Устройство для измерения относительного содержания мелких частиц, система для измерения относительного содержания мелких частиц и способ выполнения операции для доменной печи
Использование: для измерения относительного содержания мелких частиц. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для измерения относительного содержания мелких частиц, прилипших к материалу в форме крупных кусков, содержит: осветительный блок, который освещает материал в форме крупных кусков; спектрометр, который выполняет спектральный анализ света, отражаемого от материала в форме крупных кусков, для измерения спектрального коэффициента отражения; и арифметическое устройство, которое выделяет характерную величину, исходя из спектрального коэффициента отражения, измеряемого спектрометром, и вычисляет относительное содержание мелких частиц, используя выделенную характерную величину. Технический результат: обеспечение возможности измерения относительного содержания мелких частиц, прилипших к материалу в форме крупных кусков, в режиме реального времени с высокой точностью. 8 н.п. ф-лы, 6 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к устройству для измерения относительного содержания мелких частиц и системе для измерения относительного содержания мелких частиц в материале, используемом в доменных печах и т.д., и к способу выполнения операции для доменной печи, который использует систему для измерения относительного содержания мелких частиц.
Уровень техники
В производственных установках, например, доменных печах, которые используют в качестве материала, например, минералы, размеры частиц материала оказывают влияние на операции, выполняемые в ходе производственных процессов. Следовательно, для стабилизации производственных процессов необходимо заблаговременно получать информацию о размерах частиц материала. В отношении производственного процесса, выполняемого в доменной печи, важно знать размеры частиц материала, например, в частности, кокса, железной руды и агломерированной руды, а также необходимо выполнять эксплуатацию доменной печи с учетом относительных содержаний мелких частиц, прилипающих к материалу, подлежащему загрузке в доменную печь, чтобы обеспечить газопроницаемость в доменной печи. Относительное содержание мелких частиц представляет собой отношение массы мелких частиц к общей массе загружаемого материала.
Для поддержания газопроницаемости в доменной печи важно обеспечить пространства, образованные между кусками материала. Когда материал содержит большое количество маленьких кусков и мелких частиц, пространства, образованные между кусками материала, заполняются маленькими кусками и мелкими частицами, что ухудшает газопроницаемость. Следовательно, материал, подлежащий загрузке, заблаговременно просеивается, и в доменную печь загружаются только куски, остающиеся на сите. В общем, посредством выполнения просеивания перед загрузкой материала в доменную печь, размер частиц кокса часто регулируют до 25 – 35 мм и более, и размер частиц железной руды или агломерированной руды часто регулируют до 5 – 25 мм и более. Однако с помощью общей операции просеивания сложно полностью удалить мелкие частицы. В частности, мелкие частицы, прилипшие к кускам материала, загружаются вместе с кусками в доменную печь, и куски и мелкие частицы разделяются в доменной печи, что ухудшает газопроницаемость в доменной печи. Следовательно, существует необходимость заблаговременно знать количество мелких частиц, прилипших к кускам материала, чтобы регулировать количество мелких частиц, загружаемых в доменную печь.
Размеры частиц материала, загружаемого в доменную печь, и относительные содержания мелких частиц обычно измеряются с помощью периодического взятия образцов материала и ситового анализа. Однако, поскольку ситовой анализ занимает много времени, сложно отображать результаты ситового анализа при эксплуатации доменной печи в режиме реального времени. Это обусловливает необходимость в способе получения распределения размера частиц материала, транспортируемого в доменную печь, в режиме реального времени. В устройстве, описанном в Патентной литературе 1, берутся образцы материала с транспортера для транспортирования материала. Образец просеивается автоматически, используя, например, робототехническое устройство, и измеряется распределение размеров материала.
Приведено описание устройства, способного измерять размер частиц материала в режиме реального времени, например, камеры. В Патентной литературе 2 приведено описание способа определения размера частиц насыпного материала, транспортируемого на транспортере, посредством захватывания изображения насыпного материала на транспортере для получения данных в виде изображения, определения распределения яркости из данных в виде изображения и определения размера частиц насыпного материала, используя максимальное пиковое значение в распределении яркости. В Патентной литературе 3 приведено описание устройства для обнаружения материала, подлежащего загрузке в доменную печь. В этом устройстве обнаружения содержание воды в материале, подлежащем загрузке, определяется из спектроскопической информации, получаемой от отраженного света в ближнем инфракрасном диапазоне, который содержится в свете, отраженном от материала, подлежащего загрузке в доменную печь. Устройство обнаружения определяет относительное содержание мелких частиц в материале, подлежащем загрузке, в режиме реального времени посредством получения соотношения между содержанием воды в материале, подлежащем загрузке, и относительным содержанием мелких частиц, прилипших к материалу, подлежащему загрузке.
Перечень противопоставленных документов
Патентная литература
PTL 1: Публикация нерассмотренной патентной заявки Японии № 2005-134301
PTL 2: Публикация нерассмотренной патентной заявки Японии № 2000-329683
PTL 3: Публикация нерассмотренной патентной заявки Японии № 2015-124436
Сущность изобретения
Техническая проблема
В отношении устройства, описанного в Патентной литературе 1, существует проблема, состоящая в том, что частота взятия образцов является чрезмерно высокой, что задерживает выполнение процесса эксплуатации. Поскольку контроль связан с контролем взятия образцов, существует проблема репрезентативности взятия образцов.
В способе, описанном в Патентной литературе 2 для различных размеров частиц, подготавливают множество наборов данных в отношении максимального пикового значения при распределении яркости, измеряемой для насыпного материала с известным размером частиц. Размер частиц насыпного материала определяется посредством сравнения максимального пикового значения при распределении яркости, вычисляемого из измеренных данных в виде изображения, с предварительно подготовленным максимальным пиковым значением. Этот способ не обеспечивает количественного измерения относительного содержания мелких частиц. Не указывается, что может быть измерено относительное содержание мелких частиц, прилипающих к материалу в форме крупных кусков. Следовательно, проблема способа, описанного в Патентной литературе 2, состоит в том, что относительное содержание мелких частиц, прилипающих к поверхности материала в форме крупных кусков, не может быть измерено количественно.
