JP2021505916A - 移動するストリップの温度を測定する方法およびシステム - Google Patents

Abstract

本発明は、移動するストリップの温度を測定する方法に関し、ストリップとロールとが離れる場所でストリップとロールとの間に楔形の空隙が存在するように、かつ、ストリップとロールとが出会う場所でストリップとロールとの間に楔形の空隙が存在するように、ストリップをロールに接触させる。本発明によると、赤外線測定カメラまたは可視光測定カメラを使用して、少なくとも１つの前記楔形の空隙の長さの少なくとも一部に沿って、ストリップの温度を測定する。本発明はまた、移動するストリップの温度を測定するシステムに関する。

Description

本発明は、移動するストリップ（moving strip）の温度を測定する方法に関し、ストリップとロールとが離れる（depart）場所でストリップとロールとの間に楔形の空隙（wedge shaped opening）が存在するように、かつ、ストリップとロールとが出会う場所でストリップとロールとの間に楔形の空隙が存在するように、ストリップをロールに接触させる。本発明はまた、この方法を使用して移動するストリップの温度を測定するシステムに関する。

移動するストリップの温度を測定することが、ストリップの特性を制御するには重要である。この測定は、例えば、アニーリング炉で実施され、このアニーリング炉では、硬質冷間圧延鋼ストリップがアニーリングされ、その後、場合により、例えば、亜鉛もしくは亜鉛合金、またはアルミニウムもしくはアルミニウム合金で溶融めっきされる。アニーリングされたストリップに特定の特性を提供するために、アニーリング中の温度は重要であり、溶融めっき浴へのストリップの入口温度を制御するためにも、ストリップの温度は重要である。また、特定の鋼種では、溶融めっき後のストリップの温度が重要である。

現在、アニーリング炉内の鋼ストリップの温度を測定するために２つのタイプの温度測定が知られており、測定場所でのストリップの温度は通常３００℃を超える。

移動するストリップの温度は、走査型パイロメーター（scanning pyrometer）を使用してあらゆる場所で測定可能である。ストリップの表面からの赤外線放射は、回転ミラーを使用して収集される。ストリップからの放射はこのミラーで反射され、単一点の検出器（single point detector）に集められる。このようにして、ストリップの温度が、その全幅にわたって測定される。しかしながら、ストリップの放射率は、黒体の放射率と比較してかなり低く、例えば、酸化物の存在に依存する。さらに、特定の温度を有するストリップの放射率は、ストリップの鋼の種類に依存する。先進高強度鋼（Advanced High Strength Steels）の放射率は、標準的な低炭素鋼、例えば、ＩＦ鋼とは異なる。さらに、ストリップの温度の測定は、ストリップが測定されるアニーリング炉の高温壁による影響を受ける。壁の放射はストリップで反射し、それがストリップ自体の放射であるかのように測定される。壁の放射が測定されるのを防止するために、測定されるべきストリップの表面の部分は、例えば、走査型パイロメーターとストリップとの間に配置される水冷式のコーン（water-cooled cone）によって遮蔽される。コーンは低温である必要があり、これは、コーンの二重壁を通して水道水を供給することによって達成される。コーンの上部は炉のすぐ外側にあり、走査型パイロメーターは、このコーンの上部に取り付けられる。この構造には、冷却水が炉内に漏れるリスクがあるが、それは厳禁である。さらに、そのような構造は設置が容易でなく、費用もかかる。

通常、物体の温度はスポットパイロメーター（spot pyrometer）で測定される。そのようなスポットパイロメーターの測定の基本的な配置は、例えば、移動するストリップの表面に対して直角にスポットパイロメーターを向けることによる。この方法の欠点は、温度測定結果がストリップ表面の放射率に依存するため、異なる鋼種を処理することにより放射率が変化すると、測定エラーが発生することである。例えば、ＫＲ９７００１０９３６Ｂから、ロールと移動するストリップとの間の楔形の空隙で鋼の温度を測定することが知られている。この文書の要約によれば、鋼ストリップは冷間である。しかしながら、例えば、ＪＰ２０００１８６９６２から、一般的に楔形の空隙で移動ストリップの温度を測定するために「放射温度計（radiation thermometer）」を使用することも知られている。楔形の空隙において、ストリップの温度を測定し、これは、楔形の空隙では、鋼ストリップの放射率が周囲からの赤外線放射ノイズの影響を受けず、放射率がほぼ黒体の放射率である、つまり、放射率の値が１に近いためである。

