(57)【要約】【課題】定期的な部品の交換作業の必要がなく、小型化が可能な還元鉄冷却装置および還元鉄製造方法を提供する。【解決手段】本発明に係る還元鉄冷却装置１００は、搬送路である内周面１１ｂにおいて還元鉄を振動させつつ搬送し、外周面１１ｃにより還元鉄を液体から保護する管状の搬送部１１と、搬送部１１の外周面１１ｃの一部又は全部に対して冷却水を供給する冷却水供給部１２とを主に有する。振動モータ１７が制御部１８の制御により作動すると、その振動により搬送部１１を振動させることができ、搬送部１１の振動によって還元鉄入口１３から導入された還元鉄９を下流側の還元鉄出口１５に向けて搬送する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
還元鉄を振動させつつ搬送する搬送路と、
前記搬送路を覆う保護部と、
前記保護部の外面の一部又は全部に対して液体を供給する液体供給部と、
を有することを特徴とする還元鉄冷却装置。
【請求項２】
前記搬送路と前記保護部とは一体的に構成された管状部材であり、
振動モータが前記管状部材に設けられている請求項１に記載の還元鉄冷却装置。
【請求項３】
前記振動モータの回転数を制御する回転数制御部を有する請求項２に記載の還元鉄冷却装置。
【請求項４】
水平面に対する前記搬送路の設置角度を変更する角度変更部を有する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の還元鉄冷却装置。
【請求項５】
前記管状部材の内周面に一または複数の冷却フィンが設けられている請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の還元鉄冷却装置。
【請求項６】
前記管状部材の底部に当該管状部材内に通ずるガス供給部が設けられている請求項２から請求項５のいずれか１項に記載の還元鉄冷却装置。
【請求項７】
前記ガス供給部は棚段式に設けられている複数のガス導入口により構成される請求項６に記載の還元鉄冷却装置。
【請求項８】
前記管状部材の内周面上部に断熱材が設けられている請求項２から請求項７のいずれか１項に記載の還元鉄冷却装置。
【請求項９】
保護部で覆われた搬送路により還元鉄を振動させつつ搬送する搬送工程と、
前記保護部の外面の一部又は全部に対して液体を供給することにより前記還元鉄の温度を調整する温度調整工程と、
を有することを特徴とする還元鉄製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、還元鉄冷却装置および還元鉄製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、鉄鉱石と炭材とを含む混合物から還元鉄を製造する直接還元製鉄法が開発されている。この製鉄法では上記混合物を成形した塊成物を炉に装入し、炉内で加熱バーナーによるガス伝熱や輻射熱で加熱することによって塊成物中の鉄鉱石に含まれる酸化鉄が還元され、還元鉄を製造できる。
【０００３】
上記塊成物を加熱する炉（加熱炉）としては移動炉床炉、例えば回転炉床炉（ＲＨＦ）を用いることができる。回転炉床炉を用いた場合は、炉床上に装入した上記塊成物は炉内を１０分〜２０分程度かけて１周する間に加熱され、上記炭材によって塊成物に含まれる酸化鉄が還元され、還元鉄として炉外へ排出される（ＦＡＳＴＭＥＴ法）。
【０００４】
得られた還元鉄を溶解炉あるいは高炉原料としてすぐに使用しない場合は、圧密塊成化してＨＢＩ（Hot Briquette Iron）にすることによって、再酸化を防止することができるとともに輸送に適した形状にすることができ、また品質を損なうことなく長期保管が可能となる。なお、ＦＡＳＴＭＥＴ法により製造される還元鉄をペレットやブリケットの状態で使用するか、あるいは塊成化して使用するかについては、製品の用途および保存期間を考慮して決定される。
【０００５】
