JP5459459B1 - 鋳片の表面温度測定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、垂直曲げ型を含む連続鋳造機の２次冷却帯において、鋳片の複数位置の表面温度を精度良く且つ安価に測定できる方法を提供することを主目的とする。
本発明は、連続鋳造機の２次冷却帯において鋳片の表面温度を測定する方法であって、ノズル１及び該ノズルに接続されたチューブ２に光ファイバ３の一端側を内蔵させ、該ノズルを鋳片を支持するサポートロール間に複数設置するステップと、各ノズルから鋳片の表面に向けてパージ用エアーを噴出しながら、鋳片からの熱放射光を各光ファイバの一端で受光するステップと、筐体４内に各光ファイバ３、８１の他端を束状に集約させ、筐体内に配置された撮像手段５で各光ファイバ８１の他端のコア像を含む画像を撮像するステップと、撮像画像における各コア像の画素濃度に基づき鋳片の表面温度を算出するステップと、を含む表面温度測定方法とする。

Description

本発明は、連続鋳造機の２次冷却帯において鋳片の表面温度を測定する方法及び装置に関する。特に、本発明は、垂直曲げ型を含む連続鋳造機の２次冷却帯において、鋳片の複数位置の表面温度を精度良く且つ安価に測定することが可能な方法及び装置に関する。

鋼の連続鋳造工程では、鋳型内で溶鋼を冷却することにより凝固シェルを生成させ、生成した凝固シェルを下方に引き抜いて２次冷却帯で冷却し、中心部まで凝固させて鋳片を製造する。この際、鋳片の表面温度を適正な値に制御して、鋳片の表面割れや偏析の発生を抑制するべく、従来より、連続鋳造機の２次冷却帯での鋳片の表面温度測定が行われてきた。

連続鋳造機の２次冷却帯で鋳片の表面温度を測定すべき箇所としては、鋳片の長手方向（鋳造方向）及び幅方向について離れた位置に多数存在する。また、連続的に鋳片の表面温度を測定するには、放射温度計のような非接触式の温度計を用いることが望ましいが、２次冷却帯で噴射される冷却水が外乱要因となる。このため、以下のような問題が存在する。

＜水の吸収に起因した測温誤差＞
鋳片から放射温度計までの光路中に存在する水により、検出すべき鋳片表面からの熱放射光が吸収される。この吸収により、測温誤差が生じたり、測温不能となる場合もある。

＜水滴による散乱に起因した測温誤差＞
放射温度計の光路中に存在する水滴（鋳片を支持するサポートロールからの垂れ水、冷却水が鋳片に当たって蒸発した後に結露した霧状の水滴）により、検出すべき鋳片表面からの熱放射光が散乱し減衰する。この散乱により、測温誤差が生じたり、測温不能となったりする場合がある。また、垂直曲げ型の連続鋳造機においては、連続鋳造工程の前半は垂直パスライン、すなわち鋳片の測定面が鉛直であり、連続鋳造工程の後半は水平パスライン、すなわち鋳片の測定面が水平となる。そのため、測温箇所に応じて、冷却水の測温への影響の仕方が異なる。

＜鋳造開始時に大量の水がノズルに浸入する危惧＞
従来、放射温度計の光路中に存在する水や水滴の影響を抑制するため、ノズルから測温対象に向けてパージ用エアーを噴出する方法が提案されている。一方、連続鋳造機においては、鋳造開始前から鋳造開始後の極初期などに大量の水が流れる。特に、近年、連続鋳造工程前半の垂直パスラインでは、噴射された冷却水が大量に降下してくる。このため、パージ用エアーを噴出するノズル内に水が浸入する可能性がある。より具体的に説明すれば、以下の通りである。冷却水の制御としては、一般にセグメントと称される区間毎に、各セグメントに対する設定に基づき冷却水の噴射をオン／オフしたり、冷却水の水量を調節したりしている。このため、鋳造開始後の極初期に、鋳片の一部があるセグメントに到達した際に、そのセグメント全体に一定流量の冷却水が噴出される。そして、そのセグメントの下流部分でまだ鋳片が進入していない部分では、冷却水は鋳片に当たることなく、流れ落ちる。例えば、鋳片が鋳型直下のトップゾーンと称される冷却帯の最上流から１／３の領域に達している場合、トップゾーンの下流側の残り２／３の領域は、鋳片の冷却に寄与していない。この寄与していない領域で噴射される大量の水がこれよりも下方に設置した放射温度計のパージ用エアーのノズルに浸入する可能性がある。特に、近年、連続鋳造機の２次冷却帯の最上部で鋳片を強冷する方法等が開発されており、噴射された冷却水が大量に降下してくる影響は、従来になく大きくなっている。

＜多数点測温に伴う問題＞
垂直曲げ型連続鋳造機におけるＮｉ鋼等からなる鋳片の表面割れを抑制するには、該連続鋳造機の曲げ部及び矯正部での鋳片の歪み速度及び表面温度の条件を適正に制御する必要がある。歪み速度は、各部の構造（曲率）と鋳造速度とで決められる。各部の構造は固定されているし、鋳造速度は生産性を支配するために変更し難い。このため、各部における鋳片の表面温度を適正に制御する必要がある。しかしながら、２次冷却帯における冷却スプレーの劣化、冷却水温や冷却水量等の熱伝達パラメータの変動、鋳片の成分や幅方向温度分布、溶鋼の温度変動や鋳型内での流動等、検出できない変動要因が多数存在するため、冷却モデル等によって必要な部位の正確な鋳片の表面温度を求めることは難しい。このため、各部又はその近傍での高精度な鋳片の表面温度測定は、非常に有効な手段である。

また、鋳片の１箇所だけで表面温度を測定し、その測温値を冷却モデルに反映しても他部位の表面温度を十分な精度で求めることは難しい。なぜなら、１箇所の表面温度が前述のように多数のパラメータに影響されているため、同じ表面温度が検出されたとしても鋳片厚み方向の温度分布や凝固シェルの厚みが異なる場合があり、この場合、表面温度を測定した箇所の下流に位置する鋳片の表面温度は異なったものになるからである。このように、適当な１箇所において鋳片の表面温度を測定するだけでは不十分であり、鋳造方向の複数箇所において測温することが必要である。また、鋳片の鋼種や鋳造時の引き抜き速度が変化すると、表面割れ抑制のために表面温度を測定すべき鋳造方向の最適位置が変化する場合も考えられ、この点からも、鋳造方向に複数箇所測温することが望ましい。

さらに、鋳片の幅方向には温度分布が存在するので、各部で幅方向に複数の表面温度を測定することも必要である。鋳片の幅方向については、少なくとも鋳片の両端近傍及び中央部の測温が必要である。例えば、鋳片を支持するサポートロールの軸受けが鋳片の幅方向エッジから鋳片幅の１／３に相当する位置に存在する場合、幅方向２箇所の軸受け近傍のみ鋳片の表面温度が異なる場合がある。さらに、鋳片の幅方向エッジから鋳片幅の１／３〜１／４に相当する領域が周囲より高温となる場合もある。このような点からすると、幅方向に５〜７箇所の測温が必要である。従って、鋳造方向に２箇所、幅方向に例えば６箇所について、鋳片の表裏面で測温（計２４箇所の測温）することが望ましい。以上のように、離れた位置での多数点の温度測定が必要である。

