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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】P2023103125
(43)【公開日】2023-07-26
(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】
F27B 7/42 20060101AFI20230719BHJP
F27D 21/00 20060101ALI20230719BHJP
C22B 5/12 20060101ALI20230719BHJP
C22B 1/02 20060101ALI20230719BHJP
【ＦＩ】
F27B7/42
F27D21/00 Z
C22B5/12
C22B1/02
【審査請求】未請求
【請求項の数】22
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022004001
(22)【出願日】2022-01-13
(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】内藤 大志
(72)【発明者】
【氏名】後藤 優子
【テーマコード（参考）】
4K001
4K056
4K061
【Ｆターム（参考）】
4K001AA19
4K001BA02
4K001CA16
4K001DA05
4K001GA07
4K001GA19
4K001HA01
4K001HA09
4K056AA12
4K056BA06
4K056BB01
4K056CA07
4K056FA11
4K061AA08
4K061BA04
4K061DA03
4K061GA06
(57)【要約】
【課題】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】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装置であって、燃焼ガスを含むガス領域のうち、ガス領域影響因子に応じて分配された第１ガス領域を流れる第１気相の物量を修正し、修正第１気相を求める第１気相の物量修正部と、第２ガス領域を流れる第２気相の物量を修正し、修正第２気相を求める第２気相の物量修正部と、第２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、修正第１気相と、第１ガス領域に存在する第１物質との平衡反応を計算する第１ガス領域平衡反応計算部と、修正第２気相と、第２ガス領域に存在する第２物質との平衡反応を計算する第２ガス領域平衡反応計算部と、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】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装置であって、燃焼ガスを含むガス領域のうち、ガス領域影響因子に応じて分配された第１ガス領域を流れる第１気相の物量を修正し、修正第１気相を求める第１気相の物量修正部と、第２ガス領域を流れる第２気相の物量を修正し、修正第２気相を求める第２気相の物量修正部と、第２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、修正第１気相と、第１ガス領域に存在する第１物質との平衡反応を計算する第１ガス領域平衡反応計算部と、修正第２気相と、第２ガス領域に存在する第２物質との平衡反応を計算する第２ガス領域平衡反応計算部と、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、
前記燃焼ガスを含むガス領域のうち、前記原料鉱石を含むベッド層から生じる生成ガスを含むガス領域影響因子に応じて分配された２つのガス領域のうちの一方の第１ガス領域を流れる第１気相の物量を修正し、修正第１気相を求める第１気相の物量修正部と、
前記２つのガス領域のうちの、他方の第２ガス領域を流れる第２気相の物量を修正し、修正第２気相を求める第２気相の物量修正部と、
前記第２ガス領域から前記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、
前記修正第１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物質のうち、前記第１ガス領域に存在する第１物質との平衡反応を計算する第１ガス領域平衡反応計算部と、
前記修正第２気相と、前記物質のうち、前記第２ガス領域に存在する第２物質との平衡反応を計算する第２ガス領域平衡反応計算部と、
前記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。
前記燃焼ガスを含むガス領域のうち、前記原料鉱石を含むベッド層から生じる生成ガスを含むガス領域影響因子に応じて分配された２つのガス領域のうちの一方の第１ガス領域を流れる第１気相の物量を修正し、修正第１気相を求める第１気相の物量修正部と、
前記２つのガス領域のうちの、他方の第２ガス領域を流れる第２気相の物量を修正し、修正第２気相を求める第２気相の物量修正部と、
前記第２ガス領域から前記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、
前記修正第１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物質のうち、前記第１ガス領域に存在する第１物質との平衡反応を計算する第１ガス領域平衡反応計算部と、
前記修正第２気相と、前記物質のうち、前記第２ガス領域に存在する第２物質との平衡反応を計算する第２ガス領域平衡反応計算部と、
前記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】
前記第１気相の前記第１物質との平衡状態に寄与する第１ガス反応量を計算して、前記第１気相の平衡反応に寄与する第１ガス反応分を求める第１ガス反応量計算部と、
前記第１物質の前記第１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物質の前記第１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】
前記第１ガス反応量計算部で生じる前記第１ガス反応分以外の第１ガス未反応分と、前記第１ガス領域平衡反応計算部で前記第１ガス反応分と前記第１物質反応量計算部で生じる前記第１物質反応分とが反応することで生じる第１ガス生成分とを混合した第１混合気相の流量を少なくとも計算する第１混合気相計算部と、
前記第１物質未反応分と、前記第１ガス領域平衡反応計算部で前記第１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物質未反応分と、前記第１ガス領域平衡反応計算部で前記第１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２気相の前記第２物質との平衡状態に寄与する第２ガス反応量を計算して、前記第２気相の平衡反応に寄与する第２ガス反応分を求める第２ガス反応量計算部と、
前記第２物質の前記第２気相との平衡状態に寄与する第２物質反応量を計算して、前記第２物質の平衡反応に寄与する第２物質反応分を求める第２物質反応量計算部と、
を備える請求項１～３の何れか一項に記載の炉内反応の計算装置。
前記第２物質の前記第２気相との平衡状態に寄与する第２物質反応量を計算して、前記第２物質の平衡反応に寄与する第２物質反応分を求める第２物質反応量計算部と、
を備える請求項１～３の何れか一項に記載の炉内反応の計算装置。
【請求項5】
前記第２ガス反応量計算部で生じる前記第２ガス反応分以外の第２ガス未反応分と、前記第２ガス領域平衡反応計算部で前記第２ガス反応分と前記第２物質反応量計算部で生じる前記第２物質反応分とが反応することで生じる第２ガス生成分とを混合した第２混合気相の流量を少なくとも計算する第２混合気相計算部と、
前記第２物質未反応分と、前記第２ガス領域平衡反応計算部で前記第２ガス反応分と前記第２物質反応分が反応することで生じる第２物質生成分とを混合した第２混合物質の流量を少なくとも計算する第２混合物質計算部と、
を備える請求項４に記載の炉内反応の計算装置。
前記第２物質未反応分と、前記第２ガス領域平衡反応計算部で前記第２ガス反応分と前記第２物質反応分が反応することで生じる第２物質生成分とを混合した第２混合物質の流量を少なくとも計算する第２混合物質計算部と、
を備える請求項４に記載の炉内反応の計算装置。
【請求項6】
前記第１ガス領域平衡反応計算部において前記第１物質の平衡反応後に生じる第１物質生成分と、前記第１物質の未反応分とを含む第１混合物質に含まれる、固体物質又は液体物質の少なくとも一方を含む第４物質の前記第２ガス領域への移動量と、前記第２ガス領域平衡反応計算部において前記第２物質の平衡反応後に生じる第２物質生成分と、前記第２物質の未反応分とを含む第２混合物質に含まれる、固体物質又は液体物質の少なくとも一方を含む第３物質の前記第１混合物質への移動量とを考慮して、前記第１混合物質の物量を修正する第１混合物質物量修正部を備える請求項１～５の何れか一項に記載の炉内反応の計算装置。
【請求項7】
前記流入ガスを第１流入ガスと第２流入ガスに分配する流入ガス分配部を備え、
前記ベッド層平衡反応計算部は、
前記ベッド層のうち、前記ベッド層内に含まれる固体成分及び液体成分の偏析及び濃度に応じて分配された２種類の分配ベッド層のうちの一方の第１ベッド層と、前記第１流入ガスとの平衡反応を計算する第１ベッド層平衡反応計算部と、
２種類の前記分配ベッド層のうちの他方の第２ベッド層と、前記第２流入ガスとの平衡反応を計算する第２ベッド層平衡反応計算部と、
を有する請求項１～６の何れか一項に記載の炉内反応の計算装置。
前記ベッド層平衡反応計算部は、
前記ベッド層のうち、前記ベッド層内に含まれる固体成分及び液体成分の偏析及び濃度に応じて分配された２種類の分配ベッド層のうちの一方の第１ベッド層と、前記第１流入ガスとの平衡反応を計算する第１ベッド層平衡反応計算部と、
２種類の前記分配ベッド層のうちの他方の第２ベッド層と、前記第２流入ガスとの平衡反応を計算する第２ベッド層平衡反応計算部と、
を有する請求項１～６の何れか一項に記載の炉内反応の計算装置。
【請求項8】
前記第１ベッド層の前記第１流入ガスとの平衡状態に寄与する第１ベッド層反応量を計算して、前記第１ベッド層の平衡反応に寄与する第１ベッド層反応分を求める第１ベッド層反応量計算部と、
前記第１流入ガスの前記第１ベッド層との平衡状態に寄与するガス反応量を計算して、前記第１流入ガスの平衡反応に寄与する第１流入ガス反応分を求める第１流入ガス反応量計算部と、
を備える請求項７に記載の炉内反応の計算装置。
前記第１流入ガスの前記第１ベッド層との平衡状態に寄与するガス反応量を計算して、前記第１流入ガスの平衡反応に寄与する第１流入ガス反応分を求める第１流入ガス反応量計算部と、
を備える請求項７に記載の炉内反応の計算装置。
【請求項9】
前記第１ベッド層反応量計算部で生じる前記第１ベッド層反応分以外の第１ベッド層未反応分と、前記第１ベッド層平衡反応計算部で前記第１ベッド層反応分と前記第１流入ガス反応分とが反応することで生じる第１ベッド層生成分とを混合した第１混合ベッド層の流量を少なくとも計算する第１混合ベッド層計算部と、
前記第１流入ガス反応量計算部で生じる前記第１流入ガス反応分以外の第１流入ガス未反応分と、前記第１ベッド層平衡反応計算部で前記第１ベッド層反応分と前記第１流入ガス反応分が反応することで生じる第１流入ガス生成分とを混合した第１混合流入ガスの流量を少なくとも計算する第１混合流入ガス算出部と、
を備える請求項８に記載の炉内反応の計算装置。
前記第１流入ガス反応量計算部で生じる前記第１流入ガス反応分以外の第１流入ガス未反応分と、前記第１ベッド層平衡反応計算部で前記第１ベッド層反応分と前記第１流入ガス反応分が反応することで生じる第１流入ガス生成分とを混合した第１混合流入ガスの流量を少なくとも計算する第１混合流入ガス算出部と、
を備える請求項８に記載の炉内反応の計算装置。
【請求項10】
前記第２ベッド層の前記第２流入ガスとの平衡状態に寄与する第２ベッド層反応量を計算して、前記第２ベッド層の平衡反応に寄与する第２ベッド層反応分を求める第２ベッド層反応量計算部と、
前記第２流入ガスの前記第２ベッド層との平衡状態に寄与するガス反応量を計算して、前記第２流入ガスの平衡反応に寄与する第２流入ガス反応分を求める第２流入ガス反応量計算部と、
を備える請求項７～９の何れか一項に記載の炉内反応の計算装置。
前記第２流入ガスの前記第２ベッド層との平衡状態に寄与するガス反応量を計算して、前記第２流入ガスの平衡反応に寄与する第２流入ガス反応分を求める第２流入ガス反応量計算部と、
を備える請求項７～９の何れか一項に記載の炉内反応の計算装置。
【請求項11】
前記第２ベッド層反応量計算部で生じる前記第２ベッド層反応分以外の第２ベッド層未反応分と、前記第２ベッド層平衡反応計算部で前記第２ベッド層反応分と前記第２流入ガス反応分とが反応することで生じる第２ベッド層生成分とを混合した第２混合ベッド層の流量を少なくとも計算する第２混合ベッド層計算部と、
前記第２流入ガス反応量計算部で生じる前記第２流入ガス反応分以外の第２流入ガス未反応分と、前記第２ベッド層平衡反応計算部で前記第２ベッド層反応分と前記第２流入ガス反応分が反応することで生じる第２流入ガス生成分とを混合した第２混合流入ガスの流量を少なくとも計算する第２混合流入ガス算出部と、
を備える請求項１０に記載の炉内反応の計算装置。
前記第２流入ガス反応量計算部で生じる前記第２流入ガス反応分以外の第２流入ガス未反応分と、前記第２ベッド層平衡反応計算部で前記第２ベッド層反応分と前記第２流入ガス反応分が反応することで生じる第２流入ガス生成分とを混合した第２混合流入ガスの流量を少なくとも計算する第２混合流入ガス算出部と、
を備える請求項１０に記載の炉内反応の計算装置。
【請求項12】
前記第１ベッド層内に含まれる、固体物質又は液体物質の少なくとも一方を含む第７物質の前記第２ガス領域への移動量と、前記第２ガス領域平衡反応計算部において前記第２物質の平衡反応後に生じる第２物質生成分と、前記第２物質の未反応分とを含む第２混合物質に含まれる、固体物質又は液体物質の少なくとも一方を含む第８物質の前記第１ベッド層への移動量を考慮して、前記第１ベッド層の物量を修正する第１ベッド層予備物量修正部を備える請求項７～１１の何れか一項に記載の炉内反応の計算装置。
【請求項13】
前記第２ベッド層内に含まれる、固体物質又は液体物質の少なくとも一方を含む第９物質の前記第２ガス領域への移動量を考慮して、前記第２ベッド層の物量を修正する第２ベッド層予備物量修正部を備える請求項７～１２の何れか一項に記載の炉内反応の計算装置。
【請求項14】
前記第１ベッド層平衡反応計算部で前記第１ベッド層の平衡反応に寄与する第１ベッド層反応分と前記第１流入ガスとが反応することで生じる第１流入ガス生成分と、前記第２ベッド層平衡反応計算部で前記第２ベッド層の平衡反応に寄与する第２ベッド層反応分と前記第２流入ガスとが反応することで生じる第２流入ガス生成分とを混合する流入ガス合算部を備える請求項７～１３の何れか一項に記載の炉内反応の計算装置。
【請求項15】
前記流入ガス合算部で前記第１流入ガス生成分と前記第２流入ガス生成分が混合することで生じた混合流入ガスと、前記第２ガス領域平衡反応計算部で前記第２気相と前記第２物質とが反応することで生じる第２ガス生成分とを混合するガス量合算部を備える請求項１４に記載の炉内反応の計算装置。
【請求項16】
前記第２ガス領域平衡反応計算部において前記第２物質の平衡反応後に生じる第２物質生成分と、前記第２物質の未反応分とを含む第２混合物質に含まれる、固体物質又は液体物質の少なくとも一方を含む第８物質の前記ベッド層への移動量と、前記ベッド層内に含まれる、固体物質又は液体物質の少なくとも一方を含む第７物質の前記第２混合物質への移動量と、前記第２ベッド層内に含まれる、固体物質又は液体物質の少なくとも一方を含む第９物質の前記第２ガス領域への移動量とを考慮して、前記第２混合物質の物量を修正し、第２修正混合物質を算出する第２混合物質１次物量修正部を備える請求項７～１５の何れか一項に記載の炉内反応の計算装置。
【請求項17】
前記第２混合物質１次物量修正部で生じた前記第２修正混合物質に含まれる、固体物質又は液体物質の少なくとも一方を含む第３物質の前記第１ガス領域への移動量と、前記第１ガス領域平衡反応計算部において前記第１物質の平衡反応後に生じる第１物質生成分と、前記第１物質の未反応分とを含む第１混合物質に含まれる、固体物質又は液体物質の少なくとも一方を含む第４物質の前記第２修正混合物質への移動量とを考慮して、前記第２修正混合物質の物量を修正する第２混合物質２次物量修正部を備える請求項１６に記載の炉内反応の計算装置。
【請求項18】
前記ガス領域を、前記ガス領域影響因子に応じて予め２種類の前記ガス領域に分配するガス領域分配部を備える請求項１～１７の何れか一項に記載の炉内反応の計算装置。
【請求項19】
前記第１物質を、前記第１物質内に含まれるガス領域影響因子に応じて予め２種類の前記第１物質に分配する第１物質分配部を備える請求項１～１８の何れか一項に記載の炉内反応の計算装置。
【請求項20】
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、
前記第１ガス領域平衡反応計算部は、前記第１気相と前記添加気相とを含む第１混合気相と前記第１物質との平衡反応を計算し、
前記第２ガス領域平衡反応計算部は、前記第１気相と前記添加気相とを含む第２混合気相と前記第２物質との平衡反応を計算し、
前記ベッド層平衡反応計算部は、前記ベッド層と前記添加ベッド層とを含む第１混合ベッド層と前記流入ガスとの平衡反応を計算する請求項１～１９の何れか一項に記載の炉内反応の計算装置。
前記第１ガス領域平衡反応計算部は、前記第１気相と前記添加気相とを含む第１混合気相と前記第１物質との平衡反応を計算し、
前記第２ガス領域平衡反応計算部は、前記第１気相と前記添加気相とを含む第２混合気相と前記第２物質との平衡反応を計算し、
前記ベッド層平衡反応計算部は、前記ベッド層と前記添加ベッド層とを含む第１混合ベッド層と前記流入ガスとの平衡反応を計算する請求項１～１９の何れか一項に記載の炉内反応の計算装置。
【請求項21】
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１～２０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１～２０の何れか一項に記載の炉内反応の計算装置。
【請求項22】
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、
前記燃焼ガスを含むガス領域のうち、前記原料鉱石を含むベッド層から生じる生成ガスを含むガス領域影響因子に応じて分配された２つのガス領域のうちの一方の第１ガス領域を流れる第１気相の物量を修正し、修正第１気相を求める第１気相の物量修正工程と、
前記２つのガス領域のうちの、他方の第２ガス領域を流れる第２気相の物量を修正し、修正第２気相を求める第２気相の物量修正工程と、
前記第２ガス領域から前記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、
前記修正第１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物質のうち、前記第１ガス領域に存在する第１物質との平衡反応を計算する第１ガス領域平衡反応計算工程と、
前記修正第２気相と、前記物質のうち、前記第２ガス領域に存在する第２物質との平衡反応を計算する第２ガス領域平衡反応計算工程と、
前記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。
前記燃焼ガスを含むガス領域のうち、前記原料鉱石を含むベッド層から生じる生成ガスを含むガス領域影響因子に応じて分配された２つのガス領域のうちの一方の第１ガス領域を流れる第１気相の物量を修正し、修正第１気相を求める第１気相の物量修正工程と、
前記２つのガス領域のうちの、他方の第２ガス領域を流れる第２気相の物量を修正し、修正第２気相を求める第２気相の物量修正工程と、
前記第２ガス領域から前記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、
前記修正第１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物質のうち、前記第１ガス領域に存在する第１物質との平衡反応を計算する第１ガス領域平衡反応計算工程と、
前記修正第２気相と、前記物質のうち、前記第２ガス領域に存在する第２物質との平衡反応を計算する第２ガス領域平衡反応計算工程と、
前記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、ロータリーキルン内を１種類のガス相として扱っており、ベッド層の影響を受けて複数の異なる種類のガス相が形成されることについて検討されていない。ロータリーキルン内に供給されるガス相は、原料鉱石から生じる生成ガスが混入するため、ベッド層の影響の受けやすい層と、ベッド層の影響の受け難い層等、ガス成分が異なる２種以上の層が生じる。そのため、ロータリーキルン等の反応炉内の原料鉱石等の挙動をシミュレーションする際、原料鉱石から生じる生成ガス等に起因してガス相内にガス成分が異なる２種以上の相が生じることを考慮して、炉内反応を正確に計算する必要がある。
