(57)【要約】  鉄焼結物を処理するための装置および方法が提供される。鉄焼結物を冷却するために冷却システムが炉の下流側に配置される。冷却システムは、エアを鉄焼結物へ強制的に流し込むための対流冷却システムと、流体を熱い焼結物へと方向付けるための蒸発冷却システムとを含む。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄焼結物を処理するための装置において、
前記鉄焼結物を加熱するための炉と、
前記鉄焼結物を冷却するために前記炉の下流側に配置される冷却システムであって、エアを前記鉄焼結物へ強制的に流し込むための対流冷却システムと、流体を熱い前記鉄焼結物へと方向付けるための蒸発冷却システムとを含む、冷却システムと、
を備える装置。
【請求項２】
前記蒸発冷却システムが少なくとも１つの液体スプレーノズルを含む請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記液体スプレーノズルがエア噴霧スプレーノズルである請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記蒸発冷却システムが、前記冷却システムを通じた前記鉄焼結物の移動方向で長手方向に離間して配置される複数の液体スプレーノズルを含む請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記蒸発冷却システムが、それぞれが少なくとも１つの液体スプレーノズルを支持する複数のヘッダを含み、前記ヘッダのうちの少なくとも２つのスプレーノズルが前記冷却システムを通じた前記鉄焼結物における移動経路の両端に隣接して配置される請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記蒸発冷却システムが、前記対流冷却システムの強制エアの排出経路中に配置される少なくとも１つの液体スプレーノズルを含む請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記蒸発冷却システムが、タンクを備える液体供給源に接続される請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記冷却システムが複数の冷却領域を備え、各冷却領域が蒸発冷却システムを含む請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記冷却領域のうちの少なくとも１つが対流冷却システムを含む請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記対流冷却システムがファンユニットを含み、該ファンユニットが、前記鉄焼結物が前記冷却システムを通過するときに鉄焼結物と連通するエアチャンバ内へ放出する請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記蒸発冷却システムが、前記鉄焼結物からのエア流れ方向における上流側の前記エアチャンバ内に配置される少なくとも１つのスプレーノズルを含む請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記冷却システムが、該冷却システムを通じて前記鉄焼結物を搬送するためのコンベアを含み、前記エアチャンバが前記コンベアの下側に配置される請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記鉄焼結物の温度を検出するための温度センサと、前記温度センサによって検出される温度に応じて、所定の温度設定に基づき、前記対流冷却システムからの流体の流れを制御するためのコントローラとを更に含む請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
鉄焼結物を処理するための装置において、
前記鉄焼結物を加熱するための炉と、
前記鉄焼結物を冷却するために前記炉の下流側に配置される冷却システムであって、少なくとも１つのエア通路を通じて前記焼結物の方へと向けられるエアの流れを形成するための装置を有する対流冷却システムと、エアの流れを形成する前記装置の下流側で少なくとも１つのエア通路内に配置される少なくとも１つの液体スプレーノズルを含む蒸発冷却システムと、を含む冷却システムと、
を備える装置。
【請求項１５】
前記液体スプレーノズルがエア噴霧スプレーノズルである請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記蒸発冷却システムが、前記冷却システムを通じた前記鉄焼結物の移動方向で長手方向に離間して配置される複数の液体スプレーノズルを含む請求項１４に記載の装置。
【請求項１７】
前記蒸発冷却システムが、それぞれが少なくとも１つの液体スプレーノズルを支持する複数のヘッダを含み、前記ヘッダのうちの少なくとも２つのスプレーノズルが前記冷却システムを通じた前記鉄焼結物における移動経路の両端に隣接して配置される請求項１４に記載の装置。
【請求項１８】
前記蒸発冷却システムが、タンクを備える液体供給源に接続される請求項１４に記載の装置。
【請求項１９】
前記冷却システムが複数の冷却領域を備え、各冷却領域が蒸発冷却システムを含む請求項１４に記載の装置。
【請求項２０】
前記冷却領域のうちの少なくとも１つが対流冷却システムを含む請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記冷却システムが、該冷却システムを通じて前記鉄焼結物を搬送するためのコンベアを含み、前記エアチャンバが前記コンベアの下側に配置される請求項１４に記載の装置。
【請求項２２】
前記鉄焼結物の温度を検出するための温度センサと、前記温度センサによって検出される温度に応じて、所定の温度設定に基づき、少なくとも１つのスプレーノズルへの流体の流れを制御するためのコントローラとを更に含む請求項１４に記載の装置。
【請求項２３】
鉄焼結物を処理するための装置において、
前記鉄焼結物を加熱するための炉と、
前記鉄焼結物を冷却するために前記炉の下流側に配置される冷却システムであって、該冷却システムが前記鉄焼結物を複数の冷却領域に通し、各冷却領域が、鉄焼結物がそれぞれの冷却領域を通過する際に前記鉄焼結物の少なくとも一部へと流体を方向付けるための少なくとも１つの液体スプレーノズルを有する蒸発冷却システムを含み、各冷却領域が、それぞれの冷却領域で前記鉄焼結物の温度を検出するためのそれぞれの温度センサを含む、冷却システムと、
前記各冷却領域の前記温度センサによって検出される温度に応じて、所定の温度設定に基づき、１つ以上の前記冷却領域の少なくとも１つのスプレーノズルの動作を独立に制御するためのコントローラと、
を備える装置。
【請求項２４】
前記冷却領域のうちの少なくとも１つが対流冷却システムを含む請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記対流冷却システムが、焼結物へと向けられるエアの流れを形成するための装置を含む請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
