JP2018044234A - 構成比率推定装置、構成比率推定プログラム、及びその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】観察した切断面の代表性を確保可能な構成比率推定装置を提供する。
【解決手段】構成比率推定装置１は、カルシウムフェライト相を少なくとも含む試料を撮像して画像データを生成する撮像部１１と、画像データに対応する画像に含まれる画素のそれぞれの輝度の集合である輝度群から、所定のしきい値輝度以下の輝度を除去した対象輝度群を取得する対象輝度群取得部３４と、対象輝度群に含まれる輝度の中で、数が最も多い最頻輝度を決定する最頻輝度決定部３５と、試料に含まれるカルシウムフェライト相の含有比率と最頻輝度との対応関係に基づいて、試料に含まれるカルシウムフェライト相の含有比率を推定する含有比率推定部３６と、推定されたカルシウムフェライト相の含有比率を出力する含有比率出力部３７とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、構成比率推定装置、構成比率推定プログラム、及びその方法に関する。より詳細には、本発明は、焼結鉱、及び、破砕前のシンターケーキ（以下、焼結鉱等とも称する）の鉱物相組織の構成比率推定装置、構成比率推定プログラム、及びその方法に関する。

高炉の操業の安定性を向上させると共に高炉の操業状態を改善するために、高炉に投入される焼結鉱の構成鉱物及び気孔構造を把握することが好ましい（例えば、非特許文献１及び２を参照）。焼結鉱は、ヘマタイト相（Ｆｅ_２Ｏ_３）、マグネタイト相（Ｆｅ_３Ｏ_４）、カルシウムフェライト相（ＣａＯＦｅ_２Ｏ_３、以下、ＣＦ相とも称する）、スラグ相（非晶質相）の４つの鉱物相組織及び気孔によって構成される。焼結鉱の鉱物相組織の中で、被還元性がよいとされるカルシウムフェライト相の含有比率を知ることが好ましい（例えば、非特許文献３を参照）。焼結鉱の気孔を樹脂で埋めた後に研磨した焼結鉱の切断面を顕微鏡で拡大した観察面を観察することで、焼結鉱に含有されるカルシウムフェライト相の含有比率を測定することができる（例えば、特許文献１〜４）。

特開昭５８−０３４１４２号公報 特開昭５８−０３７１３２号公報 特開昭５８−０４２７３２号公報 特開２０１４−２１５９８７号公報

「焼結鉱組織と還元性状の関係」佐藤ら、鉄と鋼６８（１９８２年）第２２１５頁〜第２２２２頁 「Quantitative Determination of Sinter Structure byImage Analysis」Shibuya et al, Transactions of the Iron and Steel Institute of Japan, 25(1985), 257-260. 「焼結過程における溶解現象のモデル化」佐藤ら、鉄と鋼７０（１９８４年）第６５７頁〜第６６４頁

焼結鉱の切断面を顕微鏡で拡大した観察面を観察することで、カルシウムフェライト相の含有比率を測定する場合、可能な限り広い切断面を観察して、観察した切断面の代表性を確保する必要がある。しかしながら、観察する切断面の面積を広くするほど、顕微鏡で拡大された観察面は広くなる。このため、顕微鏡で拡大された観察面を観察する方法では、観察した切断面の代表性を確保することは容易ではない。例えば、３ｃｍ²の切断面を３００倍の倍率を有する顕微鏡で観察する場合、観察される合計の観察面の面積は８１ｍ^２（＝（３ｃｍ×３００）^２）に達する。