【0008】
本発明の一態様は、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、
前記燃焼ガスを含むガス領域のうち、前記原料鉱石を含むベッド層から生じる生成ガスを含むガス領域影響因子に応じて分配された２つのガス領域のうちの一方の第１ガス領域を流れる第１気相の物量を修正し、修正第１気相を求める第１気相の物量修正部と、
前記２つのガス領域のうちの、他方の第２ガス領域を流れる第２気相の物量を修正し、修正第２気相を求める第２気相の物量修正部と、
前記第２ガス領域から前記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、
前記修正第１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物質のうち、前記第１ガス領域に存在する第１物質との平衡反応を計算する第１ガス領域平衡反応計算部と、
前記修正第２気相と、前記物質のうち、前記第２ガス領域に存在する第２物質との平衡反応を計算する第２ガス領域平衡反応計算部と、
前記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。
前記燃焼ガスを含むガス領域のうち、前記原料鉱石を含むベッド層から生じる生成ガスを含むガス領域影響因子に応じて分配された２つのガス領域のうちの一方の第１ガス領域を流れる第１気相の物量を修正し、修正第１気相を求める第１気相の物量修正部と、
前記２つのガス領域のうちの、他方の第２ガス領域を流れる第２気相の物量を修正し、修正第２気相を求める第２気相の物量修正部と、
前記第２ガス領域から前記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、
前記修正第１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物質のうち、前記第１ガス領域に存在する第１物質との平衡反応を計算する第１ガス領域平衡反応計算部と、
前記修正第２気相と、前記物質のうち、前記第２ガス領域に存在する第２物質との平衡反応を計算する第２ガス領域平衡反応計算部と、
前記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、
前記燃焼ガスを含むガス領域のうち、前記原料鉱石を含むベッド層から生じる生成ガスを含むガス領域影響因子に応じて分配された２つのガス領域のうちの一方の第１ガス領域を流れる第１気相の物量を修正し、修正第１気相を求める第１気相の物量修正工程と、
前記２つのガス領域のうちの、他方の第２ガス領域を流れる第２気相の物量を修正し、修正第２気相を求める第２気相の物量修正工程と、
前記第２ガス領域から前記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、
前記修正第１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物質のうち、前記第１ガス領域に存在する第１物質との平衡反応を計算する第１ガス領域平衡反応計算工程と、
前記修正第２気相と、前記物質のうち、前記第２ガス領域に存在する第２物質との平衡反応を計算する第２ガス領域平衡反応計算工程と、
前記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。
前記燃焼ガスを含むガス領域のうち、前記原料鉱石を含むベッド層から生じる生成ガスを含むガス領域影響因子に応じて分配された２つのガス領域のうちの一方の第１ガス領域を流れる第１気相の物量を修正し、修正第１気相を求める第１気相の物量修正工程と、
前記２つのガス領域のうちの、他方の第２ガス領域を流れる第２気相の物量を修正し、修正第２気相を求める第２気相の物量修正工程と、
前記第２ガス領域から前記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、
前記修正第１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物質のうち、前記第１ガス領域に存在する第１物質との平衡反応を計算する第１ガス領域平衡反応計算工程と、
前記修正第２気相と、前記物質のうち、前記第２ガス領域に存在する第２物質との平衡反応を計算する第２ガス領域平衡反応計算工程と、
前記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】ロータリーキルン内のベッド層の偏析の状態を示す説明図である。
【図4】ロータリーキルン内の長軸方向におけるベッド層の偏析の状態を示す説明図である。
【図5】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10】炉内反応の計算装置のハードウェア構成図である。
【図11】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12】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】
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】
ガス領域は、ロータリーキルン１内の気相が流れる領域であり、ベッド層から生じる生成ガス等を含むガス領域影響因子に応じて区分した各領域で所定の物量割合となるように、第１ガス領域と第２ガス領域に分配される。
ガス領域影響因子とは、原料供給管１５、燃焼用材料供給管１２等の燃料供給設備位置、バーナー１６等のガス供給設備位置、ベッド層で生じた生成ガス、ダスト、炉内ガス濃度等をいう。
第１ガス領域は、ガス領域影響因子の影響が少ないガス領域をいう。
第２ガス領域は、ガス領域影響因子の影響が大きいガス領域をいう。
ガス領域影響因子とは、原料供給管１５、燃焼用材料供給管１２等の燃料供給設備位置、バーナー１６等のガス供給設備位置、ベッド層で生じた生成ガス、ダスト、炉内ガス濃度等をいう。
第１ガス領域は、ガス領域影響因子の影響が少ないガス領域をいう。
第２ガス領域は、ガス領域影響因子の影響が大きいガス領域をいう。
【0037】
ロータリーキルン１内に供給される気相は、気相Ｇ１として記載する。
「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、後述する第１ガス領域平衡反応計算部２１４－１及び第２ガス領域平衡反応計算部２１４－２において、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。
「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、後述する第１ガス領域平衡反応計算部２１４－１及び第２ガス領域平衡反応計算部２１４－２において、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。
【0038】
領域Ａ内に存在する気相は、第１気相Ｇ１１、添加分含有第１気相Ｇ１２、修正第１気相Ｇ１３、第１混合気相Ｇ１４、第２気相Ｇ２１、修正第２気相Ｇ２２Ａ、調整第２気相Ｇ２２Ｂ、第２混合気相Ｇ２３又は第２合算気相Ｇ２４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Ｇ１１」とは、一方の隣接領域（領域（Ａ＋１））から領域Ａに流入する気相Ｇ１のうち、第１ガス領域内を流れる気相をいう。第１気相Ｇ１１は、気相Ｇ１と同様、後述する第１ガス領域平衡反応計算部２１４－１に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。
「添加分含有第１気相Ｇ１２」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１拡散ガスＧ１２１」は、第１ガス領域に存在する添加分含有第１気相Ｇ１２に含まれる気相のうち、対流や拡散によって第２ガス領域へ移動するガスである。
「第２拡散ガスＧ１２２」は、第２ガス領域に存在する第２気相Ｇ２１に含まれる気相のうち、対流や拡散によって第１ガス領域へ移動するガスである。
「修正第１気相Ｇ１３」とは、添加分含有第１気相Ｇ１２内に含まれるガスの第２ガス領域への移動量と、第２ガス領域に存在する第２気相Ｇ２１に含まれるガスの添加分含有第１気相Ｇ１２への移動量を考慮して、添加分含有第１気相Ｇ１２の物量を修正した第１気相である。
「第１混合気相Ｇ１４」とは、後述する第１混合気相計算部２１６－１で生じる第１気相である。
「第２気相Ｇ２１」とは、一方の隣接領域（領域（Ａ＋１））から領域Ａに流入する気相Ｇ１のうち、第２ガス領域内を通過する気相をいう。第２気相Ｇ２１は、気相Ｇ１と同様、後述する第２ガス領域平衡反応計算部２１４－２に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。
「修正第２気相Ｇ２２Ａ」とは、第１ガス領域に存在する添加分含有第１気相Ｇ１２内に含まれる前記第２物質の第２気相Ｇ２１への移動量と、第２気相Ｇ２１に含まれる前記第３物質の添加分含有第１気相Ｇ１２への移動量を考慮して、添加分含有第１気相Ｇ１２の物量を修正した第２気相である。
「調整第２気相Ｇ２２Ｂ」とは、後述するガス混合量計算部２０４において修正第２気相Ｇ２２Ａからベッド層に移動した流入ガスの流量を除去した第２気相である。
「第２混合気相Ｇ２３」とは、後述する第２混合気相計算部２１６－２で生じる第２気相である。
「第２合算気相Ｇ２４」とは、後述するガス量合算部２２２で生じる気相である。
「第１気相Ｇ１１」とは、一方の隣接領域（領域（Ａ＋１））から領域Ａに流入する気相Ｇ１のうち、第１ガス領域内を流れる気相をいう。第１気相Ｇ１１は、気相Ｇ１と同様、後述する第１ガス領域平衡反応計算部２１４－１に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。
「添加分含有第１気相Ｇ１２」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１拡散ガスＧ１２１」は、第１ガス領域に存在する添加分含有第１気相Ｇ１２に含まれる気相のうち、対流や拡散によって第２ガス領域へ移動するガスである。
「第２拡散ガスＧ１２２」は、第２ガス領域に存在する第２気相Ｇ２１に含まれる気相のうち、対流や拡散によって第１ガス領域へ移動するガスである。
「修正第１気相Ｇ１３」とは、添加分含有第１気相Ｇ１２内に含まれるガスの第２ガス領域への移動量と、第２ガス領域に存在する第２気相Ｇ２１に含まれるガスの添加分含有第１気相Ｇ１２への移動量を考慮して、添加分含有第１気相Ｇ１２の物量を修正した第１気相である。
「第１混合気相Ｇ１４」とは、後述する第１混合気相計算部２１６－１で生じる第１気相である。
「第２気相Ｇ２１」とは、一方の隣接領域（領域（Ａ＋１））から領域Ａに流入する気相Ｇ１のうち、第２ガス領域内を通過する気相をいう。第２気相Ｇ２１は、気相Ｇ１と同様、後述する第２ガス領域平衡反応計算部２１４－２に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。
「修正第２気相Ｇ２２Ａ」とは、第１ガス領域に存在する添加分含有第１気相Ｇ１２内に含まれる前記第２物質の第２気相Ｇ２１への移動量と、第２気相Ｇ２１に含まれる前記第３物質の添加分含有第１気相Ｇ１２への移動量を考慮して、添加分含有第１気相Ｇ１２の物量を修正した第２気相である。
「調整第２気相Ｇ２２Ｂ」とは、後述するガス混合量計算部２０４において修正第２気相Ｇ２２Ａからベッド層に移動した流入ガスの流量を除去した第２気相である。
「第２混合気相Ｇ２３」とは、後述する第２混合気相計算部２１６－２で生じる第２気相である。
「第２合算気相Ｇ２４」とは、後述するガス量合算部２２２で生じる気相である。
【0039】
ロータリーキルン１内に供給されるベッド層は、ベッド層Ｓ１として記載する。
「ベッド層Ｓ１」とは、キルン本体１１内の装入端１４Ａから供給される原料鉱石である。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、後述する第１ベッド層平衡反応計算部２１５－１及び第２ベッド層平衡反応計算部２１５－２に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。
「ベッド層Ｓ１」とは、キルン本体１１内の装入端１４Ａから供給される原料鉱石である。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、後述する第１ベッド層平衡反応計算部２１５－１及び第２ベッド層平衡反応計算部２１５－２に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。
【0040】
領域Ａ内に存在するベッド層は、第１ベッド層Ｓ１１、添加分含有第１ベッド層Ｓ１２、予備修正第１ベッド層Ｓ１３Ａ、修正第１ベッド層Ｓ１３Ｂ、第１混合ベッド層Ｓ１４、第２ベッド層Ｓ２１、予備修正第２ベッド層Ｓ２１Ａ、修正第２ベッド層Ｓ２１Ｂ又は第２混合ベッド層Ｓ２２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Ｓ１１」とは、一方の隣接領域（領域（Ａ－１））から領域Ａに流入するベッド層Ｓ１のうち、ベッド層表面のガス領域との接触が良好な部分に存在するベッド層をいう。第１ベッド層Ｓ１１は、ベッド層Ｓ１と同様、後述する第１ベッド層平衡反応計算部２１５－１に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。
「添加分含有第１ベッド層Ｓ１２」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Ｓ１１とが合算されたベッド層である。
「予備修正第１ベッド層Ｓ１３Ａ」とは、添加分含有第１ベッド層Ｓ１２内に含まれる、固体物質又は液体物質の少なくとも一方を含む第７物質のガス領域への移動量と、ガス領域に存在する、後述する第２混合物質１次物量修正部２２３で第２混合物質Ｍ２２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８物質の添加分含有第１ベッド層Ｓ１２への移動量を考慮して、添加分含有第１ベッド層Ｓ１２の物量を修正した第１ベッド層である。
「修正第１ベッド層Ｓ１３Ｂ」とは、予備修正第１ベッド層Ｓ１３Ａ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６物質の予備修正第２ベッド層Ｓ２１Ａへの移動量と、予備修正第２ベッド層Ｓ２１Ａ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５物質の予備修正第１ベッド層Ｓ１３Ａへの移動量を考慮して、予備修正第１ベッド層Ｓ１３Ａの物量を修正した第１ベッド層である。
「第１混合ベッド層Ｓ１４」とは、後述する第１混合ベッド層計算部２１８－１で生じるベッド層である。
「第２ベッド層Ｓ２１」とは、一方の隣接する領域（領域Ａ－１）から領域Ａに流入するベッド層Ｓ１のうち、第１ベッド層Ｓ１１以外のベッド層であり、ベッド層Ｓ１のうち、ベッド層内部のガス領域の影響を受け難い部分に存在するベッド層をいう。第２ベッド層Ｓ２１は、ベッド層Ｓ１と同様、後述する第２ベッド層平衡反応計算部２１５－２に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。
「予備修正第２ベッド層Ｓ２１Ａ」とは、第２ベッド層Ｓ２１に含まれる、固体成分又は液体成分の少なくとも一方を含む第９物質のガス領域への移動量を除して第２ベッド層Ｓ２１の物量を修正したものである。
「修正第２ベッド層Ｓ２１Ｂ」とは、予備修正第１ベッド層Ｓ１３Ａに含まれる第６物質の予備修正第２ベッド層Ｓ２１Ａへの移動量と、予備修正第２ベッド層Ｓ２１Ａに含まれる第５物質の予備修正第１ベッド層Ｓ１３Ａへの移動量を考慮して、予備修正第２ベッド層Ｓ２１Ａの物量を修正した第２ベッド層である。
「第２混合ベッド層Ｓ２２」とは、後述する第２混合ベッド層計算部２１８－２で生じるベッド層である。
「第１ベッド層Ｓ１１」とは、一方の隣接領域（領域（Ａ－１））から領域Ａに流入するベッド層Ｓ１のうち、ベッド層表面のガス領域との接触が良好な部分に存在するベッド層をいう。第１ベッド層Ｓ１１は、ベッド層Ｓ１と同様、後述する第１ベッド層平衡反応計算部２１５－１に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。
「添加分含有第１ベッド層Ｓ１２」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Ｓ１１とが合算されたベッド層である。
「予備修正第１ベッド層Ｓ１３Ａ」とは、添加分含有第１ベッド層Ｓ１２内に含まれる、固体物質又は液体物質の少なくとも一方を含む第７物質のガス領域への移動量と、ガス領域に存在する、後述する第２混合物質１次物量修正部２２３で第２混合物質Ｍ２２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８物質の添加分含有第１ベッド層Ｓ１２への移動量を考慮して、添加分含有第１ベッド層Ｓ１２の物量を修正した第１ベッド層である。
「修正第１ベッド層Ｓ１３Ｂ」とは、予備修正第１ベッド層Ｓ１３Ａ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６物質の予備修正第２ベッド層Ｓ２１Ａへの移動量と、予備修正第２ベッド層Ｓ２１Ａ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５物質の予備修正第１ベッド層Ｓ１３Ａへの移動量を考慮して、予備修正第１ベッド層Ｓ１３Ａの物量を修正した第１ベッド層である。
「第１混合ベッド層Ｓ１４」とは、後述する第１混合ベッド層計算部２１８－１で生じるベッド層である。
「第２ベッド層Ｓ２１」とは、一方の隣接する領域（領域Ａ－１）から領域Ａに流入するベッド層Ｓ１のうち、第１ベッド層Ｓ１１以外のベッド層であり、ベッド層Ｓ１のうち、ベッド層内部のガス領域の影響を受け難い部分に存在するベッド層をいう。第２ベッド層Ｓ２１は、ベッド層Ｓ１と同様、後述する第２ベッド層平衡反応計算部２１５－２に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。
「予備修正第２ベッド層Ｓ２１Ａ」とは、第２ベッド層Ｓ２１に含まれる、固体成分又は液体成分の少なくとも一方を含む第９物質のガス領域への移動量を除して第２ベッド層Ｓ２１の物量を修正したものである。
「修正第２ベッド層Ｓ２１Ｂ」とは、予備修正第１ベッド層Ｓ１３Ａに含まれる第６物質の予備修正第２ベッド層Ｓ２１Ａへの移動量と、予備修正第２ベッド層Ｓ２１Ａに含まれる第５物質の予備修正第１ベッド層Ｓ１３Ａへの移動量を考慮して、予備修正第２ベッド層Ｓ２１Ａの物量を修正した第２ベッド層である。
「第２混合ベッド層Ｓ２２」とは、後述する第２混合ベッド層計算部２１８－２で生じるベッド層である。
【0041】
また、領域Ａ内のガス領域からベッド層に流入するガスは、流入ガスＧ２２１、第１流入ガスＧ２２１－１、第２流入ガスＧ２２１－２、第１混合流入ガスＧ２２２Ａ、第２混合流入ガスＧ２２２Ｂ又は混合流入ガスＧ２２３として記載する。以下の説明において、領域Ａ内の各流入ガスは、それぞれ、以下の通り定義する。
「流入ガスＧ２２１」は、領域Ａ内のガス領域からベッド層に流入するガスである。
「第１流入ガスＧ２２１－１」は、ベッド層に流入した流入ガスＧ２２１のうち、第１ベッド層Ｓ１１に流入する流入ガスである。
「第２流入ガスＧ２２１－２」は、ベッド層に流入した流入ガスＧ２２１のうち、第２ベッド層Ｓ２１に流入する流入ガスである。
「第１混合流入ガスＧ２２２Ａ」は、第１ベッド層未反応分と、第１ベッド層平衡反応計算部２１５－１で生じた第１流入ガス生成分とを混合したガスである。
「第２混合流入ガスＧ２２２Ｂ」は、修正第２ベッド層未反応分と、第２ベッド層平衡反応計算部２１５－２で生じる第２流入ガス生成分とを混合したガスである。
「混合流入ガスＧ２２３」は、第１混合流入ガスＧ２２２Ａと第２混合流入ガスＧ２２２Ｂとを合算したガスである。
「流入ガスＧ２２１」は、領域Ａ内のガス領域からベッド層に流入するガスである。
「第１流入ガスＧ２２１－１」は、ベッド層に流入した流入ガスＧ２２１のうち、第１ベッド層Ｓ１１に流入する流入ガスである。
「第２流入ガスＧ２２１－２」は、ベッド層に流入した流入ガスＧ２２１のうち、第２ベッド層Ｓ２１に流入する流入ガスである。
「第１混合流入ガスＧ２２２Ａ」は、第１ベッド層未反応分と、第１ベッド層平衡反応計算部２１５－１で生じた第１流入ガス生成分とを混合したガスである。
「第２混合流入ガスＧ２２２Ｂ」は、修正第２ベッド層未反応分と、第２ベッド層平衡反応計算部２１５－２で生じる第２流入ガス生成分とを混合したガスである。
「混合流入ガスＧ２２３」は、第１混合流入ガスＧ２２２Ａと第２混合流入ガスＧ２２２Ｂとを合算したガスである。
【0042】
ロータリーキルン１内に供給される物質は、物質Ｍ１として記載する。
「物質Ｍ１」とは、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。
「物質Ｍ１」とは、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。
【0043】
