JP7171578B2 - 粉率測定装置、粉率測定システム、高炉操業方法および粉率測定方法 - Google Patents
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Description
本発明は、高炉などに使用する原料の粉率測定装置、粉率測定システムおよび粉率測定システムを用いた高炉操業方法に関する。
鉱物など原料を用いた高炉などの製造設備においては、原料の粒度が製造プロセスの操業に影響する。このため、製造プロセスを安定させるには、事前に原料の粒度情報を把握する必要がある。高炉の製造プロセスにおいては、特に、コークス、鉄鉱石、焼結鉱といった原料の粒度の把握が重要であり、高炉内の通気を確保するために高炉に装入する原料に付着した微細な粉の粉率にも注意して操業を行う必要がある。粉率とは、装入物の全質量に占める粉の質量の割合を意味する。
高炉の通気性を維持するには、塊状の原料間に形成される空隙を確保することが重要である。原料に小塊や粉が多く含まれると、塊状の原料間に形成される空隙が、小塊や粉で埋められてしまい通気性が悪化する。このため、装入原料を事前に篩分けして篩上の塊のみを高炉に装入する操作が行われる。一般に、高炉装入前の篩分けにより、コークスは２５～３５ｍｍ以上に、鉄鉱石や焼結鉱は５～２５ｍｍ以上に粒度調整されることが多い。しかし、通常の篩分け操作では、粉を完全に除去することは困難である。特に、塊状の原料に付着した粉は塊とともに高炉に装入され、高炉内で塊状の原料と粉とが分離して高炉の通気性を悪化させる。このため、塊状の原料に付着した粉の量を事前に把握し、高炉へ装入される粉の量を管理することが求められる。
従来、高炉に装入される原料の粒度や粉率の測定は、定期的な原料のサンプリングと篩分析により行われていた。しかしながら、篩分析には時間がかかるので、高炉操業へのリアルタイムな結果の反映が難しい。このため、高炉へ搬送される原料の粒度分布をリアルタイムに把握できる技術が求められていた。このような装置として、特許文献１には、原料を搬送するコンベアの原料をサンプリングし、ロボットなどを用いて、自動でサンプルを篩って粒度分布の測定を行う装置が開示されている。
カメラ等を用いて、リアルタイムで原料の粒度を測定できる装置も開示されている。特許文献２には、コンベア上を搬送される原料ばら物をコンベア上で撮像して画像データを作成し、当該画像データから輝度分布を求め、当該輝度分布の最大ピーク高さを用いて原料ばら物の粒度を検知する方法が開示されている。特許文献３には、高炉に装入される装入物からの反射光のうち近赤外領域の反射光から得られる分光情報から装入物の水分量を検出する高炉装入物検出装置が開示されている。当該検出装置では、装入物の水分量と装入物の付着粉の粉率との関係を把握することで、装入物の粉率をリアルタイムで検出している。
しかしながら、特許文献１に開示された装置では、サンプリングの頻度を上げすぎると操業プロセスの遅延につながるという課題がある。抜き取り検査であるので、サンプリングの代表性の課題もある。
特許文献２に開示された方法は、既知の粒度の原料ばら物において測定された輝度分布の最大ピーク高さデータを粒度別に予め複数種類準備し、測定された画像データから算出された輝度分布の最大ピーク高さと、予め準備された最大ピーク高さとを比較することで原料ばら物の粒度を検出するものであり、粉の粉率を定量的に測定するものではない。塊状の物質に付着した微細の粉の粉率が測定できることも記載されていない。このため、特許文献２に開示された方法では、塊状の物質の表面に付着した粉の粉率を定量的に測定できない、という課題がある。
特許文献３に開示された装入物検出装置は、近赤外線の分光情報から装入物の水分量を検出し、当該装入物の水分量と装入物の粉率との関係から装入物の粉率を検出する装置であるが、装入物の水分量と装入物の粉率との相関は高くないので粉率測定の精度が高くない、という課題がある。
