JP6173247B2 - 造粒物の粒度・標準偏差の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・標準偏差の推定方法及び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鉄鉱石ペレットなどの粒度等を測定する技術として、特許文献１〜３に示すものが開発されている。
特許文献１は、造粒ペレットの粒度分布を自動的にかつ精度良く測定することを目的としたものである。この特許文献１では、流下するペレットをＩＴＶカメラで撮影するペレット撮影工程と、この撮影された画像を処理してペレットの粒度分布を求める画像処理工程により全ペレットの粒度分布から平均粒径を求めている。

特許文献２は、原料の表面形状に依存せず、しかも、オンラインで粒状性物体の正確な粒度分布を連続測定することを目的としたものである。この特許文献２では、通過する粒状性物体表面の上下方向の距離変化をレーザ距離計で連続的に測定し、微分波形信号の各微分パルス間の幅にそれぞれ、コンベヤの搬送速度（粒状性物体の移動速度）を乗ずることで、粒状性物体の表層を形成する各粒状体の粒度を求めている。

特許文献３は、粒状体の粒度と粒度分布を連続的でかつ正確に測定することを目的としたものである。この特許文献３では、砂群に強制送風して砂の自重に反比例する飛距離の性質を利用して分級するエアスクリーン装置を用いて粒度分布を求めている。即ち、砂群は送風機を通じて受ける風力により、粒径が小さく軽量なものほど遠くに吹き飛ばされるという特性を利用して、粒度を求めている。

特開２００３−２７５５７０号公報 特開平０６−１６７４３８号公報 特開２０００−３０４５２３号公報

特許文献１〜３は、材料（原料）等の粒度を求める技術であるが、いずれも材料（原料）のコンベヤ等の搬送中での粒度を求めており、例えば、パンペレタイザなどの転動造粒機で原料を連続造粒しているときに、材料（原料）の粒度を求めるものではない。鉄鉱石ペレットの粒度をより正確に求めるためには、鉄鉱石ペレットを製造する機械である転動造粒機において、鉄鉱石ペレットの粒度を計測することが不可欠あるが、特許文献１〜３の技術を用いたとしても、転動造粒機などで造粒しているときの造粒物の粒度等を求めることができないのが実情である。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、転動造粒機で原料を連続造粒する際での造粒物の粒度及び／又は造粒物の粒度の標準偏差を推定することができる造粒物の粒度・標準偏差の推定方法を提供することを目的とする。また、推定した造粒物の造粒物の粒度及び／又は造粒物の粒度の標準偏差に基づいて造粒プロセスを制御することにより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・標準偏差の推定方法は、鉱石の造粒プロセスにおいて転動造粒機で原料を連続造粒する際において、前記転動造粒機で造粒した造粒物が当該転動造粒機から排出される位置から得られる排出角度及び前記転動造粒機で造粒中の造粒物群の表層が成す傾斜角の値と、前記造粒物の粒度及び／又は造粒物の粒度の標準偏差との関係を示す検量線を予め作成しておき、前記転動造粒機で造粒した造粒物が当該転動造粒機から排出される位置から得られる排出角度及び前記転動造粒機で造粒中の造粒物群の表層が成す傾斜角の値を測定し、測定した前記排出角度及び前記傾斜角の値を前記作成した検量線に当てはめることで、前記造粒物の粒度及び／又は造粒物の粒度の標準偏差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、上述した造粒物の粒度・標準偏差の推定方法を用いて推定した造粒物の粒度及び／又は造粒物の粒度の標準偏差に基づいて、鉱石の造粒プロセスを制御することを特徴とする。

本発明によれば、転動造粒機で原料を連続造粒する際での造粒物の粒度及び／又は造粒物の粒度の標準偏差を推定することができる。また、推定した造粒物の造粒物の粒度及び／又は造粒物の粒度の標準偏差に基づいて造粒プロセスを制御することにより造粒物を安定的に製造することができる。

