(57)【要約】      （修正有）【課題】精度良くレースウエイ深度が測定可能なコークス充填式竪型炉のレースウエイ深度測定方法および測定装置を提供する。【解決手段】レースウエイ深度測定装置は、炉内レースウエイ２を撮影する高速度カメラ５およびその画像を処理する画像処理装置１０を有し、それらを用いて炉内レースウエイ深さ方向の距離別にレースウエイ旋回コークス１cの単位時間当たりの個数または旋回コークスの速度成分を計数または測定し予め定めた設定と比較演算することによってレースウエイ深度ＬＳを求める。【選択図】図１
2005290562.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高速度カメラおよび画像処理装置を用いてレースウエイ深度を測定するコークス充填式竪型炉のレースウエイ深度測定方法であって、炉内レースウエイ深さ方向の距離別にレースウエイ旋回コークスの単位時間当たりの個数を計数し、得られた計数値と予め定めた設定値とを比較演算し、レースウエイ深度を求めることを特徴とするコークス充填式竪型炉のレースウエイ深度測定方法。
【請求項２】
高速度カメラおよび画像処理装置を用いてレースウエイ深度を測定するコークス充填式竪型炉のレースウエイ深度測定方法であって、炉内レースウエイ深さ方向の距離別にレースウエイ旋回コークスの速度成分を測定し、得られた測定値と予め定めた設定値とを比較演算し、レースウエイ深度を求めることを特徴とするコークス充填式竪型炉のレースウエイ深度測定方法。
【請求項３】
炉内レースウエイを撮影する高速度カメラ(5) とその画像を処理する画像処理装置(10)を有するコークス充填式竪型炉のレースウエイ深度測定装置であって、前記高速度カメラ(5) が炉内レースウエイ深さ方向の撮影距離を変化させるレンズ(6) と該レンズを移動する手段(9) を有し、前記画像処理装置(10)が撮影画像内の画像濃度分布を求める機能を有し、さらに、当該レースウエイ深度測定装置が、前記で求めた濃度分布に基づき、撮影画像内に入ったコークスの内、撮影画像において一定以上の画像濃度を有するコークスの一定時間当たりの個数を数える計数手段(11)と、前記撮影距離および前記個数の計数値の両者からレースウエイ深度を求めるレースウエイ深度算出手段(12)とを有することを特徴とするコークス充填式竪型炉のレースウエイ深度測定装置。
【請求項４】
前記画像処理装置(10)、計数手段(11)およびレースウエイ深度算出手段(12)に代えて、前記画像処理装置(10)が、撮影画像内の画像濃度分布を求める機能と、該濃度分布に基づき撮影画像内に入ったコークスの内、撮影画像において一定以上の画像濃度を有するコークスの一定時間当たりの個数を数える計数機能と、前記撮影距離および前記個数の計数値の両者からレースウエイ深度を求めるレースウエイ深度算出機能とを有する請求項３記載のコークス充填式竪型炉のレースウエイ深度測定装置。
【請求項５】
炉内レースウエイを撮影する高速度カメラ(5) とその画像を処理する画像処理装置(10)を有するコークス充填式竪型炉のレースウエイ深度測定装置であって、前記高速度カメラ(5) が炉内レースウエイ深さ方向の撮影距離を変化させるレンズ(6) と該レンズを移動する手段(9) を有し、前記画像処理装置(10)が撮影画像内の画像濃度分布を求める機能を有し、さらに、当該レースウエイ深度測定装置が、前記で求めた濃度分布に基づき、撮影画像内に入ったコークスの内、撮影画像において一定以上の画像濃度を有するコークスの速度成分を測定する速度測定手段(17)と、前記撮影距離および前記速度成分の測定値の両者からレースウエイ深度を求めるレースウエイ深度算出手段(18)とを有することを特徴とするコークス充填式竪型炉のレースウエイ深度測定装置。
【請求項６】
前記画像処理装置(10)、速度測定手段(17)およびレースウエイ深度算出手段(18)に代えて、前記画像処理装置(10)が、撮影画像内の画像濃度分布を求める機能と、該濃度分布に基づき撮影画像内に入ったコークスの内、撮影画像において一定以上の画像濃度を有するコークスの速度成分を測定する速度測定機能と、前記撮影距離および前記速度成分の測定値の両者からレースウエイ深度を求めるレースウエイ深度算出機能とを有する請求項５記載のコークス充填式竪型炉のレースウエイ深度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉などコークス充填式竪型炉のレースウエイ深度測定方法および測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉などのコークス充填式竪型炉においては、図８に示すように、羽口３内への送風吹き込み時の風圧により、レースウエイ２が形成される。
稼働中のコークス充填式竪型炉の炉況を判定するには、このレースウエイの情報が最も直接的で確実であり、特に羽口内のレースウエイの形状、大きさは炉内のガス分布、通気性などの炉内状況と強い相関を有するため、レースウエイの深度（以下レースウエイ深度またはＬＳと記す）の測定が重要である。
