(57)【要約】【課題】高炉操業時における操業状態を正確に監視し、炉壁近傍における充填層の透過流動状態を推定し、可視化して、吹き抜け等の操業異常を予測する。【解決手段】高炉設備上に複数設置される圧力センサで収集した圧力データの分布状態を、各圧力センサの高炉設備上の設置位置を正確に反映させた２次元平面又は２次元平面で構成される３次元立体の表面上に配置して該圧力データの等値線を探索し、これらの等値線を用いて圧力の空間的勾配ベクトルの大きさ又は偏角を算出するとき、炉壁近傍における充填層の炉内ガス流れの透過流動抵抗ベクトルを定義し、該ベクトルの大きさ又は偏角を逐次算出し、前記表面上に逐次表示し、該ベクトルから算出する図形及びベクトル特徴情報を予め設定しておく監視条件と逐次比較することにより、高炉の操業状態を逐次監視し、予測する。【選択図】      図１
2004162160.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉に複数設置されたセンサからの測定対象量の計測データを、各センサの設置位置を反映させた２次元平面又は２次元平面で構成される３次元立体の表面に配置し、計測データの空間的分布状態や時間的変化について、計測データの該表面上における等値線を算出し、該等値線が形成する図形又は図形の特徴情報、計測データのベクトル線図又はベクトル特徴情報を算出し、これらを評価することによって高炉の操業状態を監視する方法であって、
前記２次元平面又は２次元平面で構成される３次元立体の表面上に座標軸を予め設定しておき、ポテンシャル量である圧力について、該座標軸方向の空間的勾配を算出し、該勾配を成分に持つ空間的勾配ベクトルを炉壁近傍における充填層の透過流動抵抗ベクトルと定義し、該ベクトルの大きさ又は偏角を算出することを特徴とする高炉操業における操業監視方法。
【請求項２】
高炉に複数設置されたセンサからの測定対象量の計測データを、各センサの設置位置を反映させた２次元平面又は２次元平面で構成される３次元立体の表面に配置し、計測データの空間的分布状態や時間的変化について、計測データの該表面上における等値線を算出し、該等値線が形成する図形又は図形の特徴情報、計測データのベクトル線図又はベクトル特徴情報を算出し、これらを評価することによって高炉の操業状態を監視する方法であって、
前記２次元平面又は２次元平面で構成される３次元立体の表面上に座標軸を予め設定しておき、ポテンシャル量である圧力について、該座標軸方向の空間的勾配を算出し、該勾配を成分に持つ空間的勾配ベクトルを炉壁近傍における充填層の透過流動抵抗ベクトルと定義し、該ベクトルの大きさ又は偏角を算出するに際し、
高炉設備上の任意の地点において高炉外形面の接平面を定義し、該接平面を用いて、該地点近傍の圧力データと高炉の外形情報から該地点における透過流動抵抗ベクトルを定義し、該ベクトルの大きさ又は偏角を算出することを特徴とする高炉操業における操業監視方法。
【請求項３】
前記炉壁近傍における充填層の透過流動抵抗ベクトルと、粒子充填層の透過流動抵抗特性式から、炉壁近傍における充填層のガス流速ベクトルを定義し、該ベクトルの大きさ又は偏角を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の高炉操業における操業監視方法。
【請求項４】
前記炉壁近傍における充填層の透過流動抵抗ベクトルと、粒子充填層の透過流動抵抗特性式であるErgunの式から、炉壁近傍における充填層のガス流速ベクトルを定義し、該ベクトルの大きさ又は偏角を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の高炉操業における操業監視方法。
【請求項５】
前記炉壁近傍における充填層の透過流動抵抗ベクトルと、粒子充填層の透過流動抵抗特性式であるErgunの式から、炉壁近傍における充填層のガス流速ベクトルを定義し、該ベクトルの大きさ又は偏角を算出するに際し、Ergunの式がガス流速ベクトルの大きさの２次方程式であることに着目して、２次方程式の解の公式を用いて、ガス流速ベクトルの大きさを算出することを特徴とする請求項４に記載の高炉操業における操業監視方法。
【請求項６】
請求項１〜５に記載の何れか１つの方法によって算出する炉壁近傍における充填層の透過流動抵抗ベクトルの大きさ又は偏角、あるいは炉壁近傍における充填層のガス流速ベクトルの大きさ又は偏角の空間的分布状態を、前記２次元平面又は２次元平面で構成される３次元立体の表面に配置し、これらの等値線を算出して、該等値線が形成する図形を前記表面上に表示することによって、高炉の操業状態を可視化することを特徴とする高炉操業における操業監視方法。
【請求項７】
請求項１〜５に記載の何れか１つの方法によって算出する炉壁近傍における充填層の透過流動抵抗ベクトルの大きさ又は偏角、あるいは炉壁近傍における充填層のガス流速ベクトルの大きさ又は偏角の空間的分布状態を、前記２次元平面又は２次元平面で構成される３次元立体の表面上にベクトル線図として表示することによって、高炉の操業状態を可視化することを特徴とする高炉操業における操業監視方法。
【請求項８】
請求項１〜５に記載の何れか１つの方法によって算出する炉壁近傍における充填層の透過流動抵抗ベクトルの大きさ又は偏角、あるいは炉壁近傍における充填層のガス流速ベクトルの大きさ又は偏角の空間的分布状態を、前記２次元平面又は２次元平面で構成される３次元立体の表面に配置し、これらの等値線を算出し、該等値線が形成する図形又は図形の特徴情報を評価することを特徴とする高炉操業における操業監視方法。
【請求項９】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法によって算出する炉壁近傍における充填層の透過流動抵抗ベクトルの大きさ又は偏角、あるいは炉壁近傍における充填層のガス流速ベクトルの大きさ又は偏角の空間的分布状態を、前記２次元平面又は２次元平面で構成される３次元立体の表面に配置し、これらの等値線を算出し、該等値線が形成する図形の個数、位置、面積、重心、図形の縦横比率、図形の周囲長さ、図形内の最大値又は最小値、平均値、分散の少なくとも一つの図形特徴情報を算出し、これらの図形特徴情報を予め設定した監視条件と比較することを特徴とする高炉操業における操業監視方法。
【請求項１０】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法によって算出する炉壁近傍における充填層の透過流動抵抗ベクトルの大きさ又は偏角、あるいは炉壁近傍における充填層のガス流速ベクトルの大きさ又は偏角の空間的分布状態を、圧力データの時間的推移に対応して逐次算出して更新し、前記２次元平面又は２次元平面で構成される３次元立体の表面に逐次配置し、これらの等値線を逐次算出し、該等値線が形成する図形又は図形の特徴情報を逐次評価することを特徴とする高炉操業における操業監視方法。
【請求項１１】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法によって算出する炉壁近傍における充填層の透過流動抵抗ベクトルの大きさ又は偏角、あるいは炉壁近傍における充填層のガス流速ベクトルの大きさ又は偏角の空間的分布状態を、圧力データの時間的推移に対応して逐次算出して更新し、前記２次元平面又は２次元平面で構成される３次元立体の表面に逐次配置し、これらの等値線を逐次算出し、該等値線が形成する図形の個数、位置、面積、重心、図形の縦横比率、図形の周囲長さ、図形内の最大値又は最小値、平均値、分散の少なくとも一つの図形特徴情報を逐次算出し、これらの図形特徴情報を予め設定した監視条件と逐次比較することを特徴とする高炉操業における操業監視方法。
【請求項１２】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法によって算出する炉壁近傍における充填層の透過流動抵抗ベクトルの大きさ又は偏角、あるいは炉壁近傍における充填層のガス流速ベクトルの大きさ又は偏角の空間的分布状態を、圧力データの時間的推移に対応して逐次算出して更新し、前記２次元平面又は２次元平面で構成される３次元立体の表面に逐次配置し、これらの等値線を逐次算出し、該等値線が形成する図形の個数、位置、面積、重心、図形の縦横比率、図形の周囲長さ、図形内の最大値又は最小値、平均値、分散の少なくとも一つの図形特徴情報の時間変化率を定義して逐次算出し、これらの時間変化率を用いて高炉の操業状態を逐次予測し、予測結果を予め設定した監視条件と逐次比較することを特徴とする高炉操業における操業監視方法。
【請求項１３】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法によって算出する炉壁近傍における充填層の透過流動抵抗ベクトルの大きさ又は偏角、あるいは炉壁近傍における充填層のガス流速ベクトルの大きさ又は偏角の空間的分布状態を、前記２次元平面又は２次元平面で構成される３次元立体の表面にベクトル線図として表示し、該ベクトルの特徴情報を評価することを特徴とする高炉操業における操業監視方法。
【請求項１４】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法によって算出する炉壁近傍における充填層の透過流動抵抗ベクトルの大きさ又は偏角、あるいは炉壁近傍における充填層のガス流速ベクトルの大きさ又は偏角の空間的分布状態を、前記２次元平面又は２次元平面で構成される３次元立体の表面にベクトル線図として表示し、任意に指定した領域内のベクトル又はベクトル成分の総和、最大値又は最小値、平均値、分散の少なくとも一つのベクトル特徴情報を算出し、これらのベクトル特徴情報を予め設定した監視条件と比較することを特徴とする高炉操業における操業監視方法。
【請求項１５】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法によって算出する炉壁近傍における充填層の透過流動抵抗ベクトルの大きさ又は偏角、あるいは炉壁近傍における充填層のガス流速ベクトルの大きさ又は偏角の空間的分布状態を、圧力データの時間的推移に対応して逐次算出して更新し、前記２次元平面又は２次元平面で構成される３次元立体の表面にベクトル線図として逐次表示し、該ベクトルの特徴情報を逐次評価することを特徴とする高炉操業における操業監視方法。
