JP5892316B2

JP5892316B2 - 焼結機および気体燃料供給方法

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Publication number: JP5892316B2
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Inventors: 友司岩見; 洋平瀧川
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Filing date: 2011-12-22
Publication date: 2016-03-23
Anticipated expiration: 2031-12-22
Also published as: JP2013130367A

Description

本発明は、高強度高品質の焼結鉱を製造する下方吸引式のドワイトロイド（ＤＬ）式の焼結機とその焼結機における気体燃料供給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、製鉄所内回収粉、焼結鉱篩下粉（返鉱）、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る。これらの原料は、ホッパ１・・・の各々から、コンベヤ上に所定の割合で切り出される。その後、この切り出した原料に、ドラムミキサー２ａ、２ｂ等により適量の水を加えて混合し、造粒して、平均径が３．０〜６．０ｍｍの擬似粒子である焼結原料とする。一方、無端移動式のパレット８のグレート上に、５．０ｍｍ未満に整粒された返鉱を床敷ホッパ４から切り出して敷設して床敷層を形成する。その後、その上に、焼結機上に配設されたサージホッパ５からドラムフィーダ６と切り出しシュート７を介して、前述した焼結原料を装入し、カットオフプレート１２で装入層表面の凹凸を掻き均して、焼結ベッドともいわれる焼結原料の装入層９を形成する。装入層の厚さ（高さ）は通常４００〜８００ｍｍ前後である。その後、原料装入層９の上方に設置された点火炉１０で、この装入層９の表層中の炭材に点火するとともに、パレット８の下に配設されているウインドボックス１１を介して空気を下方に吸引することにより、該装入層中の炭材を順次燃焼させ、このときに発生する燃焼熱によって、前記焼結原料を燃焼、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、整粒し、５．０ｍｍ以上の塊成物からなる成品焼結鉱とし、５．０ｍｍ未満の塊成物は返鉱とする。

前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表層中の炭材は、その後、ウインドボックス１１によって装入層を通して上方から下方に向かって吸引される空気によって燃焼を続け、その燃焼帯は、図２に示すように、パレット８の移動につれて次第に下層方向に進行する。この燃焼の進行にともない、装入層の焼結原料粒子中に含まれる水分は、炭材の燃焼熱によって気化し、下方に吸引されて、まだ温度が上昇していない下層の焼結原料中に濃縮して湿潤帯を形成する。その水分濃度がある程度以上になると、吸引ガスの流路である焼結原料粒子間の空隙が水分によって埋められ、通気抵抗が増大する。また、上記湿潤帯以外に、燃焼帯に発生する焼結化反応に必要な溶融部分も、通気抵抗を高める要因となる。

焼結機の生産量（ｔ／ｈｒ）は、一般に、焼結生産率（ｔ／ｈｒ・ｍ^２）×焼結機面積（ｍ^２）で定義される。したがって、焼結機の生産量は、焼結機の機幅や機長、原料堆積層の厚さ（装入層厚さ）、焼結原料の嵩密度、焼結（燃焼）時間、歩留などにより変化する。そして、焼結鉱の生産量を増加させるには、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、厚さが６００ｍｍの装入層中を移動する燃焼（火炎）前線が、該装入層のパレット上約４００ｍｍ（装入層表面から２００ｍｍ）の位置にあるときにおける装入層内の圧損と温度の分布を示したものである。このときの圧損分布は、湿潤帯におけるものが約６０％、燃焼・溶融帯におけるものが約４０％であることを示している。

図４は、焼結鉱の高生産時と低生産時の装入層内の温度分布を示したものである。この図において、原料粒子が溶融し始める１２００℃以上の温度に保持される時間（以降、「高温域保持時間」と称する）を、低生産の場合はｔ_１、高生産の場合はｔ_２と表わしている。高生産のときには、パレットの移動速度を上げるため、高温域保持時間ｔ_２が、低生産のときのｔ_１と比べて短くなる。高温域保持時間が短くなると、焼成不足となり、焼結鉱の冷間強度の低下を招き、歩留が低下する。したがって、焼結機の生産量を高めるためには、短時間の焼結においても、高温域保持時間を十分に確保し、焼結鉱の冷間強度を高めて、歩留の維持、向上を図ることが重要とある。なお、焼結鉱の冷間強度を表す指標としては、一般に、ＳＩ（シャッターインデックス）、ＴＩ（タンブラーインデックス）が用いられる。