しかしながら、パイロメーターまたは放射温度計の使用には、楔形の空隙におけるストリップ上の１スポットのみが測定されるという欠点が存在する。さらに、パイロメーターは炉の壁の１つに取り付けられるため、パイロメーターの測定スポットを常に楔形の空隙に位置させることは困難である。時間の経過とともに炉が加熱および冷却されるため、パイロメーターのスポットの位置がずれる場合がある。

本発明の目的は、移動するストリップの温度を測定する方法であって、既知の測定方法に対する改良である方法を提供することである。

本発明のさらなる目的は、移動するストリップの温度を測定する方法であって、その幅の少なくとも一部、好ましくはストリップの全幅にわたってストリップの温度を測定することができる方法を提供することである。

本発明の別の目的は、移動するストリップの温度を測定する方法であって、１０℃以下のずれでストリップの温度を測定する方法を提供することである。

さらに、本発明の目的は、移動するストリップの温度を測定する方法であって、制御が比較的容易な方法を提供することである。

さらに、本発明の目的は、移動するストリップの温度を測定するシステムを提供することである。

図１は、本発明による移動するストリップの温度を測定するシステムを示す概略図である。

本発明によれば、これらの目的の１以上は、移動するストリップの温度を測定する方法であって、前記ストリップとロールとが離れる場所で前記ストリップと前記ロールとの間に楔形の空隙が存在するように、かつ、前記ストリップと前記ロールとが出会う場所で前記ストリップと前記ロールとの間に楔形の空隙が存在するように、前記ストリップを前記ロールに接触させ、赤外線測定カメラまたは可視光測定カメラを使用して、少なくとも１つの前記楔形の空隙の長さ（the length of at least one of the wedge shaped openings）の少なくとも一部に沿って、前記ストリップの温度を測定する方法を使用することにより達成される。

楔形の空隙においてストリップの温度を測定するために、パイロメーターの代わりに赤外線カメラまたは可視光カメラを使用すると、ストリップの幅の少なくとも一部の温度を測定することができるという利点がある。赤外線カメラまたは可視光カメラの使用は、可動部分（moving parts）が不要であり、より正確な測定が可能であるという点で、走査型パイロメーターの使用よりも有利である。さらに、赤外線カメラまたは可視光カメラは、走査型パイロメーターと比較して安価である。

特定のケースでは、ストリップの全幅を１台のカメラで測定することができる。これは特に、ストリップの温度が低い場合、つまりストリップの温度が室温またはそれよりわずかに高い場合であり、楔形の空隙の前にカメラを配置するのが容易である場合である。

さらに、赤外線カメラまたは可視光カメラを使用すると、２Ｄ画像がカメラによって提供されるという利点がある。したがって、カメラは、楔形の空隙およびその周辺の画像を提供し、それにより、ストリップの形状欠陥（耳伸び（wavy edges）等）を検出することができ、あるいは、ストリップの表面欠陥または表面の他の変化を、ストリップのその部分における放射率の変化によって、検出することができる。

楔形の空隙は、ストリップがロールから離れるライン、したがって、ストリップがロールから分かれる（separate）ラインだけでなく、ストリップがロールと最初に接触するライン、したがって、ストリップとロールとが出会うラインでも、ロールとストリップとの間に存在する。両方のタイプの楔形の空隙に本発明による方法を使用することができ、ストリップがロールから分かれる楔形の空隙におけるロールの温度は、特に高温では、ロールの入口側（entrance side）におけるロールの温度よりもストリップの温度に近くなるはずである。その結果、ストリップとロールとが分かれるロール側での温度測定は、ストリップとロールとが最初に接触する側での温度測定よりも正確になる。２台の赤外線カメラまたは可視光カメラが使用され、好ましくはロールの各端で１台ずつ使用される。このようにして、各カメラは、ストリップが通って移動するトンネル（tunnel）の脇に配置可能であり、各カメラは、カメラが配置されている側の反対の楔形の空隙の一部を測定することができる。１台のカメラを使用すると、カメラを楔形の空隙から遠くに配置する必要があるため、楔形の空隙の温度を測定することが困難になる。

２台の赤外線カメラまたは可視光カメラの両方による測定が、ストリップとロールとの間の楔形の空隙の少なくとも全長にわたって行われる。このようにして、ストリップの温度はその全幅にわたって測定される。

上記の方法を使用して、好ましくは、２台の赤外線カメラまたは可視光カメラがそれぞれ楔形の空隙の半分以上を測定し、その結果、カメラの両方が、楔形の空隙の中間で楔形の空隙の同じ部分を測定する。これで、両方のカメラの測定が重なり合い、重なり合う領域の測定値を比較することにより、カメラの機能を制御することができる。

