JP3924064B2 - コークス炉炉体診断方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、広くはコークス炉の炉体延命、特にコークス炉の炉体に関する膨大な情報を収集，管理，解析し、適切な補修指針を生成する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コークス炉は、多数の炭化室と燃焼室が交互に連接して構成され、炭化室に石炭を搬入し、炉壁を介して燃焼室より９００℃〜１１００℃の高熱を大略２０時間連続して加え、石炭を乾留する。すなわちコークスを製造する。この乾留が終了すると、コークスを排出し、そして石炭を装入してまた加熱を開始する。この繰り返しであり、常時高温である。
【０００３】
図４の（ａ），（ｂ）に、炭化室を窯入口（ＩＮ）より窯出口（ＥＸ）方向を見た場合の視認形状を示す。炭化室の大きさは一例で、大略高さ（Ｈ）６．５ｍ，幅（Ｗ）０．４／０．４６ｍ（テーパ状をなし、コークス押出機側（ＩＮ側）で０．４ｍ，コークス窯出口側（ＥＸ側）で０．４６ｍ）および長さ（Ｌ）１６ｍであり、非常に幅狭で奥行きが深い炉空間を形成している。炉壁を構成する個々の耐火煉瓦は、大略で高さ１２０ｍｍ，幅２６０ｍｍ，厚さ１１０ｍｍである。
【０００４】
この炭化室の内壁に使用される耐化煉瓦は、長期間上記の高熱に曝され、またコークス完成後の搬出に際しては、コークス押出機によるコークス圧力を受け、熱的，化学的あるいは機械的なストレスにより損傷し易い。すなわち炉面の目地切れ，煉瓦亀裂，カーボン付着，あるいは壁面の凹凸が加わって更に損傷が拡大し易く、また損傷部は、熱伝播特性が正常部と異なるので、乾留不良や窯詰りの原因となり操業に悪影響を与える。さらに、損傷が拡大するとガス漏れや黒煙などを生じ環境面でも悪影響を及ぼす。さらに損傷が進み最終的にコークスが炉外に窯出しできなくなったときがコークス炉の寿命であり、一般に３０〜３５年と言われている。
【０００５】
コークス炉は連続操業設備であるため、建設稼動後に操業を停止させて冷却させることはできない。また、精密に煉瓦が積まれている構造のために内部煉瓦の更新は極めて困難である。このため、現在では炭化室内部の損傷部分を溶射吹き付けをするなどの修復を行っている。また、一般の製鉄所のコークス炉は、３００〜４００室程度の窯が存在する。従来、適切な損傷評価の手段がなかったので、補修するべき窯の判断は、特に劣化の著しい炭化室を目視等にて決定していた。近年、コークス炉の損傷の発見とその位置の把握のために、２次元カメラを挿入して炭化室内壁面を撮影し、得られた画像情報により壁面損傷状態を判定する方法が提案されている。
【０００６】
例えば、画像解析を用いた技術として、特開平３−１０５１９５号公報では、図４の（ｂ）に示すようにコークス炉の窯口から簡易的にビデオカメラを搭載したカメラ搬送用ランスを炉内に挿入し、窯奥方向に移動しながら内壁面を撮影した画像から画像解析装置により、その窯毎の損傷状態を、診断マップとして出力する方法が報告されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
コークス炉には前述したように多数の窯が存在し、これらの診断情報，補修情報を含めると、情報量は膨大な量となり情報の管理不十分を招くという問題があった。例えば、炭化室内部の内壁一面の画像データは、その損傷状態を精度良く観察するために、空間分解能を１ｍｍ，コントラストを２５５階調（１バイト）の濃淡画像で撮影した場合には、１０４ＭＢ（６．５×１０００×１６×１０００）もの容量となる。すなわち、一回の撮影で得られる両壁は２０８ＭＢにもなり、前述したように製鉄所には３００〜４００の炭化室が存在するので、夫々の炭化室を一回撮影しただけでも、その画像データ量は６０ＧＢ〜８３．２ＧＢと莫大なものとなる。したがって、これらの莫大な画像データを管理し、適時損傷状況を比較検討するには、画像データの記憶装置が大規模になり、データの読み取りや書き込みなどにも時間がかかるなど、取り扱いに実用上問題が生じていた。
