(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
還元剤と酸化鉄を混合しペレットを造粒するペレット造粒機と、造粒されたペレットを乾燥させる乾燥機と、乾燥されたペレットを高温雰囲気中にて還元させる還元炉と、同還元炉から排出される排熱ガスと同還元炉に供給される燃焼用空気を熱交換させる第１熱交換器と、排熱ガスを冷却する冷却器を備えた還元鉄製造装置において、前記第１熱交換器の出口側に乾燥用空気を加熱する第２熱交換器を配設し、同第２熱交換器によって加熱された乾燥用空気を前記乾燥機に供給する一方、前記冷却器は第１熱交換器の上流に設けられた水スプレー式の第１冷却器であると共に、該第１冷却器をバイパスする通路に空気導入式の第２冷却器を設け、前記バイパス通路の上流側分岐部に設けた弁を切り換えて前記第１冷却器と第２冷却器とを排熱ガス流量と乾燥機へのペレット流量との兼ね合いで使い分ける制御手段を設けたことを特徴とする還元鉄製造装置。
【請求項２】
前記乾燥機の乾燥用空気導入側に熱ガスを発生させる熱風炉を配設し、同熱風炉によって発生させた熱ガスと前記第２熱交換器によって加熱された乾燥用空気を前記乾燥機に供給することを特徴とする請求項１記載の還元鉄製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、還元剤と酸化鉄を混合し造粒されたペレットを、乾燥機において乾燥させ、乾燥されたペレットを還元炉の高温雰囲気中にて還元させる還元鉄製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
還元鉄を製造する場合、先ず、鉄鉱石の粉末、石炭の粉末、石灰石の粉末及び結合剤を混合し、圧縮造粒してグリーンボールと呼ばれるウエットボールを形成する。次に、このウエットボールをある程度乾燥（ドライボールにする）してから、還元炉内で高温に加熱して石炭（還元剤）により鉄鉱石中の酸化鉄を還元することで、還元鉄ペレットを生成することができる。
【０００３】
従来の還元鉄製造装置の一例を図６により説明する。
円形状の回転床型還元炉１の上部には、ペレット（ドライボール）の挿入装置２と、還元に使用された排熱ガスの排気ダクト３が設けられ、内部には還元済のペレットＰ（還元鉄ペレット）を排出する排出機４が、また円周側壁には還元用熱ガスを発生させる複数の燃焼バーナ５が設けられている。
【０００４】
そして、原料としての石炭（還元剤）及び鉄鉱石（酸化鉄）等の粉末がバインダー（結合剤）と混合されてペレット造粒機６に供給されると、１０〜１５φmmのペレット（ウエットボール）が造粒され、乾燥機７へ送られる。この乾燥機７によって、約１２０〜１５０℃に乾燥されたペレット（ドライボール）が前記挿入装置２から還元炉１の回転床へ供給されるようになっている。
【０００５】
前記還元炉１では、燃料と燃焼用空気が燃焼バーナ５へ供給されると高温の熱ガスを発生させ、該熱ガスが図の点線矢印方向へ旋回しながら被処理体のペレットを高温雰囲気中で還元作用させる。また、排気ダクト３から排出される排熱ガスは、水スプレー式の一次冷却器８によって一次冷却された後、熱交換器９へ送られて前記燃焼用空気と熱交換し、更に、水スプレー式の二次冷却器１０によって、例えば約３００℃以下に二次冷却された後、前記乾燥機７へ送られペレットを乾燥し、その後、集塵機１１を通って清浄化された後、大気へ放散されるようになっている。
【０００６】
そして、還元炉１内の回転床が図の実線矢印方向へ略一回転すると、還元済のペレットＰがスクリュー式の排出機４から排出され、排出シュート１２によって可搬容器（コンテナ）１３へ搬出された後、次工程へ送られるようになっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したような従来の還元鉄製造装置の乾燥機７では、ペレット（ウエットボール）を約１２０〜１５０℃の温度に乾燥する熱源として、還元炉１から排出される排熱ガスを水スプレー式の一次冷却器８及び二次冷却器１０によって冷却して使用しているため、水蒸気を非常に多く含んだ排熱ガスによってペレットが乾燥される。