本発明は、従来技術が抱える上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、高炉などの操業プロセスで、原料として使用される塊状の物質の表面に付着した粉の粉率を高い精度でリアルタイムに測定できる粉率測定装置、粉率測定システムおよび粉率測定システムを用いた高炉操業方法を提供することにある。
このような課題を解決するための本発明の特徴は、以下の通りである。
（１）塊状の物質の表面に付着した粉の粉率を測定する装置であって、前記塊状の物質を照明する照明装置と、前記塊状の物質からの反射光を分光して分光反射率を測定する分光装置と、前記分光装置で測定された分光反射率から特徴量を抽出し、抽出された特徴量から前記粉率を算出する演算装置と、を備える、粉率測定装置。
（２）前記特徴量は、前記分光装置によって測定された複数の波長の分光反射率を主成分分析して得られた予め定められた一つまたは複数の主成分における基底ベクトルのスコアであり、前記演算装置は、演算部と格納部とを有し、前記格納部には、前記粉率と前記スコアとの関係式が格納されており、前記演算部は、前記複数の波長の分光反射率から前記スコアを算出し、算出された前記スコアと前記関係式とを用いて前記粉率を算出する、（１）に記載の粉率測定装置。
（３）前記特徴量は、前記分光装置によって測定された複数の波長の分光反射率にＰＬＳを適用して得られた一つまたは複数の基底ベクトルのスコアであり、前記演算装置は、演算部と格納部とを有し、前記格納部には、前記粉率と前記スコアとの関係式が格納されており、前記演算部は、前記複数の波長の分光反射率から前記スコアを算出し、算出された前記スコアと前記関係式とを用いて前記粉率を算出する、（１）に記載の粉率測定装置。
（４）前記特徴量は、前記分光装置によって測定された予め定められた一つまたは複数の波長における分光反射率であり、前記演算装置は、演算部と格納部とを有し、前記格納部には、前記粉率と前記波長の分光反射率との関係式が格納されており、前記演算部は、前記波長の分光反射率と前記関係式とを用いて前記粉率を算出する、（１）に記載の粉率測定装置。
（５）（１）から（４）のいずれか１つに記載の前記粉率測定装置と、前記塊状の物質を搬送するコンベアと、を備え、前記粉率測定装置は、前記コンベアの上方に設けられ、前記コンベアで高炉に搬送される塊状の物質の表面に付着した粉の粉率を測定する、粉率測定システム。
（６）（５）に記載の粉率測定システムで、コンベアで高炉に搬送される塊状の物質の表面に付着した粉の粉率を測定するステップと、測定された前記粉率が予め定められた閾値よりも高いか否かを判断するステップと、を含み、前記判断するステップにおいて、前記粉率が予め定められた閾値よりも高いと判断された場合に、前記粉の粒径より大きく塊状の物質の粒径より小さい目開きの篩で前記塊状の物質を篩う、高炉操業方法。
（１）塊状の物質の表面に付着した粉の粉率を測定する装置であって、前記塊状の物質を照明する照明装置と、前記塊状の物質からの反射光を分光して分光反射率を測定する分光装置と、前記分光装置で測定された分光反射率から特徴量を抽出し、抽出された特徴量から前記粉率を算出する演算装置と、を備える、粉率測定装置。
（２）前記特徴量は、前記分光装置によって測定された複数の波長の分光反射率を主成分分析して得られた予め定められた一つまたは複数の主成分における基底ベクトルのスコアであり、前記演算装置は、演算部と格納部とを有し、前記格納部には、前記粉率と前記スコアとの関係式が格納されており、前記演算部は、前記複数の波長の分光反射率から前記スコアを算出し、算出された前記スコアと前記関係式とを用いて前記粉率を算出する、（１）に記載の粉率測定装置。
（３）前記特徴量は、前記分光装置によって測定された複数の波長の分光反射率にＰＬＳを適用して得られた一つまたは複数の基底ベクトルのスコアであり、前記演算装置は、演算部と格納部とを有し、前記格納部には、前記粉率と前記スコアとの関係式が格納されており、前記演算部は、前記複数の波長の分光反射率から前記スコアを算出し、算出された前記スコアと前記関係式とを用いて前記粉率を算出する、（１）に記載の粉率測定装置。