【０００８】
さらに、従来技術のように炭化室内壁診断マップの出力結果から診断を行う場合でも、修復するためには、診断マップを手がかかりに損傷の該当箇所の画像を見て損傷状況を確認する必要があるため、やはり、莫大な画像データを取り扱う必要があり、前述と同様な問題が生じる。
【０００９】
また、従来の技術は、個々の炭化室の内壁観察に関するものであり、特定の炭化室の定量的評価を行っているが、劣化傾向の管理，炉団あるいはコークス炉全体の中での評価、すなわち補修するべき炭化室の優先度が不明確で、補修ガイダンス，補修指針の決定には至らないという問題があった。最適な延命を図るためには、撮影した内壁画像を有効に活用し、効果的な補修を行うために劣化程度を正確に評価することが必要である。
【００１０】
加えて、撮影した内壁画像から損傷状況を評価することで行う補修判断には、個人差が入り易く、本来補修するべき炭化室を誤判断したり、劣化が特にひどくなってからの補修となる問題もあった。
【００１１】
本発明が解決する課題は、コークス炉の最適な延命対策を行うために、撮影した炉壁全域の画像データを管理することなく、炉団単位の損傷程度の解析を容易にし、客観化された診断結果に基づいた効果的な補修、管理情報を生成する方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
複数の炭化室からなるコークス炉について、コークス炉炭化室の窯口より、内部の炉壁全域を撮影する装置を挿入し、撮影した炭化室内壁画像から、コークス炉の診断を行う方法であって、
前記炭化室における内壁撮影毎に得られる前記炭化室内壁画像から、複数の損傷領域を抽出し、抽出した夫々の該損傷領域毎に損傷部画像、及びその位置と形態とを数値化して定量的に示す複数の特徴量項目の値、並びに損傷名称からなる損傷部位データを算出かつ収集する損傷部位データ収集過程と、
前記損傷部位データ収集過程で収集された炭化室の内壁画像撮影毎の損傷部位データと、炭化室番号及び撮影時間とを一緒に関連付けてデータベース蓄積装置に順次に蓄積させ、炭化室炉壁損傷データベースを作成する炭化室炉壁損傷データベース作成過程と、
前記炭化室炉壁損傷データベース内の炭化室番号及び撮影時間に関連付けられた損傷部位データそれぞれについて、各特徴量項目の値又は損傷名称に基づいて、損傷がある炭化室、損傷部位、又は損傷部画像の検索を行い表示する過程と、からなることを特徴とする。
また、前記損傷がある炭化室、損傷部位、又は損傷部画像の検索を行い表示する過程は、予め、損傷名称それぞれについて前記複数の特徴量項目の劣化程度の閾値として特徴量劣化指数を設定しておき、前記炭化室炉壁損傷データベース内の炭化室番号及び撮影時間に関連付けられた損傷部位データそれぞれについて該損傷部位データの損傷名称の特徴量劣化指数と比較、評価して、劣化程度に関して炭化室を順序付ける過程である、ことを特徴とする。
【００１３】
これによれば、損傷部位データ収集過程により、撮影された炭化室内壁画像から、複数の損傷領域を抽出し、抽出した夫々の内壁損傷領域毎に位置，形態を定量的に示すための複数項目の特徴量が算出され、前記特徴量の値から損傷部位の名称が分別され、損傷部位の最大外接長方形大きさで部分画像として切り出され、損傷部位データとして算出かつ収集される。
【００１４】
