JP7256365B2 - Slag quantification method - Google Patents

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Description

本発明は、スラグの定量化方法に関する。 The present invention relates to a slag quantification method.

高炉から溶銑鍋に取り出された溶銑、または転炉から取鍋に取り出された溶鋼などの溶融金属の表面にはスラグが浮上している。溶銑鍋に収容された溶銑上のスラグは、後工程である転炉工程で成分外れを発生させるおそれがある。また、取鍋内に収容された溶鋼の表面に浮上しているスラグも、後工程である2次精錬工程で成分外れを発生させるおそれがある。このように、容器内に収容された溶融金属の表面に浮上しているスラグは、後工程に有害な影響を及ぼすおそれがあるため、溶融金属を後工程に送る前に、スラグを容器外に掻き出す排滓機(除滓装置)を用いてスラグを除去する排滓作業を行うことが一般的である。 Slag floats on the surface of molten metal such as molten iron taken out from a blast furnace into a hot metal ladle or molten steel taken out from a converter into a ladle. The slag on the hot metal contained in the hot metal ladle may cause the components to come off in the converter process, which is the post-process. In addition, slag floating on the surface of the molten steel accommodated in the ladle may also cause component deviation in the subsequent secondary refining process. In this way, the slag floating on the surface of the molten metal contained in the container may adversely affect the subsequent processes. It is common to perform slag removal work to remove slag using a scraper (slag removal device).

一般に排滓機は、溶融金属が貯溜された溶融金属容器と、スラグ排滓の際に溶融金属容器を載せたまま傾動させる傾動台車と、溶融金属容器を吊るした状態で傾動させるクレーン装置と、湯面のスラグを除去する除滓装置本体と、この除滓装置本体を制御する制御装置と、この制御装置を操作する操作盤により構成されている。
また、排滓機本体は、前後、上下、回転の自由度を有する掻出しアームと、この掻出しアームの先端に取り付けられ、湯面のスラグを掻き出すための掻出し板及び、掻出しアームを駆動させる油圧ユニットを備えており、制御装置からの信号により掻き出しアームの動作が制御される。
In general, a slag discharger includes a molten metal container in which molten metal is stored, a tilting carriage that tilts the molten metal container while discharging the slag, a crane device that tilts the molten metal container while it is suspended, It is composed of a slag removing device body for removing slag from the hot water surface, a control device for controlling this slag removing device body, and an operation panel for operating this control device.
The body of the slag discharger includes a scraping arm having degrees of freedom in forward/backward, vertical and rotational movement, a scraping plate attached to the tip of the scraping arm for scraping out slag from the hot water surface, and the scraping arm. It is equipped with a hydraulic unit for driving, and the operation of the scraping arm is controlled by a signal from the control device.

排滓機を用いて除滓するには、溶融金属容器を傾動させた後、撮像装置により溶融金属容器内の表面を撮像して溶融金属の表面をモニター装置の画面に映し出し、オペレーターはそれを見ながら、操作盤を介して排滓機を操作し、スラグの掻き出しを行うことが一般的である。
また、以下の特許文献1に記載の如く、湯面画像をエリアに分割してエリア毎のスラグの分布状況を判断し、分布状況に応じた掻き出しパターンで掻き出しを行い、スラグの量が一定量まで減少したと判断すると一定のエリアのみの掻き出しを行う技術が知られている。
また、以下の特許文献2に記載の如く、溶融金属の湯面画像を2値化して発塵エリアが移動することを利用し、発塵エリアとスラグエリアを区別し、閾値を設けた輝度によりスラグを検知する技術が知られている。
In order to remove slag using a slag removal machine, after tilting the molten metal container, the surface of the molten metal container is imaged by an imaging device and the surface of the molten metal is displayed on the screen of the monitor device, which the operator can view. While watching, it is common to operate the slag extractor via the control panel to scrape out the slag.
In addition, as described in Patent Document 1 below, the hot water surface image is divided into areas, the distribution of slag in each area is determined, and scraping is performed with a scraping pattern according to the distribution, so that the amount of slag is a constant amount. A known technique is to scrape out only a certain area when it is determined that the area has been reduced to a certain level.
In addition, as described in Patent Document 2 below, by utilizing the fact that the surface image of the molten metal is binarized and the dust generation area moves, the dust generation area and the slag area are distinguished, and the luminance with a threshold value is used. Techniques for detecting slag are known.

特開平7-159053号公報JP-A-7-159053 特開2003-013129号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-013129

しかし、上述の排滓機を用いてオペレーターが行う従来の除滓方法は、除滓完了の見極めが難しく、除滓が不十分であると溶融金属の品質が低下し、逆に完全除滓を行うと、掻き出しに伴う溶融金属の流出が多くなって歩留まりが低下する問題がある。
そのため、従来は熟練したオペレーターでなければ除滓完了を適正に見極めることが至難であった。
この問題点を解決する技術として、特許文献2に記載の如く溶融金属の湯面を撮像し、撮像された画像の画素毎に一定時間内の最大輝度を求め、求められた最大輝度によって形成される画像データを処理することにより、溶融金属容器内の溶融金属とスラグを分別し、スラグを検知する技術が提案されている。
However, in the conventional slag removal method performed by the operator using the above-mentioned slag removal machine, it is difficult to determine the completion of slag removal. If this is done, there is a problem that the outflow of molten metal due to scraping increases and the yield decreases.
Therefore, conventionally, it was extremely difficult for a non-skilled operator to properly ascertain the completion of slag removal.
As a technique for solving this problem, as described in Patent Document 2, the surface of the molten metal is imaged, the maximum luminance within a certain period of time is obtained for each pixel of the imaged image, and the obtained maximum luminance is formed. A technique has been proposed for separating molten metal and slag in a molten metal container and detecting slag by processing image data obtained from the molten metal.

しかし、特許文献2に記載の方法は、湯面上のスラグの占有面積率によって評価する技術であるため、湯面上に残留するスラグ量を定量化できていないために、湯面上のスラグ厚みが不均一であれば、同じスラグ占有面積であっても、スラグ残留量にバラツキが生じる問題がある。 However, since the method described in Patent Document 2 is a technique for evaluating the slag occupied area ratio on the surface of the hot water, the amount of slag remaining on the surface of the hot water cannot be quantified. If the thickness is non-uniform, there is a problem that the slag residual amount varies even if the slag occupied area is the same.

本発明は、前記従来の問題点に鑑みなされたものであって、溶融金属上のスラグを定量化できる方法の提供を目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method for quantifying slag on molten metal.

本発明は上述の事情に鑑みなされたもので、その特徴は以下の通りである。
「1」本発明に係るスラグの定量化方法は、容器に収容された溶融金属上にスラグが存在し、前記溶融金属の発光を前記スラグがその厚さに応じ覆っていて、前記溶融金属からの発光が前記スラグを透過した透過光として外部に放射される状態において前記スラグの表面を湯面として撮像装置により撮像し、前記撮像された画像の各画素領域において輝度値を画像処理により求める輝度値算出工程と、予め輝度値と放射輝度との関係を求めておき、当該関係と温度変換式から、前記輝度値算出工程で求めた前記輝度値を用いて、前記各画素領域における見かけのスラグの表面温度を求めるスラグ表面温度算出工程と、前記スラグ表面温度算出工程により求められた各画素領域における見かけのスラグの表面温度とスラグ厚み推定式(熱伝導方程式により前記画素領域のスラグ厚みを推定するスラグ厚み算出工程と、前記スラグ厚み算出工程により求められた各画素領域のスラグ厚みと前記各画素領域の湯面面積に基づき、前記容器内のスラグ体積を求めるスラグ算出工程を有することを特徴とする。
「2」本発明に係るスラグの定量化方法は、容器に収容された溶融金属上にスラグが存在し、前記溶融金属の発光を前記スラグがその厚さに応じ覆っていて、前記溶融金属からの発光が前記スラグを透過した透過光として外部に放射される状態において前記スラグの表面を湯面として撮像装置により熱画像を撮像し、前記撮像された熱画像から各画素領域の見かけのスラグの表面温度を求めるスラグ表面温度算出工程と、前記スラグ表面温度算出工程により求められた各画素領域における見かけのスラグの表面温度とスラグ厚み推定式(熱伝導方程式)により前記各画素領域のスラグ厚みを推定するスラグ厚み算出工程と、前記スラグ厚み算出工程により求められた各画素領域のスラグ厚みと前記各画素領域の湯面面積に基づき、前記容器内のスラグ体積を求めるスラグ算出工程を有することを特徴とする。
「3」前記スラグ表面温度算出工程において、以下の(1)式と(2)式を用いることが好ましい。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has the following features.
"1" The slag quantification method according to the present invention is such that slag is present on the molten metal contained in a container, the slag covers the light emission of the molten metal according to its thickness, and the molten metal is emitted to the outside as transmitted light that has passed through the slag, the surface of the slag is imaged by an imaging device as a hot water surface, and the luminance value is obtained by image processing in each pixel region of the imaged image. In a value calculation step, the relationship between the luminance value and the radiance is obtained in advance, and from the relationship and the temperature conversion formula, the luminance value obtained in the luminance value calculation step is used to obtain the apparent slag in each pixel region. and the apparent slag surface temperature in each pixel region obtained by the slag surface temperature calculation step and the slag thickness estimation formula ( heat conduction equation ) in each pixel region. and a slag calculation step of obtaining the slag volume in the container based on the slag thickness of each pixel region obtained by the slag thickness calculation step and the melt surface area of each pixel region. It is characterized by
"2" The slag quantification method according to the present invention is such that slag is present on the molten metal contained in a container, the slag covers the light emission of the molten metal according to its thickness, and the molten metal is radiated to the outside as transmitted light that has passed through the slag, a thermal image is captured by an imaging device using the surface of the slag as a hot water surface, and the apparent slag in each pixel region is captured from the captured thermal image. A slag surface temperature calculation step for obtaining the surface temperature, and an apparent slag surface temperature in each pixel region obtained by the slag surface temperature calculation step and a slag thickness estimation formula (heat conduction equation) to calculate the slag thickness of each pixel region. and a slag calculating step of calculating the slag volume in the container based on the slag thickness of each pixel region and the melt surface area of each pixel region obtained by the slag thickness calculating step. Characterized by
[3] In the slag surface temperature calculation step, it is preferable to use the following equations (1) and (2).

Figure 0007256365000001
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Figure 0007256365000002
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「4」前記スラグの厚みを求めるスラグ厚み推定式(熱伝導方程式が以下の(3)式であり、前記スラグ総重量を求める式が以下の(4)式であることが好ましい。 [4] Preferably , the slag thickness estimation formula ( heat conduction equation ) for obtaining the thickness of the slag is the following formula (3), and the formula for obtaining the total slag weight is the following formula (4).

Figure 0007256365000003
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Figure 0007256365000004
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「5」本発明に係るスラグの定量化方法において、前記スラグ表面温度算出工程において、前記容器内のスラグ体積あるいはスラグ総重量を時間経過に対して求めることが好ましい。
(6)本発明に係るスラグの定量化方法において、前記スラグ算出工程により求めた容器内のスラグ体積あるいはスラグ重量が許容範囲として定めたスラグ体積許容範囲あるいはスラグ重量許容範囲を満たした場合、処理完了または除滓完了と判定する除滓完了判断工程を有することが好ましい。
(7)本発明に係るスラグの定量化方法において、前記溶融金属の湯面を撮像する際、可視光~近赤外線領域の波長域の観測光を用いることが好ましい。
[5] In the method for quantifying slag according to the present invention, it is preferable that the slag volume or the total weight of slag in the container is determined with respect to the passage of time in the slag surface temperature calculation step.
(6) In the slag quantification method according to the present invention, when the slag volume or total slag weight in the container obtained by the slag calculation step satisfies the slag volume allowable range or the slag weight allowable range defined as the allowable range, It is preferable to have a slag removal completion judgment step for judging completion of treatment or completion of slag removal .
(7) In the method for quantifying slag according to the present invention, it is preferable to use observation light in a wavelength range from visible light to near-infrared region when imaging the surface of the molten metal.

