(57)【要約】【課題】点火炉下流側で気体燃料を供給して焼結鉱を製造する焼結機において、気体燃料供給効果を最大限に発揮することができる下方吸引式焼結機を提供する。【解決手段】循環移動するパレットと、そのパレット上に粉鉱石と炭材を含む焼結原料を装入して装入層を形成する原料供給装置と、上記装入層表層の炭材に点火する点火炉と、上記点火炉の下流で、装入層中に高温ガスを吹き込む保温炉と、上記保温炉の下流で、装入層上方に設置されたフード内大気中に気体燃料を噴出し、可燃濃度以下の希釈気体燃料とする気体燃料供給装置と、パレットの下方で、装入層上方から下方に向かって上記希釈気体燃料と空気を吸引するウインドボックスを備え、上記炭材および希釈気体燃料を装入層内で燃焼させて焼結鉱を得る焼結機において、上記保温炉で気体燃料を吹き込むことを特徴とする焼結機。【選択図】図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
循環移動するパレットと、
そのパレット上に粉鉱石と炭材を含む焼結原料を装入して装入層を形成する原料供給装置と、
上記装入層表層の炭材に点火する点火炉と、
上記点火炉の下流で、装入層中に高温ガスを吹き込む保温炉と、
上記保温炉の下流で、装入層上方に設置されたフード内大気中に気体燃料を噴出し、可燃濃度以下の希釈気体燃料とする気体燃料供給装置と、
パレットの下方で、装入層上方から下方に向かって上記希釈気体燃料と空気を吸引するウインドボックスを備え、
上記炭材および希釈気体燃料を装入層内で燃焼させて焼結鉱を得る焼結機において、
上記保温炉で気体燃料を吹き込むことを特徴とする焼結機。
【請求項２】
上記保温炉に吹き込む高温ガスは、焼結機の排ガスおよび／または焼結鉱のクーラー排ガスであることを特徴とする請求項１に記載の焼結機。
【請求項３】
上記焼結機における保温炉での気体燃料の吹き込みは、高温ガス吹込位置の直下に高温ガス流をとり囲むように配設したリング状吹込配管から、高温ガス流に向けて行うことを特徴とする請求項１または２に記載の焼結機。
【請求項４】
上記保温炉に配設したリング状吹込配管は、気体燃料噴出口の口径が１．５ｍｍφ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の焼結機。
【請求項５】
上記保温炉は、高温ガスの供給配管に流量制御機能を設けてなるものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の焼結機。
【請求項６】
上記保温炉は、炉内に吹き込まれた気体燃料を、その気体燃料の燃焼下限濃度の１／４以下に希釈するものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の焼結機。
【請求項７】
上記気体燃料供給装置は、装入層上方に気体燃料供給配管が幅方向に複数本に並列に配設され、その気体燃料供給配管の上部にへの字型の遮蔽板が幅方向に間隔を開けて複数、上下方向に間隔を開けて複数段配設され、かつ、それらの四方の周囲に垂直壁を配設したフードからなるものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の焼結機。
【請求項８】
上記気体燃料供給装置の幅方向中央部に配設された気体燃料供給配管は、気体燃料噴出口が水平かつ両幅方向の２方向に向けて設けられ、幅方向両端２本に配設された気体燃料供給配管は、気体燃料噴出口が下向き方向および水平かつ幅中央方向の２方向に向けて設けられてなることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の焼結機。
【請求項９】
上記気体燃料供給配管の気体燃料噴出口は、口径が１．５ｍｍφ以下であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の焼結機。
【請求項１０】
上記気体燃料供給装置のフードは、垂直壁の上部に空隙率を有する部分を設けてなるものであることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の焼結機。
【請求項１１】
上記保温炉および気体燃料供給装置のフードの外部に気体燃料の漏洩検知器を設置してなることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の焼結機。
【請求項１２】
上記保温炉および気体燃料供給装置のフードの内部に気体燃料の濃度分析器を設置してなることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の焼結機。
【請求項１３】
上記保温炉および気体燃料供給装置のフードの内部に気体燃料の着火検知器を設置してなることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の焼結機。
【請求項１４】
上記漏洩検知器、濃度分析器および着火検知器のいずれか１以上が検知した異常情報に基き、気体燃料の供給を停止する遮断弁を気体燃料供給配管に設置してなることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の焼結機。
【請求項１５】
上記保温炉に、爆発弁または逃がし弁を設けてなることを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の焼結機。
【請求項１６】
上記保温炉は、排ガス循環フードであることを特徴とする請求項１〜１５のいずれかに記載の焼結機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼結機に設置されている保温炉に気体燃料を吹き込むことにより、高強度高品質の焼結鉱を、高歩留りかつ安全に製造することができる下方吸引式焼結機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高炉製銑法の主原料である焼結鉱は、一般に、図１に示すような工程を経て製造される。焼結鉱の原料は、鉄鉱石粉や焼結鉱篩下粉、製鉄所内で発生した回収粉、石灰石およびドロマイトなどの含ＣａＯ系副原料、生石灰等の造粒助剤、コークス粉や無煙炭などであり、これらの原料は、ホッパー１・・・の各々から、コンベヤ上に所定の割合で切り出される。切り出された原料は、ドラムミキサー２および３等によって適量の水が加えられ、混合、造粒されて、平均径が３〜６ｍｍの擬似粒子である焼結原料とされる。この焼結原料は、その後、焼結機上に配置されているサージホッパー４、５からドラムフィーダー６と切り出しシュート７を介して、無端移動式の焼結機パレット８上に装入され、焼結ベッド、あるいは装入原料層ともいわれる焼結原料の装入層９（本発明では、以下単に「装入層」と呼称する）を形成する。装入層の厚さ（高さ）は通常４００〜８００ｍｍ前後である。その後、装入層９の上方に設置された点火炉１０により、装入層表層の炭材に点火するとともに、パレット８の直下に配設されているウインドボックス１１を介して大気を下方に吸引することにより、該装入層中の炭材を順次燃焼させ、このときに発生する燃焼熱で前記焼結原料を溶融して焼結ケーキを得る。このようにして得た焼結ケーキは、その後、破砕、整粒され、約５ｍｍ以上の塊成物が、成品焼結鉱として回収される。
