(57)【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ペレットを無端グレート上に充填し加熱還元する還元炉本体と、前記ペレットの充填層から排出される排ガスを前記還元炉本体から排出して当該還元炉本体へ送給することで循環する排ガス循環手段と、前記還元炉本体へ空気を送給する空気送給手段とを備え、加熱されたペレットが上層のペレットを加熱し発生する揮発分および還元によって発生する可燃ガスと前記排ガスおよび前記空気とが燃焼して当該ペレットの充填層に燃焼帯を形成し、前記無端グレートの移動に伴い当該燃焼帯が前記ペレットの充填層の上方へ順次移動していくことにより部分還元鉄を製造する部分還元鉄製造装置であって、
前記還元炉本体から排出される前記排ガスの一酸化炭素濃度を検出する一酸化炭素濃度検出手段と、
前記還元炉本体へ送給する前記排ガスの酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、
前記排ガス循環手段により前記還元炉本体へ送給する前記排ガスの循環量を調整する排ガス循環量調整手段と、
前記空気送給手段により前記還元炉本体へ送給する前記空気の送給量を調整する空気送給量調整手段と、
前記排ガス循環量調整手段および前記空気送給量調整手段を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
前記一酸化炭素濃度検出手段が検出した排ガスの一酸化炭素濃度と、前記酸素濃度検出手段が検出した排ガスの酸素濃度とに基づき、前記排ガス循環量調整手段および前記空気送給量調整手段を制御し、
前記還元炉本体は、着火された前記ペレットにより前記ペレットの充填層の下層を着火する着火領域を備え、
前記一酸化炭素濃度検出手段は、前記還元炉本体の前記着火領域から排出される前記排ガスの一酸化炭素濃度を検出するものであり、
前記排ガス循環量調整手段は、前記還元炉本体の前記着火領域へ送給する前記排ガスの循環量を調整するものであり、
前記空気送給量調整手段は、前記還元炉本体の前記着火領域へ送給する前記空気の送給量を調整するものである
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、
前記還元炉本体は、前記ペレットの充填層に燃焼帯を形成し、前記無端グレートの移動に伴い当該燃焼帯が当該ペレットの充填層の上方へ順次移動していく還元領域を備え、
前記一酸化炭素濃度検出手段は、さらに前記還元炉本体の前記還元領域から排出される前記排ガスの一酸化炭素濃度を検出するものであり、
前記排ガス循環量調整手段は、さらに前記還元炉本体の前記還元領域へ送給する前記排ガスの循環量を調整するものであり、
前記空気送給量調整手段は、さらに前記還元炉本体の前記還元領域へ送給する前記空気の送給量を調整するものである
ことを特徴とする部分還元鉄製造装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載された部分還元鉄製造装置であって、
前記制御手段は、
前記一酸化炭素濃度検出手段により検出した前記排ガスの一酸化炭素濃度が一酸化炭素濃度下限値より低いとき、前記還元炉本体へ送給する前記排ガスおよび前記空気の合計酸素濃度が高くなり、且つ、前記還元炉本体へ送給する前記排ガスおよび前記空気の流量が一定になるように、前記排ガス循環量調整手段および前記空気送給量調整手段を制御すると共に、前記排ガス循環手段および前記空気送給手段を制御し、
前記一酸化炭素濃度検出手段により検出した前記排ガスの一酸化炭素濃度が一酸化炭素濃度上限値より高いとき、前記還元炉本体へ送給する前記排ガスおよび前記空気の合計酸素濃度が低くなり、且つ、前記還元炉本体へ送給する前記排ガスおよび前記空気の流量が一定になるように、前記排ガス循環量調整手段および前記空気送給量調整手段を制御すると共に、前記排ガス循環手段および前記空気送給手段を制御する
ことを特徴とする部分還元鉄製造装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載された部分還元鉄製造装置であって、
前記還元炉本体は、前記無端グレートの上方およびその下方を覆うフードおよび複数の風箱を備え、
前記排ガス循環手段は、前記フードにおける前記複数の風箱に対向する箇所のそれぞれから前記排ガスを排出し、前記排ガスを前記複数の風箱のそれぞれに送給するものであり、
前記空気送給手段は、前記複数の風箱のそれぞれに前記空気を送給するものであり、
前記一酸化炭素濃度検出手段は、前記フードにおける前記複数の風箱に対向する箇所のそれぞれから排出される前記排ガスの一酸化炭素濃度をそれぞれ検出するものであり、
前記制御手段は、
前記複数の風箱のそれぞれに応じて、前記一酸化炭素濃度検出手段が検出した前記排ガスの一酸化炭素濃度と、前記酸素濃度検出手段が検出した前記排ガスの酸素濃度とに基づき、前記排ガス循環量調整手段および前記空気送給量調整手段を制御する
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、酸化鉄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】
