(57)【要約】      （修正有）【課題】金属酸化物を加熱還元炉に装入して加熱還元し、還元金属を製造するにあたり、炉の損傷を増大することなく、ＮＯｘの排出量を低減しつつ還元金属を製造する方法、およびＮＯｘ排出量が少ない加熱還元炉を提供する。【解決手段】前記加熱還元炉には、燃焼バーナーが設けられており、前記燃焼バーナーの火炎と炉天井の間、および前記燃焼バーナーの火炎と炉床の間に、隙間を設けつつ、前記燃焼バーナーを、下記式（１）および下記式（２）を満足するように燃焼させて還元金属を製造する。下記式（１）、式（２）において、αは燃焼バーナーに供給する全空気量に対する一次空気以外の補助空気量の比、βは燃焼バーナーの火炎長さ（ｍ）、γは炉床幅（ｍ）、を夫々示す。０．８≦α・・・（１）γ／２≦β＜γ・・・（２）【選択図】図２
2012062516.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属酸化物を加熱還元炉に装入して加熱還元し、還元金属を製造する方法であって、
前記加熱還元炉には、燃焼バーナーが設けられており、
前記燃焼バーナーの火炎と炉天井の間、および前記燃焼バーナーの火炎と炉床の間に、隙間を設けつつ、
前記燃焼バーナーを、下記式（１）および下記式（２）を満足するように燃焼させることを特徴とする還元金属の製造方法。
０．８≦α    ・・・（１）
γ／２≦β＜γ    ・・・（２）
［上記式（１）、式（２）において、
αは燃焼バーナーに供給する全空気量に対する一次空気以外の補助空気量の比、
βは燃焼バーナーの火炎長さ（ｍ）、
γは炉床幅（ｍ）、を夫々示す。］
【請求項２】
前記燃焼バーナーの火炎と炉天井の隙間を、１００〜８００ｍｍとする請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記燃焼バーナーの火炎と炉床の隙間を、４００〜１０００ｍｍとする請求項１または２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記加熱還元炉内に装入した金属酸化物は、炉内を移動しつつ、燃焼バーナーが設けられた加熱ゾーンで加熱還元されており、この加熱ゾーンは複数の領域に分けられ、且つ最終領域においては、前記燃焼バーナーを、下記式（３）および下記式（４）を満足するように燃焼させる請求項１〜３のいずれかに記載の製造方法。
０．３＜α＜０．８    ・・・（３）
γ／２≦β＜γ    ・・・（４）
［上記式（３）、式（４）において、
αは燃焼バーナーに供給する全空気量に対する一次空気以外の補助空気量の比、
βは燃焼バーナーの火炎長さ（ｍ）、
γは炉床幅（ｍ）、を夫々示す。］
【請求項５】
前記加熱還元炉として、回転炉床炉を用いる請求項１〜４のいずれかに記載の製造方法。
【請求項６】
金属酸化物を加熱還元して還元金属を製造するための加熱還元炉であって、
前記加熱還元炉には、燃焼バーナーが設けられており、
前記燃焼バーナーを、下記式（１）および下記式（２）を満足するように燃焼させたときに、前記燃焼バーナーの火炎と炉天井の間、および前記燃焼バーナーの火炎と炉床の間に、隙間が形成されるように燃焼バーナーを設置したことを特徴とする加熱還元炉。
０．８≦α    ・・・（１）
γ／２≦β＜γ    ・・・（２）
［上記式（１）、式（２）において、
αは燃焼バーナーに供給する全空気量に対する一次空気以外の補助空気量の比、
βは燃焼バーナーの火炎長さ（ｍ）、
γは炉床幅（ｍ）、を夫々示す。］
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属酸化物を加熱還元炉に装入して加熱還元し、還元金属を製造する方法、およびこのとき用いる加熱還元炉に関するものであり、詳細には、加熱還元炉から排出されるＮＯｘ量を低減する技術に関するものである。