前記対流冷却システムを有する前記冷却領域のスプレーノズルが、エアの流れを形成するための前記装置の下流側であって前記鉄焼結物からのエア流れ方向における上流側に配置される請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記冷却システムが、前記複数の冷却領域を通じて前記鉄焼結物を搬送するためのコンベアを含む請求項２３に記載の装置。
【請求項２８】
前記液体スプレーノズルがエア噴霧スプレーノズルである請求項２３に記載の装置。
【請求項２９】
前記蒸発冷却システムが、前記冷却領域を通じた前記鉄焼結物の移動方向で長手方向に離間して配置される複数の液体スプレーノズルを含む請求項２３に記載の装置。
【請求項３０】
前記蒸発冷却システムが、それぞれが少なくとも１つの液体スプレーノズルを支持する複数のヘッダを含み、前記ヘッダのうちの少なくとも２つのスプレーノズルが前記冷却領域を通じた鉄焼結物における移動経路の両端に隣接して配置される請求項２３に記載の装置。
【請求項３１】
前記蒸発冷却システムが、タンクを備える液体供給源に接続される請求項２３に記載の装置。
【請求項３２】
前記コントローラが、前記各冷却領域の前記温度センサによって検出される温度に応じて、それぞれの温度センサが配置される冷却領域のスプレーノズルの動作を制御する請求項２３に記載の装置。
【請求項３３】
前記コントローラが、前記各冷却領域の前記温度センサによって検出される温度に応じて、それぞれの温度センサが配置される冷却領域の下流側の冷却領域のスプレーノズルの動作を制御する請求項２３に記載の装置。
【請求項３４】
前記コントローラが、前記冷却領域のうちの少なくとも１つの前記温度センサに応じて、前記対流冷却システムの動作を制御する請求項２４に記載の装置。
【請求項３５】
前記コントローラが、該コントローラの所定の温度設定に基づいて、１つ以上の前記冷却領域の少なくとも１つの前記スプレーノズルからの流体の流れを制御する請求項２４に記載の装置。
【請求項３６】
鉄焼結物を処理するための方法において、
前記焼結物を加熱するステップと、
加熱された前記焼結物を複数の冷却領域を通じて所定の経路で方向付けるステップであって、前記各冷却領域内で冷却流体が加熱された前記焼結物へ向けられるステップと、
加熱された前記焼結物の温度を前記各冷却領域内で検出するステップと、
それぞれの前記冷却領域内で検出された温度に基づいて、１つ以上の冷却領域内の冷却流体の方向を独立に制御するステップと、
を備える方法。
【請求項３７】
前記冷却領域のうちの少なくとも１つにおいてエアを加熱された前記焼結物へ強制的に流し込むことを含む請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
加熱された前記焼結物へエアが強制的に流し込まれる冷却領域において、前記冷却流体が、強制エア源の下流側の位置から加熱された前記焼結物へと方向付けられる請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記冷却領域のうちの少なくとも１つで検出される温度に基づいて少なくとも１つの冷却領域内で強制エアを方向付けることを含む請求項３７に記載の方法。
【請求項４０】
前記各冷却領域内における冷却流体の方向の制御が、それぞれの前記冷却領域で検出される温度に基づいている請求項３６に記載の方法。
【請求項４１】
前記冷却領域のうちの少なくとも１つにおける冷却流体の方向の制御が、加熱された前記焼結物の前記経路を通じた移動方向における前記冷却領域の上流側の冷却領域で検出される温度に基づいている請求項３６に記載の方法。
【請求項４２】
前記冷却領域のうちの少なくとも１つにおいて熱い焼結物経路の横幅にわたる異なる点で温度を検出することを含む請求項３６に記載の方法。
【請求項４３】
前記熱い焼結物経路の横幅にわたって温度が検出される少なくとも１つの冷却領域で前記熱い焼結物経路の横幅にわたって流体の方向を制御することを含む請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記冷却領域それぞれで検出される温度に基づいて１つ以上の前記冷却領域で前記冷却流体の流れを独立に制御することを含む請求項３６に記載の方法。
【請求項４５】
前記冷却流体が、前記各冷却領域において１つ以上のスプレーノズルにより加熱された前記焼結物に向けられる請求項３６に記載の方法。
【請求項４６】
鉄焼結物を処理するための装置において、
前記鉄焼結物を加熱するための炉と、
前記鉄焼結物を冷却するために前記炉の下流側に配置される冷却システムであって、該冷却システムを通じて前記鉄焼結物を搬送するためのコンベアと、該コンベアの下側に配置され且つ前記コンベア上で運ばれる前記鉄焼結物へと流体を上方へ向けるように方向付けられる少なくとも１つのスプレーノズルを含む蒸発冷却システムとを含む、冷却システムと、
を備える装置。
【請求項４７】
前記蒸発冷却システムが、前記コンベアの移動方向で長手方向に離間して配置される複数の液体スプレーノズルを含む請求項４６に記載の装置。
【請求項４８】
前記蒸発冷却システムが、それぞれが少なくとも１つの液体スプレーノズルを支持する複数のヘッダを含み、前記ヘッダのうちの少なくとも２つのスプレーノズルが前記コンベアの両側縁に隣接して配置される請求項４６に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
[001]この特許出願は、参照することにより本願に組み入れられる２００７年４月３０日に出願された米国仮特許出願第６０／９２６，９３０号および２００７年５月７日に出願された米国仮出願第６０／９２７，９７９号の利益を主張する。
【技術分野】
【０００２】
[002]この特許開示は、一般に鉄処理に関し、特に、処理鉄の製造で使用される焼結物を効率的に且つ効果的に処理するためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
[003]スチールの製造は、鉄含有原鉱および粒子が鉄金属へと精錬される多くの処理ステップを伴う。そのプロセスにおいて非常に重要な１つのステップは、酸化鉄を多数の形態で消費してこれらの入力材料を金属鉄へと還元するために高炉を使用することである。酸化鉄は、原鉱、ペレット、または、焼結物の形態で高炉へ供給することができる。原鉱は、採掘された後に約０．５〜約１．５インチ直径の大きさの断片にされる鉄鉱石（ヘマタイト（Ｆｅ２Ｏ３）またはマグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）を含む。そのような原鉱は、約５０％〜７０％の比較的高い鉄含有量を有することができる。この原鉱は、更なる処理を伴うことなく一般にそれを高炉内へ直接に供給できるため、高品質を有すると考えられる。
【０００４】
[004]鉄含有量が低い鉄鉱石は、一般に、廃棄材料を排除して鉄含有量を増大するように処理される。特に、時として脈石と呼ばれる廃棄材料を排除できるように鉄含有量の低い原鉱を粉末へと押し潰して粉砕することにより鉄リッチなペレットを製造することができる。その後、残存する粉末が小ペレットへと形成されて炉内で焼成される。完成したペレットは約６０％〜６５％の鉄含有量を有する。