多数の離れた位置で表面温度を測定するには、多数の放射温度計が必要となり、その設置工事を含めると高額の初期コストが必要である。例えば、１２個の放射温度計を設置するには（放射温度計費＋設置工事費＋付帯装置費）×１２の高額の初期コストが必要である。また、１２個の放射温度計が故障する可能性を考えると予備の放射温度計を用意する必要があるため、連続鋳造機に実際に設置する数よりも多くの放射温度計が必要となる。
また、放射温度計が多数になると、メンテナンスに手間が掛り、ランニングコストが増える要因となる。放射温度計は、半年から数年程度の一定期間毎に精度や正常動作の確認（検定）が必要である。放射温度計を検定するには、放射温度計を設置箇所から取り外し、試験室で黒体炉と基準放射温度計とを用いてその精度を確認する等の作業が必要である。検定用の黒体炉の設定温度は測定対象温度を模した複数点にすることが望ましいが、多数の放射温度計についてこの検定作業を行うには相応の時間が必要となり、検定コストも増大する。また、短期間の連続鋳造機の保全期間内では全ての放射温度計の検定作業を終えるのは困難であるので、この点を考慮すると、実際に設置する数とほぼ同数の予備の放射温度計が必要となることが推定され、より一層費用が増大する。

＜ノズルを鋳片の表面に近づける場合の問題＞
近年の連続鋳造機が垂直曲げ型の構造となった故の問題がある。垂直曲げ型連続鋳造機においては、鋳造開始前にダミーバー（複数の鋼のブロックを連結したもの）を内部に配置し、鋳造開始時の底蓋として用いている。そして、鋳造開始と同時に、ダミーバーは、鋳片の下方への引き抜きを誘導する役割を担う。ダミーバーが引き抜きを誘導する際、ダミーバーにはピンチロールによって強力な張力が付与される。連続鋳造機の曲げ部において、ダミーバーは、ブロックの連結部の軸周りに屈曲しつつ通過するので、この屈曲した部分が、隣接するサポートロールの外接線（鋳片側の外接線）よりも大きく外に逸脱する場合がある。このため、鋳片表面の近傍にまでエアーパージ用のノズルが突き出ていると、ダミーバーがノズルに衝突するおそれがある。ダミーバーがノズルに衝突すると、ノズルがサポートロールに巻き込まれることで、ノズルが曲がって放射温度計が壊れたり、曲げられたノズルがサポートロールに傷をつけ、その傷が鋳片に転写されたりする場合がある。これは鋳片の品質や生産性に多大な悪影響を及ぼすことになる。

ダミーバーとノズルとの衝突を避ける対策として、ノズルを退避させる移動機構を設けることが考えられる。しかしながら、連続鋳造機内は高温高湿であるため、このような移動機構は故障し易く、長期に亘って安定して使用することは難しい。また、故障を避けるための十分な対策が施された大掛かりな移動機構を設置することは、スペース的に無理があったり、連続鋳造機のメンテナンス性等を阻害したりする可能性がある。

以上に述べたような各種の問題点に鑑み、例えば、特許文献１には、光学繊維（光ファイバ）が挿入された第１のパイプと、該第１のパイプの後方部分を第２のパイプで覆うことによって形成された冷却水を循環させる空間とを具備するスラブの表面温度測定装置が提案されている（特許文献１の特許請求の範囲の欄）。そして、第１のパイプの後方には圧縮空気源に接続され、後方から送られた空気を先端から噴出することが記載されている（特許文献１の第２頁左欄第１６行〜右欄第８行）。また、第１のパイプの先端内面に熱伝導が良好な銅パイプを挿入することが記載されている（特許文献１の第２頁左欄第９行〜第１５行）。さらに、第１のパイプだけの細い部分を連続鋳造機のサポートロールの隙間に挿入し、前記空間に冷却水を循環させることで、第１のパイプの先端まで冷却を行うことが可能になり、光学繊維を高温度から保護できることや、第１のパイプの先端から空気を噴出することで、水滴の浸入を防ぐと共に、視界に存在する水蒸気が吹き飛ばされて視界が開け、スラブの表面から輻射された熱放射光を光学繊維の先端に確実に入射可能であることが記載されている（特許文献１の第２頁左欄第１９行〜右欄第８行）。

しかしながら、特許文献１に記載の装置は、鋳片の１箇所だけで表面温度を測定する装置であり、前述した多数点測温に伴う問題を解決する装置ではない。また、特許文献１に記載の発明がなされた頃は垂直型や湾曲型の連続鋳造機が主流であり、鋳片の通過パスラインが真っ直ぐ、或いは、一定曲率であったため、エアーパージ用のノズルとダミーバーとの衝突については何ら考慮されていないと考えられる。

また、特許文献２には、連続鋳造設備における２次冷却帯において、鋳片幅方向の温度計測機構により表面幅方向温度分布を検知し、この表面幅方向温度分布値が目標温度に一致するように制御する演算装置を介して流量調節機構により冷却水の流量調節を自動的に行い、鋳片温度を制御することを特徴とする連続鋳造の冷却制御方法が提案されている（特許文献２の請求項１）。特許文献２には、温度計自体の構成については何ら記載されていない。特許文献２に記載の方法が対象としている連続鋳造機は湾曲型であり、鋳片の矯正位置がプロセスの終盤の水平パスラインにおいて鋳造方向に１箇所のみである（特許文献２の第１図等）。そして、この矯正位置に温度計を配置し、温度計測機構によって温度計を鋳片の幅方向に移動させて、表面幅方向温度分布を測定している（特許文献２の第２頁左下欄第３行〜右下欄第８行）。

しかしながら、特許文献２に記載の方法は、温度計を幅方向に移動させる機構を設けるため、前述したようにノズルを退避させる移動機構を設ける場合と同様に、故障やスペース上の問題がある。特に、垂直曲げ型の連続鋳造機において鋳片の表面温度を測定する場合には、垂直パスラインにこのような機構を設置すると、鋳片表面から剥離した大量の酸化物スケール等の異物を含む冷却水に晒されるため、より一層このような機構の安定稼働が妨げられると考えられる。

また、特許文献３には、ローラエプロン内に設置され、スラブの表面温度を測温するカメラ型スラブ表面温度計を冷却する装置であって、カメラ型スラブ表面温度計の周囲に水冷ジャケットを設けるとともに、この水冷ジャッケットの下部に末広がりのスカートを設け、前記水冷ジャケット内におけるカメラ型スラブ表面温度計の上方に、側面および下面に多数の噴射孔を有するリング状のエア吹出管を設け、前記スカート内にスカートの一辺に取り付けられた直線状の部材からなり、側方または斜め下方に向けてエア膜を形成するエア吹出装置を設けたことを特徴とするカメラ型スラブ表面温度計の冷却装置が提案されている（特許文献３の請求項１）。この冷却装置によれば、カメラ型スラブ表面温度計が均一に効率良く冷却され、負圧がなくなるので、スラブ表面からの水蒸気の巻き込みも抑制されることや、スラブから上がってくる水蒸気が除去され、カメラ型表面温度計の視野が確保され、スラブからの輻射熱も抑制されることが記載されている（特許文献３の第２頁左欄第２４行〜第３４行）。

しかしながら、特許文献３に記載のスカートは、水平に近いパスラインで上から下を覗く場合には適用可能性があるものの、垂直曲げ型連続鋳造機の垂直パスライン、すなわち、鋳片の表面が垂直に近く、エアーパージ方向が水平に近い場合には、鋳造開始前から鋳造開始後の極初期などに大量の水が流れ、スカート近傍は水没に近い状態となる。その際、特許文献３に記載のような末広がりの大きなスカートでは、エアー流量の均一性が乱れ、一部からスカート内に水を巻き込んでしまう可能性が高い。また、このような大きなスカートを設置するスペースが無い場合もある。

