特開2023-128276粒子状製鉄原料の成分分析方法及び粒子状製鉄原料の成分分析装置
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023128276
(43)【公開日】2023-09-14
(54)【発明の名称】粒子状製鉄原料の成分分析方法及び粒子状製鉄原料の成分分析装置
(51)【国際特許分類】
G01N 21/71 20060101AFI20230907BHJP
【ＦＩ】
G01N21/71
【審査請求】未請求
【請求項の数】13
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022032519
(22)【出願日】2022-03-03
(71)【出願人】
【識別番号】000006655
【氏名又は名称】日本製鉄株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100101557
【弁理士】
【氏名又は名称】萩原 康司
(74)【代理人】
【識別番号】100096389
【弁理士】
【氏名又は名称】金本 哲男
(74)【代理人】
【識別番号】100167634
【弁理士】
【氏名又は名称】扇田 尚紀
(74)【代理人】
【識別番号】100187849
【弁理士】
【氏名又は名称】齊藤 隆史
(74)【代理人】
【識別番号】100212059
【弁理士】
【氏名又は名称】三根 卓也
(72)【発明者】
【氏名】辻 典宏
(72)【発明者】
【氏名】相本 道宏
(72)【発明者】
【氏名】夏井 琢哉
【テーマコード（参考）】
2G043
【Ｆターム（参考）】
2G043AA01
2G043BA02
2G043CA06
2G043EA10
2G043JA01
2G043KA09
(57)【要約】
【課題】粒子状製鉄原料の成分組成を、レーザ誘起ブレークダウン発光分光分析法を用いて精度よく測定すること。
【解決手段】本発明に係る粒子状製鉄原料の成分分析方法は、前記粒子状製鉄原料に対して、レーザパワー密度が２～２０ＧＷ／ｃｍ２のレーザ光を照射する前処理工程と、前記前処理工程においてレーザ光が照射された部位の少なくとも一部に対し、分析用のレーザ光を照射することで、レーザ誘起ブレークダウン発光分光分析による成分分析を行う成分分析工程と、を有する。
【選択図】図１Ａ
【解決手段】本発明に係る粒子状製鉄原料の成分分析方法は、前記粒子状製鉄原料に対して、レーザパワー密度が２～２０ＧＷ／ｃｍ２のレーザ光を照射する前処理工程と、前記前処理工程においてレーザ光が照射された部位の少なくとも一部に対し、分析用のレーザ光を照射することで、レーザ誘起ブレークダウン発光分光分析による成分分析を行う成分分析工程と、を有する。
【選択図】図１Ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
粒子状製鉄原料の成分分析方法であって、
前記粒子状製鉄原料に対して、レーザパワー密度が２～２０ＧＷ／ｃｍ２のレーザ光を照射する前処理工程と、
前記前処理工程においてレーザ光が照射された部位の少なくとも一部に対し、分析用のレーザ光を照射することで、レーザ誘起ブレークダウン発光分光分析による成分分析を行う成分分析工程と、
を有する、粒子状製鉄原料の成分分析方法。
前記粒子状製鉄原料に対して、レーザパワー密度が２～２０ＧＷ／ｃｍ２のレーザ光を照射する前処理工程と、
前記前処理工程においてレーザ光が照射された部位の少なくとも一部に対し、分析用のレーザ光を照射することで、レーザ誘起ブレークダウン発光分光分析による成分分析を行う成分分析工程と、
を有する、粒子状製鉄原料の成分分析方法。
【請求項2】
前記前処理工程は、前記粒子状製鉄原料にレーザ光を照射することで、前記粒子状製鉄原料の表面を焼き固めるとともに、前記粒子状製鉄原料から水分を除去する工程である、請求項１に記載の粒子状製鉄原料の成分分析方法。
【請求項3】
搬送設備の搬送面上に位置し、当該搬送設備により搬送されている前記粒子状製鉄原料を、分析対象とする、請求項１又は２に記載の粒子状製鉄原料の成分分析方法。
【請求項4】
前記前処理工程と、前記成分分析工程と、の間に、前記搬送面上に位置する前記粒子状製鉄原料の高さをレーザ光により測定する高さ測定工程を更に有し、
前記成分分析工程では、前記前処理工程においてレーザ光が照射され、かつ、前記高さ測定工程により高さの測定された前記粒子状製鉄原料を分析対象として、前記レーザ誘起ブレークダウン発光分光分析を行う、請求項３に記載の粒子状製鉄原料の成分分析方法。
前記成分分析工程では、前記前処理工程においてレーザ光が照射され、かつ、前記高さ測定工程により高さの測定された前記粒子状製鉄原料を分析対象として、前記レーザ誘起ブレークダウン発光分光分析を行う、請求項３に記載の粒子状製鉄原料の成分分析方法。
【請求項5】
前記前処理工程では、前記成分分析工程で用いられる分析用のレーザよりも出射の繰り返しが大きいレーザを用いて、前記粒子状製鉄原料の表面を走査しつつレーザ光を照射する、請求項１～４の何れか１項に記載の粒子状製鉄原料の成分分析方法。
【請求項6】
前記成分分析工程では、前記前処理工程でレーザ光が照射された部位の少なくとも一部を分析対象とするように、レーザ光の照射タイミングが制御されている、請求項１～４の何れか１項に記載の粒子状製鉄原料の成分分析方法。
【請求項7】
前記前処理工程で用いられるレーザ光の照射面積は、前記成分分析工程で用いられる分析用のレーザ光の照射面積よりも大きい、請求項１～６の何れか１項に記載の粒子状製鉄原料の成分分析方法。
【請求項8】
前記粒子製鉄原料の大きさは、シングルミクロン～１０ｍｍである、請求項１～７の何れか１項に記載の粒子状製鉄原料の成分分析方法。
【請求項9】
前記粒子製鉄原料は、粉鉱石、製銑プロセスで発生するダストもしくはシュレッダーダスト、又は、地金類である、請求項１～８の何れか１項に記載の粒子状製鉄原料の成分分析方法。
【請求項10】
粒子状製鉄原料の成分分析装置であって、
粒子状製鉄原料粒子に対して、レーザパワーが２～２０ＧＷ／ｃｍ２のレーザ光を照射する前処理用レーザ光源と、
前記前処理用レーザ光源からのレーザ光が照射された部位の少なくとも一部に対し、分析用のレーザ光を照射する分析用レーザ光源と、
前記分析用レーザ光源から照射されたレーザ光により誘起された発光を分光しながら検出する分光検出部と、
前記分光検出部による検出結果に基づき、前記粒子状製鉄原料の成分分析を行う成分分析部と、
を備える、粒子状製鉄原料の成分分析装置。
粒子状製鉄原料粒子に対して、レーザパワーが２～２０ＧＷ／ｃｍ２のレーザ光を照射する前処理用レーザ光源と、
前記前処理用レーザ光源からのレーザ光が照射された部位の少なくとも一部に対し、分析用のレーザ光を照射する分析用レーザ光源と、
前記分析用レーザ光源から照射されたレーザ光により誘起された発光を分光しながら検出する分光検出部と、
前記分光検出部による検出結果に基づき、前記粒子状製鉄原料の成分分析を行う成分分析部と、
を備える、粒子状製鉄原料の成分分析装置。
【請求項11】
搬送設備の搬送面上を搬送されている前記粒子状製鉄原料を分析するものであり、
前記分析用レーザ光源及び前記分光検出部は、前記前処理用レーザ光源の搬送方向下流側に位置する、請求項１０に記載の粒子状製鉄原料の成分分析装置。
前記分析用レーザ光源及び前記分光検出部は、前記前処理用レーザ光源の搬送方向下流側に位置する、請求項１０に記載の粒子状製鉄原料の成分分析装置。
【請求項12】
前記搬送面上に位置する前記粒子状製鉄原料にレーザ光を照射する測距用レーザ光源を前記分析用レーザ光源よりも搬送方向上流に有し、前記粒子状製鉄原料の高さを測定する測距用ユニットと、
前記レーザ光源の駆動制御を少なくとも行う制御部と、
を更に備え、
前記制御部は、前記分析用レーザ光源の焦点位置を少なくとも制御し、
前記分析用レーザ光源は、前記前処理用レーザ光源からのレーザ光が照射され、かつ、前記測距用レーザ光源からのレーザ光が照射された部位の少なくとも一部に対して、分析用のレーザ光を照射する、請求項１１に記載の粒子状製鉄原料の成分分析装置。
前記レーザ光源の駆動制御を少なくとも行う制御部と、
を更に備え、
前記制御部は、前記分析用レーザ光源の焦点位置を少なくとも制御し、
前記分析用レーザ光源は、前記前処理用レーザ光源からのレーザ光が照射され、かつ、前記測距用レーザ光源からのレーザ光が照射された部位の少なくとも一部に対して、分析用のレーザ光を照射する、請求項１１に記載の粒子状製鉄原料の成分分析装置。
【請求項13】
