(57)【要約】【課題】ホースや配管等の配管類の摩耗に大きく影響する鉱石の摩耗度を定量的かつ簡便に評価する鉱石の摩耗度評価方法及び鉱石の摩耗度測定装置を提供すること。【解決手段】摩耗試験前の複数の鉱石１０の中から無作為に試験前評価用鉱石１０ａを抽出するステップ１と、試験前評価用鉱石１０ａの流体的特性を測定し摩耗試験前のデータを得るステップ２と、鉱石１０を用いて配管類の摩耗試験を行うステップ３と、摩耗試験後の複数の鉱石１０の中から無作為に試験後評価用鉱石１０ｂを抽出するステップ４と、試験後評価用鉱石１０ｂの流体的特性を測定し摩耗試験後のデータを得るステップ５と、摩耗試験前のデータと摩耗試験後のデータとを比較し比較結果を得るステップ６とを備えたことを特徴とする鉱石の摩耗度評価方法。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉱石スラリー循環式摩耗試験における配管類の内壁の摩耗特性に影響する鉱石の摩耗度を評価する方法であって、前記摩耗試験前の複数の前記鉱石の中から無作為に試験前評価用鉱石を抽出するステップ１と、前記試験前評価用鉱石の流体的特性を測定し前記摩耗試験前のデータを得るステップ２と、前記鉱石を用いて前記配管類の前記摩耗試験を行うステップ３と、前記摩耗試験後の複数の前記鉱石の中から無作為に試験後評価用鉱石を抽出するステップ４と、前記試験後評価用鉱石の前記流体的特性を測定し前記摩耗試験後のデータを得るステップ５と、前記摩耗試験前の前記データと前記摩耗試験後の前記データとを比較し比較結果を得るステップ６とを備えたことを特徴とする鉱石の摩耗度評価方法。
【請求項２】
前記ステップ２及び前記ステップ５における前記流体的特性の測定は、前記試験前評価用鉱石又は前記試験後評価用鉱石を流体中に沈めた場合の、それぞれの沈降時間又は沈降速度を計測する測定であることを特徴とする請求項１に記載の鉱石の摩耗度評価方法。
【請求項３】
前記ステップ６における前記比較結果は、それぞれの前記沈降時間の比又は前記沈降速度の比であることを特徴とする請求項２に記載の鉱石の摩耗度評価方法。
【請求項４】
前記ステップ２及び前記ステップ５における前記流体的特性の測定は、回転式流体抵抗計に前記試験前評価用鉱石又は前記試験後評価用鉱石を載置して流体中に臨ませ、それぞれの流体抵抗を計測する測定であることを特徴とする請求項１に記載の鉱石の摩耗度評価方法。
【請求項５】
前記ステップ６における前記比較結果は、それぞれの前記流体抵抗の比であることを特徴とする請求項４に記載の鉱石の摩耗度評価方法。
【請求項６】
前記ステップ２及び前記ステップ５における前記流体的特性の測定は、配管の中を流れる流体中に前記試験前評価用鉱石又は前記試験後評価用鉱石を投入し、それぞれの移動速度を計測する測定であることを特徴とする請求項１に記載の鉱石の摩耗度評価方法。
【請求項７】
前記移動速度の測定に当たっては、前記試験前評価用鉱石又は前記試験後評価用鉱石が、前記配管の内面に接触することなく前記流体中を浮遊して移動する行程のみから前記移動速度を算出したことを特徴とする請求項６に記載の鉱石の摩耗度評価方法。
【請求項８】
前記ステップ６における前記比較結果は、それぞれの前記移動速度としての比であることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の鉱石の摩耗度評価方法。
【請求項９】
前記ステップ６における前記比較結果を、予め定めた閾値とさらに比較し、前記鉱石を次の前記摩耗試験に用いるか否かを判定するステップ７を備えたことを特徴とする請求項１から請求項８のうちの１項に記載の鉱石の摩耗度評価方法。
【請求項１０】
前記ステップ１で無作為に抽出した前記試験前評価用鉱石及び前記ステップ４で無作為に抽出した前記試験後評価用鉱石のそれぞれの重量及び／又は粒度を測定し、前記ステップ７での判定に役立てることを特徴とする請求項９に記載の鉱石の摩耗度評価方法。
【請求項１１】
前記ステップ６の前記比較結果を、予め定めた前記配管類の摩耗率と前記鉱石の摩耗度との関係に適用し、前記配管類の前記摩耗率を推定するステップ８を備えたことを特徴とする請求項１から請求項１０のうちの１項に記載の鉱石の摩耗度評価方法。
【請求項１２】
請求項２又は請求項３に記載の鉱石の摩耗度評価方法に用いる鉱石の摩耗度測定装置であって、内部に前記流体を収納する鉛直カラムと、前記流体中に前記試験前評価用鉱石又は前記試験後評価用鉱石を沈めた場合の、それぞれの前記沈降時間を計測する計時手段又は前記沈降速度を検出する速度検出手段を備えたことを特徴とする鉱石の摩耗度測定装置。
【請求項１３】
請求項４又は請求項５に記載の鉱石の摩耗度評価方法に用いる鉱石の摩耗度測定装置であって、前記流体を収納する流体収納容器と、前記流体収納容器に臨んだ前記試験前評価用鉱石又は前記試験後評価用鉱石のそれぞれの前記流体抵抗を計測する前記回転式流体抵抗計を備えたことを特徴とする鉱石の摩耗度測定装置。
【請求項１４】
前記回転式流体抵抗計として回転式粘度計を用い、前記回転式粘度計は、前記試験前評価用鉱石又は前記試験後評価用鉱石を載置するための円盤及び軸部を有するスピンドルと、前記スピンドルを駆動するモーターと、前記スピンドルにかかるトルクを測定するトルク測定手段を備えたことを特徴とする請求項１３に記載の鉱石の摩耗度測定装置。
【請求項１５】
前記円盤に前記試験前評価用鉱石又は前記試験後評価用鉱石の略重量に対応して設定したカウンターウェイトを有したことを特徴とする請求項１４に記載の鉱石の摩耗度測定装置。
【請求項１６】
前記円盤に前記試験前評価用鉱石又は前記試験後評価用鉱石を載せるターンテーブルを有したことを特徴とする請求項１４又は請求項１５に記載の鉱石の摩耗度測定装置。
【請求項１７】
前記ターンテーブルを前記スピンドルの回転軸に関して軸対称の位置に２個有したことを特徴とする請求項１６に記載の鉱石の摩耗度測定装置。
【請求項１８】
前記スピンドルの前記軸部を支持する軸部支持手段を備え、前記軸部支持手段が前記円盤の上部の前記軸部と前記円盤の下部の前記軸部を支持するものであることを特徴とする請求項１４から請求項１７のうちの１項に記載の鉱石の摩耗度測定装置。
【請求項１９】
前記流体収納容器の前記流体中に設けた前記スピンドルの前記円盤を下部から前記軸部が支え、前記流体収納容器の底面を貫いて前記軸部が設けられていることを特徴とする請求項１４から請求項１７のうちの１項に記載の鉱石の摩耗度測定装置。
【請求項２０】
請求項６から請求項８のうちの１項に記載の鉱石の摩耗度評価方法に用いる鉱石の摩耗度測定装置であって、前記配管として透明撮影配管と、前記透明撮影配管の中を移動する前記試験前評価用鉱石又は前記試験後評価用鉱石を撮影して前記移動速度を計測するための高速度カメラとを備えたことを特徴とする鉱石の摩耗度測定装置。
【請求項２１】
前記高速度カメラを所定の距離を隔てて２台設けたことを特徴とする請求項２０に記載の鉱石の摩耗度測定装置。
【請求項２２】
２台の前記高速度カメラは、同期をとって前記試験前評価用鉱石又は前記試験後評価用鉱石を撮影することを特徴とする請求項２１に記載の鉱石の摩耗度測定装置。
【請求項２３】
前記透明撮影配管にスケールを、前記高速度カメラの撮影範囲内に入るように併設したことを特徴とする請求項２０から請求項２２のうちの１項に記載の鉱石の摩耗度測定装置。
【請求項２４】
前記透明撮影配管の上流側に、前記試験前評価用鉱石又は前記試験後評価用鉱石を投入するバッファタンクをさらに備えたことを特徴とする請求項２０から請求項２３のうちの１項に記載の鉱石の摩耗度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉱石スラリー循環式摩耗試験に用いる鉱石の摩耗度を評価する、鉱石の摩耗度評価方法及び鉱石の摩耗度測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
海底熱水鉱床などで採掘された鉱石を海上の母船あるいは採掘基地まで輸送（揚鉱）する場合、鉱石を海水と混合して鉱石スラリーとし、これを樹脂製のホースや金属製の配管及びポンプを用いて揚鉱する方法が提案されている（非特許文献１）。
採掘された直後の鉱石は比較的鋭い角部を有しており、スラリー輸送中はその鋭い角部を有した鉱石が管内水流によってホースや配管等の配管類の内壁に衝突するため、内壁は次第に摩耗していく。従って、採掘・揚鉱システムの稼働期間中に配管類の内壁が摩耗により破損して使用不能に陥ることのないよう、配管類の内壁の摩耗特性を把握しておくことが重要となる。
通常、このような配管類の内壁の摩耗特性は、図１８に示すような模擬鉱石を用いたスラリー循環式摩耗試験装置によって評価される（非特許文献２）。図１８に示すスラリー循環式摩耗試験装置８００は、水を満たしたタンク８０１の上部から模擬鉱石を一定量投入してスラリーとし、このスラリーをスラリーポンプ８０２で配管内を循環させることにより、途中に接続した摩耗量計測部８０３において配管類の内壁の摩耗試験を行うものである。なお、図１８において、矢印はスラリーの循環方向を示す。また、摩耗量計測部８０３の下流側に電磁流量計８０４が設けられている。
模擬鉱石は、スラリー循環式摩耗試験装置８００の配管内を循環するため、摩耗試験の開始後、時間の経過に伴って模擬鉱石が配管類の内壁等との多数回の衝突により摩耗し、角が取れて丸くなったり粒径が小さくなったりする。従って、摩耗量計測部８０３を摩耗量計測配管とした場合、図１９に示すように、摩耗量計測配管の摩耗率（単位時間当たりの摩耗量）が顕著に低下することが明らかとなっている（非特許文献２）。なお、図１９は、鉱石スラリー循環時間と配管摩耗率との関係を示す図であり、縦軸が配管摩耗率（ｇ／ｈｏｕｒ）、横軸が鉱石スラリー循環時間（ｈｏｕｒ）である。
一方、実際の揚鉱現場では、配管類を通過するスラリー中の鉱石は採掘直後の摩耗していない鋭い角部を有したものが殆どであり、摩耗試験時のように循環することもないので、揚鉱時間が経過しても鉱石の摩耗によって配管類の摩耗率が変化することはない。
従って、模擬鉱石を交換せずに連続的に行うスラリー循環式摩耗試験で得られる配管類の摩耗率は、実際の配管類における摩耗率よりも試験時間の経過と共に次第に小さくなり、結果的に危険側の評価となってしまう。この問題を避けるためには、スラリー循環式摩耗試験に用いるスラリー中の鉱石の摩耗度（円磨度、角部の取れ具合）を簡便かつ定量的に評価し、これを考慮した上で実際の配管類の摩耗特性を把握する必要がある。
【０００３】
これまでに、石又は粒子の形状や円磨度を分類・評価する方法として以下のようなものが提案されている。
非特許文献３には、石の長径（ａ軸）と中間径（ｂ軸）との比（ｂ／ａ）、及び中間径と短径（ｃ軸）との比（ｃ／ｂ）をもとに、石の形状を球状（ｂ／ａ＞２／３ ａｎｄ ｃ／ｂ＞２／３）、円盤状（ｂ／ａ＞２／３ ａｎｄ ｃ／ｂ＜２／３）、棒状（ｂ／ａ＜２／３ ａｎｄ ｃ／ｂ＞２／３）、又は小判状（ｂ／ａ＜２／３ ａｎｄ ｃ／ｂ＜２／３）に分類することが記載されている。
また、非特許文献４には、円磨度印象図との比較により、円磨度を０．１〜０．９までの９段階に分類することが記載されている。
また、非特許文献５においては、マンガン団塊を中心に粗大非球形粒子の水力学的物性について、単一粒子の自由・干渉沈降速度、粒群の浮遊速度等を実験的に検討している。
【０００４】
また、特許文献１には、３個の光電検知器を用いて、スラリーの沈降速度を測定するスラリー平均粒子径測定装置が開示されている。
また、特許文献２には、試料セルの下部にレーザー光を照射し、その散乱光の空間強度分布から粒度分布を測定する粒度分布測定装置が開示されている。
また、特許文献３には、粘度検出部を試料中で回転させ、試料から受けるトルクを歪みゲージで感知し、歪みゲージの抵抗変化をディジタル表示する回転式粘度計が開示されている。
また、特許文献４には、内筒の回転駆動系の従動軸をエアベアリング装置で軸支し、トーションばねのねじれ角を測定するロータリエンコーダのディスクを駆動軸及び従動軸に直接取り付けた回転式粘度計が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公平７−８１９４１号公報
【特許文献２】特開２００６−９８２１２号公報
【特許文献３】特開昭６１−６６１４３号公報
【特許文献４】特開平８−５５４１号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】海底熱水鉱床開発計画  第１期  最終評価報告書、経済産業省資源エネルギー庁、独立行政法人石油天然ガス・金属鉱物資源機構（ＪＯＧＭＥＣ）、海底熱水鉱床開発委員会（平成２５年７月５日）
【非特許文献２】高野慧他：スラリー移送時の鉱石劣化が配管摩耗に及ぼす影響に関する実験的研究、日本船舶海洋工学会平成２７年度春季講演会論文集（２０１５）
【非特許文献３】Zingg,Th. (1935): Beitrage zur Schotteranalysis. Min. Peterog. Mitt. Schweiz., 15, 39-140
【非特許文献４】Krumbein, W. C.: Measurement and geologicsignificance of shape and roundness of sedimentary particles. J. Sed. Petrol., 11, 64-72 (1941).
