JP6207421B2

JP6207421B2 - 造粒物の見掛け比重・気孔率の推定方法及び造粒プロセスの制御方法

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Publication number: JP6207421B2
Application number: JP2014029676A
Authority: JP
Inventors: 耕一森岡; 健太郎野澤
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2014-02-19
Filing date: 2014-02-19
Publication date: 2017-10-04
Anticipated expiration: 2034-02-19
Also published as: JP2015151623A

Description

本発明は、造粒物の見掛け比重・気孔率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見掛比重等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は、簡便な測定操作で且つ精度良く、形状の不規則な多孔体の見掛比重測定方法を提供することを目的としたもので、多孔体の外表面を不透水性フィルムで真空密着包装したのち浮力測定法により見掛体積を算出し、その見掛体積で該試料の乾燥重量を除することにより試料の見掛比重を算出すると共に、気孔率は、見かけ比重を真比重で除して求める。

特許文献２は、大きな気孔径と複雑な表面形状を有する多孔体の気孔率を精度良く、測定時間などの効率の良い測定方法を提供することを目的としたもので、多孔体を水中に浸して減圧脱泡し、予め定めた適正量の水分を含有させた多孔質吸水材により前記試料を挟んで試料表面水を除去し、ついで、該試料を天秤上に設置した水槽内に上方より吊るし、天秤に表示される重量増分を水の比重にて除することで試料の見掛体積を算出し、さらに見掛体積で試料乾燥重量を除することにより試料の見掛比重を算出している。

特許文献３は、ベルトコンベヤ上の搬送物のかさの計測や比重を掛けて輸送重量の計測をするための処理スピードが速くかつ簡便な処理装置による断面積計測方法を提供することを目的したものである。この特許文献３では、ベルトコンベヤ上方に設置してベルト表面又はベルト上の搬送物表面に投射する照明光を、ベルト進行方向と直角に一直線に遮る板を設けることで、ベルト表面又は搬送物の表面に明暗に分離された両方の明暗分離境界部が視野に入るように一定位置から撮像装置に映像を入力し、搬送物が無いときにベルトの表面に出来る明暗に分離された境界線形状に合わせて作成した周辺画像をマスクするためのウィンドウ下部の境界部と搬送物表面の明暗分離境界部に囲まれた画像情報を二値化処理することにより、搬送物の断面を抽出している。

特許文献４は、ベルトコンベア上を搬送される搬送物の搬送量を正確に計測することが可能なベルトコンベア搬送物の搬送量自動計測装置及びその方法並びにベルトコンベアの移動速度を正確に把握するためのベルトコンベアの移動速度測定方法を提供することを目的したものである。この特許文献４では、不定形の固体原料を搬送しているベルトコンベアの上に隙間を有して配置され、原料の表面を横切る複数位置までの距離を計測する非接触型の距離計測手段により原料の表面までの距離を微小時間間隔で計測し、固体原料の各位置での表面高さを求めて、ベルトコンベアの移動速度を測定及び表面高さを用いてベルトコンベア上の固体原料の表面の各位置の座標を計算して該固体原料の積載形状を決定し、空荷状態のベルトコンベアの形状から原料の搬送体積を求めるている。

特開昭６２−２６９０４０号公報特開昭６２−１３４５４１号公報特開２０００−３０４５２３号公報特開２００４−１４４６４３号公報

特許文献１や２の技術では、試料の見掛比重等を求めるものであるが、そのために、試料採取、乾燥、フィルム被覆、浮力測定の工程が必要であり、測定に時間を要することから、例えば、秒単位で迅速に測定することは困難である。特許文献３や４の技術では、ベルトコンベア上を搬送される搬送物の搬送量（輸送重量）を求めることができるものの、様々な粒度が有する試料（材料）について、見掛比重等を迅速に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、造粒物の堆積形状から素早く造粒物の見掛け比重や気孔率を推定することができる造粒物の見掛け比重・気孔率の推定方法を提供することを目的とする。また、推定した造粒物の見掛け比重や気孔率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。
本発明の造粒物の見掛け比重・気孔率の推定方法は、鉱石の造粒プロセスにおいて造粒した造粒物を搬送するシードスクリーンと、前記シードスクリーンの下方に配備され且つ前記シードスクリーンからの造粒物が落下し堆積しながら運搬するベルトコンベアとを有し、前記シードスクリーンとベルトコンベアとのなす角が４５度〜１３５度であるに際して、前記ベルトコンベア上において、前記ベルトコンベアの進行方向側の下流側から当該ベルトコンベアに堆積した造粒物群を見て、当該造粒物群の堆積層の上部の稜線、及び、造粒物の質量を測定することにより、前記造粒物の見掛け比重及び／又は気孔率を推定するものであって、
（１）前記堆積層の上部の稜線から得られる堆積ピーク高さの測定値、及び、予め求めておいた堆積ピーク高さと造粒物の粒度の標準偏差との関係を示す検量線から、堆積層中の造粒物の粒度の標準偏差を推定すること、
（２）堆積層の断面積を所定時間ごとに測定して、測定した断面積を積分することにより、堆積層の体積を求めること、
（３）（１）で推定した堆積層中の造粒物の粒度の標準偏差、及び、予め用意しておいた粒度の標準偏差と造粒物間の空間率との関係を示す近似式やデータベースから、堆積層中の造粒物の充填率を推定すること、及び、
（４）測定又は推定した質量、体積及び充填率から見掛け比重を算出すること
の（１）−（４）の全てを行うことにより、前記造粒物の見掛け比重及び／又は気孔率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、上述した造粒物の見掛け比重・気孔率の推定方法を用いて推定した造粒物の見掛け比重及び／又は気孔率に基づいて、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、造粒物の堆積形状から素早く造粒物の見掛け比重や気孔率を推定することができる。また、推定した造粒物の見掛け比重や気孔率に基づいて、安定的に造粒物を製造することができる。

