(57)【要約】【課題】ロータリーキルンを用いて鉱石を焼成する際に、ロータリーキルン中のバーナーフレームを制御して、鉱石が半溶融してキルン本体の内壁に固着して形成されるコーチングの発生を減少させ、これによって、燃料使用量の削減、設備トラブルの減少及び耐火物の耐用期間延長を達成することができるロータリーキルンの運転方法を提供する。【解決手段】設置位置の移動及び先端位置の調節が可能なバーナーと、鉱石を焼成するためのキルン本体とを備えたロータリーキルンを安定的かつ高効率に運転するための方法であって、バーナーより生じるバーナーフレームの中心がキルン本体の転動により形成される鉱石層の最も層の厚い部分の垂直線上に来るように、バーナーの設置位置を水平方向に移動するとともに、バーナーの先端方向の角度を調節して、ロータリーキルン中のバーナーフレームを制御することを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
設置位置の移動及び先端位置の調節が可能なバーナーと、鉱石を焼成するためのキルン本体とを備えたロータリーキルンを安定的かつ高効率に運転するための方法であって、
バーナーより生じるバーナーフレームの中心がキルン本体の転動により形成される鉱石層の最も層の厚い部分の垂直線上に来るように、バーナーの設置位置を水平方向に移動するとともに、バーナーの先端方向の角度を調節して、ロータリーキルン中のバーナーフレームを制御することを特徴とするロータリーキルンの運転方法。
【請求項２】
さらに、バーナーの先端方向をバーナーの角度調整により微調節することを特徴とする請求項１に記載のロータリーキルンの運転方法。
【請求項３】
前記鉱石は、フェロニッケル製錬プロセスに用いるニッケルを含有するケイ酸マグネシウム鉱石であることを特徴とする請求項１又は２に記載のロータリーキルンの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータリーキルンの運転方法に関し、さらに詳しくは、ロータリーキルンを用いて鉱石を焼成する際に、ロータリーキルン中のバーナーフレームを制御して、鉱石が半溶融してキルン本体の内壁に固着して形成されるコーチングの発生を減少させ、これによって、燃料使用量の削減、設備トラブルの減少及び耐火物の耐用期間延長を達成することができるロータリーキルンの運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロータリーキルンは、鉄鋼製錬及び非鉄金属製錬等の製錬プロセスにおいて鉱石を焼成する工程において使用されている。例えば、鉄とニッケルを主成分とする合金であるフェロニッケルの一般的な製造方法としては、ニッケルを含有するケイ酸マグネシウム鉱石であるガーニエライト鉱を原料鉱石として、焼成工程、還元熔解工程及び精製工程からなる乾式製錬方法が用いられている。
【０００３】
この焼成工程においては、原料鉱石に無煙炭等の石炭（炭素質還元剤）と必要に応じて熔剤を添加した後、ロータリーキルンで焼成され、付着水及び灼熱減量分が除かれた、炭素質還元剤を含有する焼鉱が生成される。その後、還元熔解工程においては、前記焼鉱が電気炉又は熔鉱炉等の還元炉で還元熔解に付され、粗フェロニッケルとスラグとが形成される。
【０００４】
ところで、近年、生産設備を大きく変更することなく、増産要請等により生産量を調整することができる技術が望まれており、焼成工程で用いられるロータリーキルンにおいても、鉱石の処理量を増加して操業する場合への対応策が求められている。一般に、鉱石を焼成するために用いられるロータリーキルンとしては、バーナーを設置した定置部とキルン本体とを備えた形式のものが使用されている。鉱石の処理量を増加して操業する場合、キルン本体に装入される鉱石量が増加され、このための加熱に要する熱量を補填するため、バーナーから投入される燃料の燃焼量を増加させる。このとき、バーナーからの投入熱量を増やすにつれて、キルン本体の内壁への熱負荷が増大するため、局所的な過熱が生じて内壁の耐火物の温度が異常に上昇し、それと接した鉱石が熔融してコーチングが発生する。
【０００５】
このようなコーチングの発生は、以下の（１）〜（３）に示す問題を引き起こす。
（１）通常、ロータリーキルンで鉱石を焼成する場合には、次工程への搬送系統でのトラブルを避けるため、ロータリーキルンからの焼鉱は、グレーチングを経由させて所定サイズ以下になるように粗大物の分別を行なっている。その後粗大物は、粗砕されてから再びロータリーキルンに繰り返される。したがって、コーチングにより粗大物が増加すると、その持去り熱量は無駄となり、焼鉱当りの燃料原単位が悪化する。
