(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼結パレット台車上に、焼結パレット台車の幅方向に等間隔で、その進行方向に平行に立設されたシンターケーキ支持スタンドを複数備えた焼結機を用いる焼結鉱の製造方法（原料充填層上層部を十分に焼成した時点で、原料充填層に供給する酸素含有ガスの質量流量を、該原料充填層上層部を焼成する範囲において供給する酸素含有ガスの質量流量の１．０１〜２．６倍に変更する場合を除く）において、原料充填層の層厚が６５０ｍｍ以上であり、（１）式で算出される被支持シンターケーキ体積Ｖsc（ｍ３）が７５ｍ３以上でかつ前記シンターケーキ支持スタンドの高さと原料充填層の層厚の比Ｈｓ／Ｈが０．８以下となるように前記シンターケーキ支持スタンドの高さ及び／又は前記原料充填層の層厚を選択して焼結鉱を製造することを特徴とする焼結鉱の製造方法。
Ｖsc（ｍ３）＝（２・Ｈ／１０００−Ｈｓ／１０００）／２・（Ｈｓ／Ｈ）・Ａ
…（１）
Ｈ（ｍｍ）：  原料充填層の層厚
Ｈｓ（ｍｍ）：  シンターケーキ支持スタンドの高さ  
Ａ（ｍ２）：  有効焼結面積
【請求項２】
前記Ｈｓ／Ｈのシンターケーキ支持スタンドの高さ（Ｈｓ）が前記焼結パレット台車上の少なくとも二以上のシンターケーキ支持スタンドの高さの平均値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】
前記幅方向に隣接するシンターケーキ支持スタンド間距離が1ｍ以下であり、かつシンターケーキ支持スタンドと焼結パレット台車の側壁との間の距離が１.5ｍ以下であることを特徴とする請求項１又は2に記載の焼結鉱の製造方法。
【請求項４】
前記シンターケーキ支持スタンドの形状が上辺５０ｍｍ〜４００ｍｍ、下辺４００ｍｍ〜８００ｍｍ、厚み３０ｍｍ〜６０ｍｍの台形板であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の焼結鉱の製造方法。
【請求項５】
焼結パレット台車上に、焼結パレット台車の幅方向に等間隔で、その進行方向に平行に立設されたシンターケーキ支持スタンドを複数備えた焼結機において、６５０ｍｍ以上の原料充填層の層厚で焼結鉱を製造するのに用いるシンターケーキ支持スタンドの設計方法（原料充填層上層部を十分に焼成した時点で、原料充填層に供給する酸素含有ガスの質量流量を、該原料充填層上層部を焼成する範囲において供給する酸素含有ガスの質量流量の１．０１〜２．６倍に変更する場合を除く）であって、（１）式で算出される被支持シンターケーキ体積Ｖsc（ｍ３）が７５ｍ３以上でかつ前記シンターケーキ支持スタンドの高さと原料充填層の層厚の比Ｈｓ／Ｈが０．８以下となるように前記シンターケーキ支持スタンドの高さを採用することを特徴とするシンターケーキ支持スタンドの設計方法。
Ｖsc（ｍ３）＝（２・Ｈ／１０００−Ｈｓ／１０００）／２・（Ｈｓ／Ｈ）・Ａ
…（１）
Ｈ（ｍｍ）：  原料充填層の層厚
Ｈｓ（ｍｍ）：  シンターケーキ支持スタンドの高さ  
Ａ（ｍ２）：  有効焼結面積
【請求項６】
焼結パレット台車上に、焼結パレット台車の幅方向に等間隔で、その進行方向に平行に立設されたシンターケーキ支持スタンドを複数備えた焼結機の焼結パレット台車に装填する原料充填層の層厚決定方法（原料充填層上層部を十分に焼成した時点で、原料充填層に供給する酸素含有ガスの質量流量を、該原料充填層上層部を焼成する範囲において供給する酸素含有ガスの質量流量の１．０１〜２．６倍に変更する場合を除く）であって、（１）式で算出される被支持シンターケーキ体積Ｖsc（ｍ３）が７５ｍ３以上かつ前記シンターケーキ支持スタンドの高さと前記原料充填層の層厚の比Ｈｓ／Ｈが０．８以下となるように、６５０ｍｍ以上の前記原料充填層の層厚を決定することを特徴とする原料充填層の層厚決定方法。
Ｖsc（ｍ３）＝（２・Ｈ／１０００−Ｈｓ／１０００）／２・（Ｈｓ／Ｈ）・Ａ
…（１）
Ｈ（ｍｍ）：  原料充填層の層厚
Ｈｓ（ｍｍ）：  シンターケーキ支持スタンドの高さ  
Ａ（ｍ２）：  有効焼結面積
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉用原料となる焼結鉱の製造方法、シンターケーキ支持スタンドの設計方法及び原料充填層の層厚決定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉用原料である焼結鉱を製造する下方吸引式焼結機では、図５に示すように、まず、床敷鉱ホッパー１０１から床敷鉱を、焼結パレット台車１０３の底面のグレートバー上に装入し、３０ｍｍ程度の厚みの床敷層１０２を形成する。次いで、主原料の粉状鉄鉱石等の鉄含有原料、石灰石等の副原料、粉コークス等の燃料からなる焼結原料１０４をサージホッパー１０５に搬送して貯蔵した後、ドラムフィーダーから切り出し、シュート１０６を介して焼結パレット台車１０３の床敷鉱１０２の上に装入して原料充填層１０７を形成する。次いで、原料充填層１０７の上面表層中の粉コークスに点火炉１０８で点火したのち、吸引負圧をかけて空気を下方に吸引しながら焼結パレット台車１０３を排鉱部まで順次水平移動し、その間に原料充填層１０７中の粉コークスを燃焼させ、この燃焼熱で上層から下層にかけて順次原料を焼結して焼結鉱を製造する。