領域Ａ内に存在する物質は、第１物質Ｍ１１、第２物質Ｍ２１、第３物質Ｍ３、第４物質Ｍ４、第５物質Ｍ５、第６物質Ｍ６、第７物質Ｍ７、第８物質Ｍ８、第９物質Ｍ９、第１混合物質Ｍ１２、第１修正混合物質Ｍ１３、第２混合物質Ｍ２２、第２修正混合物質Ｍ２３又は第２修正混合物質Ｍ２４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Ｍ１１」は、ガス領域に流入した物質Ｍ１のうち、第１ガス領域に流入する物質である。
「第２物質Ｍ２１」は、ガス領域に流入した物質Ｍ１のうち、第２ガス領域に流入する物質である。
「第３物質Ｍ３」は、第２ガス領域に存在する第２修正混合物質Ｍ２３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物質である。
「第４物質Ｍ４」は、第１ガス領域に存在する第１混合物質Ｍ１２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物質である。
「第５物質Ｍ５」は、第２ベッド層に存在する第２混合ベッド層Ｓ２１Ａ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ものである。
「第６物質Ｍ６」は、第１ベッド層に存在する予備修正第１ベッド層Ｓ１３Ａ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ものである。
「第７物質Ｍ７」は、第１ベッド層に存在する添加分含有第１ベッド層Ｓ１２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ものである。
「第８物質Ｍ８」は、第２ガス領域に存在する第２混合物質Ｍ２２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物質である。
「第９物質Ｍ９」は、第２ベッド層に存在する第２ベッド層Ｓ２１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ものである。
「第１混合物質Ｍ１２」は、後述する第１混合物質計算部２１７－１で生じる第１物質Ｍ１の混合物である。
「第１修正混合物質Ｍ１３」は、後述する第１混合物質物量修正部２２０で生じる第１物質Ｍ１の混合物である。
「第２混合物質Ｍ２２」は、後述する第２混合物質計算部２１７－２において、第２物質未反応分Ｍｒ２１と第２物質生成分ＭＰ２１とを混合した第２混合物質Ｍ２１である。
「第２修正混合物質Ｍ２３」は、後述する第２混合物質１次物量修正部２２３において、第２混合物質Ｍ２２に含まれる第８物質Ｍ８の移動量を除して、第１ベッド層から移動する第７物質Ｍ７と第２ベッド層から移動する第９物質Ｍ９の移動量を第２混合物質Ｍ２２に加えて、第２混合物質Ｍ２２の物量を修正したものである。
「第２修正混合物質Ｍ２４」は、後述する第２混合物質２次物量修正部２２４において、第１混合物質Ｍ１２に含まれる第４物質Ｍ４の移動量を第２修正混合物質Ｍ２３に加えると共に、第２修正混合物質Ｍ２３から第１ガス領域に移動する第３物質Ｍ３を除して、第２修正混合物質Ｍ２３の物量を修正したものである。
「第１物質Ｍ１１」は、ガス領域に流入した物質Ｍ１のうち、第１ガス領域に流入する物質である。
「第２物質Ｍ２１」は、ガス領域に流入した物質Ｍ１のうち、第２ガス領域に流入する物質である。
「第３物質Ｍ３」は、第２ガス領域に存在する第２修正混合物質Ｍ２３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物質である。
「第４物質Ｍ４」は、第１ガス領域に存在する第１混合物質Ｍ１２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物質である。
「第５物質Ｍ５」は、第２ベッド層に存在する第２混合ベッド層Ｓ２１Ａ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ものである。
「第６物質Ｍ６」は、第１ベッド層に存在する予備修正第１ベッド層Ｓ１３Ａ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ものである。
「第７物質Ｍ７」は、第１ベッド層に存在する添加分含有第１ベッド層Ｓ１２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ものである。
「第８物質Ｍ８」は、第２ガス領域に存在する第２混合物質Ｍ２２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物質である。
「第９物質Ｍ９」は、第２ベッド層に存在する第２ベッド層Ｓ２１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ものである。
「第１混合物質Ｍ１２」は、後述する第１混合物質計算部２１７－１で生じる第１物質Ｍ１の混合物である。
「第１修正混合物質Ｍ１３」は、後述する第１混合物質物量修正部２２０で生じる第１物質Ｍ１の混合物である。
「第２混合物質Ｍ２２」は、後述する第２混合物質計算部２１７－２において、第２物質未反応分Ｍｒ２１と第２物質生成分ＭＰ２１とを混合した第２混合物質Ｍ２１である。
「第２修正混合物質Ｍ２３」は、後述する第２混合物質１次物量修正部２２３において、第２混合物質Ｍ２２に含まれる第８物質Ｍ８の移動量を除して、第１ベッド層から移動する第７物質Ｍ７と第２ベッド層から移動する第９物質Ｍ９の移動量を第２混合物質Ｍ２２に加えて、第２混合物質Ｍ２２の物量を修正したものである。
「第２修正混合物質Ｍ２４」は、後述する第２混合物質２次物量修正部２２４において、第１混合物質Ｍ１２に含まれる第４物質Ｍ４の移動量を第２修正混合物質Ｍ２３に加えると共に、第２修正混合物質Ｍ２３から第１ガス領域に移動する第３物質Ｍ３を除して、第２修正混合物質Ｍ２３の物量を修正したものである。
【0044】
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、第１ガス反応分ＧＲ１、第１ガス未反応分Ｇｒ１、第１ガス生成分ＧＰ１、第２ガス反応分ＧＲ２、第２ガス未反応分Ｇｒ２、第２ガス生成分ＧＰ２、第１物質反応分ＭＲ１１、第１物質未反応分Ｍｒ１１、第１物質生成分ＭＰ１１、第２物質反応分ＭＲ２１、第２物質未反応分Ｍｒ２１、第２物質生成分ＭＰ２１、第１流入ガス反応分ＧＲ２２１、第１流入ガス未反応分Ｇｒ２２１、第１流入ガス生成分ＧＰ２２１、第２流入ガス反応分ＧＲ２２２、第２流入ガス未反応分Ｇｒ２２２、第２流入ガス生成分ＧＰ２２２、第１ベッド層反応分ＳＲ１、第１ベッド層未反応分Ｓｒ１、第１ベッド層生成分ＳＰ１、第２ベッド層反応分ＳＲ２、第２ベッド層未反応分Ｓｒ２又は第２ベッド層生成分ＳＰ２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。
【0045】
図２に示す炉内反応の計算装置の構成について説明する。図２に示すように、炉内反応の計算装置２０は、燃焼用材料の分配部（分配部）２０１、第１気相の物量修正部２０２、第２気相の物量修正部２０３、ガス混合量計算部２０４、第１ベッド層予備物量修正部２０５、第１ベッド層物量修正部２０６、第２ベッド層予備物量修正部２０７、第２ベッド層物量修正部２０８、流入ガス分配部２０９、第１ガス反応量計算部２１０－１、第１物質反応量計算部２１１－１、第２ガス反応量計算部２１０－２、第２物質反応量計算部２１１－２、第１ベッド層反応量計算部２１２－１、第２ベッド層反応量計算部２１２－２、第１流入ガス反応量計算部２１３－１、第２流入ガス反応量計算部２１３－２、第１ガス領域平衡反応計算部２１４－１、第２ガス領域平衡反応計算部２１４－２、ベッド層平衡反応計算部２１５、第１混合気相計算部２１６－１、第２混合気相計算部２１６－２、第１混合物質計算部２１７－１、第２混合物質計算部２１７－２、第１混合ベッド層計算部２１８－１、第２混合ベッド層計算部２１８－２、第１混合流入ガス算出部２１９－１、第２混合流入ガス算出部２１９－２、第１混合物質物量修正部２２０、流入ガス合算部２２１、ガス量合算部２２２、第２混合物質１次物量修正部２２３及び第２混合物質２次物量修正部２２４を備える。
【0046】
本実施形態では、ベッド層平衡反応計算部２１５は、２つのベッド層（第１ベッド層平衡反応計算部２１５－１、第２ベッド層平衡反応計算部２１５－２）で構成されている。
【0047】
また、炉内反応の計算装置２０は、ガス相Ｇ１を、ベッド層から生じる生成ガスを含むガス領域影響因子に応じて、予め２種類の分配ガス相（第１ガス相Ｇ１１、第２ガス相Ｇ２１）に分配するガス領域分配部２３１を備えることができる。本実施形態では、炉内反応の計算装置２０は、ガス領域分配部２３１で生じる第１ガス相Ｇ１１を第１気相の物量修正部２０２に供給し、ガス領域分配部２３１で生じる第２ガス相Ｇ２１を第２気相の物量修正部２０３に供給する。
【0048】
炉内反応の計算装置２０は、第１物質Ｍ１を、予め２種類の第１物質（第１物質Ｍ１１、第２物質Ｍ２１）に分配する第１物質分配部２３２を備えることができる。本実施形態では、炉内反応の計算装置２０は、第１物質分配部２３２で生じる第１物質Ｍ１１を第１物質反応量計算部２１１－１に供給し、第１物質分配部２３２で生じる第２物質Ｍ２１を第２物質反応量計算部２１１－２に供給する。
【0049】
炉内反応の計算装置２０は、ベッド層Ｓ１を、ベッド層Ｓ１内に含まれる固体物質及び液体物質の反応速度起因条件に応じて、予め２種類の分配ベッド層（第１ベッド層Ｓ１１、第２ベッド層Ｓ２１）に分配するベッド層分配部２３３を備えることができる。本実施形態では、炉内反応の計算装置２０は、ベッド層分配部２３３で生じる第１ベッド層Ｓ１１を第１ベッド層予備物量修正部２０５に供給し、ベッド層分配部２３３で生じる第２ベッド層Ｓ２１を第２ベッド層予備物量修正部２０７に供給する。
【0050】
ロータリーキルン１では、原料の熱分解や反応によって、ベッド層から、水蒸気、ガス等の反応後ガス（生成ガス）が生じる。例えば、ニッケル酸化鉱の乾燥鉱石を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においては、乾燥鉱石に残存する付着水や結晶水の脱水によるベッド層からの水蒸気、又はロータリーキルン途中から投入した石炭の燃焼や鉱石の部分還元によるＣＯ、ＣＯ2ガス等が発生する。これらの反応後ガスはベッド層からガス領域に放出されると、対流や拡散によってガス領域全体に拡散するが、ガス領域での濃度が均一になるには炉内ガスの滞留時間がある程度必要であり、通常、ロータリーキルン１内のガス領域では、ベッド層近傍と、それ以外の領域で、ガス濃度に分布が生じていることが考えられる。
【0051】
例えば、図３に示すように、ベッド層には、ガスの影響を受け難い第１ベッド層Ｓ１１と、ガス領域との接触が良好な第２ベッド層Ｓ２１とが生じ易く、図４に示すように、ロータリーキルン１の長手方向に沿って、第１ベッド層Ｓ１１及び第２ベッド層Ｓ２１が形成される。また、ガス領域も、ベッド層で生じた反応後ガス及びダスト等が飛散して、ガス領域には、生成ガス、ダスト等をそれほど含まない第１ガス相Ｇ１１と、生成ガス、ダスト等を多く含む第２ガス相Ｇ２１とが生じ易く、図４に示すように、ロータリーキルン１の長手方向に沿って、第１ガス相Ｇ１１及び第２ガス相Ｇ２１が形成されている。そのため、ガス領域の反応は、ガス相に含まれる、生成ガス、ダスト等の影響を受け易い。
【0052】
また、ベッド層の反応は、ガス組成の影響を大きく受ける。例えば、Ｆｅ－Ｃ－Ｏ系の場合及びＣＯガス分圧が小さい場合等では、反応生成物はＦｅ3Ｏ4となるが、ＣＯ分圧が高まるにつれて、生成物はＦｅＯやＭ－Ｆｅへと変化する。そのため、ロータリーキルン１の炉内反応をシミュレーションして、ロータリーキルン１内での原料の反応挙動を精度よく把握するためには、ベッド層の平衡反応計算に用いるガス濃度（ガス分圧）を、より詳細に表現する必要がある。
【0053】
ロータリーキルンのシミュレーション方法としては、大別すると、鉱石層で発生したガスは瞬時にガス領域全体に広がると仮定して、かつ長さ方向で同一位置のガス領域でのガス成分を単一濃度で取り扱う方法と、ガス相の計算を三次元熱流体計算で行って連成計算する方法とがある。前者の方法では、ベッド層近傍のガス領域での、ベッド層からの生成ガス濃度の高いガス雰囲気を表現できない。後者の方法では、膨大な計算リソースと時間が必要となる。
【0054】
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、ガス領域を２つのガス領域（第１ガス領域、第２ガス領域）に分けて、第１ガス領域を流れる第１ガス相Ｇ１１と、第２ガス領域を流れる第２ガス相Ｇ２１との、それぞれのベッド層における平衡反応計算を行う。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、ロータリーキルン１内でガス領域内に含まれるベッド層からの反応後ガス、ダスト等を考慮する。そして、炉内反応の計算装置２０は、ガス相Ｇ１のうち、反応後ガス、ダスト等を殆ど含まない第１ガス相Ｇ１１と、生成ガス、ダスト等を多く含む第２ガス相Ｇ２１とで、それぞれ独立に平衡反応に必要な反応量を計算する。これにより、炉内反応の計算装置２０は、第１ガス相Ｇ１１及び第２ガス相Ｇ２１内に含まれる、反応後ガス、ダスト等の影響を考慮して、ギブズエネルギー最小化法に基づく平衡反応を高精度に計算できる。炉内反応の計算装置２０は、ベッド層近傍のガス領域での、ベッド層からの生成ガス濃度の高いガス雰囲気を表現可能で膨大な計算リソースを必要としないため、炉内反応の計算装置２０は、大きな負担をかけることなく、炉内反応を高精度に解析できる。
【0055】
また、炉内反応の計算装置２０は、ベッド層と、ベッド層内に混入した流入ガスとの平衡反応計算をギブズエネルギー最小化法に基づいて行う。これにより、ロータリーキルン１内のベッド層における平衡反応を計算できる。
【0056】
よって、炉内反応の計算装置２０は、ロータリーキルン１内のガス相がガス相内に含まれる、ベッド層からの生成ガス、ダスト等に応じて２種類の異なる反応挙動を示すことを考慮することで、ロータリーキルン１内で生じる反応を高精度に解析でき、反応の計算精度を高めることができる。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内の反応をより高精度に計算できる。
【0057】
図２に示すように、炉内反応の計算装置２０は、領域Ａのガス領域に流入する第１気相Ｇ１１及び第２ガス相Ｇ２１と、領域Ａのベッド層に流入する第１ベッド層Ｓ１１及び第２ベッド層Ｓ２１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。
【0058】
第１気相Ｇ１１及び第２ガス相Ｇ２１は、キルン本体１１内の排出端１４Ｂから供給された気相Ｇ１が排出端１４Ｂを含む領域Ｎで分配され、領域Ａに移動した時の物量等に応じて決定される。
【0059】
第１ベッド層Ｓ１１及び第２ベッド層Ｓ２１は、キルン本体１１内の装入端１４Ａから供給されたベッド層Ｓ１が装入端１４Ａを含む領域１で分配され、領域Ａに移動した時の物量等に応じて決定される。
【0060】
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２ガス相Ｇ２１のうち、ベッド層へ混入するガス（流入ガスＧ２２１）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。
【0061】
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と、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定義する。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沈降速度等を基に、計算物質毎に定義する方法等がある。
【0062】
反応後に生成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は、それぞれのベッド層（第１ベッド層、第２ベッド層）において未反応分と合算して、隣接する次の領域のそれぞれのベッド層の入力値とする。また、それぞれのベッド層で生じる反応後ガスは、未反応ガスと合算して、さらにそれぞれのベッド層と第２ガス領域の反応後ガスと合算して、隣接するガス領域の入力値とする。
【0063】
図２に示すように、分配部２０１は、燃焼用材料２４０の種類や成分等を予め設定しておくことにより、燃焼用材料２４０を、燃焼用材料２４０に含まれる気相とベッド層とに質量流量で分配する。
【0064】
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。
【0065】
一方の隣接領域（領域（Ａ＋１））から炉内の領域Ａの第１ガス領域に流入する燃焼ガスである第１気相Ｇ１１と、分配部２０１で分配された燃焼用材料の添加気相ＡＧ１１とを含む添加分含有第１気相Ｇ１２が第１ガス領域内を流れる。
【0066】
第１気相の物量修正部２０２は、第１ガス領域を流れる添加分含有第１気相Ｇ１２の物量を修正し、修正第１気相Ｇ１３を計算して求める。
【0067】
第２気相の物量修正部２０３は、第２ガス領域を流れる第２気相Ｇ２１の物量を修正し、修正第２気相Ｇ２２Ａを計算して算出する。
【0068】
ガス混合量計算部２０４は、第２ガス領域中の修正第２気相Ｇ２２Ａからベッド層へ移動する流入ガスＧ２２１の質量流量を計算する。
【0069】
ガス混合量計算部２０４は、修正第２気相Ｇ２２Ａから流入ガスＧ２２１を減じた気相を調整第２気相Ｇ２２Ｂとして算出する。
【0070】
第１ベッド層予備物量修正部２０５は、第１ベッド層Ｓ１１と添加ベッド層ＡＳ１１とを混合した添加分含有第１ベッド層Ｓ１２の物量を修正して予備修正第１ベッド層Ｓ１３Ａを算出する。
【0071】
添加分含有第１ベッド層Ｓ１２の物量は、添加分含有第１ベッド層Ｓ１２内に含まれる、固体物質又は液体物質の少なくとも一方を含む第７物質Ｍ７のガス領域に存在する第２混合物質Ｍ２２への移動量と、第２混合物質Ｍ２２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８物質Ｍ８の添加分含有第１ベッド層Ｓ１２への移動量を考慮して修正される。
【0072】
第１ベッド層物量修正部２０６は、予備修正第１ベッド層Ｓ１３Ａ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６物質Ｍ６の第２ベッド層Ｓ２１への移動量と、第２ベッド層Ｓ２１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５物質Ｍ５の予備修正第１ベッド層Ｓ１３Ａへの移動量を考慮して、予備修正第１ベッド層Ｓ１３Ａの物量を修正し、修正第１ベッド層Ｓ１３Ｂを算出する。
【0073】
本実施形態では、第１ベッド層物量修正部２０６は、第６物質Ｍ６の第２ベッド層Ｓ２１への移動量を除して、第２ベッド層Ｓ２１に含まれる第５物質Ｍ５の予備修正第１ベッド層Ｓ１３Ａへの移動量を加えることで、予備修正第１ベッド層Ｓ１３Ａの物量を修正して、修正第１ベッド層Ｓ１３Ｂを算出する。
【0074】
第２ベッド層予備物量修正部２０７は、第２ベッド層Ｓ２１内に含まれる、固体物質又は液体物質の少なくとも一方を含む第９物質Ｍ９のガス領域に存在する第２混合物質Ｍ２２への移動量を考慮して、第２ベッド層Ｓ２１の物量を修正し、予備修正第２ベッド層Ｓ２１Ａを算出する。
【0075】
第２ベッド層物量修正部２０８は、予備修正第２１ベッド層Ｓ１３Ａに含まれる第６物質Ｍ６の第２ベッド層Ｓ２１への移動量と、予備修正第２ベッド層Ｓ２１Ａに含まれる第５物質Ｍ５の予備修正第１ベッド層Ｓ１３Ａへの移動量とを考慮して、予備修正第２ベッド層Ｓ２１Ａの物量を修正し、修正第２ベッド層Ｓ２１Ｂを算出する。
【0076】
本実施形態では、第２ベッド層物量修正部２０８は、予備修正第２１ベッド層Ｓ１３Ａに含まれる第６物質Ｍ６の第２ベッド層Ｓ２１への移動量を加え、予備修正第２ベッド層Ｓ２１Ａに含まれる第５物質Ｍ５の予備修正第１ベッド層Ｓ１３Ａへの移動量を除することで、第２ベッド層Ｓ２１の物量を修正し、修正第２ベッド層Ｓ２１Ｂを算出する。
【0077】
流入ガス分配部２０９は、ガス混合量計算部２０４で算出された流入ガスＧ２２１の種類や成分等を予め設定しておくことにより、流入ガスＧ２２１を、第１流入ガスＧ２２１－１と第２流入ガスＧ２２１－２とに質量流量で分配する機能を有する。
【0078】
第１ガス反応量計算部２１０－１は、修正第１気相Ｇ１３の第１物質Ｍ１１との平衡状態に寄与する第１ガス反応量を計算する。即ち、第１ガス反応量計算部２１０－１は、領域Ａにおける、第１ガス領域に存在する修正第１気相Ｇ１３の滞留時間において、修正第１気相Ｇ１３が第１物質Ｍ１１と平衡反応すると見込まれる第１ガス反応量を計算する。領域Ａにおける修正第１気相Ｇ１３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。
【0079】
第１ガス反応量計算部２１０－１は、領域Ａ内の滞留時間にて反応する第１ガス反応量を、反応速度式を用いて算出できる。
【0080】
第１ガス反応量計算部２１０－１は、第１ガス反応量から、修正第１気相Ｇ１３のうちの第１物質Ｍ１１との平衡状態に寄与する第１ガス反応分ＧＲ１として求める。
【0081】