転動造粒機の平面図である。 転動造粒機の側面断面図である。 転動造粒状態を説明する説明図である。 座標を説明する説明図である。 排出角度θ及び表面形状の傾きの時系列変化を示す一例である。 生ボールの粒度を求める検量線のイメージ図である。 生ボールの粒度の標準偏差を求める検量線のイメージ図である。 造粒装置の概略図である。 堆積層の断面の模式図である。 生ボールの排出を説明する説明図である。 レーザ距離計とペレタイザの位置関係を示す図である。 ディスクペレタイザの堆積層の堆積形状を描いた３次元図である。 ディスクペレタイザを平面視した場合の堆積形状の２次元図である。 堆積層の径方向位置と堆積層の高さとの関係図である。 粒度を求める検量線である式（１）を示す図である。 標準偏差を求める検量線である式（２）を示す図である。 生ボールの粒度と、生ボールの粒度の標準偏差と、ディスクペレタイザの回転数の時系列変化を示す図である。 生ボールの粒度と、生ボールの粒度の標準偏差と、原料に供給した水分量の時系列変化を示す関係図である。 ディスクペレタイザで生ボールを製造中での生ボールの粒度と、生ボールの粒度の標準偏差と、ディスク角度の時系列変化を示す関係図である。

本発明の造粒物の粒度・標準偏差の推定方法及び造粒プロセスの制御方法について、図面を基に説明する。
高炉の原料として用いられる鉱石は、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。造粒プロセスとして、転動造粒プロセスや圧縮成形プロセスがある。

造粒プロセスの１つである転動造粒プロセスでは、例えば、小さな粒状の鉱石、水及びバインダーを、ディスクペレタイザなどの転動造粒機に投入し、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、造粒プロセス（転動造粒プロセス）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)。なお、使用する原料が同じであれば、造粒物の単一の密度に大きなばらつきが生じないため、各粒度の造粒物の重量比率と粒度の関係も正規分布に従うものとみなせる。

さて、転動造粒を連続操業に行った場合、転動造粒後の後工程の生産効率の観点から、ディスクペレタイザから排出される造粒物（例えば、生ボール）の粒度は、目標とする粒度に集中していて、その粒度分布もバラツキの小さいシャープな粒度分布になることが望ましい。
ここで、ディスクペレタイザから排出される生ボールの粒度の確認は、ディスクペレタイザから生ボールを排出後、造粒プロセスの後工程で生ボールをサンプリングし、篩などの分級することによって行われていた。つまり、ディスクペレタイザから排出される生ボールの粒度の確認は、数時間後であった。ゆえに、生ボールの粒度を製造中（転動造粒中）にフィードバックすることは困難であり、転動造粒を連続操業している間に、ディスクペレタイザの造粒物（生ボール）の粒度を調整することは難しい。

造粒機に投入される原料の成分、粒度、水分は実操業では絶えず変動しており、転動造粒機内の造粒状況は時々刻々と変化している。
図１Ａ、１Ｂに示すように、転動造粒機、即ち、ディスクペレタイザ１は、円形上の底部２と、この底部２から上方に起立する側壁３とを有していて、所定の角度に傾斜している。ここで、原料となる鉄鉱石粉を原料供給位置から転動造粒機１内に連続装入すると、微粉同士が合体して核となる小粒子を形成し、これら核粒子の周りに、新たに供給される微粉、或いは残りの微粉が付着して雪だるま状に粒成長していく。造粒物は目標の粒度にまで成長した後に、転動造粒機１の縁部（側壁３）を乗り越えて成品（生ボール）として排出される。工業規模の鉄鉱石ペレット造粒プロセスの転動造粒機１では、１台あたり、例えば８０ｔ／ｈもの速度で運転を継続させなければならない。転動造粒機１内の造粒物群（堆積層）５は、供給時点の微粉から排出される際の生ボールに至るまでの粒子径を有するが、核形成と粒成長の速度が互いにバランスした安定造粒条件にある時には、その安定状態を維持するために好適な粒度分布を有していると考えられる。逆に、核形成過多（生ボール成長不良）あるいはボール成長過多（核粒子不足）という造粒破綻時には、その状況に応じた粒度分布となっているはずである。

即ち、転動造粒機１内の造粒の安定性を考える場合、本来維持されるべき機内の堆積層５の粒度分布の許容範囲にあるのか、その好ましい粒度範囲から外れているのか、あるいは傾向として許容範囲から外れる方向に向かいつつあるのか、改善されつつあるのか、によって判断することが可能である。つまり、転動造粒機１内の堆積層５が示す粒度分布を迅速に繰返し把握することができれば、造粒の破綻に至る前に対策を講じることができる。

