JP2007271355A - 焼結原料層の温度測定方法及び測温構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】焼結原料層自身の移動過程における層内の任意の位置における温度履歴を連続的にしかも精度よく測定することが可能な焼結原料層の温度測定方法及び測温構造体を提供すること。
【解決手段】焼結機により焼結原料を焼結して焼結鉱を製造する際に、原料供給側から製品排出側に向かって移動する焼結原料層の層内温度を測定する方法において、前記焼結機の原料供給側の床敷上に、高さ方向に複数の測温端子を有して外部の電源に接続された消耗型測温プローブ構造体を載置し、該測温プローブを、この上方から供給、形成される焼結原料層内に埋没させると共に原料供給側から製品排出側に向かって焼結原料層と一体的に移動させながら該焼結原料層の層内温度を連続的に測定することを特徴とする焼結原料層の温度測定方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、焼結機により焼結鉱を製造する際に、同焼結機上に供給、形成される焼結原料層内の温度を連続的に精度良く測定する技術に関する。

焼結鉱特に鉄鉱石焼結鉱は高炉の優れた主原料として多用されており、その製造に当たっては、一般にパレットを無端ベルト上に連結して構成したいわゆるドワイトロイド式焼結機を用いて、鉱石粉とコークス粉などからなる焼結原料をその供給側から製品（焼結鉱）排出側に移動するパレットに順次供給、充填して、焼結鉱原料層を形成し、この原料層の上部より着火するとともに下向きに空気を通過（下向き通風）させて、原料層の移動に伴って層下部に向けて燃焼、加熱を進め、製品排出側にいたるまでに原料層全体の焼結を完了させるものである。

かかる焼結鉱の製造過程において、焼結原料層内の温度を克明かつ正確に知ることは、焼結鉱の品質やその製造プロセスを改善する上で大きな手がかりとなるもので極めて重要である。

従来、焼結原料層内の温度を測定する方法として、牽引索の先端部に温度検出端を取り付け、この検出端を原料層に埋没し、牽引索の基端側を原料装入側に設けた巻き取り装置に取り付け、この巻取り装置には牽引索の引き出し長さを計測するパルス発信器を設けた温度測定装置を用いる方法（特許文献１参照）が提案されている。

この方法は牽引索先端部に温度検出端（熱電対）を取り付け、牽引索により温度検出端を原料層中の所定位置に係止して温度を測定するようにしたものであるから、複数の牽引索を用いて温度検出端を原料層の高さ、幅方向の任意の位置での温度を測定することが可能である。しかしながら、温度検出端を増加させたとしてもあくまでも層内の特定された位置での温度履歴しか測定できず、移動する原料層自身のその移動に伴う連続的な温度履歴を計測することはできない。また、原料層内に牽引索並びにその先端の温度検出端を埋没させるため、原料層の移動に伴う摩擦や充填状態の変化などにより、温度検出端が高さや幅方向に変異することにより、正確な位置での測定が困難であり、測定精度も不十分である。

焼結原料層内の温度を測定する他の方法として、原料層の移動方向と平行に通気孔を形成する通気孔形成手段を設けて、この内部に測温プローブを挿通させて通気孔内の温度を測定する方法（特許文献２参照）が提案されている。この方法によれば、定常的に原料層の温度分布を測定できるとともにガスのサンプリングも可能であるが、上記の従来技術と同様に原料層内の特定位置での測定を対象としたもので、やはり移動原料層の幅方向の任意の位置での連続的な温度履歴の測定はできないし、原料層の移動や充填状態の影響により、測定精度が十分とはいえない。

さらに、他の方法として、パレットの側壁を開口して、この部分に測温プローブを挿入、固定して、焼結原料層内の温度を測定するもの（特許文献３）がある。この方法によれば、移動原料層自身の連続的な温度履歴の測定が可能であり、パレットの高さの異なる位置に上記プローブを設置し、原料層の高さ方向の温度分布も測定することができる。

