JP7040243B2 - 炉口圧力設定システム、炉口圧力設定方法、およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、炉口圧力設定システム、炉口圧力設定方法、およびプログラムに関し、特に、転炉の炉口における圧力を検出するために用いて好適なものである。

転炉では、主原料である溶鋼を装入した後、副原料である生石灰等を装入し、更に酸素を炉内に吹込んで、溶鋼に含まれる炭素、珪素および燐等を酸化して除去する。その際、脱炭反応に伴ってＣＯ成分に富んだ排ガスが多量に発生する。ＣＯ濃度の高い排ガスは有価ガスとして回収され、ＣＯ濃度の低い排ガスは煙突を通して頂部で燃焼させて大気中に放散される。

排ガスの回収の開始後は、ＣＯガスの回収効率を高めるために、転炉の炉口における圧力（以下の説明では、この圧力を必要に応じて炉口圧力と称する）を検出する。そして、炉口圧力が目標値（一般には外気圧）と等しくなるように、ダンパーの開度を操作量として、炉口圧力が制御される。この制御には、例えば、ＰＩ制御等のフィードバック制御が用いられる。このような制御を行うのは、炉口圧力が外気圧より高いと、排ガスが炉口とスカートとの隙間から炉外へ流出するため、ＣＯガスの損失となるからである。また、逆に、炉口圧力が外気圧より低いと、外気が炉内へ流入し炉内のＣＯガスと外気中の酸素とが反応してＣＯガスが燃焼し、これもＣＯガスの損失となる。

このような転炉の炉口圧力を検出する技術として特許文献１に記載の技術がある。
特許文献１には、転炉の炉口の画像を撮像して画像処理することにより、燃焼フレームの量を導出し、導出した燃焼フレームの量に応じてダンパーの開度を決定することが記載されている。

特開平１－１６５７１２号公報

"FlowMaster 3D PIV ステレオPIVシステム FlowMaster PIV（日本語）"、日本カノマックス株式会社、［online］、［平成２９年９月１９日検索］、インターネット<URL:http://www.kanomax.co.jp/product/index_0076.html>

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、転炉の炉口の画像の輝度が閾値以上の画素数を燃焼フレームの量として導出する。従って、転炉内で発生したダストを含んだ煙によって燃焼フレームが遮られると、燃焼フレームの画像を的確に撮像することができなくなる虞がある。このように特許文献１に記載の技術では、転炉の炉口における圧力（炉口圧力）を正確に且つ確実に検出することができないという問題点がある。

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、転炉の炉口における圧力（炉口圧力）を正確に且つ確実に検出することを目的とする。

本発明の炉口圧力設定システムは、転炉をその外側から見た場合に見える境界であって、前記転炉と、当該転炉の上方に配置されるスカートとの境界を含む領域である境界領域の撮像画像に基づいて、当該境界領域における気流の速度ベクトルを導出する速度ベクトル導出手段と、前記速度ベクトル導出手段により導出された速度ベクトルに基づいて、前記転炉の炉口における圧力である炉口圧力を導出する炉口圧力導出手段と、前記境界領域における前記気流の速度ベクトルと、当該速度ベクトルに対応する前記炉口圧力とを含む境界領域特徴量を予め記憶する記憶手段と、を有し、前記炉口圧力導出手段は、前記記憶手段により記憶されている前記炉口圧力の中から、前記速度ベクトル導出手段により導出された速度ベクトルに基づいて選択した前記炉口圧力を読み出すことを含む処理を行うことによって、前記炉口圧力の現在値を導出することを特徴とする。

本発明の炉口圧力設定方法は、転炉をその外側から見た場合に見える境界であって、前記転炉と、当該転炉の上方に配置されるスカートとの境界を含む領域である境界領域の撮像画像に基づいて、当該境界領域における気流の速度ベクトルを導出する速度ベクトル導出工程と、前記速度ベクトル導出工程により導出された速度ベクトルに基づいて、前記転炉の炉口における圧力である炉口圧力を導出する炉口圧力導出工程と、前記境界領域における前記気流の速度ベクトルと、当該速度ベクトルに対応する前記炉口圧力とを含む境界領域特徴量を予め記憶手段に記憶する記憶工程と、を有し、前記炉口圧力導出工程は、前記記憶工程により記憶されている前記炉口圧力のうち、前記速度ベクトル導出工程により導出された速度ベクトルに基づいて選択した前記炉口圧力を読み出すことを含む処理を行うことによって、前記炉口圧力の現在値を導出することを特徴とする。

本発明のプログラムは、前記炉口圧力設定システムの各手段としてコンピュータを機能させることを特徴とする。

本発明によれば、転炉の炉口部の圧力（炉口圧力）を正確に且つ確実に検出することができる。

図１は、転炉設備の構成の一例を示す図である。 図２は、撮像装置およびレーザー装置の配置の一例を示す図である。 図３は、レーザー光の照射領域の一例を説明する図である。 図４は、炉口圧力設定装置の機能的な構成の一例を示す図である。 図５は、境界領域から転炉の外側に向かう気流の状態が、カメラ設置側とカメラ非設置側とで異なる様子の一例を説明する図である。 図６は、転炉の外側から境界領域に向かう気流の状態が、カメラ設置側とカメラ非設置側とで異なる様子の一例を説明する図である。 図７は、データ記憶部に記憶される境界領域特徴量の一例を説明する図である。 図８は、炉口圧力設定方法の一例を説明するフローチャートである。

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。
（転炉設備）
図１は、転炉設備の構成の一例を示す図である。ここでは、転炉設備として、転炉１からの排ガスを回収する設備を中心に説明する。
図１において、まず、溶銑やスクラップ等の主原料が転炉１内に装入され、その後、生石灰等の副原料が副原料投入口２ａ～２ｃから転炉１内に装入される。そして、転炉１の内部において転炉１の軸に沿って延設された不図示のランスから酸素を吹き込むと共に炉の底部から炉内に不活性ガスや、炭酸ガス、純酸素ガスおよび冷却ガスの混合ガス等を吹き込んで、副原料が添加された主原料を攪拌する。これにより、主原料に含まれる炭素、珪素および燐等が酸化されて除去される。この酸化反応により、主原料の上部には、珪素や燐等が取り込まれたスラグが発生する。このスラグを排滓した後、不純物が取り除かれた溶鋼を出鋼する。尚、排滓時に転炉１を傾ける方向と、出鋼時に転炉１を傾ける方向は、逆方向になる。

直立した状態の転炉１の上方にはフード３が配置される。フード３の外周面にスカート４が配置される。スカート４は、直立した状態の転炉１の高さ方向（上下方向）に移動する。スカート高さ計５は、スカート４の高さを測定する装置である。スカート高さ計５は、例えば、スカート４が最も低い位置にあるときのスカート４の所定の位置を基準の位置（０（ゼロ））とした場合の、スカート４の当該所定の位置の高さを測定する。

前述した酸化反応により排ガスが発生する。排ガスは、ＩＤＦ（Induced Draft Fan）６により吸引される。回転数計７により、ＩＤＦ６の回転数が測定される。
排ガスは、スカート４、フード３を通った後、排ガスダクトを介して集塵機８に送られる。また、集塵機８の手前の炉頂に配置された排ガス分析計９により、排ガスの成分が分析される。
炉口圧力計１０は、転炉１の炉口１ａにおける圧力（炉口圧力）を測定する装置である。炉口圧力計１０を炉口１ａの位置に配置することができないため、炉口圧力計１０は、炉口１ａよりも上方の位置における圧力を炉口圧力として測定する。従って、炉口圧力計１０は、（実際の炉口圧力に対し）時間遅れが生じた状態で炉口圧力を測定することになる。即ち、炉口圧力計１０で或る時刻に測定される炉口圧力は、実際には、当該時刻よりも前の時刻における炉口圧力になる。

集塵機８を出た排ガスは、ダンパー１１を介してＩＤＦ６の方向に向かう。開度計１２は、ダンパー１１の開度を測定する装置である。ダンパー１１の開度は、炉口圧力が目標値（一般には外気圧）に等しくなるに制御装置４００により操作される。ダンパー１１とＩＤＦ６との間の領域において、排ガス流量計１３により排ガスの流量が測定される。また、排ガス流量計１３による排ガスの流量の測定領域と、ＩＤＦ６との間には、ダンパー１４が配置され、このダンパー１４の開度は、開度計１５により測定される。ダンパー１４の開度は、炉口圧力が目標値（一般には外気圧）になるように制御装置４００により操作される。

排ガス分析計１７は、ＩＤＦ６を出た排ガスの成分を分析する装置である。三方切替器１８は、三方弁１９を動作させ、ＩＤＦ６を出た排ガスを煙突２０またはガスホルダー２１の何れかの方向に誘導させる。排ガス分析計１７による分析の結果、排ガス中に含まれるＯ₂およびＣＯの濃度が所定の濃度条件に合う場合、制御装置４００は、ＩＤＦ６を出た排ガスをガスホルダー２１の方向に誘導させることを三方切替器１８に指示する。三方切替器１８は、この指示に従い、三方弁１９を動作させ、ＩＤＦ６を出た排ガスをガスホルダー２１の方向に誘導させる。一方、排ガス中に含まれるＯ₂およびＣＯの濃度が所定の濃度条件に合わない場合、制御装置４００は、ＩＤＦ６を出た排ガスを煙突２０の方向に誘導させることを三方切替器１８に指示する。三方切替器１８は、この指示に従い、三方弁１９を動作させ、ＩＤＦ６を出た排ガスを煙突２０の方向に誘導させる。

