(57)【要約】【課題】焼結鉱の歩留の向上と生産性向上を目的とする。【解決手段】ＤＬ式焼結機による炭材後添加焼結法を適用した焼結鉱の製造方法であって、ＤＬ式焼結機は、点火器２と、点火器下流側に離間して設けられ、原料充填層１の上面をフレーム加熱するフレーム加熱装置４を備え、点火器２およびフレーム加熱装置４の間には、大気吸引領域３が形成され、点火器２およびフレーム加熱装置４の間の距離ｄ１（ｍｍ）を、下記Ｌ１に対し２％以上１０％以下の長さ距離とした、フレーム加熱装置４により、原料充填層１の上面を加熱する焼結鉱の製造方法。Ｌ１：機長（ｍｍ）−点火器のパレット進行方向長さ（ｍｍ）−フレーム加熱装置のパレット進行方向長さ（ｍｍ）【選択図】図１
2020084204.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドワイトロイド（ＤＬ）式焼結機を構成するパレットに、造粒された配合原料を装入して原料充填層を形成し、前記原料充填層の上部から点火し、下方から大気を吸引することにより焼結する、前記原料充填層を焼結する焼結鉱の製造方法であって、
前記造粒された配合原料は、炭材の一部または全量のみを取り除いた原料を、水分を添加して造粒する途中または造粒した後に、取り除いていた前記炭材を前記原料に添加したものであり、
前記ＤＬ式焼結機は、点火器と、前記点火器下流側に離間して設けられ、前記原料充填層の上面をフレーム加熱するフレーム加熱装置とを備え、
前記点火器およびフレーム加熱装置の間には、大気吸引領域が形成され、
前記点火器およびフレーム加熱装置の間の距離ｄ１（ｍｍ）を、下記Ｌ１に対し２％以上１０％以下の長さ距離とした、前記フレーム加熱装置により、前記原料充填層の上面を加熱することを特徴とする焼結鉱の製造方法。
Ｌ１：機長Ｌ２（ｍｍ）−点火器のパレット進行方向長さＸ１（ｍｍ）−フレーム加熱装置のパレット進行方向長さＸ２（ｍｍ）
【請求項２】
前記造粒された配合原料の内、後から添加する炭材の比率が、炭材全体の質量に対し、３０質量％以上であることを特徴とする請求項１に記載の焼結鉱の製造方法。
【請求項３】
後から添加する炭材を添加するまでの造粒時間を、全造粒時間に対して、８０％以上９５％以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の焼結鉱の製造方法。
【請求項４】
後から添加する炭材が、ロガ指数が１０以下である石炭を原炭として乾留したチャーであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の焼結鉱の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼結鉱の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、高炉製銑の主原料は、焼結鉱である。焼結鉱は、通常、次のように製造される。まず、原料となる鉄鉱石、返鉱、製鋼ダスト等の含鉄原料粉、炭材、ＣａＯを含む副原料を所定の割合で配合し、混合し、混合物を、造粒または塊成化して配合原料とする。次に、造粒または塊成化された配合原料を、ホッパより下方吸引式のドワイトロイド（ＤＬ）式焼結機のパレット上に原料充填層を形成して載置し、載置した原料充填層に上層（表層）から点火炉により原料充填層中の炭材に点火する。そして、パレットを連続的に移動させながらパレットの下方から空気を吸引することにより酸素を供給し、原料充填層内の炭材の燃焼が上層から下層に向けて進行することにより、炭材の燃焼熱により順次焼結させる。得られた焼結部（シンターケーキ）は、所定の粒度に粉砕、ふるい分け等により整粒して高炉製銑の原料である焼結鉱となる。
【０００３】
上記製造工程において、造粒するのは、焼結する際に空気の吸引によって炭材が燃焼し、この燃焼により加熱焼結を行うためである。原料が造粒されないままでは、原料同士の隙間に小さい原料粒子が詰まるために空気の通気性が阻害され、焼結が滞る。
造粒する際には、原料に水分が添加されて造粒が行われる。原料に水分を添加して造粒操作を行うことにより、水がバインダーとなって比較的粗い粒子の周りに比較的細かい粒子が付着する。これにより、見掛けの配合原料粒径が増大し、配合原料が焼結機に供給された際に、原料充填層の空隙率および空隙径が増加して、通気性が向上する。通気性が向上すれば、焼結の進行が速くなり、生産性も向上する。
【０００４】
ところが、水をバインダーとして原料を造粒する際に、炭材と他の原料を同時に混合し、造粒すると、水とのぬれ性の悪い炭材が、造粒物の内部に埋没し、内装され、造粒を阻害するため、十分な大きさの見かけの配合原料粒径が得られないことがある。そうすると、配合原料（造粒物）同士の間隔が狭くなり、焼結時の通気性が阻害され、その結果、焼結鉱の生産性が低下する。
【０００５】
このような問題に対し、粉コークス分割添加（たとえば、非特許文献１）、あるいは、後添加（たとえば、特許文献１）と呼ばれる生産性を向上させる技術がある（以下、これらを総称して、「炭材後添加焼結法」と呼ぶ。）。
