JP2020063898A - 溶滓量測定装置および溶滓量測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】出銑滓流に含まれる溶滓の量を正確に算出する。【解決手段】溶滓量測定装置１は、竪型炉（高炉１０）の出銑口１１から出てきた出銑滓流３０が複数の時刻で撮像されることにより得られた複数の第１画像Ｉｍ１を基にして、出銑滓流３０の速度および幅を算出し、速度および幅を変数として含む所定の式を用いて、出銑口１１から取り出された溶滓３２の量を算出する。溶滓量測定装置１は、生成部５２と、算出部５３と、を備える。生成部５２は、複数の第１画像Ｉｍ１を用いて、出銑滓流像３００のエッジと溶銑溶滓垂れ像３０１との明暗比を大きくする画像処理をして、第２画像Ｉｍ２を生成する。算出部５３は、第２画像Ｉｍ２を用いて、出銑滓流３０の幅を算出する。【選択図】図２

Description

本発明は、出銑口から取り出された出銑滓流に含まれる溶滓の量を測定する技術に関する。

竪型炉の一例として高炉がある。高炉内には、溶銑（溶けた状態の鉄）および溶滓（溶けた状態のスラグ）を含む高温溶融物がある。高炉の出銑口から取り出された高温溶融物は、出銑滓流と呼ばれている。出銑滓流は、出銑樋を流れ、ここで、溶銑と溶滓とに分離され、溶銑はトピードカーに移され、次の工程に送られる。溶滓は、水砕設備に送られ、水砕スラグにされる。水砕スラグは、セメント原料等として再利用される。

高炉内の高温溶融物の量が多すぎると、炉況が悪くなり、高炉の操業に支障が生じる。このため、高炉内の高温溶融物の量の管理が重要である。出銑滓流に含まれる溶銑および溶滓のそれぞれの量が分かれば、高炉内の高温溶融物の量が分かる。出銑滓流に含まれる溶銑の量は、溶銑が入っているトピードカーの重量と溶銑が入っていないトピードカーの重量とを用いて、正確に求めることができる。

出銑滓流に含まれる溶滓の量は、水砕スラグから求めることができるが、信頼性が高くない。そこで、特許文献１は、出銑滓流の速度および幅を画像処理で求め、速度および幅を変数として含む所定の式を用いて、出銑滓流に含まれる溶滓の量を高精度に測定する技術を開示している。出銑滓流の幅は、出銑滓流が流れる方向と交差する方向の出銑滓流のサイズであり、言い換えれば、出銑滓流が流れ方向に垂直な出銑滓流の断面の直径である。

特開２０１６−６２２１号公報

出銑口から出銑滓流が取り出される際に、出銑口の下側部分に溶銑溶滓垂れが発生する。溶銑溶滓垂れは、出銑滓流の一部であるが、その速度は、出銑滓流の速度よりかなり遅く、出銑口の下側部分から滴り落ちる。特許文献１に開示された技術は、出銑口から出てきた出銑滓流（言い換えれば、出銑口から出た直後の出銑滓流）の画像を用いて、出銑滓流の幅を算出する。本発明者は、溶銑溶滓垂れが発生している場合、出銑滓流の幅が正確に算出されず、この結果、溶滓の量を正確に算出できないないことを見出した。

本発明の目的は、出銑滓流に含まれる溶滓の量を正確に算出できる溶滓量測定装置および溶滓量測定方法を提供することである。

本発明の第１局面に係る溶滓量測定装置は、竪型炉の出銑口から出てきた出銑滓流が複数の時刻で撮像されることにより得られた複数の第１画像を基にして、前記出銑滓流の速度および幅を算出し、前記速度および前記幅を変数として含む所定の式を用いて、前記出銑口から取り出された溶滓の量を算出する溶滓量測定装置であって、複数の前記第１画像を用いて、前記出銑滓流を示す像のエッジと溶銑溶滓垂れを示す像との明暗比を大きくする画像処理をして、第２画像を生成する生成部と、前記第２画像を用いて、前記幅を算出する算出部と、を備える。

本発明の第１局面に係る溶滓量測定装置は、竪型炉の出銑口から出てきた出銑滓流（竪型炉の出銑口から排出され、出銑口付近を流れる出銑滓流）が複数の時刻で撮像されることにより得られた複数の第１画像を基にして、出銑滓流の速度および幅を算出し、速度および幅を変数として含む所定の式を用いて、出銑口から取り出された溶滓の量を算出する。これは、例えば、特許文献１に開示された技術によって実現することができる。以下、溶滓の量の算出の仕方の一例について説明する。

算出部は、式（１）を用いて、単位時間当たりに出銑口から取り出される溶滓の量（溶滓量ｍ_ｓ）を算出する。

溶銑量ｍ_ｆは、例えば、溶銑が入っているトピードカーの重量と溶銑が入っていないトピードカーの重量とを基にして、求めることができる。出銑滓流の半径ｒは、出銑滓流の流れ方向に垂直な出銑滓流の断面の半径であり、出銑滓流の幅の半分である。補正係数ｋは、例えば、０≦ｋ≦１である。

算出部は、溶滓量ｍ_ｓを時間積分することにより、溶滓量Ｍ_ｓを算出する。

本発明の第１局面に係る溶滓量測定装置は、第１画像を用いて、出銑滓流の幅を算出するのではなく、第２画像を用いて、出銑滓流の幅を算出する。第１画像は、赤外線カメラで撮影された画像（赤外画像）でもよいし、可視光カメラで撮影された画像でもよい。出銑滓流の幅とは、出銑滓流が流れる方向と交差する方向の出銑滓流のサイズである。

