JP5573777B2 - 焼結鉱の冷却方法、焼結鉱の選別方法、および焼結鉱の選別装置 - Google Patents

Description

本発明は、焼結鉱の冷却方法、焼結鉱の選別方法、および焼結鉱の選別装置に関する。

鉄鋼の主要原料である鉄鉱石のうち、粉状の粉鉱石は、そのまま高炉に投入すると高炉内のガスの流れを阻害するため、焼成して焼結鉱にしてから高炉に投入される。粉鉱石に石灰粉やコークス粉を混合した原料を焼成して焼結鉱を生成する焼結機としては、例えばドワイトロイド式焼結機が知られている。焼結鉱は、焼結機で焼成された後、高炉までの搬送手段であるコンベアなどの耐用温度以下まで冷却される。焼成後の焼結鉱は莫大な熱量を有しているため、この冷却時に放出される熱を回収して有効に利用することが、省エネルギーの観点から望ましい。

しかしながら、従来用いられてきた冷却装置の多くは、水平方向に移動する焼結鉱に冷却ガスを通気して冷却する水平移動型のものであった。かかる水平移動型冷却装置では、薄く積層された焼結鉱に冷却ガスが通気されるため、通気される冷却ガスの量が多くなり、焼結鉱との熱交換による冷却ガスの昇温幅は小さい。それゆえ、冷却ガスから熱を回収しても有効利用することが難しく、熱回収がされないことも多かった。

そこで、冷却ガスから熱を回収して有効利用することが可能な焼結鉱の冷却装置として、竪型冷却装置が開発されている。竪型冷却装置では、焼結鉱が装置の上部から装入されて装置内に堆積し、冷却ガスが装置の下部から上部へと通気される。かかる竪型冷却装置では、厚く堆積した焼結鉱に冷却ガスが通気されるため、通気される冷却ガスの量は比較的少なく、その分、焼結鉱との熱交換による冷却ガスの昇温幅が大きい。それゆえ、冷却ガスから熱を回収して有効利用することが比較的容易である。かかる竪型冷却装置については、例えば特許文献１〜３に記載されている。

特開昭５３−７１６０１号公報 特開昭５３−１２５９０８号公報 特開昭５５−１１９１３８号公報

例えばドワイトロイド式焼結機が用いられる場合、焼結機で焼成された焼結鉱は、クラッシャで破砕されて冷却装置に装入される。クラッシャで破砕された焼結鉱の平均温度は約５００〜６００℃である。破砕後の焼結鉱を、特許文献１〜３に記載のような竪型冷却装置で冷却した場合、冷却装置から排出される冷却ガスの温度は、装入された焼結鉱の温度を上回ることはなく、高くても約５００〜６００℃である。この温度は、水平移動型冷却装置の場合に比べると高いが、熱を回収して有効利用するために十分に高い温度とはいえず、回収される熱量は、焼成時に与えられた熱量に比較すると依然として少ない。

ここで、焼結鉱全体の平均温度ではなく、個々の焼結鉱の温度に着目する。例えばドワイトロイド式焼結機が用いられる場合、焼結鉱全体の平均温度は上記の通りであるが、個々の焼結鉱の温度は、高いものでは約１０００℃に達し、低いものでは約２００℃以下になる。それゆえ、より高い温度の焼結鉱を選別して竪型冷却装置に装入することが可能になれば、冷却装置から排出される冷却ガスの温度を上記の平均温度よりも高くすることができ、冷却ガスから回収した熱の有効利用がさらに容易になる。

しかしながら、より高い温度の焼結鉱を選別することは、容易ではない。例えば、ドワイトロイド式焼結機では、焼結反応が原料層の上層から下層へと順次進行するため、焼結機からの排出時には上層の焼結鉱が比較的低温になり、下層の焼結鉱が比較的高温になる。このように、焼結鉱の温度差は、主に成分以外の要因によって生じる。成分が異なる物質を磁性域と非磁性域との差によって選別する方法であれば、例えば特表平１１−５０４８５１号公報に記載されているような磁力選別が知られているが、温度が異なる同じ成分の物質の選別の方法は知られていない。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、焼成された焼結鉱からより高い温度の高温焼結鉱を選別して冷却することによって、冷却時に回収された熱をより有効に利用することを可能にする、新規かつ改良された焼結鉱の冷却方法、焼結鉱の選別方法、および焼結鉱の選別装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明者らが鋭意検討したところ、焼結鉱は酸化鉄としてヘマタイト、マグネタイト、およびウスタイトを含む混合物であるが、温度によって焼結鉱の磁性に差異があることがわかり、さらに、温度による透磁率の差によって焼結鉱を磁力で選別できることを初めて見出して、本発明を為すに至った。

すなわち、本発明のある観点によれば、磁化率が変化する温度帯の焼結鉱の冷却方法であって、焼結機で焼成された焼結鉱を搬送手段を用いて搬送する工程と、搬送手段の端部に、または該端部に隣接して設けられた磁力発生部を用いて該端部から落下する焼結鉱に磁力を加えることによって、焼結鉱から選別温度以上の高温焼結鉱を選別する工程と、選別された高温焼結鉱を第１の竪型冷却装置に装入する工程と、第１の竪型冷却装置を用いて高温焼結鉱に第１の冷却ガスを通気する工程と、高温焼結鉱との熱交換によって昇温した第１の冷却ガスから熱回収する工程とを含むことを特徴とする、焼結鉱の冷却方法が提供される。

