高炉比例模型数字图像处理分析布料料层情况

关键词 高炉 冷模型 布料 图像分析

1 介绍

布料在高炉生产过程中是重要的上部调剂手段。这也是为什么有众多关于布料性质对高炉的影响的文章以及过去几年对布料各方面的研究，并且研究还将继续^[1-4]。

相比真实高炉缩小的成比例模型的建立可以看到高炉内部炉料的行为，这是高炉布料研究很重要的一部分^[5-7]。这些模型抓住了高炉布料的一些主要特征，通过模型布料分析，可以预测到最佳的高炉布料方式。对模型布料的研究分析，还可以帮助我们将其规律应用到真实高炉。

数字图像处理可以应用在多方面：例如转换卫星获取的图像，通过射线扫描进行医学诊断，工业上自动监测^[8]。数字图像处理不仅可以使光学仪器得到的图像更清晰，还可以通过简单精确的方式获取有用的信息，这要比人眼所看到的更准确。

根据某钢厂高炉建立了比例为1／10，无钟炉顶布料装置。布料所用的矿和焦的一系列特征均作好记录，利用成对布置的照相装置(CCD)采集试验过程中料面图像。该图像得到的同时通过电脑处理研究布料过程的变化。

2 试验方法和分析工具

图1显示了该1／10比例的半圆高炉模型，模型前方被有机玻璃挡住。

在高炉顶部安装着与炉顶相似的布料装置(图2)。小料斗由阀来控制料流速率。溜槽可以按照固定角度绕高炉中心旋转从而实现布料。

为了实现模型布料所用炉料粒度分布，必须对矿焦颗粒进行筛分再混合得到一个与实际高炉颗粒粒度相似的粒度分布，球团矿由磁铁矿、混凝土和二氧化钛组成，二氧化钛是用来染色的，它使得球团矿得到近似白色，由此用来区分矿焦分界层，对于球团矿也需要取得相似尺寸的球团矿颗粒。

该模型布满了矿层和焦层，直到将要布到接近料线处，需要保持足够空间以便使用溜槽可以将最后两层矿焦布完。矿和焦是按照环形一环接着一环布，利用CCD摄像机在每一次布料后采集图像。图像以jpeg格式保存在计算机的硬盘中。

图3显示了焦炭布第一环和第二环的料面图像。首先，对感兴趣的区域进行选择，包括第二环料布下后料面的改变。其次，通过对新图像处理可以得到料层的边界。

但是，利用标准料面探测装置不能得到清晰的料层边界。原因是通过料面探测装置得到的数字图像主要是依据局部像素或者颜色的变化得到的^[8]。目前根据所有料层的边界图像还不能简单的确定矿和焦炭的料面的细微结构。

鉴于此，通过利用模型布料分析，结和实际开炉布料方法。对高炉布料规律综合利用图像的像素、颜色(色柱)以及布料的空间特征。按照此方法可以计算出整个料层的二维料面。处理最初的图像后，色柱已经被计算出，就可以得到一个比较准确的料层边界，边界通过颜色进行区分。

利用标准料面探测技术处理新图像，料层的边界就可以计算出，最后的结果可以表示出料层厚度和炉料堆角，同时可以对比不同炉料布下来时料面的变化。通过国内外的高炉布料研究成果，采用与Juan jimenez和Javier moch6n学者相似的研究方法处理布料图像，对于图象处理的流程和算法进行了改进，得到了最优的边界处理方式。

对于图像的处理流程为：1)获取料层图像，2)灰度处理，3)二值化处理，4)边缘检测分析

3 试验结果和讨论

首先，最下面的焦炭料面在整个布料过程中几乎没变。这恰恰证明了该研究方法的合理性。第二，料面很稳定。每次布料时都将上次的料面更加完善，并不改变上次料面形状。这归结于布料方法，最先布料时是将炉料布在高炉中心区域，形成了一个非常稳定的区域。第三，中心料层厚度有很小的增长。

图6将布矿过程中的料面图像集结在一张图像上实现很好的对比。在布矿过程中，每次布矿时都将原料面全部覆盖。中心区域为矿焦混合区，料层结构发生了很大的变化。实际上，试验进行过程中，布第一矿环时，中心没有被覆盖的矿开始流态化，细小焦料移动出来，重新分布，这证明矿石覆盖区域布料产生了局部的波动变化。当新矿石环形成时，中心区域矿石和焦炭希望重新混合，矿石永远不会将焦炭层完全覆盖。

4 总结

利用半圆形，三维方向的高炉模型，使用图像采集装置和图象处理技术，一个完整的布料实验就可以实行了。实验所得的主要结果如下：

(1)通过实验的研究可见，数字图象分析处理料层分布在高炉布料模型分析中，是一种正确的，可供利用的方法。

(2)通过料层料面图像可以得到关于布料的较为精确信息和焦炭层厚度的变化。该分析方法有可能适用于布料的任何一种问题的分析。

(3)布料过程中由于矿石和焦炭的分层布料操作，在焦炭布料的过程中料层无明显变化；在矿石的布料过程中，由于下落速度和颗粒的影响，对混合料层的影响较大。