JP2016006221A - 竪型炉における溶滓量計測方法、及びその計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高炉などの竪型炉などから吐出され、且つ溶銑と溶滓とが混在する流れである出銑滓流に含まれる溶滓量を正確に計測することができる竪型炉における溶滓量計測方法、及びその計測装置を提供する。
【解決手段】本発明の竪型炉３１における溶滓量計測方法は、竪型炉３１に備えられた出銑口３５から吐出され、且つ溶銑Ｘと溶滓Ｙとが混在する流れである出銑滓流Ｚに含まれる溶滓Ｙの溶滓量Ｍ_ｓを計測するに際し、出銑口３５から吐出される出銑滓流Ｚを撮像する撮像手段２を設けておき、撮像手段２にて、出銑滓流Ｚの画像を撮像し、撮像された画像を用いて、出銑滓流Ｚの流れ方向に垂直な断面の半径ｒを求め、求めた半径ｒと、出銑滓流Ｚの速度ｖとを基に、竪型炉３１から吐出される溶滓量Ｍ_ｓを算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、高炉などの竪型炉などから吐出され、且つ溶銑と溶滓とが混在する流れである出銑滓流に含まれる溶滓量を計測する溶滓量計測方法、及びその計測装置に関する。

従来から、高炉では、その上部から鉄鉱石、コークス、石灰石などの炉内装入物を層状に装入し、下部から熱風を吹込んで、鉄鉱石の還元、溶解等の一連の反応を行わせ、溶銑（銑鉄）を製造している。
炉内装入物の装入位置や粒度を適切に調整したり、高炉下部に設置された羽口からの送風条件（送風温度や送風湿分など）を適切に制御したりすることで、鉄鉱石の還元、溶解等の一連の反応が効率よく進行させ、所望とする銑鉄の温度（出銑温度）が確保できるように操業を行っている。

ところで、上記のようにして製造された溶銑は、溶滓（溶融スラグ）が混在した「出銑滓流」の状態で高炉下部に備えられた出銑口から吐出される。この吐出される出銑滓流のうち、溶銑の量（出銑量）に関しては、操業中、常に計測されている。
その一方で、出銑滓流中の溶滓の量は、常に計測される状況とはなっていない。
高炉において安定した操業を行うためには、出銑滓流中の溶滓の量を常時且つ正確に知ることは非常に重要である。そのため、通常時（定常操業時）には、高炉鋳床にて分別された溶滓は、溶滓処理設備（水砕設備）などでその量を計量されるようになっている。

しかし、非定常操業時（例えば、休風立上げ時など）や水砕設備の工事の場合においては、ピットへ流して徐冷する場合があり、その場合は計量されないことからオペレータの目視に頼るしか無く、溶滓の出滓量の正確な計測ができないのが実情であった。
かかる状況下において、出銑滓流中の溶滓の量を正確に知るといった要求に寄与できそうな技術として、特許文献１の技術が考えられる。

具体的には、特許文献１は、高炉に形成された出銑口から流出した溶融物の噴流である出銑流の直径を、当該出銑口の口径として測定する高炉出銑口径測定方法であって、前記出銑流を含む領域の熱放射輝度の２次元分布を、当該熱放射輝度に対応する画素毎の画素値を持つ各画素から構成される熱画像として撮像する撮像工程と、前記撮像工程により連続的に撮像された複数枚の前記熱画像のそれぞれの画素値を２値化して複数枚の２値化画像を生成する２値化画像生成工程と、前記２値化画像生成工程により生成された複数枚の２値化画像のうち、異なる時間に撮像された２枚の前記熱画像に基づいて生成された２枚の２値化画像に基づいて、当該２枚の２値化画像の相互に対応する画素の画素値の差分の絶対値を画素値として有する差分２値化画像を生成する差分２値化画像生成工程と、前記差分２値化画像生成工程により生成された差分２値化画像を用いて、当該差分２値化画像における前記出銑流の直径を導出し、当該差分２値化画像における前記出銑流の直径から、前記出銑口の口径を導出する出銑口径導出工程と、を有する高炉出銑口径測定方法を開示する。

特開２０１３−２５７１８１号公報

しかしながら、特許文献１の技術は、出銑滓流の状況（例えば、直径）を画像処理により把握しているだけであり、たとえ出銑滓流の計測結果を用いても、溶滓の出滓量を計測することは困難であると考えられる。
つまり、出銑滓流中の溶滓の量を正確に知るといった要求に答えることのできる技術は、未だ開発されるに至っていないのが実情である。

そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、高炉などの竪型炉などから吐出され、且つ溶銑と溶滓とが混在する流れである出銑滓流に含まれる溶滓量を正確に計測することができる竪型炉における溶滓量計測方法、及びその計測装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
本発明にかかる竪型炉における溶滓量計測方法は、竪型炉に備えられた出銑口から吐出され、且つ溶銑と溶滓とが混在する流れである出銑滓流に含まれる前記溶滓の溶滓量Ｍ_ｓを計測するに際し、前記出銑口から吐出される前記出銑滓流を撮像する撮像手段を設けておき、前記撮像手段にて、前記出銑滓流の画像を撮像し、撮像された前記画像を用いて、前記出銑滓流の流れ方向に垂直な断面の半径ｒを求め、求めた前記半径ｒと、前記出銑滓流の速度ｖとを基に、前記竪型炉から吐出される前記溶滓量Ｍ_ｓを算出することを特徴とする。

好ましくは、前記出銑滓流の速度ｖは、前記撮像手段にて、前記出銑滓流の画像を少なくとも２枚以上撮像し、撮像された２枚以上の前記画像を用いて求めるとよい。
好ましくは、前記速度ｖと前記半径ｒ及び、別の手段で求められた「単位時間当たり吐出される前記溶銑の吐出量ｍ_ｆ」を基に、式（１）から「単位時間当たり吐出される前記溶滓の吐出量ｍ_ｓ」を算出し、算出された前記「単位時間当たり吐出される前記溶滓の吐出量ｍ_ｓ」を時間積分することで、前記溶滓の溶滓量Ｍ_ｓを算出するとよい。

好ましくは、前記撮像手段にて、前記出銑滓流の画像を撮像する際には、当該撮像手段の撮像速度を５０ｆｐｓ以上として、連続撮像するとよい。
好ましくは、前記補正係数ｋは、０≦ｋ≦１の範囲内とされているとよい。
好ましくは、前記補正係数ｋは、前記速度ｖと前記半径ｒの少なくとも一方の値を用いて算出するとよい。

好ましくは、前記「単位時間当たり吐出される前記溶銑の吐出量ｍ_ｆ」を求める前記別の手段として、前記溶銑が装入されたトピードカーの重量を計測するロードセルを用いているとよい。
本発明にかかる竪型炉における溶滓量計測装置は、竪型炉に備えられた出銑口から吐出され、且つ溶銑と溶滓とが混在する流れである出銑滓流の画像を撮像する撮像手段と、撮像された前記画像を用いて、前記出銑滓流の流れ方向に垂直な断面の半径ｒを求める出銑滓流算出部と、求めた前記半径ｒと、前記出銑滓流の速度ｖとを基に、前記竪型炉から吐出される前記溶滓量Ｍ_ｓを算出する溶滓量算出部と、を有することを特徴とする。

好ましくは、前記撮像手段は、前記出銑滓流の画像を少なくとも２枚以上撮像し、前記出銑滓流算出部は、前記撮像手段にて撮像された２枚以上の前記画像を用いて、前記出銑滓流の速度ｖを求めるとよい。
好ましくは、前記溶滓の吐出量ｍ_ｓを算出する吐出量算出部を有し、前記吐出量算出部は、前記速度ｖと前記半径ｒ及び、別の手段で求められた「単位時間当たり吐出される前記溶銑の吐出量ｍ_ｆ」を基に、式（１）から「単位時間当たり吐出される前記溶滓の吐出量ｍ_ｓ」を算出し、前記溶滓量算出部は、前記吐出量算出部にて算出された前記「単位時間当たり吐出される前記溶滓の吐出量ｍ_ｓ」を時間積分することで、前記溶滓の溶滓量Ｍ_ｓを算出するとよい。

本発明の竪型炉における溶滓量計測方法、及びその計測装置によれば、高炉などの竪型炉などから吐出され、且つ溶銑と溶滓とが混在する流れである出銑滓流に含まれる溶滓量を正確に計測することができる。

