コークス炉の壁面状態評価方法、コークス炉の壁面状態評価装置、及びコンピュータプログラム
【課題】 コークス炉の炭化室の炉壁の肌荒れによる損傷の程度を指標化できるようにする。
【解決手段】 炭化室１１の炉壁１４の画像データから、炭化室１１の奥行方向の各位置における炉壁１４の凹凸量を示す凹凸プロフィール９００であって、炭化室１１の高さ位置が異なる複数の凹凸プロフィール９００を生成する。そして、複数の凹凸プロフィール９００から基準位置の変位の部分を抽出してこれらの差分をとることにより、基準位置が揃った凹凸プロフィールを得る。そして、当該基準位置が揃った凹凸プロフィールを、炭化室の奥行方向において１００ｍｍピッチで分割し、分割した各区間において、当該凹凸プロフィールの値（凹凸量）の最小値を抽出し、その平均値を肌荒れ指数とする。
【解決手段】 炭化室１１の炉壁１４の画像データから、炭化室１１の奥行方向の各位置における炉壁１４の凹凸量を示す凹凸プロフィール９００であって、炭化室１１の高さ位置が異なる複数の凹凸プロフィール９００を生成する。そして、複数の凹凸プロフィール９００から基準位置の変位の部分を抽出してこれらの差分をとることにより、基準位置が揃った凹凸プロフィールを得る。そして、当該基準位置が揃った凹凸プロフィールを、炭化室の奥行方向において１００ｍｍピッチで分割し、分割した各区間において、当該凹凸プロフィールの値（凹凸量）の最小値を抽出し、その平均値を肌荒れ指数とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コークス炉の壁面状態評価方法、コークス炉の壁面状態評価装置、及びコンピュータプログラムに関し、特に、コークス炉の炭化室の壁面の状態を評価するために用いて好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼業では室式と呼ばれるコークス炉が使われている。コークス炉は、耐火煉瓦等で形成された炉壁を介して、多数の炭化室と燃焼室とが交互に配置されて構成されている。コークス炉でコークスを生成する場合には、まず、炭化室の頂部にある石炭装入口から石炭を装入する。そして、ガスを燃やすことにより燃焼室で発生した熱によって、１０００℃以上の高温を凡そ２０時間、炭化室内の石炭に加える。これにより石炭が乾留され、コークスケーキ（以下の説明では、「コークスケーキ」を必要に応じて「コークス」と称する）が製造される。コークスが製造されると、炭化室の両端にある扉を開けて、炭化室の側方から押出機によりコークスを押し出し、コークスを炭化室から取り出す。このようにしてコークスを製造するための炭化室は、例えば、長さが１５ｍ、高さが６ｍ、幅が０．４ｍ程度の大きさを有しており、長さと高さに比較して幅が狭い構造を有しているのが特徴である。ここで、押出機がある側をプッシャーサイド（ＰＳ）、またコークス排出側をコークサイド（ＣＳ）と呼ぶ。
【０００３】
コークス炉を操業する上では、乾留後にコークスを押し出す際の押出負荷が小さいことが望ましい。押出負荷が大きいと、コークスの押し詰まりが発生することがあり、コークスの減産を余儀なくされるからである。現状のコークス炉の多くは、３０年以上の長期間にわたって稼働している。このため、炭化室を構成する耐火煉瓦が熱的・化学的・機械的要因によって劣化しており、このことが、押出負荷に大きく影響する。
【０００４】
ところで、本発明者らは、炭化室の壁面の状態を高精度に観察するための技術として、特許文献１に記載の技術を開発している。特許文献１に記載の壁面観察装置では、ラインＣＣＤカメラの線状視野に、当該線状視野の上下斜め方向からレーザ光を照射して、レーザスポットの画像を炉壁画像に重畳させ、そのレーザスポットの画像が重畳された炉壁画像から、炭化室の炉壁の凹凸の計測を行う。この炭化室の炉壁の凹凸は、画像上で、レーザスポットの画像の壁面高さ方向の変位として観測される。よって、レーザスポットの画像が重畳された炉壁画像を得れば、レーザ光の出射角度、ラインＣＣＤカメラの視野角・視野サイズといった幾何学的条件から、三角測量の原理で、炭化室の炉壁の凹凸量が求まる。複数本のレーザ光線を壁面高さ方向に、略煉瓦段数の間隔を空けて投射することで、炭化室の全長、全高にわたって炉壁の凹凸量を計測することができる。
【０００５】
本発明者らは、この壁面観察装置を用いて炭化室の壁面の状態を詳しく調査したところ、深さ方向の断面が概ねＶ字状のＶ字谷（Ｖ字谷の凹み深さは数ｍｍ〜１０ｍｍ程度、開口部の幅は２０ｍｍ〜８０ｍｍ程度）が、壁面全体に多数発生していることを確認した（以降の説明では、壁面にＶ字谷が形成されている状態を必要に応じて「肌荒れ」と称する）。このＶ字谷は、耐火煉瓦の端部が損耗したり、複数の耐火煉瓦を貫く高さ方向の亀裂部で耐火煉瓦が角欠けしたりすることにより発生すると考えられる。このような炭化室の壁面の肌荒れは、コークスの押出時に生じる「コークスと壁面との間の摩擦」に何らかの影響を及ぼしていると考えられる。このようなＶ字谷で形成される肌荒れは、本発明者らが特許文献２で明らかにした炉壁損傷、すなわち複数の煉瓦にまたがる領域に凹み深さが４０ｍｍ程度の煉瓦減肉による陥没やカーボン付着による張り出しが生じるものとは別の形態の炉壁損傷である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３８９５９２８号公報
【特許文献２】特開２００８−２０１９９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来は、コークス炉の炭化室の炉壁の肌荒れを確認することはできるものの、その肌荒れの程度を指標化することができなかった。また、この肌荒れが、コークスと炉壁との間の摩擦係数に与える影響を定量化することができず、これにより、肌荒れの押出負荷への影響を定量化することができなかった。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、コークス炉の炭化室の炉壁の肌荒れの程度を指標化できるようにすることを第１の目的とする。
また、本発明は、コークス炉の炭化室の炉壁の肌荒れが、コークスと炉壁との間の摩擦係数に与える影響を定量化することができるようにすることを第２の目的とする。
また、本発明は、コークス炉の炭化室の炉壁の肌荒れの押出負荷への影響を定量化することができるようにすることを第３の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のコークス炉の壁面状態評価方法は、コークス炉の炭化室の壁面に、当該壁面の損傷によって点在している複数の凹部を検出して、当該壁面の状態を評価するコークス炉の壁面状態評価方法であって、炭化室の壁面に対して、当該炭化室の奥行方向に移動しながら、当該炭化室の高さ方向において間隔を有するように、複数のレーザ光を照射する照射工程と、炭化室の壁面において、当該炭化室の高さ方向に間隔を有して当該炭化室の奥行方向に現れる、前記複数のレーザ光による複数のレーザスポットの画像が重畳された、当該炭化室の壁面の画像を撮像する撮像工程と、前記レーザスポットの画像の、前記炭化室の奥行方向に延びる線分を追跡するレーザ光追跡工程と、前記レーザ光追跡工程によって追跡されたレーザスポットの画像の線分に基づいて、前記炭化室の壁面の凹凸量と、前記炭化室の奥行方向の位置との関係を示す凹凸プロフィールを生成する凹凸プロフィール生成工程と、前記凹凸プロフィール生成工程によって生成された凹凸プロフィールから、前記壁面に点在している複数の凹部の深さに関する情報である深さ情報を導出する凹部深さ導出工程と、前記凹部深さ導出工程によって導出された、前記深さ情報に基づいて、前記壁面の損傷の程度を示す指標である肌荒れ指数を導出する肌荒れ指数導出工程と、を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明のコークス炉の壁面状態評価装置は、コークス炉の炭化室の壁面に、当該壁面の損傷によって点在している複数の凹部を検出して、当該壁面の状態を評価するコークス炉の壁面状態評価装置であって、炭化室の壁面において、当該炭化室の高さ方向に間隔を有して当該炭化室の奥行方向に現れる、前記複数のレーザ光による複数のレーザスポットの画像が重畳された、当該炭化室の壁面の画像を取得する取得手段と、前記レーザスポットの画像の、前記炭化室の奥行方向に延びる線分を追跡する追跡手段と、前記レーザ光追跡手段によって追跡されたレーザスポットの画像の線分に基づいて、前記炭化室の壁面の凹凸量と、前記炭化室の奥行方向の位置との関係を示す凹凸プロフィールを生成する凹凸プロフィール生成手段と、前記凹凸プロフィール生成手段によって生成された凹凸プロフィールから、前記壁面に点在している複数の凹部の深さに関する情報である深さ情報を導出する凹部深さ導出手段と、前記凹部深さ導出手段によって導出された、前記深さ情報に基づいて、前記壁面の損傷の程度を示す指標である肌荒れ指数を導出する肌荒れ指数導出手段と、を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明のコンピュータプログラムは、前記コークス炉の壁面状態評価装置の各手段としてコンピュータを機能させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、コークス炉の炭化室の壁面に点在している複数の凹部の深さ情報を導出し、導出した深さ情報に基づいて、当該壁面の損傷の程度を示す指標である肌荒れ指数を導出するようにした。したがって、コークス炉の炭化室の炉壁の肌荒れの程度を指標化することができる。
また、本発明の他の特徴によれば、肌荒れ指数と炉壁摩擦係数との関係を導出し、損傷を評価する対象となる炭化室の炉壁に対する肌荒れ指数が導出されると、当該肌荒れ係数に対応する炉壁摩擦係数を導出するようにした。したがって、炭化室の炉壁の状態に対応させて炉壁摩擦係数を与えることができ、肌荒れが、コークスと炉壁との間の摩擦係数に与える影響を定量化することができる。
また、本発明のその他の特徴によれば、導出した炉壁摩擦係数を用いて、損傷を評価する対象となる炭化室の押出負荷を計算するようにした。したがって、炉壁摩擦係数を一定にした場合に比べて、押出負荷を高精度に計算することができ、押出負荷を定量化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態を示し、コークス炉の壁面観察装置の外観構成の一例を示す図である。
【図２】本発明の実施形態を示し、垂直柱の内部の、透光板が設けられた部分の様子の一例を示す図である。
【図３】本発明の実施形態を示し、垂直柱とミラー管の配置関係の一例を示す図である。
【図４】本発明の実施形態を示し、レーザスポットの一例を示す図である。
【図５】本発明の実施形態を示し、コークス炉の壁面状態評価装置の機能構成の一例を示す図である。
【図６】本発明の実施形態を示し、押出負荷と操業日との関係の一例を示す図である。
【図７】本発明の実施形態を示し、レーザスポットの画像が重畳された炉壁の画像の一例を示す図（写真）である。
【図８】本発明の実施形態を示し、レーザスポットの追跡結果から得られたＶ字谷の局所凹凸プロフィールの一例を示す図である。
【図９】本発明の実施形態を示し、凹凸量に対応する軸方向で上下に振動する凹凸プロフィールの一例を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態を示し、区間最小値マトリックスの一例を概念的に示す図である。
【図１１】本発明の実施形態を示し、肌荒れが生じていない炭化室の炉壁の様子の一例を示す図（写真）である。
【図１２】本発明の実施形態を示し、肌荒れが著しい炭化室の炉壁の様子の一例を示す図（写真）である。
【図１３】本発明の実施形態を示し、平滑効果カーボンがＶ字谷に埋まることにより壁面が平滑化されている炭化室の炉壁の様子の一例を示す図（写真）である。
【図１４】本発明の実施形態を示し、押出負荷と肌荒れ指数との関係の一例を示す図である。
【図１５】本発明の実施形態を示し、炭化室の押出負荷計算モデルの一例を示す図である。
【図１６】本発明の実施形態を示し、シミュレータで使用した各パラメータを示す図である。
【図１７】本発明の実施形態を示し、肌荒れ指数と炉壁摩擦係数との関係の一例を示す図である。
【図１８】本発明の実施形態を示し、押出負荷の計算値と実測値を示す図である。
【図１９】本発明の実施形態を示し、肌荒れ指数導出処理を行う際の壁面状態評価装置の動作の一例を説明するフローチャートである。
【図２０】本発明の実施形態を示し、炉壁摩擦係数導出処理を行う際の壁面状態評価装置の動作の一例を説明するフローチャートである。
【図２１】本発明の実施形態を示し、押出負荷導出処理を行う際の壁面状態評価装置の動作の一例を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態を説明する。
（壁面観察装置）
図１は、コークス炉の壁面観察装置１００（以下の説明では、「コークス炉の壁面観察装置」を必要におじて「壁面観察装置」と略称する。）の外観構成の一例を示す図である。図１では、コークス炉の炭化室１１のＰＳ側から、炭化室１１の奥行方向に、壁面観察装置１００が挿入されたときの様子を示している。
壁面観察装置１００は、コークス炉の炭化室１１の壁面全体の画像を観察する装置である。
壁面観察装置１００は、ベースビームＢＢと、アッパビームＵＢと、垂直柱１と、ミラー管２とが一体となって形成された水冷ランスを有している。水冷ランスは、高耐熱のステンレス製の２重管であり、内管と外管との間に冷却水が流されるようになっている。このようにして、冷却水が流されるようにすることによって、水冷ランスの内部が高熱に曝されないようにしている。
【００１４】
具体的に、炭化室１１の奥行方向に延設されているアッパビームＵＢの先端面と、同じく炭化室１１の奥行方向に延設されているベースビームＢＢの先端上面に、炭化室１１の高さ方向に延設される垂直柱１が取り付けられている。また、ベースビームＢＢの先端面と、垂直柱１の上端側先端面に、炭化室１１の高さ方向に延設されるミラー管２が取り付けられている。前述したように、垂直柱１と、ミラー管２と、アッパビームＵＢと、ベースビームＢＢとは、一体で形成されており、互いに共通の内空間を有している。
【００１５】
垂直柱１の先端側側面には、透光板３ａ〜３ｄが、所定の間隔で高さ方向に設けられている。垂直柱１の内部に設けられた４つのリニアイメージカメラ５は、夫々透光板３ａ〜３ｄを通して、ミラー管２に映し出された画像を撮影する。すなわち、リニアイメージカメラ５は、炭化室１１の右側・左側の炉壁１４Ｒ、１４Ｌの画像を撮影する（図２及び図３を参照）。
【００１６】
また、透光板３ａ、３ｂの間と、透光板３ｃ、３ｄの間には、夫々透光板４ａ、４ｂが設けられている。垂直柱１の内部に設けられた、例えば複数の半導体レーザからなるレーザ投光器群８は、透光板４ａ、４ｂを通して、ミラー管２を介して、炭化室１１の右側・左側の炉壁１４Ｒ、１４Ｌ上のリニアイメージカメラ５の視野に、レーザ光を投光する（図２及び図３を参照）。
また、垂直柱１の底面の先端側には、炭化室１１の炉壁（床面）１４Ｆに乗ったシューＳＨが形成されている。このシューＳＨを介して水冷ランスの先端部が炭化室１１の炉壁（床面）１４Ｆで支持される。尚、水冷ランスの後端部は、水冷ランス挿入装置（図示を省略）に装着され支持されている。
【００１７】
炭化室１１のＰＳ側から、ミラー管２を先頭にして水冷ランスを、炉外の水冷ランス挿入装置（図示を省略）を用いて炭化室１１の奥行方向に挿入する。これにより、水冷ランスが、炭化室１１の奥行方向（ＣＳ側の方向）に進入する。
【００１８】
図２は、垂直柱１の内部の、透光板３ａ、４ａが設けられた部分の様子の一例を示す図である。
図２に示すように、垂直柱１の内部の位置であって、透光板３ａと対向する位置に、第１のリニアイメージカメラ５ａが設けられている。また、垂直柱１の内部の位置であって、透光板４ａと対向する位置には、１１個のレーザ投光器からなるレーザ投光器群８ａと、同じく１１個のレーザ投光器からなるレーザ投光器群８ｂとが設けられている。第１のリニアイメージカメラ５ａと、レーザ投光器群８ａ、８ｂとの間には、減速機を内蔵した第１の電気モータ６ａが設けられている。この第１の電気モータ６ａは、垂直柱１に固定されている。また、第１の電気モータ６ａの回転軸（出力軸）に、第１のリニアイメージカメラ５ａと支持板７ａとが結合されている。そして、支持板７ａに、レーザ投光器群８ａ、８ｂが固定されている。
【００１９】
レーザ投光器群８ａは、その上方にある第１のリニアイメージカメラ５ａで撮影されるレーザスポットを、炉壁１４上に形成するためのものである。一方、レーザ投光器群８ｂは、その下方にある図示しない第２のリニアイメージカメラ５で撮影されるレーザスポットを形成するためのものである。レーザ投光器群８ｂの下方にある第２のリニアイメージカメラは、垂直柱１の内部の位置であって、透光板３ｂと対向する位置に設けられている。この第２のリニアイメージカメラ５は、第１のリニアイメージカメラ５ａと同様に、減速機を内蔵した図示しない第２の電気モータ６の回転軸に結合されている。また、第２の電気モータ６は垂直柱１に固定されている。尚、第２の電気モータ６と、第２のリニアイメージカメラ５には、レーザ投光器群８ａ、８ｂは結合されていない。
【００２０】
第１のリニアイメージカメラ５ａと、レーザ投光器群８ａ、８ｂとがミラー管２の管軸をねらっている状態で、第１の電気モータ６ａが正転すると、第１のリニアイメージカメラ５ａと、レーザ投光器群８ａ、８ｂは、炭化室１１の左側の炉壁１４Ｌと対面する位置まで回動する。一方、第１の電気モータ６ａが逆転すると、第１のリニアイメージカメラ５ａと、レーザ投光器群８ａ、８ｂは、炭化室１１の右側の炉壁１４Ｒと対面する位置まで回動する。
【００２１】
第１の電気モータ６ａの正転に伴い、第２の電気モータ６も正転する。これにより、第２のリニアイメージカメラ５も、炭化室１１の左側の炉壁１４Ｌと対面する位置まで回動する。同様に、第１の電気モータ６ａの逆転に伴い、第２の電気モータ６も逆転する。これにより、第２のリニアイメージカメラ５も、炭化室１１の右側の炉壁１４Ｒと対面する位置まで回動する。
【００２２】
以上のような第１及び第２のリニアイメージカメラ５と、レーザ投光器群８ａ、８ｂと、第１及び第２の電気モータ６と同様の構成が、垂直柱１の内部の領域であって、透光板３ｃ、３ｄ、４ｂが形成されている領域にも形成されている。このように、本実施形態では、垂直柱１の内部に、リニアイメージカメラ５とレーザ投光器群８との組みが、４組設けられている。
【００２３】
図３は、垂直柱１とミラー管２の配置関係の一例を示す図である。具体的に図３は、垂直柱１とミラー管２とを、それらの軸に垂直な方向から切ったときの断面の概略を示す図である。また、前述したように、垂直柱１の内部には、リニアイメージカメラ５とレーザ投光器群８との組みを４組設けるようにしているが、各組は、撮影する場所が異なるだけである。よって、以下では、第１のリニアイメージカメラ５ａと、レーザ投光器群８との組みの説明を行い、その他の組みの詳細な説明を必要に応じて省略する。
【００２４】
前述したように、第１のリニアイメージカメラ５ａとレーザ投光器群８ａは、垂直柱１の管軸を回転軸として旋回駆動をし得る。ミラー管２には、炭化室１１の左側の炉壁１４Ｌを正面から観察するための左鏡面９Ｌと、炭化室１１の右側の炉壁１４Ｒを正面から観察するための右鏡面９Ｒとが形成されている。これらの鏡面９Ｌ、９Ｒは、例えば、ステンレス製の外管の表面を鏡面研磨して鏡面化した後、クロムメッキを施すことにより形成される。
【００２５】
第１のリニアイメージカメラ５ａと、レーザ投光器群８ａとを、例えば左鏡面９Ｌをねらう位置に回動させると、レーザ投光器群８ａから出射されるレーザ光線が、左鏡面９Ｌに当って反射され、炭化室１１の左側の炉壁１４Ｌに当る。そうすると、炭化室１１の左側の炉壁１４Ｌに、レーザスポット４２が現われる（図４を参照）。本実施形態では、例えば、水平方向の長さ（幅）が３０ｍｍ、高さ方向の長さ（厚み）が２ｍｍの線状のレーザスポット４２が現われる。前述したように、レーザ投光器群８ａは、１１個のレーザ投光器からなるので、１１個のレーザスポット４２ａ〜４２ｋが、炉壁１４の高さ方向に現われる。
【００２６】
そして、本実施形態では、炭化室１１の炉壁１４が平らである場合には、これら１１個のレーザスポット４２ａ〜４２ｋと、レーザ投光器群８ａ以外の３つのレーザ投光器群８によって形成されるレーザスポットとが、概ね１３０ｍｍ間隔（この間隔は、耐火煉瓦の炉壁１４の高さ方向の間隔に略等しい）で、炉壁１４の高さ方向に現われるように、合計４４個のレーザ投光器から投光されるレーザ光線の投光角度が調整されている。よって、本実施形態では、４４個（１１個×４セット）のレーザスポット４２が、炉壁１４の高さ方向に現れる。
【００２７】
本実施形態では、リニアイメージカメラ５ａは、炭化室１１の炉壁１４の高さ方向を撮影する１次元カメラである。例えば、第１のリニアイメージカメラ５ａと、レーザ投光器群８ａとが、左鏡面９Ｌをねらっているときには、図４（ａ）に示すように、炭化室１１の炉壁１４の高さ方向に、第１のリニアイメージカメラ５ａの撮影視野４１が形成される。
水平方向（炭化室１１の奥行方向）に長さを有するレーザスポット４２を形成することにより、レーザスポット４２が形成される領域が、炭化室１１の奥行方向に多少ずれても、リニアイメージカメラ５の撮影視野４１から完全に逸脱しない範囲にレーザスポット４２を存在させることができる。
【００２８】
炭化室１１の炉壁１４は粗面であるので、レーザスポット４２から各方向にレーザ光が散乱する。この散乱したレーザ光の一部が、例えば左鏡面９Ｌに当って反射され、第１のリニアイメージカメラ５ａに入る。
【００２９】
尚、炉壁１４の赤熱発光に対してレーザスポット４２を強調するため、狭帯域の特定波長のみを透過する光学干渉フィルタをカメラに取り付けてある。この光学干渉フィルタは斜めから光が入射すると透過波長が短波長側にシフトする特性がある。そこで、本実施形態では、波長６８５ｎｍ付近の光を透過するフィルタを採用し、レーザ投光器群８を構成するレーザ投光器のうち、撮影視野４１の中心付近にレーザスポットを形成するレーザ投光器は、フィルタの透過帯域と合致した６８５ｎｍの波長のレーザ光を投光し、撮影視野の周辺部にスポットを形成するレーザ投光器は、６７０ｎｍの波長のレーザ光を投光するようにしている。