【請求項１６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法によって算出する炉壁近傍における充填層の透過流動抵抗ベクトルの大きさ又は偏角、あるいは炉壁近傍における充填層のガス流速ベクトルの大きさ又は偏角の空間的分布状態を、圧力データの時間的推移に対応して逐次算出して更新し、前記２次元平面又は２次元平面で構成される３次元立体の表面にベクトル線図として逐次表示し、任意に指定した領域内のベクトル又はベクトル成分の総和、最大値又は最小値、平均値、分散の少なくとも一つのベクトル特徴情報を逐次算出し、これらのベクトル特徴情報を予め設定した監視条件と比較することを特徴とする高炉操業における操業監視方法。
【請求項１７】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法によって算出する炉壁近傍における充填層の透過流動抵抗ベクトルの大きさ又は偏角、あるいは炉壁近傍における充填層のガス流速ベクトルの大きさ又は偏角の空間的分布状態を、圧力データの時間的推移に対応して逐次算出して更新し、前記２次元平面又は２次元平面で構成される３次元立体の表面にベクトル線図として逐次表示し、任意に指定した領域内のベクトル又はベクトル成分の総和、最大値又は最小値、平均値、分散の少なくとも一つのベクトル特徴情報の時間変化率を定義して逐次算出し、これらの時間変化率を用いて高炉の操業状態を予測し、予測結果を予め設定した監視条件と逐次比較することを特徴とする高炉操業における操業監視方法。
【請求項１８】
透過流動抵抗ベクトルの大きさ又は偏角の算出結果と粒子充填層の最小流動化条件との大小を比較し、該ベクトルの大きさが該最小流動化条件値を上回り、該最小流動化条件値の等値線が形成する図形領域を炉内通気性異常領域と判定することを特徴とする請求項８又は１３に記載の高炉操業における操業監視方法。
【請求項１９】
ガス流速ベクトルの大きさ又は偏角の算出結果と粒子充填層の最小流動化速度との大小を比較し、該ベクトルの大きさが該最小流動化速度を上回り、該最小流動化速度の等値線が形成する図形領域を炉内通気性異常領域と判定することを特徴とする請求項８又は１３に記載の高炉操業における操業監視方法。
【請求項２０】
ガス流速ベクトルの大きさ又は偏角の算出結果と白井とLevaの方法によって算出する粒子充填層の最小流動化速度との大小を比較し、該ベクトルの大きさが該最小流動化速度を上回り、該最小流動化速度の等値線が形成する図形領域を炉内通気性異常領域と判定することを特徴とする請求項８又は１３に記載の高炉操業における操業監視方法。
【請求項２１】
高炉の操業状況を出力し、監視するための操業監視装置において、
高炉設備上に複数設置される各種センサで計測される計測データを収集するデータ収集手段と、
前記収集した計測データの分布状態を各センサの高炉設備上の設置位置を反映させた２次元平面又は２次元平面で構成される３次元立体の表面に配置し、計測データが同値な任意の等値線を算出する等値線算出手段と、
算出した等値線から２次元平面又は２次元平面で構成される３次元立体の表面上の任意の点におけるポテンシャル量である圧力の空間的勾配を算出する勾配算出手段と、
前記勾配算出手段において算出した勾配を成分に持つ空間的勾配ベクトルを、炉壁近傍における充填層の透過流動抵抗ベクトル、又は炉壁近傍における充填層のガス流速ベクトルと定義し、その大きさ又は偏角を算出し、該算出結果の前記２次元平面又は２次元平面で構成される３次元立体の表面上における等値線が形成する図形領域に対し、図形及びベクトル特徴情報を算出する図形及びベクトル特徴情報算出手段と、
該算出結果と予め指定した監視条件との大小比較によって高炉操業を監視する操業監視手段とを備えたことを特徴とする高炉操業における操業監視装置。
【請求項２２】
高炉設備上の各計測データの時間的推移に対応して、前記等値線算出手段、勾配算出手段、図形及びベクトル特徴情報算出手段の演算を繰り返し、これらの時間的推移を逐次算出する図形及びベクトル特徴情報推移算出手段と、
該図形及びベクトル特徴情報推移算出結果と予め設定した監視条件とを逐次比較することによって炉壁近傍における充填層の透過流動状態を逐次監視し、吹き抜け等の操業異常を予測する操業予測手段とを備えたことを特徴とする請求項２１に記載の高炉操業における操業監視装置。
【請求項２３】
前記等値線算出手段、勾配算出手段、図形及びベクトル特徴情報算出手段、操業監視手段、図形及びベクトル特徴情報推移算出手段、操業予測手段の算出結果を可視化する出力部を備えたことを特徴とする請求項２１又は２２に記載の高炉操業における操業監視装置。
【請求項２４】
前記等値線算出手段、勾配算出手段、図形及びベクトル特徴情報算出手段、操業監視手段、図形及びベクトル特徴情報推移算出手段、操業予測手段の算出結果を記録する記録部を備えたことを特徴とする請求項２１又は２２に記載の高炉操業における操業監視装置。
【請求項２５】
請求項１〜２０のいずれか１項に記載の操業監視方法の処理手順をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム。
【請求項２６】
請求項２１〜２４のいずれか１項に記載の操業監視装置の各手段としてコンピュータを機能させるためのコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高炉の操業中において、炉壁近傍における充填層の炉内ガスの透過流動状態を逐次推定し、逐次可視化することによって、高炉の操業状態を監視し、吹き抜け等の高炉の操業異常を予測する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高炉の操業異常等の監視並びに予測方法に関するものとしては、特許文献１、特許文献２等に開示されているものがある。これらの監視並び予測方法は、いずれも、各センサの高炉設備上の設置位置情報を反映することなく各センサからの計測データを収集し、予め設定しておく設定値又は簡易的な物理モデルによる閾価との比較により操業状態の監視並びに操業異常を予測するものである。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−１５６３２８号公報
【特許文献２】
特開平１１−１４０５２０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明が対象とする高炉というプロセスは、動特性を有する分布定数系のプロセスとして取り扱うべき対象である。したがって、高炉設備上に空間的分布をもって設置されている複数の各種センサの計測データは互いに独立して収集し、評価してよいものではなく、各々のセンサが取り付けられている高炉設備上の設置位置に関連づけられて収集し、評価されるべきものである。
【０００５】
従来の方式では、このような各センサの設置位置を計測データに関連づけて収集し、評価しておらず、その結果、高炉の操業状態の監視並びに予測の精度が低いという問題があった。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、上記問題を解決し、高炉の操業状態の監視並びに操業異常の予測を可能とすることを目的として、炉壁近傍における充填層の炉内ガスの透過流動状態を推定し、可視化を行うことを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の高炉操業における操業監視方法は、高炉に複数設置されたセンサからの測定対象量の計測データを、各センサの設置位置を反映させた２次元平面又は２次元平面で構成される３次元立体の表面に配置し、計測データの空間的分布状態や時間的変化について、計測データの該表面上における等値線を算出し、該等値線が形成する図形又は図形の特徴情報、計測データのベクトル線図又はベクトル特徴情報を算出し、これらを評価することによって高炉の操業状態を監視する方法であって、前記２次元平面又は２次元平面で構成される３次元立体の表面上に座標軸を予め設定しておき、ポテンシャル量である圧力データについて、各座標軸方向の空間的勾配（空間的変化率、空間的変化量）を演算し、該空間的勾配を成分に持つ空間的勾配ベクトルを炉壁近傍における充填層の炉内ガスの透過流動抵抗ベクトルと定義して、該ベクトルの大きさ又は偏角を算出し、炉壁近傍における充填層の炉内ガスの透過流動状態を推定することに特徴を有する。
【０００８】
本発明の高炉操業における操業監視方法は、前記炉壁近傍における充填層の透過流動抵抗ベクトルの算出方法において、高炉設備上の任意の地点において、高炉外形面の接平面を定義し、該接平面を用いて、該地点近傍の圧力データと高炉の外形情報から該地点における透過流動抵抗ベクトルを定義し、該ベクトルの大きさ又は偏角を算出することに特徴を有する。
【０００９】
本発明のもうひとつの高炉操業における操業監視方法は、前記透過流動抵抗ベクトルと粒子充填層の透過流動抵抗評価式から、炉壁近傍における充填層のガス流速ベクトルを定義し、該ベクトルの大きさ又は偏角を算出し、炉壁近傍における充填層の炉内ガスの透過流動状態を推定することに特徴を有する。
【００１０】
そして、本発明の高炉操業における操業監視方法は、前記炉壁近傍における充填層の透過流動抵抗ベクトルと粒子充填層の透過流動抵抗特性式であるErgunの式から、炉壁近傍における充填層のガス流速ベクトルを定義し、該ベクトルの大きさ又は偏角を算出する方法において、Ergunの式がガス流速ベクトルの大きさの２次方程式であることに着目して、２次方程式の解の公式を用いて、ガス流速ベクトルの大きさを算出することに特徴を有する。
【００１１】
また、本発明の高炉操業における操業監視方法は、前記炉壁近傍における充填層の透過流動抵抗ベクトルの大きさ又は偏角、前記炉壁近傍におけるガス流速ベクトルの大きさ又は偏角の算出結果から前記２次元平面又は２次元平面で構成される３次元立体の表面上にこれらの等値線を算出し、これらの等値線が形成する図形を該表面上に表示することによって高炉の操業状態を可視化し、又、これらの図形の特徴情報と予め設定した監視条件とを比較することにより高炉操業を監視することに特徴を有する。
【００１２】
さらに、本発明の高炉操業における操業監視方法は、これらの図形特徴情報の時間変化率を定義し、これらの時間変化率を用いて該図形特徴情報の将来値を予測し、予測値と予め設定した監視条件とを比較することにより高炉操業を予測することに特徴を有する。
【００１３】
