JP2567501B2 - コークス生産自動化システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、コークス原料である石炭の受入計画から、
コークス炉によるコークス生産までのトータル管理，制
御システムを備えたコークス生産自動化システムに関す
る。

〔従来の技術〕

コークスの生産工程としては、およそ、石炭輸送船か
ら輸送されてきた石炭をヤードの所定の場所に受け入れ
る受入工程、生産計画に基づいてヤードの所定の銘柄の
石炭を払い出す払出工程、払い出した石炭を粉砕して配
合する配合工程、配合された原料をコークス炉に送って
コークス化するコークス炉工程、コークス製品を高炉等
の次工程に送る送骸工程からなっている。

近年、コークスの生産計画と制御方法に関して、石炭
受入計画およびコークス品質制御等の個別的技術が提案
されてきている。

たとえば「日本鉄鋼協会講演大会（秋季）CAMP−ISIJ
VOL.2（1989）−1012」には、コークスの目標品質（D
I,灰分）、品質制約（熱間強度，硫黄分）、配合制約を
満足する配合を目標計画法によりガイドし、原料配合調
整のみによりDIの目標値変更にも追従性を高めたコーク
ス品質制御システムが提案されている。

また石炭の払出計画に関し、「安川電機 No.3 1988
年」には、「韓国POSCO 光陽製鉄所原料輸送計算機シ
ステム」と題し、各工場の生産計画と設備状況から各工
場原料槽の槽在庫推移計算を行って、ヤード上の原料の
払出計画を行うことが提案されている。

さらに、原料の受入配置計画に関し、「三菱電機技報
VOL.63 No.7 1989」には、貯炭場繰り計画型エキス
パートシステムが提案されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

このように、コークス製造工程では、各小工程では自
動運転化が図られているが、その工程間の作業内容、計
画内容の指示は熟練オペレータの高度な判断に依存して
いた。

すなわち、コークスの製造は受入工程から配合工程ま
での石炭部門とコークス炉部門のオペレータが互いに意
志疎通を図りながらコークスの量と品質の維持に努めて
いる現状であるが、オペレータの技能差によりコークス
の生産量と品質にバラツキが発生していた。

さらに、これら工程間の作業内容、計画内容の立案に
数時間〜10時間程度の時間を要し、設備トラブル、不良
品が発生するとその間は対応できないという問題があっ
た。

特に、最近では高炉等で使用するコークスの品質に対
する要求仕様が多様化してきており、これらに対応する
には、熟練者であっても相当な手間と時間を要してい
た。

そこで本発明の技術的課題は、コークス生産の総合的
な管理，制御をオペレータの経験や勘に依存することな
く自動化することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のコークス生産自動化システムは （１） コークス品質を分析し目標品質との差を是正す
るため、品質偏差発生原因を探索しコークス炉系と石炭
配合系に設定制御する手段。

（２） コークス炉系へは炭化室（100室前後）の火落
時間と炉壁温度を設定し、石炭配合系にはコークス品質
（灰分、DI、CSR等）のアクション量を設定する手段。

（３） コークス炉の各炭化室間の乾留バラツキを是正
するため不良炭化室を探索し、該当炭化室の燃焼制御系
に設定制御する手段。

（４） コークス品質のアクション量を受けて、石炭需
給バランスを保ちつつ石炭配合比を計算し、石炭輸送系
に設定制御する手段および生産スケジュールへの再要求
する手段。

（５） 石炭輸送系では前記石炭配合比を配合槽の在庫
切れを起こさず、全長1,000mに亘るヤードの石炭払出機
を高効率で運転す輸送スケジュール計画とその制御手
段。

（６） 前記石炭ヤードを入船石炭の配置計画を生産ス
ケジュール（含む、石炭入船計画）、前記石炭配合計画
より前後工程の支障とならないように作成し設定制御す
る手段。

とを備えたことを特徴とする。

〔作用〕

本発明では、熟練オペレータが実施している作業を論
理分析し、推論形式を厳密詳細に作成し、現在及び過去
の操業実績データに基づいて次工程ないし他工程の操業
に必要なアクションガイドを生成し、あるいは生成した
データに基づいて必要な制御を自動的に行う。これによ
り、コークス生産工程全体をシステム化し、効率化す
る。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。

