CN105308191B - 高炉异常检测方法以及高炉操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供能够早期检测出风口成为关闭状态的异常的高炉异常检测方法以及使用该高炉异常检测方法的高炉操作方法。在高炉(1)的风口(2)附近设置照相机(11)，通过设置于风口(2)的炉内监视用窗(6)来拍摄回旋区。而且，当判定为利用照相机(11)拍摄到的拍摄图像的亮度为阈值S以下且亮度的变化率为阈值R以下(亮度的降低率为阈值以下)时，判断为产生风口部成为关闭状态的异常。

Description

高炉异常检测方法以及高炉操作方法

技术领域

本发明涉及检测高炉[blast furnace]风口[tuyere]部的异常的高炉异常检测方法以及使用该高炉异常检测方法的高炉操作方法。

背景技术

作为现有的高炉操作方法，例如存在专利文献1所记载的技术。在该技术中，在风口部计算未熔融矿石从上方落下的落下次数，调整从炉顶装入的周边部的矿石与焦炭的比率，以使该落下次数为预先设定的基准值以下。此处，在高炉风口部设置照相机，在监视器上计算未熔融矿石的落下次数、或计算图像内亮度的降低次数来作为未熔融矿石的落下次数。

专利文献1：日本特开平5-186811号公报

然而，在上述专利文献1所记载的技术中，对风口部的未熔融矿石的落下进行检测，并非检测风口因熔渣、铁液等的流入而关闭那样的异常。另外，由于仅判定图像内亮度的降低，所以无法与回旋区的温度变化所造成的缓慢的亮度变化分离地检测风口关闭时的急剧的亮度变化。

发明内容

因此，本发明的课题在于提供能够早期地检测风口成为关闭状态的异常的高炉异常检测方法、以及使用该高炉异常检测方法的高炉操作方法。

为了解决上述课题，本发明的高炉异常检测方法的一方式为对高炉的风口部成为关闭状态的异常进行检测的高炉异常检测方法，其特征在于，通过设置于上述风口部的炉内监视用窗来拍摄回旋区(raceway unit)，当拍摄到的拍摄图像的亮度为预先设定的亮度阈值以下且该亮度的降低率为预先设定的亮度降低率阈值以下时，判断为产生所述风口部成为关闭状态的异常。

这样，除了亮度的降低之外，还判定亮度降低率，因此能够进行将回旋区的缓慢的温度变化所造成的亮度变化与风口关闭时的急剧的亮度变化分离的异常判定。

另外，在上述情况中，当从上述拍摄图像的亮度为上述亮度阈值以下且该亮度的降低率为上述亮度降低率阈值以下的时刻起，上述亮度为上述亮度阈值以下的时间持续一定时间时，判断为产生上述风口部成为关闭状态的异常。

其理由在于未熔融矿石落下而粘贴于风口前端部的现象中存在如下情况，即，未熔融矿石在短时间内从风口前端部落下为暂时的风口关闭状态，不需要判定为异常。由此，能够从异常检测对象除去暂时的风口关闭状态，而仅检测更严重的关闭状态。

并且，在上述情况中，优选基于过去的多个点的亮度数据，使用最小二乘法[least-square method]来运算上述亮度的降低率。

由此，能够获得平均的亮度变化率。因此，即便当回旋区的亮度变化在当前时刻与前一取样剧烈的情况下，也不受其上下波动的影响而能够获得适当的亮度变化率。因此，能够抑制异常的过度检测。

