(57)【要約】【課題】高強度の焼結鉱を高歩留で製造するのに有効な焼結機の操業を行うための、焼結機への希釈気体燃料吹き込み操業時の操業解析プログラムおよびその解析・制御装置を提供する。【解決手段】焼結機の操業に当たり、（ａ）有限体積法によって熱流体解析演算ができるように、メッシュを作成し、そのメッシュ内セル中に演算のための境界条件設定データを記憶するステップ、（ｂ）演算のための初期値入力データを記憶するステップ、（ｃ）前記の設定条件・入力のもので、有限体積法による燃料ガスと空気との混合挙動の解析をするために演算するステップ、（ｄ）焼結原料層表層での燃料濃度分布を演算結果として出力し、出力結果を蓄積するステップ、とからなる焼結機への希釈気体燃料吹込み操業時の操業解析プログラムおよび、このプログラムを利用して制御する装置。【選択図】図１
2008291362.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
循環移動するパレット上に焼結原料の装入層を形成する装入工程と、装入層表面の炭材に点火する点火工程と、装入層上方の空気中に気体燃料を供給して燃焼下限濃度以下の希釈気体燃料を得る希釈気体燃料生成工程と、上記希釈気体燃料と空気とを装入層内に吸引して該希釈気体燃料を焼結層内において燃焼させると同時に炭材を燃焼させることにより、焼結ケーキを生成させる燃焼工程とを経て焼結鉱を製造する焼結機の操業に当たり、
（Ａ）コンピュータプログラムにより熱流体解析演算ができるように作成されたメッシュ中の各セルに、その解析演算のための境界条件設定データを記憶させるステップ、
（Ｂ）前記各セル中に演算のための初期値入力データを記憶させるステップ、
（Ｃ）前記境界条件設定および入力のもとで、有限体積法によって気体燃料ガスと空気との混合挙動を解析するために演算するステップ、
（Ｄ）前記演算結果として、焼結原料の装入層表層での気体燃料濃度分布を出力し、この出力を記憶させるステップ、
を経て、希釈気体燃料吹込み操業の解析を行うことを特徴とする焼結機への希釈気体燃料吹込み操業時の操業解析プログラム。
【請求項２】
境界条件設定データの記憶ステップは、下記（ａ）〜（ｃ）；
（ａ）焼結機パレット情報（大きさ）、焼結原料装入層の情報（高さ）、該原料装入層の粒子径および該装入層の圧力損失への影響係数、
（ｂ）前記装入層上方に添加する気体燃料吹込みのための、気体燃料供給装置の仕様、
（ｃ）上記（ａ）および（ｂ）記載の条件下での装入層内温度分布条件、
を入力することを特徴とする請求項１に記載の焼結機への希釈気体燃料吹込み操業時の操業解析プログラム。
【請求項３】
演算のための初期値入力データ記憶ステップは、下記（ｄ）〜（ｆ）；
（ｄ）気体燃料吹き込み量データ、
（ｅ）装入層内への雰囲気ガス吸引速度分布データ、
（ｆ）吸引される空気および気体燃料ガスの構成成分とその物性値、
を入力することを特徴とする請求項１に記載の焼結機への希釈気体燃料吹込み操業時の操業解析プログラム。
【請求項４】
前記境界条件設定時の装入層内での原料粒子による圧力損失から、該装入層内でのガス混合挙動を演算することを特徴とする請求項１または２に記載の焼結機への希釈気体燃料吹込み操業時の操業解析プログラム。
【請求項５】
前記演算ステップは、焼結原料装入層表層ないし該装入層内の燃焼帯到達直前における吹込み燃料の濃度分布が、所定の範囲内にあるか否かを判定する機能を有することを特徴とする請求項１に記載の焼結機への希釈気体燃料吹込み操業時の操業解析プログラム。
【請求項６】
前記演算ステップは、気体燃料吹込み装置まわりの風速条件も入力して演算することを特徴とする請求項１に記載の焼結機への希釈気体燃料吹込み操業時の操業解析プログラム。
【請求項７】
前記演算ステップは、気体燃料吹込み装置まわりのフード、整流板、フェンス等のガス流れに影響する因子を入力して行うことを特徴とする請求項６に記載の焼結機への希釈気体燃料吹込み操業時の操業解析プログラム。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の焼結機への希釈気体燃料吹込み操業時の操業解析プログラムに従って出力される気体燃料濃度分布演算結果を読み出し、燃料吹込み条件の適否を判定して、気体燃料吹き込み量を変更、調整することを特徴とする焼結機への希釈気体燃料吹込み時の操業解析・制御装置。
【請求項９】
前記の演算結果を予め統計的に処理することにより、気体燃料吹き込み量に対する燃料濃度分布を容易に得られるように設定し、気体燃料吹込み条件を判定して、燃料吹き込み量を変更、調整することを特徴とする請求項８に記載の焼結機への希釈気体燃料吹込み時の操業解析・制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下方吸引式のドワイトロイド（ＤＬ）焼結機を用いて、高炉原料用焼結鉱を製造する際に用いる、焼結機への希釈気体燃料吹込み操業時の操業解析プログラムおよびその操業解析・制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高炉製銑法の主原料である焼結鉱は、一般に、図１に示すような工程を経て製造される。原料は、鉄鉱石粉、製鉄所内回収粉、焼結鉱篩下粉、石灰石及びドロマイトなどの含ＣａＯ系副原料、生石灰等の造粒助剤、コークス粉や無煙炭などである。これらの原料は、ホッパー１・・・の各々から、コンベヤ上に所定の割合で切り出される。切り出した原料は、ドラムミキサー２等により適量の水を加えて混合し、造粒して、３．０〜６．０ｍｍの平均径を有する擬似粒子である焼結原料とする。この焼結原料は、焼結機上に配置されているサージホッパー４、５からドラムフィーダー６と切り出しシュート７を介して、無端移動式の焼結機パレット８上に装入し、焼結ベッドともいう装入層９を形成する。装入層の厚さ（高さ）は４００〜８００ｍｍ前後である。その後、装入層９の上方に設置された点火炉１０で、この装入層表層中の炭材に点火するとともに、パレット８の下に配設されているウインドボックス１１を介して空気を下方に吸引することにより、該装入層中の炭材を順次燃焼させ、このときに発生する燃焼熱によって、前記焼結原料を燃焼し、溶融し、焼結ケーキを生成する。得られた焼結ケーキは、その後、破砕、整粒され、５．０ｍｍ以上の塊成物からなる成品焼結鉱として回収される。
【０００３】
前記製造プロセスにおいては、まず、点火炉１０により装入層表層に点火が行われる。点火された装入層中の炭材は、ウインドボックスにより装入層の上層部から下層部に向かって吸引される空気によって燃焼を続け、その燃焼帯はパレット８の移動につれて次第に下層にかつ前方（下流側）に進行する。この燃焼の進行にともない、装入層中の焼結原料粒子中に含まれる水分は、炭材の燃焼で発生する熱によって気化し、下方に吸引されて、まだ温度が上昇していない下層の焼結原料中に濃縮し湿潤帯を形成する。その水分濃度がある程度以上になると、吸引ガスの流路である原料粒子間の空隙を、水分が埋めるようになり、通気抵抗を増大させる。なお、燃焼帯に発生する焼結化反応に必要な溶融部分も、通気抵抗を高める要因となる。
【０００４】
図２は、厚さが６００ｍｍの装入層中を移動する燃焼（火炎）前線が、該装入層のパレット上約４００ｍｍ（装入層表面から２００ｍｍ）の位置にあるときにおける装入層内の圧損と温度の分布を示したものである。このときの圧損分布は、湿潤帯におけるものが約６０％、燃焼・溶融帯におけるものが約４０％である。
【０００５】
