JP2014173165A - 造粒又は整粒を行う製造装置及び製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で、適切な粒度分布を有する造粒物又は整粒物を製造する製造装置及び製造方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る造粒又は整粒を行う製造装置は、水平に対し傾斜して設置された円筒状の回転体と、回転体の長さ方向の端部の外側から、回転軸と平行な向きに回転体を見て、回転軸を中心として、回転体の最下点から回転体の回転方向に90度の扇形の範囲に、造粒又は整粒を行う原料を通過させる隙間を有する整粒部材が設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転体を用いて、造粒又は整粒を行う製造装置及び製造方法に関する。

従来より、回転体を用いて、造粒又は整粒を行う製造装置及び製造方法が知られている。

例えば、製鉄プロセスにおいては、原料である鉄鉱石や石炭が、溶銑を製造する高炉に装入される前に、造粒又は整粒が行われる。なお、以下では、造粒又は整粒前のものを原料と呼び、造粒後又は整粒後のものを造粒物又は整粒物と呼ぶ。

造粒プロセスにおいては、原料として、鉄鉱石のうち粒度の小さい粉鉱石が、石灰石系粉原料や他の副原料と混合され、ドラムミキサ等で水分を添加しながら、所定の粒径に造粒され、造粒物が生成される。造粒された粉鉱石は、焼結機で焼結され、焼結鉱として高炉で利用される。造粒物は、数ｍｍの核に、１ｍｍ以下の粉が付着したものであり、「擬似粒子」と呼ばれている。

近年の原料供給事情では、従来の粉鉱石（平均粒径1〜3ｍｍ程度）よりも粒径の小さい微粉鉱石（平均粒径40〜150μm程度）を使用する必要性が増しており、造粒処理の重要性が増している。

特許文献１には、造粒方法として、例えば、（１）：粒径の大きな粗粒鉱石の周囲に微粉鉱石を付着させて擬似粒子を製造する方法があり、具体的には、ドラムミキサに粗粒鉱石と微粉鉱石を混合した焼結原料を投入して水を散布しつつ造粒する方法、複数のディスクペレタイザに粗粒鉱石と微粉鉱石の混合物を投入すると共に、水分を添加して粗粒鉱石のまわりに微粉鉱石を付着させて擬似粒子を製造する方法、（２）：平均粒径＋１ｍｍの原料（核原料となる粗粒鉱石）をドラムミキサ内に直接投入し、平均粒径−１ｍｍの原料（付着原料となる粉鉱石）をミキサの軸方向に延びた搬送装置により投入しつつ散水して、ミキサが転動しているうちに微粉原料の付着が増加するようにした方法、（３）：１次ドラムミキサと２次ドラムミキサの２台のドラムミキサを使用し、１次と２次の間で事前造粒物を混合する方法があることが開示されている。

方法（１）の一例は、特許文献１の実施の形態に開示されている。また、方法（２）の一例は、特許文献２に開示されている。

特開２００３−１１３４２５号公報 特開平５−３３１５５９号公報

しかしながら、上記のような従来の造粒又は整粒を行う製造装置及び製造方法では、適切な粒度範囲の造粒物又は整粒物の生産性が不十分であるという問題がある。

本発明は、上記のような問題点に対してなされたものであり、簡易な構成で、適切な粒度分布の生成物を製造できる造粒又は整粒を行う製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記のような目的を達成するために、以下のような特徴を有している。
［１］水平に対し傾斜して設置された円筒状の回転体と、
前記回転体の長さ方向の端部の外側から、前記回転軸と平行な向きに前記回転体を見て、前記回転軸を中心として、前記回転体の最下点から前記回転体の回転方向に90度の扇形の範囲に、
造粒又は整粒を行う原料を通過させる隙間を有する整粒部材が設けられていることを特徴とする造粒又は整粒を行う製造装置。
［２］前記整粒部材は、櫛歯状又は格子状に形成された整粒板であることを特徴とする［１］に記載の造粒又は整粒を行う製造装置。
［３］前記整粒板は、櫛歯の隙間又は格子の隙間を２つ以上有することを特徴とする［２］に記載の造粒又は整粒を行う製造装置。
［４］前記製造装置は、円筒状の回転体を有するドラムミキサであり、
前記整粒部材の少なくとも一部は、回転体の円筒の下方の端面を基準として、前記回転体の長さの1/4〜3/4の間に設置されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の造粒又は整粒を行う［１］乃至［３］のいずれかに記載の製造装置。
［５］［１］乃至［４］のうちいずれかに記載の製造装置を用いて、造粒又は整粒を行うことを特徴とする製造方法。

