WO2014013776A1 - 焼結機の気体燃料供給装置 - Google Patents

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WO2014013776A1
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hood
fuel supply
sintering machine
plate
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友司 岩見
岩崎 克博
主代 晃一
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JFE Steel Corp
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    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23CMILLING
    • B23C5/00Milling-cutters
    • B23C5/02Milling-cutters characterised by the shape of the cutter
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B1/00Preliminary treatment of ores or scrap
    • C22B1/14Agglomerating; Briquetting; Binding; Granulating
    • C22B1/16Sintering; Agglomerating
    • C22B1/20Sintering; Agglomerating in sintering machines with movable grates
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C5/00Disposition of burners with respect to the combustion chamber or to one another; Mounting of burners in combustion apparatus
    • F23C5/02Structural details of mounting
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27BFURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B21/00Open or uncovered sintering apparatus; Other heat-treatment apparatus of like construction
    • F27B21/06Endless-strand sintering machines

Definitions

  • the present invention relates to a gaseous fuel supply apparatus in a downward suction type sintering machine that supplies gaseous fuel as part of a sintering heat source and burns it to produce sintered ore.
  • Sinter ore which is the main raw material for the blast furnace ironmaking method, is generally manufactured through a process as shown in FIG.
  • the raw materials for sintered ore are iron ore powder, sintered ore sieving powder, recovered powder generated in steelworks, CaO-containing auxiliary materials such as limestone and dolomite, granulation aids such as quick lime, coke powder and anthracite Yes, these raw materials are cut out from each of the hoppers 1.
  • the cut out raw material is added with an appropriate amount of water by the drum mixers 2 and 3 and the like, mixed and granulated to obtain a sintered raw material which is pseudo particles having an average diameter of 3 to 6 mm.
  • This sintered material is then transferred from the surge hoppers 4 and 5 arranged on the sintering machine through the drum feeder 6 and the cutting chute 7 to 400 to 800 mm on the endless moving type sintering machine pallet 8.
  • the charge layer 9 is charged with a thickness and is also referred to as a sintered bed.
  • the carbon material on the surface of the charging layer is ignited by an ignition furnace 10 installed above the charging layer 9, and the air above the charging layer is passed through a wind box 11 disposed immediately below the pallet 8.
  • the carbonaceous material in the charging layer is burned, and the sintered raw material is melted by the combustion heat generated at this time to obtain a sintered cake.
  • the sintered cake thus obtained is then crushed and sized, and an agglomerate of about 5 mm or more is recovered as a product sintered ore and supplied to a blast furnace.
  • the carbonaceous material in the charging layer ignited in the ignition furnace 10 is continuously burned by air sucked from the upper layer toward the lower layer in the charging layer, and has a width in the thickness direction.
  • a combustion / melting zone (hereinafter also simply referred to as “combustion zone”) is formed.
  • FIG. 2 shows that the carbon material in the surface of the charging layer ignited in the ignition furnace is continuously burned by the sucked air to form a combustion zone, which sequentially moves from the upper layer to the lower layer of the charging layer. It is the figure which showed typically the process in which is formed.
  • FIG. 3 (a) shows the case where the combustion zone exists in each of the upper layer portion, middle layer portion, and lower layer portion of the charging layer shown in the thick frame shown in FIG. The temperature distribution is schematically shown.
  • the strength of sintered ore is influenced by the product of temperature and time maintained at a temperature of 1200 ° C. or higher, and in order to produce high-strength sintered ore in a short time and with a high yield and high productivity, It is necessary to take some means to extend the time of holding at a high temperature of 1200 ° C. or higher and to increase the cold strength of the sintered ore. This is because in the sintering process, a melt starts to be generated at 1200 ° C., and calcium ferrite having the highest strength among the constituent minerals of the sintered ore and relatively high reducibility is generated.
  • the middle layer and lower layer in the charge layer are preheated by being transported by the sucked air from the combustion heat of the charcoal in the charge layer upper layer, so that they can be kept at a high temperature for a long time.
  • the upper portion of the charge layer is not preheated, and therefore the combustion heat is insufficient, and the combustion melting reaction (sintering reaction) necessary for sintering tends to be insufficient.
  • the yield distribution of the sintered ore in the cross section in the width direction of the charging layer becomes lower in the upper layer portion of the charging layer as shown in FIG.
  • both the pallet width ends cannot sufficiently secure the holding time in the high temperature range necessary for sintering due to excessive heat due to the heat radiation from the pallet side walls and the large amount of air passing therethrough. Lower.
  • the amount of carbonaceous material (powder coke) added to the sintering raw material has been increased.
  • the temperature in the sintered layer can be increased and the time maintained at 1200 ° C. or higher can be extended.
  • the maximum temperature reached exceeds 1400 ° C., which leads to a reduction in reducibility and cold strength of the sintered ore.
  • calcium ferrite produced at a temperature of 1200 ° C. or higher is converted into amorphous silicate (calcium silicate) having the lowest cold strength and reducibility, and skeletal secondary hematite that is easily reduced to powder. This is because the high-quality sintered ore cannot be obtained.
  • the maximum temperature in the charging layer during sintering exceeds 1400 ° C., preferably 1380 ° C., and the temperature in the charging layer is longer than 1200 ° C. (solidus temperature of calcium ferrite). It is necessary to hold time.
