JP5515411B2 - Steel heating method, heating control device and program - Google Patents
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Description
本発明は、内部酸化に起因したスケール疵の発生を防止する鋼材加熱方法、加熱制御装置およびプログラムに関する。 The present invention relates to a steel material heating method, a heating control device, and a program for preventing generation of scale soot due to internal oxidation.
例えば、連続鋼片加熱炉における加熱は、それに続く鋼材の圧延機において、例えば、材質、表面品位、幅・厚み等の寸法精度などのような、製品に要求される特性を作り込む温度を確保するために行われる。従って、加熱炉で適切な条件で鋼材を加熱することが非常に重要である。 For example, the heating in a continuous billet furnace ensures the temperature at which the properties required for the product, such as material, surface quality, dimensional accuracy such as width and thickness, etc., are created in the subsequent steel rolling mill. To be done. Therefore, it is very important to heat the steel material under appropriate conditions in the heating furnace.
しかしながら、この加熱の過程で、鋼材表層部の結晶粒界に沿った選択的な酸化(以下「粒界酸化」とも言う。)や、その粒界酸化部周辺に点状の酸化物(以下「サブスケール」とも言う。)が発生することがある。この粒界酸化及びサブスケール層(以下、両者を合わせて「内部酸化層」とも言う。)は、圧延後も残存する場合があり、熱延鋼板や冷延鋼板、表面処理鋼板の表面欠陥(「スケール疵」とも言う。)の原因となる。この内部酸化層は鋼材が加熱され抽出される段階で表面に現れる大きさは1mm弱の点状であるが、鋼片から鋼板に 圧延で長手方向に約100倍に延された段階では100mm前後の大きさの疵になっており、さらに製品の冷延鋼板あるいは表面処理鋼板では300〜1000mmもの長さの疵になることがある。 However, during this heating process, selective oxidation along the grain boundaries of the steel surface layer portion (hereinafter also referred to as “grain boundary oxidation”), and point-like oxides (hereinafter “ May also be called “subscale”. This grain boundary oxidation and subscale layer (hereinafter also referred to as “internal oxide layer” together) may remain after rolling, and surface defects in hot-rolled steel sheets, cold-rolled steel sheets, surface-treated steel sheets ( It is also called “scale 疵”. This internal oxide layer is a spot that appears on the surface when the steel material is heated and extracted, but it is a spot of less than 1 mm, but it is around 100 mm when rolled from a steel slab to a steel plate approximately 100 times in the longitudinal direction. In the case of a cold-rolled steel sheet or a surface-treated steel sheet as a product, the length may be 300 to 1000 mm.
特に、質量%でC=0.0005〜0.05%のようにC濃度が低い鉄鋼材料は、加工性に優れるため自動車の外装用鋼板や飲料用缶等に用いられることが多い。この鉄鋼材料は、外観に高い美麗さが要求されるため、製品段階において上述したような大きなスケール疵は出荷することができず、歩留まりの低下や、こういった歩留まり落ちによるユーザーへの納期遅延を起こさないための製品在庫増加といった、更なるコスト増加を招くことになる。 In particular, steel materials having a low C concentration such as C = 0.005 to 0.05% by mass% are often used for automobile exterior steel plates, beverage cans and the like because of their excellent workability. Since this steel material requires a high level of appearance, it is not possible to ship the large scale bottles as described above at the product stage, resulting in a decrease in yield and a delay in delivery to the user due to such a drop in yield. This leads to a further increase in costs, such as an increase in product inventory so as not to cause problems.
したがってこのようなスケール疵を防止すべく、例えば特許文献1及び特許文献2のような加熱方法が開発されている。特許文献1の加熱方法では、熱間圧延前の普通鋼用スラブの加熱時における炉内雰囲気条件を制御して、スラブ加熱温度を1050〜1250℃、空気比を1.0〜1.2とすることにより、疵の起点となる粒界酸化の顕在化を防ぎ、熱間圧延時に発生する線状のスケール疵及び模様系欠陥を少なくしている。
Therefore, in order to prevent such scale wrinkling, for example, heating methods such as
また、特許文献2の加熱方法では、加熱炉を用いてスラブを1150〜1250℃に加熱した後、粗圧延機を用いてスラブを粗圧延してシートバーとし、仕上げ圧延機の入側に配設されたデスケーラの入側でシートバーの表面温度を950〜1050℃の範囲としてデスケーリングしている。
In the heating method of
これらの加熱方法では、ある程度はスケール疵が発生することを防止することが可能である。しかし、特許文献1の場合、C:0.20%以下、Si:0.1%以下、Mn:1.0%以下、P:0.050%以下、S:0.02%以下、その他Fe及び不可避的元素からなる普通鋼スラブを、空気比で1.0から1.2の雰囲気で、かつスラブ加熱温度が1050℃〜1250℃の範囲内で加熱することを特徴としている。空気比を1.0以上で操業することは可能であるが、加熱炉はスラブあるいは鋼材の装入や抽出のために扉を開閉しており、加熱炉内に侵入空気が入り、炉内酸素濃度が上昇する。したがってスラブあるいは鋼材の表面酸化挙動に影響する侵入空気を含む実質空気比は1.2を超えることがあり、特許文献1で述べている技術のみでは、粒界酸化を含む内部酸化層をスケール疵発生限界以下とすることは困難である。
With these heating methods, it is possible to prevent scale wrinkles from occurring to some extent. However, in the case of
また特許文献2では、Siを0.03〜0.8質量%含有するスラブの熱間圧延方法において、加熱炉を用いて前記スラブ1150〜1250℃の範囲に加熱した後、粗圧延機を用いて前記スラブを粗圧延してシートバーとし、仕上げ圧延機の入側に配設されたデスケーラの入側で前記シートバーの表面温度を950〜1050℃の範囲として前記デスケーラを用いてデスケーリングした後、前記仕上げ圧延機を用いて仕上げ圧延を行なうことを特徴としている。特許文献2に述べているように、表面温度を950〜1050℃の範囲に維持してデスケーリングすればファイアライトの剥離性は改善されるが、粒界酸化を含む内部酸化層は鋼の組織に食い込んだスケールであり、デスケーリングの条件のみ改善しても十二分にスケール疵の発生を防止することは難しいというのが実情である。
Moreover, in
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、内部酸化に起因したスケール疵が発生する確率を更に低減しつつ鋼材を加熱することにある。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to heat a steel material while further reducing the probability of occurrence of scale soot due to internal oxidation.
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、内部酸化に起因したスケール疵の発生を防止するための鋼材加熱方法であって、質量%で、C=0.0005〜0.25%、Si≦0.5%、Mn=0.1〜1.5%、P=0.005〜0.03%、S≦0.03%、Al=0.005〜0.18%、N≦0.02%(残りはFeを除いて不可避的に含有される元素である。)を含有する鋼材に関し、鋼材の表面温度を測定する温度測定装置の視野内での表面温度の分布に基づき、最も温度の高い部分を温度管理点とし、前記鋼材表面において、温度が1150℃以上である前記温度管理点での加重平均表面温度Tmを以下の式0で計算した値をTs1(℃)とし、Ts1が1150℃以上における加熱時間をt1(分)とした場合に、以下の式1を満たし、かつ、対象材がSULC(Super Ultra Low Carbon)材以外であり、温度が1075℃以上である前記温度管理点での加重平均表面温度Tmを以下の式0で計算した値をTs2(℃)とし、Ts2が1075℃以上における加熱時間をt2(分)とした場合には、以下の式2を満たす条件で加熱を行い、又は、対象材がSULC(Super Ultra Low Carbon)材であり、温度が1115℃以上である前記温度管理点での加重平均表面温度Tmを以下の式0で計算した値をTs2(℃)とし、Ts2が1115℃以上における加熱時間をt2(分)とした場合には、以下の式3を満たす条件で加熱を行う、鋼材加熱方法が提供される。
In order to solve the above-described problems, according to a certain aspect of the present invention, there is provided a steel material heating method for preventing the generation of scale soot due to internal oxidation , wherein C = 0.005 to 0.00. 25%, Si ≦ 0.5%, Mn = 0.1 to 1.5%, P = 0.005 to 0.03%, S ≦ 0.03%, Al = 0.005 to 0.18%, Regarding steel materials containing N ≦ 0.02% (the rest are elements inevitably contained except for Fe), the distribution of the surface temperature within the field of view of the temperature measuring device for measuring the surface temperature of the steel material On the basis of the temperature control point, the highest temperature portion, and on the surface of the steel material, a value obtained by calculating the weighted average surface temperature Tm at the temperature control point at which the temperature is 1150 ° C. or higher by the following
Tm=Σ(T i ×△t i )/Σ△t i ,(i=1,・・・,n) ・・・(式0)
Ts1+0.857×t1 < 1270 ・・・(式1)
1175 ≦ Ts2+0.857×t2 ・・・(式2)
1215 ≦ Ts2+0.857×t2 ・・・(式3)
ここで、前記式0において、nは、選択した任意の時間定数Δtの個数を表す。
Tm = Σ (T i × Δt i ) / ΣΔt i , (i = 1,..., N) (Equation 0)
Ts1 + 0.857 × t1 <1270 (Formula 1)
1175 ≦ Ts2 + 0.857 × t2 (Formula 2)
1215 ≦ Ts2 + 0.857 × t2 (Formula 3)
Here, in Formula 0, n represents the number of arbitrary time constants Δt selected.
前記鋼材は、質量%で、Ti≦0.15%、B≦0.006%、Nb≦0.1%およびCr≦0.1%の少なくとも何れかの成分を更に含有してもよい。 The steel material may further contain at least one of Ti ≦ 0.15%, B ≦ 0.006%, Nb ≦ 0.1%, and Cr ≦ 0.1% by mass%.
加熱炉で加熱中の前記鋼材の表面温度を測定し、測定した表面温度に基づいて、前記条件を満たすように、前記加熱炉の炉温と、前記鋼材の前記加熱炉中の搬送速度との少なくとも一方を制御することが好ましい。 The surface temperature of the steel material being heated in a heating furnace is measured, and based on the measured surface temperature, the furnace temperature of the heating furnace and the conveyance speed of the steel material in the heating furnace are set so as to satisfy the condition It is preferable to control at least one.
前記加熱炉内の迷光を補正するための温度既知物体を、輝度計測部の近傍に設置しておき、前記鋼材の表面温度測定では、前記輝度計測部を用いて、炉内ガスによる吸収及び放射が起こらない波長を有する単色輝度により、前記鋼材及び前記温度既知物体の放射エネルギーを計測し、計測した前記単色輝度を迷光補正して、前記鋼材の温度を求めてもよい。 An object having a known temperature for correcting stray light in the heating furnace is installed in the vicinity of the luminance measuring unit, and in the surface temperature measurement of the steel material, the luminance measuring unit is used to absorb and emit by the gas in the furnace. The temperature of the steel material may be obtained by measuring the radiant energy of the steel material and the temperature-known object with a monochromatic luminance having a wavelength at which no occurrence occurs, and correcting the measured monochromatic luminance with stray light.
前記鋼材の温度を求める際に、前記温度既知物体の放射エネルギーと、当該温度既知物体の温度とに基づいて、迷光量を算出し、算出した前記迷光量と、前記鋼材の放射エネルギーとに基づいて、当該鋼材の温度を算出してもよい。 When determining the temperature of the steel material, the stray light amount is calculated based on the radiant energy of the temperature known object and the temperature of the temperature known object, and based on the calculated stray light amount and the radiant energy of the steel material. Thus, the temperature of the steel material may be calculated.
前記輝度計測部は、前記鋼材及び前記温度既知物体の放射エネルギーの単色輝度分布を所定の画素数の画像として撮像する撮像装置であり、前記温度既知物体は、前記撮像装置が撮像する画像中を占める領域が25画素以上となる位置に配置されてもよい。 The brightness measurement unit is an imaging device that captures a monochromatic brightness distribution of radiant energy of the steel material and the temperature known object as an image having a predetermined number of pixels, and the temperature known object is in an image captured by the imaging device. It may be arranged at a position where the occupied area is 25 pixels or more.
前記温度既知物体は、前記撮像装置が撮像する画像中を占める領域が100画素以上となる位置に配置されてもよい。 The temperature known object may be arranged at a position where an area occupying in an image captured by the imaging device is 100 pixels or more.
前記温度既知物体の放射率は、前記鋼材の放射率に対して前後0.1の範囲内であってもよい。 The emissivity of the temperature known object may be within a range of 0.1 before and after the emissivity of the steel material.
前記輝度計測部を用いて、前記加熱炉の炉内壁の放射エネルギーを更に計測し、当該炉内壁と前記温度既知物体との放射エネルギーの差を記録し、記録した前記放射エネルギーの差に基づいて、前記温度既知物体の放射率の経時変化の有無を把握してもよい。 Using the luminance measurement unit, further measure the radiant energy of the furnace inner wall of the heating furnace, record the difference in radiant energy between the furnace inner wall and the temperature known object, based on the recorded difference in radiant energy The presence or absence of a change with time in the emissivity of the temperature-known object may be grasped.
前記温度既知物体の放射率の経時変化が生じた場合、経時変化後の放射率を算出し、当該経時変化後の放射率を使用して、前記迷光補正を行ってもよい。 When the emissivity of the known temperature object changes with time, the emissivity after change with time may be calculated, and the stray light correction may be performed using the emissivity after change with time.
前記温度既知物体は、以下の(A)、(B)及び(C)の条件のうち、少なくともいずれかを満たす位置に配置されることが好ましい。 The temperature known object is preferably arranged at a position that satisfies at least one of the following conditions (A), (B), and (C).
(A)炉内迷光分布上、前記鋼材の位置と迷光量がほぼ同一となる距離だけ炉壁から離隔した位置
(B)前記鋼材の測定表面に対する角度が、鋼材の放射率が変化しない角度以上となる位置
(C)前記鋼材との間に火炎を挟まない位置
(A) A position where the stray light distribution in the furnace is substantially the same as the position of the steel material, and a position separated from the furnace wall by a distance where the stray light amount is substantially the same. (C) Position where no flame is sandwiched between the steel materials
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、炉長方向に鋼材を搬送しつつ該鋼材を加熱する加熱炉を制御する加熱制御装置であって、質量%で、C=0.0005〜0.25%、Si≦0.5%、Mn=0.1〜1.5%、P=0.005〜0.03%、S≦0.03%、Al=0.005〜0.18%、N≦0.02%(残りはFeを除いて不可避的に含有される元素である。)を含有する鋼材の搬送方向に沿った複数個所にそれぞれ配置され、通過する前記鋼材表面の温度分布を測定する複数の温度測定装置と、
一の前記温度測定装置が測定した前記鋼材表面の温度分布に基づいて、前記鋼材表面のうち前記温度測定装置の視野を通過する範囲内における最も温度の高い部位を決定し、前記鋼材の温度管理に用いる部位である温度管理点とする位置決定部と、前記位置決定部により決定された前記温度管理点を基準として、各温度測定装置の測定結果における前記温度管理点の位置および温度を特定する管理点特定部と、各温度測定装置の測定結果における前記鋼材の温度履歴に基づき、前記温度管理点が所定温度(以下の式1では1150℃であり、式2では1075℃であり、式3では1115℃である。)以上であることを判定し、前記温度管理点が所定温度以上である時間と、当該時間内での前記所定温度以上の前記温度管理点の加重平均表面温度Tmと、を算定する判定部と、前記判定部から伝送された前記温度管理点が所定温度以上である時間と前記加重平均表面温度Tmとに基づいて、対象材がSULC(Super Ultra Low Carbon)材以外である場合には以下の式1及び式2を満たすように前記加熱炉の制御を行い、対象材がSULC(Super Ultra Low Carbon)材である場合には以下の式1及び式3を満たすように前記加熱炉の制御を行う加熱炉制御部と、を有する加熱制御装置が提供される。
Moreover, in order to solve the above-mentioned problem, according to another aspect of the present invention, a heating control apparatus for controlling a heating furnace that heats the steel material while conveying the steel material in the furnace length direction, in mass% , C = 0.005-0.25%, Si ≦ 0.5%, Mn = 0.1-1.5%, P = 0.005-0.03%, S ≦ 0.03%, Al = 0 .005 to 0.18%, N ≦ 0.02% (the rest are elements inevitably contained except for Fe), which are arranged and passed through a plurality of locations along the conveying direction of the steel material. A plurality of temperature measuring devices for measuring the temperature distribution of the steel material surface;
Based on the temperature distribution of the surface of the steel material measured by the one temperature measuring device, a portion having the highest temperature in a range passing through the visual field of the temperature measuring device is determined among the surface of the steel material, and the temperature management of the steel material A position determination unit that is a temperature management point that is a part used for the measurement, and the position and temperature of the temperature management point in the measurement result of each temperature measurement device are specified based on the temperature management point determined by the position determination unit Based on the temperature history of the steel material in the measurement results of the management point specifying unit and each temperature measuring device , the temperature management point is a predetermined temperature (1150 ° C. in the following
Tm=Σ(T i ×△t i )/Σ△t i ,(i=1,・・・,n) ・・・(式0)
Ts1+0.857×t1 < 1270 ・・・(式1)
1175 ≦ Ts2+0.857×t2 ・・・(式2)
1215 ≦ Ts2+0.857×t2 ・・・(式3)
ここで、前記式0において、nは、選択した任意の時間定数Δtの個数を表す。また、前記式1〜式3におけるTs(℃)は、前記式0で算定される加重平均表面温度Tmであり、前記式1におけるTs1(℃)は、鋼材において温度が1150℃以上である前記温度管理点について前記式0を利用して算定される加重平均表面温度Tmであり、t1(分)は、前記温度管理点の温度が1150℃以上における加熱時間であり、前記式2におけるTs2(℃)は、鋼材において温度が1075℃以上である前記温度管理点について前記式0を利用して算定される加重平均表面温度Tmであり、t2(分)は、前記温度管理点の温度が1075℃以上における加熱時間であり、前記式3におけるTs2(℃)は、鋼材において温度が1115℃以上である前記温度管理点について前記式0を利用して算定される加重平均表面温度Tmであり、t2(分)は、前記温度管理点の温度が1115℃以上における加熱時間である。
Tm = Σ (T i × Δt i ) / ΣΔt i , (i = 1,..., N) (Equation 0)
Ts1 + 0.857 × t1 <1270 (Formula 1)
1175 ≦ Ts2 + 0.857 × t2 (Formula 2)
1215 ≦ Ts2 + 0.857 × t2 (Formula 3)
Here, in Formula 0, n represents the number of arbitrary time constants Δt selected. Further, Ts (° C.) in the
また、上記課題を解決するために、本発明の更に別の観点によれば、質量%で、C=0.0005〜0.25%、Si≦0.5%、Mn=0.1〜1.5%、P=0.005〜0.03%、S≦0.03%、Al=0.005〜0.18%、N≦0.02%(残りはFeを除いて不可避的に含有される元素である。)を含有する鋼材を炉長方向に搬送しつつ該鋼材を加熱する加熱炉を制御するとともに、該加熱炉における前記鋼材の搬送方向に沿った複数個所にそれぞれ配置され、通過する前記鋼材表面の温度分布を測定する複数の温度測定装置と通信可能なコンピュータに、一の前記温度測定装置が測定した前記鋼材表面の温度分布に基づいて、前記鋼材表面のうち前記温度測定装置の視野を通過する範囲内における最も温度の高い部位を決定し、前記鋼材の温度管理に用いる部位である温度管理点とする位置決定機能と、前記位置決定機能により決定された前記温度管理点を基準として、各温度測定装置の測定結果における前記温度管理点の位置および温度を特定する管理点特定機能と、各温度測定装置の測定結果における前記鋼材の温度履歴に基づき、前記温度管理点が所定温度(以下の式1では1150℃であり、式2では1075℃であり、式3では1115℃である。)以上であることを判定し、前記温度管理点が所定温度以上である時間と、当該時間内での前記所定温度以上の前記温度管理点の加重平均表面温度Tmと、を算定する判定機能と、前記判定機能から伝送された前記温度管理点が所定温度以上である時間と前記加重平均表面温度Tmとに基づいて、対象材がSULC(Super Ultra Low Carbon)材以外である場合には以下の式1及び式2を満たすように前記加熱炉の制御を行い、対象材がSULC(Super Ultra Low Carbon)材である場合には以下の式1及び式3を満たすように前記加熱炉の制御を行う加熱炉制御機能と、を実現させるためのプログラムが提供される。
In order to solve the above problems, according to still another aspect of the present invention, in mass% , C = 0.005 to 0.25%, Si ≦ 0.5%, Mn = 0.1-1. 0.5%, P = 0.005 to 0.03%, S ≦ 0.03%, Al = 0.005 to 0.18%, N ≦ 0.02% (the remainder is unavoidably contained except for Fe) And controlling the heating furnace that heats the steel material while conveying the steel material containing the steel material in the furnace length direction, respectively, and arranged at a plurality of locations along the conveying direction of the steel material in the heating furnace, a plurality of computer capable of communicating with the temperature measuring device for measuring the temperature distribution of the steel material surface to pass, on the basis of the temperature distribution of the steel material surface in which one of the temperature measuring device is measured, the temperature measurement of the steel material surface The hottest part in the range that passes through the field of view of the device A position determination function that is determined and used as a temperature management point that is a part used for temperature management of the steel material, and the temperature management in the measurement result of each temperature measurement device with the temperature management point determined by the position determination function as a reference Based on the management point specifying function for specifying the position and temperature of the point, and the temperature history of the steel material in the measurement result of each temperature measuring device , the temperature management point is a predetermined temperature (1150 ° C. in the following Equation 1 and Equation 2 1075 ° C. and 1115 ° C. in Equation 3.) It is determined that the temperature control point is equal to or higher than the predetermined temperature, and the temperature control point is equal to or higher than the predetermined temperature within the time. weighted average surface temperature Tm, and calculates a determination function, and the temperature control points which are transmitted based on said weighted average surface temperature Tm and the time is equal to or higher than the predetermined temperature from the determined features, the subject Is a material other than a SULC (Super Ultra Low Carbon) material, the heating furnace is controlled to satisfy the following
Tm=Σ(T i ×△t i )/Σ△t i ,(i=1,・・・,n) ・・・(式0)
Ts1+0.857×t1 < 1270 ・・・(式1)
1175 ≦ Ts2+0.857×t2 ・・・(式2)
1215 ≦ Ts2+0.857×t2 ・・・(式3)
ここで、前記式0において、nは、選択した任意の時間定数Δtの個数を表す。また、前記式1〜式3におけるTs(℃)は、前記式0で算定される加重平均表面温度Tmであり、前記式1におけるTs1(℃)は、鋼材において温度が1150℃以上である前記温度管理点について前記式0を利用して算定される加重平均表面温度Tmであり、t1(分)は、前記温度管理点の温度が1150℃以上における加熱時間であり、前記式2におけるTs2(℃)は、鋼材において温度が1075℃以上である前記温度管理点について前記式0を利用して算定される加重平均表面温度Tmであり、t2(分)は、前記温度管理点の温度が1075℃以上における加熱時間であり、前記式3におけるTs2(℃)は、鋼材において温度が1115℃以上である前記温度管理点について前記式0を利用して算定される加重平均表面温度Tmであり、t2(分)は、前記温度管理点の温度が1115℃以上における加熱時間である。
Tm = Σ (T i × Δt i ) / ΣΔt i , (i = 1,..., N) (Equation 0)
Ts1 + 0.857 × t1 <1270 (Formula 1)
1175 ≦ Ts2 + 0.857 × t2 (Formula 2)
1215 ≦ Ts2 + 0.857 × t2 (Formula 3)
Here, in
かかる構成によれば、コンピュータプログラムは、コンピュータが備える記憶部に格納され、コンピュータが備えるCPUに読み込まれて実行されることにより、そのコンピュータを上記の加熱制御装置として機能させる。また、コンピュータプログラムが記録された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体も提供することができる。記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリなどである。また、上記のコンピュータプログラムは、記録媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信してもよい。 According to such a configuration, the computer program is stored in the storage unit included in the computer, and is read and executed by the CPU included in the computer, thereby causing the computer to function as the heating control device. A computer-readable recording medium in which a computer program is recorded can also be provided. The recording medium is, for example, a magnetic disk, an optical disk, a magneto-optical disk, a flash memory, or the like. Further, the above computer program may be distributed via a network, for example, without using a recording medium.
