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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022143251
(43)【公開日】2022-10-03
(54)【発明の名称】炉内反応の計算装置及び炉内反応の計算方法
(51)【国際特許分類】
C22B 5/12 20060101AFI20220926BHJP
C22B 1/02 20060101ALI20220926BHJP
C22B 23/00 20060101ALI20220926BHJP
【ＦＩ】
C22B5/12
C22B1/02
C22B23/00 101
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021043674
(22)【出願日】2021-03-17
(71)【出願人】
【識別番号】000183303
【氏名又は名称】住友金属鉱山株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(72)【発明者】
【氏名】後藤 優子
【テーマコード（参考）】
4K001
【Ｆターム（参考）】
4K001AA19
4K001BA02
4K001CA16
4K001DA05
4K001GA07
4K001HA01
4K001HA09
4K001HA11
(57)【要約】
【課題】反応炉内のベッド層から発生するダストのガス領域での反応を考慮して、反応炉内の反応を高精度に計算できる炉内反応の計算装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る炉内反応の計算装置は、原料鉱石を燃焼ガスと接触させて、乾燥させると共に還元を行う炉内反応の計算装置であって、反応炉内のガス領域を流れる燃焼ガスを含む第１気相のうち、反応炉内の燃焼ガスを含むガス領域からベッド層へ移動する流入ガスの流量を計算するガス混合量計算部と、ガス領域を流れる気相と、ガス領域に存在する固体物質又は液体物質を少なくとも含む第１物質との平衡反応を計算するガス領域平衡反応計算部と、第１ベッド層に含まれる、固体物質又は液体物質を少なくとも含む第２物質のガス領域への移動量を除して修正第１ベッド層を算出するベッド層物量修正部と、修正第１ベッド層と流入ガスとの平衡反応を計算するベッド層平衡反応計算部とを備える。
【選択図】図２
【解決手段】本発明に係る炉内反応の計算装置は、原料鉱石を燃焼ガスと接触させて、乾燥させると共に還元を行う炉内反応の計算装置であって、反応炉内のガス領域を流れる燃焼ガスを含む第１気相のうち、反応炉内の燃焼ガスを含むガス領域からベッド層へ移動する流入ガスの流量を計算するガス混合量計算部と、ガス領域を流れる気相と、ガス領域に存在する固体物質又は液体物質を少なくとも含む第１物質との平衡反応を計算するガス領域平衡反応計算部と、第１ベッド層に含まれる、固体物質又は液体物質を少なくとも含む第２物質のガス領域への移動量を除して修正第１ベッド層を算出するベッド層物量修正部と、修正第１ベッド層と流入ガスとの平衡反応を計算するベッド層平衡反応計算部とを備える。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
反応炉の一端側から供給した原料鉱石を他端側に向かって移動させながら、前記原料鉱石を前記他端側から供給された燃焼ガスと接触させて、乾燥させると共に還元を行う炉内反応の計算装置であって、
前記反応炉内のガス領域を流れる前記燃焼ガスを含む気相のうち、前記反応炉内の前記燃焼ガスを含むガス領域から前記原料鉱石を含むベッド層へ移動する流入ガスの流量を計算するガス混合量計算部と、
前記ベッド層を移動する前記原料鉱石を含む第１ベッド層に含まれる、固体物質又は液体物質の少なくとも一方を含む第２物質の前記ガス領域への移動量を除して前記第１ベッド層の物量を修正し、修正第１ベッド層を算出するベッド層物量修正部と、
前記流入ガスが除去された気相と、前記ガス領域に存在する固体物質及び液体物質の少なくとも一方を含む第１物質との平衡反応を計算するガス領域平衡反応計算部と、
前記修正第１ベッド層と、前記流入ガスとの平衡反応を計算するベッド層平衡反応計算部と、
を備える炉内反応の計算装置。
前記反応炉内のガス領域を流れる前記燃焼ガスを含む気相のうち、前記反応炉内の前記燃焼ガスを含むガス領域から前記原料鉱石を含むベッド層へ移動する流入ガスの流量を計算するガス混合量計算部と、
前記ベッド層を移動する前記原料鉱石を含む第１ベッド層に含まれる、固体物質又は液体物質の少なくとも一方を含む第２物質の前記ガス領域への移動量を除して前記第１ベッド層の物量を修正し、修正第１ベッド層を算出するベッド層物量修正部と、
前記流入ガスが除去された気相と、前記ガス領域に存在する固体物質及び液体物質の少なくとも一方を含む第１物質との平衡反応を計算するガス領域平衡反応計算部と、
前記修正第１ベッド層と、前記流入ガスとの平衡反応を計算するベッド層平衡反応計算部と、
を備える炉内反応の計算装置。
【請求項2】
前記気相の前記第１物質との平衡状態に寄与するガス反応量を計算して、前記気相の平衡反応に寄与するガス反応分を求めるガス反応量計算部と、
前記第１物質の、前記気相との平衡状態に寄与する第１物質反応量を計算して、前記第１物質の平衡反応に寄与する第１物質反応分を求める第１物質反応量計算部と、
を備える請求項１に記載の炉内反応の計算装置。
前記第１物質の、前記気相との平衡状態に寄与する第１物質反応量を計算して、前記第１物質の平衡反応に寄与する第１物質反応分を求める第１物質反応量計算部と、
を備える請求項１に記載の炉内反応の計算装置。
【請求項3】
前記ガス反応量計算部で生じる前記ガス反応分以外のガス未反応分と、前記ガス領域平衡反応計算部で前記ガス反応分と前記第１物質反応分とが反応することで生じるガス生成分とを混合した混合気相の流量を少なくとも計算する混合気相計算部と、
前記第１物質反応量計算部で生じる前記第１物質反応分以外の第１物質未反応分と、前記ガス領域平衡反応計算部で前記ガス反応分と前記第１物質反応分が反応することで生じる第１物質生成分とを混合した第１混合物質の流量を少なくとも計算する第１混合物質計算部と、
を備える請求項２に記載の炉内反応の計算装置。
前記第１物質反応量計算部で生じる前記第１物質反応分以外の第１物質未反応分と、前記ガス領域平衡反応計算部で前記ガス反応分と前記第１物質反応分が反応することで生じる第１物質生成分とを混合した第１混合物質の流量を少なくとも計算する第１混合物質計算部と、
を備える請求項２に記載の炉内反応の計算装置。
【請求項4】
前記第１混合物質計算部で生じた前記第１混合物質に、前記ベッド層物量修正部で生じた前記第２物質の移動量を加えて、前記第１混合物質の物量を修正し、第１修正混合物質を算出する第１混合物質物量修正部を備える請求項３に記載の炉内反応の計算装置。
【請求項5】
前記修正第１ベッド層の前記流入ガスとの平衡状態に寄与するベッド層反応量を計算して、前記修正第１ベッド層の平衡反応に寄与するベッド層反応分を求めるベッド層反応量計算部と、
前記流入ガスの、前記修正第１ベッド層との平衡状態に寄与する流入ガス反応量を計算して、前記流入ガスの平衡反応に寄与する流入ガス反応分を求める流入ガス反応量計算部と、
を備える請求項１～４の何れか一項に記載の炉内反応の計算装置。
前記流入ガスの、前記修正第１ベッド層との平衡状態に寄与する流入ガス反応量を計算して、前記流入ガスの平衡反応に寄与する流入ガス反応分を求める流入ガス反応量計算部と、
を備える請求項１～４の何れか一項に記載の炉内反応の計算装置。
【請求項6】
前記ベッド層反応量計算部で生じる前記ベッド層反応分以外のベッド層未反応分と、前記ベッド層平衡反応計算部で前記ベッド層反応分と前記流入ガス反応分とが反応することで生じるベッド層生成分とを混合した混合ベッド層の流量を少なくとも計算する混合ベッド層計算部と、
前記流入ガス反応量計算部で生じる前記流入ガス反応分以外の流入ガス未反応分と、前記ベッド層平衡反応計算部で前記ベッド層反応分と前記流入ガス反応分が反応することで生じる流入ガス生成分とを混合した混合流入ガスの流量を少なくとも計算する混合流入ガス計算部と、
を備える請求項５に記載の炉内反応の計算装置。
前記流入ガス反応量計算部で生じる前記流入ガス反応分以外の流入ガス未反応分と、前記ベッド層平衡反応計算部で前記ベッド層反応分と前記流入ガス反応分が反応することで生じる流入ガス生成分とを混合した混合流入ガスの流量を少なくとも計算する混合流入ガス計算部と、
を備える請求項５に記載の炉内反応の計算装置。
【請求項7】
前記ガス領域平衡反応計算部で生じるガス生成分に、前記混合流入ガス計算部で生じた前記混合流入ガスを混合するガス合算部を備える請求項６に記載の炉内反応の計算装置。
【請求項8】
前記原料鉱石の移動の途中に投入された、添加気相及び添加ベッド層の少なくとも一方を含む燃焼用材料を前記添加気相と前記添加ベッド層とに質量流量で分配する分配部を備え、
前記ガス混合量計算部は、前記気相と前記添加気相を含む第２気相を用いて前記流入ガスの流量を計算し、
前記ベッド層物量修正部は、前記第１ベッド層と前記添加ベッド層とを含む第２ベッド層の物量を修正する請求項１～７の何れか一項に記載の炉内反応の計算装置。
前記ガス混合量計算部は、前記気相と前記添加気相を含む第２気相を用いて前記流入ガスの流量を計算し、
前記ベッド層物量修正部は、前記第１ベッド層と前記添加ベッド層とを含む第２ベッド層の物量を修正する請求項１～７の何れか一項に記載の炉内反応の計算装置。
【請求項9】
前記反応炉内をその長軸方向に沿って複数の領域に分割すると仮定した時、
前記複数の領域に、前記原料鉱石の流れ又は前記燃焼ガスの流れに沿って繰り返し行い、所定の領域における計算値とその領域における前回の計算値との差が所定の範囲内に収まるまで繰り返し行う請求項１～８の何れか一項に記載の炉内反応の計算装置。
前記複数の領域に、前記原料鉱石の流れ又は前記燃焼ガスの流れに沿って繰り返し行い、所定の領域における計算値とその領域における前回の計算値との差が所定の範囲内に収まるまで繰り返し行う請求項１～８の何れか一項に記載の炉内反応の計算装置。
【請求項10】
反応炉の一端側から供給した原料鉱石を他端側に向かって移動させながら、前記原料鉱石を前記他端側から供給された燃焼ガスと接触させて、乾燥させると共に還元を行う炉内反応の計算方法であって、
前記反応炉内のガス領域を流れる前記燃焼ガスを含む気相のうち、前記反応炉内の前記燃焼ガスを含むガス領域から前記原料鉱石を含むベッド層へ移動する流入ガスの流量を計算するガス混合量計算工程と、
前記ベッド層を移動する前記原料鉱石を含む第１ベッド層に含まれる、固体物質又は液体物質の少なくとも一方を含む第２物質の前記ガス領域への移動量を除して前記第１ベッド層の物量を修正し、修正第１ベッド層を算出するベッド層物量修正工程と、
前記流入ガスが除去された気相と、前記ガス領域に存在する固体物質及び液体物質の少なくとも一方を含む第１物質との平衡反応を計算するガス領域平衡反応計算工程と、
前記修正第１ベッド層と、前記流入ガスとの平衡反応を計算するベッド層平衡反応計算工程と、
を含む炉内反応の計算方法。
前記反応炉内のガス領域を流れる前記燃焼ガスを含む気相のうち、前記反応炉内の前記燃焼ガスを含むガス領域から前記原料鉱石を含むベッド層へ移動する流入ガスの流量を計算するガス混合量計算工程と、
前記ベッド層を移動する前記原料鉱石を含む第１ベッド層に含まれる、固体物質又は液体物質の少なくとも一方を含む第２物質の前記ガス領域への移動量を除して前記第１ベッド層の物量を修正し、修正第１ベッド層を算出するベッド層物量修正工程と、
