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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-06-11
(45)【発行日】2024-06-19
(54)【発明の名称】高温流体計測装置及び高温流体計測方法
(51)【国際特許分類】
G01F 1/20 20060101AFI20240612BHJP
G01F 1/00 20220101ALI20240612BHJP
C21B 7/24 20060101ALI20240612BHJP
F27D 21/00 20060101ALI20240612BHJP
【ＦＩ】
G01F1/20 F
G01F1/00 P
G01F1/00 H
G01F1/00 F
C21B7/24
F27D21/00 A
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2020152361
(22)【出願日】2020-09-10
(65)【公開番号】P2022046355
(43)【公開日】2022-03-23
【審査請求日】2023-06-06
(73)【特許権者】
【識別番号】000227836
【氏名又は名称】日本アビオニクス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000925
【氏名又は名称】弁理士法人信友国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 研作
(72)【発明者】
【氏名】高野 英二
【審査官】羽飼 知佳
(56)【参考文献】
【文献】韓国公開特許第１０－２０１２－００５３７４０（ＫＲ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｆ
Ｃ２１Ｂ
Ｃ２１Ｃ
Ｂ２２Ｄ
Ｆ２７Ｄ
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
吐出口から吐出される高温流体の量を計測する高温流体計測装置であり、前記吐出口を撮像する撮像部と、
前記撮像部が撮像した画像から、前記吐出口を流れる高温流体の幅を計測する画像処理部と、
前記吐出口から吐出されて所定箇所に収容される高温流体の体積を入力する入力部と、
前記画像処理部が取得した所定期間の間の高温流体の計測幅の時間履歴と前記入力部により入力された前記所定期間の間に収容される高温流体の体積とを関連付けた情報を複数個蓄積し、蓄積した計測幅の時間履歴と体積とを関連付けた情報を使って、前記画像処理部が取得した高温流体の幅から、前記吐出口から吐出 される高温流体の流量を算出し、算出した流量を積算して高温流体の量を算出して出力する演算処理部と、を備える
高温流体計測装置。
【請求項2】
単位時間当たりに前記所定箇所に収容される高温流体の体積は、高温流体の幅のｎ次多項式（ｎは２以上の整数）として表され、
前記所定期間の間の高温流体の計測幅の時間履歴と前記所定期間の間に収容される高温流体の体積とを関連付けた情報を、少なくともｎ＋１個蓄積し、
蓄積された少なくともｎ＋１個の情報からｎ次多項式の係数を決定し、
前記係数が決定されたｎ次多項式を使って、前記画像処理部が取得した高温流体の幅から、前記吐出口から吐出される高温流体の流量を算出し、算出した流量を積算して高温流体の量を算出する
請求項１に記載の高温流体計測装置。
【請求項3】
前記演算処理部は、高温流体の量を算出する毎に、前記係数を更新するようにした請求項２に記載の高温流体計測装置。
【請求項4】
前記入力部は、前記所定箇所に設置された重量又は体積のセンサの計測値を入力する請求項３に記載の高温流体計測装置。
【請求項5】
前記入力部は、前記所定箇所に予め決められた一定の体積の高温流体が蓄積されたとき、蓄積された体積を前記演算処理部に通知する請求項３に記載の高温流体計測装置。
【請求項6】
前記撮像部は、熱画像を取得する赤外線サーモグラフィカメラである請求項１～５のいずれか１項に記載の高温流体計測装置。
【請求項7】
前記高温流体は、前記吐出口から吐出される銑鉄又は溶滓であり、前記演算処理部は、前記吐出口から吐出される銑鉄又は溶滓の量を算出する
請求項１～６のいずれか１項に記載の高温流体計測装置。
【請求項8】
吐出口から吐出される高温流体の量を計測する高温流体計測方法であり、前記吐出口を撮像する撮像処理と、
前記撮像処理により撮像した画像から、前記吐出口を流れる高温流体の幅を計測する画像処理と、
前記吐出口から吐出されて所定箇所に収容される高温流体の体積を入力する入力処理と、
