JP5729277B2

JP5729277B2 - Solid reduction furnace

Info

Publication number: JP5729277B2
Application number: JP2011261906A
Authority: JP
Inventors: 杉橋　敦史; 敦史杉橋; 貴博木下; 山崎　強; 強山崎; 陽介正木; 直史寺本; 幸弘上杉; 利一青木; 明徳若木
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2011-11-30
Filing date: 2011-11-30
Publication date: 2015-06-03
Anticipated expiration: 2031-11-30
Also published as: JP2013113536A

Description

本発明は、固体還元炉に関する。 The present invention relates to a solid reduction furnace.

電気炉による鋼材の製造が盛んになるにつれ、その主原料であるスクラップの需要は逼迫し、電気炉での高級鋼製造に対する要請から還元鉄の需要が増大しつつある。 As the production of steel materials by electric furnaces becomes popular, the demand for scrap, which is the main raw material, is tightened, and the demand for reduced iron is increasing due to the demand for high-grade steel production in electric furnaces.

還元鉄を製造するプロセスの一つとして、粉状の鉄鉱石と、粉状の石炭やコークス等の炭材とを混合して、例えばペレットやブリケットのような塊成化物とし、この塊成化物を回転炉床炉に装入して高温に加熱することで、鉄鉱石中の酸化鉄を還元して固体状金属鉄を得る方法がある（例えば、以下の特許文献１〜４を参照。）。 As one of the processes for producing reduced iron, powdered iron ore and powdered coal or coke are mixed into agglomerates such as pellets and briquettes. Is charged into a rotary hearth furnace and heated to a high temperature to reduce iron oxide in iron ore to obtain solid metallic iron (see, for example, Patent Documents 1 to 4 below). .

上述のような方法において、回転炉床の加熱には一般的にバーナーが用いられ、還元鉄の原料である塊成化物は、バーナー及び回転炉床炉の炉壁からの輻射熱によって、外部から伝熱的に加熱される。そのため、炉床上で原料が重なった部位では、裏面側の加熱が不足することとなって、塊成化物全体として不均一な還元となり、平均還元率が低下することとなる。 In the method as described above, a burner is generally used to heat the rotary hearth, and the agglomerated material that is the raw material of the reduced iron is transmitted from the outside by radiant heat from the furnace wall of the burner and the rotary hearth furnace. Heated thermally. Therefore, in the part where the raw material overlaps on the hearth, the heating on the back side is insufficient, resulting in nonuniform reduction of the entire agglomerated material, and the average reduction rate is reduced.

ここで、鉄酸化物と炭素質物質からなる原料の還元反応等に必要な熱は、まず、炉床上部に位置する空間部でのバーナー燃焼による輻射加熱によって原料層上面に供給された後、原料層内の伝導伝熱によって原料層の下部へと供給されることとなる。従って、生産性を増大させるために原料層の厚みを厚くすると、原料層の下部への伝熱が遅れることとなって層下部の還元速度が低下し、滞留時間が長くなるにもかかわらず、生産性が低下する結果となる。 Here, the heat necessary for the reduction reaction of the raw material composed of iron oxide and carbonaceous material is first supplied to the upper surface of the raw material layer by radiant heating by burner combustion in the space located in the upper part of the hearth, It will be supplied to the lower part of the raw material layer by conduction heat transfer in the raw material layer. Therefore, if the thickness of the raw material layer is increased in order to increase productivity, the heat transfer to the lower part of the raw material layer is delayed, the reduction rate of the lower part of the layer is reduced, and the residence time is increased, Productivity is reduced.

また、近年では、塊成化物の加熱を、バーナーではなく、マイクロ波の照射により行う技術も提案されるようになってきている（以下の特許文献５を参照。）。 In recent years, a technique has also been proposed in which the agglomerated material is heated not by a burner but by microwave irradiation (see Patent Document 5 below).

特開平１１−２４８３５９号公報JP 11-248359 A 特開平１１−３１０３８２号公報JP-A-11-310382 特開２００４−３１５８５２号公報JP 2004-315852 A 特開２０１１−１１２３４０号公報JP 2011-112340 A 特開２００８−２１４７１５号公報JP 2008-214715 A

村瀬陽一、高島宏、中野英樹、越地耕二、周英明、窪田哲男、「電子レンジキャビティ内における電磁界分布」、信学技報、社団法人電子情報通信学会、１９９６年２月、ＭＷ９５−２０１、６７−７２ページYoichi Murase, Hiroshi Takashima, Hideki Nakano, Koji Koshiji, Hideaki Zhou, Tetsuo Kubota, "Electromagnetic Field Distribution in Microwave Cavity", IEICE Technical Report, The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, February 1996, MW 95-201 Pp. 67-72

しかしながら、上記特許文献５に記載の方法では、同文献に記載されているように、照射すべきマイクロ波の電力量は、塊成塊１トンあたり１００〜２００ｋＷｈとする必要がある。しかしながら、マイクロ波発振装置の出力は、一般的に１００ｋＷ／台程度が工業的に使用可能な上限であって、マイクロ波単独で、１日に数十トンもの大量の生産量を要求される塊成化物の加熱・還元処理を行うことは、極めて困難である。 However, in the method described in Patent Document 5, as described in the document, the amount of microwave power to be irradiated needs to be 100 to 200 kWh per ton of agglomerates. However, the output of the microwave oscillation device is generally an upper limit for industrial use of about 100 kW / unit, and the microwave alone is a mass that requires a large amount of production of several tens of tons per day. It is extremely difficult to heat and reduce the compound.

そのため、本発明者らは、操業コストの増加を抑制しながら、塊成化物の加熱ムラの発生を更に抑制可能な方法について鋭意検討を行った結果、バーナーによる加熱とマイクロ波による加熱とを併用することに想到した。 Therefore, as a result of intensive studies on a method that can further suppress the occurrence of heating unevenness of the agglomerate while suppressing an increase in operating costs, the present inventors have combined heating with a burner and heating with a microwave. I came up with the idea.

本発明者らは、バーナーによる加熱とマイクロ波による加熱とを併用するために鋭意検討を行った結果、固体還元炉に装入される塊成化物の主たる原料は、マイクロ波を効率良く吸収可能であることが明らかとなった。しかしながら、更なる検討を進めた結果、以下で説明するように、固体還元炉の内部環境に起因して、固体還元炉の自由空間にマイクロ波を拡散放射させた場合には加熱対象外である固体還元炉の天井や側壁部にもマイクロ波が吸収されてしまい、塊成化物の加熱に使用されるマイクロ波のエネルギー効率が低下してしまうことが明らかとなった。 As a result of diligent studies to use both heating by a burner and heating by a microwave, the main raw material of the agglomerate charged into the solid reduction furnace can efficiently absorb microwaves. It became clear that. However, as a result of further investigation, as described below, due to the internal environment of the solid reduction furnace, when microwaves are diffused and radiated in the free space of the solid reduction furnace, they are not subject to heating. It has been clarified that microwaves are also absorbed in the ceiling and side walls of the solid reduction furnace, and the energy efficiency of the microwaves used for heating the agglomerates is reduced.

以上のような理由から、本発明者らは、固体還元炉においてマイクロ波による加熱をバーナーによる加熱と併用する場合には、固体還元炉へのマイクロ波の照射方法が重要であることに想到した。 For the reasons described above, the present inventors have conceived that the microwave irradiation method to the solid reduction furnace is important when the microwave heating is used together with the heating by the burner in the solid reduction furnace. .

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、固体還元炉の内部に対してマイクロ波を効率良く照射することが可能な、固体還元炉を提供することにある。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a solid reduction furnace capable of efficiently irradiating the inside of the solid reduction furnace with microwaves. It is to provide.

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、酸化鉄原料と還元材とを混合して成形した塊成化物を、マイクロ波、バーナー及び炉壁からの輻射熱により加熱して還元鉄を製造する固体還元炉において、前記固体還元炉は、炉の天井から突出形成された壁により、前記バーナー及び炉壁からの輻射熱により前記塊成化物を加熱する複数のゾーンに区分されており、前記固体還元炉の内部の任意の前記ゾーンに挿入された、前記塊成化物を加熱するためのマイクロ波を導波する１又は複数の導波管と、それぞれの前記導波管の外周に設けられ、前記導波管を水冷する冷却機構と、前記冷却機構の外周に設けられる断熱耐火材と、を備え、前記導波管の前記固体還元炉の内部に位置する端部は、開口端となっており、前記導波管の前記開口端からエア又は不活性ガスが放出される固体還元炉が提供される。
In order to solve the above problems, according to one aspect of the present invention, an agglomerate formed by mixing an iron oxide raw material and a reducing material is heated and reduced by radiant heat from a microwave, a burner, and a furnace wall. In the solid reduction furnace for producing iron, the solid reduction furnace is divided into a plurality of zones for heating the agglomerate by radiant heat from the burner and the furnace wall by a wall formed protruding from the ceiling of the furnace. , the solid reducing furnace is inserted into any of the zones within the one or a plurality of waveguides for guiding the microwaves to heat the agglomerates, the outer periphery of each of the waveguide A cooling mechanism for water-cooling the waveguide, and a heat-resistant refractory material provided on an outer periphery of the cooling mechanism, and an end portion of the waveguide located inside the solid reduction furnace is an open end And the waveguide Solid reducing reactor is provided that air or inert gas from the mouth end is released.

前記導波管の前記開口端を含む底面は、前記塊成化物の進行方向に向かって下降するように傾斜している傾斜面であってもよい。 The bottom surface including the open end of the waveguide may be an inclined surface that is inclined so as to descend in the traveling direction of the agglomerated material.

前記固体還元炉の内部には、前記導波管の前記塊成化物の進行方向下流側に、前記固体還元炉の内部を流れる炉内ガス流が前記導波管に当たることを防止する防風部材が設けられていてもよい。 Inside the solid reduction furnace, there is a windproof member for preventing the in-furnace gas flow flowing inside the solid reduction furnace from hitting the waveguide downstream of the waveguide in the traveling direction of the agglomerates. It may be provided.

前記塊成化物の進行方向下流側に設けられた前記断熱耐火材の下端の位置が、前記導波管の前記開口端を含む底面の位置よりも前記固体還元炉の炉床側に位置していてもよい。
The position of the lower end of the heat insulating refractory material provided on the downstream side in the advancing direction of the agglomerated material is located closer to the hearth side of the solid reduction furnace than the position of the bottom surface including the opening end of the waveguide. May be.

前記固体還元炉の内部には、前記塊成化物の進行方向に複数の導波管が挿入されており、前記導波管として、前記開口端が前記塊成化物の進行の上流方向に向いているもの、前記開口端が前記塊成化物の進行の上流方向に対して右側に向いているもの、及び、前記開口端が前記塊成化物の進行の上流方向に対して左側に向いているもの、がそれぞれ設けられてもよい。 Inside the solid reduction furnace, a plurality of waveguides are inserted in the advancing direction of the agglomerates, and as the waveguides, the opening end faces the upstream direction of the agglomerated materials. The open end of the agglomerate is directed to the right with respect to the upstream direction of the agglomerate, and the open end of the agglomerate is directed to the left with respect to the upstream direction of the agglomerate. , May be provided respectively.

前記塊成化物の進行方向に隣り合う前記導波管の前記開口端の向きは、互いに異なっていてもよい。
The directions of the open ends of the waveguides adjacent to each other in the traveling direction of the agglomerates may be different from each other.