また、特許文献４には、連続鋳造機内の鋳片の表面温度を、放射計式温度計を用いて測定するに際し、鋳片表面の温度測定対象範囲への２次冷却水の噴霧を一時的に中断し、鋳片表面の温度測定対象範囲での２次冷却水による水蒸気の発生を抑制した状態で、前記放射計式温度計で鋳片の表面温度を測定することを特徴とする、連続鋳造機内の鋳片表面温度測定方法が提案されている（特許文献４の請求項１）。

しかしながら、特許文献４に記載の方法は、温度測定をする際に冷却水の噴霧を中断するため、温度測定時と非測定時とで鋳片表面からの抜熱量が大きく異なり、温度測定時に鋳片の表面温度が高くなっている可能性がある。この温度測定時と非測定時との温度差は、様々な条件に応じて異なる。すなわち、測温値の代表性が損なわれている。また、近年では、連続鋳造機の最上部で鋳片を強冷する方法等が開発されており、最上部で使用した大量の冷却水の一部が流れ落ちてくるような場所（垂直に近いパスライン）では、特定のサポートロール間での冷却水の噴霧を一時的に中断した程度では、測温値に影響を及ぼす水が十分に無くなることはなく、測定可能な条件が整わない場合がある。

特開昭５８−９０３６２号公報 特開昭５４−３２１３０号公報 実公平６−１２５０８号公報 特開２００９−１９５９５９号公報

本発明は、斯かる従来技術に鑑みなされたものであり、垂直曲げ型を含む連続鋳造機の２次冷却帯において、鋳片の複数位置の表面温度を精度良く且つ安価に測定できる方法及び装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明者らは鋭意検討した結果、鋳片から放射温度計までの光路中に存在する水の影響を低減するため、いわゆるエアー柱温度計、すなわちパージ用エアーによって形成されるエアー柱を介して鋳片からの熱放射光を受光する構成を採用することにした。この際、パージ用エアーを噴出するノズル（鋳片からの熱放射光を受光する光ファイバの一端側を内蔵する機能も奏する）の内断面形状を略円形とすることでエアーの流速分布を均一化し、なお且つその内径を３０ｍｍ以下とすることにより、鋳造開始時等にノズル内に水が浸入するおそれが低減することを見出した。ただし、ノズルの内径が５ｍｍ未満であると、光ファイバの視野と内径とのクリアランスが非常に小さくなり、光ファイバの設置誤差、振動、熱揺らぎ等により視野欠けを生じるおそれがあることも留意した。また、鋳片を支持するサポートロール間に前記ノズルを配置し、且つ、該ノズルの先端が該サポートロールの中心軸よりも鋳片の表面から離れる側に位置するように設置することにより、ノズルとダミーバーとの接触を確実に回避できることを見出した。
また、鋳片からの熱放射光を複数の光ファイバの一端で受光し、複数の光ファイバの他端を束状に集約させた上で、その集約された光ファイバの他端の画像を２次元又は１次元の撮像手段（光ファイバの数よりも少数の撮像手段）で撮像することにより、撮像した各光ファイバの他端の画像の画素濃度に基づき、鋳片の複数箇所の表面温度を容易に且つ安価に測定できることを見出した。この際、光ファイバのクラッドで伝送される熱放射光の光量は、光ファイバの曲り等の影響で変動することが懸念されるため、光ファイバの他端の像全体ではなく、熱放射光が安定して伝送されるコア像の画素濃度に基づき表面温度を算出するべきであることを見出した。

本発明は、本発明者らの上記知見に基づき完成されたものである。
すなわち、本発明は、連続鋳造機の２次冷却帯において鋳片の表面温度を測定する方法であって、内断面形状が略円形であるノズル及び該ノズルに接続された耐熱性のチューブに、光ファイバの一端側を該光ファイバの光軸がノズルの中心軸と略一致するように内蔵させ、該ノズルを、鋳片を支持するサポートロール間に位置するように複数設置するステップと、上記各ノズルから鋳片の表面に向けてパージ用エアーを噴出しながら、鋳片からの熱放射光を上記パージ用エアーによって形成されるエアー柱を介して上記各光ファイバの一端で受光するステップと、上記各チューブに連通する筐体内に各光ファイバの他端を束状に集約させ、該筐体内に配置された２次元又は１次元の撮像手段で上記束状に集約された各光ファイバの他端のコア像を含む画像を撮像するステップと、該撮像した画像における各コア像の画素濃度に基づき、該各コア像に対応する鋳片の領域の表面温度を算出するステップと、を含むことを特徴とする鋳片の表面温度測定方法を提供する。

本発明によれば、エアー柱を介して鋳片からの熱放射光を受光するため、光路中に存在する水の影響を低減可能である。さらに、鋳片の複数箇所の表面温度を容易に且つ安価に測定可能である。従って、本発明によれば、垂直曲げ型を含む連続鋳造機の２次冷却帯において、鋳片の複数位置の表面温度を精度良く且つ安価に測定可能である。

本発明において、内径が５〜３０ｍｍであるノズルを用いることが好ましい。

斯かる好ましい態様によれば、ノズル内に水が浸入するおそれが低減する。

本発明において、ノズルを、該ノズルの先端がサポートロールの中心軸よりも鋳片の表面から離れる側に位置するように設置することが好ましい。

斯かる好ましい態様によれば、ノズルとダミーバーとの接触を確実に回避できる。

本発明において、本件出願人が既に出願した特願２０１２−１１６７７１号の明細書に記載のように、鋳片表面に接する部分における上記エアー柱の直径を３０〜４０ｍｍにするように、パージ用エアーの流量を調節することが好ましい。

斯かる好ましい態様によれば、エアー柱の鋳片表面に接する部分における直径を３０〜４０ｍｍにすることで、連続鋳造機における鋳片の冷却を阻害することなく、且つ、光路中に存在する水の影響を低減可能である。なお、エアー柱の鋳片表面に接する部分における直径を３０〜４０ｍｍにするには、パージ用エアーの流量をノズル先端と鋳片の表面との距離に応じて調節すればよい。

本発明において、上記サポートロールが配設されたチャンバの外部に上記筐体を設置し、上記ノズル、上記チューブ及び上記筐体の内部を正圧状態にすることが好ましい。

斯かる好ましい態様によれば、測温誤差や故障の原因となり得る水や粉塵が、ノズル、チューブ及び筐体の内部に浸入することが効果的に防止されると共に、該内部を効率的に冷却することが可能である。

本発明において、上記撮像手段で撮像した画像における各コア像の中心画素を検出し、該各コア像内の該中心画素近傍の平均画素濃度に基づき、上記各コア像に対応する鋳片の領域の表面温度を算出することが好ましい。

斯かる好ましい態様によれば、各コア像内の中心画素近傍の画素に基づき表面温度を算出するため、クラッドで伝送される熱放射光の影響をより一層低減可能である。また、各コア像内の中心画素近傍の平均画素に基づき表面温度を算出するため、撮像手段の撮像素子（ＣＣＤ等）の感度バラツキの影響を低減可能である。

本発明において、上記撮像手段で撮像した画像における上記各光ファイバの他端の像以外の画素領域の画素濃度に基づきバックグラウンド濃度を算出し、上記各コア像の画素濃度から該算出したバックグラウンド濃度を減算し、該減算後の各コア像の画素濃度に基づき、該各コア像に対応する鋳片の領域の表面温度を算出することが好ましい。

各光ファイバの他端の像以外の画素領域の画素濃度には、他の光ファイバからの熱放射光である迷光や、撮像手段の撮像素子や信号処理系に含まれるノイズ等に起因した画素濃度が含まれる。そして、この画素濃度は、各コア像の画素濃度にも含まれると考えられる。このため、上記の好ましい態様のように、各光ファイバの他端の像以外の画素領域の画素濃度に基づきバックグラウンド濃度を算出し、各コア像の画素濃度から該算出したバックグラウンド濃度を減算することにより、減算後の各コア像の画素濃度は、コアで伝送される熱放射光の光量のみに応じた画素濃度となるので、より一層精度良く鋳片の表面温度を算出できることが期待できる。

