(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼結機パレット上に装入された焼結原料を焼結して焼結鉱を製造するドワイトロイド式の焼結機であって、
前記焼結機パレット上に焼結原料を装入する原料装入部と、
該原料装入部で前記焼結機パレット上部に装入された原料装入層表面の当該焼結機パレットの搬送方向と直交する幅方向の層厚を連続的に検出する層厚検出部と、
該層厚検出部で検出した装入層の幅方向の層厚に基づいて平坦化時に圧密される要通気増加領域を抽出し、抽出した要通気増加領域に通気棒を挿入する通気制御部と
を備えたことを特徴とする焼結機。
【請求項２】
前記層厚検出部は、前記焼結機パレット上部の所定の高さ位置に配設された回動機構と、該回動機構に回動可能に支持されたレーザー距離計とを有し、前記レーザー距離計を前記回動機構で回動させて前記原料装入層の表面を走査することで、当該原料装入層の層厚を前記焼結機パレットの幅方向に連続的に測定することを特徴とする請求項１に記載の焼結機。
【請求項３】
前記層厚検出部は、前記焼結機パレット上部の所定の高さ位置に当該焼結機パレットの幅方向に移動する移動機構と、該移動機構に装着されたレーザー距離計とを有し、前記レーザー距離計を前記移動機構で移動させて前記原料装入層の表面を走査することで、当該原料装入層の層厚を前記焼結機パレットの幅方向に連続的に測定することを特徴とする請求項１に記載の焼結機。
【請求項４】
前記レーザー距離計は、前記焼結機パレットの幅方向に所定間隔で配置された複数のレーザー距離計で構成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の焼結機。
【請求項５】
前記通気制御部は、前記原料装入層の幅方向に複数の上下移動可能な通気棒を配設し、前記要通気増加領域に対して対向する通気棒を装入するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の焼結機。
【請求項６】
焼結機パレット上に装入された焼結原料を焼結して焼結鉱を製造するドワイトロイド式焼結機の操業方法であって、
前記焼結機パレット上部に焼結原料を原料装入部で装入するステップと、
前記焼結機パレット上部の装入層表面の当該焼結機パレットの搬送方向と直交する幅方向の層厚を層厚検出部で連続的に検出するステップと、
検出した装入層の幅方向の層厚に基づいて通気制御部で平坦化時に圧密される要通気増加領域を抽出し、抽出した要通気増加領域に通気棒を装入するステップと、
を備えたことを特徴とする焼結鉱の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下方吸引式のドワイトロイド（ＤＬ）焼結機を用いて、高強度高品質の焼結鉱を製造する焼結機及び焼結機の操業方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高炉製銑法の主原料である焼結鉱は、一般に、図１７に示すような工程を経て製造される。原料は、鉄鉱石粉、製鉄所内回収粉、焼結鉱篩下粉（返鉱）、石灰石及びドロマイトなどの含ＣａＯ系副原料、生石灰等の造粒助剤、コークス粉や無煙炭などである。これらの原料は、ホッパー１０１・・・の各々から、コンベヤ上に所定の割合で切り出される。切り出した原料は、ドラムミキサー１０２等により適量の水を加えて混合し、造粒して、３．０〜６．０ｍｍの平均径を有する擬似粒子である焼結原料とする。一方、整粒した細粒の焼結鉱を床敷ホッパー１０４から切り出して焼結機パレット１０８のグレート上に床敷層を形成させる。
【０００３】
焼結原料は、焼結機上に配置されているサージホッパー１０５からドラムフィーダー１０６と切り出しシュート１０７を介して、無端移動式の焼結機パレット１０８上の床敷層上に装入され、焼結ベッドともいわれる焼結原料の装入層１０９を形成する。装入層の厚さ（高さ）は通常４００〜８００ｍｍ前後である。次に、原料表面はカットオフゲート１１０によって平坦化される。その後、装入層１０９の上方に設置された点火炉１１１で、この装入層９の表層中の炭材に点火するとともに、パレット１０８の下に配設されているウインドボックス１１２を介して空気を下方に吸引することにより、該装入層中の炭材を順次燃焼させ、このときに発生する燃焼熱によって、前記焼結原料の一部を溶融して焼結ケーキを得る。このようにして得た焼結ケーキは、その後、破砕、整粒され、５．０ｍｍ以上の塊成物からなる成品焼結鉱として回収される。
【０００４】
ここで、原料装入層の層厚は焼成時の原料装入層(焼結ベッド)の通気性に大きく関係し、層厚の大きい部分では小さい部分に比較して、カットオフゲートによる平坦化後は、原料層の圧密による空隙の低下が少ないため、通気抵抗が大きい。このため、層厚の大きい部分では他より、吸引されたガス（大気）が流れ難くなり、ガス流速が遅くなる。これにより、ガス流速の遅い部分では、粉コークス燃焼用の酸素の供給が少なく、燃焼帯の降下遅れすなわち燃焼速度の低下が発生して焼成が遅く進行する。
【０００５】
ガス流速が遅くなると、コークス燃焼による高温状態を保つことはできるが、燃焼帯の進行が遅くなり、焼結時間、生産率に与える影響が大きくなるという未解決の課題がある。
そのため、焼結時間及び生産率に与える影響を小さくするためには、原料装入層の層厚分布を一定にしてガス流速分布の変動を抑え、焼成速度を幅方向で揃えることが望ましい。このためには焼結機パレット上に装入された焼結原料の幅方向の層厚分布を正確に把握し、層厚分布を調整することが必要である。
【０００６】
