JP2013234229A - Method for estimating force for pushing-out coke and method for operating coke oven - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、コークス炉からコークスを押し出す際に必要な押出力を推定するコークスの押出力推定方法、およびコークス炉からコークスを押し出すか否かを判断するコークス炉の操業方法に関するものである。 The present invention relates to a coke force estimation method for estimating the force required to push coke from a coke oven, and a coke oven operation method for determining whether or not coke is pushed from a coke oven.
コークス炉は、燃焼室を介して交互に配列される複数の炭化室に順次石炭を装入し、各炭化室において１１００℃前後の高温で石炭の乾留を行い、乾留によって生成されたコークスを押出機によって各炭化室から押し出すことにより、コークスを製造する設備である。炭化室は、例えば幅が約０．３〜０．６ｍ、高さが約４〜８ｍ、長さが約１０〜２０ｍの密閉された炉であり、この炭化室に石炭が装入される。燃焼室は、例えば幅が約０．５〜１ｍであり高さおよび長さが炭化室とほぼ同一の大きさの炉であり、内部にガスを燃焼させることができるバーナー構造などが設置されている。すなわち、コークス炉は、燃焼室の内部でガスを燃焼させることにより発生した熱により、炭化室に装入された石炭を乾留する構成である。 The coke oven sequentially charges coal into a plurality of carbonization chambers arranged alternately via combustion chambers, performs coal carbonization at a high temperature of about 1100 ° C. in each carbonization chamber, and extrudes coke produced by the carbonization. This is a facility for producing coke by extruding from each carbonization chamber by a machine. The carbonization chamber is, for example, a closed furnace having a width of about 0.3 to 0.6 m, a height of about 4 to 8 m, and a length of about 10 to 20 m, and coal is charged into the carbonization chamber. The combustion chamber is, for example, a furnace having a width of about 0.5 to 1 m and a height and length that is almost the same as that of the carbonization chamber, and is provided with a burner structure that can burn gas inside. Yes. That is, the coke oven is configured to dry-distill the coal charged into the carbonization chamber with heat generated by burning gas inside the combustion chamber.
コークス炉の操業において一定の稼動率を維持するためには、乾留によって生成されたコークスを炭化室から押出す作業をいかにスムーズに実行するかが鍵となる。一部の炭化室でコークスの押詰まりが発生し、補修のために燃焼室の温度を下げると、隣接する炭化室の温度が低下し、さらにその温度低下が周囲の炭化室に伝搬していくという悪循環が生じ、コークス炉全体の稼働率および生産性に多大な悪影響が及ぼされるからである。 In order to maintain a constant operation rate in the operation of the coke oven, the key is how smoothly the operation of extruding the coke produced by dry distillation from the carbonization chamber is performed. Coke clogging occurs in some carbonization chambers, and when the temperature of the combustion chamber is lowered for repair, the temperature of the adjacent carbonization chamber decreases, and the temperature decrease propagates to the surrounding carbonization chambers. This is because a vicious cycle occurs, and the operation rate and productivity of the entire coke oven are greatly affected.
そこで、コークス炉の操業における装炭、乾留、および押出などの作業のスケジュールは厳密に管理されている。コークスの押詰まりを発生させないためには、炭化室内石炭の乾留が完全に終了している必要があるからである。炭化室内の石炭（およびコークス）の特性は、乾留末期において、それまでの膨張方向から固化収縮方向に変化し、その後の置時間と呼ばれる数時間の間も収縮を続ける。コークス炉の操業における押出作業は、この収縮が十分に行われてから行うことにより、コークスを炭化室から押出す際の抵抗が減少し、押出しの際に詰まることなく排出可能となる。 Therefore, work schedules such as coal loading, carbonization, and extrusion in the operation of the coke oven are strictly managed. This is because in order not to cause clogging of coke, it is necessary to complete the carbonization of the carbonization chamber coal. The characteristics of the coal (and coke) in the carbonization chamber change from the expansion direction until then to the solidification contraction direction at the end of the dry distillation, and continue to contract for several hours, which is referred to as the setting time thereafter. When the extrusion operation in the operation of the coke oven is performed after the shrinkage is sufficiently performed, the resistance when the coke is extruded from the carbonization chamber is reduced, and the coke oven can be discharged without being clogged during the extrusion.
一方、コークス炉では、稼動年数が長くなるにつれて、炭化室の炉壁に凹凸形状が生じる。この凹凸形状は、炭化室とコークスとの間の摩擦抵抗を増大し、スムーズな押出しを阻害する。従って、炭化室の炉壁の凹凸形状を監視することは極めて重要であるとされている。 On the other hand, in a coke oven, an uneven shape is generated on the furnace wall of the carbonization chamber as the operating years become longer. This uneven shape increases the frictional resistance between the carbonization chamber and the coke and inhibits smooth extrusion. Therefore, it is considered to be extremely important to monitor the uneven shape of the furnace wall of the carbonization chamber.
特許文献１には、炉壁に付着したカーボンがコークスと炉壁との間の摩擦力に影響することに着目して、炉壁に付着するカーボンの量を推定し、推定結果に基づいて炭化室からコークスを押し出す際の押出力を推定する方法が記載されている。また、特許文献２には、石炭の配合を調整することによって炉壁とコークスとの間の間隙（クリアランス）を広げることにより、コークスと炉壁との間の摩擦力を抑制する方法が記載されている。 In Patent Document 1, focusing on the fact that carbon adhering to the furnace wall affects the frictional force between the coke and the furnace wall, the amount of carbon adhering to the furnace wall is estimated, and carbonization is performed based on the estimation result. A method for estimating the pushing force when coke is pushed out of a chamber is described. Patent Document 2 describes a method of suppressing the frictional force between the coke and the furnace wall by widening the gap (clearance) between the furnace wall and the coke by adjusting the blending of coal. ing.
上記のように、コークスを押出す際の押詰りを回避し、効率的なコークス炉操業を行なうためには、炭化室の炉壁の凹凸形状を監視することが極めて重要である。しかしながら、例えば１０ｃｍ間隔で炭化室の炉壁の凹凸形状を計測した場合であっても、炭化室の１壁あたり１万点オーダーの計測点となってしまう。そのため、炭化室の炉壁の凹凸形状を計測したデータを、コークスの押出力を推定する因子として単純に利用することは、事実上不可能である。 As described above, in order to avoid clogging when extruding coke and perform efficient coke oven operation, it is extremely important to monitor the uneven shape of the furnace wall of the carbonization chamber. However, for example, even when the uneven shape of the furnace wall of the carbonization chamber is measured at intervals of 10 cm, the measurement points are in the order of 10,000 points per wall of the carbonization chamber. Therefore, it is virtually impossible to simply use the data obtained by measuring the uneven shape of the furnace wall of the carbonization chamber as a factor for estimating the coke pushing force.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、炭化室の炉壁の凹凸形状を計測した多数の計測点から成るデータから、炭化室のコークスの押出力を推定する際の説明因子を抽出し、コークスの押詰まりの抑制に供するコークスの押出力推定方法およびコークス炉の操業方法を提供することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to estimate the coking force of the coke in the coking chamber from data consisting of a large number of measurement points obtained by measuring the uneven shape of the furnace wall of the coking chamber. It is to provide a method for estimating coke force output and a method for operating a coke oven, which are used to extract explanatory factors at the time and to suppress coke clogging.
上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるコークスの押出力推定方法は、コークス炉の炭化室から乾留終了後のコークスを押出す際の押出力を推定するコークスの押出力推定方法であって、予め計測した前記炭化室の多数の炉壁凹凸計測データから統計的手法により算出された基準凹凸形状データを参照するステップと、実際に計測した前記炭化室の炉壁凹凸計測データから前記基準凹凸形状データに基づいて前記炉壁凹凸計測データの代表指標を抽出するステップと、前記代表指標をコークスの押出力の推定式の説明因子に反映させるステップと、前記代表指標を反映させた推定式によりコークスの押出力を推定するステップとを含むことを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the method for estimating coke force output according to the present invention is a coke force output for estimating coke force when extruding coke after completion of dry distillation from a coking chamber of a coke oven. An estimation method, a step of referring to standard uneven shape data calculated by a statistical method from a number of furnace wall unevenness measurement data of the carbonization chamber measured in advance, and the actual measurement of the furnace wall unevenness of the carbonization chamber Extracting a representative index of the furnace wall unevenness measurement data from the data based on the reference uneven shape data, reflecting the representative index in an explanatory factor of an estimation formula of coke pushing force, and reflecting the representative index And a step of estimating a coke pushing force by the estimated equation.
