JP4262281B2 - コークス炉の壁面評価装置、コークス炉の壁面評価方法、及びコンピュータプログラム - Google Patents

Description

本発明は、コークス炉の壁面評価装置、コークス炉の壁面評価方法、及びコンピュータプログラムに関し、特に、コークス炉の炭化室の壁面の状態を評価するために用いて好適なものである。

石炭を乾留してコークスを生成するためのコークス炉は、耐火レンガ等で形成された炉壁を介して、多数の炭化室と燃焼室とが交互に配置されて構成される。このようなコークス炉でコークスを生成する場合には、まず、炭化室の頂部にある石炭装入口から石炭を装入する。そして、ガスを燃やすことにより燃焼室で発生した熱によって、１０００℃以上の高温を凡そ２０時間、炭化室内の石炭に加える。これにより石炭が乾留され、コークスケーキ（以下、単にコークスと称する）が製造される。コークスが製造されると、炭化室の両端にある扉を開けて、炭化室の側方から押出機によりコークスを押し出し、コークスを炭化室から取り出す。このようにしてコークスを製造するための炭化室は、例えば、長さが１６ｍ、高さが６ｍ、幅が０．４ｍ程度の大きさを有しており、長さと高さに比較して幅が狭い構造を有しているのが特徴である。

長年連続的に稼動しているコークス炉では、炭化室の炉壁に損傷が発生することがある。したがって、炭化室の炉壁の状態を把握することは、炭化室の損傷による操業の中断や遅滞等によってコークスの生産能力を低下させないようにするという観点から、極めて重要である（以下では、炭化室の炉壁を、必要に応じて炉壁と略称する）。
炉壁の状態を診断する従来の技術として、特許文献１に記載の技術がある。かかる技術では、まず、炭化室のある高さにおいて、炉壁間の距離を測定し、測定した結果から、炭化室の奥行方向の距離と、炉壁間の距離との関係を表す実測距離変位線を求め、更に、求めた実測距離変位線をスムージング化した平準化変位線を求める。そして、これら実測距離変位線と平準化変位線とによって囲まれた部分の面積の総和を求め、求めた面積から、炉壁の状態を診断する。

特開２００３−１８３６６１号公報

ところで、コークス炉を操業する上では、コークスを押し出す際に生じる押出負荷が小さいことが望ましい。押出負荷が一定値以上になると、コークスの押し詰まりが発生して、コークスの生産能力が著しく低下するからである。このような押出負荷を決定する要因には様々なものがある。具体的に、炉壁の凹凸、炉壁の耐力、炉壁とコークスとの隙間量、コークスを構成する各コークス塊の大きさ、コークスの炭化室における充填量、押出時に炉壁とコークスとの間に生じる摩擦力、石炭の配合や石炭に含まれる水分量、及び石炭の乾留状態等の様々な要因が複雑に絡み合って押出負荷が生じる。

そして、炉壁の凹凸が押出負荷にどのような影響を与えているのかを定量的に把握することができれば、押出負荷が炉壁の凹凸によって増大しているのか、それとも炉壁の凹凸以外の要因によって増大しているのかを把握することができるので、コークス炉の操業を、これまでよりも適切に管理することができる。

しかしながら、前述したように押出負荷を決定する要因は複雑である。したがって、従来は、押出負荷と炉壁の凹凸の状態との関係を定量的に把握することができなかった。前述した特許文献１に記載の技術でも、炉壁の状態をある程度客観的に把握することができるだけであり、押出負荷と炉壁の凹凸の状態とを定量的に対応付けることはできなかった。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、コークス炉の炭化室からコークスを押し出す際に生じる押出負荷と、炭化室の炉壁の凹凸の状態との関係を定量的に把握することができるようにすることを目的とする。

本発明のコークス炉の壁面評価装置は、製造したコークスを押出機で排出して操業するコークス炉の炭化室の側壁面の状態を評価するコークス炉の壁面評価装置であって、前記炭化室の側壁面の画像信号に基づいて、前記炭化室の側壁面に生じている凹凸に関わる、前記炭化室の側壁面の複数の領域毎の凹凸量を表す凹凸情報である３次元プロフィールデータを導出する凹凸情報導出手段と、前記凹凸情報導出手段により導出された凹凸情報に基づいて、前記炭化室の側壁面における、コークスの押出方向に対する勾配に関わる勾配情報である、コークスの押出方向で互いに隣接する前記複数の領域の各領域における凹凸量の段差を導出する勾配情報導出手段と、前記勾配情報導出手段により導出された勾配情報を用いて、コークスが押出時に受ける抵抗を指標化した抵抗指標を導出する指標化手段とを有することを特徴とする。

本発明のコークス炉の壁面評価方法は、製造したコークスを押出機で排出して操業するコークス炉の炭化室の側壁面の状態を評価するコークス炉の壁面評価方法であって、前記炭化室の側壁面の画像信号に基づいて、前記炭化室の側壁面に生じている凹凸に関わる、前記炭化室の側壁面の複数の領域毎の凹凸量を表す凹凸情報である３次元プロフィールデータを導出する凹凸情報導出ステップと、前記凹凸情報導出ステップにより導出された凹凸情報に基づいて、前記炭化室の側壁面における、コークスの押出方向に対する勾配に関わる勾配情報である、コークスの押出方向で互いに隣接する前記複数の領域の各領域における凹凸量の段差を導出する勾配情報導出ステップと、前記勾配情報導出ステップにより導出された勾配情報を用いて、コークスが押出時に受ける抵抗を指標化した抵抗指標を導出する指標化ステップとを有することを特徴とする。

本発明のコンピュータプログラムは、製造したコークスを押出機で排出して操業するコークス炉の炭化室の側壁面の状態を評価するための処理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であって、前記炭化室の側壁面の画像信号に基づいて、前記炭化室の側壁面に生じている凹凸に関わる、前記炭化室の側壁面の複数の領域毎の凹凸量を表す凹凸情報である３次元プロフィールデータを導出する凹凸情報導出ステップと、前記凹凸情報導出ステップにより導出された凹凸情報に基づいて、前記炭化室の側壁面における、コークスの押出方向に対する勾配に関わる勾配情報である、コークスの押出方向で互いに隣接する前記複数の領域の各領域における凹凸量の段差を導出する勾配情報導出ステップと、前記勾配情報導出ステップにより導出された勾配情報を用いて、コークスが押出時に受ける抵抗を指標化した抵抗指標を導出する指標化ステップとをコンピュータに実行させることを特徴とする。

本発明によれば、炭化室の側壁面における勾配であって、コークスの押出方向に対する登り勾配の情報を導出し、導出した登り勾配の情報を用いて、コークスが押出時に受ける抵抗を指標化することにより、コークスの押出時に生じる押出負荷と、炭化室の炉壁の凹凸の状態との関係を定量的に把握することが可能になる。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態を説明する。
図１は、コークス炉の構成の一例を示す図である。具体的に、図１（ａ）は、コークス炉１００全体のうち、炭化室の奥行き方向に見たときの、測定対象の炭化室付近の様子の一例を示す縦断面図である。図１（ｂ）は、コークス炉１００全体のうち、コークス炉１００の上側から見たときの、図１（ａ）に示した部分の横断面図である。

図１（ａ）に示すように、コークス炉１００は、炉壁１４を介して炭化室１１ａ、１１ｂと燃焼室１６ａ、１６ｂ、１６ｃとが交互に配置されている。石炭装入口１３ａから、炭化室１１ａ内に石炭が装入され、コークス１５が製造される。コークス１５は、ガス燃焼を行う燃焼室１６ａ、１６ｂからの熱によって、石炭が乾留されることにより製造される。

炉壁１４は、例えば耐火レンガを積み重ねることによって形成される。操業中における炉壁１４の温度は、燃焼室１６ａ、１６ｂ、１６ｃからの熱によって、１０００℃以上の高温となっている。また、炭化室１１ａ、１１ｂ内も１０００℃以上の高温となっている。
炉壁１４の上には、天井耐火物１８が形成されている。本実施形態のコークス炉１００の炭化室１１ａ、１１ｂ（炉壁１４）の高さは６ｍであり、天井耐火物１８の高さは１．５ｍであり、石炭装入口１３ａ、１３ｂの直径は０．４ｍである。また、図１（ｂ）に示すように、炭化室１１ｂの奥行方向における両端部には、押出機側扉１９ａと排出側扉１９ｂとが設けられている。本実施形態では、これら押出機側扉１０ａと排出側扉１９ｂとの間の距離（すなわち、炭化室１１の奥行方向の長さ）は、１６ｍである。尚、以下の説明では、必要に応じて、押出機側（押出元側）をＰＳ側と称し、排出側（押出先側）をＣＳ側と称する。
尚、炭化室１１ａ、１１ｂの石炭装入口１３ａ、１３ｂは、蓋１２ａ、１２ｂで塞がれている。更に、燃焼室１６の開口部も蓋１７で塞がれている。

