JP5999155B2 - 高炉異常検出装置及び高炉異常検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、高炉羽口部における異常を検出する高炉異常検出装置及び高炉異常検出方法に関する。

従来の高炉操業における操業監視方法として、例えば特許文献１に記載の技術がある。この技術は、高炉設備上に複数設置されたセンサの計測データ（温度、圧力、流量等）を、各センサの設置位置を反映させた３次元立体の面に配置し、計測データの空間的分布状態や時間的変化に基づいて高炉の操業状態を監視するものである。
また、炉内を直接監視する方法としては、例えば特許文献２に記載の技術のように羽口の覗き窓にカメラを取り付ける方法や、例えば特許文献３に記載の技術のように羽口の覗き窓にファイバースコープを取り付ける方法がある。

特許第４１５０３２２号公報 特開２００４−１８３９５６号公報 特開昭６０−１２５３０７号公報

ところで、高炉操業時には、羽口先までスラグが上昇してしまうような現象（以下、ノロ湧きと称す）が発生する場合がある。このようなノロ湧きが発生すると、羽口損傷を招き、重大トラブルに発展するおそれがある。
しかしながら、上記特許文献１〜３に記載の技術では、当該ノロ湧きを自動で検知することはできない。すなわち、ノロ湧きの監視はオペレータの目視によって行われる。そのため、多数の羽口を有する高炉では、ノロ湧きの発見が遅れたり見落としたりするおそれがある。
そこで、本発明は、ノロ湧き等の羽口部での異常を適切に検知することができる高炉異常検出装置及び高炉異常検出方法を提供することを課題としている。

上記課題を解決するために、本発明に係る高炉異常検出装置の一態様は、高炉の羽口部における異常を検出する高炉異常検出装置であって、前記羽口部に設けられた監視窓を通してレースウェイ部を撮像する撮像部と、前記撮像部で撮像した撮像画像内の各画素の輝度値が予め設定した輝度閾値よりも高い明部領域と、前記撮像画像内の各画素の輝度値が前記輝度閾値以下となる暗部領域との境界となるエッジ部を抽出するエッジ抽出部と、前記エッジ抽出部で抽出した前記エッジ部の前記高炉の下方向に対応する側の最端位置の、前記高炉の上方向に対応する方向への所定時間あたりの変化量を検出する最端位置変化量検出部と、前記最端位置変化量検出部で検出した最端位置の変化量が予め設定した判定閾値以上であるとき、前記異常が発生していると判断する異常検出部と、前記明部領域の面積の前記所定時間あたりの変化量に基づいて、前記エッジ部の全方向の最端位置が均等に前記明部領域の中心に向かって変化したときの、前記エッジ部の前記下方向側の最端位置の変化分を打ち消すように、前記最端位置変化量検出部で検出した前記最端位置の変化量を補正する最端位置変化量補正部と、を備えることを特徴としている。

これにより、ある一定の方向から羽口部先端が覆われる現象を自動で検知することができる。このような現象としては、例えば、羽口部先端までスラグが上昇するノロ湧きや、未溶融鉱石の羽口先端上部への張り付きなどがある。このように、羽口部における異常を適切に検知することができる。また、このとき、羽口部の撮像画像から抽出したエッジの最端位置の変化率を監視するので、比較的容易に異常を検知することができると共に、例えば緩やかな温度変化によるエッジの最端位置の変化は異常として検出しないようにすることができる。

また、撮像画像から抽出したエッジの最下端位置が上昇したことをもって、羽口部先端までスラグが上昇したことを検知することができる。したがって、ノロ湧きを適切に検知し、羽口破損等のトラブルを防止することができる。

さらに、ある一方向のみのエッジの最端位置が明部領域中心側へ変化する場合と、上記一方向を含む全方向のエッジの最端位置が明部領域中心側へ均等に変化する場合とで明部領域の面積の変化量が異なることを利用し、最端位置変化量を補正する。したがって、燃焼状態の変化により全方向のエッジの最端位置が均等に変化した場合であっても、これを羽口部における異常として検知しないようにすることができる。

さらに、上記において、前記撮像部は、前記高炉に設けられた複数の前記羽口にそれぞれ設けられ、前記異常検出部は、複数の前記羽口のうち連続して設けられた少なくとも２つの前記羽口で、一定期間内に前記異常が発生したと判断されたときに、前記高炉においてノロ湧き起因の異常が発生したと判断することが好ましい。
このように、連続して設けられた複数の羽口における検出結果を用いることにより、視野が狭い場合においても、燃焼状態の変化等による過検知を抑制して適切にノロ湧きを検知することができる。
また、本発明に係る高炉異常検出装置の一態様は、高炉の羽口部における異常を検出する高炉異常検出装置であって、前記羽口部に設けられた監視窓を通してレースウェイ部を撮像する撮像部と、前記撮像部で撮像した撮像画像内の各画素の輝度値が予め設定した輝度閾値よりも高い明部領域と、前記撮像画像内の各画素の輝度値が前記輝度閾値以下となる暗部領域との境界となるエッジ部を抽出するエッジ抽出部と、前記エッジ抽出部で抽出した前記エッジ部の前記高炉の下方向に対応する側の最端位置の、上方向への所定時間あたりの変化量を検出する最端位置変化量検出部と、前記最端位置変化量検出部で検出した最端位置の変化量が予め設定した判定閾値以上であるとき、前記異常が発生していると判断する異常検出部と、を備え、前記撮像部は、前記高炉に設けられた複数の前記羽口にそれぞれ設けられ、前記異常検出部は、複数の前記羽口のうち連続して設けられた少なくとも２つの前記羽口で、一定期間内に前記異常が発生したと判断されたときに、前記高炉においてノロ湧き起因の異常が発生したと判断することを特徴としている。

