JP5381933B2

JP5381933B2 - Ｒｆｉｄタグ内蔵疑似粒子

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Publication number: JP5381933B2
Application number: JP2010193090A
Authority: JP
Inventors: 薫中野; 良仁伊勢居
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2010-08-31
Filing date: 2010-08-31
Publication date: 2014-01-08
Anticipated expiration: 2030-08-31
Also published as: JP2012052151A

Description

本発明は、ベルレス装入装置を有する高炉（以下「ベルレス高炉」ともいう。）への原料の装入状況を把握するために用いられるＲＦＩＤ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙＩｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）タグを内蔵した疑似粒子に関し、特に精度の高い原料装入状況の把握が可能なＲＦＩＤタグ内蔵疑似粒子に関する。

一般に、高炉操業においては、高炉の炉頂から、原料である塊鉱石、焼結鉱、ペレット等の鉱石とコークスとを交互に装入して、層状に堆積させる。高炉の羽口から吹き込まれる熱風により、高炉内の炉下部に堆積したコークスがガス化し、消滅することにより、また、鉱石が溶融し、滴下することにより、高炉内の原料は降下し、層高は低下していく。そのため、この層高を常時ほぼ一定の高さに維持するように、炉頂から鉱石およびコークスを交互に装入する。

図１は、従来のベルレス高炉の上部およびベルレス高炉に原料を装入する装置の構成を示す図である。同図を用いて、ベルレス高炉における原料の装入について説明する。高炉１０の上部には分配シュート１２が設けられている。分配シュート１２は、傾動角（分配シュートの長手方向軸と鉛直線とのなす角度）が変更可能であり、且つ旋回する。高炉１０の上部には、高炉１０の炉体に近い方から順に、集合ホッパー１３、炉頂バンカー１４および原料装入部１５が設けられている。炉頂バンカー１４は集合ホッパー１３の上方に通常２個並立されているが、３個並立されることや、垂直２段に配置されることもある。原料装入部１５の上部には、コンベア１６の端部（搬送方向下流側の端部）が配置されており、コンベア１６の他端（搬送方向上流側の端部）の上方には、鉱石２１またはコークス２３（以下、総称して「原料２０」ともいう。）が種類毎に貯蔵された原料槽１７が配置されている。以下、炉頂バンカーは、単に「バンカー」ともいう。

所定の装入量に応じて原料槽１７からコンベア１６上に排出された原料２０は、コンベア１６によって原料装入部１５の上部に搬送される。搬送された原料２０は、原料装入部１５内に落下し、炉頂バンカー１４に一旦蓄えられた後、集合ホッパー１３を経て、分配シュート１２を介して高炉１０内に装入される。

通常、高炉１０内に原料２０を装入する際には、鉱石２１とコークス２３を一括して装入するのではなく、鉱石２１とコークス２３を、炉頂バンカー１４を通じて交互に、複数回に分割して装入している。この原料２０の分割単位をバッチと称する。ベルレス高炉では、１バッチの装入途中で分配シュート１２の傾動角を変更して、高炉１０内への原料２０の装入位置を変化させる。

今日の高炉操業においては、生産効率の向上、資源の節約および地球環境問題から、炉内通気性の確保と反応効率の向上の両立が重要な課題である。これら、通気性の確保および反応効率の向上には、高炉内における半径方向の原料の堆積状態、すなわち高炉内部における装入物の分布を適切に制御することが有効である。

高炉内部における装入物の分布を制御する方法としては、上述した、分配シュートの傾動角の変更に加えて、以下の方法が適宜併用される。その方法としては、高炉内に装入される原料の粒径を、常に平均粒径となるように均一化するのではなく、その経時変化を適切に制御する方法や、コークスを適度に混合した鉱石層を、高炉内の適切な半径方向位置に装入する方法が挙げられる。これは、一般に高炉操業においては、炉内の中心部に装入する原料の粒径が大きいほど、通気性の確保に有利であり、操業が安定することや、鉱石層内にコークスが存在することにより、鉱石の還元反応が促進されることなどの知見を背景としている。

上述のような、装入物の分布制御のために、原料槽からコンベア上に原料を排出する際に、原料の粒径や種類、鉱石とコークスとの混合比率を時系列的に変化させる方法が従来からとられている。しかし、コンベア上に積載された原料の順序と、バンカーから排出され、高炉に装入される原料の順序とは、必ずしも一致しないことが知られている。その理由は、以下のように考えられている。

まず、コンベアからバンカーに原料が装入される際に、粒径の大きい原料や、鉱石とコークスとの混合物中のコークスのように、密度の小さい原料は、粒度偏析や密度偏析により、バンカーの外周部（側壁部）に堆積する。そして、装入された原料をバンカーから排出する際には、原料は粉粒体であるため、バンカーの排出口直上部では流下速度が速く、側壁部近辺では流下速度が遅くなる、「ファンネルフロー」という現象が生じる。

