JP2020085273A - 焼結機 - Google Patents

Abstract

【課題】焼成される焼結原料の通気抵抗を低減させることができるとともに、返鉱の発生を抑制することが可能な焼結機を提供する。【解決手段】焼結機（１）は、パレット台車（１４）と、点火炉（３０）と、円板（６１）と、を備える。パレット台車（１４）には、焼結原料が装入される。パレット台車は、無端軌道（１３）上を走行する。点火炉（３０）は、パレット台車（１４）上の焼結原料に点火する。円板（６１）は、パレット台車（１４）の走行方向において点火炉（３０）の上流に配置される。円板（６１）は、回転軸（６２１）周りに回転する。回転軸（６２１）は、無端軌道（１３）の幅方向に延びる。円板（６１）は、外周部（６１２）を有する。外周部（６１２）は、パレット台車（１４）上の焼結原料に侵入して溝（Ｇ）を形成する。外周部（６１２）は、円板（６１）の内周側から外周側に向かって厚みが小さくなるように形成される。【選択図】図３

Description

本開示は、焼結機に関する。

製銑工程では、鉄鉱石類及びコークスが高炉に装入され、高温下で化学反応することにより、銑鉄が製造される。粉鉱石をそのまま高炉に装入すると高炉で目詰まりが生じるため、高炉に装入する鉄鉱石類として、従来、粉鉱石を塊成化した焼結鉱が用いられている。焼結鉱は、粉鉱石、石灰石、及び粉コークス等からなる配合材料に造粒処理を施して焼結原料を生成し、この焼結原料を焼き固めることで生産される。

焼結鉱の生産には、ドワイトロイド（ＤＬ）式焼結機が広く使用されている。ＤＬ式焼結機は、複数のパレット台車と、点火炉と、風箱群と、を備える。複数のパレット台車は、焼結原料が供給される給鉱部から、焼結鉱が排出される排鉱部に向かって走行する。点火炉は、パレット台車に装入された焼結原料の表面に点火する。風箱群は、給鉱部から排鉱部へと走行するパレット台車の下方に配置される。風箱群は、パレット台車の上方の空気を吸引して焼結原料中のコークスの燃焼を促進させる。

特許文献１は、ＤＬ式焼結機を用いた焼結鉱の製造方法を開示する。特許文献１の製造方法では、焼結原料に点火した後、スパイクローラにより、焼結層の燃焼帯に達する小孔が設けられる。小孔は、燃焼帯の下面が、焼結層の表面から焼結層高の３０％の位置に到達するまでの間に形成され、焼結層の幅方向に散在する。特許文献１によれば、この小孔により、焼きしまりによる張力が分散及び吸収されて大クラックの発生が防止されるとともに、焼結層の層厚が等価的に減少して通気性が改善される。

特許文献２及び３は、焼結原料の装入層の層厚を正確に測定し、通気状態を均一化するためのＤＬ式焼結機を開示する。特許文献２及び３の焼結機では、層厚検出部によって装入層の層厚をパレット台車の幅方向に検出し、要通気増加領域（圧密領域）を抽出する。装入層に圧密領域が存在する場合、圧密領域に対して通気棒が所定の深度まで挿入され、圧密領域の通気性が確保される。

特許文献４の焼結鉱の製造方法では、焼結原料の装入層の幅方向の両端部に、空隙率が高い部分が形成される。空隙率が高い部分は、装入層が点火炉に入る前に、板状体の通気スリット又は棒状体の通気棒を予め装入層に挿入して固定しておくことで、パレット台車の走行に伴って形成される。空隙率が高い部分には、焼結に必要な高温域保持時間を十分に確保するために、気体燃料が導入される。

特許文献５には、焼結機への焼結原料の装入方法が開示されている。特許文献５では、予め位置決めされたスリット形成棒により、パレット台車の幅方向に並ぶ複数のスリット状溝が形成される。特許文献５によれば、これらのスリット状溝に粉コークスを装入することで、焼結原料の装入層の通気性を阻害することなく、カーボン濃度を上昇させることができる。

特開平４−１４３２２９号公報 特許第５４５８７８０号公報 特開２０１２−０４６８１３号公報 特開２０１３−０７６１０５号公報 特開平２−３０１５２５号公報 特許第２９２７２１７号公報

特許文献１では、焼結原料への点火後、焼結完了帯が形成され始めた段階で小孔が形成される。しかも、小孔は、スパイクローラの表面から突出するピンを焼結層に突き刺すことで形成される。このため、焼結層の表面が荒れ、返鉱が多く発生する。

ここで、返鉱とは、概ね５ｍｍ程度以下の粒径を有する小さな焼結鉱（以下、細粒焼結鉱ともいう）である。細粒焼結鉱が高炉に適量以上投入されると、高炉内の通気性が悪化して、炉内ガスの偏流が発生しやすくなり、炉内吹き抜け等の高炉操業状態の不調を招くおそれがある。このため、高炉への細粒焼結鉱の投入量には、例えば、高炉への焼結鉱全体の装入量の５％以下等といった制限が設けられている。細粒焼結鉱の投入量の制限を守るため、焼結工場内では、焼結鉱を篩いにかけ、細粒焼結鉱を高炉へ送らずに焼結機内へ戻し、再焼結するようになっている。一般に、パレット台車上の焼結層（焼結ベッド）の表面では、焼結原料中のコークスが燃焼したとしても蓄熱がほとんどなく、スラグ成分の十分な溶融には至らない。よって、焼結ベッドの表面部分は、その強度が小さく、搬送過程における落下衝撃等のわずかな外力で簡単に崩壊して細粒となるため、返鉱を生じさせやすい。この焼結ベッドの表面部分の強度を向上させ、返鉱を低減させることが望まれている。従来の焼結工場では、例えば、焼結ベッド上で焼成した焼結鉱の１５〜３０％という膨大な量の返鉱が発生している。返鉱の量を低減することができれば、焼結生産量が増加することになる。このため、焼結工場では、返鉱発生量に関する改善のニーズが高い。