そこで、本発明は、観察した切断面の代表性を確保可能な構成比率推定装置を提供することを目的とする。

このような課題を解決する本発明は、以下に構成比率推定装置、構成比率推定プログラム、及び構成比率推定方法を要旨とするものである。
（１）カルシウムフェライト相を少なくとも含む試料を撮像して画像データを生成する撮像部と、
画像データに対応する画像に含まれる画素のそれぞれの輝度の集合である輝度群から、所定のしきい値輝度以下の輝度を除去した対象輝度群を取得する対象輝度群取得部と、
対象輝度群に含まれる輝度の中で、数が最も多い最頻輝度を決定する最頻輝度決定部と、
試料に含まれるカルシウムフェライト相の含有比率と最頻輝度との対応関係に基づいて、試料に含まれるカルシウムフェライト相の含有比率を推定する含有比率推定部と、
推定されたカルシウムフェライト相の含有比率を出力する含有比率出力部と、
を有することを特徴とする構成比率推定装置。
（２）しきい値輝度は、撮像部の解像度よりも径が大きいマクロ気孔の輝度より大きい、（１）に記載の構成比率推定装置。
（３）試料は、シンターケーキ及び焼結鉱の少なくとも一方を含む、（１）又は（２）に記載の構成比率推定装置。
（４）撮像部は、スキャナを含む、（１）〜（３）の何れか１つに記載の構成比率推定装置。
（５）カルシウムフェライト相を少なくとも含む試料を撮像して画像データを生成し、
画像データに対応する画像に含まれる画素のそれぞれの輝度の集合である輝度群から、所定のしきい値輝度以下の輝度を除去した対象輝度群を取得し、
対象輝度群に含まれる輝度の中で、数が最も多い最頻輝度を決定し、
試料に含まれるカルシウムフェライト相の含有比率と最頻輝度との対応関係に基づいて、試料に含まれるカルシウムフェライト相の含有比率を推定し、
推定されたカルシウムフェライト相の含有比率を出力する、ことを含むことを特徴とする構成比率推定方法。
（６）カルシウムフェライト相を少なくとも含む試料を撮像して画像データを生成し、
画像データに対応する画像に含まれる画素のそれぞれの輝度の集合である輝度群から、所定のしきい値輝度以下の輝度を除去した対象輝度群を取得し、
対象輝度群に含まれる輝度の中で、数が最も多い最頻輝度を決定し、
試料に含まれるカルシウムフェライト相の含有比率と最頻輝度との対応関係に基づいて、試料に含まれるカルシウムフェライト相の含有比率を推定し、
推定されたカルシウムフェライト相の含有比率を出力する、ことを含む処理をコンピュータに実行させることを特徴とする構成比率推定プログラム。

一実施形態では、観察した切断面の代表性を確保可能な構成比率推定装置を提供することができる。

実施形態に係る構成比率推定装置を示す図である。 図１に示す構成比率推定装置が焼結鉱のＣＦ相の含有比率を推定する含有比率推定処理のフローチャートである。 対象輝度群に含まれる輝度の分布の一例を示す図である 図１に示すＣＦ相推定テーブルの一例を示す図である。 顕微鏡を介して試料を撮像した画像の輝度分布の一例を示す図である。 スキャナで試料を撮像した画像の輝度分布の一例を示す図である。 最頻輝度とＣＦ相の含有比率との間の対応関係を示す図である。 最頻輝度とミクロ気孔の含有比率との間の対応関係を示す図である。 最頻輝度とヘマタイト相の含有比率との間の対応関係を示す図である。

以下図面を参照して、構成比率推定装置、構成比率推定プログラム、及びその方法について説明する。但し、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態に限定されない。

（実施形態に係る構成比率推定装置の概要）
実施形態に係る構成比率推定装置は、焼結鉱等の試料を撮像した画像に含まれる画素のそれぞれの輝度の集合である輝度群からマクロ気孔に対応する輝度を除去した対象輝度群に含まれる輝度の中で、数が最も多い最頻輝度を決定する。実施形態に係る構成比率推定装置は、試料に含まれるＣＦ相の含有比率と、最頻輝度との関係に基づいて、試料に含まれるＣＦ相の含有比率を推定する。実施形態に係る構成比率推定装置は、焼結鉱等の構成の中で試料毎のばらつきが比較的大きいマクロ気孔の影響を取り除いたときの最頻輝度とＣＦ相の含有比率との間に対応関係があるとの知見に基づいてＣＦ相の含有比率を推定する。

（実施形態に係る構成比率推定装置の構成及び機能）
図１は、実施形態に係る構成比率推定装置を示す図である。

構成比率推定装置１は、撮像装置１０と、演算装置２０とを有する。構成比率推定装置１は、撮像装置１０が撮像した試料の画像の画素のそれぞれの輝度から、撮像部１１の解像度よりも径が大きいマクロ気孔に対応する輝度を除去した対象輝度群の中の最頻輝度に基づいてＣＦ相の含有比率を推定する。

撮像装置１０は、一例ではスキャナであり、撮像部１１と、移動機構１２とを有する。撮像部１１は、ＣＣＤセンサを有し、焼結鉱１０１の表面を拡大することなく撮像し、撮像した画像を示す画像データをＬＡＮ１５を介して演算装置２０に出力する。移動機構１２は、撮像部１１を移動可能に支持し、不図示の上位制御装置からの指示に基づいて、撮像部１１を所定の撮像範囲に亘って移動することにより、撮像範囲に含まれる焼結鉱１０１の表面を撮像部１１が撮像することを可能にする。

