(57)【要約】【課題】合金鉄のホウ素濃度の推定を簡便に行うことができる装置及び方法を提供する。【解決手段】  合金鉄のホウ素濃度の推定装置は、高速中性子を放射する中性子線源１２と、中性子線源１２によって放射された高速中性子を熱中性子に変換するための減速材１３と、合金鉄Ｆを収容する収容空間２１ａを有し、減速材１３によって変換された熱中性子が放射される収容ケース２０とを備えている。この推定装置は、収容空間２１ａを通過してきた熱中性子の数の計数結果、及び予め定められている収容空間２１ａを通過する熱中性子の数と収容空間２１ａ中のホウ素重量との関係に基づいて、収容空間２１ａ中のホウ素重量を特定し、その特定した収容空間２１ａ中のホウ素重量、及び合金鉄Ｆの重量に基づいて、合金鉄Ｆのホウ素濃度を推定する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高速中性子を放射する中性子線源と、
前記中性子線源によって放射された高速中性子を熱中性子に変換するための減速材と、
合金鉄を収容する収容空間を有し、前記減速材によって変換された熱中性子が放射される収容ケースと、
前記収容空間を通過してきた熱中性子の数を計数する計数手段と、
前記計数手段により計数された熱中性子の数、及び予め定められている前記収容空間を通過する熱中性子の数と前記収容空間中のホウ素重量との関係に基づいて、前記収容空間中のホウ素重量を特定する特定手段と、
前記特定手段により特定された前記収容空間中のホウ素重量、及び前記合金鉄の重量に基づいて、前記合金鉄のホウ素濃度を推定する推定手段と
を備える、合金鉄のホウ素濃度の推定装置。
【請求項２】
前記合金鉄は、出荷状態の合金鉄である、
請求項１に記載の合金鉄のホウ素濃度の推定装置。
【請求項３】
前記収容空間は、直方体形状をなしている、
請求項２に記載の合金鉄のホウ素濃度の推定装置。
【請求項４】
合金鉄を収容する収容空間を備えた収容ケースに対して熱中性子を放射するステップと、
前記収容空間を通過してきた熱中性子の数を計数するステップと、
計数した熱中性子の数、及び予め定められている前記収容空間を通過する熱中性子の数と前記収容空間中のホウ素重量との関係に基づいて、前記収容空間中のホウ素重量を特定するステップと、
特定した前記収容空間中のホウ素重量、及び前記合金鉄の重量に基づいて、前記合金鉄のホウ素濃度を推定するステップと
を有する、合金鉄のホウ素濃度の推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、合金鉄のホウ素の濃度を推定する推定装置及び推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼板に残存するホウ素の濃度を測定するための技術として、従来種々のものが提案されている。例えば、特許文献１には、中性子線源を有する中性子照射器と、中性子反射材で構成され、処理対象であるステンレス鋼板を載置する平板状の反射材台とを備え、中性子線源より発せられ且つ反射材台により散乱減速させられた熱中性子のうち、ステンレス鋼板を透過する熱中性子の数を計数することによって、ステンレス鋼板中のホウ素等の中性子吸収物質の含有率を測定する測定装置が開示されている。この測定装置の場合、中性子照射器と反射材台とでステンレス鋼板を隙間なく挟持することができるため、そのステンレス鋼板におけるホウ素の含有率を精度良く測定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１９３６１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、鉄鋼の副原料となる合金鉄に多くのホウ素が含まれている場合、それを用いて製造される鋼材の性能に影響を与えることがあるため、製造後の鋼材のホウ素濃度のみではなく、合金鉄のホウ素濃度を管理する必要性も認められる。しかしながら、合金鉄の場合、鋼板のように板状の形態を有することは稀であり、通常は様々な形状をなしているため、上述した従来の測定装置では、中性子照射器と反射材台とで隙間なく挟持することはできず、正確に測定を行うことは困難である。
