(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
製鉄所における地下構造物への地下水の流入を制御する方法であって、
地下構造物において地下水が流入する区域を推定する第１の工程と、
前記区域の周囲の地下水を揚水する第２の工程と、を有し、
前記地下構造物の少なくとも一部の底面は、地盤の不透水層より下方に位置し、前記地下水を含む前記地盤においては、前記不透水層を境に前記地下水の成分が変わり、
前記第１の工程において、前記地下構造物における前記不透水層より下方に位置する区域を、前記不透水層より下方の前記地盤に含まれる地下水が流入する区域と推定することを特徴とする、地下構造物への地下水流入制御方法。
【請求項２】
前記第１の工程において、前記地下構造物内を循環して流れる処理水の水質を調査し、当該処理水に含まれる塩素濃度が基準値より高い区域を、地盤に含まれる前記前記地下水が流入する区域と推定することを特徴とする、請求項１に記載の地下構造物への地下水流入制御方法。
【請求項３】
前記第２の工程において、前記区域の周囲に井戸を設け、当該井戸から地下水を揚水することを特徴とする、請求項１または２に記載の地下構造物への地下水流入制御方法。
【請求項４】
前記地下構造物は、鋼材の圧延工程において排出される処理水を回収して流すスケールスルースであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の地下構造物への地下水流入制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地下構造物への地下水の流入を制御する方法に関し、特に製鉄所の圧延工程において排出される処理水を回収して流すスケールスルースに対し、地下水の流入を制御する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
製鉄所の圧延工程では、圧延ロールの冷却、鋼板の冷却、スケール落としなどのために処理水を対象物にスプレーしている。このような処理水は、スプレーした後に循環して再び使用される。すなわち、スプレー後の処理水はスケールスルースを通り、スケールピットに集水され、その後、当該処理水に含まれる油分や鉄分（懸濁物質）などの水不溶性物が除去された後、再度処理水として循環使用されている。
【０００３】
スケールスルースは、圧延ラインの下方に設けられた地下構造物であって、例えばコンクリート構造を有する。かかるスケールスルースには、経時劣化などの種々の要因によって亀裂が入る場合がある。製鉄所は海に面した沿岸部に建てられていることが多く、例えばこの亀裂からスケールスルース内に海水を含んだ地下水が流入すると、スケールスルース内の処理水の塩素濃度が高くなり、水質が悪化する。そして、このように塩素濃度が高い処理水が、圧延工程において循環使用されると、鋼板製品の歩留まりの低下を招き、また設備腐食（劣化）が促進されてしまう。
【０００４】
そこで従来、スケールスルースの漏水箇所を定期的に調査し、亀裂が入った漏水箇所の補修が行われていた。補修方法は種々の方法があるが、例えば充填剤を用いて亀裂を塞いで止水することが行われている。
【０００５】
例えば特許文献１には、コンクリート壁のクラック発生箇所を撥り出し、その撥り部の下部空間部に弾性樹脂モルタルを充填し、その硬化後に、撥り部の上部空間部に水中硬化型注入用樹脂を充填することが提案されている。
【０００６】
例えば特許文献２には、コンクリート体のひび割れ部分の近傍の表面から始まってコンクリート体内部でひび割れ部分を貫通する注入孔を設定し、その後、液状化したホットメルト接着剤を注入孔から注入してひび割れ部分の内部にまで充填し、その後、充填したホットメルト接着剤を冷却固化することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−１８９１３３号公報
【特許文献２】特開２０１０−２７０５３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１、２に記載されたいずれの方法用いても、亀裂を止水する場合、一の亀裂を塞いでも次に強度が弱い箇所に漏水箇所が移り、いわばイタチごっことなってしまう。したがって、処理水の水質改善には至らなかった。
【０００９】
