(57)【要約】【課題】精錬炉から発生するダストの濃度を適切に測定する。【解決手段】精錬炉の排ガスを湿式集塵した集塵水を採取し、当該集塵水中のダスト濃度を測定するダスト濃度測定装置２００は、集塵水の密度を測定する密度計２５０と、集塵水の温度を測定する温度計２４０と、密度計２５０で測定した集塵水の密度と、温度計２４０で測定した集塵水の温度から予測される純水の密度との差より、集塵水中のダスト濃度を算出する演算部２７０と、を有する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
精錬炉の排ガスを湿式集塵した集塵水を採取し、当該集塵水中のダスト濃度を測定する装置であって、
集塵水の密度を測定する密度計と、
集塵水の温度を測定する温度計と、
前記密度計で測定した集塵水の密度と、前記温度計で測定した集塵水の温度から予測される純水の密度との差より、集塵水中のダスト濃度を算出する演算部と、を有することを特徴とする、ダスト濃度測定装置。
【請求項２】
前記演算部は、下記式（１）を用いて集塵水中のダスト濃度を算出することを特徴とする、請求項１に記載のダスト濃度測定装置。
Ｃ＝（ρmeasure−ρwater）×ρdust／（ρdust−ρwater）  ・・・（１）
但し、Ｃ：ダスト濃度、ρmeasure：前記密度計で測定した集塵水の密度、ρwater：前記温度計で測定した集塵水の温度から予測される純水の密度、ρdust：ダスト粒子の密度
【請求項３】
集塵水を採取する位置は、排ガスと集塵水を分離した直後の当該集塵水を一時的に貯留する下部水槽であって、
前記下部水槽の集塵水を採取するポンプと、
集塵水中の気泡を除去する脱泡器と、をさらに有することを特徴とする、請求項１又は２に記載のダスト濃度測定装置。
【請求項４】
前記脱泡器の内圧を調整する圧力調整弁をさらに有し、
前記圧力調整弁は、前記密度計に対し集塵水の流通方向下流側に設けられていることを特徴とする、請求項３に記載のダスト濃度測定装置。
【請求項５】
前記ポンプは容積式であることを特徴とする、請求項３又は４に記載のダスト濃度測定装置。
【請求項６】
前記ポンプはぜん動式であることを特徴とする、請求項５に記載のダスト濃度測定装置。
【請求項７】
前記脱泡器の径は、当該脱泡器に集塵水を流入させる配管の径の３倍以上であり、
前記脱泡器の高さは、前記配管の径の３６倍以上であることを特徴とする、請求項３〜６のいずれか一項に記載のダスト濃度測定装置。
【請求項８】
集塵水を採取する位置は、前記排ガスを湿式集塵する集塵機と、前記集塵水を処理する集塵水処理装置との間に設けられた樋であって、
前記樋を流通する集塵水を採取するポンプをさらに有することを特徴とする、請求項１又は２に記載のダスト濃度測定装置。
【請求項９】
集塵水を流通させる配管をさらに有し、
前記ポンプは、集塵水を鉛直上方に流通させる前記配管の内部及び前記ポンプの内部において、集塵水の流速を０．４５ｍ／ｓ以上に制御することを特徴とする、請求項３〜８のいずれか一項に記載のダスト濃度測定装置。
【請求項１０】
精錬炉の排ガスを湿式集塵した集塵水中のダスト濃度を測定する方法であって、
集塵水を連続的に採取し、密度計及び温度計を通過させ、
前記密度計で測定した集塵水の密度と、前記温度計で測定した集塵水の温度から予測される純水の密度との差より、集塵水中のダスト濃度を算出することを特徴とする、ダスト濃度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、精錬炉、特に転炉の排ガスを湿式集塵した集塵水を採取し、当該集塵水中のダスト濃度を測定する測定装置、及び当該測定装置を用いた測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
転炉操業では吹錬中に鉄分（鉄、酸化鉄）主体のダストが発生し、歩留り低下の要因となっている。そこで、ダスト低減による歩留まり改善が望まれているが、このためには先ず、転炉から発生する排ガス中のダスト濃度を把握することが必要である。
【０００３】
従来、ダスト濃度の測定方法として濾過分析が行われており、例えば湿式集塵した集塵水を一時的に貯留する下部水槽から、集塵水をサンプリングし、当該集塵水中のダスト濃度を測定している。このダスト濃度の測定方法としては、例えば「ＪＩＳ  Ｋ  ０１０２  １４．１  懸濁物質」を改良した方法がある。この方法では、適量を濾過機に注ぎ入れるが、幅広い粒径分布を持つダストでは代表性が得られないため、採取したサンプルを全量濾過する。しかしながら、かかる場合、集塵水をサンプリングしてからのダスト運搬、濾過、乾燥、秤量の一連の手順に大きな負荷がかかり、時間分解能を向上させることが難しく、全チャージのダスト発生量測定は事実上不可能である。ここで転炉操業で用いられる「チャージ」について説明する。すなわち、巨大な樽型の転炉に溶銑を装入（charge）し、酸素ガスを吹いて炭素等の不純物を酸化させ溶鋼に精錬する処理がバッチ（batch；回分）処理であることから、「チャージ」が転炉操業の処理単位として用いられる。
【０００４】
そこで、ダスト濃度を連続的に測定する方法が種々提案されている。例えば特許文献１には、湿式集塵機から集塵水処理設備までの集塵水流路にて、集塵水中に超音波を投射し、その減衰率を測定することで、ダスト濃度を推定することが提案されている。