第１図は本発明の実施例を示すブロック図である。

第１図において、原料石炭を銘柄別にストックした石
炭ヤード１からは、後述の払出機８により所定の銘柄を
配合槽２に払出し、配合槽２からは、各銘柄の石炭が所
定の配合比でコークス炉３に装入される。

コークス炉３で生産されたコークス製品は、一定量採
取されて分析される。コークス品質制御量計算装置４で
は、これらのデータに基づいて、目標値との差を是正す
るような品質設定値を出力する。

次の石炭配合比最適計算装置５では、この品質設定値
に基づいて次回の石炭の銘柄、配合割合を計算する。

石炭配合比最適計算装置５で得られた石炭配合比は、
次の石炭払出輸送スケジュール計算制御装置７の石炭配
合比設定装置６に出力される。

以上が各装置における概略説明である。

以下に、各処理について具体的に説明する。

（１） コークス品質制御量計算装置 第２図は知識ベースを利用したコークス品質不良原因
探索ルールのフローチャート例である。

ヤードの石炭、成型炭およびコークス炉３によって製
造された石炭およびコークス製品の分析データ（入力情
報）としては、次の項目が挙げられる。

（ｉ）ASH情報（灰分） （ii）ASH−Ｏ情報（酸素含み灰分％） （iii）CSR情報（反応後強度％） （iv）DI情報（回転強度％） （ｖ）CRI情報（反応率％） （vi）T.S情報（全硫黄分％） （vii）VM情報（揮発分％） （viii）MF情報（最高流動度％） （ix）DM情報（膨張性％） （ｘ）強粘結比（石炭の強粘結比％） （xi）石炭水分（％） （xii）石炭・コークス粒度（mm） 本装置では、これらの項目に対する今回と過去の実績
より正常か異常かを判断する。一例として第３図にASH
情報に関する異常値探索のフローチャート例を示す。こ
こでσは目標値からのズレの量を表す数値で、例えば１
％に選ばれる。他の分析データについても同様に異常値
探索を行う。

本推論結果が異常発生のときは、異常発生原因探索の
推論を行う。その方法は原因別に確信度の重み付けを行
い、原因の順位付けを行う。CSRの場合についてのフロ
ーチャート例を第４図に示す。なお知識フレームの項目
としては石炭取切り情報、配合精度情報、粉砕機電流値
異常銘柄情報、配合槽在庫異常銘柄情報、配合割合情
報、装入炭品質情報、成型炭（BRQ）精度情報、成型炭
（BRQ）品質情報、コークス炉操業情報、コークス品質
情報等を有しており、第４図のフローチャートにおける
確信度の数値は経験や過去の実績に基づいて作成された
確信度付与テーブル、ルールプログラムおよび推論エン
ジンによって付与する。

CSRが不良であればCSR不良原因確信度内の基準値以上
の項目について不良原因の診断決定をする。不良項目に
は１（軽度）〜５（重度）の重みをつける。他のASH、D
I等についても同様である。その推論結果例を第５図に
示す。

第２図の処理フローが完了すると推論結果を取り出
し、つぎのアクション量決定推論を行う。

構成は異常原因回復推論群、アクション量決定１推論
群、アクション量決定２推論群、アクション項目推論
群、アクション量決定３推論群である。

異常原因回復推論群は品質異常発生時の原因項目が現
時での回復状態度の推論を行う。結果を品質項目に付与
する。

アクション量決定１推論群は上記品質の回復度よりア
クション量の仮決定をする。確信度を使用したCSRの推
論例を第１表に示す。表中のＸは目標値、σはバラツキ
量を示す。

第１表において、内容例はNo.1のケースではσ＝1.5
のとき緊急異常発生で回復確信度が０〜0.3ならばCSRの
アクション量を−1.5σとし回復確信度が1.0のときはア
クション不要とする。

