JPS61243707A - 撒水制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、たとえば製鉄所、セメントプラント等におい
て、その操業に用いられる粉体、粒体、あるいはそれら
の混合体等の原料を貯蔵するた゛めに屋外に設けられた
原料ヤードからの粉塵の風による飛散防止を目的として
行われる撒水の制御方法に関する。

〔従来技術〕

たとえば製鉄所等では、原産地から搬入された鉄鉱石、
石炭等の製鉄原料を原料ヤードと呼ばれる野外置場に堆
積した状態、所謂野積み状態で貯蔵し、これを必要に応
じて適宜取り崩して操業に使用する、という方法が採ら
れている。

ところで、上述の如（、鉄鉱石、石炭等の製鉄用粉粒体
原料を原料ヤードに野積基した場合、風により粉塵が製
鉄所周辺に飛散し、所謂発塵公害を惹起する虞があった
。

このような事情から、粉塵の風による飛散、即ち発塵を
防止するために、原料ヤードに野積みされた原料に撒水
する、という対策が一般的に採用されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、従来行われている撒水による原料ヤードの発塵
防止策は必ずしも充分な効果を挙げているとは言えない
のが現実である。

その主たる原因は以下の如く考察される。即ち従来、撒
水装置による撒水は、降雨時に撒水を停止する等の処置
は取られていたが、基本的には自動制御であると手動制
御であるとを問わず、一定時間間隔にて原料ヤード全域
に一律に行われていた。このため、野積みされている原
料の種類、銘柄（採掘された鉱山、鉱床等によりその物
理的、化学的性質が異なる）、入荷日時等による特性、
具体的にはたとえばそれぞれの初期含水率、飛散限界含
水率（風速一定の場合に発塵が開始される含水率）等は
考慮されていない。また、発塵の有無、及びその量は原
料の含水率と風速との相関関係に左右されるが、屋外に
野積みされている原料の含水率は日射エネルギー量、降
水量等により大きく影響される。

このような種々の条件を考慮しなければならないため、
従来は原料ヤードに貯蔵されている原料に対する撒水を
、その量及び時機共に的確に行うことは困難であった。

このため、原料ヤードに野積み貯蔵された原料に対する
撒水が過小であった場合には前述の如く発塵公害の発生
を招来し、逆に撒水が過剰に行われた場合には原料含水
率が過多となり、鉄鉱石であれば含水率上昇に伴う粘性
増加による搬送及び篩分は効率の低下、石炭であれば乾
溜に要する熱エネルギーの増加等をそれぞれ招来し、エ
ネルギー効率が低下し、ひいては製品原価を上昇させる
等、種々の問題点が有った。

換言すれば、純製鉄技術面からは鉄鉱石、石炭等の原料
は全乾状態に近いことが望ましい反面、発塵公害防止の
観点からは、製鉄所周辺の通年の最大平均風速度に若干
の安全率を見込んだ程度の風速において発塵が生じない
程度の含水率を有していることが要求される、という背
反する要求が存在しているのが実情である。

以上のような事情から、撒水条件を作業者が適宜判断し
、これに基づいて撒水を実施することが考えられ、また
実際に行われてもいる。しかし、原料ヤードは広大であ
り、また原料ヤードに野積みされている各種原料の銘柄
も多種類に亘り、そのそれぞれが異なる物理特性（日射
・降水による表層部含水率の変化、飛散限界含水率、上
下限含水率、等）を有していることから、原料ヤードに
貯蔵されているすべての原料に対して的確且つ時機を得
た撒水制御を行うことは現実には困難である。更に、こ
のような人手による原料ヤードの撒水制御を実際に行う
には、気象、原料の各銘柄それぞれの物理特性等に精通
した要員が必要である。

