JP7464844B2 - 焼結鉱の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、焼結鉱の製造方法に関する。

現在、高炉製銑法の主原料は、焼結鉱である。焼結鉱は、通常、次のように製造される。焼結鉱の原料（焼結原料）は、鉄鉱石（粉）、スケールや製鉄ダスト等の含鉄雑原料、橄欖岩等のＭｇＯ含有副原料、石灰石等のＣａＯ含有副原料、返鉱、および、燃焼熱によって焼結鉱を焼結（凝結）させる燃料となる炭材（凝結材ともいう）である。まず、原料槽に貯蔵されている各原料を、原料搬送用のベルトコンベア上に所定量切り出して配合原料を、造粒機まで搬送する。造粒機では、配合原料を混合し、混合した配合原料に水分を添加して造粒する。次に、造粒した配合原料（造粒物）を、ホッパより、下方吸引式のドワイトロイド（ＤＬ）式焼結機のパレット上に装入する。連続的に移動するパレット上に原料充填層を形成し、原料充填層の上方に配置した点火炉（点火器）により、原料充填層の上部（表面層）の炭材に点火する。そして、パレットの下方から空気（酸素含有ガス）を吸引する。吸引により、原料充填層中に上方から酸素を供給し、炭材の燃焼を下方に進行させる。炭材の燃焼熱により、原料充填層は、上層から下層へ順次焼結される。焼結により得られた焼結部（シンターケーキ）は、粉砕され、篩分け等により所定の粒度に整粒され、高炉の原料である焼結鉱となる。

上述の焼結鉱の製造方法においては、上層部では熱量不足となり、焼結が十分に進行しないという問題が指摘されていた。下方からの吸引により、原料充填層の上層部には、その上方から供給される空気が低温であるためである。そこで、本発明者らは、「再点火焼結法」という技術を創案し、特許文献１および特許文献２において「再点火焼結法」を行う焼結機とともに開示している。再点火焼結法とは、点火炉による最初の点火後に、所定の間隔を空けたタイミングで、再度フレーム（火炎）加熱を行う技術である。再点火焼結法の実施には、通常の点火炉の後方に、大気吸引領域（フレーム加熱を行わない領域）を挟んで、フレーム加熱装置を配置したＤＬ焼結機を用いる。「再点火焼結法」を、以下、「フレーム加熱法」という。

焼結鉱の製造においては、生産性の向上を目的として「スタンド支持焼結法」と呼ばれる技術が実用化されている。スタンド支持焼結法は、特許文献３に記載されているように、グレート上に、シンターケーキ支持面を有する支持部材（スタンド）を、パレットの進行方向に平行に原料充填層に埋設するように垂設した焼結用パレットを使用することを特徴とする。特許文献４には、スタンドの設置位置などを、パレット中央部のシンターケーキの焼き減り量よりもパレット側壁近傍のシンターケーキの焼き減り量の方が大きくなるように調整する焼結法である。

特開２０２０－２４５７号公報 特開２０２０－３１２３号公報 特開平４－１６８２３４号公報 特開平６－１４７７６５号公報

ISIJ International,Vol.40(2000),p.1188

特許文献１に記載の「フレーム加熱法」を実施できる焼結機によれば、比較的簡便な装置構成により、原料充填層上層部の歩留、冷間強度が向上した焼結鉱を製造することが可能となる。

また、特許文献３に記載の「スタンド支持焼結法」の技術によれば、原料充填層上層部に形成されるシンターケーキをスタンドが支えることにより、原料充填層下層部（以下、下層部ともいう）の焼結時において、下層部への上部荷重低減によって、下層部の空隙が確保される。その結果、下層部において通気抵抗が低減し焼結速度が向上する。なお、非特許文献１においても、「スタンド支持焼結法」の下層部の焼結速度の向上効果が記載されている。また、上述の特許文献３に記載されているように、スタンドの設置位置などを調整することによりパレット幅方向のガス流速を均一化し、焼結歩留を向上させることが可能となる。

このように、「フレーム加熱法」は上層部の歩留および生産性の向上を可能とする。一方、「スタンド支持焼結法」は、下層部の歩留および生産性の向上を可能とする。
発明者らは、「スタンド支持焼結法」を実施するに際して、「フレーム加熱法」を合わせて実施することにより、焼結鉱全体の歩留および生産性の向上が可能となると考えた。しかしながら、フレーム加熱法による上層部における燃焼帯幅の増大は、下層部における焼結条件にも影響を与える。スタンド支持焼結法も併用する場合に、大気吸引領域の幅、すなわち点火炉とフレーム加熱装置の間隔を、適切な距離に設定することが求められる。

本発明は、スタンド支持焼結法とフレーム加熱法とを同時に実施する際の好ましい条件を明らかとすることで、歩留および生産性をともに向上させることが可能な焼結鉱の製造方法を提供することを目的とする。

