(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼結原料に用いる炭材の表面に、石灰系原料由来のＣａを３６質量％以上含有する被覆物を、前記炭材に対する質量％で２質量％以上３０質量％未満の割合で被覆した表面被覆炭材を製造し、該表面被覆炭材と焼結配合原料を混合機で混合して前記焼結原料にするための炭材の改質処理設備であって、
生石灰に水分を添加して消石灰を含む前記被覆物を製造する消化機と、該被覆物と前記炭材に水分を添加して混練し該炭材の表面に該被覆物を被覆する混練機とを有することを特徴とする炭材の改質処理設備。
【請求項２】
請求項１記載の炭材の改質処理設備において、前記生石灰は、平均粒度が１０ｍｍ未満であり、かつ活性度が２１０ミリリットル以上であることを特徴とする炭材の改質処理設備。
【請求項３】
請求項１又は２記載の炭材の改質処理設備において、前記消化機には集塵機が設けられ、該集塵機で捕集した捕集物を前記消化機へ供給することを特徴とする炭材の改質処理設備。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の炭材の改質処理設備において、前記消化機での水分添加量を、前記生石灰の１．５倍以上２．２倍以下のモル比としたことを特徴とする炭材の改質処理設備。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の炭材の改質処理設備において、前記混練機の撹拌羽根は、１軸又は複数軸のスクリュー羽根、もしくは１軸又は複数軸の螺旋状に配置したパドル羽根であることを特徴とする炭材の改質処理設備。
【請求項６】
請求項５記載の炭材の改質処理設備において、前記撹拌羽根の回転数は５ｒｐｍ以上８０ｒｐｍ未満であることを特徴とする炭材の改質処理設備。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の炭材の改質処理設備において、前記消化機の入側から前記混練機の出側までの滞留時間を２．５分以上３０分未満にしたことを特徴とする炭材の改質処理設備。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の炭材の改質処理設備において、前記表面被覆炭材の水分量が９．５質量％以上１９質量％未満となるように、前記混練機での水分添加量を調整することを特徴とする炭材の改質処理設備。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の炭材の改質処理設備において、前記混練機と前記混合機の間に、前記炭材への前記被覆物の付着強度を向上させる造粒機を設けたことを特徴とする炭材の改質処理設備。
【請求項１０】
請求項９記載の炭材の改質処理設備において、前記造粒機での水分添加量を、前記表面被覆炭材を製造するために添加する全水分の水分量の５質量％以下の量としたことを特徴とする炭材の改質処理設備。
【請求項１１】
請求項９又は１０記載の炭材の改質処理設備において、前記造粒機の滞留時間を１分以上１０分未満にしたことを特徴とする炭材の改質処理設備。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の炭材の改質処理設備において、前記混合機の上流側に、製造した前記表面被覆炭材を貯留可能な貯留槽を設けたことを特徴とする炭材の改質処理設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＮＯｘの発生を抑制可能にする炭材の改質処理設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
焼結鉱の製造においては、燃料として使用する炭材の燃焼により、排ガス中に窒素酸化物（ＮＯｘ）が発生する。このＮＯｘの低減は、大気汚染の改善において重要な課題である。
ＮＯｘを低減する手段としては、例えば、特許文献１に、ＣａＯ含有量が５〜５０質量％であるＣａＯ−ＦｅｘＯ系複合酸化物を主成分とする触媒によるＮＯｘの除去技術が開示されている。
しかし、上記したＣａＯ−ＦｅｘＯ系複合酸化物は、石灰系原料と鉄鉱石を溶融成形して製造されるため、通常の焼結で副原料として使用される石灰系原料に比べて高価だった。
【０００３】
そこで、上記のような高価な酸化物を用いることなく、通常の焼結副原料として用いられる石灰系原料を使用し、この石灰系原料とコークスを混合し造粒してコークスの表面を石灰系原料で覆い、炭材燃焼時のＮＯｘを低減させることが検討されている。
ここで、石灰系原料とコークスを造粒する方法としては、例えば、特許文献２に記載の技術が開示されている。具体的には、粒径０．３ｍｍ以下の含有量が５０質量％以上のコークスに、生石灰と消石灰の１種又は２種（以下、単に石灰という）を配合し、その後、造粒し養生する方法である。なお、配合する石灰の平均粒度は０．５〜３ｍｍである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−１５１７４号公報
【特許文献２】特開２００６−２９０９２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献２に記載の技術は、コークスの粒径が石灰の粒径よりも小さいことから、これを造粒すると、石灰の周囲にコークスが付着することになる。このため、コークスが低温領域で燃焼してしまい、ＮＯｘが多量に発生してＮＯｘの低減が図れない。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、低温領域でのＮＯｘの発生を経済的に抑制可能な炭材の改質処理設備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】
