(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物質の表面に付着した粉の粉率を測定する粉率測定装置であって、
前記物質を照明する照明装置と、
前記物質からの反射光を分光して分光反射率を測定する分光装置と、
前記分光装置で測定された前記物質の表面の各位置における分光反射率のうち、前記粉が付着した領域の分光反射率を少なくとも用いて、前記粉が付着した領域の面積に応じた値を算出し、算出された前記値に基づいて前記粉率を求める演算装置と、
を備える粉率測定装置。
【請求項２】
前記演算装置は、
前記物質の表面の地肌領域と前記粉が付着した領域との間の分光反射率の違いに基づき、前記分光装置で測定された前記物質の表面の各位置における分光反射率から、前記地肌領域の分光反射率を省くための処理を実行し、
前記処理が実行された後の前記物質の表面の各位置における分光反射率から前記値を算出する、請求項１に記載の粉率測定装置。
【請求項３】
前記分光装置は、前記物質を撮像して前記物質の表面の各位置における分光反射率を測定し、
前記演算装置は、前記分光装置で測定された前記物質の表面の前記粉が付着した領域の分光反射率から、前記粉が付着した領域に位置する画素毎に輝度を求め、前記粉が付着した領域に位置する画素毎に求めた輝度を合算した輝度の積算値を求め、前記物質の撮影画像中の前記物質の全画素数で前記積算値を割って平均輝度を算出し、算出された前記平均輝度と、予め特定された平均輝度と粉率との相関関係に基づき、前記粉率を求める、請求項１又は２に記載の粉率測定装置。
【請求項４】
請求項１に記載の粉率測定装置と、
物質を搬送するコンベアと、を備え、
前記粉率測定装置は、前記コンベアの上方に設けられ、前記コンベアで高炉に搬送される物質の表面に付着した粉の粉率を測定する、粉率測定システム。
【請求項５】
物質の表面に付着した粉の粉率を測定する粉率測定方法であって、
照明装置を制御して、前記物質を照明するステップと、
分光装置を制御して、前記物質からの反射光を分光して分光反射率を測定するステップと、
測定された前記物質の表面の各位置における分光反射率のうち、前記粉が付着した領域の分光反射率を少なくとも用いて、前記粉が付着した領域の面積に応じた値を算出し、算出された前記値に基づいて前記粉率を求めるステップと、
を有する粉率測定方法。
【請求項６】
請求項５に記載された粉率測定方法における各ステップをコンピュータに実施させるためのコンピュータプログラム。
【請求項７】
高炉であって、
請求項１に記載の粉率測定装置を備え、前記高炉に搬送される物質の表面に付着した粉の粉率を、前記粉率測定装置によって測定する高炉。
【請求項８】
高炉に搬送される物質を照明するステップと、
前記物質からの反射光を分光して分光反射率を測定するステップと、
測定された前記物質の表面の各位置における分光反射率のうち、粉が付着した領域の分光反射率を少なくとも用いて、前記粉が付着した領域の面積に応じた値を算出し、算出された前記値に基づいて、前記物質の表面に付着した粉の粉率を求めるステップと、
求めた前記粉率に応じて、前記高炉の操業条件を設定するステップと、
を有する高炉操業方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉などで使用する原料に付着した粉の粉率を測定する粉率測定装置、粉率測定システム及び粉率測定方法に関する。
また、本発明は、粉率測定方法を実現するためのコンピュータプログラムにも関する。さらに、本発明は、上記の粉率測定装置を備えた高炉、及び、粉率を測定しながら行われる高炉操業方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄鉱石及びコークスなどの原料を用いた高炉などの製造設備においては、原料の粒度が製造プロセスの操業に影響する。製造プロセスを安定させるには、事前に原料の粒度情報を把握する必要がある。高炉の製造プロセスにおいては、鉄鉱石、焼結鉱及びコークスなどといった原料の粒度の把握が重要である。特に、高炉内の通気性を確保するために、高炉に装入する原料に付着した微細な粉の粉率にも注意して操業を行う必要がある。なお、粉率は、装入物の全質量に占める粉の質量の割合を意味する。【０００３】
