JP2019526029A - 焼結装置及びこれを用いた焼結鉱の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】焼結鉱の生産の歩留まり率を向上させ、均一な品質の焼結鉱を製造することのできる焼結装置及びこれを用いた焼結鉱の製造方法を提供する。【解決手段】焼結原料が装入可能であり、焼結工程の進行方向に移動可能な台車と、台車が焼結工程の進行方向に移動する経路上において、台車内に装入された原料層に火炎を噴射するように配設された点火炉と、点火炉の下側に配設され、点火炉から焼結終了地点に向かって進むにつれて吸入通路の面積が小さくなるように並設された複数のウィンドボックスと、を備え複数のウィンドボックスを用いて空気の流速を調節し、反射部材を用いて上層部に熱源を更に供給することにより、上層部における未反応の焼結鉱の発生及び下層部における過焼成の焼結鉱の発生を抑制または低減すうことを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本発明は、焼結装置及びこれを用いた焼結鉱の製造方法に係り、より詳しくは、焼結鉱の生産の歩留まり率を向上させ、均一な品質の焼結鉱を製造することのできる焼結装置及びこれを用いた焼結鉱の製造方法に関する。

高炉の製銑工程において原料として用いられる焼結鉱は、鉄鉱石と及び熱源である石炭（または、コークス）を混合した後、石炭を燃焼させ、その燃焼熱で鉄鉱石を焼結することにより生産される。

焼結鉱を製造する方法について簡単に説明すれば、まず、上部鉱ホッパーに貯留された上部鉱とサージホッパーに貯留された配合原料とが台車の上に投入されて搬送され、移動中の台車は、点火炉の下方を通過する。このとき、点火炉から噴射される火炎（即ち、ほのお）が台車内に収容された焼結原料の上部、即ち、表層に着火される。点火炉を通過した台車は、コンベアにより工程の進行方向に移送され、このとき、台車が工程の進行方向に並設された複数のウィンドボックスの上方を通過することになる。ウィンドボックスの上方を通過する台車には、下側方向に吸引力が生じ、吸入された台車の外部の空気により着火された火炎が下側方向に移動される。このとき、着火された火炎と外部から流入した空気とが反応して燃焼反応が起こり、火炎の周りの原料層の温度が１３００〜１４００℃に上昇する。また、温度の上昇と共に、鉄鉱石と副原料との反応により低融点の化合物が生成されて局部的に融液が生成され、これが再び冷却される過程において固化されながら焼結鉱が製造される。なお、台車が工程の進行終了地点に位置するウィンドボックスに到着したとき、火炎が台車の底面に達し、このときに焼結が完了し、複数の台車に対して上述した操作が連続して行われる。

一方、上述したように、火炎の着火された台車がウィンドボックスを通ることに伴い、火炎または熱が下方に移動するが、火炎の着火後に外部から流入する常温の空気により原料層の焼結層が急激に冷却されて温度が低くなるという問題がある。これにより、原料層の上部領域である上層部は、焼結反応のための熱量及び反応時間が足りないため、上層部において未反応の焼結鉱（即ち、鉄鉱石の反応が足りない焼結鉱）が生成し、これにより、焼結鉱の生産の歩留まり率が下がるか、あるいは、未焼結鉱の回収率が上がるという問題がある。

また、上層部の火炎による熱は、台車の移動につれて次第に下方に移動するが、これにより、下部に進むにつれて温度が上昇する熱溜まり現象が生じる。このため、原料層の下層部においては、過焼成の焼結鉱の発生量が増大する。更に、上述したような原料層の温度勾配の発生により、上層部には未焼成の焼結鉱が発生し、下層部には過焼成の焼結鉱が発生して、ある台車内において、焼結鉱の品質ムラが生じるという問題がある。

上層部における未焼成の焼結鉱の発生の問題を解消するために、台車の移動速度を減らしたり、ブロワーの動作を調節して負圧を減らしたりして、上層部の反応時間の増大を図る方法が講じられている。しかしながら、反応時間が増加する分だけ、焼結の生産性（Ｔ／Ｄ／ｍ^２）が下がるという問題がある。

原料層の上層部の冷却による問題を解決するために、原料層の最上側の表面に更に熱源を添加して、反応温度を上昇させたり、最上側の表面に、融液の生成量を増加させて焼結鉱の強度を向上させるために、ＣａＯなどの副原料を添加したりする方法が提案されている。ところが、これらの方法の場合、原料層の最上側の表面に微粉である熱源または副原料を添加することにより、上記の熱源または副原料が飛散して粉塵が発生し、これにより、環境的な側面の問題が発生している。

そこで、粉塵の発生を抑えるために、微粉の熱源に水分を混合して原料層の最上側の表面に供給していたが、これには水分により焼結鉱の品質が低下するという問題があった。

本発明は、焼結鉱の生産の歩留まり率を向上させ、均一な品質の焼結鉱を製造することができる焼結装置及びこれを用いた焼結鉱の製造方法を提供する。

本発明は、上層部の未焼成の焼結鉱及び下層部の過焼成の焼結鉱の発生を抑えることができる焼結装置及びこれを用いた焼結鉱の製造方法を提供する。

本発明は、台車内の配合原料の表層部における反応温度の上昇及び反応時間の増大を両立させることができる焼結装置、及びこれを用いた焼結鉱の製造方法を提供する。

本発明による焼結装置は、焼結原料が装入可能であり、焼結工程の進行方向に移動可能な台車と、台車が焼結工程の進行方向に移動する経路上において、台車内に装入された原料層に火炎を噴射するように配設された点火炉と、点火炉の下方に配設され、点火炉から焼結終了地点に向かって進むにつれて吸入通路の面積が小さくなるように並設された複数のウィンドボックスと、を備える。

前記複数のウィンドボックスのそれぞれは、内部空間を有する筒状であり、台車の方向に開口された一方の開口と、複数のウィンドボックスと連結されたブロワーが位置する向きに開口された他方の開口と、を有し、焼結終了地点に向かって行くにしたがって前記一方の開口の内径を小さくしたウィンドボックスを配設する。

前記複数のウィンドボックスの他方の開口は、同じ内径を有するように形成され、焼結終了地点に向かって進むにつれて、ウィンドボックスの幅方向の中心を基準として一方の開口から他方の開口へとつながる傾斜が増加する。

前記複数のウィンドボックスのそれぞれは、内部空間を有する筒状であり、台車の方向に開口した一方の開口と、複数のウィンドボックスと連結されたブロワーが位置する方向に開口した他方の開口と、を有し、複数のウィンドボックスの内部には、一方の開口と他方の開口との間の連通を制御するシャッターが設けられ、複数のウィンドボックスを並設するに当たって、点火炉から焼結終了地点に向かって進むにつれて吸入通路の断面積が小さくなるようにシャッターの開放面積を減少させる。

前記複数のウィンドボックスが点火炉から焼結終了地点までを焼結区間であるとしたとき、焼結区間の全体において、複数のウィンドボックスが焼結終了地点に向かって進むにつれて吸入通路の面積が小さくなるように並設される。

前記複数のウィンドボックスが点火炉から焼結終了地点までを焼結区間とし、移動中の台車内において、原料層のうち上部の表面を含む上層部の焼結反応が主として行われる焼結区間を前部、上層部の下の層である中層部の焼結反応が主として行われる焼結区間を中部、中部の下の層である下層部の焼結反応が主として行われる焼結区間を後部としたとき、前部に対応して配置されたウィンドボックスの吸入通路の面積に比べて、中部に対応して配置されたウィンドボックスの吸入通路の面積の方が小さく、前記中部に対応して配置されたウィンドボックスの吸入通路の面積に比べて、前記後部に対応して配置されたウィンドボックスの吸入通路の面積の方が小さい。

前記前部に対応して配置された複数のウィンドボックスは、互いに吸入通路が同じであり、中部に対応して配置された複数のウィンドボックスは、互いに吸入通路が同じであり、前記後部に対応して配置された複数のウィンドボックスは、互いに吸入通路が同じである。

前記複数のウィンドボックスが点火炉から焼結終了地点までを焼結区間とし、移動中の台車内において、原料層のうち上部の表面を含む上層部の焼結反応が主として行われる焼結区間を前部、上層部の下の層である中層部の焼結反応が主として行われる焼結区間を中部、中層部の下の層である下層部の焼結反応が主として行われる焼結区間を後部としたとき、焼結区間のうちの一部の区間において、複数のウィンドボックスが焼結終了地点に向かって進むにつれて吸入通路の面積が小さくなるように並設され、前部に対応して配置されたウィンドボックスの吸入通路の面積の方が、中部及び後部に対応して配置されたウィンドボックスの吸入通路面積に比べて大きい。

前記台車の移動経路上において、点火炉の前方または点火炉の内部に配設されて、原料層から発せられた輻射エネルギーを反射させて原料層の向きに再び伝達し、開口を有する反射部材を備える。

前記反射部材が点火炉の前方に配設される場合、反射部材の一方の端が点火炉の前方に位置し、一方の端から焼結工程の進行方向に延設され、焼結工程の進行方向に延設された反射部材の他方の端は、複数のウィンドボックスが並設された焼結区間のうち、移動しながら焼結反応が次第に下方に移動している台車内の焼結反応位置が原料層の表面から８０ｍｍ〜１２０ｍｍの範囲内のいずれか一つの下側地点であるときの焼結地点に位置する。