（４）前記特徴量は、前記分光装置によって測定された予め定められた一つまたは複数の波長における分光反射率であり、前記演算装置は、演算部と格納部とを有し、前記格納部には、前記粉率と前記波長の分光反射率との関係式が格納されており、前記演算部は、前記波長の分光反射率と前記関係式とを用いて前記粉率を算出する、（１）に記載の粉率測定装置。
（５）（１）から（４）のいずれか１つに記載の前記粉率測定装置と、前記塊状の物質を搬送するコンベアと、を備え、前記粉率測定装置は、前記コンベアの上方に設けられ、前記コンベアで高炉に搬送される塊状の物質の表面に付着した粉の粉率を測定する、粉率測定システム。
（６）（５）に記載の粉率測定システムで、コンベアで高炉に搬送される塊状の物質の表面に付着した粉の粉率を測定するステップと、測定された前記粉率が予め定められた閾値よりも高いか否かを判断するステップと、を含み、前記判断するステップにおいて、前記粉率が予め定められた閾値よりも高いと判断された場合に、前記粉の粒径より大きく塊状の物質の粒径より小さい目開きの篩で前記塊状の物質を篩う、高炉操業方法。
本発明の粉率測定装置および粉率測定システムを用いることで、塊状の物質の表面に付着した粉の粉率を高い精度でリアルタイムに測定できる。そして、本発明の粉率測定装置および粉率測定システムで、例えば、高炉に装入される原料であるコークスの粉率をリアルタイムに測定し、高炉に装入されるコークス粉の量を管理することで高炉操業の安定化に寄与できる。
本発明に係る粉率測定装置を用いて、高炉に装入される原料であるコークスの粉率を測定する例を用いて、以下、本発明の実施形態を説明する。図１は、本実施形態に係る粉率測定装置を備える粉率測定システムと、その周辺の構成の一例を示す模式図である。
粉率測定システム１０は、粉率測定装置１２と、コンベア１４とを備える。高炉に装入されるコークス２６は、ホッパ２８に貯留される。ホッパ２８から排出されたコークス２６は、篩３０で篩われて、篩３０の目開きより小さい粒径のコークス粉が落とされた後、コンベア１４によって高炉（不図示）へ搬送される。
本実施形態において、篩３０の目開きは３５ｍｍである。このため、コンベア１４によって搬送されるコークス２６は、粒径３５ｍｍ以上の塊コークスと、篩３０で篩っても落下しない塊コークスに付着したコークス粉とを含む。塊コークスに付着したコークス粉の粒径を測定したところ、粒径１ｍｍ以下のコークス粉であった。本実施形態において、コークス粉とは、目開き１ｍｍの篩を通過した粒径１ｍｍ以下のコークス粉を意味し、塊コークスとは、目開き３５ｍｍの篩で篩った後、ふるい上に残った粒径３５ｍｍ以上のコークスを意味する。図１に示した例において、コークス２６は、塊状の物質の一例である。
粉率測定装置１２は、コンベア１４上を搬送されるコークス２６の粉率を測定する。粉率測定装置１２は、照明装置１８と、分光装置１６と演算装置２０とを有する。照明装置１８は、コンベア１４の上方に設けられ、コンベア１４によって搬送されるコークス２６を照明する。分光装置１６は、コンベア１４の上方に設けられ、コンベア１４上のコークス２６からの反射光を分光して分光反射率を測定する。上述したようにコークス２６は、塊コークスと当該塊コークスの表面に付着したコークス粉を含むので、分光装置１６によって測定された分光反射率は、塊コークスだけでなく、塊コークスの表面に付着したコークス粉にも影響される。このため、分光装置１６によって測定される分光反射率には、塊コークスに付着したコークス粉の情報も含まれる。
分光装置１６は、装置の仕様により定められた高さに設置されるが、分光装置１６が設けられる高さは、コンベア１４上を搬送されるコークス２６との接触を考慮して、３００ｍｍ以上１０００ｍｍ以下であることが好ましい。これにより、コンベア１４上を搬送されるコークスの量が一時的に増えたとしても、コークスと分光装置１６との接触を防止できる。
