(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉設備上に複数設置されたセンサから出力される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次元立体の表面である所定の面に配置し、各計測データの空間的分布状態や時間的変化に基づいて高炉の操業状態を監視する方法であって、
前記所定の面上に任意の地点を表現する複数の座標軸を予め設定しておき、前記センサそれぞれから測定対象の計測データとして圧力データを、予め設定されたサンプリング周期Δｔでサンプリングして該センサの設置位置情報と紐付けて収集し、所定の面上の任意の地点において前記圧力データに基づいて圧力の各座標軸方向の空間的勾配を算出し、該空間的勾配を成分に持つ圧力の空間的勾配ベクトルを定義して、該圧力の空間的勾配ベクトルのノルム又は炉高方向を基準軸としたときの偏角を算出し、該空間的勾配ベクトルのノルム又は偏角に基づいて、所定の面上における圧力の空間的勾配ベクトルのノルム又は偏角が同値な等値線を算出して該等値線が形成するコンタ図形領域を得て、予め指定しておく設定値との大小比較によって選択するコンタ図形領域を圧力データに基づく融着帯根部相当位置として推定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】
高炉設備上に複数設置されたセンサから出力される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次元立体の表面である所定の面に配置し、各計測データの空間的分布状態や時間的変化に基づいて高炉の操業状態を監視する方法であって、
前記所定の面上の任意の地点を表現する複数の座標軸を予め設定しておき、前記センサそれぞれから測定対象の計測データとして温度データを、予め設定されたサンプリング周期Δｔでサンプリングして該センサの設置位置情報と紐付けて収集し、所定の面上の任意の地点において前記温度データに基づいて、現時刻の温度データと現時刻から任意に指定したある時間前の同一地点の温度データとから該地点における温度の時間的勾配を算出し、該時間的勾配に基づいて、所定の面上において温度の時間的勾配が同値な等値線を算出して等値線が形成するコンタ図形領域を得て、予め指定しておく設定値との大小比較によって選択するコンタ図形領域を温度データに基づく融着帯根部相当位置として推定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】
請求項１に記載の高炉操業における操業監視方法により推定する圧力データに基づく融着帯根部相当位置情報と、請求項２に記載の高炉操業における操業監視方法により推定する温度データに基づく融着帯根部相当位置情報とを共に用いて融着帯根部相当位置を推定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４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の高炉操業における操業監視方法において、推定された前記融着帯根部相当位置を、前記所定の面上の図形として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５】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の高炉操業における操業監視方法において、推定された前記融着帯根部相当位置情報を、前記計測データである圧力データ又は温度データの時間的推移に対応して更新し、前記所定の面上の融着帯根部相当位置を逐次推定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６】
請求項５に記載の高炉操業における操業監視方法において、前記逐次推定する融着帯根部相当位置情報を、前記所定の面上で逐次更新される図形として逐次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】
高炉設備上に複数設置されたセンサから出力される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次元立体の表面であり、複数の座標軸を有する所定の面に配置し、各計測データの空間的分布状態や時間的変化に基づいて高炉の操業状態を監視する操業監視装置であって、
高炉設備上に複数設置された前記センサそれぞれから出力される圧力データを含む計測データを、予め設定されたサンプリング周期Δｔでサンプリングして、該センサの設置位置情報と紐付けて収集するデータ収集手段と、
収集した前記計測データを前記所定の面に前記設置位置情報に基づき配置し、計測データを空間的に補間して同値な任意の等値線を算出する等値線算出手段と、
前記等値線から所定の面上の任意の点における圧力の各座標軸方向の空間的勾配を算出する勾配算出手段と、
前記勾配算出手段で算出された圧力の各座標軸方向の空間的勾配を成分に持つ圧力の空間的勾配ベクトルのノルム又は炉高方向を基準軸としたときの偏角を算出し、該圧力の空間的勾配ベクトルのノルム又は偏角に基づき所定の面上における等値線を算出し、予め指定された設定値よりも大きな値又は小さな値の等値線が形成するコンタ図形領域に対し、その個数、位置、面積、重心、図形の縦横比率、図形内の最大値若しくは最小値、平均値、及び分散のいずれかの図形の特徴情報、又は、圧力の空間的勾配ベクトルのベクトル特徴情報、すなわちベクトル又はベクトル成分の総和、最大値、最小値、平均値、及び分散のうちのいずれかのベクトル特徴情報を算出して、圧力データに基づく融着帯根部相当位置を推定する図形及びベクトル特徴情報算出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８】
高炉設備上に複数設置されたセンサから出力される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次元立体の表面であり、複数の座標軸を有する所定の面に配置し、各計測データの空間的分布状態や時間的変化に基づいて高炉の操業状態を監視する操業監視装置であって、
高炉設備上に複数設置された前記センサそれぞれから出力される温度データを含む計測データを、予め設定されたサンプリング周期Δｔでサンプリングして、該センサの設置位置情報と紐付けて収集するデータ収集手段と、
収集した前記計測データを前記所定の面に前記設置位置情報に基づき配置し、計測データを空間的に補間して同値な任意の等値線を算出する等値線算出手段と、
前記等値線から所定の面上の任意の点における温度の各座標軸方向の時間的勾配を算出する時間的勾配算出手段と、
前記時間的勾配算出手段で算出された温度の時間的勾配に基づき所定の面上における等値線を算出し、予め指定された設定値よりも大きな値又は小さな値の等値線が形成するコンタ図形領域に対し、その個数、位置、面積、重心、図形の縦横比率、図形内の最大値若しくは最小値、平均値、及び分散のいずれかの図形の特徴情報を算出して、温度データに基づく融着帯根部相当位置を推定する図形及びベクトル特徴情報算出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９】
請求項７に記載の高炉操業における操業監視装置において、
高炉設備上に複数設置された前記センサそれぞれから出力される温度データを含む計測データを、予め設定されたサンプリング周期Δｔでサンプリングして、該センサの設置位置情報と紐付けて収集するデータ収集手段と、
収集した前記計測データを前記所定の面に前記設置位置情報に基づき配置し、計測データを空間的に補間して同値な任意の等値線を算出する等値線算出手段と、
前記等値線から所定の面上の任意の点における温度の各座標軸方向の時間的勾配を算出する時間的勾配算出手段と、
