JP5544791B2 - 焼結機 - Google Patents
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- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Description
図14は、焼結鉱の高生産時と低生産時の装入層内の温度分布を示したものである。原料粒子が溶融し始める1200℃以上の温度に保持される時間(以降、「高温域保持時間」と称する)は、低生産の場合にはt1、生産性を重視した高生産の場合にはt2で表されている。高生産の場合、パレットの移動速度を上げるため、高温域保持時間t2が低生産場合のt1と比べて短くなる。高温域保持時間が短くなると、焼成不足となって、焼結鉱の冷間強度の低下を招き、歩留が低下する。したがって、高強度焼結鉱の生産量を上げるためには、短時間の焼結においても、焼結ケーキの強度、即ち焼結鉱の冷間強度を上げて、歩留の維持、向上を図ることができる何らかの手段を講じる必要がある。なお、焼結鉱の冷間強度を表す指標としては、一般に、SI(シャッターインデックス)、TI(タンブラーインデックス)が用いられる。
上記問題点を解決する技術として、本出願人は、特許文献5において、焼結機のパレット上に大切させた焼結原料の装入層の上から燃焼下限濃度以下に希釈した各種気体燃料を供給して装入層中に導入し、燃焼させることにより、装入層内の最高到達温度および高温域保持時間の何れか一方又は双方を調整する方法を提案している。
また、請求項5に係る焼結機は、請求項3に係る発明において、前記各気体燃料供給装置は、前記気体燃料主配管に流量計および流量制御弁が介挿されていることを特徴としている。
図1は本発明の焼結機を示す概略構成図であって、焼結原料生成部1で焼結原料が生成される。この焼結原料生成部1では、二つの無煙炭ホッパー1aとコークスホッパー1bから切り出しされた無煙炭又はコースがベルトコンベヤCV1によってロッドミル1cに供給されて、所定の粒度に粉砕された後、配合槽となるコークスホッパー1dおよび無煙炭ホッパー1eに貯留される。一方、図示しないベッティングヤードからベルトコンベヤCV2によって搬送されてくる鉄鉱石粉が配合槽としての複数の鉄鉱石粉ホッパー1fに貯留されるとともに、同様にベッティングヤードからベルトコンベヤCV2によって搬送されてくる石灰および生石灰が配合槽としての石灰ホッパー1gおよび生石灰ホッパー1hに貯留され、さらに後述する整粒部17で篩い分けされた例えば5mm未満の焼結鉱が返鉱として配合槽としての返鉱ホッパー1iに貯留される。
この焼結部3では、焼結原料生成部1で生成された焼結原料をサージホッパー4に貯留するとともに、後述する整粒部17で篩い分けされた例えば8mm〜15mmの焼結鉱を床敷鉱として床敷ホッパー5に貯留する。
そして、床敷ホッパー5から切り出された床敷鉱を焼結機パレット6のグレート上に床敷層を形成し、この床敷層上にサージホッパー4からドラムフィーダー7によって定量切り出した焼結原料を充填装入して、図2に示すように、焼結ベッドとも言われる400〜800mm程度の厚さ(高さ)の装入層8を形成する。ここで、サージホッパー4及び床敷ホッパー5及びドラムフィーダー7とで原料供給装置が構成されている。
整粒部17では、冷却された焼結ケーキを目開き50mm程度の篩い18で篩い分けし、篩い上の焼結鉱を破砕機19で例えば40mm以下に破砕し、破砕された焼結鉱および篩い下の50mm未満の焼結鉱を例えば目開き15mmの篩い20で篩い分けし、15mm以上の焼結鉱を成品焼結鉱として図示しない高炉に供給する。篩い下の15mm未満の焼結鉱は、目開き8mm程度の篩い21で篩い分けし、8mm以上の焼結鉱の一部を床敷鉱として床敷ホッパー5に戻す。
この主排風装置28の出側から排出される排ガスは、熱交換機29および30、SOxを始めとする硫黄化合物を除去する脱硫処理を行う吸収塔31、湿式集塵機32、ブースター33および34、加熱炉35および反応器36等を有する排ガス処理部37で排ガス処理されて煙突38に排出される。
この点火炉10の下流側に配設された保温炉11および気体燃料供給装置12a〜12cには、後述する気体燃料供給源60から気体燃料が供給される。