第２画像は、複数の第１画像を用いて、出銑滓流を示す像のエッジと溶銑溶滓垂れを示す像との明暗比を大きくする画像処理をして生成される。

第２画像によれば、出銑滓流を示す像と溶銑溶滓垂れを示す像とを区別できる（詳しくは、実施形態および第１変形例で説明する）。従って、本発明の第１局面に係る溶滓量測定装置によれば、出銑滓流を示す像の幅を正確に算出できるので、出銑滓流の幅を正確に算出することができる。これにより、出銑滓流に含まれる溶滓の量を正確に算出することができる。

上述したように、本発明の第１局面に係る溶滓量測定装置において、出銑滓流の幅は、第２画像を用いて算出される。第２画像は、複数の第１画像を用いて生成されるので、出銑滓流の幅は、複数の第１画像を基にして算出されていることになる。

上記構成において、前記生成部は、複数の前記第１画像において、同じ位置の画素の値のばらつきを示す値を、前記位置の画素の値とする前記第２画像を生成する。

この構成は、第２画像の生成の仕方の例である。同じ位置の画素とは、言い換えれば、同じ画素座標の画素である。ばらつきを示す値は、例えば、標準偏差である。

上記構成において、前記生成部は、前記第２画像となる差分画像を生成し、前記差分画像は、複数の前記第１画像において、同じ位置の画素の値の最大値、最小値、平均値、中央値をそれぞれ、前記位置の画素の値とする最大値画像、最小値画像、平均値画像、中央値画像のうち、２つ以上を組み合わせて、同じ位置の画素の値の差分を用いて生成される。

この構成は、第２画像の生成の仕方の例である。２つを組み合わせて生成される差分画像について、最大値画像と最小値画像を例にして説明する。差分画像は、最大値画像と最小値画像において、同じ位置の画素の値の差分を、その位置の画素の値とする画像である（最大値画像のｉ番目画素の値と最小値画像のｉ番目画素の値の差分が、差分画像のｉ番目画素の値とされる）。

３つ以上を組み合わせて生成される差分画像について、最大値画像、最小値画像、平均値画像を例にして説明する。生成部は、同じ位置の画素において、最大値画像の画素の値と平均値画像の画素の値の差分と、最小値画像の画素の値と平均値画像の画素の値の差分を比較し、大きい方を差分画像の画素の値にする（最大値画像のｉ番目画素の値と平均値画像のｉ番目画素の値の差分、最小値画像のｉ番目画素の値と平均値画像のｉ番目画素の値の差分のうち、大きい方が差分画像のｉ番目画素の値とされる）。

上記構成において、前記算出部は、前記第２画像において、前記エッジが前記出銑滓流を示す像の残りの部分よりも明るいことを基にして、前記エッジを特定し、前記幅を算出する。

出銑滓流を示す像（出銑滓流像）の上側のエッジと下側のエッジとの距離が、出銑滓流像の幅である。出銑滓流は、出銑口から勢いよく流れ出すので、出銑滓流のエッジの位置には、常に、出銑滓流があるのでなく、出銑滓流があったり、なかったりする。このため、出銑滓流のエッジは、時間軸上で温度の変動が極めて大きい。よって、第２画像では、出銑滓流像のエッジが、出銑滓流像の残りの部分および溶銑溶滓垂れ像よりも明るく写る。出銑滓流像と溶銑溶滓垂れ像との境界が、出銑滓流像の下側のエッジである。第２画像によれば、出銑滓流像のエッジ（上側のエッジ、下側のエッジ）を特定できるので、出銑滓流像の幅を正確に算出することができる。

本発明の第２局面に係る溶滓量測定方法は、竪型炉の出銑口から出てきた出銑滓流が複数の時刻で撮像されることにより得られた複数の第１画像を基にして、前記出銑滓流の速度および幅を算出し、前記速度および前記幅を変数として含む所定の式を用いて、前記出銑口から取り出された溶滓の量を算出する溶滓量測定方法であって、複数の前記第１画像を用いて、前記出銑滓流を示す像のエッジと溶銑溶滓垂れを示す像との明暗比を大きくする画像処理をして、第２画像を生成する生成ステップと、前記第２画像を用いて、前記幅を算出する算出ステップと、を備える。

本発明の第２局面に係る溶滓量測定方法は、本発明の第１局面に係る溶滓量測定装置を方法の観点から規定しており、本発明の第１局面に係る溶滓量測定装置と同様の作用効果を有する。

本発明の第３局面に係る溶滓量測定装置は、竪型炉の出銑口から出てきた出銑滓流が複数の時刻で撮像されることにより得られた複数の第１画像を基にして、前記出銑滓流の速度および幅を算出し、前記速度および前記幅を変数として含む所定の式を用いて、前記出銑口から取り出された溶滓の量を算出する溶滓量測定装置であって、複数の前記第１画像を用いて、前記出銑滓流の表面に起こる波の像が除去された前記出銑滓流を示す像を含む第３画像を生成する生成部と、前記第３画像を用いて、前記幅を算出する算出部と、を備える。

出銑滓流は乱流なので、出銑滓流の表面には常に波（表面波）が起きている。このため、時間軸で見ると、出銑滓流の幅は不規則に変化している。出銑滓流が示す像のエッジが、時間軸で見て、出銑滓流が常に存在する箇所を示すのではなく、出銑滓流が存在する期間と存在しない期間とがある箇所を示す場合を考える。このエッジを基にした出銑滓流の幅で溶滓の量が計算されると、出銑滓流の量が実際より多くなり、この結果、溶滓の量が実際より多くなる。

第３画像に含まれる出銑滓流を示す像は、出銑滓流の表面に起こる波の像が除去されており、出銑滓流の表面の波の部分まで出銑滓流が示す像のエッジが拡がっていない。従って、本発明の第３局面に係る溶滓量測定装置によれば、溶滓の量を正確に計算することができる。