前記時間的勾配算出手段で算出した温度の時間的勾配に基づき所定の面上における等値線を算出し、予め指定された設定値よりも大きな値又は小さな値の等値線が形成するコンタ図形領域に対し、その個数、位置、面積、重心、図形の縦横比率、図形内の最大値若しくは最小値、平均値、及び分散のいずれかの図形の特徴情報を算出して、温度データに基づく融着帯根部相当位置を推定する図形及びベクトル特徴情報算出手段と、
前記圧力データに基づく融着帯根部相当位置と、前記温度データに基づく融着帯根部相当位置とを共に用いて融着帯根部相当位置を推定する手段を設け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１０】
前記図形及びベクトル特徴情報算出手段によって推定した融着帯根部相当位置を、前記所定の面上の図形として可視化する操業監視手段を備えることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の高炉操業における操業監視装置。
【請求項１１】
請求項７〜９のいずれか１項に記載の高炉操業における操業監視装置であって、
推定した前記融着帯根部相当位置を、各計測データの時間的推移に対応して更新し、融着帯根部相当位置を逐次推定する機能を有する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１２】
請求項１１に記載の高炉操業における操業監視装置において、
逐次推定した前記融着帯根部相当位置の情報を、前記所定の面上で逐次更新される図形として逐次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装置。
【請求項１３】
前記等値線算出手段が、２次元平面上に不均等な位置関係に配置されるデータに対して、内角の一つが１８０度を超えない四角形要素を選択し、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、この交点を頂点に持つ三角形要素を用いて等値線を探索し描画する機能を有することを特徴とする請求項７〜１２のいずれか１項に記載の高炉操業における操業監視装置。
【請求項１４】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の高炉操業における操業監視方法の各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１５】
請求項７〜１３のいずれか１項に記載の高炉操業における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。
【請求項１６】
請求項１４又は１５に記載のコンピュータプログラムを格納したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
【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、融着帯根部相当位置を逐次推定し、逐次可視化することによって、高炉の操業状態を監視し、高炉の操業異常を予測する高炉操業における操業監視方法、装置、コンピュータプログラム、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に関する。
【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、特開平５−１５６３２８号公報、特開平１１−１４０５２０号公報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】
【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。
【０００４】
ところが、上記従来の方式では、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。
【０００５】
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、高炉の融着帯根部相当位置の推定と可視化を行うものである。
【０００６】
【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、高炉設備上に複数設置されたセンサから出力される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次元立体の表面である所定の面に配置し、各計測データの空間的分布状態や時間的変化に基づいて高炉の操業状態を監視する方法であって、前記所定の面上に任意の地点を表現する複数の座標軸を予め設定しておき、前記センサそれぞれから測定対象の計測データとして圧力データを、予め設定されたサンプリング周期Δｔでサンプリングして該センサの設置位置情報と紐付けて収集し、所定の面上の任意の地点において前記圧力データに基づいて圧力の各座標軸方向の空間的勾配を算出し、該空間的勾配を成分に持つ圧力の空間的勾配ベクトルを定義して、該圧力の空間的勾配ベクトルのノルム又は炉高方向を基準軸としたときの偏角を算出し、該空間的勾配ベクトルのノルム又は偏角に基づいて、所定の面上における圧力の空間的勾配ベクトルのノルム又は偏角が同値な等値線を算出して該等値線が形成するコンタ図形領域を得て、予め指定しておく設定値との大小比較によって選択するコンタ図形領域を圧力データに基づく融着帯根部相当位置として推定する点に特徴を有する。
【０００７】
本発明の他の高炉操業における操業監視方法は、高炉設備上に複数設置されたセンサから出力される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次元立体の表面である所定の面に配置し、各計測データの空間的分布状態や時間的変化に基づいて高炉の操業状態を監視する方法であって、前記所定の面上の任意の地点を表現する複数の座標軸を予め設定しておき、前記センサそれぞれから測定対象の計測データとして温度データを、予め設定されたサンプリング周期Δｔでサンプリングして該センサの設置位置情報と紐付けて収集し、所定の面上の任意の地点において前記温度データに基づいて、現時刻の温度データと現時刻から任意に指定したある時間前の同一地点の温度データとから該地点における温度の時間的勾配を算出し、該時間的勾配に基づいて、所定の面上において温度の時間的勾配が同値な等値線を算出して等値線が形成するコンタ図形領域を得て、予め指定しておく設定値との大小比較によって選択するコンタ図形領域を温度データに基づく融着帯根部相当位置として推定する点に特徴を有する。
【０００８】
また、本発明の高炉操業における操業監視方法の他の特徴とするところは、圧力データの空間的勾配ベクトルを用いた前記の手法によって推定した融着帯根部相当位置情報と、温度データの時間的勾配を用いた前記の手法によって推定した融着帯根部相当位置情報を、共に用いて融着帯根部相当位置を推定する点にある。
【０００９】
また、本発明の高炉操業における監視方法の他の特徴とするところは、温度データの時間的勾配、圧力データの時間的勾配を用いた前記の手法によって推定した融着帯根部相当位置を、前記２次元平面又は２次元平面で構成される３次元立体の表面上の図形として可視化する点にある。
【００１０】
また、本発明の高炉操業における操業監視方法の他の特徴とするところは、圧力データの空間的勾配ベクトルを用いた前記の手法によって推定した融着帯根部相当位置情報、温度データの時間的勾配を用いた前記の手法によって推定した融着帯根部相当位置情報を、各計測データの時間的推移に対応して更新することによって、融着帯根部相当位置を逐次推定する点にある。
【００１１】