【０００７】
上記の課題を解決するためになされた本発明の要旨は、以下の通りである。
（１）焼結原料に用いる炭材の表面に、石灰系原料由来のＣａを３６質量％以上含有する被覆物を、前記炭材に対する質量％で２質量％以上３０質量％未満の割合で被覆した表面被覆炭材を製造し、該表面被覆炭材と焼結配合原料を混合機で混合して前記焼結原料にするための炭材の改質処理設備であって、
生石灰に水分を添加して消石灰を含む前記被覆物を製造する消化機と、該被覆物と前記炭材に水分を添加して混練し該炭材の表面に該被覆物を被覆する混練機とを有することを特徴とする炭材の改質処理設備。
【０００８】
（２）前記生石灰は、平均粒度が１０ｍｍ未満であり、かつ活性度が２１０ミリリットル以上であることを特徴とする（１）記載の炭材の改質処理設備。
【０００９】
（３）前記消化機には集塵機が設けられ、該集塵機で捕集した捕集物を前記消化機へ供給することを特徴とする（１）又は（２）記載の炭材の改質処理設備。
【００１０】
（４）前記消化機での水分添加量を、前記生石灰の１．５倍以上２．２倍以下のモル比としたことを特徴とする（１）〜（３）のいずれか１に記載の炭材の改質処理設備。
【００１１】
（５）前記混練機の撹拌羽根は、１軸又は複数軸のスクリュー羽根、もしくは１軸又は複数軸の螺旋状に配置したパドル羽根であることを特徴とする（１）〜（４）のいずれか１に記載の炭材の改質処理設備。
【００１２】
（６）前記撹拌羽根の回転数は５ｒｐｍ以上８０ｒｐｍ未満であることを特徴とする（５）記載の炭材の改質処理設備。
【００１３】
（７）前記消化機の入側から前記混練機の出側までの滞留時間を２．５分以上３０分未満にしたことを特徴とする（１）〜（６）のいずれか１に記載の炭材の改質処理設備。
【００１４】
（８）前記表面被覆炭材の水分量が９．５質量％以上１９質量％未満となるように、前記混練機での水分添加量を調整することを特徴とする（１）〜（７）のいずれか１に記載の炭材の改質処理設備。
【００１５】
（９）前記混練機と前記混合機の間に、前記炭材への前記被覆物の付着強度を向上させる造粒機を設けたことを特徴とする（１）〜（８）のいずれか１に記載の炭材の改質処理設備。
【００１６】
（１０）前記造粒機での水分添加量を、前記表面被覆炭材を製造するために添加する全水分の水分量の５質量％以下の量としたことを特徴とする（９）記載の炭材の改質処理設備。
【００１７】
（１１）前記造粒機の滞留時間を１分以上１０分未満にしたことを特徴とする（９）又は（１０）記載の炭材の改質処理設備。
【００１８】
（１２）前記混合機の上流側に、製造した前記表面被覆炭材を貯留可能な貯留槽を設けたことを特徴とする（１）〜（１１）のいずれか１に記載の炭材の改質処理設備。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る炭材の改質処理設備は、生石灰に水分を添加して消石灰を含む被覆物を製造する消化機と、この被覆物を炭材の表面に被覆する混練機とを有するので、炭材の表面への被覆物の被覆効率を向上できる。これは、消化機で製造する消石灰の結晶が、炭材の表面に選択的に晶出し易く、炭材の表面への被覆物の付着強度を向上できることによる。
従って、ＮＯｘの発生を経済的に抑制できる。
【００２０】
ここで、消化機に集塵機を設け、この集塵機で捕集した捕集物を消化機へ供給する場合、消石灰の生成量が増加するため、本発明の効果がより顕著になる。集塵機で捕捉される微細な捕集物のほとんどは、水和反応が終わった消石灰である。従って、捕集物を消化機に循環供給することで、この捕集物が、消化機に添加される水分中で種結晶の役割を果たし、水和反応の律速条件である消石灰の晶出が促進されるため、上記した効果が得られる。
【００２１】
また、混練機の撹拌羽根を、スクリュー羽根又はパドル羽根とした場合、撹拌羽根のない混練機に比べて、炭材の表面への被覆物の被覆効率を高めることができる。
【００２２】
そして、混練機と混合機の間に造粒機を設けた場合、炭材への被覆物の付着強度を更に向上させることができる。
【００２３】
更に、混合機の上流側に、製造した表面被覆炭材を貯留可能な貯留槽を設けた場合、表面被覆炭材を混合機へ供給する前で、表面被覆炭材を一時的に貯留できる。これにより、例えば、表面被覆炭材を製造する消化機や混練機の操業を停止しなければならない状態が発生しても、貯留槽に貯留された表面被覆炭材を、混合機へ安定供給できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】ＮＯｘ転換率と温度との関係を示すグラフである。
【図２】本発明の一実施の形態に係る炭材の改質処理設備の説明図である。
【図３】第１の変形例に係る炭材の改質処理設備の説明図である。
【図４】第２の変形例に係る炭材の改質処理設備の説明図である。
【図５】第３の変形例に係る炭材の改質処理設備の説明図である。
【図６】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ表面被覆炭材の顕微鏡観察結果を示す写真である。
【図７】被覆物がＮＯｘ転換率に及ぼす影響を示すグラフである。
【図８】燃焼試験における被覆物量とＮＯｘ転換率の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
まず、本発明の炭材の改質処理設備に想到した経緯について説明する。
