JPWO2018199187A1 - スケール組成判定システム、スケール組成判定方法、およびプログラム - Google Patents

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Abstract

スケール組成判定装置（１０）は、分光放射率測定用放射計（２１ａ、２１ｂ）により測定された、一の波長および他の波長における分光放射率の少なくとも何れか一方が、一の波長および他の波長におけるFeOの分光放射率を含む所定の範囲内にない場合には、スケール（ＳＣ）の最表層にFe2O3が生成されていると判定し、そうでない場合に、スケール（ＳＣ）の最表層にFe2O3が生成されていないと判定する。

Description

本発明は、スケール組成判定システム、スケール組成判定方法、およびプログラムに関し、特に、鋼材の表面に生成されるスケールの組成を判定するために用いて好適なものである。
特許文献１に記載されているように、鋼材を加熱すると表面にスケール（鉄酸化物の皮膜）ができる。例えば、鋼材を熱間圧延する工程では、６００［℃］〜１２００［℃］の赤熱した鋼材がライン上を搬送されてローラで延伸される。従って、熱間圧延中の鋼材の表面には常にスケールが生じている。スケールには、温度や酸素濃度等によって、ウスタイト（FeO）、マグネタイト（Fe3O4）およびヘマタイト（Fe2O3）の３種類の組成がある。
スケールの密着性はその組成に関係している。スケールの最表層にFe2O3が生成する複層スケールは剥離しやすい。一方、スケール組成がFeOのみの単層スケールは密着性が高い。
そこで、デスケーラと呼ばれるスケール除去装置を通過する時は剥離しやすいスケールが好ましい。逆に、スケールがまだらに剥離した模様が表面品質上の問題になる場合にはスケールが鋼材に密着していることが好ましい。従って、スケールの組成を判別し、その結果を、操業に活用することが望まれる。
スケールの組成を判別する手法として、Ｘ線回折測定が考えられる。Ｘ線回折測定では、スケールが成長している鋼材を数ｃｍ程度の大きさに切断した試験片を作製し、この試験片のＸ線回折パターンを測定する。スケールの結晶構造により異なるＸ線回折パターンが得られる。従って、Ｘ線回折パターンから、スケールの最表層にFe2O3があるか否か（即ち、前述した単層スケールであるか、複層スケールであるか）を判別することができる。
しかしながら、Ｘ線回折測定では、鋼材を切断して試験片を作製する必要がある。また、鋼材が冷えた後でしかＸ線回折パターンを測定することができない。従って、操業中の鋼材の表面に生成されているスケールの組成をオンライン（リアルタイム）で判別することができない。
そこで、特許文献１に記載の技術では、鋼材の表面における酸化の律速過程が、酸素分子が鋼板の表面の酸化膜へ供給される過程と、鉄原子が鋼材の表面で酸化する過程とのうち、何れに律速されているかによって、スケールの最表層にFe2O3があるか否かを判別する。
特開２０１２−９３１７７号公報
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、鋼材の表面における酸化の律速過程を判別するためにモデル式を用いる必要がある。従って、判別の精度はモデル式の精度に依存する。更に、熱間圧延ラインでは、デスケーラで鋼板に高圧水を吹き付ける。従って、熱間圧延ライン上の鋼板の表面に部分的に水や水蒸気が存在することになる。よって、モデル計算に必要な酸素供給過程が正確に分からない場合がある。以上のように、特許文献１に記載の技術では、操業中の鋼材の表面に生成されているスケールの組成を精度良くオンライン（リアルタイム）で判別することが容易ではないという問題点がある。
本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、操業中の鋼材の表面に生成されているスケールの組成をオンラインで精度良く判別できるようにすることを目的とする。
本発明のスケール組成判定システムは、鋼材の表面に生成されるスケールの組成を判定するスケール組成判定システムであって、複数の波長のそれぞれにおける前記鋼材の分光放射輝度を検出する検出手段と、前記鋼材の温度を取得する温度取得手段と、前記温度取得手段により取得された、前記鋼材の温度と、前記検出手段により検出された、前記複数の波長のそれぞれにおける前記鋼材の分光放射輝度と、に基づいて、前記複数の波長のそれぞれにおける前記鋼材の分光放射率を導出する分光放射率導出手段と、前記分光放射率導出手段により導出された、前記複数の波長のそれぞれにおける前記鋼材の分光放射率に基づいて、前記スケールの最表層にヘマタイト（Fe2O3）が生成されているか否かを判定する判定手段と、を有し、前記判定手段は、前記複数の波長のそれぞれにおける前記鋼材の分光放射率の少なくとも何れか１つが、前記複数の波長のぞれぞれにおいて設定された所定の範囲外にある場合に、前記スケールの最表層にヘマタイト（Fe2O3）が生成されていると判定し、そうでない場合に、前記スケールの最表層にヘマタイト（Fe2O3）が生成されていないと判定し、前記波長において設定された前記所定の範囲には、当該波長におけるウスタイト（FeO）の分光放射率が含まれ、前記複数の波長は、前記複数の波長のそれぞれにおける前記ヘマタイトの分光放射率と、前記ヘマタイトの厚みとして想定される範囲内におけるヘマタイトの厚みとの関係を用いて定められ、前記複数の波長は、前記関係において、前記ヘマタイトの何れの厚みにおいても、前記複数の波長の少なくとも何れか一つの波長における前記ヘマタイトの分光放射率が当該波長において設定された前記所定の範囲外になるように定められることを特徴とする。
本発明のスケール組成判定方法は、鋼材の表面に生成されるスケールの組成を判定するスケール組成判定方法であって、複数の波長のそれぞれにおける前記鋼材の分光放射輝度を検出する検出工程と、前記鋼材の温度を取得する温度取得工程と、前記温度取得工程により取得された、前記鋼材の温度と、前記検出工程により検出された、前記複数の波長のそれぞれにおける前記鋼材の分光放射輝度と、に基づいて、前記複数の波長のそれぞれにおける前記鋼材の分光放射率を導出する分光放射率導出工程と、前記分光放射率導出工程により導出された、前記複数の波長のそれぞれにおける前記鋼材の分光放射率に基づいて、前記スケールの最表層にヘマタイト（Fe2O3）が生成されているか否かを判定する判定工程と、を有し、前記判定工程は、前記複数の波長のそれぞれにおける前記鋼材の分光放射率の少なくとも何れか１つが、前記複数の波長のそれぞれにおいて設定された所定の範囲外にある場合に、前記スケールの最表層にヘマタイト（Fe2O3）が生成されていると判定し、そうでない場合に、前記スケールの最表層にヘマタイト（Fe2O3）が生成されていないと判定し、前記波長において設定された前記所定の範囲には、当該波長におけるウスタイト（FeO）の分光放射率が含まれ、前記複数の波長は、前記複数の波長のそれぞれにおける前記ヘマタイトの分光放射率と、前記ヘマタイトの厚みとして想定される範囲内におけるヘマタイトの厚みとの関係を用いて定められ、前記複数の波長は、前記関係において、前記ヘマタイトの何れの厚みにおいても、前記複数の波長の少なくとも何れか一つの波長における前記ヘマタイトの分光放射率が当該波長において設定された前記所定の範囲外になるように定められることを特徴とする。