なお、本明細書において、反応分とは、領域Ａ内の修正第１気相Ｇ１３、又はガス領域中に存在する第１物質Ｍ１１が通過する滞留時間において、修正第１気相Ｇ１３、又は第１物質Ｍ１１との接触により、反応に寄与する流量をいう。以下、他の反応分も、気相、固相及び物質の何れかが、気相、固相及び物質の何れかとの接触により、反応に寄与する流量の意味を表わす。
【0082】
即ち、第１ガス反応分ＧＲ１は、修正第１気相Ｇ１３のうちの、第１ガス領域に存在する第１物質Ｍ１１との平衡反応に寄与する反応分である。第１物質反応分ＭＲ１１は、第１ガス領域中に存在する第１物質Ｍ１１のうちの、修正第１気相Ｇ１３との平衡状態に寄与する反応分である。
【0083】
第１ガス反応量計算部２１０－１は、修正第１気相Ｇ１３と、第１物質Ｍ１１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内の修正第１気相Ｇ１３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、第１ガス反応量計算部２１０－１は、ガス反応量に相当する第１ガス反応分ＧＲ１と、残りの未反応の質量流量に相当する第１ガス未反応分Ｇｒ１とに分割する。
【0084】
ロータリーキルン１では、修正第１気相Ｇ１３と、第１ガス領域中に存在する第１物質Ｍ１１の流れが並流となっている。修正第１気相Ｇ１３は流速が大きく領域Ａでの滞留時間が短く、修正第１気相Ｇ１３と第１ガス領域中に存在する第１物質Ｍ１１とは平衡状態に達していない。本実施形態では、第１ガス反応量計算部２１０－１は、ロータリーキルン１内のある領域（領域Ａ）の修正第１気相Ｇ１３の一部のみが第１ガス領域中に存在する第１物質Ｍ１１と平衡状態に達するとみなして、それに対応する第１ガス反応量に応じて、修正第１気相Ｇ１３を、ガス反応分ＧＲ１と、ガス反応分ＧＲ１以外のガス未反応分Ｇｒ１とに分割する。
【0085】
第２ガス反応量計算部２１０－２は、修正第２気相Ｇ２２Ａから流入ガスＧ２２１を減じた調整第２気相Ｇ２２Ｂの第２物質Ｍ２１との平衡状態に寄与する第２ガス反応量を計算する。即ち、第２ガス反応量計算部２１０－２は、領域Ａにおける、第１ガス領域に存在する調整第２気相Ｇ２２Ｂの滞留時間において、調整第２気相Ｇ２２Ｂが第２物質Ｍ２１と平衡反応すると見込まれる第２ガス反応量を計算する。領域Ａにおける調整第２気相Ｇ２２Ｂ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。
【0086】
第２ガス反応量計算部２１０－２は、領域Ａ内の滞留時間にて反応する第２ガス反応量を、反応速度式を用いて算出できる。
【0087】
第２ガス反応量計算部２１０－２は、第２ガス反応量から、調整第２気相Ｇ２２Ｂのうちの第２物質Ｍ２１との平衡状態に寄与する第２ガス反応分ＧＲ２として求める。
【0088】
即ち、第１ガス反応分ＧＲ２は、調整第２気相Ｇ２２Ｂのうちの、第２ガス領域に存在する第２物質Ｍ２１との平衡反応に寄与する反応分である。第２物質反応分ＭＲ２１は、第２ガス領域中に存在する第２物質Ｍ２１のうちの、調整第２気相Ｇ２２Ｂとの平衡状態に寄与する反応分である。
【0089】
第２ガス反応量計算部２１０－２は、調整第２気相Ｇ２２Ｂと、第２物質Ｍ２１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内の調整第２気相Ｇ２２Ｂ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、第２ガス反応量計算部２１０－２は、ガス反応量に相当する第２ガス反応分ＧＲ２と、残りの未反応の質量流量に相当する第２ガス未反応分Ｇｒ２とに分割する。
【0090】
ロータリーキルン１では、調整第２気相Ｇ２２Ｂと、第２ガス領域中に存在する第２物質Ｍ２１の流れが、並流となっており、調整第２気相Ｇ２２Ｂは流速が大きく領域Ａでの滞留時間が短く、調整第２気相Ｇ２２Ｂと第２ガス領域中に存在する第２物質Ｍ２１とは平衡状態に達していない。本実施形態では、第２ガス反応量計算部２１０－２は、領域Ａの調整第２気相Ｇ２２Ｂの一部のみが第２ガス領域中に存在する第２物質Ｍ２１と平衡状態に達するとみなして、それに対応する第２ガス反応量に応じて、調整第２気相Ｇ２２Ｂを、第２ガス反応分ＧＲ２と、第２ガス反応分ＧＲ２以外の第２ガス未反応分Ｇｒ２とに分割する。
【0091】
第１物質反応量計算部２１１－１は、第１物質Ｍ１１の、修正第１気相Ｇ１３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２１１－１は、領域Ａにおける、ガス領域に存在する第１物質Ｍ１１の滞留時間において、第１物質Ｍ１１が修正第１気相Ｇ１３と平衡反応すると見込まれる反応量を第１物質反応量として計算する。第１物質反応量は、反応速度式から算出できる。第１物質反応量計算部２１１－１は、第１物質反応量から、第１物質Ｍ１１のうち、修正第１気相Ｇ１３との平衡状態に寄与する第１物質反応分ＭＲ１１を求める。
【0092】
第１物質反応量計算部２１１－１は、第１ガス反応量計算部２１０－１と同様、修正第１気相Ｇ１３と、第１ガス領域中に存在する第１物質Ｍ１１との平衡状態に達する量を、反応速度式を用いて計算できる。
【0093】
第１物質反応量計算部２１１－１は、第１ガス反応量計算部２１０－１と同様、修正第１気相Ｇ１３と、第１ガス領域中に存在する第１物質Ｍ１１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Ｍ１１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、第１物質反応量計算部２１１－１は、第１物質反応量に相当する第１物質反応分ＭＲ１１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Ｍｒ１１とに分割する。
【0094】
ロータリーキルン１では、上述の通り、修正第１気相Ｇ１３と第１物質Ｍ１１の流れが並流となっており、修正第１気相Ｇ１３は流速が大きく領域Ａでの滞留時間が短く、修正第１気相Ｇ１３と第１物質Ｍ１１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２１１－１は、ロータリーキルン１内のある領域（領域Ａ）の第１物質Ｍ１１の一部のみが修正第１気相Ｇ１３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Ｍ１１を、第１物質反応分ＭＲ１１と、第１物質反応分ＭＲ１１以外の第１物質未反応分Ｍｒ１１とに分割する。
【0095】
第２物質反応量計算部２１１－２は、第２物質Ｍ２１の、調整第２気相Ｇ２２Ｂとの平衡状態に寄与する第２物質反応量を計算する。即ち、第２物質反応量計算部２１１－２は、領域Ａにおける、第２ガス領域に存在する第２物質Ｍ２１の滞留時間において、第２物質Ｍ２１が調整第２気相Ｇ２２Ｂと平衡反応すると見込まれる反応量を第２物質反応量として計算する。第２物質反応量は、反応速度式から算出できる。第２物質反応量計算部２１１－２は、第２物質反応量から、第２物質Ｍ２１のうち、調整第２気相Ｇ２２Ｂとの平衡状態に寄与する第２物質反応分ＭＲ２１を求める。
【0096】
第２物質反応量計算部２１１－２は、第１ガス反応量計算部２１０－１と同様、調整第２気相Ｇ２２Ｂと、第２ガス領域中に存在する第２物質Ｍ２１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物質Ｍ２１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、第２物質反応量計算部２１１－２は、第２物質反応量に相当する第２物質反応分ＭＲ２１と、残りの未反応の質量流量に相当する第２物質未反応分Ｍｒ２１とに分割する。
【0097】
ロータリーキルン１では、上述の通り、調整第２気相Ｇ２２Ｂと第２物質Ｍ２１の流れが並流となっており、調整第２気相Ｇ２２Ｂは流速が大きく領域Ａでの滞留時間が短く、調整第２気相Ｇ２２Ｂと第２物質Ｍ２１とは平衡状態に達していない。本実施形態では、第２物質反応量計算部２１１－２は、領域Ａの調整第２気相Ｇ２２Ｂの一部のみが第２物質Ｍ２１と平衡状態に達するとみなして、それに対応する第２物質反応量に応じて、第２物質Ｍ２１を、第２物質反応分ＭＲ２１と、第２物質反応分ＭＲ２１以外の第２物質未反応分Ｍｒ２１とに分割する。
【0098】
第１ベッド層反応量計算部２１２－１は、修正第１ベッド層Ｓ１３Ｂの第１流入ガスＧ２２１－１との平衡状態に寄与する第１ベッド層反応量を反応速度式を用いて計算する。即ち、第１ベッド層反応量計算部２１２－１は、領域Ａにおける修正第１ベッド層Ｓ１３Ｂの移動時間において、修正第１ベッド層Ｓ１３Ｂが第１流入ガスＧ２２１－１と平衡反応すると見込まれる第１ベッド層反応量を、第１反応速度式を用いて計算する。
【0099】
第１ベッド層反応量計算部２１２－１は、第１反応速度式に、例えば、領域Ａにおける修正第１ベッド層Ｓ１３Ｂ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、領域Ａ内の滞留時間等を用いることで、第１ベッド層反応量を計算できる。そして、第１ベッド層反応量計算部２１２－１は、第１ベッド層反応量から、修正第１ベッド層Ｓ１３Ｂのうちの、第１流入ガスＧ２２１－１との平衡反応に寄与する第１ベッド層反応分ＳＲ１を算出する。
【0100】
即ち、第１ベッド層反応分ＳＲ１は、修正第１ベッド層Ｓ１３Ｂのうちの第１流入ガスＧ２２１－１との平衡反応に寄与する反応分である。
【0101】
第１ベッド層反応量計算部２１２－１は、第１ベッド層反応量の計算に、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１ベッド層Ｓ１３Ｂの移動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。第１ベッド層反応量計算部２１２－１は、アレニウス型の反応速度式で修正第１ベッド層Ｓ１３Ｂの滞留時間により修正第１ベッド層Ｓ１３Ｂと第１流入ガスＧ２２１－１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、第１流入ガスＧ２２１－１との平衡反応に寄与する修正第１ベッド層Ｓ１３Ｂの第１ベッド層反応量を計算する。そして、第１ベッド層反応量計算部２１２－１は、第１ベッド層反応量に相当する第１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第１ベッド層未反応分Ｓｒ１とに分割する。
【0102】
ロータリーキルン１では、修正第１ベッド層Ｓ１３Ｂと第１流入ガスＧ２２１－１の流れが向流となっている。第１流入ガスＧ２２１－１は流速が大きく領域Ａでの滞留時間が短く、修正第１ベッド層Ｓ１３Ｂと第１流入ガスＧ２２１－１とは平衡状態に達していない。本実施形態では、第１ベッド層反応量計算部２１２－１は、ロータリーキルン１内のある領域（領域Ａ）の修正第１ベッド層Ｓ１３Ｂの一部のみが第１流入ガスＧ２２１－１と平衡状態に達するとみなして、それに対応する第１ベッド層反応量に応じて、修正第１ベッド層Ｓ１３Ｂを、第１ベッド層反応分ＳＲ１と、第１ベッド層反応分以外の第１ベッド層未反応分Ｓｒ１とに分割する。
【0103】
第２ベッド層反応量計算部２１２－２は、修正第２ベッド層Ｓ２１Ｂの第２流入ガスＧ２２１－２との平衡状態に寄与するベッド反応量を反応速度式を用いて計算する。即ち、第２ベッド層反応量計算部２１２－２は、領域Ａにおける修正第２ベッド層Ｓ２１Ｂの移動時間において、修正第２ベッド層Ｓ２１Ｂが第２流入ガスＧ２２１－２と平衡反応すると見込まれる第２ベッド層反応量を計算する。
【0104】
第２ベッド層反応量計算部２１２－２は、得られた第２ベッド層反応量から、修正第２ベッド層Ｓ２１Ｂのうちの、第２流入ガスＧ２２１－２との平衡状態に寄与する第２ベッド層反応分ＳＲ２を算出する。
【0105】
第２ベッド層反応量計算部２１２－２は、修正第２ベッド層Ｓ２１Ｂと、第２流入ガスＧ２２１－２との平衡状態に達する反応量の計算に、第１ベッド層反応量計算部２１２－１と同様、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内の予備修正第２ベッド層Ｓ２１Ａの移動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。第２ベッド層反応量計算部２１２－２は、アレニウス型の反応速度式で修正第２ベッド層Ｓ２１Ｂの滞留時間により修正第２ベッド層Ｓ２１Ｂと第２流入ガスＧ２２１－２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、第２流入ガスＧ２２１１－２との反応に寄与する修正第２ベッド層Ｓ２１Ｂの第２ベッド層反応量を計算する。そして、第２ベッド層反応量計算部２１２－２は、第２ベッド層反応量に相当する第２ベッド層反応分ＳＲ２と、残りの未反応の質量流量に相当する第２ベッド層未反応分Ｓｒ２とに分割する。
【0106】
第２ベッド層反応分ＳＲ２は、修正第２ベッド層Ｓ２１Ｂのうちの第２流入ガスＧ２２１－２との平衡反応に寄与する反応分である。
【0107】
ロータリーキルン１では、修正第２ベッド層Ｓ２１Ｂと第２流入ガスＧ２２１－２の流れが、向流となっている。第２流入ガスＧ２２１－２は流速が大きく領域Ａでの滞留時間が短く、修正第２ベッド層Ｓ２１Ｂと第２流入ガスＧ２２１－２とは平衡状態に達していない。本実施形態では、第２ベッド層反応量計算部２１２－２は、領域Ａの修正第２ベッド層Ｓ２１Ｂの一部のみが第２流入ガスＧ２２１－２と平衡状態に達するとみなして、それに対応する第２ベッド層反応量に応じて、修正第２ベッド層Ｓ２１Ｂを、第２ベッド層反応分ＳＲ２と、それ以外の第２ベッド層未反応分Ｓｒ２とに分割する。
【0108】
第１流入ガス反応量計算部２１３－１は、第１流入ガスＧ２２１－１の、修正第１ベッド層Ｓ１３Ｂとの平衡状態に寄与する第１流入ガス反応量を計算する。即ち、第１流入ガス反応量計算部２１３－１は、領域Ａにおける、ベッド層に存在する第１流入ガスＧ２２１－１の滞留時間において、第１流入ガスＧ２２１－１が修正第１ベッド層Ｓ１３Ｂと平衡反応すると見込まれる第１流入ガス反応量を計算する。領域Ａにおける第１流入ガスＧ２２１－１の滞留時間での第１流入反応量は、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でき、例えば、反応速度式を用いて算出できる。そして、第１流入ガス反応量計算部２１３－１は、第１流入ガス反応量から、第１流入ガスＧ２２１－１のうちの、修正第１ベッド層Ｓ１３Ｂとの平衡反応に寄与する第１流入ガス反応分ＧＲ２２１を算出する。
【0109】
即ち、第１流入ガス反応分ＧＲ２２１は、第１流入ガスＧ２２１－１のうちの第１修正ベッド層Ｓ１３Ｂの平衡状態に寄与する第１流入ガスＧ２２１－１の反応分である。
【0110】
第１流入ガス反応量計算部２１３－１は、第１流入ガスＧ２２１－１が修正第１ベッド層Ｓ１３Ｂと平衡状態に達する反応量を、例えば、第１ベッド層反応量計算部２１２－１で用いられるモデルと同様のモデルを用いて算出できる。
【0111】
そして、第１流入ガス反応量計算部２１３－１は、第１流入ガス反応量に相当する第１流入ガス反応分ＧＲ２２１と、残りの第１流入ガス反応分ＧＲ２２１以外の未反応の質量流量に相当する第１流入ガス未反応分Ｇｒ２２１とに分割する。
【0112】
ロータリーキルン１では、上述の通り、第１流入ガスＧ２２１－１と修正第１ベッド層Ｓ１３Ｂとの流れが向流となっており、第１流入ガスＧ２２１－１は流速が大きく領域Ａでの滞留時間が短く、第１流入ガスＧ２２１－１と修正第１ベッド層Ｓ１３Ｂとは平衡状態に達していない。本実施形態では、第１流入ガス反応量計算部２１３－１は、ロータリーキルン１内の領域Ａの第１流入ガスＧ２２１－１の一部のみが修正第１ベッド層Ｓ１３Ｂ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１流入ガスＧ２２１－１を、第１流入ガス反応分ＧＲ２２１と、それ以外の第１流入ガス未反応分Ｇｒ２２１とに分割する。
【0113】
第２流入ガス反応量計算部２１３－２は、第２流入ガスＧ２２１－２の、修正第２ベッド層Ｓ２１Ｂとの平衡状態に寄与する第２流入ガス反応量を計算する。即ち、第２流入ガス反応量計算部２１３－２は、領域Ａにおける、ベッド層に存在する第２流入ガスＧ２２１－２の滞留時間において、第２流入ガスＧ２２１－２が修正第２ベッド層Ｓ２１Ｂと平衡反応すると見込まれる第２流入ガス反応量を計算する。領域Ａにおける第２流入ガスＧ２２１－２の滞留時間での第２流入反応量は、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でき、例えば、反応速度式から算出できる。そして、第２流入ガス反応量計算部２１３－２は、第２流入ガスＧ２２１－２のうちの修正第２ベッド層Ｓ２１Ｂとの平衡反応に寄与する第２流入ガス反応分ＧＲ２２２を算出する。
【0114】
即ち、第２流入ガス反応分ＧＲ２２２は、第２流入ガスＧ２２１－２のうちの第２修正ベッド層Ｓ２１Ｂの平衡状態に寄与する第２流入ガスＧ２２１－２の反応分である。
【0115】
第２流入ガス反応量計算部２１３－２は、第２流入ガスＧ２２１－２が修正第２ベッド層Ｓ２１Ｂと平衡状態に達する反応量を、例えば、第２ベッド層反応量計算部２１２－２で用いられるモデルと同様のモデルを用いて算出できる。
【0116】
第２流入ガス反応量計算部２１３－２は、第２流入ガス反応量に相当する第２流入ガス反応分ＧＲ２２２と、残りの第２流入ガス反応分以外の未反応の質量流量に相当する第２流入ガス未反応分Ｇｒ２２２とに分割する。
【0117】
ロータリーキルン１では、上述の通り、第２流入ガスＧ２２１－２と修正第２ベッド層Ｓ２１Ｂとの流れが向流となっており、第２流入ガスＧ２２１－２は流速が大きく領域Ａでの滞留時間が短く、第２流入ガスＧ２２１－２と修正第２ベッド層Ｓ２１Ｂとは平衡状態に達していない。本実施形態では、第２流入ガス反応量計算部２１３－２は、ロータリーキルン１内の領域Ａの修正第２ベッド層Ｓ２１Ｂの一部のみが第２流入ガスＧ２２１－２と平衡状態に達するとみなして、それに対応する第２流入ガス反応量に応じて、第２流入ガスＧ２２１－２を、第２流入ガス反応分ＧＲ２２２と、それ以外の第２流入ガス未反応分Ｇｒ２２２とに分割する。
【0118】
第１ガス領域平衡反応計算部２１４－１は、領域Ａ内の第１ガス領域を流れる修正第１気相Ｇ１３と、第１ガス領域に存在する第１物質Ｍ１１との平衡反応を計算する。即ち、第１ガス領域平衡反応計算部２１４－１は、修正第１気相Ｇ１３のうちの第１ガス領域に存在する第１物質Ｍ１１との平衡反応に寄与するガス反応分ＧＲ１と、第１物質Ｍ１１のうちの第１ガス反応分ＧＲ１との平衡反応に寄与する第１物質反応分ＭＲ１１を用いて、第１ガス領域の平衡反応計算を行い、第１ガス反応物ＧＲ１及び第１物質反応物ＭＲ１１の組成、量等、第１ガス反応物ＧＲ１及び第１物質反応物ＭＲ１１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。
【0119】
第１ガス領域平衡反応計算部２１４－１は、第１ガス反応分ＧＲ１と第１物質反応分ＭＲ１１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、第１ガス領域平衡反応計算部２１４－１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。第１ガス領域平衡反応計算部２１４－１は、第１ガス反応分ＧＲ１と第１物質反応分ＭＲ１１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。
【0120】
第１ガス領域平衡反応計算部２１４－１は、第１ガス反応分ＧＲ１と第１物質反応分ＭＲ１１とが反応することで生じる生成ガスと、第１ガス反応分ＧＲ１の未使用分とを、第１ガス生成分ＧＰ１として計算する。
【0121】
また、第１ガス領域平衡反応計算部２１４－１は、第１ガス反応分ＧＲ１と第１物質反応分ＭＲ１１とが反応することで生じる生成物質と、第１物質反応分ＭＲ１１の未使用分とを、第１物質生成分ＭＰ１１として計算する。
【0122】
即ち、第１ガス生成分ＧＰ１は、第１ガス反応分ＧＲ１と第１物質反応分ＭＲ１１とが反応することで生じる気相と、第１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ＭＰ１１は、第１ガス反応分ＧＲ１と第１物質反応分ＭＲ１１とが反応することで生じる生成物質と、第１物質反応分ＭＲ１１の未使用分とを合算したものである。
【0123】
第２ガス領域平衡反応計算部２１４－２は、領域Ａ内の第２ガス領域を流れる第２気相Ｇ２２Ｂと、第２ガス領域に存在する第２物質Ｍ２１との平衡反応を計算する。即ち、第２ガス領域平衡反応計算部２１４－２は、第２気相Ｇ２２Ｂのうちの第２ガス領域に存在する第２物質Ｍ２１との平衡反応に寄与するガス反応分ＧＲ２と、第２物質Ｍ２１のうちの第２ガス反応分ＧＲ２との平衡反応に寄与する第２物質反応分ＭＲ２１を用いて、第２ガス領域の平衡反応計算を行い、第２ガス反応物ＧＲ２及び第１物質反応物ＭＲ２１の組成、量等、第２ガス反応物ＧＲ２及び第２物質反応物ＭＲ２１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。
【0124】