【０００５】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、合金鉄のホウ素濃度を簡便に推定することができる推定装置及び推定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者等は、合金鉄の形状が様々であることを考慮して、合金鉄を粉砕して粉状にし、それを所定形状の容器に充填した上で、ホウ素濃度の測定を行うことを検討したが、コスト等を考慮すると好ましくないと考え、以下を発明した。
【０００７】
本発明の一の態様の合金鉄のホウ素濃度の推定装置は、高速中性子を放射する中性子線源と、前記中性子線源によって放射された高速中性子を熱中性子に変換するための減速材と、合金鉄を収容する収容空間を有し、前記減速材によって変換された熱中性子が放射される収容ケースと、前記収容空間を通過してきた熱中性子の数を計数する計数手段と、前記計数手段により計数された熱中性子の数、及び予め定められている前記収容空間を通過する熱中性子の数と前記収容空間中のホウ素重量との関係に基づいて、前記収容空間中のホウ素重量を特定する特定手段と、前記特定手段により特定された前記収容空間中のホウ素重量、及び前記合金鉄の重量に基づいて、前記合金鉄のホウ素濃度を推定する推定手段とを備える。
【０００８】
上記態様において、前記合金鉄は、出荷状態の合金鉄であることが好ましい。
【０００９】
また、上記態様において、前記収容空間は、直方体形状をなしていることが好ましい。
【００１０】
また、本発明の一の態様の合金鉄のホウ素濃度の推定方法は、合金鉄を収容する収容空間を備えた収容ケースに対して熱中性子を放射するステップと、前記収容空間を通過してきた熱中性子の数を計数するステップと、計数した熱中性子の数、及び予め定められている前記収容空間を通過する熱中性子の数と前記収容空間中のホウ素重量との関係に基づいて、前記収容空間中のホウ素重量を特定するステップと、特定した前記収容空間中のホウ素重量、及び前記合金鉄の重量に基づいて、前記合金鉄のホウ素濃度を推定するステップとを有する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る合金鉄のホウ素濃度の推定装置及び推定方法によれば、合金鉄のホウ素濃度を簡便に推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態に係るホウ素濃度推定装置の構成を示すブロック図。
【図２】実施の形態に係るホウ素濃度推定装置が備える濃度推定装置本体部の構成を示す断面図。
【図３】熱中性子の計数値と収容空間中のホウ素重量との関係を示すグラフ。
【図４】ホウ素濃度推定処理の手順を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下に示す各実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための方法及び装置を例示するものであって、本発明の技術的思想は下記のものに限定されるわけではない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において種々の変更を加えることができる。
【００１４】
（ホウ素濃度推定装置の構成）
図１は、本実施の形態に係るホウ素濃度推定装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、ホウ素濃度推定装置（以下、「濃度推定装置」という）１は、濃度推定装置本体部１ａと、濃度推定装置本体部１ａから入力された情報に基づいて合金鉄のホウ素濃度の推定を行う制御装置１ｂとを備えている。制御装置１ｂは、計数部５０、演算部６０、記憶部７０及び表示部８０を備えている。なお、制御装置１ｂとしては、例えばパーソナルコンピュータを用いることができる。
【００１５】
濃度推定装置本体部１ａは、ホウ素濃度推定の処理対象に対して熱中性子を照射するための中性子照射器１０と、その処理対象である合金鉄Ｆを収容する収容ケース２０と、収容ケース２０を通過した熱中性子を検出するための中性子検出器３０と、収容ケース２０に収容された合金鉄Ｆの重量を測定するための秤量器４０とを備えている。ここで、収容ケース２０は、中性子照射器１０と中性子検出器３０との間に配置され、これら中性子照射器１０及び中性子検出器３０と隙間なく接して設けられている。