上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるコークス炉の操業方法は、コークス炉の炭化室から乾留終了後のコークスを押し出すか否かを判断するコークス炉の操業方法であって、予め計測した前記炭化室の多数の炉壁凹凸計測データから統計的手法により算出された基準凹凸形状データを参照するステップと、実際に計測した前記炭化室の炉壁凹凸計測データから前記基準凹凸形状データに基づいて前記炉壁凹凸計測データの代表指標を抽出するステップと、前記代表指標をコークスの押出力の推定式の説明因子に反映させるステップと、前記代表指標を反映させた推定式によりコークスの押出力を推定するステップと、前記推定されたコークスの押出力が所定の範囲であるか否かにより、前記コークスの押出作業の可否を判定するステップとを含むことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the coke oven operating method according to the present invention is a coke oven operating method for determining whether or not to push coke after completion of dry distillation from the coking chamber of the coke oven. A step of referring to standard uneven shape data calculated by a statistical method from a number of furnace wall unevenness measurement data of the carbonization chamber measured in advance, and the reference from the actually measured furnace wall unevenness measurement data of the carbonization chamber Extracting the representative index of the furnace wall unevenness measurement data based on the uneven shape data, reflecting the representative index in the explanatory factor of the estimation formula of the coke pushing force, and the estimation formula reflecting the representative index The coke pushing force is estimated by the step of determining the coke pushing force and whether the estimated coke pushing force is within a predetermined range. Characterized in that it comprises the steps of: a constant.
本発明にかかるコークスの押出力推定方法によれば、炭化室の炉壁の凹凸形状を計測した多数の計測点から成るデータより、炭化室のコークスの押出力を推定する際の説明因子を抽出し、コークスの押詰まりの抑制に供するコークスの押出力を推定することができる。また、炭化室の炉壁の凹凸形状を計測した多数の計測点から成るデータより、炭化室のコークスの押出力を推定する際の説明因子を抽出してコークスの押出力を推定することにより、コークスの押詰まりが発生するのを抑制できる。 According to the method for estimating the coke force output of the present invention, the explanatory factors for estimating the coke force output of the coking chamber are extracted from data consisting of a large number of measurement points obtained by measuring the uneven shape of the furnace wall of the coking chamber. In addition, it is possible to estimate the coke pushing force used to suppress coke clogging. In addition, from the data consisting of a large number of measurement points that measured the uneven shape of the furnace wall of the coking chamber, by extracting the explanatory factors when estimating the coke pushing force of the coking chamber, by estimating the coke pushing force, Coke clogging can be suppressed.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態にかかるコークスの押出力推定方法およびコークス炉の操業方法について説明する。 Hereinafter, a coke pushing force estimation method and a coke oven operation method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
〔コークス炉の構成〕
始めに、図１および２を参照して、本発明の実施形態にかかるコークスの押出力推定方法およびコークス炉の操業方法の対象となるコークス炉の構成について説明する。ただし、本発明の実施形態にかかるコークスの押出力推定方法およびコークス炉の操業方法の対象となるコークス炉は、図１および２に示す構成に限定されることはない。
[Composition of coke oven]
First, with reference to FIGS. 1 and 2, a configuration of a coke oven that is a target of a coke pushing force estimation method and a coke oven operation method according to an embodiment of the present invention will be described. However, the coke oven that is the target of the coke pushing force estimation method and the coke oven operation method according to the embodiment of the present invention is not limited to the configuration shown in FIGS.
図１は、本発明の実施形態にかかるコークスの押出力推定方法およびコークス炉の操業方法の対象となるコークス炉１の構成を示す斜視図である。図１に示すように、コークス炉１は、複数の炭化室２および燃焼室３を有する。炭化室２と燃焼室３とは、交互に配置され、燃焼室３の内部で燃焼ガスを燃焼させて発生した熱により、炭化室２に装入された石炭が乾留される構成となっている。 FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a coke oven 1 that is a target of a coke pushing force estimation method and a coke oven operation method according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the coke oven 1 has a plurality of carbonization chambers 2 and combustion chambers 3. The carbonization chamber 2 and the combustion chamber 3 are alternately arranged, and the coal charged in the carbonization chamber 2 is dry-distilled by the heat generated by burning the combustion gas inside the combustion chamber 3. .
各炭化室２の天井部には、上昇管４および装炭口５が形成されている。複数の装炭口５は、コークス炉１の上部を走行する装炭車６によって運ばれた石炭を炭化室２内に装入するためのものである。上昇管４は、炭化室２内で乾留中の石炭から発生する副生ガスを回収する回収ラインである。なお、上昇管４により回収された副生ガスは、不純物を除去された後、燃焼室３で用いられる燃焼ガスまたは製鉄所内の他の加熱炉で用いられる燃焼ガスとして用いられる。 A rising pipe 4 and a coal opening 5 are formed at the ceiling of each carbonization chamber 2. The plurality of coal charging ports 5 are for charging the coal carried by the coal loading vehicle 6 traveling on the upper part of the coke oven 1 into the carbonizing chamber 2. The ascending pipe 4 is a recovery line that recovers by-product gas generated from the coal being carbonized in the carbonization chamber 2. The by-product gas recovered by the riser 4 is used as a combustion gas used in the combustion chamber 3 or a combustion gas used in another heating furnace in the ironworks after impurities are removed.
押出機７は、乾留後のコークスを炭化室２から押し出す装置である。押出機７には、押出ラム８が備えられ、この押出ラム８を炭化室２の入側窯口９に装入することにより、炭化室２内の赤熱コークスが出側窯口より押し出される。なお、本発明の実施形態にかかるコークスの押出力推定方法では、コークスの押出力の指標として、押出機７の押出ラム８の駆動モータに流れる電流値を用いる。押出機７の押出ラム８の駆動モータに流れる電流値は、押出ラム８の駆動モータの発生トルクに比例し、押出ラム８の駆動モータの発生トルクは、コークスが炭化室２から押出される際のコークスと炉壁との摩擦力によって発生する押出反力に直接的に対応するからである。また、コークスの押出力は、押出作業中に一定ではないが、押出力の最大値が直接的にコークスの押詰まりに関係する。よって、以下では、単にコークスの押出力と記載されていても、それは押出作業中におけるコークスの押出力の最大値を意味するものとする。 The extruder 7 is a device that extrudes coke after dry distillation from the carbonization chamber 2. The extruder 7 is provided with an extrusion ram 8, and when the extrusion ram 8 is charged into the inlet side kiln 9 of the carbonization chamber 2, the red hot coke in the carbonization chamber 2 is pushed out from the outlet side kiln. In the coke pushing force estimation method according to the embodiment of the present invention, the value of the current flowing through the drive motor of the extrusion ram 8 of the extruder 7 is used as an index of coke pushing force. The value of the current flowing through the drive motor of the extrusion ram 8 of the extruder 7 is proportional to the torque generated by the drive motor of the extrusion ram 8, and the torque generated by the drive motor of the extrusion ram 8 is determined when coke is extruded from the carbonization chamber 2. This is because it directly corresponds to the extrusion reaction force generated by the frictional force between the coke and the furnace wall. Further, the coke force is not constant during the extrusion operation, but the maximum value of the force is directly related to the coke clogging. Therefore, in the following, even if it is simply described as coke force, it means the maximum value of coke force during extrusion.
上述のように、押出機７により炭化室２から押し出されたコークスは、その後、ガイド車１０を経て消火車１１に受け渡され、消火車１１によって搬出される。 As described above, the coke pushed out from the carbonization chamber 2 by the extruder 7 is then delivered to the fire extinguisher 11 through the guide car 10 and carried out by the fire extinguisher 11.
図２は、本発明の実施形態であるコークスの押出力推定方法およびコークス炉の操業方法の対象となるコークス炉１の炭化室の構成を示す鉛直断面図である。図２に示されるように、炭化室２は、鉛直方向に高い形状をしており、両側に設けられた燃焼室３から加熱される構造である。 FIG. 2 is a vertical cross-sectional view showing a configuration of a coking chamber of a coke oven 1 that is an object of a coke pushing force estimation method and a coke oven operation method according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the carbonization chamber 2 has a shape that is high in the vertical direction and is heated from the combustion chambers 3 provided on both sides.
