特許 6223250 焼結鉱及びペレットを冷却する冷却装置、及びこの冷却装置における排気制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6223250

(24)【登録日】2017年10月13日

(45)【発行日】2017年11月1日

(54)【発明の名称】焼結鉱及びペレットを冷却する冷却装置、及びこの冷却装置における排気制御方法

(51)【国際特許分類】

   F27B 21/00 20060101AFI20171023BHJP

   C22B 1/26 20060101ALI20171023BHJP

   F27D 17/00 20060101ALI20171023BHJP

【ＦＩ】

   F27B21/00 A

   C22B1/26

   F27D17/00 103

【請求項の数】6

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2014-58131(P2014-58131)

(22)【出願日】2014年3月20日

(65)【公開番号】特開2015-183875(P2015-183875A)

(43)【公開日】2015年10月22日

【審査請求日】2016年9月1日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001199

【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所

(74)【代理人】

【識別番号】100061745

【弁理士】

【氏名又は名称】安田 敏雄

(74)【代理人】

【識別番号】100120341

【弁理士】

【氏名又は名称】安田 幹雄

(72)【発明者】

【氏名】織田 剛

(72)【発明者】

【氏名】天野 真次

(72)【発明者】

【氏名】中村 純生

(72)【発明者】

【氏名】山野 洋一郎

【審査官】 瀧澤 佳世

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５５−１４５１２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５７−０１９３３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５８−０６１２４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−３３０３７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５８−２０８５８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５８−１４１３４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−０５７７３０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２７Ｂ ２１／００

Ｃ２２Ｂ １／２６

Ｆ２７Ｄ １７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

焼結鉱及びペレットを製造する製造ライン内に配備され、焼結後の前記焼結鉱及びペレットを冷却する冷却装置であって、前記焼結鉱及びペレットを冷却した後の空気を回収し、回収した前記空気を前記焼結鉱及びペレットの冷却源として返送する強制循環経路と、前記強制循環経路上に設けられ且つ当該強制循環経路内を流通する前記空気から熱を回収する熱交換器と、前記強制循環経路上に設けられ且つ当該強制循環経路の空気を循環させる循環ブロワと、が備えられた冷却装置において、
前記強制循環経路には、前記熱交換器にて熱交換後の前記空気を当該強制循環経路の外に放出する放出手段が備えられており、
前記放出手段として、排気ブロアが採用されていて、
前記強制循環経路には、前記熱交換器を通過する空気の流量Ｑと、前記熱交換器の入側の空気の温度Ｔｉと、大気へ放散される冷却後空気の温度Ｔｅとを基に、前記放出手段が外部へ放出する空気の流量を制御する排気制御装置が備えられている
ことを特徴とする焼結鉱及びペレットを冷却する冷却装置。

【請求項2】

焼結鉱及びペレットを製造する製造ライン内に配備され、焼結後の前記焼結鉱及びペレットを冷却する冷却装置であって、前記焼結鉱及びペレットを冷却した後の空気を回収し、回収した前記空気を前記焼結鉱及びペレットの冷却源として返送する強制循環経路と、前記強制循環経路上に設けられ且つ当該強制循環経路内を流通する前記空気から熱を回収する熱交換器と、前記強制循環経路上に設けられ且つ当該強制循環経路の空気を循環させる循環ブロワと、が備えられた冷却装置において、
前記強制循環経路には、前記熱交換器にて熱交換後の前記空気を当該強制循環経路の外に放出する放出手段が備えられており、
前記放出手段として、前記強制循環経路上に設けられた大気放散弁が採用されていて、
前記強制循環経路には、前記熱交換器を通過する空気の流量Ｑと、前記熱交換器の入側の空気の温度Ｔｉと、大気へ放散される冷却後空気の温度Ｔｅとを基に、前記放出手段が外部へ放出する空気の流量を制御する排気制御装置が備えられている
ことを特徴とする焼結鉱及びペレットを冷却する冷却装置。

【請求項3】

焼結鉱及びペレットを製造する製造ライン内に配備され、焼結後の前記焼結鉱及びペレットを冷却する冷却装置であって、前記焼結鉱及びペレットを冷却した後の空気を回収し、回収した前記空気を前記焼結鉱及びペレットの冷却源として返送する強制循環経路と、前記強制循環経路上に設けられ且つ当該強制循環経路内を流通する前記空気から熱を回収する熱交換器と、前記強制循環経路上に設けられ且つ当該強制循環経路の空気を循環させる循環ブロワと、が備えられた冷却装置において、
前記強制循環経路には、前記熱交換器にて熱交換後の前記空気を当該強制循環経路の外に放出する放出手段が備えられていて、
前記放出手段として、排気ブロアが採用されており、
前記強制循環経路には、前記熱交換器出側の空気の温度Ｔｏと、前記熱交換器での蒸気発生量ｍと、前記熱交換器入側の空気の温度Ｔｉと、大気へ放散される冷却後空気の温度Ｔｅとを基に、前記放出手段が外部へ放出する空気の流量を制御する排気制御装置が備えられている
ことを特徴とする焼結鉱及びペレットを冷却する冷却装置。