前記固体還元炉では、当該固体還元炉の炉幅方向に隣り合う一方の前記導波管のＥ面と、もう一方の前記導波管のＨ面と、が対向するように、前記炉幅方向に沿って複数の前記導波管が配設されてもよい。 In the solid reduction furnace, the width direction of the furnace is such that the E surface of one of the waveguides adjacent to the width direction of the solid reduction furnace faces the H surface of the other waveguide. A plurality of the waveguides may be disposed along the line.

前記固体還元炉は、複数の前記導波管を有し、当該複数の導波管は、固体還元炉の炉幅方向に沿って列状に１組として配設され、更に前記塊成化物の進行方向に沿って複数組配設されており、互いに隣り合う２組の前記導波管の配置は、千鳥配置となっていてもよい。 The solid reduction furnace has a plurality of the waveguides, and the plurality of waveguides are arranged in a line along the furnace width direction of the solid reduction furnace, and further, A plurality of sets are arranged along the traveling direction, and the arrangement of the two sets of the waveguides adjacent to each other may be a staggered arrangement.

以上説明したように本発明によれば、炉内に配置される端部が開口端となった導波管を固体還元炉の内部に挿入し、導波管からエア又は不活性ガスを放出することにより、固体還元炉の内部に対してマイクロ波を効率良く照射することが可能となる。 As described above, according to the present invention, a waveguide having an open end disposed in the furnace is inserted into the solid reduction furnace, and air or inert gas is released from the waveguide. This makes it possible to efficiently irradiate the inside of the solid reduction furnace with microwaves.

一般的な還元鉄の製造方法の流れについて示した説明図である。It is explanatory drawing shown about the flow of the manufacturing method of a general reduced iron. 固体還元炉の一例である回転炉床炉を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the rotary hearth furnace which is an example of a solid reduction furnace. 本発明の第１の実施形態に係るマイクロ波照射装置の構成を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the structure of the microwave irradiation apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 同実施形態に係る固体還元炉について示した説明図である。It is explanatory drawing shown about the solid reduction furnace which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係る固体還元炉について示した説明図である。It is explanatory drawing shown about the solid reduction furnace which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係る固体還元炉について示した説明図である。It is explanatory drawing shown about the solid reduction furnace which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係る固体還元炉について示した説明図である。It is explanatory drawing shown about the solid reduction furnace which concerns on the same embodiment. マイクロ波照射口から照射されるマイクロ波の電界強度について示した説明図である。It is explanatory drawing shown about the electric field strength of the microwave irradiated from a microwave irradiation port. 同実施形態に係る固体還元炉について示した説明図である。It is explanatory drawing shown about the solid reduction furnace which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係る固体還元炉について示した説明図である。It is explanatory drawing shown about the solid reduction furnace which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係る固体還元炉について示した説明図である。It is explanatory drawing shown about the solid reduction furnace which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係る導波管の冷却機構を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the cooling mechanism of the waveguide which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係る導波管の冷却機構を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the cooling mechanism of the waveguide which concerns on the same embodiment.

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、本明細書及び図面において、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。 Exemplary embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, in this specification and drawing, about the component which has the substantially same function structure, duplication description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.

（還元鉄の製造工程について）
本発明の実施形態に係る固体還元炉及び固体還元炉について説明するに先立ち、まず、図１を参照しながら、一般的な還元鉄の製造工程について、詳細に説明する。図１は、一般的な還元鉄の製造工程を説明するための説明図である。 (About manufacturing process of reduced iron)
Prior to describing the solid reduction furnace and the solid reduction furnace according to the embodiment of the present invention, first, a general process for producing reduced iron will be described in detail with reference to FIG. FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining a general manufacturing process of reduced iron.

まず、製鉄ダスト（酸化鉄粉）及び鉄鉱石、粉鉱石などの酸化鉄原料と、石炭、コークス、微粒カーボン等の還元材とは、予めホッパー１等に格納されている。酸化鉄原料及び還元材は、予め設定された配合比となるように配合されて、粉砕機２に装入される。 First, iron oxide raw materials such as iron dust (iron oxide powder), iron ore, and powder ore, and reducing materials such as coal, coke, and fine carbon are stored in the hopper 1 and the like in advance. The iron oxide raw material and the reducing material are blended so as to have a preset blending ratio and charged into the pulverizer 2.

ボールミル等の振動ミルに代表される粉砕機２は、装入された酸化鉄原料及び還元材を、混合しながら所定の粒径まで粉砕する。粉砕後の酸化鉄原料及び還元材の粒径は、還元鉄の製造に用いられる回転炉床炉、流動床炉、シャフト炉等の固体還元炉に適した値とすることができる。粉砕後の酸化鉄原料及び還元材からなる混合物は、混練機３に運搬される。 A crusher 2 typified by a vibration mill such as a ball mill crushes the charged iron oxide raw material and the reducing material to a predetermined particle size while mixing them. The particle diameters of the iron oxide raw material and the reducing material after pulverization can be set to values suitable for a solid reduction furnace such as a rotary hearth furnace, a fluidized bed furnace, and a shaft furnace used for producing reduced iron. The mixture of the pulverized iron oxide raw material and the reducing material is conveyed to the kneader 3.

混練機３は、粉砕機２により所定の粒径に粉砕された混合物を混練する。また、混練機３は、混合物の混練に際して、還元鉄の製造に用いる固体還元炉に適した水分量となるまで混合物に加水を行う調湿処理を施してもよい。混練機３の一例として、例えば、ミックスマーラー等を挙げることができる。混練機３によって混練された混合物は、成型機４に搬送される。 The kneader 3 kneads the mixture pulverized to a predetermined particle size by the pulverizer 2. Moreover, the kneading machine 3 may perform a humidity control process for adding water to the mixture until the water content is suitable for a solid reduction furnace used for producing reduced iron. As an example of the kneading machine 3, for example, a mix muller can be cited. The mixture kneaded by the kneader 3 is conveyed to the molding machine 4.

パンペレタイザー（皿型造粒機）、ダブルロール圧縮機（ブリケット製造機）、押し出し成型機等の成型機４は、酸化鉄原料及び還元材を含む混合物を成型し、例えばペレットのような塊成化物とする。ここで、塊成化物とは、ペレット、ブリケット、押し出し成型して裁断した成型品、粒度調整された塊状物等の粒状物・塊状物をいう。成型機４は、後述する乾燥・加熱還元後、例えば熱間にて溶解炉７に装入する際、炉内上昇ガス流で飛散しない程度の粒径以上の大きさとなるように、上記混合物を塊成化する。生成された塊成化物は、乾燥炉５へと装入される。 A molding machine 4 such as a pan pelletizer (dish granulator), a double roll compressor (briquette making machine), and an extrusion molding machine molds a mixture containing an iron oxide raw material and a reducing material, and agglomerates such as pellets. It is a chemical. Here, the agglomerated material refers to pellets, briquettes, extruded products that have been cut by extrusion molding, and granular materials / agglomerated materials such as mass-adjusted agglomerated materials. When the molding machine 4 is dried and heat-reduced, which will be described later, for example, when charged into the melting furnace 7 in the hot state, the above mixture is adjusted so as to have a size larger than the particle size so as not to be scattered by the rising gas flow in the furnace. Agglomerates. The produced agglomerated material is charged into the drying furnace 5.

乾燥炉５は、塊成化物を乾燥して、後述する加熱還元工程に適した水分含有率（換言すれば、還元鉄の製造に用いる固体還元炉ごとに適した水分含有率：例えば、１％以下）となるようにする。所定の水分含有率となった塊成化物は、後述する固体還元炉６へと搬送される。 The drying furnace 5 dries the agglomerated material and has a moisture content suitable for the heating and reducing process described later (in other words, a moisture content suitable for each solid reduction furnace used for producing reduced iron: for example, 1% And so on. The agglomerated product having a predetermined moisture content is conveyed to a solid reduction furnace 6 to be described later.

例えば回転炉床炉（ＲｏｔａｒｙＨｅａｒｔｈＦｕｒｎａｃｅ：ＲＨＦ）、流動床炉、シャフト炉等のような固体還元炉６は、装入された塊成化物を、ＬＮＧバーナーやＣＯＧバーナー等の加熱雰囲気で加熱および還元し、還元鉄とする。固体還元炉は、塊成化物を例えば１０００〜１３００℃程度まで加熱して塊成化物の還元処理を行い、還元鉄を製造する。製造された還元鉄は、溶解炉７に搬送される。溶解炉７では、固体還元炉６で製造された還元鉄を溶解し、溶銑を生成する。生成された溶銑は、脱硫／脱炭工程、二次精錬工程、連続鋳造工程、圧延工程等を経て、各種鉄鋼製品へと加工されることとなる。 For example, the solid reduction furnace 6 such as a rotary hearth furnace (RHF), a fluidized bed furnace, a shaft furnace, etc., heats the agglomerate charged in a heating atmosphere such as an LNG burner or a COG burner. Reduce to iron reduced. The solid reduction furnace heats the agglomerate to, for example, about 1000 to 1300 ° C. to reduce the agglomerate and produce reduced iron. The manufactured reduced iron is conveyed to the melting furnace 7. In the melting furnace 7, the reduced iron produced in the solid reduction furnace 6 is melted to produce hot metal. The produced hot metal is processed into various steel products through a desulfurization / decarburization process, a secondary refining process, a continuous casting process, a rolling process, and the like.

以下では、固体還元炉の一例として回転炉床炉を例にとって、説明を行うものとする。しかしながら、本発明の実施形態に係る固体還元炉が、回転炉床炉に限定されるわけではない。 In the following, a rotary hearth furnace will be described as an example of the solid reduction furnace. However, the solid reduction furnace according to the embodiment of the present invention is not limited to the rotary hearth furnace.

（回転炉床炉について）
続いて、図２を参照しながら、還元鉄の製造方法で用いられる固体還元炉の一例である回転炉床炉について、詳細に説明する。図２は、固体還元炉の一例である回転炉床炉を説明するための説明図である。 (About rotary hearth furnace)
Next, a rotary hearth furnace which is an example of a solid reduction furnace used in the method for producing reduced iron will be described in detail with reference to FIG. FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining a rotary hearth furnace which is an example of a solid reduction furnace.

回転炉床炉２１は、例えば図２上段に示したように略円柱状の形状を有しており、例えば回転炉床炉２１の上面等に設けられた装入口から塊成化物が装入される。装入された塊成化物は、炉内を周方向に沿って移動しながら加熱・還元されて還元鉄となり、炉内から取り出される。 The rotary hearth furnace 21 has, for example, a substantially cylindrical shape as shown in the upper part of FIG. 2. For example, agglomerated material is charged from an inlet provided on the upper surface of the rotary hearth furnace 21 or the like. The The agglomerated material charged is heated and reduced while moving along the circumferential direction in the furnace to be reduced iron and taken out from the furnace.

