JP5521468B2 - 焼結原料装入状態検知装置、これを用いた焼結機及び焼結鉱の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、下方吸引式のドワイトロイド（ＤＬ）焼結機を用いて、高強度高品質の焼結鉱を製造する際の焼結原料装入状態検知装置、これを用いた焼結機及び焼結鉱の製造方法に関するものである。

高炉製銑法の主原料である焼結鉱は、一般に、図１６に示すような工程を経て製造される。原料は、鉄鉱石粉、製鉄所内回収粉、焼結鉱篩下粉（返鉱）、石灰石及びドロマイトなどの含ＣａＯ系副原料、生石灰等の造粒助剤、コークス粉や無煙炭などである。これらの原料は、ホッパー１０１・・・の各々から、コンベヤ上に所定の割合で切り出される。切り出した原料は、ドラムミキサー１０２等により適量の水を加えて混合し、造粒して、３．０〜６．０ｍｍの平均径を有する擬似粒子である焼結原料とする。一方、整粒した細粒の焼結鉱を床敷ホッパー１０４から切り出して焼結機パレット１０８のグレート上に床敷層を形成させる。

焼結原料は、焼結機上に配置されているサージホッパー１０５からドラムフィーダー１０６と切り出しシュート１０７を介して、無端移動式の焼結機パレット１０８上の床敷層上に装入され、焼結ベッドともいわれる焼結原料の装入層１０９を形成する。装入層の厚さ（高さ）でなる層厚は通常４００〜８００ｍｍ前後である。次に、原料表面はカットオフゲート１１０によって平坦化される。その後、装入層１０９の上方に設置された点火炉１１１で、この装入層９の表層中の炭材に点火するとともに、パレット１０８の下に配設されているウインドボックス１１２を介して空気を下方に吸引することにより、該装入層中の炭材を順次燃焼させ、このときに発生する燃焼熱によって、前記焼結原料の一部を溶融して焼結ケーキを得る。このようにして得た焼結ケーキは、その後、破砕、整粒され、５．０ｍｍ以上の塊成物からなる成品焼結鉱として回収される。

ここで、原料装入層厚は焼成時の原料装入層(焼結ベッド)の通気性に大きく関係し、層厚の小さい部分では大きい部分に比較して、カットオフゲートによる平坦化後は、原料層の圧密による空隙の低下が少ないため、通気抵抗が小さい。このため、層厚の小さい部分では他より、多量の吸引されたガス（大気）が流れ、ガス流速が速くなる。これにより、ガス流速の速い部分では、粉コークス燃焼用の酸素が多く供給され、燃焼速度が増大して焼成が速く進行する。

ガス流速が速くなると、コークス燃焼による高温状態に十分保持できないまま、燃焼帯の進行のみが速く進み、焼成後の組織が脆弱化して成品の歩留りが低下する。さらに、ガス流速が過剰に速くなると焼成自体が伝搬しなくなり、原料装入層内に未焼の領域が残留して歩留りが低下し、生産量を低下させる事態が生じる。
原料装入層の幅方向で部分毎に焼成速度が異なると、操業操作として焼成速度の最も遅い部分の焼成を完了させるために焼結機パレット速度を落として生産率を下げるか、一部を焼成未完了のままで焼結機パレットから廃鉱させて、返鉱を増大させながら操業することとなり、いずれにせよ、生産率を低減せざるを得ない。

そのため、歩留りを改善し、返鉱量を低減して凝結材原単位を低減するためには、原料装入層の層厚分布を一定にしてカットオフゲートでの圧密を均一にし、ガス流速分布の変動を抑え、焼成速度を幅方向で揃えて焼成することが望ましい。このためには焼結機パレット上に装入された焼結原料の幅方向の層厚分布を正確に把握し、層厚を調整することが必要である。

焼結機パレット上の原料装入層の層厚を測定する技術として、原料給鉱側と排鉱側に幅方向に複数配置したレベル計で、幅方向各位置の給鉱部層厚と排鉱部層厚を測定し、その差から焼結鉱の収縮率を算出し、焼結鉱の冷間強度と気孔率の各幅方向偏差が最小となるように給鉱部の原料装入密度を求め、この原料装入密度となるように分割ゲート開度を調整する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平５−５５８９号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、図１７に示すように、幅方向に一定数（例えば６台）の層厚計１２０ａ〜１２０ｆが設けられ、各層厚計１２０ａ〜１２０ｆ直下部分の一定領域の原料装入装置１２１の平均的層厚を測定しているに過ぎない。測定域から外れた部分の状態は把握できないのが現状である。実際の装入では、原料装入装置１２１各部への付着や摩耗などから、焼結機パレット１０８への幅方向での焼結原料の装入量は各位置で変化し、数ｃｍ幅で原料装入層１０９の層厚が変化している。このため、原料装入厚の最大や最小の層厚となる位置を測っていない場合が、往々にして発生している。