図５（ａ）は、パレット上の装入層における焼結の進行過程を、図５（ｂ）は、装入層内の焼結過程における温度分布（ヒートパターン）を、図５（ｃ）は、焼結ケーキの歩留分布を示したものである。図５（ｂ）からわかるように、装入層の上部は下層部に比べて温度が上昇し難く、高温域保持時間も短くなる。そのため、この装入層上部では、燃焼溶融反応（焼結化反応）が不十分となり、焼結ケーキの強度が低くなるため、図５（ｃ）に示すように、歩留が低く、生産性の低下を招く要因となっている。

こうした問題点に鑑み、従来から、装入層上層部を高温に保持するための技術が幾つか提案されている。例えば、特許文献１は、装入層上層に点火後、装入層上に気体燃料を噴射する技術を開示している。しかし、この技術は、気体燃料（可燃性ガス）の種類が不明であるが、高濃度のガスをそのまま供給している。しかも、可燃性ガスの吹き込みに際し、炭材量を削減していないため、焼結層内が、１３８０℃を超える高温となる。そのため、この技術では、冷間強度の向上や歩留の改善効果を十分に享受できない。しかも、この技術は、点火炉の直後で可燃性ガスを噴射した場合、焼結ベッド上部空間で可燃性ガスが燃焼し、火災を起こす危険性が高く、実用化には至っていない。

また、特許文献２も、原料装入層上層に点火後、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を開示している。この技術では、点火後、約１〜１０分程度の可燃性ガスの供給が好ましいとされているが、点火直後の表層部は、赤熱状態の焼結鉱が残存しており、供給の仕方によっては可燃性ガスの燃焼により火災を起こす危険が高い。また、具体的記述は少ないが、焼結帯で燃焼すると、燃焼ガスによる温度上昇と熱膨張により通気性がさらに悪化するため、生産性を低下させてしまう傾向にあるので、これまで実用化には至っていない。また、この技術も、可燃性ガスの吹込みに際して炭材量を削減していないため、焼結層内が１３８０℃を超える高温となる。そのため、焼結鉱の冷間強度の向上や歩留の改善効果を十分に享受できないばかりでなく、得られる焼結鉱も被還元性の悪いものとなる。

また、特許文献３は、焼結原料装入層内を高温にするため、装入層の上方にフードを配設し、そのフードを通じて空気と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ことを開示している。しかし、この技術も、焼結層内の燃焼溶融帯の温度が１３８０℃を超える高温となるため、コークス炉ガス吹き込みの効果を享受できないとともに、可燃性混合ガスが焼結ベッド上部空間で燃焼し、火災を起こす危険性があり、実用化されていない。

また、特許文献４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方法を開示している。しかし、この方法も、また、装入層表面に火炎がまだ残留した状態で可燃性ガスを吹き込むため、焼結ベッド上部空間で火災を起こす危険性が高く、また、焼結帯の幅を十分に厚くできない（約１５ｍｍ未満）ため、可燃性ガス吹き込みの効果を十分に享受することができない。さらに、低融点溶剤が多く添加しているため、装入層上層部で過剰な溶融を起こして空気の流路となる気孔を閉塞し、通気性を悪化させることから、生産性の低下を招く。したがって、この技術もまた、現在に至るまで実用化されていない。

以上説明したように、これまで提案された従来技術は、いずれも実用化には至っていない。そのため、実施可能な可燃性ガス吹込み技術の開発が切望されていた。
そこで、上記問題点を解決する技術として、出願人は、特許文献５において、焼結機のパレット上に堆積させた焼結原料装入層の上から燃焼下限濃度以下に希釈した各種気体燃料を供給して装入層内に導入し、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何れか一方または双方を調整する方法を提案している。

特開昭４８−１８１０２号公報特公昭４６−２７１２６号公報特開昭５５−１８５８５号公報特開平５−３１１２５７号公報ＷＯ２００７／０５２７７６号公報

上記特許文献５の技術によれば、下方吸引式の焼結機において、所定濃度に希釈した気体燃料を装入層内に供給（導入）し、装入層内の目標とする位置で燃焼させる気体燃料供給を行うことにより、焼結原料の燃焼時の最高到達温度や高温域保持時間を適正に制御することができ、ひいては、熱量不足により焼結鉱の冷間強度が低くなりやすい装入層上層部のみならず、装入層中層部以下の任意の部分における焼結鉱の強度を高めるような操業を行うことができる。また、この技術では、供給する気体燃料の熱量に相当する以上の炭材添加量を削減することができるため、原料コストの低減のみならず、ＣＯ_２排出量の削減にも効果がある。

