(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼結機排ガスの一部を再度焼結ベッドに循環する排ガス循環方式焼結操業方法において、焼結ベッドの表面から焼結ベッド層厚の略１５％下方までの上層部に存在する固体燃料の配合率を、焼結ベッド層厚全体の固体燃料の平均配合率より０．５〜１．５質量％高くし、さらに該焼結原料に点火する前に、焼結ベッド表面を焼結ベッド層厚の１〜７％の範囲で下方に圧密して操業を行うことを特徴とする排ガス循環方式焼結操業方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排ガス循環方式焼結機の操業において、高水分ガスを焼結ベッドに循環しても焼結鉱の強度が低下しない焼結機の操業方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
以下の説明において、排ガス中の「水分」とは、排ガス中の「水蒸気」を意味し、また例えば、「水分８〜９％」は「乾ガス基準で水蒸気濃度８〜９容量％」を、「 酸素濃度１８〜２０％」は「乾ガス基準で酸素濃度１８〜２０容量％」を略記したものである。
【０００３】
焼結鉱の原料は、鉄源としての粉鉄鉱石や集塵ダスト、ミルスケールなどに、媒溶剤としての石灰石、ドロマイト、固体燃料としての粉コークス、無煙炭などである。これらを配合したものはドラムミキサーで水やバインダーとともに転動造粒され、水を６〜７質量％（外数）含有する平均粒径３〜４ｍｍの粒子よりなる焼結原料とされる。この焼結原料が焼結機に供給され、ドワイトロイド式焼結機（ＤＬ式焼結機）で連続焼結される。ＤＬ式焼結機で焼結鉱を製造する際には、焼結で生じる排ガスの一部を循環させるのではなく、下向きに吸引する大気（空気）のみで焼結原料中の粉コークスを燃焼させる大気吸引方式による焼結操業方法と、排ガスの一部を循環させて操業を行う排ガス循環方式による焼結操業方法とがある。
【０００４】
大気吸引方式による焼結操業方法は、エンドレスに移動するパレット上に５０〜６０ｃｍ厚さにて焼結原料を装入し、点火炉にてコークス炉ガス、重油などの燃焼熱によって原料層（焼結ベッド）表面の粉コークスに着火し、パレットの下方に連設された風箱群により焼結ベッドを上部から下部へ通過する空気によって粉コークスを燃焼させ、その燃焼熱によって焼結原料の焼結を行うものであり、パレット上の焼結ベッドが排鉱側へ移動する間に焼結ベッドの粉コークスの燃焼が上層から下層へと進み、焼結機排鉱端に達した時点で焼結を完了するようにしたものである。
【０００５】
一般に、大気吸引方式の場合、焼結ベッドを通過した排ガスの焼結機長手方向の温度変化、水分変化、および酸素濃度変化は図１１に示すようになる。すなわち、焼結機の前半部においては、焼結ベッド上部の原料が加熱されてその原料中に保有されていた水が蒸発してガス中に移行し、そのガスは焼結ベッド下部のまだ水を保有する原料層（湿潤帯）１９で冷却されるため、焼結ベッドを通過した排ガスの温度は５０〜６０℃と低くなり、その水分は５〜１６％と高くなる。一方、焼結機の後半部においては、焼結ベッドからの水の除去はほぼ終了し、粉コークスの燃焼による高温部（燃焼帯）２０が焼結ベッド下部に到達するので、排ガスの温度は急激に上昇する（最高約４６０℃）が、水分は急激に２〜３％まで低下する。酸素濃度については、粉コークスの燃焼がまだ少ない点火炉５の下の領域と粉コークスの燃焼がほぼ終了した焼結機の後部域で１８〜２０％と高く、粉コークスの燃焼が活発な焼結機の中部域で１２〜１４％と低い。
【０００６】
排ガス循環方式による焼結操業方法は、前記大気吸引方式による操業での欠点を改善し、環境保全の点から焼結機の系外に排出する排ガス量やNOｘ総量の削減、さらに排ガスの熱回収、生産性の向上などを図るようにしたものであり、ＤＬ式焼結機の風箱群を焼結機長手方向に適宜分割し、焼結で生じる排ガスの一部を焼結機のパレット上へ循環させて一部大気のかわりに吸引して操業を行うものであり、近年、広く採用されるようになってきた。
【０００７】
例えば、図１２に示すように、焼結機排ガス系を機長方向に２分割し、後部域の高温かつ酸素濃度の比較的高い排ガスを焼結機のガス吸引部へ循環させて再使用することにより排ガス量の削減、排ガス顕熱の回収を図る方法が一般的に行われている。このような方法においては、大気よりも高温の排ガスを焼結ベッドの上部から導入しているため原料の予熱の程度を高めることができるが、その温度は一般に１００〜２００℃の範囲であり、赤熱帯の温度（１０００℃以上）よりは低いため、基本的には排ガスを循環していない場合と同様に、焼結ベッドの上層部における冷却速度は他の部位（中層部、下層部）に比べて大きくなる。したがって、排ガス循環焼結法においても、大気吸引式焼結法と同様、上層部の歩留りは相対的に低下する傾向を示す。加えて、排ガス循環を行うことにより、導入される雰囲気中の酸素濃度が低下（約１８容量％）して固体燃料の燃焼速度が低下するので、上部からの熱の伝播や蓄積効果のない焼結ベッド上層部での歩留り低下を助長する原因となる。