【非特許文献５】斉藤隆之他：粗大非球形粒子の水力学的物性に関する研究、『採鉱と保安』、第３１巻、３号、pp.１３７−１４５（１９８５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、非特許文献３では、球状や円盤状と表記されているが、石の形状は円磨度と関係がなく、例えば鋭い角部を有する石であっても形状が立方体に近ければ球状と分類されてしまう。
また、非特許文献４は、分類者の主観が入ってしまい、再現性に乏しい。
また、非特許文献５は、粒子の沈降実験から、粒子の抗力係数や沈降速度とAlbartsonの形状係数Ｓｆ＝ｃ／√（ａｂ）の関係を導いているが、非特許文献３に記載の方法と同様に、形状係数Ｓｆと粒子の円磨度とは関係がなく、粒子の摩耗度は考慮されていない。
【０００８】
また、特許文献１の測定装置は、平均粒子径を測定するものであり、鉱石の摩耗度（円磨度、角部の取れ具合）を測定及び評価するものではない。
また、特許文献２の測定装置は、粒度分布を測定するものであり、鉱石の摩耗度を測定及び評価するものではない。
また、特許文献３及び４は回転式粘度計に関するものであるが、流体の粘度を用いて鉱石の摩耗度を測定及び評価することについては何ら記載されていない。
このように、配管類の摩耗に大きく影響する鉱石の摩耗度を簡便に評価している従来技術は見当たらない。
【０００９】
そこで本発明は、ホースや配管等の配管類の摩耗に大きく影響する鉱石の摩耗度を定量的かつ簡便に評価することができる、鉱石の摩耗度評価方法及び鉱石の摩耗度測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１記載に対応した鉱石の摩耗度評価方法においては、鉱石スラリー循環式摩耗試験における配管類の内壁の摩耗特性に影響する鉱石の摩耗度を評価する方法であって、摩耗試験前の複数の鉱石の中から無作為に試験前評価用鉱石を抽出するステップ１と、試験前評価用鉱石の流体的特性を測定し摩耗試験前のデータを得るステップ２と、鉱石を用いて配管類の摩耗試験を行うステップ３と、摩耗試験後の複数の鉱石の中から無作為に試験後評価用鉱石を抽出するステップ４と、試験後評価用鉱石の流体的特性を測定し摩耗試験後のデータを得るステップ５と、摩耗試験前のデータと摩耗試験後のデータとを比較し比較結果を得るステップ６とを備えたことを特徴とする。
請求項１に記載の本発明によれば、鉱石は摩耗度によって流体的特性が変化するため、試験前評価用鉱石及び試験後評価用鉱石の流体的特性を測定し、その比較結果を得ることで、鉱石の摩耗度を定量的に評価できる。そのため、鉱石スラリー循環式摩耗試験による実際の配管類の摩耗特性評価の精度が向上する。
【００１１】
請求項２記載の本発明は、ステップ２及びステップ５における流体的特性の測定は、試験前評価用鉱石又は試験後評価用鉱石を流体中に沈めた場合の、それぞれの沈降時間又は沈降速度を計測する測定であることを特徴とする。
請求項２に記載の本発明によれば、摩耗試験前後の鉱石のデータを簡便な測定方法で取得することができる。
【００１２】
請求項３記載の本発明は、ステップ６における比較結果は、それぞれの沈降時間の比又は沈降速度の比であることを特徴とする。
請求項３に記載の本発明によれば、鉱石の摩耗度を定量的かつ簡便に評価することができる。
【００１３】
請求項４記載の本発明は、ステップ２及びステップ５における流体的特性の測定は、回転式流体抵抗計に試験前評価用鉱石又は試験後評価用鉱石を載置して流体中に臨ませ、それぞれの流体抵抗を計測する測定であることを特徴とする。
請求項４に記載の本発明によれば、摩耗試験前後の鉱石のデータを簡便な測定方法で取得することができる。
【００１４】
請求項５記載の本発明は、ステップ６における比較結果は、それぞれの流体抵抗の比であることを特徴とする。
請求項５に記載の本発明によれば、鉱石の摩耗度を定量的かつ簡便に評価することができる。
【００１５】
請求項６記載の本発明は、ステップ２及びステップ５における流体的特性の測定は、配管の中を流れる流体中に試験前評価用鉱石又は試験後評価用鉱石を投入し、それぞれの移動速度を計測する測定であることを特徴とする。
請求項６に記載の本発明によれば、摩耗試験前後の鉱石のデータを簡便な測定方法で取得することができる。
【００１６】
請求項７記載の本発明は、移動速度の測定に当たっては、試験前評価用鉱石又は試験後評価用鉱石が、配管の内面に接触することなく流体中を浮遊して移動する行程のみから移動速度を算出したことを特徴とする。
請求項７に記載の本発明によれば、鉱石の摩耗度をより適切に評価・分類することができる。
【００１７】
請求項８記載の本発明は、ステップ６における比較結果は、それぞれの移動速度としての比であることを特徴とする。
請求項８に記載の本発明によれば、鉱石の摩耗度を定量的かつ簡便に評価することができる。
【００１８】
請求項９記載の本発明は、ステップ６における比較結果を、予め定めた閾値とさらに比較し、鉱石を次の摩耗試験に用いるか否かを判定するステップ７を備えたことを特徴とする。
請求項９に記載の本発明によれば、角が取れて丸くなった鉱石を除外して、摩耗試験に用いる鉱石と揚鉱現場等で採掘される実際の鉱石との乖離を極力少なくできる。従って、実際の使用状況に近い条件下で配管類の摩耗試験を実施できる。
【００１９】
請求項１０記載の本発明は、ステップ１で無作為に抽出した試験前評価用鉱石及びステップ４で無作為に抽出した試験後評価用鉱石のそれぞれの重量及び／又は粒度を測定し、ステップ７での判定に役立てることを特徴とする。
請求項１０に記載の本発明によれば、摩耗試験に用いる鉱石の継続使用可否をより正確に判定することができる。
【００２０】
請求項１１記載の本発明は、ステップ６の比較結果を、予め定めた配管類の摩耗率と鉱石の摩耗度との関係に適用し、配管類の摩耗率を推定するステップ８を備えたことを特徴とする。
請求項１１に記載の本発明によれば、摩耗試験に用いる鉱石の摩耗度を考慮したうえで配管類の摩耗特性を把握できる。従って、鉱石スラリー循環式摩耗試験による実際の配管類の摩耗特性評価の精度が向上する。
【００２１】
請求項１２記載に対応した鉱石の摩耗度測定装置においては、請求項２又は請求項３に記載の鉱石の摩耗度評価方法に用いる鉱石の摩耗度測定装置であって、内部に流体を収納する鉛直カラムと、流体中に試験前評価用鉱石又は試験後評価用鉱石を沈めた場合の、それぞれの沈降時間を計測する計時手段又は沈降速度を検出する速度検出手段を備えたことを特徴とする。
請求項１２に記載の本発明によれば、摩耗試験前後の鉱石のデータを簡便に取得することができる。
【００２２】
請求項１３記載に対応した鉱石の摩耗度測定装置においては、請求項４又は請求項５に記載の鉱石の摩耗度評価方法に用いる鉱石の摩耗度測定装置であって、流体を収納する流体収納容器と、流体収納容器に臨んだ試験前評価用鉱石又は試験後評価用鉱石のそれぞれの流体抵抗を計測する回転式流体抵抗計を備えたことを特徴とする。
請求項１３に記載の本発明によれば、試験前評価用鉱石及び試験後評価用鉱石の流体的特性を測定することにより、摩耗試験前後の鉱石のデータを簡便に取得することができる。
【００２３】
請求項１４記載の本発明は、回転式流体抵抗計として回転式粘度計を用い、回転式粘度計は、試験前評価用鉱石又は試験後評価用鉱石を載置するための円盤及び軸部を有するスピンドルと、スピンドルを駆動するモーターと、スピンドルにかかるトルクを測定するトルク測定手段を備えたことを特徴とする。
請求項１４に記載の本発明によれば、摩耗試験前後の鉱石のデータを、試験前評価用鉱石又は試験後評価用鉱石を回転式粘度計の円盤に載せて回転させトルクを測定することによって取得できる。
【００２４】
請求項１５に記載の本発明は、円盤に試験前評価用鉱石又は試験後評価用鉱石の略重量に対応して設定したカウンターウェイトを有したことを特徴とする。
請求項１５に記載の本発明によれば、軸部に関する重量や慣性モーメントのバランスを取り、スピンドルの偏心や回転ムラを防止できる。
【００２５】
請求項１６に記載の本発明は、円盤に試験前評価用鉱石又は試験後評価用鉱石を載せるターンテーブルを有したことを特徴とする。
請求項１６に記載の本発明によれば、ターンテーブルに載置された試験前評価用鉱石又は試験後評価用鉱石は、周囲の流体から受ける流体力によって、抗力係数がなるべく小さくなるような向きに自ずと回転するため、流体中を自由沈降する場合に近い条件で流体抵抗を測定できる。
【００２６】
請求項１７に記載の本発明は、ターンテーブルをスピンドルの回転軸に関して軸対称の位置に２個有したことを特徴とする。
請求項１７に記載の本発明によれば、２個の試験前評価用鉱石又は試験後評価用鉱石について、平均的な流体抵抗を同時に測定することができる。また、スピンドルの偏心や回転ムラを防止できる。
【００２７】
請求項１８記載の本発明は、スピンドルの軸部を支持する軸部支持手段を備え、軸部支持手段が円盤の上部の軸部と円盤の下部の軸部を支持するものであることを特徴とする。
請求項１８に記載の本発明によれば、スピンドルが偏心することを無くし、スピンドルの支持機構やトルク測定手段の破損を防止できる。
【００２８】
請求項１９記載の本発明は、流体収納容器の流体中に設けたスピンドルの円盤を下部から軸部が支え、流体収納容器の底面を貫いて軸部が設けられていることを特徴とする。
請求項１９に記載の本発明によれば、鉱石を円盤の中央に載せることができるため、鉱石の並進運動による流体抵抗を除き、鉱石の回転運動による流体抵抗のみを測定することができる。
【００２９】
請求項２０記載に対応した鉱石の摩耗度測定装置においては、請求項６から請求項８のうちの１項に記載の鉱石の摩耗度評価方法に用いる鉱石の摩耗度測定装置であって、配管として透明撮影配管と、透明撮影配管の中を移動する試験前評価用鉱石又は試験後評価用鉱石を撮影して移動速度を計測するための高速度カメラとを備えたことを特徴とする。
