(57)【要約】【課題】予備処理装置に設けられた羽根やスクレーパなどの回転体への原料の付着を低減することで、処理効率を向上させることができる予備処理方法及び予備処理装置を提供する。【解決手段】本発明に係る予備処理方法は、鉄鉱石及び／又は石炭を含む鉄鋼原料を、回転体を用いて混合、破砕、造粒の少なくとも１つの処理を行う工程において、回転体の軸の半径ｒ０と角速度ωが所定の条件を満たしている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄鉱石及び／又は石炭を含む鉄鋼原料を、回転体を用いて混合、破砕、造粒の少なくとも１つの処理を行う予備処理工程において、回転体の軸の半径ｒ０と角速度ωが下式を満たしていることを特徴とする鉄鋼原料の予備処理方法。
【数１０】
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【請求項２】
鉄鉱石及び／又は石炭を含む鉄鋼原料を、回転体を用いて混合、破砕、造粒の少なくとも１つの処理を行う予備処理装置において、
前記回転体は、回転軸の半径ｒ０と角速度ωが下式を満たすことを特徴とする鉄鋼原料の予備処理装置。
【数１１】
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【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄鋼原料である鉄鉱石や石炭等の鉄鋼原料を混合、粉砕、造粒する予備処理に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、鉄鋼原料である鉄鉱石や石炭は、溶銑を製造する高炉に装入される前に、予備処理が行われる。予備処理としては、造粒、混合、粉砕といった処理がある。以下に、それぞれの処理について説明する。
【０００３】
鉄鉱石のうち、塊鉱石は、そのまま高炉に装入されるが、その他の粉鉱石は、焼結機で焼結鉱とされた後、高炉に装入される。粉鉱石のうち粒度の細かいものは、造粒した後、焼結鉱としてから使用される。一方、石炭は、乾留してコークスにして使用される。
【０００４】
通常は、鉄鉱石や石炭は、複数の銘柄を配合して使用される。複数の銘柄の鉄鉱石や石炭は、各種混合機にて混合される。混合度が向上すれば、粉鉱石を焼結したり、石炭を乾留したりする際の反応が均一に進み、品質の安定化と製品の高強度化が期待できる。
【０００５】
また、粒度分布のばらつきは、品質のばらつきに影響する。そのため、整粒化を目的として、粗大な原料を破砕することもある。また、粉鉱石の造粒工程では、造粒と共に粗大粒を解砕することもある。
【０００６】
このように、鉄鋼原料の予備処理には、造粒、混合、粉砕といった処理があり、各種造粒機、混合機、破砕機が用いられる。そして、造粒機、混合機、破砕機といった予備処理機には、その機能や効率を向上させるために、羽根やスクレーパなどの回転体が付帯設備として設けられている。
【０００７】
羽根やスクレーパは、造粒、混合、粉砕といった処理を促進させるものであるが、原料が付着しやすく、その効果が充分に発揮されない場合も多い。
【０００８】
特許文献１には、石炭焚ボイラ用ミルに石炭を供給する給炭管や、この給炭管に挿入されたスクレーパを加熱、昇温することにより、粉炭を乾燥させて、内壁に粉炭が付着して管が詰まる現象を防止する方法が開示されている。
【０００９】
なお、以下に示す非特許文献１及び２については、［発明を実施するための形態］の欄において説明する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平５−３１７７４３号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Nguyen Hoang Long, Takashi Matsuda, Yasuo Yamada and Mori Toyoda, ”Strength Characteristics of Granular Materials with Adhension Force Arising from Liquid Bridge”,地盤工学会関東支部発表会第７回, 地盤工学会, 2010年11月，p.203-206
【非特許文献２】Nakagaki, M. and H. Sunada: Yakugaku Zasshi 88, 651(1968)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１に開示された方法は、粉炭を乾燥させる方法であり、この方法を鉄鉱石や石炭といった鉄鋼原料すべてに適用しようとすると、乾燥のために要する費用、エネルギーが莫大になり、現実的ではない。また、鉄鉱石や石炭は、基本的に湿潤状態で扱うので、乾燥を行う特許文献１の方法を鉄鋼原料に用いるのは不向きである。また、造粒に関しては、水分がバインダの役割をするため、乾燥状態では造粒できない。そのため、特許文献１の方法を、造粒機に適用することはできない。
【００１３】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、予備処理機に設けられた羽根やスクレーパなどの回転体に原料が付着することを低減し、予備処理機の処理効率を向上させることができる予備処理方法及び予備処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、上記のような目的を達成するため、以下のような特徴を有している。
［１］鉄鉱石及び／又は石炭を含む鉄鋼原料を、回転体を用いて混合、破砕、造粒の少なくとも１つの処理を行う工程において、回転体の軸の半径ｒ０と角速度ωが下式を満たしていることを特徴とする鉄鋼原料の予備処理方法。
【００１５】
【数１】
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【００１６】
［２］鉄鉱石及び／又は石炭を含む鉄鋼原料を、回転体を用いて混合、破砕、造粒の少なくとも１つの処理を行う予備処理装置において、
前記回転体は、回転軸の半径ｒ０と角速度ωが下式を満たしていることを特徴とする鉄鋼原料の予備処理装置。
【００１７】
【数２】
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【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、鉄鉱石や石炭の鉄鋼原料を混合、粉砕、造粒といった予備処理を行う予備処理機に設けられた羽根やスクレーパなどの回転体に、原料が付着することを低減し、予備処理機の処理効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施例で用いた攪拌羽根の形状を示す図である。