前記流入ガスが除去された気相と、前記ガス領域に存在する固体物質及び液体物質の少なくとも一方を含む第１物質との平衡反応を計算するガス領域平衡反応計算工程と、
前記修正第１ベッド層と、前記流入ガスとの平衡反応を計算するベッド層平衡反応計算工程と、
を含む炉内反応の計算方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、炉内反応の計算装置及び炉内反応の計算方法に関する。
【背景技術】
【0002】
酸化鉱石の一種であるリモナイト鉱石やサプロライト鉱石等のラテライト鉱石（ニッケル酸化鉱石）の製錬方法として、ロータリーキルンや移動炉床炉等を使用して、鉄とニッケルを主成分とする合金であるフェロニッケルを製造する乾式製錬方法が知られている。
【0003】
ロータリーキルンによる乾式製錬方法では、原料鉱石をロータリードライヤーにて乾燥させ、付着水分を例えば１５％～２５％とした後、付着水が低減された乾燥鉱石をロータリーキルンの装入端から投入する。その後、ロータリーキルンの装入端から供給する石炭の燃焼熱や、ロータリーキルンの排出端に設けられた微粉炭専焼バーナー又は微粉炭と重油の混焼バーナーにより、乾燥鉱石を加熱して、乾燥鉱石を乾燥させると共に焼成を行う。
【0004】
このようなロータリーキルンによる乾式製錬方法として、例えば、装入端より供給する石炭の燃焼熱やバーナーで微粉炭や重油等が燃焼して生じる燃焼熱の他に、ロータリーキルンの途中から投入した石炭の燃焼によって生じる燃焼熱を乾燥鉱石の乾燥及び部分還元に必要な熱を与える方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【0005】
特許文献１には、ロータリーキルンの途中に設けたスクープフィーダから石炭をロータリーキルン内に投入して、ロータリーキルンの装入端から装入したニッケル酸化鉱の乾燥鉱石を、バーナーで化石燃料の燃焼により生じる燃焼熱で焼成すると共に部分的な還元処理を施すロータリーキルンの操業方法が開示されている。このロータリーキルンの操業方法では、スクープフィーダから投入された石炭は熱分解することで揮発分と固定炭素になり、揮発分は炉内の燃焼ガスと共に装入端より排出され、固定炭素は、乾燥鉱石が乾燥・還元処理されて産出された焼鉱と共に排出端から排出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特許第５９６７６１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
ここで、特許文献１に記載のロータリーキルンの操業方法のような周知の操業方法では、原料鉱石からダストが発生し、排ガスと共に炉外に排出されることが知られている。原料鉱石から発生するダストが気相（ガス相）に飛散すると、気相の組成や温度が変化し、ベッド層の反応にも影響する。そのため、ロータリーキルン等の反応炉内の乾燥鉱石等の挙動をシミュレーションする際、気相に飛散するダストの反応挙動を考慮しなければ、炉内反応を正確に計算できなかった。
【0008】
本発明の一態様は、反応炉内のベッド層から発生するダストのガス領域での反応を考慮して、反応炉内の反応を高精度に計算できる炉内反応の計算装置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】
【0009】
本発明に係る炉内反応の計算装置の一態様は、反応炉の一端側から供給した原料鉱石を他端側に向かって移動させながら、前記原料鉱石を前記他端側から供給された燃焼ガスと接触させて、乾燥させると共に還元を行う炉内反応の計算装置であって、
前記反応炉内のガス領域を流れる前記燃焼ガスを含む気相のうち、前記反応炉内の前記燃焼ガスを含むガス領域から前記原料鉱石を含むベッド層へ移動する流入ガスの流量を計算するガス混合量計算部と、
前記ベッド層を移動する前記原料鉱石を含む第１ベッド層に含まれる、固体物質又は液体物質の少なくとも一方を含む第２物質の前記ガス領域への移動量を除して前記第１ベッド層の物量を修正し、修正第１ベッド層を算出するベッド層物量修正部と、
前記流入ガスが除去された気相と、前記ガス領域に存在する固体物質及び液体物質の少なくとも一方を含む第１物質との平衡反応を計算するガス領域平衡反応計算部と、
前記修正第１ベッド層と、前記流入ガスとの平衡反応を計算するベッド層平衡反応計算部と、
を備える。
前記反応炉内のガス領域を流れる前記燃焼ガスを含む気相のうち、前記反応炉内の前記燃焼ガスを含むガス領域から前記原料鉱石を含むベッド層へ移動する流入ガスの流量を計算するガス混合量計算部と、
前記ベッド層を移動する前記原料鉱石を含む第１ベッド層に含まれる、固体物質又は液体物質の少なくとも一方を含む第２物質の前記ガス領域への移動量を除して前記第１ベッド層の物量を修正し、修正第１ベッド層を算出するベッド層物量修正部と、
前記流入ガスが除去された気相と、前記ガス領域に存在する固体物質及び液体物質の少なくとも一方を含む第１物質との平衡反応を計算するガス領域平衡反応計算部と、
前記修正第１ベッド層と、前記流入ガスとの平衡反応を計算するベッド層平衡反応計算部と、
を備える。
【0010】
本発明に係る炉内反応の計算方法の一態様は、反応炉の一端側から供給した原料鉱石を他端側に向かって移動させながら、前記原料鉱石を前記他端側から供給された燃焼ガスと接触させて、乾燥させると共に還元を行う炉内反応の計算方法であって、
前記反応炉内のガス領域を流れる前記燃焼ガスを含む気相のうち、前記反応炉内の前記燃焼ガスを含むガス領域から前記原料鉱石を含むベッド層へ移動する流入ガスの流量を計算するガス混合量計算工程と、
前記ベッド層を移動する前記原料鉱石を含む第１ベッド層に含まれる、固体物質又は液体物質の少なくとも一方を含む第２物質の前記ガス領域への移動量を除して前記第１ベッド層の物量を修正し、修正第１ベッド層を算出するベッド層物量修正工程と、
前記流入ガスが除去された気相と、前記ガス領域に存在する固体物質及び液体物質の少なくとも一方を含む第１物質との平衡反応を計算するガス領域平衡反応計算工程と、
前記修正第１ベッド層と、前記流入ガスとの平衡反応を計算するベッド層平衡反応計算工程と、
を含む。
前記反応炉内のガス領域を流れる前記燃焼ガスを含む気相のうち、前記反応炉内の前記燃焼ガスを含むガス領域から前記原料鉱石を含むベッド層へ移動する流入ガスの流量を計算するガス混合量計算工程と、
前記ベッド層を移動する前記原料鉱石を含む第１ベッド層に含まれる、固体物質又は液体物質の少なくとも一方を含む第２物質の前記ガス領域への移動量を除して前記第１ベッド層の物量を修正し、修正第１ベッド層を算出するベッド層物量修正工程と、
前記流入ガスが除去された気相と、前記ガス領域に存在する固体物質及び液体物質の少なくとも一方を含む第１物質との平衡反応を計算するガス領域平衡反応計算工程と、
前記修正第１ベッド層と、前記流入ガスとの平衡反応を計算するベッド層平衡反応計算工程と、
を含む。
【発明の効果】
【0011】
本発明に係る炉内反応の計算装置の一態様は、反応炉内のベッド層から発生するダストのガス領域での反応を考慮して、反応炉内の反応を高精度に計算できる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明の実施形態に係る炉内反応の計算装置が適用されるロータリーキルンの概略構成を示す。
【図2】本発明の実施形態に係る炉内反応の計算装置の機能を示すブロック図である。
【図3】本発明の実施形態に係る炉内反応の計算方法を説明するフローチャートである。
【図6】炉内反応の計算装置のハードウェア構成図である。
【図7】ロータリーキルン内の燃焼ガスと原料鉱石との流れを示す図である。
【図8】本発明の実施形態に係る炉内反応の計算方法をロータリーキルンの全体に適用する場合のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。なお、説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては同一の符号を付して、重複する説明は省略する。また、図面における各部材の縮尺は実際とは異なる場合がある。
【0014】
本発明の実施形態に係る炉内反応の計算装置について説明するに当たり、本実施形態に係る炉内反応の計算装置が適用されるロータリーキルンの構成について説明する。
【0015】
＜ロータリーキルン＞
図１は、本実施形態に係る炉内反応の計算装置が適用されるロータリーキルンの概略構成を示す。図１に示すように、ロータリーキルン１は、回転自在で略円筒形状のキルン本体１１と、キルン本体１１の途中に設けられる燃焼用材料供給管１２とを有する。
図１は、本実施形態に係る炉内反応の計算装置が適用されるロータリーキルンの概略構成を示す。図１に示すように、ロータリーキルン１は、回転自在で略円筒形状のキルン本体１１と、キルン本体１１の途中に設けられる燃焼用材料供給管１２とを有する。
【0016】
キルン本体１１は、円筒形状の中空構造物からなる窯であり、キルン本体１１は、厚さ１５～３０ｍｍの炭素鋼からなる。キルン本体１１は、その内周側の壁面に、耐熱性を高めるための耐火物を備えることが好ましい。
【0017】
キルン本体１１の大きさとしては、例えば、内径が４．５ｍ～５．５ｍ、長軸方向の長さ（全長）が１００ｍ～１１０ｍの大きさのものを用いることが好ましい。
【0018】
キルン本体１１は、その一端側（図１中の左側）の開口端部１１ａが、ロータリーキルン装入端（以下、単に「装入端」ともいう。）１４Ａに挿入して閉じられると共に、他端側（図１中の右側）の開口端部１１ｂが、ロータリーキルン排出端（以下、「排出端」ともいう。）１４Ｂに挿入して閉じられている。キルン本体１１は、装入端１４Ａから排出端１４Ｂに向かってわずかに傾斜した状態で配設されており、軸回りに回転自在に支持されている。
【0019】
装入端１４Ａには、原料鉱石をキルン本体１１内に導入する原料供給管１５が貫設されている。排出端１４Ｂには、開口端部１１ｂを貫通してキルン本体１１内に導入されるバーナー１６が設けられる。
【0020】
原料鉱石は、ニッケル酸化鉱石（酸化ニッケル鉱石）等を用いることができる。原料鉱石は、例えば、ニッケル酸化鉱石等をドライヤー（ロータリードライヤー）により予備乾燥して、付着水分の一部を除去した乾燥鉱石等を用いることができる。乾燥鉱石中の水分量としては、１５質量％～２５質量％程度である。
【0021】
原料鉱石であるニッケル酸化鉱石としては、特に限定されないが、鉄とニッケルを主成分とする合金であるフェロニッケルの製錬においては、ガーニエライト鉱等が好ましく用いられる。ガーニエライト鉱の代表的な組成としては、乾燥鉱石での換算で、Ｎｉ品位が２．１質量％～２．５質量％、Ｆｅ品位が１１質量％～２３質量％、ＭｇＯ品位が２０質量％～２８質量％、ＳｉＯ2品位が２９質量％～３９質量％、ＣａＯ品位が０．５質量％未満であり、灼熱減量が１０質量％～１５質量％である。
【0022】
バーナー１６は、微粉炭専焼バーナー又は微粉炭と重油の混焼バーナー等を用いることができる。バーナー１６は、微粉炭又は微粉炭及び重油等を含む燃料を燃焼して、ロータリーキルン１内に燃焼熱を発生させる。
【0023】
燃焼用材料供給管１２は、キルン本体１１の外周面の途中に設けられ、キルン本体１１内に燃焼用材料を供給できる。燃焼用材料は、揮発分等の主に気相に入る物質及び固定炭素等の主にベッド層に入る固体物質の少なくとも一方を含み、例えば、石炭等の炭材を用いることができる。
【0024】
揮発分は、炭化水素化合物、硫黄及びハロゲン等の揮発物質等である。
