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技術 コークス押出力推定方法及びコークス炉の操業ガイダンス方法

出願人 JFEスチール株式会社
発明者 橋本佳也津田和呂本間道雄
出願日 2011年2月17日 (9年9ヶ月経過) 出願番号 2011-031985
公開日 2012年9月10日 (8年2ヶ月経過) 公開番号 2012-171970
状態 特許登録済
技術分野 コークス工業
主要キーワード 非線形式 押出抵抗 押出過程 ガイド車 押出力 メンテナンス周期 押出荷重 押出ラム
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2012年9月10日)のものです。
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図面 (9)

課題

パラメータの調整に多くの労力を要することなく、コークス炉からコークス押し出すために必要な押出力を精度よく推定すること。

解決手段

CPU113が、予測対象のコークス炉の操業条件と過去のコークス炉の操業条件との類似度に応じた重みA[i]を算出し、予測対象のコークス炉の操業条件が入力された日時と過去のコークス炉の操業条件でコークス炉の操業が行われた日時との時間差に応じた重みB[i]を算出し、過去のコークス炉の操業条件とその操業条件でコークス炉の操業が行われた時の押出力とに重みA[i]及び重みB[i]を乗算し、重みA[i]及び重みB[i]が乗算された操業条件及び押出力をそれぞれ説明変数及び目的変数として重回帰分析を行うことにより、操業条件と押出力との関係を示す局所回帰式構築する。

概要

背景

コークス炉では、隣り合う複数の炭化室に順次石炭装入し、各炭化室において1100℃前後の高温乾留を行い、乾留によって生成されたコークス押出機によって各炭化室から押し出すことにより、コークスが製造される。このようなコークス炉では、近年の炉壁損耗などの老朽化に伴い、乾留後のコークス(以下、コークスケーキとも称する)が炉壁の凹凸部にトラップされることによって、炭化室からコークスが円滑に押し出されないという押詰りの問題が多発している。

コークス炉における装炭,乾留,押出などの作業のスケジュールは厳密に管理されている。このため、一部の炭化室で押詰りが発生すると、隣接する炭化室の温度が低下し、さらにその温度低下が周囲の炭化室に伝搬していくという悪循環が生じ、コークス炉全体の稼働率及び生産性に多大な悪影響を及ぼす。従って、押詰りが発生することを抑制するために、炭化室に装入する石炭の性状,炉壁の状況,操業条件などを考慮して炭化室からコークスを押し出す際に必要な押出力予測,制御することが必要になっている。

このような背景から、特許文献1には、炉壁に付着したカーボンがコークスケーキと炉壁との間の摩擦力に影響することに着目して、炉壁に付着するカーボンの量を推定し、推定結果に基づいて炭化室からコークスを押し出す際の負荷を推定する方法が開示されている。また、特許文献2には、石炭の配合を調整することによって炉壁とコークスケーキとの間の間隙クリアランス)を広げることにより、押詰りが発生することを抑制する方法が開示されている。

概要

パラメータの調整に多くの労力を要することなく、コークス炉からコークスを押し出すために必要な押出力を精度よく推定すること。CPU113が、予測対象のコークス炉の操業条件と過去のコークス炉の操業条件との類似度に応じた重みA[i]を算出し、予測対象のコークス炉の操業条件が入力された日時と過去のコークス炉の操業条件でコークス炉の操業が行われた日時との時間差に応じた重みB[i]を算出し、過去のコークス炉の操業条件とその操業条件でコークス炉の操業が行われた時の押出力とに重みA[i]及び重みB[i]を乗算し、重みA[i]及び重みB[i]が乗算された操業条件及び押出力をそれぞれ説明変数及び目的変数として重回帰分析を行うことにより、操業条件と押出力との関係を示す局所回帰式構築する。

目的

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、パラメータの調整に多くの労力を要することなく、コークス炉からコークスを押し出すために必要な押出力を精度よく推定可能なコークス押出力推定方法、及びコークスの押詰りが発生することを抑制可能なコークス炉の操業ガイダンス方法を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

