高炉出銑温度測定システム、高炉出銑温度測定方法、及びコンピュータプログラム
【課題】出銑口における溶銑の温度を連続的に精度良く且つ容易に測定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の画像のデータから濃度ヒストグラムを算出し、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を求める。そして、出銑流２の画像６１のうち、溶銑の画像６３及び溶融スラグ６４の画像に重ならない位置に設定した外乱光測光エリア６２内の平均濃度ＰAを求め、求めた平均濃度ＰAに溶銑の反射率Ｒを乗じて、背光雑音による濃度値ＰNを求める。さらに、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から、背光雑音による濃度値ＰNを減算して溶銑における実際の濃度値ＰTを求め、求めた溶銑における実際の濃度値ＰTを用いて、溶銑における温度を求める。
【解決手段】ＣＣＤカメラ５で撮像された出銑流２の画像のデータから濃度ヒストグラムを算出し、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を求める。そして、出銑流２の画像６１のうち、溶銑の画像６３及び溶融スラグ６４の画像に重ならない位置に設定した外乱光測光エリア６２内の平均濃度ＰAを求め、求めた平均濃度ＰAに溶銑の反射率Ｒを乗じて、背光雑音による濃度値ＰNを求める。さらに、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から、背光雑音による濃度値ＰNを減算して溶銑における実際の濃度値ＰTを求め、求めた溶銑における実際の濃度値ＰTを用いて、溶銑における温度を求める。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉出銑温度測定システム、高炉出銑温度測定方法、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の温度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。
以上のようにして出銑口から流出する溶銑の温度は、高炉内の高温熱場の状態により決まるので、高炉内の健全性を判断する上で重要な指標の一つとなる。
【０００３】
そこで、溶銑の温度を測定する第１の従来技術として、スキンマにより溶融スラグと分離された溶銑に、所謂「使い捨てタイプ」の消耗型熱電対を浸漬させて溶銑の温度を測定する技術がある。かかる技術では、使い捨てにする熱電対のコストや、人手による測定の労力等の制約から、溶銑の測定は間欠的なものになってしまう。
【０００４】
そこで、溶銑の温度を連続的に測定する第２の従来技術として、非接触型の放射温度計を出銑桶の上部に設置し、この放射温度計を用いて出銑桶を流れる溶銑の温度を測定する技術がある（特許文献１、２を参照）。
【０００５】
ところで、出銑が開始されてから暫くの間（例えば数十分間）は、出銑桶（桶耐火物）による溶銑の抜熱が大きいために、溶銑の温度は、出銑口における溶銑の温度よりも低くなる（出銑口から出銑桶までの間で溶銑の温度が降下してしまう）。前述したように、第１及び第２の従来技術では、出銑桶における溶銑の温度を測定しているので、出銑口における温度よりも低い温度を測定してしまうことになる。また、出銑口から出銑桶までの間での溶銑の温度の降下分は一定ではないので、この温度の降下分を予測することは困難である。以上のように、第１及び第２の従来技術では、出銑口における溶銑の温度を精度良く測定することが困難であった。
【０００６】
そこで、出銑口における溶銑の温度を測定する第３の技術として、消耗型金属管被覆光ファイバ温度計を、所定の送り出し速度で出銑口付近に送り込み、出銑口から流出した溶銑内部での熱放射を光ファイバ温度計で直接受光して、出銑口における溶銑の温度を測定する技術がある（特許文献３を参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開平１−２３３３２９号公報
【特許文献２】特開平１−１８５４２２号公報
【特許文献３】特開平８−８２５５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前述した第３の従来技術では、光ファイバ温度計を昇降させる昇降装置や、光ファイバ温度計を溶銑に送り込むためのメジャーロール等の装置が必要になり、装置が大掛かりになる。また、出銑口からガスが噴出すること等によって、出銑口における溶銑及び溶融スラグが飛散する虞があるために、出銑口付近に置かれる装置に高い耐久性が要求される。
【０００９】
以上のように、前述した従来の従来技術では、出銑口における溶銑の温度を精度良く測定することが容易では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、出銑口における溶銑の温度を連続的に精度良く且つ容易に測定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】
【００１０】
本発明の高炉出銑温度測定システムは、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が、１次元又は２次元の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うち、前記溶融物に含まれる溶銑を表す画像の濃度を求める溶銑濃度導出手段と、前記出銑口から流出した溶融物の周囲にある物体が、前記溶融物の放射光により照らされて反射光を発することにより前記溶融物から発せられる雑音光に関わる画像の濃度を求める外乱濃度導出手段と、前記溶銑濃度導出手段により求められた溶銑を表す画像の濃度と、前記外乱濃度導出手段により求められた雑音光に関わる画像の濃度とを用いて、前記溶融物に含まれる溶銑の温度を算出する溶銑温度算出手段とを有することを特徴とする。
【００１１】
本発明の高炉出銑温度測定方法は、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、１次元又は２次元の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うち、前記溶融物に含まれる溶銑を表す画像の濃度を求める溶銑濃度導出ステップと、前記出銑口から流出した溶融物の周囲にある物体が、前記溶融物の放射光により照らされて反射光を発することにより前記溶融物から発せられる雑音光に関わる画像の濃度を求める外乱濃度導出ステップと、前記溶銑濃度導出ステップにより求められた溶銑を表す画像の濃度と、前記外乱濃度導出ステップにより求められた雑音光に関わる画像の濃度とを用いて、前記溶融物に含まれる溶銑の温度を算出する溶銑温度算出ステップとを有することを特徴とする。
【００１２】
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が、１次元又は２次元の濃度分布を示す画像として、撮像手段により撮像されると、その撮像された画像のうち、前記溶融物に含まれる溶銑を表す画像の濃度を求める溶銑濃度導出ステップと、前記出銑口から流出した溶融物の周囲にある物体が、前記溶融物の放射光により照らされて反射光を発することにより前記溶融物から発せられる雑音光に関わる画像の濃度を求める外乱濃度導出ステップと、前記溶銑濃度導出ステップにより求められた溶銑を表す画像の濃度と、前記外乱濃度導出ステップにより求められた雑音光に関わる画像の濃度とを用いて、前記溶融物に含まれる溶銑の温度を算出する溶銑温度算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】
【００１３】
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、１次元又は２次元の濃度分布を示す画像として撮像されると、撮像された画像のうち、溶融物に含まれる溶銑を表す画像の濃度を求めると共に、溶融物から発せられる雑音光に関わる画像の濃度を求める。そして、求めた溶銑を表す画像の濃度と、雑音光に関わる画像の濃度とを用いて、前記溶融物に含まれる溶銑の温度を算出する。
【００１４】
出銑口から流出した溶融物を含む領域の画像に対して、溶融物の濃度情報に基づいて溶銑と溶融スラグを識別することが可能である。よって、溶銑と溶融スラグが未知の比率で混在した状態であっても、溶銑像の濃度を求め、溶銑の温度を正確に求めることができる。
【００１５】
また、雑音光に関わる画像の濃度を求め、溶銑を表す画像の濃度と、雑音光に関わる画像の濃度とを用いて、溶融物に含まれる溶銑の温度を算出するようにしたので、溶融物を表す画像に、雑音光による影響がどの位存在しているのかを、出銑状態に関わらず定量的に把握することができる。よって、溶銑の温度をより一層容易に且つ正確に求めることができる。
【００１６】
さらに、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の温度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、溶銑の温度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。
そして、以上のようにして求めた溶銑の温度を連続的に得ることができるので、求めた温度の変化や推移から、高炉の内部の熱状況を従来よりも迅速に且つ正確に把握することができ、高炉の操業をより安定させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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、溶銑温度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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。このような知見は、従来から使用されていた放射温度計による測定や、肉眼による観察では得ることができなかったものである。
