JP6052803B2 - 造粒物の粒度推定方法及び造粒プロセスの制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、造粒物の粒度推定方法、及びこの粒度推定方法を用いた造粒プロセスの制御方法に関する。

従来より、高炉の原料として用いられる原料の粒径を測定する技術として、特許文献１及び２に示すものが開発されている。
特許文献１には、高炉内の粒状体堆積物の表面に、電磁波ビームを測定方向に沿って走査しながら照射させ、粒状体堆積物の表面で反射した電磁波を受信して、電磁波ビームの送信から受信までの時間差から電磁波が照射された表面までの距離を測定する距離測定工程と、距離測定工程で受信した電磁波の強度の測定方向に対する分布から粒状体堆積物の表面の粒径分布を推定する粒径分布推定工程とを含む粒状体堆積物の表面状態計測方法が開示されている。

特許文献２では、多数の粒体からなる粒状性物体を運搬するコンベヤと、そのコンベヤの上方に設置されて、その設置位置下方を通過する上記粒状性物体表面の上下方向の距離変化を連続的に測定するレーザ距離計と、上記コンベヤの運搬速度を測定する運搬速度測定手段と、上記レーザ距離計及び運搬速度測定手段に接続されて、レーザ距離計から入力した信号に微分処理，及びスレッシュホールド処理を施して微分波形信号を求め、その微分波形信号に、運搬速度測定手段から入力したコンベヤの運搬速度を演算して、レーザ距離計の下方を通過した粒状性物体の粒度分布を算出する演算手段と、を備えた粒状性物体の粒度分布測定装置が開示されている。

特許文献１、２の他に原料等を分級する方法として特許文献３〜５に示すものがある。

特開２０１１−１９１０７３号公報 特開平０６−１６７４３８号公報 特開２００３−２７５５７０号公報 特開２００３−３２０３１３号公報 特開２０００−２４６１７９号公報

特許文献１や２の技術では、原料の表面にレーザ光を照射して原料の粒径分布を計測するものであるが、レーザ光が当たる原料（例えば表面に現れている原料）の粒度分布は測定できるものの、下側にある原料の粒度分布を得ることができず、堆積した原料の粒度分布を得ることができないのが実情である。また、レーザ光が当たる原料のみの粒度分布を測定して堆積した原料の粒度分布とすることは代表性に欠け、求めた粒度は信頼性が劣るものとなっていた。

また、従来のように、原料をバッチサンプリングして原料の粒度分布を測定することが考えられるが、この場合は、粒度分布を測定するのに時間がかかってしまうという問題があった。
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、造粒物の堆積形状から素早く造粒物の平均粒度や粒度分布を推定することができる造粒物の粒度推定方法を提供することを目的とする。また、推定した平均粒度や粒度分布に基づいて造粒プロセスを制御することにより所望の大きさの造粒物を安定的に製造することができる造粒プロセスの制御方法を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
本発明の造粒物の粒度推定方法は、鉱石の造粒プロセスにおいて造粒した造粒物を運搬機械に落下させて当該運搬機械上に堆積しながら運搬する際に、前記運搬機械上における
造粒物の堆積形状に基づいて、前記造粒物の平均粒度及び／又は粒度分布を推定することを特徴とする。

本発明の造粒プロセスの制御方法は、前述した造粒物の粒度推定方法を用いて推定した造粒物の平均粒度及び／又は粒度分布に基づいて、鉱石の造粒プロセスを制御することを特徴とする。
なお、本発明にかかる造粒物の粒度推定方法の最も好ましい形態は、鉱石の造粒プロセスにおいて造粒した造粒物を運搬機械に落下させて当該運搬機械上に堆積しながら運搬する際に、前記造粒プロセスにて造粒した造粒物を運搬機械に落下させて検量線を作成し、作成した検量線を用いることで、前記運搬機械上における造粒物の堆積ピーク位置、堆積ピーク高さをそれぞれ平均粒度、標準偏差に換算し、換算した結果に基づいて、前記造粒物の平均粒度及び／又は粒度分布を推定することを特徴とする。

本発明によれば、造粒物の堆積形状から素早く造粒物の平均粒度や粒度分布を推定することができると共に、所望の大きさの造粒物を安定的に製造することができる。

運搬機械による分級作用と運搬機械での造粒物の堆積状況を示す模式図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。 傾斜板を用いた場合の造粒物の堆積状況を示す模式図である。 篩いを用いた場合の造粒物の堆積状況を示す模式図である。 （ａ）は、運搬機械上での堆積物の表面形状を示し、運搬機械に落下・堆積する造粒物が有する粒度分布の変化パターンを示している。 造粒装置の全体構成を示した図である。 シードスクリーンを用いた場合におけるベルトコンベア上への造粒物の堆積状況を示した模式図である。 シードスクリーンと、ベルトコンベアとを上面視したものである。 ベルトコンベアと測定器との位置関係を示す図である。 実験番号１における全生ボール重量に対するサイズの分級重量比率を示す図である。 実験番号１における生ボールの堆積層の堆積形状を示す図である。 生ボールの堆積位置と平均粒度との関係を示す図である。 生ボールの堆積ピーク高さと標準偏差との関係を示す図である。 生ボールの平均粒度及び標準偏差の変化を示す第１図である。 生ボールの平均粒度及び標準偏差の変化を示す第２図である。 生ボールの平均粒度及び標準偏差の変化を示す第３図である。 生ボールを焼成する前に篩いにかけられた不良品を示す図である。