特許文献２〜５では、棒状体又は板状体を焼結原料に挿入して固定しておくことにより、パレット台車の走行に伴って焼結原料に溝が形成される。この場合、棒状体又は板状体によって押し分けられる焼結原料の粒子は、棒状体又は板状体に接触している間、棒状体又は板状体から上向きの力を受けると考えられる。しかしながら、この焼結原料の粒子は、棒状体又は板状体から離れたときに支えを失って落下する。これにより、溝の内面が崩れて焼結原料の粒子の密度が小さい部分が発生し、焼結操業時に発生する返鉱が増加する。

本開示は、焼成される焼結原料の通気抵抗を低減させることができるとともに、返鉱の発生を抑制することが可能な焼結機を提供することを課題とする。

本開示に係る焼結機は、パレット台車と、点火炉と、円板と、を備える。パレット台車には、焼結原料が装入される。パレット台車は、無端軌道上を走行する。点火炉は、パレット台車上の焼結原料に点火する。円板は、パレット台車の走行方向において点火炉の上流に配置される。円板は、回転軸周りに回転する。回転軸は、無端軌道の幅方向に延びる。円板は、外周部を有する。外周部は、パレット台車上の焼結原料に侵入して溝を形成する。外周部は、円板の内周側から外周側に向かって厚みが小さくなるように形成される。

本開示に係る焼結機によれば、焼成される焼結原料の通気抵抗を低減させることができるとともに、返鉱の発生を抑制することができる。

図１は、実施形態に係る焼結機の概略を示す側面図である。 図２は、図１に示す焼結機に含まれる冷媒供給装置の正面図である。 図３は、図１に示す焼結機に含まれる溝形成装置の正面図である。 図４は、図３に示す溝形成装置に含まれる円板を拡大した図である。 図５は、図３に示す溝形成装置の側面図である。 図６は、図３及び図４に示す円板の作動状態を示す平面図及び側面図である。 図７は、従来の焼結機で形成される焼結層の縦断面図である。 図８は、図１に示す焼結機で形成される焼結層の縦断面図である。 図９は、図１に示す焼結機で形成される別の焼結層の縦断面図である。

実施形態に係る焼結機は、パレット台車と、点火炉と、円板と、を備える。パレット台車には、焼結原料が装入される。パレット台車は、無端軌道上を走行する。点火炉は、パレット台車上の焼結原料に点火する。円板は、パレット台車の走行方向において点火炉の上流に配置される。円板は、回転軸周りに回転する。回転軸は、無端軌道の幅方向に延びる。円板は、外周部を有する。外周部は、パレット台車上の焼結原料に侵入して溝を形成する。外周部は、円板の内周側から外周側に向かって厚みが小さくなるように形成される（第１の構成）。

第１の構成では、回転する円板の外周部により、焼結原料に溝が形成される。より詳細には、当該円板の外周部は、パレット台車上の焼結原料に侵入して溝の形成を開始する。焼結原料は、回転する円板の外周部によって押し分けられる。このとき、円板の回転と、内周側から外周側に向かって厚みが小さくなる外周部の表面形状とにより、焼結原料に対して下向きの力が作用する。よって、焼結原料の粒子が円板から離れたときに落下しにくく、焼結原料には内面が平滑な溝が形成される。

円板の外周部は、焼結原料の表面から最下点に到るまで、焼結原料を押し広げて溝を完成させる。その後、円板の外周部は、円板の回転に伴い、完成した溝から抜けていく。ここで、円板の外周部は、内周側から外周側に向かって厚みが小さくなるように形成されており、厚みが大きい部分から順に溝から抜けていくため、当該抜けていく部分は、既に形成された溝の内面に接触しない。よって、焼結原料に形成した溝の内面を平滑な状態に維持することができる。

このように、第１の構成に係る焼結機によれば、焼成される焼結原料に溝を形成して、焼結原料の通気抵抗を低減させることができる。また、溝の内面を平滑にすることができるため、焼結原料において低密度の部分が生じにくく、返鉱の発生を抑制することができる。

上記外周部は、円板の中心を通り回転軸を含む平面で切断した断面で見て、テーパ状の表面を有することが好ましい（第２の構成）。

第２の構成によれば、外周部は、円板の中心を通り回転軸を含む平面で切断した断面で見てテーパ状の表面によって、焼結原料を均一に押圧することができる。このため、溝の内面をより確実に平滑にすることができ、返鉱の発生をさらに抑制することができる。

上記外周部は、耐摩耗性を向上させるための表面処理が施されていることが好ましい（第３の構成）。

第３の構成によれば、焼結原料に接触する外周部の摩耗を低減することができるため、円板の寿命を向上させることができる。

上記焼結機は、さらに、スクレーパを備えることが好ましい。スクレーパは、パレット台車上の焼結原料の上方において、外周部に沿うように円板の両脇に配置することができる（第４の構成）。

第４の構成によれば、溝の形成時に円板に付着した焼結原料をスクレーパで都度除去することができる。これにより、円板に付着した焼結材料の塊が成長するのを防止することができる。よって、円板によって形成される溝の形状の変化を防止することができ、焼結原料の通気抵抗を均一に維持することができる。

上記焼結機は、さらに、位置調整機構を備えることが好ましい。位置調整機構は、無端軌道の幅方向における円板の位置を調整する（第５の構成）。

第５の構成によれば、通気抵抗のばらつき等を考慮し、パレット台車上の焼結原料に対して望ましい位置に溝を形成することができる。

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。各図において同一又は相当の構成については同一符号を付し、同じ説明を繰り返さない。

