JP2001115204A

JP2001115204A - 還元鉄の製造装置及び炉内温度の測定装置

Info

Publication number: JP2001115204A
Application number: JP29351299A
Authority: JP
Inventors: Naohiko Ishibashi; 直彦石橋; Kuniaki Tauchi; 邦明田内; Hironori Fujioka; 宏規藤岡
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1999-10-15
Filing date: 1999-10-15
Publication date: 2001-04-24

Abstract

(57)【要約】【課題】還元鉄の製造装置において、還元処理状況に
応じて二次燃焼用空気の供給量を調整することで還元処
理効率及び製品の品質の向上を図る。【解決手段】還元炉１９における加熱ゾーンＡにて、
ロードセル３８が計測したグリーンボールGBの重量に基
づいて演算器７０がペレット投入量Ｗｐを演算し、変換
器７１がこのペレット投入量Ｗｐに応じて設定ウィケッ
トエア流量Ｑｗ₀を設定し、流量調節器７３はこの設定
ウィケットエア流量Ｑｗ₀とオリフィス流量計７６の計
測値から求めた実ウィケットエア流量Ｑｗ₁とに基づい
て流量調整弁７８を操作し、ウィケットエア供給ライン
Ｌ３上の実ウィケットエア流量Ｑｗ ₁を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄原料と還元剤と
の混合粉末を造粒したペレットを高温雰囲気中で還元し
て還元鉄を製造する還元鉄の製造装置、並びにこの還元
鉄の製造装置で用いられる炉内温度の測定装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】還元鉄を製造する場合、まず、鉄鉱石の
粉末、石炭の粉末、石灰石の粉末、結合剤を混合し、加
湿造粒してグリーンボールと呼ばれるウエットボールを
形成する。次に、このグリーンボールをある程度乾燥し
てから、還元炉内で高温に加熱して石炭により鉄鉱石中
の酸化鉄を還元することで、ペレット状の還元鉄を生成
することができる。

【０００３】この還元炉において、ドーナッツ形状に形
成された還元炉本体内にリング状をなす炉床が周方向に
回転可能に支持され、還元炉本体の所定位置にグリーン
ボールを炉床上に供給するペレット供給部と、炉床で還
元された還元済ペレットを外部に排出するペレット排出
部とが設けられている。そして、還元炉内に炉床上に高
温雰囲気を形成するための空間部が形成され、この空間
部に対して燃料と一次燃焼用空気を混合した燃焼ガスを
供給するメインバーナーと、二次燃焼用空気を供給する
サブバーナーとが設けられると共に、炉内での燃焼によ
り発生した排気ガスを排出する排気ダクトが設けられて
いる。

【０００４】従って、ペレット供給部にて、グリーンボ
ールはペレット供給部から炉床に供給される一方、この
炉床は所定速度で回転し、且つ、バーナーにより空間部
が加熱されて高温雰囲気となっている。そのため、炉床
上のグリーンボールは高温雰囲気を移動中に石炭により
鉄鉱石中の酸化鉄が還元され、還元鉄となる。そして、
ペレット排出部にて、還元されたグリーンボールは還元
済ペレットとしてペレット排出部により炉外へ排出さ
れ、容器に詰め込まれる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した還
元炉では、炉内を所定温度の高温雰囲気に維持するため
にメインバーナーにより炉内に燃焼ガスを供給している
が、この燃焼ガスの燃料流量を抑えると共に燃焼後に残
留する可燃性ガスを過不足なく燃焼することで、還元処
理効率のアップを図る一方で、処理される還元済ペレッ
トの金属化率を９０％以上として製品の品質アップを図
ることが望まれている。

【０００６】そのため、一般に、還元炉内は、ペレット
供給部から排気ダクトまででペレットを加熱させる加熱
ゾーンと、排気ダクトの下流側であってＣＯ比を制御し
て還元処理を進行させるＣＯ比制御ゾーンと、ＣＯ比制
御ゾーンの下流側からペレット排出部まででほぼ還元処
理が完了したペレットの還元状態を維持する還元雰囲気
ゾーンとに区画されている。全てのゾーンに対してメイ
ンバーナーにより燃焼ガスを供給して加熱することで、
高温ガスの輻射熱で石炭により鉄鉱石中の酸化鉄を効率
よく還元させ、還元済ペレットの金属化率を向上させて
いる。また、加熱ゾーン及びＣＯ比制御ゾーンにのみサ
ブバーナーにより二次燃焼用空気を供給することで、炉
内の可燃性ガスを過不足なく燃焼して燃料流量を抑える
ようにしている。

【０００７】ところが、この可燃性ガスは炉床上のペレ
ットから発生するものであり、その発生量は各ゾーン、
つまり、ペレット還元処理の進行度合に応じて異なる。
また、この可燃性ガスの発生量は、炉床上に供給される
ペレットの量に応じても異なる。しかし、従来の還元炉
では、可燃性ガスを過不足なく燃焼させるための二次燃
焼空気の供給量はほぼ一定であり、還元処理効率のアッ
プや製品の品質アップなどに十分に寄与していないのが
現状である。

【０００８】本発明はこのような問題を解決するもので
あり、還元処理状況に応じて二次燃焼用空気の供給量を
調整することで還元処理効率及び製品の品質の向上を図
った還元鉄の製造装置及び炉内温度の測定装置を提供す
ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの請求項１の発明の還元鉄の製造装置は、装置内の高
温雰囲気中を移動する炉床上に鉄原料と還元剤との混合
粉末を造粒したペレットを投入し、該ペレットを該高温
雰囲気中で還元して還元鉄を製造する還元鉄の製造装置
において、所定量の燃料に適量の一次燃焼用空気を混合
した燃焼ガスを供給する燃焼ガス供給手段と、設定量の
二次燃焼用空気を供給する二次燃焼用空気供給手段と、
前記炉床上に供給されるペレットの投入量を検出するペ
レット投入量検出手段と、該ペレット投入量に応じて前
記二次燃焼用空気の設定量を調整する二次燃焼用空気流
量調整手段とを具えたことを特徴とするものである。

【００１０】また、請求項２の発明の還元鉄の製造装置
では、前記高温雰囲気の設定温度に応じた燃料流量を設
定する燃料流量設定手段と、該燃料流量と前記二次燃焼
用空気流量との容量比に応じて該燃料流量を該二次燃焼
用空気流量に換算する空気流量換算手段と、前記二次燃
焼用空気流量調整手段が調整した二次燃焼用空気流量と
該空気流量換算手段が換算した二次燃焼用空気流量とを
比較して低値側を二次燃焼用空気流量とする空気流量選
択手段とを設けたことを特徴としている。

【００１１】また、請求項３の発明の還元鉄の製造装置
では、前記高温雰囲気の実際の温度を検出する温度検出
手段と、該実温度が予め設定された上限温度を越えたと
きに燃料の供給を停止する燃料遮断手段とを設けたこと
を特徴としている。

【００１２】また、請求項４の発明の還元鉄の製造装置
では、前記高温雰囲気の実際の酸素濃度を検出する酸素
濃度検出手段と、該実酸素濃度に基づいて前記二次燃焼
用空気流量を補正する二次燃焼用空気流量補正手段とを
設けたことを特徴としている。

【００１３】また、請求項５の発明の還元鉄の製造装置
では、前記高温雰囲気の実際の一酸化炭素濃度を検出す
る一酸化炭素濃度検出手段と、前記高温雰囲気の実際の
二酸化炭素濃度を検出する二酸化炭素濃度検出手段と、
該実一酸化炭素濃度及び該実二酸化炭素濃度に基づいて
一酸化炭素濃度比を演算する濃度比演算手段と、該一酸
化炭素濃度比に基づいて前記二次燃焼用空気流量を変更
する二次燃焼用空気流量変更手段とを設けたことを特徴
としている。

【００１４】また、請求項６の発明の還元鉄の製造装置
では、前記炉床上に前記ペレットが投入されてから該炉
床の１回転を検出する炉床回転検出手段と、該炉床が１
回転してから前記二次燃焼用空気流量変更手段を作動さ
せる空気流量変更制御手段とを設けたことを特徴として
いる。

【００１５】また、請求項７の発明の還元鉄の製造装置
では、前記変更された二次燃焼用空気流量が前記二次燃
焼用空気供給手段による二次燃焼用空気の供給量の上限
値を越えたときに不足量を前記一次燃焼用空気流量で補
う空気流量補足手段とを設けたことを特徴としている。