また、本発明に係る高炉異常検出方法の一態様は、高炉の羽口部における異常を検出する高炉異常検出方法であって、前記羽口部に設けられた監視窓を通してレースウェイ部を撮像し、その撮像画像内の各画素の輝度値が予め設定した輝度閾値よりも高い明部領域と、前記撮像画像内の各画素の輝度値が前記輝度閾値以下となる暗部領域との境界となるエッジ部を抽出し、抽出した当該エッジ部の前記高炉の下方向に対応する側の最端位置の、前記高炉の上方向に対応する方向への所定時間あたりの変化量を検出し、当該変化量が予め設定した判定閾値以上であるとき、前記異常が発生していると判断し、前記変化量を検出する際に、前記明部領域の面積の前記所定時間あたりの変化量に基づいて、前記エッジ部の全方向の最端位置が均等に前記明部領域の中心に向かって変化したときの、前記エッジ部の前記下方向側の最端位置の変化分を打ち消すように、前記最端位置変化量検出部で検出した最端位置の変化量を補正することを特徴としている。
さらに、本発明の係る高炉異常検出方法の一態様は、高炉の羽口部における異常を検出する高炉異常検出方法であって、前記羽口部に設けられた監視窓を通してレースウェイ部を撮像し、その撮像画像内の各画素の輝度値が予め設定した輝度閾値よりも高い明部領域と、前記撮像画像内の各画素の輝度値が前記輝度閾値以下となる暗部領域との境界となるエッジ部を抽出し、抽出した当該エッジ部の前記高炉の下方向に対応する側の最端位置の、前記高炉の上方向に対応する方向への所定時間あたりの変化量を検出し、当該変化量が予め設定した判定閾値以上であるとき、前記異常が発生していると判断し、前記レースウェイ部を撮像する際に、前記高炉に設けられた複数の前記羽口でそれぞれ前記レースウェイ部を撮像し、前記異常を判断する際に、複数の前記羽口のうち連続して設けられた少なくとも２つの前記羽口で、一定期間内に前記異常が発生したと判断されたときに、前記高炉においてノロ湧き起因の異常が発生したと判断することを特徴としている。
このように、羽口部の撮像画像から抽出したエッジの最端位置の変化率を監視するので、羽口部先端までスラグが上昇するノロ湧き等の異常を比較的容易に検知することができる。

本発明によれば、羽口監視窓から撮影した高炉内画像の明部領域と暗部領域とのエッジを検出し、そのエッジ下部の変化を監視するので、ノロ湧き等の異常を自動で検知することができる。また、オペレータが目視により監視する場合と比較して、容易に異常を検知することができる。したがって、羽口部の異常に起因する重大トラブルの発生を回避することができ、安全性と設備補修コストの面で効果が得られる。

本実施形態の高炉異常検出装置が適用された高炉の全体図である。 カメラの設置位置を示す図である。 カメラで撮像した画像の例を示す図である。 ノロ湧き検出ロジックを説明する図である。 第１の実施形態における異常検出処理手順を示すフローチャートである。 ノロ湧き現象を含む時刻の最下端位置変化量ΔＰｂｔｍを示す図である。 燃焼状態の変化によるエッジ下部の変化を示すである。 最下端位置変化量ΔＰｂｔｍの補正方法を説明する図である。 第２の実施形態における異常検出処理手順を示すフローチャートである。 燃焼状態変化を含む時刻の最下端位置変化量ΔＰｂｔｍを示す図である。 ノロ湧き現象を含む時刻の最下端位置変化量ΔＰｂｔｍを示す図である。 第３の実施形態における高炉異常装置を示すブロック図である。 第３の実施形態における異常検出処理手順を示すフローチャートである。 炉内監視用窓の視野が狭くなった状態における、燃焼状態の変化による撮像画像の違いを示す図である。 ２つの羽口における、ノロ湧き現象を含む時刻の最下端位置変化量ΔＰｂｔｍを示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態の高炉異常検出装置が適用された高炉の全体図である。
この図１に示すように、高炉１の羽口２の内側には、炉内に熱風炉からの熱風を送風するための送風管（ブローパイプ）３が接続され、この送風管３を貫通してランス４が設置されている。ランス４からは、炉内に微粉炭、酸素、都市ガスなどの燃料が吹き込まれる。
羽口２の熱風送風方向前方のコークス堆積層には、レースウェイ５と呼ばれる燃焼空間が存在し、主として、この燃焼空間でコークス燃焼、ガス化（鉄鉱石の還元、即ち造銑）が行われる。

