JP4315122B2 - コークス充填式竪型炉のレースウエイ深度測定方法および深度測定装置 - Google Patents
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稼働中のコークス充填式竪型炉の炉況を判定するには、このレースウエイの情報が最も直接的で確実であり、特に羽口内のレースウエイの形状、大きさは炉内のガス分布、通気性などの炉内状況と強い相関を有するため、レースウエイの深度(以下レースウエイ深度またはLSと記す)の測定が重要である。
レースウエイ深度の測定方法としては、一般にはレースウエイ内に棒を挿入し、突き当たった時の挿入深さからレースウエイ深度を求めているが、この方法では、(1) 炉内に挿入することによる影響が生じ、精度が悪い、(2) 間歇的な測定にならざるを得ず、経時的に連続した情報が得られない、また(3) 作業が危険であるといった問題があった。
この方法は、低波長域の光線を羽口からレースウエイ内に照射して反射光を高速度カメラで捕捉し、画像として撮影される光線のスポット径を測定して深度を演算することによりレースウエイ深度を測定する方法である。
しかし、前記した方法の場合、いずれも、照射光がレースウエイ内に旋回しているコークスに遮られ、照射光がレースウエイ深部まで到達せず途中で反射してしまい、正確に深部までの距離を測定できないという問題があった。
すなわち、第3の発明は、炉内レースウエイを撮影する高速度カメラ5とその画像を処理する画像処理装置10を有するコークス充填式竪型炉のレースウエイ深度測定装置であって、前記高速度カメラ5が炉内レースウエイ深さ方向の撮影距離を変化させるレンズ6と該レンズを移動する手段9を有し、前記画像処理装置10が撮影画像内の画像濃度分布を求める機能を有し、さらに、当該レースウエイ深度測定装置が、前記で求めた濃度分布に基づき、撮影画像内に入ったコークスの内、撮影画像において一定以上の画像濃度を有するコークスの一定時間当たりの個数を数える計数手段11と、前記個数の計数値がゼロとなる位置の撮影距離から前記高速度カメラから羽口間の距離を差し引いた値をレースウエイ深度として求めるレースウエイ深度算出手段12とを有することを特徴とするコークス充填式竪型炉のレースウエイ深度測定装置である。
すなわち、第5の発明は、炉内レースウエイを撮影する高速度カメラ5とその画像を処理する画像処理装置10を有するコークス充填式竪型炉のレースウエイ深度測定装置であって、前記高速度カメラ5が炉内レースウエイ深さ方向の撮影距離を変化させるレンズ6と該レンズを移動する手段9を有し、前記画像処理装置10が撮影画像内の画像濃度分布を求める機能を有し、さらに、当該レースウエイ深度測定装置が、前記で求めた濃度分布に基づき、撮影画像内に入ったコークスの内、撮影画像において一定以上の画像濃度を有するコークスの速度成分を測定する速度測定手段17と、前記速度成分の測定値がプラス側からゼロとなる位置の撮影距離から前記高速度カメラから羽口間の距離を差し引いた値をレースウエイ深度として求めるレースウエイ深度算出手段18とを有することを特徴とするコークス充填式竪型炉のレースウエイ深度測定装置である。
図8に、高炉羽口内のレースウエイ形成状況および本発明を説明する高炉羽口部の側面図を示す。
図8において、1はコークス(炉内充填コークス)、1cはレースウエイ内の旋回コークス、2はレースウエイ、3は羽口、5は高速度カメラ、8はカメラアンプ、10は画像処理装置、19は羽口覗き窓、20はブローパイプ、21は送風支管、22は耐火物、LSはレースウエイ深度を示す。
本発明者は、図8において、(1) レースウエイ2内の深さ方向の距離L3別に旋回コークス1cの数を計数する(第1の発明、第3の発明、第4の発明)か、もしくは、(2) レースウエイ2内の深さ方向の距離L3別に旋回コークス1cの速度成分を測定する(第2の発明、第5の発明、第6の発明)ことにより、レースウエイ深度LSを測定できると考え、本発明に至った。
その結果、NまたはSが0となった撮影距離L1が、レースウエイの最深部と推定でき、当該撮影距離L1からレースウエイ深度LSが測定可能となる。
(1) 第1の発明、第3の発明、第4の発明:レースウエイ深さ方向の距離別に旋回コークスの単位時間当たりの個数を計数し、その結果に基づきレースウエイ深度を測定するレースウエイ深度測定方法(第1の発明)および測定装置(第3の発明、第4の発明)。
以下、第1の発明〜第6の発明について、より詳細に説明する。