炭化室２は、例えば幅が約０．３〜０．６ｍ、高さが約４〜８ｍ、長さが約１０〜２０ｍの密閉された炉であり、この炭化室２に石炭が装入される。燃焼室３は、例えば幅が約０．５〜１ｍであり高さおよび長さが炭化室２とほぼ同一の大きさの炉であり、内部にガスを燃焼させることができるバーナー構造などが設置されている。図２に示されるコークス炉は、燃焼室３の内部でガスを燃焼させることにより発生した熱により、炭化室２に装入された石炭が乾留される構成である。 The carbonization chamber 2 is a closed furnace having, for example, a width of about 0.3 to 0.6 m, a height of about 4 to 8 m, and a length of about 10 to 20 m, and coal is charged into the carbonization chamber 2. The The combustion chamber 3 is, for example, a furnace having a width of about 0.5 to 1 m and a height and length almost the same as those of the carbonization chamber 2, and has a burner structure or the like capable of burning gas inside. Has been. The coke oven shown in FIG. 2 is configured such that the coal charged in the carbonization chamber 2 is dry-distilled by heat generated by burning gas inside the combustion chamber 3.
図２に示されるように、炭化室２と燃焼室３とは、耐熱レンガ１２によって隔てられている。また、乾留後のコークスＣと耐熱レンガ１２との間には、コークスＣの収縮によって発生した間隙が存在している。炭化室２からコークスＣが押出される際に、コークスＣが耐熱レンガ１２と接触せずに押出すことができればよいのだが、実際にはコークスＣが耐熱レンガ１２と接触し、コークスＣの押出しに摩擦力が発生する。この際、耐熱レンガ１２の表面に凹凸形状がある場合、コークスＣの押出しの摩擦力がさらに増加する。これゆえに、コークスＣを押出す際の押詰りを回避し、効率的なコークス炉操業を行なうためには、炭化室２の炉壁の凹凸形状を監視することが極めて重要である。 As shown in FIG. 2, the carbonization chamber 2 and the combustion chamber 3 are separated by a heat-resistant brick 12. Further, a gap generated by the shrinkage of the coke C exists between the coke C after the dry distillation and the heat-resistant brick 12. When coke C is extruded from the carbonization chamber 2, it is only necessary that the coke C can be extruded without contacting the heat-resistant brick 12, but actually the coke C contacts the heat-resistant brick 12 and the coke C is extruded. Frictional force is generated. Under the present circumstances, when the surface of the heat-resistant brick 12 has an uneven | corrugated shape, the frictional force of extrusion of the coke C increases further. Therefore, in order to avoid clogging when extruding the coke C and perform efficient coke oven operation, it is extremely important to monitor the uneven shape of the furnace wall of the carbonization chamber 2.
一方、炭化室２の炉壁の凹凸形状を監視しても、その炉壁の凹凸形状を計測したデータは、あまりにも計測点が多いので、炭化室２の炉壁の凹凸形状を計測したデータを、コークスＣの押出力を推定する因子として単純に利用することは事実上不可能である。 On the other hand, even if the uneven shape of the furnace wall of the carbonization chamber 2 is monitored, the data measuring the uneven shape of the furnace wall has too many measurement points. Is simply impossible to use as a factor for estimating the pushing force of coke C.
そこで、本発明の実施形態にかかるコークスの押出力推定方法およびコークス炉の操業方法では、コークスの押出力推定の拠り所として重要であるが、計測点が１万点オーダーにもなってしまう炉壁凹凸計測データを数点の代表指標として変換および抽出することを考える。すなわち、変換後の数点の代表指標が、元の１万点オーダーの炉壁凹凸計測データと同程度の情報価値を備えるように情報抽出を行う。以下では、この情報抽出について説明を行う。 Therefore, in the method for estimating the coke force output and the method for operating the coke oven according to the embodiment of the present invention, it is important as a base for estimating the coke force output, but the furnace wall has a measuring point on the order of 10,000 points. Consider converting and extracting unevenness measurement data as several representative indices. That is, information extraction is performed so that several representative indices after conversion have the same information value as the original 10,000-order furnace wall unevenness measurement data. Hereinafter, this information extraction will be described.
〔炉壁凹凸計測データの代表指標〕
図３は、本発明の実施形態の説明に用いる炉壁凹凸計測データの例およびその炉壁凹凸形状計測エリアを示す図である。図３に示されるように、本発明の実施形態の説明に用いる炉壁凹凸計測データの例は、炭化室２の入側窯口付近における高さ４ｍ×奥行き４ｍの領域について、１０ｃｍ間隔で炉壁凹凸形状を計測したデータである。図３に示されるグラフは、測定された炉壁の凹凸量を適当な数値を定めて規格化し、３Ｄ等高線グラフとして表示したものであり、紙面横方向が炭化室２の奥行き方向（左側が出側窯口、右側が入側窯口方向）であり、紙面縦方向が炭化室２の高さ方向（上側が実際の上方向）を表す。
[Representative index of measurement data for furnace wall irregularities]
FIG. 3 is a diagram showing an example of furnace wall unevenness measurement data and its furnace wall unevenness shape measurement area used for explaining the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the example of the furnace wall unevenness measurement data used for the description of the embodiment of the present invention is a furnace at intervals of 10 cm in a region of 4 m in height and 4 m in depth in the vicinity of the entrance side of the carbonization chamber 2. It is the data which measured wall unevenness shape. The graph shown in FIG. 3 is obtained by standardizing the measured amount of unevenness of the furnace wall by determining an appropriate value and displaying it as a 3D contour graph. The horizontal direction on the paper surface is the depth direction of the carbonization chamber 2 (the left side is the output). The vertical side of the paper represents the height direction of the carbonization chamber 2 (the upper side is the actual upward direction).
上記領域の炉壁凹凸計測データは、高さ４ｍ×奥行き４ｍの領域を１０ｃｍ間隔で計測したものであるので、４０×４０＝１６００点もの数値データを含むことになる。図３に示されるように、炉壁凹凸計測データの例は、入側窯口よりに縦方向の凸部分および上部に凸部分が存在しておりコークスの押出力に対する影響が大きいことが想定されるが、４０×４０＝１６００点もの数値データを用いるのはあまりにも冗長すぎる。 The furnace wall unevenness measurement data in the above-mentioned area includes numerical data of 40 × 40 = 1600 points because the area of 4 m in height × 4 m in depth is measured at 10 cm intervals. As shown in FIG. 3, in the example of the furnace wall unevenness measurement data, it is assumed that there are a convex portion in the vertical direction and a convex portion in the upper part from the entrance-side kiln, and the influence on the coke pushing force is large. However, it is too redundant to use numerical data of 40 × 40 = 1600 points.
そこで本発明の実施形態にかかるコークスの押出力推定方法では、予め計測した多数の炭化室２の炉壁形状から統計的手法により算出した基準凹凸形状を用い、炭化室２からコークスを押出す際の押出力を推定するための説明因子を抽出する。特に、以下ではこの統計的手法として主成分分析を利用する実施形態について説明する。 Therefore, in the method for estimating the coke force output according to the embodiment of the present invention, when the coke is extruded from the coking chamber 2 by using the reference uneven shape calculated by a statistical method from the furnace wall shapes of a number of the coking chambers 2 measured in advance. An explanatory factor for estimating the pushing force is extracted. In particular, an embodiment using principal component analysis as the statistical method will be described below.
主成分分析を用いて炭化室２の炉壁形状から基準凹凸形状を算出するには、炭化室２の炉壁形状の計測データが多数必要となる。以下の説明で用いる実施例では、５００サンプルの計測データを用いて主成分分析を行う。しかしながら、本発明の実施は、計測データのサンプル数（５００）または計測間隔（１０ｃｍ）によって限定されるものではない。図４は、主成分分析に用いた５００サンプルの炉壁凹凸計測データのうち８個のサンプルを抜粋して示した図である。 In order to calculate the reference concavo-convex shape from the furnace wall shape of the carbonization chamber 2 using principal component analysis, a large amount of measurement data of the furnace wall shape of the carbonization chamber 2 is required. In the embodiment used in the following description, principal component analysis is performed using measurement data of 500 samples. However, the implementation of the present invention is not limited by the number of measurement data samples (500) or the measurement interval (10 cm). FIG. 4 is a diagram illustrating eight samples extracted from 500 samples of furnace wall unevenness measurement data used for principal component analysis.
図５は、上述のように、５００サンプルの炉壁凹凸計測データに対して主成分分析を施し、第１主成分〜第５主成分の凹凸形状基底を示した図である。 FIG. 5 is a diagram showing the concavo-convex shape bases of the first principal component to the fifth principal component by performing principal component analysis on 500 samples of furnace wall concavo-convex measurement data as described above.
