JPH06327960A

JPH06327960A - 焼結用原料ミキサの占積率一定制御方法

Info

Publication number: JPH06327960A
Application number: JP12166293A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Taniyoshi; 修一谷吉
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1993-05-24
Filing date: 1993-05-24
Publication date: 1994-11-29

Abstract

(57)【要約】【目的】焼結原料の擬似粒子化を常に最適な状態におく
ため、ミキサ内の焼結用原料占積率を一定に制御しなが
らミキサを運転する方法を提供する。【構成】焼結用原料ミキサに回転数制御手段を設け、予
め求めたミキサの運転トルクと占積率間の関係をベース
に、常に占積率が一定になるようミキサ回転数を操作す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は焼結用原料の造粒方法に
係り、特に焼結用ドラムミキサによる焼結用原料の造粒
性向上を図るための方法である。

【０００２】

【従来の技術】鉄鋼業の従来の焼結プロセスでは鉄鉱石
に粉コークスを配合させた原料層の上部から下部に向か
って空気を吸引させることにより配合した粉コークスを
順次燃焼させ、鉱石粒子相互の焼結反応及び溶融反応を
促進し、気孔率の高い塊状の焼結鉱を得ている。その
際、熱源としての粉コークスを効率よく燃焼させるため
に原料層の通気性を十分に確保することと、一方、成品
焼結鉱の強い結合を得るために鉱石相互の接触を密にす
ることの背反する二つの条件が求められる。このような
条件を満足する原料の粒度範囲を見出すことは難しい。
そのため、焼結プロセスでは焼結工程に先立って、回転
ドラム型の焼結用ドラムミキサ（以下、単にミキサとい
う）により、混合、調湿、粒化の事前処理を行ってい
る。

【０００３】図３に焼結プロセスフローを示す。この図
において、複数の配合槽１から切り出された複数の原料
はミキサ２において、混合・造粒されて給鉱ホッパ３へ
導かれドラムフィーダ４、ベルトフィーダ５を介して焼
結機６上へ定量切り出しがなされ、点火炉７により原料
中のコークスに着火され、保熱炉８を経てパレット６の
移動と共に下向き吸引通風により焼結される。

【０００４】なお原料としては、たとえば配合槽１のＮ
ｏ．１０１〜１０８の８槽には均鉱・単味鉱９がＮｏ．
１０９、１１０の２槽には石灰石１０がＮｏ．１１１、
１１２の２槽にはコークス１１がそれぞれ装入され、ま
たＮｏ．１１３、１１４の２槽には焼結機６からの返し
鉱１２がパンコンベア１３を介して装入される。さら
に、焼結機６上に設けられた床敷ホッパ１５には床敷鉱
１４が供給される。

【０００５】ミキサ２内においては、微粉を含む原料を
擬似粒子化させることにより、通気面では充填層空間保
持力を、また反応の面では擬似粒子中の微粉部分の易反
応性を利用している。このようにしてミキサ２は原料の
混合と擬似粒子化という重要な役割を担っている。図４
（ａ）、（ｂ）はミキサ２の全体外形とその駆動系とを
示したものであるが、ドラム本体１６は鋼板製の円筒形
とされ、一方の端部に給鉱口１６ａがもう一方に排鉱口
１６ｂと散水管１７とが設けられる。そしてドラム円周
に取り付けられたタイヤ１８がサポートローラ１９によ
って回転自在に支持され、ガースギア２０がピニオンギ
ア２１及び減速機２２を介して高圧かご形誘導電動機等
の駆動源２３により回転駆動される。ドラム本体１６に
は原料の流れをよくするため、例えば３／１００程度の
傾斜が設けられている。

【０００６】図５はミキサ２の内部での原料挙動を示す
もので、給鉱口１６ａから供給された原料２４は掻き揚
げ（輸送）及び転がり落下（転動）を繰り返しながら排
鉱口１６ｂへ移動していき、排鉱口１６ｂから排鉱２５
として排出される。この過程で先述の原料２４の混合と
擬似粒子化が促進される。ところで、このミキサ２の駆
動源２３としては、従来より前記したように高圧かご形
誘導電動機、もしくは水抵抗起動方式の高圧巻線形誘導
電動機による定速回転が適用されている。ミキサ２内で
の原料運動状態、即ち擬似粒子の生成過程の評価を表す
ものとして、図６に示すフリュード数Ｆｒと占積率φ
（％、ミキサ内容積中での原料体積の占める割合）の関
係についての報告があり、図中の正常転動域において原
料の混合、擬似粒子化が進むとされている。

