JPWO2018151078A1 - 溶鋼流中のスラグ検出方法 - Google Patents

Abstract

この溶鋼流中のスラグ検出方法は、溶鋼およびスラグを含む溶鋼流の撮像画像についてヒストグラムを作成するヒストグラム作成工程と；前記ヒストグラムの最大ピーク点を検出する最大ピーク点検出工程と；前記ヒストグラムの中間ピーク点を検出する中間ピーク点検出工程と；前記最大ピーク点の濃度パラメータよりも大きな濃度パラメータを有する前記中間ピーク点の個数Ｎｈと、前記最大ピーク点の前記濃度パラメータよりも小さな濃度パラメータを有する前記中間ピーク点の個数Ｎｌとを計数する中間ピーク点計数工程と；前記個数Ｎｌと前記個数Ｎｈとの大小関係により、前記最大ピーク点の種別を判定する最大ピーク点種別判定工程と；を有する。

Description

本発明は、溶鋼流中のスラグ検出方法に関する。
本願は、２０１７年２月１４日に日本に出願された特願２０１７−０２５４４０号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

転炉から取鍋への出鋼の際には、転炉を傾動させて転炉から取鍋に向かって溶鋼流を流出させるのが一般的である。この際、スラグを転炉内に残留させ、転炉から溶鋼のみを取鍋に流出させることが理想的である。しかしながら、転炉から取鍋に向かって流出する溶鋼流中には、出鋼初期においては実質的に溶鋼のみが存在するものの、出鋼中期から出鋼末期においては溶鋼とスラグとが混在するのが一般的である。このため、スラグの流出を防止しようとすると、溶鋼が転炉内に残留して歩留まりが低くなるおそれがある。

一方、転炉内の溶鋼の残留量を低減しようとすると、溶鋼と共にスラグが取鍋に向かって流出するため、取鍋内にスラグが多く存在することとなる。その結果、取鍋からのスラグの吹きこぼれが発生したり、後工程である２次精錬工程において溶鋼の成分外れが発生する等の問題が生じるおそれがある。

そこで、転炉から取鍋に向かって流出する溶鋼流中のスラグを検出すると共にスラグの流出量を定量化して、このスラグ流出量を転炉の出鋼操業において要求される範囲に制御することが望まれている。

スラグの放射率は溶鋼の放射率よりも高いため、溶鋼流を撮像すると、スラグが存在する部位では、スラグが存在しない溶鋼のみの部位に比べて明るく撮像されることになる。換言すれば、溶鋼流を撮像して得られた撮像画像におけるスラグに対応する画素領域の濃度（グレイレベル）は、溶鋼に対応する画素領域の濃度に比べて大きくなる。この原理を用いてスラグを検出する技術として、例えば特許文献１に記載の方法がある。

特許文献１は、溶鋼流を撮像して得られた撮像画像について、濃度（輝度）を横軸とし、画素数を縦軸とする濃度（輝度）ヒストグラムを作成し、この濃度ヒストグラムを用いてスラグを検出する方法を開示している。具体的には、特許文献１の上記方法では、濃度ヒストグラムにおける、画素数が最大である最大ピーク点（最大ピーク位置）が溶鋼に対応するとみなし、最大ピーク点の横軸方向のバラツキσを考慮した濃度値（輝度値）Ｎ１以上の画素を溶鋼と判定すると共に、濃度値Ｎ１にバイアス値Ｂを加算した濃度値（輝度値）Ｎ２以上の画素をスラグと判定している。

しかしながら、本発明者らが検討したところ、濃度ヒストグラムにおける最大ピーク点が必ずしも溶鋼に対応するとは限らず、スラグに対応する場合もあることが分かった。そのため、最大ピーク点が常に溶鋼に対応するとみなして、濃度値Ｎ２を決定する特許文献１の上記方法では、精度良くスラグを検出することが難しい。

ここで、濃度ヒストグラムにおけるピークが一つの場合、スラグの放射率と溶鋼の放射率とが異なる（スラグの放射率は溶鋼の放射率よりも高い）ことを利用して、このピークが溶鋼に対応するかスラグに対応するかを判定できると考えられる。また、濃度ヒストグラムに滑らかな曲線でピークが二つ存在するような場合も、スラグの放射率と溶鋼の放射率とが異なることを利用して、例えば低温側のピークが溶鋼に対応し、高温側のピークがスラグに対応すると判定できると考えられる。
しかしながら、溶鋼とスラグとが混在した溶鋼流を撮像して得られた撮像画像のヒストグラムにおいて複数のサブピークが観測される場合、上述の方法を用いることは難しく、スラグの検出精度が低下する虞がある。
また、溶鋼流の温度は、例えば鋼種または出鋼操業の条件に応じて１００℃以上も変化する。そのため、固定のしきい値を用いて判定しようとすると、溶鋼流の温度が変化した場合に、スラグの検出精度が低下する虞がある。

日本国特開２００６−２１３９６５号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、溶鋼流の温度が変化した場合であっても、溶鋼流中のスラグを精度良く検出可能な、溶鋼流中のスラグ検出方法の提供を目的とする。

前記課題を解決するため、本発明者らは鋭意検討を行った。まず、本発明者らは、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）を撮像手段として用い、出鋼初期、出鋼中期、および出鋼末期に亘る各種の溶鋼流を撮像し、多数の撮像画像を得た。そして、これらの撮像画像の各々について、温度を横軸とし、画素数を縦軸としたヒストグラムを作成したところ、例えば１０００〜２０００℃の横軸の温度域において、縦軸の画素数が最大値である最大ピーク点が存在する場合があり、当該最大ピーク点が低温側に位置する場合もあれば、当該最大ピーク点が高温側に位置する場合もあることを見出した。