撮像装置１０が撮像した画像の輝度は、演算装置２０を介して不図示のユーザによって設定可能である。一例では、撮像装置１０が撮像した画像の輝度は２５６ビットで設定可能であり、撮像装置１０が撮像した基準試料に含まれるヘマタイト相の中で最も明るい部分の輝度を「２５５」に設定し、基準試料に含まれる最も暗い部分を「０」に設定してもよい。

演算装置２０は、通信部２１と、記憶部２２と、入力部２３と、出力部２４と、処理部３０とを有する。通信部２１、記憶部２２、入力部２３、出力部２４及び処理部３０は、バス２００を介して互いに接続される。演算装置２０は、撮像装置１０が撮像した焼結鉱１０１の画像の画素のそれぞれの輝度から焼結鉱１０１にＣＦ相が含有される含有比率を推定する。一例では、演算装置２０は、焼結工程を監視制御する監視制御装置である。

通信部２１は、イーサネット（登録商標）などの有線の通信インターフェース回路を有する。通信部２１は、ＬＡＮ２５を介して撮像装置１０及び不図示の上位制御装置と通信を行う。

記憶部２２は、例えば、半導体記憶装置、磁気テープ装置、磁気ディスク装置、又は光ディスク装置のうちの少なくとも一つを備える。記憶部２２は、処理部３０での処理に用いられるオペレーティングシステムプログラム、ドライバプログラム、アプリケーションプログラム、データ等を記憶する。例えば、記憶部２２は、アプリケーションプログラムとして、焼結鉱１０１のＣＦ相の含有比率を推定する含有比率推定処理を処理部３０に実行させるための含有比率推定プログラム等を記憶する。含有比率推定プログラムプログラムは、例えばＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な可搬型記録媒体から、公知のセットアッププログラム等を用いて記憶部２２にインストールされてもよい。

また、記憶部２２は、含有比率推定処理で使用される種々のデータを記憶する。例えば、記憶部２２は、焼結鉱１０１のＣＦ相の含有比率を推定するときに使用されるＣＦ相推定テーブル２２１を記憶する。さらに、記憶部２２は、所定の処理に係る一時的なデータを一時的に記憶してもよい。

入力部２３は、データの入力が可能であればどのようなデバイスでもよく、例えば、タッチパネル、キーボード等である。作業者は、入力部２３を用いて、文字、数字、記号等を入力することができる。入力部２３は、作業者により操作されると、その操作に対応する信号を生成する。そして、生成された信号は、作業者の指示として、処理部３０に供給される。

出力部２４は、映像や画像等の表示が可能であればどのようなデバイスでもよく、例えば、液晶ディスプレイ又は有機ＥＬ（Electro−Luminescence）ディスプレイ等である。出力部２４は、処理部３０から供給された映像データに応じた映像や、画像データに応じた画像等を表示する。また、出力部２４は、紙などの表示媒体に、映像、画像又は文字等を印刷する出力装置であってもよい。

処理部３０は、一又は複数個のプロセッサ及びその周辺回路を有する。処理部３０は、演算装置２０の全体的な動作を統括的に制御するものであり、例えば、ＣＰＵである。処理部３０は、記憶部２２に記憶されているプログラム（ドライバプログラム、オペレーティングシステムプログラム、アプリケーションプログラム等）に基づいて処理を実行する。また、処理部３０は、複数のプログラム（アプリケーションプログラム等）を並列に実行できる。

処理部３０は、画像データ取得部３１と、輝度抽出部３２と、輝度除去部３３と、対象輝度群取得部３４と、最頻輝度決定部３５と、含有比率推定部３６と、含有比率出力部３７とを有する。これらの各部は、処理部３０が備えるプロセッサで実行されるプログラムにより実現される機能モジュールである。あるいは、これらの各部は、ファームウェアとして演算装置２０に実装されてもよい。

（第１実施形態に係る構成比率推定装置による含有比率推定処理）
図２は、構成比率推定装置１が焼結鉱１０１のＣＦ相の含有比率を推定する含有比率推定処理のフローチャートである。図２に示す気孔率決定処理は、予め記憶部２２に記憶されているプログラムに基づいて、主に処理部３０により演算装置２０の各要素と協働して実行される。

