JP5644910B1

JP5644910B1 - Abnormality detection method and blast furnace operation method

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Publication number: JP5644910B1
Application number: JP2013156834A
Authority: JP
Inventors: 津田　和呂; 和呂津田; 丈英平田; 尚史山平; 阿部　秀和; 秀和阿部
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2013-07-29
Filing date: 2013-07-29
Publication date: 2014-12-24
Anticipated expiration: 2033-07-29
Also published as: JP2015025187A

Abstract

【課題】高炉周方向における輝度情報の偏りを自動的に検知することができる異常検知方法および高炉操業方法を提供する。【解決手段】異常検知装置１０は、高炉１の複数の羽口１１近傍に設置した羽口カメラ３１および画像処理装置７を含む。画像処理装置７の代表輝度ベクトル収集部７７１は、事前に羽口カメラにより同時に撮影された羽口画像毎に各画素の輝度値に基づいて代表輝度を決定し、代表輝度ベクトルを時系列で収集する。指標抽出部７７３は、時系列で収集した代表輝度ベクトルの主成分分析を行い、主成分ベクトルを抽出する。また、代表輝度ベクトル収集部は、操業時において羽口カメラにより同時に撮影された羽口画像から代表輝度ベクトルを収集する。異常検知処理部７７５は、収集した代表輝度ベクトルから主成分ベクトル方向に下ろした垂線の長さを評価値として算出し、評価値を所定の閾値と比較することによって高炉の異常を検知する。【選択図】図２An abnormality detection method and a blast furnace operation method capable of automatically detecting a deviation in luminance information in the blast furnace circumferential direction are provided. An anomaly detection device includes a tuyere camera and an image processing device installed near a plurality of tuyere of a blast furnace. The representative luminance vector collection unit 771 of the image processing device 7 determines the representative luminance based on the luminance value of each pixel for each tuyere image captured in advance by the tuyere camera, and collects the representative luminance vector in time series. To do. The index extraction unit 773 performs principal component analysis of representative luminance vectors collected in time series, and extracts principal component vectors. In addition, the representative luminance vector collection unit collects representative luminance vectors from tuyere images taken simultaneously by the tuyere camera during operation. The abnormality detection processing unit 775 calculates the length of a perpendicular line drawn from the collected representative luminance vector in the principal component vector direction as an evaluation value, and detects an abnormality in the blast furnace by comparing the evaluation value with a predetermined threshold value. [Selection] Figure 2

Description

本発明は、高炉の複数の羽口近傍に設置したカメラにより撮影された羽口画像から高炉の異常を検知する異常検知方法および高炉操業方法に関する。 The present invention relates to an abnormality detection method and a blast furnace operation method for detecting an abnormality of a blast furnace from a tuyere image taken by a camera installed in the vicinity of a plurality of tuyere of a blast furnace.

安定した高炉操業を実現するための判断基準の１つとして、高炉の羽口を介して観察される高炉内レースウェイ部の輝度情報が挙げられる。この輝度情報は、炉熱の高低や微粉炭の燃焼度、未溶融鉱石の落下情報といった高炉の操業上重要な情報を含む。羽口を介した輝度情報の観察は、１日に数回程度、オペレータが覗き窓を覗くことで行う官能検査により実施されている。また、近年では、羽口近傍にカメラを設置し、このカメラによって撮影される画像（羽口画像）を監視室内でモニタ表示して集中監視する場合も増えている（例えば、特許文献１を参照）。 One of the criteria for realizing stable blast furnace operation is luminance information of the raceway section in the blast furnace observed through the tuyere of the blast furnace. This luminance information includes information important for the operation of the blast furnace, such as the level of furnace heat, the burnup of pulverized coal, and the fall information of unmolten ore. Observation of luminance information through the tuyere is carried out by a sensory test performed by an operator looking into the viewing window several times a day. In recent years, there is an increasing number of cases where a camera is installed near the tuyere and an image (feather image) photographed by this camera is displayed on a monitor in a monitoring room for centralized monitoring (see, for example, Patent Document 1). ).

ここで、羽口は、高炉の周方向に複数設けられている。覗き窓を直接覗く場合および監視室で集中監視する場合のいずれの場合も、オペレータは、高炉周方向の複数の羽口毎の輝度情報のばらつき（高炉周方向での輝度情報の偏り）を注視することによって、各羽口近傍における異常の発生を直感的に検知している。 Here, a plurality of tuyere are provided in the circumferential direction of the blast furnace. In both cases of looking directly into the sight glass and centralized monitoring in the monitoring room, the operator pays attention to the variation in luminance information at each tuyere in the blast furnace circumferential direction (luminance information bias in the blast furnace circumferential direction). By doing so, the occurrence of an abnormality in the vicinity of each tuyere is intuitively detected.

一方、特許文献２には、高炉周方向の複数の羽口のうちの３箇所以上にカメラや輝度計を取り付け、各箇所における上方からの未溶融鉱石の落下回数を計算することで検出した落下頻度に基づいて、炉頂から投入する鉱石とコークスの比率を調整する技術が開示されている。 On the other hand, in Patent Document 2, a camera and a luminance meter are attached to three or more of the plurality of tuyere in the blast furnace circumferential direction, and a drop detected by calculating the number of unmelted ore drops from above in each place A technique for adjusting the ratio of ore and coke introduced from the top of the furnace based on the frequency is disclosed.

特開２００４−１８３９５６号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-183956 特開平５−１８６８１１号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-186811

しかしながら、上記した特許文献２の技術は、未溶融鉱石の落下回数を高炉全体でくまなく検知するという目的のために複数の羽口近傍を撮影した羽口画像を利用するものであり、高炉の異常を検知するためにオペレータが注視している上記高炉周方向での輝度情報の偏りを検知するものではない。 However, the technique of Patent Document 2 described above uses a tuyere image obtained by photographing the vicinity of a plurality of tuyere for the purpose of detecting the number of unmelted ore drops throughout the blast furnace. It does not detect the deviation of luminance information in the blast furnace circumferential direction that an operator is gazing at to detect an abnormality.