【0025】
固定炭素は、石炭から水分・揮発分が抜けた後の、熱分解後残渣であるチャー粒子（主に固定炭素及び灰分）のうち、灰分を除いた主に炭素から構成される燃焼分である。
【0026】
なお、図１では、燃焼用材料供給管１２は、キルン本体１１の外周面に１つだけ設けられているが、キルン本体１１の外周面に、キルン本体１１の軸方向又は軸回りに沿って複数設けてもよい。
【0027】
燃焼用材料は、単一品種の炭材ではなく、複数の異なる品種の炭材等を混合して用いることが多く、さらに投入する炭材の粒子径の大きさも分布を持つことが多い。なお、粒子径とは、有効径による体積平均粒径をいい、粒子径は、例えば、レーザ回折・散乱法、動的光散乱法又は分級法等によって測定される。レーザ回折・散乱法を用いる場合、レーザ回折・散乱法により測定した体積基準の粒度分布において小粒径側からの積算粒径分布が５０％となる粒子径（Ｄ50）を平均粒子径として用いることができる。
【0028】
原料鉱石は、装入端１４Ａに設けた原料供給管１５からキルン本体１１内に装入され、燃焼用材料は燃焼用材料供給管１２からキルン本体１１内に投入される。排出端１４Ｂ側からは、排出端１４Ｂに設置したバーナー１６により微粉炭や重油等を燃焼させることにより発生した高温の燃焼ガスが、排出端１４Ｂ側から装入端１４Ａ側に向けて、即ち原料鉱石の流れと反対の方向に吹き込まれる。
【0029】
キルン本体１１内では、原料鉱石は、装入端１４Ａから装入され、キルン本体１１が所定の速度で回転することで、装入端１４Ａから原料供給管１５を通してキルン本体１１内に装入された原料鉱石を一端側である開口端部１１ａ側から他端側である排出端１４Ｂに向かって搬送する。このとき、原料鉱石は、キルン本体１１内を移動しながら、排出端１４Ｂから装入端１４Ａ側に向かって流れる燃焼ガスと向流接触し、バーナー１６で微粉炭や重油等の燃料を燃焼させることにより発生させた高温の燃焼ガスの燃焼熱及び火炎によって加熱される。また、燃焼用材料供給管１２からキルン本体１１内に投入される燃焼用材料が、キルン本体１１内の燃焼ガスにより燃焼する。原料鉱石は、燃焼用材料供給管１２から投入された燃焼用材料の燃焼により生じさせた燃焼熱によっても加熱される。そのため、原料鉱石は、キルン本体１１の回転に連れてキルン本体１１の装入端１４Ａから排出端１４Ｂに向けて移動しながら、バーナー１６で燃料が燃焼することで生じた燃焼ガスの燃焼熱及び火炎と、燃焼用材料が燃焼することで生じた燃焼熱とにより加熱され、徐々に温度を上げて行く。
【0030】
キルン本体１１内では、原料鉱石と燃焼ガスとの間で、原料鉱石や燃焼用材料に含まれる水分の蒸発、燃焼用材料に含まれる揮発分の揮発、凝集と、バーナー燃料及び燃焼用材料に含まれる灰分の飛散、落下等により、物質の移動が生じる。ロータリーキルン１の途中から供給される燃焼用材料が熱分解することで生じる水分や揮発分は装入端１４Ａ側に燃焼ガスと共に移動し、チャー粒子は排出端１４Ｂに原料鉱石と共に移動する。
【0031】
キルン本体１１内の原料鉱石が排出端１４Ｂに到達するまでに、原料鉱石は、その原料鉱石中に含まれる水分がほぼ完全に除去されて焼成すると共に部分還元されて、焼鉱となる。焼鉱は、排出端１４Ｂから排出される。
【0032】
焼鉱は、例えば、温度８００～９００℃、粒子径が１０ｍｍ～１００ｍｍ程度の大きさからなる。
【0033】
排出端１４Ｂの排出口には、粒子径１０ｍｍ～１００ｍｍ程度の焼鉱と、ロータリーキルン１内に発生した焼結塊（粒子径１００ｍｍ～５００ｍｍ程度）とを分離するためのロストル（篩分装置）１７が設けられている。ロストル１７は、例えば、目開き１００ｍｍ程度の鉄製の格子で構成されている。排出端１４Ｂから排出された焼鉱は、ロストル１７を通過した後、焼鉱排出用シュート１８を通って、次工程に搬送される。
【0034】
＜炉内反応の計算装置＞
次に、本実施形態に係る炉内反応の計算装置について説明する。図２は、本実施形態に係る炉内反応の計算装置の機能を示すブロック図である。なお、図２では、炉内反応の計算装置が、ロータリーキルン１内を複数の領域に分割した時の、燃焼用材料供給管１２から燃焼用材料が供給される領域Ａにおける単位操作モデルであるとして説明する。また、図２では、領域Ａから見て燃焼ガスが吹き込まれる側の隣接領域を領域（Ａ＋１）とし、原料鉱石が装入される側の隣接領域を領域（Ａ－１）とする。
次に、本実施形態に係る炉内反応の計算装置について説明する。図２は、本実施形態に係る炉内反応の計算装置の機能を示すブロック図である。なお、図２では、炉内反応の計算装置が、ロータリーキルン１内を複数の領域に分割した時の、燃焼用材料供給管１２から燃焼用材料が供給される領域Ａにおける単位操作モデルであるとして説明する。また、図２では、領域Ａから見て燃焼ガスが吹き込まれる側の隣接領域を領域（Ａ＋１）とし、原料鉱石が装入される側の隣接領域を領域（Ａ－１）とする。
【0035】
なお、以下の説明において、ガス領域は、ロータリーキルン１内のガス及びダストを含む気相が流れる領域を意味し、ベッド層は、原料鉱石が移動する領域を意味する。
【0036】
領域Ａ内の気相は、第１気相Ｇ１、第２気相Ｇ２、第３気相Ｇ３又は第３混合気相Ｇ３'として記載する。領域Ａ内の各気相は、それぞれ、以下の通り定義する。
「第１気相Ｇ１」とは、一方の隣接領域（領域（Ａ＋１））から領域Ａに流入する燃焼ガスである。燃焼ガスは、揮発分、酸素、二酸化炭素、一酸化炭素、水素等の平衡反応に寄与するガスを含み、反応に寄与しない不活性な物質（例えば、窒素等）等を含んでもよい。
「第２気相Ｇ２」とは、燃焼用材料から分配された添加気相と第１気相とが合算された気相である。
「第３気相Ｇ３」とは、後述する混合気相計算部２０９で生じる気相である。
「第３混合気相Ｇ３'」とは、後述するガス合算部２１３で生じる気相である。
「第１気相Ｇ１」とは、一方の隣接領域（領域（Ａ＋１））から領域Ａに流入する燃焼ガスである。燃焼ガスは、揮発分、酸素、二酸化炭素、一酸化炭素、水素等の平衡反応に寄与するガスを含み、反応に寄与しない不活性な物質（例えば、窒素等）等を含んでもよい。
「第２気相Ｇ２」とは、燃焼用材料から分配された添加気相と第１気相とが合算された気相である。
「第３気相Ｇ３」とは、後述する混合気相計算部２０９で生じる気相である。
「第３混合気相Ｇ３'」とは、後述するガス合算部２１３で生じる気相である。
【0037】
領域Ａ内のベッド層は、第１ベッド層Ｓ１、第２ベッド層Ｓ２又は第３ベッド層Ｓ３として記載する。領域Ａ内の各ベッド層は、それぞれ、以下の通り定義する。
「第１ベッド層Ｓ１」とは、他方の隣接領域（領域（Ａ－１））から領域Ａに流入する原料鉱石である。原料鉱石は、酸化ニッケル、酸化鉄、酸化マグネシウム等の鉱石中化合物、固定炭素等を含む固体物質と、液体物質を含み、後述するベッド層平衡反応計算部２０８－２おいて反応に寄与しない不活性な物質等を含んでもよい。
「第２ベッド層Ｓ２」とは、燃焼用材料から分配された添加ベッド層と第１ベッド層とが合算されたベッド層である。
「第３ベッド層Ｓ３」とは、後述する混合ベッド層計算部２１１で生じるベッド層である。
「第１ベッド層Ｓ１」とは、他方の隣接領域（領域（Ａ－１））から領域Ａに流入する原料鉱石である。原料鉱石は、酸化ニッケル、酸化鉄、酸化マグネシウム等の鉱石中化合物、固定炭素等を含む固体物質と、液体物質を含み、後述するベッド層平衡反応計算部２０８－２おいて反応に寄与しない不活性な物質等を含んでもよい。
「第２ベッド層Ｓ２」とは、燃焼用材料から分配された添加ベッド層と第１ベッド層とが合算されたベッド層である。
「第３ベッド層Ｓ３」とは、後述する混合ベッド層計算部２１１で生じるベッド層である。
【0038】
領域Ａに存在する物質は、第１物質Ｍ１、第２物質Ｍ２、第１混合物質Ｍ１１又は第１修正混合物質Ｍ１２として記載する。以下の説明において、領域Ａ内の各物質は、それぞれ、以下の通り定義する。
「第１物質Ｍ１」は、ガス領域に存在する、固体物質又は液体物質の少なくとも一方を含むものである。
「第２物質Ｍ２」は、ベッド層に存在する、固体物質又は液体物質の少なくとも一方を含むものであり、例えば、ダスト等を含む。
「第１混合物質Ｍ１１」は、後述する第１混合物質計算部２１０で生じる第１物質Ｍ１の混合物である。
「第１修正混合物質Ｍ１２」は、後述する第１混合物質物量修正部２１４で生じる第１物質Ｍ１の混合物である。
「第１物質Ｍ１」は、ガス領域に存在する、固体物質又は液体物質の少なくとも一方を含むものである。
「第２物質Ｍ２」は、ベッド層に存在する、固体物質又は液体物質の少なくとも一方を含むものであり、例えば、ダスト等を含む。
「第１混合物質Ｍ１１」は、後述する第１混合物質計算部２１０で生じる第１物質Ｍ１の混合物である。
「第１修正混合物質Ｍ１２」は、後述する第１混合物質物量修正部２１４で生じる第１物質Ｍ１の混合物である。
【0039】
また、領域Ａ内で算出される、反応分、未反応分及び生成分は、ガス反応分ＧＲ１、ガス未反応分Ｇｒ１、ガス生成分ＧＰ１、第１物質反応分ＭＲ１、第１物質未反応分Ｍｒ１、第１物質生成分ＭＰ１、流入ガス反応分ＧＲ１１、流入ガス未反応分Ｇｒ１１、流入ガス生成分ＧＰ１１、ベッド層反応分ＳＲ１、ベッド層未反応分Ｓｒ１又はベッド層生成分ＳＰ１と記載する。これらは、図２に示す炉内反応の計算装置を構成する各部の何れかで算出される。
【0040】
図２に示すように、炉内反応の計算装置２０は、燃焼用材料分配部（分配部）２０１、ガス混合量計算部２０２、ベッド層物量修正部２０３、ガス反応量計算部２０４、第１物質反応量計算部２０５、ベッド層反応量計算部２０６、流入ガス反応量計算部２０７、ガス領域平衡反応計算部２０８－１、ベッド層平衡反応計算部２０８－２、混合気相計算部２０９、第１混合物質計算部２１０、混合ベッド層計算部２１１、混合流入ガス計算部２１２、ガス合算部２１３及び第１混合物質物量修正部２１４を備える。
【0041】
炉内反応の計算装置２０は、ロータリーキルン１内において、ベッド層内を移動する固体物質又は液体物質のうちの一部のガス領域への物質移動と、ガス領域内を流れるガスのうちの一部のベッド層への混入を考慮して、ガス領域内を流れるガスとガス領域内に存在する固体物質又は液体物質の反応を計算するガス領域平衡反応計算と、ベッド層内を移動する固体物質又は液体物質とベッド層に混入したガスの反応を計算するベッド層平衡反応計算を行う。これにより、炉内反応の計算装置２０は、炉内反応を高精度に解析し、ロータリーキルン１内の反応の計算精度を高めたものである。よって、炉内反応の計算装置２０は、反応炉内のベッド層から発生するダストのガス領域での反応を考慮して、反応炉内の反応を高精度に解析できるので、ロータリーキルン１内の反応を高精度に計算できる。
【0042】
即ち、炉内反応の計算装置２０は、ギブズエネルギー最小化法に基づく炉内反応のシミュレーションを行うに当たり、例えば、ダスト等のような、ベッド層内を移動する固体物質及び液体物質の少なくとも一方を含む物質（第２物質Ｍ２）の移動量を考慮して、ベッド層とベッド層内に混入したガスの反応と、ガス領域内を流れるガスと、ガス領域内に存在する固体物質又は液体物質との反応を計算する。炉内反応の計算装置２０は、ロータリーキルン１内で発生するダストを、ガス領域内を移動する固体物質及び液体物質の少なくとも一方を含む物質（第１物質Ｍ１）として扱うことで、ロータリーキルン１内で発生するダストのガス領域中での反応を計算できる。これにより、炉内反応の計算装置２０は、ガス領域のガス組成、温度等の変化に伴うベッド層での反応への影響を考慮でき、炉内反応の予測精度を向上させることができる。
【0043】