第２ガス領域平衡反応計算部２１４－２は、第２ガス反応分ＧＲ２と第２物質反応分ＭＲ２１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、第２ガス領域平衡反応計算部２１４－２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。第２ガス領域平衡反応計算部２１４－２は、第２ガス反応分ＧＲ２と第２物質反応分ＭＲ２１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。
【0125】
第２ガス領域平衡反応計算部２１４－２は、第２ガス反応分ＧＲ２と第２物質反応分ＭＲ２１とが反応することで生じる生成ガスと、第２ガス反応分ＧＲ２の未使用分とを、第２ガス生成分ＧＰ２として計算する。
【0126】
また、第２ガス領域平衡反応計算部２１４－２は、第２ガス反応分ＧＲ２と第２物質反応分ＭＲ２１とが反応することで生じる生成物質と、第２物質反応分ＭＲ２１の未使用分とを、第２物質生成分ＭＰ２１として計算する。
【0127】
即ち、第２ガス生成分ＧＰ２は、第２ガス反応分ＧＲ２と第２物質反応分ＭＲ２１とが反応することで生じる気相と、第２ガス反応分ＧＲ２の未使用分とを合算した気相である。第１物質生成分ＭＰ２１は、ガス反応分ＧＲ２と第２物質反応分ＭＲ２１とが反応することで生じる生成物質と、第２物質反応分ＭＲ２１の未使用分とを合算したものである。
【0128】
ベッド層平衡反応計算部２１５は、領域Ａ内のベッド層と流入ガスＧ２２１との平衡反応を計算する。
【0129】
ベッド層平衡反応計算部２１５は、第１ベッド層平衡反応計算部２１５－１及び第２ベッド層平衡反応計算部２１５－２を有する。
【0130】
第１ベッド層平衡反応計算部２１５－１は、領域Ａ内のベッド層を移動する修正第１ベッド層Ｓ１３Ｂと、修正第１ベッド層Ｓ１３Ｂに存在する第１流入ガスＧ２２１－１との平衡反応を計算する。即ち、第１ベッド層平衡反応計算部２１５－１は、修正第１ベッド層Ｓ１３Ｂのうちの第１流入ガスＧ２２１－１との平衡反応に寄与する第１ベッド層反応分ＳＲ１と、第１流入ガスＧ２２１－１のうちの修正第１ベッド層Ｓ１３Ｂとの平衡状態に寄与する第１流入ガス反応分ＧＲ２２１を用いて、第１ベッド層の平衡反応計算を行う。これにより、第１ベッド層平衡反応計算部２１５－１は、第１ベッド層反応物ＳＲ１と第１流入ガス反応物ＧＲ２２１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。
【0131】
第１ベッド層平衡反応計算部２１５－１は、第１ベッド層反応分ＳＲ１と第１流入ガス反応分ＧＲ２２１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、第１ベッド層平衡反応計算部２１５－１は、ガス領域平衡反応計算部２１３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。第１ベッド層平衡反応計算部２１５－１は、第１ベッド層反応分ＳＲ１と第１流入ガス反応分ＧＲ２２１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。
【0132】
第１ベッド層平衡反応計算部２１５－１は、第１ベッド層反応分ＳＲ１と第１流入ガス反応分ＧＲ２２１とが反応することで生じる生成物質と、第１ベッド層反応分ＳＲ１の未使用分とを、第１ベッド層生成分ＳＰ１として計算する。また、第１ベッド層平衡反応計算部２１５－１は、第１ベッド層反応分ＳＲ１と第１流入ガス反応分ＧＲ２２１とが反応することで生じる生成ガスと、第１流入ガス反応分ＧＲ２２１の未使用分とを、第１流入ガス生成分ＧＰ２２１として計算する。
【0133】
即ち、第１ベッド層生成分ＳＰ１は、第１ベッド層反応分ＳＲ１と第１流入ガス反応分ＧＲ２２１とが反応することで生じる生成物質と、第１ベッド層反応分ＳＲ１の未使用分とを合算したものである。第１流入ガス生成分ＧＰ２２１は、第１ベッド層反応分ＳＲ１と第１流入ガス反応分ＧＲ２２１とが反応することで生じる生成ガスと、第１流入ガス反応分ＧＲ２２１の未使用分とを合算したものである。
【0134】
第２ベッド層平衡反応計算部２１５－２は、領域Ａ内のベッド層を移動する修正第２ベッド層Ｓ２１Ｂと、ベッド層に存在する第２流入ガスＧ２２１－２との平衡反応を計算する。即ち、第２ベッド層平衡反応計算部２１５－２は、修正第２ベッド層Ｓ２１Ｂのうちの第２流入ガスＧ２２１－２との平衡反応に寄与する第２ベッド層反応分ＳＲ２と、第２流入ガスＧ２２１－２のうちの修正第２ベッド層Ｓ２１Ｂとの平衡状態に寄与する第２流入ガス反応分ＧＲ２２２を用いて、修正第２ベッド層Ｓ２１Ｂの平衡反応計算を行う。これにより、第２ベッド層反応物ＳＲ２及び第２流入ガス反応分ＧＲ２２２の組成、量等、第２ベッド層反応物ＳＲ２及び第２流入ガス反応分ＧＲ２２２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。
【0135】
第２ベッド層平衡反応計算部２１５－２は、第２ベッド層反応分ＳＲ２と第２流入ガス反応分ＧＲ２２２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、第２ベッド層平衡反応計算部２１５－２は、第１ベッド層平衡反応計算部２１５－１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。第２ベッド層平衡反応計算部２１５－２は、第２ベッド層反応分ＳＲ２と第２流入ガス反応分ＧＲ２２２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。
【0136】
第２ベッド層平衡反応計算部２１５－２は、第２ベッド層反応分ＳＲ２と第２流入ガス反応分ＧＲ２２２とが反応することで生じる生成物質と、第２ベッド層反応分ＳＲ２の未使用分とを、第２ベッド層生成分ＳＰ２として計算する。また、第２ベッド層平衡反応計算部２１５－２は、第２ベッド層反応分ＳＲ２と第２流入ガス反応分ＧＲ２２２とが反応することで生じる生成ガスと、第２流入ガス反応分ＧＲ２２２の未使用分とを、第２流入ガス生成分ＧＰ２２２として計算する。
【0137】
即ち、第２ベッド層生成分ＳＰ２とは、第２ベッド層反応分ＳＲ２と第２流入ガス反応分ＧＲ２２２とが反応することで生じる生成物質と、第２ベッド層反応分ＳＲ２の未使用分とを合算したものである。また、第２流入ガス生成分ＧＰ２２２は、第２ベッド層反応分ＳＲ２と第２流入ガス反応分ＧＲ２２２とが反応することで生じる生成ガスと、第１流入ガス反応分ＧＲ２２２の未使用分とを合算したものである。
【0138】
第１混合気相計算部２１６－１は、複数の流れを混合する機能を有しており、第１ガス反応量計算部２１０－１で分割された第１ガス未反応分Ｇｒ１と、第１ガス領域平衡反応計算部２１４－１で生じた第１ガス生成分ＧＰ１とを混合した混合気相である第１混合気相Ｇ１４の流量や組成データ等を計算する。
【0139】
第２混合気相計算部２１６－２は、複数の流れを混合する機能を有しており、第２ガス反応量計算部２１０－２で分割された第２ガス未反応分Ｇｒ２と、第２ガス領域平衡反応計算部２１４－２で生じた第２ガス生成分ＧＰ２とを混合した混合気相である第２混合気相Ｇ２３の流量や組成データ等を計算する。
【0140】
第１混合物質計算部２１７－１は、複数の流れを混合する機能を有しており、第１物質反応量計算部２１１－１で分割された第１物質未反応分Ｍｒ１１と、第１ガス領域平衡反応計算部２１４－１で生じた第１物質生成分ＭＰ１１とを混合した第１混合物質Ｍ１２の流量や組成データ等を計算する。
【0141】
第２混合物質計算部２１７－２は、複数の流れを混合する機能を有しており、第２物質反応量計算部２１１－２で分割された第２物質未反応分Ｍｒ２１と、第２ガス領域平衡反応計算部２１４－２で生じた第２物質生成分ＭＰ２１とを混合した第２混合物質Ｍ２２の流量や組成データ等を計算する。
【0142】
第１混合ベッド層計算部２１８－１は、複数の流れを混合する機能を有しており、第１ベッド層反応量計算部２１２－１で分割された第１ベッド層未反応分Ｓｒ１と、第１ベッド層平衡反応計算部２１５－１で生じた第１ベッド層生成分ＳＰ１とを混合した第１混合ベッド層Ｓ１４の流量や組成データ等を計算する。
【0143】
第２混合ベッド層計算部２１８－２は、複数の流れを混合する機能を有しており、第２ベッド層反応量計算部２１２－２で分割された第２ベッド層未反応分Ｓｒ２と、第２ベッド層平衡反応計算部２１５－２で生じた第２ベッド層生成分ＳＰ２とを混合した第２混合ベッド層Ｓ２２の流量や組成データ等を計算する。
【0144】
第１混合流入ガス算出部２１９－１は、複数の流れを混合する機能を有しており、第１流入ガス反応量計算部２１３－１で分割された第１流入ガス未反応分Ｇｒ２２１と、第１ベッド層平衡反応計算部２１５－１で生じた第１流入ガス生成分ＧＰ２２１とを混合した第１混合流入ガスＧ２２２Ａの流量や組成データ等を計算する。
【0145】
第２混合流入ガス算出部２１９－２は、複数の流れを混合する機能を有しており、第２流入ガス反応量計算部２１３－２で分割された第２流入ガス未反応分Ｇｒ２２２と、第２ベッド層平衡反応計算部２１５－２で生じる第２流入ガス生成分ＧＰ２２２とを混合した第２混合流入ガスＧ２２２Ｂの流量や組成データ等を計算する。
【0146】
第１混合物質物量修正部２２０は、第２混合物質Ｍ２３内に含まれる第３物質Ｍ３の第１ガス領域に存在する第１混合物質Ｍ１２への移動量と、第１のガス領域に存在する第１混合物質Ｍ１２に含まれる第４物質Ｍ４の第２混合物質Ｍ２３への移動量を考慮して、第１混合物質Ｍ１２の物量を修正し、第１修正混合物質Ｍ１３を算出する。
【0147】
第１混合物質物量修正部２２０は、第２混合物質Ｍ２３内に含まれる第３物質Ｍ３の第１ガス領域に存在する第１混合物質Ｍ１２への移動量を加えると共に、第１のガス領域に存在する第１混合物質Ｍ１２に含まれる第４物質Ｍ４の第２混合物質Ｍ２３への移動量を除することで、第１混合物質Ｍ１２の物量は修正される。
【0148】
流入ガス合算部２２１は、複数の流れを混合する機能を有しており、第１混合流入ガス算出部２１９－１で生じた第１混合流入ガスＧ２２２Ａと、第２混合流入ガス算出部２１９－２で生じる第２混合流入ガスＧ２２２Ｂとを合算し、混合流入ガスＧ２２３を算出する。
【0149】
ガス量合算部２２２は、複数の流れを混合する機能を有しており、第２混合気相計算部２１６－２で生じた第２混合気相Ｇ２３と、流入ガス合算部２２１で生じる混合流入ガスＧ２２３とを合算し、第２合算気相Ｇ２４を算出する。
【0150】
第２混合物質１次物量修正部２２３は、第１ベッド層予備物量修正部２０５で生じる添加分含有第１ベッド層Ｓ１２内に含まれる、固体物質又は液体物質の少なくとも一方を含む第７物質Ｍ７の第２混合物質Ｍ２２への移動量と、第２混合物質計算部２１７－２で生じた第２混合物質Ｍ２２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８物質Ｍ８の添加分含有第１ベッド層Ｓ１２への移動量と、第２ベッド層予備物量修正部２０７で生じる第２混合ベッド層Ｓ２１内に含まれる第９物質Ｍ９の第２混合物質Ｍ２２への移動量とを考慮して、第２混合物質Ｍ２２の物量を修正し、第２修正混合物質Ｍ２３を算出する。
【0151】
第２混合物質１次物量修正部２２３は、添加分含有第１ベッド層Ｓ１２内に含まれる第７物質Ｍ７の第２混合物質Ｍ２２への移動量と、第２混合ベッド層Ｓ２１内に含まれる第９物質Ｍ９の第２混合物質Ｍ２２への移動量とを加え、第２混合物質Ｍ２２に含まれる第８物質Ｍ８の添加分含有第１ベッド層Ｓ１２への移動量を除することで、第２混合物質Ｍ２２の物量は修正される。
【0152】
第２混合物質２次物量修正部２２４は、第２混合物質１次物量修正部２２３で生じた第２修正混合物質Ｍ２３に含まれる第３物質Ｍ３の第１ガス領域に存在する第１混合物質Ｍ１２への移動量と、第１混合物質Ｍ１２に含まれる第４物質Ｍ４の第２修正混合物質Ｍ２３への移動量とを考慮して、第２修正混合物質Ｍ２３の物量を修正し、第２修正混合物質Ｍ２４を算出する。
【0153】
第２混合物質２次物量修正部２２４は、第２修正混合物質Ｍ２３に含まれる第３物質Ｍ３の第１混合物質Ｍ１２への移動量を除すると共に、第１混合物質Ｍ１２に含まれる第４物質Ｍ４の第２修正混合物質Ｍ２３への移動量を加えることで、第２修正混合物質Ｍ２３の物量は修正される。
【0154】
なお、本実施形態では、第１ガス領域平衡反応計算部２１４－１及び第２ガス領域平衡反応計算部２１４－２の少なくとも一方は、２つ以上を備えてもよい。第１ガス相Ｇ１１及び第２ガス相Ｇ２１の少なくとも一方が更に複数のガス相に分離されることで、ロータリーキルン１内のガス領域は３種類以上の複数系統に分けられる。
【0155】
本実施形態では、第１ベッド層平衡反応計算部２１５－１及び第２ベッド層平衡反応計算部２１５－２の少なくとも一方は、２つ以上を備えてもよい。第１ベッド層Ｓ１１及び第１ベッド層Ｓ２１の少なくとも一方が更に複数のベッド層に分離されることで、ロータリーキルン１内のベッド層は３種類以上の複数系統に分けられる。
【0156】
本実施形態では、炉内反応の計算装置２０は、燃焼用材料２４０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。
【0157】
本実施形態では、炉内反応の計算装置２０は、第１ベッド層予備物量修正部２０５、第１ベッド層物量修正部２０６、第２ベッド層予備物量修正部２０７及び第２ベッド層物量修正部２０８の１つ以上を備えなくてもよい。例えば、炉内反応の計算装置２０が第１ベッド層予備物量修正部２０５及び第１ベッド層物量修正部２０６を備えない場合、第１ベッド層反応量計算部２１２－１は、修正第１ベッド層Ｓ１３Ｂに代えて第１ベッド層Ｓ１２を用いる。また、炉内反応の計算装置２０が第２ベッド層予備物量修正部２０７及び第２ベッド層物量修正部２０８を備えない場合、第２ベッド層反応量計算部２１２－２は、予備修正第２ベッド層Ｓ２１Ａに代えて第２ベッド層Ｓ２１を用いる。
【0158】
本実施形態では、炉内反応の計算装置２０は、炉内の伝熱を、必要に応じて、放射、伝導及び対流等のモデルを用いて計算してもよい。
【0159】
＜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２４０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２４０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。
【0160】
図５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５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２４０を投下しているか否かを確認する（確認工程：ステップＳ１１）。
【0161】
ロータリーキルン１内に燃焼用材料２４０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、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２４０を気相とベッド層とに質量流量で分配する（分配工程：ステップＳ１２）。
【0162】
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Ｇ１１と、分配部２０１で分配された燃焼用材料２４０の気相である添加気相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Ｇ１１と添加気相ＡＧ１１とを混合して、第１気相Ｇ１１及び添加気相ＡＧ１１を含む添加分含有第１気相Ｇ１２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）。
【0163】
次に、炉内反応の計算装置２０は、第１気相の物量修正部２０２を用いて、第１ガス領域を流れる添加分含有第１気相Ｇ１２の物量を修正し、修正第１気相Ｇ１３を計算する（第２気相の物量の修正工程：ステップＳ１４）。
【0164】
次に、炉内反応の計算装置２０は、第２気相の物量修正部２０３を用いて、第２ガス領域を流れる第２気相Ｇ２１の物量を修正し、修正第２気相Ｇ２２Ａを計算して算出する（第２気相の物量の修正工程：ステップＳ１５）。
【0165】
次に、炉内反応の計算装置２０は、ガス混合量計算部２０４を用いて、第２ガス領域中の修正第２気相Ｇ２２Ａからベッド層へ移動する流入ガスＧ２２１の流量を計算する（ガス混合量計算工程：ステップＳ１６）。
【0166】
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が予め分配された第１ベッド層Ｓ１１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、第１ベッド層Ｓ１１と添加ベッド層ＡＳ１１とを混合して、添加分含有第１ベッド層Ｓ１２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Ｓ１７）。
【0167】
次に、炉内反応の計算装置２０は、添加分含有第１ベッド層Ｓ１２と、添加分含有第１ベッド層Ｓ１２に含まれる第７物質Ｍ７の第２ガス領域中に存在する第２混合物質Ｍ２２への移動量と、第２混合物質Ｍ２２に含まれる第８物質Ｍ８の添加分含有第１ベッド層Ｓ１２への移動量とを入力物質として与える。
【0168】
炉内反応の計算装置２０は、第１ベッド層予備物量修正部２０５を用いて、添加分含有第１ベッド層Ｓ１２に含まれる第７物質Ｍ７の第２混合物質Ｍ２２への移動量を除すると共に、第２混合物質Ｍ２２に含まれる第８物質Ｍ８の添加分含有第１ベッド層Ｓ１２への移動量を加えることで、添加分含有第１ベッド層Ｓ１２の物量を修正し、予備修正第１ベッド層Ｓ１３Ａを算出する（第１ベッド層予備物量修正工程：ステップＳ１８）。
【0169】
次に、炉内反応の計算装置２０は、予備修正第１ベッド層Ｓ１３Ａと、予備修正第１ベッド層Ｓ１３Ａに含まれる第６物質Ｍ６の第２ベッド層Ｓ２１Ａへの移動量と、第２ベッド層物量修正部２０８で除される、第２ベッド層Ｓ２１Ａ中の第５物質Ｍ５とを入力物質として与える。
【0170】
炉内反応の計算装置２０は、第１ベッド層物量修正部２０６を用いて、予備修正第１ベッド層Ｓ１３Ａに含まれる第６物質Ｍ６の移動量を予備修正第１ベッド層Ｓ１３Ａから除すると共に、第２ベッド層物量修正部２０８で除される、第２ベッド層Ｓ２１Ａ中の第５物質Ｍ５の移動量を予備修正第１ベッド層Ｓ１３Ａに加える。これにより、炉内反応の計算装置２０は、予備修正第１ベッド層Ｓ１３Ａの物量を修正し、修正第１ベッド層Ｓ１３Ｂを算出する（予備修正第１ベッド層物量修正工程：ステップＳ１９）。
【0171】
次に、炉内反応の計算装置２０は、第２ベッド層Ｓ２１と、第２ベッド層Ｓ２１内に含まれる第９物質Ｍ９の第２ガス領域中に存在する第２混合物質Ｍ２２への移動量とを入力物質として与える。
【0172】
炉内反応の計算装置２０は、第２ベッド層予備物量修正部２０７を用いて、第２ベッド層Ｓ２１内に含まれる第９物質Ｍ９の第２混合物質Ｍ２２への移動量を除して、第２ベッド層Ｓ２１の物量を修正し、予備修正第２ベッド層Ｓ２１Ａを算出する。
【0173】
次に、炉内反応の計算装置２０は、予備修正第２ベッド層Ｓ２１Ａと、第１ベッド層物量修正部２０６で除される、予備修正第１ベッド層Ｓ１３Ａ中の第６物質Ｍ６の移動量と、第２ベッド層物量修正部２０８で除される、予備修正第２ベッド層Ｓ２１Ａ中の第５物質Ｍ５の移動量とを入力物質として与える。
【0174】
炉内反応の計算装置２０は、第２ベッド層物量修正部２０８を用いて、予備修正第２ベッド層Ｓ２１Ａから予備修正第２ベッド層Ｓ２１Ａに含まれる第５物質Ｍ５の移動量を除すると共に、第１ベッド層物量修正部２０６で除される第６物質Ｍ６の移動量を予備修正第２ベッド層Ｓ２１Ａに加える。これにより、炉内反応の計算装置２０は、予備修正第２ベッド層Ｓ２１Ａの物量を修正し、修正第２ベッド層Ｓ２１Ｂを算出する（第２ベッド層物量修正工程：ステップＳ２１）。
【0175】
次に、炉内反応の計算装置２０は、第１ガス領域平衡反応を行う（第１ガス領域平衡反応の実施工程：ステップＳ２２）。
【0176】
次に、炉内反応の計算装置２０は、第２ガス領域平衡反応を行う（第２ガス領域平衡反応の実施工程：ステップＳ２３）。
【0177】
次に、炉内反応の計算装置２０は、第１ベッド層平衡反応を行う（第１ベッド層平衡反応の実施工程：ステップＳ２４）。
【0178】
次に、炉内反応の計算装置２０は、第２ベッド層平衡反応を行う（第２ベッド層平衡反応の実施工程：ステップＳ２５）。
【0179】
次に、炉内反応の計算装置２０は、流入ガス合算部２２１を用いて、第１ベッド層平衡反応の実施工程（ステップＳ２４）で生じる第１混合流入ガスＧ２２２Ａに、第２ベッド層平衡反応の実施工程（ステップＳ２５）で生じる第２混合流入ガスＧ２２２Ｂを合算し、混合流入ガスＧ２２３を得る（流入ガス合算工程：ステップＳ２６）。
【0180】
次に、炉内反応の計算装置２０は、ガス量合算部２２２を用いて、第２ガス領域平衡反応の実施工程（ステップＳ１９）で生じる第２混合気相Ｇ２３に、流入ガス合算工程（ステップＳ２６）で生じる混合流入ガスＧ２２３を合算し、第２合算気相Ｇ２４を得る（ガス量合算工程：ステップＳ２７）。
【0181】
炉内反応の計算装置２０は、第２合算気相Ｇ２４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。
【0182】