【０００７】Ｆｒ＝Ｄ・Ｎ² ／（ｇ／３６００） …（１） φ＝４Ｑ・Ｔ／（Ｄ² ・π・Ｌ・ρ） …（２）ここで、Ｄ：ミキサ径（ｍ）、Ｎ：ミキサ回転数（ｒｐ
ｍ）、ｇ：重量加速度、Ｑ：原料給鉱量（ｔ／ｍｉ
ｎ）、Ｔ：ミキサ内原料滞留時間（ｍｉｎ）、Ｌ：ミキ
サ胴長（ｍ）、ρ：原料嵩密度（ｔ／ｍ³ ）である。

【０００８】一方、模型のミキサの実験より得られた回
転数と占積率の適正範囲を図７に示す。ここで臨界回転
数Ｎｃは原料が高速の遠心力によりミキサ内周と一体運
動を行う値で、Ｎｃ＝４２．３／√（Ｄ）で示される。
これらの式にはいずれも原料水分率の要素が入っていな
いが、これは常に最適な水分率一定制御がなされている
ことを前提としている。このようにして、ミキサ２にお
いて適正な擬似粒子化を促進させることは、図８のフロ
ーに示すように、連鎖的に焼結機の操業改善に大きく寄
与するものである。

【０００９】すなわち、造粒性が向上すると、まず焼結
ベッドの通気が向上し、これによって生石灰使用量が低
減するとともに粉鉱石の使用比率を高めることができ
る。また焼結ベッドの高層厚化が可能であるから、焼結
鉱製品歩留りと生産性の向上を図ることが可能で、さら
に焼結ベッドの熱効率が向上するから、コークス原単位
を向上することが可能となる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
図６、図７及び（１）、（２）式より明らかなように適
正な擬似粒子化を行う操業には難解な操作が必要とされ
る。即ち改めて整理してみると、（ａ）（１）、（２）式にみられるように、さまざまな
多くの要素によって成り立っており、適正な造粒域の操
業状態に設定するのは、実際上、非常に難解である。

【００１１】（ｂ）操業上、長期的には生産量の変化に
より、また短期的には焼結機の焼成点制御によるパレッ
ト速度の変化に伴うミキサへの原料給鉱量Ｑの変動によ
り安定操業の外乱が生じる。なかでも、短期的変動であ
るパレット速度変化によるものは、肉厚変化による前出
図３の焼結プロセスフローに示す給鉱ホッパ３のレベル
変動から上流の配合槽の原料切り出し量変化に伴い、ミ
キサ２への原料給鉱量Ｑの変化がほぼ定常的に発生し、
図６及び図７において原料給鉱量Ｑが変わることから占
積率が変動して造粒状態は大きく変化することになる。
なお、生産量変化を伴う場合も同じ状況になる。（ｃ）操業状態を示す例えば占積率をセンシングする適
当な手段や手法がなく、それ故センシング情報を基にし
ての閉ループ制御を実現することは未知の分野である。などの不安定要素があり、常時一定の適正な造粒性を得
ることは、従来の操業方法では不可能とされていたもの
である。

【００１２】従来、このようなミキサ２の制御を試みる
方法としては、例えば特公昭５８−４４１３６号公報に
はミキサの排口側に排出を邪魔する調整板を配置して、
この調整板の位置を調整することにより占積率を一定に
するように制御する技術が、また特公昭６０−２８８８
８号公報には占積率とフリュード数を特定する技術が、
さらに特公昭６３−２４４０８号公報や特開昭５９−２
１３４３２号公報には焼結用原料の循環ラインを付加す
ることにより、占積率を一定に制御して一定品質となる
焼結造粒制御を達成する技術がそれぞれ提案されてい
る。

【００１３】しかし、前記した特公昭５８−４４１３６
号公報の制御では、調整板への原料付着による変動及び
原料給鉱量が変化した場合に調整板位置の調整を行おう
としても、占積率の適当なセンシング手段がないため自
由に制御することができないという問題がある。また、
その他の特公昭６０−２８８８８号公報や特公昭６３−
２４４０８号公報、特開昭５９−２１３４３２号公報の
技術の場合には原料給鉱量が変化した場合には制御が不
安定になるという欠点がある。

【００１４】本発明は上記したような従来技術の有する
課題を解決すべくなされたものであって、前出（１）、
（２）式における固定値により束縛されるミキサ径
（Ｄ）、回転数（Ｎ）、重力加速度（ｇ）、ミキサ胴長
（Ｌ）に対しても、また変動値である原料給鉱量
（Ｑ）、ミキサ内原料滞留時間（Ｔ）、原料嵩密度
（ρ）及び原料水分率の変化に対しても、さらに操業状
態を示す例えば占積率をセンシングする手段、手法に依
存することなく、常に最適かつ一定の造粒性が得られる
操業方法を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、焼結用原料の
混合・造粒を行うに当り、回転数制御手段を備えた焼結
用原料ミキサを用い、該ミキサの運転トルクと占積率と
の関係に基づいて最適なる占積率に対応したトルク値に
て常時運転するように、回転数を操作することを特徴と
する焼結用原料ミキサの占積率一定制御方法である。