【０００５】
[005]前述したように、鉄焼結物は、高炉に供給するために使用されてもよい。焼結物は、不規則な多孔質材料であり、一般に、粒状原鉱、コークス、および、石灰石と鉄含有スチール処理廃棄材料との組み合わせを焼成することによって生成される小断片の形態を成す。コークスは、処理された石炭の微粒子形態であり、また、石灰石は、混合物から不純物を除去するためにフラックスとして使用される鉱物である。これらの材料は、所望の割合で混合されて焼結製造ラインへ導入される。
【０００６】
[006]高炉のための３つの供給タイプのうち、焼結物が一般に一番安価であり、したがって、可能であればより多くの焼結物を高炉供給混合物中で使用することが望ましい。また、完成した鉄製品の冶金を調整するためには幾らかの量の焼結物が一般に望ましい。しかしながら、焼結物の使用に関する１つの重大な制限は、焼結プロセスの効率および有効性である。特に、既知の焼結物処理システムは、焼結物製造速度を遅らせ且つ焼結物の品質に悪影響を及ぼす制限を有する。これらの制限の結果として、そうであれば望ましいであろう程度の量で高炉に供給するために焼結物を使用することができない。
【０００７】
[007]前述した背景の説明は、単に読者を助けることを目的としているだけである。それは、本発明を限定しようとするものではなく、したがって、従前のシステムの任意の特定の要素が本発明の範囲内での使用に適さないことを示唆するように解釈されるべきではなく、また、動機となる課題を解決することを含む任意の要素が本明細書中で説明される技術革新を実施する際に欠くことができないことを示唆するように意図されるべきでもない。本明細書中に記載される技術革新の実施および適用は添付の特許請求の範囲によって規定される。
【発明の概要】
【０００８】
[008]以上を考慮して、本発明の一般的な目的は、処理鉄の製造で使用される焼結物を処理するための、より効率的で、したがって更に経済的なシステムを提供することである。
【０００９】
[009]本発明の関連する目的は、より経済的で且つより高い品質の処理鉄をもたらす高炉における供給材料間でより多くの焼結物を使用できるようにする焼結物処理システムを提供することである。
【００１０】
[0010]本発明の更なる目的は、品質が向上した焼結物を製造する焼結物処理システムを提供することである。
【００１１】
[0011]本発明の更に特定の目的は、焼結物が更に急速に且つ均一に冷却される焼結物処理システムを提供することである。
【００１２】
[0012]開示されるシステムおよび方法の更なる別の特徴および態様は、以下の説明から理解できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】例示的で基本的な酸化鉄還元プロセスの概略的な流れ図である。
【図２】本発明に係る焼結物処理ラインまたはシステムを使用して鉄焼結物を製造するために使用できる出発材料の組み合わせを大まかに示す概略的な流れ図である。
【図３】図２の例示的な焼結物処理ラインを更に詳しく示す概略図である。
【図４】図３の焼結物処理ラインのカルーセルコンベアを含む焼結物冷却システムの平面図である。
【図５】蒸発冷却ユニットを示す図４のカルーセルコンベアの断部分平面図である。
【図６】蒸発冷却ユニットのうちの１つのスプレーノズルの幾つかの配置を示す図４のカルーセルコンベアの拡大断部分平面図である。
【図７】本発明に係る蒸発冷却ユニットのうちの１つのスプレーノズルを示す図４のカルーセルコンベアの下側のエアチャンバの斜視図である。
【図８】蒸発冷却ユニットのうちの１つのスプレーノズルを示す図４のカルーセルコンベアの下側のエアチャンバの横断面図である。
【図９】図５−７の蒸発冷却ユニットの支持ランスおよびスプレーノズルのうちの１つの側面図である。
【図１０】本発明に係る蒸発冷却ユニットで使用される例示的なエア噴霧スプレーノズルの縦断面図である。
【図１１】蒸発冷却ユニットのためのエアマニホールドおよび液体マニホールドの供給を示す図４のカルーセルコンベアの断部分斜視図である。
【図１２】図５−７の冷却システムの蒸発冷却ユニットのための制御ルームの断平面図である。
【図１３】本発明に係る蒸発冷却ユニットのための例示的な制御パネルを示す概略図である。
【図１４】複数の冷却領域に分けられる本発明に係る例示的な焼結物冷却システムの概略図である。
【図１５】図１３の焼結物冷却システムを制御するための典型的なプロセスのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
[0028]ここで、特に図面を参照すると、図１には、多数の酸化鉄源から金属鉄１２を製造するための既知の鉄処理システム１０が示されている。システム１０は、主に、高炉１３、および、酸化物に富んだ出発材料を炉１３内へ搬送し且つ結果として生じる金属鉄１２を炉１３から除去するためのコンベア、車などを備える。例示されるシステムにおいて、酸化物に富んだ出発材料は、ペレット１４と、焼結物１５と、原鉱１６とを含む。無論、焼結物１５は最低のコストのものであるが、任意の特定の混合物で使用されるペレット１４、焼結物１５、および、原鉱１６の割合は、望まれる出力製品に大きく依存する。
【００１５】
[0029]本発明を理解するために必要ないが、高炉１３が酸化鉄を化学的に還元して溶融金属鉄へと物理的に変換することにより作用することは言うまでもない。一般に、原料は、炉１３の上端へ取り込まれ、数時間にわたって炉を通じて底部へと降下する。原料が炉１３の底部に達するまでに、原料は、廃棄または更なる処理のために定期的に排出されて除去されるスラグ（廃液）および溶融鉄へと変換される。
【００１６】
[0030]前述したように、焼結物１５は、高炉における最もコストが低い供給材料であり、完成した鉄製品の冶金の調整に関して望ましい原料である。したがって、使用に適した焼結物１５を製造できる速度および効率は、鉄製造プロセス１０全体の製造速度および効率にかなりの影響を与える。
【００１７】
[0031]本発明によれば、高炉用の鉄焼結物１５は、高品質鉄焼結物のより効率的で効果的な製造のために適合される焼結物処理システム１８によって製造することができる。例示される焼結物処理システム１８は、図２では、非常に概略的な形態で示されている。一般に、焼結物処理システム１８は、多数の材料製品１９−２２を入力として取り込み、多量の鉄焼結物１５をその出力として供給する。入力材料１９−２２は、一般に、原鉱１９および鉄廃棄物２０などの酸化物源を含む。更に、石灰石２１などのフラックス材料およびコークス２２などの燃料材料も含む。一般に、原鉱１９、石灰石２１、および、コークス２２は、反応性を高めて溶融・混合速度を上げるために、細かく粉砕されて押しつぶされる。出力焼結物１５は、再利用または廃棄のために小さい粒子（直径０．５”未満）を除去するべく濾過され或いは分離される。
【００１８】