酸化鉄を含む塊成物を還元して部分還元鉄を製造する従来の技術として、例えば、下記特許文献１は、水平循環グレート還元炉のグレート上に塊成状還元鉄を積載し、その上にペレットを積層すると共に当該ペレットを着火し、着火後にさらにペレットを積層する一方、前記塊成状還元鉄の下方からその上方へ酸素含有ガスを流通させ且つ前記ペレットの下流側への移動に伴って前記酸素含有ガスの酸素濃度を段階的に低減することにより前記ペレットをその下層から上層へ順次還元して部分還元鉄を製造することを開示している。
【０００３】
また、下記特許文献２は、鉄鉱石、石炭、石灰石などの粉末を混合造粒してなるペレット（原料）を還元炉に供給し、前記ペレットを高温雰囲気に曝す一方、検出された炉内温度に基づき炉内に供給するガスの酸素濃度を調整して当該炉内温度を制御することにより前記ペレットを還元して部分還元鉄を製造することを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−９７５０８号公報
【特許文献２】特開２００１−１１５２０４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、上記特許文献１に記載の技術は、炉内雰囲気を予測した酸素濃度に一定に保つことにより所定のペレットから所望の部分還元鉄を得ることができるものの、積層したペレットの燃焼状態に応じて前記酸素含有ガスの酸素濃度を制御していないことから、ペレットの粒度分布やその水分含有量および組成などのばらつきや、ペレットのロットによる変動が大きいと、還元不足または過熔融が生じ、部分還元鉄の歩留まりを低下させてしまう可能性があった。また、積層ペレットにおける還元している箇所の温度を直接計測することが考えられるが、温度の計測箇所がグレートと共に下流側へ移動すると共に、前記移動に伴って積層ペレット内の燃焼帯が積層方向上方側へ移動することから、ペレットの還元領域の温度を直接計測することが難しかった。
【０００６】
上記特許文献２に記載の技術は、炉内に供給されたペレットを炉内雰囲気ガスの輻射加熱により、ペレット１〜２層を加熱することができるものの、ペレットが高積層高であると積層方向全体を加熱することができないことから、部分還元鉄の生産性が極めて低いという課題があった。
【０００７】
つまり、部分還元鉄の生産性を高めることができる高積層高の加熱においてはペレットの積層方向全領域にて還元状態（燃焼状態）を連続的かつ実用的に把握する方法がなく、還元途中にて還元不足や過熔融などが発生していてもわかりにくいという課題がある。
【０００８】
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、所定の還元率の部分還元鉄を効率良く製造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】
【０００９】
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ペレットを無端グレート上に充填し加熱還元する還元炉本体と、前記ペレットの充填層から排出される排ガスを前記還元炉本体から排出して当該還元炉本体へ送給することで循環する排ガス循環手段と、前記還元炉本体へ空気を送給する空気送給手段とを備え、加熱されたペレットが上層のペレットを加熱し発生する揮発分および還元によって発生する可燃ガスと前記排ガスおよび前記空気とが燃焼して当該ペレットの充填層に燃焼帯を形成し、前記無端グレートの移動に伴い当該燃焼帯が前記ペレットの充填層の上方へ順次移動していくことにより部分還元鉄を製造する部分還元鉄製造装置であって、
前記還元炉本体から排出される前記排ガスの一酸化炭素濃度を検出する一酸化炭素濃度検出手段と、
前記還元炉本体へ送給する前記排ガスの酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、
前記排ガス循環手段により前記還元炉本体へ送給する前記排ガスの循環量を調整する排ガス循環量調整手段と、
前記空気送給手段により前記還元炉本体へ送給する前記空気の送給量を調整する空気送給量調整手段と、
前記排ガス循環量調整手段および前記空気送給量調整手段を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
前記一酸化炭素濃度検出手段が検出した排ガスの一酸化炭素濃度と、前記酸素濃度検出手段が検出した排ガスの酸素濃度とに基づき、前記排ガス循環量調整手段および前記空気送給量調整手段を制御し、
前記還元炉本体は、着火された前記ペレットにより前記ペレットの充填層の下層を着火する着火領域を備え、
前記一酸化炭素濃度検出手段は、前記還元炉本体の前記着火領域から排出される前記排ガスの一酸化炭素濃度を検出するものであり、
前記排ガス循環量調整手段は、前記還元炉本体の前記着火領域へ送給する前記排ガスの循環量を調整するものであり、
前記空気送給量調整手段は、前記還元炉本体の前記着火領域へ送給する前記空気の送給量を調整するものである
ことを特徴とする。
【００１０】
