JP2001074674A

JP2001074674A - 中性子水分計と製鉄用原料の水分測定方法

Info

Publication number: JP2001074674A
Application number: JP25161699A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Tanemoto; 敬久種本; Katsuro Dejima; 勝郎出島
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1999-09-06
Filing date: 1999-09-06
Publication date: 2001-03-23

Abstract

(57)【要約】【課題】ベルトコンベア上を搬送される製鉄用原料等
の原料の水分測定を、大きなコストアップを伴うことな
く、且つ安全に精度良く測定し得る中性子水分計を提供
する。【解決手段】鉄製の中性子線反射板２の一面に、線源
強度が 3.7ＭＢｑ未満の放射線源２と、 1又は複数の計
数管４と、計数管４の少なくとも両側に配設された炭素
棒５とを配設してなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、中性子水分計と製
鉄用原料の水分測定方法に関し、特には製鉄用原料の水
分測定に好適な中性子水分計とその測定方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】製鉄業
では、大量の石炭、コークス、鉄鉱石、石灰石等の製鉄
用原料を使用している。これらの製鉄用原料はその商取
引の際、水分値を正確に管理する必要がある。更に、購
入された製鉄用原料は多くの場合、焼成等の加工を施し
て使用されるが、その際含有されている水分量は焼成に
必要なガス量を計算する上で非常に重要である。また、
購入された製鉄用原料はその水分量が重要な管理項目で
あるにもかかわらず、製鉄所においては大量に貯蔵しな
ければならないこともあってか、通常野積みにしている
ことが多く、風雨にさらされ実際に使用するときは正確
な含水量が分からないのが実情である。

【０００３】上記のように、製鉄用原料中の水分量を管
理することは非常に重要な管理項目である。そのため、
その水分測定は、手分析（製鉄用原料を採取して、製鉄
用原料中の水分量を分析）により、あるいはホッパー貯
蔵時、ベルトコンベアでの搬送時に水分測定装置により
測定が行われている。

【０００４】手分析による製鉄用原料の水分測定は正確
である。しかし、分析試料のサンプリングや分析が煩雑
となると共に、分析に時間を要するために、タイムリー
に製鉄用原料の水分量を十分に管理できない問題があ
る。特に、焼結鉱やペレット製造時の焼成工程に用いる
製鉄用原料（特に石炭粉やコークス粉）の水分量をタイ
ムリーに管理できないと、前述したように、焼成工程で
必要な燃焼ガス量を計算できない場合があり、所定の焼
成温度を安定的に維持できない場合がある。

【０００５】一方、ホッパー内に貯蔵された製鉄用原料
の水分測定は、ホッパーに固定して設けられた中性子水
分計により、ホッパー内の製鉄用原料の水分測定が行な
われている。この中性子水分計は、中性子源と計数管を
備えた検出プローブと、制御回路を備えた測定制御部と
を有し、通常中性子源としてラジウム−ベリリウム（Ｒ
ａ−Ｂｅ）やアメリシウム−ベリリウム（Ａｍ−Ｂｅ）
が用いられ、その線源強度は一般に18.5ＧＢｑ程度であ
る。この中性子水分計ではホッパー内の多量の製鉄用原
料の平均的な水分量を測定することができ、高炉操業や
焼結鉱およびペレット製造時の製鉄用原料の配合比を一
定にして成分値などを管理するためのこれら製鉄用原料
の乾燥重量の秤量に使用されている。しかし、ホッパー
内の製鉄用原料に水分量の偏析及び切り出し口近傍での
原料滞留が生じる場合があり、このため、前述した焼結
鉱やペレット製造時の焼成工程に用いる石炭粉やコーク
ス粉等の製鉄用原料の水分量を十分に管理できない問題
が生じる。加えて、この中性子水分計の場合には線源強
度が大きいため放射線管理区域を設け安全を図る必要が
ある。