本発明のプログラムは、鋼材の表面に生成されるスケールの組成を判定することをコンピュータに実行させるためのプログラムであって、前記鋼材の温度と、複数の波長のそれぞれにおける前記鋼材の分光放射輝度と、に基づいて、前記複数の波長のそれぞれにおける前記鋼材の分光放射率を導出する分光放射率導出工程と、前記分光放射率導出工程により導出された、前記複数の波長のそれぞれにおける前記鋼材の分光放射率に基づいて、前記スケールの最表層にヘマタイト（Fe2O3）が生成されているか否かを判定する判定工程と、をコンピュータに実行させ、前記判定工程は、前記複数の波長のそれぞれにおける前記鋼材の分光放射率の少なくとも何れか１つが、前記複数の波長のぞれぞれにおいて設定された所定の範囲外にある場合に、前記スケールの最表層にヘマタイト（Fe2O3）が生成されていると判定し、そうでない場合に、前記スケールの最表層にヘマタイト（Fe2O3）が生成されていないと判定し、前記波長において設定された前記所定の範囲には、当該波長におけるウスタイト（FeO）の分光放射率が含まれ、前記複数の波長は、前記複数の波長のそれぞれにおける前記ヘマタイトの分光放射率と、前記ヘマタイトの厚みとして想定される範囲内におけるヘマタイトの厚みとの関係を用いて定められ、前記複数の波長は、前記関係において、前記ヘマタイトの何れの厚みにおいても、前記複数の波長の少なくとも何れか一つの波長における前記ヘマタイトの分光放射率が当該波長において設定された前記所定の範囲外になるように定められることを特徴とする。
図１は、熱間圧延ラインの概略構成の一例を示す図である。 図２は、スケール組成判定システムの構成の一例を示す図である。 図３Ａは、単層スケールの厚みと分光放射率との関係の一例を示す図である。 図３Ｂは、複層スケールの最表層に生成されるFe2O3の厚みと分光放射率との関係の一例を示す図である。 図４Ａは、波長Ａにおける、単層スケールの分光放射率と複層スケールの分光放射率との違いを示す図である。 図４Ｂは、波長Ｂにおける、単層スケールの分光放射率と複層スケールの分光放射率との違いを示す図である。 図５は、黒体の分光放射輝度と波長との関係の一例を示す図である。 図６Ａは、複層スケールの最表層に生成されるFe2O3の厚みと、波長ＡにおけるFe2O3の分光放射率との関係の一例を示す図である。 図６Ｂは、複層スケールの最表層に生成されるFe2O3の厚みと、波長ＢにおけるFe2O3の分光放射率との関係の一例を示す図である。 図７は、スケール組成判定装置の動作の一例を説明するフローチャートである。 図８は、スケール組成判定装置のハードウェアの構成の一例を示す図である。
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態を説明する。
＜熱間圧延ラインの構成の概略＞
図１は、スケール組成判定装置１０の適用先の一例である熱間圧延ラインの概略構成の一例を示す図である。
図１において、熱間圧延ラインは、加熱炉１１と、デスケーラ１２ａ〜１２ｆと、幅方向圧延機１３と、粗圧延機１４と、仕上圧延機１５と、冷却装置（ランアウトテーブル）１６と、巻取装置（コイラー）１７とを有する。
加熱炉１１は、スラブ（鋼材）Ｓを加熱する。
デスケーラ１２ａ〜１２ｆは、鋼材の表面に生成されているスケールを除去する。スケールの厚みは、例えば１０［μｍ］〜１００［μｍ］である。デスケーラ１２ａ〜１２ｆは、例えば、加圧水を鋼材の表面に吹き付けることにより、デスケーリング（スケールの除去）を行う。尚、鋼材は高温であるため、スケールを除去しても鋼材は直ちに再酸化する。従って、鋼材は、常にスケールが表面に存在した状態で圧延される。
幅方向圧延機１３は、加熱炉１１で加熱されたスラブＳを幅方向に圧延する。
粗圧延機１４は、幅方向圧延機１３で幅方向に圧延されたスラブＳを上下方向から圧延して粗バーにする。図１に示す例では、粗圧延機１４は、ワークロールのみからなる圧延スタンド１４ａと、ワークロールとバックアップロールとを有する圧延スタンド１４ｂ〜１４ｅとを有する。
仕上圧延機１５は、粗圧延機１４で製造された粗バーをさらに所定の厚みまで連続して熱間仕上圧延を行う。図１に示す例では、仕上圧延機１５は、７つの圧延スタンド１５ａ〜１５ｇを有する。
冷却装置１６は、仕上圧延機１５により熱間仕上圧延が行われた熱延鋼板Ｈを冷却水により冷却する。
巻取装置１７は、冷却装置１６により冷却された熱延鋼板Ｈをコイル状に巻き取る。
尚、熱間圧延ラインは、公知の技術で実現することができ、図１に示す構成に限定されるものではない。例えば、仕上圧延機１５の７つの圧延スタンド１５ａ〜１５ｇのうち、上流側の圧延スタンドの間（例えば、圧延スタンド１５ａ、１５ｂの間および圧延スタンド１５ｂ、１５ｃの間）にデスケーラを配置しても良い。
本実施形態では、熱間圧延ラインに対し、３つの放射計を一組とする放射計の組を少なくとも１つ配置する。また、３つの放射計は、何れも、鋼材の分光放射輝度を非接触で検出する。ただし、３つの放射計のうちの１つの放射計は、放射測温法により、鋼材の温度を測定するために用いられる放射計である。３つの放射計のうちの残りの２つの放射計は、鋼材の分光放射率を測定するために用いられる放射計である。
絶対温度Ｔの黒体が出す分光放射輝度Ｌb（λ，Ｔ）は、プランク（Planck）の黒体放射則により、以下の（１）式で表される。尚、分光放射輝度は、波長λ［μｍ］における、単位波長あたり、単位面積あたり、単位立体角あたりの放射束［Ｗ・μｍ-1・ｓｒ-1・ｍ-2］である。
Figure 2018199187
ここで、ｃ1、ｃ2は、それぞれ、プランクの黒体放射式の第１定数、第２定数である。
（１）式は、理想的な放射体である黒体の分光放射輝度である。現実の物体の分光放射輝度Ｌ（λ，Ｔ）は、それと同じ温度の黒体の分光放射輝度Ｌb（λ，Ｔ）よりも小さい。そこで、被測定物の分光放射率ε（λ，Ｔ）を以下の（２）式で定義する。
Figure 2018199187
以上のように分光放射率ε（λ，Ｔ）を測定するためには、被測定物の分光放射輝度Ｌ（λ，Ｔ）を測定する。さらに被測定物の温度Ｔを何らかの方法で得る。そして、被測定物の分光放射輝度Ｌ（λ，Ｔ）と、被測定物の温度Ｔとを用いて（２）式の計算を行う。
図１に示す例では、デスケーラ１２ｂと、圧延スタンド１４ｂとの間の領域に一組の放射計２０、２１ａ、２１ｂを配置する場合を示す。圧延スタンド１４ｂは、ワークロールとバックアップロールとを有する圧延スタンドのうち最上流に設けられた圧延スタンドである。ここで、放射計２０は、鋼材の温度を測定するために用いられる放射計であるものとする。また、放射計２１ａ、２１ｂは、鋼材の分光放射率を測定するために用いられる放射計であるものとする。
図２は、スケール組成判定システムの構成の一例を示す図である。図２では、放射計２０、２１ａ、２１ｂの配置と、スケール組成判定装置１０の機能的な構成の一例を示す。
＜放射計２０、２１ａ、２１ｂ＞
まず、放射計２０、２１ａ、２１ｂの配置の一例について説明する。図２では、鋼材ＳＭの傍らに付している矢印線の方向が鋼材ＳＭの搬送方向である場合を例に挙げて示す。また、鋼材ＳＭの表面にはスケールＳＣが生成されているものとする。
図２において、放射計２０、２１ａ、２１ｂの軸（受光レンズの光軸）の、鋼材ＳＭ（の表面）の通過位置との交点が略一致するように、放射計２０、２１ａ、２１ｂを配置する。尚、図２では、鋼材ＳＭの搬送方向に放射計２０、２１ａ、２１ｂを並べる場合を例に挙げて示す。しかしながら、放射計２０、２１ａ、２１ｂの軸（受光レンズの光軸）の、鋼材ＳＭ（の表面）の通過位置との交点が略一致するようにしていれば、放射計２０、２１ａ、２１ｂをこのように配置する必要はない。例えば、鋼材ＳＭの幅方向に放射計２０、２１ａ、２１ｂを並べても良い。
