JP2014055328A - 焼結機の風量測定方法および焼結鉱の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】下方吸引式の焼結機において装入層内に吸引される空気の流量の機長方向の変化を精度よく測定する方法と、その測定結果に基く最適な焼結鉱の製造方法を提案する。
【解決手段】パレット上に粉鉱石と炭材を含む焼結原料を装入して装入層を形成し、その装入層表面の炭材に点火炉で点火し、点火炉の下流に設置した複数基の気体燃料供給装置から供給された気体燃料を含む装入層上方の空気をパレット下に配設したウインドボックスで吸引して装入層内に導入し、前記気体燃料と炭材を燃焼させて焼結鉱を製造する焼結機において、パレット幅方向に１台または複数台の流速計を点火炉出側の装入層上面に設置した後、当該流速計を、気体燃料の供給を停止し、装入層の上方に退避させた気体燃料供給装置の下方を通過させることによって、装入層内に導入される空気の流量の機長方向における変化を測定する。
【選択図】図１２

Description

本発明は、下方吸引式のドワイトロイド焼結機、特に炭材に加えてさらに気体燃料を供給し、燃焼させて焼結鉱を製造する焼結機において、装入層内に吸引・導入される空気の流量（以降、「風量」ともいう。）の機長方向の変化を精度よく測定する方法と、その測定結果に基く焼結鉱の製造方法に関するものである。

高炉製銑法の主原料である焼結鉱は、一般に、図１に示すような工程を経て製造される。焼結鉱の原料は、鉄鉱石粉や焼結鉱篩下粉、製鉄所内で発生した回収粉、石灰石およびドロマイトなどの含ＣａＯ系副原料、生石灰等の造粒助剤、コークス粉や無煙炭などであり、これらの原料は、ホッパー１・・・の各々から、コンベヤ上に所定の割合で切り出される。切り出された原料は、ドラムミキサー２および３等によって適量の水が加えられ、混合、造粒されて、平均径が３〜６ｍｍの擬似粒子である焼結原料とされる。この焼結原料は、その後、焼結機上に配設されているサージホッパー４、５からドラムフィーダー６と切り出しシュート７を介して、無端移動式の焼結機パレット８上に４００〜８００ｍｍの厚さで装入され、焼結ベッドともいわれる装入層９を形成する。その後、装入層９の上方に設置された点火炉１０で装入層表層の炭材に点火するとともに、パレット８の直下に配設されたウインドボックス１１を介して装入層上方の空気を下方に吸引することにより、装入層内の炭材を順次燃焼させ、このときに発生する燃焼熱で前記焼結原料を溶融して焼結ケーキを得る。このようにして得た焼結ケーキは、その後、破砕、整粒され、約５ｍｍ以上の塊成物が、成品焼結鉱として回収され、高炉に供給される。

上記製造プロセスにおいて、点火炉１０によって点火された装入層内の炭材は、その後、装入層内を上層から下層に向かって吸引される空気によって燃焼を続け、厚さ方向に幅をもった燃焼・溶融帯（以降、単に「燃焼帯」ともいう。）を形成する。この燃焼帯の溶融部分は、上記吸引される空気の流れを阻害するため、焼結時間が延長して生産性が低下する要因となる。また、この燃焼帯は、パレット８が下流側に移動するのに伴って次第に装入層の上層から下層に移行し、燃焼帯が通過した後には、焼結反応が完了した焼結ケーキ層（焼結層）が生成される。また、燃焼帯が上層から下層に移行するのにともない、焼結原料中に含まれる水分は、炭材の燃焼熱で気化して、まだ温度が上昇していない下層の焼結原料中に濃縮し、湿潤帯を形成する。この水分濃度がある程度以上になると、吸引ガスの流路となる焼結原料の粒子間の空隙が水分で埋まり、溶融帯と同様、通気抵抗を増大させる要因となる。

図２は、厚さが６００ｍｍの装入層中を移動する燃焼帯が、装入層内のパレット上約４００ｍｍの位置（装入層表面から２００ｍｍ下）にあるときの、装入層内の圧損と温度の分布を示したものであり、このときの圧損分布は、湿潤帯におけるものが約６０％、燃焼帯におけるものが約４０％であることを示している。従って、焼結鉱の生産量を増加するには、装入層の通気性（圧損）を改善して焼結時間を短縮する、あるいは、破砕前の焼結ケーキの冷間強度を高めて歩留りを向上することなどが有効であると考えられている。