【０００６】また、製鉄所内の焼結鉱、ペレット製造時
の焼成工程では、使用するコークス粉、石炭粉等の製鉄
用原料の水分量をベルトコンベア上を搬送する過程で連
続的に測定することが行われている。このベルトコンベ
ア上での水分測定には赤外線吸収式の水分測定装置が用
いられている。この赤外線吸収式の水分測定装置は、製
鉄用原料に赤外線を照射して、製鉄用原料中の水分の赤
外線吸収を利用して水分量を測定するものである。

【０００７】しかしながら、上記赤外線吸収式の水分測
定装置による水分測定は、水分の赤外線吸収を利用する
ものであるが、製鉄用原料の赤外線の反射率が製鉄用原
料の粒度構成や光沢などの表面性状に大きく影響を受け
るため、製鉄用原料の種類だけでなく、原料銘柄毎に高
頻度に検量線の見直しを行う必要がある。そして、高頻
度に検量線を見直しても、必ずしも正確な水分量を測定
できない場合がある。さらに、この水分測定装置では、
赤外線が照射されるコンベア上の製鉄用原料層の表面部
の水分量を測定することとなり、製鉄用原料層の内部の
水分量を測定できない問題がある。

【０００８】一方、ベルトコンベア上を搬送される製鉄
用原料の水分測定に、前述した中性子を利用した水分測
定方法が一部で応用されていた。この水分測定方法は、
ベルトコンベア上を搬送される製鉄用原料の上方の製鉄
用原料に接触しない位置に中性子源と計数管を備えた検
出プローブを配設して水分測定を行う方法である。この
方法では、中性子源から照射された高速中性子が製鉄用
原料の水素原子核と衝突し、その衝突により弾性散乱し
て生じた熱中性子を計数管により計数して水分測定が行
われる。

【０００９】しかし、この水分測定方法に用いる中性子
源としては、通常Ｒａ−ＢｅやＡｍ−Ｂｅが用いられて
おり、その線源強度は一般に18.5ＧＢｑ程度と大きい。
このため、 3.7ＭＢｑ以上の線源強度を規制する法律
（放射線同位元素等による放射線障害の防止に関する法
律）の対象となり、中性子水分計を設置したベルトコン
ベアの周辺に放射線管理区域を設けて放射線の遮蔽を行
う必要がある。そして更に、この放射線管理区域内での
中性子水分計の校正作業やベルトコンベアのメンテナン
ス作業には放射線障害の危険が伴うので、十分な防護手
段を設けて細心の注意と安全を図る必要がある。

【００１０】上記のようなことから、ベルトコンベア上
を搬送される製鉄用原料の水分測定には、現在、赤外線
吸収式の水分測定装置が用いられているのが現状であ
る。

【００１１】本発明は、上述したような事情に基づいて
なされたものであって、その目的は、ベルトコンベア上
を搬送される製鉄用原料等の原料の水分測定を、大きな
コストアップを伴うことなく、且つ安全に精度良く測定
し得る中性子水分計と、その中性子水分計を用いたベル
トコンベア上の製鉄用原料の水分測定方法を提供するも
のである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明（請求項１）に係る中性子水分計は、鉄製
の中性子線反射板の一面に、線源強度が 3.7ＭＢｑ未満
の放射線源と、1 又は複数の計数管と、計数管の少なく
とも両側に配設された炭素棒とを配設してなるものであ
る。

【００１３】上記の構成では、線源強度が 3.7ＭＢｑ未
満の放射線源を用いるので、法律による規制のない微小
線源であり殊更に管理区域を設ける必要がなく、コスト
アップが抑制できると同時に、中性子水分計の校正作業
も安全に且つ容易に行うことができる。なお、前記微小
線源としては、カリホルニウム252 (²⁵²Ｃｆ）が好適に
使用できる。

