JPH0813039A - シャフト炉による原料溶解中の異常検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 原料溶解用シャフト炉の異常ないしはその兆
候を自動的にかつ正確に検出ないしは予測することがで
きる手段を提供する。 【構成】 シャフト炉１の操炉音が集音マイク２を介し
て騒音計３に集音され、この操炉音信号がＦＦＴアナラ
イザ４に送られ、ＦＦＴアナライザ４では上記操炉音信
号に対して１／３オクターブ分析と平均化処理とが行わ
れ、所定の１６の周波数帯の音圧レベル値が演算され
る。そして、この音圧レベル値がコンピュータ５に送ら
れ、コンピュータ５では２００Ｈz付近の４つの周波数
帯の音圧レベル値と８００Ｈz付近の４つの周波数帯の
音圧レベル圧の時間に対する変化量に基づいて判定値を
演算し、この判定値がしきい値を超えたときに出湯口の
閉塞ないしはその兆候が生じたものとして警報を発す
る。かくして、シャフト炉１の異常が自動的にかつ正確
に検出ないしは予測される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、銅の鋳造圧延プラント
などに用いられる原料溶解用シャフト炉の操炉時におけ
る異常検出方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に原料溶解用シャフト炉の操炉時
(運転時)においては、出湯口の閉塞等の異常がシャフト
炉に発生することがある。このため、かかるシャフト炉
での原料溶解に際しては、従来よりオペレータがシャフ
ト炉の操炉音を耳で聞き、その操炉音の変化に基づいて
出湯口の閉塞ないしはその兆候等のシャフト炉の異常を
検出し、あるいは異常の発生を予測するなどといった対
応がなされている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のシャフト炉の異常検出手法では、シャフト炉
の操炉時に、かかる操炉音に関する経験的な知識を有す
るオペレータを、操炉音を聞き取ることが可能な位置す
なわちシャフト炉まわりに常時配置しておかなければな
らないので、該シャフト炉を含むプラントの省力化が妨
げられるといった問題がある。また、いかに熟練したオ
ペレータといえども操炉音の聞き漏らしあるいは異常か
否かの判断ミスが皆無であるとはいえないので、シャフ
ト炉の異常の検出精度が低くなるといった問題がある。

【０００４】本発明は、上記従来の問題点を解決するた
めになされたものであって、原料溶解用シャフト炉の異
常ないしはその兆候を自動的に検出ないしは予測するこ
とができる有効な手段、さらには上記検出ないしは予測
の精度を高めることができる有効な手段を提供すること
を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達するため、シャフト炉の操炉音の変化と出湯口の閉塞
の前兆との関係を明らかにし、操炉音の変化を計測機器
で検出ないし解析することにより出湯口の閉塞の危険を
事前に察知して警報を発し、操炉中の監視作業の省略を
実現するようにしたことを特徴とする原料溶解用シャフ
ト炉の異常検出方法を提供するものである。すなわち、
本発明はシャフト炉の出湯口近傍に設けられた集音マイ
ク(騒音計)により炉及び出湯口からのガスの吹き出し音
を常時測定し、それを周波数分析した値の変化を検出
し、出湯口の閉塞と相関のある変化を検出した場合には
警報を発生させるものである。

【０００６】より詳細には、本願第１の発明は、シャフ
ト炉での原料溶解に際して、シャフト炉の出湯口近傍で
操炉音を集音し、集音された操炉音の所定の周波数帯の
音圧を周波数分析により求め、該音圧の時間に対する変
化に基づいてシャフト炉の異常を検出するようにしたこ
とを特徴とするシャフト炉による原料溶解中の異常検出
方法を提供する。

【０００７】第２の発明は、第１の発明にかかるシャフ
ト炉による原料溶解中の異常検出方法において、音圧を
求める周波数帯を、少なくとも２００Ｈz付近の周波数
帯と８００Ｈz付近の周波数帯とを含むようにして複数
設定するようにしたことを特徴とするシャフト炉による
原料溶解中の異常検出方法を提供する。

【０００８】第３の発明は、第２の発明にかかるシャフ
ト炉による原料溶解中の異常検出方法において、２００
Ｈz付近の周波数帯の音圧の時間に対する変化量と、８
００Ｈz付近の周波数帯の音圧の時間に対する変化量の
正負反転値との積であらわされる判定値が所定のしきい
値を超えるときには、出湯口の閉塞にかかわるシャフト
炉の異常が生じていると判定するようにしたことを特徴
とするシャフト炉による原料溶解中の異常検出方法を提
供する。

