JP4006022B2 - 高温ブリケット状海綿鉄を冷却する方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、高温ブリケット状海綿鉄（hot briquetted sponge iron）を冷却する方法、および該方法を実施するための装置に関する。
高温ブリケット状海綿鉄の安全でかつ経済的に妥当な輸送および貯蔵のために、前記高温ブリケット状海綿鉄は、製造後可能な限り迅速に冷却しなければならない。
例えば、シンターあるいはペレット等の高温となった燃焼状態の物質を冷却するために、高温物質をシャフト状冷却器（shaft cooler）内に配置し、該シャフト状冷却器内に冷却用空気を対向流で流して冷却するものが知られている（AT-B-358.617）。例えば７０℃〜８０℃の範囲といった所望の最終温度まで前記物質を効果的に冷却するために、大量の冷却用空気をシャフト状冷却器を通過させて吹き付けることが必要となるが、そのためには大きなエネルギー入力が必要とされる。さらに、特に前記物質の粒径が微小な場合には、空気の高速な流れにより、シャフト状冷却器内を浮遊して冷却用空気に沿って流れてしまう物質が増加させられることになる。
DE-C-29 35 707明細書には、高温ブリケット状海綿鉄を冷却（quenching）タンク内に入れて、その高温ブリケット状海綿鉄を所望の最終温度まで冷却するものが開示されている。さらに、このDE-C-29 35 707明細書には、冷却タンクの代わりに空気による冷却を用いることもできると記載されている。
さらに、DE-C-29 28 501明細書およびDE-C-26 25 223明細書には、高温ブリケット状海綿鉄をコンベアベルトを用いて冷却タンクを通過させ、５５０〜７００℃の温度から約８０〜９０℃まで冷却させるものが開示されている。前記ブリケット状海綿鉄を冷却タンクから取り出した後に、このブリケット状海綿鉄は、自身の余熱により乾燥させられる。
このように既知とされた浸漬による水冷は、高温ブリケット状海綿鉄の輸送用の機械的部材が、これら部材を激しく劣化させるような、固体、二酸化炭素、および懸濁物質を多く含んだ高温水、あるいは周囲の空気に繰り返し接触させられることになる、といった欠点を有する。非常に高温とされたブリケット状海綿鉄が冷却水に接触した場合、水性ガス反応が起こりやすくなる。さらに、水による冷却は、高温の領域において顕著に発生するライデンフロスト現象によって、あまり効率的でなくなる。水蒸気により形成されるブリケット状海綿鉄の表面上の断熱層は、高温領域における熱輸送を強く阻害する。さらに、生産物の品質は、依然高温とされたブリケット状海綿鉄が冷却水と接触するため、該ブリケット状海綿鉄から物質が削り取られることによって劣化させられることになる。結果として、非常に大量な微小物質が付着することになり、このことは、コンベア用設備等の機械的に動作する部材の機能を損なうことになり、しばしはブリケット状海綿鉄の後工程においても好ましいことではない。
さらに、DE-C-29 28 501明細書には、ブリケットストリップ（briquet strip）がコンベア上に載置され、該ブリケットストリップに液体を吹き付けて、２５０〜３５０℃の温度領域にまで冷却するものが開示されている。これも、上述した欠点、すなわち、水生ガス反応、ライデンフロスト現象の発生、およびそれによる不均一で不充分な冷却、並びに熱応力、それによる剥離等の欠点を有している。
本発明は、これらの欠点および困難性を回避することをねらいとし、冷却手段の能力を最適に利用してトラブルのない冷却工程を可能とする、上述した如き方法および該方法を実施する装置を提供することを目的とする。
日本国平成６年第３１６７１８号公開公報には、第一冷却段階で冷却水を噴霧し、第二冷却段階で水を用いてさらに急速な冷却を行うブリケット状鉄の冷却が記載されている。さらに、水を噴霧する代わりにガスによる第一冷却が記載されており、該ガス冷却は、冷却速度が噴霧による冷却と同じとなるように設定されている。第二冷却段階として、水を用いたさらに急速な冷却行程が設けられている。さらに、この明細暑中には、不活性ガスにより冷却し、そして水の噴霧により冷却することにより、最終的に水冷却よりもずっと急速に冷却することができるということが第一の効果であると記載されている。
本発明によれば、殊に、特に有効な方法を用いることにより、従来の方法に比べて冷却剤を節約することを可能とする。冷却時における微小粒子の形成（for-mation）を可能な限り回避することになり、ブリケット状海綿鉄は、高品質を示すようになる。前記方法を実施するための装置にはわずかな劣化しか生じないことになり、該装置を長寿命化することができる。