次いで、本発明者らは、溶鋼流中にスラグが存在しない場合または極めて少量しか存在しない場合には、ヒストグラムにおける最大ピーク点は溶鋼に対応してかつ低温側に位置することを見出すと共に、溶鋼流中にスラグが多量に存在する場合には、ヒストグラムにおける最大ピーク点はスラグに対応してかつ高温側に位置することを見出した。しかしながら、前述のように、溶鋼流の温度は変化するため、温度に関する固定のしきい値を用いて、最大ピーク点が当該固定のしきい値の低温側および高温側のどちらに位置するかを判定することで、最大ピーク点が溶鋼およびスラグのどちらに対応するかを判定した場合、精度良くスラグを検出することは難しい。

そこで、本発明者は更に鋭意検討を行った。本発明者らは、溶鋼およびスラグを含む溶鋼流の撮像画像でのヒストグラムにおいて、最大ピーク点以外にも、画素数が最大ピーク点の画素数未満で且つ所定の画素数しきい値（例えば、最大ピーク点の画素数の５０％）以上の極大値であるピーク点（以下、「中間ピーク点」と称する）が存在する場合があることに着目した。かかる場合において、本発明者らは、例えば鋼種または出鋼操業の条件に応じて溶鋼流の温度が変化したとしても、最大ピーク点が溶鋼に対応する場合には、最大ピーク点の温度よりも高い温度を有する中間ピーク点の個数が、最大ピーク点の温度よりも低い温度を有する中間ピーク点の個数よりも多くなることを見出した。
また、本発明者らは、鋼種または出鋼操業の条件に応じて溶鋼流の温度が変化したとしても、最大ピーク点がスラグに対応する場合には、最大ピーク点の温度よりも低い温度を有する中間ピーク点の個数が、最大ピーク点の温度よりも高い温度を有する中間ピーク点の個数よりも多くなることを見出した。

なお、上記では温度を例に挙げて述べたが、温度に換算する前の濃度を横軸とするヒストグラムについても同様のことがいえることが分かった。また、可視光域に主感度を有するＣＣＤカメラを用いて溶鋼流を撮像して得られる撮像画像について、濃度を横軸とし、画素数を縦軸として作成したヒストグラムについても同様のことがいえることが分かった。

上記の知見に基づき、本発明は、上記課題を解決するために以下を採用する。
（１）本発明の一態様に係る溶鋼流中のスラグ検出方法は、転炉から取鍋に向かって流出する、溶鋼およびスラグを含む溶鋼流を撮像して撮像画像を取得する撮像工程と；前記撮像画像に画像処理を施すことで、前記撮像画像を構成する各画素の濃度に対応する濃度パラメータを横軸として且つ、前記濃度パラメータを持つ前記画素の合計数である画素数を縦軸とするヒストグラムを作成するヒストグラム作成工程と；前記ヒストグラムについて、前記画素数が最大値である最大ピーク点を検出する最大ピーク点検出工程と；前記ヒストグラムについて、前記画素数が前記最大ピーク点の画素数未満で且つ所定の画素数しきい値以上の極大値である中間ピーク点を検出する中間ピーク点検出工程と；前記最大ピーク点の前記濃度パラメータよりも大きな濃度パラメータを有する前記中間ピーク点の個数Ｎｈと、前記最大ピーク点の前記濃度パラメータよりも小さな濃度パラメータを有する前記中間ピーク点の個数Ｎｌとを計数する中間ピーク点計数工程と； 前記個数Ｎｌが前記個数Ｎｈよりも大きい場合、前記最大ピーク点は前記スラグに対応すると判定する一方、前記個数Ｎｈが前記個数Ｎｌよりも大きい場合、前記最大ピーク点は前記溶鋼に対応すると判定する最大ピーク点種別判定工程と；を有する。
（２）上記（１）に記載の態様において、以下のように構成してもよい：前記最大ピーク点種別判定工程において、前記最大ピーク点が前記スラグに対応すると判定した場合、前記最大ピーク点を基準にして決定した第１しきい値未満の濃度パラメータを有する画素は前記溶鋼に対応し、前記第１しきい値以上の濃度パラメータを有する画素は前記スラグに対応すると判定する第１判定工程と；前記最大ピーク点種別判定工程において、前記最大ピーク点が前記溶鋼に対応すると判定した場合、前記最大ピーク点を基準にして決定した第２しきい値以下の濃度パラメータを有する画素は前記溶鋼に対応し、前記第２しきい値よりも大きな濃度パラメータを有する画素は前記スラグに対応すると判定する第２判定工程と；
をさらに有する。
（３）上記（２）に記載の態様において、以下のように構成してもよい：前記第１しきい値は、前記ヒストグラムにおいて、前記最大ピーク点を通り且つ正の傾きを有する第１直線で表わされ；前記第２しきい値は、前記ヒストグラムにおいて、前記最大ピーク点を通り且つ負の傾きを有する第２直線で表わされ；前記第２直線の傾きの絶対値は、前記第１直線の傾きの絶対値よりも大きい。
（４）上記（３）に記載の態様において、以下のように構成してもよい：前記第１直線は、前記画素数しきい値未満の前記画素数を有し且つ前記最大ピーク点の前記濃度パラメータに対して所定値以上小さい濃度パラメータを有する点のうち、前記濃度パラメータが最大のピーク点と、前記最大ピーク点とを通る直線であり；前記第２直線の傾きの絶対値は、前記第１直線の傾きの絶対値の１．５〜２．５倍である。

本発明の上記各態様によれば、溶鋼流の温度が変化した場合であっても、溶鋼流中のスラグを精度良く検出できる。

本発明の一実施形態に係るスラグ検出方法に用いられるスラグ検出装置の概略構成を示す模式図である。 上記スラグ検出方法の概略手順を示すフロー図である。 図２に示す撮像工程ＳＴ１において取得される撮像画像の一例を示す図である。 図２に示すヒストグラム作成工程ＳＴ２において、図３Ａの撮像画像に基づいて作成されたヒストグラムを示す図である。 図２に示す第１判定工程ＳＴ７において決定される第１しきい値を説明するための図である。 図２に示す撮像工程ＳＴ１において取得される撮像画像の一例であって、図３Ａと異なる例を示す図である。 図２に示すヒストグラム作成工程ＳＴ２において、図５Ａの撮像画像に基づいて作成されたヒストグラムを示す図である。 図２に示す第２判定工程ＳＴ８において決定される第２しきい値を説明するための図である。 特許文献１に記載のスラグ検出方法を説明するための図である。 図７Ａのヒストグラムの作成に用いられた撮像画像を示す図である。 図３Ａに示す撮像画像においてスラグＳが存在する画素領域を差分処理によって抽出した結果を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る溶鋼流中のスラグ検出方法（以下、単に「スラグ検出方法」とも言う）について説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については同一符号を付すことにより、それらの重複説明を省略する。
まず、本実施形態に係るスラグ検出方法に用いられるスラグ検出装置１００の構成について説明する。