演算装置２０は、例えば、演算部２２と格納部２４とを有するワークステーションやパソコン等の汎用コンピュータである。演算部２２は、例えば、ＣＰＵ等であって、格納部２４に保存されたプログラムやデータを用いて、照明装置１８および分光装置１６の動作を制御する。演算部２２は、分光装置１６から取得した分光反射率から特徴量を抽出し、抽出された特徴量から塊コークスに付着したコークス粉の粉率を算出する。格納部２４には、照明装置１８および分光装置１６を制御するためのプログラム、演算部２２における演算を実行するためのプログラム、当該プログラム実行中に使用する演算式および数式等が予め格納されている。
分光装置１６は、演算部２２の制御により、予め定められた時間ごとにコークス２６からの反射光を分光して分光反射率を測定する。予め定められた時間は、例えば、分光装置１６が測定するコークス２６の測定範囲と、コンベア１４の搬送速度によって定めてよい。すなわち、予め定められた時間を、コンベア１４の搬送方向における測定範囲長さをコンベア１４の搬送速度で除して算出される時間としてよい。これにより、分光装置１６は、コンベア１４の搬送方向に対して隙間無くコークス２６を測定できる。分光装置１６は、コンベア１４の搬送方向に対して垂直となる方法からコークス２６の分光反射率を測定することが好ましい。
本実施形態では、分光装置１６として、例えば、コークス２６からの反射光を９つの波長に分光できる分光装置を用いた。９つの波長は、可視光のカラーフィルタおよび近赤外光の狭帯域バンドパスフィルタを用いて分光される。９つの波長は、波長が短いものから、青、緑、赤、１．３２μｍ、１．４６μｍ、１．６０μｍ、１．８０μｍ、１．９６μｍ、２．１０μｍである。青とは、４３５～４８０ｎｍの範囲の波長であり、緑とは、５００～５６０ｎｍの範囲の波長であり、赤とは、６１０～７５０ｎｍの範囲の波長である。
分光装置１６は、９つの波長の分光反射率を測定すると演算装置２０の演算部２２に分光反射率を示すデータ（以後、単に分光反射率という）を出力する。演算部２２は、分光装置１６から分光反射率を取得すると、特徴量として、例えば、コークス２６の粉率の変化に強い相関を示す主成分のスコアを抽出する。ここで、コークス２６の粉率の変化に強い相関を示す主成分のスコアとは、分光装置から取得した分光反射率を主成分分析して得られた９つの主成分の基底ベクトルにより算出されるスコアのうち、コークス２６の粉率の変化に強い相関を示すスコアである。本実施形態において、コークス２６の粉率の変化に強い相関を示す主成分は、予め定められた主成分の一例である。
以下の説明においては、演算部２２が抽出する特徴量がコークス２６の粉率の変化に強い相関を示す２つの主成分の基底ベクトルから算出されるスコアであるとして、本実施形態を説明する。しかしながら、これに限らず、演算部２２が抽出する特徴量は、コークス２６の粉率の変化に強い相関を示す１つまたは３つ以上のスコアであってもよい。但し、９つのスコアを用いると、９つの波長の分光反射率の全てを用いることになるので、用いるスコアは、８つ以下とすることが好ましい。これにより、粉率の変化に相関が少ない因子の影響を排除することができる。交差検定を組み合わせてどの篩分析データを用いても平均的に精度が高くなる必要最小限のスコア数を選ぶ方法をとってもよい。
格納部２４には、コークス２６の粉率の変化に強い相関を示す２つの主成分のスコアを算出する演算式と、粉率とスコアとの関係式とが格納されている。本実施形態において、粉率とスコアとの関係式は、例えば、コークス２６の粉率（Ｙ）を目的変数とし、２つのスコアを説明変数（Ｘ１、Ｘ２）とした回帰式である下記数式（１）である。
Ｙ＝ｂ＋ａ１×Ｘ１＋ａ２×Ｘ２・・・数式（１）
但し、上記数式（１）において、ｂ、ａ１、ａ２は、回帰式のパラメータである。
但し、上記数式（１）において、ｂ、ａ１、ａ２は、回帰式のパラメータである。
２つの主成分のスコアを算出する演算式および上記数式（１）は、以下の手順で算出する。まず、分光装置１６を用いて、コンベア１４によって搬送されるコークスの９つの波長の分光反射率を測定する。測定された９つの波長の分光反射率を主成分分析し、第１～第９主成分における９つの基底ベクトルと、当該基底ベクトルから算出される９つのスコアを得る。
