JP2018009230A - 回転炉床炉および還元鉄の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】炉内に取り込むガスの量を抑えながら排気ガスの分岐点の位置を加熱区間と非加熱区間の境界付近になるように調整することが可能な回転炉床炉および還元鉄の製造方法を提供する【解決手段】回転炉床炉１は、環状空間２ａの側部および上部を囲む一対の周壁および天板を有する炉本体２と、環状空間２ａの底部に配置され、回転可能な炉床部３と、環状空間２ａの内部で発生する排気ガスを炉本体２の外部へ排出する排気部７とを備えている。環状空間２ａの非加熱ゾーンＺ２には、前記排気部７と、当該排気部７よりも回転方向Ｒの上流側に配置され、環状空間２ａの内部の圧力を調整するための圧力調整用のガスを当該非加熱ゾーンＺ２に導入する導入部９と、導入部９と排気部７との間に配置され、非加熱ゾーンＺ２の開口面積を調整することにより当該非加熱ゾーンを流れるガスの流量を調整する流量調整部１０とが設けられている。【選択図】図２

Description

本発明は、回転炉床炉および還元鉄の製造方法に関する。

従来、酸化鉄を含む塊成物を還元して還元鉄を製造するための方法として、回転炉床炉を用いた方法がある。特許文献１に記載される回転炉床炉は、環状の炉本体と、所定の回転方向に水平に回転する環状の炉床とを備えている。環状の炉本体と環状の炉床とによって環状空間が形成される。環状空間は、加熱バーナによって炉内の塊成物を加熱する加熱区間と、当該加熱を行わない非加熱区間とを有している。炉床に置かれた塊成物は、炉床の回転とともに加熱区間を通過する間に、加熱されて還元処理される。その結果、還元鉄が生成される。

上記の回転炉床炉の運転時において、環状空間内で発生した排気ガスは、排気手段によって炉外へ排気される。排気ガスは、環状空間内において、２方向の流れ、すなわち、炉床の回転方向に流れる順方向ガス流れと当該回転方向と反対方向に流れる逆方向ガス流れとなって排気手段に向かう。

ここで、排気ガスが当該加熱区間の全長において逆方向ガス流れになっている（すなわち完全対向流になっている）状態では、排気ガスと炉床上にある塊成物との熱交換効率が最も高くなるので、排気ガスの熱を還元鉄製造に有効に利用することが可能になる。このような加熱区間における完全対向流を得るためには、上記の２方向のガス流れの分岐点を加熱区間における前記回転方向の下流端における加熱区間と非加熱区間との境界に位置させるように、環状空間の圧力調整をする必要がある。

そこで、上記の特許文献１記載の回転炉床炉では、加熱区間において上記の完全対向流を得るために、上記の排気手段が非加熱区間に設置されている。さらに、非加熱区間において、当該排気手段よりも前記回転方向の上流側には、環状空間に外気を取り込む外気取込み手段が設置されている。外気取込み手段は、加熱区間と非加熱区間の圧力バランスを取るために圧損を高める目的で、外気を非加熱区間に取り込んで非加熱区間の圧力を高める。これによって、上記の排気ガスの２方向の流れの分岐点の位置を上記の加熱区間と非加熱区間との境界に近づけるような環状空間の圧力調整を行う。

特開２０１６−２３３１９号公報

しかし、上記の回転炉床炉では、外気取込み手段によって炉内に取り込まれた空気によって非加熱区間の圧力を高めて排気ガスの流れの分岐点の位置を調整するので、加熱空間における加熱バーナの燃焼状況によって排気ガスの量が大きく変動すれば、それに対応して外気取込み手段による炉内に取り込む空気の量も大きく変える必要がある。そのため、炉内に取り込む空気の量を抑えながら上記の分岐点の位置を加熱区間と非加熱区間の境界付近になるように調整することが難しいという問題がある。

また、取込空気量が多くなりすぎると、非加熱区間において過剰に炉床を冷却してしまい、熱損失を招く。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、炉内に取り込むガスの量を抑えながら排気ガスの分岐点の位置を加熱区間と非加熱区間の境界付近になるように調整することが可能な回転炉床炉および還元鉄の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためのものとして、本発明の回転炉床炉は、酸化鉄を含む塊成物を加熱することにより当該酸化鉄を還元して還元鉄を製造する回転炉床炉であって、環状に連続する形状の環状空間の側部および上部を囲む一対の周壁および天板を有する炉本体と、前記環状空間の底部に配置され、所定の回転方向に回転可能な環状の炉床部と、前記環状空間の内部で発生する排気ガスを前記炉本体の外部へ排出する排気部と、を備えており、前記環状空間は、前記炉床部の上に置かれた前記塊成物を加熱する加熱ゾーンと、当該塊成物の加熱を行わない非加熱ゾーンとを有しており、前記加熱ゾーンと前記非加熱ゾーンとが環状につながることにより、前記環状空間が形成されており、前記非加熱ゾーンには、前記排気部と、当該排気部よりも前記回転方向の上流側に配置され、前記環状空間の内部の圧力を調整するための圧力調整用のガスを当該非加熱ゾーンに導入する導入部と、前記導入部と前記排気部との間に配置され、前記非加熱ゾーンの開口面積を調整することにより当該非加熱ゾーンを流れるガスの流量を調整する流量調整部と、が設けられていることを特徴とする。