しかし、上記のように気体燃料を供給する焼結操業を行う場合、供給した気体燃料は、焼結原料の装入状態（例えば、粒度分布、空隙率、嵩密度等）によって、装入層内を通過する気体燃料の量（装入層内への気体燃料供給量）に偏差が生じ、特に、パレット幅方向において偏差を生じやすい。そのため、気体燃料供給量が低下した部分は、気体燃料を供給する焼結操業において炭材添加量を削減した上で、さらに気体燃料の供給量も低下することになるため、焼結に必要な最高到達温度や高温域保持時間を確保することができなくなり、焼結鉱の強度が低下し、成品歩留りの低下や生産性の低下を招くことになる。

本発明は、上記従来技術における問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、気体燃料を供給して焼結操業を行う下方吸引式の焼結機において、焼結機のパレット幅方向における気体燃料供給量の不均一を解消し、焼結に必要な熱量を十分確保することによって、高強度高品質の焼結鉱を高い歩留りで安定して製造することができる焼結機を提供すると共に、その焼結機における気体燃料供給方法を提案することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、循環移動するパレットと、前記パレット上に焼結原料を装入して装入層を形成する原料供給装置と、前記装入層の表層の炭材に点火する点火炉と、前記パレットの下方に配設されたウインドボックスと、前記点火炉の下流側に配設され、気体燃料を、装入層の上方で噴射して空気と混合し、燃焼下限濃度以下に希釈して装入層内に供給する気体燃料供給装置と、前記気体燃料供給装置を囲むフードと、排鉱部で焼結ケーキ断面を撮像する撮像装置と、前記撮像装置で得た撮像画像を温度分布情報に変換し、前記装入層内を通過する気体燃料の量の偏差によって生じる焼結ケーキの幅方向断面内の熱量不足領域を検出する熱量不足領域検出装置と、前記熱量不足領域検出装置で検出した焼結ケーキ幅方向断面内の熱量不足領域の情報に基いて、当該領域への気体燃料供給量を増加させる気体燃料供給量制御装置を備えてなる焼結機である。

本発明の焼結機における前記撮像装置は、排鉱部から排出される前の焼結ケーキ断面画像を撮像するカメラを有し、前記熱料不足領域検出装置は、前記カメラで得たケーキ断面画像を画像処理して温度情報に変換し、前記焼結ケーキ断面内幅方向の熱量不足領域を特定する画像処理装置を有することを特徴とする。

また、本発明の焼結機における前記気体燃料供給量制御装置は、前記熱量不足領域検出装置からの熱量不足領域情報を気体燃料制御部にフィードバックし、前記熱量不足領域への気体燃料供給量を他領域より増加させることを特徴とする。

また、本発明の焼結機における前記気体燃料供給装置は、パレットの移動方向に並行かつ幅方向に複数本配列した気体燃料供給配管を有し、気体燃料供給量制御装置からの指示により、パレット幅方向に複数配列した気体燃料供給配管から噴射する気体燃料の供給量を個々に制御する機能を有することを特徴とする。

また、本発明の焼結機における前記気体燃料は、高炉ガス、コークス炉ガス、高炉・コークス炉混合ガス、都市ガス、天然ガス、メタンガス、エタンガス、プロパンガスおよびそれらの混合ガスのうちから選ばれるいずれかの可燃性ガスであることを特徴とする。

また、本発明は、上記いずれかの焼結機における気体燃料供給方法であって、排鉱部で焼結ケーキ断面内の幅方向温度分布を測定し、得られた温度分布から熱量不足領域を特定し、その熱量不足領域に対して気体燃料供給量を増加させることを特徴とする焼結機の気体燃料供給方法を提案する。

本発明によれば、下方吸引式焼結機における気体燃料供給焼結操業において、焼結機の排鉱部から排出される焼結ケーキ断面におけるパレット幅方向の温度分布を計測し、その結果からパレット幅方向における熱量不足領域を推定し、その熱量不足領域に対して気体燃料を増加して供給することで、熱量不足領域における焼結不足を解消し、高強度高品質の焼結鉱を高い歩留りで安定して製造することが可能となる。

