(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉内に装入を繰り返すことで当該高炉内に積層される装入物の装入異常を検出するための装入異常モニタリング方法であって、
新たな装入物を装入するバッチにおいて所定位置の炉半径における前記高炉内での前記装入物の落下位置を検出する工程と、
前記所定位置の炉半径における前記バッチでの装入物が形成した層上面形状を計測する工程と、
前記検出した落下位置と前記計測した層上面形状とに基づいて前記落下位置における前記バッチでの装入物の層上面の水平面に対する傾斜角の角度を導出する工程と、
この傾斜角の角度に基づいて前記装入物の装入異常を検出する工程と、を備え、
前記落下物の位置を検出する工程では、前記所定位置の炉半径における前記新たな装入物の落下量の分布を検出し、この分布から前記バッチにおける装入物の落下位置を１ヶ所求め、
前記傾斜角の角度を導出する工程では、前記所定位置の炉半径における前記バッチでの装入物が形成する層上面形状を擬制するための推定形状線のうち少なくとも前記落下位置を含んだ炉壁側の推定形状線を規定する係数未定の連続関数を設定しておき、前記計測によって得た計測値に基づいて前記連続関数の係数を算出することで、前記炉壁側の推定形状線を導出し、前記検出した落下位置と前記導出した炉壁側の推定形状線とから前記落下位置における傾斜角の角度が導出され、
前記装入物異常を検出する工程では、前記バッチ毎に前記傾斜角の角度を導出し、これら傾斜角の角度同士を比較してその角度の変化量から装入異常を判定することを特徴とする高炉の装入異常モニタリング方法。
【請求項２】
請求項１に記載の高炉の装入異常モニタリング方法において、
前記連続関数は、前記所定位置の炉半径に沿って区画された複数の区間について、それぞれ規定された複数種の区間関数が連なることで規定され、
これら複数種の区間関数は、それぞれ係数及び前記所定位置の炉半径方向の範囲が未定で且つ隣接する区間関数同士の境界において連続するように設定され、
前記計測値に基づいて全ての前記区間関数における係数及び前記所定位置の炉半径方向の範囲を算出することで、前記炉壁側の推定形状線を導出することを特徴とする高炉の装入異常モニタリング方法。
【請求項３】
請求項２に記載の高炉の装入異常モニタリング方法において、
前記区間関数は、前記炉中心軸をｙ軸、前記所定位置の炉半径をｘ軸とするｘｙ平面上で表される関数であることを特徴とする高炉の装入異常モニタリング方法。
【請求項４】
請求項３に記載の高炉の装入異常モニタリング方法において、
前記炉壁側の推定形状線は、当該推定形状線を規定する係数未定の連続関数が２つの区間関数で規定されるように前記所定位置の炉半径方向における範囲を設定され、
これら２つの区間関数は、炉中心側から炉壁側に向かって順に該当する区間関数によって規定される線分が直線となる一次関数、前記線分が曲線となる曲線関数であることを特徴とする高炉の装入異常モニタリング方法。
【請求項５】
請求項４に記載の高炉の装入異常モニタリング方法において、
前記曲線関数は、以下の（１）式で表される前記ｘ軸に対する角度変化率が一定の関数、又は以下の（２）式で表される二次関数であることを特徴とする高炉の装入異常モニタリング方法。
ｙ＝（−１／ａ）・ｌｏｇ｜ｃｏｓ（ａｘ＋ｂ）｜＋ｃ      ・・・（１）
ｙ＝ｆｘ２＋ｇｘ＋ｈ                                    ・・・（２）
ここで、ａ，ｂ，ｃ，ｆ，ｇ，ｈは、係数。
【請求項６】
請求項３乃至５のいずれか１項に記載の高炉の装入異常モニタリング方法において、
前記計測値から最急降下法を用い、全ての前記区間関数における係数及び前記ｘ軸方向における範囲を同時に求めることを特徴とする高炉の装入異常モニタリング方法。
【請求項７】
高炉内に装入物の装入を繰り返すことで当該高炉内に積層される装入物の装入異常を検出するための装入異常モニタリング装置であって、
新たな装入物を装入するバッチにおいて所定位置の炉半径における前記高炉内での前記装入物の落下位置を検出するための落下位置検出手段と、
前記バッチでの装入物の層上面形状を計測するための計測手段と、
前記装入物の落下位置における装入物の層上面の水平方向に対する傾斜角の角度を導出する傾斜角導出手段と、
前記バッチにおける前記傾斜角導出手段で導出した傾斜角の角度を順次記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された複数の傾斜角の角度同士を比較する比較手段と、
前記傾斜角導出手段から伝達された前記傾斜角の角度を外部に出力する出力手段と、を備え、
前記落下位置検出手段は、前記所定位置の炉半径における前記新たな装入物の落下量の分布を検出し、この分布から装入物の落下位置を１ヶ所求め、
前記傾斜角導出手段は、前記所定位置の炉半径における前記バッチでの装入物が形成する層上面形状を擬制するための推定形状線のうち少なくとも前記落下位置を含んだ炉壁側の推定形状線を規定する係数未定の連続関数を記憶しておき、前記計測手段で計測した前記バッチでの装入物の層上面形状の計測値に基づいて前記連続関数の係数を算出することで前記炉壁側の推定形状線を導出し、前記落下位置検出手段で検出した前記所定位置の炉半径における前記バッチでの装入物の落下位置と前記導出した炉壁側の推定形状線とに基づいて前記落下位置における前記バッチでの装入物の層上面の水平面に対する傾斜角の角度を導出するように構成され、
前記比較手段は、傾斜角の角度同士を比較してその角度の変化量から装入異常を判定することを特徴とする高炉の装入異常モニタリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉内の装入物のプロフィールの変化に対する迅速な操業条件の変更によって、高炉操業の安定化と炉体寿命の延長を図るべく、ホッパー及びシュート等の装入手段によって高炉内へ装入される鉱石、コークス等の装入物の装入異常をモニタリングする装入異常モニタリング方法、及びこの方法を用いた装入異常モニタリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、高炉内へ装入手段によって装入される装入物の装入異常のモニタリング、例えば、シュートの傾斜角制御や旋回制御等が正常に機能しているか否かをモニタリングするモニタリング装置として、特許文献１に記載された装置が知られている。