【０００３】
原料充填層１０７の上層から下層に向かって焼結が進行する焼結過程において、先ず上層に焼結が完了した焼結完了層（以下、「シンターケーキ」という）が形成される。このシンターケーキの直下の原料充填層には燃焼・焼結進行中の燃焼溶融帯が形成され、その下層には未焼結の原料充填層が存在しているが、この燃焼溶融帯および原料充填層はシンターケーキの荷重を受けて圧縮され、高嵩密度化する。このため、シンターケーキの下方の燃焼溶融帯を含む原料充填層内の通気が低下し、また通気が不均一化する。そして、これは原料充填層中の炭材の燃焼速度の低下や燃焼むらにつながり、結果として焼結速度の低下、焼結成品歩留りの低下から、焼結鉱の生産率が低下してしまうという問題がある。
【０００４】
ここで、生産率とは、５ｍｍ以上の成品焼結鉱を焼結機の有効面積および焼結時間で除した値を意味する。
すなわち、得られたシンターケーキは、排鉱部で排出され、１次クラッシャーで粗破砕した後、クーラーで冷却され、この冷却された焼結鉱は、複数の篩、２次クラッシャー等で構成される破砕・整粒篩分け処理を経て、５ｍｍ以上の塊成化物が成品焼結鉱として高炉へ供給され、５ｍｍ未満の焼結鉱は返鉱として焼結原料に配合し再度焼結機に装入されるが、５ｍｍ以上の塊成化物の質量すなわち、高炉へ供給される成品焼結鉱を焼結機の有効面積および焼結時間で除した値が生産率である。
【０００５】
原料充填層の層厚の生産率への影響について説明する。
下方吸引式の焼結の原理は、点火炉で原料充填層の表層部分の炭材を着火し、下方吸引により炭材を順次燃焼させて熱伝達を下方に行うものである。
この原理上、原料充填層の上層部分はまだ燃料の燃焼による予熱効果が小さく、かつ通気抵抗の高い燃焼溶融帯の厚みが薄いために原料充填層全体の通気抵抗も小さい。そのため、原料充填層の上層部分は温度が低く、かつ炭材の燃焼が過剰に早く進んでしまう結果、燃焼溶融反応（焼結化反応）が不十分となり、焼結したシンターケーキの強度が低い脆弱層（以下「上層脆弱層」という）が形成される。シンターケーキにはこの上層脆弱層が必ず存在する。強度が低い上層脆弱層は破砕工程において５ｍｍ未満に破砕される量（返鉱として再度焼結機に装入される量）が多くなるので、上層脆弱層が厚いシンターケーキほど、生産率が下がることになる。低層厚の方が高層厚の場合より相対的に上層脆弱層の割合が大きくなるので、上層脆弱層の割合の観点からは、高層厚ほど生産率の向上において好ましい。
これに対して、上層脆弱層より下の層の通気抵抗の観点からは、高層厚になるほど通気抵抗が大きくなり、ガス流れと焼成が不均一化して歩留がむしろ低下する。
従って、上層脆弱層の割合の観点及び上層脆弱層より下の層の通気抵抗の観点から、生産率を最大にする最適な層厚が存在する。
【０００６】
ところで、このようなシンターケーキの下方の燃焼溶融帯および原料充填層にかかるシンターケーキ荷重の軽減を図る方法として、図６に示すように、焼結パレット台車１０３上にシンターケーキを支持するスタンド１０９（以下、「シンターケーキ支持スタンド」という）を立設して焼結を行うスタンド支持焼結法が発明された（例えば、特許文献１、２）。
【０００７】
このスタンド支持焼結法では、原料充填層の上層から焼結が進行してシンターケーキの厚みが増していき、シンターケーキがシンターケーキ支持スタンド頂部の高さ位置に達する厚みになると、シンターケーキはシンターケーキ支持スタンド頂部で支えられ、その下の層にかかるシンターケーキ荷重が軽減され、通気が改善されて、格段に生産率が向上する（以下、かかる効果を「スタンド支持効果」という）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平２−２９３５８６号公報
【特許文献２】特開平４−１６８２３４号公報
【特許文献３】特許第２７１５２１８号公報
【特許文献４】特許第３２９２７９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このスタンド支持効果はシンターケーキ支持スタンドの高さ、頂部支持面の面積や形状等の要素によって決まるが、支持されるシンターケーキに亀裂や割れが入らない条件下では、「高さ」が最も生産率に影響する。シンターケーキ支持スタンドの高さの設定に関連してこれまでに多くの技術が報告されている。
【００１０】
例えば、特許文献３には「焼結用パレットのグレート上に、高さをパレット内原料充填層厚さの５０％以上７５％以下としたシンターケーキ支持部材を、パレットの進行方向に平行に原料充填層に埋設するように垂設したことを特徴とする焼結用パレット」が開示されている。
【００１１】
また、特許文献４には「下方吸引式焼結機の焼結パレット上に取付部を介して配置するシンターケーキ支持スタンドにおいて、高さが焼結原料層の厚さの３０〜７０％で、パレット進行方向断面の下辺に対する上辺長さが３０〜７０％である正台形状の板からなり、かつ、取付部の幅がスタンド高さの１／２から１／３であることを特徴とするシンターケーキ支持スタンド」が開示されている。
【００１２】