以上説明したように本発明によれば、内部酸化に起因したスケール疵が発生する確率を更に低減しつつ鋼材を加熱することが可能である。 As described above, according to the present invention, it is possible to heat a steel material while further reducing the probability of occurrence of scale soot due to internal oxidation.
なお、以下では、本発明の実施形態等について理解が容易になるように、まず、本発明の実施形態の概要について説明した後、本発明の実施形態に係る鋼材加熱方法について、詳細に説明する。その後、本発明の実施形態による効果の例等を、実施例と共に説明する。 In the following, in order to facilitate understanding of the embodiment and the like of the present invention, first, the outline of the embodiment of the present invention will be described, and then the steel heating method according to the embodiment of the present invention will be described in detail. . Then, an example of the effect by embodiment of this invention is demonstrated with an Example.
また、本発明の実施形態の鋼材加熱方法で使用する加熱炉は、被加熱材である鋼材の表面温度を測定することが可能な温度測定装置を有する。この温度測定装置は、鋼材の表面温度を測定することができるものであれば、様々なものを使用することが可能であるが、本発明の実施形態では、特にその効果を高めるために、鋼材の表面温度を正確に測定可能な温度測定方法及び装置を使用する。この温度測定方法及び装置を使用することにより、本発明の実施形態における効果を著しく高めることができる。従って、上記の内容を説明した後に、この温度測定装置について詳しく説明する。 Moreover, the heating furnace used with the steel material heating method of embodiment of this invention has the temperature measurement apparatus which can measure the surface temperature of the steel materials which are to-be-heated materials. As the temperature measuring device, various devices can be used as long as they can measure the surface temperature of the steel material. In the embodiment of the present invention, however, in order to enhance the effect, the steel material may be used. A temperature measuring method and apparatus capable of accurately measuring the surface temperature of the glass are used. By using this temperature measuring method and apparatus, the effect in the embodiment of the present invention can be remarkably enhanced. Therefore, after explaining the above contents, the temperature measuring device will be described in detail.
つまり、以下では、本発明の実施形態の理解が容易になるように、次の順序で説明する。
1.第1の実施形態の概要について
2.鋼材加熱方法の詳細について
3.実施例について
4.実施形態に係る温度測定方法及び装置について
That is, the following will be described in the following order so that the embodiment of the present invention can be easily understood.
1. 1. Outline of
なお、以下では、説明の便宜上、加熱炉として「連続鋼片加熱炉」を例に挙げて説明する。しかし、本発明が制御する加熱炉は、上記連続鋼片加熱炉に限られるものではない。つまり、加熱炉は鋼材の加熱に通常使用される様々なものであってもよいことは、言うまでもない。 In the following, for convenience of explanation, a “continuous billet heating furnace” will be described as an example of the heating furnace. However, the heating furnace controlled by the present invention is not limited to the continuous billet heating furnace. That is, it goes without saying that the heating furnace may be various ones usually used for heating steel materials.
(1.第1の実施形態の概要について)
図1A及び図1Bは、本発明の第1の実施形態に係る加熱制御装置及び加熱炉の構成について説明するための説明図である。ここで図1Bは、図1Aにける加熱炉1をA−A線で切断した断面図を示している。なお、図1Aに示すように、加熱炉1の各構成は、必ずしも同一平面上には存在しない(例えば、バーナ2と温度測定装置100)。しかしながら、図1Bでは、説明の便宜上、主要な各構成を同一の断面図上に示した。上述の通り、以下では、本発明の各実施形態に係る加熱制御装置が連続鋼片加熱炉に適用された場合を例に挙げて説明する。そこでまず、この加熱炉について説明する。
(1. Overview of the first embodiment)
1A and 1B are explanatory diagrams for explaining the configuration of a heating control device and a heating furnace according to a first embodiment of the present invention. Here, FIG. 1B has shown sectional drawing which cut | disconnected the
<1−1.加熱炉>
加熱炉1は、図1Aに示すように、炉長方向(x軸方向、搬送方向ともいう。)に、鋼材の一例である鋼材Fを搬送しつつ、その鋼材Fを加熱する。つまり、図1Aに示す鋼材Fは、図1Bに示すように炉幅方向(y軸方向ともいう。)が長手方向となるように、加熱炉1の一側(装入側、x軸負の方向側ともいう。)端部の炉壁に設けられた装入口INから装入される。そして、鋼材Fは、搬送装置により、加熱炉1の他側(抽出側、x軸正の方向側ともいう。)端部の炉壁に設けられた抽出口OUTから抽出される。
<1-1. Heating furnace>
As shown in FIG. 1A, the
なお、搬送装置としては、特に限定されるものではないが、本実施形態に係る加熱炉1では、ウォーキングビームを使用した例を示している。ウォーキングビーム式の搬送装置は、図1Aに示すように、炉長方向と同程度の長さを有するスキッドビーム3が、複数のスキッドポスト4に支持されており、そのスキッドビーム3上に鋼材Fが載置される。このスキッドビーム3とスキッドポスト4との組み合わせをスキッドともいう。このスキッドは、図1Bに示すように、炉幅方向に複数配置される。
In addition, although it does not specifically limit as a conveying apparatus, In the
このスキッドは、固定式スキッドと、可動式スキッドとに分類され、この固定式スキッドと、可動式スキッドとが、図1Bに示すように交互に配置される。そして、可動式スキッドが炉高方向(z軸方向ともいう。)で上下動しつつ、炉長方向(x軸方向)で前後動する。その結果、鋼材Fは、可動式スキッドのスキッドビーム3に支持された状態から、可動式スキッドが前方に移動するとともに、前方に搬送される。その後、鋼材Fは、可動式スキッドが下方に移動すると、今度は固定式スキッドに支持される。そして、可動式スキッドが前方に移動した分、後方に移動した後、上昇し、再度鋼材Fを支持する。この可動式スキッドの動作が繰り返されることにより、鋼材Fは、順次炉長方向へと搬送される。
This skid is classified into a fixed skid and a movable skid, and the fixed skid and the movable skid are alternately arranged as shown in FIG. 1B. The movable skid moves back and forth in the furnace length direction (x-axis direction) while moving up and down in the furnace height direction (also referred to as the z-axis direction). As a result, the steel material F is transported forward while the movable skid moves forward from the state supported by the
加熱炉1には、複数のバーナ2が配置されており、このバーナ2が炊かれる。従って、鋼材Fは、搬送装置に搬送されている間、つまり、在炉中、バーナ2から噴出されるフレーム(火炎)により加熱されることとなる。なお、図1A及び図1Bに示す加熱炉1では、鋼材Fの搬送位置の上下において、図1Bに示すように炉幅方向の両炉壁に対向配置されて対をなしつつ炉幅方向にフレームを形成する「サイドバーナ」が使用される。しかし、このバーナ2の配置位置は、特に限定されるものではなく、例えば、炉天井や炉床に配置され、搬送方向にフレームを形成するいわゆる「軸流バーナ」であってもよい。また、バーナ2の種類も特に限定されるものではなく、例えば、気体燃料バーナ、液体燃料バーナ、リジェネレイティブ(Regenerative)バーナなど、様々なバーナを使用することが可能である。
A plurality of
加熱炉1は、制御装置(図示せず)等により、主として、搬送装置による鋼材Fの搬送速度、及び、各バーナ2の燃焼量などが調整されて、鋼材Fの加熱状態が制御される。
In the
以上、本発明の第1実施形態に係る加熱炉1について説明した。
次に、本発明の第1実施形態に係る加熱炉1により加熱される鋼材について、詳細に説明する。
The
Next, the steel material heated by the
<1−2.鋼材について>
上述の加熱炉1により加熱される鋼材Fは、質量%でC=0.0005〜0.25%、Si≦0.5%、Mn=0.1〜1.5%、P=0.005〜0.03%、S≦0.03%、Al=0.005〜0.18%、N≦0.02%を含有する鋼材である。なお、上記成分を含有する鋼材は、上記成分以外に、Feを除いて不可避的に含有される元素を含んでも良い。
<1-2. About Steel>
The steel material F heated by the
Cは、ブレス加工性に関する伸び及びr値を低減させる元素であり、加工性の観点からは少ないほうが好ましい。しかしながら、0.0005%未満に低減させるためには製鋼プロセスからしてコストがかかり操業上現実的ではない。また、強度確保の点からは、ある程度添加するほうが好ましい。ただし、Cの含有量が0.25%を超えると加工性を害することとなるため、Cの含有量の上限は、0.25%とすることが必要である。 C is an element that reduces the elongation and the r value related to breath processability, and is preferably smaller from the viewpoint of processability. However, in order to reduce it to less than 0.0005%, it is costly from the steelmaking process and is not practical in operation. Moreover, it is more preferable to add to some extent from the viewpoint of ensuring strength. However, if the C content exceeds 0.25%, workability is impaired, so the upper limit of the C content needs to be 0.25%.
Siは、鋼の強度を改善する元素である。しかしながら、Siの含有量が多くなると鋼材表面にSi酸化物が形成され、溶融めっきの際には不めっきが生じたり、めっき密着性を低下させたりする。また、溶融めっき鋼板以外では、Si酸化物により外観が劣化することとなるため、Siの含有量の上限は、0.5%とすることが必要である。 Si is an element that improves the strength of steel. However, when the Si content increases, Si oxide is formed on the surface of the steel material, and non-plating occurs during hot-dip plating or plating adhesion is reduced. Moreover, since the external appearance is deteriorated by the Si oxide except for the galvanized steel sheet, the upper limit of the Si content needs to be 0.5%.
Mnは、鋼の強度を改善する元素であり、0.1%以上の含有量でその効果を得ることができる。一方、1.5%を超えてMnを含有すると、鋼材が硬化して加工性を低下させることとなり、また、鋼材の表面にMn酸化物が生成し、溶融めっき性が損なわれる。そのため、Mnの含有量の上限は、1.5%とすることが必要である。 Mn is an element that improves the strength of steel, and its effect can be obtained with a content of 0.1% or more. On the other hand, when Mn is contained exceeding 1.5%, the steel material is hardened and the workability is lowered, and Mn oxide is generated on the surface of the steel material, and the hot dipping property is impaired. Therefore, the upper limit of the Mn content needs to be 1.5%.
Pは、鋼の強度を改善する能力の大きな元素であり、加工性に対する悪影響もSi,Mn等に比較して少なく、鋼の強化には有用な元素である。しかしながら、含有量が0.005%未満では、上述のような効果は得られない。また、Pは溶融亜鉛めっきの合金化反応を遅くさせる元素であり、めっき表面に線状模様を発生させ表面性状を劣化させたり、スポット溶接性にも悪影響を与えたりする元素でもある。そのため、Pの含有量の上限は、0.03%とすることが必要である。 P is an element having a large ability to improve the strength of steel, and has less adverse effects on workability than Si, Mn, etc., and is a useful element for strengthening steel. However, if the content is less than 0.005%, the above-described effects cannot be obtained. Further, P is an element that slows the alloying reaction of hot dip galvanizing, and is an element that generates a linear pattern on the plating surface and deteriorates the surface properties or adversely affects spot weldability. Therefore, the upper limit of the P content needs to be 0.03%.
Sは、鋼中に不可避的に含有される不純物であり、深絞り性の観点からも少ないほうが好ましいが、0.03%以下であれば、実質的な悪影響はなく、深絞り性の観点からも許容できる含有量である。そのため、Sの含有量の上限は、0.03%とすることが必要である。 S is an impurity inevitably contained in the steel, and is preferably smaller from the viewpoint of deep drawability. However, if it is 0.03% or less, there is no substantial adverse effect, and from the viewpoint of deep drawability. Is also an acceptable content. Therefore, the upper limit of the S content needs to be 0.03%.
Alは、鋼の脱酸元素として含有される元素であって、0.005%未満では十分な脱酸効果が得られない。しかしながら、含有量が0.18%を超えると加工性の低下を招くため、Alの含有量の上限は、0.18%とすることが必要である。 Al is an element contained as a deoxidizing element for steel, and if it is less than 0.005%, a sufficient deoxidizing effect cannot be obtained. However, if the content exceeds 0.18%, the workability is lowered, so the upper limit of the Al content needs to be 0.18%.
Nは、加工性を必要とする鋼材では含有量を下げるほうが好ましいが、強度確保を必要とする鋼材には添加する場合がある。しかし、0.02%を超えて添加しても効果が飽和し、連続鋳造や熱間圧延の際の割れが発生しやすくなるため、Nの含有量の上限を0.02%とすることが必要である。 N is preferable to reduce the content in steel materials that require workability, but may be added to steel materials that require strength securing. However, even if added over 0.02%, the effect is saturated and cracking during continuous casting or hot rolling is likely to occur. Therefore, the upper limit of the N content may be 0.02%. is necessary.
さらに、鋼材Fは、質量%で、Ti≦0.15%、B≦0.006%、Nb≦0.1%およびCr≦0.1%の少なくとも何れかの成分を更に含有してもよい。 Further, the steel material F may further contain at least one of Ti ≦ 0.15%, B ≦ 0.006%, Nb ≦ 0.1%, and Cr ≦ 0.1% by mass%. .
Tiは、鋼中のNをTiNとして固定し、固溶N量を低減することにより、加工性を改善する元素である。Tiを0.15%を超えて添加すると、その効果は飽和し、むしろTiCを形成して加工性を劣化させる。そのため、Tiを添加する場合には、その含有量の上限を0.15%とすることが好ましい。また、加工性改善の観点から、Tiを添加する場合には、0.015%以上添加することが好ましい。 Ti is an element that improves workability by fixing N in steel as TiN and reducing the amount of solute N. When Ti is added in excess of 0.15%, the effect is saturated, rather, TiC is formed and workability is deteriorated. Therefore, when adding Ti, it is preferable to make the upper limit of the content 0.15%. From the viewpoint of improving workability, when adding Ti, it is preferable to add 0.015% or more.
Bは、Nとの親和力が強く、凝固時または熱間圧延時に窒化物を形成し、鋼中に固溶しているNを低減して加工性を高める効果がある。しかしながら、含有量が0.006%を超えると溶接時に溶接部及びその熱影響部が硬質化し、靭性が劣化する。また、熱延板での強度も高くなり、冷間圧延時の負荷が高くなる。更に、再結晶温度が高くなることにより、加工性の指標であるr値の面内異方性が大きくなり、プレス成形性が劣化する。よって、Bを添加する場合には、Bの含有量を0.006%以下とすることが好ましい。 B has a strong affinity for N, and has the effect of forming a nitride during solidification or hot rolling, reducing N dissolved in the steel and improving workability. However, if the content exceeds 0.006%, the welded part and its heat-affected zone harden during welding, and the toughness deteriorates. In addition, the strength of the hot-rolled sheet is increased, and the load during cold rolling is increased. Furthermore, as the recrystallization temperature increases, the in-plane anisotropy of the r value, which is an index of workability, increases and press formability deteriorates. Therefore, when adding B, it is preferable to make B content 0.006% or less.
Nbは、C及びNとの親和力が強く、凝固時または熱間圧延時に炭窒化物を形成し、鋼中に固溶しているC及びNを低減して加工性を高める効果がある。しかしながら、含有量が0.1%を超えると再結晶温度が高くなり、その結果、加工性の指標であるr値の面内異方性が大きくなってプレス成形性が劣化する。また、溶接部の靭性も劣化する。よって、Nbを添加する場合には、Nbの含有量を0.1%以下とすることが好ましい。 Nb has a strong affinity with C and N, and forms carbonitrides during solidification or hot rolling, and has the effect of reducing workability by reducing C and N dissolved in the steel. However, if the content exceeds 0.1%, the recrystallization temperature increases, and as a result, the in-plane anisotropy of the r value, which is an index of workability, increases and press formability deteriorates. Moreover, the toughness of the welded portion is also deteriorated. Therefore, when Nb is added, the Nb content is preferably 0.1% or less.
Crは、鋼の組織を細粒化し、また、鋼を固溶強化できる有用な元素であり、必要な強度に応じて添加される。しかしながら、Crを0.1%を超えて添加すると、効果が飽和するうえ、硬質化が増加し、圧延加工が困難になる。そのため、Crを添加する場合には、Crの含有量を0.1%以下とすることが好ましい。 Cr is a useful element that can refine the steel structure and can strengthen the steel by solid solution, and is added according to the required strength. However, if Cr is added in excess of 0.1%, the effect is saturated and the hardening is increased, which makes rolling difficult. Therefore, when adding Cr, the Cr content is preferably 0.1% or less.
上述のような元素を含有する鋼材として、例えば、ブリキ系(低炭Al−K系)の鋼材や、溶融亜鉛めっき鋼板や冷延薄板等のSULC(Super Ultra Low Carbon)系の鋼材がある。 Examples of steel materials containing the above-described elements include tin-based (low-carbon Al-K-based) steel materials, and SULC (Super Ultra Low Carbon) -based steel materials such as hot-dip galvanized steel sheets and cold-rolled thin sheets.
