(57)【要約】【課題】  グレートキルン方式鉄鉱石ペレット製造プロセスにおいて、ペレット製造コストを低減しつつ、サーマルＮＯｘの発生が抑制できるペレット製造方法および製造装置を提供する。【解決手段】  予熱室５へ微粉炭を吹き込み、この微粉炭をキルン燃焼排ガス中の残量酸素で燃焼させてキルン燃焼排ガスを昇温させる微粉炭バーナ２１を、予熱室５の相対向する長手方向壁５ａそれぞれに複数本ずつ、予熱室入口５ｂを基点として予熱室５全長の１／３〜０．９８の間に、予熱室５全長の０．１４〜０．４の間隔をあけて配置する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄鉱石ペレットをトラベリング・グレートで移動させつつ、乾燥室、予熱室で加熱した後、キルンバーナを備えたロータリキルンで焼成するグレートキルン方式の鉄鉱石ペレット製造方法において、前記予熱室へ微粉炭を吹き込み、この微粉炭をキルン燃焼排ガス中の残留酸素で燃焼させて前記ロータリキルンからの燃焼排ガス温度を昇温させることを特徴とする鉄鉱石ペレットの製造方法。
【請求項２】
前記微粉炭の吹込みが、前記予熱室の相対向する長手方向壁それぞれに複数本ずつ設けられた微粉炭バーナにより行われる請求項１に記載の鉄鉱石ペレットの製造方法。
【請求項３】
前記微粉炭バーナが、前記予熱室入口を基点として前記予熱室全長の１／３〜０．９８の間に設置されたものである請求項２に記載の鉄鉱石ペレットの製造方法。
【請求項４】
一方の長手方向壁に設置された隣接する微粉炭バーナの間隔が、前記予熱室全長の０．１４〜０．４である請求項２または３に記載の鉄鉱石ペレットの製造方法。
【請求項５】
前記予熱室の長手方向壁からの前記微粉炭バーナの突き出し長さが、前記予熱室幅の０．２５〜０．５である請求項２〜４のいずれか１項に記載の鉄鉱石ペレットの製造方法。
【請求項６】
鉄鉱石ペレットを乾燥室、予熱室の順にトラベリング・グレートで移動させつつ、加熱用ガスの下向き通風により乾燥、予熱するグレート炉と、キルンバーナによる燃焼により、前記クレート炉から装入された前記乾燥・予熱されたペレットを焼成する一方、そのペレット焼成用に使用されたキルン燃焼排ガスを前記加熱用ガスとして前記予熱室へ送り込むロータリキルンとを備えたグレートキルン方式鉄鉱石ペレット製造装置において、
前記予熱室へ微粉炭を吹き込み、この微粉炭を前記キルン燃焼排ガス中の残留酸素で燃焼させて前記キルン燃焼排ガスを昇温させる微粉炭バーナが、前記予熱室の相対向する長手方向壁それぞれに複数本ずつ、前記予熱室入口を基点として前記予熱室全長の１／３〜０．９８の間に、前記予熱室全長の０．１４〜０．４の間隔をあけて配置されてなるものであることを特徴とする鉄鉱石ペレットの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉用原料などに使用される鉄鉱石ペレットを製造するグレートキルン方式による鉄鉱石ペレット製造技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄鉱石ペレットをつくる製造工程は、乾燥、予熱、焼成および冷却の各工程からなり、この製造工程の実施に用いられるグレートキルン方式鉄鉱石ペレット製造装置（以下、単に「グレートキルン方式焼成装置」という。）として、従来、図１０の縦断面図に示すようなものが知られている。同図に示すように、このグレートキルン方式焼成装置は、グレート炉１、キルン燃焼排ガス昇温手段としての予熱室バーナ８、ロータリキルン（以下、単に「キルン」ともいう。）９およびアニュラクーラ１１を備えている。
【０００３】
