(57)【要約】      （修正有）【課題】回転炉床の最上層が岩盤炉床であるような回転炉床炉において、回転炉床の側縁部が炉の側壁に接触して炉床の回転を妨げることを、簡単な構造で効果的に防止する炉床構造を提供すること。【解決手段】回転炉床炉において、回転炉床３の少なくとも岩盤炉床１２と不定形耐火物層１５との間にクリアランス部２２を設け、該クリアランス部２２の幅方向長さを、昇温したときの金属や酸化鉄系物質層の熱膨張量に組成変化に伴う膨張量を加えた長さ以上、上記長さに回転炉床３に装入する塊成化物の径を加えた長さ以下とするとともに、該クリアランス部２２に伸縮可能な耐火性物質を充填した構造とする。【選択図】図４
2007298202.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
幅方向中央部が、金属や酸化物系物質によって形成される最上層の岩盤炉床とその下部の耐火物層とからなり、周縁部が、上記耐火物より厚みが厚い不定形耐火物層からなる回転炉床を有する回転炉床炉であって、前記回転炉床の少なくとも岩盤炉床と不定形耐火物層との間にクリアランス部を設け、該クリアランス部の幅方向長さを、昇温したときの金属や酸化物系物質層の熱膨張量に組成変化に伴う膨張量を加えた長さ以上とするとともに、該クリアランス部に伸縮可能な耐火性物質を充填したことを特徴とする回転炉床炉。
【請求項２】
前記周縁部の不定形耐火物層に、その外面が炉の側壁に面するようにコーナー部レンガを設けたことを特徴とする請求項１に記載の回転炉床炉。
【請求項３】
前記クリアランス部の幅方向長さを、昇温したときの金属や酸化物系物質層の熱膨張量と組成変化に伴う膨張量に、さらに加熱処理物の径を加えた合計長さ以下としたことを特徴とする請求項１または２に記載の回転炉床炉。
【請求項４】
回転炉床の周縁部の最上面高さが、被加熱物の排出手段の最下部の高さより加熱処理物の径以上低く設定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転炉床炉。
【請求項５】
前記幅方向中央部の耐火物層と前記周縁部の不定形耐火物層の間にもクリアランス部を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転炉床炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として、粉状の鉄酸化物と粉状の炭素質物質を混合した塊成化物を加熱処理するために用いられる回転炉床炉において、特に、回転炉床の側縁部が炉の側壁に接触して炉床の回転を妨げることを防止する炉床構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
還元鉄を製造する方法として、粉状の鉄酸化物と粉状の炭素質物質を混合した塊成化物を回転炉床炉を用いて加熱処理する方法が注目されている。
図１に、そのような方法で用いられる回転炉床炉を示す。回転炉床炉１は、加熱処理物としての上記塊成化物２を載置するための回転炉床３と、炉床全体を上方から覆うフード４を備えている。フード４は、天井５と側壁６、６とからなり、回転炉床３の外周および内周縁部近傍に、側壁６が配置されている。フードの側壁６には塊成化物２を加熱するためのガスバーナ７や雰囲気ガスの吹込みノズル８などが設けられている。回転炉床３は、その下面に取り付けられたレール９を介して台座に取り付けられた車輪１０によって支持されており、車輪１０が回転することにより一定速度で回転するようになっている。回転炉床３の回転中に炉内を外気から遮断するため、通常、回転炉床３と側壁６との間に水封手段１１が設けられている。
【０００３】
回転炉床３は、耐火物や酸化鉄系物質の層とそれらを支持するための金属板により構成されており、その幅方向中央部から外周縁部までの詳細を図２に示す。
回転炉床３の幅方向中央部の炉床最上面は、塊成化物の粉化により生成した酸化鉄系物質や事前に施工した酸化鉄系物質の層よりなる岩盤炉床１２で構成されており、その下部は、耐火レンガなどの耐火物層１３により構成されている。
回転炉床３の幅方向の内周側および外周縁部は、下面の金属板１４の上部から炉床上面にわたって、不定形耐火物層１５となっている。不定形耐火物層１５の角部は金属板１４とは別体の補強版１６により補強されている。
【０００４】