【００２０】
具体的に、本実施形態では、ＣＣＤカメラ５の露光時間を１／１００００秒として、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、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。
【００２１】
ところで、ＣＣＤカメラ５では、０．４μｍ〜０．８μｍ程度の波長帯域の光についてのみ受光感度があり、しかもこの波長帯域内での受光感度は一定ではなく、特有の分光感度特性を有している。そこで、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するのが好ましい。このように波長選択フィルタを用いれば、溶銑の温度を算出するための放射率補正を容易に行うことができるからである。具体的に本実施形態では、中心透過波長が０．６５μｍの光学バンドパスフィルタを波長選択フィルタとして、ＣＣＤカメラ５に取り付けた。
【００２２】
また、本実施形態では、ＣＣＤカメラ５の温度校正を、黒体炉を用いて予め行っておくようにしている。ここで、温度校正とは、黒体放射輝度と、その黒体放射輝度の物体をＣＣＤカメラ５で撮像して得られた画像の濃度との関係を、複数の温度（例えば３点以上）において求めておくことを言う。温度校正の結果は、画像処理装置６に保存される。ここで、本実施形態では、黒体放射輝度と、その黒体放射輝度の物体をＣＣＤカメラ５で撮像して得られた画像の濃度との関係を示す検量線の他に、その検量線から求められる式であって、画像の濃度を温度に変換する濃度・温度変換式を、温度校正の結果として画像処理装置６に保存するようにしている。
【００２３】
このようにして温度校正を行ったＣＣＤカメラ５を用いて、出銑口１ａから流出した出銑流２の画像を撮像する。本実施形態では、６４０×４８０画素のＣＣＤ（Charge Coupled Devices）を有するＣＣＤカメラ５で、約０．４ｍｍの分解能で出銑流を観察した。撮像時の露光時間は、前述したように１／１００００秒である。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。画像処理装置６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。
【００２４】
図２は、ＣＣＤカメラ５を用いて撮像された出銑流２の画像（図２（ａ））と、その画像における濃度ヒストグラム（図２（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２（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２（ｂ）に示す濃度ヒストグラム２２となる。図２（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、溶銑の画像２１ｂ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。
【００２５】
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理由としては、例えば以下のことが挙げられる。第１に、炉内湯溜りの温度に分布やむらがあることが考えられる。第２に、流出する際にたまたま出銑流２の表面に存在する時間が長い流れ成分は、出銑口内壁や大気との接触により、瞬間的かつ局所的に温度低下することにより濃度レベルが下がることが考えられる。第３に、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により、濃度レベルが大きくなることが考えられる。
【００２６】
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３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３（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３（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。
【００２７】
以上のような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。
【００２８】
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での濃度値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、ＣＣＤカメラ５が観測する可視光波長帯域での溶銑の溶射率で放射率補正を行うことにより、溶銑に起因するピークでの濃度値ＰMを用いて、溶銑の温度を計算することができることが明らかになった。
【００２９】
第４に、前述した溶銑に起因するピークでの濃度値ＰMは、出銑流２を取り囲む周囲物体から発せられる反射光による影響を受けているので、この影響を補正することにより、溶銑の温度をより正確に計算することができることが明らかになった。以下、この第４の知見について、詳細に説明する。
【００３０】
図４に、出銑流２を取り囲む周囲物体から発せられる反射光の様子の一例を示す。
出銑流２は１５００℃以上の高温であるのに対し、出銑流２を取り囲む周囲物体７は常温である。よって、出銑口１ａ付近で熱放射光５２を自ら発しているのは、出銑流２のみである。
【００３１】
図４に示すように、出銑流２を取り囲む周囲物体７は、出銑流２から発せられる熱放射光５２によって照らされて明るくなり、反射光（外乱光）５１を発する。この反射光５１の少なくとも一部は、出銑流２に到達する。そして、出銑流２に到達した反射光の少なくとも一部の光５３が溶銑の表面で反射し、この反射した光５３が雑音光としてＣＣＤカメラ５に向かう。そして、この雑音光５３は、出銑流２が発する熱放射光５２に重畳され、背光雑音（迷光雑音）としてＣＣＤカメラ５に取り込まれる。そうすると、濃度ヒストグラムにおいて、溶銑に起因するピークでの濃度値ＰMが、溶銑における実際の濃度値ＰTよりも大きくなる。
【００３２】
図４（ａ）に示す出銑流２ａと、図４（ｂ）に示す出銑流２ｂは、温度が同じであって太さ（流径）が異なるものとする。図４（ｂ）に示すように出銑流２ｂが太くなると、出銑流２ｂから発せられる熱放射光５２ｄ〜５２ｈは、図４（ａ）に示す熱放射光５２ａ〜５２ｃより大きくなり、周囲物体７がより明るく照らされる。よって、図４（ａ）に示す反射光５１ａ〜５１ｃよりも、図４（ｂ）に示す反射光５１ｄ〜５１ｈが大きくなり、ＣＣＤカメラ５に取り込まれる雑音光５３ｂも、図４（ａ）に示す雑音光５３ａより大きくなる（すなわち、背光雑音が大きくなる）。従って、出銑流２ｂが太くなるほど、背光雑音が増大し、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が、溶銑における実際の濃度値ＰTよりも大きくなり、測定誤差も大きくなる。
【００３３】
また、反射光５１の大きさは、出銑流２の太さの他に、出銑流２の温度や、溶銑と溶融スラグとの比率等にも依存する。よって、出銑流２の温度や、溶銑及び溶融スラグの比率等も、出銑流２の太さと同様に測定誤差に影響を与える。
【００３４】
以上のように、背光雑音による測定誤差は一定ではなく、出銑過程により変動する。
出銑流２の画像２１に含まれる溶銑の画像２１ｂの濃度値から放射測温の原理で溶銑の温度を正確に求めることは困難である。前述したように、出銑流２の太さ、出銑流２の温度、及び溶銑と溶融スラグとの比率等の種々の要因によって背光雑音の大きさが異なるので、出銑流２の画像２１に含まれる溶銑の画像２１ｂの濃度値に、背光雑音がどの程度含まれているのかを正確に把握して測温値を補正することが困難だからである。
【００３５】
そこで、本実施形態では、以下のようにして溶銑における実際の濃度値ＰTを求め、求めた濃度値ＰTを用いて溶銑の温度を求めるようにしている。
まず、画像処理装置６は、前述したようにしてＣＣＤカメラ５で撮像された出銑流２の画像のデータを入力し、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。そして、画像処理装置６は、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を求める。
濃度ヒストグラムにおける背景に起因する濃度分布は、常にほぼ同一形状である。背景は、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、以下のようにして溶銑に起因するピークでの濃度値ＰMを求めるようにしている。
【００３６】
まず、図２に示すように、背景の画像２１ａに起因する濃度分布２３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を指定しておく。そして、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、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とする処理が行われる。
【００３７】
このようにして、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を求めた後に、画像処理装置６は、出銑流２の画像に含まれる背光雑音による濃度値ＰNを求める（推定する）。
図５は、ＣＣＤカメラ５を用いて撮像された出銑流２の画像に対して設定された外乱光測光エリアの例を示した図である。この外乱光測光エリア内の画像の濃度値を用いることにより、背光雑音による濃度値ＰNが求められる。
