JP7070191B2 - 高さ方向原料分布推定装置、高さ方向原料分布推定プログラム、及びその方法 - Google Patents

Description

本発明は、高さ方向原料分布推定装置、高さ方向原料分布推定プログラム、及びその方法に関する。

焼結工程において、鉄鉱石、熱源となるコークス及びＣａＯ源となる石灰石等の原料をパレット上に装入することで積層される焼結原料層の高さ方向の原料の分布を適正に制御することが望まれる。焼結原料層は、粉鉄鉱石、粉コークス及び石灰石等の原料を造粒して形成された造粒体である擬似粒子を積層することにより形成される。擬似粒子は、粒度が比較的大きな原料の粒子を核に、粉コークス及び石灰石等を含む、粒度が比較的小さな原料を水分を介して前記核の表面に接着して形成される。焼結工程の終了後に焼結原料層が焼結されて形成された焼結体が粉砕されて、複数の焼結鉱が形成される。

焼結工程において、焼結原料層内での原料の溶解が進行するほど、焼結鉱の粒度が大きくなり、焼結工程の歩留が向上する。しかしながら、焼結原料層内での原料の溶融が過剰に進行すると、原料が溶融することで焼結原料層の内部に形成される空隙が喪失して、焼結原料層の内部の空気の流れが阻害され、コークスが十分に燃焼しなくなる。コークスが十分に燃焼しなくなると、焼結工程の歩留が低下するおそれがある。

焼結工程における溶融現象は、鉄鉱石中のＦｅ₂Ｏ₃と石灰石中のＣａＯとが加熱により互いに反応して生成される溶融開始温度１２００℃～１３００℃の低融点複合酸化物が溶融することで生じる。焼結原料層の高さ方向における鉄鉱石の分布は略均一であるが、焼結原料層の高さ方向における石灰石及びコークスの分布は、粒度構成及び粒度偏析に応じて変化する。原料を適切に溶解させるために、焼結原料層の高さ方向における石灰石及びコークス等の原料の分布を適正に制御することが望まれる。

特許文献１及び非特許文献１には、焼結原料層の高さ方向におけるカーボンすなわちコークスの分布を推定することが記載される。また、特許文献２及び３並びに非特許文献２には、焼結原料層の高さ方向におけるＣａＯの分布を制御することが記載される。

特開２００７－１６９７７４号公報 特開平６－２４８３６５号公報 特許第２６０６８８１号公報

「焼結原料挿入部における偏析」梶川ら、鉄と鋼６７（１９８１年） 「焼結層高方向におけるＣａＯ偏析の効果に関する検討」中村ら、鉄と鋼７３（１９８７年） 「DEM Analysis on Size Segregation in Feed Bed of Sintering Machine」中野ら、ISIJ International Vol. 52 (2012) No. 9 p. 1559-1564

パレットに擬似粒子を装入して焼結原料層を積層するときに、擬似粒子の粒度に応じた粒度偏析を付与することで、焼結原料層の高さ方向の原料の分布が制御される。パレットに擬似粒子を装入するときに、擬似粒子は自然な粒度偏析を受ける。すなわち、粒度が大きい擬似粒子は、焼結原料層の下方に多く分布するように配置される。一方、粒度が小さい擬似粒子は、焼結原料層の上方に多く分布するように配置される。所定の原料を粒度が小さい擬似粒子に多く含有させることで、所定の原料を焼結原料層の上方に多く分布させることができる。一方、所定の原料を粒度が大きい擬似粒子に多く含有させることで、所定の原料を焼結原料層の下方に多く分布させることができる。例えば、粒度が小さい擬似粒子に粉コークスをより多く含有させることで、より多くの粉コークスを焼結原料層の上方に分布させることができる。

また、原料を破砕する破砕機の破砕強度の制御、及び原料を分級する篩の網目の大きさの制御等により、所定の原料の粒度を変更することで、焼結原料層の高さ方向の所定の原料の分布を制御することができる。例えば、より多くのコークスを焼結原料層の上方に分布させたいときは、コークスを粉砕する粉砕機の破砕強度を大きくして、生成される粉コークスの粒度を小さくする。また、より多くのコークスを焼結原料層の下方に分布させたいときは、擬似粒子を生成するときに使用される粉コークスを分級するときの篩の網目を粗くして、粉コークスの粒度を大きくする。

図１１は、焼結原料層の高さ方向の原料の分布を調整する従来の方法を説明するための図である。

焼結システム９００は、原料貯蔵部１１と、造粒装置１２と、サージホッパ１３と、装入装置１４と、パレット１５とを有する。原料貯蔵部１１は、原料鉄鉱石１１１、石灰石等のＣａＯ源原料（以下、単に石灰石とも称する）１１２、コークス及びＦｅＯ等の熱源料（以下、単にコークスとも称する）１１３を貯蔵する。造粒装置１２は、原料貯蔵部１１に貯蔵された原料鉄鉱石１１１、石灰石１１２及びコークス１１３を混合すると共に、水分を添加して擬似粒子を造粒する。サージホッパ１３は、造粒装置１２で造粒された擬似粒子を貯蔵する。装入装置１４は、粒度が大きい擬似粒子が下方に多く分布し且つ粒度が小さい擬似粒子が上方に多く分布するように、擬似粒子をパレット１５上に装入して焼結原料層を形成する。焼結原料層が搭載されたパレット１５は、矢印Ａで示される方向に移動する。パレット１５が矢印Ａで示される方向に移動するときに、不図示の点火炉から高温ガスが焼結原料層の上面に噴射され、パレット１５上で焼結が進行して焼結体が形成される。

オペレータは、パレット１５に搭載された焼結原料層の原料を掘削して、掘削した原料の高さ方向の分布を化学分析により測定して原料の高さ方向の分布を取得する。オペレータは、取得した原料の高さ方向の分布が、焼結原料層の高さ方向の望ましい分布と一致しているか否かを判断する。オペレータは、取得した原料の高さ方向の分布が、焼結原料層の高さ方向の望ましい分布と一致してないと判断したとき、所定の原料の粒度を調整する。例えば、コークスを焼結原料層の上方に配置することが好ましいと判断したときは、コークスの粒度を小さくする。オペレータは、所定の原料の粒度を調整した後に、焼結原料層の掘削及び化学分析を再度実行する。また、オペレータは、所定の原料の粒度を調整する毎に、粒度が焼成された所定の原料の粒度分布を把握するために、粒度分析を実行する。

しかしながら、原料の粒度の変化に伴う焼結原料層の高さ方向の原料の分布の変化は予測できないため、オペレータは、原料の分布が望ましい分布に一致するまで焼結原料層の掘削及び化学分析を繰り返し実行する可能性がある。

