JP2013209695A

JP2013209695A - 地金付着度測定方法および地金付着度測定装置

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Publication number: JP2013209695A
Application number: JP2012079749A
Authority: JP
Inventors: Naoto Kobayashi; 直人小林; Kazuhiro Yahiro; 和広八尋
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2012-03-30
Filing date: 2012-03-30
Publication date: 2013-10-10
Anticipated expiration: 2032-03-30
Also published as: JP6010972B2

Abstract

【課題】操業時に稼働率を低下させることなく地金の付着度を測定すること。
【解決手段】輝度分布取得部１３２が、転炉２の炉口部２１の周辺が撮像された撮像画像の輝度分布を取得し、地金部特定部１３３が、取得した輝度分布から地金が撮像された地金部Ｒ２の輝度値の範囲を特定し、地金付着度算出部１３４が、地金部Ｒ２の輝度値の範囲に基づいて撮像画像上の地金部Ｒ２の面積Ｓ２を算出し、算出された面積Ｓ２に基づいて地金の付着度を算出する。これにより、操業時に撮像した画像から転炉内部および地金の温度に依存して変動する輝度値を取得して地金の付着度を算出するので、操業時に稼働率を低下させることなく地金の付着度を測定可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、転炉の炉口部における地金の付着度を測定する地金付着度測定方法および地金付着度測定装置に関する。

転炉工程では、耐火物で内張りされた転炉にスクラップ等の冷鉄源と溶銑とを装入し、酸素を吹き込んで炭素を燃焼させ、所定の成分に成分調整された溶鋼を転炉を傾動させて炉口から出鋼している。そのため、転炉の炉口部近傍には、溶鋼が凝固した地金が付着する。転炉の炉口部近傍に地金が付着している場合、転炉を正立状態にした際、地金が付着した炉口部近傍の耐火物が地金の重みで地金とともに落下してしまうことがある。そうすると、転炉の炉口部近傍では鉄皮が露出してしまい、転炉の補修が必要となる。

そこで、従来は、そのような転炉の耐火物の落下を防止するために、地金のプロフィールを測定することにより転炉の炉口部付近における地金の付着状態を確認して地金を除去していた。例えば、特許文献１には、レーザー型距離計を用いて地金のプロフィールを測定する技術が記載されている。

特開２００９−１０８３８８号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、地金のプロフィールを測定する際に、溶鋼を出鋼した後に転炉の炉口から流出する粉塵や炎などの外乱影響を抑止するために、溶鋼を出鋼しスラグを排滓した後に、転炉の炉底に設けられた羽口より不活性ガスを吹き込んで炉内の粉塵等を外部へ排出させる。したがって、特許文献１に記載された技術では、溶鋼の出鋼時やスラグの排滓時には地金のプロフィールを測定することができない。すなわち、特許文献１に記載の技術は操業時に適用することができない。しかも、レーザー型距離計を用いる場合にはスキャニング時間が必要となり、転炉の傾動を一時的に停止する必要があるため、操業の稼働率の低下を招くおそれがある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、操業時に稼働率を低下させることなく地金の付着度を測定可能な地金付着度測定方法および地金付着度測定装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る地金付着度測定方法は、転炉の炉口部近傍における地金の付着度を測定する地金付着度測定方法であって、転炉の炉口部の周辺が撮像された撮像画像の輝度分布を取得するステップと、前記輝度分布から前記地金が撮像された地金部の輝度値の範囲を特定するステップと、前記地金部の輝度値の範囲に基づいて前記撮像画像上の前記地金部の面積を算出し、算出された面積に基づいて地金の付着度を算出するステップと、を含むことを特徴とする。

また、本発明に係る地金付着度測定方法は、上記発明において、前記撮像画像の所定の領域における輝度値の分布に基づいて外乱要因による影響を抑止するためのマスク領域を特定し、該マスク領域を除外して地金の付着度の予測値を算出し、該予測値を地金の付着度とすることを特徴とする。

また、本発明に係る地金付着度測定方法は、上記発明において、外乱要因が撮像された外乱部の形状に基づいて外乱要因による影響を抑止するためのマスク領域を特定し、該マスク領域を除外して地金の付着度の予測値を算出し、該予測値を地金の付着度とすることを特徴とする。