【００３０】
ここで、炭化室１１の炉壁１４に凹部が存在していると、炉壁１４が平らな場合に比べて、鏡面９Ｌと炉壁１４との間の距離が増大する。すると、図４（ｂ）に示すように、リニアイメージカメラ５ａの画面上では、レーザスポット４２が上方向にシフトする（図４（ｂ）に示すレーザスポット４２´を参照）。レーザ光がリニアイメージカメラ５ａの下方から斜めに投光されているためである。一方、炭化室１１の炉壁１４に凸部が存在していると、炉壁１４が平らな場合に比べて、鏡面９Ｌと炉壁１４との間の距離が減少する。したがって、図４（ｃ）に示すように、リニアイメージカメラ５ａの画面上では、レーザスポット４２が下方向にシフトする（図４（ｃ）に示すレーザスポット４２´を参照）。
【００３１】
尚、第１のリニアイメージカメラ５ａのように、対応するレーザ投光器群８よりも上方にあるリニアイメージカメラ５では、前述したように、凹部が存在している所で、撮影画面上のレーザスポット４２´が上方向にシフトし、凸部が存在している所で、撮影画面上のレーザスポット４２´が下方向にシフトする。一方、第２のリニアイメージカメラ５のように、対応するレーザ投光器群８よりも下方にあるリニアイメージカメラ５では、凹部が存在している所で、撮影画面上のレーザスポット４２´が下方向にシフトし、凸部が存在している所で、撮影画面上のレーザスポット４２´が上方向にシフトする。
【００３２】
以上のようにして、炭化室１１の炉壁１４に形成されたレーザスポット４２´を撮影するに際し、リニアイメージカメラ５と、レーザ投光器群８との指向方向を左鏡面９Ｌにすると、炭化室１１の左側の炉壁１４Ｌを正面から見る画像が得られる。また、レーザ投光器群８との指向方向を右鏡面９Ｒにすると、炭化室１１の右側の炉壁１４Ｒを正面から見る画像が得られる。
【００３３】
次に、壁面観察装置１００の使用態様の一例を説明する。各リニアイメージカメラ５の指向方向を、右鏡面９Ｒに設定して、炭化室１１内に水冷ランスを前進させる。水冷ランスが４ｍｍ移動する度に発せられる移動同期パルスが１パルス発生すると、壁面観察装置１００に設けられたＡ／Ｄ変換器は、各リニアイメージカメラ５の１ライン分の画像信号をＡ／Ｄ変換する。そして、壁面観察装置１００に設けられたＣＰＵは、Ａ／Ｄ変換された画像データを、どのリニアイメージカメラ５で撮影されたものであるのかを区別できる状態で、ＲＡＭにより構成される右壁面用メモリ領域に書き込む。
【００３４】
炭化室１１の奥行方向の略全長に渡って、以上の処理を終えると、各リニアイメージカメラ５の指向方向を、左鏡面９Ｌに設定して、水冷ランスを後退させながら、同様に計測を行う。
尚、壁面観察装置１００については、例えば、特許文献１の他に、国際公開第００／５５５７５パンフレットや、特開２００５−２４９６９８号公報等に記載されている。
【００３５】
以上のように本実施形態では、炭化室１１の奥行方向に４ｍｍピッチで画像データを得るようにしている。これは、次の理由による。すなわち、本実施形態では、画像の分解能が２ｍｍであるので、深さが２ｍｍ以上のＶ字谷を識別することができる。深さが２ｍｍのＶ字谷では、壁面表面における開口部の幅が８ｍｍ程度であると想定される。そこで、本実施形態では、サンプリング定理より、この８ｍｍの１／２倍の４ｍｍピッチで画像信号を得るようにし、耐火煉瓦の肌荒れ（すなわちＶ字谷）の取りこぼしを可及的に防止するようにしている。
【００３６】
（壁面状態評価装置）
図５は、コークス炉の壁面状態評価装置５００（以下の説明では、「コークス炉の壁面状態評価装置」を必要に応じて「壁面状態評価装置」と略称する。）の機能構成の一例を示す図である。尚、壁面状態評価装置５００のハードウェアは、例えば、パーソナルコンピュータ等、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、画像入出力ボード、及び各種のインターフェースを備えた装置である。
壁面状態評価装置５００は、炭化室１１の炉壁１４に生じているＶ字谷を検出し、そのＶ字谷による炉壁１４の損傷の程度を、後述する肌荒れ指数で指標化すると共に、肌荒れ指数と炉壁摩擦係数との関係を求める。また、壁面状態評価装置５００は、炉壁１４の状態を評価したい炭化室１１の肌荒れ指数が得られると、肌荒れ指数と炉壁摩擦係数との関係から炉壁摩擦係数を求め、求めた炉壁摩擦係数から押出負荷を求めるようにする。
【００３７】
壁面状態評価装置５００の具体的な機能を説明する前に、炭化室１１の炉壁１４に生じているＶ字谷（肌荒れ）が押出負荷に影響を与えていることを説明する。
図６は、押出負荷と操業日との関係の一例を示す図である。図６に示す押出負荷は実測値である。
図６に示す例では、１１月７日と８日に、炭化室１１の炉壁１４に生じている大きな陥没（この陥没は、複数の煉瓦にまたがるすり鉢状の煉瓦減肉で、その深さが５０ｍｍ程度ある）を溶射補修した。１１月７日以前において押出負荷が５０ｔｏｎｆ近くにまで大きくなるのは、この大きな陥没が原因である（両矢印Ａを参照）。補修後しばらくは、通常よりも石炭の装入量を少なくする軽装入でコークス炉を操業する。そのため、１１月１５日位までは、押出負荷が減少する（破線の丸Ｂを参照）。その後、軽装入を止めて通常通りの装入量で石炭を装入すると、押出負荷が上昇し、日数をかけて徐々に押出負荷が低下し、最終的に押出負荷が２５ｔｏｎｆ程度になった（両矢印Ｃを参照）。補修作業時に、炭化室１１を長期間空にすることで、Ｖ字谷に埋まっていたカーボンが消失し、カーボンに隠れていたＶ字谷が現れる。その後、操業を続けると、Ｖ字谷にカーボンが再び詰まり、Ｖ字谷が消失する。このようなＶ字谷の出現と消失によって、押出負荷が日数をかけて徐々に低下すると考えられる。このように、前述したＶ字谷に埋まるカーボンは、炭化室１１の壁面を平滑化する効果がある。そこで、以下の説明では、この「カーボン」を必要に応じて「平滑効果カーボン」と称する。尚、前述したＶ字谷の出現と消失は、壁面観察装置１００で炭化室１１の炉壁１４を観察することによって確認された。
【００３８】
このような現象から、本発明者らは、以下の（Ａ）、（Ｂ）の結論に至った。
（Ａ）Ｖ字谷は局所的には微小であるので、１つのＶ字谷が押出負荷に与える影響は小さいが、Ｖ字谷は、炉壁１４全体或いは大面積で生じるので、炉壁１４全体で見た場合、押出負荷を大きくする要因になる。
（Ｂ）炉壁１４の大きな陥没やカーボンの付着による張り出しがなくても、操業条件等でＶ字谷を埋めている平滑効果カーボンが消失或いは減少すると、押出負荷が上昇する。
以上のように、炭化室１１の炉壁１４の肌荒れは押出負荷に影響を与えるので、炭化室１１の炉壁１４の肌荒れを定量的に評価できるようにする必要がある。そのために、本実施形態の壁面状態評価装置５００は、以下の機能を有する。尚、本実施形態では、大きな陥没やカーボンの付着による張り出しはなく、Ｖ字谷が点在している炭化室１１の炉壁１４を評価対象とした場合を例に挙げて説明する。
【００３９】
［壁面画像取得部５０１］
壁面画像取得部５０１は、壁面観察装置１００に設けられた右壁面用メモリ領域又は左壁面用メモリ領域に記憶されている画像データを取得する。例えば、壁面画像取得部５０１は、右壁面用メモリ領域に記憶されている「炭化室１１の右側の炉壁１４Ｒ」の画像データを読み出し、後述するようにして炭化室１１の右側の炉壁１４Ｒの肌荒れ指数が算出された後に、左壁面用メモリ領域に記憶されている「炭化室１１の左側の炉壁１４Ｌ」の画像データを読み出すようにする。そして、壁面画像取得部５０１は、取得した画像データと、当該画像データによって表される炭化室１１の炉壁１４の識別情報とを相互に関連付けて記憶する。尚、前述したように、この画像データは、炭化室１１の炉壁１４の画像に、レーザスポット４２の画像が重畳されたものである。
壁面画像取得部５０１は、例えば、通信インターフェースが、壁面観察装置１００に記憶されている画像データを受信し、ＣＰＵが、コンピュータプログラムに従って、受信された画像データをＨＤＤ等に記憶することにより実現できる。
【００４０】
［ラインデータ読み出し部５０２］
ラインデータ読み出し部５０２は、壁面観察装置１００に設けられた右壁面用メモリ領域又は左壁面用メモリ領域に記憶されている画像データを順次読み出す。前述したように、壁面観察装置１００は、炭化室１１の奥行方向に動きながら炉壁１４の画像を得るので、レーザスポット４２の画像は、炭化室１１の奥行方向に延びる線分として見える。ラインデータ読み出し部５０２は、このようなレーザスポット４２の画像が壁面１４の画像に重畳された画像データから、輝度が最も高い位置（ピーク位置）を特定することにより、レーザスポット４２を、炭化室１１の奥行方向（ＰＳ側からＣＳ側に向かう方向）に追跡する。前述したように本実施形態では、４４個（１１個×４セット）のレーザスポット４２が得られるので、レーザスポット４２の追跡結果が、４４個得られることになる。
【００４１】
図７は、レーザスポット４２の画像が重畳された炉壁１４の画像の一例を示す図（写真）である。図７では、炭化室１１の炉壁１４の一部のみを示している。図７において、レーザスポット４２の線分７０１は、炭化室１１の高さ方向（図７の上下方向）におけるレーザスポット４２の位置と、炭化室１１の奥行方向（図７の横方向）の位置とをパラメータとする曲線となる。前述したようにレーザスポット４２の線分７０１は、炭化室１１の炉壁１４に凹凸部が存在していると、炭化室１１の高さ方向において上下にシフトする。したがって、レーザスポット４２の線分７０１を追跡することにより、炭化室１１の炉壁１４全体に亘って凹凸量を検出することができる。例えば、図７において、レーザスポット４２の線分７０１ｃでは、Ｖ字状になっている箇所７０２ａ〜７０２ｆがＶ字谷の発生箇所となっている。尚、炭化室１１の右側の炉壁１４Ｒについてレーザスポット４２の追跡結果７０１を得る場合、ラインデータ読み出し部５０２は、右壁面用メモリ領域に記憶されている画像データを読み出す。一方、炭化室１１の左側の炉壁１４Ｌについてレーザスポット４２の追跡結果７０１を得る場合、ラインデータ読み出し部５０２は、左壁面用メモリ領域に記憶されている画像データを読み出す。
【００４２】
図８は、レーザスポット４２の追跡結果から得られたＶ字谷の局所凹凸プロフィールの一例を示す図である。図８に示す局所凹凸プロフィールは、Ｖ字谷の深さと炉壁１４の壁面方向の位置との関係を示すものである。
図８に示すように、Ｖ字谷には、様々な深さのものがあるが、その形状は概ね相似形（Ｖ字状）であることが分かる。尚、本発明者らは、Ｖ字谷の「壁面表面における開口部の幅（図８の深さが０ｍｍにおける「炉壁１４の壁面方向の位置」の両端の間の長さ）」は、１００ｍｍ以下であることを確認している。
【００４３】
ラインデータ読み出し部５０２は、４４個のレーザスポット４２の追跡結果を、炭化室１１の高さ方向において下から順番に１つずつ読み出し、当該レーザスポット４２の追跡結果から、炭化室１１の奥行方向の各位置における炉壁１４の凹凸量を示す凹凸プロフィールを求める。このように本実施形態では、４４個の凹凸プロフィールが得られる。尚、炉壁１４の凹凸量は、レーザ光の出射角度、ラインＣＣＤカメラの視野角・視野サイズといった幾何学的条件から、三角測量の原理で求めることができる。
ラインデータ読み出し部５０２は、例えば、ＣＰＵが、ＨＤＤ等から、炭化室１１の炉壁１４の画像データを、炭化室１１の高さ方向で下のものから順番に１つずつ読み出して、レーザスポット４２の線分を検出し、検出したレーザスポット４２の線分に基づいて、炭化室１１の奥行方向の各位置における炉壁１４の凹凸量を導出して凹凸プロフィールを生成し、生成した凹凸プロフィールの情報をＲＡＭ等に記憶することによって実現できる。
【００４４】
［低周波成分抽出部５０３］
壁面観察装置１００は、炭化室１１の壁面１４の観察に際し、比較的低い空間周波数で揺れながら炭化室１１の奥行方向を移動する。壁面観察装置１００は、図１に示すように、その片側を支持して１５ｍコークス炉内に挿入するので、このような揺れが生じる。そうすると、レーザスポット４２の追跡結果も、当該空間周波数に応じて、炭化室１１の高さ方向に対応する軸方向で上下に振動し、これにより、凹凸プロフィールも、凹凸量に対応する軸方向で上下に振動する。図９は、凹凸量に対応する軸方向で上下に振動する凹凸プロフィール９００の一例を示す図である。図９は、実測値の一部分を示している。
図９において、壁面観察装置１００が揺れずに炭化室１１の奥行方向を移動する場合には、基準位置（凹凸プロフィール９００において凹凸が存在しない部位に対応する深さ方向の位置）は、図９の縦軸（「凹凸量」の軸）の値が０ｍｍの位置になる。しかしながら、図９に示す例においては、壁面観察装置１００が揺れながら炭化室１１の奥行方向を移動することによって、基準位置は、−４ｍｍ付近と−２ｍｍ付近に位置している。このような基準位置の変位の空間周波数は、Ｖ字谷に対応する部分９０１ａ〜９０１ｄの空間周波数に比べて十分に低い。そこで、本実施形態では、低周波成分抽出部５０３は、凹凸プロフィール９００から、この基準位置の変位の部分を抽出するようにしている。
【００４５】
具体的に本実施形態では、低周波成分抽出部５０３は、ラインデータ読み出し部５０２で得られた凹凸プロフィール９００から中央値フィルタ処理を実施することにより、基準位置の変位の部分を抽出する。
例えば、低周波成分抽出部５０３は、ＰＳの端から炭化室の奥行方向に４ｍｍピッチで、凹凸プロフィール９００の値（凹凸量）を５０点抽出する。次に、低周波成分抽出部５０３は、抽出した凹凸プロフィール９００の値を大きいもの（又は小さいもの）から順に並べ、２５番目に大きい値を中央値として抽出する。このような中央値の抽出を、ＣＳ方向に１画素ずつ画素をずらしながら行う。例えば、ＰＳの端から炭化室の奥行方向に４ｍｍピッチで、凹凸プロフィール９００の値を５０点抽出した場合、次は、ＰＳの端よりも１画素ＣＳ側に移動した位置から炭化室の奥行方向に４ｍｍピッチで、凹凸プロフィール９００の値を５０点抽出する。低周波成分抽出部５０３は、このようにして得られた中央値をＰＳ側からＣＳ側まで並べたデータセットである中央値データ（基準位置の変位の部分のデータ）を生成する。尚、本実施形態では、５０点の中央値フィルタ処理により凹凸プロフィール９００の低周波成分を抽出したが、必要なデータ点数は、壁面観察装置１００の揺れの低周波周波数とサンプリングピッチとに応じて決定されるものであるため、５０点には限定されない。
低周波成分抽出部５０３は、４４個の凹凸プロフィール９００のそれぞれから、以上のような中央値データを生成する。すなわち、本実施形態では、４４セットの中央値データが生成される。
低周波成分抽出部５０３は、例えば、ＣＰＵが、ＲＡＭ等から、凹凸プロフィール９００のデータを読み出して、前述したようにして中央値データを生成し、生成した中央値データの情報をＲＡＭ等に記憶することにより実現できる。
【００４６】
［高周波成分抽出部５０４］
高周波成分抽出部５０４は、基準位置の変位の部分が除去された凹凸プロフィールを抽出する。そのために、本実施形態では、高周波成分抽出部５０４は、ラインデータ読み出し部５０２で得られた凹凸プロフィール９００と、低周波成分抽出部５０３で得られた中央値データとの差分を取る。これにより、基準位置が揃った凹凸プロフィールが得られる。
高周波成分抽出部５０４は、４４個の凹凸プロフィール９００と、当該凹凸プロフィール９００に対応する中央値データとの差分をそれぞれ算出して、基準位置が揃った凹凸プロフィールを生成する。すなわち、本実施形態では、基準位置が揃った凹凸プロフィールが４４個生成される。
高周波成分抽出部５０４は、例えば、ＣＰＵが、ＲＡＭ等から、凹凸プロフィール９００の情報と、中央値データの情報とを読み出し、これらの差分をとることにより基準位置が揃った凹凸プロフィールを生成し、その情報をＲＡＭ等に記憶することにより実現できる。
【００４７】
［区間最小値導出部５０５］
区間最小値導出部５０５は、基準位置が揃った凹凸プロフィールを、炭化室の奥行方向において１００ｍｍピッチで分割し、分割した各区間において、当該凹凸プロフィールの値（凹凸量）の最小値（凹凸プロフィールが示す凹部のうち深さが最も深い凹部である最凹部の深さ）を抽出する。本実施形態では、４ｍｍピッチで画像データを得ているので、２５点の値（凹凸量）の中の最小値が選択されることになる。
区間最小値導出部５０５は、４４個の「基準位置が揃った凹凸プロフィール」の全てについて、以上のような最小値を抽出する処理を行う。すなわち、本実施形態では、炭化室１１の奥行方向の長さが１５ｍであるので、基準位置が揃った凹凸プロフィールの各区間における最小値が、炭化室１１の奥行方向に１５０個、炭化室１１の高さ方向に４４個得られる（すなわち、基準位置が揃った凹凸プロフィールの各区間における最小値が、４４×１５０個得られる）。
【００４８】
ここで、基準位置が揃った凹凸プロフィールの最小値を求める区間の「炭化室１１の奥行方向の長さ」を１００ｍｍとした理由について説明する。
本発明者らは、壁面観察装置１００により炭化室１１の炉壁１４を観察した結果、炭化室１１の奥行方向におけるＶ字谷の発生位置の多くは、耐火煉瓦の「高さ方向に沿った目地」のある位置の近くであることを確認した。また、耐火煉瓦は、千鳥配列に組積されている（図７を参照）。よって、炭化室１１の奥行方向におけるＶ字谷の発生位置の多くは、耐火煉瓦の「炭化室１１の奥行方向における『両端部』と『中央部』」になる。よって、１つの区間に、複数のＶ字谷が含まれないように、基準位置が揃った凹凸プロフィールの最小値を求める区間の「炭化室１１の奥行方向の長さ」を、耐火煉瓦の「炭化室１１の奥行方向における長さ」の半分以下にする必要がある。ここで、本実施形態の炭化室１１の炉壁１４を構成する耐火煉瓦の「炭化室１１の奥行方向における長さ」は３００ｍｍであるので、基準位置が揃った凹凸プロフィールの最小値を求める区間の「炭化室１１の奥行方向の長さ」を１５０ｍｍ以下にする必要がある。
【００４９】
ただし、前述した位置以外にもＶ字谷が発生する虞がある。よって、１つの区間に、複数のＶ字谷が含まれないようにするという観点からすると、基準位置が揃った凹凸プロフィールの最小値を求める区間の「炭化室１１の奥行方向の長さ」は短いほうが好ましい。しかしながら、この長さを短くしすぎると、１つの区間に、Ｖ字谷が１つも含まれなくなり、ノイズをＶ字谷として抽出してしまう虞がある。よって、この長さは、１つのＶ字谷の「壁面表面における開口部の幅」として想定される値の最大値よりも大きく、且つ、耐火煉瓦の「炭化室１１の奥行方向における長さ」の半分よりも小さくするのが好ましい。前述したように、Ｖ字谷の「壁面表面における開口部の幅は、１００ｍｍ以下であることを確認している。以上のような理由から、本実施形態では、基準位置が揃った凹凸プロフィールの最小値を求める区間の「炭化室１１の奥行方向の長さ」を１００ｍｍとした。ただし、この長さは１００ｍｍに限定されるものではない。
【００５０】
区間最小値導出部５０５は、例えば、ＣＰＵが、ＲＡＭ等から、基準位置が揃った凹凸プロフィールの情報を読み出して、前述したようにして、各区間における当該凹凸プロフィールの値（凹凸量）の最小値を抽出し、抽出した最小値の情報をＲＡＭ等に記憶することにより実現できる。
【００５１】
［区間最小値マトリックス生成部５０６］
区間最小値マトリックス生成部５０６は、基準位置が揃った凹凸プロフィールの各区間の最小値から、区間最小値マトリックスを生成する。
図１０は、区間最小値マトリックスの一例を概念的に示す図である。尚、ここでは、炭化室１１の奥行方向（ＰＳからＣＳまで）の長さをＬ［ｍ］とし、炭化室１１の高さをｈ［ｍ］と表記する。
図１０に示すように、区間最小値マトリックス１０００は、基準位置が揃った凹凸プロフィールの値（凹凸量）の各区間の最小値を、当該区間に対応する位置に与えたものである。前述したように、本実施形態では、基準位置が揃った凹凸プロフィールの各区間の最小値が、４４×１５０個得られるので、４４行、１５０列のマトリックス状に値が得られる。尚、前述したように、本実施形態では、区間の「炭化室１１の奥行方向の長さ」を１００ｍｍとした。また、本実施形態の炭化室１１の炉壁１４を構成する耐火煉瓦の「炭化室１１の高さ方向における長さ」は１３０ｍｍであり、凹凸プロフィールの元になるレーザスポット４２の間隔も、それに合わせて１３０ｍｍ間隔としている。よって、区間最小値マトリックス１０００の値の、炭化室１１の奥行方向におけるピッチは、１００ｍｍであり、高さ方向におけるピッチは１３０ｍｍである。
【００５２】
区間最小値マトリックス生成部５０６は、例えば、ＣＰＵが、ＲＡＭ等から、基準位置が揃った凹凸プロフィールの各区間における値（凹凸量）を読み出して、前述したようにして区間最小値マトリックス１０００を生成し、生成した区間最小値マトリックス１０００の情報をＲＡＭ等に記憶することにより実現できる。
【００５３】
［肌荒れ指数導出部５０７］
肌荒れ指数導出部５０７は、区間最小値マトリックス１０００の要素ｍ（基準位置が揃った凹凸プロフィールの値の各区間の最小値）の平均値を算出する。肌荒れ指数導出部５０７は、算出した平均値を、当該平均値の算出対象である「炭化室１１の炉壁１４」の識別情報と相互に関連付けて、肌荒れ指数記憶部５０８に記憶する。本実施形態では、この平均値を、炭化室１１の炉壁１４の肌荒れを示す指標である肌荒れ指数と定義する。
肌荒れ指数導出部５０７は、例えば、ＣＰＵが、ＲＡＭ等から、区間最小値マトリックス１０００の情報を読み出して、前述したようにして肌荒れ指数を算出し、算出した肌荒れ指数の情報を、ＨＤＤ等に記憶することによって実現できる。また、肌荒れ指数記憶部５０８は、例えば、当該ＨＤＤ等を用いることにより実現できる。
尚、本実施形態では、肌荒れ指数導出部５０７は、後述するように、肌荒れ指数と炉壁摩擦係数との関係を求めるために肌荒れ指数を求める場合と（肌荒れ指数−押出負荷関係導出部５１１〜肌荒れ指数−炉壁摩擦係数関係導出部５１３の説明を参照）、炭化室１１の炉壁１４の肌荒れを評価するために肌荒れ指数を求める場合（炉壁摩擦係数導出部５１５の説明を参照）とがある。