そこで、本発明は、原料の粒度の変化に伴う焼結原料層の高さ方向の原料の分布を推定可能な高さ方向原料分布推定装置を提供することを目的とする。

このような課題を解決する本発明は、以下に高さ方向原料分布推定装置、高さ方向原料分布推定プログラム、及び高さ方向原料分布推定方法を要旨とするものである。
（１）対象原料の粒度の分布を示す対象原料粒度分布情報を取得する対象原料粒度分布情報取得部と、
前記対象原料を含む複数の原料により造粒された擬似粒子における前記対象原料の粒度の分布を示す対象原料賦存情報を取得する対象原料賦存情報取得部と、
前記擬似粒子が積層された焼結原料層の高さ方向における前記擬似粒子の粒度の分布を示す擬似粒子分布情報を取得する擬似粒子分布情報取得部と、
前記対象原料粒度分布情報、前記対象原料賦存情報及び前記擬似粒子分布情報に基づいて、前記焼結原料層における前記対象原料の高さ方向の分布を推定する高さ方向原料分布推定部と、
を有する高さ方向原料分布推定装置。
（２）前記対象原料賦存情報は、前記擬似粒子の粒度を区分した複数の粒子粒度区分のそれぞれにおける前記対象原料の粒度の存在比率を、前記対象原料の粒度を区分した複数の原料粒度区分毎に示す賦存マトリックスを含む、（１）に記載の高さ方向原料分布推定装置。
（３）前記対象原料賦存情報取得部は、前記対象原料粒度分布情報に対応する前記対象原料の粒度の分布、及び前記擬似粒子分布情報に対応する前記焼結原料層の高さ方向における前記擬似粒子の粒度の分布の変化に関わらず、所定の賦存マトリックスを取得する、（２）に記載の高さ方向原料分布推定装置。
（４）前記対象原料粒度分布情報は、原料の全体量に対する前記対象原料の粒度の存在比率を、前記原料粒度区分毎に示す対象原料粒度分布マトリックスを含む、（３）に記載の高さ方向原料分布推定装置。
（５）前記擬似粒子分布情報は、前記焼結原料層の高さ方向を区分した複数の高さ領域のそれぞれにおける前記擬似粒子の存在比率を、粒子粒度区分毎に示す偏析マトリックスを含む、（４）に記載の高さ方向原料分布推定装置。
（６）前記高さ方向原料分布推定部は、前記対象原料粒度分布マトリックス、前記賦存マトリックス及び前記偏析マトリックスを乗算して、前記複数の高さ領域のそれぞれにおける前記対象原料の存在比率を、前記原料粒度区分毎に示す対象原料高さ分布マトリックスを演算する、（５）に記載の高さ方向原料分布推定装置。
（７）推定された前記対象原料の高さ方向の分布と、前記対象原料の高さ方向の所望の分布とを比較して、前記対象原料の粒度が所望の大きさより大きいか否かを判断する高さ方向原料分布判定部と、
前記対象原料の粒度が所望の大きさより小さいと判断されると、前記対象原料の粒度を大きくする指示を示す対象原料粒度指示信号を生成し、前記対象原料の粒度が所望の大きさより大きいと判断されると、前記対象原料の粒度を小さくする指示を示す対象原料粒度指示信号を生成する対象原料粒度指示信号生成部と、
前記対象原料粒度指示信号を出力する対象原料粒度指示信号出力部と、
を更に有する、（１）～（６）の何れか一つに記載の高さ方向原料分布推定装置。
（８）対象原料が、粉コークスまたは石灰石である、（１）～（７）の何れか一つに記載の高さ方向原料分布推定装置。
（９）対象原料の粒度の分布を示す対象原料粒度分布情報を取得し、
前記対象原料を含む複数の原料により造粒された擬似粒子における前記対象原料の粒度の分布を示す対象原料賦存情報を取得し、
前記擬似粒子が積層された焼結原料層の高さ方向における前記擬似粒子の粒度の分布を示す擬似粒子分布情報を取得し、
前記対象原料粒度分布情報、前記対象原料賦存情報及び前記擬似粒子分布情報に基づいて、前記焼結原料層における前記対象原料の高さ方向の分布を推定する、
ことを含む高さ方向原料分布推定方法。
（１０）対象原料の粒度の分布を示す対象原料粒度分布情報を取得し、
前記対象原料を含む複数の原料により造粒された擬似粒子における前記対象原料の粒度の分布を示す対象原料賦存情報を取得し、
前記擬似粒子が積層された焼結原料層の高さ方向における前記擬似粒子の粒度の分布を示す擬似粒子分布情報を取得し、
前記対象原料粒度分布情報、前記対象原料賦存情報及び前記擬似粒子分布情報に基づいて、前記焼結原料層における前記対象原料の高さ方向の分布を推定する、
ことをコンピュータに実行させる高さ方向原料分布推定プログラム。

一実施形態では、原料の粒度の変化に伴う焼結原料層の高さ方向の原料の分布を推定可能な高さ方向原料分布推定装置を提供することができる。

対象原料粒度分布マトリックスδ、賦存マトリックスＰ及び偏析マトリックスＤの関係を模式的に示す図である。 第１実施形態に係る高さ方向原料分布推定装置を含む焼結システムを示す図である。 図２に示す石灰石粒度分布マトリックス生成部が実行する石灰石粒度分布マトリックス生成処理のフローチャートである。 図２に示す賦存マトリックス生成部が実行する賦存マトリックス生成処理のフローチャートである。 図２に示す偏析マトリックス生成部が実行する偏析マトリックス生成処理のフローチャートである。 図２に示す高さ方向原料分布推定装置が焼結原料層における石灰石の高さ方向の分布を推定する推定処理のフローチャートである。 第２実施形態に係る高さ方向原料分布推定装置を含む焼結システムを示す図である。 第１擬似粒子～第３擬似粒子の粒度分布を示す図である。 第１擬似粒子～第３擬似粒子の粒子粒度区分毎のＣａＯ濃度を示す図である。 第１擬似粒子～第３擬似粒子の粒子粒度区分毎のＣ濃度を示す図である。 焼結原料層の高さ方向の原料の分布を調整する従来の方法を説明するための図である。

以下図面を参照して、本発明に係る高さ方向原料分布推定装置、高さ方向原料分布推定プログラム、及びその方法について説明する。但し、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態に限定されない。

（実施形態に係る高さ方向原料分布推定装置の概要）
実施形態に係る高さ方向原料分布推定装置は、対象原料粒度分布マトリックスδ、賦存マトリックスＰ及び偏析マトリックスＤに基づいて、焼結原料層の高さ方向の対象原料の分布を示す対象原料高さ分布マトリックスＣを推定する。対象原料高さ分布マトリックスＣは、対象原料の粒度の分布を示す対象原料粒度分布情報であり、焼結原料層の高さ方向を区分した複数の高さ領域のそれぞれにおける対象原料の粒度の存在比率を、対象原料の粒度を区分した原料粒度区分毎に示す。すなわち、焼結原料層の高さ方向の対象原料の分布を示す対象原料高さ分布マトリックスＣは、

で示される。ここで対象原料高さ分布パラメータＣ¹～Ｃ^hは、焼結原料層の高さ方向を、それぞれが所定の長さを有するｈ個の高さ領域に区分したときの対象原料の高さ領域毎の存在比率である。対象原料高さ分布Ｃ¹は焼結原料層の最下部の高さ領域における対象原料の存在比率を示し、対象原料高さ分布Ｃ^hは焼結原料層の最上部の高さ領域における対象原料の存在比率を示す。

また、対象原料粒度分布マトリックスδは、対象原料の粒度の分布を示す対象原料粒度分布情報であり、焼結体の原料の全体量に対する対象原料の粒度の存在比率を、原料粒度区分毎に示す。すなわち、対象原料粒度分布マトリックスδは、

で示され、対象原料の粒度を、それぞれが所定の幅を有するｎ個の原料粒度区分に区分したときの焼結体の原料の全体量に対する対象原料の原料粒度区分毎の存在比率を示す。ここで粒度分布パラメータδ₁～δ_nは、対象原料の粒度をｎ個の原料粒度区分に区分したときの焼結体の原料の全体量に対する対象原料の原料粒度区分毎の存在比率である。粒度分布パラメータδ₁は最も小さい原料粒度区分に含まれる対象原料の存在比率を示し、粒度分布パラメータδ_nは最も大きい原料粒度区分に含まれる対象原料の存在比率を示す。