コークス炉からコークス押し出すために必要な押出力推定するコークス押出力推定方法であって、予測対象のコークス炉の操業条件と過去のコークス炉の操業条件との類似度に応じた重みを第1の重みとして算出するステップと、予測対象のコークス炉の操業条件が入力された日時と過去のコークス炉の操業条件でコークス炉の操業が行われた日時との時間差に応じた重みを第2の重みとして算出するステップと、過去のコークス炉の操業条件と該操業条件でコークス炉の操業が行われた時の前記押出力とに前記第1及び第2の重みを乗算し、該第1及び第2の重みが乗算された操業条件及び押出力をそれぞれ説明変数及び目的変数として重回帰分析を行うことにより、操業条件と押出力との関係を示す局所回帰式構築するステップと、前記局所回帰式を用いて予測対象のコークス炉の操業条件でコークス炉を操業した際にコークスを押し出すために必要な押出力を推定するステップと、を含むことを特徴とするコークス押出力推定方法。

請求項2

請求項1に記載のコークス押出力推定方法によって構築された局所回帰式を用いて、前記操業条件と前記押出力との関係を示す情報を出力するステップを含むことを特徴とするコークス炉における操業ガイダンス方法

請求項3

前記情報は、乾留時間と押出力との関係を示す情報と装炭量と押出力との関係を示す情報との少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項2記載のコークス炉における操業ガイダンス方法。

技術分野

0001

本発明は、コークス炉からコークス押し出すために必要な押出力推定するコークス押出力推定方法、及びこの推定方法によって推定された押出力に基づいてコークス炉の操業支援するコークス炉の操業ガイダンス方法に関するものである。

背景技術

0002

コークス炉では、隣り合う複数の炭化室に順次石炭装入し、各炭化室において1100℃前後の高温乾留を行い、乾留によって生成されたコークスを押出機によって各炭化室から押し出すことにより、コークスが製造される。このようなコークス炉では、近年の炉壁損耗などの老朽化に伴い、乾留後のコークス(以下、コークスケーキとも称する)が炉壁の凹凸部にトラップされることによって、炭化室からコークスが円滑に押し出されないという押詰りの問題が多発している。

0003

コークス炉における装炭,乾留,押出などの作業のスケジュールは厳密に管理されている。このため、一部の炭化室で押詰りが発生すると、隣接する炭化室の温度が低下し、さらにその温度低下が周囲の炭化室に伝搬していくという悪循環が生じ、コークス炉全体の稼働率及び生産性に多大な悪影響を及ぼす。従って、押詰りが発生することを抑制するために、炭化室に装入する石炭の性状,炉壁の状況,操業条件などを考慮して炭化室からコークスを押し出す際に必要な押出力を予測,制御することが必要になっている。

0004

このような背景から、特許文献1には、炉壁に付着したカーボンがコークスケーキと炉壁との間の摩擦力に影響することに着目して、炉壁に付着するカーボンの量を推定し、推定結果に基づいて炭化室からコークスを押し出す際の負荷を推定する方法が開示されている。また、特許文献2には、石炭の配合を調整することによって炉壁とコークスケーキとの間の間隙クリアランス)を広げることにより、押詰りが発生することを抑制する方法が開示されている。

先行技術

0005

特開2002−173687号公報
特開2004−359901号公報

発明が解決しようとする課題

0006

しかしながら、従来の技術では、コークスの押出性を推定する推定式構築する際、推定式の形式線形式仮定したり、推定式の形式を非線形式とした場合であっても、基底となる関数形を固定したりしている。このため、従来の技術によれば、操業条件とコークスの押出性との非線形性を適切に表現できない場合や、未知パラメータの調整に多くの労力を必要とする場合がある。特に、炭化室の老朽化に伴い炭化室の性状のばらつきが大きくなると炭化室毎に推定式を管理することが必要になるために、パラメータの調整に要する労力は膨大なものになることが予想される。また、近年、炭化室の定期的な補修によって炭化室の経時変化が顕著になっていると考えられるために、炭化室の経時変化に追従するようにパラメータを逐次調整しなければならず、多くの労力が必要になる。このような背景から、パラメータの調整に多くの労力を要することなく、コークスの押出性を精度よく推定可能な技術の提供が期待されていた。

