KR20190123766A - 스케일 조성 판정 시스템, 스케일 조성 판정 방법, 및 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체 - Google Patents

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Abstract

스케일 조성 판정 장치(10)는, 분광 방사율 측정용 방사계(21a, 21b)에 의해 측정된, 하나의 파장 및 다른 파장에 있어서의 분광 방사율 중 적어도 어느 한쪽이, 하나의 파장 및 다른 파장에 있어서의 FeO의 분광 방사율을 포함하는 소정의 범위 내에 없는 경우에는, 스케일(SC)의 최표층에 Fe203가 생성되어 있다고 판정하고, 그렇지 않은 경우에, 스케일(SC)의 최표층에 Fe203가 생성되어 있지 않다고 판정한다.

Description

스케일 조성 판정 시스템, 스케일 조성 판정 방법, 및 프로그램
본 발명은 스케일 조성 판정 시스템, 스케일 조성 판정 방법, 및 프로그램에 관한 것으로, 특히 강재의 표면에 생성되는 스케일의 조성을 판정하기 위하여 사용하기 적합한 것이다.
특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 강재를 가열하면 표면에 스케일(철 산화물의 피막)이 생긴다. 예를 들어, 강재를 열간 압연하는 공정에서는, 600[℃] 내지 1200[℃]의 적열한 강재가 라인 상을 반송되어 롤러로 연신된다. 따라서, 열간 압연 중의 강재의 표면에는 항상 스케일이 발생하고 있다. 스케일에는, 온도나 산소 농도 등에 의해, 우스타이트(FeO), 마그네타이트(Fe3O4) 및 헤마타이트(Fe2O3)의 3종류의 조성이 있다.
스케일의 밀착성은 그 조성에 관계하고 있다. 스케일의 최표층에 Fe2O3가 생성되는 복층 스케일은 박리하기 쉽다. 한편, 스케일 조성이 FeO만의 단층 스케일은 밀착성이 높다.
그래서, 디스케일러라고 불리는 스케일 제거 장치를 통과할 때는 박리하기 쉬운 스케일이 바람직하다. 반대로, 스케일이 얼룩지게 박리된 모양이 표면 품질 상의 문제가 되는 경우에는 스케일이 강재에 밀착하고 있는 것이 바람직하다. 따라서, 스케일의 조성을 판별하고, 그 결과를, 조업에 활용하는 것이 요망된다.
스케일의 조성을 판별하는 방법으로서, X선 회절 측정을 생각할 수 있다. X선 회절 측정에서는, 스케일이 성장하고 있는 강재를 몇cm 정도의 크기로 절단한 시험편을 제작하고, 이 시험편의 X선 회절 패턴을 측정한다. 스케일의 결정 구조에 따라 상이한 X선 회절 패턴이 얻어진다. 따라서, X선 회절 패턴으로부터, 스케일의 최표층에 Fe2O3가 있는지의 여부(즉, 전술한 단층 스케일인가, 복층 스케일인가)를 판별할 수 있다.
그러나, X선 회절 측정에서는, 강재를 절단하여 시험편을 제작할 필요가 있다. 또한, 강재가 냉각된 후에서밖에 X선 회절 패턴을 측정할 수 없다. 따라서, 조업 중의 강재의 표면에 생성되고 있는 스케일의 조성을 온라인(리얼타임)으로 판별할 수 없다.
그래서, 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 강재의 표면에 있어서의 산화의 율속 과정이, 산소 분자가 강판의 표면 산화막에 공급되는 과정과, 철 원자가 강재의 표면에서 산화하는 과정 중, 어느 것에 율속되어 있는지에 의해, 스케일의 최표층에 Fe2O3이 있는지의 여부를 판별한다.
일본 특허 공개 제2012-93177호 공보
그러나, 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 강재의 표면에 있어서의 산화의 율속 과정을 판별하기 위하여 모델식을 사용할 필요가 있다. 따라서, 판별의 정밀도는 모델식의 정밀도에 의존한다. 또한, 열간 압연 라인에서는, 디스케일러로 강판에 고압수를 분사한다. 따라서, 열간 압연 라인 상의 강판의 표면에 부분적으로 물이나 수증기가 존재하게 된다. 따라서, 모델 계산에 필요한 산소 공급 과정을 정확하게 모르는 경우가 있다. 이상과 같이, 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 조업 중의 강재의 표면에 생성되고 있는 스케일의 조성을 고정밀도로 온라인(리얼타임)으로 판별하는 것이 용이하지 않다는 문제점이 있다.