【０００３】
上記製造プロセスにおいて、点火炉１０によって点火された装入層中の炭材は、その後、ウインドボックスによって装入層の上層から下層に向かって吸引される大気によって燃焼を続け、幅をもった燃焼・溶融帯（以降、単に「燃焼帯」ともいう。）を形成する。この燃焼帯は、パレット８が下流側に移動するのに伴って次第に装入層の上層から下層に移行し、燃焼帯が通過した後には焼結ケーキ層（以降、単に「焼結層」ともいう。）が生成されている。また、燃焼帯が上層から下層に移行するのにともない、焼結原料中に含まれる水分は、炭材の燃焼熱で気化して、まだ温度が上昇していない下層の焼結原料中に濃縮し、湿潤帯を形成する。その水分濃度がある程度以上になると、吸引ガスの流路となる焼結原料の粒子間の空隙が水分で埋まり、通気抵抗を増大させる。また、焼結反応に必要な燃焼帯に発生する溶融部分も、通気抵抗を高める要因となる。
【０００４】
図２は、厚さが６００ｍｍの装入層中を移動する燃焼帯が、該装入層のパレットの約４００ｍｍ上（装入層表面から２００ｍｍ下）の位置にあるときの、装入層内の圧損と温度の分布を示したものである。このときの圧損分布は、湿潤帯におけるものが約６０％、燃焼帯におけるものが約４０％である。
【０００５】
さて、焼結機の生産量（ｔ／ｈｒ）は、一般に、焼結生産率（ｔ／ｈｒ・ｍ２）×焼結機面積（ｍ２）により決定される。即ち、焼結機の生産量は、焼結機の機幅や機長、原料堆積層の厚さ（装入層厚さ）、焼結原料の嵩密度、焼結（燃焼）時間、歩留りなどにより変化する。したがって、焼結鉱の生産量を増加させるには、装入層の通気性（圧損）を改善して焼結時間を短縮する、あるいは、破砕前の焼結ケーキの冷間強度を高めて歩留りを向上することなどが有効であると考えられている。
【０００６】
図３は、焼結鉱の生産性が高い時と低い時、即ち、焼結機のパレット移動速度が速い時と遅い時の装入層内のある点における温度と時間の推移を示したものである。焼結原料の粒子が溶融し始める１２００℃以上の温度に保持される時間（以降、「高温域保持時間」と称する）は、生産性が低い場合はｔ１、生産性が高い場合はｔ２で表されている。生産性が高い時はパレットの移動速度が速いため、高温域保持時間ｔ２が、生産性が低い時のｔ１と比べて短くなる。高温域保持時間が短くなると焼成不足となり易く、焼結鉱の冷間強度が低下し、歩留りが低下する。したがって、高強度の焼結鉱を短時間で、高い歩留りをもって生産性よく製造するには、何らかの手段を講じて「高温域保持時間」を延長し、焼結ケーキの強度、即ち焼結鉱の冷間強度を高める必要がある。なお、焼結鉱の冷間強度を表す指標としては、一般に、ＳＩ（シャッターインデックス）、ＴＩ（タンブラーインデックス）が用いられている。
【０００７】
図４は、点火炉によって着火された装入層表層の炭材が、吸引される空気によって燃焼を続けて燃焼帯を形成し、これが装入層の上層から下層に順次移動し、焼結ケーキが形成されていく過程を模式的に示した図である。また、図５（ａ）は、上記燃焼帯が、図４に示した太枠内に示した装入層の上層部、中層部および下層部の各層内に存在しているときの温度分布を模式的に示したものである。焼結鉱の強度は、１２００℃以上の温度に保持される時間、正確には、１２００℃以上の温度に保持される温度と時間の積に影響され、その値が大きいほど焼結鉱の強度は高くなる。装入層の中層部および下層部は、装入層上層部の炭材の燃焼で発生する燃焼熱が吸引される空気と共に運ばれて予熱される。そのため、装入層の中層部や下層部は高温度に長時間にわたって保持されるのに対して、装入層上層部は、燃焼熱が不足し、焼結に必要な燃焼溶融反応（焼結化反応）が不十分となりやすい。その結果、装入層内の焼結機幅方向断面内における焼結鉱の歩留り分布は、図５（ｂ）に示したように、装入層上層部ほど歩留りが低くなる。
【０００８】
この問題に対しては、装入層上層部を長時間にわたって高温に保持することを目的とした技術が幾つか提案されている。例えば、特許文献１には、装入層に点火後、装入層上に気体燃料を噴射する技術が、特許文献２には、装入層に点火後、装入層に吸引される空気中に可燃性ガスを添加する技術が、また、特許文献３には、焼結原料の装入層内を高温にするため、装入層の上にフードを配設し、そのフードから空気やコークス炉ガスとの混合ガスを点火炉直後の位置で吹き込む技術が、さらに、特許文献４には、低融点溶剤と炭材や可燃性ガスを同時に点火炉直後の位置で吹き込む技術が提案されている。
【０００９】
しかし、これらの技術は、高濃度の気体燃料を使用し、しかも燃料ガスの吹き込みに際して炭材量を削減していないため、装入層内の焼結時の最高到達温度が１３８０℃を超える高温となり、却って冷間強度の低い焼結鉱が生成して歩留改善効果が得られなかったり、気体燃料の燃焼による温度上昇と熱膨張によって通気性が悪化し、生産性が低下したりし、さらには、気体燃料の使用により、焼結ベッド上部空間で火災を起こす危険性があったりするため、いずれも実用化には至っていない。
【００１０】
そこで、出願人は、上記問題点を解決する技術として、焼結機の点火炉の下流において、燃焼下限濃度以下に希釈した各種気体燃料を、パレット上の焼結原料層（装入層）の上から供給して装入層内に導入し、燃焼させることにより、装入層内の最高到達温度および高温域保持時間のいずれか一方または両方を調整する方法を特許文献５に提案している。
【００１１】
上記特許文献５の技術によれば、下方吸引式焼結機の装入層内に、所定の濃度に希釈した気体燃料を導入し、装入層内の目標とする位置で燃焼させることができるので、焼結原料の燃焼時の最高到達温度や高温域保持時間を適正に制御することによって、熱量不足で焼結鉱の冷間強度が低くなりやすい装入層上層部の焼結鉱の強度を高めたり、装入層の中・下層部の焼結鉱の強度をより高めたりすることができる。
【００１２】
ところで、焼結機では、パレット上に堆積させた焼結原料中に含まれる炭材を燃焼させ、その燃焼熱で焼結鉱を溶融し、焼結させている。したがって、焼結に用いる炭材量を削減し、生産性を向上するには、焼結原料を炭材の燃焼熱以外の方法で加熱してやるのが有効である。そこで、焼結機によっては、焼結機から発生する高温の排ガスあるいは焼結鉱を冷却するクーラーから発生する高温の冷却排ガス等の高温ガスを、点火炉の下流側で焼結原料中に吹き込んで焼結原料を予熱し、点火炉以降の焼結反応の促進を図る保温炉を有しているものがある（例えば、非特許文献１、特許文献６）。
