KR102422129B1 - 분율 측정 장치, 분율 측정 시스템, 고로 조업 방법 및 분율 측정 방법 - Google Patents

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Abstract

괴상(塊狀)의 물질의 표면에 부착된 가루의 분율을 높은 정밀도로 실시간으로 측정할 수 있는 분율 측정 장치이다. 괴상의 물질의 표면에 부착된 가루의 분율을 측정하는 장치로서, 괴상의 물질을 조명하는 조명 장치와, 괴상의 물질로부터의 반사광을 분광하여 분광 반사율을 측정하는 분광 장치와, 분광 장치로 측정된 분광 반사율로부터 특징량을 추출하고, 추출된 특징량으로부터 분율을 산출하는 연산 장치를 구비한다.

Description

분율 측정 장치, 분율 측정 시스템, 고로 조업 방법 및 분율 측정 방법{POWDER RATIO MEASUREMENT DEVICE, POWDER RATIO MEASUREMENT SYSTEM, BLAST FURNACE OPERATION METHOD AND POWDER RATIO MEASUREMENT METHOD}
본 발명은, 고로(blast furnace) 등에 사용하는 원료의 분율(fine ratio) 측정 장치, 분율 측정 시스템 및 분율 측정 시스템을 이용한 고로 조업 방법에 관한 것이다.
광물 등 원료를 이용한 고로 등의 제조 설비에 있어서는, 원료의 입도(粒度)가 제조 프로세스의 조업에 영향을 준다. 이 때문에, 제조 프로세스를 안정시키려면, 사전에 원료의 입도 정보를 파악할 필요가 있다. 고로의 제조 프로세스에 있어서는, 특히, 코크스, 철광석, 소결광과 같은 원료의 입도의 파악이 중요하고, 고로 내의 통기를 확보하기 위해 고로에 장입하는 원료에 부착된 미세한 가루의 분율에도 주의하여 조업을 행할 필요가 있다. 분율이란, 장입물의 전체 질량에 차지하는 가루의 질량의 비율을 의미한다.
고로의 통기성을 유지하기 위해서는, 괴상(塊狀(lumps))의 원료 간에 형성되는 공극(spaces)을 확보하는 것이 중요하다. 원료에 소괴(small lumps)나 가루가 많이 포함되면, 괴상의 원료 간에 형성되는 공극이, 소괴나 가루로 메워져 버려 통기성이 악화된다. 이 때문에, 장입 원료를 사전에 체거름(sieving)하여 체 위의 덩어리만을 고로에 장입하는 조작이 행해진다. 일반적으로, 고로 장입 전의 체거름에 의해, 코크스는 25∼35㎜ 이상으로, 철광석이나 소결광은 5∼25㎜ 이상으로 입도 조정되는 경우가 많다. 그러나, 통상의 체거름 조작에서는, 가루를 완전히 제거하는 것은 곤란하다. 특히, 괴상의 원료에 부착된 가루는 덩어리와 함께 고로에 장입되어, 고로 내에서 괴상의 원료와 가루가 분리되어 고로의 통기성을 악화시킨다. 이 때문에, 괴상의 원료에 부착된 가루의 양을 사전에 파악하여, 고로에 장입되는 가루의 양을 관리하는 것이 요구된다.
종래, 고로에 장입되는 원료의 입도나 분율의 측정은, 정기적인 원료의 샘플링과 체 분석에 의해 행해지고 있었다. 그러나, 체 분석에는 시간이 걸리기 때문에, 고로 조업으로의 실시간의 결과의 반영이 어렵다. 이 때문에, 고로에 반송되는 원료의 입도 분포를 실시간으로 파악할 수 있는 기술이 요구되고 있었다. 이러한 장치로서, 특허문헌 1에는, 원료를 반송하는 컨베이어의 원료를 샘플링하고, 로봇 등을 이용하여, 자동으로 샘플을 체질하여 입도 분포의 측정을 행하는 장치가 개시되어 있다.
카메라 등을 이용하여, 실시간으로 원료의 입도를 측정할 수 있는 장치도 개시되어 있다. 특허문헌 2에는, 컨베이어 상을 반송되는 원료 벌크물을 컨베이어 상에서 촬상하여 화상 데이터를 작성하고, 당해 화상 데이터로부터 휘도 분포를 구하고, 당해 휘도 분포의 최대 피크 높이를 이용하여 원료 벌크물의 입도를 검지하는 방법이 개시되어 있다. 특허문헌 3에는, 고로에 장입되는 장입물로부터의 반사광 중 근적외 영역의 반사광으로부터 얻어지는 분광 정보로부터 장입물의 수분량을 검출하는 고로 장입물 검출 장치가 개시되어 있다. 당해 검출 장치에서는, 장입물의 수분량과 장입물의 부착분(粉)의 분율과의 관계를 파악함으로써, 장입물의 분율을 실시간으로 검출하고 있다.
일본공개특허공보 2005-134301호 일본공개특허공보 2000-329683호 일본공개특허공보 2015-124436호
그러나, 특허문헌 1에 개시된 장치에서는, 샘플링의 빈도를 지나치게 올리면 조업 프로세스의 지연으로 이어진다는 과제가 있다. 발취 검사이기 때문에, 샘플링의 대표성의 과제도 있다.
