专利名称：配合原料的水分测定方法及水分测定装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及配合原料的水分测定方法及水分测定装置。本发明特别涉及利用红外 线通过水进行的吸收而对配合多种配合前原料所得到的烧结原料中的水分进行测定的技 术。本申请基于2008年7月7日提出的日本专利申请第2008-176786号并主张其优 先权，这里引用其内容。
背景技术：
在制造烧结矿时，在烧结机内对作为原料配合有二种以上品种的铁矿石、和燃料 即焦炭粉或石灰石等副原料而得到的烧结原料进行烧结，从而形成烧结矿。这里，将配合前 的铁矿石及副原料称为配合前原料，将配合后的原料称为配合原料或烧结原料。在烧结工序中，在混合机中向烧结原料中添加水并进行混合、造粒。接着，将造粒 好的烧结原料以层状装入烧结机，在其表面点火。烧结机从装入的烧结原料的下方吸引空 气。由此，使空气从烧结原料的上方朝下方通过。而且一边燃烧焦炭粉一边从表面向下方 缓慢进行烧结反应。所谓烧结原料的造粒，是以烧结原料中的含有水分为介质而制作3 5mm左右的 疑似粒子的工序。该疑似粒子具有主要是粒径为0. 5mm以下的细小粒子附着在粒径为Imm 以上的核粒子上的结构。此时，烧结原料的造粒性大大依赖于含有水分量。例如，如果水分 不足，则细小粒子残留，烧结机中的通气性变差，从而生产率降低。相反，在水分即使过剩 时，也由于粒子间的结合力降低，因而不能制作目标尺寸的粒子。因此，在烧结机的造粒工 序中烧结原料的水分管理是特别重要的。为了使装入烧结机的烧结原料的含有水分量保持 恒定，需要对混合机出口侧的造粒后的烧结原料的含有水分量进行测定。然后，对水添加量 进行管理，从而使测定的烧结原料的含有水分量达到目标值。从原料堆放场通过传送带送来的铁矿石的水分不是恒定的。例如，如果在原料堆 积在堆放场的状态下降雨，则堆放场上的原料堆的表层和内部的水分不同。因此，最好平时 监测烧结原料的含有水分量，如果含有水分量变化，则变更添加量，从而使烧结原料的含有 水分量保持恒定。由此，能够良好地维持烧结机内的通气性，从而确保稳定的操作和烧结品 质。干燥质量法是正确且可靠性高的水分测定方法。该方法从传送线采集烧结原料的 试样，在具备气氛加热室或红外线灯的干燥机中使该试样完全干燥。然后，通过对干燥前后 测定的该烧结原料的试样的质量进行比较，求出该烧结原料的试样含有的水分量。但是，干 燥质量法需要采集试样的作业和干燥时间(30分钟 2小时)，从而测定为断续的。另外， 还存在直至得到测定值的时间延迟非常长的问题。作为不用采集烧结原料的试样而在线测定被测定对象物的含有水分量的方法，有 采用红外线水分计的含有水分测定方法。在该方法中，对被测定对象物的表面照射红外线， 观察反射光。如果在红外线的光路上存在水分，则在红外线的特定的波长下，与水分量相应地吸收红外线，从而该波长下的分光反射率降低。可利用此现象来测定被测定对象物的含 有水分量。所具有的优点是可非接触地进行连续的测定，而且无时间延迟地判明被测定对 象物的含有水分量。以下，就3波长式红外线水分计进行详细的说明。在3波长式红外线水分计中，作 为水的吸收波长λ ，可采用1.94!11 2.(^111附近的波长。可分别在水的吸收波长人 的 长波长侧和短波长侧确定参照波长“L、Xs)。作为参照波长(λ ρ λ s)，可选择尽量靠近 吸收波长λ w、且不受水分的影响的波长。用λ w、λ。λ s的3个波长分别测定被测定对象物的分光反射率rw、rL, rs。基于 测定的^和！^，算出波长入 时的被测定对象物的基准分光反射率rW(te。这里所谓的被测定 对象物的基准分光反射率，是假设干燥状态的被测定对象物在波长λ w时的分光反射率的 计算值。通常，在波长和分光反射率的关系图中，用直线连结(Xs、rs)和(λρ γ)之间，将 该波长时的该直线上的值设定为rW(te。也就是说，用以下所示的式(2)表示。由入 和 r·通过用以下所示的式C3)求出被测定对象物的吸光度k，将求出的被测定对象物的吸光 度k代入预定的线性表达式例如以下所示的式，确定被测定对象物的含有水分量W。a = k/w... (1)ι·- = Α+(λ -λ》Χ(ι^)/(λ「λ》-(2)k = -In (rff/rff0e)... (3)k = aXw+b... (4)这里，w是被测定对象物的含有水分量(通常以质量％表示)。k是被测定对象物 的吸光度。a、b是依赖于被测定物的特性的常数。如果与被测定物对应的常数a、b不正确， 则水分测定产生误差。被测定对象物的含有水分量w与水分的红外线吸光度k的关系因被测定对象物的 种类而异。其理由之一是红外线的浸透深度因物质而异。另外，另一理由是因被测定对象 物的吸收性等的影响，用红外线观测的被测定对象物的表层附近的水分量和被测定对象物 的整体的含有水分量不一致。