【特許文献１】特開昭４８−０１８１０２号公報
【特許文献２】特公昭４６−０２７１２６号公報
【特許文献３】特開昭５５−０１８５８５号公報
【特許文献４】特開平０５−３１１２５７号公報
【特許文献５】ＷＯ２００７−０５２７７６号公報
【特許文献６】特開昭６０−１５５６２６号公報
【非特許文献１】樋口ら、「鉄と鋼」，日本鉄鋼協会発行，５６（１９７０），ｐ．６６１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
さて、上述した気体燃料の吹込みは、点火炉出側近傍の装入層の上層部で焼結反応が進行している段階において実施するのが最も効果的である。何故ならば、図５（ｂ）に示したように、装入層上層部は、燃焼帯の形成が不十分で装入層厚み方向の幅が狭く、しかも、吸引される空気によって冷却されるため、焼結に必要な熱量が不十分となり、焼結鉱の歩留まりが低下するからである。したがって、上記熱量不足を解消するために、点火炉の直後から気体燃料を吹き込むことができれば、気体燃料供給効果をより高めることができると考えられる。
【００１４】
しかしながら、保温炉が設置された焼結機では、点火炉出側直後から気体燃料の吹込みを行うことはできない。そのため、最も気体燃料の供給効果が大きい装入層上層部の焼結進行時に、気体燃料を供給することができないという問題がある。
【００１５】
そこで、本発明の目的は、上記保温炉においても気体燃料の供給を可能とし、気体燃料供給効果を最大限に発揮することができる下方吸引式焼結機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
発明者らは、点火炉下流側に保温炉を有する下方吸引式焼結機で希釈気体燃料を供給して焼結鉱を製造する際、上記保温炉を有効に活用し、高強度高品質の焼結鉱を高歩留りでかつ安全に製造するべく鋭意検討を重ねた。その結果、保温炉に吹き込む高温ガスに対して、高温ガスの流量に応じて所定量の気体燃料を吹き付けて所定濃度に希釈させ、装入層内に導入してやるのが有効であること、また、上記気体燃料の吹き込み操業を安全に行うためには、上記保温炉および気体燃料供給装置のそれぞれに、気体燃料の漏洩検知器、濃度検知器および着火検知器のいずれか１以上を適正箇所に配設するのが好ましいことを知見し、本発明を完成させた。
【００１７】
すなわち、本発明は、循環移動するパレットと、そのパレット上に粉鉱石と炭材を含む焼結原料を装入して装入層を形成する原料供給装置と、上記装入層表層の炭材に点火する点火炉と、上記点火炉の下流で、装入層中に高温ガスを吹き込む保温炉と、上記保温炉の下流で、装入層上方に設置されたフード内大気中に気体燃料を噴出し、可燃濃度以下の希釈気体燃料とする気体燃料供給装置と、パレットの下方で、装入層上方から下方に向かって上記希釈気体燃料と空気を吸引するウインドボックスを備え、上記炭材および希釈気体燃料を装入層内で燃焼させて焼結鉱を得る焼結機において、上記保温炉で気体燃料を吹き込むことを特徴とする焼結機である。
【００１８】
本発明の焼結機における上記保温炉に吹き込む高温ガスは、焼結機の排ガスおよび／または焼結鉱のクーラー排ガスであることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の焼結機における上記保温炉での気体燃料の吹き込みは、高温ガス吹込位置の直下に高温ガス流をとり囲むように配設したリング状吹込配管から、高温ガス流に向けて行うことを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の焼結機における上記保温炉に配設したリング状吹込配管は、気体燃料噴出口の口径が１．５ｍｍφ以下であることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の焼結機における上記保温炉は、高温ガスの供給配管に流量制御機能を設けてなるものであることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の焼結機における上記保温炉は、炉内に吹き込まれた気体燃料を、その気体燃料の燃焼下限濃度の１／４以下に希釈するものであることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明の焼結機における上記気体燃料供給装置は、装入層上方に気体燃料供給配管が幅方向に複数本に並列に配設され、その気体燃料供給配管の上部にへの字型の遮蔽板が幅方向に間隔を開けて複数、上下方向に間隔を開けて複数段配設され、かつ、それらの四方の周囲に垂直壁を配設したフードからなるものであることを特徴とする。
【００２４】
また、本発明の焼結機における上記気体燃料供給装置の幅方向中央部に配設された気体燃料供給配管は、気体燃料噴出口が水平かつ両幅方向の２方向に向けて設けられ、幅方向両端２本に配設された気体燃料供給配管は、気体燃料噴出口が下向き方向および水平かつ幅中央方向の２方向に向けて設けられてなることを特徴とする。
【００２５】
また、本発明の焼結機における上記気体燃料供給配管の気体燃料噴出口は、口径が１．５ｍｍφ以下であることを特徴とする。
【００２６】
また、本発明の焼結機における上記気体燃料供給装置のフードは、垂直壁の上部に空隙率を有する部分を設けてなるものであることを特徴とする。
【００２７】
また、本発明の焼結機は、上記保温炉および気体燃料供給装置のフードの外部に気体燃料の漏洩検知器を設置してなること、および／または、上記保温炉および気体燃料供給装置のフードの内部に気体燃料の濃度分析器を設置してなること、および／または、上記保温炉および気体燃料供給装置のフードの内部に気体燃料の着火検知器を設置してなることを特徴とする。
【００２８】
また、本発明の焼結機は、上記漏洩検知器、濃度分析器および着火検知器のいずれか１以上が検知した異常情報に基き、気体燃料の供給を停止する遮断弁を気体燃料供給配管に設置してなることを特徴とする。
【００２９】
また、本発明の焼結機は、上記保温炉に、爆発弁または逃がし弁を設けてなることを特徴とする。
【００３０】