しかしながら、この方法では、パレットの側壁にプローブの基部を固定してプローブの測温端子を原料層内に突き出す所謂片持ち支持方式を採用するため、原料層内に突き出せる長さが制限され、パレット長さすなわち原料層の幅が４０００ｍ以上にも及ぶ大型焼結機の場合は原料層の中央部の測定は不可能となる。また、プローブを設置のためにパレットの側壁を開口することは強度の劣化などの問題もあり、好ましいとは言えない。
特開平１０−３３２２７６号公報 特開２０００−１３６９６９号公報 特開平５９−５９８３９号公報

本発明はこうした事情に鑑み、焼結原料層自身の移動過程における層内の幅及び／または高さ方向における任意の位置における温度履歴を連続的にしかも精度よく測定することが可能な焼結原料層の温度測定方法及び測温構造体を提供することをその重要な課題としてなされたものである。

本発明はこのような課題の解決のために完成されたものであって、その要旨とする特徴は以下の通りである。

すなわち、請求項１に係る発明は、焼結機により焼結原料を焼結して焼結鉱を製造する際に、原料供給側から製品排出側に向かって移動する焼結原料層の層内温度を測定する方法において、前記焼結機の原料供給側の床敷上に、高さ方向に複数の測温端子を有して外部の電源に接続された消耗型測温プローブ構造体を載置し、該測温プローブを、この上方より供給、形成される焼結原料層内に埋没させると共に原料供給側から製品排出側に向かって焼結原料層と一体的に移動させながら該原料層の幅及び／または高さ方向の任意の位置の層内温度を連続的に測定することを特徴とする焼結原料層の温度測定方法を提案するものである。

また、請求項２に係る発明は、底枠体と、該底枠体の上部に固定された三角形状の支持枠体と、前記底枠体の中央部と該支持枠体の頂部の間に立設された測温端子支持梁からなることを特徴とする焼結原料層の測温構造体を提案するものである。

焼結原料層自身の移動過程における層内の幅及び／または高さ方向における任意の位置または複数位置における温度履歴を連続的にしかも精度よく測定することができる。また、この測定を実現するための簡単な構成の測定構造体を提供することができる。

以下、本発明の内容を当業者がその実施を容易し得るように明解且つ詳細に説明する。

本発明では焼結原料層自身の移動過程における層内の温度履歴を連続的に測定すべく検討を重ねた結果、原料層内に埋め込んで、原料層の給鉱側（原料供給側）から排鉱側（製品排出側）への原料層の移動に伴って一体となって一緒に移動し、かつ焼結完了時には確実に溶融して製品焼結鉱の品質や製造プロセスに悪影響を及ぼさない埋め込み消耗型の測温プローブ構造体を用いてその課題を実現する。

図１はこの埋め込み（埋没）消耗型測温プローブ構造体の好ましい実施形態を示す斜視図である。測温プローブ構造体Ｐは全体が枠体で構成された船形状を呈したもので、底部を形成する底枠体１と、その上部に固定された支持枠体２と、底枠体１と支持枠体２の頂部の間に立設された測温端子支持梁３から成っている。底枠体１はその縦横の各枠部材が格子状に配列されたものであり、２×４列の計六っつの窓部Ｗを有したものである。また、底枠体１の前部（図１の斜め左上側）に位置する二つの窓部は完全に開口しているが、残りの窓部すなわち底枠体１の中央に位置する窓部とその後部に位置する窓部はこれを形成する枠部材の上面に張設された網板４によって覆われた構成となっている。この網板の網目の平均径は４〜６ｍｍである。

測温プローブ構造体Ｐが全体として枠体形状となっているため、一定の強度を保持させるとともに、後述するように原料層に埋め込まれて使用されることから焼結操業にとって重要な原料層の通気性を阻害することがなく、さらに原料がこの中に円滑に供給、充填され、原料層内で測温プローブ構造体として安定した姿勢、状態が保持される。

