高炉出銑流測定システム、高炉出銑流測定方法、及びコンピュータプログラム
【課題】出銑口から流出した溶銑及び溶融スラグの正確な混合比率を時間的に連続して把握することができるようにする。
【解決手段】ＣＣＤカメラ５で撮像された出銑流２の画像４１のデータから濃度ヒストグラム４２を算出し、算出した濃度ヒストグラム４２における溶銑に起因するピークでの濃度値ＰMを演算する。また、溶銑に起因するピークでの濃度値ＰMに、溶銑及び溶融スラグの分光放射率の比率に基づく定数を乗じて、溶融スラグに起因するピークでの濃度値ＰSを求める。そして、求めた濃度値ＰM、ＰSを用いて、溶銑に起因する濃度分布４３と、溶融スラグに起因する濃度分布４４にガウス関数ＧM、ＧSをフィッティングする。そして、フィッティングすることによって得られたガウス関数ＧM、ＧSの面積ＳM、ＳSを求め、ガウス関数ＧM、ＧSの面積ＳM、ＳSから溶銑の重量比率αを求めて表示する。
【解決手段】ＣＣＤカメラ５で撮像された出銑流２の画像４１のデータから濃度ヒストグラム４２を算出し、算出した濃度ヒストグラム４２における溶銑に起因するピークでの濃度値ＰMを演算する。また、溶銑に起因するピークでの濃度値ＰMに、溶銑及び溶融スラグの分光放射率の比率に基づく定数を乗じて、溶融スラグに起因するピークでの濃度値ＰSを求める。そして、求めた濃度値ＰM、ＰSを用いて、溶銑に起因する濃度分布４３と、溶融スラグに起因する濃度分布４４にガウス関数ＧM、ＧSをフィッティングする。そして、フィッティングすることによって得られたガウス関数ＧM、ＧSの面積ＳM、ＳSを求め、ガウス関数ＧM、ＧSの面積ＳM、ＳSから溶銑の重量比率αを求めて表示する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉出銑流測定システム、高炉出銑流測定方法、及びコンピュータプログラムに関し、特に、高炉に形成された出銑口から流出した溶銑と溶融スラグとの混合比率を測定するために用いて好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
高炉の内部では、高温還元反応により溶銑と溶融スラグとが生成され、生成された溶銑と溶融スラグは、炉底に滴下して湯溜まりを形成する。高炉の炉底横の側壁部分には、出銑口が形成されており、この出銑口にはマッド材が充填されている。ドリル等を用いてマッド材が除去されて出銑口が開孔されると、溶銑と溶融スラグとの混合物が流出する。流出した溶銑と溶融スラグとの混合物は、出銑桶に到達し、出銑桶に沿って流れる。その後、溶銑と溶融スラグは、出銑桶の途中に形成されたスキンマで分離される。
【０００３】
以上のようにして高炉を操業するに際し、出銑口から流出した溶銑及び溶融スラグの混合比率の時間推移は、安定していることが望ましい。例えば、溶銑及び溶融スラグのどちらかが終始偏って流出するといった溶銑及び溶融スラグの混合比率の時間推移が通常と異なる場合には、湯溜まり部分の通液性や湯面上下動に何らかの異変があることが懸念される。このように、溶銑及び溶融スラグの混合比率の変動は、高炉の安定操業を維持する上で監視すべき重要な指標の一つとなる。
【０００４】
そこで、従来から、溶銑及び溶融スラグの流出量を、溶銑及び溶融スラグの生成重量を測定することで管理することが行われている。具体的に説明すると、スキンマで分離された溶銑を、出銑桶の先にあるトーピード車に注ぎ込んだ後に秤量すると共に、同じくスキンマで分離された溶融スラグを、水冷及び粉砕を行った後に秤量する技術がある。
【０００５】
この他、スキンマで分離された溶銑を蓄える溶銑鍋の上方に、マイクロ波レベル計を設け、このマイクロ波レベル計を用いて溶銑鍋内にある溶銑の表面位置を測定すると共に、前述したようにして水冷及び粉砕を行った溶融スラグをコンベヤスケールで秤量する技術もある（特許文献１を参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開平５−１５６３３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前述した従来の技術では、数十メートルの長さを有する出銑桶を流れた後に、溶銑及び溶融スラグの重量を測定しているので、出銑桶の途中に滞留している溶銑の量が不明である。従って、出銑口から流出した直後の溶銑及び溶融スラグの重量と異なる重量を測定してしまう虞がある。また、溶融スラグに関しては、水冷及び粉砕を行った後に重量を測定するので、溶融スラグの重量測定時刻と出銑時刻とを対応付けることが困難である。さらに、溶融スラグは、水冷及び粉砕が行われた際に水を吸収するので、溶融スラグの正確な生成量を求めることが困難である。
【０００８】
以上のような理由から、従来の技術では、出銑口から流出した溶銑及び溶融スラグの正確な混合比率を時間的に連続して把握することができないという問題点があった。
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、出銑口から流出した溶銑及び溶融スラグの正確な混合比率を時間的に連続して把握することができるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の高炉出銑流測定システムは、高炉に形成された出銑口から流出した溶融物を含む領域の熱放射輝度分布を、濃度分布を示す画像として撮像する撮像手段と、前記撮像手段により撮像された画像の濃度分布から、前記溶融物に含まれる溶銑を表す画像の濃度分布と、前記溶融物に含まれる溶融スラグを表す画像の濃度分布とを分別する濃度分布分別手段と、前記濃度分布分別手段により分別された、前記溶銑を表す画像の濃度分布と、前記溶融スラグを表す画像の濃度分布とを用いて、前記溶銑及び前記溶融スラグの混合比率を求める混合比率導出手段とを有することを特徴とする。
【００１０】
本発明の高炉出銑流測定方法は、高炉に形成された出銑口から流出した溶融物を含む領域の熱放射輝度分布を、濃度分布を示す画像として撮像する撮像ステップと、前記撮像ステップにより撮像された画像の濃度分布から、前記溶融物に含まれる溶銑を表す画像の濃度分布と、前記溶融物に含まれる溶融スラグを表す画像の濃度分布とを分別する濃度分布分別ステップと、前記濃度分布分別ステップにより分別された、前記溶銑を表す画像の濃度分布と、前記溶融スラグを表す画像の濃度分布とを用いて、前記溶銑及び前記溶融スラグの混合比率を求める混合比率導出ステップとを有することを特徴とする。
【００１１】
本発明のコンピュータプログラムは、高炉に形成された出銑口から流出した溶融物を含む領域の熱放射輝度分布を、濃度分布を示す画像として、撮像手段により撮像する撮像ステップと、前記撮像ステップにより撮像された画像の濃度分布から、前記溶融物に含まれる溶銑を表す画像の濃度分布と、前記溶融物に含まれる溶融スラグを表す画像の濃度分布とを分別する濃度分布分別ステップと、前記濃度分布分別ステップにより分別された、前記溶銑を表す画像の濃度分布と、前記溶融スラグを表す画像の濃度分布とを用いて、前記溶銑及び前記溶融スラグの混合比率を求める混合比率導出ステップとをコンピュータに実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、出銑口から流出した溶融物を含む領域の熱放射輝度分布が、濃度分布を示す画像として撮像されると、撮像された画像の濃度分布から、溶銑を表す画像の濃度分布と、溶融スラグを表す画像の濃度分布とを分別し、分別した濃度分布を用いて、溶銑及び溶融スラグの混合比率を求める。
【００１３】
従って、出銑口から流出した直後の溶銑及び溶融スラグの混合比率を時間的に連続して測定することができ、出銑口から流出した溶銑及び溶融スラグの正確な混合比率を迅速に且つ連続的に測定することができる。
これにより、出銑中の溶銑及び溶融スラグの混合比率の変化を監視し、高炉の異変や異常を早期に把握することができ、高炉の操業を安定させることが可能になる。
【００１４】
また、出銑口から流出した溶融物を含む領域の撮像画像を利用して溶銑及び溶融スラグの混合比率を求めるようにしたので、出銑口付近に装置を設置せずに、溶銑及び溶融スラグの混合比率を求めることができる。これにより、溶銑及び溶融スラグの熱放射や飛散等を、装置が受けてしまうことを防止することができ、装置の環境対策を比較的容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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。
図１は、出銑流測定システムの構成の一例を示す図である。尚、図１では、高炉１全体のうち、出銑口１ａ付近の一部分のみを示している。
図１に示すように、高炉１の炉底横の側壁部分に形成された出銑口１ａから、溶銑と溶融スラグとの混合物（溶融物）２が流出している。流出した溶銑と溶融スラグとの混合物２は、出銑桶３に到達し、出銑桶３に沿って流れる。また、出銑口１ａと間隔を有して、桶カバー４が出銑桶３を囲むようにして形成されている。尚、以下の説明では、溶銑と溶融スラグとの混合物２を出銑流２と称する。
【００１６】
図１に示すように、出銑口１ａから流出した直後の出銑流２は、桶カバー４によって遮蔽されていない。本実施形態では、この出銑口１ａから流出した直後の出銑流２の熱放射輝度分布を、横方向からモノクロのＣＣＤカメラ５を用いて撮像するようにしている。具体的に本実施形態では、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices）カメラは６４０×４８０画素を有し、約０．４ｍｍの分解能で出銑流２を撮像した。
【００１７】
本願発明者らは、露光時間（シャッタースピード）を極めて短くして、出銑口１ａから流出した出銑流２の画像（熱放射輝度分布）を撮像すると、放射輝度の低い部分と、放射輝度の高い部分とが分離されるという知見を得た。この知見は、５〜１０ｍ／ｓという速い速度で出銑流２が出銑口１ａから流出していることに着目したものであり、従来から使用されていた放射温度計による測定や、肉眼による観察等では得ることができなかったものである。
そこで、本実施形態では、撮像時の露光時間を、１／１００００秒として、出銑口から流出した出銑流２を、ＣＣＤカメラ５を用いて撮像するようにした。
【００１８】
以上のようにして撮像された出銑流２の画像のデータは、画像処理装置６に入力される。図２は、画像処理装置６の機能構成の一例を示すブロック図である。
図２において、画像処理装置６は、濃度ヒストグラム算出部６ａと、溶銑ピーク濃度演算部６ｂと、スラグピーク濃度導出部６ｃと、分別部６ｄと、混合比率導出部６ｅと、混合比率出力部６ｆとを有している。これらの各部６ａ〜６ｅは、例えば、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されているプログラムを、ＲＡＭを用いて実行することにより実現することができる。
【００１９】
濃度ヒストグラム算出部６ａは、入力した出銑流２の画像のデータから、濃度ヒストグラムを算出する。
図３は、ＣＣＤカメラ５を用いて撮像された出銑流２の画像（図３（ａ））と、その画像を用いて濃度ヒストグラム算出部６ａにより算出された濃度ヒストグラム（図３（ｂ））との一例を示した図である。尚、出銑流２の直径は、大凡１００ｍｍである。
図３（ａ）に示すような出銑流２の画像２１について、画素毎の濃度を濃度階調に分解したものを横軸にし、その濃度階調毎の画素数を縦軸にしたものが、図３（ｂ）に示す濃度ヒストグラム２２となる。図３（ｂ）に示す濃度ヒストグラム２２において、濃度レベルの低い部分に出現している濃度分布２３は、出銑流２の画像２１における背景の画像２１ａに起因するものである。濃度レベルの高い部分には２つの濃度分布２４、２５が出現しており、これら２つの濃度分布２４、２５のうち、濃度レベルの低い方の濃度分布２４は、溶銑２１ｂの画像に起因するものであり、濃度レベルの高い方の濃度分布２５は、溶融スラグ２１ｃの画像に起因するものである。
【００２０】
尚、溶銑及び溶融スラグの濃度レベルが１点に集中せずに分布を有するのは、出銑流２が複雑な挙動で出銑口１ａから流出することに起因するからであると考えられる。即ち、出銑流２の表面は複雑な挙動を示しているので、出銑流２の画像２１は、この複雑な挙動の影響を受けて、同じ対象物（例えば溶銑２１ｂ）であっても局所的な温度ばらつきや見かけの放射率変動によって異なる濃度で撮像され、出銑流２の画像２１は、本来の濃度に対し分布が生じることになる。
