特開 2024-29278 焼結鉱の製造方法及び焼結機

(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】P2024029278

(43)【公開日】2024-03-06

(54)【発明の名称】焼結鉱の製造方法及び焼結機

(51)【国際特許分類】

   C22B 1/16 20060101AFI20240228BHJP

【ＦＩ】

C22B1/16 R

【審査請求】未請求

【請求項の数】20

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022131451

(22)【出願日】2022-08-22

(71)【出願人】

【識別番号】000001258

【氏名又は名称】ＪＦＥスチール株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100184859

【弁理士】

【氏名又は名称】磯村 哲朗

(74)【代理人】

【識別番号】100123386

【弁理士】

【氏名又は名称】熊坂 晃

(74)【代理人】

【識別番号】100196667

【弁理士】

【氏名又は名称】坂井 哲也

(74)【代理人】

【識別番号】100130834

【弁理士】

【氏名又は名称】森 和弘

(72)【発明者】

【氏名】岩瀬 一洋

(72)【発明者】

【氏名】樋口 隆英

【テーマコード（参考）】

4K001

【Ｆターム（参考）】

4K001AA10

4K001BA02

4K001CA40

4K001GA10

(57)【要約】

【課題】 焼結鉱を製造する際に、装入層内における炭材の燃焼と焼結原料の溶融の進行状況とを精度良く測定し、炭材の燃焼及び焼結原料の溶融の進行状況を必要に応じて適正化する。
【解決手段】 本発明に係る焼結鉱の製造方法は、循環移動するパレット２６に焼結原料を装入して装入層を形成させ、点火炉２０を用いて前記装入層の上表層を点火し、前記装入層の下方から空気を吸引して前記焼結原料に含まれる炭材を燃焼させて焼結ケーキとし、その後、前記焼結ケーキを排鉱部から排出して焼結鉱を製造する焼結鉱の製造方法であって、点火後の装入層の収縮量または収縮速度を測定し、前記装入層の収縮量または収縮速度が所定の範囲内になるように、前記装入層の初期充填密度を調整する。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

循環移動するパレットに焼結原料を装入して装入層を形成させ、点火炉を用いて前記装入層の上表層を点火し、前記装入層の下方から空気を吸引して前記焼結原料に含まれる炭材を燃焼させて焼結ケーキとし、その後、前記焼結ケーキを排鉱部から排出して焼結鉱を製造する焼結鉱の製造方法であって、
点火後の装入層の収縮量を測定し、前記装入層の収縮量が所定の範囲内になるように、前記装入層の初期充填密度を調整することを特徴とする、焼結鉱の製造方法。

【請求項2】

循環移動するパレットに焼結原料を装入して装入層を形成させ、点火炉を用いて前記装入層の上表層を点火し、前記装入層の下方から空気を吸引して前記焼結原料に含まれる炭材を燃焼させて焼結ケーキとし、その後、前記焼結ケーキを排鉱部から排出して焼結鉱を製造する焼結鉱の製造方法であって、
点火後の装入層の収縮速度を測定し、前記装入層の収縮速度が所定の範囲内になるように、前記装入層の初期充填密度を調整することを特徴とする、焼結鉱の製造方法。

【請求項3】

前記測定を、パレットの幅方向において２つ以上の場所で測定し、前記装入層の初期充填密度をパレットの幅方向で調整することを特徴とする、請求項１に記載の焼結鉱の製造方法。

【請求項4】

前記測定を、パレットの幅方向において２つ以上の場所で測定し、前記装入層の初期充填密度をパレットの幅方向で調整することを特徴とする、請求項２に記載の焼結鉱の製造方法。

【請求項5】

前記測定を、パレットの移動方向において２つ以上の場所で測定することを特徴とする、請求項１に記載の焼結鉱の製造方法。

【請求項6】

前記測定を、パレットの移動方向において２つ以上の場所で測定することを特徴とする、請求項２に記載の焼結鉱の製造方法。

【請求項7】

前記測定を、パレットの移動方向において２つ以上の場所で測定することを特徴とする、請求項３に記載の焼結鉱の製造方法。

【請求項8】

前記測定を、パレットの移動方向において２つ以上の場所で測定することを特徴とする、請求項４に記載の焼結鉱の製造方法。

【請求項9】

前記測定は、前記装入層の上面の高さ位置を測定することを特徴とする、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の焼結鉱の製造方法。

【請求項10】

前記測定は、前記装入層に接触せずに測定することを特徴とする、請求項９に記載の焼結鉱の製造方法。

【請求項11】

循環移動するパレットと、前記パレットに焼結原料を装入して装入層を形成する給鉱部と、前記装入層の表層の炭材に点火する点火炉と、前記パレットの下方に設置された、前記装入層の下方から空気を吸引する風箱とを有し、前記焼結原料に含まれる炭材の燃焼熱によって焼結原料を焼結する焼結機であって、
点火後の前記装入層の収縮量を測定する位置測定装置を有し、前記装入層の収縮量が所定の範囲内になるように、前記装入層の初期充填密度を調整する機能を有することを特徴とする焼結機。