【００１４】また、計数管の少なくとも両側には炭素棒
を配設しているので、高速中性子は反射され、一方熱中
性子は計数管で検知できるレベルまで効果的に減速さ
れ、熱中性子の数が正確に計数でき、水分測定の精度が
向上できると推測される。なお、この炭素棒は複数の計
数管を設けた場合には各計数管の間に配設してあっても
よい。このようにすることで、より水分測定の精度の向
上が期待されるためである。また、特に限定するもので
はないが、計数管と同じ長さ、高さで且つ厚みが10mm以
上の炭素棒が好ましく、この炭素棒であれば中性子水分
計の感度を下げることなく熱中性子の数を計数すること
ができる。

【００１５】次に、本発明（請求項２）に係る製鉄用原
料の水分測定方法は、上記請求項１に記載の中性子水分
計を、ベルトコンベア上を搬送される製鉄用原料面の直
上から上方 300mmの範囲内に配設し、放射線源から放出
される高速中性子と製鉄用原料中の水素原子核との衝突
により弾性散乱して生じた熱中性子を計数管で所定時間
計数し、その計数された熱中性子の数を、予め求めてお
いた熱中性子の数と製鉄用原料中の水分量との関係に当
てはめて製鉄用原料中の水分量を求めるものである。

【００１６】上記の構成では、請求項１に記載の、鉄製
の中性子線反射板の一面に、線源強度が 3.7ＭＢｑ未満
の放射線源と、1 又は複数の計数管と、計数管の少なく
とも両側に配設された炭素棒とを配設してなる中性子水
分計を用い、ベルトコンベア上の製鉄用原料中の水分測
定を行うもので、以下にその原理を詳述する。

【００１７】中性子を利用した製鉄用原料中の水分測定
は、製鉄用原料中に存在する水素原子核に高速中性子を
衝突させて、この衝突により弾性散乱により減速して発
生した熱中性子を計数管に捕捉して計数するものであ
る。この計数された熱中性子の数は製鉄用原料中に存在
する水素原子の数と比例関係がある。一方、本発明の鉄
用原料中の水分測定では、予め製鉄用原料中の水分量を
分析等により求め、その分析値の水分量と前記計数した
熱中性子の数との間で検量線を作成しておく。そして、
この検量線を基に、測定する製鉄用原料の計数された熱
中性子の数より、測定部で比較演算して、前記製鉄用原
料中の水分量を算出するものである。

【００１８】そして、本発明の製鉄用原料の水分測定方
法では、中性子水分計はベルトコンベア上を搬送される
製鉄用原料面の直上から上方 300mmの範囲内に配設され
る。この配設距離は、中性子水分計が製鉄用原料に接触
しない程度に近づけることが好ましいが、製鉄用原料面
の直上から上方 300mmの範囲内であれば、中性子水分計
の感度を下げるが熱中性子の数を計数することができ
る。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明の実施例を図面に基づいて
説明する。図１は、本発明に係る中性子水分計の説明図
であって、ａは正面図、ｂは上面図である。

【００２０】中性子水分計１は、中性子線反射板２と、
この中性子線反射板２の一面に配設された線源強度が
3.7ＭＢｑ未満の放射線源３と、本例では１本の計数管
４と、この計数管の両側に配設された炭素棒５とより構
成されている。なお、放射線源３と計数管４は図示省略
する測定部に接続されている。

【００２１】中性子線反射板２は、その大きさを特に限
定するものではないが、厚さ20mmで300mm× 300mmの鉄
板で構成されている。なお、厚さは放射線源３の高速中
性子を効果的に被測定物（製鉄用原料などの原料）に照
射するためには適宜厚さを増加することが好ましい。

【００２２】放射線源３は、線源強度が 3.7ＭＢｑ未満
のものであれば、特に限定するものではないが、カルホ
ルニウム（Ｃｆ）の同位元素である²⁵²Ｃｆ (3.6 ＭＢ
ｑ）が好適に使用され、本実施例でもこの²⁵²Ｃｆが取
付けられている。

【００２３】計数管４は、外径25mm、長さ 254mmのもの
で、計数管４内には10気圧のＨｅ₃ガスが封入されてい
る。なお、この計数管４の寸法あるいは封入ガスは特に
限定するものではない。封入ガスはＢＦ₃ガスなどであ
ってもよい。また、特に限定するものではないが、この
計数管４と上記射線源３との間隔は 100〜150mm 程度開
けて配置することが好ましい。このような間隔とするこ
とで、感度が向上することが実験により確認されてい
る。

