焼​結​パレット​用​の​空気​漏れ​検知​システム、​China Steel​社​が​LabVIEW​と​PXI​で​構築

Dr. Wang Chih-​Chung, China Steel Corporation (Taiwan)

"当社​の​ソリューション​は、​作業員​の​安全​性​の​向上、​エネルギー​の​節減、​二酸化炭素​の​排出​量​の​削減、​生産​量​の​増大​に​大いに​貢献​し​てい​ます。"

- Dr. Wang Chih-​Chung, China Steel Corporation (Taiwan)

課題:

空気​漏れ​が​発生​し​てい​ない​か​どうか​を​点検​する​方法​を​開発​する。​そのうえで、​空気​漏れ​に関する​データ​を​解析​し、​定期​的​な​総​点検​と​焼​結​パレット​の​交換​を​行う​タイミング​について​明確​な​基準​を​定める​こと​により、​焼​結​プラント​の​生産​性​を​高める。

ソリューション:

空気​音​に​対応​する​音​圧​マイク​と​NI​の​ハードウェア/​ソフトウェア​を​使​って、​焼​結​パレット​の​空気​漏れ​を​直ちに​検知​する​システム​を​開発​する。​それ​により、​エネルギー​の​節減、​二酸化炭素​の​排出​量​の​削減、​生産​量​の​増大、​品質​の​向上​を​促進​する。

作成​者:
​Dr. Wang Chih-​Chung - China Steel Corporation (Taiwan)
​王 智​中 - 中國​鋼鐵​股份​有限公司

 

鉄鋼​業界​の​製鉄​プラント​では、​原料​と​溶融​鉄​を​扱い​ます。​鉄​鉱石​の​溶解​と​還元​に​は、​固体​炭素​燃料​や​炭素​源​と​なる​コークス​が​使用​さ​れ​ます。​また、​高炉​を​用​い​た​製鉄​に​は​シン​ター​(焼​結​物)​も​必要​となり​ます。​コークス​と​シン​ター​は、​それぞれ​コークス​燃焼​炉​と​鉄​鉱石​焼​結​プラント​によって​供給​さ​れ​ます。​鉄​鉱石​焼​結​プラント​で​生産​さ​れる​シン​ター​は、​高炉​による​製鉄​の​原料​となり​ます。​最初​の​処理​工程​では、​原料​で​ある​鉄​鉱石、​融​剤​(石灰石​など)、​コークス​ブリ​ーズ​を​混合​シリンダ​に​入れ、​水​を​加​えて​均一​に​混合​し​ます。​それ​により​生成​さ​れる​の​が​ペ​レット​です。​ペ​レット​は、​規定​の​混合​割合​で​焼​結​機​に​送​ら​れ​て​焼成​さ​れ​ます。​凝集​さ​れ​た​シン​ター​を​粉砕/​ろ過​した​後、​サイズ​が​5 mm​~​50 mm​の​シン​ター​の​ペ​レット​が​製鉄​の​主​原料​として​高炉​に​送​ら​れ​ます。

 

焼​結​プラント​が​抱える​問題

焼​結​では、​凝集​工程​において​凝集​の​状態​を​確認​する​ため​の​重要​な​指数​として​通気​性​(JPU)​が​用​い​ら​れ​ます。​製造​工程​における​通気​性​は、​最終​的​に​は​排気​システム​の​通気​量​によって​決まり​ます。​排気​システム​において、​焼​結​機​は​最も​直接​的​に​原料​と​接する​部分​です。​同時に、​最も​空気​漏れ​が​生​じ​やすい​個所​でも​あり​ます。

 

焼​結​機​は​多数​の​焼​結​パレット​で​構成​さ​れ​ます。​各​パレット​の​前後​に​は​密封​装置​が​あり​ます。​この​密封​装置​は、​パレット​梁​部​の​底面​と​ベローズ​(ふいご)​の​側面​で、​硬い​金属​板​に​接触​し​てい​ます。​焼​結​工程​では、​鋭い​焼​結​原料​を​充填​する​こと​によって​摩擦​が​生​じ​ます。​この​摩擦​は、​ひ​っ​か​き傷​や​空気​漏れ​の​原因​に​なり​ます​(これ​を​防ぐ​ため​に​は、​スペース​を​広​く​とる​必要​が​あり​ます)。 摩擦​によって​焼​結​機​の​パレット​に​穴​が​空く​と、​通気​性​が​低下​し​ます。​それ​によって​ペ​レット​の​形成​が​難​しく​なり、​焼​結​量​が​減少​し​ます。

