(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気密空間を一方向に水平循環する無端グレートの循環路の所定位置を原料供給部とし、前記原料供給部から無端グレートの循環方向に離間した所定位置を排出部として、前記原料供給部で前記無端グレート上に酸化鉄原料用塊成物を供給して積載し、前記原料供給部に近い位置で無端グレート上の前記塊成物の上層部を着火し、該塊成物が前記無端グレートの前記原料供給部から前記排出部へと搬送される間に前記塊成物にガスを下降流で流通させて、着火した該塊成物の上層部の予備還元が該塊成物の上層部から下層部へと進行して最下層の該塊成物が酸化・還元反応した際に高温になり過ぎて溶融し、前記無端グレートに付着して該無端グレートの孔を塞いでしまわないように、前記無端グレートの前記原料供給部から前記排出部に接近するにしたがってガスの酸素濃度を減少させるように複数の酸素濃度制御手段を各々制御して、予備還元した前記塊成物の表面部を再度酸化してＦｅ2Ｏ3の形態にして、予備還元した塊成物を前記排出部から排出して溶融還元炉に装入し、この溶融還元炉で溶融還元して溶銑を製造することを特徴とする溶銑製造方法。
【請求項２】
一方向に水平循環する無端グレートと、この無端グレートの上部に設置されて無端グレートとの間に環状の気密空間を形成するフードと、前記無端グレートの下部に設置されて前記フードとの間に該無端グレートを介装するウィンドボックスと、前記無端グレートの循環路の所定位置に設けられ無端グレート上に酸化鉄原料用塊成物を供給する原料供給部と、前記原料供給部の近傍に設けられ前記無端グレートに積載された前記塊成物の上層部を着火する着火手段と、前記着火手段から無端グレートの循環方向に離間した所定位置に設けられた排出部と、を有し、前記酸化鉄原料用塊成物を予備還元する水平循環グレート還元炉と、
前記水平還元グレート還元炉により予備還元された塊成物を溶融還元する溶融還元炉と、
前記着火手段から前記無端グレートの前記排出部に接近する間に従って着火した前記塊成物の上層部の予備還元が該塊成物の上層部から下層部へと進行して最下層の該塊成物が酸化・還元反応した際に高温になり過ぎて溶融し、前記無端グレートに付着して該無端グレートの孔を塞いでしまわないように、前記無端グレートと前記フードとの間に形成された前記気密空間内の酸素濃度を前記無端グレートの前記原料供給部から前記排出部に接近するにしたがって低減させるべく各々が制御される複数の酸素濃度制御手段と、
ブロワから空気を前記ウィンドボックスに供給することによって、前記酸素濃度制御手段を用いて予備還元した前記塊成物の表面部を再度酸化してＦｅ2Ｏ3の形態にする再度酸化手段と、
を備えることを特徴とする溶銑製造装置。
【請求項３】
前記着火手段によって上層部が着火された前記無端グレート上の前記塊成物に対して、前記気密空間内のガスを上から下に流通せしめることを特徴とする請求項２に記載の溶銑製造装置。
【請求項４】
前記無端グレートと前記フードは水封装置によって気密に連結されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の溶銑製造装置。
【請求項５】
前記水平循環グレート還元炉による酸化鉄原料用塊成物に対する予備還元の還元率は５０〜７０％であることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれかに記載の溶銑製造装置。
【請求項６】
前記水平循環グレート還元炉で予備還元された塊成物は冷却処理されることなく前記溶融還元炉に装入されることを特徴とする請求項２から請求項５のいずれかに記載の溶銑製造装置。
【請求項７】
前記溶融還元炉は石炭を燃料とすることを特徴とする請求項２から請求項６のいずれかに記載の溶銑製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、酸化鉄原料用塊成物を予備還元して還元鉄の塊成物とした後に、これを溶融還元して溶銑を製造する溶銑製造方法および溶銑製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
酸化鉄粉と還元剤粉との混合粉末をペレット状若しくはブリケット状の塊成物と成した後、これを還元して還元鉄の塊成物とし、さらにこれを溶融製錬して溶銑を製造する従来の技術としては、特公平３−６０８８３号公報に開示されたものがある。