しかしながら、運転中の転動造粒機１内を転動している造粒物の粒度分布測定は極めて困難である。例えば、柄杓のようなもので転動造粒機１内の造粒物を掬うことでバッチサンプリングを部分的に行うことが可能だとしても、大型の転動造粒機１内を広範囲にわたって転動する系のサンプルとしては代表性に乏しい。また、篩・計量に時間を要する事から迅速評価の方法としては現実的ではない。写真撮影による画像解析で粒度分布を推定することも可能ではあるが、最外表面にのみ存在する造粒物粒子単位の形状測定と解析にならざるを得ず、やはり代表性を確保する事が困難である。

未造粒状態の微粉である原料粉は転動造粒機１の外周部に沿って転動すると同時に順次成長過程である中程度の造粒物の下部へと潜り込む。ここで、図１Ｂに示すように、転動粒機１の造粒物を見ると、底部２には、小径の第１造粒物（第１原料）５ａが堆積し、その第１原料５ａの上部には、当該第１原料５ａよりも径が大きな第２造粒物（第２原料）５ｂが堆積し、その第２原料５ｂの上部には、当該第２原料５ｂよりも径が大きな第３造粒物（第３原料）５ｃが堆積する。つまり、底部２から側壁３に向けて、原料の粒径は小径から大径となり、明確な粒度差がついている。

図２は、転動粒機１で連続造粒している場合の状況を示した図である。
図２の第１例に示すように、核粒子（シード）１０の生成が不足すると、生ボール１１が成長過多となり、この状態を放置すると連続造粒が破綻する状況になりやすい。即ち、連続造粒が破綻する条件下では、第１例に示すように、転動造粒機１内の生ボール（粗大ボール）１１の占有率が増大すると共に、堆積層５における造粒物の安息角が大きくなる。その結果、堆積層５の傾斜角が大きく、堆積層５の堆積状況は急激な勾配をもつ。また、連続造粒が破綻する条件下では、第１例に示すように、生ボールであって、粗大ボール１１の排出角度θは小さくなる。

なお、排出角度θとは、生ボールが側壁３から排出される排出位置１２と回転中心Ｏとを結んだ排出ラインＬ１と、回転中心Ｏから傾斜方向に垂線を引いた基準ラインＬ２とのなす角のことである。言い換えれば、排出位置は、造粒物が側壁３を乗り越えて外部へ排出される時に通過する側部上の位置である。
一方、図２の第３例に示すように、微粉原料が核粒子１０に専ら使用されてしまうと、生ボール成長が進まず、小径造粒物１３の占有率が増大する。その結果、堆積層の５傾斜角（排出位置及び回転中心を通る堆積層の角度）が緩やかになり、当該堆積層５は緩やかな勾配をもつ。さらに、生ボールの排出角度θは、第１例に比べて大きい。

さて、所定の生産計画に基づいて転動造粒機１の回転速度を設定し、造粒が安定して行われている場合（生ボール１１の成長速度とにバランスがとれている）、図２の第２例に示すように、堆積層５の傾斜角は、図２の第１例よりも緩やかで図２の第３例よりも大きい。また、造粒が安定している場合、生ボール１１の排出角度θは、ある変動の範囲内で一定となる。即ち、排出角度θは、図２の第１例よりも大きく第２例よりも小さくなる。

以上、まとめると、造粒破綻に至る過程では、造粒が安定している場合と比べて、生ボールの排出位置が変化すると共に、転動造粒機１内の堆積層５の表層が成す傾斜角、即ち、堆積層５の表面形状についてもずれてしまうという挙動を示す。そして、排出位置及び転動造粒機１内の堆積層５の傾斜角（堆積層の表面形状）の挙動を見ることにより、核生成不足（ボール成長過多）傾向であるのか、ボール成長不足（シード生成過多）であるのか、状況を早期分析して把握する事が可能である。

本発明は、上述したように、転動造粒機１内を転動状態で移動しながら排出される造粒物の排出位置１２と、堆積層の表面形状（堆積層の傾斜角）が、造粒物の粒度分布と密接に関係しているという上記知見に基づいてなされたものであって、排出位置１２及び、堆積層の表面形状を測定することにより、造粒物の粒度及び／又は造粒物の粒度の標準偏差を推定することとしている。

例えば、転動造粒機１から排出される生ボールの排出位置１２と、転動造粒機１内の堆積層の表面形状とを、レーザー距離計（例えば：北陽電機：ＬＸ０４−０１Ｘ）を用いて測定する。以降、説明の便宜上、堆積層の表面形状のことを堆積形状ということがある。
本発明では、排出位置１２及び堆積形状の測定結果と、造粒物の粒度及び／又は造粒物の粒度の標準偏差とを関係付けることにより、排出位置１２及び堆積形状から造粒物の粒度や造粒物の粒度の標準偏差を求めることができる。