図２に示すように、炉内反応の計算装置２０は、領域Ａのベッド層に流入する第１ベッド層Ｓ１と、ガス領域に流入する第１気相Ｇ１との物量、温度、圧力等を入力する。炉内反応の計算装置２０は、これらの入力値を用いて、分割した各領域Ａ内での物質移動及び反応計算を実施する。
【0044】
炉内反応の計算装置２０は、領域Ａ内での物質移動及び反応計算を行うに当たり、ガス領域内を流れる第１気相Ｇ１のうち、ベッド層へ混入するガス（流入ガスＧ１１）の量を定義する。このガス混入量の定義方法としては、例えば、ガス総量のうちベッド層に混入する量の割合を、固定値で与える方法等がある。
【0045】
また、炉内反応の計算装置２０は、ベッド層内を移動する固体物質又は液体物質の、飛散又は揮発に伴うガス領域への物質移動量を定義する。また、ガス領域内を移動する固体物質又は液体物質の、落下（沈降）又は凝集に伴うベッド層への物質移動量を含めて定義してもよい。この物質移動量の定義方法としては、例えば、固体物質又は液体物質の、比重、粒径等から算出される、飛散速度、沈降速度等を基に、計算物質毎に定義する方法等がある。
【0046】
図２に示すように、分配部２０１は、燃焼用材料の種類や成分等を予め設置しておくことにより、燃焼用材料を、燃焼用材料に含まれる気相とベッド層とに質量流量で分配する機能を有する。
【0047】
分配された気相及びベッド層は、添加気相ＡＧ１１及び添加ベッド層ＡＳ１１として領域Ａ内に供給される。
【0048】
ガス混合量計算部２０２は、一方の隣接領域（領域（Ａ＋１））から炉内の領域Ａのガス領域に流入する燃焼ガスである第１気相Ｇ１と、分配部２０１で分配された燃焼用材料の添加気相ＡＧ１１とを含む第２気相Ｇ２のうち、ガス領域からベッド層へ移動する流入ガスＧ１１の質量流量を計算する。
【0049】
ベッド層物量修正部２０３は、第２ベッド層Ｓ２に含まれる固体物質及び液体物質の少なくとも一方を含む第２物質Ｍ２のガス領域への移動量を除して第２ベッド層Ｓ２の物量を修正し、修正第２ベッド層Ｓ２Ａを算出する。
【0050】
本実施形態では、ベッド層物量修正部２０３は、第２物質Ｍ２のガス領域への移動量の他に、ガス領域から第２ベッド層Ｓ２への第２物質Ｍ２の移動量も考慮して、第２物質Ｍ２のガス領域への移動量を算出し、第２ベッド層Ｓ２の物量を修正してもよい。
【0051】
ガス反応量計算部２０４は、第２気相Ｇ２の第１物質Ｍ１との平衡状態に寄与するガス反応量を計算する。即ち、ガス反応量計算部２０４は、領域Ａにおける、ガス領域に存在する第２気相Ｇ２の滞留時間において、第２気相Ｇ２が第１物質反応分ＭＲ１と平衡反応すると見込まれるガス反応量を計算する。領域Ａにおける第２気相Ｇ２の滞留時間での反応量は、個々の物質毎に設定した反応速度パラメータと、領域Ａ内の滞留時間を用いて計算する。ガス反応量は、領域Ａ内の滞留時間にて反応する量を、反応速度式を用いて算出できる。そして、ガス反応量計算部２０４は、ガス反応量から、第２気相Ｇ２のうちの、第１物質反応分ＭＲ１との平衡状態に寄与するガス反応分ＧＲ１を求める。
【0052】
なお、本明細書において、反応分とは、領域Ａ内の第２気相Ｇ２、又はガス領域中に存在する第１物質Ｍ１が通過する滞留時間において、第２気相Ｇ２、又は第１物質Ｍ１との接触により、反応に寄与する流量をいう。
【0053】
即ち、ガス反応分ＧＲ１は、第２気相Ｇ２のうちのガス領域に存在する第１物質Ｍ１との平衡反応に寄与する反応分である。第１物質反応分ＭＲ１は、一方の隣接領域（領域（Ａ＋１））から流入するガス領域中に存在する第１物質Ｍ１のうちの第２気相Ｇ２との平衡状態に寄与する反応分である。
【0054】
ガス反応量計算部２０４は、第２気相Ｇ２と、第１物質Ｍ１中に存在する固体物質又は液体物質との平衡状態に達する量を、例えば、アレニウス型の反応速度式に従う反応速度と、領域Ａ内の第２気相Ｇ２の滞留時間から算出できるモデル等を採用して求めることができる。そして、ガス反応量計算部２０４は、ガス反応量に相当するガス反応分ＧＲ１と、残りの未反応の質量流量に相当するガス未反応分Ｇｒ１とに分割する。
【0055】
ロータリーキルン１では、第２気相Ｇ２と、ガス領域中に存在する第１物質Ｍ１の流れが並流となっている。第２気相Ｇ２の流速は、ガス領域中に存在する第１物質Ｍ１の流れよりも大きく、第２気相Ｇ２とガス領域中に存在する第１物質Ｍ１とは平衡状態に達していない。本実施形態では、ガス反応量計算部２０４は、ロータリーキルン１内のある領域（領域Ａ）の第２気相Ｇ２の一部のみがガス領域中に存在する第１物質Ｍ１と平衡状態に達するとみなして、それに対応するガス反応量に応じて、第２気相Ｇ２を、ガス反応分ＧＲ１と、それ以外のガス未反応分Ｇｒ１とに分割する。
【0056】
第１物質反応量計算部２０５は、第１物質Ｍ１の、第２気相Ｇ２との平衡状態に寄与する第１物質反応量を計算する。即ち、第１物質反応量計算部２０５は、領域Ａにおける、ガス領域に存在する第１物質Ｍ１の滞留時間において、第１物質Ｍ１が第２気相Ｇ２と平衡反応すると見込まれる第１物質反応量を計算する。第１物質反応量は、反応速度式から算出できる。そして、第１物質反応量計算部２０５は、第１物質反応量から、第１物質Ｍ１のうちの、第２気相Ｇ２との平衡状態に寄与する第１物質反応分ＭＲ１を求める。
【0057】
第１物質反応量計算部２０５は、ガス反応量計算部２０４と同様、第２気相Ｇ２と、ガス領域中に存在する第１物質Ｍ１との平衡状態に達する量を、例えば、アレニウス型の反応速度式に従う反応速度と、領域Ａ内の第１物質Ｍ１の滞留時間から算出できるモデルを採用して求めることができる。そして、第１物質反応量計算部２０５は、第１物質反応量に相当する第１物質反応分ＭＲ１と、残りの未反応の質量流量に相当する第１物質未反応分Ｍｒ１とに分割する。
【0058】
ロータリーキルン１では、上述の通り、第２気相Ｇ２と第１物質Ｍ１の流れが並流となっており、第２気相Ｇ２の流速は第１物質Ｍ１の流れよりも大きく、第２気相Ｇ２と第１物質Ｍ１とは平衡状態に達していない。本実施形態では、第１物質反応量計算部２０５は、ロータリーキルン１内のある領域（領域Ａ）の第２気相Ｇ２の一部のみが第１物質Ｍ１と平衡状態に達するとみなして、それに対応する第１物質反応量に応じて、第１物質Ｍ１を、第１物質反応分ＭＲ１と、それ以外の第１物質未反応分Ｍｒ１とに分割する。
【0059】
ベッド層反応量計算部２０６は、修正第２ベッド層Ｓ２Ａの流入ガスＧ１１との平衡状態に寄与するベッド層反応量を計算する。即ち、ベッド層反応量計算部２０６は、領域Ａにおける修正第２ベッド層Ｓ２Ａの移動時間において、修正第２ベッド層Ｓ２Ａが流入ガスと平衡反応すると見込まれるベッド層反応量を計算する。領域Ａにおける修正第２ベッド層Ｓ２Ａの移動時間での反応量は、修正第２ベッド層Ｓ２Ａに含まれる、個々の物質毎に設定した反応速度パラメータと、領域Ａ内の滞留時間を用いて計算する。ベッド層反応量は、領域Ａ内の移動時間にて反応する量を、反応速度式を用いて算出できる。そして、ベッド層反応量計算部２０６は、ベッド層反応量から、修正第２ベッド層Ｓ２Ａのうちの、流入ガスＧ１１との平衡状態に寄与するベッド層反応分ＳＲ１を算出する。
【0060】
ベッド層反応量計算部２０６は、ガス反応量計算部２０４と同様、修正第２ベッド層Ｓ２Ａと、ガス領域中に存在する流入ガスＧ１１との平衡状態に達する量を、例えば、アレニウス型の反応速度式に従う反応速度と、領域Ａ内の修正第２ベッド層Ｓ２Ａの滞留時間から算出できるモデル等を採用して求めることができる。ベッド層反応量計算部２０６は、アレニウス型の反応速度式で修正第２ベッド層Ｓ２Ａの滞留時間により修正第２ベッド層Ｓ２Ａと流入ガスとが平衡状態に達していると見積もった分量だけについて、流入ガスＧ１１との反応に寄与する修正第２ベッド層Ｓ２Ａのベッド層反応量を計算する。そして、ベッド層反応量計算部２０６は、修正第２ベッド層Ｓ２Ａを、ベッド層反応量に相当するベッド層反応分ＳＲ１と、残りの未反応の質量流量に相当するベッド層未反応分Ｓｒ１とに分割する。
【0061】
即ち、ベッド層反応分ＳＲ１は、修正第２ベッド層Ｓ２Ａのうちの流入ガスＧ１１との平衡反応に寄与する反応分である。
【0062】
ロータリーキルン１では、修正第２ベッド層Ｓ２Ａと流入ガスＧ１１の流れが向流となっている。流入ガスＧ１１の流速は修正第２ベッド層Ｓ２ＡＣの移動よりも速く、修正第２ベッド層Ｓ２Ａと流入ガスＧ１１とは平衡状態に達していない。本実施形態では、ベッド層反応量計算部２０６は、ロータリーキルン１内のある領域（領域Ａ）の修正第２ベッド層Ｓ２Ａの一部のみが流入ガスＧ１１と平衡状態に達するとみなして、それに対応するベッド層反応量に応じて、修正第２ベッド層Ｓ２Ａを、ベッド層反応分ＳＲ１と、それ以外のベッド層未反応分Ｓｒ１とに分割する。
【0063】
流入ガス反応量計算部２０７は、ベッド層に存在する流入ガスＧ１１の、修正第２ベッド層Ｓ２Ａとの平衡状態に寄与する流入ガス反応量を計算する。即ち、流入ガス反応量計算部２０７は、領域Ａにおける、ベッド層に存在する流入ガスの滞留時間において、流入ガスＧ１１が修正第２ベッド層Ｓ２Ａと平衡反応すると見込まれる流入ガス反応量を計算する。領域Ａにおける流入ガスＧ１１の滞留時間での反応量は、個々の物質毎に設定した反応速度パラメータと、領域Ａ内の滞留時間を用いて計算する。流入ガス反応量は、反応速度式から算出できる。そして、流入ガス反応量計算部２０７は、流入ガスＧ１１の平衡反応に寄与する流入ガス反応分ＧＲ１１を算出する。
【0064】
即ち、流入ガス反応分ＧＲ１１は、流入ガスＧ１１のうちの第２修正ベッド層Ｓ２Ａの平衡状態に寄与する流入ガスＧ１１の反応分である。
【0065】
流入ガス反応量計算部２０７は、第１流入ガスＧ１１１と修正第２ベッド層Ｓ２Ａとの平衡状態に達する量を、例えば、アレニウス型の反応速度式に従う反応速度と、領域Ａ内の流入ガスＧ１１の滞留時間から算出できるモデルを採用して求めることがする。そして、流入ガス反応量計算部２０７は、流入ガス反応量に相当する流入ガス反応分ＧＲ１１と、残りの流入ガス反応分ＧＲ１１以外の未反応の質量流量に相当する流入ガス未反応分Ｇｒ１１とに分割する。
【0066】
ロータリーキルン１では、上述の通り、流入ガスＧ１１と修正第２ベッド層Ｓ２Ａとの流れが向流となっており、流入ガスＧ１１の流速は、修正第２ベッド層Ｓ２Ａの流れよりも大きく、流入ガスＧ１１と修正第２ベッド層Ｓ２Ａとは平衡状態に達していない。本実施形態では、流入ガス反応量計算部２０７は、ロータリーキルン１内のある領域（領域Ａ）の流入ガスＧ１１の一部のみが修正第２ベッド層Ｓ２Ａと平衡状態に達するとみなして、それに対応するガス反応量に応じて、流入ガスＧ１１を、流入ガス反応分ＧＲ１１と、それ以外の流入ガス未反応分Ｇｒ１１とに分割する。
【0067】
ガス領域平衡反応計算部２０８－１は、領域Ａ内のガス領域を流れる第２気相Ｇ２と、ガス領域に存在する第１物質Ｍ１との平衡反応を計算する。即ち、ガス領域平衡反応計算部２０８－１は、第２気相Ｇ２のうちのガス領域に存在する第１物質Ｍ１との平衡反応に寄与するガス反応分ＧＲ１と、第１物質反応分ＭＲ１のうちのガス反応分ＧＲ１との平衡反応に寄与する第１物質反応分ＭＲ１を用いて、ガス領域の平衡反応計算を行い、ガス反応物ＧＲ１及び第１物質反応物ＭＲ１の組成、量等、ガス反応物ＧＲ１及び第１物質反応物ＭＲ１とが平衡状態に達した時のそれぞれの熱量の変化及び流量を少なくとも計算する。
【0068】