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、
前記還元炉本体は、前記ペレットの充填層に燃焼帯を形成し、前記無端グレートの移動に伴い当該燃焼帯が当該ペレットの充填層の上方へ順次移動していく還元領域を備え、
前記一酸化炭素濃度検出手段は、さらに前記還元炉本体の前記還元領域から排出される前記排ガスの一酸化炭素濃度を検出するものであり、
前記排ガス循環量調整手段は、さらに前記還元炉本体の前記還元領域へ送給する前記排ガスの循環量を調整するものであり、
前記空気送給量調整手段は、さらに前記還元炉本体の前記還元領域へ送給する前記空気の送給量を調整するものである
ことを特徴とする。
【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、前述の発明に係る部分還元鉄製造装置であって、
前記制御手段は、
前記一酸化炭素濃度検出手段により検出した前記排ガスの一酸化炭素濃度が一酸化炭素濃度下限値より低いとき、前記還元炉本体へ送給する前記排ガスおよび前記空気の合計酸素濃度が高くなり、且つ、前記還元炉本体へ送給する前記排ガスおよび前記空気の流量が一定になるように、前記排ガス循環量調整手段および前記空気送給量調整手段を制御すると共に、前記排ガス循環手段および前記空気送給手段を制御し、
前記一酸化炭素濃度検出手段により検出した前記排ガスの一酸化炭素濃度が一酸化炭素濃度上限値より高いとき、前記還元炉本体へ送給する前記排ガスおよび前記空気の合計酸素濃度が低くなり、且つ、前記還元炉本体へ送給する前記排ガスおよび前記空気の流量が一定になるように、前記排ガス循環量調整手段および前記空気送給量調整手段を制御すると共に、前記排ガス循環手段および前記空気送給手段を制御する
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、
前記還元炉本体は、前記無端グレートの上方およびその下方を覆うフードおよび複数の風箱を備え、
前記排ガス循環手段は、前記フードにおける前記複数の風箱に対向する箇所のそれぞれから前記排ガスを排出し、前記排ガスを前記複数の風箱のそれぞれに送給するものであり、
前記空気送給手段は、前記複数の風箱のそれぞれに前記空気を送給するものであり、
前記一酸化炭素濃度検出手段は、前記フードにおける前記複数の風箱に対向する箇所のそれぞれから排出される前記排ガスの一酸化炭素濃度をそれぞれ検出するものであり、
前記制御手段は、
前記複数の風箱のそれぞれに応じて、前記一酸化炭素濃度検出手段が検出した前記排ガスの一酸化炭素濃度と、前記酸素濃度検出手段が検出した前記排ガスの酸素濃度とに基づき、前記排ガス循環量調整手段および前記空気送給量調整手段を制御する
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ペレットの粒度分布やその水分含有量および組成などのばらつきや、ペレットのロットによる変動が大きい場合であっても、還元炉本体から排出される排ガス中の一酸化炭素濃度を検出していることから、排ガス中の一酸化炭素濃度と相関するペレットの還元状態をより確実に予測することができる。排ガス中の一酸化炭素濃度、すなわち、前記予測に基づき還元炉本体へ送給する排ガスおよび空気の合計酸素濃度を調整することから、前記ペレットの充填層の燃焼帯の温度を安定させることができる。よって、還元不足や過熔融を生じさせることなく、所定の還元率の部分還元鉄を効率良く製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る部分還元鉄製造装置の概略図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る部分還元鉄製造装置の説明図であって、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充填層高との関係を示す。
【図３】原料ペレット充填層にて燃焼帯を１３００℃に保持する場合の排ガス中の一酸化炭素濃度と混合ガス中の酸素濃度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明に係る部分還元鉄製造装置の一実施形態について、図面を参照して以下に説明する。
【００１７】
本実施形態に係る部分還元鉄製造装置について、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。
【００１８】
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、下方押込型のグレート還元炉１００を備える。グレート還元炉１００は、全体的に円環状をなしている。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。
【００１９】