また、本発明の高炉操業における操業監視方法の他の特徴とするところは、各計測データの時間的推移に対応して前記の如く逐次推定する融着帯根部相当位置情報を、前記２次元平面又は２次元平面で構成される３次元立体の表面上で逐次更新される図形として逐次可視化する点にある。
【００１２】
本発明の高炉操業における操業監視装置は、高炉設備上に複数設置されたセンサから出力される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次元立体の表面であり、複数の座標軸を有する所定の面に配置し、各計測データの空間的分布状態や時間的変化に基づいて高炉の操業状態を監視する操業監視装置であって、炉設備上に複数設置された前記センサそれぞれから出力される圧力データを含む計測データを、予め設定されたサンプリング周期Δｔでサンプリングして、該センサの設置位置情報と紐付けて収集するデータ収集手段と、収集した前記計測データを前記所定の面に前記設置位置情報に基づき配置し、計測データを空間的に補間して同値な任意の等値線を算出する等値線算出手段と、前記等値線から所定の面上の任意の点における圧力の各座標軸方向の空間的勾配を算出する勾配算出手段と、前記勾配算出手段で算出された圧力の各座標軸方向の空間的勾配を成分に持つ圧力の空間的勾配ベクトルのノルム又は炉高方向を基準軸としたときの偏角を算出し、該圧力の空間的勾配ベクトルのノルム又は偏角に基づき所定の面上における等値線を算出し、予め指定された設定値よりも大きな値又は小さな値の等値線が形成するコンタ図形領域に対し、その個数、位置、面積、重心、図形の縦横比率、図形内の最大値若しくは最小値、平均値、及び分散のいずれかの図形の特徴情報、又は、圧力の空間的勾配ベクトルのベクトル特徴情報、すなわちベクトル又はベクトル成分の総和、最大値、最小値、平均値、及び分散のうちのいずれかのベクトル特徴情報を算出して、圧力データに基づく融着帯根部相当位置として推定する図形及びベクトル特徴情報算出手段とを備えた点に特徴を有する。
本発明の他の高炉操業における操業監視装置は、高炉設備上に複数設置されたセンサから出力される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次元立体の表面であり、複数の座標軸を有する所定の面に配置し、各計測データの空間的分布状態や時間的変化に基づいて高炉の操業状態を監視する操業監視装置であって、高炉設備上に複数設置された前記センサそれぞれから出力される温度データを含む計測データを、予め設定されたサンプリング周期Δｔでサンプリングして、該センサの設置位置情報と紐付けて収集するデータ収集手段と、収集した前記計測データを前記所定の面に前記設置位置情報に基づき配置し、計測データを空間的に補間して同値な任意の等値線を算出する等値線算出手段と、前記等値線から所定の面上の任意の点における温度の各座標軸方向の時間的勾配を算出する時間的勾配算出手段と、前記時間的勾配算出手段で算出された温度の時間的勾配に基づき所定の面上における等値線を算出し、予め指定された設定値よりも大きな値又は小さな値の等値線が形成するコンタ図形領域に対し、その個数、位置、面積、重心、図形の縦横比率、図形内の最大値若しくは最小値、平均値、及び分散のいずれかの図形の特徴情報を算出し、予め指定した設定値との大小比較によって選択するコンタ図形領域を温度データに基づく融着帯根部相当位置として推定する図形及びベクトル特徴情報算出手段とを備えた点に特徴を有する。
【００１３】
【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、装置、コンピュータプログラム、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体の実施の形態について説明する。
【００１４】
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。同図において、高炉設備１上には、ステーブ温度や炉床壁温度、シャフト圧力を計測するセンサが複数設置されている。図１では、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。
【００１５】
以下、図１に示す操業監視装置の構成に従って、本発明の実施の形態を説明する。
（１．高炉設備と２．高炉設備上の複数の各種センサ）
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。以下では、温度と圧力を計測するセンサが、図１に示すように高炉外形面上に複数配置されている場合を説明する。
【００１６】
まず始めに温度を例に説明する。後述するように圧力についても同じ処理を行うことができる。高炉外形面上に複数配置された各々の温度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:温度センサの個数）として予めわかっている。
【００１７】
（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温度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で収集された温度データは、データ処理装置４にリアルタイムで送られる。
【００１８】
この場合に、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。
【００１９】
（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から入力された温度データを、高炉設備上の各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、温度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。
【００２０】
以下、等値線算出部５における等値線算出方法の一例を示す。図２は、等値線算出部５において、高炉の炉周方向にｒ軸、炉高方向にｈ軸をとった２次元平面を定義し、この２次元平面上に等値線によって形成される図形の例を示したものである。図２において、●印は、高炉外形上に配置された複数の温度センサ設置位置を、その３次元空間座標（ｘ(i),ｙ(i),z(i)）を座標変換することによって配置したものである。
【００２１】
図２では、座標変換は、炉体高さ、炉床壁高さ、羽口径、炉腹径、炉底径、シャフト角度、ボッシュ角度（朝顔角度）等から該２次元平面への射影を演算する等の幾何学的な関係を用いて実施した。本発明における手法は、定義する２次元平面を図２のような正方形状の平面に限定する必要はなく、シャフト角度、ボッシュ角度（朝顔角度）に応じて部分的に扇形の２次元平面を定義してもよい。
【００２２】
また、図２は説明のため、高炉の炉周方向にｒ軸、炉高方向にｈ軸をとった２次元平面を定義し用いているが、温度センサ設置位置を、その３次元空間座標にしたがって３次元空間上に配置し、２次元平面で構成される３次元立体の表面上で表現する場合の説明も同様である。
【００２３】
図２の２次元平面において、温度センサ設置位置を示す●印の地点に、対応する計測データを配置すると、ある時刻ｔにおける温度データの分布状態が表現できる。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よく、空間的に等間隔である必要はない。
【００２４】
●印の地点に配置した温度データをもとに、●印の相互空間における温度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温度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。
【００２５】