【００５４】
［肌荒れ指数表示部５０９］
肌荒れ指数表示部５０９は、肌荒れ指数の情報と、当該肌荒れ指数の導出対象である「炭化室１１の炉壁１４」の情報とを、液晶ディスプレイ等の表示装置に表示させる。
肌荒れ指数表示部５０９は、例えば、ＣＰＵが、ＲＡＭ等から、肌荒れ指数のデータを読み出して、表示データを生成し、生成した表示データを、インターフェースを介して表示装置に送信することにより実現できる。
【００５５】
［押出負荷取得部５１０］
押出負荷取得部５１０は、２つの炭化室１１における押出負荷の実測値を取得する。本実施形態では、押出負荷取得部５１０は、Ｖ字谷が少ない比較的新しい炭化室１１における押出負荷の実測値と、数十年稼働していて、Ｖ字谷における平滑効果カーボンの消失が顕著な炭化室１１における押出負荷の実測値を取得する。このようにすれば、大きく異なる２つの押出負荷の実測値を得ることができるので好ましい。尚、炭化室１１における押出負荷の実測値の取得数は、２つに限定されるものではなく、３つ以上であってもよい。ただし、異なる炭化室１１における押出負荷の実測値を取得する。また、複数の煉瓦にまたがる領域に煉瓦減肉による陥没やカーボン付着による張り出しが生じるといった別の形態の炉壁損傷が混在しない炭化室１１を選ぶ。
図１１は、肌荒れが生じていない炭化室１１の炉壁１４の様子の一例をレーザスポット４２の線分と共に示す図（写真）である。また、図１２は、肌荒れが著しい炭化室１１の炉壁１４の様子の一例をレーザスポット４２の線分と共に示す図（写真）である。また、図１３は、平滑効果カーボンがＶ字谷に埋まることにより壁面が平滑化されている炭化室１１の炉壁１４の様子の一例をレーザスポット４２の線分と共に示す図（写真）である。
本実施形態では、押出負荷取得部５１０は、図１１に示すような状態の炭化室１１の押出負荷の実測値と、図１２に示すような状態の炭化室１１の押出負荷の実測値とを取得する。ただし、例えば、これらに加えて、又は、例えば、図１１に示すような状態の炭化室１１の押出負荷の実測値に代えて、図１３に示すような状態の炭化室１１の押出負荷の実測値を取得するようにしてもよい。
【００５６】
押出負荷取得部５１０は、例えば、ＣＰＵが、オペレータによるユーザインターフェースの操作に基づいて押出負荷の実測値を入力したり、外部装置から通視認ターフェースを介して押出負荷の実測値を入力したり、可搬型の記憶媒体から押出負荷の実測値を読み出したりして、押出負荷の実測値を取得し、その押出負荷の実測値の情報と、当該押出負荷の測定対象となる炭化室１１を識別する情報とを相互に関連付けてＲＡＭ等に記憶することにより実現できる。
【００５７】
［肌荒れ指数−押出負荷関係導出部５１１］
肌荒れ指数−押出負荷関係導出部５１１は、押出負荷取得部５１０により、２つの炭化室１１における押出負荷の実測値が取得されると、当該２つの炭化室１１の炉壁１４の肌荒れ指数を肌荒れ指数記憶部５０８から読み出す。そして、肌荒れ指数−押出負荷関係導出部５１１は、２つの炭化室１１における押出負荷の実測値と、当該２つの炭化室１１の炉壁１４の肌荒れ指数とから、押出負荷と肌荒れ指数との関係を導出する。
図１４は、押出負荷と肌荒れ指数との関係の一例を示す図である。図１４において、図１１に示した、Ｖ字谷が少ない比較的新しい炭化室１１の押出負荷の実績値は７．５ｔｏｎｆであり、肌荒れ指数は０．７７ｍｍであった。一方、図１２に示した、肌荒れが著しい炭化室１１の押出負荷の実績値は１７ｔｏｎｆであり、肌荒れ指数は３．５４ｍｍであった。本実施形態では、押出負荷と肌荒れ指数との関係は、これらの点を結ぶ直線で表されるものとする。
肌荒れ指数−押出負荷関係導出部５１１は、例えば、ＣＰＵが、ＲＡＭ等から、２つの炭化室１１の押出負荷の実測値の情報を読み出すと共に、ＨＤＤ等から、当該２つの炭化室１１の肌荒れ指数の情報を読み出して、前述したようにして、押出負荷と肌荒れ指数との関係を導出し、導出した関係を示す情報を、ＲＡＭ等に記憶することにより実現できる。尚、３つ以上の炭化室１１における押出負荷の実測値が取得された場合には、押出負荷と肌荒れ指数との関係を、直線ではなく曲線で表すこともできる。
【００５８】
［シミュレーション部５１２］
シミュレーション部５１２は、押出負荷を計算する。本実施形態では、シミュレーション部５１２は、特開２００８−２６６４４０号公報に記載されている方法で押出負荷を計算する。ただし、特開２００８−２６６４４０号公報では、押出負荷を計算する際に、炭化室１１の炉壁１４とコークスケーキとの間の静止摩擦係数μwが一定値であるとしている。これに対し、後述するように、本実施形態では、炭化室１１の炉壁１４とコークスケーキとの間の静止摩擦係数μwが肌荒れ指数に依存するようにしている。ここで、特開２００８−２６６４４０号公報に記載されている押出負荷の計算方法について簡単に説明する。
【００５９】
図１５は、炭化室１１の押出負荷計算モデルの一例を示す図である。具体的に図１５（ａ）は、押出負荷計算モデルの全体を示す図であり、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）の領域１５０１をＡ方向から見た図であり、図１５（ｃ）は、図１５（ａ）の領域１５０１をＢ方向から見た図である。
ここでは、炭化室１１の奥行方向をｘ方向とし、炭化室１１の高さ方向をｙ方向とする。この押出負荷計算モデルにおいて、炭化室１１の奥行方向（ＰＳからＣＳまで）の長さ（炉長）をＬ（ｍ）とし、炭化室１１のコークスケーキが存在している部分の高さ（炉高）をｈ（ｍ）とし、炭化室１１の幅（炉幅）をｂ（ｍ）とする。また、炭化室１１の炉壁１４とコークスケーキとの間の静止摩擦係数をμwとし、炭化室１１の炉底とコークスケーキとの間の静止摩擦係数をμsとする。押出負荷Ｐ（ｘｙ）x=0は、ＰＳから与えられるものとする。
この押出負荷計算モデルは、ｘ方向に微小区間ｄｘの幅を持つｙ方向の微小区間ｄｙについて、押出し時の圧力バランスを計算し、コークスケーキ全体が動き出す直前の押出圧力分布と、炉壁１４にかかる圧力分布とを求めるものである。ここでは、シミュレーション部５１２は、以下の（ａ）〜（ｆ）に示す方法でコークスの押出負荷Ｆcalを計算するシミュレータ（押出負荷計算プログラム）を有しているものとする。
【００６０】
（ａ）まず、シミュレーション部５１２は、石炭性状（石炭のＶＭ（石炭揮発分）、水分量）、炭化室の寸法（炉幅、炉長、炉高（コークスケーキの高さ）、テーパー等）、操業条件（炉温（乾留温度）、乾留時間）、コークス性状（圧縮率）等を、オペレータによるユーザインターフェースの操作等に基づいて把握する。尚、この他に、押出負荷の計算に必要な条件も必要に応じて把握するものとする。
（ｂ）次に、シミュレーション部５１２は、ランキン係数ｋ（ｘ）と、炉壁１４とコークスケーキとの隙間Ｘc（ｘ）との関係を設定する。
ランキン係数ｋ（ｘ）は、コークスケーキの押出時の側圧転換率である。具体的にランキン係数ｋ（ｘ）は、押出機によりコークスケーキにかけた圧力に対する、コークスケーキから炉壁１４にかかる炉幅方向の圧力の比率で表される。また、炉壁１４とコークスケーキとの隙間Ｘc（ｘ）は、いわゆる水平焼き減りにより生じるものである。ランキン係数ｋ（ｘ）も、炉壁１４とコークスケーキとの隙間Ｘc（ｘ）も、ｘの関数となる。
本実施形態では、ランキン係数ｋ（ｘ）と、炉壁１４とコークスケーキとの隙間Ｘc（ｘ）との関係は、試験炉を用いることにより得られ、以下の（１）式で表されるものとする。
ｋ（ｘ）＝Ａ・Ｘc（ｘ）＋Ｂ ・・・（１）
Ａ，Ｂは、石炭の性状や乾留条件によって定まる定数である。
【００６１】
（ｃ）次に、シミュレーション部５１２は、以下の（２）式により、炉壁１４とコークスケーキとの隙間Ｘc（ｘ）を求め、求めた炉壁１４とコークスケーキとの隙間Ｘc（ｘ）を（１）式に代入することによってランキン係数ｋ（ｘ）を求める。
Ｘc（ｘ）＝−α・Ｔ／[（１−α）・Ｌ]・ｘ＋α・Ｔ＋Ｘc ・・・（２）
炉壁１４とコークスケーキとの隙間は、いわゆる水平焼減りが炭化室１１の奥行方向で一定であったとしても、炭化室１１の奥行方向に形成されたテーパー（＝（ＣＳ端の炉幅−ＰＳ端の炉幅）／２）の影響により、炭化室１１の奥行方向の各位置で異なる値をとり得る。よって、炉壁１４とコークスケーキとの隙間Ｘc（ｘ）は、コークスケーキの圧縮率α（−）と、テーパーＴ（ｍ）と、水平焼減りによる炉壁１４とコークスケーキとの隙間Ｘcとを用いて、（２）式のように表される。ここで、水平焼減りによる炉壁１４とコークスケーキとの隙間Ｘcは、例えば、特開２０００−２９０６５８号公報に開示された方法により求めることができる。
【００６２】
（ｄ）次に、シミュレーション部５１２は、炭化室１１の高さ方向の各位置の圧力（Ｐ（ｙ））と、この圧力Ｐ（ｙ）により両側炉壁１４Ｒ、１４Ｌの炉高方向における各位置に生じる側圧（ｋ（ｘ）・Ｐ（ｙ））を求める。
微小区間ｄｙでのコークスケーキの圧力バランスを考えると、図１５（ｂ）に示すように、微小区間ｄｙの上面１５１１に作用する圧力Ｐ（ｙ）により、微小区間ｄｙの両側端面１５１２ａ、１５１２ｂには、コークスケーキの圧縮により側圧が生じる。また、コークスケーキの重量の影響がある。よって、微小区間ｄｙの下面１５１３に作用する圧力Ｐ（ｙ）＋ｄ（Ｐ（ｙ））に基づく力（矢印１５２４を参照）は、微小区間ｄｙの上面１５１１に作用する圧力Ｐ（ｙ）に基づく力（矢印１５２１を参照）と、コークスケーキの圧縮により生じる側圧に基づく力（矢印１５２２ａ、１５２２ｂを参照）と、コークスケーキの重量に基づく力（矢印１５２３を参照）と、によって定まる。よって、以下の（３）式が成立する。
（Ｐ（ｙ）＋ｄ（Ｐ（ｙ）））・ｂ・ｄｘ＝Ｐ（ｙ）・ｂ・ｄｘ−２・μw・ｋ（ｘ）・Ｐ（ｙ）・ｄｘ・ｄｙ＋ρ・ｇ・ｂ・ｄｘ・ｄｙ ・・・（３）
【００６３】
（３）式において、μwは、炉壁１４とコークスケーキとの間の静止摩擦係数である。Ｐ（ｙ）は、コークスケーキのｙ方向の微小区間にかかる圧力（ｋｇｆ／ｍ2）である。ｄｙは、コークスケーキのｙ方向の微小区間である。ｄＰ（ｙ）は、コークスケーキのｙ方向の微小区間にかかる圧力の増分（ｋｇｆ／ｍ2）である。ｋ（ｘ）は、コークスケーキのｘ方向の各位置でのランキン係数である。ρは、コークスの比重（ｋｇ／ｍ3）である。ｇは、重力加速度（ｍ／ｓ2）である。ｂは、炉幅（ｍ）である。
【００６４】
シミュレーション部５１２は、（１）式に基づいて、炭化室１１の高さ方向の各位置にかかる圧力（Ｐ（ｙ））を求める。また、シミュレーション部５１２は、求めた圧力Ｐ（ｙ）と、（ｃ）で求めたランキン係数ｋ（ｘ）とを掛け合わせて、圧力Ｐ（ｙ）により両側炉壁１４Ｒ、１４Ｌの炉高方向における各位置に生じる側圧（ｋ（ｘ）・Ｐ（ｙ））を求める。
【００６５】
（ｅ）次に、シミュレーション部５１２は、圧力Ｐ（ｙ）により両側炉壁１４Ｒ、１４Ｌの炉高方向における各位置に生じる側圧（ｋ（ｘ）・Ｐ（ｙ））と、炉底位置に生じる圧力（Ｐ（ｙ）y=0）とを考慮した、炭化室１１の奥行方向の各位置の圧力（Ｐ（ｘｙ））を求める。
微小区間ｄｘでのコークスケーキの圧力バランスを考えると、微小区間ｄｘのＣＳ側の面１５３１に作用する圧力に基づく力（矢印１５４１を参照）は、微小区間ｄｘのＰＳ側の面１５３２に作用する圧力に基づく力（矢印１５４２を参照）と、微小区間ｄｘの両側端面１５３３ａ、１５３３ｂに生じる側圧に基づく力（矢印１５４３ａ、１５４３ｂを参照）と、炉底位置に生じる圧力に基づく力（矢印１５４４）とによって定まる。よって、以下の（４）式が成立する。
【００６６】
【数１】
【００６７】
（４）式において、Ｐ（ｘ）は、コークスケーキのｘ方向の微小区間にかかる圧力（ｋｇｆ／ｍ2）である。Ｐ（ｙ）は、コークスケーキのｙ方向の微小区間にかかる圧力（ｋｇｆ/ｍ2）である。ｂは、炉幅（ｍ）である。ｈは、コークスケーキの高さ（ｍ）である。ｄｘは、コークスケーキのｘ方向の微小区間である。ｄｙは、コークスケーキのｙ方向の微小区間である。μwは、炉壁１４とコークスケーキとの間の静止摩擦係数である。μsは、炉底とコークスケーキとの間の静止摩擦係数である。Ｐ（ｙ）y=0は、コークスケーキの底面（ｙ＝０）での圧力（ｋｇｆ／ｍ2）である。ｋ（ｘ）は、コークスケーキのｘ方向の各位置でのランキン係数である。
シミュレーション部５１２は、（３）式で得られた、炭化室１１の高さ方向の各位置の圧力（Ｐ（ｙ））を基に（４）式を解くことにより、炭化室１１の奥行方向の各位置の圧力（Ｐ（ｘｙ））を求める。
【００６８】
（ｆ）シミュレーション部５１２は、コークスの押出負荷Ｆcalを計算する。
炭化室１１の奥行方向の各位置の圧力（Ｐ（ｘｙ））は、ＰＳ（ｘ＝０）からＣＳの方向に減少する分布を有し、ＰＳ（ｘ＝０）の位置で最大となる。
よって、コークスの押出負荷Ｆcalは、ＰＳ（ｘ＝０）での圧力（Ｐ（ｘｙ）x=0）を基に、以下の（５）式を解くことにより得られる。
【００６９】
【数２】
【００７０】
（５）式において、Ｐ（ｘｙ）x=0は、ＰＳ（ｘ＝０）での圧力（ｋｇｆ／ｍ2）である。ｂは、炉幅（ｍ）である。尚、以下の説明では、「炭化室１１の炉壁１４とコークスケーキとの間の静止摩擦係数をμw」が前述した「炉壁摩擦係数μw」に対応するので、以下の説明では、必要に応じて、「炭化室１１の炉壁１４とコークスケーキとの間の静止摩擦係数をμw」を「炉壁摩擦係数μw」と称する
【００７１】
[[押出負荷の実績値に対応する炉壁摩擦係数μwのシミュレーションによる導出]］
シミュレーション部５１２は、肌荒れ指数−押出負荷関係導出部５１１で取得した押出負荷（実績値）が得られる場合の炉壁摩擦係数μwを、炉壁摩擦係数μwを試行錯誤的に変えながら求める。前述したように、Ｖ字谷が少ない比較的新しい炭化室１１の押出負荷の実績値は７．５ｔｏｎｆであり、肌荒れが著しい炭化室１１の押出負荷の実績値は１７ｔｏｎｆであった。よって、シミュレーション部５１２は、（５）式のコークスの押出負荷Ｆcalとして、７．５ｔｏｎｆが得られるときの炉壁摩擦係数μwを求めると共に、（５）式のコークスの押出負荷Ｆcalとして、１７ｔｏｎｆが得られるときの炉壁摩擦係数μwを求める。その結果、コークスの押出負荷Ｆcalとして、７．５ｔｏｎｆが得られるときの炉壁摩擦係数μwとして０．２３が得られ、コークスの押出負荷Ｆcalとして、１７ｔｏｎｆが得られるときの炉壁摩擦係数μwとして０．８２が得られた。図１６（ａ）に、このようにして押出負荷の実績値に対応する炉壁摩擦係数μwを計算した際にシミュレータで使用した各パラメータを示す。
【００７２】
[[炉壁摩擦係数μwに対応する押出負荷の導出]]
シミュレーション部５１２は、後述する炉壁摩擦係数導出部５１５により、肌荒れを評価する対象となる炭化室１１の炉壁１４の肌荒れ指数に対応する炉壁摩擦係数μwが導出されると、当該炉壁摩擦係数μwを、（３）式及び（４）式に代入し、（５）式によりコークスの押出負荷Ｆcalを導出する。
【００７３】
シミュレーション部５１２は、例えば、ＣＰＵが、ＲＡＭ等から、押出負荷の実績値の情報を読み出し、（５）式のコークスの押出負荷Ｆcalの値として読み出した押出負荷の実績値が得られたときの炉壁摩擦係数μwを求め、その炉壁摩擦係数μwのデータをＲＡＭ等に記憶することによって実現できる。また、シミュレーション部５１２は、例えば、ＣＰＵが、ＲＡＭ等から、肌荒れを評価する対象となる炭化室１１の炉壁１４の肌荒れ指数に対応する炉壁摩擦係数μwの情報を読み出して前述した（１）〜（５）式の計算を行って、（５）式のコークスの押出負荷Ｆcalを計算し、計算したコークスの押出負荷ＦcalのデータをＲＡＭ等に記憶することにより実現できる。
【００７４】
［肌荒れ指数−炉壁摩擦係数関係導出部５１３］
肌荒れ指数−炉壁摩擦係数関係導出部５１３は、シミュレーション部５１２により、炭化室１１の押出負荷の実績値に対応する炉壁摩擦係数μwが求められると、当該炭化室１１の押出負荷の実績値に対応する肌荒れ指数を、肌荒れ指数−押出負荷関係導出部５１１から取得する。本実施形態では、炭化室１１の押出負荷の実績値が２つ得られるので、炭化室１１の押出負荷の実績値に対応する「炉壁摩擦係数μw及び肌荒れ指数」の組が２つ得られる。そして、肌荒れ指数−炉壁摩擦係数関係導出部５１３は、当該炉壁摩擦係数μw及び当該肌荒れ指数の２つの組の値から、肌荒れ指数と炉壁摩擦係数μwとの関係を導出し、肌荒れ指数−炉壁摩擦係数関係記憶部５１４に記憶する。
【００７５】
図１７は、肌荒れ指数と炉壁摩擦係数μwとの関係の一例を示す図である。
図１７に示す例では、肌荒れ指数と炉壁摩擦係数μwとの関係は、以下の（６）式で表される。
炉壁摩擦係数＝０．２２×肌荒れ指数＋０．０６ ・・・（６）
肌荒れ指数−炉壁摩擦係数関係導出部５１３は、例えば、ＣＰＵが、ＲＡＭ等から、２つの炭化室１１の押出負荷の実測値の情報と、当該２つの炭化室１１の押出負荷の実測値に対応する炉壁摩擦係数μwの情報とを読み出して、前述したようにして、肌荒れ指数と炉壁摩擦係数μwとの関係を導出し、導出した肌荒れ指数と炉壁摩擦係数μwとの関係を示す情報を、ＨＤＤ等に記憶することによって実現できる。また、肌荒れ指数−炉壁摩擦係数関係記憶部５１４は、例えば、当該ＨＤＤ等を用いることにより実現できる。尚、３つ以上の炭化室１１における押出負荷の実測値が取得された場合には、炉壁摩擦係数と肌荒れ指数との関係を、直線ではなく曲線で表すこともできる。
【００７６】
［炉壁摩擦係数導出部５１５］
炉壁摩擦係数導出部５１５は、肌荒れを評価する対象となる炭化室１１の炉壁１４の肌荒れ指数が、肌荒れ指数記憶部５０８に記憶されると、当該肌荒れ指数を読み出す。そして、炉壁摩擦係数導出部５１５は、読み出した肌荒れ指数に対応する炉壁摩擦係数μwを、肌荒れ指数−炉壁摩擦係数関係導出部５１３で導出された「肌荒れ指数と炉壁摩擦係数μwとの関係」に基づき導出する。
前述したように、シミュレーション部５１２は、炉壁摩擦係数導出部５１５により導出された炉壁摩擦係数μwに基づいて、コークスの押出負荷Ｆcalを導出する。
そして、押出負荷表示部５１６は、シミュレーション部５１２によって導出されたコークスの押出負荷Ｆcalと、当該押出負荷の導出対象である炭化室１１を示す情報とを表示する。
【００７７】
ここで、本発明者らは、以上のようにして凹凸プロフィール９００を元にして炉壁摩擦係数μwを推定する手法の妥当性を検討した。まず、炉壁１４に複数の煉瓦にまたがる大きさの顕著な凹凸はないが、押出負荷の実測値が異なる炭化室１１を４つ選んだ。これら４つの炭化室１１における肌荒れ指数は、２．００ｍｍ、２．３１ｍｍ、２．３８ｍｍ、３．１７ｍｍであった。そして、これらの肌荒れ指数を（６）式に代入して炉壁摩擦係数μwを求め、求めた炉壁摩擦係数μwをシミュレーション部５１２（シミュレータ）に入力してコークスの押出負荷Ｆcalを計算した。また、これら４つの炭化室１１における押出負荷を実測した。図１６（ｂ）に、このようにして肌荒れ指数から得られた炉壁摩擦係数μwを用いてコークスの押出負荷Ｆcalを計算した際にシミュレータで使用した各パラメータを示す。
【００７８】
図１８は、以上のようにして得られた押出負荷の計算値と実測値を示す図である。図１８に示すように、押出負荷の計算値と実測値は略一致している。したがって、以上のように凹凸プロフィール９００を元にして炉壁摩擦係数μwを導出すると、炉壁摩擦係数μwを正確に導出することができることが分かる。
炉壁摩擦係数導出部５１５は、例えば、ＣＰＵが、ＨＤＤ等から、肌荒れを評価する対象となる炭化室１１の炉壁１４の肌荒れ指数と、肌荒れ指数と炉壁摩擦係数μwとの関係との関係を読み出し、前述したようにして、肌荒れを評価する対象となる炭化室１１の炉壁１４の肌荒れ指数に対応する炉壁摩擦係数μwを導出し、導出した炉壁摩擦係数μwをＲＡＭ等に記憶することにより実現できる。
また、押出負荷表示部５１６は、例えば、ＣＰＵが、ＲＡＭ等から、コークスの押出負荷Ｆcalのデータを読み出して、表示データを生成し、生成した表示データを、インターフェースを介して表示装置に送信することにより実現できる。尚、シミュレーション部５１２によって導出されたコークスの押出負荷Ｆcalと、当該押出負荷の導出対象である炭化室１１を示す情報とを表示することに加えて、又は代えて、これらを記憶媒体（例えば可搬型の記憶媒体）に記憶したり、外部装置に送信したりしてもよい。
【００７９】
（壁面状態評価装置の動作フローチャート）
次に、図１９のフローチャートを参照しながら、肌荒れ指数を導出する肌荒れ指数導出処理を行う際の壁面状態評価装置５００の動作の一例を説明する。例えば、オペレータがユーザインターフェースを操作することにより、肌荒れ指数を導出することが指示されると、図１９のフローチャートの実行を開始させるようにすることができる。このとき、オペレータは、肌荒れ指数の導出対象となる炉壁１４を指定する。
まず、ステップＳ１９０１において、壁面画像取得部５０１は、壁面観察装置１００によって画像データのうち、オペレータによって指定された炉壁１４の画像データを取得する。
次に、ステップＳ１９０２において、ラインデータ読み出し部５０２は、炉底に近いものから順に、レーザスポット４２の追跡結果を得て、１ライン分の凹凸プロフィール９００を生成する。前述したように、凹凸プロフィール９００は、炭化室１１の奥行方向の各位置における炉壁１４の凹凸量を示すものである（図９を参照）。
【００８０】
次に、ステップＳ１９０３において、低周波成分抽出部５０３は、ステップＳ１９０２で生成された凹凸プロフィール９００に中央値フィルタ処理を施して中央値データを生成する。これにより、基準位置の変位の部分を抽出することができる。
次に、ステップＳ１９０４において、高周波成分抽出部５０４は、ステップＳ１９０２で生成された凹凸プロフィール９００と、ステップＳ１９０３で生成された中央値データとの差分を計算する。これにより、基準位置が揃った凹凸プロフィールが得られる。
【００８１】
次に、ステップＳ１９０５において、区間最小値導出部５０５は、凹凸量の基準位置が揃った凹凸プロフィールを、炭化室の奥行方向において１００ｍｍピッチで分割し、分割した各区間において、当該凹凸プロフィールの値（凹凸量）の最小値（凹凸プロフィールが示す凹部のうち深さが最も深い凹部である最凹部の深さ）を抽出する。