したがって、この粒度偏析、密度偏析およびファンネルフローのため、バンカーの排出口直上部に堆積した比較的粒径の小さい原料や、密度の大きい原料は、バンカーの外周部に堆積した比較的粒径の大きい原料や、密度の小さい原料よりも、早期に排出される傾向がある。

そのため、ベルレス高炉においては、目的とする特定原料が目的とするタイミングでバンカーから排出されるようにバンカーへの原料の装入を制御することが、炉内での原料の分布制御を行う上で重要であると同時に難しい課題でもある。

ところで、近年、ＲＦＩＤと呼ばれる、電波による非接触通信とＩＣチップとを利用した認証（認識）技術が次第に普及してきている。

ＲＦＩＤを用いれば、タグやラベル状に加工されたアンテナ付きＩＣチップ（ＩＣタグ、ＲＦＩＤタグ）を人や物に付与し、タグに個別に記憶された情報（ＩＤ情報）をタグリーダと呼ばれる装置で読みとることにより、個人認証や物体認識を行うことが可能である。ＲＦＩＤは電波による非接触通信を利用するため、従来から行われているバーコードによるＩＤ認識と比べて、汚れに強く、且つ対象から離れて認識や認証を行うことができる点で優れている。

このＲＦＩＤタグを利用して、炉内での原料の分布制御を行うための原料の装入方法の指針を得る方法として、例えば、特許文献１には、高炉の原料を搬送するコンベア上の原料中にＲＦＩＤタグを配置し、炉頂バンカーから排出される前記ＲＦＩＤタグのＩＤ情報を炉頂バンカーの排出口またはその下方に配設したＩＤ情報検出端を用いて検出することによって、原料装入状況を把握する方法が開示されている。

特開２０１０−７１７８号公報（特許請求の範囲および段落［００２４］）

Kohei Sunahara et al., "Investigation on Mechanism of Size and Density Segregation of Burden Particles in the Blast Furnace", Ironmaking conference proceedings(1999)

ところで、高炉に装入する原料は粒径および密度が完全に均一ではなく、すなわち、原料には粒径および密度が異なるものが混在しているため、高炉への搬送過程において、粒度偏析または密度偏析を生じる。そのため、特許文献１に記載の方法を用いて原料装入状況を正確に把握するには、原料中に配置したＲＦＩＤタグも、追跡の対象とする原料と同様の挙動を示すことが必要である。これは、ＲＦＩＤタグに適当な材料を被覆して、粒度および密度を高炉原料と同じになるように制御することによって可能となる。

しかし、実際の原料を加工してＲＦＩＤタグの被覆材に使用したり、多数のＲＦＩＤタグを粒度毎に同様の密度および形状になるように被覆材を加工することは実用上困難であり、コスト面でも問題があった。また、ＲＦＩＤタグ自体の大きさが、原料の粒子の大きさよりも大きい場合があり、そのような原料粒子に対しては、特許文献１に記載の方法は適用できなかった。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、高炉の原料装入状況を把握するため、原料を搬送するコンベア上の原料中にＲＦＩＤタグを内蔵した疑似粒子（以下、「ＲＦＩＤタグ粒子」という。）を配置し、炉頂バンカーから排出されるＲＦＩＤタグ粒子のＩＤ情報を炉頂バンカーの排出口またはその下方に配設したＩＤ情報検出端により、原料装入状況を把握する方法において、小粒径原料であっても、原料内で対象とする原料と同様の挙動を示し、かつ製作が容易で安価なＲＦＩＤタグ粒子を提供することを目的とする。

本発明らは、上記の課題を解決するために、ＲＦＩＤタグ粒子の形状について検討した。対象とする原料に対するＲＦＩＤタグ粒子の追従精度を向上させるには、対象とする原料に対してＲＦＩＤタグ粒子が偏析を起こさないことが必要である。

非特許文献１によれば、偏析現象は混在した粒子の粒径比と密度比が主な影響因子であり、これらの粒径比と密度比を適正に制御することによって偏析を起こさない条件を見出すことができる。

また、ＲＦＩＤタグ粒子の形状は、例えば直方体であれば製作が容易である。しかし、ＲＦＩＤタグ粒子の形状として、直方体を選択した場合における偏析挙動に関する知見が従来なかった。

そこで、本発明者らは、ＲＦＩＤタグ粒子の形状を直方体とし、対象とする原料に対するＲＦＩＤタグ粒子の追従精度および偏析挙動を確認するために、後述の基礎実験を行い、これにより得た知見に基づいて本発明を完成させた。本発明の要旨は、下記（１）および（２）のＲＦＩＤタグ内蔵疑似粒子にある。