そして、本発明の高炉操業における操業監視方法は、圧力データの時間的推移に対応して、前記図形特徴情報、又は前記図形特徴情報の時間変化率を逐次算出することによって図形特徴情報の予測値を逐次算出し、予め設定した監視条件と逐次比較することにより高炉操業を逐次監視し、逐次予測することに特徴を有する。
【００１４】
本発明の別の高炉操業における操業監視方法は、前記炉壁近傍における充填層の透過流動抵抗ベクトルの大きさ又は偏角、前記炉壁近傍におけるガス流速ベクトルの大きさ又は偏角の算出結果から、前記２次元平面又は２次元平面で構成される３次元立体の表面上にこれらのベクトル線図を表示することによって高炉の操業状態を可視化し、又、任意に指定した領域内のベクトルの特徴情報と予め設定した監視条件とを比較することにより高炉操業を監視することに特徴を有する。
【００１５】
さらに、本発明の高炉操業における操業監視方法は、これらのベクトル特徴情報の時間変化率を定義し、これらの時間変化率を用いて該ベクトル特徴情報の将来値を予測し、予測値と予め設定した監視条件とを比較することにより高炉操業を予測することに特徴を有する。
【００１６】
そして、本発明の高炉操業における操業監視方法は、圧力データの時間的推移に対応して、前記ベクトル特徴情報、又は前記ベクトル特徴情報の時間変化率を逐次算出することによって該ベクトル特徴情報の予測値を逐次算出し、予め設定した監視条件とを逐次比較することにより高炉操業を逐次監視し、逐次予測することに特徴を有する。
【００１７】
加えて、本発明の高炉操業における操業監視方法は、前記炉壁近傍における充填層の透過流動抵抗ベクトルの大きさ又は偏角、前記炉壁近傍におけるガス流速ベクトルの大きさ又は偏角の算出結果と粒子充填層の最小流動化条件あるいは最小流動化速度との大小を比較することにより、炉内通気性異常領域を判定する点に特徴を有する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の高炉操業における操業監視方法の実施の形態について説明する。
【００１９】
（１．高炉設備と２．高炉設備上の複数の各種センサ）
まず、図１に示す操業監視装置の構成にしたがって、本発明の実施の形態を説明する。図１は、本実施の形態の高炉操業における操業監視装置の構成を示すブロック図である。
【００２０】
高炉設備１上の複数の各種センサ２において、温度又は圧力、流量、粒径、密度、組成等の物理量が計測される。図１は、ステーブ温度センサや炉床壁温度センサ、シャフト圧力センサを例にとり、高炉設備の外形面上に複数設置してあるセンサ位置を示しているが、本発明においては、各センサの高炉設備上の配置は不等間隔で構わないものである。
【００２１】
このとき、本発明における高炉操業の操業監視方法は、圧力を計測するセンサが図１に示すように高炉設備上に複数配置されている場合に関するものである。
【００２２】
高炉設備上に複数配置された各々の圧力センサの設置位置情報が、３次元空間座標（ｘ(i), ｙ(i), z(i)）、ただし、i=1,2,3,・・・,N（N:圧力センサの個数）として予めわかっている。
【００２３】
（３．データ収集装置）
データ収集装置３においては、高炉設備上に配置された複数の圧力センサから出力される計測データが、予め設定されたサンプリング周期Δｔでサンプリングされ、収集される。サンプリング周期Δｔは、データ収集装置３の処理能力及びデータ処理装置４の処理能力と操業監視及び操業予測に要求される時間間隔に対応して数ms 以上の時間間隔で任意に設定できる。データ収集装置３で収集された圧力データは、データ処理装置４にリアルタイムで送られる。
【００２４】
このとき、本発明においては、データ処理装置４への計測データの伝送形態及び伝送方法について限定する必要はなく、例えば、信号線による電流又は電圧のアナログ信号としてデータ処理装置４へ伝送してもよいし、また、データ収集装置３において前記電流又は電圧のアナログ信号をデジタル信号化し、該デジタル信号をデータ処理装置４へ伝送してもよいし、さらに、該デジタル信号を各種のデータ圧縮手法によって圧縮することによって伝送データ量を小さくしてデータ処理装置４へ伝送し、伝送後、データ処理装置４において該圧縮伝送データを圧縮前のデジタル信号に復元してもよいし、加えて、例えば、LAN、イーサネット（Ｒ）、無線LAN、インターネット等の情報伝送ネットワークを介して、前記デジタル信号を高炉設備から離れた遠隔地点に設置したデータ処理装置４へ伝送しても構わない。
【００２５】
（４．データ処理装置）
（５．等値線算出部）
等値線算出部５において、データ収集装置３から入力された圧力データを、高炉設備上の各圧力センサ設置位置情報を反映させた２次元平面又は２次元平面で構成される３次元立体の表面に配置し、圧力データが同値な任意の等値線を算出して該等値線によって形成される図形を算出する。
【００２６】
ここでは、データ収集装置３から入力された圧力データを、高炉設備上の各圧力センサの設置位置情報を反映させた複数の四角形平面要素で構成される３次元立体の表面に配置し、該表面において圧力データの等値線を算出する方法を示す。
【００２７】
図２は、高炉に設定した座標系と高炉設備上の複数の圧力センサ設置位置との関係を例示するものである。図２では、高炉の炉高方向にｈ軸を、炉半径方向にｒ軸を、炉周角度方向にθ軸を定義し、●印は高炉設備上に配置された複数の圧力センサ設置位置を、その３次元空間座標（ｘ(i), ｙ(i), z(i)）から（ｈ(i),ｒ(i), θ(i)）、ただし、i=1,2,3,・・・,N（N:圧力センサの個数）へ座標変換することによって配置したものである。
【００２８】
このとき、座標（ｈ(i), ｒ(i), θ(i)）に設置された圧力センサの時刻ｔにおける計測データをP（ｈ(i), ｒ(i), θ(i), t）で表現するものとする。
【００２９】
●印の地点に配置した圧力データをもとに、●印の相互空間における圧力データを空間的に補間し等値線を探索する。ここで等値線とは、空間的に分布している圧力データの中から同じ値を示している地点を線で結ぶことによって得られるものである。
【００３０】
このとき、●印の相互間隔は、後述する等値線探索手法によって、空間的に不均等な間隔であって構わなく、空間的に等間隔である必要はない。
【００３１】
空間的に分布した圧力データに対して等値線を探索するには、圧力センサ設置地点で構成される三角形要素を用いる方法が確実であるが、空間上に三角形要素を構成させるときの組み合わせには膨大な自由度がある。また、三角形要素の選択いかんによって、得られる等値線の形状が異なってしまう問題が生じる。
【００３２】
そこで、要素選択の自由度を下げて選択を容易にするとともに、要素選択による等値線形状の誤差を少なくする手法として、「四角形平面要素四頂点平均を頂点に用いる三角形要素を用いた等値線探索手法」を例示する。
【００３３】
図３を用いて本等値線探索手法を説明する。図２の高炉設備上の圧力センサ設置位置●印の地点全てについて、内角の一つが１８０度を越えない四角形平面要素で構成されるよう予め各地点を関連づけておく。この四角形平面要素に対する要素選択条件により、要素選択の自由度は低減し、要素選択を容易にすることが可能となる。高炉設備の場合、各圧力センサ位置座標は既知であるので一度関連付けを行えばよい。
【００３４】
なお、高炉設備は、シャフト角度、ボッシュ角度（朝顔角度）等を有する円錐形が部分的に組み合わせた３次元形状を有するが、その外形面は内角の一つが１８０度を越えない四角形平面要素を立体的に組み合わせた形状として表現することが可能であり、以下に説明する手法が実施可能である。
【００３５】
図３は、高炉のシャフト部を例に、その外形面が内角の一つが１８０度を越えない四角形平面要素を立体的に組み合わせた形状で表現できることを示した図である。
【００３６】
図３はシャフト部を例とした図の意味するところがわかりやすいように、内角の一つが１８０度を越えない四角形平面要素の４頂点a、ｂ、ｃ、ｄの配置について、点aと点dが同一炉断面円上に、また点bと点cが同一炉断面円上に配置された例を示し、4頂点に位置する圧力センサが測定する圧力データが、それぞれP(h1,r1,θ1,t)、P(h2,r2,θ1,t)、P(h2,r2,θ2,t)、P(h1,r1,θ2,t)である例を示しているが、本等値線探索手法においては、４頂点の配置について、４頂点は四角形平面要素を構成するものであれば、これ以外に特別な条件を必要としないものである。
【００３７】
したがって、以後、Pa=P(h1,r1,θ1,t)、Pb=P(h2,r2,θ1,t)、Pc=P(h2,r2,θ2,t)、Pd= P(h1,r1,θ2,t)と置き換えて、説明を続ける。
【００３８】
ここで、この四角形平面要素の対角線の交点、すなわち図３中の○印地点eの圧力をPeとする。Peは、Pa、Pb、Pc、Pdから演算される平均値とし、例えば、相加平均として定義するものとする。
Pe=（Pa+Pb+Pc+Pd）÷4   …（１）
【００３９】
次に、この対角線上の交点○印地点eを頂点にもつ４つの三角形要素をこの四角形平面要素内部に定義する。このとき、各三角形要素の辺上の圧力データは、その辺の両端を構成する頂点の圧力データによって空間的に補間することによって得られるものとする。補間にあたっては、１次補間法等、任意の手法であって構わない。
【００４０】
図３に示す如く、仮に、今、探索したい等値線の値をP1とし、
Pa ＜ P1 ＜ Pd          …（２）
なる関係をもって、P1の等値線が四角形平面要素abcdを構成する三角形要素ade内部に辺adを横切る形で侵入してきたものとする。
【００４１】
このとき、式（２）の条件により、P1は、辺ad上に空間的に補間された圧力データ地点として存在し、図３の辺ad上に△印で示す。
【００４２】
次にP1と三角形要素adeの残る頂点eの圧力Peの大小関係を比較する。
ここで、仮に、
Pa ＜ P1 ＜ Pe    …（３）
であるとすると、P1は、辺ae上に空間的に補間された圧力データ地点として存在し、図３の辺ae上に△印で示す。
【００４３】
続いて、探索したい等値線P1が三角形要素abe内部に辺aeを横切る形で侵入したものと考え、P1と三角形要素abeの残る頂点bの圧力Pbの大小関係を比較する。ここで、仮に、
Pa ＜ P1 ＜ Pb    …（４）
であるとすると、P1は、辺ab上に空間的に補間された圧力データ地点として存在し、図３の辺ab上に△印で示す。