【請求項12】

循環移動するパレットと、前記パレットに焼結原料を装入して装入層を形成する給鉱部と、前記装入層の表層の炭材に点火する点火炉と、前記パレットの下方に設置された、前記装入層の下方から空気を吸引する風箱とを有し、前記焼結原料に含まれる炭材の燃焼熱によって焼結原料を焼結する焼結機であって、
点火後の前記装入層の収縮速度を測定する位置測定装置を有し、前記装入層の収縮速度が所定の範囲内になるように、前記装入層の初期充填密度を調整する機能を有することを特徴とする焼結機。

【請求項13】

前記位置測定装置は、パレットの幅方向において２つ以上の場所を測定し、前記装入層の初期充填密度をパレットの幅方向で調整する機能を有することを特徴とする、請求項１１に記載の焼結機。

【請求項14】

前記位置測定装置は、パレットの幅方向において２つ以上の場所を測定し、前記装入層の初期充填密度をパレットの幅方向で調整する機能を有することを特徴とする、請求項１２に記載の焼結機。

【請求項15】

前記位置測定装置は、パレットの移動方向において２つ以上の場所を測定することを特徴とする、請求項１１に記載の焼結機。

【請求項16】

前記位置測定装置は、パレットの移動方向において２つ以上の場所を測定することを特徴とする、請求項１２に記載の焼結機。

【請求項17】

前記位置測定装置は、パレットの移動方向において２つ以上の場所を測定することを特徴とする、請求項１３に記載の焼結機。

【請求項18】

前記位置測定装置は、パレットの移動方向において２つ以上の場所を測定することを特徴とする、請求項１４に記載の焼結機。

【請求項19】

前記位置測定装置は、前記装入層の上面の高さ位置を測定することを特徴とする、請求項１１から請求項１８のいずれか１項に記載の焼結機。

【請求項20】

前記位置測定装置は、前記装入層に接触せずに測定することを特徴とする、請求項１９に記載の焼結機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、高炉用原料である焼結鉱の製造方法、及び、焼結鉱を製造する焼結機に関する。

【背景技術】

【0002】

高炉用原料である焼結鉱は、一般に、鉄鉱石粉、製鉄所内回収粉、焼結鉱篩下粉などの鉄含有原料と、石灰石及びドロマイトなどの含ＣａＯ原料と、粉コークスや無煙炭などの炭材（固体燃料）とを焼結原料として、無端移動型焼結機であるドワイトロイド焼結機（以下、「焼結機」と記載する）を用いて製造される。

【0003】

焼結原料は、焼結機の無端移動式のパレットに装入され、装入層が形成される。装入層の厚み（高さ）は４００～８００ｍｍ前後である。その後、装入層の上方に設置された点火炉により、この装入層中の炭材に点火される。パレットの下に配設されている風箱を介して空気を下方に吸引することにより、装入層中の炭材を順次燃焼させる。この燃焼は、パレットの移動につれて次第に下層に且つ前方に進行する。このときに発生する燃焼熱によって、焼結原料が燃焼、溶融し、焼結ケーキが生成される。その後、得られた焼結ケーキは、排鉱部において破砕され、クーラーで冷却され、整粒されて成品焼結鉱となる。

【0004】

上述した焼結機では、焼結鉱の強度及び歩留まり向上の観点から、装入層内における炭材の燃焼と焼結原料の溶融の進行状況とを把握して適正化することが重要であり、例えば、特許文献１には、装入層内の温度及び焼結速度の測定を目的とした、パレットの底面から突出し、温度測定部を２以上備える温度測定装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１０－２４３４４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、上記従来技術には以下の問題がある。

【0007】

即ち、特許文献１では、装入層内の温度を温度測定装置で測定しているが、例えば、装入層内に生じた局所的な空隙や装入層とパレットとの境界を通して空気が過剰に吸引されるなどの外乱因子により、炭材の燃焼及び焼結原料の溶融の進行状況に拘わらず、装入層内の温度は低下する。そのため、装入層内の温度は、必ずしも装入層内における炭材の燃焼及び焼結原料の溶融の進行状況のみを反映するものでは無く、炭材の燃焼及び焼結原料の溶融の進行の指標として用いるには誤差が大きいという課題があった。

【0008】

本発明は、このような課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、焼結鉱を製造する際に、装入層内における炭材の燃焼と焼結原料の溶融の進行状況とを精度良く測定し、必要に応じて、炭材の燃焼及び焼結原料の溶融の進行状況を適正化できる焼結鉱の製造方法及び焼結機を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するための本発明の要旨は以下のとおりである。