ドワイトロイド式焼結機を用いて焼結鉱を製造する方法であって、
前記ドワイトロイド式焼結機は、配合原料を装入する焼結用パレットと、点火器と、前記点火器下流側に離間して設けられ、原料充填層の上面をフレーム加熱するフレーム加熱装置とを有し、
前記焼結用パレットには、シンターケーキ支持面を有する支持部材が前記原料充填層に埋設するようにグレート上に垂設されており、
前記点火器と前記フレーム加熱装置の間には、フレームによる加熱が行われない区間が形成されており、
前記点火器及び前記フレーム加熱装置の間の距離ｄ１（ｍｍ）が、有効機長Ｌ１（ｍｍ）の２％から１０％である焼結鉱の製造方法。
Ｌ１＝Ｌ２－Ｘ１－Ｘ２
Ｌ１：有効機長（ｍｍ）
Ｌ２：機長（ｍｍ）
Ｘ１：点火器のパレット進行方向長さ（ｍｍ）
Ｘ２：フレーム加熱装置のパレット進行方向長さ（ｍｍ）

スタンド支持焼結法とフレーム加熱法とを併用する際に、点火器及びフレーム加熱装置の間の距離ｄ１を規定の範囲とすることにより、歩留および生産性向上効果が得られる。

一般的なＤＬ式焼結機の構成を示す概略図である。 一般的なＤＬ式焼結機による焼結鉱の製造方法を説明する説明図である。 フレーム加熱法による焼結鉱の製造方法を説明する説明図である。 スタンドを有するパレットの一例を示す模式図である。 フレーム加熱間隔が有効機長Ｌ１の２％である場合についての相乗効果を説明する説明図である。

以下に課題を解決した経緯について詳細に説明する。
本発明の焼結鉱の製造方法は、スタンド支持焼結法にフレーム加熱法を組み合わせたものである。

ＤＬ式焼結機では、原料充填層の上層表面に点火し、原料充填層の下方からガスを吸引することにより、点火した上層から下層に向けて順次焼結を進行させる。そのため、一般に、焼結過程において、原料充填層の高さ方向の熱的分布が異なり、下層部では熱量が十分であっても、上層部では熱量不足となる傾向がある。これは、下層部では、上層部の焼結の進行により徐々に昇温し充分に予熱された後にコークスなどの炭材が燃焼し、さらに燃焼完了後も上層部の残熱により徐々に冷却されるのに対し、上層部では、上方より吸引される低温の空気（酸素含有ガス）のために燃焼温度が十分に上昇せず、また、炭材の燃焼完了後には低温の空気により急冷されることによるものである。上層部で熱量不足により焼結が十分に進行しないと、上層部の焼結鉱の強度不足を引き起こし、全体の歩留も悪くなる。

本発明者らは、特許文献１で開示したように、点火器での点火完了後、所定の区間に大気吸引領域を設けて一定時間大気（酸素含有ガス）を吸引し、その後、再度、原料充填層の上面を点火して加熱するフレーム加熱法を用いることによって、成品歩留が向上することを見出した。

フレーム加熱法は、比較的簡便な焼結機の装置構成により、原料充填層の焼結に必要な高温保持時間を延長し、歩留を向上させるものである。具体的には、点火器から所定の間隔を設けて配置したフレーム加熱装置を備えた焼結機を使用し、フレーム加熱装置により、原料充填層の上面を再加熱する。再加熱により、原料充填層上部空間が高温に保たれ、かつ高温に保たれた原料充填層上部空間の空気が下方吸引により焼結層内へ導気される。そのため、再加熱による高温ガスが原料充填層への熱供給に活用され、燃料（コークス）による加熱が効率的に行われる。その結果、特に上段層における熱不足、高温保持時間不足による焼結不良を改善することができ、歩留が向上する。以下に、一般的な焼結鉱の製造装置および製造方法を説明し、その後、フレーム加熱法、スタンド支持焼結法、本願発明について、順に説明する。

（焼結機と焼結鉱の製造方法）
まず、一般的な焼結鉱の製造装置および製造方法について、図面を参照して説明する。
図１は、一般的なＤＬ式焼結機の構成を示す概略図である。図２は、一般的なＤＬ式焼結機による焼結鉱の製造方法を説明する説明図である。図２では、ＤＬ式焼結機１の一部の構成のみ図示し、パレット９、トラックガイド１０、駆動輪１１、遊動輪１２、ダクト１３、風箱１４の記載を省略している。なお、後述するフレーム加熱法、スタンド支持焼結法、および本発明において、使用する焼結機や焼結鉱の製造方法も、このような一般的な焼結機の構成および一般的な焼結鉱の製造方法に準拠している。以後の説明において、同様の構成については、同様の符号や名称を付す等して重複する説明は省略する。

