JP2002194405A - 高炉操業における操業監視方法、装置、及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体 - Google Patents
高炉操業における操業監視方法、装置、及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体Info
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- JP2002194405A JP2002194405A JP2000400190A JP2000400190A JP2002194405A JP 2002194405 A JP2002194405 A JP 2002194405A JP 2000400190 A JP2000400190 A JP 2000400190A JP 2000400190 A JP2000400190 A JP 2000400190A JP 2002194405 A JP2002194405 A JP 2002194405A
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Abstract
し、吹き抜け等の操業異常を予測しうるようにする。 【解決手段】 高炉設備上に複数設置される各種センサ
で収集した計測データの分布状態を、各センサの高炉設
備上の設置位置を反映させた2次元平面又は3次元空間
上に配置し、計測データによって等値線等で形成される
図形を演算し、その図形又は図形の特徴情報を画像処理
によって演算する。得られた図形又は図形の特徴情報
と、予め設定した図形又は図形の特徴情報を比較するこ
とにより高炉操業状態を監視すると共に、計測データの
時間的推移に対応して図形又は図形の特徴情報を更新
し、その時間的な推移と予め設定した図形又は図形の特
徴情報の推移条件とを比較することによって吹き抜け等
の高炉操業異常を予測する。
Description
の操業状態を監視し、吹き抜け等の操業異常を予測する
方法、その実施に使用する装置、及びコンピュータ読み
取り可能な記録媒体に関する。
測方法に関するものとしては、特開平5−156328
号公報、特開平11−140520号公報等に開示され
ているものがある。これらの監視並び予測方法は、いず
れも、各センサの高炉設備上の設置位置情報を反映する
ことなく各センサからの計測データを収集し、予め設定
しておく基準値又は簡易的な物理モデルによる閾価との
比較により操業状態の監視並びに操業異常を予測するも
のである。
が対象とする高炉というプロセスは、動特性を有する分
布定数系のプロセスとして取り扱うべき対象である。し
たがって、高炉設備上に分布をもって設置されている複
数の各種センサの計測データは互いに独立して収集し、
評価してよいものではなく、各々のセンサが取り付けら
れている高炉設備上の設置位置に関連づけられて収集
し、評価されるべきものである。
置位置を計測データに関連づけて収集し、評価しておら
ず、その結果、高炉の操業状態の監視並びに予測の精度
が低いという問題があった。
であり、高炉の操業状態の監視並びに操業異常の予測を
正確に実施する可能とすることを目的とする。
る操業監視方法は、高炉に複数設置されたセンサからの
測定対象量の計測データを、各センサの設置位置を反映
させた2次元平面又は3次元空間に配置し、各計測デー
タの分布状態を、これらが形成する図形又は図形の特徴
情報として表わし、これらを評価することによって、高
炉の操業状態を監視する方法であって、前記2次元平面
又は3次元空間上に測定対象量が同値な任意の等値線を
算出し、該等値線によって形成する図形又は図形の特徴
情報を評価する点に特徴を有する。
法は、高炉に複数設置されたセンサからの測定対象量の
計測データを、各センサの設置位置を反映させた2次元
平面又は3次元空間に配置し、各計測データの分布状態
を、これらが形成する図形又は図形の特徴情報として表
わし、これらを評価することによって、高炉の操業状態
を監視する方法であって、前記2次元平面又は3次元空
間上に測定対象量が同値な任意の等値線を算出し、該等
値線によって形成する図形の、個数、位置、面積、重
心、図形の縦横比率、図形内の最大値又は最小値、平均
値、分散の少なくとも一つの特徴情報を画像処理によっ
て算出し評価する点に特徴を有する。
方法の他の特徴とするところは、各計測データの時間的