図３を用いて、二次元走査型のレーザー距離計を用いた排出位置１２及び表面形状の求め方について説明する。
図３に示すように、転動造粒機をディスクペレタイザ１とした場合、底面２にＸＹ平面を合致させ、この底部（底面）２と回転軸とが交差する部分を、座標の原点（０，０，０）とする。原点を通り底面２と鉛直方向にＺ軸を設定し、Ｚ軸上にレーザー距離計のセンサーを位置させる。レーザー距離計はＺ軸に対して傾動した状態で水方向に走査し測距が完了すると、傾動角を変化させ水平走査を繰返す。このようにしてディスクペレタイザ１内の堆積層の表面までの距離を測定する。なお、ディスクペレタイザの半径をＲ［ｍ］、側壁３の高さをＨ［ｍ］とする。また、レーザー距離計のセンサーの設置位置は、Ｚ軸上の（０，０，Ｚｓ）とする。

そうすると、堆積層の表面の任意の測定座標（Ｘｐ，Ｙｐ，Ｚｐ）は、図３の測定距離（計測距離）Ｌ［ｍ］、走査角度θ［ｒａｄ．］、Ｚ軸からの水平走査軸の傾き角度ω［ｒａｄ．］、レーザ距離計の位置Ｚｓ［ｍ］を用いて、式（１）〜式（３）で計算できる。ここで、走査角度θ、Ｚ軸からの水平走査軸の傾き角度ωは、図３の矢印の方向に正とする。

Ｘｐ＝Ｌ・ｃｏｓθ・ｃｏｓω ・・・（１）
Ｙｐ＝−Ｌ・ｓｉｎθ ・・・（２）
Ｚｐ＝Ｚｓ−Ｌ・ｃｏｓθ・ｓｉｎω ・・・（３）
堆積層の測定座標（Ｘｐ，Ｙｐ，Ｚｐ）を求めた際に、式（４）を満たす場合は、生ボール（造粒物）が側壁３に位置していると言える。

Ｘｐ^２＋Ｙｐ^２＝Ｒ^２ ・・・（４）
ここで、堆積層のＺ座標である「Ｚｐ」が式（５）を満たす場合、生ボール（造粒物）
が側壁３を超えて、排出される位置にあると言える。
Ｚｐ ＞ Ｈ ・・・式（５）
つまり、測定座標（Ｘｐ，Ｙｐ，Ｚｐ）が、式（４）及び式（５）を満たす場合、当該測定座標（Ｘｐ，Ｙｐ，Ｚｐ）は、生ボールが排出した排出位置１２（Ｘｏｕｔ、Ｙｏｕｔ、Ｚｏｕｔ）となる。

このように、レーザー距離計で運転中の転動造粒機１の内面を一走査する毎に、堆積層の排出位置１２と、堆積層の測定座標（Ｘｐ，Ｙｐ，Ｚｐ）を得ることができる。堆積層の複数の測定座標（Ｘｐ，Ｙｐ，Ｚｐ）を結び、堆積層が形成する傾斜角を求めることにより、堆積層の表面形状（堆積形状）を求めることができる。なお、上記の式（４）及び式（５）を同時に満たす座標が一走査で複数存在する場合は、Ｚｏｕｔが最大となる位置を排出位置１２とする。

レーザー距離計によって得られた排出位置１２から得られる排出角度θと、堆積形状（堆積層の傾斜角）は、図４に示すように、短時間に求めることができる。説明の便宜上、堆積層の傾斜角のことを「表面形状ラインの傾き」ということがある。
レーザー距離計によって得られた排出角度θ及び表面形状ラインの傾きは、上述した通り、転動造粒機１で製造される生ボールの粒度に関係していて、図５に示すように、排出角度θ及び表面形状ラインの傾きから、生ボールの粒度を求めることができる。また、短時間（短周期）で測定値（排出角度θ、傾斜角）は、生ボールの粒度分布の変化に対応して発生することから、結果的には粒度分布の標準偏差も推定することができる。例えば、図６に示すように、排出角度θ及び表面形状ラインの傾きから、生ボールの標準偏差を求めることができる。特に、本発明では。排出角度θ及び表面形状ラインの傾きが同時・同タイミングで計測・計算できることから、両方の値を用いてバッチ測定結果を多重回帰することによって、図５及び図６に示したような更に正確な検量線を作成することができる。