【０００５】
特許文献２には、湿式集塵機の集塵水を連続的に採取し、集塵水に所定量の希釈水を混合し、希釈後の集塵水の光減衰率（白色光の減衰率）を測定することで、集塵水中のダスト濃度を推定することが提案されている。また、特許文献２には、光減衰率を測定する光学素子を決められた時間ごとに洗浄することで、常に精度よく測定することも提案されている。
【０００６】
特許文献３には、高濃度ダストを含む排ガス煙道内にマイクロ波を照射し、反射波がドップラーシフトすることを利用し、ドップラーシフト反射波の振幅の大きさをダスト濃度として捉える方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−３６９０７号公報
【特許文献２】特開２００１−１６５８５６号公報
【特許文献３】特開２００７−７１８２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載された方法では、その出力（減衰率）はダスト濃度を間接的に捉えたものであって、実際のダスト濃度（水体積当たりのダスト質量）そのものを表す値ではない。したがって、この出力値からダスト濃度を推定するためには、濾過分析などの手動分析法によって得たダスト濃度と照合し、換算式を作成する必要がある。しかしながら、減衰率はダストの粒径により検出強度が大きく変化することが予測される。すなわち、ダスト粒径分布が異なる場合、それに応じて換算式も調整しなければならない。このため、例えば転炉の吹錬方法によりダスト粒径が変化すると、同じ換算式では正確にダスト濃度を測定することができない。
【０００９】
特許文献２に記載された方法でも、光減衰率を用いてダスト濃度を推定しているので、特許文献１に記載された方法と同様の課題がある。すなわち、光（白色光）はダスト粒径に影響を受けるため、正確にダスト濃度を測定することができない。さらに、光学素子を定期的に洗浄しているが、この洗浄には非常に手間がかかる。
【００１０】
特許文献３に記載された方法では、排ガス煙道内にマイクロ波を照射してダスト濃度を推定しているが、排ガス煙道内においてダスト濃度の分布は均一ではなく偏りがある。このため、排ガス煙道に対するマイクロ波濃度計の設置場所によって測定結果が変わってしまい、正確にダスト濃度を測定することができない。
【００１１】
以上のように従来のダスト濃度測定方法には改善の余地がある。
【００１２】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、精錬炉から発生するダストの濃度を適切に測定することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決する本発明は、精錬炉の排ガスを湿式集塵した集塵水を採取し、当該集塵水中のダスト濃度を測定する装置であって、集塵水の密度を測定する密度計と、集塵水の温度を測定する温度計と、前記密度計で測定した集塵水の密度と、前記温度計で測定した集塵水の温度から予測される純水の密度との差より、集塵水中のダスト濃度を算出する演算部と、を有することを特徴としている。
【００１４】
本発明のダスト濃度測定装置では、集塵水を連続的に採取し、密度計及び温度計を通過させる。そして、密度計で測定した集塵水の密度と、温度計で測定した集塵水の温度から予測される純水の密度との差より、集塵水中のダスト濃度を算出することができる。かかる場合、集塵水の温度を考慮して、当該集塵水中のダストの密度、すなわち質量を直接測定することができ、上述した特許文献１、２に記載の超音波や光を用いた場合のようにダスト粒径や集塵水の温度に影響を受けることなく、精度よく正確に集塵水中のダスト濃度を測定することができる。
【００１５】
また、集塵水には排ガス中のダストがほぼすべて含まれるので、本発明のように集塵水中のダスト濃度を測定することで、精錬炉から発生する排ガス中のダスト濃度と推定することができる。このため、上述した特許文献３に記載したように排ガス煙道内で偏った分布のダスト濃度を測定することがなく、精度よく正確に排ガス中のダスト濃度を測定することができる。
【００１６】
前記演算部は、下記式（１）を用いて集塵水中のダスト濃度を算出してもよい。
Ｃ＝（ρmeasure−ρwater）×ρdust／（ρdust−ρwater）  ・・・（１）
但し、Ｃ：ダスト濃度、ρmeasure：前記密度計で測定した集塵水の密度、ρwater：前記温度計で測定した集塵水の温度から予測される純水の密度、ρdust：ダスト粒子の密度
【００１７】
集塵水を採取する位置は、排ガスと集塵水を分離した直後の当該集塵水を一時的に貯留する下部水槽であって、前記ダスト濃度測定装置は、前記下部水槽の集塵水を採取するポンプと、集塵水中の気泡を除去する脱泡器と、をさらに有していてもよい。なお、本発明において、集塵水を採取する位置である下部水槽は、下部水槽の内部に加え、下部水槽から流出した直後の位置も含む。
【００１８】
前記ダスト濃度測定装置は、前記脱泡器の内圧を調整する圧力調整弁をさらに有し、前記圧力調整弁は、前記密度計に対し集塵水の流通方向下流側に設けられていてもよい。
【００１９】
前記ポンプは容積式であってもよい。また、前記ポンプはぜん動式であってもよい。
【００２０】