上記冷却方法において、磁力発生部による磁力の大きさは、選別温度に応じて設定されてもよい。

上記冷却方法において、温度が選別温度である焼結鉱が端部から落下する際の落下軌跡上に設けられた分離部材が端部から落下する焼結鉱を空間的に分離することによって、高温焼結鉱を焼結鉱から選別してもよい。

上記冷却方法において、分離部材の位置は、選別温度に応じて設定されてもよい。

高温焼結鉱に通気された第１の冷却ガスは、第１の竪型冷却装置の高温焼結鉱の堆積面よりも下に設けられた第１の排気ダクトから排出され、第１の竪型冷却装置の第１の排気ダクトよりも上の部分を高温焼結鉱の復熱帯として用いてもよい。

上記冷却方法は、焼結鉱に磁力を加えることによって、焼結鉱から選別温度未満の低温焼結鉱を選別する工程と、選別された低温焼結鉱を第２の竪型冷却装置に装入する工程と、第２の竪型冷却装置を用いて低温焼結鉱に第２の冷却ガスを通気する工程と、低温焼結鉱との熱交換によって昇温した第２の冷却ガスを第１の冷却ガスとして第１の竪型冷却装置に供給する工程とをさらに含んでもよい。

低温焼結鉱に通気された第２の冷却ガスは、第２の竪型冷却装置の低温焼結鉱の堆積面よりも下に設けられた第２の排気ダクトから排出され、第２の竪型冷却装置の第２の排気ダクトよりも上の部分を低温焼結鉱の復熱帯として用いてもよい。

上記冷却方法において、選別温度は、４００〜５５０℃であってもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、磁化率が変化する温度帯の焼結鉱の選別方法であって、焼結機で焼成された焼結鉱を搬送手段を用いて搬送する工程と、搬送手段の端部に、または該端部に隣接して設けられた磁力発生部を用いて該端部から落下する焼結鉱に磁力を加えることによって、焼結鉱から選別温度以上の高温焼結鉱を選別する工程とを含むことを特徴とする、焼結鉱の選別方法が提供される。

また、上記課題を解決するために、本発明のさらに別の観点によれば、磁化率が変化する温度帯の焼結鉱の選別装置であって、焼結機で焼成された焼結鉱を搬送する搬送手段と、搬送手段の端部に、または該端部に隣接して設けられ、該端部から落下する焼結鉱に磁力を加える磁力発生部とを備え、磁力によって、焼結鉱から選別温度以上の高温焼結鉱を選別することを特徴とする、焼結鉱の選別装置が提供される。

上記構成によれば、焼結鉱の温度による磁性の変化を利用して、焼成された焼結鉱から選別温度以上の高温焼結鉱を選別することができる。選別温度は、焼結鉱に加える磁力の大きさや、磁力を加えられながら落下する焼結鉱を空間的に分離する分離部材の位置を調整することによって変更することができる。また、低温焼結鉱の冷却に用いられた後の冷却ガスを高温焼結鉱の冷却に用いることによって、高温焼結鉱の冷却に用いられた後の冷却ガスの温度をさらに高くすることができる。

以上説明したように本発明によれば、焼成された焼結鉱からより高い温度の高温焼結鉱を選別して冷却することによって、冷却時に回収された熱をより有効に利用することができる。

本発明の第１の実施形態に係る焼結鉱の冷却設備の構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態における焼結鉱の選別の原理について説明するための図である。 本発明の第１の実施形態における焼結鉱の選別の原理についてさらに説明するための図である。 本発明の第１の実施形態において磁力発生部に永久磁石を用いた場合の構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態において磁力発生部に電磁石を用いた場合の構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態において分離部材が可動式である場合の構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る焼結鉱の冷却設備の構成を示す図である。

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。

（第１の実施形態）
まず、図１〜６を参照して、本発明の第１の実施形態について説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る焼結鉱の冷却設備の構成を示す図である。図１には、焼結鉱１を焼成する焼結機１０と、焼結鉱１を選別する選別装置２０と、焼結鉱１を冷却する冷却装置３０と、焼結鉱１の冷却時に放出された熱を回収する熱回収装置４０とを含む設備が示されている。

焼結機１０は、ドワイトロイド式焼結機である。焼結機１０では、粉鉱石に石灰粉およびコークス粉を混合した原料がパレット１１上に積層され、水平方向に移動しながら上層から下層へと順次焼結反応が進行して焼結鉱１が焼成される。焼成が完了し、パレット１１の端部に到達した焼結鉱１は、該端部から落下し、クラッシャ１２によって破砕される。クラッシャ１２での破砕によって、焼結鉱１は、粒径が数ｍｍ〜数十ｃｍ程度の粒状になる。破砕された粒状の焼結鉱１は、選別装置２０へと送られる。