グレート炉１は、無端状をなすトラベリング・グレート（以下、単に「グレート」という。）２によりこのグレート２のパレット上に敷かれた生ペレットＧＰを、乾燥室３、離水室４、予熱室５の順に各室の長手方向に移動させつつ、後述する加熱用ガスの下向き通風によって乾燥・予熱するものである。なお、離水室４は鉱石中に結晶水を含む場合に設置される。
【０００４】
６は予熱室用風箱群である。グレート２の下方空間はペレット移動方向に沿って複数個の部屋に仕切られており、これらの部屋が風箱と呼ばれている。つまり、予熱室用風箱群６は複数個の風箱よりなるものであり、予熱室５に対してその長手方向（ペレット移動方向）に沿って一列に例えば９個の風箱が並設されている。７は予熱室用吸引ファンで、吸引風量（下向通風量）調節用のファンダンパ（図示省略）を有し、後述のロータリキルン９からのペレット焼成用に使用された高温のキルン燃焼排ガスを加熱用ガスとして予熱室５内に導き、この加熱用ガスをグレート２のパレット上のペレット層、風箱群６を通して下向きに吸引し、次の離水質４内へ送り出すものである。
【０００５】
ロータリキルン９は、このグレート炉１に直結されており、勾配をつけた円筒状回転炉であって、出口側に配設されたキルンバーナ１０による燃焼により、グレート炉１の予熱室５から装入された前記乾燥・予熱されたペレットを焼成する一方、そのペレット焼成用に使用された高温の燃焼排ガスを加熱用ガスとして予熱室５へ送り込むものである。従来は、キルンバーナ１０により微粉炭、コークス炉ガス等の燃料をロータリキルン９内に吹き込み、燃焼用空気とともに燃焼させるようにしている。
【０００６】
また、予熱室５には、ロータリキルン９からのキルン燃焼排ガスを昇温させるためのキルン燃焼排ガス昇温手段としての予熱室バーナ８が設けられている。
【０００７】
従来は、予熱室バーナ８の燃料としてコークス炉ガス（以下、「ＣＯＧ」と略称する。）が用いられ、予熱室５内でこのＣＯＧをキルン燃焼排ガス中の残留酸素で燃焼させることにより、キルン燃焼排ガスを昇温させるようにしている。こうすることで、予熱されたペレット（以下、「予熱ペレット」という。）の強度を高めることができ、操業不安定の原因となるロータリキルン９内におけるキルンリング（ペレット粉化物がキルン内壁レンガ表面に岩状に付着したもの）の発生を防止するようにしている（特許文献１，２参照）。
【０００８】
また、予熱室バーナ８の燃料として石炭のガス化ガスを用いる提案もなされている（特許文献３参照）。
【特許文献１】特公平７−１１６５２８号公報（第２頁）
【特許文献２】特開平１１−３２５７４０号公報（段落［００１５］〜［００１９］）
【特許文献３】特開平３−２８１７３６号公報（第２〜３頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来、予熱室バーナ８の燃料としてＣＯＧや石炭ガス化ガス等のガス燃料が用いられ、微粉炭が用いられなかったのは、微粉炭を予熱室５内に吹き込むと予熱室５内壁に石炭アッシュ（以下、単に「アッシュ」ともいう。）が付着したり、予熱ペレットにアッシュが付着してキルン９内に持ち込まれてキルンリングの原因となることが懸念されたためである。
【００１０】
一方、ペレットの生産量を増加させるためには、グレート炉１でのペレットの滞留時間の不足を加熱用ガス温度の上昇で補うべく予熱室バーナのガス燃料燃焼量を増加する必要がある。そうするとガス燃料の燃焼によるサーマルＮＯｘの発生量が増加し、グレート炉１から大気中に排出される排ガス中のＮＯｘ濃度およびＮＯｘ総量が増加する。このため、環境規制による制約によりペレットの生産量に限界があった。
【００１１】
さらに、ＣＯＧは微粉炭に比べコストが高く、また石炭ガス化ガスはガスの原料として低コストの石炭を使用できるものの高価なガス化装置を別途必要とすることから設備コストが高く、いずれもペレット製造コストが高くなる問題があった。