ここで、鋳片の表面温度に応じて、鋳片からの熱放射光の光量は大きく変化する。例えば、鋳片の表面温度が６００℃〜１０００℃の範囲で変化する場合、熱放射光を検出するダイナミックレンジとして、１×１０^５程度のダイナミックレンジが必要となる。撮像手段の撮像素子としてＣＣＤを用いる場合を考えると、ＣＣＤの有効な検出光量のダイナミックレンジは、通常そのレジスターの量子井戸としての容量（光電変換後の電荷を蓄えることができる量）で決まり、安定した出力が得られるのは有効８ビット（２５６）から１０ビット（１０２４）程度であり、上記に及ばない。このため、広範囲の表面温度を測定するには、露光時間及びゲインの組み合わせの条件を変更して撮像することが必要である。

従って、本発明において、上記撮像手段の露光時間及びゲインの組み合わせの条件を予め複数設定し、該設定した条件を順次周期的に繰り返して上記束状に集約された各光ファイバの他端のコア像を含む画像を複数回撮像し、該撮像した複数の画像から各コア像の画素濃度が予め定めた所定の範囲内にある画像を各コア像毎に選択し、該選択した画像における各コア像の画素濃度に基づき、該各コア像に対応する鋳片の領域の表面温度を算出することが好ましい。

斯かる好ましい態様では、予め設定した撮像手段の露光時間及びゲインの組み合わせの条件を周期的に繰り返して各光ファイバの他端のコア像を含む画像を複数回撮像することになる。撮像手段の露光時間及びゲインの組み合わせの条件は、測定しようとする鋳片の表面温度の範囲に応じて予め設定しておけばよい。これにより、撮像した複数の画像には、測定しようとする鋳片の表面温度に対して適切な撮像手段の露光時間及びゲインの組み合わせの条件で撮像した画像も含まれることになる。そして、上記の好ましい態様では、撮像した複数の画像から各コア像の画素濃度が予め定めた所定の範囲内（例えば、８ビットの撮像手段の場合には、５０〜２００の画素濃度）にある画像を各コア像毎に選択し、該選択した画像における各コア像の画素濃度に基づき、該各コア像に対応する鋳片の領域の表面温度を算出することになる。このため、鋳片からの熱放射光の光量に応じた適切な画素濃度が得られることが期待でき、ひいては鋳片の表面温度を精度良く測定可能である。

本発明において、上記撮像手段のレンズと撮像素子との間に、０．９μｍよりも短い波長のみを透過する光学フィルタを配置し、該光学フィルタを透過した光を上記撮像手段で撮像することが好ましい。

斯かる好ましい態様によれば、鋳片の表面に水が存在していても、測温誤差を抑制しやすくなる。

また、上記課題を解決するため、本発明は、連続鋳造機の２次冷却帯において鋳片の表面温度を測定する装置であって、鋳片を支持するサポートロール間に複数設置され、且つ、鋳片の表面に向けてパージ用エアーを噴出する内断面形状が略円形であるノズルと、各ノズルに接続された耐熱性のチューブと、光軸が上記ノズルの中心軸と略一致するように上記各ノズル及び上記各チューブに一端側が内蔵され、上記パージ用エアーによって形成されるエアー柱を介して上記一端で鋳片からの熱放射光を受光する光ファイバと、上記各チューブに連通し、且つ、各光ファイバの他端が束状に集約されて内部に配置された筐体と、該筐体内に配置され、上記束状に集約された各光ファイバの他端のコア像を含む画像を撮像する２次元又は１次元の撮像手段と、該撮像した画像における各コア像の画素濃度に基づき、該各コア像に対応する鋳片の領域の表面温度を算出する演算手段と、を備えることを特徴とする鋳片の表面温度測定装置としても提供される。

本発明の鋳片の表面温度測定装置によれば、エアー柱を介して鋳片からの熱放射光を受光するため、光路中に存在する水の影響を低減可能である。さらに、鋳片の複数箇所の表面温度を容易に且つ安価に測定可能である。従って、本発明の鋳片の表面温度測定装置によれば、垂直曲げ型を含む連続鋳造機の２次冷却帯において、鋳片の複数位置の表面温度を精度良く且つ安価に測定可能である。

本発明の鋳片の表面温度測定装置において、ノズルの内径が５〜３０ｍｍであることが好ましい。

斯かる好ましい態様によれば、ノズル内に水が浸入するおそれが低減する。

本発明の鋳片の表面温度測定装置において、ノズルは、該ノズルの先端が上記サポートロールの中心軸よりも上記鋳片の表面から離れる側に位置するように設置されていることが好ましい。

斯かる好ましい態様によれば、ノズルとダミーバーとの接触を確実に回避できる。

本発明の鋳片の表面温度測定装置において、本件出願人が既に出願した特願２０１２−１１６７７１号の明細書に記載のように、鋳片の表面に接する部分における上記エアー柱の直径が３０〜４０ｍｍであることが好ましい。

斯かる好ましい態様によれば、連続鋳造機における鋳片の冷却を阻害することなく、且つ、光路中に存在する水の影響を低減可能である。なお、エアー柱の鋳片表面に接する部分における直径を３０〜４０ｍｍにするには、パージ用エアーの流量をノズル先端と鋳片の表面との距離に応じて調節すればよい。

本発明の鋳片の表面温度測定装置において、上記筐体が、上記サポートロールが配設されたチャンバの外部に設置され、上記ノズル、上記チューブ及び上記筐体の内部が正圧状態にされることが好ましい。

斯かる好ましい態様によれば、測温誤差や故障の原因となり得る水や粉塵が、ノズル、チューブ及び筐体の内部に浸入することが効果的に防止されると共に、該内部を効率的に冷却することが可能である。

本発明の鋳片の表面温度測定装置において、上記撮像手段のレンズと撮像素子との間に、０．９μｍよりも短い波長のみを透過する光学フィルタが配置されていることが好ましい。