請求項２０に記載の本発明によれば、試験前評価用鉱石及び試験後評価用鉱石の流体的特性を測定することにより、摩耗試験前後の鉱石のデータを簡便に取得することができる。
【００３０】
請求項２１記載の本発明は、高速度カメラを所定の距離を隔てて２台設けたことを特徴とする。
請求項２１に記載の本発明によれば、試験前評価用鉱石又は試験後評価用鉱石が一方の高速度カメラに対応する位置から他方の高速度カメラに対応する位置に至る全移動行程に基づいて鉱石の速度を算出することができる。また、一方の高速度カメラ又は他方の高速度カメラの画角内における試験前評価用鉱石又は試験後評価用鉱石の移動行程に基づいて鉱石の速度を算出することができる。
【００３１】
請求項２２記載の本発明は、２台の高速度カメラは、同期をとって試験前評価用鉱石又は試験後評価用鉱石を撮影することを特徴とする。
請求項２２に記載の本発明によれば、２台の高速度カメラの撮影タイミングを合わせることができる。
【００３２】
請求項２３記載の本発明は、透明撮影配管にスケールを、高速度カメラの撮影範囲内に入るように併設したことを特徴とする。
請求項２３に記載の本発明によれば、試験前評価用鉱石又は試験後評価用鉱石の移動距離の把握が容易となる。
【００３３】
請求項２４記載の本発明は、透明撮影配管の上流側に、試験前評価用鉱石又は試験後評価用鉱石を投入するバッファタンクをさらに備えたことを特徴とする。
請求項２４に記載の本発明によれば、試験前評価用鉱石又は試験後評価用鉱石を円滑に配管に投入することができる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明の鉱石の摩耗度評価方法によれば、鉱石は摩耗度によって流体的特性が変化するため、試験前評価用鉱石及び試験後評価用鉱石の流体的特性を測定し、その比較結果を得ることで、鉱石の摩耗度を定量的に評価できる。そのため、鉱石スラリー循環式摩耗試験による実際の配管類の摩耗特性評価の精度が向上する。
【００３５】
また、ステップ２及びステップ５における流体的特性の測定は、試験前評価用鉱石又は試験後評価用鉱石を流体中に沈めた場合の、それぞれの沈降時間又は沈降速度を計測する測定である場合には、摩耗試験前後の鉱石のデータを簡便な測定方法で取得することができる。
【００３６】
また、ステップ６における比較結果は、それぞれの沈降時間の比又は沈降速度の比である場合には、鉱石の摩耗度を定量的かつ簡便に評価することができる。
【００３７】
また、ステップ２及びステップ５における流体的特性の測定は、回転式流体抵抗計に試験前評価用鉱石又は試験後評価用鉱石を載置して流体中に臨ませ、それぞれの流体抵抗を計測する測定である場合には、摩耗試験前後の鉱石のデータを簡便な測定方法で取得することができる。
【００３８】
また、ステップ６における比較結果は、それぞれの流体抵抗の比である場合には、鉱石の摩耗度を定量的かつ簡便に評価することができる。
【００３９】
また、ステップ２及びステップ５における流体的特性の測定は、配管の中を流れる流体中に試験前評価用鉱石又は試験後評価用鉱石を投入し、それぞれの移動速度を計測する測定である場合には、摩耗試験前後の鉱石のデータを簡便な測定方法で取得することができる。
【００４０】
また、移動速度の測定に当たっては、試験前評価用鉱石又は試験後評価用鉱石が、配管の内面に接触することなく流体中を浮遊して移動する行程のみから移動速度を算出した場合には、鉱石の摩耗度をより適切に評価・分類することができる。
【００４１】
また、ステップ６における比較結果は、それぞれの移動速度としての比である場合には、鉱石の摩耗度を定量的かつ簡便に評価することができる。
【００４２】
また、ステップ６における比較結果を、予め定めた閾値とさらに比較し、鉱石を次の摩耗試験に用いるか否かを判定するステップ７を備えた場合には、角が取れて丸くなった鉱石を除外して、摩耗試験に用いる鉱石と揚鉱現場等で採掘される実際の鉱石との乖離を極力少なくできる。従って、実際の使用状況に近い条件下で配管類の摩耗試験を実施できる。
【００４３】
また、ステップ１で無作為に抽出した試験前評価用鉱石及びステップ４で無作為に抽出した試験後評価用鉱石のそれぞれの重量及び／又は粒度を測定し、ステップ７での判定に役立てる場合には、摩耗試験に用いる鉱石の継続使用可否をより正確に判定することができる。
【００４４】
また、ステップ６の比較結果を、予め定めた配管類の摩耗率と鉱石の摩耗度との関係に適用し、配管類の摩耗率を推定するステップ８を備えた場合には、摩耗試験に用いる鉱石の摩耗度を考慮したうえで配管類の摩耗特性を把握できる。従って、鉱石スラリー循環式摩耗試験による実際の配管類の摩耗特性評価の精度が向上する。
【００４５】
本発明の鉱石の摩耗度測定装置によれば、試験前評価用鉱石及び試験後評価用鉱石の流体的特性を測定することにより、摩耗試験前後の鉱石のデータを簡便に取得することができる。
【００４６】
また、回転式流体抵抗計として回転式粘度計を用い、回転式粘度計は、試験前評価用鉱石又は試験後評価用鉱石を載置するための円盤及び軸部を有するスピンドルと、スピンドルを駆動するモーターと、スピンドルにかかるトルクを測定するトルク測定手段とを備えた場合には、摩耗試験前後の鉱石のデータを、試験前評価用鉱石又は試験後評価用鉱石を回転式粘度計の円盤に載せて回転させトルクを測定することによって取得できる。
【００４７】
また、円盤に試験前評価用鉱石又は試験後評価用鉱石の略重量に対応して設定したカウンターウェイトを有した場合には、軸部に関する重量や慣性モーメントのバランスを取り、スピンドルの偏心や回転ムラを防止できる。
【００４８】
また、円盤に試験前評価用鉱石又は試験後評価用鉱石を載せるターンテーブルを有した場合には、ターンテーブルに載置された試験前評価用鉱石又は試験後評価用鉱石は、周囲の流体から受ける流体力によって、抗力係数がなるべく小さくなるような向きに自ずと回転するため、流体中を自由沈降する場合に近い条件で流体抵抗を測定できる。
【００４９】
また、ターンテーブルをスピンドルの回転軸に関して軸対称の位置に２個有した場合には、２個の試験前評価用鉱石又は試験後評価用鉱石について、平均的な流体抵抗を同時に測定することができる。また、スピンドルの偏心や回転ムラを防止できる。
【００５０】
また、スピンドルの軸部を支持する軸部支持手段を備え、軸部支持手段が円盤の上部の軸部と円盤の下部の軸部を支持するものである場合には、スピンドルが偏心することを無くし、スピンドルの支持機構やトルク測定手段の破損を防止できる。
【００５１】
また、流体収納容器の流体中に設けたスピンドルの円盤を下部から軸部が支え、流体収納容器の底面を貫いて軸部が設けられている場合には、鉱石を円盤の中央に載せることができるため、鉱石の並進運動による流体抵抗を除き、鉱石の回転運動による流体抵抗のみを測定することができる。
【００５２】
配管として透明撮影配管と、透明撮影配管の中を移動する試験前評価用鉱石又は試験後評価用鉱石を撮影して移動速度を計測するための高速度カメラとを備えた本発明の鉱石の摩耗度測定装置によれば、試験前評価用鉱石及び試験後評価用鉱石の流体的特性を測定することにより、摩耗試験前後の鉱石のデータを簡便に取得することができる。
【００５３】
また、高速度カメラを所定の距離を隔てて２台設けた場合には、試験前評価用鉱石又は試験後評価用鉱石が一方の高速度カメラに対応する位置から他方の高速度カメラに対応する位置に至る全移動行程に基づいて鉱石の速度を算出することができる。また、一方の高速度カメラ又は他方の高速度カメラの画角内における試験前評価用鉱石又は試験後評価用鉱石の移動行程に基づいて鉱石の速度を算出することができる。
【００５４】
また、２台の高速度カメラは、同期をとって試験前評価用鉱石又は試験後評価用鉱石を撮影する場合には、２台の高速度カメラの撮影タイミングを合わせることができる。
【００５５】
また、透明撮影配管にスケールを、高速度カメラの撮影範囲内に入るように併設した場合には、試験前評価用鉱石又は試験後評価用鉱石の移動距離の把握が容易となる。
【００５６】
また、透明撮影配管の上流側に、試験前評価用鉱石又は試験後評価用鉱石を投入するバッファタンクをさらに備えた場合には、試験前評価用鉱石又は試験後評価用鉱石を円滑に配管に投入することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の一実施形態による鉱石の摩耗度評価方法に用いる鉱石の摩耗度測定装置の概略図
【図２】同鉱石の摩耗度評価方法のフローチャート
【図３】同鉱石の摩耗度評価方法に用いる鉱石の外観写真
【図４】同鉱石の摩耗度評価方法による比較結果の例を示す図
【図５】同鉱石の摩耗度評価方法による比較結果の例を示す図
【図６】同鉱石の摩耗度評価方法に用いる鉱石の摩耗度測定装置の他の実施形態を示す概略図
【図７】本発明の他の実施形態による鉱石の摩耗度評価方法に用いる鉱石の摩耗度測定装置の第一実施形態を示す概略図
【図８】同鉱石の摩耗度評価方法による比較結果の例を示す図
【図９】同鉱石の摩耗度評価方法による比較結果の例を示す図
【図１０】同鉱石の摩耗度評価方法による比較結果の例を示す図
【図１１】同鉱石の摩耗度評価方法による比較結果の例を示す図
【図１２】同鉱石の摩耗度評価方法で測定した指示粘度比とスラリー循環式摩耗試験で測定した配管摩耗率との関係図
【図１３】同鉱石の摩耗度評価方法に用いる鉱石の摩耗度測定装置の第二実施形態を示す概略図
【図１４】同鉱石の摩耗度評価方法に用いる鉱石の摩耗度測定装置の第三実施形態に係るスピンドル部分を示す概略図
【図１５】同鉱石の摩耗度評価方法に用いる鉱石の摩耗度測定装置の第四実施形態に係るスピンドル部分を示す概略図