【請求項4】

焼結鉱及びペレットを製造する製造ライン内に配備され、焼結後の前記焼結鉱及びペレットを冷却する冷却装置であって、前記焼結鉱及びペレットを冷却した後の空気を回収し、回収した前記空気を前記焼結鉱及びペレットの冷却源として返送する強制循環経路と、前記強制循環経路上に設けられ且つ当該強制循環経路内を流通する前記空気から熱を回収する熱交換器と、前記強制循環経路上に設けられ且つ当該強制循環経路の空気を循環させる循環ブロワと、が備えられた冷却装置において、
前記強制循環経路には、前記熱交換器にて熱交換後の前記空気を当該強制循環経路の外に放出する放出手段が備えられていて、
前記放出手段として、前記強制循環経路上に設けられた大気放散弁が採用されていて、
前記強制循環経路には、前記熱交換器出側の空気の温度Ｔｏと、前記熱交換器での蒸気発生量ｍと、前記熱交換器入側の空気の温度Ｔｉと、大気へ放散される冷却後空気の温度Ｔｅとを基に、前記放出手段が外部へ放出する空気の流量を制御する排気制御装置が備えられている
ことを特徴とする焼結鉱及びペレットを冷却する冷却装置。

【請求項5】

請求項１又は２に記載された焼結鉱及びペレットを冷却する冷却装置における排気制御方法であって、
前記熱交換器の通過する空気の流量Ｑと、前記熱交換器入側の空気の温度Ｔｉと、大気へ放散される冷却後空気の温度Ｔｅとを基に、前記空気の流量Ｑの変化と、熱交換器で発生する蒸気発生量ｍの変化との比ｄｍ／ｄＱを算出して、
前記算出したｄｍ／ｄＱが０以上の場合、回収する空気の流量Ｑを増やすと共に、前記熱交換後の空気を増加分だけ多く外部へ放出するように制御する
ことを特徴とする冷却装置における排気制御方法。

【請求項6】

請求項３又は４に記載された焼結鉱及びペレットを冷却する冷却装置における排気制御方法であって、
前記熱交換器出側の空気の温度Ｔｏと、前記熱交換器で製造される蒸気発生量ｍと、前記熱交換器入側の空気の温度Ｔｉと、大気へ放散される冷却後空気の温度Ｔｅとを基に、前記空気の流量Ｑの変化と、発生する蒸気発生量ｍの変化との比ｄｍ／ｄＱを算出して、
前記算出したｄｍ／ｄＱが０以上の場合、回収する空気の流量Ｑを増やすと共に、前記熱交換後の空気を増加分だけ多く外部へ放出するように制御する
ことを特徴とする冷却装置における排気制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、高炉の原料である焼結鉱や鉄鉱石ペレットを製造するペレットプラントに設けられて焼結鉱及びペレットを冷却する冷却装置、及びこの冷却装置における排気制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

現在、製鉄の方法として主流を占めているのは、高炉による大規模製鉄と電気炉による中小規模製鉄であり、このうち高炉には、塊鉱石、焼結鉱及びペレットが製鉄材料として装入される。
高炉に装入されるペレットを製造するペレットプラントには、ペレットを製造するために「グレートキルン炉」が設けられている。

【0003】

一方、高炉に装入される焼結鉱を製造する焼結鉱プラントには、「焼結機」が備えられている。この焼結機は、粉鉱と粉状コークスとが混合された原料に着火し、着火された原料を搬送手段で機長方向に搬送しつつ、下方の風箱で吸気することにより焼結を進行させ、高炉に投入可能な焼結鉱を製造する。
焼結機やグレートキルン炉で焼成された焼結鉱やペレットは、焼結直後は非常に高温であるため、グレートキルン炉や焼結機の下工程には、焼結鉱及びペレットを冷却する冷却装置が設けられている。このような冷却装置、言い換えれば、焼結鉱及びペレットを冷却する技術としては、例えば、特許文献１や特許文献２に示すような技術が挙げられる。

【0004】

特許文献１には、排ガス温度の低下を防止可能な焼結鉱向けの冷却装置（焼結鉱クーラ）が開示されている。
この文献に開示された技術は、冷却装置における廃熱回収フード内の圧力を高めるという作用効果を意図しており、ファンによって冷却ゾーン側フードを通過するガスのうち、固定式仕切壁付近を流れるガスは廃熱回収後の焼結鉱と熱交換した後の高温のガスなので、この高温ガスを廃熱回収ゾーン側へ吹き込んでやれば良いという思想が開示されている。そのための方法として、仕切壁を移動式とし、廃熱回収フード内の圧力を基にして、前述の仕切壁に対する位置制御を行っている。

【0005】

ここで、ファンによって冷却ゾーン側フードを通過するガスとは、冷却後に高温になった空気の低温側（焼結鉱移動方向の下流側）空気のことだが、この空気はまだかなり高温の状態にあり、廃熱回収側へ吸引して利用できることが、特許文献１に述べられている。
一方、特許文献２には、焼結鉱冷却排ガスの回収方法の技術が開示されている。
この文献において、焼結鉱冷却用として過剰な廃ガスが発生した場合には、前記過剰廃ガスの廃熱を回収した後、廃ガス循環系中に設けた放出管で放出することにより、廃ガスの廃熱回収効率と焼結鉱冷却効率とを、共に最適に維持する装置が開示されている。

【0006】

この装置における放出管は、通常運転時には閉じられているが、焼結鉱増産時に焼結鉱冷却後の廃ガス温度が上昇して蒸気量が過剰になった場合に開けられて、過剰の廃ガスが放出されるものとなっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０００−２２６６１８号公報

【特許文献2】特公昭５８−７３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

特許文献１，２に開示された、従来より用いられている冷却装置では、以下に述べるような不都合が存在することが知見されている。
図１に、特許文献１などに開示された従来の冷却装置と、その冷却装置に備えられた廃熱回収経路を示す。
図１の冷却装置において、約６００℃で冷却装置へ流入して来た焼結鉱（焼結ペレット
も含む）は、冷却装置の中を左から右へ移動していて、その中を移動している間に、冷却装置の下から上へ流れている空気によって冷却される。この冷却装置には、焼結鉱冷却用の空気源が２系統備えられており、冷却装置の前半部の空気源は循環ブロワに由来しており、冷却装置の後半部の空気源は低温側ブロワに由来している。

