JP4889301B2 - 鉄含有還元物質の試験片分析方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の冒頭部に記載されるような、造粒工程および続く鉄の抽出の最適化のための、未加工ペレットまたはペレットの製造中に未加工ペレットまたはペレットタイプの鉄含有の還元できる試験片の特性を分析するための方法に関する。

金属鉄の抽出は、通常は、溶鉱炉の酸化鉄の還元を通じて、あるいは直接還元炉中のその直接還元を通じて行なわれる。ペレットの形をしている酸化鉄は還元ガスと接触し、それによって酸化鉄は、溶銑あるいは海綿鉄として知られているものの形をしている金属鉄に還元される。直接還元法中の還元ガスの温度は、およそ８００〜９５０℃である。ペレットが還元過程中に崩れた場合は、還元ガスと酸化鉄との接触はより困難になり、結果として不規則な操作および生産性の減少をもたらす。したがって、均一で高強度のペレットを得ることが望まれている。用語「ペレット」は鉄含有還元物質からできている集まりを表示するために本明細書で使用され、それは微細に分割された物質の凝集体の形をしている。適切なサイズに粉砕された化学的に純粋な鉄鉱石精鉱は、添加剤を有するペレットの製造中に混合される。また、混合物は湿った繊維塊を与えるために次にろ過される。繊維塊の含水率は、通常は８〜９重量パーセントの間にある。湿ったろ過された物質は、接着剤と一緒に混合され、公知の方法（例えば、およそ１０〜１５ｍｍの直径のグリーン・ペレットとして知られている未加工の球状のものを供給するための回転ドラムまたは回転ディスクの使用）によって圧延される。次に堅いペレットへ高温で焼結するために、未加工ペレットは、高温で乾燥する工程をさらに経る。

湿った未加工ペレットは弱く、およそ１０Ｎ／ペレットの圧縮強さを通常は有する。低強度は、ペレットが容易に壊れることを意味する。崩壊したペレットは、未加工ペレットがペレタイザーへ送られる前に、ふるい分けることにより分離させられるが、未加工ペレットはさらにふるい分けの後に壊れるかもしれない。ペレットを成形する過程の間の未加工ペレットの層のガスの浸透力は縮小されることを意味し、また、これは今度は、乾燥、また、その酸化（鉄鉱石精鉱が磁鉄鉱である場合）が効率的で均質な方法で行なわれることができないことを意味する。更に、未加工ペレットは、変形自在である、すなわち圧縮によって変形することができ、また、これはさらに層の浸透性を低下する。これは、ガスが通過するための空間と変形したペレットが高強度を有するペレット間のその形状間の空間との間を閉ざすためである。

湿った未加工ペレットが乾燥するとき、接着剤および他の溶解した又は微細に分割された物質は、未加工ペレットの成分である粒子間の接点に集まる。これは新たな結合を形成し、これによって、乾燥した未加工ペレットは、接着剤が使用されるとき、典型的には２０〜６０Ｎ／ペレットの値の増加した強度を有する。

鉄鉱石精鉱が磁鉄鉱である場合、未加工ペレットは造粒工程の間に赤鉄鉱に酸化する。さらに接点は、未加工ペレットの成分である粒子間で成形され、それによって、他の値は生じるかもしれないが、圧縮強度は一般的にはおよそ５００〜８００Ｎ／ペレットに達する。

焼結（通常はおよそ１，３００℃で行なわれる）の後、焼結ペレットは２，０００Ｎ／ペレット以上の圧縮強度を得る。ペレットが高く均一な強度を得ることは、いくつかの理由にとって重要である。上述した還元過程中の効果に加えて、さらに、輸送の間の取り扱いの間の強度も重要である。ペレットの最終強度は、造粒工程の初めの未加工ペレットの強度によって主な程度まで決定される。