本発明によって、その目的は、以下に示す特徴的な構成要素の組み合わせによって達成される。
・高温ブリケット状海綿鉄は、ストリップ形状で複数層に、好ましくは約２００ｍｍの高さに配置される。
・高温ブリケット状海綿鉄は、第一冷却段階において、好ましくは冷却用空気とされたガス状の冷却媒体のみを通過し、ゆっくりと冷却される。
・その上で、第二冷却段階において、ブリケット状海綿鉄には、好ましくは冷却水とされた液体冷却媒体が噴霧され、浸漬冷却をせずに所望の最終温度まで急冷させられる。
上記方法において、ブリケット状海綿鉄は、海綿鉄と冷却媒体との間の特に強い接触が可能となるように、好ましくは第二冷却段階中に、ガス状冷却媒体を追加的に通過するようにされる。
好ましくは、高温ブリケット状海綿鉄は、第一冷却段階中に、少なくとも高温ブリケット状海綿鉄の温度の半分の温度まで、好ましくはこの温度以下まで冷却される。主として、ライデンフロスト現象の発生並びに断熱効果の度合いは、高温よりもより低い温度でより実質的に小さくなるので、これにより液体冷却媒体を効率的に使用することができる。
好ましくは、第一冷却段階は、第二冷却段階よりも長い時間実施され、好ましくは全体の冷却期間の６０％よりも長時間とされる。
ガス状冷却媒体と海綿鉄との間の特に良好な接触を得るために、ガス状冷却媒体の供給は、好ましい実施形態によれば、吹き付けたり（pressing）、吸引したりして行われる。
液体冷却媒体をブリケット状海綿鉄に供給する好ましい形態は、ノズルを介して空気流に液体冷却媒体を噴出させることである。また、前記海綿鉄の表面上で形成される水蒸気によって引き起こされる断熱効果を十分に回避することが可能となる。
冷却用空気中のゴミの堆積を減じるため、および装置の劣化防止のため、第一冷却段階の前に、排気換気装置によってゴミの収集が行われる。
前記方法を実施するための装置は、以下の特徴的な構成要素の組み合わせからなる。それは、
・ブリケット状海綿鉄の装置内の移動を可能とするブリケット状海綿鉄用のガス透過性支持部材と、
・前記支持部材を少なくとも部分的に取り囲むとともに、ブリケット状海綿鉄に対しガス状冷却媒体を供給するよう構成されたガス誘導手段と、
・ブリケット状海綿鉄に液体冷却媒体を噴霧する各スプレーノズルとを備え、
前記各スプレーノズルは、前記海綿鉄を輸送する前記支持部材の移動方向に見た場合における浸漬冷却装置を備えていない装置の後半部分にのみ配置されていることを特徴とする。
好ましい装置の実施形態として、前記支持部材は、上面に高温ブリケット状海綿鉄が載置される、プレート状ベルトのような無端状のコンベアベルトを備えていることを特徴とする。
他の好ましい実施形態として、前記海綿鉄用の前記支持部材は、ロータリクーラとして構成される格子を備えている。
好ましくは、前記ガス誘導手段は、前記スプレーノズルが配された領域まで延長して設けられている。
好ましくは、前記海綿鉄が載置される前記支持部材は、該海綿鉄を載置した後であって、かつ前記ガス誘導手段に入る前にゴミ除去手段を通過するようにされる。
液体冷却媒体の供給用には、単一構成要素型（mone-component）あるいは二構成要素型（two-component）のいずれかのノズルが用いられ、二構成要素型ノズルの場合、液体およびガス状の双方の冷却媒体が、ブリケット状海綿鉄に供給されるようになっている。
以下、本発明は、図面を用いてさらに詳細に説明される。ここで、図１は、本発明による冷却装置の概略側面図であり、図２は、主要温度の変化を冷却経路の長さに対応させて示した図であり、図３は、本発明による冷却装置の構造的な配置を示した側面図である。
図１に示した実施形態によれば、冷却装置は、連続的かつ均一的に駆動されるプレート状ベルトのような無端状コンベアベルト１を備え、このベルト１の上面２は、高温ブリケット状海綿鉄３を支持するようになっている。この海綿鉄３は、ガス透過性を有する無端状コンベアベルト１上に、例えば約２００ｍｍの層高さ４を有し、かつ例えば約１０００ｍｍといった前記ベルトの幅に対応した幅を有したストリップ状で供給される。海綿鉄３の供給は、可能な限り均一な海綿鉄ストリップ９を形成するように複数層に配された供給用シュート５により行われる。
海綿鉄３が矢印６方向に無端状コンベアベルト１により運搬されて移動するときに、海綿鉄は、第一に、脱ゴミ領域７を通過するよう導かれる。この脱ゴミ領域７は、ゴミ排出換気装置８に接続され、かつ海綿鉄ストリップ９を覆うフード１０を備えている。脱ゴミ領域において、例えばブリケット体の表面といった、海綿鉄粒子の表面に付着している微小物質が吸引・排除される。