還元鉄を塊成化する場合には、塊成化工程の前段階で還元鉄を塊成化に適した温度まで冷却する必要がある。その冷却装置としてロータリークーラーが提案されている（例えば特許文献１参照）。このロータリークーラーにおいては、内周面に螺旋状に送り羽根が設けられた回転ドラム内を窒素ガスにて非酸化性雰囲気に維持しつつ、高温還元鉄を回転ドラム中を通過させる間に回転ドラムの外周面を冷却水で冷却する間接冷却方式によって、還元鉄を熱間成形に適した６００℃超７５０℃以下の温度まで冷却する。また、回転ドラムの内周面に断熱材を着脱可能に設置することにより出口温度を調整することも提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−７４７２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来のロータリークーラーでは、還元鉄の搬送部品である送り羽根が磨耗により劣化するので、短期的な交換作業が必要となる。また、交換作業を行うためのスペースを確保するためにロータリークーラーを一定径以上の大きさの設備にする必要がある。
【０００８】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、基本的には定期的な部品の交換作業の必要がなく、小型化が可能な還元鉄冷却装置および還元鉄製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る還元鉄冷却装置は、還元鉄を振動させつつ搬送する搬送路と、搬送路を覆う保護部と、保護部の外面の一部又は全部に対して液体を供給する液体供給部と、を有することを要旨とする。液体としては還元鉄を冷却できる冷却水を用いることが望ましい。
【００１０】
この還元鉄冷却装置によれば、従来の回転ドラムの送り羽根のような搬送部品を使用していなく、還元鉄との接触によって当該搬送部品が磨耗することがないので、搬送部品の短期的な交換作業が不要となる。そして、交換作業の必要がないので交換作業を行うためのスペースを確保する必要がなく、装置全体を小型化でき低コスト化された冷却装置とすることができる。さらに、送り羽根のような搬送部品が磨耗等により劣化して欠損することがないので還元鉄の中に搬送部品が混入する可能性を低くすることができる。
【００１１】
また、ドラムが低回転数時に還元鉄の搬送速度が遅くなることにより還元鉄投入口から還元鉄が溢れるという従来の冷却装置で生じていた問題が発生することはない。これにより、本発明では還元鉄の充填率を上げることができ、処理効率が向上する。
【００１２】
搬送路と保護部とは一体的に構成された管状部材であり、振動モータが管状部材に設けられていることが好ましい。搬送路と保護部とが管状部材として一体的に構成されていることにより、構造を簡単化でき、液体が管状部材に浸入することも防止できる。
【００１３】
還元鉄冷却装置は振動モータの回転数を制御する回転数制御部を有することが好ましい。振動モータの回転数を調整することで管状部材の振動数を変更することができる。これにより、還元鉄の搬送速度を変えることができ、還元鉄の冷却時間を調整できる。
【００１４】
還元鉄冷却装置は水平面に対する搬送路の設置角度を変更する角度変更部を有してもよい。搬送路の設置角度を変更することによっても還元鉄の搬送速度を調整できる。
【００１５】
管状部材の内周面に一または複数の冷却フィンが設けられてもよい。搬送路の内周面に設けられた冷却フィンにより還元鉄の冷却効果を調整できる。冷却効果を高めるには複数の冷却フィンを配設することが望ましい。
【００１６】
管状部材の底部に当該管状部材内に通ずるガス供給部が設けられてもよい。ガス供給部により管状部材内に窒素等の不活性ガスを供給することによって、還元鉄の酸化防止と冷却効果の更なる調整を図ることができる。
【００１７】
搬送路の内周面上部に断熱材が設けられてもよい。断熱材を設けることにより搬送路内の冷却温度の維持を図ることができる。また、保護部を二重構造に構成し、一方の保護部と他方の保護部との間に断熱材を設けることによっても、冷却温度の維持が可能となる。
【００１８】
