烧结矿的制造方法
阅读：81发布：2023-01-28
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1.一种烧结矿的制造方法，其具有：
装入工序，将包含粉矿石和炭材的烧结原料装入到循环移动的台车上而形成装入层；
点火工序，使用点火炉对该装入层表面的炭材进行点火；
气体燃料供给工序，将气体燃料供给到装入层上方的大气中而形成燃烧下限浓度以下的稀释气体燃料进行供给；及
烧结工序，通过配置在台车下的风箱将上述稀释气体燃料和空气吸引到装入层内，使装入层内的炭材燃烧，并使上述稀释气体燃料在炭材燃烧后的装入层内燃烧而进行烧结，所述烧结矿的制造方法的特征在于，
与未供给气体燃料时相比，以在由下式定义的置换率下处于2.73～15的范围内的方式削减上述烧结原料中的炭材的量，
置换率=B/A
其中，A：供给的气体燃料的燃烧热量，B：与削减的炭材量相当的燃烧热量。
2.根据权利要求1所述的烧结矿的制造方法，其特征在于，
使上述置换率处于2.73～10的范围内。
3.根据权利要求1所述的烧结矿的制造方法，其特征在于，
使上述置换率处于2.73～6的范围内。
烧结矿的制造方法
技术领域
背景技术
[0002] 作为高炉制铁法的主原料的烧结矿通常经由图1所示的工序来制造。烧结矿的原料是铁矿石粉或烧结矿筛下粉、制铁厂内产生的回收粉、石灰石及白云石等的含CaO系副原料、生石灰等的造粒助剂、焦炭粉和无烟煤等，所述原料分别从料斗1…，在传送带上以规定的比例切出。切出的原料通过滚筒式搅拌机2及3等添加、混合适量的水，进行造粒，从而形成平均直径为3～6mm的模拟粒子即烧结原料。然后，该烧结原料从配置在烧结机上的缓冲料斗4、5经由滚筒进料器6和切出滑槽7，装入到环状移动式的烧结机台车8上，形成被称作烧结床的装入层9。装入层的厚度(高度)通常为400～800mm左右。然后，通过设置在装入层9上方的点火炉10，对装入层表层的炭材进行点火，并经由配设在台车8紧下方的风箱11将大气向下方吸引，从而使该装入层中的炭材依次燃烧，由于此时产生的燃烧热量而使所述烧结原料熔融，从而得到烧结块。然后，对如此得到的烧结块进行破碎、整粒，将约5mm以上的成块物作为成品烧结矿进行回收。
[0003] 在上述制造过程中，通过点火炉10点火的装入层中的炭材之后在通过风箱从装入层的上层朝向下层吸引的大气的作用下继续燃烧，形成具有宽度的燃烧/熔融带(以下，简称为“燃烧带”)。该燃烧带伴随台车8向下游侧的移动而逐渐从装入层的上层向下层转移，在燃烧带通过后，生成烧结块层(以下，简称为“烧结层”)。而且，伴随着燃烧带从上层向下层转移，烧结原料中包含的水分在炭材的燃烧热量下发生气化，在温度还未上升的下层的烧结原料中浓缩，形成湿润带。该水分浓度为某程度以上时，成为吸引气体的流路的烧结原料的粒子间的空隙被水分填埋，通气阻力增大。而且，烧结反应所需的燃烧带上产生的熔融部分也成为提高通气阻力的主要原因。
[0004] 图2是表示在厚度600mm的装入层中移动的燃烧带处于该装入层的台车的约400mm上(距装入层表面200mm下)的位置时的装入层内的压损和温度的分布的图。此时的压损分布是湿润带中的压损为约60％，燃烧带中的压损为约40％。
[0005] 此外，烧结机的生产量(t/hr)通常由烧结生产率(t/hr·m2)×烧结机面积(m2)决定。即，烧结机的生产量根据烧结机的机宽或机长、原料堆积层的厚度(装入层厚度)、烧结原料的容积密度、烧结(燃烧)时间、成品率等进行变化。因此，认为为了增加烧结矿的生产量，而改善装入层的通气性(压损)，缩短烧结时间，或提高破碎前的烧结块的冷强度，提高成品率等是有效的。