【０００８】
このため、装置の運転開始直後の非定常時にウエットボール表面に水分が凝縮し、ウエットボール同志の引っ付きが発生してウエットボールが大塊化することがあった。これは、運転開始直後等においては、還元炉１から排出される排熱ガスの温度、流量等の性状が安定しないため、乾燥機７における乾燥が安定しないことに起因しているものと考えられる。
【０００９】
また、上記のような非定常運転時に乾燥機７にて処理されたウエットボールの場合、ペレット内部に水分が残る場合があり、次工程の還元炉１において急速に加熱されると、表面部が剥げ落ちたり、爆裂等が起こることがあった。
【００１０】
一方、乾燥機における加熱ガスの最高温度は、従来、上述した乾燥機７に限らず、ペレット（ウエットボール）を乾燥する熱源として、熱交換器等からのホットエアーを用いる乾燥機においても、ペレットが破裂する危険性及びペレット中石炭からの可燃ガスの発生を回避するため、２００℃以下に設定されている。
【００１１】
しかし、加熱ガス中の水分量等によっては、もっと高いガス温度に設定できる場合も有り、結局、従来の乾燥機は、加熱ガス温度が低めに設定されているため、ペレット乾燥に時間がかかるという問題点があった。
【００１２】
尚、還元剤として石炭を用いる還元鉄製造装置においては、前記加熱ガス温度が高過ぎると、石炭からCO,CH4,H2O,CO2,N2 等の揮発性物質（Volatile Matter 以下V.M.と言う）が発生するため、もし酸素濃度が高いと石炭が発火する危険性があり、また、乾燥機にて揮発性物質を発生させると、次工程である還元炉において前記揮発性物質を熱源として利用出来ないことから還元炉の熱効率が低下するという不具合がある。一方、加熱ガス温度が酸露点（１２０℃）以下だと乾燥機内の配管等での結露のために腐食を招来することになる。
【００１３】
このように、ペレット（ウエットボール）を乾燥機で効率良く乾燥するにあたっては、その加熱ガスの温度管理が非常に重要であり、安定した乾燥が行える乾燥機の実現が強く望まれていた。
【００１４】
本発明はこのような実情に鑑み提案されたもので、乾燥機における効率の良い安定した乾燥が可能となり、品質の良い還元鉄を安定して製造できる還元鉄製造装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するための請求項１の発明の還元鉄製造装置は、還元剤と酸化鉄を混合しペレットを造粒するペレット造粒機と、造粒されたペレットを乾燥させる乾燥機と、乾燥されたペレットを高温雰囲気中にて還元させる還元炉と、同還元炉から排出される排熱ガスと同還元炉に供給される燃焼用空気を熱交換させる第１熱交換器と、排熱ガスを冷却する冷却器を備えた還元鉄製造装置において、前記第１熱交換器の出口側に乾燥用空気を加熱する第２熱交換器を配設し、同第２熱交換器によって加熱された乾燥用空気を前記乾燥機に供給する一方、前記冷却器は第１熱交換器の上流に設けられた水スプレー式の第１冷却器であると共に、該第１冷却器をバイパスする通路に空気導入式の第２冷却器を設け、前記バイパス通路の上流側分岐部に設けた弁を切り換えて前記第１冷却器と第２冷却器とを排熱ガス流量と乾燥機へのペレット流量との兼ね合いで使い分ける制御手段を設けたことを特徴とする。
【００１６】
また、請求項２の発明の還元鉄製造装置は、前記乾燥機の乾燥用空気導入側に熱ガスを発生させる熱風炉を配設し、同熱風炉によって発生させた熱ガスと前記第２熱交換器によって加熱された乾燥用空気を前記乾燥機に供給することを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を実施例により図面を用いて詳細に説明する。
【００２２】
［第１実施例］