【0009】

高温の状態にある焼結鉱が投入され通過する冷却装置内の前半部は、焼結鉱を冷却した後の空気の温度が非常に高いので、この高温の空気をボイラへ送って蒸気を製造するようになっている。なお、このボイラは、排気ダクトを介して循環ブロワに接続されていて、廃熱回収の閉回路を形成している。このボイラから排出される蒸気は、約１８０℃以上になっており、従来はこの蒸気を排気ダクトで接続された循環ブロワで吸引して、冷却装置へ送っている。

【0010】

このような冷却装置おいては、投入された焼結鉱が積まれて移動するトラフと呼ばれる搬送装置と、その搬送装置の下部に配備されている送風ダクトとの間の気密性を完全に維持するのは困難であり、その搬送装置と送風ダクトとの間から多量の漏風が発生する。このような搬送装置と送風ダクトとの間から多量の漏風分を補充するために、送風ダクトに補充ブロワが接続されている。

【0011】

また、従来は、廃熱回収に適さない中程度の温度（およそ１５０℃〜２５０℃）である低温側ブロワ由来の冷却空気は、そのまま大気に放出されている。ところが、焼結鉱増産時や焼結機拡張などにより生産量が増した場合、低温側ブロワ由来の冷却空気も、焼結鉱を冷却した後に２５０℃を超えることとなり、廃熱回収ボイラでの回収対象に成り得る。
しかしながら、図１に示す従来の冷却装置の構成では、廃熱回収経路は略閉回路になっていることから、焼結鉱増産などで低温側ブロワ由来の中温度の冷却空気が２５０℃を超えた場合に、中温度の冷却空気を廃熱回収系へ吸い込む手段は、漏風量Ｑ_Ｌがほぼ一定であることから補充ブロワの送風量Ｑ_Ｍを低下させて、低温側からの吸引空気量Ｑ_Ｓを増やす以外にない。

【0012】

このような中温度の冷却空気を廃熱回収系へ吸い込む方法は、質量保存式、式（１）で説明できる。

【0013】

【数1】

【0014】

ところで、冷却装置の前半部において、焼結鉱の冷却に寄与する風量は、［循環ブロワの送風量Ｑ_Ｂ−低温側からの吸引空気量Ｑ_Ｓ］であることから、補充ブロワの送風量Ｑ_Ｍを低下させることは、冷却風量の低下を意味している。さらに、焼結鉱を冷却する空気の冷却前温度Ｔ_Ｌは式（２）で表されることから、補充ブロワの送風量Ｑ_Ｍを低下させることは、空気の冷却前温度Ｔ_Ｌが補充ブロワの温度Ｔ_Ｍではなく循環ブロワの温度Ｔ_Ｂに近づくこと、つまり大気温度ではなく１８０℃に近づくことを意味している。

【0015】

【数2】

【0016】

［循環ブロワの送風量Ｑ_Ｂ−低温側からの吸引空気量Ｑ_Ｓ］の低下と、空気の冷却前温度Ｔ_Ｌが補充ブロワの温度Ｔ_Ｍへと変化する効果により、冷却能力増強が必要な増産時に、焼結鉱の冷却が不足することになる。
したがって、図１に示す冷却装置の構成では、焼結鉱増産などにより、低温側ブロワ由来の中温度の冷却空気が２５０℃を超えたとしても、冷却装置の運転の調整などで廃熱回収を増加させることは不可能である。

【0017】

すなわち、特許文献１，２に開示された、従来より用いられている冷却装置では、廃熱回収の能力に限界があるということが明らかである。
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、高い廃熱回収の能力を有する焼結鉱及びペレットを冷却する冷却装置、及びこの冷却装置における排気制御方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0018】

上述の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
本発明の焼結鉱及びペレットを冷却する冷却装置は、焼結鉱及びペレットを製造する製造ライン内に配備され、焼結後の前記焼結鉱及びペレットを冷却する冷却装置であって、前記焼結鉱及びペレットを冷却した後の空気を回収し、回収した前記空気を前記焼結鉱及びペレットの冷却源として返送する強制循環経路と、前記強制循環経路上に設けられ且つ当該強制循環経路内を流通する前記空気から熱を回収する熱交換器と、前記強制循環経路上に設けられ且つ当該強制循環経路の空気を循環させる循環ブロワと、が備えられた冷却装置において、前記強制循環経路には、前記熱交換器にて熱交換後の前記空気を当該強制循環経路の外に放出する放出手段が備えられており、前記放出手段として、排気ブロアが採用されていて、前記強制循環経路には、前記熱交換器を通過する空気の流量Ｑと、前記熱交換器の入側の空気の温度Ｔｉと、大気へ放散される冷却後空気の温度Ｔｅとを基に、前記放出手段が外部へ放出する空気の流量を制御する排気制御装置が備えられていることを特徴とする。