【００１６】また、請求項８の発明の還元鉄の製造装置
では、前記ペレット投入量に応じて前記高温雰囲気の温
度を設定する温度設定手段を設けたことを特徴としてい
る。

【００１７】また、請求項９の発明の還元鉄の製造装置
では、最小量の二次燃焼用空気を供給する二次燃焼用空
気最小量供給手段と、前記ペレット投入量検出手段が検
出したペレット投入量が所定量以下であるときに該二次
燃焼用空気最小量供給手段を作動させる二次燃焼用空気
供給制御手段とを設けたことを特徴としている。

【００１８】また、請求項１０の発明の炉内温度の測定
装置は、装置内の高温雰囲気中を移動する炉床上に鉄原
料と還元剤との混合粉末を造粒したペレットを投入し、
該ペレットを該高温雰囲気中で還元して還元鉄を製造す
る還元鉄の製造装置において、天井部から前記高温雰囲
気に垂設された第１の温度検出手段と、前記炉床内に埋
設された第２の温度検出手段と、前記第１及び第２の温
度検出手段の検出結果に基づいて前記ペレットの温度を
推定するペレット温度推定手段とを具えたことを特徴と
するものである。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態を詳細に説明する。

【００２０】図１に本発明の第１実施形態に係る還元鉄
の製造装置における加熱ゾーンの燃焼制御システムの制
御ブロック、図２に炉内温度偏差に対する燃料流量を表
すグラフ、図３に実炉内温度に対する燃料遮断弁の開閉
操作を表すグラフ、図４にペレット投入量に対するウィ
ケットエア流量を表すグラフ、図５にペレット投入量に
対するウィケットエア切換弁の切換操作を表すグラフ、
図６に還元鉄の製造装置の全体構成を表す概略、図７に
還元炉内の各ゾーンを説明するための平面視概略を示
す。

【００２１】本実施形態の還元鉄の製造装置による製造
工程を簡単に説明する。図６に示すように、まず、ペレ
ットの原材料となる鉄鉱石の粉末（鉄原料）と石炭の粉
末（還元剤）と石灰石の粉末とがそれぞれホッパ１１，
１２，１３から供給され、ホッパ１４から供給された結
合剤と共にミキサー１５で混合される。次に、混合粉末
がペレタイザー１６にて直径１０〜２０mmのグリーンボ
ール（生ペレット）GBに造粒され、乾燥機１７に投入さ
れ、後述する還元炉１９からの排気ガスにより乾燥され
る。そして、乾燥したグリーンボールGBはコンベヤ１８
を介してペレット供給装置３１により還元炉１９に供給
される。一方、この還元炉１９内はバーナー（燃焼ガス
供給手段）３２により加熱されて高温雰囲気に維持さ
れ、内部の排気ガスが排気ダクト３３から排出されてい
る。そのため、グリーンボールGBは還元炉１９内を移動
するときに内部で高温に加熱され、石炭により鉄鉱石中
の酸化鉄を還元することでペレット状の還元鉄が生成さ
れる。そして、還元済ペレットは、ペレット排出装置３
４により還元炉１９内から搬出され、容器２０に収容さ
れる。

【００２２】また、排気ダクト３３から排出された排気
ガスは水スプレー式の一次冷却器２１で冷却されてから
熱交換器２２に送られ、ここで送風ファン２３により送
られた空気と熱交換を行ってから、水スプレー式の二次
冷却器２４で再び冷却される。なお、熱交換器２２で加
熱された空気は還元炉１９に送られ、燃料（天然ガス）
と共に炉内に供給される。一方、二次冷却器２４で冷却
された排気ガスは、ファン２５により乾燥機１７に送ら
れ、前述したように、グリーンボールGBの乾燥用空気と
なる。そして、乾燥機１７から排出された排気ガスは集
塵機２６で清浄化され、更に排気ファン２７により煙突
２８に送られ、脱硫されてから大気に放出される。

【００２３】ここで、還元炉１９について詳細に説明す
る。図６及び図７に示すように、ドーナッツ形状に形成
された還元炉本体３５内にはリング状をなす炉床３６が
周方向に回転可能に支持されている。そして、この還元
炉１９は、炉床３６の上方の高温空間部が、ペレット供
給装置３１から排気ダクト３３までの加熱ゾーンＡと、
排気ダクト３３より下流側のＣＯ比制御ゾーンＢと、Ｃ
Ｏ比制御ゾーンより下流側からペレット排出装置３４ま
での還元雰囲気ゾーンＣとに区画される。

【００２４】加熱ゾーンＡは２ゾーンに分けられ、ペレ
ット供給装置３１と、バーナー３２ａと、二次燃焼用空
気を供給する空気供給部（二次燃焼用空気供給手段）３
７ａとが設けられている。また、ペレット供給装置３１
には炉床３６上へ投入されるグリーンボールGBの投入量
を計測するロードセル（ペレット投入量検出手段）３８
が設けられると共に、加熱ゾーンＡの温度を検出する温
度センサ（温度検出手段）３９ａと、酸素濃度を検出す
るＯ₂センサ（酸素濃度検出手段）４０が設けられてい
る。

【００２５】ＣＯ比制御ゾーンＢは３ゾーンに分けら
れ、バーナー３２ｂと、二次燃焼用空気を供給する空気
供給部３７ｂとが設けられている。また、ＣＯ比制御ゾ
ーンＢの温度を検出する温度センサ（温度検出手段）３
９ｂと、一酸化炭素濃度を検出するＣＯセンサ（一酸化
炭素濃度検出手段）４１及び二酸化炭素濃度を検出する
ＣＯ₂センサ（二酸化炭素濃度検出手段）４２が設けら
れている。そして、ＣＯセンサ４１及びＣＯ₂センサ４
２の検出結果から、ＣＯ／（ＣＯ₂＋ＣＯ）によりＣＯ
比を求めることができ、このＣＯ比制御ゾーンＢでのＣ
Ｏ比の適正値は０．２程度であり、還元処理が十分に進
行することができるようになっている。

【００２６】還元雰囲気ゾーンＣは３ゾーンに分けら
れ、バーナー３２ｃが設けられ、二次燃焼用空気を供給
する空気供給部は設けられておらず、加熱ゾーンＡやＣ
Ｏ比制御ゾーンＣに比べてＣＯ比が高く設定され、ＣＯ
比制御ゾーンＢでほぼ還元されたグリーンボールGBの還
元度合（金属化率）が維持（あるいは、やや進行）可能
となっている。また、還元雰囲気ゾーンＣの温度を検出
する温度センサ（温度検出手段）３９ｃが設けられてい
る。なお、還元炉本体３５には炉床３６の回転速度を検
出する速度センサ４３が設けられている。

【００２７】このように構成された還元炉１９の各ゾー
ンＡ，Ｂ，Ｃでは、その役割が十分に機能するように、
バーナー３２ａ，３２ｂ，３２ｃから供給される燃料流
量及び一次燃焼用空気流量（以下、燃焼空気流量）、空
気供給部３７ａ，３７ｂから供給される二次燃焼用空気
流量（以下、ウィケットエア流量）が制御されるように
なっている。

【００２８】本実施形態では、加熱ゾーンＡにおける燃
焼制御システムについて説明する。図１に示すように、
温度センサ３９ａは加熱ゾーンＡの炉内温度ＰＶ_Tを検
出し、温度調節器５１に出力する。この温度調節器５１
には、実際の炉内温度ＰＶ_Tと共に予め設定された設定
炉内温度ＳＶ_Tが入力し、実炉内温度ＰＶ_Tと設定炉内
温度ＳＶ_Tとの偏差から燃料の供給割合ＭＶ_Tを出力す
る。変換器５２は、図２のグラフに基づき、燃料の供給
割合ＭＶ_Tを設定燃料流量Ｑｍ₀に変換するが、この場
合、最小閾値値Ｆ_Hと最大閾値Ｆ_Lが設定されており、
失火や過熱が抑制されている。

【００２９】このように求められた設定燃料流量Ｑｍ₀
は後述する低値選択器５３で処理され、スイッチＳＷ１
を介して流量調節器５４に入力する。一方、燃料供給源
５５から還元炉１９の加熱ゾーンＡに配管された燃料供
給ラインＬ１にはオリフィス流量計５６が設けられ、オ
リフィス流量計５６が計測した差圧ΔＰが変換器５７で
変換されることで、流量調整弁（燃料流量設定手段）５
８の下流側での実際の燃料流量Ｑｍ₁となって流量調節
器５４に入力する。流量調節器５４は、実燃料流量Ｑｍ
₁が設定燃料流量Ｑｍ₀となるように流量調整弁５８を
操作し、燃料供給ラインＬ１上の実燃料流量Ｑｍ₁を調
整する。