また、羽口部には、図２に示すように、オペレータが炉内を監視するための炉内監視用窓６が形成されている。そして、炉内監視用窓６近傍には、当該炉内監視用窓６を通してレースウェイ５を撮像するためのカメラ１１が設置されている。
図３は、カメラ１１で撮像した画像の例を示す図である。この図３に示すように、撮像画像には、羽口２を構成する小羽口２ａの先端開口部に相当する円形状内側に、レースウェイ５とランス４のシルエットとが写る。
カメラ１１で撮像したレースウェイ部の撮像画像は、異常検出部１２に入力する。異常検出部１２は、カメラ１１で撮像した撮像画像を用いて、羽口２の先端までスラグ（ノロ）が上昇してしまう異常（ノロ湧き）を検出する。

ノロ湧きは、スラグが溜まり、且つ炉内の圧が下がることにより発生するものである。ノロ湧きが発生した場合、カメラ１１の撮像範囲の下部が上昇してきたスラグによって隠れる。スラグは比較的温度が低いため、撮像画像内のスラグに対応する部分は輝度が下がり、撮像画像内の明部の最下端位置（高炉の下方向に対応する側の最端位置）が通常時と比較して上昇する現象が生じる。

図４は、ノロ湧き検出ロジックを説明する図である。
ノロ湧きが発生していない通常時にカメラ１１で撮像した撮像画像は、図４（ａ）の上段に示すようになる。また、この撮像画像内の各画素の輝度値が予め設定した輝度閾値よりも高い明部領域と、撮像画像内の各画素の輝度値が上記輝度閾値以下となる暗部領域との境界（エッジ）を抽出すると、そのエッジ画像は図４（ａ）の下段に示すようになる。このとき、エッジの最下端位置ＰｂｔｍはＰｂｔｍ１となる。
ここで、エッジの最下端位置Ｐｂｔｍは、撮像画像の最下部を０［ｐｉｘｅｌ］としたときのエッジの最下端の位置をピクセル数で示したものである。すなわち、エッジの最下端の位置が撮像画像内の上部にあるほど、エッジの最下端位置Ｐｂｔｍは大きな値となる。

そして、この通常状態からノロ湧きが発生すると、カメラ１１は図４（ｂ）の上段に示すような撮像画像を撮像する。この撮像画像内のエッジを抽出すると、図４（ｂ）の下段に示すようになる。このように、羽口２の先端まで上昇したスラグにより撮像画像の下部が暗くなり、スラグが上昇した分だけエッジの最下端位置Ｐｂｔｍが上昇する。このときのエッジの最下端位置ＰｂｔｍがＰｂｒｍ２であるものとすると、その変化量はΔＰｂｔｍ（＝Ｐｂｔｍ２−Ｐｂｔｍ１）となる。
したがって、この最下端位置変化量ΔＰｂｔｍが予め設定した判定閾値ＴＨ以上であるとき、ノロ湧きが発生していると判断することができる。

そこで、異常検出部１２は、羽口内部の画像の明部と暗部とのエッジを検出し、そのエッジ下部の変化を監視することで、ノロ湧きを検出する。異常検出部１２による検出結果はモニター１３に表示し、オペレータに通知される。また、異常検出部１２によるノロ湧き検出時には警報装置１４を作動し、オペレータにこれを報知する。
図５は、異常検出部１２で実行する異常検出処理手順を示すフローチャートである。この異常検出処理は、所定時間ごと（例えば０．３秒ごと）に繰り返し実行するものであり、先ずステップＳ１で異常検出部１２は、カメラ１１で撮像した撮像画像を取得する。

次にステップＳ２で、異常検出部１２は、前記ステップＳ１で取得した撮像画像に対して予め設定したエッジ検出用の輝度閾値を用いて二値化処理を行い、輝度閾値を超えた画像データに対応する明部と、輝度閾値以下の画像データに対応する暗部との境界（エッジ）を抽出する。
次にステップＳ３では、異常検出部１２は、前記ステップＳ２のエッジ抽出結果をもとに、エッジの最下端位置Ｐｂｔｍを検出し、ステップＳ４に移行する。
ステップＳ４では、異常検出部１２は、前記ステップＳ３で検出した今回のサンプリング処理でのエッジの最下端位置Ｐｂｔｍ（ｎ）と、前回のサンプリング処理で検出したエッジの最下端位置Ｐｂｔｍ（ｎ−１）とを比較し、最下端位置変化量ΔＰｂｔｍ（＝Ｐｂｔｍ（ｎ）−Ｐｂｔｍ（ｎ−１））を算出する。

次にステップＳ５では、異常検出部１２は、前記ステップＳ４で算出した最下端位置変化量ΔＰｂｔｍが判定閾値ＴＨ以上であるか否かを判定する。ここで、判定閾値ＴＨは正の値である。そして、ΔＰｂｔｍ≧ＴＨである場合にはステップＳ６に移行し、ΔＰｂｔｍ＜ＴＨである場合には後述するステップＳ７に移行する。
ステップＳ６では、異常検出部１２は、ノロ湧きが発生している（異常検知）と判断し、その異常検出結果をモニター１３に表示すると共に警報装置１４を作動してから異常検出処理を終了する。
ステップＳ７では、異常検出部１２は、ノロ湧きが発生していない（異常非検知）と判断し、異常検出処理を終了する。

