(57)【要約】【課題】  焼結プロセスにて温度測定手段の時間遅れ特性を補償し、良好な追従性でパレット速度を制御可能な焼結機におけるパレット速度の制御方法を提供する。【解決手段】  焼結機のパレット３上に焼結原料２０を供給して排鉱部に移送させる際にパレット３の速度を制御するパレット速度制御方法であって、機長方向の複数の風箱４に設置された熱電対５で排ガス温度を測定し、測定温度の時間遅れ特性を逆フィルタ６により補償し、逆フィルタ６の出力に基づきＢＴＰ推定部７において機長方向の風箱位置と排ガス温度の関係に基づき焼成点を推定し、目標値設定部８で設定された目標値と推定された焼成点の偏差をＰＩＤ制御部１０に入力し、これにより駆動モータ１１を制御する。【選択図】      図１
2005187841.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼結機のパレット上に焼結原料を供給して排鉱部に移送させる際にパレット速度を制御する焼結機におけるパレット速度制御方法であって、
機長方向の複数箇所における排ガス温度を測定し、測定温度の時間遅れ特性を逆フィルタにより補償し、当該逆フィルタの出力に基づき機長方向の位置と前記排ガス温度の関係を推定し、推定結果に基づいて前記パレット速度を制御することを特徴とする焼結機におけるパレット速度制御方法。
【請求項２】
前記排ガス温度は１次遅れ特性を有する複数の温度測定手段により測定され、前記逆フィルタは前記１次遅れ特性の逆伝達関数で表される特性を有することを特徴とする請求項１に記載の焼結機におけるパレット速度制御方法。
【請求項３】
前記排ガス温度の推定曲線式におけるピークを焼成点として推定し、推定された前記焼成点に基づいて前記パレット速度を制御することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の焼結機におけるパレット速度制御方法。
【請求項４】
前記排ガス温度の推定曲線式において温度上昇位置からピークに至る範囲にて予め設定された所定温度となる位置を推定し、推定結果に基づいて前記パレット速度を制御することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の焼結機におけるパレット速度制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドワイトロイド式の焼結機におけるパレット速度の制御方法に関し、特に、機長方向の複数箇所で排ガス温度を測定し、測定結果に基づきパレット速度を最適に制御するパレット速度の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、焼結プロセスに用いられる焼結機としては、大量生産に適した連続式のドワイトロイド方式が主流となっている。ドワイトロイド方式の焼結機において生産性の向上を図るため、焼結原料を移送する際にパレット速度を適正に制御することが求められる。従来のパレット速度制御方法としては、種々の技術が提案されている。例えば、焼結機の機長方向における複数箇所の排ガス温度を測定し、その測定温度から機長方向における排ガス温度の推定曲線式を求め、この推定曲線式において所定温度になる位置を算出し、それが設定位置になるように焼結機のパレット速度を制御する方法がある（例えば、特許文献１参照）。また、焼結機の機長方向に設置された風箱の排ガス温度の推移に基づいて焼結機の幅方向の平均焼成点を算出して、それを目標値に一致させるようにパレット速度を調整する方法がある（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
ドワイトロイド方式の焼結機において生産性を高めるには、焼成点の推定位置が機長方向終端の排鉱部に近づくように制御すればよい。一般に、焼結原料が排鉱部に近づくに従って焼結層の収縮が増大し、これに伴う割れが漏風を生じさせる。この場合、この漏風量が時間的に一様にならないために排ガス温度の変動を招き、これにより焼成点の推定位置が見かけ上変動してしまう。このような変動の影響を軽減するため、特許文献１の方法によれば、焼成点に至る以前の所定温度位置を基準にパレット速度を操作するように制御を行っている。また、特許文献２の方法によれば、幅方向に不均一となる焼成度変動の影響を避けるべく、幅方向の複数箇所に設置した排ガス温度計の平均値を使って制御を行っている。
【特許文献１】特開平３−２１１２４１号公報
