CN105562630A - 结晶器保护渣熔融状况检测装置和检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种结晶器保护渣熔融状况检测装置或者检测方法，使用图像采集设备并连接一图像处理系统，图像采集设备实时拍摄结晶器钢水表面上保护渣的图像，图像处理系统以该图像的灰度值为基础，根据保护渣熔融后颜色发生变化为前提，计算图像中熔融保护渣的像素点占整个图像像素点的比例，从而分析出是否需要添加保护渣。本发明提供的检测装置结构简单，仅需图像采集设备和图像处理系统即可，占用空间少，且对环境要求较低，而本发明提供的检测方法，操作简单，计算方便，计算速度较快，因此能够实时反应保护渣的熔融状况。

Description

结晶器保护渣熔融状况检测装置和检测方法

技术领域

本发明涉及钢铁生产制造领域，特别涉及一种结晶器保护渣熔融状况检测装置和检测方法。

背景技术

钢铁产业是一个高耗能、高污染的产业。在钢铁厂生产各类钢铁产品过程中，钢水的结晶成型有两种方法：传统的模铸法和连续铸钢法。其中连续铸钢的具体流程为：钢水不断地通过冷却的结晶器，当进入结晶器后的钢水的外表凝成硬壳后，从结晶器下方出口连续拉出，并经喷水冷却，待外表与内部皆凝固后切成坯料的铸造工艺过程。

目前，结晶器保护渣是连铸生产操作过程中使用的多功能冶金辅料，是一项高技术含量的辅料，其自身为含硅的非金属化合物粉末，保护渣对连铸工序生产稳定顺行和铸坯质量的提高有着密切的关系。结晶器是一种槽形容器，器壁设有夹套或器内装有蛇管，用以加热或冷却槽内的钢水。保护渣放置在结晶器的槽内钢水的表面，具有如下作用：

(1)隔绝空气，既能防止空气中的氧进入结晶器内钢水发生二次氧化，影响钢的质量，也能防止空气中的气体温度影响结晶器中的钢水的结晶，从而对裸露的钢水绝热保温防止散热，降低过热度；

(2)捕集、溶解从钢水中上浮到钢液面的非金属夹杂物，净化钢水；

(3)为了使得落入结晶器内的钢水流动充分和均匀受热，结晶器在工作过程中会进行上下抖动，结晶器由冷却的铜板拼接而成，当钢水落入结晶器后，当铜板的温度低于钢水的结晶温度时，与铜板接触的钢水则会立即形成凝固壳，一段时间后，凝固壳增厚形成坯壳，而当结晶器运动时，内部尚未凝固的钢水惯性较大，则会与坯壳之间形成空隙，若此时空隙中进入空气，则会导致后续制备形成的坯料中产生气泡，严重影响坯料的质量，因此在钢水表面铺设保护渣可以填补坯壳与结晶器之间的空隙，防止气泡的产生；

(4)存在于结晶器铜板和凝固壳之间的保护渣起润滑作用，这样在坯料离开时，保护渣能够防止结晶器铜板与凝固壳粘结，从而减少拉坯阻力，提高坯料表面质量，减少漏钢。

基于上述作用，在结晶器运作过程中，钢水表面需要时时防止保护渣的缺失。而结晶器保护渣的加入方式主要有人工手动推渣和自动加渣两种。目前，国内连铸机厂家基本上采用人工加渣方式，由于一次推入的保护渣过于集中，保护渣的厚度不均匀，因此容易在结晶器钢液面和熔渣层上形成凹形坑，造成板坯产品的夹渣；自动加渣装置的主要功能是替代人工加渣，实现保护渣恒速、均匀加入，防止铸坯夹渣。

在添加保护渣时，若保护渣的厚度过薄，不仅容易被温度较高的钢水熔化，且会使得钢水与空气接触使得后续铸钢的质量下降；若保护渣的厚度过厚，则造成成本过高。因此需要对结晶器钢水表面的保护渣的量作实时检测与监控。

