(57)【要約】【課題】凝結材をより確実に焼結ベッドの表面側に偏析させることが可能な、新規かつ改良された焼結用原料の装入方法を提供する。【解決手段】上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、粉鉱石及び凝結材を含む焼結用原料を原料シュートの下端からパレットに向けて落下させることで、パレット上に焼結用原料の充填層を形成する工程と、原料シュートよりも焼結用原料の落下方向の給鉱側に設けられた送風口から原料シュートの下方に偏析用ガスを吹き付ける工程と、を含み、送風口の上端は、原料シュートの下端と同一水平面上に配置され、送風口の上端から下端までの距離は、原料シュートの下端から充填層の表面までの距離の０．１〜１．８倍であることを特徴とする、焼結用原料の装入方法が提供される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉鉱石及び凝結材を含む焼結用原料を原料シュートの下端からパレットに向けて落下させることで、前記パレット上に前記焼結用原料の充填層を形成する工程と、
前記原料シュートよりも前記焼結用原料の落下方向の給鉱側に設けられた送風口から前記原料シュートの下方に偏析用ガスを吹き付ける工程と、を含み、
前記送風口の上端は、前記原料シュートの下端と同一水平面上に配置され、
前記送風口の上端から下端までの距離は、前記原料シュートの下端から前記充填層の表面までの距離の０．１〜１．８倍であることを特徴とする、焼結用原料の装入方法。
【請求項２】
前記送風口の上端から下端までの距離は、前記原料シュートの下端から前記充填層の表面までの距離の０．２５〜１．０倍であることを特徴とする、請求項１記載の焼結用原料の装入方法。
【請求項３】
前記偏析用ガスの送風方向は、水平に対して０度より大きく２２度以下の上向きであることを特徴とする、請求項１または２記載の焼結用原料の装入方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼結用原料の装入方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
製銑プロセスで原料となる鉄鉱石のうち、粒度が１０ｍｍ以下となる粉鉱石は粒度が小さいので、そのまま高炉に投入されると、高炉内の目詰まりの原因となる可能性がある。即ち、粉鉱石によって高炉内での還元ガスの流路が妨げられる可能性がある。そこで、粉鉱石は、そのまま高炉に投入されるのではなく、凝結材（粉コークスや無煙炭等の炭材）、副原料（石灰石、橄欖岩、蛇紋岩、珪石等）および雑原料（スケール等）と共に焼き固められた焼結鉱として高炉に投入される。以下、焼結鉱の製造に使用される原料を総称して焼結用原料とも称する。
【０００３】
ここで、焼結鉱は、例えば以下の方法により製造される。すなわち、焼結用原料を混合し、混合物を水とともに造粒することで、造粒物を作製する。ついで、この造粒物を焼結機内に積層することで、焼結ベッド（原料充填層）を形成する。ついで、この焼結ベッドを点火炉の下方まで移動させ、点火炉により焼結ベッドの表面を点火する。さらに、焼結ベッド内の空気を焼結ベッドの下方に吸引する。これにより、焼結ベッドを焼成する。ついで、焼成された焼結ベッド、すなわち焼結ケーキを粉砕することで、焼結鉱を作製する。
【０００４】
このように、焼結ベッドの表面が点火（着火）されるので、焼結ベッドを効率よく焼成するためには、凝結材を焼結ベッドの表面に偏析させることが非常に重要になる。特許文献１〜３には、凝結材を焼結ベッドの表面に偏析させるための技術が開示されている。
【０００５】
