JP7610119B2 - Particle size distribution measurement method - Google Patents
Particle size distribution measurement method Download PDFInfo
- Publication number
- JP7610119B2 JP7610119B2 JP2021078603A JP2021078603A JP7610119B2 JP 7610119 B2 JP7610119 B2 JP 7610119B2 JP 2021078603 A JP2021078603 A JP 2021078603A JP 2021078603 A JP2021078603 A JP 2021078603A JP 7610119 B2 JP7610119 B2 JP 7610119B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- particle size
- particles
- distribution
- mixed
- deposit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Description
本発明は、コークスや焼結鉱等の粒子の粒度分布を測定する方法に関する。特に、本発明は、複数の粒度区分(粒径の大きさで決まる区分)に属する粒子が配合された混合粒度堆積体(堆積した粒子群)について、粒度区分と混合粒度堆積体の粒度区分毎の粒子全体の質量割合との関係である全体質量分布を、精度良く算出可能な粒度分布測定方法に関する。 The present invention relates to a method for measuring the particle size distribution of particles such as coke and sintered ore. In particular, the present invention relates to a particle size distribution measurement method that can accurately calculate the overall mass distribution, which is the relationship between the particle size classes and the mass ratio of the whole particles in each particle size class of a mixed particle size deposit (a deposited particle group) containing particles belonging to multiple particle size classes (classifications determined by particle size).
コークスや焼結鉱等の高炉原料は、ベルトコンベア上に堆積した状態で搬送され、高炉に装入される。この際、原料を構成する粒子の粒度(粒子の直径である粒径の分布の程度を表す指標)が高炉操業の生産性に影響を及ぼすことが知られている。このため、原料の搬送過程で、原料の粒度分布を連続的に測定して、品質を維持することが望ましい。 Blast furnace raw materials such as coke and sintered ore are transported in a piled state on a conveyor belt and charged into the blast furnace. It is known that the particle size of the particles that make up the raw materials (an index that shows the degree of distribution of particle size, which is the diameter of the particles) affects the productivity of blast furnace operation. For this reason, it is desirable to continuously measure the particle size distribution of the raw materials during the raw material transportation process in order to maintain quality.
高炉原料の粒度は、一般的に、ベルトコンベアから一定時間間隔で試料を採取(サンプリング)し、4時間又は8時間毎に試料を縮分した後、篩にかけることで測定される。したがって、原料の品質のばらつきや生産設備の不具合などで、原料の粒度分布が短時間で変動していたとしても、サンプリング後の篩を用いた間欠的な測定では、時間間隔が粗くなってしまうため、粒度分布の時間的な変動を正確に捉えることができない。 The particle size of blast furnace raw materials is generally measured by taking samples (sampling) from a conveyor belt at regular intervals, dividing the samples every 4 or 8 hours, and then sieving them. Therefore, even if the particle size distribution of the raw materials fluctuates over a short period of time due to variations in the quality of the raw materials or malfunctions in the production equipment, intermittent measurements using sieves after sampling result in large time intervals, making it impossible to accurately capture the temporal fluctuations in the particle size distribution.
粒子の粒径を非接触で連続的に測定可能な方法しては、例えば、非特許文献1に記載の方法が提案されている。非特許文献1に記載の方法は、線状のレーザ光を出射するレーザ光源とエリアスキャンカメラとが一体となった光切断方式の3Dカメラを用いた測定方法である。
非特許文献1に記載の方法では、ベルトコンベアに接触させたロータリエンコーダ等の移動距離検出手段を用いて、ベルトコンベアが一定距離進む毎に、ベルトコンベア上に堆積された粒子の断面上縁の位置を、3Dカメラによって測定することで、各画素の画素値が基準位置からの距離(例えば、3Dカメラからの距離)を示す距離画像(3D画像や深さ画像と称される場合もある)を生成する。積み重なる粒子の境界付近において、照射されたレーザ光が途切れて暗くなることや、粒子の凹凸の段差が大きくなることから、距離画像において、粒子の境界付近に相当する画素領域の画素値は、他の画素領域の画素値と異なる値になり易い。非特許文献1に記載の方法では、この特性を利用して粒子の境界を決定して各粒子を識別し、各粒子の粒径を算出している。積み重なる粒子のうち、他の粒子によって隠されている部分を有する粒子の寸法は、実際の寸法よりも小さくなる。このため、非特許文献1に記載の方法では、3Dカメラで算出できる各粒子の高さ情報(ベルトコンベアの底部からの高さ)を用いて、表層の粒子(以下、適宜「表層粒子」という)を優先的に抽出し、距離画像における各表層粒子を楕円と見なした場合の短軸径を粒径としている。
As a method capable of continuously measuring particle diameters in a non-contact manner, for example, a method described in Non-Patent
In the method described in Non-Patent
粒子の粒径を非接触で連続的に測定可能な方法しては、非特許文献1に記載の方法と同様に3Dカメラを用いた、非特許文献2や特許文献1に記載の方法も提案されている。
非特許文献2及び特許文献1には、各粒子を識別するためのエッジ検出方法や表層粒子を認識する画像処理方法について詳しく記載されており、特に非特許文献2には、測定をより高速化する方法も記載されている。
As a method capable of continuously measuring particle diameters in a non-contact manner, the methods described in
Non-Patent
非特許文献2に記載の方法では、堆積した粒子について取得した距離画像に画像処理を施して、重なりの少ない表層にある表層粒子を抽出し、各表層粒子の粒径を篩のメッシュサイズによって決まる粒度区分に振り分けて、粒度区分と粒度区分毎の表層粒子の個数との関係である表層粒子の個数分布(表面個数分布)を算出する。そして、非特許文献2に記載の方法では、粒度に応じた表層への現れやすさや見えやすさの度合いを表すモデル、すなわち、表層粒子の個数分布から堆積した粒子全体の個数分布(全体個数分布)を推定するモデルである表面確率モデルを用いて、表層粒子だけではなく隠れた粒子も含む、堆積した粒子全体の個数分布を推定する。さらに、非特許文献2に記載の方法では、粒度区分毎の体積比(又は質量比)を用いて、堆積した粒子全体の質量割合の分布(全体質量分布)を推定している。
In the method described in Non-Patent
本発明者らは、非特許文献2に記載の方法を、複数の粒度区分に属する粒子(コークス粒子)が所定の質量割合で配合されて堆積した混合粒度堆積体に適用し、その全体質量分布が精度良く推定できるか否かの確認試験を行った。
図1は、上記確認試験の内容を模式的に説明する説明図である。
図1(a)に示すように、上記確認試験では、まず、粒度区分が同一となる粒径を有する粒子だけからなる試料である単一粒度試料を、複数の粒度区分について用意し堆積させた。具体的には、メッシュサイズが38mmの篩は通過するが25mmの篩は通過しない粒子(すなわち、概ね25mm<粒径≦38mmの粒子)だけからなる粒度区分1の単一粒度試料と、メッシュサイズが50mmの篩は通過するが38mmの篩は通過しない粒子(すなわち、概ね38mm<粒径≦50mmの粒子)だけからなる粒度区分2の単一粒度試料と、メッシュサイズが75mmの篩は通過するが50mmの篩は通過しない粒子(すなわち、概ね50mm<粒径≦75mmの粒子)だけからなる粒度区分3の単一粒度試料を、それぞれ所定寸法のトレイTの1杯分用意した。そして、各単一粒度試料を所定の質量割合(粒度区分1の単一粒度試料がP1[%]、粒度区分2の単一粒度試料がP2[%]、粒度区分3の単一粒度試料がP3[%])で配合して、トレイTの1杯分の混合粒度堆積体(この場合、3つの粒度区分1~3に属する粒子が配合された試料であり、各粒度区分に属する粒子が、それぞれ任意の質量割合P1、P2及びP3で配合された試料。P1、P2及びP3のうちの何れか1つが100%である単一粒度試料のみである場合も含む)を作製した。
The inventors applied the method described in
FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining the details of the above-mentioned confirmation test.
As shown in Fig. 1(a), in the above confirmation test, first, single-grain-size samples, which are samples consisting of particles having the same particle size, were prepared and piled up for a plurality of particle size classes. Specifically, a single-grain-size sample of
次に、上記確認試験では、図1(b)に示すように、同じ混合粒度堆積体について、トレイTと他の容器Cとの間で混合粒度堆積体を移し替える際に生じる混合、攪拌により、トレイT内での堆積状態を毎回変更しながら、トレイTの上方に配置され、線状のレーザ光Lによる光切断法を用いた3Dカメラ1による表層粒子の粒径測定を10回繰り返した。粒径を測定する際には、光切断線となる線状のレーザ光Lが延びる方向(図1(b)の左右方向)と直交する方向(図1(b)の紙面に垂直な方向)に、3Dカメラ1に対してトレイTを移動させながら、基準位置から表層粒子までの距離を示す距離画像を取得した。そして、この距離画像に基づいて、3Dカメラ1に接続された画像処理装置等の演算装置(図示せず)で演算を行うことで、表層粒子の粒径を測定した。
そして、図1(c)に示すように、各回で測定した粒径を算出する際に識別した各表層粒子を用いて、粒度区分毎に表層粒子の個数を集計して、10回の測定での個数の総和から表面個数分布を算出した。以降は、表面確率モデルを用いた非特許文献2に記載の手順で、全体個数分布を算出し、最終的に全体質量分布を算出した。
Next, in the above confirmation test, as shown in FIG. 1(b), for the same mixed-grain-size deposit, the deposition state in the tray T was changed each time due to mixing and stirring that occurred when the mixed-grain-size deposit was transferred between the tray T and another container C, and the particle size measurement of the surface layer particles was repeated 10 times using a
1(c), the number of surface particles was counted for each particle size division using each surface particle identified when calculating the particle size measured each time, and the surface number distribution was calculated from the sum of the numbers from the 10 measurements. After that, the total number distribution was calculated using the procedure described in Non-Patent
図2は、上記確認試験の結果の一例を示す図である。図2において「篩」で示すグラフは篩を用いて測定されたデータ(配合された粒子の現実の状態が反映された質量割合)であり、「3D」で示すグラフは3Dカメラ1を用いた非特許文献2に記載の方法で算出されたデータである。
図2(a)~図2(c)は、各粒度区分の単一粒度試料について得られた全体質量分布である。具体的には、図2(a)は粒度区分1の単一粒度試料(P1=100%)について得られた全体質量分布であり、図2(b)は粒度区分2の単一粒度試料(P2=100%)について得られた全体質量分布であり、図2(c)は粒度区分3の単一粒度試料(P3=100%)について得られた全体質量分布である。
図2(d)及び図2(e)は、2つの粒度区分の単一粒度試料を配合した混合粒度堆積体について得られた全体質量分布である。具体的には、図2(d)は粒度区分1及び粒度区分3の単一粒度試料を所定の質量割合(P1=P3=50%)で配合した混合粒度堆積体について得られた全体質量分布であり、図2(e)は粒度区分1及び粒度区分3の単一粒度試料を別の質量割合(P1=25%、P3=75%)で配合した混合粒度堆積体について得られた全体質量分布である。
図2(f)は、3つの粒度区分の単一粒度試料を所定の質量割合(P1=15%、P2=20%、P3=65%)で配合した混合粒度堆積体について得られた全体質量分布である。
Fig. 2 is a diagram showing an example of the results of the above-mentioned confirmation test. In Fig. 2, the graph indicated with "sieve" is data measured using a sieve (mass ratio reflecting the actual state of the blended particles), and the graph indicated with "3D" is data calculated by the method described in Non-Patent
Figures 2(a) to 2(c) show the total mass distributions obtained for the single-grain-size samples of each grain size division. Specifically, Figure 2(a) shows the total mass distribution obtained for the single-grain-size sample of grain size division 1 (P1=100%), Figure 2(b) shows the total mass distribution obtained for the single-grain-size sample of grain size division 2 (P2=100%), and Figure 2(c) shows the total mass distribution obtained for the single-grain-size sample of grain size division 3 (P3=100%).
Figures 2(d) and 2(e) show the total mass distributions obtained for a mixed-grain-size deposit containing two single-grain-size samples of different grain sizes. Specifically, Figure 2(d) shows the total mass distribution obtained for a mixed-grain-size deposit containing single-grain-size samples of
FIG. 2(f) shows the total mass distribution obtained for a mixed-grain pile containing single-grain samples of the three grain size classes in predetermined mass proportions (P1=15%, P2=20%, P3=65%).