水封逆止器２２は、三方弁１９とガスホルダー２１との間に配置される。また、水封弁２３は、水封逆止器２２とガスホルダー２１との間に配置される。排ガス分析計１７による分析の結果、排ガス中に含まれるＯ₂およびＣＯの濃度が所定の濃度条件に合う場合、制御装置４００は、ガスホルダー２１に向かう経路を開放することを指示する。水封逆止器２２および水封弁２３は、この指示に従い、ガスホルダー２１に向かう経路を開放する。水封逆止器２２および水封弁２３は、この指示がない場合、ガスホルダー２１に向かう経路を遮断する。

制御装置４００は、各測定器の測定値を入力し、前述した指示を含む各種の指示を行い、転炉設備の全体を統括制御する。尚、制御装置４００による転炉設備の制御は、公知の技術で実現されるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。
ただし、本実施形態では、制御装置４００は、ダンパー１１、１４を操作して炉口圧力を制御する際、炉口圧力計１０で測定された炉口圧力ではなく、炉口圧力設定装置１００により設定された炉口圧力を用いる。

また、転炉設備の構成は、転炉１およびスカート４を有していれば、種々の公知の構成を採用することができる。
ただし、本実施形態では、転炉１をその外側から見た場合に見える転炉１とスカート４との境界を含む領域を撮像する２つの撮像装置２００ａ、２００ｂを配置する。以下の説明では、この領域を必要に応じて、境界領域と称する。また、撮像装置２００ａ、２００ｂの撮像面となるシート光を形成するために、境界領域に向けて、その上方からレーザー光を発光するレーザー装置３００が配置される。

図２は、撮像装置２００ａ、２００ｂおよびレーザー装置３００の配置の一例を示す図である。尚、各図において、Ｘ、Ｙ、Ｚ座標は、各図の向きの関係を示し、○の中に●を付しているものは、紙面の奥側から手前側に向かう向きを示し、○の中に×を付しているものは、紙面の手前側から奥側に向かう向きを示す。

前述したように、排滓時に転炉１を傾ける方向と、出鋼時に転炉１を傾ける方向は、逆方向になる。図２に示す例では、排滓時には、転炉１を紙面に向かって反時計回りの方向（図２の「排滓時傾動方向」と示している方向）に回動させて傾ける。一方、出鋼時には、転炉１を紙面に向かって時計回りの方向（図２の「出鋼時傾動方向」と示している方向）に回動させて傾ける。以下の説明では、排滓時に転炉１を傾ける方向を必要に応じて排滓時傾動方向と称し、出鋼時に転炉１を傾ける方向を必要に応じて出鋼時傾動方向と称する。

撮像装置２００ａ、２００ｂおよびレーザー装置３００は、万が一高温の炉内ガスが転炉１の炉口部分より噴き出し高温ガスに曝された場合でも正常に稼働できるよう冷却のための構成を有することが望ましい。例えば、撮像やレーザー光の発光が阻害されないように、撮像装置２００ａ、２００ｂおよびレーザー装置３００の周囲に、断熱材のケースや、水冷パイプを配置することができる。また、一般的にはスカート４よりも出鋼時傾動方向側（Ｘ軸の正の方向側）の上部方向（Ｚ軸の正の方向）に排ガスダクトが設置されていることから、転炉１よりも出鋼時傾動方向側では、設備構成上、撮像装置２００ａ、２００ｂおよびレーザー装置３００の設置スペースが限られる。そこで、本実施形態では、図２に示すように、撮像装置２００ａ、２００ｂおよびレーザー装置３００を、転炉１よりも排滓時傾動方向側に配置し、転炉１よりも出鋼時傾動方向側には配置しない。

図３は、レーザー装置３００によるレーザー光の照射領域の一例を説明する図である。
図３では、表記の都合上、スカート４の図示を省略する。図２および図３に示すように、レーザー装置３００は、転炉１が直立しているときに転炉１の排滓時傾動方向側に生じる境界領域に向けて、その上方からシート状のレーザー光（シート光３１０）を発光する。シート光３１０が撮像装置２００ａ、２００ｂの撮像領域（の一部）になる。撮像装置２００ａ、２００ｂは、シート光３１０が照射されている境界領域のうち相互に重複する領域を含む領域を異なる方向から撮像することができる位置に配置される。本実施形態では、撮像装置２００ａ、２００ｂは、それらの光軸が、境界領域のうちシート光３１０が照射される領域において交わるように配置され、異なる方向から、境界領域およびその周囲の領域を撮像する。撮像装置２００ａ、２００ｂは、静止画像を撮像しても動画像を撮像してもよい。尚、以下の説明では、転炉１の軸Ａよりも排滓時傾動方向側（Ｘ軸の負の方向側）を必要に応じてカメラ設置側と称し、転炉１の軸よりも出鋼時傾動方向側（Ｘ軸の正の方向側）を必要に応じてカメラ非設置側と称する。
以上のように実施形態では、公知の転炉設備に対し、撮像装置２００ａ、２００ｂおよびレーザー装置３００を配置する。

（炉口圧力設定装置１００）
図４は、炉口圧力設定装置１００の機能的な構成の一例を示す図である。炉口圧力設定装置１００のハードウェアは、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、および各種のインターフェースを有する情報処理装置、または、専用のハードウェアを用いることにより実現される。炉口圧力設定装置１００は、制御装置４００により炉口圧力が制御される期間に撮像装置２００ａ、２００ｂで撮像された画像を入力として、炉口圧力の現在値を推定して制御装置４００に出力する。前述したように本実施形態では、制御装置４００は、炉口圧力計１０により測定された炉口圧力ではなく、炉口圧力設定装置１００から出力された炉口圧力が目標値と等しくなるように、ダンパー１１、１４の開度を操作する。以下に、炉口圧力設定装置１００が有する機能の一例を説明する。

＜画像取得部４０１＞
画像取得部４０１は、制御装置４００により炉口圧力が制御される期間に撮像装置２００ａ、２００ｂで撮像された画像を取得する。制御装置４００により炉口圧力が制御される期間は、転炉１から発生する排ガスを回収する期間である。尚、以下の説明では、撮像装置２００ａ、２００ｂで撮像された画像を必要に応じてカメラ画像と称する。画像取得部４０１は、カメラ画像として、３つの時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３で撮像された画像を撮像装置２００ａ、２００ｂのそれぞれから取得する。後述するように境界領域における気流の変化を捉えるために、３つの時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３で撮像されたカメラ画像が必要になるからである。撮像装置２００ａ、２００ｂが静止画像を連写する場合、例えば、連続して撮像された３つの画像が、３つの時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３で撮像された画像になる。撮像装置２００ａ、２００ｂが動画像を連写する場合、例えば、連続する３つのフレームの画像が、３つの時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３で撮像された画像になる。

＜速度ベクトル導出部４０２＞
速度ベクトル導出部４０２は、画像取得部４０１で取得されたカメラ画像に対して画像処理を行い、境界領域における気流の３次元速度ベクトル（気流の速度の大きさの絶対値および方向）を導出する。気流の３次元速度ベクトルの導出は、非特許文献１に記載されているように、公知の技術で実現することができるので、ここでは、その概要のみを説明し、その詳細な説明を省略する。
まず、速度ベクトル導出部４０２は、撮像装置２００ａにより３つの時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３で撮像された画像（カメラ画像）を、それぞれ複数の分割領域に分ける。同じく、速度ベクトル導出部４０２は、撮像装置２００ｂにより３つの時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３で撮像された画像（カメラ画像）も、それぞれ複数の分割領域に分ける。速度ベクトル導出部４０２は、撮像装置２００ａ、２００ｂにより３つの時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３で撮像された画像（カメラ画像）の相互に対応する分割領域に映し出されている気流の領域を特定し、その領域の変化を追跡することにより、当該分割領域における気流の３次元速度ベクトルを導出する。速度ベクトル導出部４０２は、このような気流の３次元速度ベクトルの導出を全ての分割領域について行う。尚、撮像装置２００ａで撮像された画像（カメラ画像）を撮像する時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３と、撮像装置２００ｂで撮像された画像（カメラ画像）を撮像する時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３は、同じ時刻であるものとする。

速度ベクトル導出部４０２は、撮像装置２００ａ、２００ｂで撮像された画像（カメラ画像）から得られた各分割領域における気流の３次元速度ベクトルのうち、相互に対応する分割領域の気流の３次元速度ベクトルと、撮像装置２００ａ、２００ｂとシート光３１０との位置関係とに基づいて、当該分割領域における気流の３次元速度ベクトルを導出する。このような３次元速度ベクトルの導出を、撮像装置２００ａ、２００ｂで撮像された画像（カメラ画像）の相互に対応する分割領域の全てについて行うことで、各分割領域における気流の３次元速度ベクトルが導出される。

