JP4217255B2 - 鋼板の温度測定方法および温度測定装置、ならびに鋼板の温度制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば連続焼鈍設備や合金化溶融亜鉛メッキ設備に使用され、非接触にて鋼板の温度を測定する方法およびその装置に関する。

鋼板を連続熱処理する連続焼鈍設備や溶融メッキの後に合金化処理する合金化溶融亜鉛メッキ設備においては、多品種の鋼板は連続処理される。このため、品種ごとに異なる鋼板の機械的特性（強度や伸びなど）やメッキ特性（合金化度など）を安定化させるためには、加熱・冷却を伴う熱処理プロセス後の鋼板温度を目標温度に精度良く制御することが重要である。

これらの設備において連続的に搬送される鋼板の温度測定は、非接触による放射温度計を用いた測定が一般的である。放射温度計を用いる場合、被測定対象物である鋼板の放射率の設定が必要である。ところが、鋼板の放射率は鋼種、表面性状など鋼板自体の物理性状の他、鋼板温度など種々の要因によって変動するため、このような変動に対応して鋼板の放射率を設定することは非常に困難である。この結果、鋼板温度の測定に誤差が生じやすく、鋼板温度を目標温度に精度良く制御できない問題があった。

そこで、上記のような鋼板の放射率変動の影響を極力排除した測定方法として、多重反射を行うと見かけ放射率が高くなるという知見に基づき、多重反射を利用した測定方法が種々提案されている。

例えば、特許文献１に記載のキャビティ法は、内面が鏡面に近く反射率の高い２種類の筒状のキャビティを被測定鋼板に近接して設置し、第１のキャビティ内を多重反射して通過した放射エネルギーと、第２のキャビティ内を多重反射することなく単に通過した放射エネルギーとを比較することにより、鋼板温度および放射率を求める方法である。しかしながら、この方法では、筒状のキャビティを２個設置する必要があるため、大きなスペースの確保が問題となる。

これに対して、上記キャビティ法に比べて大きなスペースを必要としない方法として、被測定鋼板と反射板との間の多重反射を利用した方法が提案されている。

例えば、特許文献２に記載の測定方法では、鋼板に対向して傾斜させて反射板を設け、鋼板と反射板との間で生じる多重反射による放射エネルギーを黒体放射エネルギーとみなして得られる放射温度計の指示温度を鋼板温度としている。

また、特許文献３に記載の測定方法では、特許文献２と同様な測定により得られた放射エネルギーより鋼板の放射率を決定する方法が開示されている。

上記特許文献２，３に記載の測定方法（上記特許文献１に記載のキャビティ法も含めて）は、いずれも、反射板を常温もしくは低温化することで反射板自体の放射エネルギーが被測定鋼板の放射エネルギーより十分小さくなること、および反射板の反射率が高い場合（すなわち、キルヒホッフの法則より、放射率が低い）、もしくは、反射板の反射率（放射率）が既知である場合に多重反射による放射エネルギーに対して鋼板の放射率変動の影響を無視しうることに基づいている。したがって、上記特許文献２，３に記載の測定方法（上記特許文献１に記載のキャビティ法も含めて）では、反射板の反射率を常に高い状態（すなわち、鏡面状態）に維持すること、または、反射板の既知の放射率を長期間維持することが必要となるが、反射板の表面が酸化するなどして反射率（放射率）が変化するため長期間にわたって安定した精度を維持することが困難である。後述の特許文献５にも同様のことが記載されている。

このような問題を改善する方法として、特許文献４に記載の測定方法では、被測定鋼板間で多重反射を行うことにより、被測定鋼板の放射率の影響に関係なく鋼板の温度測定が可能としている。この測定方法は、被測定対象物内で多重反射を行うと見かけ放射率が高くなるという基本的な物理現象を利用し、また、反射板を用いないため反射板の反射率（放射率）の影響も受けないことから、被測定鋼板の放射率が変動しても見かけ放射率がほぼ１に等しくなるので、測定誤差が少なく経時変化の影響もない測定方法である。しかしながら、被測定鋼板間の多重反射を利用することから、測定場所としては竪型炉の上下ハースロールなどにより鋼板が対向して走行するようなごく限られた部位でしか適用できない問題がある。

一方、特許文献３に記載の測定方法の改善策として、特許文献５に記載の測定方法では、反射板の温度を一定に保つ機能を付与することで、反射板の反射率（放射率）が経時変化をしても、測定精度を向上できるとしている。