図３は、焼結鉱の高生産時と低生産時の装入層内の温度分布を示したものである。原料粒子が溶融し始める１２００℃以上の温度に保持される時間（以降、「高温域保持時間」と称する）は、低生産の場合にはｔ１、生産性を重視した高生産の場合にはｔ２で表されている。高生産の場合、パレットの移動速度を上げるため、高温域保持時間ｔ２が低生産の場合のｔ１と比べて短くなる。高温域保持時間が短くなると、焼成不足となって、焼結鉱の冷間強度の低下を招き、歩留が低下する。したがって、高強度焼結鉱の生産量を上げるためには、短時間の焼結においても、焼結ケーキの強度、即ち焼結鉱の冷間強度を上げて、歩留の維持、向上を図ることができる何らかの手段を講じる必要がある。
【０００６】
図４（ａ）は焼結機パレット上の装入層における焼結の進行過程を、図４（ｂ）は装入層内の焼結過程における温度分布（ヒートパターン）を、図４（ｃ）は焼結ケーキの歩留分布を示したものである。図４（ｂ）からわかるように、装入層の上部は下層部に比べて温度が上昇し難く、高温域保持時間も短くなる。そのため、この装入層上部では、燃焼溶融反応（焼結化反応）が不十分となり、焼結ケーキの強度が低くなるため、図４（ｃ）に示すように、歩留が低く、生産性の低下を招く要因となっている。
【０００７】
こうした問題点に鑑み、従来、装入層上層部を高温に保持するための方法が提案されている。例えば、特許文献１は、点火後の焼結済み装入層上に気体燃料を供給する技術を開示している。しかし、この技術は、気体燃料（可燃性ガス）の種類が不明であるが、プロパンガス（ＬＰＧ）や天然ガス（ＬＮＧ）だとしても、高濃度の可燃性ガスを使用する方法である。しかも、その可燃性ガスの吹き込みに際し、炭材量を削減していないため、焼結層内が、１３８０℃を超える高温となる。そのため、この技術では、十分な冷間強度の向上や歩留の改善効果を十分に享受できていない。とくに、高濃度可燃性ガスを点火炉の直後に噴射した場合には、該可燃性ガスの燃焼により焼結ベッド上部空間で火災を起こす危険性が高く、現実性に乏しい技術であって、実用化には至っていない。
【０００８】
また、特許文献２には、点火後の装入層に吸引される空気中に、可燃性ガスを添加する技術が開示されている。そして、この技術では、点火後、約１〜１０分程度の供給が好ましいとしている。しかし、点火直後の表層部は、赤熱状態の焼結鉱が残存しており、供給の仕方によっては可燃性ガスの燃焼により火災を起こす危険性が高く、また、具体的記述は少ないが、焼結済みの焼結帯で可燃ガスを燃焼させても効果はなく、これまで実用化には至っていない。
【０００９】
また、特許文献３は、焼結原料の装入層内を高温にするため、装入層の上にフードを配設し、そのフードを通じて空気やコークス炉ガスとの可燃性混合ガスを点火炉直後の位置で吹き込む技術を開示している。しかし、この技術は、可燃性混合ガスが発火し、火災を起こす危険性があり、実用化されていない。
【００１０】
また、特許文献４は、点火炉直後の位置に低融点溶剤と炭材や可燃性ガスを、吹き込む方法を開示している。しかし、この方法もまた、表面に火炎が残留した状態で可燃性ガスを吹き込むため、火災になる危険性が高く、可燃性ガス吹き込みの効果を十分に発現することができない。
【００１１】
以上説明したように、これまで提案された従来技術は、いずれも実用化されておらず、実施可能な気体燃料吹込み技術の開発が望まれていた。
【特許文献１】特開昭４８−１８１０２号公報
【特許文献２】特公昭４６−２７１２６号公報
【特許文献３】特開昭５５−１８５８５号公報
【特許文献４】特開平５−３１１２５７号公報
【特許文献５】特開平１１−１３１１５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、焼結鉱の品質は、燃焼時の最高到達温度や高温域保持時間などによって決定されることから、これら最高到達温度や高温域保持時間の制御するためには、原料中の内装炭材の量や吹込み気体燃料の濃度分布制御が重要になる。この点について、特許文献１に記載の方法は、主として高濃度の気体燃料（可燃性ガス）を装入層の表面で燃焼させることにより、焼結機の前半部分の該装入層上部温度を高める技術である。しかし、この方法では、気体燃料の濃度が高く、そのために燃焼を支える空気（酸素）量が不足し、焼結原料の炭材（コークス）の燃焼低下を招くおそれがあり、焼結鉱の品質改善が果せないという問題がある。
【００１３】
また、特許文献２は、上述したように、供給の仕方によっては、火災を起こす危険が高く、しかも、焼結済みの焼結帯位置で可燃ガスを燃焼させる方法であるから添加の効果が小さい。
【００１４】
特許文献３に記載の方法は、焼結原料の装入層内を高温にするために、この装入層の上にフードを配設し、そのフードを通じて空気とコークス炉ガスとの混合ガスを点火炉直後の位置で吹き込む技術である。しかし、コークス比をそのままにして、混合ガスを吹き込むと、高温保持時間の延長と共に、最高到達温度も上昇するため、ガラス質の低強度鉱物が多く生成し、混合ガス吹き込みの効果を享受できなくなる。また、可燃性混合ガスが発火し、火災を起こす危険性があり、実用化されていない。
【００１５】
また、特許文献４に記載された方法は、空気（酸素）量を増加させると共に、低融点溶材や炭材を混合しているため、可燃性ガスおよびコークスの燃焼速度は大きくなるものの、低融点溶材や粉体を一緒に吹き込むため、燃焼用空気の通気性が低下するという問題点がある。
【００１６】
このような問題に対しては、従来、焼結原料装入層内に、気体燃料ではなく、酸素富化空気を供給して燒結鉱の品質を向上させる技術（特許文献５）があり、とくに焼結原料装入層内の温度分布や熱分布を、未反応核モデルを用いた数学モデルによって計算し、焼結機の操業に役立てようという提案がなされている。しかし、この技術は、気体燃料（可燃性ガス）や対応する空気の量を適正に制御して気体燃料の適正な濃度分布を制御できないばかりか、装入層内の最高到達温度などを適正に制御して、燒結鉱の品質の向上と生産性の向上に資する技術を提案するものではない。
【００１７】
本発明の目的は、下方吸引式焼結機の操業において、気体燃料を供給し、これを希釈化したものを装入層中で燃焼させることで、高強度の焼結鉱を高い歩留で製造するのに有効な焼結機の操業を行うための、希釈気体燃料吹き込み操業時の操業解析プログラムおよびその解析・制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成するために、本発明は、循環移動するパレット上に焼結原料の装入層を形成する装入工程と、装入層表面の炭材に点火する点火工程と、装入層上方の空気中に気体燃料を供給して燃焼下限濃度以下の希釈気体燃料を得る希釈気体燃料生成工程と、上記希釈気体燃料と空気とを装入層内に吸引して該希釈気体燃料を焼結層内において燃焼させると同時に炭材を燃焼させることにより、焼結ケーキを生成させる燃焼工程とを経て焼結鉱を製造する焼結機の操業に当たり、
（Ａ）コンピュータプログラムにより熱流体解析演算ができるように作成されたメッシュ中の各セルに、その解析演算のための境界条件設定データを記憶させるステップ、
（Ｂ）前記各セル中に演算のための初期値入力データを記憶させるステップ、
（Ｃ）前記境界条件設定および入力のもとで、有限体積法によって気体燃料ガスと空気との混合挙動を解析するために演算するステップ、
（Ｄ）前記演算結果として、焼結原料の装入層表層での気体燃料濃度分布を出力し、この出力を記憶させるステップ、
を経て、希釈気体燃料吹込み操業の解析を行うことを特徴とする焼結機への希釈気体燃料吹込み操業時の操業解析プログラムを提案する。
