(57)【要約】【課題】  微粉炭バーナを熱源として用いるグレートキルンシステムにおいて、予熱ペレットの表面に付着してキルンに持ち込まれる石炭灰の量を精度良く測定できる方法を提供する。【解決手段】  生ペレットＧＰの一部を充填した金属製カゴを、グレート炉１への生ペレットＧＰの装入位置より生ペレット移動方向に対して上流側で移動パレット２上に載置し、予熱室５の出口付近で前記カゴを回収する。回収されたカゴ内の予熱ペレットを回転強度試験機で粉化させて表面部を削り取り、この削り取った表面部と、表面部を削り取る前の予熱ペレット全部のそれぞれについて、ＳｉＯ2濃度および／またはＡｌ2Ｏ3濃度を化学分析により測定し、前記表面部と予熱ペレット全部のＳｉＯ2濃度および／またはＡｌ2Ｏ3濃度の差異に基づいて予熱ペレットへの石炭灰の付着量を求める。【選択図】  図１
2005082882.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生ペレットをトラベリング・グレート炉に装入して炉内を通過させる間に後記ロータリキルンの排ガス顕熱を用いて乾燥および予熱することにより予熱ペレットとなし、この予熱ペレットを、その出口端に設けられた微粉炭バーナからの火炎を熱源とするロータリキルンに投入して焼成することにより焼成ペレットを製造するにあたり、前記トラベリング・グレート炉の出口付近から前記予熱ペレットの試料を採取し、この試料の、石炭灰が付着した表面部を削り取り、この削り取った表面部と、生ペレット、予熱ペレットおよび焼成ペレットよりなる群から選ばれた一のペレットとのそれぞれについて、石炭灰の主要成分から選ばれた少なくとも一つの代表成分の濃度を化学分析により測定し、前記表面部と前記一のペレットとの前記代表成分の濃度の差異に基づいて前記予熱ペレットへの石炭灰の付着量を求めることを特徴とする予熱ペレットへの石炭灰付着量の測定方法。
【請求項２】
前記ロータリキルンの排ガス顕熱が、予熱室に設けられた微粉炭バーナから吹き込まれた微粉炭を燃焼させることにより調節されるものである請求項１に記載の予熱ペレットへの石炭灰付着量の測定方法。
【請求項３】
前記表面部を削り取る手段が、前記試料を回転ドラム内に装入し、この回転ドラムを所定の回転速度で所定時間回転して前記試料の表面近傍の部分を粉化させた後、所定の篩目の篩で篩い分けして篩下を前記表面部とするものである請求項１または２に記載の予熱ペレットへの石炭灰付着量の測定方法。
【請求項４】
前記石炭灰の主要成分が、ＳｉＯ2およびＡｌ2Ｏ3である請求項１〜３のいずれか１項に記載の予熱ペレットへの石炭灰付着量の測定方法。
【請求項５】
前記予熱ペレットの試料を採取する手段が、生ペレットの一部を充填した金属製カゴを、前記トラベリング・グレート炉への生ペレットの装入位置より生ペレット移動方向に対して上流側で移動パレット上に載置し、前記トラベリング・グレート炉の出口付近で前記カゴを回収するものである請求項１〜４のいずれか１項に記載の予熱ペレットへの石炭灰付着量の測定方法。
【請求項６】
前記回収されたカゴ内のペレット充填層の上表面から所定の深さまでの部分のみを前記予熱ペレットの試料とする請求項５に記載の予熱ペレットへの石炭灰付着量の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄鉱石ペレット焼成用のグレートキルンシステムにおける操業技術に関し、詳しくは、焼成用および／または予熱用熱源として微粉炭を用いた場合に問題とされる予熱ペレットへの石炭灰付着量の測定技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄鉱石ペレット焼成用のグレートキルンシステムは、生ペレットの乾燥および予熱をトラベリング・グレート炉（以下、単に「グレート炉」ともいう。）で行わせ、ロータリキルン（以下、単に「キルン」ともいう。）