TW201835528A - 熔鋼流中的熔渣檢測方法 - Google Patents

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Abstract

一種熔鋼流中的熔渣檢測方法，具有：直方圖製作步驟，針對包含熔鋼及熔渣的熔鋼流的拍攝圖像製作直方圖；最大峰值點檢測步驟，檢測前述直方圖的最大峰值點；中間峰值點檢測步驟，檢測前述直方圖的中間峰值點；中間峰值點計數步驟，對下述之個數進行計數：具有比前述最大峰值點的濃度參數更大的濃度參數之前述中間峰值點的個數Nh、以及具有比前述最大峰值點的前述濃度參數更小的濃度參數之前述中間峰值點的個數Nl；及最大峰值點種類判定步驟，藉由前述個數Nl及前述個數Nh的大小關係，來判定前述最大峰值點的種類。

Description

熔鋼流中的熔渣檢測方法
發明領域 本發明是有關於一種熔鋼流中的熔渣檢測方法。 本發明依據已於2017年2月14日於日本提出申請的特願2017-025440號而主張優先權，並在此引用其内容。
發明背景 從轉爐往盛鋼桶(ladle)出鋼時，一般是使轉爐傾斜以使熔鋼流從轉爐朝向盛鋼桶流出。此時，較理想的是，使熔渣殘留於轉爐內，僅使熔鋼從轉爐流出至盛鋼桶。但是，雖然在從轉爐朝向盛鋼桶流出的熔鋼流中，在出鋼初期實質上僅有熔鋼存在，但是一般從出鋼中期到出鋼末期會混合存在有熔鋼與熔渣。因此，若想要防止熔渣的流出，則會有熔鋼殘留於轉爐內且成品率變低的疑慮。
另一方面，若想要減低轉爐內的熔鋼的殘留量，由於熔渣會和熔鋼一起朝向盛鋼桶流出，因此會造成盛鋼桶內存在有較多的熔渣。其結果，會有熔渣從盛鋼桶沸溢的情形發生，或在後續步驟即2次精煉步驟中發生熔鋼的成分異常等之問題產生的疑慮。
因此，期望的是，檢測從轉爐朝向盛鋼桶流出的熔鋼流中的熔渣，並且將熔渣的流出量定量化，以將該熔渣流出量控制在轉爐的出鋼作業中所要求的範圍。
由於熔渣的放射率比熔鋼的放射率更高，因此拍攝熔鋼流後，熔渣存在的部位拍攝起來會比熔渣不存在之僅有熔鋼的部位更明亮。換言之，在拍攝熔鋼流所得到的拍攝圖像中，對應於熔渣的像素區域的濃度(灰度等級)會變得比對應於熔鋼的像素區域的濃度更大。作為利用該原理來檢測熔渣的技術，例如有專利文獻1所記載的方法。
專利文獻1是揭示下述之方法：針對拍攝熔鋼流所得到的拍攝圖像，製作以濃度(亮度)為橫軸，且以像素數為縱軸的濃度(亮度)直方圖，並利用此濃度直方圖來檢測熔渣。具體而言，在專利文獻1的上述方法中，在濃度直方圖中，像素數為最大的最大峰值點(最大峰值位置)是視為對應於熔鋼，並將考慮了最大峰值點的橫軸方向的偏差σ之濃度值(亮度值)N1以上的像素判定為熔鋼，且將對濃度值N1加上偏離(bias)值B的濃度值(亮度值)N2以上的像素判定為熔渣。
但是，本發明者們經檢討後，得知濃度直方圖中的最大峰值點不一定會對應於熔鋼，有時也會對應於熔渣。因此，總是將最大峰值點視為對應於熔鋼而決定濃度值N2之專利文獻1的上述方法，難以用較佳的精度來檢測熔渣。
在此，可想到的是，在濃度直方圖中的峰值為一個的情況下，利用熔渣的放射率與熔鋼的放射率不同(熔渣的放射率比熔鋼的放射率更高)，即可判定該峰值是對應於熔鋼或是對應於熔渣。又，可想到的是，在濃度直方圖中平滑的曲線上有二個峰值存在的情況下，也可以利用熔渣的放射率與熔鋼的放射率不同，來判定例如低溫側的峰值是對應於熔鋼，而高溫側的峰值是對應於熔渣。 但是，在拍攝熔鋼與熔渣混合存在之熔鋼流所得到的拍攝圖像之直方圖中，若觀測到複數個次峰值(Sub peak)，利用上述之方法會有困難，且會有熔渣的檢測精度降低的疑慮。 又，熔鋼流的溫度會因應於例如鋼種或出鋼作業的條件而變化100℃以上。因此，若利用固定的閾值來判定，則在熔鋼流的溫度變化的情況下，會有熔渣的檢測精度降低的疑慮。 先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利特開2006-213965號公報
發明概要 發明欲解決之課題 本發明是有鑒於上述情況而完成的發明，目的在於提供一種熔鋼流中的熔渣檢測方法，該檢測方法即使在熔鋼流的溫度變化的情況下，仍能以較佳的精度來檢測熔鋼流中的熔渣。 用以解決課題之手段
為了解決前述課題，本發明者們進行了仔細的檢討。首先，本發明者們是將在紅外光範圍中具有主感光度的熱像攝影機(Thermography，熱成像儀)作為拍攝機構使用，且對涵蓋出鋼初期、出鋼中期、及出鋼末期之各種熔鋼流進行拍攝，以得到多數個拍攝圖像。並且，針對這些拍攝圖像的每一個，製作以溫度為橫軸，且以像素數為縱軸的直方圖後，發現在例如1000~2000℃的橫軸之溫度範圍中，會有縱軸的像素數為最大值之最大峰值點存在的情況，該最大峰值點會有位於低溫側的情況，且該最大峰值點也會有位於高溫側的情況。