まず、画像データ取得部は、撮像部１１が撮像した画像を示す画像データをＬＡＮ１５を介して撮像部１１から取得する（Ｓ１０１）。

次いで、輝度抽出部３２は、Ｓ１０１の処理で取得された画像データに対応する画像の画素のそれぞれの輝度を抽出し、抽出した輝度の集合である輝度群を取得する（Ｓ１０２）。例えば、撮像部１１の解像度が１２００〔ｂｐｉ〕のとき、輝度群は、１２００×（撮像範囲の面積）／（２．５４ｃｍ²）個の輝度を含む。

次いで、輝度除去部３３は、Ｓ１０２の処理で取得された輝度群から、所定のしきい値輝度以下の輝度を除去する（Ｓ１０３）。しきい値輝度は、焼結鉱１０１の鉱物相組織の中で比較的輝度が小さいマクロ気孔の輝度より大きい値である。しきい値輝度が気孔の輝度より大きい値であるので、輝度除去部３３がしきい値輝度以下の輝度を除去することで、マクロ気孔の輝度が除去される。対象輝度群は、マクロ気孔の輝度が除去されているので、ヘマタイト相、マグネタイト相、ＣＦ相及びスラグ相を含む基質、及び撮像部１１の解像度よりも径が小さいミクロ気孔の輝度を含む。

次いで、対象輝度群取得部３４は、輝度群に含まれる輝度の中でしきい値輝度より大きい輝度の集合である対象輝度群を取得する（Ｓ１０４）。

次いで、最頻輝度決定部３５は、Ｓ１０４の処理で取得された対象輝度群に含まれる輝度の中で、数が最も多い最頻輝度を決定する（Ｓ１０５）。

図３は、対象輝度群に含まれる輝度の分布の一例を示す図である。図３において、横軸は輝度を示し、縦軸は抽出された輝度の数を示す。図３に示す例では、基準試料に含まれるヘマタイト相の中で最も明るい部分の輝度は「２５５」に設定され、基準試料に含まれる最も暗い部分は「０」に設定される。Ｓ１０３において輝度を除去するときに使用されるしきい値輝度は「３２」である。

最頻輝度決定部３５は、輝度「３３」〜輝度「２５５」の中で、最も数が多い輝度を最頻輝度Ｌｍに決定する。最頻輝度は、図３において矢印Ａで示される。

次いで、含有比率推定部３６は、焼結鉱１０１に含まれるＣＦ相の含有比率Ｒｃｆと最頻輝度Ｌｍとの関係に基づいて、焼結鉱１０１に含まれるＣＦ相の含有比率を推定する（Ｓ１０６）。より詳細には、含有比率推定部３６は、記憶部２２に記憶されるＣＦ相推定テーブル２２１を参照して、焼結鉱１０１に含まれるＣＦ相の含有比率Ｒｃｆを推定する。

図４は、ＣＦ相推定テーブル２２１の一例を示す図である。

ＣＦ相推定テーブル２２１は、ｎ個の最頻輝度Ｌｍ₁〜Ｌｍ_nとｎ個のＣＦ相の含有比率Ｒｃｆ₁〜Ｒｃｆ_nとの対応関係を記憶する。

そして、含有比率出力部３７は、Ｓ３０７の処理で推定されたカルシウムフェライト相の含有比率Ｒｃｆを示すＣＦ相含有比率信号を出力する（Ｓ１０７）。

（実施形態に係る構成比率推定装置の作用効果）
構成比率推定装置１は、撮像された焼結鉱等の試料の画像の画素の輝度の中で最も数が多い最頻輝度とＣＦ相の含有比率との間の対応関係に基づいてＣＦ相の含有比率を推定するので、撮像した画像を拡大した観察面を使用する必要はない。構成比率推定装置１は、撮像した画像を拡大した観察面を使用することなくＣＦ相の含有比率を推定するので、画像の代表性の確保が容易である。

構成比率推定装置１は、撮像部１１の解像度よりも径が大きいマクロ気孔の輝度より大きいしきい値輝度以下の輝度を対象輝度群から除去するので、推定されるＣＦ相の含有比率は、試料毎にばらつきが比較的大きいマクロ輝度の影響を受けることはない。