図５において左上に配される第１主成分の凹凸形状基底は、５００サンプルの炉壁凹凸計測データに最も共通して現れる凹凸形状を現している。また、第２主成分の凹凸形状基底は、５００サンプルから第１主成分の面形状成分を差し引いた残りの凹凸形状において、最も共通して現れる凹凸形状を現している。同様に、第３主成分以降もそれぞれ共通して現れる凹凸形状を現している。また、統計解析上、各主成分の凹凸形状基底は「直交」、つまり４０×４０＝１６００点上の同じ位置の凹凸量の積をとり、その積の全１６００点の位置に関して和を取ると０となる。つまり、どの主成分の凹凸形状基底もそれ以外の他の主成分の凹凸形状基底の線形結合では再現され得ない。 In FIG. 5, the uneven main shape of the first main component arranged at the upper left represents the uneven shape that appears most commonly in the 500 wall furnace wall unevenness measurement data. Further, the concavo-convex shape base of the second main component represents the concavo-convex shape that appears most commonly in the remaining concavo-convex shape obtained by subtracting the surface shape component of the first main component from 500 samples. Similarly, the concave and convex shapes appearing in common after the third main component are also shown. Further, for statistical analysis, the concavo-convex shape base of each principal component is “orthogonal”, that is, the product of concavo-convex amounts at the same position on 40 × 40 = 1600 points is taken, and the sum of the positions of all the 1600 points is calculated. 0. In other words, the concavo-convex shape base of any principal component cannot be reproduced by linear combination of the concavo-convex shape bases of other main components.
次に、上述のように主成分分析を用いて算出された第１主成分〜第５主成分の凹凸形状を用いて、炉壁凹凸計測データの例を再現することを考える。図６は、第１主成分〜第５主成分の凹凸形状を用いて、図４に示されたサンプル６の炉壁凹凸計測データを再現する方法の概要を示す図である。 Next, it is assumed that the example of the furnace wall unevenness measurement data is reproduced using the uneven shapes of the first principal component to the fifth principal component calculated using the principal component analysis as described above. FIG. 6 is a diagram illustrating an outline of a method for reproducing the furnace wall unevenness measurement data of the sample 6 illustrated in FIG. 4 using the uneven shapes of the first principal component to the fifth principal component.
図６図中の最上段は、第１主成分の凹凸形状基底のみを用いてサンプル６の炉壁凹凸計測データを再現することを試みた場合の再現データＤ１を示している。再現データＤ１は、第１主成分の凹凸形状基底を０．３０３倍したものであり、再現データＤ１の各点の再現誤差の２乗和が最も小さくなるという意味でサンプル６の炉壁凹凸計測データに形状が近い。この数値０．３０３は統計解析ではスコアと呼ばれる数値であり、サンプル６の炉壁凹凸計測データと第１主成分の凹凸形状基底との内積を算出することにより算出される。しかしながら、図からもわかるように、第１主成分の凹凸形状基底を用いるだけではサンプル６の炉壁凹凸計測データを上手く再現できていない。 The uppermost row in FIG. 6 shows reproduction data D1 when an attempt is made to reproduce the furnace wall unevenness measurement data of sample 6 using only the uneven shape base of the first main component. The reproduction data D1 is obtained by multiplying the concavo-convex shape base of the first principal component by 0.303, and the furnace wall unevenness measurement of the sample 6 in the sense that the sum of squares of the reproduction error at each point of the reproduction data D1 is minimized. The shape is close to the data. The numerical value 0.303 is a numerical value called a score in statistical analysis, and is calculated by calculating the inner product of the furnace wall unevenness measurement data of the sample 6 and the uneven shape base of the first main component. However, as can be seen from the figure, the furnace wall unevenness measurement data of the sample 6 cannot be reproduced well only by using the uneven shape base of the first main component.
図６図中の第２段は、第１主成分および第２主成分の凹凸形状基底を用いてサンプル６の炉壁凹凸計測データを再現することを試みた場合の再現データＤ２を示している。再現データＤ２は、第１主成分の凹凸形状基底を０．３０３倍したものと第２主成分の凹凸形状基底を−０．０５５倍したものとを足したものであり、再現データＤ２の各点の再現誤差の２乗和が最も小さくなるという意味でサンプル６の炉壁凹凸計測データに形状が近い。同様に、この数値−０．０５５はサンプル６の炉壁凹凸計測データと第２主成分の凹凸形状基底との内積を算出することにより算出される。しかしながら、図からもわかるように、第１主成分および第２主成分の凹凸形状基底を用いるだけではサンプル６の炉壁凹凸計測データを上手く再現できていない。 The second stage in FIG. 6 shows reproduction data D2 when attempting to reproduce the furnace wall unevenness measurement data of sample 6 using the uneven shape bases of the first principal component and the second principal component. . The reproduction data D2 is obtained by adding the concavo-convex shape base of the first main component by 0.303 times and the concavo-convex shape base of the second main component by -0.055 times. The shape is close to the furnace wall unevenness measurement data of sample 6 in the sense that the square sum of the point reproduction error is the smallest. Similarly, the numerical value −0.055 is calculated by calculating the inner product of the furnace wall unevenness measurement data of the sample 6 and the uneven shape base of the second main component. However, as can be seen from the figure, the furnace wall unevenness measurement data of the sample 6 cannot be reproduced well only by using the uneven shape bases of the first principal component and the second principal component.
図６図中の第３段および最下段は、同様に、第１主成分〜第３主成分の凹凸形状基底を用いてサンプル６の炉壁凹凸計測データを再現することを試みた場合の再現データＤ３と、第１主成分〜第４主成分の凹凸形状基底を用いてサンプル６の炉壁凹凸計測データを再現することを試みた場合の再現データＤ４とを示している。図からもわかるように、第１主成分〜第３主成分の凹凸形状基底を用いるだけではサンプル６の炉壁凹凸計測データを上手く再現できていないが、第１主成分〜第４主成分の凹凸形状基底を用いるとサンプル６の炉壁凹凸計測データをかなりの精度で再現できている。 Similarly, the third stage and the lowermost stage in FIG. 6 are reproduced when attempting to reproduce the furnace wall unevenness measurement data of the sample 6 using the uneven shape bases of the first principal component to the third principal component. Data D3 and reproduction data D4 when attempting to reproduce the furnace wall unevenness measurement data of sample 6 using the uneven shape bases of the first principal component to the fourth principal component are shown. As can be seen from the figure, the furnace wall unevenness measurement data of the sample 6 cannot be reproduced well only by using the uneven shape bases of the first principal component to the third principal component, but the first principal component to the fourth principal component When the uneven shape base is used, the furnace wall unevenness measurement data of Sample 6 can be reproduced with considerable accuracy.
図６の例をまとめると、第１主成分〜第４主成分の各主成分の係数（スコア）の組（０．３０３，−０．０５５，−０．２３６，−０．３０３）は、サンプル６の炉壁凹凸計測データを代表する数値となり得るということである。本来４０×４０＝１６００点の各位置での凹凸量のデータが、僅か４つの係数で表されているので、情報が大幅に集約されたと考えることが出来る。したがって、本発明の実施形態にかかるコークスの押出力推定方法では、第１主成分〜第４主成分の各主成分の係数（スコア）を炉壁凹凸計測データの代表指標としてコークスの押出力の推定を行う。 To summarize the example of FIG. 6, a set (0.303, −0.055, −0.236, −0.303) of coefficients (scores) of the respective principal components of the first principal component to the fourth principal component is That is, it can be a numerical value representative of the furnace wall unevenness measurement data of sample 6. Originally, the data of the unevenness at each position of 40 × 40 = 1600 points is represented by only four coefficients, so it can be considered that the information is greatly collected. Therefore, in the coke force output estimation method according to the embodiment of the present invention, the coke force output is calculated using the coefficients (scores) of the first principal component to the fourth principal component as representative indexes of the furnace wall unevenness measurement data. Make an estimate.
〔コークスの押出力の説明因子〕
以下、上述の知見に基づいて、第１主成分〜第４主成分の各主成分の係数（スコア）をコークスの押出力の説明因子として用いた押出力の推定方法について説明する。
[Explanatory factors for coke force]
Hereinafter, based on the above-described knowledge, a method for estimating the pressing force using the coefficients (scores) of the first to fourth principal components as explanatory factors for the coke pressing force will be described.
図７は、コークスの押出力（押出抵抗）を支配する説明因子の因果関係を示す図である。図７に示すように、コークスの押出力は、コークスの側面と炉壁との間のクリアランス，コークスを押し出した際にコークスが崩壊せずに形状を維持しようとする安定性（ケーキ安定性）、および炉壁の平滑度（炉壁凹凸）によって支配されていると考えられている。 FIG. 7 is a diagram showing a causal relationship between explanatory factors that control coke pushing force (extrusion resistance). As shown in Fig. 7, the coke pushing force is the clearance between the side surface of the coke and the furnace wall, and the stability to keep the shape of the coke without collapse when the coke is pushed out (cake stability) , And the smoothness of the furnace wall (furnace wall irregularities).
