JPS5910496B2 - 焼結原料層の焼結層深度プロフイ−ル検出方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は主として鉄鉱石の焼結において、焼結層深度プ
ロフィールを検出する方法に関するものである。

周知の通り、近代の鉄冶金においては、鉄鉱石、石灰、
コークスの粉粒体を適当な水分配合のもとに混錬し、擬
似粒塊とした焼結原料を移動火格子型の焼結設備（通常
ＤＬ焼結設備として知られているドワイトロイド式焼結
設備が賞用されており本発明の実施例としても前記設備
を用いて説明する。

）を用いて焼結鉱としたものが主要原料として使用され
ている。前述の無端の移動火格子を用いる鉄鉱石の焼結
手段においては、高温でも充分な潰裂強度を持ち、粉化
しにくく、高い通気性が保てる高品質の焼結鉱を得るた
め、焼成が基準通り適確に進行しているかどうかを常に
監視し、焼成制御を遺構に実施せねばならない。

例を上げるとＤＬ焼結設備ではパレットの移動速度が早
過ぎると焼成が不充分となる、つまりベッド下層部まで
充分な焼結反応が進行しないため歩留りが低下し得られ
た製品は落下強度の低いものとなる。

逆にパレットの移動速度が遅過ぎると焼結反応は充分で
あるが酸化が進みすぎて還元粉化指数が悪化する、つま
り生産性は著しく低下してしまう。前述のように適切な
焼成を行なうための一条件としてのパレットの移動速度
のみをとつても、それぞれ異なつた原料配合の状態にお
いてペットの通気性が変化するため、それに応じてパレ
ットの移動速度の最適値も変化する即ち通常の操業では
、原料配合、含水率、原料充填度等が絶えず移動するた
め、それに応じてパレットの移動速度を変更する必要が
ある。つまり焼成速度を過去の技術経験から求めた値に
保つことが要求される訳であるが前記焼成速度を定める
ための指標として適当なものがないため、従来は排鉱部
でのシンターケーク破断面の観察結果たとえば燃焼帯の
形状、厚さ輝度などにより判断したり、ストランド後半
の排ガス温度分布が一定になるように操業するなどの方
法が採用されていた。即ちオンラインで焼成の進度およ
び焼成速度の適、不適を直接的に監視し、焼成制御のた
めの有効な情報を提供する手段は見当らないのが現状で
あつた。そこで本発明者等は焼成の進度を直接的に検出
する方法を研究した結果、本発明の方法を開発したもの
で、本発明の要旨は、無端の移動火格子を用いる鉄鉱石
の焼結方法において、点火後の焼結原料表層に近接して
パレツトの幅方向および／もしくは長さ方向に複数個の
磁気検出端を配設し、焼成の進行に応じて変化する磁気
偏倚量を検出し、該磁気偏倚量から前記パレツトの幅方
向および／もしくは長さ方向における前記焼結原料層の
焼結層深度のプロフイールを求めることを特徴とする焼
結原料層の焼結層深度プロフイール検出方法。

にある以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。

第１図は本発明を実施するために用いられた周知のＤＬ
焼結設備の概略構成図を示すもので、１はスプロケツト
ホイール、２はパレツト、３は床敷鉱供給装置、５は点
火炉、６は床敷層、７は未焼結層、８は焼成進行中の層
つまり燃焼帯、９は焼成が完了した層つまり焼結層を示
す。而して説明の便宜上、パレツト２の一部は省略し図
示していないが、該パレツト２は通常スプロケツトホイ
ール１で１〜５ｍ／―の速度で移動せしめられる。パレ
ツト２上の焼結原料の層厚は３０〜５０ｃ！ｎ程度であ
り、焼結原料は点火炉５で表層に点火されたのち、パレ
ツト２の下部に設けられたウインドボツクス１０で下方
に吸引通気され焼成が行なわれる。前記燃焼帯８は通常
２０〜３０龍／職の速度で下方に移動し、排鉱部１１で
最下層に達するように制御される。本発明では燃焼帯８
が表層から下方に向う進行速度を焼成速度と云い、焼成
進度とはパレツトの移動方向つまり長さ方向または幅方
向における任意位置での焼結層深度を指すものとする。

また任意位置での燃焼帯８の表層からの距離を燃焼帯深
度と云う。さらにパレツト内の焼結原料について該パレ
ツトの幅方向および長さ方向の焼結層深度つまり焼結層
厚を表面を基準とし燃焼帯との境界面までの深さで表示
し、該境界面の形状をもつてプロフイールど称す。ただ
し焼成が完了した際は前記焼結層厚は床敷層までの深さ
となる。さて、焼成が良好に行なわれているか否かは前
記パレツトの移動方向即ち長さ方向および／もしくは幅
方向における焼結層プロフイールを検出し、それが過去
の操業研究から実証的に知られている焼結層プロフイル
つまり基準焼結層プロフイールと一致しているか否かを
比較することによつて知ることができる。