前記粒子製鉄原料は、粉鉱石、製銑プロセスで発生するダストもしくはシュレッダーダスト、又は、地金類である、請求項１０～１２の何れか１項に記載の粒子状製鉄原料の成分分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、粒子状製鉄原料の成分分析方法及び粒子状製鉄原料の成分分析装置に関する。
【背景技術】
【0002】
ベルトコンベア等の搬送設備の搬送面上に位置する物体を、オンライン、かつ、リアルタイムで選別するための技術が各種提案されている。例えば以下の特許文献１には、ＬＩＢＳ（Ｌａｓｅｒ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：レーザ誘起ブレークダウン発光分光分析）を用いて、ベルトコンベア上を搬送される破砕スクラップ片等の選別対象物を選別する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】国際公開第２０１８－０１２３４６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
鉄鋼業における製銑プロセスでは、高炉操業に際して、高炉に装入される各種の製鉄原料（例えば、焼結鉱、返し鉱、高炉庫下粉等の塊状物）の分析が行われてきた。また、分析対象とする製鉄原料としては、上記のような塊状物だけでなく、塊として成立していないような微小な粒子状の製鉄原料も存在する。このような微小な粒子状の製鉄原料（以下、「粒子状製鉄原料」という。）は、シングルミクロン～１０ｍｍ程度と、ミクロンオーダーからシングルミリ程度の大きさを有している。
【0005】
かかる分析は、例えば数時間ごとに製鉄原料をサンプリングし、得られた製鉄原料の元素組成を、蛍光Ｘ線分析法や化学分析法等により測定することが一般的である。このような製鉄原料の成分分析においても、ベルトコンベア等の搬送設備の搬送面上を搬送される製鉄原料を、製鉄原料の採取を行うことなくオンラインで実施できれば、高炉操業のより一層の効率化を図ることが可能になると期待される。
【0006】
製鉄原料の中でも上記のような粒子状製鉄原料のオンライン分析に対し、上記特許文献１に開示されているようなＬＩＢＳによる成分分析を適用することについて、本発明者らは、詳細な検討を行った。その結果、以下のようなことが明らかとなった。
【0007】
すなわち、上記のような粒子状製鉄原料は、焼結鉱、返し鉱、高炉庫下粉といった塊状物と比較すると、その表面積が大きい。そのため、分析用のレーザ光が粒子状製鉄原料に照射されても、レーザ光が有するエネルギーが粒子状製鉄原料の表面で吸収されてしまう。その結果、ＬＩＢＳによる成分分析で着目するプラズマ発光が微弱となり、正確なＬＩＢＳ分析が困難となることが判明した。
【0008】
更に、粒子状製鉄原料をはじめとする各種の製鉄原料は、貯蔵時や搬送時における粉塵対策の散水や、降雨によって、水分を含むことがある。水分を含有する試料をＬＩＢＳに供した場合、照射されるレーザ光から供給される、プラズマ生成に必要なエネルギーの少なくとも一部が、水分蒸発等に使われてしまう。そのため、試料からの発光が大幅に減衰する懸念がある。多変量解析等の手法を更に適用することで、水分の影響を一部補正できる可能性もあるが、発光強度が低下することに伴って分析精度も低下しているため、分析結果の信頼性も低下することが懸念される。
【0009】
以上のように、製銑プロセスに用いられる粒子状製鉄原料の成分組成をＬＩＢＳによりオンライン分析する場合には、従来から存在する技術をそのまま適用すればよいわけではなく、今般新たに見出された、上記のような粒子状製鉄原料に特有の懸念点を解消しなければならないことが判明した。
【0010】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、粒子状製鉄原料の成分組成を、レーザ誘起ブレークダウン発光分光分析法を用いて精度よく測定することが可能な、粒子状製鉄原料の成分分析方法及び粒子状製鉄原料の成分分析装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0011】
上記課題を解決するために、本発明者らが更なる検討を行った結果、ＬＩＢＳによる測定とは別に、かかる測定の前段に、粒子状製鉄原料を焼き固めるとともに、粒子状製鉄原料から水分を除去する工程を別途設けることに想到した。このような工程として、様々な処理方法が考えうるが、オンライン分析を目的とした場合には、ＬＩＢＳによる測定位置の近傍に、粒子状製鉄原料の表面を焼き固めるとともに水分を迅速に除去可能な工程を別途設けることが望まれる。かかる観点から、本発明者らは、レーザ光を用いて表面を焼き固めつつ水分を除去することに想到し、本発明を完成するに至った。
かかる知見に基づき完成された本発明の要旨は、以下の通りである。
かかる知見に基づき完成された本発明の要旨は、以下の通りである。
【0012】
（１）粒子状製鉄原料の成分分析方法であって、前記粒子状製鉄原料に対して、レーザパワー密度が２～２０ＧＷ／ｃｍ２のレーザ光を照射する前処理工程と、前記前処理工程においてレーザ光が照射された部位の少なくとも一部に対し、分析用のレーザ光を照射することで、レーザ誘起ブレークダウン発光分光分析による成分分析を行う成分分析工程と、を有する、粒子状製鉄原料の成分分析方法。
（２）前記前処理工程は、前記粒子状製鉄原料にレーザ光を照射することで、前記粒子状製鉄原料の表面を焼き固めるとともに、前記粒子状製鉄原料から水分を除去する工程である、（１）に記載の粒子状製鉄原料の成分分析方法。
（３）搬送設備の搬送面上に位置し、当該搬送設備により搬送されている前記粒子状製鉄原料を、分析対象とする、（１）又は（２）に記載の粒子状製鉄原料の成分分析方法。
（４）前記前処理工程と、前記成分分析工程と、の間に、前記搬送面上に位置する前記粒子状製鉄原料の高さをレーザ光により測定する高さ測定工程を更に有し、前記成分分析工程では、前記前処理工程においてレーザ光が照射され、かつ、前記高さ測定工程により高さの測定された前記粒子状製鉄原料を分析対象として、前記レーザ誘起ブレークダウン発光分光分析を行う、（３）に記載の粒子状製鉄原料の成分分析方法。
（５）前記前処理工程では、前記成分分析工程で用いられる分析用のレーザよりも出射の繰り返しが大きいレーザを用いて、前記粒子状製鉄原料の表面を走査しつつレーザ光を照射する、（１）～（４）の何れか１つに記載の粒子状製鉄原料の成分分析方法。
（６）前記成分分析工程では、前記前処理工程でレーザ光が照射された部位の少なくとも一部を分析対象とするように、レーザ光の照射タイミングが制御されている、（１）～（４）の何れか１つに記載の粒子状製鉄原料の成分分析方法。
（７）前記前処理工程で用いられるレーザ光の照射面積は、前記成分分析工程で用いられる分析用のレーザ光の照射面積よりも大きい、（１）～（６）の何れか１つに記載の粒子状製鉄原料の成分分析方法。
（８）前記粒子製鉄原料の大きさは、シングルミクロン～１０ｍｍである、（１）～（７）の何れか１つに記載の粒子状製鉄原料の成分分析方法。
（９）前記粒子製鉄原料は、粉鉱石、製銑プロセスで発生するダストもしくはシュレッダーダスト、又は、地金類である、（１）～（８）の何れか１つに記載の粒子状製鉄原料の成分分析方法。
（１０）粒子状製鉄原料の成分分析装置であって、粒子状製鉄原料粒子に対して、レーザパワーが２～２０ＧＷ／ｃｍ２のレーザ光を照射する前処理用レーザ光源と、前記前処理用レーザ光源からのレーザ光が照射された部位の少なくとも一部に対し、分析用のレーザ光を照射する分析用レーザ光源と、前記分析用レーザ光源から照射されたレーザ光により誘起された発光を分光しながら検出する分光検出部と、前記分光検出部による検出結果に基づき、前記粒子状製鉄原料の成分分析を行う成分分析部と、を備える、粒子状製鉄原料の成分分析装置。
（１１）搬送設備の搬送面上を搬送されている前記粒子状製鉄原料を分析するものであり、前記分析用レーザ光源及び前記分光検出部は、前記前処理用レーザ光源の搬送方向下流側に位置する、（１０）に記載の粒子状製鉄原料の成分分析装置。
（１２）前記搬送面上に位置する前記粒子状製鉄原料にレーザ光を照射する測距用レーザ光源を前記分析用レーザ光源よりも搬送方向上流に有し、前記粒子状製鉄原料の高さを測定する測距用ユニットと、前記レーザ光源の駆動制御を少なくとも行う制御部と、を更に備え、前記制御部は、前記分析用レーザ光源の焦点位置を少なくとも制御し、前記分析用レーザ光源は、前記前処理用レーザ光源からのレーザ光が照射され、かつ、前記測距用レーザ光源からのレーザ光が照射された部位の少なくとも一部に対して、分析用のレーザ光を照射する、（１１）に記載の粒子状製鉄原料の成分分析装置。
