JP2010236954A

JP2010236954A - 放射線板厚測定装置

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Publication number: JP2010236954A
Application number: JP2009083703A
Authority: JP
Inventors: Takamichi Sunako; 考通砂子; Tetsuya Mogi; 哲也茂木; Masaki Ohisa; 正樹大久
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2009-03-30
Filing date: 2009-03-30
Publication date: 2010-10-21
Anticipated expiration: 2029-03-30
Also published as: JP5570135B2

Abstract

【課題】被測定物に放射線を照射して板厚を測定する放射線板厚測定装置において、フレーム体の熱膨張を防止して、板厚の測定誤差を防止することを目的とする。
【解決手段】放射線板厚測定装置１は、上部フレーム２ａと下部フレーム２ｂと側部フレーム２ｃとから構成されたフレーム体２と、前記上部フレーム２ａ及び前記下部フレーム２ｂの一方の先端に配設した放射線発生部３と、前記上部フレーム２ａ及び前記下部フレーム２ｂの他方の先端に前記放射線発生部３と対向するように配設した放射線検出部４と、前記放射線発生部３及び前記放射線検出部４の内部に形成した冷却配管３ａ、４ａと、を備えている。そして、表面温度が２５±１０℃の範囲内となるように、前記フレーム体２を断熱材２ｄで被覆することで、被測定物５による熱放射から前記フレーム体２を断熱して熱膨張を防止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉄鋼、非鉄等の圧延ラインにおいて、圧延中における被測定物の板厚を放射線により非接触で測定する放射線板厚測定装置に関する。

鉄鋼、非鉄等の圧延ラインでは、板厚を一定の範囲に制御するために自動板厚制御（ＡＧＣ：ＡｕｔｏｍａｔｉｃＧａｕｇｅＣｏｎｔｒｏｌ）という技術が用いられている。その中でも特に冷間圧延のＡＧＣでは、放射線板厚測定装置を用いており、当該放射線板厚測定装置が測定した板厚の情報を随時圧延装置にフィードバックして板厚制御を行なっている。

放射線板厚測定装置の分野において、測定誤差を防止して被測定物の板厚を正確に検出することは、従来から課題とされてきたことである。例えば、特許文献１では、測定誤差の原因が、圧延機のハウジングが伸びることによる、放射線透過式厚み計の放射線源と放射線強度検出器間の相対距離の変化にあることに着目し、予め射線線源と放射線強度検出器間の間隔の変化を検出した上で、その変化に基づいて検出信号を補正することで測定誤差を修正する構成とした。

また、特許文献２では、測定誤差の原因が圧延ライン振動によるフレーム体の共振にあることに着目し、フレーム体に制振装置を取り付け、圧延ライン振動との共振点を外すことで、圧延ライン振動の影響を最小にして測定誤差を防止する構成とした。

特開昭６２−６７４０５号公報（第２頁、第３頁）特開２００１−２５５１３１号公報（段落０００３、図１）

しかしながら、タンデム冷間圧延においては、板厚測定装置に上記のような構成を備えたとしても、測定誤差を完全に防止することは困難であった。本発明者らは、この原因について鋭意検討した結果、タンデム冷間圧延では、シングル冷間圧延と比較して被圧延材（被測定物）の温度が高温となる（約１００〜１７０℃）点に原因があることを見出した。当該被圧延材の温度は、被圧延材を圧延機のテンションリールでコイル状に巻き取り、安全に温度測定が行える場所に圧延コイルをコイルカーで移動した後に、最も低い温度となるコイル側面を、ポータブルタイプの温度測定器で測定した温度であるため、放射線板厚測定装置の近傍を通過する圧延直後の被圧延材は前記温度と比べてより高温となっていると推定される。

すなわち、タンデム冷間圧延では、シングル冷間圧延と比較して高リダクションで連続して被圧延材を圧延する。例えば、缶胴用の３００４系アルミニウム合金の圧延工程では、シングル冷間圧延は、アンコイラーから払い出した被圧延材をシングルスタンドのワークロール間に圧下を加えながら通板した後に、テンションリールでコイル状に巻き取るパスを約３パスかけて製品厚みとするのに対して、タンデム冷間圧延は、例えば２タンデム圧延機では、アンコイラーから払い出した被圧延材を１スタンド目のワークロール間に圧下を加えながら通板した直後に、連続して２スタンド目で同様に通板し、テンションリールでコイル状に巻き取る単一パスだけで製品厚みとする冷間圧延を行なう。従って、タンデム冷間圧延では、シングル冷間圧延と比較してスタンド通板当り約１．５倍もの圧下率がかけられた状態で、１スタンド目の圧延で被圧延材が発熱した直後に再び２スタンド目で圧延を行うので、過酷な圧延が施されることになる。そのため、必然的に被圧延材の温度が高温となり、放射線板厚測定装置を構成するフレーム体がその影響を受けて熱膨張することで、フレーム体の各端部に配設した放射線発生部と放射線検出部間の相対距離が変化し、測定誤差が発生する。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであって、放射線板厚測定装置を構成するフレーム体を断熱材で覆うことにより、当該フレーム体の熱膨張を防止するとともに、板厚の測定誤差を防止することにある。