（２）通常、コーチングは、大きい物では約１．０ｍ程度のサイズになるので、コーチングにより、グレーチングが損傷するなどのトラブルが多発する。
（３）コーチングが発生すると、バーナーフレームが乱れて熱が局部集中してキルン本体の内壁の耐火物に損傷を与えるとともに、耐火物取り付け部分に掛かる荷重が増加してコーチングと一緒に耐火物が脱落することなどが起こるので、耐火物の耐用期間が大幅に低下する。
【０００６】
従来、このようなコーチングの発生を抑制する方法として、バーナーフレームを制御する方法が試みられている。この方法では、ロータリーキルンの本体設備を大きく変更することなく、バーナーの改造等で増産効果が期待されるので望ましい手段であるが、未だ解決すべき問題が残されている。例えば、バーナーの二次空気流の旋回を抑えてフレームを小さくし、炉壁への熱負荷を抑える方法では、バーナー燃焼が悪くなるため、鉱石の処理量を増加することができない。また、バーナーの取り付け位置を、バーナーの中心がキルン本体の中心と一致するように固定したままで、バーナーの先端方向のみの調整により、フレームがキルン本体の内壁に当たらないようにバーナーフレームの方向を調節するようにしたロータリーキルン（例えば、特許文献１参照。）では、コーチングの発生を減少させる効果が得られたが、未だ不十分であった。
【０００７】
このような状況から、ロータリーキルンを用いて鉱石を焼成する際に、コーチングの発生を抑制することができるロータリーキルンの運転方法が求められている。
【特許文献１】特開２００３−４３８３号公報（第１頁、第２頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、上記の従来技術の問題点に鑑み、ロータリーキルンを用いて鉱石を焼成する際に、ロータリーキルン中のバーナーフレームを制御して、鉱石が半溶融してキルン本体の内壁に固着して形成されるコーチングの発生を減少させ、これによって、燃料使用量の削減、設備トラブルの減少及び耐火物の耐用期間延長を達成することができるロータリーキルンの運転方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記目的を達成するために、鉱石を焼成する際に用いるロータリーキルンにおいて、コーチングの発生の防止について、鋭意研究を重ねた結果、設置位置の移動と先端位置の調節が可能なバーナーとキルン本体とを備えたロータリーキルンを用いて、特定の条件でバーナーフレームを制御したところ、キルン本体の長さ方向の広い範囲に渡って、バーナーフレームがキルン本体の内壁に直接当たることを抑制することができ、それにより、コーチングの発生を減少させることができることを見出し、本発明を完成した。
【００１０】
すなわち、本発明の第１の発明によれば、設置位置の移動及び先端位置の調節が可能なバーナーと、鉱石を焼成するためのキルン本体とを備えたロータリーキルンを安定的かつ高効率に運転するための方法であって、
バーナーより生じるバーナーフレームの中心がキルン本体の転動により形成される鉱石層の最も層の厚い部分の垂直線上に来るように、バーナーの設置位置を水平方向に移動するとともに、バーナーの先端方向の角度を調節して、ロータリーキルン中のバーナーフレームを制御することを特徴とするロータリーキルンの運転方法が提供される。
【００１１】
また、本発明の第２の発明によれば、第１の発明において、さらに、バーナーの先端方向をバーナーの角度調整により微調節することを特徴とするロータリーキルンの運転方法が提供される。
【００１２】
また、本発明の第３の発明によれば、第１又は２の発明において、前記鉱石は、フェロニッケル製錬プロセスに用いるニッケルを含有するケイ酸マグネシウム鉱石であることを特徴とするロータリーキルンの運転方法が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のロータリーキルンの運転方法は、第１の発明によれば、ロータリーキルンを用いて鉱石を焼成する際に、バーナーの位置とバーナーの先端方向とを調節することによりバーナーフレームを制御して、コーチングの発生を減少し、これによって、燃料使用量の削減、設備トラブルの減少及び耐火物の耐用期間の延長を達成することができるので、その工業的価値は極めて大きい。
【００１４】