上述のように、焼成後の焼結鉱１には、焼成後時間が経って冷えた部分と、焼成直後でまだ高温の部分とがある。それゆえ、クラッシャ１２で破砕された後の粒状の焼結鉱１の温度は、ある温度帯で分散している。具体的には、焼結鉱１の温度は、高いものでは約１０００℃に達し、低いものでは約２００℃以下になり、平均すると約５００〜６００℃である。後述するように、この焼結鉱１の温度帯は、磁性が強磁性と常磁性との間で変化する温度帯である。

選別装置２０は、シュート２１と、磁力発生部２２と、分離部材２３とを含む。シュート２１は、焼結機１０で焼成された焼結鉱１を搬送する搬送手段である。搬送手段としては、コンベアなどが代わりに用いられてもよい。焼結鉱１は、シュート２１上を滑降し、シュート２１の端部２１ｅから落下する。端部２１ｅには磁力発生部２２が設けられており、落下する焼結鉱１に磁力を加える。この磁力によって、落下する焼結鉱１の軌跡は、磁力がない場合の軌跡に比べて変化した軌跡になる。後述するように、焼結鉱１の磁性は温度によって異なるため、磁力発生部２２から受ける磁力の大きさも焼結鉱１の温度によって異なる。従って、焼結鉱１の落下軌跡の変化も、焼結鉱１の温度によって異なる。それゆえ、端部２１ｅから落下する焼結鉱１を空間的に分離することによって、焼結鉱１から選別温度以上の高温焼結鉱２と選別温度未満の低温焼結鉱３とを選別することが可能である。焼結鉱１の空間的な分離の精度を向上させるために、所定の選別温度に対応する落下軌跡上に分離部材２３が設けられてもよい。

冷却装置３０は、竪型冷却装置である。冷却装置３０には、選別装置２０で選別された高温焼結鉱２が装入される。高温焼結鉱２は、冷却装置３０の上部に設けられた装入ホッパ３１から装入され、シャフト３２内に堆積して徐々に下降する。一方、高温焼結鉱２を冷却するための冷却ガス４は、冷却装置３０の下部に設けられた吹込み口３３から吹き込まれ、シャフト３２内の高温焼結鉱２に通気される。シャフト３２内では、下降する高温焼結鉱２と、上昇する冷却ガス４との間で熱が交換される。この熱交換によって、高温焼結鉱２は冷却され、冷却ガス４は昇温する。冷却された高温焼結鉱２は、排出ゲート３４から排出され、低温焼結鉱３とともに、図示しない搬送手段によって次工程へと搬出される。一方、昇温した冷却ガス４は、冷却装置３０の上部に設けられた排気ダクト３５から排出される。

なお、排気ダクト３５は、高温焼結鉱２の堆積面よりも下のシャフト３２に設けられてもよい。この場合、堆積した高温焼結鉱２のうち、排気ダクト３５よりも上に位置する部分は復熱帯となり、復熱によって高温焼結鉱２の表面温度が上昇するため、排気ダクト３５から排出される冷却ガス４の温度をさらに高くすることが可能になる。ここで、竪型冷却装置内の復熱帯の領域は、高温焼結鉱２における、高温の内部から冷却された表面側への熱拡散が十分に行われる時間を確保できる程度に適宜設定すればよい。なお、復熱帯は、広くし過ぎると冷却帯の領域を十分に確保することが難しくなるため、通常の場合、焼結鉱が充填されている領域の上部側１／１０〜１／２の範囲内に設定すればよい。

熱回収装置４０では、冷却装置３０の排気ダクト３５から排出された冷却ガス４が、除塵装置４１で除塵された後、ボイラ４２に供給され、熱回収される。熱回収後の冷却ガス４は、送風ブロワ４３に供給されて再び冷却装置３０の吹込み口３３に供給されるか、または脱硫装置４４を経て煙突４５から大気中に放出される。なお、熱回収装置４０には、従来の熱回収装置として知られている各種の構成を適用することが可能である。ただし、従来の竪型冷却装置とともに設けられる熱回収装置に比べて、熱回収装置４０では、冷却装置３０から供給される冷却ガス４が高温であるため、ボイラ４２等における熱回収の効率が向上している。

以上で説明した焼結鉱の冷却設備では、焼結機１０で焼成された焼結鉱１のうち、選別装置２０が選別した高温焼結鉱２が冷却装置３０に装入される。高温焼結鉱２は、所定の選別温度以上の焼結鉱１であるため、高温焼結鉱２の平均温度は、焼結鉱１の平均温度である約５００〜６００℃よりも高くなる。それゆえ、冷却装置３０で高温焼結鉱２と熱交換し、熱回収装置４０に供給される冷却ガス４の温度は、例えば６００℃を上回る温度になりうる。結果として、熱回収装置４０での熱回収の効率が向上する。

（選別の原理）
図２は、本発明の第１の実施形態における焼結鉱の選別の原理について説明するための図である。図２には、焼結鉱１の温度と磁化率（−）との関係が示されている。