上記構成において、前記生成部は、複数の前記第１画像において、同じ位置の画素の値の最小値を、前記位置の画素の値とする前記第３画像を生成する。

この構成は、第３画像の生成方法の一例である。この方法で生成される第３画像は最小値画像である。同じ位置の画素とは、言い換えれば、同じ画素座標の画素である。

本発明の第４局面に係る溶滓量測定方法は、竪型炉の出銑口から出てきた出銑滓流が複数の時刻で撮像されることにより得られた複数の第１画像を基にして、前記出銑滓流の速度および幅を算出し、前記速度および前記幅を変数として含む所定の式を用いて、前記出銑口から取り出された溶滓の量を算出する溶滓量測定方法であって、複数の前記第１画像を用いて、前記出銑滓流の表面に起こる波の像が除去された前記出銑滓流を示す像を含む第３画像を生成する生成ステップと、前記第３画像を用いて、前記幅を算出する算出ステップと、を備える。

本発明の第４局面に係る溶滓量測定方法は、本発明の第３局面に係る溶滓量測定装置を方法の観点から規定しており、本発明の第３局面に係る溶滓量測定装置と同様の作用効果を有する。

本発明によれば、出銑滓流に含まれる溶滓の量を正確に算出できる。

高炉の出銑口から取り出された出銑滓流の処理を説明する説明図である。 実施形態に係る溶滓量測定装置の構成を示すブロック図である。 第１画像と第２画像との関係を説明する説明図である。 連続する２つの画像のうち、先に撮像された画像の例を示す第１画像の画像図である。 連続する２つの画像のうち、後に撮像された画像の例を示す第１画像の画像図である。 第１画像の例を示す画像図である。 図６に示す第１画像において、ｙ方向に延びる矢印上に位置する画素の輝度プロファイルを示すグラフである。 出銑滓流像の幅の算出を説明するフローチャートである。 図６に示す第１画像を含む複数の第１画像を基にして生成された第２画像の例を示す画像図である。 図９に示す第２画像において、ｙ方向に延びる矢印上に位置する画素の輝度プロファイルと、図７に示す輝度プロファイルとを示すグラフである。 最大値画像と最小値画像と差分画像との関係を説明する説明図である。 最大値画像と最小値画像を用いて生成された差分画像の例を示す画像図である。 最大値画像と最小値画像と平均値画像と差分画像との関係を説明する説明図である。 最小値画像の例を示す画像図である。 標準偏差画像の例を示す画像図である。 最小値画像および標準偏差画像において、ｙ方向に延びる矢印上に位置する画素の輝度プロファイルを示すグラフである。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。各図において、同一符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その構成について、既に説明している内容については、その説明を省略する。

実施形態では、竪型炉として、高炉を例にして説明する。図１は、高炉１０の出銑口１１から取り出された出銑滓流３０の処理を説明する説明図である。出銑口１１の下方には、出銑樋２０の端部２０ａが位置している。出銑口１１から取り出された出銑滓流３０（出銑口１１から出てきた出銑滓流３０）は、出銑樋２０の所定箇所に落ちて、出銑樋２０を流れる。この所定箇所には、出銑樋２０を覆う出銑樋カバー２１が配置されている。出銑樋カバー２１により、所定箇所に落ちた出銑滓流３０が外部に飛散することを防止する。出銑樋２０を流れる出銑滓流３０は、溶銑３１と溶滓３２とに分離される。溶銑３１は、トピードカーに送られる。溶滓３２は、水砕設備へ送られる。

出銑口１１から取り出された出銑滓流３０が、出銑口１１から出銑樋２０に到達するまでの空間が、出銑滓流３０の撮像範囲に設定される。撮像範囲に出銑口１１を含めているが、出銑口１１が含まれていなくてもよい。出銑滓流３０の下側部分３０ａは、出銑口１１の下側部分付近１１ａを通る。

図２は、実施形態に係る溶滓量測定装置１の構成を示すブロック図である。溶滓量測定装置１は、撮像部３と、制御処理部５と、表示部７と、入力部９と、を備える。これらのうち、制御処理部５、表示部７、および、入力部９は、オペレータ室（不図示）に配置されている。

撮像部３は、赤色波長以上または近赤外波長以上の光を透過するバンドパスフィルターを備え、図１に示す出銑口１１から出銑樋２０までの空間にある出銑滓流３０（出銑口１１の付近にある出銑滓流３０）の動画Ｖを撮像し、制御処理部５へ送る。このように、撮像部３は、高炉１０の出銑口１１の付近の出銑滓流３０を複数の時刻で撮像し、これにより得られた複数の第１画像Ｉｍ１を制御処理部５へ送る。撮像部３は、例えば、ＣＣＤイメージセンサーまたはＣＭＯＳイメージセンサーを備えるカメラである。

制御処理部５は、ハードウェアプロセッサである。詳しくは、制御処理部５は、機能ブロックとして、取得部５１と、生成部５２と、算出部５３と、表示制御部５４と、を備える。制御処理部５は、通信インターフェイス、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、および、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等のハードウェア、上記機能ブロックの機能を実行するためのプログラムおよびデータ等によって実現される。

図１および図２を参照して、取得部５１は、撮像部３から制御処理部５へ送られてきた動画Ｖを受信する。このように、取得部５１は、高炉１０の出銑口１１から出てきた出銑滓流３０（出銑口１１付近の出銑滓流３０）が複数の時刻で撮像されることにより得られた複数の第１画像Ｉｍ１を取得する。各第１画像Ｉｍ１は、動画Ｖの各フレームである。

生成部５２は、取得部５１が取得した複数の第１画像Ｉｍ１を用いて、第２画像Ｉｍ２を生成する。第２画像Ｉｍ２は、複数の第１画像Ｉｍ１を用いて、出銑滓流を示す像のエッジと溶銑溶滓垂れを示す像との明暗比（コントラスト）を大きくする画像処理がされて生成された画像である。例えば、第２画像Ｉｍ２は、複数の第１画像Ｉｍ１において、同じ位置の画素の値のばらつきを示す値を、この位置の画素の値とする画像である。ばらつきを示す値は、例えば、標準偏差、分散である。標準偏差を例にして、第２画像Ｉｍ２について詳しく説明する。