これは、図４に示すように、酸化鉄粉はホッパ１１０から切り出されて、また、石炭等の還元剤粉はホッパ１１２から切出されてベルトコンベヤ１１６によりミキサ１１４に送られ、このミキサ１１４で混合混練される。この混合混錬体は例えばペレタイザーのような塊成化装置１１８に送られ、ペレットのような塊成物とされる。
【０００３】
次いで、この塊成物はコンベヤ１２２により回転床式還元炉１２０の回転炉床１２４に供給され、この回転床式還元炉１２０内では、回転炉床１２４に積載された塊成物の上方で炉内のガスが燃焼しており、高温に加熱されることによって酸化鉄の大部分は金属鉄に還元される。即ち、回転床式還元炉１２０において塊成物は予備還元されるのである。しかるのち、予備還元された塊成物は約１０００゜Ｃ以上の高温の状態で回転床式還元炉１２０から排出され、次いで装入シュート１３２を介して溶融還元炉１３０に装入され、この溶融還元炉１３０において最終の還元と溶融製錬を施され、溶銑が生成される。
【０００４】
この溶融還元炉１３０は酸素および微粉炭を底吹きするための複数の底部入口１３８を有しており、微粉炭ホッパ１４０から供給管１４６に供給された微粉炭が、ガス源１４２から供給管１４６に供給された窒素ガス等のキャリアーガスによって羽口１４８に送られ、底部入口１３８から炉内に吹き込まれる。また、酸素ガスが酸素ガス源１５０から供給管１５２を介して前記羽口１４８に送られ、前記底部入口１３８から炉内に吹き込まれる。なお、図４において、符号１６０は溶融還元炉１３０内のＣＯガスの２次燃焼用のバーナである。
【０００５】
そして、この溶融還元炉１３０において、炉底部より吹き込まれた微粉炭と酸素とが反応して高温の雰囲気を形成するときに浴中より生成するＣＯガスを浴上の雰囲気で２次燃焼させることによって還元鉄の仕上げ還元熱を付与し、溶融銑鉄を生成する。この溶銑は出銑口１３４より間欠的に排出される。
【０００６】
別の従来の溶銑の製造方法として、Ｄ−ＬＭ式溶銑製造方法と称する方法がある。これは、図５に示すように、塊成化装置１１８でペレットのような塊成物とされた原料を、直線的に循環するグレート（火格子）２１０を有する直線グレート還元炉２００に装入し、グレート２１０上に層状に積み上げ、その塊成物の層を着火・加熱することによって塊成物を予備還元した後、高温のままサブマージドアーク式の電気溶融炉３００に装入し、電気エネルギーにより約１５００゜Ｃの高温に加熱溶融することによって溶融還元し、溶銑を生成する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来の溶銑製造方法および溶銑製造装置には次のような問題があった。
まず、特公平３−６０８８３号公報に開示された技術の場合、原料である塊成物を予備還元するための回転床式還元炉１２０内においては、主として輻射加熱により予備還元に必要な熱量が供給されるので、塊成物を多層に炉床上に積み上げることができず、生産性が悪いという問題があった。例えば塊成物を２層以上に積み上げると、最上層の塊成物は還元反応が充分進み金属Ｆｅが高い比率で出現（高金属化率）しても、下層の塊成物は還元率が低くＦｅＯ迄の段階にしか還元が進行していない状態になり、最上層とその下層とでは還元率に大きな差が生ずることとなるからである。
【０００８】
ところで、後工程の溶融還元炉１３０は、装入される塊成状の予備還元鉄の還元率が平均で５０〜６０％（金属鉄化率で３０〜４０％）であっても、充分に仕上げの還元と溶融製錬を行う能力を有していることから、前工程の回転床式還元炉１２０での塊成物の予備還元に際し、生産性向上の観点から塊成物を２層に装入充填し、平均の還元率が５０〜６０％となるように還元処理を施すことも考えられる。
【０００９】
しかしながら、回転床式還元炉１２０において塊成物を２層に充填し、最上層の塊成物に対して高金属化率（８０〜９０％）で進行させた場合、下層の塊成物は金属化率が０％（但し還元率は２０〜３０％進行している）となり、上下層の平均の還元率として５０〜６０％（金属化率は３０〜４０％）となって、後工程の溶融還元炉１３０の受入れ条件を満足することになるが、回転床式還元炉１２０から排出される下層の塊成物はＦｅＯ段階迄しか還元されていないので塊成物内部の結合力が弱く、粉化し易い状態になっているため、回転床式還元炉１２０から塊成物をスクリュー排出機等により排出する際に該スクリュー排出機等によって粉化されてしまい、塊成状還元鉄としての歩留まりが大変小さくなるという欠点があった。つまり、回転床式還元炉１２０での予備還元鉄の成品歩留まりが小さいという欠点があった。