【０００３】
また、レースウエイの旋回コークスに関する情報の定量化は高炉などのコークス充填式竪型炉の操業の安定化に寄与すると期待される。
レースウエイ深度の測定方法としては、一般にはレースウエイ内に棒を挿入し、突き当たった時の挿入深さからレースウエイ深度を求めているが、この方法では、(1) 炉内に挿入することによる影響が生じ、精度が悪い、(2) 間歇的な測定にならざるを得ず、経時的に連続した情報が得られない、また(3) 作業が危険であるといった問題があった。
【０００４】
この問題を解決するため、高速度カメラを用いたレースウエイ深度測定方法が提案されている（特許文献１参照）。
この方法は、低波長域の光線を羽口からレースウエイ内に照射して反射光を高速度カメラで捕捉し、画像として撮影される光線のスポット径を測定して深度を演算することによりレースウエイ深度を測定する方法である。
【０００５】
また、照射光源に低波長可視光線域のフィルタを配置することで、燃焼ガスからの発色光に影響されない観察装置も提案されている（特許文献２参照）。
しかし、前記した方法の場合、いずれも、照射光がレースウエイ内に旋回しているコークスに遮られ、照射光がレースウエイ深部まで到達せず途中で反射してしまい、正確に深部までの距離を測定できないという問題があった。
【特許文献１】特開平4-63213 号公報
【特許文献２】特開平7-78248 号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、前記従来技術の問題点を解決し、精度良くレースウエイ深度が測定可能なコークス充填式竪型炉のレースウエイ深度測定方法、測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、高速度カメラおよび画像処理装置を用いてレースウエイ深度を測定するコークス充填式竪型炉のレースウエイ深度測定方法であって、炉内レースウエイ深さ方向の距離別にレースウエイ旋回コークスの単位時間当たりの個数を計数し、得られた計数値と予め定めた設定値とを比較演算し、レースウエイ深度を求めることを特徴とするコークス充填式竪型炉のレースウエイ深度測定方法である。
【０００８】
第２の発明は、高速度カメラおよび画像処理装置を用いてレースウエイ深度を測定するコークス充填式竪型炉のレースウエイ深度測定方法であって、炉内レースウエイ深さ方向の距離別にレースウエイ旋回コークスの速度成分を測定し、得られた測定値と予め定めた設定値とを比較演算し、レースウエイ深度を求めることを特徴とするコークス充填式竪型炉のレースウエイ深度測定方法である。
【０００９】
第３の発明は、第１の発明のコークス充填式竪型炉のレースウエイ深度測定方法において好ましく使用される深度測定装置である。
すなわち、第３の発明は、炉内レースウエイを撮影する高速度カメラ５とその画像を処理する画像処理装置10を有するコークス充填式竪型炉のレースウエイ深度測定装置であって、前記高速度カメラ５が炉内レースウエイ深さ方向の撮影距離を変化させるレンズ６と該レンズを移動する手段９を有し、前記画像処理装置10が撮影画像内の画像濃度分布を求める機能を有し、さらに、当該レースウエイ深度測定装置が、前記で求めた濃度分布に基づき、撮影画像内に入ったコークスの内、撮影画像において一定以上の画像濃度を有するコークスの一定時間当たりの個数を数える計数手段11と、前記撮影距離および前記個数の計数値の両者からレースウエイ深度を求めるレースウエイ深度算出手段12とを有することを特徴とするコークス充填式竪型炉のレースウエイ深度測定装置である。
【００１０】
第４の発明は、前記第３の発明において、前記画像処理装置10、計数手段11およびレースウエイ深度算出手段12に代えて、前記画像処理装置10が、撮影画像内の画像濃度分布を求める機能と、該濃度分布に基づき撮影画像内に入ったコークスの内、撮影画像において一定以上の画像濃度を有するコークスの一定時間当たりの個数を数える計数機能と、前記撮影距離および前記個数の計数値の両者からレースウエイ深度を求めるレースウエイ深度算出機能とを有するコークス充填式竪型炉のレースウエイ深度測定装置である。
【００１１】
第５の発明は、前記第２の発明のコークス充填式竪型炉のレースウエイ深度測定方法において好ましく使用される深度測定装置である。
すなわち、第５の発明は、炉内レースウエイを撮影する高速度カメラ５とその画像を処理する画像処理装置10を有するコークス充填式竪型炉のレースウエイ深度測定装置であって、前記高速度カメラ５が炉内レースウエイ深さ方向の撮影距離を変化させるレンズ６と該レンズを移動する手段９を有し、前記画像処理装置10が撮影画像内の画像濃度分布を求める機能を有し、さらに、当該レースウエイ深度測定装置が、前記で求めた濃度分布に基づき、撮影画像内に入ったコークスの内、撮影画像において一定以上の画像濃度を有するコークスの速度成分を測定する速度測定手段17と、前記撮影距離および前記速度成分の測定値の両者からレースウエイ深度を求めるレースウエイ深度算出手段18とを有することを特徴とするコークス充填式竪型炉のレースウエイ深度測定装置である。