図３は、焼結鉱の生産性が高い時と低い時、即ち、焼結機のパレット移動速度が速い時と遅い時の装入層内のある点における温度と時間の推移を示したものである。焼結原料の粒子が溶融し始める１２００℃以上の温度に保持される時間は、生産性が低い場合はＴ_１、生産性が高い場合はＴ_２で表されている。生産性が高い時はパレットの移動速度が速いため、高温域保持時間Ｔ_２が、生産性が低い時のＴ_１と比べて短くなる。しかし、１２００℃以上の高温での保持時間が短くなると焼成不足となり、焼結鉱の冷間強度が低下し、歩留りが低下してしまう。したがって、高強度の焼結鉱を、短時間でかつ高歩留りで、生産性よく製造するためには、何らかの手段を講じて、１２００℃以上の高温で保持される時間を延長し、焼結鉱の冷間強度を高めてやる必要がある。

図４は、点火炉で点火された装入層表層の炭材が、吸引される空気によって燃焼を続けて燃焼帯を形成し、これが装入層の上層から下層に順次移動し、焼結ケーキが形成されていく過程を模式的に示した図である。また、図５（ａ）は、上記燃焼帯が、図４に示した太枠内に示した装入層の上層部、中層部および下層部の各層内に存在しているときの温度分布を模式的に示したものである。焼結鉱の強度は、１２００℃以上の温度に保持される温度と時間の積に影響され、その値が大きいほど焼結鉱の強度は高くなる。そのため、装入層内の中層部および下層部は、装入層上層部の炭材の燃焼熱が吸引される空気によって運ばれて予熱されるため、高温度に長時間にわたって保持されるのに対して、装入層上層部は、予熱されない分、燃焼熱が不足し、焼結に必要な燃焼溶融反応（焼結反応）が不十分となりやすい。その結果、装入層の幅方向断面内における焼結鉱の歩留り分布は、図５（ｂ）に示したように、装入層上層部ほど歩留りが低くなる。また、パレット両幅端部も、パレット側壁からの放熱や、通過する空気の量が多いことによる過冷却によって、焼結に必要な高温域での保持時間が十分に確保できず、やはり歩留りが低くなる。

これらの問題に対して、従来は、焼結原料中に添加している炭材（粉コークス）量を増量することが行われてきた。しかし、コークスの添加量を増やすことによって、図６に示したように、焼結層内の温度を高め、１２００℃以上に保持される時間を延長することができるものの、それと同時に焼結時の最高到達温度が１４００℃を超えて適正範囲から外れ、却って焼結鉱の被還元性や冷間強度の低下を招くことになる。

そこで、従来から、装入層上層部を長時間にわたって高温に保持することを目的とした技術が幾つか提案されている。例えば、特許文献１には、装入層に点火後、装入層上に気体燃料を噴射する技術が、特許文献２には、装入層に点火後、装入層に吸引される空気中に可燃性ガスを添加する技術が、また、特許文献３には、焼結原料の装入層内を高温にするため、装入層の上にフードを配設し、そのフードから空気やコークス炉ガスとの混合ガスを点火炉直後の位置で吹き込む技術が、さらに、特許文献４には、低融点溶剤と炭材や可燃性ガスを同時に点火炉直後の位置で吹き込む技術が提案されている。

しかし、これらの技術は、高濃度の気体燃料を使用し、しかも燃料ガスの吹き込みに際して炭材量を削減していないため、装入層内の焼結時の最高到達温度が操業管理上の上限温度である1４００℃を超える高温となり、焼結過程で生成したカルシウムフェライトが分解して、被還元性や冷間強度の低い焼結鉱が生成して歩留改善効果が得られなかったり、気体燃料の燃焼による温度上昇と熱膨張によって通気性が悪化し、生産性が低下したりし、さらには、気体燃料の使用によって焼結ベッド（装入層）上部空間で火災を起こす危険性があったりするため、いずれも実用化には至っていない。