【００１０】
また、原料である塊成物を２層以上に積み上げ、下層の塊成物に対しても還元を充分行わしめて高金属化率を得ようとすると、炉内の滞留時間を大幅に（例えば数倍）延長させなければならなくなり生産性が非常に悪くなるので、これも現実的には採用することができない。
【００１１】
一方、前記Ｄ−ＬＭ式溶銑製造方法においては、塊成物の予備還元炉である直線グレート還元炉２００がその構造上、ガスシール性が悪く、これに起因して種々の問題が生じた。
詳述すると、図６は図５のVI−VI断面であり、直線グレート還元炉２００の要部断面を示す図であるが、この直線グレート還元炉２００においては、グレート２１０とこのグレート２１０の上方に設置されたフード２２０とを気密に連結するとともに、グレート２１０と該グレート２１０の下方に設置されたウィンドボックス２３０とを気密に連結する必要がある。そのために、グレート２１０とフード２２０との連結部Ａおよび、グレート２１０とフード２３０との連結部Ｂにシール機構を設けているが、このシール機構は機械的接触式のシール機構であるがゆえシール性能が低く、リークし易かった。
【００１２】
その結果、直線グレート還元炉２００から内部のガスがリークして作業環境を悪化させるという問題が生じた。また、直線グレート還元炉２００において塊成物を予備還元する際の還元率を所定範囲に管理するためには、塊成物の層に供給する高温雰囲気ガスの酸素濃度を所定濃度に制御することによって所望の還元加熱温度を得ることが非常に重要であるが、前述したようにシール性が悪いと酸素濃度の制御が困難になり、所望の還元加熱温度が得られなくなって、塊成物に対する予備還元の還元率がバラツクという問題が生じる。さらに、後工程の溶融還元工程では電気加熱式のサブマージドアーク式電気溶融炉３００を用いているために、エネルギー経済上、不利であるという問題も生じる。
そこで、この発明は、生産性が高く、製品歩留まりが大きて生産性が高く、経済的な溶銑製造方法および溶銑製造装置を提供するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、気密空間を一方向に水平循環する無端グレートの循環路の所定位置を原料供給部とし、前記原料供給部から無端グレートの循環方向に離間した所定位置を排出部として、前記原料供給部で前記無端グレート上に酸化鉄原料用塊成物を供給して積載し、前記原料供給部に近い位置で無端グレート上の前記塊成物の上層部を着火し、該塊成物が前記無端グレートの前記原料供給部から前記排出部へと搬送される間に前記塊成物にガスを下降流で流通させて、着火した該塊成物の上層部の予備還元が該塊成物の上層部から下層部へと進行して最下層の該塊成物が酸化・還元反応した際に高温になり過ぎて溶融し、前記無端グレートに付着して該無端グレートの孔を塞いでしまわないように、前記無端グレートの前記原料供給部から前記排出部に接近するにしたがってガスの酸素濃度を減少させるように複数の酸素濃度制御手段を各々制御して、予備還元した前記塊成物の表面部を再度酸化してＦｅ2Ｏ3の形態にして、予備還元した塊成物を前記排出部から排出して溶融還元炉に装入し、この溶融還元炉で溶融還元して溶銑を製造することを特徴とする溶銑製造方法である。
【００１４】
このように構成することで、無端グレート上に積載された酸化鉄原料用塊成物の層を気密空間のガスが上から下に流通するので、無端グレート上に酸化鉄原料用塊成物を多層に積層しても、酸化鉄原料用塊成物の上層部に着火するだけで、その後は順次、最下層まで還元反応が進行する。しかも、気密空間の酸素濃度を下流に進むにしたがって低くしているので、上層から下層まで酸化鉄原料用塊成物を所定の温度雰囲気下で還元反応せしめることができる。その結果、酸化鉄原料用塊成物を所望の還元率（例えば、５０〜７０％）に予備還元した後、溶融溶融還元炉に装入することができる。
【００１５】