【図１６】同鉱石の摩耗度評価方法に用いる鉱石の摩耗度測定装置の第五実施形態に係るスピンドル部分を示す概略図
【図１７】同鉱石の摩耗度評価方法に用いる鉱石の摩耗度測定装置の第六実施形態を示す概略図
【図１８】スラリー循環式摩耗試験装置の外観写真
【図１９】同スラリー循環式摩耗試験装置を使用した摩耗試験における鉱石スラリー循環時間と配管摩耗率との関係を示す図
【図２０】本発明のさらに他の実施形態による鉱石の摩耗度評価方法に用いる鉱石の摩耗度測定装置の概略図
【図２１】同鉱石の摩耗度測定装置の一部上面図
【図２２】同鉱石の摩耗度測定装置の透明撮影配管を高速度カメラで撮影した図
【図２３】同鉱石の摩耗度評価方法に用いる鉱石の外観写真
【図２４】同鉱石の摩耗度評価方法による比較結果の例を示す図
【図２５】同鉱石の摩耗度評価方法による比較結果の例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００５８】
以下に、本発明の一実施形態による鉱石の摩耗度評価方法及び鉱石の摩耗度測定装置について説明する。
【００５９】
図１は本実施形態による鉱石の摩耗度評価方法に用いる鉱石の摩耗度測定装置の概略図である。
鉱石の摩耗度測定装置２０は、内部に水やオイル等の流体３０を収納する鉛直カラム２１を備える。
鉛直カラム２１は、例えば、外径３５．４ｍｍ、内径３１．４ｍｍ（板厚２ｍｍ）、長さ１０００ｍｍの透明アクリルパイプである。鉛直カラム２１（透明アクリルパイプ）の下端は栓により塞がれている。流体３０は、鉛直カラム２１の上端近傍まで満たされており、上面３０Ａから底面３０Ｂまでの深さを有する。
【００６０】
図２は本実施形態による鉱石の摩耗度評価方法のフローチャートである。
本実施形態による鉱石の摩耗度評価方法は、まず、鉱石スラリー循環式摩耗試験に用いる前の複数の鉱石１０の中から、無作為に試験前評価用鉱石１０ａを抽出する（ステップ１）。抽出した試験前評価用鉱石１０ａの集合をグループＡとする。
図３は本実施形態による鉱石の摩耗度評価方法に用いる（模擬）鉱石１０の外観写真である。鉱石１０の大きさは、砕石５号（兵庫県姫路市家島町西島産）、粒径約１０〜２０ｍｍであり、岩種は、流紋岩である。
図３（ａ）は、試験前評価用鉱石１０ａ（グループＡ）を撮影したものである。試験前評価用鉱石１０ａは、鋭い角部を有していることが分かる。
【００６１】
ステップ１で抽出した試験前評価用鉱石１０ａのそれぞれを、鉛直カラム２１に満たされた流体３０中に静かに自由沈降させ、流体３０の上面３０Ａから底面３０Ｂに達するまでの沈降時間を計測する。この沈降時間を、鉱石１０の摩耗試験前のデータとして記録する（ステップ２）。
また、試験前評価用鉱石１０ａの重量と粒度の少なくとも一方を計測し、その計測結果を鉱石１０の摩耗試験前のデータに含めることが好ましい。
なお、沈降時間に代えて、試験前評価用鉱石１０ａの沈降速度を計測し、その沈降速度を、鉱石１０の摩耗試験前のデータとしてもよい。
【００６２】
次に、鉱石１０を用いて配管類の摩耗試験を行う（ステップ３）。
配管類は、例えば、ホース、配管、継手、又はポンプである。
摩耗試験は、水を満たしたタンクに鉱石１０を一定量投入してスラリーとし、スラリーを所定時間循環させて配管類の内壁の摩耗率を計測し、配管類の摩耗特性を把握するものであり、例えば、図１８に示すスラリー循環式摩耗試験装置８００によって行う。
【００６３】
次に、摩耗試験に用いた後の複数の鉱石１０の中から、無作為に試験後評価用鉱石１０ｂを抽出する（ステップ４）。抽出した試験後評価用鉱石１０ｂの集合をグループＢとする。
図３（ｂ）は、摩耗試験を９０分間行った後の複数の鉱石１０の中から抽出した試験後評価用鉱石１０ｂ（グループＢ）を撮影したものである。試験後評価用鉱石１０ｂは、摩耗試験中の衝突により角部が取れて丸みを帯びている（円磨度が増している）ことが分かる。
【００６４】
ステップ４で抽出した試験後評価用鉱石１０ｂのそれぞれを、鉛直カラム２１に満たされた流体３０中に静かに自由沈降させ、流体３０の上面３０Ａから底面３０Ｂに達するまでの沈降時間を計測する。この沈降時間を、鉱石１０の摩耗試験後のデータとして記録する（ステップ５）。
また、試験後評価用鉱石１０ｂの重量と粒度の少なくとも一方を計測し、その計測結果を鉱石１０の摩耗試験後のデータに含めることが好ましい。
なお、沈降時間に代えて、試験後評価用鉱石１０ｂの沈降速度を計測し、その沈降速度を、鉱石１０の摩耗試験後のデータとしてもよい。
【００６５】
次に、ステップ２で得られた摩耗試験前のデータとステップ５で得られた摩耗試験後のデータとを比較し、摩耗試験の前後における鉱石１０についての比較結果を得る（ステップ６）。
比較結果は、例えば、試験前評価用鉱石１０ａ（グループＡ）の沈降時間と試験後評価用鉱石１０ｂ（グループＢ）の沈降時間との差、又は試験前評価用鉱石１０ａ（グループＡ）の沈降時間に対する試験後評価用鉱石１０ｂ（グループＢ）の沈降時間の比である。
鉱石１０は摩耗度（主に角部の鋭さ）によって流体抵抗が変化するため、本実施形態のように試験前評価用鉱石１０ａ又は試験後評価用鉱石１０ｂを流体３０中に自由沈降させて両者の流体的特性を測定し、その比較結果を得ることで、鉱石１０の摩耗度を簡便かつ定量的に評価できる。
【００６６】
次に、ステップ６で得られた比較結果を、予め定めた閾値と比較し、摩耗試験に使用した鉱石１０を次の摩耗試験に用いるか否かを判定する（ステップ７）。
閾値は、次の摩耗試験に鉱石１０を引き続き使用できるか否かの判定基準となる摩耗度である。比較結果（鉱石１０の摩耗度）が基準となる摩耗度に適合しないと判定した場合には、鉱石１０を新品に交換し、ステップ１に戻る。比較結果（鉱石１０の摩耗度）が基準となる摩耗度に適合すると判定した場合には、ステップ３に戻る。これにより、角が取れて丸くなった鉱石１０を除外して、摩耗試験に用いる鉱石１０と揚鉱現場等で採掘される実際の鉱石との乖離を極力少なくできる。従って、実際の使用状況に近い条件下で摩耗試験を実施できる。
なお、摩耗試験前のデータ及び摩耗試験後のデータに、試験前評価用鉱石１０ａ及び試験後評価用鉱石１０ｂの重量と粒度の少なくとも一方が含まれている場合には、摩耗試験の前後における鉱石１０の重量又は粒度の変化を判定の材料に用いて役立てることができる。これにより、摩耗試験に使用した鉱石１０を次の摩耗試験に用いるか否かの判定の精度が向上する。例えば、重量の測定は電子天秤を用いて、粒度の測定はふるいを用いて行う。重量及び粒度にもそれぞれの閾値を定めて、流体的特性の比較結果に加え重量及び／又は粒度の比較結果を加味して判定を行う。
【００６７】
また、ステップ６で得られた比較結果を、予め定めた配管類の摩耗率と鉱石１０の摩耗度との関係に適用し、配管類の摩耗率を推定する（ステップ８）。
例えば、試験前評価用鉱石１０ａ（グループＡ）の沈降時間に対する試験後評価用鉱石１０ｂ（グループＢ）の沈降時間の比と、図１９に示される配管摩耗率との相関図を作成し、作成した相関図の傾向に基づいて配管類の摩耗率を推定する。
これにより、摩耗試験に用いる鉱石１０の摩耗度を考慮したうえで配管類の摩耗特性を把握できる。従って、鉱石スラリー循環式摩耗試験による実際の配管類の摩耗特性評価の精度が向上する。
【００６８】
図４及び図５は、ステップ６の比較結果の例を示す図である。
図４は流体３０に水を用いた実験により得られた比較結果であり、図５は流体３０にシリコーンオイルを用いた実験により得られた比較結果である。用いたシリコーンオイルの動粘度は、２５℃において３，０００ｍｍ２／ｓｅｃである。
流体３０に水を用いた場合、シリコーンオイルを用いた場合のいずれにおいても、図１に示す鉱石の摩耗度測定装置２０を用いて、鉛直カラム２１に満たされた流体３０に試験前評価用鉱石１０ａ又は試験後評価用鉱石１０ｂを自由沈降させ、上面３０Ａから底面３０Ｂに達するまでの沈降時間をストップウォッチにより測定した。また、試験前評価用鉱石１０ａ又は試験後評価用鉱石１０ｂの重量を一つずつ測定した。なお、試験後評価用鉱石１０ｂは、ステップ３における摩耗試験を９０分間行った後の複数の鉱石１０の中から抽出した。
図４及び図５では、試験前評価用鉱石１０ａ及び試験後評価用鉱石１０ｂの双方について、沈降時間と重量の測定結果をプロットしている。横軸は重量（ｇ）、縦軸は沈降時間（ｓｅｃ）であり、四角（□）は、試験前評価用鉱石１０ａの測定結果、丸（●）は、試験後評価用鉱石１０ｂの測定結果を示す。また、点線Ａは、試験前評価用鉱石１０ａの沈降時間の平均値を示し、点線Ｂは、試験後評価用鉱石１０ｂの沈降時間の平均値を示す。
【００６９】
図４及び図５に示すように、試験前評価用鉱石１０ａと試験後評価用鉱石１０ｂとでは明らかに沈降時間に差があり、鉱石１０の摩耗度と沈降時間との間には強い相関が有ることが分かる。
ここで、流体３０を水とした場合（図４）には、グループＡの平均沈降時間は３．１秒、グループＢの平均沈降時間は２．４秒であり、平均沈降時間の比は、グループＡ：グループＢ＝１００：７７であった。
また、流体３０をシリコーンオイルとした場合（図５）には、グループＡの平均沈降時間は８６．０秒、グループＢの平均沈降時間は７５．５秒であり、平均沈降時間の比は、グループＡ：グループＢ＝１００：８８であった。
このように、鉱石１０は摩耗度（主に角部の鋭さ）によって流体抵抗が変化するため、グループＡとグループＢとの平均沈降時間の比較、又はグループＡに対するグループＢの平均沈降時間比を算出することで、鉱石１０の摩耗度を定量的かつ簡便に評価することができる。
なお、流体３０に水を用いた場合には、流体３０に水よりも粘度の高いシリコーンオイルを用いた場合に比較して試験前評価用鉱石１０ａ又は試験後評価用鉱石１０ｂの沈降時間が短いため、鉱石１０の摩耗度を評価する時間を短縮できる。一方、流体３０にシリコーンオイルなどの水よりも粘度の高い流体を用いた場合には、流体３０に水を用いた場合に比較して試験前評価用鉱石１０ａ又は試験後評価用鉱石１０ｂの沈降時間が長いため、沈降時間または沈降速度の測定が容易になる。
