JP7444125B2 - 金属板の表面温度測定装置、焼鈍設備及び表面温度測定方法 - Google Patents
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Description
従来、直線パスにおける鋼板の測温方法としては、接触式の測温方式や、鋼板の放射率をある値に仮定しての放射測温が用いられてきた。しかし、接触式の測温方式では鋼板表面の疵が避けられず、放射率を仮定しての放射測温では精度に問題があった。
本発明は、以上の状況を鑑み、ロールに巻き付いていないロール間の直線パスにおいて簡易に精度よく測温する手法を提案する。
本発明の一態様によれば、上記表面温度測定装置を有する、金属板の焼鈍設備が提供される。
本発明の一実施形態に係る金属板の表面温度測定装置1について説明する。なお、本実施形態では、金属板の一例として鋼板である薄鋼板2を用い、表面温度測定装置1の全体概要を薄鋼板2の焼鈍工程の一例である図3を用いて説明する。
薄鋼板2の製造プロセスでは、しばしば焼鈍後に急冷することにより、材質の造りこみを行うが、この急冷前には直線パスしか存在しない。図3に示す焼鈍工程では、ロール3A及びロール3Bを通過した薄鋼板2は、その後、次のロール(不図示)に搬送される間、直線パス(図3の上下方向に平行な搬送経路)を通る。この直線パスでは、熱処理装置4にて薄鋼板2の急加熱又は急加熱が行われる。また、直線パスにおいて、熱処理装置4よりも搬送経路の上流側の領域を、温度変化帯5という。なお、温度変化帯5には、熱処理装置4に搬送される薄鋼板2の温度を調整するための温度調整装置(不図示)が設けられてもよい。
第1放射測定機構10は、直線パスの直前のロール捲き付き位置のロールであり、直線パスの直前に薄鋼板2の向きを変えるロール3Bと、薄鋼板2とによって形成されたくさび部のロール3B側の面の薄鋼板2の放射輝度又は温度を計測する。第1放射測定機構10は、例えば、放射温度計によって構成される。くさび部は、ロール3Bと薄鋼板2とが接触する位置の直前の、ロール3Bと薄鋼板2とが近接するくさび状の領域である。第1放射測定機構10は、このくさび部を望むように、薄鋼板2のロール3B側に設けられる。
放射率演算機構12は、第1放射測定機構10と第2放射測定機構11とによって計測される放射輝度又は温度に基づいて、放射率を算出する。放射率演算機構12による放射率の算出方法については、後述する。
ここで、第2放射測定機構11と放射測温機構13の放射率は、波長依存性を持たせるために、同一波長特性とすることが好ましい。また、第2放射測定機構11の設置位置と放射測温機構13の設置位置とでは、なるべく測定対象である薄鋼板2の表面性状が変化しないことが好ましい。
このような表面温度測定装置1では、放射率演算機構12が第1放射測定機構10と第2放射測定機構11とで得られた放射輝度又は温度から放射率を算出し、放射測温機構13の測温時に算出された放射率を用いて、放射測温機構13による放射測温が実施される。
そして、第1放射測定機構10と第2放射測定機構11は、その仕様により、測温結果を出力するか、輝度値を出力する。
第1放射測定機構10及び第2放射測定機構11が測温結果を出力する場合について説明する。測温結果を出力する場合、第1放射測定機構10及び第2放射測定機構11をある一定の放射率に設定し、測温を実施する。この放射率は既知であればどのような値でも良いが、第1放射測定機構10及び第2放射測定機構11の放射率を便宜上1.0とする。こうして得られた第1放射測定機構10の放射温度をTrとし、第2放射測定機構11の放射温度をTAとする。放射率を算出するためには、放射率が1.0(黒体条件)の時の放射輝度(黒体放射輝度)と実際の放射輝度とを比較する必要がある。このため、得られた温度値を輝度値に換算する必要があり、換算式は第1放射測定機構10及び第2放射測定機構11を設置する前に校正により予め算出しておく。校正に用いる式は、一般的な多項式などでも良いが、精度を求めるのであればプランクの式をよく近似している佐久間服部の式(下記(1)式)などが望ましく、本説明においても佐久間服部の式を用いる(計測自動制御学会論文集 18(7),704-709,(1982))。温度計の校正方法は、「JIS C 1612 放射測定機構の性能試験方法通則」に記載されており、この校正方法を用いた校正結果の一例を図4に示す。この時、放射測定機構固有のパラメータA,B,Cが得られ、このパラメータを用いて放射率を算出する。なお、(1)式において、C2は第二プランク定数、Vは放射測定機構における出力電圧(V)である。
