(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211258177.2 (22)申请日 2022.10.14 (71)申请人 北京科技大 学 地址 100083 北京市海淀区学院路3 0号 (72)发明人 周东东　徐科　 (74)专利代理 机构 北京金智普华知识产权代理 有限公司 1 1401 专利代理师 岳野 (51)Int.Cl. G01N 15/02(2006.01) G06V 20/64(2022.01) G06N 3/04(2006.01) G06V 10/26(2022.01) G06V 10/44(2022.01) G06V 10/766(2022.01)G06V 10/80(2022.01) G06V 10/82(2022.01) (54)发明名称 非停炉高炉焦炭粒度降解在线监测及评价 方法和系统 (57)摘要 本发明涉及高炉生产检测技术领域， 提供了 一种基于机器视觉的非停炉高炉炉内焦炭粒度 降解在线智能监测及评价方法和系统。 所述方法 包括S1获取入炉前焦炭图像， 识别焦炭的三维尺 寸， 得到第一粒径分布； S2获取高炉风口回旋区 焦炭图像， 识别焦炭的二维尺寸， 得到第二粒径 分布； S3回归分析确定冶炼参数与第一粒径分 布、 第二粒径分布之间的关联关系； S4评价不同 类型的焦炭在不同高炉冶炼参数下粒度的降解 等级。 本发 明能够实时综合分析高炉冶炼参数确 定的冶炼周 期、 炉顶焦炭粒度、 风口回旋区焦炭 粒度之间的关联关系， 实现对焦 炭在高炉炉内一 个冶炼周期内粒度降解的跟踪， 并评价不同类型 的焦炭在不同高炉 冶炼参数 下粒度的降解 等级。 权利要求书2页 说明书7页 附图2页 CN 115326657 A 2022.11.11 CN 115326657 A 1.一种非停炉高炉焦炭粒度降解在线监测及评价方法， 其特 征在于， 所述方法包括： S1、 在非停炉状态下获取入炉前焦炭的二维和三维图像， 识别焦炭的三维尺寸， 得到入 炉前焦炭的第一粒径分布； S2、 在非停炉状态下获取高炉风口回旋区焦炭的二维图像， 根据焦炭的运行轨迹分离 出来自于炉体上部的焦炭， 并识别焦炭的二维尺寸， 得到风口回旋区的来自于炉体上部的 焦炭的第二粒径分布； S3、 根据步骤S1、 S2得到的第一粒径分布、 第二粒径分布， 以及同一冶炼周期内的冶炼 参数， 回归分析确定所述冶炼参数与所述第一粒径分布、 第二粒径分布之间的关联关系； S4、 根据步骤S3得到的所述关联关系， 评价不同类型的焦炭在不同高炉冶炼参数下粒 度的降解 等级。 2.如权利要求1所述的非停炉高炉焦炭粒度降解在线监测及评价方法， 其特征在于， 步 骤S1的具体方法包括： S1.1 对入炉前位于高炉上料主皮带上的焦炭， 采用多光谱面 阵彩色相机及相应的光 源采集入炉前焦炭图像； 其中近红外NIR通道用于焦炭粒度二维检测， 可见光通道红、 绿和 蓝三个光源用于线结构光焦炭粒度三维检测； S1.2 处理焦炭二维监测时， 采用基于标记符控制的分水岭分割算法对粘连颗粒区域 进行分割， 在分割 过程预处理中加入焦炭常见粒度范围的限定条件， 限制局部小区域的产 生， 实现焦 炭粘连颗粒的分割； 采用基于深度学习的卷积神经网络CNN识别 焦炭非粘连区域 二维粒度边界， 应用最小拟合椭圆法对焦炭长轴直径及短轴直径的二维尺寸进行表征； 对 焦炭根据二维尺寸进行分类及定位， 得到不同类别焦炭的二维粒度分布及区域； S1.3处理焦炭三维监测时， 采用光条中心线提取算法提取三条结构光光条中心线， 将 非连续中心线采用图像拼接算法使之连续； 并采用Delaunay三角剖分法实现焦炭粒度三维 重建， 进而得到焦炭的三维粒度分布； S1.4 将步骤S1.2的焦炭二维粒度分布， 与步骤S1.3 的焦炭三维粒度分布通过多光谱 多通道图像的时序进行匹配， 以该焦炭的平均当量 直径得出所述第一粒径分布。 