以上、本発明の第1実施形態に係る加熱炉1により加熱される鋼材について説明した。
次に、本発明の第1実施形態に係る加熱制御装置10の構成について、引き続き図1A及び図1Bを参照しつつ説明する。
The steel material heated by the
Next, the configuration of the
<1−3.加熱制御装置の構成>
加熱制御装置10は、図1A及び図1Bに示すように、温度測定装置100と、記憶部142と、位置決定部11と、管理点特定部12と、管理点記憶部13と、判定部14と、加熱炉制御部15と、を有する。
<1-3. Configuration of Heating Control Device>
As shown in FIGS. 1A and 1B, the
温度測定装置100は、鋼材Fの搬送方向、つまり炉長方向に沿った複数個所にそれぞれ配置される。そして、温度測定装置100は、配置された個所を通過する鋼材Fの表面の温度分布を測定する。
The
図1Aには、搬送方向に沿った5個所のそれぞれに、温度測定装置100が配置されている場合を例示している。ここでは、各温度測定装置100を区別するために、各個所に配置された温度測定装置100をそれぞれ温度測定装置100A〜100Eとも呼ぶ。そして、温度測定装置100と言う場合、任意の温度測定装置100A〜100Eを示すものとする。
In FIG. 1A, the case where the
温度測定装置100の配置個数は、特に限定されるものではないが、少なくとも2以上配置される。そして、温度測定装置100の配置位置も、搬送方向に沿って並べられれば特に限定されるものではない。
The number of the
また、温度測定装置100は、例えば放射測温を行う温度測定装置が使用されることが望ましい。しかしながら、上述の通り、温度測定装置100は、鋼材Fの表面の温度分布を測定することが可能であれば、特に限定されるものではない。ただし、詳細に後述する本実施形態で使用される温度測定装置100は、鋼材Fの表面の温度分布を正確に測定することが可能である。従って、ここでは、詳細に後述する温度測定装置100が使用されることが望ましい。なお、図1A及び図1Bでは、詳細に後述する温度測定装置100が使用された場合の例を示している。従って、この温度測定装置100は、主として放射測温を行う。従って、鋼材Fからの放射光が撮像可能な位置に温度測定装置100の撮像装置110及び温度既知物体120等が配置される。
The
温度測定装置100は、加熱制御装置10により制御され、所定のタイミングで鋼材Fの温度分布を測温する。つまり、温度測定装置100は、鋼材Fが測温領域Arに入った場合に、その鋼材Fの放射輝度を撮像して、表面温度分布を撮像する。そのために、加熱制御装置10自身は、鋼材Fがいずれの位置を搬送されているのかを常に追跡しておくことが望ましい。また、温度測定装置100A〜100Eは、少なくとも同一の鋼材Fを順次測温するように制御される。つまり、温度測定装置100Aがある一つの鋼材Fを撮像した場合、温度測定装置100B〜100Eは、各配置個所(測温領域Ar)をその鋼材Fが通過する際に、その鋼材Fの測温を行う。その結果、ある一つの鋼材Fは、全て又は2以上の温度測定装置100により各個所で測温される。尚、この測温対象となる鋼材Fは、搬送されて加熱される全ての鋼材Fであってもよいが、加熱制御装置10により選択された1以上の鋼材Fであってもよい。
The
また、この測温結果は、各温度測定装置100により記憶部142に記録される。この際、記憶部142には、ある一つの鋼材Fに対する測温結果は、一纏めに記録されることが望ましい。つまり、温度測定装置100A〜100Eによる測温結果は、互いに関連付けられるか、測温対象である一つの鋼材Fに全て対応付けられる。その結果、一つの鋼材Fに対する複数の測温結果と、他の鋼材Fに対する複数の測温結果とは、互いに区別される。なお、この加熱制御装置10は、鋼材F毎にその加熱度合を制御することが可能であるため、以下では、ある一つの鋼材Fに対する動作及び処理等について説明し、他の鋼材Fに対する同様な動作及び処理等についての説明は、適宜省略する。
The temperature measurement result is recorded in the
位置決定部11は、ある一つの温度測定装置(例えば、加熱炉1内において、装入口INに一番近い位置に配置された温度測定装置)が測定した鋼材Fの表面温度の分布に基づいて、所定の領域内における最も温度の高い部位を決定し、鋼材Fの温度管理に用いる部位である温度管理点とする。
The
この温度管理点は、例えば、操業実績等に基づいて決定されてもよいが、温度測定装置100Aによる実測から求められてもよい。この両決定方法毎に、温度管理点について説明する。
This temperature management point may be determined based on, for example, an operation record or the like, but may be obtained from actual measurement by the
まず、加熱炉1における操業実績等に基づいた決定方法について説明する。
今までに加熱炉1に装入されて加熱されたことがない鋼材Fが加熱対象となることは、稀である。従って、この場合、位置決定部11は、これまでの操業実績に基づいて、温度管理点を決定する。この操業実績には、例えば、過去に加熱が行われた鋼材Fに対する、加熱前の状態、加熱中の状態、加熱後の状態、後段の処理後の状態等の製品品質実績が含まれる。例えば、加熱後や後段の圧延等の工程後に鋼材Fの品質が悪化した実績がある場合、この鋼材Fについて、加熱前・加熱中・加熱後の少なくとも何れかにおいて、表面温度が最高となる位置を特定しておき、操業実績として、この最高温度位置を予め記録しておく。この位置の特定は、本実施形態に係る加熱制御装置10によれば、温度測定装置100により鋼材Fの温度分布を測定することが可能であるため、その温度分布測定結果に基づいて、行うことができる。そして、位置決定部11は、この最高温度位置を、品質を良好に保つために温度を管理すべき位置に設定する。このような最高温度位置についてのデータは、鋼材Fの鋼種やサイズ等毎に異なるため、位置決定部11は、鋼材Fの鋼種やサイズ等毎に最高温度位置を予めデータベースとして予め蓄積しておく。このデータベースは、位置決定部11自らが有していてもよく、又、他の記憶装置(例えば記憶部142)に記録させておくことも可能である。そして、位置決定部11は、例えば、加熱炉1を制御する更に上位の制御装置から、加熱制御対象である鋼材Fについて、識別情報、鋼種、サイズ等のような特性情報を取得する。その後、位置決定部11は、特性情報に基づいて、データベースから鋼材Fを特定し、その鋼材Fに対応付けられた最高温度位置を、上記温度管理点に決定する。
First, the determination method based on the operation performance etc. in the
It is rare that a steel material F that has been charged in the
次に、温度測定装置100Aによる実測に基づいた決定方法について説明する。
温度測定装置100Aは、加熱炉1に設けられた複数の温度測定装置100のうち、相対的に加熱炉1の装入側、つまり装入口INに一番近い個所に配置されたものである。温度測定装置100Aは、当該温度測定装置100Aの下方を通過した鋼材Fの表面温度分布を測定する。加熱炉1による加熱性能等にもよるが、装入された鋼材Fの表面中、最も温度が高い位置は、加熱炉1による加熱中も他の位置に比べて比較的高温となることが予想されたり、所望の温度よりも高温となったりする結果、他の基準位置よりも高温となることが予想される。そこで、位置決定部11は、温度測定装置100Aが測定した温度分布に基づいて、鋼材Fの表面中、最高温度位置を温度管理点に決定する。なお、この最高温度位置は、温度測定装置100Aが温度を測定した鋼材Fの最高温度となっている位置を意味するものであり、加熱中又は加熱後において他の全ての位置と比べても最高温度となる必要はない。上述の通り、この最高温度位置は、他の位置に比べて比較的高温となったり、所望の温度よりも高温となったりする結果、他の基準位置よりも高温となることが予想される位置を意味する。
Next, a determination method based on actual measurement by the
The
ただし、この実測に基づいた位置決定を行う場合、温度測定装置100Aが測定した表面温度分布中に、何らかの異常により局所的に高温又は低温となり基準点として決定するには適さない異常温度位置が発生することも考えられる。この場合、位置決定部11は、このような異常温度位置を温度管理点として選択することを防止するために、温度測定装置100Aが測定した表面温度分布に基づいて、最も温度が高い位置の面積(画素数でもよい)を抽出する。そして、位置決定部11は、その面積が所定の閾値未満である場合には、次に温度が高い位置について、同様に面積が閾値以上となるか否かを確認する。その結果、面積が閾値以上となった最も温度が高い位置を、位置決定部11は、最高温度位置に決定することが可能である。なお、異常温度位置は、他の通常の鋼材Fの表面の領域に比べて面積が小さくなり、その面積は、加熱炉1の仕様や鋼材Fの特性、加熱状態等により異なる。そこで、予め実測に基づいて異常温度位置の面積に対する閾値(例えば最大面積など)を、求めておくことが望ましい。
However, when performing position determination based on this actual measurement, an abnormal temperature position is generated in the surface temperature distribution measured by the
なお、温度管理点を決定するにあたり、操業実績等に基づくか、実測値に基づくかは、適宜設定可能である。例えば、鋼材Fに対する操業実績がデータベース中にある場合には、その操業実績に基づいて、温度管理点を決定し、データベース中にない場合には、実測値に基づいて決定することも可能である。あるいは、例えば、操業実績等により温度管理点を決定した方が、製品品質の維持上好ましいという信憑性が過去の操業実績や制御実績等に基づいて得られる場合にのみ、操業実績等に基づく決定を行うことも可能である。このことは、実測値に基づく場合も、同様である。ただし、実測値、つまり、温度測定装置100Aによる測定結果に基づいて、温度管理点を決定する場合、予めデータベースを用意する必要もなく、かつ、実際に最高温度位置に決定するため、より容易かつ確実な位置の決定が可能である。
In determining the temperature control point, it is possible to appropriately set whether the temperature management point is based on the actual operation value or the actual measurement value. For example, when the operation result for the steel material F is in the database, the temperature control point is determined based on the operation result, and when the operation result is not in the database, it can be determined based on the actual measurement value. . Or, for example, the determination based on the operation results only when the credibility that it is preferable to maintain the product quality is determined based on the operation results, etc., based on the past operation results, control results, etc. It is also possible to perform. The same applies to the case of actual measurement values. However, when the temperature management point is determined based on the actual measurement value, that is, the measurement result by the
位置決定部11は、このようにして決定した温度管理点の位置に関する情報(例えば、鋼片の面内の位置や、撮像装置の撮像範囲内の位置など)を、後述する管理点特定部12に出力する。
The
管理点特定部12は、位置決定部11により決定された温度管理点を基準として、各温度測定装置100A〜100Eの測定結果における温度管理点の位置および温度を特定する。つまり、管理点特定部12は、位置決定部11から伝送された温度管理点の位置に関する情報に基づいて、記憶部142から取得した各温度測定装置100A〜100Eの測定結果における温度管理点の位置をそれぞれ特定し、特定した位置の温度を、対応する測定結果からそれぞれ取得する。また、管理点特定部12は、各温度測定装置100A〜100Eの測定結果における温度管理点の位置を特定する際に、別途取得した、加熱炉1内における鋼材Fの位置を表す情報を、あわせて利用することができる。
The management
管理点特定部12は、各測定結果からそれぞれ特定した温度管理点の位置および温度を、
特定が行われた温度測定装置100A〜100E及びその搬送方向における位置(温度測定装置100の設置個所)の少なくとも一方と鋼材Fとに対応付けて、管理点記憶部13に記録する。
The management
The
判定部14は、各温度測定装置100A〜100Eの測定結果における温度管理点を含む所定の領域での鋼材の平均温度と、当該平均温度における加熱時間とを判定する。より詳細には、判定部14は、各温度測定装置100A〜100Eの測定結果における温度管理点の温度に着目し、温度管理点が1150℃以上となっている測定結果について、以下の式11に基づいて、加重平均表面温度Tmを算出する。
The
ここで、上記式11におけるΔtiは、以下のようにして決定された時間間隔である。つまり、加熱制御装置10は、加熱炉1への鋼材Fへの装入から各温度測定装置100A〜100Eにおける温度管理点の測定時刻までの経過時間を横軸にとり、各温度測定装置100A〜100Eにおける温度管理点の温度を縦軸にとったグラフ図を生成する。ここで、判定部14は、温度管理点が1150℃以上となっている領域について、任意の時間間隔Δtiに区切り、この時間間隔Δtiにおける平均温度Tiを決定する。続いて、判定部14は、決定したTiおよびΔtiを用いて、上記式11を用いて加重平均温度Tmを算出する。
Here, Δt i in
また、判定部14は、温度管理点が1150℃以上となっている時間である加熱時間を、上述のグラフ図を用いて決定する。
Moreover, the
さらに、判定部14は、上述の方法を用いて、温度管理点が1075℃以上となっている領域について、同様に加重平均温度と加熱時間とを決定する。
Furthermore, the
判定部14は、得られた加重平均温度および加熱時間を、後述する加熱炉制御部15に出力する。
The
加熱炉制御部15は、判定部14が出力した加重平均温度および加熱時間を用いて、以下の式12に基づき加熱炉1の加熱状態の制御を行う。ここで、下記式12におけるTs1は、1150℃以上の加熱域における加重平均温度であり、t1は、Ts1が1150℃以上の加熱時間である。
The heating
Ts1+0.857×t1 < 1270 ・・・(式12) Ts1 + 0.857 × t1 <1270 (Formula 12)
加熱炉制御部15が、上記式12で表される条件を満足するように加熱炉1を制御することで、加熱炉1において鋼材Fを加熱する際に生じるスケール疵の発生を防止することができる。なお、スケール疵の発生限界は、「質量%でC=0.0005〜0.25%、Si≦0.5%、Mn=0.1〜1.5%、P=0.005〜0.03%、S≦0.03%、Al=0.005〜0.18%、N≦0.02%であり、残りはFeを除いて不可避的に含有される元素」という成分範囲であれば、ファイアライトの生成温度と内部酸化層の浸潤深さ(これは、温度と時間に依存するものである。)によって決まるため、加熱する鋼材Fの成分によって影響を受けない。なお、固溶元素固定や結晶粒制御、固溶強化などのために、Ti,Nbを合計で0.1質量%以下含んでいてもよい。また、焼き入れ性向上や二次加工脆性の改善のために、Bを0.002質量%程度含んでいてもよい。その他、Cr,Ni、Cu、Mo、Vは1質量%程度含んでいてもよい。容器用鋼板を含み、通常、普通鋼と称される鋼材であれば、本発明を適用可能である。
By controlling the
また、加熱炉制御部15は、上記式12で表される条件だけでなく、更に、下記式13または式14で表される条件を満たすように加熱炉1の加熱状態を制御することが好ましい。ここで、下記式13におけるTs2は、1075℃以上の加熱域における加重平均温度であり、t2は、Ts2が1075℃以上の加熱時間である。また、下記式14におけるTs2は、1115℃以上の加熱域における加重平均温度であり、t2は、Ts2が1115℃以上の加熱時間である。ただし、下記式13において、Ts2の最小値は、1075℃を下回らないことが重要であり、下記式14において、Ts2の最小値は、1115℃を下回らないことが重要である。
Moreover, it is preferable that the heating
1175 ≦ Ts2+0.857×t2 ・・・(式13)
1215 ≦ Ts2+0.857×t2 ・・・(式14)
1175 ≦ Ts2 + 0.857 × t2 (Formula 13)
1215 ≦ Ts2 + 0.857 × t2 (Formula 14)
一般に、加熱炉では、加熱時間が短くなると鋼材が内部まで十分に加熱されなくなり、温度測定装置で測定した表面温度は目標値まで上昇していたとしても、内部の温度が十分に上昇していないという場合が生じうる。その結果、加熱炉から鋼材を抽出して圧延処理を施している際、圧延処理中の温度降下が大きくなる。この温度降下が一定以上大きくなると、圧延処理に必要な温度を確保することが困難となる。また、圧延処理の出側における温度がAr3変態点以下となる可能性も生じるため、要求される材質を確保出来なくなる可能性がある。そこで、加熱炉制御部15が、加熱する鋼材Fの成分に応じて、上記式13または式14で表される条件を満足するように加熱炉1の加熱状態を制御することで、加熱後に行われる仕上圧延に必要な温度を確保することが可能となり、鋼材に要求される材質を確保することができる。ここで、Ar3変態点の温度は、加熱する鋼材Fの成分に応じて変化するため、例えば、ブリキ系の鋼材Fを加熱する場合には上記式13を満たすように加熱炉1の加熱状態を制御することが好ましい。また、溶融亜鉛めっき鋼板や冷延薄板等のようなSULC系の鋼材Fを加熱する場合には、上記式14を満たすように加熱炉1の加熱状態を制御することが好ましい。
Generally, in a heating furnace, when the heating time is shortened, the steel material is not sufficiently heated to the inside, and even if the surface temperature measured by the temperature measuring device has increased to the target value, the internal temperature has not sufficiently increased. This can happen. As a result, when the steel material is extracted from the heating furnace and subjected to the rolling process, the temperature drop during the rolling process increases. When this temperature drop becomes larger than a certain level, it becomes difficult to secure the temperature necessary for the rolling process. Further, there is a possibility that the temperature on the exit side of the rolling process is not more than the Ar3 transformation point, so that the required material may not be ensured. Therefore, the heating
この上記式12および式13、または、式12および式14を満足させるための加熱状態の制御方法としては、様々な方法が使用可能であるが、特に、「バーナ2による炉温調整」及び「搬送速度の調整」の少なくともいずれかを制御することが好ましい。この2つの加熱調整のうち、いずれを行うかは、鋼材Fの温度分布や、エネルギー効率、加熱期限等に基づいて、加熱炉制御部15が決定することが望ましい。この加熱調整を行うために、加熱炉制御部15は、図1Aに示すように、炉温制御部16と、搬送速度制御部17とを更に有する。各加熱調整の方法及び特徴例等については、各構成において説明することとし、以下では、これらの構成について説明する。
Various methods can be used as the heating state control method for satisfying the
炉温制御部16は、判定部14から伝送された平均加熱温度および加熱時間に基づいて、加熱炉1の炉温を制御する。より詳細には、炉温制御部16は、炉内雰囲気温度と、上記式12および式13に基づいて、どの程度雰囲気温度を調整する必要があるかを決定し、決定した分だけ雰囲気温度を調整するために、バーナ2の燃料流量を調整する。なお、燃焼流量の調整量は、操業実績や調整実績、実験結果等に基づいて、平均加熱温度や温度分布に対応して予め決定されることが望ましい。
The furnace
この炉温制御部16による加熱調整が行われる場合、他の加熱調整と比べて搬送速度を落とすことがないため、生産性を落とすことなく、鋼材の加熱制御を行うことが可能である。なお、鋼材表面温度の下限値が設けられ、伝送された平均温度がその下限値を下回る場合には、炉温制御部16は、雰囲気温度が上昇するように、バーナ2を制御することとなる。
When the heating adjustment by the furnace
搬送速度制御部17は、判定部14から伝送された平均加熱温度および加熱時間に基づいて、搬送装置による鋼材Fの搬送速度を制御する。つまり、搬送速度制御部17は、鋼材F毎の在炉時間を調整することになる。搬送速度の調整量は、操業実績や調整実績、実験結果等に基づいて、平均加熱温度や温度分布に対応して予め決定されることが望ましい。
The conveyance
なお、炉温と搬送速度の双方の制御を行う場合には、炉温制御部16および搬送速度制御部17は、互いに連携しながら、式12および式13、または、式12および式14で表される条件を満足するように、加熱炉の制御を行う。
When controlling both the furnace temperature and the conveyance speed, the furnace
以上、本発明の第1実施形態に係る加熱制御装置10の構成について説明した。この加熱制御装置10によれば、各温度測定装置100A〜100Eの測温領域Arにおける鋼材Fの温度分布から、最高温度となっている部位である最高温度位置を温度管理点として検出し、この温度管理点に着目することで、加熱炉における鋼片の加熱制御を行うことが可能である。
The configuration of the
このような温度管理点を用いた鋼材の加熱方法は、温度測定装置100A〜100Eによる実測値に基づいており、シミュレーションに基づく熟熱判定や加熱炉1の雰囲気温度に基づく熟熱判定に比べて、より正確に鋼材Fの熟熱を判定することができる。
The method of heating a steel material using such a temperature control point is based on the actual measurement values by the
また、基準となる温度管理点を決定する位置決定部11では、上述のように、操業実績等に基づく決定、又は、実測に基づく決定が行われる。本実施形態に係る位置決定部11は、基準となる温度管理点を決定する際に、面積が所定の閾値以上となっている領域における最高温度となっている位置を、温度管理点に決定することが可能である。従って、何らかの異常により局所的に高温となる個所が基準点として決定されることを防止することができる。
Moreover, in the
なお、このような局所的に高温となる原因の一例としては、加熱対象が鋼材Fの場合ブリスター状スケールが挙げられる。鋼材Fの表面は、加熱されて昇温することにより酸化され、その酸化により生成された酸化スケールで覆われる。本実施形態における鋼材Fの表面温度とは、通常このスケール表面の温度を示すこととなるが、スケール表面温度に限定されるものではない。このスケールの一部は、地鉄との熱膨張差により局所的に膨れ、地鉄から浮き上がった状態となることがある。この膨れた状態をブリスターと呼ぶ。浮き上がった状態では、このスケールが周囲から受熱した熱が地鉄に奪われにくくなり、地鉄と接触しているスケール表面に比較して高温となる。従って、単に最高温度位置を温度管理点に決定したのでは、ブリスター状スケールが基準点として選択される可能性がある。しかし、このようなブリスター状スケールは、他のスケール表面に比べて面積が小さい。従って、このブリスター状スケールなどの異常温度位置を所定の面積(閾値)で除外することにより、鋼材の加熱制御の精度が低下することを防止することが可能である。 In addition, as an example of the cause of such a locally high temperature, when the heating target is the steel material F, a blister scale is cited. The surface of the steel material F is heated and heated to raise the temperature, and is covered with an oxide scale generated by the oxidation. The surface temperature of the steel material F in the present embodiment usually indicates the temperature of the scale surface, but is not limited to the scale surface temperature. A part of this scale may swell locally due to a difference in thermal expansion from the ground iron, and may be lifted from the ground iron. This swollen state is called a blister. In the lifted state, the heat received by the scale from the surroundings is less likely to be taken away by the ground iron, resulting in a higher temperature than the scale surface in contact with the ground iron. Therefore, if the maximum temperature position is simply determined as the temperature control point, the blister scale may be selected as the reference point. However, such a blister scale has a smaller area than other scale surfaces. Therefore, by excluding the abnormal temperature position such as the blister scale by a predetermined area (threshold), it is possible to prevent the accuracy of the heating control of the steel material from being lowered.
なお、このように正確な加熱制御を行うためには、各温度測定装置100A〜100Eが正確な表面温度分布を測定できることが非常に重要である。従って、この温度測定装置100として、詳しく後述する放射測温の原理を利用した温度測定装置100を使用することが望ましく、この温度測定装置100を使用する場合、鋼材の加熱制御の正確性を更に向上させることが可能である。
In order to perform accurate heating control in this way, it is very important that each of the
(2.鋼材加熱方法の詳細について)
続いて、図2〜図4を参照しながら、本発明の第1の実施形態に係る鋼材加熱方法について、詳細に説明する。図2〜図4は、本実施形態に係る鋼材加熱方法について説明するための説明図である。
(2. Details of steel heating method)
Subsequently, the steel material heating method according to the first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2-4 is explanatory drawing for demonstrating the steel material heating method which concerns on this embodiment.
本発明者は、鋼片加熱炉において加熱時に生じる粒界酸化起因のスケール疵を防止するために鋭意研究に取り組み、図2に示すような実験炉において、鋼材の加熱、抽出後の高圧水によるデスケーリング及び放冷を行い、実機と同様の内部酸化状態を模擬する実験を行った。 The present inventor has eagerly studied to prevent the scale flaw caused by grain boundary oxidation that occurs during heating in the steel slab heating furnace. In the experimental furnace as shown in FIG. 2, the steel material is heated and extracted with high-pressure water after extraction. An experiment to simulate the internal oxidation state similar to the actual machine was performed by descaling and cooling.
まず、図2を参照しながら、上述の実験に用いた実験炉について、説明する。
図2に示したように、本模擬実験に用いた実験炉は、電気ヒータで鋼材昇温を制御するものである。実炉の酸化雰囲気を再現するために、炉内を仕切り燃焼室(炉内左側)とし、燃焼室に供給された燃料と燃焼空気とを混合燃焼させた上で、鋼材が配置された加熱室(炉内右側)に送り込むようにした。また、電気ヒータにより加熱されている鋼材表面を実機と同様に酸化させつつ、所定の昇温、加熱、保定の工程を行なった上で、実験炉より鋼材を抽出した。さらに放冷ののち、高圧水を使って鋼材表面のデスケーリングを行なった。続いて、実機でデスケーリング後の鋼材圧延に供されるまでの相当時間分、鋼材を放冷したのち、窒素雰囲気の密閉容器に入れて自然放冷を行った。放冷し常温になった鋼材から、所定寸法のサンプルを切り出し、加熱表面に垂直な断面を研磨したのち、残存する内部酸化層厚みの調査を行った。
First, the experimental furnace used in the above-described experiment will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 2, the experimental furnace used in this simulation experiment controls the temperature rise of the steel material with an electric heater. In order to reproduce the oxidizing atmosphere of the actual furnace, the furnace is divided into a combustion chamber (left side of the furnace), the fuel supplied to the combustion chamber and the combustion air are mixed and burned, and the heating chamber in which the steel material is placed It was sent to (right side in the furnace). Moreover, after oxidizing the surface of the steel material heated by the electric heater in the same manner as the actual machine and performing predetermined temperature raising, heating and holding processes, the steel material was extracted from the experimental furnace. After cooling, the steel surface was descaled using high-pressure water. Subsequently, the steel material was allowed to cool for a considerable amount of time before being subjected to steel material rolling after descaling with an actual machine, and then naturally cooled in a sealed container in a nitrogen atmosphere. A sample of a predetermined size was cut out from the steel material that had been allowed to cool to room temperature, and the cross section perpendicular to the heated surface was polished, and then the thickness of the remaining internal oxide layer was investigated.
なお、上述の実験に使用した鋼材はブリキ系の鋼材であり、その成分は、以下の表1に示したとおりである。また、内部酸化層の残留の有無は、断面が研磨されたサンプルを顕微鏡観察することにより判別した。 In addition, the steel material used for the above-mentioned experiment is a tin-based steel material, and its components are as shown in Table 1 below. Also, the presence or absence of the remaining internal oxide layer was determined by observing a sample with a polished cross section under a microscope.
図3に、鋼材表面温度が1150℃以上の加熱域における平均鋼材温度Tsと、1150℃以上の加熱時間t1の関係及び内部酸化層の残存有無を示した。図3において、○は「内部酸化層残存なし」、×は「内部酸化層残存あり」を表している。図3に示した内部酸化層の残存の有無を見ると、加熱温度が高いほど、また加熱時間が長いほど内部酸化層は残存しやすいことがわかる。また、最小二乗法を用いて、内部酸化層の残存限界を表す境界線の式を算出したところ、以下の式15が得られた。
FIG. 3 shows the relationship between the average steel material temperature Ts in the heating region where the steel material surface temperature is 1150 ° C. or higher and the heating time t1 of 1150 ° C. or higher and the presence or absence of the internal oxide layer. In FIG. 3, “◯” indicates “no remaining internal oxide layer”, and “×” indicates “with internal oxide layer remaining”. Looking at the presence or absence of the remaining internal oxide layer shown in FIG. 3, it can be seen that the higher the heating temperature and the longer the heating time, the easier the internal oxide layer remains. Further, when the boundary line expression representing the remaining limit of the internal oxide layer was calculated using the least square method, the following
Ts<1270−0.857×t1 ・・・(式15) Ts <1270−0.857 × t1 (Expression 15)
本知見に基づき、実機操業で加熱温度及び加熱時間が変化した際の製品工程におけるスケール疵発生有無を調査した。ここで、スケール疵の有無は、圧延された鋼材を、圧延の後工程である検査工程で目視し、確認することで判断した。鋼片表層が内部酸化されたものが残留すると、内部酸化層が圧延方向に延びた状態となり、線状の疵として確認される。このような線状の疵が存在した鋼材については、スケール疵ありと判断し、線状の疵が存在しなかった鋼材については、スケール疵なしと判断した。 Based on this knowledge, we investigated the presence or absence of scale flaws in the product process when the heating temperature and heating time changed during actual operation. Here, the presence or absence of scale wrinkles was determined by visually checking and confirming the rolled steel material in an inspection process that is a post-rolling process. When the steel piece surface layer is internally oxidized, the internal oxide layer extends in the rolling direction and is confirmed as a linear flaw. Steel materials with such linear wrinkles were judged to have scale wrinkles, and steel materials without linear wrinkles were judged to have no scale wrinkles.
得られた結果を図4に示す。図4より明らかなように、図3の実験炉における実験結果において内部酸化が認められなかった条件(式15の条件)においては、実機操業条件(製品板)においても内部酸化起因のスケール疵の発生が認められなかった。従って、上記式15が、スケール疵の発生限界を表す式として利用可能であることがわかった。従って、式15を満足するように加熱炉の操業を行なうことで、デスケーリング後の内部酸化層の残存をなくすことが可能であり、内部酸化起因のスケール疵を防止することが可能となることがわかった。
The obtained results are shown in FIG. As is clear from FIG. 4, under the conditions in which internal oxidation was not recognized in the experimental results in the experimental furnace of FIG. 3 (conditions of Formula 15), the scale soot caused by internal oxidation was also observed under the actual machine operating conditions (product plate). Occurrence was not observed. Therefore, it has been found that the
なお、過去の知見によると、内部酸化が生じている部位には、[Si]及び[S]の濃化が認められる。また、製品板におけるスケール疵にも、内部酸化が生じている部位と同様に[Si]及び[S]の濃化が観測される。そのため、スケール疵の有無を目視により確認するかわりに、[Si]及び[S]の濃化の有無をスケール疵の有無の判定条件としてもよい。 In addition, according to past knowledge, concentration of [Si] and [S] is recognized in a site where internal oxidation occurs. In addition, the concentration of [Si] and [S] is also observed in the scale soot on the product plate as in the portion where internal oxidation occurs. Therefore, instead of visually confirming the presence or absence of scale wrinkles, the presence or absence of concentration of [Si] and [S] may be used as the determination condition for the presence or absence of scale wrinkles.
