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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】P2023004584
(43)【公開日】2023-01-17
(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 20060101AFI20230110BHJP
F27B 7/42 20060101ALI20230110BHJP
【ＦＩ】
C22B5/12
F27B7/42
【審査請求】未請求
【請求項の数】17
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021106383
(22)【出願日】2021-06-28
(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
(72)【発明者】
【氏名】内藤 大志
【テーマコード（参考）】
4K001
4K061
【Ｆターム（参考）】
4K001AA10
4K001AA19
4K001BA02
4K001CA16
4K001DA05
4K001GA07
4K001HA09
4K061AA08
4K061BA04
4K061DA01
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、反応炉内の燃焼ガスを含む第１気相のうち、炉内のガス領域から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、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と、ベッド層が分配された一方の第１ベッド層の平衡状態に寄与する第１ベッド層反応量を第１反応速度式を用いて計算して第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、第２ベッド層の平衡状態に寄与する第２ベッド層反応量を第２反応速度式を用いて計算して第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、第１ベッド層反応分の平衡反応を計算する第１ベッド層平衡反応計算部と、第２ベッド層反応分の平衡反応を計算する第２ベッド層平衡反応計算部と、第１気相の平衡反応を計算するガス領域平衡反応計算部を備える。
【選択図】図２
【解決手段】炉内反応の計算装置は、反応炉内の燃焼ガスを含む第１気相のうち、炉内のガス領域から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、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と、ベッド層が分配された一方の第１ベッド層の平衡状態に寄与する第１ベッド層反応量を第１反応速度式を用いて計算して第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、第２ベッド層の平衡状態に寄与する第２ベッド層反応量を第２反応速度式を用いて計算して第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、第１ベッド層反応分の平衡反応を計算する第１ベッド層平衡反応計算部と、第２ベッド層反応分の平衡反応を計算する第２ベッド層平衡反応計算部と、第１気相の平衡反応を計算するガス領域平衡反応計算部を備える。
【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第１気相のうち、前記反応炉内の前記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と、
前記ベッド層のうち、前記ベッド層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ベッド層反応量を第１反応速度式を用いて計算して、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、
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ベッド層反応量を前記第１反応速度式とは異なる第２反応速度式を用いて計算して、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１ベッド層反応分と前記第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、
前記第２ベッド層反応分と前記第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、
前記第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、
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第１気相のうち、前記反応炉内の前記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と、
前記ベッド層のうち、前記ベッド層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ベッド層反応量を第１反応速度式を用いて計算して、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、
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ベッド層反応量を前記第１反応速度式とは異なる第２反応速度式を用いて計算して、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１ベッド層反応分と前記第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、
前記第２ベッド層反応分と前記第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、
前記第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、
を備える炉内反応の計算装置。
【請求項2】
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未反応分を第１ベッド層未反応分とし、
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未反応分を第１流入ガス未反応分とし、
前記第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、
前記第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、
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未反応分を第１流入ガス未反応分とし、
前記第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、
前記第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、
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未反応分を第２ベッド層未反応分とし、
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未反応分を第２流入ガス未反応分とし、
前記第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、
前記第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、
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未反応分を第２流入ガス未反応分とし、
前記第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、
前記第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、
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物質の前記第２ベッド層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第１ベッド層物量修正部を備え、
前記第１ベッド層反応量計算部は、前記第１ベッド層として前記修正第１ベッド層を用いる請求項１～５の何れか一項に記載の炉内反応の計算装置。
前記第１ベッド層反応量計算部は、前記第１ベッド層として前記修正第１ベッド層を用いる請求項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】
前記第２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３物質の前記第１ベッド層への移動量を除して前記第２ベッド層の物量を修正し、修正第２ベッド層を算出する第２ベッド層物量修正部を備え、
前記第２ベッド層反応量計算部は、前記第２ベッド層として前記修正第２ベッド層を用いる請求項１～６の何れか一項に記載の炉内反応の計算装置。
前記第２ベッド層反応量計算部は、前記第２ベッド層として前記修正第２ベッド層を用いる請求項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、前記第１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１～７の何れか一項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１～７の何れか一項に記載の炉内反応の計算装置。
【請求項9】
前記ガス反応量計算部で生じる前記ガス反応分以外の未反応分をガス未反応分とし、
前記第１物質反応量計算部で生じる前記第１物質反応分以外の未反応分を第１物質未反応分とし、
前記ガス未反応分と、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８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物質反応分以外の未反応分を第１物質未反応分とし、
前記ガス未反応分と、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８に記載の炉内反応の計算装置。
【請求項10】
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４物質の前記ガス領域への移動量と前記第１混合物質計算部で生じた前記第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５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９に記載の炉内反応の計算装置。
【請求項11】
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４物質の前記ガス領域への移動量と、前記第１混合物質計算部で生じた前記第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５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９又は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１～１１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、前記ガス領域平衡反応計算部で前記第１気相と前記第１物質とが反応することで生じるガス生成分とを混合するガス量合算部を備える請求項１２に記載の炉内反応の計算装置。
【請求項14】
前記第１ベッド層を、前記第１ベッド層内に含まれる固体物質及び液体物質の前記反応速度起因条件に応じて予め２種類の前記分配ベッド層に分配するベッド層分配部を備える請求項１～１３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気相と前記第１物質との平衡反応を計算し、
前記第１ベッド層平衡反応計算部は、前記第１ベッド層と前記添加ベッド層とを含む第１合算分配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１～１４の何れか一項に記載の炉内反応の計算装置。
前記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気相と前記第１物質との平衡反応を計算し、
前記第１ベッド層平衡反応計算部は、前記第１ベッド層と前記添加ベッド層とを含む第１合算分配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１～１４の何れか一項に記載の炉内反応の計算装置。
【請求項16】
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１～１５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１～１５の何れか一項に記載の炉内反応の計算装置。
【請求項17】
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第１気相のうち、前記反応炉内の前記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工程と、
前記ベッド層のうち、前記ベッド層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ベッド層反応量を第１反応速度式を用いて計算して、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工程と、
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ベッド層反応量を前記第１反応速度式とは異なる第２反応速度式を用いて計算して、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工程と、
前記第１ベッド層反応分と前記第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工程と、