以下の説明では、鋼材の温度を測定するために用いられる放射計２０を必要に応じて温度測定用放射計２０と称する。また、鋼材の分光放射率を測定するために用いられる放射計２１ａ、２１ｂを必要に応じて分光放射率測定用放射計２１ａ、２１ｂと称する。
次に、温度測定用放射計２０と分光放射率測定用放射計２１ａ、２１ｂにおいて検出する波長の一例について説明する。尚、この検出波長は、（１）式および（２）式の波長λに対応する。
温度測定用放射計２０および分光放射率測定用放射計２１ａ、２１ｂが測定することができる波長は、一般的に、０．６［μｍ］〜１４．０［μｍ］の領域において、大気中の二酸化炭素や水蒸気による吸収が小さい帯域である。
この下限値の０．６［μｍ］は、放射計において分光放射輝度を測定することが可能な波長の下限値から定まる。この分光放射輝度を測定することが可能な波長の下限値は、測定対象の鋼材ＳＭの温度に応じて定まる。例えば、測定対象の鋼材ＳＭの温度として９００［℃］以上の温度を測定する場合には、放射計において分光放射輝度を測定することが可能な波長の下限値は０．６［μｍ］になる。また、測定対象の鋼板ＳＭの温度の下限値を６００［℃］とする場合には、検出波長の下限値は０．９［μｍ］になる。
また、波長の上限値の１４．０［μｍ］は、放射計における光検出素子の性能（長波長の赤外線の検出能力）の制約から定まる。
尚、本実施形態において想定している鋼材ＳＭの温度の範囲は、６００［℃］〜１２００［℃］である。
このように、本実施形態においては、温度測定用放射計２０および分光放射率測定用放射計２１ａ、２１ｂの検出波長として、０．６［μｍ］〜１４．０［μｍ］の範囲内から選択するのが好ましい。
ここで、スケールＳＣの組成・構造について説明する。例えば、特許文献１に記載されているように、鉄酸化物であるスケールには、単層スケールと、複層スケールとがあることが知られている。単層スケールは、ウスタイト（FeO）のみで構成される。複層スケールは、ウスタイト（FeO）、マグネタイト（Fe3O4）およびヘマタイト（Fe2O3）から構成される。複層スケールでは、地鉄側から順にウスタイト（FeO）、マグネタイト（Fe3O4）およびヘマタイト（Fe2O3）が９４：５：１程度の厚み割合の層を成す。FeO、Fe3O4、Fe2O3はそれぞれ固有の屈折率と減衰係数とを有するため、光学特性の一つである分光放射率が単層スケールと複層スケールとで異なることが期待される。そこで、本発明者らは、３．３［μｍ］〜５．０［μｍ］の領域に定めた一つの検出波長（以下ではこの波長を波長Ａと称する）、および、８．０［μｍ］〜１４．０［μｍ］の領域に定めた一つの波長（以下ではこの波長を波長Ｂと称する）の２つの波長において、単層スケール（FeOのみからなるスケールＳＣ）と複層スケール（表層から、Fe2O3、Fe3O4、FeOの順にサンドイッチ構造になるスケールＳＣ）のそれぞれの分光放射率を調査した。
分光放射率は、以下のように実験的に求めた。
熱電対を溶着した鋼材サンプルをチャンバー内で加熱して、鋼材サンプルを所定の温度に保持した状態で、鋼材サンプルの熱放射輝度を放射計で測定する。このようにして得られる放射計の出力Ｌ（λ，Ｔ）を読み取る。一方、熱電対の指示温度を（１）式に代入してＬb（λ，Ｔ）を計算する。そしてＬ（λ，Ｔ）およびＬb（λ，Ｔ）から（２）式に基づき分光放射率ε（λ，Ｔ）を求める。この際、チャンバー内の雰囲気を調整することで単層スケールと複層スケールを作り分けて、それぞれのスケール構造の分光放射率を得た。
図３Ａは、単層スケール（FeO）の厚みと分光放射率との関係の一例を示す図である。図３Ｂは、複層スケールの最表層に生成されるFe2O3の厚みと分光放射率との関係の一例を示す図である。図３Ａにおいて、FeO厚とは、単層スケール（の全体）の厚みを意味する。図３Ｂにおいて、Fe2O3厚とは、複層スケールの最表層に生成されるFe2O3の厚みを意味する。前述の通り、複層スケールの最表層に生成されるFe2O3の厚みは、スケール全体の厚みの１００分の１程度である。
図３Ａに示すように、単層スケールの分光放射率は、波長Ａ、波長Ｂともに単層スケールの厚みによらず安定した値を示す。FeOは不透明であるためである。一方、図３Ｂに示すように、複層スケールの分光放射率は、Fe2O3の厚みの変化（即ちFe2O3の成長）に伴い周期的に変動する。その周期は、波長が長いほど長い。尚、特許文献１には、波長３．９［μｍ］において、複層スケールの分光放射率がFe2O3の厚みに応じて変化するシミュレーション結果が示されている。
複層スケールの全体の厚みは波長よりも大きいものの、Fe2O3は透明性があり、Fe3O4は不透明と見なせる。このことから、特許文献１にも記載されているように、厚みの薄いFe2O3における光学的な干渉現象が、分光放射率に寄与する。このため、複層スケールの分光放射率は、Fe2O3の厚みに応じて周期的に変動する。
尚、複層スケールの最表層に生成されるFe2O3の厚みに対する分光放射率の挙動は、波長Ａ又は波長Ｂの範囲内（３．３［μｍ］〜５．０［μｍ］、８．０［μｍ］〜１４．０［μｍ］）では、大きくは変動しないことが、別途確認されている。ここで、複層スケール表層Fe2O3厚に対する分光放射率の挙動とは、例えば、分光放射率の値がどの厚みで山や谷を形成するか、単調変化なのか極値を持つのか、上に凸なのか下に凸なのか、といった挙動であって、複層スケールの最表層に生成されるFe2O3の厚みと分光放射率との対応関係における挙動を意味する。
スケールＳＣ全体の厚みが最大で１００［μｍ］であると想定すると（この場合、Fe2O3の厚みは最大で１［μｍ］程度になる）、図３Ａおよび図３Ｂから読み取れるように、一つの波長の分光放射率を観測したのでは、Fe2O3の分光放射率がFeOのそれと類似する厚み領域がある。例えば、Fe2O3の厚みが０．８［μｍ］付近では、波長ＡにおけるFe2O3の分光放射率は、FeOの分光放射率と同等の０．７５付近になる（尚、ここでは、Fe2O3の厚みの１００倍が複層スケールの（全体の）厚みであるとする）。従って、１つの波長で分光放射率を測定すると、当該分光放射率から、スケールＳＣの最表層にFe2O3があるか否か（即ち、スケールＳＣが単層スケールおよび複層スケールの何れであるか）を判別することができない厚み領域が存在することになる。そこで、何れの厚み領域でも、スケールＳＣが単層スケールおよび複層スケールの何れであるかを判別することができるように、本実施形態では、以下のような手法を採用するに至った。
即ち、Fe2O3の厚みとして想定される厚みの範囲内において、２つの波長のうち少なくとも何れか一方の波長におけるFe2O3の分光放射率が、FeOの分光放射率と明確に異なるように、当該２つの波長を選択する。このことが本実施形態の技術的な特徴の一つである。また、Fe2O3の分光放射率がFe2O3の厚みによって変動する。このため、Fe2O3の厚みによって分光放射率が類似の値になることがないように、複数の波長で測定を行う。このことも本実施形態の技術的な特徴の一つである。このことについて、図４Ａおよび図４Ｂを参照しながら具体的に説明する。
図４Ａは、図３Ａおよび図３Ｂから、波長Ａについて、複層スケールの最表層に形成されるFe2O3の厚みと、FeOの分光放射率およびFe2O3の分光放射率との関係を抜き出して示す図である。図４Ｂは、図３Ａおよび図３Ｂから、波長Ｂについて、複層スケールの最表層に形成されるFe2O3の厚みと、FeOの分光放射率およびFe2O3の分光放射率との関係を抜き出して示す図である。尚、図３Ａおよび図３Ｂに示したように、FeOの分光放射率は、スケールＳＣの厚みによらず一定である。一方、複層スケールの分光放射率は、Fe2O3の厚みに応じて周期的に変動する。図４Ａおよび図４Ｂにおいて、層厚は、以下のことを意味する。即ち、FeOの分光放射率に対しては、層厚は、単層スケール（の全体）の厚みになる。Fe2O3の分光放射率に対しては、層厚は、複層スケールの最表層に生成されるFe2O3の厚みになる。