次に、炉内反応の計算装置２０は、第１混合物質物量修正部２２０を用いて、第１ガス領域平衡反応の実施工程（ステップＳ１９）で生じる第１混合物質Ｍ１２に含まれる第４物質Ｍ４の第２ガス領域への移動量を除すると共に、第２混合物質Ｍ２３内に含まれる第３物質Ｍ３の第１混合物質Ｍ１２への移動量を加えることで、第１混合物質Ｍ１２の物量を修正し、第１修正混合物質Ｍ１３を算出する（第１混合物質物量修正工程：ステップＳ２８）。
【0183】
炉内反応の計算装置２０は、第１修正混合物質Ｍ１３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。
【0184】
次に、炉内反応の計算装置２０は、第２混合物質１次物量修正部２２３を用いて、第１ベッド層の予備物量の修正工程（ステップＳ１６）で生じる添加分含有第１ベッド層Ｓ１２内に含まれる第７物質Ｍ７の第２混合物質Ｍ２２への移動量と、第２ベッド層予備物量修正部２０７で生じる第２混合ベッド層Ｓ２１内に含まれる第９物質Ｍ９の第２混合物質Ｍ２２への移動量とを加えると共に、第２ベッド層平衡反応の実施工程（ステップＳ２５）で生じる第２混合物質Ｍ２２に含まれる第８物質Ｍ８の添加分含有第１ベッド層Ｓ１２への移動量を除する。これにより、炉内反応の計算装置２０は、第２混合物質Ｍ２２の物量を修正し、第２修正混合物質Ｍ２３を算出する（第２混合物質１次物量予備修正工程：ステップＳ２９）。
【0185】
次に、炉内反応の計算装置２０は、第２混合物質２次物量修正部２２４を用いて、第２混合物質物量予備修正工程（ステップＳ２９）で生じた第２修正混合物質Ｍ２３に含まれる第３物質Ｍ３の第１混合物質Ｍ１２への移動量を除すると共に、第１混合物質物量修正工程（ステップＳ２８）で生じた第１混合物質Ｍ１２に含まれる第４物質Ｍ４の第２修正混合物質Ｍ２３への移動量を加えて、第２修正混合物質Ｍ２３の物量を修正し、第２修正混合物質Ｍ２４を算出する（第２混合物質２次物量修正工程：ステップＳ３０）。
【0186】
炉内反応の計算装置２０は、第２修正混合物質Ｍ２４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。
【0187】
次に、第１ガス領域平衡反応の実施工程（ステップＳ２２）について説明する。図６は、図５の第１ガス領域平衡反応の実施工程（ステップＳ２２）の動作を示すフローチャートである。図６に示すように、第１ガス領域平衡反応の実施工程（ステップＳ２２）では、炉内反応の計算装置２０は、第１ガス反応量計算部２１０－１を用いて、修正第１気相Ｇ１３の第１物質Ｍ１１との平衡状態に寄与する第１ガス反応量を計算する（第１ガス反応量計算工程：ステップＳ２２１）。
【0188】
即ち、炉内反応の計算装置２０は、修正第１気相Ｇ１３と第１ガス領域中に存在する第１物質Ｍ１１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１気相Ｇ１３が第１ガス領域中に存在する第１物質Ｍ１１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。
【0189】
そして、炉内反応の計算装置２０は、第１ガス反応量の計算結果に基づいて、第１ガス反応量に相当する第１ガス反応分ＧＲ１と、残りの未反応量に相当する第１ガス未反応分Ｇｒ１とに分割する。
【0190】
次に、炉内反応の計算装置２０は、第１物質反応量計算部２１１－１を用いて、第１ガス領域に存在する第１物質Ｍ１１のうち、修正第１気相Ｇ１３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Ｓ２２２）。
【0191】
即ち、炉内反応の計算装置２０は、第１ガス領域に存在する第１物質Ｍ１１と修正第１気相Ｇ１３とが反応して平衡状態に達すると仮定したときに、第１ガス領域に存在する第１物質Ｍ１１が修正第１気相Ｇ１３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。
【0192】
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反応得物質反応分ＭＲ１１と、残りの未反応量に相当する第１物質未反応分Ｍｒ１１とに分割する。
【0193】
次に、炉内反応の計算装置２０は、第１ガス反応量の計算工程（ステップＳ２２１）で得られた第１ガス反応分ＧＲ１と、第１物質反応量の計算工程（ステップＳ２２２）で得られた第１物質反応分ＭＲ１１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ガス領域平衡反応計算部２１４－１を用いて、第１ガス反応分ＧＲ１と第１物質反応分ＭＲ１１との平衡反応を計算し、第１ガス反応分ＧＲ１と第１物質反応分ＭＲ１１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（第１ガス領域平衡反応計算工程：ステップＳ２２３）。
【0194】
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。
【0195】
炉内反応の計算装置２０は、第１ガス反応分ＧＲ１と第１物質反応分ＭＲ１１とが反応することで生じる気相と、第１ガス反応分ＧＲ１の未使用分とを、第１ガス生成分ＧＰ１として計算し、第１ガス反応分ＧＲ１と第１物質反応分ＭＲ１１とが反応することで生じる生成物質と、第１物質反応分ＭＲ１１の未使用分とを、第１物質生成分ＭＰ１１として計算する。
【0196】
次に、炉内反応の計算装置２０は、第１ガス反応量の計算工程（ステップＳ２２１）で得られた第１ガス未反応分Ｇｒ１と、第１ガス領域平衡反応計算工程（ステップＳ２２３）で得られた第１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、第１混合気相計算部２１６－１を用いて、第１ガス未反応分Ｇｒ１と第１ガス生成分ＧＰ１とを含む第１混合気相Ｇ１４の流量、組成データ等を計算する（第１混合気相計算工程：ステップＳ２２４）。
【0197】
第１ガス反応量の計算工程（ステップＳ２２１）で計算した第１ガス反応分ＧＲ１は、第１混合気相Ｇ１３と第１物質Ｍ１１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、気相である第１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。第１混合気相計算工程（ステップＳ２２３）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。第１ガス領域平衡反応計算部２１４－１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。
【0198】
次に、炉内反応の計算装置２０は、第１物質反応量の計算工程（ステップＳ２２２）で得られた第１物質未反応分Ｍｒ１１と、第１ガス領域平衡反応計算工程（ステップＳ２２３）で得られた第１物質生成分ＭＰ１１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２１７－１を用いて、第１物質未反応分Ｍｒ１１と第１物質生成分ＭＰ１１とを混合した第１混合物質Ｍ１２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Ｓ２２５）。
【0199】
次に、第２ガス領域平衡反応の実施工程（ステップＳ２３）について説明する。図７は、図５の第２ガス領域平衡反応の実施工程（ステップＳ２３）の動作を示すフローチャートである。図７に示すように、第２ガス領域平衡反応の実施工程（ステップＳ２３）では、炉内反応の計算装置２０は、第２ガス反応量計算部２１０－２を用いて、調整第２気相Ｇ２２Ｂの第２物質Ｍ２１との平衡状態に寄与する第２ガス反応量を計算する（第２ガス反応量計算工程：ステップＳ２３１）。
【0200】
即ち、炉内反応の計算装置２０は、調整第２気相Ｇ２２Ｂと第２ガス領域中に存在する第２物質Ｍ２１とが反応して平衡状態に達すると仮定したときに、調整第２気相Ｇ２２Ｂが第２ガス領域中に存在する第２物質Ｍ２１と反応して平衡状態に達する時の反応に寄与する第２ガス反応量を計算する。
【0201】
そして、炉内反応の計算装置２０は、第２ガス反応量の計算結果に基づいて、第２ガス反応量に相当する第２ガス反応分ＧＲ２と、残りの未反応量に相当する第２ガス未反応分Ｇｒ２とに分割する。
【0202】
次に、炉内反応の計算装置２０は、第２物質反応量計算部２１１－２を用いて、第２ガス領域に存在する第２物質Ｍ２１のうち、調整第２気相Ｇ２２Ｂとの平衡状態に寄与する第２物質反応量を計算する（第２物質反応量計算工程：ステップＳ２３２）。
【0203】
即ち、炉内反応の計算装置２０は、第２ガス領域に存在する第２物質Ｍ２１と調整第２気相Ｇ２２Ｂとが反応して平衡状態に達すると仮定したときに、第２ガス領域に存在する第２物質Ｍ２１が調整第２気相Ｇ２２Ｂと反応して平衡状態に達する時の反応に寄与する第２物質反応量を計算する。
【0204】
そして、炉内反応の計算装置２０は、第２物質反応量の計算結果に基づいて、第２物質反応量に相当する第２反応得物質反応分ＭＲ２１と、残りの未反応量に相当する第２物質未反応分Ｍｒ２１とに分割する。
【0205】
次に、炉内反応の計算装置２０は、第２ガス反応量の計算工程（ステップＳ２３１）で得られた第２ガス反応分ＧＲ２と、第２物質反応量の計算工程（ステップＳ２３２）で得られた第２物質反応分ＭＲ２１とを入力物質として与える。炉内反応の計算装置２０は、第２ガス領域平衡反応計算部２１４－２を用いて、第２ガス反応分ＧＲ２と第２物質反応分ＭＲ２１との平衡反応を計算し、第２ガス反応分ＧＲ２と第２物質反応分ＭＲ２１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（第２ガス領域平衡反応計算工程：ステップＳ２３３）。
【0206】
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。
【0207】
炉内反応の計算装置２０は、第２ガス反応分ＧＲ２と第２物質反応分ＭＲ２１とが反応することで生じる気相と、第２ガス反応分ＧＲ２の未使用分とを、第２ガス生成分ＧＰ２として計算し、第２ガス反応分ＧＲ２と第２物質反応分ＭＲ２１とが反応することで生じる生成物質と、第２物質反応分ＭＲ２１の未使用分とを、第２物質生成分ＭＰ２１として計算する。
【0208】
次に、炉内反応の計算装置２０は、第２ガス反応量の計算工程（ステップＳ２３１）で得られた第２ガス未反応分Ｇｒ２と、第２ガス領域平衡反応計算工程（ステップＳ２３３）で得られた第２ガス生成分ＧＰ２とを入力物質として与える。炉内反応の計算装置２０は、第２混合気相計算部２１６－２を用いて、第２ガス未反応分Ｇｒ２と第２ガス生成分ＧＰ２とを含む第２混合気相Ｇ２３の流量、組成データ等を計算する（第２混合気相計算工程：ステップＳ２３４）。
【0209】
第２ガス反応量の計算工程（ステップＳ２３１）で計算した第２ガス反応分ＧＲ２は、第２混合気相Ｇ２１と第２物質Ｍ２１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、気相である第２ガス反応分ＧＲ２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。第２混合気相計算工程（ステップＳ２３３）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。第２ガス領域平衡反応計算部２１４－２で使用されずに残った未使用分は、ガス生成分ＧＰ２として計算する。
【0210】
次に、炉内反応の計算装置２０は、第２物質反応量の計算工程（ステップＳ２３２）で得られた第２物質未反応分Ｍｒ２１と、第２ガス領域平衡反応計算工程（ステップＳ２３３）で得られた第２物質生成分ＭＰ２１とを入力物質として与える。炉内反応の計算装置２０は、第２混合物質計算部２１７－２を用いて、第２物質未反応分Ｍｒ２１と第２物質生成分ＭＰ２１とを混合した第２混合物質Ｍ２２の流量や組成データ等を計算する（第２混合物質計算工程：ステップＳ２３５）。
【0211】
次に、第１ベッド層平衡反応の実施工程（ステップＳ２４）について説明する。図８は、図５の第１ベッド層平衡反応の実施工程（ステップＳ２４）の動作を示すフローチャートである。図８に示すように、第１ベッド層平衡反応の実施工程（ステップＳ２４）では、炉内反応の計算装置２０は、第１ベッド層反応量計算部２１２－１を用いて、修正第１ベッド層Ｓ１３Ｂのうち、第１流入ガス反応分ＧＲ２２１との平衡状態に寄与する第１ベッド層反応量を計算する（第１ベッド層反応量計算工程：ステップＳ２４１）。
【0212】
即ち、炉内反応の計算装置２０は、修正第１ベッド層Ｓ１３Ｂと第１流入ガスＧ２２１－１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１ベッド層Ｓ１３Ｂが第１流入ガスＧ２２１－１と反応して平衡状態に達する時の反応に寄与する第１ベッド層反応量を計算する。
【0213】
そして、炉内反応の計算装置２０は、第１ベッド層反応量の計算結果に基づいて、第１ベッド層反応量に相当する第１ベッド層反応分ＳＲ１と、残りの未反応量に相当する第１ベッド層未反応分Ｓｒ１とに分割する。
【0214】
次に、炉内反応の計算装置２０は、第１流入ガス反応量計算部２１３－１を用いて、第１流入ガスＧ２２１－１のうち、修正第１ベッド層Ｓ１３Ｂとの平衡状態に寄与する第１流入ガス反応量を計算する（第１流入ガス反応量計算工程：ステップＳ２４２）。
【0215】
即ち、炉内反応の計算装置２０は、第１流入ガスＧ２２１－１と修正第１ベッド層Ｓ１３Ｂとが反応して平衡状態に達すると仮定したときに、第１流入ガスＧ２２１－１が修正第１ベッド層Ｓ１３Ｂと反応して平衡状態に達する時の反応に寄与する第１流入ガス反応量を計算する。
【0216】
そして、炉内反応の計算装置２０は、第１流入ガス反応量の計算結果に基づいて、第１流入ガス反応量に相当する第１流入ガス反応分ＧＲ２２１と、残りの未反応量に相当する第１流入ガス未反応分Ｇｒ２２１とに分割する。
【0217】
次に、炉内反応の計算装置２０は、第１ベッド層反応量計算工程（ステップＳ２４１）で得られた第１ベッド層反応分ＳＲ１と、第１流入ガス反応量の計算工程（ステップＳ２０２）で得られた第１流入ガス反応分ＧＲ２２１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ベッド層平衡反応計算部２１５－１を用いて、第１ベッド層反応分ＳＲ１と第１流入ガス反応分ＧＲ２２１との平衡反応を計算し、第１ベッド層反応分ＳＲ１と第１流入ガス反応分ＧＲ２２１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（第１ベッド層平衡反応計算工程ステップＳ２０３）。
【0218】
炉内反応の計算装置２０は、第１ベッド層反応分ＳＲ１と第１流入ガス反応分ＧＲ２２１とが反応することで生じるベッド層と、第１ベッド層反応分ＳＲ１の未使用分とを、第１ベッド層生成分ＳＰ１として計算する。また、炉内反応の計算装置２０は、第１ベッド層反応分ＳＲ１と第１流入ガス反応分ＧＲ２２１とが反応することで生じる第１流入ガス反応分ＧＲ２２１の未使用分を、第１流入ガス生成分ＧＰ２２１として計算する。
【0219】
次に、炉内反応の計算装置２０は、第１ベッド層反応量の計算工程（ステップＳ２４１）で得られた第１ベッド層未反応分Ｓｒ１と、第１ベッド層平衡反応計算工程（ステップＳ２４３）で得られた第１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、第１ベッド層平衡反応計算部２１５－１を用いて、第１ベッド層未反応分Ｓｒ１と第１ベッド層生成分ＳＰ１とを含む添加分含有第１ベッド層Ｓ１４の流量、組成データ等を計算する（第１混合ベッド層計算工程：ステップＳ２４４）。
【0220】
第１ベッド層反応量の計算工程（ステップＳ２４１）で計算した第１ベッド層の第１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。第１混合ベッド層計算工程（ステップＳ２４４）では、第１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は、第１ベッド層平衡反応計算工程（ステップＳ２４３）で使用されずに残った未使用分として第１ベッド層生成分ＳＰ１に含めて計算する。
【0221】
炉内反応の計算装置２０は、第１混合ベッド層Ｓ１４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。
【0222】
次に、炉内反応の計算装置２０は、第１流入ガス反応量の計算工程（ステップＳ２２２）で得られた第１流入ガス未反応分Ｇｒ２２１と、第１ベッド層平衡反応計算工程（ステップＳ２３３）で得られた第１流入ガス生成分ＧＰ２２１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混合流入ガス算出部２１９－１を用いて、第１流入ガス未反応分Ｇｒ２２１と第１流入ガス生成分ＧＰ２２１とを含む第１混合流入ガスＧ２２２Ａの流量、組成データ等を計算する（第１混合流入ガス算出工程：ステップＳ２０５）。
【0223】
次に、第２ベッド層平衡反応の実施工程（ステップＳ２１）について説明する。図９は、図５の第２ベッド層平衡反応の実施工程（ステップＳ２１）の動作を示すフローチャートである。図９に示すように、第２ベッド層平衡反応の実施工程（ステップＳ２５）では、炉内反応の計算装置２０は、第２ベッド層反応量計算部２１２－２を用いて、修正第２ベッド層Ｓ２１Ｂのうち、第２流入ガス反応分ＧＲ２２２との平衡状態に寄与する第２ベッド層反応量を計算する（第２ベッド層反応量計算工程：ステップＳ２５１）。
【0224】
即ち、炉内反応の計算装置２０は、修正第２ベッド層Ｓ２１Ｂと第２流入ガスＧ２２１－２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Ｓ２１Ｂが第２流入ガスＧ２２１－２と反応して平衡状態に達する時の反応に寄与する第２ベッド層反応量を計算する。
【0225】
そして、炉内反応の計算装置２０は、第２ベッド層反応量の計算結果に基づいて、第２ベッド層反応量に相当する第２ベッド層反応分ＳＲ２と、残りの未反応量に相当する第２ベッド層未反応分Ｓｒ２とに分割する。
【0226】
次に、炉内反応の計算装置２０は、第２流入ガス反応量計算部２１３－２を用いて、第２流入ガスＧ２２１－２のうち、修正第２ベッド層Ｓ２１Ｂとの平衡状態に寄与する第２流入ガス反応量を計算する（第２流入ガス反応量計算工程：ステップＳ２５２）。
【0227】
即ち、炉内反応の計算装置２０は、第２流入ガスＧ２２１－２と修正第２ベッド層Ｓ２１Ｂとが反応して平衡状態に達すると仮定したときに、第２流入ガスＧ２２１－２が修正第２ベッド層Ｓ２１Ｂと反応して平衡状態に達する時の反応に寄与する第２流入ガス反応量を計算する。
【0228】
そして、炉内反応の計算装置２０は、第２流入ガス反応量の計算結果に基づいて、第２流入ガス反応量に相当する第２流入ガス反応分ＧＲ２２２と、残りの未反応量に相当する第２流入ガス未反応分Ｇｒ２２２とに分割する。
【0229】
次に、炉内反応の計算装置２０は、第２ベッド層反応量計算工程（ステップＳ２５１）で得られた第２ベッド層反応分ＳＲ２と、第２流入ガス反応量の計算工程（ステップＳ２５２）で得られた第２流入ガス反応分ＧＲ２２２とを入力物質として与える。炉内反応の計算装置２０は、第２ベッド層平衡反応計算部２１５－２を用いて、第２ベッド層反応分ＳＲ２と第２流入ガス反応分ＧＲ２２２との平衡反応を計算し、第２ベッド層反応分ＳＲ２と第２流入ガス反応分ＧＲ２２２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（第２ベッド層平衡反応計算工程：ステップＳ２５３）。
【0230】
炉内反応の計算装置２０は、第２ベッド層反応分ＳＲ２と第２流入ガス反応分ＧＲ２２２とが反応することで生じるベッド層と、第２ベッド層反応分ＳＲ２の未使用分とを、第２ベッド層生成分ＳＰ２として計算する。また、炉内反応の計算装置２０は、第２ベッド層反応分ＳＲ２と第２流入ガス反応分ＧＲ２２２とが反応することで生じる、第２流入ガス反応分ＧＲ２２２の未使用分を、第２流入ガス生成分ＧＰ２２２として計算する。
【0231】
次に、炉内反応の計算装置２０は、第２ベッド層反応量計算工程（ステップＳ２５１）で得られた第２ベッド層未反応分Ｓｒ２と、第２ベッド層平衡反応計算工程（ステップＳ２５３）で得られた第２ベッド層生成分ＳＰ２とを入力物質として与える。炉内反応の計算装置２０は、第２ベッド層平衡反応計算部２１５－２を用いて、第２ベッド層未反応分Ｓｒ２と第２ベッド層生成分ＳＰ２とを含む第２混合ベッド層Ｓ２２の流量、組成データ等を計算する（第２混合ベッド層計算工程：ステップＳ２５４）。
【0232】
第２ベッド層反応量計算工程（ステップＳ２５１）で計算した第２ベッド層の第２ベッド層反応分ＳＲ２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。第２混合ベッド層計算工程（ステップＳ２５４）では、第２ベッド層反応分ＳＲ２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。第２ベッド層平衡反応計算工程（ステップＳ２５３）で使用されずに残った未使用分は、第２ベッド層生成分ＳＰ２として計算する。
【0233】
炉内反応の計算装置２０は、第２混合ベッド層Ｓ２２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。