특허문헌 2에 개시된 방법은, 기지의 입도의 원료 벌크물에 있어서 측정된 휘도 분포의 최대 피크 높이 데이터를 입도별로 미리 복수 종류 준비하고, 측정된 화상 데이터로부터 산출된 휘도 분포의 최대 피크 높이와, 미리 준비된 최대 피크 높이를 비교함으로써 원료 벌크물의 입도를 검출하는 것으로, 가루의 분율을 정량적으로 측정하는 것은 아니다. 괴상의 물질에 부착된 미세한 가루의 분율을 측정할 수 있는 것도 기재되어 있지 않다. 이 때문에, 특허문헌 2에 개시된 방법에서는, 괴상의 물질의 표면에 부착된 가루의 분율을 정량적으로 측정할 수 없다는, 과제가 있다.
특허문헌 3에 개시된 장입물 검출 장치는, 근적외선의 분광 정보로부터 장입물의 수분량을 검출하고, 당해 장입물의 수분량과 장입물의 분율과의 관계로부터 장입물의 분율을 검출하는 장치이지만, 장입물의 수분량과 장입물의 분율과의 상관은 높지 않기 때문에 분율 측정의 정밀도가 높지 않다는, 과제가 있다.
본 발명은, 종래 기술이 갖는 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로서, 그의 목적은, 고로 등의 조업 프로세스에서, 원료로서 사용되는 괴상의 물질의 표면에 부착된 가루의 분율을 높은 정밀도로 실시간으로 측정할 수 있는 분율 측정 장치, 분율 측정 시스템 및 분율 측정 시스템을 이용한 고로 조업 방법을 제공하는 것에 있다.
이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 특징은, 이하와 같다.
(1) 괴상의 물질의 표면에 부착된 가루의 분율을 측정하는 장치로서, 상기 괴상의 물질을 조명하는 조명 장치와, 상기 괴상의 물질로부터의 반사광을 분광하여 분광 반사율을 측정하는 분광 장치와, 상기 분광 장치로 측정된 분광 반사율로부터 특징량을 추출하고, 추출된 특징량으로부터 상기 분율을 산출하는 연산 장치를 구비하는, 분율 측정 장치.
(2) 상기 특징량은, 상기 분광 장치에 의해 측정된 복수의 파장의 분광 반사율을 주성분 분석하여 얻어진 미리 정해진 1개 또는 복수의 주성분에 있어서의 기저 벡터의 스코어(score)이고, 상기 연산 장치는, 연산부와 격납부를 갖고, 상기 격납부에는, 상기 분율과 상기 스코어와의 관계식이 격납되어 있고, 상기 연산부는, 상기 복수의 파장의 분광 반사율로부터 상기 스코어를 산출하여, 산출된 상기 스코어와 상기 관계식을 이용하여 상기 분율을 산출하는, (1)에 기재된 분율 측정 장치.
(3) 상기 특징량은, 상기 분광 장치에 의해 측정된 복수의 파장의 분광 반사율에 PLS를 적용하여 얻어진 1개 또는 복수의 기저 벡터의 스코어이고, 상기 연산 장치는, 연산부와 격납부를 갖고, 상기 격납부에는, 상기 분율과 상기 스코어와의 관계식이 격납되어 있고, 상기 연산부는, 상기 복수의 파장의 분광 반사율로부터 상기 스코어를 산출하여, 산출된 상기 스코어와 상기 관계식을 이용하여 상기 분율을 산출하는, (1)에 기재된 분율 측정 장치.
(4) 상기 특징량은, 상기 분광 장치에 의해 측정된 미리 정해진 1개 또는 복수의 파장에 있어서의 분광 반사율이고, 상기 연산 장치는, 연산부와 격납부를 갖고, 상기 격납부에는, 상기 분율과 상기 파장의 분광 반사율과의 관계식이 격납되어 있고, 상기 연산부는, 상기 파장의 분광 반사율과 상기 관계식을 이용하여 상기 분율을 산출하는, (1)에 기재된 분율 측정 장치.
(5) (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 상기 분율 측정 장치와, 상기 괴상의 물질을 반송하는 컨베이어를 구비하고, 상기 분율 측정 장치는, 상기 컨베이어의 상방에 형성되고, 상기 컨베이어에서 고로에 반송되는 괴상의 물질의 표면에 부착된 가루의 분율을 측정하는, 분율 측정 시스템.
(6) (5)에 기재된 분율 측정 시스템으로, 컨베이어에서 고로에 반송되는 괴상의 물질의 표면에 부착된 가루의 분율을 측정하는 스텝과, 측정된 상기 분율이 미리 정해진 문턱값보다도 높은지 아닌지를 판단하는 스텝을 포함하고, 상기 판단하는 스텝에 있어서, 상기 분율이 미리 정해진 문턱값보다도 높다고 판단된 경우에, 상기 가루의 입경보다 크고 괴상의 물질의 입경보다 작은 눈금 간격의 체로 상기 괴상의 물질을 체질하는, 고로 조업 방법.
본 발명의 분율 측정 장치 및 분율 측정 시스템을 이용함으로써, 괴상의 물질의 표면에 부착된 가루의 분율을 높은 정밀도로 실시간으로 측정할 수 있다. 그리고, 본 발명의 분율 측정 장치 및 분율 측정 시스템으로, 예를 들면, 고로에 장입되는 원료인 코크스의 분율을 실시간으로 측정하여, 고로에 장입되는 코크스분의 양을 관리함으로써 고로 조업의 안정화에 기여할 수 있다.