前記画像処理により取得した所定期間の間の高温流体の計測幅の時間履歴と前記入力処理により入力された前記所定期間の間に収容される高温流体の体積とを関連付けた情報を複数個蓄積し、蓄積した計測幅の時間履歴と体積とを関連付けた情報を使って、前記画像処理で取得した高温流体の幅から、前記吐出口から吐出される高温流体の流量を算出し、算出した流量を積算して高温流体の量を算出して出力する演算処理と、を含む
高温流体計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、高炉などから吐出される銑鉄などの高温流体を計測する高温流体計測装置及び高温流体計測方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、高炉では、その上部から鉄鉱石、コークス、石灰石などを層状に装入し、下部から熱風を吹き込んで、鉄鉱石の還元、溶解などの一連の反応を行わせ、溶銑（銑鉄）を製造している。
製造された溶銑は、溶滓（溶融スラグ）が混在した出銑滓流の状態で高炉下部に備えられた出銑口から吐出される。出銑口から吐出される出銑滓流から溶滓を分離した溶銑の量（出鉄量）は、操業中、常に計測されている。
製造された溶銑は、溶滓（溶融スラグ）が混在した出銑滓流の状態で高炉下部に備えられた出銑口から吐出される。出銑口から吐出される出銑滓流から溶滓を分離した溶銑の量（出鉄量）は、操業中、常に計測されている。
【0003】
一方、出銑口から吐出される出銑滓流は、従来、正確には計測されていない。したがって、出銑滓流に含まれる溶滓の量も、吐出時には計測されていない。
高炉において安定した操業を行う上で、出銑滓流中の溶滓の量を正確に知ることは重要である。従来は、例えば高炉鋳床にて分別された後に、溶滓は溶滓処理設備で冷却されるが、溶滓の量を前もって知ることができないため、予め最大量の冷却材を準備する必要があった。溶滓処理設備で溶滓の量を計測できるものの、冷却処理準備を行う時点で知ることはできなかった。
特許文献１には、出銑滓流の量を計測する技術の一例が記載されている。
特許文献１に記載される技術は、出銑滓流を撮像手段で撮像し、撮像した熱画像から、出銑滓流の半径を求め、得られた半径と出銑滓流の流速から、溶滓の量を算出するものである。
高炉において安定した操業を行う上で、出銑滓流中の溶滓の量を正確に知ることは重要である。従来は、例えば高炉鋳床にて分別された後に、溶滓は溶滓処理設備で冷却されるが、溶滓の量を前もって知ることができないため、予め最大量の冷却材を準備する必要があった。溶滓処理設備で溶滓の量を計測できるものの、冷却処理準備を行う時点で知ることはできなかった。
特許文献１には、出銑滓流の量を計測する技術の一例が記載されている。
特許文献１に記載される技術は、出銑滓流を撮像手段で撮像し、撮像した熱画像から、出銑滓流の半径を求め、得られた半径と出銑滓流の流速から、溶滓の量を算出するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１６－６２２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献１に記載されるように、出銑口から吐出される銑鉄を撮像手段で撮像して、得られた熱画像から銑鉄又は溶滓の量を算出することは従来から提案されている。
しかしながら、特許文献１に記載される技術では、出銑口から吐出される銑鉄の流速を求める必要がある。したがって、特許文献１に記載される技術は、流速の計測手段が撮像手段と別に必要であり、銑鉄量を算出するための構成が複雑化するという問題があった。
なお、ここまでの説明では、銑鉄の量を算出する場合の問題を述べたが、銑鉄以外であっても、銑鉄と同様に高温になった流体が所定の吐出口から吐出される場合に、その高温流体の量を算出する場合には、同様の問題がある。
しかしながら、特許文献１に記載される技術では、出銑口から吐出される銑鉄の流速を求める必要がある。したがって、特許文献１に記載される技術は、流速の計測手段が撮像手段と別に必要であり、銑鉄量を算出するための構成が複雑化するという問題があった。
なお、ここまでの説明では、銑鉄の量を算出する場合の問題を述べたが、銑鉄以外であっても、銑鉄と同様に高温になった流体が所定の吐出口から吐出される場合に、その高温流体の量を算出する場合には、同様の問題がある。
【0006】
本発明の目的は、高炉などから吐出される銑鉄又は溶滓などの高温流体を簡単な構成で計測できる高温流体計測装置及び高温流体計測方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の高温流体計測装置は、吐出口から吐出される高温流体の量を計測するものであり、構成として、吐出口を撮像する撮像部と、撮像部が撮像した画像から、吐出口を流れる高温流体の幅を計測する画像処理部と、吐出口から吐出されて所定箇所に収容される高温流体の体積を入力する入力部と、画像処理部が取得した所定期間の間の高温流体の計測幅の時間履歴と入力部により入力された所定期間の間に収容される高温流体の体積とを関連付けた情報を複数個蓄積し、蓄積した計測幅の時間履歴と体積とを関連付けた情報を使って、画像処理部が取得した高温流体の幅から、吐出口から吐出される高温流体の流量を算出し、算出した流量を積算して高温流体の量を算出して出力する演算処理部と、を備える。