図５（ａ）は、流径が比較的細い出銑流２（出銑初期）の画像６１ａに対して設定された外乱光測光エリア６２を示し、図５（ｂ）は、流径が比較的太い出銑流２（出銑後期）の画像６１ｂに対して設定された外乱光測光エリア６２を示している。
【００３８】
本実施形態では、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、外乱光測光エリア６２は、溶銑の画像６３ａ、６３ｂ及び溶融スラグの画像６４ａ、６４ｂに重ならないように、画像６１ａ、６１ｂ内の所定の位置に設定される。具体的に本実施形態では、外乱光測光エリア６２を、画像６１ａ、６１ｂの上端部付近に設定するようにしている。また、本実施形態では、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、出銑流２の状態に関わらず、同じ外乱光測光エリア６２を画像６１ａ、６１ｂに対して設定するようにしている。
【００３９】
画像処理装置６は、以上のようにして設定した外乱光測光エリア６２内の平均濃度ＰAを計算する。そして、計算した外乱光測光エリア６２内の平均濃度ＰAと、溶銑の反射率Ｒとを用いて、以下の（１）式により、背光雑音による濃度値ＰNを求める。
ＰN＝Ｒ×ＰA ・・・（１）
ここで、溶銑の反射率Ｒは、物理的に検証されている値を使用する。具体例を挙げると、溶銑の反射率Ｒは約０．６である。
【００４０】
次に、画像処理装置６は、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、背光雑音による濃度値ＰNとを用いて、以下の（２）式により、溶銑における実際の濃度値ＰTを求める。
ＰT＝ＰM−ＰN ・・・（２）
【００４１】
次に、画像処理装置６は、ＣＣＤカメラ５に対して黒体炉を用いて行われた温度校正の結果（例えば前述した濃度・温度変換式）を用いて、溶銑における実際の濃度値ＰTから、溶銑における見かけの温度ＴMを算出する。
前述したように、ＣＣＤカメラ５の温度校正では、黒体放射輝度と、その黒体放射輝度の物体をＣＣＤカメラ５で撮像して得られた画像の濃度との関係を求めている。ところが、実際の溶銑は黒体ではなく１未満の放射率を有しており、黒体と異なる放射率を有している。よって、前述したように算出した溶銑における見かけの温度ＴMは、この放射率の相違に起因する誤差が生じている。そこで、この放射率の相違による影響を考慮して、溶銑における見かけの温度ＴMから溶銑における実際の温度ＴTを求める演算を行うのが好ましい。
【００４２】
具体的に、溶銑における実際の温度ＴTと、溶銑における見かけの温度ＴMとの関係は、理論的に以下の（３）式で表される。
ｌｎ（ε）＝Ｃ2／λ・（１／ＴT−１／ＴM） ・・・（３）
ここで、εは溶銑の放射率であり、λは観測波長（波長選択フィルタの透過波長）である。Ｃ2はプランクの第２定数（＝１．４４×１０4［μｍ・Ｋ］）である。このような放射率に対する温度補正演算は放射測温で一般的に行われる。
画像処理装置６は、（３）式を用いて、溶銑における実際の温度ＴTを求め、求めた温度ＴTを表示する等してユーザに報知する。以上のような処理をリアルタイムで繰り返して実行することにより、出銑中の溶銑の温度を連続的に測定してユーザに報知することができる。
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、溶銑温度測定システムが構成されることになる。
【００４３】
次に、図６のフローチャートを参照しながら、溶銑温度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、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、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。そして、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求める。
【００４４】
次に、ステップＳ３において、ステップＳ１で入力した画像に対して、外乱光測光エリア６２を設定し、設定した外乱光測光エリア６２の平均濃度ＰAを計算する。尚、本実施形態では、外乱光測光エリア６２の形状、大きさ、及び位置は、予め定められているものとする。
次に、ステップＳ４において、ステップＳ３で計算した外乱光測光エリア６２内の平均濃度ＰAに、溶銑の反射率Ｒを乗じて、背光雑音による濃度値ＰNを求める（（１）式を参照）。
【００４５】
次に、ステップＳ５において、ステップＳ２で求めた、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から、ステップＳ４で求めた、背光雑音による濃度値ＰNを減じて、溶銑における実際の濃度値ＰTを求める（（２）式を参照）。
次に、ステップＳ６において、ＣＣＤカメラ５に対して行われた温度校正のデータ結果（例えば黒体炉の黒体放射輝度をＣＣＤカメラ５で撮像して測定対象温度と画像濃度との関係を実測して決定した濃度・温度変換式のデータ）を用いて、溶銑における実際の濃度値ＰTから、溶銑における見かけの温度ＴMを算出する。さらに、前述した（３）式を用いて放射率補正演算を実行して、溶銑における実際の温度ＴTを求める。放射率の値は予め指定しておく。求めた溶銑温度ＴTの時系列データを表示する。
【００４６】
次に、ステップＳ７において、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〜Ｓ７を繰り返し行う。
【００４７】
図７は、本実施形態の手法で求めた溶銑の温度と、浸漬消耗型熱電対プローブを用いて測定した溶銑の温度と、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から求めた溶銑の温度とを示した図である。
ここで、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から求めた溶銑の温度とは、（１）式及び（２）式の計算を行わずに、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から、溶銑における見かけの温度を算出し、算出した温度を（３）式に代入して求めた溶銑の温度を言う。
【００４８】
図７において、実線は、本実施形態の手法で求めた溶銑の温度を示し、黒丸（●）は、浸漬消耗型熱電対プローブを用いて測定した溶銑の温度を示し、破線は、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から求めた溶銑の温度を示す。
ここで、浸漬消耗型熱電対プローブを用いた測定は、出銑口１ａ付近の出銑流２に浸漬消耗型熱電対プローブを浸漬させて溶銑の温度を直接的に測定しているので、測定される温度の信頼性は極めて高い。
【００４９】
図７に示すように、本実施形態のように背光雑音の画像への影響の補正を行って溶銑の温度を求めた場合の方が、その補正を行わずに溶銑の温度を求めた場合よりも、浸漬消耗型熱電対プローブによる測定温度（真の温度）に近い温度を求めることができ、当然ながら、浸漬消耗型熱電対プローブのように間欠的な測定ではなく、連続的な測定を行うことができる。
【００５０】
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８に示すようなものになる。
【００５１】
図８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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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の画像のデータから濃度ヒストグラムを算出し、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を求める。そして、出銑流２の画像６１のうち、溶銑の画像６３及び溶融スラグ６４の画像に重ならない位置に設定した外乱光測光エリア６２内の平均濃度ＰAを求め、求めた平均濃度ＰAに溶銑の反射率Ｒを乗じて、背光雑音による濃度値ＰNを求める。さらに、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から、背光雑音による濃度値ＰNを減算して溶銑における実際の濃度値ＰTを求め、求めた溶銑における実際の濃度値ＰTを用いて、溶銑における温度を求める。
【００５６】
このように、ＣＣＤカメラ５で撮像された出銑流２の画像のデータから濃度ヒストグラムを算出して、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を明確に分けるようにしたので、溶銑と溶融スラグが未知の比率で混在した状態であっても、溶銑の温度を容易に且つ正確に求めることができる。
【００５７】
また、出銑流２の画像６１内の位置であって、溶銑の画像６３及び溶融スラグ６４の画像に重ならない位置に設定した外乱光測光エリア６２内の平均濃度ＰAに、溶銑の反射率Ｒを乗じて、背光雑音による濃度値ＰNを求めるようにしたので、溶銑の画像６３及び溶融スラグの画像６４に、背光雑音による影響がどの位存在しているのかを、出銑状態に関わらず定量的に把握することができる。よって、溶銑の温度をより一層容易に且つ正確に求めることができる。
【００５８】
さらに、出銑口１ａ付近に装置を設置せずに、出銑口１ａから離れた位置に配設されたＣＣＤカメラ５で撮像された出銑流２の画像を用いて溶銑の温度を求めるようにしたので、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。