【００２１】
出銑流２に含まれる溶銑及び溶融スラグの比率や、出銑流２の流出量は、時々刻々と変動する。そこで、出銑状態が異なる複数の出銑流の画像を撮像して濃度ヒストグラムの様子を見たところ、例えば図４に示すように、溶銑と溶銑スラグとの比率に対応して、両者の分布の形状も変化することが確認された。具体的に、図４（ａ）に示す濃度ヒストグラム３１では、溶銑に起因する濃度分布３２のピークが、溶融スラグに起因する濃度分布３３のピークよりも大きくなっているのに対し、図４（ｂ）に示す濃度ヒストグラム３４では、溶融スラグに起因する濃度分布３６のピークが、溶銑に起因する濃度分布３５のピークよりも大きくなっている。
【００２２】
以上のようにして濃度ヒストグラム算出部６ａにより算出される濃度ヒストグラムにおいて、本願発明者らは以下のような知見を得た。
第１に、濃度ヒストグラムにおける溶銑に起因するピークでの濃度値ＰMは、出銑流２の画像の分布形状には無関係であることが明らかになった。
【００２３】
第２に、濃度ヒストグラムにおける溶銑に起因するピークでの濃度値ＰMと、溶銑の温度との関係を、浸漬消耗型熱電対プローブを試験的に出銑流２に挿入して溶銑の温度を測定することによって調べたところ、溶銑の温度が高くなると、溶銑に起因するピークの濃度値ＰMが大きくなる（画像２１が明るくなる）ことが明らかになった。
第３に、濃度ヒストグラム２２における溶銑に起因する濃度分布２４と、溶融スラグに起因する濃度分布２５とに、後述するようにしてガウス関数をフィッティングすることにより、溶銑に起因する濃度分布２４と、溶融スラグに起因する濃度分布２５とを分離することができることが明らかになった。以下、この第３の知見について、詳細に説明する。
【００２４】
図５は、ＣＣＤカメラ５を用いて撮像された出銑流２の画像（図５（ａ））と、その画像を用いて濃度ヒストグラム算出部６ａにより算出された濃度ヒストグラム（図５（ｂ））との測定例を示した図である。
図５に示すように、濃度階調が８０以上のところに、溶銑４１ｂに起因する濃度分布４３と、溶融スラグ４１ｃに起因する濃度分布４４とが存在している。このように、溶銑４１ｂに起因する濃度分布４３と、溶融スラグ４１ｃに起因する濃度分布４４とには、重複する領域がある。
【００２５】
尚、図５では、濃度ヒストグラム４２のうち、溶銑４１ｂに起因する濃度分布４３と、溶融スラグ４１ｃに起因する濃度分布４４とを示しているが、背景４１ａに起因する濃度分布も存在している。この背景４１ａに起因する濃度分布は、濃度階調が４０以下のところに存在しており、溶銑４１ｂに起因する濃度分布４３、及び溶融スラグ４１ｃに起因する濃度分布４４とは完全に分離して存在している。よって、図５では背景４１ａに起因する濃度分布の図示を省略している。
【００２６】
以上のように、溶銑４１ｂに起因する濃度分布４３と、溶融スラグ４１ｃに起因する濃度分布４４には重複する領域があるので、溶銑４１ｂと溶融スラグ４１ｃとの混合比率を求めるためには、これら２つの濃度分布４３、４４を分離する必要がある（図３及び図４も参照）。
そこで、本願発明者らは、多数の濃度ヒストグラムを用いて、溶銑に起因する濃度分布と、溶融スラグに起因する濃度分布とに、ガウス関数をフィッティングして、これら２つの濃度分布を分離することを試みた。
【００２７】
その結果、本願発明者らは、例えば、図５に示した濃度ヒストグラム４２のように、溶融スラグ４３ｃの量が少なく、溶融スラグ４１ｃに起因する濃度分布４４にピークが明確に生じていない場合には、溶融スラグ４１ｃに起因するピークでの濃度値ＰS等の情報を事前に与えなければ、ガウス関数を、溶銑４１ｂに起因する濃度分布４３と、溶融スラグ４１ｃに起因する濃度分布４４とに精度良くフィッティングすることが困難になる（フィッティングが不安定になる）という知見を得た。
【００２８】
本願発明者らは、具体的に以下の手法を採ることにより、溶銑４１ｂに起因する濃度分布４３と、溶融スラグ４１ｃに起因する濃度分布４４とに重複する領域が存在していても、これら２つの濃度分布４３、４４に、ガウス関数を精度良くフィッティングすることができることを見出した。以下にその手法を用いた画像処理装置６の動作の一例を説明する。
【００２９】
（１）溶銑ピーク濃度演算部６ｂは、濃度ヒストグラム算出部６ａにより算出された濃度ヒストグラム４２に含まれる溶銑４１ｂに起因するピークでの濃度値ＰMを自動検出する。
濃度ヒストグラム４２における背景４１ａに起因する濃度分布は、常にほぼ同一形状である。背景４１ａは、常温近傍で温度変化がないからである。そこで、本実施形態では、溶銑ピーク濃度演算部６ｂは、以下のようにして溶銑に起因するピークでの濃度値ＰMを求める。
【００３０】
まず、溶銑ピーク濃度演算部６ｂは、溶銑４１ｂに起因する濃度分布４２における低濃度側（低輝度側）の裾野部分（背景４１ａに起因する濃度分布４１における高濃度側（高輝度側）の裾野部分）の所定の濃度レベルに、予め始点Ｋを指定する。図５に示した例では、濃度階調が８０の点を始点Ｋとしている。そして、溶銑ピーク濃度演算部６ｂは、始点Ｋから高濃度側（高輝度側）の方向にピーク検出処理を実行する。このピーク検出処理では、例えば、隣り合う濃度レベルで画素数（度数）の多寡を比較する処理を逐次進めることにより最初に得られた画素数の変曲点を、溶銑に起因するピークとし、そのピークでの濃度値を、溶銑４１ｂに起因するピークでの濃度値ＰMとする処理が行われる。図５に示した例では、溶銑４１ｂに起因するピークでの濃度値ＰMは、９３となった。
【００３１】
（２） スラグピーク濃度導出部６ｃは、溶銑４１ｂに起因するピークでの濃度値ＰMの値を用いて、溶融スラグ４１ｃに起因するピークでの濃度値ＰSを求める。
前述したように、図５に示したような濃度ヒストグラム４２では、溶融スラグ４１ｃに起因するピークが明確に出現していないので、前述した（１）の手法のようにして溶融スラグ４１ｃに起因するピークでの濃度値ＰSを演算することは困難である。
そこで、スラグピーク濃度導出部６ｃは、溶銑４１ｂに起因するピークでの濃度値ＰMに、溶銑４１ｂ及び溶融スラグ４１ｃの分光放射率により定められる定数を乗じることにより、溶融スラグ４１ｃに起因するピークでの濃度値ＰSを求める。
【００３２】
このようにして溶融スラグ４１ｃに起因するピークでの濃度値ＰSを求めるために、スラグピーク濃度導出部６ｃは、高炉１で生成されスキンマで分離された溶銑の分光放射率と溶融スラグの分光放射率との測定結果を用いるようにしている。例えば、溶銑の分光放射率εMとして０．４２、溶融スラグの分光放射率εSとして０．６１が得られたとすると、スラグピーク濃度導出部６ｃは、これら分光放射率εM、εSの比である１．４５（＝０．６１／０．４２）を用いて、溶融スラグ４１ｃに起因するピークでの濃度値ＰSを、以下の（１）式により求めることができる。
ＰS＝１．４５×ＰM ・・・（１）
図５に示した例では、画像４１に濃度値が２７のバイアスがあったので、溶融スラグ４１ｃに起因するピークでの濃度値ＰSは、１２３（＝（９３−２７）×１．４５＋２７）になった。
【００３３】
（３） 分別部６ｄは、溶銑４１ｂに起因する濃度分布４３と、溶融スラグ４１ｃに起因する濃度分布４４とにガウス関数をフィッティングする。
本実施形態では、以下の３種類のガウス関数を使用した。
具体的に、溶銑４１ｂに起因する濃度分布４３の濃度値ＰMよりも低濃度側（左側）を表現するためのガウス関数ＧM1と、溶銑４１ｂに起因する濃度分布４３の濃度値ＰMよりも高濃度側（右側）を表現するためのガウス関数ＧM2と、溶融スラグ４１ｃに起因する濃度分布４４の全体を表現するためのガウス関数ＧSとを用いた。
【００３４】
このように、本実施形態では、溶銑４１ｂに起因する濃度分布４３については、濃度値ＰMよりも高濃度側の分布と、濃度値ＰMよりも低濃度側の分布とが非対称であるとして、２つのガウス関数ＧM1、ＧM2を用いるようにした。溶銑４１ｂに起因する濃度分布４３が左右非対称のガウス分布を示す理由として、以下の理由が推測される。
【００３５】
まず、濃度値ＰMよりも低濃度側では、高炉１内の溶銑にもともと多少の温度分布があることと、たまたま出銑流２の表面に存在する時間が長い流れ成分の温度が、大気との接触により、瞬間的に且つ局所的に低下することとによって、濃度レベルが小さくなるためと考えられる。
一方、濃度値ＰMよりも高濃度側では、高炉１内の溶銑にもともと多少の温度分布があることと、乱流となっている出銑流２の表面における波立ちの谷間で生じる放射光の多重反射によって見かけの放射率が高くなることとによって、濃度レベルが実際の濃度レベルよりも大きくなるためと考えられる。
【００３６】
以上のように、溶銑４１ｂに起因するピークでの濃度値ＰMを境として、低濃度側と高濃度側とで、溶銑に生じている物理現象が異なることにより、溶銑４１ｂに起因する濃度分布４３が左右非対称となっているとすれば、ガウス分布の分散も左右で異なるはずである。
一方、溶融スラグ４１ｃに起因する濃度分布４４も、溶銑４１ｂに起因する濃度分布４３と同様に、左右非対称のガウス分布になっていると推測されるが、本実施形態では、処理を高速且つ確実に行うようにするために、溶融スラグ４１ｃに起因する濃度分布４４については、左右対称のガウス分布であるとして、１つのガウス関数ＧSのみを用いた。
【００３７】
本実施形態の分別部６ｄは、前述したようにして求めた、溶銑に起因するピークでの濃度値ＰMと、溶融スラグ４１ｃに起因するピークでの濃度値ＰSとを用いて、以上の３つのガウス関数ＧM1、ＧM2、ＧSが、図４に示した濃度ヒストグラム４２に合うように、３つのガウス関数ＧM1、ＧM2、ＧSのパラメータを定める最適化計算を、市販のソフトウェアを用いて実行するようにした。
図６は、このようにして分別部６ｄが濃度ヒストグラム４２にガウス関数をフィッティングして得られた結果の一例を示す図である。
【００３８】
図６に示す例では、溶銑４１ｂに起因する濃度分布４３に対してフィッティングして得られたガウス関数ＧM（＝ＧM1＋ＧM2）におけるピークでの高さ（画素数）は、１７４０であった。また、ガウス関数ＧMにおける低濃度側での標準偏差σは４６であり、高濃度側での標準偏差σは９３であった。さらに、溶融スラグ４１ｃに起因する濃度分布４４に対してフィッティングして得られたガウス関数ＧSにおけるピークでの高さ（画素数）は、５１２であり、このガウス関数ＧSにおける標準偏差σは５５２であった。
【００３９】
図６に示すように、溶銑４１ｂに起因する濃度分布４３に対してフィッティングして得られたガウス関数ＧM（＝ＧM1＋ＧM2）と、溶融スラグ４１ｃに起因する濃度分布４４に対してフィッティングして得られたガウス関数ＧSとを加算した関数ＧAは、濃度ヒストグラム４２と良く一致していることが分かる。即ち、ガウス関数ＧM、ＧSは、それぞれ溶銑４１ｂに起因する濃度分布４３、及び溶融スラグ４１ｃに起因する濃度分布４４に対して、精度良くフィッティングされたものであることが分かる。
【００４０】
以上のようにして、溶銑４１ｂに起因する濃度分布４３に対してフィッティングしてガウス関数ＧM、ＧSが得られると、混合比率導出部６ｅは、ガウス関数ＧM、ＧSの面積ＳM、ＳSを求める。図６は、ガウス関数ＧM、ＧSの面積ＳM、ＳSとなる部分を斜線で示した図である。
図６に示すように、ガウス関数ＧM、ＧSは、画像の濃度Ｐの関数であるので、以下の（２）式及び（３）式を用いることにより、ガウス関数ＧM、ＧSの面積ＳM、ＳSを求めることができる。
【００４１】
【数１】
【００４２】
このように、ガウス関数ＧM、ＧSの面積ＳM、ＳSは、ガウス関数ＧM、ＧSの積分値である。図７に示した例では、ガウス関数ＧMの面積ＳMは、２．５×１０4であり、ガウス関数ＧSの面積ＳSは、２．１×１０4であった。
以上のようにして得られたガウス関数ＧMの面積ＳMは、溶銑４１ｂの表面積を表し、ガウス関数ＧSの面積ＳSは溶融スラグ４１ｃの表面積を表す。ここで、出銑口１ａから流出した出銑流２は乱流であるので、溶銑と溶融スラグとの混合比率は、出銑流２の表面と内部とで均一であると仮定することができる。そうすると、画像４１として観察して得られる溶銑４１ｂの表面積と溶融スラグ４１ｃの表面積との比率が、溶銑の体積と溶融スラグの体積との比率に等しいとすることができる。即ち、ガウス関数ＧM、ＧSの面積ＳM、ＳSの比率が、溶銑の体積と溶融スラグの体積との比率に相当する。従って、ガウス関数ＧM、ＧSの面積ＳM、ＳSの比率を求めれば、出銑口１ａから流出した溶銑と溶融スラグとの混合比率を求めることができる。