特許文献３及び４に開示されたシンターケーキ支持スタンドの高さは、原料充填層の層厚との比で規定されており、その層厚は６００ｍｍ程度と想定されている。しかしながら、シンターケーキ支持スタンドはシンターケーキの荷重を直接支持する作用を有するので、支持する荷重の大きさによってそのスタンド支持効果は異なると考えられる。
【００１３】
図７を用いてこれについて説明する。
図７は、層厚が３００ｍｍのとき(図７（ａ））と層厚が８００ｍｍのとき（図７（ｂ））に、それぞれスタンドと層厚の比が０．７５となる高さのスタンドを設置した場合の、ストランド方向でのシンターケーキ支持スタンドによる荷重支持の状況を示す図である。右側に位置する図はスタンド位置での垂直断面図である。
符号１０１、１１１は被支持シンターケーキ（シンターケーキのうち、シンターケーキ支持スタンドによって支持されている部分）を、符号１０２、１１２は燃焼溶融帯を、符号１０３、１１３はシンターケーキ支持スタンドを示す。
シンターケーキ支持スタンドの位置は、ストランド方向においてシンターケーキ支持スタンドによってシンターケーキの支持が開始された位置を示している。
【００１４】
図７から明らかなように、シンターケーキ支持スタンドがシンターケーキの支持を開始するストランド方向の位置は同一であるが、支持開始から排鉱までに支持される荷重の大きさは層厚８００ｍｍの方が大きい。
すなわち、同一のＨｓ／Ｈ（シンターケーキ支持スタンドの高さ（Ｈｓ）と原料充填層の層厚（Ｈ）の比）であっても、シンターケーキ支持スタンドによって支持されるシンターケーキの形態や荷重が異なるので、生産率が最大となるシンターケーキ支持スタンド高さと原料充填層の層厚は、それらの高さ比だけでは決まらない。
ここで、シンターケーキ支持スタンドがない焼結機ではその荷重が全て燃焼溶融帯にかかるので、高層厚では低層厚のときに比べて中下層の通気悪化が大きく、通常操業で高層厚時に生産率が低下する要因になっている。
【００１５】
生産率は燃焼溶融帯の通気性に大きく依存するが、この通気性は燃焼溶融帯にかかるシンターケーキの荷重に依存するので、結局、生産率はシンターケーキの荷重に大きく依存する。また、シンターケーキの荷重は原料充填層の層厚に依存する。さらにシンターケーキの荷重はシンターケーキ支持スタンドによって軽減され、その軽減の程度はシンターケーキ支持スタンドの高さに依存する。また、シンターケーキの荷重はその体積に比例する
生産率は、被支持シンターケーキ体積と、シンターケーキ支持スタンドの高さと、原料充填層の層厚とに大きく依存する。
また、シンターケーキの体積は焼結機のサイズにも依存する。
【００１６】
しかしながら、従来、シンターケーキ支持スタンドに支持されるシンターケーキの荷重を考慮しつつ、様々なサイズの焼結機において、高い生産率を得るためのシンターケーキ支持スタンドの高さと原料充填層の層厚の条件を推定する方法はなかった。また、様々な高さのシンターケーキ支持スタンドについて、高い生産率を得るための原料充填層の層厚の条件を推定する方法はなかった。同様に、様々な層厚の原料充填層について、高い生産率を得るためのシンターケーキ支持スタンドの高さの条件を推定する方法はなかった。
従って、シンターケーキ荷重条件や原料充填層の層厚条件を変えて操業する場合に、シンターケーキ荷重条件や原料充填層の層厚条件に対して生産率を最大にするシンターケーキ支持スタンドの高さ条件や原料充填層の層厚条件を推定できなかった。
特に、近年、焼結機は増産に対応するために大型化、高層厚化が指向され、７００ｍｍ超の高層厚操業も報告されているが、この大型化、高層厚化に伴う条件の変更に対して生産率を最大にするシンターケーキ支持スタンドの高さ条件や原料充填層の層厚条件を推定できなかった。
また、新しい焼結機を導入する際に、操業に用いる予定の原料充填層の層厚に最適なシンターケーキ支持スタンドの高さを推定することができなかった。
【００１７】
また、シンターケーキ支持スタンドの高さは使用とともに熱負荷あるいは排鉱時の摩擦によって摩耗し、高さが減少するのが一般的である。
かかる場合に、シンターケーキの荷重を考慮しつつ、その焼結機のサイズにおいて、高い生産率を得るために、減少した高さのシンターケーキ支持スタンドに最適な原料充填層の層厚を推定する方法はなかった。
【００１８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、シンターケーキ支持スタンドに支持されるシンターケーキの荷重を考慮しつつ、様々なサイズの焼結機において、高い生産率を得るためのシンターケーキ支持スタンドの高さと原料充填層の層厚とを選択して、高生産率で焼結鉱を製造できる焼結鉱の製造方法を提供することを目的とする。
【００１９】
また、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、シンターケーキ支持スタンドに支持されるシンターケーキの荷重を考慮しつつ、高層厚の原料充填層で焼結鉱を製造する際に、その層厚に対して高生産率で焼結鉱を製造するのに適したシンターケーキ支持スタンドの高さを採用することができるシンターケーキ支持スタンドの設計方法を提供することを目的とする。
【００２０】
