(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれに、還元鉄製造用の原料である第１の造粒物及び焼結鉱製造用の原料であって前記第１の造粒物の上側に位置する第２の造粒物が装入され、前記第２の造粒物を焼結する焼結区間と、前記焼結区間後の区間であって、第１の造粒物を還元する還元区間と、を有する原料処理区間に移動可能な複数の台車と、
前記複数の台車が前記原料処理区間を移動される経路の上に配設されて、前記第２の造粒物の表層に火炎を噴射する点火炉と、
前記複数の台車の下方に前記複数の台車の移動方向に並設され、前記複数の台車のそれぞれに吸引力を与える複数のウィンドボックスと、
前記還元区間に位置し、前記第１の造粒物の還元中の台車から還元反応による還元性排ガスを回収し、前記還元区間に位置する台車に前記還元性排ガスを供給する循環ラインを有する雰囲気醸成ユニットと、を備えることを特徴とする原料処理設備。
【請求項２】
前記循環ラインの一方の末端は、前記原料処理区間のうち還元区間に対応して位置する複数のウィンドボックスと連結され、
前記循環ラインの他方の末端は、前記原料処理区間のうち前記台車内の第１の造粒物の最上部層が８００℃〜１０００℃の温度を有する地点に対応して位置して、前記還元性排ガスを供給することを特徴とする請求項１に記載の原料処理設備。
【請求項３】
前記台車が移動する経路の上における前記点火炉から、前記第１の造粒物の還元が終了する地点までを全体の原料処理区間としたとき、
前記第１の造粒物の還元区間は、前記循環ラインから前記還元性排ガスを供給する地点から、前記第１の造粒物の還元が完了する地点までの区間であり、
前記第２の造粒物の焼結区間は、前記点火炉から前記還元性排ガスの供給前の地点までの区間であり、
前記還元区間は、前記還元性排ガスの供給により酸素の濃度が１０％以下に調節され、
前記焼結区間は、酸素の濃度が１５％以上に調節されることを特徴とする請求項１に記載の原料処理設備。
【請求項４】
前記循環ラインは、
一方の末端が、複数のウィンドボックスのうち、前記還元区間に対応して配置された複数のウィンドボックスと連結され、前記還元区間に位置する複数の台車から前記第１の造粒物の還元反応中に発生した還元性排ガスを回収する回収配管と、
一方の末端が前記回収配管に連結されて、前記回収配管から移送した還元性排ガスを還元区間に位置する台車に供給する第１の供給配管と、を備え、
前記第１の供給配管は、前記原料処理区間のうち、前記第１の造粒物の最上部層が８００℃〜１０００℃の温度を有する地点に対応して位置するように配設されることを特徴とする請求項３に記載の原料処理設備。
【請求項５】
前記雰囲気醸成ユニットは、
前記回収配管の延長経路の上に前記回収配管と連設されて、前記回収配管に吸込力を与えるブロワーと、
前記ウィンドボックスと前記ブロワーとの間の回収配管と連設されて、外部の空気を前記回収配管に供給することにより、前記回収配管に回収されたガスが前記ブロワーを通過する前に温度を下げる温度調節部と、を備えることを特徴とする請求項４に記載の原料処理設備。
【請求項６】
前記雰囲気醸成ユニットは、
一方の末端が前記回収配管と連結され、他方の末端が前記台車の上方における前記焼結区間に対応位置して、前記焼結区間に還元性排ガスを供給することにより、前記焼結区間に熱源を与える第２の供給配管と、
前記第２の供給配管と連結されて、前記第２の供給配管に空気を供給して、前記焼結区間内の酸素の濃度が１５％以上になるように調節する濃度調節部と、を備えることを特徴とする請求項４に記載の原料処理設備。
【請求項７】
前記原料処理区間の終端の一方の側に位置して、前記台車から前記第２の造粒物の焼結が終了した焼結鉱及び前記第１の造粒物の還元が終了した還元鉱が排鉱される排鉱部と、
前記点火炉と前記排鉱部との間に位置するフードと、を備え、
前記循環ラインの他方の末端は、前記原料処理区間のうち、第１の造粒物の最上部層が８００℃〜１０００℃の温度を有する地点に対応して位置するフードに連結され、
前記第２の供給配管は、前記焼結区間に対応して位置するフードに連結されたことを特徴とする請求項６に記載の原料処理設備。
【請求項８】
還元鉄製造用の原料である前記第１の造粒物が貯留され、移動する台車に前記第１の造粒物を、下方に向かって装入する第１のホッパーと、
前記第１のホッパーの後方に位置し、前記第１の造粒物が装入された後に移動された前記台車に焼結鉱製造用の原料である前記第２の造粒物を装入する第２のホッパーと、を備えることを特徴とする請求項７に記載の原料処理設備。
【請求項９】
前記排鉱部の一方の側に位置して、前記台車から排鉱された焼結鉱及び還元鉄を分離する分離装置を備えることを特徴とする請求項８に記載の原料処理設備。
【請求項１０】
前記分離装置は、粒度及び磁力のうちのいずれか一方で焼結鉱及び還元鉄を分離することを特徴とする請求項９に記載の原料処理設備。
【請求項１１】
複数の台車のそれぞれに対して還元鉄の製造のための第１の造粒物を装入する過程と、
前記第１の造粒物が装入されて移動されてきた前記台車内に、焼結鉱の製造のための第２の造粒物を前記第１の造粒物の上部に位置するように装入する過程と、
前記第１及び第２の造粒物が装入された複数の台車のそれぞれを、点火炉に向かって移動させて、前記複数の台車のそれぞれに装入された前記第２の造粒物の表層に火炎を着火する過程と、
前記火炎が着火された複数の台車のそれぞれを、前記第２の造粒物を焼結する焼結区間と、前記焼結区間後の区間であって第１の造粒物を還元する還元区間と、を有する原料処理区間に並設された複数のウィンドボックスの上側を通過するように順次に移動させて、上側に位置する前記第２の造粒物の焼結反応と、下側に位置する第１の造粒物の還元反応とを順次に処理する過程と、を含み、
前記第１の造粒物を還元する過程は、
前記還元区間において、先に第１の造粒物の還元反応が行われた台車から還元反応により発生した還元性排ガスを回収する過程と、
回収された前記還元性排ガスを前記還元区間に位置する台車に供給して、前記還元区間に位置する台車の内部の酸素の濃度を調節することにより、還元性雰囲気を醸成する過程と、を含むことを特徴とする原料処理方法。
【請求項１２】
回収された前記還元性排ガスを前記還元区間に位置する台車に供給するに当たって、前記原料処理区間のうち、前記台車内の第１の造粒物の最上部層が８００℃〜１０００℃の温度を有する地点に対応して位置する台車に、前記還元性排ガスを供給することを特徴とする請求項１１に記載の原料処理方法。
【請求項１３】
前記台車が移動する経路上における前記点火炉から前記第１の造粒物の還元が終了する地点までを全体の原料処理区間としたとき、
前記第１の造粒物の還元区間は、循環ラインから前記還元性排ガスを供給する地点から、前記第１の造粒物の還元が終了する地点までの区間であり、
前記第２の造粒物の焼結区間は、前記点火炉から前記還元性排ガスの供給前の地点までの区間であり、
前記還元区間は、前記還元性排ガスの供給により酸素の濃度を１０％以下に調節し、
前記焼結区間は、酸素の濃度を１５％以上に調節することを特徴とする請求項１２に記載の原料処理方法。
【請求項１４】
前記還元性排ガスを回収する過程において、
前記原料処理区間のうち、前記還元区間に対応して位置する複数のウィンドボックスから、第１の造粒物の還元反応により発生した還元性排ガスを回収することを特徴とする請求項１３に記載の原料処理方法。
【請求項１５】
前記還元性排ガスを回収する過程において、
前記複数のウィンドボックスから回収された還元性排ガスが前記還元性排ガスの回収経路の上に配設されたブロワーを通過する前に、回収された前記還元性排ガスと空気とを混合して５００℃以下の温度に下げることを特徴とする請求項１４に記載の原料処理方法。
【請求項１６】
前記第２の造粒物を焼結する過程において、
前記還元性排ガスを前記焼結区間に対応して位置する台車に供給して熱源を与えることを特徴とする請求項１３に記載の原料処理方法。
【請求項１７】