【００４３】
ところで、溶銑と溶融スラグとでは、比重が異なる。具体的に説明すると、溶銑の比重は６．８ｔｏｎ／ｍ3であり、溶融スラグの比重は２．６ｔｏｎ／ｍ3である。そこで、混合比率導出部６ｅは、溶融スラグに対する溶銑の重量比率を求めるようにしている。具体的に説明すると、溶銑の重量比率αは、以下の（４）式を用いることにより求めることができる。
【００４４】
α＝（ＳM×ＷM）／（ＳM×ＷM＋ＳS×ＷS） ・・・（４）
ここで、ＷM、ＷSは、それぞれ溶銑の比重と溶融スラグの比重である。
図６に示した例では、ガウス関数ＧMの面積ＳMは、２．５×１０4であり、ガウス関数ＧSの面積ＳSは、２．１×１０4であるので、溶銑の重量比率αは０．７６となる。
混合比率導出部６ｅは、以上のようにして溶銑の重量比率αを時間的に連続して算出する。
そして、混合比率出力部６ｆは、混合比率導出部６ｅにより算出された結果を記憶媒体に記憶すると共に表示装置に表示する。
【００４５】
図８は、溶銑と溶融スラグの混合比率の算出結果の表示画面の一例を示した図である。
図８に示すように、本実施形態では、溶銑の重量比率αの瞬時値７１と、トレンドグラフ（溶銑の重量比率αと出銑経過時間との関係を表すグラフ）７２とを、溶銑の重量比率αの算出結果として表示するようにしている。また、高炉１に装入された原料から計算される溶銑の重量比率７３も合わせて表示するようにしている。
【００４６】
ここで、重量比率７３は、高炉１に装入する前の原料を秤量し、秤量した結果を用いて溶銑及び溶融スラグの理論上の生成重量を求めることにより計算されるものである。従って、重量比率７３は、溶銑の重量比率αの精度を判断する際の指標となる。図８に示す例では、溶銑の重量比率αの出銑全期間における平均値は、高炉１に装入された溶銑の重量比率７３に近くなっていることから、溶銑の重量比率αは精度良く求められていることが分かる。
【００４７】
以上のような表示を行うことにより、操業管理者は、時々刻々と変化する溶銑の重量比率αをリアルタイムで把握することができる。具体的に、図８に示す例では、溶銑の重量比率αは、時間の経過と共に、溶銑の比率が低下して溶融スラグの比率が増加していく傾向にあることを容易に把握することができる。
【００４８】
以上のように、本実施形態では、ＣＣＤカメラ５と画像処理装置６とを用いて、出銑流測定システムが構成されることになる。
【００４９】
次に、図９のフローチャートを参照しながら、出銑流測定システムに設けられた画像処理装置６の動作の一例を説明する。
まず、ステップＳ１において、濃度ヒストグラム算出部６ａは、出銑口１ａから流出した出銑流２の画像を、ＣＣＤカメラ５から入力するまで待機する。
出銑口１ａから流出した出銑流２の画像を入力すると、ステップＳ２に進み、濃度ヒストグラム算出部６ａは、入力した出銑流２の画像のデータから、濃度ヒストグラムを算出する。
次に、ステップＳ３において、溶銑ピーク濃度演算部６ｂは、ステップＳ２で算出した濃度ヒストグラムにおける溶銑に起因するピークでの濃度値ＰMを、前述したピーク検出処理を行って演算する。
【００５０】
次に、ステップＳ４において、スラグピーク濃度導出部６ｃは、ステップＳ３で演算した、溶銑に起因するピークでの濃度値ＰMに１．４５を乗じて、溶融スラグ４１ｃに起因するピークでの濃度値ＰSを求める（（１）式を参照）。
【００５１】
次に、ステップＳ５において、分別部６ｄは、ステップＳ３で演算した、溶銑に起因するピークでの濃度値ＰMと、ステップＳ４で求めた、溶融スラグ４１ｃに起因するピークでの濃度値ＰSとを用いて、濃度ヒストグラム４２（溶銑４１ｂに起因する濃度分布４３と、溶融スラグ４１ｃに起因する濃度分布４４）に合うガウス関数ＧM1、ＧM2、ＧSのパラメータを定める最適化計算を行う。即ち、濃度ヒストグラム４２（溶銑４１ｂに起因する濃度分布４３と、溶融スラグ４１ｃに起因する濃度分布４４）にガウス関数ＧM1、ＧM2、ＧSをフィッティングする処理を行う。
【００５２】
次に、ステップＳ６において、混合比率導出部６ｅは、ステップＳ５で得られたガウス関数ＧM（＝ＧM1＋ＧM2）の面積ＳMを求める（（２）式を参照）。
次に、ステップＳ７において、混合比率導出部６ｅは、ステップＳ５で得られたガウス関数ＧSの面積ＳSを求める（（３）式を参照）。
【００５３】
次に、ステップＳ８において、混合比率導出部６ｅは、溶融スラグに対する溶銑の重量比率αを求め（（４）式を参照）、混合比率出力部６ｆは、求めた溶銑の重量比率αの瞬時値７１と、トレンドグラフ７２とを表示装置に表示する。
【００５４】
次に、ステップＳ９において、濃度ヒストグラム算出部６ａは、測定終了指示がユーザによりなされたか否かを判定する。この判定の結果、測定終了指示がユーザによりなされていない場合には、測定終了指示がなされるまで、ステップＳ１〜Ｓ９を繰り返し行う。一方、測定終了指示がユーザによりなされた場合には処理を終了する。
【００５５】
尚、本実施形態では、以上のような処理を行う画像処理装置６として、画像入出力ボードを備えたパソコンを使用している。画像処理装置６のハードウェア構成は、例えば、図１０に示すようなものになる。
【００５６】
図１０において、画像処理装置６は、ＣＰＵ１０１と、ＲＯＭ１０２と、ＲＡＭ１０３と、キーボード（ＫＢ）１０４のキーボードコントローラ（ＫＢＣ）１０５と、ＣＲＴディスプレイ（ＣＲＴ）１０６のＣＲＴコントローラ（ＣＲＴＣ）１０７と、ハードディスク（ＨＤ）１０８及びフレキシブルディスク（ＦＤ）１０９のディスクコントローラ（ＤＫＣ）１１０と、画像入出力ボード（ＰＩＢ）１１１のコントローラ（ＩＣ）１１２とが、システムバス１１３を介して互いに通信可能に接続された構成としている。
【００５７】
ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２或いはＨＤ１０８に記憶されたソフトウェア、或いはＦＤ１０９より供給されるソフトウェアを実行することで、システムバス１０３に接続された各構成部を総括的に制御する。
すなわち、ＣＰＵ１０１は、所定の処理シーケンスに従った処理プログラムを、ＲＯＭ１０２、或いはＨＤ１０８、或いはＦＤ１０９から読み出して実行することで、前述した処理動作を実現するための制御を行う。
【００５８】
ＲＡＭ１０３は、ＣＰＵ１０１の主メモリ或いはワークエリア等として機能する。
ＫＢＣ１０５は、ＫＢ１０４や図示していないポインティングデバイス等からの指示入力を制御する。
【００５９】
ＣＲＴＣ１０７は、ＣＲＴ１０６の表示を制御する。
ＤＫＣ１１０は、ブートプログラム、種々のアプリケーション、編集ファイル、ユーザファイル、ネットワーク管理プログラム、及び本実施の形態における所定の処理プログラム等を記憶するＨＤ１０８及びＦＤ１０９とのアクセスを制御する。
ＩＣ１１２は、ＰＩＢ１１１に接続されたＣＣＤカメラ５等の装置との間で行われる画像データの入出力を制御する。
【００６０】
以上のように本実施形態では、ＣＣＤカメラ５で撮像された出銑流２の画像４１のデータから濃度ヒストグラム４２を算出し、算出した濃度ヒストグラム４２における溶銑に起因するピークでの濃度値ＰMを演算する。また、溶銑に起因するピークでの濃度値ＰMに、溶銑及び溶融スラグの分光放射率の比率に基づく定数を乗じて、溶融スラグに起因するピークでの濃度値ＰSを求める。そして、求めた濃度値ＰM、ＰSを用いて、溶銑に起因する濃度分布４３と、溶融スラグに起因する濃度分布４４にガウス関数ＧM、ＧSをフィッティングする。そして、フィッティングすることによって得られたガウス関数ＧM、ＧSの面積ＳM、ＳSを求め、ガウス関数ＧM、ＧSの面積ＳM、ＳSから溶銑の重量比率αを求めて表示する。
【００６１】
そして、以上のようにして溶銑の重量比率αを求めるに際し、溶銑４１ｂに起因する濃度分布４３については、濃度値ＰMよりも高濃度側の分布と、濃度値ＰMよりも低濃度側の分布とが非対称であるとして、２つのガウス関数ＧM1、ＧM2を用いるようにした。これにより、溶銑４１ｂに起因する濃度分布４３に、ガウス関数ＧMをより精度良くフィッティングすることができる。
一方、溶融スラグ４１ｃに起因する濃度分布４４については、濃度値ＰSよりも高濃度側の分布と、濃度値ＰSよりも低濃度側の分布とが対称であるとして、１つのガウス関数ＧSを用いるようにした。これにより、ガウス関数のフィッティングを比較的精度良く迅速に行えると共に、最適化計算の結果が発散してしまうことを防止することができる。尚、ガウス関数のフィッティングを比較的精度良く行えるのは、溶融スラグ４１ｃに起因する濃度分布４４は、なだらかな分布（分散が大きい）だからである。
【００６２】
以上のことから、本実施形態では、出銑口１ａから流出した直後の溶銑及び溶融スラグの混合比率を時間的に連続して測定することができ、出銑口１ａから流出した溶銑及び溶融スラグの正確な混合比率を迅速に且つ連続的に測定することができる。
これにより、出銑中の溶銑及び溶融スラグの混合比率の変化を監視し、高炉１の異変や異常を早期に把握することができ、高炉１の操業を安定させることが可能になる。
【００６３】
また、出銑口１ａから流出した溶融物を含む領域の撮像画像を利用して溶銑及び溶融スラグの混合比率を求めるようにしたので、出銑口１ａ付近に装置を設置せずに、溶銑及び溶融スラグの混合比率を求めることができる。これにより、溶銑及び溶融スラグの熱放射や飛散等を、装置が受けてしまうことを防止することができ、装置の環境対策を比較的容易に行うことができる。
【００６４】
尚、本実施形態では、濃度ヒストグラム４２にガウス関数をフィッティングするようにしたが、必ずしもガウス関数を用いる必要はなく、χ２乗分布関数、Ｆ分布関数、又はｔ分布関数等の分布関数を用いることもできる。
【００６５】
また、本実施形態では、溶銑４１ｂに起因するピークでの濃度値ＰMを求め、この濃度値ＰMを基準として溶融スラグ４１ｃに起因するピークでの濃度値ＰSを求める場合を例に挙げて示したが、これとは逆に、溶融スラグ４１ｃに起因するピークでの濃度値ＰSを求め、この濃度値ＰSを基準として溶銑４１ｂに起因するピークでの濃度値ＰMを求めることもできる。
【００６６】
このような場合には、例えば、溶融スラグ４１ｃに起因する濃度分布４４の高濃度側の裾野部分の所定の濃度レベルに始点Ｋを指定し、この始点Ｋから低濃度側の方向にピーク検出処理を実行して、溶融スラグ４１ｃに起因するピークでの濃度値ＰSを求める。そして、求めた濃度値ＰSに、溶銑４１ｂ及び溶融スラグ４１ｃの分光放射率により定められる定数（＝０．６９（＝０．４２／０．６１））を乗じて、溶銑４１ｂに起因するピークでの濃度値ＰMを求める。そして、求めた濃度値ＰS、ＰMを用いて、前述したように溶銑に起因する濃度分布４３と、溶融スラグに起因する濃度分布４４にガウス関数ＧM、ＧSをフィッティングする。
【００６７】
例えば、出銑口１ａから流出した溶融スラグが溶銑よりも遥かに多いために、溶銑４１ｂに起因するピークでよりも、溶融スラグ４１ｃに起因するピークの方が明確な場合には、以上のように、溶融スラグ４１ｃに起因するピークでの濃度値ＰSを求め、この濃度値ＰSを基準として溶銑４１ｂに起因するピークでの濃度値ＰMを求めることができる。
また、算出された濃度ヒストグラムのピークの形状等に応じて、溶銑４１ｂに起因するピークでの濃度値ＰMを求めてから、溶融スラグ４１ｃに起因するピークでの濃度値ＰSを求めるか、又は溶融スラグ４１ｃに起因するピークでの濃度値ＰSを求めてから、溶銑４１ｂに起因するピークでの濃度値ＰMを求めるかを選択するようにしてもよい。
【００６８】
さらに、本実施形態では、前述したように、溶融スラグ４１ｃに起因する濃度分布４４については、濃度値ＰSよりも高濃度側の分布と、濃度値ＰSよりも低濃度側の分布とが対称であるとして、１つのガウス関数ＧSを用いるようにしたが、溶融スラグ４１ｃに起因する濃度分布４４についても、溶銑に起因する濃度分布４３と同様に、濃度値ＰSよりも低濃度側の分布と濃度値ＰSよりも高濃度側の分布とが非対称であるとして２つのガウス関数を用いるようにしてもよい。
【００６９】
また、本実施形態では、濃度ヒストグラム４２にフィッティングして得られたガウス関数ＧM、ＧSを用いて、出銑口１ａから流出した溶銑と溶融スラグとの混合比率を求めるようにした。しかしながら、ＣＣＤカメラ５により撮像された画像４１から、溶銑４１ｂと溶融スラグ４１ｃとの混合比率を求めることができれば、必ずしも濃度ヒストグラム４２にフィッティングして得られたガウス関数ＧM、ＧSを用いる必要はない。
