一種疏松礦物橫截面孔隙率的定量測定方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種疏松礦物橫截面孔隙率的定量測定方法，所述定量測定方法先對疏松礦物進行制樣并獲得包含疏松礦物橫截面的光片樣品，然后對光片樣品進行多點圖像采集，利用偏光顯微鏡的反射光下孔隙與礦物在圖像灰度之間的差別和對應關(guān)系并采用巖相圖像分析系統(tǒng)提取各圖像中的孔隙區(qū)，再通過計算孔隙區(qū)面積在整個圖像的總面積的比值來獲得孔隙率，并通過測量貫穿整個光片樣品觀察面的直線上的多個采集點的圖像的孔隙率來繪制樣品的橫截面孔隙率變化曲線，從而反應疏松礦物的橫截面孔隙率情況。本發(fā)明能夠快速、準確的測量并反映疏松礦物樣品的內(nèi)部孔隙率變化情況，為后續(xù)的冶金工藝提供準確、有效的理論數(shù)據(jù)。
【專利說明】一種疏松礦物橫截面孔隙率的定量測定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于冶金檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地講，涉及一種疏松礦物橫截面孔隙率的定量測定方法。
【背景技術(shù)】
[0002]冶金過程經(jīng)常必須向反應料層送風，固體燃料的燃燒反應才能進行，燃燒反應的完全程度取決于多種因素，而礦物或者球體料層之間的透氣性是其中一個非常重要的因素。燃燒反應往往是由外向內(nèi)逐步進行，氣體在料層中的流動狀況及變化規(guī)律直接關(guān)系到反應過程中的傳質(zhì)、傳熱和物理化學反應的過程，礦物的透氣性不僅決定化學反應能否完全進行，而且還能影響反應生成的物相種類。如果料層的透氣性較差，可能造成其它有害相的生成，對冶金工藝造成不利的影響。
[0003]目前，國內(nèi)對于孔隙率的測量尚無標準，有關(guān)這方面的研究報道也很少。在冶金領(lǐng)域中，對一些松散礦物料層如燒結(jié)礦、熔分渣等樣品透氣性的測量一般分為人工測量和設(shè)備測量兩種，人工測量包括保溫吸油法和煮沸吸水法，這兩種方法主要應用于摩擦材料整體孔隙率的測量上，即主要通過油或者水等溶劑填充摩擦材料孔隙的體積多少來實現(xiàn)，這兩種測量方法的測量周期較長并且存在較大的測量誤差；而設(shè)備測量則主要是通過孔隙率測量儀來實現(xiàn)，它是通過使用靜態(tài)容量法來對孔隙率測量儀樣品的預處理，測量范圍為比表面0.0lmVg以上、孔徑為0.35?400nm的粉末、顆粒、纖維及片狀材料，將樣品裝入樣品管進行測量，這對于整體礦樣孔隙率的測量結(jié)果較為準確。但是對于一些疏松冶金礦物如燒結(jié)礦、熔分渣等來說，不僅要求測量整個礦塊孔隙率的大小，為了更好地了解整個礦塊的透氣均勻性是否滿足下一步對冶金工藝的要求，還需要對其內(nèi)部的透氣性進行詳細的分析，以便更好了解礦塊體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)分布，孔隙率測量儀就無法滿足這種需求。
[0004]因此，需要提供一種能夠有效測定疏松礦物的孔隙率尤其是橫截面孔隙率的定量測定方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明旨在解決上述技術(shù)問題中的一個或多個。