前記第２ベッド層反応分と前記第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工程と、
前記第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、
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第１気相のうち、前記反応炉内の前記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工程と、
前記ベッド層のうち、前記ベッド層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ベッド層反応量を第１反応速度式を用いて計算して、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工程と、
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ベッド層反応量を前記第１反応速度式とは異なる第２反応速度式を用いて計算して、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工程と、
前記第１ベッド層反応分と前記第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工程と、
前記第２ベッド層反応分と前記第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工程と、
前記第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、
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等がある。
【0005】
例えば、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、ベッド層を１種類の層として扱っており、ベッド層内の原料鉱石の反応速度の相違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原料鉱石は、通常、粒度分布を有し、密度、組成等が異なるため、原料鉱石の、粒径、密度、組成等の相違によって反応速度に差異が生じる。また、複数品種の原料鉱石が供給される場合、原料鉱石の種類によって、原料鉱石中の、気孔率、組成等が異なるため、反応速度に差異が生じる。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、供給する原料鉱石の粒径、密度、組成、種類等の物性の相違に起因して生じる反応速度の違いを考慮して、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、
前記反応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、前記反応炉内の前記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と、
前記ベッド層のうち、前記ベッド層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ベッド層反応量を第１反応速度式を用いて計算して、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、
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ベッド層反応量を前記第１反応速度式とは異なる第２反応速度式を用いて計算して、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１ベッド層反応分と前記第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、
前記第２ベッド層反応分と前記第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、
前記第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、
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第１気相のうち、前記反応炉内の前記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と、
前記ベッド層のうち、前記ベッド層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ベッド層反応量を第１反応速度式を用いて計算して、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、
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ベッド層反応量を前記第１反応速度式とは異なる第２反応速度式を用いて計算して、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１ベッド層反応分と前記第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、
前記第２ベッド層反応分と前記第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、
前記第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、
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第１気相のうち、前記反応炉内の前記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工程と、
前記ベッド層のうち、前記ベッド層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ベッド層反応量を第１反応速度式を用いて計算して、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工程と、
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ベッド層反応量を前記第１反応速度式とは異なる第２反応速度式を用いて計算して、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工程と、
前記第１ベッド層反応分と前記第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工程と、
前記第２ベッド層反応分と前記第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工程と、
前記第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、
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第１気相のうち、前記反応炉内の前記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工程と、
前記ベッド層のうち、前記ベッド層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ベッド層反応量を第１反応速度式を用いて計算して、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工程と、
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ベッド層反応量を前記第１反応速度式とは異なる第２反応速度式を用いて計算して、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工程と、
前記第１ベッド層反応分と前記第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工程と、
前記第２ベッド層反応分と前記第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工程と、
前記第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、
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9】炉内反応の計算装置のハードウェア構成図である。
【図10】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11】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（ベッド領域）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２１５で生じる気相である。
「第３混合気相Ｇ３'」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２１５で生じる気相である。
「第３混合気相Ｇ３'」とは、後述するガス量合算部２２２で生じる気相である。
【0037】
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２１４－１及び第２ベッド層平衡反応計算部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。
「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２１４－１及び第２ベッド層平衡反応計算部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。
【0038】
領域Ａ内に存在するベッド層は、第１ベッド層Ｓ１１、予備修正第１ベッド層Ｓ１１Ｂ、修正第１ベッド層Ｓ１１Ｃ、第１混合ベッド層Ｓ１２、第２ベッド層Ｓ２１、修正第２ベッド層Ｓ２１Ａ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分配され、反応速度が速い固体物質及び液体物質を含むベッド層をいう。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。
なお、反応速度起因条件とは、ベッド層内に含まれる固体物質、液体物質の性質等に応じて適宜設定される。固体物質の性質としては、固体物質の、粒子径、比重、種類、偏析等が挙げられる。液体物質の性質としては、液体物質の、比重、種類、偏析等が挙げられる。
「第１ベッド層Ｓ１１Ａ」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Ｓ１１Ｂ」とは、第１ベッド層Ｓ１１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４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１混合物質計算部で生じる第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５物質の第１ベッド層Ｓ１１への移動量を考慮して、第１ベッド層Ｓ１１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Ｓ１１Ｃ」とは、予備修正第１ベッド層Ｓ１１Ｂ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３物質の予備修正第１ベッド層Ｓ１１Ｂへの移動量を考慮して、予備修正第１ベッド層Ｓ１１Ｂ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Ｓ１２」とは、後述する第１混合ベッド層計算部２１８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、第１ベッド層Ｓ１１よりも反応速度が遅い固体物質及び液体物質を含むベッド層をいう。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ベッド層Ｓ２１Ａ」とは、予備修正第１ベッド層Ｓ１１Ｂ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３物質の予備修正第１ベッド層Ｓ１１Ｂへの移動量を考慮して、第２ベッド層Ｓ２１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２２０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分配され、反応速度が速い固体物質及び液体物質を含むベッド層をいう。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。
なお、反応速度起因条件とは、ベッド層内に含まれる固体物質、液体物質の性質等に応じて適宜設定される。固体物質の性質としては、固体物質の、粒子径、比重、種類、偏析等が挙げられる。液体物質の性質としては、液体物質の、比重、種類、偏析等が挙げられる。
「第１ベッド層Ｓ１１Ａ」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Ｓ１１Ｂ」とは、第１ベッド層Ｓ１１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４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１混合物質計算部で生じる第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５物質の第１ベッド層Ｓ１１への移動量を考慮して、第１ベッド層Ｓ１１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Ｓ１１Ｃ」とは、予備修正第１ベッド層Ｓ１１Ｂ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３物質の予備修正第１ベッド層Ｓ１１Ｂへの移動量を考慮して、予備修正第１ベッド層Ｓ１１Ｂ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Ｓ１２」とは、後述する第１混合ベッド層計算部２１８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、第１ベッド層Ｓ１１よりも反応速度が遅い固体物質及び液体物質を含むベッド層をいう。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ベッド層Ｓ２１Ａ」とは、予備修正第１ベッド層Ｓ１１Ｂ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３物質の予備修正第１ベッド層Ｓ１１Ｂへの移動量を考慮して、第２ベッド層Ｓ２１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２２０で生じるベッド層である。