本発明に係る還元鉄製造方法は、保護部で覆われた搬送路により還元鉄を振動させつつ搬送する搬送工程と、保護部の外面の一部又は全部に対して液体を供給することにより還元鉄の温度を調整する温度調整工程と、を有することを要旨とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、基本的には定期的な部品の交換作業の必要がなく、そして交換作業の必要がないので交換作業を行うためのスペースを確保する必要がなく、装置全体を小型化でき低コスト化できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】移動炉床式加熱還元炉の構成を示す概略工程説明図である。
【図２】（ａ）は本実施形態に係る還元鉄冷却装置の構成を示す正面図であり、（ｂ）は還元鉄冷却装置の構成を示す側面図である。
【図３】（ａ）は図２のＡ−Ａ線断面図であり、（ｂ）は断熱材の配設の他例を示す断面図である。
【図４】図２の還元鉄冷却装置の下流側下部領域の拡大図である。
【図５】搬送部の傾斜を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本実施形態に係る還元鉄冷却装置および還元鉄製造方法について図面を参照しながら説明する。
【００２２】
還元鉄の製造において、炭素質還元剤および酸化鉄含有物質を含む原料混合物は、炭素質還元剤と酸化鉄含有物質の直接混合粉体、若しくは、後述する塊成化手段で塊成化されたものである。塊成化手段としては、ブリケット化用プレス機（シリンダープレス、ロールプレス、リングローラプレスなど）を用いる等、プレス機を用いる他、押出成形機、転動型造粒機（パンペレタイザー、ドラムペレタイザーなど）などの公知の種々の機器を使用できる。
【００２３】
塊成物の形状は、特に限定されず、塊状、粒状、ブリケット状、ペレット状、棒状などの種々の形状が採用できる。
【００２４】
上記塊成物を還元して還元鉄を製造するが、具体的な還元方法については特に限定されず、公知の還元炉を用いればよい。以下では、移動炉床式加熱還元炉を用いて還元鉄を製造する場合を例に挙げるが、これに限定するものではない。
【００２５】
図１は移動炉床式加熱還元炉の構成を示す概略工程説明図であり、回転炉床式のものを示している。
【００２６】
図１に示すように、回転炉床式加熱還元炉Ａには、上記塊成物１と好ましくは床敷材として供給される粉粒状の炭素質物質２とが原料投入ホッパー３を通して回転炉床４上へ連続的に装入される。詳細には、塊成物１の装入に先立って、原料投入ホッパー３から回転炉床４上に粉粒状の炭素質物質２を装入して敷き詰めておき、その上に塊成物１を装入する。図示例では、１つの原料投入ホッパー３を塊成物１と炭素質物質２の装入に共用する例を示しているが、これらを２以上のホッパーを用いて装入することも可能である。
【００２７】
また、床敷材として装入される炭素質物質２は、還元効率を高めると共に得られる粒状金属鉄の近傍の還元性雰囲気を調整して低硫化を増進する上でも極めて有効であるが、場合によっては省略することも可能である。
【００２８】
図示した回転炉床式加熱還元炉Ａの回転炉床４は反時計方向に回転されており、操業条件によって異なるが、約１０分から２０分程度で１周し、その間に塊成物１中に含まれる酸化鉄は固体還元される。該還元炉Ａにおける回転炉床４の上方側壁及び／又は天井部には燃焼バーナー５が複数個設けられており、該燃焼バーナー５の燃焼熱あるいはその輻射熱によって炉床部に熱が供給される。
【００２９】
耐火材で構成された回転炉床４上に装入された塊成物１は、該炉床４上で還元炉Ａ内を周方向へ移動する中で、燃焼バーナー５からの燃焼熱や輻射熱によって加熱され、当該還元炉Ａ内の加熱帯を通過する間に、当該塊成物１内の酸化鉄は固体還元されて還元鉄９となり、回転炉床４の下流側ゾーンで冷却固化された後、ディスチャージャー（排出装置）６によって炉床上からホッパー８を介して排出される。なお、回転炉床４内の排ガスは排ガスダクト７から外部に排出される。
【００３０】
図２は本実施形態に係る還元鉄冷却装置１００の構成を示す説明図である。本実施形態における還元鉄冷却装置１００は、図１のホッパー８の工程下流側に設けられ、熱間成形に適した温度にするためにホッパー８から排出された約１０００℃の還元鉄９を数分（１〜５分程度）で約８００℃まで冷却するものである。