次に、分光反射率を測定したコークスを採取し、当該コークスを篩分析して粒径１ｍｍ以下のコークス粉の粉率を実測する。篩分析による実測粉率は、コークスを１２０～２００℃で４時間以上恒量になるまで乾燥させた後、目開き１ｍｍの篩を用いて篩い、篩い前後のコークスの質量差の篩前の質量に対する割合として算出した。この操作を粉率や含有水分量の異なるコークスを用いて実施して、それぞれ篩分析して得られた粉率と９つのスコアを１組としたデータを複数取得する。これら複数のデータのうち、９つのスコアを粉率が異なるコークス間で比較し、コークスの粉率の変化と強い相関を示す２つのスコアを特定する。特定した２つのスコアを算出する演算式は、当該スコアの基底ベクトルを用いて算出できる。
コークスの粉率の変化と強い相関を示す２つの主成分が特定されれば、粉率や含有水分量の異なるコークスの粉率と９つのスコアを１組とした複数のデータから、粉率と特定した２つのスコアとを１組としたデータをそれぞれ取得できるので、これらデータと最小二乗法とで、数式（１）のパラメータｂ、ａ１、ａ２を算出できる。これにより、２つの主成分のスコアからコークス２６の粉率が算出できる数式（１）が算出できる。このように算出された２つのスコアを算出する演算式および数式（１）は、予め格納部２４に格納される。
演算部２２は、分光装置１６から９つの波長の分光反射率を取得すると、格納部２４から特定されたコークスの粉率の変化と強い相関を示す２つのスコアを算出する演算式を読み出し、９つの波長の分光反射率と当該演算式を用いて２つの主成分のスコアを算出する。演算部２２は、２つの主成分のスコアを算出すると、格納部２４から数式（１）を読み出し、算出されたスコアと数式（１）を用いてコークスの粉率を算出する。このようにして、本実施形態に係る粉率測定装置１２は、コンベア１４によって搬送されるコークス２６の粉率をリアルタイムに測定する。
図２は、コークスの粉率の変化と最も強い相関を示したスコアにおける各波長の比率を示したグラフである。図３は、コークスの粉率の変化と次に強い相関を示したスコアにおける各波長の比率を示したグラフである。図２、図３より、水の吸収波長である１．４６μｍ、１．９６μｍの波長のみが高い比率となるスコアが、コークスの粉率の変化と強い相関を示さなかった。この結果から、コークスの粉率の測定では、コークスの水分量のみが支配的な要素ではないことがわかる。このことから、コークスの水分量のみを介してコークスの粉率を算出する粉率測定方法の測定における粉率の測定精度が低いことがわかる。
図４は、コークスの実測粉率と推定粉率との相関を示すグラフである。図４において、横軸は実測粉率（質量％）であり、縦軸は推定粉率（質量％）である。実測粉率は、種々のコークスを１２０～２００℃で４時間以上恒量になるまで乾燥させた後、目開き１ｍｍの篩を用いて篩い、篩い前後のコークスの質量差の篩前の質量に対する割合として算出した値である。推定粉率は、粉率を実測したコークスの９つの波長の分光反射率の測定値と、コークスの粉率を目的変数とし主成分分析を適用させて得られたコークスの粉率と強い相関を示す２つのスコア（図２および図３）を説明変数とした回帰式とを用いて算出した値である。図４に示すように、コークスの推定粉率と実測粉率とには強い相関が見られ、その相関係数Ｒは０．７４であった。これらの結果から、主成分分析を適用して得られたスコアから算出することで高い精度でコークスの粉率が測定できることが確認された。
本実施形態に係る粉率測定装置を備える粉率測定システムでコンベア１４によって搬送されるコークス２６の粉率を測定し、測定されたコークス２６の粉率が予め定められた閾値よりも高いと判断された場合には、コークス２６の搬送方向を切り替えて、再び、目開き３５ｍｍの篩でコークス２６を篩ってもよい。これにより、高炉に装入されるコークス粉が少なくなって高炉内の通気性の悪化が抑制され、高炉操業の安定化に寄与できる。目開き３５ｍｍは、コークス粉の粒径より大きく、塊コークスの粒径より小さい目開きの一例である。