回転炉床炉２１を周方向に沿って展開した場合の模式図を、図２下段に示す。
回転炉床炉２１の内部には、回転炉床炉２１内を周方向に沿って移動可能な回転炉床２５が設けられている。装入口２７から装入されたブリケットＢは、回転炉床２５上に展開される。ブリケットＢは、熱間レベラー２９によって平坦にならされ、炉内を回転炉床２５の移動に伴って移動していく。ブリケットＢは、移動の過程で、炉壁又は炉上のバーナー３１によって生じた高温燃焼ガスの輻射熱により加熱され、ブリケットＢ中の還元材により酸化鉄原料が還元される。還元された酸化鉄原料である還元鉄は、ディスチャージャー３３により回転炉床炉２１の内部から払い出されることとなる。 A schematic diagram when the rotary hearth furnace 21 is developed along the circumferential direction is shown in the lower part of FIG.
Inside the rotary hearth furnace 21, a rotary hearth 25 that can move in the rotary hearth furnace 21 along the circumferential direction is provided. The briquette B charged from the charging port 27 is developed on the rotary hearth 25. The briquette B is leveled by the hot leveler 29 and moves in the furnace as the rotary hearth 25 moves. The briquette B is heated by the radiant heat of the high-temperature combustion gas generated by the furnace wall or the burner 31 on the furnace in the course of movement, and the iron oxide raw material is reduced by the reducing material in the briquette B. Reduced iron, which is a reduced iron oxide raw material, is discharged from the rotary hearth furnace 21 by the discharger 33.

回転炉床炉２１内を移動するブリケットＢは、高温燃焼ガスの輻射熱によりブリケットＢの外側から内部に向かって温度が上昇していき、ブリケットの還元反応は、ブリケットの外周から中心部に向かって進行する。この際、ブリケットＢの内部では、ブリケット中に含まれる酸化鉄成分（ＦｅＯやＦｅ_２Ｏ_３等）がブリケット中に含まれる還元材（炭素Ｃ）により還元され、還元鉄（Ｆｅ）となっていく。 The briquette B moving in the rotary hearth furnace 21 rises in temperature from the outside to the inside of the briquette B due to the radiant heat of the high-temperature combustion gas, and the briquette reduction reaction proceeds from the outer periphery of the briquette toward the center. proceed. At this time, inside the briquette B, iron oxide components (FeO, Fe ₂ O _3, etc.) contained in the briquette are reduced by the reducing material (carbon C) contained in the briquette to become reduced iron (Fe). Go.

ここで、回転炉床炉２１の内部は、図２下段に示したように、仕切り壁（又は、たれ壁）３５と呼ばれる、炉の天井から突出形成された壁により、複数のゾーンに区分されていることが多い。回転炉床炉２１では、ゾーン毎に、バーナーの熱量や、気体雰囲気や、空気比や、２次空気量等の制御が行われ、還元鉄が製造される。仕切り壁３５の高さ（回転炉床炉２１の天井位置から仕切り壁３５の下端までの高さ）は、回転炉床炉２１の大きさ等に応じて適宜設定されるものであるが、例えば、回転炉床炉２１の高さに対して２／３程度となるくらいまで、炉天井から突出形成される。従って、仕切り壁３５の底面（炉床と対向する底面）と炉床との間の離隔距離は、回転炉床炉２１の高さに対して、１／３程度となる。 Here, the interior of the rotary hearth furnace 21 is divided into a plurality of zones by walls protruding from the furnace ceiling, called partition walls (or sag walls) 35, as shown in the lower part of FIG. There are many. In the rotary hearth furnace 21, reduced iron is manufactured by controlling the amount of heat of the burner, the gas atmosphere, the air ratio, the amount of secondary air, and the like for each zone. The height of the partition wall 35 (height from the ceiling position of the rotary hearth furnace 21 to the lower end of the partition wall 35) is appropriately set according to the size of the rotary hearth furnace 21, etc. It is formed so as to protrude from the furnace ceiling up to about 2/3 of the height of the rotary hearth furnace 21. Therefore, the separation distance between the bottom surface of the partition wall 35 (the bottom surface facing the hearth) and the hearth is about ３ with respect to the height of the rotary hearth furnace 21.

ブリケットの装入口２７の近傍に位置する第１のゾーンおよび第１のゾーンに隣接するゾーンである第２のゾーンは、回転炉床炉２１に装入されたブリケットＢの昇温を主目的とするゾーンである。また、第２のゾーンに連続する第３のゾーン以降は、ブリケットＢの還元を主目的とするゾーンである。ここで、第１のゾーンおよび第２のゾーンを総称して、加熱・還元の最初期と称することとし、第３のゾーン以降を還元期と称することとする。 The first zone located in the vicinity of the briquette loading inlet 27 and the second zone, which is a zone adjacent to the first zone, are mainly intended for raising the temperature of the briquette B charged in the rotary hearth furnace 21. It is a zone to do. Further, the third and subsequent zones following the second zone are zones whose main purpose is the reduction of briquette B. Here, the first zone and the second zone are collectively referred to as the initial stage of heating / reduction, and the third and subsequent zones are referred to as the reduction period.

バーナー３１によって生じた高温燃焼ガスにより、加熱・還元の最初期における塊成化物の温度は、１２００℃程度まで昇温し、還元期以降は、１２００〜１３００℃程度を保持することとなる。 Due to the high-temperature combustion gas generated by the burner 31, the temperature of the agglomerated product in the initial stage of heating / reduction is raised to about 1200 ° C., and after the reduction period, it is maintained at about 1200 to 1300 ° C.

（バーナー加熱とマイクロ波加熱との併用について）
本発明者らは、先に説明したように、操業コストの増加を抑制しながら、塊成化物の加熱ムラの発生を更に抑制可能な方法について鋭意検討を行った結果、バーナーによる加熱とマイクロ波による加熱とを併用することに想到した。 (Combined use of burner heating and microwave heating)
As described above, the present inventors conducted extensive studies on a method that can further suppress the occurrence of heating unevenness of the agglomerate while suppressing an increase in operating cost. I came up with the combined use of heating.

本発明者らは、バーナーによる加熱とマイクロ波による加熱とを併用するために鋭意検討を行った結果、固体還元炉に装入される塊成化物の主たる原料は、マイクロ波を効率良く吸収可能であることが明らかとなった。以下、この点について、式を参照しながら詳細に説明する。 As a result of diligent studies to use both heating by a burner and heating by a microwave, the main raw material of the agglomerate charged into the solid reduction furnace can efficiently absorb microwaves. It became clear that. Hereinafter, this point will be described in detail with reference to equations.

物質に吸収される単位体積あたりのマイクロ波のエネルギーＰ_ａｂｓは、以下の式１１のように表される。以下の式１１を参照するとわかるように、加熱される物質（被加熱物質）に吸収される単位体積あたりのマイクロ波のエネルギーＰ_ａｂｓは、被加熱物質の導電率、誘電率及び透磁率に依存していることがわかる。従って、下記式１１で表されるＰ_ａｂｓは、被加熱物質のマイクロ波の吸収効率に関係する量であるともいえる。 The microwave energy P _abs per unit volume absorbed by the substance is expressed as the following Expression 11. As can be seen by referring to Equation 11 below, the microwave energy P _abs per unit volume absorbed by the substance to be heated (substance to be heated) depends on the conductivity, dielectric constant and permeability of the substance to be heated. You can see that Therefore, it can be said that P _abs represented by the following formula 11 is an amount related to the microwave absorption efficiency of the heated material.

ここで、上記式１１において、
σ ：被加熱物質の導電率［Ｓ／ｍ］
ｆ：マイクロ波の周波数［Ｈｚ］
ε_０：真空中の誘電率［Ｆ／ｍ］
ε”：被加熱物質の比誘電率の虚数部
μ_０：真空中の透磁率［Ｈ／ｍ］
μ”：被加熱物質の比透磁率の虚数部
Ｅ：マイクロ波により形成される電界強度［Ｖ／ｍ］
Ｈ：マイクロ波により形成される磁界強度［Ａ／ｍ］
π ：円周率
である。 Here, in Equation 11 above,
σ: Conductivity of heated material [S / m]
f: Microwave frequency [Hz]
ε ₀ : dielectric constant in vacuum [F / m]
ε ″: Imaginary part of relative permittivity of heated material μ ₀ : Permeability in vacuum [H / m]
μ ”: Imaginary part of relative permeability of heated material E: Electric field strength formed by microwave [V / m]
H: intensity of magnetic field formed by microwave [A / m]
π: Pi ratio.

以下に、塊成化物の原料となる酸化鉄及び炭素材（還元材）と、一般的に使用される耐火炉材とについて、比誘電率の虚数部ε”の値をまとめて示す。 The values of the imaginary part ε ″ of the relative dielectric constant are collectively shown below for the iron oxide and carbon material (reducing material) that are the raw materials of the agglomerated material and the refractory furnace materials that are generally used.

比誘電率の虚数部ε”
・代表的な耐火炉材であるアルミナ：０．００４〜０．０１
・粉状の炭素粉：１０〜５０
・酸化鉄：０．１〜１０ Imaginary part of dielectric constant ε ”
Alumina, which is a typical refractory furnace material: 0.004 to 0.01
・ Powdered carbon powder: 10-50
・ Iron oxide: 0.1-10

上記より明らかなように、塊成化物の原料となる酸化鉄及び炭素材は、乾燥炉等において一般的に使用される耐火炉材に対して比誘電率の虚数部ε”の値が大きく、酸化物及び炭素材（還元材）にマイクロ波のエネルギーをより多く吸収させることが可能である。また、酸化鉄及び炭素粉の値に比べ、代表的な耐火炉材であるアルミナの値は、１０００分の１程度の小さな値となっており、耐火炉材は、マイクロ波のエネルギーを多く吸収しないことがわかる。従って、塊成化物が挿入された炉内でマイクロ波を照射した場合、耐火炉材で被覆されている炉壁等へのエネルギー供給は少なく、炉内温度の上昇を抑制したまま原料である塊成化物の温度のみを、効率よく上昇させることが可能となる。 As is clear from the above, the iron oxide and carbon material used as the raw material for the agglomerate have a large value of the imaginary part ε ″ of the relative dielectric constant relative to the refractory furnace material generally used in a drying furnace or the like, The oxide and carbon material (reducing material) can absorb more microwave energy, and the value of alumina, which is a typical refractory furnace material, compared to the values of iron oxide and carbon powder, The value is about 1/1000, and it can be seen that the refractory furnace material does not absorb much microwave energy, so when the microwave is irradiated in the furnace in which the agglomerates are inserted, There is little energy supply to the furnace wall etc. which are coat | covered with the furnace material, and it becomes possible to raise only the temperature of the agglomerate which is a raw material efficiently, suppressing the raise in furnace temperature.

しかしながら、本発明者らが更なる検討を進めた結果、粉塵や、原料から発生した有機ガスの蒸気、金属粒子等といったヒュームが固体還元炉の内部に存在しており、これら粉塵やヒュームが固体還元炉の天井や炉壁に付着することで、本来はマイクロ波吸収特性の低い固体還元炉内の耐火材内張りが、塊成化物原料と同等のマイクロ波吸収特性を有してしまうことが明らかとなった。 However, as a result of further studies by the present inventors, fumes such as dust, organic gas vapor generated from raw materials, metal particles, etc. are present inside the solid reduction furnace, and these dust and fumes are solid. It is clear that the refractory lining in the solid reduction furnace, which originally has low microwave absorption characteristics, has the same microwave absorption characteristics as the agglomerate material by adhering to the ceiling and wall of the reduction furnace. It became.