【００１２】
そこで本発明は、ペレット製造コストを低減しつつ、ＮＯｘの発生が抑制できるペレット製造方法および製造装置を提供することを目的とする。
【００１３】
請求項１に記載の発明は、鉄鉱石ペレットをトラベリング・グレートで移動させつつ、乾燥室、予熱室で加熱した後、キルンバーナを備えたロータリキルンで焼成するグレートキルン方式の鉄鉱石ペレット製造方法において、前記予熱室へ微粉炭を吹き込み、この微粉炭をキルン燃焼排ガス中の残留酸素で燃焼させて前記ロータリキルンからの燃焼排ガス温度を昇温させることを特徴とする鉄鉱石ペレットの製造方法である。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、前記微粉炭の吹込みが、前記予熱室の相対向する長手方向壁それぞれに複数本ずつ設けられた微粉炭バーナにより行われる請求項１に記載の鉄鉱石ペレットの製造方法である。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、前記微粉炭バーナが、前記予熱室入口を基点として前記予熱室全長の１／３〜０．９８の間に設置されたものである請求項２に記載の鉄鉱石ペレットの製造方法である。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、一方の長手方向壁に設置された隣接する微粉炭バーナの間隔が、前記予熱室全長の０．１４〜０．４である請求項２または３に記載の鉄鉱石ペレットの製造方法である。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、前記予熱室の長手方向壁からの前記微粉炭バーナの突き出し長さが、前記予熱室幅の０．２５〜０．５である請求項２〜４のいずれか１項に記載の鉄鉱石ペレットの製造方法である。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、鉄鉱石ペレットを乾燥室、予熱室の順にトラベリング・グレートで移動させつつ、加熱用ガスの下向き通風により乾燥、予熱するグレート炉と、キルンバーナによる燃焼により、前記クレート炉から装入された前記乾燥・予熱されたペレットを焼成する一方、そのペレット焼成用に使用されたキルン燃焼排ガスを前記加熱用ガスとして前記予熱室へ送り込むロータリキルンとを備えたグレートキルン方式鉄鉱石ペレット製造装置において、前記予熱室へ微粉炭を吹き込み、この微粉炭を前記キルン燃焼排ガス中の残留酸素で燃焼させて前記キルン燃焼排ガスを昇温させる微粉炭バーナが、前記予熱室の相対向する長手方向壁それぞれに複数本ずつ、前記予熱室入口を基点として前記予熱室全長の１／３〜０．９８の間に、前記予熱室全長の０．１４〜０．４の間隔をあけて配置されてなるものであることを特徴とする鉄鉱石ペレットの製造装置である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は以上のように構成されているので、ペレット製造コストが低減でき、かつ、サーマルＮＯｘの発生を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図を参照しつつ詳細に説明する。
【００２１】
図１は本発明の実施に係るグレートキルン方式鉄鉱石ペレット製造装置の一例を示す縦断面図、図２は図１に示す製造装置の要部を示す平面図、図３は図２中の予熱室を説明するための横断面図である。ここで、本例において、キルン燃焼排ガス昇温手段が異なっている点以外は、前記図１０に示す従来装置の構成と同一であるので、同一部分には図１０と同一の符号を付して説明を省略し、異なる点について説明する。