具体的には、特許文献１に開示された技術では、原料シュート（特許文献１では「スローピングシュート」と称している）の下端にスリットを設け、このスリットから偏析用ガスを吹き出させる。特許文献２に開示された技術では、原料シュート（特許文献２では「スロッピングシュート」と称している）よりも焼結ベッドの搬送方向手前側に気体噴射ノズルを設ける。そして、この気体噴射ノズルから原料シュートの下方に偏析用ガスを吹き付ける。特許文献３に開示された技術では、原料シュート（特許文献３では「装入シュート」と称している）の半ばにスリット状の開口部を設ける。また、開口部の上側、下側にそれぞれ第１の気体吹き付けノズル、第２の気体吹き付けノズルを設ける。第１の気体吹き付けノズルは、開口部に向けて偏析用ガスを吹き付ける。第２の気体吹き付けノズルは、開口部から落下してきた焼結用原料に偏析用ガスを吹き付ける。
【０００６】
これらの技術では、偏析用ガスによって焼結用原料を流動させることで、凝結材を焼結ベッドの表面に偏析させる。これらの技術のように、風力を用いて凝結材を焼結ベッドの表面側に偏析させる技術は、風力偏析技術とも称される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭６２−１５８８２８号公報
【特許文献２】特開昭６３−２５９０２９号公報
【特許文献３】特開平１１−３５１７５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、風力偏析技術において考慮されているパラメータは、偏析用ガスの風量だけであった。すなわち、従来の風力偏析技術では、偏析用ガスの風量を調整することで、凝結材の焼結ベッド内での分布を調整していた。
【０００９】
しかし、本発明者が風力偏析技術についてさらに詳細に検討したところ、偏析用ガスの風量以外にも凝結材の分布に影響を与えるパラメータが存在することがわかった。このようなパラメータを適切に設定しないと、凝結材が焼結ベッドの表面に十分に偏析しなくなる。
【００１０】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、凝結材をより確実に焼結ベッドの表面側に偏析させることが可能な、新規かつ改良された焼結用原料の装入方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、粉鉱石及び凝結材を含む焼結用原料を原料シュートの下端からパレットに向けて落下させることで、パレット上に焼結用原料の充填層を形成する工程と、原料シュートよりも焼結用原料の落下方向の給鉱側に設けられた送風口から原料シュートの下方に偏析用ガスを吹き付ける工程と、を含み、送風口の上端は、原料シュートの下端と同一水平面上に配置され、送風口の上端から下端までの距離は、原料シュートの下端から充填層の表面までの距離の０．１〜１．８倍であることを特徴とする、焼結用原料の装入方法が提供される。
【００１２】
ここで、送風口の上端から下端までの距離は、原料シュートの下端から充填層の表面までの距離の０．２５〜１．０倍であってもよい。
【００１３】
また、偏析用ガスの送風方向は、水平に対して０度より大きく２２度以下の上向きであってもよい。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように本発明によれば、送風口の上端を、原料シュートの下端と同一水平面上に配置し、送風口の上端から下端までの距離を、原料シュートの下端から充填層の表面までの距離の０．１〜１．８倍としたので、凝結材をより確実に焼結ベッドの表面側に偏析させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る焼結機の内部構成を示す側断面図である。
【図２】偏析用ガスの吐出方向（送風方向）と凝結材粒子の速度ベクトルとの相関を示す説明図である。
【図３】偏析用ガスの吐出方向と凝結材粒子の速度ベクトルとの相関を示す説明図である。