ところで、上記式15(すなわち、式12)で表される条件を満足するように鋼材を加熱することで、スケール疵の発生を防止することが可能であるが、上述のように、加熱温度が低くなりすぎると、仕上圧延に必要な温度を確保することができず、鋼材の材質に問題が生じる場合がある。そこで、本発明者は、実機仕上圧延機出側鋼材温度実績と圧延後採取した鋼材サンプルの組織調査結果から、仕上圧延に必要な温度を確保するために満たすべき条件を検討した。その結果、以下に示す式16を満足するように加熱炉の操業を行うことで、仕上圧延に必要な温度が確保可能となり、鋼材に生じうる材質上の問題を回避できることがわかった。
By the way, it is possible to prevent the generation of scale flaws by heating the steel material so as to satisfy the condition expressed by the above formula 15 (that is, formula 12). If it is too low, the temperature required for finish rolling cannot be ensured, and a problem may occur in the material of the steel material. Then, this inventor examined the conditions which should be satisfied in order to ensure the temperature required for finish rolling from the actual machine finish rolling mill delivery side steel temperature record and the structure investigation result of the steel sample collected after rolling. As a result, it was found that by operating the heating furnace so as to satisfy the following
Ts≧1175−0.857×t2 ・・・(式16) Ts ≧ 1175−0.857 × t2 (Expression 16)
ここで、上記式16において、Tsは、鋼材表面温度が1075℃以上の加熱域における平均鋼材温度(℃)であり、t2は、1075℃以上の加熱時間(分)である。
Here, in the
上記式16を、図4にあわせて示した。図4から明らかなように、式15を満足するように加熱炉1を制御することで、スケール疵の発生を防止することが可能となり、式15および式16を共に満足するように加熱炉1を制御することで、仕上圧延に必要となる温度を確保しつつ、スケール疵の発生を防止することが可能となる。
The
なお、上記式15を変形することで、上述の式12となることは、言うまでもない。また、上記式16を変形することで、上述の式13となることは、言うまでもない。
Needless to say, the
また、用いる鋼材をSULC系の鋼材(溶融亜鉛めっき鋼板および冷延薄板)に変更して、同様に実験を行った。その結果、ブリキ系の鋼材と同様に、上記式15(すなわち、式12)で表される条件を満足するように鋼材を加熱することで、スケール疵の発生を防止することが可能であることがわかった。 Moreover, the steel material to be used was changed into SULC type steel materials (hot-dip galvanized steel sheet and cold-rolled thin sheet), and the experiment was similarly performed. As a result, it is possible to prevent the occurrence of scale flaws by heating the steel material so as to satisfy the condition expressed by the above formula 15 (that is, the formula 12), similarly to the tin-based steel material. I understood.
溶融亜鉛めっき鋼板や冷延薄板においても、ブリキ系の鋼材と同様に、仕上圧延における材質を確保するための限界が存在する。溶融亜鉛めっき鋼板や冷延薄板のようなSULC系の鋼材は、ブリキ系の鋼材に比べて炭素濃度が低く、仕上出側におけるAr3変態点は、ブリキ系の鋼材に比較して高くなる。これらの鋼材について、仕上圧延における材質を確保するための温度を同様に検討した結果、以下に示す式17を満足するように加熱炉の操業を行うことで、仕上圧延に必要な温度が確保可能となり、鋼材に生じうる材質上の問題を回避できることがわかった。
In hot-dip galvanized steel sheets and cold-rolled thin sheets, there are limits for securing materials in finish rolling, as with tin-based steel materials. SULC-based steel materials such as hot-dip galvanized steel sheets and cold-rolled thin plates have a lower carbon concentration than tin-based steel materials, and the Ar3 transformation point on the finishing side is higher than tin-based steel materials. About these steel materials, as a result of examining the temperature for securing the material in the finish rolling in the same manner, the temperature required for the finish rolling can be secured by operating the heating furnace so as to satisfy the following
Ts≧1215−0.857×t2 ・・・(式17) Ts ≧ 1215−0.857 × t2 (Expression 17)
ここで、上記式17において、Tsは、鋼材表面温度が1115℃以上の加熱域における平均鋼材温度(℃)であり、t2は、1115℃以上の加熱時間(分)である。
Here, in
なお、上記式17を変形することで、上述の式14となることは、言うまでもない。
Needless to say, the
以上、本実施形態に係る鋼材加熱方法について説明した。
続いて、本実施形態に係る鋼材加熱方法の実施例について、詳細に説明する。
The steel material heating method according to the present embodiment has been described above.
Then, the Example of the steel material heating method which concerns on this embodiment is described in detail.
(3.実施例について)
以下では、図5〜図6Bを参照しながら、本実施形態に係る鋼材加熱方法の実施例について詳細に説明する。図5〜図6Bは、本実施形態に係る鋼材加熱方法の実施例を説明するための説明図である。
(3. About Example)
Below, the Example of the steel material heating method which concerns on this embodiment is described in detail, referring FIGS. 5-6B. 5-6B is explanatory drawing for demonstrating the Example of the steel material heating method which concerns on this embodiment.
本実施例では、5箇所に温度測定装置100が設けられた図1Aに示したような加熱炉1を用いて、表1に示した鋼材の加熱制御を行った。表1に示した鋼材に対して、この鋼材に適した昇温、加熱、保定の工程を行い、加熱炉1から鋼材を抽出した。さらに放冷ののち、高圧水を使って鋼材表面のデスケーリングを行なった。続いて、表1に示した鋼材に適した仕上圧延を行い、スケール疵の有無を判定した。
In this example, the heating control of the steel materials shown in Table 1 was performed using the
まず、図5に、温度測定装置100A〜100Eによる、表1に示した鋼材の測温結果を示す。図5の横軸は、加熱炉1への鋼材装入から各温度管理点測定時刻までの経過時間(分)であり、温度測定装置100A〜100Eが設けられた位置に対応する経過時間を、あわせて記載している。また、図5の縦軸は、各温度管理点の温度である。
First, in FIG. 5, the temperature measurement result of the steel materials shown in Table 1 by the
図5から明らかなように、温度測定装置100A〜100B間、および、温度測定装置100B〜100C間の直線の傾きは、正の傾きを有しており、温度測定装置100C〜100Eの間は、直線がほぼ横ばいとなっていることがわかる。これは、温度測定装置100A、100Bの位置では鋼材が未だ昇温途中であることを示しており、温度測定装置100C、100D、100Eの位置では、鋼材の昇温が完了し、均熱状態となっていることを示している。
As is clear from FIG. 5, the slopes of the straight lines between the
図5に示したような加熱が行われた鋼材のスケール疵の有無を確認したところ、仕上圧延後の鋼材には、スケール疵は存在しなかった。 When the presence or absence of scale wrinkles in the steel material heated as shown in FIG. 5 was confirmed, there was no scale wrinkles in the steel material after finish rolling.
ここで、図5に示した加熱状態において、1150℃以上の温度域における加重平均表面温度Tmを、上記式11により算出し、算出した加重平均表面温度での加熱時間を求めたところ、図5に示した加熱条件は、スケール疵の発生を防止可能な領域に属していることがわかった。
Here, in the heating state shown in FIG. 5, the weighted average surface temperature Tm in the temperature range of 1150 ° C. or higher was calculated by the
続いて、以下の表2に示した鋼材を用いて、鋼材加熱時間および鋼材加熱温度を変化させながら、同様の実験を行った。 Subsequently, using the steel materials shown in Table 2 below, the same experiment was performed while changing the steel material heating time and the steel material heating temperature.
表2に示した2種類のブリキ系の鋼材を用いた結果を、図6Aにあわせて示す。また、表2に示した溶融亜鉛めっき鋼板および冷延薄板を用いた結果を、図6Bにあわせて示す。 The results using the two types of tin steel shown in Table 2 are shown together with FIG. 6A. Moreover, the result using the hot-dip galvanized steel sheet and cold-rolled thin sheet shown in Table 2 is shown together with FIG. 6B.
図6Aに示したように、2種類のブリキ系の鋼材の双方について、鋼材加熱時間および鋼材加熱温度の条件の組み合わせが、図6Aに示したスケール疵発生限界を超えるものである場合には、加熱後の鋼材にスケール疵が発生したものが多かった。また、鋼材加熱時間および鋼材加熱温度の条件の組み合わせが、図6Aに示したスケール疵発生限界を超えなかったものについては、スケール疵は発生しなかった。また、図6Bに示したように、溶融亜鉛めっき鋼板および冷延薄板の2種類の鋼材の双方について、鋼材加熱時間および鋼材加熱温度の条件の組み合わせが、図6Bに示したスケール疵発生限界を超えるものである場合には、加熱後の鋼材にスケール疵が発生したものが多かった。また、鋼材加熱時間および鋼材加熱温度の条件の組み合わせが、図6Bに示したスケール疵発生限界を超えなかったものについては、スケール疵は発生しなかった。 As shown in FIG. 6A, for both of the two types of tin-based steel materials, the combination of the conditions of the steel material heating time and the steel material heating temperature exceeds the scale soot generation limit shown in FIG. 6A, Many of the steel materials after heating had scale flaws. Moreover, the scale flaw did not generate | occur | produce about what the combination of the conditions of steel material heating time and steel material heating temperature did not exceed the scale flaw generation limit shown to FIG. 6A. Moreover, as shown in FIG. 6B, the combination of the conditions of the steel material heating time and the steel material heating temperature for both of the two types of steel materials, the hot-dip galvanized steel sheet and the cold-rolled thin sheet, has the scale flaw occurrence limit shown in FIG. 6B. In the case of exceeding this, there were many cases in which scale flaws occurred in the steel material after heating. Moreover, the scale flaw did not generate | occur | produce about what the combination of the conditions of steel material heating time and the steel material heating temperature did not exceed the scale flaw generation limit shown to FIG. 6B.
この結果からも明らかなように、上記式12で表される条件を満足するように鋼材を加熱することで、スケール疵の発生を防止可能であることがわかった。
As is clear from this result, it was found that the generation of scale flaws can be prevented by heating the steel material so as to satisfy the condition represented by the
(4.本実施形態に係る温度測定方法及び装置)
次に、本発明の実施形態で使用される温度測定方法及びその方法を実施する装置について説明する。なお、上述の通り、本発明の実施形態では、温度測定方法及び装置は、鋼材表面の温度を測定するものであれば、様々なものが使用可能である。しかし、以下で説明する温度測定方法及び装置は、他の温度測定方法及び装置に比べて温度を非常に正確に測定することが可能である。正確に表面温度を測定することが可能となることで、本発明の実施形態に係る鋼材加熱方法及び加熱制御装置は、上述のような効果を更に高め、より正確に鋼材の熟熱を判定することが可能となる。従って、以下では、この温度測定方法及び装置について図7〜図17を参照しつつ詳細に説明する。
(4. Temperature measuring method and apparatus according to this embodiment)
Next, a temperature measurement method used in the embodiment of the present invention and an apparatus for performing the method will be described. In addition, as above-mentioned, in embodiment of this invention, various things can be used for the temperature measuring method and apparatus, if the temperature of the steel material surface is measured. However, the temperature measurement method and apparatus described below can measure the temperature very accurately compared to other temperature measurement methods and apparatuses. Since it becomes possible to accurately measure the surface temperature, the steel material heating method and the heating control device according to the embodiment of the present invention further enhance the effects as described above, and more accurately determine the ripe heat of the steel material. It becomes possible. Therefore, in the following, this temperature measurement method and apparatus will be described in detail with reference to FIGS.
なお、以下では、この温度測定方法及び装置が如何に関連技術に係る他の温度測定方法及び装置に比べて正確に温度を測定することができるのかについて、理解が容易になるように、まず、関連技術について説明し、その後、本発明の実施形態に用いられる温度測定方法について説明する。そして、この方法を実現するための温度測定装置について説明した後、実施形態に用いられる温度測定方法及び装置による実施例について説明する。更に、この実施形態に用いられる温度測定方法及び装置の効果の例について、上記特許文献3〜5と比較しつつ説明する。
In the following, in order to facilitate understanding of how this temperature measurement method and apparatus can accurately measure temperature compared to other temperature measurement methods and apparatuses according to related technology, A related technique will be described, and then a temperature measurement method used in the embodiment of the present invention will be described. Then, after describing a temperature measuring device for realizing this method, examples of the temperature measuring method and device used in the embodiment will be described. Furthermore, an example of the effect of the temperature measurement method and apparatus used in this embodiment will be described in comparison with
つまり、以下では、本実施形態で使用される温度測定方法及び装置について、次の順序で説明する
4−1.関連技術
4−2.本実施形態に係る温度測定方法の概要
4−3.本実施形態に係る温度測定装置例
4−4.本実施形態に係る温度測定装置による測定例
4−5.本実施形態に係る温度測定装置等による効果の例
That is, below, the temperature measurement method and apparatus used in the present embodiment will be described in the following order 4-1. Related technology 4-2. Outline of temperature measurement method according to this embodiment 4-3. Example of temperature measuring apparatus according to this embodiment 4-4. Measurement example by temperature measuring apparatus according to this embodiment 4-5. Examples of effects of temperature measuring device according to this embodiment
<4−1.関連技術>
図16及び図17を参照しつつ、関連技術について説明する。図16及び図17は、関連技術に係る温度測定方法について説明するための説明図である。
<4-1. Related Technology>
The related art will be described with reference to FIGS. 16 and 17. 16 and 17 are explanatory diagrams for explaining a temperature measurement method according to the related art.
加熱炉内において鋼材の表面温度を非接触で測定する場合、一般には放射温度計等、物体表面からの熱放射エネルギーを計測する方法が用いられる。しかしながら、加熱炉内には、炉の内壁や火炎等から放射される放射エネルギーが存在する。この放射エネルギーが、鋼材の表面で反射し、放射温度計等のセンサーに入射する。従って、放射温度計等は、鋼材から放射される熱放射エネルギーと、内壁や火炎等から放射される放射エネルギーが鋼材の表面で反射した反射エネルギーと、の合計に相当する温度を表示するので、反射エネルギーに相当する温度の誤差が生ずる。この反射エネルギーは、迷光、反射光、外部光、背光、迷光雑音等種々の名称で呼ばれているが、いずれも同じものであり、以下「迷光」と記す。 When measuring the surface temperature of a steel material in a heating furnace in a non-contact manner, generally, a method of measuring thermal radiation energy from the object surface such as a radiation thermometer is used. However, in the heating furnace, there is radiant energy radiated from the inner wall of the furnace, a flame or the like. This radiant energy is reflected by the surface of the steel material and enters a sensor such as a radiation thermometer. Therefore, the radiation thermometer etc. displays the temperature corresponding to the sum of the thermal radiant energy radiated from the steel material and the reflected energy reflected from the surface of the steel material by the radiant energy radiated from the inner wall or flame, etc. A temperature error corresponding to the reflected energy occurs. This reflected energy is called by various names such as stray light, reflected light, external light, back light, stray light noise, etc., all of which are the same, and is hereinafter referred to as “stray light”.
例えば、外気条件下や室温条件下での測定では、大気や室内の壁が発する放射エネルギーは、高温の鋼材の放射エネルギーに比べて小さいので、迷光誤差が問題になることはない。しかしながら、高温の火炎や炉壁を有する加熱炉においては、迷光による誤差が大きく、このために、正確な温度測定が困難であった。 For example, in measurement under outdoor air conditions or room temperature conditions, the radiant energy emitted from the atmosphere or indoor walls is smaller than the radiant energy of a high-temperature steel material, so stray light errors do not become a problem. However, in a heating furnace having a high-temperature flame or a furnace wall, errors due to stray light are large, and therefore accurate temperature measurement is difficult.
そこで、迷光の影響を補正して、真の物体温度を得るための方法が開発されている。この関連技術に係る方法によれば、図16に示すように、まず、加熱炉911内に温度既知物体912を置き、演算手段918により、その物体912の既知温度から熱放射理論により算出される表面輝度と、その物体912の見掛け輝度の測定値との差異に基づいて、加熱炉911内迷光量を定量する。そして更に、演算手段918により、カメラを有する放射型温度計等の光表面温度測定手段914により計測される鋼材913の見掛けの輝度から、加熱炉911内迷光量を差し引いて鋼材の真の放射エネルギーを算出して温度を得る。そして、その温度が温度表示部919により表示される。このような関連技術としては、例えば、上記特許文献5が挙げられる。
Therefore, a method for correcting the influence of stray light and obtaining a true object temperature has been developed. According to the method related to this related art, as shown in FIG. 16, first, a temperature known
この方法において、容易に考えうるのは、迷光の補正誤差を小さくするために、鋼材の近傍に温度既知物体を配置し、鋼材と温度既知物体との比較を行うという形態である。 In this method, an easily conceivable form is to place a known temperature object in the vicinity of the steel material and to compare the steel material with the known temperature object in order to reduce the stray light correction error.
しかし、そのような形態では、以下のような問題がある。
問題1:鋼材が移動する場合には、その近傍に温度既知物体を置くことが難しい。
問題2:温度既知物体を鋼材の近傍、即ちカメラから離れた位置に置くと、画像の中の温度既知物体の画素数が少なくなる。
However, such a form has the following problems.
Problem 1: When a steel material moves, it is difficult to place an object with a known temperature in the vicinity thereof.
Problem 2: If an object with a known temperature is placed near the steel, that is, away from the camera, the number of pixels of the object with a known temperature in the image is reduced.
上記問題1について説明する。
鋼材が移動する場合、例えばウォーキングビーム式加熱炉等では、鋼材の動きによって温度既知物体が破損する恐れがある。この対策として、鋼材の移動に応じて遮蔽板が移動する機構を設ければ測定システム自体が複雑となり、実用的でない。
The
When the steel material moves, for example, in a walking beam type heating furnace or the like, there is a possibility that an object having a known temperature is damaged by the movement of the steel material. As a countermeasure, if a mechanism for moving the shielding plate according to the movement of the steel material is provided, the measurement system itself becomes complicated, which is not practical.
上記問題2について説明する。
例えば、鋼材が離れた位置に配置されたり、比較的小さい鋼材の温度を計測したりするためには、鋼材を撮像可能なように、ある程度の解像度を有する撮像装置を使用する必要がある。撮像装置として例えば40万画素のカメラを用いた場合、1画素の視野角は幅0.08度、高さ0.08度程度の小さい領域となる。温度既知物体をカメラから離れた位置に置くと、画像中を占める温度既知物体の領域が非常に小さくなるため、1画素の出力は空間的変動、時間的変動、信号処理系の外乱等の影響を受け、いくらかのバラツキを生ずる。
The
For example, in order to arrange a steel material at a distant position or measure the temperature of a relatively small steel material, it is necessary to use an imaging device having a certain degree of resolution so that the steel material can be imaged. For example, when a 400,000-pixel camera is used as the imaging device, the viewing angle of one pixel is a small region having a width of 0.08 degrees and a height of about 0.08 degrees. When a temperature-known object is placed at a position away from the camera, the area of the temperature-known object that occupies the image becomes very small. Therefore, the output of one pixel is affected by spatial fluctuations, temporal fluctuations, signal processing system disturbances, etc. Will cause some variation.
図17に1画素単位の出力のバラツキの一例を示す。図17に示すように、1画素単位の出力のバラツキは大きく、このバラツキにより計測精度が低下してしまう恐れがある。従って、高い計測精度を得るためには、単一画素でなく、領域を定めてその領域内の画素の平均値をとる必要があり、少なくとも5×5画素、望ましくは10×10画素以上の平均をとるべきである。 FIG. 17 shows an example of output variations in units of pixels. As shown in FIG. 17, there is a large variation in the output of one pixel unit, and there is a possibility that the measurement accuracy is lowered due to this variation. Therefore, in order to obtain high measurement accuracy, it is necessary to define an area instead of a single pixel and take the average value of the pixels in the area, and at least 5 × 5 pixels, preferably an average of 10 × 10 pixels or more Should be taken.
しかし、例えばカメラから6メートル離れた鋼材の近傍に温度既知物体を配置する場合を考えると、1画素当りの視野角0.08度に相当する幅は10ミリメートル程度になる。10×10画素の平均をとるためには、100×100ミリメートルの領域の平均をとらなければならない。
However, considering a case where an object with a known temperature is placed in the vicinity of a
一方、温度既知物体912としては、図16に示すように、保護管917付き熱電対温度計916を用いることが実用的であり、これは、通常、直径約20〜30ミリメートル程度の大きさであるので、100×100ミリメートルの大きな温度既知物体を設置するのは非現実的である。
On the other hand, as the temperature known
本発明者らは、従来の温度測定装置やこの関連技術に係る温度測定装置について鋭意研究を行った結果、上記のような問題1及び問題2等の課題に想到した。この課題に対し、発明者らは、以下に示す手段などにより、温度既知物体、例えば保護管付き熱電対を、鋼材近傍でなく、撮像装置の近傍に設置することにより、迷光の影響を更に効果的に補正することが可能な温度測定方法を発明し、上記実施形態に係る加熱炉に使用する場合、その効果を著しく向上させることが可能であることをも見出した。
As a result of earnest research on the conventional temperature measuring device and the temperature measuring device related to this related art, the present inventors have come up with the
<4−2.本実施形態に係る温度測定方法の概要>
以下、本発明の実施形態に係る温度測定方法の概要について説明する。
この温度測定方法は、上述の関連技術に係る温度測定方法を前提に、大きく分けて以下の1〜3のような特徴を有する。
<4-2. Overview of Temperature Measurement Method According to this Embodiment>
Hereinafter, an outline of the temperature measurement method according to the embodiment of the present invention will be described.
This temperature measuring method has the following
特徴1:迷光を補正するための温度既知物体を、撮像装置の近傍に設置し、かつ、鋼材の放射エネルギーの計測する際、炉内ガスによる吸収及び放射が起こらない波長を選択してその単色輝度を計測し、得られた単色輝度を迷光補正して温度を求める。
特徴2:温度既知物体は、その大きさが撮像装置の画素数において少なくとも25画素、望ましくは100画素以上となるような位置に配置される。
特徴3:温度既知物体は、その放射率が鋼材の放射率に対して前後0.1の範囲となる材質を用いる。
Feature 1: When a temperature-known object for correcting stray light is installed in the vicinity of the imaging device and the radiation energy of the steel material is measured, a wavelength that does not cause absorption and emission by the gas in the furnace is selected, and its monochromatic color The luminance is measured, and the temperature obtained by correcting the obtained monochromatic luminance with stray light.
Feature 2: The temperature-known object is arranged at a position where the size is at least 25 pixels, preferably 100 pixels or more, in terms of the number of pixels of the imaging device.
Characteristic 3: The object whose temperature is known uses a material whose emissivity is in the range of 0.1 before and after the emissivity of the steel material.
この各特徴について順次説明しつつ、本実施形態に係る温度測定方法について説明する。 The temperature measurement method according to the present embodiment will be described while sequentially explaining these features.
[4−1−1.特徴1]
特徴1:迷光を補正するための温度既知物体を、撮像装置の近傍に設置し、かつ、鋼材の放射エネルギーの計測する際、炉内ガスによる吸収及び放射が起こらない波長を選択してその単色輝度を計測し、得られた単色輝度を迷光補正して温度を求める。
[4-1-1. Feature 1]
Feature 1: When a temperature-known object for correcting stray light is installed in the vicinity of the imaging device and the radiation energy of the steel material is measured, a wavelength that does not cause absorption and emission by the gas in the furnace is selected, and its monochromatic color The luminance is measured, and the temperature obtained by correcting the obtained monochromatic luminance with stray light.
