具体实施方式

以下，采用使用本发明的粉末比率测定装置测定被装入高炉的原料即铁矿石的粉末比率的例子，来说明本发明的实施方式。图1是表示本发明的实施方式的图，且是表示具备本发明的粉末比率测定装置的粉末比率测定系统及其周边结构的一个例子的示意图。

粉末比率测定系统10具备粉末比率测定装置12和输送机14。被装入高炉(未图示)的铁矿石26存积于料斗28。从料斗28排出的铁矿石26通过筛子30进行筛分，在粒径比筛子30的网眼尺寸小的铁矿石粉末落下后，通过输送机14向高炉输送。

除热风的吹入方法之外，高炉内的通气性还根据附着于被装入炉内的铁矿石26的表面的细粉(铁矿石粉末)的重量比例即粉末比率等来决定。一般而言，粉末比率越大，在块状的铁矿石26间形成的间隙越容易被粉末填充，所以通气性变得越差。因此，在操作高炉期间，让高炉的操作员(操作人员)确认被装入高炉内的铁矿石26的粉末比率。在本实施方式中，在高炉的操作中，定期测定向高炉装入的铁矿石26的粉末比率来对其进行监视。

在本实施方式中，根据粉末比率的测定值设定高炉的操作条件。具体而言，在粉末比率的测定值超过阈值时，降低向高炉内的热风的送风量，或者在某次装入中提高被装入的焦炭量相对于铁矿石26的量的比率。

在本实施方式中，筛子30的网眼尺寸是10mm。因此，通过输送机14输送的铁矿石26包含粒径10mm以上的铁矿石以及附着于即便通过筛子30筛分也未落下的铁矿石的铁矿石粉末。对附着于铁矿石26的铁矿石粉末的粒径进行了测定，是粒径1mm以下的铁矿石粉末。此外，在本实施方式中，铁矿石粉末是指粒径1mm以下的铁矿石粉末，铁矿石26是指在筛子上残留的粒径10mm以上的铁矿石。在图1所示的例子中，铁矿石26是物质的一个例子，为块状物质。

粉末比率测定装置12是测定通过输送机14输送的铁矿石26的粉末比率的装置。粉末比率测定装置12具有照明装置18、分光装置16和运算装置20。照明装置18设置于输送机14的上方，对通过输送机14输送的铁矿石26进行照明。

分光装置16设置于输送机14的上方，对通过输送机14输送的铁矿石26进行拍摄，对来自铁矿石26的反射光进行分光，并测定分光反射率。此外，在本实施方式中，虽然在铁矿石26的拍摄图像的范围(视场角的范围)求出分光反射率，但是，例如，也可以在视野范围或者规定范围测定分光反射率。

如上述所述，由于铁矿石26包含铁矿石和附着于该铁矿石的表面的铁矿石粉末，所以通过分光装置16测定出的分光反射率不仅受铁矿石的影响，而且还受附着于铁矿石的表面的铁矿石粉末的影响。因此，在通过分光装置16测定的分光反射率中，还包含附着于铁矿石26的铁矿石粉末的信息。

虽然设置分光装置16的高度被设置为根据装置的规格来确定的高度，但考虑与通过输送机14输送的铁矿石26的接触，优选使将其设置在输送机14的上方300mm以上且1000mm以下。由此，即便通过输送机14输送的铁矿石26的量暂时增加，也能防止分光装置16与输送机上的铁矿石26的接触。优选分光装置16对分光反射率的测定在铁矿石26插入高炉之前的阶段进行。因此，分光装置16可以配置于高炉的近前位置，优选配置于输送机14的下游侧的端部(铁矿石26被交付给高炉一侧的端部)附近。

运算装置20例如是具有运算部22和存储部24的工作站、个人电脑等通用计算机。

运算部22例如是CPU等，使用在存储部24保存的程序以及数据来控制照明装置18以及分光装置16的动作。另外，运算部22至少使用通过分光装置16取得的铁矿石表面的各位置处的分光反射率中的、粉末附着的区域的分光反射率，来算出与粉末附着的区域的面积对应的值，并基于算出的值求出粉末比率。针对求出粉末比率的顺序，之后进行叙述。