また、上記測温構造体の底枠体が少なくともその中央部の窓部が網板で覆われた構成されているため、原料層内に埋め込まれた際に、底枠体の中央部の上に原料中の粗粒分の原料が堆積し、微粉が通過するため目詰まりの心配がなく、原料層の通気性を維持することができるし、中央部に粗粒分を堆積させることで測温プローブ構造体としてより安定した姿勢、状態が保持される。

底枠体１、支持枠体２構成する枠部材及び測温端子支持梁３は全て通常の一般炭素鋼材（ＳＳ材）により加工して製作された例えば１ｍｍの肉厚を有する直径６ｍｍのパイプ（なお、図面上は分り易くするため測温端子支持梁３の径を他の枠体１，２よりも大きく描いている）前記底枠体１の窓部に覆設した網板４も一般炭素鋼材（ＳＳ材）でできている。このように、枠部材などの構成材料を一般炭素鋼材（ＳＳ材）とすることにより、必要な温度履歴最を測定した後に焼結の最高温度で軟化、溶融することになり、またこれらの材料成分が焼結鉱に取り込まれても、鉄、炭素であるため製品としての品質に与える影響もない。

支持枠体２は図のように倒伏二等辺三角柱状を有しており、その表側並びに裏側に位置する二等辺三角形の二等辺となる枠部材の下端がそれぞれ底枠体１の中央部にある四っつの窓部Ｗの全体の四隅部に位置する枠部材に固定されている。

上記のように、支持枠体２を倒伏二等辺三角柱状に構成することにより、原料層に埋め込まれた際の上からの原料の自重の影響が極めて小さく、しかも高い構造強度で測温端子支持梁３を支持することができる。

これら底枠体１、支持枠体２及び測温端子支持梁３で構成された測温プローブ構造体Ｐの全体の代表的な寸法構成を図２に例示している。

測温端子支持梁３はその上端が支持枠体２の頂部（頂辺）枠部材の中央部に固定され、またその下端が底枠体１の縦横を２分する枠部材の交点部に垂直に固定されている。

この測温端子支持梁３には、図２にその詳細を示す通り、シース型熱電対などで構成した三本の測温プローブ５が、その端部側が取り付けられた状態で支持されている。この取り付けは針金などの結束線（図示せず）などにより測温プローブ５を支持梁３に結束して行われるが、この際、原料層内の熱影響の変化を考慮し、支持梁３と測温プローブ５とが互いの伸縮を許容し、かつ外れない程度にルーズに結束する。

測温プローブ５の先端の測温端子５a、５ｂ、５ｃは支持梁３の高さ方向の上部、中間部、下部の三箇所に位置させて、前記測温プローブ構造体Pの前方（原料層の移動方向に相当）に向かって水平に曲げられた状態となっている。測温端子５a、５ｂに対応する２本の測温プローブ５の端部側は、支持梁３の下端まで支持梁に沿わせた形態で支持され、同支持梁３の下端において測温端子５ｃに対応する１本の測温プローブ５とともにそれぞれ後方（原料層の移動方向と反対方向に相当）に向かって水平に曲げられと共に３本にまとめられ、ここから底枠体１の上面位置に（原料層の下面に相当）に沿って水平に這わせた形態で配線される。

ここで、測温プローブ５が支持梁３の下端以降において底枠体１の上面位置で水平に這わせた配線形態としたのは、後述するように、これを取り付けた測温プローブ構造体Pを原料層に埋め込んで測定を実施する際に、測温プローブ５を、下向き通風により燃焼、加熱される原料層の最も熱的負荷の小さい下面（原料層の下面と床敷層の上面の間）の位置に配置、保持することにより燒結操業に伴う熱的影響を最小限とすべく配慮したものである。

