JP5320832B2 - 竪型炉の操業方法及び炉内粉化防止設備 - Google Patents

Description

本発明は、高炉等で使用する竪型炉装入用コークスの炉内粉化防止方法を用いた竪型炉の操業方法及び炉内粉化防止設備に関する。

溶銑を製造する高炉には、原料として、炉頂から焼結鉱、塊鉱石等の鉄鉱石類及び、熱源、還元材源となる塊状のコークスが交互に装入され、炉内の上部（シャフト部）に、これらの原料が互いに層状に堆積している。そして、炉下部の羽口から炉内へ吹込まれる高温の空気が炉内に堆積している前記コークスを燃焼させて高温ガスが発生し、該高温ガスが前記鉄鉱石類やコークス粒子間の隙間を炉頂へ向けて流れ、これら鉄鉱石類やコークスを昇温すると同時に、鉄鉱石類の還元及び溶融を行なう。したがって、前記粒子間の隙間が適正に確保されていないと、炉内のガス流れの分布が操業にとって不適正となって、炉内状況が悪くなり、安定、且つ円滑な操業が行なわれなくなるばかりか、高炉の生産性が低下する。すなわち、高炉操業には、原料層の通気性の確保が非常に重要である。炉頂から装入される原料に粉が混入すると通気性が阻害されるため、粉の混入は、できる限り防止する必要がある。

原料に混入して炉内に装入される粉以外に、炉内で発生する粉の問題もある。コークスは、炉頂から装入された後に炉下部で羽口から供給される酸素によって燃焼されるまでの間は塊状で存在するが、他の原料との物理的な接触により、脆弱部分が欠けることによりコークス粉が発生する。この粉は、原料粒子間に目詰まりし、炉内のガス流れの安定性、制御性を悪化させる原因となる。このため、炉内でコークスが降下する間の粉化を抑制することは重要である。

脆弱部分の欠けの発生を防止するために、コークス強度を高く保持するための工夫が従来より多々なされている。例えば、原料炭にコークス強度を低下させる原因となる非粘結炭を多量に配合しても、該コークス強度が低下しない工夫として、軽質分を低減した室炉タール（コークス製造時に発生）を非粘結炭へ添加してからコークス炉へ装入、乾留することで、得られるコークスの強度低下を防ぐ方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、原料炭の配合時に気孔形成剤及び粘結剤を添加してから、コークス炉へ装入、乾留することで、気孔率が高く、且つ一定レベル以上の強度を有するコークスを製造する方法も知られている（例えば、特許文献２参照。）。
特開２０００−８０４７号公報 特開平１１−２３６５７３号公報

特許文献１、特許文献２に記載の方法は、いずれも原料炭に添加剤を配合することで、製造されるコークスの平均的な基質強度を向上させて、コークス強度を向上させる技術である。

しかしながら、このような添加剤の配合でコークスの平均的な基質強度の向上を達成しても、コークス炉へ装入された原料には局所的な配合のばらつき（偏析）が生じている。したがって、部分的には基質の脆弱なコークスが製造されており、コークスが高炉に装入されると、脆弱なコークスは炉内で粉化してしまう。

強度の高いコークスを製造できる石炭だけをコークス原料として用いることも考えられるが、そのような石炭は高価であり、またそのような品種の石炭だけを用いてコークスを製造することは現実的ではない。製造されるコークスの強度が低い場合であっても、コークスの粉化を防止できることが望ましい。

したがって本発明の目的は、このような従来技術の課題を解決し、いかなる種類のコークスを用いる際にも適用可能であり、高炉等の竪型炉装入用コークスの粉化を十分に抑制し、円滑、且つ安定した竪型炉操業を可能とする、竪型炉の操業方法及び炉内粉化防止設備を提供することにある。