かかる構成によれば、流量調整部が導入部と排気部との間において非加熱ゾーンの開口面積を調整することにより、当該非加熱ゾーンを流れるガスの流量を調整する。これにより、当該導入部と排気部との間における圧力差、すなわち圧力損失を当該ガスに与えることが可能である。したがって、加熱ゾーンでの排気ガス量が大きく変動することで加熱ゾーンの圧力損失が変動しても、この圧力バランスを取るために流量調整部で非加熱ゾーンの圧力損失を調整することが可能である。これにより、加熱ゾーンと非加熱ゾーンの圧力バランスを取ることが可能になる。したがって、流量調整部によって開口面積が調整された状態であれば、導入部からの圧力調整用のガスの導入量を低く抑えても、十分な圧力損失を得ることができ、排気ガスの分岐点の位置を加熱ゾーンと非加熱ゾーンの境界付近になるように調整することが可能になる。

前記流量調整部は、前記加熱ゾーンにおける前記回転方向の下流端において、前記加熱ゾーンと前記非加熱ゾーンとの境界の圧力が前記環状空間において最も高くなるように、前記非加熱ゾーンを流れるガスの流量を調整するのが好ましい。

かかる構成によれば、流量調整部が上記のように非加熱ゾーンを流れるガスの流量を調整することにより、環状空間内部のガス流れの分岐点を、前記加熱ゾーンにおける前記回転方向の下流端において前記加熱ゾーンと前記非加熱ゾーンとの境界に位置することが可能になる。これにより、加熱ゾーン内部では排気ガスの流れが塊成物の移動方向（すなわち上記の回転方向）に完全に対向する完全対向流に調整することが可能になる。その結果、上記熱交換効率が最も良い還元鉄の製造が可能になる。

前記導入部は、前記非加熱ゾーンに導入される前記圧力調整用のガスの導入量を調整する導入量調整部を有するのが好ましい。

かかる構成によれば、上記導入量調整部によって、非加熱ゾーンに導入される圧力調整のガスの導入量を調整することにより、排気ガスの流れの分岐点の位置を精度よく調整することが可能である。

前記流量調整部は、昇降可能な仕切り壁を備え、前記仕切り壁は、前記環状空間の内部に設置され、前記炉床部に対して接近および離反が可能な当該炉床部に対向する下端部を有し、前記仕切り壁は、前記下端部と前記炉床部との隙間によって形成される前記開口面積を調整するように昇降するのが好ましい。

かかる構成によれば、仕切り壁の昇降によって、当該仕切り壁の下端部と炉床部との隙間によって形成される前記開口面積を調整し、それによって、非加熱ゾーンを流れるガスの流量を容易に調整することが可能である。

前記導入部は、前記圧力調整用のガスとして前記炉本体の外部の空気を前記非加熱ゾーンへ送る送風機を備えるのが好ましい。

かかる構成によれば、圧力調整用のガスとして前記炉本体の外部の空気を安価に利用することが可能になる。

前記非加熱ゾーンは、前記加熱ゾーンの前記回転方向下流側端部に連続し、前記加熱ゾーンを通過した前記塊成物を冷却する冷却区間を有しており、前記導入部は、前記非加熱ゾーンにおける前記冷却区間よりも前記回転方向の下流側に前記空気を導入するように、構成されているのが好ましい。

かかる構成によれば、送風機によって非加熱ゾーンに導入される空気は、非加熱ゾーンにおける冷却区間よりも前記回転方向の下流側に導入される。そのため、当該冷却区間では、加熱ゾーンで生成された還元鉄が上記の空気に触れて再酸化されることを防止することが可能である。

前記非加熱ゾーンには、前記炉床部の上面に床敷炭を供給する床敷炭供給部がさらに設けられ、前記導入部は、前記床敷炭供給部よりも前記回転方向の上流側に前記圧力調整用のガスを導入するように、構成されているのが好ましい。

かかる構成によれば、床敷炭供給部によって炉床部上面に敷かれた床敷炭が前記導入部によって導入された圧力調整用のガスによって吹き飛ばされるおそれを回避することが可能である。

前記流量調整部は、前記床敷炭供給部よりも前記回転方向の上流側に配置されているのが好ましい。

かかる構成によれば、流量調整部が導入部と排気部との間のガスの流量を絞ったときに当該ガスの流速が速くなっても、当該ガスが床敷炭供給部によって炉床部上面に敷かれた床敷炭を吹き飛ばすおそれを回避することが可能である。

本発明の還元鉄の製造方法は、環状に連続する形状の環状空間の側部および上部を囲む一対の周壁および天板を有する炉本体と、前記環状空間の底部に配置され、所定の回転方向に回転可能な環状の炉床部とを備えた回転炉床炉を用いて酸化鉄を含む塊成物を加熱することにより当該酸化鉄を還元して還元鉄を製造する方法であって、
前記環状空間の一部の区間を構成する加熱ゾーンにおいて前記炉床部の上に置かれた前記塊成物を加熱して前記塊成物に含まれる酸化鉄を還元することによって還元鉄を生成する加熱動作と、
前記環状空間における前記加熱ゾーンにつながる非加熱ゾーンにおいて前記環状空間の内部で発生した排気ガスを当該環状空間の外部へ排出する排気動作と、
前記非加熱ゾーンにおける前記排気ガスを排出する位置よりも前記回転方向の上流側に圧力調整用のガスを導入する導入動作と、
前記非加熱ゾーンの開口面積を調整することにより、当該非加熱ゾーンにおいて前記排気ガスを排出する排出位置と前記圧力調整用のガスを導入する導入位置との間を流れるガスの流量を調整する流量調整動作とを含むことを特徴とする。