また、図１（ｂ）に示すように、例えばコークス１５ａが製造されると、押出機側扉１９ａと排出側扉１９ｂとが開けられる。そして、ＰＳ側から炭化室１１ａの奥行方向に押出機（図示を省略）に搭載されている押出ラム２０を挿入して、コークス１５ａをＣＳ側に押し出す。これによりコークス１５ａがコークス炉１００から取り出される。
このようにしてコークス１５ａをコークス炉１００から取り出す際に、前述したような様々な要因によって、押出負荷が変化する。この押出負荷は、押出ラム２０を駆動するモータの電力や、モータと押出ラム２０とを接続するシャフトに生じるトルク等に基づいて測定することができる。

本実施形態では、以上のような構成を有するコークス炉１００の炭化室１１の両側壁面（炉壁）全体に亘る凹凸を観測するために、図２に示す壁面観察装置を用いる。図２は、壁面観察装置の外観構成の一例を示す図である。図２では、炭化室１１のＰＳ側から、炭化室１１の奥行方向に、壁面観察装置２００が挿入されたときの様子を示している。

図２において、壁面観察装置２００は、ベースビームＢＢと、アッパビームＵＢと、垂直柱１と、ミラー管２とが一体となって形成された水冷ランスを有している。水冷ランスは、高耐熱のステンレス製の２重管であり、内管と外管との間に冷却水が流されるようになっている。このようにして、冷却水が流されるようにすることによって、水冷ランスの内部が高熱に曝されないようにしている。

具体的に、炭化室１１の奥行方向に延設されているアッパビームＵＢの先端面と、同じく炭化室１１の奥行方向に延設されているベースビームＢＢの先端上面に、炭化室１１の高さ方向に延設される垂直柱１が取り付けられている。また、ベースビームＢＢの先端面と、垂直柱１の上端側面に、炭化室１１の高さ方向に延設されるミラー管２が取り付けられている。前述したように、垂直柱１と、ミラー管２と、アッパビームＵＢと、ベースビームＢＢとは、一体で形成されており、互いに共通の内空間を有している。

垂直柱１の前面には、透光板３ａ〜３ｄが、所定の間隔で高さ方向に設けられている。垂直柱１の内部に設けられた４つのリニアイメージカメラ５は、夫々透光板３ａ〜３ｄを通して、ミラー管２に映し出された画像を撮影する。すなわち、リニアイメージカメラ５は、炭化室１１の右側・左側の炉壁１４Ｒ、１４Ｌの画像を撮影する（図３及び図４を参照）。

また、透光板３ａ、３ｂの間と、透光板３ｃ、３ｄの間には、夫々透光板４ａ、４ｂが設けられている。垂直柱１の内部に設けられた、例えば複数の半導体レーザからなるレーザ投光器群８は、透光板４ａ、４ｂを通して、ミラー管２を介して、炭化室１１の右側・左側の炉壁１４Ｒ、１４Ｌ上のリニアイメージカメラ５の視野に、レーザ光を投光する（図３及び図４を参照）。
また、垂直柱１の底面の先端側には、炭化室１１の炉壁（床面）１４Ｆに乗ったシューＳＨが形成されている。このシューＳＨを介して水冷ランスの先端部が炭化室１１の炉壁（床面）１４Ｆで支持される。尚、水冷ランスの後端部は、水冷ランス挿入装置（図示を省略）に装着され支持されている。

炭化室１１のＰＳ側から、ミラー管２を先頭にして水冷ランスを、炉外の水冷ランス挿入装置（図示を省略）を用いて炭化室１１の奥行方向に挿入する。これにより、水冷ランスが、炭化室１１の奥行方向（ＣＳ側の方向）に進入する。

図３は、垂直柱１の内部であって、透光板３ａ、４ａが設けられた部分の様子の一例を示す図である。
図３に示すように、垂直柱１の内部の位置であって、透光板３ａと対向する位置に、第１のリニアイメージカメラ５ａが設けられている。また、垂直柱１の内部の位置であって、透光板４ａと対向する位置には、１１個のレーザ投光器からなるレーザ投光器群８ａと、同じく１１個のレーザ投光器からなるレーザ投光器群８ｂとが設けられている。第１のリニアイメージカメラ５ａと、レーザ投光器群８ａ、８ｂとの間には、減速機を内蔵した第１の電気モータ６ａが設けられている。この第１の電気モータ６ａは、垂直柱１に固定されている。また、第１の電気モータ６ａの回転軸（出力軸）に、第１のリニアイメージカメラ５ａと支持板７ａとが結合されている。そして、支持板７ａに、レーザ投光器群８ａ、８ｂが固定されている。

レーザ投光器群８ａは、その上方にある第１のリニアイメージカメラ５ａで撮影されるレーザスポットを、炉壁１４上に形成するためのものである。一方、レーザ投光器群８ｂは、その下方にある図示しない第２のリニアイメージカメラ５で撮影されるレーザスポットを形成するためのものである。レーザ投光器群８ｂの下方にある第２のリニアイメージカメラは、垂直柱１の内部の位置であって、透光板３ｂと対向する位置に設けられている。この第２のリニアイメージカメラ５は、第１のリニアイメージカメラ５ａと同様に、減速機を内蔵した図示しない第２の電気モータ６の回転軸に結合されている。また、第２の電気モータ６は垂直柱１に固定されている。尚、第２の電気モータ６と、第２のリニアイメージカメラ５には、レーザ投光器群８ａ、８ｂは結合されていない。

第１のリニアイメージカメラ５ａと、レーザ投光器群８ａ、８ｂとがミラー管２の管軸をねらっている状態で、第１の電気モータ６ａが正転すると、第１のリニアイメージカメラ５ａと、レーザ投光器群８ａ、８ｂは、炭化室１１の左側の炉壁１４Ｌと対面する位置まで回動する。一方、第１の電気モータ６ａが逆転すると、第１のリニアイメージカメラ５ａと、レーザ投光器群８ａ、８ｂは、炭化室１１の右側の炉壁１４Ｒと対面する位置まで回動する。

第１の電気モータ６ａの正転に伴い、第２の電気モータ６も正転する。これにより、第２のリニアイメージカメラ５も、炭化室１１の左側の炉壁１４Ｌと対面する位置まで回動する。同様に、第１の電気モータ６ａの逆転に伴い、第２の電気モータ６も逆転する。これにより、第２のリニアイメージカメラ５も、炭化室１１の右側の炉壁１４Ｒと対面する位置まで回動する。

以上のような第１及び第２のリニアイメージカメラ５と、レーザ投光器群８ａ、８ｂと、第１及び第２の電気モータ６と同様の構成が、垂直柱１の内部の領域であって、透光板３ｃ、３ｄ、４ｂが形成されている領域にも形成されている。このように、本実施形態では、垂直柱１の内部に、リニアイメージカメラ５とレーザ投光器群８との組みが、４組設けられている。

図４は、垂直柱１とミラー管２の配置関係の一例を示す図である。前述したように、垂直柱１の内部には、リニアイメージカメラ５とレーザ投光器群８との組みを４組設けるようにしているが、各組は、撮影する場所が異なるだけであるので、以下では、第１のリニアイメージカメラ５ａと、レーザ投光器群８との組みの説明を行い、その他の組みの詳細な説明を必要に応じて省略する。

前述したように、第１のリニアイメージカメラ５ａとレーザ投光器群８ａは、垂直柱１の管軸を回転軸として旋回駆動をし得る。ミラー管２には、炭化室１１の左側の炉壁１４Ｌを正面から観察するための左鏡面９Ｌと、炭化室１１の右側の炉壁１４Ｒを正面から観察するための右鏡面９Ｒとが形成されている。これらの鏡面９Ｌ、９Ｒは、ステンレス製の外管の表面を鏡面研磨して鏡面化した後、クロムメッキを施すことにより形成される。

第１のリニアイメージカメラ５ａと、レーザ投光器群８ａとを、例えば左鏡面９Ｌをねらう位置に回動させると、レーザ投光器群８ａから出射されるレーザ光線が、左鏡面９Ｌに当って反射され、炭化室１１の左側の炉壁１４Ｌに当る。そうすると、炭化室１１の左側の炉壁１４Ｌに、レーザスポット５２が現われる（図５を参照）。本実施形態では、例えば、水平方向の長さ（幅）が３０ｍｍ、高さ方向の長さ（厚み）が２ｍｍの線状のレーザスポット５２が現われる。前述したように、レーザ投光器群８ａは、１１個のレーザ投光器からなるので、１１個のレーザスポット５２ａ〜５２ｋが、炉壁１４の高さ方向に現われる。

そして、本実施形態では、炭化室１１の炉壁１４が平らである場合には、これら１１個のレーザスポット５２ａ〜５２ｋと、レーザ投光器群８ａ以外の３つのレーザ投光器群８によって形成されるレーザスポットとが、概ね１３０ｍｍ間隔で、炉壁１４の高さ方向に現われるように、合計４４個のレーザ投光器から投光されるレーザ光線の投光角度が調整されている。