高炉設備を模式的に示す図であり、高炉から吐出された溶銑が、高炉鋳床を経てトピードカーに装入されるまでの間を概略的に示した図である。 本発明の溶滓量計測方法にて、撮像された出銑滓流の画像の一例を示す図である。 本発明の溶滓量計測方法にて、撮像された出銑滓流の画像から、その出銑滓流の半径を算出する方法を示す図である。

以下、本発明にかかる溶滓量計測方法、及びその計測装置の実施形態を、図を参照して説明する。
なお、以下に説明する実施形態は、本発明を具体化した一例であって、その具体例をもって本発明の構成を限定するものではない。従って、本発明の技術的範囲は、本実施形態に開示内容だけに限定されるものではない。

例えば、本実施形態では、出銑滓流Ｚは、種々ある竪型炉のうち、高炉３１から吐出されるものとして例に挙げて説明するが、この高炉３１は一つの例であり、溶銑Ｘと溶滓Ｙとが混在する流れである出銑滓流Ｚが吐出される竪型炉であれば、特に限定しない。
また、以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。従って、それらについての詳細な説明は繰返さない。

図１は、高炉設備３０を模式的に示す図であり、高炉３１から吐出された溶銑Ｘが、高炉鋳床３６を経てトピードカー４２に装入されるまでの間を概略的に示した図である。
図１に示す如く、高炉設備３０は、その中核としての高炉３１（高炉本体）と、高炉鋳床３６とを有している。
高炉３１は、外部が鋼板製の鉄皮で覆われ、且つ内部が耐火物（耐火煉瓦）で内張りされた竪型円筒状の炉体を有している。

炉体の最下部（炉床部）の側壁には、炉内に熱風や微粉炭を吹き込む開口（羽口３４）が放射状に設けられていると共に、溶銑Ｘ（銑鉄）が溶滓Ｙと混在された状態で吐出される出銑口３５が設けてある。
上記した高炉３１の内部では、高炉３１の付帯設備の一つである装入装置により供給された、鉄鉱石とコークスなどの燃料を兼ねる還元材、及び不純物を除去するための石灰石に対して、羽口３４から熱風を吹き入れて内部のコークスを燃焼させ、鉄鉱石の還元、溶解等の一連の反応を行わせ、溶銑Ｘを製造する。製造された溶銑Ｘは、炉床部の側壁の出銑口３５より、溶滓Ｙと混在された状態（出銑滓流Ｚ）で取り出される。

図１に示すように、高炉３１の周り（出銑口３５の下流側）には、高炉３１から出銑された溶銑Ｘを、トピードカー４２に装入するための高炉鋳床３６が設けられている。
この高炉鋳床３６は、高炉３１の出銑口３５から出銑された溶銑Ｘが流れる出銑樋３７を有している。
この出銑樋３７は、水平方向に長尺で、且つ長手方向の両側、及び幅方向の出銑口３５側に所定の高さを有する側壁が形成された運河状の流路であって、出銑口３５の反対側、すなわち出銑樋３７の最下流側には、トピードカー４２に溶銑Ｘを装入するため傾注樋３８が配備されている。

出銑樋３７（溶銑流路）の中途部には、溶銑Ｘと溶滓Ｙを分別して溶滓Ｙを排出する排滓樋３９が分岐形成されており、排滓樋３９の形状は出銑樋３７と同形状の運河状の流路である。
そして、出銑樋３７の分岐部分、すなわち排滓樋３９の下流近傍には、溶滓Ｙ（溶融スラグ）が排滓樋３９に流れるように案内する潜り堰４０が設けられている。

潜り堰４０は、出銑樋３７内に浮くように配備された堰４０ａと、出銑樋３７の底部から立設された堰４０ｂとで構成されている。この二段構成とされた潜り堰４０によって、溶滓Ｙがせき止められて、排滓樋３９に案内される。
また、出銑口３５近傍の出銑樋３７の上部には、吐出された出銑滓流Ｚが外部に飛散することを防止するための出銑樋カバー（図示せず）が設けられている。

したがって、高炉３１から溶銑Ｘが溶滓Ｙと混在する状態（出銑滓流Ｚ）で吐出されると、当該溶銑Ｘは溶滓Ｙと混在する状態で上流から下流に向かって流れる。
溶銑Ｘと溶滓Ｙとが混在する状態で流れる出銑滓流Ｚは、排滓樋３９近傍の潜り堰４０で溶銑Ｘと溶滓Ｙとが分別され、分別された溶銑Ｘはそのまま出銑樋３７の下流側に向かって流れる。その後、溶銑Ｘは、傾注樋３８を介してトピードカー４２に装入される。トピードカー４２が停止するステーション（場所）には、トピードカー４２及び内部に装入された溶銑Ｘの重量を計測するための計量手段７（ロードセル）が設けられており、高炉３１から「単位時間当たり吐出される溶銑Ｘの吐出量ｍ_ｆ」が計測可能となっている。