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、高炉周方向における輝度情報の偏りを自動的に検知することができる異常検知方法および高炉操業方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an abnormality detection method and a blast furnace operation method capable of automatically detecting a deviation in luminance information in the blast furnace circumferential direction. And

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる異常検知方法は、高炉の複数の羽口近傍に設置したカメラにより撮影された羽口画像から前記高炉の異常を検知する異常検知方法であって、事前に前記カメラにより同時に撮影された羽口画像毎に各画素の輝度値に基づいて代表輝度を決定し、該代表輝度によって定まる代表輝度ベクトルを時系列で収集する収集ステップと、前記時系列で収集した代表輝度ベクトルの主成分分析を行い、主成分ベクトルを抽出する抽出ステップと、操業時において前記カメラにより同時に撮影された羽口画像から前記代表輝度ベクトルを収集し、該代表輝度ベクトルから前記主成分ベクトル方向に下ろした垂線の長さを評価値として算出する算出ステップと、前記評価値を所定の閾値と比較することによって前記高炉の異常を検知する異常検知ステップと、を含むことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the abnormality detection method according to the present invention is an abnormality detection for detecting an abnormality of the blast furnace from a tuyere image taken by a camera installed in the vicinity of a plurality of tuyere of a blast furnace. A method of determining representative luminance based on a luminance value of each pixel for each tuyere image simultaneously photographed by the camera in advance, and collecting representative luminance vectors determined by the representative luminance in time series; , Performing a principal component analysis of the representative luminance vector collected in the time series, extracting the principal component vector, and collecting the representative luminance vector from the tuyere image photographed simultaneously by the camera during operation, A calculation step of calculating a length of a perpendicular line from the representative luminance vector in the principal component vector direction as an evaluation value, and comparing the evaluation value with a predetermined threshold value Characterized in that it comprises a, an abnormality detecting step of detecting an abnormality of the blast furnace by the.

本発明によれば、高炉周方向における輝度情報の偏りを自動的に検知することができる。 According to the present invention, it is possible to automatically detect a deviation in luminance information in the blast furnace circumferential direction.

図１は、異常検知装置が適用される高炉の概略構成例を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration example of a blast furnace to which an abnormality detection device is applied. 図２は、異常検知装置の構成例を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a configuration example of the abnormality detection device. 図３は、羽口画像の一例を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram illustrating an example of a tuyere image. 図４は、羽口画像の輝度値の時系列変化の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a time-series change in luminance value of a tuyere image. 図５は、８次元空間における時系列の代表輝度ベクトルの分布例を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a distribution example of time-series representative luminance vectors in an eight-dimensional space. 図６は、主成分方向および主成分からの逸脱方向を説明する図である。FIG. 6 is a diagram illustrating the principal component direction and the departure direction from the principal component. 図７は、評価値の算出を説明する説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating calculation of an evaluation value. 図８は、評価値を用いた異常判定を説明する図である。FIG. 8 is a diagram for explaining abnormality determination using an evaluation value. 図９は、指標抽出処理の処理手順を示すフローチャートである。FIG. 9 is a flowchart illustrating a processing procedure of index extraction processing. 図１０は、異常検知処理の処理手順を示すフローチャートである。FIG. 10 is a flowchart showing the processing procedure of the abnormality detection processing.

以下、図面を参照して、本発明の異常検知方法および高炉操業方法を実施するための形態について説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。 Hereinafter, an embodiment for carrying out an abnormality detection method and a blast furnace operation method of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments. Moreover, in description of drawing, the same code | symbol is attached | subjected and shown to the same part.

図１は、本実施の形態の異常検知装置１０（図２を参照）が適用される高炉１の概略構成例を示す模式図である。図１に示すように、高炉１は、炉頂から鉄鉱石２１とコークス２３とを装入し、炉底で得られた銑鉄（溶銑）２５をスラグ２７と分離して炉外へ排出するものであり、炉下部に設けられた羽口１１から熱風を吹き込み、コークス２３を熱源に鉄鉱石２１を還元・溶解して溶銑２５を得る。スラグ２７は、溶銑２５よりも比重が小さいため、溶銑２５の上層に分離する。 FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration example of a blast furnace 1 to which the abnormality detection apparatus 10 (see FIG. 2) of the present embodiment is applied. As shown in FIG. 1, a blast furnace 1 is charged with iron ore 21 and coke 23 from the top of the furnace, separates pig iron (hot metal) 25 obtained at the bottom of the furnace from slag 27 and discharges it outside the furnace. Then, hot air is blown from the tuyere 11 provided in the lower part of the furnace, and the iron ore 21 is reduced and melted using the coke 23 as a heat source to obtain molten iron 25. Since the specific gravity of the slag 27 is smaller than that of the hot metal 25, the slag 27 is separated into the upper layer of the hot metal 25.

この高炉１において、羽口１１には、熱風を送風するための送風管１３の一端が接続される。送風管１３の途中には、送風管１３を貫通してランス１５が設置されており、このランス１５によって熱風中に微粉炭が投入される（矢印Ｙ１１）。送風管１３内を送風される熱風（矢印Ｙ１３）は、微粉炭とともに羽口１１から高炉１の内部へと導入され、主として羽口１１の熱風送風方向先方のレースウェイ１７と呼ばれる燃焼空間において燃焼に寄与する。 In the blast furnace 1, one end of a blower pipe 13 for blowing hot air is connected to the tuyere 11. A lance 15 is installed in the middle of the blast pipe 13 through the blast pipe 13, and pulverized coal is introduced into the hot air by the lance 15 (arrow Y11). Hot air (arrow Y13) blown through the blow pipe 13 is introduced into the blast furnace 1 from the tuyere 11 together with pulverized coal, and burns mainly in a combustion space called a raceway 17 ahead of the tuyere 11 in the hot air blowing direction. Contribute to.