于是，对被测定对象物的试样，预先实验性地测定了基于含有 水分量的红外线吸光度k。和含有水分量w。。而且根据该测定结果，如式(4)所示确定了被 测定对象物的吸光度k和含有水分量w的关系，将吸光度k和含有水分量w的关系式称为 校正曲线。这里，在以烧结原料作为被测定对象物、并采用上述3波长式红外线水分计测定 含有水分量时，关于烧结原料的含有水分量w和吸光度k之间的关系(校正曲线)，即使预 先实验性地确定了上述式的常数a、b，也因其后的烧结原料的配合变更等，w和k的关 系发生变化。因此，为了采用3波长式红外线水分计正确地测定烧结原料的含有水分量w， 需要基于实测一边对w和k之间的关系即校正曲线进行适时修正一边进行测定。在专利文献1中，认为当在屋外用红外线水分计测定粉体的水分时，大气湿度的 变化造成的测定变动为不能忽视的程度。于是，在专利文献1中，公开了通过测定利用红外 线的测定光路中的大气湿度，根据湿度测定值修正利用红外线的水分测定值的方法。具体 地说，根据湿度测定值，使上述式⑷的常数b变化。在专利文献2中，公开了在利用红外线水分计的烧结矿原料的水分测定方法中， 由于混合原料的性状在每一原料配合变更中都稍有不同，因此每当配合变更时对水分计进行校正。具体地说，根据从水分控制装置得到的目标水分值和水分指示值的偏差，采用统计 学方法，自动地算出修正值，通过零点漂移操作校正水分值的偏差(相当于上述式的b 的变动)。专利文献3中公开的方法是，在利用红外线的烧结原料的水分测定方法中，在每 次烧结原料的配合变更后，立即用绝对干燥式的水分测定机构进行精密水分测定，使之与 同时刻的利用红外线吸收的水分测定值相对应。然后，采用规定次数的两者的测定值，进行 线性回归，算出新的校正曲线。在实施例中，作为规定次数通常为5 6次。专利文献1 日本特开昭59-72047号公报专利文献2 日本特开昭62-839号公报专利文献3 日本特开平6-34532号公报在通过红外线测定求出配合的烧结原料的含有水分量w时，判明大气湿度的变化 带来的测定变动并不严重。另一方面，正如专利文献2、3所记载的那样，如果变更烧结原料的配合，则用红外 线水分计测定的吸光度k和含有水分量w的关系发生变化。因此，在变更原料配合的情况 下，需要迅速修正吸光度k和含有水分量w的关系即校正曲线。这里业已判明作为变更了 原料配合时的k和W的关系(校正曲线)的变动，不仅上述式中的常数b变动，而且常 数a也变动。因此，正如专利文献2中记载的发明那样，可知如果在只有常数b变动的前提 下进行偏差调整，则不能进行正确的水分测定。另外，正如专利文献3所记载的那样，即使 通过进行规定次数的在线的干燥质量法测定来进行线性回归，也由于烧结原料的含有水分 量在短时间内不那么变化，因此无法获得足够得到正确的线性回归式的水分的变化。另外， 规定次数的干燥质量法测定需要时间，因此难以迅速地进行修正。

发明内容
本发明的目的在于提供一种水分测定方法及水分测定装置，该方法在利用红外线 通过水进行的吸收的配合原料的含有水分测定中，即使原料配合发生变更，也能够迅速修 正吸光度k和含有水分量w的关系(校正曲线)，时常能够正确地进行配合原料的含有水分 量w的测定。本发明为解决上述课题而采用了以下的方法。(1)本发明涉及一种配合原料的水分测定方法，其是采用3波长式红外线水分计 的配合原料的含有水分测定方法，其中，作为比被水吸收的波长λ ff长的长波长侧参照波长 λ[和比所述波长入 短的短波长侧参照波长Xs的参照波长组合，采用所述配合原料的含 有水分量W和吸光度k的关系式k = aw+b中的b不依赖于所述配合前原料的配合比率、且 在所述红外线水分计的容许测定误差的范围内所述b被看作为零的参照波长组合。(2)上述(1)所述的配合原料的水分测定方法，也可以还具备以下工序假设多个 作为所述长波长侧参照波长λ ^的候补的长波长侧参照波长候补λJ的工序；每当采用多 个所述长波长侧参照波长候补λ J的每一个时，对处于水分已被除去的状态的所述多种配 合前原料的每一种的吸光度1 进行测定的工序；每当采用多个所述长波长侧参照波长候补 λ J的每一个时，对所述多种配合前原料的每一种的所述吸光度1 的平方和除以所述配合 前原料的个数得出的值即1 平方和平均值进行计算的工序；从所述多个长波长侧参照波长候补λ L中，选择所述1 平方和平均值为0.001以下的长波长侧参照波长候补λ J作为 所述长波长侧参照波长λ L的工序。