3.如权利要求2所述的非停炉高炉焦炭粒度降解在线监测及评价方法， 其特征在于， 步 骤S1.1中， 多光谱面阵彩色相机安装具有防尘功能的保护罩及氮气冷却装置 。 4.如权利要求1所述的非停炉高炉焦炭粒度降解在线监测及评价方法， 其特征在于， 步 骤S2的具体方法为： S2.1采集 不喷煤风口回旋区焦炭图像； S2.2 通过视频流分析及图像处理， 分析某颗焦炭在相邻帧图像 中的相对位置， 以得出 焦炭进入风口回旋区的途径及运动轨迹； 以从风口上方进入回旋区的焦炭为作为粒度降解 的焦炭， 风口底部进入回旋区的焦炭则不计入焦炭粒度统计范围； S2.3通过构建基于卷积神经网络的语义分割模型FCN进行正样本图像风口焦炭粒度识 别， 进而得到焦炭的平均当量 直径为所述第二粒径分布。 5.如权利要求1所述的非停炉高炉焦炭粒度降解在线监测及评价方法， 其特征在于， 步 骤S1中的入炉前焦炭， 与步骤S2中的风口回旋区的焦炭为同一批次焦炭， 读取高炉布料参 数和工艺 参数， 计算得 出每一批次焦炭从入炉到回旋区所用的实际时间。 6.如权利要求1所述的非停炉高炉焦炭粒度降解在线监测及评价方法， 其特征在于， 步权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115326657 A 2骤S2中， 当获取高炉风口回旋区焦 炭的二维图像时， 关闭喷煤枪， 使风口成为无煤粉云遮挡 的采集风口。 7.如权利要求1所述的非停炉高炉焦炭粒度降解在线监测及评价方法， 其特征在于， 步 骤S3中， 所述冶炼参数包括 风温、 压差、 风量和冶炼强度。 8.如权利要求1所述的非停炉高炉焦炭粒度降解在线监测及评价方法， 其特征在于， 步 骤S3中， 通过构建基于数据挖掘及卷积神经网络的数据驱动型焦炭粒度降解模型， 分析不 同风温、 压差、 风量、 冶炼强度对焦炭粒度降解的影响， 确定所述冶炼参数中的主要影响因 素。 9.一种非停炉高炉焦炭粒度降解在线监测及评价系统， 其特 征在于， 所述系统包括： 高炉上料主皮带焦炭粒度三维在线检测单元， 用于采集入炉前的焦炭图像， 并识别入 炉前的焦炭表面 三维尺寸； 风口回旋区焦炭粒度在线检测单元， 用于采集高炉风口回旋区的焦炭粒度图像， 并识 别风口回旋区的焦炭粒度尺寸； 通信单元， 用于将入炉前的焦炭粒度图像、 风口回旋区焦炭粒度图像实时传输到主服 务器； 主服务器， 用于接收入炉前的焦炭图像及入炉前的焦炭表面三维尺寸、 高炉风口回旋 区的焦炭 粒度图像及风口回旋区的焦炭粒度 尺寸， 回归分析确定其与冶炼参数之 间关联关 系； 实现对焦炭在高炉炉内一个冶炼周期 内粒度降解的跟踪， 并评价不同类型 的焦炭在不 同高炉冶炼参数 下粒度的降解 等级。 10.如权利要求9所述的非停炉高炉焦炭粒度降解在线监测及评价系统， 其特征在于， 所述高炉上料主皮带焦炭粒度三维在线检测单元采用多光谱面阵彩色相机及相 应的光源 采集入炉焦炭图像； 所述风口回旋区焦炭 粒度在线检测单元采用高帧率彩色工业相机采集 全焦风口回旋区焦炭图像。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115326657 A 3