(57)【要約】【課題】燃焼用炭材を使用せずに部分還元鉄を製造でき、排ガス中のタール分を有効活用して熱エネルギの損失を抑制することができる部分還元鉄製造装置を提供することにある。【解決手段】加熱炉２０で加熱された着火用原料ペレットの熱により原料ペレットから排出される排ガスの一部を循環し空気と混合した酸素含有ガスを着火用原料ペレットの熱により加熱される原料ペレットに供給する排ガス循環装置５０と、排ガス循環装置に設けられ、排ガス中のタール分を液状タールとして分離する液状タール分離装置１０５とを具備し、無端グレートの移動方向上流側に高酸素濃度のガスを供給して原料ペレットの燃焼域を形成し、燃焼域に対しその移動方向下流側に低酸素濃度のガスを供給して原料ペレットの加熱域を形成することで、原料ペレットの層方向全体を加熱還元して部分還元鉄を製造するようにした。【選択図】図１
2014062300.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化鉄含有原料および還元用炭材を混合造粒した原料ペレットと同一材料で構成される着火用原料ペレットを所定の高さで無端グレート上に積載する着火用原料ペレット供給手段と、
前記無端グレート上に積載された前記着火用原料ペレットを還元温度域まで加熱する加熱手段と、
前記加熱手段により加熱された前記着火用原料ペレット上に前記原料ペレットを積載する原料ペレット供給手段と、
前記着火用原料ペレットの熱により前記原料ペレットから排出される排ガスの一部を循環し空気と混合した酸素含有ガスを当該着火用原料ペレットの熱により加熱される前記原料ペレットに供給する排ガス循環手段と、
前記排ガス循環手段に設けられ、前記排ガス中のタール分を液状タールとして当該排ガスから分離する液状タール分離手段とを具備し、
前記無端グレートの移動方向上流側には、前記加熱手段により加熱された前記着火用原料ペレットへ高酸素濃度の前記酸素含有ガスを供給して前記原料ペレットの燃焼域を形成し、前記原料ペレットの前記燃焼域に対し前記無端グレートの移動方向下流側には、前記原料ペレットへ低酸素濃度の前記酸素含有ガスを供給して前記原料ペレットの加熱域を形成することで、前記原料ペレットの層方向全体を加熱還元して部分還元鉄を製造する
ことを特徴とする部分還元鉄製造装置。
【請求項２】
請求項１に記載された部分還元鉄製造装置であって、
前記液状タール分離手段は、前記排ガスを冷却して当該排ガス中のタール分を凝縮させて液状タールを前記排ガスから分離する気液分離手段を有し、
前記気液分離手段は、前記排ガスが流入する塔本体と、前記塔本体内にて液状タールを噴射する液状タール噴射手段と、前記液状タール噴射手段から噴射された前記液状タールにより前記排ガス中のタール分が凝縮してなる液状タールと前記液状タール噴射手段から噴射された前記液状タールとを回収し前記液状タール噴射手段へ送給する液状タール送給手段とを備える
ことを特徴とする部分還元鉄製造装置。
【請求項３】
請求項２に記載された部分還元鉄製造装置であって、
前記気液分離手段は、前記液状タール送給手段に設けられ、前記液状タールの温度を調整する温度調整手段をさらに備える
ことを特徴とする部分還元鉄製造装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載された部分還元鉄製造装置であって、
前記気液分離手段は２つあり、
一方の前記気液分離手段と他方の前記気液分離手段とが直列に配置される
ことを特徴とする部分還元鉄製造装置。
【請求項５】
請求項４に記載された部分還元鉄製造装置であって、
前記液状タール分離手段は、前記気液分離手段の後段に設けられ、前記排ガス中のミスト状タールを当該排ガスから分離するミスト状タール分離手段をさらに備える
ことを特徴とする部分還元鉄製造装置。
【請求項６】
請求項５に記載された部分還元鉄製造装置であって、
前記液状タール分離手段に接続して設けられ、当該液状タール分離手段で分離された前記液状タールを貯蔵する液状タール貯蔵手段と、
前記液状タール貯蔵手段に貯蔵された前記液状タールを前記加熱手段へ供給する液状タール供給手段とをさらに具備する
ことを特徴とする部分還元鉄製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄酸化物を含む塊成物を還元して部分還元鉄を製造する部分還元鉄製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼用炭材を装入しない炭材内装ペレットを移動グレート上に充填し加熱還元して還元鉄を製造する従来の技術として、例えば下記の特許文献１が開示されている。
【０００３】
しかしながら、この特許文献１に記載の技術には、次のような問題があり高い還元率の部分還元鉄を得ることができなかった。
【０００４】
（１）炭材内装ペレットを乾燥した後にガストーチで着火しそこに空気を流通し前記炭材内装ペレットを燃焼させて加熱するため、炭材内装ペレットの充填層において空気が流入する側にあっては常に燃焼し続けることになり還元が進まず、また還元が起きても空気により再酸化するため全く還元率が上がらなかった。高温状態が続くため溶融スラグが過剰に発生し、操業困難になる可能性があった。
【０００５】
（２）炭化域を出たペレットは酸素濃度５％以下の高温不活性ガスによって加熱され残った炭素質材料による金属化が進むが、残留炭素が少なく金属化率は低かった。また、充填層上部は、充填層下部が高温となるまで、高温の炭素質材料から生じた二酸化炭素、水蒸気といった強酸化性ガスに晒されるため再酸化が進んでしまう。
【０００６】
（３）熱量を多く必要とする金属化域の高温ガスは炭化域で発生する石炭中の可燃揮発分の一部や還元反応により発生するＣＯガスを燃焼させて作るが、排ガス全体の量に対して可燃分が少ないため、別途補助燃料が必要となった。
【０００７】
上記の問題に鑑み、還元用炭材、粉鉄鉱石、造滓剤を混合造粒したペレットに更に燃焼用炭材をコーティングして装入し、燃焼用炭材に着火した後、空気の下方吸引により焼成して部分還元鉄を製造する従来の技術として、例えば下記の特許文献２や特許文献３などが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特公昭４５−３９３３１号公報
【特許文献２】特公平８−９７３９号公報
【特許文献３】特開２００５−９７６４５号公報