【００３０】更に、実炉内温度ＰＶ_Tと設定炉内温度Ｓ
Ｖ_Tは判定器ＳＱ１に入力されるようになっている。こ
の判定器ＳＱ１は、図３のグラフに基づき、実炉内温度
ＰＶ _Tが温度上限値Ｔ_Hと温度下限値Ｔ_Lとの領域から
外れたときには、燃料遮断弁（燃料遮断手段）５９を閉
止するものである。実際には、前述したように、実炉内
温度ＰＶ_Tは設定炉内温度ＳＶ_Tに基づいて実燃料流量
Ｑｍ₁が調整されて制御されるが、制御遅れや各機器の
故障等に備えて判定器ＳＱ１及び燃料遮断弁５９が設け
られている。つまり、実炉内温度ＰＶ_Tが上昇して設定
炉内温度ＳＶ_Tを越え、更に温度上限値Ｔ_Hを越える
と、ＳＱ１−ＯＮとなって燃料遮断弁５９が閉止して燃
料の供給が停止する。燃料の供給が停止すると、実炉内
温度ＰＶ_Tが下降して設定炉内温度ＳＶ_Tより下がり、
更に温度下限値Ｔ_Lより下がると、ＳＱ１−ＯＦＦとな
って燃料遮断弁５９が開放して再び燃料の供給が開始さ
れる。なお、温度上限値Ｔ_Hは設定炉内温度ＳＶ_Tに５
０℃を加えた温度で、温度下限値Ｔ_Lは設定炉内温度Ｓ
Ｖ_Tから５０℃を引いた温度としたが、この数値は適宜
設定すればよいものである。

【００３１】また、設定燃料流量Ｑｍ₀は後述する高値
選択器６０で処理され、換算器６１で理論空燃比β（＝
Ｆ_FMAX・ａ／Ｆ_ANAX、Ｆ_FMAX：燃料流量測定範囲の最大
値、Ｆ_ANAX：燃料流量測定範囲、ａ：単位燃料当たりの
理論空気流量）及び空気過剰率μを乗算して設定燃焼空
気流量Ｑａ₀に換算されてからスイッチＳＷ２を介して
流量調節器６２に入力する。一方、燃焼空気供給源６３
から加熱ゾーンＡに配管された燃焼空気供給ラインＬ２
にはオリフィス流量計６４が設けられ、オリフィス流量
計６４が計測した差圧ΔＰが変換器６５で変換されるこ
とで、流量調整弁６６の下流側での実際の燃焼空気流量
Ｑａ₁となって流量調節器６２に入力する。流量調節器
６２は、実燃焼空気流量Ｑａ₁が設定燃焼空気流量Ｑａ
₀となるように流量調整弁６６を操作し、燃焼空気供給
ラインＬ２上の実燃焼空気流量Ｑａ₁を調整する。な
お、６７は、還元炉１９の不使用時や非常時などのとき
に使用される燃焼空気遮断弁である。

【００３２】ところで、燃焼は、燃料量と空気量の比率
（空燃比または空気過剰率）によって大きく変化し、こ
の空気過剰率が小さくなると燃焼に必要な空気量が不足
し、不完全燃焼による熱損失や黒煙発生が増大する。従
って、上述した燃料及び燃焼空気の流量調整制御では、
熱損失や黒煙発生が最小となる最適燃焼ゾーンで燃焼が
実行されるようにシングルクロスリミット燃焼制御を適
用している。即ち、低値選択器５３では、設定燃料流量
Ｑｍ₀と、実燃焼空気流量Ｑａ₁を換算器６１ａで理論
空燃比β及び空気過剰率μで除算し、更に、演算器６８
で１＋Ｋ₁（Ｋ ₁：負荷上昇時の発煙限界の設定）を乗
算した上限値Ｑｍ_Hとを比較して低値を選択する。ま
た、高値選択器６０では、設定燃料流量Ｑｍ₀と、演算
器６９で実燃料流量Ｑｍ₁に１−Ｋ₂（Ｋ₂：負荷減少
時の発煙限界の設定）を乗算した下限値Ｑｍ_Lとを比較
して高値を選択する。なお、空気過剰率が大きくなると
燃焼に必要な空気量以外の余分に加熱されるために熱損
失やＮＯｘ発生が増大するため、熱効率が最大となる最
適燃焼ゾーンを有するダブルクロスリミット燃焼制御を
適用してもよい。

【００３３】なお、還元炉１９の加熱ゾーンＡでは、着
火時と着火後とでは最低必要な燃料流量及び燃焼空気流
量が異なり、設定燃料流量Ｑｍ₀及び設定燃焼空気流量
Ｑａ ₀を変更している。即ち、最小燃料流量Ｑｍ_min及
び最小燃焼空気流量Ｑａ_minが設定されており、着火時
と着火後とを検出し、スイッチＳＷ１にて設定燃料流量
Ｑｍ₀と最小燃料流量Ｑｍ_minとを切り換えると共に、
スイッチＳＷ２にて設定燃焼空気流量Ｑａ₀と最小燃焼
空気流量Ｑａ_minとを切り換えている。

【００３４】ロードセル３８はペレット供給装置３１か
ら炉床３６上に投入するための図示しないベルトコンベ
ヤでのグリーンボールGBの重量を計測し、演算器７０は
このグリーンボールGBの重量を時間当たりの投入量Ｗｐ
（ton/ｈ）に換算する。変換器７１は、図３のグラフに
基づき、ペレット投入量Ｗｐを設定ウィケットエア流量
Ｑｗ₀に変換するが、この場合、最小ウィケットエア流
量Ｑｗ_minが設定されており、失火や炉内温度の下降に
よる炉の損傷が抑制され、還元炉１９が保護されるよう
になっている。そして、設定ウィケットエア流量Ｑｗ₀
は後述する低値選択器７２で処理され、スイッチＳＷ３
を介して流量調節器７３に入力する。

【００３５】また、ペレット投入量Ｗｐは判定器ＳＱ２
に入力されるようになっている。この判定器ＳＱ２は、
図５のグラフに基づき、ペレット投入量Ｗｐが最小ペレ
ット投入量Ｗｐ_min以上になると、ＳＱ２−ＯＮとなっ
てスイッチＳＷ３を操作するものである。つまり、ペレ
ット投入量Ｗｐが最小ペレット投入量Ｗｐ_minより少な
いと、ＳＱ２−ＯＦＦであるためにペレット供給装置３
１から炉床３６上にグリーンボールGBは投入されていな
いと判定し、スイッチＳＷ３を操作して最小ウィケット
エア流量Ｑｗ_min（二次燃焼用空気最小量供給手段、二
次燃焼用空気供給制御手段）とする。一方、ペレット投
入量Ｗｐが最小ペレット投入量Ｗｐ_min以上になると、
ＳＱ２−ＯＮとなって炉床３６上にグリーンボールGBが
投入されたと判定し、タイマ７４により所定時間Ｔ_D1を
待ち、スイッチＳＷ３を操作して設定ウィケットエア流
量Ｑｗ₀とする。なお、判定器ＳＱ２にて、ＳＱ２−Ｏ
Ｎとなって還元炉１９にグリーンボールGBが投入された
と判定されると、スイッチＳＷ２も操作されて設定燃焼
空気流量Ｑａ₀に設定される。

【００３６】一方、ウィケットエア供給源７５から還元
炉１９の加熱ゾーンＡに配管されたウィケットエア供給
ラインＬ３にはオリフィス流量計７６が設けられ、オリ
フィス流量計７６が計測した差圧ΔＰが変換器７７で変
換されることで、流量調整弁（二次燃焼用空気流量調整
手段）７８の下流側での実際のウィケットエア流量Ｑｗ
₁となって流量調節器７４に入力する。流量調節器７４
は、実ウィケットエア流量Ｑｗ₁が設定ウィケットエア
流量Ｑｗ₁となるように流量調整弁７８を操作し、ウィ
ケットエア供給ラインＬ３上の実ウィケットエア流量Ｑ
ｗ₁を調整する。