（１３）前記粒子製鉄原料は、粉鉱石、製銑プロセスで発生するダストもしくはシュレッダーダスト、又は、地金類である、（１０）～（１２）の何れか１つに記載の粒子状製鉄原料の成分分析装置。
（２）前記前処理工程は、前記粒子状製鉄原料にレーザ光を照射することで、前記粒子状製鉄原料の表面を焼き固めるとともに、前記粒子状製鉄原料から水分を除去する工程である、（１）に記載の粒子状製鉄原料の成分分析方法。
（３）搬送設備の搬送面上に位置し、当該搬送設備により搬送されている前記粒子状製鉄原料を、分析対象とする、（１）又は（２）に記載の粒子状製鉄原料の成分分析方法。
（４）前記前処理工程と、前記成分分析工程と、の間に、前記搬送面上に位置する前記粒子状製鉄原料の高さをレーザ光により測定する高さ測定工程を更に有し、前記成分分析工程では、前記前処理工程においてレーザ光が照射され、かつ、前記高さ測定工程により高さの測定された前記粒子状製鉄原料を分析対象として、前記レーザ誘起ブレークダウン発光分光分析を行う、（３）に記載の粒子状製鉄原料の成分分析方法。
（５）前記前処理工程では、前記成分分析工程で用いられる分析用のレーザよりも出射の繰り返しが大きいレーザを用いて、前記粒子状製鉄原料の表面を走査しつつレーザ光を照射する、（１）～（４）の何れか１つに記載の粒子状製鉄原料の成分分析方法。
（６）前記成分分析工程では、前記前処理工程でレーザ光が照射された部位の少なくとも一部を分析対象とするように、レーザ光の照射タイミングが制御されている、（１）～（４）の何れか１つに記載の粒子状製鉄原料の成分分析方法。
（７）前記前処理工程で用いられるレーザ光の照射面積は、前記成分分析工程で用いられる分析用のレーザ光の照射面積よりも大きい、（１）～（６）の何れか１つに記載の粒子状製鉄原料の成分分析方法。
（８）前記粒子製鉄原料の大きさは、シングルミクロン～１０ｍｍである、（１）～（７）の何れか１つに記載の粒子状製鉄原料の成分分析方法。
（９）前記粒子製鉄原料は、粉鉱石、製銑プロセスで発生するダストもしくはシュレッダーダスト、又は、地金類である、（１）～（８）の何れか１つに記載の粒子状製鉄原料の成分分析方法。
（１０）粒子状製鉄原料の成分分析装置であって、粒子状製鉄原料粒子に対して、レーザパワーが２～２０ＧＷ／ｃｍ２のレーザ光を照射する前処理用レーザ光源と、前記前処理用レーザ光源からのレーザ光が照射された部位の少なくとも一部に対し、分析用のレーザ光を照射する分析用レーザ光源と、前記分析用レーザ光源から照射されたレーザ光により誘起された発光を分光しながら検出する分光検出部と、前記分光検出部による検出結果に基づき、前記粒子状製鉄原料の成分分析を行う成分分析部と、を備える、粒子状製鉄原料の成分分析装置。
（１１）搬送設備の搬送面上を搬送されている前記粒子状製鉄原料を分析するものであり、前記分析用レーザ光源及び前記分光検出部は、前記前処理用レーザ光源の搬送方向下流側に位置する、（１０）に記載の粒子状製鉄原料の成分分析装置。
（１２）前記搬送面上に位置する前記粒子状製鉄原料にレーザ光を照射する測距用レーザ光源を前記分析用レーザ光源よりも搬送方向上流に有し、前記粒子状製鉄原料の高さを測定する測距用ユニットと、前記レーザ光源の駆動制御を少なくとも行う制御部と、を更に備え、前記制御部は、前記分析用レーザ光源の焦点位置を少なくとも制御し、前記分析用レーザ光源は、前記前処理用レーザ光源からのレーザ光が照射され、かつ、前記測距用レーザ光源からのレーザ光が照射された部位の少なくとも一部に対して、分析用のレーザ光を照射する、（１１）に記載の粒子状製鉄原料の成分分析装置。
（１３）前記粒子製鉄原料は、粉鉱石、製銑プロセスで発生するダストもしくはシュレッダーダスト、又は、地金類である、（１０）～（１２）の何れか１つに記載の粒子状製鉄原料の成分分析装置。
【発明の効果】
【0013】
以上説明したように本発明によれば、粒子状製鉄原料の成分組成を、レーザ誘起ブレークダウン発光分光分析法を用いて精度よく測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1A】本発明の実施形態に係る粒子状製鉄原料の成分分析方法の流れの一例を示した流れ図である。
【図1B】同実施形態に係る粒子状製鉄原料の成分分析方法の流れの一例を示した流れ図である。
【図2】同実施形態に係る粒子状製鉄原料の成分分析装置の構成の一例を模式的に示した説明図である。
【図3】同実施形態に係る粒子状製鉄原料の成分分析装置における各レーザ光の照射方法の一例を説明するための説明図である。
【図4A】同実施形態に係る粒子状製鉄原料の成分分析装置における各レーザ光の照射方法の一例を説明するための説明図である。
【図4B】同実施形態に係る粒子状製鉄原料の成分分析装置における各レーザ光の照射方法の一例を説明するための説明図である。
【図5】同実施形態に係る粒子状製鉄原料の成分分析装置が有する演算処理装置の構成の一例を示したブロック図である。
【図6】同実施形態に係る演算処理装置が有する演算処理部の構成の一例を示したブロック図である。
【図7】同実施形態に係る演算処理装置のハードウェア構成の一例を示したブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【0016】
（粒子状製鉄原料の成分分析方法の流れについて）
以下では、図１Ａ及び図１Ｂを参照しながら、本発明の実施形態に係る粒子状製鉄原料の成分分析方法（以下、「成分分析方法」と略記することがある。）の流れについて、説明する。
以下では、図１Ａ及び図１Ｂを参照しながら、本発明の実施形態に係る粒子状製鉄原料の成分分析方法（以下、「成分分析方法」と略記することがある。）の流れについて、説明する。
【0017】
本実施形態に係る成分分析方法において着目する分析対象物は、鉄鋼業における製銑プロセスで用いられる各種の製鉄原料のうち、塊として存在しておらずに、シングルミクロン～１０ｍｍ程度（例えば、５μｍ～１０ｍｍ程度）の大きさの粒子状態で存在しているものである。このような粒子状製鉄原料として、例えば、粉鉱石、製銑プロセスで発生するダスト又はシュレッダーダスト、地金類等を挙げることができる。
【0018】
以下では、かかる粒子状製鉄原料の一例として、粉鉱石に着目し、詳細な説明を行うものとする。
【0019】
なお、以下で詳述する本実施形態に係る成分分析方法は、オンライン成分分析に適用可能な方法であるが、オフライン成分分析や、バッチ式の成分分析に対しても適用が可能である。また、オンライン分析では、連続的にＬＩＢＳによる分析を実施することで、搬送される粉鉱石の成分を、逐次分析することが可能となるため、好ましい。
【0020】
図１Ａに示したように、本実施形態に係る成分分析方法は、前処理工程Ｓ１１と、成分分析工程Ｓ１５と、を有している。また、図１Ｂに示したように、本実施形態に係る成分分析方法は、前処理工程Ｓ１１と、成分分析工程Ｓ１５と、の間に、更に、高さ測定工程Ｓ１３を有していることが好ましい。以下、これらの工程について、詳細に説明する。
【0021】
ここで、本実施形態に係る成分分析方法で着目する粒子状製鉄原料の一例である粉鉱石は、例えば、ベルトコンベア等の搬送設備の搬送面上に位置し、かかる搬送設備により搬送されている粉鉱石である。かかる粉鉱石は、粒子の大きさが小さいために表面積が大きくなる結果、ＬＩＢＳ分析用に照射されるレーザ光のエネルギーを吸収してしまい、プラズマ発光が微弱となって正確なＬＩＢＳ分析が困難となる。また、かかる粉鉱石は、水分を含有している可能性もある。そこで、本実施形態に係る成分分析方法では、ＬＩＢＳに先立って、以下で説明するような前処理工程を実施する。
【0022】
すなわち、本実施形態に係る前処理工程Ｓ１１は、粒子状製鉄原料の一例である粉鉱石に対し、特定のレーザパワー密度を有するレーザ光を照射する工程である。これにより、粉鉱石の少なくとも表面を焼き固めるとともに、粉鉱石から水分を除去する。換言すれば、前処理工程Ｓ１１は、いわゆるレーザアブレーション（Ｌａｓｅｒ Ａｂｌａｔｉｏｎ）により、粉鉱石のすくなくとも表面を焼き固めるとともに、粉鉱石から水分を除去する工程である。かかる前処理工程Ｓ１１により、少なくとも分析対象となる部位について粉鉱石の表面を焼き固めて、表面積を低減させるとともに、焼き固められた表面から水分を除去することができる。焼き固めることで表面積を低減させ、更に水分が除去されることで、照射されるレーザ光のエネルギーのうち、プラズマ発光に寄与しないエネルギー消費を抑制することが可能となる。その結果、本実施形態に係る成分分析方法では、粉鉱石の成分組成を、ＬＩＢＳを用いて精度よく測定することが可能となる。