しかしながら、反射板による多重反射の方法は、特許文献３に記載されているように、一定の測定精度を得るためには所定の反射回数の確保が要求され、被測定鋼板に対する放射温度計の設置角度（同文献の第２図におけるθ）が小さくなると、反射回数を確保するために反射板を非常に大きくせざるを得なくなる。さらに、特許文献５に記載の測定方法によっても、鋼板温度を目標温度に精度良く制御するためには、被測定鋼板の放射率および温度、反射板の放射率等に応じて反射板を適正温度に設定する必要があり、長期間にわたって安定して鋼板を目標温度に高精度で制御することは困難である。
特開昭５４−８５０７９号公報 特開昭５９−８７３２９号公報 特開昭５９−１１１０２６号公報 特開昭６０−８６４３１号公報 特開平５−２０３４９７号公報

そこで、本発明は、上記多重反射を利用した測定方法よりも測定装置の設置が簡単で、被測定鋼板の放射率の変動および反射板（本発明では「参照板」と呼ぶ。）の放射率の経時変化にも影響を受けることなく、長期間にわたって鋼板温度を高精度に測定しうる方法およびその装置、ならびにこの測定方法を用いた、より高精度な鋼板の温度制御方法を提供することを目的とする。

発明者らは、従来の多重反射エネルギーに代えて、被測定鋼板（以下、単に「鋼板」ともいう。）の射度（放射エネルギーと反射エネルギーの合計エネルギー）を用いることにより、上記課題を解決しうると考え、以下のような検討を行った。

すなわち、２枚の有限の平板である鋼板および参照板の射度は、２枚の有限平板の周囲からの背景放射を無視すると下記式（１１）および（１２）のように表される。

ここに、Ｆ_１２およびＦ_２１はそれぞれ、鋼板から参照板への形態係数および参照板から鋼板への形態係数で、鋼板および参照板の幾何学的形状および位置関係より決まる値である。

上記式（１１）および（１２）より参照板の射度Ｇ_２を消去してＥ（Ｔ_１）を求めると、下記式（１３）が得られ、被測定鋼板の黒体放射エネルギーを求める式が得られる。

ここで、Ｋは下記式（１４）で定義され、被測定鋼板および参照板の放射率から決まる補正係数である。

ここで、Ｆ_１２およびＦ_２１がともに１にほぼ等しい場合は、式（１３）は、Ｆ_１２＝Ｆ_２１＝１とおくことにより下記式（１５）に簡略化される。

また、鋼板の射度Ｇ_１と、これと等価なエネルギーを放射する黒体の温度（以下、「射度温度」という。）Ｔ_ｇとの間には、Ｇ_１＝σＴ_ｇ ^４の関係があるので、上記式（１５）より下記式（１６）が導かれ、鋼板温度Ｔ_１は射度温度Ｔ_ｇおよび参照板温度Ｔ_２から算出できることとなる。

しかしながら、上記式（１４）に示したように、補正係数Ｋは鋼板および参照板の放射率ε_１、ε_２の関数であることから、上記式（１６）の右辺は依然として鋼板および参照板の放射率を含む関数であり、Ｔ_ｇ≠Ｔ_２の場合には、この式（１６）で算出された鋼板温度Ｔ_１には測定誤差が含まれることとなる。

そこで、発明者らは、上記測定誤差をできるだけ小さくする手段をさらに検討した結果、下記の第１〜第３の手段を開発するに至った。

［第１の手段］
第１の手段は、参照板を温度制御装置により加熱ないし冷却して参照板温度Ｔ_２を射度温度Ｔ_ｇに一致させるように収束制御を行うものである。これにより、上記式（１６）の右辺第２項のＫ（Ｔ_ｇ ^４−Ｔ_２ ^４）の値は０に近づいていく。この結果、収束後には、上記式（１６）はＴ_１ ^４＝Ｔ_ｇ ^４、すなわち、Ｔ_１＝Ｔ_ｇとなり、補正係数Ｋの精度に関係なく鋼板温度Ｔ_１が求まることとなる。

［第２の手段］
第２の手段は、上記第１の手段と同様、参照板温度Ｔ_２の収束制御を行うが、参照板温度Ｔ_２を、射度温度Ｔ_ｇにではなく、上記式（１６）をさらに簡略化した、後記式１（式（１））または式２（式（２））を用いて算出した鋼板温度Ｔ_１の近似値Ｔ_１’に一致させるように収束制御を行うものである。これにより、参照板温度Ｔ_２はさらに迅速に実際の鋼板温度Ｔ_１に近づくことになり、より早期の収束が達成されることとなる。

［第３の手段］
第３の手段は、上記第１および第２の手段とは異なり、参照板温度Ｔ_２を、射度温度Ｔ_ｇまたは鋼板温度の推定値Ｔ_１’に一致させるように収束制御するのではなく、鋼板目標温度Ｔ_０に設定するものである。これにより、参照板温度Ｔ_２をあらかじめ鋼板目標温度Ｔ_０に設定しておくことが可能となり、収束制御に要する時間が不要となることから、より早期に高精度の鋼板温度が測定できることとなる。