＜本実施形態に係るスラグ検出装置１００の構成＞
図１は、スラグ検出装置１００の概略構成を示す模式図である。なお、図１において、溶鋼Ｍ及びスラグＳを収容する転炉３は断面で示している。
図１に示すように、スラグ検出装置１００は、転炉３から取鍋４への出鋼の際、傾動させた転炉３の出鋼口３１から取鍋４に向かって流出する溶鋼流Ｆ中のスラグＳを検出するために用いられる。スラグ検出装置１００は、転炉３の出鋼口３１から取鍋４に向かって略鉛直に流出する溶鋼流Ｆを略水平方向から撮像する撮像手段１と、この撮像手段１に接続された画像処理手段２とを備えている。

撮像手段１としては、例えば、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）、または可視光域に主感度を有するＣＣＤカメラなどを用いることができる。これら熱画像カメラ（サーモグラフィ）および上記ＣＣＤカメラとしては、例えば市販のものを用いることができる。
本実施形態では、撮像手段１として、赤外光域に主感度を有する熱画像カメラを用いている。なお、本実施形態のように熱画像カメラ（サーモグラフィ）を用いる場合、撮像画像における画素領域の温度又は濃度（温度に換算する前の濃度）の値を算出可能である。一方、ＣＣＤカメラを用いる場合、当該画素領域の濃度の値を算出可能である。

画像処理手段２は、例えば、後述のヒストグラム作成工程ＳＴ２等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から構成される。なお、画像処理手段２は、撮像手段１で得られた撮像画像を表示するためのモニターを有している。

本実施形態に係るスラグ検出方法はスラグ検出装置１００を用いて実行される。以下、本実施形態に係るスラグ検出方法について説明する。

＜本実施形態に係るスラグ検出方法＞
図２は、本実施形態に係るスラグ検出方法の概略手順を示すフロー図である。
本実施形態に係るスラグ検出方法は、転炉３から取鍋４に向けって流出する、溶鋼Ｍ及びスラグＳを含む溶鋼流Ｆを撮像手段１によって撮像して得られる撮像画像に基づき、溶鋼流Ｆ中のスラグＳを検出する方法であって、図２に示すように、撮像工程ＳＴ１と、ヒストグラム作成工程ＳＴ２と、最大ピーク点検出工程ＳＴ３と、中間ピーク点検出工程ＳＴ４と、中間ピーク点計数工程ＳＴ５と、最大ピーク点種別判定工程ＳＴ６と、第１判定工程ＳＴ７と、第２判定工程ＳＴ８とを有している。
以下、各工程の内容について、順次説明する。

（撮像工程ＳＴ１）
撮像工程ＳＴ１においては、撮像手段１によって、転炉３から取鍋４に向かって流出する溶鋼流Ｆを撮像して撮像画像を取得する（図１参照）。
本実施形態では、撮像手段１として熱画像カメラを用いており、撮像工程ＳＴ１で取得される撮像画像は、撮像画像を構成する各画素の濃度を所定の換算式で温度に換算したものになる。すなわち、撮像工程ＳＴ１で取得される撮像画像は、画素毎に検出した温度の値を有する。

撮像手段１の視野は、溶鋼流Ｆの流出位置および広がりの変動の影響を受けないように、溶鋼流Ｆのみならず背景も含む広い視野に設定されている。背景が含まれるように撮像手段１の視野が設定されていても、背景の温度は溶鋼流Ｆの温度よりも低いため、後述の最大ピーク点検出工程ＳＴ３において、溶鋼流Ｆに対応する画素領域と背景に対応する画素領域とを識別可能である。なお、撮像手段１の視野は、溶鋼流Ｆのみが撮像されるように予め狭く調整してもよい。しかしながら、溶鋼流Ｆの流出位置および広がりは、転炉３の傾動角度等に応じて（出鋼口３１の位置等に応じて）、ある程度変動するのが一般的である。このため、出鋼初期、出鋼中期、および出鋼末期のいずれにおいても溶鋼流Ｆのみが撮像されるように撮像手段１の視野を調整することは作業の手間を要する。したがって、撮像手段１の視野は、背景も含む広い視野に設定することが好ましい。

撮像手段１の撮像タイミングは、特に限定されるものではないが、スラグＳを検出する時間分解能を高める上では、撮像手段１に設定されている走査周期（フレームレートの逆数）毎に連続的に撮像することが好ましい。
撮像手段１によって得られた撮像画像は、画像処理手段２に記憶される。

（ヒストグラム作成工程ＳＴ２）
ヒストグラム作成工程ＳＴ２では、画像処理手段２が、撮像工程ＳＴ１で取得した撮像画像に画像処理を施すことで、撮像画像を構成する各画素の濃度に対応する濃度パラメータを横軸とし、この濃度パラメータを持つ画素の合計数である画素数を縦軸とするヒストグラムを作成する。ヒストグラムは１枚の撮像画像毎に作成しても良いし、連続する複数枚の撮像画像を平均化した平均画像について作成しても良い。なお、当該平均画像を用いる場合、撮像手段１の視野内の溶鋼流Ｆに対応する画素領域の長さＬを溶鋼流Ｆの速度Ｖで除算して得られた時間（＝Ｌ／Ｖ）内で連続する複数枚の撮像画像を平均化することが望ましい。
上記の濃度パラメータとしては、濃度そのものの他、温度を例示できる。本実施形態のように撮像手段１が熱画像カメラである場合、横軸が温度又は濃度（温度に換算する前の濃度）であるヒストグラムを作成可能である。一方、撮像手段１がＣＣＤカメラである場合、横軸が濃度であるヒストグラムを作成可能である。