また、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、シンターケーキ支持スタンドに支持されるシンターケーキの荷重を考慮しつつ、所定の高さを有するシンターケーキ支持スタンドを備えた焼結機において、その高さのシンターケーキ支持スタンドに対して高生産率で焼結鉱を製造するのに適した原料充填層の層厚を決定することができる原料充填層の層厚決定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】
【００２１】
上記課題を解決するための本発明の要旨は、以下の通りである。
（１）焼結パレット台車上に、焼結パレット台車の幅方向に等間隔で、その進行方向に平行に立設されたシンターケーキ支持スタンドを複数備えた焼結機を用いる焼結鉱の製造方法（原料充填層上層部を十分に焼成した時点で、原料充填層に供給する酸素含有ガスの質量流量を、該原料充填層上層部を焼成する範囲において供給する酸素含有ガスの質量流量の１．０１〜２．６倍に変更する場合を除く）において、原料充填層の層厚が６５０ｍｍ以上であり、（１）式で算出される被支持シンターケーキ体積Ｖsc（ｍ3）が７５ｍ３以上でかつ前記シンターケーキ支持スタンドの高さと原料充填層の層厚の比Ｈｓ／Ｈが０．８以下となるように前記シンターケーキ支持スタンドの高さ及び／又は前記原料充填層の層厚を選択して焼結鉱を製造することを特徴とする焼結鉱の製造方法。
Ｖsc（ｍ3）＝（２・Ｈ／１０００−Ｈｓ／１０００）／２・（Ｈｓ／Ｈ）・Ａ
…（１）
Ｈ（ｍｍ）：  原料充填層の層厚
Ｈｓ（ｍｍ）：  シンターケーキ支持スタンドの高さ  
Ａ（ｍ２）：  有効焼結面積
（２）前記Ｈｓ／Ｈのシンターケーキ支持スタンドの高さ（Ｈｓ）が前記焼結パレット台車上の少なくとも二以上のシンターケーキ支持スタンドの高さの平均値であることを特徴とする前項（１）に記載の焼結鉱の製造方法。
（３）前記幅方向に隣接するシンターケーキ支持スタンド間距離が1ｍ以下であり、かつシンターケーキ支持スタンドと焼結パレット台車の側壁との間の距離が１.5ｍ以下であることを特徴とする前項（１）又は（２）に記載の焼結鉱の製造方法。
（４）前記シンターケーキ支持スタンドの形状が上辺５０ｍｍ〜４００ｍｍ、下辺４００ｍｍ〜８００ｍｍ、厚み３０ｍｍ〜６０ｍｍの台形板であることを特徴とする前項（１）〜（３）のいずれか一項に記載の焼結鉱の製造方法。
（５）焼結パレット台車上に、焼結パレット台車の幅方向に等間隔で、その進行方向に平行に立設されたシンターケーキ支持スタンドを複数備えた焼結機において、６５０ｍｍ以上の原料充填層の層厚で焼結鉱を製造するのに用いるシンターケーキ支持スタンドの設計方法（原料充填層上層部を十分に焼成した時点で、原料充填層に供給する酸素含有ガスの質量流量を、該原料充填層上層部を焼成する範囲において供給する酸素含有ガスの質量流量の１．０１〜２．６倍に変更する場合を除く）であって、（１）式で算出される被支持シンターケーキ体積Ｖsc（ｍ3）が７５ｍ３以上でかつシンターケーキ支持スタンドの高さと原料充填層の層厚の比Ｈｓ／Ｈが０．８以下となるようにシンターケーキ支持スタンドの高さを採用することを特徴とするシンターケーキ支持スタンドの設計方法。
Ｖsc（ｍ3）＝（２・Ｈ／１０００−Ｈｓ／１０００）／２・（Ｈｓ／Ｈ）・Ａ
…（１）
Ｈ（ｍｍ）：  原料充填層の層厚
Ｈｓ（ｍｍ）：  シンターケーキ支持スタンドの高さ  
Ａ（ｍ２）：  有効焼結面積
（６）焼結パレット台車上に、焼結パレット台車の幅方向に等間隔で、その進行方向に平行に立設されたシンターケーキ支持スタンドを複数備えた焼結機の焼結パレット台車に装填する原料充填層の層厚決定方法（原料充填層上層部を十分に焼成した時点で、原料充填層に供給する酸素含有ガスの質量流量を、該原料充填層上層部を焼成する範囲において供給する酸素含有ガスの質量流量の１．０１〜２．６倍に変更する場合を除く）であって、（１）式で算出される被支持シンターケーキ体積Ｖsc（ｍ3）が７５ｍ３以上かつ前記シンターケーキ支持スタンドの高さと前記原料充填層の層厚の比Ｈｓ／Ｈが０．８以下となるように、６５０ｍｍ以上の原料充填層の層厚を決定することを特徴とする原料充填層の層厚決定方法。
Ｖsc（ｍ3）＝（２・Ｈ／１０００−Ｈｓ／１０００）／２・（Ｈｓ／Ｈ）・Ａ
…（１）
Ｈ（ｍｍ）：  原料充填層の層厚
Ｈｓ（ｍｍ）：  シンターケーキ支持スタンドの高さ
Ａ（ｍ２）：  有効焼結面積
【発明の効果】
【００２２】
本発明の焼結鉱の製造方法によれば、原料充填層の層厚が６５０ｍｍ以上であり、所定の式から算出された被支持シンターケーキ体積Ｖsc（ｍ3）が７５ｍ３以上でかつ前記シンターケーキ支持スタンドの高さと原料充填層の層厚の比Ｈｓ／Ｈが０．８以下となるようにシンターケーキ支持スタンドの高さ及び／又は原料充填層の層厚を選択して焼結鉱を製造する構成を採用したので、焼成時の原料充填層の通気性を最適にできるので、シンターケーキ支持スタンドに支持されるシンターケーキの荷重を考慮しつつ、様々なサイズの焼結機において、高い生産率で焼結鉱を製造することができるという効果を奏する。
ここで、「シンターケーキ支持スタンドの高さ及び／又は原料充填層の層厚」であるから、所定のシンターケーキ支持スタンドの高さに対して、上記条件を満たすように原料充填層の層厚を決定してもよいし、また、所定の原料充填層の層厚に対して、上記条件を満たすようにシンターケーキ支持スタンドの高さを決定してもよいし、さらにまた、上記条件を満たすようにシンターケーキ支持スタンドの高さと原料充填層の層厚とを決定してもよい。