このような課題を解決するための本発明の特徴は以下の通りである。
（１）竪型炉装入用コークスの搬送ラインに階段状のシュートを設け、該シュートをコークスが落下する際に前記コークスを塊状部と粉状部とに分離し、該分離した前記塊状部を竪型炉に装入して使用することを特徴とする竪型炉の操業方法。
（２）乾燥処理を施したコークスを、前記塊状部と前記粉状部とに分離することを特徴とする（１）に記載の竪型炉の操業方法。
（３）前記シュート内でコークスの前記乾燥処理を行なうことを特徴とする（２）に記載の竪型炉の操業方法。
（４）篩い分けにより、粒径６ｍｍ以上の篩い上を前記塊状部とすることを特徴とする（１）ないし（３）のいずれかに記載の竪型炉の操業方法。
（５）コークスを竪型炉に装入する際に用いられ、コークスを搬送する搬送コンベアと、階段状のシュートと、前記搬送コンベアで搬送されるコークスを前記シュートに供給する供給コンベアと、前記シュートから排出されるコークスを搬送する排出コンベアと、該排出コンベアから排出されたコークスを篩い分けする篩い分け装置と、該篩い分け装置により篩い分けされた篩い上を前記竪型炉の上部からの装入用に搬送する竪型炉向けコンベアとを有し、かつ前記搬送コンベアで搬送されるコークスを前記排出コンベアに搬送するバイパスラインを有することを特徴とする炉内粉化防止設備。

本発明によれば、高炉等の竪型炉に装入するコークスの粉化を、使用するコークスの強度にかかわらずある一定の範囲内で抑制することができる。これにより、円滑、且つ安定した炉操業が可能になると共に、炉の生産性も向上する。

従来の竪型炉装入用コークスの取り扱いは、コークスに与える衝撃をできるだけ小さくするような扱いを心がけ、コークスの粉化を防止するものであった。すなわち、コークスを竪型炉に搬送する過程でコークスに力が加わり破損することがないような取り扱いを良しとしていた。しかし、コークスが脆弱部分を有する場合には、竪型炉装入前にコークスに与える衝撃をどんなに小さくしても、炉内で粉化が発生する。そこで本発明者らは、竪型炉装入前にコークスに与える衝撃を逆に大きくすることで、コークスの表面の脆弱部分を予め粉化させ、この粉状部を除去した後に竪型炉に装入することで、炉内でのコークスの粉化を抑制できると考え、コークスの搬送過程においてコークスに通常以上の落下衝撃を与え、コークスを塊状部と粉状部とに分離し、分離した塊状部を竪型炉に装入して使用することで炉内粉化を防止できることを見出し、本発明を完成した。コークス搬送中に加わる摩擦力に、さらに落下衝撃を加えることで、コークス表面の脆弱部分だけでなく、コークス内部に存在する亀裂原因によるコークスの破壊を促進させて、より多量の粉状部を発生させて、これを分離することができる。

搬送過程において落下衝撃を加えるには、ホッパー等から落下させるだけでも一定の効果は得られるが、脆弱部分の粉状化を促進するために、コークス搬送に用いるベルトコンベアの乗り継ぎ部を利用することが好ましい。乗り継ぎ部の段差を通常よりも大きくした段差部を設け、該段差部をコークスが落下する衝撃で前記コークスを塊状部と粉状部とに分離する。段差部にはシュートを設けて、上部ベルトコンベアから下部ベルトコンベア上に、落下するコークスを誘導することが好ましい。この際にシュートの形状を、コークスに衝撃を与えやすい構造とすることが、より好ましい。シュートの形状をコークスに衝撃を与えやすい構造とすることで、ベルトコンベアの乗り継ぎ部の段差高さが従来程度であっても、コークスに与える衝撃力を大きくすることが可能である。また、上部ベルトコンベアのコークスを、下部ベルトコンベアの替わりに、コークスを塊状部と粉状部とに分離する装置に落下させることもできる。

塊状部と粉状部との分離は、篩いを用いて行なうことが好ましい。炉に装入する塊状部としては、粒径６ｍｍ以上程度が好ましく、篩目を６ｍｍ以上とすることが好ましい。

コークスの水分含有量が高いと、篩い分け効率が低下し、塊状部と粉状部との分離が十分でない場合があるので、乾燥処理を施したコークスを、塊状部と粉状部とに分離することが好ましい。コークスの乾燥は、後述する回転ドラム内で摩擦力と落下衝撃の付与とともに行なうことが効率的である。

