JP6213734B2

JP6213734B2 - 焼結鉱の製造方法

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Publication number: JP6213734B2
Application number: JP2014032584A
Authority: JP
Inventors: 友司岩見; 信幸大山; 山本　哲也; 哲也山本; 隆英樋口; 陽介栗木
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2014-02-24
Filing date: 2014-02-24
Publication date: 2017-10-18
Anticipated expiration: 2034-02-24
Also published as: JP2015157979A

Description

本発明は、下方吸引式のドワイトロイド（ＤＬ）焼結機を用いて粉状の鉄鉱石を塊成化し、高炉に装入する鉄源として好適な焼結鉱を製造する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、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原料、生石灰等の造粒助剤、粉コークスや無煙炭などの炭材（固体燃料）を原料とし、無端移動床型火格子式焼結機であるドワイトロイド（ＤＬ）焼結機（以下、単に「焼結機」と記載する。）を用いて製造される。具体的には、上記焼結鉱の原料は、ドラムミキサー等において適量の水を加えながら混合・造粒して平均粒径が３〜６ｍｍ程度の擬似粒子（造粒粒子）とする。この造粒粒子は、乾燥した後、焼結鉱の原料（以降、「焼結原料」という）として、焼結機の給鉱部において、無端移動式のパレット上に装入され、焼結ベッドとも呼ばれる装入層を形成する。装入層の厚さは、通常、４００〜８００ｍｍ程度である。その後、給鉱部の下流の装入層上方に設置された点火炉によって、装入層上表層中の炭材に点火すると同時に、パレット下方に配設されたウインドボックス（風箱）を介して装入層上方の空気を装入層内に吸引・導入することによって、装入層内の炭材が燃焼して、燃焼帯が形成され、る。この燃焼帯では、炭材の燃焼熱によって焼結原料が溶融して焼結反応が進行する。燃焼帯は、パレットが下流側へ移動するのに伴い、装入層の上層から下層に向かって移行し、その後には、燃焼帯が通過した後には、焼結ケーキが生成されている。その後、上記焼結ケーキは、破砕した後、クーラーで冷却され、整粒されて、所定粒度（例えば、５．０ｍｍ以上）の塊成物からなる成品焼結鉱として回収される。

焼結機の生産量（ｔ／ｈｒ）は、一般に、焼結機の生産率（ｔ／ｈｒ・ｍ^２）×焼結機の炉床面積（ｍ^２）で表される。即ち、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）、焼結原料の嵩密度、焼結時間（パレット移動速度）、成品歩留りなどによって変化する。そして、焼結鉱の生産量を高めるには、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１は、燃焼帯の前線が、堆積層の厚さが６００ｍｍの装入層内を移動して、装入層のパレット上約４００ｍｍ（装入層の上表面から２００ｍｍ）の位置にあるときの、装入層内における圧損分布と温度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。

また、図２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。なお、図中には、焼結原料（造粒粒子）が溶融し、焼結反応が起こり始める１２００℃以上の温度に保持される時間（以降、この時間を「高温域保持時間」と称する）は、低生産時をｔ_１、生産性を重視した高生産時をｔ_２で表している。高生産時には、パレット移動速度を上げるため、高温域保持時間ｔ_２が低生産時のｔ_１と比べて短くなる。高温域保持時間が短くなると、焼結不足となって焼結鉱の冷間強度が低下し、歩留りが低下する。したがって、高強度の焼結鉱を高い生産率で製造するためには、短時間の焼結でも、焼結鉱の冷間強度を高め、歩留りの維持・向上を図ることができる何らかの手段を講じる必要がある。なお、焼結鉱の冷間強度を表す指標としては、一般に、落下強度ＳＩ（シャッターインデックス）あるいは回転強度ＴＩ（タンブラーインデックス）が用いられている。

また、図３（ａ）は、パレット上に堆積された装入層内における焼結の進行過程を、図３（ｂ）は、そのときの装入層内の厚さ方向における温度分布（ヒートパターン）を、また、図３（ｃ）は、焼結完了後の焼結鉱（焼結ケーキ）のパレット幅方向断面内における歩留り分布を示したものである。図３（ｂ）からわかるように、装入層の上層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ため、燃焼・溶融反応（焼結反応）が不十分となり、焼結鉱の強度が低下する。そのため、装入層上層部は、図３（ｃ）に示すように、歩留りが低く、生産性の低下を招く大きな要因の一つとなっている。