従来の焼結機の概略図である。焼結の進行に伴う装入層内の変化を模式的に説明する図である。焼結層内における圧損と温度分布を説明する図である。高生産時と低生産時の温度分布と高温域保持時間を比較した説明図である。装入層内厚さ方向における温度履歴の変化と、装入層幅方向断面内の歩留分布を示すグラフである。本発明の実施に用いる焼結機の一形態を示す概略図である。気体燃料供給装置の概略構成を示す斜視図である。気体燃料供給装置のパレット幅方向の模式的横断面図である。気体燃料供給装置の気体燃料噴射状態を説明する図である。本発明の焼結機の気体燃料供給系統を説明する図である。通気抵抗（嵩密度）の変動の影響を調べる実験を説明する図である。本発明における気体燃料供給量制御手順のフローチャートである。焼結機の排鉱部後方で、焼結ケーキ断面内の温度分布を観察した結果を示す写真である。

以下、本発明の実施の形態について具体的に説明する。
図６は、本発明を適用することができる焼結機の概略構成図であって、前述したように、鉄鉱石粉、製鉄所内回収粉、焼結鉱篩下粉、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の各原料を個々のホッパ１から切り出し、ドラムミキサー２ａ，２ｂにより適量の水と共に混合し、造粒して、平均径が３．０〜６．０ｍｍの擬似粒子である焼結原料とし、これを焼結機３のサージホッパ５に貯留すると共に、細粒の焼結鉱（返鉱）を床敷ホッパ４に貯留しておく。

焼結機３は、床敷ホッパ４およびサージホッパ５の下方に配設された無端移動式のパレット８を有し、パレット８の移動に伴って、床敷ホッパ４から細粒の焼結鉱（返鉱）を切り出してパレット８のグレート上に床敷層を形成し、この床敷層上に、サージホッパ５からドラムフィーダ６と切り出しシュート７を介して、焼結原料を装入した後、装入層の上表面の凹凸をカットオフプレート１２によって掻き均して平滑化し、焼結ベッドとも言われる厚さ（高さ）が４００〜８００ｍｍ程度の原料装入層９を形成する。ここで、床敷ホッパ４、サージホッパ５、ドラムフィーダ６および切り出しシュート７で供鉱部を構成している。

カットオフプレート１２の下流側かつ原料装入層９の上方には、点火炉１０が配設され、この点火炉１０で、原料装入層９の表層中の炭材に点火する。点火炉１０の燃料ガスには、一般に、Ｃガス（コークス炉ガス）が用いられている。

さらに、点火炉１０の下流側には、気体燃料供給装置１３がパレット８の移動方向に直列に隣接して配設され、原料装入層９表層の炭材への点火後の位置で原料装入層９内への希釈気体燃料の供給が行われる。すなわち、気体燃料供給装置１３は、点火炉１０の下流側かつ燃焼・溶融帯が装入層９の表層下に進行した以降の任意の位置に１または２以上（図６では３台）配設される。気体燃料供給装置の大きさ、位置および設置数は、目標とする製品焼結鉱の冷間強度および被還元性を適正化する観点から決められる。

装入層９が形成されたパレット８の下側には、装入層９中の炭材に点火されて形成された燃焼・溶融帯を、パレット８の移動に伴って、順次、装入層９の下層側に移行させるため、空気を装入層９の上層から下層方向に吸引するウインドボックス１１が配設されている。

気体燃料供給装置１３は、それぞれ、図７および図８に模式的に示すように、上端を開放したフード１４で囲われている。このフード１４は、パレット８の移動方向前後と両幅端部の四方に形成されたフード基部１４ａと、このフード基部１４ａの上端を延長して配設された、透過率が例えば４５％のパンチメタル等で構成される、飛散防止フェンス１４ｂとで構成されている。

また、図８に模式的に示すように、フード１４内には、パレット８の搬送方向に沿って延長し、頂部を上方とする断面へ字状の邪魔板１５ａをパレット８の幅方向に所定のピッチで所定本数平行に配設した邪魔板列１５ｂを、さらに、上下方向に位置をずらして千鳥状（トーナメント状）またはラビランス状に複数段（図８では３段）配設した邪魔板群１５が設置されている。

この邪魔板群１５によって、吸引された空気は、邪魔板１５ａ間を通過する際の渦流形成が抑制され、整流化されることによって、後述する気体燃料供給配管３１から供給される気体燃料と均一に混合し、希釈されると共に、希釈された気体燃料が外部に漏洩するのを防止することができる。