高炉の通気性を維持するためには、原料間に形成される空隙を確保することが重要である。原料に小塊及び粉が多く含まれると、原料間に形成される空隙が小塊及び粉で埋められてしまうために、通気性が悪化する。このため、装入原料を事前に篩分けして篩上の塊のみを高炉に装入する操作が行われる。一般に、高炉装入前の篩分けにより、鉄鉱石の粉及び小塊は除去される。しかし、通常の篩分け操作では、粉を完全に除去することは困難である。特に、原料の表面に付着した粉は原料とともに高炉に装入され、高炉内で原料と粉とが分離して高炉の通気性を悪化させる。このため、原料の表面に付着した粉の量を事前に把握し、高炉へ装入される粉の量を管理することが求められる。【０００４】
従来、高炉に装入される原料の粒度及び粉率の測定は、定期的な原料のサンプリングと篩分析によって行われていた。しかしながら、篩分析は時間を費やすので、高炉操業へのリアルタイムな結果の反映が難しい。このため、高炉へ搬送される原料の粒度分布をリアルタイムに把握する技術が求められていた。【０００５】
このような装置として、特許文献１には、原料を搬送するコンベアの原料をサンプリングし、ロボットなどを用いて、自動でサンプルを篩分けて粒度分布の測定を行う粒度分布測定装置が開示されている。【０００６】
また、カメラなどを用いて、リアルタイムで原料の粒度を測定する装置も開示されている。例えば、特許文献２には、コンベア上を搬送される原料バラ物をコンベア上で撮像して画像データを作成し、画像データから輝度分布を求め、当該輝度分布の最大ピーク高さを用いて原料バラ物の粒度を検知する方法が開示されている。特許文献３には、高炉に装入される装入物からの反射光のうち、近赤外領域の反射光から得られる分光情報から、装入物の水分量を検出する高炉装入物検出装置が開示されている。当該検出装置は、装入物の水分量と装入物の付着粉の粉率との関係を把握することで、装入物の粉率をリアルタイムで検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１３４３０１号公報
【特許文献２】特開２０００−３２９６８３号公報
【特許文献３】特開２０１５−１２４４３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来技術には以下の問題がある。
特許文献１に開示された粒度分布測定装置では、サンプリングの頻度を上げすぎると、操業プロセスの遅延につながるという課題がある。また、抜き取り検査であるので、サンプリングの代表性の課題もある。【０００９】
特許文献２に開示された粒度検知方法では、既知の粒度の原料バラ物において測定された輝度分布の最大ピーク高さデータを粒度別に予め複数種類準備しておく。そして、測定された画像データから算出された輝度分布の最大ピーク高さと、予め準備された最大ピーク高さとを比較することで原料バラ物の粒度を検出する。つまり、特許文献２の粒度検知方法は、粉の粉率を定量的に測定するものではない。また、特許文献２は、物質に付着した微細粉の粉率が測定できることは記載していない。このため、特許文献２に開示された方法では、物質の表面に付着した粉の粉率を定量的に測定できない、という課題がある。【００１０】
特許文献３に開示された高炉装入物検出装置は、近赤外線の分光情報から装入物の水分量を検出し、当該装入物の水分量と装入物の粉率との関係から装入物の粉率を検出する装置である。しかし、特許文献３では、装入物の水分量と装入物の粉率との相関は高くないので、粉率測定の精度が高くない、という課題がある。更に、鉄鉱石などの無機系物質においては、成分及び酸化度の違いで地肌と付着粉とで分光反射率が大きく異なる。輸送の段階で衝突を繰り返すことで地肌がむき出しの箇所が存在する場合は、その反射率変化が水分の検出性能を悪化させ、結果として粉率の測定精度も高くならない。【００１１】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、高炉などの操業プロセスで、原料として使用される物質の表面に付着した粉の粉率を高い精度でリアルタイムに測定できる粉率測定装置、粉率測定システム及び粉率測定方法を提供することである。