[0006] 图3是表示在烧结矿的生产性高时和低时，即，烧结机的台车移动速度快时和慢时的装入层内的某点的温度和时间的推移的图。烧结原料的粒子保持成熔融开始的1200℃以上的温度的时间(以下，称为“高温区域保持时间”)在生产性低时由t1表示，在生产性高时由t2表示。由于生产性高时，台车的移动速度快，因此高温区域保持时间t2比生产性低时的t1短。高温区域保持时间缩短时，容易形成烧结不足，烧结矿的冷强度下降，成品率下降。因此，为了在短时间内，以高成品率来生产性良好地制造高强度的烧结矿，而需要谋求某种方法而延长“高温区域保持时间”，提高烧结块的强度，即提高烧结矿的冷强度。需要说明的是，作为表示烧结矿的冷强度的指标，通常使用SI(抗碎指标)、TI(转鼓指标)。
[0007] 图4是示意性地表示通过点火炉点火后的装入层表层的炭材在吸引的空气的作用下持续燃烧而形成燃烧带，该燃烧从装入层的上层向下层依次移动并形成烧结块的过程的图。而且，图5(a)是示意性地表示上述燃烧带存在于图4所示的粗框内所示的装入层的上层部、中层部及下层部的各层内时的温度分布的图。烧结矿的强度受到保持在1200℃以上的温度的时间的影响，准确来说，受到保持在1200℃以上的温度的温度与时间之积的影响，其值越大，烧结矿的强度越高。装入层的中层部及下层部中，装入层上层部的炭材的燃烧所产生的燃烧热量与吸引了的空气一起被运送而进行预热。因此，装入层的中层部或下层部在高温度下保持长时间，相对于此，装入层上层部的燃烧热量不足，烧结所需的燃烧熔融反应(烧结化反应)容易不充分。其结果是，装入层内的烧结机宽度方向截面内的烧结矿的成品率分布如图5(b)所示，越靠装入层上层部而成品率越低。然而，此时必须注意的是装入层内的温度超过1380℃时，烧结矿的组织发生玻璃化，相反强度下降。因此，最高到达温度优选不超过1380℃。
[0008] 针对该问题，提出了几个以将装入层上层部长时间保持在高温下为目的的技术方案。例如，在日本特开昭48-18102号公报中提出了对装入层点火后，将气体燃料喷射到装入层上的技术，在日本特公昭46-27126号公报中提出了对装入层点火后，在被吸引到装入层的空气中添加可燃性气体的技术，而且，在日本特开昭55-18585号公报中提出了为了使烧结原料的装入层内形成为高温，而在装入层上配设罩，从该罩在点火炉紧后位置吹入空气和焦炉煤气的混合气体的技术，另外，在日本特开平5-311257号公报中提出了将低熔点熔剂和炭材或可燃性气体同时在点火炉紧后位置吹入的技术。
[0009] 然而，所述技术使用高浓度的气体燃料，而且在吹入燃料气体时未削减炭材量，因此装入层内的烧结时的最高到达温度成为超过1380℃的高温，相反地生成冷强度低的烧结矿而未得到成品率改善效果，或由于气体燃料的燃烧引起的温度上升和热膨胀，通气性恶化，生产性下降，进而，由于气体燃料的使用，而在烧结床上部空间中存在引起火灾的危险性，因此哪一个都达不到实用化。
[0010] 因此，作为解决上述问题点的技术，申请人在WO2007-052776号公报中提出了如下的方法，即，在烧结机的点火炉的下游，将稀释成燃烧下限浓度以下的各种气体燃料从台车上的烧结原料层(装入层)上供给而导入到装入层内，通过使其燃烧，而调整装入层内的最高到达温度及高温区域保持时间中的任一方或双方。
[0011] 根据上述WO2007-052776号公报的技术，能够将稀释成规定的浓度的气体燃料导入到下方吸引式烧结机的装入层内，而在装入层内的成为目标的位置上使所述气体燃料燃烧，因此通过适当地控制烧结原料的燃烧时的最高到达温度或高温区域保持时间，而能够提高因热量不足而烧结矿的冷强度容易降低的装入层上层部的烧结矿的强度，或进一步提高装入层的中/下层部的烧结矿的强度。
