JP2000248321A - 焼結原料の水分制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鉄鉱石の焼結鉱製造時に精度良く安定して焼
結原料の水分値を制御する。 【解決手段】 注水機能を具備するミキサー５を備えた
焼結設備にて焼結原料の水分を目標水分に制御する方法
において、ミキサーの上流側では焼結原料の水分値を銘
柄毎に絶対乾燥式水分計２ａ〜２ｅで測定し、その測定
値に基づいてミキサーでの注水量をフィードフォワード
制御すると共に、ミキサーの下流側ではミキサーで混合
された焼結原料の水分値を赤外線水分計１３で測定し、
その測定値に基づいてミキサーでの注水量をフィードバ
ック制御する。その際に、絶対乾燥式水分計による水分
測定を少なくとも２時間に１回の頻度で行うこと、絶対
乾燥式水分計による１回当りの分析試料重量を８０ｇ以
上とすること、及びフィードバック制御は１５〜３０分
間隔で行うことが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、粉鉄鉱石から焼結
鉱を製造する際に焼結原料の水分値を精度良く制御する
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】製鉄業における焼結鉱製造工程において
は、粉鉄鉱石等の主原料、石灰石粉等の副原料、粉コー
クスや無煙炭等の固体燃料、生石灰やベントナイト等の
造粒助剤、及び焼結鉱製品とならずに原料として再利用
される返鉱等の各銘柄の焼結原料を、ミキサー内で注水
・混合して造粒し、所定の粒度、密度、及び気孔率を有
する疑似粒子状の焼結原料として焼結機に供給し、焼結
機で焼成して一定品質を有する焼結鉱を製造している。
このような焼結鉱の製造工程において、各銘柄の焼結原
料の水分を測定すること、及びミキサー内で注水量を制
御することは、焼結鉱の生産性、品質向上、及び成分安
定化にとって重要な操業因子である。

【０００３】焼結原料の水分測定装置として、従来より
非接触型で連続測定が可能な赤外線水分計及び中性子水
分計が広く用いられている。赤外線水分計は、水による
赤外線の吸収波長の吸収量により水分値を測定するもの
であるが、原料の色調、粒度、形状等の影響を受けやす
く、且つ、外部からの光の入射や原料からの蒸発水分、
更には、搬送機上での原料の積載状態の変化による測定
距離の変動によっても影響を生じやすい。又、中性子水
分計は放射性元素から出るγ線が水分子によって吸収散
乱されることを利用して水分を測定するものであり、具
体的には、ホッパー内に貯鉱された原料層中に中性子を
当てて水分値を測定するが、測定精度を上げようとする
と、測定値を得るまでに応答遅れによる時間遅れが発生
し、更に、放射性物質を用いるために設備の設置条件が
厳しく、保守運転に労力が費やされるため、近年では採
用が控えられている。

【０００４】一方、測定精度の高い水分測定方法とし
て、絶対乾燥式水分計による測定が行われている。この
方法は焼結原料そのものを採取して乾燥し、原料中の水
分を蒸発させ、乾燥前後の重量を測定することにより水
分値を測定する方法であり、測定値の精度は非常に高い
が、測定時間に０．５〜２．０時間の長時間を要する非
連続式の測定方法であり、分析時間を短縮するために分
析試料重量を減じると、粒度の粗い原料が混入した場合
には、分析値が代表値を表わさないといった問題点を有
する。