接著，本發明者們發現在熔鋼流中不存在有熔渣的情況或僅存在極少量的情況下，直方圖中的最大峰值點會對應於熔鋼且位於低溫側，並且發現在熔鋼流中存在有大量熔渣的情況下，直方圖中的最大峰值點會對應於熔渣且位於高溫側。但是，如前所述，由於熔鋼流的溫度會變化，因此當利用有關於溫度之固定的閾值，來判定最大峰值點是位於該固定的閾值的低溫側及高溫側的哪一個，藉此判定最大峰值點是對應於熔鋼及熔渣的哪一個時，會難以用較佳的精度來檢測熔渣。
於是，本發明者更進一步地進行了仔細的檢討。本發明者們是著眼於下述情形：在包含熔鋼及熔渣的熔鋼流的拍攝圖像中之直方圖中，在最大峰值點以外，也存在有像素數小於最大峰值點的像素數且為規定的像素數閾值(例如，最大峰值點的像素數的50%)以上的極大值即峰值點(以下稱為「中間峰值點」)。在該情況下，本發明者們發現即使熔鋼流的溫度因應於例如鋼種或出鋼作業的條件而變化，在最大峰值點對應於熔鋼的情況下，具有比最大峰值點的溫度更高的溫度之中間峰值點的個數，仍會變得比具有比最大峰值點的溫度更低的溫度之中間峰值點的個數更多。 又，本發明者們發現即使熔鋼流的溫度因應於鋼種或出鋼作業的條件而變化，在最大峰值點對應於熔渣的情況下，具有比最大峰值點的溫度更低的溫度之中間峰值點的個數，仍會變得比具有比最大峰值點的溫度更高的溫度之中間峰值點的個數更多。
再者，在上述中雖然是舉溫度為例來描述，但已知將換算成溫度前的濃度作為橫軸的直方圖也可說是相同的情形。又，關於利用在可見光範圍中具有主感光度的CCD相機來拍攝熔鋼流而得到的拍攝圖像，已知以濃度為橫軸，且以像素數為縱軸來製作的直方圖也可說是相同的情形。
根據上述的知識見解，本發明為了解決上述課題而採用以下作法。 (1)本發明的一態樣之熔鋼流中的熔渣檢測方法具有以下步驟：拍攝步驟，對從轉爐朝向盛鋼桶流出之包含熔鋼及熔渣的熔鋼流進行拍攝，以取得拍攝圖像；直方圖製作步驟，藉由對前述拍攝圖像施加圖像處理而製作直方圖，該直方圖是將濃度參數作為橫軸，且將像素數作為縱軸，其中該濃度參數是對應於構成前述拍攝圖像的各像素的濃度之參數，該像素數是具有前述濃度參數的前述像素之合計數；最大峰值點檢測步驟，針對前述直方圖，檢測前述像素數為最大值的最大峰值點；中間峰值點檢測步驟，針對前述直方圖檢測中間峰值點，該中間峰值點的前述像素數小於前述最大峰值點的像素數且為規定的像素數閾值以上的極大值；中間峰值點計數步驟，對下述之個數進行計數：具有比前述最大峰值點的前述濃度參數更大的濃度參數之前述中間峰值點的個數Nh、以及具有比前述最大峰值點的前述濃度參數更小的濃度參數之前述中間峰值點的個數Nl；及最大峰值點種類判定步驟，在前述個數Nl比前述個數Nh更大的情況下，判定前述最大峰值點是對應於前述熔渣，另一方面，在前述個數Nh比前述個數Nl更大的情況下，判定前述最大峰值點是對應於前述熔鋼。 (2)在上述(1)所記載的態樣中，也可以構成為如以下：該熔鋼流中的熔渣檢測方法更具有：第1判定步驟，在前述最大峰值點種類判定步驟中已判定前述最大峰值點是對應於前述熔渣的情況下，判定具有小於第1閾值的濃度參數之像素是對應於前述熔鋼，且判定具有前述第1閾值以上的濃度參數之像素是對應於前述熔渣，其中該第1閾值是以前述最大峰值點為基準而決定；及第2判定步驟，在前述最大峰值點種類判定步驟中已判定前述最大峰值點是對應於前述熔鋼的情況下，判定具有第2閾值以下的濃度參數之像素是對應於前述熔鋼，且判定具有比前述第2閾值更大的濃度參數之像素是對應於前述熔渣，其中該第2閾值是以前述最大峰值點為基準而決定。 (3)在上述(2)所記載的態樣中，也可以構成為如以下：前述第1閾值在前述直方圖中是以第1直線來表示，該第1直線通過前述最大峰值點且具有正的傾斜；前述第2閾值在前述直方圖中是以第2直線來表示，該第2直線通過前述最大峰值點且具有負的傾斜；前述第2直線的傾斜的絕對值比前述第1直線的傾斜的絕對值更大。 (4)在上述(3)所記載的態樣中，也可以構成為如以下：前述第1直線是下述之直線：在具有小於前述像素數閾值的前述像素數、且具有相對於前述最大峰值點的前述濃度參數更小規定值以上的濃度參數的點當中，通過前述濃度參數為最大的峰值點、及前述最大峰值點；前述第2直線的傾斜的絕對值是前述第1直線的傾斜的絕對值之1.5~2.5倍。 發明效果
根據本發明的上述各態樣，即使在熔鋼流的溫度變化的情況下，仍能夠以較佳的精度來檢測熔鋼流中的熔渣。
