CN101300366A - 烧结矿的制造方法和烧结机 - Google Patents

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Abstract

提供一种制造烧结矿的方法和以具有气体燃料供给装置作为特征的烧结机，在该方法中，从堆积在烧结机的台车上的烧结原料的装入层的上部供给各种气体燃料而制造烧结矿，作为从台车上的上述装入层的上部供给的气体燃料，使用稀释至燃烧下限浓度以下的气体燃料，在供给该气体燃料而进行烧结时，对其供给的位置、装入层最高到达温度或高温区域保持时间中的任意一个以上进行调整。

Description

烧结矿的制造方法和烧结机
技术领域
本发明涉及使用下方吸引式的德怀特-劳埃德式(DL)烧结机制造高炉原料用烧结矿的方法和在该方法中使用的烧结机。
背景技术
作为高炉制铁法的主要原料的烧结矿，一般经由如图1所示的工序来制造。原料为铁矿石粉、炼铁厂内回收粉、烧结矿筛下粉、石灰石及白云石等含CaO的原料、生石灰等造粒辅助剂、焦炭粉、无烟煤等。石灰石及白云石等含CaO的原料，以下称作“CaO类辅助材料”。上述原料从各加料斗1…，以规定的比例切出到输送机上。被切出的原料，通过滚筒式搅拌机2等加入适量水的同时混合，接着进行造粒，形成作为具有3.0～6.0mm的平均粒径的模拟粒子的烧结原料。所形成的烧结原料，在回转炉3进行干燥。干燥后的烧结原料，从配置在烧结机上的缓冲料斗4、5通过鼓式给料机6和切出料槽7，装入环形移动式的烧结机台车8上，由此形成还被称作烧结床的装入层9。装入层的厚度(高度)为400～800mm左右。然后，通过设在装入层9上方的点火炉10，对该装入层中的炭材料进行点火。通过配置于台车8下侧的风箱11向下方吸引，该装入层中的炭材料依次燃烧，通过此时产生的燃烧热，上述烧结原料燃烧、熔融而产生烧结块。然后，所得到的烧结块进行粉碎后整粒，作为由5.0mm以上的块状物构成的成品烧结矿而被回收。
在上述制造工艺中，首先，通过点火炉10在装入层的表面进行点火。装入层中的炭材料，通过从该装入层的顶部向下层部吸引的吸引气体的作用燃烧，并且该燃烧随着台车8的移动依次向下层且前方进行。该燃烧进行的同时，该装入层中的烧结原料粒子的水分，被吸引到由在炭材料的燃烧中产生的热蒸发的水分的下方，在温度尚未上升的下层的湿润区域的烧结原料中浓缩。该水分浓度大至一定程度以上时，由于水分填埋作为吸引气体的流路的原料粒子之间的空隙，因而增加通气阻力。另外，进行烧结化反应所需的熔融的部分，其通气阻力也变高。
烧结矿的生产量(t/hr)，一般通过烧结生产率(t/hr·m2)×烧结机面积(m2)来决定。即，生产量因烧结机的机宽、机长、原料堆积层的厚度(装入层厚度)、烧结原料的体积密度、烧结(燃烧)时间、成品率等发生变化。为了使该烧结矿的生产量增加，认为改善装入层的通气性(压力损失)来缩短烧结时间的方法、或通过使粉碎前的烧结块的低温强度提高而使成品率提高的方法等有效。
图2是表示装入层内的压力损失和温度的分布的图表。图2的温度分布曲线表示在装入层中移动的燃烧(火焰)前线位于该装入层的厚度方向的台车上的约400mm位置的时刻。此时的压力损失分布，在湿润区域中大约为60％，在燃烧熔融带中大约为40％。
图3用于表示烧结矿的高生产时和低生产时的装入层内的温度分布。保持原料粒子开始熔融的1200℃以上温度的高温区域保持时间，在低生产情况下可用t1表示，在重视生产率的高生产的情况下可用t2表示。高生产的情况下需要提高台车速度，高温区域保持时间t2比低生产时的高温区域保持时间t1短。由于在高温保持的时间变短，因而烧成不足而导致烧结矿的低温强度的降低，成品率降低。因此，为了提高高强度烧结矿的生产量，考虑通过什么方法来有效提高烧结块的强度，即烧结矿的低温强度而维持并提高成品率。其中，在烧结矿低温强度中使用SI(落下指数)、TI(转鼓指数)。
图4(a)表示在烧结机台车上的装入层进行烧结的原理，图4(b)表示装入层内的烧结过程的温度分布(加热曲线)，图4(c)表示烧结块的成品率分布。从图4(b)可知，装入层上部(烧结层)比下层部温度难以上升，高温区域保持时间变短。因此，在该装入层上部燃烧熔融反应(烧结化反应)变得不充分，如图4(c)所示，由于烧结块的强度降低而不能提高成品率，有生产率降低的趋势。
以往，公开有在装入层上部保持高温的方法。
日本特开昭48-18102号公报公开了在经点火炉后马上吹入高浓度的可燃性气体的技术。吹入可燃性气体时，由于不减少炭材料量，因而烧结层内成为超过1380℃的高温，不能得到充分的低温强度的提高、成品率增加的改善效果。并且，在经点火炉后马上吹入0分钟～2分钟可燃性气体时，点燃可燃性气体而引起大火灾的危险提高，该技术因为缺乏现实性而难以实用。
并且，日本特开昭55-18585号公报公开了下述技术：为了使烧结原料的装入层内成为高温，在该装入层上配置风斗，通过该风斗在点火炉后的位置吹入空气、与焦炉气的混合气体。烧结层内的温度成为超过1350℃的高温，不能得到该吹入效果，并且可燃性混合气体起火而存在大火灾的危险，不实用。
并且，日本特开平5-311257号公报公开了在点火炉后的位置同时吹入低熔点熔剂和炭材料、可燃性气体的方法。该方法也由于在表面残留火焰的状态下吹入可燃性气体，因而导致大火灾的危险高，同时烧结区域的宽度不能充分变厚(约15mm以下)，从而不能充分发挥效果。并且，由于多存在低熔点熔剂，因而在上层部中，引起过剩的熔融现象而堵塞作为空气流路的气孔。由于使通气性恶化，导致生产率的降低，从而该技术也到目前为止还未被实用。
如上所述，至此公开的现有技术，都不实用，从而盼望探索出经济上成立的吹入条件。
烧结矿的质量调整中重要的是，燃烧时的最高到达温度、高温区域保持时间等的调整，通过这些调整来决定烧结矿质量。关于这方面，日本特开昭48-18102号公报技术的方法是使气体燃料在装入层的表面燃烧，由此提高烧结工序的前半部分的该装入层上部温度的技术。但是，在该方法中，存在下述问题：气体燃料的浓度不足，因此有可能维持燃烧的空气(氧)量不足，导致烧结原料的炭材料(焦炭)的燃烧降低，不能改善烧结矿质量。并且，日本特开昭55-18585号公报记载的方法，虽然是设置风斗来供给燃烧用空气和可燃性气体，从而得到进一步的高温的方法，但该方法也导致热量不足。即，该方法情况下，由于在高温区域中焦炭燃烧所需的氧消耗在吹入的可燃性气体的燃烧中，因而存在焦炭的燃烧迟缓而烧结时间延长的问题。
并且，日本特开平5-311257号公报记载的方法，虽然由于增加空气(氧)量的同时混合低熔点熔剂、炭材料，能够提高可燃性气体和焦炭的燃烧速度，但由于同时吹入低熔点熔剂和粉体，因而存在燃烧用空气的通气性降低的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供在下方吸引式烧结机的作业中，不使装入层整体的通气性恶化而能够以高成品率制造高强度的烧结矿的方法以及用于实施该方法的烧结机。
为了达成上述目的，本发明提供具有以下工序的烧结矿的制造方法。
装入工序，在循环移动的台车上装入包含粉矿石和炭材料的烧结原料，从而在台车上形成包含炭材料的装入层；
点火工序，在点火炉中对装入层表面的炭材料进行点火；
烧成工序，通过配置在台车下的风箱吸引空气，使装入层中的炭材料燃烧，通过产生的燃烧热来生成烧结块；和
气体燃料燃烧工序，从装入层的上部供给稀释至燃烧下限浓度以下的气体燃料，使上述气体燃料在装入层内燃烧。
上述气体燃料燃烧工序中，优选的是，从装入层的上部供给稀释至燃烧下限浓度以下的气体燃料，使上述气体燃料在装入层内燃烧，调整装入层内的最高到达温度或装入层内的高温区域保持时间或装入层内的最高到达温度和高温区域保持时间。
优选的是，以下述方式实施上述装入层内的最高到达温度的调整。
(A)从装入层的上部供给稀释至燃烧下限浓度以下的气体燃料，调整装入层内的最高到达温度。
(B)从装入层的上部供给稀释至燃烧下限浓度以下的气体燃料，并且通过调整烧结原料中的炭材料量来调整装入层内的最高到达温度。
(C)从装入层的上部供给稀释至燃烧下限浓度以下的气体燃料，调整气体燃料的供给量，调整最高到达温度。