この問題に対しては、装入層上層部の高温域保持時間を延長する方策が、従来から幾つか提案されている。例えば、特許文献１には、下方吸引式焼結機の点火炉下流において、装入層の上方で気体燃料を大気中に吐出して燃焼下限濃度以下に希釈し、装入層内に吸引・導入して装入層内の所定の位置で燃焼させることによって、焼結時の最高到達温度や高温域保持時間を適正範囲に制御する技術が提案されている。また、特許文献２には、上記特許文献１に開示の気体燃料の供給に加えて、酸素を供給し、酸素濃度を富化することで、粉コークスと気体燃料の燃焼性を改善し、高温域保持時間を延長する技術が提案されている。これらの技術によれば、熱量不足のため焼結鉱の強度が低くなりやすい装入層上層部の高温域保持時間を延長させることができるのみならず、装入層中・下層部における温度過上昇による焼結鉱の強度低下をも防止した操業を行うことが可能となる。

また、特許文献３には、焼結機の点火炉域と後部域のウインドボックスからの燃焼排ガスの一部を点火炉域の排ガスは焼結機の中後部に、後部域の排ガスは点火炉後の焼結機の前部に循環させる技術が開示されている。また、特許文献４には、焼結鉱クーラーからの排ガスを焼結機の保熱炉におけるガス燃焼の際の一次空気として用い、保温炉の雰囲気温度を上昇せしめる技術が開示されている。これらの技術によれば、排ガス処理の負担を低減するとともに、排ガスの顕熱により、高温域保持時間の延長が可能となる。

しかしながら、上記のように、焼結機のパレット上の焼結原料の装入層に対して、気体燃料や、気体燃料と酸素、さらには、回収した焼結機の燃焼排ガスあるいはクーラー排ガスを供給する技術では、吹き込みを開始した直後から温度上昇効果が現れるが、吹き込みを開始した序盤では、その効果が不十分な領域が存在する。また、特許文献４に開示の焼結機の燃焼排ガスの吹き込み技術では、燃焼排ガスがもつ顕熱によって、反応後の焼結鉱の冷却が遅くなり、焼結時間が延長するおそれや、供給される高温ガスのため、吸引される空気中の酸素濃度が低下するため、粉コークスや気体燃料の燃焼性が低下して焼結反応が不十分となり、焼結鉱の強度が低下するおそれがある。また、特許文献４に開示の焼結機のクーラー排ガスの吹き込み技術では、焼結機排ガスのような酸素濃度の低下の影響はないが、その顕熱による焼結鉱の冷却速度低下による焼結時間の延長が問題となるおそれがある。

上記の問題点を解決する技術として、特許文献５には、点火炉の下流に装入層中に高温ガスを吹き込む保温炉と、上記保温炉の下流に装入層中に可燃濃度以下に希釈した気体燃料を供給する気体燃料供給装置とを配設した焼結機において、気体燃料を上記保温炉においても供給し、保温炉内で燃焼させることなく装入層内に導入して燃焼させる技術が開示されている。この技術によれば、保温炉においても、気体燃料を供給し、装入層内で燃焼させることができるので、保温炉における高温ガスによる予熱効果と、気体燃料の燃焼熱による加熱効果により、焼結に必要な熱量が不足する装入層上層部をより効果的に加熱し、高温域保持時間を延長することができる。

ＷＯ２００７／０５２７７６号公報ＷＯ２０１１／１１８８２２号公報特開平０５−０４３９５１号公報特開昭５０−０１５７０２号公報特開２０１０−１３２９４６号公報

しかしながら、上記の特許文献５に開示の技術は、焼結鉱の強度は改善できるものの、焼結鉱の冷却速度が遅くなることにより焼結時間が長くなるため、生産性の向上効果に繋がり難いという問題がある。