前記焼結区間に前記還元性排ガスを供給するに当たって、前記焼結区間に対応して位置する台車に外部から吸い込んだ空気を更に供給して、酸素の濃度を１５％以上に調節することを特徴とする請求項１６に記載の原料処理方法。
【請求項１８】
前記台車に装入される第１の造粒物の積層高さは、２００ｍｍ以上、４００ｍｍ以下にすることを特徴とする請求項１１に記載の原料処理方法。
【請求項１９】
前記第２の造粒物の積層高さは、数式１、数式２及び数式３により決定されることを特徴とする請求項１８に記載の原料処理方法。
［数１］
全体の原料処理時間（ｍｉｎ）＝複数の焼結台車の長さ（ｍ）／台車の移動速度（ｍ／ｍｉｎ）
［数２］
焼結時間（ｍｉｎ）＝全体の原料処理時間（ｍｉｎ）−第１の造粒物の還元にかかる時間（ｍｉｎ）
［数３］
第２の造粒物の高さ（ｍ）＝焼結時間（ｍｉｎ）×焼結の進行速度（ｍ／ｍｉｎ）
【請求項２０】
前記第１の造粒物の還元及び第２の造粒物の焼結が完了した台車から第１の造粒物の還元により製造された還元鉄及び第２の造粒物の焼結により製造された焼結鉱を排鉱する過程と、
前記排鉱された還元鉄及び焼結鉱を分離する過程と、を含むことを特徴とする請求項１９に記載の原料処理方法。
【請求項２１】
前記排鉱された還元鉄及び焼結鉱を分離するに当たって、
前記第１の造粒物及び第２の造粒物の粒度又は磁力に基づいて分離することを特徴とする請求項２０に記載の原料処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原料処理設備及びこれを用いた原料処理方法に係り、より詳しくは、燒結鉱及び還元鉄を一緒に製造することのできる原料処理設備及びこれを用いた製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉の製銑工程において、原料として用いられる燒結鉱は、鉄鉱石と熱源である石炭（又はコークス）とを混合したのち石炭を燃焼させ、その燃焼熱で鉄鉱石を焼結することにより生産される。
【０００３】
このような、燒結鉱を製造する通常の燒結鉱の製造設備は、上部鉱が貯留された上部鉱ホッパーと、鉄鉱石原料及び熱源であるコークスが混合された後に造粒された配合原料が貯留されるサージホッパーと、一方向に並設され、上部鉱及び配合原料を提供されて工程の進行方向に搬送される複数の台車と、複数の台車を工程の進行方向に搬送させるコンベヤーと、コンベヤーにより工程の進行方向に搬送される台車の上側に配設されて、前記台車に装入されている焼結原料に火炎を噴射する点火炉と、複数の台車が一方向に並べられて工程の進行方向に搬送される経路の上に並設されて、前記複数の台車の内部を吸引する複数のウィンドボックスと、複数のウィンドボックスの終端に連結されたダクトと、ダクトに連結されて吸引力を発生させるブロワー（図示せず）と、を備える。
【０００４】
このような燒結鉱の製造設備により燒結鉱を製造する方法について説明すると下記の通りである。上部鉱ホッパーに貯留された上部鉱及びサージホッパーに貯留された配合原料が台車の上に投入されて運ばれ、移動中の台車は点火炉の下部を通過する。このとき、点火炉から噴射される火炎（すなわちほのお）が台車内に収容された焼結原料の上部、すなわち、表層に着火される。
【０００５】
点火炉を通過した台車は、コンベヤーにより工程の進行方向に搬送され、このとき、台車が工程の進行方向に並設された複数のウィンドボックスの上側を通過することになる。ウィンドボックスの上側を通過する台車には下側方向に吸引力が発生し、吸い込まれた台車の外部の空気により着火された火炎が下側に向かって移動される。なお、台車が工程の進行の終了地点に位置するウィンドボックスに達したとき、火炎が台車の底面に達し、このとき、焼結が終了し、複数の台車に対して上述した操業が連続して行われる。
【０００６】
このとき、空気には２１％の酸素が含まれており、このような空気が台車に吸引されて、前記台車の内部において石炭の燃焼、火炎の維持及び移動を行うことが可能である。なお、上述したような台車の内部は、石炭の燃焼により発生した燃焼熱で鉄鉱石を焼結する酸化性雰囲気である。
【０００７】
一方、還元鉄は、高炉用原料であって、鉄鉱石と炭材（例えば、石炭）を混合して塊成化させ（以下、「塊成鉱」と称する。）、炭材を還元剤として鉄鉱石を還元させることにより製造される。このような還元鉄を製造する設備は、鉄原料及び炭材をそれぞれ収容する複数のホッパーと、鉄原料及び炭材のそれぞれを供給されて破砕する破砕機と、鉄原料及び炭材を供給されて混合する混合機と、混合機において混合された混合物を圧縮して成形する成形機と、成形機において製造された塊成鉱を熱処理して還元させる還元炉と、還元炉の一方の側に位置して製造された還元鉄を冷却させる冷却炉と、還元炉内に熱風を与えるバーナーと、を備える。
【０００８】
塊成鉱は、移動式台車に装入されて還元炉及び冷却炉の内部を順次に移動し、このとき、バーナーにより与えられた熱風により塊成鉱の還元が行われる。ここで、還元炉においては、上述したように、塊成鉱を熱処理して還元させるが、このために、還元炉の内部は、還元性雰囲気、換言すれば、非酸化性雰囲気に醸成される必要がある。
【０００９】
このように、上述したような燒結鉱製造用の焼結機及び還元鉄の製造設備は、移動台車により原料を移動させ、順次に移動する移動台車のベッドに熱源（火炎又は熱風）を供給するという点でその設備の構成が略同一である。
ところが、上述したように、燒結鉱を製造する台車は酸化性雰囲気であり、還元鉄を製造する還元炉は非酸化性雰囲気に醸成されなければならないため、燒結鉱及び還元鉄を一緒に製造することができない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、燒結鉱及び還元鉄を一緒に製造することができる原料処理設備、及びこれを用いる原料処理方法を提供することである。
【００１１】
本発明の他の目的は、燒結鉱及び還元鉄の生産性を向上させることができる  原料処理設備、及びこれを用いた原料処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するために案出された本発明に係る原料処理設備は、それぞれに還元鉄製造用の原料である第１の造粒物及び焼結鉱製造用の原料である第１の造粒物の上側に位置する第２の造粒物が装入され第２の造粒物を焼結する焼結区間、並びに焼結区間後の区間であって第１の造粒物を還元する還元区間を有する原料処理区間に移動可能な複数の台車と、複数の台車が原料処理区間を移動される経路の上に配設されて、第２の造粒物の表層に火炎を噴射する点火炉と、複数の台車の下方に複数の台車の移動方向に並設され、複数の台車のそれぞれに吸引力を与える複数のウィンドボックスと、還元区間に位置し、第１の造粒物の還元中の台車から還元反応による還元性排ガスを回収して、還元区間に位置する台車に還元性排ガスを供給する循環ラインを有する雰囲気醸成ユニットと、を備える。
【００１３】
前記循環ラインの一方の末端は、原料処理区間のうち、還元区間に対応位置する複数のウィンドボックスと連結され、循環ラインの他方の末端は、原料処理区間のうち、台車内の第１の造粒物の最上部層が８００℃〜１０００℃の温度を有する地点に対応して位置して、還元性排ガスを供給する。
【００１４】
前記台車が移動する経路の上における点火炉から第１の造粒物の還元が終了する地点までを全体の原料処理区間としたとき、第１の造粒物の還元区間は、循環ラインから還元性排ガスを供給する地点から、第１の造粒物の還元が終了する地点までの区間であり、第２の造粒物の焼結区間は、点火炉から還元性排ガスの供給前の地点までの区間であり、還元区間は、還元性排ガスの供給により酸素の濃度が１０％以下に調節され、焼結区間は、酸素の濃度が１５％以上に調節される。
【００１５】
前記循環ラインは、一方の末端が複数のウィンドボックスのうち還元区間に対応して配置された複数のウィンドボックスと連結され、還元区間に位置する複数の台車から第１の造粒物の還元反応中に発生した還元性排ガスを回収する回収配管と、一方の末端が回収配管に連結され、回収配管から移送した還元性排ガスを還元区間に位置する台車に供給する第１の供給配管と、を備え、第１の供給配管は、原料処理区間のうち、第１の造粒物の最上部層が８００℃〜１０００℃の温度を有する地点に対応して位置するように配設される。