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、着火用原料ペレット１が積層してなる着火用原料ペレット層２を所定の高さに調整する装置である。つまり、着火用原料ペレット供給装置１０は着火用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より高く１０ｍｍ以下の範囲である。これは、着火用原料ペレット層２の積層高が５ｍｍ以下であると、着火した着火用原料ペレット１の燃焼による熱量が小さく、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以上であると、原料ペレット３を充填してなる原料ペレット充填層４の最下層部分を加熱しづらくなり原料ペレット３を還元できずに未還元ペレットとなってしまうからである。
【００２０】
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、加熱された着火用原料ペレット層２を所定時間高温で保持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には流量調整弁Ｖ２１が設けられている。燃焼ガス排気管２２の先端開口部は、燃焼用バーナ２１に対しグレート１０１の進行方向上流側に配置される。燃焼ガス排気管２２の後端部側は集塵機２３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２３を介して系外に排気される。
【００２１】
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４０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は、着火用原料ペレット層２上に原料ペレット３を供給し、原料ペレット３が充填してなる原料ペレット充填層４を所定の高さに調整する。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。
【００２２】
上述の還元炉本体３２は、グレート１０１下方に設置され固定構造物である風箱３３、風箱３３上方にグレート１０１を介して設置され固定構造物である円環状のフード３４、風箱３３両側に円環状に敷設された軌道３５，３５をさらに備える。
【００２３】
上述の風箱３３は、グレート１０１の進行方向Ａにて、原料ペレット供給装置３１側から、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。
【００２４】
上述のフード３４の天井板３４ａに２つの仕切り板３８ａ，３８ｂが設けられており、グレート１０１とフード３４の間の空間をグレート１０１の進行方向Ａにて３つの領域３９ａ，３９ｂ，３９ｃに区画している。第一仕切り板３８ａは、第一風箱３３ａ上方の空間と第二風箱３３ｂ上方の空間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上方の空間と第五風箱３３ｅ上方の空間とを区画する位置に配置される。これにより、グレート１０１とフード３４と第一仕切り板３８ａとで囲まれる領域が、詳細につき後述する着火領域（着火用原料ペレット燃焼領域）３９ａを構成することになる。グレート１０１とフード３４と第一，第二仕切り板３８ａ，３８ｂとで囲まれる領域が、還元領域（原料ペレット加熱領域）３９ｂを構成することになる。グレート１０１とフード３４と第二仕切り板３８ｂとで囲まれる領域が、冷却領域３９ｃを構成することになる。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
フード３４の天井板３４ａにおける冷却領域３９ｃに位置して冷却領域ガス排気管８１の一方の端部（基端部）が接続して設けられる。冷却領域ガス排気管８１の他方の端部（先端部）は上述の燃焼ガス排気管２２と接続している。冷却領域ガス排気管８１に流量調整弁Ｖ５１が設けられており、冷却領域３９ｃ内の排ガスの排出量を調整可能になっている。
【００２９】
上述の還元炉３０は、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〜第三排気管５１ａ〜５１ｃ、集合排気管５２、着火領域ガス排気管５３、スクラバー５４、排ガス送出管５５、ミストセパレータ５６、ブロア５７、循環ガス送出管５８、第一〜第五分岐循環ガス送出管５９ａ〜５９ｅを備える。
【００３０】
第一〜第三排気管５１ａ〜５１ｃは、一方の端部（基端側）がグレート１０１を介して第二〜第四風箱３３ｂ〜３３ｄと対向する還元領域３９ｂに位置するフード３４の天井板３４ａと接続し、他方の端部（先端側）がスクラバー５４に接続する集合排気管５２と接続している。また、集合排気管５２は、一方の端部（基端側）がグレート１０１を介して第一風箱３３ａと対向する着火領域３９ａに位置するフード３４の天井板３４ａと接続する着火領域ガス排気管５３と接続している。着火領域ガス排気管５３に流量調整弁Ｖ３１が設けられており、着火領域３９ａ内の排ガスの排出量を調整可能になっている。これにより、着火領域３９ａ内および還元領域３９ｂ内の排ガス９１は、着火領域ガス排気管５３および第一〜第三排気管５１ａ〜５１ｃおよび集合排気管５２を通じてスクラバー５４に送出され、スクラバー５４で排ガス９１内の粉塵などの固形物が取り除かれる。
【００３１】