【０００３】
この装置は、高炉内の上部に設けられたサウジング測定装置により、炉中心から所定の半径位置でのプロフィール深度、旋回しているシュートの先端位置及びシュートから落下する原料等の装入物の通過を検出し、これらの検出に基づいて予め決められている異常診断ルールに従って高炉への装入物の装入異常の有無を診断（モニタリング）している。
【特許文献１】特開平４―２６７１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記の装置では、装入異常のモニタリングの要素の一つとして前記所定の半径位置でのプロフィール深度を用いているが、この所定の半径位置での前記サウジング測定装置によるプロフィール深度の検出では、当該装置の下方のプロフィール深度しか検出できない。そのため、プロフィール全体の形状が変化した場合にこの変化が直ぐに検出できない場合がある。また、前記プロフィールの形状の変化がシュートの傾斜角制御等の通常の操業条件の変更によるものか、装入異常によるものかの的確な判断が困難であった。
【０００５】
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、迅速且つ的確に装入異常を検出することができる高炉の装入異常モニタリング方法、及びこの方法を用いた装入異常モニタリング装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで、本発明の発明者らは、上記課題を解消すべく鋭意研究を行った結果、高炉で装入異常が生じた場合に、高炉内での装入物の落下位置におけるプロフィールの水平面に対する傾斜角の角度が大きく変化していることを発見した。そこで、この発見に基づき前記発明者らは、この装入物の落下位置における前記傾斜角に着目し、以下の構成の高炉の装入異常モニタリング方法、及びこの方法を用いた高炉の装入異常モニタリング装置を創作した。
【０００７】
本発明に係る高炉の装入異常モニタリング方法は、高炉内に装入を繰り返すことで当該高炉内に積層される装入物の装入異常を検出するための装入異常モニタリング方法であって、新たな装入物を装入するバッチにおいて所定位置の炉半径における前記高炉内での前記装入物の落下位置を検出する工程と、前記所定位置の炉半径における前記バッチでの装入物が形成した層上面形状を計測する工程と、前記検出した落下位置と前記計測した層上面形状とに基づいて前記落下位置における前記バッチでの装入物の層上面の水平面に対する傾斜角の角度を導出する工程と、この傾斜角の角度に基づいて前記装入物の装入異常を検出する工程と、を備える。そして、前記落下物の位置を検出する工程では、前記所定位置の炉半径における前記新たな装入物の落下量の分布を検出し、この分布から前記バッチにおける装入物の落下位置を１ヶ所求め、前記傾斜角の角度を導出する工程では、前記所定位置の炉半径における前記バッチでの装入物が形成する層上面形状を擬制するための推定形状線のうち少なくとも前記落下位置を含んだ炉壁側の推定形状線を規定する係数未定の連続関数を設定しておき、前記計測によって得た計測値に基づいて前記連続関数の係数を算出することで、前記炉壁側の推定形状線を導出し、前記検出した落下位置と前記導出した炉壁側の推定形状線とから前記落下位置における傾斜角の角度が導出され、前記装入物異常を検出する工程では、前記バッチ毎に前記傾斜角の角度を導出し、これら傾斜角の角度同士を比較してその角度の変化量から装入異常を判定することを特徴とする。
【０００８】
かかる構成によれば、操業中の高炉内といった限られた測定しかできない状況下で、新たに装入される装入物（新たな装入物）の前記落下位置の検出と、前記新たな装入物が形成する層上面形状の計測といった既に操業中の高炉内で実用されている測定機器での測定等により、前記落下位置における前記傾斜角の角度を容易且つ正確に導出することができる。
【０００９】
このように導出された前記傾斜角の角度を観察することで、装入異常に基づくプロフィールの形状の変化を迅速且つ的確に検出（モニタリング）することが可能となる。
【００１１】
また、上記の構成によれば、前記所定の炉半径における前記落下位置を含んだ炉壁側の推定形状線を規定する係数未定の連続関数が予め設定されているため、計測した層上面形状に装入物を装入する際にたまたま生じた部分的な突出等が存在してもこの部分的な突出等に影響されることなく滑らかな前記炉壁側の推定形状線が導出され、精度のよいプロフィールを得ることができる。
【００１２】
また、前記傾斜角の角度を導出するときに、炉中心部のプロフィールは必要ないため、少なくとも前記落下位置を含む炉壁側の推定形状線を導出することで、不要な演算等を行う必要がなくなる。
【００１３】
そのため、前記落下位置における傾斜角の角度を精度よく迅速に検出することができ、より迅速且つ正確な装入異常のモニタリングが可能となる。
【００１５】
また、上記の構成によれば、装入毎の前記傾斜角の角度を導出して比較することで、前記傾斜角の変化をより迅速且つ的確に検出することが可能となる。
【００１６】
また、前記連続関数は、前記所定位置の炉半径に沿って区画された複数の区間について、それぞれ規定された複数種の区間関数が連なることで規定され、これら複数種の区間関数は、それぞれ係数及び前記所定位置の炉半径方向の範囲が未定で且つ隣接する区間関数同士の境界において連続するように設定され、前記計測値に基づいて全ての前記区間関数における係数及び前記所定位置の炉半径方向の範囲を算出することで、前記炉壁側の推定形状線を導出する構成が好ましい。
【００１７】