【００１６】
前記雰囲気醸成ユニットは、回収配管の延長経路の上に回収配管と連設されて、回収配管に吸込力を与えるブロワーと、ウィンドボックスとブロワーとの間の回収配管と連設されて、外部の空気を回収配管に供給することにより、回収配管に回収されたガスがブロワーを通過する前に温度を下げる温度調節部と、を備える。
【００１７】
前記雰囲気醸成ユニットは、一方の末端が回収配管と連結され、他方の末端が台車の上側における焼結区間に対応位置して、焼結区間に還元性排ガスを供給することにより、焼結区間に熱源を与える第２の供給配管と、第２の供給配管と連結されて、第２の供給配管に空気を供給して、焼結区間内の酸素の濃度が１５％以上になるように調節する濃度調節部と、を備える。
【００１８】
前記原料処理設備は、原料処理区間の終端の一方の側に位置して、台車から第２の造粒物の焼結が終了した焼結鉱及び第１の造粒物の還元が終了した還元鉱が排鉱される排鉱部と、点火炉と排鉱部との間に位置するフードと、を備え、循環ラインの他方の末端は、原料処理区間のうち、第１の造粒物の最上部層が８００℃〜１０００℃の温度を有する地点に対応して位置するフードに連結され、第２の供給配管は、焼結区間に対応位置するフードに連結される。
【００１９】
前記原料処理設備は、還元鉄製造用の原料である第１の造粒物が貯留され、移動する台車に第１の造粒物を、下方に向かって装入する第１のホッパーと、第１のホッパーの後方に位置し、第１の造粒物が装入された後に移動された台車に焼結鉱製造用の原料である第２の造粒物を装入する第２のホッパーと、を備える。
前記原料処理設備は、排鉱部の一方の側に位置して、台車から排鉱された焼結鉱及び還元鉄を分離する分離装置を備える。
【００２０】
前記分離装置は、粒度及び磁力のうちのいずれか一方で焼結鉱及び還元鉄を分離する。
上記の目的を達成するために案出された本発明に係る原料処理方法は、複数の台車のそれぞれに対して還元鉄の製造のための第１の造粒物を装入する過程と、第１の造粒物が装入されて移動されてきた台車内に焼結鉱の製造のための第２の造粒物を第１の造粒物の上部に位置するように装入する過程と、第１及び第２の造粒物が装入された複数の台車のそれぞれを点火炉に向かって移動させて、複数の台車のそれぞれに装入された第２の造粒物の表層に火炎を着火する過程と、火炎が着火された複数の台車のそれぞれを、第２の造粒物を焼結する焼結区間と、焼結区間後の区間であって、第１の造粒物を還元する還元区間と、を有する原料処理区間に並設された複数のウィンドボックスの上側を通過するように順次に移動させて、上側に位置する第２の造粒物の焼結反応と、下側に位置する第１の造粒物の還元反応と、を順次に処理する過程と、を含み、第１の造粒物を還元させる過程は、還元区間において先に第１の造粒物の還元反応が行われた台車から還元反応により発生した還元性排ガスを回収する過程と、回収された還元性排ガスを還元区間に位置する台車に供給して、還元区間に位置する台車の内部の酸素の濃度を調節することにより、還元性雰囲気に醸成する過程と、を含む。
【００２１】
回収された前記還元性排ガスを還元区間に位置する台車に供給するに当たって、原料処理区間のうち、台車内の第１の造粒物の最上部層が８００℃〜１０００℃の温度を有する地点に対応して位置する台車に還元性排ガスを供給する。
【００２２】
前記台車が移動する経路上における点火炉から第１の造粒物の還元が終了する地点までを全体の原料処理区間としたとき、第１の造粒物の還元区間は、循環ラインから還元性排ガスを供給する地点から、第１の造粒物の還元が終了する地点までの区間であり、第２の造粒物の焼結区間は、点火炉から還元性排ガスの供給前の地点までの区間であり、還元区間は、還元性排ガスの供給により酸素の濃度を１０％以下に調節し、焼結区間は、酸素の濃度を１５％以上に調節する。
【００２３】
前記還元性排ガスを回収する過程において、原料処理区間のうち、還元区間に対応して位置する複数のウィンドボックスから第１の造粒物の還元反応により発生した還元性排ガスを回収する。
【００２４】
前記原料処理方法は、還元性排ガスを回収する過程において、複数のウィンドボックスから回収された還元性排ガスが還元性排ガスの回収経路の上に配設されたブロワーを通過する前に、回収された還元性排ガスと空気を混合して５００℃以下の温度に下げる。
前記第２の造粒物を焼結する過程において、還元性排ガスを焼結区間に対応して位置する台車に供給して熱源を与える。
【００２５】
前記焼結区間に還元性排ガスを供給するに当たって、焼結区間に対応して位置する台車に外部から吸い込んだ空気を更に供給して、酸素の濃度を１５％以上に調節する。
台車に装入される第１の造粒物の積層高さは、２００ｍｍ以上、４００ｍｍ以下にする。
【００２６】
前記第２の造粒物の積層高さは、数式１、数式２及び数式３により決定される。
［数１］
全体の原料処理時間（ｍｉｎ）＝複数の焼結台車の長さ（ｍ）／台車の移動速度（ｍ／ｍｉｎ）
［数２］
焼結時間（ｍｉｎ）＝全体の原料処理時間（ｍｉｎ）−第１の造粒物の還元にかかる時間（ｍｉｎ）
［数３］
第２の造粒物の高さ（ｍ）＝焼結時間（ｍｉｎ）×焼結の進行速度（ｍ／ｍｉｎ）
【００２７】
前記原料処理方法は、第１の造粒物の還元及び第２の造粒物の焼結が完了した台車から第１の造粒物の還元により製造された還元鉄及び第２の造粒物の焼結により製造された焼結鉱を排鉱する過程と、排鉱された還元鉄及び焼結鉱を分離する過程と、を含む。
【００２８】
前記排鉱された還元鉄及び焼結鉱を分離するに当たって、第１の造粒物及び第２の造粒物の粒度又は磁力に基づいて分離する。
前記鋼材用材料は、高炉の製銑工程の材料として用いられる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の実施形態によれば、複数の移動式台車が順次に移動して処理が行われる原料処理設備を用いて、焼結鉱及び還元鉄を一緒に製造することができる。すなわち、移動式台車が移動する原料処理設備を、所定の区間を焼結し易い雰囲気に醸成し、他の所定の区間を還元し易い雰囲気に醸成するように構成することにより、同じ設備を用いて焼結鉱及び還元鉄を一緒に製造することができる。また、台車内に還元鉄の製造のための第１の造粒物及び焼結鉱の製造のための第２の造粒物を、層を分けて装入することにより、燒結鉱及び還元鉄の生産性及び操業効率が向上するという効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る原料処理設備を概念的に示す図。
【図２】台車に処理しようとする原料が装入された状態を示す図。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る原料処理設備における還元性排ガスの供給位置を更に詳細に説明する概念図。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る原料処理設備を概念的に示す図。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る原料処理設備における還元性排ガスの供給位置を更に詳細に説明する概念図。
【図６】酸素の濃度及び還元温度に応じた金属化率を測定した結果を示すグラフ。
【図７】第１の造粒物の昇温過程における温度に応じた第１の造粒物の金属化率を示すグラフ。
【図８】酸素の濃度及び炭材石炭の含有量に応じた金属化率を測定した結果を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、添付図面に基づき、本発明の実施形態について詳細に説明する。しかしながら、本発明は以下に開示される実施形態に何ら限定されるものではなく、異なる様々な形態として実現され、単にこれらの実施形態は本発明の開示を完全たるものにし、通常の知識を有する者に発明の範囲を完全に知らせるために提供されるものである。