以下、羽口部における異常検出処理について、具体的な例を用いて説明する。
先ず、異常検出部１２は、初めに特定の羽口２に設置したカメラ１１で撮像したレースウェイ部の撮像画像を取得し（図５のステップＳ１）、次に取得した撮像画像内のエッジ部を抽出する（ステップＳ２）。続いて、抽出したエッジの最下端位置Ｐｂｔｍを検出し（ステップＳ３）、最下端位置Ｐｂｔｍの変化量ΔＰｂｔｍを算出する（ステップＳ４）。実際に最下端位置Ｐｂｔｍと最下端位置変化量ΔＰｂｔｍとを検知した結果、図６に示す結果が得られた。

図６は、ノロ湧き現象を含む時刻における最下端位置Ｐｂｔｍ及び最下端位置変化量ΔＰｂｔｍの時系列データを示す図である。図６において、符号ａは最下端位置Ｐｂｔｍ、符号ｂは最下端位置変化量ΔＰｂｔｍを示している。
この図６の一点鎖線Ａ、Ｂで囲んだ部分に示すように、ノロ湧きが発生した時刻では最下端位置Ｐｂｔｍが通常時と比較して急激に上昇し、その結果、最下端位置変化量ΔＰｂｔｍは破線で示す判定閾値ＴＨ以上となる（ステップＳ５でＹｅｓ）。
したがって、最下端位置変化量ΔＰｂｔｍに対して判定閾値ＴＨを用いた閾値処理を行うことで、容易且つ適切にノロ湧きを検知することができる。

以上のように、本実施形態では、カメラ１１によってレースウェイ部を撮像し、その撮像画像内の明部と暗部との境界であるエッジ下部の変化量を監視する。すなわち、ノロ湧きが発生したとき、炉内監視用窓６から撮影した高炉内画像の下部（高炉の下方向に対応する側）がノロによって隠れて暗くなることを利用し、エッジの最下端位置Ｐｂｔｍの上昇をもってノロ湧きを検知する。これにより、ノロ湧きを自動で検知することができる。
このとき、エッジの最下端位置Ｐｂｔｍの所定時間あたりの変化量ΔＰｂｔｍに対して閾値処理を行ってノロ湧きを検出する。これにより、エッジの最下端位置Ｐｂｔｍが急激に上昇する現象を適切に検知することができ、レースウェイ部の緩やかな温度変化等をノロ湧きとして誤検知してしまうのを抑制することができる。

また、ノロ湧きを検知した場合には、これをオペレータに報知するので、オペレータは熱風の送風量を増加して炉内の圧を上げるようにするなど、操業条件を調整するアクションをとることができる。
このように、ノロ湧きを自動で検知し、適切に異常時処理を施すことができるため、羽口損傷などの重大トラブルを防止することができ、安全性と設備補修コストの面で効果が得られる。
なお、上記において、カメラ１１が撮像部に対応し、図５のステップＳ２がエッジ抽出部に対応し、ステップＳ３及びＳ４が最端位置変化量検出部に対応し、ステップＳ５及Ｓ６が異常検出部に対応している。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
この第２の実施形態は、ノロ湧き検知に際し、燃焼状態の変化に起因するエッジの最下端位置Ｐｂｔｍの変化を検知しないように、最下端位置変化量ΔＰｂｔｍに補正を加えるようにしたものである。
操業時に、ランス４からの吹き込み状態の変化により炉内の燃焼状態が急激に変化すると、カメラ１１による撮像画像内の輝度が変化することで当該撮像画像から抽出したエッジ部の形状が変化する。例えば、燃焼状態が変化したことで、撮像画像が図７（ａ）の上段に示す状態から図７（ｂ）の上段に示す状態に変化した場合、撮像画像から抽出したエッジ部は図７（ａ）の下段に示す状態から図７（ｂ）の下段に示す状態に変化する。

すなわち、エッジ部の最端位置は、上下左右ほぼ均等に変化する。このように、燃焼状態が変化した場合であってもエッジの最下端位置が上昇する現象が生じるため、単純にエッジの最下端位置の変化量だけを監視すると、燃焼状態の変化をノロ湧きと判定してしまう。
そこで、本実施形態では、このような燃焼状態の変化に起因するエッジ下部の変化を打ち消すように最下端位置変化量ΔＰｂｔｍを補正し、補正後の最下端位置変化量ΔＰｂｔｍに対して判定閾値ＴＨを用いた閾値処理を行う。

ノロ湧きの場合、ノロに隠れて撮像画像の下部のみが暗くなるのに対し、燃焼状態の変化の場合は、上下左右すべてがほぼ均等に暗くなる。つまり、ノロ湧きの場合は、明部の面積変化量が、燃焼状態変化の場合と比較して小さくなる。したがって、この明部の面積変化量の違いを利用し、明部の面積変化量を用いて最下端位置変化量ΔＰｂｔｍを補正することで、ノロ湧きと燃焼状態の変化との違いを判別するようにする。