【特許文献４】特開２０１１−２３６４７２号公報（例えば、段落［００２３］，［００２７］，［００３４］、［図１］，［図３］など参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前述した特許文献２，３に記載の従来の部分還元鉄の製造方法には、次のような問題があった。まず、装入された燃焼用炭材が優先的に燃えるため加熱されたペレットから発生する一酸化炭素や石炭中の可燃揮発分は殆ど燃焼されず充填層から排出されて有効利用できないため燃料消費原単位が多くなり、ＣＯ2の排出量が増加する問題があった。また、燃焼用炭材は炭素分が無くなるまで燃焼が継続するためペレットの冷却速度が遅くなり、還元されたペレット中の金属鉄が高温状態で空気と接触する時間が長くなるため再酸化が進み金属化率が低くなってしまうという問題があった。つまり、従来においては、原料ペレットを着火した燃焼用炭材により着火し燃焼して部分還元鉄を製造しており、燃焼用炭材を使用する分製造コスト増を招いていた。
【００１０】
ところで、上述の部分還元鉄を製造する装置においては、エネルギの有効活用の観点から、還元鉄の製造装置である回転炉床炉内で発生した可燃性排ガスを有効利用することが望まれている。例えば、特許文献４は、回転炉床炉内で発生した炉床排ガス中のダストを除去した後、その一部を循環ダクトにより回収し、ラジアントチューブバーナの燃料の一部として再利用する還元鉄の製造方法を開示している。しかしながら、特許文献４に記載の還元鉄の製造方法では、ガス排出口にタール分解触媒を設け、炉床排ガスを燃焼させて、排気ダクトへのタールの付着を防止しており、タール分解触媒により炉床排ガス中のタールを燃焼除去することから、炉床排ガス中のタール分を有効活用することができず、その分熱エネルギの損失を招いていた。
【００１１】
以上のことから、本発明は、前述した課題を解決するために為されたもので、燃焼用炭材を使用しないにも拘らず、部分還元鉄を製造することができると共に、排ガス中のタール分を有効活用することで熱エネルギの損失を抑制することができる部分還元鉄製造装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決する本発明に係る部分還元鉄製造装置は、
酸化鉄含有原料および還元用炭材を混合造粒した原料ペレットと同一材料で構成される着火用原料ペレットを所定の高さで無端グレート上に積載する着火用原料ペレット供給手段と、
前記無端グレート上に積載された前記着火用原料ペレットを還元温度域まで加熱する加熱手段と、
前記加熱手段により加熱された前記着火用原料ペレット上に前記原料ペレットを積載する原料ペレット供給手段と、
前記着火用原料ペレットの熱により前記原料ペレットから排出される排ガスの一部を循環し空気と混合した酸素含有ガスを当該着火用原料ペレットの熱により加熱される前記原料ペレットに供給する排ガス循環手段と、
前記排ガス循環手段に設けられ、前記排ガス中のタール分を液状タールとして当該排ガスから分離する液状タール分離手段とを具備し、
前記無端グレートの移動方向上流側には、前記加熱手段により加熱された前記着火用原料ペレットへ高酸素濃度の前記酸素含有ガスを供給して前記原料ペレットの燃焼域を形成し、前記原料ペレットの前記燃焼域に対し前記無端グレートの移動方向下流側には、前記原料ペレットへ低酸素濃度の前記酸素含有ガスを供給して前記原料ペレットの加熱域を形成することで、前記原料ペレットの層方向全体を加熱還元して部分還元鉄を製造する
ことを特徴とする。
【００１３】
上述した課題を解決する本発明に係る部分還元鉄製造装置は、
前述の発明に係る部分還元鉄製造装置であって、
前記液状タール分離手段は、前記排ガスを冷却して当該排ガス中のタール分を凝縮させて液状タールを前記排ガスから分離する気液分離手段を有し、
前記気液分離手段は、前記排ガスが流入する塔本体と、前記塔本体内にて液状タールを噴射する液状タール噴射手段と、前記液状タール噴射手段から噴射された前記液状タールにより前記排ガス中のタール分が凝縮してなる液状タールと前記液状タール噴射手段から噴射された前記液状タールとを回収し前記液状タール噴射手段へ送給する液状タール送給手段とを備える
ことを特徴とする。
【００１４】
上述した課題を解決する本発明に係る部分還元鉄製造装置は、
前述の発明に係る部分還元鉄製造装置であって、
前記気液分離手段は、前記液状タール送給手段に設けられ、前記液状タールの温度を調整する温度調整手段をさらに備える
ことを特徴とする。
前記温度調整手段として、例えば、クーラやヒータなどが挙げられる。
【００１５】
上述した課題を解決する本発明に係る部分還元鉄製造装置は、
前述の発明に係る部分還元鉄製造装置であって、
前記気液分離手段は２つあり、
一方の前記気液分離手段と他方の前記気液分離手段とが直列に配置される
ことを特徴とする。
【００１６】
上述した課題を解決する本発明に係る部分還元鉄製造装置は、
前述の発明に係る部分還元鉄製造装置であって、
前記液状タール分離手段は、前記気液分離手段の後段に設けられ、前記排ガス中のミスト状タールを当該排ガスから分離するミスト状タール分離手段をさらに備える
ことを特徴とする。
【００１７】
上述した課題を解決する本発明に係る部分還元鉄製造装置は、
前述の発明に係る部分還元鉄製造装置であって、
前記液状タール分離手段に接続して設けられ、当該液状タール分離手段で分離された前記液状タールを貯蔵する液状タール貯蔵手段と、
前記液状タール貯蔵手段に貯蔵された前記液状タールを前記加熱手段へ供給する液状タール供給手段とをさらに具備する
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る部分還元鉄製造装置によれば、燃焼用炭材を使用しないにも拘らず、部分還元鉄を製造することができると共に、排ガス中のタール分を有効活用することで熱エネルギの損失を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る部分還元鉄製造装置の主な実施形態を示す概略図である。
【図２】本発明に係る部分還元鉄製造装置の主な実施形態の説明図であって、図２（ａ）にそれが具備する還元炉の断面を示し、図２（ｂ）に還元炉における酸素濃度と原料ペレットの充填層高との関係を示す。
【図３】本発明に係る部分還元鉄製造装置の主な実施形態が具備する還元炉内における原料ペレットを２００ｍｍの高さに充填し上向き通風で加熱したときの充填層下面から層高方向における温度変化の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明に係る部分還元鉄製造装置を実施するための形態について以下に説明するが、本発明は図面に記載された装置に限定されるものではない。
【００２１】
［主な実施形態］
本発明に係る部分還元鉄製造装置の主な実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。なお、図１において、矢印Ａは、グレートの進行方向を示している。
【００２２】