[0012] 然而，在包含上述WO2007-052776号公报的现有技术中，在烧结原料中含有的炭材的量与稀释成上述规定浓度而供给的气体燃料的关系中，对于应该形成何种配合量这一点，还未作充分研究。
发明内容
[0013] 因此，本发明的目的是提供一种烧结矿的制造方法，该方法在下方吸引式烧结机的点火炉下游侧供给气体燃料而制造烧结矿，其中，在与上述气体燃料的关系中，使烧结原料中含有的炭材的量最优化，最大限度地发挥气体燃料供给效果，能够以高成品率，廉价地制造高强度、高品质的烧结矿，而且，能够削减烧结工序中产生的二氧化碳的排出量。
[0014] 发明者们在下方吸引式烧结机的点火炉下游侧供给稀释气体燃料而制造烧结矿的方法中，以高成品率廉价地制造高强度高品质的烧结矿，并且近年来，尤其是面对制铁业追求的二氧化碳的排出量的削减，为了使稀释气体燃料的供给量与烧结原料中含有的炭材量的关系最优化而反复进行了仔细研究。其结果是，发现了如下内容而完成了本发明，即优选根据稀释气体燃料的供给量削减烧结原料中含有的炭材的量的情况，以及即使削减与供给的气体燃料的燃烧热量相当的量以上的炭材，也能够充分地改善烧结矿的品质特性并提高生产性，并且能够大幅度地削减二氧化碳的排出量。
[0015] 即，本发明涉及一种烧结矿的制造方法，其具有：装入工序，将包含粉矿石和炭材的烧结原料装入到循环移动的台车上而形成装入层；点火工序，使用点火炉对该装入层表面的炭材进行点火；气体燃料供给工序，将气体燃料供给到装入层上方的大气中而形成燃烧下限浓度以下的稀释气体燃料进行供给；烧结工序，通过配置在台车下的风箱将上述稀释气体燃料和空气吸引到装入层内，使装入层内的炭材燃烧，并使上述稀释气体燃料在炭材燃烧后的装入层内燃烧而进行烧结，所述烧结矿的制造方法的特征在于，与未供给气体燃料时相比，削减上述烧结原料中的炭材的量。
[0016] 本发明的烧结矿的制造方法的特征在于，上述炭材的削减量以由下式定义的置换率计处于1～15的范围内，
[0017] 置换率＝B/A
[0018] 其中，A：供给的气体燃料的燃烧热量，B：与削减的炭材量相当的燃烧热量。
[0019] 另外，本发明的烧结矿的制造方法的特征在于，使上述置换率处于1.5～10的范围内，或进一步使上述置换率处于2～6的范围内。
[0020] [发明效果]
[0021] 根据本发明，通过根据在烧结机的点火炉下游侧供给的稀释气体燃料的供给量而削减烧结原料中含有的炭材的量，能够使最高到达温度不超过1380℃地将烧结工序中的燃烧/熔融带的温度长时间保持在1200～1380℃的范围内，因此能够以高成品率、确保高生产性并稳定地制造高强度的烧结矿。此外，根据本发明，由于能够减少与供给的气体燃料的燃烧热量相当的量以上的炭材，因此能够降低炭材成本，并能够大幅度地削减烧结工序中产生的二氧化碳的排出量。附图说明
[0022] 图1是说明烧结矿的制造工序的图。
[0023] 图2是说明烧结时的装入层内的压损和温度的分布的图。
[0024] 图3是比较表示烧结矿的生产性高时和生产性低时的装入层内温度的时间推移的图。
[0025] 图4是示意性地说明装入层的烧结进展过程的图。
[0026] 图5是说明装入层上层部、中层部及下层部的烧结时的温度分布和装入层宽度方向截面内的烧结矿的成品率分布的图。
[0027] 图6是说明稀释气体燃料的供给方法的比较中使用的试验装置的图。
[0028] 图7是说明本发明中的气体燃料供给装置的一例的图。