ここで、本明細書における「濃度」とは、例えば２５６階調の画像の明暗（すなわち、画像上の輝度）のことを指す。そして、この濃度と、溶鋼流における熱放射輝度との関係は、リニアな関係にある。

上述のように本実施形態では撮像手段１として熱画像カメラを用いているため、上記の濃度パラメータとして温度を用いる（すなわち、本実施形態では、ヒストグラムの横軸は温度である）。
本実施形態では、前述のように、撮像手段１の視野が、溶鋼流Ｆのみならず背景も含むように設定されている。このため、ヒストグラムの作成に際して、画像処理手段２は、撮像画像における、所定のしきい値（例えば、１０００℃）以上の温度を有する画素領域が溶鋼流Ｆに対応する画素領域であると判定し、この画素領域を対象としてヒストグラムを作成する（すなわち、横軸である温度が前記所定のしきい値未満の画素領域についてはヒストグラム作成の対象としない）。これにより、ヒストグラムに及ぼす背景の影響を回避することが可能である（背景に対応する画素数が最大値にならない）。
なお、画像処理手段２は、背景に対応する画素領域も含んだ撮像画像全体についてヒストグラムを作成し、後述の最大ピーク点検出工程ＳＴ３における最大ピーク点の検出範囲から、所定のしきい値（例えば、１０００℃）未満の温度を除外することで、背景の影響を回避しても良い。

図３Ａは、撮像工程ＳＴ１において取得される撮像画像の一例を示す図である。具体的には、図３Ａは、撮像手段１の走査周期毎に連続的に取得した５枚の撮像画像を平均化した平均画像の一例である（撮像画像の分解能は、約３ｃｍ／画素である）。図３Ａでは、撮像画像（平均画像）における溶鋼流Ｆに対応する画素領域とその近傍に位置する背景に対応する画素領域についてのみ部分的に切り出して表示している。すなわち、実際に取得される撮像画像は、図３Ａ及び図５Ａに示す撮像画像よりも、紙面左右方向の画素領域が広くなっている。
また、図３Ａに示す撮像画像は図示の都合上、モノクロ表示となっているが、実際には、画像処理手段２が具備するモニターにおいて、各画素の温度に応じて異なる色が付されて表示される。すなわち、溶鋼流Ｆに対応する画素領域の温度は、背景に対応する画素領域の温度よりも高いため、撮像工程ＳＴ１で得られる実際の撮像画像では、その高い温度に対応する色が色付けされている。
また、溶鋼流Ｆに対応する画素領域のうち、図３Ａにおいて太破線で囲まれた、スラグＳが存在すると考えられる画素領域（具体的には、後述の第１判定工程ＳＴ７でスラグＳに対応すると判定された画素の領域）の温度（見かけの温度）は、その他の画素領域（実質的に溶鋼Ｍのみが存在する画素の領域）の温度（見かけの温度）よりも高くなっており、その高い温度に対応する色が色付けされている。
なお、転炉３から排出される溶鋼流Ｆにおいて、スラグＳが存在する画素領域に対応する部位の実際の温度（実温度）と、実質的に溶鋼Ｍのみが存在する画素領域に対応する部位の実際の温度（実温度）とは、同等の値であると考えられる。しかしながら、スラグＳの放射率が溶鋼Ｍの放射率よりも高く（溶鋼の放射率に比べてスラグの放射率は概ね１．５倍程度である）、撮像手段１における放射率の設定を何れの画素についても同じにするのが一般的であるため、前述のように、取得された撮像画像においては、スラグＳが存在する画素領域の温度は、実質的に溶鋼Ｍのみが存在する画素領域の温度よりも高く測定される。後述の図５Ａについても同様である。
図３Ｂは、図３Ａに示す撮像画像（平均画像）について作成したヒストグラムを示す図である。図３Ｂのヒストグラムの作成に際しては、背景の影響を回避するため、横軸の温度範囲を所定のしきい値（１０００℃）以上とし（ただし、画素数の分布に特徴が見られなかった１４００℃未満については図示省略）、横軸を１０℃ピッチで区分し、縦軸を各区分の温度を有する画素の数としている。

（最大ピーク点検出工程ＳＴ３）
最大ピーク点検出工程ＳＴ３では、画像処理手段２が、ヒストグラム作成工程ＳＴ２で作成したヒストグラムについて、画素数が最大値である最大ピーク点を検出する。図３Ｂに示すヒストグラムでは、符号Ｐ１で示す点が最大ピーク点となる。

（中間ピーク点検出工程ＳＴ４）
中間ピーク点検出工程ＳＴ４では、画像処理手段２が、ヒストグラム作成工程ＳＴ２で作成したヒストグラムについて、画素数が最大ピーク点Ｐ１の画素数未満で且つ所定の画素数しきい値Ｔｈ以上の極大値である中間ピーク点を検出する。画素数しきい値Ｔｈは、図３Ｂに示すように、最大ピーク点Ｐ１の画素数の５０％に設定されている。図３Ｂに示すヒストグラムでは、符号Ｐ２で示す点が中間ピーク点となる。

なお、所定の画素数しきい値Ｔｈは、特に限定されるものではないが、１２００℃〜１３００℃といった背景と思われる温度領域のピークをとらえないように、例えば最大ピーク点Ｐ１の画素数の５０％をＴｈとすることが好ましい。

（中間ピーク点計数工程ＳＴ５）
中間ピーク点計数工程ＳＴ５では、画像処理手段２が、検出した中間ピーク点Ｐ２のうち、最大ピーク点Ｐ１の温度よりも高い温度を有する中間ピーク点Ｐ２の個数Ｎｈと、最大ピーク点Ｐ１の温度よりも低い温度を有する中間ピーク点Ｐ２の個数Ｎｌとをそれぞれ計数する。図３Ｂでは、Ｎｈ＝１、Ｎｌ＝６となる。