本発明の実施の形態１に係る造粒又は整粒を行う製造装置の構成を示す図である。 本発明に係る整粒部材の設置範囲を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る整粒部材を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る整粒部材を示す図である。 本発明の実施の形態３に係る整粒部材を示す図である。 本発明の整粒部材を、ドラムミキサに設置した例を示す図である。 本発明の整粒部材を、ディスクペレタイザに設置した例を示す図である。 実施例における造粒物の粒度分布を示す図である。 実施例における製鉄材料の生産性を示す図である。

以下、添付した図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。

回転体を用いて造粒又は整粒を行う製造装置及び製造方法の一例として、製鉄原料の造粒又は整粒を行う製造装置及び製造方法がある。このような製造装置や製造方法としては、回転体を有するドラムミキサやディスクペレタイザといった装置が用いられている。

本発明者らは、回転体を有する造粒又は整粒を行う製造装置の一例として、ドラムミキサやディスクペレタイザを用いて、造粒又は整粒を行う製造装置の検討を行った。具体的には、原料として、粉鉱石、微粉鉱石、石灰石系粉原料、他の副原料を混合し、ドラムミキサ及びディスクペレタイザで水分を添加しながら造粒を行い、検討を行った。この結果、ドラムミキサ及びディスクペレタイザで製造された造粒物は、適切な強度及び粒度範囲の擬似粒子の割合が少なく、強度の弱い粗粒の割合が多いことを発見した。

このような粗粒は、後工程で用いられる焼結機で、通気性を悪化させる要因となる。ドラムミキサ及びディスクペレタイザ内を観察すると、上記のような粗粒の存在する位置には、特徴があることが分かった。そこで、本発明は、以下のように、粗粒が偏析する位置に、粗粒の整粒する整粒部材を設けることとした。

図１は、本発明の実施の形態１に係る造粒又は整粒を行う製造装置の構成を示す図である。実施の形態１に係る製造装置は、回転体１を備えている。回転体１は、円筒状に形成されている。図１は、回転体１の長さ方向の端部の外側から、回転軸と平行な向きに回転体１を見たときの粗粒の偏析位置を示している。

円筒状の回転体１は、水平に対し、傾斜して設置される。回転体１には、例えば焼結原料を製造する場合、粉鉱石、微粉鉱石、石灰石系粉原料、他の副原料といった粉状の原料が投入される。回転体１は、原料が投入された状態で、回転方向２に向って回転する。

回転体１の下方に堆積する原料は、回転体１が回転方向２に回転することによって、移動軌跡３に示すように移動する。すなわち、回転体１内の原料は、回転体１の最下点から回転方向２の側面に沿って上昇し、所定の高さまで上昇すると、重力によって、下方に落下する。これにより、原料が攪拌され、造粒又は整粒といった処理が行われる。

このような回転体１においては、図１に示すように、回転体１の長さ方向の端部の外側から、回転体１を回転軸と平行な方向に見た場合、斜線部分で示した領域４に、結合強度の弱い粗粒が多く存在する。また、原料の粒子層の厚み方向では、粗粒は、原料の粒子層の表層に浮き上がってくる性質がある。なお、「粗粒」とは、適正粒度範囲よりも粒径の大きい粒径の原料を示すものとする。

そこで、本発明では、このような粗粒の偏析位置に整粒部材を置き、粗粒を選択的に解砕して、造粒物を整粒化することとしている。

整粒部材は、造粒物の移動軌跡３上のうち、粗粒の偏析する位置に配される。具体的には、粗粒は、図２に示すように、回転体１の長さ方向外側から回転体１を、回転軸と平行な方向に見た場合に、回転軸Ｏを中心として、回転体１の最下点Ｐから、回転体１の回転方向２に向って９０度の扇形の設置範囲Ｗに設置することが好ましい。なお、整粒部材は、少なくとも一部が設置範囲Ｗ内に設置されていればよい。なお、粗粒は、粒子層の表層に浮いてくる性質があるため、整粒部材は、回転体１の側壁や、底面に接触させる必要はない。

結合強度の弱い粗粒は、整粒部材の非通過部に衝突して砕け、整粒化される。粗粒が砕けて整粒部材の隙間より小さくなると、整粒化された原料は、隙間を通過して、移動軌跡３に沿って移動する。