【０００２】
なお、本明細書では、本発明が最も有効に活用される金属鉄の製造方法を主体にして説明するが、本発明はこれに制限されるわけではなく、例えば、クロム含有鉱石やニッケル含有鉱石、チタン含有鉱石等を加熱還元してフェロクロムやフェロニッケルなどを製造する際にも有効に活用できる。
【背景技術】
【０００３】
還元金属は、金属酸化物を加熱還元炉に装入して加熱還元することによって製造できる。例えば、鉄鉱石や酸化鉄等の酸化鉄含有物質と炭素質還元剤とを含む混合物を原料とした塊成物から粒状金属鉄を得る製鉄法が開発されている。この製鉄法では、上記塊成物を加熱還元炉の炉床上に装入し、炉内で燃焼バーナーによるガス伝熱や輻射熱で加熱することによって塊成物中の酸化鉄を炭素質還元剤で還元して還元鉄を得たり、得られた還元鉄を更に加熱して浸炭溶融させ、次いで副生するスラグと分離しつつ粒状に凝集させた後、冷却凝固させて粒状金属鉄を得ている。上記製鉄法は、高炉等の大規模な設備が不要なことや、コークスが不要になるなど資源面の柔軟性が高いことから、最近実用化研究が盛んに行われている。
【０００４】
ところで、加熱還元炉では燃焼バーナーの燃焼時に窒素酸化物（以下、ＮＯｘということがある。）が発生する。ＮＯｘは大気汚染の原因となるため、環境保全のために排出量の低減が求められている。ＮＯｘの排出量を低減する方法としては、燃料中の窒素量を低減することや、多段燃焼等により燃焼時における火炎形状を最適化してバーナー自体の低ＮＯｘ性能を高めた低ＮＯｘバーナーを設置することや、或いは空気比等を最適化することにより燃焼バーナーの燃焼条件を制御して低ＮＯｘ化することが考えられる。本出願人は、低ＮＯｘ燃焼制御方法を特許文献１に提案している。この文献にはロータリーハースファーネス（ＲＨＦ；回転炉床炉）のＮＯｘ値に対して影響を与えるバーナーの空気比について設定ＮＯｘ値を達成し得る適正値を求め、そのバーナーの空気比の適正値に基づいてＲＨＦの燃焼制御を行う方法を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１８６７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、金属酸化物を加熱還元炉に装入して加熱還元し、還元金属を製造するにあたり、炉の損傷を増大することなく、ＮＯｘの排出量を低減しつつ還元金属を製造する方法、およびＮＯｘ排出量が少ない加熱還元炉を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決できる本発明に係る還元金属の製造方法とは、金属酸化物を加熱還元炉に装入して加熱還元し、還元金属を製造する方法であり、前記加熱還元炉には、燃焼バーナーが設けられており、前記燃焼バーナーの火炎と炉天井の間、および前記燃焼バーナーの火炎と炉床の間に、隙間を設けつつ、前記燃焼バーナーを、下記式（１）および下記式（２）を満足するように燃焼させるところに要旨を有している。下記式（１）、式（２）において、αは燃焼バーナーに供給する全空気量に対する一次空気以外の補助空気量の比、βは燃焼バーナーの火炎長さ（ｍ）、γは炉床幅（ｍ）、を夫々示している。
０．８≦α    ・・・（１）
γ／２≦β＜γ    ・・・（２）
【０００８】
前記燃焼バーナーの火炎と炉天井の隙間は、例えば、１００〜８００ｍｍとすることが好ましい。前記燃焼バーナーの火炎と炉床の隙間は、例えば、４００〜１０００ｍｍとすることが好ましい。
【０００９】
前記加熱還元炉内に装入した金属酸化物は、炉内を移動しつつ、燃焼バーナーが設けられた加熱ゾーンで加熱還元されており、この加熱ゾーンは複数の領域に分けられ、且つ最終領域においては、前記燃焼バーナーを、下記式（３）および下記式（４）を満足するように燃焼させてもよい。下記式（３）、式（４）において、αは燃焼バーナーに供給する全空気量に対する一次空気以外の補助空気量の比、βは燃焼バーナーの火炎長さ（ｍ）、γは炉床幅（ｍ）、を夫々示している。