図2(a)~図2(c)から分かるように、非特許文献2に記載の方法では、本来存在しない(全体質量割合=0%である)はずの他の粒度区分にも粒子が存在することを示す(全体質量割合>0%)結果となっている。また、図2(d)~図2(f)から分かるように、非特許文献2に記載の方法では、算出された全体質量分布が全ての粒度区分に広がっているため、これらの全体質量分布を見ただけでは、2つの粒度区分の単一粒度試料を配合した混合粒度堆積体であるのか、3つの粒度区分の単一粒度試料を配合した混合粒度堆積体であるのか、区別ができない。
以上のように、非特許文献2に記載の方法のように、3Dカメラ1で測定した表層粒子の粒径を、篩のメッシュサイズによって決まる粒度区分に単純に振り分けると、本来存在しないはずの粒度区分に属する粒子が存在する算出結果となり、粒度分布(全体質量分布)がぼけて、粒度分布の違いが分からなくなるという問題がある。
As can be seen from Figures 2(a) to 2(c), the method described in
As described above, if the particle sizes of surface particles measured by the
図3は、上記確認試験の結果の他の一例(後述の実施例1に相当)を示す図である。具体的には、図3は、前述のように各粒度区分の単一粒度試料について各回で測定した表層粒子の粒径を用いて、各粒度区分に含まれる粒径の範囲よりも小さな粒径の範囲(具体的には、5mm間隔)毎に表層粒子の個数を集計し、10回の測定での個数の総和から算出した粒径分布(第1粒径分布)を示す。図3(a)は、粒度区分1の単一粒度試料について得られた粒径分布であり、図3(b)は粒度区分2の単一粒度試料について得られた粒径分布であり、図3(c)は粒度区分3の単一粒度試料について得られた粒径分布である。例えば、図3の横軸の粒径25mmの位置にプロットしたデータ点は、3Dカメラ1で測定した粒径が20mm<粒径≦25mmである表層粒子の個数を意味する。また、図3の横軸の粒径30mmの位置にプロットしたデータ点は、3Dカメラ1で測定した粒径が25mm<粒径≦30mmである表層粒子の個数を意味する。他のデータ点についても同様である。
図3に示すように、3Dカメラ1で測定した粒径によって得られる粒径分布は、破線で範囲を示す粒度区分よりも、粒径が大きくなる方向にも小さくなる方向にも大きく広がっている。この原因としては、2つ考えられる。
FIG. 3 is a diagram showing another example of the results of the above-mentioned confirmation test (corresponding to Example 1 described later). Specifically, FIG. 3 shows a particle size distribution (first particle size distribution) calculated from the sum of the number of surface layer particles in each particle size range (specifically, 5 mm intervals) smaller than the particle size range included in each particle size range, using the particle size of the surface layer particles measured each time for the single particle size sample of each particle size division as described above, and calculated from the sum of the number of particles in 10 measurements. FIG. 3(a) is a particle size distribution obtained for a single particle size sample of
As shown in Fig. 3, the particle size distribution obtained by the particle size measurement using the
図4は、図3に示す結果が得られる原因を模式的に説明する説明図である。図4(a)は、便宜的に直方体で模擬した粒子を3Dカメラ1の光軸方向から見た平面図であり、図4(b)は、便宜的に直方体で模擬した粒子を3Dカメラ1の光軸方向に直交する水平方向から見た側面図である。
1つ目の原因は、次の通りである。非特許文献2に記載の方法では、3Dカメラ1で取得した距離画像において、粒子を楕円と見なした場合の短軸径を粒径としている。このため、図4(a)の上図に示す粒子が、図4(a)の下図に示すように斜めに傾いて3Dカメラ1に撮像される結果、上図に示す実際の短軸径よりも大きな短軸径として算出されることがあるためであると考えられる。換言すれば、篩を用いて測定される粒径(図4(a)の上図の短軸径)よりも、3Dカメラ1で測定される粒径(図4(a)の下図の短軸径)の方が大きくなる場合があるためであると考えられる。この場合、3Dカメラ1によって得られる粒径分布は、粒度区分よりも粒径が大きくなる方向に広がると考えられる。
2つ目の原因は、次の通りである。図4(b)の左図に示すように、着目する粒子の上下方向(3Dカメラ1の光軸方向)の一部が、堆積した他の粒子群の中に埋まって隠れてしまい、3Dカメラ1で撮像されない場合が多いため、非特許文献2に記載の方法では、粒子の上下方向の径(高さ径)を短軸径と同じであると見なすようにしている。しかしながら、実際には、図4(b)の右図に示すように、粒子の高さ径が短軸径よりも大きくて、篩のメッシュを通らないために、篩を用いて測定される粒径(図4(b)の右図の粒子の高さ径)よりも、3Dカメラ1で測定される粒径(図4(b)の左図の短軸径)の方が小さくなる場合があるためであると考えられる。この場合、3Dカメラ1によって得られる粒径分布は、粒度区分よりも粒径が小さくなる方向に広がると考えられる。
このように、表層粒子の姿勢の違いによって、3Dカメラ1で測定した粒径によって得られる粒径分布が、篩によって決まる粒度区分よりも広がってしまうと考えられる。
Fig. 4 is an explanatory diagram for explaining the cause of obtaining the result shown in Fig. 3. Fig. 4(a) is a plan view of a particle, which is conveniently simulated as a rectangular parallelepiped, viewed from the optical axis direction of the
The first reason is as follows. In the method described in Non-Patent
The second cause is as follows. As shown in the left diagram of FIG. 4(b), a part of the particle of interest in the vertical direction (optical axis direction of the 3D camera 1) is often buried and hidden among other accumulated particle groups, and is not captured by the
In this way, due to differences in the orientation of surface layer particles, it is thought that the particle size distribution obtained from the particle sizes measured by the
以上のように、コークスや焼結鉱等の不定形粒子の場合、表層粒子の粒径は粒子の姿勢によって変わり、粒径分布が粒度区分よりも広がる。このため、3Dカメラ1で測定した表層粒子の粒径を篩によって決まる粒度区分に振り分けて、粒度区分毎に表層粒子の個数を集計し、非特許文献2に記載の方法を適用しただけでは、粒度分布(全体質量分布)がぼけて、篩によって測定した結果と精度良く合致しないことが分かった。
As described above, in the case of amorphous particles such as coke and sintered ore, the particle size of the surface particles varies depending on the particle's posture, and the particle size distribution is wider than the particle size divisions. For this reason, it was found that simply dividing the particle sizes of the surface particles measured with the
本発明は、複数の粒度区分(粒径の大きさで決まる区分)に属する粒子が配合された混合粒度堆積体について、粒度区分と混合粒度堆積体の粒度区分毎の粒子全体の質量割合との関係である全体質量分布を、精度良く算出可能な粒度分布測定方法を提供することを課題とする。 The objective of the present invention is to provide a method for measuring particle size distribution that can accurately calculate the overall mass distribution, which is the relationship between the particle size classifications and the overall mass proportion of particles in each particle size classification of a mixed particle size deposit containing particles belonging to multiple particle size classifications (classifications determined by particle size).
前記課題を解決するため、本発明者らは鋭意検討を行った。まず、混合粒度堆積体を構成する粒子が属する複数の粒度区分について、単一粒度試料(粒度区分が同一となる粒径を有する粒子だけからなる試料)をそれぞれ用意し、各単一粒度試料について表層の粒子の粒径を測定することで、単一粒度試料の表層の粒子の粒径と個数との関係を示す第1粒径分布を算出した。また、前記複数の粒度区分に属する粒子が配合された混合粒度堆積体について表層の粒子の粒径を測定することで、混合粒度堆積体の表層の粒子の粒径と個数との関係を示す第2粒径分布を算出した。そして、算出した第2粒径分布を、算出した第1粒径分布の線形和で近似し、この線形和の各係数を、混合粒度堆積体が複数の粒度区分の単一粒度試料の組み合わせで構成されていると考えた場合の、混合粒度堆積体の表層の粒子の異なる粒度区分の個数割合であると見なせば、以降はその係数を用いて非特許文献2に記載の方法と同様の手順で全体質量分布を算出しても、篩を用いて測定した結果とよく合致する精度の良い算出が可能であることを知見した。
本発明は、上記本発明者らの知見により完成したものである。
In order to solve the above problem, the inventors have conducted extensive research. First, single-grain-size samples (samples consisting of only particles having the same grain size) were prepared for each of the multiple grain size classes to which the particles constituting the mixed-grain-size deposit belong, and the grain size of the surface layer of each single-grain-size sample was measured to calculate a first grain size distribution showing the relationship between the grain size and the number of particles in the surface layer of the single-grain-size sample. In addition, the grain size of the surface layer of the mixed-grain-size deposit containing particles belonging to the multiple grain size classes was measured to calculate a second grain size distribution showing the relationship between the grain size and the number of particles in the surface layer of the mixed-grain-size deposit. We then found that if the calculated second particle size distribution is approximated by a linear sum of the calculated first particle size distributions, and each coefficient of this linear sum is considered to be the number ratio of different particle size fractions of the particles in the surface layer of the mixed-size deposit when it is considered that the mixed-size deposit is composed of a combination of single-size samples of multiple particle size fractions, then the coefficients can be used to calculate the overall mass distribution in a similar procedure to the method described in
The present invention has been completed based on the findings of the present inventors.
すなわち、前記課題を解決するため、本発明は、粒径の大きさで決まる区分である粒度区分が同一となる粒径を有する粒子だけからなる試料である単一粒度試料を、複数の粒度区分について用意し、前記複数の粒度区分の前記単一粒度試料の表層を、前記単一粒度試料の堆積状態を変更して撮像し、基準位置から前記表層の粒子までの距離を示す距離画像を取得し、前記距離画像に基づいて、前記単一粒度試料の前記表層の粒子の粒径と個数との関係を示す第1粒径分布を前記複数の粒度区分毎に算出する第1粒径分布算出ステップと、前記複数の粒度区分に属する粒子が配合された混合粒度堆積体の表層を、前記混合粒度堆積体の堆積状態を変更して撮像し、基準位置から前記表層の粒子までの距離を示す距離画像を取得し、前記距離画像に基づいて、前記混合粒度堆積体の前記表層の粒子の粒径と個数との関係を示す第2粒径分布を算出する第2粒径分布算出ステップと、前記第2粒径分布を、前記複数の粒度区分毎の前記第1粒径分布の線形和で近似し、前記線形和の係数を算出する係数算出ステップと、表層の粒子の個数分布から堆積した粒子全体の個数分布を推定する表面確率モデルを用いて、前記線形和の係数から、前記粒度区分と前記混合粒度堆積体の前記粒度区分毎の粒子全体の個数割合との関係である全体個数分布を算出する全体個数分布算出ステップと、前記全体個数分布と前記粒度区分から算出される体積比とに基づき、前記粒度区分と前記混合粒度堆積体の前記粒度区分毎の粒子全体の質量割合との関係である全体質量分布を算出する全体質量分布算出ステップと、を有する、粒度分布測定方法を提供する。 That is, in order to solve the above problem, the present invention provides a first particle size distribution calculation step of preparing single-grain-size samples, which are samples consisting of only particles having the same particle size for a particle size division, which is a division determined by the size of the particle size, for a plurality of particle size divisions, imaging the surface layers of the single-grain-size samples of the plurality of particle size divisions while changing the deposition state of the single-grain-size samples, obtaining a distance image showing the distance from a reference position to the particles of the surface layer, and calculating a first particle size distribution showing the relationship between the particle size and the number of particles in the surface layer of the single-grain-size sample for each of the plurality of particle size divisions based on the distance image, and a second particle size distribution calculation step of imaging the surface layer of a mixed-grain-size deposit body in which particles belonging to the plurality of particle size divisions are blended while changing the deposition state of the mixed-grain-size deposit body, obtaining a distance image showing the distance from a reference position to the particles of the surface layer, and calculating a first particle size distribution showing the relationship between the particle size and the number of particles in the surface layer of the single-grain-size sample for each of the plurality of particle size divisions based on the distance image. A particle size distribution measurement method is provided, which includes a second particle size distribution calculation step of calculating a second particle size distribution that indicates the relationship between the particle size and the number of particles in the surface layer of the deposit, a coefficient calculation step of approximating the second particle size distribution with a linear sum of the first particle size distributions for each of the plurality of particle size divisions and calculating the coefficients of the linear sum, an overall number distribution calculation step of calculating an overall number distribution that is the relationship between the particle size division and the overall number ratio of particles in each of the particle size divisions of the mixed particle size deposit from the coefficients of the linear sum using a surface probability model that estimates the number distribution of all the deposited particles from the number distribution of particles in the surface layer, and an overall mass distribution calculation step of calculating an overall mass distribution that is the relationship between the particle size division and the overall mass ratio of particles in each of the particle size divisions of the mixed particle size deposit based on the overall number distribution and the volume ratio calculated from the particle size division.
