(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【背景技術】
【0002】
従来より、鉄鉱石やコークスなどの原料を焼結機のパレットに装入し、これらの原料を焼結機によって焼結することにより高炉用原料である焼結鉱を製造することが行われている。鉄鉱石たコークスなどの原料を焼結機のパレットに装入するにあたっては、原料を傾斜するシュートに滑走させながらパレット上に積層している。原料を焼結機に装入する技術として、特許文献1〜3に示すものがある。
【0003】
特許文献1は、ホッパーからフィーダを介して助走シュート上に落下供給された焼結原料を傾斜滑降させ、シュートの延長線上に複数本の線状部材を幅方向に緊張したスリットシュートを設けている。
特許文献2は、傾斜シュートを、スリット状の傾斜シュートとプレート状の傾斜シュートを上下方向に多段で配置した構成とし、焼結パレットの幅方向にわたって伸びた筒体を焼結パレットの上方に設け、焼結補助原料の粉体を筒体に供給して筒体長手方向に押し出して筒体側面に設けた長手方向に分布した複数の粉体切り出し孔からプレート状の傾斜シュートに切り出し、次いで前記スリット状の傾斜シュートに切り出されプレート状のシュートに供給される焼結原料の一部をプレート状のシュートに切り出された粉体の上面に供給している。
【0004】
特許文献3は、2段式の装入シュートを用い傾斜分級作用により原料槽により切り出される配合原料の粗粒原料と分離して落下する細粒原料に燃料槽により切り出されるコークス等の固体燃料を添加している。
その他に、焼結機への原料装入の技術として、特許文献4〜9に示すものがある。
【発明を実施するための形態】
【0011】
本発明の焼結機の原料装入装置について図を基に説明する。
図1は、本発明の焼結機の原料装入装置の全体図を示している。
焼結機の原料装入装置1は、焼結される原料を焼結機のパレット2上に装入(供給)するものである。この原料装入装置1は、焼結される第1の原料(第1原料)Nが装入されたホッパー4と、ホッパー4に貯蔵(貯鉱)された第1原料Nを切り出すドラムフィーダ5と、ドラムフィーダ5で切り出して第1原料Nを一旦受けてパレット2側に向けて排出する第1シュート6と、第1原料Nとは異なる第2の原料(第2原料)Mを供給する供給装置7と、原料を篩い分けるスリット8と、スリット8から落下した原料を受けてパレット2側に向けて排出する第2シュート(デフレクターシュート)9とを備えている。なお、第1原料は焼結する鉄鉱石などの鉄源であり、第2原料は熱源となるカーボン材料や粉鉱石を溶融や同化を促進するためのCaO源等である。
【0012】
ホッパー4の下側にドラムフィーダ5が配置され、ドラムフィーダ5の下側(下流側)に第1シュート6が配置され、第1シュート6の上端部側に供給装置7が配置され、第1シュート6の下端側に、当該第1シュート6に続いてスリット8が配置されている。スリット8の下側に、第2シュート9が配置され、第2シュート9の下側及びスリット8の下側に、パレット2が配置されている。
【0013】
第1シュート6、第2シュート9及びスリット8は、図示省略のフレーム(台車)に取り付けられ、側面視で斜めに傾斜している。第1シュート6、第2シュート9及びスリット8の滑走面の角度(水平方向に対する角度)は、調整可能となっている。第1シュート6の滑走面の角度と、スリット8の滑走面の角度は略同じ(第1シュート6の角度≒第2シュート9の角度)となっており、第2シュート9の角度は、第1シュート6の角度よりも大きく設定されている。言い換えれば、第2シュート9の角度は、原料の安息角よりも大きく設定されている。
【0014】
ホッパー4は、上部及び下部が開口している直方体で構成されたもので、図示省略のフレームに取り付けられている。ドラムフィーダ5は、外側を形成する円筒状の外筒51の内部に、回転自在な内筒52を設けることにより形成されたもので、これら外筒51及び
内筒52には、ホッパー4からの原料を供給する供給口と、供給された第1原料Nを第1シュート6に向けて排出する排出口とが形成されている。このドラムフィーダ5は、軸心を水平方向にしてホッパー4の下部に取り付けられ、内筒52の回転速度を調整する電動機が連結されている。
【0015】
第1シュート6は、平板で形成され、ドラムフィーダ5から落下してきた第1原料Nの流れを変化させると共に、供給装置7から排出された第2原料Mを第1原料Nに合流させるものである。スリット8は、例えば、丸棒を25〜50mmの所定間隔で配置して構成したもので、第1シュート6から滑走してきた第1原料N及び第2原料Mを篩い分けるものである。
【0016】