見掛け比重、気孔率等を求めるフローチャートである。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、（ｂ）は、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。粒度の標準偏差と、空隙率との関係を示す図である。ペレットの粒度の標準偏差と充填率との関係を示す図である。（ａ）ベルトスケールの全体図であり、（ｂ）インパクトフローメータ（衝撃式質量測定装置）の全体図である。造粒物の見掛け比重及び気孔率の算出の従来法の手順を示す図である。従来法による気孔率の測定結果及び測定までの時間を示す図である。本発明によって求めた見掛け比重及び気孔率と測定までの時間を示した図である。ペレットの気孔率の変化を示した図である。グレートキルンシステムの全体図である。ペレットの冷却設備から測定装置までの経路を示す図である。シュート、ベルトコンベア及びベルトスケールの平面図である。ペレットがベルトコンベア上へ堆積する状態を示す図である。ペレットの堆積位置と平均粒度との関係を示す図である。ペレットの堆積ピーク高さと標準偏差との関係を示す図である。変形例におけるペレットの粒度の標準偏差と充填率との関係を示す図である。変形例において求めた見掛け比重及び気孔率と測定までの時間を示す図である。変形例において求めたペレットの気孔率の変化を示す図である。

本発明の造粒物の見掛け比重・気孔率の推定方法及び造粒プロセスの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、造粒物の見掛け比重や気孔率を推定している。図１は、造粒物の見掛け比重及び気孔率の推定方法のフローチャートを示した図である。
図１に示すように、造粒物の見掛け比重を推定するにあたっては、ベルトコンベア等に堆積した造粒物の堆積形状を測定する（Ｓ１）。そして、測定した造粒物の堆積形状から造粒物堆積層の断面積を求める（Ｓ２）と共に、断面積を時間積分することにより造粒物堆積層の体積を求める（Ｓ３）。また、造粒物の堆積形状から造粒物の粒度の標準偏差を求める（Ｓ４）と共に、予め用意されたデータベースや検量線に基づいて充填率を求める（Ｓ５）。そして、測定した造粒物堆積層の体積と充填率とから最密充填後の造粒物堆積層の体積（見掛け体積）を求める（Ｓ６）。なお、この実施形態では、再現性よく安定した充填構造のことを最密充填と言う。

また、ベルトコンベア等に堆積した造粒物堆積層の質量を測定して（Ｓ７）、この造粒物堆積層の質量と、造粒物堆積層の見掛け体積とに基づいて、造粒物の見掛け比重を求める（Ｓ８）。
一方、造粒物の気孔率を推定するにあたっては、造粒物の原料配合や化学分析のデータを取得した後（Ｓ１０）、取得したデータに基づき、造粒物の真比重式等により、造粒物の真比重を算出する（Ｓ１１）。そして、造粒物の真比重と、造粒物の見掛け比重とから造粒物の気孔率を求める（Ｓ１２）。