  • the time maintained in the temperature range of 1200 ° C. to 1400 ° C. will be referred to as “high temperature range retention time”.
  • Patent Document 1 discloses a technique for injecting gaseous fuel onto a charging layer after the charging layer is ignited.
  • Patent Document 2 discloses that air is sucked into the charging layer after the charging layer is ignited.
  • Patent Document 3 a hood is disposed on the charging layer so that the inside of the charging layer of the sintering raw material is heated, and air or coke is discharged from the hood.
  • Patent Document 4 propose a technique for simultaneously blowing a low-melting-point solvent and a carbonaceous material or a combustible gas at a position immediately after the ignition furnace.
  • the inventors reduced the amount of carbon material added to the sintering raw material, and then diluted various kinds of diluted below the lower combustion limit concentration downstream of the sintering furnace ignition furnace.
  • Patent Documents 5 to 7 Applying the techniques of Patent Documents 5 to 7 to the method for producing sintered ore, reducing the amount of carbonaceous material added to the sintered raw material, and then diluting the gaseous fuel diluted below the lower combustion limit concentration in the charged layer
  • the gaseous fuel is burned in the charging layer, as shown in FIG. 5, the gaseous fuel is in the charging layer (sintered layer) after the carbonaceous material is burned. Because it burns, the width of the combustion / melting zone can be expanded in the thickness direction without exceeding the maximum temperature of the combustion / melting zone exceeding 1400 ° C., effectively extending the holding time of the high temperature region Can do.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the outline of the gaseous fuel supply apparatus proposed in Patent Document 9.
  • a plurality of gaseous fuel supply pipes 23 are arranged above the raw material charging layer 9 (sintering bed) in parallel with a predetermined interval in the pallet moving direction.
  • a vertical hood 22 having an open top is provided around the rim, and gaseous fuel such as LNG or city gas is directed horizontally from the jet port of the gaseous fuel supply pipe 23. Erupting at high speed on both sides.
  • baffle plates 24 having a U-shaped cross section are arranged in a plurality of rows at intervals in the hood width direction, and in a plurality of stages and tournaments at intervals in the vertical direction.
  • a fence 25 having a void ratio is provided at the upper part of both side surfaces of the hood 22, or a seal cover 26 is attached between the lower end portions of the both side surfaces of the hood 22 and the sidewalls of the pallet 8. It is said that it is effective.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and the purpose thereof is that the gaseous fuel supplied from the gaseous fuel supply device is externally provided regardless of the building structure in which the sintering machine is installed. It is an object to provide a gaseous fuel supply device for a sintering machine that does not leak.
  • the inventors have intensively studied to solve the above problems.
  • the upper portion of the hood of the gaseous fuel supply device disclosed in Patent Document 9 It is found that it is effective to install a plurality of vortex suppression plates having a porosity in the width direction, and more preferably, it is effective to install windproof plates that surround the lower portions of both sides of the hood and the side walls of the pallet.
  • the present invention has been developed.
  • the present invention introduces gaseous fuel diluted below the lower combustion limit concentration into the charging layer of the sintered raw material formed on the circulating pallet downstream of the ignition furnace of the downward suction type sintering machine.
  • a gas fuel supply device that burns gaseous fuel separately from the carbonaceous material in the sintering raw material, having substantially the same width and a predetermined length as the pallet and surrounding the four sides above the charging layer
  • a hood that is erected, a gas fuel supply pipe that is disposed at a position above the charging layer in the hood, and that supplies gas fuel into the air in the hood; and in the hood and above the gas fuel supply pipe,
  • a baffle plate in which a plurality of rows of plate materials having a predetermined width are arranged at predetermined intervals in the width direction of the hood, and a plurality of stages are alternately arranged at predetermined intervals in the height direction, and a predetermined gap
  • a vortex suppression plate in which a plurality of plate materials having a rate are provided in
  • the gas fuel supply device of the sintering machine of the present invention is characterized in that windproof plates surrounding the lower portion of the hood and the side wall of the pallet are provided on both sides of the hood.
  • the vortex suppressing plate in the gaseous fuel supply device of the sintering machine of the present invention is a plate material having a porosity of 20 to 80%.
  • the vortex suppressing plate in the gaseous fuel supply device of the sintering machine of the present invention is characterized in that it is erected with an interval of 500 to 4000 mm in the width direction of the hood.
  • the vortex suppression plate in the gaseous fuel supply device of the sintering machine of the present invention is a plate material having a width of 250 to 1000 mm.
  • the present invention it is possible to reliably prevent leakage of the gaseous fuel supplied from the gaseous fuel supply device to the outside of the device due to the crosswind without depending on the structure of the building. It becomes possible to manufacture safely and stably.
  • FIG. 1 It is a schematic diagram explaining a sintering process. It is a schematic diagram explaining the change in the charging layer accompanying sintering progress. It is a figure explaining the temperature distribution when a combustion zone exists in each position of the upper layer part of the charging layer, the middle layer part, and the lower layer part, and the yield distribution of the sintered ore in the width direction cross section of the charging layer. . It is a figure explaining the temperature change in the charging layer by the change (increase) of the amount of carbon materials. It is a figure explaining the change of the temperature distribution in the sintered layer by gaseous fuel supply. It is a schematic diagram of the gaseous fuel supply apparatus disclosed by patent document 9. FIG.