本発明による焼結装置は、それぞれに焼結原料の装入が可能であり焼結工程の進行方向に移動可能な複数の台車と、台車に焼結原料を装入するように配設されたホッパーと、台車の進行方向を基準としてホッパーの前方に位置して台車内に装入された焼結原料の原料層に火炎を噴射するように配設された点火炉と、台車内に装入される焼結原料の原料層を最上側の表面から上層部、中層部、及び下層部に区分けしたときに点火炉の後方から原料層の上層部の内部へ熱源を供給するように配設されたランスと、を備える。

前記ランスは、台車の移動方向と対応する方向に延設され、熱源が排出される先端が、点火炉の後方において焼結原料の装入が完了する地点又は焼結原料の装入が完了する地点の前方に位置するように配設される。

前記ランスの先端が、ホッパーと点火炉との間に位置する。

前記ホッパーと点火炉との間に位置して、熱源が更に添加された原料層を押圧する押圧部を備え、ランスの先端が、ホッパーと押圧部との間に位置する。

前記台車の移動方向と対応する方向に延設されて、点火炉の後方において、原料層の中層部及び下層部と対応する位置に配設されて、台車内に嵌脱可能な通気バーを備える。

前記ランスは、通気バーの上側に位置し、ランスの先端は、通気バーの先端と点火炉との間に位置する。

本発明による焼結鉱の製造方法は、焼結工程の進行方向に移動中の台車に焼結原料を装入する過程と、焼結原料が装入された台車を点火炉の下方を通過させて焼結原料が積載された原料層の上に火炎を着火させる過程と、火炎が着火された台車を点火炉の下方において焼結終了地点まで並設された複数のウィンドボックスの上方を移動させて焼結終了地点に向かって進むにつれて外部の空気が台車に流入する速度を増加させながら、焼結反応を行う過程と、を含む。

前記焼結終了地点に向かって進むにつれて外部の空気が台車に流入する速度を増加させるに当たって、点火炉の下方から焼結終了地点まで配置された複数のウィンドボックスにおいて、焼結終了地点に近いウィンドボックスであるほど、吸入通路の面積が小さくなるように複数のウィンドボックスの配置を調節する。

前記複数のウィンドボックスのそれぞれは、内部空間を有する筒状であり、台車の移動経路の向きに開口された一方の開口及び複数のウィンドボックスと連結されたブロワーが位置する向きに開口された他方の開口を有し、点火炉の下方から焼結終了地点まで配置された複数のウィンドボックスにおいて、焼結終了地点に近いウィンドボックスであるほど、吸入通路の面積が小さくなるように複数のウィンドボックスの配置を調節するに当たって、焼結終了地点に向かって進むにつれて一方の開口の内径が小さなウィンドボックスを配設する。

前記複数のウィンドボックスのそれぞれは、内部空間を有する筒状であり、台車の移動経路の向きに開口された一方の開口及び複数のウィンドボックスと連結されたブロワーが位置する向きに開口された他方の開口を有し、点火炉の下方から焼結終了地点まで配置された複数のウィンドボックスにおいて、焼結終了地点に近いウィンドボックスであるほど、吸入通路の面積が小さくなるように複数のウィンドボックスの配置を調節するに当たって、複数のウィンドボックスの内部には、一方の開口と他方の開口との間の連通を制御するシャッターが設けられ、焼結終了地点に向かって進むにつれてシャッターの開放面積を減少させる。

前記複数のウィンドボックスが点火炉から焼結終了地点までを焼結区間としたとき、点火炉の下側から焼結終了地点まで配置された複数のウィンドボックスにおいて、焼結終了地点に近いウィンドボックスであるほど、吸入通路の面積が小さくなるように複数のウィンドボックスの配置を調節するに当たって、焼結区間の全体において、複数のウィンドボックスが焼結終了地点に向かって進むにつれて吸入通路の面積が小さくなるように複数のウィンドボックスの配置を調節する。

前記複数のウィンドボックスが点火炉から焼結終了地点までを焼結区間とし、移動中の台車内において、原料層のうち上部の表面を含む上層部の焼結反応が主として行われる焼結区間を前部、上層部の下の層である中層部の焼結反応が主として行われる焼結区間を中部、中部の下の層である下層部の焼結反応が主として行われる焼結区間を後部としたとき、前部に対応して配置されたウィンドボックスの上側に対応して配置された台車内に外部の空気が吸入される流速の方が、中部に対応して配置されたウィンドボックスの上側に対応して配置された台車内に外部の空気が吸入される流速に比べて低く、中部に対応して配置されたウィンドボックスの上側に対応して配置された台車内に外部の空気が吸入される流速の方が、後部に対応して配置されたウィンドボックスの上側に対応して配置された台車内に外部の空気が吸入される流速に比べて低い。

複数のウィンドボックスが点火炉から焼結終了地点までを焼結区間とし、移動中の台車内において、原料層のうち上部の表面を含む上層部の焼結反応が主として行われる焼結区間を前部、上層部の下の層である中層部の焼結反応が主として行われる焼結区間を中部、中層部の下の層である下層部の焼結反応が主として行われる焼結区間を後部としたとき、台車が焼結区間のうちの一部の区間から焼結終了地点に向かって進むにつれて外部の空気を吸入する流速が増加するようにし、前部に対応して配置されたウィンドボックスの上方を移動する台車に外部の空気が流入する流速の方が、中部及び後部に対応して配置されたウィンドボックスの上方を移動する台車に外部の空気が流入する流速に比べて低い。

点火炉から火炎が着火された台車内の原料層から放射れた輻射熱源エネルギーを反射させて原料層に再び伝達する過程を含む。

工程の進行方向に移動中の台車に焼結原料を装入する過程と、焼結原料が積載された原料層を最上側の表面から上層部、中層部及び下層部と区分けしたとき、目標とする高さへの焼結原料の装入が完了すると、焼結原料が積載された原料層のうち上層部の内部に熱源を添加する過程と、上層部に熱源が添加された台車内の原料層の表層に火炎を着火させ、台車を焼結工程の進行方向に移動させて焼結鉱を製造する過程と、を含む。

前記台車に焼結原料が装入されるに当たって、台車の移動方向に沿った台車内の一方の端から他方の端に向かって焼結原料が装入されて、一方の端から他方の端に向かって所望の高さへの焼結原料の装入が完了し、原料層の上層部の内部に熱源を添加するに当たって、焼結原料の装入が完了した台車の一方の端から他方の端に向かって上層部の内部に熱源が順次に添加される。

前記熱源を添加するに当たって、台車の移動方向と対応する方向に延びたランスを用いて、点火炉の後方から熱源を噴出する。

前記熱源を添加するに当たって、焼結原料を台車に装入するホッパーと点火炉との間から熱源を噴出する。

前記上層部内に熱源が添加された台車は、ホッパーと点火炉との間に位置する押圧部の下側を通過しながら、押圧部により原料層が押圧された後、点火炉の下方を通過する。

前記台車に焼結原料を装入する前に、台車内に台車の移動方向と対応する方向に延びた通気バーを配置し、通気バーは、台車内において、原料層の中層部及び下層部のうちの少なくともどちらか一方の位置に対応して位置する。

前記上層部に熱源を添加するに当たって、副原料を一緒に添加する。

前記熱源は、複数の粒子からなるパウダー（ｐｏｗｄｅｒ）を含む。

前記熱源を添加するに当たって、熱源の移動の一助となるようにガスを一緒に添加し、ガスは、エアー（ａｉｒ）または不活性ガスのうちのどちらか一方を含む。

本発明の実施形態によれば、複数のウィンドボックスを用いて空気の流速を調節し、更に反射部材を用いて上層部に熱源を供給することにより、上層部における未反応の焼結鉱の発生及び下層部における過焼成された焼結鉱の発生を抑制または低減することができる。なお、これにより、上層部、中層部及び下層部を問わず、原料層の全体にわたって均一な品質の焼結鉱が得られる。

また、本発明の実施形態によれば、更に原料層の上層部の内部に熱源を添加することにより、添加された熱源に見合う分だけ上層部の温度が上昇して、外部から吸入される空気による温度の低下の程度及び速度を低くすることができる。したがって、上層部における温度が従来に比べて高く、反応時間が従来に比べて増加して、十分な熱と反応時間の間に上層部が焼結反応する。これにより、上層部における焼結鉱の生産の歩留まり率を向上させることができる。

更に、熱源を上層部に添加するに当たって、第２の実施形態によるランスを用いて原料層の最上側の表面の下側から上層部へと微粉の熱源を供給する。このため、微粉の熱源または副原料が原料層の外部に漏出しないように供給されることにより、微粉の熱源または副原料による粉塵の発生を最小化または防止することができる。これによる環境汚染の問題を最小化または防止することができるという効果がある。

本発明の第１の実施形態による焼結装置の要部を示す図である。 本発明の第１の実施形態による複数のウィンドボックスを説明するための図である。 第１の実施形態の変形例による複数のウィンドボックスを説明するための図である。 台車内の原料層を説明するための図である。 流速による焼結反応温度の傾向を示すグラフである。 従来の技術及び第１の実施形態による焼結装置における反応時間による温度を示す図である。 本発明の第１の実施形態による反射部材の配設位置を説明する図である。 本発明の第２の実施形態による焼結装置の要部を示す図である。 本発明の第２の実施形態による焼結装置における焼結原料の装入及び熱源の装入を説明する図である。 台車を基準として、通気バー及びランスの配設を説明するための図である。 熱源が噴出されるランスの先端の位置を説明するための図である。 本発明の第２の実施形態によるランスの構造を示す図である。 台車内に装入された焼結原料及び更に装入された熱源を説明する図である。 焼結鉱の強度を示すグラフである。 熱源の添加深さによる生産性を示すグラフである。