焼結で生成（発生）するＮＯｘは、炭材中の窒素が酸化したものであり、図１に示されるように、１１００℃以下では、燃焼温度が低下するほど生成量が多くなることが確認されている。この図１の縦軸のＮＯｘ転換率は、式（１）により算出したものである。
｛ＮＯｘ転換率（ｍｏｌ％）｝
＝１００×｛ＮＯｘ発生量（ｍｏｌ）｝／｛炭材中の窒素量（ｍｏｌ）｝    ・・・（１）
従って、ＮＯｘ生成を抑制するためには、炭材を極力、高温燃焼させることが重要である。
【００２６】
前記した特許文献１には、ＣａＯ含有量が５〜５０質量％のＣａＯ−ＦｅｘＯ系複合酸化物を表面に被覆した炭材を用いて、ＣａＯ−ＦｅｘＯ系複合酸化物の触媒作用により、炭材の燃焼時に生成するＮＯｘを還元又は分解し除去することが開示されている。このＣａＯ含有量を５０質量％以下に制限したＣａＯ−ＦｅｘＯ系複合酸化物は融点が低く、１２００℃以上の高温域で溶融するため、これを炭材の表面に被覆することで、ある程度のＮＯｘ低減効果は期待される。
しかしながら、ＣａＯ−ＦｅｘＯ系複合酸化物は、石灰系原料と鉄鉱石を溶融成形して製造されるため、通常の焼結で副原料として使用される石灰系原料に比べて高価である。
【００２７】
そこで、本発明者らは、上記した高価な酸化物を用いることなく、通常の焼結副原料として用いられる石灰系原料を炭材の表面の被覆物（被覆材）として用いることにより、炭材燃焼時のＮＯｘ低減を可能とした。
図２に示すように、本発明の一実施の形態に係る炭材の改質処理設備（以下、単に改質処理設備ともいう）１０は、焼結原料に用いる炭材（例えば、粉コークス）の表面に、石灰系原料由来のＣａを３６質量％以上含有する被覆物を、炭材に対する質量％で２質量％以上３０質量％未満の割合で被覆した表面被覆炭材を製造し、この表面被覆炭材と焼結配合原料を混合機１１で混合して焼結原料にするための設備であり、被覆物を製造する消化機１２と、炭材の表面に被覆物を被覆する混練機１３とを有している。以下、詳しく説明する。
【００２８】
消化機１２は、生石灰（酸化カルシウム：ＣａＯ）に水分を添加して、水和反応による消石灰化（消化）を促進し、消石灰（水酸化カルシウム：Ｃａ（ＯＨ）２）からなる、あるいは消石灰を含む被覆物を製造する装置である。
この消化機１２は、ケーシング１４と、ケーシング１４内部に回転自在に設けられた１軸又は複数軸の撹拌羽根１５と、ケーシング１４内部に水分を添加（散水）する給水管（図示しない）とを有している。なお、この消化機の構成は、ダウミキサー、レディゲミキサー、又はセメントミキサーなどの汎用的な混練機に給水管を設けた構成でもよい。
これにより、ケーシング１４内部に生石灰を装入して、これを撹拌羽根１５で撹拌しながら給水管で散水することで、生石灰を消石灰に消化させることができる。
【００２９】
なお、この消化機１２では、多量の水蒸気と発塵が発生するため、図３に示すように、集塵機１６を設けることが好ましい。
この集塵機１６は、吸引した捕集物（ダスト）に対し散水して捕集物を回収する湿式の集塵機であるが、乾式の集塵機（バグフィルター）にすることもできる。なお、集塵機１６は、この集塵機１６で捕集した捕集物を、再度消化機１２へ供給（循環供給）する構成にしているが、消化機１２へ循環供給することなく、別系統で回収する構成にしてもよい。
捕集物を循環供給することにより、消化機１２で発生した微細な捕集物が、外部へ飛散することを防止できると共に、集塵機１６で回収した捕集物を、消石灰の種結晶として再度利用できる。
【００３０】
図２に示すように、消化機１２の下流側に配置された混練機１３は、被覆物と炭材に水分を添加して混練し、炭材の表面に被覆物を被覆する装置である。
この混練機１３は、炭材表面に被覆物を被覆可能な構成であれば、特に限定されるものではなく、例えば、ダウミキサー、レディゲミキサー、アイリッヒミキサー、又はセメントミキサー等の汎用的混練機を使用できるが、特にダウミキサー（２軸スクリュー型）が好ましい。なお、この混練機１３の撹拌羽根には、１軸又は複数軸（例えば、２軸）のスクリュー羽根、もしくは、１軸又は複数軸（例えば、２軸）の螺旋状に配置したパドル羽根を使用できる。
【００３１】
混練機１３の撹拌羽根の回転数は、５ｒｐｍ（回／分、以下同様）以上８０ｒｐｍ未満であるのがよい。
ここで、撹拌羽根の回転数が５ｒｐｍ未満の場合、回転数が遅過ぎて混練不足が発生し、炭材と被覆物の混合が不十分になる。一方、回転数が８０ｒｐｍ以上の場合、回転数が速過ぎて撹拌羽根のせん断力が高まり、被覆物を炭材表面から剥離する作用が働く。
従って、撹拌羽根の回転数を、５ｒｐｍ以上８０ｒｐｍ未満としたが、下限を１５ｒｐｍ、上限を３０ｒｐｍの範囲内で調整することが好ましい。
【００３２】
上記した混練機１３の下流側には、混合機１１が配置されている。
この混合機１１は、上記した表面被覆炭材の製造に用いられる原料の一部又は全部を除いた焼結鉱の配合原料（即ち、焼結配合原料）と、製造した表面被覆炭材とを混合し造粒する装置であり、例えば、ドラムミキサーやその他の混合機等を使用できる。なお、混合機１１の下流側には、表面被覆炭材を混合機１１内部に装入するコンベア（装入装置）１７が取り付けられ、表面被覆炭材を造粒途中の焼結配合原料に供給できる構成になっている。
一般の焼結機においては、焼結配合原料の混合度を高めるため、２つ以上の混合機を直列もしくは並列、あるいは直列と並列を組み合わせた構成に配置した例が多い。この場合、コンベア１７を最も下流側に位置する混合機に設置し、この混合機に表面被覆炭材を装入して混合処理を行う。
【００３３】
ここで、上記した混練機１３と混合機１１（コンベア１７）の間には、図４、図５に示すように、造粒機１８を設けることもできる。この造粒機１８は、炭材への被覆物の付着強度を向上させる装置であり、例えば、パンペレタイザーやドラムミキサー等の転動造粒機を使用できる。