本発明によれば、画像処理により溶融金属上のスラグの残留量を従来方法よりも定量的かつ少ないばらつきで把握することができ、ベテランのオペレーターに頼ることなくスラグの除滓完了を適正に見極めることができる。このため、除滓作業時のオペレーターの除滓完了判定ガイダンスとして実用可能な技術を提供できる。 According to the present invention, the amount of slag remaining on the molten metal can be grasped quantitatively and with less variation than the conventional method by image processing, and the completion of slag removal can be properly determined without relying on an experienced operator. be able to. Therefore, it is possible to provide a technique that can be used as guidance for determining the completion of slag removal by an operator during slag removal work.

本発明の一実施形態に係るスラグ定量化方法に用いるスラグ定量化装置の概略構成と除滓機の概略構成を示す模式図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic diagram which shows the schematic structure of the slag quantification apparatus used for the slag quantification method which concerns on one Embodiment of this invention, and the schematic structure of a slag remover. 前記スラグ定量化方法の一例を示すフローチャート図である。FIG. 4 is a flowchart diagram showing an example of the slag quantification method; 前記スラグ定量化方法の一例を実施する場合に用いるパーソナルコンピューターの一例を示す概略構成図である。FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing an example of a personal computer used when carrying out an example of the slag quantification method; 図1に示す第1の撮像装置を用いて容器内の湯面を撮像することで得られる撮像画像の一例を示す図である。1. It is a figure which shows an example of the captured image obtained by imaging the surface of hot water in a container using the 1st imaging device shown in FIG. 図1に示す第1の撮像装置を用いて容器内の湯面を撮像することで得られる熱画像の一例を示す図である。1. It is a figure which shows an example of the thermal image obtained by imaging the surface of hot water in a container using the 1st imaging device shown in FIG. 熱画像が示す温度を真値として放射輝度を求める場合に用いる放射輝度と輝度値の相関関係を示すグラフである。2 is a graph showing the correlation between radiance and luminance value used when obtaining radiance with the temperature indicated by a thermal image as a true value. 先に求めた放射輝度を基に温度変換式から温度を算出するための近似式を求める場合の相関関係を示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing a correlation when obtaining an approximation formula for calculating temperature from a temperature conversion formula based on previously obtained radiance; FIG. 1つの画素領域に存在する溶融金属の一例としての溶銑とその上に存在しているスラグの厚さの一例を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of molten iron as an example of molten metal existing in one pixel region and an example of the thickness of slag existing thereon; 実画像と熱画像においてスラグ面積率の相関性を評価したグラフの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the graph which evaluated the correlation of the slag area ratio in a real image and a thermal image. 熱画像における外乱を除いた場合に得られる実画像と熱画像においてスラグ面積率の相関性を評価したグラフの他の例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing another example of a graph evaluating the correlation of the slag area ratio between a real image and a thermal image obtained when disturbances are removed from the thermal image; 溶融金属歩留りロスおよび復流に対するスラグ面積率(Scal)と計算スラグ重量(Wcal)との相関性の比較評価結果を示す図である。FIG. 5 is a graph showing comparative evaluation results of the correlation between molten metal yield loss and return flow slag area ratio (S cal ) and calculated slag weight (W cal ).

以下、第1実施形態に係るスラグの定量化方法と定量化装置について図面に基づいて説明する。
図1は、本実施形態に係るスラグ定量化方法に用いるスラグ定量化装置100の概略構成と排滓機の概略構成を示す模式図である。なお、図1において、溶融金属Mを収容する容器4は断面で示している。
図1に示すように、スラグ定量化装置100は、一例として、傾動させた溶銑鍋などの容器4内に収容された溶銑などの溶融金属Mの表面に浮上しているスラグSを、掻き板51およびアーム52を有する排滓機5を用いて容器4外に掻き出す排滓工程(除滓工程)などに用いられる。
Hereinafter, a slag quantification method and a quantification device according to the first embodiment will be described based on the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a slag quantification device 100 and a schematic configuration of a slag exhauster used in the slag quantification method according to the present embodiment. In addition, in FIG. 1, the container 4 which accommodates the molten metal M is shown in cross section.
As shown in FIG. 1, as an example, the slag quantification device 100 measures the slag S floating on the surface of the molten metal M such as hot metal contained in a container 4 such as a tilted hot metal ladle with a scraping plate. It is used in a slag removal step (slag removal step) in which a slag remover 5 having 51 and an arm 52 is used to scrape the slag out of the container 4 .

排滓工程は、容器4を傾けた状態で、排滓機5を用いて容器4外へスラグSの一部を掻き出す工程である。排滓工程では、排滓時間の短縮および溶銑の歩留まり確保を目的として、容器4内にスラグSを一部残留させている。 The slag removal step is a step of scraping out part of the slag S out of the container 4 using the slag remover 5 while the container 4 is tilted. In the slag-discharging process, part of the slag S remains in the vessel 4 for the purpose of shortening the slag-discharging time and securing the yield of hot metal.

容器4内に収容された溶融金属Mは、例えば温度が1200℃~1400℃であり、熱放射により発光している(すなわち、溶融金属Mは、熱放射により自発光している)。一方、容器4内に収容された溶融金属Mの表面に浮上しているスラグSは、大気に触れることで冷えて表面付近は凝固しており、実質的には自発光せず、溶融金属の発光をスラグSの厚さに応じ遮っている。 The molten metal M contained in the container 4 has a temperature of, for example, 1200° C. to 1400° C., and emits light by thermal radiation (that is, the molten metal M emits light by itself by thermal radiation). On the other hand, the slag S floating on the surface of the molten metal M contained in the container 4 is cooled by being exposed to the atmosphere and is solidified near the surface. Light emission is blocked according to the thickness of the slag S.

本実施形態のスラグ定量化装置100は、容器4内の湯面を上方から撮像する第1撮像手段(第1撮像装置)1と、容器4内の湯面を鉛直方向に対して斜め上方から撮像する第2撮像手段(第2撮像装置)3と、これら第1撮像手段1および第2撮像手段3に接続された画像処理手段(画像処理装置)2とを備えている。
なお、本明細書において「湯面」とは、溶融金属Mの表面のみを意味するものではなく、スラグが溶融金属の表面に浮上している場合にはスラグの表面を意味する。すなわち、容器4内の収容物の最表面(最上面)を意味する。また、第1撮像手段1を設ける位置は容器4の直上が望ましいが、障害物等があって直上に設置できない場合は斜め上方でも良く、溶融金属Mの湯面をできるだけ大きな画面で撮像できる設置位置が望ましい。
The slag quantification device 100 of the present embodiment includes first imaging means (first imaging device) 1 for imaging the surface of the molten metal in the container 4 from above, and A second imaging means (second imaging device) 3 for imaging, and an image processing means (image processing device) 2 connected to the first imaging means 1 and the second imaging means 3 are provided.
In this specification, the term "surface of molten metal" does not mean only the surface of the molten metal M, but means the surface of the slag when the slag floats on the surface of the molten metal. That is, it means the outermost surface (uppermost surface) of the contents in the container 4 . It is preferable that the first imaging means 1 is installed directly above the container 4, but if it cannot be installed directly above the container 4 due to obstacles, etc., it may be installed diagonally above, so that the surface of the molten metal M can be imaged on a screen as large as possible. location is preferred.

第1撮像手段1としては、例えば、可視光域に主感度を有するCCDカメラと、赤外光域に主感度を有する熱画像カメラ(サーモグラフィ)を両方備えた装置を用いることができる。
なお、本実施形態においてCCDカメラによる撮像を行った場合、撮像画像における各画素領域においてスラグに対応する画素領域毎の輝度値を算出可能である。また、熱画像カメラ(サーモグラフィ)による撮像を行った場合、当該画素領域の平均温度の値(T:℃)を算出可能である。
As the first imaging means 1, for example, a device provided with both a CCD camera having a primary sensitivity in the visible light range and a thermal imaging camera (thermography) having a primary sensitivity in the infrared range can be used.
In this embodiment, when the image is captured by the CCD camera, it is possible to calculate the luminance value for each pixel area corresponding to the slag in each pixel area in the captured image. Further, when an image is captured by a thermal imaging camera (thermography), the average temperature value (T:° C.) of the pixel region can be calculated.

画像処理手段2は、例えば、後述の各工程を実行するための所定のプログラムがインストールされた汎用のパーソナルコンピューターから構成される。なお、画像処理手段2は、第1撮像手段1および第2撮像手段3で得られた撮像画像を表示するためのモニターなどの出力手段を有している。
画像処理手段2を構成するためのパーソナルコンピューターの概要を図3に示す。
図3に示すパーソナルコンピューターCは、主として入力手段13と、制御部14と、記憶手段15と、出力手段16を備えている。
入力手段13は、例えば、文字や数字を入力するキーボードなどであり、これによって種々の情報を記憶手段15または制御部14に入力することができる。
制御部14は、所謂CPU(中央演算処理装置)やRAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)などで構成されており、プログラムによって様々な数値計算や情報処理、機器制御などを行うことができる。
The image processing means 2 is composed of, for example, a general-purpose personal computer in which a predetermined program for executing each step described later is installed. The image processing means 2 has an output means such as a monitor for displaying the captured images obtained by the first imaging means 1 and the second imaging means 3 .
FIG. 3 shows an outline of a personal computer for configuring the image processing means 2. As shown in FIG.
A personal computer C shown in FIG.
The input means 13 is, for example, a keyboard for inputting letters and numbers, and various information can be input to the storage means 15 or the control section 14 through this.
The control unit 14 is composed of a so-called CPU (central processing unit), RAM (random access memory), ROM (read only memory), etc., and performs various numerical calculations, information processing, device control, etc. by programs. can be done.

記憶手段15は、例えば、HDD(ハードディスクドライブ)やSSD(ソリッドステートドライブ)などの情報記録媒体であり、後述する各工程で行う計算を行うためのプログラムや、算出手段17、予測手段18の実行に必要な各種情報、これらによって得られた結果などを必要に応じて記憶させたり読み出したりすることができる。
出力手段16は、例えば、モニターやプリンターなどであり、後述する工程を実施するためのプログラムから得られる各種の情報を画面上又は紙面上に必要に応じて表示または印刷することができる。
The storage means 15 is, for example, an information recording medium such as an HDD (hard disk drive) or an SSD (solid state drive), and stores programs for performing calculations performed in each process described later, calculation means 17, and prediction means 18. It is possible to store and read out various information necessary for , and the results obtained by these, as necessary.
The output means 16 is, for example, a monitor, a printer, etc., and can display or print various information obtained from a program for carrying out the steps described later on a screen or on paper as necessary.

なお、記憶手段15には、後述する各工程で行う計算を行うためのプログラムや、後記する算出手段17、予測手段18の実行に必要な各種の情報を当該プログラム実行前に予め記憶させておくことでこれらを任意に読み出し、操作することができる。また、当該プログラムを実行することによって得られた算出結果などを必要に応じて記憶させたり読み出したりすることが可能である。なお、記憶手段15にインターネットやネットワークへの通信機能のみを備え、インターネットやネットワークに接続された他のパーソナルコンピューターに備えられた記憶手段や算出手段、予測手段を利用して算出手段17や予測手段18と同様に計算し結果を算出できるように構成しても良いのは勿論である。
図3に示すパーソナルコンピューターCを用いて実際に行う各工程の処理については後に説明する。
In the storage means 15, a program for performing calculations to be performed in each step described later, and various information necessary for executing the calculation means 17 and the prediction means 18 described later are stored in advance before the program is executed. These can be arbitrarily read and manipulated. Further, calculation results obtained by executing the program can be stored and read as necessary. Note that the storage means 15 has only a communication function to the Internet or a network, and the calculation means 17 or the prediction means is obtained by using the storage means, the calculation means, or the prediction means provided in another personal computer connected to the Internet or the network. Of course, it may be constructed so as to be able to perform calculations in the same manner as in 18 and calculate the results.
Processing of each step actually performed using the personal computer C shown in FIG. 3 will be described later.

