TW201510228A - 高爐異常檢測方法及高爐操作方法 - Google Patents

Abstract

提供一種能夠早期檢測導致風口閉塞狀態的異常之高爐異常檢測方法、及使用其之高爐操作方法。 在高爐(1)的風口(2)鄰近設置相機(11)，透過設置於風口(2)的爐內監視用窗(6)來拍攝風徑部。又，當判定相機(11)拍攝的攝像圖像的亮度為閾值S以下，且亮度的變化率為閾值R以下(亮度的降低率為閾值以下)時，便判斷正在發生風口部成為閉塞狀態的異常。

Description

高爐異常檢測方法及高爐操作方法

本發明係有關檢測高爐[blast furnace]風口[tuyere]部的異常之高爐異常檢測方法、及使用其之高爐操作方法。

習知之高爐操作方法，例如有專利文獻1記載之技術。該技術係在風口部計數未熔融礦石自上方的落下次數，並調整從爐頂裝入之周邊部的礦石與煤焦之比率，以使該落下次數成為事先設定好的基準值以下。在此，係於高爐風口部設置相機，並於監視器上計數未熔融礦石的落下次數、或是計數圖像內亮度的降低次數來作為未熔融礦石的落下次數。

〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕

專利文獻1：日本特開平5-186811號公報

然而，上述專利文獻1記載之技術，係檢測風口部的未熔融礦石的落下，並非檢測風口因熔渣或熔融生鐵等的流入而閉塞這類異常。此外，由於僅判定圖像內亮度的降低，故無法將風徑(raceway)部的溫度變化所造成之平緩亮度變化篩選掉，而檢測風口閉塞時的急遽亮度變化。

鑑此，本發明之課題在於，提供一種能夠早期檢測導致風口閉塞狀態的異常之高爐異常檢測方法、及使用其之高爐操作方法。

為解決上述課題，本發明之高爐異常檢測方法的一個態樣，係為檢測高爐的風口部成為閉塞狀態的異常之高爐異常檢測方法，其特徵為：透過設置於前述風口部之爐內監視用窗來拍攝風徑部，當該攝像圖像的亮度為事先設定好的亮度閾值以下，且該亮度的降低率為事先設定好的亮度降低率閾值以下時，便判斷正在發生前述風口部成為閉塞狀態的異常。

像這樣，除了判定亮度降低以外還判定亮度降低率，故可將風徑部的平緩溫度變化所造成之亮度變化和風口閉塞時之急遽亮度變化分篩出來而做異常判定。

此外，上述當中，較佳是，從前述攝像圖像的亮度為前述亮度閾值以下，且該亮度的降低率成為前述 亮度降低率閾值以下的時刻起算，當前述亮度成為前述亮度閾值以下的時間持續一定時間時，便判斷正在發生前述風口部成為閉塞狀態的異常。

其理由在於，未熔融礦石落下而貼附於風口先端部的現象當中可能會有下述情形，即，未熔融礦石在短時間內從風口先端部落下，此係為暫時性的風口閉塞狀態，不需要判定成異常。如此一來，便能將暫時性的風口閉塞狀態排除在異常檢測對象之外，而僅檢測更嚴重的閉塞狀態。

又，上述當中，較佳是，依據過去的複數點的亮度資料，利用最小平方法[least-square method]來演算前述亮度的降低率。

如此一來，便能得到平均的亮度變化率。因此，即使風徑部的亮度變化於現在時點與前一取樣相當劇烈的情形下，也不會受到該上下波動的影響而能得到適當的亮度變化率。是故，能夠抑制異常的過度檢測。