また、混合機１１の上流側、例えば、図２、図３においては、混練機１３と混合機１１（コンベア１７）の間、また図４、図５においては、造粒機１８と混合機１１（コンベア１７）の間に、貯留槽（図示しない）を設けることもできる。この貯留槽は、消化機１２及び混練機１３、更には造粒機１８で製造した表面被覆炭材を、一時的に貯留可能な槽である。なお、貯留槽は、消化機１２、混練機１３、あるいは造粒機１８がトラブルで停止した際に、安定した成分の原料を焼結機へ供給するためのバッファーでもある。
【００３４】
続いて、上記した炭材の改質処理設備１０を用いた焼結鉱の製造方法（炭材の改質処理方法）について説明する。
本発明では、改質処理設備１０を用いて、焼結で使用する炭材の全部もしくは一部に、石灰系原料由来の被覆物を被覆する処理を行った後、混合機１１を用いて、表面被覆炭材と、それ以外の焼結配合原料とを混合する。そして、この混合原料を焼結機において焼成し、焼結鉱を製造する。
【００３５】
表面被覆炭材は、以下に示す手順で製造する。
図２に示すように、生石灰（ＣａＯ）を貯留ホッパー１９から消化機１２へ供給し、この消化機１２内に水分を供給して、消石灰（Ｃａ（ＯＨ）２）を含む被覆物を製造する。
この生石灰の種類は、特に限定されるものではないが、以下に示す理由から、平均粒度が１０ｍｍ未満であり、かつ活性度が２１０ミリリットル（以下、ｍＬとも記載する）以上のものを使用することが好ましい。なお、活性度とは、４０±１（℃）の水中で、５０ｇの生石灰が１０分で４Ｎ−ＨＣｌを中和し消費する量である。
【００３６】
ここで、生石灰の平均粒度が１０ｍｍ以上の場合、消化するために長時間（例えば、３０分間で消化率５０質量％未満）を要し、被覆に十分な量の消石灰（粒度１０μｍ以下の水和物粒子）が得られない。また、平均粒度が１０ｍｍ未満であっても、低純度の生石灰や硬焼生石灰などで活性度が２１０ｍＬ未満の生石灰については、水和反応性が悪く、消化に長時間を要する。
生石灰については、粒度が小さいほど、また、活性度が高いものほど、水和反応性が高く、短時間での消化が可能であることから、特に粒度の下限ならびに活性度の上限を規定するものではないが、工業的に入手できる生石灰の粒度は０．１ｍｍが下限であり、活性度についても４００ｍＬが上限である。
【００３７】
以上のことから、生石灰の平均粒度を１０ｍｍ未満とし、かつ活性度を２１０ｍＬ以上としたが、平均粒度を５．０ｍｍ以下、活性度を３００ｍＬ以上とすることが好ましい（目標消化率：例えば、３０分間で５０質量％以上）。
なお、生石灰の純度は、高純度であることが好ましいが、例えば、８５質量％以上、好ましくは９０質量％以上、更に好ましくは９３質量％以上とするのがよい。なお、上限は、上記した理由から１００質量％でもよい。
【００３８】
この生石灰を消化機１２で消化して消石灰を製造するに際しては、消化機１２での水分添加量を、生石灰の１．５倍以上２．２倍以下のモル比にすることが好ましい。
ここで、水分添加量が生石灰の１．５倍未満のモル比の場合、水分添加量が少な過ぎるため、生石灰の水和反応時に発生する熱で水分が蒸発し、消石灰にするための水分量と消石灰が保持する水分量が不足する。一方、水分添加量が生石灰の２．２倍を超えるモル比の場合、水分添加量が多過ぎるため、炭材表面から消石灰が流れ落ち易くなる。
従って、消化機１２での水分添加量を、生石灰の１．５倍以上２．２倍以下のモル比としたが、下限を１．６倍、上限を２．０倍とすることが好ましい。
【００３９】
これにより、生石灰の全部又は大部分を消石灰にできる。
なお、製造した消石灰は、粒径が１０μｍ以下を７０質量％以上（１００質量％でもよい）含むものであり、その大部分（例えば、７０質量％以上、好ましくは８０質量％以上）が炭材よりも細かいものである。
以上の方法で製造した消石灰（一部、未消化の生石灰も含む）を混練機１３に供給する。このとき、貯留ホッパー２０から混練機１３に炭材を供給すると共に、混練機１３には水分も添加する。
【００４０】
ここで、炭材には、例えば、コークス（粉コークス）、無煙炭、その他の焼結鉱製造に用いられる燃料を使用できる。
この炭材は、通常、焼結原料として使用している粒径５ｍｍ以下のものでもよいが、その中の粒径０．５ｍｍ未満の微粉炭材の累積質量を２０質量％以下にした粗粒炭材を使用することが好ましく、更には１１．０質量％以下とするのが望ましい。一方、粒径０．５ｍｍ未満の炭材の累計質量の下限値は、上記した理由から特に規定していないが、篩網による篩分け限界を考慮すれば５質量％である。
更に、粒径０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下の炭材の累積質量は、４０質量％以上であることが望ましく、７０質量％以上であることが特に望ましい。
【００４１】
この炭材と前記した消石灰を混練機１３で混練し、炭材の表面に被覆物を被覆するに際しては、混練機１３での水分添加量を、製造する表面被覆炭材の水分量（以下、製品水分量ともいう）が９．５質量％以上１９質量％未満となるように調整することが好ましい。
なお、製品水分量とは、最終的な製品（混合機１１へ装入される前の表面被覆炭材）の水分量であり、石灰系原料及び炭材の含有水分量と、消化、混練、及び造粒時の添加水分量との合計量である水分入量に対して、消化反応で消費される水分量と、蒸発等により消失する水分量を除いた合計量となる。この製品水分量は、乾燥状態の表面被覆炭材（消石灰及び炭材）１００に対する質量％（外掛け）である。
【００４２】