【0010】

［１］ 循環移動するパレットに焼結原料を装入して装入層を形成させ、点火炉を用いて前記装入層の上表層を点火し、前記装入層の下方から空気を吸引して前記焼結原料に含まれる炭材を燃焼させて焼結ケーキとし、その後、前記焼結ケーキを排鉱部から排出して焼結鉱を製造する焼結鉱の製造方法であって、点火後の装入層の収縮量を測定し、前記装入層の収縮量が所定の範囲内になるように、前記装入層の初期充填密度を調整することを特徴とする、焼結鉱の製造方法。

【0011】

［２］ 循環移動するパレットに焼結原料を装入して装入層を形成させ、点火炉を用いて前記装入層の上表層を点火し、前記装入層の下方から空気を吸引して前記焼結原料に含まれる炭材を燃焼させて焼結ケーキとし、その後、前記焼結ケーキを排鉱部から排出して焼結鉱を製造する焼結鉱の製造方法であって、点火後の装入層の収縮速度を測定し、前記装入層の収縮速度が所定の範囲内になるように、前記装入層の初期充填密度を調整することを特徴とする、焼結鉱の製造方法。

【0012】

［３］ 前記測定を、パレットの幅方向において２つ以上の場所で測定し、前記装入層の初期充填密度をパレットの幅方向で調整することを特徴とする、［１］に記載の焼結鉱の製造方法。

【0013】

［４］ 前記測定を、パレットの幅方向において２つ以上の場所で測定し、前記装入層の初期充填密度をパレットの幅方向で調整することを特徴とする、［２］に記載の焼結鉱の製造方法。

【0014】

［５］ 前記測定を、パレットの移動方向において２つ以上の場所で測定することを特徴とする、［１］に記載の焼結鉱の製造方法。

【0015】

［６］ 前記測定を、パレットの移動方向において２つ以上の場所で測定することを特徴とする、［２］に記載の焼結鉱の製造方法。

【0016】

［７］ 前記測定を、パレットの移動方向において２つ以上の場所で測定することを特徴とする、［３］に記載の焼結鉱の製造方法。

【0017】

［８］ 前記測定を、パレットの移動方向において２つ以上の場所で測定することを特徴とする、［４］に記載の焼結鉱の製造方法。

【0018】

［９］ 前記測定は、前記装入層の上面の高さ位置を測定することを特徴とする、［１］から［８］のいずれかに記載の焼結鉱の製造方法。

【0019】

［１０］ 前記測定は、前記装入層に接触せずに測定することを特徴とする、［９］に記載の焼結鉱の製造方法。

【0020】

［１１］ 循環移動するパレットと、前記パレットに焼結原料を装入して装入層を形成する給鉱部と、前記装入層の表層の炭材に点火する点火炉と、前記パレットの下方に設置された、前記装入層の下方から空気を吸引する風箱とを有し、前記焼結原料に含まれる炭材の燃焼熱によって焼結原料を焼結する焼結機であって、点火後の前記装入層の収縮量を測定する位置測定装置を有し、前記装入層の収縮量が所定の範囲内になるように、前記装入層の初期充填密度を調整する機能を有することを特徴とする焼結機。

【0021】

［１２］ 循環移動するパレットと、前記パレットに焼結原料を装入して装入層を形成する給鉱部と、前記装入層の表層の炭材に点火する点火炉と、前記パレットの下方に設置された、前記装入層の下方から空気を吸引する風箱とを有し、前記焼結原料に含まれる炭材の燃焼熱によって焼結原料を焼結する焼結機であって、点火後の前記装入層の収縮速度を測定する位置測定装置を有し、前記装入層の収縮速度が所定の範囲内になるように、前記装入層の初期充填密度を調整する機能を有することを特徴とする焼結機。

【0022】

［１３］ 前記位置測定装置は、パレットの幅方向において２つ以上の場所を測定し、前記装入層の初期充填密度をパレットの幅方向で調整する機能を有することを特徴とする、［１１］に記載の焼結機。

【0023】

［１４］ 前記位置測定装置は、パレットの幅方向において２つ以上の場所を測定し、前記装入層の初期充填密度をパレットの幅方向で調整する機能を有することを特徴とする、［１２］に記載の焼結機。