【００３２】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る原料処理設備を概念的に示す図であり、図２は、台車に処理しようとする原料が装入された状態を示す図である。
また、図３は、本発明の第１の実施形態に係る原料処理設備における還元性排ガスの供給位置を更に詳細に説明する概念図であり、図４は、本発明の第２の実施形態に係る原料処理設備を概念的に示す図である。
【００３３】
なお、図５は、本発明の第２の実施形態に係る原料処理設備における還元性排ガスの供給位置を更に詳細に説明する概念図である。
本発明の実施形態に係る原料処理設備においては、燒結鉱及び還元鉄を一緒に製造する。すなわち、一つの台車１００内に燒結鉱製造用の原料及び還元鉄製造用の原料を装入し、所定の区間まで燒結鉱製造用の原料の焼結を行い、焼結が終了した後に還元鉄製造用の原料の還元を行う。
【００３４】
台車１００に装入される燒結鉱製造用の原料は、鉄鉱石、熱源であるコークス、石灰石などの副原料を混合した後、これを予め造粒した造粒物である。ここで、鉄鉱石は、１０ｍｍ以下の粉鉱石であってもよく、鉄鉱石、コークス、石灰石を水とともに混合すると同時に予め造粒して平均約２〜３ｍｍの粒子に造粒する。還元鉄製造用の原料は、鉄鉱石及び炭材を混合した後、これをブリケット状又はペレット状に造粒した造粒物である。ここで、既存の燒結鉱の製造に際して使用し難い０．１ｍｍ以下の極微粉鉱石も、鉄鉱石として使用可能である。
【００３５】
本発明の実施形態においては、台車１００内に還元鉄製造用の原料である造粒物を装入し、その上部に燒結鉱製造用の原料である造粒物を装入して上下に積層する。従って、以下では、台車内に装入される還元鉄製造用の造粒物を第１の造粒物Ｍ１と称し、第１の造粒物Ｍ１の上部に装入される燒結鉱製造用の造粒物を第２の造粒物Ｍ２と称する。
本発明の実施形態に係る原料処理設備によれば、一台車１００において、上側に位置する第２の造粒物Ｍ２の焼結が先に行われて燒結鉱が製造され、第２の造粒物Ｍ２の焼結が終了した後、第１の造粒物Ｍ１の還元が行われて還元鉱が製造される。
【００３６】
図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る原料処理設備は、台車の底面に装入される上部鉱が貯留された第１のホッパー２１と、上部鉱Ｍ０の上側に装入され、還元鉄の製造のための原料である第１の造粒物Ｍ１が貯留された第２のホッパー２２と、第１の造粒物Ｍ１の上側に装入され、燒結鉱の製造のための原料である第２の造粒物Ｍ２が貯留された第３のホッパー２３と、それぞれに上部鉱Ｍ０と、処理しようとする原料である第１及び第２の造粒物Ｍ１、Ｍ２が装入されて工程の進行方向に順次に搬送される複数の台車１００と、工程の進行方向に延設されて、複数の台車１００を工程の進行方向に搬送するコンベヤー３００と、第３のホッパー２３の一方の側におけるコンベヤー３００の上側に配設されて、台車１００に火炎を噴射する点火炉２００と、コンベヤー３００の上側における複数の台車１００が搬送される経路に位置し、点火炉２００の一方の側から工程の終了地点まで延設されたフード４００と、コンベヤー３００の下側における複数の台車が搬送される経路の上に並設されて、複数の台車１００の内部を吸引したり吸い込んだりする複数のウィンドボックス５００と、複数のウィンドボックス５００のうち、第１の造粒物Ｍ１が還元される区間に配設された複数のウィンドボックス５００に連結されて、第１の造粒物Ｍ１の還元過程において発生したガス（以下、還元性排ガスと称する。）を回収して再び還元区間に位置する第１の造粒物Ｍ１の還元に再使用するように供給する雰囲気醸成ユニット６００と、を備える。
【００３７】
また、原料処理設備は、鉄鉱石及び炭材を混合してペレット状又はブリケット状に造粒して第１の造粒物を製造する造粒機１１と、鉄鉱石、コークス、副原料（石灰石）及び水を混合すると同時に予め造粒する混合機１２と、複数のウィンドボックス５００のうち、第２の造粒物Ｍ２の焼結区間に対応配設された複数のウィンドボックス５００に連結されて、第２の造粒物Ｍ２の焼結過程において発生したガスを排気する排気ユニット７００と、コンベヤー３００の一方の側に位置して、台車１００から燒結鉱及び還元鉄が排鉱される排鉱部と、排鉱された燒結鉱及び還元鉄を冷却させる冷却器８００と、冷却された燒結鉱及び還元鉄を分離する分離装置９００と、を備える。
【００３８】
点火炉２００は、その下側を通過する台車に火炎を噴射して、コークスを燃焼させるための熱源を与える。また、一台車１００が点火炉２００の下側を通過すれば、前記台車の第２の造粒物の表層に火炎が噴射される。本発明の実施形態に係る点火炉２００は、ガスバーナーであるが、本発明はこれに何等限定されるものではなく、火炎が噴射可能である限り、多種多様な手段が採用可能である。
【００３９】
フード４００は、外部の空気を台車に吸い込み、台車内に吸い込まれた空気を再び吸い込む装置であって、点火炉２００と排鉱部との間に延設される。
複数のウィンドボックス５００は、フード４００及び台車１００に対して吸引力を与えることにより、外部の空気をフード４００に吸い込み、吸い込まれた空気が台車１００の下側に向かって移動するようにする。これらの複数のウィンドボックス５００は、点火炉２００と排鉱部との間の区間に並設される。
【００４０】
点火炉２００は、第３のホッパー２３とフード４００（又は、最初のウィンドボックス）との間に位置して、上部鉱Ｍ０と、第１の造粒物Ｍ１及び第２の造粒物Ｍ２と、が順次に積層された台車１００に向かって火炎を噴射する。すなわち、点火炉２００の下側を通過する台車１００内の原料層の上部面に火炎を噴射する。このように、点火炉２００から火炎が噴射されれば、火炎による熱、台車１００に吸い込まれた空気及び第２の造粒物Ｍ２中のコークスが遭遇して第２の造粒物Ｍ２の上部層、すなわち、表層に着火される。
【００４１】
また、火炎の周りは１３００℃〜１４００℃に昇温され、副原料である石灰石及び鉄鉱石が低融点化合物を形成して、部分的に溶融されることにより、鉄鉱石の焼結反応が行われる。更に、上述した一台車１００がコンベヤー３００により工程の進行方向に搬送されながら工程の進行経路の上に並設された複数のウィンドボックス５００の上側を順次に通過する。
【００４２】
このため、第２の造粒物Ｍ２の表層の火炎又は発生した熱と、フード４００から供給された空気は、ウィンドボックス５００の吸引力により台車内の下側に向かって移動して下部にある第２の造粒物Ｍ２のコークスの燃焼を引き起こす。従って、火炎及び熱が第２の造粒物Ｍ２の表層から下側に向かって移動することにより、第２の造粒物Ｍ２の表層から下側に向かって徐々に焼結反応が行われる。
【００４３】
このように、第２の造粒物Ｍ２の焼結が行われている間に、前記第２の造粒物Ｍ２の下側に位置する第１の造粒物Ｍ１は、上側から伝達される熱を供給されて昇温される。また、上述したように、火炎及び熱が第２の造粒物Ｍ２の表層から下側まで移動しながら焼結が行われるが、火炎及び熱が下側に向かって移動すればするほど、又は第２の造粒物Ｍ２の下部層まで焼結がほとんど終了するほど、第１の造粒物Ｍ１の温度が高くなる。
【００４４】
このとき、第１の造粒物に含まれている炭材（石炭）中のカーボン及び鉄鉱石が反応して還元反応（反応式１、２）が起こる。なお、このときに発生するＣＯガスは、酸化鉄を還元するか（反応式３）、あるいは、外部に発散されて周りの酸素と反応して燃焼されて熱を発生させる（反応式４）。
反応式１）Ｆｅ２Ｏ３＋３Ｃ＝２Ｆｅ＋３／２ＣＯ２
反応式２）Ｆｅ２Ｏ３＋Ｃ＝２ＦｅＯ＋ＣＯ
反応式３）ＦｅＯ＋ＣＯ＝Ｆｅ＋ＣＯ２
反応式４）ＣＯ＋１／２Ｏ２＝ＣＯ２
【００４５】
一方、台車の内部の第１の造粒物Ｍ１の還元反応効率（還元率又は金属化率）を高めるためには、台車１００内の酸素の濃度を管理することが肝要である。図６は、酸素の濃度及び還元温度に応じた金属化率を測定した結果を示すグラフであり、酸素の濃度が２１％より低くなればなるほど、金属化率が大幅に高くなることが分かる。また、酸素の濃度が１０％を超えると、低温において第１の造粒物Ｍ１内の炭材（すなわち、石炭）が燃焼して第１の造粒物Ｍ１の温度が急激に昇温され、このとき、一次的に鉄鉱石の還元に用いられるべき炭材が燃焼に全て用いられることが観察された。