上記知見に基づいて完成した発明は以下を要旨とする。

請求項１に記載の発明は、温度制御装置を備えた参照板を被測定鋼板に対向して設置し、参照板温度Ｔ_２を後記放射温度計とは別の温度計で直接測定するとともに、前記参照板と前記被測定鋼板との間で放射エネルギーが交互に反射する回数がそれぞれで１または２回となる角度に前記被測定鋼板に向けて放射温度計を設置して、前記被測定鋼板から放出される射度を前記放射温度計で測定し、この射度と等価なエネルギーを放射する黒体の温度に換算して求めた温度を射度温度Ｔ_ｇとし、下記式１で前記被測定鋼板の温度（以下、「鋼板温度」という。）の近似値Ｔ_１’を算出し、前記温度制御装置にて前記参照板温度Ｔ_２を前記鋼板温度の近似値Ｔ_１’に一致させるように制御を行い、前記鋼板温度の近似値Ｔ_１’を鋼板温度とすることを特徴とする鋼板の温度測定方法である。
式１ Ｔ_１’＝Ｔ_ｇ＋Ｋ（Ｔ_ｇ−Ｔ_２）
ここに、Ｋは、別途の測定または文献値から求めた前記参照板および前記被測定鋼板の各放射率の推定値に基づく補正係数である。

請求項２に記載の発明は、温度制御装置を備えた参照板を被測定鋼板に対向して設置し、後記放射温度計とは別の温度計で直接測定した参照板温度Ｔ_２が鋼板目標温度Ｔ_０に一致するように前記温度制御装置にて制御するとともに、前記参照板と前記被測定鋼板との間で放射エネルギーが交互に反射する回数がそれぞれで１または２回となる角度に前記被測定鋼板に向けて放射温度計を設置して、前記被測定鋼板から放出される射度を前記放射温度計で測定し、この射度と等価なエネルギーを放射する黒体の温度に換算して求めた温度を射度温度Ｔ_ｇとし、下記式１で算出した鋼板温度の近似値Ｔ_１’を鋼板温度とすることを特徴とする鋼板の温度測定方法である。
式１ Ｔ_１’＝Ｔ_ｇ＋Ｋ（Ｔ_ｇ−Ｔ_２）
ここに、Ｋは、別途の測定または文献値から求めた前記参照板および前記被測定鋼板の各放射率の推定値に基づく補正係数である。

請求項３に記載の発明は、式１に代えて、下記式２を用いる請求項１または２に記載の鋼板の温度測定方法である。
式２ Ｔ_１’＝Ｆ［Ｔ_ｇ＋Ｋ（Ｔ_ｇ−Ｔ_２）］
ここに、Ｋは、別途の測定または文献値から求めた前記参照板および前記被測定鋼板の各放射率の推定値に基づく補正係数であり、Ｆは、前記参照板と前記被測定鋼板の各幾何学的形状および両者の位置関係に基づく係数である。

請求項４に記載の発明は、被測定鋼板に対向して設置された参照板と、前記参照板の温度を制御する温度制御装置と、前記参照板温度Ｔ_２を測定する、後記放射温度計とは別の温度計と、前記参照板と前記被測定鋼板との間で放射エネルギーが交互に反射する回数がそれぞれで１または２回となる角度に前記被測定鋼板に向けて設置され、前記被測定鋼板から放出される射度を測定し、この射度と等価なエネルギーを放射する黒体の温度である射度温度Ｔ_ｇに換算する放射温度計と、下記式１または式２より鋼板温度の近似値Ｔ_１’を算出する鋼板温度演算回路と、を備えたことを特徴とする鋼板の温度測定装置である。
式１ Ｔ_１’＝Ｔ_ｇ＋Ｋ（Ｔ_ｇ−Ｔ_２）
式２ Ｔ_１’＝Ｆ［Ｔ_ｇ＋Ｋ（Ｔ_ｇ−Ｔ_２）］
ここに、Ｋは、別途の測定または文献値から求めた前記参照板および前記被測定鋼板の各放射率の推定値に基づく補正係数であり、Ｆは、前記参照板と前記被測定鋼板の各幾何学的形状および両者の位置関係に基づく係数である。

請求項５に記載の発明は、前記参照板、前記温度制御装置および前記温度計からなる組合せを複数組備え、各参照板温度を独立に制御できるように構成した請求項４に記載の鋼板の温度測定装置である。

請求項６に記載の発明は、請求項２に記載の方法にて測定した鋼板温度を鋼板目標温度Ｔ_０に一致させるように、鋼板の加熱装置または冷却装置を制御することを特徴とする鋼板の温度制御方法である。

