TWI396750B - 鐵礦顆粒之製造方法 - Google Patents
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Description
本發明是關於製造使用於高爐用原料等的鐵礦顆粒(pellet)之爐篦窯(grate kiln)方式的鐵礦顆粒製造技術。
製造鐵礦顆粒的製造過程，是包括乾燥、水分分離、燒成及冷卻等的製程。用來實施該製造過程之爐篦窯方式鐵礦顆粒製造裝置(以下簡稱為「爐篦窯方式燒成裝置」)是已知的。在爐篦窯方式鐵礦顆粒製造裝置，可防止造成作業不穩定的原因之發生於旋窯內的窯環(kiln ring，顆粒粉化物呈岩狀附著於窯內壁磚表面)之技術是已知的(參照專利文獻1、2)。
然而，為了因應於近年來鋼鐵需求的增加，是要求能進一步增加顆粒產量。另外，隨著近年來鐵礦原料的品質下降，也要求能增加高結晶水鐵礦在顆粒中的配合比例。然而，為了因應前述要求，在僅是增大顆粒的生產速度的情況，或在維持顆粒生產速度下僅提高生顆粒GP中的結晶水含量的情況，在水分分離製程無法將結晶水予以充分地分解除去，而在顆粒內部殘存有結晶水的狀態下送入更高溫的預熱製程。送入預熱製程後的顆粒經急速昇溫後，殘存於顆粒內部的結晶水會急速分解，顆粒內部的水蒸氣壓會急劇上昇而發生顆粒的爆裂(bursting)。因爆裂所產生的粉體會使顆粒層的通氣性變差而使均一的加熱受到阻礙，如此會造成顆粒層的壓力損失增大等而導致作業不穩定，且預熱顆粒的強度會降低。結果，所產生的粉體會被送入窯內，而且低強度的預熱顆粒在窯內滾動會發生粉化，因此會形成窯環，而變得無法繼續作業。因此，為了避免上述爆裂的發生，結果不得不降低顆粒的生產速度。
[專利文獻1]日本特開平11-325740號公報
[專利文獻2]日本特開2005-60762號公報
於是，本發明的目的在於：在爐篦窯方式鐵礦顆粒製造裝置，提供一種可確實地預防在爐篦爐的預熱室內發生曝裂之顆粒製造方法。
本發明的鐵礦顆粒之製造方法，是藉由爐篦讓鐵礦顆粒移動，在乾燥室、水分分離室及預熱室依序加熱後，使用具備窯燃燒器的旋窯進行燒成之爐篦窯方式的鐵礦顆粒製造方法；其特徵在於：以預熱室入口溫度計(另行設置於預熱室的上部空間且位於預熱室的顆粒入口部)所測定的環境氣氛溫度T2
和水分分離室出口爐柵(fire grate)溫度計(設置於水分分離室的顆粒出口部且位於爐篦正下方)所測定的氣體溫度T1
的溫度差ΔT=T2
-T1
，比根據過去的作業實績而預先決定的容許溫度差ΔTmax
更小的方式，來調整現在的作業條件。
鐵礦顆粒之製造方法較佳為，前述現在的作業條件的調整，是調整：設置於前述水分分離室的上部之水分分離室燃燒器的燃燒量、設置於前述預熱室上部之預熱室燃燒器的燃燒量、爐篦移動速度及顆粒層厚當中的至少一者。
依據本發明，是以預熱室入口溫度T2
和水分分離室爐柵溫度T1
的溫度差ΔT=T2
-T1
，比根據過去的作業實績而預先決定的容許溫度差ΔTmax
更小的方式，來調整現在的作業條件，因此可抑制預熱室入口部之顆粒的昇溫速度，而能確實地防止在該預熱室內發生爆裂。
結果，藉由運用本發明，可確實地達成顆粒的增產乃至高結晶水鐵礦的配合比例增加。
第1圖係顯示可實施本發明的鐵礦顆粒製造方法之爐篦窯方式燒成裝置。如第1圖所示，該爐篦窯方式燒成裝置，是具備：爐篦爐1、旋窯(以下也簡稱「窯」)9以及環狀冷卻器11。