本発明において、「距離画像」は、各画素の画素値が基準位置からの距離(例えば、距離画像取得手段からの距離)を示す画像を意味し、第1粒径分布算出ステップで取得する「距離画像」は、基準位置から単一粒度試料の表層の粒子までの距離を示す画像であり、第2粒径分布算出ステップで取得する「距離画像」は、基準位置から混合粒度堆積体の表層の粒子までの距離を示す画像である。距離画像を取得する距離画像取得手段としては、対象となる表層までの距離を取得できる手段であれば、特に限定されるものではないが、例えば、線状のレーザ光を出射するレーザ光源とエリアスキャンカメラとが一体となった光切断方式の3Dカメラを挙げることができる。基準位置は、任意の位置に設定することができ、例えば、距離画像取得手段の位置を基準位置とすることができる。「距離画像」を取得することができれば、例えば非特許文献2に記載の方法等を用いることにより、距離画像取得手段に接続された演算装置等で、「距離画像」に基づいた演算を行うことで、粒径や粒子の個数を算出することが可能である。
また、「表面確率モデル」は、非特許文献2に記載されている表面確率モデル(Surface Probability Model)と同義であり、粒度に応じた表層への現れやすさや見えやすさの度合いを表すモデルである。換言すれば、表面確率モデルは、粒度区分毎の表層の粒子の個数分布と堆積した粒子全体の個数分布とを関係付けるモデルであり、表層の粒子の個数分布から堆積した粒子全体の個数分布を推定するモデルである。
さらに、「体積比」は、一の粒度区分から算出される体積を基準体積とした場合に、他の粒度区分から算出される体積を基準体積で除算した値を意味する。
In the present invention, the "distance image" means an image in which the pixel value of each pixel indicates the distance from a reference position (for example, the distance from a distance image acquisition means), and the "distance image" acquired in the first particle size distribution calculation step is an image indicating the distance from the reference position to the particles in the surface layer of the single particle size sample, and the "distance image" acquired in the second particle size distribution calculation step is an image indicating the distance from the reference position to the particles in the surface layer of the mixed particle size deposit. The distance image acquisition means for acquiring the distance image is not particularly limited as long as it is a means capable of acquiring the distance to the target surface layer, and for example, a light-cutting type 3D camera in which a laser light source that emits linear laser light and an area scan camera are integrated can be mentioned. The reference position can be set at any position, and for example, the position of the distance image acquisition means can be set as the reference position. If the "distance image" can be acquired, for example, by using the method described in
The "surface probability model" is synonymous with the surface probability model described in
Furthermore, the "volume ratio" refers to a value obtained by dividing a volume calculated from one particle size division by a reference volume, where the volume calculated from another particle size division is taken as the reference volume.
本発明によれば、係数算出ステップにおいて、第2粒径分布算出ステップで算出された混合粒度堆積体に関する第2粒径分布が、第1粒径分布算出ステップで算出された各単一粒度試料から得られた第1粒径分布の線形和で近似され、線形和の係数が算出される。この線形和の係数は、前述の本発明者の知見により、混合粒度堆積体における各単一粒度試料の粒度区分に属する表層の粒子の個数割合であると見なすことができる。このため、以降は、非特許文献2に記載の方法と同様の表面確率モデルを用いて、全体個数分布算出ステップにおいて、算出された係数から、粒度区分と混合粒度堆積体の粒度区分毎の粒子全体の個数割合との関係である全体個数分布が算出され、全体質量分布算出ステップにおいて、粒度区分と混合粒度堆積体の粒度区分毎の粒子全体の質量割合との関係である全体質量分布が算出される。
以上のように、本発明では、線形和の係数を、混合粒度堆積体が複数の粒度区分の単一粒度試料の組み合わせで構成されていると考えた場合の、混合粒度堆積体の表層の粒子の異なる粒度区分の個数割合であると見なし、この係数を用いて最終的に全体質量分布を算出するため、前述の本発明者らの知見通り、全体質量分布を精度良く算出することが可能である。
According to the present invention, in the coefficient calculation step, the second particle size distribution of the mixed-grain-size deposit calculated in the second particle size distribution calculation step is approximated by a linear sum of the first particle size distributions obtained from each single-grain-size sample calculated in the first particle size distribution calculation step, and the coefficient of the linear sum is calculated. Based on the above-mentioned knowledge of the inventor, the coefficient of this linear sum can be considered to be the number ratio of particles in the surface layer belonging to the particle size division of each single-grain-size sample in the mixed-grain-size deposit. Therefore, in the total number distribution calculation step, a total number distribution, which is a relationship between the particle size division and the total number ratio of each particle in the mixed-grain-size deposit, is calculated from the calculated coefficient using a surface probability model similar to the method described in
As described above, in the present invention, the coefficient of the linear sum is regarded as the number ratio of different grain size fractions of particles in the surface layer of a mixed-grain-size deposit when the mixed-grain-size deposit is considered to be composed of a combination of single-grain-size samples of multiple grain size fractions, and this coefficient is used to finally calculate the overall mass distribution, so that it is possible to accurately calculate the overall mass distribution, as discovered by the inventors above.
以上に述べた本発明の第1粒径分布算出ステップ及び第2粒径分布算出ステップでは、それぞれ、表層の粒子の粒径と個数との関係を示す粒径分布(第1粒径分布及び第2粒径分布)を算出している。しかしながら、本発明者らの知見によれば、粒径分布で示される関係の一方のパラメータは必ずしも表層の粒子の個数に限られるものではなく、代わりに、表層の粒子の粒径と面積又は体積との関係を示す粒径分布を用いても、全体質量分布を精度良く算出可能である。
したがって、前記第1粒径分布算出ステップにおいて、前記単一粒度試料の前記表層の粒子の粒径と個数との関係を示す第1粒径分布に代えて、前記単一粒度試料の前記表層の粒子の粒径と面積との関係を示す第1粒径分布を算出し、前記第2粒径分布算出ステップにおいて、前記混合粒度堆積体の前記表層の粒子の粒径と個数との関係を示す第2粒径分布に代えて、前記混合粒度堆積体の前記表層の粒子の粒径と面積との関係を示す第2粒径分布を算出してもよい。
或いは、前記第1粒径分布算出ステップにおいて、前記単一粒度試料の前記表層の粒子の粒径と個数との関係を示す第1粒径分布に代えて、前記単一粒度試料の前記表層の粒子の粒径と体積との関係を示す第1粒径分布を算出し、前記第2粒径分布算出ステップにおいて、前記混合粒度堆積体の前記表層の粒子の粒径と個数との関係を示す第2粒径分布に代えて、前記混合粒度堆積体の前記表層の粒子の粒径と体積との関係を示す第2粒径分布を算出してもよい。
In the first particle size distribution calculation step and the second particle size distribution calculation step of the present invention described above, a particle size distribution (first particle size distribution and second particle size distribution) showing the relationship between the particle size and the number of particles in the surface layer is calculated, respectively. However, according to the knowledge of the present inventors, one parameter of the relationship shown in the particle size distribution is not necessarily limited to the number of particles in the surface layer, and instead, the entire mass distribution can be calculated with high accuracy even if a particle size distribution showing the relationship between the particle size of the particles in the surface layer and the area or volume is used.
Therefore, in the first particle size distribution calculation step, instead of a first particle size distribution showing the relationship between the particle size and the number of particles in the surface layer of the single-grain size sample, a first particle size distribution showing the relationship between the particle size and the area of particles in the surface layer of the single-grain size sample may be calculated, and in the second particle size distribution calculation step, instead of a second particle size distribution showing the relationship between the particle size and the number of particles in the surface layer of the mixed- grain size deposit, a second particle size distribution showing the relationship between the particle size and the area of particles in the surface layer of the mixed-grain size deposit may be calculated.
Alternatively, in the first particle size distribution calculation step, instead of a first particle size distribution showing the relationship between the particle size and the number of particles in the surface layer of the single-grain size sample, a first particle size distribution showing the relationship between the particle size and the volume of particles in the surface layer of the single-grain size sample may be calculated, and in the second particle size distribution calculation step, instead of a second particle size distribution showing the relationship between the particle size and the number of particles in the surface layer of the mixed- grain size deposit, a second particle size distribution showing the relationship between the particle size and the volume of particles in the surface layer of the mixed-grain size deposit may be calculated.
本発明の全体個数分布算出ステップにおいて、表面確率モデルを用いて混合粒度堆積体の全体個数分布を算出する際には、混合粒度堆積体の高さ(第2粒径分布算出ステップで表層の粒子の粒径を測定した際の高さ(嵩高さ))を表面確率モデルに入力する必要がある。第2粒径分布算出ステップにおいて、混合粒度堆積体の表層の粒子の粒径を測定する際、混合粒度堆積体がトレイ内に堆積している場合、すなわち、平面視4方向が区画された領域に堆積している場合には、混合粒度堆積体の高さは安定しており、且つ、比較的容易に把握できるため、予め設定した固定値を用いることが可能である。しかしながら、混合粒度堆積体がベルトコンベア上に堆積して搬送される場合には、搬送中に高さが変動し易いため、高さを実際に測定することが好ましい。 In the total number distribution calculation step of the present invention, when calculating the total number distribution of the mixed grain size deposit using the surface probability model, it is necessary to input the height of the mixed grain size deposit (the height (bulk height) when the grain size of the surface layer particles is measured in the second grain size distribution calculation step) to the surface probability model. In the second grain size distribution calculation step, when measuring the grain size of the surface layer particles of the mixed grain size deposit, if the mixed grain size deposit is deposited in a tray, i.e., if it is deposited in an area partitioned in four directions in a plan view, the height of the mixed grain size deposit is stable and can be grasped relatively easily, so a fixed value set in advance can be used. However, when the mixed grain size deposit is deposited on a belt conveyor and transported, the height is likely to fluctuate during transportation, so it is preferable to actually measure the height.
すなわち、本発明において、好ましくは、高さ算出ステップを有し、前記第2粒径分布算出ステップにおいて、ベルトコンベア上に堆積した状態の前記混合粒度堆積体を前記ベルトコンベアで搬送しながら、前記第2粒径分布を算出すると共に、前記混合粒度堆積体及び前記ベルトコンベアの断面上縁の位置を測定し、前記高さ算出ステップにおいて、前記混合粒度堆積体及び前記ベルトコンベアの断面上縁の位置と、予め測定した前記混合粒度堆積体が堆積していない状態の前記ベルトコンベアの断面上縁の位置とに基づき、前記混合粒度堆積体の断面積を算出し、前記混合粒度堆積体の断面を台形と見なして、前記断面積に基づき、前記混合粒度堆積体の高さを算出し、前記全体個数分布算出ステップにおいて、前記表面確率モデルを用いて、前記線形和の係数と、前記高さ算出ステップで算出した前記混合粒度堆積体の高さとから前記全体個数分布を算出する。 That is, in the present invention, it is preferable to have a height calculation step, and in the second particle size distribution calculation step, the second particle size distribution is calculated while the mixed particle size deposit piled up on the belt conveyor is transported by the belt conveyor, and the positions of the upper edge of the cross section of the mixed particle size deposit and the belt conveyor are measured. In the height calculation step, the cross-sectional area of the mixed particle size deposit is calculated based on the positions of the upper edge of the cross section of the mixed particle size deposit and the belt conveyor and the position of the upper edge of the cross section of the belt conveyor in a state where the mixed particle size deposit is not piled up, which is measured in advance. The cross section of the mixed particle size deposit is regarded as a trapezoid, and the height of the mixed particle size deposit is calculated based on the cross-sectional area. In the total number distribution calculation step, the total number distribution is calculated from the coefficient of the linear sum and the height of the mixed particle size deposit calculated in the height calculation step using the surface probability model.