본 발명은, 이상의 문제점을 감안하여 이루어진 것이고, 조업 중의 강재의 표면에 생성되고 있는 스케일의 조성을 온라인으로 고정밀도로 판별할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 스케일 조성 판정 시스템은, 강재의 표면에 생성되는 스케일의 조성을 판정하는 스케일 조성 판정 시스템이며, 복수의 파장의 각각에 있어서의 상기 강재의 분광 방사 휘도를 검출하는 검출 수단과, 상기 강재의 온도를 취득하는 온도 취득 수단과, 상기 온도 취득 수단에 의해 취득된, 상기 강재의 온도와, 상기 검출 수단에 의해 검출된, 상기 복수의 파장의 각각에 있어서의 상기 강재의 분광 방사 휘도에 기초하여, 상기 복수의 파장의 각각에 있어서의 상기 강재의 분광 방사율을 도출하는 분광 방사율 도출 수단과, 상기 분광 방사율 도출 수단에 의해 도출된, 상기 복수의 파장의 각각에 있어서의 상기 강재의 분광 방사율에 기초하여, 상기 스케일의 최표층에 헤마타이트(Fe2O3)가 생성되어 있는지의 여부를 판정하는 판정 수단을 갖고, 상기 판정 수단은, 상기 복수의 파장의 각각에 있어서의 상기 강재의 분광 방사율의 적어도 어느 하나가, 상기 복수의 파장의 각각에 있어서 설정된 소정의 범위 외에 있는 경우에, 상기 스케일의 최표층에 헤마타이트(Fe2O3)가 생성되어 있다고 판정하고, 그렇지 않은 경우에, 상기 스케일의 최표층에 헤마타이트(Fe2O3)가 생성되어 있지 않다고 판정하고, 상기 파장에 있어서 설정된 상기 소정의 범위에는, 당해 파장에 있어서의 우스타실(FeO)의 분광 방사율이 포함되고, 상기 복수의 파장은, 상기 복수의 파장의 각각에 있어서의 상기 헤마타이트의 분광 방사율과, 상기 헤마타이트의 두께로서 상정되는 범위 내에 있어서의 헤마타이트의 두께의 관계를 사용하여 정해지고, 상기 복수의 파장은, 상기 관계에 있어서, 상기 헤마타이트의 어느 두께에 있어서도, 상기 복수의 파장의 적어도 어느 하나의 파장에 있어서의 상기 헤마타이트의 분광 방사율이 당해 파장에 있어서 설정된 상기 소정의 범위 외가 되도록 정해지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 스케일 조성 판정 방법은, 강재의 표면에 생성되는 스케일의 조성을 판정하는 스케일 조성 판정 방법이며, 복수의 파장의 각각에 있어서의 상기 강재의 분광 방사 휘도를 검출하는 검출 공정과, 상기 강재의 온도를 취득하는 온도 취득 공정과, 상기 온도 취득 공정에 의해 취득된, 상기 강재의 온도와, 상기 검출 공정에 의해 검출된, 상기 복수의 파장의 각각에 있어서의 상기 강재의 분광 방사 휘도에 기초하여, 상기 복수의 파장의 각각에 있어서의 상기 강재의 분광 방사율을 도출하는 분광 방사율 도출 공정과, 상기 분광 방사율 도출 공정에 의해 도출된, 상기 복수의 파장의 각각에 있어서의 상기 강재의 분광 방사율에 기초하여, 상기 스케일의 최표층에 헤마타이트(Fe2O3)가 생성되어 있는지의 여부를 판정하는 판정 공정을 갖고, 상기 판정 공정은, 상기 복수의 파장의 각각에 있어서의 상기 강재의 분광 방사율의 적어도 어느 하나가, 상기 복수의 파장의 각각에 있어서 설정된 소정의 범위 외에 있는 경우에, 상기 스케일의 최표층에 헤마타이트(Fe2O3)가 생성되어 있다고 판정하고, 그렇지 않은 경우에, 상기 스케일의 최표층에 헤마타이트(Fe2O3)가 생성되어 있지 않다고 판정하고, 상기 파장에 있어서 설정된 상기 소정의 범위에는, 당해 파장에 있어서의 우스타이트(FeO)의 분광 방사율이 포함되고, 상기 복수의 파장은, 상기 복수의 파장의 각각에 있어서의 상기 헤마타이트의 분광 방사율과, 상기 헤마타이트의 두께로서 상정되는 범위 내에 있어서의 헤마타이트의 두께의 관계를 사용하여 정해지고, 상기 복수의 파장은, 상기 관계에 있어서, 상기 헤마타이트의 어느 두께에 있어서도, 상기 복수의 파장의 적어도 어느 하나의 파장에 있어서의 상기 헤마타이트의 분광 방사율이 당해 파장에 있어서 설정된 상기 소정의 범위 외가 되도록 정해지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 프로그램은, 강재의 표면에 생성되는 스케일의 조성을 판정하는 것을 컴퓨터에 실행시키기 위한 프로그램이며, 상기 강재의 온도와, 복수의 파장의 각각에 있어서의 상기 강재의 분광 방사 휘도에 기초하여, 상기 복수의 파장의 각각에 있어서의 상기 강재의 분광 방사율을 도출하는 분광 방사율 도출 공정과, 상기 분광 방사율 도출 공정에 의해 도출된, 상기 복수의 파장의 각각에 있어서의 상기 강재의 분광 방사율에 기초하여, 상기 스케일의 최표층에 헤마타이트(Fe2O3)가 생성되어 있는지의 여부를 판정하는 판정 공정을 컴퓨터에 실행시키고, 상기 판정 공정은, 상기 복수의 파장의 각각에 있어서의 상기 강재의 분광 방사율의 적어도 어느 하나가, 상기 복수의 파장의 각각에 있어서 설정된 소정의 범위 외에 있는 경우에, 상기 스케일의 최표층에 헤마타이트(Fe2O3)가 생성되어 있다고 판정하고, 그렇지 않은 경우에, 상기 스케일의 최표층에 헤마타이트(Fe2O3)가 생성되어 있지 않다고 판정하고, 상기 파장에 있어서 설정된 상기 소정의 범위에는, 당해 파장에 있어서의 우스타실(FeO)의 분광 방사율이 포함되고, 상기 복수의 파장은, 상기 복수의 파장의 각각에 있어서의 상기 헤마타이트의 분광 방사율과, 상기 헤마타이트의 두께로서 상정되는 범위 내에 있어서의 헤마타이트의 두께의 관계를 사용하여 정해지고, 상기 복수의 파장은, 상기 관계에 있어서, 상기 헤마타이트의 어느 두께에 있어서도, 상기 복수의 파장의 적어도 어느 하나의 파장에 있어서의 상기 헤마타이트의 분광 방사율이 당해 파장에 있어서 설정된 상기 소정의 범위 외가 되도록 정해지는 것을 특징으로 한다.