【００３１】
図２（ａ），（ｂ）に示すように、還元鉄冷却装置１００は、搬送路である内周面１１ｂにおいて還元鉄９を振動させつつ搬送する管状の搬送部１１とこの搬送部１１の外周面１１ｃの一部又は全部に対して冷却水を供給する冷却水供給部１２とを主として備える。内周面１１ｂ上を搬送される還元鉄が外周面１１ｃによって冷却水から保護される構成となっている。なお、搬送部１１内の還元鉄９の充填率は例えば３０％程である。
【００３２】
搬送部１１の上流側（図面左側）には還元鉄９を搬送部１１内に導入するための還元鉄入口１３が設けられ、下流側（図面右側）には搬送部１１内で冷却された還元鉄９を排出するための還元鉄出口１５が設けられている。
【００３３】
図２（ｂ）に示すように、搬送部１１の長手方向の両側方にはこの搬送部１１を振動させるための振動モータ１７がそれぞれ設けられている。振動モータ１７が制御部１８の制御により作動すると、その振動により搬送部１１を振動させることができ、搬送部１１の振動によって還元鉄入口１３から導入された還元鉄９を下流側の還元鉄出口１５に向けて搬送することができる。そして、冷却水供給部１２により搬送部１１の外周面１１ｃに対して冷却水を供給することによって、搬送中の還元鉄９に対して間接冷却を行うことができる。なお、搬送部１１の振動数は例えば５〜１５Ｈｚであり、該振動数を高くすると搬送速度を上げることができ、逆に振動数を低めると搬送速度を下げることができる。このように振動数（回転数）の調整により搬送速度を変更でき冷却時間を調整することができるので、還元鉄９の温度（還元鉄出口１５から排出される還元鉄９の温度）を調整できる。
【００３４】
搬送部１１には上記両側方においてそれぞれ２つのバネ取り付け部１９が配設されており、これらのバネ取り付け部１９にはバネ部材２０の一端がそれぞれ固定されている。バネ部材２０の他端は支持部２１により支持されている。すなわち、搬送部１１は４つのバネ部材２０を介して４本の支持部２１に支持されている。このような構成において振動モータ１７の作動により搬送部１１が振動すると、その振動がバネ部材２０により促進される構成になっている。
【００３５】
ここで、上流側の２本の支持部２１は矢印Ｄの方向に沿って伸縮可能な構成となっており（例えば油圧シリンダ）、搬送部１１の上流側が下流側よりも高い位置となるように搬送部１１を傾斜させることができる。詳細は後述する。
【００３６】
搬送部１１の下流側（還元鉄出口１５の手前位置）には例えば窒素等の不活性ガスを搬送部１１内に供給する不活性ガス供給管２２が設けられている。この窒素等の不活性ガスは、還元鉄９の酸化防止および出口温度の制御の実効を図るために、還元鉄９の量・大きさや搬送部１１内の温度等に応じて供給される。搬送部１１内に粉塵が生じないように、不活性ガスの供給量を調整することが望ましい。また、搬送部１１の機械的強度を向上するために、搬送部１１の径方向に沿って複数の補強部２３が配設されている。
【００３７】
本実施形態に係る還元鉄冷却装置１００によれば、従来の回転ドラムの送り羽根のような搬送部品を使用していないので、磨耗に起因した搬送部品の短期的な交換作業が不要となる。そして、交換作業の必要がないので交換作業を行うためのスペースを確保する必要がなく、装置全体を小型化でき低コスト化された冷却装置とすることができる。さらに、送り羽根のような搬送部品が磨耗等により劣化して欠損することがないので、還元鉄の中に搬送部品が混入することもない。
【００３８】
また、ドラムが低回転数時に還元鉄の搬送速度が遅くなることにより還元鉄投入口から還元鉄が溢れるという従来の回転ドラムで生じていた問題が発生することはないので、還元鉄の充填率を上げることができ、処理効率が向上する。
【００３９】