本実施形態に係る部分還元鉄製造装置は、図１、図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、上方吸引型のグレート還元炉１００を備える。グレート還元炉１００は、着火用原料ペレット供給装置１０、加熱炉２０、還元炉（部分還元炉）３０を備え、これらがグレート（無端グレート）１０１の進行方向上流側から記載順に配置されている。
【００２３】
着火用原料ペレット供給装置１０は、着火用原料ペレット１をグレート１０１上に供給し、前記着火用原料ペレット１を所定の高さに積層する装置である。つまり、着火用原料ペレット供給装置１０は、原料ペレット供給手段をなしている。前記着火用原料ペレット１は、詳細につき後述する原料ペレット３と同一の材料で構成されており、原料ペレット３の一部をなしている。着火用原料ペレット１の積層高としては、着火用原料ペレット層２上に充填される後述の原料ペレット３に着火可能な高さであって、例えば、５ｍｍより高く２０ｍｍより低い範囲であり、好適には５ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲である。着火用原料ペレット層２の積層高が５ｍｍ以下では着火用原料ペレット１の熱量が小さく、熱量不足により原料ペレット３の還元用炭材から可燃揮発分を生じさせることができず、２０ｍｍ以上では最下層のペレットが加熱されにくくなり未還元ペレットが発生してしまう。
【００２４】
加熱炉２０は、グレート１０１上に供給された着火用原料ペレット層２（着火用原料ペレット１）を還元温度域まで加熱する燃焼用バーナ２１を具備する。つまり、加熱炉２０は内部温度を制御可能な加熱手段をなしている。加熱炉２０は、着火用原料ペレット層２を所定温度まで昇温可能な炉長を有している。加熱炉２０は、燃焼ガス排気管２２をさらに具備する。燃焼ガス排気管２２にはバルブＶ２１が設けられている。燃焼ガス排気管２２の後端部側は、集塵機２７と接続している。よって、燃焼用バーナ２１で着火用原料ペレット層２を加熱したときに生じた燃焼ガスは、燃焼ガス排気管２２、集塵機２７を介して系外に排気される。
【００２５】
加熱炉２０は、燃焼用バーナ２１へバーナ用燃料を供給するバーナ用燃料供給装置１５０を備える。バーナ用燃料供給装置１５０は、バーナ用燃料供給源１５１と、バーナ用燃料供給源１５１に一方の端部が接続すると共に、他方の端部がバーナ２１に接続するバーナ用燃料供給管１５２とを備える。これにより、バーナ２１には、バーナ用燃料１５３を供給することができる。バーナ用燃料１５３としては、天然ガスや、還元炉１００の下流に設置される溶解炉から発生する一酸化炭素ガスを主体とする排ガスなどが挙げられる。燃焼用バーナ２１としては、前記天然ガスや前記溶解炉で発生する排ガスなどのバーナ用燃料と、詳細につき後述する液状タール１６１とを燃焼可能な混焼バーナが挙げられる。
【００２６】
還元炉３０は、原料ペレット３を還元し塊成状の部分還元鉄５を生成する装置であり、全体的に円環状をなしている。還元炉３０は、グレート１０１の進行方向上流側から順番に、原料ペレット供給装置３１、還元炉本体３２、部分還元鉄排出装置３９を備える。原料ペレット供給装置（給鉱ホッパ）３１は、着火用原料ペレット層２上に原料ペレット３を供給する装置である。この装置３１により、着火用原料ペレット層２上に原料ペレット３が供給されると共に、原料ペレット３が充填してなる原料ペレットの充填層４が所定の高さに調整される。つまり、原料ペレット供給装置３１は原料ペレット供給手段をなしている。前記原料ペレット３は、最終的に製造される部分還元鉄の原料であり、酸化鉄含有原料、還元用炭材、石灰系造滓剤を混合造粒し、酸化防止剤を被覆したものであって、例えば、全量に対して石炭を２０％程度含有し、石炭中の可燃揮発分は２０％以上である。
【００２７】
上述の還元炉本体３２は、グレート１０１の下方に設置され固定構造物である風箱３３、風箱３３の上方にグレート１０１を介して設置され固定構造物であって円環状のフード３４、風箱３３の両側に円環状に敷設された軌道３５，３５をさらに備える。
【００２８】
上述の風箱３３は、原料ペレット供給装置３１側からグレート１０１の進行方向にて、第一風箱３３ａ、第二風箱３３ｂ、第三風箱３３ｃ、第四風箱３３ｄ、第五風箱３３ｅのようにグレート径に応じて複数の風箱を有する。
【００２９】
上述のフード３４の天井板３４ａには２つの仕切り板３８ａ，３８ｂが設けられて、グレート１０１の進行方向Ａにて３つの領域７１ａ，７１ｂ，７１ｃに区画されている。第一仕切り板３８ａは、第一風箱３３ａの上方の空間（後述の着火領域７１ａ）と第二風箱３３ｂの上方の空間（後述の還元領域７１ｂ）とを区画する位置に配置される。第二仕切り板３８ｂは、第四風箱３３ｄの上方の空間（後述の還元領域７１ｂ）と第五風箱３３ｅの上方の空間（後述の冷却領域７１ｃ）とを区画する位置に配置される。着火領域（着火用原料ペレット燃焼領域）７１ａ、還元領域（原料ペレット加熱領域）７１ｂ、冷却領域（原料ペレット冷却領域）７１ｃには、温度センサ７２ａ、７２ｂ、７２ｃがそれぞれ設けられている。
【００３０】
グレート１０１は多孔性であり、着火用原料ペレット１や原料ペレット３は通過できないが、気体は上下方向に流通可能になっている。グレート１０１は多数のユニットに分割されこれらユニットを円周方向に並べることで円環状のグレート１０１が構成される。分割された一つ一つのユニットはグレート１０１の両側に設けられた円環状の支持部３６，３６に傾転可能に取り付けられる。この支持部３６，３６には軌道３５，３５を走行するローラ３７，３７が設けられる。ローラ３７，３７が軌道３５，３５を走行することで、グレート１０１は風箱３３とフード３４との間で水平循環可能になっている。
【００３１】
グレート１０１の支持部３６，３６の上部には、水を満した水封プール４１，４１がその全周に亘って環状に設けられる。フード３４の両側下部には下方に延びるシール壁４２，４２がその全周に亘って環状に設けられ、シール壁４２，４２の先端部が水封プール４１，４１の液中に没している。これにより、グレート１０１の支持部３６，３６とフード３４の両側下部とが気密シールされる。つまり、水封プール４１とシール壁４２はグレート上方側水封装置をなしている。
【００３２】
他方、風箱３３の両側上部には水を満たした水封プール４３，４３がその全周に亘って環状に設けられる。グレート１０１の支持部３６，３６の下部には下方に延びるシール壁４４，４４がその全周に亘って環状に設けられ、シール壁４４，４４の先端部が水封プール４３，４３の液中に没している。これにより、グレート１０１の支持部３６，３６と風箱３３の両側上部とが気密シールされる。つまり、水封プール４３とシール壁４４はグレート下方側水封装置をなしている。