前記課題を解決するために請求項１に係る放射線板厚測定装置は、被測定物に放射線を照射して板厚を測定する放射線板厚測定装置であって、上部フレームと下部フレームと側部フレームとから構成されたフレーム体と、前記上部フレーム及び前記下部フレームの一方の先端に配設した、前記被測定物に放射線を照射する放射線発生部と、前記上部フレーム及び前記下部フレームの他方の先端に前記放射線発生部と対向するように配設した、前記被測定物を透過した放射線の減衰量を検出する放射線検出部と、前記放射線発生部及び前記放射線検出部の内部に形成した、冷却水が循環する冷却配管と、を備え、前記フレーム体の表面温度が２５±１０℃の範囲内となるように、前記フレーム体を断熱材で被覆する構成とする。

かかる構成により、放射線板厚測定装置は、上部フレーム、下部フレーム、側部フレームから構成されたフレーム体を断熱材で被覆して被測定物の熱放射から断熱することで、フレーム体の表面温度を熱膨張しない温度範囲に保つことができる。

また、請求項２に係る放射線板厚測定装置は、前記放射線発生部と前記放射線検出部の少なくとも一方をさらに断熱材で被覆する構成とする。

かかる構成により、放射線板厚測定装置は、フレーム体に加えて放射線発生部と放射線検出部の少なくとも一方を断熱材で被覆するため、断熱効果をさらに向上させることができる。

さらに、請求項３に係る放射線板厚測定装置は、前記断熱材が、グラスウール、ロックウール、ビーズ法ポリスチレンフォーム、押出法ポリスチレンフォーム、ポリエチレンフォーム、フェノールフォームのいずれか１つからなる構成とする。

かかる構成により、放射線板厚測定装置は、フレーム体等をグラスウール、ロックウール、ビーズ法ポリスチレンフォーム、押出法ポリスチレンフォーム、ポリエチレンフォーム、フェノールフォームのような断熱効果に優れた素材で被覆するため、断熱効果をさらに向上させることができる。

請求項１に係る放射線板厚測定装置によれば、フレーム体を断熱材で被覆することにより、フレーム体の熱膨張を防止して、板厚の測定誤差を防止することができる。

請求項２に係る放射線板厚測定装置によれば、断熱材で被覆する範囲を広げることにより、フレーム体の熱膨張をより効果的に防止して、板厚の測定誤差を防止することができる。

請求項３に係る放射線板厚測定装置によれば、フレーム体を断熱効果に優れた素材で被覆するため、フレーム体の熱膨張をより効果的に防止して、板厚の測定誤差を防止することができる。

本発明に係る放射線板厚測定装置の第１実施形態を示す図である。本発明に係る放射線板厚測定装置のその他の実施形態を示す図である。（ａ）は、第２実施形態を示す図、（ｂ）は、第３実施形態を示す図、（ｃ）は、第４実施形態を示す図、である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。図１に示すように、放射線板厚測定装置１は、フレーム体２と、放射線発生部３と、放射線検出部４と、を備えている。

フレーム体２は、上部フレーム２ａと下部フレーム２ｂと側部フレーム２ｃとから構成されており、上部フレーム２ａと下部フレーム２ｂとで圧延ラインを挟むようにして被測定物５の板厚を測定するものである。フレーム体２は、例えば、鋳鉄、ステンレス、アルミニウム、チタン等の素材で形成されており、かつ、その周囲が断熱材２ｄで被覆されている。

断熱材２ｄは、フレーム体２の周囲（上部フレーム２ａの端から下部フレーム２ｂの端まで）を被覆することで被測定物５の放熱から断熱し、フレーム体２の熱膨張を防止するものである。断熱材２ｄは、例えば断熱シートをフレーム体２の周囲に巻きつけることで被覆する。その際、フレーム体２の表面温度が２５±１０℃の範囲内となるように、断熱シートの巻き数や厚さを調節する。なお、製造段階で予め断熱素材を被覆してフレーム体２を製造することもできる。

断熱材２ｄは、１〜５ｍｍの厚さでフレーム体２に被覆することが好ましい。断熱材２ｄの厚さが１ｍｍ未満だと、断熱材２ｄが薄すぎて十分に断熱出来ない場合があり、逆に５ｍｍを超えると、フレーム体２に巻きつけた断熱材２ｄの折り目に隙間が発生し、断熱効果が薄れる場合がある。