収集された該損傷部位データは、損傷の位置，形態を表現しており、また、オペレータ等が画像を確認する際の最低量の画像で構成されるので、莫大な炭化室内壁画像全域の画像を保持することなく詳細な情報を用いた炉体の劣化状況の解析が可能となる。
【００１５】
さらに、炭化室炉壁損傷データベース作成で得る炭化室炉壁損傷データにおいては、炉団全ての複数の前記損傷部位データの集合が、炭化室番号および撮影時間と関連付けられるので、損傷部位データの特徴量項目や損傷名称（損傷名称データとも記す）から、炉団中のどの炭化室にどのような損傷が分布しているか等の検索が容易に行うことができる。例えば、長さ３ｍ以上の、目地切れが存在する炭化室番号を表示させたいといった場合に、損傷部位データの特徴量項目や損傷名称から直に関連する炭化室番号を表示させることが容易に行える。即ち、炉団単位での、損傷の管理および劣化程度の解析を行うことが可能となる。
【００１６】
また、本発明では、炭化室炉壁損傷データから算出した損傷部位の特徴量毎に、コークス炉に及ぼす劣化程度をあらかじめ特徴量劣化指数として数値化するので、夫々の損傷部位データから算出した特徴量と、前記特徴量劣化指数と比較し解析することで、炉団単位での損傷部位毎に、その損傷程度を得ることができる。すなわち、補修する損傷部位の劣化程度の順番を決定することができ、該損傷部位の関連する炭化室番号から補修すべき炭化室の順位付けを行うことが可能となる。 以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
【００１８】
【実施例】
図１は、本発明をコンピュータシステムで実施する一例の構成図である。コークス炉１の壁面撮影のために図示しない撮影装置がコークス炉１に挿入され、該撮影装置の撮影画像すなわち炭化室内壁画像が、リアルタイムでもしくは一旦光磁気ディスクやハードディスクなどの記憶媒体に蓄積してから、診断解析用計算機２に与えられる。この際、撮影される炭化室内壁画像を一例として図２に示す。図２の炭化室内壁画像には、目地切れ１０，カーボン付着１１，スポーリング１２，煉瓦剥離１３等の損傷の像が含まれる。この画像は、模式化して示す一例である。
【００１９】
診断解析用計算機２に伝送あるいは、光磁気ディスクやハードディスクなどの記憶媒体を介して入力された炭化室内壁画像（原画像デ−タ）から、様々な画像処理がなされ、該炭化室内壁画像全域に亘って、複数の損傷領域が抽出され、抽出された夫々の損傷領域に対して、位置，形態を正確に表す、表１の示すような特徴量項目の夫々の値が算出され、該損傷部位の外接長方形の位置と大きさで内壁画像から図３に示す損傷部画像の画像デ−タが抽出され、また、前述の特徴量項目の値から損傷名称が宛てられて、それらが損傷部位データとされる。
【００２０】
【表１】

【００２１】
損傷部位名称の判別方法すなわち特徴量項目の値に対する名称デ−タの割付けでは、各損傷名称に対応した特徴量値の下限値と上限値を用いて、両値で規定される範囲内に特徴量値があると当該名称を割付ける（分類判別方法）。なおその他の方法例えば、ＡＩ手法などを用いてもよい。この段階で抽出された損傷部分画像デ−タは、オペレータ指定の画像デ−タ処理モ−ドに従って、原画像デ−タ（圧縮処理なし），圧縮符号化処理又は縮小処理をしたものとする。
【００２２】