另外，在上述中，优选以过去的多个点的亮度数据的平均值为基准，将上述亮度阈值设定为比该平均值小固定比例的值。

这样，以过去的亮度数据的平均值为基准设定亮度阈值，因此即便在亮度整体较低的情况下，也能够适当地检测亮度的降低。

另外，本发明的高炉操作方法的一方式的特征在于，当使用上述的任一高炉异常检测方法检测出异常时，调整向上述风口部的送风量。

这样，在检测出风口成为关闭状态的异常时，能够调整增减对风口的送风量等操作条件。因此，能够适当地实施异常时处理，能够实现稳定的高炉操作。

根据本发明，能够与回旋区的温度变化所造成的缓慢的亮度降低分离，而仅以急剧的亮度降低为对象进行检测。由此，能够早期且精度良好地检测出风口成为关闭状态的异常。

另外，在判断为产生上述异常时，调整操作条件，因此能够避免炉内物从风口部喷出等之类的严重的情况，从而能够在安全性与设备维修成本方面获得效果。

附图说明

图1是应用了本实施方式的高炉操作方法的高炉的整体图。

图2是表示照相机的设置位置的图。

图3是表示利用照相机拍摄到的图像的例子的图。

图4是表示异常检测处理顺序的流程图。

图5是表示包含未熔融矿石落下现象的时间的亮度变化的图。

图6是表示不包含未熔融矿石落下现象的时间的亮度变化的图。

图7是表示亮度变化率的图。

图8是表示包含未熔融矿石落下现象的时间的亮度变化与亮度阈值的图。

图9是表示包含未熔融矿石落下现象的时间的异常判定结果的图。

图10是表示不包含未熔融矿石落下现象的时间的亮度变化与亮度阈值的图。

图11是表示不包含未熔融矿石落下现象的时间的异常判定结果的图。

图12是表示第二实施方式的异常检测处理顺序的流程图。

图13是表示第二实施方式的包含未熔融矿石落下现象的时间的异常判定结果的图。

具体实施方式

以下，根据附图对本发明的实施方式进行说明。

(第一实施方式)

图1是应用了本实施方式的高炉操作方法的高炉的整体图。

如该图1所示，在高炉1的风口2的内侧连接有用于向炉内输送来自热风炉的热风的送风管(吹管：blowpipe)3，喷枪(lance)4贯通该送风管3而设置。从喷枪4向炉内吹入煤粉、氧气、城市煤气等燃料。

在风口2的热风输送方向前方的焦炭堆积层存在被称为回旋区5的燃烧空间，主要在该燃烧空间内进行焦炭燃烧、气化(铁矿石的还原，即制造生铁)。

另外，如图2所示，在风口部形成有用于供操作人员监视炉内的炉内监视用窗6。而且，在炉内监视用窗6附近设置有用于通过该炉内监视用窗6来拍摄回旋区5的照相机11。

图3是表示利用照相机11拍摄到的图像的例子的图。如该图3所示，在拍摄图像中，在与构成风口2的小风口2a的前端开口部相当的圆形状内侧拍摄到回旋区5与喷枪4的剪影(silhouette)。

利用照相机11拍摄到的回旋区的拍摄图像被输入异常检测部12。异常检测部12使用利用照相机11拍摄到的拍摄图像来检测风口2关闭那样的异常。

未熔融矿石因回旋区5破坏而落下。此时，存在一部分的未熔融矿石附着于风口2的前端而成为将风口2关闭的风口关闭状态的情况。另外，该风口关闭状态也能因熔渣、铁液等流入而引起。而且，在成为风口关闭状态的情况下，产生拍摄图像内的亮度急剧下降的现象。

因此，异常检测部12通过监视风口内部的图像的亮度急剧地降低的现象，来检测风口成为关闭状态的异常。异常检测部12的检测结果显示于监视器13而通知操作人员。

另外，异常检测部12的异常检测结果也输入操作条件调整部14。若通过异常检测部12检测出风口成为关闭状态的异常，则操作条件调整部14调整增减吹入炉内的热风的量等高炉操作条件。

图4是表示由异常检测部12执行的异常检测处理顺序的流程图。该异常检测处理每隔规定时间反复执行，首先，在步骤S1中，异常检测部12获取利用照相机11拍摄到的拍摄图像。

接下来，在步骤S2中，异常检测部12针对在上述步骤S1中获取的拍摄图像(灰度)选择图像内的最大亮度，将其作为图像内的亮度的代表值(代表亮度)。

接下来，在步骤S3中，异常检测部12使用在上述步骤S2中选择出的代表亮度的时间序列数据，求取该代表亮度的变化率(亮度变化率)。此处，使用过去的多个(M点)数据求取通过最小二乘法拟合(fitting)而得的直线，并采用该直线的斜率作为亮度变化率。

接下来，在步骤S4中，异常检测部12判定在上述步骤S3中运算出的亮度变化率是否为预先设定的阈值R以下。此处，阈值R为负值，例如设定为－10。即，此处，判定亮度的降低率是否为预先设定的亮度降低率阈值以下。而且，在判定为亮度变化率为阈值R以下的情况下，移至步骤S5。

在步骤S5中，异常检测部12判定在上述步骤S2中选择出的代表亮度(最大亮度)是否为预先设定的阈值(亮度阈值)S以下。此处，阈值S设定为比例如针对在过去的规定时间(例如10分钟)获取的代表亮度取移动平均(moving average)的结果小的值(例如乘以0.7的值)。而且，在判定为阈值S以下的情况下，移至步骤S6。

在步骤S6中，异常检测部12在判断为产生风口成为关闭状态的异常(检测出异常)后，结束异常检测处理。

另一方面，若判定为在上述步骤S4中亮度变化率超过阈值R，或判定为在上述步骤S5中代表亮度超过阈值S，则移至步骤S7，在判断为在风口部未产生异常(未检测出异常)后，结束异常检测处理。