本発明の造粒物の粒度推定方法及び造粒プロセス制御方法について説明する。
鉱石は、焼成、か焼、還元、化合などの利用目的によって、所定の大きさの塊にする必要がある。鉱石を所定の大きさの塊にする処理として、造粒プロセスというものがある。
造粒プロセスでは、例えば、小さな粒状の鉱石、水及びバインダーを、回転するディスクペレタイザに投入し、これら原料（鉱石、水、バインダー）をディスクペレタイザ上で転動させることにより、鉱石（原料）を所定の大きさの塊にする。以降、造粒物プロセスで所定の大きさにした鉱石（原料）のことを造粒物という。

このような鉱石を転動させて造粒物を生成する転動造粒プロセスでは、製造される個々の造粒物の大きさにはバラつきが存在する。造粒物の粒度分布（各粒度の造粒物の個数の存在比率）は正規分布と見なせることが知られている（化学工学便覧第３版、ｐ８５０)。
さて、転動造粒プロセスなどの造粒プロセスにおいて、所定の大きさの塊に形成された造粒物は、ベルトコンベアやパレット台車などの運搬機械に載せられて造粒プロセスから下工程に送られる。

例えば、造粒プロセスで製造した造粒物を上段ベルトコンベアに載せて運搬後、上段ベルトコンベアから下段ベルトコンベアに落下させて、下段ベルトコンベア上に堆積した造粒物を下工程に向けて運搬する。或いは、造粒プロセスで製造した造粒物を金属製のパレット台車に堆積して、パレット台車を下工程に向けて走行させることにより造粒物を運搬する。

本発明では、運搬機械上に堆積した造粒物の状態に着目して、造粒物の粒度（平均粒度、粒度分布）を推定している。以下、造粒物の粒度の推定方法について詳しく説明する。
まず、造粒物を上側のベルトコンベアから下側のベルトコンベアに落下させた場合を例にとり、運搬機械上に堆積した造粒物の状態がどのようになるか説明する。
図１（ａ）（ｂ）は、上段ベルトコンベアから下ベルトコンベアに造粒物を落下させている状況を例示したものである。

図１に示すように、上段ベルトコンベア１は、紙面の右左方向に造粒物Ｇを運搬するもので、下段ベルトコンベア２は紙面の上下方向に造粒物Ｇを運搬するものである。上段ベルトコンベア１の運搬方向と下段ベルトコンベア２の運搬方向とは直交している。
このような上段ベルトコンベア１及び下段ベルトコンベア２を備えた運搬機械３において、例えば、造粒物の大きさが「大」、「中」、「小」が混在する造粒物群を、上段ベルトコンベア１から下段ベルトコンベア２に落下させたとする。

造粒物の大きさが「大」である大造粒物Ｇ１は、慣性力が大きいために大きく飛び、下段ベルトコンベア２上において、上段ベルトコンベア１の先端から最も離れた位置に着地し易い。また、造粒物の大きさが「小」である小造粒物Ｇ２は、慣性力が小さい上に空気抵抗等の影響を大きく受けるため直ちに減速し、下段ベルトコンベア２上において、上段ベルトコンベア１の先端から最も近い位置に着地し易い。また、造粒物の大きさが「中」である中造粒物Ｇ３は、下段ベルトコンベア２上において、大造粒物Ｇ１と小造粒物Ｇ２の間の位置に落下し易い。

つまり、下段ベルトコンベア２上において、上段ベルトコンベア１に最も近い位置を原点Ｏとしたとき、原点Ｏに近い側に小造粒物Ｇ２が堆積し、原点Ｏに最も遠い側に大造粒物Ｇ１が堆積し、幅方向中央部側に中造粒物Ｇ３が堆積する。言い換えれば、下段ベルトコンベア２上では、造粒物が落下する前の進行方向に沿って、小粒（細粒）から大粒（粗粒）へと分級された堆積層が形成される。

