JP4946120B2 - 高炉原料の乾燥予熱装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、鉄鉱石、コークス等の高炉装入原料の乾燥予熱装置に関し、高炉原料を予熱、乾燥するための高炉原料の乾燥予熱装置およびその制御方法に関する。

高炉では、鉄鉱石、コークス、造滓剤を原料として炉頂から炉内へ装入し、炉下部から高温空気あるいは酸素を富化した高温空気を炉内へ吹き込むことによりコークスを燃焼し、この燃焼により発生する熱とＣＯガスを利用して鉄鉱石の還元、溶融を行うことで、溶銑を製造している。炉頂から装入される原料は数ｍｍから数十ｍｍの粒状に調整されて、炉内へ装入されるので、炉下部でコークスの燃焼によって発生する燃焼ガスは炉内に充填された粒状の原料の間隙を炉頂へ向けて上昇することになる。

原料への熱供給は主としてこの燃焼ガスからの伝熱により行われるために、炉内における燃焼ガスの流れが適正な状態でないと、原料の昇温が不安定となり、鉄鉱石の還元、溶融に支障をきたすことになる。

したがって、炉内のガス流を適正なものとするために、炉頂における原料の炉内装入時に、炉内の適正な位置へ適正な粒度の原料を装入するための、炉頂装入装置や炉頂装入方法の開発が鋭意進められている。

しかしながら、このような原料装入装置や方法の工夫を精緻に行っていても、原料そのものに粉が混入してしまうと、炉内への粉原料の装入は回避できず、上記したガス流の適正化は困難となってしまう。

高炉で使用される原料には、焼結機やコークス炉において製造されて粒度調整後直接、高炉の原料槽へ送られてくる原料と、製造後一旦ヤードと呼ばれる露天の保管場所にて保管された後に、改めてこれを回収して高炉原料槽へ送られてくる原料、さらには、鉄鉱石の中には、工場に入荷後に粒状のままヤードに保管され、これを回収して粒度調整後に高炉の原料槽へ送られてくる原料もある。これらの原料のうち、ヤードで保管された後に高炉原料槽へ送られてくるものについては、ヤード保管時に雨水等による湿潤が進むことが避けられず、水分含有量が数ｍａｓｓ％となり、中には水分含有量が１０ｍａｓｓ％を超えるような原料もある。

こうした水分量の多い原料では、原料の粒子に粉原料が水分によって付着しているため、篩等により粒度調整をおこなっても粉原料が除去できない場合が生じる。また、このような水分を含んだ粉原料は篩の網そのものにも付着しやすいため、篩の目詰まりの原因となり、その結果さらに原料の篩分けが困難になるという問題がある。

篩により粒原料から除去しきれなかった粉原料は粒原料に付着したまま炉頂へ運ばれて炉内へ装入されると、炉内の熱により乾燥されて粒原料の表面から離脱するので、炉内の原料の間隙を流れ、場合によっては原料同士の間隙に粒原料が溜まって炉内のガス流を阻害するといった現象を引き起こすこともある。

したがって、高炉原料に付着する粉原料を除去する技術は、高炉炉内への原料装入技術と同等に重要な技術であるといえる。

従来、高炉の原料を予熱する、という観点で、特許文献１において、高炉原料の秤量前に、高炉ドライピット、冶金用加熱炉その他の熱風発生源から排出される雰囲気ガスもしくは排ガスを回収し、そのガス熱量を高炉原料に与える高炉原料の恒湿温間装入方法、が提案されている。これは、高炉原料に付着している水分を、その秤量前に加熱してできるだけ除去し、原料中の水分を一定量とし、高炉原料の秤量を正確に行うことを目的としているものである。
特開昭５３-１４１１１７号公報

特許文献１に記載の技術を用いれば、高炉原料を高炉装入前に加熱して乾燥させることができ、高炉炉内へ投入される水分量を低減することで、高炉操業において炉内へ投入される熱量を低減することが可能となる。しかしながら、この技術は高炉原料の乾燥により含水率を低減させて秤量を正確に行なうことを目的とするものであり、付着していた粉原料も粒原料と一緒に秤量されて高炉炉内へ装入されてしまうため、高炉炉内における粉原料による目詰まりの発生を防ぐことはできないと考えられる。つまり、高炉操業において炉内へ投入される熱量を低減することはできるが、炉内へ装入される粉原料を低減するという目的には効果がないものである。