その後、海綿鉄ストリップ９は、空気冷却領域１１を通過するよう移動させられる。この空気冷却領域１１において、無端状コンベアベルト１に載置されているときには５８０〜７２０℃の範囲の温度Ｔ_Aを有する高温海綿鉄３は、もっぱら冷却用空気によって約３５０℃まで冷却される。図１では、この冷却用空気は、海綿鉄ストリップ９を下方から吹き付けている。冷却用空気は、コンプレッサー１２によって圧縮され、空気誘導手段１３を介して海綿鉄ストリップ９を通過して流れるようにベルト上面２に供給される。
空気冷却装置は、必要な遮断装置と制御手段を有し、詳細に図示されていないが、吸音装置と、体積流量制御手段と、集合・分配する流路と、を備えている。
ベルト上面２を大体三分割したうちの三番目の領域には、水冷却領域１４が設けられている。この水冷却領域において、海綿鉄３は、噴霧水によって表面温度が約８５℃まで急冷される。水の噴霧は、分配装置１５を介して複数のスプレーノズル１６を通過して行われる。これらスプレーノズル１６は、単一構成要素型ノズルあるいは二構成要素型ノズルのいずれかで構成されている。二構成要素型ノズルを採用した場合、処理済みの水と圧縮空気とが共に供給されることになる。
図１に示した実施形態によれば、冷却用空気による付加的な冷却効果が水冷却領域１４で得られるように、空気供給源は、水冷却領域１４まで延長されている。
吹き付けられて高温海綿鉄３を通過した空気および発生する蒸気は、排気フード１７に集められ、図示しない浄化装置を備えた排気換気装置を介して排出される。
海綿鉄３が無端状コンベアベルト１から離間し、さらに排出シュート１８を介して運ばれた後、海綿鉄３は自身の余熱により乾燥される。
図２よれば、本発明による冷却方法の特有の優れた効果が明らかにされる。冷却装置の長さにわたる海綿鉄３の表面における温度変化は、実線Ｉにより示される。海綿鉄３が、空気のみを使用する空気冷却領域１１において、ゆっくりと徐々に冷却されていることが分かる。海綿鉄３が空気冷却のみによって、初期温度Ｔ_Aの約半分の温度あるいはそれより低い温度に到達したときにのみ、本発明では、水による冷却が行われる。この水冷却は、空気による冷却に比べて、比較的激しく、強い冷却となる。したがって、Ｔ_Eで示す海綿鉄３の最終温度には、比較的短い冷却時間で到達する。
ベルト上面２の全長にわたって空気冷却のみにより生じる温度変化は、図２の破線IIで示したものとなる。この場合によって得られる海綿鉄の最終温度Ｔ’_Eは、本発明によって得られる最終温度Ｔ_Eよりも明らかに高い温度となる。空気冷却のみによって本発明による最終温度Ｔ_Eが得られるようにするためには、装置の長さを実質的に延長し、及び／又は、空気流量を実質的に増加させなければならず、さらに海綿鉄ストリップ９の層高さ４を、したがって流量比（specific flow rate）を減少させなければならないことになる。
初期領域において海綿鉄３が液体冷却媒体、すなわち冷却水のみによって噴霧冷却された場合の、該海綿鉄３の冷却により生じる冷却曲線は、図２における一点鎖線IIIによって示される。最初は、空気による冷却よりも急激な冷却が得られるが、ある程度助長されたライデンフロスト現象の発生により、本発明で得られる程の冷却効果は得られない。すなわち、液体冷却媒体のみを用いて得られる最終温度Ｔ”_Eは、本発明により得られる最終温度Ｔ_Eよりも高い温度となる。したがって、この場合も、冷却装置は、その長さを延長しなければならず、しかも海綿鉄を長い時間冷却媒体にさらさなければならないことになる。
さらに、高い温度領域Ｔ_Aでの海綿鉄の急激な冷却は、海綿鉄の剥離を導き、かつ許容されない量の微小部分の形成を招くため、水性ガス反応による危険性と品質劣化のおそれがある。
本発明は、例示の図示した実施形態に限定されないが、種々の改良を施すことができる。例えば、無端状コンベアベルト１をガス透過性を有する格子を備え、ゆっくりと回転するロータリクーラに置換することができる。この格子が回転している間に、格子上に載置された海綿鉄は、例えば２６０℃まで、冷却用空気により冷却され、続いて冷却水により冷却される。さらに、空気による冷却を空気冷却領域１１のみに配し、そして該領域に連続して配された水冷却領域１４では専ら単一構成要素型あるいは二構成要素型ノズルのみを作動させるようにすることもできる。冷却用空気は、吸引あるいは吹き付けにより、底部あるいは上部からベルト状海綿鉄用９を通過させることができる。

Claims (19)

1. ・高温ブリケット状海綿鉄（３）は、ストリップ形状で複数層に配置され、