ｊ番目の原料粒度区分の粒度分布パラメータδ_jは、

で示される。ここで、Ｌは対象原料の総重量を示し、Ｑは対象原料以外の原料の総重量を示す。（Ｌ＋Ｑ）は、焼結体を形成する原料の総重量である。対象原料粒度分布パラメータδ_n ^'は対象原料の粒度をｎ個の原料粒度区分に区分したときの、対象原料の原料粒度区分毎の存在比率である。対象原料粒度分布パラメータδ₁ ^'～δ_n ^'のそれぞれは、対象原料粒度分布パラメータδ₁ ^'～δ_n ^'の合計が「１」になるように規定される。

また、賦存マトリックスＰは、擬似粒子における対象原料の粒度の分布を示す対象原料賦存情報であり、擬似粒子の粒度を区分した複数の粒子粒度区分のそれぞれにおける対象原料の粒度の存在比率を、複数の原料粒度区分毎に示す。すなわち、賦存マトリックスＰは、

で示される。ここで賦存パラメータｐ₁₁～p_mnは、対象原料を含む複数の原料を造粒して形成された擬似粒子の粒度を、それぞれが所定の幅を有するｍ個の粒子粒度区分に区分したときの、擬似粒子における対象原料の存在比率を、粒子粒度区分毎に示すパラメータである。列方向に配置される賦存パラメータｐ₁₁～p_m1のそれぞれは賦存パラメータｐ₁₁～p_m1の合計が「１」になるように規定される。同様に、１≦ｊ≦ｎのとき、列方向に配置される賦存パラメータｐ_1j～p_mjのそれぞれは賦存パラメータｐ_1j～p_mjの合計が「１」になるように規定される。

造粒装置で造粒された擬似粒子の中で、ｉ番目の粒子粒度区分に区分される擬似粒子に含まれる対象原料の重量Ｌoiは、対象原料の総重量Ｌ、対象原料粒度分布パラメータδ_j ^'、及び賦存パラメータｐ_i1～p_inから、

で示される。

また、偏析マトリックスＤは、焼結原料層の高さ方向における擬似粒子の粒度の分布を示す擬似粒子分布情報であり、複数の高さ領域のそれぞれにおける擬似粒子の存在比率を、粒子粒度区分毎に示す。すなわち、偏析マトリックスＤは、

で示される。ここで偏析パラメータＤ₁₁～Ｄ_hmは、ｍ個の粒子粒度区分された擬似粒子のｈ個に区分された高さ領域のそれぞれにおける存在比率を、ｍ個の粒子粒度区分毎に示すパラメータである。

偏析パラメータＤ_kiは、

で示される。ここで、擬似粒子高さ粒度パラメータｄ^k _iは、焼結原料層の高さ方向のｈ個の高さ領域に区分された高さ領域のｋ番目の高さ領域におけるｉ番目の粒子粒度区分に区分される擬似粒子の存在比率を示す。擬似粒子高さ粒度パラメータｄ^k ₁～ｄ^k _mのそれぞれは、擬似粒子高さ粒度パラメータｄ^k ₁～ｄ^k _mの合計が「１」になるように規定される。また、擬似粒子粒度パラメータｄ_iは、造粒装置で造粒された擬似粒子のｍ個の粒子粒度区分に区分された粒子粒度区分のi番目の粒子粒度区分における擬似粒子の存在比率を示す。擬似粒子粒度パラメータｄ₁～ｄ_mのそれぞれは、擬似粒子粒度パラメータｄ₁～ｄ_mの合計が「１」になるように規定される。

なお、i番目の粒子粒度区分に区分される擬似粒子における対象原料の存在比率は、

で示される。また、焼結原料層の高さ方向のｋ番目の高さ領域における粒度がiである擬似粒子における対象原料の存在比率は、

で示される。

図１は、対象原料粒度分布マトリックスδ、賦存マトリックスＰ及び偏析マトリックスＤの関係を模式的に示す図である。図１において、矢印Ａで示される原料粒度区分は、第１原料粒度区分ＲＳ１～第５原料粒度区分ＲＳ５に区分される。矢印Ｂで示される粒子粒度区分は、第１粒子粒度区分ＭＳ１～第５粒子粒度区分ＭＳ５に区分される。第１粒子粒度区分ＭＳ１～第５粒子粒度区分ＭＳ５のそれぞれの範囲は、第１原料粒度区分ＲＳ１～第５原料粒度区分ＲＳ５のそれぞれの範囲と等しい。矢印Ｃで示される高さ領域は、第１高さ領域ＨＳ１～第３高さ領域ＨＳ３に区分される。図１において、対象原料は、石灰石１１２に含まれる石灰石、粉コークス１１３に含まれる粉コークスである。焼結原料層の高さ方向における石灰石及び粉コークス粒度分布を推定することで、焼結原料層の高さ方向におけるＣａＯ及びＣの濃度分布が推定される。

第１原料粒度区分ＲＳ１には、粒度が一番小さい石灰石が区分され、第２原料粒度区分ＲＳ２には、第１原料粒度区分ＲＳ１に区分される石灰石よりも粒度が大きく且つ第３原料粒度区分ＲＳ３に区分される石灰石よりも粒度が小さい石灰石が区分される。第３原料粒度区分ＲＳ３には、第２原料粒度区分ＲＳ２に区分される石灰石よりも粒度が大きく且つ第４原料粒度区分ＲＳ４に区分される石灰石よりも粒度が小さい石灰石が区分される。第４原料粒度区分ＲＳ４には、第３原料粒度区分ＲＳ３に区分される石灰石よりも粒度が大きく且つ第５原料粒度区分ＲＳ５に区分される石灰石よりも粒度が小さい石灰石が区分される。そして、第５原料粒度区分ＲＳ５には、粒度が一番大きい石灰石が区分される。
粉コークスに着目する場合、前記石灰石を粉コークスと読み替えて同様の現象が説明される。

粒度分布パラメータδ₁は、原料鉄鉱石１１１、石灰石１１２、コークス１１３を含む焼結体の原料の全体量に対する第１原料粒度区分ＲＳ１に区分される石灰石の存在比率である。同様に、粒度分布パラメータδ₂～δ₅のそれぞれは、焼結体の原料の全体量に対する第２原料粒度区分ＲＳ２～第５原料粒度区分ＲＳ５のそれぞれに区分される石灰石の存在比率である。

第１粒子粒度区分ＭＳ１には、粒度が一番小さい擬似粒子が区分され、第２粒子粒度区分ＭＳ２には、第１粒子粒度区分ＭＳ１に区分される擬似粒子よりも粒度が大きく且つ第３粒子粒度区分ＭＳ３に区分される擬似粒子よりも粒度が小さい擬似粒子が区分される。第３粒子粒度区分ＭＳ３には、第２粒子粒度区分ＭＳ２に区分される擬似粒子よりも粒度が大きく且つ第４粒子粒度区分ＭＳ４に区分される擬似粒子よりも粒度が小さい擬似粒子が区分される。第４粒子粒度区分ＭＳ４には、第３粒子粒度区分ＭＳ３に区分される擬似粒子よりも粒度が大きく且つ第５粒子粒度区分ＭＳ５に区分される擬似粒子よりも粒度が小さい擬似粒子が区分される。そして、第５粒子粒度区分ＭＳ５には、粒度が一番大きい擬似粒子が区分される。

賦存パラメータｐ₁₁は、第１粒子粒度区分ＭＳ１に区分される擬似粒子に含まれる第１原料粒度区分ＲＳ１に区分された石灰石の存在比率を示す。同様に、賦存パラメータｐ₂₁～p₅₁は、第２粒子粒度区分ＭＳ２～第５粒子粒度区分ＭＳ５のそれぞれに区分される擬似粒子に含まれる第１原料粒度区分ＲＳ１に区分された石灰石の存在比率を示す。賦存パラメータｐ₁₁～p₅₁のそれぞれは賦存パラメータｐ₁₁～p₅₁の合計が「１」になるように規定される。