【0039】
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Ｇ１１、第１流入ガスＧ１１１、第２流入ガスＧ１１２、第１混合流入ガスＧ１１１Ａ、第２混合流入ガスＧ１１２Ａ又は混合流入ガスＧ１２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Ｇ１１」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Ｇ１１１」は、ベッド層に流入した流入ガスＧ１１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Ｇ１１２」は、ベッド層に流入した流入ガスＧ１１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Ｇ１１１Ａ」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２１４－１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Ｇ１１２Ａ」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２１４－２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Ｇ１２」は、第１混合流入ガスＧ１１１Ａと第２混合流入ガスＧ１１２Ａとを合算したガスである。
「流入ガスＧ１１」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Ｇ１１１」は、ベッド層に流入した流入ガスＧ１１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Ｇ１１２」は、ベッド層に流入した流入ガスＧ１１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Ｇ１１１Ａ」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２１４－１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Ｇ１１２Ａ」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２１４－２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Ｇ１２」は、第１混合流入ガスＧ１１１Ａと第２混合流入ガスＧ１１２Ａとを合算したガスである。
【0040】
領域Ａに存在する物質は、第１物質Ｍ１、第２物質Ｍ２、第３物質Ｍ３、第４物質Ｍ４、第５物質Ｍ５、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、領域（Ａ＋１）のガス領域から領域Ａのガス領域に流入する物質であり、領域Ａの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」、「第３物質Ｍ３」及び「第４物質Ｍ４」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る。
「第５物質Ｍ５」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１混合物質Ｍ１１」は、後述する第１混合物質計算部２１６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２２３で生じる第１物質Ｍ１の混合物である。
「第１物質Ｍ１」は、領域（Ａ＋１）のガス領域から領域Ａのガス領域に流入する物質であり、領域Ａの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」、「第３物質Ｍ３」及び「第４物質Ｍ４」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る。
「第５物質Ｍ５」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１混合物質Ｍ１１」は、後述する第１混合物質計算部２１６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２２３で生じる第１物質Ｍ１の混合物である。
【0041】
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、第１流入ガス反応分ＧＲ１１１、第１流入ガス未反応分Ｇｒ１１１、第１流入ガス生成分ＧＰ１１１、第２流入ガス反応分ＧＲ１１２、第２流入ガス未反応分Ｇｒ１１２、第２流入ガス生成分ＧＰ１１２、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。
【0042】
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、ガス混合量計算部２０２、第１ベッド層予備物量修正部２０３、第１ベッド層物量修正部２０４、第２ベッド層物量修正部２０５、流入ガス分配部２０６、ガス反応量計算部２０７、第１物質反応量計算部２０８、第１ベッド層反応量計算部２０９、第１流入ガス反応量計算部２１０、第２ベッド層反応量計算部２１１、第２流入ガス反応量計算部２１２、ガス領域平衡反応計算部２１３、第１ベッド層平衡反応計算部２１４－１、第２ベッド層平衡反応計算部２１４－２、混合気相計算部２１５、第１混合物質計算部２１６、第１混合流入ガス算出部２１７、第１混合ベッド層計算部２１８、第２混合流入ガス算出部２１９、第２混合ベッド層計算部２２０、流入ガス合算部２２１、ガス量合算部２２２及び第１混合物質物量修正部２２３を備える。
【0043】
また、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２２４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２２４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２０３に供給し、ベッド層分配部２２４で生じる第２ベッド層Ｓ２１を第２ベッド層物量修正部２０５に供給する。
【0044】
ロータリーキルン１では、粒径、密度、組成、種類等の反応速度が異なる原料鉱石を同時に供給した場合、例えば、図３に示すように、ベッド層には、第１ベッド層Ｓ１１と第２ベッド層Ｓ２１とが縞状に偏析した縞状偏析が生じ易い。縞状偏析が生じた場合、ベッド層では、図４に示すように、ロータリーキルン１の長手方向に向かって第１ベッド層Ｓ１１と第２ベッド層Ｓ２１とが周期的に組成分布のムラが生じることから、縞ごとに反応形態が大きく異なることが考えられる。粒径、密度等が異なる原料鉱石のように、反応速度が異なる原料鉱石をロータリーキルン１内に供給した際、ロータリーキルン１内のベッド層を単一の濃度として扱うと、ベッド層内に反応速度が異なる原料鉱石に起因して生じる、原料鉱石内の組成分布を表現できない。そのため、炉内反応をシミュレーションして解析しても、実際に生じている炉内反応にフィッティングさせることは困難である。そこで、炉内の現象を考慮する際には、原料鉱石の反応速度の違いだけなく、偏析にて生じるベッド層内の組成分布も考慮する必要がある。
【0045】
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、第１ベッド層Ｓ１１と第２ベッド層Ｓ２１とに分けて、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内で原料鉱石の反応速度が異なることと原料鉱石内の組成分布（ムラ）を考慮する。そして、炉内反応の計算装置２０は、ベッド層のうち、反応速度が速い第１ベッド層Ｓ１１と、ベッド層内の反応速度が遅い第２ベッド層Ｓ２１とで、それぞれ独立に、異なる反応速度式を用いて、それぞれの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ベッド層Ｓ１１及び第１ベッド層Ｓ１２内に含まれる原料鉱石の反応速度の相違及び原料鉱石内の組成分布を考慮して、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。よって、炉内反応の計算装置２０は、ベッド層における炉内反応を高精度に解析できる。炉内反応の計算装置２０は、フィッティングをより高精度に行うことができるため、操業データの解析に有効に用いることができる。例えば、ロータリーキルン１内に生じる２つの異なる状態を同時に同一位置で計算できるため、従来方法では困難であった、相反する反応、例えば酸化性ガスによる酸化反応とベッド層内還元物質による還元反応がロータリーキルン１内の長手方向における同位置で起こるという状態も表現できる。よって、炉内反応の計算装置２０は、より実際の炉内の状態に近づけたフィッティングが可能となる。
【0046】
また、炉内反応の計算装置２０は、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内のガス領域における平衡反応を計算できる。
【0047】
よって、炉内反応の計算装置２０は、ロータリーキルン１内のベッド層が原料鉱石の粒径等に応じて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。
【0048】
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Ｓ１１及び第２ベッド層Ｓ２１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。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
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。
【0052】
図２に示すように、分配部２０１は、燃焼用材料２３０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２３０を、燃焼用材料２３０に含まれる気相とベッド層とに質量流量で分配する。
【0053】
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。
【0054】
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。
【0055】
第１ベッド層予備物量修正部２０３は、第１ベッド層Ｓ１１と添加ベッド層ＡＳ１１とを混合した第１ベッド層Ｓ１１Ａの物量を修正して予備修正第１ベッド層Ｓ１１Ｂを算出する。
【0056】
第１ベッド層Ｓ１１Ａの物量は、第１ベッド層Ｓ１１Ａ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４物質Ｍ４のガス領域に存在する第１混合物質Ｍ１１への移動量と、ガス領域に存在する第１混合物質Ｍ１１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の第１ベッド層Ｓ１１Ａへの移動量を考慮して修正される。
【0057】
第１ベッド層物量修正部２０４は、予備修正第１ベッド層Ｓ１１Ｂ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Ｍ２の第２ベッド層Ｓ２１への移動量を除して第１ベッド層Ｓ１１の物量を修正し、修正第１ベッド層Ｓ１１Ｃを算出する。
【0058】
本実施形態では、第１ベッド層物量修正部２０４は、第２物質Ｍ２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３物質Ｍ３の予備修正第１ベッド層Ｓ１１Ｂへの移動量を考慮して、第１ベッド層Ｓ１１の物量を修正する。これにより、修正第１ベッド層Ｓ１１Ｃが算出される。
【0059】
第２ベッド層物量修正部２０５は、第２ベッド層Ｓ２１に含まれる第３物質Ｍ３の予備修正第１ベッド層Ｓ１１Ｂへの移動量を除して第２ベッド層Ｓ２１の物量を修正し、修正第２ベッド層Ｓ２１Ａを算出する。
【0060】
本実施形態では、第２ベッド層物量修正部２０５は、予備修正第１ベッド層Ｓ１１Ｂに含まれる第２物質Ｍ２の第２ベッド層Ｓ２１への移動量と、第２ベッド層Ｓ２１に含まれる第３物質Ｍ３の予備修正第１ベッド層Ｓ１１Ｂへの移動量を考慮して、第１ベッド層Ｓ１１の物量を修正する。これにより、修正第１ベッド層Ｓ１１Ｃが算出される。
【0061】
流入ガス分配部２０６は、ガス混合量計算部２０２で算出された流入ガスＧ１１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Ｇ１１を、第１流入ガスＧ１１１と第２流入ガスＧ１１２とに質量流量で分配する機能を有する。
【0062】
ガス反応量計算部２０７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２０７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Ｍ１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２０７は、ガス反応量から、第２気相Ｇ２のうちの第１物質Ｍ１との平衡状態に寄与する反応分をガス反応分ＧＲ１として求める。
【0063】
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。
【0064】
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、一方の隣接する領域（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。
【0065】
ガス反応量計算部２０７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２０７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。
【0066】