炭材後添加焼結法は、炭材の造粒物中への埋没を防止して、炭材の燃焼速度を高めて、燃焼前線降下速度（ＦＦＳ）を向上させる。これによって、焼結の生産性が向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１６０８１５号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】鉄と鋼  １００（２０１４）  Ｎｏ．２  ｐ．１８０−１８８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、一般的に、ＦＦＳの向上は高温保持時間（溶融時間）を低下させるので、必要な焼結強度を確保した焼結鉱の歩留を悪化させる問題点も合わせ持つ。炭材後添加焼結法によって、ＦＦＳを向上させても、この歩留低下の問題は完全には解決されない。
特許文献１に開示された方法は、擬似粒子の粒径が増加し、歩留の低下の割合を小さくし、生産率を大幅に増加することができた旨の記載があるが、歩留の確保は充分でなかった。
【０００９】
本発明は、炭材後添加焼結法を実施するに際して、ＦＦＳを向上させて、生産性を向上させることのみならず、あわせて歩留の向上となる焼結鉱の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するための本発明の要旨とするところは、以下のとおりである。
（１）ドワイトロイド（ＤＬ）式焼結機を構成するパレットに、造粒された配合原料を装入して原料充填層を形成し、前記原料充填層の上部から点火し、下方から大気を吸引することにより焼結する、前記原料充填層を焼結する焼結鉱の製造方法であって、
前記造粒された配合原料は、炭材の一部または全量のみを取り除いた原料を、水分を添加して造粒する途中または造粒した後に、取り除いていた前記炭材を前記原料に添加したものであり、
前記ＤＬ式焼結機は、点火器と、前記点火器下流側に離間して設けられ、前記原料充填層の上面をフレーム加熱するフレーム加熱装置とを備え、
前記点火器およびフレーム加熱装置の間には、大気吸引領域が形成され、
前記点火器およびフレーム加熱装置の間の距離ｄ１（ｍｍ）を、下記Ｌ１に対し２％以上１０％以下の長さ距離とした、前記フレーム加熱装置により、前記原料充填層の上面を加熱することを特徴とする焼結鉱の製造方法。
Ｌ１：機長Ｌ２（ｍｍ）−点火器のパレット進行方向長さＸ１（ｍｍ）−フレーム加熱装置のパレット進行方向長さＸ２（ｍｍ）
（２）前記造粒された配合原料の内、後から添加する炭材の比率が、炭材全体の質量に対し、３０質量％以上であることを特徴とする（１）に記載の焼結鉱の製造方法。
（３）後から添加する炭材を添加するまでの造粒時間を、全造粒時間に対して、８０％以上９５％以下であることを特徴とする（１）または（２）に記載の焼結鉱の製造方法。
（４）後から添加する炭材が、ロガ指数が１０以下である石炭を原炭として乾留したチャーであることを特徴とする（１）から（３）のいずれか一項に記載の焼結鉱の製造方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、炭材の一部または全部以外の原料を造粒する途中または造粒した後に、その造粒物に後から炭材を添加する炭材後添加焼結法によって、原料充填層の通気性が向上する。また、点火器による点火加熱の後、所定の間隔を空けて、フレーム加熱装置によるフレーム加熱を行うことによって、点火からフレーム加熱までの大気吸引時に空塔風速上昇により、燃焼帯がより下部まで進行し、その厚みが拡大した上でフレーム加熱するので、歩留向上効果を伴う大幅な生産性向上効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】炭材後添加プロセスを有し、かつ点火器とフレーム加熱装置を配置した焼結機の構成概念図。
【図２】一般的なＤＬ式焼結機の全体概要図。
【図３】焼結機の操業例による燃焼前線深さの説明図。
【図４】フレーム加熱装置の配置場所範囲を原料充填層と機長から算定する説明図。
【図５】炭材後添加焼結法およびフレーム加熱法が成品歩留に及ぼす影響を示した図。
【図６】炭材後添加焼結法およびフレーム加熱法が燃焼前線降下速度に及ぼす影響を示した図。
【図７】炭材後添加焼結法およびフレーム加熱法が生産率に及ぼす影響を示した図。
【図８】炭材後添加比率の成品歩留に及ぼす影響を示した図。
【図９】後添加用炭材焼結法における炭材の添加タイミングが成品歩留へ及ぼす影響を示した図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に課題を解決した経緯について詳細に説明する。
ＤＬ式焼結機において、点火された上層から下層に向けて順次焼結させる場合、一般に、原料充填層の高さ方向の熱的分布は、下層部では熱量が十分であっても、上層部では熱量不足となる。それは、下層部では、上層部の焼結の進行により徐々に昇温し充分に予熱された後にコークスなどの炭材が燃焼し、さらに燃焼完了後も上層部の残熱により徐々に冷却されるのに対し、上層部では、配合原料中のコークスの燃焼完了後には上層より吸引される低温の空気により急冷されることによるものである。