図示されているように、常温では、焼結鉱１の磁化率は１に近い。これは、常温では焼結鉱１がほぼ強磁性体であることを示す。焼結鉱１の磁化率は、温度の上昇にともなって少しずつ減少し、温度３００℃付近から大きく減少する。焼結鉱１の磁化率の温度に対する変化量は、温度４００〜５５０℃で最も大きくなる。温度がさらに上昇すると、温度６００℃付近で焼結鉱１の磁化率はほぼ０になり、それ以上の温度ではほとんど変化しない。これは、温度６００℃以上では焼結鉱１がほぼ常磁性体であることを示す。

上述したように、本実施形態に係る選別装置２０に供給される焼結鉱１の温度は、高いものでは約１０００℃、低いものでは約２００℃以下である。温度２００℃では焼結鉱１はほぼ強磁性体であり、温度１０００℃では焼結鉱１はほぼ常磁性体である。つまり、選別装置２０に供給される焼結鉱１の温度帯は、磁性が強磁性と常磁性との間で変化する温度帯である。

上記の温度帯のうち、温度３００〜６００℃の範囲では、焼結鉱１の磁化率の温度に対する変化量が比較的大きいため、焼結鉱１が磁力発生部２２から受ける磁力の大きさの温度に対する変化量も、比較的大きくなる。従って、この温度範囲に選別温度を設定すれば、選別温度以上の高温焼結鉱２と、選別温度未満の低温焼結鉱３との間で、シュート２１の端部２１ｅから落下するときの軌跡に比較的大きな差異が生じ、分離部材２３などを用いて高温焼結鉱２と低温焼結鉱３とを空間的に分離することが可能になる。図では、かかる温度範囲が、選別可能温度範囲として示されている。

また、上記の温度帯のうち、温度４００〜５５０℃の範囲では、焼結鉱１の磁化率の温度に対する変化量が最も大きくなるため、焼結鉱１が磁力発生部２２から受ける磁力の大きさの温度に対する変化量も、最も大きくなる。従って、この温度範囲に選別温度を設定すれば、高温焼結鉱２と低温焼結鉱３とを空間的により高い精度で分離することが可能になる。図では、かかる温度範囲が、選別推奨温度範囲として示されている。

図３は、本発明の第１の実施形態における焼結鉱の選別の原理についてさらに説明するための図である。図３には、温度が異なる焼結鉱１ａ〜１ｄの落下軌跡の例が示されている。

温度が異なる焼結鉱１の例として図示されている焼結鉱１ａ〜１ｄのうち、焼結鉱１ａの温度は約６００℃、焼結鉱１ｂの温度は約５００℃、焼結鉱１ｃの温度は約４００℃、焼結鉱１ｄの温度は約３００℃である。図示された例において、選別温度は４５０℃に設定されているものとする。

なお、図２を参照して説明したように、選別温度は、温度３００〜６００℃の範囲、好ましくは温度４００〜５５０℃の範囲で、自由に設定することが可能である。選別温度の変更は、例えば磁力発生部２２が焼結鉱１に加える磁力の大きさの変更や、分離部材２３の位置の変更によって選別装置２０に反映させることが可能である。このための磁力発生部２２および分離部材２３の構成については後述する。

焼結鉱１ａは、温度が約６００℃であり、ほぼ常磁性に近い磁性を有する。従って、焼結鉱１ａが磁力発生部２２から受ける磁力の大きさは小さく、焼結鉱１ａが端部２１ｅから落下するときの軌跡は自由落下時の軌跡に近くなる。ここで、焼結鉱１ａの運動を自由落下とみなすと、焼結鉱１ａが端部２１ｅから鉛直方向に高さＨだけ落下するのに要する時間ｔは以下の式１によって求められる。なお、シュート２１は鉛直方向に対して角度θだけ傾いており、端部２１ｅから落下したときの焼結鉱１ａの初速度は速度ｖ_０であるものとし、重力加速度をｇとする。

また、時刻ｔにおける焼結鉱１ａの端部２１ｅからの水平方向変位Ｌは、以下の式２によって求められる。

焼結鉱１ａが高さＨだけ落下したときの水平方向変位Ｌは、式１において高さＨ、角度θ、および速度ｖ_０を与えて時間ｔを求め、このｔを式２に代入して求められる。かかる水平方向変位Ｌの値と、選別温度とに基づいて、磁力発生部２２が焼結鉱１に加える磁力の大きさ、または分離部材２３の位置が決定されてもよい。

焼結鉱１ｂは、温度が約５００℃であり、強磁性と常磁性の中間の磁性を有する。それゆえ、焼結鉱１ｂが磁力発生部２２から受ける磁力の大きさは、焼結鉱１ａの場合よりも大きい。従って、焼結鉱１ｂが端部２１ｅから落下するときの軌跡は、自由落下時の軌跡に比べて磁力発生部２２側に引き寄せられた軌跡になる。

焼結鉱１ｃは、温度が約４００℃であり、強磁性と常磁性の中間で焼結鉱１ｂよりもさらに強い磁性を有する。それゆえ、焼結鉱１ｃが磁力発生部２２から受ける磁力の大きさは、焼結鉱１ｂの場合よりもさらに大きい。従って、焼結鉱１ｃが端部２１ｅから落下するときの軌跡は、焼結鉱１ｂの軌跡よりもさらに磁力発生部２２側に引き寄せられた軌跡になる。