また、操業中はスケールスルースの漏水箇所の調査及び補修を行うことができず、例えば１月に１回の操業休止中に行わざるをえない。しかも、スケールスルースの側面の亀裂は発見しやすいが、底面には常に処理水が流れており、底面の亀裂は発見しにくい。このため、漏水箇所は完全にはなくならず、かかる観点からも処理水の水質改善には至らなかった。
【００１０】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、地下構造物への地下水の流入を適切に抑制し、当該地下構造物内の処理水の水質を改善することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記の目的を達成するため、本発明は、製鉄所における地下構造物への地下水の流入を制御する方法であって、地下構造物において地下水が流入する区域を推定する第１の工程と、前記区域の周囲の地下水を揚水する第２の工程と、を有し、前記地下構造物の少なくとも一部の底面は、地盤の不透水層より下方に位置し、前記地下水を含む前記地盤においては、前記不透水層を境に前記地下水の成分が変わり、前記第１の工程において、前記地下構造物における前記不透水層より下方に位置する区域を、前記不透水層より下方の前記地盤に含まれる地下水が流入する区域と推定することを特徴としている。
【００１２】
本発明によれば、地下水が流入すると推定された区域の周囲の地下水を揚水するので、地下水位が下がる。そうすると、当該区域は地下水より上方に位置することになり、地下水が流入するのを抑制することができる。すなわち、従来のように漏水箇所を補修する必要がなくなり、恒常的に地下構造物への地下水の流入を抑制することができる。したがって、地下構造物内に処理水がある場合でも、当該処理水の水質を改善することができる。
【００１３】
前記第１の工程において、前記地下構造物内を循環して流れる処理水の水質を調査し、当該処理水に含まれる塩素濃度が基準値より高い区域を、地盤に含まれる前記前記地下水が流入する区域と推定してもよい。
【００１５】
前記第２の工程において、前記区域の周囲に井戸を設け、当該井戸から地下水を揚水してもよい。
【００１６】
本発明は、前記地下構造物が、鋼材の圧延工程において排出される処理水を回収して流すスケールスルースである場合にも適用できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、地下構造物への地下水の流入を適切に抑制し、当該地下構造物内の処理水の水質を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施の形態にかかるスケールスルースへの地下水流入制御方法を、製鉄所の厚板工場に適用した場合の一例を示す説明図である。
【図２】スケールスルースの構成の概略を示す説明図である。
【図３】スケールスルースの構成の概略を示す説明図である。
【図４】井戸の構成の概略を示す説明図である。
【図５】井戸の構成の概略を示す説明図である。
【図６】実施例における処理水の塩素濃度の測定点を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書および図面において、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。
【００２０】
本実施の形態では、地下構造物が、製鉄所（厚板工場）の圧延工程において排出される処理水を回収して流すスケールスルースである場合について説明する。図１は、本実施の形態にかかるスケールスルースへの地下水流入制御方法を、製鉄所の厚板工場に適用した場合の一例を示す説明図である。
【００２１】
図１に示すように、厚板工場１の熱間圧延設備１０には、スラブを加熱するための加熱炉１１と、この加熱炉１１において加熱されたスラブを上下の圧延ロールで圧延して粗バーにする粗圧延機１２と、粗バーをさらに上下の圧延ロールで所定の厚みまで連続して熱間仕上げ圧延をする仕上げ圧延機１３と、この仕上げ圧延機１３により熱間仕上げ圧延された鋼板の形状を矯正するホットレベラー１４と、が鋼板の通板方向にこの順で設けられている。そして、鋼板は加熱炉１１からホットレベラー１４までを搬送ロールにより搬送される。以下、この加熱炉１１からホットレベラー１４のラインを圧延ラインＬという。なお、熱間圧延設備１０には、ホットレベラー１４で熱間矯正された鋼板を冷却するクーリングベッド１５がさらに設けられている。また、上記熱間圧延設備１０は一般的な構成であってこれに限定されるものではない。