０．３＜α＜０．８    ・・・（３）
γ／２≦β＜γ    ・・・（４）
【００１０】
前記加熱還元炉としては、回転炉床炉を用いることができる。
【００１１】
本発明には、金属酸化物を加熱還元して還元金属を製造するための加熱還元炉であって、前記加熱還元炉には、燃焼バーナーが設けられており、前記燃焼バーナーを、下記式（１）および下記式（２）を満足するように燃焼させたときに、前記燃焼バーナーの火炎と炉天井の間、および前記燃焼バーナーの火炎と炉床の間に、隙間が形成されるように燃焼バーナーを設置した加熱還元炉も包含される。下記式（１）、式（２）において、αは燃焼バーナーに供給する全空気量に対する一次空気以外の補助空気量の比、βは燃焼バーナーの火炎長さ（ｍ）、γは炉床幅（ｍ）、を夫々示している。
０．８≦α    ・・・（１）
γ／２≦β＜γ    ・・・（２）
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、燃焼バーナーの火炎と炉天井および炉床の間に隙間を設けつつ、ＮＯｘが発生しにくいように燃焼バーナーを燃焼させているため、炉の損傷を増大することなくＮＯｘの排出量を低減したうえで還元金属を製造できる。また、本発明の加熱還元炉は、ＮＯｘが発生しにくい火炎状態で燃焼バーナーを燃焼させることを前提として、燃焼バーナーの火炎と炉天井および炉床の間に隙間が形成されるように燃焼バーナーを設置しているため、炉の損傷が増大することなく、しかもＮＯｘの排出量も抑えられている。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、加熱還元炉内で燃焼バーナーを燃焼させたときの様子を示す模式図である。
【図２】図２は、炉天井側から炉床を見たときの様子を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明者は、還元金属を製造するにあたり、炉内に設けた耐火物の損傷増大を防止し、しかもＮＯｘの排出量を低減することを目指して鋭意検討を重ねてきた。その結果、燃焼バーナーの火炎と炉天井および炉床の間に隙間を設けつつ、ＮＯｘが発生しにくいように燃焼バーナーを燃焼させれば炉の損傷の増大を防止でき、しかもＮＯｘの排出量を低減しつつ還元金属を製造できることを見出し、本発明を完成した。
【００１５】
即ち、炉内に設けた耐火物の損傷の増大を防止するには、燃焼バーナーの火炎が、炉天井や炉床、或いは炉壁に設けられた耐火物と適切な距離を保つ必要がある。一方、ＮＯｘの発生量を低減するには、ＮＯｘが発生しにくい火炎となるように燃焼バーナーの燃焼条件を制御したり、既存の燃焼バーナーを低ＮＯｘバーナーに取り替えることが考えられる。しかし、ＮＯｘが発生しにくい火炎形状を実現するには、燃焼バーナーでの燃焼が徐々に行なわれるように制御する必要があり、火炎が大きくなる。また、既存の燃焼バーナーを低ＮＯｘバーナーに取り替えたとしてもＮＯｘの発生量を低減できる条件で低ＮＯｘバーナーを燃焼させると火炎が大きくなり、炉の損傷を増大させる恐れがあるため低ＮＯｘバーナーの特性を十分に発揮できない条件で燃焼させなければならない場合がある。そのため、炉内耐火物の損傷の増大を防止することと、ＮＯｘの発生量を低減することを両方実現することは困難である。
【００１６】
そこで本発明では、金属酸化物を加熱還元して還元金属を製造する際に、燃焼バーナーの火炎と炉天井の間、および燃焼バーナーの火炎と炉床の間に、隙間を設けつつ、燃焼バーナーを、下記式（１）および下記式（２）を満足するように燃焼させることが重要である。
【００１７】