なお、この特徴1において、「炉内ガスによる吸収及び放射が起こらない波長」とは、完全に吸収及び放射が起こらないという意味ではなく、他の波長に比べて吸収及び放射が起こりにくい波長を意味する。また、「単色輝度」や「単波長」とは、全波長ではないという意味で、例えば波長の選択精度などにより所定の幅の波長の輝度をも含むものとする。この特徴1及び本実施形態に係る温度測定方法による温度測定過程について説明すると、以下の通りである。
In this
例えば、温度既知物体と鋼材とが接近している場合には両者に入射する迷光量はほぼ等しいので、温度既知物体の計測結果から得られた迷光量が鋼材にも照射されるものとして、計測した鋼材の放射エネルギーを補正すればよい。しかし、本実施形態の如く両者が離れている場合には、迷光量の相等性は必ずしも保障されない。 For example, if the object with known temperature and the steel are close to each other, the amount of stray light incident on both is almost equal, so the stray light obtained from the measurement result of the object with known temperature is also irradiated to the steel. What is necessary is just to correct | amend the radiant energy of the made steel. However, when both are separated as in the present embodiment, the equality of stray light amounts is not necessarily guaranteed.
そこで、本実施形態の方法では、温度既知物体と鋼材の迷光量の相等性を確保するために、大きく分けて下記の手段を用いる。 Therefore, in the method of the present embodiment, the following means are roughly used in order to ensure the equality of the stray light amount between the temperature known object and the steel material.
手段1:炉内ガスによる吸収・放射が起こらない波長を選択し、単波長の測定を行う。
手段2:炉内の温度分布等による誤差の理論的評価を可能にするために、放射伝熱の理論を厳密に適用して迷光補正計算式を作成する。
Means 1: Select a wavelength at which absorption and emission by the gas in the furnace do not occur, and measure a single wavelength.
Mean 2: The stray light correction calculation formula is created by strictly applying the theory of radiant heat transfer in order to enable theoretical evaluation of errors due to temperature distribution in the furnace.
(手段1)
以下、各手段について具体的に述べる。
燃焼炉内には燃料の燃焼によって生じた二酸化炭素や水蒸気などが存在する。これらのガス体は、炉内の放射エネルギーを吸収し、また、自己の温度に応じたエネルギーを放射する。ガスの温度は、炉内の位置によって異なるため、炉内迷光量は、位置によって異なる。しかし、二酸化炭素や水蒸気等のガスが吸収・放射するエネルギーは、スペクトルのうちいくつかの特定の波長域に限られている。従って、二酸化炭素の吸収・放射波長域と水蒸気の吸収・放射波長域とを共に避けた波長を計測すれば、炉内ガスの影響を含まない迷光補正が可能である。
(Means 1)
Each means will be specifically described below.
In the combustion furnace, there are carbon dioxide and water vapor generated by the combustion of fuel. These gas bodies absorb the radiant energy in the furnace and radiate energy according to their temperature. Since the gas temperature varies depending on the position in the furnace, the amount of stray light in the furnace varies depending on the position. However, the energy absorbed and emitted by gases such as carbon dioxide and water vapor is limited to some specific wavelength ranges in the spectrum. Therefore, stray light correction that does not include the influence of the gas in the furnace is possible by measuring the wavelength that avoids both the absorption / radiation wavelength region of carbon dioxide and the absorption / radiation wavelength region of water vapor.
そこで、本実施形態では、上記条件を満たす波長、例えば1μmの単波長を計測することによって、温度既知物体と鋼材との位置が離れている条件下での迷光補正を可能とした。尚、本実施形態の如く、迷光補正の目的で単波長条件を必須とする例は、先例がない。 Therefore, in the present embodiment, by measuring a wavelength satisfying the above conditions, for example, a single wavelength of 1 μm, it is possible to correct stray light under a condition in which the position of the temperature-known object and the steel material is separated. As in this embodiment, there is no precedent for an example in which the single wavelength condition is essential for the purpose of stray light correction.
(手段2)
単波長を用いることに従って、迷光を補正するための計算は、一般的な放射伝熱計算で用いられるStefan−Bolzmannの式でなく、単波長の放射エネルギーを計算するPlankの式を用いる。具体的には下記の手順1〜7により計算する。
(Means 2)
The calculation for correcting stray light in accordance with the use of a single wavelength uses the Plank equation for calculating radiant energy of a single wavelength, not the Stefan-Bolzmann equation used in general radiant heat transfer calculation. Specifically, the calculation is performed according to the following
手順1:事前に、オフラインの黒体標準炉を用いて、撮像装置の出力と黒体輝度との関係式を作成する。 Procedure 1: In advance, an off-line blackbody standard furnace is used to create a relational expression between the output of the imaging device and the blackbody luminance.
先ず、黒体標準炉の温度をT[K]に保持する。Planckの法則(下記式101)により温度Tにおける黒体輝度Eを計算する。 First, the temperature of the blackbody standard furnace is maintained at T [K]. The black body luminance E at the temperature T is calculated according to Planck's law (the following equation 101).
ここで上記式101の各定数等は、以下の通りである。
E :波長λの黒体輝度[W/m3]
λ :波長[m]
T :温度[K]
C1:定数 3.74×10−16[W/m2]
C2:定数 0.014387[μm・K]
Here, each constant of the above-mentioned formula 101 is as follows.
E: Black body luminance of wavelength λ [W / m 3 ]
λ: wavelength [m]
T: Temperature [K]
C1: Constant 3.74 × 10 −16 [W / m 2 ]
C2: Constant 0.014387 [μm · K]
次に、撮像装置で黒体標準炉の標準温度点を計測し、撮像装置の出力Lを得る。温度Tを変えて順次同様の計測を行い、EとLの関係式を最小二乗法等により作成する。ここでは、このEとLの関係式を下記式102とする。 Next, the standard temperature point of the blackbody standard furnace is measured by the imaging device, and the output L of the imaging device is obtained. The same measurement is sequentially performed by changing the temperature T, and a relational expression between E and L is created by the least square method or the like. Here, the relational expression between E and L is represented by the following expression 102.
この式102が表す関係式は、個々の撮像装置固有の特性式を意味するため、新たな撮像装置を導入したとき撮像装置毎に作成する必要がある。ただし撮像装置に固有の特性であるため、この手順1は1回実施すれば、それ以降再度行なう必要はない。また、本実施形態では、計測波長λとして、例えば1μmの波長を用いるが、この波長の選択には、光学フィルタを使用することができる。しかしながら、計測波長λは、他の波長であってもよく、波長の選択方法は、光学フィルタ以外にも、例えば特定の波長のみを撮像する撮像素子を使用したり、撮像装置に含まれる特定の波長を画像解析により抽出したりする等、様々な方法を使用することができることはいうまでもない。
Since the relational expression represented by the expression 102 means a characteristic expression specific to each imaging apparatus, it is necessary to create it for each imaging apparatus when a new imaging apparatus is introduced. However, since this is a characteristic unique to the imaging apparatus, once this
手順2:実際の炉において、温度既知物体例えば保護管付き熱電対の温度T1[K]から、下記式103のようにPlanckの法則により黒体輝度E1を算出する。 Procedure 2: In an actual furnace, a black body luminance E 1 is calculated from Planck's law from the temperature T 1 [K] of a thermocouple with a known temperature, for example, a thermocouple with a protective tube, as shown in Equation 103 below.
手順3:撮像装置により、温度既知物体を計測し、出力L1を得る。オフラインにて作成した上記特性式(式102)により、出力L1に該当する輝度を計算する。 Step 3: The image pickup device measures the temperature known object, obtaining an output L 1. The above characteristic equation created off-line (wherein 102), calculates the luminance corresponding to the output L 1.
この手順3で計算される輝度は、迷光の反射を含む見掛けの輝度であり、放射伝熱学の分野で射度と呼ばれる量に該当する。これをG1と表す。つまり、この輝度G1は、下記式104で表される。
The luminance calculated in this
手順4:上記E1とG1から、下記の式105により、迷光量Jを計算する。 Procedure 4: The stray light amount J is calculated from E 1 and G 1 according to the following equation 105.
この式105中、ε1は温度既知物体の放射率である。
ここで、この式105の導出過程について述べる。温度Tの物体表面から放射される単色放射量Aは、Planckの法則から計算される黒体輝度Eに、物体表面の放射率εを乗じたものである。即ち、単色放射量Aは、下記式106で表される。
In this equation 105, ε 1 is the emissivity of an object with a known temperature.
Here, the derivation process of Equation 105 will be described. The monochromatic radiation amount A radiated from the object surface at temperature T is obtained by multiplying the black body luminance E calculated from Planck's law by the emissivity ε of the object surface. That is, the monochromatic radiation amount A is expressed by the following formula 106.
また、炉内迷光(外来照射)Jが物体表面で反射される量Bは、放射伝熱理論より、下記の式107で表される。 Further, the amount B of the in-furnace stray light (external irradiation) J reflected from the object surface is expressed by the following formula 107 from the radiant heat transfer theory.
撮像装置で計測される「見掛けの輝度」Gは、上記AとBの合計であるため、下記式108で表される。 The “apparent luminance” G measured by the imaging apparatus is the sum of A and B, and is expressed by the following formula 108.
この式を変形すると、迷光量Jを算出する式109が得られる。よって、この式109にE1,G1及びε1を代入して、上記式105が導出される。 By transforming this formula, formula 109 for calculating the stray light amount J is obtained. Therefore, by substituting E 1 , G 1 and ε 1 into this equation 109, the above equation 105 is derived.
手順5:撮像装置により、鋼材を計測し、出力L2を得る。そして、上記特性式(式102)により、出力L2に該当する輝度を計算する。この輝度は、迷光の反射を含む見掛けの輝度である。これをG2と表す。つまり、この輝度G2は、下記式110で表される。
Step 5: The image pickup device measures the steel to obtain an output L 2. Then, the above characteristic equation (equation 102), calculates the luminance corresponding to the output L 2. This luminance is an apparent luminance including reflection of stray light. This is represented as G 2. That is, the luminance G 2 is expressed by the following
なお、ここで撮像装置により計測される出力L2は、その鋼材の表面に対する分布として表される。つまり、撮像装置の撮像画像中の所定の個所に対する出力L2は、撮像画像中に撮像された鋼材の所定の個所に相当し、出力L2は、撮像画像中の位置毎に異なる値を取りうる。よって、この出力L2から算出する輝度G2も、同じく、鋼材に対する分布となる。なお、ここでは説明の便宜上、輝度G2は、輝度分布中の1点の輝度又は複数点の平均輝度であるとして説明する。しかし、この輝度G2に対する後段の計算等を、撮像画像中の鋼材に相当する位置毎に行うことにより、この温度測定方法では、温度分布を測定することが可能であることは言うまでもない。 The output L 2 as measured by the imaging device here is expressed as a distribution to the surface of the steel material. That is, the output L 2 for a given point in the captured image of the imaging apparatus corresponds to a locus of the steel that is captured in the captured image, output L 2 takes a different value for each position in the captured image sell. Accordingly, the luminance G 2 calculated from the output L 2 is also a distribution with respect to the steel material. Incidentally, for convenience of explanation, the luminance G 2 is, be described as the average luminance of the luminance or more points of one point in the luminance distribution. However, the subsequent calculation or the like for the luminance G 2, by performing each position corresponding to a steel material in the captured image, in this temperature measuring method, it is needless to say that can measure the temperature distribution.
手順6:上記G2と上記手順4項で算出した迷光量J(式105)から、下記の式111により鋼材の黒体輝度E2を計算する。 Step 6: From the G 2 and the procedure stray light amount J calculated in item 4 (Formula 105), calculates the blackbody intensity E 2 of the steel by Equation 111 below.
上記式111において、ε2は鋼材の放射率である。
ここで、この式の導出過程について述べる。
上記手順4項で導出した下記の式112(上記式108)を用い、この式を変形して黒体輝度Eを求めると、上記の式111が得られる。
In the above formula 111, ε 2 is the emissivity of the steel material.
Here, the derivation process of this equation will be described.
Using the following expression 112 (the above expression 108) derived in the
手順7:このE2から、下記Planckの法則の逆関数(式113)を用いて、鋼材の温度T2[K]を求める。 Procedure 7: From this E 2 , the temperature T 2 [K] of the steel material is obtained using the inverse function (equation 113) of the following Planck's law.
ここで、上記式113において、Logの底は自然対数である。
ここに述べた迷光補正方法(手順1〜手順7)を用いることによって、温度既知物体と鋼材との距離が離れている場合においても、鋼材の温度を求めることが可能である。以下、その理由を述べる。
Here, in the above equation 113, the base of Log is a natural logarithm.
By using the stray light correction method (
温度既知物体及び鋼材からの放射エネルギーは、物体自身からの放射量と炉内から受けた迷光の反射量との和である。上述の手順4項で導出した式108のように、温度既知物体及び鋼材のそれぞれの放射エネルギーは、下記の式114及び式115で表される。
The radiant energy from the object of known temperature and the steel material is the sum of the amount of radiation from the object itself and the amount of reflection of stray light received from inside the furnace. As in the equation 108 derived in the above-mentioned
・・・(式115)
... (Formula 115)
ここで、添字1は温度既知物体、添字2は鋼材を表す。それぞれの式の右辺第1項は物体自身からの放射量、第2項は炉内からの迷光の物体表面での反射量である。
Here, the
上記関連技術においては、放射エネルギーの差ΔG(=G2−G1)を加減算することによって補正を行ない、上記2つの式114及び式115において、見掛けの輝度Gと黒体輝度Eとの関係が同じであることを利用して輝度Eを求め、鋼材の温度を得ている。従って、上記関連技術の方法においては、上記2つの式のε1とε2が等しく、かつ、(1−ε1)J1と(1−ε2)J2が等しいことが要件となる。即ち、温度既知物体と鋼材の放射率が等しく、測定波長帯域に亘る迷光量Jの合計が等しいことが要件であるので、迷光が等しいことが明確であるような近傍に両者を置くことが必要である。 In the related art, correction is performed by adding or subtracting the difference ΔG (= G 2 −G 1 ) of the radiant energy, and the relationship between the apparent luminance G and the black body luminance E in the above two formulas 114 and 115. The brightness E is obtained by using the same, and the temperature of the steel material is obtained. Therefore, in the method of the related art, it is necessary that ε 1 and ε 2 in the above two expressions are equal, and (1-ε 1 ) J 1 and (1-ε 2 ) J 2 are equal. That is, since it is a requirement that the emissivity of the object having the known temperature and the steel material are equal and the total of the stray light amount J over the measurement wavelength band is equal, it is necessary to place both in the vicinity where it is clear that the stray light is equal. It is.
それに対して、本実施形態の温度測定方法においては、上記補正計算手順の説明に示したように、両式の相等性は要件ではない。即ち、炉内で迷光量に差が少ない単波長を使用するため、上式の第2項(1−ε1)J1と(1−ε2)J2とが等しい必要はなく、放射率ε及び迷光Jが位置によって異なっても、測定誤差を低減することが可能である。 On the other hand, in the temperature measurement method of the present embodiment, as shown in the description of the correction calculation procedure, the equality of both types is not a requirement. That is, since a single wavelength with a small difference in stray light amount is used in the furnace, the second term (1-ε 1 ) J 1 and (1-ε 2 ) J 2 in the above equation do not have to be equal, and the emissivity Even if ε and stray light J differ depending on the position, the measurement error can be reduced.
一般に、加熱炉で加熱する材料は、金属材料の場合は表面が酸化するために放射率が高く、非金属材料の場合は材料そのものの放射率が高い。通常、被加熱物の放射率は0.8を上回る値である。そのため、εに較べて(1−ε)が小さく、上式の第1項εEに較べて第2項(1−ε)Jが小さくなる。従って、温度既知物体位置の迷光J1と鋼材位置の迷光J2に若干の差があっても、相対的に値が小さい第2項に差が生ずるだけであり、式の計算結果への影響は小さい。また、本実施形態では、計測波長λを、炉内ガスによる吸収・放射が少ない波長に設定する。従って、温度既知物体位置の迷光J1と鋼材位置の迷光J2との差を非常に小さくすることができる。よって、本実施形態では、温度既知物体と鋼材とを近接して配置しなくても、J1=J2として計算することが可能である。なお、J1とJ2の差異は10%程度異なっていても誤差には大きな影響はない。なぜならば、放射率0.8程度で、Jの差異が0.2程度ならば、上記の式の右辺の差異は(1−0.8)×10%=2%程度の影響に過ぎないからである。 In general, the material heated in the heating furnace has a high emissivity because the surface is oxidized in the case of a metal material, and the emissivity of the material itself is high in the case of a nonmetallic material. Usually, the emissivity of the object to be heated is a value exceeding 0.8. Therefore, (1-ε) is smaller than ε, and the second term (1-ε) J is smaller than the first term εE in the above equation. Therefore, even if there is little difference in the stray J 2 of the stray light J 1 and a steel position of the temperature known object position, is only a difference in the second term relatively value is small occurs, the influence of the expression of the calculation result Is small. In the present embodiment, the measurement wavelength λ is set to a wavelength with less absorption / radiation by the furnace gas. Therefore, it is possible to very small difference between the stray J 2 of the stray light J 1 and a steel position of the temperature known object position. Therefore, in this embodiment, it is possible to calculate as J 1 = J 2 without arranging the temperature known object and the steel material close to each other. Even if the difference between J 1 and J 2 is different by about 10%, there is no significant effect on the error. This is because if the emissivity is about 0.8 and the difference in J is about 0.2, the difference on the right side of the above equation is only about (1−0.8) × 10% = 2%. It is.
以上の理由により、単波長の測定を行う本実施形態の温度測定方法を用いれば、迷光に若干の差異がある位置に温度既知物体を置いても、精度を大きく落とすことなく温度計測が可能である。即ち、鋼材の近傍に温度既知物体を置く必要はない。 For the above reasons, if the temperature measurement method of this embodiment that performs single wavelength measurement is used, even if a temperature known object is placed at a position where there is a slight difference in stray light, temperature measurement can be performed without greatly reducing accuracy. is there. That is, it is not necessary to place an object with a known temperature near the steel material.
[4−1−2.特徴2]
特徴2.温度既知物体は、その大きさが撮像装置の画素数において少なくとも25画素、望ましくは100画素以上となるような位置に配置される。
[4-1-2. Feature 2]
この特徴2について説明すると、以下の通りである。
上記問題2に示したように、関連技術では、撮像装置の1画素が占める領域が小さいため、1画素の出力は、例えば空間的・時間的変動や信号処理系の外乱等の影響を受け、いくらかのバラツキを生ずる。温度既知物体の1画素単位の出力の実測値を図7に示す。
The
As shown in
図7に示す実測値の標準偏差を算出すると、σ=11℃であった。よって、1画素のみの測定値を用いて迷光補正を行えば、誤差が大きく、実用に耐えないことは明らかである。そこで、本実施形態の温度測定方法では、複数の画素の平均値を取り、その平均値で補正計算を行なうことにより、このような問題を解決することができる。 When the standard deviation of the actually measured values shown in FIG. 7 was calculated, σ = 11 ° C. Therefore, it is clear that if the stray light correction is performed using the measurement value of only one pixel, the error is large and it is not practical. Therefore, in the temperature measurement method of this embodiment, such a problem can be solved by taking an average value of a plurality of pixels and performing correction calculation using the average value.
以下、この特徴2を導出した発明者らの考察に基づいて、具体的な条件を説明する。
上述の通り、1画素単位の標準偏差は11℃であった。n個の平均値をとった場合の標準偏差は、その個数の平方根に逆比例するので、25画素の平均をとれば、標準偏差は5分の1の約2℃となる。100画素の平均値をとれば、100の平方根10に逆比例するので、10分の1の約1℃となる。
Hereinafter, specific conditions will be described based on the considerations of the inventors who have derived this
As described above, the standard deviation of one pixel unit was 11 ° C. Since the standard deviation when n average values are taken is inversely proportional to the square root of the number, if the average of 25 pixels is taken, the standard deviation is about 2 ° C., which is 1/5. If the average value of 100 pixels is taken, it is inversely proportional to the
炉内の温度計測においては、標準偏差2℃であれば概ね実用可能であり、1℃であれば、十分である。よって、少なくとも25画素(例えば5×5画素)、望ましくは100画素(例えば10×10画素)以上の画素数が得られる位置に温度既知物体を置く必要がある。 In the temperature measurement in the furnace, a standard deviation of 2 ° C. is almost practical, and 1 ° C. is sufficient. Therefore, it is necessary to place a temperature known object at a position where the number of pixels of at least 25 pixels (for example, 5 × 5 pixels), preferably 100 pixels (for example, 10 × 10 pixels) or more can be obtained.
温度既知物体としては、例えば、保護管付き熱電対を用いるのが適当である。加熱炉で用いられる保護管付き熱電対の外径は20〜30mm程度であるので、計測範囲は四角形の場合は縦横10mm程度、円形の場合は直径10mm程度の範囲となる。 For example, it is appropriate to use a thermocouple with a protective tube as a known temperature object. Since the outer diameter of the thermocouple with a protective tube used in the heating furnace is about 20 to 30 mm, the measurement range is about 10 mm in the vertical and horizontal directions and about 10 mm in the case of the circular shape.
一方、撮像装置として、例えば、一般的に用いられる画素数40万個程度のCCDカメラでは、1画素の視角は約0.08度×0.08度程度である。よって、5×5=25画素を見る視角は、0.4度×0.4度となる。tan0.4度=0.0070であるので、0.4度×0.4度の視角に10mm×10mmの範囲を写すためには、10mm/0.0070=1400mmよりカメラに近い位置に置かなければならない。 On the other hand, for example, in a commonly used CCD camera having about 400,000 pixels, the viewing angle of one pixel is about 0.08 degrees × 0.08 degrees. Therefore, the viewing angle when viewing 5 × 5 = 25 pixels is 0.4 ° × 0.4 °. Since tan 0.4 degree = 0.070, in order to capture a range of 10 mm × 10 mm at a viewing angle of 0.4 degree × 0.4 degree, it should be placed closer to the camera than 10 mm / 0.0070 = 1400 mm. I must.
温度既知物体の被測定部位の大きさが10mmの場合について計算したが、大きさが異なる場合についても同様の計算を行えば、温度既知物体を置くべき位置は、被測定部分の大きさYに対し撮像装置からの距離Xは、下記式116を満たすことが望ましい。 Although the calculation is performed for the case where the measured portion of the temperature-known object is 10 mm, if the same calculation is performed when the size is different, the position where the temperature-known object is to be placed is the size Y of the measured portion. On the other hand, it is desirable that the distance X from the imaging device satisfies the following expression 116.
このような考察に基づいて、本発明者らは、上記特徴2を導き出した。従って、本実施形態では、温度既知物体は、その大きさが撮像装置の画素数において少なくとも25画素(例えば5×5画素)、望ましくは100画素(例えば10×10画素)以上となるような位置に配置される。換言すれば、温度既知物体は、温度既知物体の被測定部分の大きさをYとし、その撮像装置からの距離をXとした場合、Xは、上記式116を満たすように設定される。更に具体的には、このXは、撮像装置として画素数40万個程度のCCDカメラを使用し、かつ、Yを10mmとした場合、1400mmよりも小さい値に設定される。その結果、本実施形態に係る温度測定方法では、撮像装置の測定誤差を低減させて、温度測定精度を向上させることができる。
Based on such considerations, the present inventors have derived
[4−1−3.特徴3]
特徴3.温度既知物体は、その放射率が鋼材の放射率に対して前後0.1の範囲となる材質を用いる。
[4-1-3. Feature 3]
この特徴3について説明すると、以下の通りである。
本発明の発明者らは、本実施形態の温度測定方法について、計測条件が種々に変わった場合の計測結果、即ち迷光補正後温度の誤差について理論的検討を行なった。
The
The inventors of the present invention theoretically examined the measurement results when the measurement conditions were variously changed, that is, the error in the temperature after stray light correction, with respect to the temperature measurement method of the present embodiment.