【００１９】
本発明において、境界条件設定データの記憶ステップ（以下、「第１の記憶ステップ」という）は、下記（ａ）〜（ｃ）；
（ａ）焼結機パレット情報（大きさ）、焼結原料装入層の情報（高さ）、該原料装入層の粒子径および該装入層の圧力損失への影響係数、
（ｂ）前記装入層上方に添加する気体燃料吹込みのための、気体燃料供給装置の仕様、
（ｃ）上記（ａ）および（ｂ）記載の条件下での装入層内温度分布条件、
を入力することが、好ましい解決手段となる。
【００２０】
本発明において、演算のための初期値入力データ記憶ステップ（以下、「第２の記憶ステップ」という）は、下記（ｄ）〜（ｆ）；
（ｄ）気体燃料吹き込み量データ、
（ｅ）装入層内への雰囲気ガス吸引速度分布データ、
（ｆ）吸引される空気および気体燃料ガスの構成成分とその物性値、
を入力することが、好ましい解決手段となる。
【００２１】
さらに、本発明において、前記境界条件設定時の装入層内での原料粒子による圧力損失から、該装入層内でのガス混合挙動を演算すること、前記演算ステップは、焼結原料装入層表層ないし該装入層内の燃焼帯到達直前における吹込み燃料の濃度分布が、所定の範囲内にあるか否かを判定する機能を有すること、前記演算ステップは、気体燃料吹込み装置まわりの風速条件も入力して演算すること、前記演算ステップは、気体燃料吹込み装置まわりのフード、整流板、フェンス等のガス流れに影響する因子を入力して行うこと、がそれぞれ好ましい解決手段を提供することになる。
【００２２】
また、本発明は、上掲の焼結機への希釈気体燃料吹込み操業時の操業解析プログラムに従って出力される気体燃料濃度分布演算結果を読み出し、燃料吹込み条件の適否を判定して、気体燃料吹き込み量を変更、調整することを特徴とする焼結機への希釈気体燃料吹込み時の操業解析・制御装置を提案する。
【００２３】
上記解析・制御装置においては、前記の演算結果を予め統計的に処理することにより、気体燃料吹き込み量に対する燃料濃度分布を容易に得られるように設定し、気体燃料吹込み条件を判定して、燃料吹き込み量を変更、調整することが好ましい解決手段となる。
【００２４】
なお、本発明は、循環移動するパレットと、そのパレット上に粉鉱石と炭材を含む焼結原料を装入して装入層を形成する原料供給装置と、その焼結原料中の炭材に点火するための点火炉と、上記パレットの下方にウインドボックスを備える焼結機の、とくに、上記点火炉の下流側に、気体燃料を装入層の上辺大気中に吐出し、空気と混合させる気体燃料供給装置が配設されてなる焼結機の操業に適用されるものである。
【００２５】
また、本発明において境界設定条件として記憶させる第１の記憶ステップでの前記気体燃料供給装置は、
（ａ）点火炉のパレット進行方向の下流側で、気体燃料を装入層上辺大気中に吐出し、空気と混合させて、燃焼下限濃度以下の希釈気体燃料とするためのものであり、
（ｂ）パレットの幅方向に沿って、複数の気体燃料供給パイプを配設し、そのパイプには、気体燃料を吐出するスリットあるいは開口を設けるかまたはノズルを配設してなる構造を有するものであり、
（ｃ）パレットの進行方向に沿って、複数の気体燃料供給パイプを配設し、そのパイプには、気体燃料を吐出するスリットあるいは開口を設けるかまたはノズルを配設してなる構造を有するものである。
【００２６】
また、この気体燃料供給装置においては、気体燃料供給パイプは、気体燃料を吐出するスリットあるいは開口を設けるかまたはノズルを配設してなる構造をなし、これらの開口断面積は少なくとも、直径０．５〜３ｍｍφの範囲であり、これが境界条件となる。
【００２７】
また、第１の記憶ステップで与えられる上記気体燃料供給装置の情報は、パレット幅方向、パレット長手方向における気体燃料の供給量を制御する配管構造を有する」ものであることが望ましく、パレット幅方向、パレット長手方向の吸引速度の分布に応じて、吸引速度の大きい部分には多くの燃料を供給し、吸引速度の小さい部分には燃料供給量を少なくすることにより、吸引空気量当りの燃料濃度を一定に保てるようにしたものである。
【００２８】
また、第１の記憶ステップにおける前記気体燃料供給装置において配置される燃料供給パイプは、
（ａ）気体燃料を、装入層の上方で、装入層に向かって下方に吐出させるもの、
（ｂ）気体燃料を、装入層の上方で、装入層表面に平行に吐出させるもの、
（ｃ）気体燃料を、装入層の上方で、反射板に向かって吐出させるもの、
（ｄ）気体燃料供給パイプに設けられた気体吐出用スリット、開口あるいはノズルの向きを、装入層表面に向けて、その垂直方向に対して±９０℃の範囲で分散させたもの、
（ｅ）気体燃料供給パイプの軸を中心に回転可能とし、吐出方向を揺動させるもの、
のいずれかである。
【００２９】
また、第１の記憶ステップにおける前記気体燃料供給装置は、
（ａ）気体燃料の吐出を、装入層表面上方３００ｍｍ以上の高さで行なうもの、
（ｂ）気体燃料の吐出位置を、装入層表面上方３００ｍｍ以上の高さで、調整できる昇降機構を有するもの、
が好ましい。
【００３０】
また、第１の記憶ステップにおける上記気体燃料供給装置は、
（ａ）気体燃料を、その気体燃料の燃焼速度の２倍以上の速度で吐出させるもの、
（ｃ）気体燃料を、その気体燃料の乱流燃焼速度の２倍以上の速度で吐出させるもの、
（ｂ）気体燃料を、前記ノズル、開口部またはスリットから、雰囲気圧力に対して３００ｍｍＡｑ以上４００００ｍｍＡｑ未満で圧力で吐出させるもの、
が好ましい。
【００３１】
また、第１の記憶ステップにおける上記気体燃料供給装置は、
（ａ）焼結機の機長方向の点火炉下流側に少なくとも１以上配設したもの、
（ｂ）パレット進行方向において、燃焼前線が装入層表層下に進行した段階から焼結が完了するまでの間の位置に配設したもの、
（ｃ）サイドウォール近傍に配設したもの、
が好ましい。
【００３２】
そして、第１の記憶ステップにおける上記気体燃料供給装置は、
（ａ）可燃性ガスを燃焼下限濃度の７５％以下かつ２％以上の濃度に希釈した希釈気体燃料として装入層に導入するもの、
（ｂ）可燃性ガスを燃焼下限濃度の６０％以下かつ２％以上の濃度に希釈した希釈気体燃料として装入層に導入するもの、
（ｃ）可燃性ガスを燃焼下限濃度の２５％以下かつ２％以上の濃度に希釈した希釈気体燃料として装入層に導入するもの、
が好ましい。
【００３３】
次に、本発明において、上述した初期値入力データの入力を行う、第２の記憶ステップで主として入力される気体燃料情報は、
（ａ）高炉ガス、コークス炉ガス、高炉・コークス炉混合ガス、都市ガス、天延ガス、メタンガス、エタンガス、プロパンガスおよびそれらの混合ガスのうちから選ばれるいずれかの可燃性ガス、
（ｂ）都市ガス１３Ａ、プロパンガスのいずれかと、
（ｃ）ＣＯ含有量が５０ｍａｓｓｐｐｍ以下、などである。
【００３４】
なお、前記気体燃料は、気体状態での着火温度が、焼結ベッド表層の温度より高い液体燃料を気化させたもの、その液体燃料は、アルコール類、エーテル類、石油類、その他の炭化水素系化合物類であってもよい。
【００３５】
本発明の焼結機において、前記液体燃料を気化して用いる場合の気体燃料の供給パイプ（配管）は、液体燃料の沸点以上着火温度未満に保持されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００３６】