以下，使用具体的例子对风口部的异常检测处理进行说明。

首先，异常检测部12先获取利用设置于特定的风口2的照相机11拍摄到的回旋区的拍摄图像(图4的步骤S1)，接下来选择获取的拍摄图像内的最大亮度(步骤S2)。

此时，包含未熔融矿石落下的现象的时间内的最大亮度的时间序列数据如图5所示。图5的数据是以取样周期0.3秒获取的60秒内的最大亮度数据。另外，此处的亮度是将利用照相机11拍摄到的灰度图像以256灰度来表示在白与黑之间。如该图5的虚线A所包围的部分所示，在未熔融矿石落下的时间内，亮度急剧地降低。另一方面，不包含未熔融矿石落下的现象的时间内的最大亮度的时间序列数据如图6所示。在不包含未熔融矿石落下现象的情况下，因回旋区5的温度变化、隔离炉内与照相机11的玻璃的起雾等，图像内亮度整体缓慢地变化。

这样，即便在未熔融矿石未落下的情况下，也产生亮度的降低。因此，若欲仅针对亮度的降低应用阈值处理来判定风口成为关闭状态的异常，则回旋区的温度变化所引起的缓慢的亮度降低也同时被检测为异常，因此由于过度检测而无法正确地检测出风口2的关闭所导致的亮度降低现象。因此，在本实施方式中，除了针对亮度的降低的阈值处理之外，针对亮度的变化率也进行阈值处理，由此进行异常判定。即，当亮度降低时，仅在亮度的降低率较小的情况下，判断为产生风口2的关闭所导致的亮度降低现象。

此时，作为亮度的变化率，采用针对过去M点的最大亮度数据通过最小二乘法进行直线拟合时的直线的斜率。

然而，作为求取亮度的变化率的方法，取当前的数据与前一个点(前一取样)的数据的差分的方法最简单。图7下部的附图标记a为以图7上部的亮度变化为基础通过取差分的方法求取亮度变化率的结果。

这样，在使用差分的情况下，若各时间的亮度变化剧烈，则亮度变化率也同样剧烈变化。因此，如附图标记B所包围的部分所示，无法捕捉附图标记A所包围的未熔融矿石落下现象产生时的亮度变化。即，若采用差分来作为亮度变化率，则难以仅检测出成为对象的亮度降低。

与此相对，在采用通过最小二乘法进行直线拟合时的直线的斜率来作为亮度变化率的情况下，亮度变化率如图7下部的附图标记b所示。在该情况下，能够抑制周期较短的细微的亮度变化的影响，如附图标记B所包围的部分所示，能够确切地捕捉附图标记A所包围的未熔融矿石落下现象产生时的亮度变化。

因此，异常检测部12针对拍摄图像内的代表亮度(最大亮度)与使用最小二乘法运算出的亮度变化率分别实施阈值处理。而且，在判定为代表亮度与亮度变化率为各自的阈值S、R以下时(在步骤S4中为是，在步骤S5中为是)，判断为产生可能成为风口关闭状态的急剧的亮度的降低(步骤S6)。

此处，阈值S以过去的多个点的亮度数据的移动平均值为基准，设定为比该移动平均值小固定比例的值(例如，阈值S为移动平均值的30％～70％的范围的值)。当前时刻的时间平均亮度由回旋区的温度决定。另一方面，在产生风口关闭的情况下，相对于当前时刻的亮度，亮度降低。因此，若使用固定的阈值来判定亮度降低，则在从具有阈值S以下的平均亮度的状态产生风口关闭的情况下，无法检测出亮度的降低现象。因此，将阈值S设为动态的值，从而即便在整体亮度较低的情况下，也能够适当地检测出亮度的急剧的降低。

而且，若对图5所示的包含未熔融矿石落下现象的亮度数据进行上述的异常判定，则代表亮度在图8的时间t1为阈值S以下，此时的亮度变化率也为阈值R以下。因此，此时，如图9所示，在时间t1判断为检测出异常(＝1)。

另一方面，在对图6所示的未包含未熔融矿石落下现象的亮度数据进行异常判定的情况下，如图10所示，存在代表亮度与回旋区的温度变化对应地成为阈值S以下的情况，但此时的亮度变化率不成为阈值R以下。因此，如图11所示，判断为未检测出异常(＝0)。

如以上那样，在本实施方式中，利用照相机11拍摄回旋区，并针对该拍摄图像内的亮度以及亮度变化率实施阈值处理，因此能够将回旋区的缓慢的温度变化所造成的亮度变化与风口关闭时的急剧的亮度变化分离而进行异常判定。