まず、図１で示したＳ１〜Ｓ４までの流れ、即ち、造粒物の堆積形状の測定、造粒物堆積層の断面積の算出、造粒物堆積層の体積の算出、標準偏差の算出方法について詳しく説明する。
図２（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２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３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２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３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４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４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５（ａ）は、下段ベルトコンベア２に堆積した造粒物群（造粒物堆積層）における表面形状（堆積形状）を例示したものである。説明の便宜上、図５（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５（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５（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５（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５（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５（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５（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５（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５（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て運搬機械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（表面形状）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及び重量比率を示す分布とを比較することにより、堆積ピーク位置と造粒物の平均粒度との関係、堆積ピーク高さと標準偏差との関係を求めることができる。つまり、下段ベルトコンベア２に堆積した造粒物群（造粒物堆積層）の状態（堆積ピーク位置、堆積ピーク高さ、平均粒度、標準偏差）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、即ち、図５に示すような粒度分布は、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。

このように、堆積形状（表面形状）を実測することにより、造粒物堆積層の状態（堆積ピーク位置、堆積ピーク高さ、平均粒度、標準偏差）を得ることができる。
図６〜１３に基づいて、造粒物の堆積形状の測定、造粒物堆積層の断面積の算出、造粒物堆積層の体積の算出、標準偏差の算出を行う実操業についてさらに詳しく説明する。
図６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６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７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２や３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８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８（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８（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８（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８（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８（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３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８（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８（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８（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８（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、即ち、堆積層の状態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、生ボールの堆積層（造粒物堆積層）の状態（堆積ピーク位置、堆積ピーク高さ、断面積、体積）の計算方法について説明する。
図９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８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、Ｙｆ）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ル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。

上述したように、レーザ距離計によって生ボールまでの距離に基づいて、測定座標（Ｘｍ、Ｙｍ）を求めることができるため、この測定座標（Ｘｍ、Ｙｍ）に基づいて、生ボールの堆積層の断面積を求めることができる。即ち、測定座標のＸ座標（Ｘｍ）の値（生ボールからベルトコンベア１２の上面までの距離）をベルトコンベア１２の幅方向に積分することにより、生ボールの堆積層の断面積を求めることができる。また、生ボールの堆積層の断面積を所定時間毎に測定して、測定した断面積を積分することにより、生ボールの堆積層の体積を求めることができる。即ち、生ボールの堆積層の断面積を所定時間毎に測定して、運搬速度に対応する時間積分を行うことにより、生ボールの堆積層の体積を求めることができる。

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、生ボールの標準偏差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１０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１１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１２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１３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１２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１３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。
以上のように、堆積形状（表面形状）を実測することにより、造粒物堆積層の面積、体積及び造粒物の粒度の標準偏差を求めることができる。

次に、図１で示したＳ５〜Ｓ８までの流れ、即ち、充填率の算出、造粒物堆積層の見掛け体積の算出、造粒物堆積層の質量の測定、造粒物の見掛け比重の算出について詳しく説明する。
さて、「球形粒子ランダム充てん層の配位数に及ぼす粒子径分布の影響、廣田ら、、粉体工学会誌３９（９）、２００２年、ｐ６５６−６６１」の文献に示されているように、造粒物の標準偏差と、堆積層の空間率には一定の関係があって、標準偏差から空間率が推定できることが知られている。そのため、実機の造粒物の標準偏差と空間率の関係を予め測定して、近似式やデーターベースを作成することにより、ベルトコンベアに体積した造粒物堆積層の充填率を迅速に推定することが可能である。

そして、上述した造粒物堆積層の体積と、造粒物堆積層の充填率とを用いれば、見掛け体積の算出を簡単に算出することができる。また、造粒物堆積層の質量を測定すれば、
「見掛け比重＝造粒物堆積層の質量／見掛け体積」によって、造粒物の見掛け比重も求めることができる。さらに、造粒物の真比重が分かれば、造粒物の見掛け比重と真比重とにより造粒物の気孔率を求めることができる。

なお、造粒物の真比重（例えば、ペレットの真比重）は、ＪＩＳＭ８７１７等で計測することが多く、ペレットとの鉱物組成等から容易に推定することが可能である。例えば、生ペレットや乾燥ペレットでは、予め測定しておいた原料鉱石類の真比重を配合比に従って加重平均した値から推定することが出来る。
このように得られた真比重と、造粒堆積層の質量の測定から得られる見掛け比重を用いると、「気孔率＝１−見掛け比重÷真比重」によって、気孔率が従来よりも短周期、迅速に推定することが可能である。

以下、充填率、見掛け体積、質量の測定、見掛け比重を求める実操業についてさらに詳しく説明する。
まず、造粒物堆積層の充填率の推定について説明する。上述した造粒物堆積層の体積には、各造粒物の体積と、各造粒物間の空隙とが含まれており、充填率と空隙率（ボイド率）とは、「充填率＋空隙率＝１」の関係にある。言い換えれば、図５に示したように、造粒物堆積層の稜線とベルトコンベアとで囲まれた空間（空隙を含む造粒物堆積層の体積）に、造粒物を最密充填したときの割合を充填率としている。例えば、造粒物がペレットである場合、充填率＝ペレット見かけ体積（最密充填時の体積）÷ペレット堆積層の体積（空隙を含む造粒物堆積層の体積）で表すことができる。ここで、ペレット見かけ体積（ペレットの占める体積）とは、ＪＩＳ−Ｍ８７１９で示されている体積測定方法により測定された体積である。