（最大ピーク点種別判定工程ＳＴ６）
最大ピーク点種別判定工程ＳＴ６では、画像処理手段２が、個数Ｎｈ＜個数Ｎｌの場合（個数Ｎｌが個数Ｎｈよりも大きい場合）、最大ピーク点Ｐ１は溶鋼流Ｆに存在するスラグＳに対応すると判定し、一方、個数Ｎｈ＞個数Ｎｌの場合（個数Ｎｈが個数Ｎｌよりも大きい場合）、最大ピーク点Ｐ１は溶鋼流Ｆに存在する溶鋼Ｍに対応すると判定する。図３Ｂでは、Ｎｈ＝１、Ｎｌ＝６であるから、Ｎｈ＜Ｎｌとなり、最大ピーク点Ｐ１は溶鋼流Ｆに存在するスラグＳに対応すると判定されることになる。

（第１判定工程ＳＴ７）
最大ピーク点種別判定工程ＳＴ６において、最大ピーク点Ｐ１が溶鋼流Ｆに存在するスラグＳに対応すると判定した場合、画像処理手段２は第１判定工程ＳＴ７を実行する。すなわち、図３Ｂのヒストグラムについては、第１判定工程ＳＴ７が実行されることになる。
第１判定工程ＳＴ７では、画像処理手段２が、撮像画像を構成する各画素のうち、最大ピーク点Ｐ１を基準にして決定した第１しきい値未満の温度を有する画素は溶鋼流Ｆに存在する溶鋼Ｍに対応し、第１しきい値以上の温度を有する画素は溶鋼流Ｆに存在するスラグＳに対応すると判定する。以下、図４を適宜参照しつつ、より具体的に説明する。

図４は、第１判定工程ＳＴ７において決定される第１しきい値を説明するための図である。なお、図４に示すヒストグラムは、図３Ｂに示すヒストグラムと同一である。
図４に示すように、第１しきい値は、ヒストグラム作成工程ＳＴ２で作成したヒストグラムにおいて、最大ピーク点Ｐ１を通り且つ正の傾きを有する第１直線Ｌ１で表わされる。具体的には、第１直線Ｌ１は、図４に示す点Ｐ３と最大ピーク点Ｐ１とを通る直線である。点Ｐ３は、画素数しきい値Ｔｈ未満の画素数を有し且つ最大ピーク点Ｐ１の温度よりも所定値ＴＤ（例えば、５０℃）以上低い温度を有する点のうち、最も高い温度を有するピーク点である。（すなわち、点Ｐ３は、所定の画素数しきい値Ｔｈ未満の画素数を有し且つ最大ピーク点Ｐ１の温度よりも所定値ＴＤ以上低い温度を有する点であって極大値となる点のうち、最も高い温度を有する点である）。
ここで、所定値ＴＤ以上低い温度を有する点のうち、最も高い温度を有する点を判断対象としてピーク点か否かを判断する場合は、当該点と当該点の低温側に隣接する点とを結ぶ線の勾配に注目し、当該線が正の傾き（当該線が右上がりの線）であれば当該判断対象の点を点Ｐ３とみなす。
なお、本実施形態に係るスラグ検出方法は、ヒストグラムにおいて所定の画素数しきい値Ｔｈを超えるピークが多い溶鋼流に対して特に好適に適用される。また、所定の画素数しきい値Ｔｈの設定有無に関わらず、最大ピーク点Ｐ１の画素数の５０％以上のピークが例えば３点以上となる溶鋼流に対しても特に好適に適用される。このようなピークの特徴は、精練における溶鋼とスラグの混合状況によって決定される。
上記の、第１しきい値（第１直線Ｌ１）は、横軸の温度をＸとし、縦軸の画素数をＹとすると、以下の式（１）で表わされることになる。
Ｙ＝ａＸ＋ｂ ・・・（１）
ただし、ａは正の定数であり、ｂは定数である。これらの定数は第１直線Ｌ１が点Ｐ３と最大ピーク点Ｐ１とを通ることから決定される。

所定値ＴＤは、特に限定されるものではないが、例えば５０℃である。経験上、最大ピーク温度の±５０℃以内の範囲は、裾野にならない場合が多い。そのため、例えば所定値ＴＤを５０℃に設定することにより、裾野を除いたピークで第１しきい値を決定することができ好ましい。

前述のように、画像処理手段２は、第１しきい値未満の温度を有する画素は溶鋼流Ｆに存在する溶鋼Ｍに対応すると判定する。すなわち、Ｙ＞ａＸ＋ｂを満足する画素は溶鋼流Ｆに存在する溶鋼Ｍに対応すると判定することになる。
一方、画像処理手段２は、第１しきい値以上の温度を有する画素は溶鋼流Ｆに存在するスラグＳに対応すると判定する。すなわち、Ｙ≦ａＸ＋ｂを満足する画素（図４でハッチングを施した領域にある画素）は溶鋼流Ｆに存在するスラグＳに対応すると判定する。