【0024】

［１５］ 前記位置測定装置は、パレットの移動方向において２つ以上の場所を測定することを特徴とする、［１１］に記載の焼結機。

【0025】

［１６］ 前記位置測定装置は、パレットの移動方向において２つ以上の場所を測定することを特徴とする、［１２］に記載の焼結機。

【0026】

［１７］ 前記位置測定装置は、パレットの移動方向において２つ以上の場所を測定することを特徴とする、［１３］に記載の焼結機。

【0027】

［１８］ 前記位置測定装置は、パレットの移動方向において２つ以上の場所を測定することを特徴とする、［１４］に記載の焼結機。

【0028】

［１９］ 前記位置測定装置は、前記装入層の上面の高さ位置を測定することを特徴とする、［１１］から［１８］のいずれかに記載の焼結機。

【0029】

［２０］ 前記位置測定装置は、前記装入層に接触せずに測定することを特徴とする、［１９］に記載の焼結機。

【発明の効果】

【0030】

本発明によれば、焼結中の焼結原料装入層の収縮量または収縮速度を測定するので、装入層内における炭材の燃焼と焼結原料の溶融の進行状況とを精度良く測定することができ、必要に応じて炭材の燃焼及び焼結原料の溶融の進行状況を適正化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】本発明に係る焼結鉱の製造方法を実施する際に用いる焼結機の一例を示す側面模式図である。

【図2】図１に示す焼結機の斜視模式図である。

【図3】装入層の初期充填密度を変化させて焼結中の装入層の収縮量の挙動を調査した結果を示す図である。

【図4】装入層の初期充填密度を変化させて焼結中の装入層の収縮量を調査した結果を示す図である。

【図5】装入層の初期充填密度を変化させて焼結後の焼結鉱の歩留まりを調査した結果を示す図である。

【図6】装入層の初期充填密度を変化させて焼結時間を調査した結果を示す図である。

【図7】装入層の初期充填密度を変化させて焼結機の生産能率を調査した結果を示す図である。

【図8】装入層の初期充填密度を変化させてＴＩ強度を調査した結果を示す図である。

【図9】装入層の初期充填密度を変化させて焼結中の装入層の収縮量を調査した結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0032】

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明に係る焼結鉱の製造方法を実施する際に用いる焼結機１０の一例を示す側面模式図である。また、図２は、図１に示す焼結機１０の斜視模式図である。

【0033】

鉄鉱石粉、製鉄所内回収粉、焼結鉱篩下粉などの鉄含有原料と、石灰石及びドロマイトなどの含ＣａＯ原料と、粉コークスや無煙炭などの炭材（固体燃料）とを含む焼結原料は、焼結機１０の給鉱部４０に設けられたサージホッパー１２からロールフィーダー１４で切り出され、装入シュート１５の斜面に案内されて循環移動する無端移動式のパレット２６に装入され、パレット２６の内部に焼結原料の装入層が形成される。このとき、装入層の厚さ（高さ）は、サージホッパー１２の下部にパレット２６の幅方向に沿って複数設置された分割ゲート１６の開度を調整することによって制御される。

【0034】

本実施形態において、分割ゲート１６は、例えば、図２に示すように８つに分割されており、それぞれの分割ゲート１６には、パレット２６の幅方向の位置の順に対応付けてゲート番号（１～８）が割り振られている。また、装入シュート１５の分割ゲート１６のそれぞれに対応した位置には、８つの磁気ブレーキ１７が設けられている。磁気ブレーキ１７は、焼結原料に含まれる磁性を有する鉱石に作用し、焼結原料の装入速度を低下させる。

【0035】

パレット２６に形成された装入層は、パレット２６とともに焼結機１０の下流側に向かって移動する。分割ゲート１６の下流側にはレベル計１８が設けられている。レベル計１８は、分割ゲート１６の分割数と同数の８個設けられ、それぞれの分割ゲート１６の下流側に１つ設けられている。それぞれのレベル計１８には、分割ゲート番号と同じ番号が割り振られており、それぞれのレベル計１８は、同じ番号が割り振られている分割ゲート１６の装入層の厚みをそれぞれ測定する。本実施形態では、レベル計１８として超音波レベル計を用いている。

【0036】

それぞれのレベル計１８は、装入層の厚みを計測し、測定した厚みデータを制御装置３２に出力する。制御装置３２は、入力された厚みデータに基づいて、装入層の厚みが、パレット２６の幅方向で同等になるように、または、指定された厚みになるように、それぞれの分割ゲート１６の開度を制御する。

【0037】

給鉱部４０の下流側に設置された点火炉２０によって、装入層の上表層が点火される。さらに、ブロワー２４によって空気が吸引され、パレット２６の下方に機長方向に複数設けられた風箱２２を通じて装入層内の空気が下方に吸引されるとともに、上方から装入層内に空気が導入され、焼結原料に含まれる炭材が燃焼する。ブロワー２４の回転速度を調整することで、吸引される空気量を調整できるように構成されている。