焼結機パレット上の原料装入層の層厚を測定する技術として、原料給鉱側と排鉱側に幅方向に複数配置したレベル計で、幅方向各位置の給鉱部層厚と排鉱部層厚を測定し、その差から焼結鉱の収縮率を算出し、焼結鉱の冷間強度と気孔率の各幅方向偏差が最小となるように急後部の原料装入密度を求め、この原料装入密度となるように分割ゲート開度を調整する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
また、焼結鉱のむら焼けを防止するために、原料供給部と点火炉との間にパレット上の焼結原料層に対しその上方から溝を付与する鉛直配置になる第一の通気棒を幅方向に複数本架設すると共に、原料供給装置からパレット上への原料落下位置にて、焼結原料層に対しその横方向から侵入するパレット進行方向と平行配置になる第二の通気棒を幅方向に複数本配設し、原料の焼結状況に応じて、焼結原料層に対する第一の通気棒の深度並びに第二の通気棒の配置レベル及び装入長さを調節するようにした焼結鉱のむら焼け防止方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開５−５５８９号公報
【特許文献２】特開平４−１９８４２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、図１８に示すように、幅方向に一定数（例えば６台）の層厚計１２０ａ〜１２０ｆが設けられ、各層厚計１２０ａ〜１２０ｆ直下部分の一定領域の原料装入装置１２１の平均的層厚を測定しているに過ぎない。測定域から外れた部分の状態は把握できないのが現状である。実際の装入では、原料装入装置１２１各部への付着や摩耗などから、焼結機パレット１０８への幅方向での焼結原料の装入量は各位置で変化し、数ｃｍ幅で原料装入層１０９の層厚が変化している。このため、原料装入厚の最大や最小の層厚となる位置を測っていない場合が、往々にして発生している。
【００１０】
また、原料装入装置１２１の方式によっては、原料装入層１０９の表層の一定の位置に細い溝を形成しながら装入されることもある。しかし、層厚計１２０ａ〜１２０ｆの直下の平均的な層厚を測定するのでは、このような層厚変化部位が距離計の測定エリアに入っておらずに、層厚の変化を見逃してしまう。また、測定エリアに入っていたとしても、広いエリア内での平均的層厚として捉えるため、細かく深い溝などは小さな変化としてしか認識されない。
【００１１】
現状の測定では、原料装入層１０９の装入層全体の状態は把握できず、カットオフゲートによって圧密領域が形成されたときに、この圧密領域を正確に検出することができず、前述した特許文献２に記載された通気棒の幅方向の挿入位置及び挿入深さを正確に調整することができないのが実状である。原料装入層１０９の層厚変化による圧密領域を適切に検知できないと、装入層１０９内に焼成速度の違いを生じ、ムラ焼けや未焼を引き起して焼結鉱の歩留りを低下させ、生産率が低位に抑制されてしまう。
【００１２】
そこで、本発明は、上述した特許文献１に記載された従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、焼結機パレット上の焼結原料装入層の幅方向全体に渡って層厚を正確に測定でき、これにより焼結原料装入層全体の通気状態を正確に把握して、通気状態を均一化させることにより、焼結時間及び生産率への悪影響を緩和することができる焼結機及び焼結機の操業方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る焼結機は、焼結機パレット上に装入された焼結原料を焼結して焼結鉱を製造するドワイトロイド式の焼結機であって、前記焼結機パレット上に焼結原料を装入する原料装入部と、該原料装入部で前記焼結機パレット上部に装入された原料装入層表面の当該焼結機パレットの搬送方向と直交する幅方向の層厚を連続的に検出する層厚検出部と、該層厚検出部で検出した装入層の幅方向の層厚に基づいて平坦化時に圧密される要通気増加領域を抽出し、抽出した要通気増加領域に通気棒を装入する通気制御部とを備えたことを特徴としている。
【００１４】
また、請求項２に係る焼結機は、請求項１に係る発明において、前記層厚検出部は、前記焼結機パレット上部の所定の高さ位置に配設された回動機構と、該回動機構に回動可能に支持されたレーザー距離計とを有し、前記レーザー距離計を前記回動機構で回動させて前記原料装入層の表面を走査することで、当該原料装入層の層厚を前記焼結機パレットの幅方向に連続的に測定することを特徴としている。
【００１５】
また、請求項３に係る焼結機は、請求項１に係る発明において、前記層厚検出部は、前記焼結機パレット上部の所定の高さ位置に当該焼結機パレットの幅方向に移動する移動機構と、該移動機構に装着されたレーザー距離計とを有し、前記レーザー距離計を前記移動機構で移動させて前記原料装入層の表面を走査することで、当該原料装入層の層厚を前記焼結機パレットの幅方向に連続的に測定することを特徴としている。
【００１６】
また、請求項４に係る焼結機は、請求項２又は３に係る発明において、前記レーザー距離計は、前記焼結機パレットの幅方向に所定間隔で配置された複数のレーザー距離計で構成されていることを特徴としている。
また、請求項５に係る焼結機は、請求項１乃至４のいずれか１つに係る発明において、前記通気制御部は、前記原料装入層の幅方向に複数の上下移動可能な通気棒を配設し、前記要通気増加領域に対して対向する通気棒を装入するように構成されていることを特徴としている。
【００１７】