（第２判定工程ＳＴ８）
最大ピーク点種別判定工程ＳＴ６において、最大ピーク点Ｐ１が溶鋼流Ｆに存在する溶鋼Ｍに対応すると判定した場合、画像処理手段２は第２判定工程ＳＴ８を実行する。
図５Ａは、撮像工程ＳＴ１において取得される撮像画像の一例であって、図３Ａと異なる他の例を示す図である。具体的には、図５Ａは、撮像手段１の走査周期毎に連続的に取得した５枚の撮像画像を平均化した平均画像の他の例を示す。
図５Ｂは、図５Ａに示す撮像画像（平均画像）について作成したヒストグラムを示す図である。図５Ｂのヒストグラムについては、中間ピーク点計数工程ＳＴ５において、画像処理手段２が、最大ピーク点Ｐ１の温度よりも高い温度を有する中間ピーク点Ｐ２の個数Ｎｈ＝５、最大ピーク点Ｐ１の温度よりも低い温度を有する中間ピーク点Ｐ２の個数Ｎｌ＝０と計数する。したがって、その後の最大ピーク点種別判定工程ＳＴ６において、画像処理手段２は、個数Ｎｈ＞個数Ｎｌであるため、最大ピーク点Ｐ１が溶鋼流Ｆに存在する溶鋼Ｍに対応すると判定する。
最大ピーク点種別判定工程ＳＴ６で当該判定がなされたことにより、画像処理手段２は第２判定工程ＳＴ８を実行する。第２判定工程ＳＴ８においては、画像処理手段２が、撮像画像を構成する各画素のうち、最大ピーク点Ｐ１を基準にして決定した第２しきい値以下の温度を有する画素は溶鋼流Ｆに存在する溶鋼Ｍに対応し、第２しきい値よりも高い温度を有する画素は溶鋼流Ｆに存在するスラグＳに対応すると判定する。以下、図６を適宜参照しつつ、より具体的に説明する。

図６は、第２判定工程ＳＴ８において決定される第２しきい値を説明するための図である。なお、図６に示すヒストグラムは、図５Ｂに示すヒストグラムと同一である。
図６に示すように、第２しきい値は、最大ピーク点Ｐ１を通り且つ負の傾きを有する第２直線Ｌ２で表わされる。そして、第１直線Ｌ１の傾きの絶対値よりも第２直線Ｌ２の傾きの絶対値の方が大きくなっている（好ましくは、第２直線Ｌ２の傾きの絶対値は、第１直線Ｌ１の傾きの絶対値の１．５〜２．５倍である）。第１直線Ｌ１は、図６に示す点Ｐ３と最大ピーク点Ｐ１とを通る直線である。なお、点Ｐ３は低温側に隣接する点との間の線の勾配が正であるため、図４と同様に、画素数しきい値Ｔｈ未満の画素数を有し且つ最大ピーク点Ｐ１の温度よりも所定値ＴＤ（例えば、５０℃）以上低い温度を有する点のうち、最も高い温度を有するピーク点である。

前述のように、第１直線Ｌ１は、横軸の温度をＸとし、縦軸の画素数をＹとすると、以下の式（１）で表わされることになる。
Ｙ＝ａＸ＋ｂ ・・・（１）
ただし、ａは正の定数、ｂは定数である。これらの定数は第１直線Ｌ１が点Ｐ３と最大ピーク点Ｐ１とを通ることから決定される。

一方、例えば第２直線のＬ２の傾きの絶対値が第１直線Ｌ１の傾きａの絶対値の２倍に設定されるとすると、第２直線Ｌ２は、以下の式（２）で表わされることになる。
Ｙ＝−２ａＸ＋ｃ ・・・（２）
ただし、ａは正の定数、ｃは定数である。そして、ａは第１直線Ｌ１から決定され、ｃは第２直線が最大ピーク点Ｐ１を通ることから決定される。

前述のように、画像処理手段２は、第２しきい値以下の温度を有する画素は溶鋼流Ｆに存在する溶鋼Ｍに対応すると判定する。すなわち、例えば、図６に示すヒストグラムにおいて、Ｙ≦−２ａＸ＋ｃを満足する画素は溶鋼流Ｆに存在する溶鋼Ｍに対応すると判定することになる。
一方、画像処理手段２は、第２しきい値よりも高い温度を有する画素は溶鋼流Ｆに存在するスラグＳに対応すると判定する。すなわち、例えば、図６に示すヒストグラムにおいて、Ｙ＞−２ａＸ＋ｃを満足する画素（図６でハッチングを施した領域にある画素）は溶鋼流Ｆに存在するスラグＳに対応すると判定することになる。

以上に説明した本実施形態に係るスラグ検出方法によれば、取得した撮像画像のヒストグラムにおける中間ピーク点の個数ＮｈおよびＮｌの大小関係に基づいて、当該ヒストグラムの最大ピーク点の種別を判定する。すなわち、固定のしきい値を用いずに最大ピーク点の種別を判定するため、溶鋼流Ｆの温度が変化した場合であっても、最大ピーク点Ｐ１が溶鋼ＭまたはスラグＳのいずれに対応するかを精度良く判定することができる。

なお、本実施形態に係るスラグ検出方法は、個数Ｎｈおよび個数Ｎｌが互いに異なる場合（Ｎｈ≠Ｎｌ）を前提としている。すなわち、個数Ｎｈおよび個数Ｎｌが互いに等しい場合（Ｎｈ＝Ｎｌ）、上述の方法によっては、最大ピーク点の種別を判定することができない。
そこで、中間ピーク点計数工程ＳＴ５において計数した個数Ｎｈおよび個数Ｎｌが互いに等しい場合、例えば以下に示す方法（ｉ）または（ｉｉ）で最大ピーク点Ｐ１が溶鋼ＭまたはスラグＳのいずれに対応するかを判定する。
（ｉ）溶鋼流の実温度および放射率に基づいて、最大ピーク点Ｐ１が溶鋼Ｍに対応する場合の温度及び最大ピーク点Ｐ１がスラグＳに対応する場合の温度をそれぞれ推定しておき、判定対象とするヒストグラムの最大ピーク点Ｐ１の温度がこれらの温度のいずれに近いかによって、最大ピーク点の種別を判定する。
（ｉｉ）転炉３内のスラグ量及び溶鋼量は推定可能でありかつ、転炉３をどの程度傾動させれば溶鋼Ｍを主体とした溶鋼流Ｆが流出するかを幾何学的に推定可能であることに基づき、溶鋼流Ｆの流出時間から最大ピーク点Ｐ１が溶鋼ＭまたはスラグＳのいずれに対応するかを判定する。

