知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-01-10
(45)【発行日】2023-01-18
(54)【発明の名称】焼結鉱の製造方法
(51)【国際特許分類】
C22B 1/20 20060101AFI20230111BHJP
【ＦＩ】
C22B1/20 B
C22B1/20 J
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2019091317
(22)【出願日】2019-05-14
(65)【公開番号】P2020186436
(43)【公開日】2020-11-19
【審査請求日】2022-01-11
(73)【特許権者】
【識別番号】000006655
【氏名又は名称】日本製鉄株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000637
【氏名又は名称】特許業務法人樹之下知的財産事務所
(72)【発明者】
【氏名】松村 勝
(72)【発明者】
【氏名】石山 理
(72)【発明者】
【氏名】矢部 英昭
【審査官】岡田 隆介
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１８－１７８１４８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０５－２３０５５８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０６－１７９８７２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－２３７８７６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－００１４３５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ２２Ｂ １／２０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
焼結機内に下段系配合原料を装入することで、下段原料充填層を形成する工程と、前記下段原料充填層上に上段系配合原料を装入することで、上段原料充填層を形成する工程と、前記下段原料充填層の表面および前記上段原料充填層の表面にそれぞれ点火するとともに、前記下段原料充填層および前記上段原料充填層中の空気を下方に吸引する工程と、を有する二段点火焼結法において、前記下段系配合原料が、コークス及び／又は無煙炭と、前記下段系配合原料におけるコークス及び無煙炭よりも着火温度の低い高燃焼性炭材とを含み、
前記上段系配合原料は、炭材としてコークス及び／又は無煙炭のみを含むことを特徴とする焼結鉱の製造方法。
【請求項2】
焼結機内に下段系配合原料を装入することで、下段原料充填層を形成する工程と、前記下段原料充填層上に上段系配合原料を装入することで、上段原料充填層を形成する工程と、前記下段原料充填層の表面および前記上段原料充填層の表面にそれぞれ点火するとともに、前記下段原料充填層および前記上段原料充填層中の空気を下方に吸引する工程と、を有する二段点火焼結法において、
前記下段系配合原料が、コークス及び／又は無煙炭と、前記下段系配合原料におけるコークス及び無煙炭よりも着火温度の低い高燃焼性炭材とを含み、
前記上段系配合原料として、前記下段系配合原料として使用するコークス又は無煙炭よりも窒素含有量が大きいコークス及び／又は無煙炭を使用することを特徴とする焼結鉱の製造方法。
【請求項3】
前記下段系配合原料に含まれる全炭材量に対し、前記高燃焼性炭材の配合比率を３０ｍａｓｓ％以上７０ｍａｓｓ％以下とすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の焼結鉱の製造方法。
【請求項4】
前記下段系配合原料が、前記高燃焼性炭材として、ロガ指数１０未満の低流動性石炭を原炭として乾留したチャーを含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の焼結鉱の製造方法。
【請求項5】
前記下段系配合原料が、前記高燃焼性炭材として、アブラ椰子核殻を加熱処理して製造した固体炭化物であるアブラ椰子核殻炭を含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の焼結鉱の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、焼結鉱の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