[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種能夠方便、快捷地定量測定疏松礦物橫截面上孔隙率及其變化趨勢的測定方法。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種疏松礦物橫截面孔隙率的定量測定方法，所述定量測定方法包括以下步驟:a、用環(huán)氧樹脂將具有代表性的疏松礦物進行真空鑲嵌得到鑲嵌樣品，切割所述鑲嵌樣品并暴露疏松礦物的橫截面，以所述橫截面為觀察面進行磨樣、拋光后得到光片樣品山、將所述光片樣品置于偏光顯微鏡的反射光下觀察，沿著貫穿所述光片樣品的觀察面的直線進行預定間隔的順次多點圖像采集，將所采集的圖像按照采集點的先后采集順序依次編號、將第i個采集點的圖像導入巖石孔隙率測定軟件中，先利用采集畫筆采集所述第i個采集點的圖像中由環(huán)氧樹脂填充的孔隙處的RGB數(shù)值信息，之后提取所述第i個采集點的圖像中RGB數(shù)值信息與所述由環(huán)氧樹脂填充的孔隙處的RGB數(shù)值信息相同的所有區(qū)域并進行染色分離得到孔隙區(qū)，最后手動對所述孔隙區(qū)進行雜點去除和空域修補，其中，I ^ i ^a, a為采集點的個數(shù)且i為正整數(shù)；d、計算所述第i個采集點的圖像中孔隙區(qū)面積與所述第i個采集點的圖像的總面積的比值得到所述第i個采集點的孔隙率；e、重復步驟c至步驟d的操作并計算得到每個采集點的孔隙率，然后以各采集點在所述貫穿光片樣品的觀察面的直線方向上距離光片樣品的觀察面邊緣的距離為橫坐標并以孔隙率為縱坐標繪制疏松礦物橫截面孔隙率的變化曲線。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的疏松礦物橫截面孔隙率的定量測定方法的一個實施例，所述代表性的疏松礦物為整塊的疏松礦物，所述疏松礦物為燒結(jié)礦或熔分渣。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的疏松礦物橫截面孔隙率的定量測定方法的一個實施例，所述偏光顯微鏡的放大倍數(shù)為100~200倍，所述預定間隔為I~2mm。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的疏松礦物橫截面孔隙率的定量測定方法的一個實施例，在第i個采集點進行圖像采集時，采集包含所述第i個采集點在內(nèi)的多個視場的圖像，之后分別計算所述第i個采集點的多個視場圖像的孔隙率，再將所述第i個采集點的多個視場圖像的孔隙率取平均值得到所述第i個采集點的平均孔隙率。
[0011]根據(jù) 本發(fā)明的疏松礦物橫截面孔隙率的定量測定方法的一個實施例，在步驟a中，在所述光片樣品的觀察面上畫一條貫穿所述光片樣品的觀察面的直線，再對所述直線進行預定間隔的等分并得到多個標記點，以所述多個標記點作為采集點依次進行圖像采集。
[0012]本發(fā)明能夠快捷、準確地對疏松礦物橫截面的孔隙率進行測定，了解整個橫截面乃至疏松礦物內(nèi)部的孔隙率變化，從而給冶金工藝生產(chǎn)提供比較真實的數(shù)據(jù)并為之后的冶金生產(chǎn)進行指導，該方法已經(jīng)應用于鋼鐵冶金中的燒結(jié)礦、熔分渣等礦物料層分析中，取得了良好的效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1A是本發(fā)明示例中在某個采集點所采集的圖像。
[0014]圖1B是對圖1A提取孔隙區(qū)之后的處理圖像。
[0015]圖1C是對圖1B進行手動修正之后的處理圖像。
[0016]圖2是本發(fā)明示例所測得的橫截面孔隙率變化曲線。
【具體實施方式】
[0017]在下文中，將對本發(fā)明疏松礦物橫截面孔隙率的定量測定方法的示例性實施例進行具體說明。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，所述疏松礦物橫截面孔隙率的定量測定方法主要包括制樣一圖像采集一孔隙率測量一繪制橫截面孔隙率變化曲線等步驟，本發(fā)明的測定方法適用于燒結(jié)礦、熔分渣等疏松礦物，但本發(fā)明不限于此。