図４Ａに示す波長Ａでは、例として、分光放射率が約０．７〜０．８となる範囲に、「所定の第１の範囲」（図中のグレーの領域を参照）が設定されている。そして、測定された分光放射率が当該所定の範囲内（図中のグレーの領域を参照）にあれば、スケールＳＣがFeOであると判断する。そうすることで、複層スケールの最表層に生成されるFe2O3の厚みが０．６［μｍ］以下であれば、測定対象のスケールＳＣが複層スケールの場合には、測定された分光放射率が、前記所定の第１の範囲外の値となる。このことから、複層スケールと単層スケールとを分別することができる。
一方、図４Ｂに示す波長Ｂでは、図４Ａに示す波長Ａの場合の「所定の第１の範囲」とは別に、例として、分光放射率が約０．６〜０．７となる範囲に、「所定の第２の範囲」（図中のグレーの領域を参照）が設定されている。そして、測定された分光放射率が当該所定の第２の範囲内にあれば、スケールＳＣがFeOであると判断する。そうすることで、複層スケールの最表層に生成されるFe2O3の厚みが約０．２［μｍ］以上であれば、測定対象のスケールＳＣが複層スケールの場合には、測定された分光放射率が、前記所定の第２の範囲外の値となる。このことから、複層スケールと単層スケールとを分別することができる。
尚、前記所定の第１の範囲は、波長ＡにおけるFeOの分光放射率を含む範囲であればよい。また、前記所定の第２の範囲は、波長ＢにおけるFeOの分光放射率を含む範囲であればよい。前記所定の第１の範囲の上限値および下限値と、前記所定の第２の範囲の上限値および下限値は、それぞれ、測定誤差（放射計の公差）等を考慮して適宜設定することができる。
一方、図４Ａより、複層スケールの最表層に生成されるFe2O3の厚みが０．６［μｍ］を上回る場合には、測定対象のスケールＳＣが、単層スケールであっても複層スケールであっても、波長Ａにおける分光放射率は、前記所定の第１の範囲内の値となる。また、図４Ｂより、複層スケールの最表層に生成されるFe2O3の厚みが０．２［μｍ］を下回る場合には、測定対象のスケールＳＣが、単層スケールであっても複層スケールであっても、波長Ｂにおける分光放射率は、前記所定の第２の範囲内の値となる。
そこで、本実施形態では、波長Ａを用いた場合の判断と、波長Ｂを用いた場合の判断とを組み合わせる。このようにすることで、それぞれの波長Ａ、Ｂ単独では判断できなかった範囲を補い合うことができる。従って、複層スケールの最表層に生成されるFe2O3の厚みによらず、複層スケールと単層スケールとを分別することができる。即ち、図４Ａおよび図４Ｂから読み取れるように、波長Ａにおける分光放射率が前記所定の第１の範囲外であるという判断と、波長Ｂにおける分光放射率が前記所定の第２の範囲外であるという判断と、のうち、少なくとも何れか一方の判断がなされれば、スケールＳＣの最表層にFe2O3がある（即ち、スケールＳＣが複層スケールである）と判定することができる。一方、波長Ａにおける分光放射率が前記所定の第１の範囲内であるという判断と、波長Ｂにおける分光放射率が前記所定の第２の範囲内であるという判断と、の双方の判断がなされれば、スケールＳＣの最表層にFe2O3がない（即ち、スケールＳＣが単層スケールである）と判定することができる。
即ち、図４Ａに示す判断しかしなければ、スケールＳＣの最表層に生成されるFe2O3の厚みが０．６［μｍ］を上回る場合には、スケールＳＣが複層スケールなのか単層スケールなのかを判断することができない。一方、図４Ｂに示す判断しかしなければ、スケールＳＣの最表層に生成されるFe2O3の厚みが約０．２［μｍ］を下回れば、スケールＳＣが複層スケールなのか単層スケールなのかを判断できなない。そこで、それぞれの判断を組み合わせることで、スケールＳＣの最表層にFe2O3が生成されている場合には、波長Ａ又は波長Ｂの少なくとも何れか一方の判断では、分光放射率の値が前記所定の第１の範囲または前記所定の第２の範囲から外れることになる。従って、複層スケールの最表層に生成されるFe2O3の厚みによらず、スケールＳＣが複層スケールなのか単層スケールなのかを、容易に判定することが可能となる。
以上のように、波長Ａ、Ｂは、Fe2O3の何れの厚みにおいても、波長Ａおよび波長Ｂの少なくとも何れか一つの波長におけるFe2O3の分光放射率が当該波長において設定された所定の範囲外になるように定められる。ここで、波長Ａにおいて設定された所定の範囲は、前記所定の第１の範囲である。波長Ｂにおいて設定された所定の範囲は、前記所定の第２の範囲である。尚、図４Ａおよび図４Ｂでは、Fe2O3の厚みとして０．０［μｍ］〜１．０［μｍ］の範囲が想定されている場合を例に挙げて示す。Fe2O3の厚みの範囲は、例えば、以下のようにして求められる。まず、デスケーリングによるスケール除去時の鋼材ＳＭの温度とその後の経過時間とを用いて、公知のスケール厚計算式からスケールＳＣ全体の厚みの範囲を求める。スケール厚計算式は、温度と時間との関数からスケールＳＣの全体の厚みを求める式である。そして、熱間圧延ラインにおいて生成されることが想定されるFe2O3の厚みの範囲として、スケールＳＣの全体の厚みの範囲の上限値および下限値の１［％］の厚みを求める。また、Fe2O3の厚みの範囲は、例えば、実際の温度履歴を想定したスケール生成のラボ実験を行うことによって求めてもよい。
次に、分光放射率を求めるために必要な、鋼材ＳＭの温度Ｔを測定する方法の一例について説明する。
図１に示す熱間圧延ラインにおけるオンラインの測定では、熱電対等の接触式の温度計を使用することは現実的でない。温度計が破損する虞があるからである。そこで、本実施形態では、放射測温法により鋼材ＳＣの温度を測定する。放射測温では、分光放射率が既知で一定であることが望ましい。しかしながら、スケールＳＣは、その組成や光学的な干渉によって、あらゆる波長帯域で分光放射率が変動することが予想される。そこで、本実施形態では、短波長帯域で放射測温を行う。一方、分光放射率の測定は、赤外の長波長帯域で行う。
この理由は次のように説明される。図５は、黒体の分光放射輝度Ｌb（λ，Ｔ）と波長との関係の一例を示す図である。図５では、黒体の温度Ｔ＝７００［℃］、９００［℃］の場合の関係を例に挙げて示す。図５に示す曲線は、黒体放射の理論式（プランクの放射則）から計算される。
図５から分かるように、おおよそ２［μｍ］付近よりも短波長の領域では、温度Ｔによる分光放射輝度の変化が大きい。従って、短波長の領域では、分光放射率の変動に比較的ロバストな測温が可能であり、温度の測定に適している。一方、図５から分かるように、おおよそ４［μｍ］付近よりも長波長の領域では、温度Ｔによる分光放射輝度の変化が小さい。従って、長波長の領域では、温度の変動に比較的ロバストな測定が可能であるため、分光放射率の測定に適している。
短波長における温度計測用の放射計としては、一般的に、主に波長０．６５［μｍ］、０．９［μｍ］および１．５５［μｍ］が、検出波長として使用されている。検出波長が短いほど放射率変動による測温誤差は小さくなる。ただし、検出波長が０．６５［μｍ］の放射計では、おおよそ９００［℃］以上の高温の被測定物の測温に限られる。このため、ここでは０．９［μｍ］を検出波長とする放射計を用いる場合を例に挙げて説明する。
放射測温を実施する波長λ＝０．９［μｍ］における分光放射率の変動が、波長Ａ、波長Ｂにおける分光放射率の測定を妨げないことについては、次のようにして確認した。尚、分光放射率の変動とは、放射測温を行う際に設定する分光放射率と実際の分光放射率との違いを意味する。