上層部が熱量不足となると、この部分で焼結が十分に進行せず、上層部の焼結鉱の強度不足を引き起こし、全体の歩留も悪くなる。
【００１４】
本発明者は、点火器での点火後に、種々の方法で原料充填層の上面を加熱する条件について歩留、冷間強度を調べた。その結果、点火器での点火完了後、所定の範囲の大気吸引領域を設け、再度原料充填層の上面を所定のタイミングでフレーム加熱により再加熱することによって、必要な焼結強度を確保した焼結鉱の歩留を向上させることができることを見出した。フレーム加熱は、一段目の点火で十分に点火されなかった炭材（コークス）に点火することと、上層を十分に加熱して熱を補充することを目的に行う。この最初の点火（一段目の点火）後に所定の間隔を空けたタイミングで二段目のフレーム加熱（二段目の点火）で行う技術を以下、フレーム加熱法と呼ぶ。
【００１５】
フレーム加熱法によれば、点火器から所定の間隔を設けて設置したフレーム加熱装置により、焼結層上部空間が高温に保たれ、かつ高温に保たれた原料充填層上部空間の空気が焼結層へ吸引されるため、焼結層上部からの抜熱は無く、逆にガス顕熱が原料充填層の原料への熱供給に活用される。そのため、燃料による加熱が効率的に行われ、熱不足、高温保持時間不足による焼結不良が防止でき、原料充填層上部（上層部）の歩留改善に有効となる。全体の歩留を下げていた上層部の歩留が向上するので、全体としての歩留も向上する。
【００１６】
このフレーム加熱法は、焼結不十分になりやすい上層部を加熱するという原理からして、配合原料の種類によらず、通常の配合原料であれば、必要な焼結強度を確保した焼結鉱の歩留を向上させることができる。そのため、歩留に課題のある炭材後添加焼結法においても、歩留の向上を目的にフレーム加熱法を適用した。
その結果、予測を超えた、フレーム加熱法と炭材後添加焼結法の相乗効果が得られることが明らかとなった。
【００１７】
（炭材後添加焼結法）
炭材後添加焼結法の特徴について、図１を参照して説明する。
炭材後添加焼結法を採用しない一般的な造粒は、粉末状の金属酸化物（鉄鉱石）に、生石灰、酸化ケイ素、微粉鉱石（ペレットフィード等）、返鉱、バインダ等の原料の全量を大量処理に適したドラムミキサ１５で一括して造粒する。一方、炭材後添加焼結法では、原料に水分を添加して造粒する途中または造粒が完了した後に、造粒機の出口から炭材ホッパ１６より粉コークス等の炭材（固体炭素源）を添加し、それを前記配合原料の全量として用いることを特徴とする。
【００１８】
この方法によれば、粉コークス等固体炭素源が外装される。すなわち、固体炭素源は、造粒物へ内包されることなく、造粒物の表層に付着または未付着な独立粒として存在する。そのため、焼結時には流通ガス中酸素との燃焼反応が活発になり、その結果、歩留が向上する。加えて、焼結機へ装入時には原料充填層上層へ濃化（偏在）しやすくなる。そのため、フレーム加熱時による燃焼効率向上が加速化され、その結果、歩留向上に対する相乗効果が得られる。
【００１９】
その他、炭材後添加焼結法は、造粒されにくい粉コークス等の炭材（固体炭素源）を除いて造粒するので、造粒強化による焼結速度（ＦＦＳ：燃焼前線降下速度）向上効果を期待できる。また、粉コークス等の炭材（固体炭素源）が造粒物へ内包されないため、カーボン酸化鉄間の固体−固体反応が抑制されるので、焼結鉱ＦｅＯ低減による被還元性向上効果も期待できる。
【００２０】
前述のとおり、フレーム加熱法は、原料充填層の上層部に粉コークス等の炭材が濃化すると歩留向上が大きくなるが、その具体的な方法が炭材後添加焼結法である。ここで、効果発現のため、後から添加する炭材の比率が、炭材全体の質量に対し、３０質量％以上であることが好ましい。ここでいう炭材は、固体炭素源であり、一般的にはフリーカーボン含有率７５質量％以上含有する原料である。フリーカーボン含有率７５％以上とは、炭素換算でＣが７５質量％ということを意味する。具体的にはコークス、無煙炭が挙げられる。
【００２１】
さらに、炭材造粒物への内包をより十分に回避するため、前記炭材を添加するまでの造粒時間を、全造粒時間に対して８０％以上９５％以下とすることが好ましい。造粒時間をこの範囲とすることで、成品歩留がさらに向上する。
造粒は、図１に示したように、単独のドラムミキサ１５を用い、炭材のみをドラムミキサ１５の終端側から供給することにより行ってもよい。図示しないが、二つのドラムミキサ１５を用い、最初のドラムミキサ１５で炭材以外の造粒を行い、その次のドラムミキサ１５で最初のドラムミキサ１５で造粒された造粒物に炭材を外装する造粒を行ってもよい。炭材を添加するまでの造粒時間を、全造粒時間に対して８０％以上９５％以下とするならば、図１に示した場合は、炭材を供給する位置によって制御し、二つのドラムミキサ１５を使用する場合は、それぞれのドラムミキサ１５での造粒時間で制御する。