この点について、さらに詳細に説明する。

点火炉から排鉱部までの焼成進度を模式的に示すと第２
図のように表わすことができる。

図において７は未焼結層で、８は燃焼帯、９は完全に焼
成が完了した焼結層を示す、さてパレツトの移動方向に
おいて任意の点をとり、鉛直方向Ａ−Ｎにおける燃焼帯
８を示す斜線部分１３の上縁１３ａと下縁１３ｂと鉛直
面１４との交点をそれぞれＢ，ＷとするとＢ−Ｗ間の距
離は燃焼帯８の厚さを示すことになる。

而して前記未燃焼層７、燃焼帯８、焼結層９の温度分布
を鉛直面１４に溢つて、概略図示すると第３図に示すよ
うになる。第３図は横軸に温度（℃）をとり、縦軸に前
記未燃焼層７、燃焼帯８、焼結層９の分布つまり焼結原
料の厚さ方向の分布をとつたものである。ところで焼結
鉱の磁気特性を調査すると第４図に示すように、温度変
化にともなつてその磁気特性が変化する、図において横
軸に温度（℃）をとり縦軸に透磁率をとると曲線１５に
示すように４００℃までは透磁率にさほどの変化は見ら
れないが、８００℃付近のキユリーポイント点において
透磁率は大幅に変化する。そこで透磁率の変化に比例し
て、出力が変化するマグネツトメータ一即ち磁気検出端
を用いた場合その出力変化は曲線１５と近似したものと
なる。

そこで焼結層の表層近傍から鉛直方向における焼結層の
磁気特性を測定すれば焼成進度即ち焼結層深度を知るこ
とが可能になる。以下、磁気検出端により焼結層深度を
求める方法について詳細に説明する。

第１６図は常温の焼結鉱よりなる充填層３１の層厚を任
意厚さたとえば５０ｍ１１ｔ単位で任意に増減できる装
置を用いて磁気検出端の出力を調査する実験の概念図で
あり、１６は前記充填層３１の表層３１ａから５０１１
の測定間隔を用いて近接させた磁気検出端である。

第１７図は層厚を変化させ前記磁気検出端の出力との対
比を行なつたグラフで、横軸が焼結鉱層厚（１０、縦軸
が磁気検出端の出力（ＭＶ）を示す。第１７図より明ら
かなように焼結鉱の層厚の増大に伴つて曲線３２で示す
磁気検出端の出力ＭＭは下１ｉ２（１）式に示すように
ＶＭＭＣＸ− ・・・・・・・・・（１）ｚ
ただしＺ：焼結層深度 焼結層深度に比例して増加する。

同様に実際焼結設備の焼結層の層厚は三次元の広がりを
持つが磁気検出端出力との関係をあられす検量線を作成
しておけば、磁気検出端出力を測定することによつて、
焼結鉱層厚即ち焼結層深度を知ることが可能になる。次
に実際の焼結層厚と磁気検出端の出力に関する理論式を
下記の（支）式に示す。