図１は、本発明の第１実施例を示すペレット（ウエットグリーンボール−ＷＧＢ）乾燥条件と結果を示すデータ（図１の（ａ））と、加熱ガス中水分濃度と加熱ガス温度との関係を示すグラフ（図１の（ｂ））である。
【００２３】
図１に示すように、本発明者等は、実験により、還元剤と酸化鉄の粉末がペレット造粒機で造粒されたペレットを、乾燥機にて乾燥させ、乾燥されたペレットを還元炉の高温雰囲気中で還元させる還元鉄製造装置において、乾燥機にてペレット乾燥させる際に、加熱ガス温度範囲の設定方法を、以下に示すような水分濃度に依存した式として見いだした。尚、図１の（ａ）中で、「V.M.発生」の項目で、○はV.M.発生なしで、×はV.M.発生ありである。同じく「ペレット破裂」の項目で、○はペレット破裂なしで、×はペレット破裂ありである。同じく「評価」の項目で、●はV.M.発生，ペレット破裂が○の時で、×はV.M.発生，ペレット破裂の両方もしくは何れかが×の時である。また、図１中の加熱ガスのバルク流速は５．０ｍ／ｓ以下である。
【００２４】
酸露点≦Ｔg ≦１００／４０・ＣH2o ＋２００
但し、Ｔg   ：加熱ガス温度［℃］
ＣH2o ：加熱ガス中水分濃度［vol%]
【００２５】
これによれば、加熱ガス中水分濃度（水分量）に応じた高いガス温度を設定できるため、乾燥時間を短縮して効率の良い安定した乾燥が可能となり、品質の良い還元鉄を安定して製造できる。また、乾燥機出側加熱ガス温度が酸露点以上の高温となるので、配管等の酸腐食が起こりにくくなる。
【００２６】
そして、前記還元剤としてV.M.を有する石炭を用いる還元鉄製造装置においては、前記加熱ガス温度Ｔg を、Ｔg ≦３００℃とした。
【００２７】
これにより、乾燥機におけるペレット破裂や石炭のV.M.の蒸発が防止でき、石炭が発火することや次工程である還元炉における熱効率の低下が防止される。
【００２８】
このように、本実施例では、加熱ガス中水分濃度（水分量）に応じた高いガス温度を設定できるため、図６に示したような、還元炉から排出される排熱ガスを水スプレー式の一次冷却器及び二次冷却器によって冷却して加熱ガスとして使用する乾燥機を備えた酸化鉄還元装置において、ウエットボールの大塊化が防止できると共に、還元炉におけるペレットの表面部の剥げ落ちや爆裂等を回避することができる。勿論、本実施例は、ペレット（ウエットボール）を乾燥する熱源として、熱交換器等からのホットエアーを用いる乾燥機を備えた酸化鉄還元装置にも適用できる。
【００２９】
［第２実施例］
図２は本発明の第２実施例を示す還元鉄製造装置の概略構成図である。尚、図２において、従来技術で説明した図６と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。
【００３０】
本実施例は、導入空気を加熱する熱交換器２０を設け、同熱交換器２０によって加熱された乾燥用空気を乾燥機７に供給し、水分の少ない乾燥用空気によってペレット（ウエットボール）を乾燥させるように構成したものである。
【００３１】
図１に示すように、熱交換器（請求項３における第１熱交換器）９の出口側には、本発明に係る熱交換器（請求項３における第２熱交換器）２０が配設されている。この熱交換器２０は、導入空気を例えば一定量管内に通し、管外に熱交換器９から排出された排熱ガスを流通させることによって熱交換し、導入空気を加熱させるもので、この導入空気が乾燥用空気として乾燥機７へ供給されている。
【００３２】
熱交換器２０の出口側には、熱交換器２０から排出される排熱ガスを冷却する水スプレー式の二次冷却器１０が配置され、さらに、二次冷却器１０の出口側には、冷却された排熱ガスを清浄化する集塵機１１が配置されている。その他の構成は、従来技術の図６と同様であり、説明を省略する。
【００３３】
このように構成されるため、原料の石炭（還元剤）と鉄鉱石（酸化鉄）の粉末がペレット造粒機６によって１０〜１５φmmのペレット（ウエットボール）に作られ、乾燥機７によって乾燥された後、乾燥されたペレット（ドライボール）が還元炉１の挿入装置２へ供給される。