(3)在上述(2)所述的配合原料的水分测定方法中，也可以选择所述1 平方和平 均值为最小值的长波长侧参照波长候补λJ作为所述长波长侧参照波长λρ(4)上述( 所述的配合原料的水分测定方法，也可以还具备以下工序假设多个 作为所述长波长侧参照波长λ ^的候补的长波长侧参照波长候补λJ的工序；假设多个作 为所述短波长侧参照波长Xs的候补的短波长侧参照波长候补λ5’的工序；假设多个由多 个所述长波长侧参照波长候补λJ和多个所述短波长侧参照波长候补λ/组合而成的参 照波长组合候补的工序；每当采用多个所述参照波长组合候补的每一个时，对处于水分已 被除去的状态的所述多种配合前原料的每一种的吸光度1 进行测定的工序；每当采用多个 所述参照波长组合候补的每一个时，对所述多种配合前原料的每一种的所述吸光度1 的平 方和除以所述配合前原料的个数得出的值即1 平方和平均值进行计算的工序；从所述多个 参照波长组合候补中，选择所述1 平方和平均值为0. 001以下的参照波长组合候补作为所 述参照波长组合的工序。(5)在上述(4)所述的配合原料的水分测定方法中，也可以从所述多个参照波长 组合候补中，选择所述h平方和平均值为最小值的参照波长组合候补作为所述参照波长组
合O(6)在上述(1)所述的配合原料的水分测定方法中，也可以利用多个可通过特定 波长的带通滤波器来选择所述参照波长组合。(7)在上述(1)所述的配合原料的水分测定方法中，也可以基于连续波长的红外 线分光测定结果选择所述参照波长组合。(8)在上述(1)所述的配合原料的水分测定方法中，所述配合原料也可以为烧结 原料，所述被水吸收的波长λ w也可以是1. 9 μ m 2. 0 μ m的波长，所述长波长侧参照波长 λ L也可以是从2. 2 μ m 2. 4 μ m的波长范围中选择的波长。(9)在上述(1)所述的配合原料的水分测定方法中，所述短波长侧波长λ s也可以 是从1. 6 μ m 1. 8 μ m的波长范围中选择的波长。(10)在上述(1)所述的配合原料的水分测定方法中，也可以具备以下工序对所 述配合原料的试样的吸光度k。进行测定的工序；利用干燥质量法对所述配合原料的试样的 含有水分量I进行测定的工序；通过将所述配合原料的试样的吸光度k。除以所述配合原料 的试样的含有水分量&来算出比例系数a的工序；通过将所述配合原料的吸光度k除以所 述比例系数a来算出所述配合原料的含有水分量w的工序。(11)本发明涉及一种配合原料的水分测定装置，其具备光源，对配合原料照射 红外线；检测器，检测所述红外线的反射光；带通滤波器，其分别透过被水吸收的波长K、 比λ 长的长波长侧参照波长λ,、比λ 短的短波长侧参照波长Xs这3个波长；运算部， 其分别算出所述红外线的分光反射率IV、rL, rs,从所述分光反射率ιγ和所述分光反射率rs 算出基准分光反射率，从所述分光反射率rw和所述分光反射率算出所述配合原料 的吸光度k，从基于预先测定的配合原料的试样的含有水分量W。和吸光度k。而做成的配合 原料的含有水分量w和吸光度k的关系中，算出所述配合原料的含有水分量其中，所述 配合原料是烧结原料；所述被水吸收的波长入 是1.94!11 2.0μπι的波长；所述长波长侧参照波长λ ^是从2. 2 μ m 2. 4 μ m的波长范围中选择的波长。(12)在上述(11)所述的配合原料的水分测定装置中，所述短波长侧波长λ s也可 以是从1. 6 μ m 1. 8 μ m的波长范围中选择的波长。(13)本发明涉及一种配合原料的水分测定方法，其采用上述(11)所述的配合原 料的水分测定装置，将预先测定的配合原料的试样的吸光度k。除以预先采用干燥质量法测 定的配合原料的试样的含有水分量W。，算出比例系数a，对任意的配合原料测定吸光度k，将 所述吸光度k除以所述比例系数a，由此测定所述配合原料的含有水分量W。根据上述(1)的发明，由于吸光度k和含有水分量w的关系为通过原点附近的线 性表达式，因此，在原料配合变更后的离线中，利用干燥质量法只进行1次配合原料的试样 的水分测定，就能够由此时的测定含有水分量W。和红外线吸光度k。制作校正曲线。也就是 说，能够正确且迅速地修正校正曲线。由此，可通过红外线测定而连续且正确地测定配合原 料的含有水分量W。根据上述O)的发明，能够选择适合的长波长侧参照波长Xlo根据上述(3)的发明，能够选择最适合的长波长侧参照波长λ ρ根据上述的发明，能够选择适合的参照波长组合。根据上述(5)的发明，能够选择最适合的参照波长组合。根据上述(6)的发明，能够以简单的构成选择适合的参照波长。根据上述(7)的发明，能够正确地选择适合的参照波长。根据上述(8)、(9)的发明，在作为配合原料采用烧结原料时，由于烧结原料的吸 光度k和含有水分量w的关系为通过原点附近的线性表达式，因此可得到与上述(1)同样 的效果。根据上述(10)的发明，能够正确且迅速地进行烧结原料的含有水分测定。