[0032]典型的な焼結物処理システム１８が図３に更に詳しく示されている。図示の実施形態において、未加工焼結物入力材料１９−２２は、最初に一緒に混合されて、収納容器２４内に収納される。焼結物混合物は、その後、供給ステーション２５を介して、収納容器２４から、このケースでは点火炉２８を含む処理システムの加熱ステージ２６へと供給される。供給ステーション２５は焼結物混合物をコンベア３０上に堆積させ、コンベア３０は点火炉２８の燃焼室を通じて焼結物混合物を搬送する。図示のコンベア３０は多数のペレットカー３１から成り、各ペレットカーは、焼結物混合物の層を所望の深さまで受けることができる。既知の方法において、入力材料の混合物１９−２２は、それが点火炉２８を通じて移動する際に、燃焼コークスの熱によって点火されて溶融され、更に大きな断片の状態となる。
【００１９】
[0033]加熱ステージ２６を通じて材料を移動させることができる速度は、コークスを点火して入力材料２０１−２０４を加熱できる炉２８の能力に大きく依存する。一般に、加熱速度に関する構造的または冶金学的な制限は無く、むしろ、最大加熱温度に関してのみ構造的または冶金学的な制限がある。すなわち、入力材料を急速に加熱することが望ましいが、７００℃などの特定の上限温度を超えないことが望ましい。
【００２０】
[0034]図示の点火炉２８には、燃焼ガスを炉２８から離間するように搬送してそれらの燃焼ガスを大気へ放出できるように洗浄する燃焼ガス洗浄システム３２が更に設けられる。また、点火炉２８は、炉によって生成される廃棄燃焼ガスの一部を取り込んでそれらをその効率を高めるために元の炉内へと再循環させる排ガス再循環システムも含むことができる。
【００２１】
[0035]焼結物は、それが点火炉２８を通過した後に冷却されるまで更に処理し或いは使用することができない。したがって、熱い焼結物３４は、排出シュート３３を通じて点火炉２８の端部から出る際、この場合には冷却ユニット３６を備える冷却ステージまたはシステム３５へと搬送される。図示の冷却ユニット（図４および図５にも示される）は、コンベアの周囲のレール上を走る複数の冷却トラフを含むカルーセルタイプの環状コンベア３８から成る。カルーセルコンベア３８は、冷却トラフのためのレールを支えるベース４０上に支持される（図７および図８参照）。当業者であれば分かるように、他のタイプのコンベア／冷却システムが冷却ステージにあってもよい。例えば、セルラー型、水平テーブル型、または、直線吸引型の冷却ユニットを使用できる。
【００２２】
[0036]図示の実施形態において、熱い焼結物３４は装填システム４２（図３参照）によってカルーセルコンベア３８上に供給され、装填システム４２は、熱い焼結物を排出シュート３３から受けて、それを冷却トラフ内で十分均一に分配する。焼結物は、それが十分に冷却されると、カルーセルコンベア３８から、収集ホッパへと排出され、あるいは、スクリーニング領域へ搬送して最終的に収集領域へ搬送するための更なるコンベアへと排出される。
【００２３】
[0037]本発明によれば、焼結物処理ラインの冷却システムは、焼結物処理プラントで現在使用される冷却システムよりもかなり急速に且つ均一に熱い焼結物を冷却する。当業者であれば分かるように、焼結された材料を可能な限り急速に冷却して高いスループットを促進することが有益である。これまで、焼結物を冷却できる速度に関する制限は、焼結処理システムのスループットを高めること、ひいては、高炉に装填するために使用される焼結物の量を最適化することをかなり妨げてきた。特に、現在のシステムを用いると、熱がコンベアシステムへの損傷をもたらし得るため、焼結温度の上端が制限される。これは、生産の渋滞を生み出す可能性がある。本発明の冷却システム３５は、焼結物処理システム１８がかなり高い製造速度をもって動作できるようにすることによりこの生産の渋滞を排除するのに役立ち、したがって、プロセスによって製造される結果的な焼結物はより経済的である。また、冷却システム３５は、高い耐破砕性および大きい焼結物断片の対応する高い歩留まりなどの有益な冶金学的特性を促進させる速度および均一性で焼結物を冷却する。本発明は焼結物処理ラインとの関連で説明されるが、ペレット処理において有利な効果を得るためにも本発明の冷却システムを使用できると考えられる。
【００２４】
[0038]この目的を達成するため、焼結物冷却システム３５は、対流冷却および蒸発冷却の両方を使用する。対流冷却を行なうため、図４に示されるように、カルーセルコンベア３８の周囲にわたって複数のファンユニット４４、この場合には５つのファンユニット４４が周方向に離間した関係を成して配置される。カルーセルコンベア３８のベース４０によって形成されるエアチャンバ４５がコンベアの下側で延びている。各ファンユニット４４は、排出プレナム４６を通じてエアをエアチャンバ４５内へ方向付ける大きいファンから成る。動作中、ファンユニット４４は、エアをエアチャンバ４５内へ流し込んで、そこから、エアを上方へ押し進めてカルーセルコンベア３８上の熱い焼結物３４に通過させ、対流冷却を促す。
【００２５】
[0039]本発明を踏まえて、焼結物の最適な冷却を行なうため、本発明に係る冷却システム３５は１つ以上の蒸発冷却ユニット４８を更に含む。図示の実施形態において、冷却システム３５は全部で３つの蒸発冷却ユニット４８を含み、各蒸発冷却ユニットは、図５−８に示されるようにカルーセルコンベア３８上で運ばれる熱い焼結物へ向けて液体、好ましくは水を放出するための複数のエア噴霧スプレーノズル５０を含む。特に図７および図８に示されるように、各蒸発冷却ユニット４８のスプレーノズル５０は、カルーセルコンベア３８の下側に、この場合にはエアチャンバ４５内に配置されており、コンベアによって運ばれる熱い焼結物へ向けて上方へ放出するように配置される。各蒸発冷却ユニット４８のスプレーノズル５０は、水が熱い焼結物と接触する際に過熱蒸気が形成されるように十分な水を放出することが望ましい。過剰な水が放出される場合には、焼結物が過剰に湿気を帯びる可能性があり、これは、焼結物の更なる処理に関して問題となる可能性がある。また、過剰な水を用いると、冷却システムの近傍の領域が過剰に湿気を帯びる可能性があり、これも困難を引き起こす可能性がある。また、過剰な水は、カルーセルコンベア３８よりも下流側のスクリーンで詰まりを引き起こす可能性もあり、これにより、時間のかかる洗浄作業が必要となる可能性がある。
【００２６】
[0040]当業者であれば分かるように、本発明の蒸発冷却ユニットは、図示の環状カルーセルコンベア冷却器以外のタイプの冷却ユニットと共に使用することができる。他のタイプの冷却ユニット（例えば、セルラー、水平テーブル、直線吸引）の場合には、熱い焼結物よりも（エア流れ方向に関して）上流側のエア通路またはダクトにスプレーノズルが設置されることも好ましい。
【００２７】