【００２２】
（フレーム加熱法）
続いて、本発明の特徴であるフレーム加熱法について、詳細に説明する。
本発明は、ＤＬ式焼結機を使用する方法である。
図２に、一般的なＤＬ式焼結機を示した。本発明に使用する焼結機もこのような一般的な焼結機の構成に準拠している。本発明の特徴的な点は詳細に後述するが、まずは一般的な構成を説明する。
焼結機は、粉末状の金属酸化物（鉄鉱石）に、生石灰、酸化ケイ素、粉コークス等の凝結材および燃料を添加し、水分を加えて混練した配合原料をパレット中に装入し、上部からバーナー火炎により燃料の粉コークスに点火し、点火した燃料の燃焼熱により焼結させ、焼結鉱を製造する装置であり、ホッパ７、パレット９、レールまたはトラックガイド１０、駆動輪１１、遊動輪１２、ダクト１３、風箱１４、および点火器２を備えて構成される。
【００２３】
ホッパ７は、上部から配合原料が供給され、下部排出口からパレット９内に所定量の配合原料を装入する原料供給部である。
パレット９は、上部および進行方向前後が開口された側壁と底部を有する台車であり、底部には、パレット９幅方向に沿って延びるスリット状の開口が複数形成されている。複数のパレット９が進行方向に隙間なく配置されることで、焼結機全長にわたる容器を形成する。
【００２４】
パレット９は、駆動輪１１によって給鉱側から押し出され、レールまたはトラックガイド１０の上を所定の速度で走行して排鉱部に至る。そこで遊動輪１２とレールまたはトラックガイド１０とに誘導されて反転し、下側のレールまたはトラックガイド１０に沿って駆動輪１１に戻る。
ダクト１３は、図示を略したが、ブロアに接続されており、ブロアを動作させると、パレット９の下に配置された風箱１４より下方空間の空気を吸い出し、これに伴い、パレット９の上方から冷却された空気が導入され、点火器２によって点火された配合原料の燃焼を維持するとともに、燃焼後の焼結鉱を冷却する。
点火器２は、たとえば、パレット９の上部を覆う箱状体から構成され、内部に点火用のバーナーを複数備えている点火炉とすることが行われている。
【００２５】
このような焼結機では、ホッパ７に配合原料が供給されると、下部排出口から所定量の配合原料がパレット９内に装入され、駆動輪１１の駆動とともに、各パレット９は、点火器２に進行し、点火器２で配合原料が点火される。配合原料の点火後、点火した配合原料は、風箱１４を通じたダクト１３の吸い出しに伴う空気により燃焼が維持されつつ、空気により冷却され、遊動輪１２の部分で燃焼中の焼結鉱は、遊動輪１２上を下方に移動しながら途中で破断した後、落下し、クラッシャによって破砕され、所定径の焼結鉱が製造される。
【００２６】
次に本発明の特徴であるフレーム加熱法について、図３、４を参照して説明する。本発明は、焼結機において、点火器２の下流側に、点火器２と所定の間隔で離間して、原料充填層１の上面をフレーム加熱するフレーム加熱装置４を設け、前記点火器２および前記フレーム加熱装置４の間には、大気吸引領域３が形成されたことを特徴とするものである。なお、図３、４においては、図２において示したパレット９、レールまたはトラックガイド１０、駆動輪１１、遊動輪１２、ダクト１３、風箱１４の記載は省略している。なお、図３、４において、燃焼帯５は、相対的に非常に太く大きな領域として図示されている。これらの図は、概念図として理解しやすく誇張した太さで図示したものであり、実際に燃焼帯５が、原料充填層１に対し、図示された割合を占めるものではない。
本発明の焼結機は、点火器２と所定の間隔に離間して配置したフレーム加熱装置４を設けたことが特徴である。その具体的な距離ｄ１（ｍｍ）は、下記Ｌ１に対し２％以上１０％以下の長さ距離としなければならない。
Ｌ１：機長Ｌ２（ｍｍ）−点火器のパレット進行方向長さＸ１（ｍｍ）−フレーム加熱装置のパレット進行方向長さＸ２（ｍｍ）
【００２７】
ここで、「フレーム加熱」とは、フレーム、すなわち火炎を用いて加熱することであり、フレーム（火炎）が、加熱対象物である焼結層最上面に吹き付けられ、炎が表面に直接接している状態で加熱することを意味している。すなわち、燃料を原料充填層１内に吹き込んで原料充填層１内で燃焼加熱させるものではない、層の外部からの燃焼加熱である。また、本発明において、「フレーム加熱」とは、点火器２での点火を行った後に、所定の大気吸引領域３での吸引を行った後に再加熱した加熱工程のことを意味する。
本発明において、フレームが直接原料充填層１の上面に噴射されて加熱しているため、原料充填層１自体を十分に加熱でき、原料充填層１内の炭材の燃焼効率を向上でき、同時に原料充填層１上部空間の空気をも加熱できる。原料充填層１上部空間の空気が加熱されるために、冷たい空気による焼結層上部の温度低下を防止できる。また、直接フレームが原料充填層１の上面に吹き付けられ、点火器２で点火できなかった燃え残りの炭材を余さず点火することができるために、原料充填層１内炭材による加熱の効率が優れている。