도 1은, 열간 압연 라인의 개략 구성의 일례를 도시하는 도면이다.
도 2는, 스케일 조성 판정 시스템의 구성의 일례를 도시하는 도면이다.
도 3a는, 단층 스케일의 두께와 분광 방사율의 관계의 일례를 도시하는 도면이다.
도 3b는, 복층 스케일의 최표층에 생성되는 Fe2O3의 두께와 분광 방사율의 관계의 일례를 도시하는 도면이다.
도 4a는, 파장 A에 있어서의, 단층 스케일의 분광 방사율과 복층 스케일의 분광 방사율의 차이를 도시하는 도면이다.
도 4b는, 파장 B에 있어서의, 단층 스케일의 분광 방사율과 복층 스케일의 분광 방사율의 차이를 도시하는 도면이다.
도 5는, 흑체의 분광 방사 휘도와 파장의 관계의 일례를 도시하는 도면이다.
도 6a는, 복층 스케일의 최표층에 생성되는 Fe2O3의 두께와, 파장 A에 있어서의 Fe2O3의 분광 방사율의 관계의 일례를 도시하는 도면이다.
도 6b는, 복층 스케일의 최표층에 생성되는 Fe2O3의 두께와, 파장 B에 있어서의 Fe2O3의 분광 방사율의 관계의 일례를 도시하는 도면이다.
도 7은, 스케일 조성 판정 장치의 동작의 일례를 설명하는 흐름도이다.
도 8은, 스케일 조성 판정 장치의 하드웨어의 구성의 일례를 도시하는 도면이다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 일 실시 형태를 설명한다.
<열간 압연 라인의 구성 개략>
도 1은, 스케일 조성 판정 장치(10)의 적용처의 일례인 열간 압연 라인의 개략 구성의 일례를 도시하는 도면이다.
도 1에 있어서, 열간 압연 라인은, 가열로(11)와, 디스케일러(12a 내지 12f)와, 폭 방향 압연기(13)와, 조압연기(14)와, 마무리 압연기(15)와, 냉각 장치(런아웃 테이블)(16)와, 권취 장치(코일러)(17)를 갖는다.
가열로(11)는, 슬래브(강재) S를 가열한다.
디스케일러(12a 내지 12f)는, 강재의 표면에 생성되어 있는 스케일을 제거한다. 스케일의 두께는, 예를 들어 10[㎛] 내지 100[㎛]이다. 디스케일러(12a 내지 12f)는, 예를 들어 가압수를 강재의 표면에 분사함으로써, 디스케일링(스케일의 제거)을 행한다. 또한, 강재는 고온이기 때문에, 스케일을 제거해도 강재는 즉시 재산화한다. 따라서, 강재는, 항상 스케일이 표면에 존재한 상태에서 압연된다.
폭 방향 압연기(13)는, 가열로(11)에서 가열된 슬래브 S를 폭 방향으로 압연한다.
조압연기(14)는, 폭 방향 압연기(13)에 의해 폭 방향으로 압연된 슬래브 S를 상하 방향으로부터 압연하여 조바로 한다. 도 1에 도시하는 예에서는, 조압연기(14)는, 워크롤만으로 이루어지는 압연 스탠드(14a)와, 워크롤과 백업롤을 갖는 압연 스탠드(14b 내지 14e)를 갖는다.
마무리 압연기(15)는, 조압연기(14)로 제조된 조바를 또한 소정의 두께까지 연속하여 열간 마무리 압연을 행한다. 도 1에 도시하는 예에서는, 마무리 압연기(15)는, 7개의 압연 스탠드(15a 내지 15g)를 갖는다.
냉각 장치(16)는, 마무리 압연기(15)에 의해 열간 마무리 압연이 행하여진 열연 강판 H를 냉각수에 의해 냉각한다.
권취 장치(17)는, 냉각 장치(16)에 의해 냉각된 열연 강판 H를 코일상으로 권취한다.
또한, 열간 압연 라인은, 공지된 기술로 실현할 수 있고, 도 1에 도시하는 구성에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 마무리 압연기(15)의 7개의 압연 스탠드(15a 내지 15g) 중, 상류측의 압연 스탠드 사이(예를 들어, 압연 스탠드(15a, 15b)의 사이 및 압연 스탠드(15b, 15c)의 사이)에 디스케일러를 배치해도 된다.
본 실시 형태에서는, 열간 압연 라인에 대하여, 3개의 방사계를 1조로 하는 방사계의 조를 적어도 1개 배치한다. 또한, 3개의 방사계는, 모두, 강재의 분광 방사 휘도를 비접촉으로 검출한다. 단, 3개의 방사계 중 1개의 방사계는, 방사 측온법에 의해, 강재의 온도를 측정하기 위하여 사용되는 방사계이다. 3개의 방사계 중 나머지의 2개의 방사계는, 강재의 분광 방사율을 측정하기 위하여 사용되는 방사계이다.
절대 온도 T의 흑체가 내는 분광 방사 휘도 Lb(λ, T)는 플랭크(Planck)의 흑체 방사측에 의해, 이하의 (1) 식으로 표시된다. 또한, 분광 방사 휘도는, 파장 λ[㎛]에 있어서의, 단위 파장당, 단위 면적당, 단위 입체각당의 방사 다발[W·㎛-1·sr-1·m-2]이다.