(D)从装入层的上部供给稀释至燃烧下限浓度以下的气体燃料，通过调整烧结原料中的炭材料量和气体燃料的供给量，调整上述最高到达温度。
在上述(A)至(E)中，优选的是，将上述最高到达温度调整为1205～1350℃。
优选的是，以下述方式实施上述装入层内的高温区域保持时间的调整。
(a)从装入层的上部供给稀释至燃烧下限浓度以下的气体燃料，调整装入层内的高温区域保持时间。
(b)从装入层的上部供给稀释至燃烧下限浓度以下的气体燃料，根据烧结原料中的炭材料量调整上述气体燃料的浓度，调整装入层内的高温区域保持时间。
并且，上述气体燃料燃烧工序中，优选的是，以下述方式调整燃烧/熔融带的形态：
(A)从装入层的上部供给稀释至燃烧下限浓度以下的气体燃料，调整燃烧/熔融带的形态。
(B)从装入层的上部供给稀释至燃烧下限浓度以下的气体燃料，延长燃烧/熔融带的高温保持时间而调整烧结矿的低温强度。
(C)从装入层的上部供给稀释至燃烧下限浓度以下的气体燃料，在其至少一部分未燃烧的状态下到达上述装入层中的燃烧/熔融带，由此调整燃烧/熔融带的形态。进而优选的是，调节燃烧/熔融带高度方向的厚度和/或台车移动方向上的宽度。
并且，优选的是，关于气体燃料的供给位置以下述方式实施上述气体燃料燃烧工序。
(a)从装入层的上部供给稀释至燃烧下限浓度以下的气体燃料，使上述气体燃料在装入层内燃烧，并且调整向装入层内供给上述气体燃料的位置。
(b)在点火炉以后的位置，从装入层的上部供给稀释至燃烧下限浓度以下的气体燃料，使上述气体燃料在装入层内燃烧。
(c)在燃烧/熔融带的厚度为15mm以上的区域供给稀释至燃烧下限浓度以下的气体燃料，使上述气体燃料在装入层内燃烧。
(d)在燃料前线到达表层下的100mm的位置以下供给稀释至燃烧下限浓度以下的气体燃料，使上述气体燃料在装入层内燃烧。优选的是，在燃料前线到达表层下的200mm的位置以下供给具有燃烧下限以下的浓度的气体燃料。
(e)在该装入层的两侧壁附近供给稀释至燃烧下限浓度以下的气体燃料，使上述气体燃料在装入层内燃烧。
(f)在烧结机长度方向上从装入层的上部供给稀释至燃烧下限浓度以下的气体燃料，使上述气体燃料在装入层内燃烧，调整烧结矿的低温强度。
上述气体燃料优选为稀释至燃烧下限浓度的75％以下、2％以上的浓度的可燃性气体。进而优选的是，稀释至燃烧下限浓度的60％以下、2％以上的浓度的可燃性气体，更优选的是，稀释至燃烧下限浓度的25％以下、2％以上的浓度的可燃性气体。
上述气体燃料，优选为选自由高炉气、焦炉气、高炉-焦炉混合气体、丙烷气体、天然气和甲烷气体组成的组中的至少一种气体。
并且，本发明提供下述烧结机：具有循环移动的台车、配置于上述台车的下方的吸引用风箱、用于在台车上供给烧结原料的原料供给装置和用于对烧结原料中的炭材料进行点火的点火炉，其特征在于，在上述点火炉的下游侧配置气体燃料供给装置，其用于从装入层上方向该装入层中吹入稀释至燃烧下限浓度以下的浓度的气体燃料。
上述气体燃料供给装置，优选的是，在点火炉下游侧的烧结机的机长方向上至少配置一个以上。
上述气体燃料供给装置，进而优选的是，配置于台车行进方向上从燃烧前线进行到表层下的阶段至烧结结束之间的位置上。
并且优选的是，上述气体燃料供给装置配置于侧壁附近。
附图说明
图1是烧结工艺的说明图。
图2是烧结层内的压力损失和温度分布的图表。
图3是高生产时和低生产时的温度分布的图表。
图4是烧结机内的温度分布和成品率分布的图表。
图5是基于本发明的气体燃料吹入工艺的说明图。
图6是表示用于表示本发明方法的实验结果的试验锅内燃烧熔融带的推移的图(照片)。
图7是关于烧结锅试验结果的比较图表。
图8是说明气体燃料的燃烧极限的计算方法的图。
图9是表示燃烧的温度依赖性的说明图。
图10是表示吹入气体燃料时的气体种类的影响的图。
图11是表示吹入气体浓度与落下强度、成品率、烧结时间、生产的关系的说明图。
图12是烧结反应的示意图。
图13是骨状晶体二次赤铁矿的生成过程的示意图图表。
图14是吹入稀释丙烷时的燃烧极限的观察图(照片)。
图15是表示吹入位置的影响的图。
图16是表示吹入位置的影响的图。
图17是烧结时的层内温度分布的说明图。
图18是验证吹入位置的影响的结果的说明图。
图19是吹入稀释丙烷时的装入层温度(a)、废气温度(b)、通过风量(c)、废气组成(d)的历时变化的图表。
图20是吹入丙烷时和仅焦炭增量时的装入层内温度(a)、(a’)、废气温度(b)、(b’)的历时变化的图表。
图21是表示各种吹入条件下的烧结特性试验结果的图表。
图22是表示各种吹入条件下的矿物组成比例的变化的比较图表。
图23是表示成品烧结矿的表观比重的变化的图表。
图24是成品烧结矿中的0.5mm以下的气孔直径变化图表。
图25是仅使用焦炭时(a)和吹入气体时(b)的烧结变化的示意图。
图26是吹入稀释丙烷时的气孔构造的示意图。
图27是可维持低温强度的极限焦炭比的把握实验结果的图表。
图28是表示实施例1的结果的图(照片)。
图29是表示实施例2的结果的图(照片)。
上述图1至图29中的参照标号如下：
1原料加料斗、2滚筒式搅拌机、3回转炉、4、5缓冲料斗、6鼓式给料机、7切出料槽、8台车、9装入层、10点火炉、11风箱、12气体燃料供给装置
具体实施方式
本发明的烧结矿的制造方法具有装入工序、点火工序、烧成工序和气体燃料燃烧工序。上述装入工序中，在循环移动的台车上装入包含粉矿石和炭材料的烧结原料，从而在台车上形成包含炭材料的装入层。上述点火工序中，在点火炉中对装入层表面的炭材料进行点火。上述烧成工序中，通过配置在台车下的风箱吸引空气，使装入层中的炭材料燃烧，通过产生的燃烧热来生成烧结块。上述气体燃料燃烧工序中，从装入层的上部供给稀释至燃烧下限浓度以下的气体燃料，使上述气体燃料在装入层内燃烧。该气体燃料燃烧工序是本发明的特征之一。
在上述气体燃料燃烧工序中，作为上述气体燃料，优选使用燃烧成分的含有浓度稀释至大气中常温时的燃烧下限浓度以下的75％以下的可燃性气体。作为上述气体燃料，进而优选使用稀释至60％以下的可燃性气体，更优选使用稀释至25％以下浓度的可燃性气体。优选使用稀释至燃烧下限浓度以下的75％以下的可燃性气体的理由有如下二条：
(a)向装入层上部供给上述气体燃料时，由于偶尔导致爆炸性的燃烧，因而至少在常温时，使其为即使有火种也不燃烧的状态。
(b)在即使在烧结机上(装入层中)没有完全燃烧，以未燃烧的状态下到达位于烧结机下游侧的电集尘器，在电集尘器的放电下也没有燃烧可能性的状态下，即在燃烧下限浓度以下的条件进行。
另外，如后文所述，该气体燃料的浓度必须使用以避免导致烧结原料中的总炭材料(固体燃料+气体燃料)的燃烧所必要的空气(氧)的不足而引起燃烧不足的方式稀释后的浓度。上述气体燃料优选为稀释至燃烧下限浓度2％以上的浓度的可燃性气体。如果是2％以上的浓度，则可进一步改善烧结矿的强度的成品率。并且，气体燃料根据炭材料量(固体燃料)来调整其浓度。并且，如后文所述，气体燃料，通过对其进行稀释，能够调整装入层中的规定区域位置处的燃烧。
在本发明的烧结矿的制造方法中，对该装入层中的炭材料进行点火后，向装入层供给稀释后的气体燃料。即使在刚点火后的位置供给稀释气体燃料，也仅在表层上引起燃烧，不会对烧结层产生任何影响。优选的是，在装入层上部烧结原料烧成而形成烧结块层后，向装入层供给稀释后的气体燃料。稀释后的气体燃料的供给可在任意位置上进行，只要形成烧结块层即可。在形成烧结块层后进行稀释后的气体燃料供给的理由如下：
(a)在装入层的上部尚未产生烧结块的状态下进行该气体燃料的供给时，有在该装入层上引起爆炸性的燃烧的危险。
(b)气体燃料的供给以需要提高成品率的部分作为对象。即，向要提高烧结矿强度的部分供给才有效。
为了调整装入层最高到达温度或高温区域保持时间中的任一个，优选的是，在上述燃烧/熔融带的厚度至少为15mm以上，优选为20mm以上，进而优选为30mm以上的条件下进行稀释气体燃料的供给。不足15mm时，伴随通过烧结层(烧结块)吸引的大气(大气与气体燃料的混合气体)引起的冷却，即使供给气体燃料也不能扩大燃烧/熔融带的厚度，气体燃料供给的效果变得不充分。在上述燃烧/熔融带的厚度为15mm以上，优选为20mm以上，进而优选为30mm以上的阶段稀释上述气体燃料而供给时，燃烧/熔融带的厚度扩大得较大，高温区域保持时间延长。