【００３７】ところで、還元炉１６内にあるペレット
（グリーンボールGB）から発生する揮発成分の量がペレ
ット量に比例することから、ウィケットエア流量はペレ
ット（グリーンボールGB）投入量に比例することとな
り、上述したようにウィケットエアの流量調整制御で
は、ペレット投入量Ｗｐに基づいて設定ウィケットエア
流量Ｑｗ₀を設定している。しかし、還元炉１９内での
完全燃焼時にペレット投入量に変動等が発生した場合、
炉内が加熱過剰状態となる虞があるため、燃料流量調整
制御にて、ＳＱ１−ＯＮで燃料遮断弁５９が閉止して燃
料の供給が停止しても、最小ペレット投入量Ｗｐ_minよ
り多いウィケットエアを供給するようにしている。即
ち、実炉内温度ＰＶ_Tと設定炉内温度ＳＶ_Tとに基づい
て設定された設定燃料流量Ｑｍ₀に、換算器７９にて、
理論空燃比β₀を乗算して空気量に換算すると共に、燃
焼空気流量とウィケットエア流量との容量比に応じて設
定された空気流量換算係数λを乗算（空気流量換算手
段）して換算ウィケットエア流量Ｑｗ _Cを演算する。そ
して、低値選択器（空気流量選択手段）７２は設定ウィ
ケットエア流量Ｑｗ₀と換算ウィケットエア流量Ｑｗ_C
とを比較して低値を選択することとなる。

【００３８】このように本実施形態の還元鉄の製造装置
の還元炉１９における加熱ゾーンＡでは、ロードセル３
８が計測したグリーンボールGBの重量に基づいて演算器
７０がペレット投入量Ｗｐを演算し、変換器７１がこの
ペレット投入量Ｗｐに応じて設定ウィケットエア流量Ｑ
ｗ₀を設定し、流量調節器７３はこの設定ウィケットエ
ア流量Ｑｗ₀とオリフィス流量計７６の計測値から求め
た実ウィケットエア流量Ｑｗ₁とに基づいて流量調整弁
７８を操作し、ウィケットエア供給ラインＬ３上の実ウ
ィケットエア流量Ｑｗ₁を調整している。

【００３９】従って、還元炉１９における加熱ゾーンＡ
に供給されるウィケットエア流量は、炉床３６上に投入
されるグリーンボールGBの投入量に基づいて決定され、
且つ、この投入量に応じて調整されることとなる。その
ため、炉床３６上のグリーンボールGBから発生する可燃
性ガス量に対して適量のウィケットエアが供給され、こ
の可燃性ガスを過不足なく燃焼させることで、還元処理
効率のアップや製品の品質アップが図れる。

【００４０】また、判定器ＳＱ１は、実炉内温度ＰＶ_T
が設定炉内温度ＳＶ_Tに基づいて設定された温度上限値
Ｔ_Hより高くなったときには燃料遮断弁５９を閉止して
燃料の供給を停止し、実炉内温度ＰＶ_Tが設定炉内温度
ＳＶ_Tに基づいて設定された温度下限値Ｔ_Lより低くな
ったたときには燃料遮断弁５９を開放して燃料の供給を
開始するようにしている。

【００４１】従って、還元炉１９内の加熱過剰を抑制し
てを保護することができる。

【００４２】更に、換算器７９は、実炉内温度ＰＶ_Tと
設定炉内温度ＳＶ_Tとに基づいて設定された設定燃料流
量Ｑｍ₀に、理論空燃比β₀を乗算して空気量に換算す
ると共に、燃焼空気流量とウィケットエア流量との容量
比に応じて設定された空気流量換算係数λを乗算（空気
流量換算手段）して換算ウィケットエア流量Ｑｗ_Cを算
出し、低値選択器７２が設定ウィケットエア流量Ｑｗ₀
と換算ウィケットエア流量Ｑｗ_Cとを比較して低値を選
択して流量調節器７３に出力するようにしている。

【００４３】従って、還元炉１９内で完全燃焼している
ときにペレット投入量に変動等が発生すると、炉内が加
熱過剰状態となる虞があるため、ＳＱ１−ＯＮで燃料遮
断弁５９を閉止することで燃料の供給が停止して炉内温
度を低下させると共に、炉内温度のパラメータから求め
た換算ウィケットエア流量Ｑｗ_Cを供給することとな
り、炉内の加熱過剰を抑制して還元炉１９を保護するこ
とができる。

【００４４】図８に本発明の第２実施形態に係る還元鉄
の製造装置における加熱ゾーンの燃焼制御システムの制
御ブロック、図９に酸素濃度偏差に対するウィケットエ
ア流量の補正係数を表すグラフを示す。なお、以降に説
明する各実施形態では、前述した第１実施形態で説明し
たものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付し
て重複する説明は省略する。

【００４５】本実施形態は、加熱ゾーンＡにおける燃焼
制御システムに関するものであり、第１実施形態の改良
案であって、設定ウィケットエア流量Ｑｗ₀を加熱ゾー
ンＡにおける酸素濃度に基づいて補正するようにしたも
のであり、燃料制御及び燃焼空気制御は前述の実施形態
と同様である。

【００４６】本実施形態の加熱ゾーンＡにおける燃焼制
御システムにおいて、図８に示すように、ロードセル３
８はペレット供給装置３１から炉床３６上に投入された
グリーンボールGBの重量を計測し、演算器７０はこれを
時間当たりの投入量Ｗｐ（ton/ｈ）に換算し、変換器７
１は、図３のグラフに基づいて設定ウィケットエア流量
Ｑｗ₀を求める。一方、Ｏ₂センサ４０は加熱ゾーンＡ
の酸素濃度を検出し、換算器８１がこの検出値を実際の
酸素濃度ＰＶ_Dに換算し、酸素濃度調節器８２に出力す
る。この酸素濃度調節器８２には、実際の酸素濃度ＰＶ
_Dと共に予め設定された設定酸素濃度ＳＶ_Dが入力し、
実酸素濃度ＰＶ_Dと設定酸素濃度ＳＶ_Dとの偏差から酸
素濃度の割合ＭＶ_Dを出力する。変換器８３は、図９の
グラフに基づき、酸素濃度の割合ＭＶ_Dを設定ウィケッ
トエア流量Ｑｗ₀の補正係数γに変換するが、この場
合、酸素濃度の割合ＭＶ_D＝５０％が補正係数γ＝１．
０と設定されており、且つ、最小補正係数γ_minが設定
されている。スイッチＳＷ３は変換器（二次燃焼用空気
流量補正手段）８４に出力する補正係数γを変換器８３
の出力値と１．０とを後述する判定器ＳＱ２，ＳＱ３の
判定結果により切り換えるものであり、変換器８４は設
定ウィケットエア流量Ｑｗ₀に補正係数γを乗算してこ
れを補正し、低値選択器７２にで力する。

【００４７】一方、ペレット投入量Ｗｐは判定器ＳＱ２
に出力され、図５のグラフに基づいてＳＱ２−ＯＦＦに
よりグリーンボールGBの未投入と、ＳＱ２−ＯＮにより
グリーンボールGBの投入が判定され、タイマ７４により
所定時間Ｔ_D1を待ってスイッチＳＷ２，ＳＷ３を操作す
る。また、速度センサ４３は還元炉１９内の炉床３６の
回転速度を検出しており、換算器８５がこの検出値を炉
床３６の１回転の所要時間Ｔ_D2に変換する。タイマ８６
は１回転の所要時間Ｔ_D2を計時し、判定器ＳＱ３は所要
時間Ｔ_D2が経過したらグリーンボールGBが投入されてか
ら炉床３６が１回転したと判定し、スイッチＳＷ４を操
作する。即ち、前述したスイッチＳＷ４にて、ＳＱ２−
ＯＦＦ（グリーンボールGBの未投入）またはＳＱ３−Ｏ
ＦＦ（炉床３６の未１回転）のときは、補正係数γ＝
１．０を変換器８４に出力し、ＳＱ２−ＯＮ（グリーン
ボールGBの投入後）で且つＳＱ３−ＯＮ（炉床３６の１
回転後）のときは、実酸素濃度ＰＶ_D及び設定酸素濃度
ＳＶ_Dから求めた補正係数γを変換器８４に出力する。

【００４８】このように本実施形態の還元鉄の製造装置
の還元炉１９における加熱ゾーンＡでは、ペレット投入
量Ｗｐに応じて設定ウィケットエア流量Ｑｗ₀を設定す
る一方、実酸素濃度ＰＶ_D及び設定酸素濃度ＳＶ_Dから
求めた補正係数γによりこの設定ウィケットエア流量Ｑ
ｗ₀を補正し、流量調節器７３はこの補正された設定ウ
ィケットエア流量Ｑｗ₀とオリフィス流量計７６の計測
値から求めた実ウィケットエア流量Ｑｗ₁とに基づいて
流量調整弁７８を操作し、ウィケットエア供給ラインＬ
３上の実ウィケットエア流量Ｑｗ₁を調整している。