この気体燃料供給装置12a〜12cは、点火炉10の下流側で、燃焼前線が表層下に進行した以降の任意の位置に一つ又は複数個配設されるものであり、目標とする製品焼結鉱の冷間強度および被還元性を調整する観点から、大きさ、位置、配置数が後述するように決められる。
この気体燃料供給配管45に供給する気体燃料としては、プロパンガス、水素ガス、メタンガス、一酸化炭酸ガス(CO)、コークス炉ガス(Cガス)、液化天然ガス、高炉ガス(Bガス)、高炉・コークス炉混合ガス(Mガス)、都市ガスまたはこれらの混合ガスの何れかを適用することができる。
ここで、上記気体燃料中のプロパンガス、水素ガス、メタンガス、炭酸ガス、コークス炉ガス、LNG、高炉ガスについての性状を下記表1に示す。
各気体燃料供給配管45の内、幅方向の両端の気体燃料供給配管45については内側向きに気体燃料噴射ノズル46が配設され、残りの気体燃料供給配管45については隣接する気体燃料供給配管45に対向する対称位置に焼結機パレット6の搬送方向に所定ピッチで所定数の気体燃料を水平方向に噴出する噴出口としての気体燃料噴射ノズル46が配設されている。
このため、隣接する気体燃料供給配管45で水平方向に噴射される気体燃料が互いに干渉することなく、均一に分散されて装入層8上に噴射されて空気と混合されて希釈気体燃料47となる。
また、上記気体燃料供給装置12a〜12cのそれぞれは、気体燃料を、装入層8の上方で、大気中に高速で吐出させ、それによって周囲の空気と短時間で混合し、その気体燃料の燃焼下限濃度以下の濃度に希釈し、その後、装入層中にその希釈気体燃料を導入する必要がある。
また、気体燃料を吐出させる配管と開口部が同一形状である場合、一般的に、燃料を供給元ヘッダーに近いほど、燃料が出やすく、遠くなるほど燃料が出にくくなる。そこで、長尺の配管を使用する場合には、
(a)配管内の断面積を徐々に小さくしたテーパー状配管を用いる
(b)燃料供給元ヘッダーより遠ざかるほど、開口断面積を大きくする
(c)燃料供給元ヘッダーより遠ざかるほど、開口部やノズルのピッチを狭め、単位配管長さ当りの開口部ないしノズル断面積の和が大きくする、
のいずれか1つを適用するか、これらを組み合わせて適用することにより、配管長さが長い場合でも、均等に燃料を供給することができる。
本発明では、前述したように、焼結機パレット6の上部を覆うフード41を設けている。このフード41によって横風による希釈気体燃料の濃度分布に与える影響を抑制するようにしている。すなわち、本発明者等は、種々の検討を行った結果、フード41の設置は、横風対策として、衝立以上の効果があることが分かった。但し、このフード41は前述したように、上方に開口41cを有するか又は適当な透過率(空隙率)を有するものとし、この部分から、大気を取り入れることができる構造とする必要がある。
さらに、フード41の焼結機パレット6の搬送方向に沿う左右のサイドウォール17bの上端に、図3に示すように、透過率30%程度のパンチメタル等で構成される横風減衰フェンス41eを設けることが好ましい。
また、気体燃料供給装置12a〜12cの設置位置、大きさ、配置数は以下のようにして設定される。
(a)装入層8の上部に焼結ケーキ(焼結層)が生成していない状態で希釈気体燃料47の供給を行うと、この装入層8の上で燃焼を起こす可能性がある。
(b)希釈気体燃料の供給は、焼結鉱の歩留りを向上させる必要のある部分に対して行う、即ち、焼結鉱の強度を上昇させたい部分で燃焼を起こすよう供給するのが好ましい。
また、希釈気体燃料47の装入層8への導入は、燃焼前線が表層下に下がり、燃焼・溶融帯が表層から100mm以上、好ましくは200mm以上下がった位置、すなわち、装入層8の中・下層に生成した焼結ケーキ領域(焼結層)を燃焼することなく通過し、燃焼前線が表層から100mm以上移動した段階で燃焼するように供給するのが好ましい。その理由は、燃焼前線が表層から100mm以上下がった位置であれば、焼結層を通して吸引される空気による冷却の悪影響が軽減され、燃焼・溶融帯の厚みの拡大を図ることができるからである。さらに、燃焼・溶融帯が表層から200mm以上下がった位置であれば、空気による冷却の影響が略解消されて、燃焼・溶融帯の厚みを30mm以上に拡大することができる。また、希釈気体燃料47の供給は、歩留り低下の大きいパレット幅方向両炭部のサイドウォール近傍で行うことがより好ましい。