【００４４】
以上によって得られた辺ad、辺ae、辺ab上の△印を直線で結ぶことにより、四角形平面要素abcd内のP1の等値線を探索することができる。
【００４５】
上記の例で、式（４）の代わりに
Pb ＜ P1 ＜ Pe    …（５）
Pb ＜ P1 ＜ Pc    …（６）
である場合を例にとれば、このときの圧力データ地点は図３に◇印で示す如くであり、これらを直線で結ぶことにより、四角形平面要素abcd内のP1の等値線を破線で示すことができる。
【００４６】
また、上記の例で、式（３）、（４）の代わりに
Pd ＜ P1 ＜ Pe    …（７）
Pd ＜ P1 ＜ Pc    …（８）
である場合を例にとれば、このときの圧力データ地点は図３に□印で示す如くであり、これらを直線で結ぶことにより、四角形平面要素abcd内のP1の等値線を破線で示すことができる。
【００４７】
以上のように、四角形平面要素の４頂点に位置する圧力データの値Pa、Pb、Pc、Pdと探索したい等値線P1がどのような大小関係にあっても、これまでに説明してきた「四角形平面要素四頂点平均を頂点に用いる三角形要素を用いた等値線探索手法」によって、図３に示す如く四角形平面要素abcd内におけるP1の等値線を探索することができる。
【００４８】
同様にして、図３の四角形平面要素abcdに隣接する、内角の一つが１８０度を越えない四角形平面要素について、その対角線の交点を頂点とする４つの三角形要素を定義して同じ手法による等値線探索を繰り返すことによって、P1の等値線を図３の四角形平面要素abcdの隣接領域に連続して探索していくことができる。
【００４９】
さらに以上の処理を高炉設備上に予め設定しておく全ての四角形平面要素に繰り返すことにより、高炉設備上における等値線の探索及び描画が完了し、得られた等値線によって圧力データは高炉設備上に、ある図形（以後、コンタ図形と呼ぶ）を形成する。図４では、高炉設備上の点a近傍における圧力値P1、P2、P3の等値線を実線で示し、このうちP1の等値線で囲まれるコンタ図形をハッチングで示した例である。
【００５０】
以上のように、高炉設備上に空間的に複数配置される圧力センサが計測する圧力データに対して、内角の一つが１８０度を越えない四角形平面要素を選択し、その対角線の交点に４頂点のデータの平均値を設定して、この交点を頂点にもつ三角形要素を用いて等値線を探索し描画する手法は、三角形要素のみを用いて等値線を探索する手法に比べて、要素選択の自由度を減らし選択を容易にするとともに、四角形平面要素の各頂点の平均値を頂点とする三角形要素を用いるため、要素選択に依存する等値線の探索誤差を低減できる有効な方法である。探索の最終段階で三角形要素を用いるので、探索する等値線が途中で他の等値線と交差したり、また途中で等値線が途切れたりするといった問題を発生することがないのは言うまでもない。
【００５１】
また、ここでは、２次元平面で構成される３次元立体の表面を例に説明したが、本等値線探索手法は、３次元立体の表面を展開した２次元平面についても実施可能かつ有効な手法であることは言うまでもない。
【００５２】
なお、本発明においては、等値線の探索手法を限定する必要はなく、他の手法を用いて等値線を探索しても構わない。
【００５３】
以上説明した如く、等値線算出部５において、データ収集装置３から入力された圧力データを、高炉設備上の圧力センサ設置位置情報を反映させた四角形平面要素で構成される３次元立体の表面に配置し、等値線を描画することができる。
【００５４】
さらに、等値線算出部５において、該３次元立体表面の任意の地点における圧力データを、該点を間にとり近傍に描画されるいくつかの等値線から空間的に補間することによって算出することができる。
【００５５】
例えば、図５は、説明のため高炉の炉周方向にθ軸、炉高方向にｈ軸をとった２次元展開平面を用い、等値線算出部５で算出した等値線から、高炉設備上の点a近傍における圧力データを空間的に補間し算出した結果を、離散単位毎に示したものである。
【００５６】
（６．勾配算出部）
次に、勾配算出部６において、等値線算出部５で算出した３次元立体表面の任意の地点における圧力データの空間的勾配を算出する。以下に、その算出方法を例示する。
【００５７】
例えば、図６に示す如く、高炉設備のシャフト部上の点a、座標（h,r,θ）に設置された圧力センサの時刻tにおける計測データ、すなわちシャフト圧力をP（h,r,θ,t）[Pa]とする。ここで、h[m]、r[m]、θ[rad]とする。
【００５８】
このとき，点a（h,r,θ）を含む高炉設備の接平面Aを定義する。
【００５９】
接平面Aは２次元平面であり、点aを含む炉断面円の接線方向にｌ座標軸を、点aを含む炉高方向にy座標軸をとるものとする。このとき、ｙ座標軸とｈ座標軸がなす角度を(π/2-α)[rad]とする。角度αはシャフト角度と呼ばれるものである。
【００６０】
ここで、点aにおけるシャフト圧力P（h,r,θ,t）[Pa]の空間的勾配ベクトルを、以下の如く、ｌ座標軸、ｙ座標軸に沿った空間的勾配[Pa/m]を成分にもつ２次元ベクトルとして定義する。
【００６１】
【数１】
2004162160.tif 000003
【００６２】
このとき、点aを含む炉断面円の半径はｒであるから、下式（１２）に示す関係があり、また、幾何学的関係と三角関数の公式から、下式（１３）に示す関係が得られる。
【００６３】
【数２】
2004162160.tif 000004
【００６４】
したがって、式（１２）及び式（１３）を式（９）に代入すると、下式（１４）を得る。
【００６５】
【数３】
2004162160.tif 000005
【００６６】
式（１４）より、式（１０）、式（１１）は、下式（１５）、（１６）と書き換えることができる。
【００６７】
【数４】
2004162160.tif 000006
【００６８】
さらに、式（１５）、式（１６）を差分形で表現すると、下式（１７）、（１８）である。
【００６９】
【数５】
2004162160.tif 000007
【００７０】
等値線算出部６で計算し、図５で例示したような点a近傍における離散化データを用いて、例えば、下式（１９）、（２０）と表現することができる。
【００７１】
【数６】
2004162160.tif 000008
【００７２】
すなわち、式（１９）及び式（２０）は、点aにおけるシャフト圧力P（h,r,θ,t）[Pa]の空間的勾配ベクトルPspv→（h,r,θ,t）の大きさ|Pspv→（h,r,θ,t）|[Pa/m]と偏角∠Pspv→（h,r,θ,t）[rad]が、点aの座標（h,r,θ）と角度α、点a及び点a近傍におけるシャフト圧力の離散化データを用いて計算できることを示している。
【００７３】
なお、式（１９）及び式（２０）は、テーラー展開に基づく１次差分形を例示したが、下式（２１）、（２２）に示すような中心差分形等、他の差分形を用いても構わない。
【００７４】
【数７】
2004162160.tif 000009
【００７５】
ここでは、シャフト部のｙ座標軸と炉高方向ｈ座標軸によって形成される角度をα[rad]とし、この場合を例に説明したが、ボッシュ部（朝顔部）等、他の部位についてもｈ座標軸が形成する角度を定義し、同様の演算処理を行うことが可能である。
【００７６】
また、シャフト部について炉高位置ｈによって角度αの値が変化する場合においても、各接平面毎に同様の演算処理を行うことが可能である。
【００７７】
すなわち、高炉設備上の任意の地点において、ここまで説明してきた手法と同じ処理を行うことが可能であり、例えば、式（２１）及び式（２２）の算出結果を、高炉設備上に空間的分布をもった操業監視量として定義し、評価することが可能である。
【００７８】
このとき、式（２１）、式（２２）で例示したシャフト圧力の空間的勾配ベクトルの大きさと偏角の算出結果について、等値線探索部５において、これまでに説明してきた等値線探索手法と同じ処理を行うことにより、これらの等値線を高炉設備上に描画することができる。
【００７９】
（７．図形及びベクトル特徴情報算出部）
（８．操業監視部）
図形及びベクトル特徴情報算出部７は、等値線算出部５で算出した等値線で形成されるコンタ図形から高炉の操業状態を監視する図形特徴情報を算出する。
【００８０】
また、図形及びベクトル特徴情報算出部７は、勾配算出部６で算出した、式（２１）、式（２２）で例示するシャフト圧力の空間的勾配ベクトルから高炉の操業状態を監視するベクトル特徴情報を算出する。
【００８１】
そして、操業監視部８は、図形及びベクトル特徴情報算出部７が算出した図形及びベクトル特徴情報を用いて高炉操業を監視する。以下に、本発明における高炉の操業監視方法を説明する。
【００８２】
式（９）が示すシャフト圧力の空間的勾配ベクトルは、その定義から炉壁近傍における充填層の透過流動抵抗をベクトルとして定義したものであり、さらに、式（２１）はその大きさを、式（２２）は、その偏角を意味している。
【００８３】
本発明における高炉の操業監視方法は、これまでに説明してきた手順で算出した炉壁近傍における充填層の透過流動抵抗ベクトルの算出結果を用いて、高炉設備の炉周・炉高方向２次元展開平面又は２次元平面要素で構成される高炉設備の３次元立体の表面上における等値線が形成するコンタ図形を描画し、該コンタ図形の図形特徴情報を算出して、予め設定しておく設定値との大小関係を評価することによって高炉の操業状態を監視することに特徴を有するものである。
【００８４】
また、本発明における高炉の操業監視方法は、これまでに説明してきた手順で計算した炉壁近傍における充填層の透過流動抵抗ベクトルの算出結果を用いて、高炉設備の炉周・炉高方向２次元展開平面又は２次元平面要素で構成される高炉設備の３次元立体の表面上においてベクトル線図を表示し、該ベクトル線図のベクトル特徴情報を算出して、予め設定しておく設定値との大小関係を評価することによって、高炉の操業状態を監視することに特徴を有するものである。
【００８５】
本発明による高炉操業状態の監視方法の実施例として、これまで説明してきた手順によって、式（２１）及び式（２２）で例示する炉壁近傍における充填層の透過流動抵抗ベクトルの大きさと偏角を算出し、これらの等値線が形成するコンタ図形を、高炉設備の炉周方向・炉高方向の２次元展開平面上に示した例を図７、及び図８に示す。なお、図８は、透過流動抵抗ベクトルの偏角絶対値の等値線が形成するコンタ図形の例を示している。