ガス領域平衡反応計算部２０８－１は、ガス反応分ＧＲ１と第１物質反応分ＭＲ１との反応により生成される可能性のある物質（生成物質）の種類、相、流量等を予め設定しておくことにより、生成物質の自由エネルギーが最小となるように、平衡反応計算を行って、生成物質の種類、相、流量等を決定する機能を有する。即ち、ガス領域平衡反応計算部２０８－１は、ギブズエネルギー最小化法に基づく平衡反応計算を行うことができる。ガス領域平衡反応計算部２０８－１は、ガス反応分ＧＲ１と第１物質反応分ＭＲ１とが平衡状態に達したときの、それぞれの熱量の変化、流量、生成物質の種類、組成、量及び相等を計算して出力する。
【0069】
ガス領域平衡反応計算部２０８－１は、ガス反応分ＧＲ１と第１物質反応分ＭＲ１とが反応することで生じる生成ガスと、ガス反応分ＧＲ１の未使用分とを、ガス生成分ＧＰ１として計算する。また、ガス領域平衡反応計算部２０８－１は、ガス反応分ＧＲ１と第１物質反応分ＭＲ１とが反応することで生じる生成物質と、第１物質反応分ＭＲ１の未使用分とを、第１物質生成分ＭＰ１として計算する。
【0070】
即ち、ガス生成分ＧＰ１は、ガス反応分ＧＲ１と第１物質反応分ＭＲ１とが反応することで生じる気相と、ガス反応分ＧＲ１の未使用分とを合算した気相である。第１物質生成分ＭＰ１は、ガス反応分ＧＲ１と第１物質反応分ＭＲ１とが反応することで生じる生成物質と、第１物質反応分ＭＲ１の未使用分とを合算したものである。
【0071】
ベッド層平衡反応計算部２０８－２は、領域Ａ内のベッド層を移動する修正第２ベッド層Ｓ２Ａと、ベッド層に存在する流入ガスとの平衡反応を計算する。即ち、ベッド層平衡反応計算部２０８－２は、修正第２ベッド層Ｓ２Ａのうちの流入ガスＧ１１との平衡反応に寄与するベッド層反応分ＳＲ１と、流入ガスＧ１１のうちの修正第２ベッド層Ｓ２Ａとの平衡状態に寄与する流入ガス反応分ＧＲ１を用いて、ベッド層の平衡反応計算を行い、ベッド層反応物ＳＲ１及び流入ガス反応物ＧＲ１１の組成、量等、ベッド層反応物ＳＲ１及び流入ガス反応物ＧＲ１１とが平衡状態に達した時のそれぞれの熱量の変化及び流量を少なくとも計算する。
【0072】
ベッド層平衡反応計算部２０８－２は、ベッド層反応分ＳＲ１と流入ガス反応分ＧＲ１１との反応により生成される可能性のある物質（生成物質）の種類、相、流量等を予め設定しておくことにより、生成物質の自由エネルギーが最小となるように、平衡反応計算を行って、生成物質の種類、相、流量等を決定する機能を有する。即ち、ベッド層平衡反応計算部２０８－２は、ガス領域平衡反応計算部２０８－１と同様、ギブズエネルギー最小化法に基づく平衡反応計算を行うことができる。ベッド層平衡反応計算部２０８－２は、ベッド層反応分ＳＲ１と流入ガス反応分ＧＲ１１とが平衡状態に達したときの、それぞれの熱量の変化、流量、生成物質の種類、組成、量及び相等を計算して出力する。
【0073】
ベッド層平衡反応計算部２０８－２は、ベッド層反応分ＳＲ１と流入ガス反応分ＧＲ１１とが反応することで生じる生成物質と、ベッド層反応分ＳＲ１の未使用分とを、ベッド層生成分ＳＰ１として計算する。また、ベッド層平衡反応計算部２０８－２は、ベッド層反応分ＳＲ１と流入ガス反応分ＧＲ１１とが反応することで生じる生成ガスと、流入ガス反応分ＧＲ１１の未使用分とを、流入ガス生成分ＧＰ１１として計算する。
【0074】
即ち、ベッド層生成分ＳＰ１は、ベッド層反応分ＳＲ１と流入ガス反応分ＧＲ１１とが反応することで生じる生成物質と、ベッド層反応分ＳＲ１の未使用分とを合算したものである。流入ガス生成分ＧＰ１１は、ベッド層反応分ＳＲ１と流入ガス反応分ＧＲ１１とが反応することで生じる生成ガスと、流入ガス反応分ＧＲ１１の未使用分とを合算したものである。
【0075】
混合気相計算部２０９は、複数の流れを混合する機能を有しており、ガス反応量計算部２０４で分割されたガス未反応分Ｇｒ１と、ガス領域平衡反応計算部２０８－１で生じたガス生成分ＧＰ１とをそれぞれ混合した混合気相である第３気相Ｇ３の流量、組成データ等を計算する。
【0076】
第１混合物質計算部２１０は、複数の流れを混合する機能を有しており、第１物質未反応分Ｍｒ１と、ガス領域平衡反応計算部２０８－１で生じた第１物質生成分ＭＰ１とを混合した第１混合物質Ｍ１１の流量、組成データ等を計算する。
【0077】
混合ベッド層計算部２１１は、複数の流れを混合する機能を有しており、ベッド層反応量計算部２０６で分割されたベッド層未反応分Ｓｒ１と、ベッド層平衡反応計算部２０８－２で生じたベッド層生成分ＳＰ１とを混合した混合ベッド層である第３ベッド層Ｓ３の流量、組成データ等を計算する。
【0078】
混合流入ガス計算部２１２は、複数の流れを混合する機能を有しており、流入ガス未反応分Ｇｒ１と、ベッド層平衡反応計算部２０８－２で生じた流入ガス生成分ＧＰ１１とを混合した混合流入ガスＧ１２の流量や組成データ等を計算する。
【0079】
ガス合算部２１３は、複数の流れを混合する機能を有しており、混合気相計算部２０９で生じた第３気相Ｇ３に、混合流入ガス計算部２１２で生じた混合流入ガスＧ１２を混合する。
【0080】
第１混合物質物量修正部２１４は、第１混合物質計算部２１０で生じた第１混合物質Ｍ１１に、ベッド層物量修正部２０３で生じた第２物質Ｍ２の移動量を加えて、第１混合物質Ｍ１１の物量を修正し、第１修正混合物質Ｍ１２を算出する。
【0081】
なお、本実施形態では、炉内反応の計算装置２０は、燃焼用材料２３０をロータリーキルン１内に投下しない場合には、分配部２０１を備えなくてもよい。この場合、ガス反応分ＧＲ１は、第１気相Ｇ１のうちのベッド層Ｓ１との平衡反応に寄与する反応分とし、ベッド層反応分ＳＲ１は、ベッド層Ｓ１のうちの第１気相Ｇ１との平衡状態に寄与する反応分とする。
【0082】
本実施形態では、炉内反応の計算装置２０は、炉内の熱伝導を、必要に応じて、放射、伝導及び対流等のモデルで計算するようにしてもよい。
【0083】
＜炉内反応の計算方法＞
次に、本実施形態に係る炉内反応の計算装置を用いて、本実施形態に係る炉内反応の計算方法について説明する。本実施形態に係る炉内反応の計算方法は、図１に示すような構成を有するロータリーキルン１において、ロータリーキルン１の装入端１４Ａ側から供給した原料鉱石を排出端１４Ｂ側に向かって移動させながら、移動の途中から燃焼用材料を投入し、原料鉱石を排出端１４Ｂ側に設けられるバーナー１６から供給された燃焼ガスと接触させて、乾燥させると共に還元を行う。
次に、本実施形態に係る炉内反応の計算装置を用いて、本実施形態に係る炉内反応の計算方法について説明する。本実施形態に係る炉内反応の計算方法は、図１に示すような構成を有するロータリーキルン１において、ロータリーキルン１の装入端１４Ａ側から供給した原料鉱石を排出端１４Ｂ側に向かって移動させながら、移動の途中から燃焼用材料を投入し、原料鉱石を排出端１４Ｂ側に設けられるバーナー１６から供給された燃焼ガスと接触させて、乾燥させると共に還元を行う。
【0084】
図３は、本実施形態に係る炉内反応の計算方法を説明するフローチャートである。図３に示すように、炉内反応の計算装置２０は、ロータリーキルン１内に燃焼用材料２３０を投下しているか否かを確認する（確認工程：ステップＳ１１）。
【0085】
ロータリーキルン１内に燃焼用材料が投下されている場合（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）、炉内反応の計算装置２０は、気相を想定した揮発分等の物質と、ベッド層を想定した固体物質を入力物質として与える。炉内反応の計算装置２０は、分配部２０１を用いて、ロータリーキルン１内に添加される燃焼用材料２３０を、気相である添加気相ＡＧ１１とベッド層である添加ベッド層ＡＳ１１とに質量流量で分配する（分配工程：ステップＳ１２）。
【0086】
次に、炉内反応の計算装置２０は、一方の隣接領域（領域（Ａ＋１））から領域Ａに流入する燃焼ガスである第１気相Ｇ１と、分配部２０１で分配された燃焼用材料２３０の添加気相ＡＧ１１とを入力物質として与える。炉内反応の計算装置２０は、第１気相Ｇ１と添加気相ＡＧ１１とを混合して、第１気相Ｇ１及び添加気相ＡＧ１１を含む第２気相Ｇ２を算出する（第１気相と添加気相の気相混合工程：ステップＳ１３）。
【0087】
次に、炉内反応の計算装置２０は、ガス混合量計算部２０２を用いて、第１気相Ｇ１及び添加気相ＡＧ１１を含む第２気相Ｇ２からベッド層へ移動する流入ガスＧ１１の流量を計算する（ガス混合量計算工程：ステップＳ１４）。
【0088】
次に、炉内反応の計算装置２０は、他方の隣接領域（領域（Ａ－１））から領域Ａに流入するベッド層Ｓ１と、分配部２０１で分配された燃焼用材料のベッド層である添加ベッド層ＡＳ１１とを入力物質として与える。炉内反応の計算装置２０は、ベッド層Ｓ１と添加ベッド層ＡＳ１１とを混合して、第２ベッド層Ｓ２を算出する（第１ベッド層と添加ベッド層のベッド層混合工程：ステップＳ１５）。
【0089】
次に、炉内反応の計算装置２０は、第２ベッド層Ｓ２と、第２ベッド層Ｓ２に含まれる第２物質Ｍ２のガス領域への移動量とを入力物質として与える。炉内反応の計算装置２０は、ベッド層物量修正部２０３を用いて、第２ベッド層Ｓ２に含まれる第２物質Ｍ２のガス領域への移動量を除して第２ベッド層Ｓ２の物量を修正し、修正第２ベッド層Ｓ２Ａを算出する（第２ベッド層の物量修正工程：ステップＳ１６）。
【0090】
次に、炉内反応の計算装置２０は、ガス領域衡反応を行う（ガス領域平衡反応の実施工程：ステップＳ１７）。
【0091】
次に、炉内反応の計算装置２０は、ベッド層平衡反応を行う（ベッド層平衡反応の実施工程：ステップＳ１８）。
【0092】
次に、炉内反応の計算装置２０は、ガス合算部２１３を用いて、ガス領域平衡反応の実施工程（ステップＳ１７）で生じる第３気相Ｇ３に、ベッド層平衡反応の実施工程（ステップＳ１８）で生じる混合流入ガスＧ１２を混合し、第３合算気相Ｇ３'を得る（ガス合算工程：ステップＳ１９）。
【0093】
炉内反応の計算装置２０は、第３合算気相Ｇ３'を領域Ａよりも装入端１４Ａ側の領域（領域（Ａ－１））に移動する。
【0094】
次に、炉内反応の計算装置２０は、第１混合物質物量修正部２１４を用いて、ガス領域平衡反応の実施工程（ステップＳ１７）で生じる第１混合物質Ｍ１１に、第２ベッド層の物量の修正工程（ステップＳ１６）で生じる第２物質Ｍ２の移動量を加えて、第１混合物質Ｍ１１の物量を修正し、第１修正混合物質Ｍ１２を算出する（第１混合物質物量修正工程：ステップＳ２０）。
【0095】
炉内反応の計算装置２０は、第１修正混合物質Ｍ１２を領域Ａよりも装入端１４Ａ側の領域（領域（Ａ－１））に移動させる。
【0096】
次に、ガス領域平衡反応の実施工程（ステップＳ１７）について説明する。図４は、図３のガス領域平衡反応の実施工程（ステップＳ１７）の動作を示すフローチャートである。図４に示すように、ガス領域平衡反応の実施工程（ステップＳ１７）では、炉内反応の計算装置２０は、ガス反応量計算部２０４を用いて、第２気相Ｇ２のうちの、第１物質反応分ＭＲ１との平衡状態に寄与するガス反応量を計算する（ガス反応量計算工程：ステップＳ１７１）。
【0097】
即ち、炉内反応の計算装置２０は、第２気相Ｇ２とガス領域中に存在する第１物質Ｍ１とが反応して平衡状態に達すると仮定したときに、第２気相Ｇ２がガス領域中に存在する第１物質Ｍ１と反応して平衡状態に達する時の反応に寄与するガス反応量を計算する。
【0098】
そして、炉内反応の計算装置２０は、ガス反応量計算結果に基づいて、ガス反応量に相当するガス反応分ＧＲ１と、残りの未反応量に相当するガス未反応分Ｇｒ１とに分割する。
【0099】
次に、炉内反応の計算装置２０は、第１物質反応量計算部２０５を用いて、ガス領域に存在する第１物質Ｍ１のうち、第２気相Ｇ２との平衡状態に寄与する第１物質反応量を計算する（第１物質反応量計算工程：ステップＳ１７２）。
【0100】