【0038】

炭材の燃焼による燃焼熱によって焼き固められた焼結原料は、焼結鉱の塊である焼結ケーキとなる。焼結ケーキは、排鉱部４２から排出される。排鉱部４２から排出される焼結ケーキは、パレット２６から落下する直前にパレット２６の幅方向に亀裂が生じて破断する。パレット２６の上に残された焼結ケーキの破断面には、赤熱帯３８が表れる。排鉱部カメラ３０は、焼結ケーキの破断面に表れた赤熱帯３８を撮像し、撮影した画像データを制御装置３２に出力する。制御装置３２は、入力された赤熱帯３８の厚みデータに応じて、パレット２６を移動させる駆動装置（図示せず）の回転速度を制御し、パレット２６の移動速度を調整して赤熱帯３８の厚みを適正な範囲に調整する。

【0039】

その後、焼結ケーキは、排鉱部４２から落下し、破砕され、クーラー（図示せず）で冷却されて、整粒され、例えば、粒径５．０ｍｍ超えの塊成物からなる成品焼結鉱となる。

【0040】

制御装置３２は、格納部３４と制御部３６とを有する。制御装置３２は、例えば、ワークステーションやパソコンなどの汎用コンピュータである。格納部３４は、例えば、更新記録可能はフラッシュメモリ、内蔵あるいはデータ通信端子で接続されたハードディスク、メモリーカードなどの情報記録媒体及びその読み書き装置である。格納部３４には、本実施形態に係る焼結鉱の製造方法の実施に必要なプログラムや、当該プログラム実行中に使用するデータなどが予め格納されている。制御部３６は、例えば、ＣＰＵなどであって、格納部３４に格納されたプログラムやデータを用いて焼結機１０の動作を制御する。

【0041】

点火後の装入層では炭材の燃焼による焼結原料の温度上昇及び溶融が、装入層上面から下面に向かって進行していく。この焼結の過程で装入層が収縮することが知られている。収縮は全方向で進行するが、装入層の自重の影響で、収縮のほとんどは装入層上面の高さの低下として観察される。

【0042】

本発明者らは、焼結条件を変化させて装入層上面の高さ位置を測定して収縮挙動を観察し、以下の知見を得た。

【0043】

（１）焼結による装入層の収縮率は、炭材の配合量に応じて増加し、焼結反応が過不足なく進行する適正な炭材配合量（４．０～４．４質量％）では１０～２０％に達する。適正な炭材配合量近傍で炭材の配合率を１質量％増加したときの装入層の収縮率の増加は、７％以上であり、炭材の配合率の７倍以上変化した。このことから、装入層の収縮に対しては、炭材自体の焼失による体積減少の寄与は少なく、焼結層が溶融して空隙が充填されることが大きく寄与しており、装入層の収縮は焼結の進行を的確に反映していると考えられる。炭材の配合量の調整は、炭材配合量を予め所定値に調整した焼結原料をサージホッパー１２に装入し、当該焼結原料をパレット２６に装入することによって行われる。

【0044】

（２）装入層の初期充填密度（装入層を形成したときの充填密度）が適正値（１．７０～１．９０ｔｏｎ／ｍ^３）よりも大きいと、装入層の点火から収縮開始までの時間が長くなり、且つ、装入層の最終的な収縮量は小さくなる。なお、装入層の初期充填密度（ｔｏｎ／ｍ^３）は、水分を含んだ状態での重量（ｗｅｔ－ｔｏｎ）を、その体積（ｍ^３）で除した値である。

【0045】

図３に、装入層の初期深さを６００ｍｍとし、装入層の初期充填密度を１．７６～２．０７ｔｏｎ／ｍ^３の範囲で変化させて焼結中の装入層の収縮量の挙動を調査した結果を示す。図３に示すように、装入層の初期充填密度が１．７６～１．８９ｔｏｎ／ｍ^３の場合には、点火してから５分経過後には、装入層の収縮が発生するが、装入層の初期充填密度が１．９８～２．０７ｔｏｎ／ｍ^３の場合には、点火してから２０分経過した後も、装入層の顕著な収縮は発生しなかった。また、装入層の初期充填密度が１．９８～２．０７ｔｏｎ／ｍ^３の場合には、最終的な収縮量は小さくなった。装入層の初期充填密度は、焼結原料の粒度構成を変化させることによって調整した。

【0046】

（３）装入層の初期充填密度が大きいほど装入層の収縮量が減少し、装入層の初期充填密度が２．０ｔｏｎ／ｍ^３以上では、装入層の収縮は少なく、収縮量がゼロに近づくことがある。

【0047】

図４に、装入層の初期深さを６００ｍｍとし、装入層の初期充填密度を変化させて焼結中の装入層の収縮量を調査した結果を示す。図４に示すように、装入層の初期充填密度が大きくなるに伴って装入層の収縮量は小さくなった。

【0048】

（４）製品焼結鉱（粒径５．０ｍｍ以上）の歩留まりは、装入層の初期充填密度が１．９ｔｏｎ／ｍ^３未満では、ほぼ一定であるが、装入層の初期充填密度が２．０ｔｏｎ／ｍ^３以上ではやや低下する。