空間的に不均等な位置に分布した温度データに対して等値線を探索するには、温度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、空間に対して測定地点が少ない場合、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。
【００２６】
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。
【００２７】
図３を用いて本手法を説明する。図２の２次元平面上の温度センサ設置位置●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し、また組み合わせ問題として自動探索アルゴリズムを用いて自動的に関連付けさせてもよい。
【００２８】
図３において、内角の一つが１８０度を越えない任意の四角形要素、すなわち各頂点P1、P2、P3、P4地点での温度センサ測定データがそれぞれT1、T2、T3、T4であるような例を示す。この四角形要素の対角線の交点、すなわち図３中の○印地点Pmの温度をTmとする。Tmは、T1、T2、T3、T4から演算される平均値であり、例えば、相加平均として定義するものとする。
Tm＝（T1＋T2＋T3＋T4）÷４                                …（１）
【００２９】
次に、この対角線上の交点Pmを頂点にもつ４つの三角形要素を、この四角形要素内部に定義し、各三角形要素の辺上の温度データは、その辺の両端を構成する頂点の温度データによって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。
【００３０】
仮に、今、探索したい等値線の値をTとし、四角形要素の４頂点の温度データに対して、
T1＜T＜T4                                                  …（２）
T1＜T＜T2                                                  …（３）
なる関係があるものとする。
【００３１】
図３の例では、式（２）の条件により、Tは、必ず、P1とP4を結ぶ直線上に存在し、かつ必ずP１とPmを結ぶ直線又はPｍとP4を結ぶ直線上に補間された温度データ地点として存在する。ここで、仮に、
T1＜T＜Tm                                                  …（４）
であるとすると、P1とPmを結ぶ直線上に、Tの温度データ地点が存在する。これら温度データTの地点を、△印で示す。同様にして、式（３）の条件より、Tは、必ず、P1とP2を結ぶ直線上に補間された温度データ地点として存在し、これを△印で示す。以上より得られた温度Tの地点を直線で結ぶと着目した四角形要素内の温度Tの等値線が探索できる。
【００３２】
また、上記の例で、式（４）の代わりに、
Tm＜T＜T4                                                  …（５）
であるとき、
T2＜T＜T3                                                  …（６）
の場合を例にとれば、このときの温度データ地点は□印で示す如くであり、これらを直線で結ぶ等値線を破線で示すことができる。
【００３３】
さらに以上の処理を空間内の全ての四角形要素に繰り返すことにより、空間内における等値線の探索及び描画が完了する。図２に例示するように、得られた等値線によって温度データは２次元平面内で、ある図形を形成する。特に閉曲線となる等値線は、ある特徴的な図形を形成する。図２では、ある温度Tの等値線を実線で示し、その閉曲線で囲まれる図形をハッチングで示している。破線は、その他の温度の等値線である。
【００３４】
以上のように、空間的に不均等な位置関係に配置されるデータに対して、内角の一つが１８０度を越えない四角形要素を選択し、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わったり、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。
【００３５】
また、本探索手法は２次元平面に限定されるものでなく、２次元平面で構成される３次元立体の表面上の四角形平面要素で構成される３次元空間に対しても実施可能かつ有効な手法である。
【００３６】
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、２次元平面又は２次元平面で構成される３次元立体の表面に対して他の手法や三角形要素を用いた等値線を描画しても構わない。
【００３７】
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から入力された温度データを、高炉設備上の各センサ設置位置情報を反映させた２次元平面又は四角形平面要素で構成される３次元空間に配置し、等値線を描画することができる。
【００３８】
さらに、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地点において、該点を間にもつ等値線から補間して算出することにより、任意の該点における温度データを該点を間にとる異なる値のいくつかの等値線から空間的に補間することによって該点における温度データを算出することができる。
【００３９】
例えば、図４は、高炉の炉周方向にｒ軸、炉高方向にｈ軸をとった２次元平面を定義し、等値線算出部５において、時間ｔのときの温度データの等値線を算出し、さらに該等値線から温度データを空間的に補間して得られる画面上の画素単位毎の温度Ｔ(i,j,k)を示したものである。ただし、i=1,2,3,・・・,Nr（Nr:炉周方向の画素数）、j=1,2,3,・・・,Nh（Nh:炉高方向の画素数）、k=0,1,2,・・・、（k:離散化時間）、Δｈは画素の炉高方向長さ、Δｒは画素の炉周方向長さである。
【００４０】
（６．勾配算出部）
次に、勾配算出部６において、等値線算出部で算出した２次元平面上又は２次元平面で構成される３次元立体の表面上の任意の地点の計測データの１）空間的勾配（空間的変化率、空間的変化量）、２）時間的勾配（時間的変化率、時間的変化量）又は３）空間的勾配の時間的勾配（空間的変化率の時間的変化率、空間的変化量の時間的変化量）を算出する。
【００４１】
ここでは、圧力データを例に、勾配算出部６における１）空間的勾配の算出方法を示す。今まで温度を例に説明してきた処理は圧力についても可能であり、すなわち等値線算出部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、高炉設備上の各センサ設置位置情報を反映させた２次元平面又は四角形平面要素で構成される３次元空間に配置し、等値線を描画することができる。
【００４２】
さらに、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地点において、該点を間にもつ等値線から補間して算出することにより、任意の該点における圧力データを該点を間にとる異なる値のいくつかの等値線から空間的に補間することによって該点における圧力データを算出することができる。
【００４３】
例えば、図５は、高炉の炉周方向にｒ軸、炉高方向にｈ軸をとった２次元平面を定義し、等値線算出部５において、時間ｔのときの圧力データの等値線を算出し、さらに該等値線から圧力データを空間的に補間して得られる画面上の画素単位毎の圧力P(i,j,k)を示したものである。ただし、i=1,2,3,・・・,Nr（Nr:炉周方向の画素数）、j=1,2,3,・・・,Nh（Nh:炉高方向の画素数）、k=0,1,2,・・・、（k:離散化時間）、Δｈは画素の炉高方向長さ、Δｒは画素の炉周方向長さである。
【００４４】
図５において、時間kのときの画素位置(i,j)における圧力P(i,j,k)の炉高方向の空間的勾配ΔPh(i,j,k)は、炉高方向の圧力差を画素の炉高方向の長さで除したもの、すなわち、