（１）炉頂に分配シュートを有するベルレス高炉に搬送コンベアを通じて原料とともに装入され、原料の装入状況を把握するために用いられるＲＦＩＤタグを内蔵した疑似粒子であって、下記（１）式〜（５）式を満たすことを特徴とする、ＲＦＩＤタグ粒子内蔵疑似粒子（以下「第１発明」ともいう。）。
ｆ₁（ｘ）＜ｙ＜ｆ₂（ｘ） …（１）
ｆ₁（ｘ）＝４６．０−１４７ｘ＋１５２ｘ²−５１ｘ³ …（２）
ｆ₂（ｘ）＝１１９−３００ｘ＋２５８ｘ²−７５ｘ³ …（３）
ｘ＝（ｄ_b／ｄ_IC） …（４）
ｙ＝（ρ_IC／ρ_b） …（５）
ここで、ｄ_bは対象とする原料粒子の中間径、ｄ_ICはＲＦＩＤタグ内蔵疑似粒子と体積等価となる球相当径であり、ρ_ICはＲＦＩＤタグ内蔵疑似粒子の見かけ密度、ρ_bは対象とする原料粒子の見かけ密度である。

（２）炉頂に分配シュートを有するベルレス高炉に搬送コンベアを通じて原料とともに装入され、原料の装入状況を把握するために用いられるＲＦＩＤタグを内蔵した疑似粒子であって、下記（２）式および（４）〜（７）式を満たすことを特徴とするＲＦＩＤタグ粒子内蔵疑似粒子（以下「第２発明」ともいう。）。
ｙ≦ｆ₁（ｘ） …（６）
ｆ₁（ｘ）＝４６．０−１４７ｘ＋１５２ｘ²−５１ｘ³ …（２）
ｘ＝（ｄ_b／ｄ_IC） …（４）
ｙ＝（ρ_IC／ρ_b） …（５）
｜ｒ_g−ｒ_m｜／（ｄ_IC／２）≧０．３ …（７）
ここで、ｄ_bは対象とする原料粒子の中間径、ｄ_ICはＲＦＩＤタグ内蔵疑似粒子と体積等価となる球相当径であり、ρ_ICはＲＦＩＤタグ内蔵疑似粒子の見かけ密度、ρ_bは対象とする原料粒子の見かけ密度であり、ｒ_gおよびｒ_mはそれぞれＲＦＩＤタグ内蔵疑似粒子の形状中心および質量中心である。

本発明において、「ＩＤ情報」とは、ＲＦＩＤタグに個別に記憶された、英字や数字などの文字の配列からなる情報であり、数字のみからなるものの場合には、「ＩＤ番号」ともいう。また、「原料装入状況」とは、原料の装入順序、鉱石とコークスの混合比率を意味する。そして、「タグ検出機構」は、ＩＤ情報検出端とＲＦＩＤタグリーダにより構成されている。

本発明のＲＦＩＤタグ内蔵疑似粒子は、作製しやすい形状としても、また、対象が小粒径原料であっても、原料の高炉への搬送過程において原料内で偏析を生じず、対象とする原料と同様の挙動を示す。

本発明の疑似粒子が内蔵するＲＦＩＤタグ粒子を互いにＩＤが異なったものとし、コンベア上に積載された原料中にトレーサーとしてこの疑似粒子を配置または混入させ、高炉の炉頂バンカーの排出口以降で検出することにより、コンベア上の原料の積載順序と、炉頂バンカーから排出される原料の順序や粒度、鉱石とコークスの混合比率の時間変化との関係を精度良く把握することができる。その結果に基づいて、これらの操作量を制御してコンベア上における原料積載順序を決定することにより、高炉の操業条件の適正化を図ること、すなわち意図した炉内装入物分布を得ることが可能である。

従来のベルレス高炉の上部およびベルレス高炉に原料を装入する装置の構成を示す図である。振動による原料内におけるＲＦＩＤタグ粒子の位置の変化を調査する装置の概略図であり、同図（ａ）は振動前の状態、同図（ｂ）は振動後の状態を示す。原料内におけるＲＦＩＤタグ粒子の位置の振動による変化についての実験結果を示す図であり、同図（ａ）は鉱石の粒径比と移動距離の関係を示し、同図（ｂ）はコークスの粒径比と移動距離の関係を示す。ＲＦＩＤタグ粒子の対象とする原料に対する粒径比および密度比と、偏析の有無との関係を示す図である。ＲＦＩＤタグ粒子の粒径比および密度比と、偏析の有無との関係において、偏析が起こらない条件を満たすことが困難な領域を示す図である。偏析試験に用いる装置の模式図である。斜面長さとＲＦＩＤタグ粒子堆積割合および中塊コークス堆積割合との関係を示す図であり、同図（ａ）はＣａｓｅ１、同図（ｂ）はＣａｓｅ２、同図（ｃ）はＣａｓｅ３の結果である。ＲＦＩＤタグ粒子の基本構造を示す図であり、同図（ａ）は内部構造を示す写真、同図（ｂ）は第１発明に適用可能なもの、同図（ｃ）は第１発明および第２発明に適用可能なものを示す。本発明のＲＦＩＤタグ粒子を利用可能な、ベルレス高炉の上部およびベルレス高炉に原料を装入する装置の構成を示す図である。試験に用いたベルレス高炉の上部および原料装入装置の構成を示す図である。高炉原料にＲＦＩＤタグ粒子を装入する位置を示す図である。試験結果をバンカー排出時間と、ＲＦＩＤタグ（ＩＣタグ）検知頻度および中塊コークス割合との関係を示す図であり、同図（ａ）〜同図（ｆ）はそれぞれＮｏ．１〜Ｎｏ．６のＲＦＩＤタグ粒子と、その対象とする径のコークスについての関係を示す。