賦存パラメータｐ₂₂～p₅₂は、第２粒子粒度区分ＭＳ２～第５粒子粒度区分ＭＳ５のそれぞれに区分される擬似粒子に含まれる第２原料粒度区分ＲＳ２に区分された石灰石の存在比率を示す。賦存パラメータｐ₂₂～p₅₂のそれぞれは賦存パラメータｐ₂₂～p₅₂の合計が「１」になるように規定される。なお、第１粒子粒度区分ＭＳ１の範囲に含まれる擬似粒子の粒度は、第２粒子粒度区分ＭＳ２に含まれる石灰石の粒度よりも小さいので、第２粒子粒度区分ＭＳ２に含まれる石灰石は、第１粒子粒度区分ＭＳ１に存在することはない。

賦存パラメータｐ₃₃～p₅₃は、第３粒子粒度区分ＭＳ３～第５粒子粒度区分ＭＳ５のそれぞれに区分される擬似粒子に含まれる第３原料粒度区分ＲＳ３に区分された石灰石の存在比率を示す。賦存パラメータｐ₃₃～p₅₃のそれぞれは賦存パラメータｐ₃₃～p₅₃の合計が「１」になるように規定される。賦存パラメータｐ₄₄～p₅₄は、第４粒子粒度区分ＭＳ４～第５粒子粒度区分ＭＳ５のそれぞれに区分される擬似粒子に含まれる第４原料粒度区分ＲＳ４に区分された石灰石の存在比率を示す。賦存パラメータｐ₄₄～p₅₄のそれぞれは賦存パラメータｐ₄₄～p₅₄の合計が「１」になるように規定される。賦存パラメータｐ₅₅は、第５粒子粒度区分に区分される擬似粒子に含まれる第５原料粒度区分ＲＳ５に区分された石灰石の存在比率を示す。賦存パラメータｐ₅₅は「１」である。第３粒子粒度区分ＭＳ３に含まれる石灰石は、第１粒子粒度区分ＭＳ１～第２粒子粒度区分ＭＳ２に存在することはない。第４粒子粒度区分ＭＳ４に含まれる石灰石は、第１粒子粒度区分ＭＳ１～第３粒子粒度区分ＭＳ３に存在することはない。第５粒子粒度区分ＭＳ５に含まれる石灰石は、第１粒子粒度区分ＭＳ１～第４粒子粒度区分ＭＳ４に存在することはない。

第１高さ領域ＨＳ１は焼結原料層の高さ方向の一番下の領域であり、第２高さ領域ＨＳ２は焼結原料層の高さ方向の中央の領域であり、第３高さ領域ＨＳ３は焼結原料層の高さ方向の一番上の領域である。

偏析パラメータＤ₁₃～Ｄ₁₅は、第３粒子粒度区分ＭＳ３～第５粒子粒度区分ＭＳ５のそれぞれに区分された擬似粒子の第１高さ領域ＨＳ１における存在比率を示す。偏析パラメータＤ₂₃～Ｄ₂₄は、第２粒子粒度区分ＭＳ２～第４粒子粒度区分ＭＳ４のそれぞれに区分された擬似粒子の第２高さ領域ＨＳ２における存在比率を示す。偏析パラメータＤ₃₁～Ｄ₃₃は、第１粒子粒度区分ＭＳ１～第３粒子粒度区分ＭＳ３のそれぞれに区分された擬似粒子の第３高さ領域ＨＳ３における存在比率を示す。偏析パラメータＤ₃₁及びＤ₁₅は「１」であり、偏析パラメータＤ₂₂及びＤ₃₂のそれぞれは偏析パラメータＤ₂₂及びＤ₃₂の合計が「１」になるように規定される。また、偏析パラメータＤ₁₃～Ｄ₃₃のそれぞれは偏析パラメータＤ₁₃～Ｄ₃₃の合計が「１」になるように規定され、偏析パラメータＤ₁₄及びＤ₂₄のそれぞれは偏析パラメータＤ₁₄及びＤ₂₄の合計が「１」になるように規定される。

また、本願発明の発明者は、粒度分布マトリックスδ及び偏析マトリックスＤが変化しても、賦存マトリックスＰが変化しないことを見出した。本願発明の発明者の知見に基づいて、実施形態に係る高さ方向原料分布推定装置は、対象原料の粒度分布が変化して粒度分布マトリックスδが変化しても、所定の賦存マトリックスＰを使用することができる。また、実施形態に係る高さ方向原料分布推定装置は、高さ領域における擬似粒子の粒度分布が変化して偏析マトリックスＤが変化した場合も、所定の賦存マトリックスＰを使用することができる。実施形態に係る高さ方向原料分布推定装置は、粒度分布マトリックスδ及び偏析マトリックスＤが変化しても、所定の賦存マトリックスＰを使用するとき、擬似粒子の粒度分布等の変化に応じて賦存マトリックスＰを作成し直さなくてもよい。

（第１実施形態に係る高さ方向原料分布推定装置の構成及び機能）
図２は、第１実施形態に係る高さ方向原料分布推定装置を含む焼結システムを示す図である。図２において、実線は焼結の製造工程のフローを示し、破線はサンプリングされる原料又は擬似粒子のフローを示し、一点鎖線は信号のフローを示す。

焼結システム１は、石灰石粒度分布マトリックス生成部２１と、賦存マトリックス生成部２２と、偏析マトリックス生成部２３と、石灰石粒度調整部３１と、高さ方向原料分布推定装置４０とを有することが焼結システム９００と相違する。原料貯蔵部１１、造粒装置１２、サージホッパ１３、装入装置１４及びパレット１５のそれぞれは、焼結システム９００に含まれる同一の符号が付された構成要素と同一の構成及び機能を有するので、ここでは詳細な説明は省略する。

石灰石粒度分布マトリックス生成部２１は、原料貯蔵部１１から石灰石１１２を取得するサンプリング部と、石灰石の総重量Ｌ及び焼結体を形成する原料の総重量（Ｌ＋Ｑ）を記憶し、且つ石灰石粒度分布マトリックスδを生成する演算部とを有する。一例では、演算部は、パーソナルコンピュータ等の電子計算機である。また、サンプリング部及び演算部が実行する処理の一部又は全ては、オペレータにより実行されてもよい。

図３は、石灰石粒度分布マトリックス生成部２１が実行する石灰石粒度分布マトリックス生成処理のフローチャートである。

まず、石灰石粒度分布マトリックス生成部２１は、原料貯蔵部１１から複数の石灰石１１２を取得し（Ｓ１０１）、取得した石灰石を分級して石灰石粒度分布パラメータδ_j ^'を生成する（Ｓ１０２）。次いで、石灰石粒度分布マトリックス生成部２１は、石灰石の総重量Ｌ及び焼結体を形成する原料の総重量（Ｌ＋Ｑ）と、生成した石灰石粒度分布パラメータδ_j ^'とを式（３）に代入して、粒度分布パラメータδ_jを演算する（Ｓ１０３）。石灰石の総重量Ｌ及び焼結体を形成する原料の総重量（Ｌ＋Ｑ）は、不図示の記憶部に記憶される。次いで、石灰石粒度分布マトリックス生成部２１は、演算した粒度分布パラメータδ_jから、式（２）に示す石灰石粒度分布マトリックスδを生成する（Ｓ１０４）。そして、石灰石粒度分布マトリックス生成部２１は、生成した石灰石粒度分布マトリックスδを、ＬＡＮ２５を介して高さ方向原料分布推定装置４０に出力する（Ｓ１０５）。