また、本発明の他の目的は、上記の粉率測定方法を実現するためのコンピュータプログラム、及び、上記の粉率測定装置を備えた高炉を提供することである。また、本発明の他の目的は、高炉へ装入される原料の表面に付着した粉の粉率を精度よく測定しながら高炉の操業を行うことである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するための本発明の要旨は以下のとおりである。
［１］  物質の表面に付着した粉の粉率を測定する粉率測定装置であって、
前記物質を照明する照明装置と、
前記物質からの反射光を分光して分光反射率を測定する分光装置と、
前記分光装置で測定された前記物質の表面の各位置における分光反射率のうち、前記粉が付着した領域の分光反射率を少なくとも用いて、前記粉が付着した領域の面積に応じた値を算出し、算出された前記値に基づいて前記粉率を求める演算装置と、
を備える粉率測定装置。
［２］  前記演算装置は、
前記物質の表面の地肌領域と前記粉が付着した領域との間の分光反射率の違いに基づき、前記分光装置で測定された前記物質の表面の各位置における分光反射率から、前記地肌領域の分光反射率を省くための処理を実行し、
前記処理が実行された後の前記物質の表面の各位置における分光反射率から前記値を算出する、［１］に記載の粉率測定装置。
［３］  前記分光装置は、前記物質を撮像して前記物質の表面の各位置における分光反射率を測定し、
前記演算装置は、
前記分光装置で測定された前記物質の表面の前記粉が付着した領域の分光反射率から、前記粉が付着した領域に位置する画素毎に輝度を求め、
画素毎に求めた輝度に基づいて平均輝度を算出し、
算出された前記平均輝度と、予め特定された平均輝度と粉率との相関関係に基づき、前記粉率を求める、［１］又は［２］に記載の粉率測定装置。
［４］  ［１］に記載の粉率測定装置と、
物質を搬送するコンベアと、を備え、
前記粉率測定装置は、前記コンベアの上方に設けられ、前記コンベアで高炉に搬送される物質の表面に付着した粉の粉率を測定する、粉率測定システム。
［５］  物質の表面に付着した粉の粉率を測定する粉率測定方法であって、
照明装置を制御して、前記物質を照明するステップと、
分光装置を制御して、前記物質からの反射光を分光して分光反射率を測定するステップと、
測定された前記物質の表面の各位置における分光反射率のうち、前記粉が付着した領域の分光反射率を少なくとも用いて、前記粉が付着した領域の面積に応じた値を算出し、算出された前記値に基づいて前記粉率を求めるステップと、
を有する粉率測定方法。
［６］  ［５］に記載された粉率測定方法における各ステップをコンピュータに実施させるためのコンピュータプログラム。
［７］  高炉であって、［１］に記載の粉率測定装置を備え、前記高炉に搬送される物質の表面に付着した粉の粉率を、前記粉率測定装置によって測定する高炉。
［８］  高炉に搬送される物質を照明するステップと、
前記物質からの反射光を分光して分光反射率を測定するステップと、
測定された前記物質の表面の各位置における分光反射率のうち、粉が付着した領域の分光反射率を少なくとも用いて、前記粉が付着した領域の面積に応じた値を算出し、算出された前記値に基づいて、前記物質の表面に付着した粉の粉率を求めるステップと、
求めた前記粉率に応じて、前記高炉の操業条件を設定するステップと、
を有する高炉操業方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る粉率測定装置、粉率測定システム及び粉率測定方法を用いることで、物質の表面に付着した粉の粉率を高い精度で且つリアルタイムで測定することができる。そして、本発明に係る粉率測定装置、粉率測定システム及び粉率測定方法により、例えば、高炉に装入される原料である鉄鉱石の粉率をリアルタイムに測定して高炉に装入される鉄鉱石粉の量を管理することで、高炉操業の安定化に寄与する。