１．本発明を完成させるための基礎実験
以下、本発明者らが、本発明を完成させるために行った基礎実験について説明する。

１−１．第１発明についての基礎実験
図２は、振動による原料内におけるＲＦＩＤタグ粒子の位置の変化を調査する装置の概略図であり、同図（ａ）は振動前の状態、同図（ｂ）は振動後の状態を示す。本基礎実験は、同図に示す装置を用いて行った。この装置は、直径約２００ｍｍの円筒形の容器５１と振動付与装置（不図示）からなる。容器５１内に、対象とする原料２０を層高が３００ｍｍとなるように充填し、原料の内部（層高中央部）にＲＦＩＤタグ粒子４０を入れる。実験に用いた原料粒子サイズは表１に、ＲＦＩＤタグ粒子の仕様は表２に示す通りである。

原料２０およびＲＦＩＤタグ粒子４０を入れた容器５１に振動（振動数２Ｈｚ、振幅５００ｍｍ、２５周期）を加えた後、振動を加える前後でのＲＦＩＤタグ粒子４０の存在位置（底面からの高さＨ）の変化を確認した。振動を加える前後でＲＦＩＤタグ粒子が上方または下方に移動すれば、ＲＦＩＤタグ粒子が対象とする原料に対して偏析を起こしたと判断でき、移動距離ΔＨが大きいほど追従精度は低いと推測できる。

図３は、原料内におけるＲＦＩＤタグ粒子の位置の振動による変化についての実験結果を示す図であり、同図（ａ）は鉱石の粒径比と移動距離の関係を示し、同図（ｂ）はコークスの粒径比と移動距離の関係を示す。移動距離ΔＨは、振動を加える前後でＲＦＩＤタグ粒子が上方に移動した場合を正、下方に移動した場合を負とした。

さらに、図３に示す結果を、振動前後の高さ方向の移動距離ΔＨの絶対値が１５ｍｍ以内であったものについては「偏析なし」とし、１５ｍｍよりも大きかったものを「偏析あり」とし、図４に示す粒径比と密度比の関係に整理した。

図４は、ＲＦＩＤタグ粒子の対象とする原料に対する粒径比および密度比と、偏析の有無との関係を示す図である。ここでの粒径比および密度比は、対象とする原料の中間径をｄ_b、ＲＦＩＤタグ粒子の体積等価となる球相当径をｄ_IC、対象とする原料の見かけ密度をρ_b、ＲＦＩＤタグ粒子の見かけ密度をρ_ICとすると、粒径比ｘはｄ_b／ｄ_IC、密度比ｙはρ_IC／ρ_bと表される。

図４において、ｘ＝１、ｙ＝１の点は、ＲＦＩＤタグ粒子の粒径および密度が対象とする原料と同じであることを意味するとともに、ＲＦＩＤタグ粒子の粒径が対象とする原料の粒径よりも大きい場合にはＲＦＩＤタグ粒子の密度を対象とする原料の密度よりも大きくする必要があることを意味する。

図４において、ＲＦＩＤタグ粒子と対象とする原料についての粒径比ｘおよび密度比ｙが、ｙ＝ｆ₁（ｘ）を越えて左側に位置する場合、すなわちｙ＜ｆ₁（ｘ）である場合は、ＲＦＩＤタグ粒子の粒径が大きすぎて上述の基礎実験で上側に偏析したことを示す。逆に、ｙ＝ｆ₂（ｘ）を越えて右側に位置する場合、すなわちｙ＞ｆ₂（ｘ）である場合には、ＲＦＩＤタグ粒子の粒径が小さすぎて下側に偏析したことを示す。

以上の結果から、原料内でＲＦＩＤタグ粒子の偏析が起こらない条件は、図４において２つの曲線ｙ＝ｆ₁（ｘ）およびｙ＝ｆ₂（ｘ）で挟まれた領域として示され、下記（１）〜（５）式で示される。
ｆ₁（ｘ）＜ｙ＜ｆ₂（ｘ） …（１）
ここで、
ｘ＝（ｄ_b／ｄ_IC） …（２）
ｙ＝（ρ_b／ρ_IC） …（３）
ｆ₁（ｘ）＝４６．０−１４７ｘ＋１５２ｘ²−５１ｘ³ …（４）
ｆ₂（ｘ）＝１１９−３００ｘ＋２５８ｘ²−７５ｘ³ …（５）

