JPH0526742A

JPH0526742A - 測温精度に優れた温度センサーロール

Info

Publication number: JPH0526742A
Application number: JP3199777A
Authority: JP
Inventors: Kenji Hara; 健治原; Atsushi Aizawa; 敦相沢; Kazunari Nakamoto; 一成中本
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 1991-07-16
Filing date: 1991-07-16
Publication date: 1993-02-02
Anticipated expiration: 2014-08-23
Also published as: JP2938627B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】ライン通板される鋼板等の材料の温度を温度
センサーロールで連続的に測定する際、ロール半径方向
の温度勾配を大きくすることにより、測温精度を向上さ
せる。【構成】互いに接近した複数の熱電対１１ａ，１１ｂ
をそれぞれ異なる表面深さで埋設した温度検出ブロック
１０をロール本体の表面に装着する。そして、ロール内
部にある中空部２０を、冷媒噴出口２３から噴射される
水等の冷媒により冷却する。温度検出ブロック１０の温
度検出面以外の面とロール本体との間には、温度検出ブ
ロック１０に対する熱の出入りを断熱材で抑制するた
め、断熱材１２を介在されることができる。また、温度
検出面を含めてロール本体の周面に、硬質クロムめっき
１５等の熱伝導層を施しても良い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ライン通板される鋼帯
等の材料の温度を連続的に接触式で測定する温度センサ
ーロールに関する。

【０００２】

【従来の技術】圧延ライン、連続加熱ライン等では、連
続的に通板される鋼帯の温度を連続的に測定する方法と
して、赤外線放射温度計，２色温度計等を使用した非接
触式の測温方法が従来から一般的に採用されている。

【０００３】たとえば、特開昭６２−１９９２０９号公
報では、赤外線放射温度計を用いて圧延ラインにおける
圧延後の鋼帯温度を測定し、鋼帯の温度管理を行うこと
が開示されている。この場合、赤外線を波長域とする放
射温度計を、筒状容器の開口側に遮光板と気体供給口を
設けた筒状容器に収容している。そして、測定の外乱要
因である鋼帯上の圧延油等の上記油膜層を圧縮空気によ
り吹き飛ばしながら、鋼帯温度を非接触で測定してい
る。

【０００４】また、連続加熱ライン等においては、赤外
線放射温度計の一種である２色温度計を使用して、加熱
された鋼帯の温度を非接触で測定する場合もある。この
方式においては、２つの互いに異なる波長帯に於ける放
射輝度の比率を計測し、被測定物体の温度を測定する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、圧延ライン
のような測定環境は、圧延油の蒸気等で汚れた状態にあ
る。また、測温される鋼帯等の材料表面は圧延油等の皮
膜で覆われており、表面状態に応じ材料表面の放射率が
不規則に変化する。しかも、放射率は、材料の種類や酸
洗度によっても影響される。この放射率を一定条件下に
設定することはできず、また実際の鋼帯温度に対応した
放射率変動パターンを求めることも困難である。そのた
め、赤外線放射温度計を使用した測温方法では、材料表
面の放射率の変動が測定精度に対する外乱要因となって
いる。

【０００６】他方、２色温度計を使用した測温方法で
は、放射率の変動が測定結果に与える影響は少ない。し
かし、２色温度計で測定可能な温度領域は、最低温度が
約２００℃と高い高温域である。そのため、冷間圧延ラ
インの鋼帯温度のように比較的低温の場合、２色温度計
を使用した測温方法を適用することが難しくなる。

【０００７】測定精度が低いこと、測定可能な温度域に
制約があること等は、鋼帯等の材料から放射される光に
基づいて材料温度を求めることに原因がある。そこで、
本発明者等は、材料温度を接触式で直接測定することを
提案し、特願平２−７８２１７号として出願した。

【０００８】新しく提案した測温方式では、異なる表面
深さで複数の熱電対が組み込まれている温度センサーロ
ールを被測温材料に直接接触させている。使用される温
度センサーは、互いに接触した複数の熱電対をそれぞれ
異なる表面深さで温度検出ブロックに埋め込み、この温
度検出ブロックをロール本体に装着している。被測温材
料に接触するように前記温度センサーロールを配置し、
熱電対によって測定された温度情報に基づき１次元の熱
伝導モデル式を用いて温度センサーロールの表面温度及
び温度センサーロール表面の熱流束を求めることによ
り、温度センサーロールに接触する鋼帯温度を演算す
る。