そこで、発明者らは、上記問題点を解決する技術として、焼結原料中の炭材添加量を削減した上で、焼結機の点火炉の下流かつ焼結に必要な熱量が不足する装入層上層部が焼結反応を起こす焼結機の機長の前半部分において、燃焼下限濃度以下に希釈した各種気体燃料を、パレット上方から装入層内に導入し、装入層内で燃焼させることにより、装入層内の最高到達温度および高温域保持時間の両方を適正範囲に制御する技術を特許文献５〜７等に提案している。

下方吸引式焼結機を用いた焼結鉱の製造方法に、上記特許文献５〜７の技術を適用し、焼結原料中への炭材添加量を削減した上で、燃焼下限濃度以下に希釈した気体燃料を装入層内に導入し、気体燃料を装入層内で燃焼させた場合には、図７に示したように、上記気体燃料は、炭材が燃焼した後の装入層内（焼結層内）で燃焼するので、燃焼・溶融帯の最高到達温度を１４００℃超えとすることなく、燃焼・溶融帯の幅を厚さ方向に拡大させることができ、効果的に高温域保持時間の延長を図ることができる。

特開昭４８−０１８１０２号公報 特公昭４６−０２７１２６号公報 特開昭５５−０１８５８５号公報 特開平０５−３１１２５７号公報 ＷＯ２００７／０５２７７６号公報 特開２０１０−０４７８０１号公報 特開２００８−２９１３５４号公報

前述したように、高強度でかつ被還元性に優れる高品質の焼結鉱を高歩留りで製造するためには、原料装入層内に導入される気体燃料は、図５に示した焼結鉱の強度が低い（成品歩留りが低い）部分、すなわち、１２００℃以上１４００℃以下の高温域に保持する時間が不足している部分の焼結反応が進行している領域において供給するのが有効である。中でも、焼結鉱の強度が最も低い装入層の最上層部の焼結反応が進行している点火炉出側の近傍において気体燃料の供給を実施するのが好ましい。しかし、前述した特許文献５〜７の技術においては、気体燃料の供給を、パレットの有効長すなわち、点火炉出側から排鉱部までの間の前半側で実施しているものの、気体燃料の供給量は機長方向で一定としているため、焼結に必要な熱量が不足している装入層の最上層部に対しては、必ずしも十分な量の気体燃料が供給されていないおそれがある。

さらに、原料装入層内に吸引される空気の流量（風量）は、焼結機の機長方向で必ずしも一定ではないと考えられる。例えば、図２に示したように、焼結時には原料装入層内に燃焼・溶融帯や湿潤帯が形成さ、パレットの移動、即ち、焼結が進行するのに伴って、それらも成長したり、衰退したりするため、装入層内の通気抵抗も機長方向で変化し、その結果、装入層内に吸引される空気の流量も機長方向で大きく変化することが予想されるからである。しかし、前述した特許文献５〜７の技術においては、装入層内に吸引される空気の流量は機長方向で一定であるとの前提の下で気体燃料を供給している。そのため、気体燃料の供給効果を最大限に発揮させることができていないおそれがある。

これらの問題点を解消するためには、焼結機の機長方向における装入層内に吸引される空気の流量の変化に応じて気体燃料の供給量を増減させてやることが必要となる。しかし、焼結機の装入層内に吸引される空気の流量（風量）の機長方向の変化を測定する技術は、従来、報告されていない。特に、気体燃料を供給して焼結操業を行う焼結機では、パレットの上方に気体燃料供給装置が設置されているため、機長方向の装入層内に吸引される空気の流量を測定することは不可能であった。

そこで、本発明の目的は、下方吸引式の焼結機における装入層内に吸引される空気の流量（風量）の機長方向の変化を精度よく測定する方法を提案するとともに、その測定結果に基いた最適な焼結鉱の製造方法を提案することにある。

発明者らは、上記課題を解決するべく鋭意検討を重ねた。その結果、焼結機に気体燃料供給装置が設置されている場合には、点火炉出側において、循環移動するパレット上に装入された焼結原料装入層上面の幅方向に１台または複数台の流速計を設置するとともに、その流速計を、気体燃料供給装置を上方に退避させ、その下方を移動させてやればよいこと、そして、その風量測定結果に基いて機長方向の気体燃料の供給量を適正に配分してやれば、気体燃料供給効果をより高めることができることを見出し、本発明を完成させた。