また、回転炉床の周縁部の別の構造として、図３ａに示すように、炉床上層部の自由膨張を拘束し、炉床側縁部が炉の側壁に接触しないようにするために、不定形耐火物層中に台座１７を介してコーナー部レンガ１８を設け、周縁部をより強化したものがある。この場合、上記台座は、コーナー部レンガを設置台座に設置する作業のしやすさと位置決めの容易さから、一般に、図３に示すようなＬ字型の台座１７が用いられている。
なお、図２、３では、塊成化物が載置されない回転炉床の周縁部を保護するため、フードの側壁６が周縁部を覆う例を示している。
【０００５】
このような、回転炉床炉で、酸化鉄を含む塊成化物を加熱処理物として加熱還元するような場合、炉内は９００〜１４００℃程度に加熱される。そのような加熱により、岩盤炉床や耐火物などの炉床材が膨張し、それにより図２の矢印で示すように回転炉床の側縁部が押圧されて、炉の側壁６に接触し、炉床の回転を阻害する場合があった。
また、コーナー部レンガを用いる場合は、膨張による接触に加え、図３ｂに示すようにコーナー部レンガが外方に倒れ側壁に接触することがあった。
さらに、処理後の塊成化物は、スクリュー式やプッシャ式の排出装置により炉外に排出されるが、このときスクリューやプッシャのブレードとの機械的な干渉により、耐火物が炉の側壁側にずれたり、コーナー部レンガが外方に倒れ側壁に接触したりすることがあった。
【０００６】
このような炉床材の熱膨張による不具合を防止するための手段として、特許文献１〜３のような手段が知られている。
特許文献１では、鋼材ビレットの加熱用の回転炉床炉において、最上層の不定形耐火物層を、膨張代を介して中央部と周縁部に分割し、膨張代に無機繊維系断熱材を介挿させた例が記載されている。しかし、特許文献１では、この例は、断熱材によって膨張代がスケールなどによって埋まる恐れはないが、従来の膨張代の長さは十分でなく、周縁部の不定形耐火物層が押しだされる問題があるとされている。特許文献１では、この例を改良したものとして、最上層の不定形耐火物層とその下の耐火レンガの間に膨張代を設けた例も示されているが、炉床上面に膨張代がないため、岩盤炉床を用いる場合には適用できない問題がある。
【０００７】
また、特許文献２には、回転炉床の内周縁と外周縁を耐火キャスタブルにより成形した枠体で構成し、これら枠体を周方向の複数個所で間隙をあけて分割し、間隙内にセラミックシートを充填することにより、炉床内外周縁の膨張を吸収してその変形を防止した炉床構造が記載されているが、間隔は炉床幅方向に平行に設置されており、炉床幅方向の線膨張を吸収するものではない。
【０００８】
さらに、特許文献３には、回転炉床の周縁部にコーナー煉瓦を設ける場合に、炉床材の熱膨張によって生じるコーナー部レンガを径方向に押圧する力を分散させる手段やコーナー部レンガを強固に保持する手段を設けることにより、コーナー部レンガが径方向に押圧されて回転床炉の側壁に接触することを防止するコーナー部レンガの保持構造が記載されているが、特別な手段を別途必要とするものであり、その効果も充分とはいえないものであった。
【０００９】
しかも、加熱処理後の塊成化物が炉外に排出される時の、スクリューやプッシャのブレードとの機械的な干渉による上記のような問題については、これら従来技術では何ら考慮されていなかった。
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−３２４２７４号公報
【特許文献２】特開２００２−３１０５６４号公報
【特許文献３】特開２００３−１８５３４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、回転炉床の最上層が岩盤炉床であるような回転炉床炉において、回転炉床の側縁部が炉の側壁に接触して炉床の回転を妨げることを、簡単な構造で効果的に防止する炉床構造を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するために、本発明は次のようにしたことを特徴とする。
請求項１の回転炉床炉の発明は、幅方向中央部が、金属や酸化物系物質によって形成される最上層の岩盤炉床とその下部の耐火物層とからなり、周縁部が、上記耐火物より厚みが厚い不定形耐火物層からなる回転炉床を有する回転炉床炉であって、前記回転炉床の少なくとも岩盤炉床と不定形耐火物層との間にクリアランス部を設け、該クリアランス部の幅方向長さを、昇温したときの金属や酸化物系物質層の熱膨張量に組成変化に伴う膨張量を加えた長さとするとともに、該クリアランス部に伸縮可能な耐火性物質を充填したことを特徴とする。