前記脱泡器の径は、当該脱泡器に集塵水を流入させる配管の径の３倍以上であり、前記脱泡器の高さは、前記配管の径の３６倍以上であってもよい。
【００２１】
集塵水を採取する位置は、前記排ガスを湿式集塵する集塵機と、前記集塵水を処理する集塵水処理装置との間に設けられた樋であって、前記ダスト濃度測定装置は、前記樋を流通する集塵水を採取するポンプをさらに有していてもよい。
【００２２】
前記ダスト濃度測定装置は、集塵水を流通させる配管をさらに有し、前記ポンプは、集塵水を鉛直上方に流通させる前記配管の内部及び前記ポンプの内部において、集塵水の流速を０．４５ｍ／ｓ以上に制御してもよい。
【００２３】
別な観点による本発明は、精錬炉の排ガスを湿式集塵した集塵水中のダスト濃度を測定する方法であって、集塵水を連続的に採取し、密度計及び温度計を通過させ、前記密度計で測定した集塵水の密度と、前記温度計で測定した集塵水の温度から予測される純水の密度との差より、集塵水中のダスト濃度を算出することを特徴としている。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、密度計と温度計で集塵水の密度と温度をそれぞれ測定することにより、精錬炉から発生するダストの濃度を適切に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】転炉の排ガス処理設備の構成の概略を示す説明図である。
【図２】ダスト濃度測定装置の基本構成を示す説明図である。
【図３】集塵水中のダストの粒径分布を示すグラフである。
【図４】ダスト粒径とダストの終端沈降流速との関係を示すグラフである。
【図５】第１の実施形態にかかるダスト濃度測定装置の構成の概略を示す説明図である。
【図６】脱泡器の構成の概略を示す説明図である。
【図７】脱泡器の径と高さについてのシミュレーションの結果（気泡除去率）を示すグラフである。
【図８】第２の実施形態にかかるダスト濃度測定装置の構成の概略を示す説明図である。
【図９】実施例において、温度計で測定した集塵水の温度の経時変化を示すグラフである。
【図１０】実施例において、密度計で測定した集塵水の密度の経時変化と、温度計で測定した集塵水の温度から予測される純水の密度の経時変化とを示すグラフである。
【図１１】実施例において、図１０の集塵水密度と純水密度に基づき、式（１）を用いて算出したダスト濃度の経時変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。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要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２７】
＜排ガス処理設備＞
先ず、本実施形態にかかるダスト濃度測定装置が設けられた排ガス処理設備について説明する。図１は、転炉の排ガス処理設備の構成の概略を示す説明図である。排ガス処理設備１では、転炉１０から発生しダストを含む排ガス（ＣＯ、ＣＯ２、Ｎ２ガスを主成分とするガス）を湿式で処理する。
【００２８】
転炉１０の上方には、炉口フード１１及び排ガスダクトの輻射部（以下、単に輻射部とも言う。）１２が設けられ、さらに輻射部１２の後段（下流側）には、一次集塵機１３、二次集塵機１４、及び誘引送風機１５が順次設けられている。転炉１０の排ガスは誘引送風機１５で吸引され、炉口フード１１及び輻射部１２を通って、一次集塵機１３及び二次集塵機１４で除塵される。さらに、除塵された排ガスは誘引送風機１５を経由し、ＣＯ濃度の高い排ガスは有価ガスとしてガスホルダー（図示せず）に送られ、一方ＣＯ濃度の低い排ガスは煙突（図示せず）を通って頂部で燃焼されて大気中に放散される。
【００２９】
一次集塵機１３と二次集塵機１４はそれぞれ、排ガスを湿式集塵するものであり、例えばベンチュリスクラバーが用いられる。そして、一次集塵機１３と二次集塵機１４では集塵用の水が循環して使用される。
【００３０】
より詳細に説明すると、一次集塵機１３と二次集塵機１４で使用する集塵水は貯水池２０に貯えられており、貯水池２０内の集塵水は、ポンプ２１により配管２２を通って、先ず二次集塵機１４に導入される。二次集塵機１４から排出された集塵水は、二次集塵機１４の直下に設けられた下部水槽３０に一時的に貯留され、その後、ポンプ３１により配管３２を通って一次集塵機１３に導入される。一次集塵機１３に導入された集塵水は排ガス中のダストを取り込み、ダストを含む集塵水となる。集塵水は一次集塵機１３の直下に設けられた下部水槽４０に一時的に貯留され、その後、配管４１と樋４２（オープントラフ）を通って製鋼工場に隣接する集塵水処理装置５０に流入する。なお、これら配管４１と樋４２とは、製鋼工場の外部で接続され、切り替えられる。集塵水処理装置５０は、例えば粗粒分離器５１とシックナー５２から構成され、集塵水中のダストを除去する。そして、集塵水処理装置５０でダストが除去された集塵水は、配管５３を通って貯水池２０に戻る。このように、集塵水は循環して使用される。
【００３１】
排ガス処理設備１には、本実施形態にかかるダスト濃度測定装置が設けられている。後述するようにダスト濃度測定装置は、一次集塵機１３から集塵水処理装置５０までの間に設けられ、第１の実施形態では一次集塵機１３の直下の下部水槽４０に設けられ、第２の実施形態では樋４２に設けられる。転炉１０で発生するダストの大部分、少なくとも９０％以上は一次集塵機１３で除去されるため、一次集塵機１３で集塵された集塵水中のダスト濃度を測定すれば、転炉１０の排ガス中のダスト濃度を推定することができる。