また、本発明の焼結機の上記保温炉は、排ガス循環フードであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、焼結機に設置された既存の保温炉を有効に活用して気体燃料を供給することができ、気体燃料の供給効果を最大限に発揮することが可能となる。また、本発明によれば、既存の保温炉を有効活用できるので、設備投資を低減することもできる。さらに、本発明の焼結機では、点火炉下流側に設置された既存の保温炉および／または気体燃料供給装置から供給する希釈気体燃料の供給量に応じて焼結原料中に含まれる炭材量を削減することができるので、炭材量の削減による低コスト化と二酸化炭素の排出量削減の効果を享受しつつ、高強度の焼結鉱を高い歩留りで安全に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本発明の下方吸引式焼結機は、循環移動するパレットと、そのパレット上に粉鉱石と炭材を含む焼結原料を装入して装入層を形成する原料供給装置と、上記装入層表層の炭材に点火する点火炉と、上記点火炉の下流で、装入層中に高温ガスを吹き込む保温炉と、上記保温炉の下流で、装入層上方に設置されたフード内大気中に気体燃料を噴出し、可燃濃度以下の希釈気体燃料とする気体燃料供給装置と、パレットの下方で、装入層上方から下方に向かって上記希釈気体燃料と空気を吸引するウインドボックスを備える焼結機である。
【００３３】
ここで、上記気体燃料供給装置は、点火炉のパレット進行方向下流側の装入層上方に設置されたフード内の大気中に、高濃度の気体燃料を高速で吐出し、空気と瞬時に混合させて燃焼下限濃度以下の所定濃度の希釈気体燃料とし、この希釈気体燃料を空気と共にパレット下に配設されたウインドボックスによって吸引して装入層内に導入するための装置である。そして、本発明の焼結機は、上記ウインドボックスによって、空気と共に上記気体燃料供給装置から供給された希釈気体燃料を装入層内に吸引し、装入層内の炭材を燃焼させて焼結原料を溶融・焼結すると共に、希釈気体燃料を燃焼帯が通過した装入層内の所定の位置で燃焼させることによりさらに溶融・焼結を促進して、高品質の焼結鉱を得るものである。
【００３４】
また、上記保温炉は、通常、点火炉の直後に設置されており、ウインドボックスで吸引・排出される焼結時の燃焼排ガスあるいは焼結機から排鉱された焼結鉱の冷却機（クーラー）から排出される冷却排ガス等の高温ガスを、装入層内に吹き込んでやることにより、炭材の燃焼をより促進し、焼結反応をより進行させるために設置されている。また、これにより、いわゆる廃熱を有効利用することもできる。斯かる保温炉は、点火炉下流のパレット上に、装入層の上方と四方をれんがで覆い、その内部に高温ガスを高速で吹き込む構造であるのが一般的である。
【００３５】
本発明の焼結機において、装入層内に気体燃料を供給する理由について説明する。
「鉱物工学」（今井秀喜、武内寿久禰，藤木良規編、１９７６、１７５、朝倉書店）によれば、焼結反応は、図６の模式図のようにまとめられる。また、表１には、焼結過程で生成する各種鉱物の引張強度（冷間強度）と被還元性の値を示した。図６からわかるように、焼結過程では、１２００℃で融液が生成し始め、焼結鉱の構成鉱物の中で最も高強度で被還元性も比較的高いカルシウムフェライトが生成する。さらに昇温が進んで約１３８０℃を超えると、冷間強度と被還元性が最も低い非晶質珪酸塩（カルシウムシリケート）と、還元粉化しやすい二次ヘマタイトとに分解する。したがって、焼結鉱の冷間強度および被還元性のいずれにも優れた焼結鉱を安定して得るには、焼結過程において１２００℃以上の温度で得られたカルシウムフェライトを、カルシウムシリケートと二次ヘマタイトとに分解させないことが重要なポイントとなる。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
また、上記刊行物「鉱物工学」によれば、焼結鉱の還元粉化の起点となる二次ヘマタイトの析出挙動について、鉱物合成試験の結果から、図７の状態図により説明している。その説明によると、還元粉化の起点となる骸晶状二次ヘマタイトは、Ｍａｇ．ｓｓ＋Ｌｉｑ．域まで昇温して冷却したのちに析出するので、状態図上では、（１）の経路でなく、（２）の経路を介して焼結鉱を製造することで、還元粉化を抑制できるとしている。
したがって、還元粉化性（ＲＤＩ）に優れかつ高強度で被還元性に優れる焼結鉱を得るためには、焼結時における装入層内の最高到達温度を１３８０℃超えとすることなく、装入層内の温度を１２００℃（カルシウムフェライトの固相線温度）〜１３８０℃（転移温度）の範囲に制御する必要がある。
【００３８】
また、カルシウムフェライトの生成は、前述したように、１２００℃以上の温度に保持される時間、正確には、１２００〜１３８０℃の範囲の保持される温度と時間の積に依存する。したがって、高強度で被還元性がよくかつ低ＲＤＩの焼結鉱を得るためには、焼結時の装入層内の温度を１２００〜１３８０℃の範囲に長時間保持するヒートパターンを如何に実現するかが課題となる。そこで、本発明は、焼結に必要な熱源を確保し、焼結時の装入層内の温度を１２００〜１３８０℃の温度範囲に保持する時間を延長するため、炭材に加えてさらに希釈気体燃料を装入層内に供給する焼結方法を採用している。
【００３９】
しかし、前述したように、気体燃料の供給効果は、焼結に必要な熱量が不足しやすい装入層の上層部において実施するのが最も効果的である。そこで、本発明の焼結機では、上記保温炉においても、高温ガスとともに、気体燃料を吹き込んで所定の濃度に希釈し、装入層内に供給できるようにしたのである。
【００４０】
ここで、気体燃料を供給する場合に注意すべきことは、従来、コークスのみを炭材として用いていた場合には、コークスの燃焼熱によって上記焼結温度を確保していたが、従来と同じ量の炭材が含まれて装入層内に希釈気体燃料の供給を行うと、気体燃料の燃焼熱によって焼結時の最高到達温度が上昇して上述した適正温度範囲（１２００〜１３８０℃）に装入層内の温度を維持することができなくなり、焼結強度の低いカルシウムフェライトが生成して、歩留りや被還元性の低下を招くことがあるということである。したがって、供給する気体燃料に応じて、焼結原料中に配合する炭材の量を低減することが好ましい。また、炭材量を削減できれば、炭材コストが低減できるだけでなく、焼結工程で発生する二酸化炭素の量を削減することも可能となる。
【００４１】
次に、本発明の焼結機において、高濃度の気体燃料を装入層の上方で大気中に高速で吐出して周囲の空気と混合させて、その気体燃料が有する燃焼下限濃度以下の濃度に希釈してから、その希釈気体燃料を装入層中に導入する理由について説明する。
内径３００ｍｍφ×高さ４００ｍｍの焼結鍋に焼結ケーキを充填し、焼結ケーキの下方で焼結ケーキを通して空気を吸引可能とした実験装置を製作した。次いで、図８（ａ）に示したように、焼結ケーキの中央部の上から深さ９０ｍｍの位置にノズルを埋め込み、吸引する空気に対して１ｖｏｌ％となる量の１００％濃度のメタンガスを吹き込み、焼結ケーキ内の円周方向および深さ方向におけるメタンガス濃度の分布を測定し、その結果を表２に示した。また、図８（ｂ）に示したように、同じノズルを用いて、焼結ケーキの上方３５０ｍｍの位置から、上記と同量のメタンガスを大気中に供給して希釈し、上記と同様にして焼結ケーキ内のメタンガス濃度の分布を測定し、その結果を表３に示した。これらの結果から、メタンガスを焼結ケーキ中に直接導入した場合には、メタンガスの横方向への拡散が不十分であるのに対して、メタンガスを焼結ケーキ上方で供給した場合には、焼結ケーキ内のメタンガス濃度はほぼ均一化していること、したがって、気体燃料は、装入層内に導入される前に、均一に希釈しておくことが好ましいことがわかる。