また、第２の発明では、バーナーの先端方向を微調節することにより、コーチングの発生をさらに減少させるので、より有利である。また、第３の発明によれば、コーチングの発生頻度が高い、フェロニッケル製錬プロセスに用いるニッケルを含有するケイ酸マグネシウム鉱石の焼成に用いることができるので、より効果的である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明のロータリーキルンの運転方法は、設置位置の移動及び先端位置の調節が可能なバーナーと、鉱石を焼成するためのキルン本体とを備えたロータリーキルンを安定的かつ高効率に運転するための方法であって、バーナーより生じるバーナーフレームの中心がキルン本体の転動により形成される鉱石層の最も層の厚い部分の垂直線上に来るように、バーナーの設置位置を水平方向に移動するとともに、バーナーの先端方向の角度を調節して、ロータリーキルン中のバーナーフレームを制御することを特徴とする。
【００１６】
本発明において、バーナーの設置位置と先端方向とを調節することにより、バーナーフレームの中心がキルン本体の転動により形成される鉱石層の最も層の厚い部分の垂直線上に来るようにすることが重要な意義を有する。これにより、キルン本体の長さ方向の広い範囲に渡って、バーナーフレームがキルン本体の内壁に直接当たることを抑制することができ、内壁の過熱に伴うコーチングの発生を抑制することができる。
【００１７】
本発明に用いるロータリーキルンは、先端方向を調節することができる手段を有するバーナーとキルン本体とを備えたものである。この手段としては、特に限定されるものではなく、その一例として、図面を用いて、従来公知のバーナーの先端方向を調節する手段を有するロータリーキルンについて説明する。
【００１８】
図１は、ロータリーキルンの概略構成を表す図である。図１において、キルン本体１の内部にはキルン本体の長さ方向にキルン本体の転動により鉱石層２が形成されている。定置部４に設置されたバーナー３は、公知の角度調整装置を介して、操業を休止させることなしに数分で先端方向を上下左右に各々約５度づつ振らすことができ、キルン本体１の鉱石排出端から２０ｍ離れた位置でバーナフレームの先端３ａをキルン本体１の横断面の全範囲に対して向けることができるように構成されたバーナーである。
【００１９】
ここで、キルン本体１の横断面を表す図２を用いて、鉱石層２の形成状態をより詳しく説明する。図２において、鉱石はキルン本体１の回転により内壁に沿って持ち上げられるので、通常の操業条件下では、鉱石層２は、鉱石層２の表面を弦としキルン本体１の内壁を弧とする半円状に形成される。ここで、この鉱石層２の表面からキルン本体１の内壁までの垂直線５の長さが最も長い部分が、鉱石層が最も厚い部分であり、この垂直線５のキルン本体１の内部方向への延長線上が鉱石層の最も層の厚い部分の垂直線上を意味する。
【００２０】
本発明において、バーナーフレームの制御は、その中心が鉱石層上の所定の位置に来るように、バーナーの位置とバーナーの先端方向とを調節することにより行なう。
ここで、定置部に設置されたバーナーの位置の調節手段としては、特に限定されるものではなく、例えば、キルン本体の中心からキルン本体の転動により形成される鉱石層の方向に定置部上を水平に移動して設置することが好ましい。これにより、バーナーフレームの中心を鉱石層の側に移動して、キルン本体の長さ方向の広い範囲に渡って、鉱石層の最も層の厚い部分にバーナーフレームの中心を近づかせることができる。
【００２１】
この状況を図面を用いて説明する。図３は、従来のキルン本体の中心とバーナー中心の位置関係を表すキルン本体の横断面図である。また、図４は、本発明のキルン本体の中心とバーナー中心の位置関係の一例を表すキルン本体の横断面図である。ここで、キルン本体は外側の鉄皮６とその内側の耐火物７からなる。また、キルン本体の中心１０は点線の交点で、バーナーの位置８は内部の円で、キルン本体の回転方向を矢印１１で示している。
【００２２】
図３では、キルン本体の中心１０とバーナー中心９の位置の横方向が一致するようにバーナーが設置されているので、バーナーフレームをキルン本体の長さ方向の広い範囲に渡って鉱石層へ当てることが困難である。このため、場所によっては鉱石層と接触する直前の耐火物と落下してくる焼鉱とにフレームが当たった状態となって、過熱された耐火物と過熱された焼鉱が接触することが、コーチングが発生する一つの原因となっていると考えられる。
【００２３】
これに対して、図４では、バーナーはバーナー中心９がキルン本体の中心１０から鉱石層の方向に定置部上を水平に移動して設置されているので、バーナーフレームの中心を鉱石層の側に移動して、キルン本体の長さ方向の広い範囲に渡って、鉱石層の最も層の厚い部分にバーナーフレームの中心を近づかせることができる。
【００２４】
