JP5737157B2 - Heat reduction device for agglomerates - Google Patents

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本発明は、塊成化物の加熱還元装置に関する。   The present invention relates to an agglomerated heat reduction apparatus.

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、塊成化物を加熱・還元する際に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、塊成化物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 consider that the method of irradiating the agglomerates with microwaves is important when heating by microwaves is used in combination with heating by a burner. I came up with that.

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、塊成化物に対してマイクロ波を効率良く照射することが可能な、塊成化物の加熱還元装置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 reduce the agglomerated material by heating and reduce the agglomerated material efficiently. To provide an apparatus.

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、バーナー及び炉壁からの輻射熱により加熱する固体還元炉と、前記固体還元炉の後段に金属壁を用いて形成されており、前記固体還元炉により処理された前記塊成化物をマイクロ波により加熱するマイクロ波加熱室と、を備え、前記マイクロ波加熱室は、当該マイクロ波加熱室の内部に挿入された、前記マイクロ波を導波する１又は複数の導波管を有する塊成化物の加熱還元装置が提供される。   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 by radiant heat from a burner and a furnace wall; and A microwave heating chamber that is formed using a metal wall at the subsequent stage of the solid reduction furnace, and that heats the agglomerated material treated by the solid reduction furnace with microwaves, the microwave heating chamber comprising: There is provided an agglomerate heat reduction apparatus having one or a plurality of waveguides for guiding the microwaves inserted into the microwave heating chamber.

前記マイクロ波加熱室の天井の高さは、前記固体還元炉の天井の高さよりも低いことが好ましい。   The ceiling height of the microwave heating chamber is preferably lower than the ceiling height of the solid reduction furnace.

前記マイクロ波加熱室では、当該マイクロ波加熱室の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 microwave heating chamber, the width direction is set so that the E surface of one of the waveguides adjacent to the width direction of the microwave heating chamber faces the H surface of the other waveguide. A plurality of the waveguides may be disposed along the line.

前記マイクロ波加熱室は、複数の前記導波管を有しており、当該複数の導波管は、当該マイクロ波加熱室の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、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 microwave heating chamber has a plurality of the waveguides, and the plurality of waveguides are arranged as a set in a row along the width direction of the microwave heating chamber. A plurality of sets of waveguides arranged in the advancing direction of the agglomerated material and adjacent to each other may be arranged in a staggered manner.

前記マイクロ波加熱室は、複数の前記導波管を有しており、当該複数の導波管は、当該マイクロ波加熱室の幅方向に沿って列状に、等間隔に配設されていてもよい。
The microwave heating chamber has a plurality of the waveguides, and the plurality of waveguides are arranged at regular intervals in a row along the width direction of the microwave heating chamber. Also good.

前記マイクロ波加熱室には、不活性ガスが導入されていてもよい。   An inert gas may be introduced into the microwave heating chamber.

以上説明したように本発明によれば、固体還元炉の後段に金属壁で形成されたマイクロ波加熱室を設け、固体還元炉による処理後の塊成化物に対してマイクロ波加熱室においてマイクロ波を照射するため、塊成化物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, the microwave heating chamber formed of the metal wall is provided at the rear stage of the solid reduction furnace, and the agglomerated material after the treatment by the solid reduction furnace is microwaved in the microwave heating chamber. Therefore, it is possible to efficiently irradiate the agglomerated material 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. 同実施形態に係る塊成化物の加熱還元装置について示した説明図である。It is explanatory drawing shown about the heat reduction apparatus of the agglomerate which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係る塊成化物の加熱還元装置が有するマイクロ波加熱室について示した説明図である。It is explanatory drawing shown about the microwave heating chamber which the heating reduction apparatus of the agglomerate which concerns on the same embodiment has. 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. 同実施形態に係る塊成化物の加熱還元装置が有するマイクロ波加熱室について示した説明図である。It is explanatory drawing shown about the microwave heating chamber which the heating reduction apparatus of the agglomerate which concerns on the same embodiment has. 同実施形態に係る塊成化物の加熱還元装置が有するマイクロ波加熱室について示した説明図である。It is explanatory drawing shown about the microwave heating chamber which the heating reduction apparatus of the agglomerate which concerns on the same embodiment has.

