(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄原料と還元剤との混合粉末を造粒したペレットを高温雰囲気中で還元して還元鉄を製造する還元鉄の製造方法において、前記高温雰囲気中で処理されるペレットの実金属化率を検出し、該実金属化率と予め設定された設定金属化率とに基づいて燃料及び燃焼空気の流量を設定し、設定された流量の燃料及び燃焼空気を混合した燃焼ガスを前記高温雰囲気に供給することで、該高温雰囲気を所定温度に制御することを特徴とする還元鉄の製造方法。
【請求項２】
鉄原料と還元剤との混合粉末を造粒したペレットを高温雰囲気中で還元して還元鉄を製造する還元鉄の製造装置において、所定量の燃料に適量の燃焼空気を混合した燃焼ガスを供給する燃焼ガス供給手段と、該燃焼ガス供給手段における燃料流量及び燃焼空気流量を調整する燃焼ガス流量調整手段と、前記高温雰囲気中で処理されるペレットの実際の金属化率を検出する金属化率検出手段と、該金属化率検出手段が検出した実金属化率と予め設定された設定金属化率とに基づいて前記燃焼ガス流量調整手段を制御する燃焼ガス制御手段とを具えたことを特徴とする還元鉄の製造装置。
【請求項３】
請求項２記載の還元鉄の製造装置において、前記金属化率検出手段は、コイルの中心部での前記ペレットの有無により変化する前記コイルのインピーダンス変化に基づいて該ペレットの金属化率を検出することを特徴とする還元鉄の製造装置。
【請求項４】
請求項３記載の還元鉄の製造装置において、前記金属化率検出手段は、検出台上にセットされたコイルと、高温雰囲気からペレットを取り出して該コイル中心部に位置させるサンプリング手段と、前記コイルに接続されたブリッジ回路と、前記コイルに一定周波数の交流電流を与える電源と、前記コイルの中心部での前記ペレットの有無によって変化する信号を検出する検波手段と、該検波手段が検出した信号をインピーダンスに変換する波形検出手段とを有することを特徴とする還元鉄の製造装置。
【請求項５】
請求項３記載の還元鉄の製造装置において、前記金属化率検出手段は、コイルと、高温雰囲気からペレットを取り出して該コイル中心部を通過させるサンプリング手段と、前記コイルに接続されたブリッジ回路と、前記コイルに一定周波数の交流電流を与える電源と、前記コイルの中心部での前記ペレットの通過によって変化する信号を検出する検波手段と、該検波手段が検出した信号をインピーダンスに変換する波形検出手段とを有し、前記ペレットがある速度で前記コイルを通過する際のインピーダンス信号から該ペレットの平均粒径を決定し、該ペレットの金属化率を精度良く検出することを特徴とする還元鉄の製造装置。
【請求項６】
請求項５記載の還元鉄の製造装置において、前記コイルを複数設け、前記サンプリング手段は前記ペレットを該複数のコイル中心部を通過させ、前記検波手段は前記各コイルの中心部での前記ペレットの通過によって変化する複数の信号を検出し、前記波形検出手段は一つまたは複数のインピーダンス信号から該ペレットの平均粒径を決定し、該ペレットの金属化率を精度良く検出することを特徴とする還元鉄の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄原料と還元剤との混合粉末を造粒したペレットを高温雰囲気中で還元して還元鉄を製造する還元鉄の製造方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
還元鉄を製造する場合、まず、鉄鉱石の粉末、石炭の粉末、石灰石の粉末、結合剤を混合し、加湿造粒してグリーンボールと呼ばれるウエットボールを形成する。次に、このグリーンボールをある程度乾燥してから、還元炉内で高温に加熱して石炭により鉄鉱石中の酸化鉄を還元することで、ペレット状の還元鉄を生成することができる。
【０００３】
この還元炉において、ドーナッツ形状に形成された還元炉本体内にリング状をなす炉床が周方向に回転可能に支持され、還元炉本体の所定位置にグリーンボールを炉床上に供給するペレット供給部と、炉床で還元された還元済ペレットを外部に排出するペレット排出部とが設けられている。そして、還元炉内に炉床上に高温雰囲気を形成するための空間部が形成され、この空間部に対して燃料と一次燃焼用空気を混合した燃焼ガスを供給するメインバーナーと、二次燃焼用空気を供給するサブバーナーとが設けられると共に、炉内での燃焼により発生した排気ガスを排出する排気ダクトが設けられている。
