JP2007248148A - 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 - Google Patents
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Abstract
【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。
【選択図】図1
Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
PT=PM−PN ・・・(2)
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。
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。
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。
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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
Claims (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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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。 - 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。
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