本発明では、装入層中への希釈気体燃料47の導入は、生成した焼結ケーキの再加熱を促進するものであることも意味している。即ち、この希釈気体燃料の供給は、もともと高温域保持時間が短く熱不足となりやすく、焼結鉱の冷間強度が低い部分に対して、固体燃料に比べて反応性の高い気体燃料を供給することによって、不足しやすいこの部分の燃焼熱を補填し、燃焼・溶融帯の再生−拡大を図るという意義を担うものだからである。
例えば、プロパンガスは、燃焼下限濃度は2.2vol%であるから、75%に希釈したガス濃度上限は1.7vol%、60%に希釈したガス濃度上限は1.3vol%、25%に希釈したガス濃度は0.6vol%のものを用いるということである。したがって、好ましい範囲は以下のようになる。なお、希釈したガス濃度の下限、即ち、気体燃料供給の効果が顕れる下限濃度は、プロパンガスの場合は0.05vol%である。
好ましい範囲(1): 2.2vol%〜0.05vol%
好ましい範囲(2): 1.7vol%〜0.05vol%
好ましい範囲(3): 1.3vol%〜0.05vol%
好ましい範囲(4): 0.6vol%〜0.05vol%
好ましい範囲(1): 5.0vol%〜0.24vol%
好ましい範囲(2): 3.8vol%〜0.24vol%
好ましい範囲(3): 3.0vol%〜0.24vol%
好ましい範囲(4): 1.3vol%〜0.24vol%
好ましい範囲(1): 4.8vol%〜0.1vol%
好ましい範囲(2): 3.6vol%〜0.1vol%
好ましい範囲(3): 2.9vol%〜0.1vol%
好ましい範囲(4): 1.2vol%〜0.1vol%
好ましい範囲(1): 40.0vol%〜1.25vol%
好ましい範囲(2): 30.0vol%〜1.25vol%
好ましい範囲(3): 24.0vol%〜1.25vol%
好ましい範囲(4): 10.0vol%〜1.25vol%
そして、保温炉11および各気体燃料供給装置12a〜12cの気体供給フード11aおよび41内の四隅には、図8に示すように、例えばメタンCH4濃度を検出するガス分析計51が気体燃料供給配管45と略同じ高さ位置にそれぞれ配設され、さらに着火検知器52がガス分析計51の下側に配設され、さらにガス分析計51および着火検知器52の中間位置に気体供給フード11aおよび41内の圧力を検出する圧力発信機53が手動弁54を介して配設されている。これらガス分析計51、着火検知器52及び圧力発信機53が異常検出部を構成している。そして、保温炉11および気体燃料供給装置12a〜12cへの気体燃料供給系統は、図8および図9に示すように構成されている。
気体燃料供給源60には、図8および図9に示すように、LNG又は都市ガスが供給される気体燃料入力部71と、配管内をパージする窒素ガスが供給される窒素ガス入力部72と、後述する自動弁や各ノズルのパージ空気として使用する雑用エアーが供給される雑用エアー入力部73とが設けられている。
これら個別気体燃料供給制御部61および62a〜62cのそれぞれは、同一構成を有するので、これらを代表して個別気体燃料供給制御部62cについて図8を用いて説明する。
この異常制御処理は、図11に示すように、先ず、ステップS1で、保温炉11および各気体燃料供給装置12a〜12cに配設されたガス分析計51で検出したガス濃度、着火検知器52、各種圧力発信機の各種検出信号、主排風装置28および昇圧ブースター33及び34の回転センサ160a〜160cの検出値を読込む。
前記ステップS18の判定結果が、昇圧ブースター33および34の回転センサ160bおよび160cの回転速度が正常であるときには前記ステップS1に戻る。
先ず、図1に示すように、床敷ホッパー5から整粒した焼結鉱を切り出して焼結機パレット6のグレート上に床敷層を形成し、この床敷層上にサージホッパー4からドラムフィーダー7で定量切り出しされた焼結原料が装入されて焼結ベッドとも言われる400〜800mm程度の装入層8を形成する。
点火後の装入層8では、保温炉11での加熱に伴って、焼結機パレット6の移動に伴って燃焼(火炎)前線が次第に下方にかつ前方(下流側)に拡大していく中で、燃焼・溶融帯の位置が前述した図15(a)に示すように変化する。そして、燃焼・溶融帯の位置が上層から中層に移行する表層から20mm程度に達するときに、焼結機パレット6が最初の気体燃料供給装置12aの位置に達する。