まず、ＤＬ式焼結機１の構成について説明する。
図１に示すように、ＤＬ式焼結機１は、点火器２、ホッパ７、パレット９、トラックガイド１０、駆動輪１１、遊動輪１２、ダクト１３、および風箱１４を備えて構成される。ＤＬ式焼結機１は、パレット９中に装入した配合原料の上部から、バーナー火炎により配合原料中の炭材（凝結材）に点火し、点火した炭材の燃焼熱により配合原料を焼成して、焼結鉱を製造する装置である。

ホッパ７は、配合原料を装入する原料供給部である。上部から配合原料が供給され、下部排出口からパレット９内に所定量の配合原料を切り出す。
パレット９は、焼結機長手方向に隙間なく複数配置され、容器を形成する。パレット９は、２枚の側壁および底部からなる台車であり、上部および進行方向前後が開口されている。また、底部には、パレット進行方向に沿って延びるスリット状の開口が複数形成されている。

パレット９は、駆動輪１１、遊動輪１２に巻回される無端ベルトとして構成されている。そして、駆動輪１１を動力源により回転させると、連結された複数のパレット９が所定の速度でトラックガイド１０上を進行する。給鉱側にあるパレット９は、駆動輪１１によって排鉱部に至り、そこで遊動輪１２とトラックガイド１０とに誘導されて反転し、下側のトラックガイド１０に沿って給鉱側に戻る。
点火器２は、複数のパレット９のうち、進行方向上流のパレット９上の原料充填層内の炭材に上部から点火する装置である。点火器２は、例えば、パレット９の上部を覆う箱状体（フード）と、その内部に配置される複数の点火用のバーナーとを備えている点火炉である。

風箱１４は、パレット９の下に配置され、ダクト１３を介してブロア（図示省略）に接続されている。ブロアの作動により、風箱１４からパレット９の下方空間の空気が吸い出される。これに伴い、パレット９の上方から冷却された空気が原料充填層内に導入され、点火器２によって点火された配合原料の燃焼を維持するとともに、燃焼後の焼結鉱を冷却する。

次に、一般的な焼結鉱の製造方法について、図２を参照して説明する。
造粒された配合原料は、ホッパ７に投入され、下部排出口からＤＬ式焼結機１のパレット９（図１参照）上に、所定量が切り出されて、原料充填層８を形成する。上述したように、パレット９は駆動輪１１（図１参照）の駆動により連続的に移動しており、原料充填層８は、パレット９の移動により下流側に配置された点火器２（点火炉）の下方に進行する。点火器２のバーナーにより、原料充填層８の上部（表面層）の炭材が点火される。点火により原料充填層８の上部の炭材が燃焼して燃焼帯５を形成し、下方からの吸引による空気（酸素）の供給により燃焼が維持されつつ原料充填層８の下層へと進行する。そして、焼結完了層６（焼成した原料充填層）は、下方からの吸引により上方から導気される空気により冷却される。パレット９が遊動輪１２（図１参照）上を下方に移動する際に焼結完了層６が破断されて落下し、ＤＬ式焼結機１から排鉱される。

（フレーム加熱法）
続いて、図３を参照して、フレーム加熱法について説明する。フレーム加熱法は、ＤＬ式焼結機を使用する焼結鉱の製造方法である。なお、ここでの説明は、フレーム加熱法を用いた場合のみの説明であり、スタンド支持焼結法と組み合わせた際の説明は後述する。

フレーム加熱法を実施する焼結機には、以下の２点の特徴がある。１つ目は、原料充填層８の上面をフレーム加熱するフレーム加熱装置４を設けることである。フレーム加熱装置４は、点火器２の下流側に、点火器２と所定の間隔で離間して設けられる。２つ目は、点火器２とフレーム加熱装置４との間に、大気吸引領域３を設けることである。なお、図３に示された燃焼帯５は模式的なものであり、実際に燃焼帯５が原料充填層８に対して占める割合や燃焼帯５の形状は、図示されたものとは異なりうる。

ここで、「フレーム加熱」とは、フレーム（火炎）を用いて加熱することである。フレーム加熱は、加熱対象物である焼結層最上面に火炎を吹き付けて、外部から加熱するものである。燃料を原料充填層８内に吹き込んで燃焼させるなど、原料充填層８を内部から加熱するものではない。なお、フレーム加熱は、上面からの火炎バーナー等の燃焼加熱であり、火炎が焼結層表面に直接接している状態で加熱することが望ましい。