   ・該高温ブリケット状海綿鉄（３）に、ガス状冷却媒体のみを通過させ、ゆっくりと冷却する第一冷却段階と、
   ・その上で、前記ブリケット状海綿鉄（３）に、液体冷却媒体を噴霧し、浸清冷却をせずに所望の最終温度（Ｔ_E）まで冷却する第二冷却段階と、
   の組み合わせからなることを特徴とする高温ブリケット状海綿鉄（３）の冷却方法。
2. 前記第二冷却段階中に、前記高温ブリケット状海綿鉄（３）に、ガス状冷却媒体が追加的に通過するようにしたことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記高温ブリケット状海綿鉄（３）は、前記第一冷却段階中に、少なくとも高温ブリケット状海綿鉄の温度（Ｔ_A）の半分の温度まで冷却されることを特徴とする請求項１または請求項２記載の方法。
4. 前記第一冷却段階は、前記第二冷却段階よりも長時間実施されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の方法。
5. ガス冷却媒体の供給は、吹き付けるか、あるいは吸引することによって行われることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の方法。
6. 液体冷却媒体の供給は、各ノズルを通過する空気流中に該液体冷却媒体を噴出することにより行うことを特徴とする請求項２から請求項５のいずれかに記載の方法。
7. ゴミの収集が排気換気装置によって前記第一冷却段階の前に行われることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の方法。
8. 請求項１から請求項７のいずれかに記載の方法を実施するための装置であって、
   ・ブリケット状海綿鉄（３）の該装置内の移動を可能とする該ブリケット状海綿鉄（３）用のガス透過性支持部材（２）と、
   ・前記支持部材（２）を少なくとも部分的に取り囲むとともに、前記ブリケット状海綿鉄（３）に対しガス状冷却媒体を供給するよう構成されたガス誘導手段（１３，１７）と、
   ・ブリケット状海綿鉄（３）に液体冷却媒体を噴霧する複数のスプレーノズル（１６）とを備え、
   ・前記各スプレーノズル（１６）は、前記海綿鉄（３）を搬送する前記支持部材（２）の移動方向に見た場合における浸漬冷却装置を備えていない装置の後半部分にのみ配置されていることを特徴とする装置。
9. 前記支持部材は、ベルト上面（２）に高温ブリケット状海綿鉄（３）が載置される、プレート状ベルトのような無端状コンベアベルト（１）を備えていることを特徴とする請求項８記載の装置。
10. 前記支持部材（２）は、ロータリクーラとして構成された格子を備えていることを特徴とする請求項８記載の装置。
11. 前記ガス誘導手段（１３，１７）は、前記各スプレーノズル（１６）の領域まで延長して設けられていることを特徴とする請求項８から請求項１０のいずれかに記載の装置。
12. 前記海綿鉄（３）が載置される前記支持部材（２）は、該海綿鉄（３）を載置した後であって、かつ前記ガス誘導手段（１３，１７）に入る前にゴミ除去手段（８，１０）を通過するようにされていることを特徴とする請求項８から請求項１１のいずれかに記載の装置。
13. 前記液体冷却媒体の供給用として、複数の単一構成要素型のノズル（１６）が用いられていることを特徴とする請求項８から請求項１２のいずれかに記載の装置。
14. 前記液体冷却媒体の供給用として、複数の二構成要素型のノズル（１６）が用いられ、これらノズルを通して液体冷却媒体およびガス状冷却媒体が前記海綿鉄（３）に向けて供給可能とされていることを特徴とする請求項８から請求項１３のいずれかに記載の装置。
15. 前記高温ブリケット状海綿鉄（３）は、ストリップ形状で複数層に２００ｍｍの高さに配置されることを特徴とする請求項１記載の方法。
16. 前記第一冷却段階では、前記高温ブリケット状海綿鉄（３）に、冷却用空気とされたガス状冷却媒体のみを通過させることを特徴とする請求項１記載の方法。
17. 前記第二冷却段階では、前記ブリケット状海綿鉄（３）に、冷却水とされた液体冷却媒体を噴霧することを特徴とする請求項１記載の方法。
18. 前記高温ブリケット状海綿鉄（３）は、前記第一冷却段階中に、高温ブリケット状海綿鉄の温度（Ｔ _A ）よりも低く冷却されることを特徴とする請求項３記載の方法。
19. 前記第一冷却段階は、全冷却時間の６０％よりも長い時間実施されることを特徴とする請求項４記載の方法。

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