도 1은, 본 실시 형태에 따른 분율 측정 장치를 구비하는 분율 측정 시스템과, 그 주변의 구성의 일 예를 나타내는 개략도이다.
도 2는, 코크스의 분율의 변화와 가장 강한 상관을 나타낸 스코어에 있어서의 각 파장의 비율을 나타낸 그래프이다.
도 3은, 코크스의 분율의 변화와 다음으로 강한 상관을 나타낸 스코어에 있어서의 각 파장의 비율을 나타낸 그래프이다.
도 4는, 코크스의 실측 분율과 추정 분율과의 상관을 나타내는 그래프이다.
도 5는, 코크스의 실측 분율과 추정 분율과의 상관을 나타내는 그래프이다.
도 6은, 코크스의 수분량과 코크스의 실측 분율과의 상관을 나타내는 그래프이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
본 발명에 따른 분율 측정 장치를 이용하고, 고로에 장입되는 원료인 코크스의 분율을 측정하는 예를 이용하여, 이하, 본 발명의 실시 형태를 설명한다. 도 1은, 본 실시 형태에 따른 분율 측정 장치를 구비하는 분율 측정 시스템과, 그 주변의 구성의 일 예를 나타내는 개략도이다.
분율 측정 시스템(10)은, 분율 측정 장치(12)와, 컨베이어(14)를 구비한다. 고로에 장입되는 코크스(26)는, 호퍼(28)에 저류된다. 호퍼(28)로부터 배출된 코크스(26)는, 체(30)로 체질되어, 체(30)의 눈금 간격보다 작은 입경의 코크스분이 떨어진 후, 컨베이어(14)에 의해 고로(도시하지 않음)로 반송된다.
본 실시 형태에 있어서, 체(30)의 눈금 간격은 35㎜이다. 이 때문에, 컨베이어(14)에 의해 반송되는 코크스(26)는, 입경 35㎜ 이상의 괴 코크스(lump coke)와, 체(30)로 체질해도 낙하하지 않는 괴 코크스에 부착된 코크스분을 포함한다. 괴 코크스에 부착된 코크스분의 입경을 측정한 결과, 입경 1㎜ 이하의 코크스분이었다. 본 실시 형태에 있어서, 코크스분이란, 눈금 간격 1㎜의 체를 통과한 입경 1㎜ 이하의 코크스분을 의미하고, 괴 코크스란, 눈금 간격 35㎜의 체로 체질한 후, 체 위에 남은 입경 35㎜ 이상의 코크스를 의미한다. 도 1에 나타낸 예에 있어서, 코크스(26)는, 괴상의 물질의 일 예이다.
분율 측정 장치(12)는, 컨베이어(14) 상을 반송되는 코크스(26)의 분율을 측정한다. 분율 측정 장치(12)는, 조명 장치(18)와, 분광 장치(16)와 연산 장치(20)를 갖는다. 조명 장치(18)는, 컨베이어(14)의 상방에 형성되고, 컨베이어(14)에 의해 반송되는 코크스(26)를 조명한다. 분광 장치(16)는, 컨베이어(14)의 상방에 형성되고, 컨베이어(14) 상의 코크스(26)로부터의 반사광을 분광하여 분광 반사율을 측정한다. 전술한 바와 같이 코크스(26)는, 괴 코크스와 당해 괴 코크스의 표면에 부착된 코크스분을 포함하기 때문에, 분광 장치(16)에 의해 측정된 분광 반사율은, 괴 코크스뿐만 아니라, 괴 코크스의 표면에 부착된 코크스분에도 영향을 받는다. 이 때문에, 분광 장치(16)에 의해 측정되는 분광 반사율에는, 괴 코크스에 부착된 코크스분의 정보도 포함된다.
분광 장치(16)는, 장치의 사양에 의해 정해진 높이에 설치되지만, 분광 장치(16)가 형성되는 높이는, 컨베이어(14) 상을 반송되는 코크스(26)와의 접촉을 고려하여, 300㎜ 이상 1000㎜ 이하인 것이 바람직하다. 이에 따라, 컨베이어(14) 상을 반송되는 코크스의 양이 일시적으로 증가했다고 해도, 코크스와 분광 장치(16)와의 접촉을 방지할 수 있다.
연산 장치(20)는, 예를 들면, 연산부(22)와 격납부(24)를 갖는 워크 스테이션이나 PC 등의 범용 컴퓨터이다. 연산부(22)는, 예를 들면, CPU 등이고, 격납부(24)에 보존된 프로그램이나 데이터를 이용하여, 조명 장치(18) 및 분광 장치(16)의 동작을 제어한다. 연산부(22)는, 분광 장치(16)로부터 취득한 분광 반사율로부터 특징량을 추출하고, 추출된 특징량으로부터 괴 코크스에 부착된 코크스분의 분율을 산출한다. 격납부(24)에는, 조명 장치(18) 및 분광 장치(16)를 제어하기 위한 프로그램, 연산부(22)에 있어서의 연산을 실행하기 위한 프로그램, 당해 프로그램 실행 중에 사용하는 연산식 및 수식 등이 미리 격납되어 있다.