で焼成した後、アニュラクーラで冷却を行う形式のものである。システム全体の加熱は、キルン出口端に配設したバーナを用い、キルンからの排ガス顕熱をグレート炉での熱源として有効利用するものである。バーナの燃料としては、過去においては重油が用いられていたが、近年では安価な微粉炭が用いられている。微粉炭には石炭に由来する灰分が多く含まれているため、微粉炭を燃焼した後の排ガス中には石炭灰が多量に含まれることになる。その結果、キルン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）の発生がさらに顕著になる傾向がある。このため、キルンリングの発生を抑制すべく、石炭灰がキルン内壁に付着しにくい炭種を選択して用いることが行われている。そして、炭種の変更に際して、グレート炉（予備焼成炉）の出口部近傍に耐熱性金属棒（付着棒）を一定時間挿入し、この付着棒の表面に付着した石炭灰等の付着量、成分組成等を測定することにより、間接的に石炭灰のキルン内壁への付着状況を把握する方法が採用されている（特許文献１参照）。
【０００３】
一方、最近では、主熱源としての上記キルンの微粉炭バーナに加え、補助熱源としてグレート炉の予熱室にバーナ列を配設し、キルン排ガス温度を上昇させることによって、予熱ペレットの強度を高めてキルン内での粉化を防止してキルンリングの発生をさらに抑制する改良技術が実用化されている（特許文献２参照）。
【０００４】
この予熱室のバーナ列の燃料としては従来、コークス炉ガスが用いられていたが、さらなる燃料コストの低減を図るため、このバーナ列にも微粉炭バーナを用いることが検討されている。そうすると、キルンからの排ガス中に含まれる石炭灰だけでなく、予熱室の微粉炭バーナ列からも石炭灰が加わり、石炭灰を高濃度に含有する予熱用ガスが移動パレット上のペレット層を通過することになる。この際、予熱用ガスに含まれる石炭灰の一部はペレット表面に付着し、予熱ペレットとともにキルン内に装入されることになる。なお、石炭灰の残部はペレット表面に付着することなくペレット層を通過した後、移動パレット下方に設置された集塵機で回収される。したがって、従来のように、予熱室の出口部近傍に付着棒を挿入しても、キルン排ガス中の石炭灰のみの挙動を把握できるだけであり、予熱室のバーナ列から発生した石炭灰の挙動については把握できない。また、仮に複数の付着棒を予熱室の全体に挿入して予熱ガス中の石炭灰の挙動を把握できたとしても、実際にペレット表面に付着する石炭灰の量は特定できず、予熱ペレットとともにキルン内に持ち込まれる石炭灰の量を精度良く測定することは不可能である。
【特許文献１】特公昭６０−５３２７６号公報
【特許文献２】特開平１１−３２５７４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで本発明は、微粉炭バーナを熱源として用いるグレートキルンシステムにおいて、予熱ペレットの表面に付着してキルンに持ち込まれる石炭灰の量を精度良く測定できる方法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】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、生ペレットをトラベリング・グレート炉に装入して炉内を通過させる間に後記ロータリキルンの排ガス顕熱を用いて乾燥および予熱することにより予熱ペレットとなし、この予熱ペレットを、その出口端に設けられた微粉炭バーナからの火炎を熱源とするロータリキルンに投入して焼成することにより焼成ペレットを製造するにあたり、前記トラベリング・グレート炉の出口付近から前記予熱ペレットの試料を採取し、この試料の、石炭灰が付着した表面部を削り取り、この削り取った表面部と、生ペレット、予熱ペレットおよび焼成ペレットよりなる群から選ばれた一のペレットとのそれぞれについて、石炭灰の主要成分から選ばれた少なくとも一つの代表成分の濃度を化学分析により測定し、前記表面部と前記一のペレットとの前記代表成分の濃度の差異に基づいて前記予熱ペレットへの石炭灰の付着量を求めることを特徴とする予熱ペレットへの石炭灰付着量の測定方法である。