[0029] 图8是说明本发明中的气体燃料供给装置的另一例的图。
[0030] 图9是对烧结反应进行说明的图。
[0031] 图10是说明骸晶状二次赤铁矿生成的过程的状态图。
[0032] 图11是说明给装入层内的温度分布带来影响的气体燃料供给效果的图。
[0033] 图12是说明稀释气体燃料的供给条件浓度、供给位置给装入层内的温度分布带来的影响的图。
[0034] 图13是表示烧结锅试验中的气体燃料的燃烧热量A和与削减炭材量相当的燃烧热量B之比即置换率B/A、及烧结矿的品质之间的关系的图形。
[0035] 图14是说明实施例的烧结试验中使用的烧结机的结构的图。
[0036] 图15是表示实际烧结机中的气体燃料的燃烧热量A和与削减炭材量相当的燃烧热量B之比即置换率B/A、及烧结矿的品质之间的关系的图形。
[0037] 标号说明：
[0038] 1：原料料斗
[0039] 2、3：滚筒式搅拌机
[0040] 4：铺底料斗
[0041] 5：缓冲料斗
[0042] 6；滚筒进料器
[0043] 7：切出滑槽
[0044] 8：台车
[0045] 9：装入层
[0046] 10：点火炉
[0047] 11：风箱
具体实施方式
[0048] 如上所述，本发明的烧结矿的制造方法包括装入工序、点火工序、气体燃料供给工序及烧结工序这各个工序。在此，上述的装入工序是将包含粉矿石和炭材的烧结原料装入到循环移动的台车上而形成装入层的工序，点火工序是通过点火炉对装入层表层的炭材进行点火的工序。而且，上述的气体燃料供给工序是如下所述工序：在点火炉的台车前进方向的下游侧，从气体燃料供给装置将高浓度的气体燃料高速地喷出到装入层上方的大气中，并与空气瞬间混合而形成燃烧下限浓度以下的规定浓度的稀释气体燃料，该稀释气体燃料与空气一起被配置在台车下的风箱吸引而导入到装入层内，烧结工序是如下所述工序：通过吸引到装入层内的上述空气使装入层内的炭材燃烧，通过产生的燃烧热量而使烧结原料熔融/烧结，并使稀释气体燃料在燃烧带所通过的装入层内的规定的位置燃烧，然后促进熔融/烧结而生成烧结块。
[0049] 在本发明的烧结矿的制造方法中，通过将导入到装入层中的高浓度的气体燃料在装入层的上方以高速喷出到大气中而在短时间内与周围的空气混合，从而稀释成该气体燃料具有的燃烧下限浓度以下的浓度，其后，将该稀释气体燃料导入到装入层中。如此导入到装入层内之前进行稀释的理由如下所述。
[0050] 将烧结块填充到内径300mmφ×高度400mm的烧结锅中，制作了在烧结块的下方能够通过烧结块而吸引空气的试验装置。接下来，如图6(a)所示，在距烧结块的中央部上为深度90mm的位置埋入喷嘴，相对于吸引的空气吹入1体积％量的100％浓度的甲烷气体，测定烧结块内的圆周方向及深度方向上的甲烷气体浓度的分布，其结果如表1所示。而且，如图6(b)所示，使用相同的喷嘴，从烧结块的上方350mm的位置将与上述同量的甲烷气体供给到大气中进行稀释，与上述同样地测定烧结块内的甲烷气体浓度的分布，其结果如表2所示。根据上述结果可知，在将甲烷气体直接导入到烧结块中时，甲烷气体向横向的扩散不充分，相对于此，在烧结块上方供给甲烷气体时，烧结块内的甲烷气体浓度大致形成均匀化。从该结果可知，这是因为优选气体燃料在烧结块的上方供给到大气中，并在导入到装入层内之前事先均匀地进行稀释。
[0051] 表1
[0052]
[0053] 甲烷气体浓度：10.23％以上无法测定
[0054] 表2
[0055]
[0056] 甲烷气体浓度：10.23％以上无法测定