Устройство для обнаружения материала, подлежащего загрузке, описанное в Патентной литературе 3, определяет содержание воды в материале, подлежащем загрузке, из спектроскопической информации о ближнем инфракрасном излучении, и относительное содержание мелких частиц в материале, подлежащем загрузке, определяется из соотношения между содержанием воды в материале, подлежащем загрузке, и относительным содержанием мелких частиц в материале, подлежащем загрузке. Однако взаимосвязь между содержанием воды в материале, подлежащем загрузке, и относительным содержанием мелких частиц в материале, подлежащем загрузке, не является тесной, и проблема в отношении этого устройства состоит в том, что точность измерения относительного содержания мелких частиц является низкой.
Настоящее изобретение было разработано с учетом проблем существующего уровня техники, и задача изобретения состоит в том, чтобы предложить устройство для измерения относительного содержания мелких частиц и систему для измерения относительного содержания мелких частиц, которые могут точно измерять в режиме реального времени относительное содержание мелких частиц, прилипающих к поверхности материала в форме крупных кусков, используемых в качестве материала для выполнения процесса эксплуатации, например, в доменной печи, и предложить способ выполнения операции для доменной печи, который использует систему для измерения относительного содержания мелких частиц.
Решение проблемы
Ниже приведены признаки настоящего изобретения, которые решают вышеуказанные проблемы.
(1) Устройство для измерения относительного содержания мелких частиц для измерения относительного содержания мелких частиц, прилипших к поверхности материала в форме крупных кусков, причем устройство для измерения относительного содержания мелких частиц содержит: осветительный блок для освещения материала в форме крупных кусков; спектрометр, предназначенный для выполнения спектрального анализа света, отражаемого от материала в форме крупных кусков, для измерения спектрального коэффициента отражения; и арифметическое устройство, выполненное с возможностью выделения по меньшей мере одной характерной величины из указанного спектрального коэффициента отражения, измеряемого спектрометром, и вычисления относительного содержание мелких частиц, исходя из выделенной по меньшей мере одной характерной величины.
(2) Устройство для измерения относительного содержания мелких частиц по (1), в котором, указанная по меньшей мере одна характерная величина является по меньшей мере одним счетом по меньшей мере одного базисного вектора по меньшей мере одного заданного главного компонента, полученного посредством метода главных компонент, выполняемого на спектральных коэффициентах отражения при нескольких длинах волн, причем указанные спектральные коэффициенты отражения измерены указанным спектрометром, при этом арифметическое устройство содержит арифметический блок и блок памяти, причем в блоке памяти предварительно сохранено выражение соотношения между относительным содержание мелких частиц и указанным по меньшей мере одним счетом, и арифметический блок выполнен с возможностью вычисления указанного по меньшей мере одного счета из спектральных коэффициентов отражения при нескольких длинах волн и с возможностью вычисления относительного содержания мелких частиц, используя вычисленный по меньшей мере один счет и указанное выражение соотношения.
(3) Устройство для измерения относительного содержания мелких частиц по (1), в котором указанная по меньшей мере одна характерная величина является по меньшей мере одним счетом по меньшей мере одного базисного вектора, полученного посредством применения PLS к спектральным коэффициентам отражения при нескольких длинах волн, причем указанные спектральные коэффициенты отражения измерены спектрометром, при этом арифметическое устройство содержит арифметический блок и блок памяти, причем в блоке памяти предварительно сохранено выражение соотношения между относительным содержанием мелких частиц и указанным по меньшей мере одним счетом, и арифметический блок выполнен с возможностью вычисления указанного по меньшей мере одного счета из указанных спектральных коэффициентов отражения при нескольких длинах волн и с возможностью вычисления относительного содержания мелких частиц, используя вычисленный по меньшей мере один счет и указанное выражение соотношения.
(4) Устройство для измерения относительного содержания мелких частиц по (1), в котором указанная по меньшей мере одна характерная величина является по меньшей мере одним коэффициентом отражения при указанной по меньшей мере одной заданной длине волны, причем указанный по меньшей мере один спектральный коэффициент отражения измерен указанным спектрометром, при этом арифметическое устройство содержит арифметический блок и блок памяти, причем в блоке памяти предварительно сохранено выражение соотношения между относительным содержанием мелких частиц и указанным по меньшей мере одним спектральным коэффициентом отражения при указанной по меньшей мере одной длине волны, и арифметический блок выполнен с возможностью вычисления относительного содержания мелких частиц, используя указанный по меньшей мере один спектральный коэффициент отражения при указанной по меньшей мере одной длине волны и указанной выражение отношения.
(5) Система для измерения относительного содержания мелких частиц содержит: устройство для измерения относительного содержания мелких частиц по любому из (1) – (4); и транспортер для переноса материала в форме крупных кусков, причем устройство для измерения относительного содержания мелких частиц расположено над транспортером и предназначено для измерения относительного содержания мелких частиц, прилипших к поверхности материала в форме крупных кусков, переносимого транспортером в доменную печь.
(6) Способ выполнения операции для доменной печи, содержащий этапы: измерения, с помощью системы для измерения относительного содержания мелких частиц по п. 5, относительного содержания мелких частиц, прилипших к поверхности материала в форме крупных кусков, который является материалом, переносимым транспортером в доменную печь; и оценивания, превышает или нет измеренное относительное содержание мелких частиц заданное пороговое значение, причем, если оценка, на этапе оценивания, указывает, что относительное содержание мелких частиц превышает заданное пороговое значение, материал в форме крупных кусков просеивают с использованием сита, имеющего размер ячеек сита больше размера указанных мелких частиц, но меньше размера материала в форме крупных кусков.
Преимущественные эффекты изобретения
С помощью устройства для измерения относительного содержания мелких частиц и системы для измерения относительного содержания мелких частиц, согласно настоящему изобретению, относительное содержание мелких частиц, прилипающих к поверхности материала в форме крупных кусков, может быть измерено в режиме реального времени с высокой точностью. Например, посредством измерения относительного содержания мелких частиц кокса, который является материалом, подлежащим загрузке в доменную печь, с помощью устройства для измерения относительного содержания мелких частиц и системы для измерения относительного содержания мелких частиц по настоящему изобретению можно регулировать количество мелких частиц кокса, загружаемых в доменную печь, чтобы стабилизировать работу доменной печи.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 – схематическое изображение системы для измерения относительного содержания мелких частиц, содержащей устройство для измерения относительного содержания мелких частиц по варианту выполнения, и примера периферийной структуры системы для измерения относительного содержания мелких частиц;
фиг. 2 – график, показывающий относительное содержание при различных длинах волн в счете, наиболее сильно коррелированном с изменением относительного содержания мелких частиц кокса;
фиг. 3 – график, показывающий относительное содержание при различных длинах волн во втором счете, наиболее сильно коррелированном с изменением относительного содержания мелких частиц кокса;
фиг. 4 – график, показывающий корреляцию между измеренным относительным содержанием мелких частиц кокса и расчетным относительным содержанием мелких частиц кокса;
фиг. 5 – график, показывающий корреляцию между измеренным относительным содержанием мелких частиц кокса и расчетным относительным содержанием мелких частиц кокса;
фиг. 6 – график, показывающий корреляцию между содержанием воды в коксе и измеренным относительным содержанием мелких частиц кокса.
