(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
旋回溶融炉のプロセスデータを用いて炉内状況の変動を制御する溶融炉制御装置において，溶融スラグの流れ状態及び炉壁温度を含むプロセスデータと，該溶融スラグの炉壁付着量の変化との第１の関係を予め記憶しておく第１の記憶手段と，溶融スラグの流れ状態及び炉壁温度を含むプロセスデータの現在値を上記第１の関係に適用することにより，上記炉内状況の変動に影響する現在の溶融スラグの炉壁付着量の変化を推定する第１の推定手段とを具備してなることを特徴とする溶融炉制御装置。
【請求項２】
旋回溶融炉のプロセスデータを用いて炉内状況の変動を制御する溶融炉制御装置において，溶融スラグの流れ状態及び炉壁温度を含むプロセスデータと，該溶融スラグの炉壁付着量の変化との第１の関係を予め記憶しておく第１の記憶手段と，溶融スラグの流れ状態及び炉壁温度を含むプロセスデータの現在値を上記第１の関係に適用することにより，現在の溶融スラグの炉壁付着量の変化を推定する第１の推定手段と，溶融スラグの炉壁付着量の変化と，炉内温度の変化との第２の関係を予め記憶しておく第２の記憶手段と，上記現在の溶融スラグの炉壁付着量の変化の推定値を上記第２の関係に適用することにより，上記炉内状況の変動に影響する現在の炉内温度の変化を推定する第２の推定手段とを具備してなることを特徴とする溶融炉制御装置。
【請求項３】
落下する溶融スラグの画像の水平方向における各画素値と該画素値の多項式近似値との差である近似誤差データの値が突出した部分の面積，高さ，位置及び幅に基づいて前記溶融スラグの流れ状態の指標を求める画像処理手段を具備してなる請求項１又は２に記載の溶融炉制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，溶融炉制御装置に係り，詳しくは溶融炉のプロセスデータを用いて炉内状況の変動を制御する溶融炉制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来，溶融炉の燃焼制御を行うに当っては，溶融炉の燃焼状態や溶融炉からの溶融出力の状態を検出し，溶融炉の燃焼制御を行う制御器にフィードバックすることによって制御するフィードバック制御がなされていた。例えば，図８に示す装置Ａ０１のように，溶融炉３０内あるいは溶融炉３０からの溶融出力の状態量を複数の検出器３１〜３４で検出して制御器３５，３６にフィードバックし，予め設定された目標値と比較して，操作量を決定し，この操作量に基づいて溶融炉３０を制御していた。
または，スラグ溶融状態の画像から，物理的特徴量を抽出し，目標画像の物理的特徴量と比較することにより現在の炉況を判断して，それに応じて制御のための操作量を決定していた。例えば，図９に示す装置Ａ０２のように，溶融炉４０から出力される溶融流体の溶融状態を溶融出力撮像部４１により２次元的に撮像し，撮像画像を画像処理部４２により画像処理して溶融流体の画像に関する物理的特徴量を抽出し，この物理的特徴量を，画像偏差演算部４３により予め設定された目標画像４４の物理的特徴量と比較して偏差を求め，この偏差に基づいて制御量演算部４５により溶融炉４０の制御量を演算し，制御部４６によって溶融炉４０の燃焼制御を行っていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記したような溶融炉制御装置では，次のような問題点があった。
（１）旋回流溶融炉では，炉内温度を一定に保つことが操業目的の一つとして挙げられるが，高温等の要因のため炉内温度の測定が困難である。このため，実際には炉壁温度測定を行っている。しかし，炉壁付着量による炉壁測定温度誤差，炉壁煉瓦による炉内温度との時間遅れ等の理由により，それを用いた制御で高い制御精度を実現することは困難である。そこで，炉壁付着量を測定することが重要となるが，炉内が高温であり，密閉しており，埃が多い等の理由により，超音波測定器等の炉壁付着量測定装置を溶融炉内に常時設置してオンラインで炉壁付着量を測定することは困難である。従って，従来装置Ａ０１のようにプロセスデータのみから炉内状況の変動を予測し，制御することは難しい。