[0057] 需要说明的是，作为将上述浓度的稀释气体燃料供给到装入层中的方法，有紧上吹入方式和预混合吹入方式(所谓预混和形式)，所述紧上吹入方式是将民用煤气或LNG、C气体等的气体燃料在高浓度的状态下喷出到大气中，与周围的空气混合而稀释成规定浓度后，导入到装入层中的方式，所述预混合吹入方式是将事先使大气与气体燃料混合而稀释成规定浓度的气体燃料从装入层的上方进行供给的方式。表3是评价了上述两方式的得失的表。在紧上吹入方式中，若以紊流燃烧速度以上的速度喷出气体燃料，则虽然容易防止逆火，但使气体燃料与周围的大气混合而稀释时，容易发生浓度不均，引起异常燃烧的可能性高于预混合吹入方式。然而，包含设备成本而进行综合评价时，民用煤气(LNG)的紧上吹入方式最优异。
[0058] 表3
[0059]
[0060] 作为供给气体燃料的装置，优选例如为具有图7所示气体燃料供给单元的装置，其中，沿台车的宽度方向配设多个气体燃料供给管，并在该管上设置喷出气体燃料的狭缝或开口、或安装有喷嘴，或者具有如图8所示气体燃料供给单元的装置，其中沿台车的前进方向配设多个气体燃料供给管，并在该管上设置喷出气体燃料的狭缝或开口、或安装有喷嘴。
[0061] 接下来，说明在本发明的烧结矿的制造方法中，供给到装入层中的稀释气体燃料的种类。
[0062] 表4是表示在制铁业中使用的气体燃料(民用煤气、焦炉煤气(C气体)、高炉煤气(B气体))的燃烧下限浓度、供给浓度等的表。从防止爆炸或火灾(着火)的观点出发，供给到烧结原料中时的气体燃料的浓度低于燃烧下限浓度时比较安全。在该方面上，民用煤气使用以甲烷为主成分的天然气(LNG)，虽然燃烧下限浓度与C气体近似，但热量比C气体高，因此能够降低供给浓度。因此，为了确保安全性，能够降低供给浓度的民用煤气优于C气体。
[0063] 表4
[0064]
[0065] 表5是表示气体燃料中含有的燃烧成分(氢、CO、甲烷)和所述成分的燃烧下限/上限浓度、层流、紊流时的燃烧速度等的表。为了防止在烧结中对从气体燃料供给装置供给的气体燃料的点火，而需要实现逆火防止。为此，考虑使气体燃料至少以层流燃烧速度以上，优选以紊流燃烧速度以上的高速喷出即可。例如，在以甲烷为主成分的民用煤气的情况下，若以超过3.7m/s的速度喷出，则不用担心发生逆火。另一方面，氢气的紊流燃烧速度比CO或甲烷快，因此为了防止逆火，相应地，需要以高速喷出。在该方面上，与含氢为59体积％的C气体相比，不含氢的民用煤气(LNG)能够减慢喷出速度。而且，民用煤气由于不含CO，因此不会引起气体中毒。因此，民用煤气(LNG)作为本发明中使用的气体燃料，可以说是具有优选的特性。
[0066] 表5
[0067]
[0068] 作为在本发明中能够供给到装入层中的气体燃料，除了上述民用煤气(LNG)之外，还可以使用B气体或C气体、CO气体、乙烷气体、丙烷气体、丁烷气体或它们的混合气体中的任一种。但是，使用B气体或C气体时，需要提高气体喷出速度及另外研究CO对策。
[0069] 接下来，说明通过本发明的烧结矿的制造方法供给的稀释气体燃料的浓度。
[0070] 在本发明的制造方法中导入到装入层中的稀释气体燃料优选将其中含有的可燃性气体(燃烧成分)的浓度稀释成大气中的常温下的燃烧下限浓度的3/4(75％)以下。其理由是，高浓度的可燃性气体向装入层上部的供给有时可能会导致爆炸性的燃烧，需要至少在常温下即使有火种也形成为未燃烧的状态，需要即使在装入层中未完全燃烧，而在未燃烧的状态下到达处于风箱下游的电集尘器等也不会因电集尘器的放电而发生燃烧，进而，需要稀释成如下程度，即不会因稀释气体燃料的燃烧产生氧的消耗而导致烧结原料用所含有的总燃料(炭材+气体燃料)的燃烧所需的氧不足，不会发生燃烧不足。