即ち、炉内反応の計算装置２０は、ガス領域に存在する第１物質Ｍ１と第２気相Ｇ２とが反応して平衡状態に達すると仮定したときに、ガス領域に存在する第１物質Ｍ１が第２気相Ｇ２と反応して平衡状態に達する時の反応に寄与する第１物質反応量を計算する。
【0101】
そして、炉内反応の計算装置２０は、第１物質反応量の計算結果に基づいて、第１物質反応量に相当する第１物質反応分ＭＲ１と、残りの未反応量に相当する第１物質未反応分Ｍｒ１とに分割する。
【0102】
次に、炉内反応の計算装置２０は、ガス反応量計算工程（ステップＳ１７１）で得られたガス反応分ＧＲ１と、第１物質反応量計算工程（ステップＳ１７２）で得られた第１物質反応分ＭＲ１とを入力物質として与える。炉内反応の計算装置２０は、ガス領域平衡反応計算部２０８－１を用いて、ガス反応分ＧＲ１と第１物質反応分ＭＲ１との平衡反応を計算し、ガス反応分ＧＲ１と第１物質反応分ＭＲ１とが平衡状態に達した時のそれぞれの熱量の変化及び流量を少なくとも計算する（ステップＳ１７３）。
【0103】
平衡反応の計算には、例えば、ギブズエネルギー最小化法等を用いることができる。
【0104】
炉内反応の計算装置２０は、ガス反応分ＧＲ１と第１物質反応分ＭＲ１とが反応することで生じる生成ガスと、ガス反応分ＧＲ１の未使用分とを、ガス生成分ＧＰ１として計算し、ガス反応分ＧＲ１と第１物質反応分ＭＲ１とが反応することで生じる生成物質と、第１物質反応分ＭＲ１の未使用分とを、第１物質生成分ＭＰ１として計算する。
【0105】
次に、炉内反応の計算装置２０は、ガス反応量計算工程（ステップＳ１７１）で得られたガス未反応分Ｇｒ１と、ガス領域平衡反応計算工程（ステップＳ１７）で得られたガス生成分ＧＰ１とを入力物質として与える。炉内反応の計算装置２０は、混合気相計算部２０９を用いて、ガス未反応分Ｇｒ１とガス生成分ＧＰ１とを含む第３気相Ｇ３の流量、組成データ等を計算する（混合気相計算工程：ステップＳ１７４）。
【0106】
ガス反応量計算工程（ステップＳ１７１）で計算したガス反応分ＧＲ１は、第２気相Ｇ２と第１物質Ｍ１とが平衡状態に達したと仮定した時の反応量であるため、通常、全て使用される。しかし、気相であるガス反応分ＧＲ１には、反応の量論比以上に存在する物質や反応に寄与しない不活性な物質が存在している場合がある。不活性な物質は、例えば、窒素等である。混合気相計算工程（ステップＳ１７４）では、反応の量論比以上に存在し、結果として平衡反応後に残る物質や不活性な物質が存在する。ガス領域平衡反応計算部２０８－１で使用されずに残った未使用分は、ガス生成分ＧＰ１として計算する。
【0107】
次に、炉内反応の計算装置２０は、第１物質反応量計算工程（ステップＳ１７２）で得られた第１物質未反応分Ｍｒ１と、ガス領域平衡反応計算工程（ステップＳ１７３）で得られた第１物質生成分ＭＰ１とを入力物質として与える。炉内反応の計算装置２０は、第１混合物質計算部２１０を用いて、第１物質未反応分Ｍｒ１と第１物質生成分ＭＰ１とを混合した第１混合物質Ｍ１１の流量や組成データ等を計算する（第１混合物質計算工程：ステップＳ１７５）。
【0108】
次に、第２平衡反応の実施工程（ステップＳ１８）について説明する。図５は、図３の第２平衡反応の実施工程（ステップＳ１８）の動作を示すフローチャートである。図５に示すように、第２平衡反応の実施工程（ステップＳ１８）では、炉内反応の計算装置２０は、ベッド層反応量計算部２０６を用いて、修正第２ベッド層Ｓ２Ａのうち、流入ガス反応分ＧＲ１１との平衡状態に寄与するベッド層反応量を計算する（ベッド層反応量計算工程：ステップＳ１８１）。
【0109】
なお、流入ガス反応分ＧＲ１１は、ガス領域からベッド層へ移動した流入ガスのうちの修正第２ベッド層Ｓ２Ａとの平衡状態に寄与する反応分である。
【0110】
即ち、炉内反応の計算装置２０は、修正第２ベッド層Ｓ２Ａと流入ガスとが反応して平衡状態に達すると仮定したときに、修正第２ベッド層Ｓ２Ａが流入ガスと反応して平衡状態に達する時の反応に寄与するベッド層反応量を計算する。
【0111】
そして、炉内反応の計算装置２０は、ベッド層反応量の計算結果に基づいて、ベッド層反応量に相当するベッド層反応分ＳＲ１と、残りの未反応量に相当するベッド層未反応分Ｓｒ１とに分割する。
【0112】
次に、炉内反応の計算装置２０は、流入ガス反応量計算部２０７を用いて、流入ガスのうち、修正第２ベッド層Ｓ２Ａとの平衡状態に寄与する流入ガス反応量を計算する（ベッド層反応量計算工程：ステップＳ１８）。
【0113】
即ち、炉内反応の計算装置２０は、ガス領域に存在するガス成分である流入ガスと修正第２ベッド層Ｓ２Ａとが反応して平衡状態に達すると仮定したときに、流入ガスが修正第２ベッド層Ｓ２Ａと反応して平衡状態に達する時の反応に寄与する流入ガス反応量を計算する。
【0114】
そして、炉内反応の計算装置２０は、流入ガス反応量計算結果に基づいて、流入ガス反応量に相当する流入ガス反応分ＧＲ１１と、残りの未反応量に相当する流入ガス未反応分Ｇｒ１１とに分割する。
【0115】
次に、炉内反応の計算装置２０は、ベッド層反応量計算工程（ステップＳ１８）で得られたベッド層反応分ＳＲ１と、流入ガス反応量計算工程（ステップＳ１８２）で得られた流入ガス反応分ＧＲ１１とを入力物質として与える。炉内反応の計算装置２０は、ベッド層平衡反応計算部２０８－２を用いて、ベッド層反応分ＳＲ１と流入ガス反応分ＧＲ１１との平衡反応を計算し、ベッド層反応分ＳＲ１と流入ガス反応分ＧＲ１１とが平衡状態に達した時のそれぞれの熱量の変化及び流量を少なくとも計算する（ステップＳ１８３）。
【0116】
炉内反応の計算装置２０は、ベッド層反応分ＳＲ１と流入ガス反応分ＧＲ１１とが反応することで生じる生成物質と、ベッド層反応分ＳＲ１の未使用分とを、ベッド層生成分ＳＰ１として計算し、ベッド層反応分ＳＲ１と流入ガス反応分ＧＲ１１とが反応することで生じる生成ガスと、流入ガス反応分ＧＲ１１の未使用分とを、流入ガス生成分ＧＰ１１として計算する。
【0117】
次に、炉内反応の計算装置２０は、ベッド層反応量計算工程（ステップＳ１８１）で得られたベッド層未反応分Ｓｒ１と、ベッド層平衡反応計算工程（ステップＳ１８３）で得られたベッド層生成分ＳＰ１とを入力物質として与える。炉内反応の計算装置２０は、混合ベッド層計算部２１１を用いて、ベッド層未反応分Ｓｒ１とベッド層生成分ＳＰ１とを含む第３ベッド層Ｓ３の流量、組成データ等を計算する（混合ベッド層計算工程：ステップＳ１８４）。
【0118】
ベッド層反応量計算工程（ステップＳ１８１）で計算したベッド層であるベッド層反応分ＳＲ１には、反応の量論比以上に存在する物質や反応に寄与しない不活性な物質が存在している場合がある。混合ベッド層計算工程（ステップＳ１８４）では、ベッド層反応分ＳＲ１のうち、反応の量論比以上に存在し結果として反応で使用されなかった部分及び不活性な部分が存在する。ベッド層平衡反応計算工程（ステップＳ１８３）で使用されずに残った未使用分を、ベッド層生成分ＳＰ１として計算する。
【0119】
炉内反応の計算装置２０は、第３ベッド層Ｓ３を領域Ａよりも排出端１４Ｂ側の領域（領域（Ａ＋１））に移動させる。
【0120】
次に、炉内反応の計算装置２０は、流入ガス反応量計算工程（ステップＳ１８２）で得られた流入ガス未反応分Ｇｒ１１と、ベッド層平衡反応計算工程（ステップＳ１８３）で得られた流入ガス生成分ＧＰ１１とを入力物質として与える。炉内反応の計算装置２０は、混合流入ガス計算部２１２を用いて、流入ガス未反応分Ｇｒ１１と流入ガス生成分ＧＰ１１とを含む混合流入ガスＧ１２の流量、組成データ等を計算する（混合流入ガス計算工程：ステップＳ１８５）。
【0121】
なお、本実施形態に係る炉内反応の計算方法は、ガス領域平衡反応の計算工程（ステップＳ１７）とベッド層平衡反応の計算工程（ステップＳ１８）とを並行して行ってもよい。
【0122】
本実施形態に係る炉内反応の計算方法は、ガス合算工程（ステップＳ１９）と第１混合物質物量修正工程（ステップＳ２０）とを並行して行ってもよいし、ガス合算工程（ステップＳ１９）を第１混合物質物量修正工程（ステップＳ２０）の後に行ってもよい。
【0123】
本実施形態に係る炉内反応の計算方法は、ガス反応量計算工程（ステップＳ１７１）と第１物質反応量計算工程（ステップＳ１７２）とを並行して行ってもよいし、ガス反応量計算工程（ステップＳ１７１）を第１物質反応量計算工程（ステップＳ１７２）の後に行ってもよい。
【0124】
本実施形態に係る炉内反応の計算方法は、第１の混合計算工程（ステップＳ１７４）と第１物質未反応分Ｍｒ１と第１物質生成分ＭＰ１との混合工程（ステップＳ１７）とを並行して行ってもよいし、第１の混合計算工程（ステップＳ１７４）を第１物質未反応分Ｍｒ１と第１物質生成分ＭＰ１との混合工程（ステップＳ１７５）の後に行ってもよい。
【0125】
本実施形態に係る炉内反応の計算方法は、ベッド層反応量計算工程（ステップＳ１８１）とベッド層反応量計算工程（ステップＳ１８２）とを並行して行ってもよいし、ベッド層反応量計算工程（ステップＳ１８１）をベッド層反応量計算工程（ステップＳ１８２）の後に行ってもよい。
【0126】
本実施形態に係る炉内反応の計算方法は、混合ベッド層計算工程（ステップＳ１８４）とベッド層未反応分Ｓｒ１と流入ガス生成分ＧＰ１１との混合工程（ステップＳ１８）とを並行して行ってもよいし、混合ベッド層計算工程（ステップＳ１８４）をベッド層未反応分Ｓｒ１と流入ガス生成分ＧＰ１１との混合工程（ステップＳ１８５）の後に行ってもよい。
【0127】
本実施形態に係る炉内反応の計算方法は、炉内の熱伝導を、必要に応じて、放射、伝導及び対流等のモデルで計算してもよい。
【0128】
＜炉内反応の計算装置のハードウェア構成＞
次に、炉内反応の計算装置のハードウェア構成の一例について説明する。図４は、炉内反応の計算装置のハードウェア構成図である。図４に示すように、炉内反応の計算装置２０は、例えば、情報処理装置（コンピュータ）で構成され、物理的には、演算処理部であるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：プロセッサ）２１と、主記憶装置であるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）２２及びＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）２３と、補助記憶装置２４と、入出力インタフェース２５と、出力装置である表示装置２６等を含むコンピュータシステムとして構成することができる。これらは、バス２７で相互に接続されている。なお、補助記憶装置２４及び表示装置２６は、外部に設けられていてもよい。
次に、炉内反応の計算装置のハードウェア構成の一例について説明する。図４は、炉内反応の計算装置のハードウェア構成図である。図４に示すように、炉内反応の計算装置２０は、例えば、情報処理装置（コンピュータ）で構成され、物理的には、演算処理部であるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：プロセッサ）２１と、主記憶装置であるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）２２及びＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）２３と、補助記憶装置２４と、入出力インタフェース２５と、出力装置である表示装置２６等を含むコンピュータシステムとして構成することができる。これらは、バス２７で相互に接続されている。なお、補助記憶装置２４及び表示装置２６は、外部に設けられていてもよい。
【0129】