速度ベクトル導出部４０２は、以上のようにして導出された各分割領域における気流の３次元速度ベクトルに基づいて、境界領域における気流の３次元速度ベクトルを導出する。例えば、速度ベクトル導出部４０２は、分割領域のうち、境界領域を代表する領域として設定された或る１つの分割領域における気流の３次元速度ベクトルを、境界領域における気流の３次元速度ベクトルとして導出することができる。また、速度ベクトル導出部４０２は、各分割領域における気流の３次元速度ベクトルの和を、境界領域における気流の３次元速度ベクトルとして導出することができる。以下の説明では、境界領域における気流の３次元速度ベクトルは、境界領域（転炉１とスカート４との隙間の領域）から転炉１の外側（外気の方）に向かう場合に正の方向となり、転炉１の外側（外気の方）から境界領域（転炉１とスカート４との隙間の領域）に向かう場合に負の方向となるものとする。

＜スカート高さ取得部４０３＞
スカート高さ取得部４０３は、スカート高さ計５の測定結果に基づいて、スカート４の高さの現在値を取得する。スカート高さ取得部４０３は、スカート４の高さの測定値をスカート高さ計５から周期的に繰り返し取得してもよいし、スカート４の高さが変更されたときに変更後のスカート４の高さの測定値をスカート高さ計５から取得してもよい。

＜データ抽出部４０４、データ記憶部４０５＞
一般に、境界領域における気流の３次元速度ベクトルの方向が正の方向（境界領域から転炉１の外側に向かう方向）である場合には、当該３次元速度ベクトルの大きさの絶対値が大きいほど、炉口圧力は高いといえる。同様に、境界領域における気流の３次元速度ベクトルの方向が負の方向（転炉１の外側から境界領域に向かう方向）である場合には、当該３次元速度ベクトルの大きさの絶対値が大きいほど、炉口圧力は低いといえる。

しかしながら、吹錬および排滓が繰り返されることにより、炉口１ａの縁には、地金等の付着物が付着する場合がある。そうすると、炉口１ａの縁の状態が、カメラ設置側（排滓時傾動方向側、Ｘ軸の負の方向側）とカメラ非設置側（出鋼時傾動方向、Ｘ軸の正の方向側）とで異なることになる。これにより、境界領域における気流の３次元速度ベクトルの大きさの絶対値が、そのまま炉口圧力と対応しなくなる。以下に、このことについて説明する。
図５は、境界領域から転炉１の外側に向かう気流の状態が、カメラ設置側とカメラ非設置側とで異なる様子の一例を説明する図である。図６は、転炉１の外側から境界領域に向かう気流の状態が、カメラ設置側とカメラ非設置側とで異なる様子の一例を説明する図である。

図５、図６の左側は、カメラ非設置側の方がカメラ設置側よりも気流の速度が速い場合の気流の状態を示し、図５、図６の右側は、カメラ設置側の方がカメラ非設置側よりも気流の速度が速い場合の気流の状態を示す。図５、図６の左側と右側とで、スカート４の高さおよび炉内圧力は同じであるものとする。また、図５、図６に示す矢印線は、境界領域の各位置における気流の３次元速度ベクトルを概念的に示す図である。ここで、図５、図６に示す矢印線の向きは、気流の向きを示し、図５、図６に示す矢印線の長さは、気流の速度の大きさを示す。

転炉１の炉口１ａの縁のカメラ設置側の領域に付着物が多く付着していると、カメラ設置側では気流の進行が阻害されるため、図５、図６の左側に示すように、気流の速度は、カメラ設置側よりもカメラ非設置側の方が速くなる。従って、撮像装置２００ａ、２００ｂで撮像される境界領域における気流の３次元速度ベクトルの絶対値の大きさは、転炉１の炉口１ａの縁のカメラ非設置側の領域に付着物が付着していない場合に比べて小さくなる。よって、図５の左側に示す例では、撮像装置２００ａ、２００ｂで撮像される境界領域における気流の３次元速度ベクトルの絶対値の大きさに対応する炉口圧力は、実際の炉口圧力よりも低いことになる（矢印線（３次元速度ベクトル）が境界領域から転炉１の外側に向かう場合には、矢印線の長さが短いほど（３次元速度ベクトルの絶対値の大きさが小さいほど）、炉口圧力が低いことを表す）。図６の左側に示す例では、撮像装置２００ａ、２００ｂで撮像される境界領域における気流の３次元速度ベクトルの絶対値の大きさに対応する炉口圧力は、実際の炉口圧力よりも高いことになる（矢印線（３次元速度ベクトル）が転炉１の外側から境界領域に向かう場合には、矢印線の長さが短いほど（３次元速度ベクトルの絶対値の大きさが小さいほど）、炉口圧力が高いことを表す）。

一方、転炉１の炉口１ａの縁のカメラ非設置側の領域に付着物が多く付着していると、カメラ非設置側では気流の進行が阻害されるため、図５、図６の右側に示すように、気流の速度は、カメラ設置側よりもカメラ設置側の方が速くなる。図５の右側に示す例では、撮像装置２００ａ、２００ｂで撮像される境界領域における気流の３次元速度ベクトルの絶対値の大きさに対応する炉口圧力は、実際の炉口圧力よりも高いことになる（矢印線（３次元速度ベクトル）が境界領域から転炉１の外側に向かう場合には、矢印線の長さが長いほど（３次元速度ベクトルの絶対値の大きさが小さいほど）、炉口圧力が高いことを表す）。図６の右側に示す例では、撮像装置２００ａ、２００ｂで撮像される境界領域における気流の３次元速度ベクトルの絶対値の大きさに対応する炉口圧力は、実際の炉口圧力よりも低いことになる（矢印線（３次元速度ベクトル）が転炉１の外側から境界領域に向かう場合には、矢印線の長さが長いほど（３次元速度ベクトルの絶対値の大きさが大きいほど）、炉口圧力が低いことを表す）。

カメラ設置側およびカメラ非設置側の双方において、境界領域における気流の３次元速度ベクトルを導出することができれば、当該境界領域における気流の３次元速度ベクトルに基づいて、炉口圧力を推定することができる。しかしながら、本実施形態では前述したように、撮像装置２００ａ、２００ｂを設置する位置を、転炉１よりも排滓時傾動方向側の位置とし、転炉１よりも出鋼時傾動方向側には撮像装置を配置しない。

また、境界領域における気流の３次元速度ベクトルは、炉口圧力に対応するが、境界領域における気流の３次元速度ベクトルを、炉口圧力に変換するモデル（計算式）を構築するためには、様々な仮定をおいたり、係数を決定したりする必要がある。このため、炉口圧力を高精度に計算するモデル（計算式）を構築することは容易ではない。

以上のことから、本実施形態では、炉口１ａの縁の状態が異なる複数の転炉１を用いて通常の操業を模擬した模擬操業を行い、それぞれの操業において、速度ベクトル導出部４０２と同じ処理を行うことにより境界領域における気流の３次元速度ベクトルを導出すると共に、炉口圧力計１０により炉口圧力を測定する。以上のような境界領域における気流の３次元速度ベクトルの導出と、炉口圧力の測定とを、複数のスカート４の高さのそれぞれにおいて行う。

境界領域における気流の３次元速度ベクトルを導出することにより、気流の方向と、気流の偏りの状態とが特定される。
本実施形態では、気流の方向は、境界領域から転炉１の外側に向かう方向と、転炉１の外側から境界領域に向かう方向との何れかであるものとする。
また、本実施形態では、気流の偏りの状態は、第１の状態、第２の状態、および第３の状態の何れか１つであるものとする。

第１の状態は、気流の速度が、出鋼時傾動方向側（カメラ非設置側）の方が排滓時傾動方向側（カメラ設置側）よりも速い状態であって、境界領域における気流の３次元速度ベクトルの大きさの絶対値が下限閾値を下回る状態である。第２の状態は、気流の速度が、排滓時傾動方向側（カメラ設置側）の方が出鋼時傾動方向側（カメラ非設置側）よりも速い状態であって、境界領域における気流の３次元速度ベクトルの大きさの絶対値が上限閾値を上回る状態である。第３の状態は、気流の速度が、排滓時傾動方向側（カメラ設置側）と出鋼時傾動方向側（カメラ非設置側）とで同程度であると見なせる状態であって、境界領域における気流の３次元速度ベクトルの大きさの絶対値が前記下限閾値以上、前記上限閾値以下の状態である。

前述したように炉口圧力計１０により測定される炉口圧力には時間遅れが生じる。従って、本実施形態では、撮像装置２００ａ、２００ｂが撮像を行う連続する３つの時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３のうち、最初の時刻ｔ１を、境界領域における気流の３次元速度ベクトルが得られた時刻とする。このようにして得られた境界領域における気流の３次元速度ベクトルをＦ０→（ｔ１）と表記する。そして、その時刻ｔ１から、炉口圧力計１０による測定の遅れ時間Δｔが経過した時刻ｔ１＋Δｔで炉口圧力計１０により炉口圧力を測定する。ここで、炉口圧力計１０による測定の遅れ時間Δｔは、炉口圧力が、炉口圧力計１０による測定値に反映されるまでの時間として想定される時間であり、例えば、炉口１ａと炉口圧力計１０の測定領域との距離と、排ガスの代表的な流速とに基づいて定まることができる。このようにして測定された炉口圧力をＰ０（ｔ１＋Δｔ）と表記する。