また、原料装入装置１２１の方式によっては、原料装入層１０９の表層の一定の位置に細い溝を形成しながら装入されることもある。しかし、層厚計１２０ａ〜１２０ｆの直下の平均的な層厚を測定するのでは、このような層厚変化部位が距離計の測定エリアに入っておらずに、層厚の変化を見逃してしまう。また、測定エリアに入っていたとしても、広いエリア内での平均的層厚として捉えるため、細かく深い溝などは小さな変化としてしか認識されない。
現状の測定では、原料装入層１０９の装入全体の状態は把握できず、幅方向での焼結原料の装入量の把握と調整が不十分なのが実状である。原料装入層１０９の層厚変化を適切に検知できないと、装入層１０９内に焼成速度の違いを生じ、ムラ焼けや未焼の発生を引き起して焼結鉱の歩留りを低下させ、生産率が低位に抑制されてしまう。

そこで、本発明は、上述した特許文献１に記載された従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、焼結機パレット上の焼結原料装入層の幅方向全体に渡って層厚を正確に測定でき、これにより焼結原料装入層全体の状態を正確に把握して高生産率で焼結鉱を高強度で製造できる焼結原料装入状態検知装置、これを用いた焼結機及び焼結鉱の製造方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る焼結原料装入状態検知装置は、
焼結機パレット上に装入された焼結原料を焼結して焼結鉱を製造するドワイトロイド式焼結機の焼結原料装入状態検知装置であって、前記焼結機パレット上部の装入層表面の当該焼結機パレットの搬送方向と直交する幅方向の層厚を検出する層厚検出部と、該層厚検出部で検出した装入層の幅方向の層厚に基づいて焼結鉱強度との相関を有する装入層厚分布指数を演算する層厚分布指数演算部とを備え、前記装入層厚分布指数は、層厚差ΔＨ、層厚の山の面積及び谷の面積の和の面積Ｓ及び層厚の標準偏差σＨの何れか１つの所定時間の標準偏差であることを特徴としている。

また、請求項２に係る焼結原料装入状態検知装置は、請求項１に係る発明において、前記層厚検出部は、前記焼結機パレット上部の所定の高さ位置に配設された回動機構と、該回動機構に回動可能に支持されたレーザー距離計とを有し、前記レーザー距離計を前記回動機構で回動させて前記原料装入層の表面を走査することで、当該原料装入層の層厚を前記焼結機パレットの幅方向に連続的に測定することを特徴としている。

また、請求項３に係る焼結原料装入状態検知装置は、請求項１に係る発明において、前記層厚検出部は、前記焼結機パレット上部の所定の高さ位置に当該焼結機パレットの幅方向に移動する移動機構と、該移動機構に装着されたレーザー距離計とを有し、前記レーザー距離計を前記移動機構で移動させて前記原料装入層の表面を走査することで、当該原料装入層の層厚を前記焼結機パレットの幅方向に連続的に測定することを特徴としている。

また、請求項４に係る焼結原料装入状態検知装置は、請求項２又は３に係る発明において、前記レーザー距離計は、前記焼結機パレットの幅方向に所定間隔で配置された複数のレーザー距離計で構成されていることを特徴としている。
また、請求項５に係る焼結原料装入状態検知装置は、請求項１乃至４のいずれか１つに係る発明において、前記層厚分布指数演算部は、前記層厚検出部で検出した前記焼結機パレットの幅方向の層厚の最大値と最小値との層厚差に対する所定時間の標準偏差を層厚分布指数として演算することを特徴としている。

また、請求項６に係る焼結機は、前記請求項１乃至５のいずれか１項に記載の焼結原料装入状態検知装置と、
該焼結原料装入状態検知装置の層厚分布指数演算部で演算した装入層厚分布指数が所定閾値を超えたときに、前記焼結機パレットに焼結原料を装入する焼結原料装入装置の原料切出し量の調整を行う原料切出し量調整部とを備えていることを特徴としている。
また、請求項７に係る焼結機は、請求項６に係る発明において、前記切出し量調整部は、前記焼結原料装入装置に配設した分割ゲートの開度を前記装入層厚分布指数に応じて制御することを特徴としている。

また、請求項８に係る焼結鉱の製造方法は、焼結機パレット上に装入された焼結原料を焼結して焼結鉱を製造するドワイトロイド式焼結機の焼結鉱の製造方法であって、前記焼結機パレット上部の装入層表面の当該焼結機パレットの搬送方向と直交する幅方向の層厚を層厚検出部で検出するステップと、検出した装入層の幅方向の層厚に基づいて層厚分布指数演算部で焼結鉱強度との相関を有する層厚差ΔＨ、層厚の山の面積及び谷の面積の和の面積Ｓ及び層厚の標準偏差σＨの何れか１つの所定時間の標準偏差でなる装入層厚分布指数を演算するステップと、演算した装入層厚分布指数が所定閾値を超えたときに、原料切出し量調整部で前記焼結機パレットに焼結原料を装入する焼結原料装入装置の原料切出し量の調整を行うステップとを備えたことを特徴としている。