なお、図２に示すように、上段ベルトコンベア１から下段ベルトコンベア２に造粒物を落下させる運搬機械３において、上段ベルトコンベア１が傾斜している場合がある。傾斜した上段ベルトコンベア１と水平方向との角度は、５度〜５０度のものが多く、造粒物の安息角よりも大きければ、造粒物は重力によって落下運動するため、図１と同じような状況下で下段ベルトコンベア２上に造粒物は堆積する。即ち、図２に示したように、上段ベルトコンベア１が傾斜している場合であっても、下段ベルトコンベア２上において、上段ベルトコンベア１に最も近い側に小造粒物Ｇ２が堆積し、最も離れた側に大造粒物Ｇ１が堆積し、小造粒物Ｇ２と大造粒物Ｇ１との間に中造粒物Ｇ３が堆積する
また、図３に示すように、造粒物を運搬機械３で運搬するにあたって、上段ベルトコンベア１の代わりに篩い部材４を採用することがある。篩い目部材４を採用した場合、篩い目部材４は、例えば、板材で構成され、この板材に篩い目が形成されたものとなる。

この篩い目は、運搬元から運搬先に向けて順に大きくする。即ち、篩い目部材において、篩いの分級サイズは造粒物群の進行方向に沿って拡大して配置している。図３のように、篩い目部材から下段ベルトコンベア２に造粒物を落下させた場合でも、下段ベルトコンベア２上の造粒物は、落下前の進行方向に沿って細粒から粗粒に分級された状態で堆積していく。なお、篩い部材は、自身が振動して造粒物を運搬したり、傾斜して重力により造粒物を運搬するものであってもよい。また、篩い目部材は、所定の間隔にローラーを設置して、ローラの回転力により造粒物を分級しつつ運搬するものであってもよい。

したがって、造粒プロセスで製造した造粒物を、所定の方向に移動させた後に落下させることにより、造粒物の落下前の進行方向に沿って分級することができる。
さて、工業規模の造粒プロセスで製造される造粒物は、先述のとおり、造粒物の大きさと、その大きさの造粒物の重量比率が正規分布に従って整理できることがわかっている。即ち、母集団である造粒物群の平均粒度を示す造粒物に関してはその重量比率が最も高くなると共に、造粒物群における個々の造粒物の粒度のバラツキの大小は正規分布における標準偏差の大小と同じであると考えられる。換言すれば、造粒物群の粒度分布は、母集団の平均粒度と標準偏差が求まれば推定が可能である。

しかしながら、連続して多量の造粒物を生産する造粒プロセスの場合、使用する原料条件、大気湿度、などの外乱影響によって、平均粒度や標準偏差の値は刻一刻と変化する。造粒物群を回分的にサンプリングして粒度分布を測定したとしても、実際には空間的にも時間的にも一部分のサンプリングに過ぎず測定結果の代表性には常に疑念が生じる。
そこで、発明者らは様々な角度から検証を行い、造粒物がベルトコンベア等の運搬機械３上へ落下する際に分級して堆積するという特性と、造粒物群が正規分布に従う特徴的な粒度分布との両方に着目して運搬機械上に落下した造粒物群の堆積表面形状から推定することを見出した。

図４（ａ）は、下段ベルトコンベア２に堆積した造粒物群における複数の堆積形状を例示したものである。説明の便宜上、図４（ａ）の実線で示した堆積形状を「堆積形状Ａ」、点線で示した堆積形状を「堆積形状Ｂ」、二点鎖線で示した堆積形状を「堆積形状Ｃ」とする。
堆積形状とは、下段ベルトコンベア２に堆積した造粒物の輪郭を示したものである。詳しくは、堆積形状とは、下段ベルトコンベア２の正面（進行方向側の下流側）から当該下段ベルトコンベア２に堆積した造粒物群を見て、その堆積層の上部の稜線を示したものである。

図４（ａ）に示すように、堆積形状Ａの頂部（造粒物が最も堆積した部分）の位置、即ち、「堆積ピーク位置」は、下段ベルトコンベア２の幅方向中央部からやや左側にシフトしていて、堆積形状Ｃの頂部の位置と同じである。このように、堆積形状Ａと堆積形状Ｃとの堆積ピーク位置が下段ベルトコンベア２に対して同じ位置であるため堆積形状Ａの造粒物の粒径と、堆積形状Ｃの造粒物の粒径とは同じであると考えられる。

さて、図４（ｂ）は、造粒物の粒度と重量比率との分布図を示したものである。この第１分布〜第３分布は、図４（ａ）で示した堆積形状Ａ、堆積形状Ｂ、堆積形状Ｃのいずれかの堆積物の分布である。図４（ｂ）に示すように、第１分布及び第２分布は、ピークにおける造粒物の粒度が同じとなっているため、堆積ピーク位置が同じである堆積形状Ａの造粒物、或いは、堆積形状Ｃの造粒物のいずれかであると推測できる。