第2撮像手段3としては、第1撮像手段1と同様に、例えば可視光域に主感度を有するCCDカメラ、または、赤外光域に主感度を有する熱画像カメラ(サーモグラフィ)のいずれかを用いることができる。本実施形態では、第2撮像手段3として、CCDカメラを用いることができる。 As the second imaging means 3, like the first imaging means 1, for example, either a CCD camera having a main sensitivity in the visible light range or a thermal image camera (thermography) having a main sensitivity in the infrared light range is used. can be used. In this embodiment, a CCD camera can be used as the second imaging means 3 .

本実施形態に係るスラグ定量化方法は、スラグ定量化装置100を用いて実行される。以下、本実施形態に係るスラグ定量化方法について説明する。
図2は、本実施形態に係るスラグ定量化方法を示すフロー図である。本実施形態に係るスラグ定量化方法は、溶融金属Mを収容する容器4内の湯面を第1撮像手段1によって撮像して得られる撮像画像に基づき、上述のパーソナルコンピューターCを用いて各種の計算を行って溶融金属Mの表面に浮上しているスラグSを定量化する方法である。そして、図2に示すように、スラグ定量化方法は、輝度値算出工程S1と、スラグ表面温度算出工程S2と、スラグ厚み算出工程S3と、スラグ算出工程S4を有している。
また、溶融金属Mの表面に浮上しているスラグSを、前述した掻き板51およびアーム52を有する排滓機5を用いて容器4外に掻き出す排滓作業を行い、本実施形態のスラグ定量化方法に基づいて総スラグ重量または総スラグ体積を逐次演算により算出する。
The slag quantification method according to this embodiment is executed using the slag quantification device 100 . A slag quantification method according to the present embodiment will be described below.
FIG. 2 is a flow diagram showing the slag quantification method according to the present embodiment. The slag quantification method according to the present embodiment uses the above-described personal computer C to perform various This is a method of quantifying the slag S floating on the surface of the molten metal M by performing calculations. As shown in FIG. 2, the slag quantification method has a brightness value calculation step S1, a slag surface temperature calculation step S2, a slag thickness calculation step S3, and a slag calculation step S4.
Further, the slag S floating on the surface of the molten metal M is scraped out of the container 4 by using the slag scraper 5 having the scraping plate 51 and the arm 52 described above, and the slag is quantified according to the present embodiment. The total slag weight or total slag volume is calculated by sequential calculation based on the conversion method.

そして、この逐次演算により算出した総スラグ重量(Wcal)と予め規定されている限界スラグ重量(Wlimit)を比較工程S5により比較し、算出した総スラグ重量が限界スラグ重量を下回った場合に排滓完了と把握し、除滓作業を終了させることができる(除滓完了判断工程)。
あるいは、総スラグ重量に代えて総スラグ体積を用い、先の逐次演算により算出した総スラグ体積(Vcal)と予め規定されている限界スラグ体積(Vlimit)を比較工程S5により比較し、算出した総スラグ体積が限界スラグ体積を下回った場合に排滓完了と把握し、除滓作業を終了させることができる(除滓完了判断工程)。
パーソナルコンピューターCはモニターなどの出力手段に排滓完了を表示することで作業者は排滓作業の完了を確認することができる。
以下、各工程の詳細内容について、順次説明する。
Then, the total slag weight (W cal ) calculated by this sequential calculation is compared with the predetermined limit slag weight (W limit ) in a comparison step S5, and when the calculated total slag weight is less than the limit slag weight, It is possible to grasp the completion of slag removal and terminate the slag removal work (slag removal completion determination step).
Alternatively, using the total slag volume instead of the total slag weight, the total slag volume (V cal ) calculated by the previous sequential calculation and the predetermined limit slag volume (V limit ) are compared in the comparison step S5 to calculate When the total slag volume obtained is less than the limit slag volume, it can be determined that the slag removal is completed, and the slag removal work can be terminated (slag removal completion determination step).
The personal computer C displays the completion of slag discharge on an output means such as a monitor, so that the operator can confirm the completion of the slag discharge work.
Details of each step will be described below.

(湯面画像取込工程ST1)
本実施形態では輝度値算出工程S1を行う前に、湯面画像取込工程ST1を行う。
湯面画像取込工程ST1においては、まず、互いに厚みの異なる複数のスラグSが溶融金属Mの表面に同時に浮上している状態の湯面を、第1撮像手段1を用いて撮像し、湯面画像をパーソナルコンピューターCの記憶手段15に記憶する。
この際、排滓機5を用いた除滓作業の異なる時期に得られる複数の湯面を撮像してもよいし、除滓作業における湯面を逐次時間経過とともに連続的に撮像してもよい。
除滓作業の異なる時期に得られる複数の湯面の具体例として、例えば、スラグSの除滓作業を開始する前の湯面(スラグSの厚みが最も大きいと考えられる湯面)、除滓作業中期の湯面、および除滓終了時の湯面(スラグSの厚みが最も小さいと考えられる湯面)を例示できる。なお、本実施形態のスラグ定量化方法は、除滓完了(排滓完了)を見極めするために用いるので、除滓作業の中期以降は逐次時間経過とともにスラグの定量化方法を実施してスラグの定量化を行い、スラグ量を時間経過に対し逐次連続的に把握することが好ましい。従って、除滓作業の初期や中期においては、連続して定量化しなくとも必要な時期に必要な回数スラグの定量化を行えばよい。勿論、除滓初期から除滓終了時まで逐次時間の経過とともに連続的にスラグの定量化を行っても良いのは勿論である。
第1撮像手段1はCCDカメラと熱画素カメラの両方を備えているので、画像処理装置2の記憶手段15には、CCDカメラにより撮像された実画像(目視可能な波長域を観測光とする画像)と熱画像(サーモグラフィ)の両方の画像が記録される。
(Hot water surface image capture step ST1)
In this embodiment, before performing the brightness value calculation step S1, the surface image capturing step ST1 is performed.
In the molten metal surface image capturing step ST1, first, the molten metal surface in which a plurality of slags S having different thicknesses are simultaneously floating on the surface of the molten metal M is imaged using the first imaging means 1, and the molten metal is captured. The surface image is stored in the storage means 15 of the personal computer C. FIG.
At this time, a plurality of hot water surfaces obtained at different times of the slag removing work using the slag removing machine 5 may be imaged, or the hot water surface in the slag removing work may be continuously imaged over time. .
As a specific example of a plurality of hot water surfaces obtained at different times of the slag removal work, for example, the hot water surface before starting the slag removing work (the hot water surface where the thickness of the slag S is considered to be the largest), the slag removal The melt surface in the middle of the work and the melt surface at the end of slag removal (the melt surface where the thickness of the slag S is considered to be the smallest) can be exemplified. In addition, since the slag quantification method of the present embodiment is used to ascertain the completion of slag removal (slag removal completion), the slag quantification method is sequentially implemented with the passage of time after the middle of the slag removal work. It is preferable to quantify and continuously grasp the amount of slag over time. Therefore, in the initial and middle stages of the slag removal work, the slag may be quantified as many times as required at the required time without continuous quantification. It goes without saying that the slag quantification may be performed continuously with the passage of time from the initial stage of slag removal to the end of slag removal.
Since the first imaging means 1 is equipped with both a CCD camera and a thermal pixel camera, the storage means 15 of the image processing device 2 stores an actual image captured by the CCD camera. Both thermal images (thermography) and thermal images (thermography) are recorded.

なお、第1撮像手段1によって得られた撮像画像における溶融金属Mに対応する画素領域の輝度が最大値の255(白)となるように、第1撮像手段1が具備するレンズの絞り、および第1撮像手段1から出力されるビデオ信号のゲインが調整される。
また、本実施形態では、第1撮像手段1の視野が、容器4の湯面だけでなく、容器4および背景も視野内に含まれるように設定されている。なお、容器4の湯面だけが視野内に含まれるように第1撮像手段1の視野を設定してもよい。
In addition, the aperture of the lens provided in the first imaging means 1, and The gain of the video signal output from the first imaging means 1 is adjusted.
Further, in this embodiment, the field of view of the first imaging means 1 is set so as to include not only the hot water surface of the container 4 but also the container 4 and the background within the field of view. Note that the field of view of the first imaging means 1 may be set so that only the hot water surface of the container 4 is included in the field of view.

ここで、本明細書における「輝度」とは、例えば8ビット256階調の画像の明暗(すなわち、画像上の輝度)のうち、背景の部分を黒として除いた255階調の明暗を指す。
図4は、第1撮像手段1のCCDカメラによって容器4内の湯面を撮像することで得られる撮像画像の一例を示す実画像である。図4では表示が白黒表示であるが実画像はカラー画像である。
図4は、第1撮像手段1の視野が容器4及び背景も視野内に含まれる広い視野に設定され、単一の湯面に互いに厚みの異なる複数のスラグが同時に浮上している場合を示している。また、図4の例では、第1撮像手段1と湯面との間に存在する障害物(図4において湯面中央近くを左右に通過する黒い帯状の領域は配管が存在して直接撮像できない領域となるので除外している。)を除くように実画像を上下左右の矩形状の10個の画素領域に区分している。また、第1撮像手段1を設置する位置は、湯面を均等に撮影するために湯面の中央の上方が望ましいが、本実施形態では湯面中央上方には障害物があって設置できないことを考慮し、第1撮像手段1を湯面に対し斜め上方から撮影可能な位置に設置して撮像した場合の一例である。
Here, "luminance" in this specification refers to, for example, 255 gradation gradations of the 8-bit 256 gradation image brightness (that is, luminance on the image) excluding the background portion as black.
FIG. 4 is an actual image showing an example of a captured image obtained by capturing an image of the surface of hot water in the container 4 with the CCD camera of the first imaging means 1 . Although the display in FIG. 4 is black and white display, the actual image is a color image.
FIG. 4 shows a case where the field of view of the first imaging means 1 is set to a wide field of view including the container 4 and the background, and a plurality of slugs with different thicknesses float simultaneously on a single hot water surface. ing. In the example of FIG. 4, an obstacle existing between the first imaging means 1 and the surface of the hot water (in FIG. 4, the black belt-shaped area passing left and right near the center of the hot water surface has pipes and cannot be directly imaged The real image is divided into 10 rectangular pixel areas on the top, bottom, left, and right so as to exclude the area. Moreover, the position where the first imaging means 1 is installed is desirably above the center of the hot water surface in order to evenly photograph the hot water surface. This is an example of a case in which the first image capturing means 1 is installed at a position where the image can be captured from obliquely above the surface of the hot water in consideration of the above.