【0049】

図５に、装入層の初期深さを６００ｍｍとし、装入層の初期充填密度を変化させて焼結後の製品焼結鉱（粒径５．０ｍｍ以上）の歩留まりを調査した結果を示す。図５に示すように、製品焼結鉱の歩留まりに及ぼす装入層の初期充填密度の影響は少ないが、装入層の初期充填密度の増加に伴って製品焼結鉱の歩留まりが低下する傾向があった。

【0050】

（５）装入層の初期充填密度が大きいと焼結時間が延長する。その結果、装入層の初期充填密度が大きくなると、焼結機の生産能率（焼結機面積当たりの生産能率：ｔｏｎ／(ｈｒ×ｍ^２)）が低下する。

【0051】

図６に、装入層の初期深さを６００ｍｍとし、装入層の初期充填密度を変化させて焼結時間を調査した結果を示す。また、図７に、装入層の初期深さを６００ｍｍとし、装入層の初期充填密度を変化させて焼結機の生産能率を調査した結果を示す。図６に示すように、装入層の初期充填密度が大きくなるに伴って焼結時間は長くなった。また、図７に示すように、装入層の初期充填密度が大きくなるに伴って焼結機の生産能率は低下した。

【0052】

（６）装入層の初期充填密度が２．０ｔｏｎ／ｍ^３未満では、ＴＩ強度はほぼ一定であるが、２．０ｔｏｎ／ｍ^３以上では、ＴＩ強度が低下する。

【0053】

図８に、装入層の初期深さを６００ｍｍとし、装入層の初期充填密度を変化させてＴＩ強度を調査した結果を示す。図８に示すように、装入層の初期充填密度が２．０ｔｏｎ／ｍ^３以上では、ＴＩ強度が低下した。ここで、ＴＩ強度とは、ＪＩＳ Ｍ ８７１２に準拠して測定される焼結鉱の回転強度指数である。ＴＩ強度の測定は、以下（ｉ）、（ｉｉ）の手順で行う。

【0054】

（ｉ）回転ドラム（内径１０００ｍｍ、内のり５００ｍｍ）を用いて、１５ｋｇの測定試料を２５回転／分±１回転／分の速度で計２００回、回転させる。

【0055】

（ｉｉ）回転後の測定試料を目開き６．３ｍｍのふるいでふるい分けし、試験前測定試料の全質量に対するふるい上にふるい分けられた粒度が＋６．３ｍｍの試験後測定試料の質量分率（質量％）であるＴＩ強度を算出する。

【0056】

上記の知見から、装入層の初期充填密度が適正範囲よりも大きいと、焼結機１０の生産能率が顕著に低下するとともに、製品焼結鉱の歩留まり及びＴＩ強度の向上は期待できないことがわかった。

【0057】

したがって、装入層の初期充填密度が、生産能率の低下を招くほどに過剰に大きい場合には、装入層の初期充填密度を適正値まで低減する必要があることがわかる。しかしながら、従来、装入層の初期充填密度が適正であるかどうかを焼結工程で迅速に把握することは、極めて困難であった。

【0058】

そこで、本発明者らは、装入層の初期充填密度が適正であるかどうかを焼結工程で迅速に把握する手段を鋭意検討した。その結果、焼結中の装入層の収縮量または収縮速度を測定することで、装入層の初期充填密度が適正であるかどうかを推定することが可能であることを見出した。

【0059】

本発明者らは、装入層の幅が８００ｍｍで、装入層の初期深さが４００ｍｍであるパレット２６において、パレット２６の中心から左側の装入層の初期充填密度を１．７６ｔｏｎ／ｍ^３（適正充填密度）とし、中心から右側の装入層の初期充填密度を１．９８ｔｏｎ／ｍ^３（過剰充填密度）とした場合（実線）と、パレット２６の幅方向全体の装入層の初期充填密度を１．７６ｔｏｎ／ｍ^３（適正）とした場合（破線）とで、焼結中の装入層の収縮量を調査した。図９に調査結果を示す。

【0060】

図９に示すように、装入層の初期充填密度が１．９８ｔｏｎ／ｍ^３の場合には、装入層の初期充填密度が１．７６ｔｏｎ／ｍ^３の場合に比較して、焼結中の装入層の収縮量が少なくなった。したがって、焼結中の装入層の収縮量または収縮速度を測定することで、装入層の初期充填密度が適正であるかどうかを推定可能であることを知見した。つまり、焼結中の装入層の収縮挙動の測定結果に基づいて、装入層の初期充填密度を調整することにより、焼結機の生産能率の低下を抑制できることを見出した。