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は流速が速く、領域Ａでの滞留時間が短いため、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２０７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、ガス反応分ＧＲ１以外のガス未反応分Ｇｒ１とに分割する。
【0067】
第１物質反応量計算部２０８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２０８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。そして、第１物質反応量計算部２０８は、第１物質反応量から、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物質反応分ＭＲ１を求める。
【0068】
第１物質反応量計算部２０８は、ガス反応量計算部２０７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２０８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。
【0069】
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は流速が速く、領域Ａでの滞留時間が短いため、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２０８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、第１物質反応分ＭＲ１以外の第１物質未反応分Ｍｒ１とに分割する。
【0070】
第１ベッド層反応量計算部２０９は、修正第１ベッド層Ｓ１１Ｃの第１流入ガスＧ１１１との平衡状態に寄与する第１ベッド層反応量を第１反応速度式を用いて計算する。即ち、第１ベッド層反応量計算部２０９は、領域Ａにおける修正第１ベッド層Ｓ１１Ｃの移動時間において、修正第１ベッド層Ｓ１１Ｃが第１流入ガスＧ１１１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。
【0071】
第１ベッド層反応量計算部２０９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Ｓ１１Ｃ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２０９は、第１ベッド層反応量から、修正第１ベッド層Ｓ１１Ｃのうちの、第１流入ガスＧ１１１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。
【0072】
即ち、第１ベッド層反応分ＳＲ１は、修正第１ベッド層Ｓ１１Ｃのうちの第１流入ガスＧ１１１との平衡反応に寄与する反応分である。
【0073】
第１ベッド層反応量計算部２０９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Ｓ１１Ｃ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２０９は、アレニウス型の反応速度式で修正第１ベッド層Ｓ１１Ｃの滞留時間により修正第１ベッド層Ｓ１１Ｃと第１流入ガスＧ１１１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Ｇ１１１との平衡反応に寄与する修正第１ベッド層Ｓ１１Ｃ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２０９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。
【0074】
ロータリーキルン１では、修正第１ベッド層Ｓ１１Ｃと第１流入ガスＧ１１１の流れが向流となっている。第１流入ガスＧ１１１は流速が速く、領域Ａでの滞留時間が短いため、修正第１ベッド層Ｓ１１Ｃと第１流入ガスＧ１１１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２０９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Ｓ１１Ｃの一部のみが第１流入ガスＧ１１１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、第１ベッド層反応分ＳＲ１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。
【0075】
第１流入ガス反応量計算部２１０は、第１流入ガスＧ１１１の、修正第１ベッド層Ｓ１１Ｃ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２１０は、領域Ａにおける、ベッド層に存在する第１流入ガスＧ１１１の滞留時間において、第１流入ガスＧ１１１が修正第１ベッド層Ｓ１１Ｃ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Ｇ１１１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２１０は、第１流入ガス反応量から、第１流入ガスＧ１１１のうちの、修正第１ベッド層Ｓ１１Ｃとの平衡反応に寄与する第１流入ガス反応分ＧＲ１１１を算出する。
【0076】
即ち、第１流入ガス反応分ＧＲ１１１は、第１流入ガスＧ１１１のうちの第１修正ベッド層Ｓ１１Ｂの平衡状態に寄与する第１流入ガスＧ１１１の反応分である。
【0077】
第１流入ガス反応量計算部２１０は、第１流入ガスＧ１１１が修正第１ベッド層Ｓ１１Ｃ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２０９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。
【0078】
そして、第１流入ガス反応量計算部２１０は、第１流入ガス反応量に相当する第１流入ガス反応分ＧＲ１１１と、残りの第１流入ガス反応分ＧＲ１１１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Ｇｒ１１１とに分割する。
【0079】
ロータリーキルン１では、上述の通り、第１流入ガスＧ１１１と修正第１ベッド層Ｓ１１Ｃとの流れが向流となっており、第１流入ガスＧ１１１は流速が速く、領域Ａでの滞留時間が短いため、第１流入ガスＧ１１１と修正第１ベッド層Ｓ１１Ｃ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２１０は、ロータリーキルン１内のある領域（領域Ａ）の第１流入ガスＧ１１１の一部のみが修正第１ベッド層Ｓ１１Ｃ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Ｇ１１１を、第１流入ガス反応分ＧＲ１１１と、それ以外の第１流入ガス未反応分Ｇｒ１１１とに分割する。
【0080】
第２ベッド層反応量計算部２１１は、修正第２ベッド層Ｓ２１Ａの第２流入ガスＧ１１２との平衡状態に寄与するベッド反応量を第２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２１１は、領域Ａにおける修正第２ベッド層Ｓ２１Ａの移動時間（即ち、修正第２ベッド層Ｓ２１Ａ内に存在する固体物質及び液体物質を含む各化合物の移動時間）において、修正第２ベッド層Ｓ２１Ａが第２流入ガスＧ１１２と平衡反応すると見込まれる第２ベッド層反応量を、第２反応速度式を用いて計算する。
【0081】
第２反応速度式は、第１ベッド層反応量計算部２０９で用いられる第１反応速度式とは異なる反応速度式が用いられる。
【0082】
第２ベッド層反応量計算部２１１は、第２反応速度式を用いて得られた第２ベッド層反応量から、修正第２ベッド層Ｓ２１Ａのうちの、第２流入ガスＧ１１２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。
【0083】
第２ベッド層反応量計算部２１１は、修正第２ベッド層Ｓ２１Ａと、第２流入ガスＧＲ１１２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２０９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２１１は、アレニウス型の反応速度式で修正第２ベッド層Ｓ２１Ａの滞留時間により修正第２ベッド層Ｓ２１Ａと第２流入ガスＧＲ１１２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ＧＲ１１２との反応に寄与する修正第２ベッド層Ｓ２１Ａの第２ベッド反応量を計算する。そして、第２ベッド層反応量計算部２１１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。
【0084】
第２ベッド層反応分ＳＲ２は、修正第２ベッド層Ｓ２Ａのうちの第２流入ガスＧ１１２との平衡反応に寄与する反応分である。
【0085】
ロータリーキルン１では、修正第２ベッド層Ｓ２１Ａと第２流入ガスＧ１１２の流れが、向流となっている。第２流入ガスＧ１１２は流速が速く、領域Ａでの滞留時間が短いため、修正第２ベッド層Ｓ２１Ａと第２流入ガスＧ１１２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２１１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の一部のみが第２流入ガスＧ１１２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、第２ベッド層反応分ＳＲ２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。
【0086】
第２流入ガス反応量計算部２１２は、第２流入ガスＧ１１２の、修正第２ベッド層Ｓ２１Ａ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２１２は、領域Ａにおける、ベッド層に存在する第２流入ガスＧ１１２の滞留時間において、第２流入ガスＧ１１２が修正第２ベッド層Ｓ２１Ａ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Ｇ１１２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２１２は、第２流入ガスＧ１１２のうちの第２修正ベッド層Ｓ２１Ａとの平衡反応に寄与する第２流入ガス反応分ＧＲ１１２を算出する。
【0087】
即ち、第２流入ガス反応分ＧＲ１１２は、第２流入ガスＧ１１２のうちの第２修正ベッド層Ｓ２１Ａの平衡状態に寄与する第２流入ガスＧ１１２の反応分である。
【0088】
第２流入ガス反応量計算部２１２は、第２流入ガスＧ１１２が修正第２ベッド層Ｓ２１Ａ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２１１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。
【0089】
第２流入ガス反応量計算部２１２は、第２流入ガス反応量に相当する第２流入ガス反応分ＧＲ１１２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Ｇｒ１１２とに分割する。
【0090】
ロータリーキルン１では、上述の通り、第２流入ガスＧ１１２と修正第２ベッド層Ｓ２１Ａとの流れが向流となっており、第２流入ガスＧ１１２は流速が速く、領域Ａでの滞留時間が短いため、第２流入ガスＧ１１２と修正第２ベッド層Ｓ２１Ａ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２１２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Ｓ２１Ａの一部のみが第２流入ガスＧ１１２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Ｇ１１２を、第２流入ガス反応分ＧＲ１１２と、それ以外の第２流入ガス未反応分ＧＲ１１２とに分割する。
【0091】
ガス領域平衡反応計算部２１３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２１３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Ｍ１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。
【0092】
ガス領域平衡反応計算部２１３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２１３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２１３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。
【0093】
ガス領域平衡反応計算部２１３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。
【0094】
また、ガス領域平衡反応計算部２１３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。
【0095】
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。
【0096】
第１ベッド層平衡反応計算部２１４－１は、領域Ａ内のベッド層を移動する修正第１ベッド層Ｓ１１Ｃと、修正第１ベッド層Ｓ１１Ｃに存在する第１流入ガスＧ１１１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２１４－１は、修正第１ベッド層Ｓ１１Ｃのうちの第１流入ガスＧ１１１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Ｇ１１１のうちの修正第１ベッド層Ｓ１１Ｃとの平衡状態に寄与する第１流入ガス反応分ＧＲ１１１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２１４－１は、第１ベッド層反応物ＳＲ１と第１流入ガス反応物ＧＲ１１１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。
【0097】
第１ベッド層平衡反応計算部２１４－１は、第１ベッド層反応分ＳＲ１と第１流入ガス反応分ＧＲ１１１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、修正第１ベッド層Ｓ１１Ｃ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２１４－１は、第１ベッド層反応分ＳＲ１と第１流入ガス反応分ＧＲ１１１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。