次に、第2放射測定機構11が放射輝度SAを出力する場合について説明する。この場合は(3)式により温度値TAを放射輝度SAに変換する必要がないため、(4)式のSAに直接出力結果であるSAを代入すれば、同様の結果が得られる。第1放射測定機構10が放射輝度Srを直接出力する場合も同様である。つまり、放射率εは、第1放射測定機構10により計測される放射輝度Srに対する、第2放射測定機構11により計測される放射輝度SAの比(SA/Sr)として算出される。
こうして得られた放射率εを用いて、放射測温機構13で測温を実施し、測定位置での温度Tbを得ることが可能となる。
第1放射測定機構10は、確実にロール3と薄鋼板2との間のくさび部を視野とするために厳密な調整が必要である。しかし、本実施形態では調整が容易で、なおかつアライメントが運用中に変化したとしても、長手方向のいずれかの素子がくさび部となりロバスト性が向上するといった利点も存在する。
さらに、実際に温度を測定する放射測温機構13は幅方向に視野を持っても良い。具体的には、視野を走査させる、ラインスキャンセンサやエリアスキャンセンサなどを用いることができる。ここで述べるラインスキャンセンサ、エリアスキャンセンサとは、受光部が一次元配列、あるいは二次元配列の構造を持ち、1回の撮像で一次元温度分布、二次元温度分布が取得可能なセンサを指す。
以上で、特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、これら説明によって発明を限定することを意図するものではない。本発明の説明を参照することにより、当業者には、開示された実施形態とともに種々の変形例を含む本発明の別の実施形態も明らかである。従って、特許請求の範囲に記載された発明の実施形態には、本明細書に記載したこれらの変形例を単独または組み合わせて含む実施形態も網羅すると解すべきである。
また、上記実施形態では、図3に示す例において、測定が行われるくさび部は、ロール3Bにおける薄鋼板2の搬送方向上流側のくさび部であるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。測定が行われるくさび部は、ロール3Bにおける薄鋼板2の搬送方向下流側のくさび部であってもよい。
さらに、上記実施形態では、表面温度装置1が薄鋼板2の焼鈍設備に設けられるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。表面温度装置1は、薄鋼板2等の金属板をロール間が直線パスで搬送し、直線パスを形成する一方のロールが金属板の向きを変える設備であれば、他の設備においても適用することができる。
測温した結果を図7に示す。放射率変動を常時補正することで、金属板がロール3に捲き付いていないロール間においても、金属板の測温が可能となることが確認できた。つまり、本発明の評価技術を利用することで、実施例に記載の通りロール間の垂直パスで正しい放射率で測温することができるようになる。
10 第1放射測定機構
11 第2放射測定機構
12 放射率演算機構
13 放射測温機構
14 放射温度計
2 薄鋼板
3,3A,3B ロール
4 熱処理装置
5 温度変化帯
6 温度調整装置
7 コントローラ
80,83 ロール
81,85 鋼板
82 放射温度計
84 熱電対
Claims (7)
- ロール間の直線パスにおける金属板の表面温度を測定する、金属板の表面温度測定装置であって、
前記金属板の向きを変えるロールと前記金属板とによって形成されたくさび部の、前記金属板の前記ロール側の面の放射輝度又は温度を計測する第1放射測定機構と、
前記くさび部の、前記金属板の前記ロールと反対側の面の放射輝度又は温度を測定する第2放射測定機構と、
前記第1放射測定機構によって計測された放射輝度又は温度と、前記第2放射測定機構によって計測された放射輝度又は温度とから、放射率を算出する放射率演算機構と、
算出された前記放射率を用いて、前記金属板の表面を測温する放射測温機構と、
を備え、