Figure pct00001
여기서, c1, c2는, 각각, 플랭크의 흑체 방사식의 제1 상수, 제2 상수이다.
(1) 식은, 이상적인 방사체인 흑체의 분광 방사 휘도이다. 현실의 물체의 분광 방사 휘도 L(λ, T)은, 그것과 동일한 온도의 흑체 분광 방사 휘도 Lb(λ, T)보다도 작다. 그래서, 피측정물의 분광 방사율 ε(λ, T)을 이하의 (2) 식으로 정의한다.
Figure pct00002
이상과 같이 분광 방사율 ε(λ, T)을 측정하기 위해서는, 피측정물의 분광 방사 휘도 L(λ, T)을 측정한다. 또한 피측정물의 온도 T를 어떠한 방법으로 얻는다. 그리고, 피측정물의 분광 방사 휘도 L(λ, T)과, 피측정물의 온도 T를 사용하여 (2) 식의 계산을 행한다.
도 1에 도시하는 예에서는, 디스케일러(12b)와, 압연 스탠드(14b) 사이의 영역에 1조의 방사계(20, 21a, 21b)를 배치하는 경우를 나타낸다. 압연 스탠드(14b)는, 워크롤과 백업롤을 갖는 압연 스탠드 중 최상류에 마련된 압연 스탠드이다. 여기서, 방사계(20)는, 강재의 온도를 측정하기 위하여 사용되는 방사계인 것으로 한다. 또한, 방사계(21a, 21b)는, 강재의 분광 방사율을 측정하기 위하여 사용되는 방사계인 것으로 한다.
도 2는, 스케일 조성 판정 시스템의 구성의 일례를 도시하는 도면이다. 도 2에서는, 방사계(20, 21a, 21b)의 배치와, 스케일 조성 판정 장치(10)의 기능적인 구성의 일례를 나타낸다.
<방사계(20, 21a, 21b)>
먼저, 방사계(20, 21a, 21b)의 배치의 일례에 대하여 설명한다. 도 2에서는, 강재 SM의 옆에 붙어 있는 화살표 선의 방향이 강재 SM의 반송 방향인 경우를 예로 들어서 나타낸다. 또한, 강재 SM의 표면에는 스케일 SC가 생성되고 있는 것으로 한다.
도 2에 있어서, 방사계(20, 21a, 21b)의 축(수광 렌즈의 광축)의, 강재 SM(의 표면)의 통과 위치와의 교점이 대략 일치하도록, 방사계(20, 21a, 21b)를 배치한다. 또한, 도 2에서는, 강재 SM의 반송 방향으로 방사계(20, 21a, 21b)를 나열하는 경우를 예로 들어서 나타낸다. 그러나, 방사계(20, 21a, 21b)의 축(수광 렌즈의 광축)의, 강재 SM(의 표면)의 통과 위치와의 교점이 대략 일치하도록 하고 있으면, 방사계(20, 21a, 21b)를 이와 같이 배치할 필요는 없다. 예를 들어, 강재 SM의 폭 방향으로 방사계(20, 21a, 21b)를 나열해도 된다.
이하의 설명에서는, 강재의 온도를 측정하기 위하여 사용되는 방사계(20)를 필요에 따라서 온도 측정용 방사계(20)라고 칭한다. 또한, 강재의 분광 방사율을 측정하기 위하여 사용되는 방사계(21a, 21b)를 필요에 따라서 분광 방사율 측정용 방사계(21a, 21b)라고 칭한다.
이어서, 온도 측정용 방사계(20)와 분광 방사율 측정용 방사계(21a, 21b)에 있어서 검출하는 파장의 일례에 대하여 설명한다. 또한, 이 검출 파장은, (1) 식 및 (2) 식의 파장 λ에 대응한다.
온도 측정용 방사계(20) 및 분광 방사율 측정용 방사계(21a, 21b)가 측정할 수 있는 파장은, 일반적으로, 0.6[㎛] 내지 14.0[㎛]의 영역에 있어서, 대기 중의 이산화탄소나 수증기에 의한 흡수가 작은 대역이다.
이 하한값의 0.6[㎛]은, 방사계에 있어서 분광 방사 휘도를 측정하는 것이 가능한 파장의 하한값으로부터 정해진다. 이 분광 방사 휘도를 측정하는 것이 가능한 파장의 하한값은, 측정 대상의 강재 SM의 온도에 따라서 정해진다. 예를 들어, 측정 대상의 강재 SM의 온도로서 900[℃] 이상의 온도를 측정하는 경우에는, 방사계에 있어서 분광 방사 휘도를 측정하는 것이 가능한 파장의 하한값은 0.6[㎛]이 된다. 또한, 측정 대상의 강판 SM의 온도의 하한값을 600[℃]로 하는 경우에는, 검출 파장의 하한값은 0.9[㎛]가 된다.
또한, 파장의 상한값의 14.0[㎛]은, 방사계에 있어서의 광 검출 소자의 성능(장파장의 적외선 검출 능력)의 제약으로부터 정해진다.
또한, 본 실시 형태에 있어서 상정하고 있는 강재 SM의 온도의 범위는, 600[℃] 내지 1200[℃]이다.
이와 같이, 본 실시 형태에 있어서는, 온도 측정용 방사계(20) 및 분광 방사율 측정용 방사계(21a, 21b)의 검출 파장으로서, 0.6[㎛] 내지 14.0[㎛]의 범위 내로부터 선택하는 것이 바람직하다.