発明者らは、上記課題の解決に向けて鋭意検討を重ねた。その結果、点火炉の下流側での装入層内に吸引・導入する空気への気体燃料の供給および酸素の富化に加えてさらに、上記空気の代わりに高温ガスを用いることで、生産率を大きく向上できることを見出し、本発明を開発した。

すなわち、本発明は、下方吸引式焼結機の循環移動するパレット上に炭材を含む焼結原料を装入して装入層を形成した後、点火炉で上記装入層表層の炭材に点火して焼結原料中の炭材を下方に向かって順次燃焼させて焼結鉱を製造する方法において、上記焼結機の点火炉と排鉱部との間の装入層上方に設置したフード内に、気体燃料と酸素と高温ガスを供給して、気体燃料を燃焼下限濃度以下に希釈し、酸素を大気中より高い２５〜３２ｖｏｌ％の濃度に富化した高温ガスとした後、該高温ガスを装入層内に吸引・導入し、炭材とは異なる位置で気体燃料を燃焼させることを特徴とする焼結鉱の製造方法を提案する。

本発明の焼結鉱の製造方法は、上記気体燃料と酸素と高温ガスを供給する位置を、点火炉と排鉱部間の点火炉から４〜７０％の区間と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、上記フード内に供給する高温ガスの温度を１００〜５００℃と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、上記装入層内に供給する高温ガス中の気体燃料の濃度を、室温における燃焼下限濃度の２〜２５％とすることを特徴とする。

本発明によれば、装入層内に吸引・導入する空気中に気体燃料と酸素を供給するとともに、記吸引する空気に代えて高温ガスを使用することで、焼結に必要な熱量が不足する装入層上層部における高温度域保持時間を効果的に延長することができるので、焼結鉱の強度や還元性等の品質の他、生産率の維持向上に大いに寄与する。

焼結層の厚さ方向における圧損分布と温度分布を説明する図である。高生産時と低生産時における装入層内の温度分布を比較した図である。焼結の進行に伴う装入層内の変化と、焼結時の装入層上・中・下層部の温度分布の変化と、成品焼結鉱のパレット幅方向断面内の歩留り分布を説明する図である。気体燃料供給による焼結時の装入層内の温度分布の変化を説明する図である。本発明の焼結鉱の製造方法に用いる焼結機を説明する一例図である。図５の焼結機に設けられた気体燃料・酸素・高温ガス吹込フードを説明する図である。

発明者らの研究結果によれば、焼結鉱の冷間強度や被還元性等の品質を向上し、生産率を高めるためには、焼結時おける装入層内の最高到達温度を１２００〜１３８０℃の範囲内に維持するとともに、その保持時間（高温域保持時間）を長くすることが有効である。しかし、焼結原料に添加する炭材量を増やして高温域保持時間を延長しようとすると、装入層内の最高到達温度が１３８０℃を超え、製造される焼結鉱の冷間強度や被還元性が低下してしまう。

そこで、本発明は、下方吸引式焼結機の循環移動するパレット上に炭材を含む焼結原料を装入して装入層を形成した後、点火炉で上記装入層表層の炭材に点火して焼結原料中の炭材を下方に向かって順次燃焼させて焼結鉱を製造する際、上記焼結機の点火炉と排鉱部との間の装入層上方に設置したフード内に、気体燃料と酸素と高温ガスを供給して、気体燃料を燃焼下限濃度以下に希釈し、酸素を大気中より高い濃度に富化した高温ガスとした後、該高温ガスを装入層内に吸引・導入し、炭材とは異なる位置で気体燃料を燃焼させることで、上記課題を解決しようとするものである。以下、具体的に説明する。

まず、本発明においては、焼結に必要な熱量が不足する装入層上層部の高温域保持時間の延長を図るため、上記領域で焼結反応が進行しているときに気体燃料を供給し、燃焼させるとともに、焼結原料中の炭材量を削減することで、装入層内の最高到達温度が１３８０℃超えとなるのを防止することが重要である。