분광 장치(16)는, 연산부(22)의 제어에 의해, 미리 정해진 시간마다에 코크스(26)로부터의 반사광을 분광하여 분광 반사율을 측정한다. 미리 정해진 시간은, 예를 들면, 분광 장치(16)가 측정하는 코크스(26)의 측정 범위와, 컨베이어(14)의 반송 속도에 의해 정해도 좋다. 즉, 미리 정해진 시간을, 컨베이어(14)의 반송 방향에 있어서의 측정 범위 길이를 컨베이어(14)의 반송 속도로 나누어 산출되는 시간으로 해도 좋다. 이에 따라, 분광 장치(16)는, 컨베이어(14)의 반송 방향에 대하여 극간 없이 코크스(26)를 측정할 수 있다. 분광 장치(16)는, 컨베이어(14)의 반송 방향에 대하여 수직이 되는 방향으로부터 코크스(26)의 분광 반사율을 측정하는 것이 바람직하다.
본 실시 형태에서는, 분광 장치(16)로서, 예를 들면, 코크스(26)로부터의 반사광을 9개의 파장으로 분광할 수 있는 분광 장치를 이용했다. 9개의 파장은, 가시광의 컬러 필터 및 근적외광의 협(挾)대역 밴드 패스 필터(narrow-band band pass filter)를 이용하여 분광된다. 9개의 파장은, 파장이 짧은 것으로부터, 청색, 녹색, 적색, 1.32㎛, 1.46㎛, 1.60㎛, 1.80㎛, 1.96㎛, 2.10㎛이다. 청색이란, 435∼480㎚의 범위의 파장이고, 녹색이란, 500∼560㎚의 범위의 파장이고, 적색이란, 610∼750㎚의 범위의 파장이다.
분광 장치(16)는, 9개의 파장의 분광 반사율을 측정하면 연산 장치(20)의 연산부(22)에 분광 반사율을 나타내는 데이터(이후, 간단히 분광 반사율이라고 함)를 출력한다. 연산부(22)는, 분광 장치(16)로부터 분광 반사율을 취득하면, 특징량으로서, 예를 들면, 코크스(26)의 분율의 변화에 강한 상관을 나타내는 주성분의 스코어를 추출한다. 여기에서, 코크스(26)의 분율의 변화에 강한 상관을 나타내는 주성분의 스코어란, 분광 장치로부터 취득한 분광 반사율을 주성분 분석하여 얻어진 9개의 주성분의 기저 벡터에 의해 산출되는 스코어 중, 코크스(26)의 분율의 변화에 강한 상관을 나타내는 스코어이다. 본 실시 형태에 있어서, 코크스(26)의 분율의 변화에 강한 상관을 나타내는 주성분은, 미리 정해진 주성분의 일 예이다.
이하의 설명에 있어서는, 연산부(22)가 추출하는 특징량이 코크스(26)의 분율의 변화에 강한 상관을 나타내는 2개의 주성분의 기저 벡터로부터 산출되는 스코어라고 하여, 본 실시 형태를 설명한다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 연산부(22)가 추출하는 특징량은, 코크스(26)의 분율의 변화에 강한 상관을 나타내는 1개 또는 3개 이상의 스코어라도 좋다. 단, 9개의 스코어를 이용하면, 9개의 파장의 분광 반사율의 전부를 이용하게 되기 때문에, 이용하는 스코어는, 8개 이하로 하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 분율의 변화에 상관이 적은 인자의 영향을 배제할 수 있다. 교차 검정을 조합하여 어느 체 분석 데이터를 이용해도 평균적으로 정밀도가 높아질 필요 최소한의 스코어수를 선택하는 방법을 취해도 좋다.
격납부(24)에는, 코크스(26)의 분율의 변화에 강한 상관을 나타내는 2개의 주성분의 스코어를 산출하는 연산식과, 분율과 스코어와의 관계식이 격납되어 있다. 본 실시 형태에 있어서, 분율과 스코어와의 관계식은, 예를 들면, 코크스(26)의 분율(Y)을 목적 변수로 하고, 2개의 스코어를 설명 변수(X1, X2)로 한 회귀식인 하기 수식 (1)이다.
Y＝b＋a1×X1＋a2×X2…수식 (1)
단, 상기 수식 (1)에 있어서, b, a1, a2는, 회귀식의 파라미터이다.
2개의 주성분의 스코어를 산출하는 연산식 및 상기 수식 (1)은, 이하의 순서로 산출한다. 우선, 분광 장치(16)를 이용하여, 컨베이어(14)에 의해 반송되는 코크스의 9개의 파장의 분광 반사율을 측정한다. 측정된 9개의 파장의 분광 반사율을 주성분 분석하고, 제1∼제9 주성분에 있어서의 9개의 기저 벡터와, 당해 기저 벡터로부터 산출되는 9개의 스코어를 얻는다.
다음으로, 분광 반사율을 측정한 코크스를 채취하여, 당해 코크스를 체 분석하여 입경 1㎜ 이하의 코크스분의 분율을 실측한다. 체 분석에 의한 실측 분율은, 코크스를 120∼200℃에서 4시간 이상 항량(constant weight)이 될 때까지 건조시킨 후, 눈금 간격 1㎜의 체를 이용하여 체질하고, 체질 전후의 코크스의 질량차의 체질 전의 질량에 대한 비율로서 산출했다. 이 조작을 분율이나 함유 수분량이 상이한 코크스를 이용하여 실시하고, 각각 체 분석하여 얻어진 분율과 9개의 스코어를 1조로 한 데이터를 복수 취득한다. 이들 복수의 데이터 중, 9개의 스코어를 분율이 상이한 코크스 간에서 비교하여, 코크스의 분율의 변화와 강한 상관을 나타내는 2개의 스코어를 특정한다. 특정한 2개의 스코어를 산출하는 연산식은, 당해 스코어의 기저 벡터를 이용하여 산출할 수 있다.