異なる含水率、出発原料の細かさ、接着剤の量および混合工程中の条件は、異なる強度を与えるパラメーターの例である。未加工ペレットとペレットのより高強度は、より高能力で造粒工程を行なうことができることを意味する。移送中に生じる微粉の量はより低くなり、還元過程の生産性はより高くなるだろう。均一で高品質のペレットの要求は増加し、これはペレットの品質と未加工ペレットの特性の間のフィード・バックがさらに重要になっていることを意味する。鉄の抽出で使用される最終ペレットの強度を決定するために、ペレット生産からランダムサンプルが取り出される。ランダムサンプルは種々のタイプの試験にかけられる。しかしながら、未焼結ペレットのための、および湿った又は乾燥した未加工ペレットのための試験方法は信頼できるものではなく、このため効率的で信頼できる試験方法が必要である。

試験片のかたさを試験するための装置は公知である。湿った未加工ペレットを試験する一般的な方法は、予め設定された高さから複数回、未加工ペレットを落とす方法である。未加工ペレットを壊れることなく前記高さから落とすことができる回数が、試験の結果となる。この方法の欠点は、結果が試験を行なう人に左右されるということである、すなわち結果は、試験を行なう人によって無意識に影響を受ける場合がある。

湿った及び乾燥した未加工ペレットおよびペレットを試験するための装置は、未加工ペレットまたはペレットが破損まで力を増加させるピストンの適用によって破損まで未加工ペレットまたはペレットをプレスすることができる様に設計されている。読み取りは、計器上で手動的にあるいは自動的に、一定の割合によって直径が減少する前の最大値に従って、破損するちょうどその時に行なわれる。読み取られた力の値は表に入力される。この欠点は、圧縮適用工程の全期間の加えられた力が記録できないということであり、完全な圧縮適用工程の全期間の加えられた最大の力に関する情報だけしか得ることができない。それは、一旦クラックの生成が未加工ペレットまたはペレットで始まると、最大の力が生じる場合があり、したがって、このような場合、強度の誤ったイメージを与えるということが分かる。視覚の読み取り値は不正確で、それを行なう人に依存する。この装置のその他の欠点は、弱く湿った及び乾燥された未加工ペレットが一度に１つを手動で挿入されなければならないように設計されていることである。

湿ったろ過された物質に最適な含水率を与えることができれば、それは圧延工程中、すなわち未加工ペレットの生成中の十分に急速な成長、成形された未加工ペレットの最大の強度および十分に高い柔軟性を明示し、それにより取り扱いに耐えることができ、後の造粒工程で主に重要である。

したがって、本発明の１つの目的は、未加工ペレットとペレットの形をとったその焼結又は未焼結の形態の鉄含有還元物質の試験片の特性を分析するための装置および方法を提供すること、及びこれによって得られるレポートを供給することである。

これらの目的は、後の請求項で定義される特性および特性を備える方法によって達成される。

以下、本発明に係る実施形態を添付図面に従って説明する。

図１は本発明に係る圧縮のためのプレスを示し、図２は図１からカバーを取り除いたプレスを示し、また、図３〜６は収集された測定値が表示されたグラフ式の曲線の例を示す。

図１に示される装置は、グリーン・ペレット（湿っているか乾燥された未加工ペレット）あるいは焼結ペレットの形をとった、鉄含有還元物質の試験片Ａのためのプレス１を備えている。プレス１は、底部分の形をとったベース３を有するフレーム２を備えている。カバー４は、互いに距離をおいた本質的に垂直な一対の壁５および後部片６の形をとって、フレーム２を覆って配置される。カバー４は、例えばコンピュータ、ＰＬＣあるいは同様のもの（図示省略）の形をしている制御記録装置とのプレス１の接続のために開口部７が設けらている。

図２に示されるように、第１装置は垂直な壁５の間に配置され、引っ込んだエンドポジションであるの第１の位置と延びた第２の位置との間で制御されて移動することができる圧縮装置８の形をとった接触面を有している。圧縮装置は、例えば、目下の適用分野に適した力を有するピストンあるいはパンチを備える。焼結ペレットを試験するとき、最大の力が１００〜３，３００Ｎの間に位置するよう測定範囲が選ばれている一方、未加工ペレットを試験するときは０〜１００Ｎの間の力が使用される。好ましい実施形態では、圧縮装置８の速度は２〜５０ｍｍ／ｍｉｎの間に設定され、圧縮装置８の移動距離は１００ｍｍに設定される。前記の速度および距離をおいては、電気、液圧、空気圧モータ９によって調整される。また、それらはセンサによって前述のコンピュータによって制御される。