【００１６】

【作用】本発明者は、上記のような課題を解決すべく、
その手立ての一つとして各種のミキサの特性について実
験調査した。ミキサの運転トルクＴｑは原料給鉱量Ｑ、
ミキサの回転数Ｎ等によらずして、占積率φのみによっ
て一義的に決定できることを実証した。これを数式表現
すると、Ｔｑ（ｋｇ・ｍ）＝ａ・φ（％）＋ｂ …（３）となり、ちなみに、本発明を適用したミキサの場合はａ
＝２９．２、ｂ＝９４．５となった。この結果を図９に
示す。したがって、原料給鉱量Ｑ、ミキサ内原料の滞留
時間Ｔ、原料嵩密度ρ及び原料水分率の変化に対しても
常に最適なる占積率φで運用するためには、回転数Ｎを
操作することによって、トルクＴｑを一定に制御してや
ればよいことがわかる。

【００１７】本発明は以上の知見に基づいて、以下のよ
うな制御方法を展開したものである。先ず、本発明で
は、常に最適な占積率φで運用させるため、焼結ミキサ
に回転数制御手段を設けている。ちなみに最適なる占積
率φとは本発明の適用した焼結ミキサにおいては、１２
〜１３％という値を得ている。

【００１８】この註左を本発明を適用した結果としての
図１０、図１１で説明する。図１０は占積率φとＧＩ
０．５の関係を示しており、ここで、ＧＩ０．５とは、

【００１９】

【数１】

【００２０】で表され、ミキサの入側と出側での原料中
での粒径０．５ｍｍアンダーの減少比率を示している。
またＰＢは粉鉱の混合割合を示す。この図より占積率φ
が１２〜１３％のときに、ミキサの造粒性効果が最も高
いことがわかる。また図１１は占積率と生産率の関係を
示しており、占積率が１２〜１３％の時に生産率の極大
値を得ることがわかる。

【００２１】さて、この最適なる占積率φを得られる回
転数でミキサを運転するわけであるが、このときの駆動
必要トルクは図９であれば占積率φを１２％とすると４
４０ｋｇ・ｍである。ところが原料給鉱量Ｑなどの変化
が生じると、駆動必要トルクが変化する。このことによ
って、占積率φが１２％からずれたことを察知して、回
転数を操作することによって常に適切なる占積率φ１２
％に維持しようとするのが本発明の主旨である。例えば
駆動必要トルクが４４０ｋｇ・ｍより下がる現象を示し
た場合は、これは占積率φが下がっていることを示して
おり、回転数を低下させる操作をして駆動必要トルクを
４４０ｋｇ・ｍに上げて、即ち占積率φを１２％に回復
させる。またその逆で、駆動必要トルクが４４０ｋｇ・
ｍより上がる現象を示した場合はこれは占積率φが上が
っていることを示しており、回転数を上昇させる操作を
して駆動必要トルクを４４０ｋｇ・ｍに下げて即ち占積
率φを１２％に回復させる。

【００２２】

【実施例】図１は本発明の実施例を示す制御系統図であ
る。本発明ではトルク制御が可能であるベクトル制御付
きＶＶＶＦを適用して回転数制御を実行している。な
お、一般的なベクトル制御付きＶＶＶＦの部分について
は詳細な説明を省略する。ミキサ２を駆動する誘導電動
機２３には駆動用電圧が高圧三相交流電源３１からステ
ップダウン変圧器３２を介してコンバータ３３、インバ
ータ３４などで構成される１次電圧１次周波数制御装置
（ＶＶＶＦ）３５の主回路を経て、ステップアップ変圧
器３６で再度昇圧されて供給される。ここで通常の回転
数制御は回転数設定器３７に所定の回転数Ｎを設定し、
回転数制御モードＳＷ３８を経由して直線混合器３９に
て加減速レートの補正が施された後、速度制御器（ＡＳ
Ｒ）４０にて回転数指令Ｎに対応する高圧かご形誘導電
動機２３の軸に取り付けたパルスジェネレータ４１より
の実際の回転数ｎによるフィードバック制御を実行す
る。この出力はベクトル演算回路４２にて回転数制御に
相当する高圧かご形誘導電動機２３の１次電流に演算変
換される。この値は次に電流制御器（ＡＣＲ）４３にて
１次電圧１次周波数制御装置（ＶＶＶＦ）３５の主回路
に実際に流れる電流を電流変換器４４により検出し、こ
れを整流器４５を介してフィードバック値として電流制
御が実行される。次に移相器（ｐｓ）４６を介してコン
バータ３３を制御する。また回転数即ち周波数について
は、実際回路数ｎに基づく、磁束演算器４７、ベクトル
演算回路４２の出力とスリップ演算器４８の出力の加減
演算結果を周波数指令としてパルス変調器（ｐｍｍ）４
９、移相器（ｐｓ）５０を介してインバータ３４を制御
する。