【０００９】この測定方法は、温度検出ブロック内の熱
流れを１次元の熱流れと仮定して演算している。そこ
で、演算精度、ひいては測温精度を向上させるため、温
度検出部の構造として可能な限り１次元の熱流れとなり
易い構造を必要とする。

【００１０】本発明者等は、熱流束の一次元化を図るた
め、温度検出ブロックを表面に装着したロール本体と、
温度検出ブロックの温度検出面以外の面と前記ロール本
体との間に断熱材を介在させた温度センサーロールを開
発し、特願平２−２７８７３２として出願した。断熱材
の組み込みによりロール内部における温度検出ブロック
に対する熱の出入りが抑制され、測温精度が向上する。

【００１１】しかし、特願平２−２７８７３２による方
法では、温度センサーロールの表面からロール内部への
温度勾配が小さいため、熱応答が若干遅い。また、温度
センサーロール内部の温度が安定状態に達すると、温度
検出ブロック内の熱電対位置での検出温度差が小さくな
る。そのため、予め温度センサーロールと鋼板との熱伝
達率を推定する場合、計算誤差が生じやすく、測温精度
が悪くなる。

【００１２】本発明は、このような問題を解消すべく案
出されたものであり、温度検出面からロール内部への温
度勾配を大きくすることにより、熱応答性及び測温精度
をより向上させた温度センサーロールを提供することを
目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の温度センサーロ
ールは、その目的を達成するすため、互いに接近した複
数の熱電対をそれぞれ異なる表面深さで埋設した温度検
出ブロックと、該温度検出ブロックを表面に装着したロ
ール本体と、前記温度検出ブロック内の温度検出面から
ロール内部への温度勾配を大きくするように、前記ロー
ル内部を冷媒により冷却する冷却機構とを備えているこ
とを特徴とする。

【００１４】ここで、温度検出ブロックの温度検出面以
外の面とロール本体との間に、ロール内部において温度
検出ブロックに対する熱の出入りを抑制する断熱材を介
在させることができる。また、温度検出ブロック及び温
度検出面を含むロール本体の周面に、耐摩耗性に優れた
硬質クロムめっき等の熱伝導層を施しても良い。

【００１５】温度検出ブロックは、ロール本体の胴長方
向及び／又は円周方向に複数個装着することができる。
個々の温度検出ブロックに埋め込まれる複数の熱電対
は、温度センサーロールの胴長方向及び円周方向に関し
て可能な限り近接した状態で配置されることが好まし
い。

【００１６】

【作用】本発明者等は、特願平２−７８２１７号公報，
特願平２−２７８７３２号公報等で提案した温度センサ
ーロールを使用した測温方法において、更に測温精度を
向上させるため種々の手段を検討した。

【００１７】異なる表面深さで埋め込まれた熱電対によ
って得られる温度情報は、温度センサーロール表面の熱
伝達及び温度センサーロール内部における熱伝導の影響
を取り込んだものである。そこで、逆に測定された内部
の温度情報を基にして、温度勾配及びその時間的変化か
ら温度センサーロールに接する被測温材料の温度を演算
することができる。このようにして求められた材料温度
は、赤外線放射温度計による測定とは異なり、外乱要因
の影響を受け難く、高い信頼性を持った値となる。

【００１８】このとき、温度検出ブロック内のロール半
径方向の温度差が小さいと、予め鋼板と温度センサーロ
ール間の熱伝達率を推定する場合、温度検出ブロック内
の熱電対による検出温度誤差の熱伝達率の計算誤差に与
える影響が大きくなる。また、ロール周面からロール半
径方向に向かう一次元的なものと仮定した熱流れを基
に、材料温度を演算するときの演算精度が低下する。

【００１９】そこで、本発明においては、温度検出ブロ
ックを装着したロール内部を強制的に冷却し、温度検出
面からロール半径方向への温度勾配を大きくする。これ
により、温度検出ブロックの熱の移動は温度検出ブロッ
ク表面からロール半径方向への大きな勾配をもった一次
元的な流れとなり、鋼帯温度の正確な測定ができる。ま
た、ロール周面に硬質クロムめっき等の耐摩性に優れた
熱伝導層を形成すると、測温が長時間にわたって行われ
るときでも、ロール周面と被測温材料との間に接触状態
が変化せず一定した条件下での測温が可能となる。