【０００４】
従って、ペレット供給部にて、グリーンボールはペレット供給部から炉床に供給される一方、この炉床は所定速度で回転し、且つ、バーナーにより空間部が加熱されて高温雰囲気となっている。そのため、炉床上のグリーンボールは高温雰囲気を移動中に石炭により鉄鉱石中の酸化鉄が還元され、還元鉄となる。そして、ペレット排出部にて、還元されたグリーンボールは還元済ペレットとしてペレット排出部により炉外へ排出され、容器に詰め込まれる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した還元炉では、炉内を所定温度の高温雰囲気に維持するためにメインバーナーにより炉内に燃焼ガスを供給しているが、この燃焼ガスの燃料流量を抑えると共に燃焼後に残留する可燃性ガスを過不足なく燃焼することで、還元処理効率のアップを図る一方で、処理される還元済ペレットの金属化率を９０％以上として製品の品質アップを図ることが望まれている。
【０００６】
そのため、一般に、還元炉内は、ペレット供給部から排気ダクトまででペレットを加熱させる加熱ゾーンと、排気ダクトの下流側であってＣＯ比を制御して還元処理を進行させるＣＯ比制御ゾーンと、ＣＯ比制御ゾーンの下流側からペレット排出部まででほぼ還元処理が完了したペレットの還元状態を維持する還元雰囲気ゾーンとに区画されている。そして、特に、ＣＯ比制御ゾーン及び還元雰囲気ゾーンでは、バーナーにより燃焼ガスを供給して加熱することで高温状態に維持し、高温ガスの輻射熱で石炭により鉄鉱石中の酸化鉄を効率よく還元させ、還元済ペレットの金属化率を向上させている。
【０００７】
この還元済ペレットの金属化率を向上させるためには、一般に、炉内を高温度に維持すればよく、ペレットの投入量に応じた炉内設定温度を設定し、実際の炉内温度がこの炉内設定温度になるようにバーナーからの燃焼ガス流量を制御していた。ところが、ペレットの金属化率は炉内温度以外に、炉床回転速度やペレットの大きさなどの影響を受ける。そのため、還元炉から排出された還元済ペレットの金属化率を種々の方法で測定し、その測定結果を炉内設定温度に反映させることが考えられるが、還元済ペレットの金属化率の測定中は還元処理を停止しなければならず、オンラインで還元済ペレットの金属化率を測定することが望ましい。
【０００８】
なお、還元済ペレットの金属化率を測定方法としては、還元済鉄を機械的に乾式粉砕した後に加圧成形し、Ｘ線分析するブリケット法があるが、サンプル混合や加圧成形の不均一や偏析などの誤差要因があって検出精度が良くないと共に、測定に長時間を要してしまう。また、サンプルとしての還元鉄を一定容量の容器中に充填してから、この容器を発振回路の一部をなすコイルの中に組み込んで共振周波数の変化を測定する方法（特開昭５５−８００４９号公報）があり、Ｘ線分析法に比べて簡便であるが、サンプルの充填が不均一であると共振周波数をシフトさせる誤差要因となって検出精度が良くない。そして、前述したＸ線分析法と同様に、オフライン計測法であり、ペレットの還元処理を行いながら還元済ペレットの金属化率を測定することができない。
【０００９】
本発明はこのような問題を解決するものであり、ペレットの還元処理を実施しながらオンラインで金属化率を測定することで還元処理の効率化及び製品品質の向上を図った還元鉄の製造方法及び装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するための請求項１の発明の還元鉄の製造方法は、鉄原料と還元剤との混合粉末を造粒したペレットを高温雰囲気中で還元して還元鉄を製造する還元鉄の製造方法において、前記高温雰囲気中で処理されるペレットの実金属化率を検出し、該実金属化率と予め設定された設定金属化率とに基づいて燃料及び燃焼空気の流量を設定し、設定された流量の燃料及び燃焼空気を混合した燃焼ガスを前記高温雰囲気に供給することで、該高温雰囲気を所定温度に制御することを特徴とするものである。
【００１１】
また、請求項２の発明の還元鉄の製造装置は、鉄原料と還元剤との混合粉末を造粒したペレットを高温雰囲気中で還元して還元鉄を製造する還元鉄の製造装置において、所定量の燃料に適量の燃焼空気を混合した燃焼ガスを供給する燃焼ガス供給手段と、該燃焼ガス供給手段における燃料流量及び燃焼空気流量を調整する燃焼ガス流量調整手段と、前記高温雰囲気中で処理されるペレットの実際の金属化率を検出する金属化率検出手段と、該金属化率検出手段が検出した実金属化率と予め設定された設定金属化率とに基づいて前記燃焼ガス流量調整手段を制御する燃焼ガス制御手段とを具えたことを特徴とするものである。