以上のようにして、境界領域における気流の方向、境界領域における気流の偏りの状態、およびスカート４の高さ毎に、境界領域における気流の３次元速度ベクトルＦ０→（ｔ１）と、炉口圧力Ｐ０（ｔ１＋Δｔ）と、時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３で撮像されたカメラ画像（ｔ１，ｔ２，ｔ３）と、が得られる。本実施形態では、同一の模擬操業で得られた、境界領域における気流の３次元速度ベクトルＦ０→（ｔ１）と、炉口圧力Ｐ０（ｔ１＋Δｔ）と、カメラ画像（ｔ１，ｔ２，ｔ３）とを含む情報を、１つの特徴量として、データ記憶部４０５に予め記憶する。以下の説明では、この特徴量を、必要に応じて境界領域特徴量と称する。

図７は、データ記憶部４０５に記憶される境界領域特徴量の一例を説明する図である。尚、図７において、境界領域における気流の３次元速度ベクトルＦ０→（ｔ１）は、Ｆ０（ｔ１）のＦ０の上に→を付しているものに対応する。
図７において、標準噴出特徴量７１０は、境界領域における気流の３次元速度ベクトルの方向が正の方向であり（Ｆ０＞０）、その絶対値の大きさ｜Ｆ０｜が、第１の閾値α１以上、第２の閾値α２以下の範囲内（α１≦｜Ｆ０｜≦α２）である場合の境界領域特徴量を示す。前述したように、境界領域における気流の３次元速度ベクトルの方向が正の方向であることは、気流の方向が、境界領域から転炉１の外側に向かう方向であることに対応する。ここで、第１の閾値α１が前述した下限閾値に対応し、第２の閾値α２が前述した上限閾値に対応する。標準噴出特徴量７１０は、前述した第３の状態における境界領域特徴量である。

ここで、第１の閾値α１および第２の閾値α２の設定の方法の一例を説明する。まず、転炉１の炉口１ａの縁のカメラ非設置側の領域とカメラ設置側の領域とで付着物が同程度付着している複数の状態で前述した模擬操業を行う。そして、それぞれの状態において、境界領域における気流の３次元速度ベクトルを導出し、正の方向を示す３次元速度ベクトルの絶対値の大きさ｜Ｆ０｜を求める。そして、求めた３次元速度ベクトルの絶対値の大きさ｜Ｆ０｜の最低値を第１の閾値α１、最大値を第２の閾値α２とする。転炉１の炉口１ａの縁のカメラ非設置側の領域とカメラ設置側の領域とで付着物が同程度付着している状態には様々な状態があるので、それぞれの状態毎に、標準噴出特徴量７１０ａ～７１０ｎが記憶される。

カメラ設置側・噴出特徴量７２０は、境界領域における気流の３次元速度ベクトルの方向が正の方向であり（Ｆ０＞０）、その絶対値の大きさ｜Ｆ０｜が、第２の閾値α２を上回る場合（｜Ｆ０｜＞α２）の境界領域特徴量を示す。前述したように第２の閾値α２は、転炉１の炉口１ａの縁のカメラ非設置側の領域とカメラ設置側の領域とで付着物が同程度付着している状態での境界領域における気流の３次元速度ベクトルのうち、正の方向を示す３次元速度ベクトルの絶対値の大きさ｜Ｆ０｜の最大値である。従って、境界領域における気流の３次元速度ベクトルの絶対値の大きさ｜Ｆ０｜が、第２の閾値α２を上回るということは、カメラ非設置側の領域の方がカメラ設置側の領域よりも付着物が多く付着しており、カメラ設置側の方がカメラ非設置側よりも境界領域における気流の速度が速いことに対応する。カメラ非設置側の領域の方がカメラ設置側の領域よりも付着物が多く付着している状態には様々な状態があるので、それぞれの状態毎に、カメラ設置側・噴出特徴量７２０ａ～７２０ｎが記憶される。カメラ設置側・噴出特徴量７２０は、前述した第２の状態における境界領域特徴量である。

カメラ非設置側・噴出特徴量７３０は、境界領域における気流の３次元速度ベクトルの方向が正の方向であり（Ｆ０＞０）、その絶対値の大きさ｜Ｆ０｜が、第１の閾値α１を下回る場合（｜Ｆ０｜＜α１）の境界領域特徴量を示す。前述したように、第１の閾値α１は、転炉１の炉口１ａの縁のカメラ非設置側の領域とカメラ設置側の領域とで付着物が同程度付着している状態での境界領域における気流の３次元速度ベクトルのうち、正の方向を示す３次元速度ベクトルの絶対値の大きさ｜Ｆ０｜の最小値である。従って、境界領域における気流の３次元速度ベクトルの絶対値の大きさ｜Ｆ０｜が、第１の閾値α１を下回るということは、カメラ設置側の領域の方がカメラ非設置側の領域よりも付着物が多く付着しており、カメラ設置側の方がカメラ非設置側よりも境界領域における気流の速度が遅いことに対応する。カメラ設置側の領域の方がカメラ非設置側の領域よりも付着物が多く付着している状態には様々な状態があるので、それぞれの状態毎に、カメラ非設置側・噴出特徴量７３０ａ～７３０ｎが記憶される。カメラ非設置側・噴出特徴量７３０は、前述した第１の状態における境界領域特徴量である。

基準特徴量７４０は、境界領域における気流の３次元速度ベクトルが０（ゼロ）である場合の境界領域特徴量であり、境界領域において気流の出入りがない状態での境界領域特徴量に対応する。

標準吸込特徴量７５０は、境界領域における気流の３次元速度ベクトルの方向が負の方向であり（Ｆ０＜０）、その絶対値の大きさ｜Ｆ０｜が、第３の閾値α３以上、第４の閾値α４以下の範囲内（α３≦｜Ｆ０｜≦α４）である場合の境界領域特徴量を示す。前述したように、境界領域における気流の３次元速度ベクトルの方向が負の方向であることは、気流の方向が、転炉１の外側から境界領域に向かう方向であることに対応する。また、第３の閾値α３が前述した下限閾値に対応し、第４の閾値α４が前述した上限閾値に対応する。標準吸込特徴量７５０は、前述した第３の状態における境界領域特徴量である。

ここで、第３の閾値α３および第４の閾値α４の設定の方法の一例を説明する。まず、転炉１の炉口１ａの縁のカメラ非設置側の領域とカメラ設置側の領域とで付着物が同程度付着している複数の状態で前述した模擬操業を行う。そして、それぞれの状態において、境界領域における気流の３次元速度ベクトルを導出し、負の方向を示す３次元速度ベクトルの絶対値の大きさ｜Ｆ０｜を求める。そして、求めた３次元速度ベクトルの絶対値の大きさ｜Ｆ０｜の最低値を第３の閾値α３、最大値を第４の閾値α４とする。転炉１の炉口１ａの縁のカメラ非設置側の領域とカメラ設置側の領域とで付着物が同程度付着している状態があるので、それぞれの状態毎に、標準吸込特徴量７５０ａ～７５０ｎが記憶される。

カメラ設置側・吸込特徴量７６０は、境界領域における気流の３次元速度ベクトルの方向が負の方向であり（Ｆ０＜０）、その絶対値の大きさ｜Ｆ０｜が、第４の閾値α４を上回る場合（｜Ｆ０｜＞α４）の境界領域特徴量を示す。前述したように、第４の閾値α４は、転炉１の炉口１ａの縁のカメラ非設置側の領域とカメラ設置側の領域とで付着物が同程度付着している状態での境界領域における気流の３次元速度ベクトルのうち、負の方向を示す３次元速度ベクトルの絶対値の大きさ｜Ｆ０｜の最大値である。従って、境界領域における気流の３次元速度ベクトルの絶対値の大きさ｜Ｆ０｜が、第４の閾値α４を上回るということは、カメラ非設置側の領域の方がカメラ設置側の領域よりも付着物が多く付着しており、カメラ設置側の方がカメラ非設置側よりも境界領域における気流の速度が速いことに対応する。カメラ非設置側の領域の方がカメラ設置側の領域よりも付着物が多く付着している状態には様々な状態があるので、それぞれの状態毎に、カメラ設置側・吸込特徴量７６０ａ～７６０ｎが記憶される。カメラ設置側・吸込特徴量７６０は、前述した第２の状態における境界領域特徴量である。

カメラ非設置側・吸込特徴量７７０は、境界領域における気流の３次元速度ベクトルの方向が負の方向であり（Ｆ０＜０）、その絶対値の大きさ｜Ｆ０｜が、第３の閾値α３を下回る場合（｜Ｆ０｜＜α３）の境界領域特徴量を示す。前述したように、第３の閾値α３は、転炉１の炉口１ａの縁のカメラ非設置側の領域とカメラ設置側の領域とで付着物が同程度付着している状態での境界領域における気流の３次元速度ベクトルのうち、負の方向を示す３次元速度ベクトルの絶対値の大きさ｜Ｆ０｜の最小値である。従って、境界領域における気流の３次元速度ベクトルの絶対値の大きさ｜Ｆ０｜が、第３の閾値α３を下回るということは、カメラ設置側の領域の方がカメラ非設置側の領域よりも付着物が多く付着しており、カメラ設置側の方がカメラ非設置側よりも境界領域における気流の速度が遅いことに対応する。カメラ設置側の領域の方がカメラ非設置側の領域よりも付着物が多く付着している状態には様々な状態があるので、それぞれの状態毎に、カメラ非設置側・吸込特徴量７７０ａ～７７０ｎが記憶される。カメラ非設置側・吸込特徴量７７０は、前述した第１の状態における境界領域特徴量である。