【００１２】
第６の発明は、前記第５の発明において、前記画像処理装置10、速度測定手段17およびレースウエイ深度算出手段18に代えて、前記画像処理装置10が、撮影画像内の画像濃度分布を求める機能と、該濃度分布に基づき撮影画像内に入ったコークスの内、撮影画像において一定以上の画像濃度を有するコークスの速度成分を測定する速度測定機能と、前記撮影距離および前記速度成分の測定値の両者からレースウエイ深度を求めるレースウエイ深度算出機能とを有するコークス充填式竪型炉のレースウエイ深度測定装置である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、焦点の合った距離、すなわちレースウエイ深さ方向の正確な距離におけるコークスの自発光を検出するため、撮影距離の前後すなわち高速度カメラの焦点の前後の旋回コークスの影響を受けずに、正確にレースウエイ深度を測定することが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
図８に、高炉羽口内のレースウエイ形成状況および本発明を説明する高炉羽口部の側面図を示す。
図８において、１はコークス（炉内充填コークス）、1cはレースウエイ内の旋回コークス、２はレースウエイ、３は羽口、５は高速度カメラ、８はカメラアンプ、10は画像処理装置、19は羽口覗き窓、20はブローパイプ、21は送風支管、22は耐火物、ＬＳはレースウエイ深度を示す。
【００１５】
一般に、レースウエイ内のコークスは200m/sec前後の高速で旋回している。
本発明者は、図８において、(1) レースウエイ２内の深さ方向の距離L3別に旋回コークス1cの数を計数する（第１の発明、第３の発明、第４の発明）か、もしくは、(2) レースウエイ２内の深さ方向の距離L3別に旋回コークス1cの速度成分を測定する（第２の発明、第５の発明、第６の発明）ことにより、レースウエイ深度ＬＳを測定できると考え、本発明に至った。
【００１６】
すなわち、図８において、高速度カメラ５および撮影距離を変化させる手段により、レースウエイ深さ方向の各撮影距離L1別に、焦点深度fdおよび高速度カメラの視野Ｗで形成される撮影領域Ａにおいて旋回しているコークス1cの個数Ｎまたは該コークス1cの速度成分Ｓを計数または測定する。
その結果、ＮまたはＳが０となった撮影距離L1が、レースウエイの最深部と推定でき、当該撮影距離L1からレースウエイ深度ＬＳが測定可能となる。
【００１７】
本発明によれば、下記(1) 第１の発明、第３の発明、第４の発明、(2) 第２の発明、第５の発明、第６の発明のいずれかの方法または装置によりレースウエイ深度を測定することが可能となった。
(1) 第１の発明、第３の発明、第４の発明：レースウエイ深さ方向の距離別に旋回コークスの単位時間当たりの個数を計数し、その結果に基づきレースウエイ深度を測定するレースウエイ深度測定方法（第１の発明）および測定装置（第３の発明、第４の発明）。
【００１８】
(2) 第２の発明、第５の発明、第６の発明：レースウエイ深さ方向の距離別に旋回コークスの速度成分を測定し、その結果に基づきレースウエイ深度を測定するレースウエイ深度測定方法（第２の発明）および測定装置（第５の発明、第６の発明）。
以下、第１の発明〜第６の発明について、より詳細に説明する。
(1) 第１の発明、第３の発明、第４の発明〔レースウエイの旋回コークスの個数の計数結果に基づくレースウエイ深度の測定方法および測定装置〕：
本第１の発明、第３の発明および第４の発明は、レースウエイ深さ方向の距離別に旋回コークスの単位時間当たりの個数を計数し、その結果に基づきレースウエイ深度を測定するレースウエイ深度測定方法（第１の発明）および測定装置（第３の発明、第４の発明）である。
【００１９】
図１に、第１の発明、第３の発明および第４の発明の説明図を示す。
図１において、(a) は第１の発明、第３の発明、第４の発明の原理図および装置の構成の一例を示す構成図、(b) は高速度カメラのレースウエイ内観察領域およびレースウエイ内コークスの撮影状況を示す模式図、(c) はレースウエイ深度の算出方法を示すグラフである。
【００２０】
また、図１において、１はコークス（炉内充填コークス）、1cはレースウェイ内の旋回コークス、２はレースウエイ、３は羽口、４はコークスの旋回方向、５は高速度カメラ、６は撮影距離を変化させるためのレンズ（以下フォーカスレンズと記す）、７はフィルタ、８はカメラアンプ、９は炉内レースウエイ深さ方向の撮影距離を変化させるレンズ６を移動する手段、10は画像処理装置、11はコークスの個数を計数する計数手段、12はレースウエイ深度算出手段、13は高速度カメラで撮影時に焦点の合わないコークス、14は高速度カメラで撮影時に焦点の合ったコークス、Ａは焦点深度fdおよび高速度カメラの視野Ｗで形成される撮影領域を示す。