[0041]熱い焼結物の適切なスプレーカバレッジを確保するため、各蒸発冷却ユニット４８のスプレーノズル５０は、この場合には図５−８に示されるように互いに対向するエアチャンバ４５の内外壁５３、５４に沿って分布される一対の配列を含む複数の配列５２に分けられる。スプレーノズル５０は、スプレーノズルの対向する配列５２間で液体がカルーセルコンベア３８の全幅にわたって方向付けられるようにする放出パターンを有して配置されて向けられている。図示の実施形態において、各蒸発冷却ユニット４８は、カルーセルコンベア３８の下側のエアチャンバ４５内に周方向に離間する関係を成す２対の対向するスプレーノズル配列５２を含む（図５参照）。この場合、スプレーノズル５０の各配列は、エアチャンバ４５のそれぞれの壁５３、５４に沿って延びて該壁に支持される共通の液体マニホールド５６に接続される１０個のスプレーノズルを含む（図５および図７参照）。また、各配列５２のスプレーノズル５０は、エアチャンバ４５のそれぞれの壁５３、５４に同様に支持される共通のエアマニホールド５７にも接続される。この場合、図６に示されるように、対向する配列５２のスプレーノズル５０は、カルーセルコンベア３８の十分なカバレッジを達成するのに役立つように周方向に千鳥状にされる。使用される特定数のスプレーノズルおよび配列、並びに、それらの配置は、カバーされるべき面積および所望の液体流量によって決まる。
【００２８】
[0042]図９に示されるように、各スプレーノズル５０は、液体マニホールド５６に接続される支持ランス５８の端部に配置される。この場合、ランス５８は、ランス、したがってスプレーノズルの組み立ておよび位置決めを容易にする調整可能なボール取付具５９によって液体マニホールド５６に接続される。ランス５８は、液体マニホールド５６から離れるように垂直に延びる細長い略真っ直ぐな本体部６０と、本体部６０の下流側の屈曲部６１とを含む。この場合、ランス５８の本体部６０から上方へとエア接続ポート６２が延びており、このエア接続ポートに対しては、エアをスプレーノズル５０に供給するために、エアマニホールド５７へと延びるエアライン６３を接続することができる。図示のエアライン６３は、エアマニホールド５７に接続されるエルボー取付具６４と連通する柔軟な導管である。既知の方法で、ランス５８は、液体およびエアをスプレーノズル５０へ運ぶための内部通路を含む。
【００２９】
[0043]スプレーノズル５０自体は、ランス５８の屈曲部６１の下流側端部に配置される。一実施形態によれば、この屈曲部６１は、蒸発冷却ユニット４８のセットアップおよび調整中に最大の柔軟性を与えるのに役立つように手動または別の方法で調整することができる。ランス５８の屈曲部６１の望ましい角度は、スプレーノズル５０によって形成される放出パターンの角度、カルーセルコンベア３８の幅、カルーセルコンベア３８の縁に対するスプレーノズルの位置（例えば、図８参照）、および、ノズルとカルーセルコンベアとの間のエアチャンバ内に存在し得る任意の機器または他の障害物を含む幾つかの要因に基づいて決定される。前述したように、スプレーノズル５０の位置、傾き角度、および、放出パターンは、スプレーノズルの対向する配列５２がカルーセルコンベア３８の幅全体の完全なカバレッジを達成するように選択されるべきである。言うまでもなく、スプレーノズル５０は、それらが搬送される熱い焼結物の適切なカバレッジを達成する限り、カルーセルコンベア３８の下側において特定の場所に或いはパターンで配置される必要はない。例えば、スプレーノズル５０は、エアチャンバ４５の内外壁５３、５４に配置されるのではなく、エアチャンバの更に中心の方へ配置することができる。
【００３０】
[0044]蒸発冷却ユニット４８の効率を最大にするのに役立つように、最小量の圧縮エアを使用して液体を効果的に霧化して分解するべくスプレーノズル５０を構成することができる。圧縮エア要件の最小化は、システムのエネルギ消費を減らすことにより、蒸発冷却ユニットの全体の部品コストおよび該ユニットの動作コストを低減するのに役立つ。この場合、図１０に示されるように、スプレーノズル５０は、基本的に、ノズル本体６６と、下流側スプレーチップ６７と、ノズル本体とエアガイドとの間に介在されるエアガイド６８とを備える。この場合、ノズル本体６６は、軸方向に延びる内側液体供給チューブ７０と、液体供給チューブ７０の周囲のエアチャンバ７２と連通する周方向に離間された軸方向に延びる複数のエア通路７１とを有する。ノズル本体とランスとの間の緊密なシールを容易にするために、ランス５８に接続するノズル本体６６の下流側端部には環状シールリング７３が設けられる。
【００３１】
[0045]スプレーチップ６７は、エアガイド６８がスプレーチップ６７の上流側端部とノズル本体６６の下流側端部の座ぐり穴との間に保持された状態で、結合ナット７４によってノズル本体６６に固定される。液体供給チューブ７０の下流側端部およびエアガイド６８の中心孔にはそれぞれのテーパ面が形成され、これらのテーパ面は、内側に収束する環状エア通路７６を形成する。この環状エア通路７６は、環状エアチャンバ７２からの加圧エアをスプレーチップ６７内の拡大チャンバ７７へと方向付け、これと同時に、液体が液体供給チューブ７０の下流側排出オリフィス７８を通じて方向付けられて出る。排出する液体は、スプレーチップ６７内の直立する衝突ピン８１によって形成される横断衝突面８０に衝突し、該横断衝突面は、該液体が衝突面８０に対して横方向に分散される際に機械的な破壊およびエア噴霧液体粒子破壊の両方を促進させる。横方向の液体分散は、衝突ピン８１を取り囲む関係を成して配置される複数の周方向に離間される放出オリフィス８２を通じたスプレーチップ６７からの放出前に環状のエアフローストリームによって更に破壊されて霧化される。図示のスプレーノズル５０は、本出願の譲受人によって所有され且つ参照することより本願に組み入れられる米国特許第７，１０８，２０３号に開示されるノズルと略同様である。無論、図示のノズルはエア消費の減少に関して利点を有するが、蒸発冷却ユニットは他のタイプのエア噴霧スプレーノズルを使用できる。放出液体の焼結物への適切な浸透を依然として達成しつつ加圧エア要件を最小にするのに役立つように、エアガイドと液体供給チューブの下流側端部とによって形成される環状エア通路は、そのようなスプレーノズルでこれまで使用されたものよりも比較的小さい。
【００３２】
[0046]蒸発冷却効果を高めるのに役立つように、各蒸発冷却ユニット４８を１つ以上のそれぞれのファンユニット４４と関連付けることができる。例えば、図示の実施形態では、各蒸発冷却ユニット４８は、それぞれのファンユニット４４の排出プレナム４６の近傍に配置される。ファンユニット４４からのエアは、カルーセルコンベア３８上で運ばれる焼結物へ向けて液体を上方へ推し進めるのを助けることにより、蒸発スプレーユニット４８によって生成される噴霧液体スプレーと有益な方法で相互作用することが分かった。これは、焼結物への液体浸透を助け、それにより、蒸発冷却効果を高める。しかしながら、別の方法として、１つ以上の蒸発冷却ユニット４８が任意のファンユニット４４から離れて設置されることも考えられる。この場合、図５に示されるように図示の冷却システム３５と関連付けられる３つの蒸発冷却ユニット３８がそれぞれ中央の３つのファンユニット４４のうちの対応する１つの近傍に配置され、また、最初および最後の或いは５番目のファンユニットが関連する蒸発冷却ユニットを有さない。カルーセルコンベア３８の下側のエアチャンバ４５への液体マニホールドおよびエアマニホールド５６、５７の経路付けを容易にするため、図１１に示されるようにファンユニット４４の排出プレナム４６を通じてマニホールドに供給することができる。
【００３３】