ここで、表面被覆炭材の製品水分量が９．５質量％未満の場合、水分量が少な過ぎて被覆物の炭材への接着強度が弱くなり、被覆物が炭材から容易に剥離するため、ＮＯｘ低減効果が低下する。一方、製品水分量が１９質量％以上の場合、水分量が多過ぎて被覆物同士が塊となり易く、被覆物の炭材への均一な被覆が困難となるため、ＮＯｘ低減効果が低下する。
以上のことから、表面被覆炭材の製品水分量を９．５質量％以上１９質量％未満としたが、下限を１２．０質量％とし、上限を１６．０質量％とすることが好ましい。
【００４３】
なお、上記したように、表面被覆炭材の製品水分量を９．５質量％以上１９質量％未満とした場合、被覆物の層厚（被覆物層厚）が適正厚み、即ち５μｍ以上５００μｍ以下となった表面被覆炭材の歩留を向上できる（６０質量％以上）。
ここで、図６（Ａ）、（Ｂ）に、表面被覆炭材の顕微鏡観察を行った結果の一例を示す。図６（Ａ）は、製品水分量を上記した範囲内に調整した表面被覆炭材であるため、被覆物の層厚が上記した適正厚みになっていることが分かった。一方、図６（Ｂ）は、製品水分量が上記した範囲の上限値を超えたため、被覆物の層厚が上記した適正厚みの上限値を超えた厚みになっていることが分かった。
【００４４】
また、被覆物がＮＯｘ転換率に及ぼす影響を示した結果の一例を図７に示す。
図７に示すように、コークス（炭材）の表面に被覆物を形成しない場合（被覆物なし）、ＮＯｘ転換率は３０ｍｏｌ％程度であったが、コークス表面に被覆物を５００μｍ被覆することで、ＮＯｘ転換率を２８．６ｍｏｌ％以下程度まで低減できることが分かった。
以上のことから、表面被覆炭材の製品水分量を９．５質量％以上１９質量％未満とすることが好ましい。
【００４５】
なお、炭材の表面に被覆物を被覆する際の混練機１３の撹拌羽根の回転数は、前記した理由から、５ｒｐｍ以上８０ｒｐｍ未満であるのがよい。
また、前記した消化機１２の入側から混練機１３の出側までの滞留時間は、２．５分以上３０分未満とすることが好ましい。
ここで、滞留時間が２．５分未満の場合、滞留時間が短過ぎて生石灰の水和反応が不十分となり、消化率が目標値である５０％に到達せず、十分な被覆効果が得られない。一方、滞留時間が長いほど消化率は向上するが、３０分以上で水和反応が飽和状態に達するため、これ以上滞留時間を長くする必要がないことから、上限を３０分未満とした。なお、滞留時間を長くすることは、設備費や運転電力のアップにも直結するため、好ましくない。
【００４６】
従って、消化機１２の入側から混練機１３の出側までの滞留時間を、２．５分以上３０分未満としたが、下限を５分とし、上限を２５分とすることが好ましい。
なお、上記した滞留時間は、消石灰が消化機１２を出てから混練機１３へ入るまでの搬送時間がほとんど無い状態（例えば、１分以下）を考慮して決定している。即ち、上記した滞留時間は、消化機１２と混練機１３の滞留時間の合計である。なお、生石灰の水和反応は、消石灰の搬送時も進行するが、消化機１２や混練機１３で撹拌されている場合と比較して、その進行速度は遅いため、ほとんど無視できると考えられる。
【００４７】
これにより、例えば、粒径０．５ｍｍ未満の微粉炭材を２０質量％以下にした粗粒炭材を核粒子とし、この表面に被覆物が被覆された表面被覆炭材が形成される。
被覆物は、消石灰のみで構成されることが好ましいが、例えば、未消化の生石灰や、石灰乳（消石灰の懸濁液）、微粉砕石灰石等の石灰系原料等のいずれか１種又は２種以上が、更に含まれていてもよい。なお、消石灰は、バインダーとなって、炭材表面に密着した被覆物を形成するため、例えば、焼結配合原料との混合時や、焼結機への原料装入までの搬送過程において、炭材表面の被覆物の脱離を抑制できる。
【００４８】
ここで、被覆物中の消石灰に、生石灰を消化させたものを使用した理由を、以下に示す。
生石灰中の酸化カルシウム（ＣａＯ）は、爆発的な水和反応によって水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）となる。しかし、生成する水酸化カルシウムは溶解度が低いため、一旦水酸化カルシウムの過飽和水溶液の状態を経由して、サブミクロンの結晶として晶出する。このとき、水酸化カルシウムの結晶は、炭材の粒子表面の活性点に選択的に晶出し易い性質があるため、石灰源として固体の消石灰を使用する条件よりも、炭材への被覆効率は向上する。
【００４９】
また、この水酸化カルシウムの生成反応においては、過飽和水溶液からの核化が１つの律速過程であり、水酸化カルシウムの種晶を供給することによって、反応速度を向上させることができる。
従って、図３、図５に示す集塵機１６で回収される集塵ダスト（捕集物）は、そのほとんどが水和反応の終わった水酸化カルシウムの結晶であるので、核化促進の観点から、この集塵ダストを消化機１２に循環使用することが有効と考えられる。これにより、添加水中での集塵ダストが種結晶の役割を果たし、水和反応のネックである水酸化カルシウムの析出が促進される。
【００５０】
上記した被覆物は、石灰系原料由来のＣａを３６質量％以上含有している。
ここで、被覆物のＣａ含有量が３６質量％未満の場合、溶剤量が少な過ぎて、周囲は鉄鉱石濃度が高い状態であるため、炭材表面での溶融反応が遅くなり、炭材の燃焼を促進させる効果が小さくなる。
また、石灰系原料に消石灰のみを用いる場合は、被覆物中の消石灰の含有量を６７質量％以上とすることが望ましく、１００質量％とすることが特に望ましい。更に、石灰系原料として生石灰や、石灰乳、微粉砕石灰石等が含まれている場合は、被覆物中のこれらの含有量を、１００質量％とすることが特に望ましい。
【００５１】
この被覆物は、炭材に対する質量％で２質量％以上３０質量％未満の割合で、炭材に被覆する必要がある。