また、本発明によれば、上記の粉率測定方法を実施するためのコンピュータプログラム、上記の粉率測定装置を備えた高炉及び高炉の操業方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る粉率測定装置を備える粉率測定システム、及び、その周辺の構成の一例を示す模式図である。
【図２】２種類の鉄鉱石をカラーカメラで撮影した写真である。
【図３】２種類の鉄鉱石を水洗して粉の一部分を除去し、水洗した後にカラーカメラで撮影した写真である。
【図４】本発明における粉率を測定するための処理フローの第一の例を示す図である。
【図５】鉄鉱石のＲＧＢ画像をＨＳＶ変換して得られる画像の色相（Ｈ）についてのヒストグラムである。
【図６】設定した閾値によって粉の付着していない地肌領域を抽出し、地肌領域の色のみを白色に変換して表示した鉄鉱石の画像である。
【図７】本発明の測定方法によって測定された粉率と、篩分析によって実測された粉率との比較結果を示す図である。
【図８】本発明における粉率を測定するための処理フローの第二の例を示す図である。
【図９】輝度平均値と粉率との相関関係と示す図である。
【図１０】図８に示す処理フローを一般化したフローを示す図である。
【図１１】粉が付着した領域に位置する各画素の輝度のスペクトル分布を示す図である。
【図１２】本発明における粉率を測定するための処理フローの第三の例を示す図である。
【図１３】地肌領域の色と対応する波長の輝度をマスクしたスペクトル分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る粉率測定装置を使用して、高炉に装入される原料である鉄鉱石の粉率を測定する例を用いて、本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の実施形態を示す図であって、本発明に係る粉率測定装置を備える粉率測定システム、及び、その周辺の構成の一例を示す模式図である。
【００１６】
粉率測定システム１０は、粉率測定装置１２とコンベア１４とを備えている。高炉（図示せず）に装入される鉄鉱石２６は、ホッパー２８に貯留されている。ホッパー２８から排出された鉄鉱石２６は、篩３０で篩分けされ、篩３０の目開き寸法よりも小さい粒径の鉄鉱石粉が落とされた後、コンベア１４によって高炉へ搬送される。
【００１７】
高炉内における通気性は、熱風の吹き込み方の他、炉内に装入される鉄鉱石２６の表面に付着した微粉（鉄鉱石粉）の重量割合、すなわち粉率などに応じて決まる。一般には、粉率が大きくなるほど、塊状の鉄鉱石２６間に形成される隙間が粉によって埋められ易くなるために通気性が悪くなる。そのため、高炉を操業する間には、高炉内に装入される鉄鉱石２６の粉率を高炉の操業員（オペレータ）に確認させる。本実施形態では、高炉の操業中、高炉へ装入される鉄鉱石２６の粉率を定期的に測定して監視する。
【００１８】
本実施形態では、粉率の測定値に応じて高炉の操業条件を設定する。具体的には、粉率の測定値が閾値を超える場合、高炉内への熱風の送風量を下げ、あるいは、ある装入回において装入される鉄鉱石２６の量に対するコークス量の比率を上げる。
【００１９】
本実施形態において、篩３０の目開き寸法は１０ｍｍである。このため、コンベア１４によって搬送される鉄鉱石２６は、粒径１０ｍｍ以上の鉄鉱石、及び、篩３０で篩分けしても落下しない鉄鉱石に付着した鉄鉱石粉を含む。鉄鉱石２６に付着した鉄鉱石粉の粒径を測定したところ、粒径１ｍｍ以下の鉄鉱石粉であった。なお、本実施形態において、鉄鉱石粉とは、粒径１ｍｍ以下の鉄鉱石粉を意味し、鉄鉱石２６とは、篩上に残った粒径１０ｍｍ以上の鉄鉱石を意味する。図１に示した例において、鉄鉱石２６は、物質の一例であり、塊状の物質である。
【００２０】
粉率測定装置１２は、コンベア１４によって搬送される鉄鉱石２６の粉率を測定する装置である。粉率測定装置１２は、照明装置１８と、分光装置１６と、演算装置２０とを有する。照明装置１８は、コンベア１４の上方に設けられ、コンベア１４によって搬送される鉄鉱石２６を照明する。
【００２１】
分光装置１６は、コンベア１４の上方に設けられ、コンベア１４によって搬送される鉄鉱石２６を撮像し、鉄鉱石２６からの反射光を分光して分光反射率を測定する。なお、本実施形態では、鉄鉱石２６の撮像画像の範囲（画角の範囲）で分光反射率を求めるが、例えば視野範囲又は所定範囲において分光反射率を測定してもよい。