本発明に係る上記プログラムに従えば、下方吸引式焼結機の操業において、装入層の上方で気体燃料を大気中に吐出して所定の濃度に希釈調整された希釈気体燃料を装入層中に供給（導入）し、装入層内の目標とする位置で燃焼させる焼結機の操業ができる。しかもこの場合において、希釈気体燃料の供給位置等の蓄積情報を入力して解析・制御することにより、燃焼不足から、焼結鉱の冷間強度が低くなりやすい装入層上部のみならず、装入層中層以下の任意の部分における焼結鉱強度を高めるような操業を行うことができる。しかも、本発明では、装入層全体の通気性を悪化させることなく、とくに燃焼・溶融帯での反応、例えば、この帯域の上下方向の厚みやパレット進行方向ならびに幅方向の気体燃料の燃焼制御を通じて、任意の位置における焼結ケーキの強度を制御することができるので、焼結鉱全体として冷間強度の高い成品焼結鉱を歩留りよくかつ高い生産性を確保しつつ製造することができる。そして、本発明の操業解析・制御装置を用いれば、こうした焼結機の操業を安定して行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
一般的な焼結鉱の製造工程は、装入工程、点火工程、希釈気体燃料生成工程および燃焼工程を含んで構成されている。その前記装入工程は、循環移動するパレット上に粉鉱石と炭材を含む焼結原料を装入して、パレット上に焼結原料の装入層を形成する工程であり、前記点火工程は、装入層表面の炭材に点火炉を使って点火する工程である。また、前記希釈気体燃料生成工程は、気体燃料を装入層上方の空気中に供給して希釈し、燃焼下限濃度以下の希釈気体燃料を得る工程であり、前記燃焼工程は、パレット下に配置されたウインドボックスの吸引力により、上記希釈気体燃料と空気とを装入層内に吸引し、該希釈気体燃料を装入層内において燃焼させると同時に、装入層内に吸引した空気により、該装入層内の炭材を燃焼させ、発生する燃焼熱によって、焼結原料を焼結し、焼結ケーキを生成させる工程である。本発明では、これらの工程からなる焼結機の操業解析、ならびにその解析結果に基づいて焼結機の制御を行うための装置を提案する。
【００３８】
前記希釈気体燃料生成工程は、点火炉のパレット進行方向の下流側で、気体燃料を装入層上辺大気中に高速で吐出し、空気と混合させて、燃焼下限濃度以下の希釈気体燃料とし、これを装入層中に導入させるための工程であり、本発明において、上記希釈気体燃料を得るための気体燃料供給装置を利用することが必須である。
【００３９】
前記気体燃料供給装置としては、具体的には、図５に示したように、パレットの幅方向に沿って、複数の気体燃料供給パイプを配設し、そのパイプには、気体燃料を吐出するスリットあるいは開口を設けるかまたはノズルを配設した構造を有するもの、あるいは、図６に示したように、パレットの進行（長手）方向に沿って、複数の気体燃料供給パイプを配設し、そのパイプには、気体燃料を吐出するスリットあるいは開口を設けるかまたはノズルを配設した構造を有するものであるが好ましく、これらは境界条件として設定される。
【００４０】
前記気体燃料供給装置は、例えば、気体燃料供給パイプやノズル等に流量制御手段を設けることにより、パレット幅方向における気体燃料の供給量を制御することができるようにしたものが好ましい。特に、パレット幅方向のサイドウォール近傍では、横風の影響を受けて、供給した気体燃料が機側方向に流されたり、機外に漏出したりして、気体燃料濃度が希薄になるおそれが高いので、そのサイドウォール近傍に気体燃料を多く供給できるように工夫したもの、例えばフィード、整流板、フェンス等によりガスの流れを制御することが好ましい。
【００４１】
また、前記気体燃料供給装置は、気体燃料を、装入層の上方で、大気中に高速で吐出させ、それによって周囲の空気と短時間で混合し、その気体燃料の燃焼下限濃度以下の濃度に希釈し、その後、装入層中にその希釈気体燃料を導入する必要がある。
【００４２】
次に、本発明において、初期値入力データとして記憶させる気体燃料情報について説明する。まず、燃料を燃焼下限濃度以下の濃度に希釈する理由は、下記による。
表１は、本発明で用いることができる代表的な気体燃料の燃焼下限濃度、供給濃度等を示したものである。焼結原料中に気体燃料を供給する時のガス濃度は、火災の発生を防止するためには、燃焼下限濃度より低いほど安全である。この点、都市ガスは、Ｃガス（コークス炉ガス）と燃焼下限濃度が近似しているが、熱量がＣガスよりも高いことから、供給濃度を低くできる。したがって、安全性を確保する観点からは、供給濃度を低くすることができる都市ガスの方がＣガスより優位である。しかも、都市ガスは、後述するように、成分として、人体に有害なＣＯ（一酸化炭素）を含まず、また、燃焼速度が大きい水素も含有していない。
【００４３】
【表１】
2008291362.tif 000003
【００４４】
表２は、気体燃料中に含まれる燃焼成分（水素，ＣＯ，メタン）と、それら成分の燃焼下限・上限濃度、層流、乱流時の燃焼速度等を示したものである。焼結中における火災発生を防止する、すなわち、焼結中に供給している気体燃料による火災発生を防止するためには、逆火防止を図る必要があるが、そのためには、少なくとも層流燃焼速度以上、好ましくは乱流燃焼速度以上の高速で気体燃料を吐出させれば良い。例えば、都市ガスの主要燃焼成分であるメタンを気体燃料とする場合には、３．７ｍ／ｓを超える速度で吐出させれば、逆火の恐れはないわけである。一方、水素ガスは、乱流燃焼速度がＣＯやメタンと比較して速いため、安全を確保するためには、その分、高速で吐出させる必要がある。この点から、表１に示した気体燃料を比較すると、水素成分を含まない都市ガスは、水素成分を５９ｖｏｌ％も含有しているＣガスと比較して、吐出速度を遅くすることができる点で有利である。しかも、都市ガスは、ＣＯ成分を含まないので、ガス中毒を起こすおそれもなく安全である。したがって、安全性を確保する観点からは、都市ガスは、気体燃料として使用する上で好ましい特性を有すると言うことができる。天然ガスも同様のことが言える。なお、Ｃガスも、気体燃料として使用することができるが、その場合には、ガス吐出速度を高める（速める）こと、および、ＣＯ対策を別途講ずることが必要となる。
【００４５】
【表２】
2008291362.tif 000004
【００４６】
表３は、気体燃料を供給する形式による得失を評価した結果を示したものである。表中、直上吹込みとは、都市ガスやＣガス等の気体燃料を、そのまま供給（吐出）して周囲の大気を巻き込ませることにより所定の濃度に希釈し、装入層中に吸引（導入）させる形式、予混合吹込みとは、あらかじめ大気と気体燃料とを混合して所定の濃度まで希釈したものを装入層上に供給し、装入層中に吸引（導入）させる、いわゆるプレミックス形式をさす。直上吹込み形式では、上述した乱流燃焼速度以上の速度で気体燃料を吐出すれば、逆火防止は容易であるが、予混合吹込み形式では、濃度偏差が発生したとき、逆火を起こす可能性がある。一方、直上吹込み形式では、気体燃料を周囲の大気と混合し希釈させる際、濃度ムラが発生しやすいため、異常燃焼を起こす可能性が、予混合吹込み形式に比べて大きい。しかし、設備コストを含めて総合的に評価した場合には、都市ガスの直上吹込みが最も優位である。
【００４７】
【表３】
2008291362.tif 000005
【００４８】
なお、前記気体燃料供給装置により、気体燃料を、装入層の上方で、大気中に高速で吐出させ、それによって周囲の空気と短時間で混合し、その気体燃料が有する燃焼下限濃度以下の濃度に希釈され、その後、装入層中にその希釈気体燃料を導入するようにした理由は、下記による。
【００４９】