另外，上述燃烧/熔融带的厚度的确认，例如可使用透明石英制窗、竖型管状的试验锅确认，有助于确定上述稀释气体燃料的供给位置。
并且优选的是，在燃烧前线下降至表层下，燃烧/熔融带在从表层下降100mm以上，优选下降200mm以上的位置供给上述稀释后的气体燃料。即，优选的是，以中、下层部区域作为对象供给稀释后的气体燃料。例如，供给稀释气体燃料，以使稀释气体燃料在上述装入层中产生烧结块后的装入层中的中、下层部，即燃烧前线从表层移动100mm的阶段(使得未燃烧而直接到达该区域)开始燃烧。其原因在于，如果是下降至100mm以上的位置，则可减轻伴随通过烧结层吸引的大气引起的冷却的影响，伴随燃烧/熔融带的厚度扩大。进而优选为200mm以上时，伴随大气引起的冷却的影响消除，燃烧/熔融带的厚度扩大至30mm以上。并且优选的是，在成品率显著降低的侧壁附近的宽度方向(与台车行进方向垂直的方向)的两端部进行该供给。
另外，气体燃料供给装置，虽然因烧结机的规模而不同，但例如在气体燃料供给量为1000～5000m3(标准)/h、大约1.5万t/日-机长90m的烧结机的规模中，优选配置在点火炉的下游侧的约5m以下的位置上。
在本发明的制造方法中，上述稀释气体燃料的供给位置，优选位于在台车移动方向上的点火炉出口侧产生烧结块后的、所谓燃烧前线行进至表层下的位置(例如，在表层下100mm以上，优选为大约200mm左右以下气体燃料的燃烧发生的位置)至烧结结束为止之间的一处以上的任意位置上进行。即，这意味着如上所述，在燃烧前线转移至装入层的表层下的阶段开始供给该气体燃料，这意味着由于在气体燃料的燃烧在装入层的内部发生，然后依次向更下层转移，因而不可能爆炸，可进行安全的烧结作业。
在本发明的制造方法中，向装入层中供给稀释气体燃料还意味着促进产生的烧结块的再加热。即，由于高温区域保持时间原来较短而容易造成热不足，因而通过相对于烧结矿的低温强度较低的烧结块，向该部分供给与供给固体燃料相比反应性较高的气体燃料，该气体燃料的供给还具有实现燃烧/熔融带的再生-扩大，从弥补容易不足的该部分的燃烧热的作用。
并且，在本发明的烧结矿的制造方法中，优选的是以如下方式进行供给：使从点火后的装入层上部供给的上述气体燃料的至少一部分在未燃烧的状态下吸引(导入)至燃烧/熔融带，在目标位置燃烧。这是因为认为气体燃料的供给，即向装入层中的吹入的效果不仅在装入层上部，还波及到作为厚度方向中央部的燃烧/熔融带时更有效。这是因为，气体燃料的供给在容易引起热不足(高温区域保持时间的不足)的装入层的上层部进行时，能够提供充分的燃烧热，可改善该部分的品质(烧结强度)。气体燃料供给作用波及到中层部以下的区域时，等同于在原来的燃烧/熔融带上形成再燃烧/熔融带，有助于该带域的上下方向的宽度扩大，无需提高最高到达温度而能够延长高温区域保持时间，不降低台车速度地实现充分的烧结。其结果，引起装入层整体的烧结块的品质改善(低温强度提高)，进而有助于提高成品烧结矿的品质(低温强度)和生产率。
在本发明中，上述稀释气体燃料的供给，从该供给的作用、效果波及到装入层中的何处的观点出发，在调整该供给位置的方面有第一特征，并且在供给该燃料的同时，对于装入层内的最高到达温度、高温区域保持时间在热量一定的基准下根据固体燃料的量调整为何种程度的方面有第二特征。
因此，在本发明中，优选的是，向装入层中供给上述稀释气体燃料时，不仅调整其供给位置，还调整燃烧/熔融带本身的形态，以及燃烧/熔融带中的最高到达温度和/或高温区域保持时间。
一般，点火后的装入层，随着台车的移动燃烧(火焰)前线依次向下方且前方(下游侧)扩大的过程中，燃烧/熔融带的位置如图4(a)所示地发生变化。然后，如图4(b)所示，在烧结层内的烧结过程中受到的热过程在上层、中层、下层不同，如图所示，在上层至下层之间，高温区域保持时间(约1200℃以上)变化较大。其结果，烧结层成为如图4(c)所示的成品率分布。即，成为在表层部(上层)的成品率较低，在中层、下层方向较高的成品率分布。因此，根据本发明方法，供给上述气体燃料时，燃烧/熔融带在上下方向的厚度、范围等扩大的方向上发生变化，其反映在成品烧结矿的品质的提高上。高成品率分布的中层、下层，由于可进而调整高温区域保持时间，因而能够进而提高成品率。
通过调整上述气体燃料的供给位置，可调整燃烧/熔融带的形态，即该区域的高度方向和/或台车移动方向上的宽度，并且有助于调整最高到达温度、高温区域保持时间。这些调整进一步提高本发明的效果，通过燃烧/熔融带的上下方向的厚度的扩大、以及最高到达温度、高温区域保持时间的调整，始终得到充分的烧成，可有效地帮助提高成品烧结矿的低温强度。
并且，在本发明中，也可以说为了调整成品烧结矿整体的低温强度而向装入层中供给上述气体燃料。关于这方面，吹入该气体燃料的原来目的就是为了提高烧结块乃至烧结矿的低温强度，特别是，通过气体燃料供给位置调整、烧结原料停留于燃烧/熔融带上的时间等的高温区域保持时间的调整、最高到达温度的调整，使烧结矿的低温强度(落下指数SI)在75以上～85％左右，优选为80％以上，进而优选为90％以上。
该强度级别，在本发明的情况下，优选在考虑的烧结原料中的炭材料量(使投入热量一定的条件下)的基础上，能够特别地通过调整上述气体燃料的浓度、供给量、吹入位置、吹入的范围来廉价地达成。另外，提高烧结矿的低温强度时，虽然一方面可能导致通气阻力的增大和生产率的降低，但在本发明中，在通过调整最高到达温度、高温区域保持时间而消除上述问题的基础上，提高烧结矿的低温强度。另外，上述低温强度SI，在通过实际烧结机制造的烧结矿的情况下，表示比锅试验值高10％～15％的SI值。
在本发明的制造方法中，台车移动方向上的上述气体燃料的供给位置的调整，以在装入层中产生的烧结块至湿润区域之间的任意区域的烧结矿的低温强度如何作为基准。为了进行该调整，在本发明中，优选根据烧结原料中的炭材料量(固体燃料)调整气体燃料供给装置的规模(大小)、数量、位置(距点火炉的距离)、气体浓度，不只是主要调整燃烧/熔融带的大小(上下方向及台车移动方向的宽度)，还调整高温到达温度、高温区域保持时间，由此调整在装入层中产生的烧结块的强度。
在本发明的上述制造方法中，作为气体燃料优选使用高炉气、焦炉气、高炉-焦炉混合气体、丙烷气体、天然气或甲烷或它们的混合气体中的任意一种。它们都含有燃烧成分，将它们在空气等中稀释而用作燃烧下限浓度的75％左右以下的浓度的气体燃料。另外，气体燃料的稀释，除了空气以外，可以利用不活泼气体进行稀释，也可以利用不活泼气体和氧、不活泼气体和空气、空气和氧的组合进行稀释。
并且，实施本发明的烧结矿的制造方法时，使用下方吸引式DL烧结机，其在载置烧结原料的装入层而循环移动的台车下配置吸引用风箱，在该台车上设有原料供给装置，在该装置的台车行进方向下游侧设有点火炉，其中，在上述点火炉的下游侧配置气体燃料供给装置，其用于从装入层上方向该装入层中吹入稀释至燃烧下限浓度以下的浓度的气体燃料。
在本发明中，优选的是，上述气体燃料供给装置配置为，沿着烧结机的宽度方向跨越台车的两侧壁。上述气体燃料供给装置，优选如下构成：配置供给稀释后的气体燃料的吹入风斗，或在吹入风斗内配置以板状排列设置狭缝状的吹入喷嘴而成的气体燃料或稀释后的气体燃料的供给吹入管。
另外优选的是，在点火炉的下游侧、且在燃烧熔融带在装入层中行进的过程中的台车行进方向上的任意一个位置上配置一个以上的上述气体燃料供给装置，并在向装入层中的碳材料进行点火后的位置进行上述气体燃料向装入层中的供给。即，在点火炉的下游侧、燃烧前线行进至表层下以后的任意位置上配置有1个至多个该装置，从调整成品烧结矿的目标低温强度的观点出发，调整大小、位置、数量。并且优选的是，在两侧壁附近的低成品率部的位置配置该气体燃料供给装置，上述气体燃料，使用稀释至燃烧下限浓度的75％以下、2％以上的浓度的可燃性气体，进而优选使用稀释至燃烧下限浓度的60％以下、2％以上的浓度的可燃性气体。