【００２２】
上述したように、鉄鉱石２６は、鉄鉱石と当該鉄鉱石の表面に付着した鉄鉱石粉とを含むので、分光装置１６によって測定された分光反射率は、鉄鉱石だけでなく、鉄鉱石の表面に付着した鉄鉱石粉にも影響される。このため、分光装置１６によって測定される分光反射率には、鉄鉱石２６に付着した鉄鉱石粉の情報も含まれる。
【００２３】
分光装置１６が設置される高さは、装置の仕様により定められた高さに設置されるが、コンベア１４によって搬送される鉄鉱石２６との接触を考慮して、コンベア１４の上方３００ｍｍ以上１０００ｍｍ以下とすることが好ましい。これにより、コンベア１４によって搬送される鉄鉱石２６の量が一時的に増えたとしても、分光装置１６とコンベア上の鉄鉱石２６との接触が防止できる。分光装置１６による分光反射率の測定は、鉄鉱石２６が高炉に挿入する前段階で行われるのが好ましい。そのため、分光装置１６は、高炉の手前位置に配置されるのがよく、好ましくはコンベア１４の下流側の端部（高炉に鉄鉱石２６が引き渡される側の端部）付近に配置されるのがよい。
【００２４】
演算装置２０は、例えば、演算部２２と格納部２４とを有するワークステーションやパソコンなどの汎用コンピュータである。
【００２５】
演算部２２は、例えば、ＣＰＵなどであって、格納部２４に保存されたプログラム及びデータを用いて、照明装置１８及び分光装置１６の動作を制御する。また、演算部２２は、分光装置１６で取得された鉄鉱石表面の各位置における分光反射率のうち、粉が付着した領域の分光反射率を少なくとも用いて、粉が付着した領域の面積に応じた値を算出し、算出された値に基づいて粉率を求める。粉率を求める手順については、後述する。
【００２６】
格納部２４には、照明装置１８及び分光装置１６を制御するためのプログラム、演算部２２における演算を実行するためのプログラム、当該プログラム実行中に使用する演算式及び数式などが予め格納されている。
【００２７】
分光装置１６は、演算部２２の制御により、予め定められた時間ごとに鉄鉱石２６を撮像し、鉄鉱石２６からの反射光を分光して分光反射率を測定する。予め定められた時間は、例えば、分光装置１６が測定する鉄鉱石２６の測定範囲と、コンベア１４の搬送速度とによって定めることができる。つまり、予め定められた時間は、コンベア１４の搬送方向における測定範囲の長さをコンベア１４の搬送速度で除して算出される時間とすることができる。これにより、分光装置１６は、コンベア１４の搬送方向に対して隙間無く鉄鉱石２６を測定することができる。また、分光装置１６は、コンベア１４の搬送方向に対して垂直となる方向から鉄鉱石２６の分光反射率を測定することが好ましい。
【００２８】
本実施形態では、分光装置１６として、例えば、カラーカメラを用いている。すなわち、本実施形態では、分光反射率を画素毎に測定するためにカラー画像（具体的にはＲＧＢ画像）を撮影し、分光反射率がＲＧＢ階調値等の画素値によって表されれる。なお、分光反射率をリアルタイムで測定できるものであれば、カラーカメラ以外の装置を用いてもよい。
【００２９】
図２に、２種類の鉄鉱石Ａ，Ｂをカラーカメラで撮影した写真を示す。図２の写真は、モノクロであるが、現物はカラー写真である。モノクロ写真では、鉄鉱石Ａの方が鉄鉱石Ｂよりも若干白く見えるが、カラー写真では、鉄鉱石Ａはオレンジ色に写っており、鉄鉱石Ｂは赤色に写っている。このように、鉄鉱石に同程度の量の鉄鉱石粉が付着した場合であっても、鉄鉱石の種類によって色味が異なる。これは、鉄鉱石に付着した鉄鉱石粉の粉率が同程度であっても、付着した鉄鉱石粉の成分及び酸化度が異なることによると考えられる。
【００３０】
図３は、鉄鉱石Ａ、Ｂをそれぞれ水洗して鉄鉱石粉を除去し、水洗後、カラーカメラで撮影した写真である。ただし、付着した鉄鉱石粉が全て除去されることはなく、一部の鉄鉱石粉は付着したままである。図３の写真は、モノクロであるが、現物はカラー写真である。モノクロ写真では、図２の写真との違いが判り難いが、カラー写真では、鉄鉱石Ａ及び鉄鉱石Ｂともに、鉄鉱石粉が除去されて鉄鉱石の地肌が露出した地肌領域は黒く写っている。これに対して、鉄鉱石粉が付着した領域は、オレンジ色（鉄鉱石Ａ）または赤色（鉄鉱石Ｂ）に写っており、地肌領域とは色味が大きく異なる。