また、本発明に係る地金付着度測定装置は、転炉の炉口部近傍における地金の付着度を測定する地金付着度測定装置であって、転炉の炉口部の周辺が撮像された撮像画像の輝度分布図を取得する手段と、前記輝度分布図から前記地金が撮像された地金部の輝度値の範囲を特定する手段と、前記地金部の輝度値の範囲に基づいて前記撮像画像上の前記地金部の面積を算出し、算出された面積に基づいて地金の付着度を算出する手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、操業時に撮像した画像から転炉内部および地金の温度に依存して変動する輝度値を取得して地金の付着度を算出するので、操業時に稼働率を低下させることなく地金の付着度を測定することができる。

図１は、本発明一実施の形態に係る地金付着度測定装置としての炉口監視装置の概略構成を示す模式図である。図２は、本実施の形態の地金付着度測定処理手順を示すフローチャートである。図３は、転炉の炉口部の周辺を撮像した画像を模式的に示す図である。図４は、転炉の炉口部近傍の画像から取得された輝度値ヒストグラムである。図５は、粉塵や炎（高温の外乱要因）が写り込んだ撮像した画像を例示する図である。図６は、クレーン（低温の外乱要因）が写り込んだ撮像した画像を例示する図である。図７は、高温の外乱要因の影響を抑止する処理の説明図である。図８は、外乱要因の影響を抑止する処理の説明図である。図９は、低温の外乱要因の影響を抑止する処理の説明図である。図１０は、外乱要因の影響を抑止する処理の説明図である。図１１は、本実施の形態により測定された地金の付着度を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。

まず、図１を参照して、本実施の形態による地金付着度測定装置を含む炉口監視装置の概略構成について説明する。図１に示すように、炉口監視装置１は、角度測定器１１と、エリアカメラ１２と、地金付着度測定装置１３とを備える。

角度測定器１１は、転炉２の傾動角を測定する。エリアカメラ１２は、内部温度が高温となっている転炉２の自発光を受光して撮像する。なお、エリアカメラ１２は、転炉２の傾動角が所定の角度になった際に、エリアカメラ１２の撮像方向が転炉２の炉口部２１を含む面に垂直になるように設置されている。

地金付着度測定装置１３は、ワークステーションやパーソナルコンピュータなどの汎用の情報処理装置によって構成されている。地金付着度測定装置１３は、図示しないＣＰＵなどの図示しない演算処理装置が、図示しないＲＯＭなどの記憶装置に記憶されている地金付着度測定処理プログラムを実行することによって、撮像画像取得部１３１、輝度分布取得部１３２、地金部特定部１３３、地金付着度算出部１３４として機能して、後述する地金付着度測定処理を実行する。

次に、図２のフローチャートを参照して、地金付着度測定装置１３による地金付着度測定処理手順について説明する。図２のフローチャートは、例えば、操作者が図示しない入力部を操作して地金付着度測定の指示を入力したタイミングで開始となり、地金付着度測定処理はステップＳ１０１の処理に進む。

ステップＳ１０１の処理では、撮像画像取得部１３１が、角度測定器１１の信号を取得して、転炉２の傾動角が所定の角度になったことを検知すると、エリアカメラ１２に通知する。通知を受信したエリアカメラ１２が転炉２の炉口部２１の周辺を撮像すると、撮像画像取得部１３１が撮像された画像を取得する。なお、転炉２の傾動角が所定の角度になったときにエリアカメラ１２が撮像することにより、常時、転炉２の炉口部２１の周辺の同一の範囲を撮像することが可能である。これにより、ステップＳ１０１の処理は完了し、地金付着度測定処理は、ステップＳ１０２の処理に進む。

ステップＳ１０２の処理では、輝度分布取得部１３２が、ステップＳ１０１で撮像された画像の輝度分布を取得する。本実施の形態では、輝度分布取得部１３２は、輝度分布として、撮像された画像の輝度値ごとの画素数を集計して輝度値ヒストグラムを作成する。これにより、ステップＳ１０２の処理は完了し、地金付着度測定処理は、ステップＳ１０３の処理に進む。

ここで、図３および図４を参照して、本発明に係る地金付着度測定処理の原理について説明する。図３は、転炉２の炉口部２１の周辺を撮像した画像を模式的に示している。また図４は、転炉２の炉口部２１の周辺の画像から取得された輝度値Ｌごとの画素数Ｎ（Ｌ）（輝度値ヒストグラム）を例示する。ここで、Ｌ＝０，１，２，・・・，２５５である。