此外，上述當中，較佳是，以過去的複數點的亮度資料的平均值作為基準，將前述亮度閾值設定為比該平均值還小一定比例之值。

像這樣，以過去的亮度資料的平均值作為基準來設定亮度閾值，故即使在亮度整體而言較低的情形下，仍能適當地檢測亮度降低。

此外，本發明之高爐操作方法的一個態樣，其特徵為：利用上述任一者之高爐異常檢測方法而檢測出 異常時，調整對前述風口部的送風量。

像這樣，當檢測到導致風口閉塞狀態的異常時，便能調整操作條件如增減對風口的送風量等。是故，能夠適當地實施異常時措拖，能夠實現穩定的高爐操作。

按照本發明，能夠將風徑部的溫度變化所造成之平緩亮度降低篩選掉，而僅以急遽亮度降低作為對象來檢測。如此一來，便能早期且精度良好地檢測導致風口閉塞狀態的異常。

此外，當判斷上述異常正在發生時會調整操作條件，故能避免爐內物從風口部噴出等這類嚴重事態，在安全性及設備維護成本的面向上能夠獲得效果。

1‧‧‧高爐

2‧‧‧風口

3‧‧‧送風管

4‧‧‧噴槍

5‧‧‧風徑

6‧‧‧爐內監視用窗

11‧‧‧相機

12‧‧‧異常檢測部

13‧‧‧監視器

14‧‧‧操作條件調整部

[圖1]圖1為運用了本實施形態之高爐操作方法的高爐的全體圖。

[圖2]圖2為相機的設置位置示意圖。

[圖3]圖3為以相機拍攝之圖像例子示意圖。

[圖4]圖4為異常檢測處理手續示意流程圖。

[圖5]圖5為包含未熔融礦石落下現象的時間在內之亮度變化示意圖。

[圖6]圖6為不包含未熔融礦石落下現象的時間在內 之亮度變化示意圖。

[圖7]圖7為亮度變化率示意圖。

[圖8]圖8為包含未熔融礦石落下現象的時間在內之亮度變化與亮度閾值示意圖。

[圖9]圖9為包含未熔融礦石落下現象的時間在內之異常判定結果示意圖。

[圖10]圖10為不包含未熔融礦石落下現象的時間在內之亮度變化與亮度閾值示意圖。

[圖11]圖11為不包含未熔融礦石落下現象的時間在內之異常判定結果示意圖。

[圖12]圖12為第2實施形態之異常檢測處理手續示意流程圖。

[圖13]圖13為第2實施形態之包含未熔融礦石落下現象的時間在內之異常判定結果示意圖。

以下，依據圖面說明本發明之實施形態。

(第1實施形態)

圖1為運用了本實施形態之高爐操作方法的高爐的全體圖。如該圖1所示，在高爐1的風口2的內側，連接著用來將來自熱風爐的熱風送風至爐內之送風管(吹管，blowpipe)3，而噴槍(lance)4貫穿該送風管3而設置。從噴槍4，對爐內噴吹微粉碳、氧氣、都市煤氣 (town gas)等燃料。

在風口2的熱風送風方向前方的煤焦堆積層，存在著被稱為風徑5的燃燒空間，主要在該燃燒空間內會進行煤焦燃燒、氣體化(鐵礦石的還原，亦即製造生鐵)。

此外，在風口部，如圖2所示，形成有用來讓操作者監視爐內之爐內監視用窗6。又，在爐內監視用窗6鄰近，設置著用來透過該爐內監視用窗6拍攝風徑5之相機11。

圖3為以相機11拍攝之圖像例子示意圖。如該圖3所示，攝像圖像中，在相當於構成風口2之小風口2a的先端開口部之圓形狀內側，拍攝到風徑5與噴槍4的剪影。

以相機11拍攝的風徑部的攝像圖像，會輸入至異常檢測部12。異常檢測部12利用相機11拍攝的攝像圖像，檢測風口2閉塞這類的異常。

未熔融礦石係因為風徑5破壞而落下。此時，可能會有一部分的未熔融礦石附著於風口2的先端而導致風口2被閉塞之風口閉塞狀態。此外，該風口閉塞狀態，也可能因為熔渣或熔鐵等流入而引起。而當成為風口閉塞狀態的情形下，會發生攝像圖像內的亮度急遽下降之現象。