用以實施發明之形態 以下，參照圖式來說明本發明之一實施形態的熔鋼流中的熔渣檢測方法(以下也會簡稱為「熔渣檢測方法」)。再者，在本說明書及圖式中，對於實質上具有相同功能構成的構成要件賦予相同符号，藉此省略其等的重複說明。 首先，說明本實施形態的熔渣檢測方法中所利用的熔渣檢測裝置100的構成。
＜本實施形態的熔渣檢測裝置100的構成＞ 圖1是顯示熔渣檢測裝置100的概略構成的示意圖。再者，在圖1中，是以截面來顯示容置熔鋼M及熔渣S的轉爐3。 如圖1所示，熔渣檢測裝置100在從轉爐3往盛鋼桶4出鋼時，是用於檢測從傾斜的轉爐3之出鋼口31朝向盛鋼桶4流出的熔鋼流F中的熔渣S。熔渣檢測裝置100具備拍攝機構1及圖像處理機構2，該拍攝機構1是從大致水平方向對從轉爐3的出鋼口31朝向盛鋼桶4大致鉛直地流出的熔鋼流F進行拍攝，該圖像處理機構2是連接於該拍攝機構1。
作為拍攝機構1，可以使用例如在紅外光範圍中具有主感光度的熱像攝影機(熱成像儀)、或在可見光範圍中具有主感光度的CCD相機等。可以使用例如市售的相機，來作為該等熱像攝影機(熱成像儀)及上述CCD相機。 在本實施形態中，是使用在紅外光範圍中具有主感光度的熱像攝影機來作為拍攝機構1。再者，在如本實施形態所示地使用熱像攝影機(熱成像儀)的情況下，可以算出拍攝圖像中的像素區域的溫度或濃度(換算成溫度前的濃度)的值。另一方面，使用CCD相機的情況下，可以算出該像素區域的濃度的值。
圖像處理機構2是由例如通用的個人電腦所構成，該通用的個人電腦安裝有規定的程式，該規定的程式是用於執行後述之直方圖製作步驟ST2等。再者，圖像處理機構2具有螢幕，該螢幕是用於顯示以拍攝機構1得到的拍攝圖像。
本實施形態的熔渣檢測方法是利用熔渣檢測裝置100來執行。以下，說明本實施形態的熔渣檢測方法。
＜本實施形態的熔渣檢測方法＞ 圖2是顯示本實施形態的熔渣檢測方法的概略順序之流程圖。 本實施形態的熔渣檢測方法，是根據拍攝圖像來檢測熔鋼流F中的熔渣S的方法，該拍攝圖像是藉由拍攝機構1對從轉爐3朝向盛鋼桶4流出之包含熔鋼M及熔渣S的熔鋼流F進行拍攝而得到的拍攝圖像，盛鋼桶如圖2所示，該熔渣檢測方法具有拍攝步驟ST1、直方圖製作步驟ST2、最大峰值點檢測步驟ST3、中間峰值點檢測步驟ST4、中間峰值點計數步驟ST5、最大峰值點種類判定步驟ST6、第1判定步驟ST7、及第2判定步驟ST8。 以下，依序說明各步驟的內容。
(拍攝步驟ST1) 在拍攝步驟ST1中，是藉由拍攝機構1對從轉爐3朝向盛鋼桶4流出的熔鋼流F進行拍攝以取得拍攝圖像(參照圖1)。 在本實施形態中，是使用熱像攝影機來作為拍攝機構1，在拍攝步驟ST1中取得的拍攝圖像，是以規定的換算式將構成拍攝圖像的各像素的濃度換算成溫度。亦即，在拍攝步驟ST1中取得的拍攝圖像具有按每個像素檢測出的溫度值。
拍攝機構1的視野是設定成除了熔鋼流F還包含背景之較寬廣的視野，以避免受到熔鋼流F的流出位置及廣度的變動之影響。即使將拍攝機構1的視野設定成包含背景，由於背景的溫度比熔鋼流F的溫度更低，因此在後述之最大峰值點檢測步驟ST3中，仍可以識別對應於熔鋼流F的像素區域及對應於背景的像素區域。再者，也可以事先將拍攝機構1的視野狹窄地調整成只拍攝熔鋼流F。但是，熔鋼流F的流出位置及廣度一般會因應於轉爐3的傾斜角度等(因應於出鋼口31的位置等)，而在某個程度上變動。因此，在出鋼初期、出鋼中期、及出鋼末期的任一者中將拍攝機構1的視野調整成只拍攝熔鋼流F，都會有作業上的麻煩。從而，拍攝機構1的視野較理想的是設定成也包含背景之較寬廣的視野。
拍攝機構1的拍攝時間點並沒有特別限定，為了提高檢測熔渣S的時間解析度，較理想的是按設定於拍攝機構1的每個掃描週期(幀率(frame rate)的倒數)來連續地拍攝。 藉由拍攝機構1得到的拍攝圖像會被儲存在圖像處理機構2。
(直方圖製作步驟ST2) 在直方圖製作步驟ST2中，圖像處理機構2是藉由對拍攝步驟ST1中取得的拍攝圖像施加圖像處理而製作直方圖，該直方圖是將濃度參數作為橫軸，且將像素數作為縱軸，其中該濃度參數是對應於構成拍攝圖像的各像素的濃度之參數，該像素數是具有該濃度參數的像素之合計數。直方圖可以是按每1張拍攝圖像來製作，也可以是就連續的複數張拍攝圖像平均化後的平均圖像來製作。再者，在使用該平均圖像的情況下，較理想的是將像素區域的長度L除以熔鋼流F的速度V所得到的時間(=L/V)內之連續的複數張拍攝圖像平均化，其中該像素區域的長度L是對應於拍攝機構1的視野內的熔鋼流F。 作為上述之濃度參數，除了濃度本身還可例示溫度。如本實施形態所示地，在拍攝機構1為熱像攝影機的情況下，可製作橫軸為溫度或濃度(換算成溫度前的濃度)的直方圖。另一方面，在拍攝機構1為CCD相機的情況下，可製作橫軸為濃度的直方圖。