言い換えれば、ペレット見かけ体積＝ペレット堆積層の体積ｘ充填率、即ち、ペレット見かけ体積＝ペレット堆積層の堆積ｘ（１−空隙率）で表すことができる。
一般にペレット等の粒子が充填層を構成したときにおいて、空隙体積が充填層の体積に対する割合は、粒子の大きさのばらつきに影響されることが知られている。例えば、「球
形粒子ランダム充てん層の配位数に及ぼす粒子径分布の影響、廣田ら、、粉体工学会誌３９（９）、２００２年、ｐ６５６−６６１」の文献には、図１４に示すように、粒子の大きさの標準偏差と空隙率の関係が示されている。この実施形態では、前述したように、求めた標準偏差と、造粒物堆積層の体積（ペレット見かけ体積）を測定してその関係を求めた。

詳しくは、堆積のピーク高さ、造粒物堆積層の体積（ペレット見かけ体積）を２．４秒間測定した。その後、ベルトコンベアを停止して、測定対象範囲である、長さ２ｍ、幅０．８ｍの範囲に堆積した造粒物（例えば、ペレット）を全て回収した。回収したペレットの見かけ体積は、ＪＩＳ−Ｍ８７４９に従い測定した。このような測定を複数回繰り返し、ペレット粒度の標準偏差と充填率の関係を求めた。その結果は、図１５に示す。図１５に示すように、ペレットの粒度の標準偏差と充填率には強い関係があり、ペレット粒度の標準偏差から充填率を推定可能である。この実験例では、充填率＝０．００２Ｘ^３＋０．１５２Ｘ^２−０．３６７Ｘ＋０．９３３となった。Ｘは標準偏差である。

ペレットの質量の測定には、図１６（ａ）に示すような市販のベルトスケールを用いた。即ち、図１６（ａ）のベルトスケールは、ペレット等の造粒物を運搬機械を用いて運搬する際に、造粒物の質量を測定する装置であって、運搬されている造粒物の質量を連続測定することができる。なお、造粒物の質量の測定は、これに限定されず、運搬装置間の乗り継ぎにおいて質量を測定する図１６（ｂ）に示すようなインパクトフローメータ（衝撃式質量測定装置）であってもよい。

さて、図１７は、造粒物の見掛け比重及び気孔率の算出の従来法の手順を示した図である。図１７に示した従来法を説明しつつ、本発明における見掛け比重及び気孔率の算出について説明する。
図１７に示すように、従来法では、造粒プロセスにおいて直接、ペレットを採取して、見掛け比重をＪＩＳに示された方法、即ち、次に示す（１）〜（５）の手順で測定していた。
（１）予め決めた位置と方法により偏りなくペレットを４時間に１回採取する。１回の採取量は、偏りなく試料を選び出すため、１度に約５ｋｇのペレットをサンプリングプローブで３回採取する。
（２）採取されたペレットはバットに広げて１１０℃の恒温槽に２時間以上保持して乾燥する。乾燥後のペレットを室温になるまで静かに置く。
（３）冷却後のペレットの表面を人間の目視で確認し、チップ等の付着がなく、割れやクラックが認められないペレットを選別する。これは、後工程の表面皮膜を形成するときの誤差を減らすためである。そして、約２００ｇ相当のペレットを偏りのないように選別すると、ペレットの重量を測定し記録する。
（４）ペレット1個づつを予め用意しておいたオレイン酸ナトリウム溶液に２０分間漬ける。その後、ガーゼでオレイン酸を丁寧にふき取り、灯油に１０秒間浸漬した後、自然乾燥させる。
（５）ペレット1個を予め用意した金属製のかごに入れる。かごとペレットを蒸留水の浴槽に入れて、重量を測定し、記録すると共に蒸留水の温度を測定する。そして、蒸留水の温度から密度を物理表を用いて算出する。
従来法において、見かけ比重は式（１）で求める。
見かけ比重（ｇ／ｃｍ^３）＝乾燥ペレット重量（ｇ）÷［乾燥ペレット重量（ｇ）−ペレットとかごの水中重量（ｇ）＋かご水中重量（ｇ）］×蒸留水の密度・・（１）
また、従来法において、真比重の推定は、ＪＩＳＭ８７１７に従って行う。例えば、ペレット（生ペレット）の真比重は、鉱物組成等から容易に推定できる。予め測定しておいた原料鉱石類の真比重を配合比に従って加重平均した値から推定することができる。予め測定した原料鉱石類の真比重及び鉱石の割合が表３であったとする。

