TWI657880B - 熔融金屬表面之熔渣體積評估方法 - Google Patents

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Abstract

此熔融金屬表面之熔渣體積評估方法具有：準備步驟，測定容器內之浮出於熔融金屬的表面且彼此厚度不同的複數個熔渣的厚度，並且計算於前述容器內之熔液面的攝像圖像中與前述複數個熔渣相對應的像素區域之濃度上具有相關性的濃度參數之值，藉此來事先計算顯示熔渣的厚度與前述濃度參數之對應關係的近似曲線；及熔渣體積計算步驟，根據構成攝像圖像的各像素之前述濃度參數之值、以及前述近似曲線，而按前述每個像素來計算熔渣的厚度並進行累計，藉此計算熔渣的體積，其中該攝像圖像是對設為評估對象的熔液面進行拍攝而得到的攝像圖像。

Description

熔融金屬表面之熔渣體積評估方法
發明領域 本發明是有關於一種熔融金屬表面之熔渣體積評估方法。 本發明依據已於2016年12月6日於日本提出申請的特願2016-236936號而主張優先權，並在此引用其内容。
發明背景 於收容於容器內的熔融金屬的表面會有熔渣浮出，其中該熔融金屬是從高爐取出到熔鐵鍋的熔鐵、或從轉爐取出到盛鋼桶的熔鋼等。在熔鐵鍋內所收容的熔鐵液的表面浮出之熔渣，會有讓其在後續步驟即轉爐步驟中產生成分偏離的疑慮。又，在盛鋼桶內所收容的熔鋼的表面浮出之熔渣，也會有讓其在後續步驟即2次精煉步驟中產生成分偏離的疑慮。像這樣，由於在容器內所收容的熔融金屬的表面浮出之熔渣，會有在後續步驟帶來有害的作用之疑慮，因此一般在將熔融金屬送到後續步驟之前，會進行排渣作業，該排渣作業是利用將熔渣刮出到容器外的排渣機來去除熔渣。
因應於熔融金屬的種類等，有必須進行從容器完全地去除熔渣的排渣作業(完全排渣)之情況、及部分地去除熔渣並將一部分的熔渣留在容器內的排渣作業(部分排渣)之情況。一般來說，將熔渣刮出之時，由於不僅將熔渣刮出，也將熔融金屬部分地刮出，因此若熔渣的刮出量越多，被刮出的熔融金屬的量也會變多。因此，相較於完全排渣，部分排渣具有能夠減低熔融金屬的損失並提高成品率的優點。但是，由於在部分排渣的情況下，若熔渣超出必要地殘留在容器內時，如前所述，會有在後續步驟中帶來有害的作用的疑慮，因此必須例如求出排渣率等來正確地掌握殘留在容器內的熔渣之量。
在此，作為以往技術，有由從上方來看容器的情況下之熔渣面積來求出排渣率的方法。但是，若刮出容器內的一部分的熔渣，會有例如下述之情況：殘留的熔渣之上部崩塌而掉落到熔液面，且產生看起來如熔渣在熔液面上擴散的現象。在此情況下，若以上述以往技術的方法來求出排渣率，會成為即便已將熔渣刮出，排渣率並末增加的結果。亦即，常會有熔渣面積與排渣率未能形成相關的情況，因而在上述以往技術的方法下要正確地掌握殘留在容器內的熔渣量是困難的。
又，在專利文獻1中已揭示有下述方法：從藉由設置在熔融金屬容器附近的攝像裝置拍攝熔融金屬容器內的熔液面而得到的圖像資料中求出亮度直方圖(brightness histogram)，並由此亮度直方圖的型式(pattern)來判斷是熔渣刮出的前期、中期、後期的哪一期，且藉按這些時期的每一個的亮度直方圖峰值位置來求出熔渣判斷閾值，並以已設定的閾值來將亮度2值化，以識別熔渣與熔融金屬。 可考慮為：根據專利文獻1的上述方法，相較於將用於識別熔渣與熔融金屬的閾值固定的情況，可以較正確地識別熔渣與熔融金屬。因此，可考慮為：根據專利文獻1的上述方法，可在某種程度上正確地算出熔液面上的熔渣之量。
但是，實際的熔渣是有厚度的，且可考慮的是在熔渣的排渣作業的過程中，熔渣的厚度會逐漸地減少。尤其在部分排渣的情況下，必須正確地掌握殘留在容器內的熔渣之量，但是由於在專利文獻1的上述方法中，並未評估熔渣的厚度，因此要正確地掌握殘留在容器內的熔渣之量是困難的。又，在專利文獻1的上述方法中，在算出上述熔渣之量上變得需要較多的步驟，要迅速地掌握上述熔渣之量是困難的。 先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利特開2003-19553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作成的發明，其目的在於提供一種熔融金屬表面之熔渣體積評估方法，該評估方法可更正確且迅速地評估在容器內的熔融金屬的表面浮出之熔渣的體積。 用以解決課題之手段