【０００５】このような水分計を用いた焼結原料の水分
制御方法が幾つか提案されている。例えば特公平５−２
７３１号公報（以下、「先行技術１」と記す）には、ミ
キサーの上流側及び下流側に赤外線水分計を配置して水
分を測定し、上流側の測定値に基づいてミキサーでの注
水量をフィードフォワード制御し、下流側の測定値に基
づいてミキサーでの注水量をフィードバック制御する方
法が開示されており、又、特開平８−１２０３５１号公
報（以下、「先行技術２」と記す）には、絶対乾燥式水
分計による水分測定値に基づいて非接触型水分計の測定
値を補正しながら、非接触型水分計による水分測定値を
ミキサーでの注水量にフィードバックする方法が開示さ
れている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、赤外線
水分計は上述したように測定精度が悪く、従って赤外線
水分計による測定値に基づいて制御する先行技術１で
は、水分値を一定に制御することは極めて困難である。
又、先行技術２では、絶対乾燥式水分計による水分測定
値により非接触型水分計の水分測定値を補正している
が、絶対乾燥式水分計による測定時間は上述したように
長時間を要し、非接触型水分計の補正の時期が遅れて、
水分調整のフィードバック制御の応答性が悪くなる。

【０００７】本発明は上記事情に鑑みなされたもので、
その目的とするところは、粉鉄鉱石の焼結鉱製造時にお
いて、精度良く安定して焼結原料の水分値を制御するこ
とができる水分制御方法を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】第１の発明による焼結原
料の水分制御方法は、注水機能を具備するミキサーを備
えた焼結設備にて焼結原料の水分を目標水分に制御する
方法において、前記ミキサーの上流側では焼結原料の水
分値を銘柄毎に絶対乾燥式水分計で測定し、その測定値
に基づいてミキサーでの注水量をフィードフォワード制
御すると共に、ミキサーの下流側ではミキサーで混合さ
れた焼結原料の水分値を赤外線水分計で測定し、その測
定値に基づいてミキサーでの注水量をフィードバック制
御することを特徴とするものである。

【０００９】第２の発明による焼結原料の水分制御方法
は、第１の発明において、フィードフォワード制御は、
絶対乾燥式水分計による焼結原料の水分測定を行なった
時、焼結原料の使用量を変化させた時、及び焼結原料の
配合比率を変化させた時に行い、フィードバック制御
は、１５〜３０分間隔で行うこととするが、フィードフ
ォワード制御による注水量制御を行なった際には、その
後少なくとも１５分間はフィードバック制御を行なわな
いことを特徴とするものである。

【００１０】第３の発明による焼結原料の水分制御方法
は、第１の発明又は第２の発明において、絶対乾燥式水
分計による水分測定を少なくとも２時間に１回の頻度で
行うことを特徴とするものである。

【００１１】第４の発明による焼結原料の水分制御方法
は、第１の発明乃至第３の発明の何れか１つの発明にお
いて、絶対乾燥式水分計による１回当りの分析試料重量
を１００ｇ以上とすることを特徴とするものである。

【００１２】本発明では、主原料である粉鉄鉱石、石灰
石粉や珪石粉等の副原料、粉コークスや無煙炭等の固体
燃料、生石灰やベントナイト等の造粒助剤、及び焼結鉱
製品とならずに原料として再利用される返鉱等の各銘柄
の焼結原料の水分値を、絶対乾燥式水分計により各銘柄
毎に精度良く予め測定しているので、焼結原料の配合比
率に応じてミキサーに装入される焼結原料の水分値を把
握することができる。従って、把握した水分値と目標水
分値とを比較することで、ミキサーでの注水量をフィー
ドフォワード制御して、ミキサーにおける造粒条件を安
定させることができる。特に、焼結機での燃焼過程で熱
源となる粉コークスや無煙炭等の固体燃料、及び焼結鉱
成分を調整するための石灰石や珪石等の副原料の含水量
を正確に測定することにより、焼成状態を安定化させ、
焼結鉱の歩留りや品質向上をもたらす。

【００１３】又、本発明では、ミキサーの下流側におい
て赤外線水分計によりミキサーで混合・造粒された疑似
粒子状の焼結原料の水分値を測定して、混合された焼結
原料の水分値が目標値となるようにミキサーでの注水量
をフィードバック制御する。この場合、ミキサーでの造
粒条件は絶対乾燥式水分計による測定値により制御され
ているので、焼結原料の使用量や配合比率が多少変動し
ても、ミキサーで造粒された焼結原料の疑似粒子径はほ
ぼ一定になっており、又、その色調の変化も小さく、更
に、疑似粒子状の焼結原料の水分値がフィードフォワー
ド制御により目標値に近い値に調整されていて、目標値
からの偏差が小さいので、赤外線水分計の感度内で十分
に対応可能となり、混合された焼結原料の水分値を目標
値に制御することができる。