 

損傷​の​ない​焼​結​パレット​で​あれ​ば​空気​漏れ​は​生​じ​ま​せん。​その​場合、​システム​の​ファン​に対する​負荷​は​小​さく​なり、​消費​電力​も​少​なく​抑え​ら​れ​ます。​一方、​パレット​に​穴​が​存在​すると、​一定​の​通気​量​を​維持​する​ため​に​ファン​を​より​高速​に​回転​させる​必要​が​あり​ます。​そうすると、​ファン​を​駆動​する​モータ​の​駆動​電流​が​増え​て​消費​電力​が​増加​し​ます。​当社​(China Steel​社)​は、​空気​漏れ​が​発生​し​てい​ない​か​どうか​を​点検​する​方法​を​開発​する​必要​に​迫​ら​れ​てい​ま​した。​空気​漏れ​に関する​データ​を​解析​し、​定期​的​な​総​点検​と​焼​結​パレット​の​交換​を​行う​タイミング​について​明確​な​基準​を​定める​こと​により、​焼​結​プラント​の​生産​性​を​高める​こと​が​求め​ら​れ​てい​た​から​です。

 

従来​の​点検​手法

当社​では、​それ​まで​焼​結​機​の​稼働​中​に​作業員​が​手作業​で​空気​漏れ​の​点検​を​行​って​いま​した。​各​作業員​は、​粉塵​が​舞​い、​激しい​騒音​(約​90​~​110 dB)​に​さら​さ​れる​環境​の​中​で、​長時間​に​及ぶ​点検​を​行い、​自分​の​目​と​耳​を​頼り​に​判断​を​行う​必要​が​ありま​した。​しかし、​空気​漏れ​は​充填​個所​や​パレット​など、​さまざま​な​場所​で​生じる​可能性​が​あり​ます。​そのため、​空気​漏れ​が​生​じ​て​いる​個所​の​特定​は​非常​に​難しい​ケース​が​あり​ます。

 

また、​空気​漏れ​で​生じる​音​の​大​き​さ​は、​必ずしも​空気​の​漏れ​量​に​は​依存​しま​せん。​そのため、​空気​漏れ​の​音​を​聞く​だけ​で、​その​空気​漏れ​が​深刻​な​もの​で​ある​の​か​どうか​を​判断​する​の​は​困難​です。​しかも、​手作業​による​点検​の​結果​は​定量​化​し​て​記録​する​こと​が​でき​ま​せん。​したがって、​焼​結​パレット​の​総​点検​を​行う​際​の​信頼​できる​基準​として​使用​する​こと​は​でき​ま​せん。

 

当社​は、​点検​の​スピード​を​上げる​こと​と、​劣悪​な​労働​環境​に​長時間​さら​さ​れる​作業員​の​健康​に対する​リスク​を​回避​する​こと​が​必要​だ​と​考え​ま​した。​そのため​に​は、​空気​漏れ​を​自動的​に​検知​する​システム​を​構築​する​必要​が​ある​と​考え​ま​した。​具体​的​に​は、​電気​室内​で​システム​を​操作​する​こと​により、​すべて​の​焼​結​パレット​について​作業員​が​空気​漏れ​の​状態​を​直ちに​試験/​監視​できる​よう​に​する​システム​です。​また、​将来​的​に​焼​結​パレット​の​総​点検​を​行う​ため​の​基盤​に​する​ため​に、​この​システム​を​利用​し​て​信号​の​解析​と​データ​の​記録​を​実施​した​いと​考え​ま​した。

   