【００３３】
冷却領域７１ｃを構成するフード３４に連通して冷却領域ガス排気管２３が設けられる。冷却領域ガス排気管２３は上述の燃焼ガス排気管２２に連通される。冷却領域ガス排気管２３に流量調整バルブＶ２２が設けられており、冷却領域内ガスの排出量を調整可能になっている。
【００３４】
上述の還元炉３０は、グレート１０１とフード３４と第一仕切り板３８ａとで囲まれる着火領域７１ａ内、およびグレート１０１とフード３４と第一仕切り板３８ａ，第二仕切り板３８ｂとで囲まれる還元領域７１ｂ内から排ガス９１を排出し、排ガス９１からタール分を後述の液状タール分離装置１０５で分離し、タール分が分離されたタール分処理済み排ガス９４を風箱３３ａ〜３３ｅへ供給することで、前記タール分処理済み排ガス９４を循環する排ガス循環装置（排ガス循環手段）５０をさらに備える。排ガス循環装置５０は、第一排気管５１、第二排気管５２、ガス送出管５３、ポンプ５６、循環ガス送出管５８、第一〜第五分岐循環ガス送出管５９ａ〜５９ｅなどを備える。
【００３５】
第一排気管５１は、一方の端部が着火領域７１ａを構成するフード３４と連通し、他方の端部が前記液状タール分離装置１０５の詳細につき後述する第一ガス冷却塔１１０Ａの塔本体１１１の上部と接続している。第一排気管５１には開閉弁Ｖ３１が設けられる。第一排気管５１の途中に、還元領域７１ｂを構成するフード３４に一方の端部が連通した第二排気管５２の他方の端部が連通している。これにより、着火領域７１ａ内および還元領域７１ｂ内の排ガス９１は、第一排気管５１および第二排気管５２を通じて第一ガス冷却塔１１０Ａに送出される。第一ガス冷却塔１１０Ａの塔本体１１１は、一次冷却済み排ガス送出管１１７を介して詳細につき後述する第二ガス冷却塔１１０Ｂの塔本体１１１と接続している。排ガス９１が第一ガス冷却塔１１０Ａの塔本体１１１で冷却されて一次冷却済み排ガス９２となり、一次冷却済み排ガス９２は、一次冷却済み排ガス送出管１１７を通って第二ガス冷却塔１１０Ｂの塔本体１１１へ送出している。第二ガス冷却塔１１０Ｂの塔本体１１１は、連絡管１１９を介して詳細につき後述するミスト状タール分離装置１３０と接続している。一次冷却済み排ガス９２が第二ガス冷却塔１１０Ｂで冷却されて二次冷却済み排ガス９３となり、二次冷却済み排ガス９３は、連絡管１１９を通ってミスト状タール分離装置１３０へ送出している。ミスト状タール分離装置１３０は、ガス送出管５３を介してポンプ５６と接続している。二次冷却済み排ガス９３はミスト状タール分離装置１３０で処理されてタール分処理済み排ガス９４となり、タール分処理済み排ガス９４は、ガス送出管５３を通ってポンプ５６に送給される。ガス送出管５３の途中に、タール分処理済み排ガス９４内の酸素濃度を計測するＯ2センサ（酸素濃度検出手段）５７が設けられる。循環ガス送出管５８は、一方の端部がポンプ５６に接続し、他方側が分岐し第一〜第五分岐循環ガス送出管５９ａ〜５９ｅをなし、第一〜第五分岐循環ガス送出管５９ａ〜５９ｅがそれぞれ第一〜第五風箱３３ａ〜３３ｅと連通している。第一〜第五分岐循環ガス送出管５９ａ〜５９ｅのそれぞれに流量調整バルブ（循環排ガス流量調整手段）Ｖ１〜Ｖ５が設けられる。
【００３６】
上述の還元炉本体３２は、上述の排ガス循環装置５０の第一〜第五分岐循環ガス送出管５９ａ〜５９ｅに連結され、当該第一〜第五分岐循環ガス送出管５９ａ〜５９ｅに空気を供給する空気供給手段（酸素供給手段）をなす空気供給装置６０をさらに備える。空気供給装置６０は、空気供給源６１、空気供給源６１に一方の端部が連結される空気送給管６２、空気送給管６２の途中に設けられる流量調整バルブ６３、空気送給管６２の他方の端部が連結されるポンプ６４、ポンプ６４に一方の端部が連結され、他方側が分岐し第一〜第五分岐空気送出管６６ａ〜６６ｅをなし、それぞれ第一〜第五分岐循環ガス送出管５９ａ〜５９ｅと連通する空気送出管６５を備える。第一〜第五分岐空気送出管６６ａ〜６６ｅのそれぞれには、空気の流量を調整する空気流量調整手段（酸素流量調整手段）をなす流量調整バルブＶ１１〜Ｖ１５が設けられる。
【００３７】
よって、Ｏ2センサ５７により計測された酸素濃度、温度センサ７２ａ〜７２ｃにより計測された温度に応じて、流量調整バルブＶ１〜Ｖ５および流量調整バルブＶ１１〜Ｖ１５の開度をそれぞれ調整することにより、各風箱３３ａ〜３３ｅ内に所望の濃度に調整した酸素および一酸化炭素を含むガス（酸素含有ガス）９５ａ〜９５ｅをそれぞれ供給することができる。すなわち、着火領域７１ａ、還元領域７１ｂ、冷却領域７１ｃにて、酸素を所望の濃度に調整することができる。
【００３８】
部分還元鉄排出装置３９は、上述した領域７１ａ〜７１ｃを経て製造された部分還元鉄５をグレート１０１上から排出する装置である。
【００３９】
上述した部分還元鉄製造装置１００は、排ガス循環装置５０に設けられ、排ガス９１，９２，９３中の可燃分であるタール分を液状タールとして分離する液状タール分離装置１０５をさらに備える。液状タール分離装置１０５は、排ガス９１，９２を冷却して当該排ガス９１，９２中のタール分を凝縮させて液状タールを前記排ガス９１，９２から分離する気液分離手段をなすガス冷却塔を有する。前記ガス冷却塔は、第一ガス冷却塔１１０Ａと、第一ガス冷却塔１１０Ａに直列に設けられた第二ガス冷却塔１１０Ｂとを有する。
【００４０】
第一ガス冷却塔１１０Ａは、第一排気管５１を通じて排ガス９１が上部より流入する塔本体１１１と、塔本体１１１内に設けられ、排ガス９１のタール分の凝縮を促進するタール分凝縮促進器１１２と、塔本体１１１内に液状タール１６１を噴射する噴射孔１２４ａが設けられた液状タール噴射管（液状タール噴射手段）１２４とを備える。タール分凝縮促進器１１２としては、排ガス９１および液状タール１６１が流通可能であり、例えば、上下方向に延在して配置される、複数の平板および波板などが挙げられる。塔本体１１１の下部には、液状タール循環管１２１の一方の端部が接続して設けられる。液状タール循環管１２１の他方の端部は、循環ポンプ１２２を介して液状タール送給管１２３と接続している。液状タール循環管１２１には第一液状タール分岐管１２５が設けられ、第一液状タール分岐管１２５の途中にはヒータ切換弁Ｖ６１およびヒータ１２６が設けられている。第一液状タール分岐管１２５の他方の端部は、液状タール循環管１２１における循環ポンプ１２２近傍に接続しており、ヒータ切換弁Ｖ６１を開状態にすることで、液状タール１６１は、第一液状タール分岐管１２５、ヒータ１２６を通って循環ポンプ１２２へ流通可能になっている。液状タール循環管１２１には第二液状タール分岐管１２７が設けられ、第二液状タール分岐管１２７の途中にはクーラ（冷却器）１２８が設けられている。液状タール循環管１２１における第二液状タール分岐管１２７近傍にクーラ切換弁Ｖ６２が設けられる。第二液状タール分岐管１２７の他方の端部は、液状タール循環管１２１における後述のタンク内液状タール送給管１１６との接続箇所近傍に接続しており、クーラ切換弁Ｖ６２を開状態にすることで、液状タールの一部は、第二液状タール分岐管１２７、クーラ１２８を通って循環ポンプ１２２へ流通可能になっている。