クリアランスおよびケーキ安定性は、配合した炭の性状（膨張性，亀裂）および乾留条件（嵩密度，水分，粒度，乾留時間，炉温，炉温分布）によって左右される。より具体的には、クリアランスおよびケーキ安定性は、石炭化率、石炭化率のばらつき、流動度、クリアランス、粒度、総炭化時間、装炭量、燃焼室温度、燃焼室温度ばらつき、嵩密度によって左右される。一方、炉壁凹凸は、上述のように、炉壁凹凸計測データの代表指標である第１主成分〜第４主成分の各主成分の係数（スコア）により左右されると考えられる。 Clearance and cake stability depend on the charcoal properties (expandability, cracks) and dry distillation conditions (bulk density, moisture, particle size, carbonization time, furnace temperature, furnace temperature distribution). More specifically, clearance and cake stability depend on coalification rate, variation in coalization rate, fluidity, clearance, particle size, total carbonization time, coal loading, combustion chamber temperature, combustion chamber temperature variation, and bulk density. It depends. On the other hand, as described above, the furnace wall unevenness is considered to depend on the coefficients (scores) of the main components of the first to fourth main components, which are representative indices of the furnace wall unevenness measurement data.
すなわち、本発明の実施形態にかかるコークスの押出力推定方法では、石炭化率、石炭化率のばらつき、流動度、クリアランス、粒度、総炭化時間、装炭量、燃焼室温度、燃焼室温度ばらつき、嵩密度の説明因子に加え、第１主成分〜第４主成分までに対応する４つのスコアを説明因子に加えることにより、コークスの押出力の推定式を算出する。 That is, in the method for estimating the coke force output according to the embodiment of the present invention, the coalification rate, variation in the coalification rate, fluidity, clearance, particle size, total carbonization time, coal loading, combustion chamber temperature, combustion chamber temperature variation In addition to the explanatory factor of the bulk density, four scores corresponding to the first principal component to the fourth principal component are added to the explanatory factor, thereby calculating the estimation formula of the coke pushing force.
〔コークスの押出力の説明因子の最適化〕
ところで、上述のコークスの押出力の説明因子は、コークスの押出力に寄与することは判明しているものの、その影響度が異なることが予想される。つまり、上述のコークスの押出力の説明因子には、場合によっては全く寄与しない、若しくは、推定式構築の際に多重共線性などの問題で冗長な説明因子が含まれている可能性がある。そこで、本発明の実施形態にかかるコークスの押出力推定方法は、クロスバリデーション法を用いた線形重回帰分析により、コークスの押出力の説明因子の最適化し、コークスの押出力を推定する推定式を構築する。
[Optimization of explanatory factors for coke force]
By the way, although the explanatory factor of the coke pushing force described above has been found to contribute to the coke pushing force, it is expected that the degree of influence thereof is different. In other words, there is a possibility that the explanatory factor of the coke pushing force described above does not contribute at all, or includes an explanatory factor that is redundant due to problems such as multicollinearity when the estimation formula is constructed. Accordingly, the coke force output estimation method according to the embodiment of the present invention is based on the linear multiple regression analysis using the cross-validation method, optimizes the explanation factor of the coke force output, and calculates an estimation formula for estimating the coke force output. To construct.
図８は、本発明の実施形態にかかるコークスの押出力推定方法で用いる推定式を構築する方法の流れを示すフローチャートである。図８に示すように、本推定式を構築する方法では、始めに、押出力の実測値のデータを総炭化時間が所定時間以上である場合と所定時間未満である場合とにグループ分が行われる（ステップＳ１１）。そして、各グループについて押出力の実測値のデータが検証データと式構築データとに分割され（ステップＳ１２）、式構築データについて全ての説明因子を用いた線形重回帰分析を行うことによって押出力の推定式が構築される（ステップＳ１３）。 FIG. 8 is a flowchart showing a flow of a method for constructing an estimation equation used in the coke pushing force estimation method according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 8, in the method of constructing this estimation formula, first, the measured force data is divided into groups for cases where the total carbonization time is greater than or equal to a predetermined time and less than the predetermined time. (Step S11). Then, the data of the measured value of the pressing force for each group is divided into the verification data and the formula construction data (step S12), and by performing linear multiple regression analysis using all explanatory factors for the formula building data, An estimation formula is constructed (step S13).
次に、構築された推定式を用いて検証データについて押出力の予測値が算出され（ステップＳ１４）、算出された予測値と実測値との誤差が予測誤差として算出され（ステップＳ１５）。次に、予測誤差が最小になるように順次線形重回帰分析を行う際の説明因子の数を減らしていくことによって、押出力を推定する上で最適な説明因子が決定される（ステップＳ１６）。そして、決定された最適な説明因子を用いて押出力の推定式が構築される（ステップＳ１７）。 Next, a predicted value of the pressing force is calculated for the verification data using the constructed estimation formula (step S14), and an error between the calculated predicted value and the actually measured value is calculated as a prediction error (step S15). Next, by reducing the number of explanatory factors when performing the linear multiple regression analysis sequentially so as to minimize the prediction error, the optimal explanatory factor for estimating the pushing force is determined (step S16). . Then, an estimation formula for the pushing force is constructed using the determined optimum explanatory factor (step S17).
〔押出力推定装置〕
次に、本発明の実施形態にかかるコークスの押出力推定方法を実施するために好適な押出力推定装置について説明する。
[Pushing force estimation device]
Next, a suitable pushing force estimation device for carrying out the coke pushing force estimation method according to the embodiment of the present invention will be described.
図９は、本発明の実施形態にかかる押出力推定装置の概略構成を示す機能ブロック図である。図１０は、本発明の実施形態にかかる押出力推定装置と共に用いられる炉壁形状計測装置が炭化室内で炉壁の凹凸形状を計測する様子を示す概略図である。 FIG. 9 is a functional block diagram showing a schematic configuration of the pushing force estimation apparatus according to the embodiment of the present invention. FIG. 10 is a schematic view showing a state in which the furnace wall shape measuring device used together with the pushing force estimating apparatus according to the embodiment of the present invention measures the uneven shape of the furnace wall in the carbonization chamber.
図９に示されるように、本発明の実施形態にかかる押出力推定装置１３は、炉壁形状計測装置１４と入力装置１５とからの入力を受けてコークスの押出力を推定する装置である。また、本発明の実施形態にかかる押出力推定装置１３は、スコア算出手段１６と、基準凹凸形状データ１７と、押出力推定手段１８と、説明因子データ１９と、押出可否判定手段２０とを備えている。 As shown in FIG. 9, the pushing force estimation device 13 according to the embodiment of the present invention is a device that receives inputs from the furnace wall shape measuring device 14 and the input device 15 and estimates the pushing force of coke. Further, the pushing force estimation device 13 according to the embodiment of the present invention includes score calculation means 16, reference uneven shape data 17, pushing force estimation means 18, explanation factor data 19, and pushability determination unit 20. ing.
炉壁形状計測装置１４は、押出ラム８に装着された状態で炭化室２に挿入され、炭化室２の炉壁の凹凸形状を炭化室２の内部から計測する装置である。図１０に示されるように、炉壁形状計測装置１４は、自己（つまり炉壁形状計測装置１４）と右側の炉壁（具体的には右側炉壁の耐熱レンガ１２）との距離Ｒ、および、自己（つまり炉壁形状計測装置１４）と左側の炉壁（具体的には左側炉壁の耐熱レンガ１２）との距離Ｌを計測しながら、炭化室２内を進行することにより、炭化室２の炉壁の凹凸形状を計測する。 The furnace wall shape measuring device 14 is a device that is inserted into the carbonizing chamber 2 while being attached to the extrusion ram 8, and measures the uneven shape of the furnace wall of the carbonizing chamber 2 from the inside of the carbonizing chamber 2. As shown in FIG. 10, the furnace wall shape measuring device 14 has a distance R between itself (that is, the furnace wall shape measuring device 14) and the right furnace wall (specifically, the heat-resistant brick 12 on the right furnace wall), and By proceeding through the carbonization chamber 2 while measuring the distance L between itself (that is, the furnace wall shape measuring device 14) and the left furnace wall (specifically, the heat-resistant brick 12 on the left furnace wall), the carbonization chamber The uneven shape of the furnace wall of 2 is measured.
図９の説明に戻る。スコア算出手段１６は、炉壁形状計測装置１４からの炉壁凹凸計測データと基準凹凸形状データ１７とから第１主成分〜第４主成分の各主成分の係数（スコア）を算出する手段である。スコア算出手段１６が行うスコアの算出方法は、上述のとおりである。すなわち、炉壁形状計測装置１４からの炉壁凹凸計測データと第１主成分〜第４主成分の凹凸形状基底との内積を算出することにより行う。 Returning to the description of FIG. The score calculation means 16 is means for calculating coefficients (scores) of the principal components of the first principal component to the fourth principal component from the furnace wall unevenness measurement data from the furnace wall shape measurement device 14 and the reference unevenness shape data 17. is there. The score calculation method performed by the score calculation means 16 is as described above. That is, the calculation is performed by calculating the inner product of the furnace wall unevenness measurement data from the furnace wall shape measuring device 14 and the uneven shape bases of the first to fourth principal components.