コークスに摩擦力や落下衝撃を付与し、粉状部を分離除去するために、コークスを竪型炉に装入する際に用いられ、供給コンベアと、シュートと、排出コンベアと、該排出コンベアから排出されたコークスを篩い分けする篩い分け装置と、該篩い分け装置により篩い分けされた篩い上を竪型炉の上部から装入する装入装置とを備えることを特徴とする炉内粉化防止設備を用いることができる。さらに、バイバスラインを有する、コークスを搬送する搬送コンベアと、シュートと、前記搬送コンベアで搬送されるコークスをシュートに供給する供給コンベアと、前記シュートから排出されるコークスを搬送する排出コンベアと、該排出コンベアから排出されたコークスを篩い分けする篩い分け装置と、該篩い分け装置により篩い分けされた篩い上を竪型炉の上部からの装入用に搬送する竪型炉向けコンベアとを有し、かつ前記搬送コンベアで搬送されるコークスを前記排出コンベアに搬送するバイパスラインを有することを特徴とする炉内粉化防止設備を用いることが好ましい。シュートは、シュートの内部に、コークスに摩擦力や落下衝撃を付与するため段差を多数有する構造であることが好ましく、特に適切な落下衝撃を付与するためには１段あたりの段差を１ｍ以上５ｍ以下とすることが好ましい。また段差と段差の間はコークスに摩擦力を付与するために下向きの傾斜をつけることが好ましく、特に下向き１０度以上４５度以下の傾斜をつけることが好ましい。さらに、シュート落下中に発生する粉状部を随時除去することにより、塊状のコークスに摩擦力や落下衝撃を積極的に付与することができることから、シュート下面の一部または全領域を格子、網目のように隙間がある構造とすることが好ましい。

なお、粉状部を分離除去することで、コークスの歩留が低下し、コークスのコストが上昇するようにも考えられるが、粉状コークスは製鉄所その他において付加価値の高い製品として多様な用途に使用できるため、コークス全体としては有効利用が可能であり、コスト上昇が問題になることはない。

また、本発明で用いる竪型炉とは、高炉、シャフト炉、ガス化溶融炉等であり、塊状コークスを炉の上部から装入して使用するものである。

以下、本発明をなすに至った経緯をまじえ、本発明を高炉に用いる際の実施形態を説明する。

コークス炉より押し出された赤熱コークスは、散水消火後にワーフと称するベルトコンベアへの払い出し用置場に降ろす。その後、該ワーフより切り出し、大塊はコークス・カッタ（ロール・クラッシャの一種）で破砕してから、高炉のホッパー（貯骸槽）下の篩いを介して所望サイズのもののみ高炉で使用される。なお、近年は、省エネ、環境対策に鑑み、「乾式消火」と称して赤熱コークスを気体で冷却した後、同様の経路で高炉に送られるケースもある。

まず、本発明者らは、このような従来のコークス処理では、コークスの脆弱部分が完全に除去されないまま高炉に装入されていると考え、コークス同士に十分な衝撃力を加えた後に篩い分けを行うことで、脆弱部分が除去できると考えた。そして、図１に示すように、コークス工場から、あるいはコークス製品ヤードから、貯骸槽へコークスを送る経路内のベルトコンベアの乗り継ぎ部に設けてあるシュート１について、シュート１内部に多数の段差を持つ構造とし、そこで脆弱部を分離してから篩い２に通し、所定の粒度（例えば、６〜７５ｍｍ）に調整した後、高炉の貯骸槽へ送ることにした。その際、シュート１と篩い２との間でコークス試料を採取し、該コークス試料の強度試験を行ない、その強度データをフィードバックして輸送工程を後述するように調整しながら、強度及び粒径に関する装入基準（例えば、社内規格等）を満足するコークスとなして高炉へ装入するようにした。