ここで、第1シュート6において原料が滑走する滑走面(平板の上面)6aがスリット8の滑走面(丸棒の上面)8aよりも上方に位置する場合は、第2原料Mがスリット8上で篩い分けられ難くなり、第2原料Mは第1原料Nの全体へ混合され易くなる。逆に、第1シュート6の滑走面6aがスリット8の滑走面8aよりも下方に位置する場合は、大きな第2原料M(粗粒原料)が第2シュート9上の細粒原料に混合してしまう可能性がある。そのため、第1シュート6の滑走面6aの延長線上にスリット8の滑走面8aを設置しており、第1シュート6の滑走面6aとスリット8の滑走面8aとは同一平面となっている。言い換えれば、第1シュート6の滑走面6aとスリット8の滑走面8aとは側面視で直線状となっている。
【0017】
第2シュート9は、第1シュート6と同様に、平板で形成されたもので、スリット8から落下してきた原料(第1原料N及び/又は第2原料M)を受けてパレット2へ向けて案内するものである。
以上、このような原料装入装置1では、まず、ドラムフィーダ5から切り出された第1原料Nが第1シュート6に落下すると共に、水平往復動作を行うスリップスティックコンベア等で構成された供給装置7から排出された第2原料Mが第1シュート6に滑走していくことになる。そして、第1シュート6上で、第1原料Nと第2原料Mとが混合され、第1原料N及び第2原料Mは、さらに、スリット8に向けて滑走していく。スリット8において、スリット8を通り抜けることができない粗い原料(粗粒原料ということがある)は、スリット8上を滑走してパレット2に落下する。一方、スリット8を通り抜ける原料(細粒原料ということがある)は、第2シュート9に落下した後、パレット2に向けて落下する。
【0018】
このように、原料装入装置1では、第1原料Nと第2原料Mとが第1シュート6及びスリット8で混合されながらパレット2へ向けて滑走していき、スリット8上では、混合された原料が篩い分けられ、最終的に、パレット2の下側から粗粒原料が積み上げられ、粗粒原料の上側に細粒原料が積み上げられ、充填層11は、大凡、粗粒原料が積み上がった下層11dと、細粒原料が積み上がった上層11uとに分かれるようになっている。
【0019】
さて、本発明の原料装入装置1では、上述したように、第1原料Nと第2原料Mとを混合させつつ、篩い分けを行うことにより、パレット2上に粗粒原料が積み上がった下層11dと、細粒原料が積み上がった上層11uとを形成させるものであるが、ドラムフィーダ5と第1シュート6との間に第3シュート12を設けることにより、後述するように、層厚方向における第2原料Mの濃度を可変とすることができると共に、下層11dと上層11uとの割合(比率)も調整できる構造となっている。
【0020】
以下、第3シュートについて詳しく説明する。説明の便宜上、原料が滑走する滑走方向において上流側(元側)を基端側といい、滑走方向において下流側を先端側という。
図1に示すように、第3シュート12が第1原料Nの落下位置にない場合、第1原料Nと第2原料Mとは、第1シュート6の第1原料Nの落下位置からスリット8の先端位置までの間が原料の混合距離(混合長さ)L0となるが、本発明のようにドラムフィーダ5と第1シュート6との間に第3シュート12を設け、この第3シュート12自体を先端側に移動させたり、第3シュート12の長手方向(滑走方向)の長さを可変とすることにより、原料の混合距離が変化することができるようになっている。
【0021】
具体的には、第3シュート12は、ドラムフィーダ5で切り出して落下してきた第1の
原料を一旦受けて第1シュート6に落下させたり、スリット8に落下させることができるもので、原料を受けるシュート長を調節可能なものである。
詳しくは、
図2に示すように、第3シュート12は、原料を受ける部分が上下2段となったもので、上側に位置して原料(第1原料N)を受ける第1段受部121と、下側に位置して第1原料Nを受ける第2段受部122とを備えている。
【0022】
第1段受部121は、第1原料Nを受けると共に第1原料Nを滑走させる板状の第1滑走面1211と、この第1滑走面1211の幅方向両側から起立した一対の第1側壁1212と、第1滑走面1211の上側及び第1側壁1212の上側から立ち上がる第1背面1213部とで構成され、全体として、滑走方向の一方側が開放した箱型で形成されている。
【0023】
第2段受部122は、第1滑走面1211の下側に配置されて第1原料Nを受け且つ第1原料Nを滑走させる板状の第2滑走面1221と、第1側壁1212の外側に配置され且つ第2滑走面1221の幅方向両側から起立した一対の第2側壁1222とで構成され、全体として、滑走方向の両側が開放した箱型で形成されている。
第3シュート12は、第1段受部121及び第2段受部122の滑走方向(長手方向)の位置を調整する第1位置調整部13と、第2段受部122の滑走方向(長手方向)の位置を調整する第2位置調整部14とを備えている。