ここで、図４（ａ）で示した堆積形状Ａと堆積形状Ｃとの下段ベルトコンベア２に対する広がりを見てみると、堆積形状Ｃは、堆積形状Ａに比べて下段ベルトコンベア２の幅方向に広がっている。言い換えれば、堆積形状Ｃの堆積ピーク位置における堆積層の高さ（堆積形状Ｃの盛り上がり高さ）は、堆積形状Ａの堆積ピーク位置における堆積層の高さよりも低くなっている。

一方、図４（ｂ）に示すように、第１分布のピークにおける重量比率は、第２分布のピークにおける重量比率よりも小さい。ゆえに、第１分布及び第２分布のうち、ピークにおける重量比率が小さい第１分布が、堆積層の高さが低い堆積形状Ｃに対応していると考えられ、ピークにおける重量比率が大きい第２分布が、堆積層の高さが高い堆積形状Ａに対応していると考えられる。

また、図４（ａ）に示すように、堆積形状Ｂの頂部の位置（堆積ピーク位置）は、堆積形状Ａ及び堆積形状Ｃの頂部の位置（堆積ピーク位置）に比べてやや左側にシフトしているため、堆積形状Ｂの造粒物の粒度は、堆積形条Ａ及び堆積形状Ｃよりも大きいと考えられる。また、堆積形状Ｂの堆積ピーク位置における堆積層の高さは、堆積形状Ａの堆積ピーク位置における堆積層の高さと同じである。それゆえ、図４（ｂ）において、重量比率のピークが第２分布と同じで且つ造粒物の粒度が第２分布よりも大きい第３分布が、堆積形状Ｂの造粒物における分布と推測することができる。

以上、まとめると、造粒物は落下前の進行方向に沿って粒度分級され、運搬機械３上に堆積することになるが、これにより得られた堆積形状（堆積表面）を、運搬機械３上で測定して、最も高く堆積した位置（堆積ピーク位置）を取得すると共に、堆積ピーク位置における堆積ピーク高さ（堆積形状の盛り上がり高さ）を取得し、これら堆積ピーク位置及び堆積ピーク高さと、予め用意された造粒物の粒度と重量比率の分布とを比較することにより、運搬機械上に堆積した造粒物の平均粒度及び／又は粒度分布を推定することができる。なお、造粒物の粒度分布は正規分布に従うため、重量比率が最も高い粒度が平均粒度
に等しくなる。即ち、粒度分布において、堆積ピーク高さに対応する粒度が平均粒度となる。

上述したように、下段ベルトコンベア２（運搬機械）に造粒物が堆積したときの堆積形状を見て、最も高く堆積している位置には、その位置に対応した粒度の造粒物が主に堆積しており、堆積形状の広がりによって造粒物の粒度における存在比率（造粒プロセスでは重量比率）のバラツキを得ることができる。
なお、運搬機械上の造粒物の堆積形状の測定にあたっては、測定器を用いて運搬機械に対してレーザ光を照射し、照射したレーザ光を撮像手段で撮像した上で、三角測量法の原理により形状を求めてもよいし、造粒物から反射したレーザ光を受光することにより測定器から造粒物までの距離を求め（ＴＯＦ法による距離計測法）、この距離に基づいて測定してもよい。このように、非接触型の測定器を用いることによって、堆積表面形状を崩さずに対象物までの距離を測定することができる。また、運搬機械の幅方向に落下又は堆積完了した瞬間にレーザ光を照射することにより、運搬機械上の造粒物群の運搬方向単位長さ当たり、あるいは単位経過時間当たりで平均化した堆積形状を得られるようにすることが望ましい。

例えば、運搬機械の移動時の揺れや振動の影響を受けて堆積した造粒物が転動した場合は、堆積表面の最も高く堆積した位置や堆積高さが変化することがあるが、堆積形状を平均化したものとすることにより、上述した外乱影響が複雑に介在する環境下（運搬機械の移動時の揺れや振動がある環境下）でも造粒物の粒度等を測定することが可能である。
また、堆積ピーク位置及び堆積ピーク高さを有する粒度分布は、予め造粒プロセスを行い、造粒プロセスにて造粒した造粒物を運搬機械に落下させて、検量線を作成し、この検量線を用いることで堆積ピーク位置、堆積ピーク高さを、それぞれ平均粒度、標準偏差に換算して求める。検量線の作成方法は、例えば、運転中の運搬機械にて堆積ピーク位置、堆積ピーク高さを実測し、次に運搬機械を停止させて、運搬機械上の造粒物群をサンプリングする。サンプリングした造粒物群は、篩いにかけて粒度分布を実測し、平均粒度と標準偏差を求めておく。このような操作を複数の造粒条件にて実施することで、堆積ピーク位置と平均粒度の関係、堆積ピーク高さと標準偏差の関係を求めて、粒度分布を作成する。