ところで、パレツト上の焼結層９内の温度は第３図に示
すごとく一定ではなく層高方向で温度分布をもつている
。

ここでもし焼結層内の温度がたとえ温度分布をもつてい
たとしても層内の温度が４００℃以下の温度であれば、
第４図および第１７図に示す関係から明らかなように磁
気検出端の出力は温度に無関係に、焼結層の深度のみに
よつて決定されるとみなして良い、しかし第４図に示す
ように、磁気検出端は約８００℃のキユーリーポイント
以下の温度範囲で検出力を有するものの、４００℃以上
の高温域では出力が低下するため、温度補正を行なうこ
とによつて８００℃以下の温度範囲にある焼結層厚を検
出することが好ましい。そこで本発明者等は、磁気検出
端の出力と焼結層内の温度パターンとの相関を詳細に調
査することにより、焼結層表層から任意の温度面までの
焼結層深度を正しく推定する方法を創案した。その方法
の一例を第１８図に従つて説明する。第１８図は後述の
第９図に示す実施例の磁気検出端装置をＤＬ焼結設備に
おいて、パレツトの移動速度と等しい速度で移動せしめ
、焼成深度変化に伴なう磁気検出端出力を連続して求め
る際に、図示していないが、前記磁気検出端の直下付近
の焼結原料層内の深さ１００１１１１５０１］１１２０
０ｕの位置に熱電対を挿入して同時に連続し、焼結層内
の温度が３００℃、４００℃、５００℃・・・・・・・
・・８００℃のときの磁気検出端出力を対応させ、焼結
層表層からの距離（沫さ）と磁気検出端出力および焼結
層内温度との三者の関係を図示したものである。第１８
図においてたとえば線分３３は焼結層温度が８００℃の
界面における焼結層深度と磁気検出端出力の関係を表わ
し、同様に線分３４は温度が７００℃の界面の焼結層深
度と磁気検出端出力の関係を示す。従つて焼結層下端面
の温度を測定するか、あるいは該温度が操業経験や他の
パラメーターからほぼ推定できる条件下では容易に焼結
層深度を知ることが可能となる。仮に前記焼結層下端面
の温度が７００℃であつたとすれば、焼結層深度を線分
３４と磁気検出端出力との関係からたやすく推定できる
。つまり第１８図で説明すると磁気検出端出力が３０ｍ
のときの、焼結層深度は縦軸３０ｍＶを通る水平な線と
、線分３４の交点Ｐからおろした垂線と横軸の交点ｑの
深度（この例では１６５ｍｍ）として求められる。本発
明者等の研究結果によれば第１８図に示す線分の関係式
は、各種の異なつた操業条件下でもほぼ類似しているこ
とが確認されており、あらかじめ該線分の関係式を求め
ておくことによつて、磁気検出端出力から焼結層深度を
精度よく推定することができる。換言すると焼結原料が
点火されたのち焼成が進行し焼結鉱に変化する状況や表
層からどの位の深さまで焼結鉱に変化したか、つまり焼
結層の鉛直方向での厚さ即ち焼結層深度を任意の時刻お
よび位置で、独立した複数点の総合的な比較即ち焼結パ
ターンとして、あるいは各測定点の経時的変動としても
検出することができる。また磁気検出端は前述のような
磁気特性を検出するものであるため、焼結原料の表層に
より近く設置されることが検出精度の点から好ましいこ
とである、しかしながら磁気検出端そのものの機能の差
異や測定の場における磁気変化をひきおこす設備などの
有無、あるいは被測定物体の物理的性状や被測定物体の
量や層厚などの違いによつて磁気検出端の測定位置を決
めるべきである。本発明において焼結原料表層に近接し
て磁気検出端を設けるとは前述の意味において用いるも
のであり、また焼結原料層の焼結層深度のプロフイール
を求めるとは前述のようにパレツトの幅方向および／も
しくは長さ方向において焼結層の燃焼帯との境界面の形
状を求める即ち連続的な境界面の形状を求めることを云
うものである。さらに燃焼帯の各部分において透磁率が
著しく変化するので本発明における焼結層とは第２図に
おいて焼結層９として示すように燃焼帯８と截然と区分
したものではなく、なしろ焼成前の焼結原料を基準とし
た場合、透磁率に著しい変化が生じた層を指すものと理
解されるべきである。

而して通常は焼結鉱に転化した層と考えてよい。次に本
発明において用いられる磁気検出端の詳細について説明
する。

さて本発明では前述のように焼結原料表層に近接して透
磁率の変化を検出するような機能を有するものであれば
周知の磁気検出端を使用できるが特に本発明者が創案し
特願昭５０−１００９９５号として出願した磁気検出端
の原理を利用したものが、より適当であり、第５図にお
いて本発明の目的に適した前記磁気検出端の一実施例を
説明する。

前述のようにＤＬ焼結設備のような鉄構造物で構成され
た設備内で磁気検出端を開放状態で使用するには、固定
構造物やクレーンのような移動構造物等による磁気的な
影響を消去して、焼結原料の前記磁気特性の変化のみを
取り出す工夫が必要になる。

第５図に示す磁気検出端は磁心をＭｌ，Ｍ２のように二
分割し、これが両者が差動に働らくように反転した巻線
を行なつたものである。

而して２個のスイツチングトランジスタＴｒｌ，Ｔｒ，
で励磁すると、この例では磁心Ｍ，，Ｍ２の非線形性に
より４０幻侶前後の発振が生ずる、このとき磁心Ｍ，，
Ｍ，のいずれか一方の近傍において磁性物質の増減即ち
本発明における前述の焼成進度の変化が生ずれば、内蔵
した励磁磁石Ｇ１により発生するため磁気発振に歪が生
じ歪磁気量に比例した直流成分が出力される。Ｔｌ，Ｔ
，はその出力端子を示し、Ｅは電源で、Ｒ，，Ｒ，は調
整抵抗を示すが、差動巻線など回路の一部は複雑化をさ
けるため便宜上省略しており接続端子Ｐ１〜Ｐ７以後の
巻線においてＰ，〜Ｐ，以後の結線とＰ，〜Ｐ，以後の
結線は同一である。而して、第６図、第７図は前述の磁
気検出端における磁気平衡状態の出力波形および磁気不
平衡状態での出力波形をそれぞれ示すものであり、本発
明者等の実施例では周期Ｔ。はほぼ２５μＳｅｃであつ
た、またレベルのずれＩ。が直流成分となる。次に第８
図に本発明の方法を実施するための装置の一実施例にか
かる概要図を示す。