また、請求項６に係る焼結機の操業方法は、焼結機パレット上に装入された焼結原料を焼結して焼結鉱を製造するドワイトロイド式焼結機の操業方法であって、前記焼結機パレット上部に焼結原料を原料装入部で装入するステップと、前記焼結機パレット上部の装入層表面の当該焼結機パレットの搬送方向と直交する幅方向の層厚を層厚検出部で検出するステップと、検出した装入層の幅方向の層厚に基づいて通気制御部で平坦化時に圧密される要通気増加領域を抽出し、抽出した要通気増加領域に通気棒を装入するステップと、を備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、層厚検出部で、焼結機パレットの装入層表面の幅方向の層厚を連続的に検出し、検出した幅方向の層厚に基づいて通気制御部で平坦化時に圧密される要通気増加領域を抽出し、抽出した要通気増加領域に通気棒を装入することにより、圧密部での通気性を確保して、歩留り、焼結時願及び生産率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】焼結機の給鉱部を示す図であって、（ａ）は給鉱部の斜視図、（ｂ）は層厚分布を示す断面図、（ｃ）は通気棒位置の断面図である。
【図２】焼結原料装入装置の具体的構成を示す側面図である。
【図３】焼結原料の圧密領域が形成される原理を示す模式図である。
【図４】幅方向層厚プロフィールと圧密状態及び軽装入状態との関係を示す説明図である。
【図５】装入状態の変動による燃焼帯の状態を示す試験結果を示す図である。
【図６】図５の試験条件を説明する説明図である。
【図７】通気制御部を示す概略構成図である。
【図８】幅方向層厚プロフィールの時間変動を示す説明図である。
【図９】レーザー距離計の測定原理を示す説明図である。
【図１０】レーザー距離計の具体的構成を示す概略構成図である。
【図１１】層厚検出原理を示す説明図である。
【図１２】昇降制御装置で実行する通気棒昇降制御処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図１３】圧密位置への通気棒の挿入の有無と焼結鉱タンブラー強度との関係を示す説明図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態の焼結機の給鉱部を示す図であって、（ａ）は給鉱部の斜視図、（ｂ）は層厚分布を示す断面図、（ｃ）は通気棒位置の断面図である。
【図１５】第２の実施形態における通気制御部の具体的構成を示す概略構成図である。
【図１６】第２の実施形態における昇降制御装置で実行する通気棒昇降制御処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図１７】従来の焼結プロセスを説明する図である。
【図１８】従来の焼結原料装入装置を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
焼結機１の給鉱部２には、図１に示すように、焼結機パレット８の下段側から上段側へ折り返す左端位置に床敷きホッパー４及びその下流側に配設されたサージホッパー５を有する原料装入部としての焼結原料装入装置３１が配設されている。この焼結原料装入装置３１で、床敷きホッパー４から切り出された細粒の焼結鉱が焼結機パレット８のグレート上に敷き詰められて床敷層が形成され、この床敷層上にサージホッパー５から定量切り出しされた焼結原料が装入されて所定厚みの装入層（焼結ベッド）９が形成される。
【００２１】
サージホッパー５は、図２に示すように、下端に幅方向に延長するロールフィーダ５ａが配設され、このロールフィーダ５ａの外周面に接して幅方向に延長して原料層入量を調整する主ゲート５ｂが配設され、この主ゲート５ｂの外側に幅方向に分割された複数のゲートで構成されるサブゲートとしての分割ゲート５ｃが配設され、この分割ゲート５ｃで焼結機パレット８の幅方向における原料層厚の調整が可能となる。この分割ゲート５ｃの下側にはホッパー５ｄが配設され、このホッパー５ｄの下側にドラムシュート５ｅが配設されている。
【００２２】
また、焼結原料装入装置３１の下流側には、装入層９の上面を平坦化する幅方向に所要数例えば４台のカットオフゲート３２ａ〜３２ｄが配設されている。これらカットオフゲート３２ａ〜３２ｄのそれぞれは、図１及び図３に示すように、二等辺三角形の垂直面３２ｅと、この垂直面３２ｅの左右傾斜面に連接してサージホッパー５側に延長する２つの傾斜面３２ｆとで三角錐状に形成されている。
【００２３】
そして、カットオフゲート３２ａ〜３２ｄによって、装入層９の層厚の高い位置の焼結原料が傾斜面３２ｆによって両脇に振り分けられる。このとき、図３に示すように、二つの傾斜面３２ｆが接する稜線位置に焼結原料溜まり３２ｇが形成される。この焼結原料溜まり３２ｇのサージホッパー５側の前端側に圧密寄与部３２ｈが形成される。この圧密寄与部３２ｈの荷重によってその下面側の装入層９が押し込まれて圧密され、これによってカットオフゲート３２ａ〜３２ｄの下面側に圧密領域３２ｉが形成され、この圧密領域３２ｉが焼結機パレット８の移動に伴って下流側に展開される。
【００２４】
すなわち、焼結原料装入装置３１によって焼結原料が焼結機パレット８上に装入されたカットオフゲート３２ａ〜３２ｄを通過する前の装入層９が図４（ａ）に示す幅方向の層厚形状であるものとする。この図４（ａ）では、カットオフゲート３２ａ〜３２ｄによって平坦化されたときの操業層厚を例えば５８０ｍｍに設定したときに、操業層厚を超えているオーバー層厚領域Ａｏ１〜Ａｏ４が形成されているとともに、操業層厚よりも低いアンダー層厚領域Ａｕ１〜Ａｕ５が形成されている。
この図４（ａ）の層厚形状を有する装入層９をカットオフゲート３２ａ〜３２ｄによって平坦化すると、図４（ｂ）に示すように、オーバー層厚領域Ａｏ１〜Ａｏ４が要通気増加領域としての厚密領域Ａｃ１〜Ａｃ４となり、アンダー層厚領域Ａｕ１〜Ａｕ５が軽装入領域Ａｌ１〜Ａｌ５となる。
【００２５】