本実施形態では、リニアイメージカメラ５ａは、炭化室１１の炉壁１４の高さ方向を撮影する１次元カメラである。例えば、第１のリニアイメージカメラ５ａと、レーザ投光器群８ａとが、左鏡面９Ｌをねらっているときには、図５（ａ）に示すように、炭化室１１の炉壁１４の高さ方向に、第１のリニアイメージカメラ５ａの撮影視野５１が形成される。
水平方向（炭化室１４の奥行方向）に長さを有するレーザスポット５２を形成することにより、レーザスポット５２が形成される領域が、炭化室１４の奥行方向に多少ずれても、リニアイメージカメラ５の視野５１から完全に逸脱しない範囲にレーザスポット５２があればよい。

炭化室１１の炉壁１４は粗面であるので、レーザスポット５２から各方向にレーザ光が散乱する。この散乱したレーザ光の一部が、例えば左鏡面９Ｌに当って反射され、第１のリニアイメージカメラ５ａに入る。

尚、炉壁１４の赤熱発光に対してレーザスポット５２を強調するため、狭帯域の特定波長のみを透過する光学干渉フィルタをカメラに取り付けてある。この光学干渉フィルタは斜めから光が入射すると透過波長が短波長側にシフトする特性がある。そこで、本実施形態では、波長６８５ｎｍ付近の光を透過するフィルタを採用し、レーザ投光器群８を構成するレーザ投光器のうち、撮影視野５１の中心付近にレーザスポットを形成するレーザ投光器は、フィルタの透過帯域と合致した６８５ｎｍの波長のレーザ光を投光し、撮影視野の周辺部にスポットを形成するレーザ投光器は、６７０ｎｍの波長のレーザ光を投光するようにしている。

ここで、炭化室１１の炉壁１４に凹部が存在していると、炉壁１４が平らな場合に比べて、鏡面９Ｌと炉壁１４との間の距離が増大する。すると、図５（ｂ）に示すように、リニアイメージカメラ５ａの画面上では、レーザスポット５２の像５２´が上方向にシフトする。レーザ光がリニアイメージカメラ５ａの下方から斜めに投光されているためである。一方、炭化室１１の炉壁１４に凸部が存在していると、炉壁１４が平らな場合に比べて、鏡面９Ｌと炉壁１４との間の距離が増大する。したがって、図５（ｃ）に示すように、リニアイメージカメラ５ａの画面上では、レーザスポット５２の像５２´が下方向にシフトする。レーザスポット５２の像５２´が上下にシフトする量は、凹凸量とレーザ投光角度とにより決まる。各レーザの投光角度は固定されているので、像５２´のシフト量から炉壁１４の凹凸量を知ることができる。

尚、第１のリニアイメージカメラ５ａのように、対応するレーザ投光器群８よりも上方にあるリニアイメージカメラ５では、前述したように、凹部が存在している所で、撮影画面上のレーザスポット像５２´が上方向にシフトし、凸部が存在している所で、影画面上のレーザスポット像５２´が下方向にシフトする。一方、第２のリニアイメージカメラ５のように、対応するレーザ投光器群８よりも下方にあるリニアイメージカメラ５では、凹部が存在している所で、撮影画面上のレーザスポット像５２´が下方向にシフトし、凸部が存在している所で、撮影画面上のレーザスポット像５２´が上方向にシフトする。

以上のようにして、炭化室１１の炉壁１４に形成されたレーザスポット像５２´を撮影するに際し、リニアイメージカメラ５と、レーザ投光器群８との指向方向を左鏡面９Ｌにすると、炭化室１１の左側の炉壁１４Ｌを正面から見る画像が得られる。また、レーザ投光器群８との指向方向を右鏡面９Ｒにすると、炭化室１１の右側の炉壁１４Ｒを正面から見る画像が得られる。

次に、壁面観察装置２００の使用態様の一例を説明する。各リニアイメージカメラ５の指向方向を、右鏡面９Ｒに設定して、炭化室１１内に水冷ランスを前進させる。水冷ランスが４０ｍｍ移動する度に発せられる移動同期パルスが１パルス発生すると、壁面観察装置２００に設けられたＡ／Ｄ変換器は、各リニアイメージカメラ５の１ライン分の画像信号をＡ／Ｄ変換する。そして、壁面観察装置２００に設けられたＣＰＵは、Ａ／Ｄ変換された画像信号を、どのリニアイメージカメラ５で撮影されたものであるのかを区別できる状態で、ＲＡＭにより構成される右壁面用メモリ領域に書き込む。

炭化室１１の奥行方向の略全長に渡って、以上の処理を終えると、各リニアイメージカメラ５の指向方向を、左鏡面９Ｌに設定して、水冷ランスを後退させながら、同様に計測を行う。
尚、壁面観察装置２００については、例えば、国際公開第００／５５５７５パンフレットや、特開２００５−２４９６９８号公報等に記載されている。

次に、コークス炉の壁面評価装置について説明する。図６は、コークス炉の壁面評価装置の機能構成の一例を示す図である。尚、コークス炉の壁面評価装置３００のハードウェアは、例えば、パーソナルコンピュータ等、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク、及び画像入出力ボードを備えた装置である。そして、図６に示す各ブロックは、例えば、ＣＰＵが、ＲＯＭやハードディスクに記憶されている制御プログラムを、ＲＡＭを用いて実行することにより実現することができる。

炉壁３次元プロフィールデータ導出部３０１は、前述したようにして壁面観察装置２００で得られた画像信号に基づいて、炭化室１１の右側及び左側の炉壁１４Ｒ、１４Ｌ全体の炉壁３次元プロフィールデータを導出する。炉壁３次元プロフィールデータでは、凹凸損傷のない健全部をゼロとして、炭化室１１に張出している凸部を正の値、逆に陥没している凹部を負の値として凹凸量が表される。図７は、炉壁３次元プロフィールデータの一例を説明する図である。尚、ここでは、炭化室１１の奥行方向（ＰＳからＣＳまで）の長さをＤ₀［ｍ］とし、炭化室１１の高さをＨ₀［ｍ］と表記する。

図７において、壁面観察装置２００における炉壁１４Ｒ、１４Ｌの撮影領域に対応した複数の領域（図７では（ｐ×ｑ）個（ｐ、ｑは２以上の自然数）の領域）それぞれに、壁面観察装置２００で得られた画像信号に基づいて、凹凸量（ｚ（１，１）〜ｚ（ｐ，ｑ））を求めたものが、炉壁３次元プロフィールデータ７０１となる。

具体的に説明すると、炉壁３次元プロフィールデータ導出部３０１は、壁面観察装置２００に設けられた右壁面用メモリ領域に記憶されている画像信号を順次読み出す。そして、読み出した画像信号から、輝度が最も高い位置（ピーク位置）を特定することにより、レーザスポット５２を、炭化室１１の奥行方向（ＰＳ側からＣＳ側に向かう方向）に追跡する。前述したように本実施形態では、４４個（１１個×４セット）のレーザスポット５２が得られるので、レーザスポット５２の追跡結果が、４４個得られることになる。

図８は、レーザスポット５２の追跡結果の一例を示す図である。図８において、レーザスポット５２の追跡結果８０１は、炭化室１１の高さ方向におけるレーザスポット５２の位置と、炭化室１１の奥行方向の位置とをパラメータとする曲線となる。前述したようにレーザスポット５２それぞれは、炭化室１１の炉壁１４に凹凸部が存在していると、炭化室１１の高さ方向において上下にシフトする。したがって、レーザスポット５２の追跡結果８０１を用いることにより、炭化室１１の右側の炉壁１４Ｒ全体に亘って凹凸量を検出することができる。一方、炭化室１１の左側の炉壁１４Ｌについても、壁面観察装置２００に設けられた左壁面用メモリ領域に記憶されている画像信号を用いて、右壁面用メモリ領域に記憶されている画像信号に対する処理と同様の処理を行うことによって、凹凸量を検出することができる。

そして、本実施形態の炉壁３次元プロフィールデータ導出部３０１は、以上のようにして求めた炭化室１１の右側及び左側の炉壁１４Ｒ、１４Ｌ全体に亘る凹凸量を、互いに対向する領域同士で合算し、合算した凹凸量（ｚ（１，１）〜ｚ（ｐ，ｑ））を炉壁３次元プロフィールデータ７０１として領域指定部３０２に出力する。なお、合算した凹凸量の符号は、炉壁１４が凹凸のない健全な状態から広がる向きが負、逆に狭まる向きが正となる。このようにするのは、コークス５１が炭化室１１から押し出される際には、左右のどちらの炉壁が変形していても、同じ引っかかり抵抗が発生するので、左右別々に計算を行う場合よりも、その後の計算が簡便になるからである。
以上のように本実施形態では、凹凸情報として、凹凸行列データの一例である炉壁３次元プロフィールデータ７０１が用いられ、炉壁３次元プロフィールデータ導出部３０１を用いて凹凸情報導出手段が実現される。