【００４１】
液状タール送給管１２３は、液状タール噴射管１２４と接続している。塔本体１１１内の液状タール１６１は、液状タール循環管１２１、循環ポンプ１２２、液状タール送給管１２３を介して液状タール噴射管１２４に送給される。つまり、液状タール噴射管１２４の一方の端部側に設けられた噴射孔１２４ａから第一冷却塔１１０Ａの塔本体１１１内に噴射される液状タール１６１は、液状タール循環管１２１、循環ポンプ１２２、液状タール送給管１２３を介して液状タール噴射管１２４へ循環されることになる。さらに、液状タール噴射管１２４から液状タール１６１を噴射することで、液状タール１６１が排ガス９１と接触すると共に、当該排ガス９１を冷却することになり、排ガス９１中のタール分が凝縮して液状タール１６１となって当該排ガス９１から分離することになる。よって、液状タール循環管１２１、循環ポンプ１２２、および液状タール送給管１２３が、液状タール噴射管１２４から噴射された液状タール１６１により排ガス９１中のタール分が凝縮してなる液状タール１６１と、液状タール噴射管１２４から噴射された液状タール１６１とを回収し液状タール噴射管１２４へ送給する液状タール送給手段をなしている。
【００４２】
第一ガス冷却塔１１０Ａは、上述の一次冷却済みガス送出管１１７を介して第二ガス冷却塔１１０Ｂと接続すると共に、液状タール連絡管１１８を介して第二ガス冷却塔１１０Ｂと接続している。第一ガス冷却塔１１０Ａの塔本体１１１内には、液状タール１６１の液面が所定の高さの範囲内にあることを検出する液面センサ（図示せず）が設けられている。一次冷却済み排ガス送出管１１７は、第一ガス冷却塔１１０Ａのタール分凝縮促進器１１２の下方であって、第一ガス冷却塔１１０Ａの塔本体１１１内の液状タール１６１の液面よりも上方に位置づけられている。液状タール連絡管１１８は、第一ガス冷却塔１１０Ａの塔本体１１１の底部近傍であって、第一ガス冷却塔１１０Ａの塔本体１１１内の液状タール１６１の液面よりも下方に位置づけられている。また、第一ガス冷却塔１１０Ａの底部には、第一ガス冷却塔１１０Ａの塔本体１１１内の液状タール１６１を排出する液状タール排出管１１３の一方の端部が接続している。液状タール排出管１１３の他方の端部は、液状タール貯蔵タンク１１５と接続している。液状タール排出管１１３の途中に開閉弁Ｖ４１が設けられている。液状タール貯蔵タンク１１５は、タンク内液状タール送給管１１６を介して液状タール循環管１２１と接続している。タンク内液状タール送給管１１６の途中には開閉弁Ｖ４２が設けられている。
【００４３】
第二ガス冷却塔１１０Ｂは、第一ガス冷却塔１１０Ａに直列に設けられ、第一冷却塔１１０Ａとほぼ同じ構成をなしている。第二ガス冷却塔１１０Ｂは、一次冷却済み排ガス送出管１１７を通じて一次冷却済み排ガス９２が側部より流入する塔本体１１１と、塔本体１１１内に設けられ、一次冷却済み排ガス９２のタール分の凝縮を促進するタール分凝縮促進器１１２と、塔本体１１１内に液状タール１６１を噴射する液状タール噴射管１２４とを備える。第二ガス冷却塔１１０Ｂの塔本体１１１には、タール分凝縮促進器１１２の下方であって、塔本体１１１内の液状タール１６１の液面よりも上方に位置して一次冷却済み排ガス送出管１１７が接続し、塔本体１１１の底部近傍であって、液状タール１６１の液面よりも下方に位置して液状タール連絡管１１８が接続している。液状タール噴射管１２４の他方の端部側に設けられた噴射孔１２４ｂから第二冷却塔１１０Ｂの塔本体１１１内に噴射される液状タール１６１は、液状タール連絡管１１８、第一冷却塔１１０Ａの塔本体１１１、液状タール循環管１２１、循環ポンプ１２２、液状タール送給管１２３を介して液状タール噴射管１２４へ循環されることになる。よって、第一ガス冷却塔１１０Ａおよび第二ガス冷却塔１１０Ｂ内の液状タール１６１は、ほぼ同じ高さに調整される。また、第二ガス冷却塔１１０Ｂの塔本体１１１の底部には、液状タール排出管１１４が接続している。液状タール排出管１１４の他方の端部は、液状タール排出管１１３に接続している。第二ガス冷却塔１１０Ｂの天井部には連絡管１１９の一方の端部が接続し、連絡管１１９の他方の端部がミスト状タール分離装置１３０の装置本体１３１に接続している。
【００４４】
第一ガス冷却塔１１０Ａの塔本体１１１、第二ガス冷却塔１１０Ｂの塔本体１１１、液状タール排出管１１３，１１４、液状タール貯蔵タンク１１５、液状タール循環管１２１、液状タール送給管１２３、液状タール噴射管１２４、液状タール連絡管１１８、および液状タール貯蔵タンク１１５には、保温ヒータ（図示せず）が設けられている。これにより、部分還元鉄製造装置の立ち上げ時に、液状タール１６１を所定の温度（例えば、５０〜８０℃）まで加熱し当該液状タール１６１の流動性を確保することができる。なお、前記保温ヒータ、ヒータ１２６、クーラ１２８などが、液状タールの温度を調整する温度調整手段をなしている。
【００４５】
上述の液状タール分離装置１０５は、上述のガス冷却塔における第二ガス冷却塔１１０Ｂの後段に設けられ、排ガス９３中のミスト状タールを当該排ガス９３から分離するミスト状タール分分離手段をなすミスト状タール分離装置１３０をさらに備える。ミスト状タール分離装置１３０は、サイクロン式のミストセパレータである。ミスト状タール分離装置１３０により、例えば、粒径が数ミクロンの液状タールを回収することができる。ミスト状タール分離装置１３０の装置本体１３１は、液状タール排出管１３２を介して液状タール貯蔵タンク１１５と接続している。液状タール排出管１３２の途中には開閉弁Ｖ５１が設けられる。よって、ミスト状タール分離装置１３０で分離した液状タールが所定量溜まり、開閉弁Ｖ５１を開状態とすることで、ミスト状分離装置１３０内に溜められた液状タール１６１を液状タール貯蔵タンク１１５に送給することができる。
【００４６】
上述の部分還元鉄製造装置１００は、液状タール貯蔵タンク１１５に溜められた液状タールを加熱炉２０の燃焼用ガスバーナ２１へ供給する液状タール供給装置（液状タール供給手段）１４０をさらに備える。液状タール供給装置１４０は、液状タール貯蔵タンク１１５に一方の端部が接続すると共に、他方の端部がバーナ２１に接続する液状タール供給管１４１と、液状タール供給管１４１の途中に設けられた液状タール供給ポンプ１４２とを備える。液状タール供給ポンプ１４２を駆動することにより、液状タール貯蔵タンク１１５内の液状タール１６１を燃焼用バーナ２１に供給することができる。なお、燃焼用バーナ２１として混焼バーナを使用し、液状タール１６１の燃焼を一定量とし残りをバーナ用燃料１５３の燃焼とすることで、液状タール貯蔵タンク１１５内の液状タール量を一定に保つようにしている。