ＲＦＩＤタグ粒子を上記（１）〜（５）式を満足するように製作することにより、ＲＦＩＤタグ粒子の形状が製作容易な直方体であっても、対象とする原料に対して高い追従精度を有するものとすることができる。

１−２．第２発明についての基礎実験
図５は、ＲＦＩＤタグ粒子の粒径比および密度比と、偏析の有無との関係において、偏析が起こらない条件を満たすことが困難な領域を示す図である。上記（１）〜（５）式で示される結果を用いれば、ＲＦＩＤタグ粒子の原料に対する粒径比と密度比を適正に制御することによって、ＲＦＩＤタグ粒子の偏析を原理的に抑制することができる。しかし、製作可能なＲＦＩＤタグ粒子の粒径は、ＲＦＩＤタグ粒子の内部に配置するＲＦＩＤタグよりも小さくできないため、対象とする原料の粒径が小さくなるほどｘは小さく取らざるを得ない。この場合、偏析が起こらない条件を満たすには、同図に矢印Ａで示すようにｙを大きくする必要がある。しかし、ｘが小さい場合、特にｘ＜０．５５の場合には、ＲＦＩＤタグに通常用いられる材料では、上記（１）〜（５）式の条件を満足することが困難な場合が多い。

このため、本発明者らは、ｘ＜０．５５の場合であっても、また、上記（１）式を満足しないｙ＜ｆ₁（ｘ）の場合であっても、容易に偏析の抑制を可能とする方法を検討し、ＲＦＩＤタグ粒子の質量中心を形状中心から片側に偏在させ、ＲＦＩＤタグ粒子の回転運動を抑制することに想到した。

ＲＦＩＤタグ粒子の質量中心を形状中心から片側に偏在させることは、例えばＲＦＩＤタグ粒子の側面の片側から鉄板等の密度の高い材料を接合することによって可能である。ＲＦＩＤタグから発信される電波は、金属によって遮蔽されるが、例えばＲＦＩＤタグ粒子の形状が直方体である場合において、鉄板を接合する部位がＲＦＩＤタグ粒子の互いに対向する1対の底面の片側または両側であれば実用上問題ないことを確認した。

図６は、偏析試験に用いる装置の模式図である。偏析試験は、同図に示すように、幅５ｍ、奥行き５ｍ、高さ７ｍの直方体の容器５２の上部の幅方向の一端から原料２０（焼結鉱２０ｔと粒径１３ｍｍの中塊コークス０．１ｔ）をＲＦＩＤタグ粒子４０と同時に装入することにより、容器５２内に斜面を形成して行った。試験はＣａｓｅ１〜３の３条件で行い、各条件の対象原料密度ρ_b、ＲＦＩＤタグの密度ρ_IC、対象原料粒径ｄ_bおよびＲＦＩＤタグの球相当径ｄ_ICは表３に示す通り同一とした。そのため、ｘ＝（ｄ_b／ｄ_IC）およびｙ＝（ρ_IC／ρ_b）も各条件で同一である。いずれの条件とも対象原料は小粒径（粒径０．０１３ｍｍ）である。また、ｘ＝０．４７、ｙ＝２．６であり、ｆ₁（ｘ）≒５．１９であることから、ｙ＜ｆ₁（ｘ）を満たす。

Ｃａｓｅ１は、形状中心（幾何学的中心）ｒ_gと質量中心（力学的中心）ｒ_mの偏差ｗ＝｜ｒ_g−ｒ_m｜／（ｄ_IC／２）の値が０．２、Ｃａｓｅ２は０．３、Ｃａｓｅ３は０．４である試験である。ｒ_gおよびｒ_mは、密度ρ、任意の点からの距離ｒおよび体積ｖを用いて、下記（８）式および（９）式で表される。
ｒ_g＝∫ｒｄｖ／∫ｄｖ …（８）
ｒ_m＝∫ρｒｄｖ／∫ρｄｖ …（９）

図７は、斜面長さとＲＦＩＤタグ粒子堆積割合および中塊コークス堆積割合との関係を示す図であり、同図（ａ）はＣａｓｅ１、同図（ｂ）はＣａｓｅ２、同図（ｃ）はＣａｓｅ３の結果である。同図には、原料およびＲＦＩＤタグ粒子によって形成された斜面長手方向でのコークスとＲＦＩＤタグの堆積位置の対応関係を評価した結果を示す。

図７に示す結果から、Ｃａｓｅ１ではＲＦＩＤタグ粒子と中塊コークスの粒子とで堆積位置の分布に乖離が見られるが、Ｃａｓｅ２およびＣａｓｅ３ではＲＦＩＤタグ粒子と中塊コークスの粒子がほぼ同じ分布となることがわかった。このことから、ＲＦＩＤタグ粒子を下記（７）式を満足するように製作することにより、ＲＦＩＤタグ粒子の形状が製作容易な直方体であっても、また、対象が小粒径原料であり、ｙ＜ｆ₁（ｘ）を満たす場合であっても、対象とする原料に対して高い追従精度を有するものとすることができることがわかる。
｜ｒ_g−ｒ_m｜／（ｄ_IC／２）≧０．３ …（７）