【００１２】
また、請求項３の発明の還元鉄の製造装置では、前記金属化率検出手段は、コイルの中心部での前記ペレットの有無により変化する前記コイルのインピーダンス変化に基づいて該ペレットの金属化率を検出することを特徴としている。
【００１３】
また、請求項４の発明の還元鉄の製造装置では、前記金属化率検出手段は、検出台上にセットされたコイルと、高温雰囲気からペレットを取り出して該コイル中心部に位置されるサンプリング手段と、前記コイルに接続されるブリッジ回路と、前記コイルに一定周波数の交流電流を与える電源と、前記コイルの中心部での前記ペレットの有無によって変化する信号を検出する検波手段と、該検波手段が検出した信号をインピーダンスに変換する波形検出手段とを有することを特徴としている。
【００１４】
また、請求項５の発明の還元鉄の製造装置では、前記金属化率検出手段は、コイルと、高温雰囲気からペレットを取り出して該コイル中心部を通過させるサンプリング手段と、前記コイルに接続されたブリッジ回路と、前記コイルに一定周波数の交流電流を与える電源と、前記コイルの中心部での前記ペレットの通過によって変化する信号を検出する検波手段と、該検波手段が検出した信号をインピーダンスに変換する波形検出手段とを有し、前記ペレットがある速度で前記コイルを通過する際のインピーダンス信号から該ペレットの平均粒径を決定し、該ペレットの金属化率を精度良く検出することを特徴としている。
【００１５】
また、請求項６の発明の還元鉄の製造装置では、前記コイルを複数設け、前記サンプリング手段は前記ペレットを該複数のコイル中心部を通過させ、前記検波手段は前記各コイルの中心部での前記ペレットの通過によって変化する複数の信号を検出し、前記波形検出手段は一つまたは複数のインピーダンス信号から該ペレットの平均粒径を決定し、該ペレットの金属化率を精度良く検出することを特徴としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１７】
図１に本発明の第１実施形態に係る還元鉄の製造装置における燃焼制御システムの制御ブロック、図２に還元雰囲気ゾーンの燃焼制御システムの制御ブロック、図３に還元鉄の製造装置の全体構成を表す概略を示す。
【００１８】
本実施形態の還元鉄の製造装置による製造工程を簡単に説明する。図３に示すように、まず、ペレットの原材料となる鉄鉱石の粉末（鉄原料）と石炭の粉末（還元剤）と石灰石の粉末とがそれぞれホッパ１１，１２，１３から供給され、ホッパ１４から供給された結合剤と共にミキサー１５で混合される。次に、混合粉末がペレタイザー１６にて直径１０〜２０mmのグリーンボール（生ペレット）GBに造粒され、乾燥機１７に投入され、後述する還元炉１９からの排気ガスにより乾燥される。そして、乾燥したグリーンボールGBはコンベヤ１８を介してペレット供給装置３１により還元炉１９に供給される。一方、この還元炉１９内はバーナー（燃焼ガス供給手段）３２により加熱されて高温雰囲気に維持され、内部の排気ガスが排気ダクト３３から排出されている。そのため、グリーンボールGBは還元炉１９内を移動するときに内部で高温に加熱され、石炭により鉄鉱石中の酸化鉄を還元することでペレット状の還元鉄が生成される。そして、還元済ペレットは、ペレット排出装置３４により還元炉１９内から搬出され、容器２０に収容される。
【００１９】
また、排気ダクト３３から排出された排気ガスは水スプレー式の一次冷却器２１で冷却されてから熱交換器２２に送られ、ここで送風ファン２３により送られた空気と熱交換を行ってから、水スプレー式の二次冷却器２４で再び冷却される。なお、熱交換器２２で加熱された空気は還元炉１９に送られ、燃料（天然ガス）と共に炉内に供給される。一方、二次冷却器２４で冷却された排気ガスは、ファン２５により乾燥機１７に送られ、前述したように、グリーンボールGBの乾燥用空気となる。そして、乾燥機１７から排出された排気ガスは集塵機２６で清浄化され、更に排気ファン２７により煙突２８に送られ、脱硫されてから大気に放出される。
【００２０】