【００７０】
図６は、本実施形態による鉱石の摩耗度評価方法に用いる鉱石の摩耗度測定装置の他の実施形態を示す概略図である。
図６に示す鉱石の摩耗度測定装置１２０は、沈降時間を計測する計時手段１２２を有する。計時手段１２２を有することにより、沈降時間を自動計測して省力化できる。
計時手段１２２は、流体３０に自由沈降させる試験前評価用鉱石１０ａ又は試験後評価用鉱石１０ｂが、高位置点Ｙ１から低位置点Ｙ２に沈降するまでの沈降時間を計測する。
高位置点Ｙ１は、試験前評価用鉱石１０ａ又は試験後評価用鉱石１０ｂの沈降開始点（上面３０Ａ）に設定されている。低位置点Ｙ２は、鉱石１０の沈降終了点（底面３０Ｂ）に設定されている。なお、高位置点Ｙ１又は低位置点Ｙ２は、試験前評価用鉱石１０ａ又は試験後評価用鉱石１０ｂの沈降途中となる位置に設定しても良い。
計時手段１２２は、上部レーザー変位計１２２Ａと、上部レーザー変位計１２２Ａよりも下方に配置される下部レーザー変位計１２２Ｂとからなる。
上部レーザー変位計１２２Ａは、高位置点Ｙ１の位置に設けられている。下部レーザー変位計１２２Ｂは、低位置点Ｙ２に設けられている。上部レーザー変位計１２２Ａ及び下部レーザー変位計１２２Ｂは、それぞれ、レーザー光が鉛直カラム２１を水平に横切る向きとなるように設けられている。上部レーザー変位計１２２Ａ及び下部レーザー変位計１２２Ｂの出力の変化により、試験前評価用鉱石１０ａ又は試験後評価用鉱石１０ｂが高位置点Ｙ１及び低位置点Ｙ２を通過した時刻を計測することができる。ニ地点の通過時刻に基づいて高位置点Ｙ１から低位置点Ｙ２までの沈降時間を算出する。この沈降時間を、試験前評価用鉱石１０ａの摩耗試験前のデータ又は試験後評価用鉱石１０ｂの摩耗試験後のデータとして記録する。
なお、図６のように試験前評価用鉱石１０ａ又は試験後評価用鉱石１０ｂの沈降終了点（底面３０Ｂ）を低位置点Ｙ２に設定する場合には、下部レーザー変位計１２２Ｂの代わりに圧力センサーを用い、試験前評価用鉱石１０ａ又は試験後評価用鉱石１０ｂが低位置点Ｙ２に達したことを圧力により検知してもよい。また、圧力センサーだけを用いて、上面３０Ａ（Ｙ1）に試験前評価用鉱石１０ａ又は試験後評価用鉱石１０ｂを投入したときの圧力変化と、底面３０Ｂ（Ｙ２）に達したときの圧力変化から、上面３０Ａから底面３０Ｂに到達するまでの沈降時間を求めてもよい。
また、試験前評価用鉱石１０ａ又は試験後評価用鉱石１０ｂの沈降速度を計測し、その沈降速度を、鉱石１０の摩耗試験前のデータ又は鉱石１０の摩耗試験後のデータとする場合には、計時手段１２２に代えて、速度センサー等の速度検出手段を設ければよい。
【００７１】
また、計時手段１２２に撮像手段を用いてもよい。この場合は、高速度ビデオカメラ等を用いて、試験前評価用鉱石１０ａ又は試験後評価用鉱石１０ｂが高位置点Ｙ１から低位置点Ｙ２に沈降する鉛直カラム２１内の様子を収めた動画を撮影する。動画には０．１秒、０．０１秒など、１秒未満の位まで表示する時刻表示を含めておくことで、撮影後に画像を解析して高位置点Ｙ１から低位置点Ｙ２までの沈降時間を算出できる。
なお、画像解析においてＰＩＶ（Particle Image Velocimetry＝粒子イメージ流速計測法）を用いた場合には、沈降時間又は沈降速度の定量的評価や、複数の試験前評価用鉱石１０ａ又は試験後評価用鉱石１０ｂの同時評価も可能となる。
【００７２】
次に、本発明の他の実施形態による鉱石の摩耗度評価方法及び鉱石の摩耗度測定装置について説明する。なお、上記した実施形態と同一機能部材には同一符号を付して説明を省略する。
【００７３】
図７は本実施形態による鉱石の摩耗度評価方法に用いる鉱石の摩耗度測定装置の第一実施形態を示す概略図である。
鉱石の摩耗度測定装置２２０は、水やオイル等の流体３０を収納するビーカー等の流体収納容器２２１と、試験前評価用鉱石１０ａ又は試験後評価用鉱石１０ｂの流体抵抗を計測する回転式流体抵抗計２２２を備える。円筒形の流体収納容器２２１には流体３０が満たされている。
回転式流体抵抗計２２２は回転式粘度計であり、スピンドル２２３と、スピンドル２２３を駆動するモーター２２４と、スピンドル２２３にかかるトルクを測定するトルクセンサー等のトルク測定手段２２５とを備える。
スピンドル２２３は、試験前評価用鉱石１０ａ又は試験後評価用鉱石１０ｂが載置される円盤２２３Ａと、円盤２２３Ａに接続された軸部２２３Ｂを有する。
円盤２２３Ａは流体３０中に水平に配置されており、軸部２２３Ｂとの接続部分を中心として回転する。
鉛直に立設した軸部２２３Ｂは、円盤２２３Ａの中心を貫通しており、下端が円盤２２３Ａの下面と流体収納容器２２１の底面３０Ｂとの間に配置され、上端が流体３０外に配置されている。軸部２２３Ｂの上端側には上から順にモーター２２４、トルク測定手段２２５、ジョイント２２６が設けられている。
【００７４】
本実施形態による鉱石の摩耗度評価方法を図２を用いて説明する。
本実施形態による鉱石の摩耗度評価方法は、まず、鉱石スラリー循環式摩耗試験に用いる前の複数の鉱石１０の中から、無作為に試験前評価用鉱石１０ａを抽出する（ステップ１）。抽出した試験前評価用鉱石１０ａの集合をグループＡとする。
【００７５】
ステップ１で抽出した試験前評価用鉱石１０ａのそれぞれを、流体３０中に配置された円盤２２３Ａに一つずつ載せ、モーター２２４を制御してスピンドル２２３の回転数を段階的に変化させながら、トルク測定手段２２５の出力を用いて指示粘度値を計測する。この指示粘度値を、鉱石１０の摩耗試験前のデータとして記録する（ステップ２）。
なお、円盤２２３Ａには、試験前評価用鉱石１０ａの抗力係数がなるべく小さくなるように、図７に示す試験前評価用鉱石１０ａの円盤２２３Ａ周方向の投影面積が最も小さくなる向きに、試験前評価用鉱石１０ａを載せることが好ましい。
また、試験前評価用鉱石１０ａの重量と粒度の少なくとも一方を計測し、その計測結果を鉱石１０の摩耗試験前のデータに含めることが好ましい。
【００７６】
次に、鉱石１０を用いて配管類の摩耗試験を行う（ステップ３）。
配管類は、例えば、ホース、配管、継手、又はポンプである。
摩耗試験は、水を満たしたタンクに鉱石１０を一定量投入してスラリーとし、スラリーを所定時間循環させて配管類の内壁の摩耗率を計測し、配管類の摩耗特性を把握するものであり、例えば、図１８に示すスラリー循環式摩耗試験装置８００によって行う。
【００７７】
次に、摩耗試験に用いた後の複数の鉱石１０の中から、無作為に試験後評価用鉱石１０ｂを抽出する（ステップ４）。抽出した試験後評価用鉱石１０ｂの集合をグループＢとする。
【００７８】
ステップ４で抽出した試験後評価用鉱石１０ｂのそれぞれを、流体３０中に配置された円盤２２３Ａに一つずつ載せ、モーター２２４を制御してスピンドル２２３の回転数を段階的に変化させながら、トルク測定手段２２５の出力を用いて指示粘度値を計測する。この指示粘度値を、鉱石１０の摩耗試験後のデータとして記録する（ステップ５）。
なお、円盤２２３Ａには、試験後評価用鉱石１０ｂの抗力係数がなるべく小さくなるように、図７に示す試験後評価用鉱石１０ｂの円盤２２３Ａ周方向の投影面積が最も小さくなる向きに、試験後評価用鉱石１０ｂを載せることが好ましい。
また、試験後評価用鉱石１０ｂの重量と粒度の少なくとも一方を計測し、その計測結果を鉱石１０の摩耗試験後のデータに含めることが好ましい。
【００７９】
次に、ステップ２で得られた摩耗試験前のデータとステップ５で得られた摩耗試験後のデータとを比較し、摩耗試験の前後における鉱石１０についての比較結果を得る（ステップ６）。
比較結果は、例えば、試験前評価用鉱石１０ａ（グループＡ）の指示粘度値と試験後評価用鉱石１０ｂ（グループＢ）の指示粘度値との比もしくは差、又はスピンドル２２３のみの場合の指示粘度値に対する試験前評価用鉱石１０ａ（グループＡ）又は試験後評価用鉱石１０ｂ（グループＢ）の指示粘度値の比である。
鉱石１０は摩耗度（主に角部の鋭さ）によって流体抵抗が変化するため、本実施形態のように試験前評価用鉱石１０ａ又は試験後評価用鉱石１０ｂを流体３０中で回転させて両者の流体的特性を測定し、その比較結果を得ることで、鉱石１０の摩耗度を簡便かつ定量的に評価できる。
【００８０】
次に、ステップ６で得られた比較結果を、予め定めた閾値と比較し、摩耗試験に使用した鉱石１０を次の摩耗試験に用いるか否かを判定する（ステップ７）。
閾値は、次の摩耗試験に鉱石１０を引き続き使用できるか否かの判定基準となる摩耗度である。比較結果（鉱石１０の摩耗度）が基準となる摩耗度に適合しないと判定した場合には、鉱石１０を新品に交換し、ステップ１に戻る。比較結果（鉱石１０の摩耗度）が基準となる摩耗度に適合すると判定した場合には、ステップ３に戻る。これにより、角が取れて丸くなった鉱石１０を除外して、摩耗試験に用いる鉱石１０と揚鉱現場等で採掘される実際の鉱石との乖離を極力少なくできる。従って、実際の使用状況に近い条件下で配管類の摩耗試験を実施できる。
なお、摩耗試験前のデータ及び摩耗試験後のデータに、試験前評価用鉱石１０ａ及び試験後評価用鉱石１０ｂの重量と粒度の少なくとも一方が含まれている場合には、摩耗試験の前後における鉱石１０の重量又は粒度の変化を判定の材料に用いて役立てることができる。これにより、摩耗試験に使用した鉱石１０を次の摩耗試験に用いるか否かの判定の精度が向上する。
【００８１】
また、ステップ６で得られた比較結果を、予め定めた配管類の摩耗率と鉱石１０の摩耗度の関係に適用し、配管類の摩耗率を推定する（ステップ８）。
例えば、スピンドル２２３のみの場合の指示粘度値に対する試験前評価用鉱石１０ａ（グループＡ）又は試験後評価用鉱石１０ｂ（グループＢ）の指示粘度値の比と、図１９に示される配管摩耗率との相関図を作成し、作成した相関図の傾向に基づいて配管類の摩耗率を推定する。