【００７０】
例えば、ＣＣＤカメラ５により撮像された画像４１から、濃度が第１のしきい値以下の画素を除外して溶銑４１ｂ及び溶融スラグ４１ｃの画像を取り出した後、取り出した画像を第２のしきい値で二値化し、二値化した一方の値を有する画素数と他方の値を有する画素数との比から、出銑口１ａから流出した溶銑と溶融スラグとの混合比率を求めるようにしてもよい。ここで、第２のしきい値は、例えば、溶銑に起因する濃度分布４３の高濃度側の裾野部分（溶融スラグに起因する濃度分布４４の低濃度側の裾野部分の画素値）の濃度とすればよい。
【００７１】
また、本実施形態では、溶銑の重量比率αの瞬時値７１と、トレンドグラフ７２と、高炉１に装入された溶銑の重量比率７３とを表示装置に表示するようにしたが、溶銑と溶融スラグの混合比率の算出結果を表示していれば、必ずしもこれらを表示する必要はない。高炉１に装入された溶銑の重量比率７３を表示しなくてもよいし、溶銑の重量比率αの瞬時値７１と、トレンドグラフ７２の代わりに、ガウス関数ＧM、ＧSの面積ＳM、ＳSの比率の瞬時値と、トレンドグラフを表示するようにしてもよい。
【００７２】
また、本実施形態では、ＣＣＤカメラ５の分解能を約０．４ｍｍとし、露光時間を１／１００００秒としたが、ＣＣＤカメラ５の分解能及び露光時間は、これらに限定されない。ただし、ＣＣＤカメラ５の分解能は１ｍｍ以下が好ましく、露光時間は１／５０００秒以下であることが好ましい。このように、ＣＣＤカメラ５の分解能を１ｍｍ以下にするのは、溶融スラグの細部に存在する、２ｍｍ程度のサイズの線状又は点状の部分を捉えるためである。また、露光時間は１／５０００秒以下にするのは、高速で且つ乱流状態で移動する出銑流２を、像流れすることなく静止させて観察することができるようにするためである。
【００７３】
具体的に、ＣＣＤカメラ５の分解能を１ｍｍ以下にすると共に、露光時間を１／５０００秒以下にすると、例えば、図１１（ａ）に示すように、濃度ヒストグラム９１に、溶銑を表す分布のピーク９２と、溶融スラグを表す分布のピーク９３とが明確に存在する。これに対し、ＣＣＤカメラ５の分解能を１ｍｍ以下にすると共に、露光時間を１／５０００秒以下にしないと、図１１（ｂ）に示すように、濃度ヒストグラム９１に、溶銑を表す分布のピーク９２と、溶融スラグを表す分布のピーク９３とが個別に存在しなくなり、溶銑の分布のピークを求めることができなくなる虞がある。よって、ＣＣＤカメラ５の分解能は１ｍｍ以下が好ましく、露光時間は１／５０００秒以下であることが好ましい。
尚、ＣＣＤカメラ５に、一定の狭い波長を有する光のみを透過する波長選択フィルタをＣＣＤカメラ５に取り付けるようにしてもよい。
【００７４】
また、本実施形態では、ＣＣＤカメラ５を用いて出銑流２の画像を撮像するようにしたが、必ずしもＣＣＤカメラ５を用いる必要はない。例えば、ＣＣＤ以外のセンサ（例えばＣＭＯＳセンサ）を撮像素子として用いたカメラ、銀塩フィルムを用いたスチールカメラ等の撮像装置をＣＣＤカメラ５の代わりに用いることができる。
【００７５】
さらに、本実施形態では、出銑流２の画像（熱放射輝度分布）を、２次元の濃度分布を示す静止画像として撮像するようにしたが、例えば１次元のリニアアレイカメラで時間的に連続して露光時間が短い高速シャッターで撮像を繰り返し、カメラの素子配列方向と時間方向とを直行させて２次元の濃度分布を示す画像を形成し、形成した２次元の濃度分布を示す画像から濃度ヒストグラムを算出してもよい。
【００７６】
また、本実施形態では、算出した濃度ヒストグラムをそのまま用いてピーク検出処理を行うようにしたが、予め濃度ヒストグラムの平滑化処理を行い、平滑化処理を行った濃度ヒストグラムを用いてピーク検出処理を行うようにしてもよい。このようにすれば、濃度ヒストグラムの波形に細かい雑音が乗っている場合でも、濃度ヒストグラムにおける溶銑に起因するピークでの濃度値ＰMを正確に求めることが可能になる。
【００７７】
また、出銑流２における溶銑の温度は、概ね１４５０〜１６００℃の範囲で変動する。よって、濃度ヒストグラムにおける溶銑に起因するピークでの濃度値ＰMの存在範囲もある程度予測することができる。そこで、予め予測した存在範囲内でピーク検出処理を行うようにしてもよい。このようにすれば、濃度ヒストグラムにおける溶銑に起因するピークでの濃度値ＰMを迅速に求めることが可能になる。
また、画像処理装置６が有する機能を複数の装置に分担させて行わせるようにしてもよい。
【００７８】
（本発明の他の実施形態）
前述した実施形態の機能を実現するべく各種のデバイスを動作させるように、該各種デバイスと接続された装置あるいはシステム内のコンピュータに対し、前記実施形態の機能を実現するためのソフトウェアのプログラムコードを供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（ＣＰＵあるいはＭＰＵ）に格納されたプログラムに従って前記各種デバイスを動作させることによって実施したものも、本発明の範疇に含まれる。
【００７９】
また、この場合、前記ソフトウェアのプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード自体、及びそのプログラムコードをコンピュータに供給するための手段、例えば、かかるプログラムコードを格納した記録媒体は本発明を構成する。かかるプログラムコードを記憶する記録媒体としては、例えばフレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。
【００８０】
また、コンピュータが供給されたプログラムコードを実行することにより、前述の実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードがコンピュータにおいて稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム）あるいは他のアプリケーションソフト等と共同して前述の実施形態の機能が実現される場合にもかかるプログラムコードは本発明の実施形態に含まれることは言うまでもない。
【００８１】
さらに、供給されたプログラムコードがコンピュータの機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに格納された後、そのプログラムコードの指示に基づいてその機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合にも本発明に含まれることは言うまでもない。
【００８２】
なお、前述した実施形態は、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。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の実施形態を示し、出銑流測定システムの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、画像処理装置の機能構成の一例を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態を示し、ＣＣＤカメラを用いて撮像された出銑流の画像と、その画像における濃度ヒストグラムとの一例を示した図である。
【図４】本発明の実施形態を示し、溶銑と溶銑スラグとの比率が異なる場合の出銑流の画像の一例を示した図である。
【図５】本発明の実施形態を示し、ＣＣＤカメラを用いて撮像された出銑流の画像と、その画像における濃度ヒストグラムとの測定例を示した図である。
【図６】本発明の実施形態を示し、濃度ヒストグラムにガウス関数をフィッティングして得られた結果の一例を示す図である。
【図７】本発明の実施形態を示し、ガウス関数の面積となる部分を斜線で示した図である。
【図８】本発明の実施形態を示し、溶銑と溶融スラグの混合比率の算出結果の表示画面の一例を示した図である。
【図９】本発明の実施形態を示し、出銑流測定システムに設けられた画像処理装置の動作の一例を説明するフローチャートである。
【図１０】本発明の実施形態を示し、画像処理装置６のハードウェア構成の一例を示した図である。
【図１１】本発明の実施形態を示し、撮像条件が異なる場合の濃度ヒストグラムの一例を示した図である。
【符号の説明】
【００８４】
１ 高炉
１ａ 出銑口
２ 出銑流
３ 出銑桶
４ 桶カバー
５ ＣＣＤカメラ
６ 画像処理装置
２１、４１ 出銑流の画像
２２、３１、３４、４２ 濃度ヒストグラム
２３ 背景に起因する濃度分布
２４、３２、３５、４３ 溶銑に起因する濃度分布
２５、３３、３６、４４ 溶融スラグに起因する濃度分布
ＧM 溶銑に起因する濃度分布に対してフィッティングされたガウス関数
ＧS 溶融スラグに起因する濃度分布に対してフィッティングされたガウス関数
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉出銑流測定システム、高炉出銑流測定方法、及びコンピュータプログラムに関し、特に、高炉に形成された出銑口から流出した溶銑と溶融スラグとの混合比率を測定するために用いて好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
高炉の内部では、高温還元反応により溶銑と溶融スラグとが生成され、生成された溶銑と溶融スラグは、炉底に滴下して湯溜まりを形成する。高炉の炉底横の側壁部分には、出銑口が形成されており、この出銑口にはマッド材が充填されている。ドリル等を用いてマッド材が除去されて出銑口が開孔されると、溶銑と溶融スラグとの混合物が流出する。流出した溶銑と溶融スラグとの混合物は、出銑桶に到達し、出銑桶に沿って流れる。その後、溶銑と溶融スラグは、出銑桶の途中に形成されたスキンマで分離される。
【０００３】
以上のようにして高炉を操業するに際し、出銑口から流出した溶銑及び溶融スラグの混合比率の時間推移は、安定していることが望ましい。例えば、溶銑及び溶融スラグのどちらかが終始偏って流出するといった溶銑及び溶融スラグの混合比率の時間推移が通常と異なる場合には、湯溜まり部分の通液性や湯面上下動に何らかの異変があることが懸念される。このように、溶銑及び溶融スラグの混合比率の変動は、高炉の安定操業を維持する上で監視すべき重要な指標の一つとなる。
【０００４】
そこで、従来から、溶銑及び溶融スラグの流出量を、溶銑及び溶融スラグの生成重量を測定することで管理することが行われている。具体的に説明すると、スキンマで分離された溶銑を、出銑桶の先にあるトーピード車に注ぎ込んだ後に秤量すると共に、同じくスキンマで分離された溶融スラグを、水冷及び粉砕を行った後に秤量する技術がある。
【０００５】
この他、スキンマで分離された溶銑を蓄える溶銑鍋の上方に、マイクロ波レベル計を設け、このマイクロ波レベル計を用いて溶銑鍋内にある溶銑の表面位置を測定すると共に、前述したようにして水冷及び粉砕を行った溶融スラグをコンベヤスケールで秤量する技術もある（特許文献１を参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開平５−１５６３３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前述した従来の技術では、数十メートルの長さを有する出銑桶を流れた後に、溶銑及び溶融スラグの重量を測定しているので、出銑桶の途中に滞留している溶銑の量が不明である。従って、出銑口から流出した直後の溶銑及び溶融スラグの重量と異なる重量を測定してしまう虞がある。また、溶融スラグに関しては、水冷及び粉砕を行った後に重量を測定するので、溶融スラグの重量測定時刻と出銑時刻とを対応付けることが困難である。さらに、溶融スラグは、水冷及び粉砕が行われた際に水を吸収するので、溶融スラグの正確な生成量を求めることが困難である。
【０００８】
以上のような理由から、従来の技術では、出銑口から流出した溶銑及び溶融スラグの正確な混合比率を時間的に連続して把握することができないという問題点があった。