このように構成することで、連続関数が複数の区間に分けられ、これら複数の区間毎に層上面形状に即した線分を規定する区間関数が設定されることでより実際のプロフィールに近似した前記炉壁側の推定形状線を得ることができる。その結果、より精度よく前記傾斜角の角度を導出することができると共にこの傾斜角の角度の変化もより精度よく検出することができる。
【００１８】
また、前記区間関数は、前記炉中心軸をｙ軸、前記所定位置の炉半径をｘ軸とするｘｙ平面上で表される関数である構成が好ましい。
【００１９】
かかる構成によれば、複数の区間関数がそれぞれｙ＝ｆ（ｘ）の形で表され、関数の取り扱いが容易になる。そのため、層上面形状の計測値に基づく各区間関数における係数や前記所定位置の炉半径方向の範囲の算出が容易となり、前記炉壁側の推定形状線の導出が容易になる。
【００２０】
また、前記炉壁側の推定形状線は、当該推定形状線を規定する係数未定の連続関数が２つの区間関数で規定されるように前記所定位置の炉半径方向における範囲を設定され、これら２つの区間関数は、炉中心側から炉壁側に向かって順に該当する区間関数によって規定される線分が直線となる一次関数、前記線分が曲線となる曲線関数である構成が好ましい。
【００２１】
かかる構成によれば、２つの区間関数によってそれぞれ規定される２本の線分が直列に接続されることで装入物の層上面形状に即した形状の前記炉壁側の推定形状線を得ることができる。
【００２２】
このように少ない区間関数で前記炉壁側の推定形状線が規定できることから、層上面形状の計測値に基づく各区間関数における係数や前記所定位置の炉半径方向の範囲の算出が容易となり、前記炉壁側の推定形状線の導出が容易になる。しかも、導出した前記推定形状線が計測した層上面形状に即した形状であることから、精度よく前記傾斜角の角度を導出することができる。
【００２３】
また、前記曲線関数は、以下の（１）式で表される前記ｘ軸に対する角度変化率が一定の関数、又は以下の（２）式で表される二次関数である構成であってもよい。
【００２４】
ｙ＝（−１／ａ）・ｌｏｇ｜ｃｏｓ（ａｘ＋ｂ）｜＋ｃ      ・・・（１）
ｙ＝ｆｘ２＋ｇｘ＋ｈ                                    ・・・（２）
ここで、ａ，ｂ，ｃ，ｆ，ｇ，ｈは、係数。
【００２５】
かかる構成によれば、前記曲線関数は、簡単な関数であり係数も少ないため前記計測値に基づく各区間関数における係数や前記所定位置の炉半径方向の範囲の算出がより容易となる。
【００２６】
また、前記計測値から最急降下法を用い、全ての前記区間関数における係数及び前記ｘ軸方向における範囲を同時に求める構成であってもよい。
【００２７】
かかる構成によれば、前記計測値から容易に全ての区間関数の係数及びｘ軸方向における範囲を同時に求めることができる。
【００２８】
また、上記課題を解消すべく、本発明に係る高炉の装入異常モニタリング装置は、高炉内に装入物の装入を繰り返すことで当該高炉内に積層される装入物の装入異常を検出するための装入異常モニタリング装置であって、新たな装入物を装入するバッチにおいて所定位置の炉半径における前記高炉内での前記装入物の落下位置を検出するための落下位置検出手段と、前記バッチでの装入物の層上面形状を計測するための計測手段と、前記装入物の落下位置における装入物の層上面の水平方向に対する傾斜角の角度を導出する傾斜角導出手段と、前記バッチにおける前記傾斜角導出手段で導出した傾斜角の角度を順次記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された複数の傾斜角の角度同士を比較する比較手段と、前記傾斜角導出手段から伝達された前記傾斜角の角度を外部に出力する出力手段と、を備え、前記落下位置検出手段は、前記所定位置の炉半径における前記新たな装入物の落下量の分布を検出し、この分布から装入物の落下位置を１ヶ所求め、前記傾斜角導出手段は、前記所定位置の炉半径における前記バッチでの装入物が形成する層上面形状を擬制するための推定形状線のうち少なくとも前記落下位置を含んだ炉壁側の推定形状線を規定する係数未定の連続関数を記憶しておき、前記計測手段で計測した前記バッチでの装入物の層上面形状の計測値に基づいて前記連続関数の係数を算出することで前記炉壁側の推定形状線を導出し、前記落下位置検出手段で検出した前記所定位置の炉半径における前記バッチでの装入物の落下位置と前記導出した炉壁側の推定形状線とに基づいて前記落下位置における前記バッチでの装入物の層上面の水平面に対する傾斜角の角度を導出するように構成され、前記比較手段は、傾斜角の角度同士を比較してその角度の変化量から装入異常を判定することを特徴とする。
【００２９】
かかる構成によれば、前記落下位置検出手段によって前記新たな装入物の前記落下位置を検出し、前記計測手段によって前記新たな装入物が形成する層上面形状を計測するだけで、前記同様、前記傾斜角の角度が導出され、この傾斜角の角度の変化量から迅速且つ的確な装入異常のモニタリングが可能となる。
【００３０】
また、前記傾斜角導出手段において、前記炉壁側の推定形状線を規定する係数未定の連続関数が予め設定されているため、計測した層上面形状に装入物の装入する際にたまたま生じた部分的な突出等があってもこの部分的な突出等に影響されることなく滑らかな推定形状線が導出され、より精度の良いプロフィールが得られる。そのため、より精度よく前記傾斜角の角度が導出され、この傾斜角の変化もより精度よく検出される。その結果、より精度よく装入異常のモニタリングが可能となる。
【００３１】
さらに、求めた前記傾斜角の角度が出力手段によって出力されることで、炉の操業を行う作業者は、迅速且つ的確に前記傾斜角の角度の変化、即ち、装入異常を把握することが可能となる。
【００３３】
また、上記の構成によれば、炉の操業を行う作業者は、前記傾斜角導出手段で導出した複数の傾斜角同士の角度の変化量をより的確に把握することが可能となる。
【発明の効果】
【００３４】