(1) 第1の発明、第3の発明、第4の発明〔レースウエイの旋回コークスの個数の計数結果に基づくレースウエイ深度の測定方法および測定装置〕:
本第1の発明、第3の発明および第4の発明は、レースウエイ深さ方向の距離別に旋回コークスの単位時間当たりの個数を計数し、その結果に基づきレースウエイ深度を測定するレースウエイ深度測定方法(第1の発明)および測定装置(第3の発明、第4の発明)である。
図1において、(a) は第1の発明、第3の発明、第4の発明の原理図および装置の構成の一例を示す構成図、(b) は高速度カメラのレースウエイ内観察領域およびレースウエイ内コークスの撮影状況を示す模式図、(c) はレースウエイ深度の算出方法を示すグラフである。
図1(a) のレースウエイ深度測定装置は、高速度カメラ5の前に好ましくは焦点距離が大きいフォーカスレンズ6を設置し、炉内レースウエイ深さ方向の撮影距離を変化させる手段9であるフォーカスレンズ移動装置によりフォーカスレンズ6を移動することにより、図1(a) に示す炉内レースウエイ深さ方向の撮影距離L1を変化させる構成とした。
旋回しているコークスの個数の計数は、高速度カメラ5で静止画像として撮影した画像を画像処理装置10によって画像濃度分布に表し、この濃度差を利用する。
すなわち、旋回するコークスの単位時間当たりの個数Nの計数は、例えば図2に示すような方法で行う。
第1の発明、第3の発明、第4の発明においては、例えば下記の方法でレースウエイ旋回コークスの単位時間当たりの個数を計数する。
濃度≧Imin +k×ΔI
ここで、kは任意に定められる定数であり、例えばk=0.7 の値を用いることができる。
すなわち、図2(b) において、濃度の最小値Imin を基準として、(Imin +0.7 ×ΔI)以上の連続した濃度を有する領域の大きさRが予め定めた大きさ以上のコークスを選択してその個数を対象コークスの個数Nとして計数することが、より好ましい。
すなわち、図1(a) におけるレースウエイ深度算出手段12では、図1(c) に示されるように、撮影距離L1から高速度カメラ5〜羽口3間の距離L2を差し引いた値L3を横軸に、各撮影距離L1において一定時間当たりに計数されたコークスの個数Nを縦軸にプロットし、その個数NがゼロになったL3をレースウエイ深度LSとする。
すなわち、図3において、コークスの一定時間当たりの個数が0となるL3は750mm であり、この場合のレースウエイ深度は750mm となる。
なお、本発明においては、上記のようにして得られた炉内レースウエイ深さ方向距離別のコークスの単位時間当たりの個数の計数値と予め定めた設定値とを比較演算しレースウエイ深度を求めるが、この場合、予め定めた個数Nの設定値としてはゼロ以外にも任意に設定でき、他の方法によるレースウエイ深度測定結果と対応させて設定値を定めてもよい。
この結果、本発明によれば、焦点の合った距離、すなわちレースウエイ深さ方向の正確な距離におけるコークスの自発光を検出するため、撮影焦点の前後の旋回コークスの影響を受けずに、正確にレースウエイ深度を測定することが可能となった。
本第2の発明、第5の発明および第6の発明は、レースウエイ深さ方向の距離別に旋回コークスの速度成分を測定し、その結果に基づきレースウエイ深度を測定するレースウエイ深度測定方法(第2の発明)および測定装置(第5の発明、第6の発明)である。
図4において、(a) は第2の発明、第5の発明、第6の発明の原理図および装置の構成の一例を示す構成図、(b) は高速度カメラのレースウエイ内観察領域およびレースウエイ内コークスの撮影状況を示す模式図、(c) はレースウエイ深度の算出方法を示すグラフである。
すなわち、第2の発明、第5の発明、第6の発明においては、例えば、図4(a) 、(b) に示すように、高速度カメラ5の炉内レースウエイ深さ方向の撮影距離L1を変化させ、各撮影距離L1において、撮影画像内に入ったコークスの内、撮影画像において一定以上の濃度を有するコークスすなわち焦点の合った少なくとも1個のコークス14を対象コークスとし、該対象コークスの速度成分を測定する。
図5において、(a) は撮影距離L1における時刻tにおけるコークスの撮影状況を示す模式図、(b) は同じく撮影距離L1における時刻t+Δtにおけるコークスの撮影状況を示す模式図である。
図5において、14(t) は時刻tにおける対象コークス14、14(t+Δt)は時刻t+Δtにおける対象コークス14、Zは対象コークス14の移動方向、P1 は時刻tにおける対象コークス14(t) の重心、P2 は時刻t+Δtにおける対象コークス14(t+Δt)の重心を示す。