【００３１】
以上の結果から、鉄鉱石表面における地肌領域と鉄鉱石粉が付着した領域との色味差に基づいて、地肌領域を省き、鉄鉱石粉が付着した領域を抽出し、鉄鉱石粉が付着した領域の面積に応じた値を求めることで、粉率の測定精度が向上することを本発明者らは知見した。鉄鉱石粉が付着した領域の面積に応じた値は、例えば、その領域に位置する画素の数である。
【００３２】
粉率の測定手順の一例を図４に示す。先ず、カラーカメラで鉄鉱石２６のＲＧＢ画像を撮影する（Ｓ００１）。その後、ＲＧＢ画像における各画素の画素値を、色相（Ｈ）、彩度（Ｓ）及び明度（Ｖ）の三成分の情報に変換する（Ｓ００２）。変換方法としては、公知の方法が利用可能であり、例えば、文献「Smith, A.R. “Color Gamut Transform Pairs”. SIGGRAPH 78 Conference Proceeding. 1978, pp.12-19.」に記載された方法が一例として挙げられる。
【００３３】
撮像された鉄鉱石のＲＧＢ画像をＨＳＶ変換し、画像の色相（Ｈ）に関してヒストグラムを取ると、その一例として、図５のようなヒストグラムが得られる。図５の横軸は、色相（Ｈ）を、縦軸は、各色相（Ｈ）を示す画素の出現頻度を、それぞれ表している。図５に示すように、鉄鉱石２６のＲＧＢ画像から得られる色相（Ｈ）のヒストグラムでは、２つのピークが示され、各ピークについて山型の分布が現れている。図中、左側の色相（Ｈ）の分布は、地肌領域の色相分布に相当し、右側の色相（Ｈ）の分布は、粉が付着した領域の色相分布に相当する。そして、図５に示すように、上記２つのピークの間には閾値となる色相（Ｈ）が存在し、閾値によって上記２つの色相分布が分離される。
【００３４】
以上のように、鉄鉱石ごとに撮像して得られた色相（Ｈ）のヒストグラムから、鉄鉱石表面の地肌領域と鉄鉱石粉が付着した領域とを分離する閾値を決める。これにより、色味の違いに対応して、地肌領域と鉄鉱石粉が付着した領域とを区別することができる（Ｓ００３）。なお、閾値となる色相（Ｈ）は、鉄鉱石の種類に応じて変わるため、予め閾値を種類毎に決めておくことで、鉄鉱石の種類に由来する色味の違いに拘わらず、地肌領域と鉄鉱石粉が付着した領域とを区別することができる。
【００３５】
図６は、上記のようにして設定した閾値により、鉄鉱石表面の地肌領域を抽出し、地肌領域の色のみを白色に変換して表示した鉄鉱石の画像である。
【００３６】
次に、鉄鉱石表面のうち、鉄鉱石粉が付着した領域に位置する画素の数（画素数）をカウントし（Ｓ００４）、その画素数から、鉄鉱石粉が付着した領域の面積割合ｘを求める（Ｓ００５）。具体的には、鉄鉱石粉が付着した領域の画素数を、撮影画像中の鉄鉱石の全画素数で割ることで面積割合ｘを求める。なお、撮影画像の中から鉄鉱石の画素を抽出して鉄鉱石の画素数を特定する方法については、公知の画像処理による方法が利用可能である。
【００３７】
一方、図４に示す処理フローの実施に際し、予め、面積割合ｘと粉率ｙとの相関関係について近似した回帰式ｙ＝ａｘ＋ｂにおける係数ａ，ｂを求める等して検量線を決定し、鉄鉱石粉が付着した領域の面積割合を粉率と対応付ける。これにより、面積割合ｘから粉率ｙを求めることができる。以上の手順によって粉率を求めることで、地肌が多い鉄鉱石に対しても安定した粉率の測定が可能となる。
【００３８】
サンプリングした鉄鉱石２６に対し、図４に示す処理フローに従って粉率を測定するとともに、篩分析によって粉率を実測し、それぞれの結果を図７に示す。図７は、鉄鉱石Ａ及び鉄鉱石Ｂを測定対象とし、篩分析による粉率と、図４に示す処理フローによって測定された粉率とを併せて示す。図７に示すように、鉄鉱石の種類に拘わらず、精度良く粉率を測定可能であることが確認できた。
【００３９】
図４に示す処理フローでは、表層から下層まで鉄鉱石粉が付着した領域の割合が一定で、且つ鉄鉱石が付着した領域では鉄鉱石粉が均一に付着していることを前提とすることで、面積割合と粉率との相関関係が成り立つ。
【００４０】