この製造方法では、 加熱ゾーンで発生する排気ガスの量が大きく変動しても、非加熱ゾーンの開口面積を調整することにより、非加熱ゾーンにおいて前記排気ガスを排出する排出位置と圧力調整用のガスを導入する導入位置との間を流れるガスの流量を調整する。これにより、これら排出位置と導入位置との間において、排気ガスの量に応じた大きさの圧力損失を非加熱ゾーンを流れるガスに与えることが可能である。したがって、加熱ゾーンでの排気ガス量が大きく変動することで加熱ゾーンの圧力損失が変動しても、この圧力バランスを取るために流量調整動作および導入動作の一方もしくは両方によって非加熱ゾーンの圧力損失を調整することが可能である。例えば、大きな変動に対しては流量調整動作によって行い、小さな変動に対しては導入動作によって行えばよい。これにより、加熱ゾーンと非加熱ゾーンの圧力バランスを取ることが可能になる。したがって、流量調整動作によって開口面積が調整された状態であれば、圧力調整用のガスの導入量を低く抑えても、十分な圧力損失を得ることができ、排気ガスの流れの分岐点の位置を加熱ゾーンと非加熱ゾーンの境界付近になるように調整することが可能である。

前記流量調整動作では、前記加熱ゾーンにおける前記回転方向の下流端において、前記加熱ゾーンと前記非加熱ゾーンとの境界の圧力が前記環状空間において最も高くなるように、前記非加熱ゾーンを流れるガスの流量を調整するのが好ましい。

上記のように非加熱ゾーンを流れるガスの流量を調整することにより、環状空間内部のガス流れの分岐点を、前記加熱ゾーンにおける前記回転方向の下流端において前記加熱ゾーンと前記非加熱ゾーンとの境界に位置することが可能になる。これにより、加熱ゾーン内部では排気ガスの流れが塊成物の移動方向（すなわち上記の回転方向）に完全に対向する完全対向流に調整することが可能になる。その結果、上記熱交換効率が最も良い還元鉄の製造が可能になる。

前記導入動作では、前記排気ガスの量の変化に応じて前記非加熱ゾーンに導入される前記圧力調整用のガスの導入量を調整するのが好ましい。

この場合、排気ガスの量の変化に応じて非加熱ゾーンに導入される圧力調整のガスの導入量を調整することにより、排気ガスの流れの分岐点の位置を精度よく調整することが可能である。

以上説明したように、本発明の回転炉床炉および還元鉄の製造方法によれば、炉内に取り込むガスの量を抑えながら排気ガスの分岐点の位置を加熱ゾーンと非加熱ゾーンの境界付近になるように調整することが可能である。その結果、排気ガスと塊成物との間の熱交換効率の良い還元鉄の製造が可能になる。

本発明の実施形態である回転炉床炉の概略平面図である。 図１の回転炉床炉のＩＩ−ＩＩ線断面図である。

以下、図面を参照しながら本発明の回転炉床炉および還元鉄の製造方法の実施形態についてさらに詳細に説明する。

図１〜２に示される回転炉床炉１は、炉床部３が炉本体２の内部で回転移動し、当該炉床部３の上に置かれた酸化鉄を含む塊成物Ｐを炉本体２の内部で加熱することによって当該酸化鉄を還元して還元鉄を製造する還元炉である。

この回転炉床炉１は、環状の炉本体２と、環状の炉床部３と、床敷炭供給部４と、塊成物供給部５と、製造後の還元鉄等を炉外に排出する排出部６と、炉本体２の内部で発生する排気ガスを炉外へ排気する排気部７とを備えている。

炉本体２および炉床部３は、例えば、水冷支持金物の表面にアルミナ等の耐火物が施工されたものにより構成される。

炉本体２は、環状に連続する形状の環状空間２ａの側部および上部を囲む形状を有する。炉本体２は、例えば、同心状に互いに対向する一対の周壁２ｃと、当該一対の周壁２ｃの上端の間を連結する天板２ｂとを有する。これら一対の周壁２ｃおよび天板２ｂとともに炉床部３によって、前記環状空間２ａが画定される。

炉床部３は 環状空間２ａの底部に配置され、所定の回転方向Ｒに回転可能な構成を有する。具体的には、炉床部３は、円環状をなしており、その半径方向に沿う一定の幅を有する。炉床部３は、環状空間２ａの底部に配置された状態で、垂直軸回りに回転方向Ｒ（図１では反時計回り方向）に回転できるように構成されている。炉床部３は、駆動装置（図示せず）から与えられる駆動力によって回転方向Ｒへ回転する。本発明の技術分野に属する回転炉床炉１は、環状空間２ａ内に外気の空気等が極力入り込まないように遮断された構造になっている。具体的には、回転炉床炉１は、炉本体２および炉床部３によって形成された環状空間２ａが基本的に外気と遮断された構造になっている。

環状空間２ａは、炉床部３の上に置かれた塊成物Ｐを加熱する加熱ゾーンＺ１と、当該塊成物Ｐの加熱を行わない非加熱ゾーンＺ２とを有している。加熱ゾーンＺ１と非加熱ゾーンＺ２とが環状につながることにより、前記環状空間２ａが形成されている。

加熱ゾーンＺ１には、加熱バーナ（図示せず）が当該ゾーンＺ１の周方向に分散して設けられている。加熱バーナは、天然ガスなどを燃焼することにより当該加熱ゾーンＺ１内部を通過する塊成物Ｐおよびガスを高温（１２００〜１５００℃程度）で加熱する。これにより、塊成物Ｐに含まれる酸化鉄が還元して還元鉄（具体的には、粒状の溶融金属鉄）が製造される。加熱ゾーンＺ１では、回転方向Ｒの下流側が高温になるように、加熱バーナの燃焼調整などによって、当該ゾーンＺ１内部の温度が調整されている。