そして、還元炉１９はドーナッツ形状に形成された本体内にリング状をなす炉床が周方向に回転可能に支持されており、この還元炉１９内の高温空間部が、ペレット供給装置３１から排気ダクト３３までの加熱ゾーンと、排気ダクト３３より下流側のＣＯ比制御ゾーンと、ＣＯ比制御ゾーンより下流側からペレット排出装置３４までの還元雰囲気ゾーンＣとに区画されている。この加熱ゾーンは２ゾーンに分けられ、ペレット供給装置３１と、バーナー３２と、二次燃焼用空気（ウィケットエア）を供給する図示しない空気供給部とが設けられている。ＣＯ比制御ゾーンは３ゾーンに分けられ、バーナー３２と、ウィケットエアを供給する空気供給部とが設けられている。還元雰囲気ゾーンは３ゾーンに分けられ、バーナー３２が設けられている。
【００２１】
このように構成された還元炉１９の各ゾーンでは、その役割が十分に機能するように、バーナー３２から供給される燃料流量及び一次燃焼用空気流量（以下、燃焼空気流量）、空気供給部から供給されるウィケットエア流量が制御されるようになっている。そして、本実施形態では、還元炉１９内でグリーンボールGBがどの程度還元されているか、その還元度合、つまり、金属化率（鉄化率）をオンラインで測定し、燃焼制御に反映させるようにしている。
【００２２】
本実施形態では、還元雰囲気ゾーンで排出される直前の還元済ペレット（グリーンボールGB）に対してオンラインで金属化率を測定し、燃焼制御にフィードバックさせるように構成しており、以下に、還元雰囲気ゾーンにおける燃焼制御システムについて説明する。
【００２３】
まず、還元済ペレットの金属化率測定装置について説明する。図１に示すように、金属化率測定装置３９において、還元炉１９の還元雰囲気ゾーンには還元途中のグリーンボールGBを選択的に取り出すサンプリング装置４０が設けられている。コイル４１は検出台４２上にセットされ、端部がブリッジ回路４３に接続され、このブリッジ回路４３には発振器４４が接続されている。そして、ブリッジ回路４３に検波・増幅器４５に接続され、この検波・増幅器４５は波形検出器４６に接続され、この波形検出器４６は金属化率演算器４７に接続され、この金属化率演算器４７は温度調節器５１に接続されている。なお、還元炉１９から取り出したグリーンボールGBをコイル４１の中心部にセットするまでの工程は、グリーンボールGBの酸化を防止するために不活性ガス（例えば、窒素ガス等）雰囲気中で行う。
【００２４】
従って、サンプリング装置４０は、還元炉１９の還元雰囲気ゾーンにて還元途中のグリーンボールGBを一つずつ取り出し、検出台４２上のコイル４１の中心部にセットする。この状態で発振器４４はブリッジ回路４３に対して一定の周波数で交流電流を流す。検波・増幅器４５は、検出台４２上のコイル４１の中心部にグリーンボールGBがセットされてないときの周波数を予め認識しており、コイル４１の中心部にグリーンボールGBがセットされたときに変化する周波数を検出して増幅し、波形検出器４６に出力する。波形検出器４６はコイル４１の中心部にグリーンボールGBがセットされたときの周波数変化からコイル４１のインピーダンスを検出し、金属化率演算器４７はこのインピーダンスからグリーンボールGBの金属化率を算出する。
【００２５】
ここで、金属化率演算器４７による金属化率の算出方法について説明する。まず、グリーンボールGBの重量ｍp を下記式（１）により求める。この場合、グリーンボールGBの体積Ｖはほぼ同様であり、予め粉砕して求めておく。
ｍp ＝ρ×Ｖ                                          ・・・（１）
【００２６】
続いて、グリーンボールGBにおける鉄含有率ｍFeを下記式（２）により求める。なお、Ｐ1 はコイル４１のインピーダンスの変化、Ｃ2 は鉄質量変換係数（コイル４１形状や発振器４４の周波数に依存する係数であり、予め実測して求めておく。）
ｍFe＝Ｐ1 ×Ｃ2                                       ・・・（２）
【００２７】
そして、下記式（３）によりグリーンボールGBの金属化率をη1 求める。
η1 ＝（ｍFe／ｍp ）×１００                          ・・・（３）
【００２８】
このようにグリーンボールGBの金属化率η1 が求められると、金属化率演算器４７はこの金属化率η1 を制御装置４８にフィードバックして燃焼制御システムにより還元雰囲気ゾーンの温度を調整する。
【００２９】