図７〜１９に基づいて、排出位置や堆積層の表面形状の測定して、造粒物の粒度や造粒物の粒度の標準偏差を推定する実操業についてさらに詳しく説明する。
図７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７に示すように、造粒設備２０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１に供給し、当該ディスクペレタイザ１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１にて造粒したものを生ボールという。

造粒が進む過程で生ボールは、ディスクペレタイザ１から溢れ、シードスクリーン２１に移動する。シードスクリーンでは、例えば粒度７ｍｍ以下及び粒度１５ｍｍ超の生ボールを後工程への不適合（過小あるいは過大）粒度品として除去する。
図１に示すように、ディスクペレタイザ１は、例えば、直径６ｍ、側壁（縁部）３の高さが０．８ｍの皿型の造粒機であって、傾斜角度は、４０〜５０°である。転動造粒時のディスクペレタイザの回転数は、５〜１０ｒｐｍである。
生ボールの元原料（微粉原料）は、ディスクペレタイザ１の上部から供給する。微粉原料のブレーン指数は、２８００ｃｍ^２／ｇでＪＩＳＲ５２０１に基づく方法で測定した結果である。

微粉原料を供給すると、回転しているディスクペレタイザ１の縁部３と底面２との摩擦に伴って、当該微粉原料は上方へ引き上げられる。ディスクペレタイザ１の上部には、スクレーパ（図示省略）と呼ばれる板が、縁部３と底面２に接するように設けられて、微粉原料を掻き落とす。そして、微粉原料はスクレーパに掻き落とされて、底面２上を転がりながら落下する。また、微粉原料は転がりながら転動中に含まれる水等の結合作用により合体し造粒されてペレットになる。また、ディスクペレタイザの下方の縁部まで落下した微粉原料とペレット（造粒物）は、転動に伴い、再び引き上げられて落下し造粒を繰り返す。以降、ディスクペレタイザ１のことを単にディスクということがある。

次に、造粒物の成長過程とディスク内での挙動について、さらに詳しく、説明する。
微粉原料がディスクに供給されるとディスク転動に従い、上方へ運び上げられる。微粉原料はディスク底面２を転動しながら下方へ落下しつつ、微粉原料が合体して造粒物になる。ディスクの縁部３に到達した造粒物は、落下を停止して、ディスクの動きに従い、再び上方へ運ばれて、落下と転動、および合体を繰り返して造粒物が大きくなる。

ここで、微粉原料は連続して供給されるため、ディスク内の造粒物の大きさは、微粉から粗大生ボールまで粒度分布を持つ。転動中に微粉や小造粒物は、大造粒物の間から下方に落ちる。その結果、ディスクを側面視すると、底面２から離れた高い位置に粗大生ボール、下方に小ボール、最下層には微粉原料が存在する堆積層５になる。
粗大生ボール、小ボール、微粉原料の造粒物がディスクペレタイザの回転に従い、上に持ち上げられると、重力と遠心力の合力が下方へ引き下げようとする。このとき、大きな生ボールと微粉原料では落下し始める高さが異なる。これは造粒物の粒度ごとに安息角が異なっているためである。転動に従って上方に持ち上げられるときに大きな造粒物は、比較的低い位置で落下し始めるが、微粉原料は高い位置まで上昇する。この結果、ディスクペレタイザ内における造粒物の堆積層５の形は、微粉が多い場合、高い位置まで広がり、粗大ボールが多ければ比較的低い位置までしか堆積層５は広がらない。

図８は、堆積層の断面の模式図である。堆積層５において、微粉が多いと堆積層５は、ディスクの排出位置１２から奥側まで広がる、即ち、傾斜面（底面２）の高い位置まで広がる。逆に、粗大ボールが多い場合は、堆積層５は、ディスクの排出位置１２から奥側に向かって広がらず、傾斜面の低い位置の位置で留まる。つまり、堆積層５では、粒度偏析が生じていて、この粒度偏析による安息角の違いから堆積形状が異なる。例えば、小さな造粒物（ペレット）が多いときは、安息角が小さいため、造粒物はディスク上で薄く大きく広がる。一方、大きな造粒物（ペレット）が多いと安息角が大きいため、造粒物はディスク上であまり広がらない。このようなことから、堆積層５の形状、即ち、表面形状を測定すると、堆積層５を形成する微粉や生ボールなどの粒度分布が推定することができる。