そして、上記フード基部１４ａの内部には、気体燃料供給配管３１が、パレット８の移動方向に沿って、かつ、パレット幅方向に所定のピッチで平行に複数本、例えば、図７および図８では７本配設されている。これらの気体燃料供給配管３１のそれぞれには、図９に示すように、開口または噴射ノズル等の気体燃料の噴射口３１ａが所定のピッチで設けられており、それらの噴出口３１ａから気体燃料３２が大気中に高速で噴射され、瞬時に燃焼下限濃度以下に希釈される。

上記開口部または噴射ノズルの気体燃料の噴射口３１ａは、水平方向に向けられ、かつ、図９のように、隣接する気体燃料供給配管の噴射口とは位置をずらして、例えば、千鳥状に配設されているため、噴射される気体燃料３２が互いに干渉することなく、均一に混合される。噴射される気体燃料３２は、上記のようにして均一化された後、パレット８下のウインドボックス１１によって吸引され、装入層９内に導入される。

なお、上記気体燃料３２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）、天然ガス（ＬＮＧ）、都市ガス、メタンガス、エタンガス、プロパンガスおよびそれらの混合ガスのうちから選ばれるいずれかの可燃性ガスを用いることができる。

また、各気体燃料供給装置への気体燃料の供給系統について、７本の気体燃料供給配管を配設した気体燃料供給装置１３が３台設置された、図１０に示した例で説明すると、各気体燃料供給装置１３へ供給される気体燃料３２は、まず、気体燃料供給本管４１から各気体燃料供給装置１３へ通じる、遮断弁４４が介挿された気体燃料供給枝管４２ａ〜４２ｃに分岐されて個々の気体燃料制御部４３ａ〜４３ｃに供給される。次いで、気体燃料制御部４３ａを例にとって説明すると、上記気体燃料供給枝管４２ａに供給された気体燃料は、上記遮断弁４４の下流側に設置された分岐部４５で７系統の分岐管４６に供給され、その後、気体燃料を大気中に噴射する噴射口３１ａを有する気体燃料供給配管３１に供給される。なお、上記各々の分岐管４６には、流量計４７および流量調節弁４８がその順に介挿されており、各々の分岐管４６に流れる気体燃料の流量を、後述する気体燃料供給量制御装置２４からの指示により調整可能、すなわち、パレット幅方向の気体燃料の供給量を調整可能となっている。

上記気体燃料供給配管３１から供給される気体燃料３２は、パレット幅方向に均一化されて装入層９内に導入される。しかしながら、何らかの原因によって、パレット幅方向における装入層内を流れる空気や気体燃料の通気抵抗（圧損）に不均一が生じた場合には、通気抵抗の高い部分には空気や気体燃料が少なく、通気抵抗の低い部分には空気や気体燃料が多く供給されるため、パレット幅方向で気体燃料の供給量に偏差が生じる。特に、気体燃料供給操業を行っている場合、焼結原料に添加される炭材量を削減しているため、気体燃料供給量の偏差の影響は大きく、供給量が少ない領域では、焼結に必要な熱量を十分に確保できずに焼結不足を起こし、その結果、その領域では、焼結鉱の強度が低下し、歩留りや生産性を低下することになる。

上記のような通気抵抗（圧損）に不均一が生じる原因としては、例えば、原料供給装置から焼結原料をパレット上に装入するときの装入量のパレット幅方向のバラつき（偏差）や、その後に行われるカットオフプレートによる焼結原料上表面の凹凸を掻き均し（平坦化）によって凸部が圧密化され、パレット幅方向の焼結原料の嵩密度に変化が生じた場合、あるいは、パレット幅方向で装入される焼結原料の粒度分布に偏差が生じた場合等があり、いずれも、現時点では完全に解消することが難しい問題の一つとなっている。

嵩密度が大きい領域や粒度分布が小さい領域は、装入原料の量が他の領域より多いため、焼結に必要な熱量は大きくなるにも拘らず、通気抵抗が増大しているため、気体燃料供給量（供給熱量）が減少し、焼結に必要な熱量を十分に確保できずに焼結不足となり、その結果、その領域では、焼結鉱の強度が低下し、歩留りや生産性が低下することになる。特に、気体燃料供給操業を行っている場合、焼結原料に添加される炭材量を削減しているため、上記気体燃料供給量の偏差の影響は大きい。