【００２０】以下、図面を参照しながら、本発明を具体
的に説明する。本発明が適用される温度演算システム
は、たとえば図１に示すように、温度センサーロール
１，送信機２，受信機３，Ａ／Ｄ変換機４及び演算機５
を備えている。温度センサーロール１で検出された温度
情報は、補償導線６を経て送信機２に送られ、送信機２
でＦＭに変換されて伝送され、受信機３で受信される。
受信された温度情報は、Ａ／Ｄ変換機４でデジタル情報
に変換され、演算機５に取り込まれる。演算機５では、
入力された温度情報に基づいて、たとえば被測温材料と
して圧延機７（図４）で圧延された鋼帯８の温度Ｔ_r を
演算する。

【００２１】なお、図１の場合には、温度センサーロー
ル１で得られた温度情報の伝送手段として電波によるワ
イヤレス方式を採用している。しかし、これに拘束され
ることなく、たとえばスリップリング方式によって温度
情報を伝送することも可能である。

【００２２】温度センサーロール１は、図２及び図３に
示すように、複数の熱電対１１ａ，１１ｂをそれぞれ異
なる表面深さで互いに近接させて埋め込んだ温度検出ブ
ロック１０を装着している。たとえば、２個の熱電対１
１ａ，１１ｂを使用した場合、一方の熱電対１１ａの検
出端子が他方の熱電対１１ｂの検出端子より温度センサ
ーロール１の表面から浅い場所に位置している。

【００２３】温度検出ブロック１０は、温度検出面以外
は断熱材１２を介してロール内部に接している。そのた
め、ロール内部で温度検出ブロック１０に対する熱の出
入りが防止される。断熱材１２としては、断熱特性に優
れたものである限り、種々の材料を使用することができ
る。

【００２４】温度検出ブロック１０が埋め込まれる温度
センサーロール１は、中空部２０となっている。中空部
２０には、図２に示すように、温度センサーロール１の
端部２１に接続したロッキージョイント２２を介して外
部から一定温度の冷媒が一定流量で供給され、冷媒噴出
口２３でロール内部に吹き出される。ロール内部を冷却
した冷媒は、適宜の流出管を介してロール外に排出され
る。

【００２５】このような構造によって、温度検出ブロッ
ク１０の内部の熱流れは、実質的に温度検出ブロック１
０の表面から温度センサーロール１の中心に向かった半
径方向への１次的の流れとなる。そして、ロール半径方
向に沿った温度勾配が大きくなることから、熱電対１１
ａと１１ｂとの間の検出温度差が大きくなる。

【００２６】温度検出ブロック１０は、温度センサーロ
ール１の胴長方向及び／又は円周方向に沿って複数個配
置することも可能である。胴長方向に温度検出ブロック
１０を複数個配置することによって、鋼帯８の板幅方向
の温度分布を知ることができる。また、円周方向に関し
て複数配置するとき、温度センサーロール１が１回転す
る際に多数の測定点で板温を測定することが可能とな
る。

【００２７】熱電対１１ａ，１１ｂ、により検出された
温度情報は、補償導線８を介して温度センサーロール１
の側面に取り付けられている送信機２に入力される。

【００２８】次いで、この温度センサーロール１を使用
して鋼帯８の温度を検出する手段を説明する。温度セン
サーロール１の表面からの深さがＸ₁ である点の温度を
Ｔ₁ とし、同じく深さがＸ₂ である点の温度Ｔ₂ とす
る。ただし、深さＸ₂ は深さＸ₁ よりも大きく設定す
る。これら２点とその直線上にある温度検出ブロック１
０の表面上の点に関する熱伝導は、温度検出ブロック１
０の前述した構造から１次元の熱流れとして演算するこ
とができる。

【００２９】温度センサーロール１の表面温度Ｔ_f 及び
温度センサーロール１の表面熱流束δは、それぞれ次式
（１）及び（２）で表される。Ｔ_f ＝ＡＴ₁ ＋ＢＴ₂ ＋ＣＴ'₁＋ＤＴ'₂ ・・・・（１） δ＝ＥＴ₁ ＋ＦＴ₂ ＋ＧＴ'₁＋ＨＴ'₂ ・・・・（２）ただし、Ｔ'₁及びＴ'₂は、Ｔ₁ 及びＴ₂の時間ｔに関す
るそれぞれ１階の導関数ｄＴ₁ ／ｄｔ，ｄＴ₂ ／ｄｔで
ある。また、Ａ〜Ｈは、表面深さＸ₁ Ｘ₂ 及び温度検出
ブロック１０の材質によって決まる定数である。