図３は、第１画像Ｉｍ１と第２画像Ｉｍ２との関係を説明する説明図である。複数の第１画像Ｉｍ１が、Ｎ枚の第１画像Ｉｍ１とする（Ｎは整数）。各第１画像Ｉｍ１を構成する画素数がＭとする（Ｍは整数）。１番目の第１画像Ｉｍ１‐１〜Ｎ番目の第１画像Ｉｍ１‐Ｎにおいて、１番目の画素の値の標準偏差が、第２画像Ｉｍ２を構成する１番目の画素の値となり、２番目の画素の値の標準偏差が、第２画像Ｉｍ２を構成する２番目の画素の値となり、・・・、Ｍ番目の画素の値の標準偏差が、第２画像Ｉｍ２を構成するＭ番目の画素の値となる。

図１および図２を参照して、算出部５３は、取得部５１が取得した複数の第１画像Ｉｍ１を用いて、出銑滓流３０の速度を算出し、生成部５２が生成した第２画像Ｉｍ２を用いて、出銑滓流３０の幅を算出する。そして、算出部５３は、速度および幅を変数として含む所定の式を用いて、出銑口１１から取り出された溶滓３２の量を算出する。式（１）を例にして、溶滓量ｍ_ｓの算出の仕方を説明する。溶滓量ｍ_ｓとは、単位時間当たりに出銑口１１から取り出された溶滓３２の量である。

出銑滓流３０の半径ｒは、出銑滓流３０が流れ方向に垂直な出銑滓流３０の断面の半径であり、出銑滓流３０の幅の半分である。溶銑量ｍ_ｆは、例えば、溶銑３１が入っているトピードカーの重量と溶銑３１が入っていないトピードカーの重量とを基にして、求めることができる。補正係数ｋは、例えば、０≦ｋ≦１である。

算出部５３は、溶滓量ｍ_ｓを時間積分することにより、出銑口１１から取り出された溶滓量Ｍ_ｓを算出する。

表示制御部５４は、所定の情報を示す画像を表示部７に表示させる。例えば、表示制御部５４は、溶滓量測定装置１によって測定された溶滓量を示す画像を表示部７に表示させる。

表示部７は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ ｄｉｓｐｌａｙ）等によって実現される。

入力部９は、ユーザーが溶滓量測定装置１に命令（例えば、溶滓量の測定開始、溶滓量の測定終了）等を入力するための装置である。入力部９は、キーボード、マウス、タッチパネル等によって実現される。

出銑滓流３０の速度の算出について、図１および図２を参照して、詳しく説明する。算出部５３は、取得部５１が受信した動画Ｖの中から、連続する２つの第１画像Ｉｍ１（フレーム）を選択する。図４は、連続する２つの第１画像Ｉｍ１のうち、先に撮像された第１画像Ｉｍ１の例を示す第１画像Ｉｍ１‐ａの画像図である。図５は、連続する２つの第１画像Ｉｍ１のうち、後に撮像された第１画像Ｉｍ１の例を示す第１画像Ｉｍ１‐ｂの画像図である。第１画像Ｉｍ１‐ａ，Ｉｍ１‐ｂにおいて、ｘ方向は水平方向を示し、ｙ方向は鉛直方向を示す。ｙ方向を出銑滓流３０の幅方向とする。第１画像Ｉｍ１‐ａ，Ｉｍ１‐ｂには、出銑滓流３０を示す像（以下、出銑滓流像３００）が写されている。出銑滓流３０の撮像範囲は、上述したように、出銑口１１から取り出された出銑滓流３０が、出銑口１１から出銑樋２０に到達するまでの空間である。

算出部５３は、第１画像Ｉｍ１‐ａに写された出銑滓流像３００の中に関心領域ＲＯＩを設定する。出銑滓流３０は、流れているので、関心領域ＲＯＩ内の像は、出銑滓流３０が流れている方向に移動する。算出部５３は、関心領域ＲＯＩ内の像について、図５に示す第１画像Ｉｍ１‐ｂに写された出銑滓流像３００上での位置を特定する。これは、例えば、パターンマッチングによって実現できる。算出部５３は、第１画像Ｉｍ１‐ａと第１画像Ｉｍ１‐ｂとにおいて、関心領域ＲＯＩ内の像の移動量を算出し、これを基にして、出銑滓流３０の速度を算出する。出銑滓流３０の速度を算出するために、撮像部３が撮像する動画Ｖのフレームレートは、１００ｆｐｓ以上（例えば、１８０ｆｐｓ）が好ましい。

出銑滓流３０の幅の算出について、詳しく説明する。まず、第１画像Ｉｍ１を用いて出銑滓流３０の幅が算出されると、出銑滓流３０の幅が正確に算出できないことを説明する。

図１および図２を参照して、撮像部３は、赤外線カメラであるので、撮像部３が撮像した複数の第１画像Ｉｍ１（動画Ｖ）は、赤外画像である。溶銑溶滓垂れが発生している状態の下で、第１画像Ｉｍ１（赤外画像）を用いて、出銑滓流の幅が算出されると、算出された幅は出銑滓流の実際の幅より大きくなる。図６は、第１画像Ｉｍ１の例である第１画像Ｉｍ１‐ｃの画像図である。ｘ方向は水平方向を示し、ｙ方向は鉛直方向を示す。ｙ方向を出銑滓流３０の幅方向とする。第１画像Ｉｍ１‐ｃには、出銑滓流像３００と、溶銑溶滓垂れを示す像（以下、溶銑溶滓垂れ像３０１）と、背景４００と、が写されている。溶銑溶滓垂れは、出銑口１１の下側部分付近１１ａ（図１）に発生している。楕円５００で囲む範囲内に、溶銑溶滓垂れ像３０１がある。