次に、炭化室内壁画像全域に亘って、前述の通り収集された損傷部位データ（特徴量項目の夫々の値，損傷部画像デ−タおよび損傷名称デ−タ）は、炭化室番号と撮影時間（本実施例では、年月日および時刻）と一緒に、図１に示すデータベース蓄積装置３に、炭化室炉壁損傷データベースとして順次蓄積記憶する。この蓄積を終えると、損傷部位検索に用いた炭化室内壁画像（原画像デ−タ）は破棄する。したがって、蓄積装置３の炭化室炉壁損傷データベース内の夫々の損傷部位データは、損傷部位の位置，形態が、特徴量項目の夫々の値として数値化され記述されており、また、オペレータ等がその損傷部位画像を観察したい場合には、損傷部画像デ−タを、圧縮又は縮小しているときには復元復号化処理又は拡大処理をして、ディスプレイに与えて、十分な精度で参照することができるので、後の診断，解析するに十分な情報を保持することが可能となる。すなわち、炭化室炉壁損傷データは、炭化室内壁の損傷領域の大きさに左右されるが、全域の炭化室内壁全域の画像に比較して格段に少いデ−タ量であり、少ないデ−タ量でデータベースが作成される。
【００２３】
炉団単位に損傷を解析するとき診断解析用計算機２は、炭化室炉壁損傷データベースが蓄積されている蓄積装置（記憶装置）３から、炭化室炉壁データを読出し、夫々の損傷部位データを解析する。その内容を、炉団全ての炭化室の、記憶装置３に蓄積している炭化室炉壁損傷データに対して、損傷部位データの特徴量項目の値、または損傷名称等で、炉団単位での損傷分布を調べる一例で説明すると、例えば、長さが３ｍ以上の目地切れ損傷のある炭化室の分布を解析する場合には、まず、表１中の特徴量である外接長方形長さ、或いは損傷部位主軸長さについて、全ての損傷部位データをチェックして、それらのうち、特徴量の値が３ｍ以上の損傷部位データを抽出する。ここでは、２以上を抽出したとして抽出した損傷部位データの集合を損傷部位データ群と称す。
【００２４】
抽出した損傷部位データ群の中で、損傷名称が目地切れであるものを、解析対象に絞り込む。次に、解析対象に絞り込んだ損傷部位データに付いた炭化室番号を摘出して、直に炉団中の目的とする損傷（ここでは目地切れ）の存在する炭化室全てを一覧表示する。ここで炭化室番号が指定され損傷位置，形態，損傷画像等の読出しが指示されると診断解析用計算機２は、それを表示する。
【００２５】
このように、損傷がある炭化室，損傷部位，損傷画像等の検索を炉団単位でかつ任意の条件で行うことが可能となるので、他の診断データ例えば、乾留時間や、押出し付加力等の実績データと、損傷部位データとの相関を解析することで、炉団単位での効果的な劣化程度の解析が可能となる。
【００２６】
次に、炭化室損傷データベースに基づいた、補修すべき炭化室の順位付けを説明する。診断解析用計算機２において、予め、炭化室の劣化程度に応じた特徴量劣化指数が損傷名称毎に設定されている。該特徴量劣化指数は、表１の損傷部位データの特徴量項目に対し、損傷名称毎に閾値を設定することで行う。特徴量劣化指数の設定には、操業条件やコークス炉の装入原炭の銘柄別配合などを考慮して行うことが望ましい。表２は、カーボン付着，目地切れ損傷についての特徴量劣化指数の一例である。
【００２７】
【表２】

【００２８】
診断解析用計算機２は、炭化室炉壁損傷データベースが記憶されている記憶装置３の損傷部位データの夫々を前述した特徴量劣化指数と比較し解析することで損傷部位の劣化程度を判定する。具体的には、記憶装置３から読出した、炉団中の全損傷部位データの中で、損傷名称がカーボン付着の損傷部位データはカーボン付着の特徴量劣化指数と、同様に、損傷名称が目地切れの損傷部位データは目地切れの特徴量劣化指数と、他の損傷名称についても同様に対応する損傷名称の特徴劣化指数と比較し評価することで夫々の損傷部位の劣化程度を順位付ける。
すなわち、損傷名称がカーボン付着の損傷部位データでは、損傷部位データの全特徴量項目の値を順次、対応する特徴量劣化指数閾値と比較し、閾値で規定される範囲内に収まっていれば、判定値として０を、閾値を超えている場合には判定値としてその差を算出する。そして判定値が０以外の個数を数え個数順に先ず損傷部位を順序付けし、同じ判定値の場合には、判定値の合計値の大きい順に順序付ける。これにより、損傷部位データの劣化程度が定量的に順位付けられる。