【００４６】
更に、還元温度１３００℃においては、第１の造粒物Ｍ１の溶融が観察されてしまうという問題が発生し、このことから、第１の造粒物Ｍ１の還元のためには、温度を１３００℃以下に調節する必要があるということが分かる。図７は、第１の造粒物Ｍ１の昇温過程における温度に応じた金属化率を示すものであり、低温においては鉄鉱石の還元反応速度が遅くて金属化率が非常に低く、約８００℃以上においては金属化率の増加速度が速いことが分かる。
【００４７】
従って、第１の造粒物Ｍ１の還元率を高めるためには、金属化率が高くなる８００℃以上の温度から、台車内の酸素の濃度を１０％以下に調節しなければならないということが分かる。すなわち、第１の造粒物Ｍ１の温度が８００℃以上に昇温されれば、台車内の酸素の濃度を１０％以下に調節して、非酸化性又は還元性雰囲気を醸成しなければならない。
【００４８】
図８は、酸素の濃度及び炭材（石炭）の含有量に応じた金属化率を測定した結果を示すグラフであって、第１の造粒物の還元率を高めるためには、炭材の含有量が５重量％以上、２０重量％以下であることが好ましい。炭材の含有量が２０重量％を超えると、金属化率の増加効果が弱くなる。
【００４９】
一方、上述したように、第２の造粒物Ｍ２に着火された火炎及び熱が下側に向かって移動して前記第２の造粒物Ｍ２の下部層まで焼結が行われるにつれて、第１の造粒物Ｍ１の温度が昇温するが、このとき、第２の造粒物Ｍ２と隣設する第１の造粒物Ｍ１の最上部層の温度もまた上昇する。
【００５０】
上述したように、第２の造粒物Ｍ２の最下部層まで焼結が大部分終了したときから、又は第２の造粒物Ｍ２の最下部層まで焼結が大部分終了した直後に、第１の造粒物Ｍ１の還元を行わなければならない。第２の造粒物Ｍ２の最下部層まで焼結が大部分終了したとき、第１の造粒物Ｍ１の最下部層の温度を測定すると、８００℃〜１０００℃の範囲の温度を有する。
【００５１】
従って、本発明においては、第１の造粒物Ｍ１の上部層が８００℃〜１０００℃の温度範囲いずれかの温度を有する台車の位置から、酸素濃度を１０％以下に調節する。
一方、第１の造粒物Ｍ１の還元のために酸素を用いるため、酸素の濃度が比較的に低く（少なくとも空気に比べて低くなる）、温度もまた高くなる。従って、本発明においては、第１の造粒物Ｍ１の還元過程において発生した還元性排ガスを回収し、これを第１の造粒物Ｍ１の還元に再使用することにより、還元が進行し易いように熱源を与え、非酸化性雰囲気を醸成する。
【００５２】
このために、本発明においては、雰囲気醸成ユニット６００は、移動しながら工程が進行中の台車１００において、前記台車が、第１の造粒物Ｍ１の上部層が８００℃〜１０００℃の温度範囲のいずれか一つの温度を有する位置から還元性排ガスを供給して、酸素の濃度を１０％以下に調節する。ここで、還元性排ガスは、先に第１の造粒物Ｍ１の還元が行われた台車から発生したガスであって、雰囲気醸成ユニット６００は、還元性排ガスを回収し、これを再活用して還元を行う台車１００内の酸素の濃度を１０％以下に調節する。
【００５３】
より具体的には、本発明においては、雰囲気醸成ユニット６００により第２の造粒物Ｍ２の最下部層まで焼結反応を行い、第１の造粒物Ｍ１は、焼結反応が進行せず、還元反応が進行するようにする。換言すれば、第２の造粒物Ｍ２の表層に着火された火炎が第１の造粒物Ｍ１に移動せず、その前に消火されるようにし、非燃焼性又は非酸化性の雰囲気において第１の造粒物Ｍ１を還元する。すなわち、第２の造粒物Ｍ２の最下部層まで焼結が終了すれば、焼結反応を中止し、還元反応を開始させる。
【００５４】
このためには、移動中の一台車１００において、第２の造粒物Ｍ２の最下部層まで焼結が終了した後に、前記台車１００が移動する区間では、火炎の維持が不可能であり、非酸化性又は還元性の雰囲気に醸成されなければならないことを意味する。
【００５５】
上述したように、本発明においては、第１の造粒物Ｍ１の最上部層の温度に対応して還元性排ガスの供給の開始位置を決定する。これは、第２の造粒物Ｍ２の表層に着火された火炎が次第に下側に向かって移動して焼結の終了地点に近くなるにつれて、第２の造粒物Ｍ２の最上部層の温度が昇温されるためである。本発明においては、第１の造粒物Ｍ１の最上部層の温度が８００℃〜１０００℃である地点から還元性排ガスを供給する。
【００５６】
例えば、点火炉２００が位置する地点を０％の地点とし、台車の工程の進行方向の最終端のウィンドボックス５００の地点を１００％の地点としたとき、第１の造粒物Ｍ１の最上部層の温度が８００℃〜１０００℃である地点が、工程の進行区間のうち４０％〜５０％の地点のうちのいずれか一つであってもよい。
【００５７】
この場合、移動中の台車１００が、工程の進行区間の４０％〜５０％の地点（還元性排ガスの供給位置）に位置するとき、還元性排ガスを供給して、これによって前記地点を通過する台車の内部は、酸素の濃度が１０％以下となり、還元雰囲気が醸成されて第１の造粒物Ｍ１の還元が行われる。なお、複数の台車１００が順次に還元性排ガスの供給位置を通過するため、複数の台車１００のそれぞれの内部が順次に非酸化性又は還元性の雰囲気に醸成されて還元が行われる。
【００５８】
以下、本発明の第１の実施形態に係る雰囲気醸成ユニットについて詳細に説明する。
上述したように、ウィンドボックス５００の吸込力により外部の空気がフード４００を介して複数の台車１００のそれぞれに吸い込まれる。また、空気には２１％の酸素が含まれている。一方、第２の造粒物Ｍ２の焼結が終了した後の地点から原料処理の終了地点（１００％地点）までは第１の造粒物Ｍ１の還元が行われるべき還元区間であって、還元区間において台車は還元性雰囲気に醸成されなければならないが、２１％の酸素の濃度を有する空気中では還元性雰囲気を醸成することができない。
【００５９】
従って、本発明の実施形態においては、還元性排ガスを還元区間に供給して、還元区間を通過する台車１００の内部に還元性雰囲気に醸成する。すなわち、外部の空気を吸い込むフード４００に、本発明の実施形態に係る雰囲気醸成ユニット６００を連結して、少なくとも還元区間を通過する台車が還元性雰囲気又は非酸化性雰囲気となるようにする。より具体的には、雰囲気醸成ユニット６００は、還元性排ガスを供給して、台車１００内の酸素の濃度が１０％以下となるようにする。これは、フード４００に供給する還元性排ガスの流量を調節することにより可能になる。
【００６０】
第１の実施形態に係る雰囲気醸成ユニット６００は、還元性排ガスを用いて還元区間を通過する台車１００に還元性雰囲気に醸成し、第２の実施形態に係る雰囲気醸成ユニット６００は、還元性排ガスを用いて第２の造粒物の焼結が行われる焼結区間を焼結し易い雰囲気に醸成し、還元区間の雰囲気に、還元を行い易い雰囲気を醸成する。
【００６１】
図１及び図３に示すように、第１の実施形態に係る雰囲気醸成ユニット６００は、一方の末端が複数のウィンドボックス５００とそれぞれ連結され、他方の末端がフード４００と連結されて、還元区間を通過する台車から排気された排ガスを回収する循環ライン６１０と、循環ライン６１０の経路の上に配設されて複数のウィンドボックス５００内の還元性排ガスが循環ライン６１０に吸込又は移動可能なようにする吸込力を与えるブロワー（以下、第１のブロワー６３０と称する。）と、循環ライン６１０の経路上においてウィンドボックス５００と第１のブロワー６３０との間の位置するように前記循環ライン６１０に配設されて、ウィンドボックス５００から排気された還元性排ガスを集塵する集塵器（第１の集塵器６２０）と、第１の集塵器６２０と第１のブロワー６３０との間の循環ライン６１０に連設されて、外部の空気を吸い込んで供給することにより、還元性排ガスの温度を降温させる役割を果たす温度調節部６４０と、を備える。
【００６２】