賦存マトリックス生成部２２は、サージホッパ１３から複数の擬似粒子を取得するサンプリング部と、取得した複数の擬似粒子を分級する擬似粒子分級部と、擬似粒子を分解する擬似粒子分解部と、原料を分級する原料分級部と、演算部とを有する。演算部は、粒子粒度区分、及び石灰石粒度区分を決定すると共に、石灰石の賦存マトリックスＰを生成する処理を実行する。一例では、粒子粒度区分は篩を含み、原料分級部は空気を利用して原料を分級する空気分級部、又は篩を含み、演算部はパーソナルコンピュータ等の電子計算機である。また、サンプリング部、擬似粒子分解部、原料分級部及び演算部が実行する処理の一部又は全ては、オペレータにより実行されてもよい。

図４は、賦存マトリックス生成部２２が実行する賦存マトリックス生成処理のフローチャートである。

まず、賦存マトリックス生成部２２は、サージホッパ１３から複数の擬似粒子を取得し（Ｓ２０１）、取得した複数の擬似粒子のそれぞれを分級し（Ｓ２０２）、分級結果に応じて複数の擬似粒子のそれぞれの粒子粒度区分を決定する（Ｓ２０３）。次いで、賦存マトリックス生成部２２は、複数の擬似粒子のそれぞれを水洗することで、複数の擬似粒子のそれぞれを原料に分解する（Ｓ２０４）。次いで、賦存マトリックス生成部２２は、分解した原料に含まれる石灰石の粒度区分である石灰石粒度区分を決定する（Ｓ２０５）。次いで、賦存マトリックス生成部２２は、粒子粒度区分毎の擬似粒子の数、又は質量と、石灰石粒度区分に区分された石灰石の数、又は質量とを関連付けて、石灰石の賦存マトリックスＰを生成する（Ｓ２０６）。そして、賦存マトリックス生成部２２は、生成した石灰石の賦存マトリックスＰを、ＬＡＮ２５を介して高さ方向原料分布推定装置４０に出力する（Ｓ２０７）。

偏析マトリックス生成部２３は、焼結原料層に含まれる擬似粒子を高さ領域毎に取得するサンプリング部と、取得した擬似粒子を分級する分級部と、演算部とを有する。演算部は、擬似粒子高さ粒度パラメータｄ^k _i、擬似粒子粒度パラメータｄ_i及び偏析マトリックスＤを生成する。一例では、分級部は篩を含み、演算部はパーソナルコンピュータ等の電子計算機である。他の例では、サンプリング及び分級部の代わりに装入装置１４がパレット１５上に擬似粒子を装入するときの画像を取得して、取得した画像に基づいて、擬似粒子高さ粒度パラメータｄ^k _iを生成する擬似粒子高さ粒度パラメータ生成装置が配置されてもよい。また、サンプリング部、分級部及び演算部が実行する処理の一部又は全ては、オペレータにより実行されてもよい。

図５は、偏析マトリックス生成部２３が実行する偏析マトリックス生成処理のフローチャートである。

偏析マトリックス生成部２３は、焼結原料層に含まれる擬似粒子を高さ領域毎に取得し（Ｓ３０１）、取得した擬似粒子を分級して（Ｓ３０２）、擬似粒子のそれぞれの粒子粒度区分を決定する（Ｓ３０３）。次いで、偏析マトリックス生成部２３は、決定した粒子粒度区分と、擬似粒子を取得した高さ領域とを関連付けて、擬似粒子高さ粒度パラメータｄ^k _iを生成する（Ｓ３０４）。次いで、偏析マトリックス生成部２３は、賦存マトリックス生成部２２が取得した擬似粒子の数、又は質量、及び粒子粒度区分のそれぞれに区分された擬似粒子の数、又は質量を賦存マトリックス生成部２２から取得して、擬似粒子粒度パラメータｄ_iを生成する（Ｓ３０５）。次いで、偏析マトリックス生成部２３は、擬似粒子高さ粒度パラメータｄ^k _iと擬似粒子粒度パラメータｄ_iとを関連付けて、偏析マトリックスＤを生成する（Ｓ３０６）。そして、偏析マトリックス生成部２３は、生成した偏析マトリックスＤを、ＬＡＮ２５を介して高さ方向原料分布推定装置４０に出力する（Ｓ３０７）。

石灰石粒度調整部３１は、原料貯蔵部１１から取得した石灰石１１２を粉砕する粉砕機と、粉砕機が粉砕した石灰石を分級して造粒装置１２に供給する篩とを有する。石灰石粒度調整部３１は、高さ方向原料分布推定装置４０から入力させる石灰石粒度指示信号に応じて、造粒装置１２に供給する石灰石の粒度を調整する。石灰石粒度指示信号が石灰石の粒度を大きくする指示に対応するとき、石灰石粒度調整部３１は、破砕機の破砕強度を減少させると共に篩の網目を大きくして、造粒装置１２に供給する石灰石の粒度を大きくする。一方、石灰石粒度指示信号が石灰石の粒度を小さくする指示に対応するとき、石灰石粒度調整部３１は、破砕機の破砕強度を増大させると共に篩の網目を小さくして、造粒装置１２に供給する石灰石の粒度を小さくする。
あるいは、石灰石粒度調整部３１は、原料貯蔵部１１から取得した石灰石１１２を粉砕する粉砕機と、粉砕機が粉砕した石灰石を分級して造粒装置１２に供給する篩との、どちらか一方だけを有するでも良い。破砕機だけを有する場合、破砕機の設定と、破砕後の粒度区分の関係を予め求めておけばよい。分級機だけを有する場合、石灰石の粒度変更指示に対応するとき、特定粒度区分の石灰石だけを破棄して、望ましい粒度の石灰石を造粒装置１２に供給する。

高さ方向原料分布推定装置４０は、通信部４１と、記憶部４２と、入力部４３と、出力部４４と、処理部５０とを有する。高さ方向原料分布推定装置４０は、焼結原料層の高さ方向の石灰石の分布を推定し、推定結果と高さ方向の石灰石の所望の分布との比較に基づいて石灰石の粒度を大きくするか又は小さくするかを示す石灰石粒度指示信号を、石灰石粒度調整部３１に出力する。一例では、高さ方向原料分布推定装置４０は、焼結工程を監視制御する監視制御装置である。

通信部４１は、イーサネット（登録商標）などの有線の通信インターフェース回路を有する。通信部４１は、ＬＡＮ２５を介して石灰石粒度分布マトリックス生成部２１、賦存マトリックス生成部２２、偏析マトリックス生成部２３及び石灰石粒度調整部３１等と通信を行う。

記憶部４２は、例えば、半導体記憶装置、磁気テープ装置、磁気ディスク装置、又は光ディスク装置のうちの少なくとも一つを備える。記憶部４２は、処理部５０での処理に用いられるオペレーティングシステムプログラム、ドライバプログラム、アプリケーションプログラム、データ等を記憶する。例えば、記憶部４２は、アプリケーションプログラムとして、焼結原料層における石灰石の高さ方向の分布を推定する推定処理を、処理部５０に実行させるための高さ方向原料分布推定プログラム等を記憶する。高さ方向原料分布推定プログラムは、例えばＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な可搬型記録媒体から、公知のセットアッププログラム等を用いて記憶部４２にインストールされてもよい。

また、記憶部４２は、高さ方向原料分布推定処理で使用される種々のデータを記憶する。さらに、記憶部４２は、所定の処理に係る一時的なデータを一時的に記憶してもよい。

入力部４３は、データの入力が可能であればどのようなデバイスでもよく、例えば、タッチパネル、キーボタン等である。作業者は、入力部４３を用いて、文字、数字、記号等を入力することができる。入力部４３は、作業者により操作されると、その操作に対応する信号を生成する。そして、生成された信号は、作業者の指示として、処理部５０に供給される。