【００１６】
以下、濃度推定装置本体部１ａの構成要素の詳細について説明する。図２は、濃度推定装置本体部１ａの構成を示す断面図である。
中性子照射器１０は、筐体１１と、その筐体１１内に設けられた中性子線源１２及び高速中性子を減速させて熱中性子に変換させるための減速材１３とを備えている。筐体１１は、収容ケース２０側の面が開放された中空直方体形状をなしており、その内部に直方体形状の収容空間を有している。この筐体１１は、カドミウム板等の中性子を遮蔽可能な板状部材で構成されている。これにより、上記の開放面以外から中性子が外方へ漏洩することを防止することができる。
【００１７】
中性子線源１２は、高速中性子を全方向に放射する線源であり、例えば、カリホルニウム２５２（Ｃｆ−２５２）中性子密封線源等で構成されている。この中性子線源１２は、筐体１１内において、収容ケース２０が設けられている側とは反対側の壁の内壁に取り付けられている。また、減速材１３は、ポリエチレン板で構成されており、筐体１１の開放面を覆うように、収容ケース２０と接触して設けられている。
【００１８】
収容ケース２０は、アルミニウム製の板状部材で構成された筐体２１を備えている。この筐体２１は、上側の面が開放された中空直方体形状をなしており、その内部に直方体形状の収容空間２１ａを有している。ホウ素濃度推定の処理対象である合金鉄Ｆは、筐体２１の開放面から挿入され、収容空間２１ａ内に収容される。本実施の形態において処理対象とされる合金鉄Ｆとしては、シリコンマンガン（ＳｉＭｎ）を挙げることができる。但し、フェロシリコン（ＦｅＳｉ）及びフェロマンガン（ＦｅＭｎ）等の他の合金鉄を処理対象としてもよい。
【００１９】
なお、合金鉄は、製造工程において、厚さ数ｃｍ程度の板状にして冷却された後に、クラッシャーで粉砕されて数十ｍｍ程度の粒径の塊となり、出荷される。そのサイズ・形状はまちまちであり、例えば、１００ｍｍを超える粒径のものもあれば、２０ｍｍ程度のものもある。収容ケース２０が有する収容空間２１ａは、このようにサイズ・形状がまちまちな合金鉄の大部分を収容可能な程度のサイズ・形状を有している。これにより、多くの合金鉄を出荷状態のまま処理対象とすることが可能になる。
【００２０】
上述した収容ケース２０は、図１に示すように、秤量器４０と接続されている。秤量器４０は、収容ケース２０の収容空間２１ａ内に合金鉄Ｆが収容された場合、その合金鉄Ｆの重量を測定する。この秤量器４０は、制御装置１ｂの演算部６０とも接続されており、合金鉄Ｆの重量の測定結果を示す信号を演算部６０に対して出力する。
【００２１】
中性子検出器３０は、筐体３１と、その筐体３１内に設けられた熱中性子検出管３２とを備えている。筐体３１は、中空直方体形状をなしており、その内部に直方体形状の収容空間を有している。この収容空間内に取り付けられる熱中性子検出管３２としては、例えばＨｅ３検出管を用いることができる。この熱中性子検出管３２は、収容ケース２０を通過してきた熱中性子を検出する。中性子検出器３０は、図１に示すように、制御装置１ｂの計数部５０と接続されており、熱中性子検出管３２による熱中性子の検出結果を示す信号を計数部５０に対して出力する。
【００２２】
計数部５０は、中性子検出器３０から入力された信号に基づいて熱中性子の数を計数し、その計数結果を示す信号を演算部６０に出力する。演算部６０は、計数部５０から入力された信号と、記憶部７０に記憶されているコンピュータプログラム及び各種データとを用いて、後述するように合金鉄Ｆのホウ素濃度を推定し、その推定結果を示す信号を表示部８０に出力する。表示部８０は、その推定結果を示す情報を画面上に表示する。
【００２３】
中性子照射器１０が備える中性子線源１２から放射された高速中性子は、中性子照射器１０の筐体１１内を伝播し、減速材１３に衝突して減速する。この衝突が繰り返されることにより、高速中性子は熱中性子に変換される。このようにして生じた熱中性子は、収容ケース２０に入射し、収容ケース２０の収容空間２１ａ内を伝播する。その後、収容ケース２０を通過した熱中性子は中性子検出器３０によって検出され、その数が、計数部５０によって計数される。