次に、ステップＳ１９０６において、ラインデータ読み出し部５０２は、全てのレーザスポット４２について処理したか否かを判定する。この判定の結果、全てのレーザスポット４２について処理していない場合には、ステップＳ１９０２に戻り、未処理のレーザスポット４２のうち、最も炉底に近いレーザスポット４２の追跡結果を得る。前述したように本実施形態では、４４個（１１個×４セット）のレーザスポット４２が得られるので、ステップＳ１９０２〜Ｓ１９０５が４４回繰り返し実行される。
【００８２】
そして、全てのレーザスポット４２について処理されると、ステップＳ１９０７に進む。ステップＳ１９０７に進むと、区間最小値マトリックス生成部５０６は、ステップＳ１９０５で得られた「基準位置が揃った凹凸プロフィールの各区間における最小値」から、区間最小値マトリックス１０００を生成する（図１０を参照）。
次に、ステップＳ１９０８において、肌荒れ指数導出部５０７は、区間最小値マトリックス１０００の要素ｍの平均値を肌荒れ指数として算出する。そして、肌荒れ指数導出部５０７は、肌荒れ指数と、当該肌荒れ指数の算出対象である「炭化室１１の炉壁１４」の識別情報と相互に関連付けて、肌荒れ指数記憶部５０８に記憶する。
次に、ステップＳ１９０９において、肌荒れ指数表示部５０９は、肌荒れ指数の情報と、当該肌荒れ指数の導出対象である「炭化室１１の炉壁１４」の情報とを、液晶ディスプレイ等の表示装置に表示させる。そして、図１９のフローチャートによる処理を終了する。
【００８３】
次に、図２０のフローチャートを参照しながら、肌荒れ指数に対応する炉壁摩擦係数μwを導出する炉壁摩擦係数導出処理を行う際の壁面状態評価装置５００の動作の一例を説明する。例えば、オペレータがユーザインターフェースを操作することにより、肌荒れ指数に対応する炉壁摩擦係数μwを導出することが指示されると、図２０のフローチャートの実行を開始させるようにすることができる。ただし、肌荒れ指数が導出されていない場合（図１９のフローチャートが実行されていない場合）にこのような指示がなされた場合には、図２０のフローチャートは実行されないようにし、オペレータにその旨を報知することができる。
【００８４】
まず、ステップＳ２００１において、押出負荷取得部５１０は、Ｖ字谷が少ない比較的新しい炭化室１１における押出負荷の実測値と、数十年稼働していて、Ｖ字谷における平滑効果カーボンの消失が顕著な炭化室１１における押出負荷の実測値を取得する。
次に、ステップＳ２００２において、肌荒れ指数−押出負荷関係導出部５１１は、ステップＳ２００１で取得した「押出負荷の実測値」の測定対象である２つの炭化室１１の肌荒れ指数を肌荒れ指数記憶部５０８から読み出す。尚、ステップＳ２００１で取得した「押出負荷の実測値」の測定対象である２つの炭化室１１の肌荒れ指数が肌荒れ指数記憶部５０８に記憶されていない場合には、オペレータにその旨を報知する。
【００８５】
次に、ステップＳ２００３において、肌荒れ指数−押出負荷関係導出部５１１は、２つの炭化室１１における押出負荷の実測値と、当該２つの炭化室１１の炉壁１４の肌荒れ指数とから、押出負荷と肌荒れ指数との関係を導出する（図１４を参照）。
次に、ステップＳ２００４において、シミュレーション部５１２は、ステップＳ２００１で取得された「２つの炭化室１１の押出負荷（実績値）」が得られる場合の炉壁摩擦係数μwを求める。
次に、ステップＳ２００５において、肌荒れ指数−炉壁摩擦係数関係導出部５１３は、炭化室１１の押出負荷の実績値に対応する「炉壁摩擦係数μw及び肌荒れ指数」の２つの組の値から、肌荒れ指数と炉壁摩擦係数μwとの関係を導出し、肌荒れ指数−炉壁摩擦係数関係記憶部５１４に記憶する（図１７を参照）。そして、図２０のフローチャートによる処理を終了する。
【００８６】
次に、図２１のフローチャートを参照しながら、肌荒れを評価する対象となる炭化室１１の押出負荷を導出する押出負荷導出処理を行う際の壁面状態評価装置５００の動作の一例を説明する。例えば、オペレータがユーザインターフェースを操作することにより、肌荒れを評価する対象となる炭化室１１の押出負荷を導出することが指示されると、図２１のフローチャートの実行を開始させるようにすることができる。ただし、肌荒れ指数と炉壁摩擦係数μwとの関係が導出されていない場合（図２０のフローチャートが実行されていない場合）にこのような指示がなされた場合には、図２１のフローチャートは実行されないようにし、オペレータにその旨を報知することができる。
【００８７】
まず、ステップＳ２１０１において、炉壁摩擦係数導出部５１５は、肌荒れを評価する対象となる炭化室１１の炉壁１４の肌荒れ指数を取得する。
次に、ステップＳ２１０２において、炉壁摩擦係数導出部５１５は、ステップＳ２１０１で取得した肌荒れ指数に対応する炉壁摩擦係数μwを図２０のフローチャートで導出された「肌荒れ指数と炉壁摩擦係数μwとの関係」に基づき導出する。
次に、ステップＳ２１０３において、シミュレーション部５１２は、ステップＳ２１０２で導出された炉壁摩擦係数μwに基づいて、コークスの押出負荷Ｆcalを導出する。
次に、ステップＳ２１０４において、ステップＳ２１０３で導出されたコークスの押出負荷Ｆcalと、当該押出負荷の導出対象である炭化室１１を示す情報とを表示する。そして、図２１のフローチャートによる処理を終了する。
【００８８】
（まとめ）
以上のように本実施形態では、炭化室１１の炉壁１４の画像データから、炭化室１１の奥行方向の各位置における炉壁１４の凹凸量を示す凹凸プロフィール９００であって、炭化室１１の高さ位置が異なる複数の凹凸プロフィール９００を生成する。そして、複数の凹凸プロフィール９００から基準位置の変位の部分を抽出してこれらの差分をとることにより、基準位置が揃った凹凸プロフィールを得る。そして、当該の基準位置が揃った凹凸プロフィールを、炭化室の奥行方向において１００ｍｍピッチで分割し、分割した各区間において、当該凹凸プロフィールの値（凹凸量）の最小値を抽出し、それらの平均値を肌荒れ指数とする。したがって、炭化室１１の炉壁１４に広域的に発生しているＶ字谷による損傷の程度を指標化することができる。
【００８９】
また、本実施形態では、２つの炭化室１１の押出負荷の実績値と、当該２つの炭化室１１の肌荒れ指数とから、肌荒れ指数と押出負荷との関係を導出する。また、炉壁摩擦係数μwを入力とし、コークスの押出負荷Ｆcalを出力とするシミュレータを用いて、２つの炭化室１１の押出負荷の実績値と同値の押出負荷Ｆcalが得られるときの炉壁摩擦係数μwを導出する。そして、これらの導出の結果から、肌荒れ指数と炉壁摩擦係数μwとの関係を導出する。その後、肌荒れを評価する対象となる炭化室１１の炉壁１４の肌荒れ指数が導出されると、当該肌荒れ指数に対応する炉壁摩擦係数μwを導出し、導出した炉壁摩擦係数μwを前記シミュレータに入力してコークスの押出負荷Ｆcalを計算する。
【００９０】
したがって、炭化室１１の炉壁１４の状態に対応させて炉壁摩擦係数μwを与えることができ、肌荒れが、炉壁摩擦係数μwに与える影響を定量化することができる。また、炭化室１１の炉壁１４に広域的に発生しているＶ字谷による押出負荷の変化を定量化することができる。よって、例えば、老朽化によりＶ字谷が進行している炭化室１１において、平滑効果カーボンが当該Ｖ字谷で良好に成長しているかどうかを的確に判断することができる。これにより、コークス炉の日々の操業で最も重要なコークスケーキの押出性の観点から、炉壁１４の状態を管理することができる。例えば、何らかの操業上の理由で平滑効果カーボンが焼失している炭化室１１については、肌荒れ指数が適正なレベルに回復するまで装入石炭量を減らして押出負荷を下げるといった特別管理の必要性を定量的に判断することができる。また、将来的に老朽化により炉団の炭化室１１全体で肌荒れが顕著になり、平滑効果カーボンでは肌荒れ指数が十分に下げられないことが分かれば、乾留後に炉壁１４とコークスとの隙間が大きくなる石炭に、炭化室１１に装入する石炭を変更するといった重要な判断も的確に行うことができる。
【００９１】
（変形例）
本実施形態のように、肌荒れ指数と炉壁摩擦係数μwとの関係から、肌荒れ指数に対応する炉壁摩擦係数μwを求めて肌荒れを評価するようにすれば、（従来のように炉壁摩擦係数μwを一定にした場合に比べて）押出負荷を高精度に計算（推定）することができるので好ましい。しかしながら、必ずしも、炉壁摩擦係数μwや押出負荷Ｆcalで肌荒れを評価する必要はなく、例えば、肌荒れ指数で肌荒れを評価するようにしてもよい。このようにする場合、例えば、肌荒れ指数が低い場合（閾値以下である場合）には、当該肌荒れ指数の導出対象である炭化室１１の炉壁１４のＶ字谷は、操業に大きく影響しないと判断することができる。一方、肌荒れ指数が大きい場合（閾値を超える場合）には、当該肌荒れ指数の導出対象である炭化室１１の炉壁１４のＶ字谷は、操業に大きな影響を与えると判断することができる。このとき、閾値を段階的に設定することにより、Ｖ字谷が操業に与える影響の程度を段階的に示すようにすることができる。以上のようにする場合、肌荒れ指数を単に表示してもよいし、肌荒れ指数と共に、操業への影響に関する情報を表示するようにしてもよい。この他、シミュレーション部５１２で押出負荷を計算せずに、炉壁摩擦係数導出部５１５で導出された炉壁摩擦係数μwそのものを表示するようにし、炉壁摩擦係数μwを利用して、別途、押出負荷を計算するようにしてもよい。
【００９２】
また、本実施形態では、（１）式〜（５）式のようにしてコークスの押出負荷Ｆcalを計算するシミュレータを用いるようにしたが、炉壁摩擦係数μwを入力とし、コークスの押出負荷Ｆcalを出力としていれば、シミュレータは、このようなものに限定されない。
また、本実施形態では、区間最小値マトリックス１０００の要素ｍの平均値を肌荒れ指数としたが、炭化室１１の炉壁１４の損傷の程度を示す指標であれば、肌荒れ指数は、これに限定されない。例えば、区間最小値マトリックス１０００の要素ｍの中央値や加算値（合計値）を肌荒れ指数としてもよい。
また、本実施形態では、要素ｍとして、基準位置が揃った凹凸プロフィールの値の各区間の最小値を用いた。しかしながら、要素ｍは、炭化室１１の壁面に点在している複数の凹部の深さに関する情報を表すものであれば、どのようなものであってもよい。例えば、基準位置が揃った凹凸プロフィールの値のうち、閾値よりも深い値を要素ｍの代わりに用いてもよい。
【００９３】
（請求項との対応）
本実施形態では、例えば、壁面観察装置１００を炭化室１１内に挿入しながら、レーザ投光器群８により炉壁１４にレーザ光を照射して、レーザスポット４２の画像を含む炉壁１４の画像をリニアイメージカメラ５により撮像することによって、照射工程と撮像工程の一例が実現される。また、本実施形態では、例えば、図１９のステップＳ１９０２の処理を行うことによりレーザ光追跡工程と、凹凸プロフィール生成工程が実現される。また、本実施形態では、例えば、ステップＳ１９０２の処理を行うことにより凹部深さ導出工程が実現される。
また、本実施形態では、例えば、図１９のステップＳ１９０３、Ｓ１９０４の処理を行うことにより第２の凹凸プロフィール生成工程が実現される。ここで、本実施形態では、例えば、「区間最小値マトリックス１０００の各要素ｍの値」が、「深さ情報」に対応する。また、本実施形態では、例えば、ステップＳ１９０８の処理を行うことにより肌荒れ指数導出工程が実現される。
また、本実施形態では、例えば、図２０のステップＳ２００１の処理を行うことにより押出負荷取得工程が実現される。また、本実施形態では、例えば、ステップＳ２００４の処理を行うことにより炉壁摩擦係数導出工程が実現される。また、本実施形態では、例えば、ステップＳ２００５の処理を行うことにより肌荒れ指数−炉壁摩擦係数導出工程が実現される。また、本実施形態では、例えば、図２１のステップＳ２１０２の処理を行うことにより炉壁摩擦係数導出工程が実現される。また、本実施形態では、例えば、ステップＳ２１０３の処理を行うことにより押出負荷計算工程が実現される。
【００９４】
尚、以上説明した本発明の実施形態は、コンピュータがプログラムを実行することによって実現することができる。また、プログラムをコンピュータに供給するための手段、例えばかかるプログラムを記録したＣＤ−ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体、又はかかるプログラムを伝送する伝送媒体も本発明の実施の形態として適用することができる。また、前記プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体などのプログラムプロダクトも本発明の実施の形態として適用することができる。前記のプログラム、コンピュータ読み取り可能な記録媒体、伝送媒体及びプログラムプロダクトは、本発明の範疇に含まれる。
また、以上説明した本発明の実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【符号の説明】
【００９５】
１００ コークス炉の壁面観察装置
５００ コークス炉の壁面状態評価装置
５０１ 壁面画像取得部
５０２ ラインデータ読み出し部
５０３ 低周波成分抽出部
５０４ 高周波成分抽出部
５０５ 区間最小値導出部
５０６ 区間最小値マトリックス生成部
５０７ 肌荒れ指数導出部
５０８ 肌荒れ指数記憶部
５０９ 肌荒れ指数表示部
５１０ 押出負荷取得部
５１１ 肌荒れ指数−押出負荷関係導出部
５１２ シミュレーション部
５１３ 肌荒れ指数−炉壁摩擦係数関係導出部
５１４ 肌荒れ指数−炉壁摩擦係数関係導出部
５１５ 炉壁摩擦係数導出部
５１６ 押出負荷表示部
９００ 凹凸プロフィール
１０００ 区間最小値マトリックス
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コークス炉の壁面状態評価方法、コークス炉の壁面状態評価装置、及びコンピュータプログラムに関し、特に、コークス炉の炭化室の壁面の状態を評価するために用いて好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼業では室式と呼ばれるコークス炉が使われている。コークス炉は、耐火煉瓦等で形成された炉壁を介して、多数の炭化室と燃焼室とが交互に配置されて構成されている。コークス炉でコークスを生成する場合には、まず、炭化室の頂部にある石炭装入口から石炭を装入する。そして、ガスを燃やすことにより燃焼室で発生した熱によって、１０００℃以上の高温を凡そ２０時間、炭化室内の石炭に加える。これにより石炭が乾留され、コークスケーキ（以下の説明では、「コークスケーキ」を必要に応じて「コークス」と称する）が製造される。コークスが製造されると、炭化室の両端にある扉を開けて、炭化室の側方から押出機によりコークスを押し出し、コークスを炭化室から取り出す。このようにしてコークスを製造するための炭化室は、例えば、長さが１５ｍ、高さが６ｍ、幅が０．４ｍ程度の大きさを有しており、長さと高さに比較して幅が狭い構造を有しているのが特徴である。ここで、押出機がある側をプッシャーサイド（ＰＳ）、またコークス排出側をコークサイド（ＣＳ）と呼ぶ。
【０００３】
コークス炉を操業する上では、乾留後にコークスを押し出す際の押出負荷が小さいことが望ましい。押出負荷が大きいと、コークスの押し詰まりが発生することがあり、コークスの減産を余儀なくされるからである。現状のコークス炉の多くは、３０年以上の長期間にわたって稼働している。このため、炭化室を構成する耐火煉瓦が熱的・化学的・機械的要因によって劣化しており、このことが、押出負荷に大きく影響する。
【０００４】
ところで、本発明者らは、炭化室の壁面の状態を高精度に観察するための技術として、特許文献１に記載の技術を開発している。特許文献１に記載の壁面観察装置では、ラインＣＣＤカメラの線状視野に、当該線状視野の上下斜め方向からレーザ光を照射して、レーザスポットの画像を炉壁画像に重畳させ、そのレーザスポットの画像が重畳された炉壁画像から、炭化室の炉壁の凹凸の計測を行う。この炭化室の炉壁の凹凸は、画像上で、レーザスポットの画像の壁面高さ方向の変位として観測される。よって、レーザスポットの画像が重畳された炉壁画像を得れば、レーザ光の出射角度、ラインＣＣＤカメラの視野角・視野サイズといった幾何学的条件から、三角測量の原理で、炭化室の炉壁の凹凸量が求まる。複数本のレーザ光線を壁面高さ方向に、略煉瓦段数の間隔を空けて投射することで、炭化室の全長、全高にわたって炉壁の凹凸量を計測することができる。
【０００５】
本発明者らは、この壁面観察装置を用いて炭化室の壁面の状態を詳しく調査したところ、深さ方向の断面が概ねＶ字状のＶ字谷（Ｖ字谷の凹み深さは数ｍｍ〜１０ｍｍ程度、開口部の幅は２０ｍｍ〜８０ｍｍ程度）が、壁面全体に多数発生していることを確認した（以降の説明では、壁面にＶ字谷が形成されている状態を必要に応じて「肌荒れ」と称する）。このＶ字谷は、耐火煉瓦の端部が損耗したり、複数の耐火煉瓦を貫く高さ方向の亀裂部で耐火煉瓦が角欠けしたりすることにより発生すると考えられる。このような炭化室の壁面の肌荒れは、コークスの押出時に生じる「コークスと壁面との間の摩擦」に何らかの影響を及ぼしていると考えられる。このようなＶ字谷で形成される肌荒れは、本発明者らが特許文献２で明らかにした炉壁損傷、すなわち複数の煉瓦にまたがる領域に凹み深さが４０ｍｍ程度の煉瓦減肉による陥没やカーボン付着による張り出しが生じるものとは別の形態の炉壁損傷である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３８９５９２８号公報
【特許文献２】特開２００８−２０１９９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来は、コークス炉の炭化室の炉壁の肌荒れを確認することはできるものの、その肌荒れの程度を指標化することができなかった。また、この肌荒れが、コークスと炉壁との間の摩擦係数に与える影響を定量化することができず、これにより、肌荒れの押出負荷への影響を定量化することができなかった。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、コークス炉の炭化室の炉壁の肌荒れの程度を指標化できるようにすることを第１の目的とする。
また、本発明は、コークス炉の炭化室の炉壁の肌荒れが、コークスと炉壁との間の摩擦係数に与える影響を定量化することができるようにすることを第２の目的とする。
また、本発明は、コークス炉の炭化室の炉壁の肌荒れの押出負荷への影響を定量化することができるようにすることを第３の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のコークス炉の壁面状態評価方法は、コークス炉の炭化室の壁面に、当該壁面の損傷によって点在している複数の凹部を検出して、当該壁面の状態を評価するコークス炉の壁面状態評価方法であって、炭化室の壁面に対して、当該炭化室の奥行方向に移動しながら、当該炭化室の高さ方向において間隔を有するように、複数のレーザ光を照射する照射工程と、炭化室の壁面において、当該炭化室の高さ方向に間隔を有して当該炭化室の奥行方向に現れる、前記複数のレーザ光による複数のレーザスポットの画像が重畳された、当該炭化室の壁面の画像を撮像する撮像工程と、前記レーザスポットの画像の、前記炭化室の奥行方向に延びる線分を追跡するレーザ光追跡工程と、前記レーザ光追跡工程によって追跡されたレーザスポットの画像の線分に基づいて、前記炭化室の壁面の凹凸量と、前記炭化室の奥行方向の位置との関係を示す凹凸プロフィールを生成する凹凸プロフィール生成工程と、前記凹凸プロフィール生成工程によって生成された凹凸プロフィールから、前記壁面に点在している複数の凹部の深さに関する情報である深さ情報を導出する凹部深さ導出工程と、前記凹部深さ導出工程によって導出された、前記深さ情報に基づいて、前記壁面の損傷の程度を示す指標である肌荒れ指数を導出する肌荒れ指数導出工程と、を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明のコークス炉の壁面状態評価装置は、コークス炉の炭化室の壁面に、当該壁面の損傷によって点在している複数の凹部を検出して、当該壁面の状態を評価するコークス炉の壁面状態評価装置であって、炭化室の壁面において、当該炭化室の高さ方向に間隔を有して当該炭化室の奥行方向に現れる、前記複数のレーザ光による複数のレーザスポットの画像が重畳された、当該炭化室の壁面の画像を取得する取得手段と、前記レーザスポットの画像の、前記炭化室の奥行方向に延びる線分を追跡する追跡手段と、前記レーザ光追跡手段によって追跡されたレーザスポットの画像の線分に基づいて、前記炭化室の壁面の凹凸量と、前記炭化室の奥行方向の位置との関係を示す凹凸プロフィールを生成する凹凸プロフィール生成手段と、前記凹凸プロフィール生成手段によって生成された凹凸プロフィールから、前記壁面に点在している複数の凹部の深さに関する情報である深さ情報を導出する凹部深さ導出手段と、前記凹部深さ導出手段によって導出された、前記深さ情報に基づいて、前記壁面の損傷の程度を示す指標である肌荒れ指数を導出する肌荒れ指数導出手段と、を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明のコンピュータプログラムは、前記コークス炉の壁面状態評価装置の各手段としてコンピュータを機能させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、コークス炉の炭化室の壁面に点在している複数の凹部の深さ情報を導出し、導出した深さ情報に基づいて、当該壁面の損傷の程度を示す指標である肌荒れ指数を導出するようにした。したがって、コークス炉の炭化室の炉壁の肌荒れの程度を指標化することができる。
また、本発明の他の特徴によれば、肌荒れ指数と炉壁摩擦係数との関係を導出し、損傷を評価する対象となる炭化室の炉壁に対する肌荒れ指数が導出されると、当該肌荒れ係数に対応する炉壁摩擦係数を導出するようにした。したがって、炭化室の炉壁の状態に対応させて炉壁摩擦係数を与えることができ、肌荒れが、コークスと炉壁との間の摩擦係数に与える影響を定量化することができる。