出力部４４は、映像や画像等の表示が可能であればどのようなデバイスでもよく、例えば、液晶ディスプレイ又は有機ＥＬ（Electro－Luminescence）ディスプレイ等である。出力部４４は、処理部５０から供給された映像データに応じた映像や、画像データに応じた画像等を表示する。また、出力部４４は、紙などの表示媒体に、映像、画像又は文字等を印刷する出力装置であってもよい。

処理部５０は、一又は複数個のプロセッサ及びその周辺回路を有する。処理部５０は、高さ方向原料分布推定装置４０の全体的な動作を統括的に制御するものであり、例えば、ＣＰＵである。処理部５０は、記憶部４２に記憶されているプログラム（ドライバプログラム、オペレーティングシステムプログラム、アプリケーションプログラム等）に基づいて処理を実行する。また、処理部５０は、複数のプログラム（アプリケーションプログラム等）を並列に実行できる。

処理部５０は、石灰石粒度分布マトリックス取得部５１と、賦存マトリックス取得部５２と、偏析マトリックス取得部５３と、高さ方向原料分布推定部５４とを有する。処理部５０は、高さ方向原料分布判定部５５と、石灰石粒度指示信号生成部５６と、石灰石粒度指示信号出力部５７とを更に有する。これらの各部は、処理部５０が備えるプロセッサで実行されるプログラムにより実現される機能モジュールである。あるいは、これらの各部は、ファームウェアとして高さ方向原料分布推定装置４０に実装されてもよい。

（第１実施形態に係る高さ方向原料分布推定装置の動作）
図６は、高さ方向原料分布推定装置４０が焼結原料層における石灰石の高さ方向の分布を推定する推定処理のフローチャートである。推定処理は、予め記憶部４２に記憶されているプログラムに基づいて、主に処理部５０により、高さ方向原料分布推定装置４０の各要素と協働して実行される。

石灰石粒度分布マトリックス取得部５１は、石灰石粒度分布マトリックス生成部２１からＬＡＮ２５を介して石灰石粒度分布マトリックスδを取得する（Ｓ４０１）。次いで、賦存マトリックス取得部５２は、賦存マトリックス生成部２２から賦存マトリックスＰを取得する（Ｓ４０２）。次いで、偏析マトリックス取得部５３は、偏析マトリックス生成部２３から偏析マトリックスＤを取得する（Ｓ４０３）。次いで、高さ方向原料分布推定部５４は、石灰石粒度分布マトリックスδ、賦存マトリックスＰ及び偏析マトリックスＤを式（１）に代入して、焼結原料層における石灰石の高さ方向の分布を推定する（Ｓ４０４）。

次いで、高さ方向原料分布判定部５５は、推定された焼結原料層における石灰石の高さ方向の分布と、焼結原料層における石灰石の高さ方向の所望の分布とを比較して、原料貯蔵部１１から取得した石灰石の粒度が所望の粒度範囲より大きいか否かを判断する（Ｓ４０５）。高さ方向原料分布判定部５５は、所望の粒度範囲と比較して、推定された石灰石の焼結原料層の上方の粒度範囲が小さい且つ焼結原料層の下方の粒度範囲が大きいと判断したときに、原料貯蔵部１１から取得した石灰石の粒度が所望の粒度範囲より大きいと判断する（Ｓ４０５―ＹＥＳ）。原料貯蔵部１１から取得した石灰石の粒度が所望の粒度範囲より大きいと判断される（Ｓ４０５―ＹＥＳ）と、石灰石粒度指示信号生成部５６は、石灰石の粒度を小さくする指示を示す石灰石粒度指示信号を生成する（Ｓ４０６）。そして、石灰石粒度指示信号出力部５７は、石灰石の粒度を小さくする指示を示す石灰石粒度指示信号を、ＬＡＮ２５を介して石灰石粒度調整部３１に出力する（Ｓ４０７）。

原料貯蔵部１１から取得した石灰石の粒度が所望の粒度範囲より大きいと判断されなかった（Ｓ４０５―ＮＯ）とき、高さ方向原料分布判定部５５は、推定された焼結原料層における石灰石の高さ方向の分布と、焼結原料層における石灰石の高さ方向の所望の分布とを比較して、原料貯蔵部１１から取得した石灰石の粒度が所望の粒度範囲より小さいか否かを判断する。（Ｓ４０８）。高さ方向原料分布判定部５５は、所望の粒度範囲と比較して、推定された石灰石の焼結原料層の上方の粒度範囲が大きく且つ焼結原料層の下方の粒度範囲が小さいと判断したときに、原料貯蔵部１１から取得した石灰石の粒度が所望の粒度範囲より小さいと判断する（Ｓ４０８―ＹＥＳ）。原料貯蔵部１１から取得した石灰石の粒度が所望の粒度範囲より小さいと判断される（Ｓ４０８―ＹＥＳ）と、石灰石粒度指示信号生成部５６は、石灰石の粒度を大きくする指示を示す石灰石粒度指示信号を生成する（Ｓ４０９）。そして、石灰石粒度指示信号出力部５７は、石灰石の粒度を大きくする指示を示す石灰石粒度指示信号を、ＬＡＮ２５を介して石灰石粒度調整部３１に出力する（Ｓ４１０）。原料貯蔵部１１から取得した石灰石の粒度が所望の粒度範囲より大きいと判断されなかった（Ｓ４０８―ＮＯ）とき、原料貯蔵部１１から取得した石灰石の粒度は、所望の粒度範囲内であると判断されて、処理は終了する。

（第２実施形態に係る高さ方向原料分布推定装置の構成及び機能）
図７は、第２実施形態に係る高さ方向原料分布推定装置を含む焼結システムを示す図である。図７において、実線は焼結の製造工程のフローを示し、破線はサンプリングされる原料又は擬似粒子のフローを示し、一点鎖線は信号のフローを示す。

焼結システム２は、賦存マトリックス生成部２２を有さないことが焼結システム１と相違する。また、焼結システム２は、高さ方向原料分布推定装置４０の代わりに高さ方向原料分布推定装置６０が配置されることが焼結システム１と相違する。高さ方向原料分布推定装置６０は、記憶部４２及び処理部５０の代わりに記憶部６２及び処理部７０が配置されることが高さ方向原料分布推定装置４０と相違する。処理部７０は、賦存マトリックス取得部５２の代わりに賦存マトリックス取得部７２が配置されることが処理部５０と相違する。記憶部６２及び賦存マトリックス取得部７２以外の焼結システム２の構成要素の構成及び機能は、同一符号が付された焼結システム１の構成要素の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。

記憶部６２は、賦存マトリックス６２１を記憶することが記憶部４２と相違する。賦存マトリックス６２１は、賦存マトリックス生成部２２が実行する処理と同様な処理で生成された単一の賦存マトリックスである。賦存マトリックス取得部７２は、記憶部６２に記憶される賦存マトリックス６２１を取得し、高さ方向原料分布推定部５４は、賦存マトリックス６２１を使用して焼結原料層における石灰石の高さ方向の分布を推定する。

（実施形態に係る高さ方向原料分布推定装置の作用効果）
高さ方向原料分布推定装置４０及び６０は、焼結原料層の高さ方向における石灰石の存在比率の分布を、化学分析等の実測に頼らずに推定する。高さ方向原料分布推定装置４０及び６０は、化学分析等の比較的長い時間が掛かる処理を介することなく石灰石の粒度を容易且つ早急に調整することができる。高さ方向原料分布推定装置４０及び６０は、石灰石の粒度を早急に調整することができるので、焼結原料層の高さ方向における石灰石の粒度分布の制御、及び装入装置の装入条件変更による焼結原料層の高さ方向の石灰石の粒度偏析の制御が容易になる。