ここで、バーナー中心の位置としては、特に限定されるものではなく、主に鉱石の処理量により変動されるキルン本体の転動条件による鉱石層の形状等により、キルン本体の長さ方向の広い範囲に渡って、鉱石層の最も層の厚い部分にバーナーフレームの中心を近づかせるために最適な位置が選ばれる。
【００２５】
また、バーナーの先端方向の調節としては、特に限定されるものではなく、例えば、バーナーの位置を鉱石層の方向に定置部上を水平に移動して設置した後、既に説明したバーナーの先端方向を調節する公知手段を用いて、バーナーの角度調整を行なう方法が好ましい。これによって、バーナーフレームの中心が鉱石層の最も層の厚い部分の垂直線上に来るようにすることができるので、鉱石層が存在しない内壁に直接的にバーナーフレームが当たることを抑えることができる。
【００２６】
この状況を図面を用いて説明する。図５は、バーナーの先端方向の調節を行ない操業中の従来のバーナーフレームと鉱石層の位置関係を表すキルン本体の横断面図である。また、図６は、バーナーの先端方向の調節を行ない操業中の本発明のバーナーフレームと鉱石層の位置関係の一例を表すキルン本体の横断面図である。ここで、バーナーフレーム１２を破線で、バーナーフレームの中心１３の位置を破線内部の円で、鉱石層の最も層が厚い部分の垂直線５を鉱石層２の内部の点線で示す。
【００２７】
図５では、バーナーフレームの中心１３を示す円が鉱石層の最も層が厚い部分の垂直線５上からずれているので、バーナーフレームが鉱石層が存在しない内壁に近づくので内壁の熱負荷が高い。これに対して、図６では、バーナーフレームの中心１３を示す円が鉱石層の最も層が厚い部分の垂直線５上にあるので、バーナーフレームの中心を鉱石層の最も層の厚い部分に当てることができるので、鉱石層が存在しない内壁に直接的にバーナーフレームが当たることを抑えることができる。
【００２８】
本発明の方法において、操業中に炉内の状況を確認し、必要に応じて、バーナーの先端方向をバーナーの角度調整により微調節を行なうことができる。これにより、キルン本体の内壁への熱負荷をさらに低下させることができるので、コーチングの発生がさらに抑えられる。
【００２９】
本発明の方法は、鉄鋼製錬及び非鉄金属製錬等の製錬プロセスにおいて鉱石を焼成する工程において使用される。本発明の方法に用いる焼成対象の鉱石としては、特に限定されるものではなく、上記製錬プロセスで用いられる種々の鉱石が挙げられるが、この中で、特にコーチングの発生頻度が高い、フェロニッケル製錬プロセスに用いるニッケルを含有するケイ酸マグネシウム鉱石の場合にその効果が著しい。
【００３０】
すなわち、上記鉱石として最も一般的に用いられるガーニエライト鉱の代表的な組成は、乾燥鉱換算でＮｉ品位が２．１〜２．５重量％、Ｆｅ品位が１１〜２３重量％、ＭｇＯ品位が２０〜２８重量％、ＳｉＯ２品位が２９〜３９重量％、ＣａＯ品位が＜０．５重量％、灼熱減量が１０〜１５重量％であり、ロータリーキルンへ装入される原料鉱石には、１０〜３０重量％の付着水と灼熱減量分の結晶水が含有されている。焼成においては、後工程の還元溶解でのトラブルの回避のため、これらの水分をほぼ完全に除去することが求められる。しかも、鉱石の粒度分布が広く、灼熱減量等の分布が不均一な鉱石である。したがって、結晶水が分解除去される６００〜８００℃の温度以上で焼成する際に、鉱石層の温度分布のバラツキにより部分的な熔融を起こし、コーチングを発生しやすい。
【００３１】
上記方法を用いるフェロニッケル製錬プロセスの焼成工程において、バーナーに供給される燃料としては、重油、灯油等の液体燃料又は微粉炭等の固体燃料であり、これらは単独または混合した状態で用いられる。また、焼成温度としては、ロータリーキルン本体から排出される部分での焼鉱の温度が８００〜９００℃になるように制御される。
【実施例】
【００３２】
以下に、本発明の実施例及び比較例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例によってなんら限定されるものではない。
【００３３】
（実施例１）
フェロニッケル製錬プロセスに使用しているロータリーキルン設備を用いて、ガーニエライト鉱の焼成操業を行ない、電気炉装入用の焼鉱を得た。
なお、ロータリーキルン設備の仕様と操業条件は下記の通りである。
【００３４】
［ロータリーキルン設備の仕様］
（１）キルン本体の形状：長さ１０５ｍ、鉄皮の内径４．８ｍ、耐火物ライニングの厚さ２５０ｍｍ
（２）バーナー：重油／微粉炭混焼バーナー
【００３５】
［ロータリーキルン設備の操業条件］
（１）装入鉱石：付着水分２３重量％
（２）装入量：湿量で約１１０トン／時間