また、本発明のその他の特徴によれば、導出した炉壁摩擦係数を用いて、損傷を評価する対象となる炭化室の押出負荷を計算するようにした。したがって、炉壁摩擦係数を一定にした場合に比べて、押出負荷を高精度に計算することができ、押出負荷を定量化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態を示し、コークス炉の壁面観察装置の外観構成の一例を示す図である。
【図２】本発明の実施形態を示し、垂直柱の内部の、透光板が設けられた部分の様子の一例を示す図である。
【図３】本発明の実施形態を示し、垂直柱とミラー管の配置関係の一例を示す図である。
【図４】本発明の実施形態を示し、レーザスポットの一例を示す図である。
【図５】本発明の実施形態を示し、コークス炉の壁面状態評価装置の機能構成の一例を示す図である。
【図６】本発明の実施形態を示し、押出負荷と操業日との関係の一例を示す図である。
【図７】本発明の実施形態を示し、レーザスポットの画像が重畳された炉壁の画像の一例を示す図（写真）である。
【図８】本発明の実施形態を示し、レーザスポットの追跡結果から得られたＶ字谷の局所凹凸プロフィールの一例を示す図である。
【図９】本発明の実施形態を示し、凹凸量に対応する軸方向で上下に振動する凹凸プロフィールの一例を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態を示し、区間最小値マトリックスの一例を概念的に示す図である。
【図１１】本発明の実施形態を示し、肌荒れが生じていない炭化室の炉壁の様子の一例を示す図（写真）である。
【図１２】本発明の実施形態を示し、肌荒れが著しい炭化室の炉壁の様子の一例を示す図（写真）である。
【図１３】本発明の実施形態を示し、平滑効果カーボンがＶ字谷に埋まることにより壁面が平滑化されている炭化室の炉壁の様子の一例を示す図（写真）である。
【図１４】本発明の実施形態を示し、押出負荷と肌荒れ指数との関係の一例を示す図である。
【図１５】本発明の実施形態を示し、炭化室の押出負荷計算モデルの一例を示す図である。
【図１６】本発明の実施形態を示し、シミュレータで使用した各パラメータを示す図である。
【図１７】本発明の実施形態を示し、肌荒れ指数と炉壁摩擦係数との関係の一例を示す図である。
【図１８】本発明の実施形態を示し、押出負荷の計算値と実測値を示す図である。
【図１９】本発明の実施形態を示し、肌荒れ指数導出処理を行う際の壁面状態評価装置の動作の一例を説明するフローチャートである。
【図２０】本発明の実施形態を示し、炉壁摩擦係数導出処理を行う際の壁面状態評価装置の動作の一例を説明するフローチャートである。
【図２１】本発明の実施形態を示し、押出負荷導出処理を行う際の壁面状態評価装置の動作の一例を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態を説明する。
（壁面観察装置）
図１は、コークス炉の壁面観察装置１００（以下の説明では、「コークス炉の壁面観察装置」を必要におじて「壁面観察装置」と略称する。）の外観構成の一例を示す図である。図１では、コークス炉の炭化室１１のＰＳ側から、炭化室１１の奥行方向に、壁面観察装置１００が挿入されたときの様子を示している。
壁面観察装置１００は、コークス炉の炭化室１１の壁面全体の画像を観察する装置である。
壁面観察装置１００は、ベースビームＢＢと、アッパビームＵＢと、垂直柱１と、ミラー管２とが一体となって形成された水冷ランスを有している。水冷ランスは、高耐熱のステンレス製の２重管であり、内管と外管との間に冷却水が流されるようになっている。このようにして、冷却水が流されるようにすることによって、水冷ランスの内部が高熱に曝されないようにしている。
【００１４】
具体的に、炭化室１１の奥行方向に延設されているアッパビームＵＢの先端面と、同じく炭化室１１の奥行方向に延設されているベースビームＢＢの先端上面に、炭化室１１の高さ方向に延設される垂直柱１が取り付けられている。また、ベースビームＢＢの先端面と、垂直柱１の上端側先端面に、炭化室１１の高さ方向に延設されるミラー管２が取り付けられている。前述したように、垂直柱１と、ミラー管２と、アッパビームＵＢと、ベースビームＢＢとは、一体で形成されており、互いに共通の内空間を有している。
【００１５】
垂直柱１の先端側側面には、透光板３ａ〜３ｄが、所定の間隔で高さ方向に設けられている。垂直柱１の内部に設けられた４つのリニアイメージカメラ５は、夫々透光板３ａ〜３ｄを通して、ミラー管２に映し出された画像を撮影する。すなわち、リニアイメージカメラ５は、炭化室１１の右側・左側の炉壁１４Ｒ、１４Ｌの画像を撮影する（図２及び図３を参照）。
【００１６】
また、透光板３ａ、３ｂの間と、透光板３ｃ、３ｄの間には、夫々透光板４ａ、４ｂが設けられている。垂直柱１の内部に設けられた、例えば複数の半導体レーザからなるレーザ投光器群８は、透光板４ａ、４ｂを通して、ミラー管２を介して、炭化室１１の右側・左側の炉壁１４Ｒ、１４Ｌ上のリニアイメージカメラ５の視野に、レーザ光を投光する（図２及び図３を参照）。
また、垂直柱１の底面の先端側には、炭化室１１の炉壁（床面）１４Ｆに乗ったシューＳＨが形成されている。このシューＳＨを介して水冷ランスの先端部が炭化室１１の炉壁（床面）１４Ｆで支持される。尚、水冷ランスの後端部は、水冷ランス挿入装置（図示を省略）に装着され支持されている。
【００１７】
炭化室１１のＰＳ側から、ミラー管２を先頭にして水冷ランスを、炉外の水冷ランス挿入装置（図示を省略）を用いて炭化室１１の奥行方向に挿入する。これにより、水冷ランスが、炭化室１１の奥行方向（ＣＳ側の方向）に進入する。
【００１８】
図２は、垂直柱１の内部の、透光板３ａ、４ａが設けられた部分の様子の一例を示す図である。
図２に示すように、垂直柱１の内部の位置であって、透光板３ａと対向する位置に、第１のリニアイメージカメラ５ａが設けられている。また、垂直柱１の内部の位置であって、透光板４ａと対向する位置には、１１個のレーザ投光器からなるレーザ投光器群８ａと、同じく１１個のレーザ投光器からなるレーザ投光器群８ｂとが設けられている。第１のリニアイメージカメラ５ａと、レーザ投光器群８ａ、８ｂとの間には、減速機を内蔵した第１の電気モータ６ａが設けられている。この第１の電気モータ６ａは、垂直柱１に固定されている。また、第１の電気モータ６ａの回転軸（出力軸）に、第１のリニアイメージカメラ５ａと支持板７ａとが結合されている。そして、支持板７ａに、レーザ投光器群８ａ、８ｂが固定されている。
【００１９】
レーザ投光器群８ａは、その上方にある第１のリニアイメージカメラ５ａで撮影されるレーザスポットを、炉壁１４上に形成するためのものである。一方、レーザ投光器群８ｂは、その下方にある図示しない第２のリニアイメージカメラ５で撮影されるレーザスポットを形成するためのものである。レーザ投光器群８ｂの下方にある第２のリニアイメージカメラは、垂直柱１の内部の位置であって、透光板３ｂと対向する位置に設けられている。この第２のリニアイメージカメラ５は、第１のリニアイメージカメラ５ａと同様に、減速機を内蔵した図示しない第２の電気モータ６の回転軸に結合されている。また、第２の電気モータ６は垂直柱１に固定されている。尚、第２の電気モータ６と、第２のリニアイメージカメラ５には、レーザ投光器群８ａ、８ｂは結合されていない。
【００２０】
第１のリニアイメージカメラ５ａと、レーザ投光器群８ａ、８ｂとがミラー管２の管軸をねらっている状態で、第１の電気モータ６ａが正転すると、第１のリニアイメージカメラ５ａと、レーザ投光器群８ａ、８ｂは、炭化室１１の左側の炉壁１４Ｌと対面する位置まで回動する。一方、第１の電気モータ６ａが逆転すると、第１のリニアイメージカメラ５ａと、レーザ投光器群８ａ、８ｂは、炭化室１１の右側の炉壁１４Ｒと対面する位置まで回動する。
【００２１】
第１の電気モータ６ａの正転に伴い、第２の電気モータ６も正転する。これにより、第２のリニアイメージカメラ５も、炭化室１１の左側の炉壁１４Ｌと対面する位置まで回動する。同様に、第１の電気モータ６ａの逆転に伴い、第２の電気モータ６も逆転する。これにより、第２のリニアイメージカメラ５も、炭化室１１の右側の炉壁１４Ｒと対面する位置まで回動する。
【００２２】
以上のような第１及び第２のリニアイメージカメラ５と、レーザ投光器群８ａ、８ｂと、第１及び第２の電気モータ６と同様の構成が、垂直柱１の内部の領域であって、透光板３ｃ、３ｄ、４ｂが形成されている領域にも形成されている。このように、本実施形態では、垂直柱１の内部に、リニアイメージカメラ５とレーザ投光器群８との組みが、４組設けられている。
【００２３】
図３は、垂直柱１とミラー管２の配置関係の一例を示す図である。具体的に図３は、垂直柱１とミラー管２とを、それらの軸に垂直な方向から切ったときの断面の概略を示す図である。また、前述したように、垂直柱１の内部には、リニアイメージカメラ５とレーザ投光器群８との組みを４組設けるようにしているが、各組は、撮影する場所が異なるだけである。よって、以下では、第１のリニアイメージカメラ５ａと、レーザ投光器群８との組みの説明を行い、その他の組みの詳細な説明を必要に応じて省略する。
【００２４】
前述したように、第１のリニアイメージカメラ５ａとレーザ投光器群８ａは、垂直柱１の管軸を回転軸として旋回駆動をし得る。ミラー管２には、炭化室１１の左側の炉壁１４Ｌを正面から観察するための左鏡面９Ｌと、炭化室１１の右側の炉壁１４Ｒを正面から観察するための右鏡面９Ｒとが形成されている。これらの鏡面９Ｌ、９Ｒは、例えば、ステンレス製の外管の表面を鏡面研磨して鏡面化した後、クロムメッキを施すことにより形成される。
【００２５】
第１のリニアイメージカメラ５ａと、レーザ投光器群８ａとを、例えば左鏡面９Ｌをねらう位置に回動させると、レーザ投光器群８ａから出射されるレーザ光線が、左鏡面９Ｌに当って反射され、炭化室１１の左側の炉壁１４Ｌに当る。そうすると、炭化室１１の左側の炉壁１４Ｌに、レーザスポット４２が現われる（図４を参照）。本実施形態では、例えば、水平方向の長さ（幅）が３０ｍｍ、高さ方向の長さ（厚み）が２ｍｍの線状のレーザスポット４２が現われる。前述したように、レーザ投光器群８ａは、１１個のレーザ投光器からなるので、１１個のレーザスポット４２ａ〜４２ｋが、炉壁１４の高さ方向に現われる。
【００２６】
そして、本実施形態では、炭化室１１の炉壁１４が平らである場合には、これら１１個のレーザスポット４２ａ〜４２ｋと、レーザ投光器群８ａ以外の３つのレーザ投光器群８によって形成されるレーザスポットとが、概ね１３０ｍｍ間隔（この間隔は、耐火煉瓦の炉壁１４の高さ方向の間隔に略等しい）で、炉壁１４の高さ方向に現われるように、合計４４個のレーザ投光器から投光されるレーザ光線の投光角度が調整されている。よって、本実施形態では、４４個（１１個×４セット）のレーザスポット４２が、炉壁１４の高さ方向に現れる。
【００２７】
本実施形態では、リニアイメージカメラ５ａは、炭化室１１の炉壁１４の高さ方向を撮影する１次元カメラである。例えば、第１のリニアイメージカメラ５ａと、レーザ投光器群８ａとが、左鏡面９Ｌをねらっているときには、図４（ａ）に示すように、炭化室１１の炉壁１４の高さ方向に、第１のリニアイメージカメラ５ａの撮影視野４１が形成される。
水平方向（炭化室１１の奥行方向）に長さを有するレーザスポット４２を形成することにより、レーザスポット４２が形成される領域が、炭化室１１の奥行方向に多少ずれても、リニアイメージカメラ５の撮影視野４１から完全に逸脱しない範囲にレーザスポット４２を存在させることができる。
【００２８】
炭化室１１の炉壁１４は粗面であるので、レーザスポット４２から各方向にレーザ光が散乱する。この散乱したレーザ光の一部が、例えば左鏡面９Ｌに当って反射され、第１のリニアイメージカメラ５ａに入る。
【００２９】
尚、炉壁１４の赤熱発光に対してレーザスポット４２を強調するため、狭帯域の特定波長のみを透過する光学干渉フィルタをカメラに取り付けてある。この光学干渉フィルタは斜めから光が入射すると透過波長が短波長側にシフトする特性がある。そこで、本実施形態では、波長６８５ｎｍ付近の光を透過するフィルタを採用し、レーザ投光器群８を構成するレーザ投光器のうち、撮影視野４１の中心付近にレーザスポットを形成するレーザ投光器は、フィルタの透過帯域と合致した６８５ｎｍの波長のレーザ光を投光し、撮影視野の周辺部にスポットを形成するレーザ投光器は、６７０ｎｍの波長のレーザ光を投光するようにしている。
【００３０】
ここで、炭化室１１の炉壁１４に凹部が存在していると、炉壁１４が平らな場合に比べて、鏡面９Ｌと炉壁１４との間の距離が増大する。すると、図４（ｂ）に示すように、リニアイメージカメラ５ａの画面上では、レーザスポット４２が上方向にシフトする（図４（ｂ）に示すレーザスポット４２´を参照）。レーザ光がリニアイメージカメラ５ａの下方から斜めに投光されているためである。一方、炭化室１１の炉壁１４に凸部が存在していると、炉壁１４が平らな場合に比べて、鏡面９Ｌと炉壁１４との間の距離が減少する。したがって、図４（ｃ）に示すように、リニアイメージカメラ５ａの画面上では、レーザスポット４２が下方向にシフトする（図４（ｃ）に示すレーザスポット４２´を参照）。
【００３１】
尚、第１のリニアイメージカメラ５ａのように、対応するレーザ投光器群８よりも上方にあるリニアイメージカメラ５では、前述したように、凹部が存在している所で、撮影画面上のレーザスポット４２´が上方向にシフトし、凸部が存在している所で、撮影画面上のレーザスポット４２´が下方向にシフトする。一方、第２のリニアイメージカメラ５のように、対応するレーザ投光器群８よりも下方にあるリニアイメージカメラ５では、凹部が存在している所で、撮影画面上のレーザスポット４２´が下方向にシフトし、凸部が存在している所で、撮影画面上のレーザスポット４２´が上方向にシフトする。
【００３２】
以上のようにして、炭化室１１の炉壁１４に形成されたレーザスポット４２´を撮影するに際し、リニアイメージカメラ５と、レーザ投光器群８との指向方向を左鏡面９Ｌにすると、炭化室１１の左側の炉壁１４Ｌを正面から見る画像が得られる。また、レーザ投光器群８との指向方向を右鏡面９Ｒにすると、炭化室１１の右側の炉壁１４Ｒを正面から見る画像が得られる。
【００３３】
次に、壁面観察装置１００の使用態様の一例を説明する。各リニアイメージカメラ５の指向方向を、右鏡面９Ｒに設定して、炭化室１１内に水冷ランスを前進させる。水冷ランスが４ｍｍ移動する度に発せられる移動同期パルスが１パルス発生すると、壁面観察装置１００に設けられたＡ／Ｄ変換器は、各リニアイメージカメラ５の１ライン分の画像信号をＡ／Ｄ変換する。そして、壁面観察装置１００に設けられたＣＰＵは、Ａ／Ｄ変換された画像データを、どのリニアイメージカメラ５で撮影されたものであるのかを区別できる状態で、ＲＡＭにより構成される右壁面用メモリ領域に書き込む。
【００３４】
炭化室１１の奥行方向の略全長に渡って、以上の処理を終えると、各リニアイメージカメラ５の指向方向を、左鏡面９Ｌに設定して、水冷ランスを後退させながら、同様に計測を行う。
尚、壁面観察装置１００については、例えば、特許文献１の他に、国際公開第００／５５５７５パンフレットや、特開２００５−２４９６９８号公報等に記載されている。
【００３５】
以上のように本実施形態では、炭化室１１の奥行方向に４ｍｍピッチで画像データを得るようにしている。これは、次の理由による。すなわち、本実施形態では、画像の分解能が２ｍｍであるので、深さが２ｍｍ以上のＶ字谷を識別することができる。深さが２ｍｍのＶ字谷では、壁面表面における開口部の幅が８ｍｍ程度であると想定される。そこで、本実施形態では、サンプリング定理より、この８ｍｍの１／２倍の４ｍｍピッチで画像信号を得るようにし、耐火煉瓦の肌荒れ（すなわちＶ字谷）の取りこぼしを可及的に防止するようにしている。
【００３６】
（壁面状態評価装置）
図５は、コークス炉の壁面状態評価装置５００（以下の説明では、「コークス炉の壁面状態評価装置」を必要に応じて「壁面状態評価装置」と略称する。）の機能構成の一例を示す図である。尚、壁面状態評価装置５００のハードウェアは、例えば、パーソナルコンピュータ等、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、画像入出力ボード、及び各種のインターフェースを備えた装置である。
壁面状態評価装置５００は、炭化室１１の炉壁１４に生じているＶ字谷を検出し、そのＶ字谷による炉壁１４の損傷の程度を、後述する肌荒れ指数で指標化すると共に、肌荒れ指数と炉壁摩擦係数との関係を求める。また、壁面状態評価装置５００は、炉壁１４の状態を評価したい炭化室１１の肌荒れ指数が得られると、肌荒れ指数と炉壁摩擦係数との関係から炉壁摩擦係数を求め、求めた炉壁摩擦係数から押出負荷を求めるようにする。
【００３７】
壁面状態評価装置５００の具体的な機能を説明する前に、炭化室１１の炉壁１４に生じているＶ字谷（肌荒れ）が押出負荷に影響を与えていることを説明する。
図６は、押出負荷と操業日との関係の一例を示す図である。図６に示す押出負荷は実測値である。
図６に示す例では、１１月７日と８日に、炭化室１１の炉壁１４に生じている大きな陥没（この陥没は、複数の煉瓦にまたがるすり鉢状の煉瓦減肉で、その深さが５０ｍｍ程度ある）を溶射補修した。１１月７日以前において押出負荷が５０ｔｏｎｆ近くにまで大きくなるのは、この大きな陥没が原因である（両矢印Ａを参照）。補修後しばらくは、通常よりも石炭の装入量を少なくする軽装入でコークス炉を操業する。そのため、１１月１５日位までは、押出負荷が減少する（破線の丸Ｂを参照）。その後、軽装入を止めて通常通りの装入量で石炭を装入すると、押出負荷が上昇し、日数をかけて徐々に押出負荷が低下し、最終的に押出負荷が２５ｔｏｎｆ程度になった（両矢印Ｃを参照）。補修作業時に、炭化室１１を長期間空にすることで、Ｖ字谷に埋まっていたカーボンが消失し、カーボンに隠れていたＶ字谷が現れる。その後、操業を続けると、Ｖ字谷にカーボンが再び詰まり、Ｖ字谷が消失する。このようなＶ字谷の出現と消失によって、押出負荷が日数をかけて徐々に低下すると考えられる。このように、前述したＶ字谷に埋まるカーボンは、炭化室１１の壁面を平滑化する効果がある。そこで、以下の説明では、この「カーボン」を必要に応じて「平滑効果カーボン」と称する。尚、前述したＶ字谷の出現と消失は、壁面観察装置１００で炭化室１１の炉壁１４を観察することによって確認された。
【００３８】
このような現象から、本発明者らは、以下の（Ａ）、（Ｂ）の結論に至った。
（Ａ）Ｖ字谷は局所的には微小であるので、１つのＶ字谷が押出負荷に与える影響は小さいが、Ｖ字谷は、炉壁１４全体或いは大面積で生じるので、炉壁１４全体で見た場合、押出負荷を大きくする要因になる。
（Ｂ）炉壁１４の大きな陥没やカーボンの付着による張り出しがなくても、操業条件等でＶ字谷を埋めている平滑効果カーボンが消失或いは減少すると、押出負荷が上昇する。
以上のように、炭化室１１の炉壁１４の肌荒れは押出負荷に影響を与えるので、炭化室１１の炉壁１４の肌荒れを定量的に評価できるようにする必要がある。そのために、本実施形態の壁面状態評価装置５００は、以下の機能を有する。尚、本実施形態では、大きな陥没やカーボンの付着による張り出しはなく、Ｖ字谷が点在している炭化室１１の炉壁１４を評価対象とした場合を例に挙げて説明する。
【００３９】
［壁面画像取得部５０１］
壁面画像取得部５０１は、壁面観察装置１００に設けられた右壁面用メモリ領域又は左壁面用メモリ領域に記憶されている画像データを取得する。例えば、壁面画像取得部５０１は、右壁面用メモリ領域に記憶されている「炭化室１１の右側の炉壁１４Ｒ」の画像データを読み出し、後述するようにして炭化室１１の右側の炉壁１４Ｒの肌荒れ指数が算出された後に、左壁面用メモリ領域に記憶されている「炭化室１１の左側の炉壁１４Ｌ」の画像データを読み出すようにする。そして、壁面画像取得部５０１は、取得した画像データと、当該画像データによって表される炭化室１１の炉壁１４の識別情報とを相互に関連付けて記憶する。尚、前述したように、この画像データは、炭化室１１の炉壁１４の画像に、レーザスポット４２の画像が重畳されたものである。
壁面画像取得部５０１は、例えば、通信インターフェースが、壁面観察装置１００に記憶されている画像データを受信し、ＣＰＵが、コンピュータプログラムに従って、受信された画像データをＨＤＤ等に記憶することにより実現できる。
【００４０】
［ラインデータ読み出し部５０２］
ラインデータ読み出し部５０２は、壁面観察装置１００に設けられた右壁面用メモリ領域又は左壁面用メモリ領域に記憶されている画像データを順次読み出す。前述したように、壁面観察装置１００は、炭化室１１の奥行方向に動きながら炉壁１４の画像を得るので、レーザスポット４２の画像は、炭化室１１の奥行方向に延びる線分として見える。ラインデータ読み出し部５０２は、このようなレーザスポット４２の画像が壁面１４の画像に重畳された画像データから、輝度が最も高い位置（ピーク位置）を特定することにより、レーザスポット４２を、炭化室１１の奥行方向（ＰＳ側からＣＳ側に向かう方向）に追跡する。前述したように本実施形態では、４４個（１１個×４セット）のレーザスポット４２が得られるので、レーザスポット４２の追跡結果が、４４個得られることになる。
【００４１】
図７は、レーザスポット４２の画像が重畳された炉壁１４の画像の一例を示す図（写真）である。図７では、炭化室１１の炉壁１４の一部のみを示している。図７において、レーザスポット４２の線分７０１は、炭化室１１の高さ方向（図７の上下方向）におけるレーザスポット４２の位置と、炭化室１１の奥行方向（図７の横方向）の位置とをパラメータとする曲線となる。前述したようにレーザスポット４２の線分７０１は、炭化室１１の炉壁１４に凹凸部が存在していると、炭化室１１の高さ方向において上下にシフトする。したがって、レーザスポット４２の線分７０１を追跡することにより、炭化室１１の炉壁１４全体に亘って凹凸量を検出することができる。例えば、図７において、レーザスポット４２の線分７０１ｃでは、Ｖ字状になっている箇所７０２ａ〜７０２ｆがＶ字谷の発生箇所となっている。尚、炭化室１１の右側の炉壁１４Ｒについてレーザスポット４２の追跡結果７０１を得る場合、ラインデータ読み出し部５０２は、右壁面用メモリ領域に記憶されている画像データを読み出す。一方、炭化室１１の左側の炉壁１４Ｌについてレーザスポット４２の追跡結果７０１を得る場合、ラインデータ読み出し部５０２は、左壁面用メモリ領域に記憶されている画像データを読み出す。