[0019]下面詳細介紹本發(fā)明的各步驟。
[0020]步驟a:
[0021]用環(huán)氧樹脂將具有代表性的疏松礦物進行真空鑲嵌得到鑲嵌樣品，切割所述鑲嵌樣品并暴露疏松礦物的橫截面，以所述橫截面為觀察面進行磨樣、拋光后得到光片樣品。
[0022]在步驟a中，選取的代表性的疏松礦物應為整塊或比較完整的礦物，再用環(huán)氧樹脂將其固結(jié)鑲嵌后進行磨樣才不會在磨制過程中掉渣，避免影響之后光學樣品的制備和觀察面的質(zhì)量。在進行樣品鑲嵌時，利用環(huán)氧樹脂并采用真空鑲嵌的目的是為了使疏松礦物中的絕大部分孔隙能夠被環(huán)氧樹脂填充，從而便于在后續(xù)的孔隙率測量過程中進行孔隙區(qū)的提取和分離并確?？紫堵视嬎愕臏蚀_性，優(yōu)選地在鑲嵌樣品的過程中反復抽真空以盡量提高孔隙的填充率。切割時，應盡量在鑲嵌樣品的中部進行，以使所暴露的橫截面能夠較好地代表疏松礦物的內(nèi)部孔隙情況。磨樣、拋光的步驟可以按照常規(guī)的方法進行，例如包括粗磨、細磨、拋光，只要最后能夠獲得表面光滑無劃痕且符合要求的光片樣品即可。
[0023]步驟b:
[0024]將所述光片樣品置于偏光顯微鏡的反射光下觀察，沿著貫穿所述光片樣品的觀察面的直線進行預定間隔的順次多點圖像采集，將所采集的圖像按照采集點的先后采集順序依次編號。
[0025]在反射光照射下，光片樣品中被環(huán)氧樹脂填充的孔隙與礦物的反射率會不同，反射率不同的物質(zhì)在偏光顯微鏡下的亮度也就不同，亮度不同的物質(zhì)在電腦屏幕上則顯示為不同的灰度，由此通過對光片樣品進行偏光顯微鏡下的圖像采集即可獲得能夠用于測定孔隙率的圖像。根據(jù)本發(fā)明，所得光片樣品中被環(huán)氧樹脂填充的孔隙的灰度值要顯著區(qū)別于礦物的灰度值，也即孔隙會在電腦屏幕上呈現(xiàn)黑褐色，而礦物則顯示淡灰色或淺白色，通過圖像處理將圖像中的代表孔隙的黑褐色區(qū)域提取出來并計算其在整個圖像面積中的比值，即可獲得該圖像中的孔隙率。
[0026]為了獲取整個橫截面孔隙率的變化趨勢，本發(fā)明具體是在沿著貫穿光片樣品的觀察面的直線進行圖像采集，其中，所述直線可以是水平的、垂直的或者斜的，只要這根直線能夠貫穿整個光片樣品的觀察面，也即能夠穿過觀察面的兩側(cè)邊部和心部即可。并且，在所述直線上進行預定間隔的順次多點圖像采集以獲得較有代表性的圖像并有效反映橫截面的孔隙率變化，其中，預定間隔為I?2mm為宜。之后，將所采集的圖像按照采集順序編號是為了方便后續(xù)的圖像處理和孔隙率計算并避免混淆。
[0027]其中，將光片樣品在偏光顯微鏡下觀察時的放大倍數(shù)不宜太高，倍數(shù)越高則測定誤差越大，優(yōu)選為100?200倍。在觀察時，如果所選取視場中的灰度過高或者過低，可緩慢調(diào)節(jié)單偏光旋鈕，直至顏色和灰度的質(zhì)量達到最佳為止。此外，所述偏光顯微鏡優(yōu)選為巖相偏光顯微鏡。
[0028]為了控制圖像采集的準確度，可以在步驟a中制得的光片樣品的觀察面上用直尺和標記筆畫一條貫穿光片樣品的觀察面的直線，再對所述直線進行預定間隔的等分并得到多個標記點，直接以所述多個標記點作為采集點依次進行圖像采集。但如果人工能夠控制準確，也可以不用劃線和劃分標記點。本發(fā)明不限于以上處理方式。
[0029]步驟c:
[0030]將第i個采集點的圖像導入巖石孔隙率測定軟件中，先利用采集畫筆采集所述第i個采集點的圖像中由環(huán)氧樹脂填充的孔隙處的RGB數(shù)值信息，之后提取所述第i個采集點的圖像中RGB數(shù)值信息與所述由環(huán)氧樹脂填充的孔隙處的RGB數(shù)值信息相同的所有區(qū)域并進行染色分離得到孔隙區(qū)，最后手動對所述孔隙區(qū)進行雜點去除和空域修補，其中，I≤i≤a, a為采集點的個數(shù)且i為正整數(shù)；