ΔPh(i,j,k)＝[P(i,j+1,k)-P(i,j,k)]÷Δｈ                        …（７）
で算出する。
【００４５】
同様にして圧力P(i,j,k)の炉周方向の空間的勾配ΔPr(i,j,k)は、炉周方向の圧力差を画素の炉周方向の長さで除したもの、すなわち、
ΔPr(i,j,k)＝[P(i,j+1,k)-P(i,j,k)]÷Δr                         …（８）
で算出する。
【００４６】
このとき、２次元平面の境界線上における圧力の空間的勾配についてであるが、炉周方向については空間的勾配の連続性が維持されるようにして算出する。
【００４７】
また、炉高方向については、物理的な根拠による境界条件に基づき設定する。例えば、図５で例示する圧力の場合では、炉口位置及び羽口位置を示す上端及び下端の境界線上では、該境界線近傍の高炉内圧力の炉高方向勾配を外挿して設定する。
【００４８】
また、式（７）及び式（８）は、テーラー展開の基づく１次差分形を例示したが、
ΔPh(i,j,k)＝[P(i,j+1,k)-P(i,j-1,k)]÷(2Δｈ)                 …（９）
ΔPr(i,j,k)＝[P(i+1,j,k)-P(i-1,j,k)]÷(2Δr)                  …（１０）
といった中心差分形等、他の差分形を用いても構わない。
【００４９】
図６に、ポテンシャル量すなわちスカラ量である圧力P(i,j,k)と、ベクトル量である圧力の空間的勾配ベクトル∂P→(i,j,k)の関係を示す。
【００５０】
ここでは、圧力の空間的勾配ベクトル∂P→(i,j,k)は、下記の数１の式（１１）に示すように、炉周方向の圧力の空間的勾配∂Pr(i,j,k)と炉高方向の圧力の空間的勾配∂Ph(i,j,k)を成分とするベクトルとして定義する。
【００５１】
【数１】
0004094290.tif 000002
【００５２】
このとき、圧力の空間的勾配ベクトル∂P→(i,j,k)のノルム、すなわち大きさは、下記の数２の式（１２）により表される。
【００５３】
【数２】
0004094290.tif 000003
【００５４】
また、圧力変化率ベクトル∂P→(i,j,k)の偏角は、下記の数３の式（１３）により表される。
【００５５】
【数３】
0004094290.tif 000004
【００５６】
なお、式（１１）、式（１２）、式（１３）は、図５を例に炉周方向（i）と炉高方向（j）の２次元平面において展開した圧力の空間的勾配ベクトル∂P→(i,j,k)について定式化した例を示したものであるが、２次元平面で構成される３次元立体の表面上に展開した３次元空間における圧力の空間的勾配ベクトルについても、同じ手法の定式化及び本発明が示す高炉操業における操業監視方法が可能である。
【００５７】
再び温度データを例に、勾配算出部６における２）時間的勾配の算出方法の例を示す。
【００５８】
図７は、画素位置(i,j)における温度データの時間推移を示したものである。図７では、時間ｔを離散化し、離散化時間ｋのときの画素位置(i,j)における温度Ｔ(i,j,k)の時間的勾配（温度の時間的変化率、温度の時間的変化量）ΔＴt(i,j,k)を、現在の温度データから時間変化基準量を差し引いたものを基準時間（m×Δｔ）で除したもの、すなわち、下記の数４の式（１４）で算出する。ここで、n、mは、設定パラメータで、それぞれ、ｎは時間変化基準評価データ数、mは時間的勾配の基準時間数である。Δｔはサンプリング周期Δｔである。また、ω(i,j,k-m×l)は時間変化基準量を算出にあたって過去の温度データの影響度を考慮する重み係数で、任意に設定することができる。
【００５９】
【数４】
0004094290.tif 000005
【００６０】
ここで、前記設定パラメータの使用例について説明する。例えば、n=1、m=1、ω(i,j,k-1×1)=1と設定すれば、式（１４）は、下記の数５の式（１５）に示すようになり、現在の温度データとΔｔ時間前の温度データとの時間的勾配が算出できる。
【００６１】
【数５】
0004094290.tif 000006
【００６２】
また、例えば、ω(i,j,k-m×l)=1(=const.)と設定すれば、式（１４）の右辺の[]内第２項で算出する時間変化基準量は、時間区間（ｎ×ｍ×Δｔ）における温度データ相加平均値となり、式（１４）は、現在の温度データと時間区間（ｎ×ｍ×Δｔ）における温度データ相加平均値との時間的勾配が算出できる。
【００６３】
さらに、例えば、ω(i,j,k-m×l)=ρ(k-m×l)、ただし、ρ＞1とすると、上記の式（１４）は、下記の数６の式（１６）となり、式（１６）の右辺の[]内第２項で算出する時間変化基準量は、時間区間（ｎ×ｍ×Δｔ）における温度データの忘却係数型重み平均値となり、式（１６）は、現在の温度データと時間区間（ｎ×ｍ×Δｔ）における温度データの忘却係数型重み平均値との時間的勾配を算出する。ここで、ρは、忘却の強さを定義するパラメータ、すなわち忘却係数と呼び、任意に設定できる。
【００６４】
【数６】
0004094290.tif 000007
【００６５】
ここでは、温度の時間的勾配（時間的変化率、時間的変化量）の算出方法として、式（１４）、式（１５）、式（１６）の３つを例示し説明したが、本発明においては他の重み係数の与え方や時間的勾配の定義を用いても構わない。
【００６６】
（７．図形及びベクトル特徴情報算出部）
（８．操業監視部）
（９．図形及びベクトル情報推移算出部）
図形及びベクトル特徴情報算出部７において、等値線算出部５で算出したコンタ図形に対する画像処理を、また勾配算出部６で算出したベクトルに対して数学的演算を行い、図形及びベクトル特徴情報として、式（１２）、式（１３）で定義する圧力の空間的勾配ベクトル∂P→(i,j,k)のノルム||∂P→(i,j,k)||及び偏角∠∂P→(i,j,k)、式（１６）で定義する温度の時間的勾配ΔTt(i,j,k)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コンタ図形又は図形の特徴情報を、本発明が示す以下の方法によって評価することによって、高炉の融着帯根部相当位置を推定し、可視化できることを説明する。
【００６７】
図８は、高炉操業時のおける、代表的な炉壁近傍の融着帯根部の状態を示す図である。図８の（a）、（b）は共に、横軸が炉壁を原点とする高炉半径、縦軸が高炉の高さを示している。
【００６８】
以下に、まず、高炉操業の概要と炉壁近傍の融着帯根部の関係を説明する。高炉は、鉄鉱石中の酸化鉄を還元・溶解し、炭素を多く含む銑鉄を製造するための移動層型の反応器である。原料である鉄鉱石（Ore）と主燃料となるコークス（Coke）が炉上部の炉口から交互に供給され、炉内で層状の充填層を形成する。
【００６９】
炉下部の炉壁には、羽口（Tuyere）と呼ばれるノズルが炉周方向に数十本配置されており、ここから衝風と補助燃料を炉内に導入する。羽口の前部には、高圧・高速で吹き込まれた衝風により充填層が排除されたレースウエイ（Raceway）が形成され、内部でコークス粒子が循環運動をしつつ燃焼し、炉内に熱と一酸化炭素を供給する。一酸化炭素は酸化鉄を還元する主還元剤であり、発生した燃焼熱は炉内を流通する還元ガスによって炉上部に運搬され、鉄鉱石の昇温、還元及び溶解のための熱源となる。
【００７０】
高炉内の装入物の存在領域を、その装入物の状態によって炉頂から炉底にかけて大きく３分類するとき、各存在領域をそれぞれ炉頂から順に、１．塊状帯、２．融着帯、３．滴下帯と呼ぶ。
【００７１】
高炉上部の塊状帯１では、炉内における原燃料の消費に伴って炉頂から供給された鉄鉱石が降下し、その間に昇温及び還元ガスによる還元が進行する。