このように、装入層９の幅方向に圧密領域Ａｃ１〜Ａｃ４と軽装入領域Ａｌ１〜Ａｌ５が形成されると、圧密領域Ａｃ１〜Ａｃ４では、通気抵抗が大きくなり、軽装入領域Ａｌ１〜Ａｌ５では通気抵抗が小さくなる。上述したように、装入層９の炭材に点火炉１１で点火し、気体燃料供給装置１２ａ〜１２ｄによって装入層９の上方から気体燃料を噴射し、且つウインドボックス１６で装入層９の下方から吸引することにより、最適な温度範囲に所定時間保持される溶融・燃焼帯を形成し、この溶融・燃焼帯が焼結機パレット８の移動に伴って順次下降する際に、通気抵抗が大きい圧密領域Ａｃ１〜Ａｃ４では、溶融・燃焼帯の降下速度が、通気抵抗が小さい軽装入領域Ａｌ１〜Ａｌ５に比較して遅くなる。
【００２６】
この圧密領域Ａｃ１〜Ａｃ４の存在による焼結挙動の影響を図５に示すように、焼結鍋試験によって確認した。すなわち、透明石英製窓付き竪型管状の試験鍋（１５０ｍｍφ×４００ｍｍＨ）を使用し、使用する気体燃料としてプロパンガスを用い、出願人会社の焼結工場で使用しているのと同じ焼結原料、即ち、表１に示す焼結原料を使って、下方吸引圧力１１．８ｋＰａ一定の条件で焼結鍋試験を行った例である。
【００２７】
【表１】
0005458780.tif 000002
【００２８】
この図５に示す焼結鍋試験では、図６（ａ）に示すように、試験鍋に均一に焼結原料を装入し、装入密度差が生じない理想的な均一装入状態（Ｎｏ．１）と、図６（ｂ）に示すように、操業層厚に対して過剰装入を想定し、右半分を３０ｍｍ分過剰に装入した後、半月型の板で圧密した右側圧密状態（Ｎｏ．２）と、図６（ｃ）に示すように、図６（ｂ）の圧密領域に、通気棒を模擬し、幅１０ｍｍ、奥行き１８０ｍｍ、長さ２００ｍｍの板により空間を作成した圧密・通気棒挿通状態（Ｎｏ．３）との３つの状態について点火１０分後の燃焼帯形状を撮影する焼結試験を行った。
この図５の試験結果では、均一装入状態のＮｏ．１では、燃焼帯が略水平であり、均一に焼結されている。このときの歩留りは７３．３％、焼結時間は１５．８分、生産率は１．５１ｔ／ｈｒ・ｍ２であった。
【００２９】
また、右側圧密状態のＮｏ．２では、圧密した右側で燃焼帯の降下が遅れている。このときの歩留りは６８．５％、焼結時間は１７．７分、生産率は１．３２ｔ／ｈｒ・ｍ２であり、均一装入状態に比較して歩留り、焼結時間が悪化し、生産率が大幅に低下している。このため、圧密領域の存在によって、装入層９のムラ焼け状態が発生し、焼結鉱の歩留り、焼結時間及び生産率に影響を与えることになる。
【００３０】
さらに、右側圧密・通気棒挿入状態のＮｏ．３では、通気棒の挿入に相当する空隙を設けることで、燃焼帯の降下遅れが緩和している。このときの、歩留りは７０．５％、焼結時間は１４．５分、生産率は１．５６ｔ／ｈｒ・ｍ２であり、Ｎｏ．１の均一装入状態に比較して、歩留りが低下するが、焼結時間の改善により、生産率は向上した。
したがって、圧密対策には通気棒の挿入が有効であることが実証された。
このため、図１に示すように、カットオフゲート３２ａ〜３２ｄの下流側に幅方向に所定間隔を保って昇降可能な通気棒３３ａ〜３３ｆを配設し、これら通気棒３３ａ〜３３ｆを図７に示すように、個別の昇降駆動装置３４ａ〜３４ｆによって昇降駆動し、各昇降駆動装置３４ａ〜３４ｆが昇降制御装置３５によって昇降制御される。
【００３１】
ところで、焼結原料装入装置３１によって形成される装入層９の幅方向の層厚形状は、常に一定形状にあるものではなく、図８に示すように、時々刻々変化する。例えば、ある時点を０分としたときに、細線図示の実線で表される層厚形状を有するが、６０分後には太線図示の実線で表される層厚形状となり、さらに１２０分後には点線で表される層厚形状に変化する。つまり、焼結機パレット８上に形成された装入層９の幅方向の層厚は時間の経過ともに変化し、層厚が増加する部分と層厚が低下する部分が混在している。
このため、圧密領域Ａｃ１〜Ａｃ４を抽出するには、装入層９の幅方向の焼結原料層厚を連続的に検出し、操業層厚を超えるオーバー層厚領域Ａｏ１〜Ａｏ４を正確に検出する必要がある。
【００３２】
この装入層９の幅方向の焼結原料層厚を連続的に検出するために、サージホッパー５のドラムシュート５ｅとカットオフゲート３２ａ〜３２ｄとの間に原料装入層９の表面の層厚を検出する層厚検出部４０が配設されている。この層厚検出部４０は、焼結機パレット８上に形成された原料装入層９の表面を焼結機パレット８の搬送方向と直交する幅方向に走査して幅方向全域の層厚を測定する。この層厚の連続的な測定には、速い応答速度と高い測定精度が特徴であるレーザーにより距離を測定するレーザー距離計４１ａ〜４１ｅを適用することができる。
【００３３】
例えば超音波距離計などを用いた距離測定方法では、測定エリアが数１００ｍｍにまで広がるのに対して、レーザー距離計では、その優れた集束性から測定個所を数ｍｍのスポットに限定できるため、位置を特定して測定することができる。このレーザー距離計を焼結機パレット幅方向に走査して層厚を測定することで、各々の位置で正確に測定した層厚のプロフィールを作成することが可能となる。
【００３４】
層厚を幅方向に走査する方法としてはいくつかの方法がある、先ず、１台のレーザー距離計で距離計の直下の層厚を測定しながら、距離計自体を全幅区間で移動させて、幅方向の全位置の層厚を測定する方法である。しかし、１台のレーザー距離計を幅方向で移動させるには、数１０秒程度の移動時間を要し、その間に焼結機パレット８が機長方向に大きく移動するため、幅方向の測定ながら機長方向に測定部がずれることも考慮しなくてはならない。また、全幅方向に長く移動することを繰り返すため、機械的にも駆動装置の負担が大きく、耐久性を要する。