【0024】
図3〜
図7に基づき、第1位置調整部13及び第2位置調整部14について説明する。
図3、4に示すように、第1位置調整部13は、第1背面1213部に連結され滑走方向に延びるボルト軸13aにベアリング(軸受)13bを介して操作ハンドル13cを回転自在に支持し、ベアリングケース13dを幅方向一対のフレーム13eに取り付けることにより構成されている。操作ハンドル13cを回転させると、操作ハンドル13cに螺合したボルト軸13aの相対位置(操作ハンドル13cに対する位置)が変化し、第1段受部121の滑走方向の位置を変えることができるようになっている。
【0025】
第1位置調整部13には、操作ハンドル13cの回転位置を固定する固定部材13fが設けられている。具体的には、固定部材13fは、操作ハンドル13cを貫通し且つベアリングケース13dにねじ込むボルト(ピン)で構成されており、ボルト13fをベアリングケース13dにねじ込んでいる状態では、操作ハンドル13cを回すことができず、ボルト13fを緩めてベアリングケース13d及び操作ハンドル13cから取り外すと、操作ハンドル13cを回転させることができるようになっている。
【0026】
図3〜5に示すように、第2位置調整部14は、第2滑走面1221の下側に当該第2滑走面1221に沿ってボルト軸14aを配置し、ボルト軸14aの基端部及び先端部にそれぞれナット部14bを螺合し、基端部側のナット部14bを取付具14cを介して第2滑走面1221に回転自在に取り付けると共に、先端部側のナット部14bを取付具14cを介して第1側壁1212又は第1滑走面1211の裏側に回転自在に取り付ける。
【0027】
また、第2位置調整部14は、第2側壁1222の外側に操作ハンドル14dを配置すると共に、当該操作ハンドル14dと一体回転するハンドル軸14eをボルト軸14aと直交して配置し、ハンドル軸14eを取付具14cを介して第1滑走面1211の裏側に取り付け、ハンドル軸14eの先端とボルト軸14aとの先端をベベルギア14fを介して連結し、ハンドル軸14eの回転をボルト軸14aに伝達できるようにすることにより構成されている。操作ハンドル14dを回転させると、ハンドル軸14eの回転がベベルギア14fを介してボルト軸14aに伝達して、ボルト軸14aが回転することにより、第2段受部122の滑走方向の位置を変えることができるようになっている。
【0028】
図1に示すように、第3シュート12を最も縮小させた状態(第1位置調整部13のボルト軸13aを最も操作ハンドル13cに対して上流側に突出させ、且つ、第2段受部122を最も滑走方向の基端側に位置させている状態)では、第1原料Nの落下位置には、第3シュート12が位置しない。ここで、例えば、第3シュート12を縮小させた状態から第1位置調整部13によって第1段受部121及び第2段受部122を滑走方向に突出させると、第1段受部121を第1原料Nの落下位置に位置させることができる。
【0029】
図7は、第1位置調整部13や第2位置調整部14によって、第1段受部121や第2
段受部122の位置を変化させた図を示している。
図7(a)は、第1位置調整部13によって、第1段受部121及び第2段受部122を移動させ、第1シュート6の長手方向の中央部の直上に、第3シュート12の第1段受部121及び第2段受部122の先端部を位置させた状態を示している。この状態にすると、第1原料Nと第2原料Mとは、第1シュート6の先端部側で混合することとなり、第1原料Nと第2原料Mとの混合距離Laは、
図1に比べて短くなる(L0>La)。
【0030】
ここで、第2原料Mの装入量(供給量)は一定であるため、第1原料Nと第2原料Mとの混合距離が短くなると、スリット8における第2原料Mの通過率は大きくなる。即ち、スリット8を第2原料Mが通過する通過率をSとすると、通過率Sは第2原料Mと第1原料Nとの接触距離との関係として、S∝1/[第1原料Nと第2原料Mとの混合距離(接触距離]となる。そのため、
図7(a)の場合、
図1と比べ、第2原料Mがスリット8を通って第2シュート9に移動し易くなる一方、第1原料Nは、スリット8上をそのまま通過してパレット2に落下するため、パレット2の充填層において、上層中の第2原料Mの濃度は上昇し易くなる。
【0031】
図7(b)は、第1位置調整部13によって第1段受部121及び第2段受部122を最も突出させた状態で、さらに、第2位置調整部14によって第2段受部122の先端側を第1段受部121の先端部から当該第2段受部122の全体長さの1/2程度突出させ、第1シュート6の先端側の直上に第2段受部122の先端側を合わせた状態を示している。この場合、
図7(a)に比べてさらに、第1原料Nと第2原料Mとの混合距離Lbが短くなるため、上層中の第2原料Mの濃度を上昇させることが可能となる。