【００２３】
本発明の焼結鉱の製造方法によれば、Ｈｓ／Ｈのシンターケーキ支持スタンドの高さ（Ｈｓ）を焼結パレット台車上の少なくとも二以上のシンターケーキ支持スタンドの高さの平均値とする構成を採用することにより、さらに、原料充填層内の通気性のバラツキが抑制され、品質のバラツキが抑制された焼結鉱を製造することができるという効果を奏する。
【００２４】
本発明の焼結鉱の製造方法によれば、幅方向に隣接するシンターケーキ支持スタンド間距離が１ｍ以下、かつシンターケーキ支持スタンドと焼結パレット台車の側壁との間の距離が１.５ｍ以下である構成を採用することにより、さらに、シンターケーキの亀裂や割れを防止でき、高い生産率で焼結鉱を製造することができるという効果を奏する。
【００２５】
本発明の焼結鉱の製造方法によれば、シンターケーキ支持スタンドの形状が上辺５０ｍｍ〜４００ｍｍ、下辺４００ｍｍ〜８００ｍｍ、厚み３０ｍｍ〜６０ｍｍの台形板である構成を採用することにより、さらに、従来と比較してスタンド寿命が延長され、設備費が低減できると共に、焼結機のスタンド入替休止が削減できるため稼働率が向上するという効果を奏する。
【００２６】
本発明のシンターケーキ支持スタンドの設計方法によれば、所定の式から算出される被支持シンターケーキ体積Ｖsc（ｍ3）が７５ｍ３以上でかつシンターケーキ支持スタンドの高さと原料充填層の層厚の比Ｈｓ／Ｈが０．８以下となるようにシンターケーキ支持スタンドの高さを採用する構成にしたので、焼成時の原料充填層の通気性を最適にでき、シンターケーキ支持スタンドに支持されるシンターケーキの荷重を考慮しつつ、様々なサイズの焼結機において、高い生産率で焼結鉱を製造することができるという効果を奏する。
【００２７】
本発明の原料充填層の層厚決定方法によれば、所定の式から算出される被支持シンターケーキ体積Ｖsc（ｍ3）が７５ｍ３以上でかつシンターケーキ支持スタンドの高さと原料充填層の層厚の比Ｈｓ／Ｈが０．８以下となるように、６５０ｍｍ以上の原料充填層の層厚を決定する構成を採用したので、焼成時の原料充填層の通気性を最適にでき、シンターケーキ支持スタンドに支持されるシンターケーキの荷重を考慮しつつ、様々なサイズの焼結機において、高い生産率で焼結鉱を製造することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】焼結パレット台車上に設置されたシンターケーキ支持スタンドによるシンターケーキ荷重の支持範囲を摸式的に示した斜視図である。
【図２】式で算出されたシンターケーキ支持スタンドの高さと原料充填層の層厚の比に対する被支持シンターケーキ体積の変化を示すグラフである。
【図３】図２の各層厚の条件で焼結鉱を製造したときの生産率の増産効果を示すグラフである。
【図４】焼結パレット台車の模式図である。
【図５】下方吸引式焼結機の概略断面図である。
【図６】シンターケーキ支持スタンドを備えた焼結パレット台車の概略斜視図である。
【図７】ストランド方向でのシンターケーキ支持スタンドによる荷重支持の状態を示した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明を適用した一実施形態である焼結鉱の製造方法、シンターケーキ支持スタンドの設計方法及び原料充填層の層厚決定方法について詳細に説明する。
【００３０】
図１は、焼結パレット台車上に設置されたシンターケーキ支持スタンドによるシンターケーキ荷重の支持範囲を摸式的に示した図である。
焼結過程において、原料充填層は、上層に焼結が完了した焼結完了層（シンターケーキ）Ａ、その下に燃焼進行中の燃焼溶融層Ｂ、その下に未だ燃焼が始まっていない層Ｃ及び床敷層Ｄからなる状態となっており、シンターケーキＡはシンターケーキ支持スタンドＥによって支持されている。
符号Ｌは機長、符号Ｗは機幅、符号Ｈは原料充填層の層厚、符号Ｈｓはシンターケーキ支持スタンドの高さ、符号Ｘはスタンド支持開始位置、符号Ａは有効焼結面積、符号Ｖscは被支持シンターケーキ体積を示す。
【００３１】
シンターケーキＡのうち、被支持シンターケーキ体積（Ｖsc）の部分がシンターケーキ支持スタンドによって実際に支持される部分である。支持されるシンターケーキの荷重は被支持シンターケーキ体積（Ｖsc）に比例する。従って、本発明に係る焼結鉱の製造方法において、被支持シンターケーキ体積（Ｖsc）は、シンターケーキ支持スタンドの高さと原料充填層の層厚の条件を決める上で、最も重要なパラメータである。なぜなら、Ｖscが大きいほど、スタンドに支持される荷重が大きいことを示すからである。被支持シンターケーキ体積Ｖsc（ｍ3）は図１から（１）式によって算出される：
Ｖsc（ｍ3）＝（２・Ｈ／１０００−Ｈｓ／１０００）／２・（Ｈｓ／Ｈ）・Ａ
…（１）
Ｈ（ｍｍ）：  原料充填層の層厚
Ｈｓ（ｍｍ）：  シンターケーキ支持スタンドの高さ  
Ａ（ｍ２）：  有効焼結面積
【００３２】
なお、（１）式の導出に際しては以下の仮定をおいた。
（i）赤熱帯後面を1100℃とし、直線的に下方に進行する。
（ii）赤熱帯後面がスタンド頂部に到達後から効果を発揮する。