【００１４】絶対乾燥式水分計の測定値によるフィード
フォワード制御は、絶対乾燥式水分計による焼結原料の
水分測定を行なった時や、焼結原料の使用量を変化させ
た時、及び焼結原料の配合比率を変化させた時に行うこ
とが好ましい。何故なら、絶対乾燥式水分計による最新
の水分測定値に基づいてフィードフォワード制御するの
で、ミキサーでの造粒条件が安定する。又、焼結原料の
使用量が変化した時や焼結原料の配合比率が変化した時
には、ミキサーに装入される焼結原料中の水分量が変化
する。従って、この水分量の変化に対応するためにフィ
ードフォワード制御することで、ミキサーでの造粒条件
が安定する。

【００１５】本発明において赤外線水分計によるフィー
ドバック制御は微調整の役割を果すが、ミキサー内での
滞在時間が３〜５分程度あり、絶対乾燥式水分計による
フィードフォワード制御に基づく対策がミキサーから排
出される焼結原料に十分に反映しないうちに、フィード
バック制御すると、却ってミキサーでの造粒条件が安定
しなくなる虞がある。又、フィードバック制御の間隔を
長くし過ぎると降雨等の外乱の影響を受ける虞がある。
従って、赤外線水分計の測定値によるフィードバック制
御は、１５〜３０分間隔で行い、且つ、フィードフォワ
ード制御による注水量制御が行われた際には、その後少
なくとも１５分間はフィードバック制御を行なわないこ
とが好ましい。

【００１６】粉鉄鉱石の焼結設備では、各銘柄の焼結原
料を収納するホッパーは通常４〜６時間程度の在庫を保
持しているが、降雨等により野外に貯留され輸送されて
くる焼結原料の水分値が変化することがある。従って、
降雨等の影響を最小限にするためには、絶対乾燥式水分
計による水分測定を少なくとも２時間に１回の頻度で行
うことが好ましい。

【００１７】各銘柄の焼結原料は通常５〜８ｍｍ直径を
上限として管理されている。従って、絶対乾燥式水分計
による１回当りの分析試料重量が少ないと、その水分測
定値は焼結原料の代表値とならず、例えば、粉体が多い
場合には水分測定値が高くなり、粒体が多い場合には水
分測定値が低くなる。そこで、本発明者等は、焼結原料
の分析試料重量を６０〜４５０ｇに変更して水分値を測
定し、水分測定値と分析試料重量との関係を調査した。
調査結果を図１及び図２に示す。図１は粉コークスの調
査結果で、図２は粉鉄鉱石の調査結果である。図１及び
図２に示すように、分析試料重量が６０ｇの場合には、
粉コークス及び粉鉄鉱石の調査結果共に、水分測定値に
バラツキが見られるが、１００ｇ以上になると水分測定
値が安定する。従って、絶対乾燥式水分計による１回当
りの分析試料重量は１００ｇ以上とすることが好まし
い。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に基づき説明
する。図３は、本発明を適用した焼結設備の系統図、図
４は、焼結設備に設置した絶対乾燥式水分計の構造を示
す概略平面図、図５は、焼結設備のホッパーに収納され
た焼結原料の切出し装置の例を示す概略側面図である。