循環ライン６１０は、還元区間から回収された還元性排ガスを回収して、再び還元区間を通過する台車１００に供給することにより、前記台車１００が還元性雰囲気となるようにする。このとき、第１の造粒物Ｍ１の最上部層が８００℃〜１０００℃の温度範囲のいずれか一つの温度を有する地点を還元性排ガスの供給位置とし、移動中の台車１００が前記還元性排ガスの供給位置に位置するとき、循環ライン６１０から供給される還元性排ガスにより台車１００の内部の酸素の濃度が１０％以下に調節される。
【００６３】
例えば、第１の造粒物Ｍ１の最上部層が８００℃〜１０００℃の温度範囲のいずれか一つの温度を有する地点が、全体の工程の進行区間のうち、４０％〜５０％のうちのいずれか一つの地点であり、前記地点が還元性排ガスの供給位置となり、移動中の台車１００が４０％〜５０％の範囲のいずれか一つの地点に位置するとき、循環ライン６１０から供給される還元性排ガスにより台車１００の内部の酸素の濃度が１０％以下に調節される。
このとき、還元性排ガスが排出される循環ライン６１０の下側に対応位置するウィンドボックス５００の吸込力により、循環ライン６１０の下側を通過する台車１００に還元性排ガスが吸い込まれ、前記台車１００の内部が還元雰囲気に醸成される。
【００６４】
このような循環ライン６１０は、一方の末端が複数のウィンドボックス５００と連結され、他方の末端がウィンドボックス５００の上側まで延設されて、複数のウィンドボックス５００から排気された還元ガスをウィンドボックス５００の上側の位置まで移動させる回収配管６１１と、一方の末端が回収配管６１１と連結され、他方の末端がフード４００と連結されて、回収配管６１１から回収された還元性排ガスを供給する供給配管（以下、第１の供給配管６１２と称する。）と、を備える。
【００６５】
ここで、第１の供給配管６１２は、第１の造粒物の最上部層が８００℃〜１０００℃の温度範囲のいずれか一つの温度を有する地点と対応位置するようにフード４００に連結される。例えば、第１の造粒物Ｍ１の最上部層の温度が８００℃〜１０００℃である地点が、全体の工程の進行区間のうち、４０％〜５０％のうちのいずれか一つの地点であるとしたとき、第１の供給配管６１２は、前記４０％〜５０％のうちのいずれか一つの地点と対応するようにフード４００に連結される。
【００６６】
一方、点火炉２００と排鉱部との間の領域に延設されたフード４００に外部の空気及び還元性排ガスが供給される。また、フード４００の一部の領域は、第２の造粒物Ｍ２の焼結区間と対応位置する領域であり、残りの一部の領域は、第１の造粒物Ｍ１の還元区間と対応位置する領域である。
【００６７】
ところが、還元性排ガスの供給位置に還元性排ガスを供給すると、これが焼結区間全体に拡散される虞がある。また、逆に、焼結区間は、酸素の濃度が１５％以上である酸化性雰囲気に醸成されるが、この雰囲気ガスが還元区間に拡散される虞がある。従って、本発明の実施形態に係るフード４００の内部には、焼結区間と還元区間との間に隔壁４１０を配設する。このとき、隔壁４１０は、第１の供給配管６１２の後方に配設するが、前記第１の供給配管と隣設することが好ましい。
【００６８】
第１の集塵器６２０は、回収された還元性排ガスに含まれている粉塵を取り除いて第１のブロワー６３０に移動させる。このために、第１の集塵器６２０は、ウィンドボックス５００と第１のブロワー６３０との間の回収配管６１１の上に連結される。
第１のブロワー６３０は、回収配管６１１に吸引力を与えるものであり、第１の集塵器６２０の後端に連結された回収配管６１１と連通される。
【００６９】
一方、ウィンドボックス５００から排気された還元性排ガスは、５００℃以上、より具体的には、約７００℃の温度を有する。また、通常、ブロワーは、５００℃以上の温度に脆弱な材料により製造される。従って、回収配管６１１に回収された還元性排ガスが第１のブロワー６３０を通過する前に、還元性排ガスの温度を５００℃以下の温度に冷却する必要がある。
【００７０】
従って、本発明においては、第１のブロワー６３０の前端に連結された回収配管６１１に外部の空気を供給して還元性排ガスを供給する温度調節部６４０を連結する。本発明の実施形態に係る温度調節部６４０は、外部の空気を吸い込む第１の吸込部６４１及び一方の末端が第１の吸込部６４１に連結され、他方の末端が第１の集塵器６２０と第１のブロワー６３０との間の回収配管６１１に連結された第１の吸込配管６４２を備える。本発明の実施形態に係る温度調節部６４０によれば、回収配管６１１に供給される空気の流量を調節することにより、還元性排ガスの温度を調節することができる。
【００７１】
第２の実施形態に係る雰囲気醸成ユニット６００は、還元区間だけではなく、焼結区間に還元性排ガスを供給して、焼結区間に熱源を与え、焼結し易い雰囲気を醸成するのに活用可能である。
【００７２】
第２の実施形態に係る雰囲気醸成ユニット６００は、複数のウィンドボックス５００それぞれと連結され、他方の末端がフード４００と連結されて、焼結区間及び還元区間を通過する台車１００から排出された排ガスを回収する循環ライン６１０と、循環ライン６１０の経路の上に配設されて複数のウィンドボックス５００内の還元性排ガスを循環ラインに吸込又は移動可能なようにする吸込力を与える第１のブロワー６３０と、循環ライン６１０の経路上におけるウィンドボックス５００と第１のブロワー６３０との間の位置するように前記循環ライン６１０に配設されて、ウィンドボックス５００から排気出された還元性ガスを集塵する第１の集塵器と、第１の集塵器６２０と第１のブロワー６３０との間の循環ライン６１０に連設されて、外部の空気を吸い込んで供給することにより、還元性排ガスの温度を下げる役割を果たす温度調節部６４０と、焼結区間に供給されるガスの酸素の濃度の制御のための濃度調節部６５０と、を備える。
【００７３】
このように、第２の実施形態に係る循環ライン６１０は、第１の実施形態とは、第２の供給配管６１３を更に備えるという点で相違する。
すなわち、循環ライン６１０は、一方の末端が複数のウィンドボックス５００と連通され、他方の末端がウィンドボックス５００の上側まで延在されて、複数のウィンドボックス５００から排気された還元ガスをウィンドボックス５００の上側の位置まで移動させる回収配管６１１と、一方の末端が回収配管６１１と連結され、他方の末端が還元区間と対応するフード４００の位置に連結された第１の供給配管６１２と、一方の末端が回収配管６１１と連結され、他方の末端が焼結区間と対応するフードの位置に連結された第２の供給配管６１３と、を備える。
【００７４】
ここで、第１の供給配管６１２は、第１の造粒物Ｍ１の最上部層が８００℃〜１０００℃の温度範囲のいずれか一つの温度を有する位置に対応するようにフード４００に連結される。また、第２の供給配管６１３は、第２の造粒物Ｍ２の焼結開始地点、すなわち、最初のウィンドボックス５００の上側に位置するようにフード４００に連結されることが好ましい。
【００７５】
一方、焼結区間を通過する台車は、第２の造粒物Ｍ２の焼結のために、台車１００内の酸素の濃度が１５％以上に保たれなければならない。しかしながら、還元性排ガスは、酸素の濃度が７〜８％であるため、前記還元性排ガス及びウィンドボックス５００の吸込力により吸い込まれる外部の空気が供給される場合、燃焼に供される酸素が足りず、第２の造粒物Ｍ２の焼結が行われ難くなる虞がある。このため、熱源を与えるために還元性排ガスを供給するとき、ウィンドボックス５００により吸い込まれる外部の空気だけで１５％以上の酸素の濃度を確保し難いとき、濃度調節部６５０を介して第２の供給配管６１３に酸素を供給して、酸素の濃度が１５％以上となるように調節する。濃度調節部６５０は、外部の空気を吸い込む第２の吸込部６５１及び一方の末端が第２の吸込部６５１に連結され、他方の末端が第２の供給配管６１３に連結された第２の吸込配管６５２を備える。
【００７６】
排気ユニット７００は、焼結区間から回収された排ガスを回収して外部に排出する。本発明の実施形態に係る排気ユニット７００は、一方の末端が焼結区間に対応配設された複数のウィンドボックス５００に連結された排気ライン７１０と、排気ライン７１０の延設経路の上に配設されて、排気されたガスの粉塵を取り除く第２の集塵器７２０と、第２の集塵器７２０の後端に連結されて排気ライン７１０に吸込力を与える第２のブロワー７３０と、を備える。