【００７２】
高炉中部の炉腹部で融点に達した鉄鉱石粒子は軟化・融着を生じて融着帯（Cohesive Zone）２を形成し、この領域で溶鉄及び溶融スラグが生成する。融着帯の鉄鉱石層（図８中のハッチング部）では軟化した鉄鉱石粒子同士が融着して空隙率が低下するため、還元ガスの通気性の低い透過性領域となる。
【００７３】
したがって、融着帯断面内では、図８に示すように還元ガスの通気性の低い鉄鉱石層と、還元ガスの通気性が高いコークス層（図８中の白地部、コークススリット）が交互に並んだ構造となり、高炉解体調査結果、炉腹ゾンデ（Belly Probe）及び羽口ゾンデ（Core Probe）による観察結果等から従来までにその構造の存在が確認されている。
【００７４】
融着帯２より下部の滴下帯３では、融着帯で発生した液体がコークス充填層中を流下しており、このうち溶銑が炉床に溜まり、炉底部の出銑口から高炉外部へ排出される。
【００７５】
このとき、融着帯２は、滴下帯３から塊状帯へ流通する還元ガスの分配機能を持ち、高炉操業において重要な特性である“鉄鉱石の還元性”及び“通気性”に大きな影響を与えることがわかっており、その形成特性（形状、形成位置、通気性）、なかでも炉壁近傍の融着帯根部（Root of Cohesive Zone）の形成特性（形状、形成位置、通気性）を推定し、可視化することが操業監視上重要である。
【００７６】
融着帯内部の層構造は前記ゾンデの観察結果等から、操業状態によってコークススリット層の厚さや空洞長さが大きく変化するとともに、各層の傾斜角度が大きく変化することがわかっている。さらに、図８に白抜きの矢印で示すように操業状態によって、その根部の位置や厚みが変化する。
【００７７】
図８の（a）は炉芯（Dead man）温度が低く、いわゆるW字型の融着帯形状を示している場合、（b）は炉芯温度が高く、いわゆる逆V字型の融着帯形状を示している場合である。
【００７８】
図８の（a）の炉芯温度低下は、融着帯の"垂れ下がり部"がレースウエイの奥に近づいたことが要因の一つであり、その結果、羽口からの導入される衝風の炉芯方向への透過が悪化し、衝風の一部が炉壁方向に分流して炉壁に沿って上昇する（図中矢印▲１▼）ことにより融着帯根部相当位置が高炉上部へ上昇している場合である。
【００７９】
このとき、炉芯部から炉壁方向へ融着帯内部のコークススリットを通過して分配される還元ガス（図中矢印▲２▼）は、コークススリットの不良形状からその通気性が悪化しつつ合流して炉壁にぶつかり、炉壁に沿って上昇する流れ（図中矢印▲３▼）となる。このとき炉壁にぶつかったあと炉壁に沿って高炉下部に下降する流れ（図中矢印▲４▼）が一部存在する。
【００８０】
したがって、図８（a）に示す如く融着帯根部の上部は、炉芯部から炉壁方向へ融着帯内部のコークススリットを通過して分配される還元ガス（図中矢印▲２▼）が合流することによってガス流量（図中矢印▲３▼）が周囲より増大しており、ガス流量の大小と対応のある、式（１２）で定義する圧力の空間的勾配ベクトル∂P→(i,j,k)のノルム||∂P→(i,j,k)||で評価すると、予め指定しておく設定値よりも大きい値の等値線で選択されるコンタ図形領域を融着帯上部相当位置と推定することができる。
【００８１】
一方、図８（a）に示す如く融着帯根部の下部は、炉芯部から炉壁方向へ融着帯内部のコークススリットを通過して分配される還元ガス（図中矢印▲２▼）の一部が炉壁にぶつかったあと炉壁に沿って高炉下部に下降し（図中矢印▲４▼）、炉壁に沿って高炉下部から上昇する流れ（図中矢印▲１▼）と相対して合流することから、合流後の実効的なガス流量が周囲より減少しており、ガス流量の大小と対応のある、式（１２）で定義する圧力の空間的勾配ベクトル∂P→(i,j,k)のノルム||∂P→(i,j,k)||で評価すると、予め指定しておく別の設定値よりも小さい値の等値線で選択されるコンタ図形領域を融着帯下部相当位置と推定することができる。
【００８２】
また、図８（a）に示す如く融着帯根部の下部は、炉芯部から炉壁方向へ融着帯内部のコークススリットを通過して分配される還元ガス（図中矢印▲２▼）の一部が炉壁にぶつかったあと炉壁に沿って高炉下部に下降し（図中矢印▲４▼）、炉壁に沿って高炉下部から上昇する流れ（図中矢印▲１▼）と、正確に相対して合流するわけではないことから、合流後のガス流れの方向が炉周方向に傾いてしまう結果となり、ガス流れの炉周方向への傾きの大小と対応のある、式（１３）で定義する圧力の空間的勾配ベクトル∠∂P→(i,j,k)|の炉高方向（ｈ軸方向）を基軸に右回りを正として定義した偏角∠∂P→(i,j,k)の絶対値|∠∂P→(i,j,k)|で評価すると、予め指定しておく設定値よりも大きな値の等値線で選択されるコンタ図形領域を融着帯下部相当位置と推定することができる。
【００８３】
さらに、図８（a）に示す如く融着帯根部の下部は、炉芯部から炉壁方向へ融着帯内部のコークススリットを通過して分配される還元ガス（図中矢印▲２▼）の一部が炉壁にぶつかったあと炉壁に沿ってある温度の還元ガス流れとして高炉下部に下降し（図中矢印▲４▼）、一方、炉壁に沿って高炉下部から上昇する別の温度の還元ガス流れ（図中矢印▲１▼）と相対して合流し、逐次、その合流状態が変化することから、合流後の還元ガス温度が逐次大きく変化しており、その変化量の大小と対応のある、式（１６）で定義する温度の時間的勾配ΔTt(i,j,k)の絶対値|ΔTt(i,j,k)|で評価すると、予め指定しておく設定値よりも大きな値の等値線で選択されるコンタ図形領域を融着帯下部相当位置と推定することができる。
【００８４】
一方、図８の（b）は炉芯温度が高く、融着帯の"垂れ下がり部"がレースウエイから十分に離れているため、その結果、羽口から導入される衝風の炉芯方向への透過（図中矢印▲５▼）が支配的となる場合である。
【００８５】
このとき、炉芯部から炉壁方向へ融着帯内部のコークススリットを通過して分配される還元ガス（図中矢印▲６▼）は、コークススリットの通気性が良好に保たれ有効に機能することから図８の（a）の場合と比較してより適正に分配され、かつ炉壁にぶつかったあとも炉壁に沿って高炉上部へ上昇する流れ（図中矢印▲７▼）が支配的となる。
【００８６】
このとき、図８の（b）に示す如く、炉芯部から炉壁方向へ融着帯内部のコークススリットを通過して分配される還元ガス（図中矢印▲６▼）は、コークススリットの通気性が良好に保たれ有効に機能することから適正に分配されて、融着帯根部の上部は、下部と較べてより多くの還元ガスが合流しており、その結果、融着帯根部の上部の方が下部より実効的なガス流量が大きい。
【００８７】
したがって、図８の（b）の場合においても、図８の（a）の場合と同様に、融着帯根部の上部は、炉芯部から炉壁方向へ融着帯内部のコークススリットを通過して分配される還元ガス（図中矢印▲６▼）が合流することによってガス流量（図中矢印▲７▼）が融着帯根部の下部（図中矢印▲８▼）より増大しており、ガス流量の大小と対応のある圧力の空間的勾配ベクトル∂P→(i,j,k)のノルム||∂P→(i,j,k)||で評価すると、予め指定しておく設定値よりも大きい値の等値線で選択されるコンタ図形領域を融着帯上部相当位置と、また、予め指定しておく別の設定値よりも小さい値の等値線で選択されるコンタ図形領域を融着帯下部相当位置と推定することができる。
【００８８】
これまでに、高炉操業時のおける代表的な炉壁近傍の融着帯根部状態の２例である図８の（a）、（ｂ）の場合を用いて、式（１２）、式（１３）で定義する圧力の空間的勾配ベクトル∂P→(i,j,k)のノルム||∂P→(i,j,k)||、偏角∠∂P→(i,j,k)、式（１６）で定義する温度の時間的勾配ΔTt(i,j,k)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コンタ図形又は図形の特徴情報によって、高炉の融着帯根部の上部相当位置、下部相当位置が推定できることを説明した。