〔問題点解決のための手段〕

本発明は以上の如き問題点に鑑みてなされたものであり
、製鉄所等の原料ヤードにおいて、予め与えられた鉄鉱
石、石炭等の各種原料の銘柄それぞれの入荷日時、その
際の含水率、日射エネルギー量及び降水量と原料の表層
部含水率との関係、飛散限界含水率等の特性と、所定時
間間隔にて測定された日射エネルギー量、降水量、風速
等の気象データを基に、原料ヤードに貯蔵されている各
原料の表層部含水率を算出し、この結果を基に発塵を抑
制し得る程度の含水率を与えるように撒水量の制御を行
うものである。これにより、原料ヤードに堆積貯蔵され
ている鉄鉱石、石炭等の原料に対する撒水量過小による
発塵公害の発生を防止し、また逆に撒水量過剰により原
料水分が過多となって、鉄鉱石の場合であれば含水率上
昇に伴う粘性増加による搬送及び篩分は効率の低下、石
炭であれば乾溜に要する熱エネルギーの増大、等をそれ
ぞれ防止することが可能な原料ヤードの撒水制御方法の
提供を目的とする。

本発明は、粉粒体を堆積したヤードの撒水制御方法にお
いて、風速、降水量及び日射エネルギー量を経時的に測
定し、堆積された粉粒体の初期含水率、粉粒体表層部の
飽和含水状態に相当する上限含水率又は全乾状態に相当
する下限含水率と、降水量及び日射エネルギー量の前記
測定値とを基に粉粒体表層部の含水率を算出し、算出さ
れた粉粒体表層部の含水率が、その時点の風速において
粉粒体が飛散し始める飛散限界値以下である場合は、飛
散限界値以上の含水率を得るに必要な撒水量を算出し、
算出された撒水量を撒水装置に設定することを特徴とす
る。

〔実施例〕

以下、本発明をその実施例を示す図面に基づいて詳述す
る。

第１図は本発明方法が通用される製鉄所の原料ヤードの
模式図及び本発明方法を実施すべく構成された演算制御
系のブロック図である。

原料ヤード８は所定面積に区画された複数の原料置場９
．９・・・をマトリックス状に配置してあり、各原料置
場９には撒水装置７の撒水量７１がそれぞれ臨ませであ
る。

各原料置場９には、それぞれを一単位として石炭あるい
は鉄鉱石等の製鉄原料１０が所謂野積み状態で堆積貯蔵
される。

撒水装置７は、各原料置場９それぞれに撒水を行うため
のものであり、貯水槽、ポンプ、送水管、櫓（通常、原
料１０は十数ｍ程度の高さに堆積されるため、１区画の
原料置場９全体に撒水するには高所からの撒水が必要で
ある）、各原料置場９に配設された前述の撒水量７１等
からなる。この撒水装置７による各原料置場９への撒水
量、換言すれば撒水時間の制御は、後述する演算装置１
の演算結果に従って撒水装置制御装置３により制御され
ている。

演算制御系は演算装置１と記憶装置２とからなり、演算
装置１はＣＰＵ、　ＲＡＭ、　ＲＯＭ等から構成される
コンピュータシステムを使用している。

記憶装置２には本発明方法の実施に必要な種々のデータ
を記憶されており、含水率特性テーブル２１、飛散限界
値テーブル２２、ヤードマツプテーブル２３、置場側デ
ータテーブル２４及び気象データテーブル２５等の各種
データ群を記憶するための記憶領域を有している。

含水率特性テーブル２１には、原料ヤード８に野積み貯
蔵される各種原料それぞれの各銘柄別の含水率に関する
特性が数表（テーブル）の形で記憶されている。具体的
には、各原料の各銘柄それぞれについて、日射エネルギ
ー量と表層部含水率の低下量との関係及び降水量と表層
部含水率上昇量との関係、あるいはそれぞれの上下限含
水率（上限含水率は飽和含水量に相当する含水率、下限
含水率は全戦状態に相当する含水率であり、はぼ０に等
しい）、等を予め記憶させである。

なお、第３図は日射エネルギー量と原料１０の表層部含
水率との関係を模式的に示したグラフであり、各銘柄別
に予め実験的に求めたデータを含水率特性テーブル２１
に数表（テーブル）の形で記憶させておく。このグラフ
によれば、原料１０の表層部含水率は、日射エネルギー
量の増加に伴って上限含水率から次第に低下して下限含
水率に至るが、この間の日射エネルギー量の増加の割合
と含水率の低下の割合との関係は、たとえば第３図に（
ａ）、（ｂｌ、（Ｃ１にて示す如く、銘柄によりそれぞ
れ異なる。