鑑此，異常檢測部12係藉由監視風口內部的圖像亮度急遽降低之現象，來檢測導致風口閉塞狀態的異 常。異常檢測部12所做的檢測結果，會顯示於監視器13以通知操作者。

此外，異常檢測部12所做的異常檢測結果，亦會輸入至操作條件調整部14。操作條件調整部14，係當藉由異常檢測部12檢測到導致風口閉塞狀態的異常，便調整高爐操作條件如增減對爐內噴吹之熱風量等。

圖4為異常檢測部12執行之異常檢測處理手續示意流程圖。該異常檢測處理係於每個規定時間反覆執行，首先步驟S1中異常檢測部12會取得相機11拍攝的攝像圖像。

接著步驟S2中，異常檢測部12對於前述步驟S1中取得之攝像圖像(灰階)選擇圖像內的最大亮度，並以此作為圖像內亮度的代表值(代表亮度)。

接著步驟S3中，異常檢測部12利用前述步驟S2中選擇的代表亮度的時間序列資料，求出該代表亮度的變化率(亮度變化率)。在此，係利用過去的複數(M點)資料求出藉由最小平方法適配(fitting)後的直線，並採用該直線的斜率來作為亮度變化率。

接著步驟S4中，異常檢測部12判定前述步驟S3中演算的亮度變化率是否為事先設定好的閾值R以下。在此，閾值R為負值，例如設定為-10。也就是說，在此係判定亮度的降低率是否為事先設定好的亮度降低率閾值以下。而當判定亮度變化率為閾值R以下時，移轉至步驟S5。

步驟S5中，異常檢測部12判定前述步驟S2中選擇的代表亮度(最大亮度)是否為事先設定好的閾值(亮度閾值)S以下。在此，閾值S例如是設定成，比針對在過去的規定時間(例如10分鐘內)取得的代表亮度取移動平均(moving average)之結果還小的值(例如乘上0.7而得之值)。而當判定為閾值S以下時，移轉至步驟S6。

步驟S6中，異常檢測部12判斷正在發生導致風口閉塞狀態的異常(檢測出異常)後，便結束異常檢測處理。

另一方面，若判定前述步驟S4中亮度變化率高過閾值R，或判定前述步驟S5中代表亮度高過閾值S，則移轉至步驟S7，並判斷風口部並非正在發生異常(未檢測出異常)後，結束異常檢測處理。

以下，利用具體例說明風口部的異常檢測處理。

首先，異常檢測部12先取得藉由設置於特定的風口2的相機11所拍攝之風徑部的攝像圖像(圖4中步驟S1)，接著選擇取得之攝像圖像內的最大亮度(步驟S2)。

此時，包含未熔融礦石落下現象的時間在內之最大亮度的時間序列資料，如圖5所示。圖5之資料，是以取樣周期0.3秒取得的60秒內的最大亮度資料。此外，此處的亮度，是將相機11所拍攝的灰階圖像，以 256階來顯示白與黑之間。如該圖5的虛線A所圍繞之部分所示，在未熔融礦石落下的時間，亮度急遽降低。另一方面，不包含未熔融礦石落下現象的時間在內之最大亮度的時間序列資料，如圖6所示。當不包含未熔融礦石落下現象的情形下，由於風徑5的溫度變化、或隔離爐內與相機11的玻璃的起霧等，圖像內亮度整體而言會平緩地變化。

像這樣，即使在未熔融礦石並無落下的情形下，仍會發生亮度降低。因此，若僅針對亮度降低來運用閾值處理而判定導致風口閉塞狀態之異常，那麼風徑部的溫度變化所引起的平緩亮度降低也會被同時檢測成異常，故會因為過度檢測而無法正確地檢測到風口2的閉塞所引發之亮度降低現象。鑑此，本實施形態，除了對於亮度降低的閾值處理外，還對於亮度的變化率進行閾值處理，藉此進行異常判定。也就是說係設計成，當亮度正在降低的情形下，僅在亮度降低率小的情況時，才判斷正在發生風口2的閉塞所引發之亮度降低現象。