＜焼結機の構成＞
図１は、実施形態に係る焼結機１の側面図である。焼結機１は、焼結原料を焼き固めて焼結鉱を生産する。焼結原料は、粉鉱石、石灰石、及び粉コークス等からなる配合材料に造粒処理を施して生成された、粒状の原料である。

図１に示すように、焼結機１は、焼結機本体１０と、装入装置２０と、点火炉３０と、排ガス循環装置４０と、冷媒供給装置５０と、溝形成装置６０と、を備える。

［焼結機本体］
焼結機本体１０は、給鉱部１１で供給された焼結原料を排鉱部１２に向かって搬送しながら焼成する。焼成後の焼結原料（焼結鉱）は、排鉱部１２から排出される。焼結機本体１０は、無端軌道１３と、複数のパレット台車１４と、複数の風箱１５と、を含む。

（無端軌道）
無端軌道１３は、駆動スプロケットホイール１３１と、従動スプロケットホイール１３２と、レール１３３，１３４と、を有する。駆動スプロケットホイール１３１は、給鉱部１１側に配置され、駆動装置（図示略）によって回転する。従動スプロケットホイール１３２は、排鉱部１２側に配置される。レール１３３，１３４は、駆動スプロケットホイール１３１と従動スプロケットホイール１３２との間で水平に延びる。レール１３４は、レール１３３の下方に配置されている。なお、従動スプロケットホイール１３２に代えて、カーブトラックを設けることもできる。

（パレット台車）
複数のパレット台車１４は、無端軌道１３に沿って配列され、無端軌道１３上を走行する。パレット台車１４の各々は、駆動スプロケットホイール１３１が回転駆動されることにより、駆動スプロケットホイール１３１、レール１３３、従動スプロケットホイール１３２、及びレール１３４を循環走行する。

パレット台車１４は、レール１３３上を給鉱部１１側から排鉱部１２側へと走行する。パレット台車１４は、従動スプロケットホイール１３２に到達すると、その車軸を従動スプロケットホイール１３２の歯に引っ掛けることで折り返し、レール１３４上を排鉱部１２側から給鉱部１１側へと走行する。パレット台車１４は、駆動スプロケットホイール１３１に到達すると、その車軸を駆動スプロケットホイール１３１の歯に引っ掛けることで折り返し、再度レール１３３上を走行する。

パレット台車１４には、焼結原料が装入される。パレット台車１４は、レール１３３上を給鉱部１１から排鉱部１２に向かって走行する。パレット台車１４がレール１３３上を走行している間に、焼結原料の焼成が進行する。

以下、焼成開始前におけるパレット台車１４上の焼結原料の層を原料ベッドと称し、焼成開始後におけるパレット台車１４上の焼結原料の層を焼結ベッド又は焼結層と称する。焼成途中の焼結ベッドには、焼結完了帯と、燃焼・溶融帯と、湿潤帯と、が含まれる。焼結完了帯は、焼結原料が焼き切られて塊成化が完了した、焼結ベッドの最上層である。燃焼・溶融帯は、焼結完了帯の下方に位置する。燃焼・溶融帯は、焼結原料中のコークスが燃焼し、焼結原料の鉄鉱石が部分的に溶融している層である。湿潤帯は、焼結ベッドの最下層であり、燃焼前の焼結原料のみからなる。

また、レール１３３上を給鉱部１１から排鉱部１２に向かうパレット台車１４の経路を往路と称し、レール１３４上を排鉱部１２から給鉱部１１に向かうパレット台車１４の経路を復路と称する。往路において、給鉱部１１側を上流、排鉱部１２側を下流という。本実施形態の往路には、焼結ベッドの焼成を進行させる焼成ゾーン１６と、焼成ゾーン１６を通過した後の焼結ベッドを冷却する冷却ゾーン１７と、が設けられている。

（風箱）
複数の風箱１５は、往路に設けられている。より詳細には、複数の風箱１５は、レール１３３の下方において、レール１３３に沿って配列されている。各風箱１５内の圧力は、大気圧よりも低い圧力（負圧）に設定されている。各風箱１５は、往路を走行中のパレット台車１４の上方の空気を吸引して、焼結ベッドへの通気を行う。これにより、焼結完了帯が冷却されるとともに、燃焼・溶融帯におけるコークスの燃焼が促進される。

［装入装置］
装入装置２０は、往路を走行するパレット台車１４に対し、焼結原料を装入する。装入装置２０は、焼結機本体１０の上方に設けられている。より詳細には、装入装置２０は、レール１３３の上方において、給鉱部１１側に設けられている。

装入装置２０は、床敷ホッパ２１と、サージホッパ２２と、を含む。床敷ホッパ２１は、パレット台車１４上に床敷鉱を供給する。サージホッパ２２は、パレット台車１４の走行方向において、床敷ホッパ２１の下流に配置されている。サージホッパ２２は、パレット台車１４上に焼結原料を供給する。

［点火炉］
点火炉３０は、往路に設けられている。より詳細には、点火炉３０は、レール１３３の上方において、給鉱部１１側に設けられている。点火炉３０は、パレット台車１４の走行方向において、装入装置２０の下流に配置されている。点火炉３０は、往路を走行するパレット台車１４上の原料ベッドに点火する。

［排ガス循環装置］
排ガス循環装置４０は、風箱１５が吸引した空気の一部を焼結ベッドに循環供給する。排ガス循環装置４０は、排風ダクト４１と、循環フード４２，４３と、循環ダクト４４と、ボイラ４５と、ファン４６と、を有する。