【００７７】
冷却器８００は、台車１００から排鉱された燒結鉱及び還元鉄を冷却する装置であって、本発明の実施形態に係る冷却器は、空気を用いて冷却する。いうまでもなく、冷却方法は、空気を用いた方法に何等限定されることなく、燒結鉱及び還元鉄の特性に影響を及ぼさない限り、種々の媒体が採用可能である。
【００７８】
分離装置９００は、冷却された燒結鉱及び還元鉄を分離する手段であって、例えば、粒度に基づいて分離するスクリーン、及び磁力に基づいて分離する磁力選別機の中のいずれか一方であってもよい。燒結鉱は、還元鉄に比べて数十〜数百倍大きいため、多数の開口を有するスクリーンを用いて粒度別に分類することにより、燒結鉱及び還元鉄を分離することができる。なお、還元鉄は、第１の造粒物Ｍ１の還元に伴い金属（Ｆｅ）に金属化され、金属（Ｆｅ）は、磁力を有している。しかしながら、燒結鉱は酸化鉄（ＦｅＯ）の形態であるため、磁力を有していないか、あるいは、たとえ磁力を有しているとしても非常に微弱である。このため、磁石などを有する磁力選別機を用いることにより、磁力に基づいて燒結鉱及び還元鉄を分離することができる。
【００７９】
以下、第１の造粒物Ｍ１及び第２の造粒物Ｍ２の積層高さについて説明する。
本発明においては、上述したように、台車１００に還元鉄の製造のための第１の造粒物Ｍ１及び燒結鉱の製造のための第２の造粒物Ｍ２を装入するが、第１の造粒物Ｍ１の上に第２の造粒物Ｍ２が位置するように層を分けて装入する。また、台車が移動するにつれて、第２の造粒物Ｍ２の最上部層から下部層まで連続して焼結が行われ、次いで、第１の造粒物Ｍ１の最上部層から下部層まで還元が行われる。このため、第１の造粒物Ｍ１及び第２の造粒物Ｍ２の高さに応じて第１の造粒物Ｍ１の還元区間及び第２の造粒物Ｍ２の焼結区間が決定される。
【００８０】
第１の造粒物の高さに応じた所要の工程時間を調べるために、下記のような実験を行った。
第１の造粒物Ｍ１の積層高さを３００ｍｍとしたとき、第１の造粒物Ｍ１を還元するのに必要な温度まで昇温させるのにかかる時間（昇温時間）、還元にかかる時間（還元時間）、還元が終了してから冷却にかかる時間（冷却時間）を合計すると、約１５分の時間が必要である。これらのうち、還元にかかる時間は約８分であることを確認することができ、還元時間は、積層高さが変化した場合も大きく変化しないことを確認した。また、第１の造粒物Ｍ１の高さを２００ｍｍとした場合には、還元にかかる時間は約８分であり、全体の工程時間は１０分であることが分かる。他の例によれば、第１の造粒物Ｍ１の高さを２００ｍｍ未満としたとき、還元にかかる時間は８分から大きく変化せず、このため、全体の工程時間も１０分から大きく変化しない。ところが、還元鉄の生産性が低下するため好ましくない。
【００８１】
更に他の例によれば、第１の造粒物Ｍ１の高さを４００ｍｍとした場合、全体の工程時間が２０分であることを確認し、高さが４００ｍｍを超える場合、工程時間が長引いて生産性が低下するという問題がある。なお、第１の造粒物Ｍ１の高さが４００ｍｍを超えた場合、高さ方向に還元率及びその強度のバラツキが著しく発生するという問題がある。
従って、本発明においては、第１の造粒物Ｍ１の積層高さを２００ｍｍ以上、４００ｍｍ以下にする。
【００８２】
また、第１の造粒物の高さを３００ｍｍとし、台車に酸素の濃度が１０％であり、温度が７００℃であるガスを流れ込ませて還元を行った。還元反応後に、還元性排ガス内の酸素の濃度を測定したところ、流れ込ませたガスに比べて３〜５％低下し、還元性排ガスの温度は、流れ込ませたガスの温度である７００℃から大きく変化しなかった。通常、流れ込ませるガスによる装入物の昇温により排ガスの温度が降温される必要があるが、第１の造粒物Ｍ１から発生するＣＯガスの燃焼に際して、酸素が用いられることにより、排ガス内の酸素の濃度が低下するとともに、このときに発生する熱によりガスの温度が昇温されるためである。
【００８３】
第２の造粒物の高さは、第１の造粒物の高さ、焼結の進行速度などに応じて決定される。
全体の原料処理工程時間のうち、第１の造粒物の高さに応じた第２の造粒物の高さは、次の数式１により算出することができる。原料処理設備における全体の原料処理時間（ｍｉｎ）は、工程長さ（ｍ）及び台車の移動速度（ｍ／ｍｉｎ）に応じて異なる。ここで、工程長さ（ｍ）は、工程の進行方向に並べられた複数の台車の長さ（ｍ）を意味する。
第２の造粒物の高さは、第１の造粒物の高さ、焼結の進行速度などに応じて決定される。
全体の原料処理工程時間のうち、第１の造粒物の高さに応じた第２の造粒物の高さは、次の数式１により算出することができる。原料処理設備における全体の原料処理時間（ｍｉｎ）は、工程長さ（ｍ）及び台車の移動速度（ｍ／ｍｉｎ）に応じて異なる。ここで、工程長さ（ｍ）は、工程の進行方向に並べられた複数の台車の長さ（ｍ）を意味する。
【００８４】
従って、全体の原料処理時間（ｍｉｎ）を複数の台車の長さ（ｍ）及び台車の移動速度（ｍ／ｍｉｎ）で表わせば、数式１のとおりである。
［数１］
全体の原料処理時間（ｍｉｎ）＝複数の焼結台車の長さ（ｍ）／台車の移動速度（ｍ／ｍｉｎ）
【００８５】
前記数式１において全体の原料処理時間が定められ、第１の造粒物の積層高さによる還元所要時間（ｍｉｎ）から第２の造粒物の焼結に使用可能な時間（ｍｉｎ）が、数式２により定義される。
［数２］
焼結時間（ｍｉｎ）＝全体の原料処理時間（ｍｉｎ）−第１の造粒物の還元所要時間（ｍｉｎ）
【００８６】
また、数式２から焼結時間（ｍｉｎ）が定められれば、操業に求められる生産性及び品質を考慮して焼結の進行速度を設定し、焼結時間及び焼結の進行速度から第２の造粒物の高さ（ｍｍ）を求めることができる（数式３）。
［数３］
【００８７】
第２の造粒物の高さ（ｍｍ）＝焼結時間（ｍｉｎ）×焼結の進行速度（ｍｍ／ｍｉｎ）
このように、第１及び第２の造粒物の積層高さが決定されれば、原料処理の際に台車に既に決定された高さで第１及び第２の造粒物を装入して工程を行う。
以下、図１から図４に基づいて、本発明の実施形態に係る原料処理設備の動作及びこれを用いた燒結鉱及び還元鉄の製造方法について説明する。
【００８８】
上述したように、本発明においては、第１の造粒物Ｍ１の最上部層の温度が８００℃〜１０００℃の温度範囲のうちのいずれか一つの温度であるとき、又は全体の工程区間のうち、例えば、４０％〜５０％の地点のうちのいずれか一つの地点であるときに還元性排ガスを供給する。
以下では、第１の造粒物Ｍ１の最上部層の温度が９００℃であれば、還元性排ガスを供給するが、最上部層の温度が９００℃である地点が、例えば、４５％の地点である場合を例にとって説明する。
【００８９】
まず、還元鉄の製造のための第１の造粒物Ｍ１と、燒結鉱の製造のための第２の造粒物Ｍ２と、上部鉱Ｍ０と、を用意する。
ここで、第１の造粒物Ｍ１は、還元鉄の製造のための原料であって、０．１ｍｍ以下の極微粉鉄鉱石と、炭材としての０．１ｍｍ以下の石炭と、を用意し、これを重さ比８０：２０で混合した後、これを双ロール式ブリケッターである造粒機１１を用いて長さ４５ｍｍ、幅２３ｍｍ、厚さ１７ｍｍの大きさのブリケット状に造粒した造粒物である。いうまでもなく、第１の造粒物Ｍ１は、ペレタイザーを用いてペレット状に製造してもよい。
【００９０】
第２の造粒物Ｍ２は、燒結鉱の製造のための原料であって、鉄鉱石原料と、結合剤である粉コークスと、副原料である石灰石（ＣａＣＯ３）及び水を混合機において混合し、これを予め造粒して２〜３ｍｍの平均粒度を有する粒子に予め造粒した造粒物である。
上部鉱Ｍ０は、製造された燒結鉱のうち粒度が２〜３ｍｍと小さい燒結鉱であって、高炉操業には用いず、次のチャージの原料の処理に際して上部鉱として用いられる。上部鉱は、原料処理工程に際して台車内のガスの流れを円滑にし、鉄鉱石原料が溶融されたとき、鉄材により作製されている台車を保護する役割を果たす。
【００９１】