図３（ａ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線断面図であり、（ｂ）は断熱材の配設の他例を示す断面図である。図３（ａ）に示すように、搬送部１１の内周面上部には断熱材３１が設けられており、この断熱材３１により冷却効果の低下が抑制される。また、図３（ｂ）に示すように、搬送部が二重構造で構成されている場合において、搬送部１１とこの搬送部１１の内部に設けられているハーフパイプ状の搬送部１４との間に断熱材３１を配設する構成を採用した場合でも、冷却効果の低下が抑制できる。
【００４０】
また、搬送部１１の内周面下部には複数の冷却フィン３０が断面視で水平方向に沿って配設されており、この冷却フィン３０により還元鉄９の冷却効果を調整できるようになっている。なお、図３では、左右両側にそれぞれ複数列（３列）の冷却フィン３０を配設しているが、冷却効果に応じて単数列（１列）としてもよい。
【００４１】
図４は図２の還元鉄冷却装置１００の下流側下部領域Ｒの拡大図である。図４に示すように、搬送部１１の下流側下部領域Ｒには不活性ガス供給管２２が設けられ、この不活性ガス供給管２２内と搬送部１１内とに連通する不活性ガス導入口４０および不活性ガス導入口４１が棚段式に配設されている。すなわち、不活性ガス導入口４１を不活性ガス導入口４０よりも下流側に形成して不活性ガスの導入口を棚段式としており、還元鉄９の不活性ガス導入口４０，４１への目詰まりを防止するように構成されている。
【００４２】
なお、図５に示すように、上流側の２つの支持部２１としての油圧シリンダ２１ａのアクチュエータを矢印Ｄの方向に昇降させることにより搬送部１１を水平面に対して例えばα°（０°〜１５°）傾斜させることができる。これにより、還元鉄９の搬送速度を変更でき、搬送中の冷却時間を変更できるので、還元鉄９の温度を調整できる。なお、支持部２１を伸縮させる装置は油圧シリンダ２１ａでなくても、例えば電動伸縮機構等の他の構成でもよい。
【００４３】
また、搬送部１１の胴体部１１ａを着脱可能な構成としてもよい。これにより、胴体部１１ａを取り外して、還元鉄９の冷却効果に応じて断熱材３１の長さ、幅、厚さ等を変更でき、また、冷却フィン３０のセット数の変更やメンテナンスを行うことができる。なお、着脱可能とする胴体部を複数としてもよい。
【００４４】
また、本発明の還元鉄冷却装置１００を複数並列に設置することにより還元鉄９の生産量の変動に対応して還元鉄９を冷却することができる。
【００４５】
なお、上記実施形態では、管状の搬送部１１を採用したが、これに限定されるものではなく、搬送部とこの搬送部の上方に配設され冷却水から還元鉄を保護するカバー部材（保護部）との組み合わせ構成を採用してもよい。また、搬送部１１の形状を断面略円形としたが、断面角型の形状を採用してもよい。
【００４６】
また、上記実施形態では、搬送部１１を振動させる手段として振動モータ１７を採用したが、例えば電磁フィーダ等により搬送部１１を振動させる構成を採用してもよい。
【００４７】
（上記実施形態の各部と請求項の各構成要素との対応関係）
上記実施形態においては、搬送部１１の内周面１１ｂが搬送路に相当し、搬送部１１の外周面１１ｃが保護部に相当し、冷却水供給部１２が液体供給部に相当し、制御部１８が回転数制御部に相当し、油圧シリンダ２１ａが角度変更部に相当し、不活性ガス供給管２２がガス供給部に相当し、不活性ガス導入口４０，４１がガス導入口に相当する。
【００４８】
本発明はもとより上記実施形態によって制限を受けるものではなく、本発明の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【符号の説明】
【００４９】
１１  搬送部
１１ａ  胴体部
１１ｂ  内周面
１１ｃ  外周面
１２  冷却水供給部
１３  還元鉄入口
１５  還元鉄出口
１７  振動モータ
１８  制御部
２０  バネ部材
２１  支持部
２１ａ  油圧シリンダ
２２  不活性ガス供給管
３０  冷却フィン
３１  断熱材
４０，４１  不活性ガス導入口
１００  還元鉄冷却装置
【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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