【0019】

本発明の焼結鉱及びペレットを冷却する冷却装置の他の技術的手段は、焼結鉱及びペレットを製造する製造ライン内に配備され、焼結後の前記焼結鉱及びペレットを冷却する冷却装置であって、前記焼結鉱及びペレットを冷却した後の空気を回収し、回収した前記空気を前記焼結鉱及びペレットの冷却源として返送する強制循環経路と、前記強制循環経路上に設けられ且つ当該強制循環経路内を流通する前記空気から熱を回収する熱交換器と、前記強制循環経路上に設けられ且つ当該強制循環経路の空気を循環させる循環ブロワと、が備えられた冷却装置において、前記強制循環経路には、前記熱交換器にて熱交換後の前記空気を当該強制循環経路の外に放出する放出手段が備えられており、前記放出手段として、前記強制循環経路上に設けられた大気放散弁が採用されていて、前記強制循環経路には、前記熱交換器を通過する空気の流量Ｑと、前記熱交換器の入側の空気の温度Ｔｉと、大気へ放散される冷却後空気の温度Ｔｅとを基に、前記放出手段が外部へ放出する空気の流量を制御する排気制御装置が備えられていることを特徴とする。
本発明の焼結鉱及びペレットを冷却する冷却装置の他の技術的手段は、焼結鉱及びペレットを製造する製造ライン内に配備され、焼結後の前記焼結鉱及びペレットを冷却する冷却装置であって、前記焼結鉱及びペレットを冷却した後の空気を回収し、回収した前記空気を前記焼結鉱及びペレットの冷却源として返送する強制循環経路と、前記強制循環経路上に設けられ且つ当該強制循環経路内を流通する前記空気から熱を回収する熱交換器と、前記強制循環経路上に設けられ且つ当該強制循環経路の空気を循環させる循環ブロワと、が備えられた冷却装置において、前記強制循環経路には、前記熱交換器にて熱交換後の前記空気を当該強制循環経路の外に放出する放出手段が備えられていて、前記放出手段として、排気ブロアが採用されており、前記強制循環経路には、前記熱交換器出側の空気の温度Ｔｏと、前記熱交換器での蒸気発生量ｍと、前記熱交換器入側の空気の温度Ｔｉと、大気へ放散される冷却後空気の温度Ｔｅとを基に、前記放出手段が外部へ放出する空気の流量を制御する排気制御装置が備えられていることを特徴とする。
本発明の焼結鉱及びペレットを冷却する冷却装置の他の技術的手段は、焼結鉱及びペレットを製造する製造ライン内に配備され、焼結後の前記焼結鉱及びペレットを冷却する冷却装置であって、前記焼結鉱及びペレットを冷却した後の空気を回収し、回収した前記空気を前記焼結鉱及びペレットの冷却源として返送する強制循環経路と、前記強制循環経路上に設けられ且つ当該強制循環経路内を流通する前記空気から熱を回収する熱交換器と、
前記強制循環経路上に設けられ且つ当該強制循環経路の空気を循環させる循環ブロワと、が備えられた冷却装置において、前記強制循環経路には、前記熱交換器にて熱交換後の前記空気を当該強制循環経路の外に放出する放出手段が備えられていて、前記放出手段として、前記強制循環経路上に設けられた大気放散弁が採用されていて、前記強制循環経路には、前記熱交換器出側の空気の温度Ｔｏと、前記熱交換器での蒸気発生量ｍと、前記熱交換器入側の空気の温度Ｔｉと、大気へ放散される冷却後空気の温度Ｔｅとを基に、前記放出手段が外部へ放出する空気の流量を制御する排気制御装置が備えられていることを特徴とする。

【0020】

本発明の冷却装置における排気制御方法は、上記した焼結鉱及びペレットを冷却する冷却装置における排気制御方法であって、前記熱交換器の通過する空気の流量Ｑと、前記熱交換器入側の空気の温度Ｔｉと、大気へ放散される冷却後空気の温度Ｔｅとを基に、前記空気の流量Ｑの変化と、熱交換器で発生する蒸気発生量ｍの変化との比ｄｍ／ｄＱを算出して、前記算出したｄｍ／ｄＱが０以上の場合、回収する空気の流量Ｑを増やすと共に、前記熱交換後の空気を増加分だけ多く外部へ放出するように制御することを特徴とする。

【0021】

本発明の冷却装置における排気制御方法は、上記した焼結鉱及びペレットを冷却する冷却装置における排気制御方法であって、前記熱交換器出側の空気の温度Ｔｏと、前記熱交換器で製造される蒸気発生量ｍと、前記熱交換器入側の空気の温度Ｔｉと、大気へ放散される冷却後空気の温度Ｔｅとを基に、前記空気の流量Ｑの変化と、発生する蒸気発生量ｍの変化との比ｄｍ／ｄＱを算出して、前記算出したｄｍ／ｄＱが０以上の場合、回収する空気の流量Ｑを増やすと共に、前記熱交換後の空気を増加分だけ多く外部へ放出するように制御することを特徴とする。

【発明の効果】

【0022】

本発明の焼結鉱及びペレットを冷却する冷却装置、及びこの冷却装置における排気制御方法によれば、冷却装置における廃熱回収の能力を可及的に高くすることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】従来の冷却装置と強制循環経路を示した図である。

【図2】本実施形態を導出するためのシミュレーション計算に用いた「計算領域」を示した図である。

【図3】従来の冷却装置における内部の空気流量と冷却後空気温度との分布を示した図である。

【図4】従来の冷却装置における冷却後空気の回収範囲と蒸気製造量との関係を示した図である。

【図5】本実施形態に係る冷却装置と強制循環経路を示した図である。

【図6】本実施形態の冷却装置における内部の空気流量と冷却後空気温度との分布を示した図である（第１実施形態）。

【図7】本実施形態の冷却装置における冷却後空気の回収範囲と蒸気製造量との関係を示した図である。

【図8】従来の冷却装置における内部の空気流量と冷却後空気温度との分布を示した図である（循環風量を ４００Ｎｍ^３／ｈへ増加させた時）。

【図9】本実施形態に係る冷却装置と強制循環経路（廃熱回収経路）を示した図である（第２実施形態）。

【図10】ボイラ性能曲線を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、本発明に係る焼結鉱及びペレットを冷却する冷却装置、及びこの冷却装置における排気制御方法について、図を基に説明する。
なお、以下に説明する実施形態は、本発明を具体化した一例であって、その具体例をもって本発明の構成を限定するものではない。従って、本発明の技術的範囲は、本実施形態に開示内容だけに限定されるものではない。