波長０．９［μｍ］におけるFeOの分光放射率を実験的に求めたところ、約０．７８で安定していた。一方、この波長のFe2O3の分光放射率を測定したところ、０．７８±０．０７の範囲で不安定に変化していた。このFe2O3の分光放射率の変動はFe2O3膜内（層内）の光干渉現象に起因するものと推測される。放射計の分光放射率を０．７８に設定して、温度Ｔ＝９００℃の被測定物の温度を測定すると、この±０．０７の分光放射率の変動により、約±８［℃］の測温誤差が生じることになる。
図６Ａおよび図６Ｂを参照しながら、測温誤差がFe2O3の分光放射率に与える影響を説明する。図６Ａは、複層スケールの最表層に生成されるFe2O3の厚みと、波長ＡにおけるFe2O3の分光放射率との関係の一例を示す図である。図６Ｂは、複層スケールの最表層に生成されるFe2O3の厚みと、波長ＢにおけるFe2O3の分光放射率との関係の一例を示す図である。図６Ａおよび図６Ｂにおいて、Fe2O3厚とは、複層スケールの最表層に生成されるFe2O3の厚みを意味する。
図６Ａおよび図６Ｂにおいて、実線で示す曲線は、図４Ａおよび図４Ｂに示したものである。前述した±８［℃］の測温誤差により、分光放射率には、この実線で示す曲線に対し、図６Ａおよび図６Ｂに破線で示す曲線の範囲の不確かさが生じる。このような温度測定の不確かさが生じても、前述したスケールの組成の判別には問題とならない。即ち、前述したように、波長Ａの分光放射率、波長Ｂの分光放射率が、それぞれ、前記所定の第１の範囲、前記所定の第２の範囲（図４Ａ、図４Ｂに示したグレーの領域）にあるか否かを判定する。この際、仮に図６Ａ、図６Ｂに破線で示す曲線の範囲の不確かさが生じても、スケールＳＣの最表層がFe2O3であれば、波長Ａの分光放射率が、前記所定の第１の範囲外になることと、波長Ｂの分光放射率が、前記所定の第２の範囲外になることとのうち、少なくとも何れか一方が生じることになる。
以上のことから、本実施形態では、温度測定用放射計２０の検出波長を０．９［μｍ］とすることが好ましい。温度測定用放射計２０における分光放射輝度の検出素子としては、例えばシリコン検出素子を用いるのが好ましい。また、前述したように、波長λ＝０．９［μｍ］におけるFe2O3の分光放射率は、０．７８±０．０７の範囲で変動する。そこで、本実施形態では、鋼材ＳＭの温度Ｔを導出する際に用いる分光放射率εTHとして、０．７８を用いることが考えられる。
一方、分光放射率測定用放射計２１ａの検出波長を３．３［μｍ］〜５．０［μｍ］の範囲にある波長Ａとする。また、分光放射率測定用放射計２１ｂの検出波長を８．０［μｍ］〜１４．０［μｍ］の範囲にある波長Ｂとする。分光放射率測定用放射計２１ａとしては、例えば、ＭＣＴ（HgCdTe）検出素子を検出素子とする放射計に、光学フィルタを取り付けることで実現することができる。また、分光放射率測定用放射計２１ｂとしては、例えば、焦電素子を検出素子とする放射計に、光学フィルタを取り付けることで実現することができる。これらの放射計（温度測定用放射計２０、分光放射率測定用放射計２１ａ、２１ｂ）は、被測定物の温度が６００［℃］以上であれば、熱放射を安定して観測することができる。
＜スケール組成判定装置１０＞
次に、スケール組成判定装置１０の詳細の一例について説明する。スケール組成判定装置１０のハードウェアは、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、および各種のインターフェースを備える情報処理装置、または、専用のハードウェアを用いることにより実現することができる。
図７は、スケール組成判定装置１０の動作の一例を説明するフローチャートである。図２および図７を参照しながら、スケール組成判定装置１０の機能の一例を説明する。尚、図７のフローチャートは、温度測定用放射計２０および分光放射率測定用放射計２１ａ、２１ｂにより鋼材ＳＭの分光放射輝度が検出される度に実行される。
ステップＳ７０１において、分光放射輝度取得部２０１は、温度測定用放射計２０および分光放射率測定用放射計２１ａ、２１ｂにより検出された、鋼材ＳＭの分光放射輝度を取得する。
次に、ステップＳ７０２において、温度導出部２０２は、以下の（３）式の計算を行うことにより、鋼材ＳＭの温度Ｔを導出する。
Figure 2018199187
ここで、λTHは、温度測定用放射計２０の検出波長である。ＬTHは、温度測定用放射計２０により検出された、鋼材ＳＭの分光放射輝度である。この鋼材ＳＭの分光放射輝度ＬTHは、ステップＳ７０１で取得されたものである。また、εTHは、鋼材ＳＭの温度Ｔを導出する際に用いる分光放射率である。前述したように本実施形態では、分光放射率εTHとして０．７８を用いることができる。
次に、ステップＳ７０３において、分光放射率導出部２０３は、以下の（４）式、（５）式の計算を行うことにより、波長Ａ（（４）式中ではλA）、波長Ｂ（（５）式中ではλB）における分光放射率εA、εBを導出する。
Figure 2018199187
ここで、Ｔは、ステップＳ７０２で導出された、鋼材ＳＭの温度である。ＬAは、分光放射率測定用放射計２１ａにより検出された、鋼材ＳＭの分光放射輝度である。ＬBは、分光放射率測定用放射計２１ｂにより検出された、鋼材ＳＭの分光放射輝度である。これらの鋼材ＳＭの分光放射輝度ＬA、ＬBは、ステップＳ７０１で取得されたものである。
次に、ステップＳ７０４において、判定部２０４は、波長Ａにおける分光放射率εAが前記所定の第１の範囲内であるか否かを判定する。前述したように本実施形態では、前記所定の第１の範囲は、０．７０〜０．８０である（図４Ａを参照）。
この判定の結果、波長Ａにおける分光放射率εAが前記所定の第１の範囲内でない場合には、スケールＳＣの最表層にFe2O3が生成されていると判断される（即ち、鋼材ＳＭの表面に複層スケールが生成されていると判断される）。そこで、ステップＳ７０５において、出力部２０５は、スケールＳＣの最表層にFe2O3が生成されている（鋼材ＳＭの表面に複層スケールが生成されている）ことを示す情報を出力する。そして、図７のフローチャートによる処理を終了する。
一方、ステップＳ７０４において、波長Ａにおける分光放射率εAが前記所定の第１の範囲内であると判定された場合には、ステップＳ７０６に進む。ステップＳ７０６に進むと、判定部２０４は、波長Ｂにおける分光放射率εBが前記所定の第２の範囲内であるか否かを判定する。前述したように本実施形態では、前記所定の第２の範囲は、０．６０〜０．７０である（図４Ｂを参照）。
この判定の結果、波長Ｂにおける分光放射率εBが前記所定の第２の範囲内でない場合には、スケールＳＣの最表層にFe2O3が生成されていると判断される（即ち、鋼材ＳＭの表面に複層スケールが生成されていると判断される）。そこで、ステップＳ７０５において、出力部２０５は、スケールＳＣの最表層にFe2O3が生成されている（鋼材ＳＭの表面に複層スケールが生成されている）ことを示す情報を出力する。そして、図７のフローチャートによる処理を終了する。
一方、ステップＳ７０６において、波長Ｂにおける分光放射率εBが前記所定の第２の範囲内であると判定された場合には、スケールＳＣの最表層にFe2O3が生成されていないと判断される（即ち、鋼材ＳＭの表面に単層スケールが生成されていると判断される）。そこで、ステップＳ７０７において、出力部２０５は、スケールＳＣの最表層にFe2O3が生成されていない（鋼材ＳＭの表面に単層スケールが生成されている）ことを示す情報を出力する。そして、図７のフローチャートによる処理を終了する。