【００３４】
ここで、乾燥機７へ供給される乾燥用空気は、熱交換器２０によって加熱された導入空気が供給され、乾燥機７下部の導入口から上方へアップフローし、ペレット（ウエットボール）を乾燥させた後、下方へダウンフローし排出口から系外へ排出され大気へ放散されるようになっている。
【００３５】
乾燥機７内部では、水分の少ない乾燥用空気によってペレット（ウエットボール）を乾燥させているので、ペレットに水分の凝縮付着が防止され、ペレット同志の引っ付きが発生せず、ペレットが均一に乾燥される。
【００３６】
一方、還元炉１の回転床上へ供給された乾燥済みのペレット（ドライボール）は、回転床が略一回転する間に、燃料と燃焼用空気が燃焼バーナ５へ供給され燃焼による輻射熱によって還元作用を受け、還元済みのペレットＰがスクリュー式の排出機４によって排出され、排出シュート１２から可搬容器１３へ搬出されて次工程へ送られる。
【００３７】
また、排熱ガスは排気ダクト３から排出されて、水スプレー式の一次冷却器８によって一次冷却された後、熱交換器９へ送られ、燃焼用空気と熱交換し、さらに、熱交換器２０へ送られ、導入空気と熱交換し、水スプレー式の二次冷却器１０によって、二次冷却された後、集塵機１１を通って清浄化され、大気へ放散される。
【００３８】
以上のように本実施例によれば、熱交換器９の出口側に、導入空気を加熱する熱交換器２０を設け、加熱された導入空気を乾燥用空気として乾燥機７へ供給するようにしたので、水分の少ない乾燥用空気によってペレット（ウエットボール）が乾燥され、ペレット同志の引っ付きが発生せず（ペレットの大塊化が防止され）、ペレットが均一に乾燥される。
【００３９】
また、ペレットが均一に乾燥され内部に水分が残らないので、次工程の還元炉１においても、表面部の剥げ落ち、爆裂等の発生が回避できる。さらに、良質の乾燥ペレットが生成されるので、同ペレットを回転床型還元炉へ供給することにより、品質の良い還元鉄を安定して製造できる。
【００４０】
尚、本実施例においても、第１実施例における式を用いて乾燥機７における加熱ガス（導入空気）温度を加熱ガス中水分濃度（水分量）に応じて制御して、乾燥効率のより一層の向上を図るようにしても良い。
【００４１】
［第３実施例］
図３は本発明の第３実施例を示す還元鉄製造装置の概略構成図である。尚、図３において、従来技術で説明した図６及び第２実施例の図２と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。
【００４２】
本実施例は、第２実施例における一次冷却器（請求項４における第１冷却器）８をバイパスするバイパス通路２１を設けるとともに該バイパス通路２１に空気導入式の冷却器（請求項４における第２冷却器）２２を設け、前記バイパス通路２１の上流側分岐部に設けた弁２３を切り換えて前記一次冷却器８と冷却器２２とを排熱ガス流量と乾燥機７へのペレット流量との兼ね合いで使い分けるコントローラ（制御手段）２４を設けたものである。一層詳細には、前記コントローラ２４には排気ダクト３下流に介装されて排熱ガス流量を検出する流量計２５からの検出信号と、乾燥機７に設けられて乾燥機７へ供給されたペレット（ウエットボール）の流量を検出する図示しない流量計からの検出信号が入力されるようになっている。
【００４３】
本実施例によれば、第２実施例と同様の作用・効果に加えて、例えば装置の運転開始直後の非定常時に、排熱ガスは一次冷却器８を通さないで空気導入式の冷却器２２を通すことで、熱交換器９及び熱交換器２０の熱交換効率を向上させて乾燥機７においてより一層効率よく安定した乾燥が行え、当該時にウエットボールに水分が凝縮し、ウエットボール同志の引っ付きが発生してウエットボールが大塊化することが回避されると共に、次工程の還元炉１におけるペレットの表面部の剥げ落ち、爆裂等が回避される。
【００４４】
尚、本実施例においても、第１実施例における式を用いて乾燥機７における加熱ガス（導入空気）温度を加熱ガス中水分濃度（水分量）に応じて制御して、乾燥効率のより一層の向上を図るようにしても良い。