然而保护渣的实时检测手段一直未有突破，无论是手动加渣还是自动加渣，都没有明确的闭环反馈用于反馈保护渣的熔融状况，在钢铁生产中对于保护渣的使用量、应用效果难以作出统计，无法给出明确的评价，有碍高效高质的连铸发展要求。

中国专利CN102921913A(申请号：201210482960.7，公开日：2013年2月13日)提出了采用激光线结合CCD相机检测保护渣厚度的方法，通过相机检测射在保护渣及结晶器上的激光线的折弯位置，确定保护渣的高度，与钢水液位的高度做比对，计算出保护渣的厚度。该专利设备复杂，激光发射器以及CCD相机安装精度要求高，计算量大，并且仅能计算一个点或者一条线的范围内保护渣的熔融情况。

中国专利CN104209480A(申请号：201410512481.4，公开日：2014年12月17日)公开一种渣厚检测及加渣预测方法和系统，其使用固定在旋转台上的激光测距仪检测保护渣的高度，通过与钢水高度之差计算出保护渣的厚度情况。该专利方案设备复杂，检测设备需要安装于结晶器的上方，安装空间有限，现场环境恶劣。

因此有必要发明一种结晶器保护渣熔融状况检测装置或者检测方法，以实时反馈结晶器保护渣的熔融状况。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种结晶器保护渣熔融状况检测装置或者检测方法，使用图像采集设备并连接一图像处理系统，图像采集设备实时拍摄结晶器钢水表面上保护渣的图像，图像处理系统根据该图像的灰度值，计算图像中保护渣被熔融后的颜色的像素点占整个图像像素点的比例，从而分析是否需要添加保护渣，该检测装置与方法皆操作简单，且既适用于人工加渣也适用于自动加渣。

为达到上述目的，本发明提供一种结晶器保护渣熔融状况检测装置，包括

一图像采集设备，用于实时拍摄保护渣形成图像；

一电源，与图像采集设备电路连接，用于给图像采集设备提供电能；

一图像处理系统，与图像采集设备信号连接，并根据图像采集设备拍摄的图像计算保护渣的熔融状况。

作为优选，结晶器上放置保护渣的开口部形成的平面图形中，至少有三分之一的面积位于图像采集设备的拍摄范围内。

作为优选，图像采集设备个数至少为一个，并围绕结晶器固定安装，图像采集设备具有镜头，在安装时，镜头与水平面形成锐角。

作为优选，所述图像采集设备为CCD相机。

作为优选，所述图像采集设备为面阵相机。

本发明还提供一种使用如上所述的结晶器保护渣熔融状况检测装置的结晶器保护渣熔融状况检测方法，具体包括以下步骤：

步骤一：利用图像采集设备拍摄结晶器上保护渣的图像并传输至图像处理系统，图像处理系统计算图像上的灰度值；

步骤二：设定保护渣被熔融后所对应的像素点灰度值的阈值，图像上灰度值大于或者等于所述阈值的像素点被认定为熔融的保护渣；

步骤三：对被认定为熔融的保护渣的像素点在整个图像像素点所占比例设定一标准值，当被认定为熔融的保护渣的像素点在整个图像像素点所占比例大于设定的标准值时，图像处理系统则判定需要添加保护渣。

作为优选，步骤一中的图像的灰度值计算公式为Gray＝0.30×R+0.59×G+0.11×B，其中，Gray表示灰度值，R、G、B分别代表图像中红、绿、蓝分量。

作为优选，保护渣被熔融后图像的灰度值发生改变，所述阈值设定为150±30。

作为优选，采用图像二值化的方法判断图像上的像素点是否为保护渣被熔融后形成的颜色。

作为优选，所述标准值为30％。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供一种结晶器保护渣熔融状况检测装置，包括