코크스의 분율의 변화와 강한 상관을 나타내는 2개의 주성분이 특정되면, 분율이나 함유 수분량이 상이한 코크스의 분율과 9개의 스코어를 1조로 한 복수의 데이터로부터, 분율로 특정한 2개의 스코어를 1조로 한 데이터를 각각 취득할 수 있기 때문에, 이들 데이터와 최소 이승법으로, 수식 (1)의 파라미터 b, a1, a2를 산출할 수 있다. 이에 따라, 2개의 주성분의 스코어로부터 코크스(26)의 분율을 산출할 수 있는 수식 (1)을 산출할 수 있다. 이와 같이 산출된 2개의 스코어를 산출하는 연산식 및 수식 (1)은, 미리 격납부(24)에 격납된다.
연산부(22)는, 분광 장치(16)로부터 9개의 파장의 분광 반사율을 취득하면, 격납부(24)로부터 특정된 코크스의 분율의 변화와 강한 상관을 나타내는 2개의 스코어를 산출하는 연산식을 읽어내고, 9개의 파장의 분광 반사율과 당해 연산식을 이용하여 2개의 주성분의 스코어를 산출한다. 연산부(22)는, 2개의 주성분의 스코어를 산출하면, 격납부(24)로부터 수식 (1)을 읽어내고, 산출된 스코어와 수식 (1)을 이용하여 코크스의 분율을 산출한다. 이와 같이 하여, 본 실시 형태에 따른 분율 측정 장치(12)는, 컨베이어(14)에 의해 반송되는 코크스(26)의 분율을 실시간으로 측정한다.
도 2는, 코크스의 분율의 변화와 가장 강한 상관을 나타낸 스코어에 있어서의 각 파장의 비율을 나타낸 그래프이다. 도 3은, 코크스의 분율의 변화와 다음으로 강한 상관을 나타낸 스코어에 있어서의 각 파장의 비율을 나타낸 그래프이다. 도 2, 도 3으로부터, 물의 흡수 파장인 1.46㎛, 1.96㎛의 파장만이 높은 비율이 되는 스코어가, 코크스의 분율의 변화와 강한 상관을 나타내지 않았다. 이 결과로부터, 코크스의 분율의 측정에서는, 코크스의 수분량만이 지배적인 요소는 아닌 것을 알 수 있다. 이러한 점에서, 코크스의 수분량만을 통하여 코크스의 분율을 산출하는 분율 측정 방법의 측정에 있어서의 분율의 측정 정밀도가 낮은 것을 알 수 있다.
도 4는, 코크스의 실측 분율과 추정 분율과의 상관을 나타내는 그래프이다. 도 4에 있어서, 가로축은 실측 분율(질량％)이고, 세로축은 추정 분율(질량％)이다. 실측 분율은, 여러 가지의 코크스를 120∼200℃에서 4시간 이상 항량이 될 때까지 건조시킨 후, 눈금 간격 1㎜의 체를 이용하여 체질하고, 체질 전후의 코크스의 질량차의 체질 전의 질량에 대한 비율로서 산출한 값이다. 추정 분율은, 분율을 실측한 코크스의 9개의 파장의 분광 반사율의 측정값과, 코크스의 분율을 목적 변수로 하고 주성분 분석을 적용시켜 얻어진 코크스의 분율과 강한 상관을 나타내는 2개의 스코어(도 2 및 도 3)를 설명 변수로 한 회귀식을 이용하여 산출한 값이다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 코크스의 추정 분율과 실측 분율에는 강한 상관이 보이고, 그 상관 계수 R은 0.74였다. 이들의 결과로부터, 주성분 분석을 적용하여 얻어진 스코어로부터 산출함으로써 높은 정밀도로 코크스의 분율을 측정할 수 있는 것이 확인되었다.
본 실시 형태에 따른 분율 측정 장치를 구비하는 분율 측정 시스템으로 컨베이어(14)에 의해 반송되는 코크스(26)의 분율을 측정하여, 측정된 코크스(26)의 분율이 미리 정해진 문턱값보다도 높다고 판단된 경우에는, 코크스(26)의 반송 방향을 전환하고, 재차, 눈금 간격 35㎜의 체로 코크스(26)를 체질해도 좋다. 이에 따라, 고로에 장입되는 코크스분이 적어져 고로 내의 통기성의 악화가 억제되어, 고로 조업의 안정화에 기여할 수 있다. 눈금 간격 35㎜는, 코크스분의 입경보다 크고, 괴 코크스의 입경보다 작은 눈금 간격의 일 예이다.
전술한 예에서는, 9파장의 분광 반사율을 주성분 분석하여 얻어진 9개의 스코어로부터 코크스의 분율의 변화에 강한 상관을 나타내는 2개의 스코어를 특정하는 예를 나타냈지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 9개의 파장의 분광 반사율이 측정된 코크스를 체 분석하여 분율을 측정하여, 분율과 9개의 파장의 분광 반사율을 1조로 한 데이터에 대하여 PLS(partial least squares;부분적 최소 이승법)를 적용하고, 코크스의 분율에 강한 상관을 나타내는 스코어를 직접적으로 구해도 좋다.