一方、潜り堰４０で堰止められた溶滓Ｙは、排滓樋３９に流れるように案内され、排滓樋３９の下流に設けられている水砕設備など溶滓処理設備に送られる。処理された溶滓Ｙは、徐冷スラグや水砕スラグとして排出され、道路の路盤材やコンクリート細骨材などに再利用される。水砕設備など溶滓処理設備においては、高炉３１から「単位時間当たり吐出される溶滓Ｙの吐出量ｍ_ｓ」が計測可能となっている。

上記した構成の高炉設備３０において、本願発明は、高炉３１の出銑口３５から吐出され、且つ溶銑Ｘと溶滓Ｙとが混在する流れである出銑滓流Ｚに含まれる溶滓量を正確に計測することを可能とする技術である。
次に、本発明にかかる溶滓量計測装置について説明する。
図１に示すように、溶滓量計測装置１は、出銑口３５近傍に設けられた撮像手段２を用いて、当該出銑口３５から吐出された出銑滓流Ｚ（溶銑Ｘと溶滓Ｙとが混在する流れ）の画像を撮像し、撮像された画像を用いて、「単位時間当たり吐出される溶滓Ｙの吐出量ｍ_ｓ」を求め、求められた溶滓Ｙの吐出量ｍ_ｓから出銑滓流Ｚに含まれる「溶滓量Ｍ_ｓ」を算出するものである。

溶滓量計測装置１は、高炉３１に備えられた出銑口３５から吐出され、且つ溶銑Ｘと溶滓Ｙとが混在する流れである出銑滓流Ｚの画像を少なくとも２枚以上を撮像する撮像手段２と、撮像された２枚以上の画像を用いて、出銑滓流Ｚに含まれる溶滓量Ｍ_ｓ（出滓量）を算出する処理装置３とを有する。
処理装置３は、撮像された２枚以上の画像を用いて、出銑滓流Ｚの速度ｖと流れ方向に垂直な断面の半径ｒを求める出銑滓流算出部４と、求めた速度ｖと前記半径ｒ及び、別の手段７で求められた「単位時間当たり吐出される溶銑Ｘの吐出量（すなわち、溶銑Ｘの出銑速度）ｍ_ｆ」を基に、「単位時間当たり吐出される溶滓Ｙの吐出量（すなわち、溶滓Ｙの出滓速度）ｍ_ｓ」を算出する吐出量算出部５と、算出された単位時間当たり吐出される溶滓Ｙの吐出量ｍ_ｓを時間積分することで、高炉３１から吐出される出銑滓流Ｚに含まれる溶滓量Ｍ_ｓを算出する溶滓量算出部６と、を有する。

なお、出銑滓流算出部４において、断面の半径ｒを求めるに際しては、断面が流れ方向に正確に垂直である必要はなく、若干傾いた状況下であってもよい。すなわち、流れ方向に対して交差するような断面の半径を半径ｒとしてもよい。
以降、本発明の計測装置の詳細について説明する。なお、説明にあたっては、「単位時間当たり吐出される溶銑Ｘの吐出量ｍ_ｆ」を、単に「溶銑Ｘの吐出量ｍ_ｆ」と呼び、「単位時間当たり吐出される溶滓Ｙの吐出量ｍ_ｓ」を単に「溶滓Ｙの吐出量ｍ_ｓ」と呼ぶこととする。また、「高炉３１から吐出される出銑滓流Ｚに含まれる溶滓量Ｍ_ｓ」を単に「溶滓量Ｍ_ｓ」と呼ぶこととする。

まず、計測装置に備えられた撮像手段２は、出銑口３５から吐出された出銑滓流Ｚの画像を、少なくとも２枚以上撮像する。すなわち、撮像手段２にて、溶滓Ｙが含まれている溶銑Ｘの画像を２枚以上連続して撮像する。撮像手段２は、出銑口３５の下流側近傍の上部に、且つ吐出された出銑滓流Ｚから所定の距離だけ離れた位置に少なくとも１台配備されている。

