JP6876802B2 - 高炉出銑口温度測定装置 - Google Patents
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Description
本発明は、高炉出銑口温度測定装置に関する。
高炉出銑口の正確な温度を製銑工程の操業条件に迅速に反映することは、高炉炉況の安定化、生産効率性、及びエネルギー消費効率の観点において重要である。
通常、高炉出銑口の温度は、いくつかの物質の状態を変える程に高温であるため、正確に測定するのが難しいのが実情である。
本発明の目的は、高炉出銑口の温度を正確に測定することができる高炉出銑口温度測定装置を提供することである。
本発明の一実施例による高炉出銑口温度測定装置は、高炉出銑口の第１及び第２波長放射エネルギーを測定し、上記第１及び第２波長放射エネルギーに基準放射率を適用して温度を測定する温度測定部と、ズーム機能を備え、上記高炉出銑口の画像を得るカメラと、上記画像からスラグと溶銑を識別して、上記スラグと上記溶銑の割合を算出する画像処理部と、上記画像処理部により算出された割合と上記基準放射率に対応する基準割合の間の差に対応する補正温度を、上記温度測定部によって測定された温度に適用して最終温度を求める補正部と、上記画像処理部の画像分析の結果に基づいて上記カメラのレンズを制御して撮影範囲の調整を行い、上記カメラを駆動させて撮影範囲の調整を行う制御部と、を有してなっている。
本発明によると、高炉出銑口の温度を正確に測定することができ、製銑工程の操業条件を迅速に反映させることができる。これにより、高炉炉況の安定化、生産効率、及びエネルギー消費効率を向上させることができる。
以下、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形することができ、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されない。また、本発明の実施形態は、当該技術分野で平均的な知識を有する者に本発明をよりよく理解できるように説明するためのものである。したがって、図面における要素の形状及び大きさなどは、明確に説明するために拡大あるいは縮小表示（または強調表示や簡略化表示）することがある。また、図面上の同一の符号で示される要素は同一の要素である。
図１は本発明の一実施例による高炉出銑口温度測定装置を示す図である。
図１を参照すると、本発明の一実施例による高炉出銑口温度測定装置は、温度測定部１１０、割合測定部１２０、及び補正部１３０を有している。
温度測定部１１０は、高炉出銑口１０の温度を測定する。例えば、上記温度測定部１１０は、互いに異なる２つの波長の放射エネルギーを測定して温度に換算する２波長温度計で実現することができる。
割合測定部１２０は、高炉出銑口１０のスラグ（ｓｌａｇ）と溶銑の割合を測定する。例えば、上記割合測定部１２０は、高炉出銑口１０の画像を得て、上記画像を分析することにより、スラグと溶銑の割合を測定する。
補正部１３０は、割合測定部１２０によって測定された割合に対応する補正温度を、温度測定部１１０によって測定された温度に適用することにより最終温度を求める。
温度測定部１１０によって測定される温度は、スラグと溶銑の割合に応じて実際の温度と異なっている。上記補正部１３０は、かかる上記温度測定部１１０による測定温度を補正することにより、実際の温度にさらに近い最終温度を求めることを可能にしている。これにより、高炉出銑口１０の温度を正確に測定することができる。
図２は温度測定部が測定する放射エネルギーの分布を示す図である。図２には、特定温度Ｔの黒体（Ｂｌａｃｋｂｏｄｙ）の波長（λ）による放射エネルギー（Ｅλ，ｂ（λ，Ｔ））と特定温度Ｔの実際の表面（Ｒｅａｌ ｓｕｒｆａｃｅ）の波長（λ）による放射エネルギー（Ｅλ（λ、Ｔ））を示している。
ここで、実際の表面の放射エネルギー（Ｅλ（λ，Ｔ））は、黒体の放射エネルギー（Ｅλ，ｂ（λ，Ｔ））と放射率（ελ）の積として定義することができる。
放射率が設定された２波長温度計は、特定温度における第１波長（λ１）の放射エネルギー（Ｅλ１）と第２波長（λ２）の放射エネルギー（Ｅλ２）を測定し、両方の放射エネルギー間の差異に対応する温度を求める。ここで、上記差異の値と上記温度との間の関係は、ステファン−ボルツマンの法則によって設定される。
これは、下記数学式（１）で一般化することができる。ここで、第１波長（λ１）の放射率（ε１）を第２波長（λ２）の放射率（ε２）で割った値を放射率比と定義する。
温度測定部は、高炉出銑口の第１及び第２波長放射エネルギー（Ｅλ１，Ｅλ２）を測定し、上記第１及び第２波長放射エネルギー（Ｅλ１，Ｅλ２）に基準放射率を適用することで温度に換算することができる。例えば、上記温度測定部は、上記高炉出銑口のスラグと溶銑の割合が上記基準割合のときの放射率を上記基準放射率として設定する。
一方、高炉出銑口において、出銑初期のスラグの割合は、出銑末期のスラグの割合よりも大きいことがある。したがって、上記基準割合は、上記高炉出銑口の出銑が中間程度進んだときの平均的なスラグの割合として設定される。
図３は、スラグ及び溶銑の波長別放射率の特性を示す図である。図３には、スラグ（ｓｌａｇ）と溶銑（Ｓｔｅｅｌ）のそれぞれの波長（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ）による放射率（Ｅｍｉｓｓｉｖｉｔｙ）を示している。