【図４】送風口の上端から下端までの距離と粉鉱石及び凝結材の飛距離差との相関を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１７】
＜１．焼結機の構成＞
まず、図１〜図３に基づいて、本実施形態に係る焼結機１の構成について説明する。焼結機１は、原料シュート２と、送風機４と、パレット５とを備える。また、焼結機１は、図示しない構成要素として、点火炉、駆動ローラ、吸引ブロア等を備える。
【００１８】
原料シュート２は、焼結機１に投入された焼結用原料２０をパレット５に案内する部材である。図１に示す焼結用原料２０は、造粒物粒子２１及び凝結材粒子２２を含む。ここで、造粒物粒子２１は、粉鉱石を含む造粒物粒子である。この造粒物粒子は、粉鉱石の他、副原料、凝結材、及び雑原料を含む。すなわち、焼結用原料２０は、粉鉱石を含む造粒物粒子と、造粒物粒子を構成しない凝結材粒子２２とを含む。焼結用原料２０は、原料シュート２上を滑走して下端３まで到達し、原料シュート２の下端３からパレット５に向けて落下する。落下した焼結用原料２０は、パレット５上に順次積載される。これにより、焼結用原料２０の充填層、すなわち焼結ベッド３０が形成される。パレット５は、駆動ローラによって矢印Ｄ方向に移動し、焼結ベッド３０は、パレット５とともに矢印Ｄ方向に搬送される。そして、焼結ベッド３０は、矢印Ｄ方向の先に配置された点火炉まで搬送される。焼結ベッド３０の表面３０ａは、点火炉によって点火される。その一方、焼結ベッド３０内の空気は、パレット５の下方に設けられた吸引ブロアによって下方に吸引される。これにより、焼結ベッド３０が焼成される。焼成された焼結ベッド３０、すなわち焼結ケーキは、粉砕されることで焼結鉱とされる。
【００１９】
送風機４は、例えばターボ型送風機であり、原料シュート２よりも焼結用原料２０の落下方向の給鉱側（すなわち、原料シュート２よりも図１中右側）に設けられる。そして、送風機４は、原料シュート２の下方に偏析用ガスを吹き付ける。偏析用ガスは、送風口４３から吹き出される。送風口４３は、焼結機１の幅方向（図１の紙面奥行方向）に伸びている。送風機４の送風口４３から吹き出した偏析用ガスは、原料シュート２から落下した造粒物粒子２１及び凝結材粒子２２に当たる。ここで、送風口４３の上端４３ａを通る水平面４５と送風口４３の下端４３ｂを通る水平面４６との間の領域は、送風範囲４７である。造粒物粒子２１及び凝結材粒子２２は、送風範囲４７内を通る際に、偏析用ガスに当てられる。これにより、造粒物粒子２１の軌道Ｌ１及び凝結材粒子２２の軌道Ｌ２が変化する。ここで、矢印Ｗは、偏析用ガスの吐出方向を示すベクトルである。以下、矢印Ｗを「吐出方向ベクトルＷ」とも称する。
【００２０】
このように、偏析用ガスは、造粒物粒子２１及び凝結材粒子２２の進行方向に対して向かい風となる。したがって、軌道Ｌ１、Ｌ２は、いずれも偏析用ガスの吐出方向に曲がる。ただし、凝結材粒子２２は、造粒物粒子２１よりも密度が小さいので、偏析用ガスの影響をより多く受ける。このため、軌道Ｌ２は軌道Ｌ１よりも偏析用ガスの吐出方向に大きく曲がる。この結果、凝結材粒子２２は、造粒物粒子２１よりも焼結ベッド３０の排鉱側（造粒物粒子２１よりも図１中左側）の位置に落ちる。したがって、造粒物粒子２１の着地点２１ａと凝結材粒子２２の着地点２２ａとの間には、焼結ベッド３０の搬送方向の距離差（以下、「飛距離差」とも称する）Ｌが生じる。この結果、凝結材粒子２２は、焼結ベッド３０の表面３０ａ側に偏析される。なお、本実施形態での各粒子の密度は、粒子の見掛け密度を意味するものとする。
【００２１】
（送風口の位置）