여기서, 스케일 SC의 조성·구조에 대하여 설명한다. 예를 들어, 특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 철 산화물인 스케일에는, 단층 스케일과, 복층 스케일이 있는 것이 알려져 있다. 단층 스케일은, 우스타이트(FeO)만으로 구성된다. 복층 스케일은, 우스타이트(FeO), 마그네타이트(Fe3O4) 및 헤마타이트(Fe2O3)로 구성된다. 복층 스케일에서는, 지철측부터 순서대로 우스타이트(FeO), 마그네타이트(Fe3O4) 및 헤마타이트(Fe2O3)가 94:5:1 정도의 두께 비율의 층을 이룬다. FeO, Fe3O4, Fe2O3은 각각 고유의 굴절률과 감쇠 계수를 갖기 때문에, 광학 특성의 하나인 분광 방사율이 단층 스케일과 복층 스케일로 상이한 것이 기대된다. 그래서, 본 발명자들은, 3.3[㎛] 내지 5.0[㎛]의 영역에 정한 하나의 검출 파장(이하에서는 이 파장을 파장 A라고 칭함), 및 8.0[㎛] 내지 14.0[㎛]의 영역에 정한 하나의 파장(이하에서는 이 파장을 파장 B라고 칭함)의 둘의 파장에 있어서, 단층 스케일(FeO만으로 이루어지는 스케일 SC)과 복층 스케일(표층으로부터, Fe2O3, Fe3O4, FeO의 순서대로 샌드위치 구조가 되는 스케일 SC)의 각각의 분광 방사율을 조사하였다.
분광 방사율은, 이하와 같이 실험적으로 구하였다.
열전대를 용착한 강재 샘플을 챔버 내에서 가열하여, 강재 샘플을 소정의 온도로 유지한 상태에서, 강재 샘플의 열방사 휘도를 방사계에서 측정한다. 이와 같이 하여 얻어지는 방사계의 출력 L(λ, T)을 판독한다. 한편, 열전대의 지시 온도를 1) 식에 대입하여 Lb(λ, T)를 계산한다. 그리고 L(λ, T) 및 Lb(λ, T)로부터 (2) 식에 기초하여 분광 방사율 ε(λ, T)을 구한다. 이때, 챔버 내의 분위기를 조정함으로써 단층 스케일과 복층 스케일을 구분 제작하여, 각각의 스케일 구조의 분광 방사율을 얻었다.
도 3a는, 단층 스케일(FeO)의 두께와 분광 방사율의 관계의 일례를 도시하는 도면이다. 도 3b는, 복층 스케일의 최표층에 생성되는 Fe2O3의 두께와 분광 방사율의 관계의 일례를 도시하는 도면이다. 도 3a에 있어서, FeO 두께란, 단층 스케일(의 전체)의 두께를 의미한다. 도 3b에 있어서, Fe2O3 두께란, 복층 스케일의 최표층에 생성되는 Fe2O3의 두께를 의미한다. 전술한 바와 같이, 복층 스케일의 최표층에 생성되는 Fe2O3의 두께는, 스케일 전체의 두께의 100분의 1 정도이다.
도 3a에 도시하는 바와 같이, 단층 스케일의 분광 방사율은, 파장 A, 파장 B 모두 단층 스케일의 두께에 의하지 않고 안정된 값을 나타낸다. FeO는 불투명하기 때문이다. 한편, 도 3b에 도시하는 바와 같이, 복층 스케일의 분광 방사율은, Fe2O3의 두께의 변화(즉 Fe2O3의 성장)에 수반하여 주기적으로 변동한다. 그 주기는, 파장이 길수록 길다. 또한, 특허문헌 1에는, 파장 3.9[㎛]에 있어서, 복층 스케일의 분광 방사율이 Fe2O3의 두께에 따라서 변화하는 시뮬레이션 결과가 나타나 있다.
복층 스케일의 전체의 두께는 파장보다도 크지만, Fe2O3는 투명성이 있고, Fe3O4는 불투명으로 간주할 수 있다. 이것으로부터, 특허문헌 1에도 기재되어 있는 바와 같이, 두께가 얇은 Fe2O3에 있어서의 광학적인 간섭 현상이, 분광 방사율에 기여한다. 이 때문에, 복층 스케일의 분광 방사율은, Fe2O3의 두께에 따라서 주기적으로 변동한다.
또한, 복층 스케일의 최표층에 생성되는 Fe2O3의 두께에 대한 분광 방사율의 거동은, 파장 A 또는 파장 B의 범위 내(3.3[㎛] 내지 5.0[㎛], 8.0[㎛] 내지 14.0[㎛])에서는, 크게는 변동하지 않는 것이, 별도 확인되고 있다. 여기서, 복층 스케일 표층 Fe2O3 두께에 대한 분광 방사율의 거동이란, 예를 들어 분광 방사율의 값이 어느 두께로 산이나 골짜기를 형성하는가, 단조 변화인가 극값을 갖는 것인가, 위로 볼록한가 아래로 볼록한가라고 한 거동이며, 복층 스케일의 최표층에 생성되는 Fe2O3의 두께와 분광 방사율의 대응 관계에 있어서의 거동을 의미한다.