そして、以上のようにして求めた溶銑の温度を連続的に得ることができるので、求めた温度の変化や推移から、高炉１の内部の熱状況を従来よりも迅速に且つ正確に把握することができ、高炉１の操業をより安定させることができる。
【００５９】
尚、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。
【００６０】
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９（ａ）に示すように、濃度ヒストグラム９１に、溶銑を表す部分のピーク９２と、溶融スラグを表す部分のピーク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９（ｂ）に示すように、濃度ヒストグラム９１に、溶銑を表す部分のピーク９２と、溶融スラグを表す部分のピーク９３とが個別に存在しなくなり、溶銑の温度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。
【００６１】
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。
【００６２】
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を用いて、１次元の濃度分布を示す画像を撮像し、撮像した１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、前述したようにして溶銑の温度を求めるようにしてもよい。
また、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、前述したようにして溶銑の温度を求めるようにしてもよい。
【００６３】
さらに、出銑流２の狭い１点のみを観察するビームスポット撮像装置をＣＣＤカメラ５の代わりに用いてもよい。このビームスポット撮像装置を用いて、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、時間方向に１次元の濃度分布を示す画像を形成し、形成した１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、前述したようにして溶銑の温度を求めるようにしてもよい。
【００６４】
また、前述したように、波長選択フィルタを用いれば、温度校正を容易に行うことができ好ましいが、必ずしも波長選択フィルタを用いる必要はない。このように波長選択フィルタを用いない場合には、ＣＣＤカメラ５等の撮像装置の検出波長帯域における撮像装置の分光感度特性、溶銑の分光放射率、ならびに黒体放射の分光特性から、溶銑の実効放射率を求めるようにする。具体的には、撮像装置の受光感度範囲内において、撮像装置の分光特性と熱放射（黒体放射）の分光特性で波長毎に重み付けした上で波長平均した溶銑の放射率を用いるようにするのが好ましい。また、出銑流２そのものを用いて温度校正を行うようにしてもよい。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
さらに、外乱光測光エリア６２の位置は、溶銑６３ａ、６３ｂの画像及び溶融スラグの画像６４ａ、６４ｂに重ならない位置であって、画像６１ａ、６１ｂ内の位置であれば、図５に示した位置に限定されない。
また、外乱光測光エリア６２の大きさ及び形状は、外乱光測光エリア６２の平均濃度を適切に求めることができれば、どのようなものであってもよいが、外乱光測光エリア６２の平均濃度から、背光雑音による濃度値ＰNを求めるので、外乱光測光エリア６２の大きさは、可及的に大きい方が好ましい。
【００６８】
さらに、本実施形態では、出銑流２の状態に関わらず、同じ外乱光測光エリア６２を画像６１ａ、６１ｂに対して設定するようにしたが、出銑状態に応じて異なる外乱光測光エリアを設定するようにしてもよい。
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。
【００６９】
（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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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】
【００７４】
【図１】本発明の実施形態を示し、溶銑温度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、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３】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４】本発明の実施形態を示し、出銑流を取り囲む周囲物体から発せられる反射光の様子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２の画像に対して設定された外乱光測光エリアの例を示した図である。
【図６】本発明の実施形態を示し、溶銑温度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７】本発明の実施形態を示し、本実施形態の手法で求めた溶銑の温度と、浸漬消耗型熱電対プローブを用いて測定した溶銑の温度と、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から求めた溶銑の温度とを示した図である。
【図８】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９】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】
【００７５】
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 出銑流の画像
２２、３１、３４ 濃度ヒストグラム
２３ 背景に起因する濃度分布
２４、３２、３５ 溶銑に起因する濃度分布
２５、３３、３６ 溶融スラグに起因する濃度分布
５１、５３ 反射光（外乱光）
５２ 熱放射光
６１ 出銑流の画像
６２ 外乱光測光エリア
６３ 溶銑の画像
６４ 溶融スラグの画像
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉出銑温度測定システム、高炉出銑温度測定方法、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の温度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。
以上のようにして出銑口から流出する溶銑の温度は、高炉内の高温熱場の状態により決まるので、高炉内の健全性を判断する上で重要な指標の一つとなる。
【０００３】
そこで、溶銑の温度を測定する第１の従来技術として、スキンマにより溶融スラグと分離された溶銑に、所謂「使い捨てタイプ」の消耗型熱電対を浸漬させて溶銑の温度を測定する技術がある。かかる技術では、使い捨てにする熱電対のコストや、人手による測定の労力等の制約から、溶銑の測定は間欠的なものになってしまう。
【０００４】
そこで、溶銑の温度を連続的に測定する第２の従来技術として、非接触型の放射温度計を出銑桶の上部に設置し、この放射温度計を用いて出銑桶を流れる溶銑の温度を測定する技術がある（特許文献１、２を参照）。
【０００５】
ところで、出銑が開始されてから暫くの間（例えば数十分間）は、出銑桶（桶耐火物）による溶銑の抜熱が大きいために、溶銑の温度は、出銑口における溶銑の温度よりも低くなる（出銑口から出銑桶までの間で溶銑の温度が降下してしまう）。前述したように、第１及び第２の従来技術では、出銑桶における溶銑の温度を測定しているので、出銑口における温度よりも低い温度を測定してしまうことになる。また、出銑口から出銑桶までの間での溶銑の温度の降下分は一定ではないので、この温度の降下分を予測することは困難である。以上のように、第１及び第２の従来技術では、出銑口における溶銑の温度を精度良く測定することが困難であった。
【０００６】
そこで、出銑口における溶銑の温度を測定する第３の技術として、消耗型金属管被覆光ファイバ温度計を、所定の送り出し速度で出銑口付近に送り込み、出銑口から流出した溶銑内部での熱放射を光ファイバ温度計で直接受光して、出銑口における溶銑の温度を測定する技術がある（特許文献３を参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開平１−２３３３２９号公報
【特許文献２】特開平１−１８５４２２号公報
【特許文献３】特開平８−８２５５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前述した第３の従来技術では、光ファイバ温度計を昇降させる昇降装置や、光ファイバ温度計を溶銑に送り込むためのメジャーロール等の装置が必要になり、装置が大掛かりになる。また、出銑口からガスが噴出すること等によって、出銑口における溶銑及び溶融スラグが飛散する虞があるために、出銑口付近に置かれる装置に高い耐久性が要求される。
【０００９】
以上のように、前述した従来の従来技術では、出銑口における溶銑の温度を精度良く測定することが容易では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、出銑口における溶銑の温度を連続的に精度良く且つ容易に測定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】
【００１０】