【００２４】
収容ケース２０の収容空間２１ａにおいて、中性子の吸収断面積が他の元素と比べて格段に大きいホウ素が存在する場合、熱中性子の多くはそのホウ素に吸収されるため、当該収容空間２１ａを通過する熱中性子の数が減少する。本実施の形態の場合、この収容空間２１ａには合金鉄Ｆが収容されるため、この合金鉄Ｆに含まれるホウ素により熱中性子の多くが吸収されることになる。収容ケース２０の収容空間２１ａ内に、熱中性子を吸収する元素としてホウ素以外のものが存在していたとしても、その元素に吸収される熱中性子の数は極めて僅かである。そのため、熱中性子の数の減少は、収容空間２１ａ中に存在するホウ素によるものが支配的であるといえる。したがって、収容空間２１ａを通過した熱中性子の数と、その収容ケース２０の収容空間２１ａ中に存在するホウ素の重量とには一定の関係が成立すると考えられる。後述するように、本実施の形態では、この関係を利用して合金鉄Ｆのホウ素濃度の推定を行う。
【００２５】
上記の収容ケース２０を通過した熱中性子の数と収容ケース２０の収容空間２１ａ中に存在するホウ素の量との関係（以下、検量線という）は、次のようにして求められる。
まず、合金鉄Ｆのサンプルを複数用意し、それらのサンプルのそれぞれについて以下の処理を行う。
（１）ＩＣＰ発光分光分析法によって各サンプルのホウ素濃度を測定する。
（２）測定されたホウ素濃度及びサンプルの重量に基づいて、サンプルに含まれるホウ素の重量を測定する。
（３）サンプルを収容ケース２０の収容空間２１ａ内に収容する。
（４）中性子線源１２から高速中性子を放射し、これを減速材１３にて熱中性子に変換させて、収容ケース２０に入射させる。
（５）収容空間２１ａを通過してきた熱中性子を中性子検出器３０にて検出し、その検出結果に基づいて計数部５０にて熱中性子の数を計数する。
上記（２）及び（５）の結果を２次元空間上にプロットすることにより検量線が得られる。図３は、その検量線の一例を示すグラフである。このグラフにおいて、縦軸は収容空間２１ａ中のホウ素重量（ｍｇ）を、横軸は熱中性子の計数値（千個／分）をそれぞれ示している。ここでは、収容空間２１ａ内に収容される合金鉄に含まれるホウ素の重量と、収容空間２１ａ中のホウ素重量とが一致するものと仮定している。このような検量線を示すデータは、制御装置１ｂの記憶部７０に記憶され、後述するホウ素濃度推定処理の際に参照される。
【００２６】
（濃度推定装置の動作）
次に、上述したように構成されている濃度推定装置１の動作について、フローチャートを参照しながら説明する。
図４は、本実施の形態の濃度推定装置によって実行されるホウ素濃度推定処理の手順を示すフローチャートである。まず、処理対象として出荷状態の合金鉄Ｆを用意し、これを収容ケース２０の収容空間２１ａ内に収容する。その後、秤量器４０によってその合金鉄Ｆの重量Ｗが測定される（Ｓ１０１）。その結果得られた重量Ｗを示す信号は、秤量器４０から演算部６０に出力される。
【００２７】
次に、中性子線源１２から高速中性子が放射される（Ｓ１０２）。このようにして放射された高速中性子の一部は、減速材１３に衝突して減速し、熱中性子に変換される。その熱中性子の一部は、収容ケース２０の収容空間２１ａを通過する際に、収容空間２１ａ中に存在している元素に衝突して吸収される。上述したように、ホウ素は中性子の吸収断面積が他の元素と比べて格段に大きいため、収容空間２１ａ中の元素に吸収される熱中性子のほとんどはホウ素に衝突して吸収されることになる。他方、当該元素に吸収されずに収容空間２１ａを通過した熱中性子は、中性子検出器３０によって検出される（Ｓ１０３）。
【００２８】
上述した熱中性子の検出は一定時間（例えば、１分間）にわたって行われ、その検出結果を示す信号が中性子検出器３０から計数部５０に対して出力される。計数部５０は、入力された信号に基づいて、収容ケース２０の収容空間２１ａを通過した熱中性子の数Ｎを計数し（Ｓ１０４）、その計数結果を示す信号を演算部６０へ出力する。
【００２９】