コークスや焼結鉱等の粒子を搬送するための一般的なベルトコンベアの断面は、台形である。したがって、ベルトコンベア上に堆積する混合粒度堆積体の断面も台形と見なして近似できる場合が多い。
上記の好ましい方法によれば、第2粒径分布算出ステップにおいて、混合粒度堆積体及びベルトコンベアの断面上縁の位置も測定することで、高さ算出ステップにおいて、混合粒度堆積体の断面積を算出することができる。そして、混合粒度堆積体の断面を台形と見なして近似すれば、混合粒度堆積体の断面積から混合粒度堆積体の高さを算出可能である。全体個数分布算出ステップにおいて、算出した混合粒度堆積体の高さを表面確率モデルに用いることで、混合粒度堆積体がベルトコンベア上に堆積して搬送される場合であっても、混合粒度堆積体の全体個数分布を精度良く算出でき、ひいては全体質量分布算出ステップにおいて、混合粒度堆積体の全体質量分布を精度良く算出可能である。
なお、混合粒度堆積体及びベルトコンベアの断面上縁の位置を測定するには、混合粒度堆積体の距離画像を取得するために用いる距離画像取得手段を併用することが考えられる。
A typical belt conveyor for transporting particles such as coke and sintered ore has a trapezoidal cross section, and therefore the cross section of the mixed-grain pile piled up on the belt conveyor can often be approximated as a trapezoid as well.
According to the above-mentioned preferred method, in the second particle size distribution calculation step, the positions of the cross-sectional upper edges of the mixed-grain-size deposit and the belt conveyor are also measured, so that in the height calculation step, the cross-sectional area of the mixed-grain-size deposit can be calculated. Then, if the cross-section of the mixed-grain-size deposit is approximated as a trapezoid, the height of the mixed-grain-size deposit can be calculated from the cross-sectional area of the mixed-grain-size deposit. In the total number distribution calculation step, by using the calculated height of the mixed-grain-size deposit in the surface probability model, even when the mixed-grain-size deposit is deposited and transported on the belt conveyor, the total number distribution of the mixed-grain-size deposit can be calculated with high accuracy, and thus the total mass distribution of the mixed-grain-size deposit can be calculated with high accuracy in the total mass distribution calculation step.
In order to measure the positions of the upper edge of the cross section of the mixed-grain size deposit and the belt conveyor, it is possible to use a distance image acquisition means for acquiring a distance image of the mixed-grain size deposit in combination.
本発明によれば、複数の粒度区分に属する粒子が配合された混合粒度堆積体について、粒度区分と混合粒度堆積体の粒度区分毎の粒子全体の質量割合との関係である全体質量分布を、精度良く算出可能である。 According to the present invention, for a mixed-grain sediment containing particles belonging to multiple grain size classes, it is possible to accurately calculate the overall mass distribution, which is the relationship between the grain size classes and the total mass proportion of the particles in each grain size class of the mixed-grain sediment.
以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明の一実施形態について説明する。
図5は、本実施形態に係る粒度分布測定方法が有する工程を示すフロー図である。図6は、図5に示す工程ST1~工程ST4を模式的に説明する説明図である。
図5に示すように、本実施形態に係る粒度分布測定方法は、工程ST1~工程ST6を有する。以下、各工程について順に説明する。なお、本実施形態では、3つの粒度区分に属する粒子が配合された混合粒度積層体の粒度分布(全体質量分布)を測定する場合を例に挙げて説明するが、本発明はこれに限るものではなく、2つの粒度区分や4つ以上の粒度区分に属する粒子が配合された混合粒度積層体に適用することも可能である。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
Fig. 5 is a flow diagram showing steps of the particle size distribution measuring method according to the present embodiment. Fig. 6 is an explanatory diagram for explaining steps ST1 to ST4 shown in Fig. 5.
As shown in Fig. 5, the particle size distribution measuring method according to this embodiment includes steps ST1 to ST6. Each step will be described below in order. Note that, in this embodiment, an example will be described in which the particle size distribution (total mass distribution) of a mixed particle size laminate containing particles belonging to three particle size classes is measured, but the present invention is not limited thereto, and can also be applied to a mixed particle size laminate containing particles belonging to two particle size classes or four or more particle size classes.
<工程ST1>
工程ST1(本発明の第1粒径分布算出ステップに相当)では、粒度区分が同一となる粒径を有する粒子だけからなる試料である単一粒度試料を、複数の粒度区分について用意する。複数の粒度区分に属する粒子が配合された(すなわち、いろいろな粒径の粒子が配合された)混合粒度積層体がどのような粒度区分に属する粒子が配合されたものであるかについては、予め把握可能である。本実施形態では、3つの粒度区分に属する粒子が任意の質量割合で配合された混合粒度積層体の粒度分布を測定するため、用意する単一粒度試料も、混合粒度積層体と同じ3つの粒度区分について用意する。具体的には、本実施形態では、図1~図3を参照して説明した前述の確認試験と同様に、混合粒度積層体が、メッシュサイズが38mmの篩は通過するが25mmの篩は通過しない粒子(すなわち、概ね25mm<粒径≦38mmの粒子)が属する粒度区分1、メッシュサイズが50mmの篩は通過するが38mmの篩は通過しない粒子(すなわち、概ね38mm<粒径≦50mmの粒子)が属する粒度区分2、メッシュサイズが75mmの篩は通過するが50mmの篩は通過しない粒子(すなわち、概ね50mm<粒径≦75mmの粒子)が属する粒度区分3の、計3つの粒度区分に属する粒子が任意の質量割合で配合されている。このため、これら3つの粒度区分(粒度区分1~3)について、単一粒度試料を用意する。具体的には、例えば、図1(a)に示す場合と同様に、トレイTの1杯分用意する。
そして、工程ST1では、3つの粒度区分の各単一粒度試料の上方に配置した距離画像取得手段(本実施形態では、図1(b)に示す場合と同様の3Dカメラ1)を用いて、各単一粒度試料の堆積状態を変更して繰り返し撮像して距離画像を取得し、距離画像取得手段に接続された演算装置(図示せず)で演算を行うことで、各単一粒度試料の表層粒子の粒径を測定する。本実施形態では、表層粒子の粒径として、距離画像における表層粒子を楕円と見なした場合の短軸径を用いている。堆積状態の変更は、図1(b)に示す場合と同様に、トレイTと他の容器Cとの間で各単一粒度試料を移し替える際に生じる混合、攪拌によって行えばよい。なお、各単一粒度試料の測定の繰り返し回数は同一にすることが好ましい。これにより、図6(a)に示すように、単一粒度試料の表層粒子の粒径(x)と個数との関係を示す第1粒径分布を3つの粒度区分毎に算出する。図6(a)において、A(x)が粒度区分1の単一粒度試料について算出した第1粒径分布であり、B(x)が粒度区分2の単一粒度試料について算出した第1粒径分布であり、C(x)が粒度区分3の単一粒度試料について算出した第1粒径分布である。
<Process ST1>
In step ST1 (corresponding to the first particle size distribution calculation step of the present invention), single particle size samples, which are samples consisting of only particles having the same particle size distribution, are prepared for a plurality of particle size distributions. It is possible to know in advance which particle size distributions the particles in a mixed particle size laminate in which particles belonging to a plurality of particle size distributions (i.e., particles of various particle sizes) are mixed. In this embodiment, in order to measure the particle size distribution of a mixed particle size laminate in which particles belonging to three particle size distributions are mixed at any mass ratio, the single particle size samples are also prepared for the same three particle size distributions as the mixed particle size laminate. Specifically, in this embodiment, as in the above-mentioned confirmation test described with reference to Figures 1 to 3, the mixed particle size laminate is mixed with particles belonging to a total of three particle size classes, namely,
In step ST1, the distance image acquisition means (in this embodiment, the
<工程ST2>
工程S2(本発明の第2粒径分布算出ステップに相当)では、3つの粒度区分1~3に属する粒子が任意の質量割合で配合された混合粒度堆積体の上方に配置した距離画像取得手段(本実施形態では、図1(b)に示す場合と同様の3Dカメラ1)を用いて、混合粒度堆積体の堆積状態を変更して繰り返し撮像して距離画像を取得し、距離画像取得手段に接続された演算装置(図示せず)で演算を行うことで、混合粒度堆積体の表層粒子の粒径を測定する。本実施形態では、表層粒子の粒径として、距離画像における表層粒子を楕円と見なした場合の短軸径を用いている。
単一粒度試料の場合と同様に、トレイT内に混合粒度堆積体を堆積させて表層粒子の粒径を測定する場合には、堆積状態の変更は、図1(b)に示す場合と同様に、トレイTと他の容器Cとの間で混合粒度堆積体を移し替える際に生じる混合、攪拌によって行えばよい。混合粒度堆積体の測定の繰り返し回数は、必ずしも各単一粒度試料の測定の繰り返し回数と同一にする必要はない。
ベルトコンベア上に堆積して搬送される混合粒度堆積体の表層粒子の粒径を測定する場合には、同一の質量割合で配合された混合粒度堆積体の異なる堆積状態が、ベルトコンベア上で展開されていると見なして、測定を繰り返せばよい。
これにより、図6(b)に示すように、混合粒度堆積体の表層粒子の粒径(x)と個数との関係を示す第2粒径分布を算出する。図6(b)において、実線で示すF(x)が混合粒度堆積体について算出した第2粒径分布である。
<Process ST2>
In step S2 (corresponding to the second particle size distribution calculation step of the present invention), a distance image acquisition means (in this embodiment, a
In the case of measuring the particle size of the surface layer particles by piling a mixed-grain-size sediment in tray T as in the case of the single-grain-size sample, the change in the state of the pile can be achieved by mixing and stirring that occurs when transferring the mixed-grain-size sediment between tray T and another container C, as in the case shown in Fig. 1(b). The number of repeated measurements of the mixed-grain-size sediment does not necessarily have to be the same as the number of repeated measurements of each single-grain-size sample.
When measuring the particle size of surface particles of a mixed-grain deposit accumulated and transported on a belt conveyor, the measurement can be repeated assuming that different pile states of mixed-grain deposits mixed in the same mass ratio are developed on the belt conveyor.
In this way, a second particle size distribution, which shows the relationship between the particle size (x) and the number of particles in the surface layer of the mixed-grain-size deposit, is calculated as shown in Fig. 6(b) . In Fig. 6(b) , F(x) shown by the solid line is the second particle size distribution calculated for the mixed-grain-size deposit.
<工程ST3>
工程ST3(本発明の係数算出ステップに相当)では、混合粒度堆積体の第2粒径分布F(x)(混合粒度堆積体の表層粒子の個数)に、各粒度区分の表層粒子の個数がどの程度現れているかを定量化するために、図6(b)に示すように、混合粒度堆積体の粒径分布F(x)を3つの粒度区分毎の第1粒径分布A(x)、B(x)、C(x)の線形和Ca・A(x)+Cb・B(x)+Cc・C(x)で近似し、線形和の係数Ca、Cb、Ccを算出する。図6(b)において、破線で示すのが線形和である。線形和での近似は、最小二乗法等の公知の近似手法を用いて行うことが可能である。
<Process ST3>
In step ST3 (corresponding to the coefficient calculation step of the present invention), in order to quantify the extent to which the number of surface layer particles of each particle size division appears in the second particle size distribution F(x) (the number of surface layer particles of the mixed particle size deposit body) of the mixed particle size deposit body, as shown in Fig. 6(b), the particle size distribution F(x) of the mixed particle size deposit body is approximated by a linear sum C a · A(x) + C b · B(x) + C c · C(x) of the first particle size distributions A(x), B(x), and C(x) for each of the three particle size divisions, and the coefficients C a , C b , and C c of the linear sum are calculated. In Fig. 6(b), the linear sum is shown by a dashed line. The approximation by the linear sum can be performed using a known approximation method such as the least squares method.