また、特許文献１に開示された技術では、鉱石リザービングホッパーやコークス秤量ホッパー内へ排ガスを吹き込むことで鉱石やコークス等の高炉原料を除湿乾燥することができるとしているが、現実的には、特許文献１の図２に記載されているようにホッパー下方からノズルを介してホッパー内へ排ガスを吹き込むと、ホッパー内の排ガスの排気装置の排気口がホッパー上部にある場合であっても、吹き込まれた排ガスは通気抵抗の低い方へ流れることとなり、ホッパーの上方へ流れるよりも、より経路の短いホッパー下部のフィーダー側へ流れることが予測され、排ガスがホッパー下部から放散されてしまう。これを避けるために排ガスの吹き込み口をホッパーの高いレベルに設けることも考えられるが、その場合は原料を除湿乾燥するために必要な時間が十分に取れないため、加熱ガス（排ガス）の有する熱量を有効に活用することができないという問題が生じる。

したがって本発明は、このような従来技術の課題を解決し、高炉原料の乾燥、予熱を安価な方法で実施可能とすると共に、高炉操業において炉内へ投入される熱量を低減し、高炉への粉原料の持込量を低減することで炉内のガス流を適正なものとし、これにより高炉の安定操業を達成する高炉原料の乾燥予熱装置およびその制御方法を提供することを目的とする。また、本発明の他の目的は、高炉原料の乾燥に用いる加熱ガスの有する熱量を有効に活用することのできる、高炉原料の乾燥予熱装置およびその制御方法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）ホッパーの側壁に加熱ガスを前記ホッパー内に供給する送気口を備える、高炉の原料を貯蔵する前記ホッパーと、前記ホッパーの下方に該ホッパーから排出された前記原料を篩分けする篩設備と、該ホッパー内の原料を下方に排出するフィーダーと、送気口から加熱ガスを前記ホッパー内へ供給する送気装置と、前記ホッパー内のガスを吸引して除塵する排気装置と、前記ホッパーの上部に位置し、前記ホッパー上部の圧力を負圧にする原料の装入口の蓋と、前記送気口位置での前記ホッパー内の圧力を測定する圧力計と、該圧力計の計測値に応じて前記流調弁の開度を調整する制御装置を備える高炉原料の乾燥予熱装置であって、
前記送気装置が前記加熱ガスを昇圧する導入ファンと、該導入ファンにより昇圧された加熱ガスの送気口への供給量を調整する流調弁とを有する高炉原料の乾燥予熱装置を用いて、
圧力計の計測値が大気圧±５００Ｐａとなるように、流調弁の開度を調整することを特徴とする高炉原料の乾燥予熱装置の制御方法。

本発明によれば、高炉原料からの水分の除去が容易となり、篩分けによる粉原料除去が確実に行える上に、湿った粉原料が篩に付着して篩の目詰まりを起こすことを回避できるため、篩の管理が容易となるという効果がある。

そして、その結果、高炉内に投入する熱量を低減でき、高炉への粉原料の持込量が減少するので、炉内のガス流を適正化して、高炉の操業安定にも大きく寄与することができる。

また、ホッパー内で加熱ガスをホッパーの下部から上部へ強制的に流すことができるので、加熱ガスから高炉原料への熱伝達を効率的に行なうことができ、加熱ガスの有する熱量を有効に活用することができる。

本発明では、高炉の原料を貯蔵するホッパーとして、ホッパーの側壁に加熱ガスをホッパー内に供給する送気口と、ホッパーの下方にホッパーから排出された原料を篩分けする篩設備とを有するものを用いている。送気口からホッパー内の原料を乾燥・予熱するための加熱ガスを導入し、乾燥・予熱された原料をホッパーから排出する際に篩い分けを行なうことで、粉原料が除去された原料を高炉に装入することが可能となる。