【００１３】
請求項２の回転炉床炉の発明は、該請求項に記載されているように、周縁部の不定形耐火物層に、その外面が炉の側壁に面するようにコーナー部レンガを設けたことを特徴とする。
請求項３の回転炉床炉の発明は、該請求項に記載されているように、前記クリアランス部の幅方向長さを、昇温したときの金属や酸化物系物質層の熱膨張量と組成変化に伴う膨張量に、さらに加熱処理物の幅を加えた合計長さ以下としたことを特徴とする。
請求項４の回転炉床炉の発明は、該請求項に記載されているように、回転炉床の周縁部の最上面高さが、被加熱物の排出手段の最下部の高さより被加熱物の径以上低く設定されていることを特徴とする。
請求項5の回転炉床炉の発明は、該請求項に記載されているように、前記幅方向中央部の耐火物層と前記周縁部の不定形耐火物層の間にもクリアランス部を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１の発明によれば、回転炉床の最上層が岩盤炉床であるような回転炉床炉において、加熱に伴う岩盤炉床の膨張量を正確に予測でき、クリアランス幅を必要以上に大きくすることなく、簡単な構造で炉床側縁部が炉の側壁に接触することを防止することができ、かつ、クリアランス部に充填された伸縮可能な耐火性物質により、塊成化物などの加熱処理物によるクリアランス部の詰まりを防止することができる。
【００１５】
請求項２の発明によれば、コーナー部レンガによって周縁部をより強化した回転炉床炉において、請求項１の発明を実施することができる。
請求項３の発明によれば、加熱温度まで昇温した後、クリアランスの幅が上記塊成化物などの加熱処理物の径よりも小さくなっているから、新たに装入された加熱処理物がクリアランス部上を通過するときに、クリアランス部内の伸縮可能な物質を剥ぎ取って、加熱処理物がクリアランス部に埋没するのを防止することができる。
請求項４の発明によれば、加熱処理後の塊成化物が炉外に排出される際、回転炉床の周縁部とスクリューなどとの機械的な干渉がなくなるので、耐火物が炉の側壁側にずれたり、コーナー部レンガが外方に倒れ側壁に接触することが防止できる。
請求項５の発明によれば、さらに確実に炉床側縁部が炉の側壁に接触することを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明者らは、図２、３に示されているような、幅方向中央部が、耐火物層と金属または酸化物系物質層によって形成される最上層の岩盤炉床とからなり、外周縁部が、上記耐火物より厚みが厚い不定形耐火物層からなる構造の回転炉床を有する回転炉床炉において、中央部の岩盤炉床の膨張を周縁部の不定形耐火物層に伝えないようにするための簡単な構成でかつ有効な手段として、特許文献１のように、両者の間にクリアランス部を設けて炉床材の膨張を吸収する手段について検討した。
【００１７】
従来、クリアランス部の幅方向長さ（以下、クリアランス幅という）Ａ’については、炉床の熱膨張のみを考慮し、必要幅として 下記式（１）のように決めているのが一般的である。また、クリアランス幅はできるだけ小さいほうが望ましいことから、特に、クリアランス幅の上限をどの程度とするかについては明確に規定されていない。
Ａ’＝γａ・Ｒ・ｔ        ・・・（１）
ここで、
Ａ’：従来における必要クリアランス幅（ｍ）
γａ：炉床材質ａ（ａは、岩盤炉床ではＦｅ）の温度変化に対する
線膨張率（ｍ／ｍ・℃）
Ｒ  ：回転炉床の幅（ｍ）
ｔ  ：操業時の炉床温度（℃）
である。
【００１８】
しかし、このような考えに基づいたクリアランス幅では、特許文献１で問題とされているように炉床材の膨張による炉床周縁部のずれを十分に防止することができず、特に、岩盤炉床を用いた回転炉床では、炉床周縁部と炉の側壁との干渉の問題が生じることがあった。
これに対し、クリアランス幅を充分大きくすれば、上記問題を解決できることが予想できるが、単に大きくするだけでは、有効な炉床面積の減少や加熱処理物がクリアランス部に埋没するなどの問題があり適当でなく、炉床材の材質に応じて必要なクリアランス幅を設定するための基準が必要である。
【００１９】
そこで、岩盤炉床では、被加熱原料である塊成化物の昇温の過程において、炉床上面の物質が酸化する等、組成変化することに着目した。そして、考慮しなければならない膨張として、通常の温度変化による炉床材の熱膨張に加え、（ａ）組成変化（例えば酸化）による膨張と（ｂ）組成変化後の温度変化による熱膨張、があるとの考えに基づき、最低必要なクリアランス幅として、式（１）に、上記（ａ）と（ｂ）の膨張を加えた下記の式（２）を開発した。