そして、上記還元金属を製造するための加熱還元炉としては、加熱還元炉に設けられた燃焼バーナーを、下記式（１）および下記式（２）を満足するように燃焼させたときに、燃焼バーナーの火炎と炉天井の間、および燃焼バーナーの火炎と炉床の間に、隙間が形成されるように燃焼バーナーを設置するように設計することが重要である。
０．８≦α    ・・・（１）
γ／２≦β＜γ    ・・・（２）
【００１８】
なお、上記式（１）、式（２）において、αは燃焼バーナーに供給する全空気量に対する一次空気以外の補助空気量の比、βは燃焼バーナーの火炎長さ（ｍ）、γは炉床幅（ｍ）、を夫々示している。
【００１９】
まず、本発明に係る還元金属の製造方法について説明する。
【００２０】
本発明では、金属酸化物と共に炭材等の炭素質還元剤を加熱還元炉に装入して加熱還元し、還元金属を製造する。加熱還元炉の炉壁には、燃焼バーナーが設けられており、燃焼バーナーの燃焼熱およびその輻射熱を金属酸化物に伝えることによって金属酸化鉄を加熱還元し、還元金属を製造できる。
【００２１】
本発明では、燃焼バーナーの火炎と炉天井の間、および燃焼バーナーの火炎と炉床の間に、隙間を設けつつ、燃焼バーナーを燃焼させて金属酸化物を加熱還元するところに特徴がある。隙間を設けつつ燃焼バーナーを燃焼させることによって、炉天井および炉床の損傷を増大させることなく金属酸化物を加熱還元して還元金属を製造できる。燃焼バーナーを設けた加熱還元炉内の様子を図面を用いて説明する。
【００２２】
図１は、燃焼バーナーを設けた加熱還元炉で燃焼バーナーを燃焼させたときの様子を示す模式図である。図１では、燃焼バーナーの火炎が、燃焼バーナーを設けた側の壁面とは対向する壁面に到達していない様子を示している。本明細書において、燃焼バーナーの火炎と炉天井の隙間とは、図１に示すように、火炎の上端と炉天井の距離であり、燃焼バーナーの火炎と炉床の隙間とは、図１に示すように、火炎の下端と炉床の距離である。
【００２３】
上記燃焼バーナーの火炎と炉天井の隙間は、１００〜８００ｍｍとすることが好ましい。隙間が狭すぎると、燃焼バーナーの熱によって炉天井が損傷する恐れがある。従って火炎と炉天井の隙間は、１００ｍｍ以上とすることが好ましく、より好ましくは１１０ｍｍ以上、更に好ましくは１３０ｍｍ以上である。しかし、火炎と炉天井の隙間を広くするには、炉天井を高くする必要があり、設備費が増大する。また、炉内の容積が増えて炉内を加熱するのに必要な熱量が増大する。そのためコスト増となる。従って火炎と炉天井の隙間は、８００ｍｍ以下とすることが好ましく、より好ましくは７００ｍｍ以下、更に好ましくは６５０ｍｍ以下である。
【００２４】
上記燃焼バーナーの火炎と炉床の隙間は、４００〜１０００ｍｍとすることが好ましい。隙間が狭すぎると、燃焼バーナーの熱によって炉床が損傷する恐れがある。従って火炎と炉床の隙間は、４００ｍｍ以上とすることが好ましく、より好ましくは５００ｍｍ以上、更に好ましくは６００ｍｍ以上である。しかし、火炎と炉床の隙間を広くするには、燃焼バーナーを高い位置に設置する必要があり、このとき炉天井が低いと、炉天井を損傷する場合がある。従って火炎と炉床の隙間は、１０００ｍｍ以下とすることが好ましく、より好ましくは９００ｍｍ以下、更に好ましくは８００ｍｍ以下である。
【００２５】
上記燃焼バーナーの火炎と炉天井の距離、および燃焼バーナーの火炎と炉床の距離は、加熱炉に設けた測定口から目視により測定すればよい。
【００２６】
上記炉内に設けられた上記燃焼バーナーは、下記式（１）および下記式（２）を満足するように燃焼させることが重要である。
０．８≦α    ・・・（１）
γ／２≦β＜γ    ・・・（２）
【００２７】