一般に、インピーダンスの変化はグリーンボールGBの金属化率の増加に伴って増加する傾向にあり、インピーダンス変化を計測することによりグリーンボールGB中の金属化率を推定することができる。即ち、グリーンボールGBがコイル４１の中心部にセットされると、グリーンボールGBに含有している成分に依存してコイル４１のインピーダンスが変化する。例えば、グリーンボールGB中の鉄含有率が高い場合は、空気に比べて透磁率が増加するため、コイル４１のインピーダンスが増加する。一方、グリーンボールGBの還元率が悪く鉄成分がほとんど含まれず、酸化鉄等が含まれている場合は、コイル４１のインピーダンスが減少する。更に、還元が不十分でグリーンボールGB中にＦｅＯが残留した場合、反磁性体であるため、コイル４１のインピーダンスは負の値に変化する。
【００３０】
次に、上述した還元済ペレットの金属化率測定装置３９を用いた還元雰囲気ゾーンの燃焼制御システムについて説明する。
【００３１】
図２に示すように、金属化率の測定装置３９は前述した方法により金属化率η1 に求め、変換器４９に出力する。この変換器４９は、この実際のグリーンボールGBの金属化率η1 と予め設定された設定金属化率η0 とを比較して設定炉内温度ＳＶT を求めて温度調節器４２に出力する。一方、温度センサ５１は還元雰囲気ゾーンの炉内温度ＰＶT を検出し、温度調節器４２に出力する。この温度調節器５１には、実際の炉内温度ＰＶT と共に予め設定された設定炉内温度ＳＶT が入力し、実炉内温度ＰＶT と設定炉内温度ＳＶT との偏差から燃料の供給割合ＭＶT を出力する。変換器５２は図示しない比例マップに基づいて燃料の供給割合ＭＶT を設定燃料流量Ｑｍ0 に変換するが、この場合、最小閾値と最大閾値が設定されており、失火や過熱が抑制されている。
【００３２】
このように求められた設定燃料流量Ｑｍ0 は後述する高値選択器５３ａ及び低値選択器５３ｂで処理され、スイッチＳＷ１を介して流量調節器５４に入力する。一方、燃料供給源５５から還元炉１９の還元雰囲気ゾーンに配管された燃料供給ラインＬ１にはオリフィス流量計５６が設けられ、オリフィス流量計５６が計測した差圧ΔＰが変換器５７で変換されることで、流量調整弁５８の下流側での実際の燃料流量Ｑｍ1 となって流量調節器５４に入力する。流量調節器５４は、実燃料流量Ｑｍ1 が設定燃料流量Ｑｍ0 となるように流量調整弁５８を操作し、燃料供給ラインＬ１上の実燃料流量Ｑｍ1 を調整する。なお、５９は、還元炉１９の不使用時や非常時などのときに使用される燃料遮断弁である。
【００３３】
また、設定燃料流量Ｑｍ0 は後述する低値選択器６０ａ及び高値選択器６０ｂで処理され、換算器６１で理論空燃比β（＝ＦFMAX・ａ／ＦANAX、ＦFMAX：燃料流量測定範囲の最大値、ＦANAX：燃料流量測定範囲、ａ：単位燃料当たりの理論空気流量）及び空気過剰率μを乗算して設定燃焼空気流量Ｑａ0 に換算されてからスイッチＳＷ２を介して流量調節器６２に入力する。一方、燃焼空気供給源６３から還元雰囲気ゾーンに配管された燃焼空気供給ラインＬ２にはオリフィス流量計６４が設けられ、オリフィス流量計６４が計測した差圧ΔＰが変換器６５で変換されることで、流量調整弁６６の下流側での実際の燃焼空気流量Ｑａ1 となって流量調節器６２に入力する。流量調節器６２は、実燃焼空気流量Ｑａ1 が設定燃焼空気流量Ｑａ0 となるように流量調整弁６６を操作し、燃焼空気供給ラインＬ２上の実燃焼空気流量Ｑａ1 を調整する。なお、６７は、還元炉１９の不使用時や非常時などのときに使用される燃焼空気遮断弁である。
【００３４】
ところで、燃焼は、燃料量と空気量の比率（空燃比または空気過剰率）によって大きく変化し、この空気過剰率が大きくなると燃焼に必要な空気量以外の余分な空気が加熱されて大気中に放出され、排ガス熱損失として無駄が発生すると共にＮＯｘが漸増する。一方、空気過剰率が小さくなると燃焼に必要な空気量が不足し、不完全燃焼による熱損失や黒煙発生が増大する。従って、上述した燃料及び燃焼空気の流量調整制御では、両者の中間に熱損失と公害発生が最小となり、熱効率が最大となる最適燃焼ゾーンで燃焼が実行されるようにダブルクロスリミット燃焼制御を適用している。
【００３５】