本発明の高炉出銑温度測定システムは、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が、１次元又は２次元の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うち、前記溶融物に含まれる溶銑を表す画像の濃度を求める溶銑濃度導出手段と、前記出銑口から流出した溶融物の周囲にある物体が、前記溶融物の放射光により照らされて反射光を発することにより前記溶融物から発せられる雑音光に関わる画像の濃度を求める外乱濃度導出手段と、前記溶銑濃度導出手段により求められた溶銑を表す画像の濃度と、前記外乱濃度導出手段により求められた雑音光に関わる画像の濃度とを用いて、前記溶融物に含まれる溶銑の温度を算出する溶銑温度算出手段とを有することを特徴とする。
【００１１】
本発明の高炉出銑温度測定方法は、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、１次元又は２次元の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うち、前記溶融物に含まれる溶銑を表す画像の濃度を求める溶銑濃度導出ステップと、前記出銑口から流出した溶融物の周囲にある物体が、前記溶融物の放射光により照らされて反射光を発することにより前記溶融物から発せられる雑音光に関わる画像の濃度を求める外乱濃度導出ステップと、前記溶銑濃度導出ステップにより求められた溶銑を表す画像の濃度と、前記外乱濃度導出ステップにより求められた雑音光に関わる画像の濃度とを用いて、前記溶融物に含まれる溶銑の温度を算出する溶銑温度算出ステップとを有することを特徴とする。
【００１２】
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が、１次元又は２次元の濃度分布を示す画像として、撮像手段により撮像されると、その撮像された画像のうち、前記溶融物に含まれる溶銑を表す画像の濃度を求める溶銑濃度導出ステップと、前記出銑口から流出した溶融物の周囲にある物体が、前記溶融物の放射光により照らされて反射光を発することにより前記溶融物から発せられる雑音光に関わる画像の濃度を求める外乱濃度導出ステップと、前記溶銑濃度導出ステップにより求められた溶銑を表す画像の濃度と、前記外乱濃度導出ステップにより求められた雑音光に関わる画像の濃度とを用いて、前記溶融物に含まれる溶銑の温度を算出する溶銑温度算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】
【００１３】
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、１次元又は２次元の濃度分布を示す画像として撮像されると、撮像された画像のうち、溶融物に含まれる溶銑を表す画像の濃度を求めると共に、溶融物から発せられる雑音光に関わる画像の濃度を求める。そして、求めた溶銑を表す画像の濃度と、雑音光に関わる画像の濃度とを用いて、前記溶融物に含まれる溶銑の温度を算出する。
【００１４】
出銑口から流出した溶融物を含む領域の画像に対して、溶融物の濃度情報に基づいて溶銑と溶融スラグを識別することが可能である。よって、溶銑と溶融スラグが未知の比率で混在した状態であっても、溶銑像の濃度を求め、溶銑の温度を正確に求めることができる。
【００１５】
また、雑音光に関わる画像の濃度を求め、溶銑を表す画像の濃度と、雑音光に関わる画像の濃度とを用いて、溶融物に含まれる溶銑の温度を算出するようにしたので、溶融物を表す画像に、雑音光による影響がどの位存在しているのかを、出銑状態に関わらず定量的に把握することができる。よって、溶銑の温度をより一層容易に且つ正確に求めることができる。
【００１６】
さらに、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の温度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、溶銑の温度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。
そして、以上のようにして求めた溶銑の温度を連続的に得ることができるので、求めた温度の変化や推移から、高炉の内部の熱状況を従来よりも迅速に且つ正確に把握することができ、高炉の操業をより安定させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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、溶銑温度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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。このような知見は、従来から使用されていた放射温度計による測定や、肉眼による観察では得ることができなかったものである。
【００２０】
具体的に、本実施形態では、ＣＣＤカメラ５の露光時間を１／１００００秒として、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、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。
【００２１】
ところで、ＣＣＤカメラ５では、０．４μｍ〜０．８μｍ程度の波長帯域の光についてのみ受光感度があり、しかもこの波長帯域内での受光感度は一定ではなく、特有の分光感度特性を有している。そこで、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するのが好ましい。このように波長選択フィルタを用いれば、溶銑の温度を算出するための放射率補正を容易に行うことができるからである。具体的に本実施形態では、中心透過波長が０．６５μｍの光学バンドパスフィルタを波長選択フィルタとして、ＣＣＤカメラ５に取り付けた。
【００２２】
また、本実施形態では、ＣＣＤカメラ５の温度校正を、黒体炉を用いて予め行っておくようにしている。ここで、温度校正とは、黒体放射輝度と、その黒体放射輝度の物体をＣＣＤカメラ５で撮像して得られた画像の濃度との関係を、複数の温度（例えば３点以上）において求めておくことを言う。温度校正の結果は、画像処理装置６に保存される。ここで、本実施形態では、黒体放射輝度と、その黒体放射輝度の物体をＣＣＤカメラ５で撮像して得られた画像の濃度との関係を示す検量線の他に、その検量線から求められる式であって、画像の濃度を温度に変換する濃度・温度変換式を、温度校正の結果として画像処理装置６に保存するようにしている。
【００２３】
このようにして温度校正を行ったＣＣＤカメラ５を用いて、出銑口１ａから流出した出銑流２の画像を撮像する。本実施形態では、６４０×４８０画素のＣＣＤ（Charge Coupled Devices）を有するＣＣＤカメラ５で、約０．４ｍｍの分解能で出銑流を観察した。撮像時の露光時間は、前述したように１／１００００秒である。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。画像処理装置６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。
【００２４】
図２は、ＣＣＤカメラ５を用いて撮像された出銑流２の画像（図２（ａ））と、その画像における濃度ヒストグラム（図２（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２（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２（ｂ）に示す濃度ヒストグラム２２となる。図２（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、溶銑の画像２１ｂ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。
【００２５】
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理由としては、例えば以下のことが挙げられる。第１に、炉内湯溜りの温度に分布やむらがあることが考えられる。第２に、流出する際にたまたま出銑流２の表面に存在する時間が長い流れ成分は、出銑口内壁や大気との接触により、瞬間的かつ局所的に温度低下することにより濃度レベルが下がることが考えられる。第３に、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により、濃度レベルが大きくなることが考えられる。
【００２６】
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３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３（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３（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。
【００２７】
以上のような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。
【００２８】
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での濃度値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、ＣＣＤカメラ５が観測する可視光波長帯域での溶銑の溶射率で放射率補正を行うことにより、溶銑に起因するピークでの濃度値ＰMを用いて、溶銑の温度を計算することができることが明らかになった。
【００２９】
第４に、前述した溶銑に起因するピークでの濃度値ＰMは、出銑流２を取り囲む周囲物体から発せられる反射光による影響を受けているので、この影響を補正することにより、溶銑の温度をより正確に計算することができることが明らかになった。以下、この第４の知見について、詳細に説明する。