図３に示すように、転炉２の炉口部２１の周辺を撮像した画像は、輝度値Ｌにより、転炉２の周辺および転炉の外壁（以下、転炉周辺部Ｒ１）と、炉口部２１近傍に付着した地金２２の部分（以下、地金部Ｒ２）と、転炉２の内部（以下、転炉内部Ｒ３）との３つの領域に分類できる。地金部Ｒ２および転炉内部Ｒ３は、溶鋼等の自発光により輝度が高い領域である。地金部Ｒ２は転炉内部Ｒ３より低温であり、転炉内部Ｒ３と比較すると輝度が低い領域である。転炉周辺部Ｒ１は地金部Ｒ２より低温であり、地金部Ｒ２と比較して輝度が低い。したがって、上記の３つの領域は、輝度値の範囲が低い順に転炉周辺部Ｒ１、地金部Ｒ２、転炉内部Ｒ３と分類される。

このとき、図４に示すように、輝度値ヒストグラムは、上記の３つの領域に対応した３つのピークを示す。最も輝度値が低く０に近いピークは、転炉周辺部Ｒ１に対応する。最も輝度値が高いピークは転炉内部Ｒ３に対応する。中間のピークは、地金部Ｒ２に対応する。

本実施の形態では、地金付着度測定装置１３が、転炉２の炉口部２１の周辺を撮像した画像（撮像画像）を画像処理して取得した輝度値ヒストグラムに基づいて、地金部Ｒ２の輝度値の範囲を算出し、撮像画像上の地金部Ｒ２に分類された部分の面積から地金の付着度を算出する。

ステップＳ１０３の処理では、地金部特定部１３３が、ステップＳ１０２で取得した輝度分布図に基づいて、輝度値ヒストグラムの転炉周辺部Ｒ１に対応するピークの輝度値Ｌｐ１と地金部Ｒ２に対応するピークの輝度値Ｌｐ２と、転炉内部Ｒ３に対応するピークの輝度値Ｌｐ３とを算出する。続いて、地金部特定部１３３は、この輝度値Ｌｐ１とＬｐ２とに基づいて、転炉周辺部Ｒ１と地金部Ｒ２との輝度値の閾値Ｔ１を算出する。同様に、地金部特定部１３３は、輝度値Ｌｐ２とＬｐ３とに基づいて、地金部Ｒ２と転炉内部Ｒ３との輝度値の閾値Ｔ２を算出する。

本実施の形態では、地金部特定部１３３は、まず、各ピークの輝度値（Ｌｐ１〜Ｌｐ３）を、輝度値ヒストグラムの画素数Ｎ（Ｌ）の勾配に基づいて算出する。すなわち、Ｎ（Ｌ）の勾配が正から負に転換する点、言い換えると、Ｎ（Ｌ）の微分値が負から正に転換する点が、各ピークである。このことは、次のようにして算出できる。すなわち、輝度値ヒストグラム上の点について、左側勾配△Ｎ１（Ｌ）と右側勾配△Ｎ２（Ｌ）とを次式（１）のように定義する。

このとき、左側勾配△Ｎ１（Ｌ）＜０，右側勾配△Ｎ２（Ｌ）＞０となる点の輝度値を各ピークの輝度値として算出する。

次に、地金部特定部１３３は、閾値Ｔ１，Ｔ２には各ピーク間の中間の輝度値を設定するものとして、上記のようにして算出した各ピークの輝度値（Ｌｐ１〜Ｌｐ３）に基づいて、閾値Ｔ１，Ｔ２を次式（２）によって算出する。なお、Ｌｐ１は限りなく０に近いことから、転炉周辺部Ｒ１と地金部Ｒ２との輝度値の閾値Ｔ１は、Ｔ１＝Ｌｐ２／２として算出してもよい。

以上により、ステップＳ１０３の処理は完了し、地金付着度測定処理は、ステップＳ１０４の処理に進む。

ステップＳ１０４の処理では、地金付着度算出部１３４は、まず、輝度値がＴ１〜Ｔ２の範囲の領域を地金部Ｒ２として、撮像画像上の地金部Ｒ２の面積Ｓ２を算出する。また、地金付着度算出部１３４は、予め算出しておいた地金が付着していないときの撮像画像上の炉口部Ｒ０の面積Ｓ０（地金部Ｒ２の面積Ｓ２と転炉内部Ｒ３の面積Ｓ３との合計に等しい。）を取得する。次に、地金付着度算出部１３４は、面積Ｓ０と面積Ｓ２とに基づいて地金の付着度Ａを算出する。すなわち、地金の付着度Ａ（％）は、次式（３）で求めることができる。これにより、ステップＳ１０４の処理は完了し、一連の地金付着度測定処理は終了する。