請求項２に記載した発明は、（イ）一方向に水平循環する無端グレートと、この無端グレートの上部に設置されて無端グレートとの間に環状の気密空間を形成するフードと、前記無端グレートの下部に設置されて前記フードとの間に該無端グレートを介装するウィンドボックスと、前記無端グレートの循環路の所定位置に設けられ無端グレート上に酸化鉄原料用塊成物を供給する原料供給部と、前記原料供給部の近傍に設けられ前記無端グレートに積載された前記塊成物の上層部を着火する着火手段と、前記着火手段から無端グレートの循環方向に離間した所定位置に設けられた排出部と、を有し、前記酸化鉄原料用塊成物を予備還元する水平循環グレート還元炉と、（ロ）前記水平還元グレート還元炉により予備還元された塊成物を溶融還元する溶融還元炉と、前記着火手段から前記無端グレートの前記排出部に接近する間に従って着火した前記塊成物の上層部の予備還元が該塊成物の上層部から下層部へと進行して最下層の該塊成物が酸化・還元反応した際に高温になり過ぎて溶融し、前記無端グレートに付着して該無端グレートの孔を塞いでしまわないように、前記無端グレートと前記フードとの間に形成された前記気密空間内の酸素濃度を前記無端グレートの前記原料供給部から前記排出部に接近するにしたがって低減させるべく各々が制御される複数の酸素濃度制御手段と、ブロワから空気を前記ウィンドボックスに供給することによって、前記酸素濃度制御手段を用いて予備還元した前記塊成物の表面部を再度酸化してＦｅ2Ｏ3の形態にする再度酸化手段と、を備えることを特徴とする溶銑製造装置である。
【００１６】
このように構成することで、無端グレートに積載された酸化鉄原料用塊成物に気密空間のガスが上から下に流通可能であるので、着火手段により上層部を着火された酸化鉄原料用塊成物は排出部方向へ移動するにしたがって順次、上層から最下層へと還元反応が進行する。しかも、気密空間の酸素濃度が下流に進むにしたがって酸素濃度制御手段により低くされるので、上層から下層まで酸化鉄原料用塊成物を所定の温度雰囲気下で還元反応せしめることができる。その結果、酸化鉄原料用塊成物を無端グレート上に多層に積層しても、酸化鉄原料用塊成物を所望の還元率（例えば、５０〜７０％）に予備還元した後に、溶融溶融還元炉に装入することができる。
【００１７】
請求項３に記載した発明は、請求項２に記載の発明において、前記着火手段によって上層部が着火された前記無端グレート上の前記塊成物に対して、前記気密空間内のガスを上から下に流通せしめることを特徴とする。
このように構成することで、無端グレートの水平循環によって無端グレートに積載された酸化鉄原料用塊成物を上層から下層へと順次、還元反応せしめることが可能になる。
【００１８】
請求項４に記載した発明は、請求項２または請求項３に記載の発明において、前記無端グレートと前記フードは水封装置によって気密に連結されていることを特徴とする。このように構成することで、気密空間の気密性を高くすることが可能になり、したがって、気密空間内の酸素濃度制御が正確にできるようになり、水平循環グレート還元炉における予備還元の還元率を所望の還元率に正確に制御することが可能になる。また、気密空間内のガスが外部に漏れないので、作業環境の悪化を防止できる。
【００１９】
請求項５に記載した発明は、請求項２から請求項４のいずれかに記載の発明において、前記水平循環グレート還元炉による酸化鉄原料用塊成物に対する予備還元の還元率は５０〜７０％であることを特徴とする。このように構成することで、溶融還元炉による仕上げ還元が確実にできるようになるとともに、生産性、経済性が向上する。
【００２０】
請求項６に記載した発明は、請求項２から請求項５のいずれかに記載の発明において、前記水平循環グレート還元炉で予備還元された塊成物は冷却処理されることなく前記溶融還元炉に装入されることを特徴とする。このように構成することで、省エネルギ化が可能になる。
【００２１】
請求項７に記載した発明は、請求項２から請求項６のいずれかに記載の発明において、前記溶融還元炉は石炭を燃料とすることを特徴とする。このように構成することで、安価な石炭で溶融還元炉を運転することができるので、ランニングコストの低減を図ることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る溶銑製造方法および溶銑製造装置の一実施の形態を図１から図３の図面を参照して説明する。