ここで、本発明者は、送風口４３の上端４３ａの位置、及び上端４３ａから下端４３ｂまでの距離に着目した。そして、本発明者は、これらのパラメータを適切に設定することで、凝結材粒子２２をより確実に焼結ベッド３０の表面３０ａ側に偏析させることに成功した。以下、これらのパラメータについて説明する。
【００２２】
送風口４３の上端４３ａは、原料シュート２の下端３と同一水平面上に配置される。より詳細には、送風口４３の上端４３ａと、原料シュート２の下端３の表面３ａとが同一水平面上に配置される。送風口４３の上端４３ａをこのような位置に配置することで、偏析用ガスをより長時間造粒物粒子２１及び凝結材粒子２２に当てることができる。この結果、飛距離差Ｌがさらに大きくなる。
【００２３】
（送風口の幅）
さらに、上端４３ａから下端４３ｂまでの距離Ａは、原料シュート２の下端３の表面３ａから焼結ベッド３０の表面３０ａまでの距離ηの０．１〜１．８倍である。後述する実施例で説明するが、距離Ａが距離ηの０．１〜１．８倍となる場合に、飛距離差Ｌが非常に大きくなる。そして、図１によれば、飛距離差Ｌが大きくなるほど、凝結材粒子２２は焼結ベッド３０の表面３０ａ側に偏析しやすくなる。距離Ａは、距離ηの０．２５〜１．０倍であることが好ましい。距離Ａがこのような範囲内の値となる場合に、飛距離差Ｌがさらに大きくなる。距離Ａは、距離ηの０．５倍であることが最も好ましい。距離Ａが０．５倍となる場合に、飛距離差Ｌが極大値となる。図１に示す例では、距離Ａは距離ηの０．５倍となっている。
【００２４】
（偏析用ガスの吐出方向）
偏析用ガスの吐出方向は、水平方向であることが好ましい。偏析用ガスの吐出方向が下向きとなる場合、偏析用ガスによって造粒物粒子２１及び凝結材粒子２２が下方向に加速されることになるので、飛距離差Ｌが短くなってしまうからである。偏析用ガスの吐出方向は、上向き２２度を上限として、上向きであることが更に好ましい。すなわち、偏析用ガスの送風方向は、水平に対して０度より大きく２２度以下の上向きであることが更に好ましい。以下、図２及び図３に基づいて、偏析用ガスの吐出方向が上向きとなる場合について説明する。
【００２５】
図２に示すように、凝結材粒子２２は、落下直後から重力によって鉛直下方向にも加速されるので、その速度ベクトルｖは斜め下方向を向く。一方、凝結材粒子２２に対する偏析用ガスの影響を大きくするためには、凝結材粒子２２の速度ベクトルｖと、吐出方向ベクトルｗとがなるべく平行に近くなることが好ましい。図２の例では、速度ベクトルｖと吐出方向ベクトルｗとが平行かつ逆を向いている。したがって、図２の例では、凝結材粒子２２は、偏析用ガスの影響をもっとも大きく受ける。
【００２６】
ここで、吐出方向ベクトルｗと水平面４４とのなす角度θ１は、図３に示すように、送風機４の下端４３ｂを横切る焼結用原料２２が有する速度ベクトルｖと水平面４６とのなす角度θ２以下であることが好ましい。角度θ１が角度θ２より大きくなると、凝結材粒子２２が偏析用ガスの影響をかえって受けにくくなり、この結果、飛距離差Ｌが小さくなる可能性があるからである。
【００２７】
なお、吐出方向ベクトルｗを上向きにするためには、図３に示すように、送風機４の送風口４３を上方向に傾ければ良い。また、送風口４３の法線ベクトルは、吐出方向ベクトルｗと略一致する。また、凝結材粒子２２の速度ベクトルｖは、焼結機１を側方から写真もしくは動画撮影し、粒子運動方向（すなわち軌道Ｌ２）の接線角度を計測することにより測定される。したがって、送風口４３の法線ベクトルと水平面とのなす角度が角度θ２以下となるように、送風口４３の向きを調整すればよい。
【００２８】
距離Ａが０．０５（ｍ）の場合のある実測例に拠れば、造粒物粒子の速度ベクトルｖの角度θ２は１８度〜２２度の範囲であった。これから、偏析用ガスの吐出方向は、水平から０度より大きく２２度以下の範囲が好ましいとした。角度θ２は好適な範囲は、粒子の直径や密度により変わり得るので、これに限らず、実際の状況に合わせて適宜調整するのがよい。