【００４９】従って、還元炉１９の加熱ゾーンＡに供給
されるウィケットエア流量が、炉床３６上に投入される
グリーンボールGBの投入量に基づいて設定されると共
に、実酸素濃度ＰＶ_D及び設定酸素濃度ＳＶ_Dに基づい
て補正されることとなり、炉床３６上のグリーンボール
GBから発生する可燃性ガス量に対して、必要量のウィケ
ットエアを供給し、可燃性ガスを過不足なく燃焼させる
ことができる。

【００５０】図１０に本発明の第３実施形態に係る還元
鉄の製造装置におけるＣＯ比制御ゾーンの燃焼制御シス
テムの制御ブロック、図１１に不足ウィケットエア流量
に対する補充燃焼空気流量を表すグラフを示す。

【００５１】本実施形態では、ＣＯ比制御ゾーンＢにお
ける燃焼制御システムについて説明する。図１０に示す
ように、温度センサ３９ｂはＣＯ比制御ゾーンＢの炉内
温度ＰＶ_Tを検出し、温度調節器１５１は実炉内温度Ｐ
Ｖ_Tと設定炉内温度ＳＶ_Tとの偏差から燃料の供給割合
ＭＶ_Tを出力する。変換器１５２は、図２と同様のグラ
フに基づいて燃料の供給割合ＭＶ_Tを設定燃料流量Ｑｍ
₀に変換する。

【００５２】そして、低値選択器１５３は、設定燃料流
量Ｑｍ₀と、実燃焼空気流量Ｑａ₁が換算器１６１ａ及
び演算器１６８で処理された上限値Ｑｍ_Hとを比較して
低値を選択し、スイッチＳＷ１１を介して流量調節器１
５４に入力する。一方、オリフィス流量計１５６は燃料
供給源５５から還元炉１９のＣＯ比制御ゾーンＢに配管
された燃料供給ラインＬ１１の差圧ΔＰを計測し、変換
器１５７で変換することで流量調整弁１５８の下流側で
の実際の燃料流量Ｑｍ₁として流量調節器１５４に入力
する。流量調節器１５４は、実燃料流量Ｑｍ₁が設定燃
料流量Ｑｍ₀となるように流量調整弁１５８を操作し、
燃料供給ラインＬ１１上の実燃料流量Ｑｍ₁を調整す
る。なお、１５９は、還元炉１９の不使用時や非常時な
どのときに使用される燃料遮断弁である。

【００５３】また、高値選択器１６０は、設定燃料流量
Ｑｍ₀と、実燃料流量Ｑｍ₁が演算器１６９で処理され
た下限値Ｑｍ_Lとを比較して高値を選択し、換算器１６
１で理論空燃比β及び空気過剰率μを乗算して設定燃焼
空気流量Ｑａ₀に換算し、スイッチＳＷ１２を介して流
量調節器１６２に入力する。一方、オリフィス流量計１
６４は燃焼空気供給源６３からＣＯ比制御ゾーンＢに配
管された燃焼空気供給ラインＬ１２の差圧ΔＰを計測
し、変換器１６５で変換することで、流量調整弁１６６
の下流側での実際の燃焼空気流量Ｑａ₁として流量調節
器１６２に入力する。流量調節器１６２は、実燃焼空気
流量Ｑａ₁が設定燃焼空気流量Ｑａ₀となるように流量
調整弁１６６を操作し、燃焼空気供給ラインＬ１２上の
実燃焼空気流量Ｑａ₁を調整する。なお、１６７は、還
元炉１９の不使用時や非常時などのときに使用される燃
焼空気遮断弁である。

【００５４】なお、ＣＯ比制御ゾーンＢでは、着火時に
おける最小燃料流量Ｑｍ_min及び最小燃焼空気流量Ｑａ
_minが設定されており、スイッチＳＷ１１にて設定燃料
流量Ｑｍ₀と最小燃料流量Ｑｍ_minとを切り換え、スイ
ッチＳＷ１２にて設定燃焼空気流量Ｑａ₀と最小燃焼空
気流量Ｑａ_minとを切り換えている。

【００５５】ロードセル３８はペレット供給装置３１か
ら炉床３６上に投入されたグリーンボールGBの重量を計
測し、演算器７０はこれを時間当たりの投入量Ｗｐ（to
n/ｈ）に換算し、変換器１７１は、図３と同様のグラフ
に基づいて設定ウィケットエア流量Ｑｗ₀を求め、スイ
ッチＳＷ３を介して流量調節器１７３に入力する。ま
た、ペレット投入量Ｗｐは判定器ＳＱ２に出力され、図
５のグラフに基づいてＳＱ２−ＯＦＦによりグリーンボ
ールGBの未投入と、ＳＱ２−ＯＮによりグリーンボール
GBの投入が判定され、タイマ７４により所定時間Ｔ_D1を
待ってスイッチＳＷ１３を操作する。更に、速度センサ
４３が検出した炉床３６の回転速度に基づいて換算器８
５が炉床３６の１回転の所要時間Ｔ_D2を換算し、タイマ
８６は１回転の所要時間Ｔ_D2を計時し、判定器ＳＱ３は
所要時間Ｔ_D2が経過したらグリーンボールGBが投入され
てから炉床３６が１回転したと判定し、スイッチＳＷ１
３を操作する。

【００５６】一方、ＣＯセンサ４１はＣＯ比制御ゾーン
ＢのＣＯ濃度を、ＣＯ₂センサ４２はＣＯ比制御ゾーン
ＢのＣＯ₂濃度を検出し、換算器１０１がこの検出値を
実際のＣＯ濃度Ｙ_CO、ＣＯ₂濃度Ｙ_CO2に換算し、演算
器（濃度比演算手段）１０２がＣＯ比αを演算（ＣＯ／
（ＣＯ₂＋ＣＯ））により求める。ＣＯ比調節器１０３
は実際のＣＯ比αと予め設定されたＣＯ比α₀との偏差
を求め、変換器１０４は各ＣＯ比α，α₀の偏差を変更
ウィケットエア流量Ｑｗ_Cに変換し、低値選択器１０５
が変更ウィケットエア流量Ｑｗ_Cと最大ウィケットエア
流量Ｑｗ_maxとを比較して低値を選択し、スイッチＳＷ
１３（二次燃焼用空気流量変更手段、空気流量変更制御
手段）に出力する。

【００５７】このようにスイッチＳＷ１３には、最小ウ
ィケットエア流量Ｑｗ_minと、設定ウィケットエア流量
Ｑｗ₀と、変更ウィケットエア流量Ｑｗ_Cとが入力さ
れ、ＳＱ２−ＯＦＦ（グリーンボールGBの未投入）のと
きは、最小ウィケットエア流量Ｑｗ_minが流量調節器１
７３に入力し、ＳＱ２−ＯＮ（グリーンボールGBの投入
後）で且つＳＱ３−ＯＦＦ（炉床３６の未１回転）のと
きは、設定ウィケットエア流量Ｑｗ₀が流量調節器１７
３に入力し、ＳＱ２−ＯＮ（グリーンボールGBの投入）
で且つＳＱ３−ＯＮ（炉床３６の１回転後）のときは、
変更ウィケットエア流量Ｑｗ_Cが流量調節器１７３に入
力されるように切り換えられる。

【００５８】ところで、ＣＯ比に基づいて設定された変
更ウィケットエア流量Ｑｗ_Cが最大ウィケットエア流量
Ｑｗ_maxを越えてしまった場合、ウィケットエア流量制
御ではＣＯ比制御ゾーンＢに十分なウィケットエアを供
給できないため、不足量を燃焼空気制御で補充するよう
にしている。即ち、比較器１０６では変更ウィケットエ
ア流量Ｑｗ_Cから最大ウィケットエア流量Ｑｗ_maxを減
算し、高値選択器１０７はこの差が０より大きければ補
充ウィケットエア流量Ｑｃ_Cとし、燃焼空気制御におけ
る加算器（空気流量補足手段）１０８で設定燃焼空気流
量Ｑａ₀にこの補充ウィケットエア流量Ｑｃ_Cを加算し
て設定燃焼空気流量とする。

【００５９】そして、オリフィス流量計１７６はウィケ
ットエア供給源７５からＣＯ比制御ゾーンＢに配管され
たに配管されたウィケットエア供給ラインＬ１３の差圧
ΔＰを計測し、変換器１７７で変換することで、流量調
整弁１７８の下流側での実際のウィケットエア流量Ｑｗ
₁として流量調節器１７４に入力する。流量調節器１７
４は、実ウィケットエア流量Ｑｗ₁が設定ウィケットエ
ア流量Ｑｗ₁となるように流量調整弁１７８を操作し、
ウィケットエア供給ラインＬ１３上の実ウィケットエア
流量Ｑｗ₁を調整する。