本発明によれば、参照板温度を、放射温度計にて測定した被測定鋼板の射度に基づく温度（射度温度）または鋼板目標温度に一致するように制御するとともに、前記射度温度に基づいて鋼板温度を推定するように構成したことにより、上記従来の多重反射を利用した測定方法よりも測定装置の設置が簡単で、被測定鋼板の放射率の変動および参照板（上記従来技術では反射板）の放射率の経時変化にも影響を受けることなく、長期間にわたって鋼板温度を高精度に測定できるようになった。また、このようにして測定した高精度の鋼板温度を用いて鋼板の加熱または冷却制御を行うことにより、より高精度の鋼板温度制御が実現できるようになった。

以下、図面を参照しつつ、本発明をさらに詳細に説明する。

〔実施形態１〕
図１は、上記第１の手段を用いた実施形態に係る鋼板の温度測定装置の概略構成を説明するための図であり、通板方向断面および制御フローを示す。

図に示すように、鋼板１に対向して平行に参照板２が設けられている。ここで、上記特許文献２、３および５に記載の発明のように多重反射を利用する温度測定方法では、所定の多重反射回数を確保するために反射板を鋼板に対して傾斜させて設置する必要がある。これに対して、本発明に係る参照板２は、上記式（１３）中の形態係数Ｆ_１２およびＦ_２１をできるだけ大きくして１に近づけることで測定誤差をより小さくできるので、同じ参照板面積で形態係数が最大となるように被測定鋼板に対して参照板を平行に、かつ、できるだけ近づけて設置することが望ましい。ただし、鋼板１が上下にうねる（波打つ）ような場合があるので、鋼板１が参照板２に接触しないように、所定の間隔を設けて設置することが必要である。

そして、この参照板２は、それ自体の温度が制御できるように、ヒータ３が内蔵され、このヒータ３は温度制御装置５を備えたヒータ電源４にて加熱できるように構成されている。

また、参照板２の温度を直接測定するための、後記放射温度計７とは別の温度計として例えば熱電対などの接触式温度計６が参照板２に接するように設けられ、この接触式温度計６で測定した参照板温度Ｔ_２に基づいて温度制御装置５にてヒータ電源４の出力が調整され、参照板温度Ｔ_２が所定の温度（後述）に制御される。なお、参照板温度Ｔ_２の初期設定温度は、例えば鋼板目標温度Ｔ_０とすればよい。また、参照板２の温度を測定する接触式温度計６は、参照板２に複数個設置し、各温度計の測定値を平均して参照板温度Ｔ_２とすることが望ましい。

一方、鋼板１の射度を受光するように、放射温度計７を参照板２と鋼板１との隙間から鋼板１の表面に向けて設置し、参照板２と鋼板１との間で放射エネルギーが交互に反射する回数がそれぞれで１または２回となるように鋼板１に対する放射温度計７の設置角度θを調整する。参照板２と鋼板１との間での放射エネルギーの反射回数をそれぞれで少なくとも１回とした理由は、放射エネルギーが参照板２で１回も反射することなく放射温度計７で受光されると、炉内壁など背景からの放射エネルギーが直接鋼板１で反射されて鋼板１の射度の一部（反射エネルギー）となるため、測定誤差が大きくなるのに対し、参照板２で少なくとも１回反射させてから鋼板１で反射させることで背景からの放射エネルギーの影響が無視できる程度に小さくなり、測定誤差が十分小さくなるからである。他方、参照板２と鋼板１との間での放射エネルギーの反射回数をそれぞれで多くとも２回とした理由は、３回以上反射させても背景からの放射エネルギーの影響はすでに十分小さくなっているため測定誤差の改善効果は少ないうえ、かえって参照板２が大きくなりすぎるからである。

鋼板１に対する放射温度計７の設置角度θは、参照板２と鋼板１との間での放射エネルギーの反射回数をそれぞれで１または２回となるように、参照板２の大きさ、鋼板１と参照板２との距離等に応じて適宜調整すればよいが、鋼板表面の指向放射率を高めて射度を受光しやすくすること、放射温度計７の設置スペースなどの設備制約等を考慮して、５°以上６０°未満、さらには１０〜５０°、特に２０〜４０°の範囲で適宜調整するとよい。

放射温度計７で鋼板１の射度を測定するには、放射温度計７で測定される放射エネルギーと鋼板１の射度との関係が下記式で表される。

したがって、Ｆ_ｇ＝ε_ｒとすると、Ｇ_１＝Ｅ_ｒとなることから、放射温度計７において放射率ε_ｒに鋼板から放射温度計への形態係数Ｆ_ｇを設定することにより、鋼板の射度Ｇ_１と等価なエネルギーを放射する黒体の温度である射度温度（放射温度計指示温度）Ｔ_ｇが測定できる。

鋼板から放射温度計への形態係数Ｆ_ｇは、両者の幾何学的形状および位置関係と鋼板の指向放射率より決定されるため、理論的に求めることも可能であるが、別途、例えばオフラインにて同様な幾何学的形状および位置関係にて実験的に決定することも可能である。