また、本発明における「大気吸引領域３」とは、点火器２と、フレーム加熱装置４の間の領域であり、下方吸引により大気が吸引されるものの、上面からはバーナー等による直接加熱が行われない領域のことをいう。
点火器２により点火されると、原料充填層１は、燃焼帯５が形成され、点火器２とフレーム加熱装置４の間に設けた大気吸引領域３における大気吸引によって、上層から下層へ焼結反応が進行するため、特に上層部の燃焼帯５が拡大する。一方、点火器２での点火後、引き続きすぐにバーナー加熱を行うと、バーナーの火炎により原料充填層１上方空間の酸素濃度が低下する。本発明では、大気吸引領域３において上面からの火炎バーナー等の燃焼加熱が行われていないため、燃焼帯５に十分に酸素が供給されることから、この大気吸引領域３での原料充填層１内の炭材の燃焼が促進される。
【００２８】
フレーム加熱を開始するタイミングは、所定のタイミングである必要があるため、最初の点火とフレーム加熱の間隔を規定する必要がある。この間隔を距離ｄ１で表記できる。そして、その所定の距離ｄ１は、０．０２Ｌ１（ｍｍ）≦ｄ１（ｍｍ）≦０．１０Ｌ１（ｍｍ）の範囲でなければならない。それは、０．０２Ｌ１未満であると、燃焼前線（燃焼帯下面）位置が、所定の深さ未満となり、０．１０Ｌ１を超えると、燃焼前線（燃焼帯下面）の深さ位置ｈが、所定の深さより深くなるからである。燃焼前線（燃焼帯下面）深さ位置ｈと、ｄ１は比例関係にあるので、ｄ１を所定の範囲とすれば、ｈも所定の範囲となる。
以下に、ｈが所定の位置範囲にある時点でフレーム加熱を行わなければならない意義について説明する。
【００２９】
図３を参照して説明する。
ホッパ７から装入された原料充填層１の上面（表面）に、点火器２により点火すると、原料充填層１に含まれる炭材が燃焼する。点火中の炭材の燃焼においては、下方吸引する場合もしない場合もありうるが、この燃焼は、点火器２による点火が完了するまでは、着火はするものの、下層方向に焼結は進行しない。これは、点火バーナー加熱により原料充填層１の上方の酸素濃度が薄くなるため、酸素の供給が制限され、下方吸引しなければ、もちろん、下方吸引したとしても、原料充填層１中の炭材の燃焼が停滞するからである。
点火が完了し、点火器２から下流方向にパレット９（図３、４において原料充填層１は長手方向に連続して図示されているが、実際は原料充填層１は、各箱型のパレット９中に載置されている。）が移動し、大気吸引領域３に原料充填層１が移動すると、そこから、下方より大気吸引することにより、燃焼帯５が降下し、上面より下面に向かって進行する。
このとき、原料充填層１中の厚さ方向に含まれるすべての炭材が一度に燃焼を開始するものではない。最初は、表面の炭材のみが燃焼し、表面の炭材の燃焼が終了すると、順次、火面が下部方向に移動する。すなわち、焼結中において、原料充填層１中で炭材が燃焼している部分（燃焼帯５）は、炭材が燃焼し終わった焼結完了層６と、炭材がこれから燃焼する原料充填層１に挟まれた、深さ方向にある程度の厚さを有する。
「燃焼帯下面」とは、炭材が赤熱燃焼している燃焼帯５の最下部で燃焼始まり部分をいう。また、フレーム加熱装置４で加熱されている最中は、点火器２での加熱中と同様に、下方吸引しても、しなくても、燃焼前線は進行せず、停滞している。これは、フレーム加熱により原料充填層１の上方の酸素濃度が薄くなるため、酸素の供給が制限され、原料充填層１中の炭材の燃焼が停滞するからである。
【００３０】
フレーム加熱を開始するタイミングが、燃焼前線（燃焼帯下面）の深さ位置ｈが焼結層最上面より所定の深さを超える場合は、焼結層上面部が、大気吸引により冷却されて温度が落ち切ってしまい、改めて加熱しても、フレーム加熱による歩留向上の効果が低下してしまう。
一方、フレーム加熱を開始するタイミングが、燃焼前線（燃焼帯下面）の深さ位置ｈが焼結層最上面より所定の深さより浅い場合は、必要十分な長さｄ１の大気吸引領域３が確保できず、原料充填層１上面で、焼結を進行させるに十分な温度である１１００℃以上の高温保持時間が十分に確保できず短くなる。そこで、ｈを間接的に特定するため、ｈと一定の比例関係にあるｄ１により、上記のように十分な長さｄ１を定めた。逆に、点火に引き続き連続して加熱しても、あるいは、必要十分な長さｄ１の大気吸引領域３を設けないと、原料充填層１内部の炭材に、十分な大気吸引が行われないことから酸素不足となり、原料充填層１上部の焼結に必要な時点での熱を供給することができない。
したがって、フレーム加熱を開始するタイミングは、点火器２（点火炉）とフレーム加熱装置４の間隔ｄ１を、所定の長さ距離とすることで実現できる。
【００３１】
これを踏まえて、焼結機の構成として点火器２とフレーム加熱装置４の間隔である大気吸引領域３の長さｄ１の範囲が、機長Ｌ２、点火器２の長さＸ１、フレーム加熱装置４の長さＸ２、で表されるＬ１の長さの２〜１０％である理由について、図４を参照して詳細に説明する。