初めに、溶銑製造装置の全体システムを図１を参照して説明する。ペレタイザー１は、鉄鉱石のような酸化鉄の粉体と石炭粉のような炭素質の還元剤粉を混合して塊成化し、直径１２〜２０ｍｍのペレット（塊成物）２を製造する。このペレット２が酸化鉄原料用塊成物となる。
【００２３】
ペレタイザー１によって製造されたペレット２は塊成物装入装置３によって水平循環グレート還元炉（以下、グレート還元炉と略す）４に装入される。なお、図１ではグレート還元炉４をグレートの回転方向に展開して示しており、実際のグレート還元炉４は、図２の外観斜視図および図３の縦断面図に示すように構成されている。
【００２４】
グレート還元炉４は、ペレット２を予備還元して予備還元塊成物に生成するものであり、全体的に円環状をなしている。グレート還元炉４は、固定構造物として円環状に設置されたウィンドボックス５と、ウィンドボックス５の上方に固定構造物として円環状に設置されたフード６と、ウィンドボックス５とフード６との間に介装された円環状のグレート（無端グレート）７と、ウィンドボックス５の両側に円環状に敷設された軌道８，８とを備えている。
【００２５】
グレート７は多孔性であり、ペレット２は通過できないが、気体は自由に上下方向に流通できるようになっている。グレート７は多数のユニットに分割されていてそれらユニットを円周方向に並べることによって円環状のグレート７が構成されるようになっていて、分割された一つ一つのユニットはグレート７の両側に設けられた円環状の支持部９，９に傾転可能に取り付けられている。この支持部９，９には軌道８，８を走行するローラ１０，１０が設けられており、ローラ１０，１０が軌道８，８を走行することによって、グレート７はウィンドボックス５とフード６との間で水平循環するようになっている。なお、図２においてはグレート７の循環方向は図中矢印Ａで示すように時計回り方向になっている。
【００２６】
また、グレート７の支持部９，９の上部には水封プール１１，１１がその全周に亘って環状に設けられており、この水封プール１１，１１には水が満たされている。一方、フード６の両側下部には下方に延びるシール壁１２，１２がその全周に亘って環状に設けられており、このシール壁１２，１２の先部が水封プール１１，１１の液中に没することにより、グレート７，７の支持部９，９とフード６の両側下部とが気密シールされている。この実施の形態において、水封プール１１とシール壁１２は水封装置を構成する。これにより、グレート７とフード６との間に気密空間１５が形成される。なお、図２ではフード６の一部を破断して示している。
【００２７】
また、ウィンドボックス５の両側上部には水封プール１３，１３がその全周に亘って環状に設けられており、この水封プール１３，１３には水が満たされている。一方、グレート７の支持部９，９の下部には下方に延びるシール壁１４，１４がその全周に亘って環状に設けられており、このシール壁１４，１４の先部が水封プール１３，１３の液中に没することにより、グレート７，７の支持部９，９とウィンドボックス５の両側上部とが気密シールされている。
【００２８】
グレート還元炉４においてグレート７の循環路の所定位置には原料供給部１７が設けられており、この原料供給部１７からペレット２が塊成物装入装置３によってグレート７上に供給されて積載される。そして、原料供給部１７を除くグレート７の循環路上が前記した気密空間１５になっている。気密空間１５は、カーテン状のシール装置１６ａ，１６ｂ，１６ｃによって複数の部屋に区画されており、原料供給部１７を基準にしてグレート７の循環方向へ進むにしたがって順番に、乾燥室１８、着火室１９、予備還元室２０になっていて、予備還元室２０の終端に排出部４２が設けられている。また、この気密空間１５の分割に対応してウィンドボックス５も複数に区画されている。ただし、ウィンドボックス５の場合には、予備還元室２０に対応する区間がさらに二つに区画されている。以下、説明の都合上、ウィンドボックス５において、乾燥室１８の下部に対応する区間を第１室５ａ、着火室１９に対応する区間を第２室５ｂ、予備還元室２０の上流部分に対応する区間を第３室５ｃ、予備還元室２０の下流部分に対応する区間を第４室５ｄというものとする。
【００２９】
着火室１９には多数の着火用バーナ（着火手段）２１が設けられており、予備還元室２０の上流部分には多数の酸素濃度制御用バーナ（酸素濃度制御手段）２２が設けられている。酸素濃度制御用バーナ２２はその一つ一つのバーナの燃焼を制御することができるようになっている。