焼結鉱１ｄは、温度が約３００℃であり、ほぼ強磁性に近い磁性を有する。それゆえ、焼結鉱１ｄが磁力発生部２２から受ける磁力の大きさは、焼結鉱１ｃよりもさらに大きい。従って、焼結鉱１ｄが端部２１ｅから落下するときの軌跡は、磁力発生部２２が設けられた端部２１ｅに沿って回り込むような軌跡になる。

以上で焼結鉱１ａ〜１ｄを例として説明したように、選別装置２０において、シュート２１の端部２１ｅから落下する焼結鉱１の軌跡は、焼結鉱１の温度によって大きく変化する。それゆえに、選別装置２０では、落下する焼結鉱１を空間的に分離することによって、焼結鉱１から高温焼結鉱２と低温焼結鉱３とを選別することが可能である。

（粒径の影響について）
ここで、選別装置２０における焼結鉱１の選別と、焼結鉱１の粒径との関係について説明する。焼結鉱１の粒径をｒとすると、焼結鉱１の体積は粒径の３乗に比例するため、定数ｋを用いてｋｒ^３と表せる。また、焼結鉱１の密度をρとすると、焼結鉱１の質量はρｋｒ^３になる。

シュート２１の端部２１ｅから落下する焼結鉱１は、上述のように初速度ｖ_０を有する。このときの焼結鉱１の運動量は焼結鉱１の質量と初速度との積であり、ρｋｒ^３ｖ_０と表せる。一方、落下後の焼結鉱１に作用する重力は、質量と重力加速度ｇとの積であり、ρｋｒ^３ｇと表せる。また、落下後の焼結鉱１に作用する磁力は、焼結鉱１の体積に比例し、定数Ｍを用いてＭｋｒ^３と表せる。以上からわかるように、落下時の焼結鉱１の運動量と、落下後に焼結鉱１に作用する力とは、いずれも粒径ｒの３乗に比例する。従って、落下後の焼結鉱１の運動の変化は、粒径ｒには依存しない。それゆえ、選別装置２０に供給される焼結鉱１の間では、粒径の違いによる選別結果の差異は生じない。

ただし、端部２１ｅにおける焼結鉱１の初速度ｖ_０には、粒径による差が生じる。シュート２１上では、比較的小粒径の焼結鉱１が下層に位置し、比較的大粒径の焼結鉱１が上層に位置する傾向がある。その結果、シュート２１上では、下層に位置する小粒径の焼結鉱１よりも、上層に位置する大粒径の焼結鉱１の速度が大きくなる。従って、端部２１ｅにおける初速度ｖ_０は、大粒径の焼結鉱１の方が小粒径の焼結鉱１よりも大きくなる傾向がある。初速度ｖ_０が大きいほど、同じ高さＨを落下したときの水平方向変位Ｌは大きくなるため、大粒径の焼結鉱１は高温焼結鉱２側に入りやすくなり、小粒径の焼結鉱１は低温焼結鉱３側に入りやすくなる。

しかしながら、上記の初速度ｖ_０の差は、焼結鉱１の温度選別を阻害する要因にはならない。なぜならば、小粒径の焼結鉱１は、体積に対する表面積の比率が大粒径の焼結鉱１よりも大きく、従って温度が低下しやすいためである。つまり、小粒径の焼結鉱１は、シュート２１を滑降する過程で温度が低下しやすいため、低温焼結鉱３に該当する可能性が高い。一方、大粒径の焼結鉱１は、シュート２１を滑降する過程では温度が低下しにくいため、高温焼結鉱２に該当する可能性が高い。それゆえ、初速度ｖ_０の差によって、高温焼結鉱２と低温焼結鉱３とが混交する可能性は小さい。

なお、同様の要因として、空気抵抗の影響も考えられる。しかしながら、空気抵抗の影響は、重力や磁力などの他の要因の影響に比較すると小さい。また、単位表面積あたりの重量が小さく空気抵抗の影響をより受けやすい小粒径の焼結鉱１は、空気抵抗の影響で減速した場合、磁力選別によって低温焼結鉱３側に入りやすくなる。これは、上記の粒径による影響と同様の結果である。従って、空気抵抗の影響があったとしても、選別結果に影響を与える可能性は小さいといえる。

（磁力発生部の構成）
次に、選別装置２０の磁力発生部２２の構成について、より詳しく説明する。磁力発生部２２には、永久磁石または電磁石を用いることが可能である。以下では、それぞれの場合の磁力発生部２２の構成について説明する。

図４は、本発明の第１の実施形態において磁力発生部に永久磁石を用いた場合の構成を示す図である。磁力発生部２２ａは、永久磁石ユニット２０１ａ〜２０１ｆと、制御部２０５と、放射温度計２０６とを含む。