【００２１】
すなわち、第１の発明、第３の発明、第４の発明においては、例えば、図１(a) 、(b) に示すように、高速度カメラ５の炉内レースウエイ深さ方向の撮影距離L1を変化させ、各撮影距離L1において、撮影画像内に入ったコークスの内、撮影画像において一定以上の濃度を有するコークスすなわち焦点の合ったコークス14の一定時間当たりの個数を計数する。
【００２２】
次に、図１(c) のグラフに示すように、撮影距離L1から高速度カメラ５〜羽口３間の距離L2を差し引いた値L3を横軸に、各撮影距離L1において一定時間当たりに観測された焦点の合ったコークス14の個数Ｎを縦軸にプロットし、その個数ＮがゼロになったL3がレースウエイ深度ＬＳとなる。
図１(a) のレースウエイ深度測定装置は、高速度カメラ５の前に好ましくは焦点距離が大きいフォーカスレンズ６を設置し、炉内レースウエイ深さ方向の撮影距離を変化させる手段９であるフォーカスレンズ移動装置によりフォーカスレンズ６を移動することにより、図１(a) に示す炉内レースウエイ深さ方向の撮影距離L1を変化させる構成とした。
【００２３】
なお、図１(a) における撮影距離を変化させる手段９としては、上記したフォーカスレンズ移動装置に代えて、高速度カメラ５の移動装置により、撮影距離を変化させてもよく、その具体的構成は制限されるものではない。
旋回しているコークスの個数の計数は、高速度カメラ５で静止画像として撮影した画像を画像処理装置10によって画像濃度分布に表し、この濃度差を利用する。
【００２４】
ここで、濃度とは、撮影画像の濃淡である濃度を示し、例えば、画像の素子が８ビットの画像処理装置の場合、カメラの受光量を０（明）から256 （暗）に量子化したものである。
すなわち、旋回するコークスの単位時間当たりの個数Ｎの計数は、例えば図２に示すような方法で行う。
【００２５】
なお、図２(a) は、図１(b) と同じく高速度カメラのレースウエイ内観察領域およびレースウエイ内コークスの撮影状況を示す模式図であり、図２(b) は、画像処理装置10により図２(a) の撮影画像のラインＩ−ＩＩ上の画像の濃度を濃度分布として表したグラフである。
第１の発明、第３の発明、第４の発明においては、例えば下記の方法でレースウエイ旋回コークスの単位時間当たりの個数を計数する。
【００２６】
すなわち、図２(b) において、例えば、濃度の最小値Ｉmin を基準として、濃度の最大値Ｉmax から濃度の最小値Ｉmin を差し引いた値ΔＩ（＝Ｉmax −Ｉmin ）を求め、次式の濃度を有する部分を対象コークスと規定し、一定時間当たりに観察される対象コークスの個数Ｎを計数する。
濃度≧Ｉmin ＋ｋ×ΔＩ
ここで、ｋは任意に定められる定数であり、例えばｋ＝0.7 の値を用いることができる。
【００２７】
また、この場合、画像処理装置10によって、予め定めた大きさ以上のコークスを選択してその個数を対象コークスの個数Ｎとして計数することが、より好ましい。
すなわち、図２(b) において、濃度の最小値Ｉmin を基準として、（Ｉmin ＋0.7 ×ΔＩ）以上の連続した濃度を有する領域の大きさＲが予め定めた大きさ以上のコークスを選択してその個数を対象コークスの個数Ｎとして計数することが、より好ましい。
【００２８】
図２(b) においては、ある時刻ｔにおける対象コークスは図に示すとおり14a 、14b の２個となり、所定時間の間に観察された対象コークスの個数の合計値を計数し、該計数値から下記方法によりレースウエイ深度を算出する。
すなわち、図１(a) におけるレースウエイ深度算出手段12では、図１(c) に示されるように、撮影距離L1から高速度カメラ５〜羽口３間の距離L2を差し引いた値L3を横軸に、各撮影距離L1において一定時間当たりに計数されたコークスの個数Ｎを縦軸にプロットし、その個数ＮがゼロになったL3をレースウエイ深度ＬＳとする。
【００２９】
図３に、本発明の方法、装置を使用してレースウエイ深度を測定した一例を示す。
すなわち、図３において、コークスの一定時間当たりの個数が０となるL3は750mm であり、この場合のレースウエイ深度は750mm となる。
なお、本発明においては、上記のようにして得られた炉内レースウエイ深さ方向距離別のコークスの単位時間当たりの個数の計数値と予め定めた設定値とを比較演算しレースウエイ深度を求めるが、この場合、予め定めた個数Ｎの設定値としてはゼロ以外にも任意に設定でき、他の方法によるレースウエイ深度測定結果と対応させて設定値を定めてもよい。
【００３０】