検討条件は、長さ12m、高さ2.5mの燃焼炉にて、炉内壁温度1200℃、炉床に置かれた鋼材の温度900℃、鋼材の放射率0.86として、炉内の放射伝熱計算を行ない、上記特徴1及び特徴2を満たす条件下での各面の放射伝熱量及び反射迷光量の理論値を求めた。計算の手法は、甲藤好郎著「伝熱概論」(養賢堂)p.377−p.382に示された手順を用いた。
The examination conditions are as follows. In a combustion furnace having a length of 12 m and a height of 2.5 m, the inner wall temperature is 1200 ° C., the temperature of the steel placed on the hearth is 900 ° C., and the emissivity of the steel is 0.86. Heat transfer calculation was performed, and the theoretical values of the amount of radiant heat transfer and the amount of reflected stray light on each surface under the conditions satisfying the
その計算結果に、上述の特徴1で説明した迷光補正計算方法を適用し、温度既知物体の位置を炉幅方向の炉内左壁位置を原点0m点とし、その0m点から右側へ12m点まで2m毎に変化させた場合の迷光補正値を計算した。撮像装置の位置は左側0m点とし、鋼材の位置は炉幅方向の中心、つまり6m点とした。計算結果を図8に示す。図8に示した放射率εは温度既知物体の放射率であり、鋼材の放射率は0.86に固定している。
By applying the stray light correction calculation method described in the
図8に示すように、この計算結果によれば、例えば温度既知物体の放射率が鋼材の放射率0.86と等しい場合、温度既知物体の位置がどこであろうとも、鋼材の補正後温度は、鋼材の真の温度900℃に対して、3℃以内の差異に収まる。 As shown in FIG. 8, according to this calculation result, for example, when the emissivity of the known temperature object is equal to the emissivity 0.86 of the steel material, the corrected temperature of the steel material is The difference is within 3 ° C. with respect to the true temperature of 900 ° C. of the steel material.
しかし、鋼材と温度既知物体との放射率εに差がある場合は、温度の差異が大きくなることが判る。鋼材の放射率ε=0.86に対して温度既知物体の放射率が0.81〜0.91即ち前後0.05の範囲では、真の温度900℃に対して、±6℃であるが、温度既知物体の放射率が0.76〜0.96即ち前後0.1の範囲では±13℃程度となる。 However, when there is a difference in emissivity ε between the steel material and the temperature-known object, it can be seen that the temperature difference becomes large. In the range of emissivity ε = 0.86 of the steel material and emissivity of the object having a known temperature of 0.81 to 0.91, that is, around 0.05, it is ± 6 ° C with respect to the true temperature of 900 ° C When the emissivity of an object having a known temperature is in the range of 0.76 to 0.96, that is, about 0.1 to about ± 13 ° C.
実用性を考慮して10℃程度までの誤差を許容すれば、温度既知物体の放射率は、温度や放射率のレベルにより若干異なるが、鋼材放射率の前後0.1程度以内となる材質を選定すべきであり、望ましくは前後0.05程度以内とすれば更に測定誤差を低減させることができる。 If an error up to about 10 ° C. is allowed in consideration of practicality, the emissivity of an object with a known temperature varies slightly depending on the temperature and emissivity level, but a material that is within about 0.1 before and after the steel emissivity is selected. The measurement error should be further reduced if it is preferably within about 0.05 or so.
一方、上記関連技術では、温度既知物体の輝度によって迷光を補正する方式が採用されている。この関連技術において、鋼材と温度既知物体との位置関係は明示されていないが、実施例として例示された図においては鋼材の近傍に温度既知物体を置いており、実施形態として両者を近傍に置くことが想定されていると考えられる。 On the other hand, in the related technology, a method of correcting stray light based on the luminance of an object whose temperature is known is adopted. In this related technique, the positional relationship between the steel material and the temperature-known object is not clearly shown, but in the drawings illustrated as examples, the temperature-known object is placed in the vicinity of the steel material, and both are placed in the vicinity as an embodiment. It is thought that this is assumed.
発明者らの知見によれば、上述のように、例えば鋼材の温度が900℃、炉内壁の温度が1200℃のように、鋼材と炉内壁との温度に大きな差がある場合、炉壁近傍では炉壁からの迷光の影響を強く受ける。しかし、温度既知物体の放射率と鋼材の放射率とが同程度の場合には、その影響は小さくなる。これを図9に示す。図9には、上記図8中の温度既知物体の放射率εが、鋼材と等しい0.86の場合の計算結果と、その値から離れた0.76の場合の計算結果とを示した。つまり、図9において●のプロットは、鋼材と温度既知物体との放射率が同程度の場合の例であり、×のプロットは、温度既知物体の放射率が鋼材と異なる場合の例である。ここでも、鋼材は炉の中心即ち6m点に置いた。 According to the knowledge of the inventors, as described above, when there is a large difference between the temperature of the steel and the furnace inner wall, for example, the temperature of the steel is 900 ° C. and the temperature of the furnace inner wall is 1200 ° C., the vicinity of the furnace wall Then, it is strongly affected by stray light from the furnace wall. However, when the emissivity of an object whose temperature is known and the emissivity of a steel material are approximately the same, the effect becomes small. This is shown in FIG. FIG. 9 shows the calculation result when the emissivity ε of the known temperature object in FIG. 8 is 0.86, which is equal to that of the steel material, and the calculation result when the emissivity ε is 0.76 away from the value. That is, in FIG. 9, the ● plot is an example in the case where the emissivity of the steel material and the temperature known object is approximately the same, and the x plot is an example in which the emissivity of the temperature known object is different from that of the steel material. Again, the steel was placed in the center of the furnace, i.e. 6 m.
図9に示すように、放射率が異なる場合は、温度の誤差が大きくなるのみでなく、炉壁近傍と中央との差が大きくなることがわかる。この理由により、上記関連技術では、放射率の規定がないために、明示されていないものの、実施態様として、鋼材の近傍に温度既知物体を置かざるを得なかったものと考えられる。 As shown in FIG. 9, when the emissivity is different, not only the temperature error increases, but also the difference between the vicinity of the furnace wall and the center increases. For this reason, in the related art, since there is no regulation of emissivity, although it is not clearly shown, it is considered that, as an embodiment, a temperature known object has to be placed in the vicinity of the steel material.
しかし、本実施形態では、温度既知物体の放射率を規制することにより、図9の●プロットに示されるように、6m点においた鋼材から離れた位置に温度既知物体を置いても誤差の小さい測定が可能である。 However, in this embodiment, by regulating the emissivity of the temperature known object, as shown in the ● plot of FIG. 9, even if the temperature known object is placed at a position away from the steel material at the 6 m point, the error is small. Measurement is possible.
以上、本発明の実施形態に係る温度測定方法が有する特徴1〜3について説明した。この本実施形態に係る温度測定方法は、上記特徴1〜3に加えて、更に、測定精度を維持向上させるために、以下のような特徴4,5をも有する。
The
特徴4:放射率の経時変化への対処
特徴5:炉内の迷光量分布等から規定される温度既知物体の位置
Feature 4: Dealing with time-dependent changes in emissivity Feature 5: Position of an object with a known temperature defined by the stray light quantity distribution in the furnace
そこで次に、この特徴4,5について説明する。 Next, features 4 and 5 will be described.
[4−1−4.特徴4]
特徴4:放射率の経時変化への対処
[4-1-4. Feature 4]
Feature 4: Dealing with changes in emissivity over time
この特徴4について説明すれば、以下の通りである。
温度既知物体として金属保護管付き熱電対を用いた場合は、長期間の使用などによる酸化の影響等によって、温度既知物体の放射率が、若干変化する可能性がある。また、セラミック製保護管付き熱電対を用いた場合では酸化の恐れはないが、煤や炉内ダスト等の付着による放射率変化の可能性は排除できない。そこで、本実施形態に係る温度測定方法では、このような温度既知物体の放射率の経時変化に対して、以下に示す手段により対処することができる。
The
When a thermocouple with a metal protective tube is used as a known temperature object, the emissivity of the known temperature object may change slightly due to the effect of oxidation due to long-term use or the like. Further, when a thermocouple with a ceramic protective tube is used, there is no fear of oxidation, but the possibility of emissivity change due to adhesion of soot and furnace dust cannot be excluded. Therefore, in the temperature measurement method according to the present embodiment, such a change with time of the emissivity of the known temperature object can be dealt with by the following means.
手段1:放射率の経時変化の把握方法
一般に、物体表面の放射率を測定するためには、迷光の無い条件下でその物体の温度と輝度を測定する必要がある。よって、物体を炉内に設置したままでは、放射率の把握は困難である。しかし、炉の操業条件が一定ならば、炉内の迷光量分布に変動は無く、温度既知物体からの放射輝度と炉の内壁からの放射輝度の関係は一定と考えられる。この現象を利用し、撮像装置の視野内の炉内壁輝度と温度既知物体輝度との差を長期的に記録し、同一温度条件での傾向管理を行なうことによって放射率の経時変化の有無を把握、管理することができる。例えば、炉内壁輝度と温度既知物体輝度との差の変化が、所定の閾値を超えた場合などに、温度既知物体の放射率が変化したと判断することができる。そして、放射率が変化した場合、温度測定精度を保つために、以下の手段2による対処を採ることができる。
Means 1: Method for Grasping Change in Emissivity over Time Generally, in order to measure the emissivity on the surface of an object, it is necessary to measure the temperature and luminance of the object under conditions without stray light. Therefore, it is difficult to grasp the emissivity if the object is installed in the furnace. However, if the operating conditions of the furnace are constant, the stray light quantity distribution in the furnace does not vary, and the relationship between the radiance from the object whose temperature is known and the radiance from the inner wall of the furnace is considered to be constant. Using this phenomenon, the difference between the furnace inner wall brightness in the field of view of the imaging device and the temperature known object brightness is recorded over a long period of time, and the presence or absence of emissivity changes with time is grasped by managing the trend under the same temperature conditions. Can be managed. For example, it can be determined that the emissivity of the temperature known object has changed when the change in the difference between the furnace inner wall brightness and the temperature known object brightness exceeds a predetermined threshold. And when emissivity changes, in order to maintain temperature measurement precision, the countermeasure by the following
手段2:放射率の経時変化が生じた場合の対処方法
温度既知物体を新品に交換することが最良の手段である。交換することが不可能であり、かつ、上記手段1の傾向管理データから放射率の変化値が推定できる場合には、以下の方法によって補正してもよい。即ち、上述の特徴1の手段2で導出した迷光量Jを計算する以下の式117(上記式105)において、標準の放射率εの代わりに経時変化後の放射率εxを用いた式118により、迷光量Jを計算する。
Mean 2: How to cope with change in emissivity with time. The best means is to replace an object having a known temperature with a new one. When the exchange is impossible and the change value of the emissivity can be estimated from the trend management data of the
・・・(式118)
... (Formula 118)
迷光量Jを計算した後は、上記特徴1の手順5項以降を、前述の計算手順に従って計算し、迷光補正後温度を算出する。この方法によって放射率の経時変化に対する補正計算を行なった例を、図10に示す。図10に示すように、温度既知物体の放射率が、基準の放射率0.86に対して経時的に上昇した場合、補正後の温度は低下していく。しかしながら、本実施形態に係る温度測定方法によれば、上記の特徴4を用いて計算することにより、正しい温度900℃の出力を得ることができる。
After calculating the stray light amount J, the procedure 5 and subsequent items of the
つまり、本実施形態に係る温度測定方法は、この特徴4を有することにより、温度既知物体の放射率の経時変化等による影響を低減させて、長期間の使用に対しても、温度測定精度を維持させることができる。
That is, the temperature measurement method according to the present embodiment has the
経時変化後の放射率εx
なお、ここで使用した経時変化後の放射率εxは、以下のように導き出すことができる。
上述の通り、手段1では、撮像装置の視野内の炉内壁輝度と温度既知物体輝度との差を長期的に記録する。この際、炉内において放射率の経時変化が比較的安定して変化がほとんど無いとみなされる部位、例えば長期間補修改修を行っていない炉壁の輝度と、温度既知物体輝度との差もあわせて記録する。以下、この部位を「比較部位」ともいう。なお、炉内壁が比較部位である場合、手段1で記録する炉内壁輝度を比較部位の輝度とすることができる。
Emissivity after change over time ε x
It should be noted that the emissivity ε x after time change used here can be derived as follows.
As described above, the
ここで比較部位の見掛けの輝度をGwとし、温度既知物体輝度をGtとする。つまり、比較部位輝度Gwと温度既知物体輝度Gtとの差ΔG(=Gt−Gw)の変化を長期間記録することになる。なお、撮像装置が計測する「見掛けの輝度G」は、上記式108で表されるので、初期の温度既知物体(Gt1)、初期の比較部位(内壁等)(Gw1)、長期間経過後の温度既知物体(Gt2)、長期間経過後の比較部位(Gw2)の見掛け輝度は、それぞれ下記のようになる。 Here, the apparent luminance of the comparison portion is Gw, and the temperature known object luminance is Gt. That is, a change in the difference ΔG (= Gt−Gw) between the comparison site luminance Gw and the temperature-known object luminance Gt is recorded for a long period. Note that the “apparent luminance G” measured by the imaging apparatus is expressed by the above formula 108, so that the initial temperature known object (Gt 1 ), the initial comparison site (inner wall, etc.) (Gw 1 ), and long-term elapsed The apparent luminances of the later known temperature object (Gt 2 ) and the comparison part (Gw 2 ) after a long period of time are as follows.
この式A1中、Etは、温度既知物体の黒体輝度、Jtは、温度既知物体の迷光量、εw、比較部位の放射率、Ewは、比較部位の黒体輝度、Jwは、比較部位の迷光量である。ここで、比較部位は、放射率の経時変化が比較的安定して変化がほとんど無いとみなされる部位であるため、比較部位の放射率は、期間経過前後においてεwで一定となる。また、測定時の温度を一定とすることにより、既知物体の黒体輝度Etも、期間経過前後において変化しない。更に、炉内迷光条件が大きく代わることは少ないため、既知物体の迷光量Jt及び比較部位の迷光量Jwも、期間経過前後において変化しない。 In this formula A1, Et is the black body luminance of the temperature known object, Jt is the stray light amount of the temperature known object, ε w , the emissivity of the comparison part, Ew is the black body luminance of the comparison part, and Jw is the comparison part. Is the amount of stray light. Here, since the comparison site is a site where the change in emissivity with time is relatively stable and considered almost unchanged, the emissivity of the comparison site becomes constant at ε w before and after the elapse of the period. Further, by making the temperature at the time of measurement constant, the black body luminance Et of the known object does not change before and after the lapse of the period. Furthermore, since the in-furnace stray light condition is rarely changed, the stray light amount Jt of the known object and the stray light amount Jw of the comparison part do not change before and after the passage of the period.
この式A1より、初期の輝度差ΔG1と、期間経過後の輝度差ΔG2とは、以下式A2と式A3とのようになる。 From this equation A1, the initial luminance difference ΔG 1 and the luminance difference ΔG 2 after the elapse of the period are expressed by the following equations A2 and A3.
・・・(式A3)
... (Formula A3)
よって、輝度差ΔGの経時変化量(ΔG2−ΔG1)は、下記式A4のように計算できる。 Therefore, the temporal change amount (ΔG 2 −ΔG 1 ) of the luminance difference ΔG can be calculated as in the following formula A4.
この式A4より、温度既知物体の放射率の変化量(εx−ε)は、見掛け輝度差の経時変化量(ΔG2−ΔG1)に比例することが判る。 From this formula A4, it can be seen that the amount of change in emissivity (ε x −ε) of an object whose temperature is known is proportional to the amount of change in apparent luminance over time (ΔG 2 −ΔG 1 ).
ここで、(εx−ε)と(ΔG2−ΔG1)との比例定数をK(=Et−Jt)とすると、この比例定数Kは、以下のように求めることができる。 Here, if the proportionality constant between (ε x −ε) and (ΔG 2 −ΔG 1 ) is K (= Et−Jt), the proportionality constant K can be obtained as follows.
Etは、温度既知物体の黒体輝度であるため、既知の温度値から、上記式103により計算することができる。一方、Jtは、温度既知物体の受ける迷光量であるため、上記式104と式105により、撮像装置の出力Lから算出することができる。従って、これらの測定及び計算を予め行うことにより、比例定数K(=Et−Jt)を求めることができる。また、式A4は、下記式A5のように計算できる。 Since Et is the black body luminance of an object whose temperature is known, it can be calculated from the known temperature value according to the above equation 103. On the other hand, Jt is the amount of stray light received by an object whose temperature is known, and therefore can be calculated from the output L of the imaging apparatus using the above formulas 104 and 105. Therefore, the proportionality constant K (= Et−Jt) can be obtained by performing these measurements and calculations in advance. Further, the equation A4 can be calculated as the following equation A5.
よって、この式A5に、算出した比例定数Kと、見掛け輝度差の経時変化量(ΔG2−ΔG1)とを代入することにより、経時変化後の温度既知物体の放射率εxを求めることができる。なお、長期間経過後の比較計算は、比例定数Kを算出した炉内条件で行うので、EtとJtは変わらないものとすることができ、予め算出した比例定数Kを、例えば温度既知物体を交換するまで使用することが可能である。 Therefore, by substituting the calculated proportionality constant K and the temporal change amount of the apparent luminance difference (ΔG 2 −ΔG 1 ) into the equation A5, the emissivity ε x of the temperature known object after the temporal change is obtained. Can do. In addition, since the comparison calculation after a long period of time is performed under the in-furnace condition for which the proportional constant K is calculated, Et and Jt can be kept unchanged. It can be used until it is exchanged.
なお、この経時変化後の温度既知物体の放射率εxを計算は、炉内の状況(温度および迷光量)が同等の条件であるデータを用いて行われる必要がある。よって、測定して記録した長期間のデータのうちの既知温度計温度及び比較部位(炉壁内面等)の温度が初期とほぼ同等であり、かつ、炉の操業条件(炉内迷光条件)がほぼ同一である時間帯のデータを多数抽出し、その平均値を用いて、放射率εxを計算することが望ましい。また、データの分散から統計的手法によって結果の確かさの検定を行うことも可能である。 Note that the emissivity ε x of the temperature-known object after the change with time needs to be calculated using data in which the conditions in the furnace (temperature and stray light amount) are equivalent. Therefore, of the long-term data measured and recorded, the known thermometer temperature and the temperature of the comparison site (furnace wall inner surface, etc.) are almost the same as the initial stage, and the furnace operating conditions (furnace stray light conditions) are It is desirable to extract a large number of data in time zones that are substantially the same, and calculate the emissivity ε x using the average value. It is also possible to test the certainty of the results by statistical methods based on the variance of the data.
[4−1−5.特徴5]
特徴5:炉内の迷光量分布等から規定される温度既知物体の位置
[4-1-5. Feature 5]
Feature 5: Position of an object with a known temperature defined by the stray light quantity distribution in the furnace
この特徴5について説明すれば、以下の通りである。
上記のように、本実施形態では、炉内ガス等による反射・吸収が起こらない波長を使用するなどにより、温度既知物体は鋼材の近傍に配置される必要はないが、この波長においても、炉内の迷光は位置による分布がある。そこで、本実施形態に係る温度測定方法では、測定精度を更に高めるために、温度既知物体は、鋼材位置の迷光量と同等の迷光量となる位置に置く。迷光分布等による温度既知物体の位置の制約は、次の3つの条件によって規定される。
The feature 5 will be described as follows.
As described above, in this embodiment, the object whose temperature is known does not need to be arranged in the vicinity of the steel material by using a wavelength that does not cause reflection / absorption by the furnace gas or the like. The stray light inside has a distribution according to the position. Therefore, in the temperature measurement method according to the present embodiment, the temperature known object is placed at a position where the stray light amount is equivalent to the stray light amount at the steel material position in order to further improve the measurement accuracy. The restriction of the position of the temperature known object due to the stray light distribution or the like is defined by the following three conditions.
条件1:炉内迷光分布上、鋼材の位置と迷光量がほぼ同一となる位置
条件2:鋼材の測定表面に対する角度が、鋼材の放射率が変化しない角度以上となる位置
条件3:鋼材との間に火炎を挟まない位置
Condition 1: Position where the stray light amount is substantially the same as the position of the steel material in the distribution of stray light in the furnace Condition 2: A position where the angle with respect to the measurement surface of the steel material is not less than an angle at which the emissivity of the steel material does not change Condition 3: With the steel material Position where no flame is sandwiched between
以下、それぞれの条件について述べる。 Each condition will be described below.
条件1:炉内迷光分布上、鋼材の位置と迷光量がほぼ同一となる位置
炉の内壁に温度分布がある場合、炉内壁近傍では、近くの炉内壁の温度の影響を強く受けるため、迷光量が炉内の一般部分とは異なる場合がある。一部の炉内壁温度が異なる場合について、発明者らのデータに基づいて、迷光量を算出した結果を図11に示す。炉内壁温度1200℃に保持した炉において、一部の炉内壁を1100℃としたときの迷光分布である。図11の横軸は1100℃の炉壁からの距離である。炉内壁より0.25m未満の領域における迷光量は、他の位置の迷光量と著しく異なる。そこで、本実施形態に係る温度測定方法では、温度既知物体を炉内壁から0.25m以上離れた位置に配置することにより、炉内壁の温度分布による炉内迷光分布による影響を低減して、温度測定精度を更に向上させることができる。
Condition 1: A position where the stray light distribution is almost the same as the position of the steel material in the furnace stray light distribution. If there is a temperature distribution on the inner wall of the furnace, the vicinity of the inner wall of the furnace is strongly affected by the temperature of the nearby inner wall of the furnace. The amount of light may be different from the general part in the furnace. FIG. 11 shows the result of calculating the stray light amount based on the data of the inventors when some of the furnace wall temperatures are different. This is the stray light distribution when a part of the inner walls of the furnace is 1100 ° C. in a furnace maintained at a furnace inner wall temperature of 1200 ° C. The horizontal axis in FIG. 11 is the distance from the furnace wall at 1100 ° C. The amount of stray light in an area less than 0.25 m from the furnace inner wall is significantly different from the amount of stray light at other positions. Therefore, in the temperature measurement method according to the present embodiment, the influence of the stray light distribution in the furnace due to the temperature distribution of the furnace inner wall is reduced by arranging the temperature known object at a position separated by 0.25 m or more from the furnace inner wall, Measurement accuracy can be further improved.
条件2:鋼材の測定表面に対する角度が、鋼材の放射率が変化しない角度以上となる位置
一般的には、物質によっては、表面の放射率が、放射方向によって異なる場合がある。これは例えば化学工学便覧改訂3版の図2.81に例示されている。一方、本実施形態に係る温度測定方法では、温度既知物体と鋼材とを撮像装置の同一視野内に置いて、輝度の比較によって補正計算を行なう。従って、鋼材の放射率が温度既知物体の放射率に対して変化しないよう、鋼材の測定表面に対する角度が、放射率が変化しない範囲の角度となる位置に、温度既知物体を配置して両者を撮像装置の視野内に収めなければならない。
Condition 2: The position where the angle of the steel material with respect to the measurement surface is equal to or greater than the angle at which the emissivity of the steel material does not change. Generally, depending on the substance, the surface emissivity may vary depending on the radiation direction. This is illustrated, for example, in Figure 2.81 of the Chemical Engineering Handbook 3rd edition. On the other hand, in the temperature measurement method according to this embodiment, a temperature-known object and a steel material are placed in the same field of view of the imaging device, and correction calculation is performed by comparing the brightness. Therefore, in order to prevent the emissivity of the steel material from changing with respect to the emissivity of the object with known temperature, place the object with known temperature at the position where the angle with respect to the measurement surface of the steel material is an angle within the range where the emissivity does not change. Must be within the field of view of the imaging device.