斯かる好ましい態様によれば、鋳片の表面に水が存在していても、測温誤差を抑制しやすくなる。

本発明によれば、垂直曲げ型を含む連続鋳造機の２次冷却帯において、鋳片の複数位置の表面温度を精度良く且つ安価に測定可能である。

本発明の一実施形態に係る鋳片の表面温度測定装置の全体の概略構成を示す図である。 図１Ａに示す表面温度測定装置のノズル近傍の拡大図である。 図１Ａに示す表面温度測定装置によって鋳片の表面温度を測定する箇所を説明するための図であり、鋳片の全体を示す図である。 図１Ａに示す表面温度測定装置によって鋳片の表面温度を測定する箇所を示す図である。 図１Ａに示す表面温度測定装置のノズルの配置箇所を示す図である。 図１Ａに示す演算手段が実施する画像処理の内容を説明する図である。 図１Ａに示す演算手段が実施する画像処理の内容を説明する図である。 図１Ａに示す演算手段が実施する画像処理の内容を説明する図である。 図１Ａに示す撮像手段によって撮像した画像の一例を示す図である。 図１Ａに示す表面温度測定装置によって１４００℃と７００℃の黒体炉からの熱放射光を同時に受光した場合の温度測定結果の一例を示す図である。 図１Ａに示す撮像手段のレンズと撮像素子との間に配置した０．９μｍより短い波長のみを透過する光学フィルタの効果を確認した実験の概要を説明する図である。 図１Ａに示す撮像手段のレンズと撮像素子との間に配置した０．９μｍより短い波長のみを透過する光学フィルタの効果を確認した実験で使用したセルの構造を説明する図である。 図１Ａに示す撮像手段のレンズと撮像素子との間に配置した０．９μｍより短い波長のみを透過する光学フィルタの効果を確認した実験結果を示す図である。 図１Ａに示す表面温度測定装置で鋳片の表面温度を測定した結果の一例を示す図である。 図１Ａに示す表面温度測定装置で鋳片の表面温度を測定した結果の他の一例を示す図である。 チャンバの概略構成を示す図である。 図１Ａに示す撮像手段のレンズと撮像素子との間に設置した０．９μｍより短い波長のみを透過する光学フィルタの配置例を示す図である。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の一実施形態について説明する。
図１Ａは本発明の一実施形態に係る鋳片の表面温度測定装置の全体の概略構成を示す図であり、図１Ｂは図１Ａに示す表面温度測定装置のノズル近傍の拡大図である。図２Ａは図１Ａに示す表面温度測定装置によって鋳片の表面温度を測定する箇所を説明するための図であり、鋳片の全体を示す図である。図２Ｂは図１Ａに示す表面温度測定装置によって鋳片の表面温度を測定する箇所を示す図である。図２Ｃは図１Ａに示す表面温度測定装置のノズルの配置箇所を示す図であり、ノズルから噴出されたパージ用エアーによって形成されるエアー柱（図２Ｃの「ＡＩＲ」）もあわせて示している。
ここで、図１Ｂ及び図２Ｃには、本発明の鋳片の表面温度測定方法における、「内断面形状が略円形であるノズル及び該ノズルに接続された耐熱性のチューブに、光ファイバの一端側を該光ファイバの光軸がノズルの中心軸と略一致するように内蔵させ、該ノズルを鋳片を支持するサポートロール間に位置するように複数設置するステップ」が終了した際の様子も示されている。また、図２Ｃには、本発明の鋳片の表面温度測定方法における、「前記各ノズルから鋳片の表面に向けてパージ用エアーを噴出しながら、鋳片からの熱放射光を前記パージ用エアーによって形成されるエアー柱を介して前記各光ファイバの一端で受光するステップ」の様子も示されている。また、図１Ａには、本発明の鋳片の表面温度測定方法における、「各チューブに連通する筐体内に各光ファイバの他端を束状に集約させ、該筐体内に配置された２次元又は１次元の撮像手段で前記束状に集約された各光ファイバの他端のコア像を含む画像を撮像するステップ」のうち、「各チューブに連通する筐体内に各光ファイバの他端を束状に集約させ」の様子も示されている。
図１Ａに示すように、本実施形態に係る表面温度測定装置１００は、鋳片Ｓの表面に向けてパージ用エアーを噴出する複数のノズル１と、各ノズル１に接続された耐熱性のチューブ２（以下において、「フレキシブルチューブ２」ということがある。）と、鋳片Ｓからの熱放射光を受光する光ファイバ３と、各フレキシブルチューブ２に連通する筐体４と、筐体４内に配置された２次元又は１次元の撮像手段５と、鋳片Ｓの表面温度を算出する演算手段６とを備えている。本実施形態では、図２Ａに示すように、連続鋳造機の２次冷却帯における曲げ部に位置する鋳片Ｓの２箇所の断面Ａ、Ｂと、矯正部に位置する鋳片Ｓの２箇所の断面Ｃ、Ｄと、について、表裏面の各６箇所（図２Ｂの矢符で示す箇所）、計４８箇所の表面温度を測定している。すなわち、図１Ａ及び図１Ｂに示すノズルが上記計４８箇所の鋳片Ｓの表面に対向配置されている。

ノズル１は、内断面形状が略円形で且つ内径ｒ１が５ｍｍ〜３０ｍｍ（本実施形態では、内径ｒ１＝１０ｍｍ、外径１５ｍｍ）とされている。ノズル１には配管１１を介して乾燥した圧空Ａが導入され、これによりノズル１の先端からパージ用のエアーが噴出される。図１Ｂに示すように、各ノズル１に圧空Ａを導入する各配管１１には、流量調節弁１１１及び流量計１１２が取り付けられている。これにより、各ノズル１に導入される圧空Ａの流量を個別に調整することが可能である。各ノズル１に導入される圧空Ａの流量を個別に調整可能とすることの利点は以下のとおりである。
前述のように、鋳造開始前から鋳造開始後の極初期などに大量の冷却水が流れる。各ノズル１が設置されている位置は異なるため、先端が大量の冷却水に曝されるノズル１（以下、ノズルＡという）と、わずかな量の冷却水にしか晒されないノズル１（以下、ノズルＢという）とが存在する場合が生じる。もちろん、その中間の状態のノズル１も存在し得る。各配管１１毎に流量調節弁１１１及び流量計１１２が取り付けられておらず、各ノズル１に導入される圧空Ａのトータルの流量だけが調節されている場合には、ノズルＡに導入される圧空Ａの流量とノズルＢに導入される圧空Ａの流量とのバランスが変化し、ノズルＡに導入される圧空Ａの流量が低下してノズルＡ内にスケール等の汚れを伴った冷却水が浸入するおそれがある。この結果、後述するノズルＡに内蔵された光学窓１２が汚れたり、ノズルＡ内に汚れが堆積したりして、熱放射光の検出を妨げることになる。このため、ノズルＡに内蔵された光ファイバ３を通じて測定した温度に大きな誤差が生じたり、測温不可能になったりするおそれもある。これに対し、各配管１１毎に流量調節弁１１１及び流量計１１２を取り付けることで各ノズル１毎に導入する圧空Ａの流量を調節可能にすることにより、このような問題を回避することが可能である。
このノズル１は、図２Ｃに示すように、鋳片Ｓを支持するサポートロールＲ間であって先端がサポートロールＲの中心軸ＲＣよりも鋳片Ｓの表面から離れる側に位置するよう設置される。ノズル１から噴出されるパージ用エアーによって形成されるエアー柱が鋳片Ｓ表面に接する部分における直径（エアー柱の直径）は、配管１１を介して導入される圧空Ａの流量を調節することにより、３０〜４０ｍｍとされている。

フレキシブルチューブ２は、ステンレス鋼等からなる耐熱性のフレキシブルチューブであり、光ファイバ３を熱、衝撃、粉塵、水等から保護する役割を奏する。フレキシブルチューブ２及びノズル１には、ノズル１に連通された配管１４を介して乾燥した圧空Ａが導入され、これによりフレキシブルチューブ２及びノズル１の内部は正圧状態にされている。これにより、測温誤差や故障の原因となり得る水や粉塵が、フレキシブルチューブ２及びノズル１の内部に浸入することが効果的に防止されると共に、該内部を効率的に冷却することが可能である。

光ファイバ３は、その光軸（中心軸）がノズル１の中心軸と略一致するように、各ノズル１及び各フレキシブルチューブ２に一端側が内蔵されている。また、ノズル１には、光学窓１２、レンズ（凸レンズ）１３が内蔵されている。光ファイバ３は、ノズル１から噴出されるパージ用エアーによって形成されるエアー柱、光学窓１２及びレンズ１３を介して、その一端３１で鋳片Ｓからの熱放射光を受光する。レンズ１３としては、ノズル１の先端における視野がノズル１の内径よりも小さく（例えば５ｍｍ程度）、その後も鋳片Ｓの表面までむやみに視野が広がらないような焦点距離を有するレンズが選択されている。