アクション量決定２推論群は品質異常発生時と対応す
るアクション履歴より上記アクション量に加減量推論を
行い決定アクション量とする。

アクション項目推論群は上記品質アクション項目と操
作系（炉温設定、成型炭配合割合、石炭配合比より構成
されているコークス工程別品質操作因子である。）と異
常発生分類（緊急異常、傾向異常、バラツキ異常等）の
組合せより次ステップのアクション量決定３推論群への
アクションパターンNo.を決定する。

アクション量決定３推論群は上記品質アクションパタ
ーンNo.に対応した操作系を診断決定する。出力値は炉
温、成型炭比、石炭配合比である。アクションパターン
No.に対応した操作系への推論は例えばCSRアップアクシ
ョンのみであれば、CSRのアップ量をＸとし、成形炭比
が上方に操作許容である、の条件が成立すればＹ＝0.18
0×（成型炭アップ比）とする、このときＸ−Ｙ≧0.0を
満足する最小の成型炭比を探索する、かつ、炉温が上方
に操作許容である、の条件が成立すれば炉温を5deg（摂
氏）アップし（これをＺ＝0.08に換算する）、Ｘ−Ｙ−
Ｚを石炭配合アクション幅とする。この際、成形炭アク
ションによるDI変動も吸収する配合アクションとする。
このような手順を各アクションパターンNo.について行
い各操作系統にアクション量を設定する。

この結果を不良窯診断装置、不良窯制御量計算装置、
石炭配合比計算装置、プロセスコンピュータ（図示せ
ず）に伝送または転送する。

これらの内容は従来コークス製造工程では多数の熟練
オペレータの高度な判断に依存していたが本実施例のよ
うに不良品質発生項目の発生原因、アクション量の推論
内容と項目を外部装置に表示することにより熟練を要せ
ず他工程に伝達できる。

（２） 不良窯診断装置および不良窯制御量計算装置 不良窯診断装置11ではコークス炉３の窯の炉壁温度、
火落時間等のセンサーデータや操業データを目標値と比
較して不良窯を探索し、その不良が解消される窯間窯内
乾留是正アクション項目と量が不良窯制御量計算装置12
から出力される燃焼制御器を操作する。

推論例を第６図、第７図に示す。第６図は各窯の乾バ
ラツキ推移図、第７図は不良窯の不良原因推論結果を示
し、第11図はそのアクション量を示すアクションガイド
の出力例である。

これらの内容は従来コークス製造工程においてコーク
ス炉燃焼管理オペレータの高度な判断に依存していたが
これらの装置により熟練を要せず他工程に伝達できる。

（３） 石炭配合計画 石炭配合計画とは、各石炭の成分からコークス品質を
推定し、要求水準を満たすコークス品質を得る各石炭の
配合比を決定することである。この計画は次の手順によ
り行う。

（ｉ）月次計画９から与えられた生産スケジュール、操
業・設備制約条件等に基づいて各銘柄について石炭配合
比の上下限値を知識ベースを用いて作成する。

（ii）コークス品質制御量計算装置４より石炭配合比変
更日時、コークス品質アクション項目と量を取り出す。
目的関数は外部装置より前提条件として設定する。

（iii）（ｉ）項記載の石炭配合比の上下限値の条件、
コークス品質制約条件等を石炭配合計画知識ベースに基
づいて作成する。

（iv）（iii）の制約条件、（ii）の目的関数より石炭
配合比の最適解を導出する。最適解が存在しないときは
準最適解（制約条件の目標値との差を最小化）を導出す
る。

（ｖ）（iv）の配合比を生産スケジュール計画手段（図
示せず）に通知し月次計画に再入力する。

（vi）（iv）の配合比を石炭払出輸送スケジュル計算制
御装置７に転送または伝送し、またプロセスコンピュー
タに設定制御・監視する。

（vii）推論結果、導出結果を外部装置に表示する。

これらの内容は従来コークス製造工程では配合計算オ
ペレータが中央計算機の線形計画法のプログラムとプロ
セスコンピュータの配合計算プログラムを利用して、数
時間かかって所望の品質を得ていた。このためコークス
品質を回復させるまでのタイムロスは大きくコークス製
造工程上のネックとなっていた。本装置により例えばMI
PS値（１秒間の標準命令実行回数）0.9のオンラインリ
アルタイム計算機では処理時間が10分となり設定制御装
置としての機能を十分満足しているといえる。またオペ
レータは従来の高度な作業からも解放される。またアク
ション量の推論内容と項目を外部装置に表示することに
より熟練を要せず他工程に伝達できる。