接触センサ１１は、接触表面１０に、圧縮装置８の自由端に配置されており、ペレットＡの表面と圧縮装置８との接触を記録するようになっている。圧縮装置は、加圧にかかる時間を最小限にするために２つ以上の異なる速度で順に駆動することができる。圧縮装置は、試験片に向かって、その上端部から順方向に急速に送られる。予め設定されたエンドポジションからの距離で、接触センサが試験片との接触をする前に、急速な送りが終了される。接触センサは試験片の直径を測定するために使用され、接触センサが試験片と接触するときにその直径は読み取られる。例えばディスクのようなプラットフォームの形を有した要素の形をとった接触面１３を有してベース３上に配置された第２装置へのアクセスのために、カバー４には開口部１２が更に設けられている。この要素は好ましくは水平面内で回転することができる。

ディスク１３は、圧縮装置８に面する表面１４上で、複数の凹部あるいは空洞１５を備え、その凹部１５内に、試験片Ａが適所に維持されるよう配置される。凹部１５は、ディスク１３の外周縁部に互いに相互の距離をおいて対称的に位置している。本実施形態では、凹部１５の数は２０である。しかし、凹部の数を増減できることは当然分かるであろう。凹部１５は、直径が１〜３０ｍｍ、好ましくは５〜１５ｍｍである試験片に適合することができるサイズを有している。凹部が椀上の形状をしている場合、それによって配備中に単純な方法で凹部の中心の方へ試験片を移動させることができるため、有利である。別の実施形態では、ディスクは、凹部を囲む連続的な壁あるいはカラーで設計されている。カラーの役割は、試験片が壊れたときに、ダストと破片が装置の内部で散らばるのを防ぐことである。その他の実施形態では、凹部は、加圧工程の間に試験片の破損に関する視覚による調査を可能にするためにカラーで部分的にのみ囲まれる。

ディスク１３は、モータ、駆動ベルトによって駆動されたディスク、あるいはモータによって駆動される歯車のような回転機構１６で調整される。また、それはディスク１３の凹部１５を掃除してから新しい試験片を凹部に配置することを可能にするために分解されてもよい。回転機構１６は、圧縮装置８の作動方向に対する適切な位置にディスクの凹部を位置決めするために角度センサが設けられている。

更に、回転継手１７は、回転機構１６とディスク１３との間に配置されている。回転継手１７は、緩い構造を有して、あるいは遊びを有して構成されている。緩みまたは遊びの機能は、ディスクの凹部１５が、適切な方法（ディスク１３と回転機構１６の間の機械的な接触を自由にする方法）で位置決めされるとき、回転機構１６からディスク１３を自由にすることである。これはデータの収集におけるエラーを回避するために必要である。ディスク１３の回転は、圧縮装置８がディスク１３から離れるとき、圧縮装置８の作動方向と一致する位置に新しい試験片Ａが位置するようディスクが１ステップ前進させられるというような方法で、圧縮装置８の動作に合わせられる。

別の実施形態では、第２装置の接触面１３は、多くの試験片を受け取り、圧縮工程中にその長手方向で１ステップ前進するプラットフォームの形を有する拡張要素を備える。

別の実施形態では、両方の接触面が、互いに近づいたり遠ざかったりする方向に移動可能である、又はプラットフォームの形状を有する接触面のみが第１の接触面に近づく方向に移動可能であるということがわかるであろう。