[0047]本発明を更に踏まえて、図１３を参照すると、各蒸発冷却ユニット４８は関連する制御パネル８８も含むことができる。図示の実施形態において、各蒸発冷却ユニット４８と関連付けられる制御パネル８８は、カルーセルコンベア３８の外周近傍に配置することができる制御ルーム９３内に配置される（図１２参照）。加圧エアをスプレーノズル５０へ供給するため、制御パネル８８は、図１３に示されるように、様々なエアマニホールド５７と連通する関連するエアコンプレッサ８９を有する或いは制御することができる。エアコンプレッサ８９は、入力大気エアを取り込んで加圧エア流を出力するように既知の方法で機能する。制御パネル８８は、個々のエアマニホールド５７への加圧エアの供給を開放して遮断するために使用される適切なバルブを更に含んでその動作を指示することができる。図１０に示される前述したようなエア消費量が最小のノズルの使用により、幾つかの蒸発冷却ユニット４８が（例えば図１２に示されるような）共通のエアコンプレッサを共有できる。この場合、蒸発冷却ユニット４８のうちの１つ以上の制御パネル８８によってコンプレッサの動作を行なうことができ、その場合、個々の制御パネルは、エアコンプレッサからその蒸発冷却ユニットに関連付けられる個々のエアマニホールドへの加圧エアの供給を制御するバルブの動作を指示する。
【００３４】
[0048]図１３に示されるように、各蒸発冷却ユニットの制御パネル８８は、加圧水を液体マニホールド５６を介してスプレーノズル５０へ供給するために関連するウォータポンプ９０を有する或いは制御することができる。ウォータポンプ９０は、任意の適切な流体源から入力流体を得ることができるが、本発明の好ましい実施形態では、タンク９１を介してポンプに水が供給される。この場合、各蒸発冷却ユニットがそれぞれのタンク９１を有し、その場合、各タンクは図１２に示されるように制御ルームに隣接して配置される。このようにすると、ポンプ９０の入力部における水圧は、重力のみであり、現地の公共の給水源または他の給水源の圧力変動によって影響されない。制御パネル８８は、その蒸発冷却ユニット４８と関連付けられる個々の液体マニホールド５６への流体の供給を開放して遮断するのに適したバルブを更に含んでその動作を指示することができる（図１３参照）。圧縮エア供給の制御と同様に、複数の蒸発冷却システム４８は、その蒸発冷却ユニット４８と関連付けられる流体マニホールドへの流れを制御する個々の制御パネル８８を用いて、単一のタンクおよびポンプ９０、９１によって供給されてもよい。蒸発冷却ユニット４８のための制御パネル８８は、無論、異なる形態および能力を有することができる。更に、複数の蒸発冷却ユニット４８へのエア・流体供給を制御するために単一の制御パネル８８が設けられてもよい。本発明の一実施形態によれば、１または複数の制御パネルは、イリノイ州のホイートンのＳｐｒａｙｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍｓ社から入手できるＡｕｔｏＪｅｔ  Ｍｏｄｅｌ  ２２５０  Ｓｐｒａｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓを備えることができる。
【００３５】
[0049]図示の実施形態の場合のように制御パネル、ポンプ、タンク、および、エアコンプレッサのための中央の或いは共通の制御ルームを設ける代わりに、この設備を複数の場所に配置することもできる。例えば、それぞれの蒸発冷却ユニットと関連する設備をその蒸発冷却ユニットの近傍のクラスタ制御ルームまたは更に小型の制御ルーム内に配置することができる。他の配置も可能である。
【００３６】
[0050]蒸発冷却ユニット４８の動作を自動的に調整できる能力を与えるため、焼結物が所望のポイントまたは場所まで処理された後にカルーセルコンベア３８上の焼結物の温度を検出するようになっている温度センサ９２を設けることができる。図１３に示されるように、温度センサ９２は、例えば蒸発冷却ユニットを含む冷却システムの動作の様々な態様の操作を指示するプロセッサまたはコントローラ９４と通信できる。コントローラ９４は、蒸発冷却ユニット４８のうちの１つの制御パネル８８に組み込まれ或いは該制御パネルと関連付けられてもよく、あるいは、複数の制御パネル８８と関連付けられてもよい。温度センサ９２からの情報に基づいて、コントローラ９４は、焼結物が非常に急速に或いは非常にゆっくりと冷却している場合にスプレーノズル５０からの液滴サイズまたは流量を調整するために必要なステップ（例えば、流体マニホールド５６を通じた液体の流れの調整）を実行することができる。任意の適したセンサが使用されてもよいが、本発明の一実施形態において、センサ９２は、通過するカルーセルコンベア３８に配置される焼結物へと向けられるＩＲ（赤外線）センサを備える。
【００３７】
[0051]本発明の更なる実施形態において、センサ９２は、例えばコンベア３８の幅に関して側方に並んで配置され、および／または、コンベア３８の深さに関して上下に配置される個々のセンサの配列を備えることができる。このようにすると、センサ９２は、平均温度の表示を生成することができ、あるいは、冷却の均一性を評価するために空間温度分布表示を生成してもよい。例えば、焼結物は、一方側で或いは他方側で急速に冷える場合があり、あるいは、上端または下端で急速に冷える場合がある。これらのエラーを検出することにより、エラーを適時に補正または調整することができる。
【００３８】
[0052]それが現在の焼結物処理ラインを用いて容易に達成されない或いは可能でない場合があるが、付加的に或いは代わりに、センサ９２からの温度フィードバックを使用して、冷却システムを通じた焼結物の進行の速度を上げ或いは遅くすることもできると考えられる。そのような実施形態において、コントローラ９４は、焼結物を運ぶカルーセルコンベア３８の動作態様も制御し、また、例えば焼結物が均一に冷えているがそれにもかかわらず測定時に非常に熱い場合には、コントローラ９４は、更なる冷却が移動単位毎に行なわれるようにカルーセルコンベア３８の速度を調整することができる。
【００３９】
[0053]焼結物の漸進的な更なる制御された冷却を行なうため、冷却システム３５が複数の冷却領域に分けられてもよい。図示の実施形態では、冷却システム３５を全部で５つの冷却領域に分けることができる。その場合、各冷却領域はそれぞれのファンユニットを有し、また、真ん中の３つの冷却領域（すなわち、冷却領域２、３、４）は関連する蒸発冷却ユニット４８も有する。この場合、熱い焼結物がカルーセルコンベア３８上に供給される場所の直ぐ下流側に配置される第１の冷却領域、および、焼結物がカルーセルコンベアから排出される直前に配置される最後の冷却領域は、関連する蒸発冷却ユニットを有していない。図示の実施形態は、蒸発冷却ユニットを有する３つの冷却領域を含み、全部で５つの冷却領域を含んでいるが、冷却システムがそれよりも多い或いは少ない冷却領域を備えることができ、また、それよりも多い或いは少ない冷却領域に蒸発冷却ユニットを設けることができることは言うまでもない。
【００４０】