本発明によれば、層厚検出部で、焼結機パレットの装入層表面の幅方向の層厚を連続的に検出し、検出した幅方向の層厚に基づいて層厚分布指数演算部で焼結鉱強度との相関を有する装入層厚分布指数を演算することにより、焼結鉱強度に影響を与える装入層厚分布を正確に検知することができる。
また、装入層厚分布指数が所定閾値を超えたときに、前記焼結機パレットに焼結原料を装入する焼結原料装入装置の原料切出し量の調整を行うので、装入層厚を適正状態に正確に制御することができ、高強度高品質の焼結鉱を、高歩留りで製造することができる。

焼結原料装入装置を、層厚検出部を拡大して示す斜視図である。 焼結原料装入装置の具体的構成を示す側面図である。 レーザー距離計の測定原理を示す説明図である。 層厚検出部を示す概略構成図である。 層厚検出原理を示す説明図である。 制御装置で実行する焼結原料装入制御処理手順を示すフローチャートである。 層厚分布指数の説明図である。 原料層厚の変動状態と、通気性との関係を示す説明図である。 各層厚分布指数と焼結鉱強度との関係を示す説明図である。 本発明による層厚分布指数とタンブラー強度との相関関係を示す説明図である。 実際の焼結鉱製造時の本発明による層厚分布指数とタンブラー強度及び原料層厚等との関係を示す説明図である。 層厚分布変動による装入密度分布の変動と通気性との関係を示す説明図である。 層厚分布変動の有無による通気性、風箱温度、排鉱時のケーキ状態、焼結鉱強度の関係を示す説明図である。 本発明による実際の焼結原料装入制御状態を、従来の層厚分布指数と比較して示す説明図である。 本発明による焼結原料層厚と従来例による焼結原料層厚とを落藉して示す説明図である。 従来の焼結プロセスを説明する図である。 従来の焼結原料装入装置を示す説明図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
焼結機１の給鉱部２には、図１に示すように、焼結機パレット８の下段側から上段側へ折り返す左端位置に床敷ホッパー４及びその下流側に配設されたサージホッパー５を有する焼結原料装入装置３０が配設されている。この焼結原料装入装置３０で、床敷ホッパー４から切り出された細粒の焼結鉱が焼結機パレット８のグレート上に敷き詰められて床敷層が形成され、この床敷層上にサージホッパー４から定量切り出しされた焼結原料が装入されて所定厚みの装入層（焼結ベッド）９が形成される。

サージホッパー５は、図２に示すように、下端に幅方向に延長するロールフィーダ５ａが配設され、このロールフィーダ５ａの外周面に接して幅方向に延長して原料層入量を調整する主ゲート５ｂが配設され、この主ゲート５ｂの外側に幅方向に分割された複数のゲートで構成されるサブゲートとしての分割ゲート５ｃが配設され、この分割ゲート５ｃで焼結機パレット８の幅方向における原料層厚の調整が可能となる。この分割ゲート５ｃの下側にはホッパー５ｄが配設され、このホッパー５ｄの下側にドラムシュート５ｅが配設されている。
また、焼結原料装入装置３０の下流側には、幅方向に所要数例えば４台のカットオフゲート３２ａ〜３２ｄが昇降可能に配設されている。

そして、サージホッパー５のドラムシュート５ｅと原料掻き寄せ機３１との間に原料装入層９の表面の層厚を検出する層厚検出部３３が配設されている。この層厚検出部３３は、焼結機パレット８上に形成された原料装入層９の表面を焼結機パレット８の搬送方向と直交する幅方向に走査して幅方向全域の層厚を測定する。この層厚の連続的な測定には、レーザーにより距離を測定するレーザー距離計３４ａ〜３４ｅを適用することができる。

例えば超音波距離計などを用いた距離測定方法では、測定エリアが数１００ｍｍにまで広がるのに対して、レーザー距離計では、その優れた集束性から測定個所を数ｍｍのスポットに限定できるため、位置を特定して測定することができる。このレーザー距離計を焼結機パレット幅方向に走査して層厚を測定することで、各々の位置で正確に測定した層厚のプロフィールを作成することが可能となる。

層厚を幅方向に走査する方法としてはいくつかの方法がある、先ず、１台のレーザー距離計で距離計の直下の層厚を測定しながら、距離計自体を全幅区間で移動させて、幅方向の全位置の層厚を測定する方法である。しかし、１台のレーザー距離計を幅方向で移動させるには、数１０秒程度の移動時間を要し、その間に焼結機パレット８が機長方向に大きく移動するため、幅方向の測定ながら機長方向に測定部がずれることも考慮しなくてはならない。また、全幅方向に長く移動することを繰り返すため、機械的にも駆動装置の負担が大きく、耐久性を要する。