【００４７】
なお、上述の部分還元鉄製造装置１００は、上述の各炉２０，３０、上述の各装置１０，５０，６０，１０５，１４０，１５０、各バルブ６３、Ｖ１〜Ｖ５、Ｖ１１〜Ｖ１５，Ｖ２１，Ｖ２２、各弁Ｖ３１、Ｖ４１、Ｖ４２、Ｖ５１，Ｖ６１，Ｖ６２などを制御する制御装置（図示せず）を備える。
【００４８】
ここで、上述した構成の部分還元鉄製造装置により部分還元鉄を製造する手順を説明する。
【００４９】
まず、着火用原料ペレット１を着火用原料ペレット供給装置１０によりグレート１０１上に供給する。このとき、着火用原料ペレット層２は、例えば、５ｍｍ〜１０ｍｍの範囲の高さに調整される。続いて、グレート１０１が進行し、バーナ２１により着火用原料ペレット層２が還元温度域、例えば約１２００℃まで加熱される。続いて、グレート１０１が進行し、原料ペレット３が原料ペレット供給装置３１から着火用原料ペレット層２上に供給される。原料ペレット３からなる原料ペレットの充填層４は、例えば、２００ｍｍ程度の高さに調整される。続いて、グレート１０１が進行し、フード３４内にて、循環ガスと空気との混合ガスが通気される。第一風箱３３ａには、酸素の濃度が１５％に調整された混合ガス９５ａが通気され、これにより、着火用原料ペレット燃焼領域７１ａにあっては、加熱された着火用原料ペレット１によって当該加熱された着火用原料ペレット１と隣接する原料ペレット３が加熱され、当該加熱された原料ペレット３から可燃揮発分が生じて燃焼し、この燃焼熱により着火用原料ペレット層２上の原料ペレットの充填層４が加熱される。
【００５０】
グレート１０１がさらに進行し、第二〜第四風箱３３ｂ〜３３ｄには、酸素濃度が１１％に調整された混合ガス９５ｂ〜９５ｄが通気される。これにより、第二〜第四風箱３３ｂ〜３３ｄ上方の還元領域７１ｂにおいては、着火用原料ペレット層２により加熱された原料ペレットの充填層４は、原料ペレット３の還元用炭材から可燃揮発分が生じその約７５％〜９０％が燃焼し、可燃揮発分の燃焼により、原料ペレット３の温度がさらに上昇し還元反応が進行して一酸化炭素ガスが発生し、部分的に燃焼する。その結果、フード３４内におけるグレート進行方向中央部分においては、例えば８％程度の高濃度の一酸化炭素が生じる。他方、隣接する原料ペレット３を加熱し当該原料ペレット３の還元用炭材から可燃揮発分が生じる。可燃揮発分の残部および一酸化炭素ガスを循環し空気と混合した混合ガス９５ｂ〜９５ｄ（酸素含有ガス）は、温度がさらに上昇した前記原料ペレット３に供給される。これにより、図２（ｂ）に示すように、混合ガス９５ｂ〜９５ｄ中の一酸化炭素ガスと、還元により発生する一酸化炭素ガスと合算された結果、原料ペレット３周囲にて一酸化炭素ガスの濃度が当該一酸化炭素ガスの燃焼域（１２％以上）まで高まり一酸化炭素ガス全体の５０％〜６０％程度が燃焼し高温化し部分還元鉄の還元に必要な温度の燃焼帯を形成する。つまり、原料ペレット３の内装の還元用炭材の炭素がガス化し、一酸化炭素を発生させ、酸化鉄含有原料の酸素と結合することで還元が進行していく。燃焼に寄与しなかった一酸化炭素や可燃揮発分の残部など還元領域７１ｂ内のガス９１は、第二排気管５２および第一排気管５１を介して液状タール分離装置１０５に流通し、液状タール分離装置１０５で排ガス９１，９２，９３中のタール分が液状タール１６１として分離され、タール分処理済み排ガス９４が、ガス送出管５３、ポンプ５６、循環ガス送出管５８および第一〜第五分岐循環ガス送出管５９ａ〜５９ｅを介して各風箱３３ａ〜３３ｅに送給される。なお、還元領域７１ｂにあっては、雰囲気温度が１３００℃程度に調整されている。
【００５１】
ここで、上述した構成の部分還元鉄製造装置において、還元炉内にて原料ペレットを２００ｍｍの高さで充填し下方の風箱から循環ガスと空気の混合ガスを上向き通風で加熱したときの原料ペレットの充填層下面から層高方向における温度変化の一例について、図３を参照して説明する。図３において、実線が充填層下面から５０ｍｍの位置の温度履歴を示し、点線が充填層下面から１００ｍｍの位置の温度履歴を示し、１点鎖線が充填層下面から１５０ｍｍの位置の温度履歴を示す。なお、第一風箱の酸素濃度を１５％に調整し、第二〜第五風箱の酸素濃度を１１％に調整した。
【００５２】
図３に示すように、原料ペレットの還元に必要な１２００℃以上となり、過溶融を防ぐ１４００℃以下の温度が、原料ペレットの充填層下面から５０ｍｍ、１００ｍｍ、１５０ｍｍの何れの位置、すなわち原料ペレットの充填層の全層高に亘って得られていることが確認された。
【００５３】
原料ペレットの充填層下面から５０ｍｍ、１００ｍｍ、１５０ｍｍの温度が、時間の経過に伴って順番にピークとなることから、原料ペレットの充填層の層高方向に燃焼帯が移動していることが確認された。ガス燃焼後の原料ペレットはピーク温度から再酸化が起こりにくい５００℃以下まで数分で急冷されていることが確認された。
【００５４】
よって、上述の還元領域７１ｂにおいては、グレート１０１が第二風箱３３ｂ上方から第四風箱３３ｄ上方に至るまで、原料ペレットの充填層４における下面側からその上層に向けて、原料ペレット３の加熱、可燃揮発分の生成および燃焼、一酸化炭素ガスの生成、一酸化炭素ガスおよび可燃揮発分の残部の循環による当該一酸化炭素ガスの燃焼、酸化鉄の還元反応が順番に生じることになる。
【００５５】
続いて、グレート１０１が進行し、第五風箱３３ｅには、酸素濃度が５％以下に調整された混合ガス９５ｅが通気される。これにより、第五風箱３３ｅ上方の原料ペレット冷却領域７１ｃにおいては、所定の還元率まで進行した原料ペレットの充填層４が１００℃〜８００℃程度まで冷却されて、所望の部分還元鉄となる。さらに、グレート１０１が進行すると、部分還元鉄排出装置３９から部分還元鉄５が排出されることになる。
【００５６】
ここで、上述した構成の部分還元鉄製造装置における排ガス中のタール分の処理について説明する。
着火用原料ペレット１および原料ペレット３中のタール分は、石炭揮発成分中の２０％程度であり、４００℃以下で全て揮発して当該着火用原料ペレット１および原料ペレット３から排出される。還元炉３０における還元領域７１ｂの前半部にて、原料ペレットの充填層４の下面部側からその上面部側に亘って４００℃以上に加熱されることから、着火用原料ペレット１および原料ペレット３中のタール分は、還元炉３０における着火領域７１ａおよび還元領域７１ｂの前半部にて全て排出されることになる。