在此，本說明書中的「濃度」是指例如256階調的圖像之明暗(亦即圖像上的亮度)。並且，該濃度與熔鋼流中的熱放射亮度的關係是線性的關係。
由於如上所述在本實施形態中是使用熱像攝影機來作為拍攝機構1，因此是使用溫度來作為上述之濃度參數(亦即，在本實施形態中，直方圖的橫軸為溫度)。 在本實施形態中，如前所述，拍攝機構1的視野是設定成除了熔鋼流F還包含背景。因此，在直方圖的製作時，圖像處理機構2是將拍攝圖像中具有規定閾值(例如，1000℃)以上的溫度之像素區域判定為對應於熔鋼流F的像素區域，且以該像素區域為對象來製作直方圖(亦即，橫軸即溫度小於前述規定閾值之像素區域，並不作為直方圖製作的對象)。藉此，就可以避免背景對直方圖造成的影響(對應於背景的像素數不會成為最大值)。 再者，圖像處理機構2亦可針對也包含對應於背景的像素區域之拍攝圖像整體來製作直方圖，再從後述之最大峰值點檢測步驟ST3中的最大峰值點的檢測範圍，排除小於規定閾值(例如，1000℃)的溫度，藉此來避免背景的影響。
圖3A是顯示拍攝步驟ST1中所取得的拍攝圖像之一例的圖。具體而言，圖3A是平均圖像的一例(拍攝圖像的解析度為約3cm/像素)，該平均圖像是對按拍攝機構1的每個掃描週期而連續地取得的5張拍攝圖像進行平均化的平均圖像。在圖3A中，只針對對應於拍攝圖像(平均圖像)中的熔鋼流F之像素區域、及對應於位於其附近的背景之像素區域，局部地裁切並顯示。亦即，實際取得的拍攝圖像之紙面左右方向的像素區域，比起圖3A及圖5A所示的拍攝圖像的像素區域更加寬廣。 又，圖3A所示的拍攝圖像為了圖式的方便是成為黑白顯示，但在實際上，在圖像處理機構2所具備的螢幕中，會因應於各像素的溫度而附加不同的顏色來顯示。亦即，由於對應於熔鋼流F的像素區域的溫度，比對應於背景的像素區域的溫度更高，因此在拍攝步驟ST1中得到的實際拍攝圖像中，會附加上對應於該較高的溫度的顏色。 又，在對應於熔鋼流F的像素區域當中，在圖3A中以粗虛線包圍、且被認為存在有熔渣S的像素區域(具體而言為在後述之第1判定步驟ST7中判定為對應於熔渣S的像素區域)的溫度(外觀的溫度)，是變得比其他像素區域(實質上只存在有熔鋼M的像素區域)的溫度(外觀的溫度)更高，且附加上對應於該較高的溫度的顏色。 再者，可想到的是，在從轉爐3排出的熔鋼流F中，對應於存在有熔渣S的像素區域之部位的實際之溫度(實際溫度)、及對應於實質上只存在有熔鋼M的像素區域之部位的實際之溫度(實際溫度)是同等的值。但是，由於熔渣S的放射率比熔鋼M的放射率更高(和熔鋼的放射率相比，熔渣的放射率大概是1.5倍左右)，且一般是將拍攝機構1中的放射率之設定設成對任一像素都是相同的，因此如前所述，在取得的拍攝圖像中，存在有熔渣S的像素區域的溫度會被測定為比實質上只存在有熔鋼M的像素區域的溫度更高。關於後述之圖5A也是同樣的。 圖3B是顯示針對圖3A所示的拍攝圖像(平均圖像)製作的直方圖之圖。在圖3B的直方圖的製作時，為了避免背景的影響，是將橫軸的溫度範圍設為規定的閾值(1000℃)以上(但是，針對在像素數的分布中觀察不到特徵之小於1400℃的部分則省略圖示)，並以10℃間距來區分橫軸，且將縱軸設為具有各區分的溫度之像素數。
(最大峰值點檢測步驟ST3) 在最大峰值點檢測步驟ST3中，圖像處理機構2是針對直方圖製作步驟ST2中已製作的直方圖，檢測像素數為最大值的最大峰值點。在圖3B所示的直方圖中，以符號P1顯示的點為最大峰值點。
(中間峰值點檢測步驟ST4) 在中間峰值點檢測步驟ST4中，圖像處理機構2是針對直方圖製作步驟ST2中已製作的直方圖檢測中間峰值點，該中間峰值點的像素數小於最大峰值點P1的像素數且為規定的像素數閾值Th以上的極大值。如圖3B所示，像素數閾值Th是設定成最大峰值點P1的像素數的50%。在圖3B所示的直方圖中，以符號P2顯示的點為中間峰值點。
再者，規定的像素數閾值Th並沒有特別限定，較理想的是將例如最大峰值點P1之像素數的50%設為Th，才不會選到如1200℃~1300℃這些被認為是背景的溫度區域之峰值。
(中間峰值點計數步驟ST5) 在中間峰值點計數步驟ST5中，圖像處理機構2是對下述之個數分別進行計數：在已檢測的中間峰值點P2當中，具有比最大峰值點P1的溫度更高的溫度之中間峰值點P2的個數Nh、及具有比最大峰值點P1的溫度更低的溫度之中間峰值點P2的個數Nl。在圖3B中，Nh=1，Nl=6。