【００６０】このように本実施形態の還元鉄の製造装置
の還元炉１９におけるＣＯ比制御ゾーンＢでは、グリー
ンボールGBの投入後から炉床３６が１回転するまでは、
ペレット投入量Ｗｐに応じて設定された設定ウィケット
エア流量Ｑｗ₀を適用し、グリーンボールGBの投入後に
炉床３６が１回転してからは、ＣＯ濃度Ｙ_CO及びＣＯ ₂
濃度Ｙ_CO2から求めた実ＣＯ比αと設定ＣＯ比α₀との
偏差から算出した変更ウィケットエア流量Ｑｗ_Cを適用
し、流量調節器１７３がこの設定ウィケットエア流量Ｑ
ｗ₀あるいは変更ウィケットエア流量Ｑｗ_Cに基づいて
流量調整弁１７８を操作し、ウィケットエア供給ライン
Ｌ３上の実ウィケットエア流量Ｑｗ₁を調整する一方、
変更ウィケットエア流量Ｑｗ_Cが最大ウィケットエア流
量Ｑｗ_ma _xを越えてしまったときには、その不足量を燃
焼空気制御で補充している。

【００６１】従って、グリーンボールGBの投入後に炉床
３６が１回転してからは、ＣＯ比に基づく変更ウィケッ
トエア流量Ｑｗ_Cが、炉床３６上のグリーンボールGBに
対して供給されることとなり、ＣＯ比制御ゾーンＢの実
ＣＯ比αを適正に制御することで、還元処理されるグリ
ーンボールGBの金属化率を９０％以上として製品の品質
を向上できる。また、ウィケットエア不足流量を燃焼空
気制御で補充することで、適正なウィケットエア流量を
確保することができる。

【００６２】図１２に本発明の第４実施形態に係る還元
鉄の製造装置におけるＣＯ比制御ゾーンの燃焼制御シス
テムの制御ブロック、図１３にペレット投入量に対する
設定炉内温度を表すグラフを示す。

【００６３】本実施形態は、ＣＯ比制御ゾーンにおける
燃焼制御システムに関するものであり、第３実施形態の
改良案であって、設定炉内温度ＳＶ_Tをペレット投入量
Ｗｐに基づいて設定するようにしたものであり、その他
の制御は前述の実施形態と同様である。

【００６４】本実施形態のＣＯ比制御ゾーンＢにおける
燃焼制御システムにおいて、図１２に示すように、温度
センサ３９ｂはＣＯ比制御ゾーンＢの炉内温度ＰＶ_Tを
検出する一方、変換器１１１はペレット投入量Ｗｐに応
じて、図１３のグラフに基づき、設定炉内温度ＳＶ_Tを
算出するが、この場合、最大設定炉内温度ＳＶ_Tmaxと
最小設定炉内温度ＳＶ_Tmin とが設定され、炉内の加熱
過剰や失火や炉内温度の下降による炉の損傷を抑制して
いる。そして、温度調節器１５１は実炉内温度ＰＶ_Tと
設定炉内温度ＳＶ_Tとの偏差から燃料の供給割合ＭＶ_T
を出力し、変換器１５２はこの燃料の供給割合ＭＶ_Tを
設定燃料流量Ｑｍ₀に変換する。

【００６５】このように本実施形態の還元鉄の製造装置
の還元炉１９におけるＣＯ比制御ゾーンＢでは、ペレッ
ト投入量Ｗｐに応じて設定炉内温度ＳＶ_Tを設定してお
り、ペレット投入量Ｗｐに変動があっても、炉内を適温
に維持して還元処理するグリーンボールGBの金属化率を
適正に維持できる。

【００６６】なお、上述の各実施形態では、本発明の還
元鉄の製造装置における加熱ゾーンＡ及びＣＯ比制御ゾ
ーンＢの燃焼制御システムについて説明しており、以下
に、還元雰囲気ゾーンＣの燃焼制御システムについて簡
単に説明する。図１４に本発明の還元鉄の製造装置にお
ける還元雰囲気ゾーンＣの燃焼制御システムの制御ブロ
ックを示す。

【００６７】還元鉄の製造装置における還元雰囲気ゾー
ンＣの燃焼制御システムにおいて、図１４に示すよう
に、温度センサ３９ｃは還元雰囲気ゾーンＣの炉内温度
ＰＶ_Tを検出し、温度調節器２５１は実炉内温度ＰＶ_T
と設定炉内温度ＳＶ_Tとの偏差から燃料の供給割合ＭＶ
_Tを出力し、変換器２５２は燃料の供給割合ＭＶ_Tを設
定燃料流量Ｑｍ₀に変換する。

【００６８】そして、ここでは、第１実施形態で説明し
たダブルクロスリミット燃焼制御を適用している。即
ち、高値選択器２５３ａは、設定燃料流量Ｑｍ₀と、実
燃焼空気流量Ｑａ₁が換算器２６１ａ及び演算器２６８
ａ（１−Ｋ₁）で処理された下限値Ｑｍ_Lとを比較して
高値を選択し、低値選択器２５３ｂは、設定燃料流量Ｑ
ｍ₀と、実燃焼空気流量Ｑａ₁が換算器２６１ａ及び演
算器２６８ｂ（１＋Ｋ₁）で処理された上限値Ｑｍ_Hと
を比較して低値を選択し、スイッチＳＷ２１を介して流
量調節器２５４に入力する。オリフィス流量計２５６は
燃料供給源５５から還元炉１９の還元雰囲気ゾーンＣに
配管された燃料供給ラインＬ２１の差圧ΔＰを計測し、
変換器２５７で変換することで流量調整弁２５８の下流
側での実際の燃料流量Ｑｍ₁として流量調節器２５４に
入力する。流量調節器２５４は、実燃料流量Ｑｍ₁が設
定燃料流量Ｑｍ₀となるように流量調整弁１５８を操作
し、燃料供給ラインＬ２１上の実燃料流量Ｑｍ₁を調整
する。なお、２５９は、還元炉１９の不使用時や非常時
などのときに使用される燃料遮断弁である。

【００６９】また、低値選択器２６０ａは、設定燃料流
量Ｑｍ₀と、実燃料流量Ｑｍ₁が演算器２６９（１＋Ｋ
₂）で処理された上限値Ｑｍ_Hとを比較して高値を選択
し、高値選択器２６０ｂは、設定燃料流量Ｑｍ₀と、実
燃料流量Ｑｍ₁が演算器２６９ｂ（１−Ｋ₂）で処理さ
れた下限値Ｑｍ_Lとを比較して高値を選択し、換算器２
６１で理論空燃比β及び空気過剰率μを乗算して設定燃
焼空気流量Ｑａ₀に換算し、スイッチＳＷ２２を介して
流量調節器２６２に入力する。オリフィス流量計２６４
は燃焼空気供給源６３から還元雰囲気ゾーンＣに配管さ
れた燃焼空気供給ラインＬ２２の差圧ΔＰを計測し、変
換器２６５で変換することで、流量調整弁２６６の下流
側での実際の燃焼空気流量Ｑａ₁として流量調節器２６
２に入力する。流量調節器２６２は、実燃焼空気流量Ｑ
ａ₁が設定燃焼空気流量Ｑａ₀となるように流量調整弁
２６６を操作し、燃焼空気供給ラインＬ２２上の実燃焼
空気流量Ｑａ₁を調整する。なお、２６７は、還元炉１
９の不使用時や非常時などのときに使用される燃焼空気
遮断弁である。

【００７０】なお、還元雰囲気ゾーンＣでは、着火時に
おける最小燃料流量Ｑｍ_min及び最小燃焼空気流量Ｑａ
_minが設定されており、スイッチＳＷ２１にて設定燃料
流量Ｑｍ₀と最小燃料流量Ｑｍ_minとを切り換え、スイ
ッチＳＷ２２にて設定燃焼空気流量Ｑａ₀と最小燃焼空
気流量Ｑａ_minとを切り換えている。