【0008】
また、本発明の高温流体計測方法は、吐出口から吐出される高温流体の量を計測する銑鉄量計測方法であり、吐出口を撮像する撮像処理と、撮像処理により撮像した画像から、吐出口を流れる高温流体の幅を計測する画像処理と、吐出口から吐出されて所定箇所に収容される高温流体の体積を入力する入力処理と、画像処理により取得した所定期間の間の高温流体の計測幅の時間履歴と入力処理により入力された所定期間の間に収容される高温流体の体積とを関連付けた情報を複数個蓄積し、蓄積した計測幅の時間履歴と体積とを関連付けた情報を使って、画像処理で取得した高温流体の幅から、吐出口から吐出される高温流体の流量を算出し、算出した流量を積算して高温流体の量を算出して出力する演算処理と、を含む。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、吐出口を撮像部で撮像して、その撮像画像から得た高温流体の計測幅の時間履歴から高温流体の量を算出することができ、高温流体の流量を計測するセンサなどを設けることなく簡単に銑鉄又は溶滓の量などの高温流体の量を取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明の一実施の形態例による銑鉄量計測装置の概略構成を示す図である。
【図2】本発明の一実施の形態例による熱画像の例を示す図である。
【図3】本発明の一実施の形態例による銑鉄量計測装置が備える演算処理装置の構成例を示すブロック図である。
【図4】本発明の一実施の形態例による演算処理装置のハードウェア構成例を示すブロック図である。
【図5】本発明の一実施の形態例による試行フェーズでの処理手順の例を示すフローチャートである。
【図6】本発明の一実施の形態例による測定フェーズでの処理手順の例を示すフローチャートである。
【図7】本発明の一実施の形態例による係数算出用のデータの取得例（例１）を示す図である。
【図8】本発明の一実施の形態例による係数算出用のデータの取得例（例２）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明の一実施の形態例（以下、「本例」と称する）を、添付図面を参照して説明する。
［銑鉄量計測装置の概略構成］
図１は、本例の銑鉄量計測装置の概略構成を示す。
図１に示すように、高炉の下部に備えられた吐出口（出銑口）１０から、溶滓が含まれた出銑滓流の銑鉄１ａが吐出される。
［銑鉄量計測装置の概略構成］
図１は、本例の銑鉄量計測装置の概略構成を示す。
図１に示すように、高炉の下部に備えられた吐出口（出銑口）１０から、溶滓が含まれた出銑滓流の銑鉄１ａが吐出される。
【0012】
吐出口１０は、左右の側壁１１，１２を備えて、先端部１０ａから下部に配置された銑鉄蓄積容器２０に銑鉄１ｂが吐出され、樋１３に銑鉄１ｃが受けられ、さらにその樋１３を流れた銑鉄１ｃが、銑鉄蓄積容器２０に銑鉄１ｄとして収容される。したがって、吐出口１０から銑鉄１ａが吐出されてから、銑鉄蓄積容器２０に銑鉄１ｄとして収容されるまでには、ある程度の時間が必要である。
吐出口１０から吐出される銑鉄１ｂの流量を算出することで、銑鉄蓄積容器２０に銑鉄１ｄが収容されたのちの処理に必要な準備を予め行うことが可能となる。
なお、吐出口１０から吐出される銑鉄１ｂは、正確には溶滓（溶融スラグ）が混在した出銑滓流であるが、以下の説明では特に区別が必要な場合を除いて銑鉄と称する。
銑鉄蓄積容器２０に収容された銑鉄１ｄは、不図示の分離機構で銑鉄と溶滓とに分離された上で、それぞれの処理設備に送られる。
銑鉄蓄積容器２０には、重量センサ２１が取り付けられ、銑鉄蓄積容器２０に収容された銑鉄１ｄの重量が計測される。
吐出口１０から吐出される銑鉄１ｂの流量を算出することで、銑鉄蓄積容器２０に銑鉄１ｄが収容されたのちの処理に必要な準備を予め行うことが可能となる。
なお、吐出口１０から吐出される銑鉄１ｂは、正確には溶滓（溶融スラグ）が混在した出銑滓流であるが、以下の説明では特に区別が必要な場合を除いて銑鉄と称する。
銑鉄蓄積容器２０に収容された銑鉄１ｄは、不図示の分離機構で銑鉄と溶滓とに分離された上で、それぞれの処理設備に送られる。
銑鉄蓄積容器２０には、重量センサ２１が取り付けられ、銑鉄蓄積容器２０に収容された銑鉄１ｄの重量が計測される。
【0013】
吐出口１０の先端部１０ａから吐出される銑鉄１ｂは、左右の側壁１１，１２があるために、その側壁１１，１２の間隔以内の幅Ｗ（図２参照）で吐出されることになる。図１は、ほぼ側壁１１，１２の間を全て埋めるような状態で比較的大量の銑鉄１ｂが吐出されている状態を示すが、吐出される銑鉄１ｂの量が少ない場合には、先端部１０ａから吐出される銑鉄１ｂの幅Ｗは、側壁１１，１２の間隔よりも小さくなる。