【0098】
第１ベッド層平衡反応計算部２１４－１は、第１ベッド層反応分ＳＲ１と第１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、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２１４－１は、第１ベッド層反応分ＳＲ１と第１流入ガス反応分ＧＲ１１１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ＧＲ１１１の未使用分とを、第１流入ガス生成分ＧＰ１１１として計算する。
【0099】
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ＧＲ１１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ＧＰ１１１は、第１ベッド層反応分ＳＲ１と第１流入ガス反応分ＧＲ１１１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ＧＲ１１１の未使用分とを合算したものである。
【0100】
第２ベッド層平衡反応計算部２１４－２は、領域Ａ内のベッド層を移動する修正第２ベッド層Ｓ２１Ａと、ベッド層に存在する第２流入ガスＧ１１２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２１４－２は、修正第２ベッド層Ｓ２１Ａのうちの第２流入ガスＧ１１２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Ｇ１１２のうちの修正第２ベッド層Ｓ２１Ａとの平衡状態に寄与する第２流入ガス反応分ＧＲ１１２を用いて、修正第２ベッド層Ｓ２１Ａ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流入ガス反応物ＧＲ１１２の組成、量等、第２ベッド層反応物ＳＲ２及び第２流入ガス反応物ＧＲ１１２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。
【0101】
第２ベッド層平衡反応計算部２１４－２は、第２ベッド層反応分ＳＲ２と第２流入ガス反応分ＧＲ１１２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２１４－２は、第１ベッド層平衡反応計算部２１４－１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２１４－２は、第２ベッド層反応分ＳＲ２と第２流入ガス反応分ＧＲ１１２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。
【0102】
第２ベッド層平衡反応計算部２１４－２は、第２ベッド層反応分ＳＲ２と第２流入ガス反応分ＧＲ１１２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２１４－２は、第２ベッド層反応分ＳＲ２と第２流入ガス反応分ＧＲ１１２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ＧＲ１１２の未使用分とを、第２流入ガス生成分ＧＰ１１２として計算する。
【0103】
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ＧＲ１１２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ＧＰ１１２は、第２ベッド層反応分ＳＲ２と第２流入ガス反応分ＧＲ１１２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ＧＲ１１２の未使用分とを合算したものである。
【0104】
混合気相計算部２１５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２０７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２１３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３気相Ｇ３の流量や組成データ等を計算する。
【0105】
第１混合物質計算部２１６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２０８で分割された第１物質未反応分Ｍｒ１と、ガス領域平衡反応計算部２１３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の流量や組成データ等を計算する。
【0106】
第１混合流入ガス算出部２１７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２１０で分割された第１流入ガス未反応分Ｇｒ１１１と、第１ベッド層平衡反応計算部２１４－１で生じた第１流入ガス生成分ＧＰ１１１とを混合した第１混合流入ガスＧ１１１Ａの流量や組成データ等を計算する。
【0107】
第１混合ベッド層計算部２１８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２０９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２１４－１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Ｓ１２の流量や組成データ等を計算する。
【0108】
第２混合流入ガス算出部２１９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２１２で分割された第２流入ガス未反応分Ｇｒ１１２と、第２ベッド層平衡反応計算部２１４－２で生じる第２流入ガス生成分ＧＰ１１２とを混合した第２混合流入ガスＧ１１２Ａの流量や組成データ等を計算する。
【0109】
第２混合ベッド層計算部２２０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２１１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２１４－２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。
【0110】
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２１７で生じた第１混合流入ガスＧ１１１Ａと、第２混合流入ガス算出部２１９で生じる第２混合流入ガスＧ１１２Ａとを合算し、混合流入ガスＧ１２を算出する。
【0111】
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、混合気相計算部２１５で生じた第３気相Ｇ３と、流入ガス合算部２２１で生じる混合流入ガスＧ１２とを合算し、第３混合気相Ｇ３'を算出する。
【0112】
第１混合物質物量修正部２２３は、第１混合物質計算部２１６で生じた第１混合物質Ｍ１１の第１ベッド層Ｓ１１への移動量を考慮して、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。
【0113】
第１混合物質Ｍ１１の物量は、第１ベッド層Ｓ１１Ａ内に含まれる第４物質Ｍ４のガス領域に存在する第１混合物質Ｍ１１への移動量と、第１混合物質Ｍ１１に含まれる第５物質Ｍ５の第１ベッド層Ｓ１１Ａへの移動量を考慮して修正される。
【0114】
なお、本実施形態では、第１ベッド層平衡反応計算部２１４－１及び第２ベッド層平衡反応計算部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。
【0115】
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、ベッド反応分は、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。
【0116】
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２０３、第１ベッド層物量修正部２０４及び第２ベッド層物量修正部２０５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２０３及び第１ベッド層物量修正部２０４を備えない場合、第１ベッド層反応量計算部２０９は、修正第１ベッド層Ｓ１１Ｃに代えて第１ベッド層Ｓ１１を用いる。また、炉内反応の計算装置２０が第２ベッド層物量修正部２０５を備えない場合、第２ベッド層反応量計算部２１１は、修正第２ベッド層Ｓ２１Ａに代えて第２ベッド層Ｓ２１を用いる。
【0117】
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を用いて計算してもよい。
【0118】
＜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２３０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２３０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。
【0119】
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）。
【0120】
ロータリーキルン１内に燃焼用材料２３０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２３０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）。
【0121】
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）。
【0122】
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、ガス領域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）。
【0123】
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、第１ベッド層Ｓ１１Ａ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）。
【0124】
次に、炉内反応の計算装置２０は、第１ベッド層Ｓ１１Ａと、第１ベッド層Ｓ１１Ａに含まれる第４物質Ｍ４のガス領域への移動量と、第１混合物質物量修正部２２３に含まれる第５物質Ｍ５の第１ベッド層Ｓ１１Ａへの移動量とを入力物質として与える。
【0125】
炉内反応の計算装置２０は、第１ベッド層予備物量修正部２０３を用いて、第１ベッド層Ｓ１１Ａに含まれる第４物質Ｍ４のガス領域への移動量を除すると共に、第１混合物質物量修正部２２３に含まれる第５物質Ｍ５の第１ベッド層Ｓ１１Ａへの移動量を加えて第１ベッド層Ｓ１１Ａの物量を修正し、予備修正第１ベッド層Ｓ１１Ｂを算出する（第１ベッド層予備物量修正工程：ステップＳ１６）。
【0126】
次に、炉内反応の計算装置２０は、予備修正第１ベッド層Ｓ１１Ｂと、予備修正第１ベッド層Ｓ１１Ｂに含まれる第４物質Ｍ４の第２ベッド層Ｓ２１への移動量と、第２ベッド層物量修正部２０５で除される、第２ベッド層Ｓ２１中の第５物質Ｍ５とを入力物質として与える。
【0127】
炉内反応の計算装置２０は、第１ベッド層物量修正部２０４を用いて、予備修正第１ベッド層Ｓ１１Ｂから予備修正第１ベッド層Ｓ１１Ｂに含まれる第２物質Ｍ２の移動量を除すると共に、第２ベッド層物量修正部２０５で除される、第２ベッド層Ｓ２１中の第３物質Ｍ３の移動量を予備修正第１ベッド層Ｓ１１Ｂ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Ｓ１１Ｂの物量を修正し、修正第１ベッド層Ｓ１１Ｃ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Ｓ１７）。
【0128】
次に、炉内反応の計算装置２０は、第２ベッド層Ｓ２１と、第１ベッド層物量修正部２０４で除される、予備修正第１ベッド層Ｓ１１Ｂ中の第２物質Ｍ２の移動量と、第２ベッド層物量修正部２０５で除される、第２ベッド層Ｓ２１中の第３物質Ｍ３とを入力物質として与える。
【0129】
炉内反応の計算装置２０は、第２ベッド層物量修正部２０５を用いて、第２ベッド層Ｓ２１から第２ベッド層Ｓ２１に含まれる第３物質Ｍ３の移動量を除すると共に、第１ベッド層物量修正部２０４で除される第２物質Ｍ２の移動量を第２ベッド層Ｓ２１に加える。これにより、炉内反応の計算装置２０は、第２ベッド層Ｓ２１の物量を修正し、修正第２ベッド層Ｓ２１Ａを算出する（第２ベッド層物量修正工程：ステップＳ１８）。
【0130】
次に、炉内反応の計算装置２０は、ガス領域平衡反応を行う（ガス領域平衡反応の実施工程：ステップＳ１９）。
【0131】
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Ｓ２０）。
【0132】
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Ｓ２１）。
【0133】
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Ｓ２０）で生じる第１混合流入ガスＧ１１１Ａに、第２ベッド層平衡反応の実施工程（ステップＳ２１）で生じる第２混合流入ガスＧ１１１Ｂを合算し、混合流入ガスＧ１２を得る（流入ガス合算工程：ステップＳ２２）。
【0134】
次に、炉内反応の計算装置２０は、ガス量合算部２２２を用いて、ガス領域平衡反応の実施工程（ステップＳ１９）で生じる第３気相Ｇ３に、第１混合流入ガスと第２混合流入ガスとの合算工程（ステップＳ２２）で生じる混合流入ガスＧ１２を合算し、第３合算気相Ｇ３'を得る（ガス量合算工程：ステップＳ２３）。
【0135】
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。
【0136】
次に、炉内反応の計算装置２０は、第１混合物質物量修正部２２３を用いて、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Ｍ１１に、第１ベッド層の予備物量の修正工程（ステップＳ１６）で生じる第４物質Ｍ４の移動量を除すると共に第１混合物質Ｍ１１から第１ベッド層Ｓ１１への第５物質Ｍ５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Ｓ２４）。
【0137】