これにより、摩耗試験に用いる鉱石１０の摩耗度を考慮したうえで配管類の摩耗特性を把握できる。従って、鉱石スラリー循環式摩耗試験による実際の配管類の摩耗特性評価の精度が向上する。
【００８２】
図８から図１１は、ステップ６の比較結果の例を示す図である。
図８はスピンドル２２３の回転数を１０ｒｐｍとした場合の比較結果であり、図９はスピンドル２２３の回転数を１２ｒｐｍとした場合の比較結果であり、図１０はスピンドル２２３の回転数を２０ｒｐｍとした場合の比較結果であり、図１１はスピンドル２２３の回転数を３０ｒｐｍとした場合の比較結果である。
いずれの場合においても、図７に示す鉱石の摩耗度測定装置２２０を用いて計測した。なお、鉱石の摩耗度測定装置２２０を構成するにあたっては、Ｂ型回転式粘度計（Fungilab社製Viscolead one）にスピンドル（スピンドルタイプＲ２）を装着した。また、流体３０には水を用いた。また、試験前評価用鉱石１０ａ又は試験後評価用鉱石１０ｂの重量を一つずつ測定した。なお、試験後評価用鉱石１０ｂは、摩耗試験を９０分間行った後の複数の鉱石１０の中から抽出した。
図８から図１１では、試験前評価用鉱石１０ａ及び試験後評価用鉱石１０ｂの双方について、スピンドル２２３のみ（試験前評価用鉱石１０ａ及び試験後評価用鉱石１０ｂ無し）の場合の指示粘度に対する指示粘度比と、重量の測定結果をプロットしている。横軸は重量（ｇ）、縦軸は指示粘度比であり、四角（□）は、グループＡの測定結果、丸（●）は、グループＢの測定結果を示す。また、点線Ａは、グループＡの指示粘度比の平均値を示し、点線Ｂは、グループＢの指示粘度比の平均値を示す。
【００８３】
図８から図１１に示すように、スピンドル２２３の回転数がいずれの場合においても、試験前評価用鉱石１０ａと試験後評価用鉱石１０ｂとでは明らかに指示粘度比に差があり、鉱石１０の摩耗度と指示粘度比との間には強い相関が有ることが分かる。
ここで、各回転数におけるグループＡとグループＢの指示粘度比の平均値を下表１に示す。
【００８４】
【表１】
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【００８５】
また、図１２は、グループＡ及びグループＢの指示粘度比と図１９に示したスラリー循環式摩耗試験における配管摩耗率との関係を示したものである。
図１２に示すように、指示粘度比と配管摩耗率との間には明らかな正の相関が認められ、指示粘度比から配管摩耗率を推定することが可能なことが分かる。
【００８６】
図１３は、本実施形態による鉱石の摩耗度評価方法に用いる鉱石の摩耗度測定装置の第ニ実施形態を示す概略図である。なお、上記した実施形態と同一機能部材には同一符号を付して説明を省略する。
第二実施形態による鉱石の摩耗度測定装置３２０の基本構造は、図７に示す第一実施形態による鉱石の摩耗度測定装置２２０と同じであるが、第二実施形態による鉱石の摩耗度測定装置３２０は、スピンドル２２３を支持する軸部支持手段３２１を備える。
軸部支持手段３２１は、軸部２２３Ｂのうち、円盤２２３Ａよりも上部側を支持する上軸部支持手段３２１Ａと、円盤２２３Ａよりも下部側を支持する下軸部支持手段３２１Ｂとからなる。上軸部支持手段３２１Ａは、円盤２２３Ａとジョイント２２６との間の軸部２２３Ｂの外周部分に、軸部２２３Ｂを側方から支持するように配置される。また、下軸部支持手段３２１Ｂは、軸部２２３Ｂの下端に、軸部２２３Ｂを下方から支持するように配置される。
円盤２２３Ａに試験前評価用鉱石１０ａ又は試験後評価用鉱石１０ｂを載せると、試験前評価用鉱石１０ａ又は試験後評価用鉱石１０ｂの重量によってスピンドル２２３が偏心して、スピンドル２２３の支持機構やトルク測定手段２２５が破損してしまう可能性がある。そこで、スピンドル２２３を支える軸部支持手段３２１を設けることで、スピンドル２２３の偏心を防止できる。なお、上軸部支持手段３２１Ａ及び下軸部支持手段３２１Ｂは、スピンドル２２３の回転を妨げてトルク計測値に有意な影響を及ぼすことのないようにスピンドル２２３を回転自由に支持する構造としている。
また、流体３０に水よりも粘度の高いオイルなどを用いる場合にも対応できるように、モーター２２４のトルクと、トルク測定手段２２５の容量を、通常のＢ形回転式粘度計よりも大きくしている。
【００８７】
また、第二実施形態による鉱石の摩耗度測定装置３２０は、円盤２２３Ａ上に軸部２２３Ｂを中心とする同心円状のマーク３２２を有する。測定時には試験前評価用鉱石１０ａ又は試験後評価用鉱石１０ｂを入れ替えて測定するが、試験前評価用鉱石１０ａ又は試験後評価用鉱石１０ｂの（軸部２２３Ｂ方向に投影した場合の）重心が、常に同じ円上に概ね位置するように試験前評価用鉱石１０ａ又は試験後評価用鉱石１０ｂを載せることで、スピンドル２２３の一定の回転数に対して、試験前評価用鉱石１０ａ又は試験後評価用鉱石１０ｂが回転して流体３０中を移動する速度を一定とすることができる。
なお、円盤２２３Ａ上には、試験前評価用鉱石１０ａ又は試験後評価用鉱石１０ｂの抗力係数がなるべく小さくなるように、同心円状マークの３２２の周方向の投影面積が最も小さくなる向きに、試験前評価用鉱石１０ａ又は試験後評価用鉱石１０ｂを載せる。
【００８８】
また、第二実施形態による鉱石の摩耗度測定装置３２０は、トルク表示部３２３を備える。トルク測定手段２２５で計測したトルクの測定値は粘度に換算されず、そのままトルク表示部３２３に表示される。これにより、試験前評価用鉱石１０ａ又は試験後評価用鉱石１０ｂの流体抵抗値が計算しやすくなる。
【００８９】
図１４及び図１５は、本実施形態による鉱石の摩耗度評価方法に用いる鉱石の摩耗度測定装置の第三実施形態及び第四実施形態に係るスピンドル部分を示す概略図であり、図１４（ａ）は第三実施形態のスピンドル部分の正面図、図１４（ｂ）は同上面図、図１５（ａ）は第四実施形態のスピンドル部分の正面図、図１５（ｂ）は同上面図である。なお、上記した実施形態と同一機能部材には同一符号を付して説明を省略する。
第三実施形態による鉱石の摩耗度測定装置４２０及び第四実施形態による鉱石の摩耗度測定装置５２０は、カウンターウェイト４２１を備える。
カウンターウェイト４２１の重量は、試験前評価用鉱石１０ａ又は試験後評価用鉱石１０ｂの重量とほぼ等しい。カウンターウェイト４２１は、円盤２２３Ａに、試験前評価用鉱石１０ａ又は試験後評価用鉱石１０ｂが載置される位置と軸部２２３Ｂに関して軸対称となる位置に設けられている。すなわち、カウンターウェイト４２１と試験前評価用鉱石１０ａ又は試験後評価用鉱石１０ｂとは１８０°位置がずれており、円盤２２３Ａの中心から等距離にある。これにより、軸部２２３Ｂに関する重量や慣性モーメントのバランスを取り、スピンドル２２３の偏心や回転ムラを防止できる。また、図１３に示した軸部支持手段３２１を省略し、軸部支持手段３２１を設けることによるスピンドル２２３の回転抵抗を無くすことができる。
【００９０】
なお、カウンターウェイト４２１は、測定する試験前評価用鉱石１０ａ又は試験後評価用鉱石１０ｂの重量に基づいて適切な重さに設定することが望ましい。具体的には、カウンターウェイト４２１を図１４のように埋め込み式として、カウンターウェイト４２１の比重又は大きさの異なるスピンドル２２３を複数用意するか、カウンターウェイト４２１を図１５のように着脱式として、同形状で重さの異なるカウンターウェイト４２１を複数用意する。
また、カウンターウェイト４２１は、円盤２２３Ａ周りの流れ場を円滑にするためには、図１４のように埋め込み式とすることが望ましいが、図１５のように着脱式とする場合であっても円盤２２３Ａ表面の凹凸を最小限に抑えればよい。
また、着脱式とする場合のカウンターウェイト４２１の位置は、円盤２２３Ａの上面側であっても下面側であってもよい。また、カウンターウェイト４２１が円盤２２３Ａの上下面を貫通していてもよい。更に、カウンターウェイト４２１を着脱式とする場合は、単純な嵌め込み構造としてもよいし、着脱が容易なようにカウンターウェイト４２１を円盤状としてその側面にねじを切ったねじ込み構造としてもよい。
【００９１】
また、第三実施形態による鉱石の摩耗度測定装置４２０及び第四実施形態による鉱石の摩耗度測定装置５２０は、円盤２２３Ａの試験前評価用鉱石１０ａ又は試験後評価用鉱石１０ｂが載置される位置にターンテーブル４２２が設けられている。ターンテーブル４２２は、回転軸４２３を中心として回転する。これにより、試験前評価用鉱石１０ａ又は試験後評価用鉱石１０ｂは、周囲の流体３０から受ける流体力によって、抗力係数がなるべく小さくなるような向き（円盤２２３Ａ周方向の投影面積が最も小さくなる向き）に自ずと回転するため、流体３０中を自由沈降する場合に近い条件で流体抵抗を測定することができる。
なお、円盤２２３Ａとターンテーブル４２２との間には可能な限り摩擦抵抗の小さい転がり軸受４２４を設け、ターンテーブル４２２が滑らかに回転できるようにすることが望ましい。また、円盤２２３Ａの上下面とターンテーブル４２２との隙間、段差、又は凹凸は可能な限り小さくして、近傍の流れ場に乱れが生じないようにすることが望ましい。
【００９２】
図１６は、本実施形態による鉱石の摩耗度評価方法に用いる鉱石の摩耗度測定装置の第五実施形態に係るスピンドル部分を示す概略図であり、図１６（ａ）はスピンドル部分の正面図、図１６（ｂ）は同上面図である。なお、上記した実施形態と同一機能部材には同一符号を付して説明を省略する。