【0023】
また、前処理工程Ｓ１１の後段に行われることが好ましい高さ測定工程Ｓ１３は、ベルトコンベア等の搬送設備の搬送面上に位置する粉鉱石の高さ（搬送面からの高さ）を、レーザ光により測定する工程である。これにより、分析対象とする粉鉱石の高さ（焼き固められた部位の高さ）を特定することが可能となり、後段の成分分析工程Ｓ１５において、分析に用いるレーザ光を着目する粉鉱石の表面に十分に集光することが可能となる。その結果、本実施形態に係る成分分析方法では、粉鉱石の成分組成を、ＬＩＢＳを用いてより一層精度よく測定することが可能となる。
【0024】
また、成分分析工程Ｓ１５は、前処理工程においてレーザ光が照射された部位の少なくとも一部に対し、分析用のレーザ光を照射することで、ＬＩＢＳによる成分分析を行う工程である。前処理工程においてレーザ光が照射された部位は、いわゆるレーザアブレーションにより焼き固められて表面積が低減され、かつ、水分が除去された状態となっている。そのため、かかる部位を分析対象領域としてＬＩＢＳを実施することで、着目する粉鉱石の成分組成を、精度よく測定することが可能となる。
【0025】
以下では、上記のような各工程について、成分分析方法に用いる成分分析装置を説明しながら、より詳細に説明する。
【0026】
（粒子状製鉄原料の成分分析装置について）
以下では、図２～図６を参照しながら、本実施形態に係る粒子状製鉄原料の成分分析方法に用いられる成分分析装置について、詳細に説明する。なお、以下では、本実施形態に係る粒子状製鉄原料の成分分析方法が高さ測定工程を有する場合に利用可能な成分分析装置に着目する。以下においても、かかる粒子状製鉄原料の一例として、粉鉱石に着目し、詳細な説明を行うものとする。
以下では、図２～図６を参照しながら、本実施形態に係る粒子状製鉄原料の成分分析方法に用いられる成分分析装置について、詳細に説明する。なお、以下では、本実施形態に係る粒子状製鉄原料の成分分析方法が高さ測定工程を有する場合に利用可能な成分分析装置に着目する。以下においても、かかる粒子状製鉄原料の一例として、粉鉱石に着目し、詳細な説明を行うものとする。
【0027】
＜粒子状製鉄原料の成分分析装置の全体構成＞
まず、図２を参照しながら、本実施形態に係る成分分析方法に利用可能な、粒子状製鉄原料の成分分析装置（以下、「成分分析装置」と略記することがある。）の全体構成について説明する。図２は、本実施形態に係る粒子状製鉄原料の成分分析装置の構成の一例を模式的に示した説明図である。なお、以下の説明では、便宜的に、図２に示したような座標系を参照しながら説明を行うことがある。
まず、図２を参照しながら、本実施形態に係る成分分析方法に利用可能な、粒子状製鉄原料の成分分析装置（以下、「成分分析装置」と略記することがある。）の全体構成について説明する。図２は、本実施形態に係る粒子状製鉄原料の成分分析装置の構成の一例を模式的に示した説明図である。なお、以下の説明では、便宜的に、図２に示したような座標系を参照しながら説明を行うことがある。
【0028】
図２に模式的に示したように、本実施形態に係る成分分析装置１は、ベルトコンベア等の搬送設備の搬送面上に存在する粉鉱石を分析対象とする装置である。ここで、本実施形態において、分析対象である粉鉱石は、所定の搬送速度（例えば、２～１０ｍ／ｓ程度）で所定の搬送方向（図２の場合、Ｚ軸正方向）に搬送されているものとする。なお、図２では、粉鉱石を便宜的に球状の粒子として図示しているが、分析対象とする粉鉱石の形状は特に規定されるものではなく、任意の形状を有している。
【0029】
本実施形態に係る成分分析装置１は、前処理用レーザ光源１０と、分析用レーザ光源３０と、分光検出部４０と、演算処理装置５０と、を少なくとも有している。また、本実施形態に係る成分分析装置１は、上記構成に加え、更に、測距用ユニット２０を有していることが好ましい。
【0030】
［前処理用レーザ光源１０］
本実施形態に係る前処理用レーザ光源１０は、先だって説明したような前処理工程Ｓ１１のために設けられるレーザ光源である。この前処理用レーザ光源１０は、例えば演算処理装置５０による制御のもとで、粉鉱石に対して、所定のレーザパワー密度を有するレーザ光を照射して、粉鉱石の少なくとも表面を焼き固めるとともに、粉鉱石から水分を除去する。
本実施形態に係る前処理用レーザ光源１０は、先だって説明したような前処理工程Ｓ１１のために設けられるレーザ光源である。この前処理用レーザ光源１０は、例えば演算処理装置５０による制御のもとで、粉鉱石に対して、所定のレーザパワー密度を有するレーザ光を照射して、粉鉱石の少なくとも表面を焼き固めるとともに、粉鉱石から水分を除去する。
【0031】
ここで、図２では、前処理用レーザ光源１０が、搬送面の上方に設けられる場合を例に挙げて図示しているが、前処理用レーザ光源１０の設置位置は、図２に示した例に限定されるものではない。前処理用レーザ光源１０は、後述する分析用レーザ光源３０よりも搬送方向上流側に、前処理用レーザ光を照射可能な位置であれば、任意の位置に設置することが可能である。また、前処理用レーザ光源１０から照射された前処理用レーザ光は、例えば各種のレンズやミラー等の光学素子（図示せず。）を用いて、所望の位置へと導光されてもよい。
【0032】
ただし、除去された水分が焼結鉱の表面に再付着することを防止するために、前処理用レーザ光の照射位置と、後段の分析用レーザ光源３０から照射される分析用レーザ光の照射位置と、の間の距離（例えば図２におけるＺ軸方向の距離）は、搬送設備の搬送速度やレーザアブレーションに要する時間等に応じて設定することが好ましい。例えば、前処理用レーザ光の照射位置と、分析用レーザ光の照射位置と、の間の距離は、５０ｃｍ程度とすることが好ましい。
【0033】
ここで、前処理用レーザ光源１０として用いられる具体的なレーザ光源の種類や前処理用レーザ光の波長については、特に限定されるものではなく、レーザアブレーションに利用可能なものであれば、任意のものを利用することが可能である。このようなレーザ光源として、例えば、ルビーレーザ、Ｔｉサファイヤレーザ、ＹＡＧレーザ等の固体レーザや、ＣＯ２ガスレーザ、Ａｒイオンレーザ、Ｈｅ－Ｎｅイオンレーザ、エキシマレーザ等の気体レーザや、各種の半導体レーザや、ファイバレーザ等を挙げることができる。また、前処理用レーザ光源１０は、ＣＷレーザ光源であってもよいし、パルスレーザ光源であってもよい。ただし、レーザアブレーションでは、なるべく高いエネルギーを有するレーザ光を照射することが好ましいため、例えばＹＡＧレーザのような、単位面積当たりのエネルギーが強いレーザ光を発振可能な高周期パルスレーザ光源を用いることが好ましい。
【0034】
なお、粉鉱石をはじめとする粒子状製鉄原料では、一般的に２～１０％程度の水分を含有していることが多い。かかる水分含有量や粉鉱石の成分組成等を考慮して、前処理用レーザ光源１０から照射される前処理用レーザ光の粉鉱石分析面におけるレーザパワー密度は、２～２０ＧＷ／ｃｍ２の範囲内とする。レーザパワー密度を２ＧＷ／ｃｍ２以上とすることで、粉鉱石をはじめとする各種の粒子状製鉄原料の少なくとも表面をより十分に焼き固めることが可能となる。一方、レーザパワー密度を２０ＧＷ／ｃｍ２以下とすることで、粉鉱石の成分の一部が消失したり変性したりすることを防止しながら、正確なＬＩＢＳ分析を実施することが可能となる。前処理用レーザ光源１０から照射される前処理用レーザ光の粉鉱石分析面におけるレーザパワー密度は、好ましくは、３～１０ＧＷ／ｃｍ２である。レーザパワー密度を３～１０ＧＷ／ｃｍ２の範囲内とすることで、粒子状製鉄原料の少なくとも表面を確実に焼き固めつつ、より精度の高いＬＩＢＳ分析を実施することが可能となる。なお、粒子状製鉄原料に照射するレーザ光のレーザパワー密度は、成分の消失や変質が生じずに、ＬＩＢＳ分析に適した表面となるような程度の値を事前に検証した上で、決定しておくことが好ましい。
【0035】
また、分析用レーザの照射面積よりも広い領域を前処理することが重要である。例えば、前処理用レーザ光を、０．５ｃｍ×０．５ｃｍ以上の面積に対して照射すればよい。更に、前処理用レーザ光源１０が１台しか設置できない場合には、分析用レーザ光よりも多い繰り返し周波数で粉鉱石の表面をスキャンして、前処理すればよい。例えば、前処理用レーザ光を、分析用レーザの１０倍以上の繰り返し周波数でスキャンすることが好ましい。
【0036】