そこで、幅方向にいくつかに区間を分割して、複数台の距離計を移動させることも可能である。しかし、装置が大掛かりとなり、設置に広いスペースが必要となるため、焼結機の装入部の既存設備状況によっては設置が困難になる場合がある。
そこで、本発明では、特に、レーザー距離計を固定点で首振り式に走査する方法を検討した。首振り式とは、固定位置に設置したレーザー距離計を幅方向断面内で回動させて、レーザー光の投射位置をかえながら、線上に走査する方式である。以下、この方式のレーザー距離計を首振り式レーザー距離計と記載する。この首振り式レーザー距離計は、固定位置で回動するだけであるため、装置駆動系への負荷が小さく耐久的に非常に有利となる。さらに、幅方向の区間を分割して複数のレーザー距離計を同調させて、固定点で首振り式に走査することも可能である。１つのレーザー距離計で首振りさせる場合、焼結機パレット８の全幅を走査させるには、レーザー距離計を焼結機上方の高い位置に設置することが必要となる。その理由は、低い位置からレーザー光を投射すると、装入原料の形成する斜面の角度により、レーザー光の当たらない影の部分を生じ、測定不能となる箇所が生じるためである。

この原理を、図３を用いて説明する。図３（Ａ）はレーザー距離計３４で低い位置からレーザー光を投射する状況である。焼結原料３５の安息角は最大５０°程度であるため、この場合は、黒く示す位置が測定不可能領域３６となる。測定不可能領域をなくすためには、それ以上の俯角（例えば６０°以上の俯角）の範囲で測定する必要があり、そのためには、図３（Ｂ）に示すように、レーザー距離計３４の設置位置は高い位置が必要となる。特にサイドウォール部は原料が高角の斜面を作る機会が多いので、レーザー光の俯角を大きくとるために、レーザー距離計３４をサイドウォールの直上に近い位置に配置するのが好ましい。

設備の都合上、このような高い位置への設置が困難な場合、焼結機パレット８の幅方向区間を分割して、複数台のレーザー距離計３４で首振り式に走査するのであれば、設置位置をより低めることが可能である。焼結原料面からのレーザー距離計３４の高さは、レーザー光の俯角を大きく取り、且つレーザー距離計３４の測定レンジの制限に応じて０．８〜４．５ｍ、望むらくは０．８〜２ｍに設置することが望ましい。複数台で走査する場合は、レーザー距離計３４の回動動作を同調させ、短時間で全て幅方向区間を一度に走査することにより、走査時間中の焼結機パレット進行距離を極短い距離にすることができ、実質的にパレット進行によるズレを無視することができる。１回の走査に要する時間は短い方が良く、現実的には１０秒以下が望ましい。

レーザー距離計３４による距離測定では、投射光に対し、検出する反射光の侵入角度変化から距離を測定するので、レーザー距離計を原料表面に近い低位置に設置すると、侵入角度変化を大きく検出するから、距離微小変化による角度変化を検出しやすくなり、距離措定の精度向上効果も得られる。
このため、図１及び図４に示すように、焼結機パレット８の装入層９の上方位置に幅方向に延長して架構３６を配設し、この架構３６の前後面の一方例えば後面に回動機構としてのレーザーヘッド３７ａ〜３７ｅにレーザー距離計３４ａ〜３４ｅを装着し、レーザーヘッド３７ａ〜３７ｅを制御装置３８で所定の角度範囲で同期して回動させる。

この所定角度範囲は、隣接するレーザー距離計３４ｊ（ｊはａ〜ｄ）及び３４ｊ＋１でそれらの中間位置の装入層９上でオーバーラップするように選定されている。このように、複数のレーザー距離計３４ａ〜３４ｅを首振り式に回動させると、レーザー距離計３４ａ〜３４ｅが固定位置で回動するだけであるため、装置駆動系への負荷が小さく耐久性的に非常に有利となる。さらに、複数のレーザー距離計３４ａ〜３４ｅを同期回動させて首振り式に走査することにより１回の走査で、装入層９の幅方向の全域の層厚を測定することが可能となる。この場合、隣接するレーザー距離計３４ａ〜３４ｅでは、例えば回動開始位置の角度を回動範囲の一方側の最大角度に全て揃えることにより、隣接する一方のレーザー距離計から出射されたレーザー光が隣接する他方のレーザー距離計に入射されることを確実に阻止することが好ましい。

このレーザー距離計３４ａ〜３４ｅを使用する場合には、その高い収束性から測定個所を数ｍｍのスポットに限定できるため、位置を特定して測定することができる。このレーザー距離計３４ａ〜３４ｅを焼結機パレット８の幅方向に走査して装入層９の層厚を測定することで、幅方向の各々の位置で正確に測定した層厚のプロフィールを作成することが可能となる。
このように、複数のレーザー距離計３４ａ〜３４ｅで首振り式に走査する場合には、装入層９の上面からの高さは、レーザー光の俯角を大きく取り、且つ距離計の測定レンジの制限に応じて０．８〜４．５ｍ、望むらくは０．８〜２ｍに設置することが望ましい。