Описание вариантов осуществления изобретения
Варианты осуществления настоящего изобретения описаны ниже с помощью примера, в котором устройство для измерения относительного содержания мелких частиц по настоящему изобретению используется для измерения относительного содержания мелких частиц кокса, используемого в качестве материала, подлежащего загрузке в доменную печь. На фиг. 1 схематически показана система измерения относительного содержания мелких частиц, которая содержит устройство для измерения относительного содержания мелких частиц по варианту осуществления изобретения, и пример периферийной структуры системы измерения относительного содержания мелких частиц.
Система 10 измерения относительного содержания мелких частиц содержит устройство 12 для измерения относительного содержания мелких частиц и транспортер 14. Кокс 26, загружаемый в доменную печь, хранится в бункере 28. Кокс 26, выгружаемый из бункера 28, просеивается с помощью сита 30 и отсеивается в виде маленьких частиц с размером частиц меньше размера ячеек сита 30, после чего полученный кокс 26 переносится в доменную печь (не показана) транспортером 14.
В настоящем варианте размер ячеек сита 30 составляет 35 мм. Следовательно, кокс 26, переносимый транспортером 14, содержит кусковой кокс с размером частиц 35 мм и более и мелкие частицы кокса, прилипшие к кусковому коксу, которые не были просеяны через сито 30. Размер мелких частиц кокса, прилипших к кусковому коксу, был измерен, и было установлено, что мелкие частицы кокса имеют размер 1 мм и менее. В настоящем варианте мелкие частицы кокса означают мелкие частицы кокса, которые могут проходить через сито с размером ячеек 1 мм и имеют размер 1 мм и менее, и кусковой кокс означает кокс, который остается на сите с размером ячеек 35 мм после просеивания и имеет размер частиц 35 и более. В примере, показанном на фиг. 1, кокс 26 является примером материала в форме крупных кусков.
Устройство 12 для измерения относительного содержания мелких частиц измеряет относительное содержание мелких частиц кокса 26, переносимых на транспортере 14. Устройство 12 для измерения относительного содержания мелких частиц содержит осветительный блок 18, спектрометр 16 и арифметическое устройство 20. Осветительный блок 18 расположен над транспортером 14 и освещает кокс 26, переносимый транспортером 14. Спектрометр 16 расположен над транспортером 14 и выполняет спектральный анализ света, отражаемого коксом 26 на транспортере 14, для измерения спектральных коэффициентов отражения. Как описано выше, кокс 26 содержит кусковой кокс и мелкие частицы кокса, прилипшие к поверхности кускового кокса. На спектральные коэффициенты отражения, измеряемые спектрометром 16, оказывают влияние не только кусковой кокс, но также и мелкие частицы кокса, прилипшие к поверхности кускового кокса. Следовательно, спектральные коэффициенты отражения, измеряемые спектрометром 16, также содержат информацию о мелких частицах кокса, прилипших кусковому коксу.
Спектрометр 16 расположен на высоте, определяемой на основании технических условий для устройства. Принимая во внимание контакт с коксом 26, переносимым на транспортере 14, высота, на которой расположен спектрометр 16, предпочтительно составляет от 300 мм до 1000 мм включительно. Таким образом, даже когда количество кокса, переносимого транспортером 14, временно увеличивается, можно исключить контакт между коксом и спектрометром 16.
Арифметическое устройство 20 является универсальным компьютером, например, рабочей станцией или персональным компьютером, содержащим арифметический блок 22 и блок 24 памяти. Арифметический блок 22, например, является центральным процессором и управляет работой осветительного блока 18 и работой спектрометра 16 с помощью программ и данных, хранящихся в блоке 24 памяти. Арифметический блок 22 выделяет характерные величины из спектральных коэффициентов отражения, получаемых с помощью спектрометра 16, и подсчитывает относительное содержание мелких частиц кокса, прилипших к кусковому коксу, используя выделенные характерные величины. Программы для управления осветительным блоком 18 и спектрометром 16, программы для выполнения вычислений в арифметическом блоке 22 и математические выражения, используемые во время выполнения программ и т.д., предварительно запоминаются в блоке 24 памяти.
Спектрометр 16 управляется арифметическим блоком 22 и выполняет спектральный анализ света, отражаемого коксом 26 в заданные временные интервалы, для измерения спектральных коэффициентов отражения кокса 26. Заданные временные интервалы могут определяться, например, согласно участку измерения кокса, измеряемому спектрометром 16, и скорости транспортера 14. В частности, заданные временные интервалы могут быть временными интервалами, вычисляемыми посредством деления длины участка измерения в направлении перемещения ленты транспортера 14 на скорость перемещения ленты транспортера 14. Таким образом, спектрометр 16 может выполнять измерение кокса 26 без пространственных интервалов в направлении перемещения ленты транспортера 14. Предпочтительно, спектрометр 16 измеряет спектральные коэффициенты отражения кокса 26 в направлении, перпендикулярном направлению перемещения ленты транспортера 14.
В настоящем варианте используемый спектрометр 16, к примеру, является спектрометром, который выполняет спектральный анализ света, отражаемого от кокса 26, на девяти длинах волн. Девять длин волн в спектральном анализе получают, используя светофильтр для видимой части спектра и пропускной узкополосный инфракрасный фильтр. Девять длин волн, расположенных в порядке от самой короткой длины волны, представляют собой длину волны в синем диапазоне, длину волны в зеленом диапазоне, длину волны в красном диапазоне и длины волн 1,32 мкм, 1,46 мкм, 1,60 мкм, 1,80 мкм, 1,96 мкм и 2,0 мкм. Длина волны в синем диапазоне означает длину волны в диапазоне 435 – 480 нм. Длина волны в зеленом диапазоне означает длину волны в диапазоне 500 – 560 нм, и длина волны в красном диапазоне означает длину волны в диапазоне 610 – 750 нм.