図４は、焼結時に、焼結原料中に配合した炭材のみを燃焼させる場合と、気体燃料を供給した場合における、装入層内の厚さ方向（装入層の下端（パレットの火格子側）を０とする）の温度分布を測定した結果の一例を示したものであり、図中の破線は、装入層内の導入する支燃性ガスとして、酸素濃度が２１ｖｏｌ％の通常空気を用い、炭材として粉コークスを５．０ｍａｓｓ％添加した焼結原料の焼結を行ったときの測定結果を、また、図中の実線は、炭材添加量を４．６ｍａｓｓ％に削減した焼結原料に、液化天然ガス（ＬＮＧ）を燃焼下限濃度以下の０．４ｖｏｌ％に希釈して添加した空気を供給して焼結を行ったときの測定結果である。なお、ＬＮＧ０．４ｖｏｌ％の添加は、削減した炭材０．４ｍａｓｓ％と燃焼熱の上ではほぼ等価である。この結果から、炭材を削減した上で気体燃料（ＬＮＧ）を供給することで、焼結時における装入層内の最高到達温度を１２００〜１３８０℃の範囲内に保持したまま、高温域保持時間を延長することができることがわかる。

上記気体燃料の供給効果は、以下のように説明することができる。
気体燃料は、装入層の上方から吹き込まれるため、粉コークスの燃焼が完了した装入層の表層側、即ち、装入層内の粉コークスが燃焼している燃焼帯よりも、燃焼帯が通過し、温度が降下しつつある領域で燃焼し、発熱する。その結果、燃焼帯通過領域の温度降下が抑制されるので、焼結に必要な１２００℃以上の温度に保持される時間（高温域保持時間）を延長することができる。さらに、上記気体燃料の燃焼熱は、燃焼排ガスによって燃焼帯に運ばれるが、焼結原料中の炭材量を削減しているため、燃焼帯における最高到達温度を過度に上昇させることなく、高温域保持時間のみを延長することができる。

さらに、気体燃料の燃焼によって、高温の空気が下層の燃焼帯に供給されることによって、気体燃料の発熱量に相当する量以上にコークス配合量を削減しても、例えば、２倍程度の量のコークスを削減しても、焼結反応に必要な１２００℃以上の温度を十分に確保できる。そのため、コークス配合量を低減して焼結プロセストータルとしてのエネルギー消費量を低減できるだけでなく、炭酸ガスの発生量を大幅に削減することができる。さらに、装入層の下層部は、元々、熱量が過剰となる部分であるので、コークス配合量の削減により、最高到達温度が１３８０℃超えとなるのを防止し、焼結鉱の還元性の低下を防止することができる。

ここで、上記以外に、気体燃料を燃焼下限濃度以下に希釈して供給することが好ましい理由は、下記の２点である。
（ａ）装入層上方への高濃度の気体燃料の供給は、気体燃料が装入層の上方で燃焼してしまい、装入層内で燃焼させることができないばかりでなく、爆発を起こすおそれもあるが、燃焼下限濃度以下に希釈した気体燃料を供給することで、装入層上方で爆発や燃焼を起こすことなく、気体燃料を装入層内に導入し、装入層内の所定位置で燃焼させることが可能となる。
（ｂ）気体燃料が装入層内で完全に燃焼することなく、未燃焼のまま焼結機の下流側にある電気集塵器に達したとしても、その放電で爆発や燃焼を起こすおそれがないことが必要である。

したがって、装入層内に供給する気体燃料としては、燃焼下限濃度以下に希釈したものを用いることが必要である。なお、上記気体燃料の希釈濃度は、好ましくは室温における燃焼下限濃度の２５％以下であることが望ましい。ただし、気体燃料を希釈し過ぎると、燃焼帯の幅拡大効果が得られなくなるので、希釈濃度の下限は、室温における燃焼下限濃度の２％程度とすることが好ましい。

本発明の焼結鉱の製造方法に使用できる気体燃料としては、特に制限はないが、例えば、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）、プロパンガス（ＬＰＧ）、天然ガス、液化天然ガス（ＬＮＧ）、メタンガス等であれば好適に用いることができる。因みに、上記気体燃料の燃焼下限濃度（点火して燃焼する濃度の下限値）は、高炉ガス（Ｂガス）で４０ｖｏｌ％、コークス炉ガス（Ｃガス）で５ｖｏｌ％、プロパンガス（ＬＰＧ）で２．２ｖｏｌ％、液化天然ガス（ＬＮＧ）で４．８ｖｏｌ％、メタンガスで４．９ｖｏｌ％である。