<工程ST4>
工程ST3で算出した線形和の係数Caは、混合粒度堆積体に現れる粒度区分1に属する表層粒子の個数に比例した値であると見なすことができる。同様に、線形和の係数Cbは、混合粒度堆積体に現れる粒度区分2に属する表層粒子の個数に比例した値であると見なすことができる。同様に、線形和の係数Ccは、混合粒度堆積体に現れる粒度区分3に属する表層粒子の個数に比例した値であると見なすことができる。
このため、工程ST4では、各係数Ca、Cb、Ccを、それぞれ混合粒度堆積体における各単一粒度試料の粒度区分1、2、3に属する表層粒子の個数割合である表面個数割合と見なして、図6(c)に示すように、粒度区分と粒度区分毎の表面個数割合との関係を示す表面個数分布を混合粒度堆積体について算出する。
<Process ST4>
The coefficient C a of the linear sum calculated in step ST3 can be considered to be a value proportional to the number of surface layer particles belonging to
For this reason, in step ST4, each coefficient C a , C b , and C c is regarded as a surface number ratio, which is the number ratio of surface particles belonging to
<工程ST5>
工程ST5(本発明の全体個数分布算出ステップに相当)では、工程ST4で算出した図6(c)に示すような表面個数分布と、表面確率モデルとを用いて、粒度区分と混合粒度堆積体の粒度区分毎の粒子全体の個数割合との関係である全体個数分布を算出する。
表面個数分布は、堆積した粒子全体の個数割合の分布である全体個数分布と等しくならない。これは、粒度に応じて表層に現れる頻度が異なり、粒度の大きな粒子ほど表層に現れる頻度が高いため、表面個数分布は全体個数分布に比べて、粒度の大きな粒子が余計に数えられていることになるからである。このため、全体個数分布を算出するには、粒度に応じた表層への現れやすさや見えやすさの度合いを表し、表層粒子の個数分布から堆積した粒子全体の個数分布を推定する表面確率モデルが必要になる。以下、表面確率モデルについて説明する。
<Process ST5>
In step ST5 (corresponding to the overall number distribution calculation step of the present invention), the surface number distribution as shown in Figure 6 (c) calculated in step ST4 and the surface probability model are used to calculate the overall number distribution, which is the relationship between the particle size classification and the total number proportion of particles in each particle size classification of the mixed particle size deposit body.
The surface number distribution is not equal to the total number distribution, which is the distribution of the number ratio of all the deposited particles. This is because the frequency of particles appearing in the surface layer varies depending on the particle size, and the larger the particle size, the more frequently they appear in the surface layer, so the surface number distribution will count more large particles than the total number distribution. For this reason, in order to calculate the total number distribution, a surface probability model is required that represents the degree of likelihood of particles appearing in the surface layer or being visible depending on the particle size, and that estimates the number distribution of all the deposited particles from the number distribution of surface particles. The surface probability model will be explained below.
粒度区分iの粒子が表層に現れる表面確率Piは、以下の式(1)で表される。
また、式(1)の右辺のPiの変数であるHは混合粒度堆積体の高さ(嵩高さ)を表し、Njは粒度区分jに属する粒子全体の個数を表す。Djは粒度区分jの粒度の中間値を表す。本実施形態では、D1=(25+38)/2=31.5mm、D2=(38+50)/2=44mm、D3=(50+75)/2=62.5mmとなる。
The surface probability P i that particles of the particle size class i appear on the surface layer is expressed by the following formula (1).
In addition, H, which is a variable of P i on the right side of the formula (1), represents the height (bulk height) of the mixed grain size deposit, N j represents the total number of particles belonging to grain size class j, and D j represents the median grain size of grain size class j. In this embodiment, D 1 = (25 + 38)/2 = 31.5 mm,
式(1)の表面確率Piは、以下の式(2)で表され、詳細は以下の式(3)~式(6)式で表される。
工程ST5では、以上に説明した表面確率モデルを用いて、全体個数分布を算出する。
具体的には、式(1)の表面確率モデルの式を変形して得られる以下の式(1’)を用いて、繰り返し法により、粒子全体の個数Niを算出する。なお、本実施形態では、粒子全体の個数そのものではなく、粒子全体の個数割合を算出することになる。
Specifically, the total number of particles Ni is calculated by an iterative method using the following formula (1') obtained by modifying the formula (1) of the surface probability model. Note that in this embodiment, the total number of particles is not calculated, but the ratio of the number of particles to the total number of particles is calculated.
繰り返し法では、以下の手順(1)~(5)を実行する。
(1)まず、Njの初期値として、1を粒度区分の数で除算した値を設定する。本実施形態では、粒度区分の数が3であるため、N1=N2=N3=1/3とする。
(2)Njの初期値を式(1’)の右辺に代入し、左辺の更新されたNiを求める。
(3)更新されたNiについて、Niを1で規格化する。すなわち、Niの総和N1+N2+N3が1となるように、Niを比率Ni/(N1+N2+N3)で置き換える。
(4)規格化したNjを式(1’)の右辺に代入し、左辺の更新されたNiを求める。
(5)(1)~(4)の手順を、Niが収束する(更新前のNiと更新後のNiとの差の絶対値が一定の値以下となる)まで繰り返して、最終的な粒子全体の個数(個数割合)Niを求める。
これにより、粒度区分iと粒度区分i毎の粒子全体の個数割合Niとの関係である全体個数分布が算出されることになる。
In the iterative method, the following steps (1) to (5) are carried out.
(1) First, set the initial value of Nj to a value obtained by dividing 1 by the number of granularity classes. In this embodiment, since the number of granularity classes is 3, N1 = N2 = N3 = 1/3.
(2) The initial value of N j is substituted into the right-hand side of equation (1') to obtain the updated N i on the left-hand side.
(3) For the updated N i , normalize N i by 1. That is, replace N i with the ratio N i /(N 1 +N 2 +N 3 ) so that the sum N 1 +N 2 +N 3 of N i becomes 1.
(4) Substitute the normalized N j into the right-hand side of equation (1') to obtain the updated N i on the left-hand side.
(5) The steps (1) to (4) are repeated until N i converges (the absolute value of the difference between N i before the update and N i after the update becomes equal to or less than a certain value), and the final total number (number ratio) N i of particles is obtained.
This allows the calculation of the total number distribution, which is the relationship between the particle size class i and the number ratio N i of the total particles for each particle size class i.
<工程ST6>
工程ST6(本発明の全体質量分布算出ステップに相当)では、工程ST5で算出した全体個数分布と、3つの各粒度区分から算出される体積比Vi(表1参照)とに基づき、粒度区分と混合粒度堆積体の粒度区分毎の粒子全体の質量割合との関係である全体質量分布を算出する。
具体的には、以下の式(7)に示すように、粒子全体の個数割合Niと体積比Viとを乗算し、その比率を粒子全体の質量割合miとして算出する。
In step ST6 (corresponding to the overall mass distribution calculation step of the present invention), the overall mass distribution, which is the relationship between the particle size divisions and the total mass fraction of particles in each particle size division of the mixed particle size deposit, is calculated based on the overall number distribution calculated in step ST5 and the volume ratio V i (see Table 1) calculated from each of the three particle size divisions.
Specifically, as shown in the following formula (7), the number ratio N i of all particles is multiplied by the volume ratio V i , and the resulting ratio is calculated as the mass ratio m i of all particles.
以上に説明した本実施形態に係る粒度分布測定方法によれば、工程ST3によって、工程ST2で算出された混合粒度堆積体の粒径分布F(x)が、工程ST1で算出された各単一粒度試料の粒径分布A(x)、B(x)、C(x)の線形和Ca・A(x)+Cb・B(x)+Cc・C(x)で近似され、線形和の係数Ca、Cb、Ccが算出される。次に、第4工程ST4によって、算出された線形和の係数Ca、Cb、Ccが、混合粒度堆積体における各単一粒度試料の粒度区分に属する表層粒子の個数割合である表面個数割合と見なされ、粒度区分と粒度区分毎の表面個数割合との関係を示す表面個数分布が算出される。以降は、非特許文献2に記載の方法と同様に表面確率モデルを用い、工程ST5によって、算出された表面個数分布と、表面確率モデルとを用いて、粒度区分と混合粒度堆積体の粒度区分毎の粒子全体の個数割合との関係である全体個数分布が算出され、工程ST6によって、粒度区分と混合粒度堆積体の粒度区分毎の粒子全体の質量割合との関係である全体質量分布が算出される。
このように、線形和の各係数Ca、Cb、Ccを、混合粒度堆積体における各単一粒度試料の粒度区分に属する表層粒子の個数割合である表面個数割合と見なして表面個数分布を算出し、この表面個数分布を用いて最終的に全体質量分布を算出するため、全体質量分布を精度良く算出可能である。
According to the particle size distribution measuring method of the present embodiment described above, in step ST3, the particle size distribution F(x) of the mixed particle size deposit calculated in step ST2 is approximated by a linear sum C a ·A( x ) + C b ·B(x) + C c ·C(x) of the particle size distributions A(x), B(x), and C(x) of each single particle size sample calculated in step ST1, and the coefficients C a , C b , and C c of the linear sum are calculated. Next, in a fourth step ST4, the calculated coefficients C a , C b , and C c of the linear sum are regarded as surface number ratios, which are the number ratios of surface layer particles belonging to the particle size divisions of each single particle size sample in the mixed particle size deposit, and a surface number distribution showing the relationship between the particle size divisions and the surface number ratios for each particle size division is calculated. Thereafter, using a surface probability model in the same manner as in the method described in
In this way, the coefficients C a , C b , and C c of the linear sum are regarded as the surface number ratio, which is the number ratio of surface particles belonging to the grain size classification of each single-grain sample in the mixed-grain sediment body, to calculate the surface number distribution, and this surface number distribution is finally used to calculate the total mass distribution, so that the total mass distribution can be calculated with high accuracy.
<実施例1>
以下、実施例1として、本実施形態に係る粒度分布測定方法によって全体質量分布を算出した結果の一例について説明する。
Example 1
Hereinafter, as Example 1, an example of the results of calculating the total mass distribution by the particle size distribution measuring method according to this embodiment will be described.
実施例1では、3Dカメラ1として、Sick社製「Ranger-E50(エリアスキャンカメラの画素数数:1536×512、測定速度:35000断面/秒)を用い、コークス粒子が堆積したトレイT(500×500×100mm)全体が視野内に入るように、トレイTの底部から3Dカメラ1までの高さを調整した。また、トレイTをベルト駆動の走行台車上に据え付け、走行台車に敷設したロータリエンコーダによって走行距離を検知し、走行台車がトレイTの長さ分走行したところで、1枚の距離画像を取得するように設定した。
In Example 1, a Sick Ranger-E50 (area scan camera pixel count: 1536 x 512, measurement speed: 35,000 cross sections/second) was used as the
実施例1の工程ST1では、粒度区分1(25mm<粒径≦38mm)、粒度区分2(38mm<粒径≦50mm)、粒度区分3(50mm<粒径≦75mm)の各粒度区分にそれぞれ篩分けされたトレイTの1杯分(8kg程度)の単一粒度試料を用意し、トレイT内での各単一粒度試料の堆積状態を変更して測定を10回繰り返し、5mm間隔の粒径範囲毎に表層粒子の個数を集計して、各単一粒度試料の第1粒径分布を算出した。前述の図3は、実施例1で算出した各単一粒度試料の第1粒径分布を示している。図3(a)が粒度区分1の単一粒度試料の第1粒径分布A(x)であり、図3(b)が粒度区分2の単一粒度試料の第1粒径分布B(x)であり、図3(c)が粒度区分3の単一粒度試料の第1粒径分布C(x)である。
In step ST1 of Example 1, a tray T full of single-particle-size samples (approximately 8 kg) was prepared, which were sieved into each of the particle size categories of particle size category 1 (25 mm<particle size≦38 mm), particle size category 2 (38 mm<particle size≦50 mm), and particle size category 3 (50 mm<particle size≦75 mm). The measurement was repeated 10 times by changing the stacking state of each single-particle-size sample in the tray T, and the number of surface particles was counted for each particle size range at 5 mm intervals to calculate the first particle size distribution of each single-particle-size sample. The above-mentioned FIG. 3 shows the first particle size distribution of each single-particle-size sample calculated in Example 1. FIG. 3(a) shows the first particle size distribution A(x) of the single-particle-size sample of
次に、実施例1の工程ST2では、3つの粒度区分1~3に属する粒子を、それぞれ15%、20%、65%の質量割合で配合し、トレイT内に堆積させて、混合粒度堆積体を得た。そして、単一粒度試料の場合と同様に、トレイT内での混合粒度堆積体の堆積状態を変更して測定を10回繰り返し、5mm間隔の粒径範囲毎に表層粒子の個数を集計して、混合粒度堆積体の第2粒径分布を算出した。
次に、実施例1の工程ST3では、最小二乗法によって、混合粒度堆積体の粒径分布F(x)を各単一粒度試料の粒径分布A(x)、B(x)、C(x)の線形和Ca・A(x)+Cb・B(x)+Cc・C(x)で近似し、線形和の各係数Ca、Cb、Ccを算出した。
図7は、実施例1で算出した混合粒度堆積体の第2粒径分布及び線形和を示す。図7に示す実線が混合粒度堆積体の第2粒径分布F(x)であり、破線が線形和Ca・A(x)+Cb・B(x)+Cc・C(x)である。図7に示すように、各係数は、Ca=0.16833、Cb=0.225909、Cc=0.644118となった。
Next, in step ST2 of Example 1, particles belonging to the three
Next, in step ST3 of Example 1, the particle size distribution F(x) of the mixed-grain-size deposit was approximated by the linear sum Ca.A (x) + Cb.B (x) + Cc.C(x) of the particle size distributions A(x), B(x), and C (x) of each single-grain-size sample using the least squares method, and the coefficients Ca , Cb , and Cc of the linear sum were calculated.