そして、これら３本の測温プローブ５は補償導線（図示しない）を介して、近くの外部電源ならびに検出部、変換器およびデータ処理部などからなる測定器に接続される。この場合、測温プローブ５の全長（先端から補償導線に接続されるまでの長さ）は焼結機全長の０．７〜１．０倍とする。下限を０．７倍としたのは、原料層の全体（最下層）が焼結を完了する位置は燒結機の原料供給端から８割前後（製品排出端から２割前後）となることから、少なくともこの位置に至るまで、加熱、焼結される原料層に埋没した状態でも確実に測温ができるようにするためである。つまり、０．７倍未満の長さでこれに補償導線を接続した場合は補償導線も高温の原料層内に維持されるため焼損する恐れが大きく、焼結を完了する位置までの測温を連続的に遂行することが困難となるからである。被覆材、シースで保護された測温プローブ５であれば高温の原料層内にあってもその測温機能が劣化せずに、正確に測定することが可能となる。一方、下限についてはこの目的を達成するために最長でも燒結機の全長であれば十分であり、これ以上の余分な長さとしてもいたずらに測温プローブ５のコストが増大して不利を招くからである。

測温プローブ５に適用される熱電対としては過熱使用限度が少なくとも１２００℃以上、好ましくは１３００℃以上の耐熱性の高いものが良く、例えばＪＩＳのＮ種、Ｒ種、Ｓ種及びＢ種などを使用する。

各測温端子の支持梁３の高さ位置の具体的な寸法構成の一例は同図に表示されるとおりである。

次に、この実施形態の測温プローブ構造体Ｐを用いた焼結原料層内の温度測定方法について説明する。

図４はドワイトロイド式焼結機の原料供給部付近の焼結原料層の形成状態を示す模式的な斜視図である。同図において、Ｍは原料、ＳＬは焼結原料層、ＢＬはパレットの底部に敷かれた床敷であり、１１は給鉱ホッパー、１２はドラムフィーダ、１３は装入シュート、１４はカットオフゲートをそれぞれ示している。

鉱石粉、コークス粉、など水分などを混合、調整された給鉱ホッパー１１内の原料Ｍはドラムフィーダ１２、装入シュート１３を介して順次パレット内の床敷の上に落下、積載されて、焼結原料層ＳＬが形成され、この原料層ＳＬは製品排出側である矢印の方向に向かってパレットの速度で移動することになる。

本発明では、測定時にあらかじめ準備しておい測温プローブ構造体Ｐを、ハンドリング機械を操作して把持し、原料が供給、積載より後方（手前側）の床敷のみが底部に敷かれた原料未供給のパレット（床敷空パレット）のうち供給中のパレットから数えて２〜４台手前に位置する床敷空パレットの上部空間に誘導し、次に、目的とする幅方向の箇所にパレットの移動方向と平行に位置決めした後、同パレット内の床敷ＢＬ上に静かに載置する。

そしてパレット内の測温プローブ構造体Ｐはパレットの移動に伴い、図のよう原料が供給される位置まで前進して、ここで同パレット内に原料が供給、積載されることにより測温プローブ構造体Ｐは原料層ＳＬ内に埋め込まれる。

この後、測温プローブ構造体Ｐは原料層ＳＬに完全に埋め込まれた状態でパレットの移動に伴い原料層ＳＬと一体となって製品排出側に向かって移動して行く。

このようにして、測温プローブ構造体Pに取り付けられた測温端子５ａ，５ｂ，５ｃが位置する原料層内の高さ方向に異なる３点の温度履歴を焼結が完了するまで連続的に精度良く測定することが可能となる。

勿論、測温プローブ構造体Ｐの測温端子（または測温プローブ）を４点以上に増やしたり、また支持枠２にその幅方向に架け渡した測温端子支持梁を設けることにより、さらに、測温プローブ構造体Ｐ自体を複数個使用して原料層の幅方向の異なる位置に同時に埋め込んで測定を行うことにより、原料層内の任意の位置、任意の数の測定点における温度履歴を連続的に測定し得るものである。