  • the sintering machine to which the present invention is applied is a downward suction type sintering machine, and as a heat source for sintering the sintering raw material, such as coke powder added to the sintering raw material.
  • gaseous fuel supplied on the downstream side of the ignition furnace is used.
  • the gaseous fuel is supplied from a gaseous fuel supply device installed above the charging layer, and burns at a position different from that of the carbonaceous material, so that the maximum reached temperature during sintering does not exceed 1400 ° C. It is possible to extend the time (high temperature region holding time) held at a temperature of 1200 ° C. or higher.
  • the gaseous fuel is diluted below the lower combustion limit concentration in the gaseous fuel supply device, or is supplied in a state diluted beforehand below the lower combustion limit concentration from the gaseous fuel supply device. For example, as shown in FIG. There is no risk of fire or explosion if leaked outside the hood of the gaseous fuel supply system. However, leakage of gaseous fuel not only reduces the effect of adding gaseous fuel, but also has a safety problem when gaseous fuel containing harmful carbon monoxide such as B gas is used. Therefore, it is necessary to surely prevent leakage of gaseous fuel outside the gaseous fuel supply apparatus.
  • FIG. 7 shows a structure in which the lower part of the side wall on the windward side is opened and there is no side wall on the leeward side, that is, the entire surface is in an open state (hereinafter referred to as “open structure”). ) Dissipation of the gaseous fuel (city gas) supplied from the gaseous fuel supply device to the outside of the hood when the horizontal wind hits the sintering machine installed in the building of The simulated results for s, 20 m / s, 30 m / s and 50 m / s are shown. In addition, as shown in FIG.
  • the sintering machine shown in the figure is a hood having a pallet width of 4000 mm, a fence having a height of 1500 mm and an opening ratio of 40% at the upper end of the pallet.
  • a baffle with a cross-section of 300 mm in width is installed in the middle of the inside in a three-stage configuration with a pitch of 400 mm in the width direction and a pitch of 200 mm in the height direction, and the city is located below the baffle plate. It has a gaseous fuel supply device in which six pipe nozzles for supplying gas are installed at a pitch of 800 mm in the width direction. Further, the distribution in the pallet width direction of the amount of gas sucked in the wind box (wind box) was similarly set as shown in FIG.
  • FIG. 10 shows a structure in which the upper part of the horizontal wall on the windward side and the leeward side is closed and the lower part is opened (hereinafter referred to as “blow-out structure”).
  • FIG. 8 is a comparison with the results of the open structure shown in FIG. 7 and wind speeds of 10 m / s, 30 m / s and 50 m / s. From this figure, it can be seen that when the building has a blowout structure, even if the wind speed of the cross wind is 10 m / s, the city gas leaks more than the wind speed of 50 m / s in the open structure.
  • the inventors have intensively studied a hood structure that suppresses the vortex formation in the hood that causes the leakage of gaseous fuel. As a result, as shown in FIG. 11A, it has been found that it is effective to install a plurality of vortex suppression plates 27 having permeability on the top of the hood 22 of the gaseous fuel supply apparatus.
  • FIG. 12B a plurality of the vortex suppression plates 27 shown in FIG. 11A are erected on the upper portion of the hood of the gaseous fuel supply device provided in the sintering machine installed in the blowout structure.
  • the result of simulating the leakage of the gaseous fuel when the crosswind is received at a wind speed of 10 m / s is the simulation result when the crosswind structure is subjected to the crosswind at a wind speed of 10 m / s (FIG. 10D).
  • the inventors consider the reason why leakage of gaseous fuel is prevented by the installation of the vortex suppression plate as follows. For example, as shown in FIG. 13 (a), when a cross wind is applied to a single standing plate having no permeability, the downstream side (back side) of the standing plate extends to the lower side of the standing plate. A large vortex is formed, and the air on the back side of the vertical plate is disturbed over a wide range by the crosswind. Assuming that the standing plate is a vortex suppression plate provided on the top of the hood of the gaseous fuel supply apparatus according to the present invention, the air in the hood is greatly disturbed when the standing plate is installed and the crosswind is received.
  • FIG. 13 (b) in the case where a cross wind hits a single vertical plate (with transparency) having an appropriate porosity, a void portion is formed on the back side of the vertical plate. Since a small air flow is generated through the vortex, the formation of vortices formed on the back side of the upright plate is suppressed. Furthermore, as shown in FIG. 13 (c), when a plurality of standing plates (with transparency) having an appropriate porosity are provided, the formation of vortices on the back side of the standing plates is further suppressed, The effect of crosswind is greatly reduced.
  • the vortex suppression plate preferably has a porosity of 20 to 80%.
  • FIG. 14 shows the result of simulating the leakage of gaseous fuel by changing the porosity of the vortex suppression plate in the range of 0% to 100%. The amount of leakage is reduced in the above range. Recognize. Preferably, it is in the range of 30 to 50%.
  • the vortex suppressing plate is erected with an interval of 500 to 4000 mm in the width direction of the hood.
  • FIG. 15 shows the result of simulating the leakage of gaseous fuel by changing the interval between the vortex suppression plates in the range of 500 to 4000 mm. It can be seen that the amount of leakage is reduced in the above range. More preferably, it is in the range of 1000 to 2000 mm.
  • the vortex suppression plate preferably has a width (height) of one plate material of 250 to 1000 mm.