스케일 SC 전체의 두께가 최대로 100[㎛]라고 상정하면(이 경우, Fe2O3의 두께는 최대로 1[㎛] 정도가 됨), 도 3a 및 도 3b로부터 판독할 수 있는 것처럼, 하나의 파장 분광 방사율을 관측한 것에서는, Fe2O3의 분광 방사율이 FeO의 그것과 유사한 두께 영역이 있다. 예를 들어, Fe2O3의 두께가 0.8[㎛] 부근에서는, 파장 A에 있어서의 Fe2O3의 분광 방사율은, FeO의 분광 방사율과 동등한 0.75 부근이 된다(또한, 여기서는, Fe2O3의 두께의 100배가 복층 스케일의(전체의) 두께라고 함). 따라서, 하나의 파장으로 분광 방사율을 측정하면, 당해 분광 방사율로부터, 스케일 SC의 최표층에 Fe2O3가 있는지의 여부(즉, 스케일 SC가 단층 스케일 및 복층 스케일의 어느 것인가)를 판별할 수 없는 두께 영역이 존재하게 된다. 그래서, 어느 두께 영역에서도, 스케일 SC가 단층 스케일 및 복층 스케일의 어느 것인가를 판별할 수 있도록, 본 실시 형태에서는, 이하와 같은 방법을 채용하기에 이르렀다.
즉, Fe2O3의 두께로서 상정되는 두께의 범위 내에 있어서, 둘의 파장 중 적어도 어느 한쪽의 파장에 있어서의 Fe2O3의 분광 방사율이, FeO의 분광 방사율과 명확하게 상이하도록, 당해 둘의 파장을 선택한다. 이것이 본 실시 형태의 기술적인 특징의 하나이다. 또한, Fe2O3의 분광 방사율이 Fe2O3의 두께에 의해 변동한다. 이 때문에, Fe2O3의 두께에 의해 분광 방사율이 유사한 값이 되는 일이 없는 것처럼, 복수의 파장으로 측정을 행한다. 이것도 본 실시 형태의 기술적인 특징의 하나이다. 이것에 대해서, 도 4a 및 도 4b를 참조하면서 구체적으로 설명한다.
도 4a는, 도 3a 및 도 3b로부터, 파장 A에 대해서, 복층 스케일의 최표층에 형성되는 Fe2O3의 두께와, FeO의 분광 방사율 및 Fe2O3의 분광 방사율의 관계를 발출하여 도시하는 도면이다. 도 4b는, 도 3a 및 도 3b로부터, 파장 B에 대해서, 복층 스케일의 최표층에 형성되는 Fe2O3의 두께와, FeO의 분광 방사율 및 Fe2O3의 분광 방사율의 관계를 발출하여 도시하는 도면이다. 또한, 도 3a 및 도 3b에 도시한 바와 같이, FeO의 분광 방사율은, 스케일 SC의 두께에 의하지 않고 일정하다. 한편, 복층 스케일의 분광 방사율은, Fe2O3의 두께에 따라서 주기적으로 변동한다. 도 4a 및 도 4b에 있어서, 층 두께는, 이하를 의미한다. 즉, FeO의 분광 방사율에 대해서는, 층 두께는, 단층 스케일(의 전체)의 두께가 된다. Fe2O3의 분광 방사율에 대해서는, 층 두께는, 복층 스케일의 최표층에 생성되는 Fe2O3의 두께가 된다.
도 4a에 도시하는 파장 A에서는, 예로서, 분광 방사율이 약 0.7 내지 0.8로 되는 범위에, 「소정의 제1 범위」(도면 중의 그레이 영역을 참조)가 설정되어 있다. 그리고, 측정된 분광 방사율이 당해 소정의 범위 내(도면 중의 그레이 영역을 참조)에 있으면, 스케일 SC가 FeO라고 판단한다. 그렇게 함으로써, 복층 스케일의 최표층에 생성되는 Fe2O3의 두께가 0.6[㎛] 이하이면, 측정 대상의 스케일 SC가 복층 스케일의 경우에는, 측정된 분광 방사율이, 상기 소정의 제1 범위 밖의 값이 된다. 이것으로부터, 복층 스케일과 단층 스케일을 분별할 수 있다.
한편, 도 4b에 도시하는 파장 B에서는, 도 4a에 도시하는 파장 A의 경우의 「소정의 제1 범위」와는 별도로, 예로서, 분광 방사율이 약 0.6 내지 0.7이 되는 범위에, 「소정의 제2 범위」(도면 중의 그레이 영역을 참조)가 설정되어 있다. 그리고, 측정된 분광 방사율이 당해 소정의 제2 범위 내에 있으면, 스케일 SC가 FeO라고 판단한다. 그렇게 함으로써, 복층 스케일의 최표층에 생성되는 Fe2O3의 두께가 약 0.2[㎛] 이상이면, 측정 대상의 스케일 SC가 복층 스케일의 경우에는, 측정된 분광 방사율이, 상기 소정의 제2 범위 밖의 값이 된다. 이것으로부터, 복층 스케일과 단층 스케일을 분별할 수 있다.
또한, 상기 소정의 제1 범위는, 파장 A에 있어서의 FeO의 분광 방사율을 포함하는 범위라면 된다. 또한, 상기 소정의 제2 범위는, 파장 B에 있어서의 FeO의 분광 방사율을 포함하는 범위라면 된다. 상기 소정의 제1 범위의 상한값 및 하한값과, 상기 소정의 제2 범위의 상한값 및 하한값은, 각각, 측정 오차(방사계의 공차) 등을 고려하여 적절히 설정할 수 있다.
한편, 도 4a로부터, 복층 스케일의 최표층에 생성되는 Fe2O3의 두께가 0.6[㎛]를 상회하는 경우에는, 측정 대상의 스케일 SC가, 단층 스케일이어도 복층 스케일이어도, 파장 A에 있어서의 분광 방사율은, 상기 소정의 제1 범위 내의 값이 된다. 또한, 도 4b로부터, 복층 스케일의 최표층에 생성되는 Fe2O3의 두께가 0.2[㎛]를 하회하는 경우에는, 측정 대상의 스케일 SC가, 단층 스케일이어도 복층 스케일이어도, 파장 B에 있어서의 분광 방사율은, 상기 소정의 제2 범위 내의 값이 된다.