また、複数台で走査する場合は、レーザー距離計の回動動作を同調させ、短時間で全ての区間を一度に走査することにより、走査時間中のパレット進行距離を極短い距離にすることができ、実質的にパレット進行によるズレを無視することができる。１回の走査に要する時間は短い方が良く、現実的には１０秒以下が望ましい。
ここで、レーザー距離計３４ａ〜３４ｅで検出した計測した距離Ｌａ〜Ｌｅと、そのときのレーザーヘッド３７ａ〜３７ｅの回動中心を通る垂線に対する回動角θａ〜θｅとが前述した制御装置３８に供給されて、この制御装置３８で下記（１）式及び（２）式の演算を行って幅方向の計測位置Ｗｊ（ｊ＝１〜６）及び原料装厚Ｈｊを算出する。
Ｗｊ＝ＷＢｊ＋Ｌｊ＊ｓｉｎθｊ …………（１）
Ｈｊ＝ＨＬ−Ｌｊ＊ｃｏｓθｊ …………（２）

ここで、ＷＢｊは各レーザー距離計３４ｊの回動中心点の幅方向の基準点となる一端から距離、Ｌｊは各レーザー距離計３４ｊで計測した計測距離、θｊは各レーザーヘッド３７ｊの回動中心を通る垂線に対する仰角であって前記基準点側を負値、基準点とは反対側を正値とする。また、ＨＬはレーザー距離計３４ａ〜３４ｅの計測原点すなわちレーザーヘッド３７ａ〜３７ｅの回動中心の焼結機パレット８の上面からの高さである。

そして、制御装置３８では、算出された計測位置Ｗｊ及び原料層厚Ｈｊを対として記憶部に記憶して、幅方向の層厚のプロフィールを作成する。このとき、隣接するレーザー距離計３４ａ〜３４ｅでオーバーラップしている装入層９の表面位置については、計測した幅方向位置と前回の幅方向位置との変化が少ない方の幅方向位置Ｗｊ及び原料層厚Ｈｊを選択する。

すなわち、図５に示すように、レーザー距離計３４ｊ及び３４ｊ＋１の中間位置にレーザー距離計３４ｊ側で急峻な傾斜面を有し、反対側のレーザー距離計３４ｊ＋１側で比較的緩やかな傾斜面の突出部４０が存在する場合には、レーザー距離計３４ｊでは、突出部４０の頂部を含む全ての距離を計測可能であるが、レーザー距離計３４ｊ＋１では突出部４０の頂部を超えた部分については急峻な傾斜面をとらえることができず、遠くの平坦部の距離を測定することになり、幅方向位置Ｗｊ＋１（ｎ）及び原料層厚Ｈｊ＋１(n)に大きな誤差を生じ、前回の幅方向位置Ｗｊ＋１(n-1)に対する変化量ΔＷが急増する。このため、幅方向位置の変化量ΔＷが少ないレーザー距離計３４ｊの計測値による幅方向位置Ｗｊ(n)及び原料層厚Ｈｊ(n)が選択される。

このようにして、装入層９の幅方向における層厚Ｈｊの幅方向プロフィールが所定時間（例えば１０分）毎に測定され、測定された層厚Ｈｊの幅方向プロフィールが制御装置３８内に設けられた記憶部３８ａに時間順次に記憶される。この記憶部３８ａに記憶されている時間順次の層厚Ｈｊの幅方向プロフィールに基づいて制御装置３８で、図６に示す焼結原料装入制御処理が実行される。

この焼結原料装入制御処理は、記憶部３８ａに層厚の幅方向プロフィールが記憶される毎に所定のメインプログラムに対する割込処理として実行され、先ず、ステップＳ１で、記憶部２３ａに記憶されている時間順次の原料層厚Ｈｊの幅方向プロフィールを読込み、次いでステップＳ２に移行して、時間順次の原料層厚Ｈｊの幅方向のプロフィール毎に、図７（ａ）に示すように、最大値Ｈｍａｘから最小値Ｈｍｉｎを減算して層厚差ΔＨ（＝Ｈｍａｘ−Ｈｍｉｎ）を算出する。

次いで、ステップＳ３に移行して、算出した時間順次の層厚Ｈｊの幅方向プロフィールにおける層厚差ΔＨについて所定時間（例えば３０分）の標準偏差を算出して、これを層厚分布指数σ_３０（ΔＨ）とする。
σ_３０（ΔＨ）＝｛ｎΣΔＨ^２−（ΣΔＨ）^２｝／ｎ（ｎ−１） …………（３）
ここで、ｎは所定時間のデータ数である。
次いで、ステップＳ３に移行して、算出した層厚分布指数σ_３０（ΔＨ）が予め設定した所定閾値Ｔｈ以上であるか否かを判定し、σ_３０（ΔＨ）＜Ｔｈであるときには、層厚分布が正常状態であるものと判断してそのまま焼結原料装入制御処理を終了して所定のメインプログラムに復帰する。