光ファイバ３としては、例えば、石英製でコア径が４００μｍ、クラッド径が５００μｍ、ファイバ径が４ｍｍのものが用いられる。その両端は平坦面又は凸面に研磨されている。コア径の大きな光ファイバは熱放射光を多く受光し、測温値の下限を下げることに寄与するが、その一方で曲げに弱いため、施工に注意が必要である。光ファイバ外面の被覆材としては、１００℃以上の耐熱性を有するもの、例えば１５０℃の耐熱性を有するものを用いればよい。

筐体４は、連続鋳造機の曲げ部及び矯正部に配置されたサポートロールＲが配設されたチャンバ（ストランドチャンバ）の外部に設置されている。図８に、チャンバＸの概略構成を示した。チャンバＸの構成を理解しやすくするため、図８では繰り返される符号の一部記載を省略しており、ノズル１を直線矢印で示している。また、図８では、筐体４を簡略化して示した。チャンバＸは、サポートロールＲや鋳片Ｓ等の周囲を覆う金属製の部材である。チャンバＸによって囲まれた空間は、鋳片Ｓの輻射熱により高温の環境である。さらに、冷却スプレーノズルＹから鋳片Ｓへ向けて噴射された冷却水が鋳片Ｓに触れて蒸発することによって大量の水蒸気が発生するため、チャンバＸによって囲まれた空間は高湿の環境でもある。チャンバＸ内の水蒸気は、不図示の排気手段によってチャンバＸ外へと排出される。図８に示したように、チャンバＸによって囲まれた空間には、ノズル１が配置されており、各ノズル１は、図８では記載を省略したフレキシブルチューブを介して、チャンバＸの外部に配置された筐体４に接続されている。
図１Ａに戻って説明を続ける。筐体４には、配管４１を介して乾燥した圧空Ａが導入され、これにより筐体４の内部は正圧状態にされている。筐体４の内部には、各光ファイバ３の他端が束状に集約されて配置される。具体的には、本実施形態では、ＦＣコネクタ７及びバンドルファイバ８が用いられている。ＦＣコネクタ７は、各光ファイバ３の他端に接続されている。バンドルファイバ８を構成する各光ファイバ８１は、光ファイバ３と同じコア径が４００μｍ、クラッド径が５００μｍのものであり、一端側は互いに分離しており、他端側のみが束ねられている。各光ファイバ８１の両端も平坦面又は凸面に研磨されている。バンドルファイバ８を構成し、互いに分離されている各光ファイバ８１の一端は、ＦＣコネクタ７によって、各光ファイバ３の他端に結合されている。各光ファイバ８１の一端及び各光ファイバ３の他端は平坦面又は凸面に研磨されているため、ＦＣコネクタ７での伝送ロスは１〜２％に抑制され、測温値に殆ど影響しない。なお、本実施形態では、各光ファイバ３の他端を束状に集約する手段として、ＦＣコネクタ７及びバンドルファイバ８を用いているが、本発明はこれに限るものではなく、例えば、各光ファイバ３の他端側を金属や樹脂等で固定することで束状に集約することも可能である。

撮像手段５としては、２次元ＣＣＤカメラ、２次元ＣＭＯＳカメラ、ＣＣＤラインセンサ、ＣＭＯＳラインセンサ等を用いることができる。本実施形態では、撮像手段５として、２次元ＣＣＤカメラを用いている。特に本実施形態では、好ましい構成として、露光時間（シャッター速度）及びゲインを制御可能な２次元ＣＣＤカメラを用いている。撮像手段５は、束状に集約された各光ファイバ３の他端のコア像を含む画像を撮像するように配置されている。本実施形態では、バンドルファイバ８を構成する光ファイバ８１の他端のコア像を含む画像を撮像するように配置されている。具体的には、複数（本実施形態では６本）の光ファイバ８１の他端のコア像が１つの撮像手段５の撮像視野内に入るように配置されている。また、撮像手段５のレンズと撮像素子との間に０．９μｍより短い波長のみを透過する光学フィルタが配置されている。これにより光ファイバ３の一端と鋳片Ｓとの間に介在する水による熱放射光の吸収による測温誤差を抑制可能である。検出すべき熱放射光は、光ファイバ３、バンドルファイバ８及び上記光学フィルタを介して、撮像手段５の撮像素子上に結像される。図９に、撮像手段５のレンズと撮像素子との間に設置される光学フィルタの配置例を示した。図９に示したように、０．９μｍより短い波長のみを透過する光学フィルタ５１は、レンズ５２と撮像素子５３との間に配置されている。

撮像手段５の撮像倍率は、前述のように、複数（本実施形態では６本）の光ファイバ８１の他端のコア像が１つの撮像手段５の撮像視野内に入るように設定されている。さらに、本実施形態では、後述のようにコア像内の中心画素近傍の平均画素濃度を算出するため、コア像内に複数の画素（好ましくは９つ以上の画素）が含まれるように、撮像手段５の撮像倍率が設定されている。

演算手段６は、撮像手段５によって撮像した画像における各コア像の画素濃度に基づき、各コア像に対応する鋳片の領域の表面温度を算出する。具体的には、演算手段６は、撮像した画像に対して後述する所定の画像処理を施すと共に、画像処理結果に対して所定の演算処理を施して表面温度を算出するためのソフトウェアがインストールされたパーソナルコンピュータから構成されている。

以下、上記の構成を有する表面温度測定装置１００による鋳片Ｓの表面温度の測定方法について具体的に説明する。

図３Ａ乃至図３Ｃは、図１に示す演算手段が実施する画像処理の内容を説明する図である。
撮像手段５には、露光時間及びゲインの組み合わせの条件が予め複数設定されている。そして、図３Ａに示すように、撮像手段５は、前記設定した条件を順次周期的に繰り返して各光ファイバ８１の他端のコア像を含む画像Ｉを複数回撮像する。撮像された各画像Ｉは、演算手段６に記憶される。図３Ａに示す例では、露光時間及びゲインの組み合わせの条件が予め８つ設定（条件１〜条件８）されており、各条件での撮像が周期的に繰り返されている。

図３Ｂに示すように、演算手段６には、各撮像画像Ｉに対する検出画素領域Ｄが各光ファイバ８１の他端の像８１Ｆ毎に予め設定されている。図３Ｂでは、便宜上１つの検出画素領域Ｄのみ図示しているが、実際には６つの検出画素領域Ｄが設定されている。この検出画素領域Ｄは、撮像手段５の撮像視野から想定可能な光ファイバ８１の他端の像８１Ｆの画素領域よりも広い画素領域とされている。演算手段６は、例えば、検出画素領域Ｄ内の画素濃度の重心を算出し、この算出した重心位置にある画素をコア像８１Ｃの中心画素ＣＣとする。このようにしてコア像８１Ｃの中心画素ＣＣを検出することにより、撮像手段５の機械的な位置変動（撮像視野の変動）や、温度変化によるコア像８１Ｃの位置変動の影響を抑制することができる。

図３Ｃに示すように、演算手段６には、検出したコア像８１Ｃの中心画素ＣＣ近傍の画素領域である平均画素濃度算出画素領域ＣＡが予め設定されている。例えば、平均画素濃度算出画素領域ＣＡは、中心画素ＣＣを中心とする３×３の画素領域とされている。演算手段６は、平均画素濃度算出画素領域ＣＡ内の画素濃度を平均化して平均画素濃度を算出する。ＣＣＤのＡ／Ｄ変換後の出力は１〜２ビット程度のランダムなバラツキを有するが、上記のようにして平均画素濃度を算出することにより、１ビット未満のランダムなバラツキに抑制可能である。