好ましくは、ストリップは金属ストリップ、より好ましくは鋼ストリップである。本発明による方法は、金属産業以外、例えば、加熱プラスチックウェブの製造において使用可能であるが、金属産業にとって特に重要である。本方法は、例えば、アルミニウムストリップの製造に使用可能であるが、ストリップをかなりの温度に加熱し、その後、冷却する必要がある鋼ストリップの製造に非常に良好に使用可能である。

好ましい実施形態によれば、ストリップは、室温を超える温度、好ましくは５０℃〜２０００℃の温度、より好ましくは５０℃〜１２００℃の温度を有する。赤外線カメラを使用して、室温以下で楔形の空隙においてストリップの温度を測定することが可能であるが、室温では他の温度測定方法も可能である。したがって、本方法は、室温を超える温度、特に５０℃を超える温度で使用されることが好ましく、このとき、その他の方法は、使用が容易でないか、あるいは、ストリップの実際の温度からの大きなずれを示す。この方法は、金属ストリップ、特に鋼ストリップの製造プロセスで使用されるような、５０℃〜１２００℃の範囲で特に有用である。

ストリップは、好ましくは少なくとも４５°の角度で、より好ましくは少なくとも９０°の角度で、ロールの周りをロールの円周の一部に沿って回転することが好ましい。特にストリップの温度が高い場合、ロールはストリップの温度とほぼ同じ温度になる必要があるため、ロールに対するストリップが接触する長さが十分に長いことが重要である。このようにして、ストリップとロールとが離れる楔形の空隙の温度は、ストリップの温度とほぼ同じになるため、カメラはストリップの温度を正確に測定することができる。

好ましい実施形態によれば、可視光カメラはデジタルカメラであり、好ましくは少なくとも６４０×４８０ピクセルを保持するマトリックスセンサーを有する。デジタルカメラは、標準的なカメラであり、頑丈であるとともに、楔形の空隙と、楔形の空隙の周囲とに関する十分な詳細情報を、マトリックスセンサーが６４０×４８０ピクセルである場合に提供する。デジタルカメラは、例えば、ＣＭＯＳカメラでもよい。

別の好ましい実施形態によれば、赤外線カメラは、０．８〜１２μｍの赤外線波長を測定する近赤外線カメラ、短波長赤外線カメラ、中波長赤外線カメラまたは長波長赤外線カメラ、好ましくは、３〜５μｍの赤外線波長を測定する中波長赤外線カメラである。そのような赤外線カメラは、可視光カメラが使用される温度よりも低い楔形の空隙の温度を測定することができる。中波長の赤外線カメラは約５０℃〜５００℃の温度を十分に測定することができ、長波長カメラはさらに低い温度を測定することができる。

ストリップが金属ストリップである場合、本発明による方法は、ロールが、炉、好ましくはアニーリング炉、より好ましくは溶融めっきラインに連結されたアニーリング炉の一部である場合に、有利に使用可能である。炉では、ストリップが必要な温度になるように炉を制御することができるように、ストリップの温度を把握することが重要である。特にこれは、アニーリング炉内において重要であり、ストリップは、アニーリング炉内の異なる位置で異なる温度を有する必要がある。これはまた、鋼ストリップが溶融めっきラインでコーティングされる際にも当てはまるとともに、ストリップがコーティングされる前およびコーティングが適用された後のどちらにも当てはまる。

好ましくは、制御システムは、カメラによって生成された画像内の楔形の空隙の位置を検出し、楔形の空隙のこの位置に基づいて、制御システムは、楔形の空隙における温度を測定することができる。赤外線カメラまたは可視光カメラの使用には、２Ｄ画像がカメラによって提供され、制御システムによって楔形の空隙の正確な位置を見つけることができるという利点がある。このようにして、例えば、炉壁の加熱および冷却によって画像がシフトした場合、この制御システムは、楔形の空隙のシフトした位置を見つけるので、必要とされる楔形の空隙にカメラを向ける重要性はない。

本発明の第２の態様によれば、上記の本発明の第１の態様による移動するストリップの温度を測定する方法を使用して、前記ストリップの温度を測定するシステムであって、ロールを利用し、使用中に前記ストリップと前記ロールとが離れる場所で前記ストリップと前記ロールとの間に楔形の空隙が存在するように、かつ、前記ストリップと前記ロールとが出会う場所で前記ストリップと前記ロールとの間に楔形の空隙が存在するように、前記ロールを前記移動するストリップに接触させ、赤外線測定カメラまたは可視光測定カメラが、前記楔形の空隙の１つに向けられるように設置されて、前記楔形の空隙の長さの少なくとも一部に沿ってストリップの温度を測定するシステムを提供する。