以下、添付図面に基づいて、本発明の実施形態をより詳しく説明する。しかしながら、本発明は以下に開示される実施形態に何ら限定されるものではなく、異なる様々な形態に具体化され、単にこれらの実施形態は本発明の開示を完全たるものにし、通常の知識を有する者に発明の範囲を完全に知らせるために提供されるものである。図中、同じ符号は、同じ構成要素を指し示す。

図１は、本発明の第１の実施形態による焼結装置の要部を示す図である。図２は、本発明の第１の実施形態による複数のウィンドボックスを説明するための図である。図３は、第１の実施形態の変形例による複数のウィンドボックスを説明するための図である。図４は、台車内の原料層を説明するための図である。図５は、流速による焼結反応温度の傾向を示すグラフである。図６は、従来の技術及び第１の実施形態による焼結装置における反応時間による温度を示す図である。図７は、本発明の第１の実施形態による反射部材の配設位置を説明する図である。

図１に示すように、本発明の第１の実施形態の焼結装置は、焼結原料が貯留されたホッパーと、焼結原料が装入され焼結工程の進行方向に順次に移動する複数の台車３０と、工程の進行方向に延設されて複数の台車３０を移送するコンベア４０と、ホッパー１３の一方の側にあってコンベア４０の上方に配設され台車３０に装入された焼結原料に火炎を噴射する点火炉２０と、コンベア４０の下方にあって複数の台車３０が移送される経路の上に並設され、台車３０の内部を吸引または吸入する複数のウィンドボックス５０と、台車３０の移動方向を基準として、点火炉２０の前方に位置するか或は点火炉２０の内部に配設された反射部材３００と、台車１００から焼結鉱が排鉱される排鉱部と、複数のウィンドボックス５００に連結されて外部の空気が台車３０内に吸引されるようにするブロワー７０と、を備える。

また、焼結装置は、焼結鉱の製造のための各種の原料（即ち、焼結原料）がそれぞれ貯留された貯留ビン１１と、ウィンドボックス５０を介して排出される排ガス内のダストを集塵する集塵器６０と、を備える。

台車３０に装入される焼結原料は、台車３０に最初に装入される原料である上部鉱と、上部鉱の上側に装入される配合原料と、を含む。配合原料は、鉄（Ｆｅ）を含有する鉄鉱石と、粉コークス及び無煙炭などの炭素（Ｃ）を含有する結合材と、石灰石又は生石灰を含む副原料と、のを全て含む。なお、配合原料は、炭素、鉄と炭素との両方を含む副産物、及び塩基度の調節のための原料を更に含んでいてもよい。

貯留ビン１１は、上述した配合原料の構成原料、即ち、鉄鉱石、結合材、副産物、副原料、塩基度の調節原料などのそれぞれを貯留し、これらの原料が造粒器１２に移動されて混合及び造粒される。いうまでもなく、配合原料を混合する混合器とこれを造粒する造粒器は、別設されてもよい。

ホッパー１３は、上部鉱が貯留される第１のホッパー１４と、配合原料を造粒した造粒物が貯留される第２のホッパー１５と、を備える。これらの第１及び第２のホッパー１４、１５は、台車３０の上方であって、台車３０の移動経路を基準として、点火炉２０の後方に位置するように配設される。

第２のホッパー１５は、台車３０の移動経路に対して第１のホッパー１４の前方に位置して、台車３０に配合原料、即ち造粒物を装入する。第２のホッパー１５は、台車３０の幅方向には焼結原料を粒度の分布なしに均一に装入し、台車３０の深さ方向（即ち、上下方向）には焼結原料を下部から上部に向かって進むにつれて粒度が小さくなるように粒度を分布させて装入する。

点火炉２０は、第２のホッパー１５の前方に位置して、焼結原料が台車３０に装入されて形成された原料層の表層に火炎を吹き付けて着火させる。

台車３０は、焼結原料、即ち、上部鉱と配合原料とが装入された原料層を形成するための空間を提供するものであり、内部空間を有し、ホッパー１３及び点火炉２０が位置する上側が開放された形状である。このような台車３０には、通気バー（図示せず）の少なくとも一部が原料層に嵌脱可能なように配置されてもよい。

図４に示すように、台車３０内への焼結原料の装入が完了したとき、原料層は、台車３０内の底面と接する下側の表面から、上方の所定の高さまでの下層部Ｌ３、下層部Ｌ３から上方の所定の高さまでの中層部Ｌ２、及び中層部Ｌ２から上側表面までの上層部Ｌ１に分けられる。より具体的な例によれば、上層部Ｌ１は、原料層の上側表面から下方への８０ｍｍ〜１２０ｍｍの地点、好ましくは１００ｍｍの深さまでの地点を意味し、上層部Ｌ１の下側の領域が中層部Ｌ２であり、中層部Ｌ２の下側が下層部Ｌ３である。

以下、図２及び図３を参照して、本発明の第１の実施形態及び変形例によるウィンドボックスについて説明する。

このとき、説明の容易のために、台車の移動経路のうち複数のウィンドボックスが並設された区間を焼結区間と称する。そして、台車は、点火炉２０から排鉱部に向かって移動するにつれて、下側方向に焼結反応が行われるが、別の言い方をすれば、上層部Ｌ１、中層部Ｌ２、下層部Ｌ３の順に焼結が行われる。このため、以下では、原料層の上層部Ｌ１の焼結反応が主として行われる焼結区間のうち最初の焼結区間を前部、中層部Ｌ２の焼結反応が主として行われる焼結区間を中部、下層部Ｌ３の焼結反応が主として行われる焼結区間を後部と称する。即ち、焼結区間は、点火炉２０から排鉱部に向かって前部、中部、後部に分けられる。

複数のウィンドボックス５００は、外部の空気を台車３０内に吸入して、台車３０の移動につれて着火された火炎またはこれによる熱を下方に移動させる。これらの複数のウィンドボックス５００は、点火炉２００と排鉱部との間の区間に並設される。

ウィンドボックス５００は、台車３０の下部に対向する上面及びブロワー６０が位置する方向、例えば下面が開放された内部空間を有する筒である。このようなウィンドボックス５００は、複数設けられ、台車３０の移動経路のうち、少なくとも点火炉２０と対向する位置から排鉱部まで、複数のウィンドボックス５００が連続して並ぶように配置される。なお、複数のウィンドボックス５００のそれぞれには配管が連結され、配管が集塵器６０及びブロワー７０と連結される。

上述したように、ウィンドボックス５００は、台車３０と対向する方向と、配管と連結される方向とが開口された筒状である。以下では、ウィンドボックス５００において台車３０と対向する方向の開口を一方の開口と称し、配管と連結される方向の開口を他方の開口と称する。より具体的な例によれば、ウィンドボックス５００の一方の開口は上側開口であり、他方の開口は下側開口であってもよい。このとき、ウィンドボックス５００の一方の開口（即ち、上側開口）が吸入通路となる。

本発明の第１の実施形態においては、点火炉の位置から排鉱部までの間に複数のウィンドボックス５００を並設するに当たって、点火炉２０から焼結工程までの進行方向、又は排鉱部に向かって進むにつれて、ウィンドボックス５００の吸入通路の断面積が小さくなるように構成する。即ち、複数のウィンドボックスを焼結終了地点に向かって進むにつれて一方の開口の内径が小さくなるように並設する。このとき、ガス及びダストが排出されるウィンドボックス５００の他方の開口（下側開口）は、同じ内径を有するようにする。

第１の実施形態においては、図１及び図２に示すように、焼結区間に配置された複数のウィンドボックスの吸入通路、即ち、一方の開口の面積を全て異ならせ、焼結終了地点に向かって進むにつれて一方の開口の断面積が小さくなるようにする。このため、図２に示すように、複数の台車同士の間隔が焼結終了地点に向かって進むにつれて小さくなる。そして、ウィンドボックス５００の一方の開口から他方の開口に向かって延びる方向の外周面が焼結終了地点に向かって進むにつれて傾斜が増加する。

このように、第１の実施形態においては、点火炉２０の位置から排鉱部まで複数のウィンドボックス５００が並設されるに当たって、点火炉２０から排鉱部方向に向かって進むにつれて一方の開口の内径が小さくなるように構成する。即ち、排鉱部に向かって進むにつれてまたは排鉱部に近付くにつれて、一方の開口の内径が小さなウィンドボックス５００を配設する。別の言い方をすれば、複数のウィンドボックス５００が並設されるに当たって、排鉱部から点火炉２０に向かって進むにつれて一方の開口の内径Ｗ１が大きくなるようにする。即ち、排鉱部から点火炉２０に向かって進むにつれて、または点火炉２０に近付くにつれて、一方の開口の内径Ｗ１が大きなウィンドボックス５００を配設する。このとき、複数のウィンドボックス５００の他方の開口の内径Ｗ２はいずれも同じである。

このように、複数のウィンドボックス５００を配置して構成すれば、外部の空気が台車内に流入される流速が調節可能である。即ち、外部の空気が複数の台車内のそれぞれに流入するに当たって、排鉱部に向かって進むにつれて外部の空気の流入流速が増加する。換言すれば、排鉱部から点火炉２０に向かって進むにつれて、外部の空気が台車に流入する流速が減少する。