また、第４図は降水量と原料１０の表層部含水率との関
係を模式的に示したグラフであり、上記日射エネルギー
量の場合同様、各銘柄別に予め実験的に求めたデータを
含水率特性テーブル２１に数表（テーブル）の形で記憶
させておく。このグラフによれば、原料１０の表層部含
水率は、降水量の増加に伴って下限含水率から次第に上
昇して上限含水率に至るが、この間の降水量の増加の割
合“と含水率の上昇の割合との関係は、たとえば第４図
に（ａ）、山）、（Ｃ１にて示す如く、銘柄によりそれ
ぞれ異なる。

なお上述の日射エネルギー量及び降水量と含水率の増減
との関係は、虚位多項式の形でそれぞれ記憶させておき
、必要の都度データを代入して算出してもよいことは勿
論である。

飛散限界値テーブル２２には、原料ヤード８に野積み貯
蔵される各種原料それぞれの各銘柄別の飛散限界含水率
が記憶されている。飛散限界含水率とは、一定の風速に
おいて、粉粒体が飛散し始める、即ち発塵が開始される
含水率のことである。

具体的には、含水率が高ければ粉粒体粒子間の水分によ
る粘結力が大となり、これを飛散させるためにはより大
なる風速が必要となる。

第５図は飛散限界含水率の一例を示すグラフであり、こ
のグラフに描かれた線（第５図の場合は曲線であるが、
直線の場合も有り得る）を各風速く又は、−各含水率）
における限界値として、ハツチングを施した部分、即ち
同一の風速（又は、含水率）であればより含水率が低い
（又は、風速が高い）部分が飛散領域となる。従って、
飛散を抑制する、即ち発塵を防止するには、風速一定で
あれば含水率を限界値より高くし、含水率一定であれば
風速を限界値より低くすればよいことが容易に理解され
るが、野外の原料ヤードに野積みされた製鉄原料等の場
合には風速に応じて含水率を調節せざるを得ない。

なお、飛散限界含水率の具体的な記憶形態としてはテー
ブルの形ではなく、直線または多項式に近似された函数
の形で記憶してもよいことは前述の各データ同様である
。

ヤードマツプテーブル２３は、原料ヤード８の二次元的
な設備配置状態、就中各原科置場９，９・・・と撒水装
置７の各撒水柱７１．７１・・・との対応関係が記憶さ
れている。

置場別データテーブル２４は、各原料置場９それぞれに
ついて、そこに貯蔵されている原料１０に関するデータ
、たとえば各原料置場９に貯蔵されている原料ｌＯの経
時的なデータを蓄積記憶させるために用意されており、
演算装置１により行われる各原料１０に関する演算結果
も順次記憶される。

第６図はその一例を示しており、各原料置場９について
、それぞれに貯蔵されている原料１０の銘柄、入荷日時
、入荷時含水率（初期含水率）、以後の各撒水制御時点
での含水率、等が順次記憶されている。

気象データテーブル２５は、原料ヤード８及びその周辺
地域に関する各種気象データを蓄積記憶させるために用
意されており、主として日射計４、降水量５及び風速計
６による観測データが経時的に記憶されている。

日射計４、降水量５及び風速計６は、原料ヤード８内の
日射エネルギー量、降水量及び風速を測定するために、
原料ヤード８内またはその周辺の適当な場所に設置され
ている。そして、これらの各計器は恒常的に測定を行っ
ており、その測定データは上述の如く気象データテーブ
ル２５に記憶される。

上述の如く構成された演算制御系により本発明方法に係
る撒水制御方法、即ち原料ヤード８の複数の原料置場９
，９・・・に堆積貯蔵された原料１０に対する撒水制御
が実施されるのであるが、以下、その手順を示す第２図
のフローチャートに従って説明する。

本発明方法による原料ヤード８の撒水制御は、基本的に
はたとえば１０分程度の短時間間隔にて演算処理が反復
実行され、見掛は上はほぼ連続的に原料１０の表面含水
率、換言すれば飛散限界を監視し、必要に応じて撒水を
行う方法である。但し、梅雨期等のように、原料１０の
表層含水率が充分に高含水率であると考えられる場合、
あるいは夜間、冬期間等のように日射エネルギー量が小
さくて原料ｌＯの表層含水率の低下があまり考えられな
い場合、等にはある程度の長時間間隔にて撒水制御のた
めの演算を行うようにしてもよい、更に、前線の通過、
雷雨の発生時等の如き局地的な激しい気象の変化が発生
したような場合には、演算装置１に指示を与えてオペレ
ータによる手動介入を行ってもよい。