領域指定部３０２は、炉壁３次元プロフィールデータ導出部３０１で導出された炉壁３次元プロフィールデータ７０１の各領域（凹凸行列データ要素）を順次指定する。図７に示した例では、（ｐ×ｑ）個の領域を、（１，１）、・・・、（ｐ，１）、（２，１）、・・・（ｐ，ｑ）の順で指定し、指定した領域（局所指標化対象領域）の炉壁３次元プロフィールデータ７０１を段差算出部３０３に出力する。
前述したように、壁面観察装置２００は、炭化室１１の奥行方向（ＰＳ側からＣＳ側に向かう方向）においては、４０ｍｍ間隔で画像信号を得るようにしている。また、壁面観察装置２００は、炭化室１１の高さ方向においては、１３０ｍｍ間隔で画像信号を得るようにしている。したがって、図７に示した炉壁３次元プロフィールデータ７０１の各領域における凹凸量（ｚ（１，１）〜ｚ（ｐ，ｑ））は、横（炭化室１１の奥行方向）が４０ｍｍ、縦（炭化室１１の高さ方向）が１３０ｍｍの大きさを有する長方形の領域の凹凸量を代表する値である。

段差算出部３０３は、領域指定部３０２から出力された炉壁３次元プロフィールデータ７０１に基づいて、領域指定部３０２で指定された領域の段差ΔＺ［ｍｍ］を求める。
図９は、炭化室１１の壁面１４の凹凸の様子の一例を示す図である。具体的に図９（ａ）は、炭化室１１の一部の横断面図を示す図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）の破線で囲まれた部分をモデル化して示す図である。

前述したように、領域指定部３０２は、図７に示した炉壁３次元プロフィールデータ７０１において、（ｐ×ｑ）個の領域を、（１，１）、・・・、（ｐ，１）、（２，１）、・・・（ｐ，ｑ）の順で指定する。そこで、段差算出部３０３は、領域指定部３０２によって今回指定された領域の凹凸量と、前回指定された互いに隣接する領域の凹凸量とから、今回指定された領域と、前回指定された領域との段差ΔＺを導出する。例えば、図９（ｂ）において、領域ｎが指定された場合、領域ｎの凹凸量と、領域（ｎ−１）の凹凸量とから、領域ｎの凹凸量と、領域（ｎ−１）との段差ΔＺ_nを導出する。尚、炉壁３次元プロフィールデータ７０１において、１列目の領域については、その領域の凹凸量が段差ΔＺとなる。あるいは、段差ΔＺ_nは２列目から計算するようにしてもよい。
前述したように、炭化室１１の奥行方向（ＰＳ側からＣＳ側に向かう方向）においては、４０ｍｍ間隔で画像信号を得るようにしている。したがって、段差ΔＺは、領域指定部３０２で指定された領域における勾配であって、コークス１５の押出方向に対する勾配を示す情報となる。すなわち、凹凸行列の要素間の差分値である段差ΔＺは、局所的な勾配を示す情報となる。
以上のように本実施形態では、段差算出部３０３を用いて勾配情報導出手段が実現される。

局所抵抗指数導出決定部３０４は、領域指定部３０２で指定された領域について、局所抵抗指数ｋ_i,jを導出するか否かを決定する。具体的に局所抵抗指数導出決定部３０４は、段差算出部３０３で導出された段差ΔＺが、定数δより大きい場合に、局所抵抗指数ｋ_i,jを導出すると決定する。ここで、局所抵抗指数ｋ_i,jとは、押出ラム２０によって押し出されているコークス１５が、領域指定部３０２で指定された領域の登り勾配から受ける抵抗を指標化したものである。このように本実施形態では、局所抵抗指標として局所抵抗指数ｋ_i,jが用いられる。

一方、段差算出部３０３で今回導出された段差ΔＺがδ（δ＞０）以下の場合には、局所抵抗指数ｋ_i,jを０（ゼロ）とする。
段差算出部３０３で今回導出された段差ΔＺが０（ゼロ）以下である場合には、領域指定部３０２で指定された領域が、コークス１５の押出方向に対して下り勾配を有している。このような場合、押出ラム２０によって押し出されているコークス１５が、領域指定部３０２で指定された領域の勾配によって受ける抵抗は発生しない。したがって、段差算出部３０３で今回導出された段差ΔＺが０（ゼロ）未満である場合には、その抵抗を指標化した局所抵抗指数ｋ_i,jを０（ゼロ）とする。また、段差算出部３０３で今回導出された段差ΔＺが、正の値を示していたとしても、その値が小さければ、押出ラム２０によって押し出されているコークス１５が、領域指定部３０２で指定された領域の勾配によって受ける抵抗は無視できる。なぜならば、コークス１５と炉壁１４の間には焼き減りと呼ばれる１〜２ｍｍ程度の隙間が生じているからである。したがって、本実施形態では、段差算出部３０３で今回導出された段差ΔＺが、正の値を示していたとしても、その値が小さければ局所抵抗指数ｋ_i,jを０（ゼロ）とする。尚、定数δは焼き減り量に対応させて、例えば、１ｍｍ以上２ｍｍ以下の任意の値とすることができる。

局所抵抗指数導出部３０５は、局所抵抗指数導出決定部３０４で、局所抵抗指数ｋ_i,jを導出すると決定された場合に、領域指定部３０２で指定された領域の局所抵抗指数ｋ_i,jを導出する。
具体的に局所抵抗指数導出部３０５は、以下の（１）式を用いて、領域（ｉ，ｊ）における局所抵抗指数ｋ_i,jを導出する（ｉは、１以上ｐ以下の自然数であり、ｊは、１以上ｑ以下の自然数である）。

ここで、Ｄ₀は、炭化室１１の奥行方向（ＰＳからＣＳまで）の長さ［ｍ］であり、Ｈ₀は、炭化室１１の高さ［ｍ］である。これらＤ₀、Ｈ₀は炭化室１１の形状によって定まるものであり、コークス炉の壁面評価装置３００に設けられたＲＯＭに予め記憶されている。
ｄは、領域指定部３０２で指定された領域の位置であって、炭化室１１の奥行方向の位置［ｍ］であり、ｈは、領域指定部３０２で指定された領域の位置であって、炭化室１１の高さ方向の位置［ｍ］である（図１０を参照）。これらｄ、ｈは、領域指定部３０２によって指定された領域に対応する位置であり、炉壁３次元プロフィールデータ導出部３０１で導出された炉壁３次元プロフィールデータ７０１から得ることができる。

αは、領域指定部３０２によって今回指定された領域の段差ΔＺに与える定数である。βは、領域指定部３０２によって前回指定された領域の局所抵抗指数ｋ_i-1,jに与える定数である。本実施形態では、段差ΔＺが大きくなるにつれて、指数関数的に局所抵抗指数ｋ_i,jが増大するという本願発明者らの知見に基づいて、領域指定部３０２によって今回指定された領域の段差ΔＺの累乗（定数α乗）を演算するようにしている。

また、本実施形態では、領域指定部３０２によって前回指定された領域（領域指定部３０２によって今回指定された領域とコークス１５の押出元側で隣接する領域）の局所抵抗指数ｋ_i-1,jも考慮して、領域指定部３０２によって今回指定された領域の局所抵抗指数ｋ_i,jを導出する。このようにするのは、例えば、登り勾配の領域と下り勾配の領域とが交互に存在する場合に比べ、登り勾配の領域が連続する場合の方が、押出ラム２０によって押し出されているコークス１５が、領域指定部３０２で指定された領域の勾配によって受ける抵抗が大きくなるからである。そして、本実施形態では、領域指定部３０２によって前回指定された領域の局所抵抗指数ｋ_i-1,jに定数βを乗じることにより、領域指定部３０２によって前回指定された領域の局所抵抗指数ｋ_i-1,jによる影響を調整するのが好ましいという本願発明者らの知見に基づいて、定数βを定義している。

εは、炭化室１１の奥行方向（ＰＳ側からＣＳ側に向かう方向）の位置に値が依存する重み係数であり、（１）式の右辺の１つめのかっこ（１＋（ε×ｄ）／Ｄ ₀ ）が奥行方向の位置に対応する重みを表す。また、γは、炭化室１１の炉壁１４の高さ方向の位置に値が依存する重み係数であり、（１）式の右辺の２つめのかっこ（１＋[γ（Ｈ ₀ −ｈ）／Ｈ ₀ ]）が高さ方向の位置に対する重みを表す。図１０は、重み係数ε、γを説明する図である。具体的に図１０（ａ）は、炭化室１１の炉壁１４を示す図であり、図１０（ｂ）は、重み係数εと、炭化室１１の奥行方向における位置ｄとの関係の一例を示す図であり、図１０（ｃ）は、重み係数γと、炭化室１１の高さ方向における位置ｈとの関係の一例を示す図である。