【特許文献２】特開昭６０−１３０３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来のパレット速度制御方法において、機長方向に設置された複数の風箱の温度を測定するには一般に熱電対が用いられる。しかし、この熱電対の応答は、真の温度に対して時間遅れを持ち、その特性は一般に１次遅れ特性で表される。そのため、風箱に設置された熱電対は、真の排ガス温度よりも遅れたタイミングで測定温度が得られるため、その影響がパレット速度制御に及ぶことになる。そして、上記従来のパレット速度制御方法では、焼結機の規模によっても異なるが、例えば機長方向に所定の個数の風箱及び熱電対が設置された焼結機において、焼成時間によっては風箱１個分を超えるような応答遅れが生じることが問題となる。さらには、熱電対の１次遅れによる温度の平均化効果によって実際の温度変動が鈍った形で温度が測定されてしまう。この場合、上記従来のパレット速度制御方法では、その鈍った形の温度変動を反映して焼成点の推定が行われるので、そのような測定結果に判断を頼るパレット速度制御系も緩慢な動作となり、焼結プロセスにおける生産性の低下や焼結鉱品質の低下を招くことが問題となる。
【０００５】
そこで、本発明はこれらの問題を解決するためになされたものであり、焼結プロセスにおいて熱電対等の温度測定手段が持つ時間遅れ特性を簡単な構成で補償し、高い精度で機長方向の位置と排ガス温度の関係を推定し、パレット速度を的確かつ良好な追従性で制御することが可能な焼結機におけるパレット速度の制御方法を実現することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、焼結機のパレット上に焼結原料を供給して排鉱部に移送させる際にパレット速度を制御する焼結機におけるパレット速度制御方法であって、機長方向の複数箇所における排ガス温度を測定し、測定温度の時間遅れ特性を逆フィルタにより補償し、当該逆フィルタの出力に基づき機長方向の位置と前記排ガス温度の関係を推定し、推定結果に基づいて前記パレット速度を制御することを特徴とする。
【０００７】
この発明によれば、焼結プロセスにおけるパレット速度の制御に際し、機長方向の複数箇所（例えば、複数の風箱の位置）にて温度測定手段（例えば、熱電対）により測定された排ガス温度は、逆フィルタによって時間遅れ特性が補償される。その結果、真の排ガス温度を用いて推定演算が行われ、例えば、焼成点など所望の機長方向の位置を推定し、それによりパレット速度が制御される。よって、温度測定手段の応答遅れの影響により不適切なパレット速度の制御が行われることを防止し、操業状態の変動の影響を受けにくく、的確かつ良好な追従性でパレット速度を制御でき、焼結プロセスにおける生産性の向上と焼結鉱の品質向上を図ることができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記排ガス温度は１次遅れ特性を有する複数の温度測定手段により測定され、前記逆フィルタは前記１次遅れ特性の逆伝達関数で表される特性を有することを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、請求項１に記載の発明の作用に加えて、熱電対等の温度測定手段が一般的に有する１次遅れ特性は、逆特性を持つ逆フィルタにより確実に補償可能となり、高い精度で所望のパレット速度の制御を行うことができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記排ガス温度の推定曲線式におけるピークを焼成点として推定し、推定された前記焼成点に基づいて前記パレット速度を制御することを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、請求項１に記載の発明の作用に加えて、排ガス温度の推定曲線式を用いて、そのピークを焼成点として推定し、それによりパレット速度を制御するので、焼成点が排鉱部に十分近づくように制御でき、焼結プロセスにおける生産性を一層高めることができる。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記排ガス温度の推定曲線式において温度上昇位置からピークに至る範囲にて予め設定された所定温度となる位置を推定し、推定結果に基づいて前記パレット速度を制御することを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、請求項１に記載の発明の作用に加えて、排ガス温度の推定曲線式を用いて、変化の大きい領域に設定された所定温度となる位置を推定し、それによりパレット速度を制御するので、焼結プロセスの状況に応じた所望の位置を目標にパレット速度を制御でき、焼結プロセスにおける生産性を一層高めることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、焼結プロセスにおいて温度測定手段が持つ時間遅れ特性を逆フィルタにより補償し、機長方向の位置に応じた真の排ガス温度を推定可能とし、それによりパレット速度を制御するように構成したので、機長方向における焼成点の位置を高い精度で推定することができ、正確かつ良好な追従性でパレット速度を制御することができる。