すなわち、本発明は、循環移動するパレット上に粉鉱石と炭材を含む焼結原料を装入して装入層を形成し、その装入層表面の炭材に点火炉で点火し、点火炉の下流に設置した複数基の気体燃料供給装置から供給された気体燃料を含む装入層上方の空気をパレット下に配設したウインドボックスで吸引して装入層内に導入し、前記気体燃料と炭材を燃焼させて焼結鉱を製造する焼結機における機長方向の風量測定方法であって、パレット幅方向に１台または複数台の流速計を点火炉出側の装入層上面に設置した後、当該流速計を、気体燃料の供給を停止し、装入層の上方に退避させた気体燃料供給装置の下方を通過させることによって、装入層内に導入される空気の流量の機長方向における変化を測定することを特徴とする焼結機の風量測定方法である。

本発明の焼結機の風量測定方法は、前記流速計に、熱線流速計を用いることを特徴とする。

また、本発明は、上記の方法で測定した各気体燃料供給装置の設置領域における空気の流量に応じて、各気体燃料供給装置から供給する気体燃料の供給量を増減することを特徴とする焼結鉱の製造方法である。

本発明の焼結鉱の製造方法は、上記複数基の気体燃料供給装置から供給される気体燃料の総量を一定とし、かつ、各気体燃料供給装置から供給される気体燃料を、各気体燃料供給装置の設置領域における空気の流量に比例する量以上として配分することを特徴とする。

また、本発明の焼結鉱の製造方法は、上記各気体燃料供給装置から供給される気体燃料を、各気体燃料供給装置の設置領域における空気の流量の２乗に比例する量以上として配分することを特徴とする。

また、本発明の焼結鉱の製造方法は、上記装入層内に導入される空気に含まれる気体燃料を、燃焼下限濃度以下とすることを特徴とする。

本発明によれば、焼結機の機長方向における装入層内に吸引・導入される空気の流量を精度よく測定することができるので、その測定結果に基いて、焼結機に設置された複数基の気体燃料供給装置から供給する気体燃料の供給量を適正化し、焼結機の機長方向において焼結に必要な熱量を過不足なく供給することで、高強度かつ被還元性に優れる、高品質の焼結鉱を高歩留りで製造することが可能となる。

焼結プロセスを説明する概要図である。 焼結時における装入層内の圧損分布を説明するグラフである。 高生産時と低生産時の装入層内の温度分布を説明するグラフである。 焼結の進行に伴う装入層内の変化を説明する模式図である。 燃焼帯が装入層の上層部、中層部および下層部の各位置に存在しているときの温度分布と、装入層の幅方向断面内における焼結鉱の歩留り分布を説明する図である。 炭材量の変化（増量）による装入層内の温度変化を説明する図である。 気体燃料の供給が高温域保持時間に及ぼす効果を説明する模式図である。 本発明の焼結機におけるパレット、点火炉および気体燃料供給装置を説明する図である。 本発明の気体燃料供給装置のパレット幅方向の断面図である。 点火炉出側の原料装入層上面に、流速計をパレット幅方向に５台設置した状態を説明する図である。 本発明で用いる流速計を説明する図である。 気体燃料供給装置を上方に退避させて流速計を通過させる方法を説明する図である。 気体燃料供給装置を上方に退避させる方法を説明する図である。 実機焼結機の機長方向における風量測定結果の一例を示すグラフである。 焼結機の生産率とタンブラー強度ＴＩとの関係を、本発明適用前（Ｎｏ．１）と本発明適用後（Ｎｏ．２〜４）とを対比して示したグラフである。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
図８は、本発明に係る焼結機のパレット、点火炉および気体燃料供給装置を示す側面図であり、無端移動式の焼結機パレット８は、一列に連結した複数のパレット台車１３・・・がレール１４上を移動する構成とされている。また、パレット台車１３は、図９に示すように、焼結原料が装入・堆積されるグレート１３ａと、グレート１３ａの幅方向両縁部から立ち上がるサイドウォール１３ｂから構成されている。
また、図８の符号１５は、焼結機パレット８上に焼結原料を装入する図示されていない床敷鉱ホッパー４、サージホッパー５、ドラムフィーダー６および切り出しシュート７からなる原料装入部であり、これらを介して切り出され、装入された床敷鉱（返鉱）および焼結原料が、焼結機パレット８のグレート１３ａ上に装入層９を形成する。