以上より、本発明によれば、迅速且つ的確に装入異常を検出することができる高炉の装入異常モニタリング方法、及びこの方法を用いた装入異常モニタリング装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明の一実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
【００３６】
まず、図１に基づいて、本実施形態において用いられる高炉１０及び当該高炉１０への装入物の装入方法について簡単に説明する。
【００３７】
高炉１０は、当該高炉１０内に装入物（コークス、鉱石等）を装入するためのベル方式装入装置１１を備えている。このベル方式装入装置１１は、ベル１１ａ及びムーバルアーマ１１ｂからなる。具体的には、ベル方式装入装置１１は、上下することで装入物を炉内の炉側壁近傍に向かって装入するベル１１ａと、炉の径方向に沿って板状体が往復動する、即ち、アーマストロークが変化することでベル１１ａからの装入物の落下位置を変更するムーバルアーマ１１ｂと、を用いて装入物を炉内周縁部へ投入するための装置である。
【００３８】
このように構成される高炉１０の炉頂部から、装入物、本実施形態においてはコークス及び鉱石がそれぞれ炉内に装入されることで、高炉１０内においてコークス層と鉱石層とが交互に積層される。尚、本実施形態においては、コークス又は鉱石の高炉への装入単位をバッチとも称する。そして、コークス層を形成するためのコークスバッチ及び鉱石層を形成するための鉱石バッチが主になって１チャージが構成される。１チャージ中の最初のコークスバッチをＣ１、次のコークスバッチをＣ２とし、次の鉱石バッチをＯ１、その次の鉱石バッチをＯ２とする。
【００３９】
詳細には、コークス層の形成は、ベル方式装入装置１１（ベル１１ａ及びムーバルアーマ１１ｂ）が用いられ、Ｃ１バッチ及びＣ２バッチが行われる。具体的には、Ｃ１バッチでは、ムーバルアーマ１１ｂが炉側壁位置まで後退して炉側壁近傍にコークスの落下位置が設定される。この状態でベル１１ａが下降することでコークスが装入されてコークス層ｃ１が形成される。ついで、Ｃ２バッチでは、ムーバルアーマ１１ｂが炉中心側に前進して炉中心よりに落下位置が設定される。この状態でコークスが装入されてコークス層ｃ２が形成される。
【００４０】
次に、鉱石層の形成が行われる。前記コークス層ｃ１，ｃ２が形成された後、同様に鉱石バッチＯ１、鉱石バッチＯ２の順に各バッチ（装入物の装入）が行われる。
【００４１】
次に、高炉１０に用いられる高炉の装入異常モニタリング装置２０について説明する。
【００４２】
高炉の異常装入モニタリング装置（以下、単に「モニタリング装置」とも称する。）２０は、高炉１０における装入物の装入異常をモニタリング（検出）するための装置である。具体的には、装入物が高炉１０内に装入された際に形成する層上面形状における前記装入物の落下位置の水平面に対する傾斜角の角度に基づいて装入異常のモニタリングを行う。
【００４３】
ここで、装入異常とは、例えば、装入装置１１の故障等により装入物を高炉１０内の所望の位置に装入できない状態や、所望の量の装入物を装入できていない状態をいう。このような装入異常が生じると、高炉１０内の装入物の最上層の層上面形状（プロフィール）を所望の形状に保つことができない。このようにプロフィールの形状が変化すると、炉内の通気抵抗も変化するため意図した高炉操業を行うことができない場合がある。そのため、プロフィールの形状を所望の形状に保つことは、高炉の安定操業において非常に重要となる。
【００４４】
この装入異常は、前記傾斜角の角度に基づいて検出することが可能である。これは、装入異常によって装入物を高炉内の所望の位置に所望の量で装入できないことでプロフィールの形状が変化するため、装入物の落下位置における前記傾斜角の角度が大きく変わるからである。
【００４５】
そこで、この傾斜角の角度をモニタリングすることで、装入異常を迅速に且つ的確に検出（把握）することで高炉の安定操業を行うために、以下の構成のモニタリング装置２０を用いて装入異常のモニタリングを行う。
【００４６】
モニタリング装置２０は、図２にも示されるように、高炉１０内に装入物の装入（バッチ）を繰り返すことで当該高炉１０内に積層される装入物の装入異常を検出するための装置である。具体的には、モニタリング装置２０は、落下位置検出手段２１と、計測手段２２と、傾斜角導出手段２３と、出力手段２４と、を備える。
【００４７】
落下位置検出手段２１は、高炉１０内に装入される装入物の落下位置を検出するためのもので、図３にも示されるように、炉外から炉壁を貫通するように装入された計測ロッド２１ａを有する。この計測ロッド２１ａの上面には、軸方向に沿って所定間隔で複数のセンサー２１ｂ，２１ｂ，…が配置されている。この落下位置検出手段２１は、装入物が高炉１０内に装入されたときに、前記装入物を構成する鉱石粒等が各センサー２１ｂに衝突することで、これら鉱石粒等の落下量の分布を検出することができる。そして、この落下量の分布から装入物の高炉１０内、詳細には、前回のバッチで形成された層上面における当該バッチの装入物の落下位置（以下、単に「落下位置」とも称する。）が検出（算出）される。
【００４８】
計測手段２２は、本実施形態においては、いわゆるプロフィールメーターが用いられている。この計測手段２２は、高炉１０内の装入物の層上面形状（プロフィール）を計測するための装置で、当該高炉１０内に装入物を装入するバッチ毎に計測可能である。計測手段２２は、炉外から炉壁を貫通するように挿入された計測ロッド２２ａを有する。この計測ロッド２２ａ先端の計測部２２ｂが炉の所定位置の径方向に沿って往復動し、その先端（計測部）２２ｂから照射したマイクロ波の反射波に基づいて、装入物の層上面の高さ（プロフィール深度）が計測される。
【００４９】
これら落下位置検出手段２１と計測手段２２とは、同一位置の炉半径に沿って上下に配置されている。
【００５０】
傾斜角導出手段２３は、プロセスコンピュータ２５と傾斜角演算コンピュータ２６との２つのコンピュータ（演算手段）で構成されている。尚、傾斜角導出手段２３は、本実施形態のように２つのコンピュータで構成される必要はなく、１つのコンピュータであってもよく、３つ以上のコンピュータで構成されていてもよい。