非加熱ゾーンＺ２は、加熱ゾーンＺ１における回転方向Ｒの下流側に位置する冷却区間Ｚ２１と、当該冷却区間Ｚ２１における前記回転方向Ｒの下流側に位置する機械室Ｚ２２と、当該機械室Ｚ２２における前記回転方向Ｒの下流側で、かつ、燃焼ゾーンＺ１の上流側に位置する排気区間Ｚ２３とを有している。

冷却区間Ｚ２１には、炉床部３の上にある還元鉄とスラグを冷却する冷却装置（図示せず）が設けられている。加熱ゾーンＺ１で製造された還元鉄およびその副生物であるスラグは、冷却区間Ｚ２１を通過するときに冷却されて固化する。冷却区間Ｚ２１では、炉本体２の周壁２ｃなどには、環状空間２ａ内部の様子を視認できるようにのぞき窓などが設けられている。

機械室Ｚ２２には、塊成物Ｐおよび炉床部３の上に敷かれる床敷炭を炉内に供給する機構ならびに製造後の還元鉄等を炉外に排出する機構として、上記の床敷炭供給部４、塊成物供給部５、排出部６が配置されている。

床敷炭供給部４は、床敷炭を炉床部３の上面に供給する。床敷炭は、塊成物Ｐと炉床部３との接触を避けるために炉床部３の上面に敷かれる粒の細かい炭材である。床敷炭が塊成物Ｐと炉床部３との間に介在することによって、還元鉄製造時において生成される還元鉄およびその副生物のスラグが炉床部３に付着することを回避することが可能である。

塊成物供給部５は、床敷炭供給部４における回転方向Ｒの下流側に配置されている。塊成物供給部５は、酸化鉄を含む塊成物Ｐを炉床部３の上面（具体的には、炉床部３の上面に敷かれた床敷炭の上）に供給する。塊成物Ｐは、炭素質還元剤と酸化鉄とを含有する略球状の固形物である。

排出部６は、塊成物供給部５に対して回転方向Ｒの下流側、具体的には、加熱ゾーンＺ１および冷却区間Ｚ２１よりも下流側（図１〜２では、機械室Ｚ２２の上流側端部付近）に配置されている。排出部６は、加熱ゾーンＺ１内部で塊成物Ｐに含まれる酸化鉄が還元されたことによって生成された還元鉄およびスラグを炉本体２の外部へ取り出すことが可能な構成を有する。例えば、排出部６は、水平方向に延びる回転軸と、スクリュー部とを有してもよい。この場合、回転軸を回転させることによって、らせん状のスクリュー部が還元鉄を水平方向へ掻き出し、還元鉄排出シュート１３を介して炉本体の外部へ排出することが可能である。

排気区間Ｚ２３には、上記の排気部７が配置されている。排気部７は、環状空間２ａの内部で発生する排気ガスを炉本体２の外部へ排出するように構成されている。排気部７は、例えば、炉本体２の天井部を貫通して垂直方向に延びる煙突７ａと、当該煙突７ａの内部のガスを吸引する排気ファン（図示せず）とを備えている。すなわち、排気部７は、排気ファンによる負圧を用いて、環状空間２ａ内部の排気ガスを炉外へ吸い出すように構成されている。

環状空間２ａの内部で発生する排気ガスは、２方向のガス流れＦＬ１、ＦＬ２に分かれて流れて排気部７に集められ、当該排気部７から炉本体２の外部へ排出される。この２方向のガス流れは、回転方向Ｒと反対方向に流れる逆方向ガス流れＦＬ１と、回転方向Ｒと同じ方向に流れる順方向ガス流れＦＬ２とからなる。

本実施形態の回転炉床炉１は、環状空間２ａの内部で発生した排気ガスの上記のガス流れＦＬ１、ＦＬ２を制御するために、圧力調整用のガスを非加熱ゾーンＺ２に導入する導入部９と、非加熱ゾーンＺ２を流れるガスの流量を調整する流量調整部１０とをさらに備えている。

導入部９は、非加熱ゾーンＺ２の機械室Ｚ２２において、排気部７よりも回転方向Ｒの上流側（図１〜２において排気部７の左側）に配置されている。導入部９は、環状空間２ａの内部の圧力を調整するための圧力調整用のガスを機械室Ｚ２２に導入する。この圧力調整用のガスは、具体的には、非加熱ゾーンＺ２での圧力損失を調整して、環状空間２内部の圧力バランスをとる。

導入部９は、具体的には、送風機９ａと、導入管９ｂと、当該導入管９ｂの途中に設けられた調節弁９ｃとを備える。

導入管９ｂの入口側の端部９ｂ１は、送風機９ａの排気口に連通している。導入管９ｂの出口側の端部９ｂ２は、機械室Ｚ２２における回転方向Ｒの上流側の端部に連通している。

送風機９ａは、圧力調整用のガスとして炉本体２の外部の空気を、導入管９ｂを介して機械室Ｚ２２へ送る。送風機９ａは、押込みファンであって、例えば、遠心ファンなどからなる。このように導入部９が送風機９ａを備えていることにより、圧力調整用のガスとして炉本体２の外部の空気を安価に利用することが可能になる。なお、圧力調整用のガスは、空気以外のガス（例えば窒素や二酸化炭素など）であってもよい。

調節弁９ｃは、導入管９ｂの途中に設けられ、非加熱ゾーンＺ２に導入される圧力調整用のガス（空気）の導入量を調整する。なお、調節弁９ｃは、送風機９ａの吸込み側に設けてもよい。

なお、本実施形態では、本発明の導入量調整部として調節弁９ｃを用いているが、調節弁以外の他の構成でもよい。また、調節弁９ｃを設ける代わりに、送風機９ａが導入量調整部としてインバータモータなどの送風量可変手段を備え、送風機自体によって導入量を調整できるようにしてもよい。