したがって、劣化程度の大きい順に炉団中の炭化室の損傷部位データが順序付けられたことから、該損傷部位データに関連する炭化室番号が直に判明し、どの炭化室から補修をすべきかが、個人差無く客観的に求められる。すなわち、劣化程度の著しい炭化室の順序付けが可能となった。
【００２９】
【発明の効果】
本発明により、膨大な炭化室炉壁全域の画像を扱う必要がなくなり、コークス炉の診断データ管理が容易になり、かつ炉団単位の損傷程度の解析が容易となり、さらに、客観化された診断結果に基づいた効果的な補修、炉体管理が実現できる。すなわち、従来は定性的な判断に従っていたが、本発明によれば診断結果に基づいた適切な補修窯の把握および最適補修指針の決定ができ、コークス炉の寿命延長に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例のコンピュータシステムのブロック図である。
【図２】 撮影された炭化室内壁画像を模式的に示す平面図である。
【図３】 本発明において収集される損傷部位の部分画像の一例を模式的に示す平面図である。
【図４】 （ａ）は、コークス炉の一つの炭化室の内空間を窯口の外から、窯口を通して窯出口まで見た斜視図であり、（ｂ）は、従来技術により炭化室に２次元カメラを挿入して内壁面を撮影する態様を示す平面図である。
【符号の説明】
１：コークス炉 ２：診断解析用計算機
３：データベース蓄積装置 ４：診断解析用計算機端末
１０：目地切れ損傷 １１：カーボン付着損傷
１２：スポーリング損傷 １３：煉瓦剥離損傷
２０：損傷部位最大外角長方形 ４０：２次元カメラ
ＥＸ：窯出口 Ｈ：炭化室高さ
ＩＮ：窯入口 Ｌ：炭化室長さ
Ｗ：炭化室幅 Ｗ１：右垂直壁面
Ｗ２：左垂直壁面

Claims (2)

1. 複数の炭化室からなるコークス炉について、コークス炉炭化室の窯口より、内部の炉壁全域を撮影する装置を挿入し、撮影した炭化室内壁画像から、コークス炉の診断を行う方法であって、
   前記炭化室における内壁撮影毎に得られる前記炭化室内壁画像から、複数の損傷領域を抽出し、抽出した夫々の該損傷領域毎に損傷部画像、及びその位置と形態とを数値化して定量的に示す複数の特徴量項目の値、並びに損傷名称からなる損傷部位データを算出かつ収集する損傷部位データ収集過程と、
   前記損傷部位データ収集過程で収集された炭化室の内壁画像撮影毎の損傷部位データと、炭化室番号及び撮影時間とを一緒に関連付けてデータベース蓄積装置に順次に蓄積させ、炭化室炉壁損傷データベースを作成する炭化室炉壁損傷データベース作成過程と、
   前記炭化室炉壁損傷データベース内の炭化室番号及び撮影時間に関連付けられた損傷部位データそれぞれについて、各特徴量項目の値又は損傷名称に基づいて、損傷がある炭化室、損傷部位、又は損傷部画像の検索を行い表示する過程と、
   からなることを特徴とするコークス炉炉体診断方法。
2. 請求項１に記載のコークス炉炉体診断方法であって、
   前記損傷がある炭化室、損傷部位、又は損傷部画像の検索を行い表示する過程は、予め、損傷名称それぞれについて前記複数の特徴量項目の劣化程度の閾値として特徴量劣化指数を設定しておき、前記炭化室炉壁損傷データベース内の炭化室番号及び撮影時間に関連付けられた損傷部位データそれぞれについて該損傷部位データの損傷名称の特徴量劣化指数と比較、評価して、劣化程度に関して炭化室を順序付ける過程である、ことを特徴とするコークス炉炉体診断方法。

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