根据以上说明的本发明，在下方吸引式烧结机的作业中，从装入层的上方，使用稀释后的气体燃料在装入层内的目标位置使其燃烧，并且在这种情况下，通过调整稀释气体燃料的供给位置、燃烧时的最高到达温度、高温区域保持时间，可以进行不仅提高容易燃烧不足、烧结矿的低温强度的容易降低的装入层上部，而且装入层的中层以下的任意部分的烧结矿强度的作业也被提高的操作。并且，在本发明中，由于能够不使装入层整体的通气性恶化，而可特别通过燃烧/熔融带的反应，例如该区域的上下方向的厚度、台车移动方向上的宽度的调整，来调整任意位置上的烧结块的强度，因而能够成品率良好且确保高生产率而制造烧结矿整体的低温强度高的成品烧结矿。使用本发明的烧结机，能够稳定地进行这种烧结机的作业。
图5表示本发明的烧结矿的制造装置的一实施方式。本发明不只限定于该例示的方式。用于吹入高炉气和焦炉气的混合气体(M气体)等气体燃料的气体燃料供给装置(风斗)12，在与点火炉10的台车移动方向的下游侧相对应的装入层的上边仅配置一台。该气体燃料供给装置12使多个管状气体吹入喷嘴12a向下沿机宽方向排列多个而构成。上述多个管状气体吹入喷嘴12a，配置为经由气体燃料供给装置12从未图示的侧壁的上方覆盖装入层。从气体燃料供给装置12供给的上述M气体，从装入层的上侧经由在表层产生的烧结块，利用台车8下的风箱11的吸引力被吸入至装入层的深部(下层)。并且，要想提高如图4(c)所示的成品率低至60％的区域的成品率时，优选的是以能够向台车的两侧壁附近的位置较多供给气体燃料的方式进行上述喷嘴12a的配置。
作为从该气体燃料供给装置12供给的气体燃料，例如可使用稀释高炉气(B气体)、焦炉气(C气体)、高炉气和焦炉气的混合气体(M气体)、丙烷气体、天然气(LNG)或甲烷、或它们的混合气体等的气体燃料。上述气体燃料，也可以在与点火炉10分开的独立的配管系统下供给。并且，可以构成为在与点火炉用燃料配管共用的配管上，特别地一起配置稀释气体导入管，在将气体燃料的浓度稀释调整为燃烧下限浓度以下的基础上，将其连接到向点火炉10供给气体的气体供给管(未图示)的延长部分上。
下述表1表示在本发明中使用的各种气体燃料各自的燃烧下限浓度以及吹入浓度上限(75％、60％、25％)的气体浓度例。
例如，在丙烷气体中，燃烧下限浓度为2.2vol(体积)％，稀释至75％的吹入气体浓度上限为1.7vol％，稀释至60％的吹入气体浓度上限为1.3vol％，稀释至25％的吹入气体浓度为0.4vol％。开始显现该吹入效果的浓度，即稀释的吸入气体浓度下限为0.05vol％。因此，优选的范围如下：
优选范围(1)：2.2vol％～0.05vol％
优选范围(2)：1.7vol％～0.05vol％
优选范围(3)：1.3vol％～0.05vol％
优选范围(4)：0.4vol％～0.05vol％
在C气体中，燃烧下限浓度为5.0vol％，稀释至75％的吹入气体浓度上限为3.8vol％，稀释至60％的吹入气体浓度上限为3.0vol％，稀释至25％的吹入气体浓度为0.9vol％。开始显现该吹入效果的浓度，即稀释的吸入气体浓度下限为0.24vol％。因此，优选的范围如下：
优选范围(1)：5.0vol％～0.24vol％
优选范围(2)：3.8vol％～0.24vol％
优选范围(3)：3.0vol％～0.24vol％
优选范围(4)：0.9vol％～0.24vol％
在LNG中，燃烧下限浓度为4.8vol％，稀释至75％的吹入气体浓度上限为3.6vol％，稀释至60％的吹入气体浓度上限为2.9vol％，稀释至25％的吹入气体浓度为0.9vol％。稀释的吸入气体浓度下限为0.1vol％。因此，优选的范围如下：
优选范围(1)：4.8vol％～0.1vol％
优选范围(2)：3.6vol％～0.1vol％
优选范围(3)：2.9vol％～0.1vol％
优选范围(4)：0.9vol％～0.1vol％
在高炉气中，燃烧下限浓度为40.0vol％，稀释至75％的吹入气体浓度上限为30.0vol％，稀释至60％的吹入气体浓度上限为24.0vol％，稀释至25％的吹入气体浓度为7.6vol％。稀释的吸入气体浓度下限为0.24vol％。因此，优选的范围如下：
优选范围(1)：40.0vol％～1.25vol％
优选范围(2)：30.0vol％～1.25vol％
优选范围(3)：24.0vol％～1.25vol％
优选范围(4)：7.6vol％～1.25vol％
接着，表2表示作为C气体、LNG、B气体的燃烧成分的氢、CO、甲烷、乙烷、丙烷的含量和发热量。
表1
气体   燃烧下限浓度％，相对于空气(爆炸下限)   吹入浓度上限％，相对于空气(75％)   吹入浓度上限％，相对于空气(60％)   吹入浓度上限％，相对于空气(25％) 空气中的着火温度℃
  丙烷   2.2   1.7   1.3   0.4   528～588
  氢   4.0   3.0   2.4   0.8   580～590
  甲烷   5.0   3.8   3.0   0.9   650～750
  CO气体   12.5   9.4   7.5   2.3   658～674
  焦炉气   5.0   3.8   3.0   0.9   大约630
  LNG   4.8   3.6   2.9   0.9   大约680
  高炉气   40.0   30.0   24.0   7.5   大约680
表2
  氢(vol％)   氮(vol％)   CO(vol％)  CO2(vol％)   甲烷(vol％)   乙烷(vol％)  丙烷(vol％)   发热量(Mcal/m3)
  C气体   59   -   7  -   34   -  -   4.8
  LNG   -   -   -  -   89   5  6   9.5
  B气体   4   61   24  21   -   -  -   0.8
下面，对成为开发本发明的烧结矿的制造方法的契机的实验进行说明。
该实验是下述例子：使用在图6所示的实验装置，即带透明石英制窗的竖型管状的试验锅(150mmφ×40mmH)，作为使用的气体燃料，使用高炉气、焦炉气的混合气体(M气体)，使用与在申请人公司的烧结工厂中使用的原料相同的烧结原料，即在表3所示的烧结原料，在下方吸引压力11.8Kpa为一定的条件下作业。在这里，为上述M气体的燃烧成分的浓度，是由空气稀释而在0.5vol％～15vol％的范围内发生变化的例子。其中，在该实验中使用的M气体的燃烧下限浓度为12vol％。
表3
  原料种类   比例(mass％)
  罗布河矿   9.6
  延迪矿   23.8
  卡拉加斯矿   42.6
  石灰石   16.6
  硅石   2.7
  焦粉   4.7
该图6表示从上述透明石英进行影像观察的情况，特别表示伴随燃烧前线的移动的下降状况。从图6可知，在试验锅内原料堆积层中，在吹入包含超过燃烧下限浓度(12vol％)的15vol％的M气体的气体燃料的情况下，气体燃料在装入层表面立即开始燃烧，不能到达装入层的下层，吹入效果较小。相对于此，根据本发明，在使用由空气稀释至上述气体燃料的燃烧下限浓度即12vol％的75％以下的3vol％的气体燃料的情况下，不会在原料堆积层表面燃烧，而到达装入层深处，即到达燃烧/熔融带的相应区域。其结果，相对于在大气中烧结时的燃烧带(还称作燃烧/熔融带)的厚度为70mm，在该例中，燃烧带的厚度为150mm，即可扩大至2倍以上。即，燃烧带的厚度扩大说明达成高温区域保持时间的延长。
并且，在由该试验锅进行的实验中，可使伴随实机烧结机中的台车的移动的燃烧前线的行进时燃烧带的下降速度(其倒数为烧结时间)因稀释气体燃料的供给而变快，与增加焦炭时或者吹入高温空气时相同地，使燃烧带的上下方向的厚度扩大。这样，在烧结原料的装入层中吹入适当稀释的气体燃料的情况下，与使用以往的固体燃料、液体燃料、未稀释的可燃性气体的情况相比，该燃烧带幅度的扩大效果显著，并且燃烧前线的下降速度与大气烧结的情况几乎无变化地以相同速度进展。
图7(a)至图7(d)整理了上述实验中的烧结锅试验结果。根据该结果，根据本发明在原料装入层中吹入适当稀释的M气体的情况下，烧结时间几乎不变化，成品率有一些提高(图7(a))，烧结生产率也增加(图7(b))。并且，对高炉的作业成绩产生很大影响的低温强度的管理指标即落下强度(SI)改善10％以上(图7(c))，还原粉化特性(RDI)也改善8％(图7(d))。