断熱材２ｄは、フレーム体２に加えて、図２（ａ）のように放射線検出部４の周囲にも被覆することが好ましい。このように構成することで、断熱効果がさらに向上し、フレーム体２の熱膨張を効果的に防止することができる。なお、放射線検出部４の周囲に断熱材２ｄを被覆する場合は、放射線検出部４の図示しない受信部以外を被覆する。

断熱材２ｄは、フレーム体２に加えて、図２（ｂ）のように放射線発生部３の周囲にも被覆することが好ましい。このように構成することで、断熱効果がさらに向上し、フレーム体２の熱膨張を効果的に防止することができる。なお、放射線発生部３の周囲に断熱材２ｄを被覆する場合は、放射線発生部３の図示しない送信部以外を被覆する。

断熱材２ｄは、フレーム体２に加えて、図２（ｃ）のように放射線発生部３及び放射線検出部４の周囲にも被覆することが好ましい。このように構成することで、断熱効果がさらに向上し、フレーム体２の熱膨張を効果的に防止することができる。

断熱材２ｄは、グラスウール、ロックウール、ビーズ法ポリスチレンフォーム、押出法ポリスチレンフォーム、ポリエチレンフォーム、フェノールフォームのいずれか１つからなることが好ましく、水系の潤滑剤を用いる冷間圧延機に適用できる。また、鉱物油系の潤滑剤を用いる冷間圧延では、板切れや静電気によって、鉱物油系の潤滑剤に引火して火災が発生することがあるので、断熱材２ｄは、耐熱性、不燃性を有する素材や、圧延装置の圧延油と反応して有毒ガスが発生しない、耐油性を有する素材で構成することがさらに好ましい。例えば、ビーズ法ポリスチレンフォーム、押出法ポリスチレンフォーム、ポリエチレンフォームには難燃剤を添加して耐油ラミネート材とすることで、耐熱性や不燃性を備えることができる。更に、前記いずれの断熱材２ｄの場合においても、アルミニウム箔を含む複合材やアルミニウム蒸着された耐油ラミネート材で構成することにより、アルミニウム箔の反射機能で断熱効果をさらに高めることもできる。

放射線発生部３は、下部フレーム２ｂの先端に配設し、圧延ラインを流れる被測定物５
に放射線を照射するものである。放射線発生部３は、被測定物５の幅方向の中心に、例えばＸ線やβ線等の放射線を照射する。なお、放射線発生部３を上部フレーム２ａの先端に配設し、放射線検出部４を下部フレーム２ｂに配設することも可能である。

放射線検出部４は、上部フレーム２ａの先端に放射線発生部と対向するように配設し、被測定物５を透過した放射線の減衰量を検出するものである。放射線発生部３から被測定物５に対して照射された放射線は、被測定物５を透過する際にその板厚に準じた量が減衰する。放射線検出部４は、当該減衰量を検出してその検出信号を図示しないプリアンプで増幅するとともに、図示しない制御部に送信する。そして当該制御部は、当該検出信号から被測定物５の幅方向の中心の板厚偏差を換算処理して圧延装置に送信し、当該圧延装置はその情報に基づいてＡＧＣを行なう。

冷却配管３ａ、４ａは、放射線発生部３及び放射線検出部４が放射線熱や被測定物５の輻射熱で誤作動しないように、放射線発生部３及び放射線検出部４内部に他の部材を取り囲むように形成して、冷却水の循環によってこれらを冷却するものである。冷却配管３ａ、４ａは、例えば熱伝導率の大きい金属で形成し、内部に冷却水が循環する構成とすることが好ましい。

次に、圧延装置に放射線板厚測定装置を組み込んで、本発明の効果を確認した実施例を具体的には説明する。まず、冷間圧延に使用した被圧延材について説明する。被圧延材は、缶胴用アルミニウム合金ＪＩＳＡ３００４合金を常法でＤＣ鋳造（半連続鋳造）し、６００ｍｍ厚の鋳塊を製作して圧延用スラブを得た。この鋳塊に対して、常法に従い、面削−均質化熱処理−熱間圧延を施して得られた２.２ｍｍ厚の熱間圧延板を被圧延材として、２タンデム式冷間圧延で表１に記載の目標板厚に冷間圧延して、以下の評価を進めた。

表１に、フレーム体の断熱部位ごとの開始時板厚、終了時板厚、板厚変化、ドリフト幅、フレーム体温度分布、コイル巻取温度、確認板厚を示す。なお、本発明はこの実施例のみに限定されるものではない。

以下、実施例の条件について説明する。「断熱部位」は、フレーム体（上部フレーム、下部フレーム、側部フレーム）と、放射線発生部と、放射線検出部のどこを断熱材で被覆したのかを示したものである。被覆の方法は、断熱シートをそれぞれの部位の周囲に巻きつけることで行なった。