（４） 石炭払出輸送計画 石炭払出輸送計画とは、第１図に示す石炭ヤード１か
ら配合槽２までの間の輸送スケジュールを意味し、配合
槽の在庫切れを起こさずにレクレーマ（払出機のこと。
図示せず）を効率的に運転するのが主眼である。これは
以下の手順で行う。

（ｉ）前項記載の石炭配合計画またはプロセスコンピュ
ータより配合比スケジュールを取り込む。外部装置よ
り、操業・設備制約条件等を転送し、これらに基づいて
配合槽在庫切れの最も早いものから順番に払出順序と払
出量を計算し、仮想的に決定する。

（ii）ヤードの払出機、払出場所より払出機の走行距離
が最短となるように前記の仮想的に決めた払出順序と払
出量を修正する。

（iii）在庫推移シュミレーションを行い、スケジュー
ルの調整と決定をする。

シュミレーションは外部装置より設定した開始時間よ
り１ジョブ（１銘柄の輸送開始・終了時刻、払出機指
定、払出機運転条件、輸送量、配合槽No.等）単位で最
大10時間である。その構成は手続処理部と知識ベース処
理部であり、前者は後者で必要な情報（銘柄情報、ヤー
ド山情報、配合槽情報、制約条件等）の提供と知識ベー
ス部からの出力情報の編集・加工を行う。知識ベース処
理部ではまず山決定をする、即ち、払い出すべき山No.
を仮決定する。次に銘柄仮決定、即ち、山No.対応の銘
柄切りだし順位を決定する。次に払出機仮決定、即ち、
払出し山No.の複数払出機のうち一つを決定する。次
に、払出開始時間の決定、即ち、払出し山No.の開始時
間を決定する。最後に計算処理、即ち、各払出し山No.
の払出し時間、払出し量を計算する。スケジュール内容
が不良の（例えば配合槽の在庫切れが避けられないとき
等）場合、ガイダンス作成不可のときはメッセージを出
力する（外部装置に制約条件緩めの出力）。処理結果を
手続部に転送する。以下、この繰り返しである。

（iv）作成したスケジュールをプロセスコンピュータに
設定制御・監視する。

（ｖ）結果を外部装置に出力する。

（vi）そのスケジュールに基づいてレクレーマを運転す
る。

（vii）作成スケジュールと払出作業実績値の不一致条
件が成立するかどうかを検出する。

（viii）不一致条件が成立すれば作業実績値をベースに
再度スケジュールを作成する。

推論結果の例を第８図および第９図に示す。第８図は
推論で作成したガントチャート、第９図は配合槽在庫推
移グラフである。

これらの内容は従来コークス製造工程では石炭輸送専
任オペレターが経験的な方法で在庫切れを起こさないよ
うに、常時監視し運転を行っていたが、本実施例によれ
ば、熟練を要さず外部装置より制約条件のインプットの
みで容易に作業ができる。またスケジュール内容を外部
装置に表示することにより熟練を必要とせず他工程に伝
達できる。

（５） 石炭受入配置計画 石炭配置計画計算制御装置10では、中央計算機より指
示される第１図の月次計画９、即ち、月次石炭・コーク
ス需給計画、石炭入船計画に基づいて入船石炭のヤード
への配置決定を行う。この決定は、前後工程（荷役、滞
船管理、コークス製造部門）で異なる利害相反する場合
が多々あり、また制約条件も時間的に変化するため、困
難な作業となるが、本例では次の手順で行う。

（ｉ）計画期間を短期（例えば10日間）と長期（例えば
短期プラス26日間）に分離し、前者は直近の入船につい
ての配置を決定するものであり、自動運転ができる細か
い情報を扱い、後者は月間のヤード配置予測に利用し前
者と比較して粗な情報を使用する。長期と短期に分離し
たのは、処理時間の短縮と共に、実際に長期計画通りに
入船しないことがしばしばあることによる。