爐篦爐1，是藉由無端狀的行走爐蓖(以下簡稱「爐篦」)2，來使鋪設在該爐篦2上的生顆粒GP，依乾燥室3、水分分離室4、預熱室5的順序沿著各室的長邊方向移動，並藉由加熱用氣體的向下通風而實施乾燥、水分分離、預熱，以賦予顆粒(以下稱為「預熱顆粒」)能承受在窯9內滾動的強度。
生顆粒GP，是在主原料之鐵礦中配合副原料之石灰石、白雲石(dolomite)等，並添加水分而造粒出的。
首先，在乾燥室3，是將含水量8~9質量%左右的生顆粒GP以250℃左右的環境氣氛溫度來進行乾燥。接著，在水分分離室4，將乾燥後的生顆粒昇溫至450℃左右，主要將鐵礦中的結晶水予以分解除去。接著，在預熱室5，將顆粒昇溫至1100℃左右，將石灰石、白雲石等所含有的碳酸鹽予以分解而除去CO2
，並讓鐵礦中的磁鐵礦(magnetite)氧化。經由前述製程，可製作出具有能充分承受在窯9內滾動的強度之預熱顆粒，以提昇爐篦窯方式燒成裝置的生產性。
旋窯9，是直接連結於該爐篦爐1之呈傾斜的圓筒狀旋轉爐，藉由配設於出口側之窯燃燒器10所進行的燃燒，將從爐篦爐1的預熱室5裝入的前述經乾燥、水分分離、預熱後的顆粒予以燒成，並將使用在該顆粒燒成後的高溫燃燒排氣當作加熱用氣體來送往預熱室5。以往，是藉由窯燃燒器10將微粉碳、焦爐氣(coke oven gas)等的燃料吹入旋窯9內，來和燃燒用空氣一起進行燃燒。
另外，在預熱室5的上部，設置預熱室燃燒器21，以作為將來自旋窯9的窯燃燒排氣予以昇溫之窯燃燒排氣昇溫手段。作為預熱室燃燒器21的燃料是使用焦爐氣(以下簡稱「COG」)、微粉碳，在預熱室5內利用窯燃燒排氣中的殘留氧氣讓該COG、微粉碳燃燒，藉此使窯燃燒排氣昇溫。如此，可提高預熱顆粒的強度，來防止造成作業不穩定的原因之旋窯9內窯環(顆粒粉化物呈岩狀附著於窯內壁磚表面)的發生(參照專利文獻1、2)。
6代表預熱室用風箱群，爐篦2的下方空間是沿著顆粒移動方向被區隔成沿複數個室，這些室被稱為風箱。亦即，預熱室用風箱群6是由複數個風箱所構成，沿著預熱室5的長邊方向(顆粒移動方向)例如有9個風箱排成一列。7代表預熱室用吸引風扇，具有吸引風量(向下通風量)調節用的風扇擋板(圖示省略)，是將窯排氣作為加熱用氣體而使其通過爐篦2上的顆粒層、風箱群6向下吸引，而往水分分離室4送出。
另外，16代表水分分離室用風箱群，沿著水分分離室4的長邊方向(顆粒移動方向)例如有5個風箱排成一列。17代表水分分離室用吸引風扇，具有吸引風量(向下通風量)調節用的風扇擋板(圖示省略)，是將預熱室排氣A作為加熱用氣體而導入水分分離室4，讓該加熱用氣體A通過爐篦2上的顆粒層、風箱群16向下吸引，而往乾燥室3送出。
藉由設置上述預熱室燃燒器21來控制預熱室內環境氣體溫度的技術，在顆粒生產速度一定且生顆粒中的結晶水含量一定的情況，是非常有效的提高預熱顆粒強度的手段。
在水分分離室4，設置用來讓來自預熱室5的排氣溫昇的燃燒器(以下稱「水分分離室燃燒器」)31，藉此即使在增加產量時也能在水分分離室4將顆粒的結晶水充分地除去(參照日本特願2008-84178號)。然而，即使設置水分分離室燃燒器，也無法完全防止預熱室5內發生爆裂。
本發明人等發現，預熱室5內發生的爆裂，可根據位於預熱室5的顆粒出口部，亦即最靠近窯9的風箱內的壓力(以下稱「預熱室風箱壓力」)PPHWB