ここで、被覆物の炭材に対する質量％が２質量％未満の場合、炭材表面全体を包囲する十分な被覆物（被覆層）の形成が難しくなり、炭材表面の一部が露出したり、また被覆物層厚が薄くなり過ぎて、低温域での大気中の酸素の遮断によるＮＯｘ低減効果が得られなくなる。一方、炭材表面の被覆物量が３０質量％以上の場合、被覆物層厚が厚くなり過ぎて粉コークスの燃焼性が悪化し、焼結鉱の強度や焼結成品の歩留りが低下する。
このため、炭材表面の被覆物を、炭材に対する質量％で２質量％以上３０質量％未満としたが、下限を５質量％、また上限を２０質量％とすることが望ましい。
【００５２】
ここで、燃焼試験において、コークス（炭材）に対する被覆物量（＝（被覆物量）／（コークス）×１００）が、ＮＯｘ転換率に及ぼす影響を示した結果を、図８に示す。なお、図８には、被覆物中のＣａ濃度が、ＮＯｘ転換率に及ぼす影響についても示している。
図８から明らかなように、コークスに対する被覆物量を２質量％以上とすることで、被覆物量の増加と共に、ＮＯｘ転換率を低減できることを確認できた。なお、被覆物量が３０質量％以上になっても、ＮＯｘ転換率は低減できているが、上記したように、焼結鉱の強度や焼結成品の歩留りが低下することから好ましくない。
また、被覆物中の石灰系原料由来のＣａ量を、３６質量％から５４質量％（３６質量％以上）へ増やすことで、ＮＯｘ転換率を低減できることも確認できた。
【００５３】
以上の方法で製造した表面被覆炭材を、コンベア１７を介して、造粒途中の焼結配合原料が装入された混合機１１内に供給する。
焼結配合原料を混合し造粒する前に、表面被覆炭材を添加した場合、焼結配合原料の混合時や造粒時に、炭材表面の被覆物が崩壊し剥離してしまう。そこで、この剥離を避けるため、造粒途中（終盤）の焼結配合原料に、表面被覆炭材を供給するのがよい。
なお、炭材表面からの被覆物の剥離を更に抑制するには、表面被覆炭材を造粒後の焼結配合原料に供給することが好ましい。
この表面被覆炭材の供給量は、例えば、焼結機へ装入する全焼結原料の０．５質量％以上４．５質量％以下程度であり、低減するＮＯｘ量に応じて調整することができる。
【００５４】
また、混練機１３で製造した表面被覆炭材は、炭材への被覆物の付着強度を向上させるため、図４、図５に示すように、更に造粒機１８で造粒処理するのがよい。
この造粒機１８では、仕上げの造粒水分を供給する。なお、この水分添加量は、改質処理設備で添加する全水分（即ち、表面被覆炭材を製造するため、消化機１２、混練機１３、及び造粒機１８で添加する全水分）の水分量の５質量％以下の量で調整することが好ましい。
ここで、水分量が５質量％を超える場合、造粒機内で局所的に水分が偏在する箇所ができ、焼結用炭材としては大き過ぎる１０ｍｍ以上の塊が生成し易くなるため、好ましくない。一方、水分量の下限値については、０質量％であっても造粒機による造粒効果は得られるため、特に規定していないが、造粒時の自然蒸発で消失する水分量を補う程度の水分調整（５質量％以下）によって、被覆物の付着性を一段と向上させることができる。
【００５５】
また、造粒機１８の滞留時間は、１分以上１０分未満にすることが好ましい。
ここで、滞留時間が１分未満の場合、０．５ｍｍ以下の細粒粉コークス（炭材）を１ｍｍ以上の粗粒粉コークス（炭材）表面に付着させる造粒作用が不十分となり、被覆物が剥離し易い状態となって、ＮＯｘの低減効果が低下する。一方、滞留時間が１０分以上の場合、上記した細粒粉コークスの造粒処理効果が飽和することから、上限を１０分とした。なお、滞留時間を長くすることは、設備費と運転電力のアップにも直結するため、好ましくない。
従って、造粒機１８の滞留時間を、１分以上１０分未満としたが、下限を３分とし、上限を７分とすることが好ましい。
【００５６】
更に、混練機１３で製造、更には造粒機１８で製造された表面被覆炭材は、混合機１１に供給しているが、混合機１１に供給する前に、貯留槽に供給して貯留することもできる。これにより、例えば、表面被覆炭材を製造する消化機１２や混練機１３の操業を停止しなければならない状態が発生しても、また、低減させるＮＯｘ量に応じて混合機１１に供給する表面被覆炭材量が変動しても、表面被覆炭材を混合機１１へ安定供給できる。
【００５７】
焼結で生成するＮＯｘは、前記したように、炭材の１１００℃以下の低温燃焼で多く生成される。従って、ＮＯｘ生成を抑制するためには、炭材の低温燃焼を抑制し、極力高温燃焼させることが必要である。
上記した表面被覆炭材は、炭材の燃焼初期である低温領域で、炭材表面が被覆物で覆われているため、被覆物内の炭材の燃焼を抑えてＮＯｘの発生を抑制する。
【００５８】
一方、１２００℃以上の高温領域に到達すると、被覆物中の石灰系原料由来のＣａＯは、周囲の鉱石と反応し、低融点のカルシウムフェライトとして溶融し、溶け落ちる。これにより、炭材表面は、被覆物が消失して裸の状態になるが、裸の状態であっても、炭材は１２００℃以上の高温領域で燃焼されるため、ＮＯｘ発生は少なく、しかも活発な燃焼によって生産性を損うこともない。
従って、本発明の炭材の改質処理設備を使用することで、低温領域でのＮＯｘの発生を経済的に抑制できる。
【実施例】
【００５９】
次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
準備した焼結原料は、鉄鉱石、石灰石、生石灰、蛇紋岩、返鉱、及び粉コークス（炭材）である。なお、鉄鉱石は８２．８５質量％、石灰石は１３．１質量％、生石灰は１．００質量％、蛇紋岩は３．０５質量％であり、この合計量（１００）に対して、返鉱を１５．０質量％、粉コークスを４．２質量％、それぞれ添加する構成にしている。