図８は、第２の実施形態の異常検出部１２で実行する異常検出処理手順を示すフローチャートである。この異常検出処理は、図５のステップＳ４の後にステップＳ１１の処理を追加したことを除いては図５の異常検出処理と同様の処理を行う。そのため、ここでは処理の異なる部分を中心に説明する。
ステップＳ１１では、異常検出部１２は、前記ステップＳ４で算出した最下端位置変化量ΔＰｂｔｍを補正し、前記ステップＳ５に移行する。このステップＳ１１では、先ず、最下端位置変化量ΔＰｂｔｍを補正するための補正値Ｃ＝（√Ａ−√Ｂ）／√πを算出する。ここで、Ａは前回のサンプリング処理で取得した撮像画像内の明部の面積、Ｂは今回のサンプリング処理で取得した撮像画像内の明部の面積である。
次に、異常検出部１２は、前記ステップＳ４で算出した最下端位置変化量ΔＰｂｔｍから補正値Ｃを差し引き、その結果を補正後の最下端位置変化量ΔＰｂｔｍとして前記ステップＳ５に移行する。

以下、この明部面積による補正方法について詳細に説明する。
図９（ａ）は、燃焼状態の変化による明部面積の変化を模式的に示す図である。ここでは、明部を円形と仮定している。
上述したように、燃焼状態の変化によるエッジの最端位置の変化は上下左右にほぼ均一に起こる。燃焼状態の変化により明部半径がＲからｒへ変化したものとすると、明部面積の差は（Ａ−Ｂ）＝π（Ｒ2−ｒ2）、最下端位置の差（最下端位置変化量）はΔＰｂｔｍ＝（Ｒ−ｒ）となる。
したがって、最下端位置変化量ΔＰｂｔｍを、明部面積を用いて表すと以下のようになる。
ΔＰｂｔｍ＝Ｒ−ｒ＝√π（Ｒ−ｒ）／√π＝√π（√Ｒ2−√ｒ2）／√π
＝（√（πＲ2）−√（πｒ2））／√π
＝（√Ａ−√Ｂ）／√π ………（１）
そのため、仮に燃焼状態の変化により明部半径が２ｒからｒへ１／２倍になった場合、最下端位置変化量ΔＰｂｔｍ＝ｒは、明部面積を用いて表した値（√Ａ−√Ｂ）／√πと等しくなる。

次に、ノロ湧きにより明部の最下端位置Ｐｂｔｍのみが上昇した場合を考える。図９（ｂ）は、ノロ湧きによる明部面積の変化を模式的に示す図である。この図９（ｂ）に示すように、半径２ｒの円形明部の最下端位置Ｐｂｔｍがｒだけ上昇した場合、ノロ湧きが発生する前の明部面積Ａ＝４πｒ2、ノロ湧き発生時の明部面積Ｂ＝（８πｒ2）／３＋√３ｒ2となる。
そのため、明部面積の差（√Ａ−√Ｂ）は、以下のように表すことができる。
√Ａ−√Ｂ＝√（４πｒ2）−√（（８πｒ2）／３＋√３ｒ2）
＜√（４πｒ2）−√（（８πｒ2）／３＝ｒ√π（２−２√６／３）
………（２）
ここで、（２−２√６／３）＜１であるため、上記（２）式は以下のように表すことができる。
√Ａ−√Ｂ＜ｒ√π ………（３）
したがって、ノロ湧きにより最下端位置Ｐｂｔｍがｒだけ上昇した場合、最下端位置変化量ΔＰｂｔｍ＝ｒは、明部面積を用いて表した値（√Ａ−√Ｂ）／√πよりも大きい値となる。

すなわち、燃焼状態の変化により、下方向を含む全方向のエッジの最端位置が明部中心部へ向けて均一に変化した場合、最下端位置変化量ΔＰｂｔｍから（√Ａ−√Ｂ）／√πを差し引いた結果は、ほぼ０となる。一方、ノロ湧きによりエッジの最下端位置のみが変化（上昇）した場合、最下端位置変化量ΔＰｂｔｍから（√Ａ−√Ｂ）／√πを差し引いても０にはならない。
したがって、（√Ａ−√Ｂ）／√πを最下端位置変化量ΔＰｂｔｍの補正値Ｃとし、カメラ１１の撮像画像をもとに算出した最下端位置変化量ΔＰｂｔｍから当該補正値Ｃを差し引くことで、最下端位置変化量ΔＰｂｔｍを補正する。これにより、燃焼状態の変化に起因する最下端位置Ｐｂｔｍの変化分を打ち消すことができる。

図１０は、燃焼状態変化を含む時刻の最下端位置変化量ΔＰｂｔｍを示す図である。図中、破線は補正前の最下端位置変化量ΔＰｂｔｍ、実線は明部面積の変化量を用いた補正後の最下端位置変化量ΔＰｂｔｍである。
燃焼状態が変化することでカメラ１１の撮像画像内の明部領域が変化し、エッジの最下端位置Ｐｂｔｍが上昇すると、一点鎖線Ｃで囲んだ部分に示すように判定閾値ＴＨ以上となる最下端位置変化量ΔＰｂｔｍが検出される。そのため、検出した最下端位置変化量ΔＰｂｔｍをそのまま判定閾値ＴＨと比較すると、ノロ湧きが発生したと誤判定してしまう。