【0014】
また、本例の銑鉄量計測装置は、赤外線サーモグラフィカメラ３０と演算処理装置４０とを備える。
赤外線サーモグラフィカメラ３０は、吐出口１０を撮像する撮像処理を行って、熱画像を取得する撮像部である。
赤外線サーモグラフィカメラ３０は、吐出口１０を撮像する撮像処理を行って、熱画像を取得する撮像部である。
【0015】
図２は、赤外線サーモグラフィカメラ３０が吐出口１０を撮像した場合の熱画像の例を示す。
図２に示すように、吐出口１０から吐出される銑鉄１ｂは非常に高温であり、熱画像の中のあらかじめ定めた閾値温度以上の高温の箇所から、吐出中の銑鉄１ｂの幅Ｗを測定することができる。
赤外線サーモグラフィカメラ３０は、ケーブル３１により演算処理装置４０に接続されており、赤外線サーモグラフィカメラ３０が撮像して得た熱画像のデータが演算処理装置４０に伝送される。
図２に示すように、吐出口１０から吐出される銑鉄１ｂは非常に高温であり、熱画像の中のあらかじめ定めた閾値温度以上の高温の箇所から、吐出中の銑鉄１ｂの幅Ｗを測定することができる。
赤外線サーモグラフィカメラ３０は、ケーブル３１により演算処理装置４０に接続されており、赤外線サーモグラフィカメラ３０が撮像して得た熱画像のデータが演算処理装置４０に伝送される。
【0016】
演算処理装置４０は、例えばコンピュータ装置で構成され、吐出口１０から吐出される銑鉄の流量及び銑鉄量を、伝送される熱画像から算出する演算処理を行う。そして、算出された銑鉄の流量及び銑鉄量が演算処理装置４０から出力される。
【0017】
［演算処理装置の構成］
図３は、本例の銑鉄量計測装置が備える演算処理装置４０の機能から見た構成を示す図である。
演算処理装置４０は、画像処理部４１、時間履歴取得部４２、体積入力部４３、データファイル作成部４４、データ蓄積部４５、演算処理部４６、及び出力部４７を備える。
図３は、本例の銑鉄量計測装置が備える演算処理装置４０の機能から見た構成を示す図である。
演算処理装置４０は、画像処理部４１、時間履歴取得部４２、体積入力部４３、データファイル作成部４４、データ蓄積部４５、演算処理部４６、及び出力部４７を備える。
【0018】
画像処理部４１は、赤外線サーモグラフィカメラ３０から伝送された熱画像を画像解析処理して、高温の銑鉄の領域を検出する。そして、画像処理部４１は、画像解析で検出した銑鉄の領域から、吐出口１０の先端部１０ａでの銑鉄の幅Ｗ（図２）を計測する。
時間履歴取得部４２は、画像処理部４１で計測した銑鉄の幅Ｗのデータを取得して、幅Ｗの変化履歴である時間履歴を取得する。時間履歴取得部４２で取得された銑鉄の幅Ｗの時間履歴のデータは、データファイル作成部４４と演算処理部４６に供給される。
時間履歴取得部４２は、画像処理部４１で計測した銑鉄の幅Ｗのデータを取得して、幅Ｗの変化履歴である時間履歴を取得する。時間履歴取得部４２で取得された銑鉄の幅Ｗの時間履歴のデータは、データファイル作成部４４と演算処理部４６に供給される。
【0019】
体積入力部４３は、銑鉄蓄積容器２０に収容された銑鉄１ｄの体積についてのデータが入力される。例えば、演算処理装置４０が備えるキーボードなどの入力部４０ｆ（図４）で作業者が入力した体積の値が、体積入力部４３に入力される。この場合には、作業者が銑鉄蓄積容器２０への銑鉄１ｄの蓄積状況を目視などで判断して、体積の値を入力する。ここで、体積の値の入力処理としては、作業者が目視などで判断した体積の値を直接入力してもよいが、例えば、銑鉄蓄積容器２０への銑鉄１ｄの蓄積状況が満杯になったとき、銑鉄蓄積容器２０に蓄積できる容積を、作業者が体積の値として入力値としてもよい。
【0020】
あるいは、銑鉄蓄積容器２０に設置した重量センサ２１の検出データを体積入力部４３が取得して、体積入力部４３が重量の取得値を銑鉄１ｄの体積に換算してもよい。
【0021】
データファイル作成部４４は、時間履歴取得部４２が取得した時間履歴のデータと、その時間履歴と同時に体積入力部４３が得た最終的な体積のデータとを、１つのデータファイルとして作成する。データファイル作成部４４が作成したデータファイルは、データ蓄積部４５に蓄積される。このデータファイルの作成と蓄積は、後述する試行フェーズで実行される。試行フェーズでは、複数回の時間履歴と体積を計測する処理が実行され、それぞれの計測で作成されたデータファイルが、全てデータ蓄積部４５に蓄積される。
【0022】
データ蓄積部４５は、データファイル作成部４４が作成したデータファイルを蓄積する他に、後述する演算処理部４６で求めた銑鉄の計測幅Ｗと流量との関係式のデータを蓄積する。銑鉄の計測幅Ｗと流量との関係式のデータには、その関係式の係数のデータも含まれる。