【００５１】
プロセスコンピュータ２５は、落下位置検出手段２１や計測手段２２、ベル方式装入装置１１等の制御を行い、前記落下位置検出手段２１で検出された落下位置情報やプロフィールメーター２２で計測された計測値を傾斜角演算コンピュータ２６に送信する。
【００５２】
傾斜角演算コンピュータ２６は、プロセスコンピュータ２５からの情報（前記落下位置情報や前記計測値等）に基づき、高炉１０内に装入された新たな装入物の落下位置における当該装入物が形成する層上面の水平面に対する傾斜角の角度θ（以下、単に「傾斜角θ」とも称する。）を導出（算出）するコンピュータである。
【００５３】
この傾斜角演算コンピュータ２６は、さらに、装入物が高炉１０内に装入されたときに当該傾斜角演算コンピュータ２６で導出した傾斜角θを順次記憶する記憶手段（メモリー）２６ａと、記憶手段２６ａに記憶された複数の傾斜角θ同士を比較してその角度の変化量から高炉１０の装入異常の判定等を行うことが可能な比較手段２６ｂとを備える。
【００５４】
尚、傾斜角導出手段２３における傾斜角演算コンピュータ２６で行われる傾斜角θの導出方法、及び比較手段２６ｂで行われる傾斜角θ同士の比較とその結果に基づく装入異常の判定等の詳細については後述する。
【００５５】
出力手段２４は、傾斜角導出手段２３から出力された当該傾斜角導出手段２３で導出された傾斜角θや比較手段２６ｂでの比較結果等を表示するものであり、本実施形態においてはＣＲＴディスプレイが用いられている。しかし、これに限定される必要はなく、ＦＰＤやプリンタ（印字手段）等であってもよく、これらを組み合わせたものでもよい。
【００５６】
次に、傾斜角導出手段２３で行われる傾斜角θの導出及び装入異常の判定について図４及び図５も参照しつつ説明する。
【００５７】
傾斜角導出手段２３は、落下位置検出手段２１で計測した新たな装入物の落下位置と計測手段２２で計測した前記装入物が形成する層上面形状の計測値に基づいて前記落下位置における層上面の水平面に対する傾斜角θを導出し、この導出した傾斜角θに基づいて装入物の装入異常を検出する。
【００５８】
傾斜角導出手段２３において、具体的には、以下のようにして装入物の装入異常を検出する。
【００５９】
「推定形状線を規定する係数未定の連続関数の設定」
傾斜角演算コンピュータ２６には、所定位置の炉半径（落下位置検出手段２１及び計測手段２２の各計測ロッド２１ａ，２２ａに沿う位置）における推定形状線ＰＬのうち少なくとも新たな装入物の落下位置を含んだ炉壁側の推定形状線ｐｌを規定する係数未定の連続関数ｆが予め記憶されている。この推定形状線ＰＬ又はｐｌとは、前記所定位置の炉半径における最上層の層上面形状（プロフィール）を擬制するための曲線である。この推定形状線ＰＬ又はｐｌは、種々の操業条件における高炉１０内の装入物の層上面形状を分析した結果、得られたものである。
【００６０】
具体的には、連続関数ｆは、前記所定位置の炉半径に沿って区画された複数の区間について、それぞれ規定された複数種の区間関数ｆ１，ｆ２，…が連なることで規定されている。これら複数の区間関数ｆ１，ｆ２，…は、それぞれ係数及び前記所定位置の炉半径方向の範囲が未定で且つ隣接する区間関数同士の境界において連続するように設定されている。
【００６１】
詳細には、この連続関数は、本実施形態においては、２つの区間関数ｆ１，ｆ２によって規定されている。換言すると、本実施形態に係る炉壁側の推定形状線ｐｌは、当該推定形状線ｐｌを規定する係数未定の連続関数ｆが２つの区間関数ｆ１及びｆ２で規定されるように前記所定位置の炉半径方向における範囲を設定されている。
【００６２】
これら２つの区間関数ｆ１，ｆ２は、炉中心側から炉壁側に向かって順に該当する区間関数によって規定される線分が直線となる一次関数ｆ１、前記線分が曲線となる曲線関数ｆ２で構成される。尚、一次関数ｆ１で規定されている区間をＬ１区間、曲線関数ｆ２が規定されている区間をＬ２区間とする。また、前記所定位置の炉半径において、Ｌ１区間の炉中心側の端部位置をｒ１、Ｌ１とＬ２区間との境界位置をｒ２、Ｌ２区間と炉壁との境界位置をｒ３とする。
【００６３】
前記区間関数ｆ１，ｆ２に関し、さらに詳細には、一次関数ｆ１は、ｙ＝ｄｘ＋ｅ（以下、単に「式（１０）」とも称する。）で表され、曲線関数ｆ２は角度変化率一定関数であり、ｙ＝（−１／ａ）・ｌｏｇ｜ｃｏｓ（ａｘ＋ｂ）｜＋ｃ（以下、単に「式（１１）」とも称する。）で表される。ここで、各区間関数ｆ１，ｆ２は、炉中心軸をｙ軸、前記所定位置の炉半径をｘ軸とするｘｙ平面上で表される関数である。また、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅは、係数である。
【００６４】
このように各区間関数ｆ１，ｆ２が設定されたのは、本実施形態に係る高炉１０での種々の操業条件における最上層のプロフィールが分析された結果、Ｌ２区間、即ち、ベル１１ａによって装入される装入物の落下位置（落下地点）付近では、炉半径に対しての装入物高さの変化率が一定であることが多いからである。また、Ｌ１区間では、Ｌ２区間で堆積した装入物による山の裾野にあたる部分であるため、直線状の斜面になることが多いからである。尚、図４においては、Ｌ１区間よりも炉中心側をＬ０区間とする。このＬ０区間では、装入物が炉中心のみに装入される中心装入を行った場合に放物線上に堆積することが多いため図のような形状となる。
【００６５】
ここで、Ｌ１区間のプロフィールの傾斜角は、代表傾斜角と呼ばれている。この代表傾斜角は、ベル１１ａによって装入物を装入し続けるとＬ２区間に堆積して山となるが、この山の傾斜面（裾野）が代表傾斜角よりも急角度になるとこの急になった傾斜面が崩れ、再度、前記代表傾斜角となった時点で前記崩れが治まるような角度である。
【００６６】
「各区間関数の係数及び範囲の算出による炉壁側の推定形状線の導出」