本發明之發明人們所注意到的是：在容器內的熔融金屬的表面浮出且接觸到大氣而冷卻並凝固了的熔渣吸收從該熔融金屬藉由熱輻射而發射的輻射光之情形、以及因應於熔渣的厚度而使該輻射光的吸收程度不同之情形。並且，發現了下述作法：只要以厚度不同的複數個熔渣浮出於熔融金屬的表面的狀態來對熔液面進行拍攝，並事先算出熔渣的厚度與濃度(亮度)的關係，就可以根據設為評估對象的熔液面之攝像圖像來計算熔渣的體積。
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融金屬表面之熔渣體積評估方法，是根據容器內之熔液面的攝像圖像來評估在前述容器內所收容的熔融金屬的表面浮出之熔渣的體積之方法，並具有下述步驟： 準備步驟，測定浮出於前述熔融金屬的表面且彼此厚度不同的複數個熔渣之厚度，並且計算前述複數個熔渣浮出於前述熔融金屬的表面的狀態下，於前述容器內的熔液面進行拍攝而得到的攝像圖像中，與前述複數個熔渣相對應的像素區域之濃度上具有相關性的濃度參數之值，藉此來計算顯示熔渣的厚度與前述濃度參數的對應關係之近似曲線； 攝像步驟，對設為評估對象的熔液面進行拍攝；及 熔渣體積計算步驟，根據構成前述攝像步驟中所得到的攝像圖像之各像素的前述濃度參數之值、以及在前述準備步驟中所計算出的前述近似曲線，按構成前述攝像步驟中所得到的攝像圖像的每個像素，來計算熔渣的厚度，並對前述已計算出的每個像素之熔渣的厚度進行累計，藉此計算熔渣的體積。 (2)在上述(1)記載的態樣中，也可以構成如以下：更具有：排渣步驟，對前述容器內的熔渣進行排渣；及熔渣殘留率計算步驟，計算前述容器內的熔渣之殘留率， 並在前述攝像步驟中，對前述排渣步驟前的前述容器內的熔液面、以及前述排渣步驟後的前述容器內的熔液面進行拍攝，且在前述熔渣體積計算步驟中，計算前述排渣步驟前的前述容器內的熔渣之體積、以及前述排渣步驟後的前述容器內的熔渣之體積，而在前述熔渣殘留率計算步驟中，將前述排渣步驟後的前述容器內的熔渣之體積，除以前述排渣步驟前的前述容器內的熔渣之體積，以計算前述容器內的熔渣之殘留率。 發明效果
根據本發明的上述各態樣，可以更正確且迅速地評估在容器內的熔融金屬的表面浮出之熔渣的體積。
用以實施發明之形態 以下，一邊參照圖式，一邊針對本發明之一實施形態的熔融金屬表面之熔渣體積評估方法(以下，也簡稱為「熔渣體積評估方法」)來說明。再者，在本說明書及圖式中，對於實質上具有相同的功能構成的構成要素會賦予相同符号，並藉此省略其等的重複說明。 首先，針對於本實施形態的熔渣體積評估方法中所用的熔渣體積評估裝置的構成來說明。
圖1是顯示於本實施形態之熔渣體積評估方法中所用的熔渣體積評估裝置100之概要構成的示意圖。再者，在圖1中，是以截面來顯示收容熔融金屬M的容器4。 如圖1所示，熔渣體積評估裝置100是在利用排渣機5來將浮出於熔融金屬M的表面的熔渣S刮出至容器4外的排渣作業中使用，其中該熔融金屬M是收容於傾斜的熔鐵鍋等之容器4內的熔鐵等，該排渣機5具有刮板51及支臂52。
收容於容器4內的熔融金屬M是例如溫度為1200℃~1400℃，且藉由熱輻射而發光(亦即，熔融金屬M是藉由熱輻射而自發光)。另一方面，在容器4內所收容的熔融金屬M的表面浮出之熔渣S，會因接觸到大氣而冷卻且表面附近會凝固，實質上並未自發光，而是遮蔽熔融金屬的發光。
熔渣體積評估裝置100具備有：第1攝像機構1，從鉛直方向上方來對容器4內的熔液面進行拍攝；第2攝像機構3，相對於鉛直方向從斜上方來對容器4內的熔液面進行拍攝；及圖像處理機構2，連接於此等第1攝像機構1及第2攝像機構3。 再者，在本說明書中，所謂「熔液面」不僅是指熔融金屬M的表面，在熔渣浮出於熔融金屬的表面之情況下，也是指熔渣的表面。亦即，是指容器4內的收容物之最表面(最上表面)。
作為第1攝像機構1，可以利用例如在可見光範圍中具有主感光度的CCD相機、或在紅外光範圍中具有主感光度的熱圖像相機(Thermography，熱成像)等。在本實施形態中，是利用CCD相機來作為第1攝像機構1。 再者，在如本實施形態而利用CCD相機的情況下，可計算攝像圖像中的對應於熔渣之攝素區域的濃度之值。又，在利用熱圖像相機(Thermography，熱成像)的情況下，可計算該像素區域的溫度或濃度(換算成溫度前的濃度)之值。
圖像處理機構2是例如由安裝有規定的程式之通用的個人電腦所構成，其中該規定的程式是用於執行後述之熔渣體積計算步驟ST3及熔渣殘留率計算步驟ST7的程式。再者，圖像處理機構2具有監視器，該監視器是用於顯示以第1攝像機構1及第2攝像機構3所得到的攝像圖像。