また、図１(a) においては、画像処理装置10が、撮影画像内の画像濃度分布を求める機能を有し、それとは別個に、画像処理装置10で求めた画像濃度分布に基づき、一定以上の画像濃度を有するコークスの一定時間当たりの個数を数える計数手段11を付設する構成としたが、本発明においては、画像処理装置10が、撮影画像内の画像濃度分布を求める機能と、該濃度分布に基づき一定以上の画像濃度を有するコークスの一定時間当たりの個数を数える計数機能と、撮影距離および個数の計数値の両者からレースウエイ深度を求めるレースウエイ深度算出機能とを有する構成としてもよい。
【００３１】
以上、第１の発明、第３の発明および第４の発明について述べたが、本発明は、高速度カメラの撮影距離を変化させ、撮影焦点におけるコークスの一定時間当たりの個数を数え、撮影距離および前記個数の計数値の両者からレースウエイ深度を算出する構成とした。
この結果、本発明によれば、焦点の合った距離、すなわちレースウエイ深さ方向の正確な距離におけるコークスの自発光を検出するため、撮影焦点の前後の旋回コークスの影響を受けずに、正確にレースウエイ深度を測定することが可能となった。
【００３２】
(2) 第２の発明、第５の発明、第６の発明〔レースウエイの旋回コークスの速度成分の測定結果に基づくレースウエイ深度の測定方法および測定装置〕：
本第２の発明、第５の発明および第６の発明は、レースウエイ深さ方向の距離別に旋回コークスの速度成分を測定し、その結果に基づきレースウエイ深度を測定するレースウエイ深度測定方法（第２の発明）および測定装置（第５の発明、第６の発明）である。
【００３３】
図４に、第２の発明、第５の発明および第６の発明の説明図を示す。
図４において、(a) は第２の発明、第５の発明、第６の発明の原理図および装置の構成の一例を示す構成図、(b) は高速度カメラのレースウエイ内観察領域およびレースウエイ内コークスの撮影状況を示す模式図、(c) はレースウエイ深度の算出方法を示すグラフである。
【００３４】
また、図４において、17はコークスの速度成分を測定する速度測定手段、18はレースウエイ深度算出手段を示し、その他の符号は図１と同一の内容を示す。
すなわち、第２の発明、第６の発明、第７の発明においては、例えば、図４(a) 、(b) に示すように、高速度カメラ５の炉内レースウエイ深さ方向の撮影距離L1を変化させ、各撮影距離L1において、撮影画像内に入ったコークスの内、撮影画像において一定以上の濃度を有するコークスすなわち焦点の合った少なくとも１個のコークス14を対象コークスとし、該対象コークスの速度成分を測定する。
【００３５】
なお、この場合の速度成分の測定方法の原理を図５に示す。
図５において、(a) は撮影距離L1における時刻ｔにおけるコークスの撮影状況を示す模式図、(b) は同じく撮影距離L1における時刻ｔ＋Δｔにおけるコークスの撮影状況を示す模式図である。
図５において、14(t) は時刻ｔにおける対象コークス14、14(t＋Δt)は時刻ｔ＋Δｔにおける対象コークス14、Ｚは対象コークス14の移動方向、Ｐ1 は時刻ｔにおける対象コークス14(t) の重心、Ｐ2 は時刻ｔ＋Δｔにおける対象コークス14(t＋Δt)の重心を示す。
【００３６】
すなわち、速度を測定する対象コークス14の例えば上下方向の速度成分Ｓは、シャッタ速度が1000コマ/ 秒の高速度カメラを用いた場合、Ｓ＝（Ｓ2 −Ｓ1 ）×1000〔m/sec 〕と求められる。
なお、上記した重心Ｐ1 、Ｐ2 は画像処理装置10により容易に求めることができる。
次に、前記した図４(c) のグラフに示すように、撮影距離L1から高速度カメラ５〜羽口３間の距離L2を差し引いた値L3を横軸に、各撮影距離L1において測定された対象コークス14の例えば上下方向の速度成分Ｓを縦軸にプロットし、速度成分Ｓが＋側からゼロになったL3がレースウエイ深度ＬＳとなる。
【００３７】
上記した第２の発明、第５の発明、第６の発明におけるコークスの速度成分Ｓは図５において上下方向、すなわち羽口内レースウエイ垂直方向のコークスの速度成分を例示したが、速度ベクトルの方向は特に制限されるものではない。
図４(a) のレースウエイ深度測定装置は、高速度カメラ５の前に好ましくは焦点距離が大きいフォーカスレンズ６を設置し、炉内レースウエイ深さ方向の撮影距離を変化させる手段９であるフォーカスレンズ移動装置によりフォーカスレンズ６を移動することにより、図４(a) に示す炉内レースウエイ深さ方向の撮影距離L1を変化させる構成とした。
【００３８】
なお、図４(a) における撮影距離を変化させる手段９としては、上記したフォーカスレンズ移動装置に代えて、高速度カメラ５の移動装置により、撮影距離を変化させてもよく、その具体的構成は制限されるものではない。
本第２の発明、第５の発明、第６の発明において、各撮影距離L1に対応して速度成分を測定する対象コークスの特定は、例えば、第１の発明、第３の発明、第４の発明と同様に、高速度カメラ５で静止画像として撮影した画像を画像処理装置10によって濃度分布に表し、この濃度差を利用する。