【0023】
演算処理部４６は、試行フェーズでデータ蓄積部４５に蓄積された複数のデータファイルを読み出し、銑鉄の計測幅Ｗと流量との関係式（本例の場合には２次多項式）の係数を最適化して求める。そして、演算処理部４６は、算出した係数のデータをデータ蓄積部４５に蓄積する。なお、銑鉄の計測幅Ｗと流量との関係式（２次多項式）の具体例については後述する。
【0024】
また、演算処理部４６は、試行フェーズが完了した後に行われる測定フェーズで、時間履歴取得部４２から銑鉄の幅Ｗの時間履歴が供給されたとき、その銑鉄の幅Ｗと、データ蓄積部４５に蓄積された関係式とを使って、銑鉄の流量を算出する。さらに、演算処理部４６は、算出した銑鉄の流量を積算して、吐出開始から銑鉄蓄積容器２０に貯まった銑鉄量を算出することができる。
なお、銑鉄の流量を算出する際の関係式の係数としては、試行フェーズで求めた係数が使用される。
なお、銑鉄の流量を算出する際の関係式の係数としては、試行フェーズで求めた係数が使用される。
【0025】
出力部４７は、測定フェーズで演算処理部４６が算出した銑鉄の流量及び銑鉄量を出力する。例えば、出力部４７として用意された表示部４０ｇ(図４参照)に、銑鉄の流量及び銑鉄量が表示される。あるいは、出力部４７は、外部の別の端末などに、銑鉄の流量及び銑鉄量のデータを伝送するようにしてもよい。
【0026】
図４は、演算処理装置４０をコンピュータ装置で構成した場合のハードウェア構成の例を示す。
演算処理装置４０は、バスラインでデータ転送可能に接続されている、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央処理装置）４０ａ、ＲＯＭ（Read Only Memory）４０ｂ、ＲＡＭ（Random Access Memory）４０ｃ、不揮発性ストレージ４０ｄ、及び画像キャプチャ部４０ｅを備える。また、演算処理装置４０は、入力部４０ｆ及び表示部４０ｇも、ＣＰＵ４０ａなどとバスラインでデータ転送可能に接続されている。
演算処理装置４０は、バスラインでデータ転送可能に接続されている、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央処理装置）４０ａ、ＲＯＭ（Read Only Memory）４０ｂ、ＲＡＭ（Random Access Memory）４０ｃ、不揮発性ストレージ４０ｄ、及び画像キャプチャ部４０ｅを備える。また、演算処理装置４０は、入力部４０ｆ及び表示部４０ｇも、ＣＰＵ４０ａなどとバスラインでデータ転送可能に接続されている。
【0027】
ＣＰＵ４０ａは、銑鉄の流量や銑鉄量を算出する処理を行う機能を実現するソフトウェアのプログラムコードをＲＯＭ４０ｂなどから読み出して実行する演算処理部である。
ＲＯＭ４０ｂには、銑鉄量計測装置の各種機能を実行するプログラムコードが記憶されている。
ＲＡＭ４０ｃは、演算処理の途中に発生した変数やパラメータ等が一時的に書き込まれるワークメモリである。
不揮発性ストレージ４０ｄには、プログラムコードの他に、データファイルや画像データなどが記憶される。
ＲＯＭ４０ｂには、銑鉄量計測装置の各種機能を実行するプログラムコードが記憶されている。
ＲＡＭ４０ｃは、演算処理の途中に発生した変数やパラメータ等が一時的に書き込まれるワークメモリである。
不揮発性ストレージ４０ｄには、プログラムコードの他に、データファイルや画像データなどが記憶される。
【0028】
画像キャプチャ部４０ｅには、赤外線サーモグラフィカメラ３０からの画像（熱画像）データが供給される。そして、画像キャプチャ部４０ｅは、供給される画像データを、１フレームずつキャプチャ処理して、不揮発性ストレージ４０ｄなどに記憶する。
入力部４０ｆには、キーボードやマウスなどが接続され、入力部４０ｆからキーボードやマウスなどの操作に基づいたデータが入力される。
表示部４０ｇにおける表示は、ＣＰＵ１９１の制御下で実行され、銑鉄の流量や銑鉄量などの測定結果が表示される。
入力部４０ｆには、キーボードやマウスなどが接続され、入力部４０ｆからキーボードやマウスなどの操作に基づいたデータが入力される。
表示部４０ｇにおける表示は、ＣＰＵ１９１の制御下で実行され、銑鉄の流量や銑鉄量などの測定結果が表示される。
【0029】
［試行フェーズの処理の流れ］
図５は、試行フェーズでの処理の流れを示すフローチャートである。
試行フェーズでは、吐出口１０からの銑鉄の吐出を複数回実行し、演算処理装置４０は、それぞれの銑鉄の吐出時の状態の計測値からデータファイルを作成する処理を行う。
すなわち、まず画像処理部４１が銑鉄の吐出時の熱画像を取得し（ステップＳ１１）、時間履歴取得部４２が熱画像から銑鉄の吐出幅Ｗの時間履歴を取得する（ステップＳ１２）。
図５は、試行フェーズでの処理の流れを示すフローチャートである。