그래서, 본 실시 형태에서는, 파장 A를 사용한 경우의 판단과, 파장 B를 사용한 경우의 판단을 조합한다. 이렇게 함으로써, 각각의 파장 A, B 단독으로는 판단할 수 없었던 범위를 서로 보충할 수 있다. 따라서, 복층 스케일의 최표층에 생성되는 Fe2O3의 두께에 의하지 않고, 복층 스케일과 단층 스케일을 분별할 수 있다. 즉, 도 4a 및 도 4b로부터 판독할 수 있는 것처럼, 파장 A에 있어서의 분광 방사율이 상기 소정의 제1 범위 밖이라고 하는 판단과, 파장 B에 있어서의 분광 방사율이 상기 소정의 제2 범위 밖이라고 하는 판단 중, 적어도 어느 한쪽의 판단이 이루어지면, 스케일 SC의 최표층에 Fe2O3가 있다(즉, 스케일 SC가 복층 스케일임)고 판정할 수 있다. 한편, 파장 A에 있어서의 분광 방사율이 상기 소정의 제1 범위 내라고 하는 판단과, 파장 B에 있어서의 분광 방사율이 상기 소정의 제2 범위 내라고 하는 판단의 양쪽의 판단이 이루어지면, 스케일 SC의 최표층에 Fe2O3이 없다(즉, 스케일 SC가 단층 스케일임)고 판정할 수 있다.
즉, 도 4a에 나타내는 판단밖에 하지 않으면, 스케일 SC의 최표층에 생성되는 Fe2O3의 두께가 0.6[㎛]을 상회하는 경우에는, 스케일 SC가 복층 스케일인가 단층 스케일인가를 판단할 수 없다. 한편, 도 4b에 나타내는 판단밖에 하지 않으면, 스케일 SC의 최표층에 생성되는 Fe2O3의 두께가 약 0.2[㎛]을 하회하면, 스케일 SC가 복층 스케일인가 단층 스케일인가를 판단할 수 없다. 그래서, 각각의 판단을 조합함으로써, 스케일 SC의 최표층에 Fe2O3가 생성되어 있는 경우에는, 파장 A 또는 파장 B 중 적어도 어느 한쪽의 판단에서는, 분광 방사율의 값이 상기 소정의 제1 범위 또는 상기 소정의 제2 범위로부터 벗어나게 된다. 따라서, 복층 스케일의 최표층에 생성되는 Fe2O3의 두께에 의하지 않고, 스케일 SC가 복층 스케일인가 단층 스케일인가를, 용이하게 판정하는 것이 가능하게 된다.
이상과 같이, 파장 A, B는, Fe2O3의 어느 두께에 있어서도, 파장 A 및 파장 B의 적어도 어느 하나의 파장에 있어서의 Fe2O3의 분광 방사율이 당해 파장에 있어서 설정된 소정의 범위 외가 되도록 정해진다. 여기서, 파장 A에 있어서 설정된 소정의 범위는, 상기 소정의 제1 범위이다. 파장 B에 있어서 설정된 소정의 범위는, 상기 소정의 제2 범위이다. 또한, 도 4a 및 도 4b에서는, Fe2O3의 두께로서 0.0[㎛] 내지 1.0[㎛]의 범위가 상정되어 있는 경우를 예로 들어서 나타낸다. Fe2O3의 두께의 범위는, 예를 들어 이하와 같이 하여 구해진다. 먼저, 디스케일링에 의한 스케일 제거 시의 강재 SM의 온도와 그 후의 경과 시간을 사용하여, 공지된 스케일 두께 계산식으로부터 스케일 SC 전체의 두께의 범위를 구한다. 스케일 두께 계산식은, 온도와 시간의 함수로부터 스케일 SC의 전체의 두께를 구하는 식이다. 그리고, 열간 압연 라인에 있어서 생성되는 것이 상정되는 Fe2O3의 두께의 범위로서, 스케일 SC의 전체의 두께의 범위의 상한값 및 하한값의 1[％]의 두께를 구한다. 또한, Fe2O3의 두께의 범위는, 예를 들어 실제의 온도 이력을 상정한 스케일 생성의 연구소 실험을 행함으로써 구하여도 된다.
이어서, 분광 방사율을 구하기 위하여 필요한, 강재 SM의 온도 T를 측정하는 방법의 일례에 대하여 설명한다.
도 1에 도시하는 열간 압연 라인에 있어서의 온라인의 측정에서는, 열전대 등의 접촉식의 온도계를 사용하는 것은 현실적이지 않다. 온도계가 파손될 우려가 있기 때문이다. 그래서, 본 실시 형태에서는, 방사 측온법에 의해 강재 SC의 온도를 측정한다. 방사 측온에서는, 분광 방사율이 기지로 일정한 것이 바람직하다. 그러나, 스케일 SC는, 그 조성이나 광학적인 간섭에 의해, 모든 파장 대역에서 분광 방사율이 변동하는 것이 예상된다. 그래서, 본 실시 형태에서는, 단파장 대역에서 방사 측온을 행한다. 한편, 분광 방사율의 측정은, 적외의 장파장 대역에서 행한다.