【０００９】第４の発明は、第１〜第３の発明のいずれ
か１つにかかるシャフト炉による原料溶解中の異常検出
方法において、操炉音の集音に、集音マイクを備えた騒
音計を用いるようにしたことを特徴とするシャフト炉に
よる原料溶解中の異常検出方法を提供する。

【００１０】第５の発明は、第１〜第４の発明のいずれ
か１つにかかるシャフト炉による原料溶解中の異常検出
方法において、各周波数帯の音圧を求める際の周波数分
析を、ＦＦＴアナライザを用いて１／３オクターブ分析
により行うようにしたことを特徴とするシャフト炉によ
る原料溶解中の異常検出方法を提供する。

【００１１】第６の発明は、第１〜第５の発明のいずれ
か１つにかかるシャフト炉による原料溶解中の異常検出
方法において、シャフト炉の異常を検出したときに警報
を発するようにしたことを特徴とするシャフト炉による
原料溶解中の異常検出方法を提供する。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を具体的に説明する。
図１に示すように、銅の鋳造圧延プラントなどに用いら
れる原料溶解用シャフト炉１での原料溶解に際して、該
シャフト炉１の異常を自動的にかつ高精度で検出しある
いは予測する異常検出装置Ｓには、シャフト炉１の出湯
口の近傍に配置される集音マイク２を備えた、シャフト
炉１の操炉音を集音する騒音計３と、該騒音計３の出力
信号に対して１／３オクターブ分析と平均化処理とを行
って所定の複数の周波数帯(周波数レンジ)の音圧レベル
を求めるＦＦＴアナライザ４と、該ＦＦＴアナライザ４
の出力信号に基づいてシャフト炉１の出湯口の閉塞ある
いはその兆候等のシャフト炉１の異常を検出しあるいは
予測するコンピュータ５とが設けられている。

【００１３】ここで、集音マイク２を備えた騒音計３
は、一般に用いられている普通の騒音計であって、シャ
フト炉１の操炉音を経時的に漏れなく集音するようにな
っている。ＦＦＴアナライザ４も一般に用いられている
普通のＦＦＴアナライザであって、騒音計３から出力さ
れる時間領域の操炉音データを高速フーリエ変換により
周波数領域のデータに変換して周波数分析を行い、所定
の周波数帯の音圧レベルを演算するようになっている。
コンピュータ５は、所定のプログラム言語を用いて所望
の技術計算を行わせることができる普通のコンピュータ
(例えば、パソコン)である。

【００１４】上記異常検出装置Ｓを用いたシャフト炉１
の異常検出方法は、以下のとおりである。すなわち、ま
ずシャフト炉１の出湯口近傍に配置された集音マイク２
ないし騒音計３でシャフト炉１の操炉音が集音される。
そして、騒音計３に集音された操炉音データがＦＦＴア
ナライザ４に送られ、ＦＦＴアナライザ４ではこの操炉
音データに対して１／３オクターブ分析が行われる。な
お、１／３オクターブ分析は、例えばＪＩＳ Ｃ １５
１３に記載されているような周知の手法ないしはアルゴ
リズムで行われる。この１／３オクターブ分析では、１
２５Ｈz〜４０００Ｈzの周波数領域を１６分割して、１
２５Ｈz、１６０Ｈz、２００Ｈz、２５０Ｈz、３１５Ｈ
z、４００Ｈz、５００Ｈz、６３０Ｈz、８００Ｈz、１
０００Ｈz、１２５０Ｈz、１６００Ｈz、２０００Ｈz、
２５００Ｈz、３１５０Ｈz及び４０００Ｈzの各周波数
帯の音圧レベルが解析される。そして、この１／３オク
ターブ分析の解析結果に基づいて上記１６種の周波数帯
の各音圧レベルデータに対して５秒間毎に１６回の平均
化処理が行われ、上記１６種の周波数帯の音圧レベル値
が演算される。

【００１５】ＦＦＴアナライザ４で演算された、上記１
６種の周波数帯の音圧レベル値はコンピュータ５に送ら
れる。そして、コンピュータ５では、これらの音圧レベ
ル値のうち、１２５Ｈz、１６０Ｈz、２００Ｈz及び２
５０Ｈzの４つの周波数帯の音圧レベル値の平均値ＬＦ
と、５００Ｈz、６３０Ｈz、８００Ｈz及び１０００Ｈz
の４つの周波数帯の音圧レベル値の平均値ＨＦとを演算
する。次に、Ｓ／Ｎ比を向上させるために、平均値ＬＦ
と平均値ＨＦとを、夫々、現在のデータを含んだ１０点
の移動平均をとることによって、移動平均値ＬＦ(av)と
移動平均値ＨＦ(av)とを演算する。さらに、移動平均値
ＬＦ(av)の今回値と前回値の差ΔＬＦ(av)と、移動平均
値ＨＦ(av)の今回値と前回値の差ΔＨＦ(av)とを演算す
る。