在本发明中，作为向装入层中供给的上述气体燃料使用稀释后的气体，下面对其稀释的程度进行说明。表4表示高炉气、焦炉气以及两者的混合气体(M气体)、丙烷、甲烷、天然气的燃烧下限和燃烧上限。例如，具有这种燃烧极限的气体如果在装入层内不燃烧而朝向排风机，则发生在中途的电集尘器等中爆炸或燃烧的危险。因此，本发明人根据试行错误的结果，确认了使用稀释至没有上述危险的极限，即燃烧下限以下的浓度的气体燃料，并且为了提高安全性，使用浓度进而为其燃烧下限浓度的75％以下的气体燃料时，在多个实验中确认了没有发生任何问题。
例如，高炉气燃烧的范围如表4所示，在大气中常温下，燃烧下限为40vol％(即，不足40vol％时不燃烧)，并且，其燃烧上限为71vol％。这意味着超过71vol％时，高炉气浓度变得过浓，这种情况下也成为不燃烧的状态。下面，根据附图对该数值的根据进行说明。
表4
(vol％)
  燃烧下限   燃烧上限
 高炉气   40.0   71
 焦炉气   5.0   22
 混合气体(M气体)   12.0   42
图8表示求出高炉气的上述燃烧极限的方法的一例。关于图中的高炉气中包含的燃烧成分(可燃性气体)和其他(不活泼气体)的比例，用H2和CO2以及CO和N2的组合来研究，如下所述。
(1)关于“H2和CO2”部分的组合的(不活泼气体)/(可燃性气体)之比为3.5/20.0＝5.7。
由此，求出表示该燃烧极限图的(不活泼气体)/(可燃性气体)之比的横轴上5.7的轴与H2+CO2曲线相交的部分(燃烧极限)。下限为32vol％，上限为64vol％。即，H2+CO2的燃烧极限的下限为32vol％，上限为64vol％。
(2)另一方面，由于作为剩余燃烧成分的“CO和N2”的组合的情况下的、(不活泼气体)/(可燃性气体)之比为53.5/23.0＝2.3，因而同样地，从该图根据横轴2.3和CO+N2的曲线相交的点求出下限为44vol％，上限为74vol％。因此，此时的燃烧极限的下限为44vol％，上限为74vol％。
并且，包含两个燃烧成分的高炉气的燃烧下限，可通过下述式求出：
Figure A20068004098600271
并且，以上述式适用上述(1)、(2)的上限值时，则可求出燃烧上限。由此可求出高炉气的燃烧下限以及燃烧上限。
并且，在本发明中，着眼于气体燃料的燃烧下限的另一原因如以下说明。图9表示大气中常温下的气体燃料的燃烧成分(燃烧气体)浓度和温度的关系。(参照コロナ社燃焼便覧)燃烧极限可如上所述地求出，但该燃烧极限存在温度依赖性，作为一例公知的是，即使常温下的燃烧下限值(在图中相当于燃烧气体浓度)大约为40vol％，在200℃区域变化为26～27vol％，在1000℃区域变化为数vol％，在1200℃区域即使不足1vol％也燃烧。
由此可知，向装入层供给的气体燃料的浓度(燃烧成分的含量)，稀释至比常温的燃烧下限更低的安全区域而供给则是安全的，只要预先调整该稀释气体的浓度，装入层内的厚度方向(温度分布)上的燃烧位置调整的自由度也变高。
由此可知，在气体燃料的燃烧中如上所述地存在温度依赖性，例如气氛温度越成为高温，燃烧范围也变得越大，可在烧结机的燃烧/熔融带附近的温度场良好地燃烧，但在位于烧结机的下游侧的电集尘器内等的200℃左右的温度场，在如本发明的优选实施例中所示的浓度下不燃烧。
但是，制造烧结矿时，供给至烧结原料的装入层中的上述气体燃料，被台车下的风箱吸引，在通过该装入层中的固体燃料(焦粉)的燃烧形成的燃烧/熔融带的高温区域燃烧。因此，对于气体燃料的供给而言，在向装入层投入的热量一定的条件下，调整上述气体燃料的浓度、供给量等，就能够调整(减少)烧结原料中的焦粉量。并且，气体燃料的浓度调整，意味着调整为使该气体燃料的燃烧在装入层中的预期位置(浓度区域)发生。
在该意义中，现有技术下的装入层中的燃烧/熔融带为仅固体燃料(焦粉)燃烧的区域，但在本发明的情况下，是除了该焦粉以外、气体燃料也一起燃烧的区域。因此，在本发明中，该气体燃料的浓度、供给量、其他供给条件，以具有焦粉作为燃料的一部分为前提，在这些关系中适当改变时，可进行最高到达温度和/或高温区域保持时间的预期调整，可提高烧结块的强度。
在本发明方法中，使用稀释后的气体燃料的另一原因是为了通过上述烧结、熔融带的形态调整来调整烧结块的强度、成品率。这是因为，在进行该烧结块在高温区域(燃烧/熔融带)保持多长时间，或到达多高的温度的调整的基础上，该稀释气体燃料的作用有效地发挥。换言之，上述气体燃料的使用，意味着进行调整以使烧结原料的高温区域保持时间较长且最高到达温度适当变高。这种调整，意味着根据烧结原料中的固体燃料量(焦粉量)，使用稀释调整为在燃烧气氛中助燃性气体(空气或氧)的量不会过度不足的上述气体燃料。在这方面，现有技术中，由于与烧结原料的固体燃料量没有关系地，并且不调整浓度而吹入可燃性气体，因而导致与固体燃料量、可燃性气体的量相应的助燃性气体(氧)的不足而引起燃烧不良，或相反地部分引起过度燃烧，导致强度的不均匀。即，本发明通过对气体燃料进行稀释浓度调整而使用，可防止这种问题。
接着，表示对气体燃料的每个种类稀释而供给的稀释气体燃料的影响。图10表示以往烧结法(不吹入气体燃料)和使用稀释至燃烧下限以下的气体燃料的本发明烧结法的比较实验的条件及结果。不吹入稀释气体燃料的以往烧结法是使用5％焦粉的例子，在根据本发明的稀释气体燃料的吹入例中，表示为了吹入相当于0.8％焦粉的稀释气体燃料而使总热量一定，焦粉添加量为4.2mass(质量)％的例子。稀释气体燃料使用例都确认有落下强度、成品率、生产率的提高。另外，在稀释气体燃料使用例中，认为落下强度、成品率等提高的原因是作为燃烧状况而表示的燃烧/熔融带的扩大引起的，可知表现为高温区域保持时间延长的结果。
图11是表示作为气体燃料使用丙烷气体、C气体时的吹入气体浓度的影响的图，表示稀释气体燃料的浓度和落下强度(a)、成品率(b)、烧结时间(c)、生产率(d)之间的关系。从该图可知，在丙烷气体的情况下，将其用作稀释气体燃料时，为了提高落下强度，添加0.05vol％时产生效果，成品率也表示大致相同的改善效果。为了表现明确的作用效果，在丙烷气体中从0.1vol％开始产生效果，优选为0.2vol％，换算为C气体时添加0.24vol％时发生效果，优选为0.5vol％以上，明确的改善效果为1.0vol％以上。因此，在丙烷气体中，至少为0.05vol％以上，优选为0.1vol％以上，进而优选为0.2vol％以上。另一方面，在C气体中，至少为0.24vol％以上，优选为0.5vol％以上，进而优选为1.0vol％以上，上限为燃烧下限浓度的75％以下。另外，在丙烷气体的情况下，添加0.4vol％时效果大致饱和，此时的气体浓度相当于燃烧下限浓度的25％。
接着，根据本发明方法，对考虑烧结原料中的炭材料量，供给上述气体燃料而制造出的烧结矿的低温强度和还原粉化特性(RDI)进行说明。根据《鉱物工学》(今井秀喜、武内寿久祢、藤木良规编，1976，175，朝仓书店)，烧结反应的示意图整理如图12。并且，在表5表示在烧结过程中产生的各种矿物的拉伸强度(低温强度)和被还原性的值。从图12可知，在烧结过程中，在1200℃开始产生熔融液，生成在烧结矿的构成矿物中强度最高，被还原性也较高的钙-铁素体。进而继续升温而超过约1380℃时，分解为低温强度和被还原性最低的非晶质硅酸盐(钙硅酸盐)和容易还原粉化的二次赤铁矿。因此，对于提高烧结矿的低温强度和改善RDI，能否使钙-铁素体不分解而使其稳定地持续生成成为课题。
表5
 拉伸强度(Mpa)   被还原性(％)
  赤铁矿  49   50
  磁铁矿  58   22
  钙-铁素体  102   35
  钙-硅酸盐  19   3