少なくとも１つのローディングセル１８は、圧縮装置８と、圧縮装置８の作動方向に沿った方向に移動することができるディスク１３とに一致して配置される。ローディングセルは、その操作範囲に関して、圧縮装置と同じように選択されている。部分的に堅くなったペレットを試験するときには、例えば０〜１，０００Ｎの間に位置するよう測定範囲が選択されている一方、湿っているか乾燥された未加工ペレットを試験するとき、例えば０〜１００Ｎの間の測定範囲を有するローディングセルが使用される。ローディングセルの測定範囲は、発生する推定荷重に対応するよう選択されることが分かるだろう。ローディングセル１８は、圧縮装置８およびディスク１３の動作と同期し、それによって試験片Ａに加えられる荷重の値は、コンピュータに転送される。

ディスク１３は、圧縮装置８と面していないディスクの表面１４上に配置された３点で支持される。例えば１点がローディングセル１８で他の２点が機械的支持１９の三角形として配置される。ローディングセル１８は、ディスク１３の凹部１５が各試験前に配置される位置での圧縮装置８の作動方向に一致して位置されている。別の実施形態では、ローディングセル１８は、支持ポイントの２点あるいはすべてに配置される。ローディングセルが各支持ポイントに配置される場合、データの収集中のエラーの原因は回避される。試験片が凹部に傾斜して位置する場合、すなわち試験片が凹部の中心に位置しない場合、そのエラーは発生するかもしれない。

別の実施形態では、ローディングセル１８は圧縮装置８に配置される。そのような実施形態では、圧縮工程は上述したのと同じとすることができる。しかし、圧縮装置８が固定装置として配置されることで、接触面１３が適切な位置に試験片Ａを位置づけるようにまず１ステップ前進させられ、その後、試験片Ａを圧縮するため圧縮装置８の方へ接触面１３は移動させられることが分かるであろう。

ローディングセル１８、ディスク１３および圧縮装置８は、上述したように、コンピュータ、ＰＬＣ、あるいは同様の装置に接続される。試験中試験片は各凹部内に配置され、その後、試験が順次全ての試験片に行われる。コンピュータは、ローディングセルおよび圧縮装置の接触センサを介して測定値を集めて、従来知られている方法で、メモリの形をとった記憶メディア（例えばコンピュータのハードディスクなど）にこれらの値を格納し、その後、測定ファイルが生成される。集められた測定値は、例えば、試験された試験片Ａの一連番号や、圧縮装置が試験片と接触した瞬間から試験片が崩壊する、すなわち圧縮装置が指定された反転位置に達するまでの圧縮装置８によって加えられた力の連続的な測定値、圧縮装置が試験片と接触したときの圧縮装置８とディスク１３との間の距離の大きさ、接触センサ１１全域の電圧、などである。さらに他の値が、分析の目的および性質を左右するものが集められてもよいことが分かるだろう。値が本実施形態で集められる速さは毎秒１，０００であるが、毎秒２００，０００とすることもできる。

集められた測定値は、数値レポートに、およびグラフ式レポートに順序正しくまとめられる。数値レポートおよびこのレポートのための基礎をなす情報は、ディスク上のすべての試験片の圧縮の後で自動的に作成される。表形式で示される値の例としては、線形性からの直径、力、崩壊の仕方によって定義される分類、変形量および歪みである。

グラフ式レポートは、圧縮装置の運動に関しての圧縮工程および各試験片の破砕の間の力のプロセスを図示する。集めた値がグラフに図示されることで、例えば、距離はそれから計算することができ、圧縮装置の速度が分かっているので、力が時間の関数として示される。