他方、図８に示す処理フローでは、鉄鉱石粉が均一に付着していない条件で粉率を精度良く粉率を測定することができる。図８に示す処理フローでは、鉄鉱石粉が付着した領域における画素ごとの輝度（ＨＳＶ変換した場合は、明度（Ｖ））を用いて粉率を測定する。これは、水分量が増加することで鉄鉱石粉の付着量が増えるとともに、水分量が増えると光の反射量が小さくなるという現象に着目したものである。
【００４１】
図８の処理フローでは、図４の処理フローのＳ００１〜Ｓ００３と同様の手順により、鉄鉱石２６の撮像画像からＨＳＶ情報を取得し、色相（Ｈ）のヒストグラムから、鉄鉱石表面の地肌領域と鉄鉱石粉が付着した領域とを分離する閾値を決め、その閾値によって、地肌領域と鉄鉱石粉が付着した領域とを区別する（Ｓ０１１〜Ｓ０１３）。
【００４２】
次に、鉄鉱石が付着した領域に位置する画素ごとに、輝度（つまり、ＨＳＶ変換後の明度（Ｖ））を特定する（Ｓ０１４）。その後、画素ごとの輝度を合算して輝度の積算値を求め（Ｓ０１５）、撮影画像中の鉄鉱石の全画素数で輝度の積算値を割ることにより、輝度の平均値を算出する（Ｓ０１６）。
【００４３】
輝度が小さくなるほど粉の付着量が多くなる傾向にあるため、輝度平均値と粉率との間には相関があり、図８に示す処理フローを実施するに際して、当該相関関係を予め特定しておく。具体的には、サンプリングした鉄鉱石２６に対し、図８に示す処理フローのステップＳ０１１〜Ｓ０１６を通じて求めた輝度平均値と、篩分析によって求めた粉率とをプロットし、直線回帰により図９の回帰直線を取得する。なお、輝度平均値と粉率との相関関係については、直線回帰を適用する場合に限定されず、曲線回帰を適用してもよい。
【００４４】
そして、上記の回帰直線から、ステップＳ０１６で算出した輝度平均値と対応する粉率を割り出す（Ｓ０１７）。以上までの一連のステップを経て、輝度を用いて粉率が測定される。このように輝度を用いることで、鉄鉱石の種類の違いによる鉄鉱石粉の色（具体的には、色相（Ｈ））の違いに拘わらず、精度良く粉率を測定可能である。
【００４５】
図８に示す処理フローのステップＳ０１１で撮影する鉄鉱石２６のＲＧＢ画像は、スペクトル分布の一例に相当する。そのため、図８に示すフロー処理フローにて粉率を求める方法は、図１０に示すように、鉄鉱石粉が付着した領域における画素ごとのスペクトル分布を用いて粉率を求める処理フローとして一般化することができる。
【００４６】
つまり、図８に示す処理フロー中、ＲＧＢ画像を撮影するステップＳ０１１は、図１０に示す一般化された処理フローのうち、鉄鉱石２６の画像を撮像して画素ごとにスペクトル分布を測定するステップＳ０２１に相当する。
【００４７】
ＲＧＢ画像をＨＳＶ変換して色相（Ｈ）を得るステップＳ０１２は、測定されたスペクトル分布のピーク位置から支配的な波長（すなわち、ピーク波長）を特定するステップＳ０２２に相当する。色相（Ｈ）のヒストグラムから地肌領域と鉄鉱石粉が付着した領域とを区別するステップＳ０１３は、支配的な波長（ピーク波長）に基づいて地肌領域と鉄鉱石粉が付着した領域とを区別するステップＳ０２３に相当する。
【００４８】
また、画素ごとの輝度（具体的には、明度（Ｖ））を特定し、画素ごとの輝度を合算して輝度の積算値を求めるステップＳ０１４、Ｓ０１５は、画素ごとのスペクトル分布について積分値を求め、画素ごとの積分値を合算するステップＳ０２４、Ｓ０２５に相当する。ステップＳ０２４では、図１１に示す画素ごとのスペクトル分布の積分値（図中、斜線ハッチングがなされた部分の面積）を求め、求めた値を画素ごとの輝度とする。ステップＳ０２５では、画素ごとのスペクトル分布の積分値を合算して輝度の積算値とする。
なお、スペクトル分布のピーク波長は、そのスペクトル分布を示す画素に位置する部位の酸化度を反映しており、ピークの高さは、当該画素に位置する部位における鉄鉱石粉の付着量を反映している。
【００４９】
図１０に示す処理フローにおける以降のステップＳ０２６、Ｓ０２７は、図８に示す処理フローのステップＳ０１６、Ｓ０１７と略同様であり、輝度の積算値を撮像画像中の鉄鉱石の全画素数で割って輝度平均値を算出し、予め特定した回帰直線に基づき、算出した輝度平均値と対応する粉率を割り出す。
【００５０】