高炉１０内に新たな装入物が装入されたとき、計測手段２２での計測値に基づいて炉壁側の推定形状線ｐｌが導出される。
【００６７】
具体的には、新たな装入物が装入されると、計測手段２２での計測値に基づいて全ての前記区間関数ｆ１，ｆ２における係数及びｘ軸方向における範囲が同時に算出される。このとき、計測手段２２で計測した計測値を用い、最適化手法の一種である最急降下法によって全ての前記区間関数ｆ１，ｆ２における係数及びｘ軸方向の範囲が同時に求められる。このようにして、炉壁側の推定形状線ｐｌが導出される。
【００６８】
「装入物の落下位置における前記傾斜角の算出」
この導出された炉壁側の推定形状線ｐｌは、ｙ＝ｆ（ｘ）の関数で表される。また、新たな装入物の落下位置は、前記所定の半径方向の位置、即ち、ｘ軸における位置（落下半径位置）として落下位置検出手段２１によって検出される。そのため、前記落下位置（ｘの値）と炉壁側の推定形状線ｐｌを規定する連続関数ｆとから、前記落下位置における炉壁側の推定形状線ｐｌの傾き、即ち、当該推定形状線ｐｌの水平軸（ｘ軸）に対する傾斜角θが算出される。
【００６９】
「傾斜角による装入異常の判定」
このように導出される傾斜角θは、装入物の新たな装入毎（バッチ毎）に導出され、順次記憶手段２６ａに記憶される。このように記憶された複数の傾斜角θは、比較手段２６ｂによって傾斜角θ同士で比較され、その傾斜角θの変化量が順次算出される。比較手段２６ｂは、この傾斜角θの変化量が所定の値より大きくなると、換言すると、傾斜角θが急激に変わると装入異常によるプロフィールの形状変化が生じたと判定する。
【００７０】
以上のようにして、傾斜角導出手段２３において、新たな装入物の落下位置における傾斜角θが導出され、この傾斜角θに基づいて装入異常の判定が行われる。
【００７１】
上記のように、係数未定の連続関数ｆが炉壁側の推定形状線ｐｌとして予め設定され、計測手段２２で得た計測値に基づいて前記各係数が決定されることで精度のよい傾斜角θの導出が行われる。即ち、計測したプロフィールにおいて、装入物を装入する際にたまたま生じた部分的な突出等があってもこの部分的な突出等に影響されることなく滑らかな炉壁側の推定形状線ｐｌが導出され、より精度の良いプロフィールを得ることができる。この精度の良いプロフィールから傾斜角θを導出することで、精度の良い傾斜角θを導出することができ、迅速且つ正確な装入異常のモニタリングが可能となる。
【００７２】
また、前記傾斜角θを導出するときに、炉中心部（Ｌ０区間）のプロフィールは必要ないため、少なくとも前記炉壁側の推定形状線ｐｌを導出することで、不要な計測及演算等を行う必要がなくなる。
【００７３】
そのため、新たな装入物の落下位置における傾斜角θを精度よく迅速に検出することができ、その結果、迅速且つ正確な装入異常のモニタリングが可能となる。
【００７４】
さらに、炉壁側の推定形状線ｐｌを規定する連続関数ｆが複数の区間に分けられ、これら複数の区間毎に層上面形状に即した線分を規定する区間関数ｆ１，ｆ２，…が設定されることで、より実際の装入物のプロフィールに近似した炉壁側の推定形状線ｐｌを得ることができる。そのため、より精度よく傾斜角θを導出することができると共にこの傾斜角θの変化もより精度よく検出することができる。
【００７５】
しかも、本実施形態においては、連続関数が２つの区間関数ｆ１，ｆ２によって規定されているため、計測手段２２の計測値に基づく各区間関数ｆ１又はｆ２における係数やｘ軸方向の範囲の算出が容易となり、炉壁側の推定形状線ｐｌの導出が容易になる。その上、導出した炉壁側の推定形状線ｐｌが計測した本実施形態に係る高炉１０内に積層される装入物のプロフィールに即した形状であることから、精度よく傾斜角θを導出することができる。
【００７６】
また、バッチ毎の傾斜角θを導出して記憶し、この記憶した傾斜角θ同士若しくは記憶した傾斜角θと新たに導出した傾斜角θとを比較することで、傾斜角θの変化（変化量）をより迅速且つ的確に検出することが可能となる。
【００７７】
次に、モニタリング装置２０の動作について、図６も参照しつつ説明する。
【００７８】
まず、プロセスコンピュータ２５が落下位置検出手段２１によって新たなバッチ（新たな装入物の装入）での装入物の落下位置を検出（測定）する（ステップＳ１）。このバッチの間にムーバルアーマ１１ｂのアーマストロークが変化した場合は、当該バッチの最後の方の装入物の落下位置を用いて傾斜角θの導出を行う。尚、前記アーマストロークが変化した場合における傾斜角θを導出する際に用いられる落下位置は、バッチの最後の方の落下位置に限定される必要はなく所定の時間内での平均値等を用いてもよい。
【００７９】
この落下位置検出手段２１で検出された落下位置の情報（落下位置情報）は、プロセスコンピュータ２５から傾斜角演算コンピュータ２６へ送信される。即ち、傾斜角演算コンピュータ２６がこの落下位置情報を取得する（ステップＳ２）。
【００８０】
当該バッチが終了した後、プロセスコンピュータ２５は、計測手段２２を制御して当該バッチのプロフィール、即ち、装入された装入物が形成する最上層の層上面形状についての計測を行い計測値を取得する。このとき、計測手段２１は、所定位置の炉半径に沿って、炉中心から炉側壁までを１０ｃｍ間隔で計測を行う。このとき、本実施形態に係る高炉１０の炉半径が３．５ｍであるため、炉半径において等間隔に３３箇所の層上面の高さの計測値が得られる（図４及び図５参照：ステップＳ３）。尚、本実施形態において、図４及び図５の縦軸の１目盛りは５００ｍｍである。
【００８１】
また、傾斜角θを求めるだけであれば、炉中心部（Ｌ０区間）のプロフィールの計測を行う必要はない。しかし、本実施形態においては、当該高炉１０における他の制御にプロフィール全体の計測値が使用される場合があるため、炉中心から炉壁まで（Ｌ０区間からＬ２区間まで）の計測が行われている。
【００８２】
この計測手段２２で計測したプロフィールの計測値は、プロセスコンピュータ２５から傾斜角演算コンピュータ２６に送信される。即ち、傾斜角演算コンピュータ２６がプロフィールの計測値を取得する（ステップＳ４）。