送風管１３の羽口１１と対向する他端側には、羽口観察ユニット３が設置されている。この羽口観察ユニット３は、操業中の高炉１の状況、具体的には、送風管１３内の様子や羽口１１を介して高炉１内の様子（炉況）を撮影するための羽口カメラ（カメラ）３１と、高炉１の状況を目視によって観察するための覗き窓３３と、図１中に一点鎖線で示す光路を羽口カメラ３１側と覗き窓３３側とに分岐させるためのハーフミラー３５とを設置してユニット化したものである。 A tuyere observation unit 3 is installed on the other end side of the blower tube 13 facing the tuyere 11. This tuyere observation unit 3 is a tuyere for photographing the state of the blast furnace 1 in operation, specifically, the state inside the blower tube 13 and the state inside the blast furnace 1 (furnace state) via the tuyere 11. A camera (camera) 31, a viewing window 33 for visually observing the state of the blast furnace 1, and a half for branching the optical path shown by the alternate long and short dash line in FIG. 1 to the tuyere camera 31 side and the viewing window 33 side The mirror 35 is installed and unitized.

ここで、羽口１１は、高炉１の周方向に複数配列されて設けられており、羽口観察ユニット３は、これら複数の羽口１１と一端が接続された送風管１３の他端側の全部または一部に設置され、各々の羽口カメラ３１が異常検知装置１０を構成する。 Here, a plurality of tuyere 11 are arranged in the circumferential direction of the blast furnace 1, and the tuyere observation unit 3 is provided on the other end side of the blower tube 13 having one end connected to the plurality of tuyere 11. The tuyere cameras 31 are installed in whole or in part, and each anomaly detection device 10 is configured.

図２は、本実施の形態の異常検知装置１０の構成例を示す模式図であり、高炉１の周方向に配列された羽口１１と、羽口観察ユニット３として設置される羽口カメラ３１との位置関係を併せて示している。本実施の形態では、図２に示すように、高炉１の周方向に沿って略等間隔で選択された８つの羽口１１に羽口カメラ３１（３１−１〜３１−８）を設置している。各羽口カメラ３１は、高炉１の状況を撮影した羽口画像の画像データを随時後述する画像取得装置５に出力する。なお、羽口カメラ３１は、少なくとも複数の羽口１１に設置されていればよく、どの羽口１１に設置するのかやその数は適宜設定してよい。 FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a configuration example of the abnormality detection apparatus 10 according to the present embodiment, and tuyere 11 arranged in the circumferential direction of the blast furnace 1 and tuyere camera 31 installed as tuyere observation unit 3. The positional relationship is also shown. In the present embodiment, as shown in FIG. 2, tuyere cameras 31 (31-1 to 31-8) are installed in eight tuyere 11 selected at substantially equal intervals along the circumferential direction of the blast furnace 1. ing. Each tuyere camera 31 outputs image data of tuyere images obtained by photographing the situation of the blast furnace 1 to an image acquisition device 5 to be described later. The tuyere cameras 31 need only be installed in at least a plurality of tuyere 11, and the tuyere 11 to be installed and the number thereof may be set as appropriate.

そして、異常検知装置１０は、上記したように複数（例えば８つ）の羽口１１に設置された複数の羽口カメラ３１と、画像取得装置５と、画像処理装置７とを含む。画像取得装置５および画像処理装置７は、ワークステーションやパソコン等の汎用コンピュータを用いて実現される。 The abnormality detection device 10 includes a plurality of tuyere cameras 31, the image acquisition device 5, and the image processing device 7 installed in a plurality (for example, eight) of tuyere 11 as described above. The image acquisition device 5 and the image processing device 7 are realized using a general-purpose computer such as a workstation or a personal computer.

画像取得装置５は、高炉１の操業中に各羽口カメラ３１により連続的に撮影される羽口画像（動画）の画像データを随時取り込んで画像処理装置７に転送する。 The image acquisition device 5 captures image data of tuyere images (moving images) continuously photographed by the tuyere cameras 31 during operation of the blast furnace 1 and transfers them to the image processing device 7 as needed.

画像処理装置７は、主な機能部として、入力部７１と、表示部７３と、記録部７５と、処理部７７とを含む。 The image processing apparatus 7 includes an input unit 71, a display unit 73, a recording unit 75, and a processing unit 77 as main functional units.

入力部７１は、高炉１の異常検知等に必要な情報を入力するためのものであり、操作入力に応じた入力信号を処理部７７に出力する。この入力部７１は、キーボードやマウス、タッチパネル、各種スイッチ等の入力装置によって実現される。表示部７３は、例えば各羽口カメラ３１により撮影される羽口画像のモニタ表示や、高炉１の異常報知等を行うためのものであり、処理部７７から入力される表示信号に基づいて各種画面を表示する。この表示部７３は、ＬＣＤやＥＬディスプレイ、ＣＲＴディスプレイ等の表示装置によって実現される。 The input unit 71 is for inputting information necessary for detecting an abnormality of the blast furnace 1 and outputs an input signal corresponding to the operation input to the processing unit 77. The input unit 71 is realized by an input device such as a keyboard, a mouse, a touch panel, and various switches. The display unit 73 is for performing monitor display of tuyere images taken by each tuyere camera 31, for example, abnormality notification of the blast furnace 1, and the like, and various types based on display signals input from the processing unit 77. Display the screen. The display unit 73 is realized by a display device such as an LCD, an EL display, or a CRT display.

記録部７５は、更新記録可能なフラッシュメモリ、内蔵あるいはデータ通信端子で接続されたハードディスク、メモリカード等の情報記録媒体およびその読み書き装置等によって実現され、用途に応じた記録装置を適宜採用して用いることができる。この記録部７５には、画像処理装置７を動作させ、この画像処理装置７が備える種々の機能を実現するためのプログラムや、このプログラムの実行中に使用されるデータ等が事前に記録され、あるいは処理の都度一時的に記録される。 The recording unit 75 is realized by an update recordable flash memory, a built-in hard disk connected by a data communication terminal, an information recording medium such as a memory card, and a read / write device thereof, and appropriately adopts a recording device according to the application. Can be used. In the recording unit 75, a program for operating the image processing device 7 and realizing various functions provided in the image processing device 7, data used during the execution of the program, and the like are recorded in advance. Alternatively, it is temporarily recorded for each processing.