【図２】実験１において、攪拌羽根の回転数を変更し、付着量のデータを取った結果である。
【図３】実験２において、攪拌羽根の回転数を変更し、付着量のデータを取った結果である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
鉄鉱石や石炭の鉄鋼原料は、混合、粉砕、造粒といった予備処理が行われる。このような予備処理を行う予備処理機には、予備処理機の機能や効率を向上させるために、羽根やスクレーパなどの回転体が設けられている。羽根やスクレーパなどの回転体は、回転軸と回転軸に接続された１枚以上の羽根を有している。
【００２１】
図１は、羽根の一例を示す図である。図１において、上図は攪拌羽根１０の側面図であり、下図は攪拌羽根１０の平面図である。この攪拌羽根１０は、回転軸１１と回転軸１１の先端に接続された６枚の羽根１２を有している。攪拌羽根１０は、鉄鋼原料が収容される容器に設けられ、回転しながら、羽根１２によって鉄鋼原料を攪拌する。
【００２２】
このように構成された羽根やスクレーパなどの回転体は、鉄鋼原料に直接接触するため、鉄鋼原料が付着しやすい。羽根やスクレーパに鉄鋼原料が付着すると、羽根やスクレーパによる攪拌が十分に行われず、予備処理機において期待する効果が得られないことがある。
【００２３】
そこで、発明者らは、鉄鋼原料が付着した回転体を観察し、粒度の細かい物が、回転体の軸近傍および羽根の上面に多く付着していることを確認した。そして、羽根の寸法や回転数によって、付着が低減される条件があることを発見した。また、発明者らは、この条件が、以下のように導出できることを見出した。
【００２４】
鉄鋼原料のような湿潤な粉体の付着力は、液架橋力が作用していることが知られている。液架橋力ｆｃは、式（１）のように示すことができる（例えば、非特許文献１）。なお、液架橋力の算出にあたっては、粒子間の接触点のみで液架橋が形成され、液体が全接触点にわたって均等に分布すると仮定した。
【００２５】
【数３】
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【００２６】
平均粒径ｄの考え方や、配位数Ｎｃのモデルは、いくつか提唱されているので、適切なものを選べば良い。ここでは、平均粒径ｄは、積算50％粒径を用いた。また、配位数Ｎｃは、一例として、非特許文献２の式（２）を用いた。
【００２７】
【数４】
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【００２８】
一方で、羽根の回転数から軸近傍の遠心力ｆｂが計算できる。
【００２９】
【数５】
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【００３０】
原料粒子の質量は、平均粒径から算出した。原料が付着しないためには、遠心力が液架橋力ｆｃより大きくなれば良く、式（４）を満たせば良いことがわかる。
【００３１】
【数６】
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【００３２】
軸の中心に近づくにつれ、遠心力はゼロに近づく。そのため、軸の半径をｒ０とすれば、原料が付着しないためには、式（５）を満たす軸の半径ｒ０と角速度ωの組み合わせを選べば良いことが分かる。
【００３３】
【数７】
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【実施例】
【００３４】
本発明の効果を確認するために、実験を行った。円筒容器（寸法は360mmφ×400ｍｍ高さ）に、10[質量%]の水を加えた粉鉱石を高さ約200[mm]、質量にして約50[kg]を入れた。この状態で、中央部で攪拌羽根を回転し、粉鉱石を混合する実験を行った。
【００３５】
攪拌羽根１０の形状は、パドル型である。本実施例では、図１に示す攪拌羽根を用いた。本実施例においては、２種類の大きさの攪拌羽根１０を用いて実験を行った。それぞれの攪拌羽根１０の寸法を表１及び表２に示す。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
【表２】
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【００３８】
以下では、表１の攪拌羽根１０を用いて行った実験を実験１とし、表２の攪拌羽根１０を用いて行った実験を実験２とする。実験１と実験２のそれぞれにおいて、以下に示す実験を行った。
【００３９】
１時間毎に粉鉱石を新しく入れ替え、合計５時間運転を行った。そして、攪拌羽根１０に付着した粉鉱石を回収し、重量を測定することによって評価を行った。
【００４０】
また、この実験を、攪拌羽根の回転数を変更して行った。
【００４１】
実験１の場合、式（５）を満足する回転数は、N＞617[rpm]である。また、実験２の場合では、式（５）を満足する回転数は、N＞225[rpm]である。角速度ω[rad/s]と回転数N [rpm]は、式（６）により換算した。
【００４２】
【数８】
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【００４３】
また、計算に用いた数字は、以下の通りである。
【００４４】
【数９】
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【００４５】
図２及び３は、攪拌羽根の回転数を変更し、付着量のデータを取った結果である。実験１および実験２ともに、式（５）を満足する回転数N以上では、鉄鉱石の付着量が低減することが分かった。
【００４６】
このように、粉鉱石を混合する場合に、攪拌羽根などの回転体の寸法と回転速度を適切に設定することで、原料が攪拌羽根に付着しにくくなり、効率的な処理ができることが分かった。
【符号の説明】
【００４７】
１０  攪拌羽根
１１  回転軸
１２  羽根
【図１】
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【図２】
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【図３】
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