[0031]本發(fā)明采用巖相圖像分析系統(tǒng)的巖石孔隙率測定軟件來進行孔隙率的測定，能夠較為快捷的獲得計算結(jié)果。
[0032]本步驟中孔隙率的測定主要包括以下幾個子步驟:
[0033]I)圖像導入:將第i個采集點的圖像導入軟件；
[0034]2)采集RGB數(shù)值信息:利用軟件中的采集畫筆采集由環(huán)氧樹脂填充的孔隙處的RGB數(shù)值信息，軟件中會自動顯示具體的RGB數(shù)值信息；
[0035]3)色域提取:完成RGB數(shù)值信息的提取以后，提取相同的色域，即程序會自動搜索所述第i個采集點的圖像中RGB數(shù)值信息與所述由環(huán)氧樹脂填充的孔隙處的RGB數(shù)值信息相同的所有區(qū)域，并進行染色分離得到孔隙區(qū)；
[0036]4)圖像修正:由于存在少部分孔隙未被環(huán)氧樹脂填充的情況，還存在某些與由環(huán)氧樹脂填充的孔隙處具有相近的RGB數(shù)值信息所對應的礦物也被染色的情況，此時需要手動加大色差來去除雜點進行圖像的修正或者手動增補未被染色的孔隙，也即圖像修正具體包括雜點去除和空域修補的步驟，以使修正處理后的孔隙區(qū)的范圍誤差盡可能縮小。
[0037]步驟d:
[0038]計算所述第i個采集點的圖像中孔隙區(qū)面積與所述第i個采集點的圖像的總面積的比值得到所述第i個采集點的孔隙率，即根據(jù)下式I計算孔隙率:
[0039]ε — S孔/S圖像式I
[0040]ε是孔隙率，Sa是該圖像中孔隙區(qū)的面積，S 是該圖像的總面積。
[0041]此外，根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，對于步驟c和步驟d，在第i個采集點進行圖像采集時，采集包含所述第i個采集點在內(nèi)的多個視場的圖像，之后分別計算所述第i個采集點的多個視場圖像的孔隙率，再將所述第i個采集點的多個視場圖像的孔隙率取平均值得到所述第i個采集點的平均孔隙率。也即本發(fā)明優(yōu)選地對各采集點進行多視場的圖像采集和多個孔隙率的測定，并通過求多個孔隙率的平均值來提高各采集點的孔隙率精確度。但本發(fā)明不限于此，對各采集點僅取一個視場采集圖像并計算一個孔隙率也是可行的。
[0042]步驟e:
[0043]重復步驟c至步驟d的操作并計算得到每個采集點的孔隙率，然后以各采集點在所述貫穿光片樣品的觀察面的直線方向上距離光片樣品的觀察面邊緣的距離為橫坐標并以孔隙率為縱坐標繪制疏松礦物橫截面孔隙率的變化曲線。
[0044]其中，如果在步驟c和步驟d中對各采集點進行了多視場的圖像采集和多個孔隙率的測定并獲得了各采集點的平均孔隙率，則利用該平均孔隙率來繪制變化曲線。
[0045]下面結(jié)合附圖和具體示例進一步說明本發(fā)明。
[0046]本示例中的疏松礦物為熔分渣，處理過程包括制樣一圖像采集一孔隙率測量一繪制橫截面孔隙率變化曲線等步驟，細節(jié)步驟與上述內(nèi)容一致，在此不詳細介紹。
[0047]其中，本示例對每個采集點進行了四個視場的圖像采集并計算了采集點的平均孔隙率，還以各采集點的平均孔隙率繪制該樣品的橫截面孔隙率變化曲線。