【０００８】
そこで、排ガス循環法においても製品歩留りを向上する方法として、焼結ベッド全体の熱バランスを適正にすることにより製品歩留りを向上することが提案されている。例えば、特開平７−２７８６８５号公報には、排ガス循環箇所と循環量によって、焼結ベッドの上層と下層とのコークスを、偏析指数で０．７〜１．２％の範囲で傾斜配合させる方法が提案されている。また、傾斜配合する粉状コークスのうち＋３ｍｍの配合比率を１〜１０％で調整することも合わせて提案されている。
【０００９】
このときのコークスの傾斜配合方法には、実開平１−６６５９９号公報などに記載されている多数本のバーを有する熊の手状の整粒・分散式装入装置などを採用している。この方法は、移動パレットへの原料充填時に、粒度の大きい原料を下層部に充填し、下層部から上層部に行くにしたがって、順次粒度の小さい原料を充填するものである。そして、原料粒子の表面には粉状コークスが付着しているので、原料粒子の粒度が小さくなり体積当たりの表面積が大きくなるほど、多量の粉状コークスが付着することになる。これにより、コークス量は傾斜配合的に下層より上層の方が多くなるというものである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本出願人は、特願平２０００−５３８０３号において、焼結機排ガス系を従来の２分割でなく３分割し、後部域の高温かつ比較的酸素濃度の高い排ガスのみでなく、前部域の低温・高水分であるが比較的酸素濃度の高い排ガスをも焼結機の吸引部へ循環させることにより、系外に排出する排ガス量を一層削減できる方法を提案した（図７参照）。この方法において、後部域からの高温排ガスは焼結前の原料の予熱の程度をより高め、前部域および後部域からの排ガス中の酸素は原料中の固体燃料の燃焼速度を維持し低下させないことに寄与する。
【００１１】
しかしながら、この排ガス循環方式焼結方法においては、従来の排ガス系を２分割した排ガス循環方式焼結方法に比して、焼結ベッド上層部の歩留り低下がさらに著しく、前述の特開平７−２７８６８５号公報に記載のコークス傾斜配合法では、十分に上層部の歩留りを改善できないことがわかった。
【００１２】
本発明者らは、この上層部の顕著な歩留り低下の原因について種々検討を行なった結果、循環ガスに含有される高濃度の水分が焼結鉱強度（歩留り）を低下させることを突き止めた。焼結ベッドに吸引されるガスの水分は、従来の排ガス系を２分割した排ガス循環方式焼結操業方法においては、高々２〜３％であるのに対して、本排ガス循環方式焼結方法においては、前部域からの高水分の排ガスをも循環しているため、約８〜９容量％に達する。そこで、後述の実施例１で用いた焼結鍋試験装置により、実施例１の比較例と同じ焼結原料を用いて、吸引ガス中の水分のみを変更して焼結実験を行ない、吸引ガス中の水分が製造された焼結鉱の落下強度に与える影響を調査した。その結果を表１に示す。表１より明らかなように、吸引ガス中の水分が６％までは焼結鉱の落下強度の低下は小さいが、吸引ガス中の水分が６％を超えると焼結鉱の落下強度が急激に低下することがわかった。
【００１３】
【表１】
0003721068.tif 000002
【００１４】
吸引ガス中の水分が高くなると、赤熱帯（ヒートフロント近傍）で以下の２つの反応式で示される水性ガス化反応および水性ガス変成反応が活発になりＨ2 の生成量が増大し、このＨ2 が原料中のヘマタイト（Ｆｅ2 Ｏ3 ）またはマグネタイト（Ｆｅ3 Ｏ4 ）の還元を促進してウスタイト（ＦｅＯ）含有量を増加させ（図１０参照）、このウスタイトが原料鉱石中の脈石成分のＳｉＯ2 等と化合して低融点化合物を作って溶融し、５ｍｍ径程度のマクロな空隙を形成して脆化層となり、焼結鉱の強度が著しく低下したものである。
【００１５】
Ｃ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ＋Ｈ2   （水性ガス化反応）
ＣＯ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ2 ＋Ｈ2   （水性ガス変成反応）
さらに、固体燃料が水性ガス化反応で消耗して本来の酸素による燃焼発熱量を減少させるとともに、この水性ガス化反応が大きな吸熱反応であることから焼結ベッド上部での供給熱量不足を増幅し歩留り低下を助長したものと想定される。
【００１６】