【００４５】
また、本実施例の変形例として、バイパス通路２１を設ける代わりに、一次冷却器８を水ラインと空気ラインとを備えた冷却器で構成し、コントローラ２４により、排熱ガス流量と乾燥機へのペレット流量との兼ね合いで前記水ラインと空気ラインとを使い分けるようにしても良い。
【００４６】
［第４実施例］
図４は本発明の第４実施例を示す還元鉄製造装置の概略構成図である。尚、図４において、従来技術で説明した図６及び第２実施例の図２と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。
【００４７】
本実施例は、第２実施例の図２に対して、熱風炉３０を乾燥機７の乾燥用空気導入側へ追加配置し、熱風炉３０によって発生させた熱ガスを乾燥機７下部の乾燥用空気導入口へ熱交換器２０からの乾燥用導入空気とともに供給するように接続して構成したもので、その他の構成は第２実施例と同様である。
【００４８】
これによれば、乾燥機７へ供給される乾燥用空気は、熱交換器２０によって加熱された導入空気が供給されると共に、熱風炉３０によって発生させた熱ガスが補助的に供給され、乾燥機７下部の乾燥用空気導入口から上方へアップフローし、ウエットボールを乾燥させた後、下方へダウンフローし排出口から系外へ排出され大気へ放散される。
【００４９】
そして、乾燥機７内部では、水分の少ない乾燥用空気によってウエットボールを乾燥させているので、ウエットボールに水分の凝縮が防止され、ウエットボール同志の引っ付きが発生せず、ウエットボールが均一に乾燥される。
【００５０】
また、熱交換器２０から供給される乾燥用空気の温度及び流量の変動に対しても、熱風炉３０から供給される熱ガス温度及び流量を調整することによって、乾燥機７の運転調整を容易に行うことができる。
【００５１】
以上のように本実施例によれば、乾燥用空気を加熱する熱交換器２０と、熱ガスを発生させる熱風炉３０を併設し、乾燥用空気と熱ガスを乾燥機７へ供給するようにしたので、第２実施例と同様の作用・効果に加えて、乾燥機７へ送られる乾燥用空気の温度及び流量調整がより一層容易となる利点が得られる。
【００５２】
［第５実施例］
図５は本発明の第５実施例を示す還元鉄製造装置の概略構成図である。尚、図５において、従来技術で説明した図６及び第２実施例の図２と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。
【００５３】
本実施例は、第２実施例の図２に対して、熱交換器２０を廃止し、熱風炉３０のみを乾燥機７の乾燥用ガス導入側へ配置し、熱風炉３０によって発生させた熱ガスを乾燥機７下部の乾燥用ガス導入口へ供給するように接続して構成したもので、その他の構成は第２実施例と同様である。
【００５４】
これによれば、乾燥機７へ供給される乾燥用ガスは、熱風炉３０によって発生させた熱ガスを乾燥用ガスとして使用するもので、熱風炉３０によって発生させた熱ガスが乾燥機７下部の乾燥用ガス導入口から上方へアップフローし、ウエットボールを乾燥させた後、下方へダウンフローし排出口から系外へ排出され大気へ放散される。
【００５５】
そして、乾燥機７内部では、水分の少ない乾燥用ガスによってウエットボールを乾燥させているので、ウエットボールに水分の凝縮が防止され、ウエットボール同志の引っ付きが発生せず、ウエットボールが均一に乾燥される。
【００５６】
また、還元炉１からの排熱ガス温度及び流量に左右されることがなくなり、熱風炉３０によって発生させる熱ガス温度及び流量を任意に調整することによって、乾燥機７の運転調整を容易に行うことができる。
【００５７】
以上のように本実施例によれば、熱ガスを発生させる熱風炉３０を配置し、熱ガスを乾燥用ガスとして乾燥機７へ供給するようにしたので、第２実施例と同様の作用・効果に加えて、乾燥機７へ送られる乾燥用ガスの温度及び流量調整がより一層容易となる利点が得られる。
【００５８】