従って、固体還元炉の自由空間にマイクロ波を拡散放射させた場合には、加熱対象外である固体還元炉の天井や炉壁にもマイクロ波が吸収されてしまい、塊成化物の加熱に使用されるマイクロ波のエネルギー効率が低下してしまうことが明らかとなった。 Therefore, when microwaves are diffused and radiated into the free space of the solid reduction furnace, the microwaves are also absorbed by the ceiling and furnace wall of the solid reduction furnace, which is not subject to heating, and used to heat the agglomerates. It became clear that the energy efficiency of microwaves to be reduced.

また、固体還元炉の炉内に存在する粉塵や、原料から発生した有機ガスの蒸気、金属粒子等といったヒュームが導波管等のマイクロ波導波機構の内部に侵入すると、その内部に存在する高い電界場によりアーク放電が発生する恐れがある。マイクロ波導波機構内で発生するアーク放電は、固体還元炉内へと照射されるマイクロ波エネルギーの低下となるだけでなく、マイクロ波照射装置自体の破損の原因ともなるため、マイクロ波導波機構内でのアーク放電の発生は、避けるべきものである。 In addition, when fumes such as dust existing in the furnace of a solid reduction furnace, vapor of organic gas generated from raw materials, metal particles, etc. penetrate into the inside of a microwave waveguide mechanism such as a waveguide, there are high There is a risk of arc discharge due to the electric field. The arc discharge generated in the microwave waveguide mechanism not only lowers the microwave energy irradiated into the solid reduction furnace, but also causes damage to the microwave irradiation apparatus itself. The occurrence of arc discharge at this point should be avoided.

そのため、固体還元炉においてマイクロ波加熱をバーナー加熱と併用するためには、原料である塊成化物に対してなるべく多くのマイクロ波を吸収させるマイクロ波導波機構が必要となり、また、粉塵やヒューム等が存在する中でマイクロ波を照射するためには、導波機構の耐熱・防塵機構が重要になる。 Therefore, in order to use microwave heating together with burner heating in a solid reduction furnace, a microwave waveguide mechanism that absorbs as much microwave as possible to the agglomerated material is necessary, and dust, fume, etc. In order to irradiate microwaves in the presence of a wave, a heat- and dust-proof mechanism of a waveguide mechanism is important.

これらの点について、本発明者らが検討した結果、マイクロ波導波機構を塊成化物原料に近接させることで、上記式１１の電界強度が高い状態でマイクロ波を塊成化物原料に照射することが有効であることに想到した。このような方法で炉床に敷き詰められた塊成化物原料全てを加熱するためには、複数のマイクロ波導波機構（例えば、導波管等）を用いることが求められる。また、〜１３００℃という雰囲気下でマイクロ波導波機構を炉内に設けるためには、マイクロ波導波機構の耐火物による耐熱保護も重要であることに想到した。 As a result of the examination by the present inventors on these points, the agglomerate material is irradiated with microwaves in a state where the electric field strength of Equation 11 is high by bringing the microwave waveguide mechanism close to the agglomerate material. I realized that is effective. In order to heat all the agglomerated raw materials spread on the hearth by such a method, it is required to use a plurality of microwave waveguide mechanisms (for example, waveguides). Moreover, in order to provide a microwave waveguide mechanism in a furnace under an atmosphere of ˜1300 ° C., it has been conceived that heat-resistant protection with a refractory of the microwave waveguide mechanism is important.

以上のような観点から本発明者らが鋭意検討を行った結果、以下で説明するような本発明の実施形態に係る固体還元炉に想到した。 As a result of intensive studies by the present inventors from the above viewpoint, the inventors have arrived at a solid reduction furnace according to an embodiment of the present invention described below.

（使用するマイクロ波について）
続いて、本発明の実施形態に係る固体還元炉に用いられるマイクロ波について、簡単に説明する。 (About the microwave used)
Next, the microwave used in the solid reduction furnace according to the embodiment of the present invention will be briefly described.

マイクロ波は、一般的には、波長１ｍｍ〜１ｍ、周波数３００ＭＨｚ〜３００ＧＨｚの電磁波をいう。しかしながら、本実施形態に係る固体還元炉で着目しているように、マイクロ波を加熱手段として用いる（いわゆるマイクロ波加熱を行う）場合には、マイクロ波とは、いわゆるＩＳＭ（Ｉｎｄｕｓｔｒｙ−Ｓｃｉｅｎｃｅ−Ｍｅｄｉｃａｌ）バンドに属する周波数帯域の電磁波を指す。 The microwave generally refers to an electromagnetic wave having a wavelength of 1 mm to 1 m and a frequency of 300 MHz to 300 GHz. However, as noted in the solid reduction furnace according to the present embodiment, when microwaves are used as heating means (so-called microwave heating is performed), microwaves are so-called ISM (Industry-Science-Medical). ) Refers to electromagnetic waves in the frequency band belonging to the band.

以下で説明する本発明の実施形態では、ＩＭＳバンドに属する周波数を有する電磁波であれば特に限定されず、例えば、２．４５ＧＨｚ帯（２．４０ＧＨｚ〜２．５０ＧＨｚ）、５．８ＧＨｚ帯（５．７２５ＧＨｚ〜５．８７５ＧＨｚ）、及び、２４ＧＨｚ帯（２４．０ＧＨｚ〜２４．２５ＧＨｚ）に属する周波数等を適宜選択することが可能である。しかしながら、マイクロ波の被加熱物内部への浸透はマイクロ波の波長に比例するため、上記ＩＳＭバンドのマイクロ波では、２．４５ＧＨｚ帯の浸透深さが一番大きくなり、数少ない導波管の本数で、固体還元炉全幅にわたって塊成化物の加熱を行うことができる。また、２．４５ＧＨｚは電子レンジやその他のマイクロ波加熱に広く用いられており装置が安価である点や、発振機１台で数十ｋＷまでの大出力の放射が可能である点などから、ｋＷクラスの大出力が求められる本発明の設備コストとしても、他の２種の周波数の装置よりも安価に導入することができる。このため、本発明に用いるＩＳＭバンドのマイクロ波装置としては、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発振可能なものが好ましい。 In the embodiment of the present invention described below, there is no particular limitation as long as the electromagnetic wave has a frequency belonging to the IMS band. For example, a 2.45 GHz band (2.40 GHz to 2.50 GHz), a 5.8 GHz band (5. 725 GHz to 5.875 GHz) and frequencies belonging to the 24 GHz band (24.0 GHz to 24.25 GHz) can be selected as appropriate. However, since the penetration of the microwave into the object to be heated is proportional to the wavelength of the microwave, the penetration depth of the 2.45 GHz band is the largest in the microwave of the ISM band, and the number of the few waveguides is small. Thus, the agglomerate can be heated over the entire width of the solid reduction furnace. In addition, 2.45 GHz is widely used for microwave ovens and other microwave heating, and the device is inexpensive. From the point that a single oscillator can emit a large output up to several tens of kW, The equipment cost of the present invention that requires a large output of the kW class can also be introduced at a lower cost than the other two frequency devices. For this reason, the ISM band microwave device used in the present invention is preferably capable of oscillating 2.45 GHz microwave.

（マイクロ波乾燥装置の構成について）
次に、図３を参照しながら、本発明の実施形態に係るマイクロ波照射装置の構成について、詳細に説明する。図３は、本発明の実施形態に係るマイクロ波照射装置の構成を説明するための説明図である。 (About the configuration of the microwave dryer)
Next, the configuration of the microwave irradiation apparatus according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the configuration of the microwave irradiation apparatus according to the embodiment of the present invention.

本発明の実施形態に係るマイクロ波照射装置１００は、酸化鉄原料と還元材とを混合して成形した塊成化物を、バーナー及び炉壁からの輻射熱により加熱して還元鉄を製造する固体還元炉に対して利用されるものである。 The microwave irradiation apparatus 100 according to the embodiment of the present invention is a solid reduction for producing reduced iron by heating an agglomerate formed by mixing an iron oxide raw material and a reducing material with radiant heat from a burner and a furnace wall. It is used for the furnace.

本発明の実施形態に係るマイクロ波照射装置１００は、図３に示したように、マイクロ波発振機１０１と、サーキュレータ１０３と、自動整合器１０７と、マイクロ波照射部材１０９と、を主に備え、これらの機器が導波管１１１により接続されている。なお、図３では、マイクロ波照射部材１０９や導波管１１１等といった各部材を支持する支持機構は、図示していない。 As shown in FIG. 3, the microwave irradiation apparatus 100 according to the embodiment of the present invention mainly includes a microwave oscillator 101, a circulator 103, an automatic matching unit 107, and a microwave irradiation member 109. These devices are connected by a waveguide 111. In FIG. 3, a support mechanism for supporting each member such as the microwave irradiation member 109 and the waveguide 111 is not shown.

マイクロ波発振機１０１は、例えばＩＳＭバンドに属する周波数を有するマイクロ波を発振する機器である。このマイクロ波発振機１０１は、ｋＷクラスの出力を有するマイクロ波を発振可能な機器であることが好ましい。このマイクロ波発振機１０１により、例えば２．４５ＧＨｚ帯に属する周波数のマイクロ波が、後述するサーキュレータ１０３へと出力されることとなる。このマイクロ波発振機１０１は、公知のものを適宜選択して使用することが可能である。 The microwave oscillator 101 is a device that oscillates a microwave having a frequency belonging to, for example, an ISM band. The microwave oscillator 101 is preferably a device capable of oscillating microwaves having a kW class output. For example, a microwave having a frequency belonging to a 2.45 GHz band is output to the circulator 103 described later by the microwave oscillator 101. As this microwave oscillator 101, a publicly known one can be appropriately selected and used.

サーキュレータ１０３は、例えば磁石を利用したマイクロ波の進行制御を行うことで、サーキュレータ１０３に入力されるマイクロ波を、マイクロ波発振機１０１から出力された入射波と、後述する自動整合器１０７側から戻ってきた反射波とに分離する。サーキュレータ１０３は、分離した入射マイクロ波を後述する自動整合器１０７側へと導波するとともに、反射マイクロ波を、アイソレータ１０５の側へと導波する。これにより、反射マイクロ波は、アイソレータ１０５内に設けられたダミー負荷（例えば、水など）に吸収され、マイクロ波発振機１０１側に戻らないようにすることができる。このようなサーキュレータ１０３を設けることにより、本発明の実施形態に係るマイクロ波照射装置１００では、安定したマイクロ波の出力を行うことができる。このサーキュレータ１０３は、公知のものを適宜選択して使用することが可能である。 The circulator 103 performs a microwave progress control using, for example, a magnet, so that the microwave input to the circulator 103 is changed from the incident wave output from the microwave oscillator 101 to the automatic matching unit 107 described later. It separates into the reflected wave that has returned. The circulator 103 guides the separated incident microwave toward the automatic matching unit 107 described later, and guides the reflected microwave toward the isolator 105 side. Thereby, the reflected microwave can be absorbed by a dummy load (for example, water) provided in the isolator 105 and can be prevented from returning to the microwave oscillator 101 side. By providing such a circulator 103, the microwave irradiation apparatus 100 according to the embodiment of the present invention can output a stable microwave. As this circulator 103, a known circulator can be appropriately selected and used.