図７は、図６に示す第１画像Ｉｍ１‐ｃにおいて、ｙ方向に延びる矢印６０１上に位置する画素の輝度プロファイル７０１を示すグラフである。矢印６０１は、背景４００、出銑滓流像３００、溶銑溶滓垂れ像３０１、背景４００を通過している。横軸は、ｙ方向の画素の位置を示す。縦軸は、各画素の輝度を示す。

図１、図６および図７を参照して、出銑滓流３０は高温であり、出銑滓流３０の背景は常温（室温）であるので、第１画像Ｉｍ１‐ｃでは、出銑滓流像３００が明るく写り、背景４００が暗く写る。溶銑溶滓垂れの温度は、出銑滓流３０の温度に近いので、明るく写る。このため、第１画像Ｉｍ１‐ｃにおいて、出銑滓流像３００と溶銑溶滓垂れ像３０１との区別が困難であるので、出銑滓流像３００に溶銑溶滓垂れ像３０１が加えられた像の幅が、出銑滓流像３００の幅として算出されてしまう。すなわち、出銑滓流３０に溶銑溶滓垂れが加えられた物体の幅が、出銑滓流３０の幅として算出されてしまう。従って、式（１）を用いて算出される溶滓量は、実際の値より多くなる。この結果、高炉１０内の高温溶融物の量が実際の量よりも少なく算出されるので、高炉１０内の高温溶融物の量が多すぎる事象が発生する（これは高炉１０の炉況を悪くする原因となる）。

そこで、実施形態では、第２画像Ｉｍ２を用いて、出銑滓流像３００の幅（すなわち、出銑滓流３０の幅）を算出する。図８は、これを説明するフローチャートである。図１および図２を参照して、生成部５２は、撮像部３が撮像した動画Ｖから、連続する複数のフレーム（第１画像Ｉｍ１）を取り出す（図８のステップＳ１）。これは、複数の時刻で撮像された複数の第１画像Ｉｍ１である（言い換えれば、時系列に並ぶ複数の第１画像Ｉｍ１）。複数の第１画像Ｉｍ１の中には、出銑滓流３０の速度の算出に用いた２つの第１画像Ｉｍ１が含まれる。出銑滓流３０の幅の算出に用いた第１画像Ｉｍ１の撮像時点と出銑滓流３０の速度の算出に用いた第１画像Ｉｍ１の撮像時点とを同じにするためである。これらの撮像時点が同じでないと、溶滓３２の量は正確に測定できない。

生成部５２は、複数の第１画像Ｉｍ１を用いて、第２画像Ｉｍ２を生成する（図８のステップＳ２）。

図９は、図６に示す第１画像Ｉｍ１‐ｃを含む複数の第１画像Ｉｍ１を基にして生成された第２画像Ｉｍ２の例を示す画像図である。複数の第１画像Ｉｍ１は、例えば、３０秒間に撮像された１４枚の第１画像Ｉｍ１である。ｘ方向、ｙ方向は、図６のｘ方向、ｙ方向と同じである。第２画像Ｉｍ２には、出銑滓流像３００と、溶銑溶滓垂れ像３０１と、背景４００と、出銑滓流像３００の上側のエッジ（上側エッジ３０２）と、出銑滓流像３００の下側のエッジ（下側エッジ３０３）と、が写されている。

図１０は、図９に示す第２画像Ｉｍ２において、ｙ方向に延びる矢印６０２上に位置する画素の輝度プロファイル７０２と、図７に示す輝度プロファイル７０１とを示すグラフである。矢印６０２は、背景４００、上側エッジ３０２、出銑滓流像３００、下側エッジ３０３、溶銑溶滓垂れ像３０１、背景４００を通過している。横軸、縦軸は、図７の横軸、縦軸と同じである。

図１、図９および図１０を参照して、第２画像Ｉｍ２を構成する各画素の値は、複数の第１画像Ｉｍ１において、同じ位置にある画素の値の標準偏差である。すなわち、第２画像Ｉｍ２を構成する各画素の値は、複数の第１画像Ｉｍ１の各位置の画素について、時間軸上のばらつき示す値である。出銑滓流３０は、溶銑３１の放射率と溶滓３２の放射率との差が主な原因で、時間軸上で温度の変動が大きい。出銑滓流３０の背景は、時間軸上で温度の変動が小さい。よって、第１画像Ｉｍ１‐ｃと同様に、第２画像Ｉｍ２では、出銑滓流像３００が明るく写り、背景４００が暗く写る。

溶銑溶滓垂れは、高温であるが、流れる速度が遅いので、時間軸上で温度の変動が小さい。よって、第１画像Ｉｍ１‐ｃと異なり、第２画像Ｉｍ２では、溶銑溶滓垂れ像３０１が暗く写る。このため、輝度プロファイル７０２に示すように、第２画像Ｉｍ２では、下側エッジ３０３（出銑滓流像３００のエッジ）と溶銑溶滓垂れ像３０１と明暗比が大きくされている。従って、第２画像Ｉｍ２では、出銑滓流像３００と溶銑溶滓垂れ像３０１との区別が可能であるので、出銑滓流３０の幅を正確に算出することができる。

上側エッジ３０２と下側エッジ３０３との距離が、出銑滓流像３００の幅である。出銑滓流３０は、出銑口１１から勢いよく流れ出すので、出銑滓流３０のエッジの位置には、常に、出銑滓流３０があるのでなく、出銑滓流３０があったり、なかったりする。このため、出銑滓流３０のエッジは、時間軸上で温度の変動が極めて大きい。よって、第２画像Ｉｍ２では、出銑滓流像３００のエッジ（上側エッジ３０２、下側エッジ３０３）が、出銑滓流像３００の残りの部分および溶銑溶滓垂れ像３０１よりも明るく写る。出銑滓流像３００と溶銑溶滓垂れ像３０１との境界が、下側エッジ３０３である。