【００３２】
＜ダスト濃度測定装置における測定原理＞
ここで、本実施形態のダスト濃度測定装置における、ダスト濃度の測定原理について説明する。図２はダスト濃度測定装置１００の基本構成を示す説明図である。
【００３３】
ダスト濃度測定装置１００は、集塵水を流通させる配管１０１、集塵水を採取するためのポンプ１０２、集塵水の温度を測定する温度計１０３、集塵水の密度を測定する密度計１０４、及び演算部１０５を有している。配管１０１には、ポンプ１０２、温度計１０３、及び密度計１０４が順次設けられている。なお、以下の説明では、配管１０１内の集塵水の流通方向上流側を上流側といい、集塵水の流通方向下流側を下流側という。そして、温度計１０３と密度計１０４の配置は、いずれが上流側であってもよい。
【００３４】
温度計１０３は、集塵水の温度を測定できれば特に限定されるものではないが、例えば測温抵抗体が用いられる。密度計１０４は、集塵水の密度を測定できれば特に限定されるものではないが、例えば振動式密度計としてコリオリ流量計が用いられる。コリオリ流量計の最小分解能は例えば０．５ｇ／Ｌであり、集塵水中の微量のダストも検出することができる。演算部１０５は、例えばコンピュータであり、後述するように温度計１０３と密度計１０４の測定結果に基づいて、集塵水中のダスト濃度を測定する。
【００３５】
ダスト濃度測定装置１００では、一次集塵機１３で集塵されたダストを含む集塵水をポンプ１０２で連続的に採取し、温度計１０３で集塵水の温度を測定するとともに、密度計１０４で集塵水の密度を測定する。温度計１０３と密度計１０４の測定結果はそれぞれ、演算部１０５に出力される。
【００３６】
演算部１０５では、温度計１０３で測定した集塵水の温度から純水の密度を予測する。そして、演算部１０５は、密度計１０４で測定した集塵水の密度と、この予測された純水の密度との差より、集塵水中のダスト濃度を算出する。具体的には、下記式（１）を用いてダスト濃度を算出する。なお、下記式（１）における濃度又は密度の単位は、本実施形態のｋｇ／ｍ３であってもよいし、ｇ／Ｌ又はｋｇ／Ｌであってもよい。
Ｃ＝（ρmeasure−ρwater）×ρdust／（ρdust−ρwater）  ・・・（１）
但し、Ｃ：ダスト濃度（ｋｇ／ｍ３）、ρmeasure：密度計１０４で測定した集塵水の密度（ｋｇ／ｍ３）、ρwater：温度計１０３で測定した集塵水の温度から予測される純水の密度（ｋｇ／ｍ３）、ρdust：ダスト粒子の密度（例えば７８００ｋｇ／ｍ３）
【００３７】
転炉の操業では、例えば１チャージのうちでも精錬の進行段階により集塵水の温度が変化するが、本実施形態では、このような集塵水の温度変化にも対応してダスト濃度を測定することができる。また、従来の超音波や光を用いた場合、減衰率からダスト濃度を推定するため、ダスト粒径に影響を受けるが、本実施形態では、集塵水中のダストの密度、すなわち質量を直接測定することができ、ダスト粒径に影響を受けることはない。したがって、精度よく正確に集塵水中のダスト濃度を測定することができる。
【００３８】
上記式（１）について説明する。当該説明では、集塵水の体積をＶとし、密度をρmeasureとし、質量をＭとする。集塵水中の水（純水）の体積をＶwaterとし、密度をρwaterとし、質量をＭwaterとする。集塵水中のダストの体積をＶdustとし、密度をρdustとし、質量をＭdustとする。
【００３９】
先ず、集塵水の質量は式（２）、（３）で算出できる。
Ｍ＝Ｍdust＋Ｍwater  ・・・（２）
Ｖρmeasure＝Ｍdust＋Ｖwaterρwater  ・・・（３）
また、集塵水の体積は式（４）で算出でき、当該式（４）から式（５）が導出される。
Ｖ＝Ｖdust＋Ｖwater  ・・・（４）
Ｖwater＝Ｖ−Ｖdust  ・・・（５）
式（３）に式（５）を代入すると式（６）が導出され、さらに当該式（６）を変形すると式（７）が導出される。
Ｖρmeasure＝Ｍdust＋（Ｖ−Ｖdust）ρwater  ・・・（６）
Ｖ（ρmeasure−ρwater）＝Ｍdust（１−ρwater／ρdust）  ・・・（７）
集塵水中のダスト濃度Ｃは式（８）で算出されることから、式（７）を変形して当該式（８）に代入することで、式（１）が導出される。
Ｃ＝Ｍdust／Ｖ  ・・・（８）
Ｃ＝（ρmeasure−ρwater）×ρdust／（ρdust−ρwater）  ・・・（１）
【００４０】
上記式（１）の物理的な意味について説明する。例えば集塵水中の水がダストに置換されると仮定すると、ダストが水を追い出すための質量増加分は、Ｖdust（ρdust−ρwater）となる。そして、集塵水が１００％ダストになったとき、式（１）の左項（ρmeasure−ρwater）でダスト濃度を考えると、Ｃ＝ρmeasure−ρwaterとなり約６８００ｋｇ／ｍ３となるが、実際にはＣ＝ρdustで約７８００ｋｇ／ｍ３とすべきである。そこで、水の追い出し分を考慮するため、式（１）の右項ρdust／（ρdust−ρwater）で、Ｃ＝ρmeasure−ρwaterを補正する。
