(57)【要約】【課題】下方吸引式焼結機において気体燃料を供給して焼結操業を行う際、気体燃料の供給系統における異常を早期に検知すると同時に、その異常に対する適切な対応策を提案する。【解決手段】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し、その装入層表面の炭材に点火炉で点火するとともに、点火炉の下流に機長方向に複数設置された気体燃料供給装置から供給した気体燃料を含む装入層上方の空気をパレット下に配設されたウインドボックスで吸引して装入層内に導入し、装入層内において前記気体燃料と炭材を燃焼させて焼結鉱を製造する方法における気体燃料供給方法であって、前記気体燃料供給装置に気体燃料を供給する配管における正常時のガス圧に対して上限値および下限値を設定し、焼結操業中に前記配管のガス圧が前記上限値を上回るまたは下限値を下回るときには、気体燃料の供給を停止する。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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し、その装入層表面の炭材に点火炉で点火するとともに、点火炉の下流に機長方向に複数設置された気体燃料供給装置から供給した気体燃料を含む装入層上方の空気をパレット下に配設されたウインドボックスで吸引して装入層内に導入し、装入層内において前記気体燃料と炭材を燃焼させて焼結鉱を製造する方法における気体燃料供給方法であって、
前記気体燃料供給装置に気体燃料を供給する配管における正常時のガス圧に対して上限値および下限値を設定し、焼結操業中に前記配管のガス圧が前記上限値を上回るまたは下限値を下回るときには、気体燃料の供給を停止することを特徴とする焼結機への気体燃料供給方法。
【請求項２】
前記気体燃料の供給停止した後、気体燃料を供給する配管内に不活性ガスを導入することを特徴とする請求項１に記載の焼結機への気体燃料供給方法。
【請求項３】
前記下限値を、正常時におけるガス圧に対して−２０％以下、上限値を、正常時におけるガス圧に対して＋２０％以上に設定することを特徴とする請求項１または２に記載の焼結機への気体燃料供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下方吸引式のドワイトロイド焼結機で、焼結に要する熱源の一部として気体燃料を供給し、高品質の焼結鉱を製造する技術における気体燃料供給方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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、装入層内の炭材を順次燃焼させ、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、５ｍｍ以上の塊成物は成品焼結鉱として高炉に供給され、それ以下のものは返鉱として焼結原料として再使用される。
【０００３】
上記製造プロセスにおいて、点火炉１０によって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。この燃焼帯は、パレット８が下流側に移動するのに伴って次第に装入層の上層から下層に移行し、燃焼帯が通過した後には、焼結反応が完了した焼結ケーキ層（焼結層）が生成される。
【０００４】
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、その値が大きいほど焼結鉱の強度は高くなる。そのため、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、通過する空気の量が多いことによる過冷却によって、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。
【０００５】
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）量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５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℃を超えて適正範囲から外れ、却って焼結鉱の被還元性や冷間強度の低下を招くことになる。
【０００６】
そこで、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。
【０００７】
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、装入層内の焼結時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、焼結過程で生成したカルシウムフェライトが分解して、被還元性や冷間強度の低い焼結鉱が生成して歩留改善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、気体燃料の使用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。
【０００８】