上記式（１）において、αは燃焼バーナーに供給する全空気量に対する一次空気以外の補助空気量の比［補助空気量／全空気量］を示しており、この式（１）は、ＮＯｘの発生を抑えるための条件を示している。即ち、比αが０．８以上の火炎は、長炎と呼ばれ、全空気量に対する一次空気以外の補助空気量の割合が多くなり、しかも燃焼温度が高くなり過ぎないため、燃料や空気中の窒素が酸化してＮＯｘが発生しにくい火炎となる。上記比αは０．８５以上が好ましく、より好ましくは０．９以上である。
【００２８】
上記補助空気量とは、燃焼バーナーに供給される空気のうち、一次空気以外の空気を意味する。燃焼バーナーには、燃料と共に一次空気を供給すると共に、燃料と一次空気で形成される火炎を更に燃焼させるために、火炎の周辺から二次空気を供給する二次空気供給タイプのものや、更に三次空気を供給する三次空気供給タイプのものがあり、燃料を多段燃焼させている。二次空気供給タイプの燃焼バーナーの場合は、二次空気が補助空気に相当し、三次空気供給タイプの燃焼バーナーの場合は、二次空気と三次空気が補助空気に相当する。
【００２９】
上記式（２）において、βは燃焼バーナーの火炎長さ（ｍ）、γは炉床幅（ｍ）、を夫々示している。この式（２）は、燃焼バーナーの火炎が、炉床幅の半分より長く、且つ燃焼バーナーを設けた側の炉壁に対向する側の炉壁に到達していないことを意味している。燃焼バーナーの火炎長さβを、炉床幅γよりも短くすることによって、燃焼バーナーの火炎と炉壁は接触しないため、炉壁の損傷を防止できる。一方、燃焼バーナーの火炎長さβを、炉床幅の半分（γ／２）以上とすることによって、炉床幅方向に亘って均一に加熱することができる。このとき、燃焼バーナーは、炉床を挟む炉壁に、燃焼バーナーの火炎が交互に重ならないように設ければよい。加熱還元炉に燃焼バーナーを設置し、燃焼させたときの様子を図面を用いて説明する。
【００３０】
図２は、炉天井側から炉床を見たときの様子を示す平面図であり、炉床を挟む左右の壁面に設けられた燃焼バーナーから火炎が噴出している様子を模式的に示している。図２に示すように、燃焼バーナーは、炉床を挟む炉壁に、火炎が左右の炉壁から交互に噴出するように設けられている。即ち、燃焼バーナーは、火炎同士が重ならないようにずらして設置すればよい。
【００３１】
上記加熱還元炉内に装入した金属酸化物は、バッチ式により、燃焼バーナーで加熱還元してもよいし、連続式により、炉内を移動しつつ、燃焼バーナーが設けられた加熱ゾーンで加熱還元してもよい。加熱ゾーンは、加熱領域、還元領域などのように複数の領域に分けてもよく、各領域を分けるために、天井から仕切り壁を垂下させて設けてもよい。
【００３２】
上記加熱ゾーンを複数の領域に分ける場合は、最終領域においては、燃焼バーナーを、下記式（３）および下記式（４）を満足するように燃焼させてもよい。下記式（３）、式（４）において、αは燃焼バーナーに供給する全空気量に対する一次空気以外の補助空気量の比、βは燃焼バーナーの火炎長さ（ｍ）、γは炉床幅（ｍ）、を夫々示している。
０．３＜α＜０．８    ・・・（３）
γ／２≦β＜γ    ・・・（４）
【００３３】
上記最終領域における燃焼バーナーの燃焼条件を、上記式（３）を満足するように調整することによって、還元金属の再酸化を抑制、或いは防止できる。即ち、上記比αが０．３超、０．８未満を満足する火炎は、中炎と呼ばれ、全空気量に対する一次空気量が多くなるため、燃焼温度が高くなり、ＮＯｘが発生し易くなる。その一方で、一次空気以外の補助空気量を低減することによって、還元金属の再酸化を抑制、或いは防止できるという利点がある。そこで、加熱ゾーンの最終領域においては、ＮＯｘの発生を低減するよりも、上記比αを０．３超、０．８未満に調整することによって、還元金属の再酸化を抑制、或いは防止することを優先させてもよい。最終領域において還元金属の再酸化の抑制、或いは防止を優先させたとしても、最終領域より上流側の領域においてＮＯｘの発生を低減しているため、加熱ゾーンで発生するトータルのＮＯｘ量は従来よりも低減できている。なお、上記比αが０．３以下の火炎は短炎と呼ばれ、全空気量に対する一次空気量が非常に多くなるため、燃焼温度が極めて高くなりＮＯｘが更に発生し易くなる。従って上記比αは０．３超に制御する必要がある。