【００４１】
次に、ダスト濃度測定装置１００において、配管１０１を流れる集塵水の流速について説明する。図３は集塵水中のダストの粒径分布を示す。図４はダスト粒径とダストの終端沈降流速との関係を示し、ダスト粒径の領域によって適宜、Ｓｔｏｋｅｓ則、Ａｌｌｅｎ則、Ｎｅｗｔｏｎ則を用いて終端沈降流速を算出している。
【００４２】
発明者らが鋭意検討した結果、図３に示すように集塵水中に含まれるダストの粒径は約０．５μｍ〜１０００μｍであることが分かった。なお、ダストの粒径分布には、２つのピークが含まれる。１つ目のピークは、１０μｍ以下の細粒であって、吹錬中に気化した鉄が再度凝集した粒である。２つ目のピークは、数百μｍオーダーの粗粒であって、吹錬中に酸素ガスが吹きつけられる際、その勢いで飛散する鉄の粒である。
【００４３】
図４に示すようにダスト粒径が大きいほどダストの終端沈降流速は大きくなる。そして、ダストの最大粒径である１０００μｍでは、終端沈降流速は０．４５ｍ／ｓとなる。したがって、配管１０１においてダストを沈降させずに集塵水を流通させるためには、集塵水の流速はダストの終端沈降流速以上であるのが好ましく、０．４５ｍ／ｓ以上であることが好ましい。換言すれば、このように集塵水の流速が０．４５ｍ／ｓ以上であると、当該集塵水中においてダストが沈降することなく均一に拡散させることができる。なお、配管１０１内の集塵水の流速はポンプ１０２によって制御される。
【００４４】
＜第１の実施形態＞
本実施形態では、以上のように集塵水中のダスト濃度を測定する。次に、排ガス処理設備１におけるダスト濃度測定装置の第１の実施形態について説明する。図５は、第１の実施形態にかかるダスト濃度測定装置の構成の概略を示す説明図である。
【００４５】
第１の実施形態のダスト濃度測定装置２００は、一次集塵機１３の直下の下部水槽４０の近傍に設けられる。ダスト濃度測定装置２００は、配管２１０、ポンプ２２０、脱泡器２３０、温度計２４０、密度計２５０、圧力調整弁２６０、及び演算部２７０を有している。配管２１０には、上流側から下流側に向けて、ポンプ２２０、脱泡器２３０、温度計２４０、密度計２５０、及び圧力調整弁２６０が順次設けられている。
【００４６】
そしてダスト濃度測定装置２００では、下部水槽４０から流出した直後の集塵水をポンプ２２０で連続的に採取し、脱泡器２３０で集塵水中の気泡を除去した後、温度計２４０で集塵水の温度を測定するとともに、密度計２５０で集塵水の密度を測定する。温度計２４０と密度計２５０の測定結果はそれぞれ演算部２７０に出力され、演算部２７０では、温度計２４０と密度計２５０の測定結果に基づき、上記式（１）を用いて集塵水中のダスト濃度が測定される。
【００４７】
次に、ダスト濃度測定装置２００の各構成要素について説明する。なお、温度計２４０、密度計２５０、演算部２７０の構成はそれぞれ、上述した温度計１０３、密度計１０４、演算部１０５の構成と同様であるので、詳細な説明を省略する。但し、温度計２４０には、集塵水の圧力を測定する圧力計２４１が設けられている。この圧力計２４１は、圧力調整弁２６０によって調整した圧力を確認するために用いられる。なお、温度計２４０と密度計２５０の配置は、いずれが上流側であってもよい。
【００４８】
配管２１０は、その内部に集塵水を流通させる。配管２１０は、下部水槽４０から流出した直後の集塵水を連続的に採取するとともに、ダスト濃度が測定された集塵水を下部水槽４０の近傍、例えば下部水槽４０に接続された配管４１に戻す。すなわち、ダスト濃度測定装置２００では、集塵水を廃棄することはない。また、配管２１０の最上流側と最下流側にはそれぞれ、集塵水の流通を制御する制御弁２１１、２１２が設けられている。
【００４９】
なお、下部水槽４０には、一次集塵機１３で排ガスと集塵水を分離した直後に、当該集塵水が流入する。そして、下部水槽４０内の集塵水の流速（鉛直方向及び水平方向の流速含む）は０．４５ｍ／ｓ以上の高速になっている。このため、下部水槽４０の内部の集塵水、及びその下部水槽４０から流出した集塵水においては、ダストが沈降することなく均一に拡散しており、ダスト濃度測定装置２００で採取される集塵水においても、ダストは均一に拡散している。
【００５０】
本実施形態では、下部水槽４０から流出した直後の集塵水を採取したが、これは配管２１０の設置し易さを考慮したものである。例えば下部水槽４０に直接配管を接続し、下部水槽４０内の集塵水を採取してもよい。いずれにしても、集塵水中のダストは均一に拡散している。
【００５１】
脱泡器２３０は、上述したように集塵水中の気泡を除去する。下部水槽４０から流出した直後の集塵水は高速であり強く撹拌されているため、気泡が含まれる。また、集塵水中に約１％でも気泡が混入されると、測定されるダスト濃度は約１０ｇ／Ｌ低下し、数十パーセントもの測定誤差を生じるため測定を正確に行うことができない。このため、温度計２４０と密度計２５０の上流側にある脱泡器２３０において、予め集塵水中の気泡を除去する。
【００５２】
脱泡器２３０の上部には、集塵水から除去された気泡（ガス）を排出する排気管２３１が接続されている。また、排気管２３１には、ガス抜き弁２３２が設けられている。脱泡器２３０で集塵水から除去されたガスはＣＯガスを含み、そのまま工場内に排気することはできない。このため、排気管２３１は、圧力調整弁２６０の下流側の配管２１０に接続され、上記ＣＯガスを含むガスは配管２１０に戻され、集塵水とともに下部水槽４０の近傍の配管４１に戻される。