ここで、スラグの放射率は波長による影響をほとんど受けず、溶銑の放射率は波長による影響を比較的大きく受ける可能性がある。すなわち、スラグの放射率比は１に近いことがあるが、溶銑の放射率比は１に近くない可能性がある。
したがって、上記数学式（１）は、スラグの放射率と溶銑の放射率が反映されると下記数学式（２）で表現することができる。ここで、ｍは溶銑の放射率、εｓはスラグの放射率、Ａｍは溶銑の面積比、及びＡｓはスラグの面積比であり、溶銑の面積比とスラグの面積比の合計は１である。
図４は、スラグと溶銑の割合による放射率を示す図である。図４には、スラグの割合（Ｓｌａｇ Ｒａｔｉｏ）による全放射率（ｅ−Ｓｌｏｐｅ）を示している。
全放射率は、スラグの割合が高いほどスラグの放射率比に近い１になる。
図５は、スラグと溶銑の割合による温度差を示している。図５には、スラグの割合（Ｓｌａｇ Ｒａｔｉｏ）による温度差（Ｔｅｍｐ．Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）を示している。
ここで、温度測定部に設定された基準放射率は、スラグの割合が４０％のときの放射率比で仮定することができる。
例えば、それぞれのスラグの割合は温度差と対応している。補正部は、割合測定部によって測定された割合に対応する温度差により負の補正温度となることがある。
一例として、上記補正部は、割合測定部によって測定されたスラグの割合が基準割合に比べて大きいほど補正温度を大きく、割合測定部によって測定されたスラグの割合が基準割合に比べて小さいほど補正温度を小さくする。
図６は割合測定部を示す図である。
図６を参照すると、割合測定部１２０は、カメラ１２１、画像処理部１２２、及び制御部１２３を有している。
カメラ１２１は、高炉出銑口１０の画像を得ることができる。例えば、上記カメラ１２１は、毎秒２００回撮影できる高速カメラであることができ、ズーム（ｚｏｏｍ）機能を備えることができる。
画像処理部１２２は、上記画像からスラグと溶銑を識別してそれらの割合を算出することができる。例えば、上記画像処理部１２２は、プロセッサ、メモリ、入力デバイス、出力デバイス、及び通信接続を含むコンピューティング環境で実現することができる。
制御部１２３は、画像処理部１２２の画像分析の結果に基づいて、カメラ１２１の撮影範囲を制御することができる。例えば、上記制御部１２３は、カメラ１２１のレンズを制御して撮影範囲のサイズを調整することができ、カメラ１２１を駆動させて撮影範囲の位置を調整することができる。
図７は、カメラにより得られた画像における輝度分析結果を示す図である。図７には、画像の一例、上記画像の位置による輝度を示すグラフの一例、第１基準輝度（Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ；１）の一例、第２基準輝度（Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ；２）の一例、及びスラグ（Ｓｌａｇ）と溶銑（Ｉｒｏｎ）の境界地点に対応する輝度の一例が示されている。
例えば、割合測定部に含まれる画像処理部は、画像において、第１及び第２基準輝度（ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ）よりも高い輝度を有するピクセルと、第１基準輝度よりも高く、第２基準輝度よりも低い輝度を有するピクセルの割合を算出することができる。
一例として、割合測定部に含まれる画像処理部は、画像において、第１基準輝度（Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ；１）よりも低い輝度を有するピクセルのセットを背景として識別し、第１基準輝度（Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ；１）よりも高く、第２基準輝度（Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ；２）よりも低い輝度を有するピクセルのセットを溶銑（Ｉｒｏｎ）として識別し、第１及び第２基準輝度（Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ；１及びＴｈｒｅｓｈｏｌｄ；２）よりも高い輝度を有するピクセルのセットをスラグ（Ｓｌａｇ）として識別する。
一方、上述のピクセル及び後述のピクセルは、一つのピクセルだけでなく、互いに隣接する複数のピクセルで構成されたピクセルのセットであることができる。
図８は、カメラにより得られた画像における位置分析結果を示す図である。図８には、画像の一例、及び上記画像で設定される基準線１から基準線３の一例が示されている。
例えば、割合測定部に含まれる制御部は、画像において背景に対応する暗い領域の全位置に応じてカメラの撮影範囲を調整することができる。画像は、基準線１の下側領域、基準線１と基準線２の間の領域、基準線２と基準線３の間の領域、及び基準線３の上側領域に分割することができる。上記制御部は、基準線１の下側領域における暗い領域の割合と基準線３の上側領域における暗い領域の割合の間の差が大きいほど、カメラの撮影範囲を多く移動させることができる。
一方、上記基準線１から基準線３は、画像処理部の分析結果に基づいて設定することができる。例えば、上記基準線１から基準線３は、画像においてスラグまたは溶銑と背景の間の境界の全体的な位置に基づいて設定される。次いで、基準線２が、上記基準線１から基準線３の中心線に設定される。上記基準線２は、下記の分析領域の設定に用いられることができる。
図９は、カメラにより得られた画像における分析領域を示す図である。図９には、画像の一例、及び上記画像で設定される分析領域の一例を示している。
例えば、割合測定部に含まれる画像処理部は、背景に対応する暗い領域の境界の位置にそれぞれ対応する基準線１及び基準線３を設定し、上記基準線１と上記基準線３の間に位置するように基準線２を設定し、上記基準線２の一部を含む分析領域を設定する。その後、上記分析領域において第２基準輝度よりも高い輝度を有するピクセルと、上記分析領域において第２基準輝度よりも低い輝度を有するピクセルの割合を算出する。
これにより、画像処理部の画像処理に要する時間を短くすることができ、画像処理部の分析精度を向上させるためのビデオ集中分析の実現が容易にすることができる。
一方、上記分析領域は、基準線１から基準線３を設定することなく、第１基準輝度よりも低い輝度を有するピクセルが実質的に含まれていない領域のうちからランダムに選択することもできる。
図１０は、カメラにより得られた画像における最大輝度、最小輝度、及び平均輝度を示す図である。図１０には、画像の位置による溶銑の輝度、画像の輝度、及びスラグの輝度が示されている。
例えば、割合測定部に含まれる画像処理部は、画像の最大輝度、最小輝度、及び平均輝度のうち少なくとも一つに従属する第１及び第２基準輝度を設定する。
カメラによって得られた画像の全体的な輝度は、高炉出銑口の環境によって異なることがある。上記全体的な輝度は、最大輝度、最小輝度、及び平均輝度に反映される。
これにより、本発明の一実施例による高炉出銑口温度測定装置は、高炉出銑口の流動的な環境にもかかわらず、高炉出銑口の温度を正確に測定することができる。
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で多様な修正及び変形が可能であるということは、当技術分野の通常の知識を有する者には明らかである。
Claims (8)
- 高炉出銑口の第１及び第２波長放射エネルギーを測定し、前記第１及び第２波長放射エネルギーに基準放射率を適用して温度を測定する温度測定部と、
ズーム機能を備え、前記高炉出銑口の画像を得るカメラと、
前記画像からスラグと溶銑を識別して、前記スラグと前記溶銑の割合を算出する画像処理部と、
前記画像処理部により算出された割合と前記基準放射率に対応する基準割合の間の差に対応する補正温度を前記温度測定部によって測定された温度に適用して最終温度を算出する補正部と、
前記画像処理部の画像分析の結果に基づいて前記カメラのレンズを制御して撮影範囲の調整を行い、前記カメラを駆動させて撮影範囲の調整を行う制御部と、
を有してなることを特徴とする高炉出銑口温度測定装置。 - 前記補正部は、前記高炉出銑口において前記スラグが前記溶銑に比べて多いほど、前記最終温度が高くなるように前記補正温度を生成することを特徴とする請求項１に記載の高炉出銑口温度測定装置。
- 前記画像処理部は、前記画像において、第１及び第２基準輝度（ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ）よりも高い輝度を有するピクセルと、第１基準輝度よりも高く、第２基準輝度よりも低い輝度を有するピクセルの割合を算出することを特徴とする請求項１に記載の高炉出銑口温度測定装置。
- 前記画像処理部は、前記画像において、第１基準輝度よりも低い輝度を有するピクセルのセットを背景として識別し、前記第１基準輝度よりも高く、第２基準輝度よりも低い輝度を有するピクセルのセットを前記溶銑として識別し、前記第１及び第２基準輝度よりも高い輝度を有するピクセルのセットを前記スラグとして識別することを特徴とする請求項１に記載の高炉出銑口温度測定装置。
- 前記画像処理部は、前記画像において、第１基準輝度よりも低い輝度を有するピクセルのセットを背景として識別し、前記背景の境界の位置にそれぞれ対応する基準線１及び基準線３を設定し、前記基準線１と前記基準線３の間に位置するように基準線２を設定し、前記基準線２の一部を含む分析領域を設定した後、前記分析領域において、第２基準輝度よりも高い輝度を有するピクセルと、前記第２基準輝度よりも低い輝度を有するピクセルの割合を算出することを特徴とする請求項１に記載の高炉出銑口温度測定装置。
- 前記制御部は前記画像における前記背景の位置または前記背景の割合に基づいて前記カメラの撮影範囲を制御することを特徴とする請求項４に記載の高炉出銑口温度測定装置。
- 前記画像処理部は、前記画像の最大輝度、最小輝度、及び平均輝度のうち少なくとも一つに従属する前記第１及び第２基準輝度を設定することを特徴とする請求項３に記載の高炉出銑口温度測定装置。
- 前記画像処理部は、前記画像の最大輝度、最小輝度、及び平均輝度のうち少なくとも一つに従属する前記第１及び第２基準輝度を設定することを特徴とする請求項５に記載の高炉出銑口温度測定装置。
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