【００１６】次に、次の式１によりΔＬＦ(av)とΔＨＦ
(av)とから、シャフト炉１の出湯口の閉塞ないしはその
兆候の指標となる判定値Ｘを演算する。

【数１】 Ｘ＝−ΔＬＦ(av)・ΔＨＦ(av)…………………………………………式１

【００１７】そして、このようにして演算された判定値
Ｘがしきい値０.１を超えたときには、出湯口の閉塞な
いしはその兆候が生じており、したがってシャフト炉１
が異常であると判定して警報を発する。本願発明者が用
いたシャフト炉１では、判定値Ｘが０.１を超えるとき
には、出湯口ないしはタップホールの閉塞の兆候が現れ
ることが多かったため、ここではしきい値を０.１とし
ているが、このしきい値０.１は本願発明者が用いたシ
ャフト炉に当てはまる一例であって、しきい値がこの値
に限定されるものではなく、シャフト炉の形状、寸法等
に応じて好ましく設定されるべきものである。図２に、
実験により得られたかかる判定値Ｘの概ね７０秒間の経
時変化の一例を示す。図２に示す例では、矢印Ａで示す
時点で、判定値Ｘがしきい値０.１を超えており、した
がって出湯口の閉塞ないしはその兆候が発生しているも
のと考えられる。

【００１８】このようにして、シャフト炉１の出湯口の
閉塞ないしはその兆候を知らせる警報が発せられたとき
には、オペレータはシャフト炉１の燃焼条件を変えるな
どといった既知の対応をとることにより、上記閉塞ない
しはその兆候を解消させて、シャフト１を正常状態に復
帰させることができる。

【００１９】本実施例においては、前記したとおり判定
値Ｘを、概ね２００Ｈz付近の４つの周波数帯での音圧
レベルと、概ね８００Ｈz付近の４つの周波数帯での音
圧レベルとに基づいて求めるようにしているが、これは
およそ次の理由による。すなわち、一般にシャフト炉の
操炉音には、バーナの燃焼音、排気ガスが出湯口や炉の
上部の開口部から噴出する際に出る音、燃焼ガスが炉内
の材料により遮られて発生する音、炉内の炉壁と材料に
よって作られる空間での燃焼ガスの共鳴音等の種々のも
のが混在しているものと考えられるが、かかる操炉音を
１２５Ｈz〜４０００Ｈzの間で１／３オクターブ分析に
より解析した結果、出湯口が閉塞する危険があるときに
は、２００Ｈzを中心とする周波数領域で音圧レベルが
上昇し、８００Ｈzを中心とする周波数領域で音圧レベ
ルが下降する傾向があることが解明された。したがっ
て、基本的には、２００Ｈz付近の周波数帯の音圧レベ
ルの変化と８００Ｈz付近の周波数帯の音圧レベルの変
化とに基づいて、出湯口の閉塞にかかわるシャフト炉の
異常を検出することができることになる。より具体的に
は、例えば２００Ｈz付近の周波数帯の音圧の時間に対
する変化量と、８００Ｈz付近の周波数帯の音圧の時間
に対する変化量の正負反転値との積であらわされる判定
値が所定のしきい値を超えるときには、出湯口の閉塞に
かかわるシャフト炉の異常が生じていると判定するなど
といった手法で、シャフト炉の異常を検出することがで
きる。このような知見に基づいて、本実施例では上記し
たとおり、判定値Ｘを、概ね２００Ｈz付近の４つの周
波数帯での音圧レベルと、概ね８００Ｈz付近の４つの
周波数帯での音圧レベルとに基づいて求めるようにして
いる。かくして、本実施例によれば、原料溶解用シャフ
ト炉の異常ないしはその兆候を自動的にかつ正確に検出
ないしは予測することができる。

【００２０】

【発明の作用・効果】第１の発明によれば、原料溶解用
シャフト炉の出湯口の閉塞が起こる危険な状態をその直
前に自動的かつ正確に検知することができ、従来オペレ
ータが耳で常時監視していた作業を省くことができ、該
シャフト炉を備えたプラントの省力化を図ることができ
る。また、オペレータによる操炉音の聞き逃し、異常か
否かの判断ミスも防ぐことができ、出湯口閉塞に至る危
険を従来よりも大幅に低減することができる。