次に、ディスクペレタイザからの造粒物の排出について、詳しく説明する。
ディスクペレタイザ１内では、上述したように、微粉原料は転動しつつ、合体と付着を繰り返し粗大生ボールに成長する。並行して、微粉原料が連続供給されるため、ディスクペレタイザの中には、微粉から粗大生ボールまで共存する。
ここで、図９に示すように、微粉原料の供給により堆積層５の高さが、縁部３を越えると、最上層の生ボール５ｃがディスクから排出される。即ち、上述したように、堆積層５の最上層には、微粉原料５ａ（第１材料）、小ボール５ｂ（第２材料）、粗大生ボール５ｃ（第３材料）のうち、粗大ボール５ｃが存在するため、大きな粗大ボールから排出される。

最上層の粗大ボール（ペレット）５ｃは、上方で自由に転動しつつ下降し、ディスクの縁部３に到達し乗り越えてディスク外へ飛び出す。縁部３を乗り越えるとき、縁部３および縁部３の付近の堆積層５から周方向の速度成分を与えられる。ペレットが排出される位置は、ペレットの大きさにより異なる。同じ微粉原料から造粒されたペレットである為、大きなペレットほど質量が大きく、重力による加速慣性が大きいため、下降方向に排出されるのに対して、小さなペレットは質量が小さいため、縁部３から伝わるディスクの回転力により周方向へ飛ばされる。このため、ペレットの大きさにより、排出位置１２が異なる。つまり、生ボールの排出位置１２は、排出ボールの質量・大きさにより異なっていて、排出位置１２を測定することで排出ボールの大きさを推定することができる。

図１０を用いて、ディスクペレタイザー、レーザ距離計の設置位置、レーザ距離計による計測について説明する。
図１０に示すように、ディスクペレタイザ１の上方であって、Ｚ軸上にレーザ距離計８を設置する。レーザ距離計８は、ディスクペレタイザ１の回転軸９上の底面から３ｍの位置に設置されている。レーザ距離計８では、Ｘ軸及びＹ軸の方向に走査可能であって、走査範囲は、それぞれ１２０度である。レーザ距離計８からレーザ光を照射し、反射光の到達時間から造粒物や微粉原料の堆積上面までの距離を精度０．０２ｍで測定する。なお、走査頻度は、Ｘ軸方向には２８ｍｍ秒ごと、Ｙ軸は２５０ｍｍ秒毎である。それぞれ方向
の分解能は、最大で０．０４ｍである。

上述したように、原点、即ち、基準点（０，０，０）を、ディスクペレタイザ１の底面２と回転軸９の中心線の交点に設定する。また、基準点を通り、傾斜した底面２上で鉛直最高点と最低点を通過する線（ライン）をＸ軸とし、Ｘ軸における最高点の座標を「＋３」、最低点の座標を「−３」に設定した。また、基準点と底面を通り、Ｘ軸に直交する線（ライン）をＹ軸とし、ディスク回転方向に沿いＸ軸の最高点から最低点へ移動する象限を「＋（プラス）」とした。また、基準点を通り、底面に直交する線（ライン）をＺ軸とし、レーザ距離計８側を「＋（プラス）」とした。そして、造粒物の座標が「Ｚ＞０．８、Ｘ^２＋Ｙ^２＞３^２」となったときの位置を排出位置１２（Ｘｏｕｔ、Ｙｏｕｔ，Ｚｏｕｔ）とした。また、座標（Ｘｏｕｔ、Ｙｏｕｔ、０）と基準点を結ぶ線（ライン）がＸ軸と交差する角度を排出角度θとした。なお、排出角度θ＝｜ａｒｃｔａｎｇｅｎｔ（Ｙｏｕｔ／Ｘｏｕｔ）｜である。

次に、レーザ距離計８による測定について、詳しく説明する。
レーザ距離計８から得られる距離と、走査位置の情報とから求めた測定座標（Ｘｐ，Ｙｐ，Ｚｐ）を記録する。具体的には、ディスクペレタイザー１を用い、生産量８０ｔ／時で鉄鉱石ペレットを製造しつつ、レーザ距離計８により計測を開始する。そして、ペレットが安定して流れる状況を確認したうえで、測定座標と排出された造粒物のサンプルを採取する。造粒物のサンプルは、所定の篩を用いて分級し、造粒物の篩間の重量比率Ｘｉを求めた。そして、篩間の平均値Ｙｉを用いて、粒度は、粒度＝ΣＸｉ・Ｙｉとした。また、粒度の標準偏差は、粒度Ｑをもちいて造粒物の篩間の重量比率Ｘｉと篩間の平均値Ｙｉを用いて、粒度の標準偏差は、√（ΣＸｉ・（Ｙｉ−Ｑ)^２）と定義した。