スクラバー５４は、排ガス送出管５５の一方の端部（基端部）と接続している。排ガス送出管５５の他方の端部（先端部）はブロア５７のガス受入口と接続している。排ガス送出管５５には、ミストセパレータ５６および流量調整弁Ｖ３２が設けられる。ブロア５７のガス送出口は、循環ガス送出管５８の基端側と接続している。循環ガス送出管５８は、第一〜第五分岐循環ガス送出管５９ａ〜５９ｅの基端側と接続している。第一〜第五分岐循環ガス送出管５９ａ〜５９ｅの先端側は、第一〜第五風箱３３ａ〜３３ｅと接続している。第一〜第五分岐循環ガス送出管５９ａ〜５９ｅには流量調整弁Ｖ１〜Ｖ５がそれぞれ設けられている。よって、除塵された排ガス（除塵ガス）９２は、ミストセパレータ５６でミストが除去されて排ガス９３となり、その流量が流量調整弁Ｖ３２，Ｖ１〜Ｖ５で調整されることになる。つまり、排ガス９１は排ガス９３となり循環ガスとして還元炉３０で再利用される。
【００３２】
上述の還元炉３０は、空気送給装置（空気送給手段）６０をさらに備える。空気送給装置６０は、空気送給管６１、ブロア６２、空気送出管６３、第一〜第五分岐空気送出管６４ａ〜６４ｅを備える。空気送給管６１の一方の端部（基端部）は大気開放している。空気送給管６１の他方の端部（先端部）はブロア６２のガス受入口と接続している。ブロア６２のガス送出口は、空気送出管６３の一方の端部（基端部）と接続している。空気送出管６３は、第一〜第五分岐空気送出管６４ａ〜６４ｅの基端側と接続している。第一〜第五分岐空気送出管６４ａ〜６４ｅの先端側は、第一〜第五分岐循環ガス送出管５９ａ〜５９ｅと接続している。空気送給管６１および第一〜第五分岐空気送出管６４ａ〜６４ｅには、空気９４の流量を調整する流量調整弁Ｖ４１，Ｖ１１〜Ｖ１５が設けられる。よって、流量調整弁Ｖ１〜Ｖ５，Ｖ１１〜Ｖ１５，Ｖ３１，Ｖ３２、Ｖ４１を調整することにより、排ガス９３と空気９４を所定の割合で混合してなる混合ガス（酸素含有ガス）９５ａ〜９５ｅを各風箱３３ａ〜３３ｅに送給することができる。
【００３３】
着火領域ガス排気管５３および第一〜第三排気管５１ａ〜５１ｃには、一酸化炭素濃度を検出するＣＯセンサ（一酸化炭素濃度検出手段）７１ａ〜７１ｄがそれぞれ設けられる。循環ガス送出管５８の基端側には、酸素濃度を検出するＯ2センサ（酸素濃度検出手段）７２が設けられる。
【００３４】
上述した還元炉３０は、ＣＯセンサ７１ａ〜７１ｄおよびＯ2センサ７２の出力側と接続する一方、流量調整弁Ｖ１〜Ｖ５，Ｖ１１〜Ｖ１５，Ｖ３１，Ｖ３２，Ｖ４１，Ｖ５１およびブロア５７，６２の入力側と接続する制御装置（制御手段）９０をさらに備える。制御装置９０は、流量調整弁Ｖ２１の入力側とも接続している。
【００３５】
制御装置９０は、ＣＯセンサ７１ａ〜７１ｄにより検出された一酸化炭素濃度、およびＯ2センサ７２により検出された酸素濃度に基づき、各風箱３３ａ〜３３ｅへ送給する混合ガス９５ａ〜９５ｅの酸素濃度がそれぞれ所望の濃度となるように、流量調整弁Ｖ１〜Ｖ５，Ｖ１１〜Ｖ１５，Ｖ３１，Ｖ３２，Ｖ４１の開度およびブロア５７，６２の作動を制御する。これにより、グレート１０１上方の炉内へ風箱３３ａ〜３３ｅ毎に酸素濃度が調整された混合ガス９５ａ〜９５ｅを送給することができ、原料ペレット充填層４の充填層高方向にて所望の温度分布となるように調整することができる。また、着火領域３９ａ、還元領域３９ｂ、冷却領域３９ｃにおいても、炉内雰囲気中の酸素を所望の濃度に調整することができることから、原料ペレット充填層４の充填層高方向にて所望の温度分布となるように調整することができる。
【００３６】
部分還元鉄排出装置４０は、上述した領域３９ａ〜３９ｃ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。
【００３７】
このような本実施形態においては、前記流量調整弁Ｖ１〜Ｖ５，Ｖ３１，Ｖ３２などが排ガス循環量調整手段を構成している。前記流量調整弁Ｖ１１〜Ｖ１５，Ｖ４１などが空気送給量調整手段を構成している。
【００３８】
このようにして構成された本実施形態に係る部分還元鉄製造装置を使用して部分還元鉄を製造する方法を説明する。
【００３９】
まず、着火用原料ペレット供給装置１０が着火用原料ペレット１をグレート１０１上に供給して、層高が、例えば５ｍｍ〜２０ｍｍの着火用原料ペレット層２を形成する。着火用原料ペレット層２はグレート１０１の移動に伴い加熱炉２０の燃焼用バーナ２１の下方へ移動する。燃焼用バーナ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。還元温度域まで加熱された着火用原料ペレット層２は、グレート１０１の移動に伴い原料ペレット供給装置３１の下方へ移動する。原料ペレット供給装置３１が原料ペレット３を着火用原料ペレット層２上に供給して、層高が、例えば２００ｍｍ程度の原料ペレット充填層４を形成する。
【００４０】
続いて、着火用原料ペレット層２および原料ペレット充填層４は、グレート１０１の移動に伴い、還元炉３０内に移動する。還元炉３０内においては、着火用原料ペレット層２および原料ペレット充填層４の下方である風箱３３ａ〜３３ｅ側からその上方であるフード３４の天井板３４ａ側に向けて、排ガス（循環ガス）９３と空気９４が混合してなる混合ガス９５ａ〜９５ｅが通気される。