現在、高炉製銑の主原料は、焼結鉱である。この焼結鉱は、通常、次のように製造される。まず、原料となる鉄鉱石（粉）、製鋼ダスト等の含鉄雑原料、橄欖岩等のＭｇＯ含有副原料、石灰石等のＣａＯ含有副原料、返鉱、燃焼熱によって焼結鉱を焼結（凝結）させる燃料となる炭材（凝結材とも言う）を所定の割合で混合し、混合物を、造粒して配合原料とする。次に、造粒された配合原料を、ホッパより、下方吸引式のドワイトロイド（ＤＬ）式焼結機のパレット上に搭載して、原料充填層を形成する。形成した原料充填層に上部（表面層）から原料充填層中の炭材に点火する。そして、パレットを連続的に移動させながらパレットの下方から空気を吸引することにより酸素を供給し、原料充填層中の炭材を上部から下部に向けて燃焼させることにより、炭材の燃焼熱により順次焼結させる。得られた焼結部（シンターケーキ）は、所定の粒度に粉砕、篩分け等により整粒して高炉の原料である焼結鉱となる。
【0003】
焼結用の炭材として、主に、コークス、無煙炭が用いられる。
焼結用のコークスは、高炉用のコークスを製造する過程で、高炉使用に適さない粒度（通常４０ｍｍ以下）のものを、焼結使用に適する３ｍｍ以下に粉砕したものである。高炉用の塊コークスに対して焼結用を粉コークスとも呼ぶ。
無煙炭は、石炭に付与される分類（褐炭、瀝青炭、無煙炭）の一つで、最も炭化が進行した石炭である。燃料比（固定炭素／揮発分（質量比））で４以上の石炭、簡易には、炭素含有量が９０質量％以上の石炭が無煙炭に分類される。焼結で使用される無煙炭は、さらに窒素含有量も少ないことが要求される。
焼結用のコークスは、高炉用のコークスを製造する過程で、高炉使用に適さない粒度（通常４０ｍｍ以下）のものを、焼結使用に適する３ｍｍ以下に粉砕したものである。高炉用の塊コークスに対して焼結用を粉コークスとも呼ぶ。
無煙炭は、石炭に付与される分類（褐炭、瀝青炭、無煙炭）の一つで、最も炭化が進行した石炭である。燃料比（固定炭素／揮発分（質量比））で４以上の石炭、簡易には、炭素含有量が９０質量％以上の石炭が無煙炭に分類される。焼結で使用される無煙炭は、さらに窒素含有量も少ないことが要求される。
【0004】
このようなＤＬ式焼結機による焼結鉱の製造方法において、原料充填層の形成と点火を二段以上の多段で行う多段装入多段点火焼結法が提案されている。
多段装入多段点火焼結法は、配合原料を焼結機の層高方向に順次に積荷して多段の原料充填層を形成するとともに各原料層表面に点火し、下方から空気を吸引することにより、各層の焼結反応を同時並行に進行させて焼結する方法である。
多段装入多段点火焼結法は、配合原料を焼結機の層高方向に順次に積荷して多段の原料充填層を形成するとともに各原料層表面に点火し、下方から空気を吸引することにより、各層の焼結反応を同時並行に進行させて焼結する方法である。
【0005】
二段で装入し、二段で点火する二段装入二段点火焼結法について図１により説明する。
最初に、焼結鉱製造用の配合原料を造粒するために、含鉄原料に、副原料、炭材等を配合した原料に、水分を加えて、第１のドラムミキサー１Ａ、第２のドラムミキサー２Ａによりそれぞれ造粒する。
第１のドラムミキサー１Ａにより造粒された第１の配合原料を第１のホッパ１Ｂから、図示を省略しているが床敷鉱を敷きつめたパレット上に装入し、下段層１０を形成する。
パレット上に形成された下段層１０は、パレットをパレット進行方向５へ移動させることにより、第１の点火器１Ｃ下まで移動し、そこで、第１の点火器１Ｃにより原料層（下段層１０）表面の炭材に点火される。点火後、図示を省略したパレット下の風箱を介して、下方から空気を吸引する下方吸引６により、下段層１０の焼結が開始され、引き続く下方吸引６によってそれが下方に進行して下段層燃焼帯１０Ａが形成される。
焼結が開始された下段層１０が第２のホッパ２Ｂ下まで移動したとき、第２のドラムミキサー２Ａにより造粒された第２の配合原料が、第２のホッパ２Ｂから点火後の下段層１０上に装入されて、上段層２０を形成する。
形成された上段層２０の上部から第２の点火器２Ｃにより原料層（上段層２０）表面の炭材に点火し、下方吸引６により、上段層燃焼帯２０Ａが形成され、上段層２０の焼結が開始される。焼結が進行するに従い下降していく下段層燃焼帯１０Ａ、上段層燃焼帯２０Ａの前面（最下部）を、それぞれの燃焼帯の燃焼前線と呼ぶ。
その後の下方吸引６により、下段層１０、上段層２０のそれぞれの下段層燃焼帯１０Ａ、上段層燃焼帯２０Ａが同時並行で下降して焼結が進行する。下段層燃焼帯１０Ａ、上段層燃焼帯２０Ａがそれぞれの層の最下部まで到達すると、炭材の燃焼による焼結が終了し、焼結部３となる。最終的に、焼結が完了した焼結部３は、パレット終端より排鉱される。
最初に、焼結鉱製造用の配合原料を造粒するために、含鉄原料に、副原料、炭材等を配合した原料に、水分を加えて、第１のドラムミキサー１Ａ、第２のドラムミキサー２Ａによりそれぞれ造粒する。
第１のドラムミキサー１Ａにより造粒された第１の配合原料を第１のホッパ１Ｂから、図示を省略しているが床敷鉱を敷きつめたパレット上に装入し、下段層１０を形成する。
パレット上に形成された下段層１０は、パレットをパレット進行方向５へ移動させることにより、第１の点火器１Ｃ下まで移動し、そこで、第１の点火器１Ｃにより原料層（下段層１０）表面の炭材に点火される。点火後、図示を省略したパレット下の風箱を介して、下方から空気を吸引する下方吸引６により、下段層１０の焼結が開始され、引き続く下方吸引６によってそれが下方に進行して下段層燃焼帯１０Ａが形成される。