赤外線測定カメラまたは可視光測定カメラの使用により、楔形の空隙の長さの少なくとも一部にわたって、楔形の空隙におけるストリップの温度を正確に測定することが可能になる。

好ましい実施形態によれば、可視光カメラは、デジタルカメラであり、好ましくは少なくとも６４０×４８０ピクセルを保持するマトリクスセンサーを有するか、あるいは、赤外線カメラは、０．８〜１２μｍの赤外線波長を測定する赤外線カメラ、好ましくは３〜５μｍの赤外線波長を測定する中波長赤外線カメラである。デジタルカメラで、比較的高い温度を有するストリップを測定可能であり、中波長赤外線カメラで、比較的低い温度を有するストリップを測定可能である。デジタルカメラは、例えば、ＣＭＯＳカメラである。

好ましい実施形態によれば、２台の赤外線カメラまたは可視光カメラが使用され、好ましくはそれぞれがロールの各端で１台ずつ使用される。その利点は上記されている。

ロールは、炉、より好ましくはアニーリング炉、さらにより好ましくは溶融めっきラインに連結されたアニーリング炉の一部であることが好ましい。炉では、２台のカメラを炉の側壁上または側壁内に配置することができ、その結果、各カメラが楔形の空隙の反対側の半分を測定することができる。このように配置すると、炉の壁を貫通する開口部であって、該開口部を通してカメラによる測定が行われる該開口部（the openings through the walls of the furnace through which the cameras measure）を作製することが、これらの開口部があまり斜めでない（less oblique）ため、容易である。

移動するストリップの温度を測定するシステムの他の態様は、上記の本発明による方法の説明から容易に明らかになるであろう。

本発明を、移動するストリップの温度を測定するシステムの実施形態を参照して説明する。

図１は、非常に概略的な方法で、本発明による移動するストリップの温度を測定するシステムを示す。

図１は、移動するストリップ１の一部を示し、その第１の部分１ａがロール２に向かって移動しており、そのロールは曲線矢印の方向に回転している。移動するストリップ１の第２の部分１ｂは、回転しているロール２から離れる。

移動するストリップ１は、ロール２の周りに約９０度の角度で回転され、したがって、第１の部分１ａの垂直位置から第２の部分１ｂの水平位置に方向変更される。第１の部分１ａがロール２と出会うラインにおいて、楔形の空隙がストリップ１とロール２との間に存在する。同様に、ストリップ１がロール２から分かれるラインで、楔形の空隙がロール２とストリップ１との間に存在する。

アニーリング炉内の鋼ストリップの温度を測定する特定の状況において、ロール２はアニーリング炉の一部になる。すなわち、ロールは、このアニーリング炉の壁と壁（図示せず）との間に存在する。アニーリング炉において、ストリップ１の温度は室温より高く、通常、ストリップの温度は１００〜１０００℃である。ストリップの温度により、ストリップとの接触の結果として、ロールの温度も高くなる。特に、ストリップ１がロール２から分かれるラインでは、ロール２の温度はストリップ１の温度とほぼ同じになる。このため、ストリップの温度の測定は、ロールと、ロールから分かれるストリップとの間の楔形の空隙で実施される。しかしながら、本発明によれば、ストリップとロールとの間の最初の接触ラインに形成される楔形の空隙において、ストリップの温度を測定することも可能である。

ストリップがロールから離れる位置でロールとストリップとの間の楔形の空隙においてストリップの温度を測定するために、図１に示すように、２台のカメラは、アニーリング炉の壁に配置され、かつ、ロールおよび分かれるストリップの片側のそれぞれに配置されている。各カメラは、ストリップの反対側で楔形の空隙の半分以上を測定するように向けられている。このようにして、カメラを炉壁内であまり斜めでなく配置することができる。カメラは、楔形の空隙の重なり合う部分を測定するように向けられ、これにより、重なり合う領域の測定値を比較することによって、カメラの機能を制御することができる。２台のカメラの両方によって、ストリップの全幅にわたって楔形の空隙の温度を測定する。

ストリップの温度が高い場合、例えば、５００℃を超える場合は、可視光カメラを使用することができる。ストリップの温度が低い場合は、赤外線カメラ、例えば、５０〜５００℃の温度に対して中波長赤外線カメラを使用することができる。さらに低温の場合は、長波長カメラを使用することができる。