基準凹凸形状データ１７は、上述のように予め計測した多数の炉壁凹凸計測データから主成分分析により算出した第１主成分〜第４主成分の凹凸形状基底に対応する基準凹凸形状である。したがって、基準凹凸形状データ１７は、事前に計測した多数の炉壁凹凸計測データを記憶しておくことでも、主成分分析により算出した第１主成分〜第４主成分の凹凸形状基底に対応する基準凹凸形状のみを記憶しておくことでも実現し得る。 The reference concavo-convex shape data 17 is a reference concavo-convex shape corresponding to the concavo-convex shape bases of the first to fourth principal components calculated by principal component analysis from a large number of furnace wall concavo-convex measurement data measured in advance as described above. Therefore, the reference concavo-convex shape data 17 corresponds to the concavo-convex shape bases of the first principal component to the fourth principal component calculated by principal component analysis by storing a large number of furnace wall concavo-convex measurement data measured in advance. It can also be realized by storing only the reference uneven shape.
押出力推定手段１８は、スコア算出手段１６により算出された第１主成分〜第４主成分の各主成分のスコアと、オペレータが入力装置１５を介して入力した操業ごとのコークスの押出力の説明因子と、押出力推定装置１３が保持している説明因子データ１９とから、コークスの押出力を推定する手段である。上述のように、コークスの押出力は、配合した炭の性状（膨張性，亀裂）の説明因子、乾留条件（嵩密度，水分，粒度，乾留時間，炉温，炉温分布）の説明因子、および、炉壁の凹凸形状の説明因子により説明される。したがって、押出力推定手段１８は、炉壁の凹凸形状の説明因子としてスコア算出手段１６により算出された第１主成分〜第４主成分の各主成分のスコアを用い、配合した炭の性状の説明因子および乾留条件の説明因子として入力装置１５からの入力および押出力推定装置１３が保持している説明因子データ１９を用いて、コークスの押出力を推定するものである。 The pushing force estimation means 18 calculates the scores of the first to fourth principal components calculated by the score calculation means 16 and the pushing force of coke for each operation input by the operator via the input device 15. This is means for estimating the coke force output from the explanation factor and the explanation factor data 19 held by the force output estimation device 13. As described above, the coke pushing force is the explanatory factor of the characteristics (expandability, crack) of the blended charcoal, the explanatory factor of the carbonization conditions (bulk density, moisture, particle size, carbonization time, furnace temperature, furnace temperature distribution), And it explains by the explanatory factor of the uneven | corrugated shape of a furnace wall. Therefore, the pushing force estimating means 18 uses the scores of the first principal component to the fourth principal component calculated by the score calculating means 16 as the explanatory factor of the uneven shape of the furnace wall, and uses the scores of the blended charcoal. The input from the input device 15 and the explanatory factor data 19 held in the output estimation device 13 are used as the explanatory factors and the explanatory factors of the carbonization conditions, and the coke force is estimated.
押出可否判定手段２０は、押出力推定手段１８により推定されたコークスの押出力に基づいて、コークスを炭化室２から押出す作業をするべきか否かの判定を行う手段である。コークスの押出力は、総炭化時間（つまりコークスの押出作業を行う時間）に従い変化をする。そこで、押出可否判定手段２０は、コークスの押出力が所定の範囲内であるか否かを判定することにより、コークスの押出し作業が安全に行えるか否かを判定する。さらに、押出可否判定手段２０は、コークスの押出力が最も低くなる時刻（すなわち最も抵抗が少なくコークスを押出せる時刻）を判定することが好ましい。 The extrudability determination unit 20 is a unit that determines whether or not to perform the operation of extruding the coke from the carbonization chamber 2 based on the coke pushing force estimated by the pushing force estimation unit 18. The coke pushing force changes according to the total carbonization time (that is, the time during which the coke is extruded). Accordingly, the extrusion propriety determination unit 20 determines whether or not the coke extrusion operation can be performed safely by determining whether or not the coke pushing force is within a predetermined range. Furthermore, it is preferable that the pushability determination unit 20 determines the time when the coke pushing force is lowest (that is, the time when the coke can be pushed out with the least resistance).
押出可否判定手段２０により判定された結果は、表示装置２１に出力され、オペレータがコークスの押出作業を行うか否かの判断に活用される。なお、表示装置２１には、押出力推定手段１８により推定されたコークスの押出力が表示され、オペレータがそのコークスの押出力からコークスの押出作業を行うか否かの判断をする構成も可能である。その場合、押出可否判定手段２０は省略され得る。 The result determined by the extrudability determination unit 20 is output to the display device 21 and used for determining whether or not the operator performs coke extrusion work. The display device 21 displays the coke pushing force estimated by the pushing force estimating means 18, and the operator can determine whether or not to perform the coke pushing operation from the coke pushing force. is there. In that case, the pushability determination unit 20 can be omitted.
〔コークスの押出力推定方法およびコークス炉の操業方法〕
次に、図１１を参照しながら、本発明の実施形態にかかるコークスの押出力推定方法およびコークス炉の操業方法を説明する。以下では、本発明の実施形態にかかる押出力推定装置１３の機能ブロック図を引用しながら、本発明の実施形態にかかるコークスの押出力推定方法およびコークス炉の操業方法を説明するが、本発明の実施形態にかかるコークスの押出力推定方法およびコークス炉の操業方法の実施が、この押出力推定装置１３の構成により限定されるものではない。
[Method for estimating coke force output and method for operating coke oven]
Next, a coke pushing force estimation method and a coke oven operation method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Hereinafter, a method for estimating coke force output and a method for operating a coke oven according to an embodiment of the present invention will be described with reference to a functional block diagram of the force output estimation device 13 according to the embodiment of the present invention. Implementation of the coke force estimation method and the coke oven operation method according to the embodiment is not limited by the configuration of the force estimation device 13.
図１１は、本発明の実施形態にかかるコークスの押出力推定方法およびコークス炉の操業方法の手順を示すフローチャートである。なお、本発明の実施形態にかかるコークスの押出力推定方法は、図１１に示されるステップＳ２６までの手順であり、本発明の実施形態にかかるコークス炉の操業方法は、図１１に示される最後のステップＳ２７までの手順である。記載を容易ならしめるために、以下では、本発明の実施形態にかかるコークスの押出力推定方法およびコークス炉の操業方法の手順を同一の図１１を参照しながら説明する。 FIG. 11 is a flowchart showing a procedure of a coke pushing force estimation method and a coke oven operation method according to the embodiment of the present invention. The method for estimating the coke force output according to the embodiment of the present invention is the procedure up to step S26 shown in FIG. 11, and the method of operating the coke oven according to the embodiment of the present invention is the last shown in FIG. This is the procedure up to step S27. In order to facilitate the description, a procedure of a coke pushing force estimation method and a coke oven operation method according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the same FIG.
本発明の実施形態にかかるコークスの押出力推定方法およびコークス炉の操業方法では、最初に、炉壁形状計測装置１４が炭化室２の炉壁の凹凸形状を計測する（ステップＳ２１）。この炉壁形状計測装置１４が計測する炉壁凹凸計測データは、上述のように、例えば１万点オーダーの数値データを含み、そのままではコークスの押出力の推定には実用的ではないデータである。 In the coke pushing force estimation method and the coke oven operation method according to the embodiment of the present invention, first, the furnace wall shape measuring device 14 measures the uneven shape of the furnace wall of the carbonization chamber 2 (step S21). As described above, the furnace wall unevenness measurement data measured by the furnace wall shape measuring device 14 includes, for example, numerical data on the order of 10,000 points, and is data that is not practical for estimating the coke pushing force as it is. .
次に、押出力推定装置１３のスコア算出手段１６が、基準凹凸形状データ１７を参照する（ステップＳ２２）。この基準凹凸形状データ１７は、上述のように予め計測した多数の炉壁凹凸計測データから主成分分析により算出した第１主成分〜第４主成分の凹凸形状基底に対応する基準凹凸形状が保存されている。 Next, the score calculation means 16 of the pushing force estimation device 13 refers to the reference uneven shape data 17 (step S22). The reference uneven shape data 17 stores reference uneven shapes corresponding to the uneven shape bases of the first principal component to the fourth principal component calculated by principal component analysis from a large number of furnace wall unevenness measurement data measured in advance as described above. Has been.