图1是表示对每个配合前原料A、B、C、D用干燥质量法测定的含有水分量(％ )和 用红外线水分计测定的吸光度k的关系的图示。图2A是表示在配合前原料A已经干燥的状态下用连续的红外线区域的波长测定 的分光反射率的图示。图2B是表示在配合前原料B已经干燥的状态下用连续的红外线区域的波长测定 的分光反射率的图示。图2C是表示在配合前原料C已经干燥的状态下用连续的红外线区域的波长测定 的分光反射率的图示。图3是在不同的参照波长(λ s、λ J的组合下对7种配合前原料在干燥状态下的 吸光度h的平方和平均进行比较的图示。图4是表示每种配合前原料的干燥状态吸光度1 的评价结果的图示，表示采用 λ s = 1. 7 μ m、λ L = 2. 3 μ m的波长的情况(涂黑的正方形)和采用λ s = 1. 8 μ m、λ L = 2. Iym的波长的情况(没有涂黑的正方形)。图5是表示对于配合后的烧结原料α、β、γ，采用λ3=1.8μπκ λ L = 2. 1 μ m 的波长时，用干燥质量法评价的含有水分量w和通过红外线水分测定得到的吸光度k的关系的图示。图6是表示对于配合后的烧结原料α、β、γ，采用λ3=1.7μπκ λ L = 2. 3 μ m 的波长时，用干燥质量法评价的含有水分量w和通过红外线水分测定得到的吸光度k的关 系的图示。图7是表示本发明的烧结原料的水分测定装置的示意图。
具体实施例方式在利用红外线通过水进行的吸收的配合原料(烧结原料)的含有水分量w的测定 中，变更原料配合时的k和w的关系(校正曲线)如上所述，上述式中的常数a和b — 同变动。因此，为了求出原料配合变更后的正确的常数a和b，需要采集水分量不同的2个 以上的配合原料的试样，测定各个试样的含有水分量&和吸光度k。。由此，能够得到不同 的含有水分量的2个以上的测定值，因此能够求出原料配合变更后的正确的常数a和b。这里，如果在变更了原料配合时，即使式的a变动，b也不会变动，则要修正的 常数只有常数a。因此，就原料变更后的配合原料的试样测得的吸光度k。和实际的含有水 分量W。只要1组就足够了。以往，在3波长式红外线水分计中，在采用1. 9μπι附近的吸收带作为水分吸收波 长λ ff而测定烧结原料的含有水分量w时，采用参照波长λ s = 1. 8 μ m、λ ^ = 2. 1 μ m作为 固定值。而且在这种情况下，基于测定的烧结原料的分光反射率rs、iv按所述式(2)计算 基准分光反射率rWOe,结果表明，计算的基准分光反射率和将烧结原料干燥后测定的干 燥状态下的实际的分光反射率rWOa不一致。另外，和rWa之差因配合前原料铁矿石或配 合后的烧结原料的不同而不同。对此，如果能使基准分光反射率和干燥状态下的实际的分光反射率rTOa —致， 则在按所述式(3)算出吸光度k时，在水分w为零时吸光度k达到零，吸光度k和含有水分 量w的关系为下式(5)。k = aXw ... (5)也就是说，式(4)的b达到零。在这种情况下，应确定的常数只有a —个，因此，只 要对原料配合变更后的烧结原料的试样进行1次干燥质量法水分测定，就能确定常数a。而 且已经弄清楚通过适当选择参照波长λ s、λ y可恰当地使和rWOa 一致。此外，这里所说的“b达到零”，指的是即使将b看作零，其影响也在水分测定的容 许误差的范围内。以下，以烧结原料作为被测定对象物对本实施方式进行说明，但本发明的适应对 象并不局限于烧结原料的含有水分测定。本发明例如也能够适用于通过配合多种配合前原 料而得到的配合原料的水分测定方法。现在，一般所用的红外线水分计都采用1.96 μ m的值作为水分吸收波长λ w，采用 1.8μπι的值作为短波长侧的参照波长Xs，采用2. ιμπι的值作为长波长侧的参照波长λ ρ将分别对配合前的配合前原料品种Α、B、C、D四种利用红外线水分计测定的吸光 度k与对相同试样利用干燥质量法测定的含有水分量w进行比较。采用一般所用的红外线 水分计，按所述式( 计算基准分光反射率，按所述式C3)计算吸光度k。如果对测定的 含有水分量w和计算的吸光度k的关系进行比较，则可得到图1所示的结果。吸光度k和利用干燥质量法测定的含有水分量w的关系在每个配合前原料品种A、B、C、D中具有直线 的关系。如果用所述式(4)表示该直线，则表明在每个配合前原料品种A、B、C、D中直线的 斜率a不同，而且纵轴截距的值b也不同。配合的烧结原料是将多种上述配合前原料品种 A、B、C、D配合而成的，在用红外线水分计测定配合后的烧结原料的含有水分量时，作为含有 水分量和用红外线水分计测定的吸光度k的关系，根据配合条件的不同，斜率a、截距的值b 也都发生变化。另外，还清楚配合后的烧结原料的含有水分量w和吸光度k的关系与根据 配合比例对配合前的个别品种的关系进行相加所得到的结果不一致。推测其原因在于在 配合的烧结原料中水分分布不均勻，水分偏存于吸水性好的品种中。因此，为了用红外线水分计更高精度地测定烧结原料的含有水分量，每当变更配 合的品种及配合的比例时，需要对变更后的配合的烧结原料的含有水分量w和利用红外线 水分计测定的吸光度k的关系(校正曲线)进行迅速修正。另外，关于该修正，在用所述式 (4)这样的线性表达式表示烧结原料的含有水分量w和吸光度k的关系时，不仅纵轴截距 b，而且斜率a也需要修正。