これに対して、本実施形態では、検出した最下端位置変化量ΔＰｂｔｍを撮像画像内の明部面積の変化量を用いた補正値Ｃ＝（√Ａ−√Ｂ）／√πで補正する。その結果、燃焼状態変化による最下端位置の変化分を打ち消した最下端位置変化量ΔＰｂｔｍを得ることができる。当該補正により、補正後の最下端位置変化量ΔＰｂｔｍは、一点鎖線Ｃで囲んだ部分に示すように判定閾値ＴＨを下回る。そのため、判定閾値ＴＨと比較してもノロ湧きは非検出となる。このように、燃焼状態の変化をノロ湧きと誤判定するのを防止することができる。

図１１は、ノロ湧き現象を含む時刻の最下端位置変化量ΔＰｂｔｍを示す図である。図中、破線は補正前の最下端位置変化量ΔＰｂｔｍ、実線は明部面積の変化量を用いた補正後の最下端位置変化量ΔＰｂｔｍである。
この図１１に示すように、実際にノロ湧きが発生した場合には、検出した最下端位置変化量ΔＰｂｔｍから撮像画像内の明部面積の変化量を用いた補正値Ｃ＝（√Ａ−√Ｂ）／√πを差し引いても、補正後の最下端位置変化量ΔＰｂｔｍには大きな変化はない。そのため、ノロ湧きが発生した時点での補正後の最下端位置変化量ΔＰｂｔｍは、一点鎖線Ｄで囲んだ部分に示すように判定閾値ＴＨ以上となる。したがって、適切にノロ湧きを検知することができる。

以上のように、撮像画像内の明部領域の面積変化量に基づいて最下端位置変化量ΔＰｂｔｍを補正し、燃焼状態変化による最下端位置の変化分を打ち消すので、燃焼状態の変化によりエッジの最下端位置Ｐｂｔｍが上昇する現象についてはノロ湧き非検知とすることができる。その結果、過検出を抑制することができる。
また、明部領域を円と仮定することで、最下端位置変化量ΔＰｂｔｍを補正するための適切な補正値Ｃを設定することができる。すなわち、実際にカメラ１１で撮像した撮像画像内の明部領域は真円ではないが、円と仮定しても適切な異常検知結果が得られる。
なお、上記において、図８のステップＳ１１が最端位置変化量補正部に対応している。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。第３の実施形態に係る高炉異常検出装置は、図１２に示すように、２台のカメラ１１ａ，１１ｂと、異常検出部１２と、モニター１３と、警報装置１４とを有する。また、高炉１には、高炉１の外周に沿って複数の羽口２が並んで設けられる。

カメラ１１ａ，１１ｂは、第１および第２の実施形態のカメラ１１と同様であり、高炉１の外周に沿って連続して設けられた２つの羽口２にそれぞれ設けられる。
異常検出部１２は、ノロ湧き起因の異常を、後述する検出ロジックにて検出する。
モニター１３および警報装置１４は、第１および第２の実施形態と同様である。

次に、本実施形態における異常検出部１２によるノロ湧き起因の異常検出ロジックを説明する。
図１３に示すように、まず、異常検出部１２は、羽口２毎に異常を判断する（Ｓ２１）。ステップＳ２１における異常は、ノロ湧きが検出されたか否かを示すものであり、第１および第２の実施形態と同様にノロ湧きが検出された場合に異常と判断する。ステップＳ２１では、カメラ１１ａ，１１ｂの撮像画像から、第１および第２の実施形態に係る高炉異常検出方法を用いて、連続して設けられた２つの羽口２のノロ湧きをそれぞれ検出する。すなわち、第１の実施形態に係る高炉異常検出方法を用いる際には、異常検出部１２は、図５に示すステップＳ１〜ステップＳ７の処理を行うことで、２つの羽口２に対して個別にノロ湧きの検出・非検出を判断する。また、第２の実施形態に係る高炉異常検出方法を用いる際には、異常検出部１２は、図８に示すステップＳ１〜Ｓ７，Ｓ１１の処理を行うことで、２つの羽口２に対して個別にノロ湧きの検出・非検出を判断する。なお、ステップＳ２１での異常の判断は、所定間隔（例えば１秒間隔）おきに連続して行われる。

次いで、異常検出部１２は、ステップＳ２１の判断結果から、連続した２つの羽口２の両方で異常が一定期間内に検出された否かを判断する（Ｓ２２）。例えば、異常検出部１２は、一定期間として２分間内に、２つの羽口２で異常が検出されたか否かを判断する。
ステップＳ２２の判断において、２つの羽口２の両方で異常が検出された場合、異常検出部１２は、ノロ湧きが発生した（異常検出）と判断し、ノロ湧き起因の異常検出結果をモニター１３に表示するとともに警報装置１４を作動させる（Ｓ２３）。