【００３０】温度センサーロールが接触しているときの
鋼帯温度Ｔ_r は、鋼帯８と温度センサーロール１との間
の熱伝導率をａ₁ とするとき、次式（３）で表すことが
できる。Ｔ_r ＝Ｔ_f ＋δ／ａ₁ ・・・・（３）

【００３１】したがって、式（１）〜（３）に基づいて
温度センサーロール１内部の２点における温度Ｔ₁ 及び
Ｔ₂ から、温度センサーロール１に接触する鋼帯温度Ｔ
_r を演算することができる。なお、熱伝達率ａ₁ は、予
め求めておく必要がある。たとえば、鋼帯８の鋼帯温度
Ｔ_r を別の温度測定方式で求め、求められた鋼帯温度Ｔ
_r に基づいて式（１）〜（３）から熱伝達率ａ₁ を求め
ることができる。

【００３２】ロール内部を強制冷却すると、検出誤差の
影響を少なくなり、測温精度が向上する。すなわち、温
度センサーロール１の中空部２０を強制的に水冷した場
合と水冷しない場合とで温度検出ブロック内の熱電対１
１ａ及び１１ｂの検出温度誤差の熱伝達率ａ₁ の計算誤
差に与える影響を式（１）〜（３）により計算した結果
を示した図５から明らかなように、温度センサーロール
１の中空部２０を積極的に冷却した方が熱伝達率ａ₁ を
正確に求めることができる。

【００３３】１つの温度検出ブロック１０に対し、３個
以上の熱電対を埋め込んでもよい。この場合には、温度
検出ブロック１０内部の測定点が３点以上となるので、
任意の２点の温度について、前述した手順で演算を数回
行う。そして、これらの演算値の平均値をとることによ
り、演算精度を高めることができる。

【００３４】

【実施例】本発明を図４に示した４段圧延機７に適用し
た実施例を説明する。温度センサーロール１の周面から
の深さがそれぞれ０．３ｍｍ及び１０ｍｍとなるように
熱電対１１ａ及び１１ｂを埋設した温度検出ブロック１
０を、温度センサーロール１の周面に取り付けた。そし
て、温度検出ブロック１０の表面を含む温度センサーロ
ール１の表面に、めっき厚み２０μｍの硬質クロムめっ
き１５を施した。また、温度センサーロール１の中空部
２０の冷却は、ロッキージョイント２２から水を循環さ
せる方式を採用した。

【００３５】温度検出ブロック１０を備えた温度センサ
ーロール１を、圧延機７の下流側に配置した。そして、
鋼帯８としてオーステナト系ステンレス鋼を、圧下率３
０％及び圧延速度６００ｍ／分で圧延した。

【００３６】温度センサーロール１に接触している鋼帯
温度Ｔ_r を、本発明に従って求め、その結果を図６に示
す。なお、図６には、赤外線放射温度計の測定により求
めた鋼帯温度Ｔ_r も併せて示している。

【００３７】図６から明らかなように、赤外線放射温度
計を使用して求められた鋼帯温度Ｔ_r は、約３５℃のバ
ラツキをもって不安定に変動していた。この変動は、赤
外線放射温度計による測定値が圧延雰囲気の変化等に起
因した外乱要因の影響を受けたものと考えられる。この
ように不安定に変動する鋼帯Ｔ_r は、測温精度の信頼性
に欠けるものである。これに対して、本実施例で得られ
た鋼帯温度Ｔ_r は、１４０℃レベルで一定した値であ
り、信頼性の高いものであることが判る。

【００３８】温度センサーロール１に内蔵された熱電対
で検出される温度が測定開始直後に安定した値となるま
での時間を、温度センサーロール１の中空部２０を冷却
した場合と冷却しない場合について比較した。そして、
熱電対１１ａによって検出された温度Ｔ₁ の測定開始直
後の経時的変化を図７に示す。図７から明らかなよう
に、温度センサーロール１の中空部２０を冷却した方が
早く検出温度が安定することが判る。