【００２３】さて、本発明は以上の通常の回転数制御の
構成、運用に付加して以下のような構成、運用となって
いる。本発明の占積率制御モードにおいては、先の回転
数制御モードＳＷ３８は切となり、占積率制御モードＳ
Ｗ５２を入として運用する。占積率設定器５１に最適な
る占積率φを設定し、この値はトルク変換器５３にてト
ルク指令Ｔｑに変換される。これは、まさに（３）式即
ち図９の変換演算にほかならない。従って、常時このト
ルク指令Ｔｑにて回転数制御できれば、占積率φでミキ
サ２を運転できるわけである。ところが、一方、実際の
トルク指令は、図１の制御系統図において、速度制御器
（ＡＳＲ）４０の出力がこれに相当する。本発明ではこ
の値をＴｑ’として、先のトルク指令Ｔｑと差分演算を
行い、常にＴｑ−Ｔｑ’＝０となるような回転数演算を
回転数演算器５４により行い、先の占積率制御モードＳ
Ｗ５２を介して回転数指令として与えている。さて重要
なるこの回転数演算ロジックは図２のロジックフローに
て構成されている。まず常にＴｑとＴｑ’の絶対値差分
演算を行い、これが許容値Ｋ１より大きくなった場合、
即ち、占積率φより大きくかけ離れた場合、Ｔｑ’が小
さいならば、即ち占積率が小さいならばトルク差に回転
数変換係数ｋ３を乗じた分だけ、現状回転数より下げる
操作を行う。一方Ｔｑ’が大きいならば即ち占積率が大
きいならば、トルク差に回転数変換係数ｋ２を乗じた分
だけ、現状回転数より上げる操作を行う。この後に、占
積率が安定するまでの時間ｔを持った後に、以上のロジ
ックフローをＴｑとＴｑ’の絶対値差分が許容値Ｋ１に
入るまで繰り返し演算を行う。

【００２４】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれば
ミキサに回転数制御手段を設けて常に一定の占積率で制
御することによって、ミキサの機械仕様上の固定値で拘
束されるミキサ径、ミキサ胴長に対してもまた変動値で
ある原料給鉱量、ミキサ内原料滞留時間、原料嵩密度、
原料水分率の変動に対しても常に最適かつ一定の造粒性
の焼結用原料を得ることができる。

【００２５】これにより、図１０、図１１のような効果
を得ることができ、図１２の生石灰使用量と生産率の関
係においても焼結用原料に混合するバインダとしての生
石灰の使用量を抑制する効果も得ている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に示す制御系統図である。

【図２】本発明の回転数演算ロジックフローである。

【図３】焼結プロセスフローを示す系統図である。

【図４】ミキサの（ａ）全体外形側面図、（ｂ）駆動部
を示す平面図である。

【図５】ミキサ内原料運動状態を説明する（ａ）斜視
図、（ｂ）Ｘ−Ｘ矢視断面図である。

【図６】フリュード数Ｆｒと占積率の関係を示す特性図
である。

【図７】ミキサ回転数と適正造粒範囲の関係を示す特性
図である。

【図８】造粒性向上の波及関連を示す特性図である。

【図９】ミキサの占積率とトルクとの関係である。

【図１０】占積率と造粒性指数との関係である。

【図１１】占積率と生産率の関係である。

【図１２】生石灰の使用量と生産率の関係である。

【符号の説明】

２ミキサ（焼結用ドラムミキサ）１６ドラム本体１６ａ給鉱口１６ｂ排鉱口１７散水管１８タイヤ１９サポートローラ２０ガースギア２１ピニオンギア２２減速機２３駆動源（高圧かご形誘導電動機）２４原料２５排鉱３１高圧三相交流電源３２ステップダウン変圧器３３コンバータ３４インバータ３５１次電圧１次周波数制御装置（ＶＶＶＦ）３６ステップアップ変圧器３７回転数設定器３８回転数制御モードＳＷ３９直線指令器４０速度制御器（ＡＳＲ）４１パルスジェネレータ４２ベクトル演算回路４３電流制御器（ＡＳＲ）４４電流変換器４５整流器４６移相器（ＰＳ）４７磁束演算器４８スリップ演算器４９パルス変調器５０移相器（ＰＳ）５１占積率設定器５２占積率制御モードＳＷ５３トルク変換器５４回転数演算器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】焼結用原料の混合・造粒を行うに当り、
回転数制御手段を備えた焼結用原料ミキサを用い、該ミ
キサの運転トルクと占積率との関係に基づいて最適な占
積率に対応したトルク値にて常時運転するように、回転
数を操作することを特徴とする焼結用原料ミキサの占積
率一定制御方法。