湯面4は平面視円形であるため、図4に示すように斜め上方から第1撮像手段1が撮影した実画像では湯面が楕円形に描かれ、この楕円形の領域を前述の黒い帯状の部分を除いて上下に2列、各列とも左右方向に5つに区分した合計10個の矩形状の画素領域が策定されている。
図4において、上下左右の端に位置する画素における背景の割合(黒領域の割合)が大きく、中央に配置された上下2つの画素において背景の割合が最も小さくなるように各画素領域が配置されている。図4において黒一色で表示された領域が湯面の外側の背景を示している。なお、図4では理解し易いように湯面に対し便宜上10個の画素領域に区分したが、画素領域の区分数は10個に限らず、任意数の画素領域に区分することができる。
勿論、図4では湯面中央近くを左右に通過する黒い帯状の領域を除いて10個の画素領域を策定したが、この黒い帯状の領域に障害物が存在しない環境であるならば、黒い帯状の領域を含めて任意の数の画素領域を策定しても良い。
Since the surface of the hot water 4 is circular in plan view, as shown in FIG. 4, the surface of the hot water is drawn in an elliptical shape in the actual image photographed by the first imaging means 1 from obliquely above. A total of 10 rectangular pixel regions are defined by dividing each column into 5 in the left and right direction, excluding the portion of .
In FIG. 4, each pixel area is arranged so that the ratio of the background (the ratio of the black area) is large in the pixels located at the top, bottom, left, and right ends, and the ratio of the background is the smallest in the two pixels located above and below the center. ing. In FIG. 4, the solid black area indicates the background outside the surface of the hot water. In FIG. 4, the hot water surface is divided into 10 pixel regions for convenience, but the number of pixel regions is not limited to 10 and can be divided into any number of pixel regions.
Of course, in FIG. 4, 10 pixel regions were defined by excluding the black band-shaped region passing left and right near the center of the hot water surface. Any number of pixel regions may be defined, including the region of .

CCDカメラによる図4に例示する撮像画像に対し画像処理手段2は先の10個の画素領域毎に輝度の平均値を算出し、輝度の平均値を記憶手段15に記憶するとともにモニター上に表示する。モニター上に各画素領域毎の輝度の平均値を表示した状態を図4に表示している。
図4の例では、上の列の5個の画素領域において、左側から順に95.1、123.6、123.7、160.8、136.7と算出され、下の列の5個の画素領域において、左側から順に41.3、62.8、114.3、114.8、84.2と算出されているので、10個の画素領域毎にこれら平均の輝度が記憶手段15に記録される。輝度の単位は(cd/m)である。
4 by the CCD camera, the image processing means 2 calculates the average luminance value for each of the above ten pixel regions, stores the average luminance value in the storage means 15, and displays it on the monitor. do. FIG. 4 shows a state in which the average luminance value of each pixel region is displayed on the monitor.
In the example of FIG. 4, in the five pixel regions in the upper row, 95.1, 123.6, 123.7, 160.8, and 136.7 are calculated in order from the left, and the five pixel regions in the lower row are calculated. In the pixel area, the calculated values are 41.3, 62.8, 114.3, 114.8, and 84.2 in order from the left. be done. The unit of brightness is (cd/m 2 ).

なお、実操業において、図1に示す如く均一の厚さのスラグSが溶融金属M上に均等に存在している訳ではなく、種々の厚さのスラグが不均一に溶融金属M上に分布している。
複数の厚さのスラグSが溶融金属M上に不均一に存在している場合、溶融金属Mから熱放射により放射された放射光は、種々の厚さのスラグSによって遮られる。
スラグSの厚みが大きいほど、スラグSによる放射光の吸収が大きくなるため、厚いスラグSを透過した透過光と、薄いスラグSを透過した透過光は強度が異なることとなる。これにより、図4に示す撮像画像において、スラグの厚さに応じて画素領域毎に異なる明るさとなる。
In actual operation, the slag S having a uniform thickness does not uniformly exist on the molten metal M as shown in FIG. are doing.
If slags S with multiple thicknesses are non-uniformly present on the molten metal M, radiation light emitted from the molten metal M by thermal radiation is blocked by the slags S with different thicknesses.
The greater the thickness of the slug S, the greater the absorption of the emitted light by the slug S. Therefore, the transmitted light transmitted through the thick slug S and the transmitted light transmitted through the thin slug S have different intensities. As a result, in the captured image shown in FIG. 4, each pixel region has different brightness according to the thickness of the slag.

第1撮像手段1はCCDカメラの他に熱画像カメラ(サーモグラフィ)も有しているので、図4と同じ範囲を熱画像としても撮像することができる。
図5は熱画像カメラによる熱画像の一例を示している。図4に示す実画像の場合と同様に湯面に対し10個の画素領域に区分され、画像処理手段2は先の10個の画素領域毎に平均温度を算出し、平均温度を記憶手段15に記憶するとともにモニター上に表示する。
図5の例では、上の列の5個の画素領域において、左側から順に1047.6、1111.7、1126.7、1170.1、1117.8と算出され、下の列の5個の画素領域において、左側から順に763.6、929.1、1039.1、1003.6、871.9と算出されているので、10個の画素領域毎にこれら平均温度が記憶手段15に記録される。平均温度の単位は(℃)である。
Since the first imaging means 1 has a thermal image camera (thermography) in addition to the CCD camera, the same range as in FIG. 4 can also be imaged as a thermal image.
FIG. 5 shows an example of a thermal image obtained by a thermal imaging camera. As in the case of the actual image shown in FIG. 4, the hot water surface is divided into 10 pixel regions. and display it on the monitor.
In the example of FIG. 5, in the five pixel regions in the upper row, 1047.6, 1111.7, 1126.7, 1170.1, and 1117.8 are calculated in order from the left, and the five pixel regions in the lower row are calculated. Since the pixel regions are calculated to be 763.6, 929.1, 1039.1, 1003.6, and 871.9 in order from the left, these average temperatures are recorded in the storage means 15 for each ten pixel regions. be. The unit of average temperature is (°C).

図4に示す実画像から得られる各画素領域毎の輝度から後述する温度変換式を用いてパーソナルコンピューターCにより各画素領域毎の平均温度を算出して次工程の処理にスラグの表面温度として用いるか、図5に示す熱画像から得られる各画素領域毎の平均温度を求めて次工程の処理にスラグの表面温度として用いることができる。
なお、発煙や発塵を生じた場合、あるいは、掻き板51でスラグSを掻き取って湯面に波立ちを発生させた場合等の熱画像においては、発煙や発塵、波立ちの影響で各画素領域毎の平均温度の測定に大きな誤差を生じる。即ち、発煙や発塵により湯面が隠されるか、波立ちの影響により湯面の正確な温度が算出されないので、このまま熱画像の平均温度を用いて次工程の処理を行うとスラグ量の定量化に大きな誤差を生むこととなる。
このため、熱画像の平均温度は発煙や発塵あるいは波立ちを生じていない場合のみ適用し、発煙や発塵あるいは波立ちなどの影響が生じる場合を想定し、通常は、図4に示す実画像の輝度値から以下に説明するように算出される各画素領域毎の平均温度をスラグの表面温度と断定して次工程の処理を行うことが好ましい。
From the brightness of each pixel region obtained from the actual image shown in FIG. 4, the personal computer C calculates the average temperature of each pixel region using the temperature conversion formula described later, and uses it as the surface temperature of the slag in the next process. Alternatively, the average temperature of each pixel region obtained from the thermal image shown in FIG. 5 can be obtained and used as the surface temperature of the slag in the next process.
In a thermal image obtained when smoke or dust is generated, or when the slag S is scraped off by the scraping plate 51 to generate ripples on the hot water surface, each pixel may be affected by the smoke, dust, or ripples. It causes a large error in measuring the average temperature for each region. In other words, the hot water surface is hidden by smoke or dust, or the hot water surface temperature cannot be calculated accurately due to the influence of waves. will result in a large error in
For this reason, the average temperature of the thermal image is applied only when smoke, dust, or ripples do not occur. It is preferable to determine the surface temperature of the slag as the average temperature of each pixel region calculated from the luminance value as described below, and then perform the processing in the next step.

「輝度値算出工程S1、スラグ表面温度算出工程S2」
放射輝度をB、シュテファンボルツマン係数をσ(W/m・K)とし、セルシウス温度をT(℃)、セルシウス温度の指数をn(一般にはn=4)とすると、これらの間には以下の(1)式で示す輻射伝熱の関係式が知られている。また、輻射伝熱の関係式を変形すると、温度変換式として以下の(2)式が成立する。(2)式においてTcalは計算により求められるセルシウス温度(℃)、Bcalは計算により求められる放射輝度、DNは輝度値、a、bは前記1つの画素領域当たりの熱画像の温度を真値としてBcal=aDN+bの関係の近似式を満たす場合の定数を示す。
"Brightness value calculation step S1, slag surface temperature calculation step S2"
Let B be the radiance, σ (W/m 2 K) be the Stefan-Boltzmann coefficient, T (°C) be the Celsius temperature, and n be the index of the Celsius temperature (generally n = 4). The relational expression of radiation heat transfer shown by the following equation (1) is known. Further, if the relational expression of radiation heat transfer is modified, the following expression (2) holds as a temperature conversion expression. In the formula (2), T cal is the calculated Celsius temperature (°C), B cal is the calculated radiance, DN is the brightness value, and a and b are the temperature of the thermal image per pixel region. A constant when satisfying the approximate expression of the relationship B cal =aDN+b is shown as a value.

Figure 0007256365000005
Figure 0007256365000005

Figure 0007256365000006
Figure 0007256365000006

湯面に煙や塵などが生じていない場合を想定し、図5に示す熱画像から得られる湯面表面の平均温度を真のスラグ表面温度とすると、(1)式の輻射伝熱の関係式から求められる放射輝度Bcalと図4に示す実画像から得られる画素領域毎の輝度DNとの間に図6に示す関係が存在し、TとTcalとの間に図7に示す関係が成立する。なお、nは複数の値を代入して計算している。
図6においては、図4に示す実画像で示した各画素領域毎の平均温度の他に、複数の実画像の撮像画像を実際に採取し、それらの値をプロットしてグラフ化している。
Assuming that there is no smoke or dust on the hot water surface, and the average temperature of the hot water surface obtained from the thermal image shown in FIG. The relationship shown in FIG. 6 exists between the radiance B cal obtained from the equation and the brightness DN of each pixel region obtained from the actual image shown in FIG. 4, and the relationship shown in FIG. 7 exists between T and T cal . holds. Note that n is calculated by substituting a plurality of values.
In FIG. 6, in addition to the average temperature of each pixel region shown in the real image shown in FIG. 4, a plurality of captured images of real images are actually taken, and their values are plotted and graphed.

図6に示す複数のプロットから、計算により求められる放射輝度Bcal=aDN+bの関係の近似式を求めることができる。図6に示す例では、Bcal=1243.1×DN+33294と決定係数R=0.8434の相関関係(近似直線)が導き出される。即ち、a=1243.1、b=33294が求められる。
ここで(2)式においてこれらの関係を代入すると、図7に示すようにTとTcalとの関係が導き出される。図7に示す関係は決定係数R=0.8441の高い相関関係として導き出される。これらは、(1)式と(2)式において、nに色々な数値を代入し、図7のグラフにおいて一番近似性が高いものを求めたこととなる。この近似性を求める計算はパーソナルコンピューターCの記憶手段15に記憶されている計算ソフトが図6と図7に示す関係を複数計算し、最も近似性が高い場合を求めることで各画素領域毎のスラグSの表面温度を計算することができる。
From the multiple plots shown in FIG. 6, an approximation of the calculated radiance B cal =aDN+b relationship can be obtained. In the example shown in FIG. 6, the correlation (approximate straight line) between B cal =1243.1×DN+33294 and the coefficient of determination R 2 =0.8434 is derived. That is, a=1243.1 and b=33294 are obtained.
Substituting these relationships in equation (2) yields the relationship between T and T cal as shown in FIG. The relationship shown in FIG. 7 is derived as a high correlation with a coefficient of determination R 2 =0.8441. These are obtained by substituting various numerical values for n in the equations (1) and (2) and finding the one with the highest approximation in the graph of FIG. Calculation for obtaining this approximation is performed by calculation software stored in the storage means 15 of the personal computer C, which calculates a plurality of relationships shown in FIGS. The surface temperature of slag S can be calculated.