【0061】

本発明は上記知見に基づきなされたものであり、本発明に係る焼結機１０では、焼結中の装入層の収縮量及び収縮速度を測定するための位置測定装置２８が設けられている。位置測定装置２８は、点火炉２０の下流側に設けられており、位置測定装置２８は、点火炉２０から出た装入層の上表層の高さ位置を測定し、測定した高さ位置データを制御装置３２に出力する。制御装置３２の制御部３６は、入力された高さ位置データに基づいて装入層の収縮量及び収縮速度を算出する。

【0062】

＜位置測定装置２８の測定機構＞
位置測定装置２８の測定対象は、装入層の外表面であるので、１２００℃以上に達する装入層の内部よりも低温である。そのため、位置測定装置２８として、接触式の重錘やアーム付きローラーを用いて装入層の上面の高さ位置を測定することも可能である。但し、耐久性の観点からは、位置測定装置２８は、超音波距離計のような非接触式の位置測定装置であることが好ましい。

【0063】

測定視野及び測定深度の広さ、位置解像度の高さ、測定点数の多さ、測定速度の速さの観点からは、位置測定装置２８は、レーザースキャナのような非接触光学式の位置測定装置であることがさらに好ましい。レーザースキャナとしては、例えば、Ｌｅｉｃａ社製３Ｄスキャナー ＳｃａｎＳｔａｔｉｏｎ Ｐシリーズが挙げられるが、レーザーを反射するガルバノミラーの微小な動作によって高速スキャンを実現しているものが多く、装入層の直上に設置して鉛直下向きの測定をしようとすると、測定の精度や速度が低下するなどの制約が発生する場合が有る（制約が発生しない機種も有るが、高速高精度の機種ほど制約が大きい傾向が有る）。

【0064】

そのような場合には、位置測定装置２８を装入層の直上では無く、斜め上方に設置して斜め下向きに測定すればよい。俯角（下方に在る物への視線が水平と成す角）が小さいほど、測定精度や測定速度が低下するなどの制約が少なくなるが、装入層の上面へのレーザーの入射角が小さいと、装入層の上面の凹凸により測定位置に死角ができたり、高さの測定精度が低下したりする。このため、俯角は１５度以上とすることが好ましい。

【0065】

焼結機１０の長さ方向（パレット２６の移動方向）の広い範囲で測定する場合に、位置測定装置２８から遠い場所に対しては俯角が不足することがある。そのような場合には位置測定装置２８を複数設置すればよい。

【0066】

＜位置測定装置２８の測定対象位置＞
位置測定装置２８の測定は、焼結反応にともなう装入層の収縮を把握することが目的であるので、焼結反応が開始する点火炉２０よりも下流側で測定する必要がある。なかでも、焼結反応が進行し終えたと見做せる排鉱部４２またはその上流側の近傍（例えば、排鉱部４２から２ｍ以内）で測定することが好ましい。これにより、焼結後の焼結ケーキの焼結の進行度を把握することができる。

【0067】

さらに、排鉱部４２またはその上流側の近傍と、さらに上流側（例えば、点火炉２０から排鉱部４２までの行程の１０～９０％の範囲内）の２つ以上の場所で測定することがさらに好ましい。パレット２６の移動方向の２つ以上の場所で測定することで、その前またはその後の測定値と比較すれば、焼結後の焼結ケーキの焼結の進行度だけでなく、焼結の途中における焼結の進行速度も把握することができる。焼結の進行速度を把握することは、焼結の進行が速すぎて、カルシウムフェライト相の生成が阻害されたり、強度が低下したりすることを抑制するための情報として有効である。また、排鉱部４２またはその上流側の近傍よりもさらに上流側で測定することにより、排鉱部４２またはその上流側の近傍で測定した場合よりも焼結の進行度の高低をより早く把握することができるので、操業アクションをより早く執って焼結反応の進行を適正化することができる。

【0068】

さらに、位置測定装置２８を用いて、パレット２６の進行方向と水平に直交する幅方向に２点以上の位置を測定することが好ましい。これにより、パレット２６の幅方向で焼結の進行度に差が生じた場合でも、パレット２６の幅方向で、装入層の充填密度を調整することにより適正化することができる。

【0069】

＜位置測定装置２８の測定頻度＞
位置測定装置２８の測定頻度は、例えば、原料配合の変更時のように焼結反応の進行に変化が予測されるようなタイミングに限った低い頻度の測定でも効果があるが、焼結原料が焼結機の全長を通過する所用時間（例えば、２０分）以内の間隔、さらに好ましくは２分以内の事実上の連続測定とみなせる間隔とすることにより、予期せぬ焼結原料の成分や粒度の変化などに対応できる。