図７（ａ）に示すように、内径３００ｍｍφ×高さ４００ｍｍの焼結鍋に焼結ケーキを充填し、その焼結ケーキの中央部の上から深さ９０ｍｍの位置にノズルを埋め込んで、対空気で１ｖｏｌ％となるよう１００％濃度のメタンガスを吹き込み、焼結ケーキ内の円周方向および深さ方向におけるメタンガス濃度を測定した。その結果を表４に示す。一方、図７（ｂ）に示したように、同じノズルを用いて、焼結ケーキの上方３５０ｍｍの位置からメタンガスを供給した場合について、上記と同様にしてメタンガス濃度の分布を測定した結果を表５に示した。これらの結果から、メタンガスを焼結ケーキ中に直接導入した場合には、メタンガスの横方向の拡散が不十分であるのに対して、メタンガスを焼結ケーキ上方で供給した場合には、焼結ケーキ内のメタンガス濃度はほぼ均一であり、十分に横方向に拡散していることがわかる。以上の結果から、気体燃料は、焼結ケーキの上方で空気中に供給することにより、装入層内に導入される前に、均一に希釈しておくことが好ましいことがわかる。
【００５０】
【表４】
2008291362.tif 000006
【００５１】
【表５】
2008291362.tif 000007
【００５２】
記憶させるべき気体燃料供給装置情報（仕様）としては、さらに以下のものがある。上記気体燃料を、空気中に吐出させる方向についてである。例えば、気体燃料を、装入層に向かって下方（鉛直下方）に吐出させることにより、その一部を装入層表面で反射させて希釈させる方法、気体燃料を、装入層表面に平行（水平方向）に吐出させることにより装入層に導入されるまでの経路を長くし希釈を促進させる方法、あるいは、気体燃料を、反射板に向かって吐出し、反射させることにより希釈を促進する方法、気体燃料供給パイプに設けられた気体吐出用スリット、開口あるいはノズルの向きを、装入層表面に向けて、その垂直方向に対して±９０℃の範囲で多方向に分散させて希釈を促進する方法などである。さらに、気体燃料供給パイプの軸を中心に回転可能とし、吐出方向を揺動させる構造も可能である。
【００５３】
なお、上記気体燃料供給装置での気体燃料の吐出は、装入層表面上方３００ｍｍ以上の高さで行なうことが好ましい。例えば、ノズル径が２ｍｍφと１ｍｍφの２種類のノズルからメタンガスを流速２０〜３００ｍ／ｓの範囲で変化させて鉛直下方方向に吐出させる。発明者らの研究によると、ノズルの径は小さいほど、また、吐出させる気体燃料の速度は速いほど、周囲の空気との混合が起こりやすく希釈が促進されること、特に、増速による希釈促進効果は、ノズル先端からの距離が０．４ｍ程度で大きくなっていることがわかった。そこで、気体燃料の大気中への供給は、吐出された気体燃料の装入層表面における跳ね返りを考慮し、装入層表面上方３００ｍｍ以上の高さで行なうことが好ましい。これらの情報が、第１の記憶ステップとして入力される。
【００５４】
ところで、吐出させる気体燃料の速度は速いほど、周囲の空気との混合が起こりやすく希釈が促進されるため、吐出速度は速いほど好ましい。さらに、何らかの火種によって、気体燃料供給装置から供給された気体燃料に着火した場合、ノズル等から吐出させる気体燃料の流速が遅いと、逆火を起こして、気体燃料供給装置や気体燃料供給パイプ内で爆発・燃焼を起こすおそれがある。この危険性を回避するために、本発明の焼結機の操業では、使用する気体燃料が有する燃焼速度の２倍以上の速度で吐出させることが好まく、より好ましくは、その気体燃料の乱流燃焼速度の２倍以上の速度にする。
【００５５】
また、本発明の焼結機の操業では、前記気体燃料として、可燃性ガスに含まれる燃焼成分の濃度を、大気中の常温における燃焼下限濃度の７５％以下まで希釈した気体燃料として使用するのが好ましく、より好ましくは燃焼下限濃度の６０％以下、さらに好ましくは燃焼下限濃度の２５％以下の濃度にまで希釈したものを使用する。燃焼下限濃度以下の７５％以下に希釈した可燃性ガスを使用する理由は、下記の二つである。
（ａ）装入層上部への可燃性ガスのそのままでの供給は、時として、爆発的燃焼を招くおそれがあり、少なくとも常温では、火種があっても燃焼しない状態とする必要がある。
（ｂ）装入層中で完全に燃焼せずに未燃焼のままウインドボックスの下流にある電気集塵器等に達したとしても、電気集塵器の放電で燃焼するおそれがないことが必要である。
【００５６】
また、希釈気体燃料の濃度は、後述するように、焼結原料中の総炭材（固体燃料＋気体燃料）の燃焼に必要な空気（酸素）の不足を招いて、燃焼不足を起こさない程度に希釈されたものを用いる必要がある。
ただし、希釈気体燃料は、燃焼下限濃度の２％以上の濃度であるのが好ましい。２％未満の濃度では、燃焼による発熱によっても、焼結鉱の強度の向上と歩留まりの改善が得られないからである。また、希釈気体燃料は、その濃度を炭材量（固体燃料）に応じて調節するのが好ましい。さらに、希釈気体燃料は、濃度を調整することにより、装入層中の所定の位置で燃焼を起こさせることができる。
【００５７】
本発明における焼結機の操業では、装入層中の炭材に点火された後に、希釈された気体燃料が装入層中へ導入される。その理由は、点火直後の位置で希釈気体燃料を供給しても、装入層の表層上で燃焼するだけであり、焼結層に何ら影響を与えることはないからである。したがって、装入層上部の焼結原料が焼成されて、焼結ケーキの層が形成された後に、希釈気体燃料を装入層へ供給する必要がある。なお、希釈気体燃料の供給は、装入層の表面に焼結ケーキの層が形成されていれば、焼結が完了するまでの任意の位置で行うことができる。希釈気体燃料の供給を焼結ケーキの層が形成された後に行う上記以外の理由は、下記の通りである。
（ａ）装入層の上部に焼結ケーキが生成していない状態で希釈気体燃料の供給を行うと、該装入層上で爆発的な燃焼を起こす危険性がある。
（ｂ）希釈気体燃料の供給は、焼結鉱の歩留りを向上させる必要のある部分に対して行う、即ち、焼結鉱の強度を上昇させたい部分で燃焼を起こすよう供給するのが好ましい。
【００５８】
装入層最高到達温度または高温域保持時間のいずれかまたは両方を調整するためには、燃焼・溶融帯の厚みが少なくとも１５ｍｍ以上、好ましくは２０ｍｍ以上、より好ましくは３０ｍｍ以上となった状態において、希釈気体燃料の供給を行うことが好ましい。燃焼・溶融帯の厚みが１５ｍｍ未満では、焼結層（焼結ケーキ）を通して吸引される空気と希釈気体燃料による冷却効果によって、気体燃料を燃焼させてもその効果が不十分となり、燃焼・溶融帯の厚みの拡大を図れないからである。一方、前記燃焼・溶融帯の厚みが１５ｍｍ以上、好ましくは２０ｍｍ以上、より好ましくは３０ｍｍ以上となる段階で希釈気体燃料を供給すると、燃焼・溶融帯の厚みが大きく拡大し、高温域保持時間を延長することができ、ひいては冷間強度の高い焼結鉱を得ることができる。
【００５９】
また、本発明の焼結機の操業において、希釈気体燃料の装入層への導入は、燃焼前線が表層下に下がり、燃焼・溶融帯が表層から１００ｍｍ以上、好ましくは２００ｍｍ以上下がった位置、すなわち、装入層の中・下層領域を対象として行うのが好ましい。つまり、希釈気体燃料は、装入層の表層に生成した焼結ケーキ領域（焼結層）を燃焼することなく通過し、燃焼前線が表層から１００ｍｍ以上移動した段階で燃焼するように供給するのが好ましい。その理由は、燃焼前線が表層から１００ｍｍ以上下がった位置であれば、焼結層を通して吸引される空気による冷却の悪影響が軽減され、燃焼・溶融帯の厚みの拡大を図ることができるからである。さらに、表層から２００ｍｍ以上下がった位置であれば、空気による冷却の影響がほぼ解消されて、燃焼・溶融帯の厚みを３０ｍｍ以上に拡大することができる。また、希釈気体燃料の供給は、歩留り低下の大きいパレット幅方向両端部のサイドウォール近傍で行うことがより好ましい。