記憶手段15には、図4の実画像から得られた各領域毎の輝度の平均値が入力されると、先の(1)式と(2)式に基づき、nに色々な数値を代入してその他の計算に必要な数値を計算し、図6と図7に示すグラフに描いたように近似性を求め、Bcal=aDN+bの関係の近似式を求め、この例の計算では一番近似性が高い場合がn=4の場合であったことを意味し、これによりスラグの表面温度Tを求めることができる。なお、この計算においてn=4の場合に近似性が最も高いということが分かったならば、以降の計算は常にn=4と代入して計算することが好ましい。 When the average value of luminance for each region obtained from the actual image of FIG. to calculate the numerical values necessary for other calculations, obtain the approximation as shown in the graphs shown in FIGS. This means that the case of high approximation was the case of n=4, and from this, the surface temperature T of the slag can be obtained. If it is found in this calculation that the approximation is highest when n=4, it is preferable to always substitute n=4 in subsequent calculations.

図6と図7に示すこれらの関係から、演算により各画素領域のスラグの表面温度Tを求めたならば、この表面温度Tを次工程で用いる各画素領域毎のスラグ表面温度Ts(℃)と断定し、以下の計算式を用いて以下のスラグ厚み算出工程S3を実施し、スラグの厚みを算出することができる。
なお、画素領域の各データにおいて、輝度により3値化し、各画素領域において、溶融金属MとスラグSとその他背景に分類し、該当画素領域にスラグSが存在すると判断することが好ましい。
From these relationships shown in FIGS. 6 and 7, if the surface temperature T of the slag in each pixel region is calculated, the surface temperature T is used in the next step as the slag surface temperature Ts (° C.) for each pixel region. , the slag thickness can be calculated by performing the following slag thickness calculation step S3 using the following formula.
It is preferred that each pixel area data is tri-valued according to luminance, each pixel area is classified into molten metal M, slag S, and other background, and it is determined that slag S exists in the corresponding pixel area.

「第1の判断工程DS1」
なお、演算により特定のN番目の画素領域の表面温度Tを求めた場合、画素領域によってはスラグSが存在しない場合もあり、この場合は表面温度がスラグの温度ではない。このため、この画素領域(該当N番目の画素)の表面温度はスラグSの表面温度ではないこともあるので、スラグSが取り得る温度範囲をTmin以上、Tmax以下の範囲として閾値を規定しておき、この温度範囲に入っていない場合の表面温度Tは第1の判断工程DS1において次の画素範囲(N+1)に移動して次の画素範囲の輝度を求め、輝度値算出工程S1、スラグ表面温度算出工程S2を繰り返す。即ち、この表面温度TがTmin以上、Tmax以下の範囲に入っている場合は以下の工程を行う。
一例として、Tmaxをスラグが固化する推定温度として1000℃に設定することができ、Tminを800℃に設定することができる。
"First judgment step DS1"
Note that when the surface temperature T of the specific N-th pixel region is obtained by calculation, the slag S may not exist depending on the pixel region, and in this case the surface temperature is not the temperature of the slag. For this reason, the surface temperature of this pixel region (corresponding N-th pixel) may not be the surface temperature of the slug S, so the temperature range that the slug S can take is defined as a range of Tmin or more and Tmax or less. If the surface temperature T does not fall within this temperature range, the surface temperature T moves to the next pixel range (N+1) in the first determination step DS1 to find the brightness of the next pixel range. The temperature calculation step S2 is repeated. That is, when the surface temperature T is in the range of Tmin or more and Tmax or less, the following steps are performed.
As an example, Tmax can be set at 1000°C as the estimated temperature at which the slag solidifies, and Tmin can be set at 800°C.

「スラグ厚み算出工程S3」
図8は、図3あるいは図4に示す10個の画素領域のうちの1つの画素領域について、溶銑(溶融金属)の上に厚みd(m)のスラグが浮上している状態を模式化した断面図である。
ここで、εを放射率、Fを形態係数、Tsをスラグ表面温度(℃)、Tを外気温度(℃)、dをスラグ厚み(m)、kをスラグ熱伝導度(W/m・K)、Tを溶融金属温度(℃)とすると以下の(3)式に示す熱伝導方程式が成り立つ。
"Slag thickness calculation step S3"
FIG. 8 schematically illustrates a state in which a slag having a thickness of d (m) floats on hot metal (molten metal) in one of the ten pixel regions shown in FIG. 3 or 4. It is a sectional view.
where ε is the emissivity, F is the view factor, Ts is the slag surface temperature (°C), T∞ is the ambient temperature (°C), d is the slag thickness (m), and k is the slag thermal conductivity (W/m・K) and T F as the molten metal temperature (°C), the following heat conduction equation (3) holds.

Figure 0007256365000007
Figure 0007256365000007

また、Wをスラグ重量(kg)、ρをスラグ密度(kg/m)、Ntotalを総画素領域数、ΔAを1画素領域当たりの湯面面積とすると、以下の(4)式で示すスラグ残留量の推定式が成り立つ。なお、以下の(4)式においてWはスラグ重量(kg)、ρはスラグ密度(kg/m)、Ntotalは総画素領域数、ΔAは1画素領域当たりの湯面面積を示す。 Further, where W is the slag weight (kg), ρ is the slag density (kg/m 3 ), N total is the total number of pixel regions, and ΔA is the molten metal surface area per pixel region, the following equation (4) is obtained. A formula for estimating the amount of residual slag holds. In the following equation (4), W is the slag weight (kg), ρ is the slag density (kg/m 3 ), N total is the total number of pixel regions, and ΔA is the melt surface area per pixel region.

Figure 0007256365000008
Figure 0007256365000008

上述の(1)式~(4)式において、実操業時の実測データの一例として、溶融金属温度を溶銑温度(T)として1350℃、外気温度(T)を環境温度として13℃、シュテファンボルツマン係数(σ)を5.67×10-8(W/m・K)、スラグの放射率(ε)を0.4、スラグ熱伝導度(k)を0.5(W/m・K)、スラグ密度(ρ)を2500~2600(kg/m)、形態係数(F)を1、などの既定値として計算に利用することができる。なお、形態係数はスラグの湯面が空間に無限開放されているとして通常1を代入することができる。
(3)式において左辺は輻射伝熱の一般的な方程式と考えることができ、右辺はスラグ内を伝達する伝熱量でフーリエの法則に従うと考えることができるが、これらが等価になるという考えから、(3)式が成り立つとする。
In the above equations (1) to (4), as an example of actual measurement data during actual operation, the molten metal temperature (T F ) is 1350° C., the ambient temperature (T ) is 13° C., The Stefan Boltzmann coefficient (σ) is 5.67 × 10 -8 (W/m 2 · K), the slag emissivity (ε) is 0.4, and the slag thermal conductivity (k) is 0.5 (W/m・K), slag density (ρ) of 2500 to 2600 (kg/m 3 ), shape factor (F) of 1, etc. can be used for calculation as default values. As for the form factor, 1 can usually be substituted assuming that the surface of the slag is infinitely open to the space.
In equation (3), the left side can be considered as a general equation for radiation heat transfer, and the right side is the amount of heat transferred in the slag, which can be considered to follow Fourier's law. , (3) holds.

(3)式と(4)式を方程式として解くと、Wがスラグ重量(kg)であるので、撮像画像を得た時点で求めた湯面の実画像から、各画素領域毎の輝度値を求め、この輝度値から演算により各画素領域毎のスラグ重量を求めることができたこととなる。 Solving equations (3) and (4) as equations reveals that W is the slag weight (kg). The slag weight for each pixel region can be obtained by calculation from this luminance value.

「第2の判断工程DS2とスラグ算出工程S4」
各画素領域のスラグ厚みを演算により算出する場合、全ての画素領域のスラグ厚みを算出できたならば、次のスラグ算出工程S4を行う。
全ての画素領域のスラグの厚みを算出していない場合は第2の判断工程DS2において工程S1の前に戻り、次の画素領域において輝度値算出工程S1とスラグ表面温度算出工程S2とスラグ厚み算出工程S3を繰り返す。全ての画素領域のスラグ重量は順次パーソナルコンピューターCの記憶手段15に情報として記録する。
"Second determination process DS2 and slag calculation process S4"
When calculating the slag thickness of each pixel region by calculation, if the slag thickness of all pixel regions can be calculated, the next slag calculation step S4 is performed.
If the thickness of the slag in all pixel regions has not been calculated, in the second determination step DS2, the process returns to before the step S1, and in the next pixel region, the brightness value calculation step S1, the slag surface temperature calculation step S2, and the slag thickness calculation are performed. Repeat step S3. The slag weights of all pixel regions are recorded in the storage means 15 of the personal computer C as information in sequence.

「スラグ算出工程S4」
全ての画素領域のスラグ重量を求めたならば、各画素領域毎に求めたスラグ重量を全て合計すると溶融金属Mの上に存在する総てのスラグの合計量としての総スラグ重量(Wcal)を求めることができる。
前記演算により求めたスラグ重量(Wcal)が許容範囲として定めたスラグ限界重量(Wlimit)の条件(Wcal<Wlimit)を満たした場合、除滓完了と判断できる。
あるいは、前記演算により求めたスラグ体積(Vcal)が許容範囲として定めたスラグ限界体積(Vlimit)の条件(Vcal<Vlimit)を満たした場合、除滓完了と判断することができる。
"Slag calculation step S4"
Once the slag weights of all pixel regions have been determined, summing all the slag weights determined for each pixel region gives the total slag weight (W cal ) as the total amount of all slag present on the molten metal M. can be asked for.
When the slag weight (W cal ) obtained by the above calculation satisfies the condition (W cal <W limit ) of the slag limit weight (W limit ) defined as the allowable range, it can be determined that the slag removal is completed.
Alternatively, when the slag volume (V cal ) obtained by the above calculation satisfies the condition (V cal <V limit ) of the slag limit volume (V limit ) defined as the allowable range, it can be determined that the slag removal is completed.