表１に示した配合割合からなる焼結原料を、ドラムミキサーに投入し、約５ｍｍφの大きさに造粒した。この際、得られる焼結鉱中のシリカは４．９ｍａｓｓ％、塩基度は２．０となるように調整した。次いで、上記造粒粒子に炭材（粉コークス）を添加して、鍋寸法が奥行き：４００ｍｍ×幅：８００ｍｍ×高さ：４００ｍｍの焼結試験鍋に充填して装入層を形成した。この際、装入層の形成は、図１２（ａ）に示したように、単に焼結原料を１．５ｋｇ／ｍ^３で均一に充填しただけのもの（装入条件１）と、図１２（ｂ）に示したように、焼結試験鍋の幅方向１／２の部分（４００ｍｍ）の嵩密度を１．１ｋｇ／ｍ^３と小さくし、残りの幅方向１／２の部分（４００ｍｍ）の嵩密度を１．９ｋｇ／ｍ^３と大きくし、全体の嵩密度を図１２（ａ）と同じ１．５ｋｇ／ｍ^３となるように充填したもの（装入条件２）の２条件とした。

次いで、焼結試験鍋の装入層表面に点火することなく冷間状態において、試験鍋の下方からブロアでガスを吸引し、装入層表面におけるガスの流速を測定し、その結果を表２に示した。この結果から、焼結原料を均一に充填した装入条件１では、幅方向でガス流速はほぼ一定で０．４０ｍ／ｓｅｃであるのに対して、嵩密度を幅方向で変えた装入条件２のガス流速は、嵩密度が大きい側が０．２ｍ／ｓｅｃ、嵩密度が小さい側が０．５ｍ／ｓｅｃで、平均ガス流速は０．３７ｍ／ｓｅｃであった。

次いで、試験鍋の上方に設置した点火装置で装入層表層の炭材に点火し、焼結途中でＬＮＧを０．４ｖｏ１％に希釈した気体燃料を供給する場合としない場合の２条件に分けて、表３に示すＴ１〜Ｔ４の４条件で、焼結実験を行った。なお、Ｔ１〜Ｔ４の各条件では、焼成時における全体風量を一定に制御して実験を行った。焼結原料中の炭材添加量は、ＬＮＧを供給しないＴ１およびＴ２の条件では５．０ｍａｓｓ％とし、ＬＮＧを供給するＴ３およびＴ４の条件では４．６ｍａｓｓ％に削減した。また、この焼結実験では、焼結に要した時間を測定するとともに、得られた焼結鉱について、シャッター強度ＳＩをＪＩＳＭ８７１１に準じて測定し、成品歩留りを求め、その結果を表３に併記した。なお、不均一充填の場合には、シャッター強度ＳＩと成品歩留りの測定は、嵩密度が大きい部分と小さい部分を合わせた全体について測定した。

上記の試験の結果から、気体燃料を供給する場合も、しない場合も、焼結原料の嵩密度を不均一にして充填した場合には、焼結歩留まりが低下していることがわかる。

上記のような通気抵抗が高く、焼結に必要な熱量が不足している部分は、焼結機の排鉱部でパレットが転回して焼結ケーキが排出される際に露出する焼結ケーキの断面の赤熱状態、すなわち、温度分布を観察することにより凡そ推定することができる。
そこで、本発明では、気体燃料供給操業を行う焼結機に対して、原料装入層の通気抵抗が高く気体燃料の供給不足に起因した熱量不足を解消するため、焼結機の排鉱部の後方において、パレットから排出される直前の焼結ケーキ断面の温度分布を測定して熱量不足領域を特定する熱量不足領域検出装置２１と、上記熱量不足領域検出装置の検出結果に基いて、その領域における気体燃料の供給量を調整する（増加する）よう指示する気体燃料供給量制御装置２４を設置することで、パレット幅方向の熱量を均一化することとした。

ここで、上記熱量不足領域検出装置２１は、図１２に示したように、排鉱部から排出される直前の焼結ケーキ断面に対向して設置され、焼結ケーキ断面の熱分布画像を撮像するカメラ２２と、上記カメラ２２によって得られた熱分布画像を画像処理して焼結ケーキ断面幅方向の温度分布を測定し、熱量不足領域を特定し、その結果を気体燃料供給量制御装置２４に出力する画像処理装置２３を有するものであることが好ましい。上記熱分布画像を撮像するカメラ２２としては、焼結ケーキ断面の熱分布画像が得られるものであれば、いずれでもよいが、例えば、赤外線カメラやサーモグラフィカメラ（サーモビュア）等を用いることができる。また、上記熱分布画像が得られるもの以外に、焼結ケーキ断面の輝度分布画像を得ることができるカメラを用いてもよい。画像の輝度は、温度に基づくものであり等価であるからである。