【００８６】
さらに、本発明による高炉操業状態の監視方法の実施例として、図７で例示した透過流動抵抗ベクトルの大きさの等値線が形成するコンタ図形上に、式（２１）及び式（２２）で例示する炉壁近傍における充填層の透過流動抵抗ベクトルの大きさと偏角の情報をベクトル線図として重ねて表示した例を図９に示す。
【００８７】
また、本発明におけるもうひとつの高炉の操業監視方法は、これまでに説明してきた手順で計算した炉壁近傍における充填層の透過流動抵抗ベクトルの算出結果と粒子充填層の透過流動抵抗特性式から、炉壁近傍における充填層のガス流速ベクトルを算出し、その算出結果を用いて、高炉の操業状態を監視することに特徴を有するものである。
【００８８】
次に、図形及びベクトル特徴情報算出部７における、炉壁近傍における充填層のガス流速ベクトル算出手法を説明する。
【００８９】
まず、粒子充填層における流体の透過流動現象について説明する。粒子充填層は、多数の粒子が互いに接触した形で層状に充填されたものであり、その内部の空隙を流体が流れる現象を透過流動現象と呼ぶ。
【００９０】
粒子充填層における流体の透過流動現象は、土壌中での地下水の流れ、油井における石油、天然ガスの流れなど自然界に多く見られる現象であるとともに、工業的にも広く利用されている。例えば、固体触媒反応層、充填層形式の気液接触装置、ろ過装置内の流れ等、粒子と流体が同時に関与する系での流体の流れの多くは透過流動現象である。
【００９１】
そして、高炉設備も鉱石粒子とコークス粒子が互いに層状に充填された充填層に対し、羽口から圧入される熱風が流体として炉頂へ流れる透過流動現象を呈している。
【００９２】
このような粒子充填層を流体が透過流動するときの圧力損失特性（以後、透過流動抵抗特性と呼ぶ）と粒子充填構造との関係については多くの研究がなされており、層流、乱流等の流れ条件、流体の種類や物性、充填層の充填構造等を考慮した特性評価式が多く提案されている。
【００９３】
ここで、高炉内の粒子充填層における透過流動抵抗特性の評価式として一般的に用いられているErgunの式を用いた高炉操業の監視方法を説明する。Ergunの式を、以下に示す。
【００９４】
【数８】
2004162160.tif 000010
【００９５】
Ergunの式は、図１０に示すような粒子充填層における透過流動現象について、粒子充填層の透過流動抵抗ΔP/L[Pa/m]を、流体の流速に比例する層流抵抗、すなわち式（２３）の右辺第1項と、流速の２乗に比例する乱流抵抗、すなわち式（２３）の右辺第２項との和で表現できるとし、多くの研究者の実験データを整理した式である。
【００９６】
Ergunの式は、流体の相状態として液体と気体（ガス）を包含するものであり、流体に高炉内ガスを用いることが妥当であることは言うまでもなく、ゆえに高炉内の粒子充填層における透過流動抵抗特性の評価式として、一般的に用いられているものである。
【００９７】
このとき、式（２３）の左辺の透過流動抵抗ΔP/L[Pa/m]は、式（２１）で例示する高炉設備上の任意の点について勾配算出部６で算出した、シャフト圧力の空間的勾配ベクトルの大きさ|Pspv→（h,r,θ,t）|[Pa/m]に他ならない。
【００９８】
このとき、Ergunの式は、図１０で例示したように流体の1次元流れに関するものであるが、式（２３）の右辺の各項の意味するところ、すなわち、右辺を構成する空隙率ε、粒子の直径DP、粒子の形状係数Φ、ガスの密度ρG、ガスの粘性係数μGは、その定義の意味するところから、ベクトル量ではなくスカラ量であることから、左辺の透過流動抵抗をベクトルと考え、その結果としてガス流速を同じ偏角を有するベクトルと考えることは妥当である。
【００９９】
次に、Ergunの式が、ガス流速ベクトルの大きさに関する２次方程式であることに注目する。すなわち、式（２３）は、式（２４）のように変形できる。
【０１００】
【数９】
2004162160.tif 000011
【０１０１】
このとき、解であるガス流速の存在条件|P→（h,r,θ,t）|≧０、|u→（h,r,θ,t）|≧０と２次方程式の解の公式から、ガス流速ベクトルの大きさを、下式（２５）と解くことができる。
【０１０２】
【数１０】
2004162160.tif 000012
【０１０３】
このとき、空隙率ε、粒子の直径DP、粒子の形状係数Φの値は、例えば、装入時の鉱石層及びコークス層の空隙率εo及びεc、粒子の直径DPO及びDPC、粒子の形状係数Φo及びΦｃ、層厚lo[m]及びlc[m]を用いて、下式（２６）〜（２８）のように設定する。
【０１０４】
【数１１】
2004162160.tif 000013
【０１０５】
ここでは、装入時の鉱石層及びコークス層の条件から空隙率ε、粒子の直径DP、粒子の形状係数Φの値を設定する方法を例示したが、本発明においては、その設定方法を限定するものでなく、装入後の各層厚の変化、粒径の変化等を高炉設備に設置された各種の測定装置から測定又は別の計算式によって推定し、その結果を用いても構わない。
【０１０６】
以上、これまでに説明してきた手法と式（２５）によって、炉壁近傍における充填層のガス流速の大きさを、高炉設備上に空間的分布を持った操業監視量として算出することができる。
【０１０７】
また、本発明において、ガス流速はベクトル量であり、その偏角、すなわちガス流れの方向は、式（２２）に例示する透過流動抵抗ベクトルの偏角と同じとして、同様にして、高炉設備上に空間的分布を持った操業監視量として算出することができる。
【０１０８】
このとき、式（２５）、式（２２）で例示したガス流速ベクトルの大きさと偏角の算出結果について、等値線探索部５において、これまでに説明してきた等値線探索手法と同じ処理を行うことにより、これらの等値線を高炉設備上に描画することができる。
【０１０９】
ここでは、粒子充填層における透過流動抵抗の特性評価式として、Ergunの式を例に、炉壁近傍における充填層の透過流動抵抗ベクトルから炉壁近傍のおけるガス流速ベクトルを算出する手法について説明したが、本発明においては、粒子充填層における透過流動抵抗の特性評価式として他の特性評価式を用い、また他の解法によってガス流速ベクトルを算出しても構わない。
【０１１０】
ここで、本発明の実施例として、これまで説明してきた手順によって、式（２５）及び式（２２）で例示する炉壁近傍における充填層のガス流速ベクトルの大きさと偏角を算出し、高炉設備の炉周方向・炉高方向の２次元展開平面上において、ガス流速ベクトルの大きさの等値線が形成するコンタ図形を描画し、そのコンタ図形上に、式（２５）及び式（２２）で例示する炉壁近傍における充填層のガス流速ベクトルの大きさと偏角の情報をベクトル線図として重ねて表示した例を図１１に示す。
【０１１１】
高炉の操業状態が安定している条件下では、炉内ガスは空間的、時間的に安定して羽口から炉頂へ流れており、このとき、透過流動抵抗ベクトルの大きさ又は偏角、あるいはガス流速ベクトルの大きさ又は偏角の高炉設備上における空間的分布状態は、空間的に均一化し、かつ時間的に安定化した値として算出できる。
【０１１２】
したがって、図７、図８、図９、図１１において、透過流動抵抗ベクトルの大きさ又は偏角が局所的に大きい領域、あるいはガス流速ベクトルの大きさ又は偏角が局所的に大きい領域は、当該領域において炉壁近傍における充填層の炉内ガスの流れ方がその周囲と大きく異なり、ガス流れ状態が激しく、透過流動状態や図１０で示すような充填層の構造状態が不安定な状態になっていると考えられる。すなわち、これらの値がある限界値を超えたとき、当該領域において例えば吹き抜けといった高炉の操業異常のきっかけとなる現象が発現していると判断することが可能であり、これらの値を算出し、評価することによって高炉の操業状態を監視することができる。
【０１１３】
また、このような局所的に大きな値を示すコンタ図形領域の面積、個数、図形領域の縦横比率、図形領域の周囲長さ、図形内の最大値、最小値、分散等の図形特徴情報は、炉内ガスの流れ状態と直接関係があることから、これらの値を算出し、評価することによって高炉の操業状態を監視することができる。
【０１１４】
さらに、このような局所的に大きな値を示すコンタ図形領域内の透過流動抵抗ベクトル、又はガス流速ベクトルの大きさ又は偏角の、総和、最大値又は最小値、平均値、分散のベクトル特徴情報は、炉内ガスの流れ状態と直接関係があることから、これらの値を算出し、評価することによって高炉の操業状態を監視することができる。
【０１１５】
そこで、図７、図８で例示したコンタ図形や、図９、図１１で例示したベクトル線図の特徴情報を評価することによって、高炉の操業状態を監視する方法を以下に例示する。
【０１１６】
図７に対して、監視すべき条件として、例えば、炉壁近傍における充填層の透過流動抵抗ベクトルの大きさ50[hPa/m]を設定し、この値の等値線が形成するコンタ図形を選択し、その図形の個数、位置、面積、重心、図形の縦横比率、図形の周囲長さ、図形内の最大値又は最小値、平均値、分散の少なくとも一つの図形特徴情報を図形及びベクトル特徴情報算出部７で算出し、操業監視部８でその算出結果の大小を評価することによって高炉の操業状態を監視することができる。
【０１１７】
また、図８に対して、監視すべき条件として、例えば、炉壁近傍における充填層の透過流動抵抗ベクトルの偏角の絶対値20[degree]を設定し、この値の等値線が形成するコンタ図形を選択し、その図形の個数、位置、面積、重心、図形の縦横比率、図形の周囲長さ、図形内の最大値又は最小値、平均値、分散の少なくとも一つの図形特徴情報を図形及びベクトル特徴情報算出部７で算出し、操業監視部８でその算出結果の大小を評価することによって高炉の操業状態を監視することができる。
【０１１８】
さらに、図９に対して、監視すべき条件として、例えば、炉壁近傍における充填層の透過流動抵抗ベクトルの大きさ50[hPa/m]を設定し、この値の等値線が形成するコンタ図形を選択し、その図形領域内の透過流動抵抗ベクトルの大きさ又は偏角の、総和、最大値又は最小値、平均値、分散の少なくとも一つのベクトル特徴情報を図形及びベクトル特徴情報算出部７で算出し、操業監視部８でその算出結果の大小を評価することによって高炉の操業状態を監視することができる。
【０１１９】
ここでは、説明のため、監視すべき条件として、炉壁近傍における充填層の透過流動抵抗ベクトルの大きさ50[hPa/m]と偏角の絶対値20[degree]の場合を例示したが、本発明においては、監視すべき条件は他の値であっても構わない。