また、図３Ｃに示すように、演算手段６には、光ファイバ８１の他端の像８１Ｆ以外の画素領域（検出したコア像８１Ｃの中心画素ＣＣから所定距離だけ離れた位置にある画素領域）であるバックグラウンド濃度算出画素領域ＢＡが予め設定されている。演算手段６は、バックグラウンド濃度算出画素領域ＢＡ内の画素濃度を平均化してバックグラウンド濃度を算出する。演算手段６は、各コア像８１Ｃの平均画素濃度からバックグラウンド濃度を減算する。このように、各コア像８１Ｃの平均画素濃度からバックグラウンド濃度を減算することにより、減算後の各コア像８１Ｃの画素濃度は、迷光やノイズ等の影響が低減され、コアで伝送される熱放射光の光量のみに応じた画素濃度となり、精度良く鋳片Ｓの表面温度を算出できることが期待できる。なお、演算手段６は、減算後の各コア像８１Ｃの画素濃度が予め定めた範囲（例えば、８ビットの撮像手段５の場合には、５０〜２００の画素濃度）にあるか否かを判断する。その結果、減算後の画素濃度が予め定めた範囲外であるコア像８１Ｃについては、後述の演算処理の対象から除外する。
以上のようにして、各撮像画像Ｉの各コア像８１Ｃ毎に画素濃度（各コア像８１Ｃの平均画素濃度からバックグラウンド濃度を減算したもの）が算出される。

演算手段６には、予め作成した検量線（コア像８１Ｃの画素濃度と温度との対応関係）が記憶されている。この検量線は、露光時間及びゲインの組み合わせの条件毎に作成されている。本実施形態では、露光時間及びゲインの組み合わせの条件が８つ設定されているため、８つの条件毎に検量線が予め作成され、各条件と紐付けられて演算手段６に記憶されている。また、演算手段６には、各撮像画像Ｉが記憶される際、各撮像画像Ｉの条件（条件１〜条件８のいずれか）も併せて記憶される。
演算手段６は、各撮像画像Ｉの各コア像８１Ｃの画素濃度と、各撮像画像Ｉの条件に紐付けられた検量線とを用いて、各撮像画像Ｉの各コア像８１Ｃに対応する鋳片Ｓの領域の表面温度を算出する。そして、演算手段６は、予め定めた所定時間（例えば１分）内に得られた複数の撮像画像Ｉの各コア像８１Ｃに対応する表面温度の最大値又は平均値（複数の撮像画像Ｉについての最大値又は平均値）を、各コア像８１Ｃ毎に求め、この最大値又は平均値を各コア像８１Ｃに対応する鋳片Ｓの領域の表面温度測定結果として出力する。この際、演算手段６は、前述のように減算後の画素濃度が予め定めた範囲外であるコア像８１Ｃについては、最大値又は平均値を求める際の対象から除外する。なお、サポートロールＲからの垂れ水の影響を抑制するには、所定時間内に得られた表面温度の最大値を表面温度測定結果として出力することが好ましい。

上記検量線は、黒体炉と基準放射温度計とを用いて、黒体炉の温度を１０〜数１０℃の刻みで変化させつつ、基準放射温度計の出力とコア像８１Ｃの画素濃度との対応関係を求めることで作成可能である。上記検量線は、各光ファイバ３（８１）毎に作成しても良い。この場合は、各光ファイバ３（８１）毎に各条件に対応する検量線（すなわち、本実施形態では、光ファイバ３の本数４８×８条件＝３８４個の検量線）が演算手段６に記憶されることになる。また、ＣＣＤの感度のバラツキが比較的小さいことから、１つの光ファイバ３（８１）についてのみ検量線を作成し、これをその他の光ファイバ３（８１）についても転用することも考えられる。さらに、各光ファイバ３（８１）の長さが異なるなど、熱放射光の伝送効率にバラツキがあると考えられる場合には、１つの光ファイバ３（８１）を代表チャンネルとし、この代表チャンネルについては、多数の黒体炉設定温度で精密に検量線を作成する一方、その他の光ファイバ３（８１）については、少数の黒体炉設定温度で測温することにより代表チャンネルの検量線との相対関係を求め、この相対関係と代表チャンネルの検量線とを用いて、その他の光ファイバ３（８１）についての検量線を推定することも可能である。

以上のようにして、表面温度測定装置１００による鋳片Ｓの表面温度測定が行われる。

図４は、撮像手段５による撮像画像Ｉの一例を示す図である。図４に示す例では、６つの光ファイバ８１（ＣＨ１〜ＣＨ６）の他端を略一直線上に配列している。図４に示すＣＨ２、ＣＨ４では１４００℃の黒体炉からの熱放射光を検出し、ＣＨ１、ＣＨ３、ＣＨ５、ＣＨ６では常温の黒体炉からの熱放射光を検出している。前述のように、精度の良い測温を行うには、光ファイバ８１の他端の像全体ではなく、熱放射光が安定して伝送されるコア像の画素濃度に基づき表面温度を算出する必要がある。しかしながら、各光ファイバ３によって検出された熱放射光の輝度が大きく異なる場合、高温対象からの熱放射光が伝送されてきた光ファイバ３の他端での出力光が、バンドルファイバ８の他端の固定部材や撮像手段５のレンズ表面等で反射して迷光となる。この迷光を抑制するには、上述したように、平均画素濃度算出画素領域ＣＡで算出したコア像の平均画素濃度から、バックグラウンド濃度算出画素領域ＢＡで算出したバックグラウンド濃度を減算する処理の他、図３Ｂに示すように、光ファイバ８１の他端を千鳥状に配列して、各光ファイバ８１をできるだけ離間させることが考えられる。また、光ファイバ３、８１の端面に無反射コーティングを施すこと等も有効である。さらに、近年、２次元ＣＣＤカメラ等は比較的安価なので、様々な測定箇所の熱放射光を伝送する光ファイバ３（８１）の他端を１つの撮像手段５で結像するよりも、近接する測定箇所（測定箇所が近接すると、温度差も比較的少ない）の熱放射光を伝送する光ファイバ３（８１）だけを配列して、１つの撮像手段５で結像することが望ましい。例えば、図２Ａに示す各断面Ａ〜Ｄに、なお且つ、表面・裏面でそれぞれ別の撮像手段５を用いる（計８つの撮像手段５）を用いることで、迷光の影響を抑制できることが分かった。

本実施形態に係る表面温度測定装置１００についても、測温精度等を確認するために、定期的に検定作業が必要である。一般的な放射温度計の検定では、放射温度計毎に黒体炉温度を細かく変化させて確認する必要がある。しかし、本実施形態に係る表面温度測定装置１００の測温精度は、代表１チャンネルによる測温値の変動と、チャンネル間の測温値の偏差及び偏差の変動とに切り分けて考えることができるので、検定作業を簡略化できる。すなわち、代表チャンネルについては、通常通りの検定を行う一方、他のチャンネルについては、１〜数点の黒体炉温度を用いて、代表チャンネルによる測温値との偏差又は偏差の変動を確認するだけで良いので、検定作業を簡略化できる。

図５は、図４に示す場合と同様に、６つの光ファイバ８１（ＣＨ１〜ＣＨ６）の他端を略一直線上に配列して撮像手段５で撮像し、１４００℃と７００℃の黒体炉からの熱放射光を同時に受光した場合の温度測定結果の一例を示す図である。ＣＨ１では７００℃の熱放射光を、ＣＨ３では１４００℃の熱放射光を受光している。前述のように、コア像の平均画素濃度からバックグラウンド濃度を減算する処理を行うことにより、迷光の影響を抑制して、両者とも十分な精度で測定できることを確認できた。