【００３４】
一方、上記式（４）を規定した理由は、上記式（２）を規定した理由と同じである。
【００３５】
上記加熱ゾーンの温度は、金属酸化物を加熱還元できる温度に設定すればよく、金属酸化物が酸化鉄の場合は、例えば、加熱ゾーンの温度を１３００〜１５５０℃程度に制御すればよい。
【００３６】
上記加熱還元炉に装入する金属酸化物としては、酸化鉄含有物質の他、クロム含有鉱石やニッケル含有鉱石、チタン含有鉱石などを用いることができる。特に、酸化鉄含有物質としては、鉄鉱石や砂鉄、製鉄ダスト、非鉄製錬残渣、製鉄廃棄物などを用いればよい。
【００３７】
上記金属酸化物は、加熱還元反応を促進するために、炭素質還元剤と混合して加熱還元炉に装入してもよく、金属酸化物と炭素質還元剤とを含む混合物を塊成化してから装入してもよい。塊成物の形状は特に限定されず、例えば、ペレット状やブリケット状などであればよい。
【００３８】
上記炭素質還元剤としては、炭素含有物質を用いればよく、例えば、石炭やコークスなどを用いればよい。なお、炭素質還元剤は、上記酸化鉄含有物質に予め含まれている場合もある。
【００３９】
上記混合物には、その他の成分として、バインダーやＭｇＯ含有物質、ＣａＯ含有物質などを配合してもよい。バインダーとしては、例えば、有機物（例えば、コーンスターチなど）などを用いることができる。ＭｇＯ含有物質としては、例えば、ＭｇＯ粉末や天然鉱石や海水などから抽出されるＭｇＯ含有物質、或いはドロマイトや炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ3）などを用いることができる。ＣａＯ含有物質としては、例えば、生石灰（ＣａＯ）や石灰石（主成分はＣａＣＯ3）などを用いることができる。
【００４０】
次に、本発明に係る加熱還元炉について説明する。本発明の加熱還元炉は、金属酸化物を加熱還元して還元金属を製造するために炉内に設けた燃焼バーナーを、下記式（１）および下記式（２）を満足するように燃焼させたときに、燃焼バーナーの火炎と炉天井の間、および燃焼バーナーの火炎と炉床の間に、隙間が形成されるように燃焼バーナーを設置するところに特徴がある。下記式（１）、式（２）において、αは燃焼バーナーに供給する全空気量に対する一次空気以外の補助空気量の比、βは燃焼バーナーの火炎長さ（ｍ）、γは炉床幅（ｍ）、を夫々示している。
０．８≦α    ・・・（１）
γ／２≦β＜γ    ・・・（２）
【００４１】
ＮＯｘが発生しにくいように全空気量に対する一次空気以外の補助空気量の比αを上記式（１）で規定する範囲に調整して燃焼バーナーを燃焼させることを前提としたときに、燃焼バーナーの燃焼時に形成される火炎と炉天井の間、および火炎と炉床の間に隙間が形成されるように燃焼バーナーの高さ位置を変えて燃焼バーナーを設置すれば、炉の損傷を増大することなく、ＮＯｘの排出量を低減しつつ還元金属を製造できる加熱還元炉を実現できる。
【００４２】
即ち、従来では、燃焼バーナーの設置位置は、還元機能や炉を損傷させないことを目的として決定されており、ＮＯｘの排出量を低減することを前提としては決定されていなかった。そのため、既存の設備に設けられている燃焼バーナーの燃焼条件を変えて発生するＮＯｘ量を低減しようとすると、火炎が大きくなり過ぎて炉を損傷させたり、或いは既存の燃焼バーナーを低ＮＯｘバーナーに交換して燃焼させようとしても、火炎が大きく、炉を損傷させることがあった。これに対し、本発明では、低ＮＯｘ化の観点から加熱還元炉を設計しているため、加熱還元炉から排出されるＮＯｘ量を低減できる。
【００４３】