そして、押出力推定装置１３のスコア算出手段１６は、炉壁形状計測装置１４からの炉壁凹凸計測データと基準凹凸形状データ１７とから第１主成分〜第４主成分の各主成分のスコアを算出する（ステップＳ２３）。このスコアの算出方法は、炉壁形状計測装置１４からの炉壁凹凸計測データと第１主成分〜第４主成分の凹凸形状との内積を算出することにより行われる。 And the score calculation means 16 of the pushing force estimation apparatus 13 is the score of each main component of the 1st main component-the 4th main component from the furnace wall unevenness measurement data from the furnace wall shape measuring device 14, and the reference unevenness shape data 17. Is calculated (step S23). This score calculation method is performed by calculating the inner product of the furnace wall unevenness measurement data from the furnace wall shape measuring device 14 and the unevenness shapes of the first principal component to the fourth principal component.
その後、押出力推定装置１３の押出力推定手段１８が、スコア算出手段１６により算出された第１主成分〜第４主成分の各主成分のスコアをコークスの押出力の推定式に反映させる（ステップＳ２４）。このコークスの押出力の推定式は、上述のように、クロスバリデーション法を用いた線形重回帰分析により、コークスの押出力の説明因子の最適化して求めた押出力を推定する推定式である。このコークスの押出力の推定式は、配合した炭の性状（膨張性，亀裂）の説明因子、乾留条件（嵩密度，水分，粒度，乾留時間，炉温，炉温分布）の説明因子、および、炉壁の凹凸形状の説明因子を含んでいるので、押出力推定装置１３の押出力推定手段１８は、スコア算出手段１６により算出された第１主成分〜第４主成分の各主成分のスコアを炉壁の凹凸形状の説明因子として用いることで、コークスの押出力の推定式に反映させる。 Thereafter, the force output estimating means 18 of the force output estimating device 13 reflects the scores of the first to fourth principal components calculated by the score calculating means 16 in the coke force output estimation formula ( Step S24). As described above, this coke pushing force estimation formula is an estimation equation for estimating the pushing force obtained by optimizing the explanatory factors of the coke pushing force by the linear multiple regression analysis using the cross-validation method. The estimation formula for the coke pushing force is an explanatory factor for the properties (expandability, crack) of the blended charcoal, an explanatory factor for the carbonization conditions (bulk density, moisture, particle size, carbonization time, furnace temperature, furnace temperature distribution) , Because it includes an explanatory factor of the uneven shape of the furnace wall, the force output estimating means 18 of the force output estimating device 13 has the first to fourth principal components calculated by the score calculating means 16. By using the score as an explanatory factor for the uneven shape of the furnace wall, it is reflected in the estimation formula of coke pushing force.
なお、上記ステップＳ２１〜Ｓ２３は、本発明の実施形態にかかるコークスの押出力推定方法およびコークス炉の操業方法における検査フェーズにおける手順である。すなわち、上記ステップＳ２１〜Ｓ２３は、毎回の操業毎に実施する必要はなく、定期的な検査において実施して、その結果を押出力推定装置１３が保持しておけばよい。 The steps S21 to S23 are procedures in the inspection phase in the method for estimating the coke force output and the method for operating the coke oven according to the embodiment of the present invention. That is, the steps S21 to S23 need not be performed every operation, but may be performed in a periodic inspection, and the result may be held by the push force estimation device 13.
一方、本発明の実施形態にかかるコークスの押出力推定方法およびコークス炉の操業方法における操業フェーズでは、押出力推定手段１８が、操業毎の説明因子をコークスの押出力の推定式に反映させる（ステップＳ２５）。コークスの押出力の推定式は、炉壁の凹凸形状の説明因子の他に、石炭化率、石炭化率のばらつき、流動度、クリアランス、粒度、総炭化時間、装炭量、燃焼室温度、燃焼室温度ばらつき、嵩密度などの説明因子を含む。そこで、押出力推定手段１８は、入力装置１５を介したオペレータの入力および押出力推定装置１３が保持する説明因子データを参照して、操業毎の説明因子をコークスの押出力の推定式に反映させる。 On the other hand, in the operation phase of the coke force estimation method and the coke oven operation method according to the embodiment of the present invention, the force estimation means 18 reflects the explanatory factor for each operation in the coke force estimation formula ( Step S25). In addition to the explanatory factors of the uneven shape of the furnace wall, the estimation formula of coke pushing force is coalification rate, variation in coalization rate, fluidity, clearance, particle size, total carbonization time, coal loading, combustion chamber temperature, Includes explanatory factors such as combustion chamber temperature variation and bulk density. Accordingly, the pushing force estimation means 18 refers to the operator's input via the input device 15 and the explanation factor data held by the pushing force estimation device 13, and reflects the explanation factor for each operation in the estimation formula of the coke pushing force. Let
その後、押出力推定手段１８は、説明因子が反映されたコークスの押出力の推定式を用いてコークスの押出力を推定する（ステップＳ２６）。本発明の実施形態にかかるコークスの押出力推定方法では、このステップＳ２６にて処理を終了し、推定されたコークスの押出力が表示装置２１に表示される。 Thereafter, the pushing force estimation means 18 estimates the coke pushing force by using the coke pushing force estimation formula in which the explanatory factor is reflected (step S26). In the coke pushing force estimation method according to the embodiment of the present invention, the process is terminated in step S26, and the estimated coke pushing force is displayed on the display device 21.
一方、本発明の実施形態にかかるコークス炉の操業方法では、オペレータまたは押出力推定装置１３の押出可否判定手段２０が、押出力推定手段１８により推定されたコークスの押出力に基づき、押出作業の可否を判定する（ステップＳ２７）。 On the other hand, in the method for operating a coke oven according to the embodiment of the present invention, the pushability determination means 20 of the operator or the pushing force estimation device 13 performs the extrusion work based on the pushing force of the coke estimated by the pushing force estimation means 18. Whether or not it is possible is determined (step S27).
〔押出力の推定精度〕
最後に、図１２を参照しながら、本発明の実施形態にかかるコークスの押出力推定方法の推定精度の検討を行う。図１２（ａ）は、本発明の実施形態にかかるコークスの押出力推定方法にしたがい第１主成分〜第４主成分の各主成分のスコアを説明因子に加えた押出力の推定を行った場合の押出力の実測値と推定値とをプロットしたグラフである。一方、図１２（ｂ）は、第１主成分〜第４主成分の各主成分のスコアを説明因子に加えない押出力の推定を行った場合の押出力の実測値と推定値とをプロットしたグラフである。
[Estimated accuracy of pushing force]
Finally, with reference to FIG. 12, the estimation accuracy of the coke force output estimation method according to the embodiment of the present invention is examined. FIG. 12 (a) estimates the pushing force by adding the scores of the first principal component to the fourth principal component to the explanatory factors according to the coke pushing force estimation method according to the embodiment of the present invention. It is the graph which plotted the measured value and estimated value of the pushing force in the case. On the other hand, FIG. 12 (b) plots the measured value and the estimated value of the pressing force when the pressing force is estimated without adding the scores of the first to fourth principal components to the explanatory factors. It is a graph.
図１２（ａ）および（ｂ）を比較すると解るように、第１主成分〜第４主成分の各主成分のスコアを説明因子に加えた方が推定精度は向上している。なお、第１主成分〜第４主成分の各主成分のスコアを説明因子に加えた場合の相関係数はｒ＾２＝０．８２であり、第１主成分〜第４主成分の各主成分のスコアを説明因子に加えない場合の相関係数はｒ＾２＝０．６１である。 As can be seen from a comparison between FIGS. 12A and 12B, the estimation accuracy is improved when the scores of the first to fourth principal components are added to the explanatory factors. The correlation coefficient when the scores of the first principal component to the fourth principal component are added to the explanatory factors is r ^ 2 = 0.82, and each of the first principal component to the fourth principal component is The correlation coefficient when the score of the principal component is not added to the explanatory factor is r ^ 2 = 0.61.