推移に対応して等値線によって形成する図形又は図形の
特徴情報を更新し、これらの時間的推移を予め設定した
推移条件と比較する点にある。
監視方法の他の特徴とするところは、各計測データの時
間的推移に対応して等値線によって形成する図形の、個
数、位置、面積、重心、図形の縦横比率、図形内の最大
値又は最小値、平均値、分散の少なくとも一つの特徴情
報の時間的推移を画像処理によって算出し、これらの時
間的推移を予め設定した推移条件と比較する点にある。
方法の他の特徴とするところは、前記等値線の算出手順
が、2次元平面上に不均等な位置関係に配置されるデー
タに対して、内角の一つが180度を越えない四角形要
素を選択し、その対角線の交点に4頂点のデータの平均
値を設定して、この交点を頂点にもつ三角形要素を用い
て等値線を探索し描画する手法である点にある。
は、高炉設備上に複数設置される各種センサで計測され
る計測データを収集するデータ収集部と、前記収集した
計測データの分布状態を各センサの高炉設備上の設置位
置を反映させた2次元平面又は3次元空間に配置し、測
定対象量が同値な任意の等値線を算出する等値線算出部
と、前記等値線によって形成する図形又は図形の特徴情
報を画像処理によって算出する図形特徴情報算出部と、
前記図形特徴情報算出部で得られた図形又は図形の特徴
情報と予め設定した図形又は図形の特徴情報とを比較し
操業を監視する操業監視部とを備えた点に特徴を有す
る。
装置の他の特徴とするところは、各計測データの時間的
推移に対応して等値線算出部及び図形特徴情報算出部の
演算を繰り返し、これらの時間的推移を算出する図形特
徴情報推移算出部と、前記図形特徴情報推移情報を予め
設定した図形又は図形の特徴情報の推移条件とを比較す
ることによって吹き抜け等の操業異常を予測する操業予
測部とを備えた点にある。
装置の他の特徴とするところは、前記等値線算出部が、
2次元平面上に不均等な位置関係に配置されるデータに
対して、内角の一つが180度を越えない四角形要素を
選択し、その対角線の交点に4頂点のデータの平均値を
設定して、この交点を頂点にもつ三角形要素を用いて等
値線を探索し描画する機能を有する点にある。
装置の他の特徴とするところは、前記図形及び図形の特
徴情報の推移を可視化する出力部を備えた点にある。
媒体は、上記高炉操業における操業監視方法の処理手順
をコンピュータに実行させるためのプログラム記録した
点に特徴を有する。
可能な記録媒体は、上記高炉操業における操業監視装置
の各部としてコンピュータを機能させるためのプログラ
ム記録した点に特徴を有する。
高炉操業における操業監視方法、装置、及びコンピュー
タ読み取り可能な記録媒体の実施の形態について説明す
る。
操業監視装置の構成を示すブロック図である。同図にお
いて、高炉設備1上には、ステーブ温度やシャフト圧力
等を計測する各種のセンサが複数設置されている。図1
では、ステーブ温度やシャフト圧力を例にとり、高炉設
備の外形面上に複数設置してあるセンサ位置を示してい
るが、高炉設備内部に各種センサが複数設置されている
場合も同様であり、また、各種センサの高炉設備上の配
置は不等間隔で構わないものである。
て、温度、圧力、流量、粒径、密度、組成等の物理量が
計測される。以下では、温度を計測するセンサが、図1
に示すように高炉外形面上に複数配置されている場合を
例に説明する。
センサの設置位置情報が、3次元空間座標(x(i)、 y
(i)、 z(i))、ただし、i=1、2、3、・・・、N(N:温度セ
ンサの個数)として予めわかっている。
に配置された複数の温度センサから出力される計測デー
タが、予め設定されたサンプリング周期Δtでサンプリ
ングされ、収集される。サンプリング周期Δtは、デー
タ収集装置3の処理能力及びデータ処理装置4の処理能
力と操業監視及び操業予測に要求される時間間隔に対応
して数ms 以上の時間間隔で任意に設定できる。データ
収集装置3で収集された温度データは、データ処理装置
4にリアルタイムで送られる。
3から入力された温度データを、高炉設備上の各センサ
設置位置情報を反映させた2次元平面又は3次元空間に
配置し、温度データが同値な任意の等値線を算出して該
等値線によって形成される図形を算出する。
方法の一例を示す。図2は、等値線算出部5において、
高炉の炉周方向にr軸、炉高方向にh軸をとった2次元
平面を定義し、この2次元平面上に等値線によって形成