焼結が開始された下段層１０が第２のホッパ２Ｂ下まで移動したとき、第２のドラムミキサー２Ａにより造粒された第２の配合原料が、第２のホッパ２Ｂから点火後の下段層１０上に装入されて、上段層２０を形成する。
形成された上段層２０の上部から第２の点火器２Ｃにより原料層（上段層２０）表面の炭材に点火し、下方吸引６により、上段層燃焼帯２０Ａが形成され、上段層２０の焼結が開始される。焼結が進行するに従い下降していく下段層燃焼帯１０Ａ、上段層燃焼帯２０Ａの前面（最下部）を、それぞれの燃焼帯の燃焼前線と呼ぶ。
その後の下方吸引６により、下段層１０、上段層２０のそれぞれの下段層燃焼帯１０Ａ、上段層燃焼帯２０Ａが同時並行で下降して焼結が進行する。下段層燃焼帯１０Ａ、上段層燃焼帯２０Ａがそれぞれの層の最下部まで到達すると、炭材の燃焼による焼結が終了し、焼結部３となる。最終的に、焼結が完了した焼結部３は、パレット終端より排鉱される。
【0006】
焼結鉱の製造過程における炭材の燃焼にともない、炭材中に含まれる窒素に起因するＮＯｘ（Ｆｕｅｌ ＮＯｘ）が発生する。これが、焼結の排ガスに数百ｐｐｍの濃度で含まれる。ＮＯｘは、大気汚染の一原因物質であるので、大気に放出する前にそれを排ガスから除くか、そもそも排ガス中にそれが含まれないように、焼結過程におけるＮＯｘの生成を抑える必要がある。
【0007】
従来、焼結後の排ガス中のＮＯｘ低減手段として、焼結前に粉コークスを生石灰・消石灰で被覆する方法が知られている（特許文献１）。しかしながら、生石灰・消石灰は高価であるとともに、製鉄所によっては配合量に制約がある。
【0008】
特許文献２には、多段装入多段点火焼結法は、各層の原料の供給比率を変えることができるため、上段層２０と下段層１０の粒度差から生じる通気性阻害等による焼結歩留の低下をカバーでき、歩留が向上し、排ガス量を削減する利点を有する旨記載されている。
しかし、特許文献２には、ＮＯｘの生成、あるいは低減について、なんら記載も示唆もされていない。
しかし、特許文献２には、ＮＯｘの生成、あるいは低減について、なんら記載も示唆もされていない。
【0009】
特許文献３では、多段装入多段点火焼結法により、焼結排ガスＮＯｘを低減できるとしている。ＮＯｘ低減機構については、以下のとおりである。
１．下段層１０の焼結は、低酸素濃度における炭材燃焼のため、ＮＯｘ転換率（炭材に含有されている窒素が燃焼時にＮＯｘとして放出される比率）が低下する。
２．上段層２０の焼結時に生成したＮＯｘが、下段層燃焼帯１０Ａで分解される。
１．下段層１０の焼結は、低酸素濃度における炭材燃焼のため、ＮＯｘ転換率（炭材に含有されている窒素が燃焼時にＮＯｘとして放出される比率）が低下する。
２．上段層２０の焼結時に生成したＮＯｘが、下段層燃焼帯１０Ａで分解される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【文献】特開２０１２－１７２０６７号公報
【文献】特開昭４７－２６３０４号公報
【文献】特開昭５３－４８９０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
特許文献３に記載されるように、多段装入多段点火焼結法によれば、それだけで下段層１０から排出される最終的な排ガス中のＮＯｘはある程度低減される。しかしながら、環境負荷を抑えるためには、この排ガス中のＮＯｘをさらに低減させ、排ガス処理に必要な処理工程やエネルギーを減少させることが望まれている。
【0012】
本発明は、炭材に被覆等の特段の処理を施さず、焼結排ガス中のＮＯｘ排出量をさらに低減できる、二段装入二段点火焼結法による焼結鉱の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明は、上記の課題を解決するものであり、その要旨とするところは、以下のとおりである。
【0014】
（１）焼結機内に下段系配合原料を装入することで、下段原料充填層を形成する工程と、前記下段原料充填層上に上段系配合原料を装入することで、上段原料充填層を形成する工程と、前記下段原料充填層の表面および前記上段原料充填層の表面にそれぞれ点火するとともに、前記下段原料充填層および前記上段原料充填層中の空気を下方に吸引する工程と、を有する二段点火焼結法において、
前記下段系配合原料が、コークス及び／又は無煙炭と、コークス及び無煙炭よりも着火温度の低い高燃焼性炭材とを含むことを特徴とする焼結鉱の製造方法。
（２）前記上段系配合原料として、前記下段系配合原料として使用するコークス又は無煙炭よりも窒素含有量が大きいコークス及び／又は無煙炭を使用することを特徴とする（１）に記載の焼結鉱の製造方法。
（３）前記下段系配合原料に含まれる全炭材量に対し、前記高燃焼性炭材の配合比率を３０ｍａｓｓ％以上７０ｍａｓｓ％以下とすること
を特徴とする（１）又は（２）に記載の焼結鉱の製造方法。
（４）前記下段系配合原料が、前記高燃焼性炭材として、ロガ指数１０未満の低流動性石炭を原炭として乾留したチャーを含むこと
を特徴とする（１）～（３）のいずれか１つに記載の焼結鉱の製造方法。
（５）前記下段系配合原料が、前記高燃焼性炭材として、アブラ椰子核殻を加熱処理して製造した固体炭化物であるアブラ椰子核殻炭を含むこと