高さ方向原料分布推定装置６０は、石灰石粒度分布マトリックスδ及び偏析マトリックスＤの変化の有無にかかわらず、記憶部６２に記憶される賦存マトリックス６２１を使用して、焼結原料層の高さ方向における石灰石の存在比率の分布を推定する。高さ方向原料分布推定装置６０は、石灰石粒度分布マトリックスδ及び偏析マトリックスＤの何れかが変化するごとに、賦存マトリックスを生成する必要がないので、石灰石の粒度を更に容易且つ早急に調整できる。

（実施形態に係る高さ方向原料分布推定装置の変形例）
高さ方向原料分布推定装置４０及び６０では、存在比率の分布を推定する対象原料は石灰石であるが、実施形態に係る高さ方向原料分布推定装置では、対象原料は、コークス等の炭材、スケール等の他の焼結体の原料であってもよい。焼結原料層の高さ方向における炭材の粒度分布を推定することで、焼結原料層の高さ方向における炭素の濃度分布が推定される。また、焼結原料層の高さ方向におけるスケールの粒度分布を推定することで、焼結原料層の高さ方向におけるＦｅ等の金属、ＦｅＯ等のさらに酸化する余地のある酸化鉄の濃度分布が推定される。

また、高さ方向原料分布推定装置４０及び６０では、偏析マトリックス生成部２３は、焼結原料層から取得した擬似粒子を分級して偏析マトリックスを生成する。しかしながら、実施形態に係る高さ方向原料分布推定装置では、非特許文献３に記載されるように、ＤＥＭ（discrete-element method）を使用して、擬似粒子粒度パラメータｄ_iから偏析マトリックスを生成してもよい。ＤＥＭ（discrete-element method）を使用して偏析マトリックスを生成することで、焼結原料層から擬似粒子を取得し且つ分級する処理を省略することができる。

（賦存パラメータの生成）
賦存パラメータの生成に使用された第１原料の配合率を表１に示す。

第１原料は、鉱石Ａ～Ｄの４種類の豪州産の鉱石と、鉱石Ｘ及びＹの２種類のブラジル産の鉱石とを含む。豪州産の鉱石Ａ～Ｄとブラジル産の鉱石Ｘ及びＹとの合計の配合率は８３質量％である。第１原料は、１４質量％の石灰石、１質量％の生石灰、２質量％のカンラン岩、１５質量％の返鉱、及び４．５質量％の粉コークスを更に含む。

第１原料に６．８％の水分を添加して４分間の造粒時間で造粒して、第１擬似粒子は生成された。生成された第１擬似粒子は、第１粒子粒度区分～第７粒子粒度区分の７つの粒度区分に区分された。第１粒子粒度区分は０．２５ｍｍ未満とし、第２粒子粒度区分は０．２５ｍｍ以上であり且つ０．５０ｍｍ未満とし、第３粒子粒度区分は０．５０ｍｍ以上であり且つ１．００ｍｍ未満とした。また、第４粒子粒度区分は１．００ｍｍ以上であり且つ３．００ｍｍ未満とし、第５粒子粒度区分は３．００ｍｍ以上であり且つ５．００ｍｍ未満とし、第６粒子粒度区分は５．００ｍｍ以上であり且つ１０．００ｍｍ未満とした。そして、第７粒子粒度区分は、１０．００ｍｍ以上とした。

第１擬似粒子は、第１粒子粒度区分～第７粒子粒度区分に区分された後に、水洗されて原料に分解され、第１擬似粒子に含まれた原料のそれぞれは、別個に回収された。第１擬似粒子に含まれた原料のそれぞれは、篩によって、第１石灰石粒度区分～第５石灰石粒度区分の６つの粒度区分に分級された。第１石灰石粒度区分は０．２５ｍｍ未満とし、第２石灰石粒度区分は０．２５ｍｍ以上であり且つ０．５０ｍｍ未満とし、第３石灰石粒度区分は０．５０ｍｍ以上であり且つ１．００ｍｍ未満とした。また、第４石灰石粒度区分は１．００ｍｍ以上であり且つ３．００ｍｍ未満とし、第５石灰石粒度区分は３．００ｍｍ以上であり且つ５．００ｍｍ未満とした。分級された原料は、原料粒度区分毎にＣａＯ濃度が測定された。

表２は、分級された原料のＣａＯ濃度の測定結果から演算した石灰石の存在比率と原料粒度区分及び粒子粒度区分との関係を示す。石灰石の存在比率は、原料粒度区分の合計が「１」になるように演算された。

表３は、分級された原料のＣ濃度の測定結果から演算した粉コークスの存在比率と原料粒度区分及び粒子粒度区分との関係を示す。石灰石の存在比率は、原料粒度区分の合計が「１」になるように演算された。

表２に示す石灰石の存在比率と原料粒度区分及び粒子粒度区分との関係は、賦存パラメータＰと同一である。すなわち、石灰石の賦存パラメータＰは、

で示される。

また、表３に示す粉コークスの存在比率と原料粒度区分及び粒子粒度区分との関係は、賦存パラメータＱと同一である。すなわち、石灰石の賦存パラメータＱは、

で示される。

（鉱石の粒度を変更したときの賦存パラメータの変動の有無の確認試験）
第１原料と鉱石の粒度が相違する第２原料及び第３原料のＣａＯ濃度及びＣ濃度を測定して、鉱石の粒度を変更したときの賦存パラメータの変動の有無を確認した。第２原料及び第３原料の配合率を表４及び５に示す。第２原料は、豪州産の鉱石Ａ～Ｃとブラジル産の鉱石Ｘ及びＹの代わりに８３％の豪州産の鉱石Ａを含むことが第１原料と相違する。また、第３原料は、豪州産の鉱石Ａ～Ｃとブラジル産の鉱石Ｘ及びＹの代わりに８３％のブラジル産の鉱石Ｘを含むことが第１原料と相違する。第２原料の鉱石は豪州産の鉱石Ａのみで構成され、第３原料の鉱石はブラジル産の鉱石Ｘのみで構成される。

第１原料～第３原料の鉱石の粒度分布を表６～８に示す。表６において、第１原料の鉱石の粒度分布は、豪州産の鉱石Ａ～Ｄ並びにブラジル産の鉱石Ｘ及びＹの全体の粒度分布である。表６～８において、第１鉱石粒度区分は０．２５ｍｍ未満とし、第２鉱石粒度区分は０．２５ｍｍ以上であり且つ０．５０ｍｍ未満とし、第３鉱石粒度区分は０．５０ｍｍ以上であり且つ１．００ｍｍ未満とした。また、第４鉱石粒度区分は１．００ｍｍ以上であり且つ３．００ｍｍ未満とし、第５鉱石粒度区分は３．００ｍｍ以上であり且つ５．００ｍｍ未満とし、第６鉱石粒度区分は５．００ｍｍ以上とした。

第２原料及び第３原料のそれぞれに、第１原料と同様に、６．８％の水分を添加して、４分間の造粒時間で造粒して、第２擬似粒子及び第３擬似粒子は生成された。第２擬似粒子及び第３擬似粒子のそれぞれは、第１原料と同様に、第１粒子粒度区分～第７粒子粒度区分の７つの粒度区分に区分された。