試行フェーズでは、吐出口１０からの銑鉄の吐出を複数回実行し、演算処理装置４０は、それぞれの銑鉄の吐出時の状態の計測値からデータファイルを作成する処理を行う。
すなわち、まず画像処理部４１が銑鉄の吐出時の熱画像を取得し（ステップＳ１１）、時間履歴取得部４２が熱画像から銑鉄の吐出幅Ｗの時間履歴を取得する（ステップＳ１２）。
【0030】
その後、データファイル作成部４４は、体積入力部４３に体積の値の入力があるか否かを判断する（ステップＳ１３）。ステップＳ１３で、体積の値の入力がない場合（ステップＳ１３のＮＯ）、ステップＳ１１の画像処理部４１での熱画像の取得処理に戻る。
また、ステップＳ１３で、体積の値の入力がある場合（ステップＳ１３のＹＥＳ）、データファイル作成部４４は、現時点までの銑鉄の吐出幅Ｗの時間履歴と、体積入力部４３で取得した体積の値とに基づいて、データファイルを作成する（ステップＳ１４）。作成したデータファイルは、データ蓄積部４５に蓄積される。なお、銑鉄の吐出幅Ｗの時間履歴と体積の例については後述する。
また、ステップＳ１３で、体積の値の入力がある場合（ステップＳ１３のＹＥＳ）、データファイル作成部４４は、現時点までの銑鉄の吐出幅Ｗの時間履歴と、体積入力部４３で取得した体積の値とに基づいて、データファイルを作成する（ステップＳ１４）。作成したデータファイルは、データ蓄積部４５に蓄積される。なお、銑鉄の吐出幅Ｗの時間履歴と体積の例については後述する。
【0031】
次に、演算処理部４６は、データ蓄積部４５に蓄積されたデータファイルが予め規定された数ｍ（ｍは整数）に到達したか否かを判断する（ステップＳ１５）。ステップＳ１５で、規定数ｍに到達していない場合（ステップＳ１５のＮＯ）、ステップＳ１１の画像処理部４１での次回の熱画像の取得処理に戻る。
【0032】
ステップＳ１５で、規定数ｍに到達したと判断したとき（ステップＳ１５のＹＥＳ）、演算処理部４６は、データ蓄積部４５に蓄積されたデータファイルを読み出し、それぞれのデータファイルでの銑鉄の吐出幅Ｗを使ったｎ次多項式で流量を表わす演算処理を行う（ステップＳ１６）。ここで、データファイルの数ｍとｎ次多項式のｎは、（ｍ≧ｎ＋１）の関係となるようにする。そして、演算処理部４６は、ｎ次多項式の係数について、最小２乗近似法で最適な係数を算出し、算出した係数をデータ蓄積部４５に登録する。
この係数の登録により、試行フェーズが終了する。
この係数の登録により、試行フェーズが終了する。
【0033】
次に、銑鉄の吐出幅Ｗと流量との関係式の具体例について説明する。
ここでは、ｎ次多項式の簡単な例として、ｎ＝２の２次多項式の場合を説明する。
単位時間当たりの流量ｄｖ／ｄｔは、時間ｔでの幅Ｗの値Ｗ（ｔ）の関数ｆで示され、２次多項式とした場合、［数１］式のようになる。
ここでは、ｎ次多項式の簡単な例として、ｎ＝２の２次多項式の場合を説明する。
単位時間当たりの流量ｄｖ／ｄｔは、時間ｔでの幅Ｗの値Ｗ（ｔ）の関数ｆで示され、２次多項式とした場合、［数１］式のようになる。
【0034】
【数1】
【0035】
［数１］式において、ａ０，ａ１，ａ２が係数であり、それぞれの係数ａ０，ａ１，ａ２が最適化されていれば、幅Ｗの値Ｗ（ｔ）から、流量ｄｖ／ｄｔが求まる。
この［数１］式の関係が成り立つとき、各データファイルで示される最終体積Ｖは、［数２］式に示すように計測幅Ｗの時間履歴と多項式係数で表される。
［数２］式において、Ｖ１～Ｖｍは、ｍ個のデータファイルのそれぞれの最終体積であり、Ｗ１～Ｗｍは、ｍ個のデータファイルのそれぞれの時間ｔ１１～ｔ１ｍでの幅Ｗを示す。［数２］式では、それぞれのデータファイルごとに時間ｔ０から時間ｔ１１～ｔ１ｍまでの計測幅Ｗの時間履歴を積分した式で示される。
この［数１］式の関係が成り立つとき、各データファイルで示される最終体積Ｖは、［数２］式に示すように計測幅Ｗの時間履歴と多項式係数で表される。
［数２］式において、Ｖ１～Ｖｍは、ｍ個のデータファイルのそれぞれの最終体積であり、Ｗ１～Ｗｍは、ｍ個のデータファイルのそれぞれの時間ｔ１１～ｔ１ｍでの幅Ｗを示す。［数２］式では、それぞれのデータファイルごとに時間ｔ０から時間ｔ１１～ｔ１ｍまでの計測幅Ｗの時間履歴を積分した式で示される。
【0036】
【数2】
【0037】
ここで、［数２］式に示すＶｍの式は、［数３］式に示すように変形することができる。
【0038】
【数3】
【0039】
［数２］式に示すように、ｍ個のデータファイル毎に２次多項式を生成したとき、演算処理部４６は、最小２乗近似法で、ｍ個のデータファイルの２次多項式の誤差が最小となる係数ａ０，ａ１，ａ２を算出する。算出した係数ａ０，ａ１，ａ２の値は、データ蓄積部４５に登録される。
【0040】
ｍ個のデータファイルの２次多項式の誤差が最小となる係数ａ０，ａ１，ａ２を算出する処理は、［数４］式の誤差関数Ｅ（誤差の２乗和）を最小にするように係数ａ０，ａ１，ａ２を求めることである。