排風ダクト４１には、冷却ゾーン１７に配置された各風箱１５が接続されている。循環フード４２は、焼成ゾーン１６に配置される。循環フード４３は、冷却ゾーン１７に配置される。循環ダクト４４は、ボイラ４５及びファン４６を介して、排風ダクト４１と焼成ゾーン１６の循環フード４２とを接続する。冷却ゾーン１７の風箱１５が吸引した空気（排ガス）は、排風ダクト４１及び循環ダクト４４によって焼成ゾーン１６の循環フード４２内に供給される。図示を省略するが、冷却ゾーン１７の循環フード４３内にも、排風ダクト４１及び循環ダクト４４を介し、風箱１５からの排ガスが供給される。

［冷却供給装置］
冷媒供給装置５０は、焼結機本体１０の上方に設けられている。より詳細には、冷媒供給装置５０は、レール１３３の上方において、循環フード４２と循環フード４３との間に配置されている。冷媒供給装置５０は、循環フード４２と循環フード４３との間から露出した焼結ベッドに対し、冷媒を供給する。この冷媒として、特に限定されるものではないが、例えば水等を用いることができる。

図２は、冷媒供給装置５０の正面である。図２に示すように、冷媒供給装置５０は、供給管５１と、複数のノズル５２と、を有する。供給管５１は、パレット台車１４の幅方向（無端軌道１３の幅方向）に延びている。供給管５１には、冷媒が供給される。複数のノズル５２は、供給管５１から下方に延びている。各ノズル５２は、供給管５１に供給された冷媒をパレット台車１４上の焼結ベッドに向かって放出する。

［溝形成装置］
図１に戻り、溝形成装置６０は、パレット台車１４上の原料ベッドに溝を形成するための装置である。溝形成装置６０は、焼結機本体１０の上方に設けられる。溝形成装置６０は、パレット台車１４の走行方向において、点火炉３０の上流に配置されている。溝形成装置６０は、装入装置２０と点火炉３０との間に配置されている。

以下、図３から図５を参照しつつ、溝形成装置６０について詳細に説明する。

図３は、溝形成装置６０の正面図である。図３に示すように、溝形成装置６０は、少なくとも１つの円板６１と、軸部材６２と、スクレーパ６３と、少なくとも１つの位置調整機構６４と、を有する。本実施形態において、溝形成装置６０は、複数の円板６１と、複数の円板６１に対応する複数の位置調整機構６４と、を有する。

（円板及び軸部材）
複数の円板６１は、パレット台車１４の幅方向（無端軌道１３の幅方向）に沿って並んでいる。円板６１の各々は、その厚み方向がパレット台車１４の幅方向と一致するように配置されている。円板６１の材質は、特に限定されるものではないが、例えば、鋼である。

円板６１は、軸部材６２の中心線６２１周りに回転する。軸部材６２の中心線６２１が円板６１の回転軸である。軸部材６２は、パレット台車１４の幅方向に並ぶ複数の円板６１を貫通している。円板６１及び軸部材６２は、相対回転可能であってもよいし、一体的に回転してもよい。

図４は、図３に示す複数の円板６１のうちの１つを拡大した図である。図４に示すように、円板６１は、内周部６１１と、外周部６１２とを有する。

内周部６１１は、貫通孔６１１ａを有する。円板６１及び軸部材６２が相対回転する場合、軸部材６２は、貫通孔６１１ａの周縁との間に隙間を空けて、貫通孔６１１ａに挿入される。貫通孔６１１ａの周縁と軸部材６２との間には、軸受が設けられていてもよい。円板６１及び軸部材６２が一体回転する場合、円板６１及び軸部材６２が一体形成されてもよいが、径方向の凹凸によって円板６１及び軸部材６２の相対回転を規制してもよい。この場合、円板６１は、軸部材６２と一体回転する一方、パレット台車１４の幅方向において軸部材６２と相対移動可能となる。

外周部６１２は、内周部６１１の周囲に配置されている。外周部６１２の厚みは、円板６１の内周側から外周側に向かって小さくなる。外周部６１２は、円板６１の縦断面視で、テーパ状の表面６１２ａ，６１２ｂを有することが好ましい。表面６１２ａ，６１２ｂは、円板６１の外周縁に向かうにつれて互いに近づくように傾斜する傾斜面である。すなわち、外周部６１２は、円板６１の縦断面視で、実質的にＶ字状をなす。ただし、表面６１２ａ，６１２ｂは、丸みを有する面であってもよい。円板６１の縦断面とは、回転軸６２１（円板６１の軸心）を含む平面で円板６１を切断したときの断面である。

円板６１の径方向における外周部６１２の長さは、特に限定されるものではないが、例えば、５０ｍｍ〜２５０ｍｍ程度とすることができる。円板６１の径方向に対して垂直な方向における外周部６１２の長さ（厚み）は、特に限定されるものではないが、例えば、４ｍｍ〜２０ｍｍ程度とすることができる。外周部６１２は、内周縁部の厚みよりも外周縁部の厚みが小さくなるように形成されていればよい。

外周部６１２には、好ましくは、耐摩耗性を向上させるための表面処理が施される。表面処理は、外周部６１２のみに施されていてもよいし、円板６１全体に施されていてもよい。表面処理は、円板６１の材質等に応じ、例えば、硬質クロムめっき等のめっき加工、硬化肉盛溶接、焼入れ等から適宜選択することができる。

（スクレーパ）
図４を引き続き参照し、円板６１の両脇には、外周部６１２に沿うようにスクレーパ６３が配置されている。各スクレーパ６３は、円板６１を両側から挟むように配置されている。スクレーパ６３は、外周部６１２の表面６１２ａ又は６１２ｂのうち、原料ベッドＲの上方に位置する部分に接触する。