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塊成化物の加熱還元装置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 agglomerate heat reduction apparatus 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（Ｒｏｔａｒｙ Ｈｅａｒｔｈ Ｆｕｒｎａｃｅ：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塊成化物の加熱還元装置における固体還元炉が、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 in the agglomerate heat reduction apparatus 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Ｆｅ２Ｏ３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Ｐａｂｓ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Ｐａｂｓ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Ｐａｂｓ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.

Figure 0005737157
Figure 0005737157

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］
ε０：真空中の誘電率 ［Ｆ／ｍ］
ε”：被加熱物質の比誘電率の虚数部
μ０：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.

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塊成化物の加熱還元装置及び塊成化物の加熱還元方法に想到した。   As a result of intensive studies by the present inventors from the above viewpoints, the inventors have come up with the agglomerate heat reduction apparatus and the agglomerate heat reduction method according to the embodiments 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塊成化物の加熱還元装置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)
Then, the microwave used for the heat reduction apparatus of the agglomerate which concerns on embodiment of this invention is demonstrated easily.

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、本実施形態に係る塊成化物の加熱還元装置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 agglomerate heating and reducing apparatus 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 an electromagnetic wave in a 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、及び、当該固体還元炉の後段に設けられたマイクロ波加熱室で加熱・還元する加熱還元装置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. The present invention is used for a furnace and a heating and reducing apparatus that heats and reduces in a microwave heating chamber provided at a subsequent stage of the solid reduction 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、固体還元炉６の後段に設けられたマイクロ波加熱室４０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の先端からマイクロ波加熱室４０内に存在する粉塵等が逆流してこないように、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ていてもよい。この場合、マイクロ波照射部材１０９内に供給される不活性ガスは、マイクロ波加熱室４０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、マイクロ波加熱室内に存在する粉塵等が自動整合器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 microwave heating chamber 40 provided in the subsequent stage of the solid reduction furnace 6 with microwaves. The microwave irradiation member 109 is supplied with an inert gas such as nitrogen or argon at a predetermined flow rate / flow rate so that dust or the like existing in the microwave heating chamber 40 does not flow backward from the tip of the microwave irradiation member 109. It may be supplied so that. In this case, the inert gas supplied into the microwave irradiation member 109 is preferably a heated gas in order to prevent a temperature drop inside the microwave heating chamber 40. The waveguide 111 that connects the microwave irradiation member 109 and the automatic aligner 107 is provided with dustproof glass so that dust or the like existing in the microwave heating chamber does 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）
＜塊成化物の加熱還元装置の構成について＞
以下では、図４〜図８を参照しながら、本発明の第１の実施形態に係る塊成化物の加熱還元装置について、詳細に説明する。図４は、本実施形態に係る塊成化物の加熱還元装置について示した説明図である。図５、図７及び図８は、本実施形態に係る塊成化物の加熱還元装置が有するマイクロ波加熱室について示した説明図である。図６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。 (First embodiment)
<About the configuration of the agglomerate heat reduction device>
Hereinafter, the agglomerate heat reduction apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 4 to 8. FIG. 4 is an explanatory view showing the agglomerate heat reduction apparatus according to the present embodiment. 5, 7 and 8 are explanatory views showing the microwave heating chamber of the agglomerate heating and reducing apparatus according to the present embodiment. FIG. 6 is an explanatory diagram showing the electric field intensity of the microwave irradiated from the microwave irradiation port.

本実施形態に係る塊成化物の加熱還元装置（以下、単に加熱還元装置とも称する。）１０は、図４に示したように、塊成化物をバーナー及び炉壁からの輻射熱により加熱することで還元する固体還元炉６と、固体還元炉６の後段（固体還元炉６の炉床進行方向下流側）に設けられたマイクロ波加熱室４０と、を備える。   The agglomerate heat reduction apparatus (hereinafter also simply referred to as a heat reduction apparatus) 10 according to the present embodiment heats the agglomerate by radiant heat from a burner and a furnace wall, as shown in FIG. A solid reduction furnace 6 to be reduced, and a microwave heating chamber 40 provided in a subsequent stage of the solid reduction furnace 6 (downstream side of the solid reduction furnace 6 in the hearth traveling direction).