一方、ステップＳ３の判定結果が、σ_３０（ΔＨ）≧Ｔｈであるときには、ステップＳ４に移行して、ステップＳ１で読込んだ最新の原料層厚の幅方向プロフィールに基づいて最大値Ｈｍａｘに対応する分割ゲート５ｃの開度を低下させ、逆に最小値Ｈｍｉｎに対応する分割ゲート５ｃの開度を増加させる分割ゲート制御処理を実行してから焼結原料装入制御処理を終了して所定のメインプログラムに復帰する。
このように、図６に示す焼結原料装入制御処理を実行することにより、原料層厚分布を均一に制御して通気性を均一化して良好な焼結鉱強度を確保することができる。

すなわち、記憶部２３ａに記憶されている層厚の幅方向プロフィールが図８（ａ）に示すように、目標層厚を例えば５７０ｍｍとしたときに、原料層厚が４２０ｍｍ〜６７０ｍｍの間で変動しているものとすると、この層厚変動状態で、装入層９がカットオフゲート３２ａ〜３２ｄを通過すると、これらカットオフゲート３２ａ〜３２ｄによって装入層９の表面が押圧されることにより、原料層厚が大きい領域では圧接されて圧密装入状態となり、原料層厚が小さい領域では、軽装入状態となり、これらが交互に分布する状態となる。

このため、通気性は、図８（ｂ）に示すように、圧密装入状態では悪化し、軽装入状態では良好となる。このため、圧密装入状態では通気性が悪いため、通気性の良い軽装入部に風が偏流するようになる。よって、幅方向における層厚の不均一は通気のバランスを悪化させる。
このため、通気のバランスを確保して操業実績との相関を評価するために原料層厚分布の指数化が必要となる。

このため、原料層厚分布を指数化するために、図７に示すように、（１）層厚の最大値Ｈｍａｘから最小値Ｈｍｉｎを減算した層厚差ΔＨ（図７（ａ）参照）、（２）層厚の山の面積Ｓ_ＯＶＥＲと谷の面積Ｓ_{ＵＮＤＥＲ}との和の面積Ｓ（＝Ｓ_ＯＶＥＲ＋Ｓ_{ＵＮＤＥＲ}）（図７（ｂ）参照）及び（３）層厚の標準偏差σＨ（図７（ｃ）参照）の３つを設定した。これら（１）〜（３）の３つの層厚分布指数を設定した理由は以下の通りである。
層厚差ΔＨ（＝Ｈｍａｘ−Ｈｍｉｎ）については、層厚差ΔＨが大きいほど、圧密装入と軽装入が増大し、通気が不均一化すると考えられる。

また、山と谷との面積Ｓ（＝Ｓ_ＯＶＥＲ＋Ｓ_{ＵＮＤＥＲ}）については、面積Ｓが大きいほど、カットゲート１６ａ〜１６ｄでの原料の移動が大きく、圧密装入と軽装入が増大し、通気が不均一化すると考えられる。
さらに、層厚の標準偏差σＨについては標準偏差σＨが大きいほど、山谷が多く、層厚差が大きく、通気か不均一化すると考えられる。

実際に焼結鉱の操業を行って、上記（１）〜（３）の層厚分布指数ΔＨ、Ｓ及びσＨと、焼結鉱強度（タンブラー強度ＴＩ）との関係を調べると、図９（ａ）〜（ｄ）に示すようになった。この図９において、タンブラー強度ＴＩは機上移動３０分／クーラー６０分／整流・採取３０分により、レーザー距離計３４ａ〜３４ｅでの装入層厚測定時より２時間遅れて反映される。
ところが、層厚差ΔＨ、山谷面積Ｓ及び層厚の標準偏差σＨのいずれの層厚指数においても、層厚指数が大きく装入の乱れが大きい場合でもタンブラー強度ＴＩが高い場合あり、明確な相関が得られなかった。

そこで、本発明では、層厚分布の変動を、各層厚指数の所定時間（例えば焼結時間に相当する３０分）の標準偏差σで定量化することを試みた。
その結果、層厚差ΔＨについては層厚分布指数σ_３０（ΔＨ）とタンブラー強度ＴＩとの関係が図１０（ａ）に示すようになり、山谷面積Ｓについては層厚分布指数σ_３０（Ｓ）とタンブラー強度ＴＩとの関係が図１０（ｂ）に示すようになり、原料層厚の標準偏差σＨについては層厚分布指数σ_３０（σＨ）とタンブラー強度ＴＩとの関係が図１０（ｃ）に示すようになった。
これら図１０（ａ）〜（ｃ）から明らかなように、層厚分布指数σ_３０（ΔＨ）、σ_３０（Ｓ）及びσ_３０（σＨ）のそれぞれがタンブラー強度ＴＩと相関関係にあり、このうち層厚分布指数σ_３０（ΔＨ）とタンブラー強度ＴＩとの相関が一番高いので、相関分布指数として層厚分布指数σ_３０（ΔＨ）を採用することとした。