算出部５３は、上側エッジ３０２および下側エッジ３０３の位置を特定するために、出銑滓流像３００の輝度より大きい所定のしきい値８００を予め記憶している。算出部５３は、しきい値８００を用いて、輝度プロファイル７０２を分けることにより、上側エッジ３０２の位置と下側エッジ３０３の位置とを決定する（図８のステップＳ３）。

算出部５３は、これらの位置を用いて、上側エッジ３０２と下側エッジ３０３との間の画素数を算出する。算出部５３は、第２画像Ｉｍ２の１画素に相当する出銑滓流３０の部分の長さを予め記憶している。算出部５３は、この長さと画素数とを乗算することにより、出銑滓流３０の幅を算出する（図８のステップＳ４）。算出部５３は、第２画像Ｉｍ２を用いて、出銑滓流３０の幅を算出する。第２画像Ｉｍ２は、複数の第１画像Ｉｍ１を用いて生成されるので（図８のステップＳ２）、出銑滓流３０の幅は、複数の第１画像Ｉｍ１を基にして算出されることになる。

実施形態の主な効果を説明する。図９を参照して、第２画像Ｉｍ２によれば、出銑滓流像３００と溶銑溶滓垂れ像３０１とを区別できる。従って、実施形態によれば、出銑滓流像３００の幅を正確に算出できるので、出銑滓流３０の幅を正確に算出することができる。

第１変形例について、実施形態と相違する点を中心に説明する。実施形態の第２画像Ｉｍ２は、複数の第１画像Ｉｍ１において、同じ位置の画素の値の標準偏差を、その位置の画素の値とする画像である（標準偏差画像Ｉｍ‐ｓｔｄ）。同じ位置の画素は、言い換えれば、同じ画素座標の画素である。画素の値は、輝度のような明るさを示す指標値である。

第１変形例の第２画像Ｉｍ２は、差分画像Ｉｍ‐ｄである。差分画像Ｉｍ‐ｄは、複数の第１画像Ｉｍ１において、同じ位置の画素の値の最大値、最小値、平均値、中央値をそれぞれ、その位置の画素の値とする最大値画像Ｉｍ‐ｍａｘ、最小値画像Ｉｍ‐ｍｉｎ、平均値画像Ｉｍ‐ａｖｅ、中央値画像Ｉｍ‐ｍｅｄのうち、２つ以上を組み合わせて生成される。

図３を参照して、最大値画像Ｉｍ‐ｍａｘ、最小値画像Ｉｍ‐ｍｉｎ、平均値画像Ｉｍ‐ａｖｅ、および、中央値画像Ｉｍ‐ｍｅｄの生成方法について簡単に説明する。図示はしていないが、最大値画像Ｉｍ‐ｍａｘ、最小値画像Ｉｍ‐ｍｉｎ、平均値画像Ｉｍ‐ａｖｅ、中央値画像Ｉｍ‐ｍｅｄは、それぞれ、第２画像Ｉｍ２の位置にある。最大値画像Ｉｍ‐ｍａｘは、複数の第１画像Ｉｍ１において、同じ位置の画素の値の最大値を、その位置の画素の値とする画像である。最小値画像Ｉｍ‐ｍｉｎは、複数の第１画像Ｉｍ１において、同じ位置の画素の値の最小値を、その位置の画素の値とする画像である。平均値画像Ｉｍ‐ａｖｅは、複数の第１画像Ｉｍ１において、同じ位置の画素の値の平均値を、その位置の画素の値とする画像である。中央値画像Ｉｍ‐ｍｅｄは、複数の第１画像Ｉｍ１において、同じ位置の画素の値の中央値を、その位置の画素の値とする画像である。

これらの２つを組み合わせて生成される差分画像Ｉｍ‐ｄについて、最大値画像Ｉｍ‐ｍａｘと最小値画像Ｉｍ‐ｍｉｎを例にして説明する。図２に示す生成部５２は、最大値画像Ｉｍ‐ｍａｘおよび最小値画像Ｉｍ‐ｍｉｎを生成し、これらの画像を用いて差分画像Ｉｍ‐ｄを生成する。差分画像Ｉｍ‐ｄは、最大値画像Ｉｍ‐ｍａｘと最小値画像Ｉｍ‐ｍｉｎにおいて、同じ位置の画素の値の差分を、その位置の画素の値とする画像である。

図１１は、最大値画像Ｉｍ‐ｍａｘと最小値画像Ｉｍ‐ｍｉｎと差分画像Ｉｍ‐ｄとの関係を説明する説明図である。各画像を構成する画素数がＭとする（Ｍは整数）。最大値画像Ｉｍ‐ｍａｘと最小値画像Ｉｍ‐ｍｉｎにおいて、１番目の画素の値の差分が、差分画像Ｉｍ‐ｄを構成する１番目の画素の値となり、２番目の画素の値の差分が、差分画像Ｉｍ‐ｄを構成する２番目の画素の値となり、・・・、Ｍ番目の画素の値の差分が、差分画像Ｉｍ‐ｄを構成するＭ番目の画素の値となる。

図１２は、最大値画像Ｉｍ‐ｍａｘと最小値画像Ｉｍ‐ｍｉｎを用いて生成された差分画像Ｉｍ‐ｄの例を示す画像図である。最大値画像Ｉｍ‐ｍａｘおよび最小値画像Ｉｍ‐ｍｉｎの生成に用いられた複数の第１画像Ｉｍ１は、例えば、３０秒間に撮像された１４枚の第１画像Ｉｍ１である。ｘ方向、ｙ方向は、図４のｘ方向、ｙ方向と同じである。差分画像Ｉｍ‐ｄには、図９に示す第２画像Ｉｍ２（標準偏差画像Ｉｍ‐ｓｔｄ）と同様に、出銑滓流像３００と、溶銑溶滓垂れ像３０１と、背景４００と、出銑滓流像３００の上側のエッジ（上側エッジ３０２）と、出銑滓流像３００の下側のエッジ（下側エッジ３０３）と、が写されている。