また、レーザ距離計８では、１０秒間測定して、その測定値（測定座標）から得られる３次元画像の４０枚分のデータを用いた。また、３次元画像の４０枚分のデータにおいて、Ｚが最大を示す座標を排出位置１２とした。
図１１は、ディスクペレタイザの堆積層の上面座標から堆積形状を描いた３次元図である。図１２は、ディスクペレタイザを平面視した場合の堆積形状の二次元図である。図１１及び図１２の数値は、堆積層５の高さを示している。

次に、堆積形状を指数化する方法について説明する。
生ボールの排出位置１２と、基準点（０，０，０）とを通る直線上に位置する複数の堆積層の座標（ｘ、ｙ、ｚ）、即ち、堆積層の上面における各座標（上面座標）を抽出する。このとき、堆積層の上面座標が底面の座標と一致する場合は、堆積層がないものとして判断する。そして、複数の堆積層の上面座標を用いて、ディスクペレタイザの径方向位置と、高さ成分（Ｚ座標）との関係を求める。そして、図１３に示すように、径方向位置と高さ方向との関係を示す複数のデータから、１次式の最少二乗法近似した線分（検量線）を求める。例えば、図１３に示すように、高さと径方向位置との関係を示す検量線は、ｙ＝−０．２３５ｘ＋０．１５３となった。なお、図１３の検量線における傾き（堆積形状係数）は、４０枚分の３次元座標（３次元画像）を用いて、複数の検量線を求め、全ての検量線の平均値である。

以上の手順と定義により、実験から得られた、堆積形状係数、排出角度θおよび生ボールの粒度は、例えば、表１に示す結果となった。このときのディスクペレタイザの回転数は、上述したように、回転数は、５〜１０ｒｐｍである。

ここで、表１に示した堆積形状係数、排出角度θ及び粒度を用いて最小二乗法により、粒度の推定を示す重回帰式を求めると、図１４に示す結果となった。即ち、造粒物の粒度は、「粒度（推定値）＝４８．９×堆積形状係数−０．１３×排出角度θ＋４．２８・・・（１）」で求めることができる。

また、堆積形状係数、排出角度θの標準偏差、粒度の標準偏差は、例えば、表２に示す結果となった。表２に示した堆積形状係数の標準偏差、排出角度θの標準偏差及び粒度の標準偏差を用いて最小二乗法により、標準偏差を示す重回帰式を求めると、図１５に示す結果となった。即ち、造粒物の標準偏差は、「標準偏差（推定値）＝２．１９×堆積形状係数＋０．２０×排出角度θ−０．２８９・・・（２）」で求めることができる。

以上、本発明によれば、鉱石の造粒プロセスにおいて転動造粒機１で原料を連続造粒する際において、転動造粒機１で造粒した造粒物が当該転動造粒機１から排出される排出位置１２及び、造粒物群（堆積層）の表面形状を測定することにより、造粒物の粒度及び／又は造粒物の粒度の標準偏差を推定することができる。
さて、鉱石の造粒プロセスでは、上述したように、推定した造粒物の粒度や標準偏差に基づいて制御を行っている。つまり、造粒プロセスにおいて、時系列的に粒度を推定して、粒度が予め定められた管理値を逸脱した時に当該造粒プロセスにおける設定値等を変化させる。

例えば、造粒プロセスでは、製鉄用ペレットを時産８０ｔで製造する。製鉄用ペレットは、微粉の鉄鉱石あるいはその粉砕粉をディスクペレタイザーにて造粒した生ボールを、焼成プロセスにて強固に焼成して形成する。製鉄用ペレット（焼成ペレット）は、例えば、高炉用装入原料として使用された場合は、高炉炉頂までの運搬や、高炉炉内での荷重に耐えて崩壊・粉化せず炉内の通気性を悪化させないことと同時に、ペレット粒子自身は炉内還元ガスによって、昇温と還元が速やかに進行しなければならない。高強度で、かつ還元を遅滞させない通気性に富む焼成ペレットを製造するためには、連続して多量に焼成プロセスに供給される生ボールが、適正な粒度と粒度分布に管理されていることが好ましい。生ボールの粒度が小さくなり過ぎた場合は、高炉内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、生ボールの粒度が過大であれば、焼成プロセスでの内部への伝熱が不足し、低強度の未焼成ペレットとなる懸念がある。生ボール群の粒度バラツキが大きすぎれば、やはり焼成プロセスでの焼けムラによって、焼成ペレット強度の個体差が非常に大きくなる。