図１０（ｂ）に示すように、重み係数εを使って表現される奥行方向の位置に対する重みは、ＰＳ側（押出元）から遠ざかる程大きくなる。このようにするのは、押出抵抗となる凹凸がＰＳ側から遠ざかる位置である程、押出ラム２０の押出ラムからの距離が長くなり、その位置にあるコークス１５が押出ラム２０から受ける力が伝播ロスにより小さくなるからである。すなわち、炉壁１４やコークス１５の状態が同じであっても、ＰＳ側から遠ざかる位置にあるコークス１５である程、余計に押出負荷が必要になる。本実施形態では、炭化室１１の奥行方向における位置ｄの増加に伴い、重み係数εが直線的に増加するように、重み係数εを定義している。

また、図１０（ｃ）に示すように、重み係数γを使って表現される高さ方向の位置に対する重みは、高さが低い位置である程大きくなる。このようにするのは、高さが低い位置にあるコークス１５程、その上にあるコークス１５の自重による拘束が発生し、凹凸部の段差を通過するためのコークス１５の変形が起こりにくくなるからである。すなわち、炉壁１４やコークス１５の状態が同じであっても、低い位置にあるコークス１５である程、余計に押出負荷が必要になるからである。本実施形態では、炭化室１１の高さ方向の位置ｈの増加に伴い、重み係数γが直線的に減少するように、重み係数γを定義している。

以上のような定数α、βと、重み係数ε、γは、炭化室１１にコークス１５を押し出す操業をモデル化して行った数値シミュレーションの結果や、実際の操業の結果等に基づいて決定される任意の実数であり、コークス炉の壁面評価装置３００に設けられたＲＯＭに予め記憶されている。コークス押出性の観点から炉壁状態を精度高く指標化することができるα、β、ε、γを定める必要がある。本願発明者らは、限定的な操業データで定数α、βと重み係数ε、γの概略の範囲を調査したところ、例えば、αは１．２以上２．５以下、βは０．１以上１．０以下、εは０以上５以下、γは０以上５以下の範囲の値であった。
尚、炉壁３次元プロフィールデータ７０１の１列目の領域が領域指定部３０２によって指定されている場合、局所抵抗指数導出部３０５は、（１）式において、前回指定された領域の局所抵抗指数ｋ_i-1,jを０（ゼロ）として、局所抵抗指数ｋ_i,jを導出する。

また、炉壁３次元プロフィールデータ７０１が測定ノイズを含んでいる場合は、データをスムージング処理することが望ましい。例えば、領域指定部３０２により指定された領域の炉壁３次元プロフィールデータ７０１と、その炉壁３次元プロフィールデータ７０１と奥行き方向や縦方向で隣り合う領域の炉壁３次元プロフィールデータ７０１とを平均した値を、領域指定部３０２により指定された領域の炉壁３次元プロフィールデータ７０１として用いて局所抵抗指数ｋ_i,jを導出するのが好ましい。

局所抵抗指数導出部３０５は、以上のようにして導出した局所抵抗指数ｋ_i,jを、コークス炉の壁面評価装置３００に設けられたＲＡＭによって構成される局所抵抗指数記憶部３０６に一時的に記憶する。
以上のように本実施形態では、第１の重み係数として重み係数εが用いられ、第２の重み係数として重み係数γが用いられる。

局所抵抗指数導出終了判定部３０７は、炉壁３次元プロフィールデータ７０１の全ての領域について、局所抵抗指数導出部３０５により局所抵抗指数ｋ_i,jが導出されたか否かを判定する。炉壁３次元プロフィールデータ７０１の全ての領域について、局所抵抗指数導出部３０５により局所抵抗指数ｋ_i,jが導出されていない場合、局所抵抗指数導出終了判定部３０７は、そのことを示す局所抵抗指数導出未完了信号を、領域指定部３０２に送信する。そして、領域指定部３０２は、炉壁３次元プロフィールデータ導出部３０１で導出された炉壁３次元プロフィールデータ７０１の次の領域を指定する。本実施形態において、炉壁３次元プロフィールデータ７０１の領域を指定する順序は、前述したように、（１，１）、・・・、（ｐ，１）、（２，１）、・・・（ｐ，ｑ）の順である（図７を参照）。

一方、炉壁３次元プロフィールデータ７０１の全ての領域について、局所抵抗指数導出部３０５により局所抵抗指数ｋ_i,jが導出された場合、すなわち、図７に示す例では、領域指定部３０２により領域（ｐ，ｑ）が指定され、局所抵抗指数導出部３０５により局所抵抗指数ｋ_p,qが導出された場合、局所抵抗指数導出終了判定部３０７は、そのことを示す局所抵抗指数導出完了信号を抵抗指数決定部３０８に出力する。局所抵抗指数導出完了信号を入力した抵抗指数決定部３０８は、局所抵抗指数記憶部３０６に記憶されている全ての局所抵抗指数ｋ_i,jを読み出し、読み出した局所抵抗指数ｋ_i,jから、以下の（２）式を用いて抵抗指数ｋを導出する。そして、抵抗指数決定部３０８は、導出した抵抗指数ｋを、例えばハードディスクに記憶する。

以上のように本実施形態では、抵抗指標として抵抗指数ｋが用いられ、局所抵抗係数導出決定部３０４、局所抵抗係数導出部３０５、局所抵抗係数記憶部３０６、及び抵抗係数決定部３０８を用いて指標化手段が実現される。
抵抗指数表示部３０９は、抵抗指数決定部３０８により導出された抵抗指数ｋを、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等のコンピュータディスプレイを備えた表示装置４００に表示する。

図１１は、以上のようにしてコークス炉の壁面評価装置３００により導出される炉壁３次元プロフィールデータ７０１ａ（図１１（ａ））と、その炉壁３次元プロフィールデータ７０１ａに基づいてコークス炉の壁面評価装置３００により導出される局所抵抗指数ｋ_i,j（図１１（ｂ））の一例を示す図である。また、図１２は、図１１（ａ）に示す炉壁３次元プロフィールデータ７０１ａを含む、右側及び左側の炉壁１４Ｒ、１４Ｌ全体の炉壁３次元プロフィールデータ７０１で示される凹凸量を、等高線を用いて画像化した図である。尚、図１１では、炭化室１１における左右の炉壁１４の一部１４ａについて、炉壁３次元プロフィールデータ７０１ａと局所抵抗指数ｋ_i,jとを示している。また、図１１（ａ）に示す炉壁３次元プロフィールデータ７０１ａの数値の単位は［ｍｍ］である。

図１１（ｃ）において、例えば、炉壁３次元プロフィールデータ７０１ａの領域（１２，３）、（１３，３）、（１４，３）における局所抵抗指数ｋ_i,jは、夫々「３０」、「５１」、「３４」である。このように、コークス１５を炭化室１１から押し出す方向に対して、炭化室１１の炉壁の勾配が、定数δで定まる勾配よりも急な登り勾配であると、局所抵抗指数ｋ_i,jが発生することが分かる。

前述したように、壁面観察装置２００は、炭化室１１の奥行方向（ＰＳ側からＣＳ側に向かう方向）においては、４０ｍｍ間隔で画像信号を得るようにしている。このように、炭化室１１の奥行方向において、４０ｍｍ間隔で画像信号を得るようにしているのは、本実施形態では、コークス１５を構成するコークス塊の、炭化室１１の奥行方向における長さの最小値が８０ｍｍであると見積もっているからである。

図１３は、コークス１５が、炭化室１１の右側の炉壁１４Ｒに生じている凹凸の影響を受けて押し出されることを説明する図である。
図１３（ａ）は、コークス塊１５Ｃの位置にコークス塊１５Ｃの長さＬｍｉｎより小さい開口幅の凹部１３０１がある様子を示している。図１３（ａ）に示すように、コークス１５を構成するコークス塊１５Ａ〜１５Ｄのうち、炭化室１１の奥行方向における長さが最小値Ｌｍｉｎを示すコークス塊は、コークス塊１５Ｃである。このコークス塊１５Ｃの長さＬｍｉｎより開口幅が小さい凹部１３０１が炉壁１４Ｒにあったとしても、コークス塊１５Ａ〜１５Ｄは凹部１３０１に入り込めないので、実質的に凹部１３０１の影響を受けずに炭化室から押し出される。

一方、図１３（ｂ）は、コークス塊１５Ｃの位置にコークス塊１５Ｃの長さＬｍｉｎと同じ開口幅の凹部１３０２がある様子を示している。この場合、コークス塊１５ｃは開口幅の凹部１３０２に入り込んで形成されるので、押し出される時に抵抗を生じる。開口幅がＬｍｉｎの凹部を捉えることができる最低限の奥行方向に画像信号間隔は、サンプリング定理に従い、コークス塊１５Ｃの長さＬｍｉｎの１／２倍（＝Ｌｍｉｎ÷２）以下である。奥行方向の画像信号間隔を必要以上に小さくすると炉壁３次元プロフィールデータ７０１のデータサイズが大きくなり演算する上で好ましくない。そこで、本実施形態では、奥行方向の画像信号間隔を、コークス塊１５Ｃの長さＬｍｉｎの１／２倍の４０ｍｍにした。