作為第2攝像機構3，和第1攝像機構1同樣地，可以利用例如在可見光範圍中具有主感光度的CCD相機、或在紅外光範圍中具有主感光度的熱圖像相機(Thermography，熱成像)。在本實施形態中，是利用CCD相機來作為第2攝像機構3。
本實施形態之熔渣體積評估方法是利用熔渣體積評估裝置100來執行。以下，針對本實施形態的熔渣體積評估方法來說明。
圖2是顯示本實施形態的熔渣體積評估方法的流程圖。本實施形態的熔渣體積評估方法，是根據藉由第1攝像機構1對收容熔融金屬M的容器4內之熔液面進行拍攝而得到的攝像圖像，來評估浮出於熔融金屬M的表面之熔渣S的體積之方法，且如圖2所示，具有準備步驟ST1、攝像步驟ST2、熔渣體積計算步驟ST3、排渣步驟ST4、攝像步驟ST5、熔渣體積計算步驟ST6、熔渣殘留率計算步驟ST7、及判斷是否結束排渣作業的判斷步驟ST8。 以下，針對各步驟的內容來依序說明。
(準備步驟ST1) 在準備步驟ST1中，首先，利用第1攝像機構1來對彼此厚度不同的複數個熔渣S同時浮出於熔融金屬M的表面之狀態的熔液面進行拍攝。此時，可對利用了排渣機5的排渣作業(部分排渣)在不同時期所得到的複數個熔液面進行拍攝，亦可對排渣作業的某個時間點中的單一的熔液面進行拍攝。再者，作為在排渣作業(部分排渣)的不同時期所得到的複數個熔液面之具體例，可以例示例如下述之熔液面：開始進行熔渣S的排渣作業前的熔液面(可考慮為熔渣S的厚度為最大的熔液面)、排渣作業中期的熔液面、以及排渣作業結束後的熔液面(可考慮為熔渣S的厚度為最小的熔液面)。 所得到的攝像圖像是儲存在圖像處理機構2。
再者，可調整第1攝像機構1所具備的透鏡之光圈、以及從第1攝像機構1輸出的視訊訊號之增益(gain)，以使得與藉由第1攝像機構1得到的攝像圖像中的熔融金屬M相對應的像素區域之濃度成為最大值的255(白)。在後述的攝像步驟ST2中也是同樣。 又，在本實施形態中，第1攝像機構1的視野是設定成不僅將容器4的熔液面，連容器4及背景B也都包含在視野內。再者，也可以將第1攝像機構1的視野設定成僅將容器4的熔液面包含在視野內。
在此，本說明書中的「濃度」是指例如256階度的圖像之明暗(亦即，圖像上的亮度)。並且，此濃度與容器內的熔液面中的熱輻射亮度之關係，存有線性的關係。
圖3是示意地顯示藉由第1攝像機構1來對容器4內的熔液面進行拍攝而得到的攝像圖像之一例的圖。圖3所顯示的是下述情況：將第1攝像機構的視野設定成可將容器4及背景B也包含在視野內的寬廣的視野，且厚度彼此不同的複數個熔渣S1~S3同時浮出於單一的熔液面。在圖3中，熔渣S1的厚度為最大，且依熔渣S2、熔渣S3的順序而厚度變小。
在圖3所示的攝像圖像中的相當於熔渣S的像素區域當中，對應於厚度最大的熔渣S1之像素區域變得最暗(濃度變小)，且對應於厚度最小的S3之像素區域變得最亮(濃度變大)。又，如前所述，對應於熔融金屬M的像素區域之濃度是成為最大值之255(白)。 再者，由於容器4及背景B的溫度比熔融金屬M及熔渣S更低，因此對應於容器4的像素區域及對應於背景B的像素區域在實際上是變暗(濃度變小)，但是為了方便圖示，是與對應於熔融金屬M的像素區域同樣地以白色來顯示。
在此，利用圖4來說明圖3所示之分別相當於各熔渣S1~S3的像素區域之明亮度不同的理由。再者，圖4是顯示熔渣S1~S3浮出於容器4內的熔融金屬M上的狀態之圖，且是圖3的X-X線截面圖。 如圖4所示，從熔融金屬M藉由熱輻射所發射出的輻射光SR，可被熔渣S1~S3吸收一部分。另一方面，於熔渣S1~S3透射的輻射光SR是成為透射光TI1~TI3，且這些透射光TI1~TI3是入射到第1攝像機構1。 由於熔渣的厚度越大，由熔渣所進行的輻射光SR之吸收變得越大，因此會使光的強度依下述的順序而增大：於熔渣S1透射的透射光TI1、於熔渣S2透射的透射光TI2、及於熔渣S3透射的透射光TI3。藉此，在圖3所示的攝像圖像中，使像素區域依熔渣S1、熔渣S2、及熔渣S3的順序而變亮。
接著，在準備步驟ST1中，是計算於圖3所示的攝像圖像中與熔渣S1~S3相對應的像素區域之濃度上具有相關性的濃度參數之值。雖然作為濃度參數，除了濃度本身之外，也可以例示溫度，但是在本實施形態中作為濃度參數而利用的是濃度本身。 具體而言，是計算對應於各熔渣S1~S3的像素區域之平均濃度。對應於各熔渣S1~S3的像素區域，可為例如藉由將攝像圖像顯示在圖像處理機構2的監視器上，並由操作人員對其目視來辨識。並且，只要例如將用以對利用滑鼠等的指向元件(pointing device)所指定的輪廓內之平均濃度等進行計算的程式預先安裝在圖像處理機構2，即可藉由操作人員一邊目視監視器一邊指定各熔渣S1~S3的輪廓之作法，令圖像處理機構2自動地計算對應於各熔渣S1~S3的像素區域之平均濃度。