また、原料装入部１５の下流側には、点火炉１０が設置され、この点火炉の下流側に、気体燃料供給装置１６が複数基（図８では３基）の直列に設置されている。ここで、気体燃料供給装置１６は、点火炉１０で点火された焼結機パレット８上の装入層内に気体燃料を導入させることで、装入層の燃焼・焼結帯を拡幅して高温域保持時間を延長し、焼結鉱の品質改善、生産性の向上を図る装置であり、図９に示すように、焼結機パレット８の上方に配置したフード１７と、フード１７内に配置した多数の邪魔板１８と、フード１７内の邪魔板１８の下方に配置した複数の気体燃料供給配管１９とを備えている。

フード１７は、上部及び下部が開口しており、フード１７内の邪魔板１８は、頂点を上方とする断面がへ字状の部材であって、焼結機パレット８の搬送方向に沿って延長し、焼結機パレット８の搬送方向と直交する幅方向に所定ピッチをもって複数列かつ上下方向にも複数段配設されている。気体燃料供給配管１９は、焼結機パレット８の搬送方向に延長し、搬送方向と直交するパレット幅方向に所定間隔を保って複数本配置されており、これら気体燃料供給配管１９には、図示されていたい気体燃料供給素管から、気体燃料が供給されている。各気体燃料供給配管１９には、気体燃料が水平方向に噴出する気体燃料噴出ノズルが配設または開口部が設けられている。この気体燃料としては、高炉ガス（Ｂガス）、コークス炉ガス（Ｃガス）、高炉・コークス炉混合ガス（Ｍガス）、ＬＮＧ、都市ガス、メタンガス、エタンガス、プロパンガス等の可燃性ガスやこれらの混合ガスを用いることができる。

前述したように、上記気体燃料は、焼結に必要な熱量が不足する領域に、その不足分に応じて供給するだけでなく、その気体燃料を供給する領域において原料装入層内に吸引・導入される空気の流量（風量）に応じて供給する必要がある。しかし、操業中の焼結機における機長方向の風量を測定した報告は、従来、ほとんどなされていない。そこで、本発明では、以下の説明する方法で、焼結機の原料装入層内に吸引・導入される機長方向の風量変化を測定する。

先ず、図１０に示したように、点火炉の出側において、パレット上の装入した原料装入層の上面に流速計２０をパレット幅方向に１台もしくは複数台（図１０では幅方向に５台）設置する。この流速計の形式については特に限定しないが、原料装入層内に吸引・導入される空気の流量（風量）を精度よく測定するためには、吸引・導入される空気の流れrを鉛直下向きの整流にして測定することが必要であり、そのためには、例えば、図１１のように、内径が１５０ｍｍφ、高さが４００ｍｍ程度以上の円筒ガイド２０ａの高さ方向中央部の中心部に熱線流速計２０ｂ（ｈｏｔ−ｗｉｒｅ ａｎｅｍｏｍｅｔｅｒ）を挿入したものを用いるのが好適である。

ここで、上記風量測定に円筒ガイド２０ａを用いる理由は、円筒内に空気を流すことによって、空気の流れを鉛直下向きの整流とするためであり、そのためには、円筒の高さ（長さ）は４００ｍｍ以上とするのが好ましい。なお、風速測定に用いるガイドとしては、上記のように円筒である必要はなく、楕円や多角形の筒であってもよい。

また、上記風量測定に熱線流速計を用いる理由は、熱線流速計は、直径が２〜１０μｍ、長さ１ｍｍ程度のタングステンや白金合金製の細い金属線に電流を流して加熱した熱線を流体中に置くと、流れの冷却作用によって、熱線の温度が下がるとともに電気抵抗値も変化し、この冷却効果は速い流速ほど大きくなる性質を利用して流速を測定するものであり、測定範囲が低速から高速まで広範囲におよぶ点で好ましいからである。
なお、上記熱線流速計のほかに、プロペラ式、ピトー管式の流速測定装置を用いてもよいことは勿論である。