【００２４】炭素棒５は、計数管４の両側に配設され
る。このように炭素棒５を配設することにより、高速中
性子は反射され、一方熱中性子は計数管４で検知できる
レベルまで効果的に減速されると推測される。なお、本
例では計数管４と同じ長さ、高さで且つ厚みが10mmの炭
素棒５を配設した。また、この炭素棒５は複数の計数管
４を設けた場合には各計数管４の間に配設してもよい。

【００２５】本発明の中性子水分計１は、上記の如き構
成であり、被測定物（製鉄用原料などの原料）の水分測
定を、管理区域を殊更に設けることなく、また大きなコ
ストアップを伴うことなく、且つ安全に精度良く測定す
ることができる。

【００２６】図２は、中性子水分計を製鉄用原料の水分
測定方法に適用した場合の説明図であって、ａは上面
図、ｂは正面図である。

【００２７】中性子水分計１は、上記図１に示した構成
のもので放射線源３、計数管４及び炭素棒５を配設した
面を下に向けてベルトコンベア６上の製鉄用原料（石炭
粉）７の上方に配設されるとともに、ケーブル８を介し
て図示省略する測定部に接続されている。

【００２８】ベルトコンベア６は、ホッパー（図示せ
ず）から切り出した石炭粉７の搬送用に用いるものであ
る。このベルトコンベア６は長さが6300mmであり、幅11
80mm、厚さ 9mmのゴム製ベルトを使用した。このときの
ベルト速度は75mm／sec である。また、原料（石炭粉）
７の厚さは約75mmである。

【００２９】中性子水分計１の設置位置は、このベルト
コンベア６上を搬送される石炭粉７（層厚さ：約75mm）
面から高さ方向で上方に25mmの位置である。

【００３０】上記図２に示す設備を用い、水分量が4.75
〜8.25質量％の範囲で変化させた10種類の石炭粉（同一
銘柄の無煙炭）７を供試材として搬送し、その搬送され
てくる石炭粉７を対象として、上記中性子水分計１を用
いて熱中性子の数(3分あたり）を計数するとともに、並
行して手分析（分析法：絶乾法）により水分量（質量
％）を測定した。中性子水分計１による計数及び手分析
による測定のいずれも各10回づつ行い、それを平均して
求めた値を図３に示す。図３より明らかなように、熱中
性子の数(3分あたり）と分析による水分量（質量％）と
には明らかな比例関係が認められた。なお、このときの
石炭粉７の粒度は約 0.5mmであった。また、熱中性子数
の１回の計数時間を 3分としたのは、コンベアのベルト
６の１周期と同じ 3分とした。これは、ベルトコンベア
６のベルトがゴム等の水素原子を含む材料で構成されて
いるのでゴム等の影響を少なくするためでもある。

【００３１】この後、測定部に、上記図３に示す熱中性
子の数(3分あたり）と分析による水分量（質量％）との
比例関係を基にした比較演算回路を設定する。そして、
実測の都度、測定された熱中性子の数(3分あたり）を比
較演算回路で演算し、その演算結果を表示部（図示せ
ず）に水分値（質量％）として表示するようにした。

【００３２】上記のように、中性子水分計１を、ベルト
コンベア６上を搬送される石炭粉等の製鉄用原料７面の
直上から上方 300mmの範囲内に配設することにより、そ
の石炭粉等の製鉄用原料７の水分を、大きなコストアッ
プを伴うことなく、且つ安全に精度良く測定することが
できる。