また、「大気吸引領域３」とは、点火器２とフレーム加熱装置４との間の区間（領域）であり、下方吸引により大気が吸引されるものの、上面からバーナー等の火炎による加熱が行われない焼結工程における一領域のことをいう。点火器２での点火により、原料充填層８には燃焼帯５が形成されるが、引き続きすぐにバーナー加熱を行っても、点火器２での点火により原料充填層８上方空間の酸素濃度が低下しているため、焼結反応は進行しない。フレーム加熱法では、点火器２とフレーム加熱装置４との間に大気吸引領域３を設けることにより、燃焼帯５に十分に酸素が供給される。よって、この大気吸引領域３での原料充填層８内上層部において炭材の燃焼が促進されて、下層への焼結反応が進行し、燃焼帯５が拡大する。

フレーム加熱法においては、フレーム（火炎）が原料充填層８の上面に直接噴射されるため、原料充填層８上面を十分に加熱できるとともに、原料充填層８の上部空間の空気をも加熱できる。原料充填層８の上部空間の空気を加熱することによって、低温の空気が吸引されることによる原料充填層８の上層の温度低下を防止できる。なお、フレーム加熱装置４による再点火により、点火器２で点火できなかった燃え残りの炭材を余さず燃焼させることができ、原料充填層８に含まれる炭材の燃焼効率を高めることもできる。

点火器２は、従来に用いられるものと同様のものが使用できる。効率的な原料充填層表面への着火を図るために、燃焼量：２５ＭＪ／原料ｔ程度となるようなバーナーで構成するのが好ましい。この燃焼熱量は、現行の実機レベルである。なお、空燃比はガスの種類（ＬＰＧ、ＣＯＧ等）に応じて燃焼に適正な条件で調整する。
フレーム加熱装置４も、燃料ガスに着火して火炎を形成させるので、点火器２と同一の構成、すなわち、同一仕様・規模の点火器を併設するものでもよい。既存の点火器、点火炉をそのまま利用できるので、焼結機設置の際のコストダウンを図ることができる。燃焼量は、２５ＭＪ／原料ｔ程度とすることができる。

大気吸引領域３は、例えば、図３に示したように、点火器２とフレーム加熱装置４とを独立して設け、それぞれを焼結機のパレット進行方向に離して設けることで実現できる。また、図示は省略するが、点火器２とフレーム加熱装置４とを同一フード内に敷設してもよい。このとき、例えば、大気吸引ゾーンと両点火ゾーンとを仕切る壁などをフード内に設けるなどして、大気吸引領域３を形成する。大気吸引領域３において、大気（酸素含有ガス）を供給しつつ、点火器２およびフレーム加熱装置４により加熱された高温ガスの顕熱を利用して、焼結層内温度を高めるように構成することが好ましい。

フレーム加熱装置４は、例えば、パレット９の走行方向に直行する幅方向に配列される複数のバーナーを有し、フレーム加熱装置４により原料充填層８の幅方向全体がフレーム加熱されることが好ましい。幅方向全体を加熱することにより、上面の幅方向表面全体において、歩留、冷間強度が改善される。

次に、図３を参照して、フレーム加熱法における焼結の進行について詳細に説明する。
ホッパ７から装入された原料充填層８の上面（表面）の炭材に、点火器２により点火する。点火により、原料充填層８に含まれる炭材が燃焼する。点火器２の配置箇所（図３のＸ１に対応する箇所）においては、大気を下方吸引する場合もしない場合もありうるが、いずれの場合も、ここでの炭材の燃焼による焼結は、下層方向に進行せず停滞する。これは、点火器２による点火が完了するまでは、着火はするものの、点火バーナー加熱により原料充填層８の上方の酸素濃度が薄くなるためである。

着火が完了し、点火器２から下流方向にパレット９（図３において原料充填層８は長手方向に連続して図示されているが、実際は、原料充填層８は、図１に示す各箱型のパレット９中に載置されている。）が移動することにより、原料充填層８は大気吸引領域３（図３のｄ１に対応する箇所）に移動する。大気吸引領域３では、下方吸引により燃焼帯５が降下し、下層方向に焼結が進行する。このとき、原料充填層８中の厚さ方向に含まれるすべての炭材が一度に燃焼を開始するものではない。最初は、表面の炭材のみが燃焼し、表面の炭材の燃焼が終了すると、順次、火面（燃焼前線）が下部方向に移動する。すなわち、焼結中において、原料充填層８中で炭材が燃焼している部分（燃焼帯５）は、炭材が燃焼し終わった焼結完了層６と、炭材がこれから燃焼する原料充填層８との間にあり、深さ方向にある程度の厚さを有する。

原料充填層８は、更なるパレット９の移動により、大気吸引領域３からフレーム加熱装置４の配置箇所（図３のＸ２に対応する箇所）に移動する。フレーム加熱装置４で加熱されている最中は、下方吸引しても、しなくても、燃焼前線（燃焼帯下面）は進行せず停滞する。これは、点火器２での加熱中と同様に、フレーム加熱中は原料充填層８の上方の酸素濃度が薄くなり、燃焼に必要な酸素の供給が制限されるからである。なお、「燃焼前線（燃焼帯下面）」とは、炭材が赤熱燃焼している燃焼帯５の最下部で、燃焼が開始する境界面をいう。