原料充填層１の上部に点火し、下方から吸引する風箱（図３、４では図示略）の終端である焼結終了点にパレット９が移動する間に、燃焼前線は、大気吸引領域３を通過する間（図４中に示される距離ｄ１）、および、フレーム加熱装置４での加熱後から風箱の終点まで移動する間（図４中に示される距離ｄ２）において、一定の速度で進行する。点火器２で点火されている間の距離（点火器２の機長方向の長さＸ１）、フレーム加熱されている間の距離（フレーム加熱装置４の機長方向の長さＸ２）は、原料充填層１の上部空間の酸素が、点火器２やフレーム加熱装置４のバーナー加熱により低くなるので燃焼前線は進行しない。
そして、トータルで、燃焼前線は、原料充填層１の層厚Ｈ分だけ移動する。通常、燃焼前線が充填層の最下部まで到達した地点は、機長Ｌ２から点火（器）の長さ（Ｘ１）およびフレーム加熱（装置）の長さ（Ｘ２）を引いた値（Ｌ１）の概ね７０％の地点である。それは、燃焼前線が原料充填層１の最下層に到達した後も、排鉱できるまで完全に焼結完了するにはさらに時間あるいは距離が必要なためである。排鉱するのは、燃焼帯５の中でも、前線位置より遅れて最下部に到達する、燃焼帯５の燃焼最高温度位置が、原料充填層１の最下部に到達した時点である。これをふまえると、フレーム加熱開始時の燃焼前線深さｈは、（ｄ１＋ｄ２）に比例する。これをＬ１とすると、フレーム加熱開始に最適な所定のｈを規定するためのｄ１は、Ｌ１に装置によって決定される所定の係数をかけて表記できる。この比を実機に当てはめて表記すると、ｄ１は、Ｌ１に対する比率として、２％から１４％の間に相当する。
なお、機長Ｌ２とは、点火器２の始点（点火器２の最上流点）から、風箱の終端である焼結終了点までの長さをいう。
【００３２】
点火器２は、従来に用いられるものと同様のものが使用できる。効率的な原料ベッド表面への点火を図るために、燃焼量：２５ＭＪ／原料ｔ程度となるようなバーナーで構成するのが好ましい。この燃焼熱量は、現行の実機レベルである。なお、空燃比はガスの種類（ＬＰＧ、ＣＯＧ等）に応じて燃焼に適正な条件で調整する。
フレーム加熱装置４も、燃料ガスに着火して火炎を形成させる。燃焼量は、２５ＭＪ／原料ｔ程度とすることができる。点火器２と同一の構成、すなわち、同一仕様・規模の点火器を併設するものでもよい（図３、４）。既存の点火器、点火炉をそのまま利用できるので、焼結機設置の際のコストダウンを図ることができる。さらに、たとえば、図４に示したように、大気吸引領域３は、点火器２とフレーム加熱装置４を独立したフード８内に設け、それぞれのフード８を焼結機のパレット進行方向に離して設けることで実現できる。
【００３３】
フレーム加熱装置４は、たとえば、前記パレット９の走行方向に直行する幅方向に配列される複数のバーナーを有し、フレーム加熱装置４により原料充填層１の幅方向全体がフレーム加熱されることが好ましい。幅方向全体を加熱することにより、上面の幅方向表面全体において、歩留、冷間強度が改善される。
【００３４】
点火器２とフレーム加熱装置４は、図１に示したように、同一のフード８内に敷設することが好ましい。なぜなら、常温より高温なガスを吸引するため、その顕熱利用により焼結層内温度を高められるからである。このとき、大気吸引領域３を形成するには、大気吸引ゾーンと両点火ゾーンとを仕切る壁をフード８内に設ければよい。
（本発明の実施形態）
【００３５】
本発明は、フレーム加熱法と前述の炭材後添加焼結法を同時に実施する方法であって、その際に、フレーム加熱を開始するタイミングは、上記の範囲をさらに限定し、前記Ｌ１の距離を１００％として、一段目の点火終了点（点火器２の終点）からフレーム加熱開始点（フレーム加熱装置４の始点）の間の距離ｄ１を、２％以上１０％以下の長さ距離とすることを特徴とする。この数値限定の根拠は、後述する実施例に基づく。この範囲としたことにより、炭材後添加焼結法を併用した際の相乗効果により、歩留と生産性が同時に向上する。
【００３６】
本発明では、図１に示す通り、炭材後添加焼結法によって、得られる造粒物の粒径を拡大して、焼結層の通気性を向上する。その結果、生産性の向上効果が得られる。一方、点火器２とフレーム加熱装置４の間に設けた大気吸引領域３における空塔風速上昇によって、特に上層部の燃焼帯５がより拡大する。この作用によって、歩留が向上する。すなわち、歩留と生産性が同時に向上する。なお、炭材を後から添加するタイミングは、造粒の途中であってもよいし、造粒の後であってもよい。
（石炭チャーの使用）
【００３７】
さらに、後添加する炭材を石炭チャーとするのがよい。
石炭チャーは常用の粉コークスに比較して燃焼速度が大きい。この石炭チャーを後添加して外装させることで、高い燃焼速度が十分に活用されて、焼結の燃焼進行速度が増し、生産性がさらに向上する。
【００３８】
ここで、石炭チャーとは、粘結性の低い石炭を乾留して揮発分を除去した炭材である。乾留温度は、揮発分を焼結使用に適した５％以下程度まで除去すれば足りるので、高炉用コークス炉よりも低い温度でも構わない。粘結性の低い石炭には、褐炭、亜瀝青炭および一部の瀝青炭が含まれる。その判別には、ロガ指数を用いることができ、ロガ指数（ＪＩＳ−Ｍ８８０１に規定されているロガ試験方法による）が１０以下の石炭に相当する。
【実施例】