【0041】
【数4】
【0042】
ここで、［数５］式に示すように、係数ａ０，ａ１，ａ２で偏微分した結果を「０」とおき、連列方程式を解くことで、係数ａ０，ａ１，ａ２を求めることができる。
【0043】
【数5】
【0044】
［測定フェーズの処理の流れ］
図６は、測定フェーズでの処理の流れを示すフローチャートである。
測定フェーズでは、まず画像処理部４１が銑鉄の吐出時の熱画像を取得し（ステップＳ２１）、時間履歴取得部４２が熱画像から銑鉄の吐出幅Ｗの時間履歴を取得する（ステップＳ２２）。
図６は、測定フェーズでの処理の流れを示すフローチャートである。
測定フェーズでは、まず画像処理部４１が銑鉄の吐出時の熱画像を取得し（ステップＳ２１）、時間履歴取得部４２が熱画像から銑鉄の吐出幅Ｗの時間履歴を取得する（ステップＳ２２）。
【0045】
次に、演算処理部４６が、試行フェーズで使用した関係式（ｎ次多項式）を使って、銑鉄の吐出幅Ｗから、銑鉄の吐出量を算出する（ステップＳ２３）。このとき、演算処理部４６は、試行フェーズで取得した係数ａ０，ａ１，ａ２をデータ蓄積部４５から読み出し、その係数ａ０，ａ１，ａ２を使って関係式による銑鉄の吐出流量の算出を行う。
【0046】
さらに、演算処理部４６は、算出した銑鉄の吐出流量を積算して、銑鉄の体積（銑鉄量）を算出する（ステップＳ２４）。ステップＳ２３で算出した銑鉄の吐出量や、ステップＳ２４で算出した銑鉄の体積（銑鉄量）は、表示部４０ｇに表示される。
その後、演算処理部４６は、熱画像などから銑鉄の吐出が終了したか否かを判断する（ステップＳ２５）。
ステップＳ２５で、銑鉄の吐出が終了していない場合（ステップＳ２５のＮＯ）、画像処理部４１での熱画像の取得処理に戻る。
その後、演算処理部４６は、熱画像などから銑鉄の吐出が終了したか否かを判断する（ステップＳ２５）。
ステップＳ２５で、銑鉄の吐出が終了していない場合（ステップＳ２５のＮＯ）、画像処理部４１での熱画像の取得処理に戻る。
【0047】
そして、ステップＳ２５で、銑鉄の吐出が終了した場合（ステップＳ２５のＹＥＳ）、演算処理部４６は、重量センサ２１の出力から吐出された銑鉄の体積値を取得する（ステップＳ２６）。そして、演算処理部４６は、ステップＳ２６で取得した体積と、ステップＳ２４で算出した銑鉄の体積とを比較して、所定値以上の差があるとき、重量センサ２１の出力に基づいて、試行フェーズでデータ蓄積部４５に蓄積された係数ａ０，ａ１，ａ２を更新する（ステップＳ２７）。
【0048】
［試行フェーズで作成されるデータファイルの例］
図７は、試行フェーズで作成されるデータファイルの例を示す図である。
図７の例は、実測データ１、実測データ２、実測データ３、・・・実測データｍのｍ個の実測データを作成する例を示している。
図７は、試行フェーズで作成されるデータファイルの例を示す図である。
図７の例は、実測データ１、実測データ２、実測データ３、・・・実測データｍのｍ個の実測データを作成する例を示している。
【0049】
図７に示すｍ個の各実測データ１～ｍは、吐出口１０からの銑鉄の吐出開始をタイミングｔ０とし、吐出終了を各データで個別のタイミングｔ11～ｔ1ｍとする。そして、図７のグラフでは、タイミングｔ０から各吐出終了タイミングｔ11～ｔ1ｍまでの銑鉄の吐出幅Ｗの変化を示している。それぞれの実測データ１～ｍでの銑鉄の吐出幅Ｗの時間履歴と、各吐出終了タイミングｔ11～ｔ1ｍでの体積値Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、・・・Ｖｍが、各実測データ１～ｍのデータファイルに付加される。
【0050】
図７に示す各データファイルは、吐出終了時の体積値Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、・・・Ｖｍを異なる値としたが、図８に示すように全て同じ体積値としてもよい。
すなわち、図８に示す例では、各実測データ１～ｍは、吐出口１０からの銑鉄の吐出開始をタイミングｔ０とし、各吐出終了タイミングｔ11～ｔ1ｍとした点は図７の例と同じであるが、吐出終了タイミングｔ11～ｔ1ｍでの体積値Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、・・・Ｖｍは、全て同じ値１としている。すなわち、図８の例は、その一定の体積の銑鉄が吐出される際の吐出幅Ｗの変化を示している。
この図８の例の場合にも、それぞれの実測データ１～ｍでの銑鉄の吐出幅Ｗの時間履歴と、吐出終了タイミングｔ11～ｔ1ｍでの体積値（全て同じ値）が、各実測データ１～ｍのデータファイルに付加される。