【００５３】
図６に示すように脱泡器２３０には、脱泡器２３０に集塵水を流入させるインレット配管２１０ａと、脱泡器２３０から脱泡された集塵水を流出させるアウトレット配管２１０ｂとが接続されている。インレット配管２１０ａは、脱泡器２３０の上部において、その流入口が脱泡器２３０の中心に向けられず偏心して設けられている。アウトレット配管２１０ｂは、脱泡器２３０の下部に設けられている。脱泡器２３０の下部には、下方に向かって径が縮小するテーパ部２３０ａが形成され、アウトレット配管２１０ｂはこのテーパ部２３０ａの下端に設けられている。
【００５４】
脱泡器２３０では、インレット配管２１０ａから流入した集塵水は、旋回しながらアウトレット配管２１０ｂに向かって下降する。そして、集塵水が上方から下方に流れることにより気泡が浮上分離し、さらに旋回流により気泡が脱泡器２３０の中心に集められて凝集することで、当該気泡は排気管２３１から排出される。また、脱泡器２３０では、このように上方にガス、下方に集塵水を流出させることにより、気泡を除去することができる。さらに、脱泡器２３０の下部にはテーパ部２３０ａが形成されているので、沈降した粗粒ダストを脱泡器２３０内に滞留させず排出させることができる。
【００５５】
また、インレット配管２１０ａは、排気管２３１の排気口から所定距離Ｈ、例えば１００ｍｍ下方に設けられ、その流入口が脱泡器２３０における集塵水の上面（水面）より下方に位置するように設けられている。ここで、例えばインレット配管２１０ａが、集塵水の上面より上方に設けられていると、インレット配管２１０ａから流入した集塵水はその落下の衝撃により、気泡がさらに発生するとともに、気泡が微細になって下方に巻き込まれやすくなる。本実施形態のようにインレット配管２１０ａが集塵水の上面より下方に位置することにより、このような気泡の増加や微細化を抑制することができ、適切に気泡を除去することができる。
【００５６】
脱泡器２３０の径（集塵水が通過する断面積）は、インレット配管２１０ａの径の８倍以上であって、且つ脱泡器２３０の高さは、インレット配管２１０ａの径の１８倍以上であるのが好ましい。以下、その理由について説明する。
【００５７】
本発明者らは、シミュレーションを行い、当該脱泡器２３０の径と高さについて検討を行った。シミュレーションにおいて、脱泡器２３０内の集塵水の旋回流を模擬するための乱流モデルには、ＲＳＭモデル（レイノズルズ応力モデル）を使用した。気泡の挙動はＤＰＭモデル（分散相モデル）を使用した。気泡の粒径は１０μｍ、３０μｍ、１００μｍ、３００μｍ、１０００μｍ、３０００μｍに変動させ、各粒径の気泡を同数個ずつ集塵水に導入した。インレット配管２１０ａには内径２７．６ｍｍの配管を使用し、インレット配管２１０ａから流入する集塵水の水流量と気泡流量は、それぞれ同じ０．０００２６９ｍ３／ｓ（０．４５ｍ／ｓ）とした。そして、脱泡器２３０の径Ｄと高さＬをそれぞれ変化させて、シミュレーションを行った。具体的には、径Ｄ＝８０ｍｍ、高さＬ＝５００ｍｍの場合、径Ｄ＝８０ｍｍ、高さＬ＝１０００ｍｍの場合、径Ｄ＝２８０ｍｍ、高さＬ＝５００ｍｍの場合の３つの場合についてシミュレーションを行った。なお、径Ｄは集塵水の平均下降流速と旋回力に関係し、高さＬは集塵水の流速の平均化に関係する。
【００５８】
シミュレーションの結果を図７に示す。図７の横軸は気泡粒径を示し、縦軸は気泡除去率を示している。図７によれば、全粒径において径Ｄ＝８０ｍｍ、高さＬ＝１０００ｍｍの細長い形状の脱泡器２３０の場合、気泡除去率が最も高いことが分かった。そして、このシミュレーション結果より、脱泡器２３０の径はインレット配管２１０ａの径の３倍以上であって、且つ脱泡器２３０の高さはインレット配管２１０ａの径の３６倍以上であるのが好ましいことが分かった。
【００５９】
脱泡器２３０では、上述したように集塵水の下方に向かう旋回流により、集塵水から気泡を分離して上昇させ、さらに排気管２３１から排出している。この際、脱泡器２３０では内圧を高めることで、図５に示したガス抜き弁２３２からガスのみが排出される。すなわち、ガス抜き弁２３２は脱泡器２３０の内圧に応じて排気量が決まり、脱泡器２３０の内圧が所定以上でないと、ガス抜き弁２３２からはガスは抜けない。また、集塵水中の気泡の流量が大きいほど、脱泡器２３０の内圧を高くする必要がある。そこで、脱泡器２３０の内圧を調整するための圧力調整弁２６０が、脱泡器２３０の下流側に設けられている。すなわち、圧力調整弁２６０は、脱泡器２３０の内部から圧力調整弁２６０までの圧力を調整する。この圧力は、例えば圧力計２４１で確認することができる。
【００６０】
なお、圧力調整弁２６０は、密度計２５０の下流側に設けられている必要がある。例えば圧力調整弁２６０の下流側で、圧力がかかっている集塵水を減圧すると、当該集塵水に溶け込んだガスが発生する。このため、例えば密度計２５０が圧力調整弁２６０の下流側に設けられていると、脱泡器２３０で気泡を除去しても、圧力調整弁２６０を通過後に集塵水に気泡が発生することになってしまい、密度計２５０で集塵水の密度を適切に測定することができない。したがって、圧力調整弁２６０は、密度計２５０の下流側に設けられている必要がある。
【００６１】