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、前記ロータリキルンの排ガス顕熱が、予熱室に設けられた微粉炭バーナから吹き込まれた微粉炭を燃焼させることにより調節されるものである請求項１に記載の予熱ペレットへの石炭灰付着量の測定方法である。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、前記表面部を削り取る手段が、前記試料を回転ドラム内に装入し、この回転ドラムを所定の回転速度で所定時間回転して前記試料の表面近傍の部分を粉化させた後、所定の篩目の篩で篩い分けして篩下を前記表面部とするものである請求項１または２に記載の予熱ペレットへの石炭灰付着量の測定方法である。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、前記石炭灰の主要成分が、ＳｉＯ2およびＡｌ2Ｏ3である請求項１〜３のいずれか１項に記載の予熱ペレットへの石炭灰付着量の測定方法である。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、前記予熱ペレットの試料を採取する手段が、生ペレットの一部を充填した金属製カゴを、前記トラベリング・グレート炉への生ペレットの装入位置より生ペレット移動方向に対して上流側で移動パレット上に載置し、前記トラベリング・グレート炉の出口付近で前記カゴを回収するものである請求項１〜４のいずれか１項に記載の予熱ペレットへの石炭灰付着量の測定方法である。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、前記回収されたカゴ内のペレット充填層の上表面から所定の深さまでの部分のみを前記予熱ペレットの試料とする請求項５に記載の予熱ペレットへの石炭灰付着量の測定方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は以上のように構成されており、予熱ペレットの表面に付着した石炭灰を含む部分（表面部）とペレットとの代表成分の濃度の差異から予熱ペレットの表面に付着した石炭灰の量を算出できるので、予熱ペレットに付着してキルンに持ち込まれる石炭灰の量を精度良く求めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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。
【００１４】
図１は本発明の実施に用いるグレートキルンシステムのペレット焼成装置の概略の設備構成を示す縦断面図である。
【００１５】
トラベリング・グレート炉（以下、単に「グレート炉」ともいう。）１は、エンドレスに回転する移動パレット２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の順に移動させつつ、後述する予熱用ガスの下向通風によって乾燥および予熱を行うものである。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。
【００１６】
上記予熱用ガスは、ロータリキルン（以下、単に「キルン」ともいう。）９に設置された微粉炭バーナ１０の排ガス（キルン排ガス）が予熱室用吸引ファン７により予熱室５内に導入され、これに微粉炭バーナ列２１から微粉炭を吹き込んで燃焼することによりガス温度が調節されたものであり、移動パレット２上のペレット層、風箱群６の順に下向きに通過する。
【００１７】