この場合、ペレットの真比重（ｔ／ｍ^３）は、鉱石Ａの真比重ｘ鉱石Ａの配合比率＋鉱石Ｂの真比重ｘ鉱石Ｂの配合比率＋鉱石Ｃの真比重ｘ鉱石Ｃの配合比率＋鉱石Ｄの真比重ｘ鉱石Ｄの配合比率＋鉱石Ｅの真比重ｘ鉱石Ｅの配合比率＋鉱石Ｆの真比重ｘ鉱石Ｆの配合比率で求めることができる。
見掛け比重を求めると、真比重を推定して、「気孔率（−）＝１−（見掛け比重÷真比重）」により気孔率を求める。

従来法による気孔率の測定結果と、測定までの時間とをまとめると図１８に示すものとなった。図１８では、定常の４時間周期の測定に加えて、３０分ごとにペレットを採取した結果を示している。図１８に示すように、４時間周期の測定結果に比べて、３０分周期の測定結果は、変動が大きくなっている。このことから、ペレット気孔率を安定して制御しするためには、短周期の気孔率測定が必要であると考えられた。しかしながら、上記の通り、サンプル採取から気孔率算出までの手順に時間を要するため、４時間よりも短周期での気孔率測定は、従来法を用いる限り困難である。

一方、本発明では、レーザ距離計等のセンサを用いて、造粒物の堆積形状を測定すると共に、造粒物堆積層の断面積、体積（見掛けた体積）、堆積ピーク位置と堆積ピーク高さ等を２８ｍｓ毎に測定している。また、堆積ピーク高さから順次に標準偏差を求めている。さらに、造粒物粒の粒度の標準偏差から造粒物堆積層の充填率が、図１４に示したような検量線を用いることにより推測求めることができる。これにより、本発明では、造粒物堆積層の見かけ体積(ｍ^３)が素早く計算することができる。

また、ベルトスケール等によって、例えば、１秒毎の造粒物堆積層の質量が得られる。それゆえ、造粒物堆積層の見かけ体積(ｍ^３)と、ベルトスケールによって求めた造粒物堆積層の質量（ｋｇ）とから、次式を用いて、見かけ比重(ｋｇ／ｍ^３）を求めることができる。本発明では、見かけ比重(ｋｇ／ｍ^３）＝質量（ｔ）÷造粒物堆積層の体積(ｍ^３)÷充填率 (-)で求める。

本発明においても真比重の推定は、従来法と同じ手順である。生鉱石類の真比重を予め測定しておき、配合に従い、質量比例させた平均の真比重を計算により求める。そして、本発明でも、気孔率（−）＝１−（見掛け比重÷真比重）により気孔率を求める。
図１９は、本発明の方法によって、求めた見掛け比重及び気孔率と、測定までの時間を示したものである。なお、見掛け比重及び気孔率は、１０分ごとの平均値を示している、図１９に示すように、従来法では、ポイントＰ１，Ｐ２，Ｐ３に示すように、４時間毎に気孔率が求められていたが、本発明では瞬時に気孔率を求めることができた。また、本発明は数秒で気孔率を求めることができる結果となっているが、従来法による気孔率との値を見比べて見ても同じ値となっていて、本発明は、従来法に比べて測定精度は低下するものとはなっていない。また、従来法では、試料採取後、約４時間後に報告されるが、本発明では、測定後数秒で報告される。さらに測定頻度が従来法よりも多いため、従来法では見逃してきた気孔率の変動を測定できることができる。