【００２２】
厚板工場１の熱間圧延設備１０では、圧延ロールの冷却、鋼板の冷却、スケール落としなどのために処理水を対象物にスプレーしている。スプレー後の処理水は、当該処理水に含まれる油分や鉄分（懸濁物質）などの水不溶性物が除去処理された後、再び処理水として循環使用される。なお、本実施の形態における処理水は、循環水や直接冷却水などと称されることもある。
【００２３】
このように処理水を循環使用させるための設備には、スケールスルース２０、スケールピット２１、凝集槽３０、濾過機３１、冷却塔３２が、処理水の循環方向にこの順で設けられている。スケールスルース２０とスケールピット２１は厚板工場１の内部に配置され、凝集槽３０、濾過機３１及び冷却塔３２は厚板工場１の外部に配置されている。そして、スプレー後の処理水は、スケールスルース２０で回収された後、スケールピット２１に集水され、このスケールピット２１において、処理水中に存在する粒径の大きい懸濁物質が沈殿分離される。次いで処理水は、凝集槽３０、濾過機３１の順に送液され、これら凝集槽３０、濾過機３１において、処理水中に残存する油分や粒径の小さい懸濁物質が除去される。その後、処理液は冷却塔３２において冷却され、熱間圧延設備１０に戻されて、再度処理水として循環使用される。
【００２４】
スケールスルース２０は、上述したようにスプレー後の処理水を回収するため、圧延ラインＬ（搬送ロール）の下方に設けられる。一方、本実施の形態においてスケールピット２１は、圧延ラインＬのＹ軸正方向側であって、且つＸ軸方向において加熱炉１１と粗圧延機１２の間に配置されている。このため、スケールスルース２０は、第１のスケールスルース２０ａ、第２のスケールスルース２０ｂ、第３のスケールスルース２０ｃに分割されている。すなわち、第１のスケールスルース２０ａは圧延ラインＬに沿ってホットレベラー１４から合流点Ｐｊまで延伸し、第２のスケールスルース２０ｂは圧延ラインＬに沿って加熱炉１１から合流点Ｐｊまで延伸し、第３のスケールスルース２０ｃは合流点Ｐｊからスケールピット２１まで延伸する。なお、スケールスルース２０とスケールピット２１の配置は本実施の形態に限定されるものではなく、任意に設定できる。
【００２５】
図２及び図３は、スケールスルース２０の構成の概略を示す説明図である。図２に示すように、スケールスルース２０が圧延ラインＬの搬送ロール４０の下方を通る場合、スケールスルース２０の上面は開口して設けられる。そして、圧延ラインＬから落下する処理水は、スロープ４１を介してスケールスルース２０に回収される。なお、スケールスルース２０の内側面は、例えばセメントや摩耗材（図示せず）などで補強されている。
【００２６】
一方、図３に示すように、スケールスルース２０が例えば粗圧延機１２の圧延ロール５０の下方を通る場合、スケールスルース２０は粗圧延機１２の基礎５１の内部において暗渠状に設けられる。この際、スケールスルース２０は、基礎５１に埋設された粗圧延機１２のアンカーボルト５２との干渉を避けるため、当該アンカーボルト５２の下方に設けられる。このため、スケールスルース２０の設置深さが深くなる。なお、スケールスルース２０は、基礎５１の底面に設けられてもよい。
【００２７】
熱間圧延設備１０、及び厚板工場１で処理水を循環使用させるための設備は、以上のように構成されている。次に、本実施の形態にかかるスケールスルース２０への地下水流入制御方法を実現するための構成について説明する。
【００２８】
上述したように、スケールスルース２０に亀裂が生じて地下水の漏水があった場合、従来はセメントやモルタルを用いて亀裂を塞いでいた。しかしながら、これでは一の亀裂を塞いでも次に強度が弱い箇所に漏水箇所が移るだけで、根本的に漏水を防ぐには至らず、処理水の水質改善には至らなかった。
【００２９】
そこで、発明者ら鋭意検討した結果、スケールスルース２０への地下水の流入を抑制するため、地下水を揚水して、地下水位を下げることを知見した。
【００３０】
具体的には、先ず、スケールスルース２０において地下水が流入する区域（以下、地下水流入区域という場合がある。）を推定する。この地下水流入区域を推定するにあたっては、スケールスルース２０内を流れる処理水の水質を調査し、当該処理水に含まれる塩素濃度を測定する。そして、測定された塩素濃度が基準値より高い区域を、地下水、すなわち海水を含む地下水が流入する区域と推定する。本実施の形態においては、第３のスケールスルース２０ｃが地下水流入区域と推定される。