フレーム加熱により、原料充填層上部空間が高温に保たれ、かつ高温に保たれた原料充填層上部空間の空気（酸素含有ガス）が下方吸引により焼結層内へ導気される。そのため吸引された空気（酸素含有ガス）の熱量が原料充填層への熱供給に活用され、特に、上層部において燃料（コークス）による加熱が効率的に行われる。上層部の熱量不足による焼結不良が改善した燃焼帯５は、下方からの吸引による空気（酸素）の供給により燃焼が維持されつつ原料充填層８の下層へと進行し、焼結完了層６がＤＬ式焼結機１から排鉱される。

フレーム加熱法において、フレーム加熱を適切なタイミングで開始することが重要であり、例えば以下のような点を考慮して決定される。
フレーム加熱を開始するタイミングが遅れると、焼結層上面部が、大気吸引により冷却されて温度が下がり切ってしまう。改めて加熱しても、燃焼帯５において炭材の燃焼に必要な熱量が得られず、フレーム加熱による歩留向上の効果が低下してしまう。
一方、フレーム加熱を開始するタイミングが早いと、十分な長さの大気吸引領域３が確保できず、燃焼帯５の上下方向の長さが短くなる。点火に引き続き連続して加熱した場合、あるいは、必要十分な長さｄ１の大気吸引領域３を設けない場合などは、十分な大気吸引が行われないことから、原料充填層８内部の炭材に供給される酸素が不足する。そのため、原料充填層８上部（上層部）に、焼結に必要な時点での熱量を供給することができず、焼結を進行させるに十分な温度である１１００℃以上の高温保持時間が十分に確保できない。

また、フレーム加熱を開始するタイミングは、点火器２とフレーム加熱装置４の離間距離（大気吸引領域３の長さｄ１）で特定される。また、大気吸引領域３の長さｄ１は、以下に示すように、機長Ｌ２（風箱１４の全長（点火器２の始点（点火器の最上流点）から、風箱１４の終端である焼結終了点までの長さ）、図３参照）、点火器２の長さＸ１、フレーム加熱装置４の長さＸ２に関係する。

パレット９は、上述したように、駆動輪１１によって所定の速度で移動する。すなわち、原料充填層８は、装入されてから、風箱１４（図１参照、図３では図示略）の終端である焼結終了点まで、一定の速度で移動する。一方、燃焼前線は、下方に向けて進行する箇所と進行しない箇所とがある。具体的には、大気吸引領域３を通過する間（図３中に示される長さｄ１の区間）、および、フレーム加熱装置４での加熱後から風箱１４の終点まで移動する間（図３中に示される距離ｄ２の区間）においては、燃焼前線は一定の速度で下方に進行する。また、点火器２で点火されている間（点火器２の機長方向の長さＸ１の区間）、および、フレーム加熱されている間（フレーム加熱装置４の機長方向の長さＸ２の区間）においては、上述したように、酸素濃度不足により、燃焼前線は進行しない。よって、実際に焼結が進行するのは、機長Ｌ２から、点火器２の長さＸ１およびフレーム加熱装置４の長さＸ２を差し引いた有効機長Ｌ１の区間となる。最終的に、燃焼前線は、原料充填層８の層厚Ｈ分だけ移動する。

（スタンド焼結）
続いて、スタンド支持焼結法について説明する。スタンド支持焼結法は、上述の特許文献２および特許文献３に記載されているように、グレート上に、シンターケーキ支持面を有する支持部材（スタンド）を、パレットの進行方向に平行に原料充填層に埋設するように垂設した焼結用パレットを使用する。図４は、スタンド支持焼結法に使用するパレット１５の一例を示す。図４に示すように、パレット１５は、グレートバー１５ａが配置されるメインフレーム１５ｂと、メインフレーム１５ｂの対向する両端部分に立設するように配置されるパレット側壁１５ｃとを備える。パレット１５の中央部には、等脚台形形状の板状の部材であるスタンド１６が１つ設置されている。焼成の進行途中においては、図４に示すように、パレット１５内の焼結層１７の上層部は焼結が完了したシンターケーキ１７ｂとなり、下層部は未焼結の焼結原料１７ａのままの状態となる。ここで、スタンド（支持部材）１６の上面部分（シンターケーキ支持面１６ａ）は、上層部のシンターケーキ１７ｂを支えて、下層部の焼結原料１７ａの圧密化を抑制する。
以上より、スタンド支持焼結法によれば、下層部焼成の際の焼結層の通気抵抗が低減し焼結速度が向上する。さらに、焼結層を流通するガスの偏流が抑制される効果もあり、未焼成部の量が低減し、焼結歩留が向上する。