【００４１】
第一風箱３３ａに送給される混合ガス９５ａの酸素濃度が流量調整弁Ｖ１，Ｖ１１により例えば１５％に調整されており、酸素濃度１５％の混合ガス９５ａは、着火用原料ペレット層２および原料ペレット充填層４の下方からその上方へ通気される。これにより、第一風箱３３ａ上方の着火領域３９ａ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上の原料ペレット充填層４が加熱される。
【００４２】
第二〜第四風箱３３ｂ〜３３ｄに送給される混合ガス９５ｂ〜９５ｄの酸素濃度が流量調整弁Ｖ２〜Ｖ４，Ｖ１２〜Ｖ１４により例えば１１％に調整されており、酸素濃度１１％の混合ガス９５ｂ〜９５ｄ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充填層４の下方からその上方へ通気される。これにより、第二〜第四風箱３３ｂ〜３３ｄ上方の還元領域３９ｂにおいて、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。前記可燃揮発分の残部および前記一酸化炭素ガスを含む排ガス９１は、第一〜第三排気管５１ａ〜５１ｃおよび集合排気管５２を流通しスクラバー５４に導入される。スクラバー５４にて固形物が取り除かれた排ガス９２となる。排ガス９２は、排ガス送出管５５を流通しミストセパレータ５６にてミストが除かれて排ガス９３となる。この排ガス９３は、排ガス送出管５５をさらに流通し、ブロア５７、循環ガス送出管５８を介して、第二〜第四分岐循環ガス送出管５９ｂ〜５９ｄを流通し、空気送給管６１、ブロア６２、空気送出管６３、および第二〜第四分岐空気送出管６４ｂ〜６４ｄを流通した空気９４と混合して混合ガス９５ｂ〜９５ｄとなり、第二〜第四風箱３３ｂ〜３３ｄおよびグレート１０１を介して、温度がさらに上昇した前記原料ペレット３に送給される。これにより、原料ペレット充填層４の下層から上層に原料ペレット３が燃焼してなる燃焼帯が移動していくことになる。
【００４３】
第五風箱３３ｅに送給される混合ガス９５ｅの酸素濃度が流量調整弁Ｖ５，Ｖ１５により例えば５％以下に調整されており、酸素濃度５％以下の混合ガス９５ｅは、所定の還元率まで進行した原料ペレット充填層４の下方からその上方へ通気される。これにより、第五風箱３３ｅ上方の冷却領域３９ｃにおいて、所定の還元率まで進行した原料ペレット充填層４は、１００℃〜８００℃程度まで冷却されて、所望の部分還元鉄５となる。
【００４４】
続いて、所望の部分還元鉄５は、グレート１０１の移動に伴い、部分還元鉄排出装置４０上方に移動し、還元炉３０内から排出されることになる。
【００４５】
ここで、上述した本実施形態に係る部分還元鉄製造装置において、制御装置９０は、排ガス９１の一酸化炭素濃度に基づき、還元炉３０内での着火用原料ペレット層２および原料ペレット充填層４の還元状態（燃焼状態）を予測し、この予測結果および排ガス９３の酸素濃度に基づき、還元炉３０内の加熱領域３９ａ、還元領域３９ｂ、冷却領域３９ｃのそれぞれへ送給する混合ガス９５ａ，９５ｂ〜９５ｄ，９５ｅの酸素濃度が所定値となるように、より具体的には各風箱３３ａ〜３３ｅへ送給する混合ガス９５ａ〜９５ｅの酸素濃度が所定値となるように、流量調整弁Ｖ１〜Ｖ５，Ｖ１１，Ｖ１５，Ｖ３1，Ｖ３２，Ｖ４１の開度を制御すると共に、ブロア５７，６２の作動を制御している。
【００４６】
制御装置９０は、ＣＯセンサ７１ａにより検出した着火領域ガス排気管５３を流通する排ガス９１の一酸化炭素濃度に基づき、着火領域３９ａ内での着火用原料ペレット層２の燃焼状態を予測する。
【００４７】
前記排ガス９１の一酸化炭素濃度が一酸化炭素濃度下限値（例えば１０％）よりも低いときには、着火用原料ペレット層２が１３００℃よりも低いと予測し、Ｏ2センサ７２により検出した排ガス９３の酸素濃度に基づき、混合ガス９５ａが酸素濃度所定値（着火用原料ペレット層２が１３００℃で安定して燃焼するときに必要な酸素濃度）よりも高くなるように流量調整弁Ｖ１，Ｖ１１の開度を制御し、且つ、混合ガス９５ａの流量が一定となるようにブロア５７，６２の作動を制御している。
【００４８】
前記排ガス９１の一酸化炭素濃度が一酸化炭素濃度上限値（例えば１１％）よりも高いときには、着火用原料ペレット層２が１３００℃よりも高いと予測し、Ｏ2センサ７２により検出した排ガス９３の酸素濃度に基づき、混合ガス９５ａが前記酸素濃度所定値よりも低くなるように流量調整弁Ｖ１，Ｖ１１の開度を制御し、且つ、混合ガス９５ａの流量が一定となるようにブロア５７，６２の作動を制御している。
【００４９】
前記排ガス９１の一酸化炭素濃度が前記一酸化炭素下限値以上であり前記一酸化炭素濃度上限値以下であるときには、着火用原料ペレット層２が１３００℃であると予測し、Ｏ2センサ７２により検出した排ガス９３の酸素濃度に基づき、混合ガス９５ａが前記酸素濃度所定値となるように流量調整弁Ｖ１，Ｖ１１の開度を制御し、且つ、混合ガス９５ａの流量が一定となるようにブロア５７，６２の作動を制御している。
【００５０】