を特徴とする（１）～（３）のいずれか１つに記載の焼結鉱の製造方法。
前記下段系配合原料が、コークス及び／又は無煙炭と、コークス及び無煙炭よりも着火温度の低い高燃焼性炭材とを含むことを特徴とする焼結鉱の製造方法。
（２）前記上段系配合原料として、前記下段系配合原料として使用するコークス又は無煙炭よりも窒素含有量が大きいコークス及び／又は無煙炭を使用することを特徴とする（１）に記載の焼結鉱の製造方法。
（３）前記下段系配合原料に含まれる全炭材量に対し、前記高燃焼性炭材の配合比率を３０ｍａｓｓ％以上７０ｍａｓｓ％以下とすること
を特徴とする（１）又は（２）に記載の焼結鉱の製造方法。
（４）前記下段系配合原料が、前記高燃焼性炭材として、ロガ指数１０未満の低流動性石炭を原炭として乾留したチャーを含むこと
を特徴とする（１）～（３）のいずれか１つに記載の焼結鉱の製造方法。
（５）前記下段系配合原料が、前記高燃焼性炭材として、アブラ椰子核殻を加熱処理して製造した固体炭化物であるアブラ椰子核殻炭を含むこと
を特徴とする（１）～（３）のいずれか１つに記載の焼結鉱の製造方法。
【発明の効果】
【0015】
二段装入二段点火焼結法において、下段系配合原料に燃焼性の異なる炭材を使用することにより、焼結排ガス中のＮＯｘ排出量が低減できる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】二段装入二段点火焼結法に使用するＤＬ式焼結機の概要図である。
【図2】本発明の二段装入二段点火焼結法における原料処理工程の一例を示す図である。
【図3】本実施形態の概略を説明する説明図である。
【図4】全炭材中のＰＫＳ炭の配合比率とＮＯｘ転換率との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【0018】
焼結鉱の製造の焼結工程において、排ガス中のＮＯｘは、焼結原料中の炭材の燃焼過程で生成されるＦｕｅｌ－ＮＯｘとされ、その発生起源は炭材に含まれる窒素にあるとされている。炭材が、原料充填層を通過する空気によって燃焼反応（Ｃ＋Ｏ２→ＣＯ２）を起こすときに、窒素酸化反応（Ｎ(in fuel)＋１／２Ｏ２→ＮＯ）も同時に引き起こすことで説明される。
【0019】
二段装入二段点火焼結法においては、上段層燃焼帯２０Ａにおける炭材および下段層燃焼帯１０Ａにおける炭材の燃焼によりそれぞれＮＯｘが発生し、上段層燃焼帯２０Ａおよび下段層燃焼帯１０Ａにおいて発生したＮＯｘは、空気の吸引によりそれぞれ各層の下方へ移動する。そして、下方へ移動したＮＯｘのうち、下段層燃焼帯１０Ａにおいて発生したＮＯｘはそのまま排ガスへ移行する。一方、上段層燃焼帯２０Ａにおいて発生したＮＯｘは、下段層１０を通過する際に、下段層燃焼帯１０Ａでその一部が分解されると考えられている。
【0020】
本発明者らは、焼結排ガス中のＮＯｘ排出量を低減するために、二段装入二段点火焼結法において、下段層燃焼帯１０Ａの幅（パレットの移動方向（図２における左右方向）の長さ）を広げることにより、上段層燃焼帯２０Ａにおいて発生したＮＯｘを効率的に分解することができると考えた。そして、下段層燃焼帯１０Ａの幅を広く確保する方策として、下段系配合原料中の炭材に燃焼性の異なる炭材を２種類以上使用することを思いついた。以下、その実施形態について説明する。
【0021】
図２は、本発明の二段装入二段点火焼結法による焼結鉱の製造方法を実施するための、原料処理工程の一例を示す図である。図２に示すように、原料処理工程は、第１の原料槽群１Ｄ（以下、下段原料槽群ともいう）、および第２の原料槽群２Ｄ（以下、上段原料槽群ともいう）を備え、必要な種類と量の原料を供給する。第１の配合原料（以下、下段系配合原料ともいう）は、第１の原料槽群１Ｄより、第１のドラムミキサー１Ａへと供給されて造粒され、焼結機の第１のホッパ１Ｂに移送される。また、第２の配合原料（以下、上段系配合原料ともいう）は、第２の原料槽群２Ｄより、第２のドラムミキサー２Ａへと供給されて造粒され、焼結機の第２のホッパ２Ｂに移送される。下段系配合原料および上段系配合原料のドワイトロイド（ＤＬ）式焼結機への移送後の焼結工程は、図１を用いて上述した焼結鉱の製造と同様である。
【0022】
図２に示すように、下段原料槽群は、５つの原料槽１Ｄ１～原料槽１Ｄ５を備えている。また、上段原料槽群は、４つの原料槽２Ｄ１～原料槽２Ｄ４を備える。原料槽１Ｄ１と原料槽２Ｄ１には鉄鉱石が、原料槽１Ｄ２と原料槽２Ｄ２にはＭｇＯ含有副原料が、原料槽１Ｄ３と原料槽２Ｄ３にはＣａＯ含有副原料が収められる。原料槽１Ｄ４と原料槽２Ｄ４は、第１の炭材を収める第１炭材槽である。また、原料槽１Ｄ５は、第２の炭材を収める第２炭材槽である。このように、下段原料槽群は、２つの炭材槽（原料槽１Ｄ４，原料槽１Ｄ５）を備えている。原料槽１Ｄ４に貯留される第１の炭材と、原料槽１Ｄ５に貯留される第２の炭材とは、燃焼性が異なり、下段系配合原料には、燃焼性の異なる２種類の炭材が配合されて使用される。
【0023】