【００３０】
図４に、出銑流２を取り囲む周囲物体から発せられる反射光の様子の一例を示す。
出銑流２は１５００℃以上の高温であるのに対し、出銑流２を取り囲む周囲物体７は常温である。よって、出銑口１ａ付近で熱放射光５２を自ら発しているのは、出銑流２のみである。
【００３１】
図４に示すように、出銑流２を取り囲む周囲物体７は、出銑流２から発せられる熱放射光５２によって照らされて明るくなり、反射光（外乱光）５１を発する。この反射光５１の少なくとも一部は、出銑流２に到達する。そして、出銑流２に到達した反射光の少なくとも一部の光５３が溶銑の表面で反射し、この反射した光５３が雑音光としてＣＣＤカメラ５に向かう。そして、この雑音光５３は、出銑流２が発する熱放射光５２に重畳され、背光雑音（迷光雑音）としてＣＣＤカメラ５に取り込まれる。そうすると、濃度ヒストグラムにおいて、溶銑に起因するピークでの濃度値ＰMが、溶銑における実際の濃度値ＰTよりも大きくなる。
【００３２】
図４（ａ）に示す出銑流２ａと、図４（ｂ）に示す出銑流２ｂは、温度が同じであって太さ（流径）が異なるものとする。図４（ｂ）に示すように出銑流２ｂが太くなると、出銑流２ｂから発せられる熱放射光５２ｄ〜５２ｈは、図４（ａ）に示す熱放射光５２ａ〜５２ｃより大きくなり、周囲物体７がより明るく照らされる。よって、図４（ａ）に示す反射光５１ａ〜５１ｃよりも、図４（ｂ）に示す反射光５１ｄ〜５１ｈが大きくなり、ＣＣＤカメラ５に取り込まれる雑音光５３ｂも、図４（ａ）に示す雑音光５３ａより大きくなる（すなわち、背光雑音が大きくなる）。従って、出銑流２ｂが太くなるほど、背光雑音が増大し、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が、溶銑における実際の濃度値ＰTよりも大きくなり、測定誤差も大きくなる。
【００３３】
また、反射光５１の大きさは、出銑流２の太さの他に、出銑流２の温度や、溶銑と溶融スラグとの比率等にも依存する。よって、出銑流２の温度や、溶銑及び溶融スラグの比率等も、出銑流２の太さと同様に測定誤差に影響を与える。
【００３４】
以上のように、背光雑音による測定誤差は一定ではなく、出銑過程により変動する。
出銑流２の画像２１に含まれる溶銑の画像２１ｂの濃度値から放射測温の原理で溶銑の温度を正確に求めることは困難である。前述したように、出銑流２の太さ、出銑流２の温度、及び溶銑と溶融スラグとの比率等の種々の要因によって背光雑音の大きさが異なるので、出銑流２の画像２１に含まれる溶銑の画像２１ｂの濃度値に、背光雑音がどの程度含まれているのかを正確に把握して測温値を補正することが困難だからである。
【００３５】
そこで、本実施形態では、以下のようにして溶銑における実際の濃度値ＰTを求め、求めた濃度値ＰTを用いて溶銑の温度を求めるようにしている。
まず、画像処理装置６は、前述したようにしてＣＣＤカメラ５で撮像された出銑流２の画像のデータを入力し、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。そして、画像処理装置６は、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を求める。
濃度ヒストグラムにおける背景に起因する濃度分布は、常にほぼ同一形状である。背景は、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、以下のようにして溶銑に起因するピークでの濃度値ＰMを求めるようにしている。
【００３６】
まず、図２に示すように、背景の画像２１ａに起因する濃度分布２３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を指定しておく。そして、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、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とする処理が行われる。
【００３７】
このようにして、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を求めた後に、画像処理装置６は、出銑流２の画像に含まれる背光雑音による濃度値ＰNを求める（推定する）。
図５は、ＣＣＤカメラ５を用いて撮像された出銑流２の画像に対して設定された外乱光測光エリアの例を示した図である。この外乱光測光エリア内の画像の濃度値を用いることにより、背光雑音による濃度値ＰNが求められる。
図５（ａ）は、流径が比較的細い出銑流２（出銑初期）の画像６１ａに対して設定された外乱光測光エリア６２を示し、図５（ｂ）は、流径が比較的太い出銑流２（出銑後期）の画像６１ｂに対して設定された外乱光測光エリア６２を示している。
【００３８】
本実施形態では、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、外乱光測光エリア６２は、溶銑の画像６３ａ、６３ｂ及び溶融スラグの画像６４ａ、６４ｂに重ならないように、画像６１ａ、６１ｂ内の所定の位置に設定される。具体的に本実施形態では、外乱光測光エリア６２を、画像６１ａ、６１ｂの上端部付近に設定するようにしている。また、本実施形態では、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、出銑流２の状態に関わらず、同じ外乱光測光エリア６２を画像６１ａ、６１ｂに対して設定するようにしている。
【００３９】
画像処理装置６は、以上のようにして設定した外乱光測光エリア６２内の平均濃度ＰAを計算する。そして、計算した外乱光測光エリア６２内の平均濃度ＰAと、溶銑の反射率Ｒとを用いて、以下の（１）式により、背光雑音による濃度値ＰNを求める。
ＰN＝Ｒ×ＰA ・・・（１）
ここで、溶銑の反射率Ｒは、物理的に検証されている値を使用する。具体例を挙げると、溶銑の反射率Ｒは約０．６である。
【００４０】
次に、画像処理装置６は、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、背光雑音による濃度値ＰNとを用いて、以下の（２）式により、溶銑における実際の濃度値ＰTを求める。
ＰT＝ＰM−ＰN ・・・（２）
【００４１】
次に、画像処理装置６は、ＣＣＤカメラ５に対して黒体炉を用いて行われた温度校正の結果（例えば前述した濃度・温度変換式）を用いて、溶銑における実際の濃度値ＰTから、溶銑における見かけの温度ＴMを算出する。
前述したように、ＣＣＤカメラ５の温度校正では、黒体放射輝度と、その黒体放射輝度の物体をＣＣＤカメラ５で撮像して得られた画像の濃度との関係を求めている。ところが、実際の溶銑は黒体ではなく１未満の放射率を有しており、黒体と異なる放射率を有している。よって、前述したように算出した溶銑における見かけの温度ＴMは、この放射率の相違に起因する誤差が生じている。そこで、この放射率の相違による影響を考慮して、溶銑における見かけの温度ＴMから溶銑における実際の温度ＴTを求める演算を行うのが好ましい。
【００４２】
具体的に、溶銑における実際の温度ＴTと、溶銑における見かけの温度ＴMとの関係は、理論的に以下の（３）式で表される。
ｌｎ（ε）＝Ｃ2／λ・（１／ＴT−１／ＴM） ・・・（３）
ここで、εは溶銑の放射率であり、λは観測波長（波長選択フィルタの透過波長）である。Ｃ2はプランクの第２定数（＝１．４４×１０4［μｍ・Ｋ］）である。このような放射率に対する温度補正演算は放射測温で一般的に行われる。
画像処理装置６は、（３）式を用いて、溶銑における実際の温度ＴTを求め、求めた温度ＴTを表示する等してユーザに報知する。以上のような処理をリアルタイムで繰り返して実行することにより、出銑中の溶銑の温度を連続的に測定してユーザに報知することができる。
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、溶銑温度測定システムが構成されることになる。
【００４３】
次に、図６のフローチャートを参照しながら、溶銑温度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、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、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。そして、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求める。
【００４４】
次に、ステップＳ３において、ステップＳ１で入力した画像に対して、外乱光測光エリア６２を設定し、設定した外乱光測光エリア６２の平均濃度ＰAを計算する。尚、本実施形態では、外乱光測光エリア６２の形状、大きさ、及び位置は、予め定められているものとする。
次に、ステップＳ４において、ステップＳ３で計算した外乱光測光エリア６２内の平均濃度ＰAに、溶銑の反射率Ｒを乗じて、背光雑音による濃度値ＰNを求める（（１）式を参照）。
【００４５】
次に、ステップＳ５において、ステップＳ２で求めた、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から、ステップＳ４で求めた、背光雑音による濃度値ＰNを減じて、溶銑における実際の濃度値ＰTを求める（（２）式を参照）。
次に、ステップＳ６において、ＣＣＤカメラ５に対して行われた温度校正のデータ結果（例えば黒体炉の黒体放射輝度をＣＣＤカメラ５で撮像して測定対象温度と画像濃度との関係を実測して決定した濃度・温度変換式のデータ）を用いて、溶銑における実際の濃度値ＰTから、溶銑における見かけの温度ＴMを算出する。さらに、前述した（３）式を用いて放射率補正演算を実行して、溶銑における実際の温度ＴTを求める。放射率の値は予め指定しておく。求めた溶銑温度ＴTの時系列データを表示する。