１−３．ＲＦＩＤタグ粒子の形態
図８は、ＲＦＩＤタグ粒子の基本構造を示す図であり、同図（ａ）は内部構造を示す写真、同図（ｂ）は第１発明に適用可能なもの、同図（ｃ）は第１発明および第２発明に適用可能なものを示す。同図（ａ）に示すように、ＲＦＩＤタグ粒子４０は、ＩＣタグ基板４０ａと、ＩＣタグ基板４０ａを覆うプラスチック製の被覆材４０ｂとを備える。被覆材４０ｂは、下部ケース４０ｃと蓋４０ｄとからなる。被覆材４０ｂに用いられるプラスチックには、耐熱温度が本発明の実施に十分であり、容易に電波を透過することが可能なものが用いられる。このような素材として、耐熱温度が１５０℃であるポリアセタール樹脂が挙げられる。同図（ｂ）に示すＴｙｐｅＩのＲＦＩＤタグ粒子は、同図（ａ）に示したＲＦＩＤタグ粒子の周りをビニールテープで固定したものであり、第１発明に適用可能である。同図（ｃ）に示すＴｙｐｅＩＩのＲＦＩＤタグ粒子は、重心を偏在化させる／させないため、被覆材４０ｂを構成する蓋４０ｄの上、または／および、下部ケース４０ｃの下に鉄板４０ｅを重ねてから、周りをビニールテープで固定したものであり、第１発明および第２発明に適用可能である。

２．本発明のＲＦＩＤタグ粒子を用いた原料装入状況の把握方法
以上説明した本発明のＲＦＩＤタグ粒子を利用した原料装入状況の把握方法について説明する。

図９は、本発明のＲＦＩＤタグ粒子を利用可能な、ベルレス高炉の上部およびベルレス高炉に原料を装入する装置の構成を示す図である。同図に示す装置は、タグ混入機が配置されている点以外は図１に示すものと同様の構成であり、実質的に同一の部分には同一の符号を付している。

図９に示す原料装入装置において、コンベア１６の搬送方向上流側の端部の上部には、原料槽１７の下流側に並んで２個のタグ粒子混入機１８が配置されている。タグ粒子混入機１８には、ＲＦＩＤタグ粒子４０が収容されている。

また、集合ホッパー１３内部の天井（集合ホッパー１３の上部であって、炉頂バンカー１４の配管との接続部を除く部分）には、原料２０に混入したＲＦＩＤタグ粒子４０から発信される、ＩＤ番号を含む信号を検出するＩＤ情報検出端（検出アンテナ）３２が配置されている。検出アンテナ３２には、タグリーダ３１が接続されており、タグリーダ３１には検出したＲＦＩＤタグ粒子４０のＩＤ番号および信号を検出した時刻が記録される。以下ＩＤ情報検出端（検出アンテナ）およびタグリーダを総称して「タグ検出機構」ともいう。

炉頂バンカー１４から排出されるＲＦＩＤタグ粒子４０を含む原料２０は、集合ホッパー１３下部の分配シュート１２へ排出される落下口の上方では、ＲＦＩＤタグ粒子４０とともに露出した状態となる。そのため、検出アンテナ３２によって、ＲＦＩＤタグ粒子４０の信号の安定した検出が可能である。

原料槽１７から排出され、コンベア１６によって搬送される原料２０の列上に、タグ粒子混入機１８によってＲＦＩＤタグ粒子４０が落下、載置される。ここで、ＲＦＩＤタグ粒子４０は、炉頂バンカー１４から１バッチで排出される、コンベア１６上の原料２０の列を対象として、必要個数が必要位置に載置される。

タグ粒子混入機１８から排出されるＲＦＩＤタグ粒子４０の信号は、タグ粒子混入機１８の排出口またはその近傍に設けられた検出アンテナによって検出され、それぞれのＲＦＩＤタグ粒子４０の信号が検出された時刻は、検出アンテナ３２に接続されたタグリーダ３１にＩＤ番号とともに記録される。この記録から、原料２０上におけるＲＦＩＤタグ粒子４０の順序や位置を把握することができる。

そして、ＲＦＩＤタグ粒子４０は、原料２０とともにコンベア１６によって原料装入部１５の上部に搬送され、原料装入部１５内に落下し、炉頂バンカー１４に一旦貯蔵される。そして、炉頂バンカー１４から集合ホッパー１３に排出される際に、検出アンテナ３２によって信号が検出される。その後、集合ホッパー１３から分配シュート１２を介して高炉１０に装入される。本発明のＲＦＩＤタグ粒子は対象とする原料に対する追従精度が高いため、これにより、コンベア１６上での原料２０の配列順序と、集合ホッパー１３からの排出順序とを関連付けること、すなわち原料２０の挙動を追跡することができる。