本実施形態では、石炭化率、石炭化率のばらつき、流動度、クリアランス、粒度、総炭化時間、装炭量、燃焼室温度、燃焼室温度ばらつき、嵩密度の説明因子に加え、第１主成分〜第４主成分までに対応する４つのスコアを説明因子に用いた後に線形重回帰分析を施されている。図１２（ａ）および（ｂ）を比較すると、第１主成分〜第４主成分までに対応する４つのスコアは、線形重回帰分析を施したコークスの押出力の推定精度を向上させることが解る。このことは、第１主成分〜第４主成分までに対応する４つのスコアが、縦軸の押出力と単なる擬似相関の関係ではなく、上述の説明因子とは独立した新たな説明因子であることを意味している。 In the present embodiment, in addition to the explanatory factors of the coalification rate, variation in the coalification rate, fluidity, clearance, particle size, total carbonization time, coal loading, combustion chamber temperature, combustion chamber temperature variation, and bulk density, the first main Linear multiple regression analysis is performed after using four scores corresponding to components to the fourth principal component as explanatory factors. Comparing FIGS. 12A and 12B, the four scores corresponding to the first principal component to the fourth principal component can improve the estimation accuracy of the coke pushing force subjected to the linear multiple regression analysis. I understand. This is because the four scores corresponding to the first principal component to the fourth principal component are not simply the relationship between the push force on the vertical axis and the quasi-correlation, but are new explanatory factors independent of the above-described explanatory factors. It means that.
以上より、本発明の実施形態は、予め計測した炭化室２の多数の炉壁凹凸計測データから主成分分析により凹凸形状基底を算出し、実際に計測した炭化室２の炉壁凹凸計測データと凹凸形状基底との内積を算出することにより炉壁凹凸計測データの代表指標を抽出し、代表指標をコークスの押出力の推定式の説明因子に反映し、その推定式によりコークスの押出力を推定するので、炭化室２の炉壁の凹凸を計測した多数の計測点から成るデータより、炭化室２のコークスの押出力を推定する際の説明因子を抽出し、コークスの押詰まりの抑制に供するコークスの押出力を推定することができる。 From the above, the embodiment of the present invention calculates the uneven shape base by principal component analysis from a large number of furnace wall unevenness measurement data of the carbonization chamber 2 measured in advance, and actually measured the furnace wall unevenness measurement data of the carbonization chamber 2 and By calculating the inner product with the concavo-convex shape base, the representative index of the furnace wall unevenness measurement data is extracted, the representative index is reflected in the explanatory factor of the coke force estimation formula, and the coke force is estimated by the estimated formula Therefore, an explanation factor for estimating the coke pushing force of the coking chamber 2 is extracted from data consisting of a large number of measurement points obtained by measuring the unevenness of the furnace wall of the coking chamber 2, and is used for suppressing coke clogging. The pushing force of coke can be estimated.
また、本発明の実施形態は、予め計測した炭化室２の多数の炉壁凹凸計測データから主成分分析により凹凸形状基底を算出し、実際に計測した炭化室２の炉壁凹凸計測データと凹凸形状基底との内積を算出することにより炉壁凹凸計測データの代表指標を抽出し、代表指標をコークスの押出力の推定式の説明因子に反映し、その推定式によりコークスの押出力を推定し、推定されたコークスの押出力が所定の範囲であるか否かにより、コークスの押出作業の可否を判定するので、炭化室の炉壁の凹凸を計測した多数の計測点から成るデータより、炭化室のコークスの押出力を推定する際の説明因子を抽出して効率的にコークスの押出力を推定することにより、コークスの押詰まりが発生することを抑制できる。 Moreover, the embodiment of the present invention calculates an uneven shape base by principal component analysis from a large number of furnace wall unevenness measurement data of the carbonization chamber 2 measured in advance, and actually measured the furnace wall unevenness measurement data and unevenness of the carbonization chamber 2. By calculating the inner product with the shape base, the representative index of the furnace wall unevenness measurement data is extracted, the representative index is reflected in the explanatory factor of the estimation formula of coke force output, and the coke force output is estimated by the estimated equation. Therefore, it is determined whether or not the coke extrusion operation is possible depending on whether or not the estimated coke pushing force is within a predetermined range. Therefore, from the data consisting of a large number of measurement points obtained by measuring unevenness of the furnace wall of the carbonization chamber, carbonization is performed. It is possible to suppress the occurrence of coke clogging by extracting the explanatory factors when estimating the coke pushing force of the chamber and efficiently estimating the coke pushing force.
以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述および図面により本発明は限定されることはない。例えば、図１１に示すコークスの押出力推定方法の各ステップの実行命令をコンピュータプログラムで記述することによって、図１１に示すコークスの押出力の推定方法の各ステップをコンピュータに実行させるようにしてもよい。また、上記説明では、炉壁凹凸計測データの代表指標として主成分分析による主成分のスコアを用いたが、独立成分分析による独立成分のスコアを用いることによっても同様の効果が得られる。このように、本実施形態に基づいて当業者などによりなされる他の実施の形態、実施例および運用技術などは全て本発明の範疇に含まれる。 Although the embodiment to which the invention made by the present inventor is applied has been described above, the present invention is not limited by the description and the drawings that form a part of the disclosure of the present invention according to this embodiment. For example, an instruction for executing each step of the coke force output estimation method shown in FIG. 11 is described in a computer program so that the computer executes each step of the coke force output estimation method shown in FIG. Good. In the above description, the principal component score by the principal component analysis is used as a representative index of the furnace wall unevenness measurement data. However, the same effect can be obtained by using the independent component score by the independent component analysis. As described above, other embodiments, examples, operation techniques, and the like made by those skilled in the art based on the present embodiment are all included in the scope of the present invention.
１ コークス炉
２ 炭化室
３ 燃焼室
４ 上昇管
５ 装炭口
６ 装炭車
７ 押出機
８ 押出ラム
９ 入側窯口
１０ ガイド車
１１ 消火車
１２ 耐熱レンガ
１３ 押出力推定装置
１４ 炉壁形状計測装置
１５ 入力装置
１６ スコア算出手段
１７ 基準凹凸形状データ
１８ 押出力推定手段
１９ 説明因子データ
２０ 押出可否判定手段
２１ 表示装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Coke oven 2 Coking chamber 3 Combustion chamber 4 Climbing pipe 5 Charging port 6 Charging car 7 Charging car 7 Extruder 8 Extrusion ram 9 Entrance side kiln 10 Guide car 11 Fire extinguisher 12 Heat-resistant brick 13 Force output estimation device 14 Furnace wall shape measuring device DESCRIPTION OF SYMBOLS 15 Input device 16 Score calculation means 17 Reference | standard uneven | corrugated shape data 18 Pushing force estimation means 19 Explanation factor data 20 Extrusion possibility determination means 21 Display apparatus
Claims (6)
予め計測した前記炭化室の多数の炉壁凹凸計測データから統計的手法により算出された基準凹凸形状データを参照するステップと、
実際に計測した前記炭化室の炉壁凹凸計測データと前記基準凹凸形状データとに基づいて前記炉壁凹凸計測データの代表指標を抽出するステップと、
前記代表指標をコークスの押出力の推定式の説明因子に反映させるステップと、
前記代表指標を反映させた推定式によりコークスの押出力を推定するステップと、
を含むことを特徴とするコークスの押出力推定方法。 A coke force output estimation method for estimating a force force when extruding coke after carbonization from a coking chamber of a coke oven,
Referring to standard uneven shape data calculated by a statistical method from a large number of furnace wall unevenness measurement data of the carbonization chamber measured in advance;
Extracting a representative index of the furnace wall unevenness measurement data based on the actually measured furnace wall unevenness measurement data of the carbonization chamber and the reference unevenness shape data;
Reflecting the representative index in the explanatory factor of the estimation formula of the coke pushing force,
Estimating a coke pushing force by an estimation formula reflecting the representative index;
A method for estimating coke force output.
予め計測した前記炭化室の多数の炉壁凹凸計測データから統計的手法により算出された基準凹凸形状データを参照するステップと、
実際に計測した前記炭化室の炉壁凹凸計測データと前記基準凹凸形状データとに基づいて前記炉壁凹凸計測データの代表指標を抽出するステップと、
前記代表指標をコークスの押出力の推定式の説明因子に反映させるステップと、
前記代表指標を反映させた推定式によりコークスの押出力を推定するステップと、
前記推定されたコークスの押出力が所定の範囲であるか否かにより、前記コークスの押出作業の可否を判定するステップと、
を含むことを特徴とするコークス炉の操業方法。 A method of operating a coke oven that judges whether or not to push out coke after completion of carbonization from a coking chamber of a coke oven,
Referring to standard uneven shape data calculated by a statistical method from a large number of furnace wall unevenness measurement data of the carbonization chamber measured in advance;
Extracting a representative index of the furnace wall unevenness measurement data based on the actually measured furnace wall unevenness measurement data of the carbonization chamber and the reference unevenness shape data;
Reflecting the representative index in the explanatory factor of the estimation formula of the coke pushing force,
Estimating a coke pushing force by an estimation formula reflecting the representative index;
Determining whether the coke extrusion operation is possible or not by determining whether the estimated coke pushing force is within a predetermined range; and
A method for operating a coke oven, comprising:
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