【００１９】これらの図において、焼結原料として、ホ
ッパー１ａには粉鉄鉱石等の主原料１８が収納され、ホ
ッパー１ｂには石灰石粉や珪石粉等の副原料１９が収納
され、ホッパー１ｃには粉コークスや無煙炭等の固体燃
料２０が収納され、ホッパー１ｄには生石灰やベントナ
イト等の造粒助剤２１が収納され、ホッパー１ｅには返
鉱２２が収納されている。各ホッパー１ａ〜１ｅには、
ベルトフィーダー２９、スケールベルト３０、及び計測
器（図示せず）からなる定量切り出し装置が設置されて
おり、ベルトフィーダー２９により切出された各焼結原
料はスケールベルト３０を介して搬送コンベア４上に排
出される。各ホッパー１ａ〜１ｅの下方には、各焼結原
料の銘柄毎に水分値を測定するための絶対乾燥式水分計
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅが設置されている。

【００２０】絶対乾燥式水分計２ａ〜２ｅは、焼結原料
を採取するための試料採取冶具２３と、水分測定を行う
測定部２６と、採取した試料を搬送するための旋回腕２
７とから構成され、試料採取冶具２３は、その先端位置
を伸縮可能とし且つその軸心を中心として回転可能な支
持腕２４と、支持腕２４の先端に設置した試料採取皿２
５とからなり、旋回腕２７は、軸２７ａを中心として水
平方向に旋回可能であり、且つその軸心を中心として回
転可能な構造となっている。

【００２１】この絶対乾燥式水分計２ａ〜２ｅによる焼
結原料の水分測定方法は以下の通りである。先ず、図５
に示すようなベルトフィーダー２９から落下する位置
（Ａ点）又はスケールベルト３０から落下する位置（Ｂ
点）で、落下する焼結原料中（図５では主原料１８）に
支持腕２４を伸張させて試料採取皿２５で焼結原料を採
取し、採取後、試料採取皿２５の位置が旋回腕２７の先
端に把持された試料皿２８の直上位置となるまで支持腕
２４を収縮し、次いで、支持腕２４をその軸心方向に回
転させ、採取した焼結原料を試料として試料皿２８に移
す。旋回軸２７は軸２７ａを中心として旋回し、試料皿
２８を測定部２６の所定位置に乗せる。測定部２６では
秤量器（図示せず）により試料の重量を測定し、次い
で、乾燥器（図示せず）により試料を乾燥させ、乾燥後
に再度試料重量を秤量器で測定し、乾燥前後の重量差か
ら水分値を算出する。

【００２２】測定終了後、旋回腕２７にて試料皿２８を
把持し、旋回腕２７を所定位置まで旋回した後、旋回腕
２７をその軸心方向に回転させて採取した試料を廃棄す
る。そして、次回の測定に備えて待機する。この一連の
動作は自動で行うようになっている。測定された水分値
データはプロセスコンピューター３に送信される。

【００２３】搬送コンベア４にて搬送された各焼結原料
は１次ミキサー５に装入され、１次ミキサー５内で給水
管６を介して注水された後、１次ミキサー５内で所定時
間混合されて焼結原料の疑似粒子を形成する。給水管６
からの注水量は、給水管６に取り付けた流量調整弁７を
介して、プロセスコンピューター３により制御されるよ
うになっている。

【００２４】１次ミキサー５から排出された焼結原料
は、搬送コンベア８にて搬送され、２次ミキサー９に搬
入される。焼結原料は２次ミキサー９にて更に所定時間
混合され、１次ミキサー５では疑似粒子状とならなかっ
た焼結原料は疑似粒子化される。尚、２次ミキサー９に
は流量調整弁１１を備えた給水管１０が設置されてお
り、注水量を制御しつつ注水することが可能であるが、
本実施の形態では２次ミキサー９では注水せずに単に混
合することとする。

【００２５】２次ミキサー９から排出された疑似粒子状
の焼結原料は、搬送コンベア１２にて搬送され、サージ
ホッパー１４に搬入される。搬送コンベア１２の上方に
は赤外線水分計１３が設置されており、搬送コンベア１
２上の疑似粒子状の焼結原料の水分値が連続的に測定さ
れ、測定された水分値データはプロセスコンピューター
３に送信される。