Fig. 7 shows the second grain size distribution and linear sum of the mixed grain size deposit calculated in Example 1. The solid line in Fig. 7 is the second grain size distribution F(x) of the mixed grain size deposit, and the dashed line is the linear sum C a · A(x) + C b · B(x) + C c · C(x). As shown in Fig. 7, the coefficients are C a = 0.16833, C b = 0.225909, and C c = 0.644118.
次に、実施例1の工程ST4では、各係数Ca、Cb、Ccを、それぞれ混合粒度堆積体における粒度区分1、2、3に属する表層粒子の個数割合である表面個数割合と見なして、表面個数分布を算出した。
図8は、実施例1で算出した混合粒度堆積体の表面個数分布、全体個数分布及び全体質量分布を示す。図8(a)は表面個数分布であり、図8(b)は全体個数分布であり、図8(c)は全体質量分布である。
図8(a)に示す表面個数分布の縦軸の表面個数割合は、各粒度区分に対応する表面個数割合の総和が100%となるように、各係数Ca、Cb、Ccを百分率で表した値である。
Next, in step ST4 of Example 1, the coefficients C a , C b , and C c were regarded as surface number ratios, which are the number ratios of surface layer particles belonging to
8 shows the surface number distribution, total number distribution, and total mass distribution of the mixed grain size deposit calculated in Example 1. Fig. 8(a) shows the surface number distribution, Fig. 8(b) shows the total number distribution, and Fig. 8(c) shows the total mass distribution.
The surface number ratio on the vertical axis of the surface number distribution shown in FIG. 8(a) is a value obtained by expressing each of the coefficients C a , C b , and C c as a percentage so that the sum of the surface number ratios corresponding to each grain size class is 100%.
次に、実施例1の工程ST5では、図8(a)に示す表面個数分布と、表面確率モデルとを用いて、図8(b)に示す全体個数分布を算出した。図8(b)に示す全体個数分布の縦軸の全体個数割合は、混合粒度堆積体を構成する粒子全体の個数割合であり、各粒度区分に対応する全体個数割合の総和が100%となるように百分率で表した値である。 Next, in step ST5 of Example 1, the surface number distribution shown in FIG. 8(a) and the surface probability model were used to calculate the total number distribution shown in FIG. 8(b). The total number ratio on the vertical axis of the total number distribution shown in FIG. 8(b) is the total number ratio of the particles that make up the mixed grain size deposit, and is a value expressed as a percentage so that the sum of the total number ratios corresponding to each grain size category is 100%.
最後に、実施例1の工程ST6では、図8(b)に示す全体個数分布と、体積比Vi(表1参照)とに基づき、図8(c)に示す全体質量分布を算出した。図8(c)に示す全体質量分布の縦軸の全体質量割合は、混合粒度堆積体を構成する粒子全体の質量割合であり、各粒度区分に対応する全体質量割合の総和が100%となるように百分率で表した値である。
図8(c)に示すように、粒度区分1の全体質量割合=13.40129%、粒度区分2の全体質量割合=24.05432%、粒度区分3の全体質量割合=62.54439%となった。前述のように、混合粒度堆積体は、3つの粒度区分1~3に属する粒子を、それぞれ15%、20%、65%の質量割合で配合したものであるため、図8(c)に示す結果は、この実際に配合した質量割合に近い値が得られているといえる。
Finally, in step ST6 of Example 1, the overall mass distribution shown in Fig. 8(c) was calculated based on the overall number distribution shown in Fig. 8(b) and the volume ratio V i (see Table 1). The overall mass ratio on the vertical axis of the overall mass distribution shown in Fig. 8(c) is the mass ratio of all the particles constituting the mixed grain size deposit, and is a value expressed as a percentage so that the sum of the overall mass ratios corresponding to each grain size class is 100%.
As shown in Fig. 8(c), the total mass percentage of
<実施例2>
実施例2では、工程ST2において、3つの粒度区分1~3に属する粒子を、それぞれ0%、50%、50%の質量割合で配合した混合粒度堆積体を用いた点を除き、実施例1と同様に、混合粒度堆積体の全体質量分布を算出した。
Example 2
In Example 2, the overall mass distribution of the mixed grain size deposit was calculated in the same manner as in Example 1, except that in step ST2, a mixed grain size deposit was used in which particles belonging to the three
<実施例3>
実施例3では、工程ST2において、3つの粒度区分1~3に属する粒子を、それぞれ15%、55%、30%の質量割合で配合した混合粒度堆積体を用いた点を除き、実施例1と同様に、混合粒度堆積体の全体質量分布を算出した。
Example 3
In Example 3, the overall mass distribution of the mixed grain size deposit was calculated in the same manner as in Example 1, except that in step ST2, a mixed grain size deposit was used in which particles belonging to the three
図9は、実施例1~3で算出した全体質量分布を示す。図9(a)は実施例1で算出した全体質量分布であり、図9(b)は実施例2で算出した全体質量分布であり、図9(c)は実施例3で算出した全体質量分布である。図9に「3D」で示すグラフは各実施例で算出したデータであり、「篩」で示すグラフは篩を用いて測定されたデータ(配合された粒子の現実の状態が反映された質量割合)である。図9(a)の「3D」で示すグラフは図8(c)に示すグラフと同一である。
図9に示すように、実施例1~3のいずれについても、算出した全体質量分布は、現実の状態が反映された質量割合に近い値になっており、図2を参照して説明した従来の方法で算出した結果よりも高精度に測定できていることが分かる。
Fig. 9 shows the total mass distributions calculated in Examples 1 to 3. Fig. 9(a) shows the total mass distribution calculated in Example 1, Fig. 9(b) shows the total mass distribution calculated in Example 2, and Fig. 9(c) shows the total mass distribution calculated in Example 3. The graphs indicated with "3D" in Fig. 9 show data calculated in each Example, and the graphs indicated with "sieve" show data measured using a sieve (mass ratio reflecting the actual state of the blended particles). The graph indicated with "3D" in Fig. 9(a) is the same as the graph shown in Fig. 8(c).
As shown in FIG. 9 , in all of Examples 1 to 3, the calculated total mass distribution is close to the mass ratio reflecting the actual state, and it can be seen that the measurement was performed with higher accuracy than the result calculated by the conventional method described with reference to FIG. 2 .
なお、実施例1~3では、トレイT内に堆積した混合粒度堆積体の粒度分布を測定する場合を例に挙げたが、本発明は、ベルトコンベア上に堆積して搬送される混合粒度堆積体の粒度分布を測定することも可能である。ただし、ベルトコンベア上に堆積して搬送される混合粒度堆積体の場合、トレイT内に堆積した混合粒度堆積体と異なり、表面確率モデルに用いる混合粒度堆積体の高さHが搬送中に変動し易いため、高さHを実際に測定することが好ましい。
以下、高さHを測定(算出)する方法の一例について説明する。
In Examples 1 to 3, the particle size distribution of a mixed-grain-size deposit piled up in a tray T is measured, but the present invention can also measure the particle size distribution of a mixed-grain-size deposit piled up and transported on a belt conveyor. However, in the case of a mixed-grain-size deposit piled up and transported on a belt conveyor, unlike a mixed-grain-size deposit piled up in a tray T, the height H of the mixed-grain-size deposit used in the surface probability model is likely to fluctuate during transport, so it is preferable to actually measure the height H.
An example of a method for measuring (calculating) the height H will be described below.
図10及び図11は、ベルトコンベア上に堆積して搬送される混合粒度堆積体の高さを算出する方法を説明する説明図であり、ベルトコンベアの搬送方向に直交する断面で示している。
ベルトコンベア上に堆積して搬送される混合粒度堆積体の高さを算出する場合、図10(a)に示すように、前述の工程ST2において、距離画像取得手段(3Dカメラ1)を用いて、混合粒度堆積体の表層粒子の粒径を繰り返し測定すると共に、混合粒度堆積体及びベルトコンベアBCの断面上縁E1(図10(a)において破線で示す)の位置を繰り返し測定すればよい。一方、図10(b)に示すように、混合粒度堆積体が堆積していない状態のベルトコンベアBCの断面上縁E2(図10(b)において破線で示す)の位置を予め測定し、記憶しておく。そして、断面上縁E1の位置と断面上縁E2の位置とに基づき、図10(c)に示すように、混合粒度堆積体の断面積Sを算出する。具体的には、断面上縁E1の端点A、Bと、断面上縁E2の端点A’、B’とをそれぞれ位置合わせした後、断面上縁E1の上下方向の座標から断面上縁E2の上下方向の座標を減算して、これを水平方向(図10の左右方向)に積分することで、断面積Sを算出することができる。なお、前述のように、断面上縁E1の位置を繰り返し測定するため、断面積Sも繰り返し算出される。したがって、混合粒度堆積体の高さHを算出するのに用いる断面積Sとしては、例えば、繰り返し算出された断面積Sの平均値を用いることができる。
10 and 11 are explanatory diagrams for explaining a method for calculating the height of a mixed-grain size deposit pile accumulated and transported on a belt conveyor, and are shown in a cross section perpendicular to the transport direction of the belt conveyor.
When calculating the height of the mixed-grain deposit accumulated and transported on the belt conveyor, as shown in FIG. 10(a), in the above-mentioned step ST2, the particle size of the surface layer particles of the mixed-grain deposit is repeatedly measured using a distance image acquisition means (3D camera 1), and the positions of the cross-sectional upper edge E1 (shown by a dashed line in FIG. 10(a)) of the mixed-grain deposit and the belt conveyor BC are repeatedly measured. Meanwhile, as shown in FIG. 10(b), the position of the cross-sectional upper edge E2 (shown by a dashed line in FIG. 10(b)) of the belt conveyor BC in a state in which the mixed-grain deposit is not accumulated is measured in advance and stored. Then, based on the positions of the cross-sectional upper edges E1 and E2, the cross-sectional area S of the mixed-grain deposit is calculated as shown in FIG. 10(c). Specifically, after aligning the end points A and B of the upper edge E1 of the cross section with the end points A' and B' of the upper edge E2 of the cross section, the vertical coordinate of the upper edge E2 of the cross section is subtracted from the vertical coordinate of the upper edge E1 of the cross section, and the result is integrated in the horizontal direction (the left-right direction in FIG. 10 ), thereby calculating the cross-sectional area S. As described above, since the position of the upper edge E1 of the cross section is repeatedly measured, the cross-sectional area S is also repeatedly calculated. Therefore, the cross-sectional area S used to calculate the height H of the mixed-grain deposit can be, for example, the average value of the repeatedly calculated cross-sectional areas S.