なお、撮像手段２を、出銑滓流Ｚの水平方向と鉛直方向の２方向から撮像するために、出銑口３５の近傍に２台配備してもよい。
本実施形態の撮像手段２は、ＣＣＤカメラ（エリアカメラ）を採用している。また、撮像手段２へのダメージ低減のため赤外線カットフィルタを装着している。
なお、図２は、出銑滓流Ｚの画像の一例を示す図であり、画像左側が出銑口３５側（高炉３１側）を示し、右側が出銑樋カバー側（高炉鋳床３６側）を示している。すなわち、出銑口３５から吐出された出銑滓流Ｚは、上流を示す左側から下流を示す右側へ流れている。

なお、撮像手段２にて、出銑滓流Ｚの画像を撮像する際には、当該撮像手段２の撮像速度を５０ｆｐｓ（フレーム／秒）以上として、連続撮像するとよい。さらに好ましくは、撮像手段２の撮像速度を１００ｆｐｓ以上とするとよい。
上記のようにして撮像された複数の出銑滓流Ｚの画像は、処理装置３内の記憶部（図示せず）などに記憶される。処理装置３内には、記憶部の他、次に詳しく述べる出銑滓流算出部４、吐出量算出部５、溶滓量算出部６を備えている。処理装置３は、パソコンと当該パソコン内部で実行されるプログラムとから構成されている。

処理装置３内に設けられた出銑滓流算出部４は、撮像手段２により撮像された２枚以上の画像を用いて、出銑滓流Ｚの速度ｖと流れ方向に垂直な断面の半径ｒを求めるものである。
まず、撮像された画像から、出銑滓流Ｚの速度ｖを算出する過程について、述べる。
複数の画像から任意の画像を１つのフレーム画像として抽出し、その画像を「フレーム１」とする。加えて、「フレーム１」に続くフレーム画像（１つ後のフレーム）を「フレーム２」とする。

抽出された「フレーム１」において、所定のパターンを含むエリアを追跡領域Ｇａ（図２中の白色実線）として取り出し、その追跡領域Ｇａと同じパターンを有するエリアを「フレーム２」において探索する。探索においては、当業者常法の画像処理手法（例えば、パターンマッチング手法）を用いるとよい。
パターンマッチング手法により得られた「フレーム１における追跡領域Ｇａ」の位置と「フレーム２における追跡領域Ｇａ」の位置とを基に、フレーム１〜フレーム２間における追跡領域Ｇａが移動した画素数ΔＬ（ｐｉｘｅｌ）を算出する。

そして、得られた画素数ΔＬ、撮像系の画素分解能Ａ（ｍ／ｐｉｘｅｌ）、撮像速度Ｂ（ｆｐｓ）とし、画素数ΔＬを用いて、出銑滓流Ｚの速度ｖ（ｍ／ｓ）を以下に示す式（２）で求める。

なお、溶滓量Ｍ_ｓの計測の安定性を高めるため、パターンマッチングの検索領域を絞っていてもよい。また、本実施形態においては、撮像された画像から出銑滓流Ｚの速度ｖ（リアルタイムで計測した値）を算出したが、出銑滓流Ｚの速度ｖが既知の場合、その値（既知値）を出銑滓流Ｚの速度ｖとして採用してもよい。例えば、過去の実績を基に決定した出銑滓流Ｚの速度ｖを採用してもよい。

次に、撮像された画像から、出銑滓流Ｚの半径ｒを算出する過程について、述べる。
溶滓Ｙが撮像されている複数の画像から、任意の画像を１枚（１つのフレーム）だけ抽出し、その画像を「フレーム３」とする。なお、「フレーム３」として、上記した出銑滓流Ｚの速度ｖを求める際に抽出した画像（フレーム１）を用いてもよいし、別の画像（例えば、フレーム２）を抽出してもよい。

抽出されたフレーム３において、投影領域Ｇｂ（図２中の白色破線）を設定する。
図３に示すように、フレーム３において設定された投影領域Ｇｂにおいて、水平方向にプロジェクション（輝度の加算）をとり、予め設定しておいた閾値より大きい輝度値を求め、閾値以上の輝度値が存在する領域の長さ（上下方向に沿った画素数）から出銑滓流Ｚの半径ｒを算出する。そして、出銑滓流Ｚの半径ｒより、流れ方向に垂直な断面の面積Ｓも算出する。なお、本実施形態においては、出銑滓流Ｚの流れ方向に垂直な断面を略真円として、半径ｒ及び断面積Ｓを算出している。