図５に示したポンプ２２０は、下部水槽４０から流出した直後の集塵水を連続的に採取する。ポンプ２２０には、容積式、且つぜん動式のポンプが用いられる。
【００６２】
ポンプ２２０で採取する集塵水の流速（流量）を大きくすると、集塵水中に含まれる気泡の総量が多くなるので、脱泡器２３０において気泡を適切に除去できないおそれがある。そこで、集塵水の流速を抑える必要があるが、一方でガス抜き弁２３２により脱泡器２３０から集塵水中の気泡を除去するためには、ガス抜き弁２３２及び脱泡器２３０にかかる圧力を所定以上にする必要がある。例えば通常の渦巻きポンプなどを用いた場合、集塵水の流速を大きくできるが圧力をかけることはできない。この点、本実施形態のようにポンプ２２０に容積式のポンプを用いた場合、集塵水の流速を抑えつつ、集塵水に圧力をかけることができる。
【００６３】
また、例えば通常の渦巻きポンプなどを用いた場合、集塵水を流通させるポンプ内で流路が拡大し、また自給式のポンプでは集塵水を一旦貯留する槽が必要となる。かかる場合、局所的な流速の低下により槽にダストが溜まるおそれがある。この点、本実施形態のようにポンプ２２０にぜん動式のポンプを用いた場合、集塵水を流通させる管の径は一定なので流速が低下することがなく、ダストの溜りを抑制することができる。
【００６４】
ポンプ２２０は、上述したように下部水槽４０からの集塵水を連続的に採集するが、この際、集塵水の流速も制御する。図４を用いて上述したとおり、集塵水の流速はダストの終端沈降流速以上であるのが好ましく、０．４５ｍ／ｓ以上であることが好ましい。そこで、ポンプ２２０は、配管２１０の内部、ポンプ２２０の内部等、ダスト濃度測定装置２００の集塵水の流通系統において、集塵水の流速が０．４５ｍ／ｓ以上になるように制御する。配管２１０の全体において、特に集塵水を鉛直上方に流通させる配管２１０においては、粗粒のダストが下方に沈降しやすいため、集塵水の流速を０．４５ｍ／ｓ以上に制御する。このように集塵水の流速を制御することで、集塵水中のダストを配管２１０内に沈降させることなく均一に拡散させることができ、ダスト濃度を適切に測定することができる。
【００６５】
以上、第１の実施形態のダスト濃度測定装置２００では、下部水槽４０から流出した直後の集塵水をポンプ２２０で連続的に採取し、脱泡器２３０で集塵水中の気泡を除去した後、温度計２４０で集塵水の温度を測定するとともに、密度計２５０で集塵水の密度を測定し、さらに演算部２７０において、温度計２４０と密度計２５０の測定結果に基づき、上記式（１）を用いて集塵水中のダスト濃度を測定する。
【００６６】
このように本実施形態では、転炉操業中、連続的にダスト濃度を測定することができるので、操業条件を感度よく改善することができる。また、転炉１０から下部水槽４０までの時間、すなわち転炉１０から排出された排ガスが集塵されて集塵水が下部水槽４０に流入するまでの時間は、約１０秒以内と極めて短い。さらにダスト濃度測定装置２００では、集塵水中のダスト濃度を瞬時に測定できる。このため、ダスト濃度測定装置２００では、少なくとも１０秒以内の転炉１０の排ガス中のダスト濃度を測定することができ、ほぼリアルタイムの測定が可能となる。
【００６７】
＜第２の実施形態＞
次に、排ガス処理設備１におけるダスト濃度測定装置の第２の実施形態について説明する。図８は、第２の実施形態にかかるダスト濃度測定装置の構成の概略を示す説明図である。
【００６８】
第２の実施形態のダスト濃度測定装置３００は、下部水槽４０と集塵水処理装置５０との間の樋４２に設けられる。ダスト濃度測定装置３００は、配管３１０、ポンプ３２０、温度計３３０、密度計３４０、圧力調整弁３５０、及び演算部３６０を有している。配管３１０には、上流側から下流側に向けて、ポンプ３２０、温度計３３０、密度計３４０、及び圧力調整弁３５０が順次設けられている。
【００６９】
配管３１０は、その内部に集塵水を流通させる。配管３１０は、樋４２を流通する集塵水を連続的に採取するとともに、ダスト濃度が測定された集塵水を樋４２に戻す。すなわち、ダスト濃度測定装置３００では、集塵水を廃棄することはない。また、配管３１０の最上流側と最下流側にはそれぞれ、集塵水の流通を制御する制御弁３１１、３１２が設けられている。
【００７０】
その他、ポンプ３２０、温度計３３０、密度計３４０、圧力調整弁３５０、及び演算部３６０の構成は、第１の実施形態におけるポンプ２２０、温度計２４０、密度計２５０、圧力調整弁２６０、及び演算部２７０の構成と同様であるので、詳細な説明を省略する。また、温度計３３０には、第１の実施形態と同様に集塵水の圧力を測定する圧力計３３１が設けられている。この圧力計３３１は、圧力調整弁３５０によって調整した圧力を確認するために用いられる。また、温度計３３０と密度計３４０の配置は、いずれが上流側であってもよい。
【００７１】
ここで、樋４２を流通する集塵水は、下部水槽４０内の集塵水に比べて撹拌されておらず、当該集塵水中には気泡がない。このため、本実施形態のダスト濃度測定装置３００では、第１の実施形態の脱泡器２３０が不要であり省略される。但し、ダスト濃度測定装置３００にも、第１の実施形態の脱泡器２３０と同様の脱泡気を設けてももちろんよい。
【００７２】