之後，在準備步驟ST1中，是利用對應於各熔渣S1~S3的像素區域的平均濃度之值，來計算顯示熔渣S的厚度與濃度的對應關係之近似曲線。換言之，利用厚度彼此不同的複數個熔渣S(在圖3所示的例子中為熔渣S1~S3)的厚度、以及對應於各熔渣S的像素區域的平均濃度之值，並應用例如最小平方法，藉此來計算近似曲線。再者，在本實施形態中，作為較佳的態樣，不僅利用對應於熔渣S的像素區域的濃度之值，也利用熔渣S的厚度為零的像素區域(亦即，對應於熔融金屬M的像素區域)的濃度之值(在本實施形態中為255)，來計算近似曲線。
各熔渣S的厚度，可藉由例如比較排渣機5的刮板51之上下方向尺寸與熔渣S來測定。具體而言，在本實施形態中，是如圖1所示，驅動(使其旋動)排渣機5的支臂52，使刮板51的下端部埋沒於熔渣S，並使刮板51的下表面與熔渣S的下表面(熔融金屬M的上表面)大致一致。並且，藉由第2攝像機構3而相對於鉛直方向從斜上方對容器4的熔液面進行拍攝。藉此，就可得到拍攝有熔渣S及刮板51之雙方的攝像圖像。
再者，如圖1所示，在使容器4傾斜的狀態下，是使熔融金屬M的上表面、及容器4的澆注口4a在高度方向上的位置大致一致。因此，可以藉由使澆注口4a的高度位置與刮板51的下表面之高度位置大致一致，以使刮板51的下表面與熔渣S的下表面(熔融金屬M的上表面)大致一致。又，亦可由容器4內的熔融金屬M的體積，事先計算使容器4傾斜時的熔液面位置，來使刮板51下降，以使此計算出的熔液面位置與刮板51的下表面大致一致。
之後，藉由將此攝像圖像顯示在圖像處理機構2的監視器上，且操作人員目視此攝像圖像，來計算支臂52的下表面與熔渣S的上表面之距離H1。具體而言，是例如，只要先在圖像處理機構2安裝以幾何學運算方式來計算直線的距離(實際尺寸)的程式即可，並藉由讓操作者一邊目視監視器一邊指定支臂52的下表面與熔渣S的上表面之2點，圖像處理機構2即可自動地計算距離H1，其中該直線的距離是通過利用滑鼠等的指向元件(pointing device)所指定的2點之直線的距離，該幾何學運算是利用了事先設定的第2攝像機構3之攝像倍率及視軸角(圖1所示的θ)的運算。並且，由於支臂52的下表面與刮板51的下表面之距離H0是事先就知道的，因此可以藉由K＝H0-H1的關係式，從距離H0減掉距離H1來計算刮板51的下端部所埋沒的位置中的熔渣S的厚度K。 在圖3所示的例子中，是使刮板51的下端部依序埋沒於熔渣S1~S3的每一個，並執行上述之工序，來測定各熔渣S1~S3的厚度。
在本實施形態中，為了使熔渣的厚度K與濃度I的對應關係以良好的精度來進行近似，是以指數函數來表示計算的近似曲線。具體而言，是將熔渣的厚度設為K，且將濃度之值設為I，來計算以下述之式(1)所表示的近似曲線(藉由最小平方法等來特定係數a)。 I=I0 ×e-aK …(1)
在上述之式(1)中，分別為：I0 是指在準備步驟ST1中得到的像素圖像中的對應於熔融金屬M之像素區域的濃度之值(在本實施形態為255)，e是指自然對數的底數，且a是指正值之係數。
圖5是顯示在準備步驟ST1中所計算出的近似曲線之一例的圖。在圖5中，以圓圈所繪製出的資料是顯示於計算近似曲線上所用的各熔渣S之厚度K中的濃度I，且朝上下延伸的桿條(bar)是顯示相同厚度K中的濃度之偏差(標準偏差1σ)。在圖5中可知，若求得上述之式(1)中的係數a＝0.009，且將熔渣S的厚度K與濃度I的相關係數設為R時，即成為R2 ＝0.9413，而可以相較下較為精度良好地來近似。
以上所說明的準備步驟ST1，是在實際上對設為評估對象之熔液面的熔渣S的體積進行評估前執行。並且，在準備步驟ST1中所得到的熔渣S之厚度K與濃度I的對應關係(近似曲線)，是儲存在圖像處理機構2中，且在後述之熔渣體積計算步驟ST3中被使用。具體而言，是將後述之式(2)儲存在圖像處理機構2中。
(攝像步驟ST2) 接著，在攝像步驟ST2中，藉由第1攝像機構1來對設為評估對象的熔液面進行拍攝。此時，第1攝像機構1所具備的透鏡之光圈、以及從第1攝像機構1輸出的視訊訊號之增益(gain)等之攝像條件，是與在準備步驟ST1中所設定的條件相同。