気体燃料を供給しない通常操業においては、装入層上層部では燃焼帯の厚みが中層部や下層部よりも薄く、高温域保持時間が短くなることは先述したとおりであり、したがって、気体燃料は、装入層上層部に燃焼帯が存在するときに供給し、その厚みを厚くすることが効果的である。しかし、点火炉から出た直後では、装入層の最表層部に燃焼帯が存在するため、それが火種となって供給した気体燃料に着火し、装入層上方で燃焼してしまったり、爆発を起こしたりするおそれがある。

また、気体燃料供給による燃焼帯の幅拡大効果は、燃焼帯の幅がある程度大きいほど、燃焼帯の前線より離れた位置で燃焼するため、大きくなる。しかし、点火炉から出た直後では、燃焼帯の幅は小さく、また、装入層内に導入される空気の冷却効果によって、気体燃料の効果が削減されてしまう。そこで、気体燃料の供給効果を効果的に得るためには、燃焼帯が装入層表層より内部に移動し、燃焼帯の厚みが少なくとも１５ｍｍとなったときに気体燃料の供給を行うのが好ましい。より好ましくは２０ｍｍ以上、さらに好ましくは３０ｍｍ以上である。

次に、本発明においては、上記のように、装入層内に吸引・導入する空気に対して、気体燃料を供給することに加えてさらに、酸素を供給して富化することが重要である。これにより、高温域保持時間をより延長することができる。また、装入層内に吸引・導入される高温ガスの酸素濃度に応じて炭材の燃焼が促進されるので装入層内の燃焼帯の上層部から下層部に移行する降下速度も速くなる。さらに、焼結原料中に添加した炭材の燃焼性が向上するため、焼結原料に添加する炭材量を、酸素富化しない場合よりも低減することができる。

ここで、装入層内に吸引・導入する空気中の酸素濃度は２４〜３２ｖｏｌ％の範囲となるよう富化することが好ましい。富化後の酸素濃度を２４ｖｏｌ％以上とすることで、気体燃料および粉コークスの燃焼速度が向上し、気体燃料の燃焼温度が低下し、両者の燃焼位置がより離れるので、粉コークスの燃焼が完了した原料装入層（焼結ケーキ）の冷却が緩和され、１２００℃以上の高温度領域の幅拡大効果が大きくなる。しかし、富化後の酸素濃度３２ｖｏｌ％を超えると、気体燃料の燃焼温度が低下し過ぎて、上記両者の燃焼位置が大きく離れ、高温度領域の拡大効果が却って薄れてしまうからである。より好ましい富化後の酸素濃度は２５〜３０ｖｏｌ％の範囲である。

次に、本発明においては、上記のように、装入層内に吸引・導入する空気に気体燃料を供給し、酸素を富化することに加えてさらに、上記空気に代えて、高温ガスを使用することが重要である。ここで、上記高温ガスとは、先述した酸素濃度を有し、かつ、後述する温度のガスであれば特に制限はないが、例えば、通常の空気を予め加熱したもの、あるいは、焼結機のウインドボックスで回収した燃焼排ガスや、焼結機のクーラー排ガスであれば好適に用いることができる。ただし、焼結機の燃焼排ガスは、酸素濃度が低下しているため、通常の空気やクーラー排ガスよりも酸素富化率を高くする必要がある。

上記高温ガスの温度は、１００〜５００℃の範囲とするのが好ましい。１００℃以上の温度とすることで、装入層内に吸引・導入されるガスによる冷却効果が小さくなり、燃焼帯通過後の焼結ケーキ層の冷却が緩和されるので、高温域保持時間のさらなる延長が可能となる。しかし、５００℃を超えると、気体燃料が燃焼を開始し、火災や爆発の原因となるおそれがある。なお、高温ガスの温度は、好ましくは１５０〜３００℃、より好ましくは２００〜２５０℃の範囲である。