0007

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、パラメータの調整に多くの労力を要することなく、コークス炉からコークスを押し出すために必要な押出力を精度よく推定可能なコークス押出力推定方法、及びコークスの押詰りが発生することを抑制可能なコークス炉の操業ガイダンス方法を提供することにある。

課題を解決するための手段

0008

上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るコークス押出力推定方法は、コークス炉からコークスを押し出すために必要な押出力を推定するコークス押出力推定方法であって、予測対象のコークス炉の操業条件と過去のコークス炉の操業条件との類似度に応じた重みを第1の重みとして算出するステップと、予測対象のコークス炉の操業条件が入力された日時と過去のコークス炉の操業条件でコークス炉の操業が行われた日時との時間差に応じた重みを第2の重みとして算出するステップと、過去のコークス炉の操業条件と該操業条件でコークス炉の操業が行われた時の前記押出力とに前記第1及び第2の重みを乗算し、該第1及び第2の重みが乗算された操業条件及び押出力をそれぞれ説明変数及び目的変数として重回帰分析を行うことにより、操業条件と押出力との関係を示す局所回帰式を構築するステップと、前記局所回帰式を用いて予測対象のコークス炉の操業条件でコークス炉を操業した際にコークスを押し出すために必要な押出力を推定するステップと、を含む。

0009

上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るコークス炉の操業ガイダンス方法は、本発明に係るコークス押出力推定方法によって構築された局所回帰式を用いて、前記操業条件と前記押出力との関係を示す情報を出力するステップを含む。

発明の効果

0010

本発明に係るコークス押出力推定方法によれば、パラメータの調整に多くの労力を要することなく、コークス炉からコークスを押し出すために必要な押出力を精度よく推定することができる。本発明に係るコークス炉の操業ガイダンス方法によれば、コークスの押詰りが発生することを抑制できる。

図面の簡単な説明

0011

図1は、本発明の一実施形態であるコークス押出力推定方法及びコークス炉の操業ガイダンス方法の対象となるコークス炉の構成を示す斜視図である。
図2は、本発明の一実施形態であるコークス押出力推定方法及びコークス炉の操業ガイダンス方法の対象となるコークス炉の構成を示す平面断面図である。
図3は、本発明の一実施形態であるコークス押出力推定方法及びコークス炉の操業ガイダンス方法を実現するコークス押出力推定装置の構成を示すブロック図である。
図4は、コークスの押出抵抗を支配する因子因果関係を示す図である。
図5は、本発明の一実施形態であるコークス押出力推定処理の流れを示すフローチャートである。
図6は、局所回帰式によって予測された押出力と実際の押出力との関係の一例を示す図である。
図7は、局所回帰式によって予測された押出力と乾留時間との関係の一例を示す図である。
図8は、局所回帰式によって予測された押出力と装炭量との関係の一例を示す図である。

実施例

0012

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態であるコークス押出力推定方法及びコークス炉の操業ガイダンス方法について説明する。

0013

〔コークス炉の構成〕
始めに、図1,2を参照して、本発明の一実施形態であるコークス押出力推定方法及びコークス炉の操業ガイダンス方法の対象となるコークス炉の構成について説明する。但し、本発明の一実施形態であるコークス押出力推定方法及びコークス炉の操業ガイダンス方法の対象となるコークス炉は、図1,2に示す構成に限定されることはない。