ＣＰＵ２１は、炉内反応の計算装置２０の全体の動作を制御し、各種の情報処理を行う。ＣＰＵ２１は、ＲＯＭ２３または補助記憶装置２４に格納された原料鉱石の反応計算プログラムを実行して、測定収録画面と解析画面の表示動作を制御する。
【0130】
ＲＡＭ２２は、ＣＰＵ２１のワークエリアとして用いられ、主要な制御パラメータや情報を記憶する不揮発ＲＡＭを含んでもよい。
【0131】
ＲＯＭ２３は、基本入出力プログラム等を記憶する。原料鉱石の反応計算プログラムはＲＯＭ２３に保存されてもよい。
【0132】
補助記憶装置２４は、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）、及びＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等の記憶装置であり、例えば、原料鉱石の反応計算プログラムや炉内反応の計算装置２０の動作に必要な各種のデータ、ファイル等を格納する。
【0133】
入出力インタフェース２５は、タッチパネル、キーボード、表示画面、操作ボタン等のユーザインタフェースと、外部のデータ収録サーバ等からの情報を取り込み、他の電子機器に解析情報を出力する通信インタフェースとの双方を含む。
【0134】
表示装置２６は、モニタディスプレイ等である。表示装置２６では、測定収録画面と解析画面が表示され、入出力インタフェース２５を介した入出力操作に応じて画面が更新される。
【0135】
図４に示す炉内反応の計算装置２０の各機能は、ＲＡＭ２２やＲＯＭ２３等の主記憶装置又は補助記憶装置２４にシミュレーションソフトウェア（炉内反応の計算プログラムを含む）等を読み込ませ、ＲＡＭ２２、ＲＯＭ２３又は補助記憶装置２４に格納された原料鉱石の反応計算プログラム等をＣＰＵ２１により実行することにより、ＲＡＭ２２等におけるデータの読み出し及び書き込みを行うと共に、入出力インタフェース２５及び表示装置２６を動作させることで実現される。
【0136】
炉内反応の計算プログラムは、以下の構成のプログラムを用いることができる。
即ち、炉内反応の計算プログラムは、反応炉の一端側から供給した原料鉱石を他端側に向かって移動させながら、前記原料鉱石を前記他端側から供給された燃焼ガスと接触させて、乾燥させると共に還元を行う炉内反応の計算を少なくともコンピュータに実行させるプログラムであって、
前記炉内のガス領域を流れる前記燃焼ガスを含む第１気相のうち、前記反応炉内の燃焼ガスを含むガス領域から前記原料鉱石を含むベッド層へ移動する流入ガスの流量を計算するガス混合量計算工程と、
前記ガス領域を流れる前記燃焼ガスを含む気相と、前記ガス領域に存在する固体物質及び液体物質の少なくとも一方を含む第１物質との平衡反応を計算するガス領域平衡反応計算工程と、
前記ベッド層を移動する前記原料鉱石を含むベッド層に含まれる、固体物質又は液体物質の少なくとも一方を含む第２物質の前記ガス領域への移動量を除して前記ベッド層の物量を修正し、修正ベッド層を算出するベッド層の物量修正工程と、
前記修正ベッド層と、前記流入ガスとの平衡反応を計算するベッド層平衡反応計算工程とを少なくともコンピュータに実行させるプログラムを用いることができる。
即ち、炉内反応の計算プログラムは、反応炉の一端側から供給した原料鉱石を他端側に向かって移動させながら、前記原料鉱石を前記他端側から供給された燃焼ガスと接触させて、乾燥させると共に還元を行う炉内反応の計算を少なくともコンピュータに実行させるプログラムであって、
前記炉内のガス領域を流れる前記燃焼ガスを含む第１気相のうち、前記反応炉内の燃焼ガスを含むガス領域から前記原料鉱石を含むベッド層へ移動する流入ガスの流量を計算するガス混合量計算工程と、
前記ガス領域を流れる前記燃焼ガスを含む気相と、前記ガス領域に存在する固体物質及び液体物質の少なくとも一方を含む第１物質との平衡反応を計算するガス領域平衡反応計算工程と、
前記ベッド層を移動する前記原料鉱石を含むベッド層に含まれる、固体物質又は液体物質の少なくとも一方を含む第２物質の前記ガス領域への移動量を除して前記ベッド層の物量を修正し、修正ベッド層を算出するベッド層の物量修正工程と、
前記修正ベッド層と、前記流入ガスとの平衡反応を計算するベッド層平衡反応計算工程とを少なくともコンピュータに実行させるプログラムを用いることができる。
【0137】
炉内反応の計算プログラムは、例えば、ＲＡＭ２２やＲＯＭ２３の主記憶装置又は補助記憶装置２４等のコンピュータが備える記憶装置内に格納される。なお、原料鉱石の反応計算プログラムは、その一部又は全部が、通信回線等の伝送媒体を介して伝送され、コンピュータが備える通信モジュール等により受信されて記録（インストールを含む）される構成としてもよい。また、原料鉱石の反応計算プログラムは、その一部又は全部が、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の携帯可能な記憶媒体に格納された状態から、コンピュータ内に記録（インストールを含む）される構成としてもよい。
【0138】
以上の通り、本実施形態に係る炉内反応の計算装置２０は、ガス混合量計算部２０２、ガス領域平衡反応計算部２０８－１及びベッド層平衡反応計算部２０８－２を備える。炉内反応の計算装置２０は、ガス混合量計算部２０２において、第２気相Ｇ２のうち、ガス領域からベッド層へ移動する流入ガスの流量を計算する。そして、炉内反応の計算装置２０は、ガス領域平衡反応計算部２０８－１において、ガス反応量計算部２０４及び第１物質反応量計算部２０５で得られたガス反応分ＧＲ１及び第１物質反応分ＭＲ１を用いて平衡反応を計算する。これにより、炉内反応の計算装置２０は、第２気相Ｇ２と、第１物質Ｍ１との平衡反応を計算できる。また、炉内反応の計算装置２０は、ベッド層平衡反応計算部２０８－２において、ベッド層反応量計算部２０６及び流入ガス反応量計算部２０７で得られたベッド層反応分ＳＲ１及び流入ガス反応分ＧＲ１１を用いて平衡反応を計算する。これにより、炉内反応の計算装置２０は、第２修正固相Ｓ２'と、ガス領域からベッド層へ一部移動した流入ガスＧ１１との平衡反応を計算できる。
【0139】
ガス領域中の第１物質Ｍ１は、隣接領域（Ａ＋１）において、ベッド層内からガス領域へ移動した第２物質Ｍ２を含んでいる。ベッド層の流入ガスＧ１１は、ガス領域からベッド層に混入したガスである。そのため、炉内反応の計算装置２０は、ベッド層内を移動する第２物質Ｍ２のガス領域への物質移動と、ガス領域内を流れるガスのベッド層への混入を考慮して、ガス領域及びベッド層のそれぞれにおいて、ギブズエネルギー最小化法に基づいて平衡反応を計算できる。よって、炉内反応の計算装置２０は、ベッド層で発生するダストのガス領域中での反応を計算できる。したがって、炉内反応の計算装置２０は、ロータリーキルン１内のベッド層から発生するダストのガス領域での反応を考慮して、ロータリーキルン１内の反応を高精度に計算できる。
【0140】
よって、炉内反応の計算装置２０は、ガス組成や温度の変化によるベッド層反応への影響を考慮できるので、炉内反応の予測精度を向上させることができる。
【0141】
ダストは鉱石と同程度のニッケル分を含有するため、排ガス処理設備などで回収され、ロータリーキルンに繰り返し装入されている。ダストは、未焼成の鉱石及び繰り返しダストのうち再飛散したもの、さらに炉内に投入された石炭の灰分や燃え残りの炭素等を含んでいる。このダストは、ガス領域ではガス流れに乗って炉内を短時間で移動し、ガス領域でのダストの炉内滞留時間はベッド層中を移動する場合と比べて非常に短いが、ガス領域中のダストの一部は熱分解や周囲のガスとの反応も生じると考えられる。
【0142】
例えば、ダスト中に含まれる燃え残りの炭素は、周囲のＣＯ2やＨ2Ｏガスによってガス化され、下記式（１）、（２）等のような反応が生じる可能性がある。また、バーナーから供給される酸素が残存している箇所では、下記式（３）、（４）等のような燃焼反応が生じると考えられる。これらの反応により、ガス領域でのガスの組成や温度が変化することは、ベッド層の反応にも影響し、ガス領域に飛散するダストの反応挙動を詳細に把握することが重要である。
Ｃ＋ＣＯ2→２ＣＯ ・・・（１）
Ｃ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ＋Ｈ2 ・・・（２）
Ｃ＋０．５Ｏ2→ＣＯ ・・・（３）
Ｃ＋Ｏ2→ＣＯ2 ・・・（４）
Ｃ＋ＣＯ2→２ＣＯ ・・・（１）
Ｃ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ＋Ｈ2 ・・・（２）
Ｃ＋０．５Ｏ2→ＣＯ ・・・（３）
Ｃ＋Ｏ2→ＣＯ2 ・・・（４）
【0143】
ロータリーキルン１内の反応をシミュレーションする際、このベッド層から発生するダストを他のガス領域中のガスと同様に扱うと、詳細な把握が困難である。本実施形態に係る炉内反応の計算装置２０は、ベッド層から発生するダストの、ガス領域での反応を考慮しながら反応を高精度に計算できる。
【0144】
炉内反応の計算装置２０は、ガス反応量計算部２０４及び第１物質反応量計算部２０５を備えることができる。これにより、炉内反応の計算装置２０は、ガス反応量計算部２０４において、第２気相Ｇ２から平衡反応に寄与するガス反応分ＧＲ１を求め、第１物質反応量計算部２０５において、第１物質Ｍ１から平衡反応に寄与する第１物質反応分ＭＲ１を求めることができる。そのため、炉内反応の計算装置２０は、第２気相Ｇ２と第１物質Ｍ１のうちの、ガス領域平衡反応計算部２０８－１において使用される反応分を求めることができるため、必要な反応分を用いてガス領域における平衡反応計算を確実に行うことができる。
【0145】
炉内反応の計算装置２０は、混合気相計算部２０９と、第１混合物質計算部２１０を備えることができる。混合気相計算部２０９は、ガス未反応分Ｇｒ１と、ガス領域平衡反応計算部２０８－１で生成したガス生成分ＧＰ１とを混合した第３気相Ｇ３の流量を少なくとも計算できる。第１混合物質計算部２１０は、第１物質未反応分Ｍｒ１と、ガス領域平衡反応計算部２０８－１で生成した第１物質生成分ＭＰ１とを混合した第１物質Ｍ１の流量を少なくとも計算できる。よって、炉内反応の計算装置２０は、第１気相Ｇ及び第１物質Ｍ１の装入端１４Ａへの移動量をより正確に計算できる。
【0146】
炉内反応の計算装置２０は、第１混合物質物量修正部２１４を備えることができる。これにより、炉内反応の計算装置２０は、ガス領域に存在する第１混合物質Ｍ１１に、ベッド層から移動する第２物質Ｍ２を含めることができる。第２物質Ｍ２には、主に、ベッド層から発生するダスト等が含まれる。よって、炉内反応の計算装置２０は、ベッド層から発生するダストの装入端１４Ａへの移動量をより正確に計算できる。
【0147】
炉内反応の計算装置２０は、ベッド層反応量計算部２０６及び流入ガス反応量計算部２０７を備えることができる。これにより、炉内反応の計算装置２０は、ベッド層反応量計算部２０６において、第２ベッド層Ｓ２から平衡反応に寄与するベッド層反応分ＳＲ１を求め、流入ガス反応量計算部２０７において、第１物質Ｍ１から平衡反応に寄与する流入ガス反応分ＧＲ１１を求めることができる。よって、炉内反応の計算装置２０は、第２ベッド層Ｓ２及び第１物質Ｍ１のうち、ベッド層平衡反応計算部２０８－２において使用される反応分を求めることができるため、必要な反応分を用いてベッド層における平衡反応計算を確実に行うことができる。
【0148】