自動整合器１０７は、入射側のインピーダンスと、負荷側（すなわち、塊成化物からなる原料層側）のインピーダンスとの整合を取ることで負荷側からの反射波を低減し、反射波をほぼゼロとする機器である。この自動整合器１０７は、反射電界の位相及び強度を測定し、インピーダンス整合を自動で行うことで、上記のような反射波の低減を実現する。自動整合器１０７を設けて負荷側のインピーダンスにあわせた自動整合処理を実現することで、後述するマイクロ波照射部材１０９から、マイクロ波エネルギーを、安定して効率良く塊成化物に照射することが可能となる。 The automatic matching unit 107 reduces the reflected wave from the load side by matching the impedance on the incident side with the impedance on the load side (that is, the raw material layer side made of agglomerated material), and the reflected wave is almost zero. It is a device. The automatic matching unit 107 measures the phase and intensity of the reflected electric field and automatically performs impedance matching, thereby realizing the reduction of the reflected wave as described above. By providing an automatic matching unit 107 and realizing automatic matching processing according to the impedance on the load side, the agglomerated material can be stably and efficiently irradiated with microwave energy from a microwave irradiation member 109 described later. It becomes possible.

マイクロ波照射部材１０９は、バーナーによる輻射熱を利用した固体還元炉６に装入された塊成化物に対してマイクロ波を照射する部材である。このマイクロ波照射部材１０９には、マイクロ波照射部材１０９の先端（固体還元炉６内に設けられた開口部）から炉内に存在する粉塵やヒュームが逆流してこないように、ドライエアあるいは窒素、アルゴン等の不活性ガスが、所定の流量・流速となるように供給される。この場合、マイクロ波照射部材１０９内に供給されるドライエアや不活性ガスは、固体還元炉６の内部の温度低下を防止するために、加熱されたガスとすることが好ましい。また、マイクロ波照射部材１０９と自動整合器１０７とを連結する導波管１１１には、炉内に存在する粉塵やヒュームが自動整合器１０７に流入しないように、防塵ガラスが設けられる。 The microwave irradiation member 109 is a member that irradiates the agglomerate charged in the solid reduction furnace 6 using radiant heat from the burner with microwaves. The microwave irradiation member 109 has dry air or nitrogen, so that dust and fumes existing in the furnace do not flow backward from the tip of the microwave irradiation member 109 (an opening provided in the solid reduction furnace 6). An inert gas such as argon is supplied at a predetermined flow rate / flow rate. In this case, the dry air or inert gas supplied into the microwave irradiation member 109 is preferably a heated gas in order to prevent the temperature inside the solid reduction furnace 6 from decreasing. The waveguide 111 that connects the microwave irradiation member 109 and the automatic aligner 107 is provided with dustproof glass so that dust and fumes existing in the furnace do not flow into the automatic aligner 107.

このようなマイクロ波照射部材１０９としては、公知のあらゆるものを利用することが可能であるが、以下では、マイクロ波照射部材１０９として断面矩形状の導波管を用いる場合を例に挙げて、説明を行うものとする。 As the microwave irradiation member 109, any known member can be used. In the following, a case where a waveguide having a rectangular cross section is used as the microwave irradiation member 109 will be described as an example. An explanation shall be given.

導波管１１１は、マイクロ波を導波して所望の箇所へと導く管である。この導波管１１１の形状については、マイクロ波の導波特性等を考慮して適宜決定すればよく、導波管１１１自体についても、使用するマイクロ波の周波数や出力強度等に応じて、公知のものを適宜選択することができる。 The waveguide 111 is a tube that guides a microwave to a desired location. The shape of the waveguide 111 may be appropriately determined in consideration of the waveguide characteristics of the microwave, etc., and the waveguide 111 itself also depends on the frequency and output intensity of the microwave to be used. A well-known thing can be selected suitably.

（第１の実施形態）
＜固体還元炉の構成について＞
以下では、図４〜図１３を参照しながら、本発明の第１の実施形態に係る固体還元炉の構成について、詳細に説明する。図４〜図７、図９〜図１１は、本実施形態に係る固体還元炉について示した説明図である。図８は、マイクロ波照射口から照射されるマイクロ波の電界強度について示した説明図である。図１２及び図１３は、本実施形態に係る導波管の冷却機構を説明するための説明図である。 (First embodiment)
<About the structure of the solid reduction furnace>
Below, the structure of the solid reduction furnace which concerns on the 1st Embodiment of this invention is demonstrated in detail, referring FIGS. 4-13. 4 to 7 and FIGS. 9 to 11 are explanatory views showing the solid reduction furnace according to the present embodiment. FIG. 8 is an explanatory diagram showing the electric field strength of the microwave irradiated from the microwave irradiation port. 12 and 13 are explanatory views for explaining a waveguide cooling mechanism according to the present embodiment.

本実施形態に係る固体還元炉６は、図２に示した回転炉床炉２１のようなバーナー及び炉壁からの輻射熱による加熱を利用した固体還元炉に対して、炉床の進行方向（すなわち、塊成化物の進行方向）に沿って１又は複数のマイクロ波照射部材（導波管）１０９が挿入されたものである。以下では、マイクロ波照射部材である導波管１０９が、固体還元炉６の天井から挿入された場合について詳細に説明するが、導波管１０９は、固体還元炉６の側壁から炉内に向けて挿入されていてもよく、固体還元炉６の天井及び側壁の双方から挿入されていてもよい。 The solid reduction furnace 6 according to the present embodiment is different from the solid reduction furnace using heating by radiant heat from a burner and a furnace wall such as the rotary hearth furnace 21 shown in FIG. One or a plurality of microwave irradiation members (waveguides) 109 are inserted along the agglomerated material traveling direction). Below, the case where the waveguide 109 which is a microwave irradiation member is inserted from the ceiling of the solid reduction furnace 6 will be described in detail. The waveguide 109 is directed from the side wall of the solid reduction furnace 6 into the furnace. It may be inserted from both the ceiling and the side wall of the solid reduction furnace 6.

ここで、先だって説明したように、固体還元炉６の内部には、塊成化物原料に起因する粉化粉塵や、金属粒子や有機ガス蒸気（ヒューム）が存在しているため、これらの粉塵やヒュームが導波管１０９の内部に侵入すると、アーク放電が発生する可能性が高くなる。このような粉塵やヒューム等（以下、粉塵等ともいう。）の導波管内部への侵入を防止するために、導波管１０９の先端部（炉内に設けられた端部）に防塵板としてＡｌ_２Ｏ_３、ガラス、ガラスファイバ等の耐火セラミックスを貼り付けて、導波管の先端を閉塞することが考えられる。しかしながら、このように先端部が閉塞された導波管を長期間使用すると、炉内の粉塵等が防塵板表面に付着してしまう。一方で、導波管の先端部はマイクロ波の電界強度が強い状態であるため、粉塵等の汚れが付着した防塵板表面でマイクロ波の吸収が発生し、防塵板が加熱により溶損してしまう可能性がある。 Here, as described above, since there are pulverized dust, metal particles, and organic gas vapor (fumes) due to the agglomerated material in the solid reduction furnace 6, these dust and If fume enters the inside of the waveguide 109, the possibility of arc discharge increases. In order to prevent such dust, fume, etc. (hereinafter also referred to as dust etc.) from entering the inside of the waveguide, a dustproof plate is provided at the tip of the waveguide 109 (the end provided in the furnace). It is conceivable that refractory ceramics such as Al ₂ O ₃ , glass, and glass fiber are attached to close the tip of the waveguide. However, if the waveguide having the closed end is used for a long time, dust in the furnace adheres to the surface of the dust-proof plate. On the other hand, the tip of the waveguide is in a state where the electric field strength of the microwave is strong, so that microwave absorption occurs on the surface of the dust-proof plate to which dirt such as dust adheres, and the dust-proof plate is melted by heating. there is a possibility.

そこで、本実施形態に係る固体還元炉６では、防塵板への炉内粉塵等の付着・積層によるマイクロ波吸収発生を抑制するために、導波管１０９の先端に上記のような防塵板は敷設せず、導波管１０９の先端は、開口端としている。更に、導波管の開口端から粉塵等の侵入を防止するために、導波管１０９の内部には、先述のように、ドライエア又は窒素、アルゴン等の不活性ガスを防塵ガスとして流し、導波管先端から適度なガス流が炉内に向けて噴射されるようにしている。 Therefore, in the solid reduction furnace 6 according to the present embodiment, the above-described dustproof plate is provided at the tip of the waveguide 109 in order to suppress generation of microwave absorption due to adhesion and lamination of dust in the furnace on the dustproof plate. Without laying, the tip of the waveguide 109 is an open end. Further, in order to prevent dust and the like from entering from the open end of the waveguide, as described above, an inert gas such as dry air or nitrogen or argon is allowed to flow inside the waveguide 109 as a dust-proof gas. An appropriate gas flow is injected from the tip of the wave tube into the furnace.

また、図４では、炉床進行方向に沿って６つの導波管１０９が挿入されている場合を図示しているが、炉床進行方向に沿って挿入される導波管１０９の列数は図４に示した例に限定されるわけではなく、任意の数に設定することができる。また、図２に示したような複数のゾーンからなる固体還元炉のどのゾーンに導波管１０９を設置するかについても、特に限定されるわけではなく、任意のゾーンに設置することが可能である。 FIG. 4 shows the case where six waveguides 109 are inserted along the hearth traveling direction, but the number of rows of waveguides 109 inserted along the hearth traveling direction is as follows. It is not necessarily limited to the example shown in FIG. 4, and can be set to an arbitrary number. Also, the zone in which the waveguide 109 is installed in the solid reduction furnace composed of a plurality of zones as shown in FIG. 2 is not particularly limited, and can be installed in any zone. is there.

図５及び図６は、固体還元炉６に挿入されたある導波管１０９の開口端付近を拡大して示した図である。
本実施形態に係る導波管１０９では、図５に示したように、導波管１０９の外周に冷却機構１５１が設けられており、冷却機構１５１の外周に断熱性の耐火材（断熱耐火材）１５３が設けられている。 5 and 6 are enlarged views showing the vicinity of the open end of a certain waveguide 109 inserted into the solid reduction furnace 6.
In the waveguide 109 according to the present embodiment, as shown in FIG. 5, a cooling mechanism 151 is provided on the outer periphery of the waveguide 109, and a heat insulating refractory material (heat insulating refractory material) is provided on the outer periphery of the cooling mechanism 151. ) 153 is provided.

本実施形態に係る導波管１０９は、マイクロ波を導波することが可能なものであれば、任意の金属を用いて形成することが可能であるが、導波管１０９に用いることが可能な金属は、約３５０℃超過の高温環境では強度が低下する可能性がある。そのため、本実施形態に係る固体還元炉６では、冷却機構１５１により導波管１０９を冷却（水冷）して、導波管１０９の温度が約３５０℃以下となるようにする。このような冷却機構１５１の例としては、冷却水を通水させるための水冷配管を挙げることができる。なお、この冷却機構１５１については、以下で改めて詳細に説明する。 The waveguide 109 according to this embodiment can be formed using any metal as long as it can guide microwaves, but can be used for the waveguide 109. Such metals may have reduced strength in high temperature environments above about 350 ° C. Therefore, in the solid reduction furnace 6 according to the present embodiment, the waveguide 109 is cooled (water cooled) by the cooling mechanism 151 so that the temperature of the waveguide 109 is about 350 ° C. or less. As an example of such a cooling mechanism 151, water-cooled piping for allowing cooling water to flow can be mentioned. The cooling mechanism 151 will be described in detail later.