【００７１】図１５に本発明の第５実施形態に係る炉内
温度の測定装置を表す還元炉の要部断面を示す。

【００７２】本実施形態では、本発明の炉内温度の測定
装置を加熱ゾーンＡに適用した場合について説明する。
図１５に示すように、還元炉本体３５の天井部１２１に
は第１熱電対（第１の温度検出手段）１２２が炉床３６
上の高温雰囲気に垂設されており、検出結果が温度比較
補正器（ペレット温度推定手段）１２３に出力されるよ
うになっている。一方、還元炉本体３５の下部に敷設さ
れたレール１２４上を車輪１２５により移動可能な炉床
３６下面から表面に向けて挿入孔１２６が形成され、こ
の挿入孔１２６には第２熱電対（第２の温度検出手段）
１２７が埋設されている。

【００７３】また、炉床３６の下面には固定治具１２８
が固定され、この固定治具１２８上にアンプ１２９、バ
ッテリ１３０、アンテナ１３１が搭載されて相互に接続
されている。そして、第２熱電対１２７とアンプ１２９
とが接続され、アンテナ１３１が外部のアンテナ１３２
と電波で交信可能であり、このアンテナ１３２はアンプ
１３３と接続され、更に、温度比較補正器１２３に接続
されている。つまり、第２熱電対１２７の検出結果がア
ンプ１２９、アンテナ１３１，１３２、アンプ１３３を
介して温度比較補正器１２３に出力されるようになって
いる。そして、この温度比較補正器１２３は第１及び第
２熱電対１２２，１２７の検出結果に基づいて炉床３６
上のグリーンボールGBの温度を推定する。

【００７４】従って、第１熱電対１２２が高温雰囲気の
温度を測定し、第２熱電対１２７が炉床３６内の温度を
測定し、温度比較補正器１２３が各測定結果からグリー
ンボールGBの温度を推定し、これを炉内温度ＰＶ_Tとし
て温度調節器５１に出力する。この温度調節器５１は実
炉内温度ＰＶ_Tと設定炉内温度ＳＶ_Tとの偏差を燃焼制
御装置１３４に出力し、この燃焼制御装置１３４は、前
述した第１実施形態と同様に、設定燃料流量Ｑｍ₀及び
設定燃焼空気流量Ｑａ₀を算出する。そして、流量調節
器５４が流量調整弁５８を操作し、燃料供給ラインＬ１
上の実燃料流量Ｑｍ₁を調整する一方、流量調節器６２
が流量調整弁６６を操作し、燃焼空気供給ラインＬ２上
の実燃焼空気流量Ｑａ₁を調整する。

【００７５】このように本実施形態の加熱ゾーンＡにお
ける炉内温度の測定装置では、第１熱電対１２２が測定
した高温雰囲気の温度と、第２熱電対１２７が測定した
炉床３６内の温度とに基づいて、温度比較補正器１２３
がグリーンボールGBの温度を推定してこれを炉内温度Ｐ
Ｖ_Tとしている。

【００７６】従って、高温雰囲気の温度に対して、炉床
３６上のグリーンボールGBに近接した位置の炉床３６内
の温度を用いて補正し、グリーンボールGBの温度を精度
良く推定することができ、燃焼制御装置１３４による設
定燃料流量Ｑｍ₀及び設定燃焼空気流量Ｑａ₀を適正に
設定することで、グリーンボールGBの加熱不足や過加熱
を防止して炉床３６に溶着しない適正な金属化率を有す
るペレットを製造できる。

【００７７】なお、上述の実施形態では、炉内温度の測
定装置を加熱ゾーンＡに適用して説明したが、熱電対１
２２，１２７は炉床３６の複数個所に設けられているも
のであり、実際には各ゾーンＡ，Ｂ，Ｃ全体の温度を測
定して制御している。

【００７８】

【発明の効果】以上、実施形態において詳細に説明した
ように請求項１の発明の還元鉄の製造装置によれば、ペ
レットを還元鉄に還元するための高温雰囲気中に対し
て、燃焼ガス供給手段により所定量の燃料に適量の一次
燃焼用空気を混合した燃焼ガスを供給可能とすると共
に、二次燃焼用空気供給手段により設定量の二次燃焼用
空気を供給可能とし、二次燃焼用空気流量調整手段によ
り炉床上に供給されるペレットの投入量に応じて二次燃
焼用空気の設定量を調整するようにしたので、装置内の
ペレットから発生する可燃性ガス量に対して適量の二次
燃焼用空気が供給され、この可燃性ガスを過不足なく燃
焼させることで、還元処理効率や製品の品質を向上する
ことができる。

【００７９】また、請求項２の発明の還元鉄の製造装置
によれば、燃料流量設定手段が高温雰囲気の設定温度に
応じた燃料流量を設定し、空気流量換算手段がその燃料
流量と二次燃焼用空気流量との容量比に応じて燃料流量
を二次燃焼用空気流量に換算し、空気流量選択手段が二
次燃焼用空気流量調整手段が調整した二次燃焼用空気流
量と空気流量換算手段が換算した二次燃焼用空気流量と
を比較して低値側を二次燃焼用空気流量とするようにし
たので、ペレットの投入量に応じた二次燃焼用空気流量
と燃料流量の換算量との低値側を二次燃焼用空気流量と
することで、高温雰囲気中で完全燃焼しているときにペ
レット処理量に変動等が発生しても、炉内が加熱過剰状
態とはならず、装置を保護することができる。

【００８０】また、請求項３の発明の還元鉄の製造装置
によれば、温度検出手段が高温雰囲気の実際の温度を検
出し、燃料遮断手段は実温度が予め設定された上限温度
を越えたときに燃料の供給を停止するようにしたので、
炉内の加熱過剰を抑制して装置を保護することができ
る。

【００８１】また、請求項４の発明の還元鉄の製造装置
によれば、酸素濃度検出手段が高温雰囲気の実際の酸素
濃度を検出し、二次燃焼用空気流量補正手段が実酸素濃
度に基づいて二次燃焼用空気流量を補正するようにした
ので、高温雰囲気中のペレットから発生する可燃性ガス
量に対して必要量の二次燃焼用空気を供給することで、
可燃性ガスを過不足なく燃焼させることができる。

【００８２】また、請求項５の発明の還元鉄の製造装置
によれば、一酸化炭素濃度検出手段が高温雰囲気の実際
の一酸化炭素濃度を検出すると共に、二酸化炭素濃度検
出手段が高温雰囲気の実際の二酸化炭素濃度を検出し、
濃度比演算手段が実一酸化炭素濃度及び実二酸化炭素濃
度に基づいて一酸化炭素濃度比を演算し、二次燃焼用空
気流量変更手段が一酸化炭素濃度比に基づいて二次燃焼
用空気流量を変更するようにしたので、高温雰囲気中の
ペレットに対して一酸化炭素濃度比に基づく二次燃焼用
空気流量が供給されることとなり、一酸化炭素濃度比を
適正に制御することで、還元処理されるペレットの金属
化率を上げて製品の品質を向上することができる。

【００８３】また、請求項６の発明の還元鉄の製造装置
によれば、炉床回転検出手段が炉床上にペレットが投入
されてから炉床の１回転を検出し、空気流量変更制御手
段が炉床の１回転後に二次燃焼用空気流量変更手段を作
動させるようにしたので、ペレット投入後における炉床
の１回転前は還元処理が不安定であるため、ペレット投
入量に応じた二次燃焼用空気流量とし、１回転後に還元
処理が安定するため、一酸化炭素濃度比に基づく二次燃
焼用空気流量とすることで、還元処理されるペレットの
金属化率を上げて製品の品質を向上することができる。

【００８４】また、請求項７の発明の還元鉄の製造装置
によれば、空気流量補足手段が変更された二次燃焼用空
気流量が二次燃焼用空気供給手段による二次燃焼用空気
の供給量の上限値を越えたときに不足量を一次燃焼用空
気流量で補うようにしたので、二次燃焼用空気の不足量
を一次燃焼用空気流量で補充することで、適正な二次燃
焼用空気流量を確保し、還元処理されるペレットの金属
化率を上げて製品の品質を向上することができる。

【００８５】また、請求項８の発明の還元鉄の製造装置
によれば、温度設定手段がペレット投入量に応じて高温
雰囲気の温度を設定するようにしたので、ペレット投入
量に変動があっても、炉内を適温に維持して還元処理す
るペレットの金属化率を適正に維持することができる。

【００８６】また、請求項９の発明の還元鉄の製造装置
によれば、二次燃焼用空気供給制御手段はペレット投入
量が所定量以下であるときに二次燃焼用空気最小量供給
手段を作動して最小量の二次燃焼用空気を供給するよう
にしたので、高温雰囲気中にペレットが投入されていな
くても二次燃焼用空気を供給することで、失火や炉内温
度の下降による炉の損傷を抑制して装置を保護すること
ができる。