  • FIG. 16 shows the result of simulating the leakage of gaseous fuel by changing the width of one plate material in the range of 0 to 1000 mm, and the amount of leakage is reduced in the above range. I understand that. More preferably, it is in the range of 250 to 500 mm.
  • the inventors further studied a hood structure that can more reliably prevent the leakage of gaseous fuel.
  • a hood structure that can more reliably prevent the leakage of gaseous fuel.
  • the seal cover 26 instead of the seal cover 26 locally provided in the lower portion of the hood disclosed in Patent Document 9, or in addition to the seal cover 26, as shown in FIG. It has been found that it is effective to install a windproof plate 28 surrounding the lower part of the hood and the side wall of the pallet 8 at the lower part.
  • FIG. 12 (c) shows a case where the windbreak plate 28 shown in FIG. 11 (b) is installed in the lower part of the hood of the gas fuel supply device of the sintering machine installed in the blowout structure
  • FIG. ) Shows the result of simulating the leakage of gaseous fuel when the vortex suppression plate 27 and the windproof plate 28 shown in FIG. It is a thing. From the comparison between these figures and FIGS. 12 (a) and 12 (b) described above, it is possible to reduce the leakage of gaseous fuel to some extent even by the blowout structure by installing the windproof plate 28, and in combination with the vortex suppression plate 27. When the windbreak plate 28 is installed, it can be seen that the leakage of the gaseous fuel can be almost completely prevented even with the blowout structure.
  • Three gas fuel supply devices having the above were arranged in series, and a sintering operation for supplying gas fuel was performed.
  • the sintering machine is located in the blown-down structure in the present invention.
  • an anemometer is installed on the building exterior and on the machine side of the sintering machine, and on the machine side of the gaseous fuel supply device.
  • the technology of the present invention can also be applied to the suppression of building style in the civil engineering and construction fields.
  • Raw material hopper 2 Drum mixer 3: Rotary kiln 4, 5: Surge hopper 6: Drum feeder 7: Cutting chute 8: Pallet 9: Raw material charging layer (sintered bed) 10: Ignition furnace 11: Wind box (wind box) 12: Cut-off plate 21: Gaseous fuel supply device 22: Hood 23: Gaseous fuel supply piping 24: Baffle plate 25: Fence 26: Hood lower seal 27: Vortex suppression plate 28: Windproof plate

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Description

焼結機の気体燃料供給装置