（２）また，従来装置Ａ０２のようにスラグ溶融状態の画像から物理的特徴量を抽出する装置では，目標画像に近づけることを目標とした制御を行っているが，炉壁の状態を考慮していないため，最悪の場合には，制御により炉壁の損傷を引き起こすおそれがある。
本発明は，このような従来技術における課題を解決するために，溶融炉の制御装置を改良し，炉壁の状態を推定することにより制御精度を向上し得る溶融炉の制御装置を提供することを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために，第１の発明は，旋回溶融炉のプロセスデータを用いて炉内状況の変動を制御する溶融炉制御装置において，溶融スラグの流れ状態及び炉壁温度を含むプロセスデータと，該溶融スラグの炉壁付着量の変化との第１の関係を予め記憶しておく第１の記憶手段と，溶融スラグの流れ状態及び炉壁温度を含むプロセスデータの現在値を上記第１の関係に適用することにより，上記炉内状況の変動に影響する現在の溶融スラグの炉壁付着量の変化を推定する第１の推定手段とを具備してなることを特徴とする溶融炉制御装置として構成されている。
また，第２の発明は，溶融炉のプロセスデータを用いて炉内状況の変動を制御する溶融炉制御装置において，溶融スラグの流れ状態及び炉壁温度を含むプロセスデータと，該溶融スラグの炉壁付着量の変化との第１の関係を予め記憶しておく第１の記憶手段と，溶融スラグの流れ状態及び炉壁温度を含むプロセスデータの現在値を上記第１の関係に適用することにより，現在の溶融スラグの炉壁付着量の変化を推定する第１の推定手段と，溶融スラグの炉壁付着量の変化と，炉内温度の変化との第２の関係を予め記憶しておく第２の記憶手段と，上記現在の溶融スラグの炉壁付着量の変化の推定値を上記第２の関係に適用することにより，上記炉内状況の変動に影響する現在の炉内温度の変化を推定する第２の推定手段とを具備してなることを特徴とする溶融炉制御装置である。
また，第３の発明は，さらに，落下する溶融スラグの画像の水平方向における各画素値と該画素値の多項式近似値との差である近似誤差データの値が突出した部分の面積，高さ，位置及び幅に基づいて前記溶融スラグの流れ状態の指標を求める画像処理手段を具備してなることを特徴とする溶融炉制御装置である。平成１５年１２月１２日付発送の郵便にて、出願人（承継人：株式会社神鋼環境ソリューション）自らが特許庁へ出願人名義変更届を提出しております。また、同日付（平成１６年２月２０日付）にて、代理人受任届をオンライン送信により特許庁へ提出しております。
【０００５】
【発明の実施の形態】及び【実施例】
以下添付図面を参照して，本発明の実施の形態及び実施例につき説明し，本発明の理解に供する。尚，以下の実施の形態及び実施例は，本発明を具体化した一例であって，本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
ここに，図１は，本発明の実施の形態及び実施例に係る旋回流溶融炉制御装置Ａ廻りの概略構成を示す模式図，図２はスラグ画像の一例を示す説明図，図３は演算装置の構成を示すブロック図，図４は付着量変化ルールベースマップの一例を示す説明図，図５は炉内温度制御系の構成を示すブロック図，図６は非線形コントローラの構成を示すブロック図，図７はゲインスケジュールテーブルの一例を示す説明図である。
【０００６】