導波管１０９及び冷却機構１５１の周囲には、所定の断熱耐火材１５３が配設されている。この断熱耐火材１５３は、固体還元炉６の炉内温度を導波管１０９及び冷却機構１５１に伝導することや、導波管１０９及び冷却機構１５１が炉内の腐食雰囲気により腐食することを防止するとともに、冷却機構１５１により、固体還元炉６の内部温度が低下しないようにするものである。 A predetermined heat-insulating refractory material 153 is disposed around the waveguide 109 and the cooling mechanism 151. This heat insulating refractory material 153 prevents the temperature inside the solid reduction furnace 6 from being conducted to the waveguide 109 and the cooling mechanism 151 and prevents the waveguide 109 and the cooling mechanism 151 from being corroded by the corrosive atmosphere in the furnace. In addition, the cooling mechanism 151 prevents the internal temperature of the solid reduction furnace 6 from decreasing.

固体還元炉６の炉内では、図５及び図６に示したように、炉床上に装入された塊成化物が炉床の移動に伴って炉内を移動していくとともに、炉床進行方向とは逆方向にガス流れが生じている。そのため、この炉内のガス流れに乗って粉塵等が導波管１０９の開口端から導波管内部へと侵入することを防止するために、図５及び図６に示したように、導波管１０９の開口端を含む底面を、炉床進行方向に沿って下降するように傾斜している傾斜面としてもよい。 In the furnace of the solid reduction furnace 6, as shown in FIGS. 5 and 6, the agglomerate charged on the hearth moves along the hearth as the hearth moves, and the hearth proceeds. Gas flow is generated in the direction opposite to the direction. Therefore, in order to prevent dust and the like from entering the inside of the waveguide from the opening end of the waveguide 109 by riding on the gas flow in the furnace, as shown in FIG. 5 and FIG. The bottom surface including the open end of the tube 109 may be an inclined surface that is inclined so as to descend along the furnace floor traveling direction.

また、本実施形態に係る固体還元炉６では、図５に示したように、導波管１０９の炉床進行方向下流側に防風部材１５５を設置して、導波管１０９や、導波管１０９の最外周に位置する断熱耐火材１５３に対して、炉内のガス流れが直接当たらないようにしてもよい。この防風部材１５５としては、固体還元炉６の内部で使用することが可能な耐火材等により形成された防風板や防風壁を挙げることができる。また、防風部材１５５の下端の位置を、導波管１０９の下端の位置よりも更に炉床側へと下げることによって、炉内のガス流れに乗って粉塵等が導波管１０９の開口端から導波管内部へと侵入することを防止することが可能となる。 Further, in the solid reduction furnace 6 according to the present embodiment, as shown in FIG. 5, a windproof member 155 is installed on the downstream side of the waveguide 109 in the furnace floor traveling direction, and the waveguide 109 or the waveguide The gas flow in the furnace may not be directly applied to the heat insulating refractory material 153 located at the outermost periphery of 109. As this wind-proof member 155, the wind-proof board and wind barrier which were formed with the refractory material etc. which can be used inside the solid reduction furnace 6 can be mentioned. Further, by lowering the position of the lower end of the windbreak member 155 further to the hearth side than the position of the lower end of the waveguide 109, dust or the like rides on the gas flow in the furnace from the opening end of the waveguide 109. It is possible to prevent intrusion into the waveguide.

なお、例えば図６に示したように、炉床進行方向下流側に設けられる断熱耐火材１５３の長さを導波管１０９の長さよりも長く設定し、下流側の断熱耐火材１５３の下端の位置を、導波管１０９の下端の位置よりも更に炉床側へと下げることによって、図５に示したような防風部材１５５を設ける場合と同様の効果を奏することが可能となる。 For example, as shown in FIG. 6, the length of the heat insulating refractory material 153 provided on the downstream side in the hearth traveling direction is set longer than the length of the waveguide 109, and the lower end of the heat insulating refractory material 153 on the downstream side is set. By lowering the position further to the hearth side than the position of the lower end of the waveguide 109, it is possible to achieve the same effect as when the windproof member 155 as shown in FIG. 5 is provided.

ここで、図５に示したような導波管１０９と防風部材１５５との離隔距離ｄや、図５及び図６に示した防風部材１５５又は断熱耐火材１５３の下げ量Ｌや、傾斜面の傾斜角θ等といった値は、固体還元炉６の大きさや操業条件等に応じて変化するものであり、特に限定されるわけではない。これらの値は、各種の事前実験やシミュレーション等を実施して、導波管内への粉塵等の侵入がマイクロ波の照射に支障の無い値（すなわち、アーク放電等が生じないような値）に設定すればよい。 Here, the separation distance d between the waveguide 109 and the windproof member 155 as shown in FIG. 5, the lowering amount L of the windproof member 155 or the heat insulating refractory material 153 shown in FIGS. Values such as the inclination angle θ vary according to the size of the solid reduction furnace 6 and the operating conditions, and are not particularly limited. These values are set to values that do not interfere with microwave irradiation (ie, values that do not cause arc discharge, etc.) by carrying out various prior experiments and simulations, etc. You only have to set it.

また、本実施形態に係る固体還元炉６では、例えば図７に示したように、固体還元炉６の炉幅方向に沿って、複数の導波管１０９が配設されていてもよい。固体還元炉６の炉幅方向に沿って複数の導波管１０９を配設することで、炉幅方向全体にわたって塊成化物を均一に加熱することが可能となる。なお、炉幅方向に沿って複数の導波管１０９を配設する場合には、複数の導波管１０９を炉幅方向に沿って等間隔に配設することが好ましい。炉幅方向に沿って複数の導波管１０９を等間隔に配設することで、炉幅方向全体にわたって塊成化物を更に均一に加熱することが可能となる。 In the solid reduction furnace 6 according to the present embodiment, for example, as shown in FIG. 7, a plurality of waveguides 109 may be disposed along the furnace width direction of the solid reduction furnace 6. By disposing a plurality of waveguides 109 along the furnace width direction of the solid reduction furnace 6, the agglomerate can be uniformly heated over the entire furnace width direction. In addition, when arrange | positioning the several waveguide 109 along a furnace width direction, it is preferable to arrange | position the several waveguide 109 at equal intervals along a furnace width direction. By arranging the plurality of waveguides 109 at equal intervals along the furnace width direction, the agglomerate can be heated more uniformly over the entire furnace width direction.

各導波管１０９の開口部から放射されるマイクロ波の電界強度は、図７下段に示したように、所定の広がりを持って分布している。ここで、上記式１１からも明らかなように、塊成化物原料に吸収されるマイクロ波の量は、電界強度Ｅの２乗に比例する。従って、塊成化物原料をなるべく炉幅方向に均一に加熱するのであれば、各導波管１０９から放射されるマイクロ波の電界強度分布Ｅ^２の和の炉幅方向の変動が、２倍を超えない程度とすることが好ましい。 The electric field intensity of the microwave radiated from the opening of each waveguide 109 is distributed with a predetermined spread as shown in the lower part of FIG. Here, as is clear from Equation 11 above, the amount of microwave absorbed by the agglomerated material is proportional to the square of the electric field strength E. Therefore, if the agglomerate raw material is heated as uniformly as possible in the furnace width direction, the fluctuation in the furnace width direction of the sum of the electric field intensity distributions E ² of the microwaves radiated from each waveguide 109 is doubled. It is preferable to make it not exceed.

ここで、各導波管１０９から放射されるマイクロ波の電界強度分布Ｅ^２の和を考えるにあたっては、図８に示したような正規化された電界強度分布を考える。図８に示したグラフ図は、塊成化物表面での電界強度の２乗の和の分布を示したものであり、縦軸は、正規化された電界強度の２乗の和に対応し、横軸は、炉幅方向位置を表している。実効的には、着目する導波管１０９から２つ離れた場所に位置する導波管１０９からの電界強度の影響はさほど大きくないため、着目する導波管１０９と、この導波管１０９に隣接する導波管１０９との和を考慮すればよい。このようにして電界強度Ｅ^２の和を考えると、各導波管１０９から放射されるマイクロ波の電界強度Ｅ^２の和は、図８に実線で示したような分布となる。 Here, when the considered the sum of the electric field distribution E ² of the microwave radiated from the waveguide 109, consider the normalized electric field intensity distribution as shown in FIG. The graph shown in FIG. 8 shows the distribution of the sum of the squares of the electric field strength on the agglomerate surface, and the vertical axis corresponds to the sum of the squares of the normalized electric field strengths, The horizontal axis represents the position in the furnace width direction. Effectively, since the influence of the electric field intensity from the waveguide 109 located two places away from the focused waveguide 109 is not so large, the focused waveguide 109 and the waveguide 109 are not affected. The sum with the adjacent waveguide 109 may be taken into consideration. Considering the sum of the electric field strengths E ² in this way, the sum of the electric field strengths E ² of the microwaves radiated from the respective waveguides 109 has a distribution as shown by a solid line in FIG.

炉幅方向に沿って、電界強度Ｅ^２の和の変動が２倍を超えない（換言すれば、電界強度Ｅ^２の変動が±２５％以下）であるためには、隣り合う導波管１０９の中間位置（図８における位置ａ）の電界強度（時間平均強度）が、導波管１０９の直下（図８における位置ｂ）の電界強度の５０％以上であればよい。このような条件が満たされることで、例えば図８に示したように、電界強度Ｅ^２の和の分布は、強度０．７５の位置を中心として、±２５％以下の範囲に電界強度が存在することとなる。この条件を満足するように、炉幅方向に隣り合う導波管１０９の離隔距離を決定することで、炉幅方向の全体にわたって塊成化物を均等に均一に加熱することが可能となる。 In order for the fluctuation of the sum of the electric field strengths E ² not to exceed twice the furnace width direction (in other words, the fluctuation of the electric field intensity E ² is ± 25% or less), the adjacent waveguides 109 The electric field intensity (time average intensity) at the intermediate position (position a in FIG. 8) may be 50% or more of the electric field intensity immediately below the waveguide 109 (position b in FIG. 8). By satisfying such a condition, for example, as shown in FIG. 8, the distribution of the sum of the electric field strengths E ² has an electric field strength in a range of ± 25% or less centering on the position of the strength 0.75. Will be. By determining the separation distance between the waveguides 109 adjacent to each other in the furnace width direction so as to satisfy this condition, the agglomerates can be uniformly and uniformly heated throughout the furnace width direction.

なお、炉幅方向に隣り合う導波管１０９の離隔距離は、実際の固体還元炉６の寸法や、導波管１０９の寸法等に応じて、事前の実験により決定することができる。また、炉幅方向に隣り合う導波管１０９の離隔距離は、実際の固体還元炉６の寸法や、導波管１０９の寸法等を利用して、離隔距離をパラメータとして変化させながら、上記非特許文献１に示したような公知の有限要素法に基づく電界強度シミュレーションを行うことで、決定することができる。すなわち、隣り合う導波管１０９の離隔距離を変えながら、以下の式１２で表されるヘルムホルツ方程式を有限要素法により解析し、上記のような条件を満足する離隔距離を決定すればよい。 The separation distance between the waveguides 109 adjacent to each other in the furnace width direction can be determined by a prior experiment according to the actual dimensions of the solid reduction furnace 6, the dimensions of the waveguide 109, and the like. Further, the separation distance between the waveguides 109 adjacent to each other in the furnace width direction is changed as described above while changing the separation distance as a parameter using the actual dimensions of the solid reduction furnace 6, the dimensions of the waveguide 109, and the like. This can be determined by performing electric field strength simulation based on a known finite element method as shown in Patent Document 1. That is, the Helmholtz equation represented by the following Expression 12 is analyzed by the finite element method while changing the separation distance between the adjacent waveguides 109, and the separation distance satisfying the above conditions may be determined.