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、出銑口から流出した溶銑及び溶融スラグの正確な混合比率を時間的に連続して把握することができるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の高炉出銑流測定システムは、高炉に形成された出銑口から流出した溶融物を含む領域の熱放射輝度分布を、濃度分布を示す画像として撮像する撮像手段と、前記撮像手段により撮像された画像の濃度分布から、前記溶融物に含まれる溶銑を表す画像の濃度分布と、前記溶融物に含まれる溶融スラグを表す画像の濃度分布とを分別する濃度分布分別手段と、前記濃度分布分別手段により分別された、前記溶銑を表す画像の濃度分布と、前記溶融スラグを表す画像の濃度分布とを用いて、前記溶銑及び前記溶融スラグの混合比率を求める混合比率導出手段とを有することを特徴とする。
【００１０】
本発明の高炉出銑流測定方法は、高炉に形成された出銑口から流出した溶融物を含む領域の熱放射輝度分布を、濃度分布を示す画像として撮像する撮像ステップと、前記撮像ステップにより撮像された画像の濃度分布から、前記溶融物に含まれる溶銑を表す画像の濃度分布と、前記溶融物に含まれる溶融スラグを表す画像の濃度分布とを分別する濃度分布分別ステップと、前記濃度分布分別ステップにより分別された、前記溶銑を表す画像の濃度分布と、前記溶融スラグを表す画像の濃度分布とを用いて、前記溶銑及び前記溶融スラグの混合比率を求める混合比率導出ステップとを有することを特徴とする。
【００１１】
本発明のコンピュータプログラムは、高炉に形成された出銑口から流出した溶融物を含む領域の熱放射輝度分布を、濃度分布を示す画像として、撮像手段により撮像する撮像ステップと、前記撮像ステップにより撮像された画像の濃度分布から、前記溶融物に含まれる溶銑を表す画像の濃度分布と、前記溶融物に含まれる溶融スラグを表す画像の濃度分布とを分別する濃度分布分別ステップと、前記濃度分布分別ステップにより分別された、前記溶銑を表す画像の濃度分布と、前記溶融スラグを表す画像の濃度分布とを用いて、前記溶銑及び前記溶融スラグの混合比率を求める混合比率導出ステップとをコンピュータに実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、出銑口から流出した溶融物を含む領域の熱放射輝度分布が、濃度分布を示す画像として撮像されると、撮像された画像の濃度分布から、溶銑を表す画像の濃度分布と、溶融スラグを表す画像の濃度分布とを分別し、分別した濃度分布を用いて、溶銑及び溶融スラグの混合比率を求める。
【００１３】
従って、出銑口から流出した直後の溶銑及び溶融スラグの混合比率を時間的に連続して測定することができ、出銑口から流出した溶銑及び溶融スラグの正確な混合比率を迅速に且つ連続的に測定することができる。
これにより、出銑中の溶銑及び溶融スラグの混合比率の変化を監視し、高炉の異変や異常を早期に把握することができ、高炉の操業を安定させることが可能になる。
【００１４】
また、出銑口から流出した溶融物を含む領域の撮像画像を利用して溶銑及び溶融スラグの混合比率を求めるようにしたので、出銑口付近に装置を設置せずに、溶銑及び溶融スラグの混合比率を求めることができる。これにより、溶銑及び溶融スラグの熱放射や飛散等を、装置が受けてしまうことを防止することができ、装置の環境対策を比較的容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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。
図１は、出銑流測定システムの構成の一例を示す図である。尚、図１では、高炉１全体のうち、出銑口１ａ付近の一部分のみを示している。
図１に示すように、高炉１の炉底横の側壁部分に形成された出銑口１ａから、溶銑と溶融スラグとの混合物（溶融物）２が流出している。流出した溶銑と溶融スラグとの混合物２は、出銑桶３に到達し、出銑桶３に沿って流れる。また、出銑口１ａと間隔を有して、桶カバー４が出銑桶３を囲むようにして形成されている。尚、以下の説明では、溶銑と溶融スラグとの混合物２を出銑流２と称する。
【００１６】
図１に示すように、出銑口１ａから流出した直後の出銑流２は、桶カバー４によって遮蔽されていない。本実施形態では、この出銑口１ａから流出した直後の出銑流２の熱放射輝度分布を、横方向からモノクロのＣＣＤカメラ５を用いて撮像するようにしている。具体的に本実施形態では、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices）カメラは６４０×４８０画素を有し、約０．４ｍｍの分解能で出銑流２を撮像した。
【００１７】
本願発明者らは、露光時間（シャッタースピード）を極めて短くして、出銑口１ａから流出した出銑流２の画像（熱放射輝度分布）を撮像すると、放射輝度の低い部分と、放射輝度の高い部分とが分離されるという知見を得た。この知見は、５〜１０ｍ／ｓという速い速度で出銑流２が出銑口１ａから流出していることに着目したものであり、従来から使用されていた放射温度計による測定や、肉眼による観察等では得ることができなかったものである。
そこで、本実施形態では、撮像時の露光時間を、１／１００００秒として、出銑口から流出した出銑流２を、ＣＣＤカメラ５を用いて撮像するようにした。
【００１８】
以上のようにして撮像された出銑流２の画像のデータは、画像処理装置６に入力される。図２は、画像処理装置６の機能構成の一例を示すブロック図である。
図２において、画像処理装置６は、濃度ヒストグラム算出部６ａと、溶銑ピーク濃度演算部６ｂと、スラグピーク濃度導出部６ｃと、分別部６ｄと、混合比率導出部６ｅと、混合比率出力部６ｆとを有している。これらの各部６ａ〜６ｅは、例えば、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されているプログラムを、ＲＡＭを用いて実行することにより実現することができる。
【００１９】
濃度ヒストグラム算出部６ａは、入力した出銑流２の画像のデータから、濃度ヒストグラムを算出する。
図３は、ＣＣＤカメラ５を用いて撮像された出銑流２の画像（図３（ａ））と、その画像を用いて濃度ヒストグラム算出部６ａにより算出された濃度ヒストグラム（図３（ｂ））との一例を示した図である。尚、出銑流２の直径は、大凡１００ｍｍである。
図３（ａ）に示すような出銑流２の画像２１について、画素毎の濃度を濃度階調に分解したものを横軸にし、その濃度階調毎の画素数を縦軸にしたものが、図３（ｂ）に示す濃度ヒストグラム２２となる。図３（ｂ）に示す濃度ヒストグラム２２において、濃度レベルの低い部分に出現している濃度分布２３は、出銑流２の画像２１における背景の画像２１ａに起因するものである。濃度レベルの高い部分には２つの濃度分布２４、２５が出現しており、これら２つの濃度分布２４、２５のうち、濃度レベルの低い方の濃度分布２４は、溶銑２１ｂの画像に起因するものであり、濃度レベルの高い方の濃度分布２５は、溶融スラグ２１ｃの画像に起因するものである。
【００２０】
尚、溶銑及び溶融スラグの濃度レベルが１点に集中せずに分布を有するのは、出銑流２が複雑な挙動で出銑口１ａから流出することに起因するからであると考えられる。即ち、出銑流２の表面は複雑な挙動を示しているので、出銑流２の画像２１は、この複雑な挙動の影響を受けて、同じ対象物（例えば溶銑２１ｂ）であっても局所的な温度ばらつきや見かけの放射率変動によって異なる濃度で撮像され、出銑流２の画像２１は、本来の濃度に対し分布が生じることになる。
【００２１】
出銑流２に含まれる溶銑及び溶融スラグの比率や、出銑流２の流出量は、時々刻々と変動する。そこで、出銑状態が異なる複数の出銑流の画像を撮像して濃度ヒストグラムの様子を見たところ、例えば図４に示すように、溶銑と溶銑スラグとの比率に対応して、両者の分布の形状も変化することが確認された。具体的に、図４（ａ）に示す濃度ヒストグラム３１では、溶銑に起因する濃度分布３２のピークが、溶融スラグに起因する濃度分布３３のピークよりも大きくなっているのに対し、図４（ｂ）に示す濃度ヒストグラム３４では、溶融スラグに起因する濃度分布３６のピークが、溶銑に起因する濃度分布３５のピークよりも大きくなっている。
【００２２】
以上のようにして濃度ヒストグラム算出部６ａにより算出される濃度ヒストグラムにおいて、本願発明者らは以下のような知見を得た。
第１に、濃度ヒストグラムにおける溶銑に起因するピークでの濃度値ＰMは、出銑流２の画像の分布形状には無関係であることが明らかになった。
【００２３】
第２に、濃度ヒストグラムにおける溶銑に起因するピークでの濃度値ＰMと、溶銑の温度との関係を、浸漬消耗型熱電対プローブを試験的に出銑流２に挿入して溶銑の温度を測定することによって調べたところ、溶銑の温度が高くなると、溶銑に起因するピークの濃度値ＰMが大きくなる（画像２１が明るくなる）ことが明らかになった。
第３に、濃度ヒストグラム２２における溶銑に起因する濃度分布２４と、溶融スラグに起因する濃度分布２５とに、後述するようにしてガウス関数をフィッティングすることにより、溶銑に起因する濃度分布２４と、溶融スラグに起因する濃度分布２５とを分離することができることが明らかになった。以下、この第３の知見について、詳細に説明する。
【００２４】
図５は、ＣＣＤカメラ５を用いて撮像された出銑流２の画像（図５（ａ））と、その画像を用いて濃度ヒストグラム算出部６ａにより算出された濃度ヒストグラム（図５（ｂ））との測定例を示した図である。
図５に示すように、濃度階調が８０以上のところに、溶銑４１ｂに起因する濃度分布４３と、溶融スラグ４１ｃに起因する濃度分布４４とが存在している。このように、溶銑４１ｂに起因する濃度分布４３と、溶融スラグ４１ｃに起因する濃度分布４４とには、重複する領域がある。
【００２５】
尚、図５では、濃度ヒストグラム４２のうち、溶銑４１ｂに起因する濃度分布４３と、溶融スラグ４１ｃに起因する濃度分布４４とを示しているが、背景４１ａに起因する濃度分布も存在している。この背景４１ａに起因する濃度分布は、濃度階調が４０以下のところに存在しており、溶銑４１ｂに起因する濃度分布４３、及び溶融スラグ４１ｃに起因する濃度分布４４とは完全に分離して存在している。よって、図５では背景４１ａに起因する濃度分布の図示を省略している。
【００２６】
以上のように、溶銑４１ｂに起因する濃度分布４３と、溶融スラグ４１ｃに起因する濃度分布４４には重複する領域があるので、溶銑４１ｂと溶融スラグ４１ｃとの混合比率を求めるためには、これら２つの濃度分布４３、４４を分離する必要がある（図３及び図４も参照）。
そこで、本願発明者らは、多数の濃度ヒストグラムを用いて、溶銑に起因する濃度分布と、溶融スラグに起因する濃度分布とに、ガウス関数をフィッティングして、これら２つの濃度分布を分離することを試みた。
【００２７】
その結果、本願発明者らは、例えば、図５に示した濃度ヒストグラム４２のように、溶融スラグ４３ｃの量が少なく、溶融スラグ４１ｃに起因する濃度分布４４にピークが明確に生じていない場合には、溶融スラグ４１ｃに起因するピークでの濃度値ＰS等の情報を事前に与えなければ、ガウス関数を、溶銑４１ｂに起因する濃度分布４３と、溶融スラグ４１ｃに起因する濃度分布４４とに精度良くフィッティングすることが困難になる（フィッティングが不安定になる）という知見を得た。
【００２８】
本願発明者らは、具体的に以下の手法を採ることにより、溶銑４１ｂに起因する濃度分布４３と、溶融スラグ４１ｃに起因する濃度分布４４とに重複する領域が存在していても、これら２つの濃度分布４３、４４に、ガウス関数を精度良くフィッティングすることができることを見出した。以下にその手法を用いた画像処理装置６の動作の一例を説明する。
【００２９】
（１）溶銑ピーク濃度演算部６ｂは、濃度ヒストグラム算出部６ａにより算出された濃度ヒストグラム４２に含まれる溶銑４１ｂに起因するピークでの濃度値ＰMを自動検出する。
濃度ヒストグラム４２における背景４１ａに起因する濃度分布は、常にほぼ同一形状である。背景４１ａは、常温近傍で温度変化がないからである。そこで、本実施形態では、溶銑ピーク濃度演算部６ｂは、以下のようにして溶銑に起因するピークでの濃度値ＰMを求める。
【００３０】
まず、溶銑ピーク濃度演算部６ｂは、溶銑４１ｂに起因する濃度分布４２における低濃度側（低輝度側）の裾野部分（背景４１ａに起因する濃度分布４１における高濃度側（高輝度側）の裾野部分）の所定の濃度レベルに、予め始点Ｋを指定する。図５に示した例では、濃度階調が８０の点を始点Ｋとしている。そして、溶銑ピーク濃度演算部６ｂは、始点Ｋから高濃度側（高輝度側）の方向にピーク検出処理を実行する。このピーク検出処理では、例えば、隣り合う濃度レベルで画素数（度数）の多寡を比較する処理を逐次進めることにより最初に得られた画素数の変曲点を、溶銑に起因するピークとし、そのピークでの濃度値を、溶銑４１ｂに起因するピークでの濃度値ＰMとする処理が行われる。図５に示した例では、溶銑４１ｂに起因するピークでの濃度値ＰMは、９３となった。