図２に示す本実施形態においては、下段原料槽群の原料槽１Ｄ４（第１炭材槽）および上段原料槽群の原料槽２Ｄ４（第１炭材槽）には高燃焼性炭材以外の炭材（例えば、コークス又は／及び無煙炭）を、原料槽１Ｄ５（第２炭材槽）には高燃焼性炭材（例えば、石炭チャーやバイオマス炭など）を貯留する。ここで、高燃焼性炭材とは、燃焼性の高い炭材、すなわち、燃焼速度の速い炭材である。炭材の燃焼速度に関しては、すでに種々の測定法や測定結果が公表されているが、それには、十分管理された測定を行わないと得られる測定結果が大きくばらつく問題点がある。そこで、本発明においては、燃焼速度を表す指標として、燃焼速度と実質的な対応関係がある着火温度を採用した。すなわち、高燃焼性炭材とは、コークスおよび無煙炭より着火温度の低い炭材をいう。
【0024】
表１は、種々の炭材の着火温度を示す表である。高燃焼性炭材とは、表１に例示するように、石炭チャーやバイオマス炭（アブラ椰子核殻炭や、木材を乾留して製造した木炭チャーなど）などが該当する。
【0025】
【表1】
【0026】
石炭チャーとは、例えば、ロガ指数１０未満の低流動性石炭を原炭として乾留して製造した焼結用炭材（チャー）である。この焼結用炭材は、原料となる石炭（混炭を含む）を、熱分解炉（例えばロータリーキルン）により乾留して製造される。ここで、ロガ指数はＪＩＳ－Ｍ８８０１に規定されているロガ試験方法によって算出される。ロガ試験方法では、試料に標準無煙炭を加えて一定条件のもとで乾留し，得られるるつぼコークスについて小形ドラム試験を行い，その機械的強度をロガ指数（略称：ＲＩ）として表す。ロガ指数１０未満の低流動性石炭を原炭とすることにより、高燃焼性の石炭チャーを製造することができる。なお、石炭の流動性とは、加熱時の低分子化の度合に起因する特性であり、低流動性石炭は加熱時の低分子化が生じにくい特性を有する石炭である。
【0027】
バイオマス炭とは、例えば、アブラ椰子核殻炭や木炭チャーなどの生物資源を材料として製造された炭材である。アブラ椰子核殻炭（ＰＫＳ炭）は、アブラ椰子核殻（Ｐａｌｍ Ｋｅｒｎｅｌ Ｓｈｅｌｌ）を加熱処理（乾留）して製造した固体炭化物である。ＰＫＳ炭の製造方法については、特開２０１４－２１８７１３（原ら）などに記載されているので、詳細は省略する。
【0028】
図３は、本実施形態の概略を説明する説明図であり、図１の下段層１０の一部を拡大したものである。図３において、下段系配合原料に炭材の一部として高燃焼性炭材を使用した場合の下段層燃焼帯１０Ａの前面（燃焼帯の降下方向側の端面）および後面を、それぞれ直線Ｘおよび直線Ｙで示し、下段系配合原料に高燃焼性炭材を使用しなかった場合の下段層燃焼帯１０Ａの前面および後面を、それぞれ破線Ｘ１および破線Ｙ１で示す。なお、便宜上、図１におけるハッチングを省略している。
【0029】
下段系配合原料の炭材の一部に高燃焼性炭材を使用した場合、高燃焼性炭材を使用しない場合に比べて、図３に示すように、層高方向の両側に下段層燃焼帯１０Ａの幅を拡げることができる。この幅の拡大は、前面については、下段系配合原料に着火温度の低い高燃焼性炭材を使用することにより燃焼開始が早まることによる。また、後面については、燃焼性の異なる２種類の炭材（高燃焼性炭材と高燃焼性炭材以外の炭材）を使用することにより、それぞれの炭材の燃焼する時間がズレる結果、炭材全体としての燃焼時間が長く確保されることによる。下段層燃焼帯１０Ａの幅を拡げることにより、上段層燃焼帯２０Ａでの燃焼により発生したＮＯｘが下段層燃焼帯１０Ａを通過する時間がｔ１からｔへと長くなる。よって、上段層燃焼帯２０Ａでの燃焼により発生したＮＯｘを、下段層燃焼帯１０Ａにおいて効率的に分解することが可能となる。また、高燃焼性炭材はコークスや無煙炭に比較して低酸素濃度下でも燃え残りが少なくなるため、二段点火焼結法における問題点であった下段層燃焼帯１０Ａにおける低酸素濃度下での炭材の燃焼不良の問題も同時に解決することができる。
【0030】
なお、本実施形態においては、上述の下段原料槽群と上段原料槽群とを備え、上段系配合原料と下段系配合原料のパレット上への投入を別系統として構成しているが、これに限らず、下段系配合原料に燃焼性の異なる２種類以上の炭材が配合されるように構成されていればよい。例えば、鉄鉱石、ＭｇＯ含有副原料、ＣａＯ含有副原料、第１の炭材を貯留する原料槽を、上段原料槽群の原料槽２Ｄ１～２Ｄ４と下段原料槽群１Ｄ１～１Ｄ４の原料槽とに分けたが、同じ原料槽に貯留して、第１のドラムミキサー１Ａと第２のドラムミキサー２Ａとに供給するように構成してもよい。
【0031】
配合原料は上述のものに限らず、下段系配合原料に燃焼性の異なる２種類以上の炭材が配合されればよく、原料充填層の層高方向（図１の上下方向）において上段層燃焼帯２０Ａと下段層燃焼帯１０Ａとが略同位置となるように（例えば上段層燃焼帯２０Ａの一部または全部が下段層燃焼帯１０Ａと重なるように）、原料を適宜選択して使用することができる。本実施形態では、下段系配合原料の炭材に、燃焼性の異なる２種類の炭材（高燃焼性炭材と高燃焼性炭材以外の炭材）を使用することにより、下段層燃焼帯１０Ａの幅を広くする構成としているが、高燃焼性炭材と高燃焼性炭材とを少なくとも１種類ずつ含む３種類以上の炭材を使用してもよい。なお、下段系配合原料の炭材に高燃焼性炭材を使用しない場合としては、２種類以上の、燃焼性の異なるコークス又は／及び無煙炭を、下段系配合原料に使用することも考えられる。