本実施形態に係る前処理工程では、図２中に破線でしめしたように、少なくとも成分分析工程において分析対象となる部分について、表面が焼き固められ、かつ、水分が除去されればよく、着目する粉鉱石全体について、表面を焼き固め、かつ、水分を除去しなくともよい。そのため、上記のようなレーザパワー密度の範囲内で前処理用レーザ光を照射することで、少なくとも成分分析工程において分析対象となる部分については、表面を焼き固め、かつ、水分を除去することが可能となる。
【0037】
［測距用ユニット２０］
測距用ユニット２０は、先だって説明したような高さ測定工程Ｓ１３のために設けられるユニットであり、搬送方向に沿って、前処理用レーザ光源１０と、分析用レーザ光源３０との間に設けられる。この測距用ユニット２０は、搬送面上に位置する粉鉱石にレーザ光を照射する測距用レーザ光源を有している。測距用ユニット２０は、例えば演算処理装置５０による制御のもとで、測距用レーザ光源から測距用レーザ光を照射して、焼き固められた状態にある粉鉱石の高さを測定する。
測距用ユニット２０は、先だって説明したような高さ測定工程Ｓ１３のために設けられるユニットであり、搬送方向に沿って、前処理用レーザ光源１０と、分析用レーザ光源３０との間に設けられる。この測距用ユニット２０は、搬送面上に位置する粉鉱石にレーザ光を照射する測距用レーザ光源を有している。測距用ユニット２０は、例えば演算処理装置５０による制御のもとで、測距用レーザ光源から測距用レーザ光を照射して、焼き固められた状態にある粉鉱石の高さを測定する。
【0038】
かかる測距用ユニット２０は、焼き固められた状態にある粉鉱石の搬送面からの高さを直接測定するものであってもよいし、レーザ光の射出面と粉鉱石との間の距離を測定し、ユニットの設置位置に関する幾何学的な関係から焼き固められた状態にある粉鉱石の高さを特定するものであってもよい。
【0039】
なお、測距用ユニット２０が焼き固められた状態にある粉鉱石の高さを測定する具体的な方式については、特に限定されるものではなく、公知の各種の方式を適宜採用することが可能である。また、測距用ユニット２０として、市販の各種のレーザ距離計を用いることも可能である。
【0040】
なお、測距用ユニット２０を設ける場合、測距用ユニット２０により測定された、焼き固められた状態にある粉鉱石の高さを利用して、後段の分析用レーザ光源３０から照射される分析用レーザ光の焦点を制御する。そのため、搬送面上における測距用レーザ光の照射位置（詳細には、図２のＸ軸方向の座標）と、分析用レーザ光の照射位置（図２のＸ軸方向の座標）とが一致するように、測距用レーザ光及び分析用レーザ光の照射位置を調整することが好ましい。
【0041】
［分析用レーザ光源３０］
分析用レーザ光源３０は、先だって説明したような成分分析工程Ｓ１５のために設けられるレーザ光源である。この分析用レーザ光源３０は、例えば演算処理装置５０による制御のもとで、前処理用レーザ光源１０からのレーザ光が照射された部位の少なくとも一部（測距用ユニット２０が設けられる場合には、前処理用レーザ光源１０からのレーザ光が照射され、かつ、測距用レーザ光源からのレーザ光が照射された部位の少なくとも一部）に対し、分析用のレーザ光を照射する。これにより、分析用レーザ光が照射された、や北固められた状態にある粉鉱石の表面がスパッタされてガス化し、かかるガスに由来する発光が生じる。ＬＩＢＳでは、かかる発光を検出することで、粉鉱石の成分組成についての分析が行われる。特に、ＬＩＢＳの場合、分析用レーザ光によって発生したガスがプラズマ状態となり、かかるプラズマから発生する光を分析することで、粉鉱石の成分組成を特定することが可能となる。
分析用レーザ光源３０は、先だって説明したような成分分析工程Ｓ１５のために設けられるレーザ光源である。この分析用レーザ光源３０は、例えば演算処理装置５０による制御のもとで、前処理用レーザ光源１０からのレーザ光が照射された部位の少なくとも一部（測距用ユニット２０が設けられる場合には、前処理用レーザ光源１０からのレーザ光が照射され、かつ、測距用レーザ光源からのレーザ光が照射された部位の少なくとも一部）に対し、分析用のレーザ光を照射する。これにより、分析用レーザ光が照射された、や北固められた状態にある粉鉱石の表面がスパッタされてガス化し、かかるガスに由来する発光が生じる。ＬＩＢＳでは、かかる発光を検出することで、粉鉱石の成分組成についての分析が行われる。特に、ＬＩＢＳの場合、分析用レーザ光によって発生したガスがプラズマ状態となり、かかるプラズマから発生する光を分析することで、粉鉱石の成分組成を特定することが可能となる。
【0042】
ここで、分析用レーザ光源３０には、分析用レーザ光の光路長や焦点位置を調整可能なように、各種のレンズやミラー等の光学素子（図示せず。）が設けられていることが好ましい。
【0043】
また、図２では、分析用レーザ光源３０が、搬送面の上方に設けられる場合を例に挙げて図示しているが、分析用レーザ光源３０の設置位置は、図２に示した例に限定されるものではなく、前処理用レーザ光源１０や測距用レーザ光源よりも搬送方向下流側に、分析用レーザ光を照射可能な位置であれば、任意の位置に設置することが可能である。
【0044】
分析用レーザ光源３０として用いられる具体的なレーザ光源の種類や分析用レーザ光の波長については、特に限定されるものではなく、ＬＩＢＳに利用可能なものであれば、任意のものを利用することが可能である。このようなレーザ光源として、例えば、ルビーレーザ、Ｔｉサファイヤレーザ、ＹＡＧレーザ等の固体レーザや、ＣＯ２ガスレーザ、Ａｒイオンレーザ、Ｈｅ－Ｎｅイオンレーザ、エキシマレーザ等の気体レーザや、各種の半導体レーザや、ファイバレーザ等を挙げることができる。また、分析用レーザ光源３０は、ＣＷレーザ光源であってもよいが、粉鉱石に由来する成分からの発光をより一層生じさせるために、パルスレーザ光源を用いることが好ましい。このようなパルスレーザ光源として、例えばＹＡＧレーザを挙げることができる。
【0045】
また、分析用レーザ光源３０の照射面積、繰り返し周波数、パルス幅、パルスエネルギー、集光条件等については、分析対象とする粉鉱石の大まかな成分組成や、搬送速度等に応じて適宜設定すればよい。例えば、照射面積は１００μｍ～１ｍｍφ、繰り返し周波数は１０～１００Ｈｚ、パルス幅は１～２０ｎｓが好ましい。パルスエネルギーについては、１ｍＪ以上とすることが好ましく、１０ｍＪ以上であることがより好ましい。また、例えば、焦点距離５００～１０００ｍｍのレンズ等の集光光学素子により、分析対象の分析点において１～１０ＧＷ／ｃｍ２のレーザパワー密度が実現されることが好ましい。
【0046】
［各レーザ光の照射位置等について］
ここで、上記のような光源から射出される各レーザ光の照射位置や照射タイミングについて、図３～図４Ｂを参照しながら説明する。図３～図４Ｂは、本実施形態に係る粒子状製鉄原料の成分分析装置における各レーザ光の照射方法の一例を説明するための説明図である。
ここで、上記のような光源から射出される各レーザ光の照射位置や照射タイミングについて、図３～図４Ｂを参照しながら説明する。図３～図４Ｂは、本実施形態に係る粒子状製鉄原料の成分分析装置における各レーザ光の照射方法の一例を説明するための説明図である。
【0047】
図３～図４Ｂは、搬送設備の搬送面を上方（各図におけるＹ軸正方向側）から見た場合の各レーザ光の照射位置を模式的に示したものである。
本実施形態に係る成分分析装置及び成分分析方法において、ＬＩＢＳによる粉鉱石の成分分析の精度を向上させるためには、少なくとも表面が焼き固められており、かつ、水分が除去されている粉鉱石を、成分分析の分析対象とすることが重要である。そのため、前処理が施された領域の少なくとも一部が、成分分析工程における分析対象領域となる（換言すれば、成分分析工程における分析対象領域の大きさが、前処理が施された領域の大きさを超えないこと）が重要である。
本実施形態に係る成分分析装置及び成分分析方法において、ＬＩＢＳによる粉鉱石の成分分析の精度を向上させるためには、少なくとも表面が焼き固められており、かつ、水分が除去されている粉鉱石を、成分分析の分析対象とすることが重要である。そのため、前処理が施された領域の少なくとも一部が、成分分析工程における分析対象領域となる（換言すれば、成分分析工程における分析対象領域の大きさが、前処理が施された領域の大きさを超えないこと）が重要である。
【0048】