永久磁石ユニット２０１は、モータ２０２と、回転シャフト２０３と、永久磁石２０４とを含む。永久磁石ユニット２０１では、モータ２０２の駆動によって回転シャフト２０３が回転する。回転シャフト２０３の少なくとも一部には、送りねじが形成される。永久磁石２０４にはねじ穴が設けられ、回転シャフト２０３の送りねじに螺合される。かかる構成によって、モータ２０２を駆動させて永久磁石２０４を回転シャフト２０３に沿って進退させ、永久磁石２０４から焼結鉱１までの距離を変化させることができる。永久磁石２０４は、焼結鉱１を含む領域に磁界を発生させ、焼結鉱１に磁力を加える。永久磁石２０４から焼結鉱１に加えられる磁力は、永久磁石２０４から焼結鉱１までの距離が短いほど大きくなる。

制御部２０５は、コンピュータ、または制御回路などであり、永久磁石ユニット２０１ａ〜２０１ｆに含まれるモータ２０２ａ〜２０２ｆの駆動を制御する。制御部２０５は、例えば設定された選別温度に応じてモータ２０２ａ〜２０２ｆの駆動を制御し、永久磁石２０４ａ〜２０４ｄから焼結鉱１までの距離を変化させることによって、焼結鉱１に加えられる磁力の大きさを調整する。制御部２０５は、放射温度計２０６の測定結果に基づいて選別温度を自動的に設定してもよい。このように、磁力発生部２２ａでは、永久磁石ユニット２０１ａ〜２０１ｆを用いて、自動的にまたは手動で設定された選別温度に応じた大きさの磁力を焼結鉱１に加えることができる。

なお、図示された例では、永久磁石ユニット２０１ａ〜２０１ｆが示されているが、永久磁石ユニット２０１の数はこれに限られない。

図５は、本発明の第１の実施形態において磁力発生部に電磁石を用いた場合の構成を示す図である。磁力発生部２２ｂは、電磁石２０７ａ〜２０７ｄと、電源２０８と、制御部２０９と、放射温度計２１０とを含む。

電磁石２０７は、鉄芯とコイルとからなり、電源２０８から電流を供給されることによって、焼結鉱１を含む領域に磁界を発生させ、焼結鉱１に磁力を加える。電磁石２０７が発生させる磁界の強さは、電磁石２０７に供給される電流に比例する。従って、電磁石２０７から焼結鉱１に加えられる磁力の大きさは、電磁石２０７に供給される電流が大きいほど大きくなる。

制御部２０９は、コンピュータ、または制御回路などであり、電源２０８が電磁石２０７ａ〜２０７ｄに供給する電流の大きさを制御する。制御部２０９は、例えば設定された選別温度に応じた大きさの電流を電磁石２０７ａ〜２０７ｄに供給するように電源２０８を制御することによって、焼結鉱１に加えられる磁力を調整する。制御部２０９は、放射温度計２１０の測定結果に基づいて選別温度を自動的に設定してもよい。このように、磁力発生部２２ｂでは、電磁石２０７ａ〜２０７ｄを用いて、自動的にまたは手動で設定された選別温度に応じた磁力を焼結鉱１に加えることができる。

なお、図示された例では、電磁石２０７ａ〜２０７ｄが示されているが、電磁石２０７の数はこれに限られない。また、電磁石２０７ａ〜２０７ｄは電源２０８に並列接続されているが、電磁石２０７と電源２０８との接続は直列接続であってもよく、また直列接続と並列接続とが組み合わせて用いられてもよい。

また、上記説明では、磁力発生部が搬送手段の端部に設けられる場合を例として説明したが、磁力発生部は、搬送手段の端部に隣接して搬送手段とは独立して設けられてもよい。

（分離部材の構成）
次に、選別装置２０の分離部材２３の構成について、より詳しく説明する。上述したように、分離部材２３は、所定の選別温度に対応する落下軌跡上に設けられ、温度ごとに異なる落下軌跡で落下する焼結鉱１を空間的に分離する。ここで、分離部材２３は、シュート２１の端部２１ｅの下方に固定された部材であってもよく、また、以下で説明するように可動式の部材であってもよい。

図６は、本発明の第１の実施形態において分離部材が可動式である場合の構成を示す図である。分離部材２３にはねじ穴が設けられ、回転シャフト２１１の少なくとも一部に形成された送りねじに螺合される。回転シャフト２１１は、モータ２１２の駆動によって回転する。かかる構成によって、モータ２１２を駆動させて分離部材２３を進退させ、高温焼結鉱２と低温焼結鉱３とが空間的に分離される位置を変更することができる。

制御部２１３は、コンピュータ、または制御回路などであり、モータ２１２の駆動を制御する。制御部２１３は、例えば設定された選別温度に応じてモータ２１２の駆動を制御し、高温焼結鉱２と低温焼結鉱３とが空間的に分離される位置を変更する。制御部２０５は、放射温度計２１４，２１５の測定結果に基づいて選別温度を自動的に設定してもよい。このように、分離部材２３が可動式である場合、自動的にまたは手動で設定された選別温度に応じた位置で高温焼結鉱２と低温焼結鉱３とを空間的に分離することができる。