【００３９】鋼帯温度Ｔ_r は、前述したように温度セン
サーロール１の表面から異なる深さに埋め込まれた複数
の熱電対で検出された温度を基に演算して求められる。
理論的には、検出温度が安定するまでの間においても鋼
帯温度Ｔ_r を算出することは可能である。しかし、検出
温度が安定している状態の方が演算結果として得られる
鋼帯温度Ｔ_r の精度が高く信頼性が向上するため、検出
温度はできる限り早期に安定することが望ましい。

【００４０】また、厚み２０μｍの硬質クロムめっき１
５を施した温度センサーロールを、硬質クロムめっきが
施されていない温度センサーロールと比較して、測温結
果の経時的変化を調べた。その結果を、図８に示す。図
８から明らかなように、硬質クロムめっきを施していな
い温度センサーロール１を使用して測温したとき、測定
時間と共に鋼帯温度Ｔ_r が変化している。これは、測定
時間が経過するに従って鋼帯８との接触により温度検出
ブロック１０の温度検出面の摩耗が激しくなることによ
り、温度検出精度が変化したことに起因するものであ
る。これに対し、硬質クロムめっき１５を施した温度セ
ンサーロール１を使用した場合には、長時間の測定を行
っても、鋼帯温度Ｔ_r に実質的な変化がなく、安定した
測定温度が得られている。

【００４１】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、異なる表面深さで埋め込んだ複数の熱電対を使用し
て接触方式で鋼帯温度等を測温するとき、ロール内部を
強制冷却することにより、ロール半径方向に沿った温度
勾配を大きくすると共に、熱流束を一次元的な流れにし
ている。その結果、複数の熱電対による検出温度差が大
きくなり、赤外線放射温度計を使用する場合に比較し
て、外乱の影響を受けることなく安定したレベルの鋼帯
温度が高精度で求められる。このように、本発明による
とき、高精度で安定した温度測定が可能であることか
ら、鋼帯温度に起因する品質上のトラブルが解消され、
製品の歩留が向上し、生産能率も向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用される鋼帯温度演算システムを
示す。

【図２】温度検出ブロックが埋め込まれた温度センサ
ーロールを示す。

【図３】温度検出ブロック部分の詳細な構造を示す。

【図４】温度センサーロールが組み込まれた圧延機を
示す。

【図５】温度センサーロールの中空部に対する冷却が
熱伝達率の計算誤差に与える影響を、中空部を冷却しな
い温度センサーロールと比較して示したグラフ

【図６】本発明の温度センサーロールによる測温結果
が安定した値を示すことを、赤外線放射温度計による測
温結果と対比して表したグラフ

【図７】ロール中空部に対する冷却が熱応答性に与え
る影響を、冷却しない場合と比較して表したグラフ

【図８】温度センサーロール表面に施した硬質クロム
めっきが測定温度の経時変化に与える影響を示したグラ
フ

【符号の説明】

１温度センサーロール６補償導線７
圧延機８鋼帯１０温度検出ブロック１１ａ，１１ｂ熱電対１２断熱材１５硬質クロムめっき２０中空部２１温度センサーロー
ルの端部２２ロッキージョイント２３冷媒噴出口Ｔ_f 温度センサーロール１の表面温度Ｔ_r 温度センサーロール１に接触している鋼帯８の温
度

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに接近した複数の熱電対をそれぞれ
異なる表面深さで埋設した温度検出ブロックと、該温度
検出ブロックを表面に装着したロール本体と、前記温度
検出ブロック内の温度検出面からロール内部への温度勾
配を大きくするように、前記ロール内部を冷媒により冷
却する冷却機構とを備えていることを特徴とする測温精
度に優れた温度センサーロール。
【請求項２】請求項１記載の温度検出ブロックの温度
検出面以外の面とロール本体との間に、ロール内部にお
いて前記温度検出ブロックに対する熱の出入りを抑制す
る断熱材を介在させていることを特徴とする測温精度に
優れた温度センサーロール。
【請求項３】請求項１又は請求項２記載の温度検出ブ
ロックが、ロール本体の胴長方向及び／又は円周方向に
複数個装着されていることを特徴とする測温精度に優れ
た温度センサーロール。
【請求項４】請求項１〜３の何れかに記載の温度検出
ブロック及び温度検出面を含むロール本体の周面に、耐
摩耗性に優れた熱伝導層が施されていることを特徴とす
る測温精度に優れた温度センサーロール。