上記のように、導入管９ｂの出口側の端部９ｂ２は、機械室Ｚ２２における回転方向Ｒの上流側の端部に連通している。そのため、導入部９は、床敷炭供給部４よりも回転方向Ｒの上流側に空気を導入することが可能である（回転方向Ｒと同じ方向に流れる導入空気流れＦＬ３参照）。そのため、床敷炭供給部４から炉床部３に供給される床敷炭が空気によって飛散することを防止することが可能である。

また、上記の出口側の端部９ｂ２の配置により、導入部９は、非加熱ゾーンＺ２における冷却区間Ｚ２１よりも回転方向Ｒの下流側に送風機９ａから送られてきた空気を導入することが可能である。そのため、冷却区間Ｚ２１において還元鉄が空気によって再酸化することを防止することが可能である。しかも、冷却区間Ｚ２１内部に空気が導入されないので、排出部６で排出される前の炉床部３の上面に存在する床敷炭を吹き飛ばされるおそれがない。そのため、冷却区間Ｚ２１内部の視認性の低下を回避することが可能である。

なお、圧力調整用のガスの導入は、調節弁９ｃのみ、送風機９ａ（押込みファン）のみ、またはその両方の組合せによって行うことが考えられる。ただし、送風圧力のバランスを考えれば、送風機９ａを用いる方がよいと考えられる。なお、加圧空気等の圧力を持ったガスを使用可能であれば、調節弁９ｃだけでも対応可能と考えられる。

流量調整部１０は、導入部９と排気部７との間に配置される。流量調整部１０は、非加熱ゾーンＺ２の開口面積を調整することにより、当該非加熱ゾーンＺ２における当該導入部９と当該排気部７との間を流れるガス、すなわち、排気ガスの順方向ガス流れＦＬ２および導入空気流れＦＬ３が合流したガス流れＦＬ４の流量を調整する。これにより、流量調整部１０によって、当該導入部９と当該排気部７との間における圧力差、すなわち圧力損失をガス流れＦＬ４に与えることが可能である。

ここでいう非加熱ゾーンＺ２の「開口面積」とは、例えば、非加熱ゾーンＺ２のガス流れＦＬ４の流路の断面における開口面積のことをいう。

流量調整部１０は、具体的には、昇降可能な仕切り壁１０ａと、当該仕切り壁１０ａを上下に移動させる駆動部１０ｂとを備える。仕切り壁１０ａは、炉本体２と同様に水冷支持金物の表面にアルミナ等の耐火物が施工されたものによって製造される。仕切り壁１０ａは、環状空間２ａの内部に設置され、炉床部３に対して接近および離反が可能な当該炉床部３に対向する下端部を有する。仕切り壁１０ａは、前記下端部と前記炉床部３との隙間によって形成される前記開口面積を調整するように昇降する。

本実施形態では、仕切り壁１０ａは、床敷炭供給部４よりも回転方向Ｒの上流側に配置されている。そのため、仕切り壁１０ａが導入部９と排気部７との間を流れるガスＦＬ４の流量を絞ったときに当該ガスの流速が速くなっても、当該ガスが床敷炭供給部４によって炉床部３の上面に敷かれた床敷炭を吹き飛ばすおそれを回避することが可能である。

また、本実施形態では、仕切り壁１０ａは、排出部６よりも回転方向Ｒの下流側に配置されている。そのため、仕切り壁１０ａが上記のガスＦＬ４の流量を絞ったときに当該ガスの流速が速くなっても、排出部６で排出される前の炉床部３の上面に存在する床敷炭を吹き飛ばすおそれを回避することが可能である。

上記のように構成された回転炉床炉１を用いた還元鉄の製造方法は、以下のようにして行われる。

この製造方法では、大別して以下の４つの動作（Ｉ）〜（ＩＶ）が行われる。すなわち、この製造方法は、
（Ｉ）環状空間２ａの一部の区間を構成する加熱ゾーンＺ１において炉床部３の上に置かれた酸化鉄を含む塊成物Ｐを加熱して当該酸化鉄を還元することによって還元鉄を生成する加熱動作と、
（ＩＩ）環状空間２ａにおける加熱ゾーンＺ１につながる非加熱ゾーンＺ２において環状空間２ａの内部で発生した排気ガスを当該環状空間２ａの外部へ排出する排気動作と、
（ＩＩＩ）非加熱ゾーンＺ２における排気ガスを排出する位置よりも回転方向Ｒの上流側に圧力調整用のガスを導入する導入動作と、
（ＩＶ）非加熱ゾーンＺ２の開口面積を調整することにより、当該非加熱ゾーンＺ２において排気ガスを排出する排出位置と圧力調整用のガスを導入する導入位置との間を流れるガスの流量を調整する流量調整動作とを含む。

還元鉄の製造方法では、上記の加熱動作、排気動作および導入動作は、それぞれ併行して行われる。流量調整動作は、上記の３つの動作と併行して常時行ってもよいし、間欠的に行ってもよい。例えば、流量調整動作を間欠的に行う場合、還元鉄の製造開始時または製造定格運転への移行時等の炉内排気ガス量が大きく変動することによる圧力損失の変化が大きい時において、流量調整動作を行ってもよい。