Когда спектрометр 16 измеряет спектральные коэффициенты отражения на девяти длинах волн, данные, относящиеся к спектральным коэффициентам отражения (далее именуемые просто спектральными коэффициентами отражения), вводятся в арифметический блок 22 арифметического устройства 20. После получения данных о спектральных коэффициентах отражения от спектрометра 16 арифметический блок 22 выделяет в качестве характерных величин счеты (scores) главных компонент, сильно коррелированных, например, с изменением относительного содержания мелких частиц кокса 26. Счеты главных компонент, сильно коррелированных с изменением относительного содержания мелких частиц кокса 26, являются счетами, сильно коррелированными с изменением относительного содержания мелких частиц кокса 26, среди указанных счетов, вычисленных из базисных векторов девяти главных компонент, полученных с помощью метода главных компонент, выполненного на спектральных коэффициентах отражения, полученных из спектрометра. В настоящем варианте указанные главные компоненты, сильно коррелированные с изменением относительного содержания мелких частиц кокса 26, являются примером заданных главных компонент.
В нижеприведенном описании настоящего варианта осуществления изобретения характерные величины, выделяемые арифметическим блоком 22, являются счетами, вычисленными из базисных векторов двух главных компонент, сильно коррелированных с изменением относительного содержания мелких частиц кокса 26. Однако это не является ограничением, и характерные величины, выделяемые арифметическим блоком 22, могут быть одним, или тремя, или более счетами, сильно коррелированными с изменением относительного содержания мелких частиц кокса 26. При использовании девяти счетов используются спектральные коэффициенты отражения при всех девяти длинах волн. Следовательно, число используемых счетов предпочтительно составляет 8 и менее. Таким образом, можно исключить влияние фактора, менее коррелированного с изменением относительного содержания мелких частиц. Перекрестная проверка может сочетаться с методом главных компонент. С помощью этого способа выбирают минимальное необходимое число счетов, которые показывают в среднем высокую точность независимо от используемых данных ситового анализа.
Арифметические выражения для вычисления счетов двух главных компонент, сильно коррелированных с изменением относительного содержания мелких частиц кокса 26, и выражение отношения между относительным содержание мелких частиц и этими счетами предварительно запоминаются в блоке 24 памяти. В настоящем варианте осуществления изобретения выражение отношения между относительным содержанием мелких частиц и счетами, например, представлено ниже в виде формулы (1), которая является формулой регрессии с относительным содержанием мелких частиц (Y) кокса 26 в качестве зависимой переменной и двумя счетами в качестве независимых переменных (X1, X2).
Y = b + a1 × X1 + a2 × X2 формула (1)
В вышеприведенной формуле (1) b, a1 и a2 являются параметрами формулы регрессии.
Арифметические выражения для вычисления счетов двух главных компонент и вышеприведенная формула (1) вычисляются согласно нижеприведенной процедуре. Во-первых, спектрометр 16 используется для измерения спектральных коэффициентов отражения кокса, транспортируемого транспортером 14, на девяти длинах волн. Измеренные спектральные коэффициенты отражения при девяти длинах волн подвергаются анализу по методу главных компонент для получения девяти базисных векторов главных компонент, с первого по девятый, и девяти счетов, вычисляемых из базисных векторов.
Далее кокс, спектральные коэффициенты отражения которого были измерены, собирается и подвергается анализу с помощью сита для фактического измерения относительного содержания мелких частиц кокса с размером частиц 1 мм или менее. Относительное содержание мелких частиц, измеренное с помощью ситового анализа, вычисляют следующим образом. Кокс осушают при температуре 120 – 200°C в течение 4 часов и более до получения постоянного веса и затем просеивают, используя сито с размером ячеек 1 мм. Относительное содержание мелких частиц вычисляют как отношение разницы массы кокса перед просеиванием и после просеивания к массе кокса перед просеиванием. Эту процедуру повторяют для кокса различных типов с разными относительными содержаниями мелких частиц и разными содержаниями воды для получения множества наборов данных. Каждый набор данных включает девять счетов и относительное содержание мелких частиц, полученное анализом с помощью сита. Девять счетов для кокса каждого типа сравнивают со счетами для других типов кокса, с отличающимися относительными содержаниями мелких частиц, для множества наборов данных, и два счета, сильно коррелированных с изменением относительного содержания мелких частиц кокса, идентифицируют. Арифметические выражения для вычисления двух идентифицируемых счетов могут быть вычислены с использованием базисных векторов счетов.
Когда два главных компонента, сильно коррелированных с изменением относительного содержания мелких частиц кокса, идентифицированы, наборы данных, каждый из которых содержит относительное содержание мелких частиц и два идентифицированных счета, могут быть получены из множества наборов данных, подготовленных для кокса разных типов с разными относительным содержаниями мелких частиц и разными содержаниями воды, каждый из которых содержит девять счетов и относительное содержание мелких частиц кокса. Следовательно, параметры b, a1 и a2 в формуле (1) могут быть вычислены с помощью полученных наборов данных и метода наименьших квадратов. Таким образом, может быть вычислена формула (1), которая может вычислять относительное содержание мелких частиц кокса 26 из счетов двух главных компонент. Расчетные арифметические выражения для вычисления двух счетов и формула (1) предварительно запоминаются в блоке 24 памяти.
После получения спектральных коэффициентов отражения при девяти длинах волн с помощью спектрометра 16 арифметический блок 22 считывает арифметические выражения из блока 24 памяти для вычисления идентифицированных двух счетов, сильно коррелированных с изменением относительного содержания мелких частиц кокса, и вычисляет счеты двух главных компонент, используя спектральные коэффициенты отражения при девяти длинах волн и арифметические выражения. После вычисления счетов двух главных компонент арифметический блок 22 считывает формулу (1) из блока 24 памяти и вычисляет относительное содержание мелких частиц кокса, используя вычисленные счеты и формулу (1). Таким образом, устройство 12 для измерения относительного содержания мелких частиц по настоящему варианту выполнения измеряет относительное содержание мелких частиц кокса 26, транспортируемых транспортером 14, в режиме реального времени.