（第２の実施形態）
次に、図７を参照して、本発明の第２の実施形態について説明する。

図７は、本発明の第２の実施形態に係る焼結鉱の冷却設備の構成を示す図である。図２には、焼結機１０と、選別装置２０と、冷却装置３０と、熱回収装置４０と、追加冷却装置５０とを含む設備が図示されている。以下の説明では、本実施形態で付加的に設けられる追加冷却装置５０などの構成要素について主に説明し、第１の実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付することによって詳細説明を省略する。

追加冷却装置５０は、竪型冷却装置である。追加冷却装置５０には、選別装置２０で選別された低温焼結鉱３が装入される。低温焼結鉱３は、追加冷却装置５０の上部に設けられた装入ホッパ５１から装入され、シャフト５２内に堆積して徐々に下降する。一方、低温焼結鉱３を冷却するための冷却ガス５は、追加冷却装置５０の下部に設けられた吹込み口５３から吹き込まれ、シャフト５２内の低温焼結鉱３に通気される。シャフト５２内では、下降する低温焼結鉱３と、上昇する冷却ガス５との間で熱が交換される。この熱交換によって、低温焼結鉱３は冷却され、冷却ガス５は昇温する。冷却された低温焼結鉱３は、排出ゲート５４から排出され、図示しない搬送手段によって次工程へと搬出される。一方、昇温した冷却ガス５は、追加冷却装置５０の上部に設けられた排気ダクト５５から排出される。

なお、排気ダクト５５は、低温焼結鉱３の堆積面よりも下のシャフト５２に設けられてもよい。この場合、堆積した低温焼結鉱３のうち、排気ダクト５５よりも上に位置する部分は復熱帯となり、復熱によって低温焼結鉱３の表面温度が上昇するため、排気ダクト５５から排出される冷却ガス５の温度はさらに高くなる。ここで、竪型冷却装置内の復熱帯の領域は、高温焼結鉱２における、高温の内部から冷却された表面側への熱拡散が十分に行われる時間を確保できる程度に適宜設定すればよい。なお、復熱帯は、広くし過ぎると冷却帯の領域を十分に確保することが難しくなるため、通常の場合、焼結鉱が充填されている領域の上部側１／１０〜１／２の範囲内に設定すればよい。

追加冷却装置５０の排気ダクト５５から排出された冷却ガス５は、除塵装置４６で除塵された後、送風ブロワ４７に供給されて、冷却装置３０における冷却ガス４として吹込み口３３に送り込まれる。冷却装置３０において、冷却ガス４は、シャフト３２内を上昇して高温焼結鉱２を冷却した後、排気ダクト３５から排出される。送風ブロワ４３は、熱回収後の冷却ガス４を、冷却ガス５として追加冷却装置５０の吹込み口５３に供給する。

低温焼結鉱３との熱交換によって昇温した冷却ガス５の温度は、高温焼結鉱２の温度に比べると低いため、冷却ガス４として冷却装置３０に供給して高温焼結鉱２の冷却に用いることが可能である。冷却ガスを低温焼結鉱３および高温焼結鉱２の両方の冷却に用いることによって、冷却装置３０の排気ダクト３５から排出される冷却ガス４の温度は、冷却ガス４を高温焼結鉱２の冷却のみに用いる場合よりも高くなる。従って、熱回収装置４０に供給される冷却ガス４の温度も、冷却ガス４を高温焼結鉱２の冷却のみに用いる場合よりも高くなる。それゆえ、本実施形態の構成によれば、熱回収装置４０での熱回収の効率をさらに向上させることが可能になる。

次に、本発明の実施例について説明する。本実施例では、上記実施形態において説明した図１の例と同様の冷却設備において、選別装置２０を用いて焼結機１０で焼成された焼結鉱１を選別し、選別された高温焼結鉱２と低温焼結鉱３との温度を測定するとともに、選別された高温焼結鉱２から熱回収した昇温冷却ガス３６の温度を測定する試験を実施した。選別装置２０および復熱帯については、以下の表１のように、実施例１〜４の4通りのバリエーションについて試験を実施し、比較例１〜２の２通りについて比較試験を実施した。

なお、表１に示す試験では、焼結鉱１の処理対象量は毎時５００ｔ、粒度範囲は３００ｍｍ以下、平均粒径は４０ｍｍ、平均温度は５１０℃であった。また、焼結鉱１を、選別装置２０を用いて選別温度３５０℃で選別した場合、高温焼結鉱が９２％、低温焼結鉱３が８％であった。さらに、同様に選別温度４００℃で選別した場合、高温焼結鉱が７８％、低温焼結鉱が２２％であった。

試験の結果、実施例１〜実施例４のいずれの場合においても、選別温度以上の高温焼結鉱２と選別温度未満の低温焼結鉱３との良好な選別が実現した。また、混入温度は実施例１、実施例２では５０℃であり、実施例３、実施例４では２０℃であった。

ここで、選別温度とは、高温焼結鉱２と低温焼結鉱３とが互いに混交する温度幅を示す。例えば、選別温度が４００℃、混入温度が５０℃である場合、４００℃以上の高温焼結鉱２には最低で３５０℃の低温焼結鉱３が混入する可能性があり、４００℃未満の低温焼結鉱３には最高で４５０℃の高温焼結鉱２が混入する可能性がある。