【００４２】
図８は、レーザスポット４２の追跡結果から得られたＶ字谷の局所凹凸プロフィールの一例を示す図である。図８に示す局所凹凸プロフィールは、Ｖ字谷の深さと炉壁１４の壁面方向の位置との関係を示すものである。
図８に示すように、Ｖ字谷には、様々な深さのものがあるが、その形状は概ね相似形（Ｖ字状）であることが分かる。尚、本発明者らは、Ｖ字谷の「壁面表面における開口部の幅（図８の深さが０ｍｍにおける「炉壁１４の壁面方向の位置」の両端の間の長さ）」は、１００ｍｍ以下であることを確認している。
【００４３】
ラインデータ読み出し部５０２は、４４個のレーザスポット４２の追跡結果を、炭化室１１の高さ方向において下から順番に１つずつ読み出し、当該レーザスポット４２の追跡結果から、炭化室１１の奥行方向の各位置における炉壁１４の凹凸量を示す凹凸プロフィールを求める。このように本実施形態では、４４個の凹凸プロフィールが得られる。尚、炉壁１４の凹凸量は、レーザ光の出射角度、ラインＣＣＤカメラの視野角・視野サイズといった幾何学的条件から、三角測量の原理で求めることができる。
ラインデータ読み出し部５０２は、例えば、ＣＰＵが、ＨＤＤ等から、炭化室１１の炉壁１４の画像データを、炭化室１１の高さ方向で下のものから順番に１つずつ読み出して、レーザスポット４２の線分を検出し、検出したレーザスポット４２の線分に基づいて、炭化室１１の奥行方向の各位置における炉壁１４の凹凸量を導出して凹凸プロフィールを生成し、生成した凹凸プロフィールの情報をＲＡＭ等に記憶することによって実現できる。
【００４４】
［低周波成分抽出部５０３］
壁面観察装置１００は、炭化室１１の壁面１４の観察に際し、比較的低い空間周波数で揺れながら炭化室１１の奥行方向を移動する。壁面観察装置１００は、図１に示すように、その片側を支持して１５ｍコークス炉内に挿入するので、このような揺れが生じる。そうすると、レーザスポット４２の追跡結果も、当該空間周波数に応じて、炭化室１１の高さ方向に対応する軸方向で上下に振動し、これにより、凹凸プロフィールも、凹凸量に対応する軸方向で上下に振動する。図９は、凹凸量に対応する軸方向で上下に振動する凹凸プロフィール９００の一例を示す図である。図９は、実測値の一部分を示している。
図９において、壁面観察装置１００が揺れずに炭化室１１の奥行方向を移動する場合には、基準位置（凹凸プロフィール９００において凹凸が存在しない部位に対応する深さ方向の位置）は、図９の縦軸（「凹凸量」の軸）の値が０ｍｍの位置になる。しかしながら、図９に示す例においては、壁面観察装置１００が揺れながら炭化室１１の奥行方向を移動することによって、基準位置は、−４ｍｍ付近と−２ｍｍ付近に位置している。このような基準位置の変位の空間周波数は、Ｖ字谷に対応する部分９０１ａ〜９０１ｄの空間周波数に比べて十分に低い。そこで、本実施形態では、低周波成分抽出部５０３は、凹凸プロフィール９００から、この基準位置の変位の部分を抽出するようにしている。
【００４５】
具体的に本実施形態では、低周波成分抽出部５０３は、ラインデータ読み出し部５０２で得られた凹凸プロフィール９００から中央値フィルタ処理を実施することにより、基準位置の変位の部分を抽出する。
例えば、低周波成分抽出部５０３は、ＰＳの端から炭化室の奥行方向に４ｍｍピッチで、凹凸プロフィール９００の値（凹凸量）を５０点抽出する。次に、低周波成分抽出部５０３は、抽出した凹凸プロフィール９００の値を大きいもの（又は小さいもの）から順に並べ、２５番目に大きい値を中央値として抽出する。このような中央値の抽出を、ＣＳ方向に１画素ずつ画素をずらしながら行う。例えば、ＰＳの端から炭化室の奥行方向に４ｍｍピッチで、凹凸プロフィール９００の値を５０点抽出した場合、次は、ＰＳの端よりも１画素ＣＳ側に移動した位置から炭化室の奥行方向に４ｍｍピッチで、凹凸プロフィール９００の値を５０点抽出する。低周波成分抽出部５０３は、このようにして得られた中央値をＰＳ側からＣＳ側まで並べたデータセットである中央値データ（基準位置の変位の部分のデータ）を生成する。尚、本実施形態では、５０点の中央値フィルタ処理により凹凸プロフィール９００の低周波成分を抽出したが、必要なデータ点数は、壁面観察装置１００の揺れの低周波周波数とサンプリングピッチとに応じて決定されるものであるため、５０点には限定されない。
低周波成分抽出部５０３は、４４個の凹凸プロフィール９００のそれぞれから、以上のような中央値データを生成する。すなわち、本実施形態では、４４セットの中央値データが生成される。
低周波成分抽出部５０３は、例えば、ＣＰＵが、ＲＡＭ等から、凹凸プロフィール９００のデータを読み出して、前述したようにして中央値データを生成し、生成した中央値データの情報をＲＡＭ等に記憶することにより実現できる。
【００４６】
［高周波成分抽出部５０４］
高周波成分抽出部５０４は、基準位置の変位の部分が除去された凹凸プロフィールを抽出する。そのために、本実施形態では、高周波成分抽出部５０４は、ラインデータ読み出し部５０２で得られた凹凸プロフィール９００と、低周波成分抽出部５０３で得られた中央値データとの差分を取る。これにより、基準位置が揃った凹凸プロフィールが得られる。
高周波成分抽出部５０４は、４４個の凹凸プロフィール９００と、当該凹凸プロフィール９００に対応する中央値データとの差分をそれぞれ算出して、基準位置が揃った凹凸プロフィールを生成する。すなわち、本実施形態では、基準位置が揃った凹凸プロフィールが４４個生成される。
高周波成分抽出部５０４は、例えば、ＣＰＵが、ＲＡＭ等から、凹凸プロフィール９００の情報と、中央値データの情報とを読み出し、これらの差分をとることにより基準位置が揃った凹凸プロフィールを生成し、その情報をＲＡＭ等に記憶することにより実現できる。
【００４７】
［区間最小値導出部５０５］
区間最小値導出部５０５は、基準位置が揃った凹凸プロフィールを、炭化室の奥行方向において１００ｍｍピッチで分割し、分割した各区間において、当該凹凸プロフィールの値（凹凸量）の最小値（凹凸プロフィールが示す凹部のうち深さが最も深い凹部である最凹部の深さ）を抽出する。本実施形態では、４ｍｍピッチで画像データを得ているので、２５点の値（凹凸量）の中の最小値が選択されることになる。
区間最小値導出部５０５は、４４個の「基準位置が揃った凹凸プロフィール」の全てについて、以上のような最小値を抽出する処理を行う。すなわち、本実施形態では、炭化室１１の奥行方向の長さが１５ｍであるので、基準位置が揃った凹凸プロフィールの各区間における最小値が、炭化室１１の奥行方向に１５０個、炭化室１１の高さ方向に４４個得られる（すなわち、基準位置が揃った凹凸プロフィールの各区間における最小値が、４４×１５０個得られる）。
【００４８】
ここで、基準位置が揃った凹凸プロフィールの最小値を求める区間の「炭化室１１の奥行方向の長さ」を１００ｍｍとした理由について説明する。
本発明者らは、壁面観察装置１００により炭化室１１の炉壁１４を観察した結果、炭化室１１の奥行方向におけるＶ字谷の発生位置の多くは、耐火煉瓦の「高さ方向に沿った目地」のある位置の近くであることを確認した。また、耐火煉瓦は、千鳥配列に組積されている（図７を参照）。よって、炭化室１１の奥行方向におけるＶ字谷の発生位置の多くは、耐火煉瓦の「炭化室１１の奥行方向における『両端部』と『中央部』」になる。よって、１つの区間に、複数のＶ字谷が含まれないように、基準位置が揃った凹凸プロフィールの最小値を求める区間の「炭化室１１の奥行方向の長さ」を、耐火煉瓦の「炭化室１１の奥行方向における長さ」の半分以下にする必要がある。ここで、本実施形態の炭化室１１の炉壁１４を構成する耐火煉瓦の「炭化室１１の奥行方向における長さ」は３００ｍｍであるので、基準位置が揃った凹凸プロフィールの最小値を求める区間の「炭化室１１の奥行方向の長さ」を１５０ｍｍ以下にする必要がある。
【００４９】
ただし、前述した位置以外にもＶ字谷が発生する虞がある。よって、１つの区間に、複数のＶ字谷が含まれないようにするという観点からすると、基準位置が揃った凹凸プロフィールの最小値を求める区間の「炭化室１１の奥行方向の長さ」は短いほうが好ましい。しかしながら、この長さを短くしすぎると、１つの区間に、Ｖ字谷が１つも含まれなくなり、ノイズをＶ字谷として抽出してしまう虞がある。よって、この長さは、１つのＶ字谷の「壁面表面における開口部の幅」として想定される値の最大値よりも大きく、且つ、耐火煉瓦の「炭化室１１の奥行方向における長さ」の半分よりも小さくするのが好ましい。前述したように、Ｖ字谷の「壁面表面における開口部の幅は、１００ｍｍ以下であることを確認している。以上のような理由から、本実施形態では、基準位置が揃った凹凸プロフィールの最小値を求める区間の「炭化室１１の奥行方向の長さ」を１００ｍｍとした。ただし、この長さは１００ｍｍに限定されるものではない。
【００５０】
区間最小値導出部５０５は、例えば、ＣＰＵが、ＲＡＭ等から、基準位置が揃った凹凸プロフィールの情報を読み出して、前述したようにして、各区間における当該凹凸プロフィールの値（凹凸量）の最小値を抽出し、抽出した最小値の情報をＲＡＭ等に記憶することにより実現できる。
【００５１】
［区間最小値マトリックス生成部５０６］
区間最小値マトリックス生成部５０６は、基準位置が揃った凹凸プロフィールの各区間の最小値から、区間最小値マトリックスを生成する。
図１０は、区間最小値マトリックスの一例を概念的に示す図である。尚、ここでは、炭化室１１の奥行方向（ＰＳからＣＳまで）の長さをＬ［ｍ］とし、炭化室１１の高さをｈ［ｍ］と表記する。
図１０に示すように、区間最小値マトリックス１０００は、基準位置が揃った凹凸プロフィールの値（凹凸量）の各区間の最小値を、当該区間に対応する位置に与えたものである。前述したように、本実施形態では、基準位置が揃った凹凸プロフィールの各区間の最小値が、４４×１５０個得られるので、４４行、１５０列のマトリックス状に値が得られる。尚、前述したように、本実施形態では、区間の「炭化室１１の奥行方向の長さ」を１００ｍｍとした。また、本実施形態の炭化室１１の炉壁１４を構成する耐火煉瓦の「炭化室１１の高さ方向における長さ」は１３０ｍｍであり、凹凸プロフィールの元になるレーザスポット４２の間隔も、それに合わせて１３０ｍｍ間隔としている。よって、区間最小値マトリックス１０００の値の、炭化室１１の奥行方向におけるピッチは、１００ｍｍであり、高さ方向におけるピッチは１３０ｍｍである。
【００５２】
区間最小値マトリックス生成部５０６は、例えば、ＣＰＵが、ＲＡＭ等から、基準位置が揃った凹凸プロフィールの各区間における値（凹凸量）を読み出して、前述したようにして区間最小値マトリックス１０００を生成し、生成した区間最小値マトリックス１０００の情報をＲＡＭ等に記憶することにより実現できる。
【００５３】
［肌荒れ指数導出部５０７］
肌荒れ指数導出部５０７は、区間最小値マトリックス１０００の要素ｍ（基準位置が揃った凹凸プロフィールの値の各区間の最小値）の平均値を算出する。肌荒れ指数導出部５０７は、算出した平均値を、当該平均値の算出対象である「炭化室１１の炉壁１４」の識別情報と相互に関連付けて、肌荒れ指数記憶部５０８に記憶する。本実施形態では、この平均値を、炭化室１１の炉壁１４の肌荒れを示す指標である肌荒れ指数と定義する。
肌荒れ指数導出部５０７は、例えば、ＣＰＵが、ＲＡＭ等から、区間最小値マトリックス１０００の情報を読み出して、前述したようにして肌荒れ指数を算出し、算出した肌荒れ指数の情報を、ＨＤＤ等に記憶することによって実現できる。また、肌荒れ指数記憶部５０８は、例えば、当該ＨＤＤ等を用いることにより実現できる。
尚、本実施形態では、肌荒れ指数導出部５０７は、後述するように、肌荒れ指数と炉壁摩擦係数との関係を求めるために肌荒れ指数を求める場合と（肌荒れ指数−押出負荷関係導出部５１１〜肌荒れ指数−炉壁摩擦係数関係導出部５１３の説明を参照）、炭化室１１の炉壁１４の肌荒れを評価するために肌荒れ指数を求める場合（炉壁摩擦係数導出部５１５の説明を参照）とがある。
【００５４】
［肌荒れ指数表示部５０９］
肌荒れ指数表示部５０９は、肌荒れ指数の情報と、当該肌荒れ指数の導出対象である「炭化室１１の炉壁１４」の情報とを、液晶ディスプレイ等の表示装置に表示させる。
肌荒れ指数表示部５０９は、例えば、ＣＰＵが、ＲＡＭ等から、肌荒れ指数のデータを読み出して、表示データを生成し、生成した表示データを、インターフェースを介して表示装置に送信することにより実現できる。
【００５５】
［押出負荷取得部５１０］
押出負荷取得部５１０は、２つの炭化室１１における押出負荷の実測値を取得する。本実施形態では、押出負荷取得部５１０は、Ｖ字谷が少ない比較的新しい炭化室１１における押出負荷の実測値と、数十年稼働していて、Ｖ字谷における平滑効果カーボンの消失が顕著な炭化室１１における押出負荷の実測値を取得する。このようにすれば、大きく異なる２つの押出負荷の実測値を得ることができるので好ましい。尚、炭化室１１における押出負荷の実測値の取得数は、２つに限定されるものではなく、３つ以上であってもよい。ただし、異なる炭化室１１における押出負荷の実測値を取得する。また、複数の煉瓦にまたがる領域に煉瓦減肉による陥没やカーボン付着による張り出しが生じるといった別の形態の炉壁損傷が混在しない炭化室１１を選ぶ。
図１１は、肌荒れが生じていない炭化室１１の炉壁１４の様子の一例をレーザスポット４２の線分と共に示す図（写真）である。また、図１２は、肌荒れが著しい炭化室１１の炉壁１４の様子の一例をレーザスポット４２の線分と共に示す図（写真）である。また、図１３は、平滑効果カーボンがＶ字谷に埋まることにより壁面が平滑化されている炭化室１１の炉壁１４の様子の一例をレーザスポット４２の線分と共に示す図（写真）である。
本実施形態では、押出負荷取得部５１０は、図１１に示すような状態の炭化室１１の押出負荷の実測値と、図１２に示すような状態の炭化室１１の押出負荷の実測値とを取得する。ただし、例えば、これらに加えて、又は、例えば、図１１に示すような状態の炭化室１１の押出負荷の実測値に代えて、図１３に示すような状態の炭化室１１の押出負荷の実測値を取得するようにしてもよい。
【００５６】
押出負荷取得部５１０は、例えば、ＣＰＵが、オペレータによるユーザインターフェースの操作に基づいて押出負荷の実測値を入力したり、外部装置から通視認ターフェースを介して押出負荷の実測値を入力したり、可搬型の記憶媒体から押出負荷の実測値を読み出したりして、押出負荷の実測値を取得し、その押出負荷の実測値の情報と、当該押出負荷の測定対象となる炭化室１１を識別する情報とを相互に関連付けてＲＡＭ等に記憶することにより実現できる。
【００５７】
［肌荒れ指数−押出負荷関係導出部５１１］
肌荒れ指数−押出負荷関係導出部５１１は、押出負荷取得部５１０により、２つの炭化室１１における押出負荷の実測値が取得されると、当該２つの炭化室１１の炉壁１４の肌荒れ指数を肌荒れ指数記憶部５０８から読み出す。そして、肌荒れ指数−押出負荷関係導出部５１１は、２つの炭化室１１における押出負荷の実測値と、当該２つの炭化室１１の炉壁１４の肌荒れ指数とから、押出負荷と肌荒れ指数との関係を導出する。
図１４は、押出負荷と肌荒れ指数との関係の一例を示す図である。図１４において、図１１に示した、Ｖ字谷が少ない比較的新しい炭化室１１の押出負荷の実績値は７．５ｔｏｎｆであり、肌荒れ指数は０．７７ｍｍであった。一方、図１２に示した、肌荒れが著しい炭化室１１の押出負荷の実績値は１７ｔｏｎｆであり、肌荒れ指数は３．５４ｍｍであった。本実施形態では、押出負荷と肌荒れ指数との関係は、これらの点を結ぶ直線で表されるものとする。
肌荒れ指数−押出負荷関係導出部５１１は、例えば、ＣＰＵが、ＲＡＭ等から、２つの炭化室１１の押出負荷の実測値の情報を読み出すと共に、ＨＤＤ等から、当該２つの炭化室１１の肌荒れ指数の情報を読み出して、前述したようにして、押出負荷と肌荒れ指数との関係を導出し、導出した関係を示す情報を、ＲＡＭ等に記憶することにより実現できる。尚、３つ以上の炭化室１１における押出負荷の実測値が取得された場合には、押出負荷と肌荒れ指数との関係を、直線ではなく曲線で表すこともできる。
【００５８】
［シミュレーション部５１２］
シミュレーション部５１２は、押出負荷を計算する。本実施形態では、シミュレーション部５１２は、特開２００８−２６６４４０号公報に記載されている方法で押出負荷を計算する。ただし、特開２００８−２６６４４０号公報では、押出負荷を計算する際に、炭化室１１の炉壁１４とコークスケーキとの間の静止摩擦係数μwが一定値であるとしている。これに対し、後述するように、本実施形態では、炭化室１１の炉壁１４とコークスケーキとの間の静止摩擦係数μwが肌荒れ指数に依存するようにしている。ここで、特開２００８−２６６４４０号公報に記載されている押出負荷の計算方法について簡単に説明する。
【００５９】
図１５は、炭化室１１の押出負荷計算モデルの一例を示す図である。具体的に図１５（ａ）は、押出負荷計算モデルの全体を示す図であり、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）の領域１５０１をＡ方向から見た図であり、図１５（ｃ）は、図１５（ａ）の領域１５０１をＢ方向から見た図である。
ここでは、炭化室１１の奥行方向をｘ方向とし、炭化室１１の高さ方向をｙ方向とする。この押出負荷計算モデルにおいて、炭化室１１の奥行方向（ＰＳからＣＳまで）の長さ（炉長）をＬ（ｍ）とし、炭化室１１のコークスケーキが存在している部分の高さ（炉高）をｈ（ｍ）とし、炭化室１１の幅（炉幅）をｂ（ｍ）とする。また、炭化室１１の炉壁１４とコークスケーキとの間の静止摩擦係数をμwとし、炭化室１１の炉底とコークスケーキとの間の静止摩擦係数をμsとする。押出負荷Ｐ（ｘｙ）x=0は、ＰＳから与えられるものとする。
この押出負荷計算モデルは、ｘ方向に微小区間ｄｘの幅を持つｙ方向の微小区間ｄｙについて、押出し時の圧力バランスを計算し、コークスケーキ全体が動き出す直前の押出圧力分布と、炉壁１４にかかる圧力分布とを求めるものである。ここでは、シミュレーション部５１２は、以下の（ａ）〜（ｆ）に示す方法でコークスの押出負荷Ｆcalを計算するシミュレータ（押出負荷計算プログラム）を有しているものとする。
【００６０】
（ａ）まず、シミュレーション部５１２は、石炭性状（石炭のＶＭ（石炭揮発分）、水分量）、炭化室の寸法（炉幅、炉長、炉高（コークスケーキの高さ）、テーパー等）、操業条件（炉温（乾留温度）、乾留時間）、コークス性状（圧縮率）等を、オペレータによるユーザインターフェースの操作等に基づいて把握する。尚、この他に、押出負荷の計算に必要な条件も必要に応じて把握するものとする。
（ｂ）次に、シミュレーション部５１２は、ランキン係数ｋ（ｘ）と、炉壁１４とコークスケーキとの隙間Ｘc（ｘ）との関係を設定する。
ランキン係数ｋ（ｘ）は、コークスケーキの押出時の側圧転換率である。具体的にランキン係数ｋ（ｘ）は、押出機によりコークスケーキにかけた圧力に対する、コークスケーキから炉壁１４にかかる炉幅方向の圧力の比率で表される。また、炉壁１４とコークスケーキとの隙間Ｘc（ｘ）は、いわゆる水平焼き減りにより生じるものである。ランキン係数ｋ（ｘ）も、炉壁１４とコークスケーキとの隙間Ｘc（ｘ）も、ｘの関数となる。
本実施形態では、ランキン係数ｋ（ｘ）と、炉壁１４とコークスケーキとの隙間Ｘc（ｘ）との関係は、試験炉を用いることにより得られ、以下の（１）式で表されるものとする。
ｋ（ｘ）＝Ａ・Ｘc（ｘ）＋Ｂ ・・・（１）
Ａ，Ｂは、石炭の性状や乾留条件によって定まる定数である。
【００６１】
（ｃ）次に、シミュレーション部５１２は、以下の（２）式により、炉壁１４とコークスケーキとの隙間Ｘc（ｘ）を求め、求めた炉壁１４とコークスケーキとの隙間Ｘc（ｘ）を（１）式に代入することによってランキン係数ｋ（ｘ）を求める。
Ｘc（ｘ）＝−α・Ｔ／[（１−α）・Ｌ]・ｘ＋α・Ｔ＋Ｘc ・・・（２）
炉壁１４とコークスケーキとの隙間は、いわゆる水平焼減りが炭化室１１の奥行方向で一定であったとしても、炭化室１１の奥行方向に形成されたテーパー（＝（ＣＳ端の炉幅−ＰＳ端の炉幅）／２）の影響により、炭化室１１の奥行方向の各位置で異なる値をとり得る。よって、炉壁１４とコークスケーキとの隙間Ｘc（ｘ）は、コークスケーキの圧縮率α（−）と、テーパーＴ（ｍ）と、水平焼減りによる炉壁１４とコークスケーキとの隙間Ｘcとを用いて、（２）式のように表される。ここで、水平焼減りによる炉壁１４とコークスケーキとの隙間Ｘcは、例えば、特開２０００−２９０６５８号公報に開示された方法により求めることができる。
【００６２】
（ｄ）次に、シミュレーション部５１２は、炭化室１１の高さ方向の各位置の圧力（Ｐ（ｙ））と、この圧力Ｐ（ｙ）により両側炉壁１４Ｒ、１４Ｌの炉高方向における各位置に生じる側圧（ｋ（ｘ）・Ｐ（ｙ））を求める。
微小区間ｄｙでのコークスケーキの圧力バランスを考えると、図１５（ｂ）に示すように、微小区間ｄｙの上面１５１１に作用する圧力Ｐ（ｙ）により、微小区間ｄｙの両側端面１５１２ａ、１５１２ｂには、コークスケーキの圧縮により側圧が生じる。また、コークスケーキの重量の影響がある。よって、微小区間ｄｙの下面１５１３に作用する圧力Ｐ（ｙ）＋ｄ（Ｐ（ｙ））に基づく力（矢印１５２４を参照）は、微小区間ｄｙの上面１５１１に作用する圧力Ｐ（ｙ）に基づく力（矢印１５２１を参照）と、コークスケーキの圧縮により生じる側圧に基づく力（矢印１５２２ａ、１５２２ｂを参照）と、コークスケーキの重量に基づく力（矢印１５２３を参照）と、によって定まる。よって、以下の（３）式が成立する。
（Ｐ（ｙ）＋ｄ（Ｐ（ｙ）））・ｂ・ｄｘ＝Ｐ（ｙ）・ｂ・ｄｘ−２・μw・ｋ（ｘ）・Ｐ（ｙ）・ｄｘ・ｄｙ＋ρ・ｇ・ｂ・ｄｘ・ｄｙ ・・・（３）