第五実施形態による鉱石の摩耗度測定装置６２０は、円盤２２３Ａに試験前評価用鉱石１０ａ又は試験後評価用鉱石１０ｂが載置されるターンテーブル５２１が設けられている。ターンテーブル５２１は、第一ターンテーブル５２１Ａと第二ターンテーブル５２１Ｂとからなる。第一ターンテーブル５２１Ａと第二ターンテーブル５２１Ｂとは、軸部２２３Ｂに関して軸対称となる位置に設けられている。すなわち、第一ターンテーブル５２１Ａと第二ターンテーブル５２１Ｂとは１８０°位置がずれており、円盤２２３Ａの中心から等距離にある。これにより、軸部２２３Ｂに関する重量や慣性モーメントのバランスを取り、スピンドル２２３の偏心や回転ムラを防止できる。また、図１３に示した軸部支持手段３２１を省略し、軸部支持手段３２１を設けることによるスピンドル２２３の回転抵抗を無くすことができる。１個の試験前評価用鉱石１０ａ又は試験後評価用鉱石１０ｂを測定する場合には、図１４又は図１５に示すように軸対称の位置にカウンターウェイト４２１を設けることが望ましいが、本実施形態のように、重さがほぼ同じ２個（又は４個、６個などの偶数個）の試験前評価用鉱石１０ａ又は試験後評価用鉱石１０ｂを載せるターンテーブル５２１を軸部２２３Ｂに関して軸対称の位置に配することでバランスを取り、２個（又は４個、６個などの偶数個）の試験前評価用鉱石１０ａ又は試験後評価用鉱石１０ｂについて平均的な流体抵抗を同時に測定することができる。
また、ターンテーブル５２１に載置された試験前評価用鉱石１０ａ又は試験後評価用鉱石１０ｂは、周囲の流体３０から受ける流体力により回転軸５２２を中心として回転できる。これにより、試験前評価用鉱石１０ａ又は試験後評価用鉱石１０ｂは、その抗力係数がなるべく小さくなるような向き（円盤２２３Ａ周方向の投影面積が最も小さくなる向き）に自ずと回転するため、流体３０中を自由沈降する場合に近い条件で流体抵抗を測定することができる。
なお、円盤２２３Ａとターンテーブル５２１との間には可能な限り摩擦抵抗の小さい転がり軸受４２４を設け、ターンテーブル５２１が滑らかに回転できるようにすることが望ましい。また、円盤２２３Ａの上下面とターンテーブル５２１との隙間、段差、又は凹凸は可能な限り小さくして、近傍の流れ場に乱れが生じないようにすることが望ましい。
【００９３】
図１７は、本実施形態による鉱石の摩耗度評価方法に用いる鉱石の摩耗度測定装置の第六実施形態を示す概略図である。なお、上記した実施形態と同一機能部材には同一符号を付して説明を省略する。
第六実施形態による鉱石の摩耗度測定装置７２０は、図１３に示す第ニ実施形態による鉱石の摩耗度測定装置３２０の構造を上下反転したような構造とし、円盤７２３Ａの上面を平坦にしたものである。
容器７２１を支持する容器支持構造７２４は、容器７２１の外面に配置されている。円筒形の容器７２１には流体３０が満たされている。
スピンドル７２３は、試験前評価用鉱石１０ａ又は試験後評価用鉱石１０ｂが載置される円盤７２３Ａと、円盤７２３Ａに接続された軸部７２３Ｂを有する。
円盤７２３Ａは流体３０中に水平に配置されており、軸部７２３Ｂとの接続部分を中心として回転する。
鉛直に立設した軸部７２３Ｂは、容器７２１の底面３０Ｂを貫通して上端が円盤７２３Ａの下面に接続されており、下端が流体３０外に配置されている。軸部７２３Ｂの下端側には下から順にモーター２２４、トルク測定手段２２５、ジョイント２２６が設けられている。
軸部７２３Ｂが容器７２１の底面３０Ｂを貫通する部分には、軸部７２３Ｂを軸支するとともに流体３０の流出を防止する防水軸受構造７２５が配置されている。
軸部７２３Ｂは円盤７２３Ａを貫通していないので、軸部７２３Ｂの直上（円盤７２３Ａの中央）に試験前評価用鉱石１０ａ又は試験後評価用鉱石１０ｂを載せることができる。従って、試験前評価用鉱石１０ａ又は試験後評価用鉱石１０ｂについて、並進運動による流体抵抗を除き、回転運動による流体抵抗のみを測定することができる。
【００９４】
なお、本実施形態による鉱石の摩耗度評価方法に用いる鉱石の摩耗度測定装置の第一実施形態から第六実施形態において、試験前評価用鉱石１０ａ又は試験後評価用鉱石１０ｂの流体抵抗を測定する回転式流体抵抗計（回転式粘度計）２２２・７２２を用い、試験前評価用鉱石１０ａ又は試験後評価用鉱石１０ｂの載置によって変化する軸部２２３Ｂ・７２３Ｂのトルクをトルク測定手段２２５により計測するものであったが、回転式流体抵抗計２２２・７２２において計測する物理量（流体抵抗）は軸部２２３Ｂ・７２３Ｂのトルクに限定されるものではなく、軸部２２３Ｂ・７２３Ｂのトルクを一定にしてスピンドル２２３・７２３を回転させ、スピンドル２２３・７２３の回転速度又は単位時間当たりの回転数を計測する方法であってもよい。また、例えば、スピンドル２２３・７２３の回転によって試験前評価用鉱石１０ａ又は試験後評価用鉱石１０ｂと円盤２２３Ａ・７２３Ａ面との間に発生する力を、円盤２２３Ａ・７２３Ａ上の試験前評価用鉱石１０ａ又は試験後評価用鉱石１０ｂを載置する箇所に設けた高感度の歪センサー等により計測する方法によっても、試験前評価用鉱石１０ａ又は試験後評価用鉱石１０ｂの流体抵抗を定量的に計測することが可能である。
【００９５】
次に、本発明のさらに他の実施形態による鉱石の摩耗度評価方法及び鉱石の摩耗度測定装置について説明する。なお、上記した実施形態と同一機能部材には同一符号を付して説明を省略する。
【００９６】
図２０は本実施形態による鉱石の摩耗度評価方法に用いる鉱石の摩耗度測定装置の概略図であり、図２０（ａ）は正面図、図２０（ｂ）は斜視図である。なお、太矢印は水の循環方向を示す。
本実施形態による鉱石の摩耗度測定装置９２０は、水平に設置した透明撮影配管９２１と、透明撮影配管９２１を撮影する高速度カメラ９２２と、流体３０である水を満たしたバッファタンク９２３を備え、スラリー循環式摩耗試験装置９００に適用されている。スラリー循環式摩耗試験装置９００は、環状に配置された配管９０１と、配管９０１に接続されたスラリーポンプ９０２と、ホースの摩耗量計測部９０３を備える。
透明撮影配管９２１は、配管９０１の水平部分の一部を置き換えた形で接続されており、配管９０１の一部を成している。透明撮影配管９２１は、例えば、内径８０ｍｍの透明塩化ビニル管である。透明撮影配管９２１の下流側に摩耗量計測部９０３が設置されている。
高速度カメラ９２２は、透明撮影配管９２１に正対して設けられている。高速度カメラ９２２は、第１高速度カメラ９２２Ａと第２高速度カメラ９２２Ｂの２台からなる。第１高速度カメラ９２２Ａ及び第２高速度カメラ９２２Ｂのシャッタースピードは１／４０００ｓｅｃ、フレームレートは１５０ｆｐｓである。
バッファタンク９２３は、透明撮影配管９２１の上流側に設置されている。水を満たしたバッファタンク９２３の上部から試験前評価用鉱石１０ａ又は試験後評価用鉱石１０ｂを投入してスラリーとし、このスラリーをスラリーポンプ９０２で送出することで配管９０１内及び透明撮影配管９２１内を循環させることができる。バッファタンク９２３を備えることで、試験前評価用鉱石１０ａ又は試験後評価用鉱石１０ｂを円滑に配管９０１に投入することができる。
また、透明撮影配管９２１を用いることで、配管内部を流れる試験前評価用鉱石１０ａ又は試験後評価用鉱石１０ｂの挙動を外部から視認・撮影することができる。
【００９７】
図２１は図２０に示す鉱石の摩耗度測定装置の一部を上から見た図であり、透明撮影配管及び高速度カメラの配置を示している。なお、太矢印は水の循環方向を示している。また、図２２は鉱石が透明撮影配管内を移動する様子を高速度カメラにより撮影した図であり、図２２（ａ）は第１高速度カメラにより撮影した図、図２２（ｂ）は第２高速度カメラにより撮影した図である。
図２１に示すように、第１高速度カメラ９２２Ａを透明撮影配管９２１の上流端部９２１ａ側に設け、第２高速度カメラ９２２Ｂを透明撮影配管９２１の下流端部９２１ｂ側に設けている。第１高速度カメラ９２２Ａの撮影レンズ中心と第２高速度カメラ９２２Ｂの撮影レンズ中心との間隔Ｌは４３５ｍｍとしている。このように高速度カメラ９２２を所定の距離を隔てて２台並設することで、鉱石１０が第１高速度カメラ９２２Ａに対応する位置から第２高速度カメラ９２２Ｂに対応する位置に至る全移動行程に基づいて鉱石１０の速度を算出することができる。また、第１高速度カメラ９２２Ａ又は第２高速度カメラ９２２Ｂの画角内における鉱石１０の移動行程に基づいて鉱石１０の速度を算出することができる。
透明撮影配管９２１には、例えばｍｍ単位の目盛りが刻まれたスケール９２４が貼り付けられている。スケール９２４は、上流端部９２１ａ側から下流端部９２１ｂ側にかけて高速度カメラ９２２の撮影範囲に位置するように貼り付けられている。これによって、図２２に示すように鉱石１０とスケール９２４を同一写真内に収めることができ、鉱石１０の移動距離の把握が容易となる。なお、図２２の鉱石１０は、試験前評価用鉱石１０ａである。
【００９８】
本実施形態による鉱石の摩耗度評価方法を図２を用いて説明する。
本実施形態による鉱石の摩耗度評価方法は、まず、鉱石スラリー循環式摩耗試験に用いる前の初期状態の複数の鉱石１０の中から、無作為に試験前評価用鉱石１０ａを抽出する（ステップ１）。抽出した試験前評価用鉱石１０ａの集合をグループＣとする。なお、グループＣ内には粒径範囲の異なる３種類（粒径大・粒径中・粒径小）が混在している。
図２３は本実施形態による鉱石の摩耗度評価方法に用いる（模擬）鉱石１０の外観写真である。上記した実施形態で用いたものと同様に、鉱石１０の大きさは、砕石５号（兵庫県姫路市家島町西島産）、粒径約１０〜２０ｍｍであり、岩種は、流紋岩である。
図２３（ａ）〜（ｃ）は、試験前評価用鉱石１０ａ（グループＣ）を撮影したものである。図２３（ａ）は粒径大（約１９〜２２ｍｍ）の試験前評価用鉱石１０ａを示し、図２３（ｂ）は粒径中（約１３〜１６ｍｍ）の試験前評価用鉱石１０ａを示し、図２３（ｃ）は粒径小（約８〜１１ｍｍ）の試験前評価用鉱石１０ａを示している。試験前評価用鉱石１０ａは、いずれの粒径においても、鋭い角部を有していることが分かる。