【0025】

例えば、以下の説明において、焼結プラントにて製造された焼結鉱Ｐを冷却する冷却装置１として説明を行うが、それに限定されず、ペレットプラントにて製造されたペレットを冷却する冷却装置にも、本発明の技術を適用可能である。
［第１実施形態］
本発明に係る冷却装置１（クーラ）は、乾燥され、且つ転動加熱に耐え得る強度にまで予熱硬化された焼結鉱Ｐ（焼成鉄鉱石）を大気により冷却する空冷装置であり、焼結プラントの下流側に備えられている。

【0026】

冷却装置１（クーラ）は、焼結が完了した焼結鉱Ｐに対して大気を強制的に吹き込んで冷却する強制対流冷却方法によって冷却する設備であり、この設備で搬送可能な温度にまで冷却された焼結鉱Ｐは、製品として搬出される。
このような構成の冷却装置１には、焼結鉱冷却後の高温となった冷却空気を回収し、回収した空気を焼結鉱Ｐの冷却源として返送する強制循環経路３（廃熱回収経路）が配備されている。

【0027】

具体的には、本発明の冷却装置１は、平面視で略リング状に形成され、焼結鉱Ｐを載置し冷却する冷却室２と、この冷却室２内で焼結鉱Ｐを冷却した後の高温となった空気（冷却空気）を回収し、回収した冷却空気を焼結鉱Ｐの冷却源として返送する強制循環経路３と、この強制循環経路３上に設けられ、且つ強制循環経路３内を流通する冷却空気から熱を回収する熱交換器７（廃熱回収ボイラ）と、この強制循環経路３上に設けられ、且つ当該強制循環経路３の冷却空気を循環させる循環ブロワ８と、が備えられていて、強制循環経路３には、熱交換器７にて熱交換後の冷却空気の一部を当該強制循環経路３の外に放出する放出手段１２が備えられている。

【0028】

なお、第１実施形態の放出手段１２には、排気ブロア１２ａが採用されている。
冷却室２は、焼結プラントに備えられた焼結炉（図示しない）から排出された焼結鉱Ｐを載置し冷却する載置台２ａ（トラフ）と、載置台２ａの下面に複数設けられ、ブロワからの冷却空気を冷却室２の下側から焼結鉱Ｐに向かって案内するエアチャンバ２ｄ（本実施形態では、１６個）と、載置台２ａを上側から覆うフード２ｂと、フード２ｂの上面に複数設けられ、冷却後の冷却空気をフード２ｂ内から外部に排出する排気ダクト２ｃ（本実施形態では、４個）と、で構成されている。

【0029】

図５は、上述した略リング状の冷却装置１を展開した形で、概略的に示したものである。
図５に示すように、冷却室２に送風する複数のブロワには、循環ブロワ８と低温側ブロア９とが存在している。循環ブロワ８は廃熱回収ボイラ７で熱交換された冷却空気を送風ダクト５を介して、焼結鉱Ｐを冷却する冷却室２に再度送風するものであり、低温側ブロア９は外部からの空気を焼結鉱Ｐを冷却する冷却室２に送風するものである。

【0030】

また、複数の排気ダクト（煙突）２ｃのうち、冷却室２上流側に配備された複数の排気ダクト２ｃ（本実施形態では、排気ダクト＃１（２ｃ）、排気ダクト＃２（２ｃ））には、非常に高温となった冷却空気（例えば、４００℃以上の空気）を回収して、排気ダクト２ｃの下流側に配備された廃熱回収ボイラ７に送る回収ダクト４が接続されていて、この排気ダクト２ｃには、マルチクロンと呼ばれる冷却空気中のダストを回収する集塵手段６
が配備されている。

【0031】

廃熱回収ボイラ７の出側（下流側）には、熱交換後の冷却空気を、排気ブロア１２ａに送風する冷却空気と循環ブロワ８に送風する冷却空気とに分岐する分岐ダクト１１が接続されている。この分岐ダクト１１の循環ブロワ８側下流、すなわち循環ブロワ８の入側には、冷却室２とエアチャンバ２ｄとの間からもれ出す漏風を補完する大気吸引手段１３が配備されている。

【0032】

まとめれば、これらの冷却室２、排気ダクト２ｃ、集塵手段６、廃熱回収ボイラ７、循環ブロア８、エアチャンバ２ｄは、基本的に冷却空気をエアチャンバ２ｄから冷却室２→排気ダクト２ｃ→廃熱回収ボイラ７の順に経由して冷却室２に循環させる略閉ループ状の強制循環経路３（回収ダクト４、分岐ダクト１１、送風ダクト５）により接続されている。さらに、分岐ダクト１１により冷却空気を排気ブロア１２ａに放出するようにもなっている。

【0033】

ところで、本発明の冷却装置１は、通常、排気ダクト＃１（２ｃ）、及び排気ダクト＃２（２ｃ）で排出される非常に高温となった冷却空気を回収している。それに加え、焼結鉱Ｐの増産などにより、排気ダクト＃３（２ｃ）の近傍に生じる非常に高温となった冷却空気も回収することが可能である。
例えば、排気ダクト＃１（２ｃ）と排気ダクト＃２（２ｃ）で生じた高温の冷却空気に加えて、排気ダクト＃３（２ｃ）の近傍において生じた高温の冷却空気を回収する場合、排気ダクト＃１（２ｃ）と排気ダクト＃２（２ｃ）の冷却空気の流量Ｑに加えて、排気ダクト＃３（２ｃ）の近傍の冷却空気の流量ｄＱが増加することとなる。しかし、循環ブロアから排出される空気の流量Ｑは、略閉ループ状となっているので一定である。そこで、廃熱回収ボイラ７の下流側の配備された排気ブロア１２ａで、熱交換後の冷却空気の流量ｄＱ分だけ外部に放出する。