スラグ限界重量(Wlimit)あるいはスラグ限界体積(Vlimit)とは、実操業時において、容器4に収容した溶融金属Mの体積や重量が判明しているので、容器4が溶銑鍋であるならば、溶銑に投入する生石灰や酸化鉄などの投入物と溶銑との反応によりスラグが生成するので、容器4に収容した溶融金属Mの成分をサンプル分析などにより予め把握しておくならば、溶融金属M上にどの程度の量のスラグが生成するか、計算で明らかにできるので、この計算上のスラグ量からスラグ限界重量あるいはスラグ限界体積を決定することができる。
なお、上述の演算ではスラグの重量が算出されるが、スラグの密度は上述のように判明しているので、スラグの体積もスラグ重量と密度、厚さから計算で求めることができる。
例えば、排滓工程において、溶融金属の歩留を低下させないことを目的としてスラグ限界重量(Wlimit)あるいはスラグ限界体積(Vlimit)を設定する。スラグ限界重量とは、実操業時において判明している容器4に収容した溶融金属Mの体積や重量に対して、溶銑鍋内に投入した投入物の総量から推定される発生スラグ量と、過去の試験により調査し0.7などと定めた基準排滓率を用いて、発生スラグ量と基準排滓率の積より求めることができる。
同様に、スラグ限界体積とは、スラグ限界重量をスラグ密度2550(kg/m)で除した値として求めることができる。
スラグ限界重量については、Wlimit=脱硫スラグ量×(1-目標排滓率)と定義することができる。例えば、実操業時の基準から、排滓率が0.7を超える場合、溶銑歩留りが悪化すると考えられるため、目標排滓率を0.7と定めることができる。
脱硫スラグ発生量が2000t/chの場合、上記の計算式よりWlimit=600t/chと求めることができる。同様に、スラグ限界体積はスラグ限界重量をスラグ密度2550(kg/m)で除するとVlimit=235m/chと求めることができる。
The slag limit weight (W limit ) or slag limit volume (V limit ) is the volume and weight of the molten metal M contained in the vessel 4 during actual operation, so if the vessel 4 is a hot metal ladle, For example, since slag is generated by the reaction between the molten iron and quicklime, iron oxide, and other materials put into the molten iron, if the components of the molten metal M contained in the container 4 are grasped in advance by sample analysis or the like, the molten iron Since the amount of slag generated on the metal M can be clarified by calculation, the slag critical weight or slag critical volume can be determined from this calculated slag amount.
Although the weight of the slag is calculated in the above calculation, the density of the slag is known as described above, so the volume of the slag can also be calculated from the weight, density and thickness of the slag.
For example, a slag limit weight (W limit ) or a slag limit volume (V limit ) is set for the purpose of not lowering the yield of molten metal in the slag discharge process. The slag limit weight is the amount of slag generated estimated from the total amount of input into the hot metal ladle for the volume and weight of the molten metal M stored in the vessel 4 that is known during actual operation, and the amount of slag generated in the past. It can be obtained from the product of the amount of generated slag and the standard slag rate, using a standard slag rate determined as 0.7 or the like investigated by the test.
Similarly, the slag critical volume can be obtained as a value obtained by dividing the slag critical weight by the slag density of 2550 (kg/m 3 ).
The slag limit weight can be defined as W limit = amount of desulfurization slag x (1 - target slag rate). For example, the target slag removal rate can be set at 0.7 because it is considered that the hot metal yield will deteriorate if the slag removal rate exceeds 0.7 based on the standard for actual operation.
When the amount of desulfurization slag generated is 2000 t/ch, W limit can be obtained from the above formula as W limit =600 t/ch. Similarly, the slag limit volume can be calculated as V limit =235 m 3 /ch by dividing the slag limit weight by the slag density of 2550 (kg/m 3 ).

例えば、容器4内の溶融金属M中の硫黄成分を脱硫剤(フラックス)の添加によって脱硫し、溶融金属中の硫黄成分を生成したスラグに移行させる精錬を例に挙げると、容器内のスラグの残存率は、後工程における溶融金属中の硫黄成分の含有量に相関を有することが一般的に知られている。
排滓作業の前工程において、サンプル分析を用いれば、スラグを生成させる前の溶融金属中の硫黄成分の含有率と、スラグを生成させた後(脱硫精錬後)の溶融金属中の硫黄成分の含有率とを測定可能であり、両測定結果に基づき、排滓作業を開始する前の容器内のスラグ中の硫黄成分の含有量を算出可能である(含有率差×溶融金属量=スラグ中の硫黄成分の含有量)。
For example, the sulfur component in the molten metal M in the vessel 4 is desulfurized by adding a desulfurizing agent (flux), and the sulfur component in the molten metal is transferred to the generated slag. It is generally known that the residual rate has a correlation with the sulfur component content in the molten metal in the post-process.
If sample analysis is used in the preceding process of the slag operation, the sulfur component content in the molten metal before slag generation and the sulfur content in the molten metal after slag generation (after desulfurization refining) can be determined. Based on the results of both measurements, it is possible to calculate the content of sulfur components in the slag in the vessel before starting the slag removal work (difference in content × amount of molten metal = in slag sulfur content).

本実施形態によれば、前述のように算出した排滓作業開始前の容器内のスラグ中の硫黄成分の含有量から、排滓作業開始後の容器内のスラグ中の硫黄成分の含有量を算出可能である。そして、この算出した排滓作業開始後の容器内のスラグ中の硫黄成分の含有量と、前述のようにサンプル分析を用いて算出した脱硫精錬後の溶融金属中の硫黄成分の含有量とを用い、後工程での処理時におけるスラグから溶融金属への復硫率を踏まえ、後工程での処理時における溶融金属中の硫黄成分の含有量を予測可能である。 According to the present embodiment, the content of sulfur components in the slag in the container after the start of the slag discharge work is calculated from the content of the sulfur components in the slag in the container before the start of the slag discharge work calculated as described above. It is calculable. Then, the calculated content of sulfur components in the slag in the vessel after the start of the slag discharge work and the content of sulfur components in the molten metal after desulfurization refining calculated using the sample analysis as described above are calculated. It is possible to predict the content of sulfur components in the molten metal during treatment in the post-process, based on the resulfurization rate from slag to molten metal during treatment in the post-process.

「比較工程S5」
スラグ限界重量あるいはスラグ限界体積の値は図3に示すパーソナルコンピューターCの記憶手段15に閾値として入力されている。
上述のスラグ限界重量あるいはスラグ限界体積の計算値が排滓作業を行っている場合に時間経過とともに順次計算され、パーソナルコンピューターCの記憶手段15に時間の情報とともに計算情報として蓄積される。
比較工程S5において前記演算により求めたスラグ重量(Wcal)が許容範囲として定めたスラグ限界重量(Wlimit)の条件(Wcal<Wlimit)を満たしていない場合に排滓作業は続行される。
排滓作業が進行し、排滓されたスラグ量が増加すると、いずれかの時点で前記演算により求めたスラグ重量(Wcal)が許容範囲として定めたスラグ限界重量(Wlimit)の条件(Wcal<Wlimit)を満たす。
ここで、パーソナルコンピューターCに設けられている予測手段18が前記条件を満たしたことで排滓完了と判断し(除滓完了判断工程)、制御部14がモニターなどの出力手段16に排滓完了の表示を行う。これにより排滓作業のオペレーターは排滓完了と判断することができる。
"Comparison step S5"
The value of the slag limit weight or slag limit volume is entered as a threshold in the storage means 15 of the personal computer C shown in FIG.
The calculated values of the slag limit weight or the slag limit volume described above are sequentially calculated with the lapse of time during the slag discharging operation, and stored in the storage means 15 of the personal computer C as calculation information together with time information.
In the comparison step S5, if the slag weight (W cal ) obtained by the above calculation does not satisfy the condition (W cal <W limit ) of the slag limit weight (W limit ) defined as the allowable range, the slag discharging operation is continued. .
As the slag discharge operation progresses and the amount of discharged slag increases, at some point the slag weight (W cal ) obtained by the above calculation reaches the slag limit weight (W limit ) condition (W cal < W limit ) is satisfied.
Here, the prediction means 18 provided in the personal computer C determines that the slag removal is completed when the above conditions are satisfied (slag removal completion judgment step), and the control unit 14 outputs the slag removal completion to the output means 16 such as a monitor. is displayed. This allows the operator of the slag-discharging operation to determine that the slag-discharging is complete.

即ち、コンピューターCは、容器4に収容された溶融金属Mの湯面を第1の撮像装置1により撮像し、前記撮像された画像を基に前記容器4に収容された溶融金属M上のスラグ体積あるいはスラグ総重量を時間経過に対し逐次算出して記憶するプログラムを備えている。そして、このプログラムは、コンピューターを、前記撮像された実画像の各画素領域において輝度値を画像処理により求める輝度値算出手段と、前記輝度値算出工程で求めた前記輝度値を用いて上述の(1)式で示される輻射伝熱の関係式と上述の(2)式で示される温度変換式により前記各画素領域におけるスラグの表面温度を求めるスラグ表面温度測定手段と、前記スラグ表面温度測定工程により求められた各画素領域毎のスラグ表面温度と上述の(3)式で示される熱伝導方程式により前記画素毎のスラグの厚みを推定するスラグ厚み算出手段と、前記1画素領域当たりの湯面面積と前記スラグの物性値に基づき、前記容器内のスラグ体積あるいはスラグ総重量を時間経過に対し上述の(4)式で示されるスラグ残留量の推定式を用いて逐次演算により求める算出手段として機能させる機能を有している。 That is, the computer C captures an image of the surface of the molten metal M contained in the container 4 by the first imaging device 1, and based on the captured image, the slag on the molten metal M contained in the container 4 is detected. It is equipped with a program that sequentially calculates and stores the volume or total slag weight over time. Then, this program comprises a computer, a luminance value calculating means for obtaining a luminance value in each pixel region of the captured real image by image processing, and the above-mentioned ( 1) A slag surface temperature measuring means for obtaining the surface temperature of the slag in each pixel region from the relational expression of radiation heat transfer shown by the above equation and the temperature conversion equation shown by the above equation (2), and the slag surface temperature measuring step slag thickness calculation means for estimating the thickness of the slag for each pixel based on the slag surface temperature for each pixel region obtained by and the heat conduction equation represented by the above equation (3); Based on the area and the physical property values of the slag, the slag volume or the total weight of the slag in the container is calculated sequentially using the slag residual amount estimation formula shown in the above formula (4) with respect to the passage of time. It has the function to function.

なお、前述の方法により、溶融金属M上のスラグSの厚さを演算で求めることができるので、掻き板51を用いた除滓作業の際に、掻き板51の上下位置を正確に位置決めできる。
例えば、第2撮像手段3によって容器4内の湯面を斜め方向から撮像し、スラグSと掻き板51の双方が写った撮像画像を得ることができる。容器4を傾けた状態では、溶融金属Mの上面と容器4の注ぎ口4aとは高さが略一致するので、注ぎ口4aの高さと掻き板51の下面の高さを略同一高さに設定することで掻き板51の下面高さを溶融金属Mの上面高さと一致させることができる。あるいは、スラグSの厚さがわかるので、掻き板51の下端部がスラグSに埋没しながら掻き取る場合の掻き板51の下端位置を溶融金属Mの上面高さと一致させることができる。
アーム52の下面と掻き板51の下面との距離H0は予めわかっているので、掻き板51の下端部が埋没している箇所におけるスラグSの厚みdから、d=H0-H1の関係式により、掻き板51の上下位置を正確に位置決めしながら排滓作業ができる。
In addition, since the thickness of the slag S on the molten metal M can be calculated by the method described above, the vertical position of the scraping plate 51 can be accurately positioned during the slag removing operation using the scraping plate 51. .
For example, the surface of the hot water in the container 4 can be imaged from an oblique direction by the second imaging means 3, and an imaged image showing both the slag S and the scraping plate 51 can be obtained. When the container 4 is tilted, the height of the top surface of the molten metal M and the spout 4a of the container 4 are substantially the same, so that the height of the spout 4a and the height of the lower surface of the scraping plate 51 are substantially the same. By setting the height, the height of the lower surface of the scraping plate 51 can be made to match the height of the upper surface of the molten metal M. Alternatively, since the thickness of the slag S is known, the position of the lower end of the scraping plate 51 when scraping off the slag S while the lower end of the scraping plate 51 is buried in the slag S can be matched with the height of the upper surface of the molten metal M.
Since the distance H0 between the lower surface of the arm 52 and the lower surface of the scraping plate 51 is known in advance, the thickness d of the slag S at the portion where the lower end of the scraping plate 51 is buried is given by the relational expression d=H0-H1. , the scraping work can be performed while the vertical position of the scraping plate 51 is accurately positioned.

次に、上述の画素領域に応じて実画像の平均輝度を求め、演算によりスラグ表面温度を算出し、これを用いて上述の演算によりスラグ重量を算出する場合と、熱画像により求めたスラグ表面温度を用いて上述の演算によりスラグ重量を算出する場合のロバスト性評価について説明する。
図9は、図4に示す実画像においてスラグの輝度を相対値で40~100とした場合の実画像上のスラグ面積率を縦軸にプロットし、横軸に熱画像におけるスラグ温度を800~1000℃と仮定した場合のスラグ面積率を横軸にプロットした結果を示す。
Next, the average brightness of the actual image is obtained according to the above-mentioned pixel area, the slag surface temperature is calculated by calculation, and the slag weight is calculated by the above calculation, and the slag surface obtained by the thermal image Robustness evaluation when calculating the slag weight by the above calculation using the temperature will be described.
In FIG. 9, the vertical axis plots the slag area ratio on the actual image shown in FIG. The result of plotting the slag area ratio assuming 1000° C. on the horizontal axis is shown.