次に、図１４のフローチャートを参照しながら、コークス炉の壁面評価装置３００の処理動作の一例を説明する。この図１４のフローチャートは、コークス炉の壁面評価装置３００に設けられたＣＰＵが、ＲＯＭやハードディスクに記憶された制御プログラムを実行することにより実現される。

まず、ステップＳ１において、炉壁３次元プロフィールデータ導出部３０１は、壁面観察装置２００によって、炭化室１１の右側及び左側の炉壁１４Ｒ、１４Ｌ全体の画像信号が得られるまで待機する。炭化室１１の右側及び左側の炉壁１４Ｒ、１４Ｌ全体の画像信号が得られると、ステップＳ２に進む。

ステップＳ２に進むと、炉壁３次元プロフィールデータ導出部３０１は、壁面観察装置２００で得られた画像信号に基づいて、炭化室１１の右側及び左側の炉壁１４Ｒ、１４Ｌ全体の炉壁３次元プロフィールデータ７０１を導出する（図７、図１１を参照）。
次に、ステップＳ３において、領域指定部３０２は、変数ｉ，ｊを夫々１に設定する。変数ｉ，ｊは、例えば、コークス炉の壁面評価装置３００に設けられているＲＡＭやレジスタ等に記憶される。

次に、ステップＳ４において、段差算出部３０３は、炉壁３次元プロフィールデータ７０１に基づいて、領域（ｉ，ｊ）における段差ΔＺを求める（図９を参照）。
次に、ステップＳ５において、局所抵抗指数導出決定部３０４は、ステップＳ４で求められた段差ΔＺが定数δよりも大きいか否かを判定する。この判定の結果、ステップＳ４で求められた段差ΔＺが定数δよりも大きい場合には、後述するステップＳ１４に進む。

一方、ステップＳ４で求められた段差ΔＺが定数δ以下である場合には、ステップＳ６に進む。ステップＳ６に進むと、局所抵抗指数導出決定部３０４は、領域（ｉ，ｊ）における局所抵抗指数ｋ_i,jを０（ゼロ）に設定する。
次に、ステップＳ７において、局所抵抗指数導出部３０５は、ステップＳ６で設定された局所抵抗指数ｋ_i,jを局所抵抗指数記憶部３０６に一時的に記憶する。
次に、ステップＳ８において、局所抵抗指数導出終了判定部３０７は、変数ｉが、規定値ｐか否かを判定する。規定値ｐは、炉壁３次元プロフィールデータ７０１の横方向（ＰＳ側からＣＳ側に向かう方向）の数によって定まる値である。この判定の結果、変数ｉが、規定値ｐでない場合には、ステップＳ９に進み、領域指定部３０２は、変数ｉに「１」を加算する。そして、ステップＳ４移行の処理を再度行う。

一方、変数ｉが、規定値ｐである場合には、ステップＳ１０に進む。ステップＳ１０に進むと、局所抵抗指数導出終了判定部３０７は、変数ｊが、規定値ｑか否かを判定する。規定値ｑは、炉壁３次元プロフィールデータ７０１の縦方向（高さ方向）の数によって定まる値である。この判定の結果、変数ｊが、規定値ｑでない場合には、ステップＳ１１に進み、領域指定部３０２は、変数ｊに「１」を加算する。そして、ステップＳ４移行の処理を再度行う。

一方、変数ｊが、規定値ｑである場合には、全ての局所抵抗指数ｋ_i,jを導出したと判定し、ステップＳ１２に進む。ステップＳ１２に進むと、抵抗指数決定部３０８は、ステップＳ７で局所抵抗指数記憶部３０６に記憶された全ての局所抵抗指数ｋ_i,jを読み出し、読み出した局所抵抗指数ｋ_i,jから、（２）式を用いて抵抗指数ｋを導出する。
次に、ステップＳ１３において、抵抗指数表示部３０９は、ステップＳ１２で算出された抵抗指数ｋを表示装置４００に表示する。

ステップＳ５において、ステップＳ４で求められた段差ΔＺが定数δよりも大きいと判定された場合には、ステップＳ１４に進む。ステップＳ１４に進むと、局所抵抗指数導出部３０５は、領域（ｉ−１，ｊ）の局所抵抗指数ｋ_i-1,jを局所抵抗指数記憶部
３０６から読み出し、読み出した局所抵抗指数ｋ_i-1,jが０（ゼロ）でないか否かを判定する。この判定の結果、局所抵抗指数ｋ_i-1,jが０（ゼロ）である場合には、後述するステップＳ１６に進む。

一方、局所抵抗指数ｋ_i-1,jが０（ゼロ）でない場合には、ステップＳ１５に進む。ステップＳ１５に進むと、局所抵抗指数導出部３０５は、定数α、βと、重み係数ε、γと、炭化室１１の奥行方向の長さＤ₀と、炭化室の高さＨ₀と、領域（ｉ，ｊ）により定まる位置ｄ、ｈとを読み出す。そして、局所抵抗指数導出部３０５は、読み出したパラメータと、ステップＳ１４で読み出した局所抵抗指数ｋ_i-1,jとを（１）式に代入して、局所抵抗指数ｋ_i,jを算出する。そして、前述したステップＳ７に進み、局所抵抗指数導出部３０５は、ステップＳ１５で算出した局所抵抗指数ｋ_i,jを一時的に記憶する。

ステップＳ１４において、局所抵抗指数ｋ_i-1,jが０（ゼロ）であると判定された場合には、ステップＳ１６に進む。ステップＳ１６に進むと、局所抵抗指数導出部３０５は、ステップＳ１５と同様に、定数α、βと、重み係数ε、γと、炭化室１１の奥行方向の長さＤ₀と、炭化室の高さＨ₀と、領域（ｉ，ｊ）にり定まる位置ｄ、ｈとを読み出す。そして、局所抵抗指数導出部３０５は、読み出したパラメータを（１）式に代入すると共に、局所抵抗指数ｋ_i-1,jとして０（ゼロ）を（１）式に代入して、局所抵抗指数ｋ_i,jを算出する。そして、前述したステップＳ７に進み、局所抵抗指数導出部３０５は、ステップＳ１６で算出した局所抵抗指数ｋ_i,jを一時的に記憶する。尚、ステップＳ１６に進んだ場合、局所抵抗指数ｋ_i-1,jは０（ゼロ）であり、（１）式の右辺の第２項は０（ゼロ）となるので、このステップＳ１６では、定数βを読み出さないようにしてもよい。

図１５は、以上のようにして求めた抵抗指数ｋと、押出負荷との関係を示した図である。コークス１５の乾留時間の不足といった押出負荷を変動させる他の要因が極力ない炭化室１１を選んで、炉壁３次元プロフィールデータ７０１を導出し、その炉壁３次元プロフィールデータ７０１を用いて前述したようにして抵抗指数ｋを算出する。一方、その炭化室１１から実際にコークス１５を取り出した際に生じた押出負荷を、押出ラム２０のモータ軸に取り付けたトルク計の計測値に基づいて求める。具体的には、トルク計測値と押出ラム駆動機構の減速比から押出負荷（力）を計算する。ここでは、コークス１５を押し出す過程で押出負荷が最大値となるところを単に押出負荷と言う。そして、このようにして得られた抵抗指数ｋと押出負荷とに対応する位置をプロットする。以上のような処理を多数の炭化室１１に対して行った結果、図１５に示すように多数のプロットが得られる。

前述したように、押出負荷を決定する要因には石炭の配合や乾留時間など様々なものがあり、従来は、炉壁１４の凹凸の状態が押出負荷にどの程度影響を与えているのかを他の要因と分離して評価することができなかった。しかしながら、図１５に示すように、抵抗指数ｋと押出負荷（押出力）とには、明瞭な相関が得られることが分かる。つまり、炭化室１１を診断するに際し、抵抗指数ｋを導出すれば、押出負荷に影響を与える炉壁１４の状態を定量的に評価して管理することができる。

図１６は、重み係数γを０（ゼロ）とした場合の抵抗指数ｋと、押出負荷との関係を示した図である。図１６に示すように、重み係数γを考慮しなくても、抵抗指数ｋと押出負荷とに相関が見られる。ただし、図１５と図１６とを比較しても分かるように、重み係数γを考慮した方が、抵抗指数ｋと押出負荷とに、より明瞭な相関が得られる。したがって、重み係数γを考慮して抵抗指数ｋを求めるのが好ましいことが分かる。

従来から、炭化室１１の炉壁１４の状態と押出負荷との関係が調べられてきたが、その方法としては、炉壁１４に発生している凹凸の面積を炉壁１４の状態を表す指標とするといった単純なものであった。例えば、図１７は、炭化室１１の炉壁１４に生じている陥没もしくは張り出しの凹凸量が２０ｍｍ以上の領域が、炉壁１４全体に占める割合と、押出負荷との関係を示した図である。図１７の横軸の凹凸面積割合とは、陥没もしくは張り出しの凹凸量が２０ｍｍ以上ある領域の面積の合計値を、炭化室１１の炉壁１４全体の面積で割った値に、１００を乗じた値としている。図１７に示すように、面積割合と押出負荷との相関は、図１５及び図１６に示した抵抗指数ｋと押出負荷との相関よりも明らかに劣る。本願発明者らは、炉壁凹凸がコークス移動時の抵抗となる物理的現象を鋭意検討し、抵抗量すなわち押出負荷はコークスが当る凹凸部の上り勾配の形状や位置に依存するとしたモデルに基づき抵抗指数という指標を定義することを考案した。この結果、今回初めて炭化室１１の炉壁１４の状態と、押出負荷との間に明瞭な相関が得られるようになった。