【0034】

このようにすることで、通常より多くの高温の冷却空気を回収し、その廃熱を利用して蒸気を製造することが可能である。
次に、上記した本発明の冷却装置１における冷却空気の廃熱回収方法、すなわち冷却装置１における排気制御方法について、図２〜図８に基づいて説明する。
本発明に係る焼結鉱Ｐを冷却する冷却装置１における排気制御方法は、熱交換器７（廃熱回収ボイラ）の通過する空気の風量（流量）Ｑと、廃熱回収ボイラ７入側の空気の温度Ｔｉと、大気へ放散される冷却後空気の温度Ｔｅとを基に、廃熱回収ボイラ７で取り出される熱量、すなわち廃熱回収ボイラ７にて製造される蒸気発生量の変化ｄｍと、強制循環経路３へ吸引される空気の流量ｄＱとの比が０以上（（ｄｍ／ｄＱ）＞０）の場合、強制循環経路３へ吸引される空気の流量ｄＱを増やすと共に、熱交換後の空気を増加分だけ多く外部へ放出するように制御する方法である。

【0035】

また、本発明の冷却装置１における排気制御方法は、廃熱回収ボイラ７出側の空気の温度Ｔ_ｏと、廃熱回収ボイラ７で製造される蒸気発生量ｍと、廃熱回収ボイラ７入側の空気の温度Ｔ_ｉと、外部へ放出する空気の温度Ｔ_ｅとを基に、廃熱回収ボイラ７で取り出される熱量、すなわち廃熱回収ボイラ７にて製造される蒸気発生量の変化ｄｍと、強制循環経路３へ吸引される空気の流量ｄＱとの比が０以上（（ｄｍ／ｄＱ）＞０）の場合、強制循環経路３へ吸引される空気の流量ｄＱを増やすと共に、前記熱交換後の空気を増加分だけ多く外部へ放出するように制御するようにしてもよい。

【0036】

まず、冷却装置１内部の温度分布を求めるために、焼結鉱Ｐと冷却空気のエネルギ方程式を解く。焼結鉱Ｐを球体でモデル化し、焼結鉱Ｐ内部の温度分布も考慮する。
図２に示すように、エネルギ方程式の数値解法は、冷却装置１のトラフ（載置台２ａ）移動方向にＸ軸、焼結鉱Ｐの堆積方向（空気の流れ方向）にＹ軸、焼結鉱Ｐの半径方向にＲ軸をとった変則３次元計算となる。

【0037】

そして、定常状態での焼結鉱Ｐ及び、冷却空気の支配方程式は以下に示す、式（３）、式（４）と表せる。なお、本実施形態で説明している平面視でリング形状の冷却装置１も、直線形状の冷却装置１と同様の形状として考慮する。

【0038】

【数3】

【0039】

また、焼結鉱Ｐと空気の間の熱伝達係数には、（「流動層」，白井隆，科学技術社，（１９５８）、２０４、２０７）に記載の式を用いる（式（５））。

【0040】

【数4】

【0041】

空隙率εは、次式によって求められる。

【0042】

【数5】

【0043】

そして、焼結鉱Ｐ層（充填層）での圧力損失にはエルガンの式（Ｅｒｇｕｎ，Ｓ．，Ｃｈｅｍ．Ｅｎｇ．Ｐｒｏｇ．，４６−１１（１９５２），８９．）を用いる（式（７））。

【0044】

【数6】

【0045】

上記した計算手法により求めた冷却装置１内部の空気流量と、冷却後の冷却空気温度の分布を図３に示す。焼結鉱Ｐ生産量には、５４０ｔ／ｈの生産量を用いている。
図３に示すように、横軸には、焼結鉱Ｐを乗せたトラフと移動方向に合計１６個並んだ空気ヘッダであるエアチャンバ２ｄのＩＤが記されている。なお、エアチャンバ２ｄは、上流から順に（冷却空気の温度が高温→低温の順に）ＩＤ１〜ＩＤ１６とされ、エアチャンバＩＤ１〜ＩＤ８は循環ブロワ８配下に配備され、エアチャンバＩＤ９〜ＩＤ１６は低温側ブロワ配下に配備されている。

【0046】

図３を見てみると、焼結鉱Ｐ冷却後の冷却空気の温度は、トラフの移動方向へ向かって低下する傾向を持つことがわかる。また、図３より、従来からの冷却装置１では、エアチ
ャンバＩＤ１〜ＩＤ８の範囲の冷却空気（２３８ｋＮｍ^３／ｈ、４７５℃）を回収して４１ｔ／ｈの蒸気を製造できる。
しかし、このときエアチャンバＩＤ９〜ＩＤ１２には、廃熱回収ボイラ７で蒸気を製造することが可能な２５０℃以上の冷却空気が存在し、排気ダクト＃３（２ｃ）から外部に放出されていることがわかる。