特開平７−２７８６８５号公報に提案されているコークスの傾斜配合方法ではこの上層部の歩留り低下を十分に防止できないのは、以下の理由による。このコークス傾斜配合方法では、原料充填時、微粉コークスが微粉原料とともに造粒されてコークス量の多い大きな粒子（擬似粒子）が形成され、これが焼結ベッドの下層部に充填されるため、焼結ベッドの上層部から下層部に向けて、目的に応じてコークスを傾斜配合することは実際上難しい。また、上層部に分配されるコークスの粒度は小さいため、固体である鉱石類への伝熱効率が低下する。すなわち、粒度の小さいコークスは燃焼が速く、固体である鉱石類への伝熱よりも空気への伝熱の方が優先的に進行することにより、鉱石類の温度が十分上昇せず、鉱石粒子間の十分な溶融結合力が得られない。そのため、焼結ベッド上層部の大きな強度低下を伴う高水分ガスを吸引する排ガス循環方式焼結方法に対しては、改善効果が小さい。
【００１７】
そこで、本出願人は上記の問題を解決するための手段について検討を行い、特願平１１−０６４６６１号に、排ガス循環法において、焼結原料を装入シュートから移動パレット上に充填するに際し、装入シュート上で固体燃料を新たに添加することにより、焼結ベッドの上層部、特に焼結ベッド表面から５０〜１００ｍｍまでの領域の固体燃料の配合量を、それよりも下層領域の固体燃料の配合量よりも多くして操業を行うことにより、焼結ベッドの上層部に形成される脆化層の形成を防止する焼結鉱の製造方法を提案した。この方法は、下層部に比べ上層部に確実に固体燃料を多く配合でき、焼結ベッド全体の熱バランスを容易に変更しうるものである。しかしながら、上層部への固体燃料の新たな添加量が少ないと脆化層の形成を完全に防止できないので歩留りが十分改善されず、一方、この添加量が多すぎると逆に下層部が熱不足となり歩留りが悪化するため、単純に上層部の固体燃料配合量を下層部より増加すればよいというわけには行かず、十分歩留りの向上を実現するには至っていなかった。
【００１８】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、高水分ガスを循環する排ガス循環焼結法において、焼結ベッドの上層部に形成される脆化層の形成を防止した製品歩留りの高い焼結鉱の製造方法を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する第１発明は、焼結機排ガスの一部を再度焼結ベッドに循環する排ガス循環方式焼結操業方法において、焼結ベッドの表面から焼結ベッド層厚の略１５％下方までの上層部に存在する固体燃料の配合率を、焼結ベッド層厚全体の固体燃料の平均配合率より０．５〜１．５質量％高くして操業を行うことを特徴とする排ガス循環方式焼結操業方法である。
【００２０】
第２発明（請求項１に記載の発明）は、焼結機排ガスの一部を再度焼結ベッドに循環する排ガス循環方式焼結操業方法において、焼結ベッドの表面から焼結ベッド層厚の略１５％下方までの上層部に存在する固体燃料の配合率を、焼結ベッド層厚全体の固体燃料の平均配合率より０．５〜１．５質量％高くし、さらに該焼結原料に点火する前に、焼結ベッド表面を焼結ベッド層厚の１〜７％の範囲で下方に圧密して操業を行うことを特徴とする排ガス循環方式焼結操業方法である。
【００２１】
焼結ベッド上層部の所定の厚さ（深さ）に固体燃料を選択的に多く配置することにより、焼結充填層の高さ方向全体にわたり適正な熱バランスが得られて焼結充填層の上層部における脆弱層の形成が防止され製品強度が上昇し、製品歩留りが向上するものである。加えて、充填層下部の固体燃料の配合率が従来に比して低くなるので充填層下部での過剰の熱供給が回避され過剰の融液の生成が防止されて通気性が改善され、生産性も向上する。
【００２２】
さらに、焼結ベッドの表面を所定の厚さ（深さ）下方に圧密することにより、焼成後の上層部の焼結構造が緻密化するとともに上層部の高温保持時間が延長されて層全体の熱バランスもより適正となるので、さらに強度が上昇し歩留りが向上する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図７は、本発明適用前の特願平２０００−５３８０３号で提案した排ガス循環方式焼結機の概略説明図である。
【００２４】
焼結機１は、駆動機によってエンドレスに移動する移動パレット２、焼結原料を移動パレット２上に積み付けるための原料供給装置３、積み付けられた焼結原料４のベッド表面の固体燃料に着火するための点火炉５、移動パレット２の下方に焼結機機長にわたって連設され、下向きの吸気によってパレット２上の焼結原料４中の固体燃料を燃焼させるための風箱群６Ａ、６Ｂ、６Ｃおよび循環ガスを移動パレット２の上方へ供給するための循環ガスフード７を備えている。
【００２５】
前記風箱群は、低温高水分排ガスを循環供給するための焼結機前部域の第１風箱群６Ａ、排気を行うための焼結機中部域の第２風箱群６Ｂ、高温低水分排ガスを循環供給するための焼結機後部域の第３風箱群６Ｃの３つに分割されている。
【００２６】