以上のような標準噴出特徴量７１０、カメラ設置側・噴出特徴量７２０、カメラ非設置側・噴出特徴量７３０、基準特徴量７４０、標準吸込特徴量７５０、カメラ設置側・吸込特徴量７６０、およびカメラ非設置側・吸込特徴量７７０が、スカート４の高さ毎にデータ記憶部４０５に予め記憶される。以下の説明では、標準噴出特徴量７１０、カメラ設置側・噴出特徴量７２０、カメラ非設置側・噴出特徴量７３０、基準特徴量７４０、標準吸込特徴量７５０、カメラ設置側・吸込特徴量７６０、およびカメラ非設置側・吸込特徴量７７０を、必要に応じて、境界領域特徴量群と総称する。

データ抽出部４０４は、スカート高さ取得部４０３により取得されたスカート４の高さの現在値に対応する境界領域特徴量群を、データ記憶部４０５から抽出する。このとき、スカート高さ取得部４０３により取得されたスカート４の高さと同じ高さの境界領域特徴量群がない場合、データ抽出部４０４は、例えば、当該スカート４の高さに最も近い高さの境界領域特徴量群を抽出する。

＜気流方向判定部４０６＞
気流方向判定部４０６は、速度ベクトル導出部４０２により導出された気流の３次元速度ベクトルの方向に基づいて、境界領域における気流の方向を判定する。具体的に気流方向判定部４０６は、境界領域における気流が０（ゼロ）であるか否かを判定する。また、気流方向判定部４０６は、境界領域における気流が０（ゼロ）でない場合、境界領域における気流の方向が、境界領域から転炉１の外側に向かう方向と、転炉１の外側から境界領域に向かう方向との何れかであるかを判定する。

前述したように本実施形態では、速度ベクトル導出部４０２により導出された気流の３次元速度ベクトルの方向が正の方向である場合、境界領域における気流の方向は、境界領域から転炉１の外側に向かう方向である。一方、速度ベクトル導出部４０２により導出された気流の３次元速度ベクトルの方向が負の方向である場合、境界領域における気流の方向は、転炉１の外側から境界領域に向かう方向である。以下の説明では、境界領域から転炉１の外側に向かう方向を、必要に応じて噴出方向と称し、転炉１の外側から境界領域に向かう方向を吸込方向と称する。

気流方向判定部４０６は、境界領域における気流が０（ゼロ）でない場合、速度ベクトル導出部４０２により導出された気流の３次元速度ベクトルの絶対値の大きさ｜Ｆ０｜に基づいて、境界領域における気流の偏りを判定する。
本実施形態では、気流方向判定部４０６は、境界領域における気流の方向が噴出方向である場合、速度ベクトル導出部４０２により導出された気流の３次元速度ベクトルの絶対値の大きさ｜Ｆ０｜と、第１の閾値α１および第２の閾値α２とを比較する。

具体的に気流方向判定部４０６は、速度ベクトル導出部４０２により導出された気流の３次元速度ベクトルの絶対値の大きさ｜Ｆ０｜が、第１の閾値α１以上、第２の閾値α２以下である場合、境界領域における気流の偏りはないと判定する。また、気流方向判定部４０６は、速度ベクトル導出部４０２により導出された気流の３次元速度ベクトルの絶対値の大きさ｜Ｆ０｜が、第２の閾値α２を上回る場合、境界領域における気流は、カメラ設置側に偏っていると判定する。また、気流方向判定部４０６は、速度ベクトル導出部４０２により導出された気流の３次元速度ベクトルの絶対値の大きさ｜Ｆ０｜が、第１の閾値α１を下回る場合、境界領域における気流は、カメラ非設置側に偏っていると判定する。

また、本実施形態では、気流方向判定部４０６は、境界領域における気流の方向が吸込方向である場合、速度ベクトル導出部４０２により導出された気流の３次元速度ベクトルの絶対値の大きさ｜Ｆ０｜と、第３の閾値α３および第４の閾値α４とを比較する。

具体的に気流方向判定部４０６は、速度ベクトル導出部４０２により導出された気流の３次元速度ベクトルの絶対値の大きさ｜Ｆ０｜が、第３の閾値α３以上、第４の閾値α４以下である場合、境界領域における気流の偏りはないと判定する。また、気流方向判定部４０６は、速度ベクトル導出部４０２により導出された気流の３次元速度ベクトルの絶対値の大きさ｜Ｆ０｜が、第４の閾値α４を上回る場合、境界領域における気流は、カメラ設置側に偏っていると判定する。また、気流方向判定部４０６は、速度ベクトル導出部４０２により導出された気流の３次元速度ベクトルの絶対値の大きさ｜Ｆ０｜が、第３の閾値α３を下回る場合、境界領域における気流は、カメラ非設置側に偏っていると判定する。

＜炉口圧力導出部４０７＞
炉口圧力導出部４０７は、気流方向判定部４０６の判定の結果と、速度ベクトル導出部４０２により導出された気流の３次元速度ベクトルとに対応する境界領域特徴量を、データ抽出部４０４により抽出された境界領域特徴量群の中から選択し、選択した境界領域特徴量に含まれる炉口圧力Ｐ０（ｔ１＋Δｔ）に基づいて、炉口圧力の現在値を導出する。

本実施形態では、炉口圧力導出部４０７は、気流方向判定部４０６により、境界領域における気流が０（ゼロ）であると判定されると、基準特徴量７４０に含まれる炉口圧力Ｐ０（ｔ１＋Δｔ）を、炉口圧力の現在値として導出する。
また、炉口圧力導出部４０７は、気流方向判定部４０６により、境界領域における気流の方向が噴出方向であり、且つ、境界領域における気流に偏りがないと判定されると、標準噴出特徴量７１０ａ～７１０ｎの中から、気流の３次元速度ベクトルＦ０→（ｔ１）が、速度ベクトル導出部４０２により導出された気流の３次元速度ベクトルに最も近いものを選択する。そして、炉口圧力導出部４０７は、選択した標準噴出特徴量に含まれる炉口圧力Ｐ０（ｔ１＋Δｔ）を、炉口圧力の現在値として導出する。

また、炉口圧力導出部４０７は、気流方向判定部４０６により、境界領域における気流の方向が噴出方向であり、且つ、境界領域における気流がカメラ設置側に偏っていると判定されると、カメラ設置側・噴出特徴量７２０ａ～７２０ｎの中から、気流の３次元速度ベクトルＦ０→（ｔ１）が、速度ベクトル導出部４０２により導出された気流の３次元速度ベクトルに最も近いものを選択する。そして、炉口圧力導出部４０７は、選択したカメラ設置側・噴出特徴量に含まれる炉口圧力Ｐ０（ｔ１＋Δｔ）を、炉口圧力の現在値として導出する。

また、炉口圧力導出部４０７は、気流方向判定部４０６により、境界領域における気流の方向が噴出方向であり、且つ、境界領域における気流がカメラ非設置側に偏っていると判定されると、カメラ非設置側・噴出特徴量７３０ａ～７３０ｎの中から、気流の３次元速度ベクトルＦ０→（ｔ１）が、速度ベクトル導出部４０２により導出された気流の３次元速度ベクトルに最も近いものを選択する。そして、炉口圧力導出部４０７は、選択したカメラ非設置側・噴出特徴量に含まれる炉口圧力Ｐ０（ｔ１＋Δｔ）を、炉口圧力の現在値として導出する。

また、炉口圧力導出部４０７は、気流方向判定部４０６により、境界領域における気流の方向が吸込方向であり、且つ、境界領域における気流に偏りがないと判定されると、標準吸込特徴量７５０ａ～７５０ｎの中から、気流の３次元速度ベクトルＦ０→（ｔ１）が、速度ベクトル導出部４０２により導出された気流の３次元速度ベクトルに最も近いものを選択する。そして、炉口圧力導出部４０７は、選択した標準吸込特徴量に含まれる炉口圧力Ｐ０（ｔ１＋Δｔ）を、炉口圧力の現在値として導出する。

また、炉口圧力導出部４０７は、気流方向判定部４０６により、境界領域における気流の方向が吸込方向であり、且つ、境界領域における気流がカメラ設置側に偏っていると判定されると、カメラ設置側・吸込特徴量７６０ａ～７６０ｎの中から、気流の３次元速度ベクトルＦ０→（ｔ１）が、速度ベクトル導出部４０２により導出された気流の３次元速度ベクトルに最も近いものを選択する。そして、炉口圧力導出部４０７は、選択したカメラ設置側・吸込特徴量に含まれる炉口圧力Ｐ０（ｔ１＋Δｔ）を、炉口圧力の現在値として導出する。