[0071] 另一方面，稀释气体燃料的下限浓度优选为燃烧下限浓度的1％以上。这是因为当小于燃烧下限浓度的1％时，燃烧产生的发热量不足，无法得到烧结矿的强度提高和成品率的改善效果。
[0072] 由上述可知，本发明中的向装入层供给的稀释气体燃料的浓度优选燃烧下限浓度的1～75％的范围。这是因为，单就天然气(LNG)来说，LNG的燃烧下限浓度为4.8体积％(参照表4)，因此稀释气体燃料的浓度优选在0.05～3.6体积％的范围内。
[0073] 接下来，说明在本发明的烧结矿的制造方法中，不使装入层内的最高到达温度超过1380℃而控制在1200～1380℃的温度范围内的必要性。
[0074] 根据“矿物工学”(今井秀喜，武内寿久祢，藤木良规编，1976，175，朝仓书店)，烧结反应被总结成图9的示意图。而且，表6中表示烧结过程中生成的各种矿物的拉伸强度(冷强度)和被还原性的值。从图9可知，在烧结过程中，在1200℃下开始生成熔液，生成烧结矿的构成矿物中最高强度且被还原性比较高的铁酸钙。然后升温进展而超过约1380℃时，分解成冷强度和被还原性最低的非晶质硅酸盐(硅酸钙)以及容易还原粉化的二次赤铁矿。因此，为了稳定地得到烧结矿的冷强度及被还原性(RI)都优异的烧结矿，而重要的关键点是不使烧结过程中在1200℃以上的温度下得到的铁酸钙分解成硅酸钙和二次赤铁矿。
[0075] 表6
[0077] 另外，根据上述发行物“矿物工学”，从矿物合成试验的结果出发，根据图10的状态图，说明作为烧结矿的还原粉化的起点的二次赤铁矿的析出情况。根据该说明，作为还原粉化的起点的骸晶状二次赤铁矿在升温至Mag.ss+Liq.区域而冷却后析出，因此在状态图上，通过不经由(1)的路径而经由(2)的路径来制造烧结矿，从而能够抑制还原粉化。
[0078] 因此，为了得到还原粉化性(RDI)优异且高强度、被还原性优异的烧结矿，而需要不使烧结时的装入层内的最高到达温度超过1380℃，而将装入层内的温度控制成1200℃(铁酸钙的固相线温度)～1380℃(转变温度)的范围内。
[0079] 另外，如上所述，铁酸钙的生成依赖于保持成1200℃以上的温度的时间，准确来说，依赖于1200～1380℃的范围内保持的温度与时间之积。因此，为了得到高强度、被还原性优异且低RDI的烧结矿，如何实现将烧结时的装入层内的温度长时间保持在1200～1380℃的范围内的加热模式成为课题。因此，本发明为了确保烧结所需的热源，并延长将烧结时的装入层内的温度保持在1200～1380℃的温度范围内的时间，而采用除了炭材之外还将稀释气体燃料向装入层内供给的烧结方法。
[0080] 图11(b)是在使用了透明石英制的试验锅的烧结试验中，在供给稀释气体燃料时和未供给稀释气体燃料时，对装入层中的图11(a)中由●表示的位置的温度与时间的关系进行比较而示出的图。图中的虚线是在烧结原料中配合5质量％的焦炭作为炭材，为未进行气体燃料的供给时的例子，可知燃烧/熔融带通过上述点时的装入层内的温度在对烧结有效的1200℃以上的温度下保持2分钟左右。另一方面，图中的实线是表示在热量换算下将与0.4质量％的焦炭相当的量的LNG供给到装入层中，相应地，烧结原料中的炭材(焦炭)量减少而成为4.6质量％，为使总热量一定时的例子。这种情况下，供给到装入层中的稀释气体燃料在比焦炭的燃烧位置(燃烧带)靠上层侧，即在燃烧带已经通过而温度开始下降的区域中燃烧，该区域被再加热的结果是，在对烧结有效的1200℃以上的温度下保持的时间大幅延长。而且该延长不管伴随气体燃料的供给而焦炭量如何减少，都能够在不使气体燃烧/熔融带的通过时的装入层内的最高到达温度上升至超过导致焦炭强度下降的1380℃的温度而得以实现。