（位置調整機構）
位置調整機構６４は、円板６１ごとに設けられている。位置調整機構６４は、対応する円板６１の位置を、他の円板６１から独立して調整する。位置調整機構６４は、対応する円板６１について、パレット台車１４の幅方向における位置を調整する。また、位置調整機構６４は、対応する円板６１の上下方向の位置を調整することができる。

図４に示すように、位置調整機構６４は、位置調整部材６４１と、支持部材６４２と、規制部材６４３と、を有する。

位置調整部材６４１は、例えば、ボールねじやすべりねじ等の公知の送りねじである。位置調整部材６４１は、ねじ軸６４１ａと、ナット６４１ｂと、を有する。ねじ軸６４１ａは、パレット台車１４の幅方向に延びている。ねじ軸６４１ａは、ナット６４１ｂに挿入されている。位置調整部材６４１がボールねじである場合は、ねじ軸６４１ａとナット６４１ｂとの間に複数の転動体（図示略）が配置される。

支持部材６４２は、円板６１の両側に配置されている。円板６１は、軸部材６２の近傍部分で、２つの支持部材６４２によって挟持されている。これらの支持部材６４２は、位置調整部材６４１から垂下している。各支持部材６４２の上端部は、ナット６４１ｂに取り付けられる。２つの支持部材６４２の間には、スクレーパ６３が配置されている。

規制部材６４３は、位置調整部材６４１の下方に配置されている。規制部材６４３は、パレット台車１４の幅方向に延び、２つの支持部材６４２を貫通する。規制部材６４３は、軸周りに回転しないように固定されている。

上記のような構成により、位置調整機構６４は、円板６１をパレット台車１４の幅方向に適宜移動させることができる。位置調整部材６４１のねじ軸６４１ａを軸周りに回転させることにより、ねじ軸６４１ａに沿って、ナット６４１ｂがパレット台車１４の幅方向に移動する。円板６１は、支持部材６４２を介してナット６４１ｂと接続されているため、ナット６４１ｂとともにパレット台車１４の幅方向に移動する。規制部材６４３は、ねじ軸６４１ａの回転に伴い、ナット６４１ｂ、支持部材６４２、及び円板６１が連れ回りするのを規制する。

図５は、図３に示す溝形成装置６０の側面図である。図５を参照して、複数の円板６１に対応して設けられた複数の位置調整機構６４は、円板６１の周方向に位置をずらして配置されている。このため、複数の位置調整機構６４の位置調整部材６４１及び規制部材６４３は、互いに干渉しない。

本実施形態では、円板６１ごとに規制部材６４３が設けられているが、２つ以上の円板６１に対して共通の規制部材６４３を設けるようにしてもよい。また、本実施形態では、円板６１ごとにねじ軸６４１ａ（図４）を設けて各円板６１を個別に移動させているが、２つ以上の円板６１に対して共通のねじ軸６４１ａを設け、これらの円板６１を同時に移動させてもよい。

位置調整部材６４１は、その端部の操作によって円板６１の位置を調整できるよう、送りねじであることが好ましい。ただし、位置調整部材６４１の構成は、これに限定されるものではない。例えば、位置調整部材６４１は、パレット台車１４の幅方向に延びるねじ無しのロッドと、このロッドに対して摺動可能に取り付けられたスリーブと、で構成されていてもよい。

（押圧機構）
図５に示すように、溝形成装置６０は、さらに、円板６１ごとに設けられた押圧機構６５を有することができる。押圧機構６５は、押圧板６５１と、案内部材６５２とを含む。押圧板６５１の一方面（下面）は、パレット台車１４の原料ベッドＲの表面に対向する。押圧板６５１は、パレット台車１４の走行方向に延びるスリット（図示略）を有し、このスリットに円板６１の外周部６１２が差し込まれる。案内部材６５２は、円板６１の両側に配置されている。各案内部材６５２は、概ね逆Ｕ字状に形成され、軸部材６２に上方から装着される。各案内部材６５２及び軸部材６２は、上下方向に相対移動可能となっている。案内部材６５２の下端部は、押圧板６５１の上面に接続されている。

＜焼結機の作動＞
次に、上記のように構成された焼結機１の作動について説明する。

図１を再度参照して、焼結機１によって焼結鉱を生成する際、無端軌道１３の往路を走行するパレット台車１４に対して、装入装置２０が焼結原料を装入する。具体的には、装入装置２０の下方を通過するパレット台車１４に対し、床敷ホッパ２１が床敷鉱を供給し、この床敷鉱上に、サージホッパ２２が焼結原料を供給する。これにより、パレット台車１４上に原料ベッドＲが形成される。

パレット台車１４上の原料ベッドＲには、溝形成装置６０によって複数条の溝Ｇが形成される。図３及び図４を参照して、パレット台車１４が溝形成装置６０を通過するとき、各円板６１は、パレット台車１４上の原料ベッドＲに接触して、回転軸６２１周りに回転する。本実施形態では、各円板６１は、往路を移動する原料ベッドＲに接触することのみで、軸部材６２の周りに回転する。ただし、軸部材６２に接続された駆動装置（図示略）によって軸部材６２が回転することで、軸部材６２とともに各円板６１を回転させてもよい。

回転する各円板６１の外周部６１２が原料ベッドＲに侵入し、原料ベッドＲに溝Ｇが形成される。外周部６１２は、原料ベッドＲの焼結原料を押し分けながら溝Ｇを形成する。外周部６１２の厚みは、円板６１の内周側から外周側に向かって小さくなっているため、原料ベッドＲには、下方に向かって幅が小さくなる溝Ｇが形成される。押圧機構６５の押圧板６５１は、押圧機構６５の自重で原料ベッドＲの表面に追従し、外周部６１２が溝Ｇを形成している間、円板６１の両側において原料ベッドＲの表面を押圧する。これにより、外周部６１２に押し分けられた焼結原料が溝Ｇの両側に隆起するのを抑制することができる。