【００６０】
なお、希釈気体燃料生成装置は、焼結機の規模にもよって異なるが、例えば、気体燃料供給量が１０００〜５０００ｍ３（標準）／ｈ、生産量が約１．５万ｔ／日で、機長が９０ｍの規模の焼結機では、点火炉の下流側約５ｍ以降の位置に配置するのが好ましい。
従って、本発明における焼結機の操業では、希釈気体燃料の供給位置（装入層への導入位置）は、パレット進行方向における点火炉出側で、焼結ケーキが生成した後のいわゆる燃焼前線が表層下に進行した位置（例えば、表層下１００ｍｍ以上、好ましくは２００ｍｍ程度以下で気体燃料の燃焼が起こる位置）から焼結が完了するまでの間の１ヶ所以上の任意の位置で行われるように制御することが好ましい。このことは、上述したように、燃焼前線が装入層の表層下に移った段階で該気体燃料の導入を開始することを意味しており、その結果、気体燃料の燃焼が装入層の内部で起り、そして次第により下層に移るので、爆発のおそれがなく、安全な焼結操業が可能になることを意味している。
【００６１】
本発明の焼結機の操業においては、装入層中への希釈気体燃料の導入は、生成した焼結ケーキの再加熱を促進させるものである。即ち、この希釈気体燃料の供給は、もともと高温域保持時間が短く熱不足となりやすく、焼結鉱の冷間強度が低い部分に対して、固体燃料に比べて反応性の高い気体燃料を供給することによって、不足しやすいこの部分の燃焼熱を補填し、燃焼・溶融帯の再生−拡大を図るという意義を担うものだからである。
【００６２】
また、本発明の焼結機の操業においては、点火後の装入層上部からの希釈気体燃料の供給は、装入層内に導入された希釈気体燃料の少なくとも一部が未燃焼のまま、燃焼・溶融帯にまで到達して、燃焼熱の補填を図りたい目標位置で燃焼するようにするのが好ましい。それは、希釈気体燃料の供給、即ち装入層中への導入効果を単に装入層上部のみならず、厚み方向の中央部である燃焼・溶融帯にまで波及させることがより効果的と考えられるからである。つまり、気体燃料の供給が、熱不足（高温域保持時間の不足）になりやすい装入層の上層部で行われると、十分な燃焼熱を提供することになり、この部分の焼結ケーキの品質を改善することができ、さらに、希釈気体燃料の供給作用を中層部以下の帯域にまで及ぶようにすると、本来の炭材による燃焼・溶融帯の上に希釈気体燃料による再燃焼・溶融帯を形成するのと等しい結果となり、燃焼・溶融帯の上下方向の拡幅につながるので、最高到達温度を上げることなく、高温域保持時間の延長を果すことが可能になるので、パレットの移動速度を落すことなく十分な焼結が実現できるからである。その結果、装入層全体の焼結ケーキの品質改善（冷間強度の向上）をもたらし、ひいては成品焼結鉱の品質（冷間強度）と生産性の向上につながる。
【００６３】
本発明の焼結機の操業においては、前記希釈気体燃料の供給を、その供給の作用・効果を装入層中のどこに及ぼすかという観点から、その供給位置を決定する点に第１の特徴があり、またこの燃料の供給とともに、装入層内における最高到達温度や高温域保持時間を、熱量一定基準の下で固体燃料の量に応じてどの程度に制御するかという点に第２の特徴がある。
【００６４】
従って、本発明の操業解析・制御の方法において、希釈気体燃料を装入層中へ導入（供給）するに当っては、その供給位置を調整するだけでなく、装入層内燃焼・溶融帯自体の形態を解析し、ひいては、燃焼・溶融帯における最高到達温度および／または高温域保持時間を制御するようにするための操業解析と制御することが好ましい構成である。
【００６５】
一般に、点火後の装入層では、パレットの移動に伴って燃焼（火炎）前線が次第に下方にかつ前方（下流側）に拡大していく中で、燃焼・溶融帯の位置が図４（ａ）に示すように変化する。そして、図４（ｂ）に示すように、焼結層内の焼結過程で受ける熱履歴は、上層、中層、下層で異なり、上層〜下層間では、高温域保持時間（約１２００℃以上となる時間）は大きく異なる。その結果、パレット内の位置別焼結鉱の歩留まりは、図４（ｃ）に示すような分布を示す。即ち、表層部（上層部）の歩留は低く、中層、下層部でに高い歩留分布となる。そこで、本発明の焼結機操業解析に当っては、前記気体燃料を供給することにより、燃焼・溶融帯の上下方向の厚みやパレット進行方向の幅などが拡大し、これが成品焼結鉱の品質向上に反映されるように操業制御するための解析を行うことを目標とする。
【００６６】
この場合において、前記気体燃料の供給（導入）位置制御を行うと、燃焼・溶融帯の形態、即ち、燃焼・溶融帯の高さ方向の厚さおよび／またはパレット進行方向の幅を調整することができると共に、最高到達温度や高温域保持時間を制御することができる。これらの制御は、本発明の効果をより一層際立たせて、燃焼・溶融帯の上下方向の厚さやパレット進行方向の幅の拡大や、最高到達温度、高温域保持時間の制御を通じて、常に十分な焼成を果し、成品焼結鉱の冷間強度の向上に有効に寄与する。
【００６７】
また、本発明の焼結機操業解析・制御において、装入層中への希釈気体燃料の供給（導入）は、成品焼結鉱全体の冷間強度を制御するためでもある。すなわち、希釈気体燃料を供給するそもそもの目的は、焼結ケーキ、ひいては焼結鉱の冷間強度を向上させることにあり、とくに、気体燃料の供給位置制御や、焼結原料が燃焼・溶融帯に滞在する時間である高温域保持時間の制御、最高到達温度の制御を通じて、焼結鉱の冷間強度（シャッターインデックスＳＩ）を７５〜８５％程度、好ましくは８０％以上、より好ましく９０％以上にすることである。
【００６８】
パレット進行方向における前記希釈気体燃料の装入層中への導入位置は、装入層中に生成した焼結ケーキから湿潤帯までの間の任意の帯域における焼結鉱の冷間強度をどのようにするかということを基準とする。この制御のために、本発明では、気体燃料供給装置の規模（大きさ）、数、位置（点火炉からの距離）、ガス濃度を、好ましくは焼結原料中の炭材量（固体燃料）を第１の記憶ステップ、第２の記憶ステップとして入力して解析し、これを出力することにより、主として燃焼・溶融帯の大きさ（上下方向の厚さおよびパレット進行方向の幅）のみならず、高温到達温度、高温域保持時間をも制御し、このことによって、装入層中に生成する焼結ケーキの強度を制御できるようになる。
【００６９】
装入層中に供給する気体燃料としては、高炉ガス、コークス炉ガス、高炉・コークス炉混合ガス、都市ガス、天然ガスあるいはメタンガス、エタンガス、プロパンガス、ブタンガス、またはこれらの混合ガスのいずれかを用いることが好ましい。これらは、いずれも燃焼成分を含有しており、これらの気体燃料のいずれかを空気中に高速で吐出させて空気と混合して希釈し、燃焼下限濃度の７５％程度以下の希釈気体燃料として装入層中に供給（導入）する。
【００７０】
装入層中に供給する気体燃料としては、上記気体燃料以外に、気体状態での着火温度が、焼結ベッド表層の温度より高い、アルコール類、エーテル類、石油類、その他の炭化水素系化合物類等の液体燃料を気化させたものを用いることもできる。斯かる液体燃料を気化させた気体燃料は、着火温度が、焼結ベッド表層の温度より高い５００℃以上の温度で燃焼するため、吹き込む位置での燃焼・溶融帯のすその温度を拡大するのに有効である。なお、液体燃料を気化した気体燃料を用いる場合には、気体供給配管は、気化した燃料が再液化しないよう、該液体燃料の沸点以上着火温度未満の温度に保持することが好ましい。
【００７１】