（ii）外部装置より計画前提条件、例えば使用する受入
ライン設備条件、受入石炭最大分割数、ヤードの制約条
件（例えば、○○ヤードのXXmからYYmは水溜まりのため
使用禁止等）等、を設定する。

（iii）短期ヤード払出処理は月次計画９および石炭配
合計画に沿った払出し計算を行い、１銘柄取り切り完了
後、払出山決定知識ベースで次銘柄の山No.と払出方向
を決定する。

（iv）処理完了で短期のヤードマップができ、短期受入
銘柄処理および受入配置知識ベースで短期の期間で入船
する石炭の受入配置を決定する。受入配置決定の原則
は、ヤードスペース部に各受入配置可能候補を生成し有
効さの尺度として確信度を付与し、大型船で入荷量の大
なる銘柄を優先卸し即ち確信度大とし、該当スペースに
優先予約し、予約配置が他銘柄と競合するときは確信度
の大なる方を採用する。

（ｖ）短期処理が終了し、外部設定が長期指定のとき
は、長期処理に移行する。

（vi）処理完了で予測配置にヤードマップを外部装置に
出力する。オペレータ確認完了信号設定で直近入船予定
の２船の石炭の配置情報をプロセスコンピュータに設定
制御・監視する。

推論結果の例を第10図に示す。第10図は推論で作成し
たヤードマップ図で、斜線部が受入配置決定である。外
部装置の確認完了信号設定で該当石炭をこの位置に卸
す。

これらの内容は従来コークス製造工程では石炭受入オ
ペレータが経験的な方法で運転を行っていたが、本実施
例によれば、熟練を要さず外部装置より制約条件のイン
プットのみで容易に作業ができる。またスケジュール内
容を外部装置に表示することにより熟練を必要とせず他
工程に伝達できる。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明によれば下記の効果を
奏する。

（ｉ）コークス生産工程全体に亘って自動運転ないし制
御に必要なアクション量が与えられるため、熟練オペレ
ータの経験や勘に依存する必要がなくなる。

（ii）作業内容、計画内容の立案や修正が短時間で行え
るようになり、従来の数時間〜10時間といった所要時間
に比べて著しく短縮できる。またトラブル時のタイムロ
スがなくなる。

（iii）コークス品質のバラツキを低減して一定の安定
した品質コークスを生産できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るコークス生産システムの構成を示
すブロック図、第２図は知識ベースを利用したコークス
品質不良原因探索ルールのフローチャート例、第３図は
ASH異常値探索の例を示すフローチャート例、第４図はC
SR原因探索の例を示すフローチャート例、第５図はコー
クス品質不良原因推論結果出力例、第６図は窯の乾留バ
ラツキ推移図、第７図は不良窯の不良原因推論結果、第
８図は払出スケジュールのガントチャート出力図、第９
図は配合槽の在庫推移グラフ出力図、第10図は受入配置
ヤードマップ、第11図は不良窯の不良原因推論に基づく
アクション量を示すアクションガイドの出力例である。 1:石炭ヤード、2:配合槽 3:コークス炉 4:コークス品質制御量計算装置 5:石炭配合比最良推定計算装置 6:石炭配合比設定装置 7:石炭払出輸送スケジュール計算制御装置 8:払出／受入機 9:月次計画テーブル 10:石炭配置計画計算制御装置 11:不良窯診断装置 12:不良窯制御量計算装置

フロントページの続き (72)発明者 古田 和昭 福岡県北九州市戸畑区飛幡町１番１号 新日本製鐵株式會社八幡製鐵所内 (72)発明者 中崎 昭和 福岡県北九州市戸畑区飛幡町１番１号 新日本製鐵株式會社八幡製鐵所内 (56)参考文献 特開 平１−252693（ＪＰ，Ａ)