【００６３】
（３）式において、μwは、炉壁１４とコークスケーキとの間の静止摩擦係数である。Ｐ（ｙ）は、コークスケーキのｙ方向の微小区間にかかる圧力（ｋｇｆ／ｍ2）である。ｄｙは、コークスケーキのｙ方向の微小区間である。ｄＰ（ｙ）は、コークスケーキのｙ方向の微小区間にかかる圧力の増分（ｋｇｆ／ｍ2）である。ｋ（ｘ）は、コークスケーキのｘ方向の各位置でのランキン係数である。ρは、コークスの比重（ｋｇ／ｍ3）である。ｇは、重力加速度（ｍ／ｓ2）である。ｂは、炉幅（ｍ）である。
【００６４】
シミュレーション部５１２は、（１）式に基づいて、炭化室１１の高さ方向の各位置にかかる圧力（Ｐ（ｙ））を求める。また、シミュレーション部５１２は、求めた圧力Ｐ（ｙ）と、（ｃ）で求めたランキン係数ｋ（ｘ）とを掛け合わせて、圧力Ｐ（ｙ）により両側炉壁１４Ｒ、１４Ｌの炉高方向における各位置に生じる側圧（ｋ（ｘ）・Ｐ（ｙ））を求める。
【００６５】
（ｅ）次に、シミュレーション部５１２は、圧力Ｐ（ｙ）により両側炉壁１４Ｒ、１４Ｌの炉高方向における各位置に生じる側圧（ｋ（ｘ）・Ｐ（ｙ））と、炉底位置に生じる圧力（Ｐ（ｙ）y=0）とを考慮した、炭化室１１の奥行方向の各位置の圧力（Ｐ（ｘｙ））を求める。
微小区間ｄｘでのコークスケーキの圧力バランスを考えると、微小区間ｄｘのＣＳ側の面１５３１に作用する圧力に基づく力（矢印１５４１を参照）は、微小区間ｄｘのＰＳ側の面１５３２に作用する圧力に基づく力（矢印１５４２を参照）と、微小区間ｄｘの両側端面１５３３ａ、１５３３ｂに生じる側圧に基づく力（矢印１５４３ａ、１５４３ｂを参照）と、炉底位置に生じる圧力に基づく力（矢印１５４４）とによって定まる。よって、以下の（４）式が成立する。
【００６６】
【数１】
【００６７】
（４）式において、Ｐ（ｘ）は、コークスケーキのｘ方向の微小区間にかかる圧力（ｋｇｆ／ｍ2）である。Ｐ（ｙ）は、コークスケーキのｙ方向の微小区間にかかる圧力（ｋｇｆ/ｍ2）である。ｂは、炉幅（ｍ）である。ｈは、コークスケーキの高さ（ｍ）である。ｄｘは、コークスケーキのｘ方向の微小区間である。ｄｙは、コークスケーキのｙ方向の微小区間である。μwは、炉壁１４とコークスケーキとの間の静止摩擦係数である。μsは、炉底とコークスケーキとの間の静止摩擦係数である。Ｐ（ｙ）y=0は、コークスケーキの底面（ｙ＝０）での圧力（ｋｇｆ／ｍ2）である。ｋ（ｘ）は、コークスケーキのｘ方向の各位置でのランキン係数である。
シミュレーション部５１２は、（３）式で得られた、炭化室１１の高さ方向の各位置の圧力（Ｐ（ｙ））を基に（４）式を解くことにより、炭化室１１の奥行方向の各位置の圧力（Ｐ（ｘｙ））を求める。
【００６８】
（ｆ）シミュレーション部５１２は、コークスの押出負荷Ｆcalを計算する。
炭化室１１の奥行方向の各位置の圧力（Ｐ（ｘｙ））は、ＰＳ（ｘ＝０）からＣＳの方向に減少する分布を有し、ＰＳ（ｘ＝０）の位置で最大となる。
よって、コークスの押出負荷Ｆcalは、ＰＳ（ｘ＝０）での圧力（Ｐ（ｘｙ）x=0）を基に、以下の（５）式を解くことにより得られる。
【００６９】
【数２】
【００７０】
（５）式において、Ｐ（ｘｙ）x=0は、ＰＳ（ｘ＝０）での圧力（ｋｇｆ／ｍ2）である。ｂは、炉幅（ｍ）である。尚、以下の説明では、「炭化室１１の炉壁１４とコークスケーキとの間の静止摩擦係数をμw」が前述した「炉壁摩擦係数μw」に対応するので、以下の説明では、必要に応じて、「炭化室１１の炉壁１４とコークスケーキとの間の静止摩擦係数をμw」を「炉壁摩擦係数μw」と称する
【００７１】
[[押出負荷の実績値に対応する炉壁摩擦係数μwのシミュレーションによる導出]］
シミュレーション部５１２は、肌荒れ指数−押出負荷関係導出部５１１で取得した押出負荷（実績値）が得られる場合の炉壁摩擦係数μwを、炉壁摩擦係数μwを試行錯誤的に変えながら求める。前述したように、Ｖ字谷が少ない比較的新しい炭化室１１の押出負荷の実績値は７．５ｔｏｎｆであり、肌荒れが著しい炭化室１１の押出負荷の実績値は１７ｔｏｎｆであった。よって、シミュレーション部５１２は、（５）式のコークスの押出負荷Ｆcalとして、７．５ｔｏｎｆが得られるときの炉壁摩擦係数μwを求めると共に、（５）式のコークスの押出負荷Ｆcalとして、１７ｔｏｎｆが得られるときの炉壁摩擦係数μwを求める。その結果、コークスの押出負荷Ｆcalとして、７．５ｔｏｎｆが得られるときの炉壁摩擦係数μwとして０．２３が得られ、コークスの押出負荷Ｆcalとして、１７ｔｏｎｆが得られるときの炉壁摩擦係数μwとして０．８２が得られた。図１６（ａ）に、このようにして押出負荷の実績値に対応する炉壁摩擦係数μwを計算した際にシミュレータで使用した各パラメータを示す。
【００７２】
[[炉壁摩擦係数μwに対応する押出負荷の導出]]
シミュレーション部５１２は、後述する炉壁摩擦係数導出部５１５により、肌荒れを評価する対象となる炭化室１１の炉壁１４の肌荒れ指数に対応する炉壁摩擦係数μwが導出されると、当該炉壁摩擦係数μwを、（３）式及び（４）式に代入し、（５）式によりコークスの押出負荷Ｆcalを導出する。
【００７３】
シミュレーション部５１２は、例えば、ＣＰＵが、ＲＡＭ等から、押出負荷の実績値の情報を読み出し、（５）式のコークスの押出負荷Ｆcalの値として読み出した押出負荷の実績値が得られたときの炉壁摩擦係数μwを求め、その炉壁摩擦係数μwのデータをＲＡＭ等に記憶することによって実現できる。また、シミュレーション部５１２は、例えば、ＣＰＵが、ＲＡＭ等から、肌荒れを評価する対象となる炭化室１１の炉壁１４の肌荒れ指数に対応する炉壁摩擦係数μwの情報を読み出して前述した（１）〜（５）式の計算を行って、（５）式のコークスの押出負荷Ｆcalを計算し、計算したコークスの押出負荷ＦcalのデータをＲＡＭ等に記憶することにより実現できる。
【００７４】
［肌荒れ指数−炉壁摩擦係数関係導出部５１３］
肌荒れ指数−炉壁摩擦係数関係導出部５１３は、シミュレーション部５１２により、炭化室１１の押出負荷の実績値に対応する炉壁摩擦係数μwが求められると、当該炭化室１１の押出負荷の実績値に対応する肌荒れ指数を、肌荒れ指数−押出負荷関係導出部５１１から取得する。本実施形態では、炭化室１１の押出負荷の実績値が２つ得られるので、炭化室１１の押出負荷の実績値に対応する「炉壁摩擦係数μw及び肌荒れ指数」の組が２つ得られる。そして、肌荒れ指数−炉壁摩擦係数関係導出部５１３は、当該炉壁摩擦係数μw及び当該肌荒れ指数の２つの組の値から、肌荒れ指数と炉壁摩擦係数μwとの関係を導出し、肌荒れ指数−炉壁摩擦係数関係記憶部５１４に記憶する。
【００７５】
図１７は、肌荒れ指数と炉壁摩擦係数μwとの関係の一例を示す図である。
図１７に示す例では、肌荒れ指数と炉壁摩擦係数μwとの関係は、以下の（６）式で表される。
炉壁摩擦係数＝０．２２×肌荒れ指数＋０．０６ ・・・（６）
肌荒れ指数−炉壁摩擦係数関係導出部５１３は、例えば、ＣＰＵが、ＲＡＭ等から、２つの炭化室１１の押出負荷の実測値の情報と、当該２つの炭化室１１の押出負荷の実測値に対応する炉壁摩擦係数μwの情報とを読み出して、前述したようにして、肌荒れ指数と炉壁摩擦係数μwとの関係を導出し、導出した肌荒れ指数と炉壁摩擦係数μwとの関係を示す情報を、ＨＤＤ等に記憶することによって実現できる。また、肌荒れ指数−炉壁摩擦係数関係記憶部５１４は、例えば、当該ＨＤＤ等を用いることにより実現できる。尚、３つ以上の炭化室１１における押出負荷の実測値が取得された場合には、炉壁摩擦係数と肌荒れ指数との関係を、直線ではなく曲線で表すこともできる。
【００７６】
［炉壁摩擦係数導出部５１５］
炉壁摩擦係数導出部５１５は、肌荒れを評価する対象となる炭化室１１の炉壁１４の肌荒れ指数が、肌荒れ指数記憶部５０８に記憶されると、当該肌荒れ指数を読み出す。そして、炉壁摩擦係数導出部５１５は、読み出した肌荒れ指数に対応する炉壁摩擦係数μwを、肌荒れ指数−炉壁摩擦係数関係導出部５１３で導出された「肌荒れ指数と炉壁摩擦係数μwとの関係」に基づき導出する。
前述したように、シミュレーション部５１２は、炉壁摩擦係数導出部５１５により導出された炉壁摩擦係数μwに基づいて、コークスの押出負荷Ｆcalを導出する。
そして、押出負荷表示部５１６は、シミュレーション部５１２によって導出されたコークスの押出負荷Ｆcalと、当該押出負荷の導出対象である炭化室１１を示す情報とを表示する。
【００７７】
ここで、本発明者らは、以上のようにして凹凸プロフィール９００を元にして炉壁摩擦係数μwを推定する手法の妥当性を検討した。まず、炉壁１４に複数の煉瓦にまたがる大きさの顕著な凹凸はないが、押出負荷の実測値が異なる炭化室１１を４つ選んだ。これら４つの炭化室１１における肌荒れ指数は、２．００ｍｍ、２．３１ｍｍ、２．３８ｍｍ、３．１７ｍｍであった。そして、これらの肌荒れ指数を（６）式に代入して炉壁摩擦係数μwを求め、求めた炉壁摩擦係数μwをシミュレーション部５１２（シミュレータ）に入力してコークスの押出負荷Ｆcalを計算した。また、これら４つの炭化室１１における押出負荷を実測した。図１６（ｂ）に、このようにして肌荒れ指数から得られた炉壁摩擦係数μwを用いてコークスの押出負荷Ｆcalを計算した際にシミュレータで使用した各パラメータを示す。
【００７８】
図１８は、以上のようにして得られた押出負荷の計算値と実測値を示す図である。図１８に示すように、押出負荷の計算値と実測値は略一致している。したがって、以上のように凹凸プロフィール９００を元にして炉壁摩擦係数μwを導出すると、炉壁摩擦係数μwを正確に導出することができることが分かる。
炉壁摩擦係数導出部５１５は、例えば、ＣＰＵが、ＨＤＤ等から、肌荒れを評価する対象となる炭化室１１の炉壁１４の肌荒れ指数と、肌荒れ指数と炉壁摩擦係数μwとの関係との関係を読み出し、前述したようにして、肌荒れを評価する対象となる炭化室１１の炉壁１４の肌荒れ指数に対応する炉壁摩擦係数μwを導出し、導出した炉壁摩擦係数μwをＲＡＭ等に記憶することにより実現できる。
また、押出負荷表示部５１６は、例えば、ＣＰＵが、ＲＡＭ等から、コークスの押出負荷Ｆcalのデータを読み出して、表示データを生成し、生成した表示データを、インターフェースを介して表示装置に送信することにより実現できる。尚、シミュレーション部５１２によって導出されたコークスの押出負荷Ｆcalと、当該押出負荷の導出対象である炭化室１１を示す情報とを表示することに加えて、又は代えて、これらを記憶媒体（例えば可搬型の記憶媒体）に記憶したり、外部装置に送信したりしてもよい。
【００７９】
（壁面状態評価装置の動作フローチャート）
次に、図１９のフローチャートを参照しながら、肌荒れ指数を導出する肌荒れ指数導出処理を行う際の壁面状態評価装置５００の動作の一例を説明する。例えば、オペレータがユーザインターフェースを操作することにより、肌荒れ指数を導出することが指示されると、図１９のフローチャートの実行を開始させるようにすることができる。このとき、オペレータは、肌荒れ指数の導出対象となる炉壁１４を指定する。
まず、ステップＳ１９０１において、壁面画像取得部５０１は、壁面観察装置１００によって画像データのうち、オペレータによって指定された炉壁１４の画像データを取得する。
次に、ステップＳ１９０２において、ラインデータ読み出し部５０２は、炉底に近いものから順に、レーザスポット４２の追跡結果を得て、１ライン分の凹凸プロフィール９００を生成する。前述したように、凹凸プロフィール９００は、炭化室１１の奥行方向の各位置における炉壁１４の凹凸量を示すものである（図９を参照）。
【００８０】
次に、ステップＳ１９０３において、低周波成分抽出部５０３は、ステップＳ１９０２で生成された凹凸プロフィール９００に中央値フィルタ処理を施して中央値データを生成する。これにより、基準位置の変位の部分を抽出することができる。
次に、ステップＳ１９０４において、高周波成分抽出部５０４は、ステップＳ１９０２で生成された凹凸プロフィール９００と、ステップＳ１９０３で生成された中央値データとの差分を計算する。これにより、基準位置が揃った凹凸プロフィールが得られる。
【００８１】
次に、ステップＳ１９０５において、区間最小値導出部５０５は、凹凸量の基準位置が揃った凹凸プロフィールを、炭化室の奥行方向において１００ｍｍピッチで分割し、分割した各区間において、当該凹凸プロフィールの値（凹凸量）の最小値（凹凸プロフィールが示す凹部のうち深さが最も深い凹部である最凹部の深さ）を抽出する。
次に、ステップＳ１９０６において、ラインデータ読み出し部５０２は、全てのレーザスポット４２について処理したか否かを判定する。この判定の結果、全てのレーザスポット４２について処理していない場合には、ステップＳ１９０２に戻り、未処理のレーザスポット４２のうち、最も炉底に近いレーザスポット４２の追跡結果を得る。前述したように本実施形態では、４４個（１１個×４セット）のレーザスポット４２が得られるので、ステップＳ１９０２〜Ｓ１９０５が４４回繰り返し実行される。
【００８２】
そして、全てのレーザスポット４２について処理されると、ステップＳ１９０７に進む。ステップＳ１９０７に進むと、区間最小値マトリックス生成部５０６は、ステップＳ１９０５で得られた「基準位置が揃った凹凸プロフィールの各区間における最小値」から、区間最小値マトリックス１０００を生成する（図１０を参照）。
次に、ステップＳ１９０８において、肌荒れ指数導出部５０７は、区間最小値マトリックス１０００の要素ｍの平均値を肌荒れ指数として算出する。そして、肌荒れ指数導出部５０７は、肌荒れ指数と、当該肌荒れ指数の算出対象である「炭化室１１の炉壁１４」の識別情報と相互に関連付けて、肌荒れ指数記憶部５０８に記憶する。
次に、ステップＳ１９０９において、肌荒れ指数表示部５０９は、肌荒れ指数の情報と、当該肌荒れ指数の導出対象である「炭化室１１の炉壁１４」の情報とを、液晶ディスプレイ等の表示装置に表示させる。そして、図１９のフローチャートによる処理を終了する。
【００８３】
次に、図２０のフローチャートを参照しながら、肌荒れ指数に対応する炉壁摩擦係数μwを導出する炉壁摩擦係数導出処理を行う際の壁面状態評価装置５００の動作の一例を説明する。例えば、オペレータがユーザインターフェースを操作することにより、肌荒れ指数に対応する炉壁摩擦係数μwを導出することが指示されると、図２０のフローチャートの実行を開始させるようにすることができる。ただし、肌荒れ指数が導出されていない場合（図１９のフローチャートが実行されていない場合）にこのような指示がなされた場合には、図２０のフローチャートは実行されないようにし、オペレータにその旨を報知することができる。
【００８４】
まず、ステップＳ２００１において、押出負荷取得部５１０は、Ｖ字谷が少ない比較的新しい炭化室１１における押出負荷の実測値と、数十年稼働していて、Ｖ字谷における平滑効果カーボンの消失が顕著な炭化室１１における押出負荷の実測値を取得する。
次に、ステップＳ２００２において、肌荒れ指数−押出負荷関係導出部５１１は、ステップＳ２００１で取得した「押出負荷の実測値」の測定対象である２つの炭化室１１の肌荒れ指数を肌荒れ指数記憶部５０８から読み出す。尚、ステップＳ２００１で取得した「押出負荷の実測値」の測定対象である２つの炭化室１１の肌荒れ指数が肌荒れ指数記憶部５０８に記憶されていない場合には、オペレータにその旨を報知する。
【００８５】
次に、ステップＳ２００３において、肌荒れ指数−押出負荷関係導出部５１１は、２つの炭化室１１における押出負荷の実測値と、当該２つの炭化室１１の炉壁１４の肌荒れ指数とから、押出負荷と肌荒れ指数との関係を導出する（図１４を参照）。
次に、ステップＳ２００４において、シミュレーション部５１２は、ステップＳ２００１で取得された「２つの炭化室１１の押出負荷（実績値）」が得られる場合の炉壁摩擦係数μwを求める。
次に、ステップＳ２００５において、肌荒れ指数−炉壁摩擦係数関係導出部５１３は、炭化室１１の押出負荷の実績値に対応する「炉壁摩擦係数μw及び肌荒れ指数」の２つの組の値から、肌荒れ指数と炉壁摩擦係数μwとの関係を導出し、肌荒れ指数−炉壁摩擦係数関係記憶部５１４に記憶する（図１７を参照）。そして、図２０のフローチャートによる処理を終了する。
【００８６】
次に、図２１のフローチャートを参照しながら、肌荒れを評価する対象となる炭化室１１の押出負荷を導出する押出負荷導出処理を行う際の壁面状態評価装置５００の動作の一例を説明する。例えば、オペレータがユーザインターフェースを操作することにより、肌荒れを評価する対象となる炭化室１１の押出負荷を導出することが指示されると、図２１のフローチャートの実行を開始させるようにすることができる。ただし、肌荒れ指数と炉壁摩擦係数μwとの関係が導出されていない場合（図２０のフローチャートが実行されていない場合）にこのような指示がなされた場合には、図２１のフローチャートは実行されないようにし、オペレータにその旨を報知することができる。
【００８７】
まず、ステップＳ２１０１において、炉壁摩擦係数導出部５１５は、肌荒れを評価する対象となる炭化室１１の炉壁１４の肌荒れ指数を取得する。
次に、ステップＳ２１０２において、炉壁摩擦係数導出部５１５は、ステップＳ２１０１で取得した肌荒れ指数に対応する炉壁摩擦係数μwを図２０のフローチャートで導出された「肌荒れ指数と炉壁摩擦係数μwとの関係」に基づき導出する。
次に、ステップＳ２１０３において、シミュレーション部５１２は、ステップＳ２１０２で導出された炉壁摩擦係数μwに基づいて、コークスの押出負荷Ｆcalを導出する。
次に、ステップＳ２１０４において、ステップＳ２１０３で導出されたコークスの押出負荷Ｆcalと、当該押出負荷の導出対象である炭化室１１を示す情報とを表示する。そして、図２１のフローチャートによる処理を終了する。
【００８８】
（まとめ）
以上のように本実施形態では、炭化室１１の炉壁１４の画像データから、炭化室１１の奥行方向の各位置における炉壁１４の凹凸量を示す凹凸プロフィール９００であって、炭化室１１の高さ位置が異なる複数の凹凸プロフィール９００を生成する。そして、複数の凹凸プロフィール９００から基準位置の変位の部分を抽出してこれらの差分をとることにより、基準位置が揃った凹凸プロフィールを得る。そして、当該の基準位置が揃った凹凸プロフィールを、炭化室の奥行方向において１００ｍｍピッチで分割し、分割した各区間において、当該凹凸プロフィールの値（凹凸量）の最小値を抽出し、それらの平均値を肌荒れ指数とする。したがって、炭化室１１の炉壁１４に広域的に発生しているＶ字谷による損傷の程度を指標化することができる。
【００８９】
また、本実施形態では、２つの炭化室１１の押出負荷の実績値と、当該２つの炭化室１１の肌荒れ指数とから、肌荒れ指数と押出負荷との関係を導出する。また、炉壁摩擦係数μwを入力とし、コークスの押出負荷Ｆcalを出力とするシミュレータを用いて、２つの炭化室１１の押出負荷の実績値と同値の押出負荷Ｆcalが得られるときの炉壁摩擦係数μwを導出する。そして、これらの導出の結果から、肌荒れ指数と炉壁摩擦係数μwとの関係を導出する。その後、肌荒れを評価する対象となる炭化室１１の炉壁１４の肌荒れ指数が導出されると、当該肌荒れ指数に対応する炉壁摩擦係数μwを導出し、導出した炉壁摩擦係数μwを前記シミュレータに入力してコークスの押出負荷Ｆcalを計算する。
【００９０】
したがって、炭化室１１の炉壁１４の状態に対応させて炉壁摩擦係数μwを与えることができ、肌荒れが、炉壁摩擦係数μwに与える影響を定量化することができる。また、炭化室１１の炉壁１４に広域的に発生しているＶ字谷による押出負荷の変化を定量化することができる。よって、例えば、老朽化によりＶ字谷が進行している炭化室１１において、平滑効果カーボンが当該Ｖ字谷で良好に成長しているかどうかを的確に判断することができる。これにより、コークス炉の日々の操業で最も重要なコークスケーキの押出性の観点から、炉壁１４の状態を管理することができる。例えば、何らかの操業上の理由で平滑効果カーボンが焼失している炭化室１１については、肌荒れ指数が適正なレベルに回復するまで装入石炭量を減らして押出負荷を下げるといった特別管理の必要性を定量的に判断することができる。また、将来的に老朽化により炉団の炭化室１１全体で肌荒れが顕著になり、平滑効果カーボンでは肌荒れ指数が十分に下げられないことが分かれば、乾留後に炉壁１４とコークスとの隙間が大きくなる石炭に、炭化室１１に装入する石炭を変更するといった重要な判断も的確に行うことができる。
【００９１】
（変形例）
本実施形態のように、肌荒れ指数と炉壁摩擦係数μwとの関係から、肌荒れ指数に対応する炉壁摩擦係数μwを求めて肌荒れを評価するようにすれば、（従来のように炉壁摩擦係数μwを一定にした場合に比べて）押出負荷を高精度に計算（推定）することができるので好ましい。しかしながら、必ずしも、炉壁摩擦係数μwや押出負荷Ｆcalで肌荒れを評価する必要はなく、例えば、肌荒れ指数で肌荒れを評価するようにしてもよい。このようにする場合、例えば、肌荒れ指数が低い場合（閾値以下である場合）には、当該肌荒れ指数の導出対象である炭化室１１の炉壁１４のＶ字谷は、操業に大きく影響しないと判断することができる。一方、肌荒れ指数が大きい場合（閾値を超える場合）には、当該肌荒れ指数の導出対象である炭化室１１の炉壁１４のＶ字谷は、操業に大きな影響を与えると判断することができる。このとき、閾値を段階的に設定することにより、Ｖ字谷が操業に与える影響の程度を段階的に示すようにすることができる。以上のようにする場合、肌荒れ指数を単に表示してもよいし、肌荒れ指数と共に、操業への影響に関する情報を表示するようにしてもよい。この他、シミュレーション部５１２で押出負荷を計算せずに、炉壁摩擦係数導出部５１５で導出された炉壁摩擦係数μwそのものを表示するようにし、炉壁摩擦係数μwを利用して、別途、押出負荷を計算するようにしてもよい。
【００９２】
また、本実施形態では、（１）式〜（５）式のようにしてコークスの押出負荷Ｆcalを計算するシミュレータを用いるようにしたが、炉壁摩擦係数μwを入力とし、コークスの押出負荷Ｆcalを出力としていれば、シミュレータは、このようなものに限定されない。