処理部７７は、ＣＰＵ等で実現され、入力部７１から入力される入力信号、記録部７５に記録されるプログラムやデータ等に基づいて、画像処理装置７を構成する各部への指示やデータの転送等を行って画像処理装置７の動作を制御する。この処理部７７は、代表輝度ベクトル収集部７７１と、指標抽出部７７３と、異常検知処理部７７５とを含み、羽口画像を画像処理して高炉１の状況を監視し、高炉１の異常を検知する処理を行う。 The processing unit 77 is realized by a CPU or the like, and based on an input signal input from the input unit 71, a program or data recorded in the recording unit 75, instructions to each unit constituting the image processing apparatus 7 and data The operation of the image processing apparatus 7 is controlled by performing transfer or the like. The processing unit 77 includes a representative luminance vector collection unit 771, an index extraction unit 773, and an abnormality detection processing unit 775, monitors the status of the blast furnace 1 by image processing the tuyere image, and detects abnormalities in the blast furnace 1. Perform processing to detect.

次に、異常検知装置１０が行う高炉１の異常検知の原理について説明する。図３は、羽口画像の一例を示す模式図である。図３に示すように、羽口画像には、羽口１１奥の燃焼する高炉１内の様子とともに、羽口１１手前のランス１５や、ランス１５から投入される微粉炭２９が煙状に撮影される。このような羽口画像の輝度情報は、上記したように、例えば炉熱の高低や微粉炭の燃焼度、未溶融鉱石の落下情報といった高炉１の操業上重要な情報を含んでおり、高炉１の状況が正常なときには各羽口カメラ３１−１〜３１−８において同じような羽口画像が撮影される一方、正常時とは異なる状況（本明細書において、「異常」と呼ぶ。）が発生すると、発生した異常が撮影された羽口画像において輝度値が低下し、あるいは上昇する。 Next, the principle of abnormality detection of the blast furnace 1 performed by the abnormality detection apparatus 10 will be described. FIG. 3 is a schematic diagram illustrating an example of a tuyere image. As shown in FIG. 3, in the tuyere image, the lance 15 in front of the tuyere 11 and the pulverized coal 29 thrown from the lance 15 are photographed in the form of smoke together with the state in the blast furnace 1 in the back of the tuyere 11. Is done. The luminance information of such tuyere images includes information important for the operation of the blast furnace 1 such as the level of furnace heat, the burnup degree of pulverized coal, and the fall information of unmolten ore as described above. When the above situation is normal, the same tuyere image is taken by each tuyere camera 31-1 to 31-8, but a situation different from the normal state (referred to as “abnormal” in this specification). When this occurs, the luminance value decreases or increases in the tuyere image in which the abnormality that has occurred is captured.

図４は、複数の羽口１１の羽口画像から得られる輝度値の時系列変化の一例を示す図である。図４では、４枚の羽口画像から得た輝度値変化Ｌ１１，Ｌ１３，Ｌ１５，Ｌ１７を示している。 FIG. 4 is a diagram illustrating an example of time-series changes in luminance values obtained from tuyere images of a plurality of tuyere 11. FIG. 4 shows luminance value changes L11, L13, L15, and L17 obtained from four tuyere images.

正常時の羽口画像の輝度値変化は、時間推移に伴って起こる通常の炉熱変化（正常炉況変化）に応じた規則性を示す。例えば、図４中に破線で囲って示す期間Ｔ１１のように、各羽口画像の輝度値は、その値に多少の大小はあるものの同じような軌跡を描いて変化する。すなわち、高炉１内の温度が上昇傾向にある期間Ｔ１１１では輝度値は全ての羽口画像で漸次上昇するし、高炉１内の温度が維持される期間Ｔ１１３では輝度値変化は平坦となり、高炉１内の温度が下降傾向にある期間Ｔ１１５では輝度値は漸次下降する。 The luminance value change of the tuyere image at normal time shows regularity according to a normal furnace heat change (normal furnace state change) that occurs with time. For example, as shown in a period T11 surrounded by a broken line in FIG. 4, the luminance value of each tuyere image changes while drawing a similar locus, although the value is slightly larger or smaller. That is, in the period T111 in which the temperature in the blast furnace 1 tends to increase, the luminance value gradually increases in all tuyere images, and in the period T113 in which the temperature in the blast furnace 1 is maintained, the luminance value change becomes flat, and the blast furnace 1 In the period T115 in which the temperature tends to decrease, the luminance value gradually decreases.

これに対し、図４中に一点鎖線で囲って示す期間Ｔ１３のように、高炉１の一部で異常の発生による炉況変化（異常炉況変化）が生じると、この異常炉況変化を撮影した羽口画像の輝度値変化Ｌ１５の方向が、その他の羽口画像の輝度値変化Ｌ１１，Ｌ１３，Ｌ１７が描く正常炉況変化の方向から部分的に逸脱する。さらに、図４中に二点鎖線で囲って示す期間Ｔ１５のように、高炉１の全体で異常が発生して異常炉況変化が拡大すると、各羽口画像の輝度値変化Ｌ１１，Ｌ１３，Ｌ１５，Ｌ１７の方向が正常炉況変化の方向から全体的に逸脱し、各々が別個の変化傾向を示すようになる。 On the other hand, when a furnace state change (abnormal furnace state change) occurs due to the occurrence of an abnormality in a part of the blast furnace 1, as shown in a period T13 surrounded by a one-dot chain line in FIG. The direction of the brightness value change L15 of the tuyere image partially deviates from the direction of normal furnace state changes drawn by the brightness value changes L11, L13, and L17 of the other tuyere images. Furthermore, when an abnormality occurs in the entire blast furnace 1 and an abnormal furnace state change expands during a period T15 surrounded by a two-dot chain line in FIG. 4, the luminance value changes L11, L13, L15 of each tuyere image are expanded. , L17 deviate from the direction of normal furnace condition change as a whole, and each shows a separate change tendency.