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】コークス炉で製造されたコークスの品質を
   分析し、目標品質との差を是正するようにコークス品質
   アクションガイドおよびコークス炉操業アクションガイ
   ドを出力するコークス品質制御量計算手段と、 前記コークス品質アクションガイド、生産スケジュー
   ル、操業・設備制約条件、目的関数等に基づいてストッ
   クされている石炭から石炭配合比を計算し、プロセスコ
   ンピュータに出力する石炭配合比計算手段と、 前記石炭配合比データに基づいて石炭ヤードからの石炭
   払出輸送スケジュールを計算する石炭払出スケジュール
   計算手段と、 このスケジュールに基づいて石炭ヤードにストックされ
   ている目的とする銘柄の石炭を配合槽に移送する石炭払
   出し制御手段と、 生産スケジュールと前記石炭配合比データに基づいて受
   入石炭のヤード配置計画を計算するヤード配置計画計算
   手段と、 この配置計画に基づいて受入石炭をヤードに配置する石
   炭配置制御手段と、を備えたことを特徴とするコークス
   生産自動化システム。
2. 【請求項２】コークス品質制御量計算手段は、次の処理
   を行う機能を備えている請求項１記載のコークス生産自
   動化システム。 （１） コークス品質と操業目標値を外部装置より取り
   込む。 （２） 石炭およびコークスの操業実績値をプロセスコ
   ンピュータより取り込む。 （３） （１）および（２）で取り込んだデータを知識
   ベースに転送し所定の推論によりコークス品質の予測値
   を導出する。 （４） コークス品質の予測値と（１）および（２）の
   情報を知識ベースに転送し、所定の推論によりアクショ
   ン項目を導出する。 （５） 不良窯乾留制御手段から不良窯是正のためのア
   クション項目を導出する。 （６） （３）〜（５）の情報より複数のコークス炉熱
   計算条件を生成する。 （７） コークス炉熱計算をし、最適コークス品質アク
   ション量を決定する。 （８） コークス品質アクション量より石炭配合アクシ
   ョン量および炉熱アクション量を決定する。 （９） （８）で決定された結果を石炭配合比計算手段
   およびコークス炉設定制御手段に転送または伝送する。
3. 【請求項３】石炭配合比計算手段は次の処理を行う機能
   を備えている請求項１または２記載のコークス生産自動
   化システム。 （１） 生産スケジュール、操業・設備制約条件等より
   石炭配合比上下限を知識ベースを用いて生成する。 （２） コークス品質、熱計算より石炭配合変更日時、
   目的関数、コークス品質アクション項目と量を取り出
   す。 （３） 石炭配合比制約条件、コークス品質制約条件を
   作成する。 （４） （３）の制約条件と２）の目的関数より石炭配
   合比の最適解を導出する、また最適解がないときは準最
   適解を導出する。 （５） （４）の石炭配合比結果を生産スケジュール計
   画手段に転送または伝送し再スケジュール要求をする。 （６） （４）の石炭配合比をプロセスコンピュータに
   設備制御・監視する。
4. 【請求項４】石炭払出スケジュール計算手段は、次の処
   理を行う機能を備えている請求項１、２または３記載の
   コークス生産自動化システム。 （１） 配合比スケジュール、操業・設備制約条件等に
   基づいて配合槽在庫切れの最も早いものから順番に払出
   順序と払出量を仮想的に決定する。 （２） ヤードの払出機、払出場所より払出機の走行距
   離が最短となるように前記の仮想的に決めた払出順序と
   量を修正する。 （３） 在庫推移シュミレーションを行い、スケジュー
   ルの調整と決定をする。 （４） 作成したスケジュールをプロセスコンピュータ
   に設定制御・監視する。 （５） 作成スケジュールと払出作業実績値の不一致条
   件が成立するかどうかを検出する。 （６） 不一致条件が成立すれば作業実績値をベースに
   再度スケジュールを作成する。
5. 【請求項５】受入石炭のヤード配置計画計算手段は、次
   の処理を行う機能を備えている請求項１から４のいずれ
   かの項に記載のコークス生産自動化システム。 （１） 生産スケジュールおよび前記石炭配合計画より
   ヤード石炭の払出ヤードマップを生成する。 （２） 前記ヤードマップより生産スケジュールの石炭
   受入計画値より配置可能候補を生成する。 （３） 配置可能候補に優先順位を付加する。 （４） 石炭受入日の優先順位の最大値を受入配置箇所
   決定とする。 （５） 前記受入配置箇所をプロセスコンピュータに設
   定制御・監視する。