処理装置３内に設けられた吐出量算出部５は、出銑滓流算出部４にて求められた出銑滓流Ｚの速度ｖ（計測値乃至は過去実績などに基づく所定値）と、出銑滓流Ｚの半径ｒを基に、溶滓Ｙの吐出量ｍ_ｓを算出するものである。
詳しくは、予め別の手段７、例えば計量手段（ロードセル）により、トピードカー４２及び内部に装入された溶銑Ｘの重量を計測して、溶銑Ｘの吐出量ｍ_ｆ（出銑量）を求めておく。また、溶銑Ｘの比重ρ_ｆは予めわかっており、溶滓Ｙの比重ρ_ｓは実績値より予め求めておく。

そして、求めておいた溶銑Ｘの吐出量ｍ_ｆ、溶銑Ｘの比重ρ_ｆ、溶滓Ｙの比重ρ_ｓと、出銑滓流算出部４にて求められた出銑滓流Ｚの速度ｖと、出銑滓流Ｚの半径ｒを、式（１）に代入して、溶滓Ｙの吐出量ｍ_ｓを算出する。
なお、補正係数ｋは、出銑滓流Ｚにおける表面と内部の速度誤差や、出銑滓流Ｚの断面を略真円として考慮しているための誤差、出銑滓流Ｚ内部における溶滓Ｙの充填率（出銑滓流Ｚ内部の空隙率）などによる影響を補正するためのものである。

この補正係数ｋは、予め通常時に、０≦ｋ≦１の範囲内となるように求めておく。
なお、この補正係数ｋは、定数（過去実績などに基づく所定値）を採用してもよく、出銑滓流Ｚの状況を反映した値としてもよい。例えば、補正係数ｋを出銑滓流Ｚの速度ｖと半径ｒの少なくとも一方の値を用いて算出することは非常に好ましい。この場合、補正係数ｋは、出銑滓流Ｚの速度ｖの計測値や半径ｒの計測値を用いた回帰分析（多変量の回帰分析）から算出することができる。

補正係数ｋを定数とせず、出銑滓流Ｚの速度ｖと半径ｒの少なくとも一方の値を用いて得られる値とすることが好ましい理由は、以下の通りである。
例えば、実際の操業においては、出銑滓流Ｚの半径ｒが逐次変わっているので、出銑滓流Ｚ内部における溶滓Ｙの充填率も変わる。例えば、出銑滓流Ｚの半径ｒが大きくなると、溶滓Ｙの充填率が低くなる、つまり出銑滓流Ｚ内部の空隙が多くなる。空隙が多くなると断面積は広くなるが、溶滓Ｙは密の状態となっていない（疎の状態）ため、出銑滓流Ｚの断面積Ｓ、すなわち半径ｒをそのまま用いることはできない。

そこで、出銑滓流Ｚの半径ｒを用いて補正係数ｋを求めておく。例えば、溶滓Ｙの充填率が高い、出銑滓流Ｚがほぼ密の状態（充填率：約１００％）の場合、補正係数ｋを１とする。一方、溶滓Ｙの充填率が低い、出銑滓流Ｚ内に空隙が形成されている場合、その空隙の大きさに従って補正係数ｋを０に近い値とする。出銑滓流Ｚの速度ｖに関しても、同様な考えである。

なお、上記の式（１）に関しては、出銑滓流Ｚの単位時間当たりの体積を表現する式（３）を、溶滓Ｙの吐出量ｍ_ｓを表現する式（４）に変形して、その式（４）に断面積Ｓ＝πｒ^２を代入して表現した式である。

処理装置３内に設けられた溶滓量算出部６は、吐出量算出部５にて算出された溶滓Ｙの吐出量ｍ_ｓを時間積分することで、出銑滓流Ｚに含まれる溶滓量Ｍ_ｓを算出するものである。
詳しくは、溶滓Ｙの吐出量ｍ_ｓを、式（５）に代入して、式（６）に変形し、溶滓量Ｍ_ｓを算出する。