このため、幅方向にいくつかに区間を分割して、複数台の距離計を移動させることも可能である。しかし、装置が大掛かりとなり、設置に広いスペースが必要となるため、焼結機の装入部の既存設備状況によっては設置が困難になる場合がある。
【００３５】
そこで、本発明では、特に、レーザー距離計を固定点で首振り式に走査する方法を検討した。首振り式とは、固定位置に設置したレーザー距離計を幅方向断面内で回動させて、レーザー光の投射位置をかえながら、線上に走査する方式である。以下、この方式のレーザー距離計を首振り式レーザー距離計と記載する。この首振り式レーザー距離計は、固定位置で回動するだけであるため、装置駆動系への負荷が小さく耐久的に非常に有利となる。さらに、幅方向の区間を分割して複数のレーザー距離計を同調させて、固定点で首振り式に走査することも可能である。１つのレーザー距離計で首振りさせる場合、焼結機パレット８の全幅を走査させるには、レーザー距離計を焼結機上方の高い位置に設置することが必要となる。その理由は、低い位置からレーザー光を投射すると、装入原料の形成する斜面の角度により、レーザー光の当たらない影の部分を生じ、測定不能となる箇所が生じるためである。
【００３６】
この原理を、図９を用いて説明する。図９（ａ）はレーザー距離計４１で低い位置からレーザー光を投射する状況である。焼結原料４２の安息角は最大５０°程度であるため、この場合は、黒く示す位置が測定不可能領域４３となる。測定不可能領域４３をなくすためには、それ以上の俯角（例えば６０°以上の俯角）の範囲で測定する必要があり、そのためには、図９（ｂ）に示すように、レーザー距離計４１の設置位置は高い位置が必要となる。特にサイドウォール部は原料が高角の斜面を作る機会が多いので、レーザー光の俯角を大きくとるために、レーザー距離計４１をサイドウォールの直上に近い位置に配置するのが好ましい。
【００３７】
設備の都合上、このような高い位置への設置が困難な場合、焼結機パレット８の幅方向区間を分割して、複数台のレーザー距離計４１で首振り式に走査するのであれば、設置位置をより低めることが可能である。焼結原料面からのレーザー距離計４１の高さは、レーザー光の俯角を大きく取り、且つレーザー距離計４１の測定レンジの制限に応じて０．８〜４．５ｍ、望むらくは０．８〜２ｍに設置することが望ましい。複数台で走査する場合は、レーザー距離計４１の回動動作を同調させ、短時間で全て幅方向区間を一度に走査することにより、走査時間中の焼結機パレット進行距離を極短い距離にすることができ、実質的にパレット進行によるズレを無視することができる。１回の走査に要する時間は短い方が良く、現実的には１０秒以下が望ましい。
【００３８】
レーザー距離計４１による距離測定では、投射光に対し、検出する反射光の侵入角度変化から距離を測定するので、レーザー距離計を原料表面に近い低位置に設置すると、侵入角度変化を大きく検出するから、距離微小変化による角度変化を検出しやすくなり、距離措定の精度向上効果も得られる。
このため、図１０に示すように、焼結機パレット８の装入層９の上方位置に幅方向に延長して架構４５を配設し、この架構４５の前後面の一方例えば後面に回動機構としてのレーザーヘッド４６ａ〜４６ｅにレーザー距離計４１ａ〜４１ｅを装着し、レーザーヘッド４６ａ〜４６ｅを距離計制御装置４７で所定の角度範囲で同期して回動させる。
【００３９】
この所定角度範囲は、隣接するレーザー距離計４１ｊ（ｊ＝ａ〜ｄ）及び４１ｊ＋１でそれらの中間位置の装入層９上でオーバーラップするように選定されている。このように、複数のレーザー距離計４１ａ〜４１ｅを首振り式に回動させると、レーザー距離計４１ａ〜４１ｅが固定位置で回動するだけであるため、装置駆動系への負荷が小さく耐久性的に非常に有利となる。さらに、複数のレーザー距離計４１ａ〜４１ｅを同期回動させて首振り式に走査することにより１回の走査で、装入層９の幅方向の全域の層厚を測定することが可能となる。この場合、隣接するレーザー距離計４１ａ〜４１ｅでは、例えば回動開始位置の角度を回動範囲の一方側の最大角度に全て揃えることにより、隣接する一方のレーザー距離計から出射されたレーザー光が隣接する他方のレーザー距離計に入射されることを確実に阻止することが好ましい。
【００４０】
このレーザー距離計４１ａ〜４１ｅを使用する場合には、その高い収束性から測定個所を数ｍｍのスポットに限定できるため、位置を特定して測定することができる。このレーザー距離計４１ａ〜４１ｅを焼結機パレット８の幅方向に走査して装入層９の層厚を測定することで、幅方向の各々の位置で正確に測定した層厚のプロフィールを作成することが可能となる。
このように、複数のレーザー距離計４１ａ〜４１ｅで首振り式に走査する場合には、装入層９の上面からの高さは、レーザー光の俯角を大きく取り、且つ距離計の測定レンジの制限に応じて０．８〜４．５ｍ、望むらくは０．８〜２ｍに設置することが望ましい。
【００４１】
また、複数台で走査する場合は、レーザー距離計の回動動作を同調させ、短時間で全ての区間を一度に走査することにより、走査時間中のパレット進行距離を極短い距離にすることができ、実質的にパレット進行によるズレを無視することができる。１回の走査に要する時間は短い方が良く、現実的には１０秒以下が望ましい。
ここで、レーザー距離計４１ａ〜４１ｅで検出した計測した距離Ｌａ〜Ｌｅと、そのときのレーザーヘッド４６ａ〜４６ｅの回動中心を通る垂線に対する回動角θａ〜θｅとが前述した距離計制御装置４７に供給されて、この距離計制御装置４７で下記（１）式及び（２）式の演算を行って幅方向の計測位置Ｗｊ（ｊ＝１〜６）及び原料装厚Ｈｊを算出する。
Ｗｊ＝ＷＢｊ＋Ｌｊ＊ｓｉｎθｊ  …………（１）
Ｈｊ＝ＨＬ−Ｌｊ＊ｃｏｓθｊ    …………（２）
【００４２】