이 경우에 있어서, 코크스의 분율에 강한 상관을 나타내는 스코어를 산출하는 연산식은, PLS에 의해 구해진 스코어의 기저 벡터로부터 산출할 수 있다. 분율과 스코어와의 관계식은, 수식 (1)과 동일한 회귀식이 된다. 그리고, 수식 (1)에 있어서의 회귀식의 파라미터도, PLS에 의해 구해진 스코어와, 분율을 1조로 한 복수의 데이터와, 최소 이승법에 의해 산출할 수 있다.
연산부(22)는, 분광 장치(16)로부터 9개의 파장의 분광 반사율을 취득하면, 격납부(24)로부터 2개의 스코어를 산출하는 연산식을 읽어내고, 9개의 파장의 분광 반사율과 당해 연산식을 이용하여 2개의 스코어를 산출한다. 연산부(22)는, 2개의 스코어를 산출하면, 격납부(24)로부터 수식 (1)을 읽어내고, 산출된 스코어와 수식 (1)을 이용하여 코크스의 분율을 산출한다. 이와 같이 하여, 분율 측정 장치(12)는, 컨베이어(14)에 의해 반송되는 코크스(26)의 분율을 실시간으로 측정한다.
도 5는, 코크스의 실측 분율과 추정 분율과의 상관을 나타내는 그래프이다. 도 5에 있어서, 가로축은 실측 분율(질량％)이고, 세로축은 추정 분율(질량％)이다. 실측 분율은, 여러 가지의 코크스를 120∼200℃에서 4시간 이상 항량이 될 때까지 건조시킨 후, 눈금 간격 1㎜의 체를 이용하여 체질하고, 체질 전후의 코크스의 질량차의 체질 전의 질량에 대한 비율로서 산출한 값이다. 추정 분율은, 분율을 실측한 코크스의 9개의 파장의 분광 반사율의 측정값과, 코크스의 분율을 목적 변수로 하고, PLS를 적용시켜 얻어진 코크스의 분율과 강한 상관을 나타내는 2개의 스코어를 설명 변수로 한 회귀식을 이용하여 산출한 값이다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 코크스의 추정 분율과 실측 분율에는 강한 상관이 보이고, 그 상관 계수 R은 0.74이고, 불균일 σ는 0.17(질량％)이었다. 이들의 결과로부터, 본 실시 형태에 따른 분율 측정 장치(12)는, 높은 정밀도로 코크스의 분율을 측정할 수 있는 것이 확인되었다.
도 6은, 코크스의 수분량과 코크스의 실측 분율과의 상관을 나타내는 그래프이다. 도 6에 있어서, 가로축은 수분량(질량％)이고, 세로축은 실측 분율(질량％)이다. 코크스의 수분량은, 중성자 수분계를 이용하여 여러 가지의 코크스에 포함되는 수분량을 측정한 값이다. 실측 분율은, 수분량을 측정한 코크스를 120∼200℃에서 4시간 이상 항량이 될 때까지 건조시킨 후, 눈금 간격 1㎜의 체를 이용하여 체질하고, 체질 전후의 코크스의 질량차의 체질 전의 질량에 대한 비율로서 산출한 값이다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 코크스의 분율과 코크스의 수분량과는 상관 관계가 보이긴 했지만, 그 상관 계수 R은 0.40이고, 코크스의 분율과 코크스의 수분량과에 강한 상관은 보이지 않았다. 이 원인 중 하나는, 코크스의 수분량이, 코크스 표면에 존재하는 수분과 코크스 내부에 존재하는 수분을 포함하는 것에 의한다고 생각된다. 즉, 코크스 표면에 존재하는 수분은, 코크스 표면에 부착되는 가루와의 상관은 강하다고 생각되는 한편으로, 코크스 내부에 존재하는 수분은, 코크스 표면에 부착되는 코크스분에 영향을 미치지 않는다고 생각된다. 이 코크스 내부에 존재하는 수분량의 영향으로, 코크스의 수분량과 코크스의 분율과의 상관 관계가 약해진 것이라고 생각된다.
도 5, 6으로부터, 코크스의 수분량과 코크스의 분율과의 관계로부터 코크스의 분율을 산출하는 것보다도, 본 실시 형태에 따른 분율 측정 장치(12)와 같이, 코크스로부터의 분광 반사율로부터 코크스의 분율과 강한 상관을 나타내는 스코어를 특징량으로서 추출하고, 코크스의 분율을 목적 변수로 하고, 당해 스코어를 설명 변수로 하는 회귀식을 이용하여 코크스의 분율을 산출하는 쪽이, 높은 정밀도로 코크스의 분율을 산출할 수 있는 것이 확인되었다.