以上のように本実施形態では、炭化室１１の右側及び左側の炉壁１４Ｒ、１４Ｌ全体に亘る凹凸量を示す炉壁３次元プロフィールデータ７０１を、壁面観察装置２００で得られた画像信号を用いて生成する。そして、炉壁１４に登り勾配があることによって、押し出されるコークス１５が受ける抵抗を指標化した抵抗指数ｋを、炉壁３次元プロフィールデータ７０１を用いて求めるようにした。そして、この抵抗指数ｋと押出負荷とに相関があることが確認できた。

したがって、押出負荷に影響を与える炉壁１４の状態を定量的に評価することができ、鉄鋼製造プロセスの操業において最も重要なものの１つであるコークス１５の押出性という観点から、炭化室１１の炉壁１４の凹凸状況を評価・管理することができる。そして、炭化室１１に装入する石炭の量を減らして押出負荷を下げたり、置時間を長くして押出負荷を下げたりする等の操業アクションの必要性を、抵抗指数ｋに基づいて定量的に判断することができる。例えば、抵抗係数ｋが閾値を超えた場合には、抵抗係数ｋの値に応じて、炭化室１１に装入する石炭の量を減らすようにすることができる。
凹凸が顕著な炉壁については、凹部を溶射により穴埋めしたり凸部のレンガを削ったりする等して平滑面を回復する補修を行うこともある。しかしながら、炉壁の補修作業は多大な時間と労力を要し、コークス１５の減産も余儀なくされる。このため、補修の必要性を客観的に判断する指標として、本実施形態で説明した抵抗指数を使えば有効である。
以上の結果、炭化室１１におけるコークス１５の押し詰まりが発生することを防止することができることに加えて、炭化室１１に装入する石炭の量を減らし過ぎたり、置時間を長くし過ぎたりすることを防止することができ、コークス１５の生産性が低下することも防止することができる。

また、本実施形態では、コークス１５の押出方向から見た炉壁１４の登り勾配に、コークス１５が当る（引っかかる）ことにより生じる抵抗を、炉壁１４の各領域について指標化した局所抵抗指数ｋ_i,jを導出するに際し、コークス１５の押出元側に隣接する領域の局所抵抗指数ｋ_i-1,jを考慮するようにした。したがって、例えば、登り勾配の領域と下り勾配の領域とが交互に存在する場合と、登り勾配の領域が連続する場合とで、抵抗指数ｋ_i,jを異ならせることができる。よって、実際の凹凸の状態を、抵抗指数ｋに反映させることが可能になり、抵抗指数ｋの精度をより向上させることができる。

更に、本実施形態では、局所抵抗指数ｋ_i,jの導出対象となる位置に応じて重み付けを行って局所抵抗指数ｋ_i,jを導出するようにした。具体的には、コークス１５の押出元から遠ざかる位置にある領域の局所抵抗指数ｋ_i,j程、局所抵抗指数ｋ_i,jが大きくなるように、重み係数εを用いて局所抵抗指数ｋ_i,jに重み付けを行った。また、高さが低い位置にある領域の局所抵抗指数ｋ_i,j程、局所抵抗指数ｋ_i,jが大きくなるように、重み係数γを用いて局所抵抗指数ｋ_i,jに重み付けを行った。したがって、コークス１５が押出ラム２０から受ける力を、抵抗指数ｋに反映させることが可能になり、抵抗指数ｋの精度をより向上させることができる。

また、本実施形態では、炭化室１１の右側及び左側の炉壁１４Ｒ、１４Ｌ全体に亘る凹凸量を、互いに向かい合う領域同士で加算し、加算した凹凸量（ｚ（１，１）〜ｚ（ｐ，ｑ））を炉壁３次元プロフィールデータ７０１とした。したがって、抵抗係数ｋを導出する際の計算負荷を低減させることができる。

また、前述した特許文献１では、炭化室のある高さにおいて、炭化室の奥行方向の炉壁間の距離を測定しているだけであるので、測定している高さと別の高さにある凹凸を把握することができない。したがって、特許文献１に記載の技術では、炭化室１１の右側及び左側の炉壁１４Ｒ、１４Ｌの状態を正確に把握することができない。これに対して、本実施形態では、炭化室１１の右側及び左側の炉壁１４Ｒ、１４Ｌ全体に亘る凹凸量を、壁面観察装置２００で撮影された画像信号から求めるようにしているので、炭化室１１の右側及び左側の炉壁１４Ｒ、１４Ｌの状態を正確に反映させて、抵抗指数ｋを導出することができる。

尚、本実施形態では、（１）式、（２）式を用いて、抵抗指数ｋを求めるようにしたが、必ずしも（１）式、（２）式を用いて、抵抗指数ｋを求めなくてもよい。すなわち、炉壁１４に登り勾配があることによって、押し出されるコークス１５が受ける抵抗を指標化した指標値であれば、必ずしも（１）式、（２）式を用いて、抵抗指数ｋを求めなくてもよい。

また、前述したように炭化室１１の右側及び左側の炉壁１４Ｒ、１４Ｌ全体に亘る凹凸量を、互いに向かい合う領域同士で加算し、加算した凹凸量（ｚ（１，１）〜ｚ（ｐ，ｑ））を炉壁３次元プロフィールデータ７０１とすれば、計算負荷を軽減することができ好ましい。しかしながら、炭化室１１の右側及び左側の炉壁１４Ｒ、１４Ｌの夫々について炉壁３次元プロフィールデータを算出し、それら２つの炉壁３次元プロフィールデータを用いて、局所抵抗指数ｋ_i,j、抵抗指数ｋを求めるようにしてもよい。

また、本実施形態のように、局所抵抗指数ｋ_i,jの導出対象となる位置に応じて重み付けを行って局所抵抗指数ｋ_i,jを導出すれば、抵抗指数ｋをより精度良く求めることができ好ましい。しかしながら、局所抵抗指数ｋ_i,jの導出対象となる位置に応じて重み付けを行わずに、局所抵抗指数ｋ_i,jを導出してもよい。例えば、重み係数ε、γの少なくとも何れか一方を０（ゼロ）にして、局所抵抗指数ｋ_i,jを導出してもよい。
また、重み係数ε、γは、必ずしも直線的に変化しなくてもよい。例えば、重み係数ε、γが指数関数的に変化するようにしてもよい。

また、本実施形態のように、炭化室１１の右側及び左側の炉壁１４Ｒ、１４Ｌ全体に亘る凹凸量を、壁面観察装置２００で撮影された画像信号から求めるようにすれば、炭化室１１の右側及び左側の炉壁１４Ｒ、１４Ｌをより正確に評価することができるので好ましい。しかしながら、必ずしも、炭化室１１の右側及び左側の炉壁１４Ｒ、１４Ｌ全体に亘る凹凸量を、壁面観察装置２００で撮影された画像信号から求める必要はない。

また、壁面観察装置２００が行う画像処理の一部又は全部を、コークス炉の壁面評価装置３００で行うようにしてもよい。
また、本実施形態では、定数δが０（ゼロ）よりも大きい値を有するようにしたが、定数δを０（ゼロ）にしてもよい。
また、本実施形態では、炭化室１１の奥行方向における画像信号を得る間隔を、炭化室１１の奥行方向における長さが最小値であるコークス塊１５Ｃの表面性状に基づいて決定するようにしたが、必ずしもこのようにする必要はない。例えば、炭化室１１の奥行方向における長さが、全コークス塊の平均値（又は代表値）であるコークス塊の表面性状に基づいて、炭化室１１の奥行方向における画像信号を得る間隔を決定するようにしてもよい。

以上説明した本発明の実施形態のうち、ＣＰＵが実行する部分は、コンピュータがプログラムを実行することによって実現することができる。また、プログラムをコンピュータに供給するための手段、例えばかかるプログラムを記録したＣＤ−ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体、又はかかるプログラムを伝送する伝送媒体も本発明の実施の形態として適用することができる。また、上記プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体などのプログラムプロダクトも本発明の実施の形態として適用することができる。上記のプログラム、コンピュータ読み取り可能な記録媒体、伝送媒体及びプログラムプロダクトは、本発明の範疇に含まれる。
また、前述した実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