このような問題点に想到した発明者らは、鋼材(鋼材)を用い、種々の角度に温度既知物体を配置して、鋼材の温度測定を上述の方法で行い、誤差の大きさから、角度の限界を判定した。その結果、図12に示したように、この角度は、13度以上にすることが必要であるとの結論が得られた。 The inventors who have come up with such a problem use steel materials (steel materials), place temperature-known objects at various angles, measure the temperature of the steel materials by the method described above, and determine the angle from the size of the error. Judged the limit of. As a result, as shown in FIG. 12, it was concluded that this angle needs to be 13 degrees or more.
そこで、本実施形態に係る温度測定方法では、鋼材の測定表面に対する角度が13度超過となる位置に、温度既知物体を配置することにより、鋼材の放射率の変化による温度測定への影響を低減させて、温度測定精度を更に向上させることができる。 Therefore, in the temperature measurement method according to the present embodiment, the influence on the temperature measurement due to the change in the emissivity of the steel material is reduced by arranging the temperature known object at a position where the angle with respect to the measurement surface of the steel material exceeds 13 degrees. Thus, the temperature measurement accuracy can be further improved.
条件3:鋼材との間に火炎を挟まない位置
本実施形態では、燃焼ガス中の熱放射ガスである二酸化炭素と水蒸気の放射スペクトルを避けた単色光例えば波長1μmの放射を計測するので、全波長放射測定型の温度計に較べて、火炎の影響は受けにくい。しかし、火炎には熱放射性のフリーラジカル等が含まれるので、鋼材との間に火炎が介在すると迷光補正誤差が生ずる可能性がある。そこで、本実施形態に係る温度測定方法では、鋼材と温度既知物体及び撮像装置との間に火炎を挟まない位置関係を保持することにより、火炎による影響を低減させる。この位置関係は、本技術を適用する炉の鋼材と火炎との位置関係により規定される。具体的には、図13に示すように、被測定点(鋼材)から火炎の端までの水平距離をX1、被測定点から火炎下端までの高さをY1、被測定点から温度既知物体までの水平距離をX0、高さをY0とするとき、温度既知物体の位置は、下記式119を満たすように設定される。
Condition 3: Position where no flame is sandwiched between steel materials In this embodiment, since monochromatic light, for example, radiation having a wavelength of 1 μm, which avoids the radiation spectrum of carbon dioxide and water vapor, which are thermal radiation gases in the combustion gas, is measured, Compared with wavelength radiation measurement type thermometers, it is less susceptible to flames. However, since the flame contains free radicals or the like that are thermally radioactive, stray light correction errors may occur if a flame is interposed between the flame and the steel material. Therefore, in the temperature measurement method according to the present embodiment, the influence of the flame is reduced by maintaining the positional relationship in which the flame is not sandwiched between the steel material, the temperature known object, and the imaging device. This positional relationship is defined by the positional relationship between the steel material of the furnace to which the present technology is applied and the flame. Specifically, as shown in FIG. 13, the horizontal distance from the measured point (steel) to the flame end is X 1 , the height from the measured point to the flame lower end is Y 1 , and the temperature is known from the measured point. When the horizontal distance to the object is X 0 and the height is Y 0 , the position of the temperature known object is set so as to satisfy the following equation 119.
以上、条件1〜3を総合し、炉内の迷光分布等によって規定される、温度既知物体の位置は、下記の様に示される。
As described above, the position of the temperature known object, which is defined by the stray light distribution in the furnace, by combining the
つまり、この位置は、
条件1:炉の内壁からの距離が0.25m以上であり、
条件2:被測定点と温度既知物体とのなす角度が、被測定点の表面に対して13度以上であり、
条件3:被測定点から火炎の端までの水平距離をX1、被測定点から火炎までの高さをY1、被測定点から温度既知物体までの水平距離をX0、高さをY0とするとき上記式119を満たすように設定される。
In other words, this position is
Condition 1: The distance from the inner wall of the furnace is 0.25 m or more,
Condition 2: The angle formed between the measured point and the temperature known object is 13 degrees or more with respect to the surface of the measured point,
Condition 3: The horizontal distance from the measured point to the end of the flame is X 1 , the height from the measured point to the flame is Y 1 , the horizontal distance from the measured point to the temperature known object is X 0 , and the height is Y When it is set to 0 , it is set so as to satisfy the above equation 119.
この温度既知物体の位置を例示すれば、図13の斜線範囲である。本実施形態に係る温度測定方法は、この範囲内に温度既知物体を配置することにより、鋼材の温度測定精度を更に向上させることができる。 An example of the position of this temperature known object is the hatched area in FIG. The temperature measurement method according to the present embodiment can further improve the temperature measurement accuracy of the steel material by disposing a temperature known object within this range.
以上、本発明の実施形態で使用される温度測定方法について説明した。
次に、このような方法を実際に実行する本実施形態に係る温度測定装置例について説明する。
The temperature measuring method used in the embodiment of the present invention has been described above.
Next, an example of a temperature measuring apparatus according to the present embodiment that actually executes such a method will be described.
<4−3.本実施形態に係る温度測定装置例>
図13に示すように、温度測定装置100は、加熱炉1内に配置された鋼材Fの温度を測定する。図13では、加熱炉1として、バーナ2(リジェネバーナ、サイドバーナ、ルーフバーナ、軸流バーナ等の様々なバーナの例。)によって加熱を行う炉を例示しているが、本実施形態に係る温度測定装置100を適用可能な加熱炉1は、この例に限定されるものではない。なお、上記本発明の実施形態に温度測定装置100を使用する場合、撮像装置110及び温度既知物体120は、炉側壁又は炉天井から挿入等することが望ましい。つまり、この場合、図13に示す横方向が炉幅方向に相当することになる。
<4-3. Example of temperature measuring apparatus according to this embodiment>
As shown in FIG. 13, the
温度測定装置100は、図13に示すように、撮像装置110と、温度既知物体120と、演算部130と、表示部141と、記憶部142とを有する。
As shown in FIG. 13, the
撮像装置110は、輝度計測部の一例であって、鋼材Fと温度既知物体120とを同一視野内に収めて撮像することが可能なように配置される。図13では、撮像装置110が加熱炉1内に挿入された場合を示しているが、この場合、撮像装置110は、耐熱構造を有する。また、撮像装置110は、加熱炉1内部を撮像可能であればよいので、例えば、加熱炉1に耐熱ガラスなどにより窓を設けて、撮像装置110を加熱炉1の外部に配置することももちろん可能である。
The
また、撮像装置110は、例えば、上記特徴1を満たすように、所定の波長の輝度を撮像可能なように波長選択フィルタ等(図示せず)を有する。この波長選択フィルタは、波長選択部の一例であって、所定の波長の光を透過する。この波長選択部としては、波長選択フィルタに限定されるものではない。例えば、撮像装置110が、撮像可能な全波長帯域(又は所定の波長帯域)の輝度を撮像し、画像解析部131が、所定の波長の光のみを抽出することも可能である。この場合、画像解析部131が波長選択部を兼ねることになる。また、撮像装置110の撮像素子として、所定の波長の単色輝度のみを撮像するような素子を使用することも可能である。この場合、撮像装置110が波長選択部を兼ねることになる。
In addition, the
このような撮像装置110としては、例えば、CCD(Charge Coupled Device)、CMOS(相補性金属酸化膜半導体)などのイメージセンサを使用したカメラを使用することができるが、例えば、IP(イメージングプレート)などのように、撮像画像中の輝度値を蓄積することが可能な構成であればどのような構成であってもよい。そして、このような撮像装置110からは、撮像画像中の各画素に受光された輝度値が、電気信号として出力される。
As such an
一方、温度既知物体120は、上記特徴1、特徴2及び特徴5を満たす位置に配置され、例えば、保護管と、その保護管内部に挿入された温度計とを有する。保護管としては、例えば、上記特徴3で規定した放射率を満たす材質で構成される。金属材が鋼材Fの場合、このような材質としては、例えば、アルミナ、アルミナ・シリカ系、シリコンカーバイド、石英等のセラミックス材料や、インコネル、ハステロイ、ステンレス等の金属材料が挙げられる。また、温度計としては、例えば、熱電対温度計や抵抗温度計などの接触式温度計を使用することができる。熱電対温度計としては、例えば、白金−白金ロジウム熱電対などが挙げられ、抵抗温度計としては、例えば、白金抵抗温度計などが挙げられる。しかしながら、これらの温度計は、加熱炉1の温度や測定したい温度帯域に併せて適宜変更される。この温度既知物体120の温度は、演算部130(迷光計算部22)に出力される。
On the other hand, the temperature-known
演算部130は、撮像装置110による撮像画像を解析して、鋼材Fの単色輝度から、鋼材Fの温度を算出する。その際、演算部130は、この温度を上述の通り迷光補正する。そのために、演算部130は、図13に示すように、画像解析部131と、迷光算出部132と、迷光補正部133と、温度算出部134と、放射率変更部135と、記憶部136とを有する。
The
画像解析部131は、撮像装置110が撮像した撮像画像(単波長の輝度値を含む画像)を解析し、温度既知物体120の輝度値に相当する出力値と、鋼材Fの輝度値に相当する出力値とを算出する。そして、画像解析部131は、それぞれ温度既知物体120に対する出力値を、迷光算出部132に出力し、鋼材Fの輝度値に対する出力値を、迷光補正部133に出力する。この際、画像解析部131は、温度既知物体120が上記特徴1及び特徴2を有する位置に配置されるため、複数の画素の平均値から温度既知物体120の輝度値に相当する出力値を算出することができ、同様に、鋼材Fに対しても平均値を使用することができる。従って、温度の算出精度誤差を低減することができる。
The
迷光算出部132は、温度既知物体120の輝度値に相当する出力値に基づいて、上記特徴1の手順2〜手順4を実行し、迷光量Jを算出する。なお、手順1は、既に処理されており、上記式1及び式2等は、既に迷光算出部132に記録されており、迷光算出部132は、記録している式1及び式2を使用して、手順2〜手順4を実行する。
The stray
迷光補正部133は、温度既知物体120の輝度値に相当する出力値と、迷光算出部132が算出した迷光量Jとに基づいて、上記特徴1の手順5及び手順6を実行して迷光補正し、鋼材Fの黒体輝度を算出する。
The stray
温度算出部134は、迷光補正部133が算出した鋼材Fの黒体輝度に基づいて、上記特徴1の手順7を実行して、迷光補正した鋼材Fの温度を算出する。そして、この算出結果は、表示部141に表示されたり、記憶部142に記録されたりする。なお、表示部141は、例えば、ブラウン管(CRT:Cathode Ray Tube)・液晶ディスプレイ(LCD:Liquid Crystal Display)・プラズマディスプレイ(PDP:Plasma Display Panel)・電界放出ディスプレイ(FED:Field Emission Display)・有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ(有機EL、OELD:Organic Electroluminescence Display)・ビデオプロジェクタなどが使用可能である。
Based on the black body luminance of the steel material F calculated by the stray
一方、画像解析部131は、更に加熱炉1の炉内壁の輝度に相当する出力値を抽出して、放射率変更部135に出力する。そして、放射率変更部135は、この出力値から、炉内壁輝度を算出し、炉内壁輝度と温度既知物体輝度との差を記憶部136に記録する。放射率変更部135及び記憶部136は、これらの情報を使用して上記特徴4を実行し、迷光算出部132が使用する温度既知物体120の放射輝度を適宜更新する。
On the other hand, the
なお、演算部130は、例えば、汎用又は専用のコンピュータで構成されてもよい。そして、このコンピュータに上記各構成の機能を実現させるプログラムを実行させることにより、演算部130を構成することができる。なお、コンピュータは、CPU(Central Processing Unit)と、HDD(Hard Disk Drive)・ROM(Read Only Memory)・RAM(Random Access Memory)等の記録装置と、LAN(Local Area Network)・インターネット等のネットワークに接続された通信装置と、マウス・キーボード等の入力装置と、フレキシブルディスク等の磁気ディスク、各種のCD(Compact Disc)・MO(Magneto Optical)ディスク・DVD(Digital Versatile Disc)等の光ディスク、半導体メモリ等のリムーバブル記憶媒体等を読み書きするドライブと、モニタなどの表示装置・スピーカやヘッドホンなどの音声出力装置などの出力装置等と、を有してもよい。そして、このコンピュータは、記録装置・リムーバブル記憶媒体に記録されたプログラム、又はネットワークを介して取得したプログラムを実行することにより、演算部130の各構成の機能を実現することができる。
Note that the
<4−4.本実施形態に係る温度測定装置による測定例>
次に、本発明の実施形態に係る温度測定方法及び温度測定装置により、金属材として、燃焼炉(加熱炉1の一例)内に配置された鋼材F表面温度を測定した例を示す。ここで使用した燃焼炉は、長さ8m(上記加熱炉1の場合の炉幅方向に相当)、幅2m、高さ2mであり、LNG(Liquefied Natural Gas)により鋼材Fを加熱する。鋼材Fは、およそ5m、厚み50mmである。撮像装置110は、画素38万個のCCDカメラを用いた。CCDカメラは波長フィルタ機能を有しており、この波長フィルタ機能により、波長1.0±0.2μmの単波長の放射光を測定した。なお、この際、波長フィルタ機能は、±0.2μm程度の幅を有しているため、撮像装置110は、実際には波長0.8〜1.2μの放射光のみを計測することになるが、この程度の幅の波長は、実用上及び工業上、単波長とみなすことができる。従って、撮像装置110は、厳密な単波長光を撮像する必要はなく、工業的に単波長とみなせる程度の波長の光を撮像すればよい。
<4-4. Measurement Example Using Temperature Measuring Device According to this Embodiment>
Next, the example which measured the steel material F surface temperature arrange | positioned in a combustion furnace (an example of the heating furnace 1) as a metal material with the temperature measuring method and temperature measuring apparatus which concern on embodiment of this invention is shown. The combustion furnace used here has a length of 8 m (corresponding to the furnace width direction in the case of the heating furnace 1), a width of 2 m, and a height of 2 m, and heats the steel material F by LNG (Liquid Natural Gas). The steel material F is approximately 5 m and has a thickness of 50 mm. The
放射温度計検定業者に依頼して温度計検定用黒体炉の温度とCCDカメラの出力値との関係を検定した。検定温度範囲は900℃から1250℃である。得られた検定データを用いて、最小二乗法による当てはめ計算を行ない、上記迷光補正計算手順の中の撮像装置110の特性式20(上記式102)の具体的な形として、下記式21を得た。
A radiation thermometer tester was commissioned to test the relationship between the temperature of the thermometer test blackbody furnace and the output value of the CCD camera. The verification temperature range is 900 ° C to 1250 ° C. Using the obtained test data, a fitting calculation by the least square method is performed, and the following
・・・(式21)
... (Formula 21)
ここで、GはCCDカメラのゲイン設定値、SSはシャッター速度設定値、LはCCDカメラの出力であり、また、Eは黒体炉の温度に対応する輝度であって、検定を行なった温度、900℃、1000℃、1100℃、1200℃、1250℃のそれぞれについて、上記で説明したPlanckの式で計算される値である。具体的な計算方法としては、Eを従属変数とし、G、SS、及びLを独立変数として非線形最小二乗法によって、式の中の5個の係数を決定した。この特性式は、本実施例で用いたCCDカメラに特有のものであり、CCDカメラの機種が異なる場合や、CCDカメラ以外の撮像装置110を用いる場合には、個別に作成しなければならない。
Here, G is the gain setting value of the CCD camera, SS is the shutter speed setting value, L is the output of the CCD camera, E is the luminance corresponding to the temperature of the black body furnace, and the temperature at which the test was performed , 900 ° C., 1000 ° C., 1100 ° C., 1200 ° C., and 1250 ° C., the values calculated by the Planck equation described above. As a specific calculation method, five coefficients in the equation were determined by a nonlinear least square method with E as a dependent variable and G, SS, and L as independent variables. This characteristic formula is specific to the CCD camera used in this embodiment, and must be created individually when the CCD camera model is different or when the
CCDカメラは、図14に示すように、炉の側壁に開口した測定口から斜め下方に向けて挿入した。鋼材Fの最も遠方の測定点(位置1)からカメラまでの水平距離は6m、鋼材Fの置かれた水平面からCCDカメラまでの高さは1.6mである。これは、CCDカメラの先端と、鋼材Fの最も遠方の測定点(位置1)を結ぶ線上に火炎が入らない位置関係になっている。CCDカメラの中心線は、鋼材Fの中央(位置2)に向けてあり、具体的には伏角21度である。この伏角は、鋼材F表面全体即ち位置1から位置3までをカメラの視野におさめるために選択したものであり、炉の形と鋼材が置かれる位置を考慮して適宜決定すればよい。このように鋼材F表面全体を視野内におさめることにより、温度測定装置100は、鋼材Fの表面全体の温度分布を測定することが可能である。
As shown in FIG. 14, the CCD camera was inserted obliquely downward from a measurement port opened in the side wall of the furnace. The horizontal distance from the farthest measurement point (position 1) of the steel material F to the camera is 6 m, and the height from the horizontal plane on which the steel material F is placed to the CCD camera is 1.6 m. This is a positional relationship in which no flame enters the line connecting the tip of the CCD camera and the farthest measurement point (position 1) of the steel material F. The center line of the CCD camera is directed toward the center (position 2) of the steel material F, specifically, the depression angle is 21 degrees. This dip angle is selected in order to keep the entire surface of the steel material F, that is, from
温度既知物体120は、保護管付き熱電対を用い、外径は17mmである。この保護管付き熱電対は、CCDカメラ先端から0.2m下の位置に水平に挿入し、炉壁の内面から炉内側に0.3m突き出して、先端部分がCCDカメラの視野内に入っている。CCDカメラの視野内に入る位置関係であれば、必ずしも水平に挿入する必要はなく、炉の構造によっては天井に開口して垂直に挿入する方が強度面で有利な場合もある。この熱電対は温度既知物体として働くものであるので、外側を覆う保護管は放射率が、既知のものでなければならない。本実施例では放射率0.85のアルミナ・シリカ系セラミック保護管を用いた。
The temperature known
この実施例では、鋼材Fの放射率は0.86であったので、上記熱電対保護管の放射率とほぼ同一であるが、上記特徴3を満たす範囲内であれば、放射率が異なっていてもよい。熱電対の種類は、JISB型熱電対を使用した。熱電対の種類は使用する温度によって適宜選択すればよい。また、熱電対でなく他の温度センサー、例えば白金抵抗温度計等を使用してもよい。
In this example, since the emissivity of the steel material F was 0.86, it is almost the same as the emissivity of the thermocouple protective tube, but the emissivity is different as long as it is within the range satisfying the
CCDカメラの視野角は左右60度上下45度と十分に大きく、鋼材F以外に炉の内壁面をも視野内に納めている。炉の内壁面の輝度と熱電対保護管表面の輝度とは熱電対に接続された記憶部136によって長期間保存され、その差の傾向管理を行なって熱電対保護管の放射率の経年変化を把握し、変化が生じた場合は、輝度の差が等しくなるよう、迷光計算に用いる温度既知物体放射率を補正する。この補正にあたっては、保存されたデータのうち、炉内温度がある一定温度(この実施例においては1190℃〜1210℃の範囲)であり、かつ、温度既知物体の温度がある一定温度(この実施例においては1170℃から1190℃)の範囲のデータのみを抽出することにより、炉内の熱放射条件が相等な条件で行った。
The viewing angle of the CCD camera is sufficiently large at 60 degrees on the left and right and 45 degrees on the top and bottom. The brightness of the inner wall of the furnace and the brightness of the surface of the thermocouple protection tube are stored for a long time by the
温度既知物体のCCDカメラでの輝度測定範囲は、表面約10mm径の円形部分であり、画素数約200個の平均値を計測した。鋼材Fの温度は、900℃から1250℃までの範囲である。図14に示された位置1、位置2、位置3の3点を計測した。位置1はCCDカメラから水平距離で約6m、位置2は約4m、位置3は約2m離れた位置である。
The luminance measurement range of the object having a known temperature in the CCD camera was a circular portion having a surface of about 10 mm in diameter, and an average value of about 200 pixels was measured. The temperature of the steel material F is in the range from 900 ° C to 1250 ° C. Three points of
上記本実施形態に係る温度測定方法によって迷光補正計算を行い、鋼材Fの各位置に埋め込んだ熱電対温度計によって計測した温度と比較した結果を図15に示す。図15中、縦軸は、本実施形態に係る温度測定方法により迷光補正計算を行った計測温度であり、横軸は、埋め込み熱電対実測温度である。また、図15中の実線は、本方法による計測温度(迷光補正後)と、埋め込み熱電対実測温度が一致している線(横軸=縦軸)を表す。図15に示すように、各位置1〜3における測定点は、実線上に位置しており、埋め込み熱電対実測温度と、本方法による計測温度(迷光補正後)が良好な一致を示した。従って、本実施形態に係る温度測定方法が精度よく鋼材Fの温度を測定することが可能であることが判る。なお、本実施形態に係る温度測定方法は、更に、この位置1〜3のように、鋼材Fの撮像画像中の各個所について温度を測定することにより、鋼材Fの表面温度分布を非常に精度良く測定することが可能である。
FIG. 15 shows the result of performing the stray light correction calculation by the temperature measurement method according to the present embodiment and comparing it with the temperature measured by the thermocouple thermometer embedded in each position of the steel material F. In FIG. 15, the vertical axis represents the measured temperature obtained by performing the stray light correction calculation by the temperature measuring method according to the present embodiment, and the horizontal axis represents the embedded thermocouple measured temperature. Further, a solid line in FIG. 15 represents a line (horizontal axis = vertical axis) in which the measured temperature (after correction of stray light) by the present method and the measured temperature of the embedded thermocouple coincide. As shown in FIG. 15, the measurement points at
<4−5.本実施形態に係る温度測定装置等による効果の例>
最後に、本発明の実施形態で使用される温度測定方法等による効果が判りやすいように、上記特許文献3〜5に対する有利な効果の例を説明する。ただし、ここで説明する効果は、あくまで一例であって、本実施形態に係る温度測定方法等による効果を限定するものではないことは言うまでもない。
<4-5. Examples of effects of temperature measuring device and the like according to this embodiment>
Finally, examples of advantageous effects on the
[4−5−1.特許文献3]
上記特許文献3に記載の温度測定方法では、温度測定物体の表面に遮蔽板を設けて炉内迷光を遮断する。そして、遮蔽板は、水冷して遮蔽板自体からの熱放射を防いでいる。遮蔽板の発する放射による誤差は、遮蔽板の温度T2を実測し、見掛け放射エネルギーG1から下記の式22により補正後真温度T1を得る。なお、Eb(T)は温度Tにおける放射エネルギーを表す。
[4-5-1. Patent Document 3]
In the temperature measurement method described in
この特許文献3では、鋼材の近くに遮蔽板を置く必要がある。しかし、鋼材が移動する場合、例えばウォーキングビーム式加熱炉等では、鋼材の動きによって遮蔽板が破損する恐れがある。鋼材の移動に応じて遮蔽板が移動する機構を設ければ測定システム自体が複雑になる。また、遮光板で迷光を完全に遮断することは困難であり、迷光の経路によっては、精度が低下してしまう可能性がある。
In
一方、本実施形態に記載の温度測定方法等では、鋼材の近くに構造物を置く必要性がない。従って、本実施形態に記載の温度測定方法等は、上記特許文献3に対して、遮蔽板、その水冷装置、複雑な測定システムなどを使用する必要が無く、簡単な装置構成により温度を測定することができる。また、この温度測定方法等では、迷光量を算出して、迷光補正を行うため、遮光板で遮断しきれないような迷光の影響も低減させることができ、高精度の温度測定が可能である。
On the other hand, in the temperature measurement method and the like described in the present embodiment, there is no need to place a structure near the steel material. Therefore, the temperature measurement method and the like described in the present embodiment do not require the use of a shielding plate, a water cooling device, a complicated measurement system, or the like with respect to
[4−5−2.特許文献4]
特許文献4に記載の温度測定方法では、炉壁の実測温度Twと炉壁実効温度Tw’を用い、輝度Lを表す下記の式によって放射温度計の見掛け温度Sから補正した表面温度Tを得る。
[4-5-2. Patent Document 4]
In the temperature measurement method described in
この際、上記の炉壁実効温度Tw’は、炉壁に2ヶ所以上設置した温度計の実測温度Tw1,Tw2,…Twnの輝度の一次式24により算出する。 At this time, the furnace wall effective temperature Tw ′ is calculated by the primary expression 24 of the brightness of the actually measured temperatures Tw1, Tw2,... Twn of two or more thermometers installed on the furnace wall.