ここで、コークスや焼結鉱等の粒子を搬送するための一般的なベルトコンベアBCの断面は台形(等脚台形)である。したがって、混合粒度堆積体の断面も台形と見なして近似できる場合が多い。
そこで、図11に示すように、混合粒度堆積体の断面を高さHの台形と見なして近似する。図11に示すように、ベルトコンベアBCの底部の幅をW、ベルトコンベアBCの側面の傾斜角(上下方向に対する傾斜角)をθとすると、台形の面積は、(W+H・tanθ)・Hで表される。この台形の面積が混合粒度堆積体の断面積Sに等しいと考えると、以下の式(8)が成立する。
以上のようにして、ベルトコンベアBC上に堆積して搬送される混合粒度堆積体の高さHを算出し、これを工程ST5において表面確率モデルに用いることで、トレイT内に堆積した混合粒度堆積体の場合と同様に、混合粒度堆積体の全体個数分布を算出することができ、工程ST6において全体質量分布を算出可能である。
Here, the cross section of a general belt conveyor BC for transporting particles such as coke and sintered ore is a trapezoid (isosceles trapezoid), and therefore, in many cases, the cross section of the mixed grain size pile can also be approximated as a trapezoid.
Therefore, as shown in Fig. 11, the cross section of the mixed-grain deposit is approximated as a trapezoid of height H. As shown in Fig. 11, if the width of the bottom of the belt conveyor BC is W and the inclination angle of the side of the belt conveyor BC (the inclination angle with respect to the up-down direction) is θ, the area of the trapezoid is expressed as (W + H tan θ) H. If the area of this trapezoid is considered to be equal to the cross-sectional area S of the mixed-grain deposit, the following formula (8) is established.
In the above manner, the height H of the mixed-grain size deposit piled up and transported on the belt conveyor BC is calculated, and by using this in the surface probability model in step ST5, the overall number distribution of the mixed-grain size deposit piles can be calculated, as in the case of the mixed-grain size deposit piles piled up in the tray T, and the overall mass distribution can be calculated in step ST6.
以下、本実施形態に係る粒度分布測定方法の変形例について説明する。
本実施形態に係る粒度分布測定方法では、表層粒子の粒径として、距離画像における表層粒子を楕円と見なした場合の短軸径を用いているが、以下に述べるように、表層粒子の堆積状態を判断して粒径を算出することも可能である。また、本実施形態に係る粒度分布測定方法では、工程ST1において、単一粒度試料の表層粒子の粒径と個数との関係を示す第1粒径分布を算出し、工程ST2において、混合粒度堆積体の表層粒子の粒径と個数との関係を示す第2粒径分布を算出しているが、以下に述べるように、これらに代えて、単一粒度試料の表層粒子の粒径と面積との関係を示す第1粒径分布と共に、混合粒度堆積体の表層粒子の粒径と面積との関係を示す第2粒径分布を算出したり、又は、単一粒度試料の表層粒子の粒径と体積との関係を示す第1粒径分布と共に、混合粒度堆積体の表層粒子の粒径と体積との関係を示す第2粒径分布を算出することも可能である。
A modified example of the particle size distribution measuring method according to this embodiment will be described below.
In the particle size distribution measuring method according to the present embodiment, the minor axis diameter of the surface layer particles in the distance image is used as the particle size of the surface layer particles, but it is also possible to calculate the particle size by judging the deposition state of the surface layer particles, as described below. In addition, in the particle size distribution measuring method according to the present embodiment, in step ST1, a first particle size distribution showing the relationship between the particle size and the number of surface layer particles of a single particle size sample is calculated, and in step ST2, a second particle size distribution showing the relationship between the particle size and the number of surface layer particles of a mixed particle size deposit is calculated, but instead of these, as described below, it is also possible to calculate a second particle size distribution showing the relationship between the particle size and the area of the surface layer particles of a mixed particle size deposit together with the first particle size distribution showing the relationship between the particle size and the area of the surface layer particles of a single particle size sample, or to calculate a second particle size distribution showing the relationship between the particle size and the volume of the surface layer particles of a mixed particle size deposit together with the first particle size distribution showing the relationship between the particle size and the volume of the surface layer particles of a single particle size sample.
図12は、表層粒子の堆積状態を模式的に説明する図である。
図12(a)の左図に示すように、表層粒子の最上部の上下方向の座標から、表層粒子直下のベルトコンベアBCの底部の上下方向の座標を減算して得られる、ベルトコンベアBCの底部からの高さが、表層粒子の短軸径よりも大きい場合、表層粒子が他の粒子群の上に載っていると判断できる。この場合、図12(b)の右図に示すように、表層粒子の上下方向の径(高さ径)は、粒子群の中に埋まっていて不明なので、短軸径と同じと見なし、(長軸径×短軸径)2を表層粒子の体積とし、短軸径を表層粒子の粒径とする。この場合、表層粒子を、高さ径が短軸径と同じ回転楕円体と見なしていることになる。
FIG. 12 is a diagram for explaining the deposition state of surface layer particles.
As shown in the left diagram of Fig. 12(a), if the height from the bottom of the belt conveyor BC, obtained by subtracting the vertical coordinate of the bottom of the belt conveyor BC directly below the surface particle from the vertical coordinate of the top of the surface particle, is greater than the minor axis diameter of the surface particle, it can be determined that the surface particle is on top of another particle group. In this case, as shown in the right diagram of Fig. 12(b), the vertical diameter (height diameter) of the surface particle is buried in the particle group and is unknown, so it is considered to be the same as the minor axis diameter, and (major axis diameter x minor axis diameter) 2 is the volume of the surface particle, and the minor axis diameter is the particle diameter of the surface particle. In this case, the surface particle is considered to be a spheroid whose height diameter is the same as the minor axis diameter.
図12(b)の左図に示すように、表層粒子の最上部の上下方向の座標から、表層粒子直下のベルトコンベアBCの底部の上下方向の座標を減算して得られる、ベルトコンベアBCの底部からの高さが、表層粒子の短軸径以下である場合、表層粒子がベルトコンベアBC上に直接載っていると判断できる。この場合、表層粒子の高さ径は、ベルトコンベアBCの底部からの高さと同じと見なし、(長軸径×短軸径×高さ径)を表層粒子の体積とする。また、図12(b)の右図に示すように、表層粒子の粒径については、表層粒子が篩のメッシュを45°方向にすり抜ける場合を考慮して、短軸径をb、高さ径をcとした場合、以下の式(10)によって粒径dを算出することができる。
上記の何れの場合においても、表層粒子を楕円体と見なした場合の体積は、正確には(長軸径×短軸径)2にπ/6の係数を乗算する必要があるが、この係数は、工程ST1及び工程ST2において表層粒子の体積に関する粒径分布を算出すると、何れの粒径分布にも乗算され、工程ST3で線形和の係数を算出する際にキャンセルされるので、省略することが可能である。
また、上記の何れの場合においても、表層粒子の面積は、表層粒子の長軸径と短軸径との積で算出すればよい。距離画像における表層粒子を楕円と見なした場合の面積は、正確には長軸径と短軸径との積にπ/4の係数を乗算する必要があるが、この係数も、工程ST1及び工程ST2において表層粒子の面積に関する粒径分布を算出すると、何れの粒径分布にも乗算され、工程ST3で線形和の係数を算出する際にキャンセルされるので、省略することが可能である。
In any of the above cases, when the surface layer particles are regarded as ellipsoids, the volume must be calculated by multiplying (major axis diameter × minor axis diameter) 2 by a coefficient of π/6 to be precise. However, this coefficient is multiplied by both particle size distributions when the particle size distributions related to the volume of the surface layer particles are calculated in steps ST1 and ST2, and is cancelled out when the coefficient of the linear sum is calculated in step ST3, so that it can be omitted.
In any of the above cases, the surface particle area can be calculated by the product of the major axis diameter and the minor axis diameter of the surface particle. When the surface particle in the distance image is regarded as an ellipse, the area needs to be calculated by multiplying the product of the major axis diameter and the minor axis diameter by a coefficient of π/4. However, this coefficient can be omitted because it is multiplied by both particle size distributions when the particle size distributions related to the surface particle area are calculated in steps ST1 and ST2 and is cancelled when the coefficient of the linear sum is calculated in step ST3.
以下、工程ST1及び工程ST2において、粒径分布として、表層粒子の個数に代えて表層粒子の面積又は体積に関する粒径分布を算出した例について説明する。
図13は、実施例1の工程ST1において算出した、表層粒子の面積又は体積に関する単一粒度試料の第1粒径分布を示す。図13(a)は表層粒子の面積に関する第1粒径分布を、図13(b)は表層粒子の体積に関する第1粒径分布を示す。図13では、粒度区分1~3の単一粒度試料の第1粒径分布を重ねて表示している。
図3に示す表層粒子の個数に関する単一粒度試料の第1粒径分布に比べて、図13に示す面積又は体積に関する単一粒度試料の第1粒径分布は、大きな粒度区分の粒径分布が縦軸の上方に持ち上げられることになるものの、工程ST2で算出する混合粒度堆積体の第2粒径分布も同じ基準(表層粒子の個数、面積又は体積)の粒径分布とすることで、最終的に工程ST6で算出する全体質量分布を前述の図9に示す全体質量分布と同様の分布にすることができる。
Hereinafter, an example will be described in which, in steps ST1 and ST2, instead of the number of surface layer particles, a particle size distribution relating to the area or volume of surface layer particles is calculated as the particle size distribution.
Fig. 13 shows the first particle size distribution of the single particle size sample related to the area or volume of the surface layer particles calculated in step ST1 of Example 1. Fig. 13(a) shows the first particle size distribution related to the area of the surface layer particles, and Fig. 13(b) shows the first particle size distribution related to the volume of the surface layer particles. In Fig. 13, the first particle size distributions of the single particle size samples of
Compared to the first particle size distribution of the single-particle-size sample relating to the number of surface particles shown in Figure 3, the first particle size distribution of the single-particle-size sample relating to area or volume shown in Figure 13 has the particle size distribution of the larger particle size range lifted up on the vertical axis. However, by also setting the second particle size distribution of the mixed-particle-size deposit calculated in step ST2 to a particle size distribution based on the same criteria (number of surface particles, area or volume), the overall mass distribution finally calculated in step ST6 can be made to be similar to the overall mass distribution shown in Figure 9 described above.
図14は、実施例1~3の工程ST1及び工程ST2において、表層粒子の面積に関する粒径分布を算出した場合に工程ST6で算出された全体質量分布を示す。図14(a)は実施例1に対応する全体質量分布であり、図14(b)は実施例2に対応する全体質量分布であり、図14(c)は実施例3に対応する全体質量分布である。図14に「3D」で示すグラフは各実施例に対応するデータであり、「篩」で示すグラフは篩を用いて測定されたデータ(配合された粒子の現実の状態が反映された質量割合)である。
図14に示すように、実施例1~3のいずれについても、表層粒子の面積に関する粒径分布を用いて算出した全体質量分布は、現実の状態が反映された質量割合に近い値になっており、図9に示す表層粒子の個数に関する粒径分布を用いて算出した全体質量分布と同等の高精度で測定できていることが分かる。
Fig. 14 shows the total mass distribution calculated in step ST6 when the particle size distribution related to the area of the surface layer particles is calculated in steps ST1 and ST2 of Examples 1 to 3. Fig. 14(a) shows the total mass distribution corresponding to Example 1, Fig. 14(b) shows the total mass distribution corresponding to Example 2, and Fig. 14(c) shows the total mass distribution corresponding to Example 3. The graphs shown with "3D" in Fig. 14 show data corresponding to each Example, and the graph shown with "sieve" shows data measured using a sieve (mass ratio reflecting the actual state of the blended particles).
As shown in Figure 14, for all of Examples 1 to 3, the overall mass distribution calculated using the particle size distribution related to the area of the surface particles is close to the mass ratio reflecting the actual state, and it can be seen that the measurement was performed with the same high accuracy as the overall mass distribution calculated using the particle size distribution related to the number of surface particles shown in Figure 9.