【００３１】
ここで、地下水流入区域の推定にあたっては、不透水層である粘土層を基準としてもよい。製鉄所は海に面した沿岸部に建てられていることが多く、地下水には海水が含まれる。例えば厚板工場１の地盤において、砂や礫などを含む層の下に粘土層が積層されている場合、当該粘土層を境に、地下水の成分が変わる。すなわち、粘土層より上方の地下水は、雨水などを多く含み塩素濃度が低いが、粘土層より下方の地下水は、海水を多く含み塩素濃度が高い。そうすると、スケールスルース２０の亀裂が粘土層より高い位置にあると、仮に当該亀裂から地下水が流入したとしても海水成分が少なく、処理水の水質は悪化しにくい。一方、スケールスルース２０の亀裂が粘土層より低い位置にあると、当該亀裂から海水を多く含む地下水が流入し、処理水の水質が悪化する。そこで、スケールスルース２０において、地盤の粘土層より下方に位置する区域を、地下水流入区域と推定する。本実施の形態においては、第１のスケールスルース２０ａと第２のスケールスルース２０ｂの合流点Ｐｊの底面の位置が粘土層の高さとほぼ一致し、合流点Ｐｊより低い位置にある第３のスケールスルース２０ｃが地下水流入区域と推定される。
【００３２】
このように地下水流入区域が第３のスケールスルース２０ｃと推定されると、その周囲に、地下水を揚水する井戸６０を例えば３つ設ける。第１の井戸６０ａ、第２の井戸６０ｂ、第３の井戸６０ｃは、それぞれ第３のスケールスルース２０ｃに沿って上流側から下流側にこの順で設けられる。なお、井戸６０の数や配置は本実施の形態に限定されるものではなく、任意に設定できる。但し、第３のスケールスルース２０ｃの周囲の地下水を制御するという観点から、井戸６０は第３のスケールスルース２０ｃにできるだけ近い位置に設けるのが好ましい。
【００３３】
図４及び図５は、井戸６０の構成の概略を示す説明図である。井戸６０は、少なくとも第３のスケールスルース２０ｃより深く掘られる。井戸６０の下部には、地下水をくみ上げるポンプ６１が設けられている。井戸６０の中部は、地下水を井戸６０の内部に流入させるためのメッシュ６２から構成され、井戸６０の上部は鋼管から構成されている。
【００３４】
図４に示すようにポンプ６１の作動を停止させ、井戸６０からの揚水を停止した状態では、地下水位ＷＬは第３のスケールスルース２０ｃより高い。このため、第３のスケールスルース２０ｃの亀裂から、海水を含んだ地下水が流入してしまう。
【００３５】
これに対して、図５に示すようにポンプ６１を作動させ、井戸６０からの揚水を開始すると、地下水位ＷＬは下がり、第３のスケールスルース２０ｃより低くなる。そうすると、第３のスケールスルース２０ｃに亀裂が生じていたとしても、当該亀裂から地下水が流入するのを抑制することができる。
【００３６】
なお、図５における地下水位ＷＬは、地盤の透水係数とポンプ６１の能力に基づいて、数値解析を行い、水位曲線を求めることで推定される。換言すれば、この数値解析で推定される地下水位ＷＬが第３のスケールスルース２０ｃの底面より低くなるように、ポンプ６１の能力が決定される。
【００３７】
以上のように本実施の形態によれば、第３のスケールスルース２０ｃの周囲に地下水を揚水する井戸６０を設けることで、従来のように漏水箇所を補修する必要がなくなり、恒常的に第３のスケールスルース２０ｃへの地下水の流入を抑制することができる。したがって、第３のスケールスルース２０ｃ内を流れる処理水の塩素濃度が低くなり、処理水の水質を改善することができる。
【００３８】
ここで、スケールスルース２０内の処理水の水質を改善するためには、スケールスルース２０の全長にわたって井戸６０を設けるのが好ましい。しかしながら、厚板工場１のスペース上の制限やコスト面の制限から、多数の井戸６０を設けるのは現実的には困難である。本実施の形態のように、粘土層より下方に位置する第３のスケールスルース２０ｃの周囲に井戸６０を設けることで、効率よく処理水の水質を改善することができる。
【００３９】