上述した第１の実施形態においては、ウィンドボックス５００の上側開口の内径Ｗ１を調節しているが、ウィンドボックス５００の内部において吸入通路の断面積を調節してもよい。

即ち、変形例による複数のウィンドボックス５００は、上側開口及び下側開口の内径がいずれも同じであるが、複数のウィンドボックス５００の内部において上側開口と下側開口との間を連通させる開口の断面積Ｗ３が排鉱部に向かって進むにつれて狭くなるように調節する。このとき、第２の実施形態によるウィンドボックスにおける吸入通路は、シャッターの開放面積となる。

このために、複数のウィンドボックス５００のそれぞれの内部に上側開口と下側開口との間の連通を制御するシャッター８００が配設され、各ウィンドボックス５００の内部のシャッター８００の開閉度を調節することにより、排鉱部に向かって進むにつれてシャッターの開放面積Ｗ３が狭くなるように調節してもよい。

このような変形例の場合、複数のウィンドボックス同士の間隔がいずれも同じであり、一方の開口から下側開口へ向かう外周面の傾斜度も同じである。なお、変形例の場合は、第１の実施形態に比べて、ウィンドボックスの数を少なく配設してもよい。

上述した実施形態においては、点火炉２０から焼結工程の進行方向または排鉱部に向かって進むにつれてウィンドボックス５００の吸入通路の断面積が小さくなるように構成した。しかしながら、これに限定されず、焼結終了地点に向かって進むにつれて吸入通路の断面積が小さくなるようにするが、一部のウィンドボックスだけは同じ断面積の吸入通路を有するようにしてもよい。

即ち、前部に対応して配置されたウィンドボックス５００の吸入通路の面積Ｗ１に比べて、中部に対応して配置されたウィンドボックス５００の吸入通路の面積Ｗ１の方が小さく、中部に対応して配置されたウィンドボックス５００の吸入通路の面積Ｗ１に比べて、前記後部に対応して配置されたウィンドボックス５００の吸入通路の面積Ｗ１の方が小さくなるようにする。

また、これに限定されず、焼結区間のうちの一部の区間においてのみ吸入通路の面積Ｗ１が小さくなるようにしてもよい。例えば、前部区間においてのみ複数のウィンドボックス５００が点火炉２０から焼結終了地点に向かって進むにつれて吸入通路の面積Ｗ１が減少し、中部及び後部に対応して位置する複数のウィンドボックス５００は吸入通路の面積Ｗ１が同じであり、且つ、前部の吸入通路に比べて小さくなるように構成してもよい。

上述したような本発明の実施形態においては、複数のウィンドボックス５００の開口面積の調節により、前部から中部、後部に進むにつれて外部の空気が台車に流入する流速が増加する。即ち、上層部Ｌ１の反応が主として行われる前部における空気の流入流速が中部に比べて低く、中層部Ｌ２の反応が主として行われる中部における空気の流入流速が後部に比べて低い。

したがって、複数のウィンドボックス５００の一方の開口の内径Ｗ１をいずれも同じくする従来の焼結装置に比べて、本発明の焼結装置の場合、上層部Ｌ１において熱が滞留する時間が増えて、焼結反応のための高温における反応の維持時間が増加する。このため、十分な熱と反応時間が与えられている間に上層部Ｌ１が焼結反応するので、上層部Ｌ１における焼結鉱の生産の歩留まり率を向上させることができ、原料層の全体にわたっての生産の歩留まり率が向上する。

また、焼結区間の後部における空気の流入速度を増加させることにより、火炎及び結合材の燃焼により発生した熱が後部に滞留する時間を従来に比べて短縮することができて、下層部Ｌ３において過焼成が起こるという問題を抑制または防止することができる。

図５に示すように、空気の流速が増加するにつれて、平均反応温度が下がるということが分かる。これは、空気の流速を上げた場合、火炎及結合材の燃焼により発生した熱が下部に速やかに移動するため、所定の温度以上に温度が上昇せずに、速い流速によりむしろ冷却効果が発生して反応温度が下がるものと認められる。

一方、上述したように、従来の焼結装置の場合、下層部Ｌ３には、火炎及び結合材の燃焼熱による過度な温度の上昇により、過焼成が起こるという問題があった。

ところが、本発明の焼結装置のように、前部及び中部に比べて後部における空気の流速を増加させることにより、下層部Ｌ３における過度な温度の上昇を抑えることができ、これにより、過焼成が生じないで適正な反応温度を維持することができる。このため、下層部Ｌ３における過焼成された焼結鉱の発生を抑制または防止することができる。

このように、本発明においては、点火炉２０から排鉱部まで複数のウィンドボックス５００を並設するに当たって、排鉱部に向かって進むにつれて一方の開口の内径Ｗ１を減少させるか、または、点火炉に向かって進むにつれて一方の開口の内径Ｗ１を増加させる。

このため、従来に比べて、上層部Ｌ１における焼結反応時間が増加し、下層部Ｗ３においては、焼結反応温度及び焼結反応時間が減少する。したがって、上層部Ｌ１における未反応の焼結鉱の発生及び下層部Ｌ３における過焼成の焼結鉱の発生を抑制または低減することができる。なお、これにより、上層部Ｌ１、中層部Ｌ２及び下層部Ｌ３を問わずに、又は原料層の全体にわたって均一な品質の焼結鉱が得られる。

反射部材３００は、点火炉２０の前方または点火炉の内部に配設され、上層部Ｌ１において発生する輻射エネルギーを再び上層部に伝達する。即ち、反射部材３００は、上層部Ｌ１において発生した輻射エネルギーを活用して、上層部Ｌ１に熱源を更に供給する。このために、反射部材３００は、輻射エネルギーを反射させて上層部Ｌ１に供給可能な材料、例えば、金属から形成されてもよい。

そして、反射部材３００が点火炉２０の前方に配設される場合、外部の空気が反射部材３００の下側に位置する台車に流入可能なように開口を有する形状に形成される。開口は一つまたは複数が互いに離れて形成された網目（ｍｅｓｈ）状であってもよい。

反射部材３００は、台車の移動方向に対応して延設されるが、この反射部材３００が点火炉２０の前方に配設される場合、反射部材３００の一方の端が点火炉２０の前方に位置し、一方の端から台車３０の移動方向に延設され、延長終端が他方の端になる。

台車３０が焼結工程の進行方向に移動するにつれて、焼結反応の起こる位置（以下、焼結位置）が次第に下方に移動する。これは、火炎の着火された台車３０が焼結工程終了方向に移動しながらウィンドボックス５００による吸入力により火炎または熱が下方に移動するためである。

反射部材３００の他方の端は、焼結位置が原料層の上部の表面から下方に向かって８０ｍｍ〜１２０ｍｍの範囲内のいずれか一つの離れた地点に位置するときの焼結区間地点に位置するように延設される。

例えば、原料層の上部の表面から下方に向かって８０ｍｍ離れた地点をｈ_１、１２０ｍｍ離れた地点をｈ_２とする。そして、焼結位置がｈ_１であるとき、焼結区間における位置はＸ_１であり、焼結位置がｈ_２であるとき、焼結区間における位置はＸ_２である。このとき、反射部材３００は、その他方の端が最小限にＸ_１地点に位置するように延設され、最大限にＸ_２地点に位置するように延設される（図７参照）。換言すれば、反射部材３００は、点火炉２０の後方から焼結区間のうちＸ_１〜Ｘ_２の範囲内のいずれか一つの地点まで延設される。これは、移動中の台車の上層部Ｌ１に反射部材３００による更なる熱源の供給が行われるようにするためである。

このような反射部材による熱源の供給により上層部Ｌ１の温度が上がる。このため、十分な熱と反応時間が与えられている間に上層部Ｌ１が焼結反応し、これにより、上層部Ｌ１における焼結鉱の生産の歩留まり率を向上させることができる。

以下、図１〜４を参照して、本発明の第１の実施形態による焼結装置の動作について説明する。このとき、工程の進行方向または複数の台車３０が図面の左側から右側へと移動し、反射部材３００が点火炉２０の前方に配設されたことを例にとって説明する。

まず、焼結鉱の製造のための焼結原料、即ち、上部鉱と配合原料とを用意する。ここで、上部鉱は、既に製造された焼結鉱のうち、粒度が２〜３ｍｍと小さな焼結鉱であり、高炉操業に用いられず、次のチャージの原料の処理の際に上部鉱として用いられる。上部鉱は、原料の処理工程において台車３０内のガスの流れを円滑にし、鉄鉱石原料が溶融されたとき、鉄製の台車を保護する役割を果たす。配合原料は、鉄（Ｆｅ）を含有する鉄鉱石、粉コークス及び無煙炭などの炭素（Ｃ）を含有する結合材、並びに石灰石または生石灰を含む副原料を含む。用意された上部鉱は、第１のホッパー１４に移送されて貯留され、配合原料は、当該貯留ビン１１に貯留された後、造粒器１２において造粒物状に造粒された後、第２のホッパー１５に装入されて貯留される。

上述したように、上部鉱及び造粒物が用意されれば、複数の台車３０のそれぞれを第１のホッパー１４、第２のホッパー１５の下方を通過させながら、台車３０に上部鉱及び造粒物を順次に装入する。

複数の台車３０のうち、一つの台車３０における装入について説明すると、一つの台車３０は、第１のホッパー１４の下方を通過することにより、内部に上部鉱が装入され、上部鉱の装入された台車３０は、第２のホッパー１５の下方を通過することにより造粒物が装入される。このとき、台車３０が左側から右側へと移動するため、台車３０の右端から左端に焼結原料が目的とする高さに装入されることが完了する。