的變動來偵知。第2圖係顯示一定作業條件下的預熱室風箱壓力PPHWB
的經時變動的樣子之一例。預熱室風箱壓力PPHWB
，通常是在-340~-380mmAg(表壓，以下相同。1mmAg=9.80665Pa)之間變動，相對於此，可看到突然開始急劇降低，而降低至比-400mmAg更低的情況。如此般，預熱室風箱壓力PPHWB
比通常情況大幅降低時，可考慮是因為在預熱室5的顆粒層內發生爆裂，使顆粒層的通氣性變差，而造成壓力損失急劇增大的緣故。
因此，藉由持續監控預熱室風箱壓力PPHWB
的壓力，可偵知預熱室4內有爆裂發生，但該偵知是屬於發生事後的，於是開發出能事前確實地防止爆裂發生的手段。
本發明人等考慮到，關於預熱室5內發生的爆裂，從水分分離室4送入預熱室5時的顆粒的昇溫速度的影響最大，首先利用以下的實驗室試驗來調查該影響。
首先，使用設置在申請人的加古川製鐵所內的顆粒製造裝置所採用的配合原料，藉由層疊型造粒機(tier type pelletizer)造粒出粒徑10~12mm、水分含量約8.5質量%的生顆粒。接著，以上述顆粒製造裝置之爐篦的熱電偶流(參照以下的說明)所獲得的顆粒下層部的溫度模式為參考，將生顆粒藉由小型乾燥器以105℃乾燥20分鐘而獲得水分含量約0.2質量%的乾燥顆粒後(相當於乾燥室)，將該乾燥顆粒藉由小型乾燥器進一步以300℃加熱5分鐘而獲得水分分離顆粒(相當於水分分離室)。接著，將該水分分離顆粒裝入調整成既定的環境氣氛溫度之小型加熱爐中，保持2分鐘而獲得預熱顆粒(相當於預熱室)，將由裝設在顆粒正上方的熱電偶所測定的溫度變遷進行線性近似(linear approximation)以求出顆粒的昇溫速度，並測定預熱顆粒之5mm以下之篩下的質量比例來作為預熱顆粒的粉率，而根據該預熱顆粒的粉率來判斷是否發生爆裂。
第3圖係顯示顆粒的昇溫速度和預熱顆粒的粉率的關係。如第3圖所示，在顆粒的昇溫速度為一定值(6~7℃/s)以下，預熱顆粒的粉率始終能抑制在未達0.5質量%，相對於此，若顆粒的昇溫速度超過上述一定值，預熱顆粒的粉率會急劇上昇，而開始發生爆裂。
因此，根據上述實驗室的試驗結果可確認出，藉由將從水分分離室送入預熱室時的顆粒的昇溫速度控制在一定值以下，可防止預熱室之爆裂發生。
然而，在實際的顆粒製造裝置，要直接測定移動中的爐篦上的顆粒層的昇溫速度並不容易。例如，在金屬網製籃內充填生顆粒，將長形的熱電偶插入該生顆粒充填層內後，載置於爐蓖上，隨著爐篦的移動來測定顆粒層的溫度變遷(以下稱「熱電偶流」)，雖然此手段能進行抽樣測定，但非常耗費成本且費事，並非可經常實施的手段。
於是，本發明人等考慮到，不是直接測定顆粒層的昇溫速度，作為對應於顆粒層的昇溫速度的參數，應可使用能持續且簡單地測定之預熱室入口溫度T2
和水分分離室出口爐柵溫度T1
的溫度差ΔT=T2
-T1
。在此，預熱室入口溫度T2
，是指設置於預熱室5的顆粒入口部之預熱室入口溫度計所測定的環境氣氛溫度。水分分離室出口爐柵溫度T1
，是指設置於水分分離室的顆粒出口部且位在爐篦正下方的水分分離室出口爐柵溫度計所測定的氣體溫度。
首先，本發明人等調查水分分離室出口爐柵溫度T1