在存储部24预先存储有用于控制照明装置18以及分光装置16的程序、用于执行运算部22中的运算的程序、在该程序执行中使用的运算式以及数式等。

分光装置16通过运算部22的控制，每隔预先规定的时间就对铁矿石26进行拍摄，对来自铁矿石26的反射光进行分光并测定分光反射率。预先规定的时间例如能够根据分光装置16测定的铁矿石26的测定范围和输送机14的输送速度来规定。即，预先规定的时间能够为输送机14在输送方向上的测定范围的长度除以输送机14的输送速度而算出的时间。由此，分光装置16能够相对于输送机14的输送方向无间隙地测定铁矿石26。另外，优选分光装置16从相对于输送机14的输送方向垂直的方向测定铁矿石26的分光反射率。

在本实施方式中，作为分光装置16，例如使用彩色照相机。即，在本实施方式中，为了以像素为单位测定分光反射率而拍摄彩色图像(具体而言，为RGB图像)，分光反射率通过RGB色调值等像素值来表示。此外，只要能够实时测定分光反射率，也可以使用除彩色照相机以外的装置。

图2表示通过彩色照相机拍摄两种铁矿石A、B而得到的照片。图2的照片为黑白照片，但实物是彩色照片。在黑白照片中，能够看到铁矿石A比铁矿石B要稍微白一些，但在彩色照片中，铁矿石A显现为橙色，铁矿石B显现为红色。这样，即便在相同程度的量的铁矿石粉末附着于铁矿石的情况下，色泽也会因铁矿石的种类而不同。认为这是因为即便附着于铁矿石的铁矿石粉末的粉末比率是相同程度，附着的铁矿石粉末的成分以及氧化度也存在不同。

图3是对铁矿石A、B分别进行水洗除去铁矿石粉末，水洗后通过彩色照相机拍摄出的照片。但是，并非附着的铁矿石粉末全被除去，一部分铁矿石粉末保仍持着附着的状态。图3的照片为黑白照片，但实物是彩色照片。在黑白照片中，难以判断与图2的照片的不同，但在彩色照片中，铁矿石A以及铁矿石B都被除去铁矿石粉末，铁矿石的表皮露出的表皮区域显现为黑色。与此相对，铁矿石粉末附着的区域显现为橙色(铁矿石A)或者红色(铁矿石B)，色泽与表皮区域存在较大不同。

根据以上结果，本发明人发现，通过基于铁矿石表面中的表皮区域和铁矿石粉末附着的区域的色差，省略表皮区域，提取铁矿石粉末附着的区域，求出与铁矿石粉末附着的区域的面积对应的值，由此粉末比率的测定精度提高。与铁矿石粉末附着的区域的面积对应的值例如是位于该区域的像素的数量。

将粉末比率的测定顺序的一个例子在图4中示出。首先，通过彩色照相机拍摄铁矿石26的RGB图像(S001)。之后，将RGB图像中的各像素的像素值变换为色调(H)、饱和度(S)以及亮度(V)三个成分的信息(S002)。作为变换方法，能够利用公知方法，例举在文献“Smith,A.R.“Color Gamut Transform Pairs”.SIGGRAPH 78Conference Proceeding.1978,pp.12-19.”中记载的方法作为一个例子。

在对拍摄出的铁矿石的RGB图像进行HSV变换，关于图像的色调(H)获取直方图时，作为一个例子，得到如图5那样的直方图。图5的横轴表示色调(H)，纵轴表示示出各色调(H)的像素的出现频度。如图5所示，在从铁矿石26的RGB图像得到的色调(H)的直方图中，示出两个峰值，针对各峰值，出现山型的分布。在图中，左侧的色调(H)的分布相当于表皮区域的色调分布，右侧的色调(H)的分布相当于粉末附着的区域的色调分布。而且，如图5所示，在上述两个峰值之间，存在成为阈值的色调(H)，上述两个色调分布通过阈值被分离。

如以上那样，根据对每个铁矿石进行拍摄而得到的色调(H)的直方来决定将铁矿石表面的表皮区域和铁矿石粉末附着的区域分离的阈值。由此，能够对应于色泽的不同而区别表皮区域和铁矿石粉末附着的区域(S003)。此外，由于成为阈值的色调(H)依据铁矿石的种类而改变，所以通过预先根据种类来决定阈值，能够不必拘泥于因铁矿石的种类而产生的色泽的不同而区别表皮区域和铁矿石粉末附着的区域。