上述した例では、９波長の分光反射率を主成分分析して得られた９つのスコアからコークスの粉率の変化に強い相関を示す２つのスコアを特定する例を示したが、これに限られない。例えば、９つの波長の分光反射率が測定されたコークスを篩分析して粉率を測定し、粉率と９つの波長の分光反射率を１組としたデータに対してＰＬＳ（部分的最小二乗法）を適用し、コークスの粉率に強い相関を示すスコアを直接的に求めてもよい。
この場合において、コークスの粉率に強い相関を示すスコアを算出する演算式は、ＰＬＳによって求められたスコアの基底ベクトルから算出できる。粉率とスコアとの関係式は、数式（１）と同じ回帰式となる。そして、数式（１）における回帰式のパラメータも、ＰＬＳによって求められたスコアと、粉率とを１組とした複数のデータと、最小二乗法により算出できる。
演算部２２は、分光装置１６から９つの波長の分光反射率を取得すると、格納部２４から２つのスコアを算出する演算式を読み出し、９つの波長の分光反射率と当該演算式を用いて２つのスコアを算出する。演算部２２は、２つのスコアを算出すると、格納部２４から数式（１）を読み出し、算出されたスコアと数式（１）を用いてコークスの粉率を算出する。このようにして、粉率測定装置１２は、コンベア１４によって搬送されるコークス２６の粉率をリアルタイムに測定する。
図５は、コークスの実測粉率と推定粉率との相関を示すグラフである。図５において、横軸は実測粉率（質量％）であり、縦軸は推定粉率（質量％）である。実測粉率は、種々のコークスを１２０～２００℃で４時間以上恒量になるまで乾燥させた後、目開き１ｍｍの篩を用いて篩い、篩い前後のコークスの質量差の篩前の質量に対する割合として算出した値である。推定粉率は、粉率を実測したコークスの９つの波長の分光反射率の測定値と、コークスの粉率を目的変数とし、ＰＬＳを適用させて得られたコークスの粉率と強い相関を示す２つのスコアを説明変数とした回帰式とを用いて算出した値である。図５に示すように、コークスの推定粉率と実測粉率とには強い相関が見られ、その相関係数Ｒは０．７４であり、ばらつきσは０．１７（質量％）であった。これらの結果から、本実施形態に係る粉率測定装置１２は、高い精度でコークスの粉率が測定できることが確認された。
図６は、コークスの水分量とコークスの実測粉率との相関を示すグラフである。図６において、横軸は水分量（質量％）であり、縦軸は実測粉率（質量％）である。コークスの水分量は、中性子水分計を用いて種々のコークスに含まれる水分量を測定した値である。実測粉率は、水分量を測定したコークスを１２０～２００℃で４時間以上恒量になるまで乾燥させた後、目開き１ｍｍのふるいを用いて篩い、篩い前後のコークスの質量差の篩前の質量に対する割合として算出した値である。
図６に示すように、コークスの粉率とコークスの水分量とは相関関係が見られたものの、その相関係数Ｒは０．４０であり、コークスの粉率とコークスの水分量とに強い相関は見られなかった。この原因の１つは、コークスの水分量が、コークス表面に存在する水分とコークス内部に存在する水分とを含むことによると考えられる。すなわち、コークス表面に存在する水分は、コークス表面に付着する粉との相関は強いと考えられる一方で、コークス内部に存在する水分は、コークス表面に付着するコークス粉に影響を及ぼさないと考えられる。このコークス内部に存在する水分量の影響で、コークスの水分量とコークスの粉率との相関関係が弱くなったものと考えられる。
図５、６から、コークスの水分量とコークスの粉率との関係からコークスの粉率を算出するよりも、本実施形態に係る粉率測定装置１２のように、コークスからの分光反射率からコークスの粉率と強い相関を示すスコアを特徴量として抽出し、コークスの粉率を目的変数とし、当該スコアを説明変数とする回帰式を用いてコークスの粉率を算出する方が、高い精度でコークスの粉率を算出できることが確認された。