【００８３】
次に、傾斜角演算コンピュータ２６が計測手段２２から取得した計測値に基づいて当該バッチの炉壁側の推定形状線ｐｌを算出する（ステップＳ５）。
【００８４】
このとき、炉壁側の推定形状線ｐｌの全ての前記区間関数ｆ１，ｆ２における係数及びｘ軸方向の範囲は、新たな装入物が形成するプロフィールの前記計測値に基づいて以下のように算出される。
【００８５】
Ｌ１区間とＬ２区間との境界位置ｒ２近傍では、実際のプロフィールの傾斜角は、前記代表傾斜角と等しくなっている。そこで、この境界位置ｒ２において、炉壁側の推定形状線ｐｌは、連続性だけでなく微分可能性も持つものとする。このようにすることで、上記の式（１１）の係数ａ，ｂ，ｃ及び上記の式（１０）の係数ｄが決定されると、上記の式（１０）の係数ｅ及びＬ１区間とＬ２区間の境界位置ｒ２が従属的に決定されることになる。
【００８６】
次に、任意の計測点の炉半径位置をｘｉとし、その炉半径位置における実際のプロフィールの計測値をｙｉとし、炉半径ｘにおける炉壁側の推定形状線ｐｌを規定する連続関数ｆをｙ＝ｆ（ｘ）とすると、
Σ｛ｙｉ−ｆ（ｘｉ）｝２
を最小にするようにして、炉壁側の推定形状線ｐｌを規定する連続関数ｆのパラメータ（上記の式（１１）の係数ａ，ｂ，ｃ及び上記の式（１０）の係数ｄ）とその関数が定義される区間（Ｌ１区間とＬ２区間との境界位置ｒ２）とを非線形最適化手法の一つである最急降下法により同時に求める。このようにして前記パラメータが決定することで、前記従属変数である上記の式（１０）の係数ｅを決定できる。即ち、全てのパラメータ及び各区間関数のｘ軸方向における範囲を前記最急降下法により決定できる。
【００８７】
このようにして得られた各係数及び前記ｘ軸方向における範囲を上記の式（１０）及び式（１１）に代入することで炉壁側の推定形状線ｐｌが算出される。
【００８８】
傾斜角演算コンピュータ２６は、前記プロセスコンピュータ２５から取得した当該バッチでの装入物の落下位置と前記算出された炉壁側の推定形状線ｐｌとから、前記落下位置におけるプロフィールの水平方向（ｘ軸）に対する傾斜角θを算出（導出）する（ステップＳ６）。具体的には、路壁側の推定形状線ｐｌの前記落下位置での傾きから傾斜角θが導出される。
【００８９】
このようにして導出された傾斜角θは、記憶手段２６ａに記憶される（ステップＳ７）。この記憶された傾斜角θは、記憶手段２６ａに当該バッチ以前のバッチにおいて導出された複数の傾斜角θが既に記憶されている場合、比較手段２６ｂによって当該バッチでの傾斜角θと以前のバッチでの傾斜角θとが比較される（ステップＳ８）。尚、本実施形態においては、新たに導出された傾斜角θは、前回導出された傾斜角θと比較されている。また、前記比較において、新たに導出された傾斜角θが記憶手段２６ａに記憶される前に既に記憶されている傾斜角θと比較されてもよい。
【００９０】
このとき、前記記憶されたバッチ毎の傾斜角θは、時系列に並べられて出力手段（ＣＲＴ）２４にグラフとして表示される（図７（ａ）参照）。この表示に基づいて、高炉１０の操業条件を管理している管理者が当該高炉１０で装入物の装入異常が生じているか否かを判定することも可能である。
【００９１】
また、比較手段２６ｂが、前記比較において、所定値以上の傾斜角θの変化量を検出した場合に、装入物の装入異常によるプロフィール形状の変化が生じたと判定し、出力手段２４によって前記管理者に警告等が表示されるように傾斜角導出手段２３を設定することも可能である。
【００９２】
次に、当該バッチの次のバッチで傾斜角θを導出するか否かが判断される（ステップＳ９）。導出する場合にはステップＳ１に戻り、導出しない場合には終了する。
【実施例１】
【００９３】
上記実施形態に係る高炉１０及びモニタリング装置２０を用いて、高炉１０の装入異常モニタリングを行った。このモニタリングにおいて、ある期間におけるバッチ毎に導出された傾斜角θ、代表傾斜角の角度（Ｌ１区間における区間関数ｆ１のｘ軸に対する傾斜角）、及び角度変化率を時系列に並べてそれぞれ表した図が、図７（ａ）乃至図７（ｃ）である。尚、図７（ａ）及び図７（ｂ）における縦軸の１目盛りは５°であり、図７（ｃ）における縦軸の１目盛りは５°/ｍである。
【００９４】
これらの図のうち、図７（ａ）の時刻ｔ１及びｔ２において値（傾斜角θ）が急激に変化している。時刻ｔ１の前後においては、装入物の装入量や原料配合等の高炉１０の操業条件は大きく変化していない。一方、時刻ｔ１より以前（且つ図７（ａ）の範囲内）に、操業条件が大きく変化しているにもかかわらず、その時刻においては傾斜角θは、時刻ｔ１ほどの急激な変化は認められない。
【００９５】
この変化から、操業状態のチェックを行ったところ、プロフィールの形状が炉中心側に少し偏っていることがわかった。具体的には、時刻ｔ１の前後において、図８（ａ）に示すプロフィールから図８（ｂ）に示すプロフィールのようにプロフィールの形状の変化が生じていた。尚、図８（ａ）及び図８（ｂ）において、縦軸の１目盛りは５００ｍｍである。
【００９６】
そこで、定期休風時に調査を行ったところ、装入物を高炉１０内に装入するための装入装置１１において異常が発見された。
【００９７】
この装入装置１１の異常を解消したところ、傾斜角θは元のレベルに戻り（図７（ａ）の時刻ｔ２）、プロフィールの炉中心側への偏りもなくなった。
【００９８】
図８（ａ）及び図８（ｂ）からもわかるように、プロフィールは、炉半径方向の深度分布データであるため、少しの変化しかない場合には気が付き難い。しかし、プロフィールの形状が変化すると、前記のように、炉内の通気抵抗も変化するため意図した高炉操業を行うことが出来ない場合も有るため、プロフィールの形状の変化を迅速且つ的確に把握し、それに伴って操業条件を変更することは、高炉の安定操業及び炉体寿命の延命を図るためには極めて重要である。
【００９９】