尚、出力部２０５による前記情報の出力形態としては、例えば、コンピュータディスプレイへの表示、外部装置への送信、およびスケール組成判定装置１０の内部または外部の記憶媒体への記憶の少なくとも何れか１つを採用することができる。
図８は、スケール組成判定装置１０のハードウェアの構成の一例を示す図である。
図８において、スケール組成判定装置１０は、ＣＰＵ８０１、主記憶装置８０２、補助記憶装置８０３、通信回路８０４、信号処理回路８０５、画像処理回路８０６、Ｉ／Ｆ回路８０７、ユーザインターフェース８０８、ディスプレイ８０９、およびバス８１０を有する。
ＣＰＵ８０１は、スケール組成判定装置１０の全体を統括制御する。ＣＰＵ８０１は、主記憶装置８０２をワークエリアとして用いて、補助記憶装置８０３に記憶されているプログラムを実行する。主記憶装置８０２は、データを一時的に格納する。補助記憶装置８０３は、ＣＰＵ８０１によって実行されるプログラムの他、各種のデータを記憶する。補助記憶装置８０３は、前述した所定の第１の範囲および所定の第２の範囲等、図７に示したフローチャートの処理に必要な情報を記憶する。
通信回路８０４は、スケール組成判定装置１０の外部との通信を行うための回路である。
信号処理回路８０５は、通信回路８０４で受信された信号や、ＣＰＵ８０１による制御に従って入力した信号に対し、各種の信号処理を行う。分光放射輝度取得部２０１は、例えば、ＣＰＵ８０１、通信回路８０４、および信号処理回路８０５を用いることによりその機能を発揮する 。また、温度導出部２０２、分光放射率導出部２０３および判定部２０４は、例えば、ＣＰＵ８０１および信号処理回路８０５を用いることによりその機能を発揮する 。
画像処理回路８０６は、ＣＰＵ８０１による制御に従って入力した信号に対し、各種の画像処理を行う。この画像処理が行われた信号は、ディスプレイ８０９に出力される。
ユーザインターフェース８０８は、オペレータがスケール組成判定装置１０に対して指示を行う部分である。ユーザインターフェース８０８は、例えば、ボタン、スイッチ、およびダイヤル等を有する。また、ユーザインターフェース８０８は、ディスプレイ８０９を用いたグラフィカルユーザインターフェースを有していても良い。
ディスプレイ８０９は、画像処理回路８０６から出力された信号に基づく画像を表示する。Ｉ／Ｆ回路８０７は、Ｉ／Ｆ回路８０７に接続される装置との間でデータのやり取りを行う。図８では、Ｉ／Ｆ回路８０７に接続される装置として、ユーザインターフェース８０８およびディスプレイ８０９を示す。しかしながら、Ｉ／Ｆ回路８０７に接続される装置は、これらに限定されない。例えば、可搬型の記憶媒体がＩ／Ｆ回路８０７に接続されても良い。また、ユーザインターフェース８０８の少なくとも一部およびディスプレイ８０９は、スケール組成判定装置１０の外部にあっても良い。
出力部２０５は、例えば、通信回路８０４および信号処理回路８０５と、画像処理回路８０６、Ｉ／Ｆ回路８０７、およびディスプレイ８０９との少なくとも何れか一方を用いることによりその機能を発揮する 。
尚、ＣＰＵ８０１、主記憶装置８０２、補助記憶装置８０３、信号処理回路８０５、画像処理回路８０６、およびＩ／Ｆ回路８０７は、バス８１０に接続される。これらの構成要素間の通信は、バス８１０を介して行われる。また、スケール組成判定装置１０のハードウェアは、前述したスケール組成判定装置１０の機能を実現することができれば、図８に示すものに限定されない。
以上のように本実施形態では、スケール組成判定装置１０は、分光放射率測定用放射計２１ａ、２１ｂにより測定された、波長Ａおよび波長Ｂにおける分光放射率の少なくとも何れか一方が、波長Ａおよび波長Ｂのそれぞれにおいて設定された所定の範囲内にない場合には、スケールＳＣの最表層にFe2O3が生成されていると判定し、そうでない場合には、スケールＳＣの最表層にFe2O3が生成されていないと判定する。ここで、波長Ａおよび波長Ｂのそれぞれにおいて設定された所定の範囲（前記所定の第１の範囲および前記所定の第２の範囲）には、当該波長Ａ、ＢにおけるFeOの分光放射率が含まれる。従って、異なる波長における分光放射輝度の検出を行うことにより、操業中の鋼材ＳＭの表面に生成されているスケールＳＣが単層スケールであるか複層スケールであるかをオンラインで正確に判別することができる。これにより、例えば、操業上の管理を迅速に且つ正確に行ったり、スケールＳＣの組成の判別結果を操業に迅速に且つ正確に反映させたりすることができる。
＜変形例＞
［変形例１］
本実施形態では、温度測定用放射計２０の検出波長が、０．９［μｍ］である場合を例に挙げて説明した。しかしながら、温度測定用放射計２０の検出波長としては、図５に示す結果に基づき、波長が約２．０［μｍ］以下のものを採用することができる。尚、温度測定用放射計２０の検出波長を、例えば、１．６［μｍ］としても、図６Ａおよび図６Ｂを参照しながら説明したのと同様のことが言える。即ち、温度測定用放射計２０による測温誤差によって、分光放射率測定用放射計２１ａ、２１ｂにより測定される分光放射率に不確かさが生じても、少なくとも何れか一方の波長におけるFe2O3の分光放射率が、当該波長において設定された前記所定の範囲外になる。また、本実施形態のように、分光放射率を求めるための波長の数を２つとすれば、放射計の数を少なくすることができる。また、処理を簡便にすることができる。しかしながら、分光放射率を求めるための波長の数は、３つ以上であっても良い。この場合でも、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、Fe2O3の厚みとして想定される厚みの範囲内において、複数の波長のうち、少なくとも何れか１つの波長におけるFe2O3の分光放射率が、当該波長において設定された所定の範囲外になるように当該複数の波長と当該所定の範囲とを定める。前述したように、複数の波長のそれぞれにおいて設定される所定の範囲には、当該波長におけるFeOの分光放射率が含まれるようにする。
［変形例２］
本実施形態では、３つの放射計２０、２１ａ、２１ｂを用いる場合を例に挙げて説明した。しかしながら、少なくとも３つの異なる波長の分光放射輝度を検出するようにしていれば、必ずしもこのようにする必要はない。例えば、同一の受光レンズから入光した光をハーフミラーにより３つに分光する。そして、分光した光を、相互に異なる波長の光のみを通過する３つの波長選択フィルタの何れか一方に通す。この波長選択フィルタを通過した光について分光放射輝度を検出する。このようにすれば、放射計の省スペース化を図ることができる。
［変形例３］
本実施形態では、デスケーラ１２ｂと、ワークロールとバックアップロールとを有する圧延スタンドのうち最上流に設けられた圧延スタンド１４ｂとの間の領域に一組の放射計２０、２１ａ、２１ｂを配置する場合を例に挙げて示した。しかしながら、熱間圧延工程の、最上流のデスケーラ１２ａよりも下流側の場所であれば（加熱炉１１から抽出され、少なくとも１回のデスケーリングが行われた鋼板の温度を測定していれば）、放射計の組を配置する場所は、この場所に限定されない。例えば、デスケーラと、当該デスケーラに対し下流側において最も近い位置にある圧延スタンドとの間の場所に、放射計の組を配置することができる。また、このような場所の複数の位置に、放射計の組をそれぞれ配置しても良い（即ち、放射計の組を複数配置しても良い）。この場合、スケール組成判定装置１０は、それぞれの放射計の組について、図７に示すフローチャートを行い、放射計の組が配置されるそれぞれの場所において、スケールＳＣの最表層にFe2O3が生成されているか否かを判定する。
［変形例４］