以上のような輝度値の時系列変化に現れる異常の種類としては、特定の羽口１１または全部の羽口１１における炉熱変化や微粉炭燃焼度の異常、未溶融鉱石の落下によるものの他にも、様々なものが考えられる。例えば、送風管１３内でランス１５が折れた場合が挙げられる（ランス折損時）。ランス１５が折れて羽口カメラ３１の視界から外れる等すると、それまでランス１５によって遮られていた羽口１１奥の様子が撮影されるようになるため、正常時の羽口画像と比較して画像内の高輝度領域が増大する。また、別の異常として、高炉１内の溶融物レベル（すなわちスラグ２７の上面レベル）が操業上安全な液位を超えて上昇する場合がある（ノロ湧き時）。溶融物レベルの上昇は、羽口１１を溶損する等操業トラブルの原因となる。溶融物レベルが羽口カメラ３１の視界まで達すると、羽口画像にスラグ２７が上昇してくる様子が撮影されるため、画像内の低輝度領域が増大する。また、別の異常として、ランス１５から投入される微粉炭の飛散方向が変化する場合がある（ＰＣＩ流れ方向異常時）。このような場合も、変化の前後で画像内の輝度値の高低が変動する。 The types of abnormalities appearing in the time-series changes in luminance values as described above include those caused by changes in furnace heat in the specific tuyere 11 or all tuyere 11 and abnormalities in the pulverized coal burn-up rate, falling of unmolten ore. However, various things can be considered. For example, the case where the lance 15 is broken in the blower pipe 13 is given (when the lance is broken). If the lance 15 breaks and falls out of the field of view of the tuyere camera 31, the state behind the tuyere 11 that has been blocked by the lance 15 until then is photographed. The high brightness area in the image increases. Further, as another abnormality, the melt level in the blast furnace 1 (that is, the upper surface level of the slag 27) may rise beyond the liquid level that is safe for operation (when noro springs). The rise in the melt level causes operational troubles such as melting the tuyere 11. When the melt level reaches the field of view of the tuyere camera 31, a state in which the slag 27 rises in the tuyere image is photographed, and the low-luminance region in the image increases. As another abnormality, the scattering direction of the pulverized coal supplied from the lance 15 may change (when the PCI flow direction is abnormal). Even in such a case, the brightness value in the image fluctuates before and after the change.

本実施の形態では、各羽口画像から得られる前述のような輝度値の時系列変化に着目し、事前に指標を抽出する（指標抽出処理）。そのために、先ず、操業中に撮影される８枚の羽口画像毎に決定した代表輝度を該当する羽口画像を撮影した羽口カメラ３１−１〜３１−８の代表輝度とし、次式（１）に示す１組のベクトル情報（代表輝度ベクトル）Ｖ（ｔ）として収集する。

In the present embodiment, the index is extracted in advance by paying attention to the above-described time-series change of the luminance value obtained from each tuyere image (index extraction process). For this purpose, first, the representative luminance determined for each of the eight tuyere images photographed during operation is set as the representative luminance of the tuyere cameras 31-1 to 31-8 that photographed the corresponding tuyere images, and the following formula ( Collected as a set of vector information (representative luminance vector) V (t) shown in 1).

ここで、代表輝度としては、例えば、該当する羽口画像内の各画素の輝度値の最大値（最大輝度）、最小値（最低輝度）、平均値（平均輝度）、中間値（中間輝度）等を用いることができる。いずれの値を代表輝度とするのかは、検知したい異常の種類に応じて最適なものを選択すればよい。例えば、ノロ湧き時を検知したい場合であれば、低輝度領域の増大が反映される平均輝度を用いる。 Here, as representative luminance, for example, the maximum value (maximum luminance), minimum value (minimum luminance), average value (average luminance), and intermediate value (intermediate luminance) of the luminance value of each pixel in the corresponding tuyere image Etc. can be used. Which value should be used as the representative luminance may be selected according to the type of abnormality to be detected. For example, if it is desired to detect when the spring is swelled, the average luminance that reflects the increase in the low luminance region is used.

以上のようにして収集される代表輝度ベクトルＶ（ｔ）は、Ｎ次元空間（Ｎは羽口カメラ３１の数；本実施の形態では８次元空間）内の１点によって表すことができる。図５は、８次元空間における時系列の代表輝度ベクトルＶ（ｔ）の分布例を示す図である。十分な数の代表輝度ベクトルＶ（ｔ）を収集すると、正常時の羽口画像から収集した代表輝度ベクトルＶ（ｔ）を表す８次元空間内の点Ｐ１は、代表輝度ベクトルＶ（ｔ）の主要な主成分の方向、すなわち、輝度値の正常炉況変化の方向に分散した楕円体状に分布する。 The representative luminance vector V (t) collected as described above can be represented by one point in the N-dimensional space (N is the number of tuyere cameras 31; in this embodiment, the 8-dimensional space). FIG. 5 is a diagram showing a distribution example of the time-series representative luminance vector V (t) in the 8-dimensional space. When a sufficient number of representative luminance vectors V (t) are collected, a point P1 in the 8-dimensional space representing the representative luminance vector V (t) collected from the normal tuyere image is represented by the representative luminance vector V (t). It is distributed in the shape of an ellipsoid distributed in the direction of the main principal component, that is, the direction of change in the normal furnace state of the luminance value.