この流速計を用いることで、装入層上表面の１５０ｍｍφの面積における空気の流量を測定することができるので、パレット幅方向の装入層内に導入される空気の流量（風量）を代表する箇所に１台、あるいは、パレット幅方向に複数台設置しておけば、パレットの移動に伴って流速計も排鉱部側に移動するので、焼結機機長方向の風量の変化を測定することができる。なお、流速計の測定データは、無線でＰＣに送信したり、図１１に示したように、流速計に取り付けられたデータロガー２０ｃに保存し、後でＰＣに取り込んだりすることで、延長コードを不要とすることができる。

ただし、この流速計２０は、円筒２０ａが高さを有するため、装入層の上面に設置したままパレットを移動させると、気体燃料供給装置１６と干渉してしまう。そこで、本発明では、図１２に示したように、気体燃料供給装置を装入層の上方に退避させて、気体燃料供給装置の下方に流速計が移動可能な空間部を設ける方法を採用することにした。この方法は、補修や取り換え等のために気体燃料供給装置を昇降させる設備を有する焼結機には好適である。

なお、気体燃料供給装置を昇降させる方法は、特に制限はないが、例えば、図１３（ａ）に示したように、気体燃料供給装置の外側（周囲）に架台２１を構築し、この架台に設置した油圧シリンダー２２と気体燃料供給装置１６を連結しておき、油圧シリンダー２２の伸縮動作によって気体燃料供給装置を昇降自在にする方法が好適である。具体的には、架台２１の上部フレーム２１ａ上には、複数の油圧シリンダー２２が設置され、その油圧シリンダーの上部（伸縮ロッドの先端）が、気体燃料供給装置１６の上部に取り付けられた水平フレーム２１ｂの下面に当接している。そして、気体燃料供給装置１６は、油圧シリンダー２２の伸長動作によって、図１３（ｂ）に示したように、最上部まで移動する。このように、気体燃料供給装置を上方に退避させることで、原料装入層の上面に載置された流速計は、気体燃料供給装置１６と干渉することなく下流側に移動できるので、装入層内に導入される空気の流速を点火炉出側から排鉱部に亘って測定することができる。

なお、気体燃料供給装置１６を上昇させる高さは、干渉しない高さまで上昇させればよいが、上方に気体燃料供給装置１６があることで、気体燃料供給装置１６内で乱れた乱流の影響が流速測定に影響を及ぼさないようにするため、気体燃料供給装置１６を上昇させる高さは、風速測定用ガイドである流速計の円筒２０ａの高さより＋３００ｍｍ以上とすることが好ましい。

次に、発明者らは、焼結機に供給する気体燃料の総量を一定とした上で、各気体燃料供給装置の設置領域における空気の流量（風量）の測定結果に応じて、気体燃料の供給量を増減してやることによって、気体燃料供給効果を最大限に発現させることを検討した。
ここで、焼結機に供給する気体燃料の総量を一定とする理由は、焼結に必要な熱量が不足する領域の気体燃料の濃度を所定の濃度に高めるため、全気体燃料供給装置からの気体燃料の供給量を増加させることは、その他の領域に対して必要以上に気体燃料を供給することとなり、却って逆効果となることの他、燃料コストの上昇を招くからである。
また、各気体燃料供給装置の設置領域における空気の流量に応じて気体燃料の供給量を増減してやる理由は、装入層内に導入される気体燃料の濃度を機長方向で均一化するためである。

ただし、気体燃料供給効果をより効果的に発現させるためには、各気体燃料供給装置から供給する気体燃料の量は、各装置の設置区間内における空気の流量に比例する量以上の配分とするのが好ましく、さらに、装入層上層部の熱量不足をより効果的に補償してやるためには、各装置の設置区間内における空気の流量の２乗に比例する量以上の配分とするのが好ましい。ただし、５乗を超えると、特定の領域にのみ気体燃料を供給することになってしまうことから、上限は５乗程度とするのが好ましい。なお、上記比例させる量は、厳密である必要はなく、±２０％程度の範囲内であれば、焼結機の特性に合わせて、適宜、調整してもよい。