【００４６】
次に、ステップＳ７において、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〜Ｓ７を繰り返し行う。
【００４７】
図７は、本実施形態の手法で求めた溶銑の温度と、浸漬消耗型熱電対プローブを用いて測定した溶銑の温度と、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から求めた溶銑の温度とを示した図である。
ここで、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から求めた溶銑の温度とは、（１）式及び（２）式の計算を行わずに、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から、溶銑における見かけの温度を算出し、算出した温度を（３）式に代入して求めた溶銑の温度を言う。
【００４８】
図７において、実線は、本実施形態の手法で求めた溶銑の温度を示し、黒丸（●）は、浸漬消耗型熱電対プローブを用いて測定した溶銑の温度を示し、破線は、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から求めた溶銑の温度を示す。
ここで、浸漬消耗型熱電対プローブを用いた測定は、出銑口１ａ付近の出銑流２に浸漬消耗型熱電対プローブを浸漬させて溶銑の温度を直接的に測定しているので、測定される温度の信頼性は極めて高い。
【００４９】
図７に示すように、本実施形態のように背光雑音の画像への影響の補正を行って溶銑の温度を求めた場合の方が、その補正を行わずに溶銑の温度を求めた場合よりも、浸漬消耗型熱電対プローブによる測定温度（真の温度）に近い温度を求めることができ、当然ながら、浸漬消耗型熱電対プローブのように間欠的な測定ではなく、連続的な測定を行うことができる。
【００５０】
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８に示すようなものになる。
【００５１】
図８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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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の画像のデータから濃度ヒストグラムを算出し、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を求める。そして、出銑流２の画像６１のうち、溶銑の画像６３及び溶融スラグ６４の画像に重ならない位置に設定した外乱光測光エリア６２内の平均濃度ＰAを求め、求めた平均濃度ＰAに溶銑の反射率Ｒを乗じて、背光雑音による濃度値ＰNを求める。さらに、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から、背光雑音による濃度値ＰNを減算して溶銑における実際の濃度値ＰTを求め、求めた溶銑における実際の濃度値ＰTを用いて、溶銑における温度を求める。
【００５６】
このように、ＣＣＤカメラ５で撮像された出銑流２の画像のデータから濃度ヒストグラムを算出して、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を明確に分けるようにしたので、溶銑と溶融スラグが未知の比率で混在した状態であっても、溶銑の温度を容易に且つ正確に求めることができる。
【００５７】
また、出銑流２の画像６１内の位置であって、溶銑の画像６３及び溶融スラグ６４の画像に重ならない位置に設定した外乱光測光エリア６２内の平均濃度ＰAに、溶銑の反射率Ｒを乗じて、背光雑音による濃度値ＰNを求めるようにしたので、溶銑の画像６３及び溶融スラグの画像６４に、背光雑音による影響がどの位存在しているのかを、出銑状態に関わらず定量的に把握することができる。よって、溶銑の温度をより一層容易に且つ正確に求めることができる。
【００５８】
さらに、出銑口１ａ付近に装置を設置せずに、出銑口１ａから離れた位置に配設されたＣＣＤカメラ５で撮像された出銑流２の画像を用いて溶銑の温度を求めるようにしたので、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。
そして、以上のようにして求めた溶銑の温度を連続的に得ることができるので、求めた温度の変化や推移から、高炉１の内部の熱状況を従来よりも迅速に且つ正確に把握することができ、高炉１の操業をより安定させることができる。
【００５９】
尚、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。
【００６０】
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９（ａ）に示すように、濃度ヒストグラム９１に、溶銑を表す部分のピーク９２と、溶融スラグを表す部分のピーク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９（ｂ）に示すように、濃度ヒストグラム９１に、溶銑を表す部分のピーク９２と、溶融スラグを表す部分のピーク９３とが個別に存在しなくなり、溶銑の温度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。
【００６１】
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。
【００６２】
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を用いて、１次元の濃度分布を示す画像を撮像し、撮像した１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、前述したようにして溶銑の温度を求めるようにしてもよい。
また、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、前述したようにして溶銑の温度を求めるようにしてもよい。
【００６３】
さらに、出銑流２の狭い１点のみを観察するビームスポット撮像装置をＣＣＤカメラ５の代わりに用いてもよい。このビームスポット撮像装置を用いて、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、時間方向に１次元の濃度分布を示す画像を形成し、形成した１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、前述したようにして溶銑の温度を求めるようにしてもよい。
【００６４】
また、前述したように、波長選択フィルタを用いれば、温度校正を容易に行うことができ好ましいが、必ずしも波長選択フィルタを用いる必要はない。このように波長選択フィルタを用いない場合には、ＣＣＤカメラ５等の撮像装置の検出波長帯域における撮像装置の分光感度特性、溶銑の分光放射率、ならびに黒体放射の分光特性から、溶銑の実効放射率を求めるようにする。具体的には、撮像装置の受光感度範囲内において、撮像装置の分光特性と熱放射（黒体放射）の分光特性で波長毎に重み付けした上で波長平均した溶銑の放射率を用いるようにするのが好ましい。また、出銑流２そのものを用いて温度校正を行うようにしてもよい。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
さらに、外乱光測光エリア６２の位置は、溶銑６３ａ、６３ｂの画像及び溶融スラグの画像６４ａ、６４ｂに重ならない位置であって、画像６１ａ、６１ｂ内の位置であれば、図５に示した位置に限定されない。
また、外乱光測光エリア６２の大きさ及び形状は、外乱光測光エリア６２の平均濃度を適切に求めることができれば、どのようなものであってもよいが、外乱光測光エリア６２の平均濃度から、背光雑音による濃度値ＰNを求めるので、外乱光測光エリア６２の大きさは、可及的に大きい方が好ましい。
【００６８】
さらに、本実施形態では、出銑流２の状態に関わらず、同じ外乱光測光エリア６２を画像６１ａ、６１ｂに対して設定するようにしたが、出銑状態に応じて異なる外乱光測光エリアを設定するようにしてもよい。
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。
【００６９】
（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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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】
【００７４】
【図１】本発明の実施形態を示し、溶銑温度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、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３】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４】本発明の実施形態を示し、出銑流を取り囲む周囲物体から発せられる反射光の様子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２の画像に対して設定された外乱光測光エリアの例を示した図である。
【図６】本発明の実施形態を示し、溶銑温度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７】本発明の実施形態を示し、本実施形態の手法で求めた溶銑の温度と、浸漬消耗型熱電対プローブを用いて測定した溶銑の温度と、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から求めた溶銑の温度とを示した図である。