そして、装入が完了した台車３０は、点火炉２０の下方を通過するように移動され、このとき、点火炉２０から火炎が点火されて原料層の上部の表面（または、表層部）に着火される。火炎の着火された台車３０は、複数のウィンドボックス５０が並べられた方向または排鉱部が位置する方向に移動されるが、ウィンドボックス５０の吸入力により外部の空気が台車３０内に供給されて吸入される。これにより、台車３０の移動により火炎が次第に下方に移動し、このため、原料層の上方から下方に向かって焼結反応が行われて焼結鉱が製造される。

次いで、台車３０が最後端のウィンドボックス５０、即ち、排鉱部に到着すると、火炎が台車の底面または原料層の最下部層に達し、火炎が消えて焼結が完了し、ウィンドボックス５０の終端に到着した台車３０は、製造された焼結鉱を排鉱し、排鉱された焼結鉱は、冷却器において冷却される。

このように、複数の台車３０のそれぞれが点火炉２０の下方のウィンドボックス５００の上方から排鉱部が位置する向きに移動しながら、各台車３０内において、燃焼反応の位置が上層部Ｌ１から下層部Ｌ３へと動する。このとき、実施形態による焼結装置によれば、排鉱部に向かって進むにつれて開放面積が狭くなるように、または点火炉２０が位置する方向に向かって進むにつれて開放面積が広くなるように複数のウィンドボックス５００を配設または構成した。即ち、図２に示す第１の実施形態のように、排鉱部に向かって進むにつれて上側開口の面積Ｗ１が小さなウィンドボックス５００を配置するか、あるいは、図３に示す変形例のように、複数のウィンドボックス５００内に配設されたシャッター８００の開閉度を調節して排鉱部に向かって進むにつれてシャッター８００の開放面積Ｗ３が狭くなるようにする。

このような複数のウィンドボックス５００の配置構造により、焼結区間の前部から中部、後部に向かって進むにつれて外部の空気が台車３０に流入する流速が増加する。

したがって、従来の焼結装置に比べて、上層部Ｌ１において熱が滞留する時間が増加して、焼結反応のための高温の維持時間が増加する。このため、十分な熱と反応時間の間に上層部Ｌ１が焼結反応するので、上層部Ｌ１における焼結鉱の生産の歩留まり率を向上させることができ、原料層の全体にわたっての生産の歩留まり率が向上する。

更に、焼結区間の後部における空気の流入速度が増加することにより、火炎及び結合材の燃焼により発生した熱が後部において滞留する時間を従来に比べて短縮することができるので、下層部Ｌ３において過焼成が起こるという問題を抑制または防止することができる。

そして、点火炉２０において着火された台車３０は、点火炉２０の前方に配設された反射部材３００の下方を通過する。このとき、点火炉２０から上層部へと着火された火炎により発生した輻射エネルギーが、反射部材の下方を通過しながら反射されて再び上層部に伝達されることにより、上層部に更なる熱源が供給される。

これにより、上層部Ｌ１の温度が上がって、十分な熱と反応時間により上層部Ｌ１が焼結反応し、これにより、上層部Ｌ１における焼結鉱の生産の歩留まり率を向上させることができる。

このように、本発明においては、複数のウィンドボックス５００を用いて空気の流速を調節し、反射部材３００を用いて上層部に熱源を更に供給することにより、上層部における未反応の焼結鉱の発生及び下層部における過焼成の焼結鉱の発生を抑制または低減することができる。なお、これにより、上層部Ｌ１、中層部Ｌ２及び下層部Ｌ３を問わずに、原料層の全体にわたって均一な品質の焼結鉱が得られる。

以下、図８から図１３を参照して、第２の実施形態による焼結装置について説明する。このとき、上述した第１の実施形態と重複する内容についての説明は省略するか、または簡略化する。

図８は、本発明の第２の実施形態による焼結装置の要部を示す図である。図９は、本発明の第２の実施形態による焼結装置における焼結原料の装入及び熱源の装入を説明する図である。図１０は、台車を基準として、通気バー及びランスの配設を説明するための図である。図１１は、熱源が噴出されるランス先端の位置を説明するための図である。図１２は、本発明の第２の実施形態によるランスの構造を示す図である。図１３は、台車内に装入された焼結原料及び更に装入された熱源を説明する図である。

図８に示すように、本発明の第２の実施形態による焼結装置は、焼結原料が貯留されたホッパー、焼結原料が装入され焼結工程の進行方向に順次に移動する複数の台車３０、工程の進行方向に延設されて複数の台車３０を移送するコンベア４０、ホッパー１３の一方においてコンベア４０の上側に配設されて台車に装入された焼結原料に火炎を噴射する点火炉２０、コンベア４０の下側において複数の台車が移送される経路に並設されて台車の内部を吸引または吸入する複数のウィンドボックス５０、台車３０の移動方向を基準として点火炉の後方に位置して台車に装入された焼結原料層（以下、原料層）のうち上層部の内部に熱源を供給するランス１１０を有する熱源供給部、台車３０の移動方向を基準として点火炉２０の後方に位置して台車３０内に嵌脱可能であって台車３０に装入された原料層の上層部Ｌ１の下側領域に通気のための通気経路を形成する通気バー２００、及びホッパー１３と点火炉２０との間に位置して台車３０内の原料層の上部を押し固める押圧部３００を備える。

また、焼結装置は、焼結鉱の製造のための各種の原料（即ち、焼結原料）がそれぞれ貯留された貯留ビン１１、複数の焼結原料を混合し、水分を添加して擬似粒子化して造粒する造粒器１２、台車１００から焼結鉱が排鉱される排鉱部、複数のウィンドボックス５０と連結されて外部の空気が台車内に吸引されるようにするブロワー７０、及びウィンドボックス５０を介して排出される排ガス内のダストを集塵する集塵器６０を備える。

図１３に示すように、台車３０内への焼結原料の装入が完了したとき、原料層は台車３０内の底面部と接する下側の表面から上方への所定の高さまでの下層部Ｌ３、下層部Ｌ３から上方への所定の高さまでの中層部Ｌ２、及び中層部Ｌ２から最上側の表面までの上層部Ｌ１に分けられる。より具体的な例によれば、上層部Ｌ１は、原料層の最上側の表面から下方への１００ｍｍの深さまでであり、上層部Ｌ１の下側の領域が中層部Ｌ２であり、中層部Ｌ２の下側が下層部Ｌ３である。

通気バー２００は、台車３０の移動経路のうち、配合原料を装入する第２のホッパー１５の下方において、第２のホッパー１５の下方に移動する台車３０内に嵌脱または通過可能なように配設されて、台車３０内の原料層の通気性を確保する。図１０に示すように、このような通気バー２００は、台車３０の移動方向に延設されたバー（ｂａｒ）状であり、複数設けられて、台車３０の移動方向と交差する台車３０の幅方向及び高さ方向に並設される。即ち、複数の通気バー２００は、台車３０の幅方向に並べられて隔設され、幅方向に並べられた複数の通気バー２００が多段または複数層で配設されてもよい。

上層部Ｌ１は、上述したように、原料層の最上側の表面と、最上側の表面から所定の距離の下方、例えば、１００ｍｍの下方地点までを意味する。ここで、熱源が添加または供給される「上層部Ｌ１の内部」とは、上層部Ｌ１のうち、原料層の最上側の表面、即ち、上層部Ｌ１の最上側の表面を除く領域を意味する。

原料層の上層部Ｌ１の内部に供給される熱源は、炭素（Ｃ）入り原料、例えば、無煙炭及び粉コークスのうちの少なくともいずれか一方の固体相であり、粒子の小さな微粉であることが好ましい。

第２の実施形態による熱源供給部は、原料層の上層部Ｌ１に熱源だけではなく、配合原料に含まれている副原料に加えて、上層部Ｌ１に生石灰、生石灰を含む原料などの副原料を更に供給する。

そして、熱源または副原料の供給を円滑にするために、ランス１１０にキャリアガスを一緒に供給する。このため、第２の実施形態による原料貯留部１２０、１３０、１４０は、熱源貯留部１３０、ガス貯留部１２０及び副原料貯留部１４０を備え、それぞれが別途の配管を介してランス１１０と連結される。

ランス１１０は、原料層の上層部Ｌ１に熱源及び副原料のうちの少なくとも一方を供給する。このようなランス１１０は、台車３０の移動方向に延設され、内部に熱源及び副原料移動させて開口した先端を介して外部に噴出または排出する。

第２の実施形態によるランス１１０は、熱源または熱源の供給を円滑にするために、ガスを同時に供給する。このために、図１２に示すように、ランス１１０は、熱源または副原料の移動通路である内管１１１と、内部に内管１１１が挿設され、熱源または副原料の移動の一助となるガス、例えば、エアー（ａｉｒ）または不活性ガスの移動通路である外管１１２と、を備える。即ち、ランス１１０は、外管１１２の内部に内管１１１が挿入された二重管であり、内管１１１の先端からは熱源または副原料が、外管１１２の先端からはガスが噴出される。

以上においては、ランス１１０が熱源または副原料の移動通路である内管１１１と、ガスの移動通路である外管１１２とを備える二重管の構造であることを説明した。しかしながら、ランス１１０はこれに何等限定されるものではなく、二重管ではなく、単一管のタイプであってもよい。即ち、ランス１１０は一つの管からなり、管を介して熱源または副原料とガスとが一緒に噴出されるようにしてもよい。