また、装入層内に導入する空気中に含まれる気体燃料は、その気体燃料の燃焼下限濃度以下に希釈されていることが好ましい。希釈気体燃料とする方法は、予め気体燃料を燃焼下限濃度以下に希釈した空気を供給する方法、気体燃料を高速で空気中に噴出させて瞬時に燃焼下限濃度以下に希釈させる方法のいずれでもよい。希釈気体燃料の濃度が燃焼下限濃度より高いと、装入層上方で燃焼してしまい、気体燃料を供給する効果が失われてしまったり、爆発を起こしたりするおそれがある。また、希釈気体燃料が高濃度であると、低温度域で燃焼を起こすため、高温域保持時間の延長に有効に寄与しないおそれがあるからである。好ましくは、希釈した気体燃料の濃度は、大気中の常温における燃焼下限濃度の３／４以下、より好ましくは燃焼下限濃度の１／５以下、さらに好ましくは燃焼下限濃度の１／１０以下である。ただし、希釈気体燃料の濃度が、燃焼下限濃度の１／１００未満では、燃焼による発熱量が不足し、焼結鉱の強度向上と歩留りの改善効果が得られないため、下限は燃焼下限濃度の１％とする。これを、天然ガス（ＬＮＧ）についてみると、ＬＮＧの室温における燃焼下限濃度は４．８ｖｏｌ％であるから、希釈気体燃料の濃度は０．０５〜３．６ｖｏｌ％の範囲が好ましく、０．０５〜１．０ｖｏｌ％の範囲がより好ましく、０．０５〜０．５ｖｏｌ％の範囲がさらに好ましいことになる。

パレット幅が５ｍ、有効機長（点火炉〜排鉱部までの長さ）が８２ｍ、装入層の層厚が７００ｍｍで、点火炉の下流側約４ｍ以降に７．５ｍの長さの気体燃料供給装置が３基直列に配設されており、その気体燃料供給装置から気体燃料（ＬＮＧ）を供給して焼結操業を行う実機焼結機に、本発明の風量測定方法を適用し、装入層内に吸引・導入される機長方向の空気の流量の変化を測定した。
なお、上記風量の測定は、図１１に示したものと同じ、内径：１５０ｍｍφ、高さ：４００ｍｍの円筒の中央部に熱線流速計を挿入した流速計を、点火炉出側において、装入層上面のパレット幅方向に１ｍ間隔で５台設置し、焼結の進行に併せてパレットを移動させることによって行い、幅方向５台の平均流速をその測定位置における空気の流速とした。また、上記流速計と気体燃料供給装置との干渉は、気体燃料の供給を停止した気体燃料供給装置を、図１３に示したのと同じ機構で、円筒の上端から３００ｍｍ以上の高さに上昇させることによって回避した。

上記測定の結果を図１４に示した。この結果から、焼結機の機長方向においては、装入層内に吸引される空気の流速（風量）は、焼結の前半では徐々に低下し、逆に、後半では徐々に上昇する傾向があることが確認された。ここで、上記焼結開始後の風量の低下は、パレット上に堆積された原料装入層は、パレット下方に配設されたウインドボックスによる吸引によって層収縮を起こして密度が高まることや、図２に示したように、焼結の進行に伴う燃焼・溶融帯や湿潤帯の形成による通気抵抗の上昇によるものと考えられる。また、焼結後半における風速の増加は、原料装入層の焼結がある程度まで進行すると、排気ガスの熱によって湿潤帯が徐々に消失していくことと、焼結が完了した焼結ケーキは空隙率が高いことによるものと考えられる。

また、図１４上には、３基（＃１〜＃３）の気体燃料供給装置が設置されている領域を重ねて示したが、上述した風量が低下している領域は、焼結に必要な熱量不足を補償するため気体燃料供給装置を設置している領域とほぼ重複していることがわかる。この結果は、機長方向に複数配設された気体燃料供給装置から供給する気体燃料は、焼結機に供給する気体燃料の総量を一定とした場合、従来のように３基の気体燃料供給装置から均等に供給すると、原料装入層内に造入される気体燃料は上流側で低濃度、下流側で逆に高濃度となり、その結果、ただでさえ焼結に必要な熱量が不足気味の原料装入層の上層部分の熱量不足が解消されず、一方、焼結に必要な熱量が足りている原料装入層の下部にはさらに過剰の熱量を供給することを示している。