循環ガスフード７は、排ガスを移動パレット２上の焼結ベッド４へ導くためのものであり、移動パレット２の上方に配設されている。８は第１風箱群６Ａからの低温の高水分ガスを循環ガスダクト１１Ａを介して循環ガスフード７に循環するための低温ガス循環用排風機である。また、９は第３風箱群６Ｃからの高温の低水分ガスを循環ガスダクト１１Ｂを介して循環ガスフード７に循環するための高温ガス循環用排風機である。循環ガスダクト１１Ａと１１Ｂは途中で結合された後、さらに複数の小さいダクトに分けられて循環ガスフード７全体に接続されており、前記低温高水分排ガスと前記高温低水分排ガスを混合して１８０〜２００℃、水分８〜９％の循環排ガスとし循環ガスフード７全体へほぼ均一に導入する。
【００２７】
主排風機１０で吸引された第２風箱群６Bからの排ガス（主排ガス）は、排気ダクト１４を介して集塵機１２で清浄化された後、煙突１３で大気へ放出される。
【００２８】
以上により、第３風箱群からの高温低水分排ガスを循環することにより排ガス顕熱の回収が図られ、第１風箱群からの低温高水分排ガスを循環することにより系外へ排出する排ガス量（排気ガス量）の一層の低減が可能となるものである。
【００２９】
さて、焼結によって生じる脆化層は、焼結ベッドの上層部に存在するものの、存在する深さ自体が焼結条件により種々異なってくるので一概に特定できない部分がある。ただ、焼結条件が略一定の範囲に操業されていれば、脆化層は概ね、焼結ベッドの最表部から焼結ベッドの全体高さの５〜１０％までの深さ部分に発生および存在している。したがって、この脆化層の存在場所に基づき、固体燃料の配合量を多くする上層部は、脆化層がより深くなった場合を考慮して、焼結ベッドの最表部から焼結ベッドの全体高さの略１５％までの深さ部分とすることが好ましい。また、上層部の固体燃料の配合量を焼結ベッド全体の固体燃料の平均配合量より高くする度合いはあまり少ないと脆化層の形成を防止する効果が小さく、逆に多すぎると脆化層の形成は防止できても上層部の温度が上がりすぎて融液の生成量が過剰となり、かえって通気性を悪化させ生産性を低下させてしまう。したがって、脆化層の形成を防止つつ生産性を向上できる乃至維持できる前記度合いの範囲として、後述する実施例２の実験結果に基づき０．５〜１．５質量％とすることが好ましい。
【００３０】
焼結ベッドの表面から焼結ベッド層厚の略１５％下方までの上層部に存在する固体燃料の配合率を、焼結ベッド全体の固体燃料の平均配合率より０．５〜１．５質量％高くする手段としては、例えば図１に示す方法が採用できる。すなわち、原料供給装置３により定量的に切り出された焼結原料４を移動パレット２上に積み付け、その積み付けられた焼結ベッド４の上に固体燃料散布装置２１を用いて所定量の固体燃料２４を定量的に散布する。この散布に際して、焼結ベッド表面から所定深さまでを例えば固定式の鋤（図示せず）により鋤いておき、散布された固体燃料がその所定の深さまでの範囲に潜り込むようにし、次いで、その下端が焼結ベッド４の表面より少しだけ下方の位置に固定されたカットプレート２２により、上記散布時に焼結ベッド表面上に載った固体燃料が焼結原料中に強制的に混ぜ込まれる。このようにして焼結ベッド上層部２５の所定深さまでに存在する固体燃料の配合量を焼結ベッド全体の固体燃料の平均配合率より所定分高くすることができる。
【００３１】
この焼結ベッドの上に固体燃料を散布する方法の場合、従来の焼結鉱の基本的な製造条件を変える必要もなく、また、基本的な操業条件に影響を与えることも好ましくはない。すなわち、本発明においては、焼結ベッドの高さ方向の固体燃料の賦存状態のみを変化させることが好ましい。したがって、本発明を適用しない、それまでに実施していた焼結鉱の製造方法とは、酸化鉄原料に対する投入熱量が同じとなるよう、酸化鉄原料に配合する固体燃料全体の配合量は一定（すなわち、焼結ベッド全体の固体燃料の平均配合率は一定）とすることが好ましい。このため、本発明ではまず焼結ベッドの上に散布する固体燃料の散布量を、目標とする上層部の固体燃料の配合率と焼結ベッド全体の固体燃料の平均配合率との差に目標とする上層部の厚み（深さ）分の焼結原料の量を掛けることにより決定する。次いで、酸化鉄原料にあらかじめ配合する固体燃料の量を、焼結ベッド全体に配合する量から前記散布量を差し引いた量とすればよい。また、実操業では焼結原料の供給量や粒度、散布する固体燃料の散布量や粒度などの操業条件が異なるので、事前に実験により鋤やカットプレート２２の設置条件（設置高さ、設置角度等）を種々変更し、それぞれの設置条件ごとに焼結ベッド中の炭材の分布を測定することによって適正な設置条件を決定する。その適正な設置条件を適用することにより移動パレット２上に充填された焼結ベッド表面から焼結ベッド層厚の略１５％までの領域の固体燃料の配合率を、焼結ベッド層厚全体の固体燃料の平均配合率より０．５〜１．５質量％高くできる。
【００３２】
これにより焼結ベッドの高さ方向全体にわたり適正な熱バランスが得られて、生産性を悪化させることなく、焼結ベッドの上層部における脆弱層の形成が防止され製品強度が上昇し、製品歩留りも向上するものである。