（フレーム加熱法とスタンド支持焼結法との組合せ）
本発明者らは、下段層の歩留および生産性の向上効果のあるスタンド支持焼結法において、上段層の歩留の向上を目的に、上述のフレーム加熱技術を適用することにより、全体の歩留および生産性が向上すると考えた。実験の結果、フレーム加熱法とスタンド支持焼結法を併用することにより、予測を超えた、フレーム加熱法とスタンド支持焼結法の相乗効果が得られることが明らかとなった。このような知見に基づいてなされた本発明の実施形態について、以下で説明する。

本発明は、上述のフレーム加熱法とスタンド支持焼結法とを併用する技術である。本発明において、支持部材（スタンド）の配置は、上層部に形成されるシンターケーキを支えられる構成であればよく、例えば、パレット幅方向に２列の支持スタンドを設置する。支持部材（スタンド）を設けることにより、下層部焼結時において、上層部に形成されるシンターケーキを支え、下層部に掛かる荷重を低減することによって、下層部の空隙を確保するとともに、パレット幅方向のガス流速を均一化する。フレーム加熱法とスタンド支持焼結法を併用するにあたって、点火器２及びフレーム加熱装置４の間の距離ｄ１（ｍｍ）は、有効機長（Ｌ１）の２％から１０％の範囲として、焼結層の上層部および下層部の成品歩留と生産性の向上を実現する。

本発明は、ドワイトロイド式焼結機を用いて焼結鉱を製造する方法であって、ドワイトロイド式焼結機は、配合原料を装入する焼結用パレットと、点火器と、点火器下流側に離間して設けられ、原料充填層の上面をフレーム加熱するフレーム加熱装置とを有し、焼結用パレットには、シンターケーキ支持面を有する支持部材が原料充填層に埋設するようにグレート上に垂設されており、点火器とフレーム加熱装置の間には、フレームによる加熱が行われない区間が形成されており、点火器及びフレーム加熱装置の間の距離ｄ１（ｍｍ）が、有効機長Ｌ１（ｍｍ）の２％から１０％である焼結鉱の製造方法である。
Ｌ１＝Ｌ２－Ｘ１－Ｘ２
Ｌ１：有効機長
Ｌ２：機長（風箱１４の全長）
Ｘ１：点火器２のパレット進行方向長さ
Ｘ２：フレーム加熱装置４のパレット進行方向長さ

フレーム加熱法とスタンド支持焼結法とを併用する場合、有効機長（Ｌ１）の２％から１０％の範囲において、相乗効果が発現し、生産性の向上を享受しつつ、歩留も向上する。なお、範囲設定の根拠については、後述する実施例で示す。

点火器２及びフレーム加熱装置４の間の距離ｄ１（ｍｍ）を上述のように規定した本発明の相乗効果の発現機構は以下のように考えられる。
スタンド支持焼結法の特徴として、焼結速度や成品歩留の向上効果は、下層部に限定される。上層部の歩留向上効果のあるフレーム加熱法と組み合わせることにより、上層から下層にわたる全層の歩留向上効果が得られる。以上より、成品歩留の点では加算性が成立する。

次に、焼結速度の点では、以下のように考えられる。
フレーム加熱法では２度点火することにより、焼結層の燃焼帯幅が増大する。焼結層の燃焼帯幅の増大は、上層においては成品歩留向上に結び付く。しかしながら、下層では一段点火でも十分に燃焼帯幅が確保されているため、さらなる向上効果が望めない。むしろ、下層において、燃焼帯幅の増大は通気抵抗の増大を招いてしまい、その結果焼結速度（燃焼前線降下速度）が低下する。ここでスタンド支持焼結法を適用すると、上部焼結ケーキ支持により、下層部焼結において通気抵抗の増大を低減され、下層の焼結速度が向上する。下層の焼結速度の向上により、下層における燃焼帯幅の増大が抑制される。その結果、焼結速度が加速的に向上する。以上より、焼結速度の点では相乗効果が得られる。

生産性は、成品歩留と焼結速度（燃焼前線降下速度）との積に比例する。上述のような成品歩留における加算効果と焼結速度における相乗効果とにより、後述する実施例に示すように、予測を超えた、フレーム加熱技術とスタンド支持焼結法の相乗効果が得られることが明らかとなった。

≪試験方法≫
発明者らは、ＤＬ式焼結機を模擬した条件で焼結を行う鍋試験により、本発明の効果を確認した。ＤＬ式焼結機のようにパレット９による原料充填層８の移動こそないが、下方吸引できる所定の大きさの容器に燃料を含む配合原料を装入し、上面から着火し、下方吸引させて焼結を進行させる試験である。後述する表２に示すように、８つの実験（参考例、比較例１～５、実施例１～２）を行った。