粗粒の偏析位置は、仕様や操業状態に応じて変化する。そのため、粗粒の偏析位置を、目視又はビデオカメラ、カメラなどによって撮像や、他の方法によって特定し、粗粒の最も多い場所に整粒部材を設置するように構成してもよい。

なお、整粒部材は、種々の構成とすることができる。以下に、整粒部材の具体例を示す。

［実施の形態１］
図３は、本発明の実施の形態１に係る整粒部材の構成例を示す図である。図３において、左図は、実施の形態１に係る整粒部材の正面図であり、右図は、正面図のＤ方向から整粒部材を見た図（第２部材１０ｂを含む断面）である。実施の形態１に係る整粒部材１０は、縦方向に延びる隙間（縦スリット）を有する櫛歯状の整粒板により構成されている。

整粒部材１０は、一方向に延在する第１部材１０ａと、第１部材１０ａから下方に延在する複数の第２部材１０ｂを有している。複数の第２部材１０ｂは、所定の間隔を置いて設けられている。隣接する第２部材１０ｂの隙間を１０ｃとする。

このように構成された整粒部材１０は、前述のように、回転体１の回転軸に対して垂直な断面から見た面において、回転体１の回転中心を中心として、回転体１の最下点Ｐから、回転体１の回転方向２に向って９０度までの扇形の設置範囲Ｗに設置される。また、整粒部材１０は、原料が櫛歯の隙間１０ｃを通り抜けることができるように設置される。

また、整粒部材１０は、回転体１の高さ方向において、第２部材１０ｂの少なくとも一部が、粗粒に接触する高さに設置される。なお、粗粒は、造粒物の上方に偏析するため、整粒部材１０は、原料の上方から所定の位置に設置することが好ましい。

具体的には、図６に示すように、本発明をドラムミキサに適用する場合には、原料が収容される回転体１の円筒の下方側の端面を基準とし、回転体１の全長Ｌの1/4〜3/4Ｌの設置範囲Ｖに、整粒部材１０の少なくとも一部（設置位置Ａ）を配置することが望ましい。このような範囲に整粒部材を設置することで、粗粒が形成された段階で解砕することができ、また、解砕された粒子が再度適切に造粒することができる。

第１部材１０ａから下方に延びる第２部材１０ｂは、原料を整粒部材１０の反対側に通過させない非通過部となる。隣接する第２部材１０ｂの隙間１０ｃから、造粒された原料が整粒部材１０の反対側に通過する。

粗粒は、回転体１の回転により、所定の速度で第２部材１０ｂに衝突し、砕ける。そして、粗粒は、隙間１０ｃの大きさより小さくなると、整粒部材１０の隙間１０ｃを通り抜けて、移動軌跡３に沿って移動する。

ここで、第２部材１０ｂの間隔、すなわち、隙間１０ｃの長さａは、製造する造粒物の最大径に応じて設定することが好ましい。例えば、１０ｍｍ以下の粒径の造粒物を製造したい場合には、隙間１０ｃの長さａを１０≦ａとすることが好ましい。また、第２部材１０ｂの幅ｂや、第２部材１０ｂの奥行きｃは、目詰まりの懸念を考慮すれば、薄い方が好ましい。これは、第２部材１０ｂの幅ｂや第２部材１０ｂの奥行きｃを薄くすれば、造粒物が付着する面積が小さくなるためである。ただし、第２部材１０ｂの幅ｂや第２部材１０ｂの奥行きｃは、造粒物との接触に耐えうるよう、所定の強度に設計する必要がある。

整粒部材１０の隙間１０ｃの数（若しくは、第２部材１０ｂの数）は、ドラムミキサ及びディスクペレタイザ等の仕様や操業条件に応じて設定すればよい。通常の仕様や操業方法であれば、整粒部材１０の隙間１０ｃの数は、２以上であることが好ましい。

なお、図３の例では、整粒部材１０の複数の隙間１０ｃの長さａや、第２部材１０ｂの幅ｂは、すべて同じ長さに設定されているが、複数の隙間１０ｃの長さａや、複数の第２部材１０ｂの幅ｂは、粗粒の種類や状態、ドラムミキサ及びディスクペレタイザの仕様や操業条件に応じて、異なるように構成してもよい。なお、整粒部材１０の高さｄ、幅ｅについては、任意の大きさに設計することができる。