したがって、微粉炭バーナ１０で燃焼された微粉炭由来の石炭灰の一部がキルン排ガスとともに予熱室５内に導入され、これに、予熱室５に設置された微粉炭バーナ列２１で燃焼された微粉炭由来の石炭灰が加わり、石炭灰を高濃度に含有する加熱用ガスがペレット層を通過する。加熱用ガスがペレット層を通過する間にペレット表面に石炭灰の一部が付着し、残部は加熱用ガスとともに予熱室用風箱群６に導入され、図示しない集塵機により捕集される。
【００１８】
表面に石炭灰が付着した予熱ペレットはキルン９に投入され、キルン９内で転動を受けて表面に付着した石炭灰が剥離し、キルンリング生成を助長する可能性がある。
【００１９】
そこで、本実施の形態では、グレート炉１の出口付近（すなわち、予熱室５の出口付近）から予熱ペレットの試料を採取する。ここで、微粉炭バーナ列２１は、予熱ガス温度を均一にするとともに隣接するバーナを熱で溶損させないために、予熱室５の長手方向に所定間隔で複数本設置されるので、予熱ペレットに付着してキルン９に持ち込まれる石炭灰の量を精度良く定量するためには、できるだけ予熱室５の出口に近い場所から予熱ペレットの試料を採取することが望ましい。
【００２０】
予熱ペレットの試料の採取の手段としては以下の手段が推奨される。すなわち、生ペレットＧＰの一部を充填した金属製カゴを、グレート炉１への生ペレットＧＰの装入位置より生ペレット移動方向に対して上流側で移動パレット２上に載置する。カゴが載置された後に残りの生ペレットＧＰが移動パレット２上に装入されるので、カゴの周りに残りの生ペレットＧＰが充填されて、カゴ内の生ペレットとともに移動パレット２上にペレット層を形成する。そして、移動パレット２の移動とともにグレート炉１内を移動したカゴを予熱室５の出口付近で回収して炉外に取り出す。回収を容易にするために予めカゴに取っ手を取り付けておき、予熱室５出口付近の側壁に設けたマンホールから先端を鉤形にした金属棒で取っ手に引っかけて取り出すことができる。また、測定の精度を高めるため、移動パレット２の幅方向に複数個のカゴを載置してもよく、また、一定時間ごとに１個ずつまたは複数個ずつカゴを載置してもよい。
【００２１】
なお、予熱ペレットの試料の採取の手段として、上記カゴを用いる手段に代えて、上記マンホールから金属製の柄杓で予熱室５からキルン９に流下する予熱ペレットを採取する手段を用いても良い。
【００２２】
このようにして採取した予熱ペレットの試料を、表面に付着した石炭灰を含む表面部を削り取る。表面部を削り取る手段としては以下の手段が推奨される。すなわち、予熱ペレットの試料を回転ドラム内に装入し、この回転ドラムを所定の回転速度で所定時間回転して試料の表面近傍の部分を粉化させた後、所定の篩目の篩で篩い分けして篩下を表面部とする。回転ドラムとしては、例えばＪＩＳ  Ｍ  ８７１２に規定される回転強度試験機を用いることができる。そして、回転ドラムの所定の回転速度、回転時間および篩目の大きさは、以下のようにして決定することができる。例えば、ＪＩＳ  Ｍ  ８７１２に規定される回転強度試験の条件のうち、回転ドラムの回転速度、篩目の大きさはＪＩＳ  Ｍ  ８７１２の規定どおりとし、回転時間だけを順次延長して、得られた各篩下の後記代表成分の濃度を測定し、この濃度が実質的に変化しなくなる回転時間を所定の回転時間とすればよい。
【００２３】
このようにして削り取った表面部と、表面部を削り取る前の予熱ペレット（以下、「予熱ペレット全部」ともいう。）のそれぞれについて、石炭灰の主要成分から選択した少なくとも一つの代表成分の濃度を化学分析により測定する。なお、石炭灰の主要成分と共通するペレットの脈石成分の組成は、乾燥から焼成の間で実質的に変化しないので、表面部を削り取る前の予熱ペレット（予熱ペレット全部）に代えて、生ペレットまたは焼成ペレットを用いてもよい。