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。
【0138】
次に、ガス領域平衡反応の実施工程（ステップＳ１９）について説明する。図６は、図５のガス領域平衡反応の実施工程（ステップＳ１９）の動作を示すフローチャートである。図６に示すように、ガス領域平衡反応の実施工程（ステップＳ１９）では、炉内反応の計算装置２０は、ガス反応量計算部２０７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Ｓ１９１）。
【0139】
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。
【0140】
そして、炉内反応の計算装置２０は、ガス反応量の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。
【0141】
次に、炉内反応の計算装置２０は、第１物質反応量計算部２０８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Ｓ１９２）。
【0142】
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。
【0143】
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。
【0144】
次に、炉内反応の計算装置２０は、ガス反応量の計算工程（ステップＳ１９１）で得られたガス反応分ＧＲ１と、第１物質反応量の計算工程（ステップＳ１９２）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２１３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（ガス領域平衡反応計算工程：ステップＳ１９３）。
【0145】
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。
【0146】
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気相と、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、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。
【0147】
次に、炉内反応の計算装置２０は、ガス反応量の計算工程（ステップＳ１９１）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Ｓ１９３）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２１５を用いて、ガス未反応分Ｇｒ１と第１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Ｓ１９４）。
【0148】
ガス反応量の計算工程（ステップＳ１９１）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Ｓ１９４）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２１３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。
【0149】
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Ｓ１９２）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Ｓ１９３）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２１６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Ｓ１９５）。
【0150】
次に、第１ベッド層平衡反応の実施工程（ステップＳ２０）について説明する。図７は、図５の第１ベッド層平衡反応の実施工程（ステップＳ２０）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１ベッド層平衡反応の実施工程（ステップＳ２０）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２０９を用いて、修正第１ベッド層Ｓ１１Ｃのうち、第１流入ガス反応分ＧＲ１１１との平衡状態に寄与する第１ベッド層反応量を第１反応速度式を用いて計算する（第１ベッド層反応量計算工程：ステップＳ２０１）。
【0151】
即ち、炉内反応の計算装置２０は、修正第１ベッド層Ｓ１１Ｃと第１流入ガスＧ１１１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Ｓ１１Ｃが第１流入ガスＧ１１１と反応して平衡状態に達する時の反応に寄与する第１ベッド層反応量を第１反応速度式を用いて計算する。
【0152】
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。
【0153】
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２１０を用いて、第１流入ガスＧ１１１のうち、修正第１ベッド層Ｓ１１Ｃ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Ｓ２０２）。
【0154】
即ち、炉内反応の計算装置２０は、第１流入ガスＧ１１１と修正第１ベッド層Ｓ１１Ｃ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Ｇ１１１が修正第１ベッド層Ｓ１１Ｃ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。
【0155】
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ＧＲ１１１と、残りの未反応量に相当する第１流入ガス未反応分Ｇｒ１１１とに分割する。
【0156】
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Ｓ２０１）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ＧＲ１１１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２１４－１を用いて、第１ベッド層反応分ＳＲ１と第１流入ガス反応分ＧＲ１１１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ＧＲ１１１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）。
【0157】
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ＧＲ１１１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ＧＲ１１１とが反応することで生じる気相と、第１流入ガス反応分ＧＲ１１１の未使用分を、第１流入ガス生成分ＧＰ１１１として計算する。
【0158】
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Ｓ２０１）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Ｓ２０３）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２１４－１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とを含む第１混合ベッド層Ｓ１２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Ｓ２０４）。
【0159】
第１ベッド層反応量の計算工程（ステップＳ２０１）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Ｓ２０４）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Ｓ２０３）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。
【0160】
炉内反応の計算装置２０は、第１混合ベッド層Ｓ１２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。
【0161】
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Ｓ２０２）で得られた第１流入ガス未反応分Ｇｒ１１１と、第１ベッド層平衡反応計算工程（ステップＳ２０３）で得られた第１流入ガス生成分ＧＰ１１１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２１７を用いて、第１流入ガス未反応分Ｇｒ１１１と第１流入ガス生成分ＧＰ１１１とを含む第１混合流入ガスＧ１１１Ａ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）。
【0162】
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８は、図３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８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Ｓ２１）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２１１を用いて、修正第２ベッド層Ｓ２１Ａのうち、第２流入ガス反応分ＧＲ１１２との平衡状態に寄与する第２ベッド層反応量を第２反応速度式を用いて計算する（第２ベッド層反応量計算工程：ステップＳ２１１）。
【0163】
即ち、炉内反応の計算装置２０は、修正第２ベッド層Ｓ２１Ａと第２流入ガスＧ１１２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Ｓ２１Ａが第２流入ガスＧ１１２と反応して平衡状態に達する時の反応に寄与する第２ベッド層反応量を第２反応速度式を用いて計算する。
【0164】
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。
【0165】
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２１２を用いて、第２流入ガスＧ１１２のうち、修正第２ベッド層Ｓ２１Ａ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Ｓ２１２）。
【0166】
即ち、炉内反応の計算装置２０は、第２流入ガスＧ１１２と修正第２ベッド層Ｓ２１Ａ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Ｇ１１２が修正第２ベッド層Ｓ２１Ａ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。
【0167】
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ＧＲ１１２と、残りの未反応量に相当する第２流入ガス未反応分Ｇｒ１１２とに分割する。
【0168】
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Ｓ２１１）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Ｓ２１２）で得られた第２流入ガス反応分ＧＲ１１２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２１４－２を用いて、第２ベッド層反応分ＳＲ２と第２流入ガス反応分ＧＲ１１２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ＧＲ１１２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Ｓ２１３）。
【0169】
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ＧＲ１１２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ＧＲ１１２とが反応することで生じる気相と、第２流入ガス反応分ＧＲ１１２の未使用分を、第２流入ガス生成分ＧＰ１１２として計算する。
【0170】
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Ｓ２１１）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Ｓ２１３）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２１４－２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Ｓ２１４）。
【0171】
第２ベッド層反応量の計算工程（ステップＳ２１１）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Ｓ２１４）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Ｓ２１３）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。
【0172】
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。
【0173】
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Ｓ２１２）で得られた第２流入ガス未反応分Ｇｒ１１２と、第２ベッド層平衡反応計算工程（ステップＳ２１３）で得られた第２流入ガス生成分ＧＰ１１２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を用いて、第２流入ガス未反応分Ｇｒ１１２と第２流入ガス生成分ＧＰ１１２とを含む第２混合流入ガスＧ１１２Ａ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Ｓ２１５）。
【0174】
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。
【0175】