カメラによって生成された画像内の楔形の空隙の位置を検出するために制御システムが設置されている。カメラの測定に基づいて、楔形の空隙の温度を測定することができる。

移動するストリップの温度を測定する上記のシステムおよびそれを使用する方法は、アニーリング炉の様々な位置で使用可能であり、そのようなシステムは、アニーリング炉に連結される溶融めっきラインにおいても使用可能であることは明らかであろう。

しかしながら、移動するストリップの温度を測定するシステムおよび移動するストリップの温度を測定する方法は、アニーリング炉外でも使用可能であり、鋼ストリップまたは金属ストリップ一般だけでなく、その他のタイプの移動するストリップにも、特にストリップが高温で移動する場合に有用である。当業者は、本発明が使用可能である状況を容易に企図するであろう。

Claims (13)

1. 移動するストリップの温度を測定する方法であって、
   前記ストリップとロールとが離れる場所で前記ストリップと前記ロールとの間に楔形の空隙が存在するように、かつ、前記ストリップと前記ロールとが出会う場所で前記ストリップと前記ロールとの間に楔形の空隙が存在するように、前記ストリップを前記ロールに接触させ、
   赤外線測定カメラまたは可視光測定カメラを使用して、少なくとも１つの前記楔形の空隙の長さの少なくとも一部に沿って、前記ストリップの温度を測定し、ここで、２台の赤外線カメラまたは可視光カメラが使用され、好ましくは前記ロールの各端で１台ずつ使用され、前記２台の赤外線カメラまたは可視光カメラの両方による測定が、前記ストリップと前記ロールとの間の前記楔形の空隙の少なくとも全長にわたって行われることを特徴とする方法。
2. 前記２台の赤外線カメラまたは可視光カメラがそれぞれ前記楔形の空隙の半分以上を測定し、その結果、前記カメラの両方が、前記楔形の空隙の中間で前記楔形の空隙の同じ部分を測定する、請求項１に記載の方法。
3. 前記ストリップが金属ストリップ、好ましくは鋼ストリップである、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記ストリップが、室温を超える温度、好ましくは５０℃〜２０００℃の温度、より好ましくは５０℃〜１２００℃の温度を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記ストリップが、好ましくは少なくとも４５°の角度で、より好ましくは少なくとも９０°の角度で、ロールの周りを前記ロールの円周の一部に沿って回転する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記可視光カメラが、デジタルカメラ、好ましくは少なくとも６４０×４８０ピクセルを保持するマトリックスセンサーを有するデジタルカメラである、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記赤外線カメラが、０．８〜１２μｍの赤外線波長を測定する近赤外線カメラ、短波長赤外線カメラ、中波長赤外線カメラまたは長波長赤外線カメラ、好ましくは３〜５μｍの赤外線波長を測定する中波長赤外線カメラである、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記ロールが、炉、好ましくはアニーリング炉、より好ましくは溶融めっきラインに連結されたアニーリング炉の一部である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
9. 制御システムが、前記カメラによって生成された画像内の前記楔形の空隙の位置を検出し、前記楔形の空隙のこの位置に基づいて、前記制御システムが、前記楔形の空隙における温度を測定することができる、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法を使用して、移動するストリップの温度を測定するシステムであって、 ロールを利用し、使用中に前記ストリップと前記ロールとが離れる場所で前記ストリップと前記ロールとの間に楔形の空隙が存在するように、かつ、前記ストリップと前記ロールとが出会う場所で前記ストリップと前記ロールとの間に楔形の空隙が存在するように、前記ロールを前記移動するストリップに接触させ、
    赤外線測定カメラまたは可視光測定カメラが、前記楔形の空隙の１つに向けられるように設置されて、前記楔形の空隙の長さの少なくとも一部に沿って前記ストリップの温度を測定することを特徴とするシステム。
11. 前記可視光カメラが、デジタルカメラであり、好ましくは少なくとも６４０×４８０ピクセルを保持するマトリックスセンサーを有するか、あるいは、前記赤外線カメラが、０．８〜１２μｍの赤外線波長を測定する赤外線カメラ、好ましくは３〜５μｍの赤外線波長を測定する中波長赤外線カメラである、請求項１０に記載のシステム。
12. ２台の赤外線カメラまたは可視光カメラを、好ましくはそれぞれ前記ロールの各端で１台ずつ使用する、請求項１０または１１に記載のシステム。
13. 前記ロールが、炉、好ましくはアニーリング炉、より好ましくは溶融めっきラインに連結されたアニーリング炉の一部である、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載のシステム。

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