[0054]図１４は、蒸発冷却ユニットが設けられた３つの冷却領域、すなわち、第２の冷却領域９６、第３の冷却領域９７、および、第４の冷却領域９８の動作を示す概略的な流れ図を与えている。前述したように、熱い焼結物３４は、点火炉から、蒸発冷却ユニットが設けられていない第１の冷却領域を介して冷却システム３５に入る。その後、熱い焼結物は、第１の冷却領域から第２の冷却領域へと通される。熱い焼結物３４が第２の冷却領域９６を横切ると、熱い焼結物は、図５−８に関して前述した蒸発冷却ユニットなどの第１の蒸発冷却ユニット４８ａによって冷却される。各冷却領域が複数の蒸発冷却ユニットを備えていてもよく、また、１つ以上の冷却領域が対流冷却用のファンユニットを使用してもよいことは言うまでもない。焼結物３４は、第２の冷却領域９６内で第１の目標温度Ｔ１まで冷やされる。第１の蒸発冷却ユニット４８ａと関連付けられるコントローラ９４（図１３参照）は、第２の冷却領域９６から出る焼結物がＴ１とほぼ一致する温度となるように（例えば、スプレーノズルへの液体の流れを調整することにより）冷却ユニット４８ａの動作を調整するために第２の冷却領域９６の出力の温度を検出する。
【００４１】
[0055]同様の方法で、第３の冷却領域９７は、図１４に示されるように焼結物の温度がほぼ目標温度Ｔ２となるように第２の蒸発冷却ユニット４８ｂによって焼結物３４を更に冷却する。この時点で、焼結物３４が第４の冷却領域９８に通され、この第４の冷却領域において焼結物の温度が第３の蒸発冷却ユニット４８ｃによってＴ３まで減少される。Ｔ３は、蒸発冷却ユニットを有さない後段の第５の冷却領域から焼結物がそれにとって許容できる出力温度で出ることができるように十分に低くなければならない。特定の動作パラメータに応じて、冷却領域のうちの１つ以上が時々作動しない場合があっても構わない。第１の冷却領域およびその後の冷却領域における初期設定点は、焼結物が冷却システムに入るときの焼結物の温度と焼結物が冷却システムから排出された後の焼結物の浸透性の測定値とを使用して焼結物から除去されなければならない熱量を評価することによって決定することができる。
【００４２】
[0056]前述したように、コントローラ９４は、蒸発冷却ユニットの動作に加えて、焼結ラインの態様を制御してもよい。例えば、コントローラ９４は、ファンユニット４４からの情報を制御しおよび／または受けてもよく、また、例えば装填システム４２の動作またはカルーセルコンベア３８上の焼結物の通過を加速させ或いは遅くすることによって焼結物冷却システム３５全体を通じた焼結物の動きを制御してもよい。コントローラ９４は、プロセッサまたはコントローラと永久的に或いは一時的に関連付けられる揮発性メモリまたは不揮発性メモリなどのコンピュータ可読メモリに記憶されたコンピュータ可読命令（例えば、マシン、オブジェクト、または、他のコード或いはプログラミング）にしたがって動作することが好ましい。また、コントローラ９４は、他のコンピュータまたはコンピュータシステム或いは携帯電話などの通信装置への搬送情報のネットワークリンクを組み込み或いは利用してもよい。リンクは、広域リンク（ＷＡＮ）、ローカルエリアリンク（ＬＡＮ）、セルラーリンクなどであってもよく、また、有線または無線であってもよい。本発明の一実施形態において、ネットワークリンクは、インターネットまたはワールドワイドウェブへの直接的な或いは間接的なリンクを備える。
【００４３】
[0057]焼結物冷却システム３５の制御は、コンピュータ可読媒体、例えば命令を含む揮発性メモリまたは不揮発性メモリ上のコンピュータ実行可能命令、例えばコンパイルされたプログラミング命令の実行によってコントローラ９４を介して自動的に実行されるのが好ましい。命令は、本明細書中で説明した幅広い原理を踏まえて任意の適した制御方法をエンコードしてもよい。しかしながら、本発明の一実施形態において、命令は、図１５のフローチャートに示されるプロセス１００をエンコードする。プロセス１００は、焼結物が既に冷却システムに入ったことを前提としているが、コントローラが図示のステップの前または後のステップを制御してもよいことは言うまでもない。
【００４４】
[0058]プロセス１００のステージ１０１において、コントローラは、冷却ステージ９６における１つ以上の冷却領域の各領域内で焼結物の底面に噴霧水を噴射するように蒸発冷却システムに指示する。この噴霧スプレーは、一般に、各領域内で同様に焼結物へ向けられる強制エアに加えて適用されるが、必ずしもそうである必要はない。ステージ１０２において、コントローラ９４は、各領域の出力で焼結物の温度を決定する。一般に、温度の検出は、前述したＩＲまたは他のＥＭＦ（電磁場）放射線センサなどの非接触手段を使用するとともに、そのような各出力で焼結物の複数のポイントの温度の測定値をもたらす。例えば、２つ以上の温度読取値が、焼結物の幅を横切る異なるポイントで取得されてもよい。あるいは、１つ以上の領域出力で単一のポイントが測定されてもよい。
【００４５】
[0059]ステージ１０３において、コントローラ９４は、焼結物の温度を調整するために、１つ以上の冷却領域の蒸発冷却ユニットと関連付けられる１つ以上のノズルまたはノズル配列のスプレー動作を変更する。例えば、本発明の一実施形態において、１つ以上の冷却領域のそれぞれの蒸発冷却ユニット４８またはスプレーノズル５０の１つの配列などの蒸発冷却ユニットの一部は、その冷却領域の出力の温度に基づいて調整することができる。あるいは、下流側領域の蒸発冷却ユニットのノズルまたはノズル配列の動作を調整するために１つの冷却領域の出力の温度が代わりに或いは付加的に使用されてもよい。これを達成できる１つの方法は、所望の温度のために各冷却領域で加えられるべき水の量を決定する制御アルゴリズムを使用することによるものである。加えられるべき水の量は、その後、例えば、それぞれのウォータポンプ９０を調整することによって設定される。測定された温度は、その後、定期的な基準に基づいて所望の温度と比較され、相違がある場合には、制御アルゴリズムを使用して新たな水流量が再計算され、それにしたがって、それぞれのウォータポンプが調整される。
【００４６】
[0060]また、一例として、第１の冷却領域の出力の温度読取値は、焼結物の一方側の温度が所望の出力温度を上回るが同じ出力における焼結物の他方側の温度が所望の温度であることを示す場合がある。そのような場合、コントローラ９４は、第１の側へ向けられるスプレーノズル配列がそこでの焼結物の温度を低下させるために更に多い流量および／または噴霧を有するように第１の蒸発冷却ユニットを調整してもよい。これに代えて或いはこれに加えて、コントローラ９４は、温度の不釣合いを補正するために後段のステージで蒸発冷却ユニットの動作を調整してもよい。最後の領域が後段の領域を有しておらず、したがって、最後の領域の出力での焼結物温度に関する任意の所望の調整が最後のステージで或いは最後のステージの前に実行されなければならないことは言うまでもない。
【００４７】
[0061]先と同様、それが現在の焼結物処理ラインを用いて容易に達成されない場合があるが、付加的に或いは代わりに、ステージ１０４で焼結物が再循環されてもよいと考えられる。例えば、最後の領域の出力における焼結物が所定の閾値温度を超える場合、コントローラ９４は、冷却システム３５を通じて焼結物を再循環させてもよい。焼結物が冷却システムの円形のカルーセルコンベア上にわたって移動する本発明の図示の実施形態において、コントローラは、焼結物を収集ホッパまたはコンベアへと移すことなく、焼結物をカルーセルコンベア上にとどまらせることができる。最後に、ステージ１０５では、焼結物が冷却システム３５から除去される。