（３）回転数：１．１５〜１．２０ｒｐｍ
（４）焼鉱温度：８００〜９００℃
【００３６】
ここで、バーナーの位置とバーナーの先端方向とを調節して操業した。図４に表す位置関係にしたがって、バーナー中心がキルン本体の転動により形成される鉱石層側にキルン本体の中心から５００ｍｍの位置になるようにバーナーの設置位置を移動した。また、操業開始後、バーナーの先端方向を、図６に表す位置関係にしたがって、バーナーフレームの中心が鉱石層の最も層が厚い部分の垂直線上に来るように調節した。さらに、操業中に炉内の状況を確認し、バーナーの先端方向を微調節した。上記焼成操業において、ロータリーキルンバーナーの燃料原単位、グレーチングで分別された粗大物量で表したコーチング発生量、コーチングによるグレーチング損傷等の設備トラブル回数、及び耐火物ライニングの損傷に伴う修理回数を求めた。結果を表１に示す。なお、表１では、従来法による比較例１の結果を１００とした場合を表している。
【００３７】
（比較例１）
バーナーの設置位置を従来法にしたがって、図３に表すようにキルン本体の中心とバーナー中心の位置を一致させた以外は、実施例１と同様に焼成操業を行なった。ここで、図５に表すような位置関係が得られ、バーナーフレームの中心が鉱石層の最も層が厚い部分の垂直線上からずれている。上記焼成操業において、ロータリーキルンバーナーの燃料原単位、グレーチングで分別された粗大物量で表したコーチング発生量、コーチングによるグレーチング損傷等の設備トラブル回数、及び耐火物ライニングの損傷に伴う修理回数を求めた。結果を表１に示す。
【００３８】
【表１】
2007010169.tif 000002
【００３９】
表１より、実施例１では、バーナーフレームの中心がキルン本体の転動により形成される鉱石層の最も層の厚い部分の垂直線上に来るように、バーナーの位置とバーナーの先端方向とを調節し、本発明の方法に従って行われたので、コーチング発生量が低下し、これによって、燃料原単位、設備トラブル回数及び修理回数が減少することが分かる。これに対して、比較例１では、バーナーフレームの中心の位置がこれらの条件に合わないので、コーチング発生量、燃料原単位、設備トラブル回数及び修理回数によって満足すべき結果が得られないことが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
以上より明らかなように、本発明のロータリーキルンの運転方法は、鉄鋼製錬及び非鉄金属製錬等の製錬プロセスにおいて鉱石を焼成する工程において使用されるロータリーキルンのバーナーフレームを制御する運転方法として好適である。特に、コーチングの発生頻度が高い、フェロニッケル製錬プロセスに用いるニッケルを含有するケイ酸マグネシウム鉱石の焼成において、コーチングの発生を抑制して、ロータリーキルンバーナーの燃料原単位、コーチングによるグレーチング損傷等の設備トラブル回数、及び耐火物ライニングの損傷に伴う修理回数が減少させる方法として、有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】ロータリーキルンの概略構成を表す図である。
【図２】キルン本体の横断面を表す図である。
【図３】従来法のキルン本体の中心とバーナー中心の位置関係を表すキルン本体の横断面図である。
【図４】本発明のキルン本体の中心とバーナー中心の位置関係の一例を表すキルン本体の横断面図である。
【図５】バーナーの先端方向の調節を行ない操業中の従来のバーナーフレームと鉱石層の位置関係を表すキルン本体の横断面図である。
【図６】バーナーの先端方向の調節を行ない操業中の本発明のバーナーフレームと鉱石層の位置関係の一例を表すキルン本体の横断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１    キルン本体
２    キルン本体の転動により形成される鉱石層
３    バーナー
３ａ  バーナフレームの先端
４    定置部
５    鉱石層の最も層が厚い部分の垂直線
６    鉄皮
７    耐火物
８    バーナーの位置
９    バーナー中心の位置
１０  キルン本体の中心
１１  キルン本体の回転方向を表す矢印
１２  バーナーフレーム
１３  バーナーフレームの中心
【図１】
2007010169.tif 000003
【図２】
2007010169.tif 000004
【図３】
2007010169.tif 000005
【図４】
2007010169.tif 000006
【図５】
2007010169.tif 000007
【図６】
2007010169.tif 000008