このとき、この気体燃料噴射ノズル46が図4に示すように、隣接する気体燃料供給配管45の気体燃料噴射ノズル同士が対向しないように隣接する組間で焼結機パレット6の搬送方向に半ピッチずらして配置されているので、隣接する組における気体燃料噴射ノズル46から噴射されるLNGが互いに干渉することなく焼結機パレット6の搬送方向に均一な噴射領域が形成される。
そして、気体燃料噴射ノズル46から噴射され空気で希釈された希釈気体燃料47は、焼結機パレット6の下側に配設された主排風装置28によってウインドボックス25を介して空気を下方に吸引することにより、装入層8内に導入される。
また、上記実施形態においては、保温炉11及び気体燃料供給装置12a〜12cに供給する気体燃料を同一燃料とした場合ついて説明したが、これに限定されるものではなく、保温炉11及び気体燃料供給装置12a〜12cで個別に異なる気体燃料を供給するようにしてもよい。
2a,2b…ドラムミキサー
3…焼結部
4…サージホッパー
5…床敷ホッパー
6…焼結機パレット
7…ドラムフィーダー
8…装入層
10…点火炉
11…保温炉
11a…気体供給フード
11b…気体燃料供給配管
12a〜12c…気体燃料供給装置
16…焼結機クーラー
17…整流部
25…ウインドボックス
28…主排風装置
33,34…昇圧ブースター
37…排ガス処理部
41…気体供給フード、
42…邪魔板
43…邪魔板列
45…気体燃料配管
46…気体燃料噴射ノズル
47…希釈気体燃料
51…ガス分析計
52…着火検知器
53…圧力発信機
60…気体燃料供給源
61,62a〜62c…個別気体燃料供給制御部
77,126,139…圧力発信機
83,85,122,124…気体燃料用遮断弁
160a〜160c…回転センサ
161…制御装置
162…遮断弁駆動回路
163…警報装置
Claims (5)
- 循環移動するパレット上に粉鉱石と炭材を含む焼結原料を装入して装入層を形成する原料供給装置と、
前記装入層の炭材に点火するための点火炉と、
前記パレットの下方に配設したウインドボックスと、
前記点火炉の下流側に配設された、気体燃料を前記装入層の上方の大気中に噴出し、空気と混合させて燃焼下限濃度以下の希釈気体燃料とする複数の気体燃料供給装置とを備え、
前記各気体燃料供給装置は、気体供給フード内に配設した前記気体燃料を供給する複数本の気体燃料供給配管と、各気体燃料供給配管に対する気体燃料の供給を遮断する遮断弁とを備え、前記複数の気体燃料供給装置の異常を個別に検出する異常検出部と、該異常検出部で前記気体燃料供給装置の異常を検出したときに、該当する気体燃料供給装置の前記遮断弁を閉状態に制御する気体燃料遮断制御部とを有し、
前記異常検出部は、少なくとも前記気体供給フード内の希釈気体燃料濃度を測定する濃度計、および前記ウインドボックスに接続された排風系統の異常を検出する排風系統異常検出器の少なくとも一方を備え、前記気体燃料の外部への漏洩、および前記気体燃料の濃度上昇による前記装入層上方での燃焼の少なくとも一方を防止することを特徴とする焼結機。 - 前記異常検出部は、前記気体供給フード内の火炎を検出する火炎検出器、前記気体供給フード内の圧力を検出する圧力検出器、および前記気体燃料供給配管に供給する気体燃料の供給系統の圧力異常を検出する気体燃料供給異常検出器のうち少なくとも一つをさらに備えていることを特徴とする請求項1に記載の焼結機。
- 前記各気体燃料供給装置は、気体燃料供給源の気体燃料供給主配管に接続された気体燃料供給枝配管と、該気体燃料供給枝配管に接続され且つ前記各気体燃料供給配管が並列に接続された気体燃料分岐部とを備え、前記気体燃料供給枝配管に前記遮断弁が介挿されていることを特徴とする請求項1または2に記載の焼結機。
- 前記各気体燃料供給装置の各気体燃料供給配管は、個別に流量計および流量制御弁が介挿されていることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の焼結機。
- 前記各気体燃料供給装置は、前記気体燃料枝配管に流量計および流量調節弁が介挿されていることを特徴とする請求項3に記載の焼結機。
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