一方、傾斜角θは、図７（ａ）からもわかるように、前記僅かなプロフィールの形状の変化によっても急激な値（角度θ）の変化が現れるため把握し易い。しかも、装入物の落下位置における傾斜角θの変化であるため、当該角度θの急激な変化は、装入異常の生じている可能性が高い。従って、目視では把握し難かったプロフィールの異常を、前記落下位置での傾斜角θをモニタリングすることで、迅速且つ的確に把握（検知）することが可能となることがわかる。
【０１００】
これに対し、傾斜角θ同様、炉壁側の推定形状線ｐｌを設定することでプロフィールの計測値から容易に得られる代表傾斜角や角度変化率においては、時刻ｔ１及びｔ２において、傾斜角θ程の急激な値の変化は見られない（図７（ｂ）及び図７（ｃ）参照）。
【０１０１】
このことからも、プロフィールの形状変化及び装入異常の有無を迅速且つ的確に把握するためには、傾斜角θをモニタリングすることが適していることがわかる。
【実施例２】
【０１０２】
次に、前記連続関数ｆにおけるＬ２区間の区間関数（曲線関数）ｆ２を二次関数ｆ３＝ｇｘ２+ｈｘ+ｉ（以下、単に「式（１２）」とも称する。）に変更し、他の条件は実施例１と同一条件で装入異常モニタリングを行う場合のシミュレーションを行った。ここで、区間関数ｆ３は、炉中心軸をｙ軸、前記所定位置の炉半径をｘ軸とするｘｙ平面上で表される関数であり、ｇ，ｈ，ｉは、係数である。
【０１０３】
このモニタリングのシミュレーションにおいて、実施例１と同一期間におけるバッチ毎に導出された傾斜角θ、及び代表傾斜角の角度を時系列に並べてそれぞれ表した図が、図９（ａ）及び９（ｂ）である。尚、図９（ａ）及び図９（ｂ）における縦軸の１目盛りは５°である。
【０１０４】
図９（ａ）に示されるように、本実施例のようにＬ２区間の区間関数を二次関数ｆ３に変更しても、時刻ｔ１及びｔ２において、傾斜角θが急激に変化する結果となった。従って、連続関数ｆが区間関数ｆ１及びｆ３（式（１０）及び式（１２））で構成されていても、前記実施例同様、傾斜角θを検出することで、迅速且つ的確に高炉１０での装入異常の検出を行う（モニタリングする）ことができることが確認できた。
【０１０５】
尚、本発明の高炉の装入異常モニタリング方法及びモニタリング装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【０１０６】
例えば、本実施形態においては、傾斜角θは、バッチ毎に導出されているがこれに限定されず、所定の間隔をあけて（例えば、５バッチ毎や１０バッチ毎等）導出するようにしてもよい。このように間隔をあけて傾斜角θをモニタリングしても、一定間隔で傾斜角θを検出し続けることで装入異常を容易且つ的確に検出することができる。
【０１０７】
また、本実施形態においては、バッチ毎に導出した傾斜角θ同士を比較しているが、例えば、過去の操業実績によって得られた経験値としての傾斜角を基準値として、バッチ毎に導出された傾斜角θと前記基準値との比較によって、装入異常をモニタリングしてもよい。
【０１０８】
また、本実施形態においては、傾斜角θを導出する際に、炉壁側の推定形状線ｐｌを用いているが、炉中心から炉壁までの推定形状線ＰＬを用いてもよい。この場合、例えば、連続関数ｆは、３つの区間関数で構成され、炉中心から炉壁側へ順に、二次関数ｆ３（式（１２））、一次関数ｆ１（式（１０））、角度変化率一定関数ｆ２（式（１１））であってもよく、二次関数ｆ３（式（１２））、一次関数ｆ１（式（１０））、二次関数ｆ３（式（１２））等であってもよい。このような連続関数ｆを用いても、所定位置の炉半径における落下位置（ｘ軸における落下半径位置）が検出されれば、当該落下位置におけるプロフィールの傾斜角θを導出することができる。尚、推定形状線ＰＬを用いた場合であっても、計測手段２２で計測したプロフィールの計測値を用いることで、全ての区間関数のパラメータ及び各区間関数のｘ軸方向における範囲を前記最急降下法により決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】本実施形態に係る高炉炉頂部の一部拡大構成図である。
【図２】同実施形態に係る高炉の装入異常モニタリング装置のブロック図である。
【図３】同実施形態に係る高炉の装入異常モニタリング装置の落下位置検出手段及び計測手段の概略図である。
【図４】同実施形態に係る高炉の装入異常モニタリング方法における推定形状線と区間関数とを示す図である。
【図５】同実施形態に係る高炉の装入異常モニタリング方法における推定形状線と落下位置と傾斜角の角度とを示す図である。
【図６】同実施形態に係る高炉の装入異常モニタリング装置における動作のフローを示す図である。
【図７】同実施形態に係る高炉の装入異常モニタリング方法における（ａ）は落下位置における傾斜角の角度の時系列表示であり、（ｂ）は代表傾斜角の角度の時系列表示であり、（ｃ）は角度変化率の時系列表示である。
【図８】同実施形態に係る高炉における（ａ）は装入異常発生前のプロフィールを示し、（ｂ）は装入異常発生後のプロフィールを示す図である。
【図９】他実施形態に係る高炉の装入異常モニタリング方法における（ａ）は落下位置における傾斜角の角度の時系列表示であり、（ｂ）は代表傾斜角の角度の時系列表示である。
【符号の説明】
【０１１０】
１０   高炉
２１   落下位置検出手段
２２   計測手段
２３   傾斜角導出手段
２４   出力手段
ｆ     連続関数
ｆ１   一次関数（区間関数）
ｆ２   角度変化率一定関数（区間関数）
ｆ３   二次関数（区間関数）
ＰＬ   推定形状線
ｐｌ   炉壁側の推定形状線
θ     傾斜角の角度（傾斜角）
【図１】
0005306665.tif 000002
【図２】
0005306665.tif 000003
【図３】
0005306665.tif 000004
【図４】
0005306665.tif 000005
【図５】
0005306665.tif 000006
【図６】
0005306665.tif 000007
【図７】
0005306665.tif 000008
【図８】
0005306665.tif 000009
【図９】
0005306665.tif 000010