【００２２】
図１〜図３に示すように、ロータリキルン９からの燃焼排ガスを昇温させるためのキルン燃焼排ガス昇温手段として、予熱室５には、微粉炭を予熱室５内に吹き込むための微粉炭バーナ（以下、単に「バーナ」ともいう。）２１を設けている。予熱室５内に従来のＣＯＧに代えて微粉炭を吹き込むと、この微粉炭がキルン燃焼排ガス中の残留酸素で燃焼してできるバーナフレームの輝度が、ＣＯＧのバーナフレームの輝度より高いため輻射伝熱量が従来より増加し、従来と同様の伝熱量をペレットに与えるのにＣＯＧより低い燃焼温度でよく、その結果としてサーマルＮＯｘの発生が抑制される。また、ＣＯＧに比べて安価な微粉炭を用いることができるので、ペレット製造コストが低減できる。
【００２３】
微粉炭バーナ２１は、図２および図３に示すように、予熱室５の相対向する両方の長手方向壁（以下、「側壁」ともいう。）５ａそれぞれに、予熱室５長手方向に沿って所定間隔をあけて一列に並べて配置することが望ましい。これにより、予熱室用吸引ファン７による吸引でグレート２に向かう加熱用ガスの下向き流れの中に、複数の微粉炭バーナ２１のバーナフレームが位置することとなり、予熱室天井壁が過熱されることがない。このため、この天井壁等にキルン排ガス中に含有される石炭アッシュ等が付着することがなく、予熱室５の加熱用ガスを所要温度に昇温できる。
【００２４】
また、ペレット移動方向と直角な予熱室幅方向における加熱用ガスの温度調整は、微粉炭バーナ２１の総燃料吹込量を調整することにより、容易に行うことができ、予熱室５幅方向における加熱用ガスの温度差をほぼなくすことができる。さらに、各微粉炭バーナ２１ごとの燃料吹込量を調整することにより予熱室５長手方向においても最適なペレット加熱パターンを実現することができる。
【００２５】
そして、高さ方向におけるグレート２と各微粉炭バーナ２１との距離ｈは、上述のように天井壁を過熱させないために、予熱室５の高さＨの半分以下となるように、グレート２に近接して位置させることが望ましい。
【００２６】
また、複数本の微粉炭バーナ２１は、予熱室入口５ｂを基点として（１／３）Ｌ〜０．９８Ｌ（Ｌ：予熱室の長手方向の有効長さ＝予熱室全長）の間に配設することが望ましい。図４に示すように、予熱室入口５ｂを基点として（１／３）Ｌ未満の位置に微粉炭バーナ２１を設置すると、予熱室入口壁（離水室４と予熱室５とを仕切る隔壁）５ｂに石炭アッシュが付着し始めるためである。一方、表１に示すように、予熱室入口５ｂを基点として０．９８Ｌを超える位置（すなわち、予熱室出口を基点として０．０２Ｌ未満の位置）にバーナ２１を設置すると、キルン９から予熱室５に流入する高温ガス流に直接曝されてバーナ２１が折損されやすくなるためである。
【表１】
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【００２７】
また、一方の長手方向壁（側壁）に設置された隣接するバーナ２１の間隔は、０．１４Ｌ〜０．４Ｌとすることが望ましい。０．１４Ｌ未満では隣接するバーナ２１のフレームの輻射熱によりバーナが溶損することがあり、一方、０．４Ｌを超えるとバーナ２１の総設置本数が少なくなりすぎてバーナ１本当たりの微粉炭吹込み量が過大となり、バーナフレームが長大化して対面側の予熱室側壁５ａ耐火物の溶損や当該耐火物への石炭アッシュの付着等の問題が生じやすくなるためである。
【００２８】
また、バーナ２１の予熱室側壁５ａからの突き出し長さｙは、０．２５Ｗ〜０．５Ｗ（Ｗ：予熱室５の有効幅＝予熱室幅）とすることが望ましい。図５に示すように、０．２５Ｗ未満になるとバーナ取付側の側壁に石炭アッシュが付着し始めるためであり、一方、０．５Ｗを超えるとバーナ２１の対面側の側壁に石炭アッシュが付着し始めるためである。