この一次式の係数a1,a2,…anは、実験等によりあらかじめ炉体形状及び鋼材の寸法に適合した値に設定しておく。 Coefficient a 1 of the linear expression, a 2, ... a n is previously set to a value adapted to the dimensions of the pre-furnace body shape and steel by experiments or the like.
この特許文献4では、炉内における迷光の光源は、主に火炎と炉壁である。しかしながら、この特許文献4では、炉壁からの迷光の影響はある程度補正できるが、火炎からの放射エネルギーが変化した場合の補正が困難である。火炎を用いない加熱炉や火炎の温度や大きさが常に一定の加熱炉ならば火炎から発する迷光は、係数a1,a2,…anに一定値として含まれるが、火炎が変動すれば、この係数a1,a2,…anは変わるものと考えられる。一般に、加熱炉では被熱物の量及び到達温度に応じて温度を適正に制御するために燃焼装置の燃焼量を適宜調節するので火炎状態は時間と共に変化する。これに対して、特許文献2では、火炎の変化に応じた補正手段は示されていない。従って、この特許文献4を、火炎を用いる加熱炉に適用することは困難である。
In
一方、本実施形態に記載の温度測定方法等では、炉壁から発する迷光と火炎から発する迷光がいずれも温度既知物体に照射されるように、温度既知物体を炉内空間に配置する。また、火炎と鋼材及び温度既知物体との位置関係を上記特徴5に示すように規定する。従って、本実施形態に記載の温度測定方法等では、火炎の放射エネルギーの変動に対しても適正な補正を行うことが可能である。 On the other hand, in the temperature measurement method and the like described in the present embodiment, the temperature known object is arranged in the furnace space so that both the stray light emitted from the furnace wall and the stray light emitted from the flame are irradiated to the temperature known object. Further, the positional relationship between the flame, the steel material, and the temperature known object is defined as shown in the feature 5 above. Therefore, in the temperature measurement method described in the present embodiment, it is possible to appropriately correct the fluctuation of the radiant energy of the flame.
[4−5−3.特許文献5]
特許文献5については、上記関連技術で説明した通りであり、上記の説明において詳しく本発明の一実施形態による効果等を説明したが、本発明の実施形態に係る温度測定装置は、更に、温度既知物体を鋼材から離れたカメラの近傍に設置し、炉内ガスによる吸収及び放射が起こらない波長の単色輝度を撮像する等によって、上記特許文献3で説明した鋼材の移動による種々の障害を回避するとともに、通常小さな物体である温度既知物体の画角を大きくして十分な画素数を得、かつ、迷光補正精度を高めることが可能である。
[4-5-3. Patent Document 5]
Patent Document 5 is as described in the related art, and the effects and the like according to the embodiment of the present invention have been described in detail in the above description. However, the temperature measurement device according to the embodiment of the present invention further includes a temperature. By installing a known object in the vicinity of the camera away from the steel material and imaging the monochromatic luminance of the wavelength at which absorption and emission by the furnace gas do not occur, various obstacles due to the movement of the steel material described in
なお、上述の説明では、本発明の一実施形態に係る温度測定方法等の特徴が判りやすいように、特徴1〜特徴5と区分して説明した。しかしながら、この特徴1〜特徴5は、本発明の一実施形態の特徴を限定するものではなく、本発明の一実施形態の特徴は、各特徴1〜特徴5で詳細に説明した中に記載された各特徴をも含むことは言うまでもない。
In the above description, the features of the temperature measurement method and the like according to an embodiment of the present invention are described separately from
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described in detail, referring an accompanying drawing, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to this example. It is obvious that a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains can come up with various changes or modifications within the scope of the technical idea described in the claims. Of course, it is understood that these also belong to the technical scope of the present invention.
1 加熱炉
2 バーナ
10 加熱制御装置
11 位置決定部
12 管理点特定部
13 管理点記憶部
14 判定部
15 加熱炉制御部
16 炉温制御部
17 搬送速度制御部
100 温度測定装置
110 撮像装置
120 温度既知物体
130 演算部
131 画像解析部
132 迷光算出部
133 迷光補正部
134 温度算出部
135 放射率変更部
136 記憶部
141 表示部
142 記憶部
F 鋼片
DESCRIPTION OF
Claims (13)
質量%で、C=0.0005〜0.25%、Si≦0.5%、Mn=0.1〜1.5%、P=0.005〜0.03%、S≦0.03%、Al=0.005〜0.18%、N≦0.02%(残りはFeを除いて不可避的に含有される元素である。)を含有する鋼材に関し、
鋼材の表面温度を測定する温度測定装置の視野内での表面温度の分布に基づき、最も温度の高い部分を温度管理点とし、前記鋼材表面において、温度が1150℃以上である前記温度管理点での加重平均表面温度Tmを以下の式0で計算した値をTs1(℃)とし、Ts1が1150℃以上における加熱時間をt1(分)とした場合に、以下の式1を満たし、かつ、
対象材がSULC(Super Ultra Low Carbon)材以外であり、温度が1075℃以上である前記温度管理点での加重平均表面温度Tmを以下の式0で計算した値をTs2(℃)とし、Ts2が1075℃以上における加熱時間をt2(分)とした場合には、以下の式2を満たす条件で加熱を行い、又は、
対象材がSULC(Super Ultra Low Carbon)材であり、温度が1115℃以上である前記温度管理点での加重平均表面温度Tmを以下の式0で計算した値をTs2(℃)とし、Ts2が1115℃以上における加熱時間をt2(分)とした場合には、以下の式3を満たす条件で加熱を行う
ことを特徴とする、鋼材加熱方法。
Tm=Σ(T i ×△t i )/Σ△t i ,(i=1,・・・,n) ・・・(式0)
Ts1+0.857×t1 < 1270 ・・・(式1)
1175 ≦ Ts2+0.857×t2 ・・・(式2)
1215 ≦ Ts2+0.857×t2 ・・・(式3)
ここで、前記式0において、nは、選択した任意の時間定数Δtの個数を表す。 A steel heating method for preventing the generation of scale flaws due to internal oxidation,
% By mass , C = 0.005 to 0.25%, Si ≦ 0.5%, Mn = 0.1 to 1.5%, P = 0.005 to 0.03%, S ≦ 0.03% , Al = 0.005 to 0.18%, N ≦ 0.02% (the rest are elements inevitably contained except for Fe) ,
Based on the distribution of the surface temperature in the field of view of the temperature measuring device that measures the surface temperature of the steel material, the temperature control point is the highest temperature part, and the temperature control point at which the temperature is at least 1150 ° C. weighted average surface temperature Tm and Ts1 a value calculated by the equation 0 follows (° C.), when the heating time in Ts1 is 1150 ° C. or more and t1 (min), meet the following equation 1, and the,
The target material is a material other than SULC (Super Ultra Low Carbon) material, and the temperature calculated at the temperature control point at which the temperature is 1075 ° C. or higher is calculated as Ts2 (° C.) as Ts2 (° C.). When the heating time at 1075 ° C. or higher is t2 (minutes), heating is performed under the conditions satisfying the following formula 2, or
The target material is a SULC (Super Ultra Low Carbon) material, and the weighted average surface temperature Tm at the temperature control point where the temperature is 1115 ° C. or higher is defined as Ts2 (° C.). A steel material heating method, wherein heating is performed under conditions satisfying the following expression 3 when a heating time at 1115C or higher is t2 (minutes) .
Tm = Σ (T i × Δt i ) / ΣΔt i , (i = 1,..., N) (Equation 0)
Ts1 + 0.857 × t1 <1270 (Formula 1)
1175 ≦ Ts2 + 0.857 × t2 (Formula 2)
1215 ≦ Ts2 + 0.857 × t2 (Formula 3)
Here, in Formula 0, n represents the number of arbitrary time constants Δt selected.
測定した表面温度に基づいて、前記条件を満たすように、前記加熱炉の炉温と、前記鋼材の前記加熱炉中の搬送速度との少なくとも一方を制御することを特徴とする、請求項1又は2に記載の鋼材加熱方法。 Measure the surface temperature of the steel being heated in the heating furnace,
Based on the measured surface temperature, so as to satisfy the condition, the a furnace temperature of the heating furnace, and controlling at least one of the conveying speed of the heating furnace of the steel, according to claim 1 or 2. The steel heating method according to 2.
前記鋼材の表面温度測定では、
前記輝度計測部を用いて、炉内ガスによる吸収及び放射が起こらない波長を有する単色輝度により、前記鋼材及び前記温度既知物体の放射エネルギーを計測し、
計測した前記単色輝度を迷光補正して、前記鋼材の温度を求めることを特徴とする、請求項3に記載の鋼材加熱方法。 A temperature known object for correcting stray light in the heating furnace is installed in the vicinity of the luminance measuring unit,
In the surface temperature measurement of the steel material,
Using the luminance measurement unit, by measuring the radiant energy of the steel material and the temperature known object by monochromatic luminance having a wavelength at which absorption and emission by the furnace gas do not occur,
The steel material heating method according to claim 3 , wherein the temperature of the steel material is obtained by correcting the measured monochromatic luminance with stray light.
前記温度既知物体の放射エネルギーと、当該温度既知物体の温度とに基づいて、迷光量を算出し、
算出した前記迷光量と、前記鋼材の放射エネルギーとに基づいて、当該鋼材の温度を算出することを特徴とする、請求項4に記載の鋼材加熱方法。 When determining the temperature of the steel material,
Based on the radiant energy of the temperature known object and the temperature of the temperature known object, the amount of stray light is calculated,
The steel material heating method according to claim 4 , wherein the temperature of the steel material is calculated based on the calculated stray light amount and the radiant energy of the steel material.
前記温度既知物体は、前記撮像装置が撮像する画像中を占める領域が25画素以上となる位置に配置されることを特徴とする、請求項4又は5に記載の鋼材加熱方法。 The luminance measuring unit is an imaging device that images a monochromatic luminance distribution of radiant energy of the steel material and the temperature known object as an image of a predetermined number of pixels,
The steel material heating method according to claim 4 or 5 , wherein the temperature known object is arranged at a position where an area occupying in an image captured by the imaging device is 25 pixels or more.
当該炉内壁と前記温度既知物体との放射エネルギーの差を記録し、
記録した前記放射エネルギーの差に基づいて、前記温度既知物体の放射率の経時変化の有無を把握することを特徴とする、請求項4〜8のいずれか一項に記載の鋼材加熱方法。 Using the brightness measurement unit, further measure the radiant energy of the inner wall of the heating furnace,
Record the difference in radiant energy between the furnace inner wall and the temperature known object,
The method for heating steel according to any one of claims 4 to 8 , wherein the presence or absence of a change with time in the emissivity of the temperature known object is grasped based on the recorded difference in the radiant energy.
当該経時変化後の放射率を使用して、前記迷光補正を行うことを特徴とする、請求項9に記載の鋼材加熱方法。 When a change with time of the emissivity of the temperature known object occurs, calculate the emissivity after the change with time,
The steel material heating method according to claim 9 , wherein the stray light correction is performed using the emissivity after the change with time.
(A)炉内迷光分布上、前記鋼材の位置と迷光量がほぼ同一となる距離だけ炉壁から離隔した位置
(B)前記鋼材の測定表面に対する角度が、鋼材の放射率が変化しない角度以上となる位置
(C)前記鋼材との間に火炎を挟まない位置 The said temperature known object is arrange | positioned in the position which satisfy | fills at least any one among the conditions of the following (A), (B) and (C), It is any one of Claims 4-10 characterized by the above-mentioned. The steel material heating method as described in 2.
(A) A position where the stray light distribution in the furnace is substantially the same as the position of the steel material, and a position separated from the furnace wall by a distance where the stray light amount is substantially the same. (C) Position where no flame is sandwiched between the steel materials
質量%で、C=0.0005〜0.25%、Si≦0.5%、Mn=0.1〜1.5%、P=0.005〜0.03%、S≦0.03%、Al=0.005〜0.18%、N≦0.02%(残りはFeを除いて不可避的に含有される元素である。)を含有する鋼材の搬送方向に沿った複数個所にそれぞれ配置され、通過する前記鋼材表面の温度分布を測定する複数の温度測定装置と、
一の前記温度測定装置が測定した前記鋼材表面の温度分布に基づいて、前記鋼材表面のうち前記温度測定装置の視野を通過する範囲内における最も温度の高い部位を決定し、前記鋼材の温度管理に用いる部位である温度管理点とする位置決定部と、
前記位置決定部により決定された前記温度管理点を基準として、各温度測定装置の測定結果における前記温度管理点の位置および温度を特定する管理点特定部と、
各温度測定装置の測定結果における前記鋼材の温度履歴に基づき、前記温度管理点が所定温度(以下の式1では1150℃であり、式2では1075℃であり、式3では1115℃である。)以上であることを判定し、前記温度管理点が所定温度以上である時間と、当該時間内での前記所定温度以上の前記温度管理点の加重平均表面温度Tmと、を算定する判定部と、
前記判定部から伝送された前記温度管理点が所定温度以上である時間と前記加重平均表面温度Tmとに基づいて、対象材がSULC(Super Ultra Low Carbon)材以外である場合には以下の式1及び式2を満たすように前記加熱炉の制御を行い、対象材がSULC(Super Ultra Low Carbon)材である場合には以下の式1及び式3を満たすように前記加熱炉の制御を行う加熱炉制御部と、
を有することを特徴とする、加熱制御装置。
Tm=Σ(T i ×△t i )/Σ△t i ,(i=1,・・・,n) ・・・(式0)
Ts1+0.857×t1 < 1270 ・・・(式1)
1175 ≦ Ts2+0.857×t2 ・・・(式2)
1215 ≦ Ts2+0.857×t2 ・・・(式3)
ここで、
前記式0において、nは、選択した任意の時間定数Δtの個数を表す。
また、前記式1〜式3におけるTs(℃)は、前記式0で算定される加重平均表面温度Tmであり、
前記式1におけるTs1(℃)は、鋼材において温度が1150℃以上である前記温度管理点について前記式0を利用して算定される加重平均表面温度Tmであり、t1(分)は、前記温度管理点の温度が1150℃以上における加熱時間であり、
前記式2におけるTs2(℃)は、鋼材において温度が1075℃以上である前記温度管理点について前記式0を利用して算定される加重平均表面温度Tmであり、t2(分)は、前記温度管理点の温度が1075℃以上における加熱時間であり、
前記式3におけるTs2(℃)は、鋼材において温度が1115℃以上である前記温度管理点について前記式0を利用して算定される加重平均表面温度Tmであり、t2(分)は、前記温度管理点の温度が1115℃以上における加熱時間である。
A heating control device for controlling a heating furnace for heating the steel material while conveying the steel material in the furnace length direction,
% By mass , C = 0.005 to 0.25%, Si ≦ 0.5%, Mn = 0.1 to 1.5%, P = 0.005 to 0.03%, S ≦ 0.03% , Al = 0.005 to 0.18%, N ≦ 0.02% (the rest are elements inevitably contained except for Fe), respectively, at a plurality of locations along the conveying direction of the steel material A plurality of temperature measuring devices for measuring the temperature distribution of the steel material surface disposed and passed;
Based on the temperature distribution of the surface of the steel material measured by the one temperature measuring device, a portion having the highest temperature in a range passing through the visual field of the temperature measuring device is determined among the surface of the steel material, and the temperature management of the steel material A position determination unit as a temperature control point that is a part used for
A management point identifying unit that identifies the position and temperature of the temperature management point in the measurement result of each temperature measurement device, with the temperature management point determined by the position determination unit as a reference,
Based on the temperature history of the steel material in the measurement results of each temperature measuring device, the temperature control point is a predetermined temperature (1150 ° C. in the following formula 1, 1075 ° C. in the formula 2, and 1115 ° C. in the formula 3. And a determination unit that calculates a time during which the temperature management point is equal to or higher than a predetermined temperature and a weighted average surface temperature Tm of the temperature management point that is equal to or higher than the predetermined temperature within the time. ,
When the target material is other than a SULC (Super Ultra Low Carbon) material based on the time when the temperature control point transmitted from the determination unit is equal to or higher than a predetermined temperature and the weighted average surface temperature Tm, The heating furnace is controlled so as to satisfy 1 and Expression 2, and when the target material is a SULC (Super Ultra Low Carbon) material, the heating furnace is controlled so as to satisfy the following Expression 1 and Expression 3. A furnace control unit;
A heating control device comprising:
Tm = Σ (T i × Δt i ) / ΣΔt i , (i = 1,..., N) (Equation 0)
Ts1 + 0.857 × t1 <1270 (Formula 1)
1175 ≦ Ts2 + 0.857 × t2 (Formula 2)
1215 ≦ Ts2 + 0.857 × t2 (Formula 3)
here,
In the above formula 0, n represents the number of arbitrary time constants Δt selected.
Further, Ts (° C.) in the formulas 1 to 3 is the weighted average surface temperature Tm calculated by the formula 0,
Ts1 (° C.) in the formula 1 is a weighted average surface temperature Tm calculated using the formula 0 for the temperature control point where the temperature of the steel is 1150 ° C. or more, and t1 (min) is the temperature It is the heating time when the temperature of the control point is 1150 ° C. or higher,
Ts2 (° C.) in the equation 2 is a weighted average surface temperature Tm calculated using the equation 0 for the temperature control point where the temperature of the steel is 1075 ° C. or more, and t2 (min) is the temperature It is the heating time when the temperature of the control point is 1075 ° C. or higher,
Ts2 (° C.) in Equation 3 is a weighted average surface temperature Tm calculated using Equation 0 for the temperature control point at which the temperature of the steel material is 1115 ° C. or more, and t2 (min) is the temperature This is the heating time when the temperature of the control point is 1115 ° C. or higher .
一の前記温度測定装置が測定した前記鋼材表面の温度分布に基づいて、前記鋼材表面のうち前記温度測定装置の視野を通過する範囲内における最も温度の高い部位を決定し、前記鋼材の温度管理に用いる部位である温度管理点とする位置決定機能と、
前記位置決定機能により決定された前記温度管理点を基準として、各温度測定装置の測定結果における前記温度管理点の位置および温度を特定する管理点特定機能と、
各温度測定装置の測定結果における前記鋼材の温度履歴に基づき、前記温度管理点が所定温度(以下の式1では1150℃であり、式2では1075℃であり、式3では1115℃である。)以上であることを判定し、前記温度管理点が所定温度以上である時間と、当該時間内での前記所定温度以上の前記温度管理点の加重平均表面温度Tmと、を算定する判定機能と、
前記判定機能から伝送された前記温度管理点が所定温度以上である時間と前記加重平均表面温度Tmとに基づいて、対象材がSULC(Super Ultra Low Carbon)材以外である場合には以下の式1及び式2を満たすように前記加熱炉の制御を行い、対象材がSULC(Super Ultra Low Carbon)材である場合には以下の式1及び式3を満たすように前記加熱炉の制御を行う加熱炉制御機能と、
を実現させるためのプログラム。
Tm=Σ(T i ×△t i )/Σ△t i ,(i=1,・・・,n) ・・・(式0)
Ts1+0.857×t1 < 1270 ・・・(式1)
1175 ≦ Ts2+0.857×t2 ・・・(式2)
1215 ≦ Ts2+0.857×t2 ・・・(式3)
ここで、
前記式0において、nは、選択した任意の時間定数Δtの個数を表す。
また、前記式1〜式3におけるTs(℃)は、前記式0で算定される加重平均表面温度Tmであり、
前記式1におけるTs1(℃)は、鋼材において温度が1150℃以上である前記温度管理点について前記式0を利用して算定される加重平均表面温度Tmであり、t1(分)は、前記温度管理点の温度が1150℃以上における加熱時間であり、
前記式2におけるTs2(℃)は、鋼材において温度が1075℃以上である前記温度管理点について前記式0を利用して算定される加重平均表面温度Tmであり、t2(分)は、前記温度管理点の温度が1075℃以上における加熱時間であり、
前記式3におけるTs2(℃)は、鋼材において温度が1115℃以上である前記温度管理点について前記式0を利用して算定される加重平均表面温度Tmであり、t2(分)は、前記温度管理点の温度が1115℃以上における加熱時間である。
% By mass , C = 0.005 to 0.25%, Si ≦ 0.5%, Mn = 0.1 to 1.5%, P = 0.005 to 0.03%, S ≦ 0.03% , Al = 0.005 to 0.18%, N ≦ 0.02% (the rest are elements inevitably contained except for Fe) while conveying the steel material in the furnace length direction. A computer that controls a heating furnace that heats the steel and that is capable of communicating with a plurality of temperature measuring devices that are arranged at a plurality of locations along the conveying direction of the steel material in the heating furnace and that measure the temperature distribution of the surface of the steel material that passes therethrough In addition,
Based on the temperature distribution of the surface of the steel material measured by the one temperature measuring device, a portion having the highest temperature in a range passing through the visual field of the temperature measuring device is determined among the surface of the steel material, and the temperature management of the steel material A position determination function as a temperature control point, which is a part used for
A management point specifying function for specifying the position and temperature of the temperature management point in the measurement result of each temperature measuring device with reference to the temperature management point determined by the position determination function ;
Based on the temperature history of the steel material in the measurement results of each temperature measuring device, the temperature control point is a predetermined temperature (1150 ° C. in the following formula 1, 1075 ° C. in the formula 2, and 1115 ° C. in the formula 3. And a determination function for calculating a time during which the temperature control point is equal to or higher than a predetermined temperature and a weighted average surface temperature Tm of the temperature control point equal to or higher than the predetermined temperature within the time. ,
Based on the time when the temperature control point transmitted from the determination function is equal to or higher than a predetermined temperature and the weighted average surface temperature Tm , if the target material is other than a SULC (Super Ultra Low Carbon) material, the following formula The heating furnace is controlled so as to satisfy 1 and Expression 2, and when the target material is a SULC (Super Ultra Low Carbon) material, the heating furnace is controlled so as to satisfy the following Expression 1 and Expression 3. Furnace control function,
A program to realize
Tm = Σ (T i × Δt i ) / ΣΔt i , (i = 1,..., N) (Equation 0)
Ts1 + 0.857 × t1 <1270 (Formula 1)
1175 ≦ Ts2 + 0.857 × t2 (Formula 2)
1215 ≦ Ts2 + 0.857 × t2 (Formula 3)
here,
In the above formula 0, n represents the number of arbitrary time constants Δt selected.
Further, Ts (° C.) in the formulas 1 to 3 is the weighted average surface temperature Tm calculated by the formula 0,
Ts1 (° C.) in the formula 1 is a weighted average surface temperature Tm calculated using the formula 0 for the temperature control point where the temperature of the steel is 1150 ° C. or more, and t1 (min) is the temperature It is the heating time when the temperature of the control point is 1150 ° C. or higher,
Ts2 (° C.) in the equation 2 is a weighted average surface temperature Tm calculated using the equation 0 for the temperature control point where the temperature of the steel is 1075 ° C. or more, and t2 (min) is the temperature It is the heating time when the temperature of the control point is 1075 ° C. or higher,
Ts2 (° C.) in Equation 3 is a weighted average surface temperature Tm calculated using Equation 0 for the temperature control point at which the temperature of the steel material is 1115 ° C. or more, and t2 (min) is the temperature This is the heating time when the temperature of the control point is 1115 ° C. or higher .
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