これにより、加熱領域３９ａにおいて、着火用原料ペレット層２の燃焼温度を１３００℃に保持することができ、着火用原料ペレット層２で生じる燃焼熱により原料ペレット充填層４を安定して加熱することができる。
【００５１】
制御装置９０は、加熱領域３９ａ（第一風箱３３ａ）の場合と同様、還元領域３９ｂ（第二〜第四風箱３３ｂ〜３３ｄ）においても、ＣＯセンサ７１ｂ〜７１ｄにより検出した第一〜第三排気管５１ａ〜５１ｃを流通する排ガス９１の一酸化炭素濃度に基づき、還元領域３９ｂ内（各風箱３３ｂ〜３３ｄ上方）における、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充填層４の燃焼状態を予測する。
【００５２】
例えば、図３に示すように、前記排ガス９１の一酸化炭素濃度が一酸化炭素濃度下限値である１０％よりも低いときには、原料ペレット充填層４が１３００℃よりも低いと予測し、Ｏ2センサ７２により検出した排ガス９３の酸素濃度に基づき、混合ガス９５ｂ〜９５ｄが酸素濃度所定値（原料ペレット充填層４が１３００℃で安定して燃焼するときに必要な酸素濃度）である１０％よりも高くなるように流量調整弁Ｖ２〜Ｖ４，Ｖ１２〜Ｖ１４の開度を制御し、且つ、混合ガス９５ｂ〜９５ｄの流量が一定となるようにブロア５７，６２の作動を制御している。
【００５３】
前記排ガス９１の一酸化炭素濃度が一酸化炭素濃度上限値である１１％よりも高い場合には、原料ペレット充填層４が１３００℃よりも高いと予測し、Ｏ2センサ７２により検出した排ガス９３の酸素濃度に基づき、混合ガス９５ｂ〜９５ｄが前記酸素濃度所定値である１０％よりも低くなるように流量調整弁Ｖ２〜Ｖ４，Ｖ１２〜Ｖ１４の開度を制御し、且つ、混合ガス９５ｂ〜９５ｄの流量が一定となるようにブロア５７，６２の作動を制御している。
【００５４】
前記排ガス９１の一酸化炭素濃度が前記一酸化炭素濃度下限値以上であり前記一酸化炭素濃度上限値以下である（例えば、１０％以上であり１１％以下である）ときには、Ｏ2センサ７２により検出した排ガス９３の酸素濃度に基づき、混合ガス９５ｂ〜９５ｄが前記酸素濃度所定値である１０％となるように流量調整弁Ｖ２〜Ｖ４，Ｖ１２〜Ｖ１４の開度を制御し、且つ、混合ガス９５ｂ〜９５ｄの流量が一定となるようにブロア５７，６２の作動を制御している。
【００５５】
よって、還元領域３９ｂにおいて、原料ペレット充填層４の燃焼帯の温度を１３００℃に保持することができる。
【００５６】
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３９ｂ内のガス９１は、第一〜第三排気管５１ａ〜５１ｃ、集合排気管５２を流通し、スクラバー５４で粉塵などの固形物が除去され、ミストセパレータ５６でミストが除去され、ブロア５７および循環ガス送出管５８および第二〜第四分岐循環ガス送出管５９ｂ〜５９ｄを介して各風箱３３ｂ〜３３ｄに送給される。よって、上述の還元領域３９ｂ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り、原料ペレット充填層４の層高方向に燃焼帯が移動していくことになる。
【００５７】
したがって、本実施形態に係る部分還元鉄製造装置によれば、着火用原料ペレット１および原料ペレット３（原料）の粒度分布やその水分含有量および組成などのばらつきや、着火用原料ペレット１および原料ペレット３（原料）のロットによる変動が大きい場合であっても、還元炉本体３２の各領域３９ａ〜３９ｃから排出される排ガス９１の一酸化炭素濃度を検出していることから、排ガス９１中の一酸化炭素濃度と相関する着火用原料ペレット１（着火用原料ペレット層２）および原料ペレット３（原料ペレット充填層４）の還元状態（燃焼状態）をより確実に予測することができる。この予測に基づき酸素濃度を調整した混合ガス９５ａ，９５ａ〜９５ｄ，９５ｅを還元炉本体３２内へ送給することから、各領域３９ａ〜３９ｃにて、着火用原料ペレット層２および原料ペレット充填層４の燃焼帯の温度を安定させることができる。よって、従来の各領域の酸素濃度を一定にする手法や炉内温度を実測する手法とは異なり、還元不足や過熔融を生じることがなく、所望の金属化率（還元率）の部分還元鉄５を効率良く製造することができる。
【００５８】
還元領域３９ｂから排出される排ガス９１の一酸化炭素濃度を検出し、この検出結果に基づき、還元領域３９ｂ内での着火用原料ペレット層２（着火用原料ペレット１）および原料ペレット充填層４（原料ペレット３）の還元状態（燃焼状態）を予測し、この予測結果に基づき還元領域３９ｂにて前記着火用原料ペレット層２および前記原料ペレット充填層４の還元（燃焼）を安定させるのに必要な混合ガス９５ｂ〜９５ｄの酸素濃度を演算し、この演算結果となるように、Ｏ2センサ７２により検出した排ガス９３の酸素濃度に基づき、流量調整弁Ｖ２〜Ｖ４，Ｖ１２〜Ｖ１４の開度を制御すると共に、ブロア５７，６２の作動を制御することにより、還元領域３９ｂを原料ペレット３の還元処理に適した環境、すなわち、原料ペレット充填層４の燃焼帯の温度（最大温度）を常に１３００℃付近にすることができ。その結果、還元率が安定した部分還元鉄５を製造することができる。