【００２６】サージホッパー１４内に収納された焼結原
料は、サージホッパー１４の下部に設置されたロールフ
ィーダー１５により、焼結機１６のパレット１７上に所
定厚みとなるように切出され、パレット上で着火されて
焼結鉱が製造される。

【００２７】この構成の焼結設備における本発明の焼結
原料の水分制御方法を以下に説明する。絶対乾燥式水分
計２ａ〜２ｅにより、主原料１８、副原料１９、固体燃
料２０、造粒助剤２１、及び返鉱２２の各水分値を測定
し、その測定値をプロセスコンピューター３に送信す
る。その際、絶対乾燥式水分計２ａ〜２ｅによる水分測
定は少なくとも２時間に１回は行うこと、及び、絶対乾
燥式水分計２ａ〜２ｅによる１回当りの分析試料重量は
１００ｇ以上とすることが好ましい。

【００２８】プロセスコンピューター３は、焼結原料の
各銘柄別の切出し量を設定する原料配合設定器（図示せ
ず）から入力された焼結原料の銘柄別の配合量と、絶対
乾燥式水分計２ａ〜２ｅによる各銘柄別の水分値とに基
づいて、１次ミキサー５に装入される焼結原料中の総水
分量及び平均水分値を算出して、造粒に好適の目標水分
値とこの平均水分値とを比較して、造粒助剤２１との反
応により消費される水分量を配慮しつつ、目標水分値と
なるように流量調節弁７を開閉させて注水量をフィード
フォワード制御する。このフィードフォワード制御は、
絶対乾燥式水分計２ａ〜２ｅによる焼結原料の水分測定
が行われた時、焼結原料の使用量が変化した時、及び焼
結原料の配合比率が変化した時には直ちに行うこととす
る。

【００２９】又、プロセスコンピューター３は、赤外線
水分計１３による水分測定値と、目標水分値とを比較し
て、２次ミキサー９から排出される疑似粒子状の焼結原
料の水分値が目標水分値となるように、流量調節弁７を
介して注水量をフィードバック制御する。赤外線水分計
１３は水分値を連続測定しているが、フィードバック制
御する際には、例えば５分間毎にその期間の平均値をデ
ータとして取りこみ、このようにして取り込んだ幾つか
の平均値の時間移動平均値を測定値とし、この測定値に
基づいてフィードバック制御しても良い。

【００３０】このフィードバック制御は、１５〜３０分
間隔で行い、フィードフォワード制御による注水量制御
が行われた際には、その後少なくとも１５分間はフィー
ドバック制御を行なわないことが好ましい。尚、１次ミ
キサー５と赤外線水分計１３の設置位置との間の焼結原
料の移動時間に１０分間程度費やすので、この時間遅れ
を回避するためにフィードバック制御には有限整定応答
を取り込んだ制御ロジックとしても良い。

【００３１】以上説明したように、焼結原料を混合・造
粒する際に、絶対乾燥式水分計２ａ〜２ｅによるフィー
ドフォワード制御と、赤外線水分計１３によるフィード
バック制御との併用により注水量を制御することで、精
度良く且つ安定して焼結原料の水分値を制御することが
可能となる。

【００３２】尚、上記説明では、赤外線水分計１３によ
るフィードバック制御は１次ミキサー５での注水量を対
象としているが、２次ミキサー９においても注水させ
て、２次ミキサー９での注水量をフィードバック制御す
る方法としても良い。又、絶対乾燥式水分計２ａ〜２ｅ
の構造やホッパー１ａ〜１ｅからの原料切り出し装置の
構造は上記に限るものではなく、その機能が上記説明を
満足するものであれば、その構造の違いは本発明の実施
に支障となるものではない。