ここで、石炭灰の主要成分とは、石炭灰（微粉炭の灰分）の成分のうち、石炭灰中の濃度がペレット中の濃度よりも十分に高い成分をいい、通常の炭種ではＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3がこれに相当する。微粉炭バーナ１０と微粉炭バーナ列２１とで同じ微粉炭を使用する場合において、例えば、代表成分をＳｉＯ2とし、石炭灰（微粉炭の灰分）中のＳｉＯ2濃度がａ質量％のときに、予熱ペレットの試料に対する上記削り取った表面部の質量割合がｂ％で、当該表面部と予熱ペレット全部のＳｉＯ2濃度がそれぞれｃ質量％、ｄ質量％であったとすると、予熱ペレットに付着した石炭灰の質量割合ｗ質量％は、ＳｉＯ2バランスより下記式（１）で計算できる。
【００２４】
ｗ＝ｂ・（ｃ−ｄ）／（ａ−ｄ）  …式（１）
【００２５】
この式（１）の分母の構成から明らかなように、石炭灰中の濃度ａがペレット中の濃度ｄに比べて高いほど予熱ペレットに付着した石炭灰の質量割合ｗを精度良く計算できることがわかる。もちろん代表成分はＳｉＯ2に代えてＡｌ2Ｏ3を用いてもよい。
【００２６】
また、微粉炭バーナ１０と微粉炭バーナ列２１とで異なる炭種の微粉炭を用いる場合（すなわち、各炭種由来の石炭灰の成分組成が異なる場合）には、ＳｉＯ2およびＡｌ2Ｏ3の両成分を代表成分とし、ＳｉＯ2バランスとＡｌ2Ｏ3バランスとからなる連立方程式を解くことにより予熱ペレットに付着した石炭灰を各炭種由来の石炭灰に分けてそれぞれの質量割合を求めることもできる。
【００２７】
予熱用ガスはペレット層内を下方に向かって流通するので、予熱用ガスに含まれる石炭灰はペレット層の最上層に最も多く付着し、下層に向かうにしたがって付着量は少なくなる。したがって、前記回収されたカゴ内のペレット充填層の上表面から所定の深さまでの部分のみを予熱ペレットの試料としてもよい。これにより、削り取られた表面部に石炭灰が高濃度に含まれるため代表成分の分析精度が高くなるからである。なお所定の深さは、浅すぎると試料の量が過少となり却って分析精度を低下させる一方、深すぎると削り取られた表面部に含まれる石炭灰の濃度が薄まり分析精度が低下するので、ペレット充填層厚さの１／４〜１／２の範囲とすることが望ましい。
【実施例１】
【００２８】
図１に示すペレット焼成装置において、本発明に係る予熱ペレットへの石炭灰付着量の測定方法を実施した。
【００２９】
キルン９に設置された微粉炭バーナ１０および予熱室５に設置された微粉炭バーナ列２１に用いた微粉炭は、ともに表１に示す成分組成を有する石炭を−７５μｍ、８０質量％に粉砕したものである。
【表１】
2005082882.tif 000003
【００３０】
試験期間中の焼成ペレットの生産速度は１１４００ｔ／日、微粉炭バーナ１０での微粉炭使用量は１７．４ｋｇ／ｔ−Ｐ、微粉炭バーナ列２１での微粉炭使用量は５．２ｋｇ／ｔ−Ｐであった。
【００３１】
生ペレットＧＰの一部を取っ手付きのステンレス鋼製カゴに充填したものを複数個用意し、この生ペレット入りのカゴを一定時間ごとにグレート炉１への生ペレットＧＰの装入位置より生ペレット移動方向に対して上流側で移動パレット２上に載置した。そして、予熱室５出口付近の側壁に設けたマンホールから先端を鉤形にした鉄棒で取っ手に引っかけてカゴを順次炉外に取り出し、予熱ペレットを採取した。
【００３２】
回収したカゴ内のペレット充填層を高さ方向で２分割または３分割して各層の試料ごとに、回転強度試験装置の回転ドラムに装入し、ＪＩＳ  Ｍ  ８７１２に規定された回転速度２４ｒｐｍで、回転時間を１０，２０，３０，４０分へと順次延長して回転ドラムを回転することにより表面部を粉化処理しつつ、各回転時間ごとに試料を取り出してＪＩＳ  Ｍ  ８７１２に規定された篩目１ｍｍの篩で篩い分けして篩下を除去し、残部の篩上は回転ドラムに戻して粉化処理を継続した。このようにして回転時間１０分ごとに除去した篩下を化学分析してＳｉＯ2濃度およびＡｌ2Ｏ3濃度を求めた。また、上記粉化処理を行わない予熱ペレット（予熱ペレット全部）を別途化学分析してＳｉＯ2濃度およびＡｌ2Ｏ3濃度を求めた。そして、ＳｉＯ2バランスおよびＡｌ2Ｏ3バランスから、各篩下に含まれる石炭灰由来のＳｉＯ2量およびＡｌ2Ｏ3量を計算により求めた。