ここで、本実施形態に係る加熱還元装置１０が備える固体還元炉６としては、図２で説明したような回転炉床炉や、流動床炉や、シャフト炉等を利用することが可能である。これらの固体還元炉６により加熱還元処理がなされた塊成化物や還元鉄は、後述するマイクロ波加熱室４０に払い出され、マイクロ波による加熱・還元処理が行われる。   Here, as the solid reduction furnace 6 provided in the heating and reducing apparatus 10 according to the present embodiment, a rotary hearth furnace, a fluidized bed furnace, a shaft furnace, or the like as described with reference to FIG. 2 can be used. . The agglomerates and reduced iron that have been subjected to the heat reduction treatment by these solid reduction furnaces 6 are discharged into a microwave heating chamber 40 to be described later, and heating / reduction treatment using microwaves is performed.

本実施形態に係るマイクロ波加熱室４０は、固体還元炉６の後段に、当該固体還元炉６に継続して設けられるものである。このマイクロ波加熱室４０の内部空間は、マイクロ波を吸収する高温状態の耐火物や、マイクロ波を吸収する粉塵やヒューム等の付着した耐火物が存在しない、反射壁として機能する金属壁で囲まれた空間となっている。固体還元炉６から取り出された直後の塊成化物は、原料温度が還元反応の進行に求められる８００℃以上の状態を保っている。そのため、マイクロ波加熱室４０に設けられた導波管１０９から塊成化物に照射されるマイクロ波による加熱エネルギーは、速やかに還元反応を進行させることに消費されることとなる。その結果、塊成化物のうち未だ還元反応が進行しておらず金属化されていない部分の還元反応を促進することが可能となる。   The microwave heating chamber 40 according to the present embodiment is continuously provided in the solid reduction furnace 6 after the solid reduction furnace 6. The internal space of the microwave heating chamber 40 is surrounded by a metal wall that functions as a reflection wall, and does not include a refractory in a high temperature state that absorbs microwaves, or a refractory that adheres to dust or fumes that absorbs microwaves. Space. The agglomerate immediately after being taken out from the solid reduction furnace 6 maintains a state where the raw material temperature is 800 ° C. or higher required for the progress of the reduction reaction. Therefore, the heating energy by the microwave irradiated to the agglomerate from the waveguide 109 provided in the microwave heating chamber 40 is consumed for promptly proceeding the reduction reaction. As a result, it becomes possible to promote the reduction reaction of the agglomerated product that has not yet undergone the reduction reaction and is not metallized.

なお、マイクロ波加熱室４０の内壁面として用いられる金属壁は、金属壁の更に外周にマイクロ波加熱室４０の強度を担保する強度部材が配設されるのであれば、マイクロ波の反射部材（すなわち、導体）として機能することが可能な任意の金属を使用することが可能である。金属壁の周囲に、この金属壁を冷却するための冷却機構（例えば、水冷配管や空冷配管等）を配設してもよい。なお、金属壁を冷却するための冷却機構が配設されない場合には、マイクロ波加熱室４０の内壁面として用いられる金属として、ステンレス系の金属板を用いることが好ましい。また、金属壁を冷却するための冷却機構が配設される場合には、マイクロ波加熱室４０の内壁面として用いられる金属として、ステンレス系の金属板の他に、アルミ系の金属板や、銅系の金属板も使用することが可能である。   Note that the metal wall used as the inner wall surface of the microwave heating chamber 40 may be a microwave reflecting member (if a strength member that ensures the strength of the microwave heating chamber 40 is disposed on the outer periphery of the metal wall. That is, any metal that can function as a conductor) can be used. A cooling mechanism (for example, a water cooling pipe or an air cooling pipe) for cooling the metal wall may be disposed around the metal wall. When a cooling mechanism for cooling the metal wall is not provided, it is preferable to use a stainless steel metal plate as the metal used as the inner wall surface of the microwave heating chamber 40. Further, when a cooling mechanism for cooling the metal wall is provided, as a metal used as the inner wall surface of the microwave heating chamber 40, in addition to a stainless steel metal plate, an aluminum metal plate, Copper metal plates can also be used.

また、本実施形態に係るマイクロ波加熱室４０に、加熱室内に混入した粉塵やヒューム等を加熱室内から取り除くための排気機構を設けてもよい。   Further, the microwave heating chamber 40 according to the present embodiment may be provided with an exhaust mechanism for removing dust, fumes and the like mixed in the heating chamber from the heating chamber.