본 실시 형태로서, 주성분 분석을 이용하여 코크스의 분율과 강한 상관을 나타내는 스코어를 산출하는 수법과, PLS를 적용시켜 코크스의 분율과 강한 상관을 나타내는 스코어를 산출하는 수법의 2개를 나타냈다. PLS를 적용시킴으로써, 코크스의 분율과 강한 상관을 나타내는 스코어를 직접적으로 구할 수 있는 이점이 있는 한편으로, 코크스의 분율의 측정 데이터가 특정의 조건의 코크스 밖에 없는 경우에 PLS를 이용하면, 특정의 조건으로의 오버 피팅(overfitting)에 의해 당해 특정 조건과 상이한 다른 조건의 코크스에 있어서 산출된 분율의 측정 오차가 커지는 경우가 있다. 이 때문에, 여러 가지의 조건에 있어서의 코크스의 분율의 측정 데이터가 있는 경우에는, PLS를 적용시켜 코크스 분율과 강한 상관을 나타내는 스코어를 구하는 것이 바람직하고, 특정의 조건의 코크스의 분율의 측정 데이터 밖에 없는 경우는, 주성분 분석을 행하여 코크스 분율과 높은 상관을 나타내는 스코어를 구하는 것이 바람직하다.
본 실시 형태에 따른 분율 측정 장치(12)에서는, 특징량으로서, 분율의 변화와 강한 상관을 나타내는 스코어를 분광 반사율로부터 추출하는 예를 나타냈지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 연산부(22)는, 특징량으로서 분율의 변화와 강한 상관을 나타내는 복수의 파장의 분광 반사율을 추출해도 좋다. 이하, 특징량으로서 분율의 변화와 강한 상관을 나타내는 n개의 파장의 분광 반사율을 추출하는 다른 실시 형태를 설명한다.
분광 장치(16)는, 코크스(26)의 m개의 파장의 분광 반사율을 측정하여 연산부(22)에 출력한다. m은 n 이상의 자연수이다. 연산부(22)는, 분광 장치(16)로부터 분광 반사율을 취득하면, 특징량으로서, 코크스의 분율의 변화와 강한 상관을 나타내는 n개의 파장의 분광 반사율을 추출한다. 여기에서, 코크스의 분율의 변화와 강한 상관을 나타내는 n개의 파장의 분광 반사율은, 미리 정해진 1개 또는 복수의 분광 반사율의 일 예이다.
격납부(24)에는, 분율과 n개의 분광 반사율과의 관계식이 격납되어 있다. 본 실시 형태에 있어서, 분율과 n개의 분광 반사율과의 관계식이란, 코크스(26)의 분율(Y)을 목적 변수로 하고, 코크스의 분율의 변화와 강한 상관을 나타내는 n개의 파장의 분광 반사율을 설명 변수(Z1, Z2, …, Zn)로 한 회귀식인 이하의 수식 (2)이다.
Y＝d＋c1×Z1＋c2×Z2＋…＋cn×Zn…수식 (2)
단, 상기 수식 (2)에 있어서, d, c1, c2, …, cn은, 회귀식의 파라미터이다.
수식 (2)는, 이하의 순서로 산출한다. 우선, 분광 장치(16)를 이용하여, 컨베이어(14)에 의해 반송되는 코크스의 m개의 파장의 분광 반사율을 측정한다. 분광 반사율을 측정한 코크스를 채취하여, 당해 코크스를 체 분석하여 입경 1㎜ 이하의 코크스분의 분율을 실측한다. 실측 분율은, 분광 반사율을 측정한 코크스를 120∼200℃에서 4시간 이상 항량이 될 때까지 건조시킨 후, 눈금 간격 1㎜의 체를 이용하여 체질하고, 체질 전후의 코크스의 질량차의 체질 전의 질량에 대한 비율로서 산출한다. 이 조작을 분율이나 함유 수분량이 상이한 코크스를 이용하여 실시하고, 분율과 m개의 파장의 분광 반사율을 1조로 한 데이터를 복수 취득한다. 이들 복수의 데이터 중, 분율이 상이한 코크스의 m개의 파장의 분광 반사율을 비교하여, 코크스의 분율의 변화와 강한 상관을 나타내는 n개의 분광 반사율의 파장을 특정한다.
n개의 분광 반사율의 파장이 특정되면, 분율과 m개의 파장의 분광 반사율을 1조로 한 복수의 데이터로부터, 분율과 n개의 파장의 분광 반사율을 1조로 한 데이터를 복수 취득할 수 있기 때문에, 이들 데이터와 최소 이승법으로, 수식 (2)의 파라미터 d, c1, c2, c3, …, cn을 산출할 수 있다. 이에 따라, n개의 파장의 분광 반사율로부터 코크스의 분율을 산출할 수 있는 수식 (2)를 산출할 수 있다. 이와 같이 산출된 수식 (2)는, 미리 격납부(24)에 격납된다.
연산부(22)는, 분광 장치(16)로부터 m개의 파장의 분광 반사율을 취득하면, 특징량으로서 n개의 파장의 분광 반사율을 추출한다. 연산부(22)는, n개의 파장의 분광 반사율을 추출하면, 격납부(24)로부터 수식 (2)를 읽어내어 코크스의 분율을 산출한다. 이와 같이, 연산부(22)는, 특징량으로서, 코크스의 분율의 변화와 강한 상관을 나타내는 n개의 파장의 분광 반사율을 추출해도 좋고, 당해 분광 반사율을 이용하여, 컨베이어(14)에 의해 반송되는 코크스(26)의 분율을 실시간으로 측정할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 괴상의 물질로서 코크스(26)의 예를 나타냈지만, 이에 한정되지 않는다. 고로에 장입되는 원료의 예이면, 코크스(26)를 대신하여, 괴광석이라도 좋고, 소결광이라도 좋다.