【0032】
本実施形態においては、第１炭材槽である原料槽１Ｄ４および原料槽２Ｄ４に、高燃焼性炭材以外の同じ炭材を貯留しているが、違う炭材を貯留してもよい。種類の異なるコークスや無煙炭が２種類以上あるのであれば、ＮＯｘ排出量が低減するために、下段系配合原料に、上段系配合原料よりも窒素含有量の小さいコークスまたは無煙炭を使用することが望ましい。上述のように、上段層燃焼帯２０Ａで発生したＮＯｘは、下段層燃焼帯１０Ａを通過する際にその一部が分解される一方、下段層燃焼帯１０Ａで発生したＮＯｘはそのまま排ガスと移行するからである。
【実施例】
【0033】
本発明の二段装入二段点火焼結法の効果を検証した。ドワイトロイド（ＤＬ）式焼結機による一段装入一段点火及び二段装入二段点火による焼結鉱の製造方法を模擬した、以下の条件の一段点火及び二段点火の焼結鍋試験を行った。
【0034】
（原料配合）
原料配合条件を表２に示す。
試験ケースによらず、新原料（炭材以外の原料）の配合は同一である。鉄鉱石、石灰石、橄欖岩、および生石灰を配合した新原料を１００質量％として、炭材の配合割合を、外数で５．０質量％とした。なお、表２の鉄鉱石Ａ～Ｅは異なる産地のものを使用した。
原料配合条件を表２に示す。
試験ケースによらず、新原料（炭材以外の原料）の配合は同一である。鉄鉱石、石灰石、橄欖岩、および生石灰を配合した新原料を１００質量％として、炭材の配合割合を、外数で５．０質量％とした。なお、表２の鉄鉱石Ａ～Ｅは異なる産地のものを使用した。
【0035】
【表2】
【0036】
上記５．０質量％（外数）の炭材の構成を表３に示す。
一段点火では、試験ケース１は粉コークスのみを使用し、試験ケース３は試験ケース１の粉コークスの３２％をアブラ椰子核殻炭（以下、ＰＫＳ炭ともいう）へ置換したケース、試験ケース５は試験ケース１の粉コークスの５６％をＰＫＳ炭へ置換したケースである。二段点火では、上段系配合原料の炭材として、全てのケースにおいて粉コークスを使用した。下段系配合原料の炭材としては、試験ケース２は粉コークスのみを使用し、試験ケース４，６～９では粉コークスとＰＫＳ炭を併用した。ここで、炭材に粉コークスのみを使用したケースを参考例とし、一段点火、かつ、炭材に粉コークスとＰＫＳ炭を併用したケースを比較例とし、二段点火、かつ、下段系配合原料の炭材として粉コークスとＰＫＳ炭を併用したケースを発明例とした。発明例１～５では、下段系配合原料の炭材中のＰＫＳ炭配合比率を変え、５０％（対新原料２．５質量％（外数））、１０％（対新原料０．５質量％（外数））、３０％（対新原料１．５質量％（外数））、７０％（対新原料３．５質量％（外数））、９０％（対新原料４．５質量％（外数））とした。なお、一段装入である比較例１と比較例２の粉コークス及びＰＫＳ炭の配合は、それぞれ、二段装入である発明例１と発明例５の全炭材（上段および下段）中のＰＫＳ炭の配合比率（質量％）と略同じとなるように設定した（表４，５参照）。すなわち、比較例１と発明例１、比較例２と発明例５においては、それぞれ、配合原料全体に対する粉コークス及びＰＫＳ炭の配合比率が略同一となるように配合した。
一段点火では、試験ケース１は粉コークスのみを使用し、試験ケース３は試験ケース１の粉コークスの３２％をアブラ椰子核殻炭（以下、ＰＫＳ炭ともいう）へ置換したケース、試験ケース５は試験ケース１の粉コークスの５６％をＰＫＳ炭へ置換したケースである。二段点火では、上段系配合原料の炭材として、全てのケースにおいて粉コークスを使用した。下段系配合原料の炭材としては、試験ケース２は粉コークスのみを使用し、試験ケース４，６～９では粉コークスとＰＫＳ炭を併用した。ここで、炭材に粉コークスのみを使用したケースを参考例とし、一段点火、かつ、炭材に粉コークスとＰＫＳ炭を併用したケースを比較例とし、二段点火、かつ、下段系配合原料の炭材として粉コークスとＰＫＳ炭を併用したケースを発明例とした。発明例１～５では、下段系配合原料の炭材中のＰＫＳ炭配合比率を変え、５０％（対新原料２．５質量％（外数））、１０％（対新原料０．５質量％（外数））、３０％（対新原料１．５質量％（外数））、７０％（対新原料３．５質量％（外数））、９０％（対新原料４．５質量％（外数））とした。なお、一段装入である比較例１と比較例２の粉コークス及びＰＫＳ炭の配合は、それぞれ、二段装入である発明例１と発明例５の全炭材（上段および下段）中のＰＫＳ炭の配合比率（質量％）と略同じとなるように設定した（表４，５参照）。すなわち、比較例１と発明例１、比較例２と発明例５においては、それぞれ、配合原料全体に対する粉コークス及びＰＫＳ炭の配合比率が略同一となるように配合した。
【0037】
【表3】
【0038】
（造粒方法）
一段点火のケースでは配合原料を一括して造粒し、二段点火のケースでは上段系配合原料と下段系配合原料とを別々に造粒した。造粒は、ドラムミキサー（直径６００ｍｍ、回転数２５ｒｐｍ）で４分間（ｍｉｎ）混合後、配合原料を１００質量％として７．０質量％の量の水分を添加し、さらにドラムミキサーで４分間（ｍｉｎ）処理した。