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。

さて、鉱石の造粒プロセスでは、上述したように、推定した造粒物の見掛け比重や気孔率等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、時系列的に気孔率を推定して、気孔率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。
図２０は、ペレットの気孔率の変化を示したものである。図２０に示すように、ペレットの気孔率の範囲（管理値）が２４〜２７％とした。操作者は、ペレットの気孔率が管理値の範囲から外れないように、推定した気孔率（推定気孔率という）が管理値の下限値に近い２４．５％を下回ったとき、或いは、推定気孔率が管理値の上限値に近い２６．５を上回ったときに気孔率の修正操作を実施した。具体的には、図２０に示すように、時間が７０分のとき、推定気孔率は２４．５％をなっているため、操作者は、気孔率を増加させる必要があると判断し、生ボールの製造を行うディスクペレタイザの回転数を８．４ｒｐｍから８．２ｒｐｍに０．２ｒｐｍ低下させた。ここで、ディスクペレタイザの回転数を８．４ｒｐｍに低下させてから、１０分経過しても、推定気孔率が増加しないため、操業者はディスクペレタイザの回転数をさらに、８．２ｒｐｍから８．０ｒｐｍへ低下させた。そうすると、ペレットの推定気孔率は増加した。また、１８０分の地点において、推定気孔率が２６．５％を超えたので、操作者は、管理値の上限である２７％に接近したと判断し、気孔率の低減のためディスクペレタイザの回転数を、８．０ｒｐｍから８．２ｒｐｍに増加させた、また、２３０分の地点において、推定気孔率が２４．５％を下回ったために、気孔率を増加させるため、ディスクペレタイザの回転数を８．２ｒｐｍから８．０ｒｐｍに低下させた。さらに、３８０分の地点において、推定気孔率が２６．５％を上回ったため、気孔率を低減するためディスクペレタイザの回転数を８．０ｒｐｍから８．２ｒｐｍに増加させた。このように、生ボールを製造する際のディスクペレタイザの回転数を推定気孔率に対応して変化させることにより、ペレットの気孔率を管理値内にすることができた。

さて、造粒プロセスとは造粒するためのプロセスであり、造粒とは、『百科事典マイペディア（平凡社、日立システムアンドサービス) 』によれば「ペレタイジングともいう。微細粒子からなる粉体を固めて球状にする処理。鉄鉱石の場合は、微粉鉱に少量の粘結剤と水を加え、ペレタイザーと呼ばれるドラムの中で粒子をころがして造粒し、１１００℃程度で焼成する。」と説明されている。また、『世界大百科事典第２版平凡社』において、造粒とは「微細粒子からなる粉体を固めて粒状にすること。でき上がった粒状体に対しては、その製造法や技術分野により、ペレットpellet、顆粒（かりゆう）granule、マイクロカプセルmicrocapsuleなどの呼名がある。造粒についても，ペレットまたはペレタイジングpelletizing、顆粒化granulationなどの用語が使われている。練炭の製造などに古い歴史をもつブリケット化またはブリケティングbriquettingも一種の造粒技術である。」とあり造粒の専門文献である『造粒、株式会社化学工業社、昭和４３年８月１５日発行）には、造粒の実際例として「粉鉱石のペレット」がｐ１０２に紹介され、ｐ１０７からプロセスの部分工程である焼成について記載されている。以上のように、造粒プロセスとは、転動造粒のみならず焼成まで含んでいる。そこで、鉄鉱石ペレットの焼成において、本発明を適用した変形例について説明する。

図２１は、鉄鉱石ペレットの製造プロセスにおいて、焼成以降の設備（グレートキルンシステム）を示している。図２１に示すように、鉄鉱石ペレットの製造プロセスでは、まず、水等のバインダを用いて粉鉱石類を造粒した生ボールを、グレートキルンシステム２０にて、乾燥と焼成を施して強度を高めて成品ペレットを製造する。つまり、グレートキルンシステム２０では、乾燥焼成設備のグレート炉２１にて生ボールの乾燥および予熱して、キルン炉２２にて温度を制御しつつ転動焼成することにより、生ボールからペレットを製造する。焼成後の鉄鉱石ペレットは、クーラー２３にて冷却されて成品ペレットとなり、高炉へ送られる。

このようなプロセスにおいては、高炉へ送られるペレットの品質を監視するため、クーラー２３から高炉への搬送経路の途中で鉄鉱石ペレットの粒度や気孔率を監視している。ここでは、高炉で使用した場合におけるペレットの破壊防止や被還元性を確保するため、気孔率に上下限を設けて適正範囲とし、ペレット製造条件を制御してペレットの気孔率を適正範囲に納めるよう操業している。

ペレットの気孔率の制御方法としては、造粒時の転動条件を制御して焼成ペレットにおける気孔率を制御したり、キルンバーナーの熱量制御によるキルン温度制御等を制御している。
図２２は、ペレットの冷却設備から測定装置（レーザ距離計）までの経路を示したものである。