【0047】

冷却後の冷却空気の回収範囲と、廃熱回収ボイラ７にて製造される蒸気量ｍとの関係を調べた結果を図４に示す。
図４を見てみると、５４０ｔ／ｈの焼結鉱Ｐ生産量では、エアチャンバＩＤ１〜ＩＤ１２の範囲から冷却後空気を回収した場合に、最も蒸気製造量が多くなることがわかる。ところが、排気ダクト＃３（２ｃ）を強制循環経路３に接続してしまうと、エアチャンバＩＤ１〜ＩＤ１４の範囲から冷却空気を回収することになってしまい、廃熱回収ボイラ７で製造する蒸気量ｍは最大値よりも低下する。

【0048】

したがって、本願発明者らは、焼結鉱Ｐの生産量の変動に応じて、高温の冷却空気から（トラフ移動方向の上流側から）優先的に最適な流量だけ冷却空気を強制循環経路３へ吸引できる工夫が必要であることを知見した。
そこで、特許文献１を参照して、焼結鉱Ｐの生産量の変動に応じて、高温の冷却空気から優先的に最適な流量だけ冷却空気を強制循環経路３へ吸引することを考えてみる。

【0049】

特許文献１では、排気ダクト＃１（２ｃ）＋排気ダクト＃２（２ｃ）煙突領域と排気ダクト＃３（２ｃ）煙突領域の境界に仕切壁を設けて、これを移動させることで実現させている。
しかし、仕切壁を設けなくても、図５に示すように、強制循環経路３への吸入口（排気ダクト＃１（２ｃ）と排気ダクト＃２（２ｃ））を冷却空気の高温側に設置して必要な量を吸引するだけで、焼結鉱Ｐ層上の狭い流路（フード２ｂ）の中では空気が均一混合できないために、高温側から優先的に吸引されるようになる。

【0050】

そして、必要な量を吸引する仕組みを設けた本発明の冷却装置１を図５に示す。
図５に示すように、本発明の冷却装置１は、廃熱回収ボイラ７（廃熱回収ボイラ）下流側の強制循環経路３に分岐ダクト１１を介して排気ブロワを配備し、熱交換後、中温度となった冷却空気を排気ブロワにて、外部に常時排気させているものである。
本発明の冷却装置１の構成における冷却装置１内部の空気流量と、冷却後の冷却空気温度の分布を図６に示す。また、冷却後の冷却空気の回収範囲と、廃熱回収ボイラ７にて製造される蒸気量ｍとの関係を調べた結果を図７に示す。

【0051】

廃熱回収ボイラ７にて製造される蒸気量ｍを最大にするならば、エアチャンバＩＤ１〜ＩＤ１２の範囲から４５８ｋＮｍ^３／ｈを強制循環経路３に吸引すべきだが、冷却空気の風量の増加と共に、増加する圧力損失によるブロワ電力消費も考慮して、本実施形態では４００ｋＮｍ^３／ｈを強制循環経路３に吸引している。
このうち、排気ブロワにて１６２ｋＮｍ^３／ｈを外部に排気し、残りの２３８ｋＮｍ^３／ｈを循環ブロワ８が吸引している。また、循環ブロワ８では、大気からもほぼ同量の空気を吸引していて、漏風のための空気補充に充てている。なお、空気補充量は、図１に示す従来の冷却装置１に配備されている補充ブロワ１０にて送風される冷却空気の風量と同等である。

【0052】

この本発明の冷却装置１の構成により、廃熱回収ボイラ７で取り出される熱量、すなわち廃熱回収ボイラ７にて製造される蒸気発生量ｍは、４３ｔ／ｈから５０ｔ／ｈに増加させることができる（従来比：１．１６倍）。しかも、本発明の冷却装置１においては、エアチャンバＩＤ１２の冷却後の冷却空気温度は、１７２℃のままであることから、焼結鉱Ｐの冷却能力の低下も防いでいる。

【0053】

ところで、図１示す従来の冷却装置１の構成のままで、循環ブロワ８の風量を２３８ｋＮｍ^３／ｈから４００ｋＮｍ^３／ｈへ増加させれば、廃熱回収ボイラ７（熱交換器）の通過風量はどちらも同じ４００ｋＮｍ^３／ｈになることが考えられるが、図１に示す従来の冷却装置１に配備された廃熱回収ボイラ７の通過風量４００ｋＮｍ^３／ｈと、図５に示す本発明の冷却装置１に配備された廃熱回収ボイラ７の通過風量４００ｋＮｍ^３／ｈとでは
、製造される蒸気量ｍがまったく異なる。

【0054】

以下に、従来の冷却装置１で製造される蒸気量ｍと、本発明の冷却装置１で製造される蒸気量ｍの違いについて、説明する。
図１に示す従来の冷却装置１の構成で、循環風量を４００ｋＮｍ^３／ｈへ増加させたときの冷却装置１内部の空気流量と、冷却後の冷却空気温度の分布を図８に示す。
図６を見てみると、本発明の冷却装置１では４００ｋＮｍ^３／ｈの風量を４１１℃で強制循環経路３に吸引できている。しかし、図８を見てみると、従来の冷却装置１では４００ｋＮｍ^３／ｈの風量を吸引しても３７９℃にしかならない。

【0055】

その結果、従来の冷却装置１での蒸気発生量ｍは、４１ｔ／ｈにしかならない。冷却空気の温度が低い理由は、焼結鉱Ｐの小さい熱伝導率と冷却区間（すなわち、冷却時間）の長短に関係している。焼結鉱Ｐは熱伝導率が小さいために、焼結鉱Ｐ内部の熱が伝導によって表面に伝わるには時間を要することから、冷却のために冷却空気を送ると冷却空気と接触する焼結鉱Ｐの表面だけが先に冷却されてしまう。