10 : 분율 측정 시스템
12 : 분율 측정 장치
14 : 컨베이어
16 : 분광 장치
18 : 조명 장치
20 : 연산 장치
22 : 연산부
24 : 격납부
26 : 코크스
28 : 호퍼
30 : 체

Claims (8)

  1. 괴상(塊狀)의 물질의 표면에 부착된 가루의 분율을 측정하는 장치로서,
    상기 괴상의 물질을 조명하는 조명 장치와,
    상기 괴상의 물질로부터의 반사광을 분광하여 분광 반사율을 측정하는 분광 장치와,
    상기 분광 장치로 측정된 분광 반사율로부터 특징량을 추출하고, 추출된 특징량으로부터 상기 분율을 산출하는 연산 장치를 구비하고,
    상기 특징량은, 상기 분광 장치에 의해 측정된 복수의 파장의 분광 반사율을 주성분 분석하여 얻어진 미리 정해진 1개 또는 복수의 주성분에 있어서의 기저 벡터의 스코어, 또는 상기 분광 장치에 의해 측정된 복수의 파장의 분광 반사율에 PLS를 적용하여 얻어진 1개 또는 복수의 기저 벡터의 스코어인, 분율 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연산 장치는, 연산부와 격납부를 갖고,
    상기 격납부에는, 상기 분율과 상기 스코어와의 관계식이 격납되어 있고,
    상기 연산부는, 상기 복수의 파장의 분광 반사율로부터 상기 스코어를 산출하여, 산출된 상기 스코어와 상기 관계식을 이용하여 상기 분율을 산출하는, 분율 측정 장치.
  3. 괴상의 물질의 표면에 부착된 가루의 분율을 측정하는 장치로서,
    상기 괴상의 물질을 조명하는 조명 장치와,
    상기 괴상의 물질로부터의 반사광을 분광하여 분광 반사율을 측정하는 분광 장치와,
    상기 분광 장치로 측정된 분광 반사율로부터 특징량을 추출하고, 추출된 특징량으로부터 상기 분율을 산출하는 연산 장치를 구비하고,
    상기 특징량은, 상기 분광 장치에 의해 측정된 미리 정해진 1개 또는 복수의 파장에 있어서의 분광 반사율인, 분율 측정 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 연산 장치는, 연산부와 격납부를 갖고,
    상기 격납부에는, 상기 분율과 상기 파장의 분광 반사율과의 관계식이 격납되어 있고,
    상기 연산부는, 상기 파장의 분광 반사율과 상기 관계식을 이용하여 상기 분율을 산출하는, 분율 측정 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 상기 분율 측정 장치와,
    상기 괴상의 물질을 반송하는 컨베이어를 구비하고,
    상기 분율 측정 장치는, 상기 컨베이어의 상방에 형성되고, 상기 컨베이어에서 고로에 반송되는 괴상의 물질의 표면에 부착된 가루의 분율을 측정하는, 분율 측정 시스템.
  6. 제5항에 기재된 분율 측정 시스템으로, 컨베이어에서 고로에 반송되는 괴상의 물질의 표면에 부착된 가루의 분율을 측정하는 스텝과,
    측정된 상기 분율이 미리 정해진 문턱값보다도 높은지 아닌지를 판단하는 스텝을 포함하고,
    상기 판단하는 스텝에 있어서, 상기 분율이 미리 정해진 문턱값보다도 높다고 판단된 경우에, 상기 가루의 입경보다 크고 괴상의 물질의 입경보다 작은 눈금 간격의 체로 상기 괴상의 물질을 체질하는, 고로 조업 방법.
  7. 괴상의 물질의 표면에 부착된 가루의 분율을 측정하는 분율 측정 방법으로서,
    상기 괴상의 물질을 조명하는 조명 공정과,
    상기 괴상의 물질로부터의 반사광을 분광하여 분광 반사율을 측정하는 측정 공정과,
    상기 측정 공정으로 측정된 분광 반사율로부터 특징량을 추출하고, 추출된 특징량으로부터 상기 분율을 산출하는 연산 공정을 갖고,
    상기 특징량은, 상기 측정 공정으로 측정된 복수의 파장의 분광 반사율을 주성분 분석하여 얻어진 미리 정해진 1개 또는 복수의 주성분에 있어서의 기저 벡터의 스코어, 또는 상기 측정 공정으로 측정된 복수의 파장의 분광 반사율에 PLS를 적용하여 얻어진 1개 또는 복수의 기저 벡터의 스코어인, 분율 측정 방법.
  8. 괴상의 물질의 표면에 부착된 가루의 분율을 측정하는 분율 측정 방법으로서,
    상기 괴상의 물질을 조명하는 조명 공정과,
    상기 괴상의 물질로부터의 반사광을 분광하여 분광 반사율을 측정하는 측정 공정과,
    상기 측정 공정으로 측정된 분광 반사율로부터 특징량을 추출하고, 추출된 특징량으로부터 상기 분율을 산출하는 연산 공정을 갖고,
    상기 특징량은, 상기 측정 공정으로 측정된 미리 정해진 1개 또는 복수의 파장에 있어서의 분광 반사율인, 분율 측정 방법.
KR1020207028139A 2018-03-30 2019-03-26 분율 측정 장치, 분율 측정 시스템, 고로 조업 방법 및 분율 측정 방법 KR102422129B1 (ko)

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