以上のように、鉱石の造粒プロセスにおいて造粒した造粒物を運搬機械に落下させて当該運搬機械上に堆積しながら運搬する際に、運搬機械上における造粒物の堆積形状を測定し、測定した堆積形状に基づいて、造粒物の平均粒度、粒度分布を推定することができる。
図５〜１２は、運搬機械に造粒物を堆積しながら運搬しているときに、運搬機械上における造粒物の堆積形状から造粒物の平均粒径や粒度分布を推測する操業をまとめたものである。

図５は、製鉄用の造粒物を製造する造粒設備を例示したものである。
図５に示すように、造粒設備１０では、原料槽Ａから１ｍｍ以下の鉱石や石灰石等を切り出し、これら鉱石及び石灰石に水、バインダーを混合して、混合物を直径６ｍのディスクペレタイザ１１に供給し、当該ディスクペレタイザ１１を回転することにより、造粒物を製造する。なお、以下の説明では、原料（鉱石、石灰石、バインダー、水）をディスクペレタイザ１１にて造粒したものを生ボールという。

ディスクペレタイザ１１は、生ボール（造粒物）を運搬する運搬機械３に接続されており、生ボールは、造粒後に運搬機械３に移動する。
図６に示すように、運搬機械３は、上流側に設置されたディスクペレタイザ１１に接続され且つ上下方向に傾斜するシードスクリーン（篩い部材）４と、このシードスクリーン４の下側で当該シードスクリーン４で篩いにかけられた生ボールを運搬するベルトコンベア１２とから構成されたものである。

シードスクリーン４は、傾斜の角度が生ボールの安息角を越え、生ボールを転動落下させながら分級するもので、傾斜型篩いである。シードスクリーン４の傾斜角度は２０度としている。このシードスクリーン４においては、過小粒径品を除くための篩い目を有する
ものの、生ボールを分級する傾斜面（斜面領域）には連続して、篩い目が形成されており、生ボールの落下時には、慣性力と空気抵抗が働き、上述した図１や２等と同じように、生ボールは堆積する。

詳しくは、シードスクリーン４において、上流側（上部側）には７ｍｍの篩い目が連続して形成され、下流側（下部側）には１５ｍｍの篩い目が連続して形成されている。７ｍｍの篩い目が形成された直下には、７ｍｍ以下の生ボールを受けるホッパ１３ａが設けられ、シードスクリーン４の傾斜面の下端側には、１５ｍｍ超の生ボールを受けるホッパ１３ｂが設けられている。それゆえ、このシードスクリーン４では、過小（粒径が７ｍｍ以下）の生ボールはホッパ１３ａに入ることになり、過大（粒径が１５ｍｍ超）］の生ボールはホッパ１３ｂに入ることになり、後工程に搬送することが不適合である生ボールが除去されることになる。つまり、粒径が７ｍｍ以上１５ｍｍ以下の生ボールがベルトコンベア１２に落下する。

ここで、ベルトコンベア１２上においては、シードスクリーン４の上流側に近い側（右側）に粒径の小さな生ボールが堆積し、シードスクリーン４の下流側に近い側（左側）に粒径の大きな生ボールが堆積する。なお、ベルトコンベア１２の幅は８００ｍｍである。
図７は、シードスクリーン４と、ベルトコンベア１２とを上面から見たものである。
図７（ａ）は、シードスクリーン４とベルトコンベア１２とのなす角が９０度（シードスクリーン４とベルトコンベア１２とが直交）である場合を示し、図７（ｂ）及び（ｃ）は、シードスクリーン４とベルトコンベア１２とのなす角が１３５度である場合を示し、図７（ｄ）は、シードスクリーン４とベルトコンベア１２とのなす角が４５度である場合を示している。なお、上述したように、シードスクリーン４とベルトコンベア１２とのなす角は、両者を上面視（平面視）した状態において、シードスクリーン４の幅方向中心線とベルトコンベア１２の幅方向中心線との角度のことである。

図７（ａ）に示すように、シードスクリーン４とベルトコンベア１２とが直交している場合、シードスクリーン４から落下した生ボールは、上述したように、ベルトコンベア１２の幅方向に沿って大きさ順に堆積していく。ここで、シードスクリーン４とベルトコンベア１２とが直交していない場合、シードスクリーン４から落下した生ボールは、上述したように、ベルトコンベア１２の幅方向に沿って大きさ順に堆積しない可能性がある。しかしながら、操業や実験等により確認したところ、図７（ｂ）〜（ｄ）に示すように、シードスクリーン４とベルトコンベア１２とのなす角が４５度〜１３５度である場合、シードスクリーン４から落下した生ボールは、ベルトコンベア１２の幅方向に沿って大きさ順に堆積した。即ち、図２に示すように、生ボールは、大きさ順にベルトコンベア１２に落下した。