本実施形態では、スケール組成判定装置１０を熱間圧延ラインに適用する場合を例に挙げて説明した。しかしながら、スケール組成判定装置１０の適用先は熱間圧延ラインに限定されない。例えば、特許文献１に記載の加熱炉にスケール組成判定装置１０を適用しても良い。この場合でも、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、Fe2O3の厚みとして想定される厚みの範囲内において、複数の波長のうち、少なくとも何れか１つの波長におけるFe2O3の分光放射率が、当該波長において設定された所定の範囲外になるように当該複数の波長と当該所定の範囲とを定める。前述したように、複数の波長のそれぞれにおいて設定される所定の範囲には、当該波長におけるFeOの分光放射率が含まれるようにする。
［変形例５］
本実施形態では、放射計２０を用いて鋼材ＳＭの温度を測定する場合を例に挙げて説明した。しかしながら、必ずしも放射計２０を用いて鋼材ＳＭの温度を求める必要はない。例えば、伝熱計算を行うことにより鋼材ＳＭの温度をオンラインで導出しても良い。また、鋼材ＳＭの温度が過去の操業実績から精度良く得られる場合には、その鋼材ＳＭの温度を用いても良い。温度計に破損の虞がなければ、接触式の温度計を用いても良い。
［変形例６］
本実施形態のように、複数の波長における分光放射率が、当該複数の波長のそれぞれにおいて設定された所定の範囲内にあるか否かを判定すれば、鋼材の温度に関わらず、スケールＳＣの最表層にFe2O3が生成されているか否かを容易に且つ高精度に判定することができるので好ましい。しかしながら、鋼材の温度が略一定の所定の温度に保たれるような状況下では、必ずしも分光放射率を求める必要はない。このようにする場合、例えば、複数の波長における分光放射輝度が、当該複数の波長のそれぞれにおいて設定された所定の範囲内にあるか否かを判定すればよい。このようにする場合も、図４Ａおよび図４Ｂを参照しながら説明したのと同様に、Fe2O3の厚みとして想定される厚みの範囲内において、複数の波長のうち、少なくとも何れか１つの波長におけるFe2O3の分光放射輝度が、当該波長において設定された所定の範囲外になるように当該複数の波長と当該所定の範囲とを定める。また、複数の波長のそれぞれにおいて設定される所定の範囲には、当該波長におけるFeOの分光放射輝度が含まれるようにする。
［その他の変形例］
尚、以上説明した本発明の実施形態は、コンピュータがプログラムを実行することによって実現することができる。また、前記プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体及び前記プログラム等のコンピュータプログラムプロダクトも本発明の実施形態として適用することができる。記録媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。
また、以上説明した本発明の実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
本発明は、鋼材を製造すること等に利用できる。

Claims (4)

  1. 鋼材の表面に生成されるスケールの組成を判定するスケール組成判定システムであって、
    複数の波長のそれぞれにおける前記鋼材の分光放射輝度を検出する検出手段と、
    前記鋼材の温度を取得する温度取得手段と、
    前記温度取得手段により取得された、前記鋼材の温度と、前記検出手段により検出された、前記複数の波長のそれぞれにおける前記鋼材の分光放射輝度と、に基づいて、前記複数の波長のそれぞれにおける前記鋼材の分光放射率を導出する分光放射率導出手段と、
    前記分光放射率導出手段により導出された、前記複数の波長のそれぞれにおける前記鋼材の分光放射率に基づいて、前記スケールの最表層にヘマタイト（Fe2O3）が生成されているか否かを判定する判定手段と、を有し、
    前記判定手段は、前記複数の波長のそれぞれにおける前記鋼材の分光放射率の少なくとも何れか１つが、前記複数の波長のぞれぞれにおいて設定された所定の範囲外にある場合に、前記スケールの最表層にヘマタイト（Fe2O3）が生成されていると判定し、そうでない場合に、前記スケールの最表層にヘマタイト（Fe2O3）が生成されていないと判定し、
    前記波長において設定された前記所定の範囲には、当該波長におけるウスタイト（FeO）の分光放射率が含まれ、
    前記複数の波長は、前記複数の波長のそれぞれにおける前記ヘマタイトの分光放射率と、前記ヘマタイトの厚みとして想定される範囲内におけるヘマタイトの厚みとの関係を用いて定められ、
    前記複数の波長は、前記関係において、前記ヘマタイトの何れの厚みにおいても、前記複数の波長の少なくとも何れか一つの波長における前記ヘマタイトの分光放射率が当該波長において設定された前記所定の範囲外になるように定められることを特徴とするスケール組成判定システム。
  2. 前記複数の波長は、３．３［μｍ］〜５．０［μｍ］の波長帯域から選択された波長と、８．０［μｍ］〜１４．０［μｍ］の波長帯域から選択された波長とを含むことを特徴とする請求項１に記載のスケール組成判定システム。
  3. 鋼材の表面に生成されるスケールの組成を判定するスケール組成判定方法であって、
    複数の波長のそれぞれにおける前記鋼材の分光放射輝度を検出する検出工程と、
    前記鋼材の温度を取得する温度取得工程と、
    前記温度取得工程により取得された、前記鋼材の温度と、前記検出工程により検出された、前記複数の波長のそれぞれにおける前記鋼材の分光放射輝度と、に基づいて、前記複数の波長のそれぞれにおける前記鋼材の分光放射率を導出する分光放射率導出工程と、
    前記分光放射率導出工程により導出された、前記複数の波長のそれぞれにおける前記鋼材の分光放射率に基づいて、前記スケールの最表層にヘマタイト（Fe2O3）が生成されているか否かを判定する判定工程と、を有し、
    前記判定工程は、前記複数の波長のそれぞれにおける前記鋼材の分光放射率の少なくとも何れか１つが、前記複数の波長のそれぞれにおいて設定された所定の範囲外にある場合に、前記スケールの最表層にヘマタイト（Fe2O3）が生成されていると判定し、そうでない場合に、前記スケールの最表層にヘマタイト（Fe2O3）が生成されていないと判定し、
    前記波長において設定された前記所定の範囲には、当該波長におけるウスタイト（FeO）の分光放射率が含まれ、
    前記複数の波長は、前記複数の波長のそれぞれにおける前記ヘマタイトの分光放射率と、前記ヘマタイトの厚みとして想定される範囲内におけるヘマタイトの厚みとの関係を用いて定められ、
    前記複数の波長は、前記関係において、前記ヘマタイトの何れの厚みにおいても、前記複数の波長の少なくとも何れか一つの波長における前記ヘマタイトの分光放射率が当該波長において設定された前記所定の範囲外になるように定められることを特徴とするスケール組成判定方法。
  4. 鋼材の表面に生成されるスケールの組成を判定することをコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
    前記鋼材の温度と、複数の波長のそれぞれにおける前記鋼材の分光放射輝度と、に基づいて、前記複数の波長のそれぞれにおける前記鋼材の分光放射率を導出する分光放射率導出工程と、
    前記分光放射率導出工程により導出された、前記複数の波長のそれぞれにおける前記鋼材の分光放射率に基づいて、前記スケールの最表層にヘマタイト（Fe2O3）が生成されているか否かを判定する判定工程と、をコンピュータに実行させ、