ここで、ＷＢｊは各レーザー距離計４１ｊの回動中心点の幅方向の基準点となる一端から距離、Ｌｊは各レーザー距離計４１ｊで計測した計測距離、θｊは各レーザーヘッド４６ｊの回動中心を通る垂線に対する仰角であって前記基準点側を負値、基準点とは反対側を正値とする。また、ＨＬはレーザー距離計４１ａ〜４１ｅの計測原点すなわちレーザーヘッド４６ａ〜４６ｅの回動中心の焼結機パレット８の上面からの高さである。
【００４３】
そして、距離計制御装置４７では、算出された計測位置Ｗｊ及び原料層厚Ｈｊを対として記憶部に記憶して、幅方向の層厚のプロフィールを作成する。このとき、隣接するレーザー距離計４１ａ〜４１ｅでオーバーラップしている装入層９の表面位置については、計測した幅方向位置と前回の幅方向位置との変化が少ない方の幅方向位置Ｗｊ及び原料層厚Ｈｊを選択する。
【００４４】
すなわち、図１１に示すように、レーザー距離計４１ｊ及び４１ｊ＋１の中間位置にレーザー距離計４１ｊ側で急峻な傾斜面を有し、反対側のレーザー距離計４１ｊ＋１側で比較的緩やかな傾斜面の突出部４８が存在する場合には、レーザー距離計４１ｊでは、突出部４８の頂部を含む全ての距離を計測可能であるが、レーザー距離計４１ｊ＋１では突出部４８の頂部を超えた部分については急峻な傾斜面をとらえることができず、遠くの平坦部の距離を測定することになり、幅方向位置Ｗｊ＋１（ｎ）及び原料層厚Ｈｊ＋１(n)に大きな誤差を生じ、前回の幅方向位置Ｗｊ＋１(n-1)に対する変化量ΔＷが急増する。このため、幅方向位置の変化量ΔＷが少ないレーザー距離計４１ｊの計測値による幅方向位置Ｗｊ(n)及び原料層厚Ｈｊ(n)が選択される。
【００４５】
このようにして、装入層９の幅方向における層厚Ｈｊの幅方向プロフィールが所定時間（例えば１０分）毎に測定され、測定された層厚Ｈｊの幅方向プロフィールが距離計制御装置４７内に設けられた記憶部４７ａに順次記憶される。この記憶部４７ａに記憶された層厚Ｈｊの幅方向プロフィールが前述した昇降制御装置３５に送出され、この昇降制御装置３５で、図１２に示す通気棒昇降制御処理が実行される。
【００４６】
この通気棒昇降制御処理は、距離計制御装置４７の記憶部４７ａに層厚の幅方向プロフィールが記憶され、記憶された層厚の幅方向プロフィールが入力される毎に所定のメインプログラムに対する割込処理として実行される。先ず、ステップＳ１で、記憶部４７ａから入力された原料層厚Ｈｊの幅方向プロフィールを読込み、次いでステップＳ２に移行して、原料層厚Ｈｊの幅方向のプロフィールから操業層厚Ｈｏを超えている幅が所定幅以上となる要通気増加領域となるオーバー層厚領域Ａｏｎ（ｎ＝１，２……）が存在するか否かを判定する。
【００４７】
このステップＳ２の判定結果が、オーバー層厚領域Ａｏｎが存在しない場合には、ステップＳ３に移行して、通気棒３３ａ〜３３ｆの底面が操業層厚Ｈｏに対して所定距離だけ離間した待機位置とする昇降指令値を昇降駆動装置３４ａ〜３４ｆに出力してから通気棒昇降制御処理を終了して所定のメインプログラムに復帰する。
また、前記ステップＳ２の判定結果が、オーバー層厚領域Ａｏｎが存在する場合には、ステップＳ４に移行して、オーバー層厚領域Ａｏｎを抽出し、抽出したオーバー層厚領域Ａｏｎの幅方向の座標と最大層厚Ｈｍａｘｎとを昇降制御装置３５に内蔵する記憶部３５ａに記憶してからステップＳ５に移行する。
【００４８】
このステップＳ５では、記憶部３５ａに記憶された各オーバー層厚領域Ａｏｎの幅方向座標に基づいて対向する通気棒３３ｋ（ｋ＝ａ〜ｆ）を選択してからステップＳ６に移行して、選択された通気棒３３ｋに対する挿入深さＤｋを、該当するオーバー層厚領域Ａｏｎの最大層厚Ｈｍａｘｎに基づいて算出する。この挿入深さＤｋの算出は、オーバー層厚領域Ａｏｎの最大層厚Ｈｍａｘｎによって形成される圧密領域Ａｃｎの通気抵抗と通気棒３３ａ〜３３ｆの挿入深さＤとの関係を実験によって求め、この実験結果を最大層厚Ｈｍａｘと挿入深さＤとの関係を表す挿入深さ算出マップを記憶し、最大層厚Ｈｍａｘに基づいて挿入深さ算出マップを参照して挿入深さＤｋを算出するか、又は最大層厚Ｈｍａｘと挿入深さＤとの関係を表す方程式を求め、この方程式に最大層厚Ｈｍａｘを代入して挿入深さＤｋを算出する。
【００４９】
次いで、ステップＳ７に移行して、選択された通気棒３３ｋの昇降駆動装置３４ｋに対して算出された挿入深さＤｋを昇降指令値として出力するとともに、選択されていない通気棒３３に対して待機位置とする昇降指令値として出力してから通気棒昇降制御処理を終了してメインプログラムに復帰する。
このように、図１２に示す通気棒昇降制御処理を実行することにより、圧密領域Ａｃｎに対して通気棒３３ｋを設定された挿入深さＤｋで挿入することができる。これにより、圧密領域Ａｃｎの通気性を確保して、焼結操業時の歩留り、焼結時間及び生産率を向上することができる。
【００５０】
すなわち、焼結原料装入装置３１で焼結原料を装入して装入層９が形成され、焼結原料装入装置３１の下流側に配設された層厚検出部４０の各レーザー距離計４１ａ〜４１ｅによって装入層９の幅方向層厚のプロフィールが計測される。
この状態で、距離計制御装置４７の記憶部４７ａに装入層９の幅方向層厚のプロフィールが記憶されて、この幅方向層厚のプロフィールが昇降制御装置３５に送出されると、昇降制御装置３５では、幅方向層厚のプロフィールが入力されることにより、前述した図１２の通気棒昇降制御処理が実行開始される。
【００５１】
このため、幅方向層厚のプロフィールが読込まれ（ステップＳ１）、次いで、読込まれた幅方向層厚のプロフィールに基づいて操業層厚Ｈｏを超えるオーバー層厚領域Ａｏｎが存在するか否かを判定し（ステップＳ２）、オーバー層厚領域Ａｏｎが存在しないときには、各通気棒３３ａ〜３３ｆの昇降駆動装置３４ａ〜３４ｆに対して待機位置とする昇降指令値を出力する（ステップＳ３）。このため、各昇降駆動装置３４ａ〜３４ｆが各通気棒３３ａ〜３３ｆを、その底面を装入層９の操業層厚Ｈｏから上方に所定距離だけ離間させた待機位置に待機させる。