さて、演算装置１は所定時間経過の都度、気象データテ
ーブル２５から気象データを読込む、この際読込まれる
気象データは、日射計４により観測された日射エネルギ
ー量Ｑ　（ｋｃａ　１／　ｃｄ　）及び降水量５により
観測された降水量Ｗ（ｍｓ＋／ｈｒ）は、前回の撒水制
御実施時点から今回の撒水制御実施時点までの間の経時
的データであり、風速計６により観測された風速Ｖ　（
ｓ／５ｅｃ）は前回の撒水制御実施時から今回の撒水制
御時までの平均風速、または撒水制御の時間が長い場合
にはその直前の、たとえば５分間乃至は１０分間の平均
風速である。

次に、演算装置１は置場別データテーブル２４から置場
別データ、即ち各原料置場９に堆積貯蔵されている原料
１０それぞれに関するデータを読込む。

具体的には、各原料置場９それぞれに貯蔵されている原
料１０について、その銘柄、入荷日時、初期含水率Ｍｓ
χ（入荷時の含水率）、前回含水率Ｍｎ−ｓＸ（前回の
撒水制御実施時の含水率）、等が読込まれる。

次に、演算装置１は含水率特性テーブル２１から含水率
特性データを読込む、この含水率特性データは、各原料
の各銘柄それぞれの上限含水率Ｍ■ａｘχ（所謂飽和水
分量に相当する含水率）、下限含水率Ｍ　ＩＩｉ　ｎχ
（全戦状態の含水率に相当する含水率、はぼ０χ）及び
第３図に示した日射エネルギー量と表層部の含水率低下
との関係、第４図に示した降水量と表層部の含水率上昇
との関係、等である。

次に、演算装置１は飛散限界値テーブル２２から飛散限
界値データ、具体的には各銘柄それぞれについての飛散
限界含水率を読込む、なお、この飛散限界含水率は、制
御実施時の風速■における各銘柄の飛散限界含水率Ｍｖ
χが読込まれる。但し、テーブルの形ではな（、近似式
の形で記憶させである場合には風速Ｖを代入して求める
。

そして、演算装置１はヤードマツプテーブル２３から原
料ヤード８の撒水柱７１の配設位置に関するデータを読
込む。

以上の各データの読込みが終了すると、演算装置１は原
料ヤード８の全原料置場９．９・・・について以下の演
算をそれぞれ順次行う、以下、各原料置場個別に行われ
る演算処理について説明する。

まず、原料置場９に堆積貯蔵されている原料１０の現在
（撒水制御実施時）の表層部含水率Ｍｏを下記（１）式
にて算出する。

但し、Ｆ　、に、、ｋｚ　：銘柄別の係数Ｙ：入荷後、
最初の制御時は初 期含水率Ｍｓ、以降は前回 の撒水制御時の含水率Ｍｎ−１ なお上記（１）式は、降水量Ｗ及び日射エネルギー量Ｑ
を前回の撒水制御時から今回の撒水制御時までの間に亘
って積分し、この間の総降水量Ｗｔ及び総日射エネルギ
ー量Ｑｔをそれぞれ算出し、それぞれに第３．４図に示
した関係から定まる銘柄別の係数を乗することにより原
料１０の表層部の含水率の上昇量及び低下量を算出し、
更に前回の含水率Ｙ（Ｍｎ−ｘ又は、初期含水率Ｍｓ）
との総計により現在の原料１０の表層部の含水率Ｍｏを
近似的に算出せんとするものである。

次に演算装置１は、上述の如くして算出した原料１０の
表層部の現在の含水率Ｍｏを、上限含水率Ｍｔａａｘ及
び下限含水率Ｍ　ＩＩｉ　ｎとそれぞれ比較する。

この結果、原料１０の現在の表層部の含水率Ｍｏが上限
含水率Ｍｍａｘより大であれば、原料１０の含水率は飽
和水分量に対応する含水率に達しているものと見做す。

この場合には、原料１０の飛散の可能性は無いので、上
限含水率Ｍ＋ｗａｘを今回の制御終了時の含水率Ｍｎに
置換し、置場別データテーブル２４に書込んで演算を終
了する。