【００３９】
ここで、濃度とは、画像の濃淡である濃度を示し、例えば、画像の素子が８ビットの画像処理装置の場合、カメラの受光量を０（明）から256 （暗）に量子化したものである。
すなわち、各撮影距離L1に対応して速度成分の測定対象とするコークスの特定は、第１の発明、第３の発明、第４の発明と同様に図６に示すような方法で行うことができる。
なお、図６(a) は、図１(b) 、図２(a) 、図５と同じく高速度カメラのレースウエイ内観察領域およびレースウエイ内コークスの撮影状況を示す模式図であり、図６(b) は、画像処理装置10により図６(a) の撮影画像のラインＩ−ＩＩ上の濃度を濃度分布として表したグラフである。
【００４０】
第２の発明、第５の発明、第６の発明においては、例えば、第１の発明、第３の発明、第４の発明と同様に、下記の方法でレースウエイ旋回コークスの速度成分を測定する。
すなわち、図６(b) において、例えば、濃度の最小値Ｉmin を基準として、濃度の最大値Ｉmax から濃度の最小値Ｉmin を差し引いた値ΔＩ（＝Ｉmax −Ｉmin ）を求め、次式の濃度を有する部分を対象コークスと規定し、該当する少なくとも１個のコークスの速度成分を測定する。
【００４１】
濃度≧Ｉmin ＋ｋ×ΔＩ
ここで、ｋは任意に定められる定数であり、例えばｋ＝0.7 の値を用いることができる。
また、この場合、画像処理装置10によって、予め定めた大きさ以上のコークスを選択し、該コークスを対象コークスと規定しその速度成分を測定することが、より好ましい。
【００４２】
すなわち、図６(b) において、濃度の最小値Ｉmin を基準として、（Ｉmin ＋0.7 ×ΔＩ）以上の連続した濃度を有する領域の大きさＲが予め定めた大きさ以上のコークスを選択してその速度成分を測定することが、より好ましい。
図６(b) においては、ある時刻ｔにおける対象コークスは図に示すとおり14a の１個であり、対象コークスの速度成分を測定し、該測定値から下記方法によりレースウエイ深度を測定する。
【００４３】
すなわち、図４(a) におけるレースウエイ深度算出手段18では、図に示されるように、撮影距離L1から高速度カメラ５〜羽口３間の距離L2を差し引いた値L3を横軸に、各撮影距離L1におけるコークスの速度成分Ｓを縦軸にプロットし、速度成分Ｓが＋側からゼロになったL-3をレースウエイ深度ＬＳとする。
なお、速度成分Ｓの測定方法は、例えば、前記した図５の方法により行うことができる。
【００４４】
図７に、本発明の方法、装置を使用してレースウエイ深度を測定した一例を示す。
すなわち、図７において、コークスの速度成分Ｓが＋側からゼロになったL3は750mm であり、この場合のレースウエイ深度は750mm となる。
なお、本発明においては、上記のようにして得られた炉内レースウエイ深さ方向距離別のコークスの速度成分の測定値と予め定めた設定値とを比較演算しレースウエイ深度を求めるが、この場合、予め定めた速度成分の設定値としてはゼロ以外にも任意に設定でき、他の方法によるレースウエイ深度測定結果と対応させて速度成分の設定値を定めることも可能である。
【００４５】
また、図４(a) においては、画像処理装置10が撮影画像内の画像濃度分布を求める機能を有し、それとは別個に、画像処理装置10で求めた画像濃度分布に基づき、一定以上の画像濃度を有するコークスの速度成分を測定する速度測定手段17を付設する構成としたが、本発明においては、画像処理装置10が、撮影画像内の画像濃度分布を求める機能と、該濃度分布に基づき一定以上の画像濃度を有するコークスの速度成分を測定する速度測定機能と、撮影距離および速度成分の測定値の両者からレースウエイ深度を求めるレースウエイ深度算出機能とを有する構成としてもよい。
【００４６】
以上、第２の発明、第５の発明および第６の発明について述べたが、本発明は、高速度カメラの撮影距離を変化させ、撮影焦点におけるコークスの速度成分を測定し、撮影距離および速度成分の測定値の両者からレースウエイ深度を算出する構成とした。
この結果、本発明によれば、焦点の合った距離、すなわちレースウエイ深さ方向の正確な距離におけるコークスの自発光を検出するため、撮影焦点の前後の旋回コークスの影響を受けずに、正確にレースウエイ深度を測定することが可能となった。
【００４７】
以上、本発明について述べたが、前記した第１の発明〜第６の発明のいずれにおいても、撮影する際の焦点深度fdは狭い方が精度は良いが、そのためには、焦点距離ｆが大きいレンズを使用することが好ましい。
なお、レースウエイ内ではコークスが旋回しているため、レースウエイの深部を観察している時は、当然羽口近くに存在するコークスにより視野が妨げられるが、本発明においては、該コークスなど撮影距離L1の領域外に存在するコークスは焦点深度に入っていないので焦点が合わず、各撮影距離L1の領域に存在するコークスとそれ以外のコークスとの識別が可能である。
【００４８】