される図形の例を示したものである。図2において、●
印は、高炉外形上に配置された複数の温度センサ設置位
置を、その3次元空間座標(x(i)、 y(i)、 z(i))を
座標変換することによって配置したものである。
炉底径、シャフト角度、ボッシュ角度(朝顔角度)等か
ら該2次元平面への射影を演算する等の幾何学的な関係
を用いて実施した。本発明における手法は、定義する2
次元平面を図2のような正方形状の平面に限定する必要
はなく、シャフト角度、ボッシュ角度(朝顔角度)に応
じて部分的に扇形の2次元平面を定義してもよい。
にr軸、炉高方向にh軸をとった2次元平面を定義し用
いているが、温度センサ設置位置を、その3次元空間座
標にしたがって3次元空間上に配置した場合の説明も同
様である。
置位置を示す●印の地点に、対応する計測データを配置
すると、ある時刻tにおける温度データの分布状態が表
現できる。このとき、●印の相互間隔は、後述する等値
線探索手法によって、空間的に不均等な間隔であって構
わなく、空間的に等間隔である必要はない。
に、●印の相互空間における温度データを空間的に補間
し等値線を探索する。ここで等値線とは、空間的に分布
している温度データの中から同じ値を示している地点を
線で結ぶことによって得られるものである。
タに対して等値線を探索するには、温度センサ設置地点
で構成される三角形要素を用いる方法が確実であるが、
空間上に三角形要素を構成させるときの組み合わせには
膨大な自由度がある。また、空間に対して測定地点が少
ない場合、三角形要素の選択いかんによって、得られる
等値線の形状が異なってしまう問題が生じる。
容易にするとともに、要素選択による等値線形状の誤差
を少なくする手法として、「四角形要素四頂点平均を頂
点に用いる三角形要素を用いた等値線探索手法」を例示
する。
次元平面上の温度センサ設置位置●印の地点全てについ
て、内角の一つが180度を越えない四角形要素で構成
されるよう予め各地点を関連づけておく。この四角形要
素に対する要素選択条件により、要素選択の自由度は低
減し、要素選択を容易にすることが可能となる。高炉設
備の場合、各センサ位置座標は既知であるので一度関連
付けを行えばよいし、また組み合わせ問題として自動探
索アルゴリズムを用いて自動的に関連付けさせても構わ
ない。
えない任意の四角形要素、すなわち各頂点P1、P2、P3、
P4地点での温度センサ測定データがそれぞれT1、T2、T
3、T4であるような例を示す。この四角形要素の対角線
の交点、すなわち図3中の○印地点Pmの温度をTmとす
る。Tmは、T1、T2、T3、T4から演算される平均値であ
り、例えば、相加平均として定義するものとする。 Tm=(T1+T2+T3+T4)÷4 …(1)
4つの三角形要素を、この四角形要素内部に定義し、各
三角形要素の辺上の温度データは、その辺の両端を構成
する頂点の温度データによって補間することによって得
られるものとする。補間にあたっては、1次補間法等、
任意の手法であって構わない。
し、四角形要素の4頂点の温度データに対して、下式 T1<T<T4 …(2) T1<T<T2 …(3) なる関係があるものとする。
は、必ず、P1とP4を結ぶ直線上に存在し、かつ必ずP1
とPmを結ぶ直線又はPmとP4を結ぶ直線上に補間された
温度データ地点として存在する。ここで、仮に、 T1<T<Tm …(4) であるとすると、P1とPmを結ぶ直線上に、Tの温度デー
タ地点が存在する。これら温度データTの地点を、△印
で示す。同様にして、式(3)の条件より、T は、必
ず、P1とP2を結ぶ直線上に補間された温度データ地点と
して存在し、これを△印で示す。以上より得られた温度
Tの地点を直線で結ぶと着目した四角形要素内の温度Tの
等値線が探索できる。
で示すごとくであり、これらを直線で結ぶ等値線を破線
で示すことができる。
要素に繰り返すことにより、空間内における等値線の探
索及び描画が完了する。図2に例示するように、得られ
た等値線によって温度データは2次元平面内で、ある図
形を形成する。特に閉曲線となる等値線は、ある特徴的
な図形を形成する。図2では、ある温度Tの等値線を実
線で示し、その閉曲線で囲まれる図形をハッチングで示
している。破線は、その他の温度の等値線である。
に配置されるデータに対して、内角の一つが180度を
越えない四角形要素を選択し、その対角線の交点に4頂
点のデータの平均値を設定して、この交点を頂点にもつ