【００２０】
Ａ＝γａ・（１−θ）・Ｒ・ｔ＋η・θ・Ｒ＋γａ’・（１＋η）・θ・Ｒ・ｔ
・・・・（２）
ここで、
Ａ    ：必要クリアランス幅（ｍ）
γａ  ：炉床材質ａ（組成変化前）の温度変化に対する線膨張率（ｍ／ｍ・℃）
γａ’：炉床材質ａ（組成変化後）の温度変化に対する線膨張率（ｍ／ｍ・℃）
※ａ、ａ’はそれぞれ組成変化する前後の材質の種類をあらわす。
岩盤炉床では、ａはＦｅであり、ａ’はＦｅＯである）
Ｒ    ：炉床幅（ｍ）
ｔ    ：炉床温度（℃）
θ    ：炉床材質ａのうち、組成変化してａ’になるものの比率
η    ：炉床材質ａがａ’に組成変化することによる線膨張率（ｍ／ｍ）
である。
【００２１】
上記式（２）で用いられる変数のうち、γａ、γａ’、Ｒ、ｔ、ηは、使用する炉の仕様や操業条件から求めることができ、γａ、γａ’、ηのそれぞれの値は、次の範囲にある。
岩盤炉床に用いられる金属または酸化物系物質層の材質としては、Ｆｅ、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、Ｚｎ、ＺｎＯ、Ａｌ、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ、ＭｇＯであり、γａとγａ’の範囲は、１．０×１０−６≦γａ、γａ’≦７０．０×１０−６（ｍ／ｍ・℃）である。
上記金属または酸化物系物質層の組成変化としては、Ｆｅ→ＦｅＯ、Ｆｅ→Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ→Ｆｅ３Ｏ４、Ｚｎ→ＺｎＯ、Ａｌ→Ａｌ２Ｏ３があり、ηの範囲としては、０≦η≦０．４（ｍ／ｍ）である。
炉床材質ａのうち、組成変化してａ’になるものの比率θは、実験的に定める必要があるが、岩盤炉床では通常３０％以下と考えられるので、θ≦０．３である。
【００２２】
また、クリアランス幅は、上記のように上限が必要である。
回転炉床では、加熱温度まで昇温された後、操業開始にともない新たに装入された塊成化物が、炉床上面の酸化鉄系物質層または耐火物層の上を通過する。このときクリアランス部の幅が大きすぎると、充填している伸縮可能な物質が剥ぎ取られて塊成化物がクリアランス部内に落ち込み、その内部に埋まり、その後緻密化されて膨張の要因となる可能性がある。そのため、昇温後のクリアランス幅が塊成化物の径以下になっていることが望ましい。
最初Ｘであったクリアランスの幅は、昇温完了後、炉床材の膨張によりＸ−Ａまで短縮されるため、クリアランス幅の上限Ｂとして、下記式（３）のように規定するのが望ましい。
Ｂ＝Ａ＋塊成化物の径  ・・・・（３）
【００２３】
次に、以上のようなクリアランス部を形成した本発明の回転炉床炉の一実施の形態を図４を用いて説明する。
図４は、回転炉床３の外周側を示しており、回転炉床の幅方向中央部の炉床上面は、図２の炉床と同様に主として酸化鉄よりなる岩盤炉床１２で構成されており、その下部は、耐火レンガなどの耐火物層１３により構成されている。
回転炉床の幅方向端部は、下面の金属板１４の上部から炉床上面にわたって、不定形耐火物層１５となっている。不定形耐火物層１５の角部は金属板１４とは別体の補強板１６により補強されている。また、不定形耐火物層１５は上下に分割されており、下側の不定形耐火物層１５ｂの外周部に、コーナー部レンガ１８がその外面が炉の側壁に面するように配置され、図３と同様にＬ型金具１７によって保持されている。
【００２４】
上部の不定形耐火物層１５ａはコーナー部レンガ１８の上面を一部覆うように配置されており、その上面の位置１９は、排出用スクリュー２０の最下部の高さ２１より塊成化物の径以上の高さＹだけ低くなっており、加熱処理済みの塊成化物が排出する際、塊成化物を介して不定形耐火物層１５ａの上面と排出装置とが機械的に干渉するのを防止できるようになっている。
【００２５】
不定形耐火物層１５と岩盤炉床１２の間には、上記で説明したように、昇温したときの酸化鉄系物質層の熱膨張量に組成変化に伴う膨張量を加えた長さＡ以上の幅Ｘで、クリアランス部２２が形成されており、炉床材の熱膨張により炉床の側縁部が径方向に押圧されて、炉の側壁に接触したり、処理済みの塊成化物が排出する際の機械的な干渉を防止することができるので、炉床の回転を阻害することを防止できる。