图6是通过如上述那样设定的阈值来提取铁矿石表面的表皮区域，并仅将表皮区域的颜色变换为白色来显示的铁矿石的图像。

接下来，对铁矿石表面中的、位于铁矿石粉末附着的区域的像素的数量(像素数)进行计数(S004)，根据该像素数求出铁矿石粉末附着的区域的面积比例x(S005)。具体而言，通过铁矿石粉末附着的区域的像素数除以拍摄图像中的铁矿石的像素总数而求出面积比例x。此外，针对从拍摄图像中提取铁矿石的像素来确定铁矿石的像素数的方法，能够利用公知的图像处理的方法。

另一方面，在实施图4所示的处理流程时，预先求出对面积比例x和粉末比率y之间的相关关系进行近似而得的回归式y＝ax+b中的系数a、b等来决定标准曲线，使铁矿石粉末附着的区域的面积比例与粉末比率建立关联。由此，能够根据面积比例x来求出粉末比率y。通过利用以上的顺序求出粉末比率，对表皮较多的铁矿石也能进行稳定的粉末比率的测定。

按照图4所示的处理流程对取样的铁矿石26测定粉末比率，并且通过筛析来实际测量粉末比率，各个结果如图7所示。图7将铁矿石A以及铁矿石B作为测定对象，一并示出基于筛析的粉末比率和通过图4所示的处理流程测定出的粉末比率。如图7所示，能够确认得出，无论铁矿石的种类如何，均能精度良好地测定粉末比率。

在图4所示的处理流程中，以从表层至下层为止铁矿石粉末附着的区域的比例恒定且在铁矿石附着的区域中铁矿石粉末均匀地附着为前提，由此面积比例和粉末比率的相关关系成立。

另一方面，在图8所示的处理流程中，能够在铁矿石粉末未均匀地附着的条件下精度良好地测定粉末比率。在图8所示的处理流程中，使用铁矿石粉末附着的区域中的每个像素的亮度(在进行了HSV变换时，使用亮度(V))来测定粉末比率。这是着眼于水分量增加由此铁矿石粉末的附着量增加并且若水分量增加则光的反射量减小这一现象。

在图8的处理流程中，通过与图4的处理流程的S001～S003相同的顺序，从铁矿石26的拍摄图像中取得HSV信息，根据色调(H)的直方图，决定将铁矿石表面的表皮区域与铁矿石粉末附着的区域分离的阈值，通过该阈值来区别表皮区域和铁矿石粉末附着的区域(S011～S013)。

接下来，以位于铁矿石附着的区域的像素为单位特别指定亮度(即，HSV变换后的亮度(V))(S014)。之后，通过将每个像素的亮度相加求出亮度的累计值(S015)，用拍摄图像中的铁矿石的像素总数除亮度的累计值，算出亮度的平均值(S016)。

由于存在亮度越小粉末的附着量越多的趋势，所以在亮度平均值与粉末比率之间存在相关关系，在实施图8所示的处理流程时，预先确定该相关关系。具体而言，针对取样的铁矿石26，对通过图8所示的处理流程的步骤S011～S016求出的亮度平均值、和通过筛析求出的粉末比率绘制曲线，通过直线回归取得图9的回归直线。此外，亮度平均值与粉末比率的相关关系不限定于应用直线回归的情况，也可以应用曲线回归。

然后，从上述回归直线中得出与在步骤S016中算出的亮度平均值对应的粉末比率(S017)。经由以上的一系列步骤，使用亮度测定粉末比率。通过这样使用亮度，能够不必拘泥于因铁矿石的种类的不同而产生的铁矿石粉末的颜色(具体而言，色调(H))的不同而精度良好地测定粉末比率。

在图8所示的处理流程的步骤S011中拍摄的铁矿石26的RGB图像相当于光谱分布的一个例子。因此，在图8所示的处理流程中求出粉末比率的方法能够如图10所示那样一般化为使用铁矿石粉末附着的区域中的每个像素的光谱分布来求出粉末比率的处理流程。

即，在图8所示的处理流程中，拍摄RGB图像的步骤S011相当于图10所示的一般化的处理流程中的拍摄铁矿石26的图像并以像素为单位测定光谱分布的步骤S021。

对RGB图像进行HSV变换得到色调(H)的步骤S012相当于根据测定出的光谱分布的峰值位置来确定支配的波长(即，峰值波长)的步骤S022。从色调(H)的直方图中区别表皮区域和铁矿石粉末附着的区域的步骤S013相当于基于支配的波长(峰值波长)区别表皮区域和铁矿石粉末附着的区域的步骤S023。