図9に示す1つのプロットが実操業時の1つの溶銑鍋におけるスラグ面積率の測定結果を示す。図9において○印で示すプロットは、実操業時にスラグ面積率を測定した場合、目視で発煙や発塵あるいは湯面波立ちを確認した場合であり、◇のプロットは目視で発塵や発煙が認められなかった場合である。発煙や発塵を生じると、煙や塵の熱を感知して熱画像化されるため、溶銑温度より低い温度が観測されてしまう恐れが高く、湯面波立ちを生じると測定する湯面の角度が変わるため、測定結果に誤差を生じると思われる。なお、湯面の波立ちとは、排滓作業を行っている際に、スラグSを掻き板51が掻き取る際に生じる波立ちである。 One plot shown in FIG. 9 shows the measurement result of the slag area ratio in one hot metal ladle during actual operation. In FIG. 9, the plots indicated by circles are the cases where the slag area ratio was measured during actual operation, and smoke, dust, or ripples on the surface of the hot water were visually confirmed. This is the case when the When smoke or dust occurs, the heat of the smoke or dust is detected and thermally imaged, so there is a high possibility that the temperature lower than the hot metal temperature will be observed. change, it is thought that an error will occur in the measurement result. The rippling of the hot water surface is the rippling generated when the scraping plate 51 scrapes off the slag S during the slag discharging operation.

図10は図9に示される発煙または湯面波立ちのケースを除外したプロットのみをグラフに描いた図である。図9に示すプロットから得られる決定係数Rは0.3857であり、相関性が低位であるのに対し、図10に示すプロットから得られる決定係数Rは0.7163であり、相関性が高いので、熱画像の外乱を排除することにより実画像の面積率と熱画像の面積率の相関性が向上することがわかる。
このことから、熱画像でスラグの面積率を高精度算出する場合は、発煙や発塵あるいは湯面波立ちの外乱影響を排除する必要があることがわかる。この結果から、実画像の方が熱画像よりロバスト性が高いと推定でき、スラグの面積率の高精度算出には実画像の方が優位であると推定できる。熱画像の場合は発塵や発煙も熱として大きく捉えてしまい、温度測定誤差の原因となる。
FIG. 10 is a graph showing only plots excluding the cases of smoke generation or water surface ripples shown in FIG. The coefficient of determination R2 obtained from the plot shown in FIG. 9 is 0.3857, indicating a low correlation, while the coefficient of determination R2 obtained from the plot illustrated in FIG. is high, it can be seen that eliminating the thermal image disturbance improves the correlation between the area ratio of the actual image and the area ratio of the thermal image.
From this, it can be seen that it is necessary to eliminate the influence of disturbances such as smoke, dust, and water surface ripples when calculating the slag area ratio with a high degree of accuracy using a thermal image. From this result, it can be estimated that the real image has higher robustness than the thermal image, and it can be estimated that the real image is superior to the high-precision calculation of the slag area ratio. In the case of a thermal image, dust generation and smoke generation are also largely captured as heat, which causes temperature measurement errors.

なお、溶融金属Mの湯面を撮像する場合、湯面から発塵する場合があり、発塵を生じる場合、中~遠赤外線領域の波長を有する撮像装置で撮像すると、発塵を熱物体として誤検知するおそれがあり、これを回避した撮像を行うには、可視光~近赤外線領域(2.5μm以下)の波長を有する撮像装置で撮像することが望ましいと考えられる。
また、湯面に波立ちが生じると、中~遠赤外線領域の波長を有する撮像装置で撮像すると、放射輝度の誤差が比較的大きく生じやすいため、この誤差を極力抑制した輝度値を得るためには、可視光~近赤外線領域(2.5μm以下)の波長を有する撮像装置で撮像することが望ましいと考えられる。なお、上述のように波立ちにより測定面の角度が変わると、それに伴い放射率が変化するため、得られる放射輝度に誤差が生じるおそれがあることがわかる。
When imaging the surface of the molten metal M, dust may be generated from the surface of the molten metal M. When dust is generated, if an image is captured by an imaging device having a wavelength in the middle to far infrared region, the dust is regarded as a hot object. There is a risk of erroneous detection, and in order to avoid this, it is considered desirable to perform imaging with an imaging device having a wavelength in the visible light to near-infrared region (2.5 μm or less).
In addition, if the surface of the hot water is rippling, the error in the radiance tends to be relatively large when the image is taken with an imaging device having a wavelength in the middle to far infrared region. It is considered desirable to take an image with an imaging device having a wavelength in the visible light to near-infrared region (2.5 μm or less). As described above, when the angle of the surface to be measured changes due to ripples, the emissivity changes accordingly, and it can be seen that there is a possibility that an error may occur in the obtained radiance.

図11は、実操業において溶融金属歩留りロスおよび復[S](後工程の転炉で操業後溶鋼の中に残留しているS成分)に対し、スラグ面積率(Scal)で排滓完了と判断して排滓作業を行った場合とスラグ重量(Wcal)で排滓完了と判断して排滓作業を行った場合について、それぞれの相関性の比較評価結果を求めた図である。
図11において、歩留りロス比率=歩留りロス(t/ch)/歩留りロス最大値(t/ch)、復[S]比率=復[S]量(%)/最大復[S]量(%)、スラグ面積比=スラグ面積率(%)/スラグ面積率最大値(%)、スラグ重量比=スラグ重量(kg)/スラグ重量最大値(kg)を示している。それぞれの最大値は、操業時に得られた最大の値を基準として相対評価で示している。
FIG. 11 shows the slag area ratio (S cal ) for the molten metal yield loss and recovery [S] (S component remaining in the molten steel after operation in the post-process converter) in actual operation. FIG. 10 is a diagram showing comparative evaluation results of respective correlations between a case where the slag discharge work is performed by judging that the slag weight (W cal ) is judged to be complete and the slag discharge work is carried out.
In FIG. 11, yield loss ratio=yield loss (t/ch)/maximum yield loss (t/ch), return [S] ratio=return [S] amount (%)/maximum return [S] amount (%) , slag area ratio=slag area ratio (%)/maximum slag area ratio (%), and slag weight ratio=slag weight (kg)/maximum slag weight (kg). Each maximum value is shown in relative evaluation based on the maximum value obtained during operation.

図11において、左側の上下に配置したグラフが歩留まりロスを示すもので、スラグ面積率とスラグ重量により歩留まりロスを比較したものであるが、スラグ重量計算により操業した場合の相関係数が、スラグ面積率により操業した場合の相関係数より大きくなった。
図11において、右側の上下に配置したグラフが復[S]の比較であるが、スラグ重量計算により操業した場合の復[S]のばらつきが、スラグ面積率により操業した場合の復[S]のばらつきより小さくなった。復[S]については、目標値があるので、ばらつきとして少ない方が望ましい。排滓後のスラグの残留量の大小が復[S]に影響しているといわれるので、スラグ重量計算により操業した場合の方が、ばらつきが少ないことがわかる。
In FIG. 11, the graphs arranged vertically on the left side show the yield loss, and the yield loss is compared by the slag area ratio and the slag weight. It became larger than the correlation coefficient when operated by the area ratio.
In FIG. 11, the graphs arranged on the upper and lower sides of the right side are the comparison of the return [S], and the variation of the return [S] when operating by slag weight calculation is the same as the return [S] when operating by the slag area ratio. was smaller than the scatter of As for the return [S], since there is a target value, it is desirable that the variation is as small as possible. Since it is said that the amount of slag remaining after slag discharge affects recovery [S], it can be seen that there is less variation when operating by calculating the slag weight.

以上説明した実施形態においては、溶融金属Mとしての溶銑を容器4に収容した場合を例にとって、溶銑上のスラグの定量化を行う場合について説明した。
しかし本発明は、転炉において溶銑を精錬し、溶鋼とする工程において生成するスラグを定量化する場合について適用することもできる。
転炉において吹錬を行っていない状態で第1の撮像装置1により溶鋼上のスラグを撮像し、上述の実施形態と同等の画像解析と演算を行うことで、溶鋼上のスラグの定量化ができる。転炉における傾胴によりスラグを排出する場合があるので、転炉においてスラグ量の定量化を行い、スラグ重量を把握することにより、スラグ排出完了の判断(除滓完了判断)に寄与する技術を提供できる。
In the embodiment described above, the case where the molten iron as the molten metal M is stored in the container 4 is taken as an example, and the case where the slag on the molten iron is quantified has been described.
However, the present invention can also be applied to the case of quantifying the slag generated in the process of refining molten pig iron in a converter into molten steel.
By imaging the slag on the molten steel with the first imaging device 1 while the converter is not blowing, and performing the same image analysis and calculation as in the above-described embodiment, the slag on the molten steel can be quantified. can. Since slag may be discharged by the tilting cylinder in the converter, we will quantify the amount of slag in the converter and grasp the slag weight to develop a technology that contributes to the judgment of the completion of slag removal (judgment of slag removal completion). can provide.

以上説明した実施形態において、先に説明した通りパーソナルコンピューターCの記憶手段15にはスラグ定量化のプログラムが記憶されている。
この定量化プログラムは、一例として、パーソナルコンピューターCを、容器4に収容された溶融金属Mの湯面を撮像手段1、2により撮像し、前記撮像された画像の各画素領域において輝度値を画像処理により求める輝度値算出手段と、上述の如く予め輝度値と放射輝度との関係を求めておき、当該関係と上述の温度変換式から、前記輝度値算出工程で求めた前記輝度値を用いて、前記各画素領域におけるスラグMの表面温度を求めるスラグ表面温度算出手段と、前記スラグ表面温度算出工程により求められた各画素領域毎のスラグ表面温度と熱伝導方程式により前記画素毎のスラグの厚みを推定するスラグ厚み算出手段と、前記1画素領域当たりの湯面面積と前記スラグの物性値に基づき、前記容器内のスラグ体積あるいはスラグ総重量を求めるスラグ算出手段として機能させると表記することができる。
In the embodiment described above, the storage means 15 of the personal computer C stores a slag quantification program as described above.
As an example, this quantification program uses a personal computer C to image the surface of the molten metal M contained in the container 4 by the image capturing means 1 and 2, and the luminance value in each pixel region of the imaged image is imaged. The luminance value calculating means obtained by the process and the relationship between the luminance value and the radiance are obtained in advance as described above, and the luminance value obtained in the luminance value calculating step is used from the relationship and the temperature conversion formula described above. a slag surface temperature calculating means for obtaining the surface temperature of the slag M in each pixel region; and a slag calculating means for obtaining the slag volume or total slag weight in the container based on the melt surface area per pixel area and the physical property values of the slag. can.

そして、時間経過とともに先に説明したように求めたスラグ重量あるいはスラグ体積がスラグ限界重量あるいはスラグ限界体積に達すると、制御部14がモニターなどの出力手段16に排滓作業の完了の表示を行う。これにより排滓作業のオペレーターは排滓完了と判断することができる。 Then, when the slag weight or slag volume obtained as described above reaches the slag limit weight or slag limit volume with the lapse of time, the control unit 14 displays completion of the slag discharging work on the output means 16 such as a monitor. . This allows the operator of the slag-discharging operation to determine that the slag-discharging is complete.