また、炉口圧力導出部４０７は、気流方向判定部４０６により、境界領域における気流の方向が吸込方向であり、且つ、境界領域における気流がカメラ非設置側に偏っていると判定されると、カメラ非設置側・吸込特徴量７７０ａ～７７０ｎの中から、気流の３次元速度ベクトルＦ０→（ｔ１）が、速度ベクトル導出部４０２により導出された気流の３次元速度ベクトルに最も近いものを選択する。そして、炉口圧力導出部４０７は、選択したカメラ非設置側・吸込特徴量に含まれる炉口圧力Ｐ０（ｔ１＋Δｔ）を、炉口圧力の現在値として導出する。

＜炉口圧力出力部４０８＞
炉口圧力出力部４０８は、炉口圧力導出部４０７により導出された炉口圧力の現在値を制御装置４００に出力する。

（動作フローチャート）
次に、図８のフローチャートを参照しながら、炉口圧力設定装置１００を用いた炉口圧力設定方法の一例を説明する。尚、図８のフローチャートが実行される前に、境界領域特徴量群がデータ記憶部４０５に記憶されているものとする。
まず、ステップＳ８０１において、画像取得部４０１は、画像取得部４０１は、撮像装置２００ａ、２００ｂで撮像された時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３における画像（カメラ画像）を取得する。
次に、ステップＳ８０２において、速度ベクトル導出部４０２は、画像取得部４０１で取得されたカメラ画像に対して画像処理を行い、境界領域における気流の３次元速度ベクトルを導出する。

次に、ステップＳ８０３において、スカート高さ取得部４０３は、スカート高さ計５の測定結果に基づいて、スカート４の高さの現在値を取得する。
次に、ステップＳ８０４において、データ抽出部４０４は、ステップＳ８０３で取得されたスカート４の高さの現在値に対応する境界領域特徴量群を、データ記憶部４０５から抽出する。

次に、ステップＳ８０５において、気流方向判定部４０６は、ステップＳ８０２で導出された気流の３次元速度ベクトルに基づいて、境界領域における気流の方向を判定する。
この判定の結果、境界領域における気流が０（ゼロ）である場合、処理は、ステップＳ８０６に進む。ステップＳ８０６において、炉口圧力導出部４０７は、ステップＳ８０４で抽出された境界領域特徴量群のうち、基準特徴量７４０に含まれる炉口圧力Ｐ０（ｔ１＋Δｔ）を、炉口圧力の現在値として導出する。そして、図８のフローチャートによる処理が終了する。

そして、ステップＳ８０７において、炉口圧力出力部４０８は、ステップＳ８０６で導出された炉口圧力の現在値を、制御装置４００に出力する。
ステップＳ８０５において、境界領域における気流の方向が噴出方向であると判定されると、処理は、ステップＳ８０８に進む。ステップＳ８０８において、気流方向判定部４０６は、境界領域における気流の偏りを判定する。この判定の結果、境界領域における気流に偏りがない場合、処理は、ステップＳ８０９に進む。

ステップＳ８０９において、炉口圧力導出部４０７は、ステップＳ８０４で抽出された境界領域特徴量群のうち、標準噴出特徴量７１０ａ～７１０ｎの中から、気流の３次元速度ベクトルＦ０→（ｔ１）が、ステップＳ８０２で導出された気流の３次元速度ベクトルに最も近いものを選択する。そして、炉口圧力導出部４０７は、選択した標準噴出特徴量に含まれる炉口圧力Ｐ０（ｔ１＋Δｔ）を、炉口圧力の現在値として導出する。そして、ステップＳ８０７において、炉口圧力出力部４０８は、ステップＳ８０９で導出された炉口圧力の現在値を、制御装置４００に出力する。そして、図８のフローチャートによる処理が終了する。

また、ステップＳ８０８において、境界領域における気流がカメラ設置側に偏っていると判定されると、処理は、ステップＳ８１０に進む。ステップＳ８１０において、炉口圧力導出部４０７は、ステップＳ８０４で抽出された境界領域特徴量群のうち、カメラ設置側・噴出特徴量７２０ａ～７２０ｎの中から、気流の３次元速度ベクトルＦ０→（ｔ１）が、ステップＳ８０２で導出された気流の３次元速度ベクトルに最も近いものを選択する。そして、炉口圧力導出部４０７は、選択したカメラ設置側・噴出特徴量に含まれる炉口圧力Ｐ０（ｔ１＋Δｔ）を、炉口圧力の現在値として導出する。そして、ステップＳ８０７において、炉口圧力出力部４０８は、ステップＳ８１０で導出された炉口圧力の現在値を、制御装置４００に出力する。そして、図８のフローチャートによる処理が終了する。

また、ステップＳ８０８において、境界領域における気流がカメラ非設置側に偏っていると判定されると、処理は、ステップＳ８１１に進む。ステップＳ８１１において、炉口圧力導出部４０７は、ステップＳ８０４で抽出された境界領域特徴量群のうち、カメラ非設置側・噴出特徴量７３０ａ～７３０ｎの中から、気流の３次元速度ベクトルＦ０→（ｔ１）が、ステップＳ８０２で導出された気流の３次元速度ベクトルに最も近いものを選択する。そして、炉口圧力導出部４０７は、選択したカメラ非設置側・噴出特徴量に含まれる炉口圧力Ｐ０（ｔ１＋Δｔ）を、炉口圧力の現在値として導出する。そして、ステップＳ８０７において、炉口圧力出力部４０８は、ステップＳ８１１で導出された炉口圧力の現在値を、制御装置４００に出力する。そして、図８のフローチャートによる処理が終了する。

また、ステップＳ８０５において、境界領域における気流の方向が吸込方向であると判定されると、処理は、ステップＳ８１２に進む。ステップＳ８１２において、気流方向判定部４０６は、境界領域における気流の偏りを判定する。この判定の結果、境界領域における気流に偏りがない場合、処理は、ステップＳ８１３に進む。
ステップＳ８１３において、炉口圧力導出部４０７は、ステップＳ８０４で抽出された境界領域特徴量群のうち、標準吸込特徴量７５０ａ～７５０ｎの中から、気流の３次元速度ベクトルＦ０→（ｔ１）が、ステップＳ８０２で導出された気流の３次元速度ベクトルに最も近いものを選択する。そして、炉口圧力導出部４０７は、選択した標準吸込特徴量に含まれる炉口圧力Ｐ０（ｔ１＋Δｔ）を、炉口圧力の現在値として導出する。そして、ステップＳ８０７において、炉口圧力出力部４０８は、ステップＳ８１３で導出された炉口圧力の現在値を、制御装置４００に出力する。そして、図８のフローチャートによる処理が終了する。

また、ステップＳ８１２において、境界領域における気流がカメラ設置側に偏っていると判定されると、処理は、ステップＳ８１４に進む。ステップＳ８１４において、炉口圧力導出部４０７は、ステップＳ８０４で抽出された境界領域特徴量群のうち、カメラ設置側・吸込特徴量７６０ａ～７６０ｎの中から、気流の３次元速度ベクトルＦ０→（ｔ１）が、ステップＳ８０２で導出された気流の３次元速度ベクトルに最も近いものを選択する。そして、炉口圧力導出部４０７は、選択したカメラ設置側・吸込特徴量に含まれる炉口圧力Ｐ０（ｔ１＋Δｔ）を、炉口圧力の現在値として導出する。そして、ステップＳ８０７において、炉口圧力出力部４０８は、ステップＳ８１４で導出された炉口圧力の現在値を、制御装置４００に出力する。そして、図８のフローチャートによる処理が終了する。

また、ステップＳ８１２において、境界領域における気流がカメラ非設置側に偏っていると判定されると、処理は、ステップＳ８１５に進む。ステップＳ８１５において、炉口圧力導出部４０７は、ステップＳ８０４で抽出された境界領域特徴量群のうち、カメラ非設置側・吸込特徴量７７０ａ～７７０ｎの中から、気流の３次元速度ベクトルＦ０→（ｔ１）が、ステップＳ８０２で導出された気流の３次元速度ベクトルに最も近いものを選択する。そして、炉口圧力導出部４０７は、選択したカメラ非設置側・吸込特徴量に含まれる炉口圧力Ｐ０（ｔ１＋Δｔ）を、炉口圧力の現在値として導出する。そして、ステップＳ８０７において、炉口圧力出力部４０８は、ステップＳ８１５で導出された炉口圧力の現在値を、制御装置４００に出力する。そして、図８のフローチャートによる処理が終了する。

（まとめ）
以上のように本実施形態では、境界領域における気流の向きと偏りの条件を異ならせて、境界領域における時刻ｔ１での気流の３次元速度ベクトルＦ０（ｔ１）と、時刻ｔ１から炉口圧力計１０による測定の遅れ時間Δｔが経過した時刻ｔ１＋Δｔに炉口圧力計１０で測定された炉口圧力Ｐ０（ｔ１＋Δｔ）とを取得し、これらを境界領域特徴量とする。境界領域における気流の向きと偏りの条件に応じて、境界領域特徴量を、標準噴出特徴量７１０、カメラ設置側・噴出特徴量７２０、カメラ非設置側・噴出特徴量７３０、基準特徴量７４０、標準吸込特徴量７５０、カメラ設置側・吸込特徴量７６０、およびカメラ非設置側・吸込特徴量７７０の何れか１つに分類してデータ記憶部４０５に予め記憶する。