そこで、上記機長方向の風量の実測結果に基き、機長方向に３基直列に設置された各気体燃料供給装置からの気体燃料の供給量を、図１４に示した各気体燃料供給装置設置区間内における風量に応じて、表１に示すように１乗〜６乗に比例させて気体燃料の供給量を変化させた。なお、焼結原料中に含まれる炭材量は４．７ｍａｓｓ％とし、供給する気体燃料としてはＬＮＧを用い、希釈後の気体燃料の濃度は、全体として０．４ｖｏｌ％一定となるようにした。また、本発明の適用の効果は、各焼結機の排鉱部から排出された焼結ケーキのタンブラー強度ＴＩ（ＪＩＳ Ｍ８７１２）を測定することにより行った。

上記各焼結条件の評価結果を、本発明を適用する前、すなわち、３基の各気体燃料供給装置からの気体燃料の供給量を均等（０．３３）としていた場合に対するタンブラー強度ＴＩの向上率として表１中に示した。この結果から、３基の各気体燃料供給装置からの気体燃料の供給量を、各気体燃料供給領域において装入層内に吸引される空気量に応じて変化させることにより、焼結鉱のタンブラー強度、言い換えれば焼結鉱の成品歩留りを大幅に向上することができることがわかる。なお、参考として、図１５には、本発明適用前（Ｎｏ．１）の焼結機の生産率とタンブラー強度ＴＩとの関係と、本発明適用後（Ｎｏ．２〜４）の焼結機の生産率とタンブラー強度ＴＩとの関係を対比して示した。

本発明の技術は、焼結熱源として炭材と気体燃料を併用する焼結技術に限定されるものではなく、炭材のみの焼結技術にも適用することができる。また、本発明の技術は、製鉄用、特に高炉用原料として使用される焼結鉱の製造技術として有用であるばかりでなく、その他の鉱石塊成化技術としても利用することができる。

１：原料ホッパー、 ２，３：ドラムミキサー、 ４：床敷鉱ホッパー、 ５：サージホッパー、 ６：ドラムフィーダー、 ７：切り出しシュート、 ８：パレット、 ９：装入層、 １０：点火炉、 １１：ウインドボックス（風箱）、 １２：カットオフプレート、 １３：パレット台車、 １３ａ：グレート、 １３ｂ：サイドウォール、 １４：レール、 １５：原料装入部、 １６：気体燃料供給装置、 １７：フード、 １８：邪魔板、 １９：気体燃料供給配管、 ２０：流速計、 ２０ａ：円筒、 ２０ｂ：熱線流速計、 ２０ｃ：データロガー、 ２１：架台、 ２１ａ：架台上部フレーム、 ２１ｂ：気体燃料供給装置上部水平フレーム、 ２２：油圧シリンダー、 ２４：排鉱部

Claims (6)

1. 循環移動するパレット上に粉鉱石と炭材を含む焼結原料を装入して装入層を形成し、その装入層表面の炭材に点火炉で点火し、点火炉の下流に設置した複数基の気体燃料供給装置から供給された気体燃料を含む装入層上方の空気をパレット下に配設したウインドボックスで吸引して装入層内に導入し、前記気体燃料と炭材を燃焼させて焼結鉱を製造する焼結機における機長方向の風量測定方法であって、
   パレット幅方向に１台または複数台の流速計を点火炉出側の装入層上面に設置した後、当該流速計を、気体燃料の供給を停止し、装入層の上方に退避させた気体燃料供給装置の下方を通過させることによって、装入層内に導入される空気の流量の機長方向における変化を測定することを特徴とする焼結機の風量測定方法。
2. 前記流速計に、熱線流速計を用いることを特徴とする請求項１に記載の焼結機の風量測定方法。
3. 請求項１または２に記載の方法で測定した各気体燃料供給装置の設置領域における空気の流量に応じて、各気体燃料供給装置から供給する気体燃料の供給量を増減することを特徴とする焼結鉱の製造方法。
4. 前記複数基の気体燃料供給装置から供給される気体燃料の総量を一定とし、かつ、各気体燃料供給装置から供給される気体燃料を、各気体燃料供給装置の設置領域における空気の流量に比例する量以上として配分することを特徴とする請求項３に記載の焼結鉱の製造方法。
5. 前記各気体燃料供給装置から供給される気体燃料を、各気体燃料供給装置の設置領域における空気の流量の２乗に比例する量以上として配分することを特徴とする請求項３または４に記載の焼結鉱の製造方法。
6. 前記装入層内に導入される空気に含まれる気体燃料を、燃焼下限濃度以下とすることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の焼結鉱の製造方法。

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