【００５７】
部分還元鉄製造装置の立ち上げ時には、まず、前記保温ヒータにより、第一ガス冷却塔１１０Ａの塔本体１１１、第二ガス冷却塔１１０Ｂの塔本体１１１、液状タール貯蔵タンク１１５、液状タール循環管１２１、液状タール送給管１２３、液状タール噴射管１２４、液状タール連絡管１１８、および液状タール貯蔵タンク１１５内の液状タールを所定の温度まで加熱し当該液状タール１６１の流動性を確保する。これにより、液状タール１６１が配管で目詰まりすることを防ぐことができる。
【００５８】
続いて、開閉弁Ｖ４２を開状態とする一方、ヒータ切換弁Ｖ６１、クーラ切換弁Ｖ６２を閉状態とし、循環ポンプ１２２を駆動することにより、液状タール貯蔵タンク１１５内の液状タール１６１が、タンク内液状タール送給管１１６、液状タール循環管１２１および液状タール送給管１２３を介して、液状タール噴射管１２４へ送給し、液状タール噴射管１２４から第一ガス冷却塔１１０Ａの塔本体１１１および第二ガス冷却塔１１０Ｂの塔本体１１１内へ液状タール１６１を噴射し、当該第一ガス冷却塔１１０Ａの塔本体１１１および第二ガス冷却塔１１０Ｂの塔本体１１１内に液状タール１６１が溜まっていくことになる。
【００５９】
続いて、液状タール１６１が、第一ガス冷却塔１１０Ａの塔本体１１１および第二ガス冷却塔１１０Ｂの塔本体１１１内に所定量溜まると、開閉弁Ｖ４２を閉状態として液状タール貯蔵タンク１０５からガス冷却塔１１０Ａ，１１０Ｂへの液状タール１６１の供給を停止する一方、ヒータ切換弁Ｖ６１を開状態とし、ヒータ１２６により液状タール１６１を所定の温度（例えば８０〜１２０℃）に加熱し、ヒータ１２６により加熱した液状タール１６１は、液状タール循環管１２１、第一液状タール分岐管１２５、循環ポンプ１２２、液状タール送給管１２３、液状タール噴射管１２４、第一ガス冷却塔１１０Ａの塔本体１１１を循環することになる。なお、液状タール噴射管１２４から第二ガス冷却塔１１０Ｂの塔本体１１１に噴射された液状タール１６１は、液状タール連絡管１１８を介して第一ガス冷却塔１１０Ａの塔本体１１１に送給される。
【００６０】
循環している液状タール１６１が所定の温度に達した後に、還元炉３０が稼働し、還元炉３０の着火領域７１ａおよび還元領域７１ｂから排出された高温（例えば２４０℃）の排ガス９１は、液状タール分離装置１０５の第一ガス冷却塔１１０Ａに送られる。ヒータ切換弁Ｖ６１を閉状態とする一方、クーラ切換弁Ｖ６２を開状態とし、液状タール１６１をクーラ１２８に流通させることで、当該液状タール１６１を所定の温度（例えば８０〜１５０℃）に冷却している。これにより、排ガス９１を第一ガス冷却塔１１０Ａで処理することにより、例えば１５０〜１８０℃まで冷却されて一次冷却済み排ガス９２となり、一次冷却済み排ガス９２を第二ガス冷却塔１１０Ｂで処理することにより、例えば１３０〜１５０℃まで冷却されて二次冷却済み排ガス９３となる。一次冷却済み排ガス９２および二次冷却済み排ガス９３は、酸露点（１１０℃程度）より高温であるため、一次冷却済み排ガス送出管１１７および連絡管１１９などで酸腐食が発生することを防ぐことができる。なお、ミスト状タール分離装置１３０によりタール分処理済み排ガス９４も、１３０〜１５０℃程度であり、ガス送出管５３においても、酸腐食が発生することを防ぐことができる。
【００６１】
第一ガス冷却塔１１０Ａの塔本体１１１内の液状タール１６１および第二ガス冷却塔１１０Ｂの塔本体１１１内の液状タール１６１の液面の高さは、上述した液面センサにより計測しており、前記液面センサにより計測値に応じて開閉弁Ｖ４１の開閉が調整される。つまり、第一ガス冷却塔１１０Ａの塔本体１１１および第二ガス冷却塔１１０Ｂの塔本体１１１内の液状タール１６１が溜まってくると、前記液面センサの信号に基づき、開閉弁Ｖ４１を開状態とし、前記液状タール１６１を液状タール貯蔵タンク１１５へ排出し、前記液面センサの計測値が下限レベルを検出すると、開閉弁Ｖ４１を閉状態とし、液状タール貯蔵タンク１１５への液状タール１６１の排出を停止している。
【００６２】
第一ガス冷却塔１１０Ａおよび第二ガス冷却塔１１０Ｂにより排ガスを１５０℃まで冷却し、排ガス９１，９２中のタール分を凝縮させて液状タールと１６１とし、当該液状タール１６１を、液状タール噴射管１２４から噴射された液状タール１６１と一緒に回収し、第二ガス冷却塔１１０Ｂを通過したタールのフュームは下流のミスト状タール分離装置１３０で数ミクロン程度の大きさの粒子まで回収される。ミスト状タール分離装置１３０で回収できなかったタール分および１５０℃で凝縮しなかったタール分はフュームないしガス状のまま循環し、還元炉３０における原料ペレット層４の高温燃焼帯を通過することで燃焼する。原料ペレット層４内でのタール燃焼は冷却領域７１ｃでも行われ、還元鉄５として排出される時でも、原料ペレット層４の最上部が８００℃以上であるため、冷却領域７１ｃの風箱３３ｅに投入するガス９５ｅを燃焼に必要な１０％程度の酸素濃度とすることで燃焼し無害化される。
【００６３】
したがって、本実施例に係る還元鉄製造装置によれば、着火用原料ペレットの燃焼熱により原料ペレットの充填層を加熱し原料ペレット内の還元用炭材から可燃揮発分が生じて燃焼し、可燃揮発分の燃焼により、原料ペレットの温度がさらに上昇し還元反応が進行して一酸化炭素ガスが発生する一方、隣接する原料ペレットを加熱し当該原料ペレットの還元用炭材から可燃揮発分が生じる。可燃揮発分の残部および一酸化炭素ガスを循環し空気と混合した酸素含有ガスを温度がさらに上昇した前記原料ペレットに供給することで当該原料ペレット周囲にて一酸化炭素ガスの濃度を当該一酸化炭素ガスの燃焼域まで高め当該一酸化炭素ガスが燃焼し高温化し還元鉄の還元に必要な温度の燃焼帯を形成する。前記燃焼帯が、前記原料ペレットが前記着火用原料ペレット上に供給されてから排出されるまでの間に、前記原料ペレットの充填層の層高方向にて順次進行し、前記原料ペレットの充填層を加熱還元して、部分還元鉄を製造することができる。そのため、原料ペレットに対して熱源となる炭材のコーティングが不要となる。つまり、従来排ガス中に排出されそのまま大気放出されるか、または系外で他の補助燃料を使用しながら燃焼させボイラで廃熱回収されていた還元により発生する一酸化炭素ガスを原料ペレットの充填層４に循環し、還元により発生している一酸化炭素ガスと合算することでその濃度を高めて燃焼することで、燃焼率を上げ、原料ペレットの充填層４内にて熱源として直接的に有効利用することで、従来、原料ペレットに外装していた燃焼用炭材を不要とすることができる。その結果、部分還元鉄製造プロセス（装置）全体で使用される石炭量を低減できる。これにより、消費炭材が減少し、二酸化炭素の排出量を低減することができる。
【００６４】