構成比率推定装置１は、マクロ気孔の影響を取り除いたときの最頻輝度ＬｍとＣＦ相の含有比率Ｒｃｆとの間に対応関係があるとの知見に基づいて、最頻輝度ＬｍからＣＦ相の含有比率Ｒｃｆを推定する。マクロ気孔が撮像された画素以外の画素のそれぞれには、ヘマタイト相、マグネタイト相、ＣＦ相、スラグ相及び撮像部１１の解像度よりも径が小さいミクロ気孔が混在して撮像される。ヘマタイト相、マグネタイト相、ＣＦ相、スラグ相及びミクロ気孔が混在して撮像される画素の輝度は、混在する鉱物相組織の存在比率に応じた値となる。輝度が比較的高いヘマタイト相が多く撮像されるほど、画素の輝度は高くなる。輝度が比較的低いＣＦ相が多く撮像されるほど、画素の輝度は低くなる。

撮像部１１の解像度よりも径が小さい焼結鉱等のミクロ気孔は、ＣＦ相に形成される空隙部としてＣＦ相に並存するので、ミクロ気孔の含有比率は、ＣＦ相の含有比率Ｒｃｆに比例する。ミクロ気孔の含有比率は、ＣＦ相の含有比率Ｒｃｆに比例して変化するため、ミクロ気孔の含有比率がＣＦ相の含有比率Ｒｃｆの変化と異なる傾向で変化することはなく、ミクロ気孔の含有比率は、ＣＦ相の含有比率Ｒｃｆの推定に影響を与えることはない。

マグネタイト相の含有比率は、最大でも１０％程度と比較的低いので、マグネタイト相の含有比率の変動がＣＦ相の含有比率Ｒｃｆの推定に与える影響は大きくない。また、スラグ相の含有比率は、試料毎のばらつきが小さいため、ＣＦ相の含有比率Ｒｃｆの推定に影響を与えることはない。

（実施形態に係る構成比率推定装置の変形例）
構成比率推定装置１は、焼結鉱１０１のＣＦ相の含有比率を推定するが、実施形態に係る構成比率推定装置は、焼結鉱及びシンターケーキの粉砕物等のＣＦ相を少なくとも含む試料のＣＦ相の含有比率を推定することができる。

構成比率推定装置１では、輝度抽出部３２及び輝度除去部３３は、処理部３０が有するが、輝度抽出部３２及び輝度除去部３３が実行する処理は、焼結鉱を撮像する撮像部が実行してもよい。輝度抽出部３２及び輝度除去部３３の処理が撮像部によって実行される場合、演算装置は、画像データに対応する画像に含まれる画素のそれぞれの輝度の集合である輝度群から、所定のしきい値輝度以下の輝度を除去した対象輝度群を、撮像部から取得する。

顕微鏡を介して試料を撮像した画像から決定されたＣＦ相の含有比率と、スキャナにより試料を撮像した画像から決定された最頻輝度とに基づいて、最頻輝度とＣＦ相の含有比率との間の対応関係を算出した。１０個の試薬試料及び１２個の鉱物試料が、最頻輝度とＣＦ相の含有比率との間の対応関係の算出に使用された。１０個の試薬試料のそれぞれは複数の試薬を含有する試料であり、１２個の鉱物試料のそれぞれは試薬と共に径が０．２５ｍｍ未満の鉄鉱石を含有する試料である。

（試料の原料組成）
第１試薬試料１〜第１０試薬試料１０及び第１鉱石試料１〜第１２鉱石試料１２を作成した。第１試薬試料１〜第３試薬試料３は、Ｆｅ₂Ｏ₃試薬とＣａＣＯ₃試薬とを含む。第４試薬試料４〜第７試薬試料７はＦｅ₂Ｏ₃試薬及びＣａＣＯ₃試薬に加えてＳｉＯ₂試薬を含み、第８試薬試料８〜第１０試薬試料１０はＦｅ₂Ｏ₃試薬及びＣａＣＯ₃試薬に加えてＡｌ₂Ｏ₃試薬を含む。第１鉱石試料１〜第３鉱石試料３は鉄鉱石ＡとＣａＣＯ₃試薬とを含み、第４試薬試料４〜第６試薬試料６は鉄鉱石Ｂ及びＣａＣＯ₃試薬を含む。第７鉱石試料７〜第９鉱石試料９は鉄鉱石ＣとＣａＣＯ₃試薬とを含み、第１０試薬試料１０〜第１２試薬試料１２は鉄鉱石Ｄ及びＣａＣＯ₃試薬を含む。鉄鉱石Ａ〜鉄鉱石Ｄのそれぞれは、産地等のロットが互いに相違する。