    前記判定工程は、前記複数の波長のそれぞれにおける前記鋼材の分光放射率の少なくとも何れか１つが、前記複数の波長のぞれぞれにおいて設定された所定の範囲外にある場合に、前記スケールの最表層にヘマタイト（Fe2O3）が生成されていると判定し、そうでない場合に、前記スケールの最表層にヘマタイト（Fe2O3）が生成されていないと判定し、
    前記波長において設定された前記所定の範囲には、当該波長におけるウスタイト（FeO）の分光放射率が含まれ、
    前記複数の波長は、前記複数の波長のそれぞれにおける前記ヘマタイトの分光放射率と、前記ヘマタイトの厚みとして想定される範囲内におけるヘマタイトの厚みとの関係を用いて定められ、
    前記複数の波長は、前記関係において、前記ヘマタイトの何れの厚みにおいても、前記複数の波長の少なくとも何れか一つの波長における前記ヘマタイトの分光放射率が当該波長において設定された前記所定の範囲外になるように定められることを特徴とするプログラム。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6716964B2 (ja) * 2016-03-03 2020-07-01 日本製鉄株式会社 鋼板の表面組成判別方法、表面組成判別装置、製造方法、および製造装置
FR3102549B1 (fr) * 2019-10-28 2021-11-26 Fives Stein Dispositif et procédé de pilotage d’un four de réchauffage
JP7328548B2 (ja) * 2020-02-12 2023-08-17 日本製鉄株式会社 測温システム及び測温方法
JP7371721B2 (ja) * 2021-04-19 2023-10-31 Ｊｆｅスチール株式会社 温度測定方法、温度測定装置、温度制御方法、温度制御装置、鋼材の製造方法、及び鋼材の製造設備
JP7315064B1 (ja) 2022-05-19 2023-07-26 Ｊｆｅスチール株式会社 温度測定方法、温度測定装置、温度制御方法、温度制御装置、鋼材の製造方法、及び鋼材の製造設備

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1229392A (en) * 1984-02-28 1987-11-17 Hirosato Yamane Method and apparatus for detection of surface defects of hot metal body
US5314249A (en) * 1991-11-19 1994-05-24 Kawasaki Steel Corporation Surface condition measurement apparatus
US5235840A (en) * 1991-12-23 1993-08-17 Hot Rolling Consultants, Ltd. Process to control scale growth and minimize roll wear
AU1254995A (en) 1993-11-12 1995-05-29 Milan Kosanovich Slab caster and inline strip and plate apparatus
JPH07270130A (ja) * 1994-03-31 1995-10-20 Nippon Steel Corp 酸化膜厚さ測定方法
JPH08219891A (ja) * 1995-02-10 1996-08-30 Kawasaki Steel Corp 鋼板の表面性状測定方法及び鋼板温度測定方法
JPH0933464A (ja) * 1995-07-21 1997-02-07 Kawasaki Steel Corp 鋼板の表面スケール測定方法及び材質測定方法
JPH0933517A (ja) * 1995-07-21 1997-02-07 Kawasaki Steel Corp 鋼板の材質計測方法
DE10028058A1 (de) * 2000-06-06 2001-12-13 Sms Demag Ag Verfahren und Einrichtung zum Beizen eines gewalzten Metallstranges, insbesondere eines Stahlbandes
US20050063451A1 (en) * 2002-02-28 2005-03-24 Shin-Etsu Handotai Co., Ltd Temperature measuring system, heating device using it and production method for semiconductor wafer, heat ray insulating translucent member, visible light reflection membner, exposure system-use reflection mirror and exposure system, and semiconductor device produced by using them and vetical heat treating device
EP1455237B1 (en) * 2003-03-07 2011-05-25 Canon Kabushiki Kaisha Toner and two-component developer
US6814815B2 (en) * 2003-04-07 2004-11-09 The Material Works, Ltd. Method of removing scale and inhibiting oxidation in processed sheet metal
JP5640647B2 (ja) * 2010-10-26 2014-12-17 新日鐵住金株式会社 炉内における鋼材の表面温度測定方法および表面温度測定装置
CN103765158B (zh) * 2011-09-07 2016-09-07 杰富意钢铁株式会社 测定方法和测定装置
TWI472624B (zh) * 2012-07-09 2015-02-11 China Steel Corp 低碳鋼材之製造方法
CN104583739B (zh) * 2012-08-22 2017-10-17 新日铁住金株式会社 表面温度测量装置以及表面温度测量方法
JP5994502B2 (ja) 2012-09-12 2016-09-21 Ｊｆｅスチール株式会社 分光測定装置および分光測定方法
FR3032265B1 (fr) * 2015-02-04 2017-02-10 Fives Stein Procede de pilotage de four a partir de mesures de la calamine formee
WO2017055895A1 (en) * 2015-09-30 2017-04-06 Arcelormittal Method of online characterization of a layer of oxides on a steel substrate
JP6716964B2 (ja) 2016-03-03 2020-07-01 日本製鉄株式会社 鋼板の表面組成判別方法、表面組成判別装置、製造方法、および製造装置
TWI665432B (zh) * 2017-04-25 2019-07-11 日商新日鐵住金股份有限公司 鏽皮組成判定系統、鏽皮組成判定方法、及程式

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