そして、放射温度計７で測定された放射温度計指示温度（射度温度）Ｔ_ｇが温度制御装置５に参照板温度Ｔ_２の設定温度として入力され、参照板温度Ｔ_２がＴ_ｇに一致する方向にヒータ電源４の出力が調整される。この結果、Ｔ_２とＴ _ｇ との差ΔＴが次第に小さくなり０に近づくことから、Ｔ _ｇ を鋼板温度Ｔ_１とみなす測定方法により、鋼板温度が精度良く測定できる。また、このようにして測定された鋼板温度Ｔ_１を鋼板目標温度Ｔ_０に一致させるように、鋼板の加熱装置または冷却装置を制御することにより、高精度の鋼板温度制御が実現できる。

〔実施形態２〕
図２は、上記第２の手段を用いた実施形態に係る鋼板の温度測定装置の概略構成を説明するための図であり、通板方向断面および制御フローを示す。

図２に示すように、本実施形態は、上記実施形態１（図１）の構成に、さらに、鋼板温度演算回路（以下、単に「演算回路」ともいう。）８を追加したものである。

参照板温度Ｔ_２および放射温度計指示温度（射度温度）Ｔ_ｇの測定までは、上記実施形態と全く同様であるので説明を省略する。

そして、放射温度計指示温度Ｔ_ｇと接触式温度計６で測定した参照板温度Ｔ_２とを、演算回路８に入力し、この演算回路８にて上記式（１６）をさらに簡略化した下記式（１）により鋼板温度Ｔ_１の近似値Ｔ_１’を算出する。

Ｔ_１’＝Ｔ_ｇ＋Ｋ（Ｔ_ｇ−Ｔ_２） …式（１）

ここで、上記式（１６）から上記式（１）を導出する過程を以下に説明する。

上記式（１６）より、
Ｔ_１ ^４＝（１＋Ｋ）Ｔ_ｇ ^４−ＫＴ_２ ^４
＝Ｔ_ｇ ^４＋Ｋ（Ｔ_ｇ ^４−Ｔ_２ ^４）
＝Ｔ_ｇ ^４［１＋Ｋ（１−（Ｔ_２／Ｔ_ｇ）^４）］
となり、さらに、Ｔ_２／Ｔ_ｇ＝ａとおくと、
Ｔ_１ ^４＝Ｔ_ｇ ^４［１＋Ｋ（１−ａ^４）］
＝Ｔ_ｇ ^４［１＋Ｋ（１−ａ）（１＋ａ）（１＋ａ^２）］
となり、ａ≒１の場合は、
Ｔ_１ ^４≒Ｔ_ｇ ^４［１＋４Ｋ（１−ａ）］
となる。

したがって、
Ｔ_１≒Ｔ_ｇ［１＋４Ｋ（１−ａ）］^１／４
となる。

ここで、ｂ≒０の場合、（１−ｂ）^４＝（１−４ｂ＋６ｂ^２−４ｂ^３＋ｂ^４）≒（１−４ｂ）であるから、１−ｂ≒（１−４ｂ）^１／４となる。

したがって、
Ｔ_１≒Ｔ_ｇ［１＋Ｋ（１−ａ）］
＝Ｔ_ｇ［１＋Ｋ（１−Ｔ_２／Ｔ_ｇ）］
＝Ｔ_ｇ＋Ｋ（Ｔ_２−Ｔ_ｇ）
となり、Ｔ_１をＴ_１’と置き換えることにより、式（１）が導かれる。

ここに、Ｋは、上記式（１４）で示したように、鋼板１および参照板２の放射率ε_１、ε_２のみの関数からなる補正係数である。このため、補正係数Ｋ自体は、鋼板１および参照板２の放射率変動の影響を受けることになるが、参照板温度Ｔ_２を射度温度Ｔ_ｇに一致するように制御するので、補正係数Ｋによる誤差が除外され高精度の鋼板温度の測定が可能となる。

したがって、補正係数Ｋは、厳密な設定を要しないが、測定された鋼板温度が所定の精度に達するのに要する時間には影響があるので、ある程度の精度は必要である。このため、鋼板１および参照板２の放射率ε_１、ε_２の推定値として、例えば別途オフラインで測定した値または文献値から想定される変動の範囲における平均的な値を採用し、これらの値を上記式（１４）に代入して算出したものを補正係数Ｋとして用いればよい。

そして、演算回路８で算出された鋼板温度の近似値Ｔ_１’が参照板温度Ｔ_２の設定温度として温度制御装置５に入力され、参照板温度Ｔ_２がＴ_１’に一致する方向にヒータ電源４の出力が調整される。この結果、Ｔ_２とＴ _ｇ との差ΔＴが次第に小さくなり０に近づくことから、Ｔ_１’を鋼板温度Ｔ_１とみなす測定方法により、鋼板温度が精度良く測定できる。