また、本実施形態に係るスラグ検出方法によれば、第１判定工程ＳＴ７又は第２判定工程ＳＴ８において、溶鋼流Ｆに存在するスラグＳに対応する画素の数（面積）と、溶鋼流Ｆに存在する溶鋼Ｍに対応する画素の数（面積）とを算出可能である。このため、例えば、溶鋼流Ｆ中のスラグＳの面積割合、および溶鋼流Ｆ中のスラグＳの体積割合を求めることができる。更に溶鋼Ｍ及びスラグＳの比重を用いれば、溶鋼流Ｆ中のスラグＳの質量割合を算出可能であり、溶鋼流Ｆの流量は出鋼の際の転炉３の傾動角度から推定可能である。このため、スラグＳの質量割合と溶鋼流Ｆの流量とを用いて、スラグＳの流出量（流量）を推定することが可能であり、このスラグＳの流出量を転炉３の出鋼操業において要求される範囲に制御することも可能になる。
具体的には、本実施形態に係るスラグ検出方法によれば、スラグＳの流出量等（流出量、画素数、面積、体積など）がゼロより大きくなった場合に出鋼操業を終了したり、スラグＳの流出量等が予め定めた所定値より大きくなった場合に出鋼操業を終了したり、溶鋼Ｍの流出量等に対するスラグＳの流出量等の割合が所定値より大きくなった場合に出鋼操業を終了する等の制御を行うことが可能である。

次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。

図３Ａに示す撮像画像を評価対象として用い、本実施形態に係るスラグ検出方法と、特許文献１に記載のスラグ検出方法とを比較した。
具体的には、本実施形態に係るスラグ検出方法では、前述のように、図３Ａに示す撮像画像について作成した図３Ｂに示すヒストグラムについて、最大ピーク点Ｐ１が溶鋼流Ｆに存在するスラグＳに対応すると判定される。そして、図４に示すように、式（１）で表わされる第１直線Ｌ１によって、ハッチングを施した領域にある画素がスラグＳに対応すると判定されることになる。
図４に示す例では、１３９個の画素がスラグＳに対応すると判定された。

一方、特許文献１に記載のスラグ検出方法を用いると、図３Ｂに示すヒストグラムにおける最大ピーク点Ｐ１が溶鋼流Ｆに存在する溶鋼Ｍに対応するとみなされる。前述のように、特許文献１に記載のスラグ検出方法では、最大ピーク点Ｐ１の横軸方向のバラツキσも考慮した濃度値Ｎ１以上の画素を溶鋼Ｍと判定し、濃度値Ｎ１にバイアス値Ｂを加算した濃度値Ｎ２以上の画素をスラグＳと判定している。濃度値を温度に置き換えると、特許文献１に記載のスラグ検出方法では、最大ピーク点Ｐ１の横軸方向のバラツキσも考慮した温度Ｎ１以上の画素を溶鋼Ｍと判定し、温度Ｎ１にバイアス値Ｂを加算した温度Ｎ２以上の画素をスラグＳと判定することになる。ここで、特許文献１に記載のスラグ検出方法では、最大ピーク点Ｐ１が溶鋼Ｍに対応するとみなすため、溶鋼Ｍに対応する画素とスラグＳに対応する画素とを区別するためのバイアス値Ｂを２σ以上に設定する（すなわち、温度Ｎ２を最大ピーク点Ｐ１の温度＋σ以上に設定する）のが妥当である。本評価では、最もスラグＳの検出誤差が小さくなる最小値２σをバイアス値Ｂとして用いた。また、図３Ｂに示すヒストグラムにおいて、最大ピーク点Ｐ１の温度以上の画素数分布が正規分布であると仮定し、最大ピーク点Ｐ１の温度から温度Ｎ２（最大ピーク点Ｐ１の温度＋σ）までの画素数の和を、最大ピーク点Ｐ１の温度以上の画素数の和で除算した値が約６８％となるようにσを設定した。

図７Ａ及び図７Ｂは、特許文献１に記載のスラグ検出方法を説明するための図である。図７Ａはヒストグラムを、図７Ｂは撮像画像（平均画像）を示す。図７Ａに示すヒストグラムは、図３Ｂまたは図４に示すヒストグラムと同一である。図７Ｂに示す撮像画像は、図３Ａに示す撮像画像と同一である。特許文献１に記載のスラグ検出方法によれば、図７Ａにおいてハッチングを施した領域にある画素がスラグＳに対応すると判定されることになる。具体的には、図７Ｂにおいて太破線で囲まれた画素領域にある１８個の画素がスラグＳに対応すると判定された。

図８は、図３Ａに示す撮像画像においてスラグＳが存在すると考えられる画素領域を差分処理によって抽出した結果を示す図である。なお、図８（ａ）は図３Ａと同一の撮像画像を、図８（ｂ）は出鋼初期において実質的に溶鋼Ｍのみが存在する溶鋼流の撮像画像を、図８（ｃ）は図８（ａ）に示す撮像画像と図８（ｂ）に示す撮像画像との差分画像を示す。
図８は図示の都合上、モノクロ表示となっているが、図８（ｃ）に示す差分画像において、背景に対応する画素領域に比べて温度の高い画素領域（背景に対応する画素領域の色（緑色）とは異なる色（黄色、赤色）が付された画素領域）は、その中心から周辺に向けて温度が低下しており、且つ、溶鋼流Ｆの落下に伴って縦長に延ばされている形態から考えて、スラグＳが存在すると考えられる画素領域である。この温度の高い画素領域（黄色、赤色が付された画素領域）の画素数を計数すると、１１１個であった。

したがって、上記の差分画像で評価した１１１個をスラグＳに対応する画素数の真値とすると、本実施形態に係るスラグ検出方法では、真値の＋２５．２％（（１３９−１１１）／１１１×１００＝２５．２）の誤差であるのに対し、特許文献１に記載のスラグ検出方法では、真値の−８３．８％（（１８−１１１）／１１１×１００＝−８３．８）の誤差であった。よって、本実施形態に係るスラグ検出方法によれば、特許文献１に記載のスラグ検出方法に比べて、溶鋼流Ｆ中のスラグＳを精度良く検出可能であるといえる。これは、図３Ａに示す太破線の方が、図７Ｂに示す太破線に比べて、図８（ｃ）に示すスラグＳが存在すると考えられる画素領域の輪郭に近い点で、視感的にも明らかである。