上記本発明の焼結鉱の製造方法に用いる焼結機は、点火炉から排鉱部間の上流側（前部）の装入層上方に設置されたフード内に、気体燃料と酸素と高温ガスを供給して、気体燃料を燃焼下限濃度以下に希釈し、酸素を大気中より高い濃度に富化した高温ガスとした後、該高温ガスを装入層内に吸引・導入し、炭材とは異なる位置で気体燃料を燃焼させることによって、焼結に必要な熱量が不足している装入層上層部に熱量を補給できるものであることが必要である。

以下、図を用いて本発明に用いる焼結機について説明する。
図５は、本発明に用いる焼結機の概略構成図の一例を示したものである。図５において、１は焼結機本体であり、無端移動床型パレット（以下、単に「パレット」という）２と、パレット下方に配設されたウインドボックス３から構成されている。焼結機の給鉱部に配設された焼結原料装入装置４からパレット２に装入された焼結原料の装入層は、点火炉５でその上表面の炭材に着火された後、ウインドボックス３によって、装入層上方の空気（高温ガス）が装入層内に吸引・導入されて、焼結原料中に含まれる炭材および高温ガス中に供給された気体燃料が燃焼し、その燃焼熱で焼結反応が進行する。この際、パレット２は、焼結原料を装入する給鉱部（図５の右側）から排鉱部（図５の左側）に向かって、順に原料装入部（Ａ領域）、点火部（Ｂ領域）、焼結前部（Ｃ領域）および焼結後部（Ｄ領域）へと進行するのに伴って、燃焼帯は、装入層の上層部から下層部に向かって移行し、焼結が完了する。焼結が完了した焼結ケーキは、排鉱部に設置されたクラッシャー６で破砕され、クーラー７で冷却された後、粒径によって選別され、所定以上の大きさのものが次工程の高炉へと運ばれる。なお、図中の、１３は排ガスを供給する送風機、１４は排ガスの風量調整弁、１５は集塵機、１６は排風機、１７は煙突である。

上記焼結前部（Ｃ領域）は、装入層の上方に設置された気体燃料・酸素・高温ガス吹込フード９（以降、単に「フード」ともいう。）内に、酸素および気体燃料を混合した高温ガスが供給される領域である。
上記気体燃料、酸素および高温ガスの供給は、それぞれの専用供給配管から個々にフード内に供給してもよいし、予め混合してからフード内に吹き込むようにしてもよいが、図５に示した焼結機では、酸素ガス供給配管１０から純酸素を、高温ガス供給配管１１の途中に設けられたミキシングボックス８において高温ガスと混合した後、フード９内に供給するようになっている。ここで、上記高温ガスは、空気を予め加熱したものを用いてもよいが、図５に示した焼結機では、焼結機から回収した燃焼排ガス、および、焼結機のクーラーから回収したクーラー排ガスの一部を循環して使用することが可能となっている。

また、図５に示した焼結機では、気体燃料は、気体燃料供給配管１２から直接、フード９に供給し、燃焼下限濃度以下に希釈する。希釈した気体燃料は、炭材（粉コークス）よりも着火温度が低く、炭材が燃焼する位置（装入層内の厚さ方向の位置）よりも上方（装入層の上層側）で燃焼するので、燃焼帯における最高到達温度を過度に上昇させることなく、高温度域保持時間の延長することができる。さらに、装入層内に吸引・導入するガスを加熱することで、気体燃料がより早く着火し、炭材燃焼位置と気体燃料燃焼位置とが離れるとともに、炭材燃焼後の焼結ケーキ層の冷却速度が緩和されるので、高温域保持時間の延長効果をさらに高めることができる。

上記焼結前部のＣ領域の機長方向の長さは、（Ｃ＋Ｄ）領域の４〜７０％の区間とする、すなわち、点火炉と排鉱部間の点火炉から４〜７０％の区間とすることが好ましい。４％未満では、点火炉に近過ぎ、気体燃料に引火して火災を引き起こすおそれがある。一方、７０％を超えると、気体燃料・酸素・高温ガスの供給が過剰となって、装入層下層部の最高到達温度が１３８０℃を超え、得られる焼結鉱の品質（冷間強度、還元性）が低下するおそれがあるからである。より好ましいＣ領域の長さは、（Ｃ＋Ｄ）の２０〜５０％の範囲である。ただし、上記範囲内でも、点火炉直後の、燃焼帯がまだ表層に存在する、燃焼帯の幅が薄い領域（点火炉から２ｍ程度）は、避けることが好ましい。