上記のホッパーを用いた高炉原料の乾燥予熱装置の一実施形態を図１を用いて説明する。

高炉原料の乾燥予熱装置は、ホッパーの側壁に加熱ガスをホッパー内に供給する送気口と、ホッパーの下方にホッパーから排出された原料を篩分けする篩設備とを有する上記のホッパーが、さらに、ホッパー内の原料を下方に排出するフィーダーと、送気口から加熱ガスをホッパー内へ供給する送気装置と、ホッパー内のガスを吸引して除塵する排気装置とを有し、送気装置が加熱ガスを昇圧する導入ファンと、導入ファンにより昇圧された加熱ガスの送気口への供給量を調整する流調弁とを有し、ホッパーの上部に位置する原料の装入口の蓋と、送気口位置でのホッパー内の圧力を測定する圧力計とを有し、圧力計の計測値に応じて流調弁の開度を調整する制御装置を有している。図１においては、貯鉱槽１と貯骸槽２とが、高炉原料の乾燥予熱装置の原料を貯蔵するホッパーに該当する。３がフィーダー、４が篩設備であるスクリーン、８が送気装置、１５が排気装置であり、高炉へ供給する鉱石を鉱石銘柄毎に貯留する貯鉱槽１と、高炉へ供給するコークスを貯留する貯骸槽２へ加熱ガスを供給する例を示している。通常貯鉱槽１、貯骸槽２はそれぞれ複数のホッパーで形成される。貯鉱槽１では、焼結鉱、生鉱石（鉄鉱石として掘削され篩分けにより粒度を調整された鉱石、或いはそのような鉱石を適切な比率に配合した鉱石。通常鉱石類の銘柄毎に別ホッパーとする。）、副原料（石灰石や蛇紋岩等造滓材）等毎にホッパーを分けて、それぞれ所定の比率でホッパーから排出されて混合原料として高炉内へ装入される。貯骸槽２では通常同種のコークスが複数のホッパーに貯留されて各ホッパーから同時に排出して所定量を計量する。図１において貯骸槽２のホッパーの下方にフィーダー３が設けられ、ここで排出されたコークスはスクリーン４を経由して粗粒はコンベアで運搬されてコークスの計量ホッパー５へ送られる。スクリーンの篩下粉は粉シュート６を介して粉コークスホッパー７へ集められ、系外へ搬出される。

図１では簡単のために貯鉱槽の排出系統は省略しているが、こちらでも、ホッパー下方のフィーダーで排出された鉱石類がスクリーンを介して粗粒と粉に分けられて粗粒はコンベアにより計量ホッパーへ運ばれ、粉は粉鉱石ホッパーに回収される。

加熱ガスをホッパー内へ供給する送気装置８は、加熱ガスを昇圧する昇圧ファン（導入ファン）９と、ホッパー内へ加熱ガスを送気する送気配管１０を有している。送気配管の先端部分は送気口１１を形成する。１３は熱風発生源、１４は流調弁である。熱風発生源１３で発生させた加熱ガスを導入ファン９によって昇圧し各貯鉱槽１、貯骸槽２の側壁へ設けた送気口１１からホッパー内へ送気する。図１に示すように各送気口１１毎に流調弁１４を設置しておくと、一つの送気装置で複数の貯鉱槽１、貯骸槽２へ同時に加熱ガスを供給するときに、それぞれの送気量を調整でき、好適である。また、図１では各ホッパーの送気口１１を１個ずつ記載しているが、それぞれのホッパーに複数個の送気口を設けても良い。その場合にも各送気口毎に流調弁を設けておくと、ホッパー内での加熱ガスの流れを均等に調整することが容易となり、好適である。

ホッパー内のガスを吸引して除塵する排気装置１５は、ホッパー内のガスを吸引する吸引配管１６と、集塵器１７と、吸引ファン１８とを有している。吸引配管１６は排気口１９でホッパーと接続されている。各ホッパー（貯鉱槽１、貯骸槽２）の上部には、排気口１９が設けられ、集塵器１７を介して吸引ファン１８によって排気される。このようにすることで、ホッパーの送気口１１から送気された加熱ガスがホッパー内を上昇して排気口１９から排出されるガスの流れが形成され、加熱ガスによるホッパー内の鉱石類、コークスの加熱、乾燥が容易に行われる。したがって、加熱ガスをホッパー内へ送気する送気口１１の位置はできる限りホッパー側壁の下部に設けると良い。

高炉原料の乾燥予熱装置は、さらに、ホッパーの上部に位置する原料の装入口の蓋２０と、送気口位置でのホッパー内の圧力を測定する圧力計２１とを有し、圧力計の計測値に応じて流調弁の開度を調整する制御装置２２を有している。従来の貯鉱槽１、貯骸槽２では通常ホッパーの上部は原料をホッパー内へ装入するために開口しているが、本発明では吸引ファン１８により加熱ガスを効果的に吸引するために、ホッパー内への原料装入時以外は図１に示すように、原料を装入する開口部である装入口を蓋２０で閉止しておく。蓋２０は簡易なものでも十分である。圧力計２１は送気口１１付近のホッパー内圧力を測定できれば良く、送気口１１付近の送気配管１０部分に取り付けることも、ホッパー本体部分に取り付けることも可能である。