例えば、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実施工程（ステップＳ１９）、第１ベッド層平衡反応の実施工程（ステップＳ２０）及び第２ベッド層平衡反応の実施工程（ステップＳ２１）の少なくとも１つ以上の工程を並行して行ってもよい。
【0176】
本実施形態に係る炉内反応の計算方法は、流入ガス合算工程（ステップＳ２２）と第１混合物質物量修正工程（ステップＳ２４）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Ｓ２２）を第１混合物質物量修正工程（ステップＳ２４）の後に行ってもよい。
【0177】
本実施形態に係る炉内反応の計算方法は、ガス量合算工程（ステップＳ２３）と第１混合物質物量修正工程（ステップＳ２４）とを並行して行ってもよいし、ガス量合算工程（ステップＳ２３）を第１混合物質物量修正工程（ステップＳ２４）の後に行ってもよい。
【0178】
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Ｓ１９１）と第１物質反応量計算工程（ステップＳ１９２）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Ｓ１９１）を第１物質反応量計算工程（ステップＳ１９２）の後に行ってもよい。
【0179】
本実施形態に係る炉内反応の計算方法は、混合気相計算工程（ステップＳ１９４）と第１混合物質計算工程（ステップＳ１９５）とを並行して行ってもよいし、混合気相計算工程（ステップＳ１９４）を第１混合物質計算工程（ステップＳ１９５）の後に行ってもよい。
【0180】
本実施形態に係る炉内反応の計算方法は、第１ベッド層反応量計算工程（ステップＳ２０１）と第１流入ガス反応量計算工程（ステップＳ２０２）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Ｓ２０１）を第１流入ガス反応量計算工程（ステップＳ２０２）の後に行ってもよい。
【0181】
本実施形態に係る炉内反応の計算方法は、第１混合ベッド層計算工程（ステップＳ２０４）と第１混合流入ガス算出工程（ステップＳ２０５）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Ｓ２０４）を第１混合流入ガス算出工程（ステップＳ２０５）の後に行ってもよい。
【0182】
本実施形態に係る炉内反応の計算方法は、第２ベッド層反応量計算工程（ステップＳ２１１）と第２流入ガス反応量計算工程（ステップＳ２１２）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Ｓ２１１）を第２流入ガス反応量計算工程（ステップＳ２１２）の後に行ってもよい。
【0183】
本実施形態に係る炉内反応の計算方法は、第２混合ベッド層計算工程（ステップＳ２１４）と第２混合流入ガス算出工程（ステップＳ２１５）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Ｓ２１４）を第２混合流入ガス算出工程（ステップＳ２１５）の後に行ってもよい。
【0184】
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。
【0185】
＜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９は、炉内反応の計算装置のハードウェア構成図である。図９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９は、炉内反応の計算装置のハードウェア構成図である。図９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。
【0186】
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。
【0187】
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。
【0188】
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。
【0189】
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。
【0190】
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。
【0191】
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。
【0192】
図９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。
【0193】
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、
前記反応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、前記反応炉内の前記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工程と、
前記ベッド層のうち、前記ベッド層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ベッド層反応量を第１反応速度式を用いて計算して、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工程と、
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ベッド層反応量を前記第１反応速度式とは異なる第２反応速度式を用いて計算して、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工程と、
前記第１ベッド層反応分と前記第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工程と、
前記第２ベッド層反応分と前記第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工程と、
前記第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、
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、
前記反応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、前記反応炉内の前記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工程と、
前記ベッド層のうち、前記ベッド層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ベッド層反応量を第１反応速度式を用いて計算して、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工程と、
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ベッド層反応量を前記第１反応速度式とは異なる第２反応速度式を用いて計算して、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工程と、
前記第１ベッド層反応分と前記第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工程と、
前記第２ベッド層反応分と前記第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工程と、
前記第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、
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。
【0194】
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。
【0195】
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、流入ガス分配部２０６、第１ベッド層反応量計算部２０９、第２ベッド層反応量計算部２１１、ガス領域平衡反応計算部２１３、第１ベッド層平衡反応計算部２１４－１、第２ベッド層平衡反応計算部２１４－２を備える。炉内反応の計算装置２０は、第１ベッド層反応量計算部２０９において、第１反応速度式を用いて修正第１ベッド層Ｓ１１Ｃ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２ベッド層反応量計算部２１１において、第２反応速度式を用いて修正第２ベッド層Ｓ２１Ａから平衡反応に寄与する第２ベッド層反応分ＳＲ２を求める。また、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Ｇ１１の流量を計算し、流入ガス分配部２０６において、流入ガスＧ１１を第１流入ガスＧ１１１と第２流入ガスＧ１１２トに分配する。炉内反応の計算装置２０は、第１ベッド層平衡反応計算部２１４－１において第１ベッド層反応分Ｓ１１Ｂと第１流入ガスＧ１１１との平衡反応を計算すると共に、第２ベッド層平衡反応計算部２１４－２において第２ベッド層反応分ＳＲ２と第２流入ガス反応分ＧＲ１１２との平衡反応を計算する。
【0196】
修正第１ベッド層Ｓ１１Ｃは、ベッド層Ｓ１１内でも、反応速度が速い部分であり、修正第２ベッド層Ｓ２１Ａは、ベッド層Ｓ１１内でも、反応速度が遅い部分である。炉内反応の計算装置２０は、修正第１ベッド層Ｓ１１Ｃのような、ベッド層Ｓ１１内の反応速度が速い部分には第１反応速度式を用いて第１ベッド層反応分ＳＲ１を計算し、修正第２ベッド層Ｓ２１Ａのような、ベッド層Ｓ１１内の反応速度が遅い部分には、第２反応速度式を用いて第２ベッド層反応分ＳＲ２を計算する。
【0197】
よって、炉内反応の計算装置２０は、反応炉内のベッド層を修正第１ベッド層Ｓ１１Ｃと修正第２ベッド層Ｓ２１Ａとの２系列に分けて、これらと流入ガスＧ１１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。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内のベッド層内に反応速度が異なる２種類のベッド層の反応挙動を考慮することで、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。
【0198】
これにより、炉内反応の計算装置２０は、ベッド層内の反応速度が異なる部分と、ベッド層内に存在する原料鉱石内の組成分布を考慮して、ベッド層内で生じる平衡反応を計算できるため、より実際の炉内の状態に近づけたフィッティングを行うことができる。
【0199】
また、炉内反応の計算装置２０は、ガス領域平衡反応計算部２１３においてガス反応分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とで、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、ガス領域中に存在する第２気相Ｇ２と第１物質Ｍ１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内のガス領域における第２気相Ｇ２の第１物質Ｍ１との平衡反応を考慮して、ガス領域において生じる平衡反応を高精度に計算できる。
【0200】
よって、炉内反応の計算装置２０は、ロータリーキルン１内のベッド層及びガス領域で生じる反応を高精度に計算できる。
【0201】
炉内反応の計算装置２０は、第１流入ガス反応量計算部２１０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流入ガス反応量計算部２１０において第１流入ガスＧ１１１から平衡反応に寄与する第１流入ガス反応分ＧＲ１１１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２１４－１において、必要な第１流入ガス反応分ＧＲ１１１を用いて、修正第１ベッド層Ｓ１１Ｃとの平衡反応計算を確実に行うことができる。
【0202】
炉内反応の計算装置２０は、第１混合流入ガス算出部２１７及び第１混合ベッド層計算部２１８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混合流入ガス算出部２１７では、第１流入ガス未反応分Ｇｒ１１１と第１流入ガス生成分ＧＰ１１１とを混合した第１混合流入ガスＧ１１１Ａ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混合ベッド層計算部２１８では、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Ｓ１２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流入ガスＧ１１１の移動量を正確に計算できると共に、第１混合ベッド層Ｓ１２の排出端１４Ｂへの移動量を正確に計算できる。
【0203】
炉内反応の計算装置２０は、第２流入ガス反応量計算部２１２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流入ガス反応量計算部２１２において第２流入ガスＧ１１２から平衡反応に寄与する第２流入ガス反応分ＧＲ１１２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２１４－２において、必要な第２流入ガス反応分ＧＲ１１２を用いて、修正第２ベッド層Ｓ２１Ａとの平衡反応計算を確実に行うことができる。
【0204】
炉内反応の計算装置２０は、第２混合流入ガス算出部２１９及び第２混合ベッド層計算部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、第２混合流入ガス算出部２１９では、第２流入ガス未反応分Ｇｒ１１２と第２流入ガス生成分ＧＰ１１２とを混合した第２混合流入ガスＧ１１２Ａ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混合ベッド層計算部２２０では、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。これにより、炉内反応の計算装置２０は、第２流入ガスＧ１１２の移動量を正確に計算できると共に、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。
【0205】