キルン炉２２にて転動焼成されたペレットはキルン炉２２から排出された後、冷却設備である円形状のクーラー２３にて約１００℃まで冷却された後、クーラーフィーダ等を経由して、シュート２４を介してベルトコンベア２５に導かれる。ベルトコンベア２５に導かれたペレットは、当該ベルトコンベア２５上で堆積しながら高炉へ運搬される。測定器１３であるレーザ距離計は、ベルトコンベア２５の上方に設置される。詳しくは、レーザ距離計１３は、シュート２４の直ぐ近傍にあるベルトコンベア２５上に設けられ、当該ベルトコンベア２５上に堆積した造粒物堆積層（ペレット層）の堆積形状の測定に用いられる。レーザ距離計１３による造粒物堆積層の堆積形状の測定の後、ペレットは、ベルトスケール２６に運搬され、質量測定を受けた後、後続のベルトコンベア２７により高炉工場へ送られる。なお、レーザ距離計による造粒物堆積層の堆積形状については、上述した方法と同様であるため説明を省略する。なお、鉄鉱石ペレットの生産量は４００ｔ／ｈ、ベルトコンベアの速度は５０ｍ／分、ベルトコンベアの幅は８００ｍｍである。

図２３は、シュート、ベルトコンベア及びベルトスケールの平面図である。
図２３に示すように、鉄鉱石ペレットは冷却工程（クーラ等）２３にて冷却された後、傾斜したシュート２４を滑り落ちながら、ベルトコンベア２５上に堆積する。シュート２４の傾斜方向とベルトコンベア２５の進行方向とは、約９０度の角度となるように、シュート２４及びベルトコンベア２５は直交して配置されている。また、レーザ距離計１３の走査方向と、ベルトコンベア２５の進行方向とは直交している。

図２４は、シュートを介してペレットがベルトコンベア上へ堆積する状態を示している。図２４に示すように、シュート２４の上方から供給されたペレットは、重力により当該シュート２４の斜面を下方に移動する。なお、シュート２４は、水平に対して２０度の角度で設置されている。ペレットは、シュート２４の下端から幅８００ｍｍのベルトコンベア２５に向けて飛び出す。慣性力と空気抵抗との影響により、小さなペレットは、ベルトコンベア２５上においてシュート２４の近傍に落下し、大きなペレットは、シュート２４から離れた位置に落下する。即ち、ペレットにおいても上述した生ボールと落下原理は同じである。

つまり、ベルトコンベア２５の幅方向に亘って、造粒物堆積層である鉄鉱石ペレット層（ペレット層）が堆積し、当該ペレット層を構成する各ペレットの粒径は、ベルトコンベア２５上で異なる。即ち、ベルトコンベア２５上のペレット層において、シュート２４に近い側の鉄鉱石ペレットの粒径は小さく、シュート２４から離れるほど粒径は大きくなる。変形例においても、ベルトコンベア２５上に堆積したペレットの堆積形状は、距離センサ１３により測定する。即ち、上述した生ボールと同じ方法で、ペレットの堆積形状（堆積ピーク位置、堆積ピーク高さ）を求めると共に、ペレットの標準偏差等を推定する。

図２５は、ペレットの堆積位置と平均粒度との関係を示したもので、図２６は、ペレットの堆積ピーク高さと標準偏差との関係を示したものである。図２５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２６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。
次に、ペレットの粒度の標準偏差と充填率に基づいて、ペレットの充填率を推定する。図２７は、ペレットの粒度の標準偏差と充填率との関係を示した図である。充填率＝０．０１９Ｘ^３＋０．１５２Ｘ^２−０．３６７Ｘ＋０．８８３となった。Ｘは標準偏差である。なお、変形例では、ペレットを製造する装置が上述した実施形態と異なるため、ペレットの粒度の標準偏差と充填率との関係は、図２７に示す結果となった。

また、生ボールと同様に、ペレットの堆積層の断面積、ペレットの堆積層の断面積、ペレットの堆積層の質量を求める。そして、生ボールと同様に、ペレットの堆積層の体積と充填率とからペレットの堆積層における見掛け体積（最密充填後の体積）を求める。また、ペレットの堆積層の質量と、ペレットの堆積層の見掛け体積とに基づいて、ペレットの見掛け比重を求める。

さらに、ペレットの真比重式を求めて、当該真比重式からペレットの真比重を算出し、ペレットの真比重と、ペレットの見掛け比重とからペレットの気孔率を求める。この実施形態（変形例）では、特開昭６１−２０４３４４号公報に示された推定式を用いて、ペレットの真比重を求めている。詳しくは、ペレットの真比重は、真比重＝ａ＋ｂ×（Ｔ−Ｆｅ質量％）÷（１００−ＬＯＩ％）で求めた。ａ、ｂは定数であり、ａ＝２．７５、ｂ＝３．３６を用いた。Ｔ−Ｆｅは、原料の平均の全鉄分（％）であり、ＬＯＩは、平均の強熱減量である。Ｔ−Ｆｅ及びＬＯＩを求めるにあたっては、ペレットを構成する鉱石類の全鉄分をＪＩＳＭ８２１２を求めると共に、強熱減量をＪＩＳＭ８８２により求める。例えば、ペレットの各原料における全鉄分、強熱原料及び配合率が表３に示す値であるとする。この場合、平均の全鉄分（Ｔ−Ｆｅ）は、鉱石類（原料）の配合比率に、各原料の全鉄分を掛けてることにより求める。つまり、ペレットの各原料が表３である場合、平均の全鉄分（％）＝鉱石Ａの全鉄分ｘ鉱石Ａの配合比率＋鉱石Ｂの全鉄分ｘ鉱石Ｂの配合比率＋鉱石Ｃの全鉄分ｘ鉱石Ｃの配合比率＋鉱石Ｄの全鉄分ｘ鉱石Ｄの配合比率で求めることができる。全鉄分と同じ方法で、平均の強熱減量も求める。