三角形要素を用いて等値線を探索し描画する手法は、三
角形要素のみを用いて等値線を探索する手法に比べて、
要素選択の自由度を減らし選択を容易にするとともに、
四角形要素の各頂点の平均値を頂点とする三角形要素を
用いるため、要素選択に依存する等値線の探索誤差を低
減できる有効な方法である。探索の最終段階で三角形要
素を用いるので、探索する等値線が途中で他の等値線と
交わったり、また途中で等値線が途切れるといった問題
を発生することがないのは言うまでもない。
るものでなく、四角形平面要素で構成される3次元空間
図形に対しても実施可能かつ有効な手法である。
法を限定する必要はなく、2次元平面又は3次元空間に
対して他の手法や三角形要素を用いた等値線を描画して
も構わない。
出部5で算出した図形に対して画像処理を行ない、図形
及び図形の特徴情報、すなわち、個数、位置、面積、重
心、図形の縦横比率、図形内の最大値又は最小値、平均
値、分散を算出する。
部6で算出した図形及び図形の特徴情報と、予め設定し
た図形及び図形の特徴情報とを比較することにより高炉
操業を監視することが可能である。図4〜7において、
温度データを例にその操業監視手法を説明する。
て画像処理を行なった図形特徴情報算出の一例を、時間
の推移にしたがって並べたものを例示したものである。
図4〜7は、高い温度による等値線内の図形領域ほど白
く、低い温度による等値線内の図形領域ほど黒くなるよ
うグレー階調で示している。さらに図4〜7では、ある
高い温度による等値線で形成される図形を画像処理によ
って演算し、その図形を線で取り囲むとともにラベリン
グを行なったものである。
で、融着帯根部に起因する、ある高い温度による等値線
で形成される図形が、高炉下部の炉周全般に広く存在し
ている状態である。
た状態で、操業上の外乱により、融着帯根部に起因する
ある高い温度による等値線で形成される図形が、炉周方
向のある地点において炉高方向に拡大しつつある状態を
示している。
た状態で、ある高い温度による等値線で形成される図形
の面積が、炉周方向のある地点において更に拡大し、か
つその高さ位置が上方へ移動し、高炉設備の高さ方向中
央位置までに至っている状態を示している。
た状態で、ある高い温度による等値線で形成される図形
は、その大部分の面積部分が高炉設備上部へ抜けた後、
残った図形の面積部分が炉高方向のほぼ中央位置、炉周
方向のほぼ4分の3の位置に存在している状態を示して
おり、図4のような操業安定状態に戻っていない操業異
常状態を示すものである。
形成される図形が、高炉設備上部へ抜けつつある状況、
すなわち操業異常を示すものであって、この場合、所
謂、吹き抜け現象を示すものである。
徴情報算出部6で算出する図形及び図形の特徴情報を予
め設定した図形及び図形の特徴情報とを比較することに
より操業を監視することが可能である。
て、図形特徴情報算出部6で算出した図形及び図形の特
徴情報の時間的推移を算出する。操業予測部9におい
て、図形特徴情報推移算出部8で算出した図形及び図形
の特徴情報の時間推移と予め設定した図形及び図形の特
徴情報の推移条件とを比較することにより、操業状態の
予測が可能である。
予測手法を説明する。図8は、図4〜7で例示したある
高い温度による等値線で形成される図形の重心位置が、
図4から図7へ推移する過程を、縦軸に重心位置、横軸
に時間をとることによって例示したものである。
るために予め重心位置の上限管理値を設定しておく。図
4で示すような操業安定状態においては、対象図形の重
心位置G(t)は設定した上限管理値Guより小さい。重心位
置G(t)とその時間変化率dG(t)から、ある時間Δt後の
操業状態、すなわち、Δt後の重心位置G(t+Δt)を、 G(t+Δt) = G(t)+dG(t)・Δt …(7) と予測し、このとき、 G(t+Δt) < Gu …(8) であるならば、操業安定状態がΔt後においても継続す
ると予測することが可能である。
いては、対象図形の重心位置G(t)は設定した上限管理値
Guより小さいものの、重心位置G(t)とその時間変化率dG
(t)から、ある時間Δt後の操業状態、すなわちΔt後の
重心位置G(t+Δt)を、式(7)と同様にして予測した場
合、 G(t+Δt) > Gu …(9) であれば、Δt後の操業状態において吹き抜け等の操業
異常が発生すると予測することが可能である。
成される図形の特徴情報として、画像処理によって得ら