На фиг. 2 представлен график, показывающий относительные величины при различных длинах волн в счете, наиболее сильно коррелированном с изменением относительного содержания мелких частиц кокса. На фиг. 3 представлен график, показывающий относительные величины при различных длинах волн в счете, следующем сильно коррелированном с изменением относительного содержания мелких частиц кокса. Как можно видеть из фиг. 2 и 3, счет, в котором относительные величины являются высокими только при длинах волн 1,46 мкм и 1,96 мкм, являющихся длинами волн поглощения воды, не является сильно коррелированным с изменением относительного содержания мелких частиц кокса. Эти результаты показывают, что при измерении относительного содержания мелких частиц кокса содержание воды в коксе не является единственным определяющим фактором. Это показывает, что точность измерения относительного содержания мелких частиц, используя способ измерения относительного содержания мелких частиц для вычисления относительного содержания мелких частиц кокса, используя только содержание воды в коксе, является низкой.
На фиг. 4 представлен график, показывающий взаимосвязь между измеренным относительным содержанием мелких частиц кокса и расчетным относительным содержанием мелких частиц кокса. На фиг. 4 горизонтальная ось показывает измеренное относительное содержание мелких частиц (мас.%), и вертикальная ось показывает расчетное относительное содержание мелких частиц (мас.%). Измеренное относительное содержание мелких частиц было вычислено следующим образом. Был использован кокс различных типов, и каждый из них был осушен при температуре 120 – 200°C в течение 4 часов и более до получения постоянного веса и затем просеян, используя сито с размером отверстия 1 мм. Относительное содержание мелких частиц было вычислено как отношение разницы массы кокса перед просеиванием и после просеивания к массе кокса перед просеиванием. Расчетное относительное содержание мелких частиц является значением, вычисленным с помощью измеренных значений спектральных коэффициентов отражения при девяти длинах волн кокса, для которого было измерено относительное содержание мелких частиц, и формулы регрессии с относительным содержанием мелких частиц кокса в качестве зависимой переменной и двумя счетами (фиг. 2 и 3), сильно коррелированными с относительным содержанием мелких частиц кокса, полученными с использованием метода главных компонент, в качестве независимых переменных. Как показано на фиг. 4, существует сильная корреляция между расчетным относительным содержанием мелких частиц и измеренным относительным содержанием мелких частиц кокса, и коэффициент корреляции R равен 0,74. Как можно видеть из этих результатов, путем вычисления относительного содержания мелких частиц кокса из счетов, полученных с помощью метода главных компонент, относительное содержание мелких частиц может быть определено с высокой точностью.
[0032] Относительное содержание мелких частиц кокса 26, транспортируемого транспортером 14, может быть измерено с помощью системы измерения относительного содержания мелких частиц, содержащей устройство для измерения относительного содержания мелких частиц по настоящему варианту осуществления изобретения. В этом случае, когда считается, что измеренное относительное содержание мелких частиц кокса 26 выше заданного порогового значения, направление транспортирования кокса 26 может быть реверсировано для повторного просеивания кокса 26, используя сито с размером отверстий 35 мм. Это позволяет уменьшить количество мелких частиц кокса, загружаемых в доменную печь. Следовательно, предотвращается ухудшение газопроницаемости в доменной печи, что может способствовать стабилизации работы доменной печи. Размер отверстия ячейки 35 мм является, к примеру, размером отверстия, который больше размера мелких частиц, но меньше размера частиц кускового кокса.
В вышеописанном примере два счета, сильно коррелированных с изменением относительного содержания мелких частиц кокса, идентифицируются из девяти счетов, полученных посредством метода главных компонент на спектральных коэффициентах отражения на девяти длинах волн, но это не является ограничением. К примеру, может быть использован следующий способ. Различные типы кокса с измеренными спектральными коэффициентами отражения при девяти длинах волн подвергаются ситовому анализу для измерения их относительного содержания мелких частиц, и в отношении наборов данных, каждый из которых содержит относительное содержание мелких частиц и спектральные коэффициенты отражения при девяти длинах волн, применяется метод частичных наименьших квадратов (PLS) для непосредственного определения счетов, сильно коррелированных с относительным содержанием мелких частиц кокса.
В этом случае арифметические выражения для вычисления счетов, сильно коррелированных с относительным содержанием мелких части кокса, могут быть вычислены из базисных векторов счетов, определенных методом PLS. Выражение соотношения между относительным содержанием мелких частиц и указанными счетами является той же самой формулой регрессии, что и формула (1). Параметры формулы регрессии, представленные формулой 1, могут быть вычислены, используя метод наименьших квадратов, из множества наборов данных, каждый из которых содержит счеты, определенные с методом PLS, и относительное содержание мелких частиц.
После получения спектрального коэффициента отражения при девяти длинах волн с помощью спектрометра 16 арифметический блок 22 считывает арифметические выражения для вычисления двух счетов из блока 24 памяти и вычисляет два счета, используя спектральные коэффициенты отражения при девяти длинах волн и арифметические выражения. После вычисления двух счетов арифметический блок 22 считывает формулу (1) из блока 24 памяти и вычисляет относительное содержание мелких частиц кокса, используя вычисленные счеты и формулу (1). Таким образом, устройство 12 для измерения относительного содержания мелких частиц измеряет относительное содержание мелких частиц кокса 26, транспортируемых транспортером 14, в режиме реального времени.
На фиг. 5 представлен график, показывающий взаимосвязь между измеренным относительным содержанием мелких частиц и расчетным относительным содержанием мелких частиц кокса. На фиг. 5 горизонтальная ось показывает измеренное относительное содержание мелких частиц (мас.%), и вертикальная ось показывает расчетное относительное содержание мелких частиц (мас.%.). Измеренное относительное содержание мелких частиц было вычислено следующим образом. Был использован кокс различных типов, и каждый из них был осушен при температуре 120 – 200°C в течение 4 часов и более до получения постоянного веса и затем просеян, используя сито с размером отверстия 1 мм. Относительное содержание мелких частиц было вычислено как отношение разницы массы кокса перед просеиванием и после просеивания к массе кокса перед просеиванием. Расчетное относительное содержание мелких частиц является значением, вычисленным с помощью измеренных значений спектральных коэффициентов отражения при девяти длинах волн кокса, для которого было измерено относительное содержание мелких частиц, и формулы регрессии с относительным содержанием мелких частиц кокса в качестве зависимой переменной и двумя счетами, сильно коррелированными с относительным содержанием мелких частиц кокса и полученными с использованием PLS, в качестве независимых переменных. Как показано на фиг. 5, существует сильная корреляция между расчетным относительным содержанием мелких частиц и измеренным относительным содержанием мелких частиц кокса. Коэффициент корреляции R равен 0,74, и дисперсия σ равна 0,17 (мас.%.). Как можно видеть из этих результатов, устройство 12 для измерения относительного содержания мелких частиц по настоящему варианту выполнения может измерять относительное содержание мелких частиц кокса с высокой точностью.