なお、図７（ａ）は、測定器１３から照射したレーザ光の走査線がベルトコンベア１２の進行方向、即ち、ベルトコンベア１２の幅方向中心線と直交している例を示している。言い換えれば、レーザ光の走査線がシードスクリーン４の幅方向中心線と平行となっている例を示している。図７（ｂ）、（ｄ）は、レーザ光の走査線がシードスクリーン４の幅方向中心線と平行となっている例を示している。図７（ｃ）は、レーザ光の走査線がベルトコンベア１２の幅方向中心線と平行となっている場合を示している。図７（ａ）〜（ｄ）のいずれの場合でも、ベルトコンベア１２上の生ボールの堆積形状を適正に測定することができた。

次に、レーザ距離計などの測定器１３によって、生ボールの堆積形状（堆積ピーク位置、堆積ピーク高さ）の計算方法について説明する。
図８に示すように、ベルトコンベア１２の上方に測定器１３（レーザ距離計）を設置する。レーザ距離計のレーザ光の走査方向は、上述した図７に示した通りである。
まず、ベルトコンベア１２の正面（進行方向側の下流側）から当該ベルトコンベア１２を見た状態において、原点Ｏ（基準点）を定め、ベルトコンベア１２の幅方向をＸ軸方向、ベルトコンベア１２の上面（生ボールを載置する面）と直交する方向（Ｘ軸と直交する方向）をＹ軸方向とおく。なお、原点Ｏは、ベルトコンベア１２の上面と同一平面上に設定することが望ましい。また、レーザ距離計の設置位置を座標系で表し、位置（Ｘｆ、Ｙ
ｆ）とする。なお、レーザ距離計は、センサ部が回転しながら走査・測距を繰返すもので、例えば、北陽電機社製ＬＸ−０４等である。

レーザ距離計では、計測情報として、例えば、センサ部を通りＸ軸と平行な軸とレーザ光の垂直成分との角度β[°]と、センサ部から生ボールまでの距離Ｄが出力される。これにより、レーザ距離計による任意の測定座標（Ｘｍ、Ｙｍ）は、次式により求めることができる。
Ｘｍ＝Ｘｆ＋Ｄ×ｃｏｓ（π×β／１８０）
Ｙｍ＝Ｙｆ−Ｄ×ｓｉｎ（π×β／１８０）
このように、複数の測定座標（Ｘｍ、Ｙｍ）を計測することにより、堆積ピーク位置や堆積ピーク高さを求めることができる。

なお、レーザ距離計の走査線の範囲がベルトコンベア１２の幅に収まるように設定していてもよい。また、レーザ距離計をベルトコンベア１２から離れた位置で設置するほど、レーザ距離計によって生ボースの堆積形状を測定するための視野を大きくすることができるものの、余りにもレーザ距離計をベルトコンベア１２から離すと、レーザ距離計による最小測定角（例えば、ＬＸ−０４の場合であれば約０．３５°）に起因して測定間隔が大きくなり過ぎる。一方、レーザ距離計をベルトコンベア１２に近づけすぎると、生ボールの堆積状況によっては、死角部分が発生して測定できない可能性がある。ゆえに、レーザ距離計とベルトコンベア１２との距離は適正に設定することが必要ある。例えば、８０ｔ／時（１時間）で生ボールをシードスクリーン４から落下させてベルトコンベア１２で運搬するものとし、ベルトコンベア１２の幅を０．８ｍに設定した場合は、レーザ距離計とベルトコンベア１２との距離を０．５ｍにする。ただし、レーザ距離計とベルトコンベア１２との距離は、ベルトコンベア１２上に堆積する生ボールの状況やレーザ距離計の性能によって適正に設定すればよく上述したものに限定されない。

次に、生ボールの堆積形状（堆積ピーク位置、堆積ピーク高さ）に基づいて、生ボールの平均粒度等を推定する方法について説明する。
造粒設備１０のディスクペレタイザ１１を用いて、生産量８０ｔ／時で生ボールを製造し、製造した生ボールを連続的にシードスクリーン４に供給する。また、シードスクリーン４を介してベルトコンベア１２で生ボールを運搬する。例えば、ベルトコンベア１２の運搬速度を５０ｍ／分とする。ベルトコンベア１２で生ボールを運搬中に、レーザ距離計を用いてベルトコンベア１２上に堆積した生ボールの堆積形状（堆積ピーク位置、堆積ピーク高さ）を測定する。生ボールがベルトコンベア１２上を安定して流れている状況を確認し、所定時間後、造粒工程（造粒装置）を停止する。