ここで、図３に模式的に示したように、測距用ユニット２０の測距用レーザ光源から照射された測距用レーザ光の照射位置と、分析用レーザ光源３０から照射された分析用レーザ光の照射位置が、搬送面の幅方向の中心軸上に位置しているものとする。この場合に、上記のような条件を満足させるために、前処理工程において、前処理用レーザ光源１０は、分析用レーザ光の照射領域よりも広くなるように粉鉱石の表面を走査しながら、前処理用レーザ光を照射してもよい。この際、前処理用レーザ光源１０として、分析用レーザ光源３０よりも出射の繰り返しが大きいレーザを用いることで、前処理が施される領域の大きさを所望の状態とすることが容易となる。
【0049】
ここで、図３では、前処理用レーザ光が、図中に示したＸ軸に対して平行となるようにジグザグに走査される場合を図示しているが、前処理用レーザ光の走査方法は、図３に示した例に限定されるものではなく、任意の走査方法を採用することが可能である。
【0050】
また、前処理用レーザ光を走査しない場合であっても、例えば図４Ａに示したように、所望のレーザパワー密度は満たしながら、前処理用レーザ光の照射面積が分析用レーザ光の照射面積よりも大きくなるように、前処理用レーザ光の集光状態を調整してもよい。また、図４Ｂに示したように、シリンドリカルレンズ等の光学素子を用いて前処理用レーザ光をカラム状の光とすることで、所望のレーザパワー密度は満たしながら、前処理用レーザ光の照射面積が分析用レーザ光の照射面積よりも大きくなるようにしてもよい。
【0051】
また、図３～図４Ｂに示したような各レーザ光の照射制御の際に、前処理工程でレーザ光が照射された部位の少なくとも一部が分析対象領域となるように、分析用レーザ光の照射タイミングが制御されていることが好ましい。このような照射タイミングの制御により、前処理が施された領域の大きさが成分分析工程における分析対象領域よりも大きくなるような状態を実現することが容易となる。
【0052】
また、測距用ユニット２０と分析用レーザ光源３０との間の距離（より詳細には、搬送方向（Ｚ軸方向）の離隔距離）は、２ｍ以下であることが好ましい。かかる距離が２ｍ以下であると、搬送面上の粉鉱石が搬送に伴う振動で動いていても、測定高さの変動をより少なくすることができる。
【0053】
［分光検出部４０］
再び図２に戻って、本実施形態に係る成分分析装置１の分光検出部４０について説明する。
本実施形態に係る分光検出部４０は、演算処理装置５０による制御のもとで、分析用レーザ光源３０から照射された分析用レーザ光によって発生した光を、分光しながら検出する。これにより、分析用レーザ光に起因する発光が、どのような波長の光をどの程度の強さで含んでいるのか、を検出することが可能となり、各波長における光の強度を電気信号化することができる。
再び図２に戻って、本実施形態に係る成分分析装置１の分光検出部４０について説明する。
本実施形態に係る分光検出部４０は、演算処理装置５０による制御のもとで、分析用レーザ光源３０から照射された分析用レーザ光によって発生した光を、分光しながら検出する。これにより、分析用レーザ光に起因する発光が、どのような波長の光をどの程度の強さで含んでいるのか、を検出することが可能となり、各波長における光の強度を電気信号化することができる。
【0054】
このような分光検出部４０については、特に限定されるものではなく、着目する発光の波長範囲や強度に応じて、公知の各種の分光器等を適宜選択すればよい。このような分光器として、例えば、Ａｖａｎｔｅｓ社製ＡｖａｎＳｐｅｃ－ＵＬＳ２０４８ＣＬ－ＥＶＯ等を挙げることができる。
【0055】
［演算処理装置５０］
本実施形態に係る演算処理装置５０は、前処理用レーザ光源１０、測距用ユニット２０、分析用レーザ光源３０、及び、分光検出部４０の動作状態を統括的に制御する。また、演算処理装置５０は、分光検出部４０から出力された、粉鉱石から発生した発光に関する測定データ（各波長の発光強度に関するデータ）を取得し、かかる測定データに基づき、粉鉱石の成分組成を、ＬＩＢＳにより分析する。これにより、本実施形態に係る成分分析装置１の使用者は、着目する粉鉱石の成分を把握することが可能となる。
本実施形態に係る演算処理装置５０は、前処理用レーザ光源１０、測距用ユニット２０、分析用レーザ光源３０、及び、分光検出部４０の動作状態を統括的に制御する。また、演算処理装置５０は、分光検出部４０から出力された、粉鉱石から発生した発光に関する測定データ（各波長の発光強度に関するデータ）を取得し、かかる測定データに基づき、粉鉱石の成分組成を、ＬＩＢＳにより分析する。これにより、本実施形態に係る成分分析装置１の使用者は、着目する粉鉱石の成分を把握することが可能となる。
【0056】
ここで、演算処理装置５０の詳細な構成については、以下で改めて説明する。
【0057】
＜演算処理装置５０の詳細な構成について＞
続いて、図５及び図６を参照しながら、本実施形態に係る成分分析装置１が備える演算処理装置５０の詳細な構成について説明する。図５は、本実施形態に係る粒子状製鉄原料の成分分析装置が有する演算処理装置の構成の一例を示したブロック図であり、図６は、本実施形態に係る演算処理装置が有する演算処理部の構成の一例を示したブロック図である。
続いて、図５及び図６を参照しながら、本実施形態に係る成分分析装置１が備える演算処理装置５０の詳細な構成について説明する。図５は、本実施形態に係る粒子状製鉄原料の成分分析装置が有する演算処理装置の構成の一例を示したブロック図であり、図６は、本実施形態に係る演算処理装置が有する演算処理部の構成の一例を示したブロック図である。
【0058】
図５に示したように、本実施形態に係る演算処理装置５０は、レーザ光源の駆動制御を少なくとも行う制御部の一例としての測定制御部５０１と、演算処理部５０３と、結果出力部５０５と、表示制御部５０７と、記憶部５０９と、を主に有している。
【0059】
測定制御部５０１は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等により実現される。測定制御部５０１は、前処理用レーザ光源１０、測距用ユニット２０、分析用レーザ光源３０、及び、分光検出部４０の動作状態を、統括的に制御する。
【0060】
これにより、測定制御部５０１は、前処理用レーザ光源１０、測距用レーザ光源（図示せず。）、分析用レーザ光源３０の各レーザ光源から照射されるレーザ光の照射条件（例えば、照射タイミング、レーザパワー、焦点制御等）を所望の状態とすることができる。また、測定制御部５０１は、測距用ユニット２０の全体的な動作状態を制御して、着目する粉鉱石の高さを特定することが可能となる。その結果、測定制御部５０１は、各レーザ光源の動作を同期させたり、測距ユニット２０による粉鉱石の高さの測定結果に基づいて、分析用レーザ光の焦点位置や照射位置を所望の状態に調整したりすることが可能となる。
【0061】
また、測定制御部５０１は、分光検出部４０の動作状態（例えば、検出開始／終了タイミングや、露光時間等）を所望の状態とすることができる。これにより、着目する粉鉱石からの発光を確実に検出することが可能となる。
【0062】
演算処理部５０３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。演算処理部５０３は、ＬＩＢＳを用いて、分光検出部４０から出力された測定データに基づき、成分分析処理を実施する。これにより、着目する粉鉱石の成分組成を把握することが可能となる。
【0063】
かかる演算処理部５０３の詳細な構成については、以下で改めて説明する。
【0064】
結果出力部５０５は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、出力装置、通信装置等により実現される。結果出力部５０５は、演算処理部５０３から出力された、着目する焼結体の成分組成に関する情報を、成分分析装置１のユーザに出力する。具体的には、結果出力部５０５は、演算処理部５０３から出力された成分組成の分析結果に関するデータを、当該データが生成された日時等に関する時刻データと関連付けて、各種サーバや制御装置に出力したり、プリンタ等の出力装置を利用して紙媒体として出力したりする。また、結果出力部５０５は、分析結果に関するデータを、外部に設けられたコンピュータ等の各種の情報処理装置や各種の記録媒体に出力してもよい。
【0065】
また、結果出力部５０５は、演算処理部５０３による分析結果に関するデータを、後述する表示制御部５０７に出力することができる。
【0066】
表示制御部５０７は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、出力装置、通信装置等により実現される。表示制御部５０７は、結果出力部５０５から出力された分析結果を、成分分析装置１が備えるディスプレイ等の出力装置や成分分析装置１の外部に設けられた出力装置等に表示する際の表示制御を行う。これにより、成分分析装置１のユーザは、着目する粉鉱石の成分組成についての分析結果を、その場で把握することが可能となる。