また、上記画像処理装置２３おける熱量不足領域の特定は、上記赤外線カメラやサーモグラフィカメラ（サーモビュア）等のカメラ２２で得られた熱分布画像からパレット幅方向の温度分布を求め、その温度分布がパレット幅方向のほぼ全域にわたって所定の温度以上である場合には焼結が正常に行われたと判定し、一方、その温度分布がパレット幅方向において、所定の温度以下の低温部分が所定の幅以上にわたって存在する場合には、その低温部分は通気性不良等に起因した熱量不足領域と判定する。なお、上記熱量不足領域の特定は、焼結ケーキの温度分布に代えて、得られた熱分布画像の輝度や、所定の輝度以上の赤熱帯の幅を測定し、その輝度や幅の大小に基いて行ってもよい。

そして、本発明では、上記熱量不足領域検出装置２１によって特定された熱量不足領域の情報を気体燃料供給量制御装置２４に伝達し、その気体燃料供給量制御装置２４からの指示に基いて、熱量不足領域における気体燃料供給量を他領域より増加させるよう気体燃料制御部４３ａ〜４３ｃに対してフィードバックする。具体的には、気体燃料供給量制御装置２４は、上記熱量不足領域データに基いて、個々の気体燃料制御部４３ａ〜４３ｃの分岐管４６に配設された流量調節弁４８の開度を調節し、熱量不足領域への気体燃料供給量を増加する。これにより、熱量不足領域における発熱量が増加し、熱量不足による焼結不足の問題点が解消されることになる。

なお、気体燃料供給量を増加させる量は、点火不良領域とその他の領域における温度や輝度の差等に応じて、基準供給量に対して５０〜２００％の範囲で変化させるのが好ましい。基準供給量に対して増加量が５０％未満では、気体燃料増量効果が十分ではなく、熱量不足を解消できないおそれがあり、一方、２００％を超えると、滞留状況によっては、燃焼下限濃度を上回るおそれが生じるからである。ただし、点火不良領域と特定された領域に対して、単純に気体燃料を基準供給量に対して５０〜２００％の範囲で増量させてもよい。

また、熱量不足領域への気体燃料供給量を増加する方法については、熱量不足領域直上に配設された気体燃料供給配管からの気体燃料供給量のみを増加させ、他の領域からの気体燃料供給配管からの気体燃料供給量を一定に保持する方法でもよいし、気体燃料供給量を装置全体で一定とし、熱量不足領域直上に配設された気体燃料供給配管からの気体燃料供給量を増加させ、その分、他の領域からの気体燃料供給配管からの気体燃料供給量を低減する方法でもよい。

なお、本発明のように、パレット幅方向の一部の領域において気体燃料の供給量（濃度）を変化させる場合には、パレット幅方向に平行に並ぶ気体燃料供給配管の間に仕切板等を配設したり、上記気体燃料供給配管の設置高さを下げて原料装入層表面に近接させたりすることで、他の領域への気体燃料の拡散を抑制することも好ましい。

パレット幅が５ｍ、有効機長が８２ｍで、気体燃料供給配管をパレット幅方向に８００ｍｍ間隔で６本配設した長さが７．５ｍの気体燃料供給装置を３基備え、気体燃料供給配管から１本当り２２ｍ^３（ｎｔｐ）／ｈｒの気体燃料を原料装入層内に供給して焼結操業を行う焼結機に、図１２に示したように、排鉱部から排出される前の焼結ケーキ断面に対向し、焼結ケーキ断面画像を撮像するカメラ（アイゼック（株）製：ＣＣ−１０６）と、上記カメラによって得られた画像を画像処理による温度情報に変換し、焼結ケーキ断面幅方向の温度分布を測定し、熱量不足領域を特定する画像処理装置と、上記画像処理装置で特定した熱量不足領域情報に基いて、熱量不足領域に供給される分岐管に設置された流量調節弁の開度を調整するよう指示する気体燃料供給量制御装置を設置し、熱量不足領域に対して気体燃料の供給量を増加する本発明の気体燃料供給方法を適用した本発明例の焼結操業と、適用しない比較例の焼結操業との返鉱発生率を比較する実験を行なった。なお、この焼結実験では、焼結原料中への炭材添加量は４．０ｍａｓｓ％、ＬＮＧの希釈濃度は０．４ｖｏｌ％とした。また、本発明の気体燃料供給方法では、具体的には、熱量不足領域直上に配設された気体燃料供給配管からの供給量を、熱量不足の程度に応じて０〜２００％の範囲で増加させ、他の領域上の気体燃料供給配管からの供給量を減少させて、気体燃料供給装置３基全体での気体燃料供給量は３９０ｍ^３（ｎｔｐ）／ｈｒで一定に制御した。