上記の加熱動作は、具体的には、以下のような手順で行われる。まず、機械室Ｚ２２において、回転方向Ｒへ回転する炉床部３の上に、床敷炭供給部４から床敷炭が供給され、さらに、その床敷炭の上に、塊成物供給部５から塊成物Ｐが供給される。そして、炉床部３の上に置かれた塊成物Ｐは、炉床部３の回転に伴って、加熱ゾーンＺ１内部を回転方向Ｒに移動する。塊成物Ｐは、加熱ゾーンＺ１の内部を回転方向Ｒへ移動するにしたがって、当該塊成物Ｐの温度が高められ、塊成物Ｐに含まれる酸化鉄の還元が行われる。さらに、塊成物Ｐが回転ゾーンＺ１内部を進行すると、生成された還元鉄がさらに加熱されて溶融する。これにより、還元鉄がスラグから分離して凝集することにより、粒状の溶融金属鉄が製造される。また、加熱動作の後、製造された粒状の溶融金属鉄およびスラグは、冷却区間Ｚ２１を通過するときに冷却されて固化する。冷却後の粒状の金属鉄、スラグ、および床敷炭は、排出部６によって炉外へ排出される。

排気動作では、具体的には、環状空間２ａの内部で発生した排気ガスは、非加熱ゾーンＺ２の排気区間Ｚ２３に設置された排気部７によって吸引される。このとき、排気ガスは、２方向のガス流れＦＬ１、ＦＬ２に分岐して環状空間２ａ内部を流れて排気部７に集められる。集められた排気ガスは、当該排気部７から環状空間２ａの外部へ排出される。

導入動作では、具体的には、導入部９の送風機９ａを作動させて、非加熱ゾーンＺ２における排気ガスを排出する排気部７の位置よりも回転方向Ｒの上流側（すなわち、機械室Ｚ２２）に圧力調整用のガスとして空気を導入する（導入空気流れＦＬ３参照）。導入空気流れＦＬ３は、上記の順方向ガス流れＦＬ２と合流し、ガス流れＦＬ４となって排気部７から環状空間２ａの外部へ排出される。

本実施形態では、導入動作において、導入部９の調節弁９ｃによって、排気ガスの量の変化に応じて非加熱ゾーンＺ２に導入される空気の導入量を調整する。具体的には、導入動作において、調節弁９ｃは、加熱ゾーンＺ１における回転方向Ｒの下流端において、加熱ゾーンＺ１と非加熱ゾーンＺ２との境界ＢＲの圧力が環状空間２ａにおいて最も高くなるように、空気の導入量を調整する。

流量調整動作では、具体的には、非加熱ゾーンＺ２における排気部７の位置と導入部９の位置とで挟まれた区間において、流量調整部１０の仕切り壁１０ａを昇降させることによって、仕切り壁１０ａの下端部と炉床部３との隙間によって形成された前記開口面積を調整する。これにより、排気部７と導入部９とで挟まれた区間において、当該区間を流れるガス流れＦＬ４の流量を調整する。

本実施形態では、流量調整動作では、加熱ゾーンＺ１における回転方向Ｒの下流端において、加熱ゾーンＺ１と非加熱ゾーンＺ２との境界ＢＲの圧力が環状空間２ａにおいて最も高くなるように、仕切り壁１０ａは非加熱ゾーンＺ２を流れるガス流れＦＬ４の流量を調整する。

すなわち、本実施形態の製造方法では、導入部９および流量調整部１０の両方によって、加熱ゾーンＺ１における回転方向Ｒの下流端において、加熱ゾーンＺ１と非加熱ゾーンＺ２との境界ＢＲの圧力が環状空間２ａにおいて最も高くなるように、非加熱ゾーンＺ２を流れるガス流れＦＬ４の流量を調整することが可能である。

境界ＢＲおよびその付近の圧力は、環状空間２ａ内部に設置された圧力検知部１５によって検知される。圧力検知部１５は、例えば、境界ＢＲとその前後の円周方向に１か所ずつの計３か所に設けられる。これにより、流量調整部１０の仕切り壁１０ａを昇降して仕切り壁１０ａと炉床部３との隙間の開口面積を調整しておき、その後、３つの圧力検知部１５で検出される圧力に基づいて、導入部９の調節弁９ｃによって空気の導入量を調整すればよい。これによって、排気ガスの２方向のガス流れガス流れＦＬ１、ＦＬ２の分岐点Ｓを境界ＢＲの位置へ来るように正確に調整することが可能である。

なお、導入部９による空気導入量の調整および流量調整部１０による流量調整のいずれか一方を行ってもよい。

ガスの分岐点を精度よく調整するためには圧力検知部１５は最低３か所あるのが望ましい。例えば、１か所は境界ＢＲ（目標位置）に、その上下流に最低１か所ずつで、合計３か所に圧力検知部１５を配置すればよい。しかしながら、３か所未満の場合でも、３か所以上設けた場合よりも精度は劣るが、冷却区間Ｚ２１に設置された観察窓からガス流れ方向を確認しながら分岐点Ｓの位置を調整することは可能である。

仕切り壁１０ａは、耐火物からなるので、非常に重い。そのため、仕切り壁１０ａの昇降は導入部９による調整に比べて応答性が悪い。したがって、その点を考慮したガスの分岐点Ｓの位置調整を行う必要がある。例えば、加熱ゾーンＺ１での加熱バーナの燃焼量が比較的低い製造開始時の場合には、加熱ゾーンＺ１での圧力損失が定格運転時に比べて小さくなることが予想されるため、この仕切り壁１０ａと炉床部３との開口面積をあらかじめ狭く調整しておくことで、より短時間でガスの分岐点Ｓの位置を好ましい位置に調整が可能である。還元鉄の製造中では、圧力検知部１５によって検知された圧力の変化に基づいて、導入部９の調節弁９ｃによって空気の導入量を細かく調整するようにすればよい。これによって、加熱ゾーンＺ１から発生する排気ガスの量の変化に高い応答性で対応することが可能になる。