図において１６は磁気検出端で、図示していない支持柱
に取付けられたビーム５１に着脱自在な固定装置５０を
介して焼結層９の表面９ａの近傍に対向するように設備
されている。

Ｍｌ，Ｍ２は前述の二分割された磁心で、Ｇ１は励磁磁
石である。磁心Ｍｌ，Ｍ２および励磁磁石Ｇ．などは非
磁性体からなるたとえばステンレススチールのケース５
２に収容されるが、図では縦断面図で示してある。パレ
ツト２の上下振動がすくなく、かつ焼結原料の層厚が安
定しており、結果として焼結層９の表面９ａど磁気検出
端１６間の距離変動が極めて少ない場合は第８図のよう
に磁気検出端１６を複数個パレツトの幅方向およびもし
くは長さ方向に固定して用いることが出来る。

即ち固定した測定場所での焼成進度をあらかじめ実際に
サンプル採取などによつて検出し設定した当該場所での
基準焼結層プロフイールと比較することによつて焼成の
適、不適を知ることが出来る。次に第９図において測定
間隙保持手段を介して磁気検出端を設けた本発明にかか
る他の実施例を示す。第９図において１７は磁気検出端
１６と焼結層９の表面９ａとの離隔距離即ち測定間隔を
ほぼ一定にするためのレベル保持装置１８の距離検出端
で支持桿１９を介して支持ビーム２０に装着された、た
とえば空気マイクロメーター方式、光学方式の距離計で
あつて、焼結層の表面９ａとの距離変化を検出し信号を
導電線２１によつて距離調節制御装置２２に伝達する。
該距離調節制御装置２２は磁気検出端１６について、あ
らかじめ設定記憶されている基準測定間隔と比較し、修
正指令を導電線２３を介してたとえば気圧、液圧あるい
は天秤式等の磁気検出端昇降装置２４に与え、常に磁気
検出端１６が焼結層の表面９ａと設定された測定間隔を
保つように作動する。前記距離検出端１７は非接触式の
ものを示したが、焼結原料の表面と接触転動する車輪を
用いて直接測定間隔を保つように構成した接触式のもの
を採用してもさしつかえない。而して第９図に示す実施
例の装置を用い、ＤＬ焼結設備において該装置をパレツ
トの移動速度と等しい速動で移動せしめつつ焼成深度変
化にともなう磁気検出端出力を求め、ついで理論的に求
めた焼成進度と比較した例を第１０図のグラフに示す。
図において横軸はパレツト移動距離（ｍ）、縦軸は磁気
検出端出力（ＭＶ）で、曲線２５は磁気検出端出力、点
線で示す曲線２６は焼成速度を２０ｍｍ／７７０７！と
して理論的に求めた焼成深度変化をあられす、該曲線２
６は実際設備でのベツト内温度測定、排鉱部における断
面温度分布などの研究から実際値に近似していることが
確しかめられているものである。曲線２５における波状
の振動は、この例では４ｍ間隔でウインドボツクスを支
承する建家の鉄骨製のビームが存在していたために生じ
たもので、曲線２５から焼成進度を正確に推定できるこ
とは明らかである。

第１１図はパレツトの移動をとめて焼結作業を行なつた
際（これは操業の状態から云えば変則的なもので、設備
故障によるパレツト移動の一時停止がこれに当る。）に
得られた磁気検出端の出力を曲線２７で示すもので、時
刻ｔ１においてパレツトの移動力て停止し焼成が進行し
たものである。時刻Ｔ２において出力は飽和し、焼結が
完了したことを示している。この例では時刻Ｔ３で検出
を終了せしめたが、時刻Ｔ２ですべてが焼結層となつて
いることがサンプリングの結果確認され、曲線２７は検
出時点における焼成進度を示すものとして取扱えること
が明らかになつた。この実施例では点火炉から約１０ｍ
移動方向に寄つた位置での測定であり、時刻ｔ１から時
刻Ｔ２までの時間は約１０分間であり、焼結層の厚さは
約４０ＣｆｆＬであつた。前述のような結果から本発明
者等＆ζ複数個の磁気検出端をパレツトの幅方向および
もしくは長さ方向に配設して焼結層深度のプロフイール
を検出することを創案したものである。