【００８９】
さらに、以下において、前記の手法によって得られたコンタ図形又は図形の特徴情報を組み合わせて演算し、該演算結果から得られる図形の特徴情報を用いて、融着帯根部相当位置の上端位置および下端位置を推定し、可視化する手法を説明する。
【００９０】
図９は、融着帯根部の上部相当位置を、式（１２）で定義する圧力の空間的勾配ベクトル∂P→(i,j,k)のノルム||∂P→(i,j,k)||で評価し、予め指定しておく設定値（例えば、０．００４）よりも大きい値の等値線で選択されるコンタ図形領域として推定し、該コンタ図形領域を黒地のハッチング領域として、横軸に炉周方向、縦軸に炉高方向をとった２次元平面に展開した例において示したものである。
【００９１】
また、図９は、融着帯根部の下部相当位置を、式（１２）で定義する圧力の空間的勾配ベクトル∂P→(i,j,k)のノルム||∂P→(i,j,k)||で評価し、予め指定しておく設定値（例えば、０．０００５）よりも小さい値の等値線で選択されるコンタ図形領域として推定し、該コンタ図形領域を白地のハッチング領域として示したものである。
【００９２】
なお、ここで用いた予め指定しておく設定値はある値で正規化した値であり、単位は無次元である。
【００９３】
図９において、融着帯根部の上部相当位置に対応する複数の黒地のハッチング領域の図形の特徴情報、すなわち該ハッチング領域より炉高方向に上に位置する等値線を用いて、図９にU1で示す実曲線を融着帯根部相当位置の上端位置と推定し、可視化することができる。
【００９４】
また、図９において、融着帯根部の下部相当位置に対応する複数の白地のハッチング領域の図形の特徴情報、すなわち該ハッチング領域より炉高方向に下に位置する等値線を用いて、図９にL1で示す実曲線を融着帯根部相当位置の下端位置と推定し、可視化することができる。
【００９５】
図１０は、融着帯根部の下部相当位置を、式（１３）で定義する圧力の空間的勾配ベクトル∂P→(i,j,k)の偏角∠∂P→(i,j,k)の絶対値|∠∂P→(i,j,k)|で評価し、予め指定しておく設定値（例えば、１２０°）よりも大きい値の等値線で選択されるコンタ図形領域として推定し、該コンタ図形領域を黒地のハッチング領域として、横軸に炉周方向、縦軸に炉高方向をとった２次元平面に展開した例において示したものである。
【００９６】
図１０において、融着帯根部の下部相当位置に対応する複数の黒地のハッチング領域の図形の特徴情報、すなわち該ハッチング領域より炉高方向に上に位置する等値線を用いて、図１０にU２で示す実曲線を融着帯根部相当位置の上端位置と推定し、可視化することができる。
【００９７】
また、図１０において、融着帯根部の下部相当位置に対応する複数の黒地のハッチング領域の図形の特徴情報、すなわち該ハッチング領域より炉高方向に下に位置する等値線を用いて、図１０にL２で示す実曲線を融着帯根部相当位置の下端位置と推定し、可視化することができる。
【００９８】
なお、図１０において、図９で示した融着帯根部相当位置の上端位置推定曲線U1、下端位置推定曲線L１を破線であわせて示した。
【００９９】
図１１は、融着帯根部の下部相当位置を、式（１６）で定義する温度の時間的勾配ΔTt(i,j,k)の絶対値|ΔTt(i,j,k)|で評価し、予め指定しておく設定値（例えば、２．０）よりも大きい値の等値線で選択されるコンタ図形領域として推定し、該コンタ図形領域のうち、ΔTt(i,j,k)＞０の領域を黒地のハッチング領域として、ΔTt(i,j,k)＜０の領域を白地のハッチング領域として、横軸に炉周方向、縦軸に炉高方向をとった２次元平面に展開した例において示したものである。
【０１００】
図１１において、融着帯根部の下部相当位置に対応する複数の黒地のハッチング領域の図形の特徴情報、すなわち該ハッチング領域より炉高方向に上に位置する等値線と、複数の白地のハッチング領域の図形の特徴情報、すなわち該ハッチング領域より炉高方向に下に位置する等値線を、該ハッチング領域の重心位置及び面積情報を重み係数として平均化して算出することにより、黒地ハッチング領域と白地ハッチング領域の間を通る、図１１にL3で示す実曲線を融着帯根部相当位置の下端位置と推定し、可視化することができる。
【０１０１】
なお、図１１において、図９で示した融着帯根部相当位置の上端位置推定曲線U1、下端位置推定曲線L１を短い破線で、図１０で示した融着帯根部相当位置の上端位置推定曲線U２、下端位置推定曲線L2を長い破線であわせて示した。
【０１０２】
さらに、図１２を用いて、式（１２）、式（１３）で定義する圧力の空間的勾配ベクトル∂P→(i,j,k)のノルム||∂P→(i,j,k)||、偏角∠∂P→(i,j,k)、式（１６）で定義する温度の時間的勾配ΔTt(i,j,k)を算出し、該算出結果を組み合わせて演算し、該演算結果と前記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て形成される図形又は図形の特徴情報によって、融着帯根部相当位置の上端位置、下端位置を推定し、可視化する手法を説明する。
【０１０３】
図１２は、図９で例示した、式（１２）で定義する圧力の空間的勾配ベクトル∂P→(i,j,k)のノルム||∂P→(i,j,k)||の等値線が形成するコンタ図形領域から推定した融着帯根部相当位置の上端位置U1と下端位置L１を短い破線で、図１０で例示した、式（１３）で定義する圧力の空間的勾配ベクトル∂P→(i,j,k)の偏角∠∂P→(i,j,k)の等値線が形成するコンタ図形領域から推定した融着帯根部相当位置の上端位置U２と下端位置L２を長い破線で、さらに、図１１で例示した、式（１６）で定義する温度の時間的勾配ΔTt(i,j,k)の絶対値|ΔTt(i,j,k)|の等値線が形成するコンタ図形領域から推定した融着帯根部相当位置の下端位置L３を一点鎖線で、合わせて示したものである。
【０１０４】
図１２では、融着帯根部相当位置の上端位置U1、U２の炉高方向の平均値を算出し、該算出結果を融着帯根部相当位置の上端位置U4として図中に太い実曲線で示し、また、融着帯根部相当位置の下端位置L1、L2、L３の炉高さ方向の平均値を算出し、該算出結果を融着帯根部相当位置の下端位置L4として図中に太い実曲線で示した例である。
【０１０５】
図１２では、融着帯根部相当位置の上端位置U4、下端位置L4の算出にあたって、各曲線の炉高方向位置情報の単純な相加平均計算に基づく結果例を示したが、各曲線の炉高さ方向位置の平均値の計算にあたっては、例えば、下記の数７の式（１８）、式（１９）に示すような重みつき平均計算手法など他の平均値計算手法を用いても構わないことは言うまでもない。
【０１０６】
【数７】
0004094290.tif 000008
【０１０７】
ここで、pU(l,i,k)及びpL(l,i,k)は、図１２において、融着帯根部相当位置の上端位置Ul及び下端位置Llの炉周方向離散化座標(i)、離散化時間(k)における重み係数であり、hU(4,i,k)及びhL(4,i,k)は、重みつき平均値計算の結果得られた融着帯根部相当位置の上端位置U4及び下端位置L4の炉高方向の離散化座標である。
【０１０８】
なお、これまでに説明してきた本発明が示す融着帯根部相当位置の推定手法、可視化手法は、各計測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、各計測データの時間的推移に対応して融着帯根部相当位置を逐次推定し、逐次可視化することが可能である。
【０１０９】
（１０．操業予測部）
操業予測部１０における操業予測方法を、次に説明する。これまでに説明してきた本発明が示す手法により、高炉の融着帯根部相当位置と推定し、可視化したコンタ図形領域、例えば、図９、図１０、図１１で例示したハッチング図形領域について、図形及びベクトル特徴情報算出部７は、画像処理を行い、図形及び図形の特徴情報、すなわち、個数、位置、面積、重心、図形の縦横比率、図形内の最大値又は最小値、平均値、分散を算出する。