（原料配合）
原料配合は実機の標準的な配合条件とした。
表１は、配合原料（添加後配合原料）の各焼結原料の配合割合を示す。各焼結原料の配合比率は、試験ケースによらず、すべての試験ケースにおいて同一である。粉コークスと返鉱は、新原料（鉄鉱石、石灰石、橄欖石、および生石灰）を１００質量％として、それぞれ外数で４．５質量％、１５．０質量％とした。
配合原料は一括して造粒した。全原料をドラムミキサに投入し、これらを４分間混合した。ついで、目標の水分値（７．５質量％）となるように水を添加し、さらにこれらを４分間混合した。

（試験条件）
表２は、各試験ケースの試験条件および試験結果を示す。
表２に示すように、スタンド支持焼結法の実施の有無、フレーム加熱法（再点火焼結法）の実施の有無をそれぞれ組み合わせた４通りを基本として、８つの試験を行った。さらに、スタンド支持焼結法を実施せずフレーム加熱法を実施した比較例２～４、スタンド支持焼結法とフレーム加熱法の両方を実施した実施例１～２および比較例５については、フレーム加熱の開始時刻（フレーム加熱タイミング）を点火完了後から０．５分後、２．５分後、３．５分後に変更して鍋試験を実施した。これらの時間（０．５分間、２．５分間、３．５分間）は、実機における距離に換算すると、それぞれ、点火器での点火完了後からフレーム加熱を開始するまでの距離（点火器とフレーム加熱装置の間隔）が、有効機長Ｌ１の２％、１０％、１４％の長さ（距離）となる。

鍋試験装置は直径３００ｍｍ、高さ５００ｍｍの寸法のものを使用した。また、鍋試験において、支持スタンドとして直径３０ｍｍ高さ３００ｍｍの円柱型丸鋼を使用し、鍋底面の中心に立てた。
点火時間およびフレーム加熱時間は共に１分間（熱量２５ＭＪ／原料ｔ）とした。焼成時の吸引負圧は、鍋下における計測値で１３００ｍｍＡｑ（１２．７５ｋＰａ）一定となるように、送風機吸引側のバルブ開度で調整した。

鍋下では、圧力の計測とともに熱電対による温度計測も行った。鍋試験装置における焼結では、燃焼帯が充填層の最下部に到達すると鍋下温度が上昇を開始し、やがてピークを迎え、コークスの燃焼完了により低下する。この鍋下で計測した排ガス温度ピーク３分後に送風機の吸引を停止した。なお、焼結時間は、点火開始から排ガス温度ピークまでの時間とした。

焼成後、得られた焼結ケーキを２ｍの高さから４回落下処理を行って破砕した。破砕後、５ｍｍの篩で分級して、床敷鉱を除く篩上（粒径＋５ｍｍ以上）を焼結成品とした。そして、焼結成品重量を、床敷鉱を除くシンターケーキ重量で除した値を成品歩留と定義した。また、燃焼前線降下速度（ＦＦＳ）は「層厚（＝鍋高さ）／燃焼前線が最下層到達までに要した時間」で、生産性（生産率）は「（焼結成品重量―床敷重量）／（焼結時間×鍋底面積）」で算出した。

（試験結果）
８つの試験についての各試験結果を表２の右欄に示す。
成品歩留は、フレーム加熱間隔を有効機長Ｌ１の２％および１０％とした場合において高値となった。スタンド支持焼結法を適用すると、適用しない場合と比較して、いずれの試験ケースにおいても０．２％～０．５％程度向上し、両技術の効果の加算性が確認された。

燃焼前線降下速度（ＦＦＳ：Flame Front Speed）は、スタンド支持焼結法を実施しない４つの試験ケース（参考例、比較例２～４）において、フレーム加熱法を実施した場合（比較例２～４）は、実施しなかった場合（参考例）よりも、速度が０．１～０．５ｍｍ/ｍｉｎ低下した。フレーム加熱法による燃焼帯幅増加に起因する通気抵抗増大によるものと考えられる。その一方、スタンド支持焼結法実施下でフレーム加熱法を実施すると、逆に燃焼前線降下速度が上昇し、両技術の効果の相乗性が確認された。

生産率は、成品歩留と燃焼前線降下速度との積に比例する。燃焼前線降下速度で相乗的に得られた効果により実施例１および実施例２において、大幅に生産率が向上した。

ここで、生産率について、スタンド支持焼結法とフレーム加熱法（再点火焼結法）とを組み合わせることによる相乗効果について、説明する。表２の最右欄は、効果積算値とその評価を示す。詳細は後述するが、効果積算値は、単純加算により推定される生産率である。