一方、温度による選別の比較例として、焼結機で焼成された焼結鉱を篩を用いて粒径によって選別し、比較的高温であることが多い大粒径の焼結鉱を高温焼結鉱として選別した。この場合、高温焼結鉱として選別された大粒径の焼結鉱の平均温度の、焼結鉱全体の平均温度との差は、５０℃にも満たなかった。

以上の結果より、本発明の実施形態に係る選別装置２０を用いることによって焼結鉱１の良好な温度選別が実現すること、搬送手段には少なくともシュートおよびコンベアが利用可能であり、磁力発生部には永久磁石および電磁石が利用可能であること、ならびに分離部材２３の設置は温度選別の精度を向上させるために有効であることが実証されたといえる。

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。

１ 焼結鉱
２ 高温焼結鉱
３ 低温焼結鉱
４ 冷却ガス
１０ 焼結機
２０ 選別装置
２１ シュート
２２ 磁力発生部
２３ 分離部材
３０ 冷却装置
３６ 昇温冷却ガス
４０ 熱回収装置
５０ 追加冷却装置
２０１ 永久磁石ユニット
２０２，２１２ モータ
２０３，２１１ 回転シャフト
２０４ 永久磁石
２０５，２０９，２１３ 制御部
２０６，２１０，２１４，２１５ 放射温度計
２０７ 電磁石
２０８ 電源

Claims (10)

1. 磁化率が変化する温度帯の焼結鉱の冷却方法であって、
   焼結機で焼成された前記焼結鉱を搬送手段を用いて搬送する工程と、
   前記搬送手段の端部に、または該端部に隣接して設けられた磁力発生部を用いて該端部から落下する前記焼結鉱に磁力を加えることによって、前記焼結鉱から選別温度以上の高温焼結鉱を選別する工程と、
   前記選別された高温焼結鉱を第１の竪型冷却装置に装入する工程と、
   前記第１の竪型冷却装置を用いて前記高温焼結鉱に第１の冷却ガスを通気する工程と、
   前記高温焼結鉱との熱交換によって昇温した前記第１の冷却ガスから熱回収する工程と
   を含むことを特徴とする、焼結鉱の冷却方法。
2. 前記磁力発生部による磁力の大きさは、前記選別温度に応じて設定されることを特徴とする、請求項１に記載の焼結鉱の冷却方法。
3. 温度が前記選別温度である前記焼結鉱が前記端部から落下する際の落下軌跡上に設けられた分離部材が前記端部から落下する前記焼結鉱を空間的に分離することによって、前記高温焼結鉱を前記焼結鉱から選別することを特徴とする、請求項１または２に記載の焼結鉱の冷却方法。
4. 前記分離部材の位置は、前記選別温度に応じて設定されることを特徴とする、請求項３に記載の焼結鉱の冷却方法。
5. 前記高温焼結鉱に通気された前記第１の冷却ガスは、前記第１の竪型冷却装置の前記高温焼結鉱の堆積面よりも下に設けられた第１の排気ダクトから排出され、
   前記第１の竪型冷却装置の前記第１の排気ダクトよりも上の部分を前記高温焼結鉱の復熱帯として用いることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の焼結鉱の冷却方法。
6. 前記焼結鉱に前記磁力を加えることによって、前記焼結鉱から前記選別温度未満の低温焼結鉱を選別する工程と、
   前記選別された低温焼結鉱を第２の竪型冷却装置に装入する工程と、
   前記第２の竪型冷却装置を用いて前記低温焼結鉱に第２の冷却ガスを通気する工程と、
   前記低温焼結鉱との熱交換によって昇温した前記第２の冷却ガスを前記第１の冷却ガスとして前記第１の竪型冷却装置に供給する工程と
   をさらに含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の焼結鉱の冷却方法。
7. 前記低温焼結鉱に通気された前記第２の冷却ガスは、前記第２の竪型冷却装置の前記低温焼結鉱の堆積面よりも下に設けられた第２の排気ダクトから排出され、
   前記第２の竪型冷却装置の前記第２の排気ダクトよりも上の部分を前記低温焼結鉱の復熱帯として用いることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の焼結鉱の冷却方法。
8. 前記選別温度は、４００〜５５０℃であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の焼結鉱の冷却方法。
9. 磁化率が変化する温度帯の焼結鉱の選別方法であって、
   焼結機で焼成された前記焼結鉱を搬送手段を用いて搬送する工程と、
   前記搬送手段の端部に、または該端部に隣接して設けられた磁力発生部を用いて該端部から落下する前記焼結鉱に磁力を加えることによって、前記焼結鉱から選別温度以上の高温焼結鉱を選別する工程と
   を含むことを特徴とする、焼結鉱の選別方法。
10. 磁化率が変化する温度帯の焼結鉱の選別装置であって、
    焼結機で焼成された前記焼結鉱を搬送する搬送手段と、
    前記搬送手段の端部に、または該端部に隣接して設けられ、該端部から落下する前記焼結鉱に磁力を加える磁力発生部と
    を備え、
    前記磁力によって、前記焼結鉱から選別温度以上の高温焼結鉱を選別することを特徴とする、焼結鉱の選別装置。
    

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