【００３３】
その結果を表２および表３に示す。
【表２】
2005082882.tif 000004
【表３】
2005082882.tif 000005
【００３４】
表２および表３に示すように、回転時間の延長とともに各篩下に含まれる石炭灰由来のＳｉＯ2量およびＡｌ2Ｏ3量は急速に減少する。したがって、本実施例の条件では回転時間は１０分以上、さらには２０分以上、特に３０分以上とすることが好ましい。また、表２および表３より明らかなように、ペレット充填層の上層は中層、下層に比べて各篩下に含まれる石炭灰由来のＳｉＯ2量およびＡｌ2Ｏ3量は顕著に高く、上表面から所定深さ（本実施例ではペレット充填層厚さの１／３〜１／２）までのペレットのみを試料として用いることにより代表成分の分析精度を高められることがわかる。
【実施例２】
【００３５】
上記実施例１に示すペレット焼成装置において、予熱室５の微粉炭バーナ列２１に代えて、予熱室５にコークス炉ガスバーナ列を設置して操業した場合について、本発明に係る予熱ペレットへの石炭灰付着量の測定方法を実施した。キルン９に設置した微粉炭バーナ１０に用いた微粉炭は実施例１と同じものとし、予熱室５に設置したコークス炉ガスバーナ列からはカロリー約２００００ｋＪ／ｍ3（標準状態）のコークス炉ガスを吹き込んだ。
【００３６】
試験期間中の焼成ペレットの生産速度は１１４００ｔ／日、微粉炭バーナ１０での微粉炭使用量は１７．４ｋｇ／ｔ−Ｐ、コークス炉ガスバーナ列２１でのコークス炉ガス使用量は７．８ｍ3（標準状態）／Ｐであった。
【００３７】
そして、上記実施例１と同様の手段および手順で各篩下に含まれる石炭灰由来のＳｉＯ2濃度およびＡｌ2Ｏ3濃度を求めた。ただし、回収したカゴ内のペレット充填層の分割は２分割のみ実施した。
【００３８】
図２および図３に各回転時間ごとに回収した篩下に含まれる石炭灰由来のＳｉＯ2量およびＡｌ2Ｏ3量を示す。なお、これらの図には、上記実施例１の２分割のデータを併記した。図２および図３から明らかなように、本実施例においても、上記実施例１と同様の傾向により、回転時間の延長とともに各篩下に含まれる石炭灰由来のＳｉＯ2量およびＡｌ2Ｏ3量は急速に減少する。また、予熱室５にコークス炉ガスに代えて微粉炭を吹き込むことにより、篩下（すなわちペレット表面部）に含まれる石炭灰由来のＳｉＯ2量およびＡｌ2Ｏ3量が大幅に増加しており、予熱ペレットへの石炭灰の付着量が大幅に増加していることがわかる。このように、本発明に係る予熱ペレットへの石炭灰付着量の測定方法を適用することにより、予熱室に微粉炭バーナ列を設置した場合でも、予熱ペレットへの石炭灰の付着量の増加の度合いを定量的に把握できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施に用いるグレートキルンシステムのペレット焼成装置の概略の設備構成を示す縦断面図である。
【図２】回転ドラムの回転時間と篩下に含まれる石炭灰由来のＳｉＯ2量との関係を示すグラフ図であり、（ａ）は上層、（ｂ）は下層を示す。
【図３】回転ドラムの回転時間と篩下に含まれる石炭灰由来のＡｌ2Ｏ3量との関係を示すグラフ図であり、（ａ）は上層、（ｂ）は下層を示す。
【符号の説明】
【００４０】
１…トラベリング・グレート炉
２…移動パレット
３…乾燥室
４…離水室
５…予熱室
６…予熱室用風箱群
７…予熱室用吸引ファン
９…ロータリキルン
１０…微粉炭バーナ
２１…微粉炭バーナ列
ＧＰ…生ペレット
【図１】
2005082882.tif 000006
【図２】
2005082882.tif 000007
【図３】
2005082882.tif 000008