表１は第１試薬試料１〜第１０試薬試料１０に含有される試薬の含有比率を示し、表２は第１鉱石試料１〜第１２鉱石試料１２に含有される試薬の含有比率を示す。

（試料の形成）
まず、第１試薬試料１〜第１０試薬試料１０及び第１鉱石試料１〜第１２鉱石試料１２のそれぞれは、４ＭＰａの圧力で加圧されて径が８ｍｍであり高さが１０ｍｍであるタブレットとして形成された。次いで、第１試薬試料１〜第１０試薬試料１０及び第１鉱石試料１〜第１２鉱石試料１２のそれぞれは、ニッケル製のるつぼにいれて電気炉で焼成された。第１試薬試料１〜第１０試薬試料１０及び第１鉱石試料１〜第１２鉱石試料１２のそれぞれは、１１００℃から１２９０℃まで１分間で昇温した後に、１２９０℃から１１１０℃まで３分間で降温するヒートパターンにより焼成された。焼成時の最高温度は１３５０℃以下の１２９０℃なので、マグネタイト相は、第１試薬試料１〜第１０試薬試料１０及び第１鉱石試料１〜第１２鉱石試料１２に含有されない。焼成された第１試薬試料１〜第１０試薬試料１０及び第１鉱石試料１〜第１２鉱石試料１２のそれぞれは、樹脂を埋め込んだ後に、湿式研磨された。

（試料のＣＦ相の含有比率の決定）
第１試薬試料１〜第１０試薬試料１０及び第１鉱石試料１〜第１２鉱石試料１２の表面を顕微鏡で３００倍に拡大した画像を取得し、取得した画像の画素のそれぞれの輝度を抽出して、ＣＦ相の輝度範囲に含まれる鉱物相組織の含有比率を測定した。取得した画像は、三谷商事株式会社製の画像解析ソフトウェアプログラム「WinROOF」を使用して画像解析された。ＣＦ相の輝度範囲を決定するときのしきい値は、取得した画像の中で同一鉱物のみが存在する極小エリアの輝度を測定して決定された鉱物相組織のそれぞれの輝度範囲に基づいて決定された。ヘマタイト相の輝度範囲は２３０〜２５５とされ、ＣＦ相の輝度範囲は１６５−２２７とされ、スラグ相及びミクロ気孔の輝度範囲は１１０−１６５とされ、マクロ気孔の輝度範囲は０−１１０とされた。なお、スラグ相は本実験の試料にはほとんど含有されないこと、スラグ相はＣＦ相と気孔との間の境界の輝度の輝度と重複すること、及びＣＦ相と気孔との間の境界の比率がスラグ相の含有比率より高いことから、スラグ相は、解析から除外された。すなわち、１１０−１６５の輝度範囲は、ミクロ気孔の輝度範囲と規定した。

図５は、顕微鏡を介して試料を撮像した画像の輝度分布の一例を示す図である。図５において、横軸は輝度を示し、縦軸は抽出された輝度の数を示す。

図５に示す例では、ＣＦ相の輝度範囲に含まれる輝度「１８５」の近辺の輝度の抽出数が１番大きなピークを示し、気孔の輝度範囲に含まれる輝度「１０５」の近辺の輝度の抽出数が２番目に大きなピークを示す。そして、ヘマタイト相の輝度範囲に含まれる輝度「２３０」の近辺の輝度の抽出数が３番目に大きなピークを示す。

図５において１６５−２２７の輝度範囲に含まれる輝度分布の面積を０−２５５の範囲に含まれる輝度分布の面積で除した値は、第１試薬試料１〜第１０試薬試料１０及び第１鉱石試料１〜第１２鉱石試料１２のそれぞれのＣＦ相の含有比率に決定された。

同様に、１１０−１６５の輝度範囲に含まれる輝度分布の面積を０−２５５の範囲に含まれる輝度分布の面積で除した値は、第１試薬試料１〜第１０試薬試料１０のそれぞれのミクロ気孔の含有比率に決定された。また、２３０〜２５５の輝度範囲に含まれる輝度分布の面積を０−２５５の範囲に含まれる輝度分布の面積で除した値は、第１試薬試料１〜第１０試薬試料１０のそれぞれのヘマタイト相の含有比率に決定された。