(最大峰值點種類判定步驟ST6) 在最大峰值點種類判定步驟ST6中，圖像處理機構2在個數Nh＜個數Nl的情況下(個數Nl比個數Nh更大的情況)，會判定最大峰值點P1是對應於熔鋼流F中存在的熔渣S，另一方面，在個數Nh＞個數Nl的情況下(個數Nh比個數Nl更大的情況)，會判定最大峰值點P1是對應於熔鋼流F中存在的熔鋼M。在圖3B中，由於Nh=1，Nl=6，因此會成為Nh＜Nl，而判定最大峰值點P1是對應於熔鋼流F中存在的熔渣S。
(第1判定步驟ST7) 在最大峰值點種類判定步驟ST6中，當已判定最大峰值點P1是對應於熔鋼流F中存在的熔渣S時，圖像處理機構2會執行第1判定步驟ST7。亦即，會針對圖3B的直方圖來執行第1判定步驟ST7。 在第1判定步驟ST7中，圖像處理機構2是進行以下判定：在構成拍攝圖像的各像素當中，具有小於第1閾值的溫度的像素是對應於熔鋼流F中存在的熔鋼M，且具有第1閾值以上的溫度的像素是對應於熔鋼流F中存在的熔渣S，其中該第1閾值是以最大峰值點P1為基準而決定。以下，適當參照圖4來更具體地說明。
圖4是用於說明第1判定步驟ST7中所決定的第1閾值之圖。再者，圖4所示的直方圖和圖3B所示的直方圖是相同的。 如圖4所示，在直方圖製作步驟ST2所製作的直方圖中，第1閾值是以第1直線L1來表示，該第1直線L1通過最大峰值點P1且具有正的傾斜。具體而言，第1直線L1是通過圖4所示的點P3及最大峰值點P1的直線。在具有小於像素數閾值Th的像素數、且具有比最大峰值點P1的溫度更低規定值TD(例如50℃)以上的溫度的點當中，點P3是具有最高溫度的峰值點。(亦即，在具有小於規定的像素數閾值Th的像素數、且具有比最大峰值點P1的溫度更低規定值TD以上的溫度的點並成為極大值的點當中，點P3是具有最高溫度的點)。 在此，在將具有更低規定值TD以上的溫度的點當中具有最高溫度的點作為判斷對象，來判斷是否為峰值點的情況下，是關注於連結該點及相鄰於該點的低溫側的點之線的梯度，若該線為正的傾斜(該線為向右上升的線)，則將該判斷對象的點視為點P3。 再者，本實施形態的熔渣檢測方法特別可較佳地應用於以下熔鋼流：在直方圖中，超過規定的像素數閾值Th的峰值較多的熔鋼流。又，無論有無設定規定的像素數閾值Th，特別可較佳地應用於最大峰值點P1的像素數的50%以上之峰值有例如3點以上的熔鋼流。像這樣的峰值特徵會依據精煉中的熔鋼與熔渣的混合狀況來決定。 上述之第1閾值(第1直線L1)，若將橫軸的溫度作為X，且將縱軸的像素數作為Y，則可由以下之式(1)來表示。 Y=aX＋b ・・・(1) 但是，a為正的常數，且b為常數。這些常數是由第1直線L1通過點P3及最大峰值點P1來決定。
規定值TD並沒有特別限定，例如為50℃。在經驗上，最大峰值點±50℃以內的範圍大多不會成為裙狀分布的底部。因此，較理想的是，例如將規定值TD設定為50℃，藉此以已去除裙狀分布的底部之峰值來決定第1閾值。
如前所述，圖像處理機構2是判定具有小於第1閾值的溫度的像素是對應於熔鋼流F中存在的熔鋼M。亦即，判定滿足Y＞aX＋b的像素是對應於熔鋼流F中存在的熔鋼M。 另一方面，圖像處理機構2是判定具有第1閾值以上的溫度的像素是對應於熔鋼流F中存在的熔渣S。亦即，判定滿足Y≦aX＋b的像素(在圖4中位於施加有陰影線的區域之像素)是對應於熔鋼流F中存在的熔渣S。
(第2判定步驟ST8) 在最大峰值點種類判定步驟ST6中已判定最大峰值點P1是對應於熔鋼流F中存在的熔鋼M之情況下，圖像處理機構2會執行第2判定步驟ST8。 圖5A是顯示拍攝步驟ST1中所取得的拍攝圖像之一例，且與圖3A不同的例子之圖。具體而言，圖5A顯示平均圖像的其他例，該平均圖像是對按拍攝機構1的每個掃描週期而連續地取得的5張拍攝圖像進行平均化的平均圖像。 圖5B是顯示針對圖5A所示的拍攝圖像(平均圖像)製作的直方圖之圖。針對圖5B的直方圖，在中間峰值點計數步驟ST5中，圖像處理機構2計數出具有比最大峰值點P1的溫度更高的溫度之中間峰值點P2的個數Nh=5，且具有比最大峰值點P1的溫度更低的溫度之中間峰值點P2的個數Nl=0。從而，在之後的最大峰值點種類判定步驟ST6中，由於個數Nh＞個數Nl，因此圖像處理機構2會判定最大峰值點P1是對應於熔鋼流F中存在的熔鋼M。 藉由在最大峰值點種類判定步驟ST6中完成該判定，圖像處理機構2即執行第2判定步驟ST8。在第2判定步驟ST8中，圖像處理機構2是進行以下判定：在構成拍攝圖像的各像素當中，具有第2閾值以下的溫度的像素是對應於熔鋼流F中存在的熔鋼M，且具有比第2閾值更高的溫度的像素是對應於熔鋼流F中存在的熔渣S，其中該第2閾值是以最大峰值點P1為基準而決定。以下，適當參照圖6來更具體地說明。