なお、上記した重心P1 、P2 は画像処理装置10により容易に求めることができる。
次に、前記した図4(c) のグラフに示すように、撮影距離L1から高速度カメラ5〜羽口3間の距離L2を差し引いた値L3を横軸に、各撮影距離L1において測定された対象コークス14の例えば上下方向の速度成分Sを縦軸にプロットし、速度成分Sが+側からゼロになったL3がレースウエイ深度LSとなる。
図4(a) のレースウエイ深度測定装置は、高速度カメラ5の前に好ましくは焦点距離が大きいフォーカスレンズ6を設置し、炉内レースウエイ深さ方向の撮影距離を変化させる手段9であるフォーカスレンズ移動装置によりフォーカスレンズ6を移動することにより、図4(a) に示す炉内レースウエイ深さ方向の撮影距離L1を変化させる構成とした。
本第2の発明、第5の発明、第6の発明において、各撮影距離L1に対応して速度成分を測定する対象コークスの特定は、例えば、第1の発明、第3の発明、第4の発明と同様に、高速度カメラ5で静止画像として撮影した画像を画像処理装置10によって濃度分布に表し、この濃度差を利用する。
すなわち、各撮影距離L1に対応して速度成分の測定対象とするコークスの特定は、第1の発明、第3の発明、第4の発明と同様に図6に示すような方法で行うことができる。
なお、図6(a) は、図1(b) 、図2(a) 、図5と同じく高速度カメラのレースウエイ内観察領域およびレースウエイ内コークスの撮影状況を示す模式図であり、図6(b) は、画像処理装置10により図6(a) の撮影画像のラインI−II上の濃度を濃度分布として表したグラフである。
すなわち、図6(b) において、例えば、濃度の最小値Imin を基準として、濃度の最大値Imax から濃度の最小値Imin を差し引いた値ΔI(=Imax −Imin )を求め、次式の濃度を有する部分を対象コークスと規定し、該当する少なくとも1個のコークスの速度成分を測定する。
ここで、kは任意に定められる定数であり、例えばk=0.7 の値を用いることができる。
また、この場合、画像処理装置10によって、予め定めた大きさ以上のコークスを選択し、該コークスを対象コークスと規定しその速度成分を測定することが、より好ましい。
図6(b) においては、ある時刻tにおける対象コークスは図に示すとおり14a の1個であり、対象コークスの速度成分を測定し、該測定値から下記方法によりレースウエイ深度を測定する。
なお、速度成分Sの測定方法は、例えば、前記した図5の方法により行うことができる。
すなわち、図7において、コークスの速度成分Sが+側からゼロになったL3は750mm であり、この場合のレースウエイ深度は750mm となる。
なお、本発明においては、上記のようにして得られた炉内レースウエイ深さ方向距離別のコークスの速度成分の測定値と予め定めた設定値とを比較演算しレースウエイ深度を求めるが、この場合、予め定めた速度成分の設定値としてはゼロ以外にも任意に設定でき、他の方法によるレースウエイ深度測定結果と対応させて速度成分の設定値を定めることも可能である。
この結果、本発明によれば、焦点の合った距離、すなわちレースウエイ深さ方向の正確な距離におけるコークスの自発光を検出するため、撮影焦点の前後の旋回コークスの影響を受けずに、正確にレースウエイ深度を測定することが可能となった。
なお、レースウエイ内ではコークスが旋回しているため、レースウエイの深部を観察している時は、当然羽口近くに存在するコークスにより視野が妨げられるが、本発明においては、該コークスなど撮影距離L1の領域外に存在するコークスは焦点深度に入っていないので焦点が合わず、各撮影距離L1の領域に存在するコークスとそれ以外のコークスとの識別が可能である。
(実施例1)
前記した図1(a) に示す装置を用いて、2段羽口を有するコークス充填式竪型溶融還元炉のレースウエイ深度の測定を行った。
なお、上記コークス充填式竪型溶融還元炉は、直径4mで羽口は上段4本、下段4本で、レースウエイ深度測定時の送風圧力は1.2kg/cm2 ・G 、送風温度は800 ℃であり、測定は、上段側の羽口で実施した。
フォーカスレンズ6は炉内レースウエイ深さ方向の撮影距離を変化させる手段9からの信号を受けて移動する構成となっている。
撮影で用いた高速度カメラ5は、シャッタ速度が1000コマ/秒から2000コマ/秒まで変更可能なカメラを採用し、シャッタ速度を1000コマ/秒とし、一秒間に計数されたコークスの個数から下記方法によりレースウエイ深度の測定を行った。