【００３３】
なお、焼結ベッド表面から焼結ベッド層厚の略１５％下方までの上層部に存在する固体燃料の配合率を、焼結ベッド全体の固体燃料の平均配合率より０．５〜１．５質量％高くする別の手段として、前述した特願平１１−６４６６１号で提案された焼結原料が装入シュート上を流下する途中で固体燃料を焼結原料に添加する装置を用いることができることはいうまでもない。図４に概略を示すように、この装置を用いる方法では、新たに添加する固体燃料２４を装入シュート４４上を流下する焼結原料４の下部に供給し、装入シュート４４を流下および装入シュート４４下端から落下する際に焼結原料４と固体燃料２４が混合され下部の層が固体燃料の割合が高い焼結原料層となる。装入シュート４４上の原料の流下方向は移動パレット２の進行方向と逆としているので、この下部の層が移動パレット２上に充填されたとき焼結ベッドの上層部２５となるものである。そして、新たに添加する固体燃料の量および予め原料に配合する固体燃料の量は上記と同様の方法で決定すればよく、また、固体燃料の配合率を高くする上層部の厚み（深さ）は、新たに添加する固体燃料の添加位置を調整することにより設定できるものであり、事前に実験により求めておけばよい。
【００３４】
要するに、焼結層上層部に選択的に固体燃料を多く配置できる手段であれば上記手段に限定されるものではなく、本発明を例えば既存の実機焼結機に適用する際には、その既存実機焼結機の設備（特に、装入設備）の配置等に適合するように適宜選択、変更しうるものである。
【００３５】
焼結ベッドの上層部に存在する固体燃料の内の相当量、例えば５０％以上の粒径が０．５〜３ｍｍとなるように粒度調整することが好ましい。この固体燃料の粒度調整が好ましい理由は、固体燃料の粒径が０．５ｍｍ未満では、その固体燃料が燃焼して発生する燃焼熱の伝熱は固体である鉱石類への輻射伝熱よりも充填層を通過するガスへの対流伝熱の方が優勢となるため、鉱石類の温度が十分上昇せず、十分な鉱石粒子間の溶融結合が得られず、強度が低下する可能性があるからである。一方、固体燃料の粒径が３ｍｍを超えると、点火バーナーで固体燃料に着火するまでの時間が長くなり、生産速度の低下要因となる可能性があるからである。したがって、平均粒径０．５〜３ｍｍの固体燃料を焼結ベッド上層部の固体燃料の配合量に対して相当量、例えば５０％以上とすることにより、上記効果を確実に発揮することができる。
【００３６】
上記の焼結原料に点火する前に、焼結ベッド表面を焼結ベッド層厚の１〜７％の範囲で下方に圧密することがさらに好ましい。ここに、「焼結ベッド表面を下方に圧密する」とは、ローラー等を用いて焼結ベッドの表面を転圧等することにより焼結ベッド表面近傍のみを緻密にし焼結ベッド層厚を減少させることをいい、また、例えば、「焼結ベッド層厚の７％下方に圧密する」とは、圧密する前の焼結ベッド層厚を基準として、圧密によりその層厚を７％減少させることをいう。この圧密の範囲を焼結ベッド層厚の１〜７％とした理由は、後述する実施例３で示すように、圧密を焼結ベッド層厚の１％未満とすると焼成後の上層部の焼結構造の緻密化の範囲が小さいことに加え、循環ガスの吸引量がほとんど減少しないため高温保持時間の延長もほとんどなく、焼結鉱強度の改善効果が小さいからである。一方、圧密が焼結ベッド層厚の７％を超えると、圧密により緻密化された部分が焼結するのに要する時間が焼結ベッド全体が焼結するのに要する時間に占める割合が大きくなり生産性の低下が無視できなくなるからである。
【００３７】
焼結ベッドを圧密する方法としては、例えば、図２に示す圧密ローラーを用いる方法が採用できる。カットプレート２２により表面が平滑化された焼結ベッドの表面は、圧密ローラー２３にて転圧される。圧密ローラー２３は、焼結ベッド表面高さ位置に応じてローラーの下端の高さ位置を、パレット移動速度に応じて回転速度を、それぞれ調整可能としておき、それらを適宜調整することにより焼結ベッド上層部の所定の深さ部分のみを焼結ベッドの表面の平滑を維持しながら緻密にすることができる。これにより、上層部が焼結するときのみ原料ベッドを通過する吸引ガス量が抑制されるので、生産性の悪化を招くことなく、上層部の高温保持時間がさらに延長されることにより強度（歩留り）が改善される。
【００３８】
【実施例】
（実施例１）
本発明の焼結ベッド上層部への固体燃料の選択的多量配置の効果、さらに焼結ベッド表面の圧密の効果を確認するため、いわゆる焼結鍋試験装置を用いて、排ガス循環方式の焼結操業を想定した、酸素濃度が低く水分が高い吸引ガスによる焼結実験を行った。
【００３９】