原料２０上でのＲＦＩＤタグ粒子４０の配置は等間隔であることが好ましい。配置を等間隔とすることにより、コンベア１６上の各位置の原料２０の挙動について偏りのない情報を得ることができる。

そして、この結果に基づいて、高炉１０内に装入された原料の配置が高炉操業の安定化にとって適切なものとなるように、原料槽１７から排出する原料２０のコンベア１６上における原料配列を最適化し、また、コンベア１６の搬送速度、分配シュート１２の傾動角を制御することが可能となる。

本発明のＲＦＩＤタグ粒子の効果を確認するため、以下に示す試験を実施した。この試験では、ベルレス高炉の鉱石ダンプにおいて、装入する中塊コークスを対象としてＲＦＩＤタグ粒子の原料追従性を評価した。ここで、中塊コークスとは、１０〜５０ｍｍの粒径成分を有するコークス粒子群を指し、一般に粒径成分によって原料全体に占める中塊コークスの存在割合は異なる。

１．試験方法
図１０は、試験に用いたベルレス高炉の上部および原料装入装置の構成を示す図である。同図に示す装置は、サンプリング装置およびＲＦＩＤタグ粒子の装入位置以外は、前記図９に示す装置と同様の構成であり、実質的に同一の部分には同一の符号を付している。同図に示す装置において、分配シュート１２の下方の炉内１方位には、サンプリング装置１９が設けられており、分配シュート１２から落下する原料およびＲＦＩＤタグ粒子をサンプリングして炉外に取り出すことができる。

ＲＦＩＤタグ粒子は、前記図８に示したＴｙｐｅＩおよびＴｙｐｅＩＩの２種類の基本構造のものを用い、被覆材として、耐熱温度が本発明の実施に十分な１５０℃であり、容易に電波を透過することが可能なポリアセタール樹脂を試用した。試験に使用した各ＲＦＩＤタグ粒子の仕様を表４に示す。各ＲＦＩＤタグ粒子のＩＣタグはそれぞれ固有の情報を有する。

Ｎｏ．１〜３のＲＦＩＤタグ粒子は、本発明例である。Ｎｏ．１およびＮｏ．２のＲＦＩＤタグ粒子は、対象をそれぞれ粒径が４５ｍｍおよび２３ｍｍのコークスとした。対象とするコークスの粒径が大きいため、ＴｙｐｅＩとし、いずれも第１の発明の規定を満足した。Ｎｏ．３のＲＦＩＤタグ粒子は、対象を粒径が１２．５ｍｍの小粒径のコークスとした。対象とするコークスの粒径が小さいため、ＴｙｐｅＩＩとし、被覆材の蓋の上または下部ケースの下の１箇所に鉄板を重ねて形状中心と質量中心に偏差を設けたものであり、第２の発明の規定を満足した。

Ｎｏ．４〜６のＲＦＩＤタグ粒子は、比較例である。Ｎｏ．４およびＮｏ．５のＲＦＩＤタグ粒子は、それぞれＮｏ．２およびＮｏ．１と同じものである。ただし、Ｎｏ．４は、対象を粒径が４５ｍｍのコークス、Ｎｏ．５は粒径が２３ｍｍのコークスとした。また、Ｎｏ．６のＲＦＩＤタグ粒子は、Ｎｏ．３と同サイズ、同重量とした。ただし、Ｎｏ．３は鉄板を蓋の上または下部ケースの下の１箇所にのみ配置したのに対して、Ｎｏ．６は蓋の上および下部ケースの下の２箇所に配置し、形状中心と質量中心を一致させた。

図１１は、高炉原料にＲＦＩＤタグ粒子を装入する位置を示す図である。同図に示すように、ＲＦＩＤタグ粒子は、バンカー手前でベルトコンベアにより搬送されてきた中塊コークス上に等間隔に４箇所、それぞれに３個ずつ、合計１２個投入した。また、バンカー排出ゲートの開タイミングを検知するため、バンカー底部の排出ゲート直上にＲＦＩＤタグ粒子を配置すべく、原料の先頭にはマーカーとしてＲＦＩＤタグ粒子を装入した。

本発明例では、中塊コークス上の各装入位置には、Ｎｏ．１、Ｎｏ．２およびＮｏ．３のＲＦＩＤタグ粒子を１個ずつ投入し、マーカーにはＮｏ．１のＲＦＩＤタグ粒子を使用した。比較例では、中塊コークス上の各装入位置には、Ｎｏ．４、Ｎｏ．５およびＮｏ．６のＲＦＩＤタグ粒子を１個ずつ投入し、マーカーにはＮｏ．４のＲＦＩＤタグ粒子を使用した。