【００４２】
【表２】
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【００４３】
【表３】
2010132946.tif 000005
【００４４】
なお、希釈気体燃料を焼結原料の装入層中に供給する方法としては、都市ガス（ＬＮＧ）、Ｃガス等の気体燃料を、高濃度のまま大気中に吐出して周囲の空気と混合させて所定濃度に希釈してから装入層中に導入する直上吹込み方式と、あらかじめ大気と気体燃料とを混合して所定濃度まで希釈したものを装入層の上方から供給する予混合吹込み方式（いわゆるプレミックス形式）がある。表４は、上記両方式の得失を評価したものである。予混合吹込み方式では、逆火の発生時に爆発を伴うおそれがある。一方、直上吹込み方式では、逆火を生じても、気体燃料吹込ノズル部への逆火による着火に止まり、また、乱流燃焼速度以上の速度で気体燃料を吐出すれば、逆火防止は容易である。しかし、気体燃料を周囲の大気と混合して希釈させる際、濃度ムラが発生しやすく、装入層中で燃焼ムラを起こす可能性が予混合吹込み方式に比べて高い。しかし、設備コストを含めて総合的に評価した場合、直上吹込み方式が優れている。
【００４５】
【表４】
2010132946.tif 000006
【００４６】
気体燃料を大気中に供給し、希釈気体燃料とする装置としては、例えば、図９に示したように、パレットの幅方向に沿って、複数の気体燃料供給パイプを配設し、そのパイプに気体燃料を吐出するスリットあるいは開口を設けるかまたはノズルを取り付けたもの、あるいは、図１０に示したように、パレットの進行方向に沿って、複数の気体燃料供給パイプを配設し、そのパイプに気体燃料を吐出するスリットあるいは開口を設けるかまたはノズルを取り付けたものが好ましい。
【００４７】
次に、本発明の焼結鉱において、焼結原料の装入層中に供給する気体燃料について説明する。
表５は、製鉄業において一般的に使用されている気体燃料（都市ガス、コークス炉ガス（Ｃガス）、高炉ガス（Ｂガス））の燃焼下限濃度、供給濃度等を示したものである。焼結原料中に供給する際の気体燃料の濃度は、爆発や火災（着火）を防止する観点からは、燃焼下限濃度より低い方が安全である。この点、都市ガスは、メタンを主成分とする天然ガス（ＬＮＧ）を使用しており、Ｃガスと燃焼下限濃度が近似しているが、熱量がＣガスよりも高いことから、供給濃度を低くできる。したがって、安全性を確保するには、Ｃガスよりも、供給濃度を低くできる都市ガスの方が優位である。
【００４８】
【表５】
2010132946.tif 000007
【００４９】
また、表６は、気体燃料中に含まれる燃焼成分（水素，ＣＯ，メタン）と、それら成分の燃焼下限・上限濃度、層流、乱流時の燃焼速度等を示したものである。焼結中に気体燃料供給装置から供給している気体燃料への着火を防止するには、逆火防止を図る必要がある。そのためには、気体燃料を、少なくとも層流燃焼速度以上、好ましくは乱流燃焼速度以上の高速で吐出させればよいと考えられる。例えば、メタンを主成分とする都市ガスの場合には、３．７ｍ／ｓｅｃを超える速度で吐出させれば、逆火のおそれはないわけである。一方、水素ガスは、乱流燃焼速度がＣＯやメタンと比較して速いため、逆火を防止するには、その分、高速で吐出させる必要がある。この点、水素を含まない都市ガス（ＬＮＧ）は、水素を５９ｖｏｌ％含有するＣガスと比較して、吐出速度を遅くすることができる。しかも、都市ガスは、ＣＯを含まないので、ガス中毒を起こすおそれもない。したがって、都市ガス（ＬＮＧ）は、本発明において使用する気体燃料として、好ましい特性を有するものであると言える。
【００５０】
【表６】
2010132946.tif 000008
【００５１】
なお、本発明の焼結機において、装入層中に供給することができる気体燃料としては、上記、都市ガス（ＬＮＧ）の他に、ＢガスやＣガス、ＣＯガス、エタンガス、プロパンガス、ブタンガスあるいはこれらの混合ガスのいずれも用いることができる。ただし、ＢガスやＣガスを使用する場合には、ガス吐出速度を高めること、および、ＣＯ対策を別途講ずることが必要となる。
【００５２】
さらに、本発明の焼結機では、上記気体燃料以外に、気体状態での着火温度が、焼結ベッド表層の温度より高い、アルコール類、エーテル類、石油類、その他の炭化水素系の液体燃料を気化させたものを用いることもできる。本発明で用いることができる液体燃料とその特性について、表７に示した。斯かる液体燃料を気化させた気体燃料は、着火温度が、上述した気体燃料と比較して高いため、焼結ベッド表層の温度より高い、装入層のより内部で燃焼するので、吹き込む位置での燃焼・溶融帯のすその温度の拡大に有効である。特に、着火温度が５００℃近いものは、その効果が大きい。なお、液体燃料を気化した気体燃料を用いる場合には、気体供給配管は、気化した燃料が再液化しないよう、該液体燃料の沸点以上着火温度未満の温度に保持することが好ましい。
【００５３】
【表７】
2010132946.tif 000009
【００５４】
次に、本発明において、焼結原料中に供給する希釈気体燃料の濃度について説明する。
本発明の焼結機において、焼結原料の装入層中に導入する希釈気体燃料は、その中に含まれる可燃性ガス（燃焼成分）の濃度を、大気中の常温における燃焼下限濃度の３／４（７５％）以下に希釈したものであることが好ましい。その理由は、装入層上部への高濃度の可燃性ガスの供給は、時として、爆発的燃焼を招くおそれがあり、少なくとも常温では、火種があっても燃焼しない状態としておく必要があること、装入層中で完全に燃焼せず、未燃焼のままウインドボックスの下流にある電気集塵器等に到達したとしても、電気集塵器の放電によって燃焼するおそれがないことが必要であること、さらに、希釈気体燃料の燃焼による酸素の消費によって、焼結原料用に含まれる炭材の燃焼に必要な酸素の不足を招いかない程度に希釈されたものであることが必要であるからである。好ましくは燃焼下限濃度の１／４（２５％）以下に希釈したものである。
一方、希釈気体燃料の下限濃度は、燃焼下限濃度の１％以上であるのが好ましい。燃焼下限濃度の１％未満では、燃焼による発熱量が不足し、焼結鉱の強度向上と歩留りの改善効果が得られないからである。好ましくは燃焼下限濃度の４％以上である。