0014

図1は、本発明の一実施形態であるコークス押出力推定方法及びコークス炉の操業ガイダンス方法の対象となるコークス炉の構成を示す斜視図である。図1に示すように、本発明の一実施形態であるコークス押出力推定方法及びコークス炉の操業ガイダンス方法の対象となるコークス炉は、複数の炭化室11及び燃焼室12を備えている。複数の炭化室11及び燃焼室12は、蓄熱室13の上部に交互に形成され、各炭化室11の天井部には、複数の装炭口14が形成されている。

0015

複数の装炭口14は、コークス炉の上部を走行する装炭車15によって運ばれた石炭を炭化室11内に装入するためのものである。装炭口14から炭化室11に装入された石炭は、燃焼室12からの熱を受けて乾留し、赤熱コークスとなって炭化室11から押出機16によって押し出される。炭化室11から押し出された赤熱コークスは、ガイド車17を経て消火車18に受け渡され、消火車18によって図示しない赤熱コークス消火設備へと輸送される。

0016

図2は、本発明の一実施形態であるコークス押出力推定方法及びコークス炉の操業ガイダンス方法の対象となるコークス炉の構成を示す平面断面図である。図2に示すように、炭化室11は、炭化室壁11a,11bを有している。炭化室壁11a,11bは、例えば珪石からなる多数の煉瓦19を積み上げることによって形成されている。炭化室11は、押出機16の押出ラム16a(図1参照)が挿入される窯口と赤熱コークスが押し出される窯口とを有し、窯口の近傍には、H形鋼などからなるバックステー20が炉壁の変形や倒壊を防止する目的で立設されている。

0017

〔コークス押出力推定装置の構成〕
次に、図3図4を参照して、本発明の一実施形態であるコークス押出力推定方法及びコークス炉の操業ガイダンス方法を実現するコークス押出力推定装置の構成について説明する。

0018

図3は、本発明の一実施形態であるコークス押出力推定方法及びコークス炉の操業ガイダンス方法を実現するコークス押出力推定装置の構成を示すブロック図である。図3に示すように、本発明の一実施形態であるコークス押出力推定方法及びコークス炉の操業ガイダンス方法を実現するコークス押出力推定装置は、情報処理装置101,入力装置102,出力装置103,及び操業条件データベース(DB)104を主な構成要素として備えている。

0019

情報処理装置101は、パーソナルコンピュータワークステーション等の汎用の情報処理装置によって構成され、RAM111,ROM12,及びCPU113を備えている。RAM111は、CPU113が実行する処理に関する制御プログラムや制御データを一時的に記憶し、CPU113のワーキングエリアとして機能する。ROM12は、情報処理装置101全体の動作を制御する制御プログラム112aと制御データとを記憶している。CPU113は、ROM112内に記憶されている制御プログラム112aに従って情報処理装置101全体の動作を制御する。入力装置102は、キーボードマウスポインタテンキー等の入力装置によって構成され、情報処理装置101に対して各種情報を入力する際に操作される。出力装置103は、表示装置印刷装置等の出力装置によって構成され、情報処理装置101の各種処理情報を出力する。

0020

操業条件DB104は、コークスの押出力の評価指標実績値とその時の操業条件の実績値とを炭化室毎に関連付けして記憶している。本実施形態では、コークスの押出力の評価指標として、図1に示す押出機16の押出ラム16aの駆動モータに流れる電流値ピーク値を用いる。押出過程初期においては、押出ラム16aの位置変化はコークスケーキ内部の空隙によって吸収されるために、押出荷重は小さくなる。そして、コークスケーキ内部の空隙が小さくなると、押出荷重は静止摩擦力最大値に向かって上昇していく。この押出荷重の最大値を押出ピークという。このように押出ピーク値は押詰りに密接に関係していると考えられるので、本実施形態では押出ピーク値をコークスの押出力の評価指標とする。