「目標板厚」は、圧延装置における板厚の目標値を示したものである。冷間タンデム圧延の自動板厚制御（ＡＧＣ）においては、予め板厚の目標値を定め、放射線板厚測定装置によって測定した板厚の情報をフィードバックしながら板厚の目標値に近づけるという制御を行なっている。なお、目標板厚と板厚の実測値とは、一般的にはほぼ一致するものである。

次に、実施例の結果について説明する。「開始時板厚」は、圧延開始直後に放射線板厚測定装置によって測定した被測定物の板厚であり、フレーム体がまだ熱膨張する前の板厚である。

「終了時板厚」は、圧延終了前に放射線板厚測定装置によって測定した被測定物の板厚であり、フレーム体が熱膨張した後の板厚である。

「板厚変化」は、「開始時板厚」から「終了時板厚」を引いた値であり、フレーム体が熱膨張する前後における測定値の誤差を示している。

「ドリフト幅」は、「終了時板厚」の値が「目標板厚」の値と最終的にどれだけ離れたかの割合を示したものであり、「板厚変化」÷「目標板厚」×１００で計算した値である。

「フレーム体温度分布」は、圧延開始から圧延終了までのフレーム体表面の温度分布を示すものである。当該温度分布は、フレーム体に熱電対を貼り付け、その温度をデータロガーで取り込んで測定した。

「コイル巻取温度」は、巻き取り直後のコイル側面の円周中心部分および円周外縁部分の２点を、ポータブル式の接触式温度計にて測定した平均値である。

「確認板厚」は、圧延終了後のコイル外周側のオンゲージ部分からサンプリングしたアルミニウム板の幅方向の中央部とクォーター部（２点）から一定面積の円盤状に打ち抜いたアルミニウム板を電子天秤で重量測定した値と、円盤面積と、アルミニウム比重２．７１ｇ／ｃｍ^３と、から算出した値の平均値である。

「評価」は、板厚変化が１．００μｍ以下のものを「○」、１．０１〜２．００μｍのものを「△」、２．０１μｍ以上のものを「×」と評価した。

Ｎｏ．１〜３においては、少なくともフレーム体を断熱材で被覆したため、板厚変化が１．００μｍ以下であり、かつ、フレーム体温度分布も２５±１０℃以内となった。従って、「○」と評価された。

Ｎｏ．４においては、フレーム体の上部フレームを断熱材で被覆しなかったため、フレーム体が熱膨張して板厚変化が１．０１〜２．００μｍとなった。従って、「△」と評価された。Ｎｏ．５においては、フレーム体の上部フレームだけを断熱材で被覆したため、板厚変化が２．０１μｍ以上となった。従って、「×」と評価された。Ｎｏ．６においては、全く断熱を行なわなかったため、板厚変化が２．０１μｍ以上となった。従って、「×」と評価された。

一方で、Ｎｏ．７においては、全く断熱を行なわなかったが、コイル巻取温度が低かった。従って、フレーム体温度分布が狭い範囲に収まり、フレーム体の熱膨張が少なく板厚変化が１．０１〜２.００μｍとなった。従って、「△」と評価された。

また、上記「終了時板厚」が「確認板厚」と概ね一致していることから、フレーム体の断熱材被覆が不十分だと、放射線板厚測定装置が正常に機能せず、板厚不良が発生することも確認された。

１放射線板厚測定装置
２フレーム体
２ａ上部フレーム
２ｂ下部フレーム
２ｃ側部フレーム
２ｄ断熱材
３放射線発生部
３ａ冷却配管
４放射線検出部
４ａ冷却配管
５被測定物

Claims

被測定物に放射線を照射して板厚を測定する放射線板厚測定装置であって、
上部フレームと下部フレームと側部フレームとから構成されたフレーム体と、
前記上部フレーム及び前記下部フレームの一方の先端に配設した、前記被測定物に放射線を照射する放射線発生部と、
前記上部フレーム及び前記下部フレームの他方の先端に前記放射線発生部と対向するように配設した、前記被測定物を透過した放射線の減衰量を検出する放射線検出部と、
前記放射線発生部及び前記放射線検出部の内部に形成した、冷却水が循環する冷却配管と、を備え、
前記フレーム体の表面温度が２５±１０℃の範囲内となるように、前記フレーム体を断熱材で被覆することを特徴とする放射線板厚測定装置。
前記放射線発生部と前記放射線検出部の少なくとも一方をさらに断熱材で被覆することを特徴とする請求項１に記載の放射線板厚測定装置。
前記断熱材が、グラスウール、ロックウール、ビーズ法ポリスチレンフォーム、押出法ポリスチレンフォーム、ポリエチレンフォーム、フェノールフォームのいずれか１つからなることを特徴とする請求項１または２に記載の放射線板厚測定装置。