本発明の実施形態を示し、コークス炉の構成の一例を示す図である。 本発明の実施形態を示し、壁面観察装置の外観構成の一例を示す図である。 本発明の実施形態を示し、垂直柱の内部の様子の一例を示す図である。 本発明の実施形態を示し、垂直柱とミラー管の配置関係の一例を示す図である。 本発明の実施形態を示し、レーザスポットの一例を示す図である。 本発明の実施形態を示し、コークス炉の壁面評価装置の機能構成の一例を示す図である。 本発明の実施形態を示し、炉壁３次元プロフィールデータの一例を説明する図である。 本発明の実施形態を示し、レーザスポットの追跡結果の一例を示す図である。 本発明の実施形態を示し、炭化室の壁面の凹凸の様子の一例を示す図である。 本発明の実施形態を示し、重み係数を説明する図である。 本発明の実施形態を示し、コークス炉の壁面評価装置により導出される炉壁３次元プロフィールデータと、その炉壁３次元プロフィールデータに基づいてコークス炉の壁面評価装置により導出される局所抵抗指数の一例を示す図である。 本発明の実施形態を示し、炉壁３次元プロフィールデータで示される凹凸量を、等高線を用いて画像化した図である。 本発明の実施形態を示し、コークスが、炭化室の右側の炉壁に生じている凹凸の影響を受けて押し出されることを説明する図である。 本発明の実施形態を示し、コークス炉の壁面評価装置の処理動作の一例を説明するフローチャートである。 本発明の実施形態を示し、抵抗指数と、押出負荷との関係を示した図である。 本発明の実施形態を示し、重み係数γを０（ゼロ）とした場合の抵抗指数と、押出負荷との関係を示した図である。 本発明の実施形態を示し、炭化室の炉壁に生じている陥没もしくは張出しの凹凸量が２０ｍｍ以上の領域が、炉壁全体に占める割合と、押出負荷との関係を示した図である。

符号の説明

１１ 炭化室
１４ 炉壁
１５ コークス
１６ 燃焼室
２０ 押出ラム
１００ コークス炉
２００ 壁面観察装置
３００ コークス炉の壁面評価装置
４００ 表示装置

Claims (17)

1. 製造したコークスを押出機で排出して操業するコークス炉の炭化室の側壁面の状態を評価するコークス炉の壁面評価装置であって、
   前記炭化室の側壁面の画像信号に基づいて、前記炭化室の側壁面に生じている凹凸に関わる、前記炭化室の側壁面の複数の領域毎の凹凸量を表す凹凸情報である３次元プロフィールデータを導出する凹凸情報導出手段と、
   前記凹凸情報導出手段により導出された凹凸情報に基づいて、前記炭化室の側壁面における、コークスの押出方向に対する勾配に関わる勾配情報である、コークスの押出方向で互いに隣接する前記複数の領域の各領域における凹凸量の段差を導出する勾配情報導出手段と、
   前記勾配情報導出手段により導出された勾配情報を用いて、コークスが押出時に受ける抵抗を指標化した抵抗指標を導出する指標化手段とを有することを特徴とするコークス炉の壁面評価装置。
2. 前記勾配情報導出手段は、前記勾配情報を、前記複数の領域毎に導出し、
   前記指標化手段は、前記炭化室の側壁面における、前記コークスの押出方向に対する登り勾配から、コークスが押出時に受ける前記複数の領域毎の局所的な抵抗を指標化した局所抵抗指標を導出し、導出した局所抵抗指標を集計して、前記炭化室の側壁面全体における前記抵抗指標を導出することを特徴とする請求項１に記載のコークス炉の壁面評価装置。
3. 前記凹凸情報導出手段は、前記複数の領域のうち、前記炭化室の一方の側壁面と他方の側壁面との互いに対向する領域に生じている凹凸量を合算して凹凸情報を導出し、
   前記勾配情報導出手段は、前記凹凸情報導出手段により合算された凹凸情報を用いて、前記勾配情報を導出することを特徴とする請求項２に記載のコークス炉の壁面評価装置。
4. 前記指標化手段は、前記隣接する各領域における凹凸量の段差を累乗した値を用いて、前記領域における局所抵抗指標を導出することを特徴とする請求項２又は３に記載のコークス炉の壁面評価装置。
5. 前記指標化手段は、前記領域における局所抵抗指標を、前記領域に押出元側で隣接する領域の局所抵抗指標を定数倍した値を用いて導出することを特徴とする請求項２〜４の何れか１項に記載のコークス炉の壁面評価装置。
6. 前記指標化手段は、前記複数の領域のうち、前記コークスの押出方向に対する登り勾配が閾値以下の領域については、前記コークスが押出時に受ける抵抗がないものとして、前記局所抵抗指標を導出することを特徴とする請求項２〜５の何れか１項に記載のコークス炉の壁面評価装置。
7. 前記指標化手段は、前記領域の前記炭化室の奥行方向の位置に依存した重みづけを行い、前記局所抵抗指標を導出することを特徴とする請求項２〜６の何れか１項に記載のコークス炉の壁面評価装置。
8. 前記指標化手段は、前記領域の前記炭化室の側壁面の高さ方向の位置に依存した重みづけを行い、前記局所抵抗指標を導出することを特徴とする請求項２〜７の何れか１項に記載のコークス炉の壁面評価装置。
9. 製造したコークスを押出機で排出して操業するコークス炉の炭化室の側壁面の状態を評価するコークス炉の壁面評価方法であって、
   前記炭化室の側壁面の画像信号に基づいて、前記炭化室の側壁面に生じている凹凸に関わる、前記炭化室の側壁面の複数の領域毎の凹凸量を表す凹凸情報である３次元プロフィールデータを導出する凹凸情報導出ステップと、
   前記凹凸情報導出ステップにより導出された凹凸情報に基づいて、前記炭化室の側壁面における、コークスの押出方向に対する勾配に関わる勾配情報である、コークスの押出方向で互いに隣接する前記複数の領域の各領域における凹凸量の段差を導出する勾配情報導出ステップと、
   前記勾配情報導出ステップにより導出された勾配情報を用いて、コークスが押出時に受ける抵抗を指標化した抵抗指標を導出する指標化ステップとを有することを特徴とするコークス炉の壁面評価方法。
10. 前記勾配情報導出ステップは、前記勾配情報を、前記複数の領域毎に導出し、
    前記指標化ステップは、前記炭化室の側壁面における、前記コークスの押出方向に対する登り勾配から、コークスが押出時に受ける前記複数の領域毎の局所的な抵抗を指標化した局所抵抗指標を導出し、導出した局所抵抗指標を集計して、前記炭化室の側壁面全体における前記抵抗指標を導出することを特徴とする請求項９に記載のコークス炉の壁面評価方法。
11. 前記凹凸情報導出ステップは、前記複数の領域のうち、前記炭化室の一方の側壁面と他方の側壁面との互いに対向する領域に生じている凹凸量を合算して凹凸情報を導出し、
    前記勾配情報導出ステップは、前記凹凸情報導出ステップにより合算された凹凸情報を用いて、前記勾配情報を導出することを特徴とする請求項１０に記載のコークス炉の壁面評価方法。
12. 前記指標化ステップは、前記隣接する各領域における凹凸量の段差を累乗した値を用いて、前記領域における前記局所抵抗指標を導出することを特徴とする請求項１０又は１１に記載のコークス炉の壁面評価方法。
13. 前記指標化ステップは、前記領域における局所抵抗指標を、前記領域に押出元側で隣接する領域の局所抵抗指標を定数倍した値を用いて導出することを特徴とする請求項１０〜１２の何れか１項に記載のコークス炉の壁面評価方法。
14. 前記指標化ステップは、前記複数の領域のうち、前記コークスの押出方向に対する登り勾配が閾値以下の領域については、前記コークスが押出時に受ける抵抗がないものとして、前記局所抵抗指標を導出することを特徴とする請求項１０〜１３の何れか１項に記載のコークス炉の壁面評価方法。
15. 前記指標化ステップは、前記領域の前記炭化室の奥行方向の位置に依存した重みづけを行い、前記局所抵抗指標を導出することを特徴とする請求項１０〜１４の何れか１項に記載のコークス炉の壁面評価方法。
16. 前記指標化ステップは、前記領域の前記炭化室の側壁面の高さ方向の位置に依存した重みづけを行い、前記局所抵抗指標を導出することを特徴とする請求項１０〜１５の何れか１項に記載のコークス炉の壁面評価方法。
17. 製造したコークスを押出機で排出して操業するコークス炉の炭化室の側壁面の状態を評価するための処理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であって、
    前記炭化室の側壁面の画像信号に基づいて、前記炭化室の側壁面に生じている凹凸に関わる、前記炭化室の側壁面の複数の領域毎の凹凸量を表す凹凸情報である３次元プロフィールデータを導出する凹凸情報導出ステップと、
    前記凹凸情報導出ステップにより導出された凹凸情報に基づいて、前記炭化室の側壁面における、コークスの押出方向に対する勾配に関わる勾配情報である、コークスの押出方向で互いに隣接する前記複数の領域の各領域における凹凸量の段差を導出する勾配情報導出ステップと、
    前記勾配情報導出ステップにより導出された勾配情報を用いて、コークスが押出時に受ける抵抗を指標化した抵抗指標を導出する指標化ステップとをコンピュータに実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。

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