（試料の最頻輝度の決定）
第１試薬試料１〜第１０試薬試料１０及び第１鉱石試料１〜第１２鉱石試料１２のそれぞれをスキャナで撮像して、第１試薬試料１〜第１０試薬試料１０及び第１鉱石試料１〜第１２鉱石試料１２のそれぞれの最頻輝度を測定した。スキャナはキヤノン株式会社製の「ＰＩＸＵＳ ＭＧ３１３０」を使用した。解像度は１２００ｄｐｉであり、輝度は、基準試料をスキャナで撮像したときの撮像結果に基づいて、２５６諧調で示されるデフォルトの輝度範囲の「３２」〜「９５」の範囲を「０」〜「２５５」の範囲に拡大した。デフォルトの輝度範囲の下限輝度「３２」は、基準試料に含まれるマクロ気孔の輝度より大きい輝度である。また、デフォルトの輝度範囲の上限輝度「９５」は、基準試料に含まれるヘマタイト相の中で最も明るい部分の輝度である。スキャナで撮像された画像は、三谷商事株式会社製の画像解析ソフトウェアプログラム「WinROOF」を使用して画像解析された。

図６は、スキャナで試料を撮像した画像の輝度分布の一例を示す図である。図６において、横軸は輝度を示し、縦軸は抽出された輝度の数を示す。

スキャナで試料を撮像した画像の輝度分布は、単一のピークのみを有する。スキャナが撮像した画像の画素のそれぞれには、ヘマタイト相、マグネタイト相、ＣＦ相、スラグ相及び撮像部１１の解像度よりも径が小さいミクロ気孔が混在して撮像されるため、図５に示す顕微鏡を介した画像の輝度分布とは異なる分布を有する。

第１試薬試料１〜第１０試薬試料１０及び第１鉱石試料１〜第１２鉱石試料１２のそれぞれについて、図６において矢印Ａで示される輝度分布のピークに位置する輝度が最頻輝度に決定された。次いで、第１試薬試料１〜第１０試薬試料１０及び第１鉱石試料１〜第１２鉱石試料１２のそれぞれについて、最頻輝度が決定された。

（最頻輝度とＣＦ相の含有比率との間の対応関係の算出）
第１試薬試料１〜第１０試薬試料１０及び第１鉱石試料１〜第１２鉱石試料１２のそれぞれについて決定されたＣＦ相の含有比率及び最頻輝度の関係がプロットされた。そして、プロットされた点を最小二乗法で近似された直線は、最頻輝度とＣＦ相の含有比率との間の対応関係を示す式として算出された。

図７は、最頻輝度とＣＦ相の含有比率との間の対応関係を示す図である。図６において、横軸はＣＦ相の含有比率〔％〕を示し、縦軸は最頻輝度を示す。最頻輝度とＣＦ相の含有比率との間の対応関係を示す直線は、ＣＦ相の含有比率が増加するに従って最頻輝度が低くなることを示す。

（最頻輝度とミクロ気孔の含有比率との間の対応関係の算出）
図８は、最頻輝度とミクロ気孔の含有比率との間の対応関係を示す図である。図６において、横軸はミクロ気孔の含有比率〔％〕を示し、縦軸は最頻輝度を示す。また、直線は、最小二乗法で近似された直線であり、最頻輝度とミクロ気孔の含有比率との間の対応関係を示す。

最頻輝度とミクロ気孔の含有比率との間の対応関係を示す直線は、図７に示す最頻輝度とＣＦ相の含有比率との間の対応関係を示す直線と同様に、ミクロ気孔の含有比率が増加するに従って最頻輝度が低くなることを示す。すなわち、最頻輝度とミクロ気孔の含有比率との間の対応関係と、最頻輝度とＣＦ相の含有比率との間の対応関係とは正相関を示す。

（最頻輝度とヘマタイト相の含有比率との間の対応関係の算出）
図８は、最頻輝度とヘマタイト相の含有比率との間の対応関係を示す図である。図６において、横軸はヘマタイト相の含有比率〔％〕を示し、縦軸は最頻輝度を示す。また、直線は、最小二乗法で近似された直線であり、最頻輝度とヘマタイト相の含有比率との間の対応関係を示す。

最頻輝度とヘマタイト相の含有比率との間の対応関係を示す直線は、図７に示す最頻輝度とＣＦ相の含有比率との間の対応関係を示す直線とは反対に、ミクロ気孔の含有比率が増加するに従って最頻輝度が高くなることを示す。すなわち、最頻輝度とヘマタイト相の含有比率との間の対応関係と、最頻輝度とＣＦ相の含有比率との間の対応関係とは負相関を示す。

（本実施形態に係る構成比率推定方法の妥当性の検証）
３つの製鉄所の焼結工程で製造されたシンターケーキの粉砕物である焼結鉱α、焼結鉱β及び焼結鉱γを使用して、本実施形態に係る構成比率推定方法の妥当性を検証した。検証に使用された焼結鉱α〜焼結鉱γのそれぞれの切断面の面積は１０ｃｍ²であった。