図６は、主成分方向Ａおよび主成分からの外れ度合を説明する図である。代表輝度ベクトルＶ（ｔ）を表す点のうち、正常時の点Ｐ２１は、上記したように、代表輝度ベクトルＶ（ｔ₁）の主成分方向（楕円体の長軸方向）Ａに分散した楕円体状に分布する。例えば正常操業の範囲で図５に示されるような輝度変化が生じている場合は、代表輝度ベクトルＶ（ｔ_２）を表す点Ｐ２３は同じく楕円体状分布内に存在する。これに対し、異常時では、代表輝度の１つまたは複数が正常炉況変化の方向から外れて想定外方向へと変化するため、主成分方向Ａに直交する主成分から外れる成分（以下、「外れ成分」と呼ぶ。）が増加する。したがって、図４の期間Ｔ１３のように高炉１の一部で異常炉況変化が生じたときの代表輝度ベクトルＶ（ｔ_３）を表す点Ｐ２５は、楕円体状の分布内からその想定外変化の方向へと外れる（矢印Ｙ２３）。 FIG. 6 is a diagram for explaining the principal component direction A and the degree of deviation from the principal component. Of the points representing the representative luminance vector V (t), the normal point P21 is an ellipse dispersed in the principal component direction (long axis direction of the ellipsoid) A of the representative luminance vector V (t ₁ ) as described above. Distributed body. For example, when the luminance change as shown in FIG. 5 occurs in the normal operation range, the point P23 representing the representative luminance vector V (t ₂ ) is also present in the ellipsoidal distribution. On the other hand, at the time of abnormality, one or more of the representative luminances deviate from the direction of normal furnace condition change and change to an unexpected direction, and therefore a component deviating from the main component orthogonal to the main component direction A (hereinafter, “ This is called “outlier component”). Therefore, the point P25 representing the representative luminance vector V (t ₃ ) when the abnormal furnace state change occurs in a part of the blast furnace 1 as in the period T13 in FIG. 4 is an unexpected change from the ellipsoidal distribution. (Arrow Y23).

そこで、指標抽出処理では、上記したように収集した十分な数の代表輝度ベクトルＶ（ｔ）に対して主成分分析を行い、主成分方向Ａにからの外れ度合を指標として抽出する。 Therefore, in the index extraction process, principal component analysis is performed on a sufficient number of representative luminance vectors V (t) collected as described above, and the degree of deviation from the principal component direction A is extracted as an index.

異常検出の際は、同様の要領で操業中に撮影される羽口画像から随時代表輝度ベクトルＶ（ｔ）を収集し、評価値を閾値処理することで高炉１の異常を検知する（異常検知処理）。図７は、評価値の算出を説明する説明図であり、図８は、評価値を用いた異常判定を説明する図である。 At the time of abnormality detection, a representative luminance vector V (t) is collected from tuyere images taken during operation in the same manner, and an abnormality in the blast furnace 1 is detected by thresholding the evaluation value (abnormality detection). processing). FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining calculation of an evaluation value, and FIG. 8 is a diagram for explaining abnormality determination using the evaluation value.

例えば、図７に示すように、操業時において点Ｐ３によって表される代表輝度ベクトルＶ（ｔ₄）を新たに収集したとする。評価値は、収集した代表輝度ベクトルＶ（ｔ₄）と、主成分ベクトルＡ（長さ１の単位ベクトル）との内積Ａ^ｔ・Ｖ（ｔ_４）を用いて√［｛Ｖ（ｔ_４）｝^２−｛Ａ^ｔ・Ｖ（ｔ_４）｝^２］により計算する。この評価値は、代表輝度ベクトルＶ（ｔ_４）から主成分ベクトルＡ方向に下ろした垂線の長さであり、代表輝度ベクトルＶ（ｔ₄）の主成分方向からの外れ度合を表し、外れ度合が増加するほど（想定外方向への変化が大きいほど）評価値は大きくなる。 For example, as shown in FIG. 7, it is assumed that a representative luminance vector V (t ₄ ) represented by a point P3 is newly collected during operation. The evaluation value is √ [{V (t ₄ ) using the inner product A ^t · V (t ₄ ) of the collected representative luminance vector V (t ₄ ) and the principal component vector A (unit vector of length 1). } ² − {A ^t · V (t ₄ )} ² ]. This evaluation value is the length of a perpendicular line drawn from the representative luminance vector V (t ₄ ) in the principal component vector A direction, and represents the degree of deviation from the principal component direction of the representative luminance vector V (t ₄ ). As the value increases (the greater the change in the unexpected direction), the evaluation value increases.

そして、評価値を用いた異常判定では、評価値すなわち主成分から外れる成分の割合が、図８中にハッチングを付して示すように−α以上α以下の閾値範囲として予め定められる正常範囲に属するのか、閾値範囲外である異常範囲に属するのかによって異常を判定する。例えば、８次元空間内の点Ｐ４１によって表される代表輝度ベクトルＶ（ｔ₅）のように評価値が閾値範囲内の場合は、高炉１の状況を正常と判定する。一方、点Ｐ４３によって表される代表輝度ベクトルＶ（ｔ₆）のように評価値が閾値範囲外の場合は、高炉１の状況を異常と判定する。 In the abnormality determination using the evaluation value, the ratio of the evaluation value, that is, the component deviating from the main component, falls within a normal range that is predetermined as a threshold range of −α or more and α or less as shown by hatching in FIG. Abnormality is determined depending on whether it belongs to an abnormal range that is outside the threshold range. For example, when the evaluation value is within the threshold range as in the representative luminance vector V (t ₅ ) represented by the point P41 in the 8-dimensional space, the situation of the blast furnace 1 is determined to be normal. On the other hand, when the evaluation value is out of the threshold range as in the representative luminance vector V (t ₆ ) represented by the point P43, the situation of the blast furnace 1 is determined to be abnormal.

次に、異常検知装置１０が行う具体的な処理手順について説明する。図９は、画像処理装置７が行う指標抽出処理の処理手順を示すフローチャートである。また、図１０は、画像処理装置７が行う異常検知処理の処理手順を示すフローチャートである。異常検知装置１０は、画像処理装置７が事前に図９の処理手順に従って指標抽出処理を行った上で、画像処理装置７が図１０の処理手順に従って異常検知処理を行うことで異常検知方法および高炉操業方法を実施する。 Next, a specific processing procedure performed by the abnormality detection apparatus 10 will be described. FIG. 9 is a flowchart illustrating a procedure of index extraction processing performed by the image processing apparatus 7. FIG. 10 is a flowchart showing a processing procedure of abnormality detection processing performed by the image processing device 7. The abnormality detection device 10 performs the abnormality detection method and the image processing device 7 by performing the abnormality detection processing according to the processing procedure of FIG. 10 after the image processing device 7 performs the index extraction processing according to the processing procedure of FIG. 9 in advance. Implement blast furnace operation method.