上記燃焼バーナーを設けるときの炉床からの高さは、燃焼バーナーの燃焼時において、燃焼バーナーの火炎と炉天井の間、および燃焼バーナーの火炎と炉床の間に、隙間を設けるように決定すればよく、炉床に対して同じ高さであってもよいし、燃焼バーナー毎に上下方向に変えても良い。
【００４４】
上記加熱還元炉に設ける燃焼バーナーの数は、金属酸化物を加熱還元して還元金属を製造するために必要な熱量Ｑを、炉からの放熱量を考慮したうえで、炉に設置する燃焼バーナー１本あたりの熱容量Ｌで除した値が整数となるように数値を加算して決定すればよい。例えば、上記燃焼バーナーの数Ｎは、下記式を満足するように決定すればよい。
Ｑ／Ｌ≦Ｎ≦Ｑ／Ｎ＋１
【００４５】
上記加熱還元炉の炉天井は、水平であればよく、炉床から炉天井までの距離は、１〜３ｍ程度であればよい。また、上記加熱ゾーンを複数の領域に分ける場合は、各領域において炉床から炉天井までの距離を変化させてもよい。
【００４６】
上記加熱還元炉としては、例えば、炉床が移動する移動床炉を用いることができる。移動床炉としては、例えば、回転炉床炉が挙げられる。回転炉床炉を用いる場合は、例えば、炉体の回転方向の最上流側に金属酸化物等の原料を炉内に供給する装入手段が配置されると共に、回転方向の最下流側（回転構造であるため、実際には装入手段の直上流側になる）には排出手段が設けられる。
【００４７】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【実施例】
【００４８】
下記実験例１では酸化鉄を１時間あたり３０トン還元処理できる回転炉床炉を用い、炭材を含む製鉄ダストを加熱還元して還元鉄を製造した。また、下記実験例２および実験例３はシミュレーションによる例であり、実験例２では酸化鉄を１時間あたり６０トン還元処理できる回転炉床炉、実験例３では酸化鉄を１時間あたり３トン還元処理できる回転炉床炉、を夫々用い、炭材を含む製鉄ダストを加熱還元して還元鉄を製造することを想定した。このとき炉に設けた燃焼バーナーの燃焼条件と設置位置を変えて前記製鉄ダストを加熱還元し、炉から排出されるＮＯｘ量を測定した。
【００４９】
［実験例１（発明例）］
炭材を含む製鉄ダストを１時間あたり３０トン還元処理できる回転炉床炉を用い、還元鉄を製造した。
【００５０】
上記炭材を含む製鉄ダストは、炭素を約１０質量％と鉄を約７０質量％含有する混合粉末をペレット状に成形したものを回転炉床炉に装入した。上記ペレットは、１時間あたり３０トンの割合で炉内に装入した。
【００５１】
上記回転炉床炉は円形で、炉の直径は２２ｍ、炉床幅γは４ｍ（即ち、γ／２は２ｍ）である。炉内は、炉天井から仕切り壁を垂下させることによって６つの領域（以下、＃１〜＃６という。）に分けた。＃１〜＃６における炉床から炉天井までの距離は１．５〜２ｍとした。＃１〜＃６の各領域には、下記表１に示す数（本数）の燃焼バーナーを設置した。なお、この燃焼バーナーは、燃料と共に一次空気を供給し、火炎の周辺から二次空気を供給するタイプのものである。
【００５２】
各領域に設置する燃焼バーナーの数は、加熱、還元、放熱、炉内温度等の各因子を考慮したうえで、製鉄ダスト１ｋｇを加熱還元するために要求される熱量Ｑを算出し、この熱量Ｑを、炉内に設置する燃焼バーナー１本あたりの熱容量Ｌで除した値（Ｑ／Ｌ）が整数となる範囲で決定した。
【００５３】
燃焼バーナーに、燃料、一次空気、および二次空気を供給して燃焼させるにあたり、全空気量（一次空気と二次空気の合計量）に対する二次空気の量の比［二次空気／（一次空気＋二次空気）］αを算出し、その結果を下記表１に示す。
【００５４】
二次空気比αが０．３以下の場合は短炎、αが０．３超、０．８未満の場合は中炎、αが０．８以上の場合は長炎とし、火炎の形状を表１に示す。なお、火炎の形状が、長炎の場合は、ＮＯｘの発生が抑えられていることを確認している。
