還元体の移送方向に沿って一対のブラケットが順に付着された、請求項40に記載の塊成体製造装置。
- 前記一対のブラケットは第1ブラケット及び第2ブラケットを含み、前記粉還元鉄含有還元体の移送方向に沿って、第1ブラケット及び第2ブラケットの順序で付着された、請求項47に記載の塊成体製造装置。
- 前記外部ケーシングの内部に複数の固定部が形成され、前記ブラケットは前記固定部に固定される、請求項48に記載の塊成体製造装置。
- 前記複数の固定部は、第1固定部と、前記第1固定部と離隔した第2固定部とを含み、前記第1ブラケットは前記第1固定部にネジ結合される、請求項49に記載の塊成体製造装置。
- 前記第2固定部は前記第2ブラケットと離隔固定される、請求項50に記載の塊成体製造装置。
- 前記外部ケーシング内部に2個のリニアシュートが設置された、請求項40に記載の塊成体製造装置。
- 前記外部ケーシングと前記リニアシュートとの間に保温材が充填された、請求項40に記載の塊成体製造装置。
- 前記リニアシュートの一端の開口部の幅と、前記リニアシュートの他端の開口部の幅との差は10cm乃至25cmである、請求項33に記載の塊成体製造装置。
- 前記リニアシュートの一端の開口部の高さと、前記リニアシュートの他端の開口部の高さとの差は10cm乃至25cmである、請求項33に記載の塊成体製造装置。
- 前記粉還元鉄含有還元体は焼成副原料をさらに含む、請求項1に記載の塊成体製造装置。
- 請求項1による塊成体製造装置、及び
前記塊成体を装入して溶融する溶融ガス化炉
を含む鎔鉄製造装置。 - 塊炭及び成形炭からなる群より選択された一つ以上の石炭を前記融融ガス化炉に供給する、請求項57に記載の鎔鉄製造装置。
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