そして、図１０に示すように、ランス１１０は、複数設けられて、台車の移動方向と交差または直交する方向に並べられて隔設される。このとき、複数のランス１１０は、等間隔または不規則的な間隔で設けられてもよい。

ランス１１０は、原料層の高さ方向の位置において、上層部Ｌ１に位置するように配設される。即ち、台車３０内に装入しようとする目標の高さで焼結原料が１００％装入されたとき（装入完了）、原料層（焼結原料が積載された層の最上側）の表面から下方への１００ｍｍの深さまでを、例えば、上層部Ｌ１とすれば、ランス１１０は、原料層の最上側の表面の下側において、最上側の表面から下方に１００ｍｍ離れた地点以内の位置に配設される。

また、熱源は、焼結原料が装入しようとする高さまで１００％装入された状態の上層部Ｌ１内に噴出されなければならない。そして、図８を例にとれば、台車３０は、焼結工程の進行方向左側から右側へと移動し、各台車３０の左右方向からみると、右側から左側へと原料が積もる。即ち、台車３０の右側から左側へと次第に１００％近付くように積もる。換言すれば、台車３０の右側から左側へと順次に装入が完了する。このため、熱源が噴出されるランス１１０の先端が、図１１に示すように、第２のホッパー１５の下側に移動中の台車において、原料層が１００％積もるか、または装入が完了する地点若しくは装入の完了地点から所定の位置の前に位置し、点火炉２０の後方に位置するように配設される。より好ましくは、ランス１１０は、通気バー２００の先端と点火炉２０との間、または通気バー２００の先端と押圧部３００との間に位置するように配設される。

したがって、熱源は、図１１に示すように、装入が完了した地点における上層部Ｌ１に熱源が供給され、装入が完了しなかった地点には熱源が供給されない。

このように、本発明においては、原料層の上層部Ｌ１の内部に熱源が更に添加されることにより、上層部Ｌ１の配合原料が十分な反応温度において反応され、このため、上層部Ｌ１の反応性が向上し、したがって、上層部Ｌ１における未反応の焼結鉱が発生することを最小化または防止することができる。

そして、ランス１１０の先端が通気バー２００の先端と点火炉２０との間、または通気バー２００の先端と押圧部３００との間に位置することにより、熱源または副原料が添加された上層部Ｌ１の装入密度が向上し、これにより、上層部Ｌ１に高温の熱が留まる時間が延長されて、上層部Ｌ１の反応性が更に向上するという効果がある。

第２の実施形態によるランス１１０により、微粉の熱源または副原料が上層部に吹込まれ又は添加されるが、微粉の熱源又は副原料は、原料層の最上面の上に添加されるわけではなく、上層部Ｌ１のうち、最上表面から下側に熱源または副原料が添加される。即ち、微粉の熱源または副原料が原料層の外部に漏出しないように添加される。したがって、追加的に添加する微粉の熱源または副原料による粉塵の発生を最小化または防止することができて、これによる環境汚染の問題を最小化または防止することができる。

また、追加的に添加する熱源または副原料による粉塵の発生の防止のための水分を添加することが不要であるため、工程が単純化し、水分による焼結鉱の品質の低下を防止することができる。

一方、従来は、熱源または副原料を追加的に添加するために、原料層の表面に添加する方法をとっていたが、このような方法の場合、微粉の熱源または副原料から粉塵が発生するという問題があった。これの問題を解決するために、微粉の熱源または副原料に水分を添加したが、水分は、結果的に、焼結鉱の品質を低下させる要因となる。

以下、図１４及び図１５を参照して、熱源の添加深さによる生産性及び強度の変化を説明する。

図１４は、焼結鉱の強度を示すグラフであり、図１５は、熱源の添加深さによる生産性を示すグラフである。

実験のために、焼結原料を用意するが、同じ条件で用意する。このとき、配合原料は、配合原料の全体に対して３．８ｗｔ％の結合材を含む。

そして、上部鉱及び配合原料から製造された造粒物を台車に装入して焼結鉱を製造するに当たって、第１の実験例（第１の比較例）においては、原料層の上層部に熱源を添加せず（熱源の添加深さ＝０ｍｍ）、第４の実験例（第２の比較例）においては、原料層の最上側の表面から下側に１５０ｍｍ離れた位置まで熱源を添加した。なお、第２の実験例（第１の実施形態）においては、原料層の最上側の表面から下側に５０ｍｍ離れた位置まで熱源を添加し、第３の実験例第２の実施形態）では原料層の最上側の表面から下側に１００ｍｍ離れた位置まで熱源を添加した。

図１４に示すように、熱源の添加深さの増加に伴い、焼結鉱の強度（Ｔｕｍｂｌｅｒ ｉｎｄｅｘ）が低くなることが分かる。

図１５に示すように、熱源を添加しなかった第１の実験例（第１の比較例）に比べて、熱源を添加した第２及び第３の実験例（第１及び第２の実施形態）の場合、生産性が向上することが分かる。ところが、熱源を原料層の最上側の表面から下側に１００ｍｍの地点を超える１５０ｍｍの地点まで添加した第４の実験例（第２の比較例）の場合、むしろ熱源を添加しなかった第１の比較例に比べて、生産性が低くなることが分かる。これは、１００ｍｍの地点を超える位置まで熱源を添加する場合、熱源が上層部を超えて中層部まで添加されたことであり、厚過ぎる厚さ、即ち、多量の熱源が添加されることにより、中層部において熱源と反応する結合材の量が増え、これにより、以後、下層部において反応されるべき残余の結合材が減って、下層部においては焼結反応が行われるための十分な反応温度が維持されないためである。

したがって、図１４及び図１５の実験結果から明らかなように、原料層の最上側の表面の下側に熱源を添加するが、原料層の表層の直下から下側への最大１００ｍｍの地点まで熱源が添加されることが好ましいということが分かる。換言すれば、熱源が添加される最大の位置が原料層の表層から下側に１００ｍｍを超える地点にならにようにすることが好ましい。

以下、図８から図１３を参照して、本発明の第２の実施形態による焼結装置の動作について説明する。このとき、工程の進行方向または複数の台車が左側から右側へと移動するこれを例にとって説明する。

まず、焼結鉱の製造のための焼結原料、即ち、上部鉱と配合原料を用意する。ここで、上部鉱は、既に製造された焼結鉱のうち、粒度が２〜３ｍｍと小さな焼結鉱であり、高炉の操業に用いられず、次のチャージの原料の処理の際に上部鉱として用いられる。上部鉱は、原料の処理工程において台車３０内のガスの流れを円滑にし、鉄鉱石原料が溶融されたとき、鉄製の台車を保護する役割を果たす。配合原料は、鉄（Ｆｅ）を含有する鉄鉱石、粉コークス及び無煙炭などの炭素（Ｃ）を含有する結合材、石灰石または生石灰を含む副原料を含む。用意された上部鉱は、第１のホッパー１４に移送されて貯留され、配合原料は、当該貯留ビン１１に貯留された後、造粒器１２において造粒物状に造粒された後、第２のホッパー１５に装入されて貯留される。

上述したように、上部鉱及び造粒物が用意されれば、複数の台車３０のそれぞれを第１のホッパー１４の下側から点火炉２０の下側へと順次に移動させて、台車３０に上部鉱、造粒物、及び熱源をこの順に装入する。

複数の台車３０のうちの一つの台車３０における装入について説明すれば、一つの台車３０は、第１のホッパー１４の下側を通過することにより、内部に上部鉱が装入され、上部鉱の装入された台車３０は、第２のホッパー１５の下側を通過することにより造粒物が装入される。このとき、台車３０が左側から右側へと移動するため、台車３０の右端から左端に焼結原料が目的とする高さに装入されることが完了する。

このとき、第２のホッパー１５の下方を通る台車３０において、ランス１１０は、原料層の最上側の表面の下側の領域のうち、上層部に対応する高さに位置し、ランス１１０の先端が装入の完了する地点または装入の完了地点から所定の距離の前の地点に位置するため、装入の完了した原料層から上層部Ｌ１の内部へと熱源が更に供給または添加される。

いうまでもなく、ランス１１０を用いて、熱源だけではなく、必要に応じて、副原料、例えば、ＣａＯを含む材料を更に追加してもよい。

上層部Ｌ１に熱源が更に添加された台車３０は、押圧部３００の下方を通りながら、押圧部３００の動作により押圧され、これにより、熱源の添加された上層部Ｌ１の装入密度が向上する。次いで、押圧部３００を通った台車は、点火炉２０の下方を通過しながら、点火炉２０から噴射された火炎が原料層の表層（最上層の表面）に着火される。そして、着火された台車３０は、複数のウィンドボックス５０が並べられた方向または排鉱部が位置する方向に移動するが、ウィンドボックス５０の吸入力により外部の空気が台車３０内に供給されて吸入される。これにより、台車３０の移動により火炎が次第に下方に移動し、このため、原料層の上側から下側に向かって焼結反応が行われて焼結鉱が製造される。次いで、台車３０が最後端のウィンドボックス５０の位置、即ち、排鉱部に達すると、火炎が台車の底面または原料層の最下部層に達すると、火炎が消えて焼結が完了し、ウィンドボックス５０の終端に到着した台車３０は、製造された焼結鉱を排鉱し、排鉱された焼結鉱は、冷却器において冷却される。