さらに、原料ペレット３を加熱して生じたガスの燃焼により当該原料ペレット３が加熱されるため、ガスの発生量が少なく、原料ペレットの充填層４の燃焼帯にて一酸化炭素ガスの濃度が一酸化炭素の燃焼域より低くなると、一酸化炭素ガスの燃焼がすぐに停止する。これにより、原料ペレット３が冷却されるため高温状態で酸素と接触する時間が短く再酸化が低減され金属化率の高い部分還元鉄の製造が可能となる。
【００６５】
燃焼用石炭粉を外装する従来の原料ペレットの場合には、燃焼用石炭粉の石炭量が全体に対し約５％程度であった。上述したように、着火炭を外装しない原料ペレットを用いることで、従来の還元鉄の製造方法と比べて石炭の使用量を低減できる。
【００６６】
フード３４内に設けられ、フード３４とグレート１０１で囲まれ、グレート長手方向中央部の空間（領域７１ｂ）を区画する仕切り板３８ａ，３８ｂと、領域７１ｂの排ガスを排出し、前記排ガスを、領域７１ｂに対向配置される風箱３３ｂ〜３３ｄに供給する排ガス循環装置５０と、排ガス循環装置５０に連結され、空気を供給する空気供給装置６０と、空気供給装置６０に設けられ、空気の流量を調整する流量調整バルブＶ１１〜Ｖ１４とを具備することで、領域７１ａ，７１ｂ内で生じる比較的濃度の高い一酸化炭素ガスを有効利用することができ、二酸化炭素の排出を抑制することができる。
【００６７】
さらに、排ガス循環装置５０の途中に、上述の液状タール分離装置１０５を設けたことにより、液状タールを排ガスから分離することができ、液状タールをバーナ用燃料として利用することが可能になる。つまり、排ガス中のタール分を有効活用することができる。その結果、熱エネルギの損失を抑制することができる。
【００６８】
［他の実施形態］
なお、上記では、上向き通風をなすグレート還元炉１００を備える部分還元鉄製造装置を用いて説明したが、グレートの移動方向上流側から順番に、原料ペレット供給装置、加熱炉を配置し、下向き通風をなすグレート還元炉を備える還元鉄製造装置とすることも可能である。
【００６９】
上記では、第一ガス冷却塔１１０Ａと第二ガス冷却塔１１０Ｂとミスト状タール分離装置１３０とを有する液状タール分離装置１０５を備える部分還元鉄製造装置を用いて説明したが、ガス冷却塔は２基に限らず１基や３基以上とした液状タール分離装置を備える部分還元鉄製造装置とすることも可能である。また、ガス冷却塔を２基のみ有する液状タール分離装置を備える部分還元鉄製造装置とすることも可能である。
【００７０】
上記では、液状タール貯蔵タンク１１５を備える部分還元鉄製造装置を用いて説明したが、前記液状タール貯蔵タンク１１５を除去した部分還元鉄製造装置とすることも可能である。
【００７１】
上記では、燃焼用バーナ２１へ液状タール１６１を供給する液状タール供給装置１４０を備える部分還元鉄製造装置を用いて説明したが、前記液状タール供給装置１４０を除去した部分還元鉄製造装置とすることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明に係る部分還元鉄製造装置によれば、燃焼用炭材を使用しないにも拘らず部分還元鉄を製造することができると共に、排ガス中のタール分を有効活用することで熱エネルギの損失を抑制することができるため、製鉄産業などにて有益に利用することができる。
【符号の説明】
【００７３】
１            着火用原料ペレット
２            着火用原料ペレット層
３            原料ペレット
４            原料ペレットの充填層
５            部分還元鉄
１０          着火用原料ペレット供給装置
２０          加熱炉
２１          燃焼用バーナ
２２          排気管
２３          冷却領域ガス排気管
３０          還元炉
３１          原料ペレット供給装置（給鉱ホッパ）
３２          還元炉本体
３３ａ〜３３ｅ  風箱
３４          フード
３５          軌道
３６          支持部
３７          ローラ
３８ａ，３８ｂ  仕切り板
４１，４３    水封プール
４２，４４    シール壁
５１          第一排気管
５２          第二排気管
５３          ガス送出管
５６          ポンプ
５７          Ｏ2センサ
５８          循環ガス送出管
５９ａ〜５９ｅ  第一〜第五分岐循環ガス送出管
６０          空気供給装置
６１          空気供給源
６２          空気送給管
６３          流量調整バルブ
６４          ポンプ
６５          空気送出管
６６ａ〜６６ｅ  第一〜第五分岐空気送出管
７１ａ        着火領域
７１ｂ        還元領域
７１ｃ        冷却領域
１００        グレート還元炉
１０１        無端グレート
１０５        液状タール分離装置
１１０Ａ，１１０Ｂ  ガス冷却塔
１１１        塔本体
１１２        タール分凝縮促進器
１１３        第一タール排出管
１１４        第二タール排出管
１１５        液状タール貯蔵タンク
１１６        タンク内液状タール送給管
１１７        一次冷却済み排ガス送出管
１１８        液状タール連絡管
１１９        連絡管
１２１        液状タール循環管
１２２        循環ポンプ
１２３        液状タール送給管
１２４        液状タール噴射管
１２５        第一分岐管
１２６        ヒータ
１２７        第二分岐管
１２８        冷却器
１３０        ミスト状タール分離装置
１３１        装置本体
１３２        液状タール排出管
１４０        液状タール供給装置
１４１        液状タール供給管
１４２        液状タール供給ポンプ
１５０        バーナ用燃料供給装置
１５１        バーナ用燃料供給源
１５２        バーナ用燃料供給管
１５３        バーナ用燃料
１６１        液状タール
Ｖ２１        バルブ
Ｖ２２        流量調整バルブ
Ｖ３１，Ｖ４１，Ｖ４２，Ｖ５１  開閉弁
Ｖ６１        ヒータ切換弁
Ｖ６２        クーラ切換弁
【図１】
2014062300.tif 000003
【図２】
2014062300.tif 000004
【図３】
2014062300.tif 000005