なお、図５に示したような気体燃料・酸素・高温ガス吹込フードを有する焼結機には、フード内に、気体燃料の着火を検知する熱電対や着火検知センサーを設置し、万が一、着火した場合には、インターロック機能により酸素と気体燃料の供給をストップしたり、上記フード内を窒素ガス等の不活性ガスでパージしたりする安全機能を備えておくことが好ましい。

図５と同じ仕様の下方吸引式ドワイトロイド焼結機を用いて、焼結鉱を製造する実験を行なった。実験に使用した焼結機は、機幅（パレット幅）が５ｍ、有効機長（点火炉から排鉱部までの長さ）が９０ｍで、点火炉の下流約１０ｍの装入層上方位置に、機幅全体をカバーし、パレット移動方向の長さが３０ｍの気体燃料・酸素・高温ガス吹込フードを配設したものである。

上記気体燃料・酸素・高温ガス吹込フード９の概要を図６に示した。このフードは、上部に高温ガス吹込管１８がパレット幅方向および長さ方向に複数配設されており、高温ガス吹込管１８から、焼結機の燃焼排ガスおよびクーラー排ガスの一部を循環使用した高温ガスを、フード内供給時の温度を２００℃、酸素富化前の酸素濃度を１８ｖｏｌ％として、流量４５０００Ｎｍ^３／ｈで供給できるようになっている。また、上記高温ガスには、図５に示したミキシングボックス８において、純酸素を供給・混合し、酸素富化できるようになっている。なお、高温ガスを吹き込まない場合は、ダンパー２０から、大気（空気）を取り込み、上記高温ガス吹き込み管から吹き込むことができる。
また、上記フードの上記高温ガス吹込管１８の下方位置には、気体燃料をフード内に高速で噴射し、瞬時に燃焼下限濃度以下に希釈することができるリングノズル１９が配設されている。なお、この焼結機では、気体燃料として気化したＬＮＧ（液化天然ガス）を用いており、フード内へのＬＮＧの吹込量は、フード内で高温ガスあるいは酸素を富化した高温ガスと混合したとき、ＬＮＧの燃焼下限濃度（４．８ｖｏｌ％）の１／６である０．８ｖｏｌ％の濃度となるように調整した。

焼結実験は、上記フード内に、表１に示すＮｏ．１〜５の条件で気体燃料、酸素および高温ガスを供給して行なった。なお、焼結原料中への炭材（粉コークス）配合量は、気体燃料を供給しないときは５ｍａｓｓ％とし、気体燃料供給時には、気体燃料の燃焼熱の約倍と等量のコークス（０．８ｍａｓｓ％）を削減した。
ここで、表１に示した各実験条件について説明すると、Ｎｏ．１は、気体燃料の供給、酸素富化、高温ガスの吹き込みのいずれも行なわないで、空気のみを装入層内に吸引・導入する「従来技術」に相当する実施例（比較例１）、Ｎｏ．２は、フード内に高温ガス（燃焼排ガス）の吹き込みのみを行なう実施例（比較例２）、Ｎｏ．３は、フード内に気体燃料の供給のみを行なう実施例（比較例３）、Ｎｏ．４は、フード内に気体燃料を供給すると同時に、酸素を富化する実施例（比較例４）であり、また、Ｎｏ．５は、気体燃料の供給、酸素富化および高温ガス（クーラー排ガス）の吹き込みの３つを同時に行なう本発明の実施例である。