炉内反応の計算装置２０は、混合ベッド層計算部２１１と、混合流入ガス計算部２１２を備えることができる。混合ベッド層計算部２１１は、ベッド層未反応分Ｓｒ１と、ベッド層平衡反応計算部２０８－２で生成したベッド層生成分ＳＰ１とを混合した第３ベッド層Ｓ３の流量を少なくとも計算できる。混合流入ガス計算部２１２は、流入ガス未反応分Ｇｒ１１と、ベッド層平衡反応計算部２０８－２で生成した流入ガス生成分ＧＰ１１とを混合した、ベッド層に存在する流入ガスの流量を少なくとも計算できる。よって、炉内反応の計算装置２０は、第３ベッド層Ｓ３の排出端１４Ｂへの移動量をより正確に計算できると共に、ベッド層に残る流入ガスＧ１１の流量を求めることができる。
【0149】
炉内反応の計算装置２０は、ガス合算部２１３を備えることができる。これにより、炉内反応の計算装置２０は、第３気相Ｇ３にベッド層で生じた混合流入ガスＧ１２を混合できるため、ベッド層に存在するガス成分も第３気相Ｇ３に含めることができる。よって、炉内反応の計算装置２０は、領域Ａ内に存在するガス成分を確実に領域（Ａ－１）に移動できる。
【0150】
炉内反応の計算装置２０は、分配部２０１を備え、分配部２０１において、原料鉱石の移動の途中に投入された燃焼用材料２３０に含まれる気相とベッド層とを添加気相ＡＧ１１と添加ベッド層ＡＳ１１とに質量流量で分配できる。炉内反応の計算装置２０は、ロータリーキルン１の途中から投入される燃焼用材料２３０を第１気相Ｇ１及び第１ベッド層Ｓ１に分配してそれぞれ別々の燃料として扱い、添加気相ＡＧ１１は第２気相を構成する成分とし、添加ベッド層ＡＳ１１は第２ベッド層を構成する成分にできる。これにより、炉内反応の計算装置２０は、第２気相Ｇ２からガス反応分ＧＲ１を求めると共に、第２ベッド層Ｓ２からベッド層反応分ＳＲ１を求めることで、ベッド層平衡反応計算部２０８－２において、第２気相Ｇ２と第２ベッド層Ｓ２とから平衡反応に必要な反応分に基づいて平衡反応を計算できる。よって、炉内反応の計算装置２０は、ロータリーキルン１の途中から投入される燃焼用材料２３０を考慮して、ロータリーキルン１内の物質の挙動を解析できるため、燃焼用材料２３０を用いる場合でも、炉内反応の計算を高精度に行うことができる。
【0151】
このように、炉内反応の計算装置２０は、ロータリーキルン１内のベッド層から発生するダストのガス領域での反応を考慮して、炉内で生じる平衡反応計算を高精度に計算できる。よって、炉内反応の計算装置２０は、ロータリーキルン１内の全領域に適用することで、ロータリーキルン１内の全体の反応プロセスを高精度に計算することを可能にできる。
【0152】
炉内反応の計算装置２０をロータリーキルン１の全体に適用する場合について説明する。炉内反応の計算装置２０は、例えば、図７に示すように、ロータリーキルン１内を複数の領域に分割した時の１つの領域Ａにおける反応プロセスを単位操作モデルと仮定した時、単位操作モデルの組合せによってロータリーキルン１内の反応プロセスをモデル化できる。そして、炉内反応の計算装置２０は、ロータリーキルン１内の複数の領域に、原料鉱石の流れ又は燃焼ガスの流れ（仮定した流れを含む。）に沿って繰り返し実施する（図７中の矢印参照）。そして、炉内反応の計算装置２０は、所定の領域における計算値とその領域における前回の計算値との差が所定の範囲内に収まるまで繰り返し実施する。
【0153】
炉内反応の計算装置２０をロータリーキルン１の全体に適用する場合のフローチャートを図８に示す。図８に示すように、炉内反応の計算装置２０は、ロータリーキルン１で起こる反応プロセスを複数の単位操作モデルの組合せによってモデル化する（モデル化工程：ステップＳ２１）。
【0154】
単位操作モデルには、上記の図２に示す炉内反応の計算装置２０が適用される。それぞれの単位操作モデル毎に、単位操作モデルを構成する、ガス混合量計算部２０２、ベッド層物量修正部２０３、ガス領域平衡反応計算部２０８－１、ベッド層平衡反応計算部２０８－２等が予め用意される。
【0155】
各単位操作モデルは、原料鉱石や燃焼ガスの流れ（仮定した流れを含む。）に沿って相互に接続される。
【0156】
次に、炉内反応の計算装置２０は、ステップＳ２１においてモデル化された単位操作モデルの計算を行う（計算工程：ステップＳ２２）。単位操作モデルには、流れの情報が入力される。
【0157】
流れの情報は、原料鉱石、燃焼ガス、及び燃焼用材料の成分、流量、温度、回転数等のデータである。流れの情報が入力されると、単位操作モデルは所定の計算を行い、その計算値（原料鉱石、燃焼ガス、及び燃焼用材料の成分、流量、温度等）が出力される。これらの計算結果から、図２に示す炉内反応の計算装置２０の各構成に用いる値が計算される。炉内反応の計算装置２０の各モデルに用いる値としては、第１気相Ｇ１等の領域Ａ内の各種気相の流量、第１ベッド層Ｓ１等の領域Ａ内の各種ベッド層の流量、第１物質Ｍ１の流量等の各種物質の流量、ガス反応分ＧＲ１、ガス未反応分Ｇｒ１、ガス生成分ＧＰ１等の領域Ａ内の各種反応分、未反応分及び生成分の流量等である。
【0158】
本実施形態では、単位操作モデルの計算は、最も装入端１４Ａ側に位置する単位操作モデルから行う。
【0159】
次に、炉内反応の計算装置２０は、最終の単位操作モデルまで計算したか否か判断する（ステップＳ２３）。
【0160】
最終の単位操作モデルまで計算した場合（ステップ２３：Ｙｅｓ）は、炉内反応の計算装置２０は、単位操作モデルの前回の計算値があるか否か判断する（ステップＳ２４）。
【0161】
前回の計算値がある場合（ステップＳ２４：Ｙｅｓ）には、炉内反応の計算装置２０は、計算工程（ステップＳ２２）において計算された計算値と、前回の計算値とを比較する（ステップＳ２５）。
【0162】
次に、炉内反応の計算装置２０は、計算値と前回の計算値との差が収束条件を満たすか否か判断する（比較工程：ステップＳ２６）。
【0163】
収束条件としては、例えば、計算値と前回の計算値との差が数℃（例えば、１℃）以下の範囲内である。
【0164】
計算値と前回の計算値との差が収束条件を満たす場合（ステップＳ２６：Ｙｅｓ）には、炉内反応の計算装置２０は、計算を終了する。これにより、ロータリーキルン１のキルン本体１１内の全体で起こる反応プロセスが解析される。
【0165】
一方、ステップＳ２３において、最終の単位操作モデルまで計算していない場合（ステップＳ２３：Ｎｏ）は、炉内反応の計算装置２０は、隣接する他の単位操作モデルである領域（Ａ＋１）又は領域（Ａ－１）に位置する単位操作モデルに移行する（ステップＳ２７）。そして、炉内反応の計算装置２０は、領域（Ａ＋１）又は領域（Ａ－１）に位置する単位操作モデルの計算を行う（ステップＳ２２）。
【0166】
ステップＳ２４において、前回の計算値がない場合（ステップＳ２４：Ｎｏ）、又はステップＳ２６において、計算値と前回の計算値との差が収束条件を満たさない場合（ステップＳ２６：Ｎｏ）には、炉内反応の計算装置２０は、先頭の単位操作モデルに移行する（ステップＳ２８）。
【0167】
よって、炉内反応の計算装置２０は、ロータリーキルン１で起こる反応プロセスを複数の単位操作モデルの組合せによってモデル化し、単位操作モデルの接続順序に沿って、単位操作モデルの各々に設定された値に基づいて計算を行う。本実施形態では、それぞれの単位操作モデルの計算をロータリーキルン１の装入端１４Ａ側から排出端１４Ｂ側に向かって順じ行った後、排出端１４Ｂ側から装入端１４Ａ側に向かって行う（図５参照）。そして、一連の操作を、所定の領域Ａにおける計算値が所定の収束条件が満たされるまで繰り返す。その結果、ロータリーキルン１内のそれぞれの領域における、燃焼ガスと原料鉱石の流量等の計算結果が導き出される。これにより、ロータリーキルン１のキルン本体１１内の全体での燃焼ガス及び原料鉱石を構成する各物質の挙動をより正確に解析することが可能となる。
【0168】
このように、炉内反応の計算装置２０は、ロータリーキルン１内の全体の反応プロセスを反応炉内のベッド層から発生するダストのガス領域での反応を考慮して反応炉内の反応を高精度に解析できるため、ロータリーキルン１の運転条件（例えば、ロータリーキルン１の大きさや回転数、原料鉱石の種類、供給量）等を変えながら、ロータリーキルン１内の各物質の挙動をより正確に解析できる。よって、炉内反応の計算装置２０は、原料鉱石の種類及び供給量の変更、ロータリーキルン１の設備改善の事前検討、操業条件等による影響調査等に有効に活用することが可能である。
【0169】
なお、本実施形態では、ロータリーキルン１内に供給される原料は、原料鉱石以外の原料でもよい。
【0170】
本実施形態では、図１に示すロータリーキルン１の途中から投下される燃焼用材料は、気相及びベッド層の両方を必ずしも含んでいなくてもよいし、気相及びベッド層以外に、灰分等の他の物質を含んでいてもよい。
【0171】
本実施形態では、図１に示すロータリーキルン１以外に、原料鉱石を装入端１４Ａ側から排出端１４Ｂ側に向かって移動させながら加熱する反応炉であればよい。
【0172】
以上の通り、実施形態を説明したが、上記実施形態は、例として提示したものであり、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の組み合わせ、省略、置き換え、変更等を行うことが可能である。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0173】
１ ロータリーキルン
１１ キルン本体
１６ バーナー
２０ 炉内反応の計算装置
２０１ 燃焼用材料分配部（分配部）
２０２ ガス混合量計算部
２０３ ベッド層物量修正部
２０４ ガス反応量計算部
２０５ 第１物質反応量計算部
２０６ ベッド層反応量計算部
２０７ 流入ガス反応量計算部
２０８－１ ガス領域平衡反応計算部
２０８－２ ベッド層平衡反応計算部
２０９ 混合気相計算部
２１０ 第１混合物質計算部
２ 混合ベッド層計算部
２１２ 混合流入ガス計算部
２１３ ガス合算部
２１４ 第１混合物質物量修正部
Ｇ１ 第１気相
Ｇ２ 第２気相
Ｇ３ 第３気相
Ｇ３' 第３混合気相
Ｇ１１ 流入ガス
Ｇ１２ 混合流入ガス
Ｓ１ 第１ベッド層
Ｓ２ 第２ベッド層
Ｓ２Ａ 第２修正ベッド層
Ｓ３ 第３ベッド層
Ｍ１ 第１物質
Ｍ２ 第２物質
Ｍ１１ 第１混合物質
ＧＲ１ ガス反応分
Ｇｒ１ ガス未反応分
ＧＰ１ ガス生成分
ＭＲ１ 第１物質反応分
Ｍｒ１ 第１物質未反応分
ＭＰ１ 第１物質生成分
ＧＲ１１ 流入ガス反応分
Ｇｒ１１ 流入ガス未反応分
ＧＰ１１ 流入ガス生成分
ＳＲ１ ベッド層反応分
Ｓｒ１ ベッド層未反応分
ＳＰ１ ベッド層生成分
１１ キルン本体
１６ バーナー
２０ 炉内反応の計算装置
２０１ 燃焼用材料分配部（分配部）
２０２ ガス混合量計算部
２０３ ベッド層物量修正部
２０４ ガス反応量計算部
２０５ 第１物質反応量計算部
２０６ ベッド層反応量計算部
２０７ 流入ガス反応量計算部
２０８－１ ガス領域平衡反応計算部
２０８－２ ベッド層平衡反応計算部
２０９ 混合気相計算部
２１０ 第１混合物質計算部
２ 混合ベッド層計算部
２１２ 混合流入ガス計算部
２１３ ガス合算部
２１４ 第１混合物質物量修正部
Ｇ１ 第１気相
Ｇ２ 第２気相
Ｇ３ 第３気相
Ｇ３' 第３混合気相
Ｇ１１ 流入ガス
Ｇ１２ 混合流入ガス
Ｓ１ 第１ベッド層
Ｓ２ 第２ベッド層
Ｓ２Ａ 第２修正ベッド層
Ｓ３ 第３ベッド層
Ｍ１ 第１物質
Ｍ２ 第２物質
Ｍ１１ 第１混合物質
ＧＲ１ ガス反応分
Ｇｒ１ ガス未反応分
ＧＰ１ ガス生成分
ＭＲ１ 第１物質反応分
Ｍｒ１ 第１物質未反応分
ＭＰ１ 第１物質生成分
ＧＲ１１ 流入ガス反応分
Ｇｒ１１ 流入ガス未反応分
ＧＰ１１ 流入ガス生成分
ＳＲ１ ベッド層反応分
Ｓｒ１ ベッド層未反応分
ＳＰ１ ベッド層生成分
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】