【００３１】
（２） スラグピーク濃度導出部６ｃは、溶銑４１ｂに起因するピークでの濃度値ＰMの値を用いて、溶融スラグ４１ｃに起因するピークでの濃度値ＰSを求める。
前述したように、図５に示したような濃度ヒストグラム４２では、溶融スラグ４１ｃに起因するピークが明確に出現していないので、前述した（１）の手法のようにして溶融スラグ４１ｃに起因するピークでの濃度値ＰSを演算することは困難である。
そこで、スラグピーク濃度導出部６ｃは、溶銑４１ｂに起因するピークでの濃度値ＰMに、溶銑４１ｂ及び溶融スラグ４１ｃの分光放射率により定められる定数を乗じることにより、溶融スラグ４１ｃに起因するピークでの濃度値ＰSを求める。
【００３２】
このようにして溶融スラグ４１ｃに起因するピークでの濃度値ＰSを求めるために、スラグピーク濃度導出部６ｃは、高炉１で生成されスキンマで分離された溶銑の分光放射率と溶融スラグの分光放射率との測定結果を用いるようにしている。例えば、溶銑の分光放射率εMとして０．４２、溶融スラグの分光放射率εSとして０．６１が得られたとすると、スラグピーク濃度導出部６ｃは、これら分光放射率εM、εSの比である１．４５（＝０．６１／０．４２）を用いて、溶融スラグ４１ｃに起因するピークでの濃度値ＰSを、以下の（１）式により求めることができる。
ＰS＝１．４５×ＰM ・・・（１）
図５に示した例では、画像４１に濃度値が２７のバイアスがあったので、溶融スラグ４１ｃに起因するピークでの濃度値ＰSは、１２３（＝（９３−２７）×１．４５＋２７）になった。
【００３３】
（３） 分別部６ｄは、溶銑４１ｂに起因する濃度分布４３と、溶融スラグ４１ｃに起因する濃度分布４４とにガウス関数をフィッティングする。
本実施形態では、以下の３種類のガウス関数を使用した。
具体的に、溶銑４１ｂに起因する濃度分布４３の濃度値ＰMよりも低濃度側（左側）を表現するためのガウス関数ＧM1と、溶銑４１ｂに起因する濃度分布４３の濃度値ＰMよりも高濃度側（右側）を表現するためのガウス関数ＧM2と、溶融スラグ４１ｃに起因する濃度分布４４の全体を表現するためのガウス関数ＧSとを用いた。
【００３４】
このように、本実施形態では、溶銑４１ｂに起因する濃度分布４３については、濃度値ＰMよりも高濃度側の分布と、濃度値ＰMよりも低濃度側の分布とが非対称であるとして、２つのガウス関数ＧM1、ＧM2を用いるようにした。溶銑４１ｂに起因する濃度分布４３が左右非対称のガウス分布を示す理由として、以下の理由が推測される。
【００３５】
まず、濃度値ＰMよりも低濃度側では、高炉１内の溶銑にもともと多少の温度分布があることと、たまたま出銑流２の表面に存在する時間が長い流れ成分の温度が、大気との接触により、瞬間的に且つ局所的に低下することとによって、濃度レベルが小さくなるためと考えられる。
一方、濃度値ＰMよりも高濃度側では、高炉１内の溶銑にもともと多少の温度分布があることと、乱流となっている出銑流２の表面における波立ちの谷間で生じる放射光の多重反射によって見かけの放射率が高くなることとによって、濃度レベルが実際の濃度レベルよりも大きくなるためと考えられる。
【００３６】
以上のように、溶銑４１ｂに起因するピークでの濃度値ＰMを境として、低濃度側と高濃度側とで、溶銑に生じている物理現象が異なることにより、溶銑４１ｂに起因する濃度分布４３が左右非対称となっているとすれば、ガウス分布の分散も左右で異なるはずである。
一方、溶融スラグ４１ｃに起因する濃度分布４４も、溶銑４１ｂに起因する濃度分布４３と同様に、左右非対称のガウス分布になっていると推測されるが、本実施形態では、処理を高速且つ確実に行うようにするために、溶融スラグ４１ｃに起因する濃度分布４４については、左右対称のガウス分布であるとして、１つのガウス関数ＧSのみを用いた。
【００３７】
本実施形態の分別部６ｄは、前述したようにして求めた、溶銑に起因するピークでの濃度値ＰMと、溶融スラグ４１ｃに起因するピークでの濃度値ＰSとを用いて、以上の３つのガウス関数ＧM1、ＧM2、ＧSが、図４に示した濃度ヒストグラム４２に合うように、３つのガウス関数ＧM1、ＧM2、ＧSのパラメータを定める最適化計算を、市販のソフトウェアを用いて実行するようにした。
図６は、このようにして分別部６ｄが濃度ヒストグラム４２にガウス関数をフィッティングして得られた結果の一例を示す図である。
【００３８】
図６に示す例では、溶銑４１ｂに起因する濃度分布４３に対してフィッティングして得られたガウス関数ＧM（＝ＧM1＋ＧM2）におけるピークでの高さ（画素数）は、１７４０であった。また、ガウス関数ＧMにおける低濃度側での標準偏差σは４６であり、高濃度側での標準偏差σは９３であった。さらに、溶融スラグ４１ｃに起因する濃度分布４４に対してフィッティングして得られたガウス関数ＧSにおけるピークでの高さ（画素数）は、５１２であり、このガウス関数ＧSにおける標準偏差σは５５２であった。
【００３９】
図６に示すように、溶銑４１ｂに起因する濃度分布４３に対してフィッティングして得られたガウス関数ＧM（＝ＧM1＋ＧM2）と、溶融スラグ４１ｃに起因する濃度分布４４に対してフィッティングして得られたガウス関数ＧSとを加算した関数ＧAは、濃度ヒストグラム４２と良く一致していることが分かる。即ち、ガウス関数ＧM、ＧSは、それぞれ溶銑４１ｂに起因する濃度分布４３、及び溶融スラグ４１ｃに起因する濃度分布４４に対して、精度良くフィッティングされたものであることが分かる。
【００４０】
以上のようにして、溶銑４１ｂに起因する濃度分布４３に対してフィッティングしてガウス関数ＧM、ＧSが得られると、混合比率導出部６ｅは、ガウス関数ＧM、ＧSの面積ＳM、ＳSを求める。図６は、ガウス関数ＧM、ＧSの面積ＳM、ＳSとなる部分を斜線で示した図である。
図６に示すように、ガウス関数ＧM、ＧSは、画像の濃度Ｐの関数であるので、以下の（２）式及び（３）式を用いることにより、ガウス関数ＧM、ＧSの面積ＳM、ＳSを求めることができる。
【００４１】
【数１】
【００４２】
このように、ガウス関数ＧM、ＧSの面積ＳM、ＳSは、ガウス関数ＧM、ＧSの積分値である。図７に示した例では、ガウス関数ＧMの面積ＳMは、２．５×１０4であり、ガウス関数ＧSの面積ＳSは、２．１×１０4であった。
以上のようにして得られたガウス関数ＧMの面積ＳMは、溶銑４１ｂの表面積を表し、ガウス関数ＧSの面積ＳSは溶融スラグ４１ｃの表面積を表す。ここで、出銑口１ａから流出した出銑流２は乱流であるので、溶銑と溶融スラグとの混合比率は、出銑流２の表面と内部とで均一であると仮定することができる。そうすると、画像４１として観察して得られる溶銑４１ｂの表面積と溶融スラグ４１ｃの表面積との比率が、溶銑の体積と溶融スラグの体積との比率に等しいとすることができる。即ち、ガウス関数ＧM、ＧSの面積ＳM、ＳSの比率が、溶銑の体積と溶融スラグの体積との比率に相当する。従って、ガウス関数ＧM、ＧSの面積ＳM、ＳSの比率を求めれば、出銑口１ａから流出した溶銑と溶融スラグとの混合比率を求めることができる。
【００４３】
ところで、溶銑と溶融スラグとでは、比重が異なる。具体的に説明すると、溶銑の比重は６．８ｔｏｎ／ｍ3であり、溶融スラグの比重は２．６ｔｏｎ／ｍ3である。そこで、混合比率導出部６ｅは、溶融スラグに対する溶銑の重量比率を求めるようにしている。具体的に説明すると、溶銑の重量比率αは、以下の（４）式を用いることにより求めることができる。
【００４４】
α＝（ＳM×ＷM）／（ＳM×ＷM＋ＳS×ＷS） ・・・（４）
ここで、ＷM、ＷSは、それぞれ溶銑の比重と溶融スラグの比重である。
図６に示した例では、ガウス関数ＧMの面積ＳMは、２．５×１０4であり、ガウス関数ＧSの面積ＳSは、２．１×１０4であるので、溶銑の重量比率αは０．７６となる。
混合比率導出部６ｅは、以上のようにして溶銑の重量比率αを時間的に連続して算出する。
そして、混合比率出力部６ｆは、混合比率導出部６ｅにより算出された結果を記憶媒体に記憶すると共に表示装置に表示する。
【００４５】
図８は、溶銑と溶融スラグの混合比率の算出結果の表示画面の一例を示した図である。
図８に示すように、本実施形態では、溶銑の重量比率αの瞬時値７１と、トレンドグラフ（溶銑の重量比率αと出銑経過時間との関係を表すグラフ）７２とを、溶銑の重量比率αの算出結果として表示するようにしている。また、高炉１に装入された原料から計算される溶銑の重量比率７３も合わせて表示するようにしている。
【００４６】
ここで、重量比率７３は、高炉１に装入する前の原料を秤量し、秤量した結果を用いて溶銑及び溶融スラグの理論上の生成重量を求めることにより計算されるものである。従って、重量比率７３は、溶銑の重量比率αの精度を判断する際の指標となる。図８に示す例では、溶銑の重量比率αの出銑全期間における平均値は、高炉１に装入された溶銑の重量比率７３に近くなっていることから、溶銑の重量比率αは精度良く求められていることが分かる。
【００４７】
以上のような表示を行うことにより、操業管理者は、時々刻々と変化する溶銑の重量比率αをリアルタイムで把握することができる。具体的に、図８に示す例では、溶銑の重量比率αは、時間の経過と共に、溶銑の比率が低下して溶融スラグの比率が増加していく傾向にあることを容易に把握することができる。
【００４８】
以上のように、本実施形態では、ＣＣＤカメラ５と画像処理装置６とを用いて、出銑流測定システムが構成されることになる。
【００４９】
次に、図９のフローチャートを参照しながら、出銑流測定システムに設けられた画像処理装置６の動作の一例を説明する。
まず、ステップＳ１において、濃度ヒストグラム算出部６ａは、出銑口１ａから流出した出銑流２の画像を、ＣＣＤカメラ５から入力するまで待機する。
出銑口１ａから流出した出銑流２の画像を入力すると、ステップＳ２に進み、濃度ヒストグラム算出部６ａは、入力した出銑流２の画像のデータから、濃度ヒストグラムを算出する。
次に、ステップＳ３において、溶銑ピーク濃度演算部６ｂは、ステップＳ２で算出した濃度ヒストグラムにおける溶銑に起因するピークでの濃度値ＰMを、前述したピーク検出処理を行って演算する。
【００５０】
次に、ステップＳ４において、スラグピーク濃度導出部６ｃは、ステップＳ３で演算した、溶銑に起因するピークでの濃度値ＰMに１．４５を乗じて、溶融スラグ４１ｃに起因するピークでの濃度値ＰSを求める（（１）式を参照）。
【００５１】
次に、ステップＳ５において、分別部６ｄは、ステップＳ３で演算した、溶銑に起因するピークでの濃度値ＰMと、ステップＳ４で求めた、溶融スラグ４１ｃに起因するピークでの濃度値ＰSとを用いて、濃度ヒストグラム４２（溶銑４１ｂに起因する濃度分布４３と、溶融スラグ４１ｃに起因する濃度分布４４）に合うガウス関数ＧM1、ＧM2、ＧSのパラメータを定める最適化計算を行う。即ち、濃度ヒストグラム４２（溶銑４１ｂに起因する濃度分布４３と、溶融スラグ４１ｃに起因する濃度分布４４）にガウス関数ＧM1、ＧM2、ＧSをフィッティングする処理を行う。
【００５２】
次に、ステップＳ６において、混合比率導出部６ｅは、ステップＳ５で得られたガウス関数ＧM（＝ＧM1＋ＧM2）の面積ＳMを求める（（２）式を参照）。
次に、ステップＳ７において、混合比率導出部６ｅは、ステップＳ５で得られたガウス関数ＧSの面積ＳSを求める（（３）式を参照）。
【００５３】
次に、ステップＳ８において、混合比率導出部６ｅは、溶融スラグに対する溶銑の重量比率αを求め（（４）式を参照）、混合比率出力部６ｆは、求めた溶銑の重量比率αの瞬時値７１と、トレンドグラフ７２とを表示装置に表示する。
【００５４】
次に、ステップＳ９において、濃度ヒストグラム算出部６ａは、測定終了指示がユーザによりなされたか否かを判定する。この判定の結果、測定終了指示がユーザによりなされていない場合には、測定終了指示がなされるまで、ステップＳ１〜Ｓ９を繰り返し行う。一方、測定終了指示がユーザによりなされた場合には処理を終了する。
【００５５】
尚、本実施形態では、以上のような処理を行う画像処理装置６として、画像入出力ボードを備えたパソコンを使用している。画像処理装置６のハードウェア構成は、例えば、図１０に示すようなものになる。
【００５６】