На фиг. 6 представлен график, показывающий взаимосвязь между содержанием воды в коксе и измеренным относительным содержанием мелких частиц кокса. На фиг. 6 горизонтальная ось показывает содержание воды (мас.%), и вертикальная ось показывает измеренное относительное содержание мелких частиц (мас.%). Содержание воды было измерено для различных типов кокса. Содержание воды в каждом типе кокса было измерено с помощью нейтронного влагомера. Измеренное относительное содержание мелких частиц было вычислено следующим образом. Каждый тип кокса, в котором было измерено содержание воды, был осушен при температуре 120 – 200°C в течение 4 часов и более до получения постоянного веса и затем просеян, используя сито с размером отверстия 1 мм. Относительное содержание мелких частиц было вычислено как отношение разницы массы кокса перед просеиванием и после просеивания к массе кокса перед просеиванием.
Как показано на фиг. 6, существует корреляция между относительным содержанием мелких частиц кокса и содержанием воды в коксе. Однако коэффициент корреляции R равен 0,40 и относительное содержание мелких частиц кокса не является сильно коррелированным с содержанием воды в коксе. Одна из причин может состоять в том, что содержание воды в коксе представляет собой содержание воды, присутствующей на поверхности кокса, и количество воды, присутствующей внутри кокса. В частности, вода, присутствующая на поверхности кокса, может иметь непосредственную взаимосвязь с прилипанием мелких частиц к поверхности кокса, но вода, присутствующая внутри кокса, не оказывает влияния на мелкие частицы кокса, прилипающие к поверхности кокса. Можно сделать вывод, что корреляция между содержанием воды в коксе и относительным содержанием мелких частиц кокса является слабой из-за влияния содержания воды, присутствующей внутри кокса.
В устройстве 12 для измерения относительного содержания мелких частиц по настоящему варианту осуществления изобретения счеты, сильно коррелированные с относительным содержанием мелких частиц кокса, выделяются в качестве характерных величин из спектральных коэффициентов отражения кокса, и относительное содержанием мелких частиц кокса вычисляется с помощью формулы регрессии с относительным содержанием мелких частиц кокса в качестве зависимой переменной и двумя выделенными счетами в качестве независимых переменных. Как можно видеть из фиг. 5 и 6, относительное содержание мелких частиц кокса может быть вычислено с более высокой точностью, когда относительное содержание мелких частиц кокса вычисляется с помощью устройства 12 для измерения относительного содержания мелких частиц, чем когда относительное содержание мелких частиц кокса вычисляется с помощью соотношения между содержанием воды в коксе и относительным содержанием мелких частиц кокса.
В настоящем варианте выполнения показан способ вычисления счетов, сильно коррелированных с относительным содержанием мелких частиц кокса, используя метод главных компонент и метод для вычисления счетов, сильно коррелированных с относительным содержанием мелких частиц кокса, используя PLS. Использование PLS является преимущественным в том смысле, что счеты, сильно коррелированные с относительным содержанием мелких частиц кокса, можно определять непосредственным образом. Однако, когда PLS используется в случае, где данные измерения применительно к относительному содержанию мелких частиц кокса доступны только в отношении кокса при конкретных условиях, ошибка в измерении относительного содержания мелких частиц при условиях, отличающихся от конкретных условий, может увеличиваться из-за чрезмерной аппроксимации к конкретным условиям. Следовательно, когда доступны данные измерений применительно к относительному содержанию мелких частиц кокса при различных условиях, предпочтительным является использование PLS для определения счетов, сильно коррелированных с относительным содержанием мелких частиц кокса. Когда доступны только данные измерений применительно к относительному содержанию мелких частиц кокса при различных условиях, предпочтительным является выполнение метода главных компонент для определения счетов, сильно коррелированных с относительным содержанием мелких частиц кокса.
В устройстве 12 для измерения относительного содержания мелких частиц по настоящему варианту выполнения счеты, сильно коррелированные с изменением относительного содержания мелких частиц, используются в качестве характерных величин, но показанный пример не является ограничением. Например, арифметический блок 22 может выделять в качестве характерных величин спектральные коэффициенты отражения при нескольких длинах волн, которые сильно коррелированы с измерением относительного содержания мелких частиц. Ниже приведено описание варианта выполнения, в котором спектральные коэффициенты отражения при n длин волн, которые сильно коррелированы с изменением относительного содержания мелких частиц, выделяются в качестве характерных величин.
Спектрометр 16 измеряет спектральные коэффициенты отражения кокса 26 при m длинах волн и вводит спектральные коэффициенты отражения в арифметический блок 22. Символ m означает натуральное число равное или больше n. После получения спектральных коэффициентов отражения от спектрометра 16 арифметический блок 22 выделяет в качестве характерных величин спектральные коэффициенты отражения при n длинах волн, которые являются сильно коррелированными с изменением относительного содержания мелких частиц кокса. Спектральные коэффициенты отражения при n длинах волн, которые сильно коррелируют с изменением относительного содержания мелких частиц кокса, являются, например, одним или несколькими спектральными коэффициентами отражения при заданных длинах волн.
Выражение соотношения между относительным содержанием мелких частиц и n спектральными коэффициентами отражения предварительно запоминаются в блоке 24 памяти. В настоящем варианте выражение соотношения между относительным содержанием мелких частиц и n спектральными коэффициентами отражения представляет собой формулу (2), которая является формулой регрессии с относительным содержанием мелких частиц (Y) кокса 26 в качестве зависимой переменной и спектральными коэффициентами отражения при n длинах волн, сильно коррелированными с изменением относительного содержания мелких частиц кокса, в качестве независимых переменных (Z1, Z2,…, Zn).
Y = d + c1 × Z1 + c2 × Z2 +…+ cn × Zn формула (2)
В формуле (2), d, c1, c2,…, cn являются параметрами формулы регрессии.