和熱電偶流所測定的顆粒下層部的溫度的關係(顆粒層，由於是被向下的通風加熱，顆粒下層部昇溫最慢，而最容易發生爆裂，因此，通常熱電偶流是測定顆粒下層部的溫度)。如第4圖所示，作為水分分離室出口爐柵溫度測定計的熱電偶42，為了使其高度方向的位置儘量接近顆粒下層部而設置於爐蓖2正下方200mm處；熱電偶流用的熱電偶，是設置在顆粒下層部的高度方向中央位置之爐篦2正上方35mm處。而且，在熱電偶流用的熱電偶到達水分分離室出口爐柵溫度測定計的熱電偶42的正上方位置時，比較雙方的熱電偶(溫度計)所測定的溫度，結果如下述表1所示，水分分離室出口爐柵溫度T1
雖然比熱電偶流所測定之顆粒下層部的溫度稍低，但其溫度差始終在25℃左右而大致一定。因此確認出，根據水分分離室出口爐柵溫度T1
，可評價顆粒下層部的溫度。
於是，在設置於申請人的加古川製鐵所內之顆粒製造裝置，調查上述預熱室入口溫度T2
和水分分離室出口爐柵溫度T1
的溫度差ΔT、與預熱室風箱壓力PPHWB
的關係，結果可獲得第5圖所示的關係。
從第5圖可看出，在溫度差ΔT與預熱室風箱壓力PPHWB
之間，整體而言雖然有很強的相關性(圖中的直線是線性回歸的直線)，但隨著溫度差ΔT變高，預熱室風箱壓力PPHWB
大幅低於線性回歸直線的情況(相當於發生爆裂)增加。
因此可知，藉由將溫度差ΔT維持在既定溫度(例如850℃)以下，可充分減少預熱室風箱壓力PPHWB
大幅降低的機率，而可能預防爆裂的發生。
如第1圖所示，為了使預熱室排氣A的溫度上昇，在水分分離室4設置有複數根的水分分離室燃燒器31(用來將氣體燃料之例如COG吹入水分分離室4內)。作為水分分離室燃燒器31的燃料，不是微粉碳而是採用氣體燃料的理由在於：吹入水分分離室4的預熱室排氣A的溫度只有400~450℃左右，在微粉碳的情況若沒有著火源就無法繼續燃燒，相對於此，在氣體燃料的情況，即使沒有著火源也能繼續進行自動燃燒。如第1圖所例示，在將水分分離室燃燒器31設置於頂壁4a的情況，若使用微粉碳燃燒器，燃燒火焰會變長，而造成顆粒層最表面的顆粒過熱，變得容易發生爆裂，基於這點也是以使用燃燒火焰短的氣體燃料為佳。
在以下的說明，「水分分離室入口」及「水分分離室出口」的「入口」及「出口」，是以顆粒的移動方向為基準。上述複數根燃燒器31，宜配設在以水分分離室入口4b為基點之(1/3)LDH
~0.98LDH
(LDH
：水分分離室全長)之間。若在以水分分離室入口4b為基點之未達(1/3)LDH
的位置設置燃燒器31，水分分離室入口4b附近的環境氣氛溫度會上昇，當在乾燥室3內未經充分乾燥而殘留有附著水的顆粒送入水分分離室4時，容易發生爆裂。另一方面，若在以水分分離室入口4b為基點之超過0.98LDH
的位置(亦即，以水分分離室出口4c為基點之未達0.02LDH
的位置)設置燃燒器31，由於燃燒器31和水分分離室出口4c的間隔壁過於接近，來自燃燒器火焰的輻射熱容易造成該間隔壁的耐火物之損傷。上述複數根的燃燒器31，更佳為配設在以水分分離室入口4b為基點之(1/2)LDH
~0.95LDH
之間，特佳為配設在(1/3)LDH
~0.92LDH
之間。