本実施形態は、上記実施形態１に比べて、演算回路８を余分に必要とするものの、参照板温度Ｔ_２を直接、鋼板温度の近似値Ｔ_１’に近づけるように制御することにより、上記実施形態１の方法よりもさらに早期に高精度の鋼板温度測定の実現が期待できる。また、鋼板温度の近似値Ｔ_１’を算出する式として簡単な１次式である上記式（１）を採用したことにより、演算回路８に高速演算可能な計算機を用いずとも、応答性を犠牲にすることなく、高精度の鋼板温度の測定が可能となる。

〔実施形態３〕
図３は、上記第３の手段を用いた実施形態に係る鋼板の温度測定装置の概略構成を説明するための図であり、通板方向断面および制御フローを示す。

図３に示すように、本実施形態は、上記実施形態１（図１）の構成において、温度制御装置５に入力される設定温度を、放射温度計指示温度（射度温度）Ｔ_ｇに代えて、一定値である鋼板目標温度Ｔ_０とし、制御を行うことなく、放射温度計指示温度（射度温度）Ｔ_ｇを直ちに鋼板温度Ｔ_１とするものである。本実施形態によれば、上記式（１６）からわかるように、射度温度Ｔ_ｇと参照板温度Ｔ_２との間に差が存在する場合は、鋼板温度Ｔ_１には測定誤差が含まれることになるが、参照板温度Ｔ_２は鋼板目標温度Ｔ_０に設定されるとともに、実際の鋼板温度Ｔ_１自体も当然に鋼板目標温度Ｔ_０に制御されることから、射度温度Ｔ_ｇも鋼板目標温度Ｔ_０に近づき、前記測定誤差はそれほど大きなものとはならない。しかも、参照板温度Ｔ_２の制御を行う必要がないことから、通板前に予め参照板温度Ｔ_２を鋼板目標温度Ｔ_０に設定しておくことも可能であり、より早期に鋼板温度Ｔ_１の測定値を得ることができる。

〔実施形態４〕
図４は、上記第３の手段を用いた別の実施形態に係る鋼板の温度測定装置の概略構成を説明するための図であり、通板方向断面および制御フローを示す。

図４に示すように、本実施形態は、上記実施形態３（図３）の構成に、さらに、鋼板温度演算回路８を追加したものである。

そして、上記実施形態３と同様に参照板温度Ｔ_２を鋼板目標温度Ｔ_０に設定するとともに、上記実施形態２と同様に、放射温度計指示温度Ｔ_ｇと接触式温度計６で測定した参照板温度Ｔ_２とを、演算回路８に入力し、この演算回路８にて上記式（１）により鋼板温度Ｔ_１の近似値Ｔ_１’を算出し、このＴ_１’を鋼板温度Ｔ_１とするようにしてもよい。

本実施形態は、上記実施形態３に比べて、演算回路８を余分に必要とするものの、実際の鋼板温度Ｔ_１が鋼板目標温度Ｔ_０よりずれている場合であっても、上記式（１）を用いることでより高精度の鋼板温度を得ることができる。

〔実施形態５〕
上記実施形態２，４では、鋼板温度の近似値Ｔ_１’の算出に上記式（１）を用いたが、下記式（２）を用いてもよい。

Ｔ_１’＝Ｆ［Ｔ_ｇ＋Ｋ（Ｔ_ｇ−Ｔ_２）］ …式（２）
ここに、Ｆは、参照板２と鋼板１の各幾何学的形状および両者の位置関係に基づく係数である。

ここで、上記式（２）の導出過程を以下に説明する。

上記式（１３）において、Ｆ_１２は１にほぼ等しいものの、例えば鋼板幅の大幅な変更等によって鋼板１と参照板２との幾何学的関係が変動することにより、Ｆ_２１は１にほぼ等しいとまではいえないものの１に近い場合は、Ｆ_１２Ｆ_２１＝Ｆ_２１、（１−Ｆ_１２Ｆ_２１）／（ε_１＋ε_２−ε_１ε_２）＝０とおくことにより、上記式（１３）は下記式のように簡略化できる。

Ｅ（Ｔ_１）＝Ｆ_２１｛Ｇ_１＋Ｋ［Ｇ_１−Ｅ（Ｔ_２）］｝

ここで、Ｆ_２１＝Ｆ^４とおくと、上記式（１）と同様の導出過程により、
Ｔ_１≒Ｆ［Ｔ_ｇ＋Ｋ（Ｔ_２−Ｔ_ｇ）］
が得られ、Ｔ_１をＴ_１’と置き換えることにより、式（２）が導かれる。