直径約4m、容量約36mの円筒状の溶銑鍋に230tの溶銑を投入し、この溶銑鍋の中心から斜め上方に30m離間し、水平面に対する視角約30°の位置にCCDカメラと熱画像カメラを備えた第1の撮像装置を設置し、図4に示す実画像と図5に示す熱画像を撮像した。
実画像と熱画像について、図4と図5に示す如く10の画素領域に分割し、以下の(5)式に基づく温度変換式により変換温度(Ts:スラグ表面温度:℃)を求めた。その計算結果を以下の表1に示す。
230 tons of hot metal is put into a cylindrical hot metal ladle with a diameter of about 4m and a capacity of about 36m3 . was installed, and the actual image shown in FIG. 4 and the thermal image shown in FIG. 5 were taken.
The actual image and the thermal image were divided into 10 pixel regions as shown in FIGS. 4 and 5, and the conversion temperature (Ts: slag surface temperature:° C.) was obtained by the temperature conversion formula based on the following equation (5). The calculation results are shown in Table 1 below.

Figure 0007256365000009
Figure 0007256365000009

次に、先の変換温度Tsを基に、以下の(6)式と該(6)式を変形した(7)式に基づく熱伝導方程式により、スラグ厚みを算出した。その結果を以下の表1に示す。 Next, based on the conversion temperature Ts, the slag thickness was calculated by the following equation (6) and the heat conduction equation based on the equation (7) obtained by modifying the equation (6). The results are shown in Table 1 below.

Figure 0007256365000010
Figure 0007256365000010

Figure 0007256365000011
Figure 0007256365000011

これらの演算結果から以下の(8)式のスラグ総量の推定式を基に、スラグ重量の算出を行った。その結果を以下の表1に示す。 From these calculation results, the slag weight was calculated based on the following formula (8) for estimating the total amount of slag. The results are shown in Table 1 below.

Figure 0007256365000012
Figure 0007256365000012

Figure 0007256365000013
Figure 0007256365000013

表1に示す計算結果が示すように、(5)式の温度変換式と(7)式の熱伝導方程式の変形式と、(8)式のスラグ総重量の算出式から、スラグ総重量を算出できることがわかった。即ち、第1撮像装置が撮像した実画像から輝度値DNを求め、この輝度値DNから演算によりスラグ表面温度(変換温度:℃)を求めることができ、スラグ表面温度から、熱伝導方程式によりスラグの厚み(m)を算出することができ、スラグ厚みと先に説明したスラグの物性値から、スラグの重量(kg)を算出できることが分かった。 As the calculation results shown in Table 1 show, the total slag weight is calculated from the temperature conversion formula (5), the modified heat conduction equation (7), and the total slag weight calculation formula (8). It turns out that it can be calculated. That is, the luminance value DN is obtained from the actual image captured by the first imaging device, and the slag surface temperature (converted temperature: ° C.) can be obtained by calculation from this luminance value DN. From the slag surface temperature, the slag It was found that the thickness (m) of the slag can be calculated, and the weight (kg) of the slag can be calculated from the slag thickness and the physical property values of the slag described above.

1…第1撮像手段、2…画像処理装置、3…第2撮像手段、4…容器、4a…注ぎ口、5…排滓機、100…スラグ定量化装置、M…溶融金属、S…スラグ、d…スラグ厚み、C…コンピューター、13…入力手段、14…制御部、15…記憶手段、16…出力手段、17…算出手段、18…予測手段、51…掻き板、52…アーム。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... 1st imaging means, 2... image processing apparatus, 3... 2nd imaging means, 4... container, 4a... spout, 5... slag exhaust machine, 100... slag quantification apparatus, M... molten metal, S... slag , d... Slag thickness, C... Computer, 13... Input means, 14... Control section, 15... Storage means, 16... Output means, 17... Calculation means, 18... Prediction means, 51... Scraping plate, 52... Arm.

Claims (7)

容器に収容された溶融金属上にスラグが存在し、前記溶融金属の発光を前記スラグがその厚さに応じ覆っていて、前記溶融金属からの発光が前記スラグを透過した透過光として外部に放射される状態において前記スラグの表面を湯面として撮像装置により撮像し、
前記撮像された画像の各画素領域において輝度値を画像処理により求める輝度値算出工程と、
予め輝度値と放射輝度との関係を求めておき、当該関係と温度変換式から、前記輝度値算出工程で求めた前記輝度値を用いて、前記各画素領域における見かけのスラグの表面温度を求めるスラグ表面温度算出工程と、
前記スラグ表面温度算出工程により求められた各画素領域における見かけのスラグの表面温度とスラグ厚み推定式(熱伝導方程式により前記画素領域のスラグ厚みを推定するスラグ厚み算出工程と、
前記スラグ厚み算出工程により求められた各画素領域のスラグ厚みと前記各画素領域の湯面面積と前記スラグの密度に基づき、前記容器内のスラグ体積あるいはスラグ総重量を求めるスラグ算出工程を有することを特徴とするスラグの定量化方法。
A slag is present on the molten metal contained in the container, and the slag covers the light emitted from the molten metal according to its thickness, and the light emitted from the molten metal is emitted to the outside as transmitted light transmitted through the slag. Take an image of the surface of the slag as a hot water surface with an imaging device,
a luminance value calculation step of obtaining a luminance value in each pixel region of the captured image by image processing;
The relationship between the luminance value and the radiance is obtained in advance, and the apparent surface temperature of the slag in each pixel region is obtained from the relationship and the temperature conversion formula using the luminance value obtained in the luminance value calculation step. A slag surface temperature calculation step;
a slag thickness calculation step of estimating the slag thickness of each pixel region from the apparent slag surface temperature in each pixel region obtained by the slag surface temperature calculation step and a slag thickness estimation formula ( heat conduction equation ) ;
A slag calculating step of calculating the slag volume or total slag weight in the container based on the slag thickness of each pixel region, the surface area of each pixel region , and the density of the slag obtained by the slag thickness calculating step. A method for quantifying slag characterized by:
容器に収容された溶融金属上にスラグが存在し、前記溶融金属の発光を前記スラグがその厚さに応じ覆っていて、前記溶融金属からの発光が前記スラグを透過した透過光として外部に放射される状態において前記スラグの表面を湯面として撮像装置により熱画像を撮像し、A slag is present on the molten metal contained in the container, and the slag covers the light emitted from the molten metal according to its thickness, and the light emitted from the molten metal is emitted to the outside as transmitted light transmitted through the slag. Take a thermal image with an imaging device with the surface of the slag as the hot water surface,
前記撮像された熱画像から各画素領域の見かけのスラグの表面温度を求めるスラグ表面温度算出工程と、a slag surface temperature calculating step of obtaining an apparent slag surface temperature in each pixel region from the captured thermal image;
前記スラグ表面温度算出工程により求められた各画素領域における見かけのスラグの表面温度とスラグ厚み推定式(熱伝導方程式)により前記各画素領域のスラグ厚みを推定するスラグ厚み算出工程と、a slag thickness calculation step of estimating the slag thickness of each pixel region from the apparent slag surface temperature in each pixel region obtained by the slag surface temperature calculation step and a slag thickness estimation formula (heat conduction equation);
前記スラグ厚み算出工程により求められた各画素領域のスラグ厚みと前記各画素領域の湯面面積と前記スラグの密度に基づき、前記容器内のスラグ体積あるいはスラグ総重量を求めるスラグ算出工程を有することを特徴とするスラグの定量化方法。A slag calculating step of calculating the slag volume or total slag weight in the container based on the slag thickness of each pixel region, the surface area of each pixel region, and the density of the slag obtained by the slag thickness calculating step. A method for quantifying slag characterized by:
前記スラグ表面温度算出工程において、以下の(1)式と(2)式を用いることを特徴とする請求項1記載のスラグの定量化方法。
Figure 0007256365000014
Figure 0007256365000015
(但し、(1)式においてBは放射輝度、σはシュテファンボルツマン係数(W/m・K)、Tはセルシウス温度(℃)、nはセルシウス温度の指数を示し、(2)式においてTcalは計算により求められるセルシウス温度(℃)、Bcalは計算により求められる放射輝度、DNは輝度値、a、bは、前記スラグの表面を湯面として熱画像を撮像し、前記1画素領域当たりの前記熱画像から求めた前記湯面の表面温度を前記1画素領域当たりの見かけのスラグの表面温度の真値として把握し、前記(1)式から求められる放射輝度B cal と画素領域毎の輝度DNとの関係について予め複数の値を把握しておき、前記把握した関係においてB cal =aDN+bの近似直線で表現した定数。)
2. The slag quantification method according to claim 1, wherein the following equations (1) and (2) are used in the slag surface temperature calculation step.
Figure 0007256365000014
Figure 0007256365000015
(However, in formula (1), B is the radiance, σ is the Stefan Boltzmann coefficient (W / m 2 K), T is the Celsius temperature (° C.), n is the index of the Celsius temperature, and T in the formula (2) cal is the Celsius temperature (° C.) obtained by calculation, B cal is the radiance obtained by calculation, DN is the luminance value, and a and b are thermal images taken with the surface of the slag as the hot water surface, and the one pixel area The surface temperature of the hot water surface obtained from the thermal image of the hit is grasped as the true value of the apparent surface temperature of the slag per pixel area , and the radiance B cal obtained from the above equation (1) and each pixel area A constant represented by an approximation straight line of B cal =aDN+b in which a plurality of values are grasped in advance for the relationship between Δ and the luminance DN .)
前記スラグの厚みを求めるスラグ厚み推定式(熱伝導方程式)が以下の(3)式であり、前記スラグ総重量を求める式が以下の(4)式であることを特徴とする請求項1~3のいずれか一項に記載のスラグの定量化方法。
Figure 0007256365000016
Figure 0007256365000017
(但し、(3)式においてεは放射率、Fは形態係数、Tはスラグの見かけの表面温度(℃)、T は外気温度(℃)、dはスラグ厚み(m)、kはスラグ熱伝導度(W/m・K)、T は溶融金属温度(℃)、(4)式においてWはスラグ重量(kg)、ρはスラグ密度(kg/m)、N total は総画素領域数、ΔAは1画素領域当たりの湯面面積を示す。)
The slag thickness estimation formula (heat conduction equation) for obtaining the thickness of the slag is the following formula (3), and the formula for obtaining the total slag weight is the following formula (4). 4. The slag quantification method according to any one of 3.
Figure 0007256365000016
Figure 0007256365000017
(where, in equation (3), ε is the emissivity, F is the view factor, T s is the apparent surface temperature of the slag (°C), T is the ambient temperature (°C), d is the slag thickness (m), and k is Slag thermal conductivity (W/m K), T F is molten metal temperature (°C), W is slag weight (kg), ρ is slag density (kg/m 3 ), N total is total The number of pixel regions and ΔA indicate the molten metal surface area per pixel region.)
前記スラグ算出工程において、前記容器内のスラグ体積あるいはスラグ総重量を時間経過に対して求めることを特徴とする請求項1~4のいずれか一項に記載のスラグの定量化方法。 5. The slag quantification method according to any one of claims 1 to 4 , wherein in said slag calculating step, the slag volume or total slag weight in said container is determined over time. 前記スラグ算出工程により求めた容器内のスラグ体積あるいはスラグ重量が許容範囲として定めたスラグ体積許容範囲あるいはスラグ重量許容範囲を満たした場合、処理完了または除滓完了と判定する除滓完了判断工程を有することを特徴とする請求項5に記載のスラグの定量化方法。 When the slag volume or total slag weight in the container obtained by the slag calculation step satisfies the slag volume allowable range or the slag weight allowable range defined as the allowable range, the slag removal completion determination step of determining that the treatment is completed or the slag removal is completed. The method for quantifying slag according to claim 5 , characterized by comprising : 前記溶融金属の湯面を撮像する際、可視光~近赤外線領域の波長域の観測光を用いることを特徴とする請求項1~6のいずれか一項に記載のスラグの定量化方法。 The method for quantifying slag according to any one of claims 1 to 6, wherein observation light in a wavelength range from visible light to near-infrared region is used when imaging the surface of the molten metal.
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