NI​の​製品​を​選択

IT​の​1​つ​の​価値​は、​問題​を​定性的/​定量​的​に​解析​し​て​視覚​化​できる​ところ​に​あり​ます。​空気​漏れ​を​検出​する​システム​を​構築​する​ため​に​は、​以下​の​各​方法​を​確立​する​必要​が​ありま​した。 1. 空気​漏れ​の​発生​を​検知​する​方法 2. 異なる​個所​で​発生​する​それぞれ​の​空気​漏れ​ごと​に​異なる​性質​を​識別​し、​その​影響​の​範囲​を​定量​化​する​方法 3. 計画的な保守と作業能力に関する検討に基づき、​保守​が​最も​必要​な​パレット​を​特定​する​方法

 

信号​の​集録/​解析​用​の​プラットフォーム​を​選択​する​際​に​は、​使用​する​プログラミング​言語​の​使い​やす​さや、​演算​性能、​ハードウェア​の​通信​性能、​長期​的​な​信頼​性​といった​事柄​について​検討​しま​した。​そうした​なか、​候補​として​挙​が​っ​た​の​が​ナショナル​イン​ス​ツル​メンツ​(NI)​の​製品​です。​NI​は、​信頼​性​の​高い​モジュール​式​の​ハードウェア​を​多数​取り​そ​ろ​え​てい​ます。​異なる​計測​要件​に​それぞれ​が​対応​し​て​おり、NI LabVIEWと​さまざま​な​ツール​キット​によって​それら​を​制御​する​こと​が​でき​ます。​NI​の​ソリューション​を​採用​した​こと​で、​当社​の​ニーズ​と​解決​すべ​き​検討​課題​に​完全​に​対処​した​システム​を​迅速​に​構築​する​こと​が​でき​ま​した。​しかも、​柔軟性​と​統合​性​に​非常​に​優​れ​て​いる​ことに​加​え、​必要​な​カスタマイズ​を​施す​こと​も​可能​で​した。​この​システム​は、​サウンド​アレイ、​RFID(Radio Frequency Identification)​技術、​NI PXI​プラットフォーム​を​組み合わせ​て​構成​しま​した。​PXI​プラットフォーム​は、​空気​漏れ​を​自動​検知​する​システム​に対して​優​れ​た​ソリューション​を​提供​し​てく​れ​ま​した。

 

ソリューション​の​開発

空気​音​に対して​音​圧​マイク​を​使用​し、​パレット​の​空気​漏れ​の​状態​を​監視​する​最適​化​さ​れ​た​試験​の​ため​に、​私​たち​は​一定​の​規則​を​定め​ま​した。​また、​パレット​の​各部​について​空気​漏れ​の​状態​の​試験​を​行う​ため​に、​アレイ​構造、​NI PXI​シャー​シ、​組​込​コントローラ​の​NI PXI-8106、​ダイナミック​データ​集録​用​モジュールのPXI​音響/​振動​モジュールを​組み合わせ​て​使用​しま​した。​開発​プラットフォーム​として​LabVIEW​を​使用​し、​検査、​検証、​実装​方法​の​実現​可能性​を​迅速​に​評価​し​て​システム​の​安定性​の​試験​も​実施​しま​した。​パレット​の​空気​漏れ​の​情報​を​直ちに​把握​し、​適切​な​保守​を​行う​こと​によって、​エネルギー​の​節減、​二酸化炭素​の​排出​量​の​削減、​生産​量​の​増大​を​果​た​し、​製品​の​品質​を​向上​させる​こと​が​でき​ま​した。

 

導入​効果

当社​最大​の​焼​結​プラント​に​完全​な​自動​点検​システム​を​導入​し、​各​パレット​の​空気​漏れ​の​状態​を​点検/​記録​しま​した。​測定​した​データ​に​基​づ​い​て、​空気​漏れ​が​深刻​な​20​個​の​パレット​を​修理​した​ところ、​良好​な​結果​が​得​られる​よう​に​なり​ま​した。​定期​修理​を​実施​する​前​の​平均​生産​量​は、​1​日当たり​6205 t​で​した。​それ​が、​定期​修理​を​行う​よう​に​な​って​から​は​6292 t​に​なり​ま​した。​1​日当たり​の​生産​量​は​約​87 t​増え、​生産​速度​は​0.65%​高まり​ま​した。

 