一方、ステップＳ２２の判断において、２つの羽口２で異常が検出されなかった場合、異常検出部１２は、ノロ湧きが発生していない（異常非検出）と判断する．このとき、異常非検出の結果がモニター１３に表示されてもよい。
ステップＳ２２，Ｓ２３の後、異常検出処理を終了する。
以上のように、第３の実施形態では、ノロ湧きに際して、羽口画像視野の狭窄などさまざまな要因に起因する過検知を抑止するため、連続して設置された複数の羽口２における異常の検出結果に基づいてノロ湧き起因の異常を検知する。

近年、微粉炭（ＰＣ）吹き込みランスの存在や、ブローパイプの軸ずれなどの要因により炉内監視用窓６の視野が狭くなる場合がある。例えば、図１４（ａ）に示す例のように上下の視野が狭くなった場合、ランス４の下側の輝度の高い明部領域からノロ湧きを検出する必要がある。しかし、このような明部領域が燃焼状態の変化に起因して明部領域の面積が変化する場合、図１４（ｂ）に示すように、視野が狭いことに加えて上部がランス４に隠れているため、最下部のみが大きく変化する場合がある。このとき、第１の実施形態に係る高炉異常検出方法では、第２の実施形態で説明したように過検知が発生しやすくなる。また、第２の実施形態に係る高炉異常検出方法では、明部領域の最下部のみが大きく変化することから、燃焼状態の変化をノロ湧きとして検知し易くなる。このため、第２の実施形態に係る高炉異常検出方法においても、過検知が発生しやすくなる。さらに、視野については休風毎に設備交換が行われることで変化するため、炉内監視用窓６の視野が狭くなっても視野の狭い羽口２のみを除去することが難しい。

ノロは液体であるため、局所的にノロのレベルが上昇することは考えづらく、ノロ湧き発生時には短期間のうちに連続して設置された２つの羽口２でノロ湧きが起こる。このため、本実施形態では、連続して設置された２つの羽口２について、一定期間内に両方の羽口２で異常が検出されたか否かを判断することで、ノロ湧き起因の異常を検出する。また、一方の羽口２のみで起こる明部領域の面積変化による異常は、過検知であるため、本実施形態ではこのような異常を除外することができる。したがって、炉内監視用窓６の視野が狭いなど、過検知が多発しやすい構造の高炉１においても、過検知を抑止して適切にノロ湧きを検知することができる。

図１５には、連続して設けられた２つの羽口２における、ノロ湧き現象を含む時刻での最下端位置変化量ΔＰｂｔｍの時系列データを示す。図１５において、ｃおよびｄで示すデータは、２つの羽口２における最下端位置変化量ΔＰｂｔｍの値、Ｄで示す領域は、ノロ湧きが発生した時刻をそれぞれ示す。また、図１５に示した例では、ステップＳ２において、第１の実施形態と同様の方法を用いて、２つの羽口２についてそれぞれノロ湧きの検出・非検出を判断し、判断するための最下端位置変化量の閾値を１５ｐｉｘｅｌとした。さらに、ステップＳ２２において、両方の羽口２で異常が検出されたか否かを判断する期間を２分間とした。

図１５に示すように、ノロ湧きが発生した時刻において、２分間の期間内でｃおよびｄの両方の最下端位置変化量ΔＰｂｔｍが閾値を超え、ノロ湧き起因の異常を検出することができた。また、図１５に示した例では、２分間内にｃおよびｄの両方の最下端位置変化量ΔＰｂｔｍが閾値を超えることがないため、個別の羽口２でのノロ湧き検出（最下端位置変化量ΔＰｂｔｍが閾値を超えること）は過検知として除外される。したがって、本実施形態によれば、過検知が多発しやすい構造の高炉１においても、過検知を抑止して適切にノロ湧きを検知することができることが確認できた。

（変形例）
なお、上記各実施形態においては、エッジの最下端位置の変化量を監視する場合について説明したが、エッジの最上端位置の変化量を監視することもできる。この場合、エッジの最上端位置の所定時間あたりの下降量を監視し、当該下降量が予め設定した判定閾値以上であるか否かを判定する。これにより、例えば、羽口部先端上部に付着した未溶融鉱石が落下し羽口部を塞ごうとする現象が発生しているか否かを判定することができる。

さらに、エッジの左右何れかの最端位置の変化量を監視するものにも適用可能である。羽口部先端の横方向からも未溶融鉱石の張り付きによる一部閉塞が起こることがあるため、エッジの左右何れかの最端位置の変化量を監視することで、これを検知することができる。また、通常、ランス４から微粉炭の吹込みをオキシコールと一緒に行っているが、燃焼状態が正常であるとランス先で燃焼され、微粉炭は見えない（ランス先端が明るい）。ところが、燃焼状態が悪くなると、微粉炭が黒く見えることがある。エッジの左右何れかの最端位置の変化量を監視することで、それを見極めることもできる。

さらに、第３の実施形態では、異常検出部１２は、２つの羽口２に設けられたカメラ１１ａ，１１ｂの撮像画像から、ノロ湧き起因の異常を検出するとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、異常検出部１２は、複数の羽口２にそれぞれ設けられた複数台のカメラ１１の撮像画像から、ノロ湧き起因の異常を検出してもよい。この際、ステップＳ２２では、複数の羽口２のうち、連続した少なくとも２つの羽口２においてノロ湧きを検出したか否かを判断することで、異常を検出してもよい。