なお、ステップＳ１０１で撮像される画像には、操業の状況に応じて炉口部２１の上方に発生した粉塵や炎やクレーンの影などの外乱要因が含まれる場合がある。図５は粉塵や炎が写り込んだ撮像画像の一例を示す図である。また、図６はクレーンが写り込んだ撮像画像の一例を示す画像である。このような外乱要因を含んだまま上記のステップＳ１０４の処理を行なって地金の付着度Ａを算出すると、誤測定となりかねない。そこで、本実施の形態では、以下に説明するように、外乱要因の影響を抑止する処理を実施している。

粉塵や炎のように地金より高温の外乱要因による撮像画像上の外乱部Ｒｘは、図５に模式的に示すように、撮像画像上の輝度が地金部Ｒ２より高い。そこで、図７に示すように、撮像画像をステップＳ１０３で算出された閾値Ｔ１で判定される２つの領域に分類（２値化）すると、地金の付着がない状態の撮像画像上の炉口部Ｒ０（以下、領域Ｒ０）の外側で輝度が高い部分を外乱部Ｒｘと判定できる。

このとき、図７に×印で示すように、外乱部Ｒｘと領域Ｒ０との領域Ｒ０の外周上の２つの境界点Ｐ１，Ｐ２を特定する。例えば、領域Ｒ０の外周の近傍かつ外側で輝度が高い画素があれば、その点に最も近い外周上の点を境界点Ｐ１またはＰ２とする。次に、図８に示すように、外乱部Ｒｘで遮られるＰ１，Ｐ２間の円弧と、ほぼ円形の領域Ｒ０の中心点Ｐ０とによって囲まれる部分をマスク領域Ｒｍとして特定する。そして、上記ステップＳ１０４においては、領域Ｒ０および地金部Ｒ２からこのマスク領域Ｒｍと重複する部分を除外した部分の面積Ｓ０’および面積Ｓ２’を取得する。その後上記式（３）の面積Ｓ０を面積Ｓ０’に、また面積Ｓ２を面積Ｓ２’に置き換えて地金の付着度Ａ’を算出する。地金は領域Ｒ０の外周の全域にわたってほぼ一定の割合で付着するため、マスク領域Ｒｍを除外して地金の付着度Ａ’を算出すれば、外乱部Ｒｘの影響だけを除外できる。

また、クレーンの影のように地金の温度より低温の外乱要因による撮像画像上の外乱部Ｒｘは、図７と同様にして、図９に示すように撮像画像を閾値Ｔ１で判定される２つの領域に分類（２値化）すると、領域Ｒ０の内側に表れる。このとき、外乱部Ｒｘと領域Ｒ０との領域Ｒ０の外周上の２つの境界点Ｐ１，Ｐ２は、次のようにして特定する。すなわち、図１０に示すように、図９に示す２つの領域の境界線上に所定の間隔で並ぶ任意の３点ａ０，ａ１，ａ２について考える。画像上での座標をａ０＝（ｘ_０，ｙ_０），ａ１＝（ｘ_１，ｙ_１），ａ２＝（ｘ_２，ｙ_２）とすると、３点ａ０，ａ１，ａ２をこの順に結んでできる２直線のなす角度θは、次式（４）により求めることができる。

領域Ｒ０はほぼ円形であるため、点ａ１が領域Ｒ０の境界上で推移する場合は、角度θはほぼ一定の値をとる。そこで、この角度θがあらかじめ設定された閾値θ_Ｔを超えたときの点ａ１が、境界点Ｐ１またはＰ２と判定できる。その後、前述した図８の手順と同様に、外乱部Ｒｘで遮られるＰ１，Ｐ２間の円弧と、領域Ｒ０の中心点Ｐ０とで囲まれる部分をマスク領域Ｒｍとして特定する。そして、上記ステップＳ１０４においては、領域Ｒ０および地金部Ｒ２からこのマスク領域Ｒｍと重複する部分を除外した部分の面積Ｓ０’および面積Ｓ２’を取得し、上記式（３）の面積Ｓ０を面積Ｓ０’に、また面積Ｓ２を面積Ｓ２’に置き換えて、地金の付着度Ａ’を算出する。