此時，作為亮度的變化率，係採用對於過去M點的最大亮度資料藉由最小平方法做直線適配時的直線斜率。

不過，求出亮度變化率的方法，最簡單者是將現在資料與前1個點(前1取樣)的資料取差值之方法。圖7下段的符號a，係為依據圖7上段的亮度變化，以取差值之方法來求出亮度變化率的結果。

像這樣，在使用差值的情形下，若各時間的亮度變化劇烈，那麼亮度變化率也同樣會劇烈變化。因此，如符號B圍繞之部分所示，無法捕捉到符號A圍繞之未熔融礦石落下現象發生時的亮度變化。也就是說，若採用差值來作為亮度變化率，那麼會難以僅檢測出視為對象的亮度降低。

相對於此，當採用藉由最小平方法做直線適配時的直線斜率來作為亮度變化率的情形下，亮度變化率會如圖7下段的符號b所示。在此情形下，能夠抑制周期較短的細微亮度變化的影響，如符號B圍繞之部分所示，能夠確切地捕捉到符號A圍繞之未熔融礦石落下現象發生時的亮度變化。

鑑此，異常檢測部12係針對攝像圖像內的代表亮度(最大亮度)、以及利用最小平方法演算出的亮度變化率，分別施以閾值處理。接著，當判定代表亮度及亮度變化率為各自之閾值S，R以下時(步驟S4中Yes，步驟S5中Yes)，便判斷正在發生可能導致風口閉塞狀態之急遽亮度降低(步驟S6)。

在此，閾值S是設定成，以過去的複數點的亮度資料的移動平均值作為基準，而比該移動平均值還小一定比例之值(例如閾值S為移動平均值的30%~70%範圍之值)。現在時刻的時間平均亮度是由風徑部的溫度所決定。另一方面，當風口閉塞發生時，相對於現在時刻的亮度，亮度會降低。因此，若利用固定的閾值來判定亮 度降低，那麼當在平均亮度為閾值S以下的狀態下發生風口閉塞時，便無法檢測出亮度降低現象。是故，將閾值S設計為動態的值，藉此，即使整體而言亮度較低的情形下，仍能適當地檢測出亮度急遽降低。

又，若針對圖5所示包含未熔融礦石落下現象在內之亮度資料，來進行上述異常判定，那麼在圖8的時間t1，代表亮度成為閾值S以下，此時的亮度變化率亦成為閾值R以下。因此，在此情形下，如圖9所示，於時間t1判斷為檢測出異常(=1)。

另一方面，若針對圖6所示不包含未熔融礦石落下現象之亮度資料來進行異常判定的情形下，如圖10所示，雖然有時代表亮度會因應風徑部的溫度變化而成為閾值S以下，但此時的亮度變化率不會成為閾值R以下。因此，如圖11所示，判斷為未檢測出異常(=0)。

如上所述，本實施形態中，是藉由相機11來拍攝風徑部，並對該攝像圖像內的亮度及亮度變化率施以閾值處理，故能夠將風徑部的平緩溫度變化所造成之亮度變化和風口閉塞時的急遽亮度變化分篩出來而進行異常判定。

此時，係利用過去M點的複數個亮度資料藉由最小平方法求出適配後的直線，並採用該直線的斜率來作為亮度變化率，故資料會被平均化，能夠得到適合閾值處理的穩定的亮度變化率。

此外，在對亮度做閾值處理時，係將相對於 利用過去亮度資料而得之平均亮度而言為某一比例之值，設定成為閾值。像這樣，藉由將閾值設定成動態，能夠提升異常判定精度。

又，以攝像圖像內的最大亮度作為代表亮度，並利用該代表亮度來進行閾值處理，故能謀求訊號處理的高速化。此外，攝像圖像中，小風口2a的先端開口部的面積會因每個風口的個體差異或相機11的安裝狀態等而有所變化，因此例如若採用攝像圖像內的平均亮度，則會大幅受到剪影的黑色部分的影響，作為代表亮度並不適當；但如本實施形態般，將代表亮度訂為攝像圖像內的最大亮度，藉此便能適當地監視圖像內亮度的變化。

