(57)【要約】【課題】本発明は、スラグの定量化ができる技術の提供を目的とする。【解決手段】本発明は、容器に収容された溶融金属の湯面を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工程と、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工程を有する。【選択図】図２
2020112429.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器に収容された溶融金属の湯面を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工程と、
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工程を有することを特徴とするスラグの定量化方法。
【請求項２】
前記スラグ表面温度算出工程において、前記輝度値と放射輝度との関係を、予めスラグ表面温度と輝度値のデータから温度変換式と輻射伝熱の関係式とを用いて求め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。
【請求項３】
前記輻射伝熱の関係式が以下の（１）式で、前記温度変換式が以下の（２）式であることを特徴とする請求項２記載のスラグの定量化方法。
【数１】
2020112429.tif 000016
【数２】
2020112429.tif 000017
（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／ｍ２・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１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）
【請求項４】
前記スラグの厚みを求める熱伝導方程式が以下の（３）式で、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。
【数３】
2020112429.tif 000018
【数４】
2020112429.tif 000019
（但し、（３）式においてεは放射率、Ｆは形態係数、Ｔｓはスラグ表面温度（℃）、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）、ＴＦ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／ｍ３）、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。）
【請求項５】
前記スラグ表面温度算出工程において、容器に収容された溶融金属の湯面を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毎のスラグ表面温度を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。
【請求項６】
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１〜５のいずれか一項に記載のスラグの定量化方法。
【請求項７】
前記演算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断することを特徴とする請求項６に記載のスラグの定量化方法。
【請求項８】
前記演算より求めた溶融金属容器内のスラグ体積(Ｖcal)あるいはスラグ総重量(Ｗcal)が、許容範囲として定めたスラグ体積（Ｖmin＜Ｖcal＜Ｖmax）あるいはスラグ総重量（Ｗmin＜Ｗcal＜Ｗmax）を満たすことが認められた時点で除滓完了と判定する除滓完了判定工程を有することを特徴とする請求項６または請求項７に記載のスラグの定量化方法。
ただし、Ｖmin；目標スラグ体積下限値、Ｖmax；目標スラグ体積上限値、Ｗmin；目標スラグ総重量下限値、Ｗmax；目標スラグ総重量上限値とする。
【請求項９】
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１〜８のいずれか一項に記載のスラグの定量化方法。
【請求項１０】
前記容器に収容された溶融金属の湯面を撮像装置により撮像する際、前記容器外周縁部に相当する画素においては、前記容器外周縁部の湯面と前記容器外周縁部の外方空間を含めて撮像し、前記外方空間に相当する領域の輝度値は計算から除外することを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のスラグの定量化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スラグの定量化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１５９０５３号公報
【特許文献２】特開２００３−０１３１２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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の湯面を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工程と、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において、前記スラグ表面温度算出工程において、前記輝度値と放射輝度との関係を、予めスラグ表面温度と輝度値のデータから温度変換式と輻射伝熱の関係式とを用いて求めることが好ましい。
「３」本発明に係るスラグの定量化方法において、前記輻射伝熱の関係式が以下の（１）式で、前記温度変換式が以下の（２）式であることが好ましい。
【００１０】
【数１】
2020112429.tif 000003
【００１１】
【数２】
2020112429.tif 000004
【００１２】
「４」本発明に係るスラグの定量化方法において、前記スラグの厚みを求める熱伝導方程式が以下の（３）式で、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。
【００１３】
【数３】
2020112429.tif 000005
【００１４】
【数４】
2020112429.tif 000006
【００１５】
「５」本発明に係るスラグの定量化方法において、前記スラグ表面算温度出工程において、容器に収容された溶融金属の湯面を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毎のスラグ表面温度を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。
「７」本発明に係るスラグの定量化方法において、前記演算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断することが好ましい。
【００１６】
「８」本発明に係るスラグの定量化方法において、前記演算より求めた溶融金属容器内のスラグ体積(Ｖcal)あるいはスラグ総重量(Ｗcal)が、許容範囲として定めたスラグ体積（Ｖmin＜Ｖcal＜Ｖmax）あるいはスラグ総重量（Ｗmin＜Ｗcal＜Ｗmax）を満たすことが認められた時点で除滓完了と判定する除滓完了判定工程を有することが好ましい。
ただし、Ｖmin；目標スラグ体積下限値、Ｖmax；目標スラグ体積上限値、Ｗmin；目標スラグ総重量下限値、Ｗmax；目標スラグ総重量上限値とする。
【００１７】
「９」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。
「１０」本発明に係るスラグの定量化方法において、前記容器に収容された溶融金属の湯面を撮像装置により撮像する際、前記容器外周縁部に相当する画素においては、前記容器外周縁部の湯面と前記容器外周縁部の外方空間を含めて撮像し、前記外方空間に相当する領域の輝度値は計算から除外することが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】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。
【図９】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。
【図１０】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。
【図１１】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。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
（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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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／ｍ２）である。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
「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／ｍ２・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。
【００４０】
【数５】
2020112429.tif 000007
【００４１】
【数６】
2020112429.tif 000008
【００４２】
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。
【００４３】
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Ｒ２＝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Ｒ２＝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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
「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。
【００４７】
「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）、ＴＦ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。
【００４８】
【数７】
2020112429.tif 000009
【００４９】
また、Ｗをスラグ重量（ｋｇ）、ρをスラグ密度（ｋｇ／ｍ３）、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／ｍ３）、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。
【００５０】
【数８】
2020112429.tif 000010
【００５１】
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（ＴＦ）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／ｍ２・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／ｍ３）、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。
【００５２】
（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。
【００５３】
「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。
【００５４】
「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。
【００５５】
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／ｍ３）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／ｍ３）で除するとＶｌｉｍｉｔ＝２３５ｍ３／ｃｈと求めることができる。
【００５６】
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）。
【００５７】
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。
【００５８】
「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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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Ｒ２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Ｒ２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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【実施例】
【００７０】
直径約４ｍ、容量約３６ｍ３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。
【００７１】
【数９】
2020112429.tif 000011
【００７２】
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。
【００７３】
【数１０】
2020112429.tif 000012
【００７４】
【数１１】
2020112429.tif 000013
【００７５】
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。
【００７６】
【数１２】
2020112429.tif 000014
【００７７】
【表１】
2020112429.tif 000015
【００７８】
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。  
【符号の説明】
【００７９】
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。
【図１】
2020112429.tif 000020
【図２】
2020112429.tif 000021
【図３】
2020112429.tif 000022
【図４】
2020112429.tif 000023
【図５】
2020112429.tif 000024
【図６】
2020112429.tif 000025
【図７】
2020112429.tif 000026
【図８】
2020112429.tif 000027
【図９】
2020112429.tif 000028
【図１０】
2020112429.tif 000029
【図１１】
2020112429.tif 000030