これにより、焼結プロセスにおける生産性の向上と焼結鉱の品質向上を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の好ましい実施の形態に図面に基づいて詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本実施形態に係る焼結機の構成を示す図である。図１においては、サージホッパ１、点火炉２、パレット３、風箱４、熱電対５、逆フィルタ６、ＢＴＰ（焼成点）推定部７、目標値設定部８、減算部９、ＰＩＤ制御部１０、駆動モータ１１を含んで構成されるドワイトロイド式の焼結機を示している。
【００１７】
図１に示す焼結機の操業時においては、予め適当に配合された焼結原料２０が、サージホッパ１によって連続的に給鉱される。焼結原料２０は、図１の右方向（図中矢印で示す）に移動するパレット３に装入された状態で、点火炉２により焼結原料２０の上部表面が着火される。そして、パレット３上の焼結原料２０は、排鉱部へ向かって所定の速度で移送されながら、上方から下方に向かって燃焼が進行していく。
【００１８】
一方、パレット３の下方には、機長方向に沿って多数の風箱４が設けられ、燃焼ガスを各々の風箱４から負圧吸引することにより焼結原料２０の焼成が順次進行してく。このとき、各々の風箱４に設置された熱電対５により、燃焼によって発生した排ガスの温度が測定される。それぞれの熱電対５の測定温度に基づき、焼結原料２０の焼成の進行具合を判断することができる。なお、風箱４及び熱電対５の設置個数は、焼結プロセスの状況に応じて適宜に定めることができるが、焼結機の機長方向の長さと風箱４のサイズとの関係による制約を受ける。
【００１９】
ここで、熱電対５の有する１次遅れ特性により、真の排ガス温度に対して、熱電対５の測定温度に時間遅れが生じる。従来の構成では、熱電対５の１次遅れ特性の影響を受けた測定温度を用いて、後述のＢＴＰの推定演算を行っていたが、本実施形態では、逆フィルタ６を設けることにより、熱電対５の１次遅れ特性を補償して真の排ガス温度を推定し、その結果を用いてＢＴＰの推定演算を行う構成を採用している。
【００２０】
以下、逆フィルタ６の構成について説明する。上述したように、熱電対５の特性は１次遅れフィルタとみなすことができる。ここで、１次遅れフィルタの伝達関数は次の（１）式のように記述することができる。
【００２１】
【数１】
2005187841.tif 000003
ただし、Ｘ：入力
Ｙ：出力
ｓ：伝達関数の周波数領域を意味するｓ
Ｔ：時定数
一方、逆フィルタ６の特性は、１次遅れ特性を補償すべく、（１）式に対する逆伝達関数で表され、（２）式のように記述することができる。
【００２２】
【数２】
2005187841.tif 000004
この（２）式の伝達関数は周波数領域で表現されたものであるが、これを時間領域で表現すると、（３）式のようになる。
【００２３】
【数３】
2005187841.tif 000005
ここで、（２）式及び（３）式に関し、それぞれ入力と出力を入れ替えて一般的に表現すると、次の（２）’式及び（３）’式を得ることができる。
【００２４】
【数４】
2005187841.tif 000006
【００２５】
【数５】
2005187841.tif 000007
上記の(３)’式により求められるｙ（ｔ）は、熱電対５の測定信号を表すｘ（ｔ）と、その時間微分の時定数倍とを加えたものである。そして、逆フィルタ６は、この（３）’式に対応するフィルタ演算を行うものであり、その伝達関数は（２）’式で与えられる。これにより、熱電対５の１次遅れ特性が補償され、時間遅れのない真の排ガス温度を算出することが可能となる。
【００２６】
図２は、逆フィルタ６の構成を表すブロック図である。図２においては、風箱４及び熱電対５がＮ個設置されていることを想定し、Ｎ個の熱電対５からの出力が逆フィルタ６にそれぞれ入力されるものとする。図２に示すように、第１の熱電対５の測定信号Ｘ１は、加算部Ａ１と微分部Ｂ１にそれぞれ入力され、さらに微分部Ｂ１の出力が加算部Ａ１に入力される。その結果、加算部Ａ１からは、（２）’式あるいは（３）’式の演算結果に対応する出力信号Ｙ１が得られることになる。