図15は、実施例1~3の工程ST1及び工程ST2において、表層粒子の体積に関する粒径分布を算出した場合に工程ST6で算出された全体質量分布を示す。図15(a)は実施例1に対応する全体質量分布であり、図15(b)は実施例2に対応する全体質量分布であり、図15(c)は実施例3に対応する全体質量分布である。図14に「3D」で示すグラフは各実施例に対応するデータであり、「篩」で示すグラフは篩を用いて測定されたデータ(配合された粒子の現実の状態が反映された質量割合)である。
図15に示すように、実施例1~3のいずれについても、表層粒子の体積に関する粒径分布を用いて算出した全体質量分布は、現実の状態が反映された質量割合に近い値になっており、図9に示す表層粒子の個数に関する粒径分布を用いて算出した全体質量分布と同等の高精度で測定できていることが分かる。
Fig. 15 shows the total mass distribution calculated in step ST6 when the particle size distribution related to the volume of surface layer particles is calculated in steps ST1 and ST2 of Examples 1 to 3. Fig. 15(a) shows the total mass distribution corresponding to Example 1, Fig. 15(b) shows the total mass distribution corresponding to Example 2, and Fig. 15(c) shows the total mass distribution corresponding to Example 3. The graphs shown with "3D" in Fig. 14 show data corresponding to each Example, and the graph shown with "sieve" shows data measured using a sieve (mass ratio reflecting the actual state of the blended particles).
As shown in Figure 15, for all of Examples 1 to 3, the overall mass distribution calculated using the particle size distribution related to the volume of surface particles is close to the mass ratio reflecting the actual state, and it can be seen that the measurement was performed with the same high accuracy as the overall mass distribution calculated using the particle size distribution related to the number of surface particles shown in Figure 9.
1・・・3Dカメラ(距離画像取得手段)
BC・・・ベルトコンベア
ST1・・・工程(第1粒径分布算出ステップ)
ST2・・・工程(第2粒径分布算出ステップ)
ST3・・・工程(係数算出ステップ)
ST4・・・工程
ST5・・・工程(全体個数分布算出ステップ)
ST6・・・工程(全体質量分布算出ステップ)
T・・・トレイ
1...3D camera (distance image acquisition means)
BC... Belt conveyor ST1... Process (first particle size distribution calculation step)
ST2...Step (second particle size distribution calculation step)
ST3...Process (coefficient calculation step)
ST4: Step ST5: Step (total number distribution calculation step)
ST6: Process (total mass distribution calculation step)
T: Tray
Claims (4)
前記複数の粒度区分に属する粒子が配合された混合粒度堆積体の表層を、前記混合粒度堆積体の堆積状態を変更して撮像し、基準位置から前記表層の粒子までの距離を示す距離画像を取得し、前記距離画像に基づいて、前記混合粒度堆積体の前記表層の粒子の粒径と個数との関係を示す第2粒径分布を算出する第2粒径分布算出ステップと、
前記第2粒径分布を、前記複数の粒度区分毎の前記第1粒径分布の線形和で近似し、前記線形和の係数を算出する係数算出ステップと、
表層の粒子の個数分布から堆積した粒子全体の個数分布を推定する表面確率モデルを用いて、前記線形和の係数から、前記粒度区分と前記混合粒度堆積体の前記粒度区分毎の粒子全体の個数割合との関係である全体個数分布を算出する全体個数分布算出ステップと、
前記全体個数分布と前記粒度区分から算出される体積比とに基づき、前記粒度区分と前記混合粒度堆積体の前記粒度区分毎の粒子全体の質量割合との関係である全体質量分布を算出する全体質量分布算出ステップと、
を有する、粒度分布測定方法。 a first particle size distribution calculation step of preparing single-particle-size samples, which are samples consisting of only particles having the same particle size for a particle size division, which is a division determined by the particle size, for a plurality of particle size divisions, imaging the surface layers of the single-particle-size samples for the plurality of particle size divisions while changing the deposition state of the single-particle-size samples, obtaining distance images showing the distance from a reference position to the particles in the surface layer, and calculating a first particle size distribution showing the relationship between the particle size and the number of particles in the surface layer of the single-particle-size sample for each of the plurality of particle size divisions based on the distance images;
a second particle size distribution calculation step of imaging a surface layer of a mixed-grain-size deposit body containing particles belonging to the plurality of particle size classes while changing the deposition state of the mixed-grain-size deposit body, acquiring a distance image showing the distance from a reference position to the particles of the surface layer, and calculating a second particle size distribution showing the relationship between the particle size and the number of particles of the surface layer of the mixed-grain-size deposit body based on the distance image;
a coefficient calculation step of approximating the second particle size distribution by a linear sum of the first particle size distributions for each of the plurality of particle size ranges and calculating a coefficient of the linear sum;
a total number distribution calculation step of calculating a total number distribution, which is a relationship between the particle size divisions and the total number ratio of particles in each particle size division of the mixed particle size deposit body, from the coefficients of the linear sum using a surface probability model that estimates the number distribution of all the deposited particles from the number distribution of particles in the surface layer;
an overall mass distribution calculation step of calculating an overall mass distribution, which is a relationship between the particle size divisions and the mass ratios of all particles in each particle size division of the mixed particle size deposit body, based on the overall number distribution and a volume ratio calculated from the particle size divisions;
The particle size distribution measuring method according to claim 1,
前記第2粒径分布算出ステップにおいて、前記混合粒度堆積体の前記表層の粒子の粒径と個数との関係を示す第2粒径分布に代えて、前記混合粒度堆積体の前記表層の粒子の粒径と面積との関係を示す第2粒径分布を算出する、請求項1に記載の粒度分布測定方法。 In the first particle size distribution calculation step, a first particle size distribution showing a relationship between particle size and area of the particles in the surface layer of the single particle size sample is calculated instead of a first particle size distribution showing a relationship between particle size and number of the particles in the surface layer of the single particle size sample,
2. The particle size distribution measuring method according to claim 1, wherein in the second particle size distribution calculation step, a second particle size distribution indicating the relationship between the particle size and area of the particles in the surface layer of the mixed particle size deposit is calculated instead of a second particle size distribution indicating the relationship between the particle size and number of particles in the surface layer of the mixed particle size deposit.
前記第2粒径分布算出ステップにおいて、前記混合粒度堆積体の前記表層の粒子の粒径と個数との関係を示す第2粒径分布に代えて、前記混合粒度堆積体の前記表層の粒子の粒径と体積との関係を示す第2粒径分布を算出する、請求項1に記載の粒度分布測定方法。 In the first particle size distribution calculation step, a first particle size distribution showing a relationship between particle size and volume of particles in the surface layer of the single particle size sample is calculated instead of a first particle size distribution showing a relationship between particle size and number of particles in the surface layer of the single particle size sample,
2. The particle size distribution measuring method according to claim 1, wherein in the second particle size distribution calculation step, a second particle size distribution indicating the relationship between the particle size and volume of particles in the surface layer of the mixed particle size deposit is calculated instead of a second particle size distribution indicating the relationship between the particle size and number of particles in the surface layer of the mixed particle size deposit.
前記第2粒径分布算出ステップにおいて、ベルトコンベア上に堆積した状態の前記混合粒度堆積体を前記ベルトコンベアで搬送しながら、前記第2粒径分布を算出すると共に、前記混合粒度堆積体及び前記ベルトコンベアの断面上縁の位置を測定し、
前記高さ算出ステップにおいて、前記混合粒度堆積体及び前記ベルトコンベアの断面上縁の位置と、予め測定した前記混合粒度堆積体が堆積していない状態の前記ベルトコンベアの断面上縁の位置とに基づき、前記混合粒度堆積体の断面積を算出し、前記混合粒度堆積体の断面を台形と見なして、前記断面積に基づき、前記混合粒度堆積体の高さを算出し、
前記全体個数分布算出ステップにおいて、前記表面確率モデルを用いて、前記線形和の係数と、前記高さ算出ステップで算出した前記混合粒度堆積体の高さとから前記全体個数分布を算出する、請求項1から3の何れか一項に記載の粒度分布測定方法。 A height calculation step is provided,
In the second particle size distribution calculation step, the second particle size distribution is calculated while the mixed particle size deposit in a state where it is deposited on a belt conveyor is transported by the belt conveyor, and the positions of the cross-sectional upper edges of the mixed particle size deposit and the belt conveyor are measured;
In the height calculation step, a cross-sectional area of the mixed-grain size deposit is calculated based on the positions of the upper edges of the cross sections of the mixed-grain size deposit and the belt conveyor, and the position of the upper edge of the cross section of the belt conveyor when the mixed-grain size deposit is not deposited, which is measured in advance, and a height of the mixed-grain size deposit is calculated based on the cross-sectional area, assuming that the cross section of the mixed-grain size deposit is a trapezoid;
4. The particle size distribution measuring method according to claim 1, wherein in the total number distribution calculation step, the total number distribution is calculated using the surface probability model from the coefficients of the linear sum and the height of the mixed particle size deposit calculated in the height calculation step.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021078603A JP7610119B2 (en) | 2021-05-06 | 2021-05-06 | Particle size distribution measurement method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021078603A JP7610119B2 (en) | 2021-05-06 | 2021-05-06 | Particle size distribution measurement method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2022172620A JP2022172620A (en) | 2022-11-17 |
| JP7610119B2 true JP7610119B2 (en) | 2025-01-08 |
Family
ID=84045561
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021078603A Active JP7610119B2 (en) | 2021-05-06 | 2021-05-06 | Particle size distribution measurement method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7610119B2 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7817537B2 (en) * | 2022-03-14 | 2026-02-19 | 日本製鉄株式会社 | Particle size distribution measurement method |
| JP7803305B2 (en) * | 2023-03-28 | 2026-01-21 | Jfeスチール株式会社 | Granular material strength estimation device, granular material strength estimation method, granular material manufacturing method, and coke manufacturing method |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040151360A1 (en) | 2001-07-02 | 2004-08-05 | Eric Pirard | Method and apparatus for measuring particles by image analysis |
-
2021
- 2021-05-06 JP JP2021078603A patent/JP7610119B2/en active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040151360A1 (en) | 2001-07-02 | 2004-08-05 | Eric Pirard | Method and apparatus for measuring particles by image analysis |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2022172620A (en) | 2022-11-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11391662B2 (en) | Raw material particle size distribution measuring apparatus, particle size distribution measuring method, and porosity measuring apparatus | |
| JP7376374B2 (en) | Method for estimating soil particle size distribution | |
| RU2610216C2 (en) | Dual image method and system for generating multi-dimensional image of sample | |
| JP7610119B2 (en) | Particle size distribution measurement method | |
| CA2711677C (en) | Method and apparatus for measuring size distribution of granular matter | |
| CN112889087B (en) | System, processing unit and method for automatic inspection of sheet material components | |
| CN115965624B (en) | Method for detecting wear-resistant hydraulic oil pollution particles | |
| JP7817537B2 (en) | Particle size distribution measurement method | |
| WO1998020455A1 (en) | Object detector | |
| JP6425243B2 (en) | Identification device and identification method | |
| Sereshki et al. | Blast fragmentation analysis using image processing | |
| KR102614845B1 (en) | Fraction measurement method and device | |
| CN119599987B (en) | Tunnel quality and safety detection system and method based on lidar data | |
| Kozakiewicz | Image analysis algorithm for detection and measurement of Martian sand grains | |
| Thurley et al. | Identifying, visualizing, and comparing regions in irregularly spaced 3D surface data | |
| JP2024035714A (en) | Method for calculating the collapse rate of mixed grain size sediments | |
| Heyduk | Laser triangulation in 3-dimensional granulometric analysis | |
| CN116051529A (en) | A speckle quality evaluation method based on comprehensive parameters of speckle gray distribution characteristics | |
| Liu et al. | Hierarchical packing model: Estimating the overall particle size distribution from surface images and permeability properties | |
| CN106600616A (en) | Image background clutter measurement method and system | |
| JP2026025177A (en) | Particle size index measurement method | |
| JP2025024413A (en) | Particle size distribution measurement method | |
| JP2019174155A (en) | Particle diameter measurement device and particle diameter measurement method | |
| CN107024416A (en) | With reference to similitude and the quasi-circular particle mean size detection method of discontinuity | |
| Thurley et al. | Blast fragmentation measurement based on 3D imaging in sublevel caving draw-points and LHD buckets at LKAB Kiruna |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20240122 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20240814 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20240827 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20240830 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20241119 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20241202 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7610119 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |