JP4419861B2

JP4419861B2 - 転炉出鋼時のスラグ検出方法及び装置

Info

Publication number: JP4419861B2
Application number: JP2005027863A
Authority: JP
Inventors: 隆行堀
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2005-02-03
Filing date: 2005-02-03
Publication date: 2010-02-24
Anticipated expiration: 2025-02-03
Also published as: JP2006213965A

Description

本発明は、転炉を傾動させて出鋼する過程で溶鋼中に混入するスラグを、画像処理を用いて検出する転炉出鋼時のスラグ検出方法及び装置に係り、特に、出鋼中に投入される副原料や合金鉄等により生成されるスモーク状の外乱の影響を受けずに、正確にスラグを検出することが可能な、転炉出鋼時のスラグ検出方法及び装置に関する。

転炉においては、一般に、高炉で生産された銑鉄に酸素を吹き込んで吹錬し、不純物を取り除いた後、図１に示す如く、転炉１０を紙面と直交する回転軸１２の回りに傾動させて出鋼口１４から下方の取鍋１８へ出鋼する。この最中に、転炉１０内の溶鋼６上に浮いている、不純物や副原料を含むスラグ８が流出開始したことを検知し（スラグ検知と称する）、例えば警報等を出力して、スラグ８が取鍋１８に多量に流出し、溶鋼の品質を劣化させないよう、作業者がスラグストッパを挿入している。従来は、作業者が出鋼流１６を目視で確認し、色合いの変化等からスラグ流出を判定して、スラグストッパの挿入を行なっていた。

一方、最近のスラグ検知は、光学系カメラを用いて、転炉１０からの出鋼流１６を撮像し、画像処理にてスラグ検知を行なう非接触式が主流である。例えば特許文献１に示されるように、ＣＣＤカメラで出鋼流を測定して輝度信号のヒストグラムを作成し、判別分析法を用いて判定する方法や、特許文献２乃至５に示されるように、ＣＣＤカメラで測定した輝度信号から輝度むらの差を検出して、スラグ流出を判定する方法等が記載されている。

特許第３５７５７８１号公報特開平１０−１５８７１７号公報特開平１０−２３０３５３号公報特開平９−１９２８２１号公報特開平９−１８２９５３号公報特開２００３−１８３７２０号公報

しかしながら、特許文献１に記載されている外乱除去方法は、酸素吹付け等により溶鋼温度が上昇して輝度レベルが明らかに高くなる場合は有効であるが、取鍋内からの発煙（スモーク、塵）のように、スラグと同等の輝度レベルで外乱が発生する場合においては、その判別が困難である。又、特許文献２乃至５においても、発煙の外乱を除去するのは困難であった。

又、特許文献６には、取鍋内からの発煙を送風機構で物理的に除去する方法が記載されているが、実行においては、その設備費が高額となり、メンテナンス等も必要になるという問題点を有していた。

本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、出鋼中に発生するスモーク状の外乱の影響を受けることなく、正確にスラグ検出を可能とすることを課題とする。

本発明は、転炉を傾動させて出鋼する過程で溶鋼中に混入するスラグを、画像処理を用いて検出する転炉出鋼時のスラグ検出方法において、出鋼中に撮影された出鋼流の画像中の溶鋼の画素数又は面積とスラグの画素数又は面積を検出し、溶鋼の画素数又は面積に対するスラグの画素数又は面積の比がスラグアラーム出力閾値以上でスラグ流出開始と判定されたときであっても、検出された溶鋼の画素数又は面積とスラグの画素数又は面積の和が、外乱が無い状態で予め求めた閾値を超えた時は、外乱発生とみなし、スラグ流出開始と判定しないようにして、前記課題を解決したものである。

又、転炉を傾動させて出鋼する過程で溶鋼中に混入するスラグを、画像処理を用いて検出する転炉出鋼時のスラグ検出装置において、出鋼中に撮影された出鋼流の画像中の溶鋼の画素数又は面積を検出する手段と、出鋼中に撮影された出鋼流の画像中のスラグの画素数又は面積を検出する手段と、溶鋼の画素数又は面積に対するスラグの画素数又は面積の比がスラグアラーム出力閾値以上でスラグ流出開始と判定する手段と、検出された溶鋼の画素数又は面積とスラグの画素数又は面積の和を計算する手段と、計算された和を、外乱が無い状態で予め求めて定めた閾値と比較する手段とを備え、スラグ流出開始と判定されたときであっても、計算された和が前記閾値を超えた時は、スラグ流出開始と判定しないようにして、同じく前記課題を解決したものである。

本発明によれば、例えば出鋼中に副原料や合金鉄を投じることによって発生するスモーク状の外乱の影響を受けずに、正確なスラグ検出が可能となる。従って、取鍋へのスラグ流出防止は勿論、誤検知による出鋼中断といったトラブルを回避することができる。

本発明では、出鋼中に撮影された画像において、測定領域内に占める出鋼流の総画素数はほぼ一定と見做す。即ち、出鋼流が溶鋼であっても、スラグであっても、それらが混在している場合でも、外乱が無い状態では、その合計画素数（溶鋼画素数＋スラグ画素数）は、出鋼流の総画素数とほぼ同数であり、それ以上になった場合は、外乱を伴っていると判断し、その状態においてスラグ検出した場合は、スラグ流出開始したとは見做さないようにする。

これにより、例えば出鋼中に副原料や合金鉄を投じることによって発生するスモーク状の外乱の影響を受けずに、正確なスラグ検出が可能となる。

以下図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。

図１に、本発明を実施するための装置構成を示す。転炉１０の出鋼口１４の近傍に、該出鋼口１４から流出する出鋼流１６を撮影するための赤外線カメラ２０が設けられ、該赤外線カメラ２０には、本発明を実施するための画像処理装置３０及び信号処理装置３２が接続されている。

図２に、前記赤外線カメラ２０からの撮影画像例を示す。図において、２２は背景、２４は測定領域である。ここで、測定領域２４は、外乱の影響を最小とするため、できるだけ小さくして出鋼流１６のみとするのが望ましいが、転炉体は傾動するので、出鋼流自身の角度も変化し、又、残鋼量によっても出鋼流自身の角度が変化するため、それらをカバーできる範囲を設定しておく。

以下、図３を参照して、本実施例の処理手順を説明する。

まずステップ１００で、赤外線カメラ２０から画像処理装置３０に画像を取り込み、ステップ１０２で、出鋼流１４を赤外線カメラ２０によって観測して得られた輝度情報から、図４に例示するような輝度ヒストグラムを作成する。

次いでステップ１０４で、ヒストグラム中の画素数が閾値Ｌ１以上の最大ピーク位置Ｐを算出して、画像撮影時間ｘにおける溶鋼中心平均輝度Ｍを算出する。

そして、ステップ１０６で、これにばらつき２σを考慮した輝度値Ｎ１以上の領域を溶鋼像と判定する。又、スラグは溶綱より一段と明るいので、輝度値Ｎ１にバイアス値Ｂを加算した輝度値Ｎ２（＝Ｎ１＋Ｂ）以上の領域をスラグ像と判定する。

一方、出鋼流１６の総画素数ＲＣは、外乱の無い状態で実際に出鋼している状況のデータから予め求めておき、閾値Ｌ２として設定しておく。

そして、ステップ１０８で、輝度値Ｎ１以上の溶鋼像の総画素数ＲＡと輝度値Ｎ２以上のスラグ像の総画素数ＲＢを常時計算・合計し、ステップ１１０で、スラグ流出判定のためにＲＡとＲＢの画素数比ＲＢ／ＲＡを計算する。

そして、ステップ１１２で、画素数比ＲＢ／ＲＡがスラグアラーム出力閾値Ｌ３以上でスラグ流出開始と判定されたとき、ステップ１１４で外乱の有無をチェックし、出鋼流総画素数ＲＣが閾値Ｌ２以下で外乱無しと判断されたときには、ステップ１１６で、そのままスラグ検知信号によるアラームを出力し、一方、外乱有りの場合にはアラームを出力しないようにする。

図５に、外乱が無い場合の出鋼流（ＲＣ）と溶鋼（ＲＡ）とスラグ（ＲＢ）の総画素数の関係の一例を示す。通常は、出鋼流の総画素数ＲＣは、ほぼ一定であるため、スラグが流出すると、その分、溶鋼の総画素数ＲＡは減少する。

一方、図６は、外乱が有る場合の出鋼流（ＲＣ）と溶鋼（ＲＡ）とスラグ（ＲＢ）の総画素数の関係の一例を示したものであるが、溶鋼総画素数ＲＡが５５００位で推移しているのに、スラグ総画素数ＲＢが増加したり、溶鋼総画素数ＲＡのみが増加したりしている。これは、出鋼中において外乱が有り、その輝度エネルギが、溶鋼やスラグと同じ領域にあることを意味している。このとき、測定領域における出鋼流の総画素数ＲＣは閾値Ｌ２よりも大きくなるため、外乱発生と判別することができる。

なお、実際の警報出力に際しては、出鋼開始からの経過時間や傾動角の条件等を加えて、実際の操業に適した形で対応すればよい。

前記実施例においては、出鋼流１６の画像を赤外線カメラ２０で得ていたが、出鋼流の画像を撮影する手段はこれに限定されず、例えば可視光線のカメラを用いることもできる。又、面積を求める方法も画素数の和に限定されない。

本発明に係るスラグ検出装置の実施例の全体構成を示す図同じく撮影画像の例を示す図同じく処理手順を示す流れ図同じくヒストグラムの作成例を示す線図同じく外乱が無い場合の出鋼流と溶鋼とスラグの総画素数の関係の例を示す線図同じく外乱が有る場合の出鋼流と溶鋼とスラグの総画素数の関係の例を示す線図

符号の説明

６…溶鋼
８…スラグ
１０…転炉
１４…出鋼口
１６…出鋼流
１８…取鍋
２０…赤外線カメラ
２２…背景
２４…測定領域
３０…画像処理装置
３２…信号処理装置

Claims

転炉を傾動させて出鋼する過程で溶鋼中に混入するスラグを、画像処理を用いて検出する転炉出鋼時のスラグ検出方法において、
出鋼中に撮影された出鋼流の画像中の溶鋼の画素数又は面積とスラグの画素数又は面積を検出し、
溶鋼の画素数又は面積に対するスラグの画素数又は面積の比がスラグアラーム出力閾値以上でスラグ流出開始と判定されたときであっても、
検出された溶鋼の画素数又は面積とスラグの画素数又は面積の和が、外乱が無い状態で予め求めた閾値を超えた時は、外乱発生とみなし、スラグ流出開始と判定しないことを特徴とする転炉出鋼時のスラグ検出方法。
請求項１において、
赤外線カメラから画像処理装置に画像を取り込み、
出鋼流を赤外線カメラによって観測して得られた輝度情報から、輝度ヒストグラムを作成し、
該輝度ヒストグラム中の画素数が閾値Ｌ１以上の最大ピーク位置Ｐを算出して、画像撮影時間ｘにおける溶鋼中心平均輝度Ｍを算出し、
これにばらつき２σを考慮した輝度値Ｎ１以上の領域を溶鋼像と判定し、
輝度値Ｎ１にバイアス値Ｂを加算した輝度値Ｎ２（＝Ｎ１＋Ｂ）以上の領域をスラグ像と判定し、
出鋼流の総画素数は、外乱の無い状態で実際に出鋼している状況のデータから予め求めて、閾値Ｌ２として設定しておき、
輝度値Ｎ１以上の溶鋼像の総画素数ＲＡと輝度値Ｎ２以上のスラグ像の総画素数ＲＢを常時計算・合計し、
スラグ流出判定のためにＲＡとＲＢの画素数比ＲＢ／ＲＡを計算し、
該画素数比ＲＢ／ＲＡがスラグアラーム出力閾値Ｌ３以上でスラグ流出開始と判定されたとき、外乱の有無をチェックし、
出鋼流総画素数ＲＣが閾値Ｌ２以下で外乱無しと判断されたときには、そのままスラグ検知信号によるアラームを出力し、
一方、外乱有りの場合にはアラームを出力しないようにすることを特徴とする転炉出鋼時のスラグ検出方法。
転炉を傾動させて出鋼する過程で溶鋼中に混入するスラグを、画像処理を用いて検出する転炉出鋼時のスラグ検出装置において、
出鋼中に撮影された出鋼流の画像中の溶鋼の画素数又は面積を検出する手段と、
出鋼中に撮影された出鋼流の画像中のスラグの画素数又は面積を検出する手段と、
溶鋼の画素数又は面積に対するスラグの画素数又は面積の比がスラグアラーム出力閾値以上でスラグ流出開始と判定する手段と、
検出された溶鋼の画素数又は面積とスラグの画素数又は面積の和を計算する手段と、
計算された和を、外乱が無い状態で予め求めて定めた閾値と比較する手段とを備え、
スラグ流出開始と判定されたときであっても、計算された和が前記閾値を超えた時は、スラグ流出開始と判定しないようにしたことを特徴とする転炉出鋼時のスラグ検出装置。