【００５５】
以上のことから、本発明の焼結機において、装入層中に供給する希釈気体燃料の濃度は、その気体燃料の燃焼下限濃度の１〜７５％の範囲とする。好ましくは燃焼下限濃度の４〜２５％の範囲である。これを、ＬＮＧを主体とする天然ガスについてみると、ＬＮＧの燃焼下限濃度は４．８ｖｏｌ％（表５参照）であるから、希釈気体燃料の濃度は、０．０５〜３．６ｖｏｌ％の範囲であり、好ましくは０．２〜１．２ｖｏｌ％の範囲であることになる。
【００５６】
次に、本発明の焼結機について説明する。
図１１は、本発明に係る機長（≒ウインドボックス設置長さ）が約９０ｍの下方吸引式焼結機の全体構成を模式的に示した図である。図中、Ａは幅が約５ｍのパレットであり、Ｂは上記パレットの下方に設置されたウインドボックス群である。また、Ｃは焼結原料をパレット上に装入して装入層（焼結ベッド）を形成する給鉱部（原料供給装置）であり、Ｄはその装入層の表層の炭材にバーナー等で点火を行う点火炉である。また、Ｅは装入層を予熱する高温ガスを供給する保温炉であり、Ｆは気体燃料供給部をフードで囲って、供給する気体燃料が外部に漏洩しないようにした気体燃料供給装置であり、図１１はこの装置を３台連ねた例である。Ｇは排鉱部である。そして、この焼結機では、焼結原料が装入されたパレットが、左側から右側に順次移動しながら焼結が行われている。
なお、気体燃料供給装置Ｆは、３台に限定されるものではなく、例えば、気体燃料を供給する領域を図１１に示した例より延長したい場合には、気体燃料供給装置Ｆをさらに増設してもよい。また、気体燃料供給装置Ｆの１台あたりの長さを長くして、大型化することも可能である。もちろん、気体燃料の供給領域を短くすることもできる。
【００５７】
図１１に例示した焼結機の機長は、９０ｍである。気体燃料を供給することができる領域の長さが保温炉Ｅと気体燃料供給装置Ｆとの合計で３０ｍであるとすれば、機長の１／３の長さで気体燃料の供給が可能であることになる。この長さは、パレット上に装入された焼結原料全厚の焼結が機長全体を通して行われることを考えれば、装入層全厚の１／３に対して気体燃料の供給が行われることを意味する。すなわち、図１１の焼結機では、点火炉出側直後から保温炉Ｅにより気体燃料の供給が開始され、続く気体燃料供給装置Ｆで、気体燃料が供給されて焼結が進行する、すなわち、点火炉で点火された装入層表層の燃焼溶融帯が、点火炉出側で装入層表層下に移行した頃から、装入層の全厚の１／３を通過するまでの間において、気体燃料の供給が行われることになる。さらに、気体燃料の供給可能な領域を４０ｍあるいは５０ｍと延長すれば、装入層全厚の４／９あるいは５／９の領域で気体燃料の供給を行うこともできる。したがって、図５（ｂ）に示した原料装入層の厚さ方向および幅方向の歩留り分布から、いずれの領域の歩留り改善を図ろうとするかによって、気体燃料の供給領域が決定され、その気体燃料供給領域に設置する保温炉Ｅや、続く気体燃料供給装置Ｆの大きさ、台数などが決定される。なお、本発明の気体燃料供給技術によれば、焼結鉱の強度上昇による歩留り向上だけでなく、被還元性にも優れた焼結鉱が得られるのも大きな特徴である。
【００５８】
次に、本発明の焼結機における上記保温炉Ｅについて説明する。
上記保温炉Ｅは、装入層を予熱するために高温ガスを吹き込む炉であり、高温ガスを使用するため、れんがで装入層上方の四方と上方（天井）をれんが内張りして覆ったものである。本例の保温炉は、機長方向に上流側と下流側の２ゾーンに分割されていて、上流側ゾーン（図の左側ゾーン）の天井部分に設けられた高温ガス吹込配管からは、図１２に示したように、焼結機の排鉱部側のウインドボックスから排出された酸素消費の少ない約１５０〜２００℃の高温排ガスが、また、下流側ゾーン（図の右側ゾーン）の天井部分に設けられた高温ガス吹込配管からは、焼結鉱の冷却機（クーラー）で発生した約２００〜２５０℃のクーラー排ガスが、高温ガスとして保温炉内に供給されて装入層に吹き込まれる（吸引される）構造となっている。なお、上記上流ゾーンと下流ゾーンへ供給する高温ガスは、高温ガスの供給配管の途中に設けられた図示されていない切替弁により、吹き込みゾーンを変更することができる。また、切替弁を操作することにより、上記高温ガスとして、焼結機排ガスとクーラー排ガスのいずれかに限定することも可能であり、その時々の操業条件に応じて適宜選択することが可能である。
【００５９】
保温炉Ｅにおいて装入層を予熱するために吹き込む高温ガスは、１３０〜３００℃の範囲のものが好ましい。１３０℃未満では、予熱効果が不足し、一方、３００℃を超えると、焼結原料を造粒して得た擬似粒子が急激な乾燥により崩壊を起こすからである。なお、上記説明では、吹き込む高温ガスとして焼結機排ガス、クーラー排ガスを使用する保温炉について説明したが、焼結機から排出される高温排ガスのみを吹き込む、いわゆる排ガス循環焼結技術において使用される「排ガス循環フード」であってもよい。ただし、焼結機の焼結が進行中の領域から排出された排ガスを高温ガスとして利用する場合には、消費された酸素を大気の酸素レベルまで補填することで、本発明の保温炉Ｅと同様の効果を得ることができる。さらに、保温炉Ｅ、あるいは排ガス循環フードを使用して気体燃料を供給する場合には、酸素を富化した高温ガスを供給してもよい。
【００６０】
また、上記保温炉Ｅの各ゾーンの天井部分から高温ガスを供給する吹込配管は、保温炉内に高温ガスを均等に供給できるように、図１３に示したように、幅方向４列×長さ方向２列、合計１６個の高温ガスの吹込配管が接続されており、その配管のそれぞれから上記高温ガスが吹き込まれている。そして、本発明の保温炉では、高温ガス中に気体燃料を供給するため、上記高温ガスの吹込配管の管端直下に、気体燃料の供給配管として、吹き込まれる高温ガス流を取り囲むように円形に加工したリング状吹込配管を設置してあり、そのリング状吹込配管の内面には、気体燃料の吹き込みノズル（噴出口）が、リング中央に向けて取り付けられ、そのノズルからは気体燃料が高温ガス流に向けて高速で噴出されるようになっている。したがって、高温ガスと気体燃料は、高温ガス吹込配管の管端位置の直下において、混合されて希釈された気体燃料となる。
【００６１】
上記リング状吹込配管からは、気体燃料供給装置Ｆと同様に、高温ガスの流量に対して、気体燃料の燃焼下限濃度の１〜７５％となる量の気体燃料が供給される。例えば、供給される気体燃料がＬＮＧの場合、保温炉Ｅの上流側ゾーンの高温ガス温度（約２００℃）における燃焼下限濃度は４．０ｖｏｌ％であるから、希釈後の濃度が０．０４〜３．０ｖｏｌ％の範囲となる量が供給される。なお、希釈後の気体燃料の濃度が薄すぎると、熱量が不足することがあること、保温炉Ｅは内部が高温であることから、気体燃料の燃焼下限濃度の４〜２５％（１／２５〜１／４）の濃度となる量の気体燃料を供給するのが好ましい。ここで、上記焼結機の保温炉に、ＬＮＧを０．４ｖｏｌ％となるよう供給する場合、上流側ゾーンの高温ガス量をＶ（Ｎｍ３／ｈｒ）としたとき、０．００４×Ｖ（Ｎｍ３／ｈｒ）の量のＬＮＧを供給すればよい。なお、上記気体燃料の噴出速度（流速）は、いずれも７０ｍ／ｓｅｃ以上であることが望ましい。