即ち、高値選択器５３ａは、設定燃料流量Ｑｍ0 と、実燃焼空気流量Ｑａ1 を換算器６１ａにて理論空燃比β及び空気過剰率μで除算し、更に、演算器６８で１−Ｋ1 （Ｋ1 ：負荷上昇時の発煙限界の設定）を乗算した上限値ＱｍH とを比較して高値を選択し、低値選択器５３ｂでは、設定燃料流量Ｑｍ0 と、実燃焼空気流量Ｑａ1 を換算器６１ａにて理論空燃比β及び空気過剰率μで除算し、更に、演算器６８ｂで１＋Ｋ1 を乗算した上限値ＱｍH とを比較して低値を選択し、スイッチＳＷ１を介して流量調節器５４に入力する。また、低値選択器６０ａでは、設定燃料流量Ｑｍ0 と、実燃料流量Ｑｍ1 を演算器６９で１＋Ｋ2 を乗算した上限値ＱｍH とを比較して高値を選択し、高値選択器６０ｂは、設定燃料流量Ｑｍ0 と、実燃料流量Ｑｍ1 を演算器６９ｂで１−Ｋ2 を乗算しれた下限値ＱｍL とを比較して高値を選択し、換算器６１及びスイッチＳＷ２を介して流量調節器６２に入力する。
【００３６】
なお、還元炉１９の還元雰囲気ゾーンでは、着火時と着火後とでは最低必要な燃料流量及び燃焼空気流量が異なり、設定燃料流量Ｑｍ0 及び設定燃焼空気流量Ｑａ0 を変更している。即ち、最小燃料流量Ｑｍmin 及び最小燃焼空気流量Ｑａmin が設定されており、着火時と着火後とを検出し、スイッチＳＷ１にて設定燃料流量Ｑｍ0 と最小燃料流量Ｑｍmin とを切り換えると共に、スイッチＳＷ２にて設定燃焼空気流量Ｑａ0 と最小燃焼空気流量Ｑａmin とを切り換えている。
【００３７】
このように本実施形態の還元鉄の製造装置における還元炉１９の還元雰囲気ゾーンでは、金属化率測定装置３９が還元炉１９の還元雰囲気ゾーンにて還元途中のグリーンボールGBを選択的に取り出し、コイル４１の中心部にセットしてそのインピーダンスを検出して金属化率を算出し、制御装置４８にフィードバックして温度制御を行っている。
【００３８】
従って、還元炉１９内でペレットの還元処理を実施しながらグリーンボールGBの金属化率、つまり、還元処理状況をオンラインで確認し、還元処理状況に応じて還元雰囲気ゾーンの温度を調整することができ、還元処理を効率的に行うことができると共に、ペレットの金属化率を所定値以上に維持することで製品品質を向上することができる。
【００３９】
図４に本発明の第２実施形態に係る還元鉄の製造装置における燃焼制御システムの制御ブロック、図５にペレットの通過時間に対するインピーダンス変化を表すグラフを示す。なお、前述した実施形態で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００４０】
図４に示すように、本実施形態の金属化率測定装置７１において、還元炉１９の還元雰囲気ゾーンからグリーンボールGBを取り出すサンプリング装置４０とコイル４１との間には、グリーンボールGBをコイル４１の中心部に自由落下される自由落下装置７２が設けられてる。
【００４１】
従って、サンプリング装置４０は、還元炉１９の還元雰囲気ゾーンにて還元途中のグリーンボールGBを取り出し、自由落下装置７２上に載置する。すると、この自由落下装置７２はグリーンボールGBをコイル４１の中心部を通過するように自由落下させる。このとき、発振器４４はブリッジ回路４３に対して一定の周波数で交流電流を流し、検波・増幅器４５は、グリーンボールGBがコイル４１の中心部を通過したときの信号の変化を検出して増幅し、波形検出器４６はこの信号変化からコイル４１のインピーダンスを検出し、金属化率演算器４７はこのインピーダンスからグリーンボールGBの金属化率を算出する。
【００４２】
前述の実施形態では、グリーンボールGBを粉砕してその体積Ｖを予め算出しておいたが、本実施形態では、インピーダンスの検出と共にインピーダンス変化の時間幅を検出して体積Ｖを算出することができる。即ち、グリーンボールGBを球と仮定して下記式（４）によりグリーンボールGBの堆積Ｖを算出する。なお、Ｃ1 はグリーンボールGBの形状補正因子（形状やコイル幅で決まる因子）、Ｔ1 はインピーダンス変化の時間幅、ｖはグリーンボールGBがコイル４１を通過する速度（自由落下の場合は落下距離Ｌから算出）である。
Ｖ＝π×（Ｃ1 ×Ｔ1 ×ｖ）／６                        ・・・（４）
【００４３】
このようにしてグリーンボールGBの体積Ｖが算出されると、以降の演算方法は前述の実施形態と同様に、式（１）、（２）、（３）によりグリーンボールGBの金属化率をη1 求める。そして、グリーンボールGBの金属化率η1 が求められると、金属化率演算器４７はこの金属化率η1 を制御装置４８にフィードバックして燃焼制御システムにより還元雰囲気ゾーンの温度を調整する。