【００２９】
（偏析用ガスの風速）
また、偏析用ガスの風速（線速）が大きいほど、飛距離差Ｌが大きくなる。ただし、風速が大きすぎると、凝結材粒子２２が矢印Ｄ方向に飛び、この結果、点火炉まで到達する可能性がある。したがって、偏析用ガスの風速は、凝結材粒子２２が点火炉よりも焼結ベッド３０の搬送方向手前側の位置に落下するように、設定されることが好ましい。なお、偏析用ガスの組成は特に制限されず、風力偏析技術で使用される偏析用ガスであれば本実施形態でも好適に使用可能である。偏析用ガスの例は空気である。
【００３０】
＜２．焼結用原料の装入方法＞
次に、焼結機１を用いた焼結用原料の装入方法を説明する。まず、造粒物粒子２１及び凝結材粒子２２を含む焼結用原料２０を原料シュート２の下端３からパレット５に向けて落下させる。
【００３１】
その一方で、送風口４３から偏析用ガスを原料シュート２の下方に吹き付ける。原料シュート２の下端から落下した造粒物粒子２１及び凝結材粒子２２は、偏析用ガスに当てられる。この結果、これらの粒子２１、２２の軌道Ｌ１、Ｌ２が偏析用ガスの吐出方向に変化する。ただし、凝結材粒子２２は造粒物粒子２１よりも密度が小さいので、軌道Ｌ２は軌道Ｌ１よりも大きく変化する。この結果、凝結材粒子２２は、造粒物粒子２１よりも焼結ベッド３０の搬送方向奥側の位置に落ちる。したがって、造粒物粒子２１の着地点２１ａと凝結材粒子２２の着地点２２ａとの間には、飛距離差Ｌが生じる。上記の処理が繰り返されることで、パレット５上に焼結ベッド３０が形成される。また、凝結材粒子２２は、焼結ベッド３０の表面３０ａ側に偏析される。その後、焼結ベッド３０は、点火炉まで搬送され、焼成される。
【００３２】
このように、本実施形態によれば、送風口４３の上端４３ａを原料シュート２の下端３と同一水平面上に配置し、かつ、送風口４３の上端４３ａから下端４３ｂまでの距離Ａを原料シュート２の下端３から焼結ベッド３０の表面３０ａまでの距離ηの０．１〜１．８倍としたので、飛距離差Ｌを大きくすることができる。この結果、凝結材粒子２２を焼結ベッド３０の表面３０ａ側により確実に偏在させることができる。
【実施例】
【００３３】
次に、上記の処理によって確かに飛距離差Ｌが生じたことを確認するために、以下の実施例を行った。実施例では、造粒物粒子２１として、粒度分布が−０．２５ｍｍ：３質量％，０．２５−０．５ｍｍ：４質量％，０．５−１ｍｍ：１１質量％，１−３ｍｍ：３２質量％，３−５ｍｍ：３４質量％，５−１０ｍｍ：１６質量％であり、密度が４０００ｋｇ／ｍ３である粉鉱石を使用した。また、凝結材粒子２２として、粒度分布が−０．２５ｍｍ：１３質量％，０．２５−０．５ｍｍ：８質量％，０．５−１ｍｍ：２９質量％，１−３ｍｍ：２８質量％，３−５ｍｍ：２２質量％であり、密度が１０００ｋｇ／ｍ３である粉コークスを使用した。なお、上記粒度分布において、「−０．２５ｍｍ」は、０．２５ｍｍ以下を示し、「Ａ−Ｂ」（例えば０．２５−０．５ｍｍ）は、Ａより大きくＢ以下を示す。
【００３４】
なお、各材料の粒度は目開きの異なる篩によって確認できる。各材料を篩に掛け、篩に残った材料の粒度は目開きよりも大きく、篩から落ちた材料は、目開きの大きさ以下である。また、距離ηを０．１ｍとした。また、偏析用ガスの風速を１０ｍ／ｓとし、偏析用ガスの吐出方向を水平方向とした。また、焼結機１の幅を１ｍとし、送風口４３を焼結機１の幅方向の全域に設けた。また、送風口４３の上端４３ａを原料シュート２の下端３の表面３ａと同一水平面上に配置した。
【００３５】
そして、送風口４３の上端４３ａから下端４３ｂまでの距離Ａを変えながら飛距離差Ｌを測定した。粉鉱石、粉コークスの落下位置は、ある分布を持って着地する。落下位置に設けたサンプリングボックスの位置とそこに落下した粒子の質量比率から、粉鉱石、粉コークスそれぞれの質量平均落下距離を算出した。その差を粉鉱石凝結材飛距離差（ｍ）とした。