[0081] 另外，图12表示在图11所示的烧结试验中，将装入层中的焦炭量和供给的气体燃料(LNG)的浓度及供给位置改变成4个水准而进行了烧结试验的结果，图12(a)表示装入层内的焦炭及气体燃料燃烧的时间位置，图12(b)表示上述燃烧的结果，表示图12(a)中由●标记表示的装入层内位置的温度的时间推移。而且，图12(b)所示的水准A的曲线(细实线)是烧结原料中含有5质量％的焦炭作为炭材，完全未进行气体燃料的供给的例子的温度变化。而且，水准B的曲线(细点线)是供给稀释成0.1体积％的LNG，并将焦炭减少成4.6质量％的例子。在该例子中，LNG的稀释浓度降低为0.1体积％，发热量少，因此无法充分弥补焦炭减少引起的热量不足，气体燃料供给效果不充分。而且，水准D的曲线(粗虚线)是供给稀释成4.0体积％的LNG，并将焦炭减少成4.6质量％的例子，稀释气体燃料的燃烧温度依赖于温度，浓度越高而燃烧温度越低温。因此，4.0体积％的LNG在较大地背离焦炭燃烧位置的、烧结结束而温度下降的装入层上层部进行燃烧，因此装入层内温度表示两个峰值，但与对烧结有效的1200℃以上的温度的延长没有联系。相对于此，水准C的曲线(粗实线)是供给稀释成0.4体积％的LNG并将焦炭减少成4.6质量％的情况。这种情况下，稀释气体燃料的燃烧温度向高温侧转移，因此焦炭燃烧和LNG的燃烧这双方的效果重叠，与水准A、B及C的情况相比，1200℃以上的温度下的保持时间大幅延长。
[0082] 从上述结果可知，通过稀释气体燃料的供给，期待进一步促进烧结而烧结矿的强度升高，成品率和生产性提高，并且烧结矿的被还原性也提高的情况，但因此，需要根据气体燃料的供给量削减添加的炭材的量，并将装入层内的最高到达温度控制在1200～1380℃的范围内。此外，根据发明者们的调查，为了得到充分的烧结强度和被还原性以及低还原粉化性的烧结矿，而需要在1200～1380℃的温度范围内至少保持2分钟，优选3分钟以上，更优选保持5分钟以上。
[0083] 然而，供给气体燃料时应注意的情况是，以往，仅使用焦炭作为炭材时，通过焦炭的燃烧热量来确保上述烧结温度，但当含有与以往相同量的炭材而向装入层内进行稀释气体燃料的供给时，因气体燃料的燃烧热量而烧结时的最高到达温度上升，无法将装入层内的温度维持成上述的适当温度范围(1200～1380℃)，生成烧结强度低的铁酸钙，从而导致成品率和被还原性的下降。因此，考虑优选根据供给的气体燃料而减少配合到烧结原料中的炭材的量。而且，若能够削减炭材量，则不仅能够减少炭材成本，而且能够削减烧结工序中产生的二氧化碳的量。
[0084] 因此，在与供给到装入层内的稀释气体燃料之间的关系中，为了确认烧结原料中含有的炭材配合量的适当范围，而使用300φ×400mmH的透明石英制的试验锅，进行了将稀释气体燃料作为气体燃料向含有焦炭粉作为炭材的烧结原料中供给4分钟的烧结试验，所述稀释气体燃料是将LNG稀释成0.6体积％而成。需要说明的是，烧结原料中含有的炭材的量如表7所示，在未吹入气体燃料时为5.0质量％，在吹入气体燃料时，在4.8～4.0质量％之间变化，研究了供给的气体燃料的燃烧热量及与削减的炭材量相当的燃烧热量与烧结矿的品质及生产性的关系。
[0085] 表7
[0086]
[0087] 在表7中一并记录示出上述烧结锅试验的结果。而且，将设供给的气体燃料的燃烧热量为A且设与削减的炭材量相当的燃烧热量为B时的B对A的比(B/A)定义为置换率时，该置换率B/A与烧结矿的品质(抗碎强度、被还原性)、成品率及生产率的关系如图13所示。需要说明的是，以JIS M8711为基准测定了抗碎强度，而且，以JIS M8713为基准而测定了被还原性。