并且，根据上述出版物《鉱物工学》的说明，关于成为烧结矿的还原粉化起点的二次赤铁矿的析出行为，如图13所示地进行说明。根据该说明，矿物合成试验的结果，由于成为还原粉化起点的骨状晶体二次赤铁矿直到Mag.ss+Liq.区域为止升温并冷却后析出，因而在状态图上，通过(2)路径而非(1)路径来制造烧结矿，可抑制还原粉化性。因此，对制造低RDI烧结矿和高强度烧结矿而言重要的是，在1200℃(钙-铁素体的固相线温度)和约1380℃(转移温度)的范围内，如何在装入层内实现长时间保持的加热曲线图。因此可知，通过气体燃料的供给对所添加的炭材料量进行调整的装入层最高到达温度为超过1200℃、不足1380℃，优选1205～1350℃的范围。
接着，本发明人为了了解燃烧带的宽度和稀释气体燃料的关系，进行了下述实验：使用带透明石英制窗的竖型管状的试验锅，将用烧结机冷却器的废气稀释的丙烷气体，从该锅的上方吹入烧结原料的装入层中。在该实验中使用的烧结原料是申请人公司使用的一般原料，吸引压力保持1200mmH20不变。在该实验中，吹入的丙烷气体的浓度为稀释至0.5vol％和2.5vol％的浓度。另外，在投入热量换算中，吹入丙烷气体0.5vol％，大致相当于配合焦粉1mass％。
图14是表示该实验中的吹入丙烷气体时的燃烧带的观察结果的照片。如该图所示，在稀释至2.5vol％浓度的丙烷气体中，刚吹入后马上在原料装入层上燃烧，气体燃料不进入装入层内而没有效果。相对于此，使用丙烷气体的稀释程度相对于空气为0.5vol％浓度的气体时，不在装入层上部燃烧，进入该装入层内，并且在该装入层内快速燃烧。其结果，相对于在大气条件下烧结时的燃烧带的上下方向宽度为大约70mm，在吹入这种稀释丙烷气体时，燃烧带宽度(即，相当于高温区域保持时间)扩大至150mm为止的2倍以上。
因此可知，在丙烷的燃烧下限浓度2.5vol％(理论值，相对于空气)的1/5浓度、即0.5vol％时也发现燃烧带厚度的扩大效果。相反，可知在本发明的气体燃料吹入技术中，如果不是稀释后的气体燃料，则难以进行装入层内燃烧调整。
并且，在该实验中对燃烧带的下降速度(其倒数是高温区域保持时间)进行了研究，其结果，在只增加焦炭的情况下或吹入高温空气的情况下，下降速度下降较大，生产率降低，但在使用稀释后的气体燃料的情况下，与固体燃料的使用例相比燃烧速度非常快，因而燃烧带的下降速度与大气烧结的情况下相比几乎没发现差异。
接着，本发明人关于稀释气体燃料的吹入位置的影响进行了调查。
该实验规格如表6所示。实验No.1是烧结原料中的焦炭：5mass％配合的现状的基本条件，试验No.2是使焦粉的比例降低1mass％而成为4mass％，代替其而吹入丙烷气体0.5vol％后的投入热量一定的条件，实验No.3是配合焦粉10mass％的条件，实验No.4是以验证与保温炉(日本特开昭60-155626号公报)差异作为目的而吹入450℃的高温气体的条件。
表6
 试验No.   No.1   No.2   No.3   No.4
 焦粉比(相对于原料、mass％)   5   4   10   5
 丙烷浓度(相对于空气、vol％)   0   0.5   0   0
 均热炉(吹入450℃热风)   关   关   关   开
图15表示其结果，是作为气体燃料将焦炉气(C气体)稀释至2％而使用的例子。该图表示调查吹入气体燃料时的其吹入位置和成品烧结矿落下强度、成品率之间的关系的结果。稀释气体燃料的吹入位置，设为距装入层表面100～200mm的位置，200～300mm的位置，300～400mm的位置。可从该图表示的结果可知，在吹入位置100～200mm中，在附图中，显示为亮(白)的燃烧/熔融带移动至100mm位置后，从其试验锅上方供给稀释气体燃料，在位于100～200mm的期间，使稀释气体燃料在燃烧/熔融带中燃烧。并且同样地，在200～300mm位置中，从燃烧/熔融带到达200mm位置的阶段开始，从试验锅上方供给稀释气体燃料，然后在300～400mm位置上同样地，从燃烧/熔融带到达300mm位置的阶段开始供给稀释气体燃料。另外，作为参考还表示了以往方法的不吹入稀释气体燃料时的上述各层位置的燃烧/熔融带。
并且，试验锅的燃烧用空气的供给，由于与通常烧结作业相同地从上方向下方流动，因而添加气体燃料时，向该燃烧用空气中添加、供给气体燃料，以成为规定浓度。
在图15中，燃烧/熔融带如亮(白)显示的部分那样，在100～200mm区域中，停留在如比以往方法稍微变厚的程度。可知在200～300mm区域中，燃烧/熔融带的厚度与以往方法相比明确增加，300～400mm区域也与以往方法具有明确的差。
由上所述，对于吹入稀释气体燃料的效果优选的是，对距装入层表面200mm以下的区域、即烧结机的台车上的燃烧/熔融带的部分供给气体燃料，还可实现气体燃料使用成本的缩减。关于距装入层表面不足200mm的区域，即使不勉强地供给气体燃料，由于向200mm以下的区域供给时的烧结矿的落下强度大幅上升，因而也可使成品烧结矿成品率整体上上升。
图16用于示意性地表示直到200mm的上层部和200mm以下中的、下层部的燃烧状况。在该图所示的箭头A表示烧结的进行方向(燃烧方向)，图16(a)表示上层部(直到＜200mm)中的焦粉和气体燃料的燃烧位置。在这种情况下，由于由焦粉的燃料形成的燃烧带在装入层的上部本来狭窄，该焦粉的燃烧带和在该燃烧带区域燃烧的气体燃料的燃烧点相互靠近，因而成为如在该图右侧记载的加热曲线图。另外，在该温度分布中，将焦粉(固体燃料)的燃烧带表示为阴影线部分，在其上方将燃烧的气体燃料的温度区域表示为非阴影线部分。从该图可知，在装入层上部，由于焦炭和气体燃料的燃料同时发生(两者相互靠近而燃烧)，因而用图中的T1、T2表示的其间的高温区域保持时间(大约相当于1200℃)如图所示地狭窄。即，成为由阴影部分宝石的焦炭燃烧带稍微扩大的程度的温度分布。其对向装入层中的上述气体燃料的供给，优选在燃烧/熔融带的厚度为15mm以上后进行而原来的高温区域保持时间狭窄时，与吹入气体燃料的效果降低的情况一致。另一方面，图16(b)是在中层、下层部分供给气体燃料的情况，在中层、下层区域随着燃烧带从上层向下方移动而存在装入层的温度上升，燃烧带幅度扩大，在比图16(a)的情况更远离的位置燃烧。其结果，成为如在图16(b)的右侧所示的温度分布。即，由于气体燃料的燃烧点比表示为影线的固体燃料(焦炭)燃烧点更远离，因而合成后的温度分布曲线成为底部较大的温度分布。因此，由T3、T4表示的基于固体燃料和气体燃料的燃烧的高温区域保持时间延长后，提高所得到的烧结矿的落下强度。
另外，在图16(b)的情况下，用于调整高温区域保持时间的气体燃料的着火温度优选为400℃～800℃，进而优选的着火温度为500～700℃。其原因在于，着火温度不足400℃时，与高温区域的扩大无关，只是停留在扩大低温区域分布，另一方面，超过800℃时，过度靠近基于固体燃料的燃烧的高温区域保持时间，高温区域保持时间的延长效果较小。
接着，对供给稀释气体燃料而调整装入层中的最高到达温度(层内温度)的方法的一例进行说明。图17用于示意性地表示烧结时的层内温度分布的情况。该图以对往烧结法中的温度分布例添加固体燃料(焦粉)5mss％作为基准，用于说明本发明的烧结法。例如，在添加焦炭5mss％而进行的烧结作业中，用曲线a表示以往烧结法。通常，为了高温区域保持时间的延长，有效的是使焦粉的使用量增加，例如如图，用虚线a’表示添加焦粉10mss％的情况，可由层厚表示的高温区域保持时间在(0-A)至(0-B)扩大，但由于最高温度也从1300℃上升至1370℃～1380℃，不能得到低RDI烧结矿且高强度烧结矿。
从这方面考虑，在根据本发明法的烧结作业方法中，将焦粉的使用量抑制为4.2mass％，另一方面吹入稀释C气体，从而能够将最高到达温度抑制在1270℃，同时高温区域保持时间扩大至(0-C)，从而能够充分地起到在以往方法中不能实现的低RDI、高强度烧结矿的制造这个当初的目的。
总而言之，以往烧结方法是着眼于高温区域保持时间或最高温度调整的任一方的作业方法。从这方面考虑，本发明方法是下述作业方法：在调整焦粉使用量(例如，抑制为4.2mass％)的前提下，将最高到达温度调整至(1205～1350℃)，另一方面，通过吹入稀释气体燃料来调整高温区域保持时间。另外，图16的曲线d表示只将固体燃料使用量降低为4.2mass％的例子，最高到达温度也降低，高温区域保持时间也较短。