圖6是用於說明第2判定步驟ST8中所決定的第2閾值之圖。再者，圖6所示的直方圖和圖5B所示的直方圖是相同的。 如圖6所示，第2閾值是以第2直線L2來表示，該第2直線L2通過最大峰值點P1且具有負的傾斜。並且，第2直線L2的傾斜的絕對值比第1直線L1的傾斜的絕對值更大(較理想的是，第2直線L2的傾斜的絕對值是第1直線L1的傾斜的絕對值之1.5~2.5倍)。第1直線L1是通過圖6所示的點P3及最大峰值點P1的直線。再者，由於點P3和相鄰於低溫側的點之間的線的梯度為正，因此和圖4同樣地，在具有小於像素數閾值Th的像素數、且具有比最大峰值點P1的溫度更低規定值TD(例如50℃)以上的點當中，點P3是具有最高溫度的峰值點。
如前所述，若將橫軸的溫度作為X，且將縱軸的像素數作為Y，則第1直線L1可由以下之式(1)來表示。 Y=aX＋b ・・・(1) 但是，a為正的常數，且b為常數。這些常數是由第1直線L1通過點P3及最大峰值點P1來決定。
另一方面，若將例如第2直線L2傾斜的絕對值設定成第1直線L1傾斜a的絕對值之2倍，則第2直線L2可由以下之式(2)來表示。 Y=-2aX＋c ・・・(2) 但是，a為正的常數，且c為常數。並且，a是由第1直線L1來決定，c是由第2直線通過最大峰值點P1來決定。
如前所述，圖像處理機構2是判定具有第2閾值以下的溫度的像素是對應於熔鋼流F中存在的熔鋼M。亦即，例如，在圖6所示的直方圖中，判定滿足Y≦-2aX＋c的像素是對應於熔鋼流F中存在的熔鋼M。 另一方面，圖像處理機構2是判定具有比第2閾值更高的溫度的像素是對應於熔鋼流F中存在的熔渣S。亦即，例如，在圖6所示的直方圖中，判定滿足Y＞-2aX＋c的像素(在圖6中位於施加有陰影線的區域之像素)是對應於熔鋼流F中存在的熔渣S。
根據以上所說明之本實施形態的熔渣檢測方法，即可根據已取得的拍攝圖像之直方圖的中間峰值點的個數Nh及Nl的大小關係，來判定該直方圖的最大峰值點的種類。亦即，由於不是使用固定的閾值來判定最大峰值點的種類，因此即使在熔鋼流F的溫度變化的情況下，仍能夠以較佳的精度來判定最大峰值點P1是對應於熔鋼M或熔渣S的哪一個。
再者，本實施形態的熔渣檢測方法，是以個數Nh及個數Nl彼此不同的情況(Nh≠Nl)為前提。亦即，在個數Nh及個數Nl彼此相等的情況下(Nh＝Nl)，藉由上述之方法則無法判定最大峰值點的種類。 因此，在中間峰值點計數步驟ST5中計數的個數Nh及個數Nl彼此相等的情況下，藉由例如以下所示的方法(i)或(ii)，來判定最大峰值點P1是對應於熔鋼M或熔渣S的哪一個。 (i)根據熔鋼流的實際溫度及放射率，分別推定最大峰值點P1對應於熔鋼M時的溫度、及最大峰值點P1對應於熔渣S時的溫度，且藉由作為判定對象的直方圖之最大峰值點P1的溫度是接近於這些溫度的哪一個，來判定最大峰值點的種類。 (ii)根據可推定轉爐3內的熔渣量及熔鋼量、且可以幾何學的方式推定讓轉爐3傾斜到何種程度會使以熔鋼M為主體的熔鋼流F流出的方法，而從熔鋼流F的流出時間，判定最大峰值點P1是對應於熔鋼M或熔渣S的哪一個。
又，根據本實施形態的熔渣檢測方法，在第1判定步驟ST7或第2判定步驟ST8中，可算出對應於熔鋼流F中存在的熔渣S之像素數(面積)、及對應於熔鋼流F中存在的熔鋼M之像素數(面積)。因此，可以求出例如熔鋼流F中的熔渣S之面積比率、及熔鋼流F中的熔渣S之體積比率。若進一步地利用熔鋼M及熔渣S的比重，就可以算出熔鋼流F中的熔渣S之質量比率，且可以從出鋼時之轉爐3的傾斜角度來推定熔鋼流F的流量。因此，利用熔渣S的質量比率與熔鋼流F的流量，就可以推定熔渣S的流出量(流量)，且可以將該熔渣S的流出量控制在轉爐3的出鋼作業中所要求的範圍。 具體而言，根據本實施形態的熔渣檢測方法，即可進行下述之控制：在熔渣S的流出量等(流出量、像素數、面積、及體積等)成為比零更大的情況下結束出鋼作業，或者在熔渣S的流出量等成為比事先規定的規定值更大的情況下結束出鋼作業，或者在熔渣S的流出量等相對於熔鋼M的流出量等的比率成為比規定值更大的情況下結束出鋼作業等。　 [實施例]
接下來，說明為了確認本發明的作用效果而進行的實施例。
使用圖3A所示的拍攝圖像來作為評價對象，比較本實施形態的熔渣檢測方法、及專利文獻1所記載的熔渣檢測方法。 具體而言，在本實施形態的熔渣檢測方法中，如前所述，針對依圖3A所示的拍攝圖像而製作的圖3B所示的直方圖，判定最大峰值點P1是對應於熔鋼流F中存在的熔渣S。並且，如圖4所示，藉由以式(1)表示的第1直線L1，來判定位於施加有陰影線的區域之像素是對應於熔渣S。 在圖4所示的例子中，判定139個像素對應於熔渣S。