排気口１９付近に、排気口１９位置付近のホッパー内温度を測定する温度計２３を設置することも好ましい。温度計２３を用いて排気口１９位置付近のガス温度を測定することで、ホッパー内の原料がどの程度乾燥しているかを確認することができる。

ホッパーに送気する加熱ガスとしては、工場で発生する各種の加熱ガスが利用できる。特に３００℃以下程度の比較的低温で排出されて熱回収が困難な排ガスが有効に利用できるため、これを用いることが好ましい。高炉の貯鉱槽、貯骸槽の場合、近隣に焼結機が設置されている場合がほとんどであるので、焼結機のクーラー排ガスを利用すると、送気経路が短く、放熱が少ないため最適であり、特に好ましい。その他、高炉熱風炉排ガス、圧延の加熱炉排ガス等それぞれの工場の立地条件にあわせて適宜加熱ガスを選択できる。もちろん、加熱ガス発生用に燃焼炉、電気炉等を設置して、専用の熱風発生源としても良い。

加熱ガスの温度は、高炉原料の乾燥、予熱が可能であればよいので、送気口で６０℃以上とすることが好ましく、より好適には、８０℃以上あれば良い。ただし３００℃を超えるような高温とすると、高温ガスに対応できる昇圧ファン（導入ファン）を設置する必要があり、またホッパー周辺の機器の耐熱性等も問題となり、設備コストが上昇する可能性があるので、３００℃以下とすることが好ましい。乾燥予熱の目的から考えれば、２００℃以下で十分である。

送気口はホッパー側面に一つあるいは二つ以上設置する。ホッパー内の原料を均等に乾燥予熱するためには、ホッパーの周方向に複数送気口を配置することが好ましい。また複数の送気口は、周方向で均等位置に配置することが好ましい。ホッパーの周方向に複数送気口を配置する、本発明の他の一実施形態を図２に示す。

図２において、ホッパー３０の周囲に環状管３１を設け、熱風の送気配管１０を介して、送気口１１へ加熱ガスを供給している。環状管３１がリザーバーの役目を果たし、各送気口１１から均等に加熱ガスを供給することができる。

次に、上記の高炉原料の乾燥予熱装置を用いる際の制御方法について図１を用いて説明する。本発明では、圧力計２１の計測値が大気圧近傍となるように、流調弁１４の開度を調整する制御を行なう。

本発明の高炉原料の乾燥予熱装置ではホッパー上部の原料の装入口を蓋２０で閉じているため、ホッパー内のガスを排気装置１５の吸引ファン１８によって吸引することでホッパー上部の圧力が負圧になっている。そこで、ホッパー下部の送気口１１近傍も負圧となるが、そこへ送気装置８からの熱風を供給することで送気口１１位置のホッパー内圧力は高まり、変動する。このときに送気口１１での圧力を大気圧程度にしておけば、送気口１１位置とホッパー下部のフィーダー３部とでは、気圧差がないため、送気口１１からホッパー内へ吹き込まれる加熱ガスがフィーダー３側へ流れ、流出することはない。

また、送気口１１位置に対してホッパー上部は負圧となっているため、送気口１１から吹き込まれる加熱ガスはホッパー内を上昇して原料の乾燥予熱に有効に寄与することになる。

送気口１１位置の圧力の調整は各送気口に直結する流調弁１４の開度調整により実施できる。送気口１１位置の圧力が大気圧±５００Ｐａに収まる程度に制御すれば良い。より好ましくは大気圧±３００Ｐａの範囲に制御する。

ホッパー内へ原料を装入する際には、ホッパー上部の蓋２０を開放して原料を装入することになるが、このときホッパー上部の圧力は大気圧近くにまで上昇する。その結果、送気口１１位置の圧力を大気圧近傍に維持するために流調弁１４開度は閉止方向へ動くので、流調弁１４開度の制御が良好であれば、ホッパー上部の蓋の開閉によるフィーダー３からの加熱ガスの噴出し等の問題は生じない。ただし、流調弁１４の開度制御の応答が遅い場合等には、ホッパー内の圧力の変動が生じる可能性があるので、このような場合には、ホッパー上部の蓋２０を開放するタイミングで流調弁１４の開度を閉止に近い位置に強制保持する等の制御を行なうこともできる。