れる図形の重心位置G(t)の値とその時間変化率dG(t)を
例に、本発明による手法によって操業異常の予測が可能
であることを示したが、重心位置以外にも画像処理で得
られる上述の図形の特徴情報や、その時間変化率を評価
する手法、また図形のいくつかの特徴情報を組み合わせ
て評価する手法、上限管理値だけでなく下限管理値を用
いたり、上限管理値と下限管理値を組み合わせて評価す
る手法も有効である。
報推移算出部8における算出結果をテキスト形式等のフ
ァイルとして記録し、データベース化する。図形及び図
形特徴情報の推移の記録にあたって、算出結果をAVI形
式等の動画ファイルとして記録することも可能である。
このとき、本発明における高炉操業の監視方法の実施に
あたり冗長な動画情報を、必要に応じて各種のデータ圧
縮手法を用いて取り除くことにより、効率のよい記録及
びデータベース化を実施することも可能である。本発明
の手法においては、そのデータ圧縮手法を限定する必要
はない。
イル入力して、オフラインで高炉の操業状態を評価する
ことも可能である。
の特徴情報の推移や操業監視結果及び操業予測結果をモ
ニタ等によって画面出力する。
ータを例に本発明の手法を説明したが、本発明の手法
は、ステーブ温度データに限定する必要はなく、シャフ
ト圧力データ等、他の計測データについても有効である
ことは言うまでもない。
は、コンピュータのCPU或いはMPU、RAM、RO
M等で構成されるものであり、RAMやROMに記録さ
れたプログラムが動作することによって実現できる。従
って、コンピュータが上記機能を果たすように動作させ
るプログラムを記録媒体に記録し、コンピュータに読み
取らせることによって実現できるものである。記録媒体
としては、CD−ROM、DVD、フロッピーディス
ク、ハードディスク、磁気テープ、光磁気テープ、不揮
発性のメモリカード等を用いることができる。
ムを実行することにより上述の実施形態の機能が実現さ
れるだけでなく、そのプログラムコードがコンピュータ
において稼働しているOS(オペレーティングシステ
ム)或いは他のアプリケーションソフト等と共同して上
述の実施形態の機能が実現される場合にもかかるプログ
ラムコードは本発明の実施形態に含まれることは言うま
でもない。
炉設備上に空間的分布をもって配置している複数の各種
センサの計測データを、各々のセンサの設置位置情報を
反映させて評価することを可能とし、さらに計測データ
のもつ空間的分布情報を各々のセンサの設置位置情報を
反映させた2次元平面又は3次元空間上の図形情報とし
て評価し、この図形及び図形の特徴情報を画像処理によ
って演算し評価することによって、高炉の操業状態の監
視及び操業異常の予測を正確に実施することを可能とす
る。
ック図である。
の計測データから等値線を探索し、ある等値線によって
形成される図形を示す図である。
に分布した複数のセンサの計測データから等値線を探索
する方法の一例として、「四角形要素四頂点平均を頂点
に用いる三角形要素を用いた等値線探索手法」を説明す
る図である。
業異常(吹き抜け)に至る過程での図形特徴情報算出の
一例を示す図である。
業異常(吹き抜け)に至る過程での図形特徴情報算出の
一例を示す図である。
業異常(吹き抜け)に至る過程での図形特徴情報算出の
一例を示す図である。
業異常(吹き抜け)に至る過程での図形特徴情報算出の
一例を示す図である。
推移を用いた操業予測手法を説明する図である。
Claims (11)
- 【請求項1】 高炉に複数設置されたセンサからの測定
対象量の計測データを、各センサの設置位置を反映させ
た2次元平面又は3次元空間に配置し、各計測データの
分布状態を、これらが形成する図形又は図形の特徴情報
として表わし、これらを評価することによって、高炉の
操業状態を監視する方法であって、 前記2次元平面又は3次元空間上に測定対象量が同値な
任意の等値線を算出し、該等値線によって形成する図形
又は図形の特徴情報を評価することを特徴とする高炉操
業における操業監視方法。 - 【請求項2】 高炉に複数設置されたセンサからの測定
対象量の計測データを、各センサの設置位置を反映させ
た2次元平面又は3次元空間に配置し、各計測データの
分布状態を、これらが形成する図形又は図形の特徴情報
として表わし、これらを評価することによって、高炉の
操業状態を監視する方法であって、 前記2次元平面又は3次元空間上に測定対象量が同値な
任意の等値線を算出し、該等値線によって形成する図形