すなわち、図８に示す例では、各実測データ１～ｍは、吐出口１０からの銑鉄の吐出開始をタイミングｔ０とし、各吐出終了タイミングｔ11～ｔ1ｍとした点は図７の例と同じであるが、吐出終了タイミングｔ11～ｔ1ｍでの体積値Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、・・・Ｖｍは、全て同じ値１としている。すなわち、図８の例は、その一定の体積の銑鉄が吐出される際の吐出幅Ｗの変化を示している。
この図８の例の場合にも、それぞれの実測データ１～ｍでの銑鉄の吐出幅Ｗの時間履歴と、吐出終了タイミングｔ11～ｔ1ｍでの体積値（全て同じ値）が、各実測データ１～ｍのデータファイルに付加される。
【0051】
【0052】
以上説明したように、本例の銑鉄量計測装置によると、銑鉄の吐出幅Ｗの時間履歴を銑鉄量に変換する関係式を使って、吐出口１０を撮像した画像から、銑鉄量を取得できるようになる。したがって、出銑口から吐出される銑鉄の流速を求めることなく、簡単に銑鉄量を算出することができる。
この場合、銑鉄の吐出幅Ｗの時間履歴を銑鉄量に変換する関係式の係数を、試行フェーズで得たデータファイルから算出することで、最適化した係数値が得られるので、正確な銑鉄量を算出することができる。
この場合、銑鉄の吐出幅Ｗの時間履歴を銑鉄量に変換する関係式の係数を、試行フェーズで得たデータファイルから算出することで、最適化した係数値が得られるので、正確な銑鉄量を算出することができる。
【0053】
なお、ここまでの説明では、吐出口１０から吐出される銑鉄量を算出すると述べたが、吐出口１０から吐出される銑鉄は、正確には溶滓（溶融スラグ）が混在した出銑滓流であり、上述した関係式を使って、銑鉄から分離した溶滓量を算出するようにしてもよい。
【0054】
［変形例］
なお、本発明は、上述した実施の形態例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。
例えば、上述した実施の形態例では、吐出口１０を撮像する撮像部として、熱画像を取得する赤外線サーモグラフィカメラを適用した。これに対して、通常の可視光画像を撮像するカメラを撮像部として適用してもよい。通常のカメラで吐出口１０を撮像したとき、画像内のあらかじめ定めた閾値輝度以上の箇所が銑鉄の部分に相当し、熱画像と同様に銑鉄の幅を画像処理で取得することができる。
なお、本発明は、上述した実施の形態例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。
例えば、上述した実施の形態例では、吐出口１０を撮像する撮像部として、熱画像を取得する赤外線サーモグラフィカメラを適用した。これに対して、通常の可視光画像を撮像するカメラを撮像部として適用してもよい。通常のカメラで吐出口１０を撮像したとき、画像内のあらかじめ定めた閾値輝度以上の箇所が銑鉄の部分に相当し、熱画像と同様に銑鉄の幅を画像処理で取得することができる。
【0055】
また、上述した実施の形態例で説明した計測幅と流量の関係を示すｎ次多項式は、一つの例であり、その他の関係式を使って、流量を算出してもよい。
【0056】
また、上述した実施の形態例では、試行フェーズで複数のデータファイルを取得して、その複数のデータファイルから最適な係数値を求めた上で、測定フェーズで画像から銑鉄量（溶滓量）を算出するようにした。これに対して、試行フェーズを省略して、測定フェーズでの初回の測定時には、係数値として何らかの初期値を設定し、測定フェーズでの測定終了時の係数値の更新（図６のフローチャートのステップＳ２７での更新）を繰り返すことで、徐々に係数値を最適化するようにしてもよい。
【0057】
逆に、試行フェーズで十分な数のデータファイルが取得できた場合には、測定フェーズでのステップＳ２６での体積取得処理とステップＳ２７での更新を省略してもよい。
【0058】
また、上述した実施の形態例では、吐出口から吐出される銑鉄又は溶滓の量を計測する銑鉄量計測装置に適用した例としたが、本発明は、銑鉄以外の各種高温流体が吐出口から吐出される場合の、その吐出された高温流体の量を計測する高温流体計測装置にも適用が可能である。
【符号の説明】
【0059】
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ…銑鉄（溶滓）、１０…吐出口、１１，１２…側壁、１３…樋、２０…銑鉄（溶滓）蓄積容器、２１…重量センサ、３０…赤外線サーモグラフィカメラ、３１…ケーブル、４０…演算処理装置、４０ａ…ＣＰＵ（中央処理ユニット）、４０ｂ…ＲＯＭ、４０ｃ…ＲＡＭ、４０ｄ…不揮発性ストレージ、４０ｅ…画像キャプチャ部、４０ｆ…入力部、４０ｇ…表示部、４１…画像処理部、４２…時間履歴取得部、４３…体積入力部、４４…データファイル作成部、４５…データ蓄積部、４６…演算処理部、４７…銑鉄量（溶滓量）出力部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】