（iii）スタンドは支持開始後、それ以下で生成するシンターケーキも支持する。
（１）式から、被支持シンターケーキ体積Ｖsc（ｍ3）はシンターケーキ支持スタンドの高さと原料充填層の層厚以外に、焼結機の大きさ（有効焼結面積）によっても変化することが分かる。
【００３３】
本発明に係る焼結鉱の製造方法は、原料充填層の層厚を６５０ｍｍ以上とし、上記式（１）から得られた被支持シンターケーキ体積Ｖsc（ｍ3）が７５ｍ３以上でかつシンターケーキ支持スタンドの高さと原料充填層の層厚の比Ｈｓ／Ｈが０．８以下となるように、シンターケーキ支持スタンドの高さ及び／又は原料充填層の層厚を選択して焼結鉱を製造することによって実施することができる。
【００３４】
また、本発明に係るシンターケーキ支持スタンドの設計方法は、上記式（１）から得られた被支持シンターケーキ体積Ｖsc（ｍ3）が７５ｍ３以上でかつシンターケーキ支持スタンドの高さと原料充填層の層厚の比Ｈｓ／Ｈが０．８以下となるように、シンターケーキ支持スタンドの高さを採用することによって実施することができる。
【００３５】
さらに、本発明に係る原料充填層の層厚決定方法は、上記式（１）から得られた被支持シンターケーキ体積Ｖsc（ｍ3）が７５ｍ３以上でかつシンターケーキ支持スタンドの高さと原料充填層の層厚の比Ｈｓ／Ｈが０．８以下となるように、６５０ｍｍ以上の原料充填層の層厚を決定することによって実施することができる。
【００３６】
図２に、有効焼結面積を４５０ｍ２の焼結機を用いた場合において、原料充填層の層厚が６００ｍｍ、６５０ｍｍ、７００ｍｍ、８００ｍｍ、９００ｍｍのそれぞれのときの（1）式によって算出されたシンターケーキ支持スタンドの高さと原料充填層の層厚の比（以下「スタンド高さと層厚比」という）に対する被支持シンターケーキ体積Ｖsc（ｍ３）の変化を示す。
被支持シンターケーキ体積Ｖsc（ｍ３）は、スタンド高さと層厚比Ｈｓ／Ｈが高いほど、また、原料供給層の層厚が高いほど高いことがわかった。
【００３７】
図２において、被支持シンターケーキ体積７５ｍ３を点線で示したが、原料充填層の層厚のグラフと交差する点の横軸の値が被支持シンターケーキ体積７５ｍ３のときのスタンド高さと層厚比Ｈｓ／Ｈの値である。
具体的には、６００ｍｍ、６５０ｍｍ、７００ｍｍ、８００ｍｍ、９００ｍｍのそれぞれに対して、０．３２、０．３、０．２８、０．２３、０．２である。
【実施例】
【００３８】
図３は、図２の各層厚のグラフにおいて記号で示した各位置における条件で実際に焼結鉱を製造したときの生産率（ｔ／ｄ／ｍ２）の、シンターケーキ支持スタンドを用いない場合を基準にした増産効果を示すグラフである。
【００３９】
焼結機としては有効焼結面積４５０ｍ２のものを用い、種々のスタンド高さ（Ｈｓ＝１８０〜７２０ｍｍ）、種々の層厚（６００〜９００ｍｍ）での焼結鉱の製造を行い、その評価を行った。
【００４０】
図４に、焼結パレット台車の模式図を示す。
焼結パレット台車３としては、機長Ｌ０が１５００ｍｍ、機幅Ｗ０が５５００ｍｍのものを用いた。
また、焼結パレット台車３上には、パレット台車の進行方向に平行に配置する多数のグレートバー（３ａ）群に、パレット台車の幅方向にシンターケーキ支持スタンド４を４本づつ設置した。パレット台車の幅方向に隣接するシンターケーキ支持スタンド間距離ｄ１は、パレット台車の幅方向において第１−第２スタンド間、および、第３−第４スタンド間のそれぞれの距離を１０００ｍｍとし、第２−第３スタンド間の距離も１０００ｍｍとした。また、シンターケーキ支持スタンドと焼結パレット台車の側壁との間の距離ｄ２は、それぞれ１２５０ｍｍとした。
【００４１】
点火炉内フレームと原料充填層の表層の距離が２５０ｍｍとなるように層厚の増減に合わせて点火炉高さを変更した。
なお、シンターケーキ支持スタンドを用いなかった場合の本焼結機の生産率は原料充填層の層厚が６００ｍｍのときに最も高く、その到達レベルは約３０ｔ/ｄ/ｍ２であった。シンターケーキ支持スタンドを用いなかった場合、それ以上の層厚では生産率は低下した。これは通気抵抗が高くなり、むら焼けが発生したことによる、
また、焼結鉱成品の品質は冷間強度ＴＩ（ISO 3271）で測定し、管理基準である７７％を下回った時は生産率を下げて調整した。すなわち、本試験結果の生産率は品質を維持した場合の生産率を示している。
【００４２】
層厚６００ｍｍでは、Ｈｓ／Ｈが０．３のときはほとんど増産効果が見られなかった。Ｈｓ／Ｈをさらに大きくしていくと０．７５程度までの範囲で増産効果が認められ、Ｈｓ／Ｈが０．７０付近で最大となったが、その増産効果は3％以下と小さかった。
これは、原料充填層の層厚が十分高くなく、被支持シンターケーキ体積が小さいためである。
【００４３】
一方、層厚が６５０ｍｍ以上の条件では、より広いＨｓ／Ｈ範囲で増産効果が認められた。
具体的には、層厚６５０ｍｍでは、Ｈｓ／Ｈが０．２のときはほとんど増産効果が見られなかったが、Ｈｓ／Ｈが０．３のとき（被支持シンターケーキ体積７５ｍ３に対応）に１％程度、さらにＨｓ／Ｈが０．６付近で最大の６％程度となり、Ｈｓ／Ｈが０．８のときまで増産効果が見られた。