１…高炉、２…送風管、３…羽口、４…ランス、５…レースウェイ、６…炉内監視用窓、１１，１１ａ，１１ｂ…カメラ、１２…異常検出部、１３…モニター、１４…警報装置

Claims (5)

1. 高炉の羽口部における異常を検出する高炉異常検出装置であって、
   前記羽口部に設けられた監視窓を通してレースウェイ部を撮像する撮像部と、
   前記撮像部で撮像した撮像画像内の各画素の輝度値が予め設定した輝度閾値よりも高い明部領域と、前記撮像画像内の各画素の輝度値が前記輝度閾値以下となる暗部領域との境界となるエッジ部を抽出するエッジ抽出部と、
   前記エッジ抽出部で抽出した前記エッジ部の前記高炉の下方向に対応する側の最端位置の、前記高炉の上方向に対応する方向への所定時間あたりの変化量を検出する最端位置変化量検出部と、
   前記最端位置変化量検出部で検出した最端位置の変化量が予め設定した判定閾値以上であるとき、前記異常が発生していると判断する異常検出部と、
   前記明部領域の面積の前記所定時間あたりの変化量に基づいて、前記エッジ部の全方向の最端位置が均等に前記明部領域の中心に向かって変化したときの、前記エッジ部の前記下方向側の最端位置の変化分を打ち消すように、前記最端位置変化量検出部で検出した前記最端位置の変化量を補正する最端位置変化量補正部と、を備えることを特徴とする高炉異常検出装置。
2. 前記撮像部は、前記高炉に設けられた複数の前記羽口にそれぞれ設けられ、
   前記異常検出部は、複数の前記羽口のうち連続して設けられた少なくとも２つの前記羽口で、一定期間内に前記異常が発生したと判断されたときに、前記高炉においてノロ湧き起因の異常が発生したと判断することを特徴とする請求項１に記載の高炉異常検出装置。
3. 高炉の羽口部における異常を検出する高炉異常検出装置であって、
   前記羽口部に設けられた監視窓を通してレースウェイ部を撮像する撮像部と、
   前記撮像部で撮像した撮像画像内の各画素の輝度値が予め設定した輝度閾値よりも高い明部領域と、前記撮像画像内の各画素の輝度値が前記輝度閾値以下となる暗部領域との境界となるエッジ部を抽出するエッジ抽出部と、
   前記エッジ抽出部で抽出した前記エッジ部の前記高炉の下方向に対応する側の最端位置の、上方向への所定時間あたりの変化量を検出する最端位置変化量検出部と、
   前記最端位置変化量検出部で検出した最端位置の変化量が予め設定した判定閾値以上であるとき、前記異常が発生していると判断する異常検出部と、を備え、
   前記撮像部は、前記高炉に設けられた複数の前記羽口にそれぞれ設けられ、
   前記異常検出部は、複数の前記羽口のうち連続して設けられた少なくとも２つの前記羽口で、一定期間内に前記異常が発生したと判断されたときに、前記高炉においてノロ湧き起因の異常が発生したと判断することを特徴とする高炉異常検出装置。
4. 高炉の羽口部における異常を検出する高炉異常検出方法であって、
   前記羽口部に設けられた監視窓を通してレースウェイ部を撮像し、
   その撮像画像内の各画素の輝度値が予め設定した輝度閾値よりも高い明部領域と、前記撮像画像内の各画素の輝度値が前記輝度閾値以下となる暗部領域との境界となるエッジ部を抽出し、抽出した当該エッジ部の前記高炉の下方向に対応する側の最端位置の、前記高炉の上方向に対応する方向への所定時間あたりの変化量を検出し、当該変化量が予め設定した判定閾値以上であるとき、前記異常が発生していると判断し、
   前記変化量を検出する際に、前記明部領域の面積の前記所定時間あたりの変化量に基づいて、前記エッジ部の全方向の最端位置が均等に前記明部領域の中心に向かって変化したときの、前記エッジ部の前記下方向側の最端位置の変化分を打ち消すように、前記最端位置変化量検出部で検出した最端位置の変化量を補正することを特徴とする高炉異常検出方法。
5. 高炉の羽口部における異常を検出する高炉異常検出方法であって、
   前記羽口部に設けられた監視窓を通してレースウェイ部を撮像し、
   その撮像画像内の各画素の輝度値が予め設定した輝度閾値よりも高い明部領域と、前記撮像画像内の各画素の輝度値が前記輝度閾値以下となる暗部領域との境界となるエッジ部を抽出し、抽出した当該エッジ部の前記高炉の下方向に対応する側の最端位置の、前記高炉の上方向に対応する方向への所定時間あたりの変化量を検出し、当該変化量が予め設定した判定閾値以上であるとき、前記異常が発生していると判断し、
   前記レースウェイ部を撮像する際に、前記高炉に設けられた複数の前記羽口でそれぞれ前記レースウェイ部を撮像し、
   前記異常を判断する際に、複数の前記羽口のうち連続して設けられた少なくとも２つの前記羽口で、一定期間内に前記異常が発生したと判断されたときに、前記高炉においてノロ湧き起因の異常が発生したと判断することを特徴とする高炉異常検出方法。