そこで、発明者らは、上記問題点を解決する技術として、焼結原料中の炭材添加量を削減した上で、焼結機の点火炉の下流かつ焼結に必要な熱量が不足する装入層上層部が焼結反応を起こす焼結機の機長の前半部分において、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特許文献５〜７等に提案している。
【０００９】
下方吸引式焼結機を用いた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６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させることができ、効果的に高温域保持時間の延長を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開昭４８−０１８１０２号公報
【特許文献２】特公昭４６−０２７１２６号公報
【特許文献３】特開昭５５−０１８５８５号公報
【特許文献４】特開平０５−３１１２５７号公報
【特許文献５】ＷＯ２００７／０５２７７６号公報
【特許文献６】特開２０１０−０４７８０１号公報
【特許文献７】特開２００８−２９１３５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、焼結機の点火炉の下流側に設置された気体燃料供給装置から気体燃料を供給して焼結操業を行う場合には、気体燃料は燃焼や爆発を起こし易いという性質上、安全であることが最優先とされる。この点、本発明においては、気体燃料を常温では燃焼も爆発も起こらない濃度に希釈して供給するため、通常であれば、安全上の問題はない。しかし、上記気体燃料の供給系統に何らかの異常が生じて、気体燃料の供給量が低下したり、漏洩した場合には、気体燃料が異常燃焼を起こしたり、爆発を起こし、重大災害にいたるおそれがある。
【００１２】
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のであり、その目的は、下方吸引式焼結機において気体燃料を供給して焼結操業を行う際、気体燃料の供給系統における異常を早期に検知すると同時に、その異常に対する適切な対応策を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
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、気体燃料の供給系統に何らかの異常が発生した場合には、気体燃料を本管から気体燃料供給装置に供給する配管（以降、この配管を「二次本管」ともう）のガス圧が変動することから、このガス圧の変動量から異常を検知できること、そして、異常が検知された場合には、気体燃料供給装置への気体燃料の供給を停止すること、好ましくはさらに気体燃料供給系統の配管内を不活性ガスで置換してや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。
【００１４】
すなわち、本発明は、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し、その装入層表面の炭材に点火炉で点火するとともに、点火炉の下流に機長方向に複数設置された気体燃料供給装置から供給した気体燃料を含む装入層上方の空気をパレット下に配設されたウインドボックスで吸引して装入層内に導入し、装入層内において前記気体燃料と炭材を燃焼させて焼結鉱を製造する方法における気体燃料供給方法であって、上記気体燃料供給装置に気体燃料を供給する配管における正常時のガス圧に対して上限値および下限値を設定し、焼結操業中に上記配管のガス圧が上記上限値を上回るまたは下限値を下回るときには、気体燃料の供給を停止することを特徴とする焼結機への気体燃料供給方法である。
【００１５】
本発明の焼結機への気体燃料供給方法は、上記気体燃料の供給停止した後、気体燃料を供給する配管内に不活性ガスを導入することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の焼結機への気体燃料供給方法は、上記下限値を、正常時におけるガス圧に対して−２０％以下、上限値を、正常時におけるガス圧に対して＋２０％以上に設定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、下方吸引式焼結機において、焼結に必要な熱量が不足する領域に対して、気体燃料供給装置からの気体燃料を安全かつ安定して供給することができるので、高強度かつ被還元性に優れる高品質の焼結鉱を生産性よく製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】焼結プロセスを説明する概要図である。
【図２】焼結の進行に伴う装入層内の変化を説明する模式図である。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】気体燃料供給が高温域保持時間に及ぼす効果を説明する模式図である。
【図６】本発明の焼結機におけるパレット、点火炉および気体燃料供給装置を説明する図である。
【図７】本発明の気体燃料供給装置のパレット幅方向の断面図である。
【図８】気体燃料供給系統の異常の例を説明する図である。