【０１２０】
そして、図１１に対して、監視すべき条件として、例えば、炉壁近傍における充填層のガス流速ベクトルの大きさ3.5[m/s]を設定し、この値の等値線が形成するコンタ図形を選択し、その図形の個数、位置、面積、重心、図形の縦横比率、図形の周囲長さ、図形内の最大値又は最小値、平均値、分散の少なくとも一つの図形特徴情報を図形及びベクトル特徴情報算出部７で算出し、操業監視部８でその算出結果の大小を評価することによって高炉の操業状態を監視することができる。
【０１２１】
さらに、図１１に対して、監視すべき条件として、例えば、炉壁近傍における充填層のガス流速ベクトルの大きさ3.5[m/s]を設定し、この値の等値線が形成するコンタ図形を選択し、その図形領域内のガス流速ベクトルの大きさ又は偏角の、総和、最大値又は最小値、平均値、分散の少なくとも一つのベクトル特徴情報を図形及びベクトル特徴情報算出部７で算出し、操業監視部８でその算出結果の大小を評価することによって高炉の操業状態を監視することができる。
【０１２２】
ここでは、説明のため、監視すべき条件として、炉壁近傍における充填層のガス流速ベクトルの大きさ3.5[m/s]の場合を例示したが、本発明においては、監視すべき条件は他の値であっても、ガス流速ベクトルの偏角の等値線を用いても構わない。
【０１２３】
（９．図形及びベクトル特徴情報推移算出部）
（１０．操業予測部）
これまでに説明してきた炉壁近傍における充填層の透過流動抵抗ベクトルの算出手法及び可視化手法、さらに炉壁近傍における充填層のガス流速ベクトルの算出方法及び可視化方法、及びこれらの算出結果を用いた高炉の操業状態の監視方法は、圧力データの時間的推移に対応して逐次実施することが可能であり、圧力データの時間的推移に対応して炉壁近傍における充填層の透過流動抵抗ベクトル、又はガス流速ベクトルを逐次算出し、逐次可視化するとともに、高炉の操業状態を逐次予測することが可能である。
【０１２４】
ここで、本発明における図形及びベクトル特徴情報推移算出部９における推移算出方法と、操業予測部１０における操業予測方法を説明する。
【０１２５】
図形及びベクトル特徴情報推移算出部９の実施例として、図７で例示した高炉設備の炉周方向・炉高方向の２次元展開平面上で炉壁近傍における充填層の透過流動抵抗ベクトルの大きさの等値線が形成するコンタ図形が、ある時刻t1からある時間後の時刻t2、さらにある時間後の時刻t3において、逐次推移していく例を図１２に示す。
【０１２６】
同様にして、図形及びベクトル特徴情報推移算出部９の実施例として、図９で例示した高炉設備の炉周方向・炉高方向の２次元展開平面上で炉壁近傍における充填層の透過流動抵抗ベクトルの大きさの等値線が形成するコンタ図形の上に透過流動抵抗ベクトルを重ねて表示したベクトル線図が、ある時刻t1からある時間後の時刻t2、さらにある時間後の時刻t3において逐次推移していく例を図１３に示す。
【０１２７】
さらに、図形及びベクトル特徴情報推移算出部９の実施例として、図１１で例示した高炉設備の炉周方向・炉高方向の２次元展開平面上で炉壁近傍における充填層のガス流速ベクトルの大きさの等値線が形成するコンタ図形の上にガス流速ベクトルを重ねて表示したベクトル線図が、ある時刻t1からある時間後の時刻t2、さらにある時間後の時刻t3において逐次推移していく例を図１４に示す。
【０１２８】
図１２、図１３、図１４で例示したコンタ図形の時間的推移から、コンタ図形の図形特徴情報を逐次算出し評価することによって高炉の操業状態を予測することができる。以下に、図１２を例にとって、その予測手法を説明する。
【０１２９】
図１２に対して、監視すべき条件として、例えば、炉壁近傍における充填層の透過流動抵抗ベクトルの大きさ50[hPa/m]を設定し、圧力データの時間的推移に対応して、この値の等値線が形成するコンタ図形を逐次選択し、その図形の個数、位置、面積、重心、図形の縦横比率、図形の周囲長さ、図形内の最大値又は最小値、平均値、分散の少なくとも一つの特徴情報を図形及びベクトル特徴情報推移算出部９で逐次算出し、操業予測部９でその推移算出結果を評価することによって高炉の操業状態を逐次監視するとともに、操業状態の予測を実施する。
【０１３０】
図１５は、その実施例として、図１２に対して、監視すべき条件として、例えば、炉壁近傍における充填層の透過流動抵抗ベクトルの大きさ50[hPa/m]を設定し、圧力データの時間的推移に対応して、この値の等値線が形成するコンタ図形を逐次選択し、その図形の面積Sを図形及びベクトル特徴情報推移算出部９で逐次算出したものである。図１５における時刻t1、時刻t2、時刻t3は、図１２の時刻t1、時刻t2、時刻t3にそれぞれ対応している例である。
【０１３１】
このとき、例えば、面積Sに対し、予め管理値S1、S2を設定しておき、図形及びベクトル特徴情報推移算出部９で逐次算出されるS(t)との大小関係を逐次比較することにより、高炉の操業状態を逐次監視できる。以下に、その監視方法を説明する。
【０１３２】
図１５は、透過流動抵抗ベクトルの大きさが50[hPa/m]以上であるコンタ図形の面積Sが時間の推移に伴って次第に大きくなり（操業状態a）、面積Sの値が予め設定しておく管理値S2を超えて極大値をとり（操業状態b）、その後、面積Sの値が小さくなって管理値S2を下回り（操業状態ｃ）、さらに管理値S1を下回って（操業状態ｄ）推移する事例を示したものである。
【０１３３】
図１５の事例は、炉壁近傍における充填層の透過流動状態が、比較的中程度に安定していた操業状態a（S1<S<S2）から、高炉の操業状態が変動して該透過流動状態が一時的に激しい操業状態b（S2＜S）に推移し、その後、操業状態c(S1<S<S2)を経て、比較的低程度に安定した操業状態d（S<S1）へ移行する高炉の操業状態の推移を示したものであり、面積Sとその管理値S1及びS2を適切に組み合わせることにより、操業状態ｂは高炉の通気状態が一時的に不安定で異常な状態となっていると判断することができる。
【０１３４】
図１５では、炉壁近傍における充填層の透過流動抵抗ベクトルの大きさの等値線が形成するコンタ図形の面積Sとその管理値S1およびS2を例に、高炉の操業状態の時間的推移を逐次監視する方法を説明したが、本発明においては、コンタ図形の図形特徴情報を面積に限定する必要はなく、選択するコンタ図形の個数、位置、重心、図形の縦横比率、図形の周囲長さ、図形内の最大値又は最小値、平均値、分散といったその他の図形情報を用いても構わない。また、例えば、時間的推移に伴って面積Sの時間変化率といった上記図形の図形特徴情報の時間変化率を逐次算出し、上記の図形特徴情報と組み合わせて用いても構わない。
【０１３５】
さらに、図１５では、管理値としてS1及びS2の２つの時不変な値を例に説明したが、本発明においては、管理値の値の数を２つに限定する必要はなく、２つ以上の管理値を組み合わせても構わない。また管理値の値も時不変に限定する必要はなく、他の測定データや操業条件値を組み合わせた設定式等を用いて設定し、逐次変化する時変な値として設定しても構わないものである。
【０１３６】
また、図１５では、実施例として、炉壁近傍における充填層の透過流動抵抗ベクトルの大きさの等値線が形成するコンタ図形を例に説明したが、本発明においては、コンタ図形を形成する等値線は、炉壁近傍における充填層の透過流動抵抗ベクトルの大きさに限定する必要はなく、炉壁近傍における充填層の透過流動抵抗ベクトルの偏角、炉壁近傍における充填層のガス流速ベクトルの大きさ、又は偏角の等値線が形成するコンタ図形を用いても構わないし、これらの等値線を複数組み合わせて形成するコンタ図形を用いても構わない。
【０１３７】
図１５において、圧力データの時間的推移に対応して面積Sの時間変化率を逐次算出するとき、現時刻における面積Sとその時間変化率を組み合わせて以後の高炉の操業状態を予測することができる。以下に、その予測方法を説明する。
【０１３８】
例えば、時刻t1における面積S(t1)と、時刻t1よりある時間Δt以前において既に算出済みの面積S(t1-Δt)を用いて、時刻t1における面積の時間変化率dS(t1)を、下式（２９）の如く定義し、時刻t1における面積S(t1)を基準として、時刻t2における面積Sの予測値Sest(t2)を下式（３０）で予測し、予測値Sest(t2)と管理値S2の大小を比較することによって、時刻t2における高炉の操業状態を予測することができる。
【０１３９】
【数１２】
2004162160.tif 000014
【０１４０】
なお、式（２９）では、等値線が形成するコンタ図形の図形特徴情報の時間変化率を算出するにあたって、時間軸に沿った１次差分形を例示したが、本発明においては時間変化率の算出方法を限定する必要はなく、例えば、重み係数を有する移動平均基準の時間変化率（下式（３１））や、さらに、式（３１）の重み係数に忘却係数を用いた、忘却係数型の移動平均基準の時間変化率（下式（３２））など、他の時間変化率算出方法を用いても構わない。
【０１４１】
【数１３】
2004162160.tif 000015
【０１４２】
なお、式（３１）、式（３２）において、nは評価データ数、mは基準時間数であり、各々正整数として任意に設定できる。また、Δtは時間間隔であり、ω（t-m・ｌ・Δｔ）は時刻ｔからm・ｌ・Δｔ時間、過去に遡った時刻（t-m・ｌ・Δｔ）における面積S（t-m・ｌ・Δｔ）に関する重み係数である。このとき、lは過去時間に遡る変数(l=1,2,3,…,n)である。また、ρは忘却の強さを定義するパラメータ、すなわち忘却係数であり（ρ＞１）、任意に設定できる。
【０１４３】
また、図１３、図１４で例示したベクトル線図の時間的推移から、ベクトル特徴情報を逐次算出し評価することによって、高炉の操業状態を逐次監視し、予測することができる。以下に、図１３を例にとって、その監視方法と予測方法を説明する。
【０１４４】
図１３に対して、監視すべき条件として、例えば、炉壁近傍における充填層の透過流動抵抗ベクトルの大きさ50[hPa/m]を設定し、圧力データの時間的推移に対応して、この値の等値線が形成するコンタ図形を逐次選択し、その図形領域内の透過流動抵抗ベクトルの大きさ又は偏角の、総和、最大値又は最小値、平均値、分散の少なくとも一つのベクトル特徴情報を図形及びベクトル特徴情報推移算出部９で逐次算出し、操業予測部１０でその算出結果を、図１５の面積Sで例示しこれまでに説明してきた手法と同じ手法により、高炉の操業状態を逐次監視し、予測する。