すなわち、指標抽出処理では、図９に示すように、代表輝度ベクトル収集部７７１が先ず、事前に画像取得装置５から転送される８枚の羽口画像から例えば所定の時間間隔毎等のタイミングで代表輝度ベクトルＶ（ｔ）を収集する（ステップＳ１１；収集ステップ）。具体的には、代表輝度ベクトル収集部７７１は、該当するタイミングで各羽口カメラ３１により撮影された８枚の羽口画像毎に各画素の輝度値に基づいて代表輝度を決定し、決定した８枚の羽口画像毎の代表輝度によって定まる上記式（１）に示す代表輝度ベクトルＶ（ｔ）を得る。そして、代表輝度ベクトル収集部７７１は、この代表輝度ベクトルＶ（ｔ）の収集を所定期間行うことで、一連の複数の代表輝度ベクトルＶ（ｔ）を時系列で収集する。 That is, in the index extraction process, as shown in FIG. 9, the representative luminance vector collection unit 771 first starts from eight tuyere images transferred from the image acquisition device 5 in advance at a timing such as every predetermined time interval. A representative luminance vector V (t) is collected (step S11; collection step). Specifically, the representative luminance vector collection unit 771 determines and determines the representative luminance based on the luminance value of each pixel for each of the eight tuyere images photographed by each tuyere camera 31 at the corresponding timing. A representative luminance vector V (t) shown in the above formula (1) determined by the representative luminance for every eight tuyere images is obtained. The representative luminance vector collection unit 771 collects the representative luminance vector V (t) in a time series by collecting the representative luminance vector V (t) for a predetermined period.

続くステップＳ１３では、指標抽出部７７３が、以上のように過去の操業時に収集した一連の代表輝度ベクトルＶ（ｔ）に対して主成分分析を行い、主成分ベクトルＡを抽出する（抽出ステップ）。そして、指標抽出部７７３は、抽出した主成分ベクトルＡを記録部７５に保存する（ステップＳ１５）。 In subsequent step S13, the index extraction unit 773 performs principal component analysis on the series of representative luminance vectors V (t) collected during the past operation as described above, and extracts the principal component vector A (extraction step). . Then, the index extraction unit 773 stores the extracted principal component vector A in the recording unit 75 (step S15).

また、以上のようにして指標抽出処理を行った後の操業時においては、図１０に示す異常検知処理を例えば所定の時間間隔毎に実行する。この異常検知処理では、先ず、算出ステップとしてステップＳ２１〜ステップＳ２３の処理を行う。すなわち、代表輝度ベクトル収集部７７１が先ず、図９のステップＳ１１と同様の手順により、該当するタイミングで画像取得装置５から転送された８枚の羽口画像から代表輝度ベクトルＶ（ｔ）を収集する（ステップＳ２１）。その後、異常検知処理部７７５が、記録部７５から主成分ベクトルＡを読み出し、ステップＳ２１で収集した代表輝度ベクトルＶ（ｔ）と、読み出した主成分ベクトルＡとの内積Ａ^t・Ｖ（ｔ）により√［｛Ｖ（ｔ）｝^２−｛Ａ^ｔ・Ｖ（ｔ）｝^２］を評価値として算出する（ステップＳ２３）。 In the operation after the index extraction process is performed as described above, the abnormality detection process shown in FIG. 10 is executed at predetermined time intervals, for example. In this abnormality detection process, first, the process of step S21-step S23 is performed as a calculation step. That is, the representative luminance vector collection unit 771 first collects the representative luminance vector V (t) from the eight tuyere images transferred from the image acquisition device 5 at the corresponding timing by the same procedure as Step S11 in FIG. (Step S21). Thereafter, the abnormality detection processing unit 775 reads the principal component vector A from the recording section 75, the representative luminance vector V (t) collected in step S21, the inner product of the read principal component vectors A A ^t · V ^(t) √ [{V (t)} ² − {A ^t · V (t)} ² ] is calculated as an evaluation value (step S23).

続いて、異常検知ステップとしてステップＳ２５〜ステップＳ２７の処理を行う。すなわち、異常検知処理部７７５は、ステップＳ２３で算出した評価値を閾値処理し（ステップＳ２５）、評価値が所定の閾値範囲外か否かを次式（２）に従って判定する（ステップＳ２７）。

Then, the process of step S25-step S27 is performed as an abnormality detection step. That is, the abnormality detection processing unit 775 performs threshold processing on the evaluation value calculated in step S23 (step S25), and determines whether or not the evaluation value is outside the predetermined threshold range (step S27).

そして、異常検知処理部７７５は、評価値が閾値範囲外の場合には（ステップＳ２７：Ｙｅｓ）、高炉１に異常が発生したと判定してその旨を表示部７３に警告表示する処理を行う（ステップＳ２９）。なお、ここでの処理は、少なくとも高炉１に異常が発生したことをオペレータに報知できればよく、スピーカ等の出力装置によって警告音を出力して異常の発生を報知する構成としてもよい。また、ステップＳ２９において高炉１に異常が発生したと判定したか否かに応じて高炉１の操業条件を制御し、発生した異常への対処を行う。 If the evaluation value is outside the threshold range (step S27: Yes), the abnormality detection processing unit 775 performs a process of determining that an abnormality has occurred in the blast furnace 1 and displaying a warning to that effect on the display unit 73. (Step S29). In addition, the process here should just be able to alert | report to the operator that abnormality had occurred at least in the blast furnace 1, and it is good also as a structure which alert | reports generation | occurrence | production of abnormality by outputting a warning sound with output devices, such as a speaker. In addition, the operation condition of the blast furnace 1 is controlled according to whether or not it is determined that an abnormality has occurred in the blast furnace 1 in step S29, and the generated abnormality is dealt with.