ここで、シュートは、その上部の供給口７からコークスを供給し、シュート１内部におけるコークスの落下、およびその落下過程におけるコークス同士の接触によりコークスに摩擦及び落下衝撃を与え、下部の排出口３からコークスを排出するものである。このシュート１は、階段状の滑り台構造である底部１ａを有し、少なくともコークスがシュート外に落下しないように側壁１ｂを有している。図１の場合には、更に上蓋１ｃを有しており、筒状の通路としての構造を有するものである。排出口３を出たコークスは全量が排出コンベア４によって後工程へ送られる。

このような落下過程を繰り返すと、コークスの組織中の脆弱部分はほとんど破壊されて粉になり、塊状で残る部分は、脆弱部がほとんど無い状態となる。

シュート１は、その上部に加熱ガス供給ダクト９を有し、加熱ガス供給ダクト９を通じて加熱ガス１０をシュート１内に送ることで、コークスを乾燥させながらシュート１内を落下させることができる。またシュート１の底部１ａの少なくとも一部をメッシュ構造とすることで、発生した粉状部を除去することも可能である。

また、本実施形態では、前記したように、シュート１から排出されたコークスは、篩い２へ送られて高炉で使用される粒径に揃えられ、篩い２へ送る前にコークスの一部をサンプリングして強度試験を行なうが、この強度試験法は、各高炉において個別に適宜定めた試験法を用いれば良い。一例として、ＪＩＳ Ｋ ２１５１（「コークス類 試験方法」の第９章、９．２：ドラム法）に規定されたドラム強度が挙げられる。もちろん、同規格に記載されているタンブラー法等、一般にコークス強度の試験法として使用されるものを用いても良い。

この強度試験の結果が、コークスを供給する高炉における目標強度の管理値の上限よりも高い場合には、供給コンベア６の替わりに併設してあるバイパスライン８を用い、シュート１を経由させずにコークスを搬送する。

このようにしてシュート１またはバイパスライン８を用いてコークスの脆弱部を破壊する程度を調整すれば、コークスの製造時に原料炭の配合等を変更せずに、コークスの強度を一定値以上に調整して円滑で、且つ安定した高炉操業ができるのである。なお、本発明では、バイパスライン８を用いてもコークス強度が目標強度の上限よりも高い場合には、コークス炉へ供給する石炭の配合を変えて、より安価な配合としても良い。また、シュート１を通過させて、目標を超える強度が得られた場合、該目標の強度まで強度が下がるような安価な配合とすることもできる。

以上のように、コークスの脆弱部分を強制的に除去する手段としてベルトコンベアの乗り継ぎ部に設置するシュートを用いる場合を一例として挙げたが、このようなシュートは篩い２の直前等、篩い工程の前であれば、任意の位置に設置することができる。なお、本発明のように、脆弱部分をあらかじめ除去すると、篩い２下の、高炉では使用できない粉コークス量が増加するが、一般に製鉄所では、粉コークスを焼結原料の燃料等、その他で有効に利用できるので、無駄にはならない。

次に、乾燥処理を施したコークスを、塊状部と粉状部とに分離することについて説明する。

コークスに落下衝撃を付与する際に発生するコークスの粉状部は、使用するコークスが水分を多量に含有する場合、発生するコークス粉状部がコークス塊状部に付着しやすく、分離のために篩いを用いる場合、この篩いで粉状部が十分に分離除去できない問題や、または篩い自体が目詰りしコークスの粉状部を除去できない問題がある。コークス塊状部に付着し篩いによって分離除去できなかった粉状部は、コークス塊状部に付着したまま竪型炉炉頂へ運ばれて炉内に装入されると、炉内の熱により乾燥されてコークス塊状部の表面から離脱するので、炉内に粉状コークスを多量に装入することになり、粉状部が炉内の原料の間隙を流れ、原料同士の間隙に詰まって炉内での安定したガス流れを阻害する等の現象を引き起こし、水分含有量の高いコークスに対して本発明を用いた場合には、本発明の効果を十分に発揮できない懸念がある。