而且，在水分分離室4的顆粒出口部(例如，水分分離室4之最靠近窯9的風箱之爐篦移動方向中央位置)且在爐篦2正下方的位置，設置作為水分分離室出口爐柵溫度計之熱電偶42。另外，獨立於預熱室溫度計44，而在預熱室5的顆粒入口部(例如，預熱室5的最靠近入口側的風箱之爐篦移動方向中央位置)且在顆粒層的上部空間，設置作為預熱室入口溫度計之熱電偶43。在此，在水分分離室4的顆粒出口且在爐篦2正下方的位置設置熱電偶42的理由在於，如前述般，為了儘可能高精度地測定與水分分離室4出口部的顆粒最下層的溫度最密切對應的溫度。另外，在預熱室5的入口部且在顆粒層的上部空間設置熱電偶43的理由在於，為了儘可能高精度地測定用來加熱剛送入預熱室5的顆粒層之環境氣氛溫度。在此，為了充分地確保上述溫度測定精度，「水分分離室4的顆粒出口部」是指從水分分離室出口4c至0.2LDH
(更佳為0.1LDH
)的範圍，「預熱室5的顆粒入口部」是指從預熱室5入口至0.2LPH
(更佳為0.1LPH
，LPH
：預熱室全長)的範圍。
而且，藉由熱電偶42及43，來持續測定水分分離室出口爐柵溫度T1
及預熱室入口溫度T2
。
另一方面，如前述般，藉由設置在預熱室5之最靠近窯9的風箱內之壓力計(預熱室風箱壓力計)41，來持續測定預熱室風箱壓力PPHWB
。測定預熱室5之最靠近窯9的風箱內之壓力的理由在於，不管是在預熱室5內的哪個位置發生爆裂，都能偵知其所產生的壓力變化。
而且，事先將過去實施的作業所收集到的溫度差ΔT和預熱室風箱壓力PPHWB
的關係，例如繪製成第5圖所示的分布圖，使用該圖來決定容許溫度差ΔTmax
。例如在第5圖所示的關係的情況，如前述般，將大幅偏離回歸直線的點較少之850℃設定成容許溫度差ΔTmax
即可。
接著，根據現在的作業所測定出的T1
及T2
來算出其等的溫度差ΔT(=T2
-T1
)，以該溫度差ΔT比上述般所預先決定的容許溫度差ΔTmax
更小的方式，來調整現在的作業條件即可。
調整上述現在的作業條件之具體手段，可使用調整水分分離室燃燒器31的燃燒量、預熱室燃燒器21的燃燒量、爐蓖移動速度、顆粒層厚等的手段；該等手段可單獨使用，也能將複數個手段倂用。以下針對該等手段作說明。
[水分分離室燃燒器31的燃燒量]
在ΔT大於ΔTmax
的情況，藉由往水分分離室燃燒器31的燃燒量加大的方向操作而進行調整。如此，可昇高T1
，結果能使ΔT變小。
燃燒量的調整，是藉由調整對水分分離室燃燒器31的燃料供應量來進行。
然而，若水分分離室燃燒器31的燃燒量過大，隨著水分分離室溫度上昇，顆粒層內的局部區域會到達鐵礦中結晶水的分解溫度，而可能發生爆裂。因此，水分分離室燃燒器31的燃燒量增大是有限度的。
[預熱室燃燒器21的燃燒量]
在ΔT大於ΔTmax
的情況，藉由往預熱室燃燒器21的燃燒量變小的方向操作而進行調整。如此，可降低T2
，結果能使ΔT變小。
燃燒量的調整，是藉由調整對預熱室燃燒器21的燃料供應量來進行。
[爐篦移動速度]
在ΔT大於ΔTmax
的情況，藉由往爐篦移動速度加大的方向操作而進行調整。如此，顆粒層從T1
測定地點移動到T2
測定地點所需的時間變短，在移動期間顆粒層所取得的熱量變小，結果能使ΔT變小。
[爐篦層厚]
在ΔT大於ΔTmax
的情況，藉由往爐篦層厚加大的方向操作而進行調整。如此，即使對顆粒層的熱供應量相同，由於顆粒層的昇溫變得需要更長的時間，顆粒層從T1
測定地點移動到T2
測定地點之間的上昇溫度變小，結果能使ΔT變小。
顆粒層厚的調整，是在剛要進入乾燥室3前之生顆粒的階段進行。