焼​結​システム​は、​定期​修理​の​時間​を​除​い​て​24​時間​体制​で​稼働​し​ます。​そのため、​20​個​の​パレット​を​修理​する​だけ​で​生産​量​は​大幅​に​増加​しま​した。​一定​の​生産​量​を​維持​し​つつ、​焼​結​パレット​の​空気​漏れ​を​減らし​て​実効​的​な​通気​性​を​高める​こと​により、​焼​結​パレット​用​の​ファン​の​負荷​を​減らし、​ファン​モータ​に​必要​な​駆動​電流​を​低減​する​こと​が​でき​ま​した。

 

修理​の​実施​前​の​消費​エネルギー​は​3282 kWs/​h​で​した。​それ​に対し、​修理​実施​後​の​消費​エネルギー​は​3245 kWs/​h​となり​ま​した。​それ​により、​年間​の​平均​電気​料金​は​約​54​万​台湾​ドル​(1​万​6000​米ドル​以上)​削減​さ​れ​ま​した。​また、​焼​結​工程​全体​の​二酸化炭素​の​生成​量​は​1kWh​当たり​0.637 kg​で​した。​自動​検知​システム​の​導入​後に​は、​二酸化炭素​の​排出​量​が​年間​で​約​198 t​減少​しま​した。​加​えて、​空気​漏れ​の​減少​に​伴​い、​シン​ター​の​合格​率​が​向上​し​り​ま​した。​それ​により、​回収​が​必要​な​シン​ター​の​量​が​減​り、​回収​コスト​と​再​焼​結​によって​生じる​電力​コスト​が​減少​しま​した。

 

高炉​で​生産​する​溶融​鉄​の​主​原料​は​焼​結​鉱​です。​高炉​に​供給​さ​れる​焼​結​鉱​の​量​が​足​り​ない​場合​に​は、​代替​原料​として​コークス​用​の​石炭​の​ペ​レット​を​外部​から​購入​する​必要​が​あり​ます。​これまで、​溶​鉱​工程​における​焼​結​鉱​と​ペ​レット​の​割合​は​約​78:​22​で​した。​定期​修理​を​行う​よう​に​な​って​から​は、​焼​結​プラント​から​供給​さ​れる​シン​ター​の​量​が​大幅​に​増加​し、​焼​結​鉱​と​ペ​レット​の​割合​は​82:​18​に​まで​良​化​しま​した。​当社の試算によれば、​ペ​レット​の​代わり​に​焼​結​鉱​を​使用​する​こと​による​生産​効率​の​増加​分​は、​年間​で​およそ
​1800​万​台湾​ドル​に​相当​し​ます。 また、​ペ​レット​の​代わり​に​焼​結​鉱​を​原料​として​使用​する​こと​で、​燃焼​効率​も​向上​しま​した。​焼​結​鉱​と、​高炉​による​溶融​鉄​の​生産​量​が​増加​した​一方で、​高炉​の​消費​エネルギー​は​減少​し、​全体​的​な​生産​コスト​も​低下​しま​した。

 

NI​の​ハードウェア/​ソフトウェア​を​採用​する​メリット

NI​の​技術​者​は、​システム​開発​に関する​サービス​と​サポート​の​提供​により、​当社​の​グリーン​エネルギー​エンジニアリング​ソリ​ュ​ー​ション​の​開発​促進​と​実現​可能性​の​評価​を​支援​し​てく​れ​ま​した。​また​新た​に​開発​した​自動​検知​システム​によって、​焼​結​鉱​の​品質​と​生産​量​が​大幅​に​向上​しま​した。​当社​は​今後​ほか​の​焼​結​プラント​に​も​今回​導入​した​技術​を​適用​する​予定​です。 当社​の​ソリューション​は、​作業員​の​安全​性​の​向上、​エネルギー​の​節減、​二酸化炭素​の​排出​量​の​削減、​生産​量​の​増大​に​大いに​貢献​し​てい​ます。

 

著者​情報:

Dr. Wang Chih-​Chung
China Steel Corporation (Taiwan)
​Chung Kang Road Hsiao Kang
​Kaohsiung 81233
​Taiwan
150698@mail.csc.com.tw

Dr. Wang Chih-​Chung

China Steel Corporation (Taiwan)