【００３６】
その結果を図４に示す。図４の横軸（ｘ軸）は、送風口４３の上端４３ａから下端４３ｂまでの距離Ａを示し、縦軸（ｙ軸）は飛距離差Ｌを示す。また、点Ｐは実測値を図４のｘｙ平面にプロットしたものであり、曲線Ｌ３は点Ｐを連結したものである。なお、距離Ａ＝０は、送風機４からの送風を行わなかったことを示す。
【００３７】
図４から明らかな通り、距離Ａが距離ηの０．１倍（０．０１ｍ）〜１．８倍（０．１８ｍ）となる範囲内で、飛距離差Ｌが基準値（距離Ａ＝０に対する飛距離差Ｌ）よりも大幅に大きくなっていることがわかる。また、距離Ａが距離ηの０．２５倍（０．０２５ｍ）〜１．０倍（０．１ｍ）となる範囲内で、飛距離差Ｌが特に大きくなることがわかる。また、距離Ａが距離ηの０．５倍（０．０５ｍ）となる場合に、飛距離差Ｌが極大値となることがわかる。
【００３８】
このように、距離Ａが距離ηの０．５倍となるまでは、飛距離差Ｌが増加するが、距離Ａが距離ηの０．５倍を超えた後には、飛距離差Ｌが減少に転じる。本発明者は、この理由を以下のように考えている。すなわち、距離Ａが距離ηの０．５倍以下となる場合、距離Ａが長くなるほど、凝結材粒子２２は、偏析用ガスによって強く押し戻される。その一方で、造粒物粒子２１は、偏析用ガスによる影響をそれほど受けない。このため、距離Ａが長くなるほど、飛距離差Ｌが長くなる。一方、距離Ａが距離ηの０．５倍を超えると、造粒物粒子２１も偏析用ガスの影響を大きく受けるようになる。さらに、距離Ａが距離η以上になると、送風口４３の下端４３ａ近傍から吹き出された偏析用ガスは、凝結材粒子２２に影響をほとんど与えない。送風口４３の下端４３ａと同一水平面上に存在する凝結材粒子２２は、既に着地しているからである。一方、造粒物粒子２１はまだ着地していない。このため、送風口４３の下端４３ａ近傍から吹き出された偏析用ガスは、造粒物粒子２１にだけ影響を与える。したがって、飛距離差Ｌは減少する。
【００３９】
本発明者は、偏析用ガスの風速を変更しながら上記実験を繰り返して行った。この結果、偏析用ガスの風速が上がると、図４のグラフＬ３が全体的に上側にシフトし、偏析用ガスの風速が下がると、図４のグラフＬ３が全体的に下側にシフトした。
【００４０】
また、粉鉱石の粒度分布、密度、及び粉コークスの粒度分布、密度を変化させた場合にも、グラフＬ３が全体的に上下にシフトした。具体的には、粉鉱石の粒度が小さいほど、また、粉コークスの粒度が大きいほど、図４のグラフＬ３が上側にシフトする傾向があった。一方、粉鉱石の密度が大きいほど、また、粉コークスの密度が小さいほど、図４のグラフＬ３が上側にシフトする傾向があった。ただし、上記のいずれにおいても、距離Ａの好ましい範囲に変動はなかった。したがって、距離Ａは、凝結材粒子２２（ここでは粉コークス）を焼結ベッド３０の表面に偏析させるためのパラメータとして最も有効な（支配的な）パラメータであることがわかる。
【００４１】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００４２】
１      焼結機
２      原料シュート
２０      焼結用原料
２１      造粒物粒子
２２      凝結材粒子
３      原料シュートの下端
３０      焼結ベッド
４      送風機
４３    送風口
４３ａ  送風口の上端
４３ｂ  送風口の下端
【図１】
2015214720.tif 000003
【図２】
2015214720.tif 000004
【図３】
2015214720.tif 000005
【図４】
2015214720.tif 000006