【0067】
記憶部５０９は、成分分析装置１が備える記憶装置の一例であり、例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ストレージ装置等により実現される。この記憶部５０９には、本実施形態に係る成分分析装置１が何らかの処理を行う際に保存する必要が生じた様々なパラメータや処理の途中経過（例えば、事前に格納されている各種のデータやデータベース、及び、プログラム等）が、適宜記録される。この記憶部５０９は、測定制御部５０１、演算処理部５０３、結果出力部５０５、表示制御部５０７等が、自由にデータのリード／ライト処理を行うことが可能である。
【0068】
［演算処理部５０３の構成について］
次に、図６を参照しながら、演算処理装置５０が有する演算処理部５０３の構成について、詳細に説明する。
本実施形態に係る演算処理部５０３は、図６に示したように、データ取得部５１１と、成分分析部５１３と、を有する。
次に、図６を参照しながら、演算処理装置５０が有する演算処理部５０３の構成について、詳細に説明する。
本実施形態に係る演算処理部５０３は、図６に示したように、データ取得部５１１と、成分分析部５１３と、を有する。
【0069】
データ取得部５１１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入力装置、通信装置等により実現される。データ取得部５１１は、分光検出部４０から出力された、分析用レーザ光の照射に起因する発光の分光測定データを取得する。データ取得部５１１が取得する測定データは、着目している波長帯域について、各波長における信号強度（発光強度）がいくつであるかを示したデータ（換言すれば、発光のスペクトルに関するデータ）である。データ取得部５１１は、かかる測定データを取得すると、取得した測定データを、後述する成分分析部５１３へと出力する。また、データ取得部５１１は、取得した測定データを、当該データを取得した日時に関する時刻情報と関連付けた上で、履歴情報として記憶部５０９に格納してもよい。
【0070】
成分分析部５１３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。成分分析部５１３は、分光検出部４０による検出結果（すなわち、測定データ）に基づき、ＬＩＢＳによる粉鉱石の成分分析を行う。具体的には、成分分析部５１３は、測定データを参照して、どの波長にどの程度の強度の光が検出されたのかを特定する。その上で、成分分析部５１３は、記憶部５０９等に格納されているデータベースを参照して、着目する波長の光が、粉鉱石のどのような成分に由来するものであるかを特定する。これにより、着目する粉鉱石に含有される成分を特定することができる。
【0071】
また、成分分析部５１３は、得られた測定データに含まれる発光強度に関するデータから、特定された成分の含有量（濃度）を特定することが可能である。かかる含有量は、上記のようにして特定された各成分の発光強度から、相対的な含有量として算出されたものであってもよい。また、粉鉱石に多く含まれる成分（例えば、Ｆｅ２Ｏ３、ＣａＣＯ３、ＡｌＯＯＨ、ＳｉＯ２等）について、標準試薬を用いて、発光強度と含有量の関係を示す検量線を事前に作成しておき、得られた発光強度から各成分の含有量を算出してもよい。
【0072】
成分分析部５１３は、上記のようにして粉鉱石に含有されている具体的な成分とその含有量を特定すると、得られた結果を、分析結果として結果出力部５０５へと出力する。また、成分分析部５１３は、取得した分析結果に関するデータを、当該データを取得した日時に関する時刻情報と関連付けた上で、履歴情報として記憶部５０９に格納してもよい。
【0073】
【0074】
以上、本実施形態に係る演算処理装置５０の機能の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材や回路を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。また、各構成要素の機能を、ＣＰＵ等が全て行ってもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用する構成を変更することが可能である。
【0075】
なお、上述のような本実施形態に係る演算処理装置の各機能を実現するためのコンピュータプログラムを作製し、パーソナルコンピュータ等に実装することが可能である。また、このようなコンピュータプログラムが格納された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体も提供することができる。記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリなどである。また、上記のコンピュータプログラムは、記録媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信してもよい。
【0076】
（演算処理装置５０のハードウェア構成について）
次に、図７を参照しながら、本発明の実施形態に係る演算処理装置５０のハードウェア構成について、詳細に説明する。図７は、本発明の実施形態に係る演算処理装置５０のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。
次に、図７を参照しながら、本発明の実施形態に係る演算処理装置５０のハードウェア構成について、詳細に説明する。図７は、本発明の実施形態に係る演算処理装置５０のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。
【0077】
演算処理装置５０は、主に、ＣＰＵ９０１と、ＲＯＭ９０３と、ＲＡＭ９０５と、を備える。また、演算処理装置５０は、更に、バス９０７と、入力装置９０９と、出力装置９１１と、ストレージ装置９１３と、ドライブ９１５と、接続ポート９１７と、通信装置９１９とを備える。
【0078】
ＣＰＵ９０１は、中心的な処理装置及び制御装置として機能し、ＲＯＭ９０３、ＲＡＭ９０５、ストレージ装置９１３、又はリムーバブル記録媒体９２１に記録された各種プログラムに従って、演算処理装置５０内の動作全般又はその一部を制御する。ＲＯＭ９０３は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する。ＲＡＭ９０５は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラムや、プログラムの実行において適宜変化するパラメータ等を一次記憶する。これらはＣＰＵバス等の内部バスにより構成されるバス９０７により相互に接続されている。
【0079】
バス９０７は、ブリッジを介して、ＰＣＩ（Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ／Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）バスなどの外部バスに接続されている。
【0080】
入力装置９０９は、例えば、マウス、キーボード、タッチパネル、ボタン、スイッチ及びレバーなどユーザが操作する操作手段である。また、入力装置９０９は、例えば、赤外線やその他の電波を利用したリモートコントロール手段（いわゆる、リモコン）であってもよいし、演算処理装置５０の操作に対応したＰＤＡ等の外部接続機器９２３であってもよい。更に、入力装置９０９は、例えば、上記の操作手段を用いてユーザにより入力された情報に基づいて入力信号を生成し、ＣＰＵ９０１に出力する入力制御回路などから構成されている。ユーザは、この入力装置９０９を操作することにより、演算処理装置５０に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりすることができる。
【0081】
出力装置９１１は、取得した情報をユーザに対して視覚的又は聴覚的に通知することが可能な装置で構成される。このような装置として、ＣＲＴディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置、プラズマディスプレイ装置、ＥＬディスプレイ装置及びランプなどの表示装置や、スピーカ及びヘッドホンなどの音声出力装置や、プリンタ装置、携帯電話、ファクシミリなどがある。出力装置９１１は、例えば、演算処理装置５０が行った各種処理により得られた結果を出力する。具体的には、表示装置は、演算処理装置５０が行った各種処理により得られた結果を、テキスト又はイメージで表示する。他方、音声出力装置は、再生された音声データや音響データ等からなるオーディオ信号をアナログ信号に変換して出力する。