また、樋４２を流通する集塵水の流速は十分に大きいから、樋４２内の集塵水においては、ダストが沈降することなく均一に拡散しており、ダスト濃度測定装置３００で採取される集塵水においても、ダストは均一に拡散している。
【００７３】
以上の実施形態のダスト濃度測定装置３００では、樋４２を流通する集塵水をポンプ３２０で連続的に採取し、温度計３３０で集塵水の温度を測定するとともに、密度計３４０で集塵水の密度を測定する。温度計３３０と密度計３４０の測定結果はそれぞれ演算部３６０に出力され、演算部３６０では、温度計３３０と密度計３４０の測定結果に基づき、上記式（１）を用いて集塵水中のダスト濃度が測定される。
【００７４】
本実施形態においても、上記実施形態と同様の効果を享受することができる。すなわち転炉操業中、連続的にダスト濃度を測定することができ、操業条件を感度よく改善することができる。なお、樋４２が転炉１０から離れている分、転炉１０から樋４２の測定点までの時間、すなわち転炉１０から排出された排ガスが集塵されて集塵水が樋４２の測定点に到達するまでの時間は、第１の実施形態に比べて若干長くなる。しかし、この時間差は僅かであり、転炉１０の排ガス中のダスト濃度を測定するには特に問題はない。
【００７５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、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、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、そ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。
【００７６】
以上の実施形態では、転炉から発生するダストの濃度を測定する場合について説明したが、本発明は、転炉以外の他の精錬炉にも適用できる。鉄鋼精錬を含め溶融金属の精錬では、酸素、アルゴン、窒素等のガスを用いた精錬が広く行われており、これら精錬で発生する排ガス中にはダストが含まれている。本発明は、このような種々の精錬で発生する排ガス中のダスト濃度を測定する際にも適用できる。
【実施例】
【００７７】
以下、本発明の実施例について説明する。本実施例では、第１の実施形態におけるダスト濃度測定装置２００を用いて実験を行い、集塵水中のダスト濃度を測定した。この際の転炉は４００ｔｏｎ規模のものを用いた。転炉の操業条件は先ず脱珪、脱燐吹錬をしてから中間排滓をし、その後脱炭吹錬を行う分割吹錬を実施した。ダスト濃度の測定試験は、特にダスト発生の多い脱炭工程で実施した。
【００７８】
図９は、温度計で測定した集塵水の温度（水温）の経時変化を示している。図１０は、密度計で測定した集塵水の密度（図中の集塵水密度）の経時変化と、温度計で測定した集塵水の温度から予測される純水の密度（図中の純水密度）の経時変化とを示している。図１１は、図１０の集塵水密度と純水密度に基づき、上記式（１）を用いて算出したダスト濃度の経時変化を示している。また、図１１には、検証例として、「ＪＩＳ  Ｋ  ０１０２  １４．１  懸濁物質」を改良した方法で濾過分析した実秤のダスト濃度をプロットした。
【００７９】
図１１を参照すると、本発明を用いて測定したダスト濃度が、検証例のダスト濃度と精度よく一致しており、本発明によれば、集塵水中のダスト濃度を精度よく正確に測定できることが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、精錬炉、特に転炉の排ガスを湿式集塵した集塵水を採取し、当該集塵水中のダスト濃度を測定する際に有用である。
【符号の説明】
【００８１】
１      排ガス処理設備
１０    転炉
１１    炉口フード
１２    排ガスダクトの輻射部
１３    一次集塵機
１４    二次集塵機
１５    誘引送風機
２０    貯水池
２１    ポンプ
２２    配管
３０    下部水槽
３１    ポンプ
３２    配管
４０    下部水槽
４１    配管
４２    樋
５０    集塵水処理装置
５１    粗粒分離器
５２    シックナー
５３    配管
１００  ダスト濃度測定装置
１０１  配管
１０２  ポンプ
１０３  温度計
１０４  密度計
１０５  演算部
２００  ダスト濃度測定装置
２１０  配管
２１０ａ  インレット配管
２１０ｂ  アウトレット配管
２１１、２１２  制御弁
２２０  ポンプ
２３０  脱泡器
２３０ａ  テーパ部
２３１  配管（排気管）
２３２  ガス抜き弁
２４０  温度計
２４１  圧力計
２５０  密度計
２６０  圧力調整弁
２７０  演算部
３００  ダスト濃度測定装置
３１０  配管
３１１、３１２  制御弁
３２０  ポンプ
３３０  温度計
３３１  圧力計
３４０  密度計
３５０  圧力調整弁
３６０  演算部
【図１】
2019158698.tif 000003
【図２】
2019158698.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2019158698.tif 000010
【図９】
2019158698.tif 000011
【図１０】
2019158698.tif 000012
【図１１】
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