图18表示作为以往烧结方法使用焦粉5mass％的例子，作为本发明的适合例，表示焦粉使用量为4.2mass％，同时吹入浓度为2.0vol％的稀释C气体的例子。从该图的红外热像可知，在以往方法中，由于维持高温区域保持时间，因而产生超过1400℃的燃烧状况。另一方面，在吹入焦粉的使用量停留在4.2mass％，浓度为2vol％的C气体的情况下，成为1400℃区域消失，最高到达温度可抑制在1350℃以下，同时可实现高温区域保持时间的延长的状况。
图19用于表示投入热量一定条件时的、吹入稀释后的丙烷气体时的装入层内温度(a)、废气温度(b)、通过风量(c)、废气组成(d)的历时变化。在这里，装入层内温度是在上述试验锅中用在距炉条的高度为200mm(装入层厚：600mm)的位置装入的热传导对测定的值。并且，在试验锅的圆周方向上在距中心部和壁5mm的2处测定。从上述附图可确认，通过吹入稀释的丙烷气体，被加热至1205℃以上的烧结原料熔融的时间(以下，称为“高温区域保持时间”)增加2倍以上，但最高到达温度没有上升。并且，推测由于吹入稀释丙烷气体，废气中的氧浓度降低，氧有效地对燃烧反应作贡献。
并且，图20对比表示吹入稀释后的丙烷(0.5vol％)时和仅焦炭增量(10mass％)时的、装入层内温度(a)、(a’)和废气温度(b)、(b’)的历时变化。可这些图可知，在使焦粉的使用比例倍增的情况下，1200℃以上的高温区域保持时间与吹入稀释至浓度为0.5vol％的丙烷气体时大致相同，最高到达温度超过1350℃。并且确认了下述情况：通过使焦粉的量增加，废气中的CO2浓度从20vol％较大地上升至25vol％，CO浓度也增加，焦粉对燃烧作贡献的比例降低。
图21汇集了上述试验中的各种特性试验结果。从该图可知，虽然因吹入稀释后的丙烷气体而烧结时间稍微延长，但可同时改善成品率、落下强度、生产率，并且也大幅度改善还原粉化性(RDI)、被还原性，通过适当吹入稀释气体燃料，确认除了改善生产率、成品率以外，可实现烧结矿的高品质化。
相对于此，在仅将焦粉增加至10mass％的情况下，由于不仅延长烧结时间，还使最高到达温度上升至必要以上，反而产生较多的低强度的非晶质硅酸盐，落下强度和成品率都下降较大。并且，在450℃保热炉的情况下，落下强度和成品率的改善效果较小，与到目前为止的商业设备中的结果大致一致。
可以上说明中可知，在使用稀释后的气体燃料的情况下，该气体在装入层内燃烧而导致该层内的燃烧带的扩大的同时，通过烧结原料中的焦炭引起的燃烧热和与稀释后的丙烷气体的燃烧热的相乘作用，形成较宽的燃烧带。其结果，最高燃烧到达温度不会过度上升，另一方面，关于高温区域保持时间，因所供给的稀释气体的燃烧而延长。
接着，本发明人关于吹入稀释后的气体燃料引起的成品烧结矿的被还原性、低温强度等的影响，与以往方法(5mass％、10mass％焦炭、吹入热风)作对比而进行了调查。测定的项目为成品烧结矿中的矿物组成比例(对低温强度和被还原性产生影响)、表观比重(对低温强度产生影响)、0.5mm以下的气孔径分布(对被还原性产生影响)。
首先，图22表示对用粉末X射线衍射法定量化的、成片烧结矿中的矿物相的组成比例进行调查的结果。从该图认为，在假设投入热量一定(焦炭4mass％+丙烷0.5vol％)而同时使用固体燃料和稀释丙烷气体的情况下，稳定地产生钙-铁素体，其导致被还原性的提高和低温强度的增加。
图23表示成品烧结矿的表观比重的测定结果，图23还表示由水银压入式透气度测定仪进行的0.5mm以下的气孔径分布的测定结果。从图22认为，通过吹入稀释后的丙烷气体，从造粒粒子外侧进行加热的结果，促进溶液流动，0.5mm以上的气孔率(表观比重)降低，这成为低温强度提高的主要原因。并且，由图24认为，通过在投入热量一定的条件下吹入稀释丙烷气体，烧结原料粒子中的热源减少，由此容易残留对被还原性产生影响的来源于矿石的500μm以下的微细气孔，从而能够制造高被还原性烧结矿。
图25用于表示仅使用焦炭时(a)和同时吹入稀释气体燃料时(b)的烧结变化的示意图。如在该图所示，在以往的仅利用焦炭的烧结过程中，通过焦粉燃烧从疑似粒子内部进行加热，相对于此，在如本发明一样同时使用焦炭+气体燃料的方法中，由于通过气体燃料的燃烧从疑似粒子外部进行加热，因而容易残留矿石内的微细气孔，推想RDI越低JIS-RI也向较高的高位推移。
图26是吹入稀释的气体燃料时的烧结矿的气孔结构的示意图。如该图所示，对提高烧结矿的生产率而言，有效的是，促进对成品率和低温强度产生影响的0.5～5mm气孔的合体，并减少其数量，增加对通气性产生影响的5mm以上的气孔的比例。并且可知的是，为了提高烧结矿的被还原性，优选的是构成将主要存在于铁矿石内的0.5mm以下的微细气孔残留较多的气孔结构。从这方面考虑，根据本发明，认为可通过吹入稀释的气体燃料，构成接近于理想的烧结矿的气孔结构。
图27用于表示掌握可维持必要的低温强度的极限焦炭比(极限焦炭比是指落下强度与作为不使用稀释后的丙烷气体时的最大值的73％相同时的焦炭比)的试验的结果。如该图所示，通过吹入稀释后的丙烷气体(浓度为0.5vol％)，用于得到与现状相同的低温强度(落下强度为73％)的焦炭比，如图27(a)所示，可从5mass％减少至3mass％(大约20kg/t)。并且，如图27(b)、(c)所示，弄清了为了得到73％的成品率和1.86的生产率焦炭比分别从5mass％降低至3.5mass％。
从以上说明可知，本发明，通过在随着台车的移动，燃烧/熔融带从装入层的表层向下层转移的期间，选择适当部位而供给根据炭材料量适当稀释的气体燃料，可产生如扩大装入层内的燃烧/熔融带的功能的作用，可实现烧结矿品质的改善、生产率的提高。
实施例
(1)实施例1：作为使用图6所示的试验锅稀释的气体燃料(1～2.5vol％)，使用焦炉气(C气体)，进行设原料中的炭材料(焦炭)量为5mass％的烧结锅试验。其他条件与上述实验条件(0037段落)相同的结果如图28所示。如该图所示可知，使用根据本发明方法稀释的C气体时，如果提高该C气体的浓度，则燃烧带幅度的扩大显著，并且提高成品率、生产率，还能够改善低温强度(SI)。
(2)实施例2：以与实施例1相同的条件进行了试验。其结果如表29所示。如该图所示可知，使用根据本发明方法稀释的丙烷气体(0.02～0.5vol％)时，如果提高该C气体的浓度，则燃烧带幅度的扩大显著，并且提高成品率、生产率，还能够改善低温强度(SI)。
(3)实施例3：该实施例是下述例子：使用图6所示的试验锅，与不吹入稀释气体的例子作为对比，从该锅的上方向表7所示的烧结原料(包含返矿20mass％)的装入层中吹入用冷却器废气稀释的焦炉气(C气体)。
在该实施例中，烧结层中包含4.8～5.0mass％(概数)的焦粉，作为本发明适合例子为下述例子：在吸引压力为1200mmAq(差压为1000Aq)的条件下，在距装入层表面100～400mm(全体厚度为600mm，差厚在最下层层压返矿200mm)的位置吹入浓度为1.0～2.0vol％(相对于空气)的C气体。
另外其是下述例子：上述吹入位置在设DL烧结机的全长为80m的情况下处于全体高度的600mm时，No.2的吹入位置100～200mm相对于在80(m)×100～200/600(mm)＝13.3～26.6(m)的位置，设置长度为13.3m的稀释气体吹入风斗12来进行烧结机的作业。因此，试验No.2的吹入位置200～300mm例子相当于在烧结机台车上的点火炉后方的大约26.7～39.7mm的位置上仍然设置长度为13.3m的稀释气体吹入风斗12来吹入气体的情况。
Figure A20068004098600401
表8用于表示该实施例(No.1～No.7)的实验结果。从该实验结果可知，烧结矿的低温强度(SI强度)或成品率，表示本发明的适合例的No.2～No.7比作为比较例的No.1都高，特别是在装入层的中段设置吹入位置的例子(No.3、4、6、7)中改善显著。并且可知的是，与减少焦炭量来提高吹入气体量的浓度相比，在一定的焦炭量(4.8mass％)的条件下将吹入气体浓度调整为1vol％时提高生产率。并且，关于烧结矿的品质可知的是，不对吹入位置200～300mm的装入层中的中段产生影响而吹入时对还原率(RI)、还原粉化率(RDI)最有效。