そして、レーザ距離計を通過してベルトコンベア１２上にある生ボールを採取する。例えば、レーザ距離計の直下のベルトコンベア１２上を採取開始点とし、この採取開始点から下流側に２ｍ進んだ場所を採取終了点とし、採取開始点から採取終了点の間にあるベルトコンベア１２上の生ボールを回収（採取）する。採取した生ボールを、篩い等で分級して、採取した全生ボール重量に対する当該サイズの分級重量の比率を計算する。また、回収した全生ボールの平均粒度と、標準偏差を求める。

即ち、造粒装置による生ボールの製造、堆積形状（堆積ピーク位置、堆積ピーク高さ）を測定した生ボールの回収、回収した全生ボール重量に対する当該サイズの分級重量の比率の計算、平均粒度、標準偏差の計算を行う。
表１は、実験番号１〜９の平均粒度と、標準偏差を求めた結果である。図９は、実験番号１における全生ボール重量に対する当該サイズの分級重量の比率である。

次に、ベルトコンベア１２上で採取した生ボールがレーザ距離計上を通過したときの計測情報を全て抽出して、抽出した計測上方に基づいて堆積形状（堆積ピーク位置、堆積ピーク高さ）を求める。即ち、ベルトコンベア１２上で採取開始点から採取終了点までの生ボールにおける堆積形状を求める。
具体的には、ベルトコンベア１２の運搬速度は５０ｍ／分であるため、当該ベルトコンベア１２によって生ボールが２ｍ進む時間（採取開始点から採取終了点まで進む時間）は２．４秒である。この間に、例えば、レーザ距離計は２８ミリ秒で１回の走査を行うため、生ボールが２ｍ進む間に約８５回走査をし、８５回分の計測情報が得られる。この８５回分の計測情報を平均して、堆積形状を求める。図１０は、実験番号１における生ボールの堆積層の稜線（堆積形状）を描いたものである。表２は、実験番号１〜９における堆積ピーク位置と堆積ピーク高さとをまとめたものである。

次に、平均粒度、標準偏差、堆積ピーク位置、堆積ピーク高さを求めた後、これらのデータを用いて、図１１に示すように生ボールの堆積位置と平均粒度との関係、或いは、図１２に示すように、生ボールの堆積ピーク高さと標準偏差との関係を求める。図１１に示す一次近似線が、堆積ピーク位置から平均粒度を求める検量線となる。また、図１２に示す一次近似線が、堆積ピーク高さから標準偏差（バラツキ）を求める検量線となる。

実操業では、連続して運搬される生ボールの堆積形状をレーザ距離計で測定し続け、計測情報に基づいて、堆積ピーク位置と堆積ピーク高さを計算し、予め求めておいた検量線を用い、生ボースの平均粒度と粒度の標準偏差を求め、これらを出力したり保存するという一連の処理を行う。
以上、本発明によれば、運搬機械上における造粒物の堆積形状に基づいて、簡単に造粒物の平均粒度や粒度分布を推定することができる。即ち、本発明では、従来のようにバッチサンプリングによる平均粒度の推定や粒度分布の取得に比べて、平均粒度や粒度分布をリアルタイム（例えば、１分以内）に把握することができる。また、短時間で造粒物の平
均粒度等を把握することができるため、造粒プロセスで造粒物を製造したときの歩留を向上させることもできる。つまり、上述した造粒物の粒度推定方法を用いて、推定した造粒物の平均粒度、粒度分布等に基づいて、造粒プロセス、即ち、造粒装置を制御することができる。

次に、造粒プロセスの制御方法について説明する。
造粒プロセス（造粒装置）で製造された生ボールは、例えば、製鉄用ペレットを製造するのに用いられる。製鉄用ペレットは、微粉の鉄鉱石又は粉砕粉をディスクペレタイザ１１にて造粒した生ボールを、後工程の焼成プロセスにて焼成することにより製造されるものである。製鉄用ペレットは、例えば、高炉用装入原料として用いられ、この場合は、高炉炉頂までの運搬時に崩壊や粉化が発生せず、さらに、高炉炉内でも崩壊や粉化が進まず炉内の通気性を悪化させないようにすることが望まれている。また、製鉄用ペレットは、炉内において炉内の還元ガスによって、昇温と還元が速やかに進行することが望まれる。即ち、製鉄用ペレットは、高強度でかつ還元が進むものが望まれており、これらを達成するためには、製鉄用ペレットの元材料となる生ボールの平均粒度や粒度分布が影響する。例えば、生ボールの平均粒度が小さすぎると、高炉内の充填層の空隙率が低下し通気不良の一因となり得る。一方、生ボールの平均粒径が大きすぎると、焼成プロセスでの内部への伝熱が不足し、低強度の製鉄用ペレットとなる懸念がある。