焼結鍋試験には内径３２０ｍｍの焼結鍋を使用した。酸化鉄原料として表２に示した化学組成の鉄鉱石を、固体燃料としてコークス粉を用いた。これらを表３に示した配合率で混錬して作製したコークス粉の添加量のみ異なる３種類の焼結原料を準備した。なお、コークス粉は、３種類の焼結原料とも同じ粒度（−５ｍｍ、平均粒径１．５ｍｍ）のものを用いた。本発明を適用しない比較例として、コークス粉の配合率３．２％（外数）の焼結原料を焼結鍋にベッド層厚５５０ｍｍに装入し、ＣＯＧバーナーで点火後、吸引圧１５７００Ｐａで循環排ガスを想定して調整した酸素濃度、水分および温度のガスを吸引して焼成を行った。なお、循環排ガスを想定した吸引ガスは、空気にＮ2ガスを添加することにより酸素濃度を１８％に調整し、さらに所定量の水蒸気を添加して水分１６％とした後、電気ヒーターにより２００℃に加熱して作製した。なお、吸引ガスの水分を１６％と、前述したガス循環方式焼結機の循環ガスフード内の吸引ガスの水分８〜９％より高くしたのは、前述した水分による焼結ベッド上層部への影響（悪影響）の度合いを大きくし、本発明の効果を明確に確認するためである。
【００４０】
本発明例１では、上記第１発明（焼結ベッド上層部への固体燃料の選択的多量配置）の効果を確認するため、焼結ベッド全体のコークス粉の平均配合率は比較例と同じ３．２％（外数）とし、先ず、コークス粉配合率３．０％（外数）の焼結原料を層厚４５０ｍｍ分を装入し、その上にコークス粉配合率４．２％（外数）（平均配合率より約１％高め）の焼結原料を層厚１００ｍｍ分（全層厚の約１８％）を装入し、比較例と同じ吸引ガス条件で焼成を行った。
【００４１】
また、本発明例２では、上記第２発明（焼結ベッド上層部への固体燃料の選択的多量配置＋焼結ベッド表面の圧密）の効果を確認するため、本発明例１と同じ焼結原料を焼結鍋に装入した後、焼結ベッドの表面を焼結鍋の内径より少しだけ小さい径の円盤状の板で下方へ押し付け３５ｍｍ（全層厚の約６％）圧密し、比較例と同じ吸引ガス条件で焼結実験を行った。
【００４２】
【表２】
0003721068.tif 000003
【００４３】
【表３】
0003721068.tif 000004
【００４４】
上記の焼結鍋による焼結実験の結果を図５および図６に示す。図５は、各焼結実験により製造された焼結鉱の落下強度の比較を示したもの、図６は、焼結鍋の異なる高さ位置４箇所（焼結ベッド下面を基準にそれぞれ１５０、２５０、３５０、４５０ｍｍの各高さ位置）から焼結ベッド内に水平に挿入した熱電対によって測定された焼成中における焼結ベッド内各高さ位置における温度の経時変化から求めた保熱指数を焼結ベッド高さ位置に対してプロットしたものである。
【００４５】
なお、焼結鉱の落下強度はＪＩＳ−Ｍ８７１１の冷間強度試験方法に基づいて測定した。一般に、同一の焼結原料を用いて同一のガス吸引条件で焼成しても焼結鍋試験装置の熱損失が大きいため、焼結鍋試験で焼成された焼結鉱（鍋試験焼結鉱）の落下強度は、実機焼結機で製造された焼結鉱（実機焼結鉱）の落下強度に比べて大幅に低くなることが知られている。本焼結鍋試験の場合には、鍋試験焼結鉱の落下強度は実機焼結鉱の落下強度より約４０ポイント低くなることを過去の実績より把握おり、例えば、本発明例１の鍋試験焼結鉱の落下強度３３％は、実機焼結鉱の落下強度約７３％に相当する。
【００４６】
また、「保熱指数」とは、測定された焼結ベッド各高さ位置における温度の経時変化の曲線から求まる最高到達温度を頂点とし、昇温時および降温時に通過する１１００℃の２点を底辺として描かれる三角形の面積より算出した指数（単位：℃・ｍｉｎ）であり、焼結反応に寄与する熱量を相対的に表す指標として用いるものである。
【００４７】
図５より明らかなように、比較例では焼結鉱の落下強度は約３１％であったものが、本発明例１では約３３％、本発明例２ではさらに約３８％に上昇し、本発明の効果が確認された。また、図６に示されるように、比較例では焼結ベッド上部から中部（焼結ベッド下面から４５０〜２５０ｍｍ高さ）にかけての保熱指数が極端に低くなっている。前述した高水分ガスの吸引の影響により上層部の温度上昇が阻害されるためと推測される。
【００４８】
それに対して、本発明例１では、焼結ベッド上部（４５０ｍｍ高さ）の保熱指数が比較例に比して著しく上昇し、中部、下部についても比較例よりかなり高い値となった。上層部（焼結ベッド表面から焼結ベッド層厚の約１８％までの深さ）に固体燃料（コークス粉）を焼結ベッド層厚全体の平均配合量より高く配合したことにより上層部の燃焼発熱量が増加したことによるものと推測される。これにより、落下強度が上昇したものといえる。
【００４９】
また、本発明例２では、焼結ベッド層厚全体の保熱指数は本発明例１ほどには高くないが、比較例に比すれば高い値になった。上層部を圧密化したことによる焼成後の上層部の焼結構造が緻密化したことと相俟ってさらに落下強度が上昇したものと考えられる。
【００５０】
（実施例２）