コークスの塊状部に粉状部が付着し、その分離が困難になる現象は、コークスの含有水分量に比例して増大することが知られている。したがって、コークスを乾燥状態で篩い分けすることが好ましく、コークスの含有する水分量は少ないほど好ましい。そのためには、コークスの表面に摩擦力や落下衝撃を付与する際に、予め、または同時に、または付与後に、コークスに一定の熱を加えコークス含有水分量を低減することが、その下流側に配置する篩いによりコークス粉状部の分離を十分行なうことに有効であると考えられるため、篩い分けを行なう前にコークスの乾燥を行なうことが好ましい。

コークスを乾燥させるための加熱方法としては、コークスを入れた容器内に加熱ガスを導入することで行なうことが好ましく、工場で発生する各種の加熱ガスを利用することが好ましい。コークスの含有水分を除去するためには、酸素濃度の低い、熱風炉燃焼排ガスや、加熱炉排ガス等の利用が望ましいが、燃焼炉、電気炉等を設置して専用の熱風発生源として加熱ガスを発生させることもできる。また酸素濃度を制御する窒素を導入する前提であれば、焼結機のクーラ排熱など空気が加熱されたものも加熱ガスとして利用できる。上記のように、シュート内でコークスの乾燥を行なうことが、効率的であり好ましい。上述したように、シュートは上部を開口した構造とすることも可能であるが、シュート内で乾燥を行なう際にはダクト状の閉構造とし、シュート上部から加熱ガスを供給し、シュート下部から排気を行なうことが好ましい。

加熱ガスの温度は、コークスの乾燥が可能であれば良く、またコークスを乾燥することから６０℃以上あれば十分であり、２００℃以下とすることが望ましい。炭材であるコークスに含まれている水分を乾燥するので、加熱ガスの温度が高すぎると、火災、爆発の防止対策が困難になるためである。

図１を用いて、本発明の炉内粉化防止設備の一実施形態を説明する。炉内粉化防止設備は、コークスを搬送する搬送コンベア５と、搬送コンベア５で搬送されるコークスをシュート１に供給する供給コンベア６と、シュート１から排出されるコークスを搬送する排出コンベア４と、排出コンベア４から排出されたコークスを篩い分けする篩い分け装置２と、篩い分け装置２により篩い分けされた篩い上を竪型炉への装入用に搬送する竪型炉向けコンベア１１とを有し、かつ搬送コンベア５で搬送されるコークスを排出コンベア４に搬送するバイパスラインを有している。１３は集塵バグフィルタ、１４は集塵ファン、１５は排ガス煙突である。

図１において、供給コンベア６を介してシュート１内に供給されたコークスは、加熱ガス供給ダクト９からシュート１内に送られた加熱ガス１０により乾燥されながら落下し、摩擦及び落下衝撃により脆弱部が粉状化する。加熱ガス１０はシュート１下部から集塵バグフィルタ１３を介して集塵ファン１４により排気され、排ガス煙突１５から排出される。コークスの排出口３から排出されたコークスは、排出コンベア４により篩い２に搬送されて篩い分けにより塊状部と粉状部とに分離される。篩い上である塊状部は、竪型炉向けコンベア１１により搬送されて、その後竪型炉の上部から装入される。篩い下である粉状部は、粉抜出コンベア１２により搬送されて、別途利用することができる。排出コンベア４上、またはその下流においてサンプリングしたコークスの強度に応じて、バイパスライン８を使用して搬送コンベア５で搬送されるコークスを直接排出コンベア４に搬送することで、製造されるコークスの強度を調整することができる。

図１に示すものと同様の、ベルトコンベアの乗り継ぎ部に階段状のシュートを設置し、シュートを通らないバイパスラインを設けた設備を用い、高炉へコークスを搬送する試験を行なった。シュートの高さは約１０ｍであり、斜面部分の傾斜は水平方向から下向き１０度であり、段差部は４段形成した。

一定時間の間隔で篩いの上流側の排出コンベア上でサンプリングを行ない、シュートを通した場合と、バイパスラインを通した場合についてコークス強度を測定した。コークスの強度は、ＪＩＳ Ｋ ２１５１に規定された「ドラム強度」で測定し、強度測定にあたってのコークス試料の粒径を１５ｍｍ、試験用ドラムの回転数を１５０ｒｐｍとして、所謂「ドラム強度（記号ＤＩ¹⁵⁰ ₁₅）」を求めた。篩いの篩目は６ｍｍとした。