[0088] 从图13可知，至少在供给气体燃料而制造烧结矿时，即使烧结原料中的炭材的量比未供给气体燃料时削减，也不会对烧结矿的品质特性(强度、被还原性)和生产性产生任何坏影响，相反还会提高烧结矿的品质特性和生产性，尤其是即使置换率B/A为1以上，即，在气体燃料供给工序中即使削减与供给的稀释气体燃料的燃烧热量相当的量以上的炭材，也能提高烧结矿的品质特性(强度、被还原性)和生产性。此外，从图13可知，炭材的削减量即使在设置换率B/A为5左右且炭材量大幅削减，也能够充分享受气体燃料供给的效果。即，确认出为了将装入层内的温度维持在1200～1380℃的区域而不生成非晶质的硅酸钙，而必须削减与气体燃料供给工序中供给的气体燃料的燃烧热量相当的量以上的炭材。
[0089] 如上所述，即使削减与供给的稀释气体燃料的燃烧热量相当的量以上的炭材，因而气体燃料与炭材的总计的燃烧热量减少，也会提高烧结矿的品质特性和生产性，其理由是因为，从上述的图11及图12可知，供给到装入层中的稀释气体燃料在焦炭的燃烧位置(燃烧带)的上层侧，即在燃烧带已经通过而温度开始下降的区域进行燃烧，该区域被再加热的结果是，不会使气体燃烧/熔融带的通过时的装入层内的温度上升到导致焦炭强度下降的超过1380℃的温度，而在对烧结有效的1200℃以上的温度中保持的时间大幅延长。
[0090] 但是，过度削减炭材量时，即，置换率B/A过大时，气体燃料与炭材的总计燃烧热量过度下降，烧结矿的品质特性和生产性会下降。需要说明的是，即使置换率B/A为10以上，也能确认气体燃料的供给效果，其上限如后述的实施例中说明的那样为15左右。因此，烧结原料中的炭材量优选根据供给的气体燃料而削减成使置换率B/A处于1～15的范围内，更优选为1.5～10，进一步优选为2～6的范围。
[0091] 如上所述，根据本发明，由于能够削减与供给的气体燃料的燃烧热量相当的量以上的炭材，因此能够廉价地实现烧结矿的品质改善和生产性的提高，此外能够大幅削减因炭材的燃烧而产生的二氧化碳的量。因此，本发明可以说是对地球环境温和的环境调和型的技术。
[0092] [实施例]
[0093] 使用设有图14所示的气体燃料供给设备的实际烧结机，在表8所示的条件下，与表气体燃料吹入同时地进行削减烧结原料中的炭材量的烧结试验，确认了给烧结矿的品质(转鼓强度、被还原性)带来的影响。
[0094] 需要说明的是，转鼓强度作为表示由实际烧结机得到的烧结矿强度的指标被最广泛地使用，与抗碎强度具有较强的相关关系。该转鼓强度TI以JIS M8712为基准，使试料在旋转滚筒内旋转，以6.3mm的筛子进行筛分，根据供于试验的试料质量与试验后的+6.3mm的试料质量之比而求出。而且，被还原性以JIS M8713为基准，将筛分成19.0～22.4mm的500g的烧结矿试料在900℃下，在包含30体积％的CO、70体积％的N2的还原气体下还原了180分钟，之后，以还原氧量相对于还原前的被还原氧量的比例来求出。
[0095] 上述实际试验的结果在表8中一并记录，设供给的稀释气体燃料的燃烧热量为A且设与削减的炭材量相当的燃烧热量为B时的置换率B/A与烧结矿的品质(转鼓强度TI、被还原性RI)的关系如图15所示。从所述结果可知，烧结锅试验中的气体燃料的燃烧热量A和与削减炭材量相当的燃烧热量B之比即置换率B/A在1～15的范围内，能够得到提高了强度和被还原性的烧结矿。
[0096]
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