为了同时修正a和b，需要对具有不同的含有水分量的2种以上 的烧结原料的试样，进行利用干燥质量法的含有水分量W。的测定和利用红外线水分计的吸 光度k。的测定，准备两组以上的测定值。但是，难以迅速得到这样的测定值。接着，采用红外线光谱仪，分别对配合前原料A、B、C在完全干燥的状态下测定分 光反射率r·。具体地说，采用FT4R红外线光谱仪，用连续的红外区域的波长(1.6μπι 2.4μπι的范围)进行测定。其结果如图2Α、图2Β、图2C所示。参照图2Α、图2Β、图2C，求出在波长为1.96 μ m(即水的吸收波长λ w)时测定的分 光反射率。该分光反射率是干燥状态的配合前原料A、B、C各自的实际的分光反射率rWa。 另外，参照图2A、图2B、图2C，求出在波长为1.8 μ m(即短波长侧参照波长Xs)时、波长为 2.1 μ m(即长波长侧参照波长λ)时测定的分光反射率rs、iY。在图2A、图2B、图2C中，分 别记入通过用直线连结上述各参照波长中的分光反射率rs、iY求出的基准分光反射率rWQe。 该基准分光反射率i·^即为按式⑵计算的rWte。图2A、图2B、图2C表明由于在配合前原料中具有自有光谱(ownformation spectrums 例如为铁矿石时是固有的分光特性光谱)，因此干燥状态时的实际的分光反射 率和基准分光反射率rw。e背离。特别是在配合前原料B中背离的程度较大。因此，可知 即使水分为零，吸光度也不能达到零。于是，不是将参照波长固定为短波长侧1. 8 μ m、长波长侧2. 1 μ m，而是研究能否 选定参照波长，以便使干燥状态的配合前原料的实际的分光反射率rTOa和基准分光反射率
尽量一致。只要能够选定这样的参照波长，吸光度k和含有水分量w的关系就成为从原 点延伸的直线，因此，w和k的关系式(校正曲线)表现为k = aXw，未知的系数只是a。这 样一来，通过将间断得到的用干燥质量法测定的配合前原料的试样的水分测定值W。设定为 实际值，变更(再设定)校正曲线的斜率a，便能够提高红外线水分计的测定精度。也就是 说，由于可以得到正确的校正曲线，因此能够从测定的配合原料的吸光度k高精度地确定 该配合原料的含有水分量ι但是，在对配合有多种配合前原料(铁矿石及副原料)的烧结原料测定含有水分 量时，分光反射率rTOa和基准分光反射率尽量一致这样的参照波长的选择，不是考虑选 择特定的配合前原料，而是必须考虑选择大致全部的配合前原料。于是，用下面所述的方法探索了适合的参照波长。选择作为烧结原料使用的主要7种配合前原料品种(A G)作为 配合前原料的试样。将这些配合前原料的试样干燥，使含有水分量为零。将水吸收的波长 入w设定为1. 96 μ m。作为短波长侧的参照波长λ s，将1. 6 μ m和1. 7 μ m、1. 8 μ m作为候补。 作为长波长侧的参照波长λ ^将2. 1 μ m、2. 2 μ m、2. 3 μ m、2. 4 μ m作为候补。然后，测定了 Κ λ ^的各候补波长中的分光反射率(分别为rs、iY)。基于波长λ w时的干燥状态下的 实际的分光反射率测定值rWa和按(2)计算的基准分光反射率，通过下述式(3)’算出 了配合前原料的试样的吸光度Ivk0 = -ln(rff0a/rff0e) ... (3)，由于所谓干燥状态是将零代入式的W，因此1 等于b。分别计算了 7种这样算出的配合前原料的吸光度1 的平方。接着，对于各个吸 光度1 的平方，计算其和(即平方和)。然后，算出将该平方和除以配合前原料的数而得 出的值(即平方和平均)。图3中按每个Xs和λ,的组合示出了计算的平方和平均。图 3以平方和平均的值向右减小的方式排列。图3表明在将长波长侧的参照波长λ^设定 为2. 1 μ m(现在通常的红外线水分计所使用的值)时，吸光度1 的平方和平均最大。其原 因在于正如从图2可以看出的那样，在烧结原料的反射光谱的2. Ιμπι附近存在小的峰值 (形状因烧结原料品种的不同而不同)。另一方面，在将短波长侧的参照波长Xs规定为 1.7 μ m、将长波长侧的参照波长λ j见定为2. 3μπι时，能够使1 的平方和平均最小。此外， 在上述实施方式中，通过评价1 的平方和平均来选择适合多种配合前原料的参照波长，但 本发明并不限定于这样的评价方法。本发明例如也可以通过评价1 的绝对值的总和、或1 的四次方和等来选择适合的参照波长。再者，在有配合比例常常较多的配合前原料或常常 较少的配合前原料时，也可以通过附加与该配合比例相应的加权，计算平方和等来选择适 合的参照波长。此外，在被测定对象物为烧结原料时，只要长波长侧参照波长λ ^在2. 2 μ m 2. 4μ m的范围内，就能够将1 的平方和平均保持在0. 001以下的非常小的水平。再者， 在长波长侧参照波长λ,在2.2μπι 2.4μπι的范围内时，即使短波长侧参照波长入3是 1.6ym~ 1.8ym的范围内的任一波长，也能减小1 的平方和平均。