また、本実施形態では、区間最小値マトリックス１０００の要素ｍの平均値を肌荒れ指数としたが、炭化室１１の炉壁１４の損傷の程度を示す指標であれば、肌荒れ指数は、これに限定されない。例えば、区間最小値マトリックス１０００の要素ｍの中央値や加算値（合計値）を肌荒れ指数としてもよい。
また、本実施形態では、要素ｍとして、基準位置が揃った凹凸プロフィールの値の各区間の最小値を用いた。しかしながら、要素ｍは、炭化室１１の壁面に点在している複数の凹部の深さに関する情報を表すものであれば、どのようなものであってもよい。例えば、基準位置が揃った凹凸プロフィールの値のうち、閾値よりも深い値を要素ｍの代わりに用いてもよい。
【００９３】
（請求項との対応）
本実施形態では、例えば、壁面観察装置１００を炭化室１１内に挿入しながら、レーザ投光器群８により炉壁１４にレーザ光を照射して、レーザスポット４２の画像を含む炉壁１４の画像をリニアイメージカメラ５により撮像することによって、照射工程と撮像工程の一例が実現される。また、本実施形態では、例えば、図１９のステップＳ１９０２の処理を行うことによりレーザ光追跡工程と、凹凸プロフィール生成工程が実現される。また、本実施形態では、例えば、ステップＳ１９０２の処理を行うことにより凹部深さ導出工程が実現される。
また、本実施形態では、例えば、図１９のステップＳ１９０３、Ｓ１９０４の処理を行うことにより第２の凹凸プロフィール生成工程が実現される。ここで、本実施形態では、例えば、「区間最小値マトリックス１０００の各要素ｍの値」が、「深さ情報」に対応する。また、本実施形態では、例えば、ステップＳ１９０８の処理を行うことにより肌荒れ指数導出工程が実現される。
また、本実施形態では、例えば、図２０のステップＳ２００１の処理を行うことにより押出負荷取得工程が実現される。また、本実施形態では、例えば、ステップＳ２００４の処理を行うことにより炉壁摩擦係数導出工程が実現される。また、本実施形態では、例えば、ステップＳ２００５の処理を行うことにより肌荒れ指数−炉壁摩擦係数導出工程が実現される。また、本実施形態では、例えば、図２１のステップＳ２１０２の処理を行うことにより炉壁摩擦係数導出工程が実現される。また、本実施形態では、例えば、ステップＳ２１０３の処理を行うことにより押出負荷計算工程が実現される。
【００９４】
尚、以上説明した本発明の実施形態は、コンピュータがプログラムを実行することによって実現することができる。また、プログラムをコンピュータに供給するための手段、例えばかかるプログラムを記録したＣＤ−ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体、又はかかるプログラムを伝送する伝送媒体も本発明の実施の形態として適用することができる。また、前記プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体などのプログラムプロダクトも本発明の実施の形態として適用することができる。前記のプログラム、コンピュータ読み取り可能な記録媒体、伝送媒体及びプログラムプロダクトは、本発明の範疇に含まれる。
また、以上説明した本発明の実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【符号の説明】
【００９５】
１００ コークス炉の壁面観察装置
５００ コークス炉の壁面状態評価装置
５０１ 壁面画像取得部
５０２ ラインデータ読み出し部
５０３ 低周波成分抽出部
５０４ 高周波成分抽出部
５０５ 区間最小値導出部
５０６ 区間最小値マトリックス生成部
５０７ 肌荒れ指数導出部
５０８ 肌荒れ指数記憶部
５０９ 肌荒れ指数表示部
５１０ 押出負荷取得部
５１１ 肌荒れ指数−押出負荷関係導出部
５１２ シミュレーション部
５１３ 肌荒れ指数−炉壁摩擦係数関係導出部
５１４ 肌荒れ指数−炉壁摩擦係数関係導出部
５１５ 炉壁摩擦係数導出部
５１６ 押出負荷表示部
９００ 凹凸プロフィール
１０００ 区間最小値マトリックス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コークス炉の炭化室の壁面に、当該壁面の損傷によって点在している複数の凹部を検出して、当該壁面の状態を評価するコークス炉の壁面状態評価方法であって、
炭化室の壁面に対して、当該炭化室の奥行方向に移動しながら、当該炭化室の高さ方向において間隔を有するように、複数のレーザ光を照射する照射工程と、
炭化室の壁面において、当該炭化室の高さ方向に間隔を有して当該炭化室の奥行方向に現れる、前記複数のレーザ光による複数のレーザスポットの画像が重畳された、当該炭化室の壁面の画像を撮像する撮像工程と、
前記レーザスポットの画像の、前記炭化室の奥行方向に延びる線分を追跡するレーザ光追跡工程と、
前記レーザ光追跡工程によって追跡されたレーザスポットの画像の線分に基づいて、前記炭化室の壁面の凹凸量と、前記炭化室の奥行方向の位置との関係を示す凹凸プロフィールを生成する凹凸プロフィール生成工程と、
前記凹凸プロフィール生成工程によって生成された凹凸プロフィールから、前記壁面に点在している複数の凹部の深さに関する情報である深さ情報を導出する凹部深さ導出工程と、
前記凹部深さ導出工程によって導出された、前記深さ情報に基づいて、前記壁面の損傷の程度を示す指標である肌荒れ指数を導出する肌荒れ指数導出工程と、を有することを特徴とするコークス炉の壁面状態評価方法。
【請求項２】
前記凹部深さ導出工程は、前記凹凸プロフィール生成工程によって生成された凹凸プロフィールを、前記炭化室の奥行方向において、所定の間隔毎に分割し、分割した各区間のそれぞれにおいて、当該凹凸プロフィールが示す凹部のうち深さが最も深い最凹部の深さを抽出し、抽出した最凹部の深さを前記深さ情報とすることを特徴とする請求項１に記載のコークス炉の壁面状態評価方法。
【請求項３】
前記凹凸プロフィール生成工程によって生成された凹凸プロフィールから、該凹凸プロフィールにおいて凹凸が存在しない部位に対応する深さ方向の位置である基準位置の変位の部分を除去した凹凸プロフィールを生成する第２の凹凸プロフィール生成工程を有し、
凹部深さ導出工程は、前記第２の凹凸プロフィール生成工程によって生成された凹凸プロフィールから、前記深さ情報を導出することを特徴とする請求項１又は２に記載のコークス炉の壁面状態評価方法。
【請求項４】
前記第２の凹凸プロフィール生成工程は、前記凹凸プロフィール生成工程によって生成された凹凸プロフィールに対して中央値フィルタ処理を行うことで得られる中央値データを、前記基準位置の変位の部分として生成し、前記凹凸プロフィール生成工程によって生成された凹凸プロフィールと、前記中央値データとの差分をとって、前記基準位置の変位の部分を除去した凹凸プロフィールを生成することを特徴とする請求項３に記載のコークス炉の壁面状態評価方法。
【請求項５】
前記肌荒れ指数導出工程は、前記凹部深さ導出工程によって導出された、前記深さ情報の平均値を、前記肌荒れ指数として導出することを特徴とする請求項２〜４の何れか１項に記載のコークス炉の壁面状態評価方法。
【請求項６】
複数の炭化室の押出負荷の実績値を取得する押出負荷取得工程と、
炭化室の炉壁とコークスケーキとの間の静止摩擦係数である炉壁摩擦係数を入力とし、当該炭化室の押出負荷を出力とするシミュレータを用いて、前記押出負荷取得工程により取得された押出負荷の実績値が得られる場合の前記炉壁摩擦係数を導出する炉壁摩擦係数導出工程と、
前記押出負荷の実績値の測定対象である炭化室の炉壁に対する肌荒れ指数と、当該押出負荷の実績値が得られる場合の炉壁摩擦係数とに基づいて、前記肌荒れ指数と前記炉壁摩擦係数との関係を導出する肌荒れ指数−炉壁摩擦係数導出工程と、
損傷を評価する対象となる炭化室の炉壁に対する肌荒れ指数が、前記肌荒れ指数導出工程により導出されると、前記肌荒れ指数と前記炉壁摩擦係数との関係に基づいて、前記損傷を評価する対象となる炭化室の炉壁に対する肌荒れ指数に対応する炉壁摩擦係数を導出する炉壁摩擦係数導出工程と、を有することを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載のコークス炉の壁面状態評価方法。
【請求項７】
前記炉壁摩擦係数導出工程により導出された炉壁摩擦係数を前記シミュレータに入力して、前記損傷を評価する対象となる炭化室の押出負荷を計算する押出負荷計算工程を有することを特徴とする請求項６に記載のコークス炉の壁面状態評価方法。
【請求項８】
コークス炉の炭化室の壁面に、当該壁面の損傷によって点在している複数の凹部を検出して、当該壁面の状態を評価するコークス炉の壁面状態評価装置であって、
炭化室の壁面において、当該炭化室の高さ方向に間隔を有して当該炭化室の奥行方向に現れる、前記複数のレーザ光による複数のレーザスポットの画像が重畳された、当該炭化室の壁面の画像を取得する取得手段と、
前記レーザスポットの画像の、前記炭化室の奥行方向に延びる線分を追跡する追跡手段と、
前記レーザ光追跡手段によって追跡されたレーザスポットの画像の線分に基づいて、前記炭化室の壁面の凹凸量と、前記炭化室の奥行方向の位置との関係を示す凹凸プロフィールを生成する凹凸プロフィール生成手段と、
前記凹凸プロフィール生成手段によって生成された凹凸プロフィールから、前記壁面に点在している複数の凹部の深さに関する情報である深さ情報を導出する凹部深さ導出手段と、
前記凹部深さ導出手段によって導出された、前記深さ情報に基づいて、前記壁面の損傷の程度を示す指標である肌荒れ指数を導出する肌荒れ指数導出手段と、を有することを特徴とするコークス炉の壁面状態評価装置。
【請求項９】
前記凹部深さ導出手段は、前記凹凸プロフィール生成手段によって生成された凹凸プロフィールを、前記炭化室の奥行方向において、所定の間隔毎に分割し、分割した各区間のそれぞれにおいて、当該凹凸プロフィールが示す凹部のうち深さが最も深い最凹部の深さを抽出し、抽出した最凹部の深さを前記深さ情報とすることを特徴とする請求項８に記載のコークス炉の壁面状態評価装置。
【請求項１０】
前記凹凸プロフィール生成手段によって生成された凹凸プロフィールから、該凹凸プロフィールにおいて凹凸が存在しない部位に対応する深さ方向の位置である基準位置の変位の部分を除去した凹凸プロフィールを生成する第２の凹凸プロフィール生成手段を有し、
凹部深さ導出手段は、前記第２の凹凸プロフィール生成手段によって生成された凹凸プロフィールから、前記深さ情報を導出することを特徴とする請求項８又は９に記載のコークス炉の壁面状態評価装置。
【請求項１１】
前記第２の凹凸プロフィール生成手段は、前記凹凸プロフィール生成手段によって生成された凹凸プロフィールに対して中央値フィルタ処理を行うことで得られる中央値データを、前記基準位置の変位の部分として生成し、前記凹凸プロフィール生成手段によって生成された凹凸プロフィールと、前記中央値データとの差分をとって、前記基準位置の変位の部分を除去した凹凸プロフィールを生成することを特徴とする請求項１０に記載のコークス炉の壁面状態評価装置。
【請求項１２】
前記肌荒れ指数導出手段は、前記凹部深さ導出手段によって導出された、前記深さ情報の平均値を、前記肌荒れ指数として導出することを特徴とする請求項９〜１１の何れか１項に記載のコークス炉の壁面状態評価装置。
【請求項１３】
複数の炭化室の押出負荷の実績値を取得する押出負荷取得手段と、
炭化室の炉壁とコークスケーキとの間の静止摩擦係数である炉壁摩擦係数を入力とし、当該炭化室の押出負荷を出力とするシミュレータを用いて、前記押出負荷取得手段により取得された押出負荷の実績値が得られる場合の前記炉壁摩擦係数を導出する炉壁摩擦係数導出手段と、
前記押出負荷の実績値の測定対象である炭化室の炉壁に対する肌荒れ指数と、当該押出負荷の実績値が得られる場合の炉壁摩擦係数とに基づいて、前記肌荒れ指数と前記炉壁摩擦係数との関係を導出する肌荒れ指数−炉壁摩擦係数導出手段と、
損傷を評価する対象となる炭化室の炉壁に対する肌荒れ指数が、前記肌荒れ指数導出手段により導出されると、前記肌荒れ指数と前記炉壁摩擦係数との関係に基づいて、前記損傷を評価する対象となる炭化室の炉壁に対する肌荒れ指数に対応する炉壁摩擦係数を導出する炉壁摩擦係数導出手段と、を有することを特徴とする請求項８〜１２の何れか１項に記載のコークス炉の壁面状態評価装置。
【請求項１４】
前記炉壁摩擦係数導出手段により導出された炉壁摩擦係数を前記シミュレータに入力して、前記損傷を評価する対象となる炭化室の押出負荷を計算する押出負荷計算手段を有することを特徴とする請求項１３に記載のコークス炉の壁面状態評価装置。
【請求項１５】
請求項８〜１４の何れか１項に記載のコークス炉の壁面状態評価装置の各手段としてコンピュータを機能させることを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項１】
コークス炉の炭化室の壁面に、当該壁面の損傷によって点在している複数の凹部を検出して、当該壁面の状態を評価するコークス炉の壁面状態評価方法であって、
炭化室の壁面に対して、当該炭化室の奥行方向に移動しながら、当該炭化室の高さ方向において間隔を有するように、複数のレーザ光を照射する照射工程と、
炭化室の壁面において、当該炭化室の高さ方向に間隔を有して当該炭化室の奥行方向に現れる、前記複数のレーザ光による複数のレーザスポットの画像が重畳された、当該炭化室の壁面の画像を撮像する撮像工程と、
前記レーザスポットの画像の、前記炭化室の奥行方向に延びる線分を追跡するレーザ光追跡工程と、
前記レーザ光追跡工程によって追跡されたレーザスポットの画像の線分に基づいて、前記炭化室の壁面の凹凸量と、前記炭化室の奥行方向の位置との関係を示す凹凸プロフィールを生成する凹凸プロフィール生成工程と、
前記凹凸プロフィール生成工程によって生成された凹凸プロフィールから、前記壁面に点在している複数の凹部の深さに関する情報である深さ情報を導出する凹部深さ導出工程と、
前記凹部深さ導出工程によって導出された、前記深さ情報に基づいて、前記壁面の損傷の程度を示す指標である肌荒れ指数を導出する肌荒れ指数導出工程と、を有することを特徴とするコークス炉の壁面状態評価方法。
【請求項２】
前記凹部深さ導出工程は、前記凹凸プロフィール生成工程によって生成された凹凸プロフィールを、前記炭化室の奥行方向において、所定の間隔毎に分割し、分割した各区間のそれぞれにおいて、当該凹凸プロフィールが示す凹部のうち深さが最も深い最凹部の深さを抽出し、抽出した最凹部の深さを前記深さ情報とすることを特徴とする請求項１に記載のコークス炉の壁面状態評価方法。
【請求項３】
前記凹凸プロフィール生成工程によって生成された凹凸プロフィールから、該凹凸プロフィールにおいて凹凸が存在しない部位に対応する深さ方向の位置である基準位置の変位の部分を除去した凹凸プロフィールを生成する第２の凹凸プロフィール生成工程を有し、
凹部深さ導出工程は、前記第２の凹凸プロフィール生成工程によって生成された凹凸プロフィールから、前記深さ情報を導出することを特徴とする請求項１又は２に記載のコークス炉の壁面状態評価方法。
【請求項４】
前記第２の凹凸プロフィール生成工程は、前記凹凸プロフィール生成工程によって生成された凹凸プロフィールに対して中央値フィルタ処理を行うことで得られる中央値データを、前記基準位置の変位の部分として生成し、前記凹凸プロフィール生成工程によって生成された凹凸プロフィールと、前記中央値データとの差分をとって、前記基準位置の変位の部分を除去した凹凸プロフィールを生成することを特徴とする請求項３に記載のコークス炉の壁面状態評価方法。
【請求項５】
前記肌荒れ指数導出工程は、前記凹部深さ導出工程によって導出された、前記深さ情報の平均値を、前記肌荒れ指数として導出することを特徴とする請求項２〜４の何れか１項に記載のコークス炉の壁面状態評価方法。
【請求項６】
複数の炭化室の押出負荷の実績値を取得する押出負荷取得工程と、
炭化室の炉壁とコークスケーキとの間の静止摩擦係数である炉壁摩擦係数を入力とし、当該炭化室の押出負荷を出力とするシミュレータを用いて、前記押出負荷取得工程により取得された押出負荷の実績値が得られる場合の前記炉壁摩擦係数を導出する炉壁摩擦係数導出工程と、
前記押出負荷の実績値の測定対象である炭化室の炉壁に対する肌荒れ指数と、当該押出負荷の実績値が得られる場合の炉壁摩擦係数とに基づいて、前記肌荒れ指数と前記炉壁摩擦係数との関係を導出する肌荒れ指数−炉壁摩擦係数導出工程と、
損傷を評価する対象となる炭化室の炉壁に対する肌荒れ指数が、前記肌荒れ指数導出工程により導出されると、前記肌荒れ指数と前記炉壁摩擦係数との関係に基づいて、前記損傷を評価する対象となる炭化室の炉壁に対する肌荒れ指数に対応する炉壁摩擦係数を導出する炉壁摩擦係数導出工程と、を有することを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載のコークス炉の壁面状態評価方法。
【請求項７】
前記炉壁摩擦係数導出工程により導出された炉壁摩擦係数を前記シミュレータに入力して、前記損傷を評価する対象となる炭化室の押出負荷を計算する押出負荷計算工程を有することを特徴とする請求項６に記載のコークス炉の壁面状態評価方法。
【請求項８】
コークス炉の炭化室の壁面に、当該壁面の損傷によって点在している複数の凹部を検出して、当該壁面の状態を評価するコークス炉の壁面状態評価装置であって、
炭化室の壁面において、当該炭化室の高さ方向に間隔を有して当該炭化室の奥行方向に現れる、前記複数のレーザ光による複数のレーザスポットの画像が重畳された、当該炭化室の壁面の画像を取得する取得手段と、
前記レーザスポットの画像の、前記炭化室の奥行方向に延びる線分を追跡する追跡手段と、
前記レーザ光追跡手段によって追跡されたレーザスポットの画像の線分に基づいて、前記炭化室の壁面の凹凸量と、前記炭化室の奥行方向の位置との関係を示す凹凸プロフィールを生成する凹凸プロフィール生成手段と、
前記凹凸プロフィール生成手段によって生成された凹凸プロフィールから、前記壁面に点在している複数の凹部の深さに関する情報である深さ情報を導出する凹部深さ導出手段と、
前記凹部深さ導出手段によって導出された、前記深さ情報に基づいて、前記壁面の損傷の程度を示す指標である肌荒れ指数を導出する肌荒れ指数導出手段と、を有することを特徴とするコークス炉の壁面状態評価装置。
【請求項９】
前記凹部深さ導出手段は、前記凹凸プロフィール生成手段によって生成された凹凸プロフィールを、前記炭化室の奥行方向において、所定の間隔毎に分割し、分割した各区間のそれぞれにおいて、当該凹凸プロフィールが示す凹部のうち深さが最も深い最凹部の深さを抽出し、抽出した最凹部の深さを前記深さ情報とすることを特徴とする請求項８に記載のコークス炉の壁面状態評価装置。
【請求項１０】
前記凹凸プロフィール生成手段によって生成された凹凸プロフィールから、該凹凸プロフィールにおいて凹凸が存在しない部位に対応する深さ方向の位置である基準位置の変位の部分を除去した凹凸プロフィールを生成する第２の凹凸プロフィール生成手段を有し、
凹部深さ導出手段は、前記第２の凹凸プロフィール生成手段によって生成された凹凸プロフィールから、前記深さ情報を導出することを特徴とする請求項８又は９に記載のコークス炉の壁面状態評価装置。
【請求項１１】
前記第２の凹凸プロフィール生成手段は、前記凹凸プロフィール生成手段によって生成された凹凸プロフィールに対して中央値フィルタ処理を行うことで得られる中央値データを、前記基準位置の変位の部分として生成し、前記凹凸プロフィール生成手段によって生成された凹凸プロフィールと、前記中央値データとの差分をとって、前記基準位置の変位の部分を除去した凹凸プロフィールを生成することを特徴とする請求項１０に記載のコークス炉の壁面状態評価装置。
【請求項１２】
前記肌荒れ指数導出手段は、前記凹部深さ導出手段によって導出された、前記深さ情報の平均値を、前記肌荒れ指数として導出することを特徴とする請求項９〜１１の何れか１項に記載のコークス炉の壁面状態評価装置。
【請求項１３】
複数の炭化室の押出負荷の実績値を取得する押出負荷取得手段と、
炭化室の炉壁とコークスケーキとの間の静止摩擦係数である炉壁摩擦係数を入力とし、当該炭化室の押出負荷を出力とするシミュレータを用いて、前記押出負荷取得手段により取得された押出負荷の実績値が得られる場合の前記炉壁摩擦係数を導出する炉壁摩擦係数導出手段と、
前記押出負荷の実績値の測定対象である炭化室の炉壁に対する肌荒れ指数と、当該押出負荷の実績値が得られる場合の炉壁摩擦係数とに基づいて、前記肌荒れ指数と前記炉壁摩擦係数との関係を導出する肌荒れ指数−炉壁摩擦係数導出手段と、
損傷を評価する対象となる炭化室の炉壁に対する肌荒れ指数が、前記肌荒れ指数導出手段により導出されると、前記肌荒れ指数と前記炉壁摩擦係数との関係に基づいて、前記損傷を評価する対象となる炭化室の炉壁に対する肌荒れ指数に対応する炉壁摩擦係数を導出する炉壁摩擦係数導出手段と、を有することを特徴とする請求項８〜１２の何れか１項に記載のコークス炉の壁面状態評価装置。
【請求項１４】
前記炉壁摩擦係数導出手段により導出された炉壁摩擦係数を前記シミュレータに入力して、前記損傷を評価する対象となる炭化室の押出負荷を計算する押出負荷計算手段を有することを特徴とする請求項１３に記載のコークス炉の壁面状態評価装置。
【請求項１５】
請求項８〜１４の何れか１項に記載のコークス炉の壁面状態評価装置の各手段としてコンピュータを機能させることを特徴とするコンピュータプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２０１２−８７２３１（Ｐ２０１２−８７２３１Ａ）
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３５８３２（Ｐ２０１０−２３５８３２）
【出願日】平成２２年１０月２０日（２０１０．１０．２０）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２０日（２０１０．１０．２０）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
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