Формула (2) вычисляется с помощью следующей процедуры. Во-первых, спектрометр 16 используется для измерения спектральных коэффициентов отражения кокса, транспортируемого транспортером 14, при m длинах волн. Кокс, спектральные коэффициенты отражения которого были измерены, собирается и подвергается ситовому анализу для измерения относительного содержания мелких частиц кокса с размером частиц 1 мм и менее. Измеряемое относительное содержание мелких частиц вычисляется следующим образом. Кокс, спектральные коэффициенты отражения которого были измерены, осушают при температуре 120 – 200°C в течение 4 часов и более до получения постоянного веса и затем просеивают, используя сито с размером ячеек 1 мм. Относительное содержание мелких частиц вычисляют как отношение разницы массы кокса перед просеиванием и после просеивания к массе кокса перед просеиванием. Эту процедуру повторяют для кокса различных типов с разными относительными содержаниями мелких частиц и разными содержаниями воды для получения множества наборов данных. Каждый набор данных содержит относительное содержание мелких частиц и спектральные коэффициенты отражения при m длинах волн. Эти спектральные коэффициенты отражения при m длинах волн для каждого типа кокса сравниваются со спектральными коэффициентами отражения других типов кокса с различным относительным содержанием мелких частиц во множестве наборов данных, для того чтобы идентифицировать длины волн для n спектральных коэффициентов отражения, которые сильно коррелируют с изменением относительного содержания мелких частиц кокса.
При идентификации длин волн для n спектральных коэффициентов отражения может быть получено множество наборов данных, каждый из которых содержит относительное содержание мелких частиц и спектральные коэффициенты отражения при n длинах волн, из множества наборов данных, каждый из которых содержит относительное содержание мелких частиц и спектральные коэффициенты отражения при m длинах волн, и параметры d, c1, c2, c3,…, cn в формуле (2) могут быть вычислены, используя эти наборы данных и метод наименьших квадратов. Таким образом, может быть вычислена формула (2), которая позволяет вычислять относительное содержание мелких частиц из спектральных коэффициентов отражения при n длинах волн. Вычисленная таким образом формула (2) предварительно запоминается в блоке 24 памяти.
После получения спектральных коэффициентов отражения при m длинах волн из спектрометра 16 арифметический блок 22 выделяет в качестве характерных величин спектральные коэффициенты отражения при n длинах волн. Когда выделены спектральные коэффициенты отражения при n длинах волн, арифметический блок 22 считывает формулу (2) из блока 24 памяти и вычисляет относительное содержание мелких частиц кокса. Как описано выше, арифметический блок 22 может выделять в качестве характерных величин спектральные коэффициенты отражения при n длинах волн, которые сильно коррелированы с изменением относительного содержания мелких частиц кокса, и относительное содержание мелких частиц кокса 26, транспортируемого транспортером 14, может измеряться в режиме реального времени, используя указанные спектральные коэффициенты отражения.
В настоящем варианте осуществления изобретения кокс 26 показан в качестве примера материала в форме крупных кусков, но это не является ограничением. К другим примерам материала, подлежащего загрузке в доменную печь, относятся кусковая руда и агломерированная руда, которые могут использоваться вместо кокса 26.
Перечень номеров позиций
10 – система для измерения относительного содержания мелких частиц
12 – устройство для измерения относительного содержания мелких частиц
14 - транспортер
16 - спектрометр
18 – осветительный блок
20 – арифметическое устройство
22 – арифметический блок
24 – блок памяти
26 – кокс
28 – бункер
30 – сито
1. Устройство для измерения относительного содержания мелких частиц, прилипших к поверхности материала в форме крупных кусков, содержащее:
осветительный блок для освещения материала в форме крупных кусков;
спектрометр, предназначенный для выполнения спектрального анализа света, отражаемого от материала в форме крупных кусков, для измерения спектрального коэффициента отражения; и
арифметическое устройство, выполненное с возможностью выделения по меньшей мере одной характерной величины из указанного спектрального коэффициента отражения, измеряемого спектрометром, и вычисления относительного содержания мелких частиц, исходя из выделенной по меньшей мере одной характерной величины,
при этом указанная по меньшей мере одна характерная величина является по меньшей мере одним счетом по меньшей мере одного базисного вектора по меньшей мере одного заданного главного компонента, полученного посредством метода главных компонент, выполняемого на спектральных коэффициентах отражения при нескольких длинах волн, причем указанные спектральные коэффициенты отражения измерены указанным спектрометром,
при этом арифметическое устройство содержит арифметический блок и блок памяти,
причем в блоке памяти предварительно сохранено выражение соотношения между относительным содержанием мелких частиц и указанным по меньшей мере одним счетом, и
арифметический блок выполнен с возможностью вычисления указанного по меньшей мере одного счета из спектральных коэффициентов отражения при нескольких длинах волн и с возможностью вычисления затем относительного содержания мелких частиц, используя вычисленный по меньшей мере один счет и указанное выражение соотношения.
2. Устройство для измерения относительного содержания мелких частиц, прилипших к поверхности материала в форме крупных кусков, содержащее:
осветительный блок для освещения материала в форме крупных кусков;
спектрометр, предназначенный для выполнения спектрального анализа света, отражаемого от материала в форме крупных кусков, для измерения спектрального коэффициента отражения; и
арифметическое устройство, выполненное с возможностью выделения по меньшей мере одной характерной величины из указанного спектрального коэффициента отражения, измеряемого спектрометром, и вычисления относительного содержания мелких частиц, исходя из выделенной по меньшей мере одной характерной величины,
при этом указанная по меньшей мере одна характерная величина является по меньшей мере одним счетом по меньшей мере одного базисного вектора, полученного посредством применения метода частичных наименьших квадратов (PLS) к спектральным коэффициентам отражения при нескольких длинах волн, причем указанные спектральные коэффициенты отражения измерены спектрометром,
при этом арифметическое устройство содержит арифметический блок и блок памяти,
причем в блоке памяти предварительно сохранено выражение соотношения между относительным содержанием мелких частиц и указанным по меньшей мере одним счетом, и
арифметический блок выполнен с возможностью вычисления указанного по меньшей мере одного счета из указанных спектральных коэффициентов отражения при нескольких длинах волн и с возможностью вычисления затем относительного содержания мелких частиц, используя вычисленный по меньшей мере один счет и указанное выражение соотношения.