一段点火のケースでは配合原料を一括して造粒し、二段点火のケースでは上段系配合原料と下段系配合原料とを別々に造粒した。造粒は、ドラムミキサー（直径６００ｍｍ、回転数２５ｒｐｍ）で４分間（ｍｉｎ）混合後、配合原料を１００質量％として７．０質量％の量の水分を添加し、さらにドラムミキサーで４分間（ｍｉｎ）処理した。
【0039】
（装入・点火方法）
鍋は、高さ５００ｍｍの円柱形の下段用鍋（φ３００ｍｍ）と、高さ３００ｍｍの円柱形の上段用鍋（φ３００ｍｍ）の２本を準備した。一段点火のケースでは、２本の鍋を下段用鍋が下側となるように積んで、そこへ配合原料（層厚８００ｍｍ）を装入して、１１００℃１分間（ｍｉｎ）点火した。二段点火のケースでは、下段用鍋に下段系配合原料（層厚５００ｍｍ）を、上段用鍋に上段系配合原料（層厚３００ｍｍ）を装入した。そして、まず、下段系配合原料を装入した下段用鍋をセットして、１１００℃１分間（ｍｉｎ）点火した。点火終了後、下段用鍋の上に、直ちに上段用鍋をセットして、１１００℃１分間（ｍｉｎ）点火した。吸引圧は、点火開始から１４．７ｋPa一定とした。なお、下段系配合原料の点火終了から上段系配合原料の点火開始までに３０秒要した。
鍋は、高さ５００ｍｍの円柱形の下段用鍋（φ３００ｍｍ）と、高さ３００ｍｍの円柱形の上段用鍋（φ３００ｍｍ）の２本を準備した。一段点火のケースでは、２本の鍋を下段用鍋が下側となるように積んで、そこへ配合原料（層厚８００ｍｍ）を装入して、１１００℃１分間（ｍｉｎ）点火した。二段点火のケースでは、下段用鍋に下段系配合原料（層厚５００ｍｍ）を、上段用鍋に上段系配合原料（層厚３００ｍｍ）を装入した。そして、まず、下段系配合原料を装入した下段用鍋をセットして、１１００℃１分間（ｍｉｎ）点火した。点火終了後、下段用鍋の上に、直ちに上段用鍋をセットして、１１００℃１分間（ｍｉｎ）点火した。吸引圧は、点火開始から１４．７ｋPa一定とした。なお、下段系配合原料の点火終了から上段系配合原料の点火開始までに３０秒要した。
【0040】
（焼結時間）
焼結時間は以下のように測定した。熱電対を下段用鍋の上面から６０ｍｍ、１５０ｍｍ、３００ｍｍ、４５０ｍｍの位置にそれぞれセットした。一段点火の場合は４５０ｍｍ位置の熱電対のピーク時刻までの所要時間を焼結時間とした。一方、二段点火の場合は、上段の焼結完了と下段の焼結完了の遅い方を、上下段全体としての焼結完了とみなすため、６０ｍｍ位置の熱電対の２回目のピーク時刻（上段の焼結完了）までの所要時間と、４５０ｍｍ位置の熱電対の１回目のピーク時刻（下段の焼結完了）までの所要時間の２つのうち長い方を、焼結時間とした。焼結完了となった時刻から３分後に吸引を停止し、焼結終了とした。
焼結時間は以下のように測定した。熱電対を下段用鍋の上面から６０ｍｍ、１５０ｍｍ、３００ｍｍ、４５０ｍｍの位置にそれぞれセットした。一段点火の場合は４５０ｍｍ位置の熱電対のピーク時刻までの所要時間を焼結時間とした。一方、二段点火の場合は、上段の焼結完了と下段の焼結完了の遅い方を、上下段全体としての焼結完了とみなすため、６０ｍｍ位置の熱電対の２回目のピーク時刻（上段の焼結完了）までの所要時間と、４５０ｍｍ位置の熱電対の１回目のピーク時刻（下段の焼結完了）までの所要時間の２つのうち長い方を、焼結時間とした。焼結完了となった時刻から３分後に吸引を停止し、焼結終了とした。
【0041】
（生産率）
生産率は、上述のように測定した焼結時間に基づいて、以下の式（１）により求めた。
生産率＝成品量（ｔ）／焼結面積（0.07ｍ２）／焼結時間（日） …（１）
生産率は、上述のように測定した焼結時間に基づいて、以下の式（１）により求めた。
生産率＝成品量（ｔ）／焼結面積（0.07ｍ２）／焼結時間（日） …（１）
【0042】
（ＮＯｘ評価方法）
排ガスＮＯｘ濃度は、焼結排ガスを分取し分析計へ供して測定した。
排ガスＮＯｘ排出量の評価指標として（２）および（３）式で計算されるＮＯｘ転換率を用いた。ここで、ＮＯｘ転換率とは炭材中の窒素量に対するＮＯｘ発生量のモル比であるが、炭材のカーボン燃焼率を考慮する必要がある。
一方、排ガス中に含まれるＣＯおよびＣＯ２は炭材、点火ガスおよび石灰石由来とみなされるが、炭材燃焼カーボン量はＣＯおよびＣＯの生成量から点火ガスおよび石灰石由来のカーボン量を引き算して求めた。ここで、点火ガス中のカーボンはすべて燃焼し、石灰石はすべて脱炭酸反応したものと仮定した。
排ガスＮＯｘ濃度は、焼結排ガスを分取し分析計へ供して測定した。
排ガスＮＯｘ排出量の評価指標として（２）および（３）式で計算されるＮＯｘ転換率を用いた。ここで、ＮＯｘ転換率とは炭材中の窒素量に対するＮＯｘ発生量のモル比であるが、炭材のカーボン燃焼率を考慮する必要がある。
一方、排ガス中に含まれるＣＯおよびＣＯ２は炭材、点火ガスおよび石灰石由来とみなされるが、炭材燃焼カーボン量はＣＯおよびＣＯの生成量から点火ガスおよび石灰石由来のカーボン量を引き算して求めた。ここで、点火ガス中のカーボンはすべて燃焼し、石灰石はすべて脱炭酸反応したものと仮定した。