上記焼結実験では、それぞれの実験で得られた焼結鉱について、回転強度、ＪＩＳＭ８７１３に規定された還元率ＲＩおよびＪＩＳＭ８７２０に規定された還元粉化率ＲＤＩを測定するとともに、成品歩留り（＋５ｍｍ）および生産率（単位時間、単位炉床面積当たりの生産量）を評価し、その結果を表１に併せて示した。ここで、上記回転強度は、焼結実験で得られた焼結鉱から粒度が１０〜２５ｍｍのものを２５ｋｇ計り取り、内径が１ｍφのドラムに装入し、２５ｒｐｍで８分回転させときの、１０ｍｍ以上の粒度の比率（ｍａｓｓ％）で定義したものである。
表１から、高温ガスのみを吹き込んだＮｏ．２では、成品歩留りや冷間強度ＳＩは若干向上しているものの、高温ガスの顕熱により、焼結時間が延長するため？？、Ｎｏ．１の従来技術に対して生産率が大きく低下している。
また、気体燃料の供給のみを行ったＮｏ．３では、炭材配合量を低減しているにも拘わらず、冷間強度ＳＩが向上し、成品歩留り、生産率が上昇している。また、還元率ＲＩや還元粉化率ＲＤＩも向上している。
また、気体燃料の供給と酸素富化を同時に行なったＮｏ．４では、Ｎｏ．３よりもさらに、冷間強度ＳＩ、還元率ＲＩが向上し、成品歩留り、生産率も大きく向上している。
これらに対して、気体燃料の供給、酸素富化および高温ガスの吹き込みを同時に行なった本発明のＮｏ．５では、Ｎｏ．４よりもさらに成品歩留りおよび冷間強度ＳＩが向上し、生産率は、Ｎｏ．１と比較して６％近くも向上している。
なお、還元粉化率ＲＤＩについては、Ｎｏ．２〜５のいずれも、従来技術のＮｏ．１より若干低下（向上）しているが、これは、いずれの条件も、強度が向上しているため、還元の際に粉化し難くなったためであると考えられる。

上記のように、焼結機の排ガス（燃焼排ガス、クーラー排ガス）を循環使用した高温ガスに、気体燃料の供給と、酸素富化とを同時に行なう本発明の焼結鉱の製造方法によれば、従来技術の焼結鉱の製造方法に対して、焼結鉱の品質（回転強度、還元率ＲＩ）のみならず、成品歩留りや生産率も大きく向上することができる。

１：焼結機本体
２：パレット
３：ウインドボックス
４：焼結原料装入装置
５：点火炉
６：クラッシャー
７：クーラー
８：ミキシングボックス
９：気体燃料・酸素・高温ガス吹込フード
１０：酸素供給配管
１１：高温ガス（燃焼排ガス、クーラー排ガス）供給配管
１２：気体燃料供給配管
１３：高温ガス供給用送風機
１４：高温ガス流量調整弁
１５：集塵機
１６：排風機
１７：煙突
１８：高温ガス吹込管
１９：リングノズル
２０：ダンパー
Ａ：原料装入部
Ｂ：点火部
Ｃ：焼結前部
Ｄ：焼結後部

Claims

下方吸引式焼結機の循環移動するパレット上に炭材を含む焼結原料を装入して装入層を形成した後、点火炉で上記装入層表層の炭材に点火して焼結原料中の炭材を下方に向かって順次燃焼させて焼結鉱を製造する方法において、
上記焼結機の点火炉と排鉱部との間の装入層上方に設置したフード内に、気体燃料と、酸素と燃焼排ガスおよび／または酸素とクーラー排ガスとを予めミキシングボックスで混合した高温ガスとを別々に供給して、上記フード内で、上記高温ガス中に含まれる気体燃料の濃度を燃焼下限濃度の２〜２５％に希釈するとともに、酸素の濃度を大気中より高い２５〜３２ｖｏｌ％に富化した後、該高温ガスを装入層内に吸引・導入し、炭材とは異なる位置で気体燃料を燃焼させるとともに、焼結原料中に含まれる炭材量を気体燃料の発熱量に相当する量以上に削減することを特徴とする焼結鉱の製造方法。
上記気体燃料と酸素と高温ガスを供給する位置を、点火炉と排鉱部間の、点火炉から４〜７０％の区間とすることを特徴とする請求項１に記載の焼結鉱の製造方法。
上記フード内に供給する高温ガスの温度を１００〜５００℃とすることを特徴とする請求項１または２に記載の焼結鉱の製造方法。