測定値の使用例を以下に示す。明瞭にするために、場合によって、用語「試験片」は、用語「未加工ペレット」あるいは「ペレット」と取り替えられる。

収集された測定値を用いて未加工ペレットまたはペレットの圧縮強度の分析中に、表示された力および時間のグラフ式の曲線は調べられる（図３参照）。湿っているか乾燥した未加工ペレットだけでなく、焼結されたあるいは非焼結のペレットを試験するのと同様に、グラフが、Ｙ軸に沿ったニュートン（Ｎ）で表した力とＸ軸に沿ったミリ秒（ミリ秒）で表した時間とにより表示される。ペレットが初めて壊れるまで、圧力は増加する力につれて増加する。圧力は続いて再び上昇し始めることができ、いくつか続いて壊れる事象が起こることが可能である。ペレットが壊れて加えられる圧力が降下したとき、曲線はＸ軸に向けた方向で下向きに曲がる。圧力のあらかじめ定められた下降が初めて生じる前の破損ポイント、あるいは崩壊ポイント（Ｓ）は最高圧力であり、この圧力の下降は、例えば最高圧力の１０％かもしれない。「破損」として定義される試験片のクラックの大きさは、このように定義することができる。

崩壊ポイントでの最高圧力に対する圧力の下降の大きさは、種々の部類に試験片を分類するために使用される。その分類は、試験片の崩壊過程のパターンを反映する。試験片が少数の大きな断片に崩れれば、圧力の下降は、例えば８０％あるいはそれ以上大きいだろう。この場合は、ペレットは「部類Ａ」として分類される（図４参照）。崩壊が段階的に起こる場合、これは、複数のシェルが互いの上に加えられたように成形されている未加工ペレットに左右されているであろう。そのような未加工ペレットが試験されるとき、シェル間の結合はより弱いかもしれず、未加工ペレットはいくつかの段階で崩れる。逐次崩壊の間の圧力の下降は、より小さくなり、例えば、最高圧力の５０％と８０％との間になる。この場合は、ペレットは「部類Ｂ」に属することとして分類される、（図５参照）。崩壊はまた徐々に起こるかもしれず、それにより圧力曲線は崩壊ポイントで大きな曲率を表示する。この挙動は湿った未加工ペレットの典型的であり、未加工ペレットは高い流動性の飽和度を持っている。圧力の下降は、一般的には最高圧力の１０％と５０％の間にあり、この場合は、ペレットは「部類Ｃ」に属することとして分類される。部類Ｃの崩壊は、また未加工ペレットの含水率が低すぎる粉状の崩壊で典型的である。しかし、この場合、圧力曲線に対する圧力の下降はより異なる。各タイプの崩壊の１つの例が図６で示される。また、圧力の下降の他の値が試験片を分類するために使用されてもよい。

湿った未加工ペレットは、結果として残留変形を伴うゆっくりした圧縮によって変形される。それらの相互の結合を保持している一方で、粒子が互いに対して滑り始めるという事実により、ペレットの横断面は円形から楕円に変わる。前述したように、変形した未加工ペレットが未加工ペレット間のガスが通過するための空間を閉ざし、圧力の下降の増加および酸化の難しさの増加を引き起こすため、この特性は続く造粒工程にとって欠点である。圧力が崩壊ポイントに接近するとき、未加工ペレットが種々の強度および種々のグラフの形態を有するので、変形量は圧力グラフから直接読み取ることができない。ある場合では、圧力は崩壊ポイントまで直線的に増加する。他の場合では、崩壊ポイントに到達する前に結合の破損が生じるかもしれず、これはグラフの湾曲を引き起こす。収集された測定値を用いて試験片の変形量を分析するとき、図６で示されるように、２つの確定した値の間、この場合３Ｎと８Ｎとの間の曲線への接線の形をとった回帰直線が描かれる。これらの２つの値の間の圧力曲線が線形の増加を示すように、制限値が選択されている。１０Ｎまでのゆっくりした加圧に伴う未加工ペレットの変形量は、Ｙ軸上の１０Ｎが回帰直線を横切るそのポイントでＸ軸上の値を読み取ることにより、読み取ることができる。このポイントから回帰直線がＸ軸を横切るポイントまでのＸ軸に沿った距離は、マイクロメートルに変換され、それによって試験片の変形量を確定することができる。未加工ペレットの圧縮強度が１０Ｎより低い場合、変形量を読み取るために回帰直線は１０Ｎを越えて延ばされる。