【0234】
次に、炉内反応の計算装置２０は、第２流入ガス反応量計算工程（ステップＳ２５２）で得られた第２流入ガス未反応分Ｇｒ２２２と、第２ベッド層平衡反応計算工程（ステップＳ２５３）で得られた第２流入ガス生成分ＧＰ２２２とを入力物質として与える。炉内反応の計算装置２０は、第２混合流入ガス算出部２１９－２を用いて、第２流入ガス未反応分Ｇｒ２２２と第２流入ガス生成分ＧＰ２２２とを含む第２混合流入ガスＧ２２２Ｂの流量、組成データ等を計算する（第２混合流入ガス算出工程：ステップＳ２５５）。
【0235】
なお、本実施形態に係る炉内反応の計算方法は、適宜、各工程を並行して行ってもよいし、工程の順番を入れ替えてよい。
【0236】
例えば、本実施形態に係る炉内反応の計算方法は、図５に示す、第１ガス領域平衡反応の実施工程（ステップＳ２２）、第２ガス領域平衡反応の実施工程（ステップＳ２３）、第１ベッド層平衡反応の実施工程（ステップＳ２４）及び第２ベッド層平衡反応の実施工程（ステップＳ２５）の少なくとも１つ以上の工程を並行して行ってもよい。
【0237】
本実施形態に係る炉内反応の計算方法は、図５に示す、流入ガス合算工程（ステップＳ２６）と第１混合物質物量修正工程（ステップＳ２８）とを並行して行ってもよいし、流入ガス合算工程（ステップＳ２６）を第１混合物質物量修正工程（ステップＳ２８）の後に行ってもよい。
【0238】
本実施形態に係る炉内反応の計算方法は、図５に示す、ガス量合算工程（ステップＳ２７）と第１混合物質物量修正工程（ステップＳ２８）とを並行して行ってもよいし、ガス量合算工程（ステップＳ２７）を第１混合物質物量修正工程（ステップＳ２８）の後に行ってもよい。
【0239】
本実施形態に係る炉内反応の計算方法は、図６に示す、第１ガス反応量計算工程（ステップＳ２２１）と第１物質反応量計算工程（ステップＳ２２２）とを並行して行ってもよいし、第１ガス反応量計算工程（ステップＳ２２１）を第１物質反応量計算工程（ステップＳ２２２）の後に行ってもよい。
【0240】
本実施形態に係る炉内反応の計算方法は、図６に示す、第１混合気相計算工程（ステップＳ２２４）と第１混合物質計算工程（ステップＳ２２５）とを並行して行ってもよいし、第１混合気相計算工程（ステップＳ２２４）を第１混合物質計算工程（ステップＳ２２５）の後に行ってもよい。
【0241】
本実施形態に係る炉内反応の計算方法は、図７に示す、第２ガス反応量計算工程（ステップＳ２３１）と第２物質反応量計算工程（ステップＳ２３２）とを並行して行ってもよいし、第２ガス反応量計算工程（ステップＳ２３１）を第２物質反応量計算工程（ステップＳ２３２）の後に行ってもよい。
【0242】
本実施形態に係る炉内反応の計算方法は、図７に示す、第２混合気相計算工程（ステップＳ２３４）と第２混合物質計算工程（ステップＳ２３５）とを並行して行ってもよいし、第２混合気相計算工程（ステップＳ２３４）を第２混合物質計算工程（ステップＳ２３５）の後に行ってもよい。
【0243】
本実施形態に係る炉内反応の計算方法は、図８に示す、第１ベッド層反応量計算工程（ステップＳ２４１）と第１流入ガス反応量計算工程（ステップＳ２４２）とを並行して行ってもよいし、第１ベッド層反応量計算工程（ステップＳ２４１）を第１流入ガス反応量計算工程（ステップＳ２４２）の後に行ってもよい。
【0244】
本実施形態に係る炉内反応の計算方法は、図８に示す、第１混合ベッド層計算工程（ステップＳ２４４）と第１混合流入ガス算出工程（ステップＳ２４５）とを並行して行ってもよいし、第１混合ベッド層計算工程（ステップＳ２４４）を第１混合流入ガス算出工程（ステップＳ２４５）の後に行ってもよい。
【0245】
本実施形態に係る炉内反応の計算方法は、図９に示す、第２ベッド層反応量計算工程（ステップＳ２５１）と第２流入ガス反応量計算工程（ステップＳ２５２）とを並行して行ってもよいし、第２ベッド層反応量計算工程（ステップＳ２５１）を第２流入ガス反応量計算工程（ステップＳ２５２）の後に行ってもよい。
【0246】
本実施形態に係る炉内反応の計算方法は、図９に示す、第２混合ベッド層計算工程（ステップＳ２５４）と第２混合流入ガス算出工程（ステップＳ２５５）とを並行して行ってもよいし、第２混合ベッド層計算工程（ステップＳ２５４）を第２混合流入ガス算出工程（ステップＳ２５５）の後に行ってもよい。
【0247】
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。
【0248】
＜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１０は、炉内反応の計算装置のハードウェア構成図である。図１０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１０は、炉内反応の計算装置のハードウェア構成図である。図１０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。
【0249】
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。
【0250】
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。
【0251】
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。
【0252】
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。
【0253】
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。
【0254】
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。
【0255】
図１０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。
【0256】
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、
前記燃焼ガスを含むガス領域のうち、前記原料鉱石を含むベッド層から生じる生成ガスを含むガス領域影響因子に応じて分配された２つのガス領域のうちの一方の第１ガス領域を流れる第１気相の物量を修正し、修正第１気相を求める第１気相の物量修正工程と、
前記２つのガス領域のうちの、他方の第２ガス領域を流れる第２気相の物量を修正し、修正第２気相を求める第２気相の物量修正工程と、
前記第２ガス領域から前記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、
前記修正第１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物質のうち、前記第１ガス領域に存在する第１物質との平衡反応を計算する第１ガス領域平衡反応計算工程と、
前記修正第２気相と、前記物質のうち、前記第２ガス領域に存在する第２物質との平衡反応を計算する第２ガス領域平衡反応計算工程と、
前記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、
前記燃焼ガスを含むガス領域のうち、前記原料鉱石を含むベッド層から生じる生成ガスを含むガス領域影響因子に応じて分配された２つのガス領域のうちの一方の第１ガス領域を流れる第１気相の物量を修正し、修正第１気相を求める第１気相の物量修正工程と、
前記２つのガス領域のうちの、他方の第２ガス領域を流れる第２気相の物量を修正し、修正第２気相を求める第２気相の物量修正工程と、
前記第２ガス領域から前記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、
前記修正第１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物質のうち、前記第１ガス領域に存在する第１物質との平衡反応を計算する第１ガス領域平衡反応計算工程と、
前記修正第２気相と、前記物質のうち、前記第２ガス領域に存在する第２物質との平衡反応を計算する第２ガス領域平衡反応計算工程と、
前記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。
【0257】
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。
【0258】
以上の通り、本実施形態に係る炉内反応の計算装置２０は、第１気相の物量修正部２０２、第２気相の物量修正部２０３、ガス混合量計算部２０４、第１ガス領域平衡反応計算部２１４－１及び第２ガス領域平衡反応計算部２１４－２を備える。炉内反応の計算装置２０は、第１気相の物量修正部２０２及び第２気相の物量修正部２０３で添加分含有第１気相Ｇ１２及び第２気相Ｇ２１の物量をそれぞれ修正した後、ガス混合量計算部２０４で、第２ガス領域中の修正第２気相Ｇ２２Ａからベッド層へ移動する流入ガスＧ２２１の流量を計算する。そして、炉内反応の計算装置２０は、第１ガス領域平衡反応計算部２１４－１において、修正第１気相Ｇ１３と第１物質Ｍ１１との平衡反応を計算すると共に、第２ガス領域平衡反応計算部２１４－２において、調整第２気相Ｇ２２Ｂと第２物質Ｍ２１との平衡反応を計算する。
【0259】
第１ガス領域に存在する第１気相Ｇ１１は、ガス領域内でも、ベッド層から発生する反応性ガス、ダスト等を殆ど含まないガス相であり、第２ガス領域に存在する第２気相Ｇ２１は、ガス領域内でも、反応性ガス、ダスト等を多く含むガス相である。炉内反応の計算装置２０は、ベッド層から発生する反応性ガス、ダスト等の影響を受ける割合に応じてガス領域を２つの領域（第１ガス領域、第２ガス領域）に分けて、それぞれの平衡反応計算を行うことで、それぞれのガス領域の特性に応じてより高精度に平衡反応を計算できる。
【0260】
よって、炉内反応の計算装置２０は、反応炉内のガス領域を第１ガス領域と第２ガス領域との２系列に分けて、それぞれの領域内を流れる修正第１気相Ｇ１３と第１物質Ｍ１１との平衡反応と、調整第２気相Ｇ２２Ｂと第２物質Ｍ２１との平衡反応をギブズエネルギー最小化法に基づいてそれぞれ計算できる。これにより、炉内反応の計算装置２０は、ロータリーキルン１内の２種類のガス領域において、ベッド層から生じる反応後ガス、ダスト等の影響も考慮して、ガス領域内で生じる平衡反応を計算できる。また、膨大な計算リソースを要することなく、ベッド層近傍に高濃度に存在するベッド層からの反応後ガス等の影響を計算する際に考慮できる。よって、炉内反応の計算装置２０は、ガス領域における平衡反応を大きな負担をかけることなく、高精度に計算できる。
【0261】
また、炉内反応の計算装置２０は、ベッド層平衡反応計算部２１５において、ベッド層と第２ガス領域からの流入ガスＧ２２１との平衡反応を計算することで、ベッド層と第２ガス領域から混入した流入ガスＧ２２１との平衡反応を計算できる。これにより、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いて、ベッド層と第２ガス領域からの流入ガスＧ２２１との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内のベッド層近傍に高濃度で存在するベッド層反応後ガス（例えば、ベッド層においてベッド層がガス領域から流入したガス又はベッド層と平衡反応した際に生じる反応ガス）等の影響を考慮して、ベッド層において生じる平衡反応を高精度に計算できる。
【0262】
よって、炉内反応の計算装置２０は、ロータリーキルン１内において生じる反応を高精度に計算できる。炉内反応の計算装置２０は、計算に要する負担を軽減しつつ、ロータリーキルン１内において生じる炉内反応を実際の炉内に近い状態で計算できるため、より実際の炉内の状態に近い解析を低負荷で行うことができる。
【0263】
炉内反応の計算装置２０は、第１ガス反応量計算部２１０－１及び第１物質反応量計算部２１１－１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１ガス反応量計算部２１０－１において、修正第１気相Ｇ１３の平衡反応に寄与する第１ガス反応分ＧＲ１を求め、第１物質反応量計算部２１１－１において、第１物質Ｍ１１の平衡反応に寄与する第１物質反応分ＭＲ１１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１ガス領域平衡反応計算部２１４－１において、反応に必要な修正第１気相Ｇ１３及び第１物質Ｍ１１を用いて、修正第１気相Ｇ１３と第１物質Ｍ１１との平衡反応計算を確実に行うことができる。
【0264】
炉内反応の計算装置２０は、第１混合気相計算部２１６－１及び第１混合物質計算部２１７－１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１混合気相計算部２１６－１において、第１ガス未反応分Ｇｒ１と第１ガス生成分ＧＰ１とを混合した第１混合気相Ｇ１４の流量を少なくとも計算できる。炉内反応の計算装置２０は、第１混合物質計算部２１７－１において、第１物質未反応分Ｍｒ１１と第１物質生成分ＭＰ１１とを混合した第１混合物質Ｍ１２の流量を少なくとも計算できる。これにより、炉内反応の計算装置２０は、第１気相Ｇ１１と第１物質Ｍ１１の装入端１４Ａへの移動量をより正確に計算できる。
【0265】
炉内反応の計算装置２０は、第２ガス反応量計算部２１０－２及び第２物質反応量計算部２１１－２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２ガス反応量計算部２１０－２において、調整第２気相Ｇ２２Ｂの平衡反応に寄与する第２ガス反応分ＧＲ２を求め、第２物質反応量計算部２１１－２において、第２物質Ｍ２１の平衡反応に寄与する第１物質反応分ＭＲ２１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ガス領域平衡反応計算部２１４－２において、反応に必要な調整第２気相Ｇ２２Ｂ及び第２物質Ｍ２１を用いて、調整第２気相Ｇ２２Ｂと第２物質Ｍ２１との平衡反応計算を確実に行うことができる。
【0266】
炉内反応の計算装置２０は、第２混合気相計算部２１６－２及び第２混合物質計算部２１７－２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２混合気相計算部２１６－２において、ガス未反応分Ｇｒ２とガス生成分ＧＰ２とを混合した第２混合気相Ｇ２３の流量を少なくとも計算できる。炉内反応の計算装置２０は、第２混合物質計算部２１７－２において、第２物質未反応分Ｍｒ２１と第２物質生成分ＭＰ２１とを混合した第２混合物質Ｍ２２の流量を少なくとも計算できる。これにより、炉内反応の計算装置２０は、第２気相Ｇ２１と第２物質Ｍ２１の装入端１４Ａへの移動量をより正確に計算できる。
【0267】
炉内反応の計算装置２０は、第１混合物質物量修正部２２０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Ｍ１２に含まれる第４物質Ｍ４の第２ガス領域への移動量を除すると共に、第２ガス領域中の第２修正混合物質Ｍ２３に存在する第３物質Ｍ３の第１混合物質Ｍ１２への移動量を加えて、第１修正混合物質Ｍ１３を計算できる。よって、炉内反応の計算装置２０は、領域Ａ内に侵入した第１物質Ｍ１１の領域（Ａ－１）への移動量を正確に算出できる。
【0268】
炉内反応の計算装置２０は、流入ガス分配部２０９を備え、ベッド層平衡反応計算部２１５は、第１ベッド層平衡反応計算部２１５－１及び第２ベッド層平衡反応計算部２１５－２を有することができる。炉内反応の計算装置２０は、流入ガス分配部２０９で流入ガスＧ２２１を第１流入ガスＧ２２１－１と第２流入ガスＧ２２１－２に分配する。そして、炉内反応の計算装置２０は、第１ベッド層平衡反応計算部２１５－１において、修正第１ベッド層Ｓ１３Ｂと第１流入ガスＧ２２１－１との平衡反応を計算し、第２ベッド層平衡反応計算部２１５－２において、修正第２ベッド層Ｓ２１Ｂと、第２流入ガスＧ２２１－２との平衡反応を計算できる。これにより、炉内反応の計算装置２０は、ベッド層内に生じる第１ベッド層及び第２ベッド層と流入ガスＧ２２１との平衡反応を計算できるため、ロータリーキルン１内のベッド層と流入ガスＧ２２１との平衡反応をより高精度に計算できる。
【0269】
炉内反応の計算装置２０は、第１ベッド層反応量計算部２１２－１及び第１流入ガス反応量計算部２１３－１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１ベッド層反応量計算部２１２－１において、修正第１ベッド層Ｓ１３Ｂから平衡反応に寄与する第１ベッド層反応分ＳＲ１を求め、第１流入ガス反応量計算部２１３－１において第１流入ガスＧ２２１－１から平衡反応に寄与する第１流入ガス反応分ＧＲ２２１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１ベッド層平衡反応計算部２１５－１において、反応に必要な第１ベッド層反応分ＳＲ１及び第１流入ガス反応分ＧＲ２２１を用いて、修正第１ベッド層Ｓ１３Ｂと第１流入ガスＧ２２１－１との平衡反応計算を確実に行うことができる。
【0270】
炉内反応の計算装置２０は、第１混合ベッド層計算部２１８－１及び第１混合流入ガス算出部２１９－１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１混合ベッド層計算部２１８－１において、第１ベッド層未反応分Ｓｒ１と第１ベッド層生成分ＳＰ１とを混合した第１混合ベッド層Ｓ１４の流量を少なくとも計算できる。炉内反応の計算装置２０は、第１混合流入ガス算出部２１９－１において、第１流入ガス未反応分Ｇｒ２２１と第１流入ガス生成分ＧＰ２２１とを混合した第１混合流入ガスＧ２２２Ａの流量を少なくとも計算できる。これにより、炉内反応の計算装置２０は、第１混合ベッド層Ｓ１４の排出端１４Ｂへの移動量を正確に計算できると共に、第１流入ガスＧ２２１－１の移動量を正確に計算できる。
【0271】
炉内反応の計算装置２０は、第２ベッド層反応量計算部２１２－２及び第２流入ガス反応量計算部２１３－２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２ベッド層反応量計算部２１２－２において、修正第２ベッド層Ｓ２１Ｂから平衡反応に寄与する第２ベッド層反応分ＳＲ２を計算できる。また、炉内反応の計算装置２０は、第２流入ガス反応量計算部２１３－２において第２流入ガスＧ２２１－２から平衡反応に寄与する第２流入ガス反応分ＧＲ２２２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ベッド層平衡反応計算部２１５－２において、反応に必要な第２ベッド層反応分ＳＲ２及び第２流入ガス反応分ＧＲ２２２を用いて、修正第２ベッド層Ｓ２１Ｂと流入ガスＧ２２１－２との平衡反応計算を確実に行うことができる。
【0272】
炉内反応の計算装置２０は、第２混合ベッド層計算部２１８－２及び第２混合流入ガス算出部２１９－２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２混合ベッド層計算部２１８－２において、第２ベッド層未反応分Ｓｒ２と第２ベッド層生成分ＳＰ２とを混合した第２混合ベッド層Ｓ２２の流量を少なくとも計算できる。また、炉内反応の計算装置２０は、第２混合流入ガス算出部２１９－２において、第２流入ガス未反応分Ｇｒ２２２と第２流入ガス生成分ＧＰ２２２とを混合した第２混合流入ガスＧ２２２Ｂの流量を少なくとも計算できる。これにより、炉内反応の計算装置２０は、第２混合ベッド層Ｓ２２の排出端１４Ｂへの移動量を正確に計算できると共に、第２流入ガスＧ２２１－２の移動量を正確に計算できる。
【0273】
炉内反応の計算装置２０は、第１ベッド層予備物量修正部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、第１ベッド層予備物量修正部２０５において、添加分含有第１ベッド層Ｓ１２に含まれる第７物質Ｍ７の第２ガス領域中の第２混合物質Ｍ２２への移動量を減ずると共に、第２混合物質Ｍ２２に含まれる第８物質Ｍ８の添加分含有第１ベッド層Ｓ１２への移動量を加えることで、添加分含有第１ベッド層Ｓ１２の物量を修正して予備修正第１ベッド層Ｓ１３Ａを算出できる。そのため、炉内反応の計算装置２０は、第１ベッド層平衡反応計算部２１５－１において使用される第１ベッド層反応分ＳＲ１を正確に求めることができる。よって、炉内反応の計算装置２０は、第１ベッド層平衡反応計算部２１５－１における第１ベッド層平衡反応計算をより正確に行うことができる。
【0274】
炉内反応の計算装置２０は、第２ベッド層予備物量修正部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、第２ベッド層予備物量修正部２０７において、第２ベッド層Ｓ２１に含まれる第９物質Ｍ９の第２ガス領域中の第２混合物質Ｍ２２への移動量を減じて、第２ベッド層Ｓ２１の物量を修正し、予備修正第２ベッド層Ｓ２１Ａを算出できる。よって、炉内反応の計算装置２０は、第２ベッド層平衡反応計算部２１５－２において平衡反応の計算に用いられる予備修正第２ベッド層Ｓ２１Ａの流量等を的確に求めることができる。したがって、炉内反応の計算装置２０は、第２ベッド層平衡反応計算部２１５－２における予備修正第２ベッド層Ｓ２１Ａの平衡反応の計算精度をより高めることができる。