図１０において、画像処理装置６は、ＣＰＵ１０１と、ＲＯＭ１０２と、ＲＡＭ１０３と、キーボード（ＫＢ）１０４のキーボードコントローラ（ＫＢＣ）１０５と、ＣＲＴディスプレイ（ＣＲＴ）１０６のＣＲＴコントローラ（ＣＲＴＣ）１０７と、ハードディスク（ＨＤ）１０８及びフレキシブルディスク（ＦＤ）１０９のディスクコントローラ（ＤＫＣ）１１０と、画像入出力ボード（ＰＩＢ）１１１のコントローラ（ＩＣ）１１２とが、システムバス１１３を介して互いに通信可能に接続された構成としている。
【００５７】
ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２或いはＨＤ１０８に記憶されたソフトウェア、或いはＦＤ１０９より供給されるソフトウェアを実行することで、システムバス１０３に接続された各構成部を総括的に制御する。
すなわち、ＣＰＵ１０１は、所定の処理シーケンスに従った処理プログラムを、ＲＯＭ１０２、或いはＨＤ１０８、或いはＦＤ１０９から読み出して実行することで、前述した処理動作を実現するための制御を行う。
【００５８】
ＲＡＭ１０３は、ＣＰＵ１０１の主メモリ或いはワークエリア等として機能する。
ＫＢＣ１０５は、ＫＢ１０４や図示していないポインティングデバイス等からの指示入力を制御する。
【００５９】
ＣＲＴＣ１０７は、ＣＲＴ１０６の表示を制御する。
ＤＫＣ１１０は、ブートプログラム、種々のアプリケーション、編集ファイル、ユーザファイル、ネットワーク管理プログラム、及び本実施の形態における所定の処理プログラム等を記憶するＨＤ１０８及びＦＤ１０９とのアクセスを制御する。
ＩＣ１１２は、ＰＩＢ１１１に接続されたＣＣＤカメラ５等の装置との間で行われる画像データの入出力を制御する。
【００６０】
以上のように本実施形態では、ＣＣＤカメラ５で撮像された出銑流２の画像４１のデータから濃度ヒストグラム４２を算出し、算出した濃度ヒストグラム４２における溶銑に起因するピークでの濃度値ＰMを演算する。また、溶銑に起因するピークでの濃度値ＰMに、溶銑及び溶融スラグの分光放射率の比率に基づく定数を乗じて、溶融スラグに起因するピークでの濃度値ＰSを求める。そして、求めた濃度値ＰM、ＰSを用いて、溶銑に起因する濃度分布４３と、溶融スラグに起因する濃度分布４４にガウス関数ＧM、ＧSをフィッティングする。そして、フィッティングすることによって得られたガウス関数ＧM、ＧSの面積ＳM、ＳSを求め、ガウス関数ＧM、ＧSの面積ＳM、ＳSから溶銑の重量比率αを求めて表示する。
【００６１】
そして、以上のようにして溶銑の重量比率αを求めるに際し、溶銑４１ｂに起因する濃度分布４３については、濃度値ＰMよりも高濃度側の分布と、濃度値ＰMよりも低濃度側の分布とが非対称であるとして、２つのガウス関数ＧM1、ＧM2を用いるようにした。これにより、溶銑４１ｂに起因する濃度分布４３に、ガウス関数ＧMをより精度良くフィッティングすることができる。
一方、溶融スラグ４１ｃに起因する濃度分布４４については、濃度値ＰSよりも高濃度側の分布と、濃度値ＰSよりも低濃度側の分布とが対称であるとして、１つのガウス関数ＧSを用いるようにした。これにより、ガウス関数のフィッティングを比較的精度良く迅速に行えると共に、最適化計算の結果が発散してしまうことを防止することができる。尚、ガウス関数のフィッティングを比較的精度良く行えるのは、溶融スラグ４１ｃに起因する濃度分布４４は、なだらかな分布（分散が大きい）だからである。
【００６２】
以上のことから、本実施形態では、出銑口１ａから流出した直後の溶銑及び溶融スラグの混合比率を時間的に連続して測定することができ、出銑口１ａから流出した溶銑及び溶融スラグの正確な混合比率を迅速に且つ連続的に測定することができる。
これにより、出銑中の溶銑及び溶融スラグの混合比率の変化を監視し、高炉１の異変や異常を早期に把握することができ、高炉１の操業を安定させることが可能になる。
【００６３】
また、出銑口１ａから流出した溶融物を含む領域の撮像画像を利用して溶銑及び溶融スラグの混合比率を求めるようにしたので、出銑口１ａ付近に装置を設置せずに、溶銑及び溶融スラグの混合比率を求めることができる。これにより、溶銑及び溶融スラグの熱放射や飛散等を、装置が受けてしまうことを防止することができ、装置の環境対策を比較的容易に行うことができる。
【００６４】
尚、本実施形態では、濃度ヒストグラム４２にガウス関数をフィッティングするようにしたが、必ずしもガウス関数を用いる必要はなく、χ２乗分布関数、Ｆ分布関数、又はｔ分布関数等の分布関数を用いることもできる。
【００６５】
また、本実施形態では、溶銑４１ｂに起因するピークでの濃度値ＰMを求め、この濃度値ＰMを基準として溶融スラグ４１ｃに起因するピークでの濃度値ＰSを求める場合を例に挙げて示したが、これとは逆に、溶融スラグ４１ｃに起因するピークでの濃度値ＰSを求め、この濃度値ＰSを基準として溶銑４１ｂに起因するピークでの濃度値ＰMを求めることもできる。
【００６６】
このような場合には、例えば、溶融スラグ４１ｃに起因する濃度分布４４の高濃度側の裾野部分の所定の濃度レベルに始点Ｋを指定し、この始点Ｋから低濃度側の方向にピーク検出処理を実行して、溶融スラグ４１ｃに起因するピークでの濃度値ＰSを求める。そして、求めた濃度値ＰSに、溶銑４１ｂ及び溶融スラグ４１ｃの分光放射率により定められる定数（＝０．６９（＝０．４２／０．６１））を乗じて、溶銑４１ｂに起因するピークでの濃度値ＰMを求める。そして、求めた濃度値ＰS、ＰMを用いて、前述したように溶銑に起因する濃度分布４３と、溶融スラグに起因する濃度分布４４にガウス関数ＧM、ＧSをフィッティングする。
【００６７】
例えば、出銑口１ａから流出した溶融スラグが溶銑よりも遥かに多いために、溶銑４１ｂに起因するピークでよりも、溶融スラグ４１ｃに起因するピークの方が明確な場合には、以上のように、溶融スラグ４１ｃに起因するピークでの濃度値ＰSを求め、この濃度値ＰSを基準として溶銑４１ｂに起因するピークでの濃度値ＰMを求めることができる。
また、算出された濃度ヒストグラムのピークの形状等に応じて、溶銑４１ｂに起因するピークでの濃度値ＰMを求めてから、溶融スラグ４１ｃに起因するピークでの濃度値ＰSを求めるか、又は溶融スラグ４１ｃに起因するピークでの濃度値ＰSを求めてから、溶銑４１ｂに起因するピークでの濃度値ＰMを求めるかを選択するようにしてもよい。
【００６８】
さらに、本実施形態では、前述したように、溶融スラグ４１ｃに起因する濃度分布４４については、濃度値ＰSよりも高濃度側の分布と、濃度値ＰSよりも低濃度側の分布とが対称であるとして、１つのガウス関数ＧSを用いるようにしたが、溶融スラグ４１ｃに起因する濃度分布４４についても、溶銑に起因する濃度分布４３と同様に、濃度値ＰSよりも低濃度側の分布と濃度値ＰSよりも高濃度側の分布とが非対称であるとして２つのガウス関数を用いるようにしてもよい。
【００６９】
また、本実施形態では、濃度ヒストグラム４２にフィッティングして得られたガウス関数ＧM、ＧSを用いて、出銑口１ａから流出した溶銑と溶融スラグとの混合比率を求めるようにした。しかしながら、ＣＣＤカメラ５により撮像された画像４１から、溶銑４１ｂと溶融スラグ４１ｃとの混合比率を求めることができれば、必ずしも濃度ヒストグラム４２にフィッティングして得られたガウス関数ＧM、ＧSを用いる必要はない。
【００７０】
例えば、ＣＣＤカメラ５により撮像された画像４１から、濃度が第１のしきい値以下の画素を除外して溶銑４１ｂ及び溶融スラグ４１ｃの画像を取り出した後、取り出した画像を第２のしきい値で二値化し、二値化した一方の値を有する画素数と他方の値を有する画素数との比から、出銑口１ａから流出した溶銑と溶融スラグとの混合比率を求めるようにしてもよい。ここで、第２のしきい値は、例えば、溶銑に起因する濃度分布４３の高濃度側の裾野部分（溶融スラグに起因する濃度分布４４の低濃度側の裾野部分の画素値）の濃度とすればよい。
【００７１】
また、本実施形態では、溶銑の重量比率αの瞬時値７１と、トレンドグラフ７２と、高炉１に装入された溶銑の重量比率７３とを表示装置に表示するようにしたが、溶銑と溶融スラグの混合比率の算出結果を表示していれば、必ずしもこれらを表示する必要はない。高炉１に装入された溶銑の重量比率７３を表示しなくてもよいし、溶銑の重量比率αの瞬時値７１と、トレンドグラフ７２の代わりに、ガウス関数ＧM、ＧSの面積ＳM、ＳSの比率の瞬時値と、トレンドグラフを表示するようにしてもよい。
【００７２】
また、本実施形態では、ＣＣＤカメラ５の分解能を約０．４ｍｍとし、露光時間を１／１００００秒としたが、ＣＣＤカメラ５の分解能及び露光時間は、これらに限定されない。ただし、ＣＣＤカメラ５の分解能は１ｍｍ以下が好ましく、露光時間は１／５０００秒以下であることが好ましい。このように、ＣＣＤカメラ５の分解能を１ｍｍ以下にするのは、溶融スラグの細部に存在する、２ｍｍ程度のサイズの線状又は点状の部分を捉えるためである。また、露光時間は１／５０００秒以下にするのは、高速で且つ乱流状態で移動する出銑流２を、像流れすることなく静止させて観察することができるようにするためである。
【００７３】
具体的に、ＣＣＤカメラ５の分解能を１ｍｍ以下にすると共に、露光時間を１／５０００秒以下にすると、例えば、図１１（ａ）に示すように、濃度ヒストグラム９１に、溶銑を表す分布のピーク９２と、溶融スラグを表す分布のピーク９３とが明確に存在する。これに対し、ＣＣＤカメラ５の分解能を１ｍｍ以下にすると共に、露光時間を１／５０００秒以下にしないと、図１１（ｂ）に示すように、濃度ヒストグラム９１に、溶銑を表す分布のピーク９２と、溶融スラグを表す分布のピーク９３とが個別に存在しなくなり、溶銑の分布のピークを求めることができなくなる虞がある。よって、ＣＣＤカメラ５の分解能は１ｍｍ以下が好ましく、露光時間は１／５０００秒以下であることが好ましい。
尚、ＣＣＤカメラ５に、一定の狭い波長を有する光のみを透過する波長選択フィルタをＣＣＤカメラ５に取り付けるようにしてもよい。
【００７４】
また、本実施形態では、ＣＣＤカメラ５を用いて出銑流２の画像を撮像するようにしたが、必ずしもＣＣＤカメラ５を用いる必要はない。例えば、ＣＣＤ以外のセンサ（例えばＣＭＯＳセンサ）を撮像素子として用いたカメラ、銀塩フィルムを用いたスチールカメラ等の撮像装置をＣＣＤカメラ５の代わりに用いることができる。
【００７５】
さらに、本実施形態では、出銑流２の画像（熱放射輝度分布）を、２次元の濃度分布を示す静止画像として撮像するようにしたが、例えば１次元のリニアアレイカメラで時間的に連続して露光時間が短い高速シャッターで撮像を繰り返し、カメラの素子配列方向と時間方向とを直行させて２次元の濃度分布を示す画像を形成し、形成した２次元の濃度分布を示す画像から濃度ヒストグラムを算出してもよい。
【００７６】
また、本実施形態では、算出した濃度ヒストグラムをそのまま用いてピーク検出処理を行うようにしたが、予め濃度ヒストグラムの平滑化処理を行い、平滑化処理を行った濃度ヒストグラムを用いてピーク検出処理を行うようにしてもよい。このようにすれば、濃度ヒストグラムの波形に細かい雑音が乗っている場合でも、濃度ヒストグラムにおける溶銑に起因するピークでの濃度値ＰMを正確に求めることが可能になる。
【００７７】
また、出銑流２における溶銑の温度は、概ね１４５０〜１６００℃の範囲で変動する。よって、濃度ヒストグラムにおける溶銑に起因するピークでの濃度値ＰMの存在範囲もある程度予測することができる。そこで、予め予測した存在範囲内でピーク検出処理を行うようにしてもよい。このようにすれば、濃度ヒストグラムにおける溶銑に起因するピークでの濃度値ＰMを迅速に求めることが可能になる。
また、画像処理装置６が有する機能を複数の装置に分担させて行わせるようにしてもよい。
【００７８】
（本発明の他の実施形態）
前述した実施形態の機能を実現するべく各種のデバイスを動作させるように、該各種デバイスと接続された装置あるいはシステム内のコンピュータに対し、前記実施形態の機能を実現するためのソフトウェアのプログラムコードを供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（ＣＰＵあるいはＭＰＵ）に格納されたプログラムに従って前記各種デバイスを動作させることによって実施したものも、本発明の範疇に含まれる。
【００７９】
また、この場合、前記ソフトウェアのプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード自体、及びそのプログラムコードをコンピュータに供給するための手段、例えば、かかるプログラムコードを格納した記録媒体は本発明を構成する。かかるプログラムコードを記憶する記録媒体としては、例えばフレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。