ところで、測温プローブ構造体Ｐは焼結完了温度（約１３００℃）を過ぎると軟化、溶融して製品焼結鉱の中に取り込まれるが、構造体の本体は鉄、炭素が主成分であり、プローブのシースは鉄、熱電対素線の保護材はマグネシア、アルミナなどが主成分であり、熱電対は微量金属成分であるので製品に与える影響は全くない。

（実施例）
図３に示した寸法構成の測温構造体（枠部材、測温端子支持梁は直径６ｍｍのＳＳ材製パイプ）を製作し、これに２本のプローブを各測温端子（測温点）の位置が測温端子支持梁の高さ（原料層高に相当）４５０ｍｍ及び５０ｍｍになるように針金により結束して取り付け測温プローブ構造体を準備した。測温プローブは、その全長が８０ｍで、熱電対の素線（ＪＩＳ−Ｒ種、直径：１ｍｍ）が３層のアルミナセラミックシートにより被覆され、これがアルミナセラミック充填材で包囲されもののさらに外側がステンレス細線でメッシュ状に編み込まれたシースでカバーされた断面が楕円形（長径：４．５ｍｍ、短径：３ｍｍ）ものを採用した。

そこで、ドワイとロイド式焼結機（長さ：１００ｍ、パレット幅：４ｍ）による実操業（パレット速度；４．２〜４．５ｍ／min）において、上記測温プローブ構造体を前述した測定方法と同様な要領により、原料供給中のパレットから数えて３台手前（３台目）の床敷空パレットを対象とし、幅方向、すなわち原料層の幅方向における中央位置の床敷上に載置して、パレットの移動により原料層内に埋め込み、測定を実施した。

この結果を、図５に示す。同図は風箱端（測温プローブ構造体を埋め込んだ位置）からの距離（原料供給と層高４５０ｍｍ（実腺）及び５０ｍ（破線）の温度との関係を示すグラフである。これから明らかなように、本発明により、原料層内の任意かつ複数の位置における温度履歴を精度良く測定できることが判明する。

本発明に係る測温プローブ構造体の実施形態を示す斜視図である。 本発明に係る同実施形態における測温端子支持梁への測温プローブの取り付け状態を示す斜視図である。 本発明に係る測温プローブ構造体の寸法構成を例示した斜視図である。 本発明に係る焼結鉱原料層内の測定方法を説明するドワイトロイド式焼結機の原料供給部付近の焼結原料層の形成状態を示す模式的な斜視図である。 本発明の実施例による風箱端（測温プローブ構造体を埋め込んだ位置）からの距離（層高４５０ｍｍ（実腺）及び５０ｍ（破線））と温度との関係を示すグラフである。

符号の説明

Ｐ：測温プローブ構造体
１：底枠体 ２：支持枠体 ３：測温端子支持梁 ４：網板
５：測温プローブ ５ａ、５ｂ、５ｃ：測温端子
Ｍ：原料 ＳＬ：焼結原料層 ＢＬ：床敷
１１：給鉱ホッパー １２：ドラムフィーダ １３：装入シュート
１４：カットオフゲート

Claims (2)

1. 焼結機により焼結原料を焼結して焼結鉱を製造する際に、原料供給側から製品排出側に向かって移動する焼結原料層の層内温度を測定する方法において、前記焼結機の原料供給側の床敷上に、高さ方向に複数の測温端子を有して外部の電源に接続された消耗型測温プローブ構造体を載置し、該測温プローブを、この上方より供給、形成される焼結原料層内に埋没させると共に原料供給側から製品排出側に向かって焼結原料層と一体的に移動させながら該原料層の幅及び／または高さ方向の任意の位置の層内温度を連続的に測定することを特徴とする焼結原料層の温度測定方法。
2. 底枠体と、該底枠体の上部に固定された倒伏三角柱状の支持枠体と、前記底枠体と該支持枠体の頂部の間に立設された測温端子支持梁からなることを特徴とする焼結原料層の測温構造体。
   

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