此时，使用过去M点的多个亮度数据求取通过最小二乘法拟合的直线，采用该直线的斜率来作为亮度变化率，因此对数据进行平均化，从而能够获得适合阈值处理的稳定的亮度变化率。

另外，在针对亮度的阈值处理时，将相对于使用过去的亮度数据的平均亮度为某一比例的值设定为阈值。这样，通过动态地设定阈值，从而能够提高异常判定精度。

并且，以拍摄图像内的最大亮度为代表亮度，并使用该代表亮度进行阈值处理，因此能够实现信号处理的高速化。另外，拍摄图像中的小风口2a的前端开口部的面积会因每个风口的个体差、照相机11的安装状态等而变化，因此例如在拍摄图像内的平均亮度中，大幅受到剪影的黑色部分的影响，从而并不适合作为代表亮度，但如本实施方式那样，使代表亮度为拍摄图像内的最大亮度，从而能够适当地监视图像内亮度的变化。

另外，在检测出风口成为关闭状态的异常的情况下，能够调整操作条件，如增加热风的送风量来除去粘附于风口前端的未熔融矿石等、或减少热风的送风量来确保安全性等。

这样，能够早期检测出风口关闭现象，适当地实施异常时处理，因此能够防止炉内物从风口部喷出等之类的严重事故，能够在安全性与设备维修成本方面获得效果。

(第二实施方式)

接下来，对本发明的第二实施方式进行说明。

该第二实施方式在异常判定时，将亮度降低的持续时间加入评价中。

图12为表示由第二实施方式的异常检测部12执行的异常检测处理顺序的流程图。该异常检测处理除了增加了步骤S11的处理之外，进行与图4的异常检测处理相同的处理。因此，此处，以处理不同的部分为中心进行说明。

在步骤S11中，异常检测部12判定亮度为阈值S以下的时间是否持续一定时间T。一定时间T是为在检测出异常后来得及进行高炉操作的动作变更的时间，在几秒～10分左右之间进行设定，此处，例如为10秒。

而且，在判定为亮度为阈值S以下的时间未达到一定时间T的情况下，移至上述步骤S5，在判定为达到一定时间T的情况下，移至上述步骤S6。

由此，例如在未熔融矿石落下而暂时成为风口关闭状态的情况下，从在图8的时间t1亮度为阈值S以下且亮度变化率为阈值R以下起经过一定时间T之前，未熔融矿石从风口部剥落，而亮度超过阈值S，因此判断为未产生风口成为关闭状态的异常。即，如图13所示，异常判定结果为未检测出异常(＝0)，而能够从异常检测对象除去未熔融矿石在短时间内落下的现象。

未熔融矿石的落下现象在长时间粘附于小风口2a的前端的情况下，也导致风口关闭状态，但通常的未熔融矿石的落下在短时间内落下因此可以从异常检测对象除去的情况较多。从亮度与亮度变化率为各自的阈值S、R以下起，仅在亮度为阈值S以下的时间持续一定时间T的情况下，判定为异常，从而能够可靠地仅检测出风口成为关闭状态的情况。

这样，引起严重事故的几率小的在短时间内落下的未熔融矿石落下现象从判定中除去，从而能够抑制过度检测，能够无需采取无益的操作动作而抑制操作成本。

(变形例)

此外，在上述各实施方式中，对使用最小二乘法求取亮度变化率的情况进行了说明，但只要是能够求取平均的亮度变化率的方法，则能够将其代替而应用。

符号说明

1…高炉；2…风口；3…送风管；4…喷枪；5…回旋区；6…炉内监视用窗；11…照相机；12…异常检测部；13…监视器；14…操作条件调整部。

Claims (4)

1.一种高炉异常检测方法，对高炉的风口部成为关闭状态的异常进行检测，

所述高炉异常检测方法的特征在于，

通过设置于所述风口部的炉内监视用窗来拍摄回旋区，当从拍摄到的拍摄图像的亮度为预先设定的亮度阈值以下且该亮度的降低率为预先设定的亮度降低率阈值以下的时刻起，所述亮度为所述亮度阈值以下的时间持续一定时间时，判断为产生所述风口部成为关闭状态的异常。

2.根据权利要求1所述的高炉异常检测方法，其特征在于，

基于过去的多个点的亮度数据，使用最小二乘法来运算所述亮度的降低率。

3.根据权利要求1或2所述的高炉异常检测方法，其特征在于，

以过去的多个点的亮度数据的移动平均值为基准，将所述亮度阈值设定为比该移动平均值小固定比例的值。

4.一种高炉操作方法，其特征在于，

当使用权利要求1～3中任一项所述的高炉异常检测方法检测出异常时，调整向所述风口部的送风量。