ここで、表面被覆炭材を製造にするに際し、上記した焼結原料中の粉コークス４．２質量％のうち、２．５〜４．２質量％分を使用した。また、炭材の表面に被覆する被覆物中の生石灰については、炭材質量に対する外枠配合（外掛け）で、０又は０を超え５０質量％の範囲で変更した。なお、生石灰以外の被覆物原料として、比較例４では焼結ダストを、実施例２では微粉石灰石を、また実施例２９〜３１では焼結機の環境集塵機で捕捉された焼結ダストを、それぞれ配合した。
【００６０】
この焼結原料を用いて、表面被覆炭材の調製条件が、ＮＯｘの生成に及ぼす影響を調査する焼結鍋試験を行った。
使用した焼結鍋試験装置は、直径３００φ、層高６００ｍｍの鍋形状であり、この鍋に焼結原料を装入して、点火炉で焼結原料中の炭材に９０秒間点火し、焼結試験を行った。このとき、鍋の下方に設置した風箱より、吸引ブロアーで１５ｋＰａの一定負圧で排気を行い、焼結燃焼に伴う排気ガスの成分を分析した。
また、焼結配合原料の混合は、直径１０００ｍｍのドラムミキサーを用いて６分間行った。一方、各種の調整条件で製造した表面被覆炭材は、上記したドラムミキサーでの混合開始から５分４５秒後に、上記した混合後の焼結配合原料に添加し、その混合処理を１５秒間行うこととした。
表面被覆炭材の製造条件を、表１〜表３にそれぞれ示す。また、製造した表面被覆炭材を焼結配合原料に混合した焼結試験における焼結生産率、成品歩留、及びＮＯｘ転換率を、表４に示す。
【００６１】
【表１】
0005454501.tif 000002
【００６２】
【表２】
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【００６３】
【表３】
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【００６４】
【表４】
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【００６５】
比較例１は、炭材の改質処理設備を使用することなく、即ち、表面被覆炭材を製造することなく、造粒した焼結原料を焼結させた結果である。
また、比較例２、３は、被覆物（生石灰）量を適正範囲外（２質量％未満又は３０質量％以上）にした表面被覆炭材を製造し、比較例４は、被覆物中のＣａ量を適正範囲外（３６質量％未満）にした表面被覆炭材を製造し、これらをそれぞれ焼結配合原料と共に混合処理して焼結させた結果である。
一方、実施例１〜３１は、焼結原料の粉コークスの一部を使用し、被覆物量を適正範囲内（２質量％以上３０質量％未満）、かつ被覆物中のＣａ量を適正範囲内（３６質量％以上）にした表面被覆炭材を製造して、これを焼結配合原料と共に混合処理して焼結させた結果である。
【００６６】
表４から明らかなように、表面被覆炭材を使用しなかった比較例１のＮＯｘ転換率は、３１．７ｍｏｌ％（モル％）であり、表面被覆炭材を使用した比較例２〜４と比較して高かった。しかし、比較例２〜４は、被覆物量又はＣａ量が適正範囲外であったため、ＮＯｘ転換率が３０ｍｏｌ％を超えて高かった。
一方、実施例１〜３１は、被覆物量とＣａ量を適正範囲とした条件下で、消化機と混練機を用いて表面被覆炭材を製造し使用したため、ＮＯｘ転換率を３０ｍｏｌ％以下に低減できた。特に、実施例１〜４は、被覆物中のＣａ量を略一定とし、被覆物量を適正範囲内で変動させた結果であるが、被覆物量の増加と共にＮＯｘ転換率を低減させることができた。
【００６７】
実施例５〜１１は、生石灰の種類を変更した結果である。なお、実施例５〜８は、生石灰の平均粒度を変更（徐々に大きく）し、実施例９〜１１は、生石灰の活性度を変更して（徐々に低下させて）いる。
実施例５〜８に示すように、生石灰の平均粒度を小さくすることで、消化機で被覆に十分な量の消石灰が得られ、ＮＯｘ転換率を低減させることができた。また、実施例９〜１１に示すように、生石灰の活性度を高めることで、水和反応性が高くなり、消化機で被覆に十分な量の消石灰が得られたため、ＮＯｘ転換率を低減させることができた。
特に、生石灰の平均粒度を最適範囲内（１０ｍｍ未満）とし、かつ生石灰の活性度を最適範囲内（２１０ｍＬ以上）とすることで、ＮＯｘ転換率を最大２６．０ｍｏｌ％まで低減できた。
【００６８】
実施例１２〜１４は、混練機に１軸すき型の撹拌羽根を備えるレディゲミキサーを使用し、その撹拌羽根の回転数を変更した結果である。実施例１２、１３に示すように、撹拌羽根の回転数を最適範囲内（５ｒｐｍ以上８０ｒｐｍ未満）とすることで、実施例１４のような被覆物が粉コークス表面から剥離する作用を低減でき、ＮＯｘ転換率を低減できた。
また、実施例１５〜１９は、混練機に２軸スクリュー型の撹拌羽根を備えるダウミキサーを使用し、その撹拌羽根の回転数を変更した結果である。実施例１６〜１９に示すように、撹拌羽根の回転数を最適範囲内（５ｒｐｍ以上８０ｒｐｍ未満）とすることで、実施例１５のような回転数の不足に伴う混練不足を抑制でき、ＮＯｘ転換率を低減できた。
なお、実施例２０は、混練機にアイリッヒミキサーを使用した結果であるが、撹拌羽根の回転数を最適範囲内（５ｒｐｍ以上８０ｒｐｍ未満）とすることで、ＮＯｘ転換率を十分に低減できた。
【００６９】
実施例２１は、造粒機を使用しなかった結果である。
造粒機を使用したこと以外、略同一の条件である実施例３と比較して、実施例２１のＮＯｘ転換率は高かった。これは、造粒機を使用しなかったことで、粉コークスへの付着強度が低下し、表面被覆炭材を焼結配合原料と混合する際に、粉コークス表面から被覆物の一部が剥離したことに起因すると考えられる。