以上説明したように、本実施の形態では、各羽口カメラ３１−１〜３１−８により同時に撮影された羽口画像毎の８つの代表輝度を１組とした代表輝度ベクトルＶ（ｔ）に対する主成分分析を行い、主成分ベクトルＡを指標として抽出することとした。そして、操業時に収集した代表輝度ベクトルＶ（ｔ）と主成分ベクトルＡとの内積等により計算される主成分からの外れ度合を評価値として算出し、異常の発生を検知することとした。 As described above, in the present embodiment, the representative luminance vector V (t) corresponding to a set of eight representative luminances for each tuyere image photographed simultaneously by each tuyere camera 31-1 to 31-8. Principal component analysis was performed and the principal component vector A was extracted as an index. Then, the degree of deviation from the principal component calculated by the inner product of the representative luminance vector V (t) collected during operation and the principal component vector A is calculated as an evaluation value, and the occurrence of abnormality is detected.

これによれば、高炉１周方向の複数の羽口１１近傍の羽口カメラ３１−１〜３１−８により撮影した羽口画像の一部または全部において、その輝度値が正常炉況変化の方向とは異なる想定外方向へと不均一に変化した場合に、操業中の高炉１において正常時の高炉１の状況とは異なる状況（異常）が発生したとして検知することができる。したがって、従来は、オペレータが、覗き窓３３を覗くことで各羽口１１の近傍を目視し、あるいは、監視室において各羽口１１近傍の羽口画像を集中監視することによって直感的に検知していた高炉１周方向における輝度情報の偏りを自動的に検知することができる。 According to this, in some or all of the tuyere images taken by the tuyere cameras 31-1 to 31-8 in the vicinity of the plurality of tuyere 11 in the blast furnace 1 circumferential direction, the luminance value is the direction of normal furnace condition change. Can be detected as a situation (abnormality) different from the situation of the normal blast furnace 1 in the blast furnace 1 during operation. Therefore, conventionally, an operator visually detects the vicinity of each tuyere 11 by looking through the viewing window 33, or by intuitively monitoring the tuyere images near each tuyere 11 in the monitoring room. It is possible to automatically detect the deviation of the luminance information in the one round direction of the blast furnace.

１高炉
１１羽口
１３送風管
１５ランス
１７レースウェイ
２１鉄鉱石
２３コークス
２５溶銑
２７スラグ
１０異常検知装置
３羽口観察ユニット
３１（３１−１〜３１−８）羽口カメラ
５画像取得装置
７画像処理装置
７１入力部
７３表示部
７５記録部
７７処理部
７７１代表輝度ベクトル収集部
７７３指標抽出部
７７５異常検知処理部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Blast furnace 11 tuyere 13 Blower pipe 15 Lance 17 Raceway 21 Iron ore 23 Coke 25 Hot metal 27 Slag 10 Abnormality detector 3 Tuyere observation unit 31 (31-1 to 31-8) Tuyere camera 5 Image acquisition device 7 Image Processing device 71 Input unit 73 Display unit 75 Recording unit 77 Processing unit 771 Representative luminance vector collection unit 773 Index extraction unit 775 Abnormality detection processing unit

Claims

高炉の複数の羽口近傍に設置したカメラにより撮影された羽口画像から前記高炉の異常を検知する異常検知方法であって、
事前に前記カメラにより同時に撮影された羽口画像毎に各画素の輝度値に基づいて代表輝度を決定し、該代表輝度によって定まる代表輝度ベクトルを時系列で収集する収集ステップと、
前記時系列で収集した代表輝度ベクトルの主成分分析を行い、主成分ベクトルを抽出する抽出ステップと、
操業時において前記カメラにより同時に撮影された羽口画像から前記代表輝度ベクトルを収集し、該代表輝度ベクトルから前記主成分ベクトル方向に下ろした垂線の長さを評価値として算出する算出ステップと、
前記評価値を所定の閾値と比較することによって前記高炉の異常を検知する異常検知ステップと、
を含むことを特徴とする異常検知方法。 An abnormality detection method for detecting an abnormality of the blast furnace from a tuyere image taken by a camera installed in the vicinity of a plurality of tuyeres of the blast furnace,
A collecting step of determining representative luminance based on a luminance value of each pixel for each tuyere image simultaneously captured by the camera in advance, and collecting representative luminance vectors determined by the representative luminance in time series;
An extraction step of performing principal component analysis of representative luminance vectors collected in time series and extracting the principal component vectors;
A calculation step of collecting the representative luminance vector from a tuyere image photographed simultaneously by the camera during operation, and calculating a length of a perpendicular drawn from the representative luminance vector in the principal component vector direction as an evaluation value;
An abnormality detection step of detecting an abnormality of the blast furnace by comparing the evaluation value with a predetermined threshold value;
An abnormality detection method comprising:

前記羽口画像内の輝度値の最大値を前記代表輝度として前記代表輝度ベクトルを収集することを特徴とする請求項１に記載の異常検知方法。 The abnormality detection method according to claim 1, wherein the representative luminance vector is collected using the maximum luminance value in the tuyere image as the representative luminance.

前記羽口画像内の輝度値の平均値を前記代表輝度として前記代表輝度ベクトルを収集することを特徴とする請求項１に記載の異常検知方法。 The abnormality detection method according to claim 1, wherein the representative luminance vector is collected using an average value of luminance values in the tuyere image as the representative luminance.

前記羽口画像内の輝度値の最小値を前記代表輝度として前記代表輝度ベクトルを収集することを特徴とする請求項１に記載の異常検知方法。 The abnormality detection method according to claim 1, wherein the representative luminance vector is collected using the minimum luminance value in the tuyere image as the representative luminance.

請求項１〜４のいずれか１つに記載の異常検知方法を用いて高炉の異常を検知し、前記高炉の異常が検知されたか否かに応じて前記高炉の操業条件を制御することを特徴とする高炉操業方法。 An abnormality of the blast furnace is detected using the abnormality detection method according to any one of claims 1 to 4, and the operating condition of the blast furnace is controlled according to whether or not an abnormality of the blast furnace is detected. Blast furnace operation method.