【００４４】
この場合、グリーンボールGB中の鉄含有率が高い場合は、図５(ａ)に示すように、コイル４１のインピーダンスが増加し、グリーンボールGBの還元率が悪く鉄成分がほとんど含まれていない場合は、図５(ｂ)に示すように、コイル４１のインピーダンスが減少し、還元が不十分でグリーンボールGB中にＦｅＯが残留した場合は、図５(ｃ)に示すように、コイル４１のインピーダンスは負の値に変化する。
【００４５】
このように本実施形態の還元鉄の製造装置の還元炉１９における還元雰囲気ゾーンでは、金属化率測定装置３９が還元炉１９の還元雰囲気ゾーンにて還元途中のグリーンボールGBを選択的に取り出し、コイル４１の中心部を通過するように自由落下させたときのインピーダンス変化を検出して金属化率を算出し、制御装置４８にフィードバックして温度制御を行っている。
【００４６】
従って、還元炉１９内でペレットの還元処理を実施しながらグリーンボールGBの金属化率、つまり、還元処理状況をオンラインで確認し、還元処理状況に応じて還元雰囲気ゾーンの温度を調整することができ、還元処理を効率的に行うことができると共に、ペレットの金属化率を所定値以上に維持することで製品品質を向上することができる。そして、グリーンボールGBの体積Ｖを予め算出しておく必要はなく、作業効率を向上できると共にペレットの金属化率の測定精度を向上することができる。
【００４７】
図６に本発明の第３実施形態に係る還元鉄の製造装置における燃焼制御システムの制御ブロックを示す。
【００４８】
図６に示すように、本実施形態の金属化率測定装置８１では、自由落下装置７２によりグリーンボールGBを自由落下されてその信号変化を測定するために２つのコイル４１ａ，４１ｂが直列に配設されている。
【００４９】
従って、サンプリング装置４０は、還元炉１９の還元雰囲気ゾーンにて還元途中のグリーンボールGBを取り出し、自由落下装置７２上に載置する。すると、この自由落下装置７２はグリーンボールGBをコイル４１ａ，４１ｂの中心部を通過するように自由落下させる。このとき、発振器４４はブリッジ回路４３に対して一定の周波数で交流電流を流し、検波・増幅器４５は、グリーンボールGBが各コイル４１ａ，４１ｂの中心部を通過したとき信号の変化をそれぞれ検出して増幅し、波形検出器４６はこの信号変化からより良好に測定されたコイル４１ａ，４１ｂのインピーダンスを選択的に検出し、金属化率演算器４７はこのインピーダンスからグリーンボールGBの金属化率を算出する。そのため、より精度の高いグリーンボールGBの金属化率を算出することができる。
【００５０】
なお、上述の実施形態では、金属化率測定装置３９，７１，８１を還元雰囲気ゾーンに適用して説明したが、加熱ゾーンやＣＯ比制御ゾーンに設け、各ゾーン全体での金属化率を求めてフィードバック制御するようにしてもよい。
【００５１】
【発明の効果】
以上、実施形態において詳細に説明したように請求項１の発明の還元鉄の製造方法によれば、鉄原料と還元剤との混合粉末を造粒したペレットを高温雰囲気中で還元して還元鉄を製造する還元鉄の製造方法において、高温雰囲気中で処理されるペレットの実金属化率を検出し、この実金属化率と予め設定された設定金属化率とに基づいて燃料及び燃焼空気の流量を設定し、設定された流量の燃料及び燃焼空気を混合した燃焼ガスを前記高温雰囲気に供給することで、高温雰囲気を所定温度に制御するようにしたので、ペレットの還元処理を実施しながらこのペレットの金属化率、つまり、還元処理状況をオンラインで確認し、還元処理状況に応じて高温雰囲気の温度を調整することができ、還元処理を効率的に行うことができると共に、ペレットの金属化率を所定値以上に維持することで製品品質を向上することができる。
【００５２】
また、請求項２の発明の還元鉄の製造装置によれば、鉄原料と還元剤との混合粉末を造粒したペレットを高温雰囲気中で還元して還元鉄を製造する還元鉄の製造装置において、燃焼ガス供給手段が所定量の燃料に適量の燃焼空気を混合した燃焼ガスを供給可能とし、燃焼ガス流量調整手段がこの燃料流量及び燃焼空気流量を調整可能とし、金属化率検出手段が高温雰囲気中で処理されるペレットの実際の金属化率を検出し、燃焼ガス制御手段がこの実金属化率と予め設定された設定金属化率とに基づいて燃焼ガス流量調整手段を制御するようにしたので、ペレットの還元処理を実施しながらこのペレットの金属化率、つまり、還元処理状況をオンラインで確認し、還元処理状況に応じて高温雰囲気の温度を調整することができ、還元処理を効率的に行うことができると共に、ペレットの金属化率を所定値以上に維持することで製品品質を向上することができる。