図１に示す如く，第１，第２の発明に係る溶融炉制御装置Ａは，旋回溶融炉１のセンサ２からのプロセスデータを用いて炉内状況の変動を制御する点で従来例Ａ０１と同様であり，また，ＣＣＤカメラ３から画像処理装置４を介して得られる画像データを用いて炉内状況の変動を制御する点で従来例の他の例Ａ０２と同様である。しかし，本装置Ａでは，溶融スラグの流れ状況及びプロセスデータと溶融スラグの炉壁付着量の変化との第１の関係を予め記憶しておく  Ｎｏ．１メモリ５ａ（第１の記憶手段に相当）と，溶融スラグの流れ状態及びプロセスデータの現在値を上記第１の関係に適用することにより，炉内状況に影響する現在の溶融スラグの炉壁付着量の変化を推定する演算装置６ａ（第１の推定手段に相当）とを具備してなる点（第１の発明）で従来例と異なる。また，本装置Ａは，上記要素に加えて，更に溶融スラグの炉壁付着量の変化と，炉内温度の変化との第２の関係を予め記憶しておく  Ｎｏ．２メモリ５ｂ（第２の記憶手段に相当）と，現在の溶融スラグの炉壁付着量の変化の推定値を上記第２の関係に適用することにより，炉内状況の変動に影響する現在の炉内温度を変化を推定する演算装置６ｂ（第２の推定手段に相当）とを具備してなる点（第２の発明）で従来例と異なる。
以下，本装置Ａを更に具体化すると共に，その動作について説明をを加える。
【０００７】
図１において，旋回溶融炉１の下部にＣＣＤカメラ３等の撮像装置を設置し，スラグが落下する状態を撮影する。そこで得られた画像信号は，例えば図２に示すようなものであるが，これを取り込むことができる画像処理装置４に伝送される。その画像処理装置４において特徴量（流量，流れの安定量，スラグ幅，スラグ速度等）の抽出，及び評価値演算を随時行い，評価値の時系列データを作成する。
特徴量の抽出は，次のようにして行う。ＣＣＤカメラにより得られた画像（以下プロジェクションデータ）は図１０に示すようなもので，まずそれぞれの画素値を画面水平方向へ射影し和を計算する。
次に，プロジェクションデータに多項式近似の手法を適用して近似式を求め，その近似式とプロジェクションデータとの差を計算し，近似誤差データ（図１０）とする。
更に，近似誤差データにおいて突出した部分をスラグとみなしてその部分を抽出し，突出部の面積（ＡＲ），高さ（ＨＩ），位置（ＰＯ），幅（ＷＤ）などを計算する。各要素の概念は，図１１を参照されたい。
次に，この操作を連続した画像Ｎ枚に対して行い，ＡＲの平均値（ＡＲ２），ＨＩの平均値（ＨＩ２），ＰＯの標準偏差値の逆数（ＰＯ２），ＷＤの平均値（ＷＤ２）を計算する。ＡＲ２はスラグ流量，ＨＩ２はスラグ速度，ＰＯ２は流れ安定性，ＷＤ２はスラグ幅を近似しているとみなすことができ，これらの特徴量によりスラグの時間的な変動も含めた物理的特微量が定量化できる。尚，ＰＯについてはＰＯの変動が小さいほど，流れが安定していると考えられるので，ＰＯの標準偏差の逆数を流れの安定性の指標としている。
評価値演算としては，例えば以下のものが考えられる。
Ｊ＝Ｗ１＊（流量）＋Ｗ２＊（流れの安定量）＋Ｗ３＊（スラグ幅）＋Ｗ４＊（スラグ速度）
これと同時にその時の炉壁温度，炉内圧力等のプロセスデータの時系列データをプロセスコンピュータ（不図示）から演算装置６（６ａ，６ｂ）に取り込む（図３参照）。以下では，説明の便宜上，プロセスデータの一例として炉壁温度を用いた場合について述べる。
【０００８】
このようにしてそれぞれ独立に得られたプロセスに関する情報（評価値，炉壁温度）を用いて，予めオペレータの知識を抽出して作成し  Ｎｏ．１メモリ５ａに記憶しておいたルールベースマップ（第１の関係に相当）に照合する。
このルールベースマップとして例えば，図４に示すようなルールが考えられる。これは熟練オペレータからのヒアリングあるいは学習により獲得できるものであり，次のような意味を持つ。
0003557307.tif 000002
このようなルールベースマップをもとに，演算装置６ａは得られた評価値及び炉壁温度からファジィ推論の手法を用いることにより付着量の変化を推定する。この推定値を求める作業をある定められたサンプリング時間毎に行い，ｉサンプリング時間中に得られる推定値をＲｉとすると，Ｎサンプリング時点での炉壁付着量Ｒは，Ｒｉの総和により得ることができる。
【０００９】
【数１】
0003557307.tif 000003
この得られた総和Ｒと予め与えられた付着量の下限値ＲＬとを比較して，
ＲＬ  ＜  Ｒ