［実施の形態２］
図４は、本発明の実施の形態２に係る整粒部材の構成例を示す図である。図４において、左図は、実施の形態２に係る整粒部材の正面図であり、右図は、正面図のＥ方向から整粒部材を見た図（第１部材１１ａを含む断面）である。実施の形態２に係る整粒部材１１は、横方向に延びる隙間（横スリット）を有する櫛歯状の整粒板により構成されている。

整粒部材１１は、回転体１の高さ方向に延びる第１部材１１ａと、第１部材１１ａから回転体１の径方向に延びる複数の第２部材１１ｂを有している。第２部材１１ｂは、第１部材１１ａを中心として、紙面の左右対称に延在している。

実施の形態２では、第１部材１１ａ及び第２部材１１ｂが、造粒物を整粒部材１０の反対側に通過させない非通過部となる。また、造粒された原料は、上下に隣接する第２部材１１ｂの隙間１１ｃを通って、整粒部材１１の反対側に通過する。

なお、整粒部材１１の設置範囲Ｗ、設置する高さ、及び、各部材や隙間の大きさ（ａ〜ｃ）、隙間の数については、実施の形態１と同様とすることができる。

［実施の形態３］
図５は、本発明の実施の形態３に係る整粒部材の構成例を示す図である。左図は、実施の形態３に係る整粒部材の正面図であり、右図は、正面図のＦ方向から整粒部材を見た図（第２部材１２ｂを含む断面）である。実施の形態３に係る整粒部材１２は、格子状に形成された整粒板である。実施の形態３に係る整粒部材１２は、一方向に延在する複数の第１部材１２ａと、第１部材１２ａと直交する複数の第２部材１２ｂを有している。第１部材１２ａと第２部材１２ｂによって囲まれた隙間１２ｃは、原料が通過する部分となる。図５の例では、隙間１２ｃは、長さａを有する正方形に形成されている。しかしながら、隙間１２ｃの形状は、長方形であってもよい。

次に、このように構成された整粒部材を、ドラムミキサ及びディスクペレタイザに設置した場合の例を説明する。

図６は、ドラムミキサに整粒部材を設置した例を示している。図６（ａ）は、図６（ｂ）の回転体１の長さ方向外側（Ｂの方向）から回転体１を、回転軸と平行な方向に見た図である。また、図６（ｂ）は、ドラムミキサの縦断面図である。

回転体１には、回転体１の軸方向に延びる支柱５が設けられている。支柱５には整粒部材を支持する支持部材６が設けられている。支持部材６は、回転体の外周に向かって延びるように設置されている。支持部材６の先端には、上記のような整粒部材１０、１１、１２のいずれかが設置されている。整粒部材１０、１１、１２は、造粒物が整粒部材１０、１１、１２の隙間を通過できる向きに設置される。

ここで、ドラムミキサ内の造粒物は、回転体１の内部を、螺旋状に移動する。具体的には、ドラムミキサ内の造粒物は、回転体１の内周に沿って回転体１の回転方向に回転しながら、回転体１の上方から下方に移動する。整粒部材１０、１１、１２は、造粒物が上方から下方に向って隙間を通過することができるよう、整粒板の面が回転体の円筒の端面と略平行になるように設置することができる。また、整粒部材１０、１１、１２は、造粒物が回転方向に向って隙間を通過することができるよう、整粒板の面が図６（ｂ）のドラムミキサの縦断面図と略平行となる向きに設置することができる。また、整粒部材１０、１１、１２は、整粒板の面が回転体の円筒の端面と略平行となる面と、ドラムミキサの縦断面図と略平行となる面を有するＬ字断面を有する部材として構成してもよい。

図７は、ディスクペレタイザに整粒部材を設置した例を示している。図７（ａ）は、図７（ｂ）の回転体１の長さ方向外側（Ｃの方向）から回転体１を、回転軸と平行な方向に見た図である。また、図７（ｂ）は、ディスクペレタイザの縦断面図である。ディスクペレタイザは、回転体１の上面が開放されている。ディスクペレタイザには、回転体１の開放面から、整粒部材がディスク底面に向けて下ろされている。これにより、整粒部材の隙間を、粒子が通過する。

隙間の数は、ドラムミキサやディスクペレタイザの仕様、操業条件によって変更することが望ましい。なお、通常の操業範囲であれば、効率的な解砕には、隙間の数は、２つ以上設定することが望ましい。

本発明によれば、粗粒の偏析位置に整粒部材を設置する。ここで、粗粒は、微粉が集合した結合強度の弱い付着粒子を有している。そのため、隙間を通過できない粗粒は、付着粒子が整粒部材の非通過部に衝突することで解砕される。解砕された粒子は、ドラム及びディスク内に留まり、再度造粒過程を経て、適切な粒度に調整される。