すなわち、本発明によれば、前記したように、焦点の合った距離、すなわちレースウエイ深さ方向の正確な距離におけるコークスの自発光を検出するため、撮影焦点の前後の旋回コークスの影響を受けずに正確にレースウエイ深度およびレースウエイ内旋回コークスの平均粒径を測定することが可能となった。
【実施例】
【００４９】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。
（実施例１）
前記した図１(a) に示す装置を用いて、２段羽口を有するコークス充填式竪型溶融還元炉のレースウエイ深度の測定を行った。
なお、上記コークス充填式竪型溶融還元炉は、直径４ｍで羽口は上段４本、下段４本で、レースウエイ深度測定時の送風圧力は1.2kg/cm2 ・G 、送風温度は800 ℃であり、測定は、上段側の羽口で実施した。
【００５０】
撮影はフィルタ７、フォーカスレンズ６を介して高速度カメラ５で行った。
フォーカスレンズ６は炉内レースウエイ深さ方向の撮影距離を変化させる手段９からの信号を受けて移動する構成となっている。
撮影で用いた高速度カメラ５は、シャッタ速度が1000コマ／秒から2000コマ／秒まで変更可能なカメラを採用し、シャッタ速度を1000コマ／秒とし、一秒間に計数されたコークスの個数から下記方法によりレースウエイ深度の測定を行った。
【００５１】
フォーカスレンズ６としては、焦点距離ｆが120 のレンズを用いた。
画像は、カメラアンプ８を介して画像処理装置10に送られ、フォーカスレンズ６の移動量から求まる撮影距離に対応して撮影が行われる。
また、画像処理装置10からの情報、すなわち撮影画像の濃度分布測定結果に基づき、計数手段11により各撮影距離での一定時間当たりのコークスの個数が計数される。
【００５２】
レースウエイ深度算出手段12には、炉内レースウエイ深さ方向の撮影距離L1が炉内レースウエイ深さ方向の撮影距離を変化させる手段９から電気信号として入力され、また、一定時間当たりに計数されたコークスの個数Ｎが計数手段11から電気信号として入力される。
該レースウエイ深度算出手段12は、図１(c) に示すように、撮影距離L1から高速度カメラ５〜羽口３間の距離L2を差し引いた値L3を横軸に、各撮影距離L1において一定時間当たりに観測されたコークスの個数Ｎを縦軸にプロットし、その個数がゼロになったL3をレースウエイ深度ＬＳとして算出する。
【００５３】
高速度カメラ５で撮影した原画像と、画像処理によって得られた濃度分布の一例をそれぞれ前記した図２(a) および(b) に示す。
図２に示す例では、フルスケール256 階調で、濃度の最大値Ｉmax から濃度の最小値Ｉmin を差し引いた値ΔＩが50であるため、濃度の最小値Ｉmin ＝100 を基準として、次式を満足する濃度を有する領域のコークス14a 、14b のみの個数（２個）を計数した。なお、次式における任意に定められる定数ｋは0.7 と設定した。
【００５４】
濃度≧Ｉmin ＋ｋ×ΔＩ＝135
なお、この場合大きさが３mm未満のコークスは計数から除外した。
個数を計数する方法としては、シャッタ速度が1000コマ/ 秒のカメラを用いたので、一秒間当たりの個数Ｎは、1/1000秒毎の個数Ｎi （ｉ＝１〜1000）から次式により求めた。
Ｎ＝Σ（Ｎi ）〔個〕、ｉ＝１〜1000
図３に、上記したコークスの一秒間当たりの個数Ｎを、各撮影距離L3について求めた結果を示す。
【００５５】
図３から、一秒間当たりの個数Ｎがゼロとなった距離L3は750mm であるので、レースウエイ深度ＬＳは750mm である。
（実施例２）
前記した図４(a) に示す装置を用いて、実施例１と同じコークス充填式竪型溶融還元炉で実施例１と同様の操業条件下でレースウエイ深度の測定を行った。
【００５６】
測定は、上段側の羽口で実施した。
撮影はフィルタ７、フォーカスレンズ６を介して高速度カメラ５で行った。
フォーカスレンズ６は炉内レースウエイ深さ方向の撮影距離を変化させる手段９からの信号を受けて移動する構成となっている。
撮影で用いた高速度カメラ５は、シャッタ速度が1000コマ／秒から2000コマ／秒まで変更可能なカメラを採用し、シャッタ速度を1000コマ／秒とし、１／1000秒間に移動したコークスの距離から下記方法によりレースウエイ深度の測定を行った。
【００５７】
フォーカスレンズ６としては、焦点距離ｆが120 のレンズを用いた。
画像は、カメラアンプ８を介して画像処理装置10に送られ、フォーカスレンズ６の移動量から求まる撮影距離に対応して撮影が行われる。
また、画像処理装置10からの情報、すなわち撮影画像の画像濃度分布に基づき速度測定手段17により各撮影距離でのコークスの速度成分が測定される。
【００５８】
レースウエイ深度算出手段18には、炉内レースウエイ深さ方向の撮影距離L1が炉内レースウエイ深さ方向の撮影距離を変化させる手段９から電気信号として入力され、また、コークスの速度成分Ｓが速度測定手段17から電気信号として入力される。