【００２１】第２の発明によれば、基本的には、第１の
発明と同様の作用・効果が得られる。さらに、音圧を求
める周波数帯を、出湯口の閉塞ないしはその兆候が生じ
たときに音圧が変化する２００Ｈz付近の周波数帯と８
００Ｈz付近の周波数帯とを含むようにしているので、
シャフト炉の異常検出精度が高められる。

【００２２】第３の発明によれば、基本的には、第２の
発明と同様の作用・効果が得られる。さらに、２００Ｈ
z付近の周波数帯の音圧の時間に対する変化量と、８０
０Ｈz付近の周波数帯の音圧の時間に対する変化量の正
負反転値との積であらわされる判定値が所定のしきい値
を超えるときには、出湯口の閉塞にかかわるシャフト炉
の異常が生じていると判定するようにしているので、異
常判定のロジックないしはアルゴリズムが簡素なものと
なる。

【００２３】第４の発明によれば、基本的には第１〜第
３の発明のいずれか１つと同様の作用・効果が得られ
る。さらに、操炉音の集音に集音マイクを備えた騒音計
を用いるようにしているので、操炉音の集音を正確かつ
容易に行うことができる。

【００２４】第５の発明によれば、基本的には第１〜第
４の発明のいずれか１つと同様の作用・効果が得られ
る。さらに、各周波数帯の音圧を求める際の周波数分析
を、ＦＦＴアナライザを用いて１／３オクターブ分析に
より行うようにしているので、周波数分析の精度を高め
ることができ、ひいてシャフト炉の異常検出精度を高め
ることができる。

【００２５】第６の発明によれば、基本的には、第１〜
第５の発明のいずれか１つと同様の作用・効果が得られ
る。さらに、シャフト炉の異常を検出したときに警報を
発するようにしているので、該異常に直ちに対応するこ
とができ、シャフト炉を迅速に正常状態に復帰させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明にかかるシャフト炉の異常検出装置の
模式図である。

【図２】 図１に示す異常検出装置により演算された、
出湯口の閉塞の指標となる判定値の経時変化の一例を示
す図である。

【符号の説明】

Ｓ…異常検出装置 １…シャフト炉 ２…集音マイク ３…騒音計 ４…ＦＦＴアナライザ ５…コンピュータ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シャフト炉での原料溶解に際して、シャ
   フト炉の出湯口近傍で操炉音を集音し、集音された操炉
   音の所定の周波数帯の音圧を周波数分析により求め、該
   音圧の時間に対する変化に基づいてシャフト炉の異常を
   検出するようにしたことを特徴とするシャフト炉による
   原料溶解中の異常検出方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載されたシャフト炉による
   原料溶解中の異常検出方法において、 音圧を求める周波数帯を、少なくとも２００Ｈz付近の
   周波数帯と８００Ｈz付近の周波数帯とを含むようにし
   て複数設定するようにしたことを特徴とするシャフト炉
   による原料溶解中の異常検出方法。
3. 【請求項３】 請求項２に記載されたシャフト炉による
   原料溶解中の異常検出方法において、 ２００Ｈz付近の周波数帯の音圧の時間に対する変化量
   と、８００Ｈz付近の周波数帯の音圧の時間に対する変
   化量の正負反転値との積であらわされる判定値が所定の
   しきい値を超えるときには、出湯口の閉塞にかかわるシ
   ャフト炉の異常が生じていると判定するようにしたこと
   を特徴とするシャフト炉による原料溶解中の異常検出方
   法。
4. 【請求項４】 請求項１〜請求項３のいずれか１つに記
   載されたシャフト炉による原料溶解中の異常検出方法に
   おいて、 操炉音の集音に、集音マイクを備えた騒音計を用いるよ
   うにしたことを特徴とするシャフト炉による原料溶解中
   の異常検出方法。
5. 【請求項５】 請求項１〜請求項４のいずれか１つに記
   載されたシャフト炉による原料溶解中の異常検出方法に
   おいて、 各周波数帯の音圧を求める際の周波数分析を、ＦＦＴア
   ナライザを用いて１／３オクターブ分析により行うよう
   にしたことを特徴とするシャフト炉による原料溶解中の
   異常検出方法。
6. 【請求項６】 請求項１〜請求項５のいずれか１つに記
   載されたシャフト炉による原料溶解中の異常検出方法に
   おいて、 シャフト炉の異常を検出したときに警報を発するように
   したことを特徴とするシャフト炉による原料溶解中の異
   常検出方法。