そして、実際に焼結鉱を製造したときの層厚分布指数σ_３０（ΔＨ）の変化と、タンブラー強度ＴＩとの関係を測定したところ図１１に示すようになった。
この図１１から明らかなように、図１１（ａ）に示す層厚分布指数σ_３０（ΔＨ）が所定閾値Ｔｈ＝４０を超える変動があった場合には、図１１（ｂ）に示すようにタンブラー強度ＴＩが大きく低下し、原料層厚は図１１（ｃ）に示すように大きく乱れており、また風箱（ウインドボックス）の温度は図１１（ｅ）に示すように南側が北側より高く両者の温度差が４１℃もあることが確認された。これに対して、図１１（ａ）で層厚分布指数σ_３０（ΔＨ）が小さい値である状態では、図１３（ｄ）に示すように層厚の乱れが小さいことが確認され、風箱（ウインドボックス）の温度は図１１（ｆ）に示すように南側及び北側の温度差が２℃程度に小さいことが確認された。
この結果、層厚分布指数σ_３０（ΔＨ）が増加すると、幅方向の火落ちが乱れ、焼結完了前に成品が排出されるため、焼結鉱強度が低下するものと推察される。

そして、層厚分布変動によって焼結鉱強度低下が生じるメカニズムを推定すると、図１４に示すようになる。
すなわち、層厚分布変動が無い場合には、図１２（ａ）に示すように、幅方向では圧密装入領域と軽装入領域とが交互に存在して通気の偏りがあって、通気性が小さい圧密装入領域から通気性が大きい軽装入領域にガス流れが発生するが、機長方向では通気が安定さしているため、火落ちも安定し、焼結鉱強度は変動しない。

これに対して、層厚分布変動が大きい場合には、図１２（ｂ）に示すように、幅方向に加え機長方向の通気の偏りが発生する。これにより、機長方向で通気が不均一となり、通気が大幅に低下する場所では火落ちが不安定となり、一部未焼結状態で廃鉱されるため焼結鉱強度が低下するものと考えられる。
このような層厚分布変動による焼結鉱強度推定メカニズムについて整理すると、図１３に示すようになり、層厚分布変動が発生すると、圧密装入部と軽装入部とが拡大し、幅方向及び機長方向の通気性が不均一となる。その結果、幅方向の風箱（ウインドボックス）の温度差が拡大する（火落ちが不安定となる）ため、焼結完了前に排鉱され、焼結鉱強度が悪化するものと考えられる。

この結果、前述した図６に示す焼結原料装入制御処理を実行することにより、図１４（ｂ）に示すように、層厚分布指数σ_３０（ΔＨ）が閾値Ｔｈ（＝４０）を超えたときに、最新の層厚の幅方向プロフィールに基づいて焼結原料装入装置３０の分割ゲート５ｃを制御することにより、焼結鉱強度（タンブラー強度ＴＩ）の低下を直ちに復帰させることができる。
このように、層厚分布の変動を抑制することより、通気及び火落ちが安定し、焼結鉱強度の良好な焼結鉱を安定して製造することが可能となる。

また、層厚分布指数σ_３０（ΔＨ）が閾値Ｔｈ未満であっても、図１４（ｂ）に示すように、層厚分布指数σ_３０（ΔＨ）の増加変動量が大きくなったときに、最新の層厚の幅方向プロフィールに基づいて焼結原料装入装置３０の分割ゲート５ｃを制御することにより、焼結鉱強度（タンブラー強度ＴＩ）の低下を直ちに復帰させることができる。
因みに、前述した図１７に示す従来例の幅方向に複数の超音波距離計を配置して計測した層厚計測値に基づいて上述した層厚分布指数σ_３０（ΔＨ）′を算出したところ図１４（ａ）に示すように、層厚分布指数σ_３０（ΔＨ）′がタンブラー強度の変動に関わらず略一定値で、閾値Ｔｈより十分低い値を維持し、焼結鉱強度が変動に応じた挙動を検知することができなかった。

また、レーザー距離計３４ａ〜３４ｅを使用した本発明による焼結原料装入制御を行った場合と、固定配置した超音波距離計を使用した従来の焼結原料装入制御を行った場合とを比較すると図１５に示すようになる。この図１５から明らかなように、本発明による焼結原料装入制御の方が従来例による焼結原料装入制御に比較して装入層９の表面の層厚変動の変動幅を小さく抑制することができる。
なお、上記実施形態においては、焼結鉱強度との相関を有する装入層厚分布指数として、σ_３０（ΔＨ）を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、タンブラー強度との相関が多少劣るが、層厚分布指数σ_３０（Ｓ）や層厚分布指数σ_３０（σＨ）を適用するようにしてもよい。

また、上記実施形態においては、層厚分布指数として焼結時間に相当する３０分間の標準偏差を適用したが、これに限定されるものではなく、焼結時間より短い時間あるいはやや長い時間のいずれかに設定するようにしてもよい。
さらに、上記実施形態においては、レーザー距離計３４ａ〜３４ｅを首振り式で構成した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、複数のレーザー距離計を幅方向に移動させる移動機構に固定保持して、各レーザー距離計を同期して移動させるようにしてもよく、要は装入層９の幅方向の層厚を連続的に測定できればよいものである。