本実施形態として、主成分分析を用いてコークスの粉率と強い相関を示すスコアを算出する手法と、ＰＬＳを適用させてコークスの粉率と強い相関を示すスコアを算出する手法の２つを示した。ＰＬＳを適用させることで、コークスの粉率と強い相関を示すスコアを直接的に求めることができる利点がある一方で、コークスの粉率の測定データが特定の条件のコークスしかない場合にＰＬＳを用いると、特定の条件へのオーバーフィッティングにより当該特定条件と異なる他の条件のコークスにおいて算出された粉率の測定誤差が大きくなることがある。このため、種々の条件におけるコークスの粉率の測定データがある場合には、ＰＬＳを適用させてコークス粉率と強い相関を示すスコアを求めることが好ましく、特定の条件のコークスの粉率の測定データしかない場合は、主成分分析を行ってコークス粉率と高い相関を示すスコアを求めることが好ましい。
本実施形態に係る粉率測定装置１２では、特徴量として、粉率の変化と強い相関を示すスコアを分光反射率から抽出する例を示したが、これに限らない。例えば、演算部２２は、特徴量として粉率の変化と強い相関を示す複数の波長の分光反射率を抽出してもよい。以下、特徴量として粉率の変化と強い相関を示すｎ個の波長の分光反射率を抽出する別の実施形態を説明する。
分光装置１６は、コークス２６のｍ個の波長の分光反射率を測定して演算部２２に出力する。ｍはｎ以上の自然数である。演算部２２は、分光装置１６から分光反射率を取得すると、特徴量として、コークスの粉率の変化と強い相関を示すｎ個の波長の分光反射率を抽出する。ここで、コークスの粉率の変化と強い相関を示すｎ個の波長の分光反射率は、予め定められた一つまたは複数の分光反射率の一例である。
格納部２４には、粉率とｎ個の分光反射率との関係式が格納されている。本実施形態において、粉率とｎ個の分光反射率との関係式とは、コークス２６の粉率（Ｙ）を目的変数とし、コークスの粉率の変化と強い相関を示すｎ個の波長の分光反射率を説明変数（Ｚ１、Ｚ2、・・・、Ｚｎ）とした回帰式である以下の数式（２）である。
Ｙ＝ｄ＋ｃ１×Ｚ１＋ｃ２×Ｚ2＋・・・＋ｃｎ×Ｚｎ・・・数式（２）
但し、上記数式（２）において、ｄ、ｃ１、ｃ２、・・・、ｃｎは、回帰式のパラメータである。
但し、上記数式（２）において、ｄ、ｃ１、ｃ２、・・・、ｃｎは、回帰式のパラメータである。
数式（２）は、以下の手順で算出する。まず、分光装置１６を用いて、コンベア１４によって搬送されるコークスのｍ個の波長の分光反射率を測定する。分光反射率を測定したコークスを採取し、当該コークスを篩分析して粒径１ｍｍ以下のコークス粉の粉率を実測する。実測粉率は、分光反射率を測定したコークスを１２０～２００℃で４時間以上恒温になるまで乾燥させた後、目開き１ｍｍの篩を用いて篩い、篩い前後のコークスの質量差の篩前の質量に対する割合として算出する。この操作を粉率や含有水分量の異なるコークスを用いて実施して、粉率とｍ個の波長の分光反射率を１組としたデータを複数取得する。これら複数のデータのうち、粉率が異なるコークスのｍ個の波長の分光反射率を比較して、コークスの粉率の変化と強い相関を示すｎ個の分光反射率の波長を特定する。
ｎ個の分光反射率の波長が特定されれば、粉率とｍ個の波長の分光反射率を１組とした複数のデータから、粉率とｎ個の波長の分光反射率を１組としたデータを複数取得できるので、これらデータと最小二乗法とで、数式（２）のパラメータｄ、ｃ１、ｃ２、ｃ３、・・・、ｃｎを算出できる。これにより、ｎ個の波長の分光反射率からコークスの粉率が算出できる数式（２）が算出できる。このように算出された数式（２）は、予め格納部２４に格納される。
演算部２２は、分光装置１６からｍ個の波長の分光反射率を取得すると、特徴量としてｎ個の波長の分光反射率を抽出する。演算部２２は、ｎ個の波長の分光反射率を抽出すると、格納部２４から数式（２）を読み出してコークスの粉率を算出する。このように、演算部２２は、特徴量として、コークスの粉率の変化と強い相関を示すｎ個の波長の分光反射率を抽出してもよく、当該分光反射率を用いて、コンベア１４によって搬送されるコークス２６の粉率をリアルタイムに測定できる。