一图像采集设备，用于实时拍摄保护渣形成图像；

一电源，与图像采集设备电路连接，用于给图像采集设备提供电能；

一图像处理系统，与图像采集设备信号连接，并根据图像采集设备拍摄的图像计算保护渣的熔融状况。

本发明还提供一种使用如上所述的结晶器保护渣熔融状况检测装置的结晶器保护渣熔融状况检测方法，具体包括以下步骤：

步骤一：利用图像采集设备拍摄结晶器上保护渣的图像并传输至图像处理系统，图像处理系统计算图像上的灰度值；

步骤二：设定保护渣被熔融后所对应的像素点灰度值的阈值，图像上灰度值大于或者等于所述阈值的像素点被认定为熔融的保护渣；

步骤三：对被认定为熔融的保护渣的像素点在整个图像像素点所占比例设定一标准值，当被认定为熔融的保护渣的像素点在整个图像像素点所占比例大于设定的标准值时，图像处理系统则判定需要添加保护渣。

本发明提供的检测装置结构简单，仅需图像采集设备和图像处理系统即可，占用空间少，且对环境要求较低，而本发明提供的检测方法，操作简单，计算方便，计算速度较快，因此能够实时反应保护渣的熔融状况。

附图说明

图1为本发明提供的检测装置结构图；

图2为本发明提供的检测方法流程图；

图3为本发明提供的保护渣表面的灰度图像；

图4为本发明提供的图像灰度直方图。

图中：1-1图像采集设备、1-2电源、1-3-图像处理系统、1-4保护渣、1-5结晶器。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

请参照图1，为达到上述目的，本发明提供一种结晶器保护渣熔融状况检测装置，包括

一图像采集设备1-1，用于实时拍摄保护渣形成图像，本实施例中采用CCD相机中的面阵相机，相机固定安装在结晶器1-5附近的墙壁上，并倾斜安装，即相机镜头与水平面形成锐角，保证相机镜头面对着结晶器1-5钢水表面的保护渣1-4，在安装检查时，保证结晶器1-5钢水表面至少有三分之一的面积位于相机的拍摄范围内。

较佳地，在使用时，需要对图像采集设备1-1附近进行相应的空气吹扫，降低图像采集设备1-1的工作环境温度，并确保图像采集设备1-1的镜头表面无灰尘等污染物，防止影响拍摄的图像的质量。

一电源1-2，与图像采集设备1-1电路连接，用于给图像采集设备1-1提供电能，可以控制图像采集设备1-1的打开与关闭。

一图像处理系统1-3，即一处理数据的计算机，与图像采集设备1-1信号连接，可通过电信号连接，图像采集设备1-1将拍摄到的保护渣1-4的图像传输给图像处理系统1-3，并根据图像采集设备1-1拍摄的图像计算保护渣1-4的熔融状况。

较佳地，图像采集设备1-1个数至少为一个，比如可以选择在不同角度各设置图像采集设备1-1，在不同角度的图像采集设备1-1拍摄的图像皆传输至图像处理系统1-3，较佳地，当图像处理系统1-3计算分析出任意一个图像采集设备1-1拍摄的保护渣1-4的图像为需要添加保护渣1-4的信息，则向结晶器1-5添加保护渣1-4。

请参照图2，使用上述检测装置，本发明还提供一种结晶器保护渣熔融状况检测方法，具体包括以下步骤：

步骤一：利用图像采集设备1-1拍摄结晶器1-5上保护渣1-4的图像并传输至图像处理系统1-3，图像处理系统1-3计算图像上的灰度值，其中图像的灰度值计算公式为Gray＝0.30×R+0.59×G+0.11×B，其中，Gray表示灰度值，R、G、B分别代表图像中红、绿、蓝分量，得到如图3所示的灰度图像和图4所示的灰度直方图。