以上のようにすれば、高炉３１に備えられた出銑口３５から吐出される出銑滓流Ｚに含まれる溶滓Ｙの溶滓量Ｍ_ｓを計測するに際し、撮像手段２にて撮像した出銑滓流Ｚの画像を画像処理することで、出銑滓流Ｚの速度ｖと半径ｒを求め、求めた速度ｖ、半径ｒ、予め求めておいた溶銑量Ｍ_ｆを基に、溶滓Ｙの吐出量ｍ_ｓを算出し、算出した溶滓Ｙの吐出量ｍ_ｓを時間積分することで、出銑滓流Ｚに含まれる溶滓量Ｍ_ｓを算出する、すなわち溶滓量Ｍ_ｓを正確且つ確実に計測することが可能となる。

次に、上記した本発明の溶滓量計測装置１を用いて、出銑滓流Ｚに含まれる溶滓量Ｍ_ｓを計測する方法について、説明する。
まず、例えば、撮像速度１５０ｆｐｓで動作するように設定された撮像手段２にて、出銑滓流Ｚの画像を少なくとも２枚以上撮像する。
次に、出銑滓流算出部４において、複数の画像から任意の画像を１つの画像として抽出し、その画像に続く画像も抽出する。これら抽出された２枚の画像を用いて、画像処理（例えば、パターンマッチング手法）を行う。画像処理で得られた結果を用いて、出銑滓流Ｚの速度ｖを求める。また、抽出された１つの画像において、水平方向にプロジェクションをとって、閾値より大きい輝度値を求め、その輝度値が存在する領域から出銑滓流Ｚの半径ｒを算出する。

続いて、吐出量算出部５において、出銑滓流算出部４にて求められた出銑滓流Ｚの速度ｖと、出銑滓流Ｚの半径ｒと、求めておいた溶銑Ｘの吐出量ｍ_ｆ、溶銑Ｘの比重ρ_ｆ、溶滓Ｙの比重ρ_ｓとを、上記の式（１）に代入して、溶滓Ｙの吐出量ｍ_ｓを算出する。また、補正係数ｋを、出銑滓流Ｚの速度ｖと半径ｒの少なくとも一方の値を用いて、０≦ｋ≦１の範囲内となるように求めておく。

そして、溶滓量算出部６において、算出された溶滓Ｙの吐出量ｍ_ｓを時間積分する（上記の式（６））ことで、出銑滓流Ｚに含まれる溶滓量Ｍ_ｓを算出する。
以上述べたように、出銑口３５から吐出された溶滓Ｙが、高炉鋳床３６の排滓樋３９を経て、水砕設備など溶滓処理設備に送られる際に、出銑口３５近傍に設けられた撮像手段２にて、溶銑Ｘと溶滓Ｙが混在する出銑滓流Ｚが撮像され、出銑滓流算出部４により、撮像された出銑滓流Ｚの画像を画像処理して出銑滓流Ｚの速度ｖと半径ｒが求められ、その出銑滓流Ｚの速度ｖ及び半径ｒと、予め計測された溶銑量Ｍ_ｆを基に、吐出量算出部５により溶滓Ｙの吐出量ｍ_ｓを算出し、溶滓量算出部６により、溶滓Ｙの吐出量ｍ_ｓを時間積分することで、出銑滓流Ｚに含まれる溶滓量Ｍ_ｓを正確且つ容易に計測することが可能となる。

また、出銑滓流Ｚに含まれる溶滓量Ｍ_ｓを計測する際の設備に関して、出銑口３５近傍に撮像手段２を設けるのみであるので、低コストにて溶滓量Ｍ_ｓを定量化することができる。
また、時間経過による出銑滓流Ｚの表面パターンの変動に対応するために、撮像手段２の撮像速度を５０ｆｐｓ以上としているので、パターンマッチングの精度が向上することとなる。それ故、出銑滓流Ｚの計測精度、及び計測安定性が向上する。

なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。
特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。

１ 溶滓量計測装置
２ 撮像手段（ＣＣＤカメラ）
３ 処理装置
４ 出銑滓流算出部
５ 吐出量算出部
６ 溶滓量算出部
７ 別の手段（計量手段、ロードセル）
３０ 高炉設備
３１ 高炉（高炉本体）
３４ 羽口
３５ 出銑口
３６ 高炉鋳床
３７ 出銑樋（溶銑流路）
３８ 傾注樋
３９ 排滓樋
４０ 潜り堰
４０ａ 配備された堰
４０ｂ 立設された堰
４２ トピードカー
Ｇａ 追跡領域
Ｇｂ 投影領域
Ｘ 溶銑（銑鉄）
Ｙ 溶滓（溶融スラグ）
Ｚ 出銑滓流