上記焼結鍋試験により本発明の効果を確認できたので、さらに本発明を排ガス循環方式（排ガス系を３分割）の実機焼結機に適用し、定量的な効果の確認を行なった。先ず、実機焼結機（図７参照）に上記第１発明（焼結ベッド上層部への固体燃料の選択的多量配置）の適用を行なった。用いた実機焼結機の各風箱群の風箱Ｎｏ．については、第１風箱群６Ａは風箱Ｎｏ．１〜Ｎｏ．７、第２風箱群６Ｂは風箱Ｎｏ．８〜Ｎｏ．２２、第３風箱群６Ｃは風箱Ｎｏ．２３〜Ｎｏ．２７である。また、循環ガスフード７の位置は、風箱Ｎｏ．３〜Ｎｏ．２２の上方に相当する。図１に示す固体燃料散布装置２１としては、本出願人が特願平１０−３５６６５１号にて提案した図３に示す固体燃料散布装置を用いた。図３に示すように、この装置は、移動パレット２に積み付けられた焼結原料の上方に、その進行方向Ｇに対して横断する方向に分散板３６が設けられている。分散板３６は、その分散板３６上に供給された固体燃料２４を振動によってパレット横断方向Ｅへ移送する。分散板３６のパレット進行方向板幅は、前記移送方向に向かって減少しており、上記移送される固体燃料２４が次々と落下（Ｆ）し、焼結原料４上面に広範かつ均一に散布されるものである。この固体燃料分散装置２１を用いて、焼結原料上面に散布する固体燃料（コークス粉）の量を順次増加し（その散布量に相当する量だけ焼結原料へのコークス粉の配合量を順次減少して）、製造される焼結鉱の落下強度および生産指数に及ぼす影響を調査した。ここに「生産指数」とは、固体燃料分散装置２１によるコークス粉の添加を行なわない従来方法による生産量を基準（１００％）として生産性を相対表示したものである。
【００５１】
図８は、固体分散装置２１で焼結原料上面にコークス粉を散布したあとカットプレート２２でそのコークス粉と上層部の焼結原料とを混合した後の焼結ベッドの一部をサンプリングし、そのサンプルの異なる高さ位置ごとの固定炭素濃度を測定することにより、焼結ベッド高さ方向のコークス粉の分布状況を調査したものの一例である。なお、図８は、横軸および縦軸は無次元化して示している。すなわち、横軸の固定炭素濃度比は、測定された各固定炭素濃度を焼結ベッド全体の平均固定炭素濃度で割った値であり、縦軸の焼結ベッド高さ位置は、焼結ベッド下面からの各高さを焼結ベッド全層厚で割った値である。図８から明らかなように、コークス粉の散布を行なわない場合の固定炭素濃度分布に比較して、焼結ベッド上面から焼結ベッド層厚の約１５％までの上層部のみ固定炭素濃度が高くなっており、所定の深さの上層部にコークス粉を選択的に多く配置できることを確認した。
【００５２】
そこで、この固体燃料分散装置を用いて焼結原料上面に散布する固体燃料（コークス粉）の量を順次増加して焼結を行ない、図９の結果を得た。図９は、前記上層部の固体燃料配合率の焼結ベッド層厚全体の固体燃料平均配合率からの上乗せ分と製造された焼結鉱の落下強度および生産指数との関係を示したものである。図９から、前記上乗せ分を多くするほど焼結鉱の落下強度は上昇することを確認した。前記上乗せ分を多くするにしたがい、焼結ベッド上層部の脆化層の形成が減少する効果による。一方、生産指数は、前記上乗せ分を多くしていくと最初上昇するが、前記上乗せ分が約１質量％のときに最大となり、前記上乗せ分をさらに多くすると逆に低下することを確認した。このように前記上乗せ分がある一定値（約１質量％）までは生産指数が上昇するのは、前述したように焼結ベッド下部の熱バランスが改善され下部における過剰の融液の生成が回避されて通気性が向上するためであり、一方、前記上乗せ分が多すぎると生産指数が低下するのは、前述したように、上層部の融液の量が過剰になり焼結ベッドの通気性を阻害するためである。したがって、前記上乗せ分は、焼結鉱の落下強度が０．３％以上上昇して歩留りの改善効果が十分現れ、かつ生産指数も０．８％以上の上昇を確保できる０．５〜１．５質量％が好ましい。
【００５３】
（実施例３）
次に、上記第２発明（焼結ベッド上層部への固体燃料の選択的多量配置＋焼結ベッド表面の圧密）の定量的な効果を確認するため、前記実機焼結機に上記第２発明の適用を行なった（図２参照）。図２に示すように、実施例２の設備構成（図１参照）に、カットプレート２２と点火炉５の間に圧密ローラー２３を追加した。圧密ローラー２３は、電動機にて駆動され任意の回転速度に調節でき、さらにローラーの軸の両端は上下に移動でき、ローラーの高さ位置の調整が可能な機構としている。
【００５４】
移動パレット２上に装入された焼結原料は、まずカットプレート２２でその表面が平滑化された後、さらに、所定の高さ位置に設定された圧密ローラー２３でその表面が転圧される。なお、圧密ローラー２３の回転速度を適宜調整することにより、圧密ローラー２３による転圧後の焼結ベッド表面が波打たずできるだけ平滑なまま維持できる。上記固体燃料の上乗せ分を１％に固定したまま、圧密ローラー２３の高さ位置を順次低下させて、全層厚に対する焼結ベッド表面の圧密割合を増加させたときの、焼結鉱の落下強度および生産指数に及ぼす影響を調査した。
【００５５】