(熔渣體積計算步驟ST3) 在熔渣體積計算步驟ST3中，圖像處理機構2會根據構成在攝像步驟ST2中所得到的攝像圖像之各像素的濃度I之值、以及在準備步驟ST1中所計算出的近似曲線，而按構成在攝像步驟ST2中所得到的攝像圖像之每個像素，來計算熔渣S的厚度K。此時，為了將所計算的熔渣S之厚度K設為濃度I之函數，而利用將上述之式(1)變形而得到的下述之式(2)。再者，下述之式(2)的「ln」是指自然對數。 K(I)=(-1/a)×ln(I/I0 )…(2)
如前所述，係數a是藉由準備步驟ST1而事先求得(在圖5所示的例子中，a＝0.009)，濃度I0 也是藉由準備步驟ST1而事先設定(在圖5所示的例子中，I0 ＝255)，且將這些係數a及濃度I0 均儲存在圖像處理機構2中。因此，圖像處理機構2是藉由將各像素的濃度I之值代入到上述之式(2)，而可以自動地計算對應於此濃度I的熔渣S之厚度K。
圖6A~圖6C是用於說明在熔渣體積計算步驟ST3中計算熔渣S的厚度K之工序的圖。再者，圖6A是示意地顯示在攝像步驟ST2中得到的攝像圖像之一例的圖。圖6B是圖6A之以虛線A所包圍的像素區域之放大圖(左圖)、以及用於利用圖5所示的近似曲線而從像素區域的濃度計算出熔渣的厚度之圖表(右圖)。圖6C是顯示在圖6B所示的像素區域中所計算出的熔渣S的厚度K之圖。 圖6A之以虛線A所包圍的像素區域中，若存在有濃度50、100、150的像素區域，則根據圖6B所示的近似曲線(根據上述之式(2))，可計算出厚度181mm、104mm、59mm。 在熔渣體積計算步驟ST3中，是將針對以虛線A所包圍的像素區域而說明的上述之處理，對構成在攝像步驟ST2中得到的攝像圖像之各像素來執行。
但是，如圖6A所示，在攝像圖像中存在有對應於容器4及背景B的像素區域之情況下，如前所述，由於這些像素區域的濃度較小，所以會使根據近似曲線而計算的厚度變大。因此，若將這些像素區域的厚度加入到後述之累計中，會在所計算的熔渣S的體積上產生較大的誤差。 從而，僅將例如構成攝像圖像的全部的像素中位於比對應於容器4的像素區域更內側的像素，設為計算厚度的對象。一般而言，進行排渣作業時的容器4之位置大多是固定的，在此情況下，攝像圖像中之對應於容器4及背景B的像素區域的位置是形成為不變動。因此，可以藉由事先設定攝像圖像中之位於比對應於容器4的像素區域更內側的像素之座標，並儲存在圖像處理機構2中，以僅針對位於比該像素區域更內側的像素來計算厚度。 又，例如，亦可在針對構成攝像圖像的全部的像素(也包含對應於容器4及背景B的像素)計算厚度後，僅對關於位於比對應於容器4的像素區域更內側的像素之厚度進行累計。 又，由於一般來說，對應於容器4及背景B的像素區域之濃度，會變得比對應於熔融金屬M及熔渣S的像素區域之濃度更小，因此亦可例如僅將具有規定的閾值以上的濃度之像素設為對象。 又，亦可在計算出構成攝像圖像的全部的像素之厚度後，僅對關於具有前述規定的閾值以上的濃度之像素的厚度進行累計。前述規定的閾值是可識別下述兩種濃度的值：對應於熔融金屬M及熔渣S的像素區域之濃度、以及對應於容器4及背景B的像素區域之濃度。 又，亦可例如將第1攝像機構1的視野事先調整成僅對容器4內的熔液面進行拍攝。但是，若使視野過小，一部分熔渣S會成為視野外，而有無法精度良好地計算熔渣S的體積之疑慮，因此較理想的是在不會照到容器4的範圍內儘可能地調整成較大的視野。 再者，將對應於熔融金屬M的像素區域設為計算對象亦可，不設為計算對象亦可。由於對應於熔融金屬M的像素區域之濃度為I0 (在本實施形態中為255)，因此以上述之式(2)計算的厚度K(I0 )會成為零。因此，這是因為即便計算關於對應於熔融金屬M的像素區域之厚度，並加入到後述的累計中，對所計算的熔渣S的體積並不會產生誤差之故。
接著，在熔渣體積計算步驟ST3中，對已計算出的每個像素的厚度進行累計，藉此來算出熔渣S的體積。 具體而言，若在將排渣作業的開始時刻設為開始點的時刻t中針對所拍攝的攝像圖像，將濃度I的像素之總數設為Ns(t, I)時，圖像處理機構2即會根據例如下述之式(3)，來計算時刻t中的熔渣S的體積V(t)。在下述之式(3)中，Ith 是指前述之規定的閾值，且該規定的閾值是可識別對應於熔融金屬M及熔渣S的像素區域之濃度、以及對應於容器4及背景B的像素區域之濃度的閾值。再者，雖然以下述之式(3)計算的體積的單位為像素×像素×厚度(mm)，但是只要可根據第1攝像機構1的攝像倍率等，事先求得每1像素的解析力(實際尺寸)即可，也能夠以實際尺寸單位來計算體積。 [數學式1]