このマイクロ波加熱室４０には、図４に示したように、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が挿入されている。以下では、マイクロ波照射部材である導波管１０９が、マイクロ波加熱室４０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、マイクロ波加熱室４０の側壁から加熱室内に向かって挿入されていてもよく、マイクロ波加熱室４０の天井及び側壁の双方から挿入されていてもよい。   As shown in FIG. 4, one or a plurality of microwave irradiation members (waveguides) 109 are inserted into the microwave heating chamber 40 along the agglomerated material traveling direction. Hereinafter, the case where the waveguide 109 that is a microwave irradiation member is inserted from the ceiling of the microwave heating chamber 40 will be described in detail. The waveguide 109 extends from the side wall of the microwave heating chamber 40 to the heating chamber. May be inserted from both the ceiling and the side wall of the microwave heating chamber 40.

また、マイクロ波加熱室４０の内部には、装入された塊成化物の再酸化を防止するために、窒素、アルゴン等の不活性ガスが導入される。不活性ガスの導入量等については、マイクロ波加熱室４０の大きさ等に応じて、適宜設定すればよい。また、マイクロ波加熱室４０の内部に供給される窒素、アルゴン等の不活性ガスは、マイクロ波加熱室４０及び塊成化物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。   In addition, an inert gas such as nitrogen or argon is introduced into the microwave heating chamber 40 in order to prevent re-oxidation of the agglomerate charged. What is necessary is just to set suitably about the introduction amount etc. of an inert gas according to the magnitude | size of the microwave heating chamber 40, etc. FIG. The inert gas such as nitrogen or argon supplied to the inside of the microwave heating chamber 40 is preferably a heated gas in order to prevent the temperature of the microwave heating chamber 40 and the agglomerates from decreasing. .

マイクロ波加熱室４０の天井高さ（図４における高さｈ１）は、固体還元炉６の高さ（図４における高さｈ２）よりも低いことが好ましく、塊成化物の搬送に支障の出ない範囲で出来る限り低くすることが更に好ましい。上記式１１から明らかなように、単位体積あたりの物質へのマイクロ波吸収エネルギーは電界強度Ｅの２乗に比例しているため、電界強度Ｅが大きければ大きい程、物質へのマイクロ波吸収が大きくなる。そのため、マイクロ波加熱室４０の高さｈ１を低くするほど、マイクロ波加熱室内の空間では、マイクロ波があまり広がらず、単位体積当たりの電界強度Ｅが高くなっていく。その結果、このマイクロ波加熱室４０では、塊成化物に対して効率良くマイクロ波のエネルギーを吸収させることができる。   The ceiling height of the microwave heating chamber 40 (height h1 in FIG. 4) is preferably lower than the height of the solid reduction furnace 6 (height h2 in FIG. 4), which hinders the transportation of the agglomerated material. It is more preferable to make it as low as possible within the range. As is clear from the above equation 11, the microwave absorption energy to the substance per unit volume is proportional to the square of the electric field strength E. Therefore, the larger the electric field strength E, the more the microwave absorption to the substance. growing. Therefore, as the height h1 of the microwave heating chamber 40 is decreased, the microwave does not spread so much in the space within the microwave heating chamber, and the electric field strength E per unit volume increases. As a result, in the microwave heating chamber 40, microwave energy can be efficiently absorbed by the agglomerated material.

この際、導波管１０９の先端とマイクロ波加熱室４０の底面との間の離隔距離が小さくなりすぎると、導波管先端からのマイクロ波放射ができなくなる可能性がある。そのため、例えば図４に示したように、導波管先端とマイクロ波加熱室４０の底面との間の離隔距離ｈ３を、加熱源として利用するマイクロ波の波長λの４分の１以上とすることが好ましい。   At this time, if the separation distance between the tip of the waveguide 109 and the bottom surface of the microwave heating chamber 40 becomes too small, there is a possibility that microwave radiation from the tip of the waveguide cannot be performed. Therefore, for example, as shown in FIG. 4, the separation distance h3 between the tip of the waveguide and the bottom surface of the microwave heating chamber 40 is set to a quarter or more of the wavelength λ of the microwave used as a heating source. It is preferable.