 本発明は、焼結熱源の一部として気体燃料を供給し、燃焼させて焼結鉱を製造する下方吸引式焼結機における気体燃料供給装置に関するものである。
 高炉製銑法の主原料である焼結鉱は、一般に、図1に示すような工程を経て製造される。焼結鉱の原料は、鉄鉱石粉や焼結鉱篩下粉、製鉄所内で発生した回収粉、石灰石およびドロマイトなどの含CaO系副原料、生石灰等の造粒助剤、コークス粉や無煙炭などであり、これらの原料は、ホッパー1・・・の各々から、コンベヤ上に所定の割合で切り出される。切り出された原料は、ドラムミキサー2および3等によって適量の水が加えられ、混合、造粒されて、平均径が3~6mmの擬似粒子である焼結原料とされる。この焼結原料は、その後、焼結機上に配設されているサージホッパー4、5からドラムフィーダー6と切り出しシュート7を介して、無端移動式の焼結機パレット8上に400~800mmの厚さで装入され、焼結ベッドともいわれる装入層9を形成する。その後、装入層9の上方に設置された点火炉10で装入層表層の炭材に点火するとともに、パレット8の直下に配設されたウインドボックス11を介して装入層上方の空気を下方に吸引することにより、装入層内の炭材を燃焼させ、このときに発生する燃焼熱で前記焼結原料を溶融して焼結ケーキを得る。このようにして得た焼結ケーキは、その後、破砕、整粒され、約5mm以上の塊成物が、成品焼結鉱として回収され、高炉に供給される。
 上記製造プロセスにおいて、点火炉10で点火された装入層内の炭材は、その後、装入層内を上層から下層に向かって吸引される空気によって燃焼を続け、厚さ方向に幅をもった燃焼・溶融帯(以降、単に「燃焼帯」ともいう。)を形成する。図2は、点火炉で点火された装入層表層の炭材が、吸引される空気によって燃焼を続けて燃焼帯を形成し、これが装入層の上層から下層に順次移動し、焼結ケーキが形成されていく過程を模式的に示した図である。また、図3(a)は、上記燃焼帯が、図2に示した太枠内に示した装入層の上層部、中層部および下層部の各層内に存在しているときの、それぞれの温度分布を模式的に示したものである。
 焼結鉱の強度は、1200℃以上の温度に保持される温度と時間の積に影響され、高強度の焼結鉱を、短時間でかつ高歩留りで、生産性よく製造するためには、何らかの手段を講じて、1200℃以上の高温で保持される時間を延長し、焼結鉱の冷間強度を高めてやる必要がある。というのは、焼結過程では、1200℃で融液が生成し始め、焼結鉱の構成鉱物の中で最も高強度で、被還元性も比較的高いカルシウムフェライトが生成するからである。しかし、装入層内の中層部および下層部は、装入層上層部の炭材の燃焼熱が吸引される空気によって運ばれて予熱されるため、高温度に長時間にわたって保持されるのに対して、装入層上層部は、予熱されない分、燃焼熱が不足し、焼結に必要な燃焼溶融反応(焼結反応)が不十分となりやすい。その結果、装入層の幅方向断面内における焼結鉱の歩留り分布は、図3(b)に示したように、装入層上層部ほど歩留りが低くなる。また、パレット両幅端部も、パレット側壁からの放熱や、通過する空気量が多いことによる過度の冷却により、焼結に必要な高温域での保持時間が十分に確保できず、やはり歩留りが低くなる。
 これらの問題に対して、従来は、焼結原料中に添加している炭材(粉コークス)を増量することが行われてきた。しかし、コークスの添加量を増やすことによって、図4に示したように、焼結層内の温度を高め、1200℃以上に保持される時間を延長することができるものの、それと同時に、焼結時の最高到達温度が1400℃を超えるようになり、焼結鉱の被還元性や冷間強度の低下を招く。上記温度を超えると、1200℃以上の温度で生成したカルシウムフェライトが、冷間強度と被還元性が最も低い非晶質珪酸塩(カルシウムシリケート)と、還元粉化しやすい骸晶状二次ヘマタイトへと分解し、高品質の焼結鉱を得られなくなるからである。そのため、焼結時における装入層内の最高到達温度を1400℃超え、好ましくは1380℃超えとすることなく、装入層内の温度を1200℃(カルシウムフェライトの固相線温度)以上に長時間保持することが必要となる。以降、本発明では、上記1200℃以上1400℃以下の温度域に保持される時間を、「高温域保持時間」と称することとする。
 上記課題に対して、従来から、装入層上層部を長時間にわたって高温に保持することを目的とした技術が幾つか提案されている。例えば、特許文献1には、装入層に点火後、装入層上に気体燃料を噴射する技術が、特許文献2には、装入層に点火後、装入層に吸引される空気中に可燃性ガスを添加する技術が、また、特許文献3には、焼結原料の装入層内を高温にするため、装入層の上にフードを配設し、そのフードから空気やコークス炉ガスとの混合ガスを点火炉直後の位置で吹き込む技術が、さらに、特許文献4には、低融点溶剤と炭材や可燃性ガスを同時に点火炉直後の位置で吹き込む技術が提案されている。
 しかし、これらの技術は、高濃度の気体燃料を使用し、しかも燃料ガスの吹き込みに際して炭材量を削減していないため、焼結時における装入層内の最高到達温度が操業管理上の上限温度である1400℃を超える高温となり、被還元性や冷間強度の低い焼結鉱が生成して気体燃料供給効果が得られなかったり、気体燃料の燃焼による温度上昇と熱膨張によって通気性が悪化し、生産性が低下したりし、さらには、気体燃料の供給によって焼結ベッド(装入層)上部空間で火災を起こす危険性があったりするため、いずれも実用化には至っていない。
 そこで、発明者らは、上記問題点を解決する技術として、焼結原料中に添加する炭材量を削減した上で、焼結機の点火炉の下流において、燃焼下限濃度以下に希釈した各種気体燃料を、パレット上方から装入層内に導入し、装入層内で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両方を適正範囲に制御する技術を開発し、特許文献5~7等に提案している。