(排渣步驟ST4) 接著，在使容器4傾斜的狀態下，利用排渣機5來將一部分的熔渣S往容器4外刮出(參照圖1)。亦即，在排渣步驟ST4中是以並不將容器4內的全部的熔渣刮出，而是使一部分的熔渣S留在容器4內的方式進行排渣作業。
(攝像步驟ST5) 在攝像步驟ST5中，是對排渣步驟ST4後之容器4內的熔液面進行拍攝。再者，攝像條件等與上述攝像步驟ST2是同樣的。
(熔渣體積計算步驟ST6) 在熔渣體積計算步驟ST6中，是根據在攝像步驟ST5中得到的攝像圖像，來計算排渣步驟ST4後之容器4內的熔渣的體積。再者，計算方法是與上述之熔渣體積計算步驟ST3同樣。
(熔渣殘留率計算步驟ST7) 在熔渣殘留率計算步驟ST7中，是圖像處理機構2將在熔渣體積計算步驟ST6所計算出的熔渣S之體積(根據排渣步驟ST4後所拍攝到的攝像圖像而計算出的熔渣S之體積)，除以在熔渣體積計算步驟ST3中所計算出的熔渣S之體積(根據排渣步驟ST4前所拍攝到的攝像圖像而計算出的熔渣S之體積)，以計算容器4內之熔渣S的殘留率。亦即，圖像處理機構2是根據下述之式(4)，來計算在時刻t中的熔渣S之殘留率Ps(t)。已計算出的熔渣S之殘留率Ps(t)是儲存在圖像處理機構2中，且顯示於監視器。 Ps(t)=V(t)/V(0)…(4)
再者，可以利用熔渣S的殘留率Ps(t)，且藉由下述之式(5)來計算熔渣S的排渣率Qs(t)。 Qs(t)=1-Ps(t)…(5)
接著，操作人員目視已顯示於監視器的熔渣S之殘留率Ps(t)，來判斷是否已達到所期望的殘留率，並決定是否結束熔渣S的排渣作業(圖2的ST8)。在要結束排渣作業的情況(在圖2的ST8中為「是」的情況)下，本實施形態之熔渣體積評估方法即完成。 另一方面，在不結束排渣作業的情況(在圖2的ST8中為「否」的情況)下，則重複執行排渣步驟ST4、攝像步驟ST5、熔渣體積計算步驟ST6、及熔渣殘留率計算步驟ST7。
根據以上說明的本實施形態之熔渣體積評估方法，由於可在準備步驟ST1中，事先計算顯示熔渣S的厚度與濃度之對應關係的近似曲線，並根據此近似曲線，而按構成在攝像步驟ST2中得到之設為評估對象的熔液面之攝像圖像的每個像素來計算熔渣的厚度，因此可以更正確且迅速地評估熔渣S的體積。因此，在熔渣S之排渣作業的過程中，可以循序評估殘留在容器4內的熔渣S之體積，且可將排渣作業最佳化，以免熔渣S超出必要地殘留在容器4內。
又，根據本實施形態之熔渣體積評估方法，可在熔渣殘留率計算步驟ST7中計算容器4內的熔渣S之殘留率。若利用此殘留率，在後續步驟中要處理容器4內的熔融金屬M時，即可預測在此熔融金屬M中所含有的硫成分之量。藉此，就可以對後續步驟中的熔融金屬M之成分調整進行最佳化。
在此，一般已知的是，若舉藉由脫硫劑(助熔劑(flux))的添加來對容器內之熔融金屬中的硫成分進行脫硫，而使熔融金屬中的硫成分進入到已生成之熔渣的精煉為例時，則容器內的熔渣之殘留率會和後續步驟中之熔融金屬的硫成分之含有量具有相關性。 在排渣作業的前步驟中，若利用樣本分析，即可測定生成熔渣前的熔融金屬中的硫成分之含有率、以及生成熔渣後(脫硫精煉後)的熔融金屬中的硫成分之含有率，且可根據兩個測定結果，來計算開始進行排渣作業前的容器內之熔渣中的硫成分之含有量(含有率差×熔融金屬量＝熔渣中的硫成分之含有量)。 根據本實施形態，由於可以藉由熔渣殘留率計算步驟ST7來計算容器4內的熔渣之殘留率，因此可由已計算出的熔渣之殘留率、及如前所述地計算出之排渣作業開始前的容器內之熔渣中的硫成分之含有量，來計算排渣作業開始後的容器內之熔渣中的硫成分之含有量。並且，利用此已計算出的排渣作業後的容器內之熔渣中的硫成分之含有量、以及如前所述地利用樣本分析而計算出的脫硫精煉後之熔融金屬中的硫成分之含有量，而可依據在後續步驟的處理時之從熔渣往熔融金屬的復硫率，來預測在後續步驟的處理時之熔融金屬中的硫成分之含有量。 從而，可以因應於對熔融金屬所要求的硫成分之含有率，來決定熔渣殘留率(可以決定排渣作業的結束)。藉此，具有可以對後續步驟中的熔融金屬之成分調整進行最佳化的優點。 [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。