以上のように、本実施形態の回転炉床炉１および還元鉄の製造方法では、流量調整動作において、流量調整部１０が導入部９と排気部７との間において非加熱ゾーンＺ２の開口面積を調整することにより、当該非加熱ゾーンＺ２のガス流れＦＬ４（すなわち、排気ガスの順方向ガス流れＦＬ２および導入空気流れＦＬ３が合流したガス流れ）の流量を調整する。これにより、当該導入部９と排気部７との間における圧力差、すなわち圧力損失を当該ガス流れＦＬ４に与えることが可能である。したがって、加熱ゾーンＺ１での排気ガス量が大きく変動することで加熱ゾーンＺ１の圧力損失が変動しても、この圧力バランスを取るために流量調整部１０による流量調整動作及び導入動作の一方もしくは両方によって非加熱ゾーンＺ２の圧力損失を調整することが可能である。例えば、大きな変動に対しては流量調整動作によって行い、小さな変動に対しては導入動作によって行えばよい。これにより、加熱ゾーンＺ１と非加熱ゾーンＺ２の圧力バランスを取ることが可能になる。したがって、流量調整部１０によって開口面積が調整された状態であれば、導入部９からの圧力調整用のガスである空気の導入量を低く抑えても、十分な圧力損失を得ることができ、排気ガスの２方向のガス流れＦＬ１、ＦＬ２の分岐点Ｓの位置を加熱ゾーンＺ１と非加熱ゾーンＺ２の境界付近になるように調整することが可能である。

本実施形態の回転炉床炉１は、流量調整部１０を備えていることにより、非加熱ゾーンＺ２の非常に限定された狭いエリア内で、当該非加熱ゾーンＺ２を流れるガス流れＦＬ４に圧力損失を与えることができる。そのため、非加熱ゾーンＺ２のスペースを有効に活用することが可能である。一方、このような流量調整部１０が無ければ、導入部９から導入される外部の空気によって、当該導入部９から排気部７までの区間全体に圧力損失を与える必要があるので、非常に大流量の導入空気が必要となるという問題が懸念される。しかし、上記実施形態の回転炉床炉１では、流量調整部１０によってそのような問題は解消されるので、導入部９による導入空気の流量を抑えることが可能である。

また、本実施形態の回転炉床炉１および還元鉄の製造方法では、流量調整部１０は、加熱ゾーンＺ１における回転方向Ｒの下流端において、加熱ゾーンＺ１と非加熱ゾーンＺ２との境界ＢＲの圧力が環状空間２ａにおいて最も高くなるように、非加熱ゾーンＺ２を流れるガスの流量を調整する。流量調整部１０が上記のように非加熱ゾーンＺ２を流れるガスの流量を調整する。これにより、環状空間２ａ内部のガス流れＦＬ１、ＦＬ２の分岐点Ｓを、加熱ゾーンＺ１における回転方向Ｒの下流端において加熱ゾーンＺ１と非加熱ゾーンＺ２との境界ＢＲに位置することが可能になる。これにより、加熱ゾーンＺ１内部では排気ガスの流れが塊成物Ｐの移動方向（すなわち上記の回転方向Ｒ）に完全に対向する完全対向流に調整することが可能になる。その結果、上記熱交換効率が最も良い還元鉄の製造が可能になる。

なお、分岐点Ｓは好ましくは境界ＢＲ上に位置するように調整されるのが最も好ましいが、現実の運転では境界ＢＲ上への正確な位置調整は難しい。したがって、現実的には分岐点Ｓが境界ＢＲ付近になるように運転することが好ましい。その理由は以下のとおりである。すなわち、分岐点Ｓが境界ＢＲからずれて、加熱ゾーンＺ１、非加熱ゾーンＺ２のどちらに入っても炉全体の熱効率は下がる（燃費が悪くなる）。したがって、分岐点Ｓをできるだけ境界ＢＲに近づけるような運転を行う。実際の運転では、非加熱ゾーンＺ２の視認性確保のために、分岐点Ｓは加熱ゾーンＺ１に少し入り込んだところで運転する。

本実施形態の回転炉床炉１では、導入部９は、非加熱ゾーンＺ２に導入される圧力調整用のガスの導入量を調整する調節弁９ｃを有している。したがって、本実施形態の還元鉄の製造方法のように、導入動作において、上記調節弁９ｃによって、非加熱ゾーンＺ２に導入される圧力調整のガスの導入量を調整することにより、排気ガスのガス流れＦＬ１、ＦＬ２の分岐点Ｓの位置を精度よく調整することが可能である。

本実施形態の回転炉床炉１では、流量調整部１０の仕切り壁１０ａを昇降することによって、当該仕切り壁１０ａの下端部と炉床部３との隙間によって形成される前記開口面積を調整することが可能である。それによって、非加熱ゾーンＺ２を流れるガス流れＦＬ４の流量を容易に調整することが可能である。また、仕切り壁１０ａは、構造が簡単であるので、例えば水冷支持金物に耐火物を施工した構造にすることが可能であり、耐久性が良くなる。

（変形例）
上記実施形態の回転炉床炉１では、流量調整部１０が昇降可能な仕切り壁１０ａを備えているが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明の変形例として、流量調整部１０は、昇降可能な仕切り壁１０ａの代わりに、水平方向に延びる回転軸と、当該回転軸を回転中心として回転する仕切り板を設けてもよい。この場合、仕切り板の回転角度によって、仕切り板の上方および下方に形成される隙間の開口面積を変えることが可能である。