【００２７】
さらに、第２〜Ｎの熱電対５の測定信号Ｘ１〜ＸＮに対しても、加算部Ａ１〜ＡＮ及び微分部Ｂ１〜ＢＮによって同様の演算が行われる。その結果、それぞれ１次遅れ特性が補償されたＮ個の出力信号Ｙ１〜ＹＮが得られ、後段のＢＴＰ推定部７に入力される。
【００２８】
次に図１に戻って、ＢＴＰ推定部７は、逆フィルタ６の出力信号に基づいて、機長方向における焼成点（ＢＴＰ：Burn Through Point）を演算によって推定する。焼成点とは、移送される焼結原料２０の燃焼が下面に達する点のことである。一般に、パレット３の移動に伴い焼結原料２０の燃焼が進行する際、排ガス温度は有効機長の最後の領域で急減に上昇する傾向がある。
【００２９】
例えば、図３は、焼結機における排ガスの温度分布の一例を示す図である。この例では、風箱４の個数Ｎを２３に設定した場合に対応し、風箱４の位置に応じて排ガス温度が変化する様子を示している。図３に示すように、１７番目の風箱４の位置までは排ガス温度の変化が小さいが、１８〜１９番目の風箱４の位置から急激に排ガス温度が上昇することがわかる。そして、２２番目の風箱４の近辺で排ガス温度のピークを生じ、それ以降は減少に転ずることがわかる。この例の場合、排ガス温度に適合する推定曲線式に基づきピークとなる位置を求めれば、それを焼成点として推定することができる。
【００３０】
ＢＴＰ推定部７には、上述の逆フィルタ６からのＮ個の出力信号が入力され、これらの出力信号を用いてＢＴＰの推定演算を実行する。ここで、ｉ番目の風箱４に対し、その位置をＰｉと表すとともに、ｉ番目の熱電対５について逆フィルタ６で求めた温度をＴｉと表した場合、焼成点近傍の排ガス温度の推定曲線式を次の（４）式によって与えるものとする。
【００３１】
【数６】
2005187841.tif 000008
ただし、Ａｉ：２次項の係数
Ｂｉ：１次項の係数
Ｃｉ：定数
このように排ガス温度の推定曲線式は２次関数で表され、図３に示すような温度分布に対応する変化を含む式となっている。ＢＴＰ推定部７では、風箱４の位置Ｐｉと排ガス温度Ｔｉを用いて（４）式に含まれるＡｉ、Ｂｉ、Ｃｉを求め、（４）式が極大値をとるＰ（実数）を算出し、それをＢＴＰ（焼成点）として推定する。
【００３２】
図４は、図１の構成においてＢＴＰ推定部７により推定されるＢＴＰの時間的推移の一例を示す図であり、従来の構成と比較して示している。この例では、風箱４の個数Ｎを２３とし、３時間の経過時間内におけるＢＴＰの変化を表している。図４において、本実施形態の構成により推定されたＢＴＰ（図中（Ａ）の曲線で示す）を、従来の場合（図中（Ｂ）の曲線で示す）と比較すると、より鋭敏にＢＴＰの変化を捉えることが可能となっている。従来の構成では、かかるＢＴＰの時間的な変化を十分捉えることができなかったのに対し、本実施形態の構成では、熱電対５の１次遅れ特性が逆フィルタ６により補償されるので、測定温度の応答遅れがなくなり、高い精度でＢＴＰの変化を識別することができる。
【００３３】
なお、排ガス温度の推定曲線のピークに対応するＢＴＰを（４）式により算出する場合に限られず、排ガス温度の推定曲線式における温度上昇位置からピークに至る範囲にて、予め設定された所定温度となる位置を（４）式により算出する場合であっても本発明を適用することができる。例えば、図３に示す温度分布において、排ガス温度が３００度となる位置Ｐを算出してもよい。
【００３４】
次に図１に戻って、目標値設定部８は、焼結機の操業に適したＢＴＰについての所望の目標値が設定される。例えば、風箱４の個数Ｎが２３である場合、有効機長の最後に近接する２２番目の風箱４の位置を目標値として設定することができる。目標値設定部８においては、予め好適な目標値を固定的に設定してもよいが、オペレータの外部操作により、その時点の操業状態に応じた目標値を適宜に切り替えて設定可能としてもよい。
【００３５】
次に、減算部９では、目標値設定部８で設定された目標値から、ＢＴＰ推定部７で推定されたＢＴＰの値を減算して偏差を求め、その偏差をＰＩＤ制御部１０に送出する。そして、ＰＩＤ制御部１０では、入力された偏差が小さくなるように、比例制御、積分制御、微分制御の３つを組み合せた操作量を求める。具体的には、ＰＩＤ制御部１０では、入力信号Ｘ（ｓ）、出力信号Ｙ（ｓ）に対応して、次の（５）式で表される演算が行われる。
【００３６】
【数７】