【００５２】
ところが、層厚検出部４０のレーザー距離計４１ａ〜４１ｅで計測した装入層９の幅方向層厚のプロフィールが、図１で模式的に示すように、操業層厚Ｈｏを超えるオーバー層厚領域Ａｏ１１及びＡｏ１２が形成されているものとする。この場合には、層厚の幅方向プロフィールが昇降制御装置３５に入力されて、図１２の通気棒昇降制御処理が実行されると、ステップＳ２からステップＳ４に移行して、オーバー層厚領域Ａｏ１１〜Ａｏ１２を抽出し、抽出されたオーバー層厚領域Ａｏ１１及びＡｏ１２の幅方向の座標位置と最大層厚Ｈｍａｘ１１及びＨｍａｘ１２とを記憶部３５ａに記憶する。
【００５３】
次いで、記憶されたオーバー層厚領域Ａｏ１１及びＡｏ１２の幅方向の座標位置に基づいて圧密領域に対向する対応する通気棒３３ｂ及び３３ｆを選択する（ステップＳ５）。そして、オーバー層厚領域Ａｏ１１及びＡｏ１２の最大層厚Ｈｍａｘ１１及びＨｍａｘ１２に基づいて挿入深さ算出マップを参照するか、又は挿入深さ算出方程式に最大層厚Ｈｍａｘ１１及びＨｍａｘ１２を代入して演算することにより、通気棒３３ｂ及び３３ｆの挿入深さＤ１１及びＤ１２を算出する（ステップＳ６）。
【００５４】
そして、昇降駆動装置３４ｂ及び３４ｆに対して、挿入深さＤ１１及びＤ１２を表す昇降指令値を出力するとともに、残りの昇降駆動装置３４ａ、３４ｃ〜３４ｅに対して待機位置となる昇降指令値を出力する（ステップＳ７）。これにより、昇降駆動装置３４ｂ及び３４ｆで通気棒３３ｂ及び３３ｆを要通気増加領域としての圧密領域に下降させて、図１に示すように、通気棒３３ｂ及び３３ｆが昇降指令値である挿入深さＤ１１及びＤ１２に達するまで下降させる。このため、通気棒３３ｂ及び３３ｆの下流側に通気溝３６ｂ及び３６ｆが形成される。
したがって、通気溝３６ｂ及び３６ｆによって圧密領域の通気抵抗を減少させることができ、溶融・燃焼帯の下降速度の低下を緩和することができ、焼結操業の歩留り、焼結時間及び生産率を向上させることができる。
【００５５】
図１３は、焼結機における原料圧密領域への通気棒挿入の効果を示すものであり、装入層９に形成された圧密領域における通気棒挿入の有無と焼結鉱強度を表すタンブラー強度との関係を示している。通気棒を挿入していない状態の３／１〜３／１６ではタンブラー強度７３．２〜７５％の範囲と低い状態を維持するが、圧密領域へ通気棒を例えば挿入深さ１００ｍｍで挿入した状態の３／１７〜３／２５ではタンブラー強度が７６．３〜７７．３％の範囲と高い状態を維持している。同様に、３／２６〜４／５の間で圧密領域に通気棒を挿入しない状態とすることにより、タンブラー強度が低下し、４／６〜４／１９の間で再度圧密領域に通気棒を挿入する状態とすることにより、タンブラー強度が一時的に７４．８程度に低下することはあってもタンブラー強度が高い状態に維持される。その後、圧密領域への通気棒の挿入をしない状態とするとタンブラー強度が低下している。
【００５６】
この図１３から明らかなように、要通気増加領域としての原料圧密領域を正確に検出し、検出した原料圧密領域に通気棒３３ａ〜３３ｆのうちの対応する位置の通気棒３３ｋを挿入することにより、焼結鉱強度も向上させることができる。
なお、上記第１の実施形態においては、通気制御部を通気棒３３ａ〜３３ｆ、昇降駆動装置３４ａ〜３４ｆ及び昇降制御装置３５で構成した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、通気棒及び昇降駆動装置の数は多ければ多いほど要通気増加領域に対して正確に通気棒を挿入することができる意味で好ましく、焼結機の焼結原料装入時の層厚変動に応じて任意数組の通気棒及び昇降駆動装置を配設することができる。
【００５７】
次に、本発明の第２の実施形態を図１４及び図１５について説明する。
この第２の実施形態では、少ない通気棒数で圧密領域の通気を確保するようにしたものである。
すなわち、第２の実施形態においては、図１４及び図１５に示すように、装入層９の幅方向を中央部で２分割し、２つの分割領域に夫々通気棒３３ｇ及び３３ｈを昇降駆動装置３４ｇ及び３４ｈによって昇降可能に保持し、各昇降駆動装置３４ｇ及び３４ｈを装入層９上に水平に橋架した架構５１に配設した例えば案内レールに案内されたスライダを有する直動機構で構成される水平移動機構５２ａ及び５２ｂによって幅方向に移動可能に配設し、昇降駆動装置３４ｇ及び３４ｈと水平移動機構５２ａ及び５２ｂとが昇降制御装置３５によって駆動制御されることを除いては前述した第１の実施形態の図１と同様の構成を有し、図１との対応部分には同一符号を付し、その詳細説明はこれを省略する。
【００５８】
この第２の実施形態においては、昇降制御装置３５で、前述した図１２の通気棒昇降制御処理に代えて、図１６に示す通気棒昇降制御処理を実行する。この通気棒昇降制御処理は、前述した図１２の通気棒昇降制御処理における前記ステップＳ４の処理が、オーバー層厚領域Ａｏｎを抽出し、抽出したオーバー層厚領域Ａｏｎの最大層厚Ｈｍａｘｎとこの最大層厚Ｈｍａｘｎの幅方向位置座標Ｗｎとを昇降制御装置３５に内蔵する記憶部３５ａに記憶してからステップＳ５に移行するステップＳ１４と、オーバー層厚領域Ａｏｎの最大層厚Ｈｍａｘｎのうち層厚の大きい上位２つのオーバー層厚領域Ａｏｈ１及びＡｏｈ２を要通気増加領域として選択するステップ１５とに変更されている。また、前記ステップＳ６及びステップＳ７間に、前記ステップＳ１５で選択された要通気増加領域としてのオーバー層厚領域Ａｏｈ１及びＡｏｈ２の最大層厚Ｈｍａｘｈ１及びＨｍａｘｈ２に対応する幅方向座標Ｗｏｈ１及びＷｏｈ２を水平移動指令値として対応する水平移動機構５２ａ及び５２ｂに出力するステップＳ１６と、水平移動機構５２ａ及び５２ｂの水平移動が完了したか否かを判定し、水平移動が完了していないときに完了するまで待機し、水平移動が完了したときに前記ステップＳ７に移行するステップＳ１７とが介挿されている。