第１２図はパレツト２（パレツトを連結したものをスト
ランドと称することもあるが、本発明ではパレツトを単
位体のみに限定せず連続構成体として広義に用いる）の
概路上面図で磁気検出端１６ａ〜１６ｃを点火炉５の後
方でパレツト２の幅方向に配設し、それぞれの測定位置
における焼結層深度を検出せしめると、第１３図の焼結
原料の横断面概略図に示すように、それぞれの測定位置
ごとに焼結層深度２８ａ〜２８ｃを求めることが出来る
。

この検出値を適宜の電気計算機に入力せしめ演算後表示
装置を介して表示せしめると曲線２９に示すように測定
位置での焼結層深度のプロフイールを操作者は目視する
ことが可能になる。次にパレツトの長さ方向についても
、第１４図及び第１５図に示すようにパレツト２の長さ
方向に磁気検出端１６ｄ〜１６ｚを適宜の間隔で配設し
、前述のように焼結層深度を検出せしめると測定位置ご
との焼結層深度２８ｄ〜２８ｚが得られ、曲線３０で示
すよ・うに焼結層深度プロフイールを求めることが可能
となる。前記焼結層深度プロフイールが求められると操
作者は焼成が順調に行なわれているか否かを迅速に把握
でき、もし不調になれば、つまり前記焼結層深度プロフ
イールについて経験的もしくは理論的に求められている
基準焼結層深度プロフイールと比較してその差が大きい
ときは、すみやかに各種の制御要因たとえば、火格子の
移動速度焼結原料の装入量、装入分布、焼結原料の配合
、ウインドボツクスダンパ一開度、点火強度、焼結原料
の含有水分などを適宜操作して操業を適正化することが
できる。

本発明は前述のように、オンラインにおいて焼成の適否
を知るための重要な情報を与えるのみならず、逆に制御
要因を変更した場合それが焼成にどのような影響を与え
るかその相関関係を知るための重要な検索手段を与える
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はＤＬ焼結設備の概略説明図、第２図は焼成進度
を説明する模式図、第３図は焼結原料の厚さ方向におけ
る温度分布説明図、第４図は温度と透磁率および磁気検
出端出力との関係を示すグラフ、第５図は本発明にかか
る方法を実施するために用いられた磁気検出端回路構成
概要図、第６図、第７図は磁気平衡状態での出力波形お
よび磁気平衡状態での出力波形を示す概路線図、第８図
、第９図は本発明の方法を実施するために用いられた、
それぞれ異なつた磁気検出端の概略構成と作動要領の概
要説明図、第１０図は焼成進度と磁気検出端出力との比
例関係を示すグラフ、第１１図は磁気検出端を固定し、
パレツトの移動をとめて焼成を行なつた際に得られた磁
気検出端出力を示すグラフ。 第１２図、第１４図は磁気検出端配設状況説明図、第１
３図、第１５図は焼成層深度プロフイール概要説明図、
第１６図は磁気検出端の出力調査要領を示す概念図、第
１７図は焼結鉱層厚と磁気検出端出力との関係を示すグ
ラフ、第１８図は磁気検出端出力と焼結層温度との関係
を表わすグラフである。１・・・・・・スプロケツトホ
イール、２・・・・・・パレツト、３・・・・・・床敷
層供給装置、４・・・・・・焼結原料供給装置、５・・
・・・・点火炉、６・・・・・・床敷層、７・・・・・
・未焼結層、８・・・・・・燃焼帯、９・・・・・・焼
結層、１０・・・・・・ウインドボツクス、１６ａ，１
６ｚ・・・・・・磁気検出端、１７・・・・・・距離検
出端、１８・・・・・・レベル保持装置、１９・・・・
・・支持桿、２０・・・・・・支持ビーム、２１，２３
・・・・・・導電線、２２・・・・・・距離調節制御装
置、２４・・・・・・磁気検出端昇降装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 無端の移動火格子を用いる鉄鉱石の焼結方法におい
   て、点火後の焼結原料表層に近接してパレットの幅方向
   および／もしくは長さ方向に複数個の磁気検出端を配設
   し、焼成の進行に応じて変化する磁気偏倚量を検出し、
   該磁気偏倚量から前記パレットの幅方向および／もしく
   は長さ方向における前記焼結原料層の焼結層深度のプロ
   フィールを求めることを特徴とする焼結原料層の焼結層
   深度プロフィール検出方法。