また、本実施形態に係るマイクロ波加熱室４０では、例えば図５に示したように、マイクロ波加熱室４０の幅方向に沿って、複数の導波管１０９が配設されていてもよい。マイクロ波加熱室４０の幅方向に沿って複数の導波管１０９を配設することで、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、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を幅方向に沿って等間隔に配設することが好ましい。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、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。   Further, in the microwave heating chamber 40 according to the present embodiment, a plurality of waveguides 109 may be disposed along the width direction of the microwave heating chamber 40 as shown in FIG. 5, for example. By disposing a plurality of waveguides 109 along the width direction of the microwave heating chamber 40, it is possible to uniformly heat the agglomerated material over the entire width direction. When a plurality of waveguides 109 are arranged along the width direction, it is preferable to arrange the plurality of waveguides 109 at equal intervals along the width direction. By arranging the plurality of waveguides 109 at equal intervals along the width direction, the agglomerate can be heated more uniformly over the entire width direction.

図５に示したように、本実施形態に係るマイクロ波加熱室４０では、加熱室の幅方向に沿って複数（例えば５個）の導波管１０９が等間隔に配設され、各導波管１０９は、深さＬだけ、マイクロ波加熱室４０の内部に挿入されている。各導波管１０９の加熱室底面側の端部は開口部となっており、この開口部がマイクロ波照射口として機能して、加熱室４０の床面上を搬送される塊成化物に対して、マイクロ波が照射されることとなる。   As shown in FIG. 5, in the microwave heating chamber 40 according to the present embodiment, a plurality of (for example, five) waveguides 109 are arranged at equal intervals along the width direction of the heating chamber. The tube 109 is inserted into the microwave heating chamber 40 by a depth L. The end of each waveguide 109 on the bottom side of the heating chamber is an opening, and this opening functions as a microwave irradiation port for the agglomerated material conveyed on the floor surface of the heating chamber 40. Thus, microwaves are irradiated.

ここで、マイクロ波加熱室４０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）が存在している場合があるため、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Ａｌ２Ｏ３、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、加熱室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, in the microwave heating chamber 40, pulverized dust, metal particles, and organic gas vapor (fumes) due to the agglomerated material may be present. When entering 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 heating chamber 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、本実施形態に係るマイクロ波加熱室４０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、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加熱室内に向けて噴射されるようにしている。   Therefore, in the microwave heating chamber 40 according to the present embodiment, the above-described dust-proof plate is disposed 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 to the dust-proof plate. Is not laid, and 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, an inert gas such as nitrogen or argon is allowed to flow inside the waveguide 109 as a dust-proof gas as described above. An appropriate gas flow is jetted from the tip toward the heating chamber.

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５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、前述のように、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。塊成化物原料をなるべく幅方向に均一に加熱するためには、各導波管１０９から放射されるマイクロ波の電界強度分布Ｅ２の和の幅方向の変動が、２倍を超えない程度であることが好ましい。 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 described above, the amount of microwave absorbed by the agglomerated material is proportional to the square of the electric field strength E. Extent in order to uniformly heat the agglomerates material as possible the width direction, the variation in the width direction of the sum of the electric field intensity distribution E 2 of the microwave radiated from the waveguide 109, which does not exceed twice Preferably there is.

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Ｅ２の和を考えるにあたって、図６に示したような正規化された電界強度分布を考える。図６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、加熱室の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Ｅ２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Ｅ２の和は、図６に実線で示したような分布となる。 Here, when considering 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. 6 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 strength, The horizontal axis represents the position in the width direction of the heating chamber. 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.

加熱室の幅方向に沿って、電界強度Ｅ２の和の変動が２倍を超えない（換言すれば、電界強度Ｅ２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６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６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６に示したように、電界強度Ｅ２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。本実施形態に係るマイクロ波加熱室４０では、この条件を満足するように、幅方向に隣り合う導波管１０９の離隔距離を決定する。 In order for the variation of the sum of the electric field strengths E 2 not to exceed twice (in other words, the variation of the electric field strengths E 2 is ± 25% or less) along the width direction of the heating chamber, adjacent waveguides The electric field intensity (time average intensity) at the intermediate position of the tube 109 (position a in FIG. 6) may be 50% or more of the electric field intensity immediately below the waveguide 109 (position b in FIG. 6). By satisfying such a condition, for example, as shown in FIG. 6, 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. In the microwave heating chamber 40 according to the present embodiment, the separation distance between the waveguides 109 adjacent in the width direction is determined so as to satisfy this condition.

幅方向に隣り合う導波管１０９の離隔距離は、実際のマイクロ波加熱室４０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、幅方向に隣り合う導波管１０９の離隔距離は、実際のマイクロ波加熱室４０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 in the width direction can be determined by a prior experiment according to the actual dimensions of the microwave heating chamber 40, the dimensions of the waveguide 109, and the like. The separation distance between the waveguides 109 adjacent to each other in the width direction is determined by changing the separation distance as a parameter using the actual dimensions of the microwave heating chamber 40, 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.