【００５３】
また、請求項３の発明の還元鉄の製造装置によれば、金属化率検出手段が、コイルの中心部でのペレットの有無により変化するコイルのインピーダンス変化に基づいてペレットの金属化率を検出するようにしたので、ペレットを粉砕することなく容易に、且つ、短時間でペレットの金属化率を検出することができ、作業性の向上を図ることができる。
【００５４】
また、請求項４の発明の還元鉄の製造装置によれば、金属化率検出手段を、検出台上にセットされたコイルと、高温雰囲気からペレットを取り出してコイル中心部に位置させるサンプリング手段と、コイルに接続されたブリッジ回路と、コイルに一定周波数の交流電流を与える電源と、コイルの中心部でのペレットの有無によって変化する信号を検出する検波手段と、検波手段が検出した信号をインピーダンスに変換する波形検出手段とで構成したので、高温雰囲気から取り出したペレットをコイル中心部に位置させ、コイルに一定周波数の交流電流を与えたときの信号の変化を検出してインピーダンスに変換することとなり、容易にコイルのインピーダンスを検出してペレットの金属化率を検出することができ、作業性の向上を図ることができる。
【００５５】
また、請求項５の発明の還元鉄の製造装置によれば、金属化率検出手段は、コイルと、高温雰囲気からペレットを取り出してコイル中心部を通過させるサンプリング手段と、コイルに接続されたブリッジ回路と、コイルに一定周波数の交流電流を与える電源と、コイルの中心部でのペレットの通過によって変化する信号を検出する検波手段と、検波手段が検出した信号をインピーダンスに変換する波形検出手段とで構成したので、コイルに一定周波数の交流電流を与えた状態で、高温雰囲気から取り出したペレットをコイル中心部を通過させたときに変化する信号を検出してインピーダンスに変換することとなり、容易にペレットの体積と共にコイルのインピーダンスを検出してペレットの金属化率を検出することができ、作業性の向上を図ることができと共に、検出精度の向上を図ることができる。
【００５６】
また、請求項６の発明の還元鉄の製造装置によれば、コイルを複数設け、サンプリング手段がペレットを複数のコイル中心部を通過させ、検波手段が各コイルの中心部でのペレットの通過によって変化する複数の信号を検出し、波形検出手段が検波手段が検出した複数の信号の中から一つを選択してインピーダンスに変換するようにしたので、複数のコイルに対応した信号を検出し、検出した複数の信号の中から一つを選択してインピーダンスに変換してペレットの金属化率を検出することができ、検出精度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る還元鉄の製造装置における燃焼制御システムの制御ブロック図である。
【図２】還元雰囲気ゾーンの燃焼制御システムの制御ブロック図である。
【図３】還元鉄の製造装置の全体構成を表す概略図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る還元鉄の製造装置における燃焼制御システムの制御ブロック図である。
【図５】ペレットの通過時間に対するインピーダンス変化を表すグラフである。
【図６】本発明の第３実施形態に係る還元鉄の製造装置における燃焼制御システムの制御ブロック図である。
【符号の説明】
１９  還元炉
３２  バーナー（燃焼ガス供給手段）
３３  排気ダクト
３９，７１，８１  金属化率測定装置（金属化率検出手段）
４０  サンプリング装置
４１４１ａ，４１ｂ  コイル
４３  ブリッジ回路
４４  発振器
４５  検波・増幅器
４６  波形検出器
４７  金属化率演算装置
４８  制御装置
４９  変換器
５０  温度センサ
５１  温度調節器（燃焼ガス流量調整手段）
５４  流量調節器
５８  流量調整弁（燃焼ガス流量調整手段）
６２  流量調節器
６６  流量調整弁（燃焼ガス流量調整手段）
７２  自由落下装置
ＧＢ  グリーンボール（ペレット）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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