3. Устройство для измерения относительного содержания мелких частиц, прилипших к поверхности материала в форме крупных кусков, содержащее:
осветительный блок для освещения материала в форме крупных кусков;
спектрометр, предназначенный для выполнения спектрального анализа света, отражаемого от материала в форме крупных кусков, для измерения спектрального коэффициента отражения; и
арифметическое устройство, выполненное с возможностью выделения по меньшей мере одной характерной величины из указанного спектрального коэффициента отражения, измеряемого спектрометром, и вычисления относительного содержания мелких частиц, исходя из выделенной по меньшей мере одной характерной величины,
причем указанная по меньшей мере одна характерная величина является по меньшей мере одним коэффициентом отражения при указанной по меньшей мере одной заданной длине волны, причем указанный по меньшей мере один спектральный коэффициент отражения измерен указанным спектрометром,
при этом арифметическое устройство содержит арифметический блок и блок памяти,
причем в блоке памяти предварительно сохранено выражение соотношения между относительным содержанием мелких частиц и указанным по меньшей мере одним спектральным коэффициентом отражения при указанной по меньшей мере одной длине волны, и
арифметический блок выполнен с возможностью вычисления относительного содержания мелких частиц, используя указанный по меньшей мере один спектральный коэффициент отражения при указанной по меньшей мере одной длине волны и указанное выражение соотношения.
4. Система для измерения относительного содержания мелких частиц, содержащая:
устройство для измерения относительного содержания мелких частиц по любому из пп. 1–3;
и транспортер для переноса материала в форме крупных кусков,
причем устройство для измерения относительного содержания мелких частиц расположено над транспортером и предназначено для измерения относительного содержания мелких частиц, прилипших к поверхности материала в форме крупных кусков, переносимого транспортером в доменную печь.
5. Способ выполнения операции для доменной печи, содержащий этапы, на которых
измеряют, с помощью системы для измерения относительного содержания мелких частиц по п. 4, относительное содержание мелких частиц, прилипших к поверхности материала в форме крупных кусков, который является материалом, переносимым транспортером в доменную печь; и
оценивают, превышает или нет измеренное относительное содержание мелких частиц заданное пороговое значение,
причем, если оценка на этапе оценивания указывает, что относительное содержание мелких частиц превышает заданное пороговое значение, материал в форме крупных кусков просеивают с использованием сита, имеющего размер ячеек сита больше размера указанных мелких частиц, но меньше размера материала в форме крупных кусков.
6. Способ измерения относительного содержания мелких частиц, прилипших к поверхности материала в форме крупных кусков, содержащий:
этап освещения, на котором освещают указанный материал в форме крупных кусков;
этап измерения, на котором выполняют спектральный анализ света, отраженного от материала в форме крупных кусков, для определения спектрального коэффициента отражения; и
этап вычисления, на котором выделяют по меньшей мере одну характерную величину из указанного спектрального коэффициента отражения, измеренного на этапе измерения, и вычисляют относительное содержание мелких частиц, исходя из выделенной по меньшей мере одной характерной величины,
при этом указанная по меньшей мере одна характерная величина является по меньшей мере одним счетом по меньшей мере одного базисного вектора по меньшей мере одного заданного главного компонента, полученного посредством метода главных компонент, выполняемого на спектральных коэффициентах отражения при нескольких длинах волн, причем указанные спектральные коэффициенты отражения измерены указанным спектрометром, и
на этапе вычисления вычисляют указанный по меньшей мере один счет из спектральных коэффициентов отражения при нескольких длинах волн и затем вычисляют, c применением арифметического блока и блока памяти, относительное содержание мелких частиц, используя вычисленный по меньшей мере один счет и выражение соотношения, которое представляет собой предварительно сохраненное в блоке памяти соотношение между относительным содержанием мелких частиц и указанным по меньшей мере одним счетом.
7. Способ измерения относительного содержания мелких частиц, прилипших к поверхности материала в форме крупных кусков, содержащий:
этап освещения, на котором освещают указанный материал в форме крупных кусков;
этап измерения, на котором выполняют спектральный анализ света, отраженного от материала в форме крупных кусков, для определения спектрального коэффициента отражения; и
этап вычисления, на котором выделяют по меньшей мере одну характерную величину из указанного спектрального коэффициента отражения, измеренного на этапе измерения, и вычисляют относительное содержание мелких частиц, исходя из выделенной по меньшей мере одной характерной величины,
при этом указанная по меньшей мере одна характерная величина является по меньшей мере одним счетом по меньшей мере одного базисного вектора, полученного посредством применения регрессии частичных наименьших квадратов (PLS) к спектральным коэффициентам отражения при нескольких длинах волн, причем указанные спектральные коэффициенты отражения измерены спектрометром, и
на этапе вычисления вычисляют указанный по меньшей мере один счет из указанных спектральных коэффициентов отражения при нескольких длинах волн и затем вычисляют, c применением арифметического блока и блока памяти, относительное содержание мелких частиц, используя вычисленный по меньшей мере один счет и выражение соотношения, которое представляет собой предварительно сохраненное в блоке памяти соотношение между относительным содержанием мелких частиц и указанным по меньшей мере одним счетом.
8. Способ измерения относительного содержания мелких частиц, прилипших к поверхности материала в форме крупных кусков, содержащий:
этап освещения, на котором освещают указанный материал в форме крупных кусков;
этап измерения, на котором выполняют спектральный анализ света, отраженного от материала в форме крупных кусков, для определения спектрального коэффициента отражения; и
этап вычисления, на котором выделяют по меньшей мере одну характерную величину из указанного спектрального коэффициента отражения, измеренного на этапе измерения, и вычисляют относительное содержание мелких частиц, исходя из выделенной по меньшей мере одной характерной величины,
при этом указанная по меньшей мере одна характерная величина является по меньшей мере одним коэффициентом отражения при указанной по меньшей мере одной заданной длине волны, причем указанный по меньшей мере один спектральный коэффициент отражения измерен указанным спектрометром, и
на этапе вычисления вычисляют, c применением арифметического блока и блока памяти, относительное содержание мелких частиц, используя указанный по меньшей мере один спектральный коэффициент отражения при указанной по меньшей мере одной длине волны и выражение соотношения, которое представляет собой предварительно сохраненное в блоке памяти соотношение между относительным содержанием мелких частиц и указанным по меньшей мере одним коэффициентом отражения при указанной по меньшей мере одной длине волны.