ウィンドボックス５の第３室５ｃはアフターバーナ室２３およびレキュペレータ２４を介して乾燥室１８に配管接続されている。レキュペレータ２４は、アフターバーナ室２３から排出される高温の排ガスを、ブロワ２５から送られてくる空気と熱交換して冷却するためのものであり、冷却された排ガスは乾燥室１８に供給され、排ガスとの熱交換により加熱されたブロワ２５からの空気はウィンドボックス５の第４室５ｄに送られる。
【００３０】
予備還元室２０の排出部４２においてグレート７の前記ユニットは傾転し、ユニット上に積載されている予備還元された予備還元塊成物をシュート２６に落とし込む。シュート２６は溶融還元炉２７の装入口４３に接続されている。
溶融還元炉２７は、グレート還元炉４から供給されてくる高温の予備還元塊成物を溶融せしめるとともに、仕上げ還元を行って溶銑に転換する還元炉であり、燃料には石炭が使用される。
【００３１】
溶融還元炉２７には、石炭供給ホッパ２８から切り出された燃料としての石炭と、フラックス供給ホッパ２９から切り出されたフラックス剤としての石灰等が燃料装入装置３０を介して装入される。また、溶融還元炉２７内には、ランス３１から酸素が吹き込まれる。さらに、溶融還元炉２７の底部には、溶銑浴４０を撹拌するための窒素ガス等の不活性ガスを吹き込むための撹拌孔３２が設けられている。溶融還元炉２７で生成された溶銑は出銑口３３から溶銑鍋３４に抽出される。
【００３２】
溶融還元炉２７内で発生するＣＯガスを主とするガスは炉上部からダクト３５を介して排出され、サイクロン等の除塵装置３６に送られて除塵される。除塵装置３６で除塵されたガスはさらにベンチュリースクラバ等の浄化装置３７に送られて浄化される。浄化装置３７で清浄化されたガスはグレート還元炉４の着火用バーナ２１および酸素濃度制御用バーナ２２に供給され、燃料として使用される。
【００３３】
次に、この溶銑製造装置による溶銑製造方法を説明する。まず、ペレタイザー１により、酸化鉄の粉体と石炭粉とを混合してペレット２を製造する。ペレット２の製造に際しては、必要に応じて、ベントナイト等の粘結剤や、石炭石粉等のフラックス剤の粉体を混合することも可能である。このペレット２を塊成物装入装置３によってグレート還元炉４に搬送し、原料供給部１７から装入してグレート７上に層状に積載する。なお、この実施の形態では、グレート７上に積載されたペレット２の層（以下、ペレット層２Ａという）の層高は約３００ｍｍとする。
【００３４】
グレート７上のペレット層２Ａは、水平面内を回転移動するグレート７の上に載ったまま、先ず乾燥室１８に入る。乾燥室１８にはアフターバーナ室２３およびレキュペレータ２４を介して２００〜２５０゜Ｃの温風が供給されており、この温風によってペレット層２Ａは乾燥処理される。
次いで、ペレット層２Ａはグレート７の回転移動に伴い着火室１９に移動し、着火室１９においてペレット層２Ａの上層部が着火用バーナ２１により着火される。なお、この実施の形態では、ペレット層２Ａにおいて着火用バーナ２１により着火される着火層の層高は層上端から約２０ｍｍとした。この層上端から層高約２０ｍｍの着火層は、約１１５０゜Ｃの高温に加熱される。
【００３５】
次いで、着火層が高温に加熱されたペレット層２Ａは、グレート７の回転移動に伴い予備還元室２０に移動する。
予備還元室２０における上流部分では、酸素ガスを含有する高温の燃焼ガスが所定の雰囲気を形成していて、この燃焼ガスがペレット層２Ａを下向きに通過する。なお、酸素濃度制御用バーナ２２の燃焼を制御することにより、予備還元室２０の上流部分における前記燃焼ガスの温度を約１０００゜Ｃに制御するとともに、前記燃焼ガス中の酸素濃度を５〜１５％に制御する。
【００３６】
このように温度および酸素濃度を制御された燃焼ガスがペレット層２Ａのペレット２と接触することにより、ペレット２の表面では、対流による伝熱に加えて、燃焼ガス中の酸素がペレット２内の炭材と反応することにより発熱してペレット２内に熱を伝える。この熱付与によりペレット２の内部では、次の（１）式のように酸化鉄の還元反応（吸熱反応）が生じ、ペレット２の表面では酸化、ペレット２の内部では還元の両反応が進行して、ペレット全体としては総じて還元反応が勝って還元が進行する。
Ｆｅ2Ｏ3 ＋ ｍＣ → ２Ｆｅ ＋ （２ｍ−３）ＣＯ ＋ （３−ｍ）ＣＯ2
・・・（１）式