画像は、カメラアンプ8を介して画像処理装置10に送られ、フォーカスレンズ6の移動量から求まる撮影距離に対応して撮影が行われる。
また、画像処理装置10からの情報、すなわち撮影画像の濃度分布測定結果に基づき、計数手段11により各撮影距離での一定時間当たりのコークスの個数が計数される。
該レースウエイ深度算出手段12は、図1(c) に示すように、撮影距離L1から高速度カメラ5〜羽口3間の距離L2を差し引いた値L3を横軸に、各撮影距離L1において一定時間当たりに観測されたコークスの個数Nを縦軸にプロットし、その個数がゼロになったL3をレースウエイ深度LSとして算出する。
図2に示す例では、フルスケール256 階調で、濃度の最大値Imax から濃度の最小値Imin を差し引いた値ΔIが50であるため、濃度の最小値Imin =100 を基準として、次式を満足する濃度を有する領域のコークス14a 、14b のみの個数(2個)を計数した。なお、次式における任意に定められる定数kは0.7 と設定した。
なお、この場合大きさが3mm未満のコークスは計数から除外した。
個数を計数する方法としては、シャッタ速度が1000コマ/ 秒のカメラを用いたので、一秒間当たりの個数Nは、1/1000秒毎の個数Ni (i=1〜1000)から次式により求めた。
N=Σ(Ni )〔個〕、i=1〜1000
図3に、上記したコークスの一秒間当たりの個数Nを、各撮影距離L3について求めた結果を示す。
(実施例2)
前記した図4(a) に示す装置を用いて、実施例1と同じコークス充填式竪型溶融還元炉で実施例1と同様の操業条件下でレースウエイ深度の測定を行った。
撮影はフィルタ7、フォーカスレンズ6を介して高速度カメラ5で行った。
フォーカスレンズ6は炉内レースウエイ深さ方向の撮影距離を変化させる手段9からの信号を受けて移動する構成となっている。
撮影で用いた高速度カメラ5は、シャッタ速度が1000コマ/秒から2000コマ/秒まで変更可能なカメラを採用し、シャッタ速度を1000コマ/秒とし、1/1000秒間に移動したコークスの距離から下記方法によりレースウエイ深度の測定を行った。
画像は、カメラアンプ8を介して画像処理装置10に送られ、フォーカスレンズ6の移動量から求まる撮影距離に対応して撮影が行われる。
また、画像処理装置10からの情報、すなわち撮影画像の画像濃度分布に基づき速度測定手段17により各撮影距離でのコークスの速度成分が測定される。
該レースウエイ深度算出手段18は、図4(c) に示すように、撮影距離L1から高速度カメラ5〜羽口3間の距離L2を差し引いた値L3を横軸に、各撮影距離L1におけるコークスの速度成分Sを縦軸にプロットし、速度成分Sが+側からゼロになったL3をレースウエイ深度LSとして算出する。
図6に示す例では、フルスケール256 階調で、濃度の最大値Imax から濃度の最小値Imin を差し引いた値ΔIが40であるため、濃度の最小値Imin =107 を基準として、次式を満足する濃度を有する領域のコークス14a のみを対象としてその速度成分を測定した。なお、次式における任意に定められる定数kは0.7 と設定した。
また、この場合大きさが3mm未満のコークスは速度成分の測定対象から除外した。
なお、速度成分を測定する方法は、前記した図5に示す方法により行った。
すなわち、本実施例においては、シャッタ速度が1000コマ/ 秒のカメラを用いたので、1/1000秒間の速度成分Sは、1/1000秒毎の同一コークスの重心位置P1 、P2 から次式により求めた。
図7に、上記したコークスの速度成分Sを、各撮影距離L3について求めた結果を示す。
図7から、コークスの速度成分Sが+側からゼロとなった距離L3は750mm であるので、レースウエイ深度LSは750mm である。
なお、前記した実施例1、2においては、図1(a) 、図4(a) に示すように、高速度カメラ5などを羽口覗き窓に対して炉外側に設置して撮影したが、高速度カメラ5、フォーカスレンズ6、フィルタ7を水冷管などの保護窓付の冷却管内に組み込み、該冷却管を炉内に挿入して撮影視野を広げても良いことは言うまでもない。
1c レースウエイ内旋回コークス
2 レースウエイ
3 羽口
4 コークスの旋回方向
5 高速度カメラ
6 撮影距離を変化させるためのレンズ
7 フィルタ
8 カメラアンプ
9 炉内レースウエイ深さ方向の撮影距離を変化させるレンズを移動する手段
10 画像処理装置