【０１１０】
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で算出したベクトルに対して数学的演算を行い、ベクトル特徴情報、すなわち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、分散を算出する。
【０１１１】
ここで、図９、図１０、図１１で例示したハッチング図形領域の一つを図形Aとし、図１３を用いて、このコンタ図形領域の重心を用いた操業予測方法を説明する。
【０１１２】
例えば、操業状態を予測するために予め重心位置の上限管理値GAu及び下限管理値GAlを設定しておく。
【０１１３】
操業安定状態においては、図形Aが存在しないか、又は存在してもその重心位置は下限管理値GAl以下である。
【０１１４】
何らかの操業要因の変動により、図形Aが発生し、又はその重心位置が下限管理値GAlを上回った場合、炉壁近傍の融着帯根部相当位置を示す領域が高炉上部に移動していることを示しており、高炉の操業状態が変動したと判断することができる。
【０１１５】
さらに、その重心位置が高炉上部へ移動し、上限管理値GAuを上回った場合は、これはすなわち、高炉の上部管理位置以上において融着帯根部相当位置が存在していることを明示するものであり、その存在から、その後の操業状態において、炉壁近傍の融着帯根部の通気性悪化によるシャフト熱負荷異常等の操業異常が発生すると予測することが可能である。
【０１１６】
また、例えば、時刻ｔにおける図形Aの重心位置GA(t)とその時間的勾配dGA (t)から、ある時間Δｔ後の操業状態、すなわち、Δｔ後の重心位置GA(t+Δt)を、
GA(t+Δt)＝GA(t)＋dGA(t)Δt                            …（２０）
と予測し、このとき、当該図形領域Aが存在しないか、存在しても下限設定値GAl以下、すなわち、
GA(t+Δt)＜GAl                                          …（２１）
であるならば、操業安定状態がΔｔ後においても継続すると予測することが可能である。
【０１１７】
図１３では、本発明が示す手法により得られる図形の特徴情報として、画像処理によって得られる図形Aの重心位置GA(t)の値とその時間的勾配dGA (t)を例に、操業異常の予測が可能であることを示したが、重心位置以外にも画像処理で得られる上述の図形の特徴情報や、その時間的変化率を評価する手法、また図形のいくつかの特徴情報を組み合わせて評価する手法、さらに対象図形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、分散などのベクトル特徴情報を組み合わせて評価する手法も有効である。
【０１１８】
（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。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。
【０１１９】
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。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。
【０１２０】
（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９、図１０、図１１、図１２、図１３で例示した内容を、モニタ等によって画面出力する。
【０１２１】
この場合に、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。その際に、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。
【０１２２】
なお、本実施の形態では、ステーブ温度データとシャフト圧力データを例に本発明の手法を説明したが、本発明の手法は、ステーブ温度データとシャフト圧力データに限定する必要はなく、他の計測データやそれらを組み合わせた手法についても有効であることは言うまでもない。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
【発明の効果】
以上の如く詳述した本発明の手法は、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、各計測データの空間的分布状態や時間的変化を、これらが形成する図形又は図形の特徴情報として表わし、これらを評価することを可能とし、前記２次元平面又は２次元平面で構成される３次元立体の表面上において、圧力の空間的変化率ベクトルのノルムと偏角、温度の時間的勾配を算出し、該算出結果の等値線が形成するコンタ図形領域及び図形特徴情報を用いて融着帯根部相当位置を逐次推定し、逐次可視化することによって、高炉の操業状態の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】空間的に不均等な位置に分布した複数のセンサの計測データの勾配から等値線を探索し、ある等値線によって形成される図形を示す図である。
【図３】等値線算出部において、空間的に不均等な位置に分布した複数のセンサの計測データから等値線を探索する方法の一例として、「四角形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」を説明する図である。
【図４】温度データから空間的勾配を算出する方法を説明する図である。
【図５】圧力データから空間的勾配を算出する方法を説明する図である。
【図６】圧力と圧力の空間的勾配ベクトルの関係を説明する図である。
【図７】温度データから時間的勾配を算出する方法を説明する図である。
【図８】炉壁近傍の融着帯根部を示す図である。
【図９】圧力の空間的勾配ベクトルノルムの等値線が形成するコンタ図形領域を用いて炉壁近傍の融着帯根部相当位置の上部位置及び下部位置を推定し、可視化した図である。
【図１０】圧力の空間的勾配ベクトル偏角の等値線が形成するコンタ図形領域を用いて炉壁近傍の融着帯根部相当位置の上部位置及び下部位置を推定し、可視化した図である。
【図１１】温度の時間的勾配の等値線が形成するコンタ図形領域を用いて炉壁近傍の融着帯根部相当位置の下部位置を推定し、可視化した図である。
【図１２】圧力の空間的勾配ベクトルノルムと偏角、温度の時間的勾配の等値線が形成するコンタ図形領域を組み合わせて用いて炉壁近傍の融着帯根部相当位置の上端位置及び下端位置を推定し、可視化した図である。
【図１３】操業予測部において、コンタ図形領域の特徴情報の時間的推移を用いた操業予測手法を説明する図である。
【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】
0004094290.tif 000009
【図２】
0004094290.tif 000010
【図３】
0004094290.tif 000011
【図４】
0004094290.tif 000012
【図５】
0004094290.tif 000013
【図６】
0004094290.tif 000014
【図７】
0004094290.tif 000015
【図８】
0004094290.tif 000016
【図９】
0004094290.tif 000017
【図１０】
0004094290.tif 000018
【図１１】
0004094290.tif 000019
【図１２】
0004094290.tif 000020
【図１３】
0004094290.tif 000021