图4中示出了对于各配合前原料A G，采用λ s = 1. 8 μ m、λ L = 2. 1 μ m的波长 时和采用λ s = 1. 7 μ m、λ L = 2. 3 μ m的波长时的根据上述式(3)，的吸光度Iv λ ff都为 1.96μπι。由图4表明，将采用Xs = 1.7μπκ λ l = 2. 3 μ m的波长的情况(图中涂黑的正 方形)与采用λ s = 1. 8 μ m、λ L = 2. 1 μ m的波长的情况(图中没有涂黑的正方形)对比， 吸光度1 即式的b无论是哪种铁矿石品种都为非常小的值。接着，不是对配合前的原料的个别品种，而是对配合了多种配合前原料的烧结原 料，进行了变更入8和λ ^时的吸光度k和用干燥质量法测定的含有水分量w的对比。使配合的配合前原料和配合量变化，准备3种烧结原料(配合后)(试样名称α、 β、Y)。对于这3种烧结原料，准备使含有水分量在0 7%变化的烧结原料的试样。对 各烧结原料的试样进行利用干燥质量法的含有水分量w的评价。在红外线水分测定中，对将λ w规定为1.96 μ m，采用λ s = 1. 8 μ m、λ l = 2. 1 μ m 的波长的情况和采用λ s = 1. 7 μ m、λ ^ = 2. 3 μ m的波长的情况评价了吸光度k。在吸光 度k的评价中采用式(2)及式(3)。
横轴为用干燥质量法评价的含有水分量W、纵轴为通过红外线水分测定得到的吸 光度k，对配合后的烧结原料α、β、Υ进行了比较。图5中示出了采用以往广泛使用的波 长组= 1.8μπκ λ^ = 2. Ιμπι的波长的情况。另外，图6中示出了在每种配合前原料 的评价中采用干燥状态下的吸光度h的平方和平均显示出最低值的波长组λ s = 1. 7 μ m、 AL = 2.3um的波长的情况。根据图5得知烧结原料(配合后)的含有水分量w和吸光 度k的关系因烧结原料的种类的不同，斜率a和截距b双方都变动。与此相对照，根据图6 得知当烧结原料(配合后)的种类变化时，尽管斜率a变动，但在所有烧结原料中含有水 分量和吸光度的关系都通过原点。也就是说，得知在分别对多种配合前原料进行干燥而除去水分，对除去了水分的 各配合前原料进行吸光度1 的测定，从而算出测定的多个配合前原料的吸光度1 的平方和 平均时，如果选择1 的平方和平均为较小值的参照波长λ s和\来进行红外线水分测定， 则即使在采用配合有多种配合前原料的烧结原料作为测定对象的情况下，吸光度k和含有 水分量W的关系(校正曲线)通常也位于通过原点附近的直线上。于是，在校正曲线k = aw+b中，按照容许测定误差能够将b看作为0。其结果是，在配合前原料的品种或比例变化 时，对于配合变更后的烧结原料，如果用干燥质量法评价的含有水分量W。和用红外线吸光 法评价的吸光度k。的数据为1组，则可从该数据采用上述式(1)算出a，通过用该a修正上 述式(5)，便可通过上述式( 高精度地测定烧结原料的含有水分量W。有关b的容许测定 误差概念上如以下所述。在图6中不依赖于配合而使b在零附近，但严格地讲b在0士0. 005 以内。该0.005的不确定度相当于水分测定中的0.2%误差。因此，如果水分测定中容许的 误差为0. 2%，即使将b看作零，在实用上也没有问题。这样，所谓b在容许测定误差以下， 表示即使将b看作零，其影响也在水分测定中容许的误差范围内。在对除去水分的多种配合前原料测定吸光度Iv选择吸光度1 的平方和平均较小 的入3和λ^时，如果选择吸光度Ictl的平方和平均为0.001以下的入3和λρ则与以往相 比，吸光度1 的平方和平均为1/2以下，能够进行高精度的水分测定。另外，在入3和λ ^中，λ ^对烧结原料的水分测定精度的影响较大。因此，作为Xs 采用以往一直采用的值，为了只使λ [最优化，也可以选择上述吸光度1 的平方和平均较小 的XL。另外，如果选择吸光度1 的平方和平均为最小值的参照波长组合，则能够得到最 优选的结果。为了最优的λ,的选择、或最优的入3和λ,的组合的选择，对于多个λ。或多个 Xs和λ ^的组合，需要算出波长λ w中的基准分光反射率!·_，根据对干燥的配合前原料的 试样实测的求出吸光度Iv此时，在各λ ρ Xs中的分光反射率的测定时，可采 用该波长的带通滤波器来进行。作为带通滤波器，可采用通过该波长的士0.05 μ m的红外 线的滤波器。另外，不是采用带通滤波器，而是进行连续波长的红外线水分测定，通过从该连续 波长的红外线水分测定结果，读取规定的λρ Xs的分光反射率A、rs，也能够选择最优的 λ P或最优的Xs和λ ^的组合。在连续波长的红外线水分测定时，能够采用例如FT-IR分 光光度计。由以上的详细说明表明，本发明在通过红外线水分计测定烧结原料的含有水分量时，采用选自2. 2μπι 2. 4μπι的波长范围的适当的波长作为长波长侧参照波长λρ由 此，即使烧结原料的配合条件变化，尽管含有水分量w和吸光度k的关系(校正曲线)中斜 率变动，但在所有烧结原料中，含有水分量w和吸光度k的关系(校正曲线)都通过原点附 近。