【００６２】
なお、保温炉Ｅの上流側ゾーンと下流側ゾーンとで、吹き込まれる高温ガスの流量に起因して、供給する気体燃料の量が異なるときは、本発明の焼結機では、リング状吹込配管の内面に取り付ける１配管当たりのノズル数を、吹き込む気体燃料の量に応じて増加あるいは減少させることで対応するようにしている。
【００６３】
また、上記説明では、リング状吹込配管のノズル口径を１ｍｍφとしたが、ノズルの口径は１．５ｍｍφ以下とするのが好ましい。図１４は、保温炉の上流側ゾーンに設置したリング状吹込配管に取り付けた１２個のノズルの口径を、１．０ｍｍφと１．５ｍｍφとして都市ガス（ＬＮＧガス）を吹き込む場合の、気体燃料の供給量と、それが均一に希釈されたときの都市ガス濃度をシミュレーションした結果を示したものである。この図から、ノズルの口径が１．０ｍｍφでも、希釈後の都市ガス（ＬＮＧ）濃度で０．９ｖｏｌ％までの量を十分に吹き込むことができること、また、１．５ｍｍφでは、その倍近い量を吹き込むことができるが、ＬＮＧ濃度が燃焼下限濃度の１／４（１．２ｖｏｌ％）を超えてしまうおそれがある。したがって、本発明の焼結機では、ノズル口径は１．５ｍｍφ以下が好ましい。なお、上記シミュレーションを下流側ゾーンについても行ったが、同様の結果であった。
【００６４】
また、図１５は、上記リング状吹込配管から高温ガス流に吹き付けた気体燃料（ＬＮＧ）が、装入層表面に到達するまでの希釈化挙動をシミュレーションした結果を示したものである。高温ガス供給配管から吹き込まれる高温ガス流は、リング状吹込配管の中心部では、高温ガス流が装入層表面直上まで一気に下降し、装入層表面に衝突して跳ね返る形となって周囲に拡がり、乱流混合促進効果によって、気体燃料と均一化し、また、リング状吹込配管の中間部（リングとリング中心の中間部）では、高温ガスに吹き付けられた気体燃料は、ノズル先で気体燃料と混合し、装入層表面に到達するまでに均一に希釈されていることがわかる。
【００６５】
なお、上記保温炉に設けられた各高温ガス吹込配管から吹き込まれる高温ガスの流量は、個々の焼結機が有する固有の特性、例えば、高温ガスの供給配管の位置などにより大きく影響されるため、個々の吹込配管から保温炉内に吹き込まれる高温ガスの流量は必ずしも均一とはならない。そこで、高温ガスの流量を、ピトー管等で測定して保温炉内に吹き込まれる高温ガスの流量分布を把握し、流量分布を均一化するための流量制御機能を高温ガスの供給配管に設けておくのが好ましい。なお、上記流量制御機能は、各配管ごとに設置してもよいし、同じ傾向の配管同士をグループ化してそれぞれのグループごとに設置してもよい。
【００６６】
次に、本来の気体燃料の供給設備である気体燃料供給装置Ｆについて説明する。
本発明の焼結機に設置された気体燃料供給装置は、走行するパレット上に形成された装入層の上部四方を垂直壁で囲んだフード内に、気体燃料供給配管（ヘッダ）を、装入層の上方約３００〜５００ｍｍの高さに、幅方向に７本並列に配設したものを、３台直列に設置したものである。本発明の気体燃料供給装置の一例として、上記気体燃料供給装置の幅方向断面図を模式的に示したのが、図１６である。ここで、図中の気体燃料供給配管は、気体燃料の噴出口として、１ｍｍφのノズルが多数取り付けられたものであり、そのノズルは、幅方向両側端の２本の気体燃料供給配管では、気体燃料噴出口が下向き方向と水平かつ幅中央方向の２方向に向けて交互に、また、幅方向中央部の５本の気体燃料供給配管では、気体燃料噴出口が水平方向かつ両幅方向の２方向に向けて交互に取り付けられている。
【００６７】
上記気体燃料供給配管から供給される気体燃料は、パレットの下方に設置されたウインドボックスにより吸引される空気量に対して、その気体燃料の燃焼下限濃度の４〜２５％（１／２５〜１／４）の濃度となる量を供給するのが好ましい。４％未満では、燃焼熱が十分ではなく、一方、２５％を超えると、装入層上で気体燃料に着火し、装入層内で燃焼させることができなくなったり、燃焼熱が大きすぎて溶融量が増加し、通気性が悪化したりするおそれがある。これを、燃焼下限濃度が４．８％のＬＮＧに換算すると、０．２〜１．２ｖｏｌ％の濃度範囲となる。好ましいＬＮＧ濃度は、０．４ｖｏｌ％程度である。
【００６８】
次に、本発明の焼結機における気体燃料供給装置のフード構造について説明する。
気体燃料供給装置のフードは、装入層上方に配設された気体燃料供給配管の四方を取り囲むように垂直壁を設け、その内部でかつ気体燃料供給配管の上方にへの字型（山型）の邪魔板を幅方向（水平方向）に間隔を開けて複数、かつ、上下方向に間隔を開けて複数段配設した構造のものであるのが好ましい。なお、上記邪魔板は、気体燃料と空気の希釈調整ができるように、気体燃料供給配管との間隔を適宜調整できるよう、上下方向に移動可能としておくのが好ましい。
【００６９】
また、上記フードは、図１６のフードのように、上方を全面的に開放した構造であるのが好ましい。図１７は、気体燃料供給配管から水平方向に噴出した気体燃料（ＬＮＧ）の希釈挙動を、垂直壁で四方を覆ったフードの上方を絞り込んだ構造と、上方を全面的に開放した構造とでシミュレーションした結果を示したものである。この図から、絞りを設けた構造のフードでは、ＬＮＧの濃度が２．５〜０ｖｏｌ％の範囲で大きくばらつき、特に、垂直壁近傍で高濃度となる傾向があるのに対して、全開放構造のフードでは、垂直壁近傍での高濃度化も抑制されており、ＬＮＧの濃度も０．５〜１．２％の範囲に収まっていることがわかる。
【００７０】
また、全開放構造のフードにおける垂直壁は、上部にパンチングメタルなどの多孔性の通気可能な部分（透過率を有する部分）を設けるのが好ましい。図１８は、装入層より上の高さが２０００ｍｍの垂直壁からなる全開放構造のフードにおいて、垂直壁の１５００ｍｍより上の５００ｍｍの部分に、透過率４５％のフェンス（パンチングメタル）を設置した場合と設置しなかった場合とで、横風による気体燃料のフード外への漏洩をシミュレーションした結果である。この図から、風速５ｍ／ｓｅｃの横風を受けた場合には、両構造ともＬＮＧのフード外への漏洩はほとんどないが、風速１０ｍ／ｓｅｃの横風を受けた場合には、やはり、両構造ともＬＮＧのフード外への漏洩はないものの、上方にパンチングメタルを設置した方が、邪魔板上部へのＬＮＧの流出量が少ない傾向があることがわかる。ただし、その流出濃度は、１ｍａｓｓｐｐｍ程度であり、安全上問題となるレベルではない。なお、垂直壁上部に設ける透過率は、３０〜５５％の範囲が好ましい。