 焼結鉱の製造方法に、上記特許文献5~7の技術を適用し、焼結原料中への炭材添加量を削減した上で、燃焼下限濃度以下に希釈した気体燃料を装入層内に導入し、気体燃料を装入層内で燃焼させた場合には、図5に示したように、上記気体燃料は、炭材が燃焼した後の装入層内(焼結層内)で燃焼するので、燃焼・溶融帯の最高到達温度を1400℃超えとすることなく、燃焼・溶融帯の幅を厚さ方向に拡大することができ、効果的に高温域保持時間の延長を図ることができる。
 しかしながら、気体燃料を供給して焼結操業を行う場合、横風が強いときには、供給した気体燃料がフードの外部に漏洩して火災や爆発を起こすおそれがある。さらに、気体燃料として、COを多く含有する高炉ガス等を使用するときには、人災につながるおそれもある。そこで、発明者らは、横風による漏洩が少ないフード構造を特許文献8および特許文献9等において提案した。
 図6は、特許文献9において提案した気体燃料供給装置の概要を説明する図である。この気体燃料供給装置21は、原料装入層9(焼結ベッド)の上方に気体燃料供給配管23が、パレット進行方向に所定の間隔をもって複数本平行に配設され、その気体燃料供給配管23の周囲には、上方が開放された垂直壁からなるフード22が設けられたもので、上記気体燃料供給配管23の噴出口からは、例えば、LNGや都市ガス等の気体燃料が水平方向に向かって両側に高速で噴出している。そして、上記気体燃料供給配管23の上方には、への字状断面を有する邪魔板24がフード幅方向に間隔を開けて複数列、かつ、垂直方向に間隔を空けて複数段、トーナメント状に配設されている。さらに、横風対策として、フード22の両側面の上部に空隙率を有するフェンス25を設けたり、フード22の両側面の下端部とパレット8のサイドウォールとの間に、シールカバー26を取り付けたりすることが有効であるとしている。
特開昭48-018102号公報 特公昭46-027126号公報 特開昭55-018585号公報 特開平05-311257号公報 WO2007-052776号公報 特開2010-047801号公報 特開2008-291354号公報 特開2008-292153号公報 特開2010-107154号公報
 発明者らのシミュレーションの結果では、上記特許文献9のフード構造であれば、10m/s程度の横風があっても、気体燃料のフード外への漏洩はほとんど発生しないし、また、実機操業においても、気体燃料の漏洩はないことが確認されている。しかしながら、焼結機を設置した建屋の構造によっては、上記フード構造でも、僅かながら気体燃料の漏洩が生ずることがあることが明らかとなってきた。
 本発明は、従来技術が抱える上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、焼結機が設置されている建屋構造に拘らず、気体燃料供給装置から供給した気体燃料が外部に漏洩することのない焼結機の気体燃料供給装置を提供することにある。
 発明者らは、上記課題を解決するべく鋭意検討を重ねた。その結果、建屋の構造に左右されることなく、気体燃料供給装置に供給した気体燃料の外部への漏洩を確実に防止するには、特許文献9に開示された気体燃料供給装置のフード上部の幅方向に空隙率を有する渦抑制板を複数設置することが有効であること、さらに好ましくは、フードの両サイド下部とパレットのサイドウォールを取り囲む防風板を設置することが有効であることを見出し、本発明を開発するに至った。
 すなわち、本発明は、下方吸引式焼結機の点火炉下流で、循環移動するパレット上に形成された焼結原料の装入層内に、燃焼下限濃度以下に希釈した気体燃料を導入して焼結原料内の炭材とは分離して気体燃料を燃焼させる気体燃料供給装置であって、前記パレットとほぼ同じ幅と所定の長さを有して四方を取り囲んで装入層の上方に立設されたフードと、前記フード内の装入層上方位置に配設され、気体燃料をフード内の空気中に供給する気体燃料供給配管と、前記フード内かつ気体燃料供給配管の上方に、所定の幅を有する板材をフードの幅方向に所定の間隔を開けて複数列、かつ、高さ方向に所定の間隔を開けて交互に複数段、配設してなる邪魔板と、所定の空隙率を有する板材を前記フードの上部に幅方向に複数立設した渦抑制板を有することを特徴とする焼結機の気体燃料供給装置である。
 本発明の焼結機の気体燃料供給装置は、上記フードの下部とパレットのサイドウォールを取り囲む防風板をフードの両サイドに設けてなることを特徴とする。
 本発明の焼結機の気体燃料供給装置における上記渦抑制板は、空隙率が20~80%の板材であることを特徴とする。
 また本発明の焼結機の気体燃料供給装置における上記渦抑制板は、フードの幅方向に500~4000mmの間隔をもって立設されてなることを特徴とする。
 また、本発明の焼結機の気体燃料供給装置における上記渦抑制板は、幅が250~1000mmの板材であることを特徴とする。
 本発明によれば、気体燃料供給装置から供給した気体燃料の横風による装置外への漏洩を、建屋の構造に左右されることなく確実の防止することができるので、高品質の焼結鉱を安全かつ安定して製造することが可能となる。
焼結プロセスを説明する概要図である。 焼結進行に伴う装入層内の変化を説明する模式図である。 燃焼帯が装入層の上層部、中層部および下層部の各位置に存在しているときの温度分布と、装入層の幅方向断面内における焼結鉱の歩留り分布を説明する図である。 炭材量の変化(増量)による装入層内の温度変化を説明する図である。 気体燃料供給による焼結層内の温度分布の変化を説明する図である。 特許文献9に開示された気体燃料供給装置の模式図である。 解放構造の建屋内に設置された焼結機における気体燃料の漏洩をシミュレートした結果を示す図である。 焼結機に設置された気体燃料供給装置からの気体燃料の漏洩をシミュレートする際に用いた建屋の構造を説明する図である。 シミュレーションに用いた焼結機の仕様を説明する図である。 吹抜構造の建屋内に設置された焼結機における気体燃料の漏洩をシミュレートした結果を示す図である。 気体燃料の漏洩を防止する渦抑制板と暴風板を説明する図である。 渦抑制板と暴風板が気体燃料の漏洩を抑制する効果をシミュレートした結果を示す図である。 渦抑制板の気体燃料の漏洩を抑制する効果を説明する図である。 渦抑制板の空隙率が気体燃料の漏洩に及ぼす影響をシミュレートした結果を示す図である。 渦抑制板の設置間隔が気体燃料の漏洩に及ぼす影響をシミュレートした結果を示す図である。 渦抑制板の幅(高さ)が気体燃料の漏洩に及ぼす影響をシミュレートした結果を示す図である。 実施例に用いた気体燃料供給装置を説明する図である。