例えば、本発明を、焼結原料の造粒工程において使用されるドラムミキサあるいはディスクペレタイザに適用すれば、整粒部材によって粗粒を解砕し、簡便に造粒物を整粒化することができる。

なお、本発明は、上記のような実施の形態に限られるものではなく、種々の設計変更を行うことができる。

例えば、本発明は、回転体を用いた設備であれば、造粒装置以外であっても、整粒など様々な処理を行う製造装置及び製造方法に適用することができる。

また、整粒部材は、整粒板に限られず、板状以外の箱状、筒状に形成してもよい。また、整粒部材の隙間の形状は、矩形に限られず、円形やその他の形状であってもよい。また、整粒部材は、１つに限らず、複数設置するように構成してもよく、また、複数の形状の整粒部材を組み合わせて用いてもよい。

本発明の効果を確認するために、本実施の形態を適用した本発明例と、比較例を用いてディスクペレタイザを用いて造粒試験を行った。表１に、試験に用いたディスクペレタイザの仕様や運転条件を示す。また、造粒を行った原料の配合を、表２に示す。原料には、微粉鉱石が13mass%配合されている。

本発明例１として、ディスクペレタイザに、実施の形態１に係る整粒部材（縦スリット整粒板）を設置した。本発明例２として、ディスクペレタイザに、実施の形態２に係る整粒部材（横スリット整粒板）を設置した。また、本発明例３として、ディスクペレタイザに、実施の形態３に係る整粒部材（格子状整粒板）を設置した。それぞれの整粒板の仕様を、表３に示す。表３において、隙間長さａ、幅ｂ、奥行きｃ、縦寸法ｄ、横寸法ｅは、図３乃至５のａ〜ｅにそれぞれ対応している。

また、比較例１としては、ディスクペレタイザに整粒部材を設置しないで、造粒試験を行った。

各例において、サンプルを約２ｋｇ、３分毎に10回取り、サンプルの粒度分布を調べた。粒度分布の結果（10回の合算）を、図８に示す。

本発明例１乃至３では、比較例１に比べ、粗粒及び細粒ともに少なく、1〜4.75ｍｍの造粒物の割合が多いことが分かる。なお、適正範囲の粒度は、図８において、3〜8ｍｍ程度である。

また、造粒物を焼結した場合の生産性を図９に示す。図９では、比較例における造粒物の生産量を基準とし、比較例の生産性を１とした場合の本発明例１〜３の生産量を、生産性指数として評価した。発明例１乃至３は、比較例１に比べ、適正粒度の製鉄材料の生産性が向上していることが分かった。

このように、回転体を有する製造装置において、実施の形態１乃至３の整粒部材を設置することで、適切な粒度分布を有する造粒物を製造でき、造粒物の生産性を向上できることが分かった。

１ 回転体
２ 回転方向
３ 移動軌跡
４ 粗粒の偏析位置
５ 支柱
６ 支持部材
１０、１１、１２ 整粒部材
１０ａ、１１ａ、１２ａ 第１部材
１０ｂ、１１ｂ、１２ｂ 第２部材

Claims (5)

1. 水平に対し傾斜して設置された円筒状の回転体と、
   前記回転体の長さ方向の端部の外側から、前記回転軸と平行な向きに前記回転体を見て、前記回転軸を中心として、前記回転体の最下点から前記回転体の回転方向に90度の扇形の範囲に、
   造粒又は整粒を行う原料を通過させる隙間を有する整粒部材が設けられていることを特徴とする造粒又は整粒を行う製造装置。
2. 前記整粒部材は、櫛歯状又は格子状に形成された整粒板であることを特徴とする請求項１に記載の造粒又は整粒を行う製造装置。
3. 前記整粒板は、櫛歯の隙間又は格子の隙間を２つ以上有することを特徴とする請求項２に記載の造粒又は整粒を行う製造装置。
4. 前記製造装置は、円筒状の回転体を有するドラムミキサであり、
   前記整粒部材の少なくとも一部は、回転体の円筒の下方の端面を基準として、前記回転体の長さの1/4〜3/4の間に設置されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の造粒又は整粒を行う製造装置。
5. 請求項１乃至４のうちいずれかに記載の製造装置を用いて、造粒又は整粒を行うことを特徴とする製造方法。

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