11 計数手段
12、18 レースウエイ深度算出手段
13 焦点の合わないコークス
14、14(t) 、14(t+Δt)、14a 、14b 焦点の合ったコークス
17 速度測定手段
19 羽口覗き窓
20 ブローパイプ
21 送風支管
22 耐火物
A 焦点深度および高速度カメラの視野で形成される撮影領域
LS レースウエイ深度
fd 焦点深度
W 高速度カメラの視野
Claims (6)
- 高速度カメラおよび画像処理装置を用いてレースウエイ深度を測定するコークス充填式竪型炉のレースウエイ深度測定方法であって、炉内レースウエイ深さ方向の距離別にレースウエイ旋回コークスの単位時間当たりの個数を計数し、得られた計数値がゼロとなる位置の撮影距離から前記高速度カメラから羽口間の距離を差し引いた値をレースウエイ深度として求めることを特徴とするコークス充填式竪型炉のレースウエイ深度測定方法。
- 高速度カメラおよび画像処理装置を用いてレースウエイ深度を測定するコークス充填式竪型炉のレースウエイ深度測定方法であって、炉内レースウエイ深さ方向の距離別にレースウエイ旋回コークスの速度成分を測定し、得られた測定値がプラス側からゼロとなる位置の撮影距離から前記高速度カメラから羽口間の距離を差し引いた値をレースウエイ深度として求めることを特徴とするコークス充填式竪型炉のレースウエイ深度測定方法。
- 炉内レースウエイを撮影する高速度カメラ(5) とその画像を処理する画像処理装置(10)を有するコークス充填式竪型炉のレースウエイ深度測定装置であって、前記高速度カメラ(5) が炉内レースウエイ深さ方向の撮影距離を変化させるレンズ(6) と該レンズを移動する手段(9) を有し、前記画像処理装置(10)が撮影画像内の画像濃度分布を求める機能を有し、さらに、当該レースウエイ深度測定装置が、前記で求めた濃度分布に基づき、撮影画像内に入ったコークスの内、撮影画像において一定以上の画像濃度を有するコークスの一定時間当たりの個数を数える計数手段(11)と、前記個数の計数値がゼロとなる位置の撮影距離から前記高速度カメラから羽口間の距離を差し引いた値をレースウエイ深度として求めるレースウエイ深度算出手段(12)とを有することを特徴とするコークス充填式竪型炉のレースウエイ深度測定装置。
- 前記画像処理装置(10)、計数手段(11)およびレースウエイ深度算出手段(12)に代えて、前記画像処理装置(10)が、撮影画像内の画像濃度分布を求める機能と、該濃度分布に基づき撮影画像内に入ったコークスの内、撮影画像において一定以上の画像濃度を有するコークスの一定時間当たりの個数を数える計数機能と、前記個数の計数値がゼロとなる位置の撮影距離から前記高速度カメラから羽口間の距離を差し引いた値をレースウエイ深度として求めるレースウエイ深度算出機能とを有する請求項3記載のコークス充填式竪型炉のレースウエイ深度測定装置。
- 炉内レースウエイを撮影する高速度カメラ(5) とその画像を処理する画像処理装置(10)を有するコークス充填式竪型炉のレースウエイ深度測定装置であって、前記高速度カメラ(5) が炉内レースウエイ深さ方向の撮影距離を変化させるレンズ(6) と該レンズを移動する手段(9) を有し、前記画像処理装置(10)が撮影画像内の画像濃度分布を求める機能を有し、さらに、当該レースウエイ深度測定装置が、前記で求めた濃度分布に基づき、撮影画像内に入ったコークスの内、撮影画像において一定以上の画像濃度を有するコークスの速度成分を測定する速度測定手段(17)と、前記速度成分の測定値がプラス側からゼロとなる位置の撮影距離から前記高速度カメラから羽口間の距離を差し引いた値をレースウエイ深度として求めるレースウエイ深度算出手段(18)とを有することを特徴とするコークス充填式竪型炉のレースウエイ深度測定装置。
- 前記画像処理装置(10)、速度測定手段(17)およびレースウエイ深度算出手段(18)に代えて、前記画像処理装置(10)が、撮影画像内の画像濃度分布を求める機能と、該濃度分布に基づき撮影画像内に入ったコークスの内、撮影画像において一定以上の画像濃度を有するコークスの速度成分を測定する速度測定機能と、前記速度成分の測定値がプラス側からゼロとなる位置の撮影距離から前記高速度カメラから羽口間の距離を差し引いた値をレースウエイ深度として求めるレースウエイ深度算出機能とを有する請求項5記載のコークス充填式竪型炉のレースウエイ深度測定装置。
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