 以下、本発明の実施の形態について説明する。
 本発明を適用する対象となる焼結機は、下方吸引式の焼結機であり、かつ、焼結原料を焼結する際の熱源として、焼結原料中に添加されているコークス粉等の炭材の他に、点火炉の下流側において供給される気体燃料を用いるものである。上記気体燃料は、装入層の上方に設置された気体燃料供給装置から供給され、炭材とは異なる位置で燃焼することによって、焼結時の最高到達温度を1400℃超えとすることなく、1200℃以上の温度に保持される時間(高温域保持時間)を延長することが可能となる。
 上記気体燃料は、上記気体燃料供給装置において燃焼下限濃度以下に希釈され、あるいは、上記気体燃料供給装置から予め燃焼下限濃度以下に希釈された状態で供給されるため、例えば、図6に示した気体燃料供給装置のフード外に漏洩した場合、火災や爆発を起こすおそれはない。しかし、気体燃料の漏洩は、気体燃料添加効果を低下させるだけでなく、Bガス等、有害な一酸化炭素を含む気体燃料を使用する場合には、安全上の問題がある。そのため、気体燃料供給装置外への気体燃料の漏洩は確実に防止する必要がある。
 図7は、図8(a)に示したように、風上側の横壁面の下部が開放され、風下側の横壁がない、即ち、全面が開放状態にある構造(以降、「開放構造」という)の建屋内に設置された焼結機に対して横方向から横風が当たるときにおける、気体燃料供給装置から供給された気体燃料(都市ガス)のフード外への散逸状況を、風速が10m/s、20m/s、30m/sおよび50m/sの場合についてシミュレートした結果を示したものである。なお、図中に示した焼結機は、図9に示したように、パレット幅が4000mmで、そのパレットの上方に、高さが1500mmでその上端に開口率40%のフェンスを設置したフードを配設し、その内部中段に、断面がヘの字状の幅300mmの邪魔板を幅方向に400mmピッチ、高さ方向に200mmピッチの3段構成で設置し、その邪魔板の下方に都市ガスを供給する配管ノズルを幅方向に800mmピッチで6本設置した気体燃料供給装置を有するものである。また、ウインドボックス(風箱)で吸引するガス量のパレット幅方向分布は、同じく図9に示したように設定した。
 図7から、焼結機が設置された建屋が開放構造の場合には、風速30m/sまでは、都市ガスのフード外への漏洩はほとんどなく、風速50m/sになってようやく気体燃料の漏洩が始まることがわかる。通常、建屋内では、風速が50m/sになることはないので、開放構造の建屋では都市ガスの漏洩は起こらないと考えられる。
 一方、図10は、図8(b)に示したように、風上側および風下側の横壁面の上部が閉じられ、下部が開放された構造(以降、「吹抜構造」という)の建屋内に設置された焼結機に対して横方向から横風が当たるときの、気体燃料供給装置から供給された都市ガスのフード外への散逸状況を、風速が10m/sの場合についてシミュレートした結果を、図7に示した開放構造で風速が10m/s、30m/sおよび50m/sの結果と対比して示したものである。この図から、建屋が吹抜構造の場合には、横風の風速が10m/sでも、開放構造で風速50m/sのときを上まわる都市ガスの漏洩が起こっていることがわかる。
 すなわち、建屋が図8(a)のような開放構造である場合には、気体燃料の漏洩は問題となることはないが、図8(b)のような吹抜構造の場合には、気体燃料が漏洩するおそれがある。このように気体燃料の漏洩が起こる原因は、図10の最下段に示したガスの流速分布図からわかるように、開放構造では、風速50m/sでもフード内のガス流に大きな渦は認められていないが、吹抜構造では、風速10m/sで既に大きな渦流がフード内に発生していることによるものと考えられる。
 そこで、発明者らは、気体燃料の漏洩を引き起こす上記フード内の渦形成を抑制するフード構造について鋭意検討を重ねた。その結果、図11(a)に示したように、気体燃料供給装置のフード22の上部に、透過性を有する渦抑制板27を複数枚立設してやることが有効であることを見出した。
 図12(b)は、吹抜構造の建屋内に設置された焼結機に設けられた気体燃料供給装置のフード上部に、図11(a)に示した渦抑制板27を複数枚立設した場合において、風速10m/sの横風を受けたときにおける気体燃料の漏洩をシミュレートした結果を、前述した吹抜構造で風速10m/sの横風を受けたときのシミュレート結果(図10(d))と対比して示したものである。この2つの図から、渦抑制板27を設置してやることによって、吹抜構造においても気体燃料の漏洩を激減できることがわかる。
 ここで、上記渦抑制板の設置によって、気体燃料の漏洩が防止される理由について、発明者らは以下のように考えている。
 例えば、図13(a)に示したように、透過性を有しない1枚の立板に横風を当てた場合には、上記立板の下流側(裏面側)には立板の下側まで廻り込む大きな渦が形成され、横風によって立板裏面側の空気は広い範囲にわたって撹乱される。ここで、上記立板を本発明における気体燃料供給装置のフード上部に設けた渦抑制板と仮定すると、立板を設置しても、横風を受けた場合には、フード内の空気は大きく撹乱され、フード内に供給された気体燃料の漏洩が生じるおそれがあることを示している。また、立板の空隙率が大きく、空気が殆どそのまま透過する場合には、立板が存在しないときと同じとなるので、同様の結果となる。
 これに対して、図13(b)に示したように、適度の空隙率を有する(透過性のある)1枚の立板に横風が当る場合には、上記立板の裏面側に空隙部分を通して小さな空気の流れが生ずるため、立板の裏面側に形成される渦の形成が抑制される。さらに、図13(c)に示したように、適度の空隙率を有する(透過性のある)立板を複数枚併設した場合には、立板の裏面側における渦の形成がより抑制され、横風の影響が大幅に軽減される。すなわち、気体燃料供給装置のフード上部に、適度の透過性を有する立板を複数枚配設してやることにより、渦の形成を最小限に留め、横風による気体燃料の漏洩をほぼ確実に防止することが可能となる。