また、炉天井から挿入される導波管１０９の挿入深さ（図４や図７における長さｈ）は、上記式１２を用いた有限要素法に基づく電界強度シミュレーションを利用して、例えば側壁方向に回り込むマイクロ波の強度が少なくなるような（換言すれば、側壁に吸収されるマイクロ波エネルギーが少なくなるような）値を決定すればよい。また、上記挿入深さは、固体還元炉６の内部に設けられた仕切り壁３５の高さに応じて決定してもよく、この場合には、導波管１０９の挿入深さは、最大でも仕切り壁３５の高さと同じ程度となるように設定することができる。 Further, the insertion depth of the waveguide 109 inserted from the furnace ceiling (the length h in FIGS. 4 and 7) is obtained by using, for example, a side wall by using electric field strength simulation based on the finite element method using the above equation 12. A value that reduces the intensity of the microwave that circulates in the direction (in other words, reduces the microwave energy absorbed by the side wall) may be determined. Further, the insertion depth may be determined according to the height of the partition wall 35 provided in the solid reduction furnace 6, and in this case, the insertion depth of the waveguide 109 is the maximum. It can be set to be approximately the same as the height of the partition wall 35.

なお、固体還元炉６の幅方向に設けられる導波管１０９の個数は、図７に示した例では５個となっているが、固体還元炉６の幅方向に設けられる導波管１０９の個数は、上記の例に限定されるわけではない。固体還元炉６の幅方向に設けられる導波管１０９の個数は、固体還元炉や導波管のサイズや、上記離隔距離等に応じて、適宜決定すればよい。 The number of waveguides 109 provided in the width direction of the solid reduction furnace 6 is five in the example shown in FIG. The number is not limited to the above example. The number of waveguides 109 provided in the width direction of the solid reduction furnace 6 may be appropriately determined according to the size of the solid reduction furnace or the waveguide, the above-described separation distance, or the like.

また、本実施形態に係る固体還元炉６では、上記のような冷却機構１５１及び断熱耐火材１５３を備えた導波管１０９を、固体還元炉の炉床進行方向及び炉幅方向の双方に沿って配設してもよい。この場合、冷却機構１５１及び断熱耐火材１５３を備えた複数の導波管１０９を、炉床進行方向及び炉幅方向に沿って格子状に配設してもよいし、図９に示したように、千鳥配置となるように配設してもよい。導波管１０９を格子状に配置したり千鳥配置したりすることで、固体還元炉６の内部を移動する塊成化物を更に均一に加熱することが可能となる。 Further, in the solid reduction furnace 6 according to the present embodiment, the waveguide 109 including the cooling mechanism 151 and the heat insulating refractory material 153 as described above is provided along both the hearth traveling direction and the furnace width direction of the solid reduction furnace. May be arranged. In this case, a plurality of waveguides 109 provided with the cooling mechanism 151 and the heat insulating refractory material 153 may be arranged in a lattice shape along the furnace floor traveling direction and the furnace width direction, as shown in FIG. Alternatively, they may be arranged in a staggered arrangement. By arranging the waveguides 109 in a lattice pattern or staggered arrangement, the agglomerates moving inside the solid reduction furnace 6 can be heated more uniformly.

ここで、断面矩形状の導波管では、矩形状の断面を考えた場合に、長辺に対応する面と短辺に対応する面の２種類の面を考えることができる。ここで、長辺に対応する面は、Ｅ面（電界面）と呼ばれており、短辺に対応する面は、Ｈ面（磁界面）と呼ばれている。断面矩形状の方形導波管から放射されたマイクロ波は、Ｅ面の法線方向に広がり易いという性質を有している。 Here, in a waveguide having a rectangular cross section, when a rectangular cross section is considered, two types of surfaces, a surface corresponding to the long side and a surface corresponding to the short side, can be considered. Here, the surface corresponding to the long side is called an E surface (electric field surface), and the surface corresponding to the short side is called an H surface (magnetic field surface). Microwaves radiated from a rectangular waveguide having a rectangular cross section have a property of easily spreading in the normal direction of the E plane.

図９に示した例では、複数の導波管１０９では、各導波管１０９のＥ面は炉幅方向に対して平行となるように配設され、各導波管１０９のＨ面は炉床進行方向に対して平行となるように配設されている。しかしながら、本実施形態に係る固体還元炉６では、隣り合う導波管１０９のＥ面が互いに対向するように導波管１０９を配設してもよい。また、本実施形態に係る固体還元炉６では、図１０に示したように、炉幅方向に沿って互いに隣り合う導波管１０９の向きが直交するように（換言すれば、隣り合う一方の導波管１０９のＥ面と、もう一方の導波管１０９のＨ面と、が対向するように）、導波管１０９を配設してもよい。図１０に示したように、Ｅ面とＨ面とを交互に配置することで、各導波管１０９から放射されるマイクロ波における干渉発生を抑制することができる。各導波管１０９から放射されるマイクロ波に干渉が発生した場合、干渉によって電界強度が高くなる部分と低くなる部分とが発生するため、加熱ムラが大きく発生する可能性が高くなる。従って、図１０に示したように導波管１０９を配置して干渉の発生を抑制することにより、加熱ムラの発生を抑制することが可能となる。 In the example shown in FIG. 9, in the plurality of waveguides 109, the E surface of each waveguide 109 is arranged so as to be parallel to the furnace width direction, and the H surface of each waveguide 109 is the furnace. It arrange | positions so that it may become parallel with respect to a floor advancing direction. However, in the solid reduction furnace 6 according to the present embodiment, the waveguide 109 may be disposed so that the E surfaces of the adjacent waveguides 109 face each other. Further, in the solid reduction furnace 6 according to this embodiment, as shown in FIG. 10, the directions of the waveguides 109 adjacent to each other are orthogonal to each other along the furnace width direction (in other words, one of the adjacent ones). The waveguide 109 may be disposed so that the E surface of the waveguide 109 and the H surface of the other waveguide 109 face each other. As shown in FIG. 10, the occurrence of interference in the microwaves radiated from the respective waveguides 109 can be suppressed by alternately arranging the E plane and the H plane. When interference occurs in the microwaves radiated from the respective waveguides 109, a portion in which the electric field strength is increased and a portion in which the electric field strength is decreased due to the interference are generated. Therefore, by arranging the waveguide 109 as shown in FIG. 10 and suppressing the occurrence of interference, the occurrence of heating unevenness can be suppressed.

なお、図１０に示したように、導波管１０９の向きが直交するように導波管１０９を配置する場合であっても、図８と同様にして各導波管１０９から放射される電界強度Ｅの分布を考慮し、電界強度Ｅの２乗の和の炉幅方向の変動が２倍を超えないように、炉幅方向に沿った導波管１０９の間隔を決定することができる。 As shown in FIG. 10, even when the waveguides 109 are arranged so that the directions of the waveguides 109 are orthogonal, the electric fields radiated from the respective waveguides 109 are the same as in FIG. Considering the distribution of the intensity E, the interval between the waveguides 109 along the furnace width direction can be determined so that the fluctuation in the furnace width direction of the sum of the squares of the electric field intensity E does not exceed twice.

また、炉内のガス流れの状態を複雑化させることなく、炉幅方向にわたって均一な加熱を行うために、例えば図１１に示したように、導波管１０９を原料の進行方向にほぼ一列に沿って配置してガスの通路を確保しつつ、導波管１０９の開口部を様々な方向に向けて設置してもよい。すなわち、図１１に例示したように、導波管１０９の開口端が炉床進行方向の上流に向いているもの、導波管１０９の開口端が炉床進行方向の上流に対して右側に向いているもの、及び、導波管１０９の開口端が炉床進行方向の上流に対して左側に向いているもの、を固体還元炉６内に設置してもよい。導波管１０９の開口端の向きが図１１に示したように様々な方向に向いていることで、開口端から照射されるマイクロ波も、図中に矢印で示したように様々な方向に向かって照射されることとなる。その結果、塊成化物を炉幅方向にわたって更に均一に加熱することが可能となる。 Further, in order to perform uniform heating in the furnace width direction without complicating the state of gas flow in the furnace, for example, as shown in FIG. The openings of the waveguide 109 may be installed in various directions while being arranged alongside to secure gas passages. That is, as illustrated in FIG. 11, the open end of the waveguide 109 faces the upstream in the hearth traveling direction, and the open end of the waveguide 109 faces the right side with respect to the upstream in the hearth traveling direction. Those having the open end of the waveguide 109 and the one having the open end of the waveguide 109 facing the left in the upstream of the hearth traveling direction may be installed in the solid reduction furnace 6. Since the direction of the opening end of the waveguide 109 is directed in various directions as shown in FIG. 11, microwaves irradiated from the opening end are also directed in various directions as indicated by arrows in the drawing. Will be irradiated. As a result, the agglomerated product can be heated more uniformly across the furnace width direction.

なお、開口端が炉床進行方向を向いているもの、開口端が右側に向いているもの、開口端が左側に向いているもの、をどのように設置するかは、適宜設定することが可能であるが、例えば図１１に例示したように、炉床進行方向に沿って隣り合う導波管１０９の開口端の向きは、互いに異なっていることが好ましい。 In addition, it is possible to appropriately set how to install the one with the open end facing the hearth traveling direction, the one with the open end facing the right side, and the one with the open end facing the left side. However, for example, as illustrated in FIG. 11, the directions of the open ends of the waveguides 109 adjacent to each other along the hearth traveling direction are preferably different from each other.

続いて、図１２及び図１３を参照しながら、本実施形態に係る導波管１０９に設けられる冷却機構１５１について、簡単に説明する。 Next, the cooling mechanism 151 provided in the waveguide 109 according to the present embodiment will be briefly described with reference to FIGS. 12 and 13.

図１２は、導波管１０９のうちの１本を、冷却配管１５１と共に導波管周方向に展開した場合の展開図である。
本実施形態に係る冷却機構（例えば水冷配管）１５１は、図１２に示したように、例えば、導波管の高さ方向に沿って導波管１０９の外周にジグザグに配設されていてもよく、導波管の周方向に沿ってラセン状に巻き付けられていてもよい。 FIG. 12 is a development view when one of the waveguides 109 is developed along with the cooling pipe 151 in the circumferential direction of the waveguide.
As shown in FIG. 12, the cooling mechanism (for example, water-cooled piping) 151 according to the present embodiment may be arranged in a zigzag manner on the outer periphery of the waveguide 109 along the height direction of the waveguide, for example. The spiral may be wound along the circumferential direction of the waveguide.

水冷配管等の冷却機構１５１の外周には、図９等に示したように断熱耐火材１５３が設けられる。このような断熱耐火材１５３を設けることで、冷却機構１５１を炉内雰囲気から遮断するとともに、冷却機構１５１によって炉内温度が低下することを防止する。 A heat insulating refractory material 153 is provided on the outer periphery of the cooling mechanism 151 such as a water cooling pipe as shown in FIG. By providing such a heat insulating refractory material 153, the cooling mechanism 151 is shut off from the furnace atmosphere, and the cooling mechanism 151 prevents the furnace temperature from being lowered.