上記気体燃料の中でも、ＣＯ含有量が５０ｍａｓｓｐｐｍ以下のものを用いることが好ましい。それは、ＣＯガスは、人体に対して有害であり、装入層上に供給された気体燃料が全量装入層中に導入されないで、機外に漏洩した場合には、人災を起こす可能性があるからである。具体的には、都市ガス１３Ａやプロパンガスを用いることがより安全なだけでなく、コストの面からも好ましい。
【００７２】
図８は、本発明を適用する焼結機を例示したものである。この図に示した例は、点火炉１０のパレット進行方向の下流側に当たる装入層の上辺に、高炉ガスとコークス炉ガスとの混合ガス（Ｍガス）等の気体燃料を大気中に吐出し、所望の濃度の希釈気体燃料とするための気体燃料供給装置１２を１基だけ配設したものである。その気体燃料供給装置１２は、パレットの幅方向に沿って複数の気体燃料供給パイプ１２ａを配設し、そのパイプには、気体燃料を高速で大気中に吐出するノズル１２ｂを下向きにかつパレット幅方向に複数個配列させたものを、図示しないサイドウォールの上から装入層を覆うように配設してなるものである。この気体燃料供給装置１２から供給された前記Ｍガスは、周辺の空気と混合して希釈気体燃料となり、その後、パレット８下のウインドボックス（図示されていない）の吸引力を利用して、装入層の上から表層に生成した焼結ケーキを経て、装入層の深部（下層）にまで導入される。なお、この気体燃料供給装置１２は、特に、パレット両側端（図４（ｃ）の歩留り６０％の領域）の歩留り向上を図りたいときは、パレットの両サイドウォール近傍に気体燃料を多く供給できるよう、前記ノズル１２ａを重点的に配置することが好ましい。
【００７３】
以下、上記焼結機への希釈気体燃料吹き込み操業時の操業解析プログラムについて説明する。このプログラムは、有限体積法（財団法人東京大学出版会「数値流体工学」、第１６頁）による熱流体解析を通じて、安全に焼結機の操業ができる望ましい希釈気体燃料ガスの吹き込み条件を、装入層上辺の空間については、乱流モデルに基づき、そして、装入層については、エルガン式に基づいた圧力損失計算および層内での拡散促進効果に基づいて演算して記憶（蓄積）し、そして、最終的にはこれを出力して焼結機の操業制御に供するためのものである。
【００７４】
具体的には、図９に示すように、有限体積法により熱流体解析演算ができるようにメッシュを作製し、そのメッシュ内各セル中に演算のための境界条件設定データを記憶させる（第１の記憶ステップ）。即ち、計算条件として、下記の（ａ）〜（ｃ）を入力する。
（ａ）焼結機パレット情報（大きさ）と焼結原料装入層の情報（高さ等）、該原料装入層中の原料粒子径（代表径、平均径）、装入層の圧力損失への影響係数、
（ｂ）前記の装入層上方で添加する気体燃料吹込みのため気体燃料供給装置仕様、即ち燃料供給パイプに設けられた、気体燃料を吐出するスリットあるいは開口、ノズルの形状、ノズルの配管、
（ｃ）上記（ａ）または（ｂ）記載の条件下での装入層内温度分布条件、
【００７５】
そして、上記の計算条件の設定に併せて、下記（ｄ）〜（ｆ）からなる演算のための初期値を入力して記憶させる第２の記憶ステップ。
（ｅ）気体燃料ガス吹き込み量データ、
（ｆ）装入層内への雰囲気ガス（燃焼ガス）吸引速度分布データ、
（ｇ）吸引される空気および気体燃料ガスの構成成分、その物性値（密度、粘性、温度）、
【００７６】
次いで、前記設定条件および初期値入力データをもとに、上記の有限体積法による気体燃料と空気との混合挙動の解析・演算を行って、希釈気体燃料の濃度の計算を行う（演算ステップ）。
【００７７】
そして、前記希釈気体燃料ガス濃度が可燃範囲か否かを判定し、焼結原料装入層の表層における該気体燃料ガス濃度分布として出力し、これを蓄積（記憶）するステップ（手段）を採用する。
【００７８】
本発明の上記操業解析プログラムの起動させる際、演算条件設定時に焼結原料装入層内での焼結原料粒子による圧力損失および拡散促進効果を考慮して、該装入層内におけるガス混合挙動を解析演算することが好ましい。
【００７９】
本発明の上記操業解析プログラムを起動させるに当っては、演算ステップにおいて、焼結原料装入層表層ないし該装入層内の燃焼帯到達直前における吹込み気体燃料の濃度分布の演算結果を評価するため、所定の燃料濃度分布の範囲内にあるか判定する機能を付与することが好ましい。
【００８０】
また、本発明の上記操業解析プルグラムの起動に際し、上記の解析演算に当たっては、気体燃料吹込み装置まわりの風速条件を入力して演算するにすることが好まく、とくに、
気体燃料吹込み装置のまわりに配置するフード、整流板、フェンス等のガス流れに影響する因子を入力することが好ましい。
【００８１】
本発明はまた、上記の希釈気体燃料吹込み操業時の操業解析プログラムに従って、装入層内気体燃料濃度分布の演算結果を読み出し、気体燃料吹込み条件の適否を判定したのち、燃料吹き込み量を変更、調整する制御装置が提案される。
【００８２】
この制御装置は、前記の演算結果を予め、統計的に処理することにより、気体燃料吹込み量に対する気体燃料濃度分布を容易に得られるように設定し、気体燃料吹き込み条件を迅速に判定して、燃料吹き込み量を変更・調整して、焼結機の操業を行う制置である。
【００８３】
以上説明したように、本発明は、下方吸引焼結機において、焼結表層の上から気体燃料を吹き込み、可燃範囲未満まで空気で希釈することにより、焼結機の通気性を悪化させずに燒結鉱の性状を向上させることを目的として焼結機の操業において、所定の気体燃料吹込み条件を与えることにより、焼結機パレット上の空間での空気と該気体燃料ガスとの混合希釈を計算した後に、気体燃料と空気の混合が促進される焼結原料装入層内部での気体燃料ガスの混合挙動を演算し、想定される燃焼帯上面での前記気体燃料濃度の分布を算出し、その濃度分布により、前記の燃料吹込み装置を有する焼結機の操業条件の適否を判定し、これを焼結機の操業に供するものである。
【実施例１】
【００８４】
以下、本発明の創業解析プログラムを用いて、希釈気体燃料吹込み操業を行った例について説明する。
（１）第１・第２記憶ステップにおいて、設定した条件および入力データは下記のとおりである。
ａ．焼結機パレットサイズ：幅５ｍ×全長９０ｍ
ｂ．焼結原料装入層厚み：６５０ｍｍ、圧力損失：１８００ｍｍＡｑ
ｃ．装入原料代表粒径:１．５ｍｍφ
ｄ．気体燃料種別：都市ガス、目標濃度０．８ｖｏｌ．％
ｅ．気体燃料供給装置
・配管：１３本配置、配管ピッチ：４００ｍｍ
・気体燃料吹込みノズル：１ｍｍφ、出力方向：水平方向
・配管上のノズルピッチ：５６ｍｍ、対抗する配管ノズル配置：千鳥配管
ｆ．焼結原料層吸引速度：０．９ｍ／ｓ
ｇ．横風：なし
ｈ．ガス吹込み速度の初期値：１００ｍ／ｓ
（２）計算結果
上記ａ〜ｈの記憶データに基づき、有限体積法による演算を行った結果、ガス吹込み速度適正値：２００ｍ／ｓを出力した結果、これにつき判定を試みたところ、ノズルから吐出された燃料ガスの濃度は、ノズル先３００〜４００ｍｍ程度では、燃焼下限を下回る濃度に制御できることが確められた。
なお、この操業において、焼結原料装入層表層では、燃焼ガス濃度は、０．８ｖｏｌ．％±０．４ｖｏｌ．％となっており、都市ガス燃焼下限の３０％以下となっている。
焼結原料装入層中の燃焼帯直前（表面より４００ｍｍ下方）の燃焼ガス濃度は、０．８ｖｏｌ．％±０．２ｖｏｌ．％となっており、都市ガス燃焼下限の２５％以下となっている。
【実施例２】
【００８５】
（１）第１・第２記憶ステップにおいて、設定した条件および入力データは下記のとおりである。
ａ．焼結機パレットサイズ：幅５ｍ×全長９０ｍ
ｂ．焼結原料装入層厚み：６５０ｍｍ、圧力損失：１８００ｍｍＡｑ