【００４８】
[0062]図示の制御ステップが一般に焼結物冷却システム３５が作動すると同時に連続的に実行されることは言うまでもない。したがって、コントローラ９４は、一般に、各領域の出力を同時に測定するとともに、全ての必要な調整および転換を同時に行なう。しかしながら、理解を容易にするため、プロセス１００ではステップが順次的に示されている。
【００４９】
[0063]前述した動作は、特定の設置および実施に関する任意の適したパラメータ値を用いて実行されてもよい。しかしながら、本発明の一実施形態では、特定のパラメータ値が、一般に行き渡っており、および／または、望ましいと考えられる。例えば、１２５０トン／時の設備において、１つの完全な蒸発冷却ユニット４８のスプレーノズル５０からの放出によって影響される面積は、焼結物密度が約１．６ｔ／ｍ３の本発明の一実施形態では、約４００ｍ２となり得る。熱い焼結物の温度は、一般に、特定の設置に依存するが、約７００℃となる場合があり、その場合、冷却された焼結物の所望の出力温度は約１３０°〜１４０℃である。ファンユニット４４の流量は、設計者の好みにしたがって変わるが、一般には３５ｍｂａｒ圧および環境大気温度で約７０００〜８０００ｍ３／分である。
【００５０】
[0064]蒸発冷却ユニット４８および含まれるスプレーノズル５０は、任意の適切な形態および動作を成すことができるが、本発明の一実施形態において、各蒸発冷却ユニットは、１ノズル当たり約１７Ｌ／分の水流量（蒸発スプレーユニット毎に３４０Ｌ／分を超える総水流量）を約２．５ｂａｒの圧力でスプレーノズルへ供給する。本発明のこの実施形態において各蒸発スプレーユニット４８によりそのそれぞれのスプレーノズル５０へ供給されるエア流は、約２ｂａｒ〜約４ｂａｒの圧力で約７３ｋｇ／ｈである。前述した図１０に示されるノズルを用いると、これが約１２０−１６０ミクロンの最大水滴サイズを与え、それは、冷却システム３５の１つ以上の領域を冷却するのに適していることが分かった。
【００５１】
[0065]従前のシステムと同じ製造速度において、単一の蒸発冷却ユニット４８は、出口で約６０−８０℃の最大焼結物温度降下を与えるとともに、ファンユニットだけを有する冷却領域を使用するシステムと比べて出口で１０−２０℃の平均温度降下を与えることが分かった。これにより、出力温度を増大させることなく、焼結物製造ライン全体が２５％更に急速に動作することができ、それに対応して、生産量がそのような従前のシステムを約２５％上回って増大する。
【００５２】
[0066]出力される焼結物は、小さい（＜５ｍｍ）粒子含有量の僅かな（〜０．３５％）減少および既知の断片指標（Ｓｈａｔｔｅｒ  Ｉｎｄｅｘ；ＳＩ）を使用して測定される断片強度の増大（〜０．６％）を示すことも分かった。処理された焼結物は、高炉供給として使用できるように、直径が約０．５〜２．０インチでなければならない。焼結プロセスによって製造される更に小さい断片は、使用することができず、再び焼結されるように再利用される。したがって、出力される焼結物の小粒子含有量の減少および断片強度の増大は、焼結プロセスの出力および効率を高める。また、これは、出力される焼結物が使用される高炉の出力および効率も高める。
【００５３】
[0067]本明細書中で説明される冷却プロセスは、焼結物における亀裂形成を減らすと思われるが、更に重要なことには、亀裂伝播も減らすと思われる。亀裂は、存在するヘマタイトがマグネタイトへ変換する際に焼結物粒子中で始まる。このため、焼結物の気孔率の増大が、更に高いＲＤＩ（還元粉化指数）および断片抵抗の増大をもたらす可能性がある。本明細書中で説明される冷却プロセスは、このパラメータおよび他のパラメータに対してプラスの影響を及ぼし、それにより、使用できるサイズの焼結断片の歩留まりが増大すると思われる。これに関連して、ファンユニットによって生成されるエアと共に蒸発冷却ユニットによって生成される液体の均一な分布は、焼結物における応力を減少させるのに役立つソフトな冷却を生み出すのに寄与すると考えられる。
【００５４】
[0068]出力される焼結物の金属学的性質は、前述の改良された冷却システムの使用によって高められる場合もある。前述したように、焼結プロセスは、原鉱、フラックス、および、添加物を高温で適切に反応させること、または、それらの材料が未反応のままである場合には当該材料を焼結物構造中に組み込むことを伴う。関与する反応は、複雑であるとともに、含まれる材料の化学的組成、鉱物性、サイズ、気孔率にかなり依存し得る。その最大温度まで加熱された熱い焼結物が冷却し始めると、液体成分が凝固し始め、それにより、多くの種類の鉱物が沈殿する。幾つかのモデルによれば、冷却段階中に沈殿する鉱物は、マグネタイト、ヘマタイト、カルシウムフェライト、および、カルシウムシリケートである。
【００５５】
[0069]焼結反応の複雑度は、混合物中で使用される原鉱の増大に伴って高まる。鉄原鉱は、高温において全く異なる特性を与える。焼結反応の複雑さは、焼結によって再利用される冶金プロセス中に生成される産業廃棄物の量の増大によっても非常に影響を受ける。
【００５６】
[0070]前述した説明が開示されたシステムおよび技術の一例を与えていることは言うまでもない。しかしながら、開示内容の他の実施が前述した実施例と詳細が異なる場合があることは予期される。本発明および本発明の実施例に対する全ての言及は、その時点で議論される特定の例について言及しようとするものであり、より一般的には本発明の範囲に関する何らかの限定を示唆しようとするものではない。特定の特徴に関する差異および軽視の全ての言語は、それらの特徴における好みの欠如を示そうとするものであるが、専ら別に他に示唆されていなければ本発明の範囲からそのような特徴を排除しようとするものではない。
【００５７】
[0071]本明細書中の値の範囲の列挙は、単に、本明細書中で別に他に示唆されていなければ、その範囲内に入るそれぞれの別個の値を個別に示す簡単な方法としての機能を果たすように意図されており、また、それぞれの別個の値は、あたかもそれが本明細書中に個別に列挙されているかのように明細書中に組み入れられる。本明細書中で説明される全ての方法は、本明細書中で別に他に示唆されていなければ或いは文脈によって明らかに矛盾しなければ、任意の適した順序で実行することができる。
【００５８】
[0072]したがって、この発明は、適用できる法律によって許可されるように本明細書に添付された請求項に記載される主題の全ての変更および均等物を含む。また、前述した要素のその全ての可能なバリエーションでの任意の組み合わせは、本明細書中で別に他に示唆されていなければ或いは文脈によって明らかに矛盾しなければ、本発明によって包含される。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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