その後、炉口圧力設定装置１００は、撮像装置２００ａ、２００ｂにより撮像されたカメラ画像を画像処理した結果に基づいて、境界領域における気流の３次元速度ベクトルを導出し、導出した３次元速度ベクトルに対応する境界領域特徴量をデータ記憶部４０５から抽出し、抽出した特徴量に含まれる炉口圧力Ｐ０（ｔ１＋Δｔ）を炉口圧力の現在値として導出する。

従って、転炉内で発生したダストを含んだ煙によって撮像が阻害されることはない。よって、境界領域における気流の向きと偏りに対応する炉口圧力の現在値を確実に推定することができる。また、炉口圧力の制御のタイミングで炉口圧力の測定値を取得すると、炉口圧力計１０による測定の遅れ時間Δｔがあるため、当該測定値は、当該炉口圧力の制御のタイミングでの炉口圧力を正確に反映していないものとなる。これに対し、本実施形態では、境界領域特徴量に含まれる炉口圧力Ｐ０（ｔ１＋Δｔ）は、炉口圧力計１０による測定の遅れ時間Δｔを考慮したタイミングで測定されたものである。従って、境界領域における気流の向きと偏りに対応する炉口圧力の現在値を正確に推定することができる。よって、制御装置４００による炉口圧力の制御を高精度に行うことができる。更に、境界領域における気流の３次元速度ベクトルを、炉口圧力に変換するモデル（計算式）を構築する必要がない。従って、境界領域における気流の向きと偏りに対応する炉口圧力の現在値を容易に推定することができる。

また、境界領域特徴量にカメラ画像を含めることにより、例えば、当該特徴量の分類先（標準噴出特徴量７１０、カメラ設置側・噴出特徴量７２０、カメラ非設置側・噴出特徴量７３０、基準特徴量７４０、標準吸込特徴量７５０、カメラ設置側・吸込特徴量７６０、またはカメラ非設置側・吸込特徴量７７０）が適切であるかどうかを、オペレータや管理者が、カメラ画像と、境界領域における気流の３次元速度ベクトルとを見比べることによって事後的に検証することができる。

（変形例）
＜変形例１＞
本実施形態では、データ記憶部４０５に記憶されている境界領域特徴量群を固定（変更）しない場合を例に挙げて説明した。しかしながら、データ記憶部４０５に記憶されている境界領域特徴量群を更新してもよい。例えば、炉口圧力設定装置１００は、ステップＳ８０１で取得した３つのカメラ画像の撮像時刻のうち最初の時刻から遅れ時間Δｔが経過したときの炉口圧力計１０での炉口圧力の測定値を取得し、当該カメラ画像と、当該炉口圧力の測定値と、当該カメラ画像に基づいてステップＳ８０２で導出された境界領域における気流の３次元速度ベクトルとを、新たな境界領域特徴量としてデータ記憶部４０５に記憶してもよい。このとき、炉口圧力設定装置１００は、当該境界領域における気流の３次元速度ベクトルの方向と大きさの絶対値とに基づいて、当該新たな境界領域特徴量を、標準噴出特徴量７１０、カメラ設置側・噴出特徴量７２０、カメラ非設置側・噴出特徴量７３０、基準特徴量７４０、標準吸込特徴量７５０、カメラ設置側・吸込特徴量７６０、およびカメラ非設置側・吸込特徴量７７０の何れか１つに分類する。

＜変形例２＞
本実施形態では、境界領域における気流の方向が噴出方向および吸込方向の何れであるかと、境界領域における気流の偏りがカメラ設置側およびカメラ非設置側の何れであるかによって、境界領域特徴量を分類してデータ記憶部４０５に記憶する場合を例に挙げて説明したが、境界領域特徴量を更に細分化して分類してもよい。例えば、境界領域における気流の方向と所定の方向（例えば、地面に対する鉛直方向）とのなす角度の範囲として複数の範囲を定義し、境界領域における気流の方向が、これら複数の範囲の何れであるかによって、境界領域特徴量の分類先を異ならせてもよい。このようにする場合、気流方向判定部４０６は、速度ベクトル導出部４０２により導出された気流の３次元速度ベクトルの方向が、これら複数の範囲のどの範囲に含まれるかを判定し、炉口圧力導出部４０７は、当該判定された範囲に分類されている境界領域特徴量に含まれる炉口圧力Ｐ０（ｔ１＋Δｔ）に基づいて、炉口圧力の現在値を導出する。

＜変形例３＞
本実施形態では、データ抽出部４０４は、スカート高さ取得部４０３により取得されたスカート４の高さと同じ高さの境界領域特徴量群がない場合、スカート高さ取得部４０３により取得されたスカート４の高さに最も近い高さの境界領域特徴量群を抽出する場合を例に挙げて説明した。しかしながら、必ずしもこのようにする必要はない。例えば、まず、データ抽出部４０４は、スカート高さ取得部４０３により取得されたスカート４の高さを上回る高さのうち、スカート高さ取得部４０３により取得されたスカート４の高さに最も近い高さの境界領域特徴量群と、スカート高さ取得部４０３により取得されたスカート４の高さを下回る高さのうち、スカート高さ取得部４０３により取得されたスカート４の高さに最も近い高さの境界領域特徴量群と、を含む２つ以上（好ましくは３つ以上）の境界領域特徴量群を抽出する。そして、データ抽出部４０４は、抽出した境界領域特徴量群の値を補間する（例えば、線形補間やスプライン補間を行う）ことにより、スカート高さ取得部４０３により取得されたスカート４の高さの境界領域特徴量群を導出する。以上のようにすれば、スカート高さ取得部４０３により取得されたスカート４の高さの境界領域特徴量群として、より高精度な境界領域特徴量群が得られる。

＜変形例４＞
本実施形態では、炉口圧力導出部４０７は、気流方向判定部４０６の判定の結果に対応する境界領域特徴量に、速度ベクトル導出部４０２により導出された気流の３次元速度ベクトルと同じものが含まれていない場合、気流方向判定部４０６の判定の結果に対応する境界領域特徴量のうち、境界領域における気流の３次元速度ベクトルＦ０→（ｔ１）が、速度ベクトル導出部４０２により導出された気流の３次元速度ベクトルに最も近い境界領域特徴量を選択し、選択した境界領域特徴量に含まれる炉口圧力Ｐ０（ｔ１＋Δｔ）を、炉口圧力の現在値として導出する場合を例に挙げて説明した。しかしながら、必ずしもこのようにする必要はない。

例えば、炉口圧力導出部４０７は、気流方向判定部４０６の判定の結果に対応する境界領域特徴量の中から、速度ベクトル導出部４０２により導出された気流の３次元速度ベクトルの大きさの絶対値を上回る速度ベクトルＦ０→（ｔ１）のうち、速度ベクトル導出部４０２により導出された気流の３次元速度ベクトルの大きさの絶対値に最も近い速度ベクトルＦ０→（ｔ１）を含む境界領域特徴量と、速度ベクトル導出部４０２により導出された気流の３次元速度ベクトルの大きさの絶対値を下回る速度ベクトルＦ０→（ｔ１）のうち、速度ベクトル導出部４０２により導出された気流の３次元速度ベクトルの大きさの絶対値に最も近い速度ベクトルＦ０→（ｔ１）を含む境界領域特徴量と、を含む２つ以上（好ましくは３つ以上）の境界領域特徴量を抽出する。そして、炉口圧力導出部４０７は、抽出した境界領域特徴量に含まれる炉口圧力Ｐ０（ｔ１＋Δｔ）を補間する（例えば、線形補間やスプライン補間を行う）ことにより、速度ベクトル導出部４０２により導出された気流の３次元速度ベクトルに対応する炉口圧力を導出する。以上のようにすれば、速度ベクトル導出部４０２により導出された気流の３次元速度ベクトルに対応する炉口圧力として、より高精度な炉口圧力が得られる。

＜変形例５＞
本実施形態では、カメラ画像に基づいて速度ベクトル導出部４０２と同じアルゴリズムで導出した境界領域における気流の３次元速度ベクトルＦ０→（ｔ１）と、炉口圧力計１０により測定された炉口圧力Ｐ０（ｔ１＋Δｔ）とを、データ記憶部４０５に記憶される境界領域特徴量に含める場合を例に挙げて説明した。前述したようにこのようにすれば、炉口圧力の現在値を容易に求めることができるので好ましい。しかしながら、必ずしもこのようにする必要はない。例えば、転炉１から発生する排ガスの流れを数値解析した結果から、境界領域特徴量を導出してもよい。

＜変形例６＞
炉口圧力設定システムは、本実施形態で説明したように１つの装置（炉口圧力設定装置１００）で実現しても、炉口圧力設定装置１００が有する機能を複数の装置で実現したものとしてもよい。例えば、画像取得部４０１および速度ベクトル導出部４０２を非特許文献１に記載の装置で実現し、その他の部分（スカート高さ取得部４０３～炉口圧力出力部４０８）を１つの装置で実現してもよい。また、データ記憶部４０５を、その他の部分と別の装置で実現してもよい。