Figure A20068004098600421
(4)实施例4：该实施例用于说明将本发明的烧结矿的制造方法在日产1万吨规模的DL型烧结机中应用的例子。所使用的DL烧结机的机长，从点火炉至排矿部为90m。在该烧结机的点火炉的后方大约30m的位置上，设置长度(台车移动方向)为15m、覆盖整体机宽的大小的气体吹入风斗，作为气体燃料使用焦炉气(C气体)。特别是，不以该烧结机的原料装入层的上层部分作为目标，在装入层层厚为600mm(除去返矿厚度200mm)的条件下相当于从存在进行至相当于距装入层厚度方向的表层200mm的燃烧/熔融带的位置距300的位置上，供给用常温空气稀释而浓度为2vol％的C气体。该吹入C气体，通过烧结机台车下方的风箱的吸引负压调整，通过烧结层到达上述位置后在燃烧/熔融带中燃烧。其中，上述气体吹入风斗内因大气压稍微成为正压，使其与上述风箱的吸引负压平衡。此时的C气体使用量为3000m3(标准状态)/h。
该烧结机的作业结果，作为转鼓强度整体比通常作业时提高到大约3％，RDI也比通常作业的水平改善大约3％，RI比通常作业时改善大约4％。并且，生产率增加0.03t/hr·m2。

Claims (31)

1.一种烧结矿的制造方法，其包括：
装入工序，在循环移动的台车上装入包含粉矿石和炭材料的烧结原料，从而在台车上形成包含炭材料的装入层；
点火工序，在点火炉中对装入层表面的炭材料进行点火；
烧成工序，通过配置在台车下的风箱吸引空气，使装入层中的炭材料燃烧，通过产生的燃烧热来生成烧结块；
气体燃料燃烧工序，从装入层的上部供给稀释至燃烧下限浓度以下的气体燃料，使所述气体燃料在装入层内燃烧。
2.如权利要求1所述的烧结矿的制造方法，其中，所述气体燃料燃烧工序中，从装入层的上部供给稀释至燃烧下限浓度以下的气体燃料，使所述气体燃料在装入层内燃烧，并且调整装入层内的最高到达温度或装入层内的高温区域保持时间或装入层内的最高到达温度和高温区域保持时间。
3.如权利要求2所述的烧结矿的制造方法，其中，所述气体燃料燃烧工序中，从装入层的上部供给稀释至燃烧下限浓度以下的气体燃料，使所述气体燃料在装入层内燃烧，并且调整装入层内的最高到达温度。
4.如权利要求3所述的烧结矿的制造方法，其中，所述气体燃料燃烧工序中，从装入层的上部供给稀释至燃烧下限浓度以下的气体燃料，使所述气体燃料在装入层内燃烧，并且通过调整烧结原料中的炭材料量来调整装入层内的最高到达温度。
5.如权利要求4所述的烧结矿的制造方法，其中，所述气体燃料燃烧工序中，从装入层的上部供给稀释至燃烧下限浓度以下的气体燃料，使所述气体燃料在装入层内燃烧，并且通过调整烧结原料中的炭材料量来将所述最高到达温度调整为1205～1350℃。
6.如权利要求3所述的烧结矿的制造方法，其中，所述气体燃料燃烧工序中，从装入层的上部供给稀释至燃烧下限浓度以下的气体燃料，使所述气体燃料在装入层内燃烧，并且通过调整气体燃料的供给量，将所述最高到达温度调整为1205～1350℃。
7.如权利要求3所述的烧结矿的制造方法，其中，所述气体燃料燃烧工序中，从装入层的上部供给稀释至燃烧下限浓度以下的气体燃料，使所述气体燃料在装入层内燃烧，并且通过调整烧结原料中的炭材料量和气体燃料的供给量，将所述最高到达温度调整为1205～1350℃。
8.如权利要求2所述的烧结矿的制造方法，其中，所述气体燃料燃烧工序中，从装入层的上部供给稀释至燃烧下限浓度以下的气体燃料，使所述气体燃料在装入层内燃烧，并且调整装入层内的高温区域保持时间。
9.如权利要求8所述的烧结矿的制造方法，其中，所述气体燃料燃烧工序中，从装入层的上部供给稀释至燃烧下限浓度以下的气体燃料，使所述气体燃料在装入层内燃烧，并且根据烧结原料中的炭材料量调整所述气体燃料的浓度，调整装入层内的高温区域保持时间。
10.如权利要求1所述的烧结矿的制造方法，其中，所述气体燃料燃烧工序中，从装入层的上部供给稀释至燃烧下限浓度以下的气体燃料，使稀释至燃烧下限浓度以下的气体燃料在其至少一部分未燃烧的状态下到达所述装入层中的燃烧/熔融带而燃烧。
11.如权利要求1所述的烧结矿的制造方法，其中，所述气体燃料燃烧工序中，从装入层的上部供给稀释至燃烧下限浓度以下的气体燃料，使所述气体燃料在装入层内燃烧，调整燃烧/熔融带的形态。
12.如权利要求11所述的烧结矿的制造方法，其中，所述燃烧/熔融带的形态调整，是调整该带区域的高度方向的厚度和/或台车移动方向上的宽度。
13.如权利要求1所述的烧结矿的制造方法，其中，所述气体燃料燃烧工序中，从装入层的上部供给稀释至燃烧下限浓度以下的气体燃料，使所述气体燃料在装入层内燃烧，延长燃烧/熔融带的高温保持时间，调整烧结矿的低温强度。
14.如权利要求1所述的烧结矿的制造方法，其中，所述气体燃料燃烧工序中，从装入层的上部供给稀释至燃烧下限浓度以下的气体燃料，使所述气体燃料在装入层内燃烧，并且调整向装入层内供给所述气体燃料的位置。
15.如权利要求1所述的烧结矿的制造方法，其中，所述气体燃料燃烧工序中，在点火炉以后的位置，从装入层的上部供给稀释至燃烧下限浓度以下的气体燃料，使所述气体燃料在装入层内燃烧。
16.如权利要求1所述的烧结矿的制造方法，其中，所述气体燃料燃烧工序中，在装入层的表层部产生烧结块后直到烧结结束的期间供给稀释至燃烧下限浓度以下的气体燃料，使所述气体燃料在装入层内燃烧。
17.如权利要求1所述的烧结矿的制造方法，其中，所述气体燃料燃烧工序中，在燃烧/熔融带的厚度为15mm以上的区域供给稀释至燃烧下限浓度以下的气体燃料，使所述气体燃料在装入层内燃烧。
18.如权利要求1所述的烧结矿的制造方法，其中，所述气体燃料燃烧工序中，在燃料前线到达表层下的100mm的位置以下供给稀释至燃烧下限浓度以下的气体燃料，使所述气体燃料在装入层内燃烧。
19.如权利要求1所述的烧结矿的制造方法，其中，所述气体燃料燃烧工序中，在所述装入层的两侧壁附近供给稀释至燃烧下限浓度以下的气体燃料，使所述气体燃料在装入层内燃烧。
20.如权利要求1所述的烧结矿的制造方法，其中，所述气体燃料燃烧工序中，在烧结机机长方向上从装入层的上部供给稀释至燃烧下限浓度以下的气体燃料，使所述气体燃料在装入层内燃烧，并且调整烧结矿的低温强度。
21.如权利要求1所述的烧结矿的制造方法，其中，所述气体燃料为稀释至燃烧下限浓度的75％以下、2％以上的浓度的可燃性气体。
22.如权利要求10所述的烧结矿的制造方法，其中，所述气体燃料为稀释至燃烧下限浓度的60％以下、2％以上的浓度的可燃性气体。
23.如权利要求11所述的烧结矿的制造方法，其中，所述气体燃料为稀释至燃烧下限浓度的25％以下、2％以上的浓度的可燃性气体。
24.如权利要求1所述的烧结矿的制造方法，其中，所述气体燃料为选自由高炉气、焦炉气、高炉-焦炉混合气体、丙烷气体、天然气和甲烷气体组成的组中的至少一种气体。
25.一种烧结机，具有循环移动的台车、配置于所述台车的下方的吸引用风箱、用于在台车上供给烧结原料的原料供给装置和用于对烧结原料中的炭材料进行点火的点火炉，其特征在于，在所述点火炉的下游侧配置气体燃料供给装置，其用于从装入层上方向该装入层中吹入稀释至燃烧下限浓度以下的浓度的气体燃料。
26.如权利要求24所述的烧结机，其特征在于，所述气体燃料供给装置，在点火炉下游侧的烧结机的机长方向上至少配置一个以上。
27.如权利要求24所述的烧结机，其特征在于，所述气体燃料供给装置，配置于台车行进方向上从燃烧前线进行到表层下的阶段至烧结结束之间的位置上。
28.如权利要求24所述的烧结机，其特征在于，所述气体燃料供给装置配置于侧壁附近。
29.如权利要求24所述的烧结机，其特征在于，所述气体燃料供给装置，供给稀释至燃烧下限浓度的75％以下、2％以上的浓度的可燃性气体。
30.如权利要求29所述的烧结机，其特征在于，所述气体燃料供给装置，供给稀释至燃烧下限浓度的60％以下、2％以上的浓度的可燃性气体。
31.如权利要求30所述的烧结机，其特征在于，所述气体燃料供给装置，供给稀释至燃烧下限浓度的25％以下、2％以上的浓度的可燃性气体。
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