操業者は、上述した方法によって、生ボールが製造中に、当該生ボールの粒度と標準偏差（バラツキ）をほぼリアルタイムに把握することができる。これにより、管理値を逸脱したタイミングの見極めることができ、操業条件を変更して対策を講じることができる。なお、ディスクペレタイザー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、既に公知である。例えば、特開２００３−２７５５７０号公報には、粒度を制御するために造粒機の角度、回転数を修正することができること、特開２０１１−０２６６８９には、焼結原料の粒度分布を制御するために、造粒機における水分添加量を設定することが記載されている。

図１６は、ディスクペレタイザで生ボールを製造中での生ボールの粒度と、生ボールの粒度の標準偏差と、ディスクペレタイザの回転数との関係図である。粒度の管理値の上限値は、１２．６ｍｍとし、生ボールの粒度及び生ボールの標準偏差は上述した式（１）及び式（２）で求めた。図１６に示すように、ディスクペレタイザで生ボールを製造中に、粒度値が上限の管理値（１２．６ｍｍ）を超えた場合、操作者は、これを見て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の回転速度を８．６ｒｐｍから８．４ｒｐｍへと０．２ｒｐｍ低下させた。そうすると、ディスクペレタイザ内の生ボールの粒度は、管理値内に復帰した。

図１７は、ディスクペレタイザで生ボールを製造中での生ボールの粒度と、生ボールの粒度の標準偏差と、原料に供給した水分量との関係図である。標準偏差の管理値の上限値は、３．５ｍｍとした。図１７に示すように、ディスクペレタイザで生ボールを製造中に、標準偏差が上限の管理値（３．５ｍｍ）を超えた場合、操作者は、これを見て標準偏差を低下させる必要があると判断し、原料に供給する水分量を７．２質量％から７．０質量％に低下させた。そうすると、ディスクペレタイザ内の生ボールの標準偏差は、管理値内に復帰した。

図１８は、ディスクペレタイザで生ボールを製造中での生ボールの粒度と、生ボールの
粒度の標準偏差と、ディスク角度（ディスクペレタイザの角度）との関係図である。図１８に示すように、ディスクペレタイザで生ボールを製造中に、生ボールの粒度及び標準偏差が上限の管理値を超えた場合、操作者は、これを見て粒度と標準偏差との両方を低下させる必要があると判断し、ディスク角度を５２度から５９度に変更した。そうすると、ディスクペレタイザ内の生ボールの粒度及び標準偏差は、管理値内に復帰した。

上述した方法によって、造粒物の粒度及び／又は造粒物の粒度の標準偏差をリアルタイムで推定することにより、造粒物を安定的に製造することができる
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 転動造粒機（ディスクペレタイザ）
２ 底部（底面）
３ 側壁
５ 造粒物群（堆積層）
５ａ 第１造粒物（第１原料）
５ｂ 第２造粒物（第２原料）
５ｃ 第３造粒物（第３原料）
８ レーザ距離計
９ 回転軸
１０ 核粒子（シード）
１１ 生ボール
１２ 排出位置
１３ 小径造粒物

Claims (2)

1. 鉱石の造粒プロセスにおいて転動造粒機で原料を連続造粒する際において、
   前記転動造粒機で造粒した造粒物が当該転動造粒機から排出される位置から得られる排出角度及び前記転動造粒機で造粒中の造粒物群の表層が成す傾斜角の値と、前記造粒物の粒度及び／又は造粒物の粒度の標準偏差との関係を示す検量線を予め作成しておき、
   前記転動造粒機で造粒した造粒物が当該転動造粒機から排出される位置から得られる排出角度及び前記転動造粒機で造粒中の造粒物群の表層が成す傾斜角の値を測定し、
   測定した前記排出角度及び前記傾斜角の値を前記作成した検量線に当てはめることで、前記造粒物の粒度及び／又は造粒物の粒度の標準偏差を推定する
   ことを特徴とする造粒物の粒度・標準偏差の推定方法。
2. 請求項１に記載の造粒物の粒度・標準偏差の推定方法を用いて推定した造粒物の粒度及び／又は造粒物の粒度の標準偏差に基づいて、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。