このペレット２における酸化・還元反応は、ペレット層２を通過する燃焼ガスの酸素濃度が極めて重要なファクタとなり、したがって、燃焼ガス中の酸素濃度の制御が極めて重要である。
【００３７】
また、ペレット２における酸化・還元反応は、ペレット層２Ａが予備還元室２０の上流側から下流側へ移動するにしたがってペレット層２Ａの上層部側から下層部へと順次進行する。したがって、最下層部のペレット２は自身が前記酸化・還元反応する以前に、上層のペレット２の前記酸化・還元反応により加熱された燃焼ガスが流通することにより予熱されることになる。そのため、予備還元室２０の上流部分における燃焼ガスの雰囲気をその全域において同一条件にすると、最下層のペレット２が酸化・還元反応した際に高温になり過ぎて溶融し、グレート７に付着してグレート７の孔を塞いでしまう虞がある。そこで、この実施の形態では、そのような不具合が生じないように、予備還元室２０の上流部分の雰囲気を、下流側に進むにしたがって燃焼ガスの酸素濃度が少なくなるように、酸素濃度制御用バーナ２２の燃焼をバーナ２２毎に制御している。
【００３８】
このようにして、グレート７上のペレット２は還元率として約７０％程度の予備還元ペレット２Ｂとなり、グレート７の回転移動に伴って予備還元室２０の終端部近くまで移動する。予備還元室２０の終端部近傍では、レキュペレータ２４により約５００゜Ｃに加熱された空気が、ウィンドボックス５の第４室５ｄからグレート７を通って予備還元ペレット２Ｂの層を下から上に流れる。すると、約５００゜Ｃの加熱空気が予備還元ペレット２Ｂの層内を通過することにより、約７０％の還元率に予備還元された予備還元ペレット２Ｂが再度若干酸化して発熱し、約１２００゜Ｃに加熱される。この際、予備還元ペレット２Ｂは再度酸化されるため還元率が約６５％まで低下するが、予備還元ペレット２Ｂは約２００゜Ｃも加熱されるので、次工程の溶融還元工程での反応を促進することとなる。
【００３９】
そして、予備還元ペレット２Ｂの層を下から上に通過した空気は、予備還元ペレット２Ｂにおける再度の酸化反応により加熱され、予備還元室２０の上流部分に設けられた酸素濃度制御用バーナ２２の燃焼により形成される燃焼ガスと混合し、高温（約１０００゜Ｃ）の所定酸素濃度の燃焼雰囲気ガスを形成し、再び予備還元室２０内のペレット層２Ａのペレット２の加熱・還元反応に供される。
【００４０】
ところで、このグレート還元炉４におけるペレット２の予備還元には、予備還元室２０における燃焼ガス中の酸素濃度の制御が極めて重要であることは前述したとおりである。しかして、このグレート還元炉４は、ウィンドボックス５とグレート７との連結部、およびフード６とグレート７との連結部が、水封プール１１，１３による水封で気密シールされているので、極めて気密性が高く、ペレット層２Ａを積載させたグレート７を大気から遮断した状態で水平循環させることができる構造になっている。したがって、気密空間１５やウィンドボックス５に大気が流入することがなく、逆にウィンドボックス５や気密空間１５内のガスが外部に漏洩することがないので、予備還元室２０内においてペレット層２Ａを通過する燃焼ガスの成分（特に酸素濃度）および燃焼ガス温度を正確に制御することができる。その結果、ペレット２を所望の還元率に還元させることができるだけでなく、最下層のペレット２が溶融してグレート７に溶着するのを防止することもできる。また、ウィンドボックス５および気密空間１５内のガスが外部に漏洩しないので、作業環境の向上に寄与することができる。
【００４１】
また、グレート還元炉４により予備還元された予備還元ペレット２Ｂは、内部は還元が進行しているが表面部は再度の酸化によりＦｅ2Ｏ3の形態になっており、つまり、所定の還元率（５０〜７０％）を保持しながら、表面が強度の高いＦｅ2Ｏ3で覆われた形態をなしているので、予備還元ペレット２Ｂは粉化しにくく、ほぼ１００％に近い非常に高い歩留まりで予備還元ペレット２Ｂを生成することができる。なお、ここで、グレート還元炉４における予備還元の還元率を５０〜７０％に設定した理由は、後工程の溶融還元炉２７が、装入される予備還元鉄の還元率が５０〜６０％あれば、充分に仕上げ還元と溶融精錬を行う能力を有していることによる。
【００４２】