シュートを通過させず、バイパスラインを通した場合には、篩いの上流側でサンプリングしたコークス強度は平均して８４．３であったが、シュートを通過させて摩擦力と落下衝撃をコークスに与えたところ、コークスのドラム強度が８４．９に高まった。すなわち、コークスの脆弱部がシュートでの落下により除去されたことで、高炉へ装入されるコークスの強度を０．６ポイント上昇させることができた。

バイパスラインを通して、篩いの篩い上を高炉に装入する操業を行った場合に比較して、シュートを通した後に、篩いの篩い上を高炉に装入する本発明の操業方法を用いた場合には、高炉の炉内でのコークス粉化が抑制できたため、高炉の通気性が良好になり、炉内のガス流れ分布が適正に維持でき、炉況が安定すると共に、円滑な操業が行なえ、溶銑の出銑量が同一操業条件下で５％も向上した。

図１に示すものと同様の設備を用い、バイパスラインを用いることなく、シュートでの落下により、コークスの表面に摩擦力と、落下衝撃とを付与する際に、シュート内に加熱ガスを導入し、コークスに１５０℃の加熱ガス（燃焼排ガス）により一定の熱を加えコークス含有水分量を低下させた乾燥を行なう場合と、乾燥を行なわない場合について、それぞれ処理を行ない、篩い分けを行なった。シュート出側でのコークスが乾燥状態の場合と、熱を加えず含有水分量が高いままについて、篩い分け後の塊状部と粉状部コークスの分離状況を比較した。

図２において、例えば乾燥を行なわない場合の水分含有量が４ｍａｓｓ％強のコークスを、乾燥により水分量０ｍａｓｓ％まで低減させた場合、分離状況が大きく異なり、篩目６ｍｍの篩いを用いる場合、篩い上への粒径６ｍｍ以下のコークス（−６ｍｍ）の混入率は３ｍａｓｓ％台から０．５ｍａｓｓ％程度にまで低減した。コークスの含有水分量の低減は、コークスの粉状部の分離に大きく影響し、水分含有量の高いコークスについては乾燥処理が炉内粉化防止に非常に有効であることが分かった。

本発明の一実施形態を示すフロー図である。 コークスの乾燥の効果を示すグラフ。

符号の説明

１ シュート
１ａ 底部
１ｂ 側壁
１ｃ 上蓋
２ 篩い
３ コークスの排出口
４ 排出コンベア
５ 搬送コンベア
６ 供給コンベア
７ コークスの供給口
８ バイパスライン
９ 加熱ガス供給ダクト
１０ 加熱ガス
１１ 竪型炉向けコンベア
１２ 粉抜出コンベア
１３ 集塵バグフィルタ
１４ 集塵ファン
１５ 排ガス煙突

Claims (3)

1. 竪型炉装入用コークスの搬送ラインに階段状のシュートを設け、該シュート内でコークスの乾燥処理を行ないながら、前記シュートをコークスが落下する際に前記コークスを塊状部と粉状部とに分離し、該分離した前記塊状部を竪型炉に装入して使用することを特徴とする竪型炉の操業方法。
2. 篩い分けにより、粒径６ｍｍ以上の篩い上を前記塊状部とすることを特徴とする請求項１に記載の竪型炉の操業方法。
3. コークスを竪型炉に装入する際に用いられ、
   コークスを搬送する搬送コンベアと、
   階段状のシュートと、
   前記搬送コンベアで搬送されるコークスを前記シュートに供給する供給コンベアと、
   前記シュートから排出されるコークスを搬送する排出コンベアと、
   該排出コンベアから排出されたコークスを篩い分けする篩い分け装置と、
   該篩い分け装置により篩い分けされた篩い上を前記竪型炉の上部からの装入用に搬送する竪型炉向けコンベアと、を有し、かつ
   前記搬送コンベアで搬送されるコークスを前記排出コンベアに搬送するバイパスラインを有することを特徴とする炉内粉化防止設備。

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