另一方面，若利用專利文獻1所記載的熔渣檢測方法，則圖3B所示的直方圖中的最大峰值點P1會被視為對應於熔鋼流F中存在的熔鋼M。如前所述，在專利文獻1所記載的熔渣檢測方法中，是將也考慮了最大峰值點P1的橫軸方向的偏差σ之濃度值N1以上的像素判定為熔鋼M，且將對濃度值N1加上偏離值B的濃度值N2以上的像素判定為熔渣S。若將濃度值置換為溫度，在專利文獻1所記載的熔渣檢測方法中，是將也考慮了最大峰值點P1的橫軸方向的偏差σ之溫度N1以上的像素判定為熔鋼M，且將對溫度N1加上偏離值B的溫度N2以上的像素判定為熔渣S。在此，由於在專利文獻1所記載的熔渣檢測方法中是將最大峰值點P1視為對應於熔鋼M，因此將偏離值B設定成2σ以上(亦即，將溫度N2設定成最大峰值點P1的溫度+σ以上)較為妥當，其中該偏離值B是用於區別對應於熔鋼M的像素及對應於熔渣S的像素。在本評價中，是將熔渣S的檢測誤差成為最小的最小值2σ作為偏離值B使用。又，將σ設定成：在圖3B所示的直方圖中，假設最大峰值點P1的溫度以上的像素數分布為常態分布，則從最大峰值點P1的溫度至溫度N2(最大峰值點P1的溫度+σ)的像素數之和，除以最大峰值點P1的溫度以上的像素數之和的值，會成為約68%。
圖7A及圖7B是用於說明專利文獻1所記載的熔渣檢測方法之圖。圖7A顯示直方圖，圖7B顯示拍攝圖像(平均圖像)。圖7A所示的直方圖和圖3B或圖4所示的直方圖是相同的。圖7B所示的拍攝圖像和圖3A所示的拍攝圖像是相同的。根據專利文獻1所記載的熔渣檢測方法，是判定在圖7A中位於施加有陰影線的區域之像素是對應於熔渣S。具體而言，是判定在圖7B中位於粗虛線包圍的像素區域之18個像素是對應於熔渣S。
圖8是顯示在圖3A所示的拍攝圖像中，藉由差分處理來提取被認為存在有熔渣S的像素區域之結果的圖。再者，圖8(a)顯示和圖3A相同的拍攝圖像，圖8(b)顯示出鋼初期實質上只存在有熔鋼M的熔鋼流的拍攝圖像，圖8(c)顯示圖8(a)所示的拍攝圖像與圖8(b)所示的拍攝圖像之差分圖像。 圖8為了圖示的方便是成為黑白顯示，在圖8(c)所示的差分圖像中，比對應於背景的像素區域更高溫的像素區域(附加有和對應於背景的像素區域的顏色(綠色)不同的顏色(黃色、紅色)之像素區域)，溫度是從其中心朝向周邊降低，且，從伴隨著熔鋼流F的落下而縱向延伸的形態來考量，該像素區域是被認為存在有熔渣S的像素區域。對該溫度較高的像素區域(附加有黃色、紅色的像素區域)的像素數進行計數後，為111個像素數。
從而，若將藉由上述之差分圖像來評價的111個設為對應於熔渣S的像素數之真實數值，則在本實施形態的熔渣檢測方法中，誤差為真實數值的+25.2%((139-111)/111×100＝25.2)，相對於此，在專利文獻1所記載的熔渣檢測方法中，誤差為真實數值的-83.8%((18-111)/111×100＝-83.8)。因此，可以說和專利文獻1所記載的熔渣檢測方法相比，根據本實施形態的熔渣檢測方法，能夠以較佳的精度來檢測熔鋼流F中的熔渣S。這點從視覺上也可清楚得知：圖3A所示的粗虛線和圖7B所示的粗虛線相比，更接近於圖8(c)所示之被認為存在有熔渣S的像素區域的輪廓。
再者，若將藉由差分圖像來評價之對應於熔渣S的像素數換算為面積(實際尺寸)，則1像素的面積約為9cm2 ，故成為9×111＝999cm2 。若單純地將此換算為體積(假設熔渣S在拍攝機構1之視軸方向的尺寸和在拍攝機構1之視野面中的尺寸為相同而換算)，則成為(999)3/2 ＝31575cm3 ＝31575×10-6 m3 。從而，若將熔渣S的比重設為2×10-3 m3 /kg，則熔渣S的質量會成為(31575×10-6 )/(2×10-3 )＝16kg。 同樣地，若將以本實施形態的熔渣檢測方法檢測的熔渣S換算為質量，則成為22kg(真實數值的137.5%)，若將以專利文獻1所記載的熔渣檢測方法檢測的熔渣S換算為質量，則成為1kg(真實數值的6.3%)。亦即，根據本實施形態的熔渣檢測方法，在質量上為+37.5%的誤差，和產生-93.7%的誤差之專利文獻1所記載的方法相比，可以說能夠以較佳的精度來檢測熔鋼流F中的熔渣S。
以上，雖然說明了本發明的實施形態，但上述實施形態只是作為例子來提示的實施形態，本發明的範圍並不僅限定於上述實施形態。上述實施形態能夠以其他各種的形態來實施，在不脫離發明的主旨之範圍內，可以進行各種省略、置換、及變更。上述實施形態或其變形是包含在發明的範圍或主旨中，且同樣地也包含在申請專利範圍所記載的發明及其均等的範圍內。