本実施形態では、塊状の物質としてコークス２６の例を示したが、これに限られない。高炉に装入される原料の例であれば、コークス２６に代えて、塊鉱石であってもよく、焼結鉱であってもよい。
１０ 粉率測定システム
１２ 粉率測定装置
１４ コンベア
１６ 分光装置
１８ 照明装置
２０ 演算装置
２２ 演算部
２４ 格納部
２６ コークス
２８ ホッパ
３０ 篩
１２ 粉率測定装置
１４ コンベア
１６ 分光装置
１８ 照明装置
２０ 演算装置
２２ 演算部
２４ 格納部
２６ コークス
２８ ホッパ
３０ 篩
Claims (4)
- 塊状の物質の表面に付着した粉の粉率を測定する装置であって、
前記塊状の物質を照明する照明装置と、
前記塊状の物質からの反射光を分光して分光反射率を測定する分光装置と、
前記分光装置で測定された分光反射率から特徴量を抽出し、抽出された特徴量から前記粉率を算出する演算装置と、
を備え、
前記特徴量は、前記分光装置によって測定された複数の波長の分光反射率にＰＬＳを適用して得られた前記複数の波長の数の基底ベクトルのスコアから選択された、一つまたは複数でかつ前記複数の波長の数未満の基底ベクトルのスコアであり、
前記複数の波長は、水の吸収波長と水の吸収波長以外の波長とを含み、
前記演算装置は、演算部と格納部とを有し、
前記格納部には、予め、種々の条件において測定された前記塊状物質の分光反射率からＰＬＳを用いて算出された、前記粉率と前記スコアとの関係式が格納されており、
前記演算部は、前記複数の波長の分光反射率から前記スコアを算出し、算出された前記スコアと前記関係式とを用いて前記粉率を算出し、前記複数の波長の数未満の基底ベクトルのスコアは、複数の篩分析データに対する前記粉率の算出精度が平均的に高くなるように、交差検定を組み合わせて前記粉率の変化に相関が少ない因子の影響を排除するように選択されたものである、粉率測定装置。 - 請求項１に記載の前記粉率測定装置と、
前記塊状の物質を搬送するコンベアと、を備え、
前記粉率測定装置は、前記コンベアの上方に設けられ、前記コンベアで高炉に搬送される塊状の物質の表面に付着した粉の粉率を測定する、粉率測定システム。 - 請求項２に記載の粉率測定システムで、コンベアで高炉に搬送される塊状の物質の表面に付着した粉の粉率を測定するステップと、
測定された前記粉率が予め定められた閾値よりも高いか否かを判断するステップと、を含み、
前記判断するステップにおいて、前記粉率が予め定められた閾値よりも高いと判断された場合に、前記粉の粒径より大きく塊状の物質の粒径より小さい目開きの篩で前記塊状の物質を篩う、高炉操業方法。 - 塊状の物質の表面に付着した粉の粉率を測定する粉率測定方法であって、
前記塊状の物質を照明する照明工程と、
前記塊状の物質からの反射光を分光して分光反射率を測定する測定工程と、
前記測定工程で測定された分光反射率から特徴量を抽出し、抽出された特徴量から前記粉率を算出する演算工程と、
を有し、
前記特徴量は、前記分光装置によって測定された複数の波長の分光反射率にＰＬＳを適用して得られた前記複数の波長の数の基底ベクトルのスコアから選択された、一つまたは複数でかつ前記複数の波長の数未満の基底ベクトルのスコアであり、
前記複数の波長は、水分の吸収波長と水分の吸収波長以外の波長とを含み、
前記演算工程は、前記複数の波長の分光反射率から前記スコアを算出し、算出された前記スコアと、予め、種々の条件において測定され前記塊状物質の分光反射率からＰＬＳを用いて算出された、前記粉率と前記スコアとの関係式とを用いて、前記粉率を算出し、前記複数の波長の数未満の基底ベクトルのスコアは、複数の篩分析データに対する前記粉率の算出精度が平均的に高くなるように、交差検定を組み合わせて前記粉率の変化に相関が少ない因子の影響を排除するように選択されたものである、粉率測定方法。
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