 上記渦抑制板は、空隙率が20~80%であることが好ましい。図14は、上記渦抑制板の空隙率を0%~100%の範囲で変えて気体燃料の漏洩をシミュレートした結果を示したものであり、上記範囲で漏洩量が少なくなっていることがわかる。好ましくは30~50%の範囲である。
 また、上記渦抑制板は、フードの幅方向に500~4000mmの間隔をもって立設されていることが好ましい。図15は、上記渦抑制板の間隔を、500~4000mmの範囲で変えて気体燃料の漏洩をシミュレートした結果を示したものであり、上記範囲で漏洩量が少なくなっていることがわかる。より好ましくは1000~2000mmの範囲である。
 また、上記渦抑制板は、1枚の板材の幅(高さ)が250~1000mmであるが好ましい。図16は、上記渦抑制板は、1枚の板材の幅が0~1000mmの範囲で変えて気体燃料の漏洩をシミュレートした結果を示したものであり、上記範囲で漏洩量が少なくなっていることがわかる。より好ましくは250~500mmの範囲である。
 また、発明者らは、気体燃料の漏洩をより確実に防止することができるフード構造についてさらに検討を重ねた。その結果、特許文献9に開示のフード下部に局部的に設けるシールカバー26に代えて、あるいは、上記シールカバー26に加えてさらに、図11(b)に示したように、フード22の両サイド下部に、フード下部とパレット8のサイドウォールを取り囲む防風板28を設置してやることが有効であることを見出した。
 図12(c)は、吹抜構造の建屋内に設置された焼結機の気体燃料供給装置のフード下部に図11(b)に示した防風板28を設置した場合、また、図12(d)は、図11(a)に示した渦抑制板27と上記防風板28を併設した場合のそれぞれにおいて、風速10m/sの横風を受けたときの気体燃料の漏洩をシミュレートした結果を示したものである。これらの図と前述した図12(a)および図12(b)との対比から、防風板28の設置によって、吹抜構造でも気体燃料の漏洩をある程度まで低減できること、そして、渦抑制板27と組み合わせて防風板28を設置した場合には、吹抜構造でも気体燃料の漏洩をほぼ完全に防止することができることがわかる。
 パレット幅が4500mm、有効機長が82mで、生産量が36万t/月の実機焼結機の点火炉下流側に、図17(a)に示したような、幅4500mm×長さ7500mmのフードを有する気体燃料供給装置を3台直列に配設し、気体燃料を供給する焼結操業を実施した。上記焼結機は、本発明でいう吹抜構造の建屋内にあり、焼結操業時においては、建屋外および焼結機の機側に風速計を、また、上記気体燃料供給装置の機側には気体燃料(メタン)の検出装置を設置し、50massppm以上の気体燃料の漏洩が検出されたときは、気体燃料の供給を非常停止するようにした。
 上記の条件で焼結操業を実施し、建屋外の風速が20m/sを超える時間帯において、上記基準を超える気体燃料の漏洩が起こった回数を測定したところ、2回/時間の頻度であった。
 次いで、図17(b)に示したように、気体燃料供給装置のフード上部に、図11に示した渦抑制板およびフード下部に防風板を設置して焼結操業を実施し、上記と同様の測定を行ったところ、50massppmを超える気体燃料の漏洩回数は皆無とすることができた。
 本発明の技術は、土木や建築分野におけるビル風の抑制等にも適用することができる。
 1:原料ホッパー          2:ドラムミキサー
 3:ロータリーキルン        4、5:サージホッパー
 6:ドラムフィーダー        7:切り出しシュート
 8:パレット            9:原料装入層(焼結ベッド)
 10:点火炉            11:ウインドボックス(風箱)
 12:カットオフプレート      21:気体燃料供給装置
 22:フード            23:気体燃料供給配管
 24:邪魔板            25:フェンス
 26:フード下部シール       27:渦抑制板
 28:防風板

Claims (5)

  1. 下方吸引式焼結機の点火炉下流で、循環移動するパレット上に形成された焼結原料の装入層内に、燃焼下限濃度以下に希釈した気体燃料を導入して焼結原料内の炭材とは分離して気体燃料を燃焼させる気体燃料供給装置であって、
    前記パレットとほぼ同じ幅と所定の長さを有して四方を取り囲んで装入層の上方に立設されたフードと、
    前記フード内の装入層上方位置に配設され、気体燃料をフード内の空気中に供給する気体燃料供給配管と、
    前記フード内かつ気体燃料供給配管の上方に、所定の幅を有する板材をフードの幅方向に所定の間隔を開けて複数列、かつ、高さ方向に所定の間隔を開けて交互に複数段、配設してなる邪魔板と、
    所定の空隙率を有する板材を前記フードの上部に幅方向に複数立設した渦抑制板を有することを特徴とする焼結機の気体燃料供給装置。
  2. 前記フードの下部とパレットのサイドウォールを取り囲む防風板をフードの両サイドに設けてなることを特徴とする請求項1に記載の焼結機の気体燃料供給装置。
  3. 前記渦抑制板は、空隙率が20~80%の板材であることを特徴とする請求項1または2に記載の焼結機の気体燃料供給装置。
  4. 前記渦抑制板は、フードの幅方向に500~4000mmの間隔をもって立設されてなることを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載の焼結機の気体燃料供給装置。
  5. 前記渦抑制板は、幅が250~1000mmの板材であることを特徴とする請求項1~4のいずれか1項に記載の焼結機の気体燃料供給装置。
     
     
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