Figure 0005737157
Figure 0005737157

ここで、幅方向に沿って設けられる導波管１０９の個数は、図５及び図６に示した例では５個となっているが、本実施形態に係るマイクロ波加熱室４０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。マイクロ波加熱室４０の幅方向に沿って設けられる導波管１０９の個数は、マイクロ波加熱室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。   Here, the number of the waveguides 109 provided along the width direction is five in the example shown in FIGS. 5 and 6, but the waveguide provided in the microwave heating chamber 40 according to the present embodiment. The number of wave tubes 109 is not limited to the above example. The number of the waveguides 109 provided along the width direction of the microwave heating chamber 40 may be appropriately determined according to the size of the microwave heating chamber and the waveguide, the separation distance, and the like.

なお、マイクロ波加熱室４０の幅は、固体還元炉６との整合性（すなわち、塊成化物を効率良くマイクロ波加熱室４０に装入することが可能か否か等）を考慮して、適宜決定すればよい。また、マイクロ波加熱室４０の天井の高さ（図４における高さｈ１）や、導波管１０９の挿入深さ（図５における長さＬ）についても、固体還元炉６との整合性を考慮して、適宜決定することが可能である。例えば、天井の高さｈ１及び挿入深さＬをパラメータとして変化させながら、上記式１２を利用した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実施して、マイクロ波加熱室４０の側壁方向に回り込むマイクロ波のエネルギーが少なくなるような高さｈ１や挿入深さＬに決定すればよい。   In addition, the width of the microwave heating chamber 40 takes into consideration consistency with the solid reduction furnace 6 (that is, whether or not the agglomerate can be efficiently charged into the microwave heating chamber 40). What is necessary is just to determine suitably. Further, the height of the ceiling of the microwave heating chamber 40 (height h1 in FIG. 4) and the insertion depth of the waveguide 109 (length L in FIG. 5) are also consistent with the solid-state reduction furnace 6. It is possible to determine as appropriate in consideration. For example, the electric field strength simulation based on the well-known finite element method using the above equation 12 is performed while changing the ceiling height h1 and the insertion depth L as parameters, and the microwave heating chamber 40 goes around the side wall. The height h1 and the insertion depth L may be determined so that the microwave energy is reduced.

ここで、マイクロ波加熱室４０の幅方向に沿って複数の導波管１０９を配設する場合、図４における天井の高さｈ１を低くするほど、マイクロ波の電界強度Ｅの幅方向の分布において隣り合う導波管１０９の中間位置の電界強度が小さくなり、幅方向の電解強度Ｅ２の和の分布の変動が大きくなる。従って、天井の高さｈ１の値を決定する際には、マイクロ波加熱室４０の幅方向に沿って設けられる導波管１０９の個数や、マイクロ波加熱室や導波管のサイズや、上記離隔距離等に応じて、電界強度Ｅ２の和の幅方向の分布を考慮しつつ決定することが好ましい。 Here, in the case where the plurality of waveguides 109 are arranged along the width direction of the microwave heating chamber 40, the distribution in the width direction of the electric field strength E of the microwave is reduced as the ceiling height h1 in FIG. field strength of the intermediate position of the waveguide 109 adjacent to each other in decreases, variations in the distribution of the sum of the electric field strength E 2 in the width direction becomes large. Therefore, when determining the value of the height h1 of the ceiling, the number of the waveguides 109 provided along the width direction of the microwave heating chamber 40, the size of the microwave heating chamber and the waveguide, depending on the distance or the like, it is preferably determined in consideration of the width direction of the distribution of the sum of the field strength E 2.

なお、図５では、導波管１０９の挿入深さＬが幅方向に沿って一定である場合について図示しているが、マイクロ波加熱室４０における導波管１０９の挿入深さＬは、かかる場合に限定されるわけではない。例えば、導波管１０９の挿入深さを幅方向の各位置で変更して、導波管１０９の端部の包絡線がアーチ形状を形成するようにしてもよい。また、導波管１０９の挿入深さを幅方向の各位置で一定とし、マイクロ波加熱室４０の天井形状自体をアーチ形状としてもよい。   FIG. 5 illustrates the case where the insertion depth L of the waveguide 109 is constant along the width direction. However, the insertion depth L of the waveguide 109 in the microwave heating chamber 40 is as follows. It is not limited to the case. For example, the insertion depth of the waveguide 109 may be changed at each position in the width direction so that the envelope at the end of the waveguide 109 forms an arch shape. Further, the insertion depth of the waveguide 109 may be constant at each position in the width direction, and the ceiling shape itself of the microwave heating chamber 40 may be an arch shape.