なお、試験前評価用鉱石１０ａの表面に表示されているアルファベットは、グループ名とは無関係である。
【００９９】
ステップ１で抽出した試験前評価用鉱石１０ａを、バッファタンク９２３に一度に投入し、試験前評価用鉱石１０ａが透明撮影配管９２１内を移動する様子を高速度カメラ９２２により撮影する。
第１高速度カメラ９２２Ａと第２高速度カメラ９２２Ｂによる撮影は同期をとり、撮影完了後にスケール９２４を利用して試験前評価用鉱石１０ａの配管軸方向移動距離と撮影コマ数から試験前評価用鉱石１０ａの配管軸方向移動速度を算出し、この配管軸方向移動速度を鉱石１０の摩耗試験前のデータとして記録する（ステップ２）。第１高速度カメラ９２２Ａと第２高速度カメラ９２２Ｂの同期をとって撮影することで、２台の高速度カメラ９２２の撮影タイミングを合わせることができる。なお、同期をとる方法は、第１高速度カメラ９２２Ａから同期信号を出し、第２高速度カメラ９２２Ｂがこの同期信号に合わせて撮影を行うことにより実行される。
またステップ２では、試験前評価用鉱石１０ａの重量を計測し、その計測結果を鉱石１０の摩耗試験前のデータに含める。
【０１００】
次に、鉱石１０を用いて配管類の摩耗試験を行う（ステップ３）。
配管類は、例えば、ホース、配管、継手、又はポンプを採用できるが、本実施形態では、摩耗量計測部９０３にホースを用いている。
摩耗試験は、水を満たしたタンクに鉱石１０を一定量投入してスラリーとし、スラリーを所定時間循環させて摩耗量計測部９０３のホース内壁の摩耗率を計測し、ホースの摩耗特性を把握する。
【０１０１】
次に、摩耗試験を９０分間行った後の複数の鉱石１０の中から、無作為に試験後評価用鉱石１０ｂを抽出する（ステップ４）。抽出した試験後評価用鉱石１０ｂの集合をグループＤとする。なお、グループＤ内には粒径範囲の異なる３種類（粒径大・粒径中・粒径小）が混在している。
図２３（ｄ）〜（ｆ）は、試験後評価用鉱石１０ｂ（グループＤ）を撮影したものである。図２３（ｄ）は粒径大（約１９〜２２ｍｍ）の試験後評価用鉱石１０ｂを示し、図２３（ｅ）は粒径中（約１３〜１６ｍｍ）の試験後評価用鉱石１０ｂを示し、図２３（ｆ）は粒径小（約８〜１１ｍｍ）の試験後評価用鉱石１０ｂを示している。試験後評価用鉱石１０ｂは、いずれの粒径においても、摩耗試験中の衝突により角部が取れて丸みを帯びている（円磨度が増している）ことが分かる。
なお、試験後評価用鉱石１０ｂの表面に表示されているアルファベットは、グループ名とは無関係である。
【０１０２】
ステップ４で抽出した試験後評価用鉱石１０ｂを、バッファタンク９２３に一度に投入し、試験後評価用鉱石１０ｂが透明撮影配管９２１内を移動する様子を高速度カメラ９２２により撮影する。
第１高速度カメラ９２２Ａ及び第２高速度カメラ９２２Ｂによる撮影は同期をとり、撮影完了後にスケール９２４を利用して試験後評価用鉱石１０ｂの配管軸方向移動距離と撮影コマ数から試験後評価用鉱石１０ｂの配管軸方向移動速度を算出し、この配管軸方向移動速度を鉱石１０の摩耗試験後のデータとして記録する（ステップ５）。
またステップ２では、試験後評価用鉱石１０ｂの重量を計測し、その計測結果を鉱石１０の摩耗試験後のデータに含める。
【０１０３】
次に、ステップ２で得られた摩耗試験前のデータとステップ５で得られた摩耗試験後のデータとを比較し、摩耗試験の前後における鉱石１０についての比較結果を得る（ステップ６）。
比較結果は、例えば、試験前評価用鉱石１０ａ（グループＣ）の移動速度と試験後評価用鉱石１０ｂ（グループＤ）の移動速度との比もしくは差とすることもできるが、試験前評価用鉱石１０ａのスラリー流速に対する相対速度と試験後評価用鉱石１０ｂのスラリー流速に対する相対速度との比もしくは差とすることが好ましい。
鉱石１０は摩耗度（主に角部の鋭さ）によって流体抵抗が変化するため、本実施形態のように試験前評価用鉱石１０ａ及び試験後評価用鉱石１０ｂが流体３０中を移動する速度を計測して両者の流体的特性を測定し、その比較結果を得ることで、鉱石１０の摩耗度を簡便かつ定量的に評価できる。
【０１０４】
次に、ステップ６で得られた比較結果を、予め定めた閾値と比較し、摩耗試験に使用した鉱石１０を次の摩耗試験に用いるか否かを判定する（ステップ７）。
閾値は、次の摩耗試験に鉱石１０を引き続き使用できるか否かの判定基準となる摩耗度である。比較結果（鉱石１０の摩耗度）が基準となる摩耗度に適合しないと判定した場合には、鉱石１０を初期状態の新品に交換し、ステップ１に戻る。比較結果（鉱石１０の摩耗度）が基準となる摩耗度に適合すると判定した場合には、ステップ３に戻る。これにより、角が取れて丸くなった鉱石１０を除外して、摩耗試験に用いる鉱石１０と揚鉱現場等で採掘される実際の鉱石との乖離を極力少なくできる。従って、実際の使用状況に近い条件下で摩耗試験を実施できる。
【０１０５】
また、ステップ６で得られた比較結果を、予め定めた配管類の摩耗率と鉱石１０の摩耗度との関係に適用し、配管類の摩耗率を推定する（ステップ８）。
例えば、試験前評価用鉱石１０ａ（グループＣ）の移動速度と試験後評価用鉱石１０ｂ（グループＤ）の移動速度の比と、図１９に示される配管摩耗率との相関図を作成し、作成した相関図の傾向に基づいて配管類の摩耗率を推定する。
これにより、摩耗試験に用いる鉱石１０の摩耗度を考慮したうえで配管類の摩耗特性を把握できる。従って、鉱石スラリー循環式摩耗試験による実際の配管類の摩耗特性評価の精度が向上する。
【０１０６】
図２４及び図２５は、ステップ６の比較結果の例を示す図であり、鉱石１０のスラリー流速に対する相対速度を鉱石１０の重量で整理している。横軸は鉱石重量（ｇ）、縦軸は鉱石の相対速度（ｍ／ｓｅｃ）であり、白菱形（◇）は、粒径小の試験前評価用鉱石１０ａ（グループＣ）の測定結果、白丸（○）は、粒径中の試験前評価用鉱石１０ａ（グループＣ）の測定結果、白四角（□）は、粒径大の試験前評価用鉱石１０ａ（グループＣ）の測定結果、黒菱形（◆）は、粒径小の試験後評価用鉱石１０ｂ（グループＤ）の測定結果、黒丸（●）は、粒径中の試験後評価用鉱石１０ｂ（グループＤ）の測定結果、黒四角（■）は、粒径大の試験後評価用鉱石１０ｂ（グループＤ）の測定結果を示す。なお、撮影時のスラリー流速は平均３．０９m/secであった。また、配管９０１内に投入した試験前評価用鉱石１０ａ（グループＣ）又は試験後評価用鉱石１０ｂ（グループＤ）は、それぞれの撮影完了後に全て回収した。
図２４は、鉱石１０の相対速度を、第１高速度カメラ９２２Ａから第２高速度カメラ９２２Ｂに至る全移動行程から算出した場合であり、この行程中には鉱石１０が透明撮影配管９２１の内壁に衝突してバウンドしたり、内壁の底を擦るようにして移動する場合が含まれている。
一方、図２５は、第１高速度カメラ９２２Ａ又は第２高速度カメラ９２２Ｂの画角内において、鉱石１０が透明撮影配管９２１の内壁に衝突してバウンドしたり内壁の底を擦るようにして移動することのなかった行程、すなわち鉱石１０が流体３０中に浮遊して移動する行程のみから鉱石１０の移動速度を算出した場合を示している。
図２４を見ると、粒径の小さい（軽い）鉱石１０の場合を除き、鉱石１０の相対速度と鉱石１０の摩耗度（グループＣとＤの違い）との間には有意な相関は認められず、鉱石１０の速度算出に用いる移動行程に、鉱石１０が透明撮影配管９２１の内壁に衝突してバウンドしたり内壁の底を擦るようにして移動する場合が含まれていると、鉱石１０の摩耗度をうまく評価できない場合があることがわかる。
一方、図２５を見ると、粒径の小さい（軽い）鉱石１０の結果に一点例外があるのを除き、いずれの粒径（重量）においてもグループＣ（新品）の相対速度がグループＤ（摩耗試験後）の相対速度を上回っており、鉱石１０が流体３０中に浮遊して移動する行程のみから鉱石１０の移動速度を算出した場合には、鉱石１０のスラリー流速に対する相対速度から鉱石１０の摩耗度をより良好に評価・分類できることがわかる。
【０１０７】
本実施形態による鉱石の摩耗度評価方法によれば、摩耗試験に用いる鉱石１０の摩耗度を、摩耗試験を停止することなく定量的に評価することができる。
なお、本実施形態では、鉱石の摩耗度測定装置９２０をスラリー循環式摩耗試験装置９００に適用したが、鉱石の摩耗度測定装置９２０を、図１８に示すスラリー循環式摩耗試験装置８００など他のスラリー循環式摩耗試験装置に適用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
本発明の鉱石の摩耗度評価方法及び鉱石の摩耗度測定装置は、鉱石スラリーを輸送するホースや配管等の配管類の摩耗に大きく影響する鉱石の摩耗度（主として角部の取れ具合）を定量的かつ簡便に評価することができる。そのため、配管類の耐用時間を、輸送する鉱石の特性に応じてより的確に推定することが可能となり、輸送システムの稼働性や信頼性が向上する。また、スラリー循環式摩耗試験による実際の配管類の摩耗特性評価の精度が向上する。
【符号の説明】
【０１０９】
１０  （模擬）鉱石
１０ａ  試験前評価用鉱石
１０ｂ  試験後評価用鉱石
２０、１２０、２２０、３２０、４２０、５２０、６２０、７２０、９２０  鉱石の摩耗度測定装置
２１  鉛直カラム
３０  流体
１２２  計時手段
２２１、７２１  流体収納容器
２２２、７２２  回転式流体抵抗計（回転式粘度計）
２２３、７２３  スピンドル
２２３Ａ、７２３Ａ  円盤
２２３Ｂ、７２３Ｂ  軸部
２２４  モーター
２２５  トルク測定手段
３２１  軸部支持手段
４２１  カウンターウェイト
４２２、５２１  ターンテーブル
９２１  透明撮影配管
９２２  高速度カメラ
９２３  バッファタンク
９２４  スケール
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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