【００２９】
上記のようにして、予熱室５に設置した微粉炭バーナ２１で加熱ガス温度を上昇させることにより、ペレットが十分に予熱され、予熱ペレットの強度が高まる。この強度の高い予熱ペレットはキルン９内で転動を受けても粉化しにくく、キルンリングの生成が防止されることとなる。
【００３０】
なお、予熱室５に設けた微粉炭バーナ２１による燃焼で発生する石炭アッシュは、加熱ガスとともにグレート２上のペレット層内を通過する際にその一部がペレット表面に付着し、予熱ペレットとともにキルン９内に持ち込まれる。このため、前述したように、従来はキルン９内壁に石炭アッシュが付着してキルンリングの発生が助長されることを懸念して、予熱バーナ８の燃料としてＣＯＧが用いられていた。しかしながら、キルン９内に予熱ペレットとともに装入された石炭アッシュは、キルン９内壁に石炭アッシュが付着するようなキルン９内の高温域にペレットが到達する前に、ペレットの転動によりペレット表面から剥離され、キルン排ガス流に乗って再度予熱室５内に戻ってくるものと考えられる。そして、最終的に予熱室用風箱群６に設けられた集塵機でほぼ全量が捕捉される（後述の実施例参照）。したがって、予熱室５のバーナ２１の燃料として微粉炭を用いても、キルンリングの発生が助長されることがなく、従来と同様、安定したペレットの製造ができる。
【実施例】
【００３１】
本発明の効果を確認するため、実機の鉄鉱石ペレット製造装置を用いて以下の試験操業を実施した。
【００３２】
用いた実機の鉄鉱石ペレット製造装置の予熱室の有効幅Ｗは４．６ｍ、長手方向の有効長さ（予熱室全長）Ｌは２７．４５ｍである。また、予熱室の長手方向に沿って予熱室全長Ｌの間に９つの風箱（風箱番号１２〜２０）からなる予熱室用風箱群が設けられている。試験期間中のペレットの製造量は下記比較例、実施例とも約１１６００ｔ／日であった。
【００３３】
［比較例］
比較例として、予熱室バーナの燃料としてＣＯＧを用いた試験操業を行った。予熱室バーナ（ＣＯＧバーナ）は、予熱室側壁両側にそれぞれ３本ずつ配設した。試験操業期間中のＣＯＧ総吹込み量は６３００〜６５００ｍ3（標準状態）／ｈであった。
【００３４】
［実施例］
次に、実施例として、上記ＣＯＧバーナと異なる位置に微粉炭バーナを配設した。微粉炭バーナは、予熱室側壁両側にそれぞれ４本ずつ、予熱室入口から１４．５ｍ（０．５２８Ｌ）、１９．８ｍ（０．７１９Ｌ）、２３．６ｍ（０．８６０Ｌ）、２６．６ｍ（０．９６９Ｌ）の位置に水平に設置した。また、各微粉炭バーナは、グレート上面から１．２ｍ（０．２７Ｈ）の高さに設置した。さらに、各微粉炭バーナの予熱室側壁からの突き出し長さは、１．２ｍ（０．２６Ｗ）とした。試験操業期間中の微粉炭総吹込み量は２．２〜３．２ｔ／ｈであった。
【００３５】
［試験結果］
（１）ＮＯｘ排出量
本発明によるＮＯｘ（サーマルＮＯｘ）発生の抑制効果を確認するため、比較例の試験操業条件から実施例の試験操業条件へと変更したときのグレート炉排ガス中のＮＯｘ濃度を測定することによりグレート炉からのＮＯｘ排出量を求め、その変化の様子を図６（ａ）に示す。同図に示すように、グレート炉からのＮＯｘ排出量は、比較例の期間中では平均１１３ｍ3（標準状態）／ｈであったのが、実施例の期間中では平均９６ｍ3（標準状態）／ｈへと大幅に低下した。なお、同様にして求めたＳＯｘ排出量は、図６（ｂ）に示すように、比較例の期間中では平均５７ｍ3（標準状態）／ｈであったのが、実施例の期間中では平均６３ｍ3（標準状態）／ｈであり実質的に変化はなく、問題はなかった。
【００３６】
（２）石炭アッシュのバランス