2005187841.tif 000009
ただし、Ｋ  ：比例項の定数
Ｋｉ：積分項の定数
Ｋｄ：微分項の定数
このように（５）式によって求めた出力信号Ｙ（ｓ）は、駆動モータ１１に供給される操作量となり、これにより駆動モータ１１における回転制御が行われる。駆動モータ１１においては、ＰＩＤ制御部１０からの操作量に適合する回転制御を行うことにより、適切なパレット速度を制御することができる。
【００３７】
なお、本実施形態におけるＰＩＤ制御部１０は基本的な制御方法を実現するものであるが、これ以外の周知な制御方法を適用した場合であっても、本発明の効果を同様に達成することができる。例えば、ロバスト制御やモデル予測制御などの高度な制御方法を採用してもよい。
【００３８】
次に、本実施形態に係るパレット速度制御方法の効果について図５及び図６を参照しながら説明する。図５は、逆フィルタ６を設けない従来の構成によるパレット速度制御方法を適用する場合のＢＴＰの時間的推移を示す図であり、図６は、本実施形態の構成によるパレット速度制御方法を適用する場合のＢＴＰの時間的推移を示す図である。それぞれ、風箱４の個数Ｎを２３として構成された焼結機において、３時間の経過時間内にて（４）式により推定されるＢＴＰの変化を表している。
【００３９】
図５に示すように、従来のパレット速度制御方法を適用する場合、推定されるＢＴＰの変動は時間経過とともに比較的広い範囲で分布している。これに対し、図６に示すように、本実施形態に係るパレット速度制御方法を適用する場合、推定されるＢＴＰの変動が図５と比べて狭い範囲に分布している。すなわち、本実施形態において設けた逆フィルタ６により熱電対５の１次遅れ特性を補償して真の排ガス温度を求め、その結果に基づきＢＴＰを算出したので、ＢＴＰの変動をより鋭敏に捉えることができる。そして、このようなＢＴＰに基づきパレット速度を制御するので、ＢＴＰの変動分布を狭い範囲に制限することができるのである。
【００４０】
ここで、図５及び図６に示すように、ＢＴＰの変動分布の最大値が２２．０になるように調整を行った。この場合、図５においては、ＢＴＰの平均値が２１．７となり、図６においては、ＢＴＰの平均値が２１．９となった。このように、本実施形態に係るパレット速度制御方法を採用することにより、ＢＴＰの平均値（中心値）の変動が小さくなるため、より排鉱部に近い位置にＢＴＰを制御することができる。これにより、焼結機において得られる焼結鉱の品質が向上するとともに、焼結プロセス全体の生産性の向上に効果がある。
【００４１】
なお、本実施形態においては、焼結機の各風箱４にそれぞれ熱電対５を設置する場合を説明したが、それ以外の温度測定手段を設置する場合であっても本発明を適用することができる。また、温度測定手段の時間遅れ特性は、１次遅れ特性に限られず、逆フィルタ６で補償可能な範囲でより高次の時間遅れ特性を有する場合であっても本発明を適用することができる。
【００４２】
以上説明した実施形態に含まれる逆フィルタ６、ＢＴＰ推定部７、目標値設定部８、減算部９、ＰＩＤ制御部１０を構成する場合、ディジタル回路等の組み合せにより実現する方法に加え、これらを一体的に機能させるプログラムをコンピュータに実装して動作させることにより実現する方法もある。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本実施形態に係る焼結機の構成を示す図である。
【図２】逆フィルタの構成を表すブロック図である。
【図３】焼結機における排ガスの温度分布の一例を示す図である。
【図４】図１の構成においてＢＴＰ推定部により推定されるＢＴＰの時間的推移の一例を示す図である。
【図５】逆フィルタを設けない従来の構成によるパレット速度制御方法を適用する場合のＢＴＰの時間的推移を示す図である。
【図６】本実施形態の構成によるパレット速度制御を適用する場合のＢＴＰの時間的推移を示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１…サージホッパ
２…点火炉
３…パレット
４…風箱
５…熱電対
６…逆フィルタ
７…ＢＴＰ推定部
８…目標値設定部
９…減算部
１０…ＰＩＤ制御部
１１…駆動モータ
２０…焼結原料
【図１】
2005187841.tif 000010
【図２】
2005187841.tif 000011
【図３】
2005187841.tif 000012
【図４】
2005187841.tif 000013
【図５】
2005187841.tif 000014
【図６】
2005187841.tif 000015