步骤二：设定保护渣1-4被熔融后形成的颜色的阈值，根据经验，保护渣1-4被熔融后，在图像上会显示为红色，同时图像的灰度值发生变化。根据生产经验熔融及反复试验，并结合图4得到的数据，设定图像上像素点灰度值的阈值为150±30，一般熔融的保护渣颜色为红色，因此也可直接设置图像上红色分量所对应的灰度值的阈值为150±30，采用图像二值化的方法来确定图像中的各个像素点是否为熔融的保护渣，即确定图像上像素点的灰度值是否大于等于该阈值。并设定标准值，当判定为熔融的保护渣的像素点占图像上所有像素点的比例大于设定的标准值时，图像处理系统1-3则判定此时需要添加保护渣1-4。根据反复试验与工艺经验，标准值为30％为最佳值。

若设置了若干个图像采集设备1-1，为了防止图像采集设备1-1拍摄中存在的拍摄范围不全面的问题，则可选择任意一个图像采集设备1-1拍摄的图像经分析为需要添加保护渣1-4的图像时添加保护渣1-4，也可选择至少两个图像采集设备1-1拍摄的图像经分析为需要添加保护渣1-4的图像时添加保护渣1-4，上述设定标准可根据实际工艺需求制定。

本发明提供的检测装置结构简单，仅需图像采集设备1-1和图像处理系统1-3即可，占用空间少，且对环境要求较低，而本发明提供的检测方法，操作简单，计算方便，计算速度较快，因此能够实时反应保护渣1-4的熔融状况。

本发明对上述实施例进行了描述，但本发明不仅限于上述实施例。显然本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种结晶器保护渣熔融状况检测装置，其特征在于，包括

一图像采集设备，用于实时拍摄保护渣形成图像；

一电源，与图像采集设备电路连接，用于给图像采集设备提供电能；

一图像处理系统，与图像采集设备信号连接，并根据图像采集设备拍摄的图像计算保护渣的熔融状况。

2.如权利要求1所述的结晶器保护渣熔融状况检测装置，其特征在于，结晶器上放置保护渣的开口部形成的平面图形中，至少有三分之一的面积位于图像采集设备的拍摄范围内。

3.如权利要求1所述的结晶器保护渣熔融状况检测装置，其特征在于，图像采集设备个数至少为一个，并围绕结晶器固定安装，图像采集设备具有镜头，在安装时，镜头与水平面形成锐角。

4.如权利要求1所述的结晶器保护渣熔融状况检测装置，其特征在于，所述图像采集设备为CCD相机。

5.如权利要求1所述的结晶器保护渣熔融状况检测装置，其特征在于，所述图像采集设备为面阵相机。

6.一种使用如权利要求1～5中任意一项所述的结晶器保护渣熔融状况检测装置的结晶器保护渣熔融状况检测方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤一：利用图像采集设备拍摄结晶器上保护渣的图像并传输至图像处理系统，图像处理系统计算图像上的灰度值；

步骤二：设定保护渣被熔融后所对应的像素点灰度值的阈值，图像上灰度值大于或者等于所述阈值的像素点被认定为熔融的保护渣；

步骤三：对被认定为熔融的保护渣的像素点在整个图像像素点所占比例设定一标准值，当被认定为熔融的保护渣的像素点在整个图像像素点所占比例大于设定的标准值时，图像处理系统则判定需要添加保护渣。

7.如权利要求6所述的结晶器保护渣熔融状况检测方法，其特征在于，步骤一中的图像的灰度值计算公式为Gray＝0.30×R+0.59×G+0.11×B，其中，Gray表示灰度值，R、G、B分别代表图像中红、绿、蓝分量。

8.如权利要求6所述的结晶器保护渣熔融状况检测方法，其特征在于，保护渣被熔融后图像的灰度值发生改变，所述阈值设定为150±30。

9.如权利要求6所述的结晶器保护渣熔融状况检测方法，其特征在于，采用图像二值化的方法判断图像上的像素点是否为保护渣被熔融后形成的颜色。

10.如权利要求6所述的结晶器保护渣熔融状况检测方法，其特征在于，所述标准值为30％。