【図９】気体燃料供給系統の異常発生時における対応策を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図６は、本発明に係る焼結機のパレット、点火炉および気体燃料供給装置を示す側面図であり、無端移動式の焼結機パレット８は、一列に連結した複数のパレット台車１３・・・がレール１４上を移動する構成とされている。また、パレット台車１３は、図７に示すように、焼結原料が装入・堆積されるグレート１３ａと、グレート１３ａの幅方向両縁部から立ち上がるサイドウォール１３ｂから構成されている。
また、図６の符号１５は、焼結機パレット８上に焼結原料を装入する図示されていない床敷鉱ホッパー４、サージホッパー５、ドラムフィーダー６および切り出しシュート７からなる原料装入部であり、これらを介して切り出され、装入された床敷鉱（返鉱）および焼結原料が、焼結機パレット８のグレート１３ａ上に装入層９を形成する。
【００２０】
また、原料装入部１５の下流側には、点火炉１０が設置され、この点火炉の下流側に、気体燃料供給装置１６が複数基（図６では３基）の直列に設置されている。ここで、気体燃料供給装置１６は、点火炉１０で点火された焼結機パレット８上の装入層内に気体燃料を導入させることで、装入層の燃焼・焼結帯を拡幅して高温域保持時間を延長し、焼結鉱の品質改善、生産性の向上を図る装置であり、図７に示すように、焼結機パレット８の上方に配置したフード１７と、フード１７内に配置した多数の邪魔板１８と、フード１７内の邪魔板１８の下方に配置した複数の気体燃料供給配管１９とを備えている。
【００２１】
フード１７は、上部及び下部が開口しており、フード１７内の邪魔板１８は、頂点を上方とする断面がへ字状の部材であって、焼結機パレット８の搬送方向に沿って延長し、焼結機パレット８の搬送方向と直交する幅方向に所定ピッチをもって複数列かつ上下方向にも複数段配設されている。気体燃料供給配管１９は、焼結機パレット８の搬送方向に延長し、搬送方向と直交するパレット幅方向に所定間隔を保って複数本配置されており、これら気体燃料供給配管１９には、図示されていたい気体燃料供給素管から、気体燃料が供給されている。各気体燃料供給配管１９には、気体燃料が水平方向に噴出する気体燃料噴出ノズルが配設または開口部が設けられている。この気体燃料としては、高炉ガス（Ｂガス）、コークス炉ガス（Ｃガス）、高炉・コークス炉混合ガス（Ｍガス）、ＬＮＧ、都市ガス、メタンガス、エタンガス、プロパンガス等の可燃性ガスやこれらの混合ガスを用いることができる。
【００２２】
また、装入層内に導入する空気中に含まれる気体燃料は、その気体燃料の燃焼下限濃度以下のものであることが必要である。希釈気体燃料の濃度が燃焼下限濃度より高いと、装入層上方で燃焼してしまい、気体燃料を供給する効果が失われてしまったり、爆発を起こしたりするおそれがある。また、希釈気体燃料が高濃度であると、低温度域で燃焼してしまうため、高温域保持時間の延長に有効に寄与し得ないおそれがあるからである。好ましくは、希釈した気体燃料の濃度は、大気中の常温における燃焼下限濃度の３／４以下、より好ましくは燃焼下限濃度の１／５以下、さらに好ましくは燃焼下限濃度の１／１０以下である。ただし、希釈気体燃料の濃度が、燃焼下限濃度の１／１００未満では、燃焼による発熱量が不足し、焼結鉱の強度向上と歩留りの改善効果が得られないため、下限は燃焼下限濃度の１／１００とする。これを、天然ガス（ＬＮＧ）についてみると、ＬＮＧの室温における燃焼下限濃度は４．８ｖｏｌ％であるから、希釈気体燃料の濃度は０．０５〜３．６ｖｏｌ％の範囲が好ましく、０．０５〜１．０ｖｏｌ％の範囲がより好ましく、０．０５〜０．５ｖｏｌ％の範囲がさらに好ましいことになる。なお、希釈した気体燃料を供給する方法は、予め気体燃料を燃焼下限濃度以下に希釈した空気を供給する方法、高濃度の気体燃料を高速で空気中に噴出させて瞬時に燃焼下限濃度以下に希釈させる方法のいずれでもよい。
【００２３】
ところで、上記気体燃料を焼結機の点火炉の下流側に設置された気体燃料供給装置から供給するためには、気体燃料を供給する本管と気体燃料供給装置との間に気体燃料用の配管（二次本管）を配設する必要がある。しかし、図８（ａ）のように、上記気体燃料用の二次本管２０の接合部等が破損した場合には、気体燃料供給装置に気体燃料を供給できなくなるだけでなく、漏出した気体燃料によって火災や爆発を起こし、重大災害につながるおそれもある。また、図８（ｂ）のように、気体燃料用を供給する二次本管や、気体燃料供給装置内で気体燃料を大気中に噴出する気体燃料供給配管に設けられたノズルあるいは開孔等の気体噴出口は、ダストなどによって閉塞や目詰まりを起こし易く、気体燃料を正常に供給できなくなったり、気体燃料の噴出速度が低下し、点火炉で添加された焼結原料装入層中の火種によって、気体燃料に着火して異常燃焼を起こしたりするおそれがある。したがって、斯かる気体燃料供給系統における異常は、早期に検知して対策を講じてやる必要がある。
【００２４】
そこで、上記のような気体燃料供給系統の異常検出方法について検討した結果、発明者らは、異常発生時には、気体燃料を本管から気体燃料供給装置に供給する二次本管のガス圧が正常時の値と異なる、例えば、気体燃料の漏洩が生じている場合にはガス圧が低下し、逆に、閉塞が生じている場合にはガス圧が上昇することに着目した。すなわち、本発明では、二次本管で供給される気体燃料のガス圧を常時または定期的にモニターすると同時に、正常時のガス圧に対して上限値および下限値を設定し、焼結操業中に二次本管のガス圧が上記上限値を上回るまたは下限値を下回るときには、気体燃料供給系統に何らかの異常が発したものと判定することとした。