これに対して、原料１０の現在の表層部の含水率Ｍｏが
下限含水率Ｍ　ｖｂ　ｉ　ｎより低ければ、原料１０は
ほとんど全戦状態に達しているものと見做される。

この場合には、演算装置１は下限含水率Ｍ　ｍ　ｉ　ｎ
を現在の含水率ＭＯとした後、後述する不足含水率Ｍｒ
を算出するステップに進む。

一方、原料１０の表層部の現在の含水率Ｍｏが上限含水
率Ｍｍａχと下限含水率Ｍ　ＩＩｉ　ｎとの間にある場
合には、現在の含水率Ｍｏと現在の風速Ｖにおける飛散
限界含水率Ｍｖに安全率Ｓ（たとえば、Ｓ・１．１）を
乗じた値とが比較される。この結果、現在の含水率Ｍｏ
が現在の風速Ｖにおける飛散限界含水率Ｍｖと安全率Ｓ
との積より大の場合には飛散の可能性は無いため、撒水
は行わずに現在の含水率Ｍｏを今回の制御終了時の含水
率Ｍｎに置換し、置場別データテーブル２４に書込んで
演算を終了する。

これに対して、原料１０の表層部の現在の含水率Ｍｏが
現在の風速Ｖにおける飛散限界含水率Ｍｖと安全率Ｓと
の積より小の場合には飛散防止のための撒水制御を行う
必要がある。換言すればこの場合にのみ実際の撒水が行
われるのであり、この場合の撒水制御は、最終的には原
料１０の表層部の含水率を現在の風速■における飛散限
界含水率Ｍｖと安全率Ｓとの積Ｓ−Ｍｖにまで上昇させ
るものである。

さて、演算装置１はまず現在の風速Ｖにおける飛散限界
含水率Ｍνと安全率Ｓとの積Ｓ−Ｍｖを今回の撒水制御
終了時点の含水率Ｍｎに置換した後、原料１０の表層部
の飛散を抑制するに必要な含水率の不足分、即ち不足含
水率Ｍｒχを下記（２）式にて算出する。

Ｍｒ　−Ｓ−Ｍｖ　−Ｍｏ　−（２） この（２）式の意味するところを説明すると、第５図に
おいて、たとえば風速Ｖ及び含水率ＭＯが図に示す位置
であるとすると、両者により規定される点Ｘｏはハツチ
ングを施して示す飛散領域に含まれる。従って、風速Ｖ
において飛散を発生せしめない含水率は、風速Ｖの線と
飛散限界線の交点Ｘ、（含水率Ｍｖ）であるが、本発明
においては安全率Ｓ　（＝１．１）を見込んでいるため
、風速Ｖの線上で点Ｘ１よりやや高含水率寄りの位置に
ある点Ｘ２の含水率（Ｓ−Ｍｖ）になるよう、原料１０
の表層部含水率を撒水により上昇させればよい。

さて、上記（２）式により不足含水率Ｍｒが算出される
と、演算装置１は次に下記（３）式により必要撒水量Ｈ
（ｍ’　／ｈｒ）を算出する。

Ｈ”ｋ３　・Ｍｒ　　・＝（３） 但し、ｋ３　：降水量と表層部含水率との関係により定
められる係数 更に演算装置１は、上記（３）式にて求めた必要撒水量
Ｈを得るための必要撒水時間Ｔ　（ｈｒ）を下記（４）
式にて求める。

Ｔ　＝　Ｈ／に、・・・（４） 但し、ｋ、：その原料置場９に対応する撒水量７１の時
間当り撒水量（ｍ３／ｈｒ）以上の如くして、撒水が必
要な場合の必要撒水時間Ｔが求まるので、演算装置１は
ヤードマツプテーブル２３のデータから現在の演算対象
の原料置場９に対応する撒水量７１を特定する。そして
、演算装置１は、特定された撒水量７１により上述の如
くして算出された必要撒水時間Ｔに亘ワて撒水が行われ
るように撒水装置制御装置３に信号出力を行う。これに
より、撒水装置制御装置３は指示された撒水量７１から
算出された必要撒水時間Ｔの間に亘って撒水を行う。