図１０に、焼結ベッド表面の圧密割合と、製造された焼結鉱の落下強度および生産指数との関係を示す。図１０から、焼結鉱の落下強度は、圧密割合を０％から順次大きくしていくと圧密割合が約７％に達するまでは加速度的に上昇するが、圧密割合が約７％を超えるとその上昇度合いは次第に小さくなり圧密割合が約９％を超えるとほとんど上昇しなくなることがわかった。一方、生産指数は、圧密割合を０％から順次大きくしていくにしたがって漸増するが、圧密割合が約７％でピークを示し、それを超えると急速に低下することがわかった。このように圧密割合が約７％を超えると焼結鉱の落下強度の上昇が鈍化し、かつ生産指数が低下するのは、表面近傍が緻密になりすぎたため充填層内で焼結機幅方向にガスの偏流が生じ十分焼結されない強度の弱い部分が存在し始め上層部の焼結鉱の落下強度の上昇分を希釈するとともに、通気抵抗が増大してガスの吸引量が少なくなりすぎ焼結速度が低下したためと推測される。したがって、圧密割合は、焼結鉱強度の改善効果が現れる約１％以上で、生産指数を上昇させつつ焼結鉱の落下強度が上昇できる、約７％以下とすることが好ましい。
【００５６】
【発明の効果】
上記第１発明によれば、焼結ベッド表面から焼結ベッド層厚の１５％までの上層部の固体燃料配合率を焼結ベッド全体の固体燃料の平均配合率より０．５〜１．５質量％高くすることにより、高水分の循環排ガスを吸引しても、生産性を向上させつつ、製品歩留りを向上させることができる。
【００５７】
上記第２発明によれば、焼結ベッド表面から焼結ベッド層厚の１５％までの上層部の固体燃料配合率を焼結ベッド全体の固体燃料の平均配合率より０．５〜１．５質量％高くし、さらに焼結ベッド表面を焼結ベッド層厚の１〜７％圧密することにより、上記と同じく生産性を向上させつつ、製品歩留りを一層向上させることができる。
【００５８】
したがって、本発明により、系外に排出する排ガス量を一層削減しつつ、生産性、製品歩留りをともに向上でき、低コストで焼結鉱を製造できる排ガス循環方式焼結操業方法が確立できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明（第１発明：焼結ベッド上層部への固体燃料の選択的多量配置）を実施するための排ガス循環方式焼結機の原料装入部近傍の概要を示す、概略説明図である。
【図２】  本発明（第２発明：焼結ベッド上層部への固体燃料の選択的多量配置＋焼結ベッド表面の圧密）を実施するための排ガス循環方式焼結機の原料装入部の概要を示す、概略説明図である。
【図３】  本発明（第１および第２発明）における焼結ベッド上層部に固体燃料を選択的に多く配置するための固体燃料散布装置の概要を示す、概略説明図である。
【図４】  本発明（第１および第２発明）における焼結ベッド上層部に固体燃料を選択的に多く配置する装置の別の態様を示す、概略説明図である。
【図５】実施例１の、焼結鍋試験により製造された焼結鉱の落下強度を示す説明図である。
【図６】実施例１の、焼結鍋試験における焼結ベッド各高さ位置における保熱指数を示す説明図である。
【図７】実施例２および３の、本発明適用前の排ガス循環方式焼結機（排ガス系を３分割）の概略説明図である。
【図８】実施例２の、焼結ベッドの高さ方向での固体燃料の分布を示す説明図である。
【図９】実施例２の、焼結ベッド上層部への固体燃料配合率上乗せ分と焼結鉱の落下強度および生産指数との関係を示す説明図である。
【図１０】実施例３の、焼結ベッド表面の圧密割合と焼結鉱の落下強度および生産指数との関係を示す説明図である。
【図１１】大気吸引方式焼結機における排ガスの焼結機長手方向の温度変化、水分変化、および酸素濃度変化を示す概略説明図である。
【図１２】排ガス循環方式焼結機の一例（排ガス系を２分割）の概略説明図である。
【図１３】高水分ガス吸引時における燃焼部近傍の焼結鉱中ＦｅＯ含有量の分布を示す説明図である。
【符号の説明】
１…焼結機、２…移動パレット、３…原料供給装置、４…焼結原料（焼結ベッド）、５…点火炉、６…風箱、６Ａ…第１風箱群、６Ｂ…第２風箱群、６Ｃ…第３風箱群、７…循環ガスフード、８…低温ガス循環用排風機、９…高温ガス循環用排風機、１０…主排風機、１１Ａ…循環ガスダクト、１１Ｂ…循環ガスダクト、１２…集塵機（電気集塵機）、１３…煙突、１４…排気ダクト、１９…焼結原料（湿潤帯）、２０…赤熱帯、２１…固体燃料散布装置、２２…カットプレート、２３…圧密ローラー、２４…固体燃料、２５…固体燃料配合率の高い焼結原料層、３５…固体燃料定量供給装置、３６…分散板、４１…焼結原料ホッパー、４２…固体燃料ホッパー、４３…ドラムフィーダー、４４…装入シュート、４５…固体燃料添加用ノズル、４６…ガイドシュート、Ｅ…固体燃料移送方向、Ｆ…固体燃料落下方向、Ｇ…パレット進行方向
【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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