【００２６】
また、クリアランス部２２内には、セラミックファイバーなどの伸縮可能な耐火性物質２３が充填されており、塊成化物がこのクリアランス部２２に落ち込むのを防止する。
なお、図４には図示していないが、耐火物層１３と下側の不定形耐火物層１５ｂの間にもクリアランス部を設け、そこにも同様にセラミックファイバーなどの伸縮可能な耐火物質を配置してもよい。
【００２７】
以下に、本発明のクリアランス幅の決定する手順を実施例により説明する。
なお、実施例で採用した条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するための一実施の態様であり、本発明はこれに限定されるものではない。
【実施例】
【００２８】
（ｉ）γａ、γａ’、Ｒ、ｔ、ηの決定
岩盤炉床の主成分はＦｅであるので、γａはＦｅの、γａ’はＦｅＯの線膨張係数であり、次の値である。
γａ＝１１．６×１０−６ｍ／ｍ・℃
γａ’＝１３．２×１０−６ｍ／ｍ・℃
Ｒは回転炉床炉に固有の値で、Ｒ＝３．７５ｍである。
ηは、ＦｅがＦｅＯに変化するときの密度変化より求める。それぞれの分子量はＦｅ＝５５．８５、ＦｅＯ＝７１．８５および密度はＦｅ＝７．８６０ｔ／ｍ３、ＦｅＯ＝５．８７０ｔ／ｍ３であるから、下記式（４）よりη＝０．１９９ｍ／ｍと計算される。
η＝｛（７１．８５／５．８７０）／（５５．８５／７．８６０）｝１／３−１＝０．１９９ｍ／ｍ    ・・・・（４）
【００２９】
（ｉｉ）θの決定
炉床材質ａのうち、組成変化してａ’になるものの比率θは、炉床温度ｔに比例して変化するものであり、実験的に求める必要がある。
そこで、まず、炉床温度を上昇させていったときの岩盤炉床の実際の膨張量を実験によって測定した。その結果を図５に示す。図５に示されるように、炉床温度が６００℃で酸化反応が開始され、その後、炉床温度の上昇とともにその上昇に比例して膨張量が増大する結果が得られた。
また、炉床温度ｔが１０００℃のときの、実際の膨張量Ａを実測し、Ａ＝１３０ｍｍという実測値を得た。以上の値を上記式（２）に代入し、炉床温度ｔが１０００℃のときのθの値として、θ＝０．１１３５を得た。
炉床温度ｔが６００℃以上では、θとｔの間には比例関係があることから、下記式（５）を求めた。
θ＝０．１１３５／（１０００−６００）・（ｔ−６００）    ・・・・（５）
【００３０】
（ｉｉｉ）クリアランス幅の決定
使用する回転炉床炉は、炉床温度が１２００℃程度まで上昇する。
式（５）を用いて、 炉床温度ｔ＝１２００℃ のときのθの値をθ＝０．１７０と求め、この値を上記の他の値とともに式（２）に代入して、 最低必要なクリアランス幅がＡ＝１８２ｍｍと求められた。
炉に装入されるブリケット径は２０〜２５ｍｍであるので、さらに 式（３）より、 クリアランス幅の上限Ｂとして、１８２＋２０＝２０２ｍｍが求められた。
これより、 必要なクリアランス幅を２００ｍｍと決定した。
【００３１】
（ｉＶ）結果
この値を回転炉床炉に適用し実施したところ、１５ヶ月の運転では、炉の回転の不都合は発生せず、本発明の有効性が確認された。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】回転炉床炉の概略説明図である。
【図２】回転炉床の一例を説明する一部断面図である。
【図３】回転炉床の他の例を説明する一部断面図である。
【図４】本発明に係る回転炉床の一実施の態様を説明する一部断面図である。
【図５】炉床温度と膨張量の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１    回転炉床炉
２    塊成化物（加熱処理物）
３    回転炉床
４    フード
６    フードの側壁
１２    岩盤炉床
１３    耐火物層
１５    不定形耐火物
１８    コーナー部レンガ
１９    不定形耐火物１５の上面高さ
２０    排出用スクリュー（排出手段）
２１    排出用スクリューの最下部の高さ
２２    クリアランス部
２３    セラミックファイバー（伸縮可能な耐火性物質）
【図１】
2007298202.tif 000003
【図２】
2007298202.tif 000004
【図３】
2007298202.tif 000005
【図４】
2007298202.tif 000006
【図５】
2007298202.tif 000007