【００５５】
各領域における燃焼バーナーを燃焼させたときの火炎の長さ（ｍ）を下記表１に示す。また、火炎と炉天井の距離（ｍｍ）および火炎と炉床の距離（ｍｍ）については、各領域において平均したものを下記表１に示す。
【００５６】
上記条件で上記ペレットを炉内で加熱還元し、還元鉄を製造した結果、排ガス中のＮＯｘ量は、１時間あたり４４ｐｐｍ程度であり、ＮＯｘの発生量を低減できた。また、炉天井、炉床、および炉壁には、想定以上の損傷は認められなかった。
【００５７】
【表１】
2012062516.tif 000003
【００５８】
［実験例２］
本実験例２および下記実験例３は、シミュレーションによって行なった例である。
【００５９】
本実験例２では、炭材を含む製鉄ダストを１時間あたり６０トン還元処理できる回転炉床炉を用い、上記実験例１と同様に、還元鉄を製造することを想定している。
【００６０】
上記回転炉床炉は円形で、炉の直径は３７ｍ、炉床幅γは５ｍ（即ち、γ／２は２．５ｍ）である。
【００６１】
下記表２および下記表３に、各領域に設置した燃焼バーナーの数（本数）、全空気量（一次空気と二次空気の合計量）に対する二次空気の量の比α、火炎の形状、火炎の長さ（ｍ）、火炎と炉天井の距離（ｍｍ）、火炎と炉床の距離（ｍｍ）、を夫々示す。
【００６２】
下記表２に示した条件は本発明で規定する要件を外れる比較例であり、領域＃４〜＃６における火炎形状が、本発明で規定している範囲を満足していない。この条件で上記ペレットを炉内で加熱還元し、還元鉄を製造した結果、排ガス中のＮＯｘ量は、１時間あたり６７ｐｐｍ程度であり、ＮＯｘの発生量が多いことが分かる。
【００６３】
これに対し、下記表３に示した条件は本発明で規定する要件を満足する発明例であり、上記比較例として示した条件に対して、＃４〜＃６における火炎形状を変更している。この条件で上記ペレットを炉内で加熱還元し、還元鉄を製造した結果、排ガス中のＮＯｘ量は、１時間あたり５０ｐｐｍ程度となり、ＮＯｘの発生量を低減できることが分かる。また、炉天井、炉床、および炉壁には想定以上の損傷は認められない。
【００６４】
【表２】
2012062516.tif 000004
【００６５】
【表３】
2012062516.tif 000005
【００６６】
［実験例３（発明例）］
本実験例３では、炭材を含む製鉄ダストを１時間あたり３トン還元処理できる回転炉床炉を用い、上記実験例１と同様に、還元鉄を製造することを想定している。
【００６７】
上記回転炉床炉は円形で、炉の直径は１２ｍ、炉床幅γは１．５ｍ（即ち、γ／２は０．７５ｍ）である。炉内は、炉天井から仕切り壁を垂下させることによって４つの領域（＃１〜＃４）に分ける。＃１〜＃４は、炉床から炉天井までの距離を１．５ｍとする。
【００６８】
下記表４に、各領域に設置した燃焼バーナーの数（本数）、全空気量（一次空気と二次空気の合計量）に対する二次空気の量の比α、火炎の形状、火炎の長さ（ｍ）、火炎と炉天井の距離（ｍｍ）、火炎と炉床の距離（ｍｍ）、を夫々示す。
【００６９】
上記条件で上記ペレットを炉内で加熱還元し、還元鉄を製造した結果、排ガス中のＮＯｘ量は、１時間あたり１８ｐｐｍ程度となり、ＮＯｘの発生量を低減できることが分かる。また、炉天井、炉床、および炉壁には想定以上の損傷は認められない。
【００７０】
【表４】
2012062516.tif 000006
【００７１】
以上、実験例１〜３の結果から、燃焼バーナーの火炎と炉天井の間、および燃焼バーナーの火炎と炉床の間に、隙間を設け、且つ燃焼バーナーを、上記式（１）および上記式（２）を満足するように燃焼させることによって、炉の損傷を増大することなく、ＮＯｘの排出量を１時間あたり５０ｐｐｍ以下に低減できた。
【図１】
2012062516.tif 000007
【図２】
2012062516.tif 000008