【００８７】また、請求項１０の発明の炉内温度の測定
装置によれば、装置内の高温雰囲気中を移動する炉床上
に鉄原料と還元剤との混合粉末を造粒したペレットを投
入し、ペレットを高温雰囲気中で還元して還元鉄を製造
する還元鉄の製造装置において、天井部から高温雰囲気
に垂設された第１の温度検出手段と炉床内に埋設された
第２の温度検出手段とを設け、ペレット温度推定手段が
第１及び第２の温度検出手段の検出結果に基づいてペレ
ットの温度を推定するようにしたので、高温雰囲気の温
度と炉床内の温度とでペレットの温度を精度良く推定す
ることができ、設定燃料流量や設定燃焼空気流量を適正
に設定することで、加熱不足や過加熱を防止して適正な
金属化率を有するペレットを製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る還元鉄の製造装置
における加熱ゾーンの燃焼制御システムの制御ブロック
図である。

【図２】炉内温度偏差に対する燃料流量を表すグラフで
ある。

【図３】実炉内温度に対する燃料遮断弁の開閉操作を表
すグラフである。

【図４】ペレット投入量に対するウィケットエア流量を
表すグラフである。

【図５】ペレット投入量に対するウィケットエア切換弁
の切換操作を表すグラフである。

【図６】還元鉄の製造装置の全体構成を表す概略図であ
る。

【図７】還元炉内の各ゾーンを説明するための平面視概
略図である。

【図８】本発明の第２実施形態に係る還元鉄の製造装置
における加熱ゾーンの燃焼制御システムの制御ブロック
図である。

【図９】酸素濃度偏差に対するウィケットエア流量の補
正係数を表すグラフである。

【図１０】本発明の第３実施形態に係る還元鉄の製造装
置におけるＣＯ比制御ゾーンの燃焼制御システムの制御
ブロック図である。

【図１１】不足ウィケットエア流量に対する補充燃焼空
気流量を表すグラフである。

【図１２】本発明の第４実施形態に係る還元鉄の製造装
置におけるＣＯ比制御ゾーンの燃焼制御システムの制御
ブロック図である。

【図１３】ペレット投入量に対する設定炉内温度を表す
グラフである。

【図１４】本発明の還元鉄の製造装置における還元雰囲
気ゾーンＣの燃焼制御システムの制御ブロック図であ
る。

【図１５】本発明の第５実施形態に係る炉内温度の測定
装置を表す還元炉の要部断面図である。

【符号の説明】

１９還元炉３２，３２ａ，３２ｂ，３２ｃバーナー（燃焼ガス供
給手段）３３排気ダクト３５還元炉本体３６炉床３７ａ，３７ｂ空気供給部（二次燃焼用空気供給手
段）３８ロードセル（ペレット投入量検出手段）３９ａ，３９ｂ，３９ｃ温度センサ（温度検出手段）４０Ｏ₂センサ（酸素濃度検出手段）４１ＣＯセンサ（一酸化炭素濃度検出手段）４２ＣＯ₂センサ（二酸化炭素濃度検出手段）４３速度センサ（炉床回転検出手段）５８流量調整弁（燃料流量設定手段）５９燃料遮断弁（燃料遮断手段）７２低値選択器（空気流量選択手段）７３流量調節器７８流量調整弁（二次燃焼用空気流量調整手段）７９換算器（空気流量換算手段）８４変換器（二次燃焼用空気流量補正手段）１０２演算器（濃度比演算手段）１０８加算器（空気流量補足手段）１１１変換器（温度設定手段）１２２第１熱電対（第１の温度検出手段）１２７第２熱電対（第２の温度検出手段）１２３温度比較補正器（ペレット温度推定手段）ＳＷ３スイッチ（二次燃焼用空気供給制御手段、二次
燃焼用空気最小量供給手段）ＳＷ１３スイッチ（二次燃焼用空気流量変更手段、空
気流量変更制御手段）ＧＢグリーンボール（ペレット）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者藤岡宏規広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号三菱重工業株式会社広島製作所内Ｆターム(参考） 4K001 AA10 BA05 DA10 4K012 BC01 BE03 BE06 DE06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】装置内の高温雰囲気中を移動する炉床上
に鉄原料と還元剤との混合粉末を造粒したペレットを投
入し、該ペレットを該高温雰囲気中で還元して還元鉄を
製造する還元鉄の製造装置において、所定量の燃料に適
量の一次燃焼用空気を混合した燃焼ガスを供給する燃焼
ガス供給手段と、設定量の二次燃焼用空気を供給する二
次燃焼用空気供給手段と、前記炉床上に供給されるペレ
ットの投入量を検出するペレット投入量検出手段と、該
ペレット投入量に応じて前記二次燃焼用空気の設定量を
調整する二次燃焼用空気流量調整手段とを具えたことを
特徴とする還元鉄の製造装置。
【請求項２】請求項１記載の還元鉄の製造装置におい
て、前記高温雰囲気の設定温度に応じた燃料流量を設定
する燃料流量設定手段と、該燃料流量と前記二次燃焼用
空気流量との容量比に応じて該燃料流量を該二次燃焼用
空気流量に換算する空気流量換算手段と、前記二次燃焼
用空気流量調整手段が調整した二次燃焼用空気流量と該
空気流量換算手段が換算した二次燃焼用空気流量とを比
較して低値側を二次燃焼用空気流量とする空気流量選択
手段とを設けたことを特徴とする還元鉄の製造装置。
【請求項３】請求項１記載の還元鉄の製造装置におい
て、前記高温雰囲気の実際の温度を検出する温度検出手
段と、該実温度が予め設定された上限温度を越えたとき
に燃料の供給を停止する燃料遮断手段とを設けたことを
特徴とする還元鉄の製造装置。
【請求項４】請求項１記載の還元鉄の製造装置におい
て、前記高温雰囲気の実際の酸素濃度を検出する酸素濃
度検出手段と、該実酸素濃度に基づいて前記二次燃焼用
空気流量を補正する二次燃焼用空気流量補正手段とを設
けたことを特徴とする還元鉄の製造装置。
【請求項５】請求項１記載の還元鉄の製造装置におい
て、前記高温雰囲気の実際の一酸化炭素濃度を検出する
一酸化炭素濃度検出手段と、前記高温雰囲気の実際の二
酸化炭素濃度を検出する二酸化炭素濃度検出手段と、該
実一酸化炭素濃度及び該実二酸化炭素濃度に基づいて一
酸化炭素濃度比を演算する濃度比演算手段と、該一酸化
炭素濃度比に基づいて前記二次燃焼用空気流量を変更す
る二次燃焼用空気流量変更手段とを設けたことを特徴と
する還元鉄の製造装置。
【請求項６】請求項５記載の還元鉄の製造装置におい
て、前記炉床上に前記ペレットが投入されてから該炉床
の１回転を検出する炉床回転検出手段と、該炉床が１回
転してから前記二次燃焼用空気流量変更手段を作動させ
る空気流量変更制御手段とを設けたことを特徴とする還
元鉄の製造装置。
【請求項７】請求項５記載の還元鉄の製造装置におい
て、前記変更された二次燃焼用空気流量が前記二次燃焼
用空気供給手段による二次燃焼用空気の供給量の上限値
を越えたときに不足量を前記一次燃焼用空気流量で補う
空気流量補足手段とを設けたことを特徴とする還元鉄の
製造装置。
【請求項８】請求項１記載の還元鉄の製造装置におい
て、前記ペレット投入量に応じて前記高温雰囲気の温度
を設定する温度設定手段を設けたことを特徴とする還元
鉄の製造装置。
【請求項９】請求項１記載の還元鉄の製造装置におい
て、最小量の二次燃焼用空気を供給する二次燃焼用空気
最小量供給手段と、前記ペレット投入量検出手段が検出
したペレット投入量が所定量以下であるときに該二次燃
焼用空気最小量供給手段を作動させる二次燃焼用空気供
給制御手段とを設けたことを特徴とする還元鉄の製造装
置。
【請求項１０】装置内の高温雰囲気中を移動する炉床
上に鉄原料と還元剤との混合粉末を造粒したペレットを
投入し、該ペレットを該高温雰囲気中で還元して還元鉄
を製造する還元鉄の製造装置において、天井部から前記
高温雰囲気に垂設された第１の温度検出手段と、前記炉
床内に埋設された第２の温度検出手段と、前記第１及び
第２の温度検出手段の検出結果に基づいて前記ペレット
の温度を推定するペレット温度推定手段とを具えたこと
を特徴とする炉内温度の測定装置。