【0070】

制御部３６は、位置測定装置２８から装入層上面の高さ位置データを取得すると、装入層上面の降下量から装入層の収縮量及び装入層の収縮速度を算出する。制御部３６は、装入層の収縮量または収縮速度が適正でない場合には、警報を発してオペレーターに連絡する機能、または、装入層の初期充填密度を制御する装置に、装入層の初期充填密度を変更させるための信号を発信する機能を有している。制御部３６から信号を受けたオペレーターまたは装入層の初期充填密度を制御する装置は、所定の手段に基づいて装入層の初期充填密度を調整し、装入層の収縮量または収縮速度を所定の範囲内に制御する。

【0071】

装入層の初期充填密度を調整する方法は、焼結原料の粒度構成を変化させることでも可能であるが、焼結原料の配合を変化させて調整を開始するまでに３０分以上の時間を要してしまい、その間は適正でない操業を続けることになる。焼結工程の進行中に測定された装入層の収縮量または装入層の収縮速度に基づいて迅速に装入層の初期充填密度を調整する方法として、分割ゲート１６の開度調整、装入シュート１５の角度調整及び磁気ブレーキ１７の磁力調整のうちの１つ以上の方法を用いることが好ましい。これらの方法を用いて装入層の初期充填密度を調整することで、調整開始までの所要時間を３０分未満にすることができる。

【0072】

例えば、分割ゲート１６では、分割ゲート１６の開度を広げることで装入層の初期充填密度は高くなり、分割ゲート１６の開度を狭めることで装入層の初期充填密度は低くなる。このように、分割ゲート１６の開度を調整することで、装入層の初期充填密度を調整できる。

【0073】

また、装入シュート１５では、装入シュート１５の水平面に対する傾斜角度を高くすることで、装入層の初期充填密度は高くなり、装入シュート１５の水平面に対する傾斜角度を低くすることで、装入層の初期充填密度は低くなる。このように、装入シュート１５の傾斜角度を調整することで、装入層の初期充填密度を調整できる。

【0074】

また、磁気ブレーキ１７は、磁力を焼結原料に含まれる磁性を有する鉱石に作用させて、焼結原料の装入速度を低下させる。これにより、装入層の初期密度は小さくなる。したがって、磁気ブレーキ１７では、磁石と装入シュートとの距離を調整したり、磁気ブレーキ１７の磁力を調整することで、装入層の初期充填密度を調整できる。

【0075】

さらに、これらの方法に代えて、または、これらの方法とともに、通気棒を使用して初期充填密度を調整することが好ましい。通気棒とは、パレット２６に形成される装入層に差し込まれる棒状又は板状の構造物であり、当該通気棒を差し込むことで初期充填密度が大きくなることが抑制される。

【0076】

点火前の装入層の厚さは、レベル計１８によって測定できる。さらに、位置測定装置２８として、測定視野が広く、多数の測定点を高速に測定できるレーザースキャナのような非接触光学式の機器を用いれば、点火後の装入層の厚さと点火前の装入層の厚さの双方を同一の位置測定装置で測定することもできる。

【0077】

また、位置測定装置２８としてレーザースキャナのような非接触光学式の機器を用いた場合は、高さ位置データを取得した上表層をパレット２６の幅方向に２以上に分割し、当該分割した領域における平均高さ位置を算出することもできる。例えば、上表層をパレット２６の幅方向に２つに分割する場合においては、幅方向の中央を境界として、手前側の領域における平均高さと、奥側の領域の平均高さを算出する。

【0078】

以上説明したように、本発明によれば、焼結中の焼結原料装入層の収縮量または収縮速度を測定するので、装入層内における炭材の燃焼と焼結原料の溶融の進行状況とを精度良く測定することができ、必要に応じて炭材の燃焼及び焼結原料の溶融の進行状況を適正化することができる。

【実施例0079】

以下、図１、図２に示した焼結機１０と同じ装置を用いて、焼結鉱を製造した実施例を説明する。本実施例では、パレット２６の幅方向に４つに分割した領域（領域１、領域２、領域３、領域４）で、焼結原料の装入層の収縮量に応じて、装入ゲートの開度調整を実施した（本発明例１）。本発明例１の結果と、装入ゲートの開度調整を実施しない比較例１の結果とを表１に示す。

【0080】

【表1】

【0081】

このように、焼結機の幅方向に分割された領域ごとに、装入ゲート開度を調整することにより装入層の初期充填密度を調整し、焼結原料装入層の収縮量の偏差を小さくすることにより、焼結歩留まりと製品ＴＩ強度とを改善することができた。

【符号の説明】

【0082】

１０ 焼結機
１２ サージホッパー
１４ ロールフィーダー
１５ 装入シュート
１６ 分割ゲート
１７ 磁気ブレーキ
１８ レベル計
２０ 点火炉
２２ 風箱
２４ ブロワー
２６ パレット
２８ 位置測定装置
２９ 温度計
３０ 排鉱部カメラ
３２ 制御装置
３４ 格納部
３６ 制御部
３８ 赤熱帯
４０ 給鉱部
４２ 排鉱部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】