【００３９】
（実施例１）
１．フレーム加熱法と炭材後添加焼結法との相乗効果。
鍋試験で本発明法の効果を確認した。鍋試験は、ＤＬ式焼結機を模擬した条件で焼結を行うもので、ＤＬ式焼結機のようにコンベアの移動こそないが、下方吸引できる所定の大きさの容器に燃料を含む配合原料を装入し、上面から点火し、下方吸引させて焼結を進行させる試験である。
配合条件について表１で述べる。
焼結機に装入時の全原料の配合をほぼ一定とした。
配合１は通常の一括造粒試験であり、炭材（粉コークス）を含め、全原料をドラムミキサに投入し、これらを４分間混合した。ついで、目標の水分値（７．５質量％；表１記載）となるように水を添加し、さらにこれらを４分間混合した。
配合２は炭材後添加焼結法を採用するケースで、最初の造粒では、粉コークス全量を除くケース、すなわち、造粒された配合原料の内、炭材全体の質量に対する、後から添加する炭材の比率（炭材後添加比率）が１００％のケースである。すなわち、原料から粉コークスを除いた原料を４分間混合した。ついで、目標の水分値（表１記載）となるように水を添加し３分４５秒混合し、一旦ドラムミキサを停止させ、粉コークスを添加してから１５秒間混合した。最終的な配合原料の目標水分値は、粉コークスおよび返鉱を含めた原料の全質量に対し、７．５質量％とした。
【００４０】
【表１】
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【００４１】
次に点火条件について述べる。
フレーム加熱時刻を、点火完了後から０．５分、２．５分、３．５分に変更した鍋試験を実施した。これらは、フレーム加熱タイミングとしては、実機における距離に換算するとＬ１の２％、１０％、１４％（表２の「加熱の間隔」にそれぞれの値を示す）の長さ距離となる。さらに、フレーム加熱を実施しないケース（表２の「加熱の間隔」に「非実施」と示す）も設けた。
鍋試験装置は直径３００ｍｍ、高さ５００ｍｍの寸法で、下方から負圧１３００ｍｍＡｑ一定で焼結した。点火およびフレーム加熱時間は共に１分間（熱量２５ＭＪ／原料ｔ）とした。焼結時の吸引負圧は、鍋下における計測値で１３００ｍｍＡｑ一定となるように、送風機吸引側のバルブ開度で調整した。
鍋下では圧力とともに熱電対で温度計測も行った。焼結では、燃焼帯５が焼結層の最下部に到達すると、鍋下温度が上昇を開始し、やがてピークを迎え、コークスの燃焼完了により低下する。
この排ガス温度がピークとなった３分後に送風機の吸引を停止した。なお、焼結時間は、点火開始から排ガス温度がピークとなるまでの時間とした。
【００４２】
試験結果について、燃焼前線降下速度、成品歩留、生産率の結果を表２および図５〜７に示す。
焼結後、得られた焼結ケーキを、２ｍの高さから４回落下処理を行い、床敷鉱を除く粒径＋５ｍｍ以上を焼結成品とした。そして、焼結成品重量を、床敷を除くシンターケーキ重量で除した値を成品歩留と定義した。
なお、生産率は、点火開始から排ガス温度がピークに到達するまでに要した時間を焼結時間として、成品量を焼結時間と鍋底面積で割って算出した。
【００４３】
成品歩留は、図５に示すように、フレーム加熱条件によらず、炭材後添加焼結法を実施した実施例１−１、１−２、比較例１−５、１−６の方が、実施していない比較例１−１、１−２、１−３、１−４よりもそれぞれよかった。これは、炭材後添加によって原料充填層上層へ濃化（偏在）したカーボンの燃焼が促進された効果と考える。また、成品歩留の向上効果を炭材後添加焼結法を実施したケースで比較すると、点火とフレーム加熱間隔が２％および１０％の実施例１−１、１−２の方が、１４％およびフレーム加熱を実施しない比較例１−５、１−６よりも大きかった。
燃焼前線降下速度（ＦＦＳ）は、図６に示すように、炭材後添加焼結法を実施した実施例１−１、１−２、比較例１−５、１−６で、実施していない比較例１−１、１−２、１−３、１−４よりも向上したが、その改善度はフレーム加熱条件によらずほぼ一定であった。
生産率は、図７に示すように、概ね成品歩留とＦＦＳとの積に比例するので、歩留向上効果が大きかった、点火とフレーム加熱間隔が２％および１０％の実施例１−１、１−２で、大幅に生産率が向上した、つまり成品歩留相乗効果があった。また、点火とフレーム加熱間隔が２％を超え１０％未満の場合も、２％または１０％の場合と同等以上の成品歩留相乗効果を得られると推定することができる。
【００４４】
【表２】
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【００４５】
以上の結果を表２にまとめた。表２より、点火とフレーム加熱間隔の適正化、具体的には２％以上１０％以下にすることにより、フレーム加熱法を適用した炭材後添加焼結法において、大幅な生産性向上効果が得られたことが確認できる。
【００４６】
（実施例２）
２．炭材後添加比率の適正化。
上記実施例１と同じ実験方法で、表３に示すように炭材後添加比率０％、２０％、３０％、５０％、１００％として適正条件を評価した。