本実施形態では、冷却機構１５１を備えた導波管１０９に対して、冷却機構１５１の外周に更に断熱耐火材１５３を敷設する作業が行われることとなるが、このような断熱耐火材１５３の敷設方法については、公知の方法を適宜利用することが可能である。このような断熱耐火材１５３の敷設方法として、例えば図１３に示した方法を用いることが可能である。 In the present embodiment, an operation of further laying the heat insulating refractory material 153 on the outer periphery of the cooling mechanism 151 is performed on the waveguide 109 provided with the cooling mechanism 151. As a laying method, a known method can be appropriately used. As a method for laying such a heat insulating refractory material 153, for example, the method shown in FIG. 13 can be used.

すなわち、冷却機構（例えば水冷配管）１５１の外周に、まず、公知の断熱シートを配設したうえで、断熱シートの更に外周に、公知の背面断熱材を配設する。その上で、各種のステンレス（例えば、ＳＵＳ３１０、ＳＵＳ３０４等）を用いたスタッドをアンカーとして断熱シート及び背面断熱材に差し込んで敷設する。このようなスタッドとしては、図１３に示したようなＹスタッドを用いてもよいし、Ｖスタッドを用いてもよい。その上で、スタッドの敷設された背面断熱材状に、断熱性を有する耐火材を敷設する。固体還元炉６の内部は還元雰囲気となっているため、用いる耐火材は、アルカリ腐食性に優れた不定形耐火物を用いることが好ましい。このような不定形耐火物としては、例えば、ＣＡ６と呼ばれるＣａＯ・６Ａｌ_２Ｏ_３等を用いることができる。 That is, after a known heat insulating sheet is first disposed on the outer periphery of the cooling mechanism (for example, water-cooled pipe) 151, a known back surface heat insulating material is disposed on the outer periphery of the heat insulating sheet. Then, studs using various stainless steels (for example, SUS310, SUS304, etc.) are used as anchors and inserted into the heat insulating sheet and the back heat insulating material and laid. As such a stud, a Y stud as shown in FIG. 13 or a V stud may be used. Then, a refractory material having heat insulating properties is laid in the shape of a back heat insulating material on which studs are laid. Since the inside of the solid reduction furnace 6 is in a reducing atmosphere, it is preferable to use an amorphous refractory that is excellent in alkaline corrosion resistance. As such an amorphous refractory, for example, CaO.6Al ₂ O ₃ called CA6 can be used.

以上、図１２及び図１３を参照しながら、本実施形態に係る導波管１０９に設けられる冷却機構について、簡単に説明した。 The cooling mechanism provided in the waveguide 109 according to the present embodiment has been briefly described above with reference to FIGS. 12 and 13.

以上説明したように、本実施形態に係る固体還元炉６では、塊成化物を加熱するためのマイクロ波を導波するものであり、固体還元炉の内部に位置する端部が開口端となっている１又は複数の導波管１０９が、固体還元炉の内部に挿入されており、各導波管１０９の外周には、導波管を水冷する冷却機構１５１が設けられており、冷却機構１５１の外周には、断熱耐火材１５３が配設されている。また、導波管１０９の開口端からは、マイクロ波が照射されるとともに、エア又は不活性ガスからなる防塵ガスが放出されている。この開口端から塊成化物に向けてマイクロ波が照射されることにより、塊成化物の近傍からマイクロ波を照射することが可能となり、アーク放電の発生を抑制しながら塊成化物に対して効率良くマイクロ波を照射することができる。その結果、固体還元炉における加熱効率を更に向上させることが可能となる。 As described above, in the solid reduction furnace 6 according to the present embodiment, the microwave for heating the agglomerate is guided, and the end located inside the solid reduction furnace is the open end. One or a plurality of waveguides 109 are inserted into the solid reduction furnace, and a cooling mechanism 151 for water-cooling the waveguides is provided on the outer periphery of each waveguide 109. A heat insulating refractory material 153 is disposed on the outer periphery of 151. Further, microwaves are irradiated from the open end of the waveguide 109 and a dustproof gas made of air or an inert gas is emitted. By irradiating the agglomerated material with microwaves from this open end, it becomes possible to irradiate microwaves from the vicinity of the agglomerated material, and it is efficient for the agglomerated material while suppressing the occurrence of arc discharge. Microwave can be irradiated well. As a result, the heating efficiency in the solid reduction furnace can be further improved.

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。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to such examples. It is obvious that a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains can come up with various changes or modifications within the scope of the technical idea described in the claims. Of course, it is understood that these also belong to the technical scope of the present invention.

例えば、鉄鉱石や製鉄ダスト等の酸化鉄粉と、炭材等の還元材とを混合した塊成化物を加熱して、固体状金属鉄を得る固体還元の機能のみを有する固体還元炉のみならず、固体還元の機能と、金属鉄とスラグの分離の機能と、を併せ持つ炉についても、本発明の技術的範囲に属するものである。 For example, if it is only a solid reduction furnace that has only the function of solid reduction to heat solid agglomerates by mixing iron oxide powders such as iron ore and iron-making dust and reducing materials such as charcoal, and obtaining solid metallic iron Of course, a furnace having both the function of solid reduction and the function of separating metallic iron and slag belongs to the technical scope of the present invention.

６固体還元炉
１００マイクロ波照射装置
１０１マイクロ波発振機
１０３サーキュレータ
１０５アイソレータ
１０７自動整合器
１０９マイクロ波照射部材（導波管）
１５１冷却機構
１５３断熱耐火材
6 Solid Reduction Furnace 100 Microwave Irradiator 101 Microwave Oscillator 103 Circulator 105 Isolator 107 Automatic Matching Unit 109 Microwave Irradiation Member (Waveguide)
151 Cooling mechanism 153 Insulating refractory material

Claims

酸化鉄原料と還元材とを混合して成形した塊成化物を、マイクロ波、バーナー及び炉壁からの輻射熱により加熱して還元鉄を製造する固体還元炉において、
前記固体還元炉は、炉の天井から突出形成された壁により、前記バーナー及び炉壁からの輻射熱により前記塊成化物を加熱する複数のゾーンに区分されており、
前記固体還元炉の内部の任意の前記ゾーンに挿入された、前記塊成化物を加熱するためのマイクロ波を導波する１又は複数の導波管と、
それぞれの前記導波管の外周に設けられ、前記導波管を水冷する冷却機構と、
前記冷却機構の外周に設けられる断熱耐火材と、
を備え、
前記導波管の前記固体還元炉の内部に位置する端部は、開口端となっており、
前記導波管の前記開口端からエア又は不活性ガスが放出される
ことを特徴とする、固体還元炉。 In the solid reduction furnace that produces reduced iron by heating the agglomerate formed by mixing the iron oxide raw material and the reducing material with radiant heat from the microwave, burner and furnace wall,
The solid reduction furnace is divided into a plurality of zones for heating the agglomerate by radiant heat from the burner and the furnace wall, with a wall protruding from the ceiling of the furnace,
One or more waveguides for guiding microwaves for heating the agglomerates inserted in any of the zones inside the solid reduction furnace;
A cooling mechanism provided on an outer periphery of each of the waveguides, and cooling the waveguides with water;
Heat insulating refractory material provided on the outer periphery of the cooling mechanism;
With
The end portion of the waveguide located inside the solid reduction furnace is an open end,
A solid reduction furnace characterized in that air or an inert gas is discharged from the open end of the waveguide.

前記導波管の前記開口端を含む底面は、前記塊成化物の進行方向に向かって下降するように傾斜している傾斜面である
ことを特徴とする、請求項１に記載の固体還元炉。 2. The solid reduction furnace according to claim 1, wherein a bottom surface including the open end of the waveguide is an inclined surface that is inclined so as to descend in a traveling direction of the agglomerate. .

前記固体還元炉の内部には、前記導波管の前記塊成化物の進行方向下流側に、前記固体還元炉の内部を流れる炉内ガス流が前記導波管に当たることを防止する防風部材が設けられる
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の固体還元炉。 Inside the solid reduction furnace, there is a windproof member for preventing the in-furnace gas flow flowing inside the solid reduction furnace from hitting the waveguide downstream of the waveguide in the traveling direction of the agglomerates. The solid reduction furnace according to claim 1, wherein the solid reduction furnace is provided.

前記塊成化物の進行方向下流側に設けられた前記断熱耐火材の下端の位置が、前記導波管の前記開口端を含む底面の位置よりも前記固体還元炉の炉床側に位置する
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の固体還元炉。 The position of the lower end of the heat insulating refractory material provided on the downstream side in the traveling direction of the agglomerated material is located closer to the hearth side of the solid reduction furnace than the position of the bottom surface including the opening end of the waveguide. The solid reduction furnace according to claim 1 or 2, wherein

前記固体還元炉の内部には、前記塊成化物の進行方向に複数の導波管が挿入されており、
前記導波管として、前記開口端が前記塊成化物の進行の上流方向に向いているもの、前記開口端が前記塊成化物の進行の上流方向に対して右側に向いているもの、及び、前記開口端が前記塊成化物の進行の上流方向に対して左側に向いているもの、がそれぞれ設けられる
ことを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載の固体還元炉。 Inside the solid reduction furnace, a plurality of waveguides are inserted in the advancing direction of the agglomerates,
As the waveguide, the open end is oriented in the upstream direction of the agglomerate travel, the open end is directed to the right side of the upstream direction of the agglomerate travel, and The solid reduction furnace according to any one of claims 1 to 4, wherein each of the open ends is provided on the left side with respect to the upstream direction of the agglomerated material.

前記塊成化物の進行方向に隣り合う前記導波管の前記開口端の向きは、互いに異なっている
ことを特徴とする、請求項５に記載の固体還元炉。 The solid reduction furnace according to claim 5, wherein directions of the open ends of the waveguides adjacent to each other in the traveling direction of the agglomerates are different from each other.

前記固体還元炉では、当該固体還元炉の炉幅方向に隣り合う一方の前記導波管のＥ面と、もう一方の前記導波管のＨ面と、が対向するように、前記炉幅方向に沿って複数の前記導波管が配設される
ことを特徴とする、請求項１〜６の何れか１項に記載の固体還元炉。 In the solid reduction furnace, the width direction of the furnace is such that the E surface of one of the waveguides adjacent to the width direction of the solid reduction furnace faces the H surface of the other waveguide. The solid reduction furnace according to claim 1, wherein a plurality of the waveguides are disposed along the line.

前記固体還元炉は、複数の前記導波管を有し、
当該複数の導波管は、固体還元炉の炉幅方向に沿って列状に１組として配設され、更に前記塊成化物の進行方向に沿って複数組配設されており、
互いに隣り合う２組の前記導波管の配置は、千鳥配置となっている
ことを特徴とする、請求項１〜７の何れか１項に記載の固体還元炉。
The solid reduction furnace has a plurality of the waveguides,
The plurality of waveguides are arranged as a set in a row along the furnace width direction of the solid reduction furnace, and further, a plurality of sets are arranged along the advancing direction of the agglomerated material,
The solid reduction furnace according to any one of claims 1 to 7, wherein two waveguides adjacent to each other are arranged in a staggered arrangement.