なお、差分画像で評価したスラグＳに対応する画素の数を面積（実寸）に換算すると、１画素の面積が約９ｃｍ^２であるため、９×１１１＝９９９ｃｍ^２となる。これを単純に体積に換算（スラグＳの撮像手段１の視軸方向の寸法が撮像手段１の視野面における寸法と同じであると仮定して換算）すると、（９９９）^３／２＝３１５７５ｃｍ^３＝３１５７５×１０^−６ｍ^３となる。したがい、スラグＳの比重を２×１０^−３ｍ^３／ｋｇとすると、スラグＳの質量は、（３１５７５×１０^−６）／（２×１０^−３）＝１６ｋｇとなる。
同様にして、本実施形態に係るスラグ検出方法で検出したスラグＳを質量に換算すると２２ｋｇ（真値の１３７．５％）となり、特許文献１に記載のスラグ検出方法で検出したスラグＳを質量に換算すると１ｋｇ（真値の６．３％）となる。すなわち、本実施形態に係るスラグ検出方法によれば、質量で＋３７．５％の誤差となり、−９３．７％の誤差が生じる特許文献１に記載の方法に比べて、溶鋼流Ｆ中のスラグＳを精度良く検出可能であるといえる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態は、例として提示したものであり、本発明の範囲が上記実施形態のみに限定されるものではない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。上記実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

例えば、上記実施形態では、第１しきい値が最大ピーク点Ｐ１を通り且つ正の傾きを有する第１直線Ｌ１で表される場合を示した。しきい値の決め方に関し、より高精度にスラグを検出する観点からは、溶鋼およびスラグのピークについてそれぞれガウス分布などでフィッティングを行って決定することが好ましい。しかしながら、このような方法では、計算時間が長くなり、工業的には好ましくない。そこで、第１しきい値を直線で表すことにより、より簡易に閾値を決定できる。

また、第１しきい値および第２しきい値は、第１直線Ｌ１および第２直線Ｌ２で表される場合に限定されない。例えば、第１しきい値および第２しきい値が、最大ピーク点の横軸方向のバラツキを考慮した、横軸に直交する直線（傾きが無限大の直線）で表されてもよい。

１： 撮像手段
２： 画像処理手段
３： 転炉
４： 取鍋
１００： スラグ検出装置
ＳＴ１： 撮像工程
ＳＴ２： ヒストグラム作成工程
ＳＴ３： 最大ピーク点検出工程
ＳＴ４： 中間ピーク点検出工程
ＳＴ５： 中間ピーク点計数工程
ＳＴ６： 最大ピーク点種別判定工程
ＳＴ７： 第１判定工程
ＳＴ８： 第２判定工程
Ｆ： 溶鋼流
Ｍ： 溶鋼
Ｓ： スラグ

Claims (4)

1. 転炉から取鍋に向かって流出する、溶鋼およびスラグを含む溶鋼流を撮像して撮像画像を取得する撮像工程と；
   前記撮像画像に画像処理を施すことで、前記撮像画像を構成する各画素の濃度に対応する濃度パラメータを横軸として且つ、前記濃度パラメータを持つ前記画素の合計数である画素数を縦軸とするヒストグラムを作成するヒストグラム作成工程と；
   前記ヒストグラムについて、前記画素数が最大値である最大ピーク点を検出する最大ピーク点検出工程と；
   前記ヒストグラムについて、前記画素数が前記最大ピーク点の画素数未満で且つ所定の画素数しきい値以上の極大値である中間ピーク点を検出する中間ピーク点検出工程と；
   前記最大ピーク点の前記濃度パラメータよりも大きな濃度パラメータを有する前記中間ピーク点の個数Ｎｈと、前記最大ピーク点の前記濃度パラメータよりも小さな濃度パラメータを有する前記中間ピーク点の個数Ｎｌとを計数する中間ピーク点計数工程と；
   前記個数Ｎｌが前記個数Ｎｈよりも大きい場合、前記最大ピーク点は前記スラグに対応すると判定する一方、前記個数Ｎｈが前記個数Ｎｌよりも大きい場合、前記最大ピーク点は前記溶鋼に対応すると判定する最大ピーク点種別判定工程と；
   を有することを特徴とする溶鋼流中のスラグ検出方法。
2. 前記最大ピーク点種別判定工程において、前記最大ピーク点が前記スラグに対応すると判定した場合、前記最大ピーク点を基準にして決定した第１しきい値未満の濃度パラメータを有する画素は前記溶鋼に対応し、前記第１しきい値以上の濃度パラメータを有する画素は前記スラグに対応すると判定する第１判定工程と；
   前記最大ピーク点種別判定工程において、前記最大ピーク点が前記溶鋼に対応すると判定した場合、前記最大ピーク点を基準にして決定した第２しきい値以下の濃度パラメータを有する画素は前記溶鋼に対応し、前記第２しきい値よりも大きな濃度パラメータを有する画素は前記スラグに対応すると判定する第２判定工程と；
   をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の溶鋼流中のスラグ検出方法。
3. 前記第１しきい値は、前記ヒストグラムにおいて、前記最大ピーク点を通り且つ正の傾きを有する第１直線で表わされ、
   前記第２しきい値は、前記ヒストグラムにおいて、前記最大ピーク点を通り且つ負の傾きを有する第２直線で表わされ、
   前記第２直線の傾きの絶対値は、前記第１直線の傾きの絶対値よりも大きい
   ことを特徴とする請求項２に記載の溶鋼流中のスラグ検出方法。
4. 前記第１直線は、前記画素数しきい値未満の前記画素数を有し且つ前記最大ピーク点の前記濃度パラメータに対して所定値以上小さい濃度パラメータを有する点のうち、前記濃度パラメータが最大のピーク点と、前記最大ピーク点とを通る直線であり、
   前記第２直線の傾きの絶対値は、前記第１直線の傾きの絶対値の１．５〜２．５倍である
   ことを特徴とする請求項３に記載の溶鋼流中のスラグ検出方法。