本試験では、前記図１０に示すように、原料２０の炉頂バンカー１４からの排出時に集合ホッパー１３内に設置した検出アンテナ３２でＲＦＩＤタグ粒子４０の排出を検知すると共に分配シュート１２から落下してくる原料２０をサンプリング装置１９を用いてサンプリングした。

２．試験結果
ＲＦＩＤタグ粒子の性能評価指標として、バンカー排出時間を１０分割した各時間区分におけるＲＦＩＤタグの検出頻度と、中塊コークスの排出タイミングとの対応関係を用いた。

中塊コークスのサンプリングは分配シュート１２の１旋回ごとに行い、サンプリング原料（焼結鉱および中塊コークスの混合物）に占める中塊コークスの割合から、中塊コークスの排出タイミングを評価した。

図１２は、試験結果をバンカー排出時間と、ＲＦＩＤタグ（ＩＣタグ）検知頻度および中塊コークス割合との関係を示す図であり、同図（ａ）〜同図（ｆ）はそれぞれＮｏ．１〜Ｎｏ．６のＲＦＩＤタグ粒子と、その対象とする径のコークスについての関係を示す。

図１２（ａ）、同図（ｂ）および同図（ｃ）から、本発明例ではＲＦＩＤタグ検知頻度と中塊コークス排出タイミングとは傾向が一致し、良い対応関係を示すこと、すなわち対象とする原料に対する追従精度が高いことがわかった。一方、同図（ｄ）、同図（ｅ）および同図（ｆ）から、比較例ではＲＦＩＤタグ検知頻度と中塊コークス排出タイミングの傾向が逆転し、対応関係を示さなかった。

したがって、本発明の疑似粒子は、炉内における原料分布の的確な把握と精度の高い分布制御を可能とし、良好な通気性および反応効率を実現するための原料装入状況の把握方法に適用できる。また、上記把握結果に基づいて、高炉の装入物分布条件の適正化を的確におこなうことにより、高炉の通気性、反応効率向上を図り、高炉の安定操業、および原料に占める還元材の割合を低減させる低還元材比操業に寄与することができる。

１０：高炉、１２：分配シュート、１３：集合ホッパー、１４：炉頂バンカー、１５：原料装入部、１６：コンベア、１７：原料槽、１８：タグ粒子混入機、１９：サンプリング装置、２０：原料、２１：鉱石、２３：コークス、３１：タグリーダ、３２：ＩＤ情報検出端（検出アンテナ）、４０：ＲＦＩＤタグ粒子、４０ａ：ＩＣタグ基板、４０ｂ：被覆材、４０ｃ：下部ケース、４０ｄ：蓋、４０ｅ：鉄板、５１：容器、５２：容器

Claims

炉頂に分配シュートを有するベルレス高炉に搬送コンベアを通じて原料とともに装入され、原料の装入状況を把握するために用いられるＲＦＩＤタグを内蔵した疑似粒子であって、
下記（１）式〜（５）式を満たすことを特徴とする、ＲＦＩＤタグ粒子内蔵疑似粒子。
ｆ₁（ｘ）＜ｙ＜ｆ₂（ｘ） …（１）
ｆ₁（ｘ）＝４６．０−１４７ｘ＋１５２ｘ²−５１ｘ³ …（２）
ｆ₂（ｘ）＝１１９−３００ｘ＋２５８ｘ²−７５ｘ³ …（３）
ｘ＝（ｄ_b／ｄ_IC） …（４）
ｙ＝（ρ_IC／ρ_b） …（５）
ここで、ｄ_bは対象とする原料粒子の中間径、ｄ_ICはＲＦＩＤタグ内蔵疑似粒子と体積等価となる球相当径であり、ρ_ICはＲＦＩＤタグ内蔵疑似粒子の見かけ密度、ρ_bは対象とする原料粒子の見かけ密度である。
炉頂に分配シュートを有するベルレス高炉に搬送コンベアを通じて原料とともに装入され、原料の装入状況を把握するために用いられるＲＦＩＤタグを内蔵した疑似粒子であって、
下記（２）式および（４）〜（７）式を満たすことを特徴とするＲＦＩＤタグ粒子内蔵疑似粒子。
ｙ≦ｆ₁（ｘ） …（６）
ｆ₁（ｘ）＝４６．０−１４７ｘ＋１５２ｘ²−５１ｘ³ …（２）
ｘ＝（ｄ_b／ｄ_IC） …（４）
ｙ＝（ρ_IC／ρ_b） …（５）
｜ｒ_g−ｒ_m｜／（ｄ_IC／２）≧０．３ …（７）
ここで、ｄ_bは対象とする対象とする原料粒子の中間径、ｄ_ICはＲＦＩＤタグ内蔵疑似粒子と体積等価となる球相当径であり、ｒ_gおよびｒ_mはそれぞれＲＦＩＤタグ内蔵疑似粒子の形状中心および質量中心である。