層厚７００ｍｍでは、Ｈｓ／Ｈが０．２のときはほとんど増産効果が見られなかったが、Ｈｓ／Ｈが０．３のとき（被支持シンターケーキ体積７５ｍ３に対応）に１．５％程度、さらにＨｓ／Ｈが０．５５付近で最大の８％程度となり、Ｈｓ／Ｈが０．８のときまで増産効果が見られた。
層厚８００ｍｍでは、Ｈｓ／Ｈが０．２のときはほとんど増産効果が見られなかったが、Ｈｓ／Ｈが０．３のとき（被支持シンターケーキ体積７５ｍ３に対応）に２．５％程度、さらにＨｓ／Ｈが０．５付近で最大の１１％程度となり、Ｈｓ／Ｈが０．８のときまで増産効果が見られた。
層厚９００ｍｍでは、Ｈｓ／Ｈが０．２のときはほとんど増産効果が見られなかったが、Ｈｓ／Ｈが０．３のとき（被支持シンターケーキ体積７５ｍ３に対応）に１２％以上、さらにＨｓ／Ｈが０．４５付近で最大の１３％程度となり、Ｈｓ／Ｈが０．８のときまで増産効果が見られた。
【００４４】
低いＨｓ／Ｈでも増産効果が認められたのは、図２から高層厚ほど同一のＨｓ／Ｈの値に対して被支持シンターケーキ体積が大きくなるためである。
被支持シンターケーキ体積が７５ｍ３以上あれば、低Ｈｓ／Ｈでも増産効果が得られることが分かった。  
【００４５】
さらに高いＨｓ／Ｈでも増産効果が認められ、６５０ｍｍ以上の高層厚条件でのＨｓ／Ｈの上限は０．８であった。
これは、高層厚化で上層部位が強固となり、亀裂発生が抑制されるとともに、そもそも上層部の脆弱層比率が相対的に小さくなったため、スタンドによる上層の通気過剰の悪影響が緩和されたためであると考えられる。
【００４６】
以上から、６５０ｍｍ以上の高層厚条件では、被支持シンターケーキ体積が７５ｍ３以上あり、かつ、Ｈｓ／Ｈが０．８以下のときに増産効果が表れ、しかもその効果は６５０ｍｍ以下の低層厚条件に比べて大きかった。
【００４７】
生産率の決定因子を理論的に考察することにより、以上の結果を解釈することができる。生産率の決定因子としては、シンターケーキ支持スタンドを装着した焼結機を用いた焼結鉱の製造における生産率は実質的に以下の２つの要素が挙げられる。
【００４８】
1つは被支持シンターケーキ体積Ｖscであり、被支持シンターケーキ体積Ｖscは（１)式のように層厚とスタンド高さと有効焼結面積とで決まる。Ｖscが大きいほど、シンターケーキのうちスタンド支持効果を受けて通気性が良好な状態で焼結が完了した部分が増加するので、生産率が向上すると考えられる。逆に、有効焼結面積が小さかったり、または原料充填層の層厚が低い等の理由で、Ｖscがある値以下の条件ではそもそも、シンターケーキ荷重による燃焼溶融帯の気孔閉塞の悪影響が小さいので、スタンド支持効果が最大限発揮されたとしても生産率向上は相対的に小さくなる。
【００４９】
もう1つはシンターケーキ支持スタンドの高さと原料充填層の層厚の比Ｈｓ／Ｈであり、これはスタンド支持がどのタイミング（どの位置）で開始するかを示すものである。Ｈｓ／Ｈが低すぎると、シンターケーキ支持スタンドがシンターケーキ荷重を支持する領域が小さくなり、スタンド支持効果の発現がストランドの後半部分に限定される。
一方、Ｈｓ／Ｈが高いとより焼成の初期からシンターケーキの支持を開始することになり、シンターケーキ支持スタンドがシンターケーキ荷重を支持する領域は大きくなるが、極端にＨｓ／Ｈが高すぎると、ストランドの前半部分の通気性までも過剰に改善してしまう。この場合、上層のシンターケーキは脆弱であり、スタンドによる線支持に耐えられず、シンターケーキに亀裂が発生することがある。亀裂が発生すると、亀裂部位に優先的にガス流れが起こるので、下層の焼成が不均一となる（いわゆるむら焼け）を助長してしまい、生産率が低下する。
【００５０】
従って、図３で示したように、生産率向上の観点からは、Ｈｓ／Ｈに適正な範囲が存在し、低すぎても、高すぎても十分な増産効果を得ることはできない。
【００５１】
以上から、被支持シンターケーキ体積ＶscとＨｓ／Ｈとを所定の範囲とするように、シンターケーキ支持スタンドの高さ及び原料充填層の層厚を選択することにより最大の増産効果を得ることができると考えることができ、これは図３で得られた結果に合致するものである。
【００５２】
スタンドの高さは使用とともに熱負荷あるいは排鉱時の摩擦によって摩耗し、高さが減少するのが一般的である。摩耗したスタンドは摩耗の激しい順に、定修時などに定期的に新しいスタンドと交換する。よって、シンターケーキ支持スタンドの高さ（全焼結パレット台車へ装着されたシンターケーキ支持スタンドの平均高さ）が初期値を維持している期間は比較的短い。そこで例えば、設備導入後１年以上経過し、使用による摩耗と交換周期が定常状態となった時点のスタンド高さ（一般的な製鉄所では初期値よりも３０〜５０ｍｍ程度低くなる）を用いて、本発明のような操業設計（層厚の設定）をすることが効果の推定精度が向上して望ましい。
【００５３】
さらに、シンターケーキは完全な剛体ではないので、パレットへのスタンドの取り付け方法によっても、効果に影響する。
幅方向に隣接するシンターケーキ支持スタンド間距離、及び、シンターケーキ支持スタンドと焼結パレット台車の側壁との間の距離がそれぞれ1ｍ以下、１．５ｍ以下であるのが望ましい。それ以上の場合、表層に亀裂が発生したり、幅方向の焼成のばらつきが拡大しやすいので、十分な増産効果が得られない場合がある。なお、シンターケーキ支持スタンドと焼結パレット台車の側壁との望ましい距離がシンターケーキ支持スタンド間の望ましい距離よりも大きいのは、焼結パレット台車の側壁部分は幅方向のシンターケーキの収縮によって隙間があいているために、過剰な通気状態となっていることが一般的であり、それを調整するためである。