Claims (10)

1. 竪型炉に備えられた出銑口から吐出され、且つ溶銑と溶滓とが混在する流れである出銑滓流に含まれる前記溶滓の溶滓量Ｍ_ｓを計測するに際し、
   前記出銑口から吐出される前記出銑滓流を撮像する撮像手段を設けておき、
   前記撮像手段にて、前記出銑滓流の画像を撮像し、
   撮像された前記画像を用いて、前記出銑滓流の流れ方向に垂直な断面の半径ｒを求め、
   求めた前記半径ｒと、前記出銑滓流の速度ｖとを基に、前記竪型炉から吐出される前記溶滓量Ｍ_ｓを算出する
   ことを特徴とする竪型炉における溶滓量計測方法。
2. 前記出銑滓流の速度ｖは、
   前記撮像手段にて、前記出銑滓流の画像を少なくとも２枚以上撮像し、撮像された２枚以上の前記画像を用いて求める
   ことを特徴とする請求項１に記載の竪型炉における溶滓量計測方法。
3. 前記速度ｖと前記半径ｒ及び、別の手段で求められた「単位時間当たり吐出される前記溶銑の吐出量ｍ_ｆ」を基に、式（１）から「単位時間当たり吐出される前記溶滓の吐出量ｍ_ｓ」を算出し、
   算出された前記「単位時間当たり吐出される前記溶滓の吐出量ｍ_ｓ」を時間積分することで、前記溶滓の溶滓量Ｍ_ｓを算出する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の竪型炉における溶滓量計測方法。
   
4. 前記撮像手段にて、前記出銑滓流の画像を撮像する際には、当該撮像手段の撮像速度を５０ｆｐｓ以上として、連続撮像することを特徴とする請求項１〜３に記載の竪型炉における溶滓量計測方法。
5. 前記補正係数ｋは、０≦ｋ≦１の範囲内とされていることを特徴とする請求項３に記載の竪型炉における溶滓量計測方法。
6. 前記補正係数ｋは、前記速度ｖと前記半径ｒの少なくとも一方の値を用いて算出することを特徴とする請求項３又は５に記載の竪型炉における溶滓量計測方法。
7. 前記「単位時間当たり吐出される前記溶銑の吐出量ｍ_ｆ」を求める前記別の手段として、前記溶銑が装入されたトピードカーの重量を計測するロードセルを用いていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の竪型炉における溶滓量計測方法。
8. 竪型炉に備えられた出銑口から吐出され、且つ溶銑と溶滓とが混在する流れである出銑滓流の画像を撮像する撮像手段と、
   撮像された前記画像を用いて、前記出銑滓流の流れ方向に垂直な断面の半径ｒを求める出銑滓流算出部と、
   求めた前記半径ｒと、前記出銑滓流の速度ｖとを基に、前記竪型炉から吐出される前記溶滓量Ｍ_ｓを算出する溶滓量算出部と、を有する
   ことを特徴とする竪型炉における溶滓量計測装置。
9. 前記撮像手段は、前記出銑滓流の画像を少なくとも２枚以上撮像し、
   前記出銑滓流算出部は、前記撮像手段にて撮像された２枚以上の前記画像を用いて、前記出銑滓流の速度ｖを求める
   ことを特徴とする請求項８に記載の竪型炉における溶滓量計測装置。
10. 前記溶滓の吐出量ｍ_ｓを算出する吐出量算出部を有し、
    前記吐出量算出部は、前記速度ｖと前記半径ｒ及び、別の手段で求められた「単位時間当たり吐出される前記溶銑の吐出量ｍ_ｆ」を基に、式（１）から「単位時間当たり吐出される前記溶滓の吐出量ｍ_ｓ」を算出し、
    前記溶滓量算出部は、前記吐出量算出部にて算出された前記「単位時間当たり吐出される前記溶滓の吐出量ｍ_ｓ」を時間積分することで、前記溶滓の溶滓量Ｍ_ｓを算出する
    ことを特徴とする請求項８又は９に記載の竪型炉における溶滓量計測装置。