ホッパー上部の排気装置１５では、たとえば吸引ファン１８としてターボファンを用い、集塵器１７としてバグフィルターを使用することができる。ターボファンでは１００００Ｐａ程度の静圧を得ることができるので、ホッパー上部の蓋２０のシール性が多少悪くともホッパー上部を５０００Ｐａ程度の負圧とすることができ、大型高炉のように原料の堆積高さが１０ｍ程度あるような大型ホッパーを用いる場合でも、ホッパー内に有効に加熱ガスの流れを形成することができる。

内容積５１５０ｍ³の高炉に設置された貯鉱槽２０槽の内、焼結鉱を貯留する槽４槽、生鉱石を貯留する貯鉱槽４槽につき、図１、図２に示すものと同様の原料乾燥予熱装置を設置した。焼結鉱槽の能力は最大切り出し量７０ｔ／Ｈ、生鉱石槽の能力は最大切り出し量１００ｔ／Ｈである。

焼結鉱の水分は実績で最大２ｍａｓｓ％程度であったので、これを０ｍａｓｓ％まで低減するために、４００００ｍ³（標準状態）／Ｈの熱風を吹き込めるようにし、生鉱石の水分は実績で最大５ｍａｓｓ％だったため、１４００００ｍ³（標準状態）／Ｈ吹き込み可能な設備とした。熱風発生源として隣接する焼結機のクーラー排ガスの一部を使用し、これを導入ファンにて昇圧して加熱ガスとして各槽へ送給した。加熱ガスの温度は各槽の送気口部にて１５０℃であった。

本発明の効果を確認するために、上記の焼結槽の１槽で焼結鉱を最大切り出し量で切り出しながら、４００００ｍ³（標準状態）／Ｈの焼結機クーラー排ガスを昇圧して吹き込んだ。送気口は焼結槽の円周方向に等間隔で４個設置し、各送気口でのガス速度は２０ｍ／ｓとした。槽内の空塔ガス速度は０．４ｍ／ｓとした。

送気口付近の送気配管の、流調弁よりもホッパー側の位置に圧力計を設置し、送気口内の圧力を測定しながら、送気口内の圧力が大気圧±３００Ｐａになるように、当該送気口へ加熱ガスを送気する送気配管に設置した流調弁の開度を制御した結果、焼結槽下部のフィーダー部から加熱ガスが噴出すことはなかった。焼結槽の上部の蓋を開けて、焼結鉱を焼結槽内に装入する際にも、フィーダー部からの加熱ガスの噴出し等の問題は全くなく、常に安定した焼結鉱の乾燥加熱が可能であった。

本発明に係る高炉原料の乾燥予熱装置の一実施形態を示す概略図。 本発明の他の一実施形態を示す概略図。

符号の説明

１ 貯鉱槽
２ 貯骸槽
３ フィーダー
４ スクリーン
５ 計量ホッパー
６ 粉シュート
７ 粉コークスホッパー
８ 送気装置
９ 昇圧ファン（導入ファン）
１０ 送気配管
１１ 送気口
１３ 熱風発生源
１４ 流調弁
１５ 排気装置
１６ 吸引配管
１７ 集塵器
１８ 吸引ファン
１９ 排気口
２０ 蓋
２１ 圧力計
２２ 制御装置
２３ 温度計
３０ ホッパー
３１ 環状管

Claims (1)

1. ホッパーの側壁に加熱ガスを前記ホッパー内に供給する送気口を有し、高炉の原料を貯蔵する前記ホッパーと、
   前記ホッパーの下方に該ホッパーから排出された前記原料を篩分けする篩設備と、
   該ホッパー内の原料を下方に排出するフィーダーと、
   送気口から加熱ガスを前記ホッパー内へ供給する送気装置と、
   前記ホッパー内のガスを吸引して除塵する排気装置と、
   前記ホッパーの上部に位置し、前記ホッパー上部の圧力を負圧にする原料の装入口の蓋と、
   前記送気口位置での前記ホッパー内の圧力を測定する圧力計と、
   該圧力計の計測値に応じて前記流調弁の開度を調整する制御装置と
   を有する高炉原料の乾燥予熱装置であって、
   前記送気装置が前記加熱ガスを昇圧する導入ファンと、該導入ファンにより昇圧された加熱ガスの送気口への供給量を調整する流調弁とを有する高炉原料の乾燥予熱装置を用いて、
   前記圧力計の計測値が大気圧±５００Ｐａとなるように、流調弁の開度を調整することを特徴とする高炉原料の乾燥予熱装置の制御方法。

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