【００８０】
また、コンピュータが供給されたプログラムコードを実行することにより、前述の実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードがコンピュータにおいて稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム）あるいは他のアプリケーションソフト等と共同して前述の実施形態の機能が実現される場合にもかかるプログラムコードは本発明の実施形態に含まれることは言うまでもない。
【００８１】
さらに、供給されたプログラムコードがコンピュータの機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに格納された後、そのプログラムコードの指示に基づいてその機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合にも本発明に含まれることは言うまでもない。
【００８２】
なお、前述した実施形態は、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。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の実施形態を示し、出銑流測定システムの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、画像処理装置の機能構成の一例を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態を示し、ＣＣＤカメラを用いて撮像された出銑流の画像と、その画像における濃度ヒストグラムとの一例を示した図である。
【図４】本発明の実施形態を示し、溶銑と溶銑スラグとの比率が異なる場合の出銑流の画像の一例を示した図である。
【図５】本発明の実施形態を示し、ＣＣＤカメラを用いて撮像された出銑流の画像と、その画像における濃度ヒストグラムとの測定例を示した図である。
【図６】本発明の実施形態を示し、濃度ヒストグラムにガウス関数をフィッティングして得られた結果の一例を示す図である。
【図７】本発明の実施形態を示し、ガウス関数の面積となる部分を斜線で示した図である。
【図８】本発明の実施形態を示し、溶銑と溶融スラグの混合比率の算出結果の表示画面の一例を示した図である。
【図９】本発明の実施形態を示し、出銑流測定システムに設けられた画像処理装置の動作の一例を説明するフローチャートである。
【図１０】本発明の実施形態を示し、画像処理装置６のハードウェア構成の一例を示した図である。
【図１１】本発明の実施形態を示し、撮像条件が異なる場合の濃度ヒストグラムの一例を示した図である。
【符号の説明】
【００８４】
１ 高炉
１ａ 出銑口
２ 出銑流
３ 出銑桶
４ 桶カバー
５ ＣＣＤカメラ
６ 画像処理装置
２１、４１ 出銑流の画像
２２、３１、３４、４２ 濃度ヒストグラム
２３ 背景に起因する濃度分布
２４、３２、３５、４３ 溶銑に起因する濃度分布
２５、３３、３６、４４ 溶融スラグに起因する濃度分布
ＧM 溶銑に起因する濃度分布に対してフィッティングされたガウス関数
ＧS 溶融スラグに起因する濃度分布に対してフィッティングされたガウス関数
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉に形成された出銑口から流出した溶融物を含む領域の熱放射輝度分布を、濃度分布を示す画像として撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により撮像された画像の濃度分布から、前記溶融物に含まれる溶銑を表す画像の濃度分布と、前記溶融物に含まれる溶融スラグを表す画像の濃度分布とを分別する濃度分布分別手段と、
前記濃度分布分別手段により分別された、前記溶銑を表す画像の濃度分布と、前記溶融スラグを表す画像の濃度分布とを用いて、前記溶銑及び前記溶融スラグの混合比率を求める混合比率導出手段とを有することを特徴とする高炉出銑流測定システム。
【請求項２】
前記濃度分布分別手段は、前記撮像された画像の濃度と画素数との関係を示す濃度ヒストグラムを算出する濃度ヒストグラム算出手段と、
前記濃度ヒストグラム算出手段により算出された濃度ヒストグラムに含まれる、前記溶銑に起因する濃度分布と、前記溶融スラグに起因する濃度分布に、所定の分布関数をフィッティングして、前記溶銑に起因する濃度分布と、前記溶融スラグに起因する濃度分布とを分別する分別手段とを更に有することを特徴とする請求項１に記載の高炉出銑流測定システム。
【請求項３】
前記濃度分布分別手段は、前記濃度ヒストグラム算出手段により算出された濃度ヒストグラムに含まれる、前記溶銑に起因する濃度分布がピークを示す点での濃度値を演算する溶銑ピーク濃度演算手段と、
前記溶融スラグに起因する濃度分布がピークとなる濃度値を、前記溶銑ピーク濃度演算手段により演算された濃度値に定数を乗じて求めるスラグピーク濃度導出手段とを更に有し、
前記分別手段は、前記溶銑濃度ピーク演算手段により演算された濃度値と、前記スラグピーク濃度導出手段により求められた濃度値とを用いて、前記溶銑に起因する濃度分布と、前記溶融スラグに起因する濃度分布に、所定の分布関数をフィッティングすることを特徴とする請求項２に記載の高炉出銑流測定システム。
【請求項４】
前記定数は、前記溶銑スラグの放射率と、前記溶融スラグの放射率との比から定められる値であることを特徴とする請求項３に記載の高炉出銑流測定システム。
【請求項５】
前記所定の分布関数は、ガウス関数であることを特徴とする請求項２〜４の何れか１項に記載の高炉出銑流測定システム。
【請求項６】
前記撮像手段の分解能が１ｍｍ以下であり、
前記撮像手段における撮像時の露光時間が１／５０００秒以下であることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の高炉出銑流測定システム。
【請求項７】
高炉に形成された出銑口から流出した溶融物を含む領域の熱放射輝度分布を、濃度分布を示す画像として、撮像手段により撮像する撮像ステップと、
前記撮像ステップにより撮像された画像の濃度分布から、前記溶融物に含まれる溶銑を表す画像の濃度分布と、前記溶融物に含まれる溶融スラグを表す画像の濃度分布とを分別する濃度分布分別ステップと、
前記濃度分布分別ステップにより分別された、前記溶銑を表す画像の濃度分布と、前記溶融スラグを表す画像の濃度分布とを用いて、前記溶銑及び前記溶融スラグの混合比率を求める混合比率導出ステップとを有することを特徴とする高炉出銑流測定方法。
【請求項８】
高炉に形成された出銑口から流出した溶融物を含む領域の熱放射輝度分布を、濃度分布を示す画像として、撮像手段により撮像する撮像ステップと、
前記撮像ステップにより撮像された画像の濃度分布から、前記溶融物に含まれる溶銑を表す画像の濃度分布と、前記溶融物に含まれる溶融スラグを表す画像の濃度分布とを分別する濃度分布分別ステップと、
前記濃度分布分別ステップにより分別された、前記溶銑を表す画像の濃度分布と、前記溶融スラグを表す画像の濃度分布とを用いて、前記溶銑及び前記溶融スラグの混合比率を求める混合比率導出ステップとをコンピュータに実行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】
高炉に形成された出銑口から流出した溶融物を含む領域の熱放射輝度分布を、濃度分布を示す画像として撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により撮像された画像の濃度分布から、前記溶融物に含まれる溶銑を表す画像の濃度分布と、前記溶融物に含まれる溶融スラグを表す画像の濃度分布とを分別する濃度分布分別手段と、
前記濃度分布分別手段により分別された、前記溶銑を表す画像の濃度分布と、前記溶融スラグを表す画像の濃度分布とを用いて、前記溶銑及び前記溶融スラグの混合比率を求める混合比率導出手段とを有することを特徴とする高炉出銑流測定システム。
【請求項２】
前記濃度分布分別手段は、前記撮像された画像の濃度と画素数との関係を示す濃度ヒストグラムを算出する濃度ヒストグラム算出手段と、
前記濃度ヒストグラム算出手段により算出された濃度ヒストグラムに含まれる、前記溶銑に起因する濃度分布と、前記溶融スラグに起因する濃度分布に、所定の分布関数をフィッティングして、前記溶銑に起因する濃度分布と、前記溶融スラグに起因する濃度分布とを分別する分別手段とを更に有することを特徴とする請求項１に記載の高炉出銑流測定システム。
【請求項３】
前記濃度分布分別手段は、前記濃度ヒストグラム算出手段により算出された濃度ヒストグラムに含まれる、前記溶銑に起因する濃度分布がピークを示す点での濃度値を演算する溶銑ピーク濃度演算手段と、
前記溶融スラグに起因する濃度分布がピークとなる濃度値を、前記溶銑ピーク濃度演算手段により演算された濃度値に定数を乗じて求めるスラグピーク濃度導出手段とを更に有し、
前記分別手段は、前記溶銑濃度ピーク演算手段により演算された濃度値と、前記スラグピーク濃度導出手段により求められた濃度値とを用いて、前記溶銑に起因する濃度分布と、前記溶融スラグに起因する濃度分布に、所定の分布関数をフィッティングすることを特徴とする請求項２に記載の高炉出銑流測定システム。
【請求項４】
前記定数は、前記溶銑スラグの放射率と、前記溶融スラグの放射率との比から定められる値であることを特徴とする請求項３に記載の高炉出銑流測定システム。
【請求項５】
前記所定の分布関数は、ガウス関数であることを特徴とする請求項２〜４の何れか１項に記載の高炉出銑流測定システム。
【請求項６】
前記撮像手段の分解能が１ｍｍ以下であり、
前記撮像手段における撮像時の露光時間が１／５０００秒以下であることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の高炉出銑流測定システム。
【請求項７】
高炉に形成された出銑口から流出した溶融物を含む領域の熱放射輝度分布を、濃度分布を示す画像として、撮像手段により撮像する撮像ステップと、
前記撮像ステップにより撮像された画像の濃度分布から、前記溶融物に含まれる溶銑を表す画像の濃度分布と、前記溶融物に含まれる溶融スラグを表す画像の濃度分布とを分別する濃度分布分別ステップと、
前記濃度分布分別ステップにより分別された、前記溶銑を表す画像の濃度分布と、前記溶融スラグを表す画像の濃度分布とを用いて、前記溶銑及び前記溶融スラグの混合比率を求める混合比率導出ステップとを有することを特徴とする高炉出銑流測定方法。
【請求項８】
高炉に形成された出銑口から流出した溶融物を含む領域の熱放射輝度分布を、濃度分布を示す画像として、撮像手段により撮像する撮像ステップと、
前記撮像ステップにより撮像された画像の濃度分布から、前記溶融物に含まれる溶銑を表す画像の濃度分布と、前記溶融物に含まれる溶融スラグを表す画像の濃度分布とを分別する濃度分布分別ステップと、
前記濃度分布分別ステップにより分別された、前記溶銑を表す画像の濃度分布と、前記溶融スラグを表す画像の濃度分布とを用いて、前記溶銑及び前記溶融スラグの混合比率を求める混合比率導出ステップとをコンピュータに実行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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００７−２４６９５９（Ｐ２００７−２４６９５９Ａ）
【公開日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−６９６９９（Ｐ２００６−６９６９９）
【出願日】平成１８年３月１４日（２００６．３．１４）
【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１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月１４日（２００６．３．１４）
【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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