【0082】
ストレージ装置９１３は、演算処理装置５０の記憶部の一例として構成されたデータ格納用の装置である。ストレージ装置９１３は、例えば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等の磁気記憶デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス、又は光磁気記憶デバイス等により構成される。このストレージ装置９１３は、ＣＰＵ９０１が実行するプログラムや各種データ、及び外部から取得した各種のデータなどを格納する。
【0083】
ドライブ９１５は、記録媒体用リーダライタであり、演算処理装置５０に内蔵、あるいは外付けされる。ドライブ９１５は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、又は半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体９２１に記録されている情報を読み出して、ＲＡＭ９０５に出力する。また、ドライブ９１５は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、又は半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体９２１に記録を書き込むことも可能である。リムーバブル記録媒体９２１は、例えば、ＣＤメディア、ＤＶＤメディア、Ｂｌｕ－ｒａｙ（登録商標）メディア等である。また、リムーバブル記録媒体９２１は、コンパクトフラッシュ（登録商標）（ＣｏｍｐａｃｔＦｌａｓｈ：ＣＦ）、フラッシュメモリ、又は、ＳＤメモリカード（Ｓｅｃｕｒｅ Ｄｉｇｉｔａｌ ｍｅｍｏｒｙ ｃａｒｄ）等であってもよい。また、リムーバブル記録媒体９２１は、例えば、非接触型ＩＣチップを搭載したＩＣカード（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ ｃａｒｄ）又は電子機器等であってもよい。
【0084】
接続ポート９１７は、機器を演算処理装置５０に直接接続するためのポートである。接続ポート９１７の一例として、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）ポート、ＩＥＥＥ１３９４ポート、ＳＣＳＩ（Ｓｍａｌｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）ポート、ＲＳ－２３２Ｃポート、ＨＤＭＩ（登録商標）（Ｈｉｇｈ－Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）ポート等がある。この接続ポート９１７に外部接続機器９２３を接続することで、演算処理装置５０は、外部接続機器９２３から直接各種のデータを取得したり、外部接続機器９２３に各種のデータを提供したりする。
【0085】
通信装置９１９は、例えば、通信網９２５に接続するための通信デバイス等で構成された通信インターフェースである。通信装置９１９は、例えば、有線もしくは無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、又はＷＵＳＢ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＵＳＢ）用の通信カード等である。また、通信装置９１９は、光通信用のルータ、ＡＤＳＬ（Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｌｉｎｅ）用のルータ、又は、各種通信用のモデム等であってもよい。この通信装置９１９は、例えば、インターネットや他の通信機器との間で、例えばＴＣＰ／ＩＰ等の所定のプロトコルに則して信号等を送受信することができる。また、通信装置９１９に接続される通信網９２５は、有線又は無線によって接続されたネットワーク等により構成され、例えば、インターネット、家庭内ＬＡＮ、社内ＬＡＮ、赤外線通信、ラジオ波通信又は衛星通信等であってもよい。
【0086】
以上、本発明の実施形態に係る演算処理装置５０の機能を実現可能なハードウェア構成の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用するハードウェア構成を変更することが可能である。
【実施例0087】
以下では、実施例及び比較例を示しながら、本発明に係る粒子状製鉄原料の成分分析方法及び成分分析装置について、具体的に説明する。なお、以下に示す実施例は、本発明に係る粒子状製鉄原料の成分分析方法及び成分分析装置の一例にすぎず、本発明に係る粒子状製鉄原料の成分分析方法及び成分分析装置が以下の例に限定されるものではない。
【0088】
実際の操業に用いられている粉鉱石（含有水分量２％）を、分析対象とした。ベルトコンベアを用いて粉鉱石（大きさ：１００μｍ～５ｍｍ程度）を２ｍ／ｓｅｃの搬送速度で搬送しているラインに対し、図２に示したような成分分析装置（ただし、測距用ユニット２０は設けていない。）を設置した。
【0089】
ここで、前処理用レーザ光源１０としては、パルスエネルギー：５ｍＪ、波長：１０６０ｎｍ帯、繰返周波数：４ＭＨｚ、パルス幅：２５０ｎｓのファイバー励起レーザ光源を用い、レーザ光の集光度合いを調節することでレーザパワー密度を制御した。分析点におけるレーザパワー密度は、３ＧＷ／ｃｍ２であった。かかる光源から照射される前処理用レーザ光を、３ｍｍ×３ｍｍの領域で走査して、粉鉱石の表面を焼き固めるとともに、粉鉱石から水分を除去した。
【0090】
上記前処理用レーザ光源１０の５０ｃｍ下流側に、分析用レーザ光源３０を設置するとともに、分光検出部４０として、Ａｖａｎｔｅｓ社製ＡｖａｎＳｐｅｃ－ＵＬＳ２０４８ＣＬ－ＥＶＯを設置した。ここで、用いた分析用レーザ光源は、パルスエネルギー：４０ｍＪ、波長：１０６４ｎｍ、繰返周波数：１００Ｈｚ、パルス幅：７ｎｓのレーザ光源を用いた。照射面積は、０．５ｍｍφであり、分析点におけるレーザパワー密度は、１ＧＷ／ｃｍ２であった。
【0091】
前処理用レーザ光の照射を受けた粉鉱石の一部、及び、前処理用レーザ光の照射を受けなかった粉鉱石の一部をそれぞれサンプリングし、倍率１００倍に設定したデジタルマイクロスコープ（キーエンス社製ＶＨＸ－７０００）により別途観察した。その結果、前処理が施されていない粉鉱石は、表面が焼き固められていない一方で、前処理が施された粉鉱石では、複数の粉鉱石粒子が互いに焼き固められて表面積が低減されていることが確認された。
【0092】
得られた測定結果を用いて、ＬＩＢＳによる成分分析（Ｆｅ及びＣａに関する成分分析）を実施した。また、比較のために、前処理が施された粉鉱石の一部を取り出し、その成分について化学分析を実施した。得られた結果を、以下の表１にまとめて示した。成分の算出は、発光分析が異常データとなった場合を除いた、１０００パルスの平均値を用いた。
【0093】
【表1】
【0094】
上記表１から明らかなように、Ｆｅ及びＣａの換算濃度については、前処理の有無によらず大きく変化はない一方で、標準誤差は、前処理の有無によって大きく異なっていることがわかる。これは、前処理によって粉鉱石の表面が焼き固められ、かつ、水分が除去されることによって、プラズマ発光の強度が約１．５倍程度となった結果、分析のバラツキが抑制されたものと推察される。かかる結果より、本発明による粒子状製鉄原料の成分分析方法及び成分分析装置により、粒子状製鉄原料の成分組成の測定精度が向上したことがわかる。
【0095】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【0096】
１ 粒子状製鉄原料の成分分析装置
１０ 前処理用レーザ光源
２０ 測距用ユニット
３０ 分析用レーザ光源
４０ 分光検出部
５０ 演算処理装置
５０１ 測定制御部
５０３ 演算処理部
５０５ 結果出力部
５０７ 表示制御部
５０９ 記憶部
５１１ データ取得部
５１３ 成分分析部
１０ 前処理用レーザ光源
２０ 測距用ユニット
３０ 分析用レーザ光源
４０ 分光検出部
５０ 演算処理装置
５０１ 測定制御部
５０３ 演算処理部
５０５ 結果出力部
５０７ 表示制御部
５０９ 記憶部
５１１ データ取得部
５１３ 成分分析部
【図1A】
【図1B】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6】
【図7】