前記放射測温機構による測温に用いられる放射率は、前記放射率が算出された前記金属板の表面位置と、前記放射測温機構によって測温される前記金属板の表面位置とが同一となるように、前記第2放射測定機構と前記放射測温機構との位置関係と、金属板の搬送速度又は前記ロールの回転数とに基づいて決定される、金属板の表面温度測定装置。 - ロール間の直線パスにおける金属板の表面温度を測定する、金属板の表面温度測定装置であって、
前記金属板の向きを変えるロールと前記金属板とによって形成されたくさび部の、前記金属板の前記ロール側の面の放射輝度又は温度を計測する第1放射測定機構と、
前記くさび部の、前記金属板の前記ロールと反対側の面の放射輝度又は温度を測定する第2放射測定機構と、
前記第1放射測定機構によって計測された放射輝度又は温度と、前記第2放射測定機構によって計測された放射輝度又は温度とから、放射率を算出する放射率演算機構と、
算出された前記放射率を用いて、前記金属板の表面を測温する放射測温機構と、
を備え、
前記第1放射測定機構及び前記第2放射測定機構の少なくとも一方は、前記金属板の温度を計測し、
前記放射率演算機構は、
予め算出される黒体放射輝度と温度との関係から、前記第1放射測定機構及び前記第2放射測定機構の少なくとも一方によって計測される前記金属板の温度に応じた黒体放射輝度を算出し、温度に応じて算出された黒体放射輝度を前記第1放射測定機構及び前記第2放射測定機構の少なくとも一方で計測される放射輝度とし、
前記放射率を、前記第1放射測定機構により測定される放射輝度に対する前記第2放射測定機構により測定される放射輝度の比として前記放射率を算出する、金属板の表面温度測定装置。 - 前記放射率演算機構は、前記放射率を、前記第1放射測定機構により測定される放射輝度に対する前記第2放射測定機構により測定される放射輝度の比として算出する、請求項1に記載の金属板の表面温度測定装置。
- 前記第1放射測定機構及び前記放射測温機構は、前記金属板の長手方向に長い視野を持つ一つの放射温度計で構成される、請求項1~3のいずれか1項に記載の金属板の表面温度測定装置。
- 請求項1~4のいずれか1項に記載の金属板の表面温度測定装置を有する、金属板の焼鈍設備。
- ロール間の直線パスにおける金属板の表面温度を測定する、金属板の表面温度測定方法であって、
前記金属板の向きを変えるロールと前記金属板とによって形成されたくさび部の、前記金属板の前記ロール側の面の放射輝度又は温度を第1放射測定機構で計測し、
前記くさび部の、前記金属板の前記ロールと反対側の面の放射輝度又は温度を第2放射測定機構で測定し、
計測された前記ロール側の面の放射輝度又は温度と、計測された前記ロールと反対側の面の放射輝度又は温度とから、放射率を算出し、
算出された前記放射率を用いて、前記金属板の表面を放射測温機構で測温し、
前記金属板の表面の測温に用いられる放射率は、前記放射率が算出された前記金属板の表面位置と、前記放射測温機構によって測温される前記金属板の表面位置とが同一となるように、前記第2放射測定機構と前記放射測温機構との位置関係と、金属板の搬送速度又は前記ロールの回転数とに基づいて決定される、金属板の表面温度測定方法。 - ロール間の直線パスにおける金属板の表面温度を測定する、金属板の表面温度測定方法であって、
前記金属板の向きを変えるロールと前記金属板とによって形成されたくさび部の、前記金属板の前記ロール側の面の放射輝度又は温度を第1放射測定機構で計測し、
前記くさび部の、前記金属板の前記ロールと反対側の面の放射輝度又は温度を第2放射測定機構で測定し、
計測された前記ロール側の面の放射輝度又は温度と、計測された前記ロールと反対側の面の放射輝度又は温度とから、放射率を算出し、
算出された前記放射率を用いて、前記金属板の表面を放射測温機構で測温し、
前記ロール側の面及び前記ロールと反対側の面の少なくとも一方は、前記温度が計測され、
前記放射率を算出する際に、
予め算出される黒体放射輝度と温度との関係から、前記第1放射測定機構及び前記第2放射測定機構の少なくとも一方によって計測される前記金属板の温度に応じた黒体放射輝度を算出し、温度に応じて算出された黒体放射輝度を前記第1放射測定機構及び前記第2放射測定機構の少なくとも一方で計測される放射輝度とし、
前記放射率を、前記第1放射測定機構により測定される放射輝度に対する前記第2放射測定機構により測定される放射輝度の比として前記放射率を算出する、金属板の表面温度測定方法。
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