図６Ａは、撮像手段５のレンズと撮像素子との間に配置した０．９μｍより短い波長のみを透過する光学フィルタの効果を確認した実験の概要を説明する図である。図６Ｂは図６Ａに概要を示した実験で使用したセルの構造を説明する図であり、図６Ｃは図６Ａに概要を示した実験の結果を示す図である。本実験では、図６Ａに示すように、本実施形態に係る表面温度測定装置１００と設定温度８１０℃の黒体炉との間に、セルを挿入し、挿入した際の測温値の変化を確認した。図６Ｃに示すように、セル内に厚み２０ｍｍの水がある場合と無い場合とでは、セル挿入後の測温値に１℃の差しか生じていない。水が無いほかは図６Ｂに示したセルと同様に構成される水無しセルの場合、石英窓の界面が４箇所あるために、そこでの反射による測温誤差が生じる。この点を考慮すると、厚み２０ｍｍの水の吸収による測温誤差は約４．５℃と見積もることができる。このことから、鋳片Ｓ表面に水が流れていても、その厚みが２０ｍｍ未満であれば、５℃程度の測温誤差に抑制することが可能であるといえる。

図７Ａは、本実施形態に係る表面温度測定装置１００で鋳片Ｓの表面温度を測定した結果の一例を示す図であり、図２Ａに示す断面Ａの裏面側の６チャンネル分の測温結果を示している。図７Ｂは、本実施形態に係る表面温度測定装置１００で鋳片Ｓの表面温度を測定した結果の他の一例を示す図であり、図２Ａに示す断面Ｂの裏面側の６チャンネル分の測温結果を示している。図７Ａ及び図７Ｂに示すように、本実施形態に係る表面温度測定装置１００によれば、連続鋳造機で鋳造中の鋳片Ｓについて、多数点で且つ安定した測温が可能であった。その結果、表面割れの発生を抑制することが可能となった。また、表面割れの発生をおそれるあまり、不適正な生産性の低下（鋳造速度の低下）を抑制することも可能となった。

ＡＩＲ…エアー柱
ｒ１…ノズルの内径
Ｒ…サポートロール
ＲＣ…サポートロールの中心軸
Ｓ…鋳片
Ｘ…チャンバ
１…ノズル
２…フレキシブルチューブ（チューブ）
３、８１…光ファイバ
４…筐体
５…撮像手段
６…演算手段
７…ＦＣコネクタ
８…バンドルファイバ
５１…光学フィルタ
１００…表面温度測定装置

Claims (15)

1. 連続鋳造機の２次冷却帯において鋳片の表面温度を測定する方法であって、
   内断面形状が略円形であるノズル及び該ノズルに接続された耐熱性のチューブに、光ファイバの一端側を該光ファイバの光軸が前記ノズルの中心軸と略一致するように内蔵させ、該ノズルを鋳片を支持するサポートロール間に位置するように複数設置するステップと、
   前記各ノズルから鋳片の表面に向けてパージ用エアーを噴出しながら、鋳片からの熱放射光を前記パージ用エアーによって形成されるエアー柱を介して前記各光ファイバの一端で受光するステップと、
   前記各チューブに連通する筐体内に前記各光ファイバの他端を束状に集約させ、該筐体内に配置された２次元又は１次元の撮像手段で前記束状に集約された各光ファイバの他端のコア像を含む画像を撮像するステップと、
   前記撮像した画像における各コア像の画素濃度に基づき、該各コア像に対応する鋳片の領域の表面温度を算出するステップと、
   を含むことを特徴とする鋳片の表面温度測定方法。
2. 内径が５〜３０ｍｍである前記ノズルを用いることを特徴とする請求項１に記載の鋳片の表面温度測定方法。
3. 前記ノズルを、該ノズルの先端が前記サポートロールの中心軸よりも前記鋳片の表面から離れる側に位置するように設置することを特徴とする請求項１又は２に記載の鋳片の表面温度測定方法。
4. 前記鋳片の表面に接する部分における前記エアー柱の直径を３０〜４０ｍｍにするように、前記パージ用エアーの流量を調節することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の鋳片の表面温度測定方法。
5. 前記サポートロールが配設されたチャンバの外部に前記筐体を設置し、
   前記ノズル、前記チューブ及び前記筐体の内部を正圧状態にすることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の鋳片の表面温度測定方法。
6. 前記撮像手段で撮像した画像における各コア像の中心画素を検出し、該各コア像内の該中心画素近傍の平均画素濃度に基づき、前記各コア像に対応する鋳片の領域の表面温度を算出することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の鋳片の表面温度測定方法。
7. 前記撮像手段で撮像した画像における前記各光ファイバの他端の像以外の画素領域の画素濃度に基づきバックグラウンド濃度を算出し、前記各コア像の画素濃度から該算出したバックグラウンド濃度を減算し、該減算後の各コア像の画素濃度に基づき、該各コア像に対応する鋳片の領域の表面温度を算出することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の鋳片の表面温度測定方法。
8. 前記撮像手段の露光時間及びゲインの組み合わせの条件を予め複数設定し、該設定した条件を順次周期的に繰り返すことにより前記束状に集約された各光ファイバの他端のコア像を含む画像を複数回撮像し、該撮像した複数の画像から各コア像の画素濃度が予め定めた所定の範囲内にある画像を各コア像毎に選択し、該選択した画像における各コア像の画素濃度に基づき、該各コア像に対応する鋳片の領域の表面温度を算出することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の鋳片の表面温度測定方法。
9. 前記撮像手段のレンズと撮像素子との間に、０．９μｍよりも短い波長のみを透過する光学フィルタを配置し、該光学フィルタを透過した光を前記撮像手段で撮像することを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の鋳片の表面温度測定方法。
10. 連続鋳造機の２次冷却帯において鋳片の表面温度を測定する装置であって、
    鋳片を支持するサポートロール間に位置するように複数設置され、且つ、鋳片の表面に向けてパージ用エアーを噴出する内断面形状が略円形のノズルと、
    前記各ノズルに接続された耐熱性のチューブと、
    光軸が前記ノズルの中心軸と略一致するように前記各ノズル及び前記各チューブに一端側が内蔵され、且つ、前記パージ用エアーによって形成されるエアー柱を介して前記一端で鋳片からの熱放射光を受光する光ファイバと、
    前記各チューブに連通し、且つ、前記各光ファイバの他端が束状に集約されて内部に配置された筐体と、
    前記筐体内に配置され、前記束状に集約された前記各光ファイバの他端のコア像を含む画像を撮像する２次元又は１次元の撮像手段と、
    前記撮像した画像における各コア像の画素濃度に基づき、該各コア像に対応する鋳片の領域の表面温度を算出する演算手段と、
    を備えることを特徴とする鋳片の表面温度測定装置。
11. 前記ノズルの内径が５〜３０ｍｍであることを特徴とする請求項１０に記載の鋳片の表面温度測定装置。
12. 前記ノズルは、該ノズルの先端が前記サポートロールの中心軸よりも前記鋳片の表面から離れる側に位置するように設置されていることを特徴とする、請求項１０又は１１に記載の鋳片の表面温度測定装置。
13. 前記鋳片の表面に接する部分における前記エアー柱の直径が３０〜４０ｍｍであることを特徴とする請求項１０から１２のいずれかに記載の鋳片の表面温度測定装置。
14. 前記筐体は、前記サポートロールが配設されたチャンバの外部に設置され、
    前記ノズル、前記チューブ及び前記筐体の内部が正圧状態にされることを特徴とする請求項１０から１３のいずれかに記載の鋳片の表面温度測定装置。
15. 前記撮像手段のレンズと撮像素子との間に、０．９μｍよりも短い波長のみを透過する光学フィルタが配置されていることを特徴とする請求項１０から１４のいずれかに記載の鋳片の表面温度測定装置。

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