【００２５】
下方吸引式の焼結機に供給する気体燃料として、例えば、ＬＮＧを用いる場合、二次配管における供給ガス圧は、通常４７０〜５１０ｋＰａ程度であるが、そのガス圧は、ガス使用量や外気温の変化等によって、正常な焼結操業時においても±５％程度の範囲で変動することがある。そこで、本発明において、気体燃料供給系統に異常発生と判定する基準値（閾値）は、正常操業時のガス圧に対して±２０％程度以上の値に設定するのが好ましい。なお、上述した異常判定の閾値は、上記上下限値の正常操業時の吸引圧に対する隔たり量は同じである必要はなく、別々の量に設定してもよい。
【００２６】
また、気体燃料供給系統に異常発生と判定したときの本発明における対応策としては、気体燃料の異常燃焼や火災、爆発等を防止する観点から、二次本管に設けられた緊急遮断弁等を閉止し、気体燃料供給装置からの気体燃料の供給を停止することは必須である。さらに、より安全性を高める観点から、気体燃料供給配管に接続された不活性ガス供給経路の遮断弁を開にし、気体燃料の供給停止後もなお配管内に残留している気体燃料を排除するのが好ましい。なお、上記不活性ガスとしては、Ｎ２やＡｒガス等を用いることができる。
【００２７】
図９（ａ）は、気体燃料としてＬＮＧを、非常時の不活性ガスとしてＮ２ガスを気体燃料供給系統に供給する場合おいて、気体燃料を供給する二次本管２０に設置されたガス圧送信機２２のデータを制御装置２３が正常の範囲内、すなわち、正常な焼結操業時における変動の範囲内にあると判定したときの気体燃料供給状態を示したものである。この場合には、二次本管２０に設置された遮断弁２４が開、二次本管２０に接続された不活性ガス供給配管２５に設置された遮断弁２６が閉とされ、気体燃料供給装置１６には、気体燃料（ＬＮＧ）のみが供給される。
【００２８】
一方、図９（ｂ）は、気体燃料を供給する二次本管２０に設置されたガス圧送信機２２のデータを制御装置２３が正常の範囲から逸脱した、すなわち、正常な焼結操業時における変動の範囲外であると判定しているときの気体燃料供給状態を示したものである。この場合には、二次本管２０に設置された遮断弁２４が閉とされ、気体燃料供給装置１６への気体燃料（ＬＮＧ）の供給が停止される。さらに、二次本管２０に接続された不活性ガス供給配管２５に設置された遮断弁２６が開となり、二次本管２０内にＮ２ガスを供給することによって配管内の残留したＬＮＧガスが排除される。
このようにすることで、気体燃料供給系統に異常が発生しても、異常燃焼や火災等の大きな災害を確実に防止することができる。
【実施例】
【００２９】
パレット幅が５ｍ、有効機長（点火炉〜排鉱部までの長さ）が８２ｍ、装入層の層厚が７００ｍｍで、点火炉の下流側約４ｍ以降に７．５ｍの長さの気体燃料供給装置が３基直列に配設されており、その気体燃料供給装置から気体燃料（ＬＮＧ）を供給して焼結操業を行う実機焼結機に、図９に示した、本発明の気体燃料供給方法を適用した。なお、焼結原料中の炭材量は５．０ｍａｓｓ％とし、供給する気体燃料としてはＬＮＧを用い、希釈後の気体燃料の濃度は、０．４ｖｏｌ％（炭材約０．４ｍａｓｓ％に相当）とした。
【００３０】
上記条件で、焼結鉱の製造を約１年に亘って実施した。その結果、気体燃料を供給する二次本管の折損等による気体燃料の漏洩発生は無く、二次本管の閉塞による異常が２件発生したが、いずれの異常も検知することができ、見逃しは０件であった。以上の結果から、本発明の気体燃料供給方法を適用することにより、高品質の焼結鉱を安全に生産できることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明の気体燃料供給方法は、製鉄用、特に高炉用原料として使用される焼結鉱の製造方法として有用であるばかりでなく、その他の鉱石塊成化技術にも好ましく適用することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１：原料ホッパー、  ２、３：ドラムミキサー、  ４：床敷鉱ホッパー、  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：装入層、  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、  １３：パレット台車、  １３ａ：グレート、  １３ｂ：サイドウォール、  １４：レール、  １５：原料装入部、  １６：気体燃料供給装置、  １７：フード、  １８：邪魔板、  １９：気体燃料供給配管、  ２０：気体燃料用二次本管、  ２１：圧力計、  ２２：圧力送信機、  ２３：制御装置、  ２４：気体燃料遮断弁、  ２５：不活性ガス供給配管、  ２６：不活性ガス遮断弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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