【0032】
図7(c)は、第1位置調整部13によって第1段受部121及び第2段受部122を最も突出させた状態で、さらに、第2段受部122の先端側を当該第2段受部122の全体長さだけ、第1段受部121の先端部から突出させた状態を示している。この場合、最も第1原料Nと第2原料Mとの混合距離Lcが短くなるため、上層中の第2原料Mの濃度を上昇させることができる。
【0033】
さて、上述したように、第3シュート12によって、充填層の上層における第2原料Mの濃度の上昇を確認するため、本発明の焼結機の原料装入装置を模ししたシュミレーション装置を作成し、第3シュート12の位置を変化させて、パレット2における充填層について実験を行った。
この実験では、第1原料Nを焼結原料とし焼結機で使用する原料粒度に近似した原料を作成し、水分7.0%に調整した。第1原料N(焼結原料)の供給速度は実機と同じとし、各シュートも実機と同じとした。パレット2上の充填層の厚みは、600mmとし、第2原料Mとして3〜4mmのコークス粉を用いた。充填層の評価を行うにあたって第2原料Mであることの印として、第2原料Mに銀色のペイントを付着させて、第1原料Nと識別できるようにした。第2原料Mは、全体の原料に対して0.1質量%装入した。
【0034】
図1に示すように、第3シュート12を最も短くして第1原料Nがそのまま第1シュート6に落下する実験を「従来法」とし、
図7(a)に示すように、第3シュート12の第1段受部121及び第2段受部122の先端位置を第1シュート6の長手方向の中央部の直下に位置させた実験を「実験1」とし、
図7(b)に示すように、第3シュート12の第2段受部122の先端位置を第1シュート6の長手方向の先端部の直下に位置させた実験を「実験2」とし、
図7(c)に示すように、第3シュート12の第2段受部122の先端部を最も下流側に位置させた実験「実験3」とした。
【0035】
各実験では、上述したように第3シュート12の位置を変えて、第1原料N及び第2原料Mをパレット2上に供給した。原料の供給終了後、充填層を高さ方向で複数に分割し、各高さ方向において、第2原料Mの重量比率を求めることにより、高さ方向における第2原料Mの濃度分布を整理した。
なお、各実験において第1原料Nが滑走する距離の関係は、実験1では、第1段受部121における滑走距離は第1シュート6の長さの約1/2倍とし(滑走距離≒第1シュート6の長さ×1/2)、実験2では、第1段受部121及び第2段受部122における滑走距離は、第1シュート6の長さと略同じ(滑走距離≒第1シュート6の長さ×1)、実
験3では、第1段受部121及び第2段受部122における滑走距離は、第1シュート6の長さとスリット8の長さの略1/2倍とした(滑走距離≒第1シュート6の長さ+スリット8長さ×1/2倍)。
【0036】
図8に示すように、第3シュート12を設けない場合(第1原料Nを第3シュート12で受けずに従来通り供給する場合(従来)、充填層において第2原料M(コークス粉)は、高さ方向に幅広く分布するものとなっているが、実験1〜3のように、第3シュート12によって第1原料Nと第2原料Mとの混合長さ(混合距離)を変えることにより、充填層において第2原料Mの高さ方向の分布(原料の充填層の層厚方向の分布)を上方に位置させることができるようになった。特に、第3シュート12を延長していくと、充填層11において0.8から1.0の上層域において、第2原料Mの濃度を上昇させることができる。なお、
図9の縦軸は、充填層11の層の高さ方向(層方向)の位置を示したものであり、最上部を1.0とし、最下部を0.0としている。
【0037】
図9は、第1原料と第2原料の混合距離(接触距離)と、充填層11の上層11uの20%域におけるコークス粉の濃度との関係をまとめたものである。
図9では、Liは、第3シュートを動作させたときの混合距離(接触距離)を「Li」とし、第3シュートを縮小又は第3シュートが無い場合(従来例と同じ)のときの接触距離を「L0」とし、その相対距離=Li/L0と、コークスの濃度とをまとめたものである。
図9に示すように、混合距離を短くすることによって、上層11uの20%域[高さ方向(層方向)0.8〜1.0の領域]におけるコークス粉の濃度を上昇させることができた。
【0038】
以上の結果から、第3シュート12によって、第1原料Nと第2原料Mとの混合距離(混合長さ)を調整することにより、焼結機に装入した原料の充填層において原料の濃度分布を調整することができ、例えば、層高0.8〜1.0の領域におけるカーボン濃度制御をすることができる。
なお、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な事項を採用している。