さらに、グレート７上には前述の如くペレット２を約３００ｍｍ厚さに積載することができ、これは従来の回転床式還元炉の場合と比べると約１０倍以上も一度に載荷できることになるので、グレート単位面積当たりの生産性が成品歩留まりも考慮すると、約１０倍以上にもなる。したがって、予備還元炉（グレート還元炉４）のコンパクト化を図ることができ、大変に経済的である。
【００４３】
このようにして約６５％の還元率に予備還元され、約１２００゜Ｃの高温に加熱された予備還元ペレット２Ｂは、排出部４２においてグレート７が傾転することによってシュート２６に排出され、そのままの状態で溶融還元炉２７に装入される。つまり、グレート還元炉４で予備還元された予備還元ペレット２Ｂは冷却処理されることなく次工程の溶融還元炉２７に装入される。したがって、熱損失が少なく、省エネルギ化を図ることができる。
【００４４】
そして、溶融還元炉２７には、予備還元ペレット２Ｂの装入と同時に、還元剤及び燃料となる石炭と石灰等のフラックス剤が燃料装入装置３０により炉上部から装入され、酸素ガスがランス３１より吹き込まれる。炉内に吹込まれた酸素ガスは、スラグ層４１に巻き込まれる形で、石炭をＣＯまで燃焼させると同時に、予備還元ペレット２Ｂを金属Ｆｅまでに還元し、且つ溶融して溶銑浴４０を形成する。
【００４５】
溶銑が溶融還元炉２７内に所定量蓄積されると、炉内の溶銑は出銑口３３から間欠的に溶銑鍋３４に抽出され、後工程の製鋼工程に送られる。溶融還元炉２７は安価な石炭を燃料としているので、ランニングコストを低減することができる。
尚、この発明は前述した実施の形態に限られるものではない。例えば、酸化鉄原料用塊成物はペレット状に限るものではなく、ブリケット状であってもよい。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載した発明によれば、無端グレートに酸化鉄原料用塊成物を多層に積層しても酸化鉄原料用塊成物を所望の還元率（例えば、５０〜７０％）に還元した後に溶融還元炉に装入することができるので、歩留まりが向上し、生産性が向上するという優れた効果が奏される。
【００４７】
請求項２または請求項３に記載した発明によれば、水平循環グレート還元炉の無端グレート上に酸化鉄原料用塊成物を多層に積層することができ、水平循環グレート還元炉で酸化鉄原料用塊成物を所望の還元率（例えば、５０〜７０％）に還元した後に、溶融溶融還元炉に装入することができるので、歩留まりが向上し、生産性が向上するという優れた効果が奏される。また、予備還元炉の小型化を図ることができて経済的であるという効果もある。
【００４８】
請求項４に記載した発明によれば、気密空間の気密性が高まり、気密空間内の酸素濃度制御が正確にできるようになるので、水平循環グレート還元炉における予備還元の還元率を所望の還元率に正確に制御することが可能になるという優れた効果が奏される。また、気密空間内のガスが外部に漏れないので、作業環境の悪化を防止できるという効果もある。
【００４９】
請求項５に記載した発明によれば、溶融還元炉による仕上げ還元が確実にできるようになるとともに、生産性、経済性が向上するという効果がある。
請求項６に記載した発明によれば、省エネルギ化が可能という効果がある。
請求項７に記載した発明によれば、ランニングコストを低減することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明に係る溶銑製造装置の一実施の形態における全体システム図である。
【図２】  前記実施の形態に使用される水平循環グレート還元炉の斜視図である。
【図３】  図２のIII−III断面図である。
【図４】  従来の溶銑製造装置の一例を示す図である。
【図５】  従来の溶銑製造装置の別の例を示す図である。
【図６】  図５のVI−VI断面図である。
【符号の説明】
２・・・ペレット（酸化鉄原料用塊成物）
４・・・グレート還元炉（水平循環グレート還元炉）
６・・・フード
７・・・グレート（無端グレート）
１１・・・水封プール（水封装置）
１２・・・シール壁（水封装置）
１５・・・気密空間
１７・・・原料供給部
２１・・・着火用バーナ（着火手段）
２２・・・酸素濃度制御用バーナ（酸素濃度制御手段）
２７・・・溶融還元炉
４２・・・排出部
【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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