図５は、フレーム加熱間隔が有効機長Ｌ１の２％である場合について相乗効果を図示したもので、横軸が燃焼前線降下速度、縦軸が成品歩留を示している。
図５に示すように、どちらの技術も非実施の参考例（２７．６ｔ/（Ｄｍ^２））、スタンド支持焼結法のみ実施の比較例１（２９．８ｔ/（Ｄｍ^２））、フレーム加熱法（間隔２％）のみ実施の比較例２（２８．６ｔ/（Ｄｍ^２））の３点に基づいて、両者の“効果積算”を算出した。生産率は、プロット横の数字で示している。なお、生産率は、燃焼前線降下速度と成品歩留との積に比例する。

ここで、効果積算の算出方法はスタンド支持焼結法およびフレーム加熱法の其々の効果を生産率の増加比とした。具体的には、前者の効果は＋７．９％（比較例１/参考例－１)、後者の効果は＋３．６％（比較例２/参考例－１）である。そして、“効果積算”の値は１１．７％（１．０７９×１．０３６－１）となり、生産率は３０．９ｔ/（Ｄｍ^２）（２７．６×１．１１７）となる。

なお、同様の計算を、フレーム加熱間隔を１０％とした実施例２、およびフレーム加熱間隔を１４％とした比較例５についても行い、表２に示す効果積算値を求めた。なお、実施例２については、どちらの技術も非実施の参考例、スタンド支持焼結法のみ実施の比較例１、フレーム加熱法（間隔１０％）のみ実施の比較例３の３点に基づいて算出し、比較例５については、どちらの技術も非実施の参考例、スタンド支持焼結法のみ実施の比較例１、フレーム加熱法（間隔１４％）のみ実施の比較例４の３点に基づいて算出した。

表２の相乗効果の欄に、生産率の実測値と効果積算値の差を示す。スタンド支持焼結法とフレーム加熱法（間隔２％）の両方を実施した実施例１の場合、効果積算（３０．９ｔ/（Ｄｍ^２））の値と実際の生産率（３２．２ｔ/（Ｄｍ^２））との差は、１．３ｔ/（Ｄｍ^２）である。実施例１（フレーム加熱間隔２％）および実施例２（フレーム加熱間隔１０％）については、実測値と効果積算値の差が１ｔ/（Ｄｍ^２）を超え、生産性に関する相乗効果が確認された。一方、比較例５（フレーム加熱間隔１４％）では、０．４ｔ/（Ｄｍ^２）に留まり、相乗効果は減少した。
以上より、本発明において、フレーム加熱間隔である点火器２及びフレーム加熱装置４の間の距離ｄ１（ｍｍ）の適正な範囲を、２％以上１０％以下の範囲と規定した。

なお、本試験ケースでは、点火時間およびフレーム加熱時間を共に１分（熱量２５ＭＪ／原料ｔ）で実施したが、本発明はこの例に限定されるものではない。理由は、試験ケースにおける点火時間は、鍋試験におけるヒートロスを考慮して設定されているためである。実機（商用）焼結機において、例えば点火時間３０秒であれば、この点火時間を１分とする必要は全くなく、実操業の点火時間を維持して、フレーム加熱法を行えばよい。また、フレーム加熱時間についても、実機で１分間である必要はない。

１…ＤＬ式焼結機、２…点火器、３…大気吸引領域、４…フレーム加熱装置、５…燃焼帯、６…焼結完了層、７…ホッパ、８…原料充填層、９…パレット、１０…トラックガイド、１１…駆動輪、１２…遊動輪、１３…ダクト、１４…風箱、１５…パレット（スタンド支持焼結法）、１５ａ…グレートバー、１５ｂ…メインフレーム、１５ｃ…パレット側壁、１６…スタンド、１７…焼結層、１７ａ…焼結原料、１７ｂ…シンターケーキ

Claims (1)

1. ドワイトロイド式焼結機を用いて焼結鉱を製造する方法であって、
   前記ドワイトロイド式焼結機は、配合原料を装入する焼結用パレットと、点火器と、前記点火器下流側に離間して設けられ、原料充填層の上面をフレーム加熱するフレーム加熱装置とを有し、
   前記焼結用パレットには、シンターケーキ支持面を有する支持部材が前記原料充填層に埋設するようにグレート上に垂設されており、
   前記点火器と前記フレーム加熱装置の間には、フレームによる加熱が行われない区間が形成されており、
   前記点火器及び前記フレーム加熱装置の間の距離ｄ１（ｍｍ）が、有効機長Ｌ１（ｍｍ）の２％から１０％である焼結鉱の製造方法。
   Ｌ１＝Ｌ２－Ｘ１－Ｘ２
   Ｌ１：有効機長（ｍｍ）
   Ｌ２：機長（ｍｍ）
   Ｘ１：点火器のパレット進行方向長さ（ｍｍ）
   Ｘ２：フレーム加熱装置のパレット進行方向長さ（ｍｍ）

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