＜その他の変形例＞
以上説明した本発明の実施形態は、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、前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及び前記プログラム等のコンピュータプログラムプロダクトも本発明の実施形態として適用することができる。記録媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。
また、以上説明した本発明の実施形態は、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。

１：転炉、４：スカート、１０：炉口圧力計、１００：炉口圧力設定装置、２００ａ～２００ｂ：撮像装置、３００：レーザー装置、４００：制御装置、４０１：画像取得部、４０２：速度ベクトル導出部、４０３：スカート高さ取得部、４０４：データ抽出部、４０５：データ記憶部、４０６：気流方向判定部、４０７：炉口圧力導出部、４０８：炉口圧力出力部、７１０：標準噴出特徴量、７２０：カメラ設置側・噴出特徴量、７３０：カメラ非設置側・噴出特徴量、７４０：基準特徴量、７５０：標準吸込特徴量、７６０：カメラ設置側・吸込特徴量、７７０：カメラ非設置側・吸込特徴量

Claims (13)

1. 転炉をその外側から見た場合に見える境界であって、前記転炉と、当該転炉の上方に配置されるスカートとの境界を含む領域である境界領域の撮像画像に基づいて、当該境界領域における気流の速度ベクトルを導出する速度ベクトル導出手段と、
   前記速度ベクトル導出手段により導出された速度ベクトルに基づいて、前記転炉の炉口における圧力である炉口圧力を導出する炉口圧力導出手段と、
   前記境界領域における前記気流の速度ベクトルと、当該速度ベクトルに対応する前記炉口圧力とを含む境界領域特徴量を予め記憶する記憶手段と、を有し、
   前記炉口圧力導出手段は、前記記憶手段により記憶されている前記炉口圧力の中から、前記速度ベクトル導出手段により導出された速度ベクトルに基づいて選択した前記炉口圧力を読み出すことを含む処理を行うことによって、前記炉口圧力の現在値を導出することを特徴とする炉口圧力設定システム。
2. 前記境界領域における前記気流の方向は、前記転炉と前記スカートとの隙間から、前記転炉の外側に向かう方向と、前記転炉の外側から、前記転炉と前記スカートとの隙間に向かう方向と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の炉口圧力設定システム。
3. 前記撮像画像を撮像する撮像手段は、前記転炉の軸よりも、排滓時に前記転炉を傾ける方向側である排滓時傾動方向側に配置されており、前記転炉の軸よりも、出鋼時に前記転炉を傾ける方向側である出鋼時傾動方向側に配置されていないことを特徴とする請求項１または２に記載の炉口圧力設定システム。
4. 前記速度ベクトル導出手段により導出された前記境界領域における速度ベクトルに基づいて、前記境界領域における前記気流の方向と、前記境界領域における前記気流の偏りの状態とを判定する気流方向判定手段を更に有し、
   前記境界領域における前記気流の方向は、前記境界領域における速度ベクトルの方向に基づいて定められ、
   前記境界領域における前記気流の偏りの状態は、前記境界領域における速度ベクトルの大きさの絶対値、および、前記排滓時傾動方向側における前記気流の速度と、前記出鋼時傾動方向側における前記気流の速度と、の大小関係に基づいて定められ、
   前記記憶手段は、前記境界領域における前記気流の速度ベクトルと、当該速度ベクトルに対応する前記炉口圧力とを含む境界領域特徴量を、前記境界領域における前記気流の方向および前記境界領域における前記気流の偏りの状態毎に予め記憶し、
   前記炉口圧力導出手段は、前記気流方向判定手段により判定された前記境界領域における前記気流の方向および前記境界領域における前記気流の偏りの状態に対応する前記炉口圧力を、前記記憶手段により記憶されている前記炉口圧力の中から読み出すことを特徴とする請求項３に記載の炉口圧力設定システム。
5. 前記境界領域における前記気流の偏りの状態は、前記出鋼時傾動方向側の方が前記排滓時傾動方向側よりも前記気流の速度が速い状態であって、前記境界領域における速度ベクトルの大きさの絶対値が下限閾値を下回る状態として表される状態である第１の状態と、前記排滓時傾動方向側の方が前記出鋼時傾動方向側よりも前記気流の速度が速い状態であって、前記境界領域における速度ベクトルの大きさの絶対値が上限閾値を上回る状態として表される状態である第２の状態と、前記排滓時傾動方向側と前記出鋼時傾動方向側とで前記気流の速度が同程度であると見なせる状態であって、前記境界領域における速度ベクトルの大きさの絶対値が前記下限閾値以上、前記上限閾値以下の状態として表される状態である第３の状態と、を含み、
   前記上限閾値および下限閾値は、前記転炉の炉口の縁の前記出鋼時傾動方向側の領域における付着物の付着量と、前記転炉の炉口の縁の前記排滓時傾動方向側の領域における付着物が同程度である場合の、前記排滓時傾動方向側の前記境界領域における速度ベクトルの絶対値の大きさに基づいて予め設定されることを特徴とする請求項４に記載の炉口圧力設定システム。
6. 前記スカートの高さの現在値を取得するスカート高さ取得手段を更に有し、
   前記記憶手段は、前記境界領域における前記気流の方向、前記境界領域における前記気流の偏りの状態、および前記スカートの高さ毎に前記特徴量を予め記憶し、
   前記炉口圧力導出手段は、前記気流方向判定手段により判定された前記境界領域における前記気流の方向および前記境界領域における前記気流の偏りの状態と、前記スカート高さ取得手段により取得された前記スカートの高さと、前記速度ベクトルと、に対応する前記炉口圧力を、前記記憶手段により記憶されている前記炉口圧力の中から読み出すことを特徴とする請求項４または５に記載の炉口圧力設定システム。
7. 前記転炉の炉口の上方の領域における圧力を測定する測定手段を更に有し、
   前記境界領域特徴量は、前記境界領域における前記気流の速度ベクトルを導出する際に用いた撮像画像が撮像された時刻から、前記測定手段による測定の遅れ時間だけ経過した時刻に前記測定手段により測定された圧力を、当該境界領域における前記気流の速度ベクトルに対応する炉口圧力として含み、
   前記測定手段による測定の遅れ時間は、前記炉口圧力が、当該測定手段による測定値に反映されるまでの時間として想定される時間であることを特徴とする請求項１～６の何れか１項に記載の炉口圧力設定システム。
8. 前記記憶手段は、前記境界領域特徴量に含まれる、前記境界領域における前記気流の速度ベクトルと、当該速度ベクトルに対応する前記炉口圧力と、に関連付けて、当該速度ベクトルを導出する際に用いた撮像画像を記憶することを特徴とする請求項１～７の何れか１項に記載の炉口圧力設定システム。
9. 前記境界領域の撮像画像を撮像する撮像手段は、２つあり、
   前記速度ベクトル導出手段は、前記２つの撮像手段により異なる方向から撮像された前記境界領域の撮像画像に基づいて、当該境界領域における前記気流の３次元速度ベクトルを導出することを特徴とする請求項１～８の何れか１項に記載の炉口圧力設定システム。
10. 前記炉口圧力が目標値に等しくなるように前記転炉から発生する排ガスの経路に配置されたダンパーを操作する制御装置に、前記炉口圧力導出手段により導出された前記炉口圧力の現在値を出力する炉口圧力出力手段を更に有することを特徴とする請求項１～９の何れか１項に記載の炉口圧力設定システム。
11. 前記炉口圧力導出手段は、前記前記速度ベクトル導出手段により導出された速度ベクトルに一致する速度ベクトルを含む前記境界領域特徴量が前記記憶手段により記憶されていない場合には、前記記憶手段により記憶されている前記炉口圧力の中から、前記速度ベクトル導出手段により導出された速度ベクトルに基づいて選択した複数の前記炉口圧力を読み出し、読み出した複数の前記炉口圧力を用いて前記炉口圧力の現在値を算出することを特徴とする請求項１～１０の何れか１項に記載の炉口圧力設定システム。
12. 転炉をその外側から見た場合に見える境界であって、前記転炉と、当該転炉の上方に配置されるスカートとの境界を含む領域である境界領域の撮像画像に基づいて、当該境界領域における気流の速度ベクトルを導出する速度ベクトル導出工程と、
    前記速度ベクトル導出工程により導出された速度ベクトルに基づいて、前記転炉の炉口における圧力である炉口圧力を導出する炉口圧力導出工程と、
    前記境界領域における前記気流の速度ベクトルと、当該速度ベクトルに対応する前記炉口圧力とを含む境界領域特徴量を予め記憶手段に記憶する記憶工程と、を有し、
    前記炉口圧力導出工程は、前記記憶工程により記憶されている前記炉口圧力のうち、前記速度ベクトル導出工程により導出された速度ベクトルに基づいて選択した前記炉口圧力を読み出すことを含む処理を行うことによって、前記炉口圧力の現在値を導出することを特徴とする炉口圧力設定方法。
13. 請求項１～１１の何れか１項に記載の炉口圧力設定システムの各手段としてコンピュータを機能させることを特徴とするプログラム。

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