【００７１】
次に、本発明の焼結機における気体燃料を供給する上での安全対策について説明する。
本発明の焼結機は、装入層上方の大気中に高濃度の気体燃料を吐出して希釈し、その希釈気体燃料を装入層内に導入して燃焼させている。供給された気体燃料は、パレット下方に設置されたウインドボックスによって空気とともに吸引されるので、通常であればフード外に漏洩することはない。しかし、ＬＮＧは空気と比較して軽いため、何らかの原因で、フード外へ漏洩するおそれがある。また、強い横風を受けた場合にも、気体燃料がフード外に漏洩するおそれもある。したがって、保温炉や気体燃料装置のフードの外部あるいは上方には、気体燃料の漏洩検知器を設置しておく必要がある。そこで、本発明例の焼結機には、全長３０ｍにおよぶ気体燃料供給部の外部に、気体燃料の漏洩検知器を設置している。具体的には、図１９に示したように、保温炉および気体燃料供給装置のフードの両側外部に１０箇所、開放されたフード上部に３箇所および天井クレーンの運転室に１箇所、計１４箇所に漏洩検知器を設置している。
【００７２】
また、気体燃料供給配管から高速で噴出された気体燃料は、周囲の大気と瞬時に混合し、均一に希釈されるが、図１７に示したように全く均一になるわけではなく、多少の濃度分布を生じ、特に垂直壁近傍では濃度が高くなる傾向がある。しかし、気体燃料の燃焼下限濃度は、確実に燃焼が起こらない濃度を意味するものではなく、条件によっては着火する可能性があり、また、燃焼下限濃度は温度に依存し、高温ほど低濃度となり、燃焼しやすくなる。本発明例では、希釈気体燃料気体燃料の希釈濃度を燃焼下限濃度の２５％（１／４）以下とし、それ以下の濃度となるよう気体燃料を供給しているが、例えば、垂直壁近傍のように気体燃料濃度が高くなりやすい場所では、上記燃焼下限濃度の１／４を超える濃度となり、着火するおそれがある。気体燃料が装入層上で燃焼すると、気体燃料供給効果が失われてしまうだけでなく、爆発や火災を起こす可能性がある。したがって、気体燃料が高濃度となりやすい箇所の濃度を常時検出しつつ操業を行う必要がある。
【００７３】
そこで、本発明例の焼結機には、全長３０ｍにわたる保温炉内および気体燃料供給装置のフード内で気体燃料が高濃度となりやすい位置、例えば、図１９に示したように、保温炉内の四隅や気体燃料供給装置の各フードの垂直壁近傍四隅に気体燃料の濃度分析器を、合計１６台設置している。
さらに、本発明の焼結機には、万が一、保温炉内および気体燃料供給装置のフード内で気体燃料に着火したり燃焼を起こしたりした場合を想定し、図１９に示したように、保温炉内および各フード内の全域を監視することができるよう、保温炉内部に４台、各フード内部に４台、合計１６台の着火検知器を設置している。
【００７４】
さらに、本発明の焼結機は、上記漏洩検知機、濃度分析器および着火検知器のいずれかが異常を検知した場合、例えば、漏洩検知器で５０ｍａｓｓｐｐｍを超える濃度のＬＮＧを検出したときには、気体燃料供給配管に設置した緊急遮断弁を閉じて気体燃料の供給を停止すると共に、図示していない配管から、保温炉内およびフード内に窒素ガス等の不活性ガスを導入して、着火や燃焼を防止するようにしている。なお、上記異常を検知した場合には、幅方向に複数並列配置された気体燃料供給配管のうちの、当該部分の配管の運転を停止するようにしてもよい。さらに、本発明の保温炉には、密閉構造であることを考慮し、天井部分に逃がし弁（爆発孔）を設置し（図１３参照）、万が一の爆発にも対処し得るようにしている。
【００７５】
本発明の焼結機は、上記構成としたことにより、既存の保温炉においても気体燃料の供給を可能となった。その結果、本発明例の機長９０ｍの焼結機においては、保温炉を含めて機長方向３０ｍの領域において気体燃料の供給ができるので、焼結原料層（装入層）厚の１／３の領域において気体燃料の供給が可能となり、気体燃料の供給効果を最大限に発揮させることができ、ひいては、高強度、高品質の焼結鉱を高歩留まりで安定して製造することができる。さらに、本発明の焼結機は、気体燃料の供給に伴い懸念される安全上の問題点に対しても、上記各種の安全対策を講じているので、焼結操業を安全に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】焼結鉱の製造工程を説明する図である。
【図２】焼結時の装入層内の圧損と温度の分布を説明する図である。
【図３】焼結鉱の生産性が高い時と低い時の装入層内温度の時間推移を比較して示した図である。
【図４】装入層の焼結進行過程を模式的に説明する図である。
【図５】装入層上層部、中層部および下層部における焼結時の温度分布と、装入層幅方向断面内における焼結鉱の歩留り分布を説明する図である。
【図６】希釈気体燃料の供給方法の比較に用いた試験装置を説明する図である。
【図７】本発明における気体燃料供給装置の一例を説明する図である。
【図８】本発明における気体燃料供給装置の他の例を説明する図である。
【図９】本発明における気体燃料供給装置の一例を説明する図である。
【図１０】本発明における気体燃料供給装置の他の例を説明する図である。
【図１１】本発明の焼結機の全体図である。
【図１２】本発明の焼結機の保温炉に吹き込む高温ガス系統を説明する図である。
【図１３】本発明の焼結機の保温炉と、気体燃料供給方法を説明する図である。
【図１４】保温炉上流側ゾーンのリング状吹込配管のノズル径と、吹込可能な都市ガス流量、都市ガス濃度との関係を示すグラフである。
【図１５】保温炉上流側ゾーンのリング状吹込配管のノズルから高温ガス流に吹き付けた気体燃料の希釈状況をシミュレーションした結果を説明する図である。
【図１６】本発明の気体燃料供給装置の幅方向断面構造図である。
【図１７】フード構造がフード内の気体燃料の濃度分布に及ぼす影響をシミュレーションした結果を説明する図である。
【図１８】フードの垂直壁上部の透過率部分が、横風による気体燃料のフード外への漏洩に及ぼす影響をシミュレーションした結果を説明する図である。
【図１９】本発明の焼結機に設置した安全装置について説明する図である。
【符号の説明】
【００７７】
１：原料ホッパー
２、３：ドラムミキサー
４：床敷鉱ホッパー
５：サージホッパー
６：ドラムフィーダー
７：切り出しシュート
８：パレット
９：装入層
１０：点火炉
１１：ウインドボックス（風箱）
Ａ：パレット
Ｂ：ウインドボックス
Ｃ：給鉱部
Ｄ：点火炉
Ｅ：保温炉
Ｆ：気体燃料供給装置
Ｇ：排鉱部
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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