【０１４５】
例えば、図１３において、炉壁近傍における充填層の透過流動抵抗ベクトルの大きさ50[hPa/m]を設定し、この値の等値線が形成するコンタ図形を選択し、その図形領域R内における透過流動抵抗ベクトルの大きさの総和を、式（２１）を用いて、式（３３）で例示するようなベクトル特徴情報として図形及びベクトル特徴情報推移算出部９で逐次算出する。そして、図１５の面積Sで例示しこれまでに説明してきた手法と同じ手法により、下式（３３）で例示したベクトル特徴情報と予め設定しておく管理値との大小比較をすることにより、高炉の操業状態を逐次監視することができる。
【０１４６】
【数１４】
2004162160.tif 000016
【０１４７】
さらに、図１５の面積Sで例示しこれまでに説明してきた手法と同じ手法により、式（３３）に例示するベクトル特徴情報の時間変化率を定義し、圧力データの時間的推移に対応して逐次算出し、現時刻におけるベクトル特徴情報とその時間変化率を組み合わせて、以後の高炉の操業状態を予測することができる。
【０１４８】
なお、ここでは、ベクトル特徴情報を用いた高炉の操業監視方法の一例として、炉壁近傍における充填層の透過流動抵抗ベクトルの大きさ50[hPa/m]を設定し、この値の等値線が形成するコンタ図形を選択し、その図形領域R内における透過流動抵抗ベクトルの大きさの総和を例に説明したが、本発明においては、ベクトル特徴情報を透過流動抵抗ベクトルの大きさの総和に限定する必要はなく、炉壁近傍における充填層の透過流動抵抗ベクトルの偏角、炉壁近傍における充填層のガス流速ベクトルの大きさ、又は偏角の、総和、最大値又は最小値、分散等他のベクトル特徴情報を用いても構わない。
【０１４９】
また、ここでは、ベクトル特徴情報の算出領域の一例として、炉壁近傍における充填層の透過流動抵抗ベクトルの大きさ50[hPa/m]を設定し、この値の等値線が形成するコンタ図形を選択する場合を例示したが、本発明においては、他の値であっても構わないし、さらにコンタ図形領域は、炉壁近傍における充填層の透過流動抵抗ベクトルの大きさの等値線によって形成されるコンタ図形領域に限定する必要はなく、図８に例示した炉壁近傍における充填層の透過流動抵抗ベクトルの偏角、図９で例示した炉壁近傍における充填層のガス流速ベクトルの大きさ、又は偏角の等値線が形成するコンタ図形や、これらの等値線を複数組み合わせて形成するコンタ図形領域を用いても構わない。
【０１５０】
ここで、粒子充填層の流動化現象について説明する。図１０に例示した粒子充填層において、ガス流速uGと透過流動抵抗ΔP/Lの関係は、一般に図１６に示す如くである。
【０１５１】
すなわち、ガス流速uGが、比較的小さい速度から次第に大きく増加していくとき、A-Bは、いわゆる固定層の状態にある。固定層とは、粒子充填層を形成する粒子の配列に変化がなく、ガスの流れに対して、これらの位置が固定された粒子層を形成している状態である。ガス流速uGが増大して透過流動抵抗ΔP/Lが粒子層の全質量を支えるに足る値に近づくと、粒子層の充填状態は部分的に不安定になり、粒子の部分的な運動が起こりはじめ、粒子の再配列が行われる。図１６のB-Cの範囲がそれであり、透過流動抵抗ΔP/Lの上昇が鈍る。
【０１５２】
図１６のC点は粒子群が互いに接触を保った状態における最もゆるい配列で、これ以上固定層の状態を保てなくなり、この点を超えると粒子層は活発な運動を開始する。この状態は流動化状態と呼ばれる。C点のことを流動化開始点といい、ひとたび流動化がはじまれば粒子層は膨張し、空隙率も増加するので透過流動抵抗ΔP/LはC-Dの経過をたどり、さらにガス速度uGが増大しても透過流動抵抗ΔP/Lの増加はほとんどない。
【０１５３】
さらにガス流速が増すと、安定した流動層として存在できなくなり、吹き抜けや脈動が起こり、ついには粒子が吹き飛ばされて、粒子層が崩壊する。
【０１５４】
逆に、ガス流速を次第に下げていくときはBCD部が消えて破線で示した経路をたどる。
【０１５５】
流動化状態とは、粒子の自重と浮力及び流体の流れによる抗力の三者がつり合って、粒子層内部の粒子圧が零に近くなり、粒子層が流体のように挙動する状態である。この三つの力のつり合い、すなわち流動化状態の条件は式（３４）である。
【０１５６】
【数１５】
2004162160.tif 000017
【０１５７】
このとき、C点に対応するガス流速をumfを最小流動化速度と呼ぶ。このとき状態の空隙率をεmf、圧力損失をΔPmfすると、式（３５）を得る。
【０１５８】
【数１６】
2004162160.tif 000018
【０１５９】
ここで、式（３４）の左辺の透過流動抵抗ΔP/L[Pa/m]は、式（２１）で例示する高炉設備上の任意の点について勾配算出部６で算出した、シャフト圧力の空間的勾配ベクトルの大きさ|Pspv→（h,r,θ,t）|[Pa/m]に他ならない。算出結果は、図１７に示す如く、シャフト圧力センサの設置位置から、炉壁近傍の焼結鉱粒子・コークス粒子の混合層（図１７のC部）を炉壁に沿って流れるガスの透過流動抵抗を示している。
【０１６０】
該混合層とともに炉下部へゆっくりと移動する座標系からみて、ガス流速の増大に伴って該混合層の粒子充填状態が最小流動化条件を超えて固定層状態から流動層状態へ遷移することは、炉壁近傍の粒子の活発な移動、再配列、さらには粒子充填層の崩壊を意味し、炉内装入物分布の擾乱、ひいてはこれに伴う炉内反応や炉体通気性の不安定化のきっかけとなる。
【０１６１】
炉内条件の一例と式（３５）で求めた最小流動化条件を表１に示す。図１８に示す表１では、最小流動化状態の空隙率εmfと混合層の粒子密度ρPは、焼結鉱粒子条件とコークス粒子条件を鉱石層厚比で平均化し、最小流動化条件を算出したが、本発明においては、他の定義や計算方法を用いて、式（３５）を計算しても構わない。また、本発明においては、最小流動化条件の算出式を式（３５）に限定するものではなく、他の算出式を用いても構わない。
【０１６２】
例えば、図１８に示す表１から、式（２１）で例示する高炉設備上の任意の点について勾配算出部６で算出した、シャフト圧力の空間的勾配ベクトルの大きさ|Pspv→（h,r,θ,t）|[Pa/m]が12700[Pa/m]を超える領域では、炉壁近傍の混合層部（図１７のC部）が流動化状態にあると判定する。
【０１６３】
また、本発明が実施するもうひとつの流動化状態判定方法として、最小流動化速度umfを用いる方法を説明する。
【０１６４】
最小流動化速度umfを評価する式として、白井とLevaによる式を以下に例示する。
【０１６５】
【数１７】
2004162160.tif 000019
【０１６６】
式（３６）を収束計算して求め、計算条件となる粒子径DPの特性として整理した例を図１９に示す。図１９から、前記混合層におけるガス流速の大きさが4.0[m/s]を超える領域では、平均粒子径として10[mm]以下で構成される粒子充填層は流動化状態にあると判定する。
【０１６７】
ここでは、説明のため、白井とLevaによる式を用いて最小流動化速度を算出したが、最小流動化条件の算出式を式（３６）に限定するものではなく、本発明においては他の算出式を用いても構わない。
【０１６８】
ここで、“吹き抜け“とみられる炉内通気性異常状態における最小流動化条件領域の判定実施例を図２０に示す。
【０１６９】
図２０は、炉周角度θ=270[°]付近において、炉下部から炉頂部へ炉内ガスが"吹き抜け"ている操業状態の、シャフト圧力の大きさの等値線が形成するコンタ図の上に透過流動抵抗ベクトルを重ねたベクトル線図である。
【０１７０】
図２０は、炉周角度θ=270[°]付近かつ炉高位置S４-S５地点間において、透過流動抵抗ベクトルの大きさ|Pspv→（h,r,θ,t）|が、最小流動化条件ΔPmf/L=12700[Pa/m]を上回る領域が存在しており、最小流動化条件ΔPmf/L=12700[Pa/m]の等値線を図２０に重ねて示す。
【０１７１】
また、図２０は、炉周角度θ=270[°]付近かつ炉高位置S４-S５地点間において、ガス流速ベクトルの大きさの炉高方向成分|uG→（h,r,θ,t）|×cos (∠uG→（h,r,θ,t）)が、最小流動化速度umf=4.0[m/s]を上回る領域が存在しており、最小流動化速度umf=4.0[m/s]の等値線を図２０に重ねて示す。
【０１７２】
ここでは、最小流動化速度umfを、式（３５）に示したごとく粒子の自重と浮力及びガスの流れによる抗力、すなわち透過流動抵抗がつり合う条件として考える視点から、重力に対向するガス流速としてその炉高方向成分を産出し、その分布を算出し、最小流動化速度との大小を比較したが、本発明においては、ガス流速ベクトルの大きさなど、他のベクトル特徴情報を用い評価しても構わない。
【０１７３】
図２０を実施するにあたって、図形及びベクトル情報算出部７で算出する透過流動抵抗ベクトルの大きさ|Pspv→（h,r,θ,t）|の炉高・炉周方向展開平面におけるコンタ図及びベクトル線図を図２１に、ガス流速ベクトルの大きさの炉高方向成分|uG→（h,r,θ,t）|×cos (∠uG→（h,r,θ,t）)の炉高・炉周方向展開平面におけるコンタ図及びベクトル線図を図２２にそれぞれ示す。
【０１７４】
図２１において、最小流動化条件ΔPmf/L=12700[Pa/m]を上回る領域を黒地に白ハッチングで示している。また、図２２において、最小流動化速度umf=4.0[m/s]を上回る領域を黒地に白ハッチングで示している。
【０１７５】
図２０から、炉内ガスが炉壁近傍を炉下部から炉頂部に吹き上がった結果、シャフト圧力が空間的に急激に変化する吹き上がり頂上領域では、最小流動化条件あるいは最小流動化速度を超えており、炉壁近傍の混合層(図１７のC部)の粒子の活発な移動、再配列、さらには粒子充填層の崩壊が発生し、当該領域の炉下部への移動に伴い、炉内装入物分布の擾乱、ひいてはこれに伴う炉内反応や炉体通気性の不安定化といった高炉異常の起因となる。
【０１７６】
したがって、粒子充填層の最小流動化条件あるいは最小流動化速度に基づく本発明の高炉操業における監視方法は、高炉の操業状態の監視並びに操業異常の予測を可能とする。該監視方法を圧力データの時間的推移に対応して逐次実施し、逐次、粒子充填層の最小流動化条件あるいは最小流動化速度との比較を実施することにより、高炉操業を逐次監視し、逐次予測することが可能であることは言うまでもない。