【００３３】なお、上記の例では、中性子水分計１をベ
ルトコンベア６の上方に配設した例を説明したが、これ
は中性子水分計１の使用形態として最も好ましい形態を
例に説明したためで、本発明はこの例に限定されるもの
ではなく、例えば、図４に示すように、中性子水分計１
を、ベルトコンベア６の下方に配設して、ベルトコンベ
ア６上を搬送される石炭粉等の製鉄用原料７の水分量を
測定するようにしてもよいし、図５に示すように、ホッ
パー９の下側方に配設し、ホッパー９から切り出されて
流下する過程で、石炭粉等の製鉄用原料７の水分量を測
定するようにしてもよい。何れにせよ、本発明に係る中
性子水分計１を用いた場合の水分量の測定では、線源強
度が 3.7ＭＢｑ未満の放射線源３を用い、且つ計数管４
の両側には炭素棒５を配設しているので、管理区域を殊
更に設けることなく、また大きなコストアップを伴うこ
となく、且つ安全に精度良く石炭粉等の製鉄用原料７の
水分量を測定することができる。なお、図４と図５に示
す例では計数管４を３本使用した例を示した。

【００３４】また、上記の例では、製鉄用原料として石
炭粉を例に説明したが、コークス、鉄鉱石、石灰石等に
も適用できることは言うまでもない。また、本発明に係
る中性子水分計は、段落番号〔０００５〕に説明した従
来の中性子水分計の代替品としてホッパでの測定も可能
である。

【００３５】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明に係る中
性子水分計によれば、線源強度が 3.7ＭＢｑ未満の放射
線源を用いているので、法に規制されている放射線管理
区域を殊更に設けることなく、また大きなコストアップ
を伴うことなく、且つ安全に精度良く原料の水分量を測
定することができる。

【００３６】また、本発明に係る中性子水分計を用いた
製鉄用原料の水分測定方法によれば、ベルトコンベア上
を搬送される製鉄用原料の水分測定のために中性子水分
計を用いても、法に規制されている放射線管理区域を設
ける必要がないので、ベルトコンベアのメンテナンスの
必要性が多い場所に設置できる上に、ベルトコンベア上
を搬送される製鉄用原料の水分測定を、大きなコストア
ップを伴うことなく、且つ安全に精度良く測定すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る中性子水分計の説明図であって、
ａは正面図、ｂは上面図である。

【図２】本発明に係る中性子水分計を製鉄用原料の水分
測定方法に適用した場合の説明図であって、ａは上面
図、ｂは正面図である。

【図３】本発明に係る中性子水分計による熱中性子の計
数(3分あたり）と手分析による水分量（質量％）との関
係を示す図である。

【図４】本発明に係る中性子水分計を製鉄用原料の水分
測定方法に適用した場合の別の実施形態の説明図であっ
て、ａは上面図、ｂは正面図である。

【図５】本発明に係る中性子水分計を製鉄用原料の水分
測定方法に適用した場合の別の実施形態の説明図であ
る。

【符号の説明】

１：中性子水分計２：中性子線反射板
３：放射線源４：計数管５：炭素棒
６：ベルトコンベア７：製鉄用原料（石炭粉）８：ケーブル
９：ホッパー

フロントページの続きＦターム(参考） 2G001 AA04 AA09 AA20 BA14 CA04 DA01 DA02 DA10 FA01 JA09 KA01 KA20 LA03 MA04 NA01 PA11 SA03 SA04 SA10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鉄製の中性子線反射板の一面に、線源強
度が 3.7ＭＢｑ未満の放射線源と、1 又は複数の計数管
と、計数管の少なくとも両側に配設された炭素棒とを配
設してなることを特徴とする中性子水分計。
【請求項２】請求項１に記載の中性子水分計を、ベル
トコンベア上を搬送される製鉄用原料面の直上から上方
300mmの範囲内に配設し、放射線源から放出される高速
中性子と製鉄用原料中の水素原子核との衝突により弾性
散乱して生じた熱中性子を計数管で所定時間計数し、そ
の計数された熱中性子の数を、予め求めておいた熱中性
子の数と製鉄用原料中の水分量との関係に当てはめて製
鉄用原料中の水分量を求めることを特徴とする製鉄用原
料の水分測定方法。