因此，是对烧结原料照射红外线，检测其反射光，利用水对红外线的吸收而测定该烧结 原料的含有水分量w的方法，在用被水吸收的波长、比λ 长的长波长侧参照波长λ ρ 比λ 短的短波长侧参照波长入3这3个波长，测定分光反射率1>、1^、1^，从该1^和&算出 波长λ w时的基准分光反射率rW(te，从和求出烧结原料的吸光度k，从基于预先利用干 燥质量法等测定的烧结原料的试样的含有水分量％和吸光度k。而求出的含有水分量w和 吸光度k的关系(校正曲线)，算出烧结原料的含有水分量w的方法中，通过以采用属于波 长为1. 9 μ m 2. 0 μ m的范围的吸收波长作为所述λ w、采用从2. 2 μ m 2. 4 μ m的波长范 围选择的波长作为所述λ L为特征的烧结原料的水分测定方法，与以往相比，可进行优选的 烧结原料的水分测定。在上述本发明的方法中，在从基于预先测定的配合原料的试样的含有水分量&和 吸光度k。而求出的含有水分量w和吸光度k的关系，算出烧结原料的含有水分量w时，含 有水分量w和吸光度k的关系通过原点附近，因此可通过将吸光度k除以比例系数来算出 烧结原料的含有水分量。此外，为了预先对配合原料的试样的含有水分量w进行测定，最好 采用干燥质量法。在上述实施方式中，作为短波长侧参照波长λ s，也可以直接采用以往所用的Xs， 但作为Xs，也可以采用从1.6μπι 1.8μπι的波长范围选择的波长。接着，基于图7，对实现上述本发明的水分测定方法的本发明的烧结原料的水分测 定装置进行说明。本发明的利用红外线通过水进行的吸收而测定烧结原料的含有水分量的水分测 定装置1具有光源2，其对烧结原料照射具有被水吸收的波长λ w的第1红外线、具有比波 长入 长的波长λ J勺第2红外线、具有比波长入 短的波长Xs的第3红外线；检测器3，检 测第1 第3红外线的反射光；带通滤波器4，通过波长λ 、波长λ ρ波长Xs这3个波长 各自的红外线；和运算装置5。关于烧结原料的分光反射率rw、iY、rs，可采用被水吸收的波 长、长波长侧参照波长λ。短波长侧参照波长Xs各自的带通滤波器4(4W、<、4S)来分别 求出。运算装置5从ιγ和rs算出波长λ ff的基准分光反射率，从、和求出吸光度 k，从基于预先测定的烧结原料的试样的含有水分量W。和吸光度k。而求出的含有水分量w 和吸光度k的关系算出烧结原料的含有水分量W。作为所述入 采用属于波长为1.9口!11 2. 0 μ m的范围的吸收波长，作为所述λ L采用从2. 2 μ m 2. 4 μ m的波长范围选择的波长。通过采用这样的本发明的烧结原料的水分测定装置，在所有的烧结原料6中，含 有水分量w和吸光度k的关系都能通过原点附近。关于3个带通滤波器4(4W、仏4S)的选 择，能够使用采用电动机旋转的带通滤波器选择装置7。在上述本发明的烧结原料的水分测定装置中，作为As可以采用选自1.6μπι 1.8μπι中的波长。在如以上所述选择了适当的参照波长的本发明的配合原料(或烧结原料)的水 分测定方法或水分测定装置中，即使配合后的烧结原料的配合前原料的品种或配合比例变 化，红外线分析中的吸光度k和含有水分量w的关系也为通常通过原点附近的线性表达式。即，在从预先测定的烧结原料的试样的含有水分量W。和吸光度k。求出校正曲线，并从该校 正曲线算出烧结原料的含有水分量时，由于含有水分量W和吸光度k的关系通过原点附近， 因此可通过将吸光度k除以比例系数a来算出烧结原料的含有水分量。因此，对于任意的烧 结原料，例如对于在1日内在确定的时机装入烧结机的烧结原料，只要测定所述吸光度k。， 同时利用干燥质量法测定含有水分量W。，根据所述式(1)算出比例常数a，便通常可正确地 保持本发明的水分测定方法及水分测定装置的测定精度。符号说明1 水分测定装置2 光源3 检测器4 带通滤波器5 运算装置6 烧结原料7 带通滤波器选择装置
权利要求
1.一种配合原料的水分测定方法，其是采用3波长式红外线水分计的配合原料的含有 水分测定方法，其特征在于作为比被水吸收的波长入 长的长波长侧参照波长λ,和比所 述波长λ 短的短波长侧参照波长Xs的参照波长组合，采用所述配合原料的含有水分量w 和吸光度k的关系式k = aw+b中的b不依赖于所述配合前原料的配合比率、且在所述红外 线水分计的容许测定误差的范围内所述b被看作为零的参照波长组合。
2.根据权利要求1所述的配合原料的水分测定方法，其特征在于，还具备以下工序 假设多个作为所述长波长侧参照波长λ ^的候补的长波长侧参照波长候补λJ的工序；每当采用多个所述长波长侧参照波长候补λ J的每一个时，对处于水分已被除去的状 态的所述多种配合前原料的每一种的吸光度h进行测定的工序；每当采用多个所述长波长侧参照波长候补λ J的每一个时，对所述多种配合前原料的 每一种的所述吸光度h的平方和除以所述配合前原料的个数得出的值即1 平方和平均值 进行计算的工序；以及从所述多个长波长侧参照波长候补λ J中，选择所述1 平方和平均值为0.001以下的 长波长侧参照波长候补λ J作为所述长波长侧参照波长λ ^的工序。