該レースウエイ深度算出手段18は、図４(c) に示すように、撮影距離L1から高速度カメラ５〜羽口３間の距離L2を差し引いた値L3を横軸に、各撮影距離L1におけるコークスの速度成分Ｓを縦軸にプロットし、速度成分Ｓが＋側からゼロになったL3をレースウエイ深度ＬＳとして算出する。
【００５９】
高速度カメラ５で撮影した原画像と、画像処理によって得られた濃度分布の一例をそれぞれ前記した図６(a) および(b) に示す。
図６に示す例では、フルスケール256 階調で、濃度の最大値Ｉmax から濃度の最小値Ｉmin を差し引いた値ΔＩが40であるため、濃度の最小値Ｉmin ＝107 を基準として、次式を満足する濃度を有する領域のコークス14a のみを対象としてその速度成分を測定した。なお、次式における任意に定められる定数ｋは0.7 と設定した。
【００６０】
濃度≧Ｉmin ＋ｋ×ΔＩ＝135
また、この場合大きさが３mm未満のコークスは速度成分の測定対象から除外した。
なお、速度成分を測定する方法は、前記した図５に示す方法により行った。
すなわち、本実施例においては、シャッタ速度が1000コマ/ 秒のカメラを用いたので、1/1000秒間の速度成分Ｓは、1/1000秒毎の同一コークスの重心位置Ｐ1 、Ｐ2 から次式により求めた。
【００６１】
Ｓ＝（Ｓ2 −Ｓ1 ）×1000〔m/sec 〕
図７に、上記したコークスの速度成分Ｓを、各撮影距離L3について求めた結果を示す。
図７から、コークスの速度成分Ｓが＋側からゼロとなった距離L3は750mm であるので、レースウエイ深度ＬＳは750mm である。
なお、前記した実施例１、２においては、図１(a) 、図４(a) に示すように、高速度カメラ５などを羽口覗き窓に対して炉外側に設置して撮影したが、高速度カメラ５、フォーカスレンズ６、フィルタ７を水冷管などの保護窓付の冷却管内に組み込み、該冷却管を炉内に挿入して撮影視野を広げても良いことは言うまでもない。
【００６２】
また、前記した実施例１、２においては、前記した図１(a) 、図４(a) において説明したように、炉内レースウエイ深さ方向の撮影距離を変化させる手段９として、フォーカスレンズ移動装置を使用したが、高速度カメラ５自体の移動装置により撮影距離を変化させてもよく、本発明においては撮影距離を変化させる手段９の具体的構成は制限されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の原理図および装置の構成図(a) 、レースウエイ内観察領域およびレースウエイ内コークスの撮影状況を示す模式図(b) 、レースウエイ深度の算出方法を示すグラフ(c) である。
【図２】高速度カメラのレースウエイ内観察領域およびレースウエイ内コークスの撮影状況を示す模式図(a) 、撮影画像(a) のラインＩ−ＩＩ上の画像の濃度を濃度分布として表したグラフ(b) である。
【図３】本発明の方法、装置を使用してレースウエイ深度を測定した一例を示すグラフである。
【図４】本発明の原理図および装置の構成図(a) 、レースウエイ内観察領域およびレースウエイ内コークスの撮影状況を示す模式図(b) 、レースウエイ深度の算出方法を示すグラフ(c) である。
【図５】速度成分の測定方法の原理を示す、それぞれ時刻ｔおよび時刻ｔ＋Δｔにおける撮影状況を示す模式図(a) 、(b) である。
【図６】高速度カメラのレースウエイ内観察領域およびレースウエイ内コークスの撮影状況を示す模式図(a) 、撮影画像(a) のラインＩ−ＩＩ上の画像の濃度を濃度分布として表したグラフ(b) である。
【図７】本発明の方法、装置を使用してレースウエイ深度を測定した一例を示すグラフである。
【図８】高炉羽口内のレースウエイ形成状況および本発明を説明する高炉羽口部の側面図である。
【符号の説明】
【００６４】
１  コークス（炉内充填コークス）
1c  レースウエイ内旋回コークス
２  レースウエイ
３  羽口
４  コークスの旋回方向
５  高速度カメラ
６  撮影距離を変化させるためのレンズ
７  フィルタ
８  カメラアンプ
９  炉内レースウエイ深さ方向の撮影距離を変化させるレンズを移動する手段
10  画像処理装置
11  計数手段
12、18  レースウエイ深度算出手段
13  焦点の合わないコークス
14、14(t) 、14(t＋Δt)、14a 、14b   焦点の合ったコークス
17  速度測定手段
19  羽口覗き窓
20  ブローパイプ
21  送風支管
22  耐火物
Ａ  焦点深度および高速度カメラの視野で形成される撮影領域
ＬＳ  レースウエイ深度
fd  焦点深度
Ｗ  高速度カメラの視野
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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