【図８】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９】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】
【００７５】
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 出銑流の画像
２２、３１、３４ 濃度ヒストグラム
２３ 背景に起因する濃度分布
２４、３２、３５ 溶銑に起因する濃度分布
２５、３３、３６ 溶融スラグに起因する濃度分布
５１、５３ 反射光（外乱光）
５２ 熱放射光
６１ 出銑流の画像
６２ 外乱光測光エリア
６３ 溶銑の画像
６４ 溶融スラグの画像
【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が、１次元又は２次元の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うち、前記溶融物に含まれる溶銑を表す画像の濃度を求める溶銑濃度導出手段と、
前記出銑口から流出した溶融物の周囲にある物体が、前記溶融物の放射光により照らされて反射光を発することにより前記溶融物から発せられる雑音光に関わる画像の濃度を求める外乱濃度導出手段と、
前記溶銑濃度導出手段により求められた溶銑を表す画像の濃度と、前記外乱濃度導出手段により求められた雑音光に関わる画像の濃度とを用いて、前記溶融物に含まれる溶銑の温度を算出する溶銑温度算出手段とを有することを特徴とする高炉出銑温度測定システム。
【請求項２】
前記外乱濃度導出手段は、前記撮像された画像のうち、前記溶融物を表す画像と異なる領域の画像の濃度を用いて、前記溶融物から発せられる雑音光に関わる画像の濃度を求めることを特徴とする請求項１に記載の高炉出銑温度測定システム。
【請求項３】
前記外乱濃度導出手段は、前記撮像された画像のうち、前記溶融物を表す画像と異なる領域の画像の平均濃度に、前記溶融物に含まれる溶銑の反射率を乗じて、前記溶融物から発せられる雑音光に関わる画像の濃度を求めることを特徴とする請求項２に記載の高炉出銑温度測定システム。
【請求項４】
前記溶銑濃度導出手段は、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し、算出した濃度ヒストグラムのうち、溶銑相当部分における濃度ヒストグラムがピークを示す点での濃度値を、前記溶融物に含まれる溶銑を表す画像の濃度として求めることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の高炉出銑温度測定システム。
【請求項５】
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１〜４の何れか１項に記載の高炉出銑温度測定システム。
【請求項６】
前記溶銑温度算出手段は、前記溶銑濃度導出手段により求められた溶銑を表す画像の濃度から、前記外乱濃度導出手段により求められた雑音光に関わる画像の濃度を減算した濃度値と、予め求めた温度校正の結果とを用いて、前記溶融物に含まれる溶銑の温度を算出することを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の高炉出銑温度測定システム。
【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、１次元又は２次元の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うち、前記溶融物に含まれる溶銑を表す画像の濃度を求める溶銑濃度導出ステップと、
前記出銑口から流出した溶融物の周囲にある物体が、前記溶融物の放射光により照らされて反射光を発することにより前記溶融物から発せられる雑音光に関わる画像の濃度を求める外乱濃度導出ステップと、
前記溶銑濃度導出ステップにより求められた溶銑を表す画像の濃度と、前記外乱濃度導出ステップにより求められた雑音光に関わる画像の濃度とを用いて、前記溶融物に含まれる溶銑の温度を算出する溶銑温度算出ステップとを有することを特徴とする高炉出銑温度測定方法。
【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が、１次元又は２次元の濃度分布を示す画像として、撮像手段により撮像されると、その撮像された画像のうち、前記溶融物に含まれる溶銑を表す画像の濃度を求める溶銑濃度導出ステップと、
前記出銑口から流出した溶融物の周囲にある物体が、前記溶融物の放射光により照らされて反射光を発することにより前記溶融物から発せられる雑音光に関わる画像の濃度を求める外乱濃度導出ステップと、
前記溶銑濃度導出ステップにより求められた溶銑を表す画像の濃度と、前記外乱濃度導出ステップにより求められた雑音光に関わる画像の濃度とを用いて、前記溶融物に含まれる溶銑の温度を算出する溶銑温度算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が、１次元又は２次元の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うち、前記溶融物に含まれる溶銑を表す画像の濃度を求める溶銑濃度導出手段と、
前記出銑口から流出した溶融物の周囲にある物体が、前記溶融物の放射光により照らされて反射光を発することにより前記溶融物から発せられる雑音光に関わる画像の濃度を求める外乱濃度導出手段と、
前記溶銑濃度導出手段により求められた溶銑を表す画像の濃度と、前記外乱濃度導出手段により求められた雑音光に関わる画像の濃度とを用いて、前記溶融物に含まれる溶銑の温度を算出する溶銑温度算出手段とを有することを特徴とする高炉出銑温度測定システム。
【請求項２】
前記外乱濃度導出手段は、前記撮像された画像のうち、前記溶融物を表す画像と異なる領域の画像の濃度を用いて、前記溶融物から発せられる雑音光に関わる画像の濃度を求めることを特徴とする請求項１に記載の高炉出銑温度測定システム。
【請求項３】
前記外乱濃度導出手段は、前記撮像された画像のうち、前記溶融物を表す画像と異なる領域の画像の平均濃度に、前記溶融物に含まれる溶銑の反射率を乗じて、前記溶融物から発せられる雑音光に関わる画像の濃度を求めることを特徴とする請求項２に記載の高炉出銑温度測定システム。
【請求項４】
前記溶銑濃度導出手段は、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し、算出した濃度ヒストグラムのうち、溶銑相当部分における濃度ヒストグラムがピークを示す点での濃度値を、前記溶融物に含まれる溶銑を表す画像の濃度として求めることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の高炉出銑温度測定システム。
【請求項５】
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１〜４の何れか１項に記載の高炉出銑温度測定システム。
【請求項６】
前記溶銑温度算出手段は、前記溶銑濃度導出手段により求められた溶銑を表す画像の濃度から、前記外乱濃度導出手段により求められた雑音光に関わる画像の濃度を減算した濃度値と、予め求めた温度校正の結果とを用いて、前記溶融物に含まれる溶銑の温度を算出することを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の高炉出銑温度測定システム。
【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、１次元又は２次元の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うち、前記溶融物に含まれる溶銑を表す画像の濃度を求める溶銑濃度導出ステップと、
前記出銑口から流出した溶融物の周囲にある物体が、前記溶融物の放射光により照らされて反射光を発することにより前記溶融物から発せられる雑音光に関わる画像の濃度を求める外乱濃度導出ステップと、
前記溶銑濃度導出ステップにより求められた溶銑を表す画像の濃度と、前記外乱濃度導出ステップにより求められた雑音光に関わる画像の濃度とを用いて、前記溶融物に含まれる溶銑の温度を算出する溶銑温度算出ステップとを有することを特徴とする高炉出銑温度測定方法。
【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が、１次元又は２次元の濃度分布を示す画像として、撮像手段により撮像されると、その撮像された画像のうち、前記溶融物に含まれる溶銑を表す画像の濃度を求める溶銑濃度導出ステップと、
前記出銑口から流出した溶融物の周囲にある物体が、前記溶融物の放射光により照らされて反射光を発することにより前記溶融物から発せられる雑音光に関わる画像の濃度を求める外乱濃度導出ステップと、
前記溶銑濃度導出ステップにより求められた溶銑を表す画像の濃度と、前記外乱濃度導出ステップにより求められた雑音光に関わる画像の濃度とを用いて、前記溶融物に含まれる溶銑の温度を算出する溶銑温度算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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００７−２４８１４８（Ｐ２００７−２４８１４８Ａ）
【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２００６−６９７００（Ｐ２００６−６９７００）
【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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