【００５９】
着火領域３９ａから排出される排ガス９１の一酸化炭素濃度を検出し、この検出結果に基づき、着火領域３９ａ内での着火用原料ペレット層２（着火用原料ペレット１）および原料ペレット充填層４（原料ペレット３）の還元状態（燃焼状態）を予測し、この予測結果に基づき着火領域３９ａにて前記着火用原料ペレット層２および前記原料ペレット充填層４の還元（燃焼）を安定させるのに必要な混合ガス９５ａの酸素濃度を演算し、この演算結果となるように、Ｏ2センサ７２により検出した排ガス９３の酸素濃度に基づき、流量調整弁Ｖ１，Ｖ１１の開度を制御すると共に、ブロア５７，６２の作動を制御することにより、着火領域３９ａを着火用原料ペレット１および原料ペレット３の還元処理に適した環境とすることができる。その結果、着火用原料ペレット１により原料ペレット３を十分に加熱したり、可燃揮発分および可燃ガスを十分に発生したりすることができ、着火用原料ペレット１により原料ペレット３を効率良く加熱することができる。
【００６０】
風箱３３ａ〜３３ｄ毎に排ガス９１の一酸化炭素濃度を計測し、この計測結果に基づき、各風箱３３ａ〜３３ｄの上方における着火用原料ペレット層２（着火用原料ペレット１）および原料ペレット充填層４（原料ペレット３）の還元状態（燃焼状態）を予測し、この予測結果に基づき各風箱３３ａ〜３３ｄの上方における前記着火用原料ペレット層２および前記原料ペレット充填層４の還元（燃焼）を安定させるのに必要な混合ガス９５ａ〜９５ｄの酸素濃度を演算し、この演算結果となるように、Ｏ2センサ７２により検出した排ガス９３の酸素濃度に基づき、流量調整弁Ｖ１〜Ｖ４，Ｖ１１〜Ｖ１４の開度を制御すると共に、ブロア５７，６２の作動を制御することにより、各風箱３３ａ〜３３ｄの上方にて着火用原料ペレット１および原料ペレット３の還元処理に適した環境とすることができる。これにより、着火した着火用原料ペレット層２により原料ペレット充填層４を効率良く加熱することができる。原料ペレット充填層４にて燃焼帯を効率良く形成することができる。原料ペレット充填層４にて前記燃焼帯を上方へ安定して移動することができる。よって、還元率がさらに安定した部分還元鉄５を製造することができることから、次工程である溶解炉にて還元率を高めるための負荷を抑制することができる。
【００６１】
［他の実施形態］
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部分還元鉄製造装置とすることも可能である。
【００６２】
上記では、第一〜第五風箱３３ａ〜３３ｅのそれぞれに送給する混合ガス９５ａ〜９５ｅの酸素濃度を調整する部分還元鉄製造装置について説明したが、混合ガス９５ａ，９５ｂ〜９５ｄ，９５ｅの酸素濃度を加熱領域３９ａ、還元領域３９ｂ、冷却領域３９ｃ毎に調整する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】
【００６３】
本発明に係る部分還元鉄製造装置によれば、所定の還元率の部分還元鉄を効率良く製造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】
【００６４】
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          燃焼ガス排気管
２３          集塵機
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  第一〜第五風箱
３４          フード
３５          軌道
３６          支持部
３７          ローラ
３８ａ，３８ｂ  仕切り板
３９ａ        着火領域（着火用原料ペレット燃焼領域）
３９ｂ        還元領域（原料ペレット加熱領域）
３９ｃ        冷却領域（原料ペレット冷却領域）
４１，４３    水封プール
４２，４４    シール壁
５１ａ〜５１ｃ  第一〜第三排気管
５２          集合排気管
５３          着火領域ガス排気管
５４          スクラバー（洗浄集塵装置）
５５          排ガス送出管
５６          ミストセパレータ
５７          ブロア
５８          循環ガス送出管
５９ａ〜５９ｅ  第一〜第五分岐循環ガス送出管
６０          空気送給装置
６１          空気送給管
６２          ブロア
６３          空気送出管
６４ａ〜６４ｅ  第一〜第五分岐空気送出管
７１ａ〜７１ｄ  ＣＯセンサ
７２          Ｏ2センサ
９０          制御装置
１００        グレート還元炉（部分還元鉄製造装置）
１０１        グレート（無端グレート）
Ｖ１〜Ｖ５    流量調整弁
Ｖ１１〜Ｖ１５  流量調整弁
【図１】
0005947277.tif 000002
【図２】
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【図３】
0005947277.tif 000004