また、生ボール群の粒度のバラツキが大きすぎると、焼成プロセスにおいて焼けムラが発生して、製鉄用ペレット（焼成ペレット）の強度の個体差が非常に大きくなってしまう。
このようなことから、生ボールを製造する造粒プロセスでは、平均粒度と標準偏差に管理値を設けている場合が多く、生ボールの製造段階で、平均粒度と標準偏差（粒度のバラツキ）をリアルタイムで監視し、造粒プロセスを制御することにより、上述したような問題を解消することができる。

具体的には、造粒装置（造粒プロセス）において、生ボールを製造している間、生ボールの平均粒度や標準偏差を、例えば、１分単位で検出して、これらをディスクペレタイザ１１等の操作をする操作者（オペレータ）が見ることができるように、モニタ（画面）に逐次表示する。
図１３〜１５は、生ボールの平均粒度及び標準偏差の変化を示したものである。

図１３に示すように、造粒プロセスで生ボールを製造中に、例えば、生ボールの平均粒度が管理値の上限値（１２．６ｍｍ）を超えた場合、作業者（オペレータ）は、平均粒度を低下させる必要があると判断し、ディスクペレタイザ１１の回転速度を８．６ｒｐｍから８．４ｒｐｍに０．２ｒｐｍ低下させた。しばらくすると、生ボールの平均粒度は下がり、管理値内に入ることとなった。

図１４に示すように、例えば、生ボールの標準偏差（粒度のバラツキ）が管理値の上限値（３．５ｍｍ）を超えた場合、作業者（オペレータ）は、粒度分布の標準偏差を低下させる必要があると判断し、生ボールを製造するときの水分（原料中の水分）を７．２質量％から７．０質量％へ０．２質量％低下させた。しばらくすると、生ボールの標準偏差（粒度のバラツキ）は小さくなり、管理値内に入ることとなった。

図１５に示すように、例えば、生ボールの平均粒度が管理値の下限値（１１．５ｍｍ）を下回り、さらに、生ボールの標準偏差が管理値の上限値（３．５ｍｍ）を超えた場合、ディスクペレタイザ１１の傾斜角度を５２度から４９度へ３度変更した。しばらくすると、生ボールの平均粒度は上がり及び標準偏差は下がり、管理値内に入ることとなった。
なお、ディスクペレタイザ１１の操業条件の変更が造粒物の性状に及ぼす影響については、例えば、特開２００３−２７５５７０号公報、特開２０１１−０２６６８９号公報に示されている。

図１６は、生ボールを焼成する前に篩いにかけられた不良品（フルイ下粉発生量）についてまとめたものである。
生ボールの造粒後であって、焼成炉の直前には、ローラスクリーンを用いて焼成する前の生ボールを分級除去する分級除去装置が設けられている。高炉において、通気性を悪化
させる生ボールの粒径は、例えば７ｍｍと定められており、７ｍｍを下回るものは、分級除去装置によって除去される。分級除去装置で除去された生ボール（不良品）は、フルイ下粉発生量と言われており、フルイ下粉発生量は少ないのが望ましい。本発明では、生ボールの平均粒度及び標準偏差をリアルタイムで推定して、これらに基づいて造粒プロセスを制御しているため、図１６に示すように、本発明によって、フルイ下粉発生量を激減することができた。なお、図１６に示した本発明において、フルイ下粉発生量が零にならなかった理由として、造粒工程（造粒プロセス）から焼成工程までの運搬中に生ボールが壊れて小さくなってしまったことが原因と考えられる。

以上述べたように、本発明の造粒物の粒度推定方法、及びこの粒度推定方法を用いた造粒プロセスの制御方法を採用することで、造粒物の堆積形状から素早く造粒物の平均粒度や粒度分布を推定することができると共に、所望の大きさの造粒物を安定的に製造することが可能となる。
なお、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する領域を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な事項を採用している。

１ 上段ベルトコンベア
２ 下段ベルトコンベア
３ 運搬機械
４ 篩い目部材
１０ 造粒設備
１１ ディスクペレタイザ
１２ ベルトコンベア
Ｇ 造粒物
Ｇ１ 大造粒物
Ｇ２ 小造粒物
Ｇ３ 中造粒物

Claims (2)

1. 鉱石の造粒プロセスにおいて造粒した造粒物を運搬機械に落下させて当該運搬機械上に堆積しながら運搬する際に、
   前記造粒プロセスにて造粒した造粒物を運搬機械に落下させて検量線を作成し、作成した検量線を用いることで、前記運搬機械上における造粒物の堆積ピーク位置、堆積ピーク高さをそれぞれ平均粒度、標準偏差に換算し、換算した結果に基づいて、前記造粒物の平均粒度及び／又は粒度分布を推定することを特徴とする造粒物の粒度推定方法。
2. 請求項１に記載の造粒物の粒度推定方法を用いて推定した造粒物の平均粒度及び／又は粒度分布に基づいて、鉱石の造粒プロセスを制御することを特徴とする造粒プロセスの制御方法。