此外，當檢測到導致風口閉塞狀態之異常時，能夠調整操作條件，如增加熱風送風量來驅散貼附於風口先端的未熔融礦石等、或減少熱風送風量來確保安全性等。

像這樣，能夠早期檢測到風口閉塞現象，適當地實施異常時措施，故能避免爐內物從風口部噴出等這類嚴重事故，在安全性及設備維護成本的面向上能夠獲得效果。

(第2實施形態)

接下來，說明本發明之第2實施形態。

該第2實施形態，係設計成在異常判定時，將亮度降低的持續時間加入評估當中。

圖12為藉由第2實施形態的異常檢測部12執行之異常檢測處理手續示意流程圖。該異常檢測處理，除了追加步驟S11之處理外，係與圖4之異常檢測處理進行同樣的處理。因此，此處主要說明處理相異的部分。

步驟S11中，異常檢測部12判定亮度為閾值S以下的時間是否持續一定時間T。一定時間T，係為檢測出異常後來得及做高爐操作的動作變更之時間，其設定為數秒至10分左右之間，此處例如訂為10秒。

又，當判定亮度為閾值S以下的時間未達一定時間T的情形下會移轉至前述步驟S5，而當判定達一定時間T的情形下則移轉至前述步驟S6。

如此一來，例如當未熔融礦石落下而暫時性地成為風口閉塞狀態的情形下，於圖8的時間t1，從亮度為閾值S以下且亮度變化率成為閾值R以下起算經過一定時間T以前，未熔融礦石便從風口部剝落而亮度高過閾值S，故判斷並未正在發生導致風口閉塞狀態之異常。也就是說，如圖13所示，異常判定結果會成為未檢測出異常(=0)，能夠將未熔融礦石在短時間落下的現象排除在異常檢測對象之外。

未熔融礦石的落下現象，在小風口2a的先端長時間貼附的情形下雖會導致風口閉塞狀態，但一般而言未熔融礦石的落下會在短時間掉落，故多半可排除在異常檢測對象之外。從亮度與亮度變化率分別成為閾值S，R以下起算，僅當亮度成為閾值S以下的時間持續了一定時 間T時才判定為異常，藉此便可確實地僅檢測到導致風口閉塞狀態之情形。

像這樣，引發重大事故機率小且短時間落下的未熔融礦石落下現象，係排除在判定之外，藉此抑制過度檢測，能夠不必採取無益的操作動作進而抑制操作成本。

(變形例)

另，上述各實施形態中，雖說明了利用最小平方法來求出亮度變化率之情形，但凡是能夠求出平均的亮度變化率的方法，均可代替其來運用。

Claims (5)

1. 一種高爐異常檢測方法，係為檢測高爐的風口部成為閉塞狀態的異常之高爐異常檢測方法，其特徵為：透過設置於前述風口部之爐內監視用窗來拍攝風徑部，當該攝像圖像的亮度為事先設定好的亮度閾值以下，且該亮度的降低率為事先設定好的亮度降低率閾值以下時，便判斷正在發生前述風口部成為閉塞狀態的異常。
2. 如申請專利範圍第1項所述之高爐異常檢測方法，其中，從前述攝像圖像的亮度為前述亮度閾值以下，且該亮度的降低率成為前述亮度降低率閾值以下的時刻起算，當前述亮度成為前述亮度閾值以下的時間持續一定時間時，便判斷正在發生前述風口部成為閉塞狀態的異常。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之高爐異常檢測方法，其中，依據過去的複數點的亮度資料，利用最小平方法來演算前述亮度的降低率。
4. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之高爐異常檢測方法，其中，以過去的複數點的亮度資料的移動平均值作為基準，將前述亮度閾值設定為比該移動平均值還小一定比例之值。
5. 一種高爐操作方法，其特徵為：利用申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之高爐異常檢測方法而檢測出異常時，調整對前述風口部的送風量。