【００３３】

【実施例】図３に示す焼結設備における実施例を説明す
る。焼結機の有効焼成面積は４００ｍ² であり、各焼結
原料の使用量を、粉鉄鉱石：７７０ｔｏｎ／Ｈ、石灰
石：６０ｔｏｎ／Ｈ、生石灰：１８ｔｏｎ／Ｈ、粉コー
クス：３１ｔｏｎ／Ｈ、返鉱：９０ｔｏｎ／Ｈとして焼
結鉱を製造する際に、その製造途中から、フィードフォ
ワード制御を１時間間隔とし、フィードバック制御を１
５分間隔として本発明による水分制御方法を適用した。
そのときの操業推移を図６に示す。尚、本発明を適用す
るまでの水分制御方法は、赤外線水分計により１次ミキ
サーでの注水量をフィードバック制御して行った。

【００３４】図６に示すように、本発明を適用すること
で、疑似粒子化した焼結原料の水分値を目標水分値であ
る７％近傍に精度良く制御することができた。又、水分
値を安定させることで、焼結鉱の品質及び焼結反応も安
定して、焼結鉱の歩留りも向上させることができた。

【００３５】

【発明の効果】本発明では絶対乾燥式水分計により焼結
原料の銘柄毎に水分値を測定して、ミキサーでの注水量
をフィードフォワード制御し、且つ、ミキサーの下流側
に設置した赤外線水分計の測定値によりミキサーでの注
水量をフィードバック制御するので、焼結原料中の水分
値を精度良く安定して制御することが可能となる。その
結果、品質の安定した焼結鉱を歩留り良く製造すること
ができ、工業上有益な効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】粉コークスを用いて、絶対乾燥式水分計による
水分測定値と分析試料重量との関係を調査した調査を示
す図である。

【図２】粉鉄鉱石を用いて、絶対乾燥式水分計による水
分測定値と分析試料重量との関係を調査した調査を示す
図である。

【図３】本発明を適用した焼結設備の系統図である。

【図４】焼結設備に設置した絶対乾燥式水分計の構造を
示す概略平面図である。

【図５】焼結設備のホッパーに収納された焼結原料の切
出し装置の例を示す概略側面図である。

【図６】本発明による水分制御方法を適用した前後の操
業推移を示す図である。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ ホッパー ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ 絶対乾燥式水分計 ３ プロセスコンピューター ４ 搬送コンベア ５ １次ミキサー ６ 給水管 ７ 流量調整弁 ８ 搬送コンベア ９ ２次ミキサー １０ 給水管 １１ 流量調整弁 １２ 搬送コンベア １３ 赤外線水分計 １４ サージホッパー １５ ロールフィーダー １６ 焼結機 １７ パレット

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 注水機能を具備するミキサーを備えた焼
   結設備にて焼結原料の水分を目標水分に制御する方法に
   おいて、前記ミキサーの上流側では焼結原料の水分値を
   銘柄毎に絶対乾燥式水分計で測定し、その測定値に基づ
   いてミキサーでの注水量をフィードフォワード制御する
   と共に、ミキサーの下流側ではミキサーで混合された焼
   結原料の水分値を赤外線水分計で測定し、その測定値に
   基づいてミキサーでの注水量をフィードバック制御する
   ことを特徴とする焼結原料の水分制御方法。
2. 【請求項２】 前記フィードフォワード制御は、絶対乾
   燥式水分計による焼結原料の水分測定を行なった時、焼
   結原料の使用量を変化させた時、及び焼結原料の配合比
   率を変化させた時に行い、前記フィードバック制御は、
   １５〜３０分間隔で行うこととするが、フィードフォワ
   ード制御による注水量制御を行なった際には、その後少
   なくとも１５分間はフィードバック制御を行なわないこ
   とを特徴とする請求項１に記載の焼結原料の水分制御方
   法。
3. 【請求項３】 絶対乾燥式水分計による水分測定を少な
   くとも２時間に１回の頻度で行うことを特徴とする請求
   項１又は請求項２に記載の焼結原料の水分制御方法。
4. 【請求項４】 絶対乾燥式水分計による１回当りの分析
   試料重量を１００ｇ以上とすることを特徴とする請求項
   １乃至請求項３の何れか１つに記載の焼結原料の水分制
   御方法。