3.根据权利要求2所述的配合原料的水分测定方法，其特征在于选择所述1 平方和 平均值为最小值的长波长侧参照波长候补λJ作为所述长波长侧参照波长λρ
4.根据权利要求2所述的配合原料的水分测定方法，其特征在于，还具备以下工序 假设多个作为所述长波长侧参照波长λ ^的候补的长波长侧参照波长候补λJ的工序；假设多个作为所述短波长侧参照波长Xs的候补的短波长侧参照波长候补λ /的工序；假设多个由多个所述长波长侧参照波长候补λ J和多个所述短波长侧参照波长候补 λ/组合而成的参照波长组合候补的工序；每当采用多个所述参照波长组合候补的每一个时，对处于水分已被除去的状态的所述 多种配合前原料的每一种的吸光度1 进行测定的工序；每当采用多个所述参照波长组合候补的每一个时，对所述多种配合前原料的每一种的 所述吸光度1 的平方和除以配合前原料的个数得出的值即1 平方和平均值进行计算的工 序；以及从所述多个参照波长组合候补中，选择所述1 平方和平均值为0. 001以下的参照波长 组合候补作为所述参照波长组合的工序。
5.根据权利要求4所述的配合原料的水分测定方法，其特征在于从所述多个参照波 长组合候补中，选择所述h平方和平均值为最小值的参照波长组合候补作为所述参照波长组合。
6.根据权利要求1所述的配合原料的水分测定方法，其特征在于利用多个可通过特 定波长的带通滤波器来选择所述参照波长组合。
7.根据权利要求1所述的配合原料的水分测定方法，其特征在于基于连续波长的红 外线分光测定结果选择所述参照波长组合。
8.根据权利要求1所述的配合原料的水分测定方法，其特征在于所述配合原料为烧结原料，所述被水吸收的波长λ *1.9μπι 2.0μπι的波长， 所述长波长侧参照波长λ ^为从2. 2 μ m 2. 4 μ m的波长范围中选择的波长。
9.根据权利要求8所述的配合原料的水分测定方法，其特征在于所述短波长侧波长 λ s为从1. 6 μ m 1. 8 μ m的波长范围中选择的波长。
10.根据权利要求1所述的配合原料的水分测定方法，其特征在于，具备以下工序 对所述配合原料的试样的吸光度k。进行测定的工序；利用干燥质量法对所述配合原料的试样的含有水分量I进行测定的工序； 通过将所述配合原料的试样的吸光度k。除以所述配合原料的试样的含有水分量I来 算出比例系数a的工序；以及通过将所述配合原料的吸光度k除以所述比例系数a来算出所述配合原料的含有水分 量w的工序。
11.一种配合原料的水分测定装置，其具备 光源，对配合原料照射红外线；检测器，检测所述红外线的反射光；带通滤波器，其分别透过被水吸收的波长、比λ 长的长波长侧参照波长入卩比λ 短的短波长侧参照波长λ s这3个波长；以及运算部，其分别算出所述红外线的分光反射率A、iY、rs，从所述分光反射率ιγ和所述分 光反射率rs算出基准分光反射率，从所述分光反射率Α和所述分光反射率算出所 述配合原料的吸光度k，从基于预先测定的配合原料的试样的含有水分量和吸光度kc而 做成的配合原料的含有水分量w和吸光度k的关系中，算出所述配合原料的含有水分量w ； 所述水分测定装置的特征在于， 所述配合原料为烧结原料；所述被水吸收的波长λ *1.9μπι 2.0μπι的波长； 所述长波长侧参照波长λ ^为从2. 2 μ m 2. 4 μ m的波长范围中选择的波长。
12.根据权利要求11所述的配合原料的水分测定装置，其特征在于所述短波长侧波 长Xs为从1.6μπι 1.8μπι的波长范围中选择的波长。
13.—种配合原料的水分测定方法，其特征在于其采用权利要求11所述的配合原料的水分测定装置，将预先测定的配合原料的试样的吸光度k。除以预先采用干燥质量法测定的配合原料 的试样的含有水分量^，算出比例系数a，对任意的配合原料测定吸光度k，将所述吸光度k除以所述比例系数a，由此测定所述 配合原料的含有水分量W。
全文摘要
本发明提供一种配合原料的水分测定方法，其是采用3波长式红外线水分计的配合原料的含有水分测定方法，其中，作为比被水吸收的波长λW长的长波长侧参照波长λL和比所述波长λW短的短波长侧参照波长λS的参照波长组合，采用所述配合原料的含有水分量w和吸光度k的关系式k＝aw+b中的b不依赖于所述配合前原料的配合比率、且在所述红外线水分计的容许测定误差的范围内所述b被看作为零的参照波长组合。
文档编号G01N21/35GK102084239SQ20098012587
公开日2011年6月1日 申请日期2009年7月7日 优先权日2008年7月7日
发明者国永学, 杉浦雅人, 松本俊司, 矢野正树 申请人:新日本制铁株式会社