本発明の技術は、製鉄用、とくに高炉用原料として使われる焼結鉱の製造技術として有用であるが、その他の鉱石塊成化技術としても利用することができる。

１ａ…鉄鉱石粉ホッパー、１ｂ…石灰石ホッパー、１ｃ…返鉱ホッパー、１ｄ…粉コークスホッパー、２…ドラムミキサー、３…焼結機、４…床敷ホッパー、５…サージホッパー、８…燒結機パレット、９…装入層、１１…点火炉、１２ａ〜１２ｄ…気体燃料噴射装置、１６…ウインドボックス、２１…気体燃料供給部囲繞フード、２１ａ…前後ウォール、２１ｂ…左右ウォール、２１ｃ…囲繞部、２１ｄ…飛散防止フェンス、２２…整流板、２２ａ〜２２ｃ…整流板列、２３…気体燃料噴射ノズル、３０…焼結原料装入装置、３１…原料掻き寄せ機、３２ａ〜３２ｄ…分割ゲート、３３…層厚検出部、３４ａ〜３４ｅ…レーザー距離計、３７ａ〜３７ｅ…レーザーヘッド、３８…制御装置、３８ａ…記憶部

Claims (8)

1. 焼結機パレット上に装入された焼結原料を焼結して焼結鉱を製造するドワイトロイド式焼結機の焼結原料装入状態検知装置であって、
   前記焼結機パレット上部の装入層表面の当該焼結機パレットの搬送方向と直交する幅方向の層厚を検出する層厚検出部と、
   該層厚検出部で検出した装入層の幅方向の層厚に基づいて焼結鉱強度との相関を有する装入層厚分布指数を演算する層厚分布指数演算部とを備え、
   前記装入層厚分布指数は、層厚差ΔＨ、層厚の山の面積及び谷の面積の和の面積Ｓ及び層厚の標準偏差σＨの何れか１つの所定時間の標準偏差である
   ことを特徴とする焼結原料装入状態検知装置。
2. 前記層厚検出部は、前記焼結機パレット上部の所定の高さ位置に配設された回動機構と、該回動機構に回動可能に支持されたレーザー距離計とを有し、前記レーザー距離計を前記回動機構で回動させて前記原料装入層の表面を走査することで、当該原料装入層の層厚を前記焼結機パレットの幅方向に連続的に測定することを特徴とする請求項１に記載の焼結原料装入状態検知装置。
3. 前記層厚検出部は、前記焼結機パレット上部の所定の高さ位置に当該焼結機パレットの幅方向に移動する移動機構と、該移動機構に装着されたレーザー距離計とを有し、前記レーザー距離計を前記移動機構で移動させて前記原料装入層の表面を走査することで、当該原料装入層の層厚を前記焼結機パレットの幅方向に連続的に測定することを特徴とする請求項１に記載の焼結原料装入状態検知装置。
4. 前記レーザー距離計は、前記焼結機パレットの幅方向に所定間隔で配置された複数のレーザー距離計で構成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の焼結原料装入状態検知装置。
5. 前記層厚分布指数演算部は、前記層厚検出部で検出した前記焼結機パレットの幅方向の層厚の最大値と最小値との層厚差に対する所定時間の標準偏差を層厚分布指数として演算することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の焼結原料装入状態検知装置。
6. 前記請求項１乃至５のいずれか１項に記載の焼結原料装入状態検知装置と、
   該焼結原料装入状態検知装置の層厚分布指数演算部で演算した装入層厚分布指数が所定閾値を超えたときに、前記焼結機パレットに焼結原料を装入する焼結原料装入装置の原料切出し量の調整を行う原料切出し量調整部と
   を備えていることを特徴とする焼結機。
7. 前記切出し量調整部は、前記焼結原料装入装置に配設した分割ゲートの開度を前記装入層厚分布指数に応じて制御することを特徴とする請求項６に記載の焼結機。
8. 焼結機パレット上に装入された焼結原料を焼結して焼結鉱を製造するドワイトロイド式焼結機の焼結鉱の製造方法であって、
   前記焼結機パレット上部の装入層表面の当該焼結機パレットの搬送方向と直交する幅方向の層厚を層厚検出部で検出するステップと、
   検出した装入層の幅方向の層厚に基づいて層厚分布指数演算部で焼結鉱強度との相関を有する層厚差ΔＨ、層厚の山の面積及び谷の面積の和の面積Ｓ及び層厚の標準偏差σＨの何れか１つの所定時間の標準偏差でなる装入層厚分布指数を演算するステップと、
   演算した装入層厚分布指数が所定閾値を超えたときに、原料切出し量調整部で前記焼結機パレットに焼結原料を装入する焼結原料装入装置の原料切出し量の調整を行うステップと
   を備えたことを特徴とする焼結鉱の製造方法。

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