顆粒層具有厚度方向的溫度分布，藉由加大顆粒層的層厚，層內厚度方向的溫度偏差會擴大。隨著該溫度偏差的擴大，在局部區域可能會發生爆裂，因此顆粒層厚的增大有其限度。
如上述般，藉由以溫度差ΔT比容許溫度差ΔTmax
更小的方式來調整現在的作業條件，可充分減少預熱室風箱壓力PPHWB
大幅降低的機率，而能確實地預防預熱室5內的爆裂發生。
結果，顆粒層能維持良好的通氣性而確保均一的加熱，可提昇預熱顆粒的強度。該高強度的預熱顆粒即使在窯9內滾動也不容易粉化，而能防止窯環的生成，而能實現出更穩定、高生產性且高品質的顆粒製造。
1．．．爐篦爐
2．．．行走爐篦(爐篦)
3．．．乾燥室
4．．．水分分離室
4a．．．水分分離室頂壁
4b．．．水分分離室入口
4c．．．水分分離室出口
5．．．預熱室
6．．．預熱室用風箱群
7．．．預熱室用吸引風扇
9．．．旋窯
10．．．窯燃燒器
11．．．環狀冷卻器
16．．．水分分離室用風箱群
17．．．水分分離室用吸引風扇
21．．．預熱室燃燒器
31．．．水分分離室燃燒器
41．．．預熱室風箱壓力計
42．．．水分分離室出口爐柵溫度計
43．．．預熱室入口溫度計
44．．．預熱室溫度計
A．．．預熱室排氣(加熱用氣體)
GP．．．生顆粒
第1圖係顯示實施本發明的爐篦窯方式鐵礦顆粒製造裝置的一例之縱截面圖。
第2圖係顯示預熱室風箱壓力的經時變動的樣子。
第3圖係顯示顆粒的昇溫速度和預熱顆粒的粉率的關係。
第4圖係顯示熱電偶流用熱電偶及水分分離室出口爐柵溫度計在高度方向的位置關係之縱截面圖。
第5圖係顯示預熱室入口溫度T2
和水分分離室出口爐柵溫度T1
的溫度差ΔT、與預熱室風箱壓力PPHWB
的關係。
1．．．爐篦爐
2．．．行走爐篦(爐篦)
3．．．乾燥室
4．．．水分分離室
4a．．．水分分離室頂壁
4b．．．水分分離室入口
4c．．．水分分離室出口
5．．．預熱室
6．．．預熱室用風箱群
7．．．預熱室用吸引風扇
9．．．旋窯
10．．．窯燃燒器
11．．．環狀冷卻器
16．．．水分分離室用風箱群
17．．．水分分離室用吸引風扇
21．．．預熱室燃燒器
31．．．水分分離室燃燒器
41．．．預熱室風箱壓力計
42．．．水分分離室出口爐柵溫度計
43．．．預熱室入口溫度計
44．．．預熱室溫度計
A．．．預熱室排氣(加熱用氣體)
GP．．．生顆粒
Claims (2)
- 一種鐵礦顆粒之製造方法，是藉由爐篦讓鐵礦顆粒移動，在乾燥室、水分分離室及預熱室依序加熱後，使用具備窯燃燒器的旋窯進行燒成之爐篦窯方式的鐵礦顆粒製造方法；其特徵在於：以預熱室入口溫度計(另行設置於前述預熱室的上部空間且位於前述預熱室的顆粒入口部)所測定的環境氣氛溫度T2 和水分分離室出口爐柵溫度計(設置於前述水分分離室的顆粒出口部且位於前述爐篦正下方)所測定的氣體溫度T1 的溫度差ΔT=T2 -T1 ，比根據過去的作業實績而預先決定的容許溫度差ΔTmax 更小的方式，來調整現在的作業條件。
- 如申請專利範圍第1項記載的鐵礦顆粒之製造方法，其中，前述現在的作業條件的調整，是調整：設置於前述水分分離室的上部之水分分離室燃燒器的燃燒量、設置於前述預熱室上部之預熱室燃燒器的燃燒量、爐蓖移動速度及顆粒層厚當中的至少一者。
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