【0056】

図６に示すように、本発明の冷却装置１では、エアチャンバＩＤ１〜ＩＤ１１の区間まで長い時間をかけて焼結鉱Ｐの冷却を行っているので、焼結鉱Ｐ内部の熱も吸収できている（冷却空気が非常に高温となっている）。しかし、図８示すように、従来の冷却装置１では、エアチャンバＩＤ１〜ＩＤ８の区間まで比較的短時間で同一風量を浴びせて冷却を行っているので、焼結鉱Ｐの表面だけが冷却されている。

【0057】

つまり、本発明の冷却装置１の方が、非常に高温となった冷却空気を効率よく回収することが可能である。
［第２実施形態］
次に、本発明の冷却装置１における第２実施形態について、図を参照して説明する。
図９に示すように、第２実施形態に係る冷却装置１の構成は、上記した本発明の冷却装置１（図５参照）と略同じである。

【0058】

しかしながら、第２実施形態では、放出手段１２として、強制循環経路３上に設けられた大気放散弁１２ｂが採用されている点、つまり循環ブロワ８が放出手段１２の役割も兼用している点が、上記した冷却装置１とは大きく異なっている。
すなわち、強制循環経路３外に排出する排気流量を制御する方法が異なっていて、第２実施形態の冷却装置１では、大気放散のダンパ（排気ブロワ）で排気流量を制御していて、図５に示す上記した冷却装置１では、排気ブロア１２ａの回転数で排気流量を制御している。

【0059】

また、冷却空気の補充量を制御する方法も異なっていて、第２実施形態の冷却装置１では、補充ブロワ１０の回転数で補充量を制御していて、図５に示す上記した冷却装置１では、大気吸引ダンパで補充量を制御している。
次に、強制循環経路３外へ排出する空気流量（図５の構成では排気ブロワの風量、図９の構成では大気放散風量）の制御について、説明する。

【0060】

図１０は、廃熱回収ボイラ７（熱交換器）の性能曲線を示す図である。
蒸気量ｍは、廃熱回収風量Ｑと、廃熱回収ボイラ７入側の空気温度Ｔ_ｉとの関数ｍ（Ｑ，Ｔ_ｉ）である。
まず、図１０より、廃熱回収ボイラ７入側の空気温度Ｔ_ｉを一定にした場合（横軸に平行に移動）の廃熱回収風量Ｑの変化に対する蒸気量ｍの変化∂ｍ／∂Ｑと、廃熱回収風量Ｑを一定にした場合（等風量線に沿って移動）の廃熱回収ボイラ７入側の空気温度Ｔ_ｉの変化に対する蒸気量ｍの変化∂ｍ／∂Ｔ_ｉと、を求める。

【0061】

例えば、図５に示す冷却装置１において、ある時に廃熱回収ボイラ７を通過する風量をＱとし、その温度をＴ_ｉとし 、大気へ放散される冷却後空気の温度をＴ_ｅとする。この状態から排気ブロワの風量を微少量＋ｄＱだけ増加させたときに、新たに強制循環経路３へ吸引される空気の流量をｄＱとし、その温度をＴ_ｓとする。エネルギ保存より、式（８）が成立する。

【0062】

【数7】

【0063】

なお、強制循環経路３へ吸引される空気の温度Ｔ_ｓは、大気へ放散される冷却後空気の温度Ｔ_ｅに補正係数ξを乗算したものである。
式（８）をｄＴ_ｉについて解くと、式（９）が得られる。

【0064】

【数8】

【0065】

そして、新たに強制循環経路３へ吸引される空気の流量＋ｄＱによる蒸気発生量の変化ｄｍは、式（１０）によって表される。

【0066】

【数9】

【0067】

このとき、

【0068】

【数10】

【0069】

の項が正であれば、さらに強制循環経路３へ吸引される空気の流量ｄＱを増やすべきだと判断される。図５に示す冷却装置１の場合においては、排気ブロア１２ａを増速する制御が行われ、図９に示す冷却装置１の場合においては、排気ダンパ１４を開放する制御が行われる。
なお、廃熱回収ボイラ７内を通過する風量Ｑを計測するための流量計が、設置されていない場合には、廃熱回収ボイラ７でのエネルギ保存から式（１１）が成立するので、式（１０）中で風量Ｑの代わりに式（１１)を使用する。

【0070】

【数11】

【0071】

通常、ｈ_ｓとｈ_ｗはほとんど変化しない。したがって、蒸気量ｍと廃熱回収ボイラ７出側の空気温度Ｔ_ｏの計測値が、風量Ｑの計測の代替として使用される。
以上に述べたように、本発明の焼結鉱Ｐ及びペレットを冷却する冷却装置１、及びこの冷却装置１における排気制御方法によれば、冷却装置１における廃熱回収の能力を可及的に高くすることが可能となる。

【0072】

なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考
えられるべきである。
例えば、本発明の冷却装置１には、廃熱回収ボイラ７にて熱交換された蒸気を、製造ライン内に配備されたタービンに供給すると共に、その動力で電力などを発生させる廃熱回収装置を備えていてもよい。

【0073】

特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。

【符号の説明】

【0074】

１ 冷却装置（クーラ）
２ 冷却室
２ａ 載置台（トラフ）
２ｂ フード
２ｃ 排気ダクト
２ｄ エアチャンバ
３ 強制循環経路（廃熱回収経路）
４ 回収ダクト
５ 送風ダクト
６ 集塵手段（マルチクロン）
７ 熱交換器（廃熱回収ボイラ）
８ 循環ブロワ
９ 低温側ブロア
１０ 補充ブロワ
１１ 分岐ダクト
１２ 放出手段
１２ａ 排気ブロア
１２ｂ 大気放散弁
１３ 大気吸引手段
１４ 排気ダンパ
Ｐ 焼結鉱

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】