尚、本発明は上記各実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種変更が可能であることはいうまでもない。
【００５９】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように請求項１の発明の還元鉄製造装置によれば、還元剤と酸化鉄を混合しペレットを造粒するペレット造粒機と、造粒されたペレットを乾燥させる乾燥機と、乾燥されたペレットを高温雰囲気中にて還元させる還元炉と、同還元炉から排出される排熱ガスと同還元炉に供給される燃焼用空気を熱交換させる第１熱交換器と、排熱ガスを冷却する冷却器を備えた還元鉄製造装置において、前記第１熱交換器の出口側に乾燥用空気を加熱する第２熱交換器を配設し、同第２熱交換器によって加熱された乾燥用空気を前記乾燥機に供給する一方、前記冷却器は第１熱交換器の上流に設けられた水スプレー式の第１冷却器であると共に、該第１冷却器をバイパスする通路に空気導入式の第２冷却器を設け、前記バイパス通路の上流側分岐部に設けた弁を切り換えて前記第１冷却器と第２冷却器とを排熱ガス流量と乾燥機へのペレット流量との兼ね合いで使い分ける制御手段を設けたので、水分の少ない乾燥用空気によってペレット（ウエットボール）が乾燥され、ペレット同志の引っ付きが発生せず（ペレットの大塊化が防止され）、ペレットが均一に乾燥される。また、ペレットが均一に乾燥され内部に水分が残らないので、次工程の還元炉においても、表面部の剥げ落ち、爆裂等の発生が回避できる。さらに、良質の乾燥ペレットが生成されるので、同ペレットを回転床型還元炉へ供給することにより、品質の良い還元鉄を安定して製造できる。さらにまた、第１熱交換器及び第２熱交換器の熱交換効率を向上させて乾燥機においてより一層効率よく安定した乾燥が行える。
【００６０】
また、請求項２の発明の還元鉄製造装置によれば、前記乾燥機の乾燥用空気導入側に熱ガスを発生させる熱風炉を配設し、同熱風炉によって発生させた熱ガスと前記第２熱交換器によって加熱された乾燥用空気とを前記乾燥機に供給するので、請求項１の発明と同様の作用・効果に加えて、乾燥機へ送られる乾燥用空気の温度及び流量調整がより一層容易となる利点が得られる。
【００６１】
また、請求項２の発明のペレット乾燥方法によれば、前記還元剤として石炭を用いる還元鉄製造装置において、前記加熱ガス温度Ｔg を、Ｔg ≦３００℃としたので、乾燥機におけるペレット破裂や石炭のV.M.の発生が防止でき、石炭が発火することや次工程である還元炉における熱効率の低下が防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示すペレット（ウエットグリーンボール−ＷＧＢ）乾燥条件と結果を示すデータ（図１の（ａ））と、加熱ガス中水分濃度と加熱ガス温度との関係を示すグラフ（図１の（ｂ））である。
【図２】本発明の第２実施例を示す還元鉄製造装置の概略構成図である。
【図３】本発明の第３実施例を示す還元鉄製造装置の概略構成図である。
【図４】本発明の第４実施例を示す還元鉄製造装置の概略構成図である。
【図５】本発明の第５実施例を示す還元鉄製造装置の概略構成図である。
【図６】従来例の還元鉄製造装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１  還元炉
２  挿入装置
３  排気ダクト
４  排出機
５  燃焼バーナ
６  ペレット造粒機
７  乾燥機
８  一次冷却器
９  熱交換器
１０  二次冷却器
１１  集塵機
１２  排出シュート
１３  可搬容器
２０  熱交換器
２１  バイパス通路
２２  冷却器
２３  弁
２４  コントローラ
２５  流量計
３０  熱風炉
【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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