このようにして製造された焼結鉱は、高炉における製銑工程の原料として用いられる。

上述したように、火炎の着火された台車３０がウィンドボックス５０の延長方向に移動することにつれて、原料層の上側から下側に向かって、即ち、上層部Ｌ１から下層部Ｌ３に向かって焼結反応が行われる。

ところが、従来は、火炎の着火された台車３０がウィンドボックス５０を通るにつれて、火炎または熱が下側に移動するが、火炎の着火後に外部から流入する常温の空気により原料層の焼結層が急激に冷却されて温度が下がるという問題があった。これにより、上層部Ｌ１は、焼結反応のための熱量及び反応時間が足りないため、上層部Ｌ１において未反応の焼結鉱（即ち、鉄鉱石の反応が足りない焼結鉱）が発生し、これにより、焼結鉱の生産の歩留まり率が減少する（または、焼結鉱の回収率が増加する）。

しかしながら、本発明においては、原料層の上層部Ｌ１の内部に更に熱源を添加することにより、添加された熱源に見合う分だけ上層部Ｌ１の温度が高くなり、外部から吸入される空気による温度の低下の度合い及び温度の低下速度を下げることができる。したがって、上層部Ｌ１における温度が従来に比べて高く、反応時間が従来に比べて増加した十分な熱と反応時間の間に上層部Ｌ１が焼結反応し、これにより、上層部Ｌ１における焼結鉱の生産の歩留まり率を向上させることができる。

そして、熱源を上層部Ｌ１に添加するに当たって、第２の実施形態によるランス１１０を用いて原料層の最上側の表面の下側から上層部Ｌ１に微粉の熱源を供給する。このため、微粉の熱源または副原料が原料層の外部に漏出しないように供給することにより、微粉の熱源または副原料による粉塵の発生を最小化または防止することができ、これによる環境汚染の問題を最小化または防止することができるという効果がある。

本発明による焼結装置及びこれを用いた焼結鉱の製造方法によれば、上層部における未反応の焼結鉱の発生及び下層部における過焼成の焼結鉱の発生を抑制または低減することができる。そして、これにより、上層部、中層部及び下層部を問わずに、または原料層の全体にわたって均一な品質の焼結鉱が得られる。また、上層部における温度が従来に比べて高く、反応時間が従来に比べて増加して、十分な熱と反応時間の間に上層部が焼結反応する。これにより、上層部における焼結鉱の生産の歩留まり率を向上させることができる。

前記焼結終了地点に向かって進むにつれて外部の空気が台車に流入する速度を増加させるに当たって、点火炉の下側から、吸入通路の面積が小さくなるように複数のウィンドボックスの配置を調節する。

前記複数のウィンドボックスのそれぞれは、内部空間を有する筒状であり、台車の移動経路の向きに開口された一方の開口及び複数のウィンドボックスと連結されたブロワーが位置する向きに開口された他方の開口を有し、点火炉の下側から、吸入通路の面積が小さくなるように複数のウィンドボックスの配置を調節するに当たって、焼結終了地点に向かって進むにつれて一方の開口の内径が小さなウィンドボックスを配設する。

前記複数のウィンドボックスのそれぞれは、内部空間を有する筒状であり、台車の移動経路の向きに開口された一方の開口及び複数のウィンドボックスと連結されたブロワーが位置する向きに開口された他方の開口を有し、点火炉の下側から、吸入通路の面積が小さくなるように複数のウィンドボックスの配置を調節するに当たって、複数のウィンドボックスの内部には、一方の開口と他方の開口との間の連通を制御するシャッターが設けられ、焼結終了地点に向かって進むにつれてシャッターの開放面積を減少させる。

前記複数のウィンドボックスが点火炉から焼結終了地点までを焼結区間としたとき、点火炉の下側から、吸入通路の面積が小さくなるように複数のウィンドボックスの配置を調節するに当たって、焼結区間の全体において、複数のウィンドボックスが焼結終了地点に向かって進むにつれて吸入通路の面積が小さくなるように複数のウィンドボックスの配置を調節する。

Claims (33)