実施例２２は、消化機及び混練機での滞留時間を、最適範囲（２．５分以上３０分未満）の下限値未満にした結果である。
滞留時間以外、略同一の条件である実施例３と比較して、実施例２２のＮＯｘ転換率は高かった。これは、滞留時間が短か過ぎたため、生石灰の水和反応が不十分となり、消化率が低くなって、十分な被覆効果が得られなかったことに起因すると考えられる。
【００７０】
実施例２３〜２５は、造粒機を使用し、この造粒機での水分添加量を変更した結果である。
実施例２３、２４に示すように、造粒機での水分添加量を最適範囲内（５質量％以下）とすることで、実施例２５と比較してＮＯｘ転換率を低減できた。これは、実施例２５のように、水分量が多過ぎると、造粒機内で局所的に水分が偏在する箇所ができ、１０ｍｍ以上の塊が生成し易くなったことに起因すると考えられる。
なお、実施例２３のように、造粒機での水分添加量は０質量％でも構わないが、実施例２４と比較して、ＮＯｘ転換率が僅かに上昇した。
【００７１】
実施例２６〜２８は、造粒機を使用し、この造粒機での滞留時間を変更した結果である。
実施例２６〜２８に示すように、造粒機での滞留時間の増加と共に、ＮＯｘ転換率も上昇しているが、その上昇幅が徐々に小さくなった。これは、造粒機による造粒処理効果が、滞留時間の上昇と共に、飽和していくことに起因すると考えられる。
なお、ここでは、造粒機での滞留時間を、最適範囲（１分以上１０分未満）の上限を超える１０分とした場合に、ＮＯｘ転換率を最も低減できたが、設備費と運転電力の上昇を考慮すれば、上記した最適範囲内が好ましい。
【００７２】
実施例２９〜３１は、表面被覆炭材の水分量を変更した結果である。
実施例２９〜３１に示すように、表面被覆炭材の水分量を最適範囲内（９．５質量％以上１９質量％未満）とすることで、ＮＯｘ転換率を２７ｍｏｌ％程度まで、更には２６ｍｏｌ％程度まで低減できた。
【００７３】
以上に示したように、実施例１〜３１では、ＮＯｘ転換率を３０ｍｏｌ％以下（最大で２６ｍｏｌ％程度）に低減できた。このとき、焼結鉱の歩留まり（成品歩留）を７９質量％以上（最大で８３質量％程度）まで向上できると共に、焼結生産率を２９トン／日／ｍ２以上（最大で３２トン／日／ｍ２程度）まで向上できるなど、副次的効果も得られることが判明した。
【００７４】
次に、上記した鍋試験における実施例の効果を、実機の焼結機で確認した。
パレット幅５．５ｍ、ストランド長１２０ｍ、焼結面積６６０ｍ２の焼結機を用い、層厚７３０ｍｍ、吸引負圧１７．９ｋＰａの操業条件において、炭材の一部を粉コークスから表面被覆炭材に振り替え操業評価試験を行った。焼結原料の条件としては、ブレンド鉱石６４.０質量％、石灰石１１．２質量％、生石灰１．２質量％、ドロマイト２．８質量％、及び返鉱２０．８質量％の焼結配合原料をベースに、炭材３．８質量％（外枠配合）中の３．６質量％を、消石灰８質量％（対炭材質量％）の被覆物を被覆した表面被覆炭材に置き換えた。
【００７５】
表面被覆炭材は、図２に示す製造工程で連続して改質処理を行った。
消化機１２及び混練機１３には、いずれも２軸のダウミキサーを用い、消化機１２では３５ｒｐｍ、混練機１３では２０ｒｐｍの回転数でそれぞれ処理を行い、消化機１２で生石灰の１．８倍のモル比の水分を添加した後、混練機１３でも水分を添加して、水分量が１４．２質量％の表面被覆炭材を製造した。なお、消化機１２で発生する集塵ダストは、乾式バグフィルター（図示しない）で集塵し、全量を消化機１２へ循環供給した。また、製造された表面改質炭材（表面被覆炭材）は、直列２系統に配置されたドラムミキサーのうち、後段のドラムミキサー（混合機１１）の出側から３ｍの位置に、投入用ベルトコンベア１７で供給した。
【００７６】
粉コークスを表面被覆炭材へ振り替えたことにより、ＮＯｘ転換率は、３０．７ｍｏｌ％から２８．１ｍｏｌ％へと低減できることが、実機の焼結機で確認された。また、成品歩留が２．０質量％向上すると共に、焼結生産率が約３．１％改善するなど、副次的な操業改善効果も得られることが判明した。
以上のことから、本発明の炭材の改質処理設備を使用することで、低温領域でのＮＯｘの発生を経済的に抑制できることを確認できた。
【００７７】
以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の炭材の改質処理設備を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
また、前記実施の形態においては、表面被覆炭材の被覆物が、消石灰等の石灰系原料を含有する場合について説明したが、これに限定されるものではない。つまり、被覆物が石灰系原料由来のＣａを３６質量％以上含有していれば、石灰系原料以外に、粉鉄鉱石その他の原料が含まれていてもよい。なお、粉鉄鉱石その他の原料には、粉鉄鉱石（製鉄所内の発生ダストも含む）、石灰系原料以外の副原料（珪石、蛇紋岩、かんらん岩等）がある。
【符号の説明】
【００７８】
１０：炭材の改質処理設備、１１：混合機、１２：消化機、１３：混練機、１４：ケーシング、１５：撹拌羽根、１６：集塵機、１７：コンベア、１８：造粒機、１９、２０：貯留ホッパー
【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７】
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【図８】
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【図６】
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