また、形態係数Ｆ_１２は、２面間の幾何学的関係のみによって理論的に計算できる（例えば、日本機械学会編：伝熱工学資料 改訂第４版、１９８６年１０月発行、［丸善］、ｐ．１５９、の（７）式参照）ので、Ｆは、Ｆ＝Ｆ_２１ ^１／４より一義的に決定できる。したがって、上記式（１）に代えて、上記式（２）を用いることにより、さらに精度良く鋼板温度を測定することができる。

〔実施形態６〕
鋼板１を連続的に熱処理する連続焼鈍設備や溶融亜鉛メッキ設備では、鋼種ごとに異なる機械的特性（強度・伸びなど）やメッキ特性（合金化度など）を得るために、加熱または冷却を伴う熱処理プロセスにおける鋼板の目標温度をステップ的に変更している（図５参照）。このため、本発明をこれらの設備に適用する場合、参照板温度Ｔ_２も鋼板の目標温度Ｔ_０の変更に応じて変更する必要があるが、同図に示すように、必ず応答遅れが生じる。さらには、鋼板を目標温度に維持する期間が短い場合、参照板温度Ｔ_２が鋼板の目標温度に到達する前に次の鋼板の目標温度に変更するための制御を行うこととなる。この結果、上記式（１６）を用いて算出される鋼板温度Ｔ_１および上記式（１）を用いて算出される鋼板温度の近似値Ｔ_１’も鋼板の目標温度Ｔ_０に到達するのに時間がかかり、目標温度Ｔ_０に到達しないまま次の鋼板目標温度に変更されてしまう場合が生じ、鋼板温度の測定精度が低下してしまうこととなる。

そこで、図６に示すように、炉に２つの参照板２ａ，２ｂを設置し、温度制御装置５ａ，５ｂ、接触式温度計６ａ，６ｂおよび放射温度計７ａ，７ｂをそれぞれ設けるとともに、鋼板温度演算回路８を１つ設け、各参照板２ａ，２ｂおよび放射温度計７ａ，７ｂで計測された参照板温度Ｔ_２ａ，Ｔ_２ｂおよび射度温度Ｔ_ｇａ，Ｔ_ｇｂを相互に切り替えて鋼板温度演算回路８に入力しうる選択回路９を設ける。そして、現在通板中の鋼板１ａとは目標温度が異なる次の鋼板１ｂを連続して通板する場合には、現在使用中の参照板２ａとは別の参照板２ｂを予め鋼板１ｂの目標温度となるように設定しておき、次の鋼板１ｂを通板する際には、選択回路９により参照板２ｂおよび放射温度計７ｂ側に切り替えて用いるのが推奨される。

（変形例）
上記実施形態１〜６では、参照板２の温度制御のために、加熱手段としてのヒータ３を例示したが、加熱手段に加えて、例えば空冷装置や水例装置などの冷却手段を設けてもよい。これにより、参照板温度Ｔ_２をさらに迅速に制御できる。

また、上記実施形態１〜６では、参照板２の温度を直接測定するための温度計として、熱電対などの接触式温度計を例示したが、これに限定されるものではなく、例えばキャビティ内に熱電対を配した非接触式温度計を用いることもできる。

また、上記実施形態１〜３では、参照板温度Ｔ_２を制御している間において、常時Ｔ_ｇまたはＴ_１’を鋼板温度とみなす例を示したが、Ｔ_２とＴ_ｇまたはＴ_１’との差ΔＴが所定値（例えば５℃）より小さくなったときに、初めてＴ_ｇまたはＴ_１’を鋼板温度とみなすような収束制御を行ってもよい。

また、上記実施形態６では、２つの参照板２ａ，２ｂは、鋼板１を挟んで対向させて配置した例を示したが、通板方向に並べて配置してもよい。

また、参照板２は２つ設けた例を示したが、３つ以上設けて、順次切り替えて用いるようにしてもよい。

また、放射温度計７を２つの参照板２ａ，２ｂにそれぞれ設ける例を示したが、１台の放射温度計７を２つの参照板２ａ，２ｂの間で交互に移動させて使用するようにしてもよい。

また、鋼板温度演算回路８は１つのみ設置し、選択回路で参照板２と放射温度計７の組合せを切り替えて使用する例を示したが、もちろん、選択回路を用いることなく、参照板と放射温度計の組合せごとに鋼板温度演算回路８を設置してもよい。

実施形態１に係る鋼板の温度測定装置の概略構成を説明するための、通板方向断面および制御フロー図である。 実施形態２に係る鋼板の温度測定装置の概略構成を説明するための、通板方向断面および制御フロー図である。 実施形態３に係る鋼板の温度測定装置の概略構成を説明するための、通板方向断面および制御フロー図である。 実施形態４に係る鋼板の温度測定装置の概略構成を説明するための、通板方向断面および制御フロー図である。 鋼板目標温度をステップ的に変更した場合における、参照板温度、鋼板温度、および鋼板温度の近似値の各変化の様子を模式的に示すグラフ図である。 実施形態６に係る鋼板の温度測定装置の概略構成を説明するための、通板方向断面および制御フロー図である。