原料ベッドＲに溝Ｇを形成する際、円板６１の表面を水等で湿らせることができる。これにより、焼結原料と円板６１との摩擦を低減させ、円板６１に対する焼結原料の付着を防止することができる。溝Ｇが形成された原料ベッドＲには、返鉱の発生を抑制するために炭素分を添加してもよい。

ここで、円板６１による溝Ｇの形成状態について、図６を参照しながら説明する。図６は、原料ベッドＲに溝Ｇを形成している円板６１の平面図及び側面図である。

図６に示すように、回転する円板６１の外周部６１２は、給鉱部１１側から排鉱部１２側に搬送されている原料ベッドＲに溝Ｇを形成する。外周部６１２は、円板６１の回転軌跡の最下点Ｐよりも給鉱部１１側で、原料ベッドＲに食い込んで焼結原料を円板６１の厚み方向に押し広げ、最下点Ｐで溝Ｇを完成させる。最下点Ｐよりも排鉱部１２側では、外周部６１２が完成した溝Ｇから抜けていく。最下点Ｐよりも排鉱部１２側では、円板６１の回転に伴い、先細りの外周部６１２が上方へ抜けていき、外周部６１２のうち、溝Ｇの幅よりも小さい厚みの部分が溝Ｇを通過するため、既に形成された溝Ｇの内面に外周部６１２が接触しない。溝Ｇから抜けた外周部６１２に焼結原料が付着している場合、この焼結原料は、スクレーパ６３（図３）によって外周部６１２から掻き落とされる。

図１に戻り、パレット台車１４上の焼結原料は、溝形成装置６０によって溝Ｇが形成された後、点火炉３０によって点火される。これにより、焼結原料中のコークスが燃焼を開始する。

点火炉３０による点火の後、パレット台車１４は、焼成ゾーン１６を走行する。焼成ゾーン１６を走行している間、焼結原料中のコークスが燃焼し、鉄鉱石が部分的に溶融して焼結原料の塊成化が進行する。焼成ゾーン１６では、風箱１５による吸気により、コークスの燃焼が促進される。また、冷却ゾーン１７の風箱１５からの排ガスが循環フード４２内に供給されることで、コークスの燃焼が促進される。

焼結ベッドを積載して走行するパレット台車１４は、循環フード４２と循環フード４３との間、すなわち焼成ゾーン１６と冷却ゾーン１７との間で露出する。焼成ゾーン１６と冷却ゾーン１７との間では、パレット台車１４上の焼結ベッドが冷却される。本実施形態では、冷媒供給装置５０から、パレット台車１４上の焼結ベッドに冷媒が供給される。具体的には、円板６１によって形成された溝Ｇの各々に対し、冷媒供給装置５０の各ノズル５２（図２）から放出された冷媒が注入される。ノズル５２は、溝Ｇごと、つまり円板６１ごとに設けられている。ただし、ノズル５２の数及び配置は、これに限定されるものではない。

その後、パレット台車１４は、冷却ゾーン１７を走行する。冷却ゾーン１７では、風箱１５による吸気により、焼結ベッドの焼結完了帯及び燃焼・溶融帯が冷却される。冷却ゾーン１７の風箱１５からの排ガスは、焼結機本体１０の排ガス量を低減させるため、上述したように焼成ゾーン１６の循環フード４２に循環される。パレット台車１４が冷却ゾーン１７を走行している間に、焼結ベッドの焼結原料が焼き切られる。焼き切った後（焼成完了後）の焼結ベッドを焼結ケーキという。

パレット台車１４は、排鉱部１２側の従動スプロケットホイール１３２で折り返して復路を走行する。パレット台車１４が折り返すとき、焼結ケーキがパレット台車１４から排出される。焼結ケーキは、破砕機７０によって破砕され、冷却機８０によって冷却される。本実施形態では、焼結機本体１０の冷却ゾーン１７で焼結ベッドが冷却されているため、冷却機８０は簡素なものでよい。

＜実施形態の効果＞
本実施形態に係る焼結機１では、回転する円板６１の外周部６１２により、パレット台車１４上の原料ベッドＲに溝Ｇが形成される。原料ベッドＲの焼結原料は、円板６１の回転及び外周部６１２の先細りの表面形状により、下向きの力を受けながら押し分けられる。このため、完成した溝Ｇから外周部６１２が離れたときに、溝Ｇの内面の焼結原料が崩れ落ちるのを抑制することができる。よって、内面が平滑な溝Ｇを原料ベッドＲに形成することができる。

外周部６１２は、原料ベッドＲの表面から円板６１の回転軌跡の最下点Ｐに到るまで、焼結原料を押し広げて溝Ｇを完成させる。その後、外周部６１２は、円板６１の回転に伴い、完成した溝Ｇから抜けていく。外周部６１２は、内周側から外周側に向かって厚みが小さくなるように形成されており、厚みが大きい部分から順に溝Ｇから抜けていくため、溝Ｇの内面に接触しない。よって、原料ベッドＲに形成された溝Ｇの内面を平滑な状態に維持することができる。

このように、本実施形態によれば、内面が平滑な溝Ｇを原料ベッドＲに形成することで、原料ベッドＲにおいて焼結原料の密度が小さい部分が発生するのを防止できる。このため、返鉱の発生を抑制することができる。

本実施形態において、円板６１の外周部６１２は、好ましくは、縦断面視でテーパ状の表面６１２ａ，６１２ｂを有する。この表面６１２ａ，６１２ｂにより、原料ベッドＲの焼結原料を均一に押し広げることができる。よって、原料ベッドＲに形成される溝Ｇの内面をより確実に平滑にすることができ、返鉱の発生がさらに抑制される。