[0048]圖1A是本發(fā)明示例中在某個采集點所采集的圖像，圖1B是對圖1A提取孔隙區(qū)之后的處理圖像，圖1C是對圖1B進行手動修正之后的處理圖像。如圖1A、圖1B和圖1C所示，圖1A為采集的原始圖像，可以看出除了有特定顏色和晶型的礦物顆粒之外，其他空缺部位基本上被環(huán)氧樹脂填充，并且其中被環(huán)氧樹脂填充的孔隙與礦物具有明顯的灰度差；圖1B是提取孔隙區(qū)之后的圖像，絕大多數(shù)的孔隙都已經(jīng)被染色分離，并且該經(jīng)過處理后的圖像基本上變成了二進制圖像，并且孔隙區(qū)(深藍色)與礦物區(qū)(白色)之間的邊界清晰，能夠較為準確地測定各采集點的孔隙率；圖1C是手動修正之后的圖像，主要針對礦物顆粒內(nèi)部一些裂理縫和未被環(huán)氧樹脂填充的孔隙進行修補，修正量比較小。
[0049]表1是本示例對各采集點所采集的四個視場的圖像進行孔隙率測定后的結(jié)果。圖2是根據(jù)表1的數(shù)據(jù)繪制的橫截面孔隙率變化曲線。
[0050]表1 例I中樣品橫截面的孔隙率分布表
[0051]
【權(quán)利要求】
1.一種疏松礦物橫截面孔隙率的定量測定方法，其特征在于，所述定量測定方法包括以下步驟: a、用環(huán)氧樹脂將具有代表性的疏松礦物進行真空鑲嵌得到鑲嵌樣品，切割所述鑲嵌樣品并暴露疏松礦物的橫截面，以所述橫截面為觀察面進行磨樣、拋光后得到光片樣品； b、將所述光片樣品置于偏光顯微鏡的反射光下觀察，沿著貫穿所述光片樣品的觀察面的直線進行預定間隔的順次多點圖像采集，將所采集的圖像按照采集點的先后采集順序依次編號； C、將第i個采集點的圖像導入巖石孔隙率測定軟件中，先利用采集畫筆采集所述第i個采集點的圖像中由環(huán)氧樹脂填充的孔隙處的RGB數(shù)值信息，之后提取所述第i個采集點的圖像中RGB數(shù)值信息與所述由環(huán)氧樹脂填充的孔隙處的RGB數(shù)值信息相同的所有區(qū)域并進行染色分離得到孔 隙區(qū)，最后手動對所述孔隙區(qū)進行雜點去除和空域修補，其中，1≤i≤a, a為采集點的個數(shù)且i為正整數(shù)； d、計算所述第i個采集點的圖像中孔隙區(qū)面積與所述第i個采集點的圖像的總面積的比值得到所述第i個采集點的孔隙率； e、重復步驟c至步驟d的操作并計算得到每個采集點的孔隙率，然后以各采集點在所述貫穿光片樣品的觀察面的直線方向上距離光片樣品的觀察面邊緣的距離為橫坐標并以孔隙率為縱坐標繪制疏松礦物橫截面孔隙率的變化曲線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疏松礦物橫截面孔隙率的定量測定方法，其特征在于，所述代表性的疏松礦物為整塊的疏松礦物，所述疏松礦物為燒結(jié)礦或熔分渣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疏松礦物橫截面孔隙率的定量測定方法，其特征在于，所述偏光顯微鏡的放大倍數(shù)為100~200倍，所述預定間隔為1~2mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疏松礦物橫截面孔隙率的定量測定方法，其特征在于，在第i個采集點進行圖像采集時，采集包含所述第i個采集點在內(nèi)的多個視場的圖像，之后分別計算所述第i個采集點的多個視場圖像的孔隙率，再將所述第i個采集點的多個視場圖像的孔隙率取平均值得到所述第i個采集點的平均孔隙率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疏松礦物橫截面孔隙率的定量測定方法，其特征在于，在步驟a中，在所述光片樣品的觀察面上畫一條貫穿所述光片樣品的觀察面的直線，再對所述直線進行預定間隔的等分并得到多個標記點，以所述多個標記點作為采集點依次進行圖像采集。
【文檔編號】G01N15/08GK103969168SQ201410221735
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月23日
【發(fā)明者】史志新, 劉錦燕, 陳容, 苑天宇 申請人:攀鋼集團攀枝花鋼鐵研究院有限公司