なお、上記式（４）による境界点Ｐ１，Ｐ２の判定方法は、図７に示す上記の粉塵や炎のように地金より高温の外乱要因による撮像画像上の外乱部Ｒｘについても適用できる。ただし、領域Ｒ０に対する粉塵や炎の範囲が大きい場合には、角度θの変化を検知し難く、外乱部Ｒｘの判定の精度は高くない。

以上のように、外乱部Ｒｘに応じてマスク領域Ｒｍを特定し、マスク領域Ｒｍを除外して地金の付着度Ａ’を算出すれば、自動的に地金の付着度への外乱要因の影響を抑止できる。

（実施例）
図１１は、本実施の形態の地金付着度測定処理により地金の付着度を算出した結果を例示する。なお、ここでは、炉口部２１が真上を向いた正立状態での傾動角を０°として、吹錬時および出鋼後のスラグの排滓時に、傾動角５５°になったタイミングで、転炉２の炉口部２１の中心軸の延長線上に設置されたエリアカメラ１２により、転炉２の炉口部２１の周辺を撮像した。なお、地金部Ｒ２と転炉内部Ｒ３との自発光の輝度差を生じさせるため、地金部Ｒ２と転炉内部Ｒ３との画素のハレーションを防止するように、エリアカメラ１２のシャッタースピードを調整した。また、地金が付着していない状態の転炉２の炉口部２１の撮像画像上での面積Ｓ０を予め算出し、適当なメモリに記憶させた。

図１１に示すように、測定時に外乱要因による影響を抑止すると、時間の経過（吹錬の実施回数の増加）と共に地金の付着度Ａ’が増加する傾向にある。これは、吹錬の実施回数が増すにつれ、地金の付着量が増加するためである。一方、外乱要因による影響を抑止しない場合には、時間の経過（吹錬の実施回数）と地金の付着度Ａとの関連性が見られない。これより、外乱要因による影響を抑止しないと地金の付着度を正確に測定できないことがわかる。このように、本実施の形態によれば、操業時に、自動的に外乱要因による影響を抑止して地金測定度を測定できる。

以上に説明したように、本実施の形態の地金付着度測定処理によれば、操業時に撮像した画像から転炉内部および地金の温度に依存して変動する輝度値を取得して地金の付着度を算出するので、操業時に稼働率を低下させることなく地金の付着度を測定することができる。その結果、操業時に地金の付着の状態を確認して地金を除去できるので、炉口部近傍の耐火物が地金の重みで地金とともに落下することを防止できる。また、転炉へのランス挿入時に発生するガスが付着した地金に妨げられずに転炉から抜けることができ、転炉の装置故障を防止することもできる。

上記実施の形態は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、仕様等に応じて種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施の形態が可能であることは上記記載から自明である。

１炉口監視装置
１１角度測定器
１２エリアカメラ
１３地金付着度測定装置
１３１撮像画像取得部
１３２輝度分布取得部
１３３地金部特定部
１３４地金付着度算出部
２転炉
２１炉口部
２２地金

Claims

転炉の炉口部近傍における地金の付着度を測定する地金付着度測定方法であって、
転炉の炉口部の周辺が撮像された撮像画像の輝度分布を取得するステップと、
前記輝度分布から前記地金が撮像された地金部の輝度値の範囲を特定するステップと、
前記地金部の輝度値の範囲に基づいて前記撮像画像上の前記地金部の面積を算出し、算出された面積に基づいて地金の付着度を算出するステップと、
を含むことを特徴とする地金付着度測定方法。
前記撮像画像の所定の領域における輝度値の分布に基づいて外乱要因による影響を抑止するためのマスク領域を特定し、該マスク領域を除外して地金の付着度の予測値を算出し、該予測値を地金の付着度とすることを特徴とする請求項１に記載の地金付着度測定方法。
外乱要因が撮像された外乱部の形状に基づいて外乱要因による影響を抑止するためのマスク領域を特定し、該マスク領域を除外して地金の付着度の予測値を算出し、該予測値を地金の付着度とすることを特徴とする請求項１に記載の地金付着度測定方法。
転炉の炉口部近傍における地金の付着度を測定する地金付着度測定装置であって、
転炉の炉口部の周辺が撮像された撮像画像の輝度分布図を取得する手段と、
前記輝度分布図から前記地金が撮像された地金部の輝度値の範囲を特定する手段と、
前記地金部の輝度値の範囲に基づいて前記撮像画像上の前記地金部の面積を算出し、算出された面積に基づいて地金の付着度を算出する手段と、
を備えることを特徴とする地金付着度測定装置。