0021

図4は、コークスの押出抵抗(押出力)を支配する因子の因果関係を示す図である。図4に示すように、コークスの押出抵抗は、コークスケーキの側面と炉壁との間のクリアランス(炉壁間隙),コークスケーキを押し出した際にコークスケーキが崩壊せずに形状を維持しようとする安定性(ケーキ安定性),及び炉壁の平滑度炉壁凹凸)によって支配されていると考えられている。クリアランス及びケーキ安定性は、配合した石炭の性状(膨張性,亀裂)及び乾留条件嵩密度,水分,粒度,乾留時間,炉温,炉温分布)によって左右される。炉壁凹凸は、炉の老朽化に伴い炭化室によって差異が大きいと考えられるが、炉壁に付着したカーボンを剥離させてからの日数(カーボン落とし後日数,カーボン補修条件)に依存すると考えられる。そこで、本実施形態では、操業条件の実績値として、炉壁に付着したカーボンを剥離させてからの日数(カーボン落とし後日数,カーボン補修条件),乾留時間,水分,装炭量,及び前回の処理における押出ピーク実績値を用いる。

0022

〔コークス押出力推定方法〕
次に、図5を参照して、本発明の一実施形態であるコークス押出力推定方法について説明する。

0023

図5は、本発明の一実施形態であるコークス押出力推定処理の流れを示すフローチャートである。図5に示すフローチャートは、オペレータが入力装置102を操作することによって、予測対象の操業条件を入力し、情報処理装置101に対しコークス押出力推定処理の実行を指示したタイミングで開始となる。このコークス押出力推定処理は、CPU113がROM112内に記憶されている制御プログラム112aを実行することによって実現される。

0024

ステップS1の処理では、CPU113が、入力装置102を介して入力された予測対象の操業条件の値及び操業条件DB104に格納されている操業条件の実績値を標準化する。この標準化処理は、後述する処理において同じ指標で操業条件同士の類似度を定義可能にするために行われる処理である。これにより、ステップS1の処理は完了し、コークス押出力推定処理はステップS2の処理に進む。

0025

ステップS2の処理では、CPU113が、操業条件DB104に格納されている各操業条件について、予測対象の操業条件の値と操業条件の実績値との類似度を算出し、以下に示す数式(1)を用いて算出された類似度に応じた重みA[i](i=1〜N,Nは操業条件の数)を定義する。なお、数式(1)中、パラメータx[i]は、標準化後の操業条件の実績値を並べたベクトルであり、パラメータxは、予測対象の操業条件の値を並べたベクトルであり、パラメータaは調整可能な重みパラメータである。これにより、ステップS2の処理は完了し、コークス押出力推定処理はステップS3の処理に進む。
A[i]=exp(−a×|x−x[i]|^2) …(1)

0026

ステップS3の処理では、CPU113が、操業条件DB104に格納されている各操業条件について、予測対象の操業条件の入力日時と操業条件の実績値が取得された日時との時間差を算出し、以下に示す数式(2)を用いて算出された時間差に応じた重みB[i](i=1〜N,Nは操業条件の数)を定義する。なお、数式(2)中、パラメータdate[i]は、i番目の操業条件の実績値が取得された日時を示し、パラメータdateは、予測対象の操業条件の値が入力された日時であり、パラメータCは調整可能な忘却係数である。これにより、ステップS3の処理は完了し、コークス押出力推定処理はステップS4の処理に進む。
B[i]=exp(−(date−date[i])/C) …(2)

0027

ステップS4の処理では、CPU113が、操業条件DB104に格納されている押出ピーク値の実績値と操業条件の実績値とにステップS2及びステップS3の処理で定義された重みW(=A[i]×B[i])を乗算した後、押出ピーク値の実績値と操業条件の実績値とをそれぞれ目的変数及び説明変数として通常の重回帰分析を行うことによって、押出ピーク値と操業条件との関係を示す例えば以下の数式(3)に示すような局所回帰式を算出する。そして、CPU113は、算出された局所回帰式を用いて予測対象のコークス炉の操業条件でコークス炉を操業した際にコークスを押し出すために必要な押出力を推定する。
Y=aX1+bX2+cX3+dX4+eX5+f (3)