另外，确定每个像素的亮度(具体而言，亮度(V))并将每个像素的亮度相加求出亮度的累计值的步骤S014、S015相当于针对每个像素的光谱分布求出积分值并将每个像素的积分值相加的步骤S024、S025。在步骤S024中，求出图11所示的每个像素的光谱分布的积分值(在图中，画有斜线阴影的部分的面积)，将求出的值作为每个像素的亮度。在步骤S025中，将每个像素的光谱分布的积分值相加使其成为亮度的累计值。

此外，光谱分布的峰值波长反映位于示出该光谱分布的像素的部位的氧化度，峰值的高度反映位于该像素的部位的铁矿石粉末的附着量。

图10所示的处理流程中的以下的步骤S026、S027与图8所示的处理流程的步骤S016、S017大致相同，亮度的累计值除以拍摄图像中的铁矿石的像素总数算出亮度平均值，基于预先确定的回归直线得出与算出的亮度平均值对应的粉末比率。

在上述例子中，区别表皮区域和铁矿石粉末附着的区域，针对铁矿石粉末附着的区域中的各像素，求出光谱分布的积分值作为亮度。

与此相对，在以下说明的图12所示的处理流程中，取代区别表皮区域和铁矿石粉末附着的区域，而进行消除表皮区域的亮度的影响的掩蔽。以下，说明图12所示的处理流程。

此外，虽然图12所示的处理流程是对图10所示的处理流程的一部分进行了变更而得到的，但同样也可以对图8所示的处理流程进行变更而得到。

在图12所示的处理流程中，对铁矿石的图像进行拍摄，以像素为单位测定光谱分布，确定各像素的光谱分布中的支配的波长(S031～S032)。之后，对各像素的光谱分布进行掩蔽处理(S033)。在掩蔽后的光谱分布中，如图13所示，阈值波长以下的成分被截止。此外，阈值波长是与为了分离表皮区域和铁矿石粉末附着的区域而确定的阈值对应的波长。

接下来，对掩蔽后的光谱分布进行积分并以像素为单位求出每个像素的积分值(＝亮度)，将每个像素的亮度相加求出亮度的累计值，亮度累计值除以拍摄图像中的铁矿石的像素总数而算出亮度平均值(S034～S036)。然后，根据图9所示的回归直线得出与在步骤S036中算出的亮度平均值对应的粉末比率(S037)。

此外，在图12所示的处理流程中，例如，在对掩蔽后的光谱分布累计使之成为亮度的情况下，掩蔽不限定于能够完全除去表皮区域的亮度的影响(即，使阈值波长以下的亮度为0)，光谱分布中的表皮区域的亮度也可以残留。在该情况下，使用铁矿石粉末附着的区域的亮度和表皮区域的亮度求出粉末比率。但是，若表皮区域的亮度残留，则算出的粉末比率的精度降低。因此，优选在使铁矿石粉末附着的区域的亮度为100％的情况下，表皮区域的亮度除去至10％或更小为止。如果表皮区域的亮度为10％或更小，根据本发明的发明人的经验可知，能够以可允许的精度算出粉末比率。

在铁矿石的输送中，存在在输送的中途铁矿石彼此碰撞的现象，另外还存在因用筛子30筛分从而一部分粉末落下而铁矿石的表皮露出的现象。因此，虽然存在若通过一点的测定来确定铁矿石整体的粉末比率则误差增大的危险性，但在本发明中，由于使用图像中的各像素的数据(分光反射率)来求出粉末比率，所以能够使测定的误差极小。

如以上说明那样，通过使用本发明的粉末比率测定装置、粉末比率测定系统以及粉末比率测定方法，能够实现高精度且实时地测定附着于物质的表面的粉末的粉末比率。

另外，如果是本发明的高炉，能够一边通过上述粉末比率测定装置测定被装入高炉内的粉末比率一边适当地进行操作。在本发明的高炉操作方法中，对应于通过上述要领求出的粉末比率来设定高炉的操作条件。例如，在粉末比率比较高的情况下，由于预料到将来炉内的通气性变差，所以预先降低向炉内的热风的送风量等，从而设定(变更)高炉的操作条件。由此，能够适当地进行高炉的操作。

此外，在本实施方式中，作为物质，示出了铁矿石26的例子，但不限定于此。只要是被装入高炉的原料的例子，可以取代铁矿石26而是焦炭，另外也可以是烧结矿。

附图标记说明：

10…粉末比率测定系统；12…粉末比率测定装置；14…输送机；16…分光装置；18…照明装置；20…运算装置；22…运算部；24…存储部；26…铁矿石；28…料斗；30…筛子。