炉内反応の計算装置２０は、第１ベッド層物量修正部２０４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、予備修正第１ベッド層Ｓ１１Ｂに存在する第２物質Ｍ２の第２ベッド層Ｓ２１への移動量を除すると共に、第２ベッドＳ２１層に存在する第３物質Ｍ３の予備修正第１ベッド層Ｓ１１Ｂ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２１４－１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Ｓ１１Ｃの流量等をより正確に算出できるため、第１ベッド層Ｓ１１における修正第１ベッド層Ｓ１１Ｃの平衡反応の計算精度をより高めることができる。
【0206】
炉内反応の計算装置２０は、第２ベッド層物量修正部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２ベッド層Ｓ２１に存在する第３物質Ｍ３の修正第１ベッド層Ｓ１１Ｃへの移動量を除すると共に、予備修正第１ベッド層Ｓ１１Ｂに存在する第２物質Ｍ２の第２ベッド層Ｓ２１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２１４－２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Ｓ２１における修正第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。
【0207】
炉内反応の計算装置２０は、ガス反応量計算部２０７及び第１物質反応量計算部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、ガス反応量計算部２０７において、第１気相Ｇ１を含む第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２０８において、ガス領域に存在する第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、ガス領域に存在する第１物質Ｍ１のうちの、ガス領域平衡反応計算部２１３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。
【0208】
炉内反応の計算装置２０は、混合気相計算部２１５及び第１混合物質計算部２１６を備えることができる。炉内反応の計算装置２０は、混合気相計算部２１５では、ガス未反応分Ｇｒ１とガス生成分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。炉内反応の計算装置２０は、第１混合物質計算部２１６では、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Ｇ１と第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。
【0209】
炉内反応の計算装置２０は、第１混合物質物量修正部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、ガス領域に存在する第１混合物質Ｍ１１に含まれる第５物質Ｍ５を第１ベッド層Ｓ１１Ａに含めることができると共に、第１ベッド層Ｓ１１Ａに存在する第４物質Ｍ４をガス領域中に存在する第１混合物質Ｍ１１に含めることができる。よって、炉内反応の計算装置２０は、第１混合物質Ｍ１１に含まれる第５物質Ｍ５のベッド層への移動量と、第１ベッド層Ｓ１１Ａに含まれる第４物質Ｍ４の第１混合物質Ｍ１１への移動量を考慮できるため、領域Ａ内に存在する第１混合物質Ｍ１１の領域（Ａ－１）への移動量を正確に算出できる。
【0210】
炉内反応の計算装置２０は、第１ベッド層予備物量修正部２０３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に含まれる第５物質Ｍ５を第１ベッド層Ｓ１１Ａに含めることができると共に、第１ベッド層Ｓ１１Ａに存在する第４物質Ｍ４をガス領域中に存在する第１混合物質Ｍ１１に含めることができる。そのため、炉内反応の計算装置２０は、第１混合物質Ｍ１１に含まれる第５物質Ｍ５のベッド層への移動量と、第１ベッド層Ｓ１１Ａに含まれる第４物質Ｍ４の第１混合物質Ｍ１１への移動量を考慮できるため、領域Ａ内に存在する第１ベッド層Ｓ１１Ａの平衡反応に使用される量を正確に算出できる。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部２１４－１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ため、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。
【0211】
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Ｇ１１１Ａと第２混合流入ガスＧ１１２Ａとを合算した混合流入ガスＧ１２を計算できる。そのため、炉内反応の計算装置２０は、ベッド層に存在するガス成分を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、ベッド層に存在するガス成分をガス領域に移動して領域（Ａ－１）に移動させることができる。
【0212】
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、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。
【0213】
炉内反応の計算装置２０は、ベッド層分配部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、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。
【0214】
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ＡＳ１１と添加ベッド層ＡＧ１１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Ｇ２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。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ＧＲ１１を求めると共に修正第１ベッド層Ｓ１１Ｃから第１ベッド層反応分ＳＲ１１を求めることで、第１ベッド層平衡反応計算部２１４－１において、第１流入ガスＧ１１１と修正第１ベッド層Ｓ１１Ｃ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。
【0215】
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内のベッド層が複数種類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。
【0216】
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１０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６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。
【0217】
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１１に示す。図１１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）。
【0218】
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、流入ガス分配部２０６、ガス領域平衡反応計算部２１３、第１ベッド層平衡反応計算部２１４－１、第２ベッド層平衡反応計算部２１４－２等が予め用意される。
【0219】
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。
【0220】
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。
【0221】
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。
【0222】
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。
【0223】
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）。
【0224】
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）。
【0225】
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Ｓ２４）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）。
【0226】
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）。
【0227】
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。
【0228】
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。
【0229】
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）。
【0230】
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）。
【0231】
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。
【0232】
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が２種類の異なる反応挙動を示すことを考慮して反応炉内の反応を高精度に計算できるため、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。
【0233】
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。
【0234】
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。
【0235】
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。
【0236】
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】
【0237】
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 ガス混合量計算部
２０３ 第１ベッド層予備物量修正部
２０４ 第１ベッド層物量修正部
２０５ 第２ベッド層物量修正部
２０６ 流入ガス分配部
２０７ ガス反応量計算部
２０８ 第１物質反応量計算部
２０９ 第１ベッド層反応量計算部
２１０ 第１流入ガス反応量計算部
２１１ 第２ベッド層反応量計算部
２１２ 第２流入ガス反応量計算部
２１３ ガス領域平衡反応計算部
２１４－１ 第１ベッド層平衡反応計算部
２１４－２ 第２ベッド層平衡反応計算部
２１５ 混合気相計算部
２１６ 第１混合物質計算部
２１７ 第１混合流入ガス算出部
２１８ 第１混合ベッド層計算部
２１９ 第２混合流入ガス算出部
２２０ 第２混合ベッド層計算部
２２１ 流入ガス合算部
２２２ ガス量合算部
２２３ 第１混合物質物量修正部
２２４ ベッド層分配部
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
Ｇ１１１ 第１流入ガス
Ｇ１１２ 第２流入ガス
Ｇ１１１Ａ 第１混合流入ガス
Ｇ１１２Ａ 第２混合流入ガス
Ｇ１２ 混合流入ガス
Ｓ１ ベッド層
Ｓ１１、Ｓ１１Ａ 第１ベッド層
Ｓ１１Ｂ 予備修正第１ベッド層
Ｓ１１Ｃ 修正第１ベッド層
Ｓ１２ 第１混合ベッド層
Ｓ２１ 第２ベッド層
Ｓ２１Ａ 修正第２ベッド層
Ｓ２２ 第２混合ベッド層
Ｍ１ 第１物質
Ｍ２ 第２物質
Ｍ３ 第３物質
Ｍ４ 第４物質
Ｍ５ 第５物質
Ｍ１１ 第１混合物質
Ｍ１２ 第１修正混合物質
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
ＧＲ１１１ 第１流入ガス反応分
Ｇｒ１１１ 第１流入ガス未反応分
ＧＰ１１１ 第１流入ガス生成分
ＧＲ１１２ 第２流入ガス反応分
Ｇｒ１１２ 第２流入ガス未反応分
ＧＰ１１２ 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 ガス混合量計算部
２０３ 第１ベッド層予備物量修正部
２０４ 第１ベッド層物量修正部
２０５ 第２ベッド層物量修正部
２０６ 流入ガス分配部
２０７ ガス反応量計算部
２０８ 第１物質反応量計算部
２０９ 第１ベッド層反応量計算部
２１０ 第１流入ガス反応量計算部
２１１ 第２ベッド層反応量計算部
２１２ 第２流入ガス反応量計算部
２１３ ガス領域平衡反応計算部
２１４－１ 第１ベッド層平衡反応計算部
２１４－２ 第２ベッド層平衡反応計算部
２１５ 混合気相計算部
２１６ 第１混合物質計算部
２１７ 第１混合流入ガス算出部
２１８ 第１混合ベッド層計算部
２１９ 第２混合流入ガス算出部
２２０ 第２混合ベッド層計算部
２２１ 流入ガス合算部
２２２ ガス量合算部
２２３ 第１混合物質物量修正部
２２４ ベッド層分配部
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
Ｇ１１１ 第１流入ガス
Ｇ１１２ 第２流入ガス
Ｇ１１１Ａ 第１混合流入ガス
Ｇ１１２Ａ 第２混合流入ガス
Ｇ１２ 混合流入ガス
Ｓ１ ベッド層
Ｓ１１、Ｓ１１Ａ 第１ベッド層
Ｓ１１Ｂ 予備修正第１ベッド層
Ｓ１１Ｃ 修正第１ベッド層
Ｓ１２ 第１混合ベッド層
Ｓ２１ 第２ベッド層
Ｓ２１Ａ 修正第２ベッド層
Ｓ２２ 第２混合ベッド層
Ｍ１ 第１物質
Ｍ２ 第２物質
Ｍ３ 第３物質
Ｍ４ 第４物質
Ｍ５ 第５物質
Ｍ１１ 第１混合物質
Ｍ１２ 第１修正混合物質
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
ＧＲ１１１ 第１流入ガス反応分
Ｇｒ１１１ 第１流入ガス未反応分
ＧＰ１１１ 第１流入ガス生成分
ＧＲ１１２ 第２流入ガス反応分
Ｇｒ１１２ 第２流入ガス未反応分
ＧＰ１１２ 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】