これにより、Ｔ−Ｆｅ（全鉄分の平均）は６１．９質量％となり、強熱減量は２．７１質量％となり、ペレットの真比重（真比重の推定値）は４．８９となった。
図２８は、上述した変形例において求めた見掛け比重及び気孔率と、測定までの時間を示したものである。なお、見掛け比重及び気孔率は、５分ごとの平均値を示している、図２８に示すように、従来法では、ポイントＰ４、Ｐ５に示すように、４時間毎に気孔率が求められていたが、本発明では瞬時に気孔率を求めることができた。また、本発明は数秒で気孔率を求めることができる結果となっているが、従来法による気孔率との値を見比べて見ても同じ値となっていて、本発明は、従来法に比べて測定精度は低下するものとはなっていない。また、従来法では、試料採取後、約４時間後に報告されるが、本発明では、測定後数秒で報告される。さらに測定頻度が従来法よりも多いため、従来法では見逃してきた気孔率の変動を測定できることができる。

図２９は、変形例に基づいて求めたペレットの気孔率の変化を示したものである。図２９に示すように、変形例でもペレットの気孔率の範囲（管理値）を２６．５〜２７．５％とした。図２９に示すように、時間が３０分のとき、推定気孔率が管理値に近い値である２７．３％をなっているため、操作者は、気孔率を減少させる必要があると判断し、キルン炉の焼成温度を１２７０℃から１２９０℃に上昇させた。また、２３０分の地点において、推定気孔率が２６．７％を超えて管理値の下限値に近づいたので、操作者は、気孔率の増加のためにキルン炉の焼成温度を１２９０℃から１２７０℃に低下させた。

以上述べたように、本発明の造粒物の見掛け比重・気孔率の推定方法を採用することによって、造粒物の堆積形状及び質量から造粒物の見掛け比重及び／又は気孔率を推定することができる。また、造粒プロセスの制御方法によれば、所定の気孔率を有する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
２０グレートキルンシステム
２１グレート炉
２２キルン炉
２３クーラー
２４シュート
２５ベルトコンベア
２６ベルトスケール
２７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

鉱石の造粒プロセスにおいて造粒した造粒物を搬送するシードスクリーンと、前記シードスクリーンの下方に配備され且つ前記シードスクリーンからの造粒物が落下し堆積しながら運搬するベルトコンベアとを有し、前記シードスクリーンとベルトコンベアとのなす角が４５度〜１３５度であるに際して、
前記ベルトコンベア上において、前記ベルトコンベアの進行方向側の下流側から当該ベルトコンベアに堆積した造粒物群を見て、当該造粒物群の堆積層の上部の稜線、及び、造粒物の質量を測定することにより、前記造粒物の見掛け比重及び／又は気孔率を推定するものであって、
（１）前記堆積層の上部の稜線から得られる堆積ピーク高さの測定値、及び、予め求めておいた堆積ピーク高さと造粒物の粒度の標準偏差との関係を示す検量線から、堆積層中の造粒物の粒度の標準偏差を推定すること、
（２）堆積層の断面積を所定時間ごとに測定して、測定した断面積を積分することにより、堆積層の体積を求めること、
（３）（１）で推定した堆積層中の造粒物の粒度の標準偏差、及び、予め用意しておいた粒度の標準偏差と造粒物間の空間率との関係を示す近似式やデータベースから、堆積層中の造粒物の充填率を推定すること、及び、
（４）測定又は推定した質量、体積及び充填率から見掛け比重を算出すること
の（１）−（４）の全てを行うことにより、前記造粒物の見掛け比重及び／又は気孔率を推定する
ことを特徴とする造粒物の見掛け比重・気孔率の推定方法。
請求項１に記載の造粒物の見掛け比重・気孔率の推定方法を用いて推定した造粒物の見掛け比重及び／又は気孔率に基づいて、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。