1. 焼結原料が装入可能であり、焼結工程の進行方向に移動可能な台車と、
   前記台車が焼結工程の進行方向に移動する経路上において、前記台車内に装入された原料層に火炎を噴射するように配設された点火炉と、
   前記点火炉の下方に配設され、前記点火炉から焼結終了地点に向かって進むにつれて吸入通路の面積が小さくなるように並設された複数のウィンドボックスと、
   を備えることを特徴とする焼結装置。
2. 前記複数のウィンドボックスのそれぞれは、内部空間を有する筒状であり、前記台車の方向に開口された一方の開口及び前記複数のウィンドボックスと連結されたブロワーが位置する向きに開口された他方の開口を有し、
   前記点火炉から前記焼結終了地点に向かって進むにつれて前記吸入通路の面積が小さくなるように前記複数のウィンドボックスが並設されるに当たって、
   前記焼結終了地点に向かって進むにつれて前記一方の開口の内径が小さなウィンドボックスを配設することを特徴とする請求項１に記載の焼結装置。
3. 前記複数のウィンドボックスの前記他方の開口は、同じ内径を有するように形成されて、前記焼結終了地点に向かって進むにつれて、前記ウィンドボックスの幅方向の中心を基準として前記一方の開口から他方の開口へとつながる傾斜が増加することを特徴とする請求項２に記載の焼結装置。
4. 前記複数のウィンドボックスのそれぞれは、内部空間を有する筒状であり、前記台車の向きに開口された一方の開口及び前記複数のウィンドボックスと連結されたブロワーが位置する向きに開口された他方の開口を有し、
   前記複数のウィンドボックスの内部には、一方の開口と他方の開口との間の連通を制御するシャッターが設けられ、
   前記点火炉から前記焼結終了地点に向かって進むにつれて前記吸入通路の面積が小さくなるように前記複数のウィンドボックスが並設されるに当たって、
   前記焼結終了地点に向かって進むにつれて前記シャッターの開放面積を減少させることを特徴とする請求項１に記載の焼結装置。
5. 前記複数のウィンドボックスが前記点火炉から前記焼結終了地点までを焼結区間であるとしたとき、
   前記焼結区間の全体において、前記複数のウィンドボックスが前記焼結終了地点に向かって進むにつれて前記吸入通路の面積が小さくなるように並設されたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の焼結装置。
6. 前記複数のウィンドボックスが前記点火炉から前記焼結終了地点までを焼結区間とし、
   移動中の台車内において、前記原料層のうち上部の表面を含む上層部の焼結反応が主として行われる焼結区間を前部、前記上層部の下の層である中層部の焼結反応が主として行われる焼結区間を中部、前記中層部の下の層である下層部の焼結反応が主として行われる焼結区間を後部としたとき、
   前記前部に対応して配置されたウィンドボックスの吸入通路の面積に比べて、前記中部に対応して配置されたウィンドボックスの吸入通路の面積の方が小さく、
   前記中部に対応して配置されたウィンドボックスの吸入通路の面積に比べて、前記後部に対応して配置されたウィンドボックスの吸入通路の面積の方が小さなことを特徴とする請求項５に記載の焼結装置。
7. 前記前部に対応して配置された複数のウィンドボックスは、互いに吸入通路が同じであり、
   前記中部に対応して配置された複数のウィンドボックスは、互いに吸入通路が同じであり、
   前記後部に対応して配置された複数のウィンドボックスは、互いに吸入通路が同じであることを特徴とする請求項６に記載の焼結装置。
8. 前記複数のウィンドボックスが前記点火炉から前記焼結終了地点までを焼結区間とし、
   前記移動中の台車内において、前記原料層のうち上部の表面を含む上層部の焼結反応が主として行われる焼結区間を前部、前記上層部の下の層である中層部の焼結反応が主として行われる焼結区間を中部、前記中層部の下の層である下層部の焼結反応が主として行われる焼結区間を後部としたとき、
   前記焼結区間のうちの一部の区間において、前記複数のウィンドボックスが前記焼結終了地点に向かって進むにつれて前記吸入通路の面積が小さくなるように並設され、
   前記前部に対応して配置されたウィンドボックスの吸入通路の面積の方が、前記中部及び後部に対応して配置されたウィンドボックスの吸入通路面積に比べて大きいことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の焼結装置。
9. 前記台車の移動経路上において、前記点火炉の前方または前記点火炉の内部に配設されて、前記原料層から発せられた輻射エネルギーを反射させて前記原料層の向きに再び伝達し、開口を有する反射部材を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の焼結装置。
10. 前記反射部材が点火炉の前方に配設される場合、
    前記反射部材の一方の端が前記点火炉の前方に位置し、前記一方の端から焼結工程の進行方向に延設され、
    前記焼結工程の進行方向に延設された前記反射部材の他方の端は、前記複数のウィンドボックスが並設された焼結区間のうち、移動しながら焼結反応が次第に下方に移動している台車内の焼結反応位置が前記原料層の表面から８０ｍｍ〜１２０ｍｍの範囲内のいずれか一つの下方地点であるときの焼結地点に位置することを特徴とする請求項９に記載の焼結装置。
11. それぞれが焼結原料の装入が可能であり、焼結工程の進行方向に移動可能な複数の台車と、
    前記台車に焼結原料を装入するように配設されたホッパーと、
    前記台車の工程の進行方向を基準として、前記ホッパーの前方に位置して、前記台車内に装入された焼結原料の原料層に火炎を噴射するように配設された点火炉と、
    前記台車内に装入される前記焼結原料の原料層を最上側の表面から上層部、中層部及び下層部と区分けしたとき、前記点火炉の後方から前記原料層の上層部の内部へと熱源を供給するように配設されたランスと、
    を備えることを特徴とする焼結装置。
12. 前記ランスは、前記台車の移動方向と対応する方向に延設されて、前記熱源が排出される先端が、前記点火炉の後方において、焼結原料の装入が完了する地点または焼結原料の装入が完了する地点の前方に位置するように配設されたことを特徴とする請求項１１に記載の焼結装置。
13. 前記ランスの先端が、前記ホッパーと前記点火炉との間に位置することを特徴とする請求項１２に記載の焼結装置。
14. 前記ホッパーと前記点火炉との間に位置して、前記熱源が更に添加された原料層を押圧する押圧部を備え、
    前記ランスの先端が、前記ホッパーと前記押圧部との間に位置することを特徴とする請求項１３に記載の焼結装置。
15. 前記台車の移動方向と対応する方向に延設されて、前記点火炉の後方において、前記原料層の中層部及び下層部と対応する位置に配設されて、前記台車内に嵌脱可能な通気バーを備えることを特徴とする請求項１１乃至１４のいずれか１項に記載の焼結装置。
16. 前記ランスは、前記通気バーの上側に位置し、
    前記ランスの先端は、前記通気バーの先端と点火炉との間に位置することを特徴とする請求項１５に記載の焼結装置。
17. 焼結工程の進行方向に移動中の台車に焼結原料を装入する過程と、
    前記焼結原料が装入された台車を点火炉の下方を通過させて、前記焼結原料が積載された原料層の上に火炎を着火させる過程と、
    火炎の着火された台車を前記点火炉の下方から焼結終了地点まで並設された複数のウィンドボックスの上側に移動させて、前記焼結終了地点に向かって進むにつれて外部の空気が前記台車に流入する速度を増加させながら、焼結反応を行う過程と、
    を含むことを特徴とする焼結鉱の製造方法。
18. 前記焼結終了地点に向かって進むにつれて前記外部の空気が前記台車に流入する速度を増加させるに当たって、
    前記点火炉の下方から前記焼結終了地点まで配置された複数のウィンドボックスにおいて、前記焼結終了地点に近いウィンドボックスであるほど、吸入通路の面積が小さくなるように前記複数のウィンドボックスの配置を調節することを特徴とする請求項１７に記載の焼結鉱の製造方法。
19. 前記複数のウィンドボックスのそれぞれは、内部空間を有する筒状であり、前記台車の移動経路の向きに開口された一方の開口及び前記複数のウィンドボックスと連結されたブロワーが位置する向きに開口された他方の開口を有し、
    前記点火炉の下方から前記焼結終了地点まで配置された複数のウィンドボックスにおいて、前記焼結終了地点に近いウィンドボックスであるほど、吸入通路の面積が小さくなるように前記複数のウィンドボックスの配置を調節するに当たって、
    前記焼結終了地点に向かって進むにつれて前記一方の開口の内径が小さなウィンドボックスを配設することを特徴とする請求項１８に記載の焼結鉱の製造方法。
20. 前記複数のウィンドボックスのそれぞれは、内部空間を有する筒状であり、前記台車の移動経路の向きに開口された一方の開口及び前記複数のウィンドボックスと連結されたブロワーが位置する向きに開口された他方の開口を有し、
    前記点火炉の下方から前記焼結終了地点まで配置された複数のウィンドボックスにおいて、前記焼結終了地点に近いウィンドボックスであるほど、吸入通路の面積が小さくなるように前記複数のウィンドボックスの配置を調節するに当たって、
    前記複数のウィンドボックスの内部には、一方の開口と他方の開口との間の連通を制御するシャッターが設けられ、
    前記焼結終了地点に向かって進むにつれて前記シャッターの開放面積を減少させることを特徴とする請求項１８に記載の焼結鉱の製造方法。
21. 前記複数のウィンドボックスが、前記点火炉から前記焼結終了地点までを焼結区間としたとき、
    前記点火炉の下方から前記焼結終了地点まで配置された複数のウィンドボックスにおいて、前記焼結終了地点に近いウィンドボックスであるほど、前記吸入通路の面積が小さくなるように前記複数のウィンドボックスの配置を調節するに当たって、
    前記焼結区間の全体において、前記複数のウィンドボックスが前記焼結終了地点に向かって進むにつれて前記吸入通路の面積が小さくなるように前記複数のウィンドボックスの配置を調節することを特徴とする請求項１８乃至２０のいずれか１項に記載の焼結鉱の製造方法。
22. 前記複数のウィンドボックスが前記点火炉から前記焼結終了地点までを焼結区間とし、
    移動中の前記台車内において、前記原料層のうち上部の表面を含む上層部の焼結反応が主として行われる焼結区間を前部、前記上層部の下の層である中層部の焼結反応が主として行われる焼結区間を中部、前記中層部の下の層である下層部の焼結反応が主として行われる焼結区間を後部としたとき、
    前記前部に対応して配置されたウィンドボックスの上側に対応して配置された台車内に外部の空気が吸入される流速の方が、前記中部に対応して配置されたウィンドボックスの上側に対応して配置された台車内に外部の空気が吸入される流速に比べて低く、
    前記中部に対応して配置されたウィンドボックスの上側に対応して配置された台車内に外部の空気が吸入される流速の方が、前記後部に対応して配置されたウィンドボックスの上側に対応して配置された台車内に外部の空気が吸入される流速に比べて低いことを特徴とする請求項２１に記載の焼結鉱の製造方法。
23. 前記複数のウィンドボックスが前記点火炉から前記焼結終了地点までを焼結区間とし、
    移動中の前記台車内において、前記原料層のうち上部の表面を含む上層部の焼結反応が主として行われる焼結区間を前部、前記上層部の下の層である中層部の焼結反応が主として行われる焼結区間を中部、前記中層部の下の層である下層部の焼結反応が主として行われる焼結区間を後部としたとき、
    前記台車が前記焼結区間のうちの一部の区間から前記焼結終了地点に向かって進むにつれて外部の空気が吸入される流速が増加するようにし、
    前記前部に対応して配置されたウィンドボックスの上側に移動する台車に外部の空気が流入する流速の方が、前記中部及び後部に対応して配置されたウィンドボックスの上側に移動する台車に外部の空気が流入する流速に比べて低いことを特徴とする請求項２１に記載の焼結鉱の製造方法。
24. 前記点火炉から火炎が着火された台車内の原料層から発せられた輻射熱源エネルギーを反射させて前記原料層に再び伝達する過程を含むことを特徴とする請求項１８乃至２０のいずれか１項に記載の焼結鉱の製造方法。
25. 工程の進行方向に移動中の台車に焼結原料を装入する過程と、
    前記焼結原料が積載された原料層を最上側の表面から上層部、中層部及び下層部と区分けしたとき、目標とする高さへの前記焼結原料の装入が完了すると、前記焼結原料が積載された原料層のうち前記上層部の内部に熱源を添加する過程と、
    前記上層部に熱源が添加された台車内の原料層の表層に火炎を着火させ、前記台車を焼結工程の進行方向に移動させて焼結鉱を製造する過程と、
    を含むことを特徴とする焼結鉱の製造方法。
26. 前記台車に前記焼結原料が装入されるに当たって、
    前記台車の移動方向に沿って前記台車内の一方の側から他方の側に向かって前記焼結原料が装入されて、前記一方の側から他方の側に向かって所望の高さへの前記焼結原料の装入が完了し、
    前記原料層の上層部の内部に熱源を添加するに当たって、
    前記焼結原料の装入が完了する前記台車の一方の側から他方の側に向かって前記上層部の内部に前記熱源が順次に添加されることを特徴とする請求項２５に記載の焼結鉱の製造方法。
27. 前記熱源を添加するに当たって、
    前記台車の移動方向と対応する方向に延びたランスを用いて、前記点火炉の後方から前記熱源を噴出することを特徴とする請求項２６に記載の焼結鉱の製造方法。
28. 前記熱源を添加するに当たって、
    前記焼結原料を前記台車に装入するホッパーと前記点火炉との間から前記熱源を噴出することを特徴とする請求項２７に記載の焼結鉱の製造方法。
29. 前記上層部内に前記熱源が添加された前記台車は、前記ホッパーと前記点火炉との間に位置する押圧部の下方を通過しながら、前記押圧部により前記原料層が押圧された後、前記点火炉の下方を通過することを特徴とする請求項２８に記載の焼結鉱の製造方法。
30. 前記台車に焼結原料を装入する前に、前記台車内に前記台車の移動方向と対応する方向に延びた通気バーを配置し、
    前記通気バーは、前記台車内において、前記原料層の中層部及び下層部のうちの少なくともどちらか一方の位置に対応して位置することを特徴とする請求項２６に記載の焼結鉱の製造方法。
31. 前記上層部に熱源を添加するに当たって、副原料を一緒に添加することを特徴とする請求項２５に記載の焼結鉱の製造方法。
32. 前記熱源は、複数の粒子からなるパウダー（ｐｏｗｄｅｒ）を含むことを特徴とする請求項２５乃至３１のいずれか１項に記載の焼結鉱の製造方法。
33. 前記熱源を添加するに当たって、前記熱源の移動の一助となるようにガスを一緒に添加し、
    前記ガスは、エアー（ａｉｒ）または不活性ガスのうちのどちらか一方を含むことを特徴とする請求項２５乃至３１のいずれか１項に記載の焼結鉱の製造方法。

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