例如，在上述實施形態中，顯示了以通過最大峰值點P1且具有正的傾斜之第1直線L1來表示第1閾值的情況。有關於閾值的決定方法，從以更高精度來檢測熔渣的觀點來看，較理想的是，針對熔鋼及熔渣的峰值分別以高斯分布等來進行比對(fitting)再決定。但是，藉由像這樣的方法，計算時間會變長，在工業上並不理想。因此，藉由以直線來表示第1閾值，即可更簡易地決定閾值。
又，第1閾值及第2閾值並不限定於以第1直線L1及第2直線L2來表示的情況。例如，第1閾值及第2閾值也可以由正交於橫軸的直線(傾斜為無限大的直線)來表示，該直線是已考慮最大峰值點的橫軸方向的偏差之直線。
1‧‧‧拍攝機構
2‧‧‧圖像處理機構
3‧‧‧轉爐
4‧‧‧盛鋼桶
31‧‧‧出鋼口
100‧‧‧熔渣檢測裝置
B‧‧‧偏離值
F‧‧‧熔鋼流
L1‧‧‧第1直線
L2‧‧‧第2直線
M‧‧‧熔鋼
N1、N2‧‧‧溫度
P1‧‧‧最大峰值點
P2‧‧‧中間峰值點
P3‧‧‧點
S‧‧‧熔渣
ST1~ST8‧‧‧步驟
TD‧‧‧規定值
Th‧‧‧像素數閾值
σ‧‧‧偏差
圖1是顯示本發明之一實施形態的熔渣檢測方法中所利用的熔渣檢測裝置之概略構成的示意圖。 圖2是顯示上述熔渣檢測方法的概略順序之流程圖。 圖3A是顯示圖2所示的拍攝步驟ST1中所取得的拍攝圖像之一例的圖。 圖3B是顯示在圖2所示的直方圖製作步驟ST2中，根據圖3A的拍攝圖像而製作的直方圖之圖。 圖4是用於說明圖2所示的第1判定步驟ST7中所決定的第1閾值之圖。 圖5A是顯示圖2所示的拍攝步驟ST1中所取得的拍攝圖像之一例，且與圖3A不同的例子之圖。 圖5B是顯示在圖2所示的直方圖製作步驟ST2中，根據圖5A的拍攝圖像而製作的直方圖之圖。 圖6是用於說明圖2所示的第2判定步驟ST8中所決定的第2閾值之圖。 圖7A是用於說明專利文獻1所記載的熔渣檢測方法之圖。 圖7B是顯示用於製作圖7A之直方圖的拍攝圖像之圖。 圖8是顯示藉由差分處理來提取圖3A所示的拍攝圖像中熔渣S存在的像素區域之結果的圖。

Claims (4)

  1. 一種熔鋼流中的熔渣檢測方法，其特徵在於： 具有： 拍攝步驟，對從轉爐朝向盛鋼桶流出之包含熔鋼及熔渣的熔鋼流進行拍攝，以取得拍攝圖像； 直方圖製作步驟，藉由對前述拍攝圖像施加圖像處理而製作直方圖，該直方圖是將濃度參數作為橫軸，且將像素數作為縱軸，其中該濃度參數是對應於構成前述拍攝圖像的各像素的濃度之參數，該像素數是具有前述濃度參數的前述像素之合計數； 最大峰值點檢測步驟，針對前述直方圖，檢測前述像素數為最大值的最大峰值點； 中間峰值點檢測步驟，針對前述直方圖檢測中間峰值點，該中間峰值點的前述像素數小於前述最大峰值點的像素數且為規定的像素數閾值以上的極大值； 中間峰值點計數步驟，對下述之個數進行計數：具有比前述最大峰值點的前述濃度參數更大的濃度參數之前述中間峰值點的個數Nh、以及具有比前述最大峰值點的前述濃度參數更小的濃度參數之前述中間峰值點的個數Nl；及 最大峰值點種類判定步驟，在前述個數Nl比前述個數Nh更大的情況下，判定前述最大峰值點是對應於前述熔渣，另一方面，在前述個數Nh比前述個數Nl更大的情況下，判定前述最大峰值點是對應於前述熔鋼。
  2. 如請求項1之熔鋼流中的熔渣檢測方法，其更具有： 第1判定步驟，在前述最大峰值點種類判定步驟中已判定前述最大峰值點是對應於前述熔渣的情況下，判定具有小於第1閾值的濃度參數之像素是對應於前述熔鋼，且判定具有前述第1閾值以上的濃度參數之像素是對應於前述熔渣，其中該第1閾值是以前述最大峰值點為基準而決定；及 第2判定步驟，在前述最大峰值點種類判定步驟中已判定前述最大峰值點是對應於前述熔鋼的情況下，判定具有第2閾值以下的濃度參數之像素是對應於前述熔鋼，且判定具有比前述第2閾值更大的濃度參數之像素是對應於前述熔渣，其中該第2閾值是以前述最大峰值點為基準而決定。
  3. 如請求項2之熔鋼流中的熔渣檢測方法，其中前述第1閾值在前述直方圖中是以第1直線來表示，該第1直線通過前述最大峰值點且具有正的傾斜， 前述第2閾值在前述直方圖中是以第2直線來表示，該第2直線通過前述最大峰值點且具有負的傾斜， 前述第2直線的傾斜的絕對值比前述第1直線的傾斜的絕對值更大。
  4. 如請求項3之熔鋼流中的熔渣檢測方法，其中前述第1直線是下述之直線：在具有小於前述像素數閾值的前述像素數、且具有相對於前述最大峰值點的前述濃度參數更小規定值以上的濃度參數的點當中，通過前述濃度參數為最大的峰值點、及前述最大峰值點， 前述第2直線的傾斜的絕對值是前述第1直線的傾斜的絕對值之1.5~2.5倍。
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