對本實施形態之熔渣體積評估方法、以及專利文獻1記載的方法作了比較。 具體而言，是使熟練的操作人員一邊以目視方式來確認容器4內的熔液面，一邊進行排渣作業，以使排渣作業結束時的熔渣S之排渣率成為0.7~0.8。在此排渣作業時，是利用本實施形態之熔渣體積評估方法，來計算排渣作業結束時的熔渣S之殘留率Ps(t)，並藉由上述之式(5)來求出熔渣S的排渣率。又，在此排渣作業時，由利用專利文獻1中記載的方法而計算出的排渣作業開始前及排渣作業結束時的熔渣S之面積，來計算出熔渣S的殘留率，並藉由上述之式(5)來求出熔渣S的排渣率。 將以上的試驗重複進行3次。將結果顯示圖7中。
在圖7中，是顯示將依據操作人員的目視判斷之熔渣S的排渣率設為基準，且將利用本實施形態之熔渣體積評估方法所求出的熔渣S之排渣率、以及利用專利文獻1中記載的方法所求出的熔渣S之排渣率標準化之值。再者，在圖7中，直條圖的值是顯示3次試驗的平均值，從直條圖朝上下延伸的桿條(bar)是顯示偏差(標準偏差1σ)。 如圖7所示，利用專利文獻1中記載的方法所求出的熔渣S之排渣率為0.70±0.08，相對於此，利用本實施形態之熔渣體積評估方法所求出的熔渣S之排渣率為0.98±0.06。亦即，可考慮為：由本實施形態之熔渣體積評估方法所形成的熔渣S之排渣率，比專利文獻1中記載的方法所形成的排渣率更接近於熟練操作人員的感覺，而較正確。
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，本發明的範圍並非僅限定於上述實施形態。上述實施形態能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、變更。上述實施形態或其變形，與包含在發明的範圍或主旨中同樣地，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，所顯示的是在準備步驟ST1中計算以上述之式(1)所表示的近似曲線(參照圖5)的情況。由於在準備步驟ST1中，是由入射到第1攝像機構1之於熔渣S透射的熔融金屬M之輻射光，來求出圖5所示之熔渣的厚度K與濃度I的關係，因此大多為能夠以如式(1)的指數函數來近似的情況。但是，近似曲線並不限定於式(1)，只要能將熔渣的厚度與濃度的測定資料擬合(fitting)即可。並且，亦可計算以例如下述之式(6)或式(7)所表示的近似曲線。 I=I0 /(aK2 +bK+1)…(6) I=I0 /(aK3 +bK2 +cK+1)…(7)
又，例如，在上述實施形態中，所顯示的是在準備步驟ST1中根據由第2攝像機構3所形成之使刮板51的下表面與熔渣S的下表面(熔融金屬M的上表面)大致一致的狀態之攝像圖像，來測定熔渣S的厚度K之情況(參照圖1)。但是，亦可取代於第2攝像機構3，而利用例如在刮板51的上方並配置在彼此相同的高度上之非接觸式的測距儀即1組雷射測距儀。在此情況下，可以在以其中一邊的雷射測距儀來測定到熔渣S的上表面之距離，並且以另一邊的雷射測距儀來測定到支臂52的上表面之距離後，從該其中一邊的雷射測距儀的測定結果減掉該另一邊的雷射測距儀的測定結果，並且減掉支臂52的上下方向尺寸，藉此計算支臂52的下表面與熔渣S的上表面之距離H1。亦可藉由從H0減掉如此進行而計算出的距離H1，來測定熔渣S的厚度K。 又，例如，亦可利用上述1組雷射測距儀，以其中一邊的雷射測距儀來測量到熔渣S的上表面之距離，並且以另一邊的雷射測距儀來測量到熔融金屬M的表面之距離，且從這些測量結果的差分來測定熔渣S的厚度K。又，亦可利用測定棒來測定熔渣S的厚度K。再者，在這些情況下，不需要測定距離H1。
又，例如，在上述實施形態中，是個別地設置第1攝像機構1與第2攝像機構3，其中該第1攝像機構1是以得到在熔渣體積計算步驟ST3中用於評估熔渣S的體積之攝像圖像之目的而使用的攝像機構，該第2攝像機構3是以在準備步驟ST1中計算熔渣S的厚度K之目而使用的攝像機構。但是，例如，將第2攝像機構3在計算熔渣S的厚度K之目的上使用，並同時在得到用於評估熔渣S的體積之攝像圖像的目的上使用亦可。但是，由於第2攝像機構3為了計算支臂52的下表面與熔渣S的上表面之距離H1而必須相對於鉛直方向而從斜上方來進行拍攝，因此若視軸角θ越大，則在容器4的熔液面當中，於對第2攝像機構3較接近之側的部位及較遠離之側的部位之間，會使每一像素的解析力之差變大，而有即使熔渣S的厚度相同，仍在對應的像素區域之濃度上產生差別的疑慮。像這樣，由於會有對熔渣體積的計算精度造成不良影響的疑慮，因此較理想的是如上述實施形態地利用第1攝像機構1與第2攝像機構3之作法。