３つ以上を組み合わせて生成される差分画像Ｉｍ‐ｄについて、最大値画像Ｉｍ‐ｍａｘ、最小値画像Ｉｍ‐ｍｉｎ、平均値画像Ｉｍ‐ａｖｅを例にして説明する。図２に示す生成部５２は、最大値画像Ｉｍ‐ｍａｘ、最小値画像Ｉｍ‐ｍｉｎおよび平均値画像Ｉｍ‐ａｖｅを生成し、同じ位置の画素において、最大値画像Ｉｍ‐ｍａｘの画素の値と平均値画像Ｉｍ‐ａｖｅの画素の値の差分、最小値画像Ｉｍ‐ｍｉｎの画素の値と平均値画像Ｉｍ‐ａｖｅの画素の値の差分のうち、大きい方を差分画像Ｉｍ‐ｄの画素の値にする。

図１３は、最大値画像Ｉｍ‐ｍａｘと最小値画像Ｉｍ‐ｍｉｎと平均値画像Ｉｍ‐ａｖｅと差分画像Ｉｍ‐ｄとの関係を説明する説明図である。各画像を構成する画素数がＭとする（Ｍは整数）。最大値画像Ｉｍ‐ｍａｘと平均値画像Ｉｍ‐ａｖｅにおける１番目の画素の値の差分と最小値画像Ｉｍ‐ｍｉｎと平均値画像Ｉｍ‐ａｖｅにおける１番目の画素の値の差分のうち、大きい方が差分画像Ｉｍ‐ｄの１番目画素の値となり、・・・、最大値画像Ｉｍ‐ｍａｘと平均値画像Ｉｍ‐ａｖｅにおけるＭ番目の画素の値の差分と最小値画像Ｉｍ‐ｍｉｎと平均値画像Ｉｍ‐ａｖｅにおけるＭ番目の画素の値の差分のうち、大きい方が差分画像Ｉｍ‐ｄのＭ番目画素の値となる。

図１２に示すように、差分画像Ｉｍ‐ｄも図９に示す第２画像Ｉｍ２と同様の画像になる。図２に示す算出部は、差分画像Ｉｍ‐ｄに対して、第２画像Ｉｍ２と同様の処理をして、出銑滓流３０の幅を算出する。

第２変形例について、実施形態と相違する点を中心に説明する。第２変形例では、出銑滓流３０の幅の算出に用いられる画像が、第３画像である。第３画像は、出銑滓流３０の表面に起こる波の像が除去された出銑滓流像３００を含む。

図５を参照して、出銑滓流３０は乱流なので、出銑滓流３０の表面には常に波（表面波）が起きている。このため、時間軸で見ると、出銑滓流３０の幅は不規則に変化している。上述したように、出銑滓流３０の幅の算出には、出銑滓流像３００のエッジが用いられる。エッジが、時間軸で見て、出銑滓流３０が常に存在する箇所を示すのではなく、出銑滓流３０が存在する期間と存在しない期間とが混在する箇所を示す場合を考える。このエッジを基にした出銑滓流３０の幅を用いて、溶滓３２の量が計算されると、出銑滓流３０の量が実際より多くなり、この結果、溶滓３２の量が実際より多くなる。第２変形例では、これを防止できる。

図２に示す生成部５２は、複数の第１画像Ｉｍ１を用いて、出銑滓流３０の表面に起こる波の像が除去された出銑滓流像３００を含む第３画像Ｉｍ３を生成する。第３画像Ｉｍ３として、例えば、第１変形例で説明した最小値画像Ｉｍ‐ｍｉｎがある。図１４は、最小値画像Ｉｍ‐ｍｉｎの例を示す画像図である。最小値画像Ｉｍ‐ｍｉｎの生成に用いられた複数の第１画像Ｉｍ１は、例えば、３０秒間に撮像された１４枚の第１画像Ｉｍ１である。図１４に示す最小値画像Ｉｍ‐ｍｉｎの比較となる標準偏差画像Ｉｍ‐ｓｔｄを説明する。図１５は、標準偏差画像Ｉｍ‐ｓｔｄの例を示す画像図である。この標準偏差画像Ｉｍ‐ｓｔｄは、図１４に示す最小値画像Ｉｍ‐ｍｉｎの生成に用いられた複数の第１画像Ｉｍ１を用いて生成されている。標準偏差画像Ｉｍ‐ｓｔｄは、図３および図９で説明した第２画像Ｉｍ２のことである。

図１４および図１５を参照して、ｘ方向、ｙ方向は、図４のｘ方向、ｙ方向と同じである。最小値画像Ｉｍ‐ｍｉｎ、標準偏差画像Ｉｍ‐ｓｔｄのそれぞれには、出銑滓流像３００と、背景４００と、出銑滓流像３００の上側のエッジ（上側エッジ３０２）と、出銑滓流像３００の下側のエッジ（下側エッジ３０３）と、が写されている。

図１６は、図１４に示す最小値画像Ｉｍ‐ｍｉｎおよび図１５に示す標準偏差画像Ｉｍ‐ｓｔｄにおいて、ｙ方向に延びる矢印６０３上に位置する画素の輝度プロファイル７０３および輝度プロファイル７０４を示すグラフである。横軸、縦軸は、図７の横軸、縦軸と同じである。最小値画像Ｉｍ‐ｍｉｎの出銑滓流像３００の幅（最小値画像Ｉｍ‐ｍｉｎの出銑滓流像３００における上側エッジ３０２と下側エッジ３０３との距離）は、標準偏差画像Ｉｍ‐ｓｔｄの出銑滓流像３００の幅（標準偏差画像Ｉｍ‐ｓｔｄの出銑滓流像３００における上側エッジ３０２と下側エッジ３０３との距離）より、小さい。これは、最小値画像Ｉｍ‐ｍｉｎの出銑滓流像３００が、出銑滓流３０の表面に起こる波の像が除去されているからである。