【０１７７】
（１１．記録部）
記録部１１において、図形及びベクトル特徴情報推移算出部９における算出結果をテキスト形式等のファイルとして記録し、データベース化する。本発明においては、データベース形式を限定する必要はなく、XML形式等、他のデータベース形式を用いて構成しても構わない。図形及び図形特徴情報、ベクトル特徴情報の推移の記録にあたって、算出結果をAVI形式等の動画ファイルとして記録することも可能である。このとき、本発明における高炉操業の監視方法の実施にあたり冗長な動画情報を、必要に応じて各種のデータ圧縮手法を用いて取り除くことにより、効率のよい記録及びデータベース化を実施することも可能である。本発明の手法においては、そのデータ圧縮手法を限定する必要はない。
【０１７８】
そして、記録部１１で記録した情報を、例えば、ファイル入力して、オフラインで高炉の操業状態を評価することも可能である。本発明においては、オフラインでのデータ入力形態を限定する必要はなく、XML形式等のデータベースから入力しても構わない。加えて、本発明においては、該算出結果の記録部１１への伝送形態及び伝送方法について限定する必要はなく、例えば、図形及びベクトル特徴情報推移算出部９において、該算出結果をデジタル信号化し、該デジタル信号を記録部１１へ伝送して記録してもよいし、さらに、該デジタル信号を各種のデータ圧縮手法によって圧縮することによって伝送データ量を小さくして記録部１１へ伝送して記録してもよいし、さらに、例えば、LAN、イーサネット（Ｒ）、無線LAN、インターネット等の情報伝送ネットワークを介して、前記デジタル信号を高炉設備から離れた遠隔地点に設置した記録部１１へ伝送して記録しても構わない。
【０１７９】
（１２．出力部）
また、出力部１２において、図形及び図形の特徴情報、ベクトル特徴情報の推移や操業監視結果及び操業予測結果、例えば、図６、図７、図８、図９、図１１、図１２、図１３、図１４、図１５、図２０、図２１、図２２で例示した内容を、モニタ等によって画面出力する。
【０１８０】
このとき、本発明においては、前記図形及び図形の特徴情報、ベクトル特徴情報の推移や操業監視結果及び操業予測結果の出力部１２への伝送形態及び伝送方法について限定する必要はなく、例えば、図形及びベクトル特徴情報推移算出部９において、該算出結果をデジタル信号化し、該デジタル信号を出力部１２へ伝送して出力してもよいし、さらに、該デジタル信号を各種のデータ圧縮手法によって圧縮することによって伝送データ量を小さくして出力部１２へ伝送し、伝送後、出力部１２において該圧縮伝送データを圧縮前のデジタル信号に復元して出力してもよいし、さらに、例えば、LAN、イーサネット（Ｒ）、無線LAN、インターネット等の情報伝送ネットワークを介して、前記デジタル信号を高炉設備から離れた遠隔地点に設置した出力部１２へ伝送して出力しても構わない。そのさい、本発明の手法においては、そのデータ圧縮手法を限定する必要はない。
【０１８１】
以上述べた実施の形態のデータ処理装置４は、コンピュータのＣＰＵ或いはＭＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等で構成されるものであり、ＲＡＭやＲＯＭに記録されたプログラムが動作することによって実現できる。従って、コンピュータが上記機能を果たすように動作させるプログラムを記憶媒体に記録し、コンピュータに読み取らせることによって実現できるものである。記憶媒体としては、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、光磁気テープ、不揮発性のメモリカード等を用いることができる。
【０１８２】
また、コンピュータが供給されたプログラムを実行することにより上述の実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードがコンピュータにおいて稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム）或いは他のアプリケーションソフト等と共同して上述の実施形態の機能が実現される場合にもかかるプログラムコードは本発明の実施形態に含まれることは言うまでもない。
【０１８３】
【発明の効果】
以上の如く詳述した本発明の手法は、高炉設備上に複数設置された圧力センサが測定する圧力データを、各圧力センサの設置位置を反映させた２次元平面又は２次元平面で構成される３次元立体の表面に配置し、各圧力データの空間的分布状態を、これらが形成する図形又は図形の特徴情報として表わすとき、前記表面上において、圧力の空間的勾配ベクトルの大きさと偏角を算出することによって、炉壁近傍における充填層の透過流動抵抗やガス流速の空間的分布状態を算出することを可能とし、さらにこれらの算出結果の、前記表面上に等値線が形成するコンタ図形領域及び図形特徴情報、又はベクトル特徴情報を逐次算出することによって、高炉の操業状態の可視化、監視及び操業異常の予測を正確に実施することを可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態の操業監視装置の構成を示すブロック図である。
【図２】高炉に設定した座標系と高炉設備上の複数の圧力センサ設置位置との関係を説明する図である。
【図３】高炉のシャフト部を例に、高炉設備の外形面を内角の一つが１８０度を越えない四角形平面要素を立体的に組み合わせた形状で表現し、「四角形平面要素四頂点平均を頂点に用いる三角形要素を用いた等値線探索手法」によって、四角形平面要素abcd内における圧力P1の等値線を探索することができることを説明する図である。
【図４】高炉設備を一つが１８０度を越えない四角形平面要素を立体的に組み合わせた形状で表現し、その表面上に「四角形平面要素四頂点平均を頂点に用いる三角形要素を用いた等値線探索手法」を用いて探索した圧力の等値線を描画し、得られた等値線P1によって形成されるコンタ図形を説明する図である。
【図５】高炉設備上の点a近傍において、等値線算出部５で算出した圧力の等値線を用いて、空間的に補間して得られた離散化された圧力データを説明する図である。
【図６】高炉設備上の点aにおける圧力と接平面A及び圧力の空間的勾配ベクトルの関係、圧力の空間的勾配ベクトルの定義を説明する図である。
【図７】炉壁近傍における充填層の透過流動抵抗ベクトルの大きさの等値線を探索し、これらが形成するコンタ図形を高炉設備の炉周方向・炉高方向の２次元展開平面に展開して表示した例を説明するための図である。
【図８】炉壁近傍における充填層の透過流動抵抗ベクトルの偏角絶対値の等値線を探索し、これらが形成するコンタ図形を高炉設備の炉周方向・炉高方向の２次元展開平面に展開して表示した例を説明するための図である。
【図９】炉壁近傍における充填層の透過流動抵抗ベクトルの大きさと偏角を算出し、該大きさの等値線を探索し、これらが形成するコンタ図形を高炉設備の炉周方向・炉高方向の２次元展開平面に展開して表示し、該ベクトル線図を重ねて表示した例を説明するための図である。
【図１０】粒子充填層とその内部を透過流動する流体の圧力損失との関係を説明する図である。
【図１１】炉壁近傍における充填層のガス流速ベクトルの大きさと偏角を算出し、該大きさの等値線を探索し、これらが形成するコンタ図形を高炉設備の炉周方向・炉高方向の２次元展開平面に展開して表示し、該ベクトル線図を重ねて表示した例を説明するための図である。
【図１２】炉壁近傍における充填層の透過流動抵抗ベクトルの大きさの等値線を逐次探索し、これらが形成するコンタ図形を高炉設備の炉周方向・炉高方向の２次元展開平面に展開して逐次表示した例を説明するための図である。
【図１３】炉壁近傍における充填層の透過流動抵抗ベクトルの大きさと偏角を逐次算出し、該大きさの等値線を逐次探索し、これらが形成するコンタ図形を高炉設備の炉周方向・炉高方向の２次元展開平面に展開して逐次表示し、該ベクトル線図を重ねて逐次表示した例を説明するための図である。
【図１４】炉壁近傍における充填層のガス流速ベクトルの大きさと偏角を逐次算出し、該大きさの等値線を逐次探索し、これらが形成するコンタ図形を高炉設備の炉周方向・炉高方向の２次元展開平面に展開して逐次表示し、該ベクトル線図を重ねて逐次表示した例を説明するための図である。
【図１５】操業予測部において、炉壁近傍における充填層の透過流動抵抗ベクトルの大きさの等値線が形成するコンタ図形の面積を例に、コンタ図形の図形特徴情報を用いた操業予測手法を説明する図である。
【図１６】粒子充填層におけるガス流速と透過流動抵抗の関係を説明する図である。
【図１７】高炉内の粒子充填層の粒子装入状態とガス流れ、圧力測定地点を説明する図である。
【図１８】最小流動化条件の算出例を説明する図である。
【図１９】白井とLevaによる式を用いて最小流動化速度を算出し、その特性を説明する図である。
【図２０】吹き抜け時において、シャフト圧力の大きさの等値線を探索し、これらが形成するコンタ図形を高炉設備の炉周方向・炉高方向の２次元展開平面に展開して表示し、さらに炉壁近傍における充填層の透過流動抵抗ベクトルのベクトル線図を重ねて表示した例を説明するための図である。
【図２１】吹き抜け時において、炉壁近傍における充填層の透過流動抵抗ベクトルの大きさと偏角を算出し、該大きさの等値線を探索し、これらが形成するコンタ図形を高炉設備の炉周方向・炉高方向の２次元展開平面に展開して表示し、該ベクトル線図を重ねて表示した例を説明するための図である。
【図２２】吹き抜け時において、炉壁近傍におけるガス流速ベクトルの大きさと偏角を算出し、さらにガス流速ベクトルの大きさの炉高方向成分を算出し、該成分の等値線を探索し、これらが形成するコンタ図形を高炉設備の炉周方向・炉高方向の２次元展開平面に展開して表示し、該ベクトル線図を重ねて表示した例を説明するための図である
【符号の説明】
１    高炉設備
２    高炉設備上の複数の各種センサ
３    データ収集装置
４    データ処理装置
５    等値線算出部
６    勾配算出部
７    図形及びベクトル特徴情報算出部
８    操業監視部
９    図形及びベクトル特徴情報推移算出部
１０  操業予測部
１１  記録部
１２  出力部
【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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