【0275】
炉内反応の計算装置２０は、流入ガス合算部２２１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１混合流入ガスＧ２２２Ａと第２混合流入ガスＧ２２２Ｂとを合算した混合流入ガスＧ２２３を計算できる。そのため、炉内反応の計算装置２０は、平衡反応後にベッド層に存在する混合流入ガスＧ２２３を第２ガス領域に移動させることができる。よって、炉内反応の計算装置２０は、平衡反応後にベッド層に存在する混合流入ガスＧ２２３の第２ガス領域に存在する第２混合気相Ｇ２３への移動量を計算できる。
【0276】
炉内反応の計算装置２０は、ガス量合算部２２２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、ベッド層で生じた混合流入ガスＧ２２３を第２気相Ｇ２３に混合して第２合算気相Ｇ２４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、領域Ａ内のベッド層内から第２ガス領域に移動した混合流入ガスＧ２２３を第２気相Ｇ２３に含めて領域（Ａ－１）に移動させることができる。よって、炉内反応の計算装置２０は、混合流入ガスＧ２２３と第２混合気相Ｇ２３とを含む第２合算気相Ｇ２４の領域（Ａ－１）への移動量を計算できる。
【0277】
炉内反応の計算装置２０は、第２混合物質１次物量修正部２２３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２混合物質１次物量修正部２２３において、第２混合物質計算部２１７－２で生じた第２混合物質Ｍ２２に含まれる第８物質Ｍ８の添加分含有第１ベッド層Ｓ１２への移動量を減じ、第１ベッド層予備物量修正部２０５で生じる添加分含有第１ベッド層Ｓ１２内に含まれる第７物質Ｍ７の第２混合物質Ｍ２２への移動量と、第２ベッド層予備物量修正部２０７で生じる第２混合ベッド層Ｓ２１内に含まれる第９物質Ｍ９の第２混合物質Ｍ２２への移動量とを加えることができる。この結果、炉内反応の計算装置２０は、第２混合物質Ｍ２２の物量を修正し、第２修正混合物質Ｍ２３を算出できる。よって、炉内反応の計算装置２０は、平衡反応後の第２ガス領域中の第２物質Ｍ２１の装入端１４Ａへの移動量をより正確に計算できる。
【0278】
炉内反応の計算装置２０は、第２混合物質２次物量修正部２２４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２混合物質２次物量修正部２２４において、第２修正混合物質Ｍ２３に含まれる第３物質Ｍ３の第１混合物質Ｍ１２への移動量を減じると共に、第１混合物質Ｍ１２に含まれる第４物質Ｍ４の移動量を加えることができる。この結果、炉内反応の計算装置２０は、第２修正混合物質Ｍ２３の物量を修正し、第２修正混合物質Ｍ２４を算出できる。よって、炉内反応の計算装置２０は、平衡反応後の第２ガス領域中の第２物質Ｍ２１の装入端１４Ａへの移動量をさらに正確に計算できる。
【0279】
炉内反応の計算装置２０は、ガス領域分配部２３１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、ロータリーキルン１の排出端１４Ｂから燃焼ガスが供給された直後にガス領域を、ガス領域内に含まれるガス領域影響因子に応じて予め第１ガス領域及び第２ガス領域に分配できる。炉内反応の計算装置２０は、排出端１４Ｂを含む領域Ｎから領域Ａに到達するまでの第１ガス領域を流れる第１気相Ｇ１１と第２ガス領域を流れる第２気相Ｇ２１との質量を正確に算出できる。そのため、炉内反応の計算装置２０は、領域Ａにおいて第１気相Ｇ１１及び第２気相Ｇ２１が平衡反応に使用される質量流量をより正確に算出できる。よって、炉内反応の計算装置２０は、第１ガス領域及び第２ガス領域におけるそれぞれの平衡反応をより正確に計算できる。
【0280】
炉内反応の計算装置２０は、第１物質分配部２３２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、ロータリーキルン１の排出端１４Ｂから燃焼ガスが供給された直後から、ガス領域内に含まれる第１物質を予め第１物質Ｍ１１及び第２物質Ｍ２１に分配できる。炉内反応の計算装置２０は、排出端１４Ｂを含む領域Ｎから領域Ａに到達するまでのガス領域を流れる第１物質Ｍ１１及び第２物質Ｍ２１の質量を正確に算出できる。そのため、炉内反応の計算装置２０は、領域Ａにおいて第１物質Ｍ１１及び第２物質Ｍ２１が平衡反応に使用される質量流量をより正確に算出できる。よって、炉内反応の計算装置２０は、第１ガス領域及び第２ガス領域におけるそれぞれの平衡反応をより正確に計算できる。
【0281】
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２４０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２４０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１気相Ｇ１１を構成する成分とし、添加ベッド層ＡＳ１１は第１ベッド層Ｓ１１を構成する成分にできる。炉内反応の計算装置２０は、第１気相Ｇ１１から第１ガス反応分ＧＲ１を求めると共に、第１ベッド層Ｓ１１から第１ベッド層反応分ＳＲ１を求めることができる。これにより、炉内反応の計算装置２０は、第１ガス領域平衡反応計算部２１４－１において、添加分含有第１気相Ｇ１２から得られる修正第１気相Ｇ１３と第１物質Ｍ１１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。また、炉内反応の計算装置２０は、第１ベッド層平衡反応計算部２１５－１において、第１流入ガスＧ２２１－１と修正第１ベッド層Ｓ１３Ｂ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２４０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２４０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。
【0282】
炉内反応の計算装置２０は、第１ベッド層物量修正部２０６を備えることができる。即ち、炉内反応の計算装置２０は、第１ベッド層予備物量修正部２０５で物量が修正された予備修正第１ベッド層Ｓ１３Ａに含まれる第６物質Ｍ６の予備修正第２ベッド層Ｓ２１Ａへの移動量と、予備修正第２ベッド層Ｓ２１Ａに含まれる第５物質Ｍ５の予備修正第１ベッド層Ｓ１３Ａへの移動量を考慮して、予備修正第１ベッド層Ｓ１３Ａの物量を修正し、修正第１ベッド層Ｓ１３Ｂを算出できる。このとき、第１ベッド層平衡反応計算部２１５－１は、第１ベッド層Ｓ１１として修正第１ベッド層Ｓ１３Ｂを用いる。
【0283】
炉内反応の計算装置２０は、第１ベッド層物量修正部２０６において、予備修正第１ベッド層Ｓ１３Ａに存在する第６物質Ｍ６の第２ベッド層Ｓ２１Ａへの移動量を除すると共に、第２ベッドＳ２１Ａに存在する第５物質Ｍ５の予備修正第１ベッド層Ｓ１３Ａへの移動量を加えることができる。よって、炉内反応の計算装置２０は、第１ベッド層平衡反応計算部２１５－１において平衡反応の計算に用いられる修正第１ベッド層Ｓ１３Ｂの流量等をより正確に算出できるため、第１ベッド層における修正第１ベッド層Ｓ１３Ｂの平衡反応の計算精度をより高めることができる。
【0284】
炉内反応の計算装置２０は、第２ベッド層物量修正部２０８を備えることができる。即ち、炉内反応の計算装置２０は、第２ベッド層予備物量修正部２０７で物量が修正された予備修正第２ベッド層Ｓ２１Ａに含まれる第５物質Ｍ５の予備修正第１ベッド層Ｓ１３Ａへの移動量と、予備修正第１ベッド層Ｓ１３Ａに含まれる第６物質Ｍ６の予備修正第２ベッド層Ｓ２１Ａへの移動量とを考慮して、予備修正第２ベッド層Ｓ２１Ａの物量を修正し、修正第２ベッド層Ｓ２１Ｂを算出できる。このとき、第２ベッド層平衡反応計算部２１５－２は、第２ベッド層Ｓ２１として修正第２ベッド層Ｓ２１Ｂを用いる。
【0285】
炉内反応の計算装置２０は、第２ベッド層物量修正部２０８において、第２ベッド層Ｓ２１Ａに存在する第５物質Ｍ５の予備修正第１ベッド層Ｓ１３Ａへの移動量を除すると共に、予備修正第１ベッド層Ｓ１３Ａに存在する第６物質Ｍ６の第２ベッド層Ｓ２１Ａへの移動量を加えることができる。よって、炉内反応の計算装置２０は、第２ベッド層平衡反応計算部２１５－２において平衡反応の計算に用いられる予備修正第２ベッド層Ｓ２１Ａの流量等を的確に求めることができるため、第２ベッド層における修正第２ベッド層Ｓ２１Ｂの平衡反応の計算精度をより高めることができる。
【0286】
炉内反応の計算装置２０は、上記の第１ベッド層物量修正部２０６及び第２ベッド層物量修正部２０８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１ベッド層平衡反応計算部２１５－１において平衡反応の計算に用いられる修正第１ベッド層Ｓ１３Ｂの流量等をより正確に算出できると共に、第２ベッド層平衡反応計算部２１５－２において平衡反応の計算に用いられる修正第２ベッド層Ｓ２１Ｂの流量等を的確に求めることができる。よって、炉内反応の計算装置２０は、第１ベッド層Ｓ１１における修正第１ベッド層Ｓ１３Ｂの平衡反応及び第２ベッド層Ｓ２１における修正第２ベッド層Ｓ２１Ｂの平衡反応のそれぞれの計算精度をより高めることができる。
【0287】
炉内反応の計算装置２０は、ベッド層分配部２３３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、ロータリーキルン１の装入端１４Ａから供給された直後にベッド層Ｓ１を第１ベッド層Ｓ１１及び第２ベッド層Ｓ２１に分けることができる。炉内反応の計算装置２０は、装入端１４Ａを含む領域１から領域Ａに到達するまでの第１ベッド層Ｓ１１及び第２ベッド層Ｓ２１の質量を正確に算出できるため、領域Ａにおいて第１ベッド層Ｓ１１及び第２ベッド層Ｓ２１が平衡反応に使用される質量流量をより正確に算出できる。よって、炉内反応の計算装置２０は、第１ベッド層平衡反応計算及び第２ベッド層平衡反応計算をより正確に算出できる。
【0288】
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内のガス領域が複数の異なる反応挙動を示すことを考慮して、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。
【0289】
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１１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１１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。
【0290】
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１２に示す。図１２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）。
【0291】
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２０４、流入ガス分配部２０９、第１ガス領域平衡反応計算部２１４－１、第２ガス領域平衡反応計算部２１４－２、第１ベッド層平衡反応計算部２１５－１、第２ベッド層平衡反応計算部２１５－２等が予め用意される。
【0292】
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。
【0293】
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。
【0294】
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の各部に用いる値としては、ベッド層Ｓ１、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。
【0295】
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。
【0296】
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）
【0297】
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）。
【0298】
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）。
【0299】
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）。
【0300】
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。
【0301】
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。
【0302】
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）。
【0303】
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）。
【0304】
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６参照）。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。
【0305】
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ガス領域が２種類の異なる反応挙動を示すことを少なくとも考慮して反応炉内の反応を高精度に計算できると共に、計算にかかる負担を軽減できる。そのため、炉内反応の計算装置２０は、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低負荷で解析できる。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。
【0306】
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。
【0307】
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、揮発分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、揮発分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。
【0308】
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。
【0309】
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】
【0310】
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 燃焼用材料の分配部（分配部）
２０２ 第１気相の物量修正部
２０３ 第２気相の物量修正部
２０４ ガス混合量計算部
２０５ 第１ベッド層予備物量修正部
２０６ 第１ベッド層物量修正部
２０７ 第２ベッド層予備物量修正部
２０８ 第２ベッド層物量修正部
２０９ 流入ガス分配部
２１０－１ 第１ガス反応量計算部
２１０－２ 第２ガス反応量計算部
２１１－１ 第１物質反応量計算部
２１１－２ 第２物質反応量計算部
２１２－１ 第１ベッド層反応量計算部
２１２－２ 第２ベッド層反応量計算部
２１３－１ 第１流入ガス反応量計算部
２１３－２ 第２流入ガス反応量計算部
２１４－１ 第１ガス領域平衡反応計算部
２１４－２ 第２ガス領域平衡反応計算部
２１５－１ 第１ベッド層平衡反応計算部
２１５－２ 第２ベッド層平衡反応計算部
２１６－１ 第１混合気相計算部
２１６－２ 第２混合気相計算部
２１７－１ 第１混合物質計算部
２１７－２ 第２混合物質計算部
２１８－１ 第１混合ベッド層計算部
２１８－２ 第２混合ベッド層計算部
２１９－１ 第１混合流入ガス算出部
２１９－２ 第２混合流入ガス算出部
２２０ 第１混合物質物量修正部
２２１ 流入ガス合算部
２２２ ガス量合算部
２２３ 第２混合物質１次物量修正部
２２４ 第２混合物質２次物量修正部
Ｇ１ 気相
Ｇ１１ 第１気相
Ｇ１２ 添加分含有第１気相
Ｇ１２１ 第１拡散ガス
Ｇ１２２ 第２拡散ガス
Ｇ１３ 修正第１気相
Ｇ１４ 第１混合気相
Ｇ２１ 第２気相
Ｇ２２Ａ 修正第２気相
Ｇ２２Ｂ 調整第２気相
Ｇ２３ 第２混合気相
Ｇ２４ 第２合算気相
Ｇ２２１ 流入ガス
Ｇ２２１－１ 第１流入ガス
Ｇ２２１－２ 第２流入ガス
Ｇ２２２Ａ 第１混合流入ガス
Ｇ２２２Ｂ 第２混合流入ガス
Ｇ２２３ 混合流入ガス
Ｓ１ ベッド層
Ｓ１１ 第１ベッド層
Ｓ１２ 添加分含有第１ベッド層
Ｓ１３Ａ 予備修正第１ベッド層
Ｓ１３Ｂ 修正第１ベッド層
Ｓ１４ 第１混合ベッド層
Ｓ２１ 第２ベッド層
Ｓ２１Ａ 修正第２ベッド層
Ｓ２１Ｂ 修正第２ベッド層
Ｓ２２ 第２混合ベッド層
Ｍ１ 物質
Ｍ１１ 第１物質
Ｍ１２ 第１修正混合物質
Ｍ２１ 第２物質
Ｍ３ 第３物質
Ｍ４ 第４物質
Ｍ５ 第５物質
Ｍ６ 第６物質
Ｍ７ 第７物質
Ｍ８ 第８物質
Ｍ９ 第９物質
ＧＲ１ 第１ガス反応分
Ｇｒ１ 第１ガス未反応分
ＧＰ１ 第１ガス生成分
ＧＲ２ 第２ガス反応分
Ｇｒ２ 第２ガス未反応分
ＧＰ２ 第２ガス生成分
ＭＲ１１ 第１物質反応分
Ｍｒ１１ 第１物質未反応分
ＭＰ１１第１物質生成分
ＭＲ２１ 第２物質反応分
Ｍｒ２１ 第２物質未反応分
ＭＰ２１ 第２物質生成分
ＧＲ２２１ 第１流入ガス反応分
Ｇｒ２２１ 第１流入ガス未反応分
ＧＰ２２１ 第１流入ガス生成分
ＧＲ２２２ 第２流入ガス反応分
Ｇｒ２２２ 第２流入ガス未反応分
ＧＰ２２２ 第２流入ガス生成分
ＳＲ１ 第１ベッド層反応分
Ｓｒ１ 第１ベッド層未反応分
ＳＰ１ 第１ベッド層生成分
ＳＲ２ 第２ベッド層反応分
Ｓｒ２ 第２ベッド層未反応分
ＳＰ２ 第２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 燃焼用材料の分配部（分配部）
２０２ 第１気相の物量修正部
２０３ 第２気相の物量修正部
２０４ ガス混合量計算部
２０５ 第１ベッド層予備物量修正部
２０６ 第１ベッド層物量修正部
２０７ 第２ベッド層予備物量修正部
２０８ 第２ベッド層物量修正部
２０９ 流入ガス分配部
２１０－１ 第１ガス反応量計算部
２１０－２ 第２ガス反応量計算部
２１１－１ 第１物質反応量計算部
２１１－２ 第２物質反応量計算部
２１２－１ 第１ベッド層反応量計算部
２１２－２ 第２ベッド層反応量計算部
２１３－１ 第１流入ガス反応量計算部
２１３－２ 第２流入ガス反応量計算部
２１４－１ 第１ガス領域平衡反応計算部
２１４－２ 第２ガス領域平衡反応計算部
２１５－１ 第１ベッド層平衡反応計算部
２１５－２ 第２ベッド層平衡反応計算部
２１６－１ 第１混合気相計算部
２１６－２ 第２混合気相計算部
２１７－１ 第１混合物質計算部
２１７－２ 第２混合物質計算部
２１８－１ 第１混合ベッド層計算部
２１８－２ 第２混合ベッド層計算部
２１９－１ 第１混合流入ガス算出部
２１９－２ 第２混合流入ガス算出部
２２０ 第１混合物質物量修正部
２２１ 流入ガス合算部
２２２ ガス量合算部
２２３ 第２混合物質１次物量修正部
２２４ 第２混合物質２次物量修正部
Ｇ１ 気相
Ｇ１１ 第１気相
Ｇ１２ 添加分含有第１気相
Ｇ１２１ 第１拡散ガス
Ｇ１２２ 第２拡散ガス
Ｇ１３ 修正第１気相
Ｇ１４ 第１混合気相
Ｇ２１ 第２気相
Ｇ２２Ａ 修正第２気相
Ｇ２２Ｂ 調整第２気相
Ｇ２３ 第２混合気相
Ｇ２４ 第２合算気相
Ｇ２２１ 流入ガス
Ｇ２２１－１ 第１流入ガス
Ｇ２２１－２ 第２流入ガス
Ｇ２２２Ａ 第１混合流入ガス
Ｇ２２２Ｂ 第２混合流入ガス
Ｇ２２３ 混合流入ガス
Ｓ１ ベッド層
Ｓ１１ 第１ベッド層
Ｓ１２ 添加分含有第１ベッド層
Ｓ１３Ａ 予備修正第１ベッド層
Ｓ１３Ｂ 修正第１ベッド層
Ｓ１４ 第１混合ベッド層
Ｓ２１ 第２ベッド層
Ｓ２１Ａ 修正第２ベッド層
Ｓ２１Ｂ 修正第２ベッド層
Ｓ２２ 第２混合ベッド層
Ｍ１ 物質
Ｍ１１ 第１物質
Ｍ１２ 第１修正混合物質
Ｍ２１ 第２物質
Ｍ３ 第３物質
Ｍ４ 第４物質
Ｍ５ 第５物質
Ｍ６ 第６物質
Ｍ７ 第７物質
Ｍ８ 第８物質
Ｍ９ 第９物質
ＧＲ１ 第１ガス反応分
Ｇｒ１ 第１ガス未反応分
ＧＰ１ 第１ガス生成分
ＧＲ２ 第２ガス反応分
Ｇｒ２ 第２ガス未反応分
ＧＰ２ 第２ガス生成分
ＭＲ１１ 第１物質反応分
Ｍｒ１１ 第１物質未反応分
ＭＰ１１第１物質生成分
ＭＲ２１ 第２物質反応分
Ｍｒ２１ 第２物質未反応分
ＭＰ２１ 第２物質生成分
ＧＲ２２１ 第１流入ガス反応分
Ｇｒ２２１ 第１流入ガス未反応分
ＧＰ２２１ 第１流入ガス生成分
ＧＲ２２２ 第２流入ガス反応分
Ｇｒ２２２ 第２流入ガス未反応分
ＧＰ２２２ 第２流入ガス生成分
ＳＲ１ 第１ベッド層反応分
Ｓｒ１ 第１ベッド層未反応分
ＳＰ１ 第１ベッド層生成分
ＳＲ２ 第２ベッド層反応分
Ｓｒ２ 第２ベッド層未反応分
ＳＰ２ 第２ベッド層生成分
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】