又，例如，在上述實施形態中，是調整第1攝像機構1，以使藉由第1攝像機構1所得到的攝像圖像中的對應於熔融金屬M的像素區域之濃度成為最大值的255(白)。這是因為在上述實施形態中，為了將構成攝像圖像的像素之濃度換算成熔渣S的厚度，藉由除了將計算熔渣S的厚度之解析力提高外，並且將對應於熔渣S以外的熔融金屬M之像素區域的濃度範圍限制在最大值，就可以將對應於熔渣S的像素區域之濃度範圍確保得較廣之故。但是，例如調整第1攝像機構1，以使對應於熔融金屬M的像素區域之濃度成為250~255(也包含最大值以外的濃度)亦可。在此情況下，只要利用對應於熔融金屬M的像素區域之濃度的最小值(在上述的例子中為250)，來作為上述之式(1)、式(2)、及式(3)中的濃度I0 即可。
又，在上述實施形態中，如圖5所示，已計算出以上述之式(1)所表示的近似曲線。在此，已知的是，關於式(1)的係數a，一邊改變熔渣成分及熔鋼溫度一邊測定熔渣厚度與濃度時，係數a並非取決於熔渣成分及熔鋼溫度，而是幾乎為固定的。因此，一旦先求出顯示熔渣厚度K與濃度I之對應關係的近似曲線，即使熔渣成分及熔鋼溫度已產生變化，仍可利用該近似曲線。但是，從以更加精度良好地計算熔渣體積的觀點來看，較理想的是每當熔渣成分及熔鋼溫度改變時，就計算顯示熔渣厚度K與濃度I的對應關係之近似曲線。
1‧‧‧第1攝像機構
2‧‧‧圖像處理機構
3‧‧‧第2攝像機構
4‧‧‧容器
4a‧‧‧澆注口
5‧‧‧排渣機
51‧‧‧刮板
52‧‧‧支臂
100‧‧‧熔渣體積評估裝置
B‧‧‧背景
H0、H1‧‧‧距離
K‧‧‧厚度
M‧‧‧熔融金屬
S、S1~S3‧‧‧熔渣
SR‧‧‧輻射光
ST1~ST8‧‧‧步驟
TI1~TI3‧‧‧透射光
θ‧‧‧視軸角
圖1是顯示在本發明的一實施形態之熔渣體積評估方法中所用的熔渣體積評估裝置之概要構成的示意圖。 圖2是顯示上述熔渣體積評估方法的流程圖。 圖3是顯示利用圖1所示的第1攝像機構1來對容器內的熔液面進行拍攝而得到的攝像圖像之一例的圖。 圖4是顯示圖3所示的熔渣S1~S3在容器內的熔液面浮出的狀態之圖，且是圖3的X-X線截面圖。 圖5是顯示在圖2所示的準備步驟ST1中已計算出的近似曲線之一例的圖。 圖6A是用於說明在圖2所示的熔渣體積計算步驟ST3中計算熔渣的厚度之工序的圖，且是顯示在攝像步驟ST2中所得到的攝像圖像之一例的圖。 圖6B是用於說明在圖2所示的熔渣體積計算步驟ST3中計算熔渣的厚度之工序的圖，且是圖6A之以虛線A所包圍的像素區域之放大圖。 圖6C是用於說明在圖2所示的熔渣體積計算步驟ST3中計算熔渣的厚度之工序的圖，且是顯示在圖6B所示的像素區域中已計算出的熔渣之厚度的圖。 圖7是顯示比較了上述熔渣體積評估方法、以及專利文獻1所記載的方法之試驗結果的圖。

Claims (2)

  1. 一種熔融金屬表面之熔渣體積評估方法，是根據容器內之熔液面的攝像圖像來評估排渣作業中的熔渣的體積之方法，前述排渣作業是將在前述容器內所收容的熔融金屬的表面浮出之熔渣刮出到前述容器外，前述熔融金屬表面之熔渣體積評估方法的特徵在於具有下述步驟：準備步驟，測定浮出於前述熔融金屬的表面且彼此厚度不同的複數個熔渣之厚度，並且計算前述複數個熔渣浮出於前述熔融金屬的表面的狀態下，於前述容器內的熔液面進行拍攝而得到的攝像圖像中，與前述複數個熔渣相對應的像素區域之濃度上具有相關性的濃度參數之值，藉此預先計算出顯示熔渣的厚度與前述濃度參數的對應關係之近似曲線；攝像步驟，對設為評估對象的熔液面進行拍攝；及熔渣體積計算步驟，根據構成前述攝像步驟中所得到的攝像圖像之各像素的前述濃度參數的值、以及在前述準備步驟中所計算出的前述近似曲線，按構成前述攝像步驟中所得到的攝像圖像的每個像素，來計算熔渣的厚度，並對前述已計算出的每個像素之熔渣的厚度進行累計，藉此計算熔渣的體積。
  2. 如請求項1之熔融金屬表面之熔渣體積評估方法，其更具有：排渣步驟，對前述容器內的熔渣進行排渣；及熔渣殘留率計算步驟，計算前述容器內的熔渣之殘留率，並在前述攝像步驟中，對前述排渣步驟前的前述容器內的熔液面、以及前述排渣步驟後的前述容器內的熔液面進行拍攝，且在前述熔渣體積計算步驟中，計算前述排渣步驟前的前述容器內的熔渣之體積、以及前述排渣步驟後的前述容器內的熔渣之體積，而在前述熔渣殘留率計算步驟中，將前述排渣步驟後的前述容器內的熔渣之體積，除以前述排渣步驟前的前述容器內的熔渣之體積，以計算前述容器內的熔渣之殘留率。
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