【００５４】
また、シンターケーキ支持スタンドの形状は、本発明では特に限定するものでないが、シンターケーキ支持スタンド自体が、いずれの形状でも効果を発揮することができる。しかし、４００ｍｍ以上の高いスタンドを使用する場合は、受ける熱負荷や排鉱部での衝撃が大きくなるので、摩耗が早く進み、実行スタンド高さが低くなってしまう。そこで、摩耗による高さの減少を抑制するために、シンターケーキ支持スタンドの形状は上辺５０ｍｍ〜４００ｍｍ、下辺４００ｍｍ〜８００ｍｍ、厚み３０ｍｍ〜６０ｍｍの台形板であることが好ましい。
【００５５】
表１に、本発明の焼結鉱の製造方法による焼結鉱の生産率及び増産効果を、比較例と共に示す。焼結機は図３と同じものを用いた。
【表１】
0005488209.tif 000002
【００５６】
［比較例］
比較例１はシンターケーキ支持スタンドなしのベース条件で焼結鉱を製造したものである。生産率は層厚６００ｍｍのときに３２ｔ／ｄ／ｍ２であった。
比較例２は層厚６００ｍｍの条件でＨｓ／Ｈ＝０．３のシンターケーキ支持スタンドを設置した場合である。生産率は３２．０ｔ／ｄ／ｍ２であった。被支持シンンターケーキ体積が７５ｍ３以下であるため、その増産効果は認められなかった。
比較例３は層厚６００ｍｍの条件でＨｓ／Ｈ＝０．７０のシンターケーキ支持スタンドを設置した場合である。被支持シンンターケーキ体積は７５ｍ３以上ではあるものの、Ｈｓ／Ｈが高いため、層厚６００ｍｍの条件では表層に亀裂が発生し、その影響が現れはじめたため、生産率は３３．０ｔ／ｄ／ｍ２であった。比較例１に対して増産効果は認められるものの、その効果は５％以下と小さかった。
【００５７】
［実施例］
本発明１は層厚を７００ｍｍとし、Ｈｓ／Ｈ＝０．５０のシンターケーキ支持スタンドを設置した場合である。生産率は３４．５ｔ／ｄ／ｍ２であった。被支持シンンターケーキ体積は７５ｍ３以上あり、かつ、Ｈｓ／Ｈが適正な範囲であるので、比較例１に対して７．８％の増産効果があった。
本発明２は層厚を７００ｍｍとし、Ｈｓ／Ｈ＝０．７０のシンターケーキ支持スタンドを設置した場合である。生産率は３４．０ｔ／ｄ／ｍ２であった。被支持シンンターケーキ体積は７５ｍ３以上であり、かつ、Ｈｓ／Ｈが０．８以下であるため、６．３％の増産効果があった。
本発明３は層厚を９００ｍｍとし、Ｈｓ／Ｈ＝０．３０のシンターケーキ支持スタンドを設置した場合である。生産率は３６．０ｔ／ｄ／ｍ２であった。被支持シンンターケーキ体積は７５ｍ３以上であるため、Ｈｓ／Ｈが０．３０と低い条件であるのもかかわらず、１２．５％の増産効果があった。
本発明４は層厚を９００ｍｍとし、Ｈｓ／Ｈ＝０．７０のシンターケーキ支持スタンドを設置した場合である。生産率は３５．２ｔ／ｄ／ｍ２であった。被支持シンンターケーキ体積は７５ｍ３以上であり、かつ、Ｈｓ／Ｈが０．８以下であるため、表層部の焼成も適正に保たれたので１０．０％の増産効果があった。
【００５８】
本発明５は本発明４と同じく層厚を９００ｍｍとし、Ｈｓ／Ｈ＝０．７０のシンターケーキ支持スタンドを設置した場合である。被支持シンンターケーキ体積は７５ｍ３以上であり、かつ、Ｈｓ／Ｈが０．８以下としたが、隣接するシンターケーキ支持スタンドの間隔が１．２ｍと大きかったため、生産率及び増産効果はそれぞれ、３３．７ｔ／ｄ／ｍ２、５．５％と本発明４より低かった。この結果から、生産率及び増産効果を高めるためには、隣接するシンターケーキ支持スタンドの間隔は１．０ｍ以下とするのが好ましいことがわかった。
【００５９】
図３に基づくと、層厚が６００ｍｍの場合、生産率はＨｓ／Ｈが０．７０のとき、すなわち、比較例３のときに最大となる。かかる場合、生産率をさらに増大させるために必要な条件を推定する方法はこれまで知られていなかった。
【００６０】
本発明１〜５に示したように、本発明に係る焼結鉱の製造方法、シンターケーキ支持スタンドの設計方法、又は原料充填層の層厚決定方法のいずれかを用いることにより、有効焼結面積４５０ｍ２の焼結機に対して、被支持シンターケーキ体積Ｖsc（ｍ3）が７５ｍ３以上かつシンターケーキ支持スタンドの高さと原料充填層の層厚の比Ｈｓ／Ｈが０．８以下となるように、シンターケーキ支持スタンドの高さと原料充填層の層厚との組み合わせを選択することにより、比較例３のときの生産率より高い生産率を実現できた。
【符号の説明】
【００６１】
３  焼結パレット台車
４  シンターケーキ支持スタンド
Ｖsc  被支持シンターケーキ体積
Ｈ  原料充填層の層厚
Ｈｓ  シンターケーキ支持スタンドの高さ  
Ａ  有効焼結面積
【図１】
0005488209.tif 000003
【図２】
0005488209.tif 000004
【図３】
0005488209.tif 000005
【図４】
0005488209.tif 000006
【図５】
0005488209.tif 000007
【図６】
0005488209.tif 000008
【図７】
0005488209.tif 000009