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.

ここで、図５等に示したように、各導波管１０９のＥ面は加熱室の幅方向に対して平行となり、Ｈ面は塊成化物の進行方向に対して平行となるように、複数の導波管１０９を配設してもよいし、各導波管１０９のＨ面は加熱室の幅方向に対して平行となり、Ｅ面は塊成化物の進行方向に対して平行となるように、複数の導波管１０９を配設してもよい。また、本実施形態に係るマイクロ波加熱室４０では、例えば図７に示したように、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。   Here, as shown in FIG. 5 and the like, the E surface of each waveguide 109 is parallel to the width direction of the heating chamber, and the H surface is parallel to the agglomerated material traveling direction. A plurality of waveguides 109 may be provided, the H surface of each waveguide 109 is parallel to the width direction of the heating chamber, and the E surface is parallel to the advancing direction of the agglomerated material. As described above, a plurality of waveguides 109 may be provided. Further, in the microwave heating chamber 40 according to the present embodiment, for example, as shown in FIG. 7, the directions of the waveguides 109 adjacent to each other along the width direction are orthogonal to each other (in other words, one adjacent one). The waveguide 109 may be disposed so that the E-plane of the first waveguide 109 and the H-plane of the other waveguide 109 face each other.

図７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７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。   As shown in FIG. 7, by alternately arranging the E plane and the H plane, it is possible to suppress the occurrence of interference in the microwaves radiated from the respective waveguides 109. 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. 7 and suppressing the occurrence of interference, the occurrence of heating unevenness can be suppressed.

なお、図７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６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乗の和の幅方向の変動が２倍を超えないように、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. 7, 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 width direction can be determined so that the fluctuation in the width direction of the sum of the squares of the electric field intensity E does not exceed twice.

また、導波管１０９をマイクロ波加熱室４０の幅方向及び塊成化物進行方向に沿って配置する場合に、複数の導波管１０９を、塊成化物進行方向及び幅方向に沿って格子状に配設してもよいし、図８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を千鳥配置にすることで、マイクロ波加熱室４０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, when the waveguide 109 is disposed along the width direction of the microwave heating chamber 40 and the agglomerated material traveling direction, the plurality of waveguides 109 are arranged in a lattice shape along the agglomerated material traveling direction and the width direction. It may be arranged in a staggered arrangement as shown in FIG. By arranging the waveguides 109 in a staggered arrangement, the agglomerated material moving inside the microwave heating chamber 40 can be heated more uniformly.

なお、図８に示した例では、幅方向に隣り合う導波管１０９のＨ面同士が対向するように配設されている場合について図示しているが、幅方向に設けられた複数の導波管１０９の向きが図７に示したように直交している場合であっても、同様に千鳥配置とすることが可能である。   In the example shown in FIG. 8, the case where the H surfaces of the waveguides 109 adjacent in the width direction are arranged to face each other is illustrated, but a plurality of guides provided in the width direction are illustrated. Even when the directions of the wave tubes 109 are orthogonal as shown in FIG. 7, a staggered arrangement is possible in the same manner.

以上、図４〜図８を参照しながら、本実施形態に係るマイクロ波加熱室４０を含む加熱還元装置１０について、詳細に説明した。   The heating / reducing apparatus 10 including the microwave heating chamber 40 according to the present embodiment has been described in detail above with reference to FIGS.