変形量の大きさは、他の要因、および未加工ペレットの水分及び多孔率のレベル、および原材料の組織ならびにその粒子の形の粉末度によって左右される。圧力（Ｎ）がＹ軸に沿って時間（ｍｓ）がＸ軸に沿って表示された図６によると、線形性（Ｄｌｉｎ（ｍａｘ））からの圧力曲線の歪みは崩壊ポイントである最高圧力で測定され、これは曲線の形で描がれる。線形性からの歪みは、曲線が完全に線形のときに０に等しくなる。圧力曲線が崩壊ポイントの前に曲がる場合、線形性からの歪みは正の値である。線形性から計算された歪みが負の値を持っている場合、これは接線が誤って描かれ、よって計算された変形量値は誤っているという合図である。したがって線形性からの歪みは、接線が正確に描かれ、変形量の計算が正確に行なわれたことをチェックするために使用することができる。線形性からの歪みが、例えば−１Ｎ以下の負の場合、未加工ペレットの強度が許す範囲に応じて、接線は上部をより高いポイントに移動させるかあるいは圧力スケールをより低くすることにより再描画することができる。線形性からの負の歪み（例えば−１Ｎ以下）に関連している変形量の値は、平均値の計算から省くことができる。

本発明は、上述されたもの及び図面で示されたものに限定されず、それは、従属請求項によって明示された革新的な概念の範囲内で複数の種々の方法で変更し修正することができる。

本発明に係るプレスを示す図である。 カバーを取り除いた図１のプレスを示す図である。 収集された測定値が表示されたグラフ式の曲線の例を示す図である。 収集された測定値が表示されたグラフ式の曲線の例を示す図である。 収集された測定値が表示されたグラフ式の曲線の例を示す図である。 収集された測定値が表示されたグラフ式の曲線の例を示す図である。

Claims (7)

1. 相対移動可能で、対向する接触面（８、１３）を有する第１装置および第２装置を備えた装置の使用による、造粒工程および続く鉄の抽出の最適化用の未加工ペレット又はペレットの生産中に未加工ペレット又はペレットタイプの鉄含有還元物質の試験片（Ａ）の特性を分析する方法であって、
   ａ）試験片（Ａ）が前記接触面（８、１３）間に配置されるステップと、
   ｂ）前記接触面（８、１３）の間の距離が連続的に縮小されるステップと、
   ｃ）前記試験片が前記接触面（８、１３）と接触するとき、前記試験片（Ａ）の直径が測定されるステップと、
   ｄ）前記接触面（８、１３）が、前記試験片（Ａ）の圧縮の間、前記試験片が崩壊するまで互いを向いた方向にさらに移動させられるステップと、
   ｅ）前記試験片（Ａ）に加えられる力および時間が、連続的に記録され格納されるステップと、
   ｆ）前記試験片（Ａ）の崩壊のすべての点での最大の力が記録されるステップと、
   ｇ）前記接触面（８、１３）間の距離が増加させられるステップと、
   ｈ）前記試験片が崩壊した後に生じる圧力の下降に従って、前記試験片が分類されるステップと、
   ｉ）前記試験片は取り除かれるステップと、
   の組み合わせによって特徴づけられる方法。
2. 前記収集された測定値は、表形式で数的に表示される請求項１に記載の方法。
3. 前記収集された測定値は、グラフ形式で図面に表示される請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記収集された測定値は、リアル・タイムで表示される請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
5. いくつかの試験片は、測定データが収集されている間、順に圧縮される請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
6. 前記測定値は、グラフの作成に使用され、回帰直線は、値が予め設定されたＹ軸上の２点の間で前記グラフに描かれ、Ｙ軸上の予め設定された値と前記回帰直線とが交差するポイントでのＸ軸上の値が、前記回帰直線とＸ軸とが交差するポイントでの値で引かれて差が形成され、
   該差が、力による試験片のゆっくりした圧縮中の試験片の変形量の尺度として使用され、前記評価は予め設定された請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
7. 前記圧力曲線の線形性からの歪みは、前記崩壊ポイントと前記回帰直線の間のＹ方向に沿った差によって読み取られる請求項６に記載の方法。

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