【0043】
ηＮＯ＝１００×［ＮＯｘ／ＮＣＯＫＥ］×［ＣＣＯＫＥ／ＣＣＯＫＥ Comb］
・・・・・（２）
ＣＣＯＫＥ Comb＝（ＣＯ＋ＣＯ２－ＣＬＰＧ－ＣＣＬＳ）・・・・・（３）
ηＮＯ ：ＮＯｘ転換率（％）
ＮＯｘ ：焼結開始から終了までの排ガスＮＯｘ積算量（ｍｏｌ）
ＣＯ ：焼結開始から終了までの排ガスＣＯ積算量（ｍｏｌ）
ＣＯ２ ：焼結開始から終了までの排ガスＣＯ２積算量（ｍｏｌ）
ＮＣＯＫＥ ：炭材由来の窒素入量（ｍｏｌ）
ＣＣＯＫＥ ：炭材由来のカーボン入量（ｍｏｌ）
ＣＣＯＫＥ Comb：炭材由来の燃焼カーボン量（ｍｏｌ）
ＣＬＰＧ ：点火ガス由来のカーボン入量（ｍｏｌ）
ＣＣＬＳ ：石灰石由来のカーボン入量（ｍｏｌ）
・・・・・（２）
ＣＣＯＫＥ Comb＝（ＣＯ＋ＣＯ２－ＣＬＰＧ－ＣＣＬＳ）・・・・・（３）
ηＮＯ ：ＮＯｘ転換率（％）
ＮＯｘ ：焼結開始から終了までの排ガスＮＯｘ積算量（ｍｏｌ）
ＣＯ ：焼結開始から終了までの排ガスＣＯ積算量（ｍｏｌ）
ＣＯ２ ：焼結開始から終了までの排ガスＣＯ２積算量（ｍｏｌ）
ＮＣＯＫＥ ：炭材由来の窒素入量（ｍｏｌ）
ＣＣＯＫＥ ：炭材由来のカーボン入量（ｍｏｌ）
ＣＣＯＫＥ Comb：炭材由来の燃焼カーボン量（ｍｏｌ）
ＣＬＰＧ ：点火ガス由来のカーボン入量（ｍｏｌ）
ＣＣＬＳ ：石灰石由来のカーボン入量（ｍｏｌ）
【0044】
（試験結果）
試験ケース１～４の結果を表４の下段に示す。表４に示すように、比較例１と発明例１とは、全炭材（上段および下段）に対するＰＫＳ炭の配合比が略同じである。つまり、同量のＰＫＳ炭を、比較例１（一段装入一段点火）では層厚方向全体に分布させているのに対し、発明例１（二段装入二段点火）では下段層１０のみに分布させている。下段層１０のみにＰＫＳ炭を使用した発明例１の方が、全体に分布させた比較例１よりもＮＯｘ転換率が１５％低減している。
試験ケース１～４の結果を表４の下段に示す。表４に示すように、比較例１と発明例１とは、全炭材（上段および下段）に対するＰＫＳ炭の配合比が略同じである。つまり、同量のＰＫＳ炭を、比較例１（一段装入一段点火）では層厚方向全体に分布させているのに対し、発明例１（二段装入二段点火）では下段層１０のみに分布させている。下段層１０のみにＰＫＳ炭を使用した発明例１の方が、全体に分布させた比較例１よりもＮＯｘ転換率が１５％低減している。
【0045】
また、表４に示すように、一段装入一段点火において、炭材に粉コークスおよびＰＫＳ炭を使用した比較例１の方が、炭材に粉コークスのみを使用した参考例１に比べ、ＮＯｘ転換率が１０％低減している。炭材に粉コークスのみを使用した場合は、二段装入二段点火とした参考例２の方が、一段装入一段点火とした参考例１に比べ、ＮＯｘ転換率が８％低減している。上段に粉コークスのみ、下段に粉コークスとおよびＰＫＳ炭を使用した発明例１では、参考例１に比べ、ＮＯｘ転換率が２５％低減している。このように、発明例１では、二段装入二段点火による下段燃焼帯におけるＮＯｘ分解効果（低減率８％;参考例１に対する参考例２）およびＰＫＳ炭自体のＮＯｘ発生低減効果(低減率１０％；参考例１に対する比較例１)との相乗値（１７％）以上に、ＮＯｘ転換率が低減した。また、試験ケース１～４の中で、発明例１の生産率が一番高かった。
【0046】
【表4】
【0047】
試験ケース５～９の結果を表５の下段に示す。表５に示すように、比較例２と発明例５とは、全炭材（上段および下段）に対するＰＫＳ炭の配合比が略同じである。上述した比較例１と発明例１の場合と同様、下段層１０のみにＰＫＳ炭を使用した発明例５の方が、全体に分布させた比較例２よりもＮＯｘ転換率が低く、４％低減している。
【0048】
【表5】
【0049】
図４は、試験ケース１～９の試験結果における、全炭材に対するＰＫＳ炭の配合比率とＮＯｘ転換率との関係を示す図である。図４に示すように、２段点火のケースは１段点火のケースと比較して、同一ＰＫＳ炭配合比ではＮＯｘ転換率が低位になった。特に、下段系の炭材中のＰＫＳ炭配合比率が３０％以上７０％以下において低くなった。下段系の炭材中のＰＫＳ炭配合比率が３０％未満であると、ＰＫＳ炭の使用効果が現れにくく、７０％を超えると、炭材の燃焼速度が速くなりすぎて下段層燃焼帯１０Ａの幅を拡げることができず、ＮＯｘを十分に分解することができないためであると考えられる。
【0050】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【0051】
１Ａ…第１のドラムミキサー、１Ｂ…第１のホッパ、１Ｃ…第１の点火器、１Ｄ…第１の原料槽群（下段原料槽群）、第１の原料槽１Ｄ１～１Ｄ４、２Ａ…第２のドラムミキサー、２Ｂ…第２のホッパ、２Ｃ…第２の点火器、２Ｄ…第２の原料槽群（上段原料槽群）、第２の原料槽２Ｄ１～２Ｄ５、１０…下段層、１０Ａ…下段層燃焼帯、２０…上段層、２０Ａ…上段層燃焼帯、３…焼結部、５…パレット進行方向、６…下方吸引
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】