で示されるような制約を制御に対して与えてやることにより，炉壁の損傷を抑えることができる。また，溶融炉において非溶融物は旋回中に炉壁に付着するものとスラグとして炉下部に流れ落ちるものの合計である。従って，被溶融物供給量，燃料使用量に応じた炉壁付着量の最大値があり，ある量以上は付着しなくなる。従って，予め実際の運転を通してその最大値を求めておき，それと炉壁付着量推定値Ｒとを比較することにより，その変化が今後，最大値付近のため付着量飽和となって変化がないか，あるいは，増加継続，減少継続等いずれの状態であるかがわかる。
【００１０】
更には，その炉壁の変化量により，溶融に使用される熱量が明らかになり，炉内温度変化の未来予測を行うことができる。このための炉内温度制御系を図５に示した。先程と同様にこのような知識（第２の関係に相当）を予めオペレータへのヒアリングあるいは学習により獲得して  Ｎｏ．２メモリ５ｂに記憶しておけば，演算装置６ｂは    付着量推定値，付着量変化量推定値と，ファジィ推論の手法とを用いることにより，炉内温度変化量を推定する。この場合，過去の変化量を用いることにより，現在の炉内温度の変化量を知ることができる。
以上のようにして得られた炉内温度推定値とゲインスケジュール手法等の非線形コントローラを用いて演算装置６はさらに制御操作量を計算する（図６，図７参照）。即ち，本装置Ａでは，炉壁の状態及びプロセスデータ（炉内圧力，炉内温度，非溶融物塩基度）の変化によって大きく変化する溶融スラグの流れの状態及びその時のプロセスデータを利用して予め作成しておいたルールベースから炉壁の状態を推定し，その状態及びスラグ流の状態から炉変動予測値制御操作量を決定することができる。
その結果，炉壁の損傷を積極的に低減させることにより，炉の長寿命化，保守作業の簡略化を行いながら，溶融炉の制御精度を向上させることにより，安定溶融をも実現することができる。
【００１１】
【発明の効果】
本発明に係る溶融炉制御装置は，上記したように構成されているため，炉壁の損傷を積極的に低減させることにより，炉の長寿命化，保守作業の簡略化を行いながら，溶融炉の制御精度を向上させることにより，安定溶融をも実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態及び実施例に係る旋回流溶融炉制御装置Ａ廻りの概略構成を示す模式図。
【図２】スラグ画像の一例を示す説明図。
【図３】演算装置の構成を示すブロック図。
【図４】付着量変化ルールベースマップの一例を示す説明図。
【図５】炉内温度制御系の構成を示すブロック図。
【図６】非線形コントローラの構成を示すブロック図。
【図７】ゲインスケジュールテーブルの一例を示す説明図。
【図８】従来の旋回溶融炉制御装置の一例Ａ０１の概略構成を示すブロック図。
【図９】従来の旋回溶融炉制御装置の他の例Ａ０２の概略構成を示すブロック図。
【図１０】特微量抽出手法に用いるプロジェクションデータの概念を示すグラフ。
【図１１】プロジェクションデータの突出部の構造を示す図。
【符号の説明】
Ａ…旋回溶融炉制御装置
１…旋回溶融炉
２…センサ
３…カメラ
４…画像処理装置
５ａ…Ｎｏ．  １メモリ（第１の記憶手段に相当）
５ｂ…Ｎｏ．  ２メモリ（第２の記憶手段に相当）
６（６ａ，６ｂ）…演算装置（第１，第２の推定手段に相当）
【図１】
0003557307.tif 000004
【図２】
0003557307.tif 000005
【図３】
0003557307.tif 000006
【図４】
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【図５】
0003557307.tif 000008
【図６】
0003557307.tif 000009
【図７】
0003557307.tif 000010
【図８】
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【図９】
0003557307.tif 000012
【図１０】
0003557307.tif 000013
【図１１】
0003557307.tif 000014