最後に演算装置１は、今回の撒水制御終了時における原
料１０の表層部の含水率Ｍｎを置場別データテーブル２
４に新規に書込み、以上で一つの原料置場９に対する演
算制御を終了する。

以下、各原料置場９について同様の処理を反復すること
により、原料ヤード８を区画して設けられている総ての
原料置場９，９・・・についての撒水制御を終了する。

そしてこの後、所定時間が経過した後の次の制御時には
、上述の如くして求められ、置場別データテーブル２４
に記憶されている含水率Ｍｎを前回の含水率Ｍｎ−１と
して演算が行われる。

〔効果〕

以上の如く、本発明によれば、製鉄所等に付属して屋外
に設けられた原料ヤードに野積みされた粉粒体原料の含
水率を、発塵公害が発生しない範囲内に常時維持するこ
とが可能となる。このため、必要最小限の撒水にて発塵
公害の防止が可能になるので、粉塵が飛散して周辺住民
に迷惑を掛ける虞は解消する一方、必要以上に過剰に撒
水する虞も解消される。従って、原料の含水率過剰に起
因する種々の問題点、たとえば鉄鉱石の場合であれば粘
性増加による搬送及び篩分は効率の低下、石炭の場合で
あれば乾溜に要する熱エネルギーの増加等が解消され、
製鉄所の操業全体におけるエネルギー効率の向上が実現
される。

なお、本発明方法の実施に際しては、たとえば冬期にお
ける積雪期間中等は原料からの発塵は考えられないため
撒水は行わすともよい。

また、原料ヤードの立地条件によっては、粉塵の飛散方
向が問題に入る場合が有る。このような場合には、風向
計による風向のデータを加味して本発明方法を実施して
もよいことは勿論である。

更に、前記実施例では主として製鉄所に付属する原料ヤ
ードを対象として説明したが、同様の粉粒体原料をその
操業に使用するたとえばセメントプラント等の原料置場
にも本発明方法が適用可能であることは言うまでもない
。

また更に、本発明方法の実施に際し、たとえば原料ヤー
ドの各原料置場に堆積されている原料の一部を標本とし
て他の場所に置き、これの表面含水車を水分針等にて測
定し、その結果を基に原料置場に堆積されている原料の
表層部の含水率を推算し、この結果を基に原料表層部の
含水率が限界含水率以上となるべき撒水量を求めて撒水
制御を行うことも勿論可能である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すものであり、第１図は本発
明に係る原料ヤードの撒水制御方法の実施対象である原
料ヤードの模式図及び本発明方法の実施に用いられる演
算制御系のブロック図、第２図は本発明方法の手順を示
すフローチャート、第３〜６図は本発明方法の実施に必
要な各種データの説明図である。 １・・・演算装置　　３・・・撒水装置制御装置４・・
・日射計　　５・・・降水針　　６・・・風速計７・・
・撒水装置　　８・・・原料ヤード　　９・・・原料置
場　　１０・・・原料　　２１・・・含水率特性テーブ
ル２２・・・飛散限界値テーブル　　２３・・・ヤード
マツプテーブル　　２４・・・置場別データテーブル　
　２５・・・気象データテーブル 簿　　３１２１ 玲水−ｔ　ｔｍ、θ％） 算　４　図 答　５　区 算　　６　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、粉粒体を堆積したヤードの撒水制御方法において、 風速、降水量及び日射エネルギー量を経時 的に測定し、 堆積された粉粒体の初期含水率、粉粒体表 層部の飽和含水状態に相当する上限含水率又は全乾状態
   に相当する下限含水率と、降水量及び日射エネルギー量
   の前記測定値とを基に粉粒体表層部の含水率を算出し、 算出された粉粒体表層部の含水率が、その 時点の風速において粉粒体が飛散し始める飛散限界値以
   下である場合は、飛散限界値以上の含水率を得るに必要
   な撒水量を算出し、算出された撒水量を撒水装置に設定
   することを特徴とする撒水制御方法。