本実施形態において、外周部６１２は、耐摩耗性を向上させるための表面処理が施されていることが好ましい。これにより、焼結原料との接触による外周部６１２の摩耗が抑制され、円板６１の寿命を向上させることができる。

本実施形態では、外周部６１２に沿うように円板６１の両脇に設けられたスクレーパ６３により、円板６１の外周部６１２に付着した焼結原料を都度除去することができる。これにより、外周部６１２の表面６１２ａ，６１２ｂ上に付着した焼結材料が塊に成長するのを防止することができる。よって、焼結材料の外周部６１２への付着により、溝Ｇの形状が変化するのを防止することができる。

本実施形態では、位置調整機構６４により、パレット台車１４の幅方向（無端軌道１３の幅方向）における各円板６１の位置を調整することができる。これにより、原料ベッドＲ又は焼結ベッドの通気状態等に応じ、望ましい位置に溝Ｇを形成することができる。

本実施形態では、パレット台車１４上の原料ベッドＲに対し、点火前に溝Ｇを形成する。よって、点火炉３０が原料ベッドＲの焼結原料に点火し、パレット台車１４が焼成ゾーン１６を通過するとき、パレット台車１４の周囲の空気は、予め形成されている溝Ｇから焼結ベッドに流入する。焼結ベッドのうち、溝Ｇが形成されている部分は、溝Ｇが形成されていない部分と比較して層高が小さく、通気圧損が小さいため、多くの空気を吸い込むことになる。溝Ｇに吸い込まれた空気は、焼結ベッド内で溝Ｇの周囲にも拡散していく。よって、焼結原料に含まれるコークスの燃焼が促進され、焼成速度を向上させることができる。

また、本実施形態に係る焼結機１では、パレット台車１４が焼成ゾーン１６を通過した後、このパレット台車１４上の焼結ベッドが冷却される。焼結ベッドに溝Ｇが形成されていることにより、焼結ベッドの冷却を促進することができる。

図７から図９において、点火炉３０から排鉱部１２まで走行するパレット台車１４上の焼結層について、その反応状態を示す。図７は、従来の焼結機で形成される焼結層ＳＬａの縦断面図である。図８及び図９は、本実施形態に係る焼結機１で形成される焼結層ＳＬｂ，ＳＬｃの縦断面図である。図８は、冷媒供給装置５０による冷媒供給を実施しない場合の焼結層ＳＬｂ、図９は、冷媒供給装置５０による冷媒供給を実施した場合の焼結層ＳＬｃを示す。

図７から図９に示すように、点火炉３０によって焼結原料に点火された後、パレット台車１４が排鉱部１２に向かって走行している間に、焼結層ＳＬａ，ＳＬｂ，ＳＬｃの表面からグレート面（パレット台車１４のグレートバーの上面）に向かって焼成が進行する。焼成の進行につれて、燃焼・溶融帯が徐々に下方に移動していく。ここで、燃焼・溶融帯の下側の境界線Ｌ１がグレート面に到達する点を燃焼前線到達点ＦＦＰ、燃焼・溶融帯の上側の境界線Ｌ２がグレート面に到達する点を焼結完了点ＢＴＰと定義する。

従来の焼結機は、溝形成装置６０を有しない。このため、従来の焼結機の焼結層ＳＬａに溝Ｇは存在しない。従来の焼結機（図示略）は、循環フードの中間に大気を吸い込むためのゾーンが存在せず、高温の循環ガスを一様に焼結層に供給するようになっている。このため、冷却ゾーンであっても、２００℃程度の高温ガスが焼結層に供給される。よって、燃焼・溶融帯の層高（厚み）が大きくなり、通ガスの圧力損失が高くなっていた。これに対し、本発明者等は、焼成ゾーン１６の循環フード４２と、冷却ゾーン１７の循環フード４３との間に、大気を吸い込むためのゾーンを設けた焼結機を上記特許文献６において提案した。図７は、特許文献６で提案された焼結機で形成される焼結層ＳＬａの縦断面図を示したものである。

焼結層ＳＬａにおいて、高温の燃焼・溶融帯の厚みが大きくなると、溶融した部分が閉気孔となり、ガスの通路が閉塞されてしまう。その結果、焼結層ＳＬａにおける通ガスの圧力損失が高くなってしまうという問題があった。よって、燃焼・溶融帯の厚みが適切な厚みよりも大きくならないように、焼結機を操業する必要がある。しかしながら、図７のように、焼結ストランド上で焼結層ＳＬａを冷却するタイプの焼結機では、焼成ゾーン１６と冷却ゾーン１７とが連続しているため、冷却ゾーン１７のみパレット台車１４の走行速度を遅くして冷却を促進することができないという問題があった。よって、焼成速度及び冷却速度のうち、どちらか遅い方の速度にパレット台車１４の走行速度を合わせて運転せざるを得ず、燃焼・溶融帯の厚みが大きくなったりするため、パレット台車１４の走行速度を落として生産能率を落とさざるを得ない操業となっていた。図７に示す焼結層ＳＬａでは、冷却ゾーン１７においても燃焼・溶融帯が層高方向に広がっている。そのため、焼結層ＳＬａにおける閉気孔の生成がまだ多い場合、つまり通ガスの圧力損失が高い場合、さらなる冷却促進が必要である。閉気孔が生成されて凝固してしまうと、それ以降、閉気孔の生成部分で温度が下がっても、当該部分の通気抵抗は高いままである。図７において、燃焼・溶融帯より上方の相は、全て凝固した焼結完了帯である。したがって、燃焼・溶融帯の厚みを小さくすることが重要である。

