２）踏み鞴及び羽口からの送風量

　砂鉄投入前で炭のみを炉内に投入し、炉内温度を上昇させた11:00における踏み鞴の吹き出し口でのセンサの圧力変化を図６に示す。周期的な最高及び最低圧力ピークは鞴を一回踏んだときの圧力変化を示し、１分間に25回のペースで風が炉内に送られている。ただし、踏み鞴の吹き出し口は東側と西側にあり、交互に送風されることから、炉内にはその倍の50回／分で送風されている。ここで圧力変化は風速の変化を意味する。
　鞴の圧力と風箱の入り口から２番目（No.2）と８番目（No.8）を重ね合わせた結果が図７である。最大ピークの生じる位置はほぼ一定しているが、鞴の最低ピークの際に風箱の送風管との圧力変化が対応していない。また、No.2のセンサは非常に不安定であるため、以降は鞴とNo.8について比較を行った。

図６　11:00における踏み鞴の圧力変化	図７　踏み鞴及び送風管の風量変化

　図８に６秒間の鞴と送風管の圧力変化を示す。鞴の圧力は実線で示す最低値から上昇し、一旦一定となり、その後最大値を示すが、上昇の時と同様に下降の際に一旦一定となり、最低値まで低下する様式を示す。鞴の実線の圧力は一定で、0の値（基準線：炉内が空の状態でテストを行い、鞴を停止した状態がこの実線になることを確認した）の圧力を示し、この線よりも下側で負の圧力が生じている。鞴と風箱からの送風状況が若干異なる。風箱No.8の送風管の基準線を破線で示す。圧力変化の形態はほぼ同じであるが、鞴の最低圧力の位置(矢印A)で風箱のNo.8は圧力が高くなっている(矢印B)。この現象は鞴には、風の逆流防止弁が設置されているが、風箱から炉内、反対側の風箱までは通じていることが原因と考えられる。一方が風を送った後は風速が低くなるが、反対側風箱送風管からの送風による風圧を受ける。炉内に導入された空気は高温にさらされることで５倍ほど膨張し、炉内圧を上昇させる。この結果、鞴の最低圧力時では風箱の圧力上昇となったと考えられる。
　図９に砂鉄と炭を投入してからの11:30における鞴の圧力変化を示す。鞴の送風回数は37回／分（両側で74回／分）である。図10に11:30における6秒間の鞴と風箱の送風管圧力の変化を示す。基準線からの一回の圧力差も11:00では0.05 kgf/cm2であったのが、送風のサイクルが短くなったことで0.08 kgf/cm2程度まで増加している。

図８　６秒間の踏み鞴と送風管の風量変化（11:00）	図９　11:30における踏み鞴の圧力変化

　図11に17:00における６秒間の鞴と風箱の送風管の圧力変化を示す。データのサンプリング時間は0.2秒であるため、やや波形の形状が単純であるが、鞴の踏み数が増えるのに伴い、基準線からの圧力差が大きくなる傾向にある。また、No.8の圧力差は17:00では、0.06 kgf/cm2であったが、踏み数が増した例えば、01:30では、0.08 kgf/cm2に増加している。
　ここで、実際の鞴の吹き出し口と風箱の送風管内の風速を（１）式のベルヌーイの式によって求めた(註７)。
　Ｖ＝（２/ρ×ΔP）1/2　　　　　　　　　　　　　　　　（１）
　ここで、Vは風速、ρは空気の密度、ΔPは圧力差である。
　センサは鞴の吹き出し口径と送風管径との面積比から、鞴で0.5%、送風管で4%を占めるが、誤差が小さいため、計算上無視した。また、空気の断熱圧縮によって4%程度の密度変化が見積もられるが、これも計算上無視した。
　また、鞴及び送風管円筒管の中心にセンサを設置していることから、最大風速(V max)は中心で得られ、風量(Q)は（２）式によって求めた(註８)。
　　Q＝0.83×（π/4）×ｄ2×V max 　　　　　　　　（２）
　ここで、ｄは送風管の径である。

図10　６秒間の鞴と送風管の圧力変化（11:30）	図11　鞴の送風管の風量の変化（17:00）

表１　踏み鞴による送風条件（東側）

表２　風箱のNo８送風管の送風量の割合

　図12に11:00における鞴と送風管の風速の変化を示す。計算の都合上この時間幅の中での最小圧力を0として、補正した。それぞれ風速のばらつきを考慮し、鞴は図中の実線、No.8の送風管は破線を基準線と見なすと、鞴の送風管では最大風速が50m/s、No.8の送風管では、65m/sである。同様に11:30からの鞴の踏み数が増えた場合、鞴の送風管は65 m/s、風箱の送風管は90 m/sと一回当たりの送風速度が高い。
　これより、１分間当たりの送風量を求めた値を表１に示す。１回当たりの送風量は0.1〜0.14m3で、一分間では、踏み鞴の踏み数（送風回数）に応じて、時間経過と共に増えている。風箱の送風管からの一回の送風量は0.014〜0.024m3であり、鞴からの送風量の増減にほぼ対応している。
　ここで、図13に示す踏み鞴の概略寸法から、一回当たりの送風量の概算を行った。送風管下の位置から踏み鞴の外壁高さは42cmであるが、実際の有効稼働高さを38cmとすると、片方の踏み板下の空間の体積は、0.154m3となる。この空気が100%送風されたとすると、それぞれの時間における送風量は69〜88%であり、センサ圧力から求めた値はほぼ妥当と考える。
　本測定では、風箱送風管No.2のデータは採れなかったが、鞴から送られた送風量がNo.8の送風管から送られた割合を表２に示す。風箱から羽口を通して炉内へは８本の送風管で送風されるが、平均的に送風されると１本当たり、12.5%の送風量となる。操業中の羽口の状況がノロかみ、溶損など、また、羽口前方の炉内の状況も変化する。このため、風箱の各送風管の送風量も変化していると思われるが、火入れからの時間が短く、炭のみで操業を行った11:00では約17%であり、以降の送風量の割合も17%前後であることを考慮すると、No.8側（出滓口側）での送風量が多いことが解る。
　鞴から風箱へ送風される際には、強い風の流れ(流束)が生じているため、風箱内の全ての送風管の圧力変化が同一とは考えられず、流れが衝突する先端側がより風圧が高くなると考えられる。このため、鞴からの風が直接風箱の壁に衝突するNo.8側の風圧が高くなるため、当然、風量が増加すると考える。

図12　11:00における踏み鞴と羽口の風速変化	図13　踏み鞴の概略図