の、個数、位置、面積、重心、図形の縦横比率、図形内
の最大値又は最小値、平均値、分散の少なくとも一つの
特徴情報を画像処理によって算出し評価することを特徴
とする高炉操業における操業監視方法。 - 【請求項3】 各計測データの時間的推移に対応して等
値線によって形成する図形又は図形の特徴情報を更新
し、これらの時間的推移を予め設定した推移条件と比較
することを特徴とする請求項1に記載の高炉操業におけ
る操業監視方法。 - 【請求項4】 各計測データの時間的推移に対応して等
値線によって形成する図形の、個数、位置、面積、重
心、図形の縦横比率、図形内の最大値又は最小値、平均
値、分散の少なくとも一つの特徴情報の時間的推移を画
像処理によって算出し、これらの時間的推移を予め設定
した推移条件と比較することを特徴とする請求項2に記
載の高炉操業における操業監視方法。 - 【請求項5】 前記等値線の算出手順が、2次元平面上
に不均等な位置関係に配置されるデータに対して、内角
の一つが180度を越えない四角形要素を選択し、その
対角線の交点に4頂点のデータの平均値を設定して、こ
の交点を頂点にもつ三角形要素を用いて等値線を探索し
描画する手法であることを特徴とする請求項1〜4の何
れか1項に記載の高炉操業における操業監視方法。 - 【請求項6】 高炉設備上に複数設置される各種センサ
で計測される計測データを収集するデータ収集部と、 前記収集した計測データの分布状態を各センサの高炉設
備上の設置位置を反映させた2次元平面又は3次元空間
に配置し、測定対象量が同値な任意の等値線を算出する
等値線算出部と、 前記等値線によって形成する図形又は図形の特徴情報を
画像処理によって算出する図形特徴情報算出部と、 前記図形特徴情報算出部で得られた図形又は図形の特徴
情報と予め設定した図形又は図形の特徴情報とを比較し
操業を監視する操業監視部とを備えたことを特徴とする
高炉操業における操業監視装置。 - 【請求項7】 各計測データの時間的推移に対応して等
値線算出部及び図形特徴情報算出部の演算を繰り返し、
これらの時間的推移を算出する図形特徴情報推移算出部
と、 前記図形特徴情報推移情報を予め設定した図形又は図形
の特徴情報の推移条件とを比較することによって吹き抜
け等の操業異常を予測する操業予測部とを備えたことを
特徴とする請求項6に記載の高炉操業における操業監視
装置。 - 【請求項8】 前記等値線算出部が、2次元平面上に不
均等な位置関係に配置されるデータに対して、内角の一
つが180度を越えない四角形要素を選択し、その対角
線の交点に4頂点のデータの平均値を設定して、この交
点を頂点にもつ三角形要素を用いて等値線を探索し描画
する機能を有することを特徴とする請求項6又は7に記
載の高炉操業における操業監視装置。 - 【請求項9】 前記図形及び図形の特徴情報の推移を可
視化する出力部を備えたことを特徴とする請求項6〜8
の何れか1項に記載の高炉操業における操業監視装置。 - 【請求項10】 請求項1〜5に記載の操業監視方法の
処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラム
記録したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な
記録媒体。 - 【請求項11】 請求項6〜9に記載の操業監視装置の
各部としてコンピュータを機能させるためのプログラム
記録したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な
記録媒体。
Priority Applications (7)
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---|---|---|---|
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PCT/JP2001/011683 WO2002053785A1 (fr) | 2000-12-28 | 2001-12-28 | Procede, dispositif et programme de controle des conditions de fonctionnement d'un haut fourneau |
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