実施例の試験操業期間において、石炭アッシュのバランスを、石炭アッシュの主要成分であるＳｉＯ2に基づいて計算することにより調査した。その結果、予熱室に吹き込んだ微粉炭中のアッシュ量が２１６ｋｇ／ｈであったのに対し、グレート通過後に集塵機で捕集されたダスト中のアッシュ量は２４９ｋｇ／ｈであった。キルンバーナの燃料にも微粉炭を用いていることから、キルン排ガス中にもともと含有されるアッシュ量を考慮すると、予熱室の微粉炭バーナでの燃焼により発生したアッシュ量のほぼ全量がグレート炉で回収されていることになり、予熱室に吹き込まれた微粉炭由来の石炭アッシュのキルン内への蓄積は実質的にないものと考えられる。また、比較例および実施例の両試験操業期間中（それぞれ約３ヶ月間）ともキルンリングの発生は見られなかった。
【００３７】
（３）微粉炭の燃焼性
実施例の試験操業期間において、微粉炭バーナで予熱室に吹き込まれた微粉炭の燃焼性をＣバランスにより調査した。その結果、予熱室に吹き込まれた微粉炭中のＣ量が２６２５ｋｇ／ｈであったのに対し、グレート通過後に集塵機で捕捉されたダスト中のＣ量は４８ｋｇ／ｈであり、微粉炭の燃焼率は９８％と高く、予熱室に吹き込まれた微粉炭のほぼ全量が燃焼していることが確認された。
【００３８】
（４）予熱室側壁温度
図８に示すように、予熱室の側壁温度は、実施例の期間においては比較例の期間に比べ、最大で約７０℃上昇したものの、依然として耐火物の使用温度範囲内であり、耐火物の溶損や壁面への石炭アッシュの付着等も認められず、問題はなかった。
【００３９】
（５）予熱ペレットの強度
図９に示すように、ペレット層内温度曲線は、比較例の期間と実施例の期間とで、ほとんど変化はなく、その結果、図１０に示すように、比較例の期間と実施例の期間とで、予熱ペレットの圧潰強度にほとんど変化は見られず、キルン内での転動に耐えられる十分な強度が維持されていた。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施に係るグレートキルン方式鉄鉱石ペレット製造装置の一例を示す縦断面図である。
【図２】図１に示すグレートキルン方式鉄鉱石ペレット製造装置の要部を示す平面図である。
【図３】図２中の予熱室を説明するための横断面図である。
【図４】予熱室入口から当該入口に最近接のバーナまでの距離と隔壁へのアッシュの付着量との関係を示すグラフ図である。
【図５】予熱室側壁からバーナ先端までの突き出し長さと予熱室側壁へのアッシュの付着量との関係を示すグラフ図である。
【図６】グレート炉からの（ａ）ＮＯｘ排出量および（ｂ）ＳＯｘ排出量の経時変化を示すグラフ図である。
【図７】予熱室長手方向位置と予熱室側壁温度との関係を示すグラフ図である。
【図８】グレート炉長手方向位置とペレット層内温度との関係を示すグラフ図である。
【図９】予熱ペレットの圧潰強度の経時変化を示すグラフ図である。
【図１０】従来のグレートキルン方式鉄鉱石ペレット製造装置を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１…グレート炉      ２…トラベリング・グレート
３…乾燥室          ４…離水室
５…予熱室          ５ａ…予熱室長手方向壁
５ｂ…予熱室入口壁（予熱室入口）
６…予熱室用風箱群  ７…予熱室用吸引ファン
８…予熱室バーナ（ＣＯＧバーナ）  ９…ロータリキルン
１０…キルンバーナ  １１…アニュラクーラ
２１…微粉炭バーナ
ＧＰ…生ペレット
【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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【図１０】
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