ｃ．装入原料代表粒径:１．５ｍｍφ
ｄ．気体燃料種別：都市ガス、目標濃度０．８ｖｏｌ．％
ｅ．気体燃料供給装置
・配管：１３本配置、配管ピッチ：４００ｍｍ
・気体燃料吹込みノズル：１ｍｍφ、出力方向：水平方向
・配管上のノズルピッチ：５６ｍｍ、対抗する配管ノズル配置：千鳥配管
ｆ．焼結原料層吸引速度：０．５ｍ／ｓ
ｇ．横風：なし
ｈ．ガス吹込み速度の初期値：１００ｍ／ｓ
（２）計算結果
上記ａ〜ｈの記憶データに基づき、有限体積法による演算を行った結果、ガス吹込み速度適正値：１１１ｍ／ｓを出力した結果、これにつき判定を試みたところ、ノズルから吐出された燃料ガスの濃度は、ノズル先３００〜４００ｍｍ程度では、燃焼下限を下回る濃度に制御できることが確められた。
なお、この操業において、焼結原料装入層表層では、燃焼ガス濃度は、０．８ｖｏｌ．％±０．４ｖｏｌ．％となっており、都市ガス燃焼下限の３０％以下となっている。
焼結原料装入層中の燃焼帯直前（表面より４００ｍｍ下方）の燃焼ガス濃度は、０．８ｖｏｌ．％±０．２ｖｏｌ．％となっており、都市ガス燃焼下限の２５％以下となっている。
【実施例３】
【００８６】
（１）第１・第２記憶ステップにおいて、設定した条件および入力データは下記のとおりである。
ａ．焼結機パレットサイズ：幅５ｍ×全長９０ｍ
ｂ．焼結原料装入層厚み：６５０ｍｍ、圧力損失：１８００ｍｍＡｑ
ｃ．装入原料代表粒径:１．５ｍｍφ
ｄ．気体燃料種別：都市ガス、目標濃度０．８ｖｏｌ．％
ｅ．気体燃料供給装置
・配管：１３本配置、配管ピッチ：４００ｍｍ
・気体燃料吹込みノズル：１ｍｍφ、出力方向：水平方向
・配管上のノズルピッチ：５６ｍｍ、対抗する配管ノズル配置：千鳥配管
ｆ．焼結原料層吸引速度：０．９ｍ／ｓ〜０．５ｍ／ｓの幅で変動
ｇ．横風：なし
ｈ．ガス吹込み速度の初期値：１００ｍ／ｓ
（２）計算結果
上記ａ〜ｈの記憶データに基づき、有限体積法による演算を行った結果、ガス吹込み速度適正値：２００ｍ／ｓ（吸引速度０．９ｍ／ｓ）、１１１ｍ／ｓ（吸引速度０．５ｍ／ｓ）を出力した結果、これにつき判定を試みたところ、ノズルから吐出された燃料ガスの濃度は、ノズル先３００〜４００ｍｍ程度では、燃焼下限を下回る濃度に制御できることが確められた。
なお、この操業において、焼結原料装入層表層では、燃焼ガス濃度は、０．８ｖｏｌ．％±０．４ｖｏｌ．％となっており、都市ガス燃焼下限の３０％以下となっている。
焼結原料装入層中の燃焼帯直前（表面より４００ｍｍ下方）の燃焼ガス濃度は、０．８ｖｏｌ．％±０．２ｖｏｌ．％となっており、都市ガス燃焼下限の２５％以下となっている。
【実施例４】
【００８７】
（１）第１・第２記憶ステップにおいて、設定した条件および入力データは下記のとおりである。
ａ．焼結機パレットサイズ：幅５ｍ×全長９０ｍ
ｂ．焼結原料装入層厚み：６５０ｍｍ、圧力損失：１８００ｍｍＡｑ
ｃ．装入原料代表粒径:１．５ｍｍφ
ｄ．気体燃料種別：都市ガス、目標濃度：０．８ｖｏｌ．％
ｅ．気体燃料供給装置
・配管：１３本配置、配管ピッチ：４００ｍｍ
・気体燃料吹込みノズル：１ｍｍφ、出力方向：水平方向
・配管上のノズルピッチ：５６ｍｍ、対抗する配管ノズル配置：千鳥配管
ｆ．焼結原料層吸引速度：０．５ｍ／ｓ（両サイド部）〜０．９ｍ／ｓ（中央部）
ｇ．横風：５ｍ／ｓ
ｈ．ガス吹込み速度の初期値：１００ｍ／ｓ
（２）計算結果
所定のフード、フェンス、整流板の設置された条件では、横風が５ｍ／ｓあっても、ほぼ横風なしと同様の結果が得られることが明確となった。
上記ａ〜ｈの記憶データに基づき、有限体積法による演算を行った結果、ガス吹込み速度適正値：２００ｍ／ｓ（中央部吸引速度０．９ｍ／ｓ）、１１１ｍ／ｓ（両サイド部吸引速度０．５ｍ／ｓ）を出力した結果、これにつき判定を試みたところ、ノズル先３００〜４００ｍｍ程度では、燃焼下限を下回る濃度に制御できることが確められた。
なお、この操業において、焼結原料装入層表層では、燃焼ガス濃度は、０．８ｖｏｌ．％±０．４ｖｏｌ．％となっており、都市ガス燃焼下限の３０％以下となっている。
焼結原料装入層中の燃焼帯直前（表面より４００ｍｍ下方）の燃焼ガス濃度は、０．８ｖｏｌ．％±０．２ｖｏｌ．％となっており、都市ガス燃焼下限の２５％以下となっている。
【実施例５】
【００８８】
本発明に係る焼結機の操業解析プログラムを使い、日産１万トン規模のＤＬ型焼結機の操業制御を行った。使用したＤＬ焼結機の機長は、点火炉から排鉱部までが９０ｍであり、この焼結機の点火炉の後方約３０ｍの位置には、装入層上方５００ｍｍの高さに、長さ（パレット進行方向）１５ｍの気体燃料供給パイプをパレット進行方向に沿って平行に９本配設し、そのパイプのそれぞれには、水平に向けて気体燃料を噴出するノズルを１００ｍｍ間隔で１４９個取り付けた（合計１３４１個）構造の気体燃料供給装置を設置し、そのノズルから気体燃料として都市ガスを、高速で大気中に吐出させて、都市ガス濃度が０．８ｖｏｌ％の希釈気体燃料として装入層上に供給した。なお、装入層の全厚を６００ｍｍ（但し、上層４００ｍｍには粉コークスを４．２ｍａｓｓ％含有する焼結原料）積層し、上記気体燃料の供給位置は、燃焼・溶融帯が２００〜３００ｍｍの位置に存在するときに相当する。
【００８９】
上記のようにして供給する希釈気体燃料を、本発明に係る操業解析・制御システムに従し、有限体積法による希釈気体燃料の吹込み制御の下で、焼結機パレット下方のウインドボックスの吸引負圧制御により、装入層中に吸引・導入し、装入層を通して上記位置に存在する燃焼・溶融帯で燃焼させた。なお、このときのＣガス使用量は３０００ｍ３（標準状態）／ｈｒであった。
【００９０】
この操業解析システムを採用した結果、得られた焼結鉱のタンブラー強度（ＴＩ）は、全体として通常操業のときよりも約３％向上し、還元粉化性（ＲＤＩ）は通常操業のときよりも約３％改善し、還元率（ＲＩ）も通常操業のときより約４％改善された。しかも、生産率は０．０３ｔ／ｈｒ・ｍ２増加した。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明の技術は、製鉄用、とくに高炉用原料として使われる焼結鉱の製造技術として有用であるが、その他の鉱石塊成化技術としても利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】焼結プロセスの説明する図である。
【図２】焼結層内における圧損と温度分布を説明する図である。
【図３】高生産時と低生産時の温度分布を比較した説明図である。
【図４】焼結機内における温度分布と歩留分布のグラフである。
【図５】本発明に係る気体燃料供給装置の構造例を説明する図である。
【図６】本発明に係る気体燃料供給装置の他の構造例を説明する図である。
【図７】焼結原料装入層への気体燃料供給位置の影響を調べる実験を説明する図である。
【図８】本発明に係る気体燃料の吐出装置の一例を説明する図である。
【図９】本発明に係る希釈気体燃料吹き込み操業時の操業解析プログラムを説明する図である。
【符号の説明】
【００９３】
１  原料ホッパー
２  ドラムミキサー
３  ロータリーキルン
４、５  サージホッパー
６  ドラムフィーダー
７  切り出しシュート
８  パレット
９  装入層
１０  点火炉
１１  ウインドボックス
１２  気体燃料供給装置
【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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