【００５９】
この第２の実施形態によると、架構５１に配設された水平移動機構５２ａ及び５２ｂに昇降駆動装置３４ｇ及び３４ｈが固定されているので、通気棒３３ｇ及び３３ｈが幅方向に自由に移動可能となっている。
このため、図１４に示すように、前述した第１の実施形態における図１と同様に、焼結原料装入装置３１によって、２つのオーバー層厚領域Ａｏ１１及びＡｏ１２が形成されている場合について説明する。この場合には、オーバー層厚領域Ａｏ１１及びＡｏ１２の２つであるので、ステップＳ１４で、オーバー層厚領域Ａｏ１１及びＡｏ１２の最大層厚Ｈｍａｘ１１及びＨｍａｘ１２とこれら最大層厚Ｈｍａｘ１１及びＨｍａｘ１２の幅方向座標Ｗｏ１１及びＷｏ１２が記憶部３５ａに記憶されるとともに、ステップＳ１５でこれら記憶されたオーバー層厚領域のうちの最大層厚Ｈｍａｘが大きい上位２つが選択される。この場合には、オーバー層厚領域がＡｏ１１及びＡｏ１２の２つであるので両オーバー層厚領域Ａｏ１１及びＡｏ１２が要通気増加領域として選択される。
【００６０】
そして、要通気増加領域として選択されたオーバー層厚領域Ａｏ１１及びＡｏ１２について最大層厚Ｈｍａｘ１１及びＨｍａｘ１２について挿入深さＤ１１及びＤ１２が算出され、次いで水平移動機構５２ａ及び５２ｂに対して幅方向座標Ｗ１１及びＷ１２が移動指令値として出力される。これによって、水平移動機構５２ａ及び５２ｂがオーバー層厚領域Ａｏ１１及びＡｏ１２の最大層厚Ｈｍａｘ１１及びＨｍａｘ１２の幅方向座標位置すなわちカットオフゲート３２ａ及び３２ｄによって焼結原料が圧密される圧密領域の中心位置に昇降駆動装置３４ｇ及び３４ｈが移動される。
【００６１】
そして、水平移動機構５２ａ及び５２ｂの水平移動が完了すると、昇降駆動装置３４ｇ及び３４ｈに対して挿入深さＤ１１及びＤ１２で表される昇降指令値が出力されることにより、昇降駆動装置３４ｇ及び３４ｈで通気棒３３ｇ及び３３ｈが圧密領域内に挿入深さＤ１１及びＤ１２に達するまで挿入される。これによって、要通気増加領域となる圧密領域に通気棒３３ｇ及び３３ｈが挿入され、これら通気棒３３ｇ及び３３ｈの下流側に通気溝３６ｇ及び３６ｈが形成され、前述した第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００６２】
また、この第２の実施形態によると、２つの通気棒３３ｇ及び３３ｈと、これらを昇降させる昇降駆動装置３４ｇ及び３４ｈと、これら昇降駆動装置３４ｇ及び３４ｈを幅方向に移動させる水平移動機構５２ａ及び５２ｇとを設けるだけで良いので、通気制御部の構成を簡略化することができるとともに、オーバー層厚領域の最大層厚Ｈｍａｘ位置に正確に通気棒３３ｇ及び３３ｈを挿入することができ、圧密領域の圧密が最大となる位置に通気溝を形成して良好な通気を確保することができる。
【００６３】
なお、上記第２の実施形態においては、２組の通気棒３３ｇ及び３３ｈ、昇降駆動装置３４ｇ及び３４ｈ並びに水平移動機構５２ａ及び５２ｂで構成される通気制御部を設けた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、通気制御部を３組以上の通気棒、昇降駆動装置及び水平移動機構で構成することもできる。
また、上記第１及び第２の実施形態においては、レーザー距離計４１ａ〜４１ｅを首振り式で構成した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、複数のレーザー距離計を幅方向に移動させる移動機構に固定保持して、各レーザー距離計を同期して移動させるようにしてもよく、要は装入層９の幅方向の層厚を連続的に測定できればよいものである。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明の技術は、製鉄用、とくに高炉用原料として使われる焼結鉱の製造技術として有用であるが、その他の鉱石塊成化技術としても利用することができる。
【符号の説明】
【００６５】
１ａ…鉄鉱石粉ホッパー、１ｂ…石灰石ホッパー、１ｃ…返鉱ホッパー、１ｄ…粉コークスホッパー、２…ドラムミキサー、３…焼結機、４…床敷ホッパー、５…サージホッパー、８…燒結機パレット、９…装入層、１１…点火炉、１２ａ〜１２ｄ…気体燃料噴射装置、１６…ウインドボックス、２１…気体燃料供給部囲繞フード、２２…整流板、２２ａ〜２２ｃ…整流板列、２３…気体燃料噴射ノズル、３１…焼結原料装入装置、３２ａ〜３２ｄ…カットオフゲート、３３ａ〜３３ｆ…通気棒、３４ａ〜３４ｆ…昇降駆動装置、３５…昇降制御装置、３５ａ…記憶部、４０…層厚検出部、４１ａ〜４１ｅ…レーザー距離計、４６ａ〜４６ｅ…レーザーヘッド、４７…距離計制御装置、４７ａ…記憶部、５２ａ，５２ｂ…水平移動機構
【図１】
0005458780.tif 000003
【図２】
0005458780.tif 000004
【図３】
0005458780.tif 000005
【図４】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図５】
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【図６】
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