上述したような上部鉱Ｍ０、第１の造粒物Ｍ１、及び第２の造粒物Ｍ２が用意されれば、これを第１のホッパー２１と、第２のホッパー２２及び第３のホッパー２３のそれぞれに装入する。また、複数の台車を第１のホッパー２１と、第２のホッパー２２及び第３のホッパー２３の下側に順次に移動させて、各台車１００内に上部鉱Ｍ０と、第１の造粒物Ｍ１及び第２の造粒物Ｍ２の順に装入して積層する。このとき、第１の造粒物Ｍ１の積層高さを２００ｍｍ以上、４００ｍｍ以下にする。また、第１の造粒物Ｍ１の積層高さ、操業に求められる燒結鉱の生産性及び品質を考慮して焼結の進行速度を設定すれば、既に設定された第１の造粒物Ｍ１の積層高さに応じて第２の造粒物Ｍ２の積層高さが算出される。
【００９２】
算出された高さで第１の造粒物Ｍ１の上部に第２の造粒物Ｍ２を装入して積層する。
次いで、複数の台車１００のそれぞれは、コンベヤー３００により点火炉２００の下側を順次に通過し、火炎の噴射された台車が最初のウィンドボックスに位置されれば、第２の造粒物Ｍ２の表層に火炎が着火される。火炎の着火された台車１００は、コンベヤー３００の動作に伴い、フード４００とウィンドボックス５００との間においてその延設方向に沿って移動される。このとき、複数のウィンドボックス５００の吸込力により外部の空気がフード４００に吸い込まれて台車１００内に供給されるが、空気中の酸素の濃度が２１％であるため、台車１００の内部がコークスの燃焼又は焼結を行い易い酸素の濃度を保つことができる。
【００９３】
台車１００に火炎が着火され、前記台車１００がフード４００とウィンドボックス５００との間を通過するように移動すると、火炎は徐々に下方に向かって移動する。このとき、下方に向かって移動する火炎の周りの位置において、第２の造粒物Ｍ２中のコークスが燃焼され、その燃焼熱により鉄鉱石原料が焼結される。また、一台車１００が工程の進行方向に移動するにつれて、第２の造粒物Ｍ２の表層から下側に向かって焼結が行われる。なお、複数の台車のそれぞれが、上述したように移動しながら連続して焼結工程が行われる。
【００９４】
一方、移動中の台車１００が全体の工程区間のうち４５％の地点に位置したとき、第２の造粒物の最下部層まで焼結が終了し、火炎が消火される。これは、４５％の地点前までは酸素が１５％以上に保たれてコークスが燃焼可能であるため火炎が生じているが、４５％の地点から酸素の濃度が１０％以下に調節されるため、酸素が足りず、火炎が消火される。従って、４５％の地点まで移動した台車内の第２の造粒物は全て焼結が終了して燒結鉱となる。
【００９５】
また、台車が４５％〜１００％の地点間の還元区間を通過するように移動すれば、第１の造粒物が還元される。このとき、還元区間は、先に還元処理された第１の造粒物の還元過程において発生した還元性排ガスにより還元雰囲気に醸成される。すなわち、還元工程中に雰囲気醸成ユニット６００の第１のブロワー６３０を動作させれば、還元区間に対応配置されたウィンドボックス５００から還元性排ガスが排気される。ウィンドボックス５００から排気された還元性排ガスは、第１の集塵器６２０を通過して粉塵が取り除かれ、温度調節部６４０から供給された空気と混合されて温度５００℃以下に調節される。次いで、５００℃以下に調節された還元性排ガスは、回収配管６１１に沿って移動した後、第１の供給配管６１２を介してフード４００に供給される。ここで、第１の供給配管６１２は、全体の工程区間のうち、第１の造粒物Ｍ１の最上部層の温度が９００℃である４５％の地点に位置するように対応配設されて還元性排ガスを供給する。
【００９６】
従って、移動中の台車１００が４５％の地点に位置すれば、第１の供給配管６１２から排出された還元性排ガスが前記台車に吸い込まれ、これとともに、ウィンドボックス５００の吸込力により外部の空気がフードを介して前記台車１００に吸い込まれる。このとき、第１の供給配管６１２を介して供給される還元性排ガスの流量を調節することにより、台車内の酸素の濃度を１０％以下に調節することができる。
【００９７】
基本的に、複数のウィンドボックス５００により外部の空気がフード４００を介して台車１００に吸い込まれるが、台車が４５％の地点を通過すれば、第１の供給配管６１２を介して酸素の濃度が７〜８％である還元性排ガスが供給される。このため、還元区間における台車１００は、外部から吸い込まれた空気及び還元性排ガスにより雰囲気が醸成されるが、このとき、還元性排ガスの供給流量を調節することにより、酸素の濃度を１０％以下に制御することができ、その結果、台車１００内の雰囲気を還元性又は非酸化性の雰囲気に醸成することができる。
【００９８】
また、還元性排ガスは、５００℃以下の高い温度を有しているため、これを供給することにより、第１の造粒物の還元のための、又は熱の不足を補うための熱を更に確保することができる。
このように、雰囲気醸成ユニットにより還元雰囲気に制御された還元区間を複数の台車のそれぞれが通過して１００％の地点に達すれば、第１の造粒物の還元が終完了して還元鉄が製造される。
このようにして製造された還元鉄及び燒結鉱は、高炉における製銑工程時の原料として用いられる。
【００９９】
以上、第１の実施形態に係る原料処理設備により、還元性排ガスを用いて還元区間の雰囲気を醸成することについて説明した。しかしながら、本発明はこれに何等限定されるものではなく、第２の実施形態でのように、還元性排ガスを用いて焼結区間の雰囲気を醸成することができる。すなわち、還元区間において回収された還元性排ガスは、回収配管６１１に沿って移動し、一部は第１の供給配管６１２により還元区間に供給され、一部は第２の供給配管６１３を介して焼結区間に供給される。
【０１００】
第２の供給配管６１３から焼結区間に還元性排ガスが供給されることにより、焼結区間における熱源を更に確保することができて、熱の不足問題を解消することができる。ところが、還元性排ガス及びウィンドボックス５００の吸込力により吸い込まれる空気のみを用いる場合、酸素の濃度が低いため焼結が行われ難くなる虞がある。従って、第２の供給配管６１３に濃度調節部を連結して、還元性排ガスとともに空気を更に供給することにより、焼結区間内の酸素の濃度を１５％以上に保つ。
【０１０１】
上述したような過程を経て燒結鉱及び還元鉄の製造が完了すれば、台車内の燒結鉱及び還元鉄は冷却器に装入されて冷却される。また、冷却された燒結鉱及び還元鉄は、分離装置に装入されて、燒結鉱及び還元鉄に分離された後、後続する工程のために移動される。
このように、本発明においては、複数の移動式台車が順次に移動して処理が行われる原料処理設備を用いて、焼結鉱及び還元鉄を一緒に製造することができる。すなわち、移動式台車が移動する原料処理設備を、所定の区間を焼結し易い雰囲気に醸成し、他の所定の区間を還元し易い雰囲気に醸成するように構成することにより、同じ設備を用いて焼結鉱及び還元鉄を一緒に製造することができる。なお、台車内に還元鉄の製造のための第１の造粒物及び焼結鉄の製造のための第２の造粒物を、層を分けて装入することにより、燒結鉱及び還元鉄の生産性及び操業効率が向上するという効果がある。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
原料処理設備及びこれを用いた原料処理方法によれば、複数の移動式台車が順次に移動して処理が行われる原料処理設備を用いて、焼結鉱及び還元鉄を一緒に製造することができる。すなわち、移動式台車が移動する原料処理設備を、所定の区間を焼結し易い雰囲気に醸成し、他の所定の区間を還元し易い雰囲気に醸成するように構成することにより、同じ設備を用いて焼結鉱及び還元鉄を一緒に製造することができる。なお、台車内に還元鉄の製造のための第１の造粒物及び焼結鉄の製造のための第２の造粒物を、層を分けて装入することにより、燒結鉱及び還元鉄の生産性及び操業効率が向上するという効果がある。
【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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