表１は、本実施形態に係る構成比率推定方法により推定されたＣＦ相の含有比率、及び顕微鏡を介して観察面を観察した結果から測定されたＣＦ相の含有比率を焼結鉱α、焼結鉱β及び焼結鉱γについて示す。表１に示す例では、最頻輝度とＣＦ相の含有比率との間の対応関係は、図７に示す直線を使用して決定された。

表１に示す例では、焼結鉱αでは、本実施形態に係る構成比率推定方法により推定されたＣＦ相の含有比率は２３％であり、顕微鏡を介して観察面を観察した結果から測定されたＣＦ相の含有比率は２７％である。また、焼結鉱βでは、本実施形態に係る構成比率推定方法により推定されたＣＦ相の含有比率は３５％であり、顕微鏡を介して観察面を観察した結果から測定されたＣＦ相の含有比率は３１％である。また、焼結鉱γでは、本実施形態に係る構成比率推定方法により推定されたＣＦ相の含有比率は５２％であり、顕微鏡を介して観察面を観察した結果から測定されたＣＦ相の含有比率は５４％である。

表１に示すように、本実施形態に係る構成比率推定方法により推定されたＣＦ相の含有比率は、顕微鏡を介して観察面を観察した結果から測定されたＣＦ相の含有比率と略一致する。したがって、本実施形態に係る構成比率推定方法は、ＣＦ相の含有比率の推定方法として妥当なものである。

１ 構成比率推定装置
１０ 撮像装置
１１ 撮像部
１２ 移動機構
２０ 演算装置
３０ 処理部
３１ 画像データ取得部
３２ 輝度抽出部
３３ 輝度除去部
３４ 対象輝度群取得部
３５ 最頻輝度決定部
３６ 含有比率推定部
３７ 含有比率出力部

Claims (6)

1. カルシウムフェライト相を少なくとも含む試料を撮像して画像データを生成する撮像部と、
   前記画像データに対応する画像に含まれる画素のそれぞれの輝度の集合である輝度群から、所定のしきい値輝度以下の輝度を除去した対象輝度群を取得する対象輝度群取得部と、
   前記対象輝度群に含まれる輝度の中で、数が最も多い最頻輝度を決定する最頻輝度決定部と、
   前記試料に含まれるカルシウムフェライト相の含有比率と前記最頻輝度との対応関係に基づいて、前記試料に含まれるカルシウムフェライト相の含有比率を推定する含有比率推定部と、
   前記推定されたカルシウムフェライト相の含有比率を出力する含有比率出力部と、
   を有することを特徴とする構成比率推定装置。
2. 前記しきい値輝度は、前記撮像部の解像度よりも径が大きいマクロ気孔の輝度より大きい、請求項１に記載の構成比率推定装置。
3. 前記試料は、シンターケーキ及び焼結鉱の少なくとも一方を含む、請求項１又は２に記載の構成比率推定装置。
4. 前記撮像部は、スキャナを含む、請求項１〜３の何れか一項に記載の構成比率推定装置。
5. カルシウムフェライト相を少なくとも含む試料を撮像して画像データを生成し、
   前記画像データに対応する画像に含まれる画素のそれぞれの輝度の集合である輝度群から、所定のしきい値輝度以下の輝度を除去した対象輝度群を取得し、
   前記対象輝度群に含まれる輝度の中で、数が最も多い最頻輝度を決定し、
   前記試料に含まれるカルシウムフェライト相の含有比率と前記最頻輝度との対応関係に基づいて、前記試料に含まれるカルシウムフェライト相の含有比率を推定し、
   前記推定されたカルシウムフェライト相の含有比率を出力する、
   ことを含むことを特徴とする構成比率推定方法。
6. カルシウムフェライト相を少なくとも含む試料を撮像して画像データを生成し、
   前記画像データに対応する画像に含まれる画素のそれぞれの輝度の集合である輝度群から、所定のしきい値輝度以下の輝度を除去した対象輝度群を取得し、
   前記対象輝度群に含まれる輝度の中で、数が最も多い最頻輝度を決定し、
   前記試料に含まれるカルシウムフェライト相の含有比率と前記最頻輝度との対応関係に基づいて、前記試料に含まれるカルシウムフェライト相の含有比率を推定し、
   前記推定されたカルシウムフェライト相の含有比率を出力する、
   ことを含む処理をコンピュータに実行させることを特徴とする構成比率推定プログラム。

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