一方、本実施形態に係る焼結機１は、溝形成装置６０を有している。このため、図８及び図９に示すように、焼結機１の焼結層ＳＬｂ，ＳＬｃには、予め形成された溝Ｇが存在する。焼結機１によれば、焼結層ＳＬｂ，ＳＬｃの通気抵抗改善及び冷却促進に関し、溝形成装置６０によって溝Ｇを形成した上で、水等の冷媒を注入するという２段階の対応が可能となる。

図８において、本実施形態に係る焼結機１の焼結層ＳＬｂにおける燃焼・溶融帯の境界線Ｌ１，Ｌ２を実線で、従来の焼結機の焼結層ＳＬａにおける燃焼・溶融帯の境界線Ｌ１，Ｌ２を破線で示す。図８に示すように、焼結機１の焼結層ＳＬｂでは、従来の焼結機の焼結層ＳＬａと比較して、燃焼前線到達点ＦＦＰ及び焼結完了点ＢＴＰが焼成ゾーン１６側に移動している。すなわち、焼結機１の場合、冷却ゾーン１７における燃焼・溶融帯の層高が従来の焼結機よりも小さくなっている。これは、溝Ｇを介して大気が燃焼・溶融帯に到達しやすくなった結果、焼成ゾーン１６と冷却ゾーン１７との間での焼結層の冷却が促進されたことによる。

また、焼結機１の焼結層ＳＬｂは、従来の焼結機の焼結層ＳＬａと比較し、焼成ゾーン１６における燃焼・溶融帯の層高も減少している。焼成ゾーン１６においても、溝Ｇを介して焼結層ＳＬｂに多くの空気が流入し、焼成速度が大きくなったためである。

このように、本実施形態に係る焼結機１は、焼結層ＳＬｂに溝Ｇを形成することにより、燃焼・溶融帯の層高を減少させ、焼結層ＳＬｂの通気性を向上させることができる。通気性が向上すると、焼成速度及び冷却速度が大きくなるため、焼結鉱の生産性を向上させることができる。

さらに、焼成ゾーン１６と冷却ゾーン１７との間で溝Ｇに水等の冷媒を供給した場合、冷却ゾーン１７における燃焼・溶融帯の層高がさらに小さくなる。図９において、本実施形態に係る焼結機１について、冷媒が供給される焼結層ＳＬｃの燃焼・溶融帯の境界線Ｌ２を実線で、冷媒が供給されない焼結層ＳＬｂの燃焼・溶融帯の境界線Ｌ２を破線で示す。

図９に示すように、焼結層ＳＬｃの焼結完了点ＢＴＰは、焼結層ＳＬｂと比較して焼成ゾーン１６側に移動している。焼結層ＳＬｃでは、焼成ゾーン１６と冷却ゾーン１７との間で冷媒が溝Ｇに供給された後、燃焼・溶融帯の層高が急激に小さくなり、冷却ゾーン１７においては燃焼・溶融帯がほとんど存在しない。これにより、焼結層ＳＬｃの通気性がさらに向上して冷却速度が大きくなる。よって、焼結鉱の生産性をより高めることができる。

なお、本実施形態において、溝Ｇにカルシウム分を供給してもよい。例えば、生石灰や消石灰等の微粉、又はカルシウムを含有するダスト類を気流に乗せて、溝Ｇに供給することができる。これにより、燃焼・溶融帯の表面の塩濃度が高くなるとともに当該表面が冷却されるため、溶融液の凝固を促進することができる。

以上、本開示に係る実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

上記実施形態において、焼結機本体１０には、焼成ゾーン１６及び冷却ゾーン１７が設けられているが、冷却ゾーン１７が設けられていなくてもよい。つまり、焼結機本体１０は、焼結原料を焼き切って焼結鉱を生成した後、この焼結鉱を冷却することなく排出してもよい。

上記実施形態では、焼結機１が冷媒供給装置５０を備えているが、冷媒供給装置５０を備えていなくてもよい。上述したように、冷媒供給装置５０から溝Ｇに冷媒を供給しない場合であっても、焼結層において良好な通気性を確保することができる。

上記実施形態では、溝形成装置６０は、溝Ｇを形成しながら原料ベッドの表面を押圧する押圧機構６５を有する。しかしながら、溝Ｇを形成した後で原料ベッドの表面を押圧してもよいし、原料ベッドを押圧するための機構自体が存在しなくてもよい。

１：焼結機
１３：無端軌道
１４：パレット台車
３０：点火炉
６１：円板
６１２：外周部
６１２ａ，６１２ｂ：表面
６２１：回転軸
６３：スクレーパ
６４：位置調整機構

Claims (5)

1. 焼結原料が装入され、無端軌道上を走行するパレット台車と、
   前記パレット台車上の前記焼結原料に点火する点火炉と、
   前記パレット台車の走行方向において前記点火炉の上流に配置され、前記無端軌道の幅方向に延びる回転軸周りに回転する円板と、
   を備え、
   前記円板は、
   前記パレット台車上の前記焼結原料に侵入して溝を形成する外周部であって、前記円板の内周側から外周側に向かって厚みが小さくなるように形成される前記外周部、
   を有する、焼結機。
2. 請求項１に記載の焼結機であって、
   前記外周部は、前記円板の中心を通り前記回転軸を含む平面で切断した断面で見て、テーパ状の表面を有する、焼結機。
3. 請求項１又は２に記載の焼結機であって、
   前記外周部は、耐摩耗性を向上させるための表面処理が施されている、焼結機。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の焼結機であって、さらに、
   前記パレット台車上の前記焼結原料の上方において、前記外周部に沿うように前記円板の両脇に配置されるスクレーパ、
   を備える、焼結機。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の焼結機であって、さらに、
   前記無端軌道の前記幅方向における前記円板の位置を調整する位置調整機構、
   を備える、焼結機。

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