上記の例では、地肌領域と鉄鉱石粉が付着した領域とを区別し、鉄鉱石粉が付着した領域における各画素について、スペクトル分布の積分値を輝度として求めた。
これに対して、以下に説明する図１２に示す処理フローでは、地肌領域と鉄鉱石粉が付着した領域とを区別する代わりに、地肌領域の輝度の影響を除くマスキングを行う。以下、図１２に示す処理フローについて説明する。
なお、図１２に示す処理フローは、図１０に示す処理フローの一部を変更したものであるが、図８に示す処理フローを同様に変更したものでもよい。
【００５１】
図１２に示す処理フローでは、鉄鉱石の画像を撮像して画素ごとにスペクトル分布を測定し、各画素のスペクトル分布における支配的な波長を特定する（Ｓ０３１〜Ｓ０３２）。その後、各画素のスペクトル分布に対してマスキング処理を行う（Ｓ０３３）。マスキング後のスペクトル分布では、図１３に示すように、閾値波長以下の成分がカットされる。なお、閾値波長は、地肌領域と鉄鉱石粉が付着した領域とを分離するために決められる閾値と対応する波長である。
【００５２】
次に、マスキング後のスペクトル分布を積分して画素ごとに求めて画素ごとの積分値（＝輝度）を求め、画素ごとの輝度を合算して輝度の積算値を求め、輝度積算値を撮像画像中の鉄鉱石の全画素数で割って輝度平均値を算出する（Ｓ０３４〜Ｓ０３６）。そして、図９に示す回帰直線から、ステップＳ０３６で算出した輝度平均値と対応する粉率を割り出す（Ｓ０３７）。
【００５３】
なお、図１２に示す処理フローにおいて、例えば、マスキングされた後のスペクトル分布を積算して輝度とする場合、マスキングは、地肌領域の輝度の影響を完全に除去できるもの（すなわち、閾値波長以下の輝度を０とするもの）に限定されず、スペクトル分布において地肌領域の輝度が残るものでもよい。その場合には、鉄鉱石粉が付着した領域の輝度と、地肌領域の輝度とを用いて粉率を求めることになる。ただし、地肌領域の輝度が残ると、算出される粉率の精度が低下してしまう。そのため、鉄鉱石粉が付着した領域の輝度を１００％とした場合に、地肌領域の輝度は、１０％以下まで除去することが好ましい。地肌領域の輝度が１０％以下であれば、本発明の発明者らの経験上、許容できる精度で粉率が算出可能であることが分かっている。
【００５４】
鉄鉱石の搬送においては、搬送の途中で鉄鉱石同士が衝突し、また、篩３０で篩分けされることで、一部の粉が落ち、鉄鉱石の地肌がむき出しになる現象がある。そのため、鉄鉱石全体の粉率を１点の測定で決めると誤差が大きくなる危険性があるが、本発明では、画像中の各画素のデータ（分光反射率）を用いて粉率を求めるので、測定の誤差を極めて小さくすることができる。
【００５５】
以上説明したように、本発明に係る粉率測定装置、粉率測定システム及び粉率測定方法を用いることで、物質の表面に付着した粉の粉率を、高い精度で且つリアルタイムで測定することが実現される。
【００５６】
また、本発明に係る高炉であれば、上記の粉率測定装置により高炉内に装入される粉率を測定しながら適切に操業を行うことができる。本発明に係る高炉操業方法では、前述した要領で求めた粉率に応じて、高炉の操業条件を設定する。例えば、粉率が比較的高くなった場合には、将来的に炉内の通気性が悪化すると予想されるため、予め炉内への熱風の送風量を下げる等、高炉の操業条件を設定（変更）する。これにより、高炉の操業を適切に行うことができる。
【００５７】
なお、本実施形態では、物質として鉄鉱石２６の例を示したが、これに限るものではない。高炉に装入される原料の例であれば、鉄鉱石２６に代えて、コークスであってもよく、また、焼結鉱であってもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１０  粉率測定システム
１２  粉率測定装置
１４  コンベア
１６  分光装置
１８  照明装置
２０  演算装置
２２  演算部
２４  格納部
２６  鉄鉱石
２８  ホッパー
３０  篩
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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