１ 回転炉床炉
２ 炉本体
２ａ 環状空間
２ｂ 天板
２ｃ 周壁
３ 炉床部
４ 床敷炭供給部
５ 塊成物供給部
６ 排出部
７ 排気部
７ａ 煙突
９ 導入部
９ａ 送風機
９ｂ 導入管
９ｂ１ 入口側の端部
９ｂ２ 出口側の端部
９ｃ 調節弁（導入量調整部）
１０ 流量調整部
１０ａ 仕切り壁
１０ｂ 駆動部
１３ 還元鉄排出シュート
１５ 圧力検知部
ＢＲ 境界
ＦＬ１ 逆方向ガス流れ
ＦＬ２ 順方向ガス流れ
ＦＬ３ 導入空気流れ
ＦＬ４ ガス流れＦＬ２、ＦＬ３が合流したガス流れ
Ｐ 塊成物
Ｒ 回転方向
Ｓ 分岐点
Ｚ１ 加熱ゾーン
Ｚ２ 非加熱ゾーン
Ｚ２１ 冷却区間
Ｚ２２ 機械室
Ｚ２３ 排気区間

Claims (11)

1. 酸化鉄を含む塊成物を加熱することにより当該酸化鉄を還元して還元鉄を製造する回転炉床炉であって、
   環状に連続する形状の環状空間の側部および上部を囲む一対の周壁および天板を有する炉本体と、
   前記環状空間の底部に配置され、所定の回転方向に回転可能な環状の炉床部と、
   前記環状空間の内部で発生する排気ガスを前記炉本体の外部へ排出する排気部と、
   を備えており、
   前記環状空間は、前記炉床部の上に置かれた前記塊成物を加熱する加熱ゾーンと、当該塊成物の加熱を行わない非加熱ゾーンとを有しており、前記加熱ゾーンと前記非加熱ゾーンとが環状につながることにより、前記環状空間が形成されており、
   前記非加熱ゾーンには、前記排気部と、当該排気部よりも前記回転方向の上流側に配置され、前記環状空間の内部の圧力を調整するための圧力調整用のガスを当該非加熱ゾーンに導入する導入部と、前記導入部と前記排気部との間に配置され、前記非加熱ゾーンの開口面積を調整することにより当該非加熱ゾーンを流れるガスの流量を調整する流量調整部と、が設けられている、
   ことを特徴とする回転炉床炉。
2. 前記流量調整部は、前記加熱ゾーンにおける前記回転方向の下流端において、前記加熱ゾーンと前記非加熱ゾーンとの境界の圧力が前記環状空間において最も高くなるように、前記非加熱ゾーンを流れるガスの流量を調整する、
   請求項１に記載の回転炉床炉。
3. 前記導入部は、前記非加熱ゾーンに導入される前記圧力調整用のガスの導入量を調整する導入量調整部を有する、
   請求項１または２に記載の回転炉床炉。
4. 前記流量調整部は、昇降可能な仕切り壁を備え、
   前記仕切り壁は、前記環状空間の内部に設置され、前記炉床部に対して接近および離反が可能な当該炉床部に対向する下端部を有し、
   前記仕切り壁は、前記下端部と前記炉床部との隙間によって形成される前記開口面積を調整するように昇降する、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転炉床炉。
5. 前記導入部は、前記圧力調整用のガスとして前記炉本体の外部の空気を前記非加熱ゾーンへ送る送風機を備える、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転炉床炉。
6. 前記非加熱ゾーンは、前記加熱ゾーンの前記回転方向下流側端部に連続し、前記加熱ゾーンを通過した前記塊成物を冷却する冷却区間を有しており、
   前記導入部は、前記非加熱ゾーンにおける前記冷却区間よりも前記回転方向の下流側に前記空気を導入するように、構成されている、
   請求項５に記載の回転炉床炉。
7. 前記非加熱ゾーンには、前記炉床部の上面に床敷炭を供給する床敷炭供給部がさらに設けられ、
   前記導入部は、前記床敷炭供給部よりも前記回転方向の上流側に前記圧力調整用のガスを導入するように、構成されている、
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の回転炉床炉。
8. 前記流量調整部は、前記床敷炭供給部よりも前記回転方向の上流側に配置されている、
   請求項７に記載の回転炉床炉。
9. 環状に連続する形状の環状空間の側部および上部を囲む一対の周壁および天板を有する炉本体と、前記環状空間の底部に配置され、所定の回転方向に回転可能な環状の炉床部とを備えた回転炉床炉を用いて、酸化鉄を含む塊成物を加熱することにより当該酸化鉄を還元して還元鉄を製造する方法であって、
   前記環状空間の一部の区間を構成する加熱ゾーンにおいて前記炉床部の上に置かれた前記塊成物を加熱して前記塊成物に含まれる酸化鉄を還元することによって還元鉄を生成する加熱動作と、
   前記環状空間における前記加熱ゾーンにつながる非加熱ゾーンにおいて前記環状空間の内部で発生した排気ガスを当該環状空間の外部へ排出する排気動作と、
   前記非加熱ゾーンにおける前記排気ガスを排出する位置よりも前記回転方向の上流側に圧力調整用のガスを導入する導入動作と、
   前記非加熱ゾーンの開口面積を調整することにより、当該非加熱ゾーンにおいて前記排気ガスを排出する排出位置と前記圧力調整用のガスを導入する導入位置との間を流れるガスの流量を調整する流量調整動作とを含む
   還元鉄の製造方法。
10. 前記流量調整動作では、前記加熱ゾーンにおける前記回転方向の下流端において、前記加熱ゾーンと前記非加熱ゾーンとの境界の圧力が前記環状空間において最も高くなるように、前記非加熱ゾーンを流れるガスの流量を調整する、
    請求項９に記載の還元鉄の製造方法。
11. 前記導入動作では、前記排気ガスの量の変化に応じて前記非加熱ゾーンに導入される前記圧力調整用のガスの導入量を調整する、
    請求項９または１０に記載の還元鉄の製造方法。

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