図２に示す算出部５３は、第３画像を用いて、出銑滓流３０の幅を算出する。算出の仕方は第２画像Ｉｍ２と同様である。

第３画像は、最小値画像Ｉｍ‐ｍｉｎに限定されない。詳しく説明する。複数の第１画像Ｉｍ１に関して、同じ位置の画素の中で、例えば、２番目や３番目に小さい値であっても、出銑滓流３０の表面に起こる波の像が除去された出銑滓流像３００を含む画像を生成できるのであれば、この画像でもよい。また、複数の第１画像Ｉｍ１に関して、同じ位置の画素の中で、下位一定割合以内の画素値を示す画素が抽出され、抽出された画素が示す画素値の平均値や中央値であっても、出銑滓流３０の表面に起こる波の像が除去された出銑滓流像３００を含む画像を生成できるのであれば、この画像でもよい。

１ 溶滓量測定装置
１０ 高炉
１１ 出銑口
１１ａ 出銑口の下側部分付近
２０ 出銑樋
２０ａ 出銑樋の端部
２１ 出銑樋カバー
３０ 出銑滓流
３０ａ 出銑滓流の下側部分
３１ 溶銑
３２ 溶滓
３００ 出銑滓流像
３０１ 溶銑溶滓垂れ像
３０２ 上側エッジ
３０３ 下側エッジ
４００ 背景
５００ 楕円
６０１，６０２，６０３ 矢印
７０１，７０２，７０３，７０４ 輝度プロファイル
８００ しきい値
Ｉｍ１‐ａ，Ｉｍ１‐ｂ，Ｉｍ１‐ｃ，Ｉｍ１‐１〜Ｉｍ１‐Ｎ 第１画像
Ｉｍ２ 第２画像
Ｉｍ‐ｄ 差分画像（第２画像）
Ｉｍ‐ｍａｘ 最大値画像
Ｉｍ‐ｍｉｎ 最小値画像
Ｉｍ‐ａｖｅ 平均値画像
Ｉｍ‐ｓｔｄ 標準偏差画像
ＲＯＩ 関心領域
Ｖ 動画

Claims (9)

1. 竪型炉の出銑口から出てきた出銑滓流が複数の時刻で撮像されることにより得られた複数の第１画像を基にして、前記出銑滓流の速度および幅を算出し、前記速度および前記幅を変数として含む所定の式を用いて、前記出銑口から取り出された溶滓の量を算出する溶滓量測定装置であって、
   複数の前記第１画像を用いて、前記出銑滓流を示す像のエッジと溶銑溶滓垂れを示す像との明暗比を大きくする画像処理をして、第２画像を生成する生成部と、
   前記第２画像を用いて、前記幅を算出する算出部と、を備える、溶滓量測定装置。
2. 前記生成部は、複数の前記第１画像において、同じ位置の画素の値のばらつきを示す値を、前記位置の画素の値とする前記第２画像を生成する、請求項１に記載の溶滓量測定装置。
3. 前記ばらつきを示す値は、標準偏差である、請求項２に記載の溶滓量測定装置。
4. 前記生成部は、前記第２画像となる差分画像を生成し、
   前記差分画像は、複数の前記第１画像において、同じ位置の画素の値の最大値、最小値、平均値、中央値をそれぞれ、前記位置の画素の値とする最大値画像、最小値画像、平均値画像、中央値画像のうち、２つ以上を組み合わせて、同じ位置の画素の値の差分を用いて生成される、請求項１に記載の溶滓量測定装置。
5. 前記算出部は、前記第２画像において、前記エッジが前記出銑滓流を示す像の残りの部分よりも明るいことを基にして、前記エッジを特定し、前記幅を算出する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の溶滓量測定装置。
6. 竪型炉の出銑口から出てきた出銑滓流が複数の時刻で撮像されることにより得られた複数の第１画像を基にして、前記出銑滓流の速度および幅を算出し、前記速度および前記幅を変数として含む所定の式を用いて、前記出銑口から取り出された溶滓の量を算出する溶滓量測定方法であって、
   複数の前記第１画像を用いて、前記出銑滓流を示す像のエッジと溶銑溶滓垂れを示す像との明暗比を大きくする画像処理をして、第２画像を生成する生成ステップと、
   前記第２画像を用いて、前記幅を算出する算出ステップと、を備える、溶滓量測定方法。
7. 竪型炉の出銑口から出てきた出銑滓流が複数の時刻で撮像されることにより得られた複数の第１画像を基にして、前記出銑滓流の速度および幅を算出し、前記速度および前記幅を変数として含む所定の式を用いて、前記出銑口から取り出された溶滓の量を算出する溶滓量測定装置であって、
   複数の前記第１画像を用いて、前記出銑滓流の表面に起こる波の像が除去された前記出銑滓流を示す像を含む第３画像を生成する生成部と、
   前記第３画像を用いて、前記幅を算出する算出部と、を備える、溶滓量測定装置。
8. 前記生成部は、複数の前記第１画像において、同じ位置の画素の値の最小値を、前記位置の画素の値とする前記第３画像を生成する、請求項７に記載の溶滓量測定装置。
9. 竪型炉の出銑口から出てきた出銑滓流が複数の時刻で撮像されることにより得られた複数の第１画像を基にして、前記出銑滓流の速度および幅を算出し、前記速度および前記幅を変数として含む所定の式を用いて、前記出銑口から取り出された溶滓の量を算出する溶滓量測定方法であって、
   複数の前記第１画像を用いて、前記出銑滓流の表面に起こる波の像が除去された前記出銑滓流を示す像を含む第３画像を生成する生成ステップと、
   前記第３画像を用いて、前記幅を算出する算出ステップと、を備える、溶滓量測定方法。