また、厚板工場１では、スケールスルース２０の全長が長いことに加え、例えば粗圧延機１２などの基礎５１の内部深く、具体的にはアンカーボルト５２の下方にスケールスルース２０を設ける必要があるため、スケールスルース２０の下流側ではその底面の位置が低くなる。このため、第３のスケールスルース２０ｃに亀裂が生じると海水を含む地下水が流入しやすくなり、本実施の形態（本発明）の地下水流入制御方法は、厚板工場１のスケールスルース２０に適用する場合に特に有用となる。
【００４０】
以上、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得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。
【００４１】
例えば上記実施の形態では、厚板工場１のスケールスルース２０に本発明の地下水流入制御方法を適用したが、例えば熱延工場に設けられたスケールスルースに適用してもよい。また、地下構造物もスケールスルース２０に限定されず、例えば地下に設けられたオイルセラーや電気室などの任意の地下構造物に本発明の地下水流入制御方法を適用することができる。
【実施例】
【００４２】
以下、本発明の効果について説明する。本効果の検証は、図１に示した厚板工場１において第１の井戸６０ａを設けた場合で行った。処理水の塩素濃度の測定は、図６に示す１０点の測定点で行った。測定点Ｐ１は、粗圧延機１２出側の第１のスケールスルース２０ａ内の測定点である。測定点Ｐ２は、粗圧延機１２入側の第１のスケールスルース２０ａ内の測定点である。測定点Ｐ３は、合流点Ｐｊ前の第１のスケールスルース２０ａ内の測定点である。測定点Ｐ４は、加熱炉１１出側の第２のスケールスルース２０ｂ内の測定点である。測定点Ｐ５は、合流点Ｐｊ前の第２のスケールスルース２０ｂ内の測定点である。測定点Ｐ６は、合流点Ｐｊにおける第３のスケールスルース２０ｃ内の測定点である。測定点Ｐ７は、第３のスケールスルース２０ｃの下流側の測定点である。測定点Ｐ８は、第３のスケールスルース２０ｃの出口（スケールピット２１の入口）の測定点である。測定点Ｐ９は、スケールピット２１の出口の測定点である。測定点Ｐ１０は、冷却塔３２の出口の測定点である。
【００４３】
また、処理水の塩素濃度の測定は、第１の井戸６０ａを作動させる前後で２回行った。すなわち、１回目は、第１の井戸６０ａの作動を停止させ、地下水の揚水を開始する前に、処理水の塩素濃度を測定した。２回目は、第１の井戸６０ａを作動させて地下水を揚水した後に、処理水の塩素濃度を測定した。
【００４４】
本検証の結果を表１に示す。表１を参照すると、第１の井戸６０ａを作動させて地下水を揚水すると、各測定点Ｐ１〜Ｐ１０において、処理水の塩素濃度が低下することが分かった。なお、測定点Ｐ１０では、第１の井戸６０ａにより地下水を揚水する前の測定結果がないが、第１の井戸６０ａを作動させて地下水を揚水した後、処理水の塩素濃度は十分に低くなっている。したがって、本発明のように井戸６０を設けて地下水を揚水すると、処理水の水質が改善されることが分かった。
【００４５】
【表１】
0006638507.tif 000002
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、地下構造物への地下水の流入を制御する際に有用であり、特に製鉄所の圧延工程において排出される処理水を回収して流すスケールスルースに対し、地下水の流入を制御する際に有用である。
【符号の説明】
【００４７】
１    厚板工場
１０  熱間圧延設備
１１  加熱炉
１２  粗圧延機
１３  仕上げ圧延機
１４  ホットレベラー
１５  クーリングベッド
２０（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ）  スケールスルース
２１  スケールピット
３０  凝集槽
３１  濾過機
３２  冷却塔
４０  搬送ロール
４１  スロープ
５０  圧延ロール
５１  基礎
５２  アンカーボルト
６０（６０ａ、６０ｂ、６０ｃ）  井戸
６１  ポンプ
６２  メッシュ
Ｌ    圧延ライン
Ｐ１〜Ｐ１０  測定点
Ｐｊ  合流点
【図１】
0006638507.tif 000003
【図２】
0006638507.tif 000004
【図３】
0006638507.tif 000005
【図４】
0006638507.tif 000006
【図５】
0006638507.tif 000007
【図６】
0006638507.tif 000008