図８は、第１擬似粒子～第３擬似粒子の粒度分布を示す図である。図８において、横軸は粒径を示し、縦軸は第１粒子粒度区分～第６粒子粒度区分に含まれる擬似粒子の存在比率をから第１粒子粒度区分から順に積算した積算率を示す。ひし形印で結ばれた曲線は第１擬似粒子を示し、方形印で結ばれた曲線は第２擬似粒子を示し、三角印で結ばれた曲線は第３擬似粒子を示す。第１擬似粒子～第３擬似粒子の粒度分布は、略同一である。

第２擬似粒子及び第３擬似粒子のそれぞれは、粒子粒度区分毎にＣａＯ濃度及びＣ濃度が測定された。

図９は、第１擬似粒子～第３擬似粒子の粒子粒度区分毎のＣａＯ濃度を示す図である。図９において、横軸は粒子粒度区分を示し、縦軸はＣａＯ濃度を示す。ひし形印で結ばれた曲線は第１擬似粒子を示し、方形印で結ばれた曲線は第２擬似粒子を示し、三角印で結ばれた曲線は第３擬似粒子を示す。

図１０は、第１擬似粒子～第３擬似粒子の粒子粒度区分毎のＣ濃度を示す図である。図９－２において、横軸は粒子粒度区分を示し、縦軸はＣ濃度を示す。ひし形印で結ばれた曲線は第１擬似粒子を示し、方形印で結ばれた曲線は第２擬似粒子を示し、三角印で結ばれた曲線は第３擬似粒子を示す。

第１擬似粒子～第３擬似粒子のＣａＯ濃度及びＣ濃度は、第１粒子粒度区分～第７粒子粒度区分の全てに亘って略同一である。第１擬似粒子～第３擬似粒子は、含有される鉱石の粒度分布は互いに相違するにもかかわらず、第１擬似粒子～第３擬似粒子のＣａＯ濃度及びＣ濃度は、第１粒子粒度区分～第７粒子粒度区分の全てに亘って略同一である。含有される原料の粒度分布が相違しても擬似粒子のＣａＯ濃度及びＣ濃度が略一定になることから、粒度分布マトリックスδ及び偏析マトリックスＤが変化しても、原料高さ分布マトリックスＣは、単一の賦存マトリックスＰ及びＱを使用して演算可能である。

１、２、９００ 焼結システム
１１ 原料貯蔵部
１２ 造粒装置
１３ サージホッパ
１４ 装入装置
１５ パレット
２１ 石灰石粒度分布マトリックス生成部
（対象原料粒度分布マトリックス生成部）
２２ 賦存マトリックス生成部
２３ 偏析マトリックス生成部
３１ 石灰石粒度調整部
４０、６０ 高さ方向原料分布推定装置
４１ 通信部
４２、６２ 記憶部
４３ 入力部
４４ 出力部
５０、７０ 処理部
５１ 石灰石粒度分布マトリックス取得部
（対象原料粒度分布マトリックス取得部）
５２、７２ 賦存マトリックス取得部
５３ 偏析マトリックス取得部
５４ 高さ方向原料分布推定部
５５ 高さ方向原料分布判定部
５６ 石灰石粒度指示信号生成部（対象原料粒度指示信号生成部）
５７ 石灰石粒度指示信号出力部（対象原料粒度指示信号出力部）
６２１ 賦存マトリックス

Claims (10)

1. 対象原料の粒度の分布を示す対象原料粒度分布情報を取得する対象原料粒度分布情報取得部と、
   前記対象原料を含む複数の原料により造粒された擬似粒子における前記対象原料の粒度の分布を示す対象原料賦存情報を取得する対象原料賦存情報取得部と、
   前記擬似粒子が積層された焼結原料層の高さ方向における前記擬似粒子の粒度の分布を示す擬似粒子分布情報を取得する擬似粒子分布情報取得部と、
   前記対象原料粒度分布情報、前記対象原料賦存情報及び前記擬似粒子分布情報に基づいて、前記焼結原料層における前記対象原料の高さ方向の分布を推定する高さ方向原料分布推定部と、
   を有する高さ方向原料分布推定装置。
2. 前記対象原料賦存情報は、前記擬似粒子の粒度を区分した複数の粒子粒度区分のそれぞれにおける前記対象原料の粒度の存在比率を、前記対象原料の粒度を区分した複数の原料粒度区分毎に示す賦存マトリックスを含む、請求項１に記載の高さ方向原料分布推定装置。
3. 前記対象原料賦存情報取得部は、前記対象原料粒度分布情報に対応する前記対象原料の粒度の分布、及び前記擬似粒子分布情報に対応する前記焼結原料層の高さ方向における前記擬似粒子の粒度の分布の変化に関わらず、所定の賦存マトリックスを取得する、請求項２に記載の高さ方向原料分布推定装置。
4. 前記対象原料粒度分布情報は、原料の全体量に対する前記対象原料の粒度の存在比率を、前記原料粒度区分毎に示す対象原料粒度分布マトリックスを含む、請求項３に記載の高さ方向原料分布推定装置。
5. 前記擬似粒子分布情報は、前記焼結原料層の高さ方向を区分した複数の高さ領域のそれぞれにおける前記擬似粒子の存在比率を、前記粒子粒度区分毎に示す偏析マトリックスを含む、請求項４に記載の高さ方向原料分布推定装置。
6. 前記高さ方向原料分布推定部は、前記対象原料粒度分布マトリックス、前記賦存マトリックス及び前記偏析マトリックスを乗算して、前記複数の高さ領域のそれぞれにおける前記対象原料の存在比率を、前記原料粒度区分毎に示す対象原料高さ分布マトリックスを演算する、請求項５に記載の高さ方向原料分布推定装置。
7. 推定された前記対象原料の高さ方向の分布と、前記対象原料の高さ方向の所望の分布とを比較して、前記対象原料の粒度が所望の大きさより大きいか否かを判断する高さ方向原料分布判定部と、
   前記対象原料の粒度が所望の大きさより小さいと判断されると、前記対象原料の粒度を大きくする指示を示す対象原料粒度指示信号を生成し、前記対象原料の粒度が所望の大きさより大きいと判断されると、前記対象原料の粒度を小さくする指示を示す対象原料粒度指示信号を生成する対象原料粒度指示信号生成部と、
   前記対象原料粒度指示信号を出力する対象原料粒度指示信号出力部と、
   を更に有する、請求項１～６の何れか一項に記載の高さ方向原料分布推定装置。
8. 前記対象原料が、粉コークスまたは石灰石である、請求項１～７の何れか一項に記載の高さ方向原料分布推定装置。
9. 対象原料の粒度の分布を示す対象原料粒度分布情報を取得し、
   前記対象原料を含む複数の原料により造粒された擬似粒子における前記対象原料の粒度の分布を示す対象原料賦存情報を取得し、
   前記擬似粒子が積層された焼結原料層の高さ方向における前記擬似粒子の粒度の分布を示す擬似粒子分布情報を取得し、
   前記対象原料粒度分布情報、前記対象原料賦存情報及び前記擬似粒子分布情報に基づいて、前記焼結原料層における前記対象原料の高さ方向の分布を推定する、
   ことを含む高さ方向原料分布推定方法。
10. 対象原料の粒度の分布を示す対象原料粒度分布情報を取得し、
    前記対象原料を含む複数の原料により造粒された擬似粒子における前記対象原料の粒度の分布を示す対象原料賦存情報を取得し、
    前記擬似粒子が積層された焼結原料層の高さ方向における前記擬似粒子の粒度の分布を示す擬似粒子分布情報を取得し、
    前記対象原料粒度分布情報、前記対象原料賦存情報及び前記擬似粒子分布情報に基づいて、前記焼結原料層における前記対象原料の高さ方向の分布を推定する、
    ことをコンピュータに実行させる高さ方向原料分布推定プログラム。

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