また、造粒条件については実施例１と同一条件とした。すなわち、原料から所定量の粉コークスを除いて４分間混合した。ついで、目標の水分値（表３記載）となるように水を添加し３分４５秒混合し、一旦ドラムミキサを停止させ、粉コークスを添加してから１５秒間混合した。最終的な配合原料の目標水分値は７．５質量％とした。なお、全焼結時間に対する点火・フレーム加熱間の時間の比率は２％一定とした。
図８に示すように、後添加炭材比率２０％でも成品歩留向上効果が得られたが、３０％以上で大きく向上した。
【００４７】
【表３】
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【００４８】
以上の結果を図８にまとめた。図８より、炭材後添加比率の適正化により、フレーム加熱法を適用した炭材後添加焼結法において、大幅な歩留向上効果が得られたことが確認できる。
【００４９】
（実施例３）
３．炭材後添加タイミングの適正条件。
上記実施例１と同じ実験方法で、炭材後添加タイミングの適正条件を評価した。
炭材後添加比率１００％の配合２とし、全焼結時間に対する点火・フレーム加熱間の時間の比率は２％一定とし、表４に示すように後から添加する炭材（後添加用炭材）の添加前後の造粒時間を変更した。ここで、全造粒時間は一定値（４分）とした。
結果を図９に示す。
後添加用炭材を添加するまでの造粒時間が全造粒時間に対して８０％以上９５％以下の実施例３−３、３−４、３−５の成品歩留は、７８％であり、９５％を超えたり８０％に満たない実施例３−１、３−６と比べて高かった。このことから、後添加用炭材を添加するまでの造粒時間を全造粒時間に対して８０％以上９５％以下にすることで、歩留向上効果が得られたことが確認できる。
【００５０】
【表４】
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【００５１】
なお、本実施例では、点火時間およびフレーム加熱時間共に１分で実施したが、発明態様として、この値に限られない。理由は、実施例における加熱時間は、鍋試験におけるヒートロスを考慮したものである。実機（商用）焼結機において、例えば加熱時間３０秒であれば、この加熱時間を１分とする必要は全くなく、実操業の点火時間を維持して、フレーム加熱すればよい。また、フレーム加熱時間についても、実機で１分間である必要はない。
【００５２】
（実施例４）
４．石炭チャーの使用
炭材として石炭チャーを使用し、ドラムミキサ内後添加を実施したケースについて検討した。
表５に示すように、配合２の実施例４−１は実施例１−１と同じ（再掲）で、配合６の実施例４−２が石炭チャーを使用したケースである。
石炭チャーの原炭は、ロガ指数が１．９の瀝青炭ではあるが粘結性の低い一般炭である。これを７００℃で乾留したチャーを用いた。チャーに残留した揮発分は４．５％であった。
実施例４−１、４−２のいずれのケースも、原料から粉コークス、石炭チャーを全量除いて４分間混合した。ついで、目標の水分値（表５記載）となるように水を添加し３分４５秒混合し、一旦ドラムミキサを停止させ、粉コークス、石炭チャーを添加してから１５秒間混合した。最終的な配合原料の目標水分値は、粉コークスまたは石炭チャーおよび返鉱を含めた原料の全質量に対し、７．５質量％とした。
全焼結時間に対する点火・フレーム加熱間の時間の比率は２％（０．５分）一定とした。
【００５３】
【表５】
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【００５４】
燃焼前線降下速度、生産率、成品歩留の結果を表６に示す。
生産率は、実施例４-２の方が実施例４−１よりも高く、石炭チャーの使用によって、生産率が向上することが確認できる。
【００５５】
【表６】
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【産業上の利用可能性】
【００５６】
炭材後添加焼結法において、点火器２による点火後、所定の間隔をあけた大気吸引領域３を設け、フレーム加熱により再加熱を行うことにより、焼結鉱の生産性を向上させつつ、焼結鉱の成品歩留を向上させる焼結鉱の製造方法を提供することができる。本法により、成品歩留一定操業を行うことで、粉コークス等の炭材配合量を低下できるので、燃料コストも抑えられる。
また、後添加する炭材をロガ指数１０以下の粘結性の低い石炭を原炭とした焼結時に燃焼速度が速い産物を使用すると本技術の効果が大きくなる。
【符号の説明】
【００５７】
１…原料充填層、２…点火器、３…大気吸引領域、４…フレーム加熱装置、５…燃焼帯、６…焼結完了層、７…ホッパ、８…フード、９…パレット、１０…レールまたはトラックガイド、１１…駆動輪、１２…遊動輪、１３…ダクト、１４…風箱、１５…ドラムミキサ、１６…炭材ホッパ
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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