0028

なお、数式(3)中、パラメータYは押出ピーク値を示し、パラメータX1〜X5は操業条件を示し、パラメータa,b,c,d,e,fは重回帰分析によって求められる係数を示す。重みWを乗算した後に重回帰分析を行うことによって、類似度が高いものほど、また直近のデータを重視した回帰分析が可能になる。実際、この処理によって算出された局所回帰式を用いて押出力を推定したところ、図6に示すように、予測された押出力は実績の押出力(実測押出力)とよく合致した。なお、図6に示す例では、数式(1)中の重みパラメータaの値を10−4とし、数式(2)中の忘却係数Cの値を100とした。これにより、ステップS4の処理は完了し、一連のコークス押出力推定処理は終了する。

0029

以上の説明から明らかなように、本発明の一実施形態であるコークス押出力推定処理では、CPU113が、予測対象のコークス炉の操業条件と過去のコークス炉の操業条件との類似度に応じた重みA[i]を算出し、予測対象のコークス炉の操業条件が入力された日時と過去のコークス炉の操業条件でコークス炉の操業が行われた日時との時間差に応じた重みB[i]を算出し、過去のコークス炉の操業条件とその操業条件でコークス炉の操業が行われた時の押出力とに重みA[i]及び重みB[i]を乗算し、重みA[i]及び重みB[i]が乗算された操業条件及び押出力をそれぞれ説明変数及び目的変数として重回帰分析を行うことにより、操業条件と押出力との関係を示す局所回帰式を構築するので、パラメータの調整に多くの労力を要することなく、コークス炉からコークスを押し出すために必要な押出力を精度よく推定することができる。

0030

〔コークス炉の操業ガイダンス方法〕
次に、図7,8を参照して、本発明の一実施形態であるコークス炉の操業ガイダンス方法について説明する。

0031

一般に、コークス炉の操業では、オペレータは、コークスの押詰りが発生することを抑制するために、乾留時間を延長したり、装炭量を低減(軽装)したりする。そこで、本発明の一実施形態であるコークス炉の操業ガイダンス方法では、CPU113が、コークスの押出力推定処理によって導出された局所回帰式を用いて乾留時間及び装炭量とコークス炉からコークスを押し出す際に必要な押出力との関係を炭化室毎に算出し、算出された関係を出力装置103に出力する。図7は、炭化室毎の乾留時間と押出力との関係の一例を示す図である。図7に示すように、押出力は乾留時間に大きく影響し、また炭化室毎にその影響度が大きく異なることがわかる。従って、このような関係をオペレータに提示することによって、オペレータは押詰りが発生した際に乾留時間をどの程度延長すれば押詰りを回避できるのかを判断することができる。

0032

一方、図8は、炭化室毎の装炭量と押出力との関係の一例を示す図である。図8に示すように、コークスの押詰りを抑制する上で軽装が有効である炭化室と有効でない炭化室とがあることがわかる。一般に、軽装作業には、コークス炉の生産量が落ちる上に、炉壁にカーボンが付着しやすくなることによってコークス炉のメンテナンス周期が短くなるというデメリットがある。このため、軽装が有効である炭化室を中心に装炭量を低減させることが望ましい。従って、図8に示すような関係をオペレータに提示することによって、オペレータは、上述のようなデメリットが発生することを抑制しつつ押詰りが発生することを抑制できる。

0033

以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者などによりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術などは全て本発明の範疇に含まれる。

0034

11炭化室
11a,11b炭化室壁
12燃焼室
13蓄熱室
14装炭口
15装炭車
16押出機
16a押出ラム
17ガイド車
18消火車
19煉瓦
20バックステー
100コークス押出力推定装置
101情報処理装置
102入力装置
103出力装置
104操業条件データベース(DB)
111 RAM
112 ROM
112a制御プログラム
113 CPU

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