以上説明したように、本実施形態に係る塊成化物の加熱還元装置１０では、塊成化物をバーナー及び炉壁からの輻射熱により加熱する固体還元炉の後段に、金属壁を用いて形成されており、固体還元炉により処理された塊成化物をマイクロ波により加熱するマイクロ波加熱室４０を設け、固体還元炉により処理された塊成化物をマイクロ波加熱室４０に装入し、マイクロ波加熱室４０の内部に挿入された１又は複数の導波管によりマイクロ波を導波し、装入された塊成化物に対して導波したマイクロ波を照射する。これにより、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るため、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還元処理においても金属化されていない部分に対して、マイクロ波を利用して更に処理することが可能となり、加熱還元装置１０全体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 agglomerate heat reduction apparatus 10 according to the present embodiment, the agglomerate is formed using a metal wall at the subsequent stage of the solid reduction furnace that heats the agglomerate by radiant heat from the burner and the furnace wall. In addition, a microwave heating chamber 40 for heating the agglomerate treated in the solid reduction furnace by microwave is provided, and the agglomerate treated in the solid reduction furnace is charged into the microwave heating chamber 40 for microwave heating. A microwave is guided by one or a plurality of waveguides inserted into the chamber 40, and the guided microwave is irradiated to the agglomerated material. Thereby, since it becomes possible to irradiate the microwave from the vicinity of the agglomerated material, the agglomerated material can be efficiently irradiated with the microwave. As a result, even in the heat reduction treatment in the solid reduction furnace, it is possible to further process the portion that is not metallized using microwaves, and further improve the heating efficiency in the entire heat reduction apparatus 10. It becomes possible.

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.

１０ 塊成化物の加熱還元装置
４０ マイクロ波加熱室
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）
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Agglomerate heating reduction apparatus 40 Microwave heating chamber 100 Microwave irradiation apparatus 101 Microwave oscillator 103 Circulator 105 Isolator 107 Automatic matching device 109 Microwave irradiation member (waveguide)

Claims (6)

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する固体還元炉と、
前記固体還元炉の後段に金属壁を用いて形成されており、前記固体還元炉により処理された前記塊成化物をマイクロ波により加熱するマイクロ波加熱室と、
を備え、
前記マイクロ波加熱室は、当該マイクロ波加熱室の内部に挿入された、前記マイクロ波を導波する１又は複数の導波管を有する
ことを特徴とする、塊成化物の加熱還元装置。 A solid reduction furnace in which an agglomerate formed by mixing an iron oxide raw material and a reducing material is heated by radiant heat from a burner and a furnace wall;
A microwave heating chamber that is formed using a metal wall after the solid reduction furnace, and heats the agglomerate treated by the solid reduction furnace by microwaves;
With
The microwave heating chamber has one or a plurality of waveguides for guiding the microwave, which are inserted into the microwave heating chamber. 前記マイクロ波加熱室の天井の高さは、前記固体還元炉の天井の高さよりも低い
ことを特徴とする、請求項１に記載の塊成化物の加熱還元装置。 2. The agglomerate heat reduction apparatus according to claim 1, wherein a height of a ceiling of the microwave heating chamber is lower than a height of a ceiling of the solid reduction furnace. 前記マイクロ波加熱室では、当該マイクロ波加熱室の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又は２に記載の塊成化物の加熱還元装置。 In the microwave heating chamber, the width direction is set so that the E surface of one of the waveguides adjacent to the width direction of the microwave heating chamber faces the H surface of the other waveguide. The agglomerate heat reduction apparatus according to claim 1, wherein a plurality of the waveguides are disposed along the line. 前記マイクロ波加熱室は、複数の前記導波管を有しており、
当該複数の導波管は、当該マイクロ波加熱室の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、
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１〜３の何れか１項に記載の塊成化物の加熱還元装置。 The microwave heating chamber has a plurality of the waveguides,
The plurality of waveguides are arranged as a set in a row along the width direction of the microwave heating chamber , and further a plurality of sets are arranged along the advancing direction of the agglomerated material,
4. The agglomerate heat reduction apparatus according to claim 1, wherein two waveguides adjacent to each other are arranged in a staggered arrangement. 5. 前記マイクロ波加熱室は、複数の前記導波管を有しており、
当該複数の導波管は、当該マイクロ波加熱室の幅方向に沿って列状に、等間隔に配設されている
ことを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載の塊成化物の加熱還元装置。 The microwave heating chamber has a plurality of the waveguides,
The said some waveguide is arrange | positioned at equal intervals in the row form along the width direction of the said microwave heating chamber, The any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned. Heat reduction device for agglomerates. 前記マイクロ波加熱室には、不活性ガスが導入される
ことを特徴とする、請求項１〜５の何れか１項に記載の塊成化物の加熱還元装置。
The agglomerate heat reduction apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein an inert gas is introduced into the microwave heating chamber.
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