符号の説明

１：鋼板
２：参照板
３：ヒータ
４：ヒータ電源
５：温度制御装置
６：接触式温度計
７：温度計（接触式温度計）
８：鋼板温度演算回路
９：選択回路

Claims (6)

1. 温度制御装置を備えた参照板を被測定鋼板に対向して設置し、参照板温度Ｔ_２を後記放射温度計とは別の温度計で直接測定するとともに、前記参照板と前記被測定鋼板との間で放射エネルギーが交互に反射する回数がそれぞれで１または２回となる角度に前記被測定鋼板に向けて放射温度計を設置して、前記被測定鋼板から放出される射度を前記放射温度計で測定し、この射度と等価なエネルギーを放射する黒体の温度に換算して求めた温度を射度温度Ｔ_ｇとし、下記式１で前記被測定鋼板の温度（以下、「鋼板温度」という。）の近似値Ｔ_１’を算出し、前記温度制御装置にて前記参照板温度Ｔ_２を前記鋼板温度の近似値Ｔ_１’に一致させるように制御を行い、前記鋼板温度の近似値Ｔ_１’を鋼板温度とすることを特徴とする鋼板の温度測定方法。
   式１ Ｔ_１’＝Ｔ_ｇ＋Ｋ（Ｔ_ｇ−Ｔ_２）
   ここに、Ｋは、別途の測定または文献値から求めた前記参照板および前記被測定鋼板の各放射率の推定値に基づく補正係数である。
2. 温度制御装置を備えた参照板を被測定鋼板に対向して設置し、後記放射温度計とは別の温度計で直接測定した参照板温度Ｔ_２が鋼板目標温度Ｔ_０に一致するように前記温度制御装置にて制御するとともに、前記参照板と前記被測定鋼板との間で放射エネルギーが交互に反射する回数がそれぞれで１または２回となる角度に前記被測定鋼板に向けて放射温度計を設置して、前記被測定鋼板から放出される射度を前記放射温度計で測定し、この射度と等価なエネルギーを放射する黒体の温度に換算して求めた温度を射度温度Ｔ_ｇとし、下記式１で算出した鋼板温度の近似値Ｔ_１’を鋼板温度とすることを特徴とする鋼板の温度測定方法。
   式１ Ｔ_１’＝Ｔ_ｇ＋Ｋ（Ｔ_ｇ−Ｔ_２）
   ここに、Ｋは、別途の測定または文献値から求めた前記参照板および前記被測定鋼板の各放射率の推定値に基づく補正係数である。
3. 式１に代えて、下記式２を用いる請求項１または２に記載の鋼板の温度測定方法。
   式２ Ｔ_１’＝Ｆ［Ｔ_ｇ＋Ｋ（Ｔ_ｇ−Ｔ_２）］
   ここに、Ｋは、別途の測定または文献値から求めた前記参照板および前記被測定鋼板の各放射率の推定値に基づく補正係数であり、Ｆは、前記参照板と前記被測定鋼板の各幾何学的形状および両者の位置関係に基づく係数である。
4. 被測定鋼板に対向して設置された参照板と、前記参照板の温度を制御する温度制御装置と、前記参照板温度Ｔ_２を測定する、後記放射温度計とは別の温度計と、前記参照板と前記被測定鋼板との間で放射エネルギーが交互に反射する回数がそれぞれで１または２回となる角度に前記被測定鋼板に向けて設置され、前記被測定鋼板から放出される射度を測定し、この射度と等価なエネルギーを放射する黒体の温度である射度温度Ｔ_ｇに換算する放射温度計と、下記式１または式２より鋼板温度の近似値Ｔ_１’を算出する鋼板温度演算回路と、を備えたことを特徴とする鋼板の温度測定装置。
   式１ Ｔ_１’＝Ｔ_ｇ＋Ｋ（Ｔ_ｇ−Ｔ_２）
   式２ Ｔ_１’＝Ｆ［Ｔ_ｇ＋Ｋ（Ｔ_ｇ−Ｔ_２）］
   ここに、Ｋは、別途の測定または文献値から求めた前記参照板および前記被測定鋼板の各放射率の推定値に基づく補正係数であり、Ｆは、前記参照板と前記被測定鋼板の各幾何学的形状および両者の位置関係に基づく係数である。
5. 前記参照板、前記温度制御装置および前記温度計からなる組合せを複数組備え、各参照板温度を独立に制御できるように構成した請求項４に記載の鋼板の温度測定装置。
6. 請求項２に記載の方法にて測定した鋼板温度を鋼板目標温度Ｔ_０に一致させるように、鋼板の加熱装置または冷却装置を制御することを特徴とする鋼板の温度制御方法。

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