演算部６０は、計数部５０から入力された信号に基づいて、収容ケース２０の収容空間２１ａを通過した熱中性子の数Ｎを取得し、それを記憶部７０に記憶されている検量線に当てはめることによって、収容空間２１ａ中のホウ素重量Ｗｂを特定する（Ｓ１０５）。
【００３０】
次に、演算部６０は、秤量器４０から入力された信号に基づいて、収容空間２１ａ内の合金鉄の重量Ｗを取得し、その重量Ｗと、Ｓ１０５にて得られたホウ素重量Ｗｂとを用いて、以下の式１により合金鉄のホウ素濃度を推定する（Ｓ１０６）。
合金鉄のホウ素濃度（ppm）＝Ｗｂ／Ｗ  …  式１
このようにして推定された合金鉄のホウ素濃度は、表示部８０の画面に表示される（Ｓ１０７）。
【００３１】
上述したように、本実施の形態の場合、合金鉄を収容ケース２０の収容空間２１ａ内に収容し、その収容空間２１ａを通過した熱中性子の数に基づいて、その合金鉄のホウ素濃度を推定している。そのため、合金鉄のサイズ・形状がまちまちであっても、収容空間２１ａ内に収まるのであれば、ホウ素濃度の推定を行うことができる。したがって、合金鉄を出荷状態のまま処理対象とすることができるため、粉砕して粉体にする等の手間は不要となり、効率的にホウ素濃度の測定を行うことが可能になる。合金鉄の場合、電気炉における１回の出湯においてホウ素濃度が連続して変化するという傾向があるため、例えば出湯開始付近で得られたものと出湯終了付近で得られたものとでは、ホウ素濃度に大きな違いが生じる場合がある。そのため、異なるタイミングで得られた複数の合金鉄についてホウ素濃度の推定を行い、例えばその平均値をとって１ロットの合金鉄のホウ素濃度とする等の対応が必要になる。したがって、本実施の形態のように効率的にホウ素濃度の推定を行うことができることには大きなメリットが認められる。
【００３２】
（その他の実施の形態）
上述した実施の形態においては、収容ケース２０の収容空間２１ａが直方体形状をなしているが、本発明はこれに限定されるわけではなく、処理対象となる合金鉄が収容可能であれば他の形状であってもよい。但し、推定誤差を少なくするためにも、処理対象となる合金鉄を収容したときに隙間ができる限り小さくなる形状であることが好ましい。出荷状態の合金鉄は、厚さ数ｃｍ程度の板状のものが破砕されたものであることを考慮すると、この収容空間２１ａは、当該数ｃｍよりも若干大きな幅を有する直方体形状等であることが好ましい。なお、処理対象の合金鉄Ｆのサイズが小さい場合も上記の隙間が比較的大きくなるため推定誤差が大きくなることがあり得る。その場合において、収容ケース２０の収容空間２１ａ内に複数個の合金鉄Ｆを収容可能なときは、その複数個の合金鉄Ｆを収容することが好ましい。
【００３３】
また、上述した実施の形態では、処理対象として出荷状態の合金鉄を用いているが、本発明はこれに限定されるわけではなく、収容ケース２０の収容空間２１ａ内に収容可能な合金鉄であれば他のものであっても構わない。例えば、製造工程においてクラッシャーで粉砕される前の板状のものを処理対象としてもよく、出荷状態の合金鉄をより小さな形状に加工したものを処理対象としてもよい。
【００３４】
なお、処理対象の合金鉄Ｆに多くの水分が含まれる場合、推定誤差が大きくなることがあり得る。そのため、合金鉄Ｆに含まれる水分量に応じて定められた補正係数を用いて推定結果を補正したり、その水分量に応じて異なる検量線を用意して推定処理を行ったり等の対応を行うようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明の合金鉄のホウ素濃度の推定装置及び推定方法はそれぞれ、出荷状態の合金鉄のホウ素濃度を推定する装置及び方法等として有用である。
【符号の説明】
【００３６】
１  ホウ素濃度推定装置
１ａ  濃度推定装置本体部
１ｂ  制御装置
１０  中性子照射器
１１  筐体
１２  中性子線源
１３  減速材
２０  収容ケース
２１  筐体
２１ａ  収容空間
３０  中性子検出器
３１  筐体
３２  熱中性子検出管
４０  秤量器
５０  計数部
６０  演算部
７０  記憶部
８０  表示部
【図１】
2018159619.tif 000003
【図２】
2018159619.tif 000004
【図３】
2018159619.tif 000005
【図４】
2018159619.tif 000006