図１３は、本発明の気体燃料供給方法を適用しない場合と、適用した場合における、排鉱部の焼結ケーキ断面の熱分布画像を比較して示したものであり、本発明の方法を適用することにより、パレット幅方向の熱量不足領域が大幅に縮小していることがわかる。
また、表４は、本発明の気体燃料供給方法を適用しない場合と、適用した場合における、返鉱発生率を比較して示したものであり、本発明の適用することによって、返鉱発生率が約２．２％低下していることがわかる。これは、本発明の適用することによって、熱量不足領域が解消され、焼結が均一かつ十分に行われた結果、焼結鉱の強度が上昇して破砕後の細粒焼結鉱が減少し、成品歩留りが向上したことを示している。

本発明の技術は、通気性不良部分による熱量不足の解消に有効であるだけでなく、点火不良により熱量不足となった領域の解消にも有効である。

１：ホッパ２ａ、２ｂ：ドラムミキサー２ａ、２ｂ
３：焼結機４：床敷ホッパ
５：サージホッパ６：ドラムフィーダ
７：切り出しシュート８：パレット
９：原料装入層（焼結ベッド）１０：点火炉
１１：ウインドボックス１２：カットオフプレート
１３：気体燃料供給装置
２１：熱量不足領域検出装置２２：撮像装置（カメラ）
２３：画像処理装置２４：気体燃料供給量制御装置
３１：気体燃料供給配管３１ａ：気体燃料の噴射口
３２：気体燃料
４１：気体燃料供給本管４２ａ〜４２ｃ：気体燃料供給枝管
４３ａ〜４３ｃ：気体燃料制御部４４：遮断弁
４５：分岐部４６：分岐管
４７：流量計４８：流量調節弁

Claims

循環移動するパレットと、
前記パレット上に焼結原料を装入して装入層を形成する原料供給装置と、
前記装入層の表層の炭材に点火する点火炉と、
前記パレットの下方に配設されたウインドボックスと、
前記点火炉の下流側に配設され、気体燃料を、装入層の上方で噴射して空気と混合し、燃焼下限濃度以下に希釈して装入層内に供給する気体燃料供給装置と、
前記気体燃料供給装置を囲むフードと、
排鉱部で焼結ケーキ断面を撮像する撮像装置と、
前記撮像装置で得た撮像画像を温度分布情報に変換し、前記装入層内を通過する気体燃料の量の偏差によって生じる焼結ケーキの幅方向断面内の熱量不足領域を検出する熱量不足領域検出装置と、
前記熱量不足領域検出装置で検出した焼結ケーキ幅方向断面内の熱量不足領域の情報に基いて、当該領域への気体燃料供給量を増加させる気体燃料供給量制御装置を備えてなる焼結機。
前記撮像装置は、排鉱部から排出される前の焼結ケーキ断面画像を撮像するカメラを有し、
前記熱料不足領域検出装置は、前記カメラで得たケーキ断面画像を画像処理して温度情報に変換し、前記焼結ケーキ断面内幅方向の熱量不足領域を特定する画像処理装置を有することを特徴とする請求項１に記載の焼結機。
前記気体燃料供給量制御装置は、前記熱量不足領域検出装置からの熱量不足領域情報を気体燃料制御部にフィードバックし、前記熱量不足領域への気体燃料供給量を他領域より増加させることを特徴とする請求項１または２に記載の焼結機。
前記気体燃料供給装置は、パレットの移動方向に並行かつ幅方向に複数本配列した気体燃料供給配管を有し、気体燃料供給量制御装置からの指示により、パレット幅方向に複数配列した気体燃料供給配管から噴射する気体燃料の供給量を個々に制御する機能を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の焼結機。
前記気体燃料は、高炉ガス、コークス炉ガス、高炉・コークス炉混合ガス、都市ガス、天然ガス、メタンガス、エタンガス、プロパンガスおよびそれらの混合ガスのうちから選ばれるいずれかの可燃性ガスであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の焼結機。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の焼結機における気体燃料供給方法であって、
排鉱部で焼結ケーキ断面内の幅方向温度分布を測定し、得られた温度分布から熱量不足領域を特定し、その熱量不足領域に対して気体燃料供給量を増加させることを特徴とする焼結機の気体燃料供給方法。