이 이유는 다음과 같이 설명된다. 도 5는, 흑체의 분광 방사 휘도 Lb(λ, T)와 파장의 관계의 일례를 도시하는 도면이다. 도 5에서는, 흑체의 온도 T=700[℃], 900[℃]의 경우의 관계를 예로 들어서 나타낸다. 도 5에 도시하는 곡선은, 흑체 방사의 이론식(플랭크의 방사측)으로부터 계산된다.
도 5로부터 알 수 있는 바와 같이, 대략 2[㎛] 부근보다도 단파장의 영역에서는, 온도 T에 의한 분광 방사 휘도의 변화가 크다. 따라서, 단파장의 영역에서는, 분광 방사율의 변동에 비교적 로버스트나 측온이 가능하고, 온도의 측정에 적합하다. 한편, 도 5로부터 알 수 있는 바와 같이, 대략 4[㎛] 부근보다도 장파장의 영역에서는, 온도 T에 의한 분광 방사 휘도의 변화가 작다. 따라서, 장파장의 영역에서는, 온도의 변동에 비교적 로버스트나 측정이 가능하기 때문에, 분광 방사율의 측정에 적합하다.
단파장에 있어서의 온도 계측용의 방사계로서는, 일반적으로, 주로 파장 0.65[㎛], 0.9[㎛] 및 1.55[㎛]가, 검출 파장으로서 사용되고 있다. 검출 파장이 짧을수록 방사율 변동에 의한 측온 오차는 작아진다. 단, 검출 파장이 0.65[㎛]의 방사계에서는, 대략 900[℃] 이상의 고온의 피측정물의 측온에 한정된다. 이 때문에, 여기서는 0.9[㎛]를 검출 파장으로 하는 방사계를 사용하는 경우를 예로 들어 설명한다.
방사 측온을 실시하는 파장 λ=0.9[㎛]에 있어서의 분광 방사율의 변동이, 파장 A, 파장 B에 있어서의 분광 방사율의 측정을 방해하지 않는 것에 대해서는, 다음과 같이 하여 확인하였다. 또한, 분광 방사율의 변동이란, 방사 측온을 행할 때에 설정하는 분광 방사율과 실제의 분광 방사율의 차이를 의미한다.
파장 0.9[㎛]에 있어서의 FeO의 분광 방사율을 실험적으로 구한 바, 약 0.78로 안정되어 있었다. 한편, 이 파장의 Fe2O3의 분광 방사율을 측정한 바, 0.78±0.07의 범위에서 불안정하게 변화하고 있었다. 이 Fe2O3의 분광 방사율의 변동은 Fe2O3막 내(층 내)의 광간섭 현상에 기인하는 것으로 추측된다. 방사계의 분광 방사율을 0.78에 설정하여, 온도 T=900℃의 피측정물의 온도를 측정하면, 이 ±0.07의 분광 방사율의 변동에 의해, 약±8[℃]의 측온 오차가 발생하게 된다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면서, 측온 오차가 Fe2O3의 분광 방사율에 끼치는 영향을 설명한다. 도 6a는, 복층 스케일의 최표층에 생성되는 Fe2O3의 두께와, 파장 A에 있어서의 Fe2O3의 분광 방사율의 관계의 일례를 도시하는 도면이다. 도 6b는, 복층 스케일의 최표층에 생성되는 Fe2O3의 두께와, 파장 B에 있어서의 Fe2O3의 분광 방사율의 관계의 일례를 도시하는 도면이다. 도 6a 및 도 6b에 있어서, Fe2O3 두께란, 복층 스케일의 최표층에 생성되는 Fe2O3의 두께를 의미한다.
도 6a 및 도 6b에 있어서, 실선으로 나타내는 곡선은, 도 4a 및 도 4b에 도시한 것이다. 전술한 ±8[℃]의 측온 오차에 의해, 분광 방사율에는, 이 실선으로 나타내는 곡선에 대하여, 도 6a 및 도 6b에 파선으로 나타내는 곡선의 범위의 불확실함이 발생한다. 이러한 온도 측정의 불확실함이 발생해도, 전술한 스케일의 조성 판별에는 문제가 되지 않는다. 즉, 전술한 바와 같이, 파장 A의 분광 방사율, 파장 B의 분광 방사율이, 각각, 상기 소정의 제1 범위, 상기 소정의 제2 범위(도 4a, 도 4b에 도시한 그레이의 영역)에 있는지의 여부를 판정한다. 이때, 가령 도 6a, 도 6b에 파선으로 나타내는 곡선의 범위의 불확실함이 발생해도, 스케일 SC의 최표층이 Fe2O3이라면, 파장 A의 분광 방사율이, 상기 소정의 제1 범위 외가 되는 것과, 파장 B의 분광 방사율이, 상기 소정의 제2 범위 외가 되는 것 중, 적어도 어느 한쪽이 발생하게 된다.
이상으로부터, 본 실시 형태에서는, 온도 측정용 방사계(20)의 검출 파장을 0.9[㎛]로 하는 것이 바람직하다. 온도 측정용 방사계(20)에 있어서의 분광 방사 휘도의 검출 소자로서는, 예를 들어 실리콘 검출 소자를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 전술한 바와 같이, 파장 λ=0.9[㎛]에 있어서의 Fe2O3의 분광 방사율은, 0.78±0.07의 범위에서 변동한다. 그래서, 본 실시 형태에서는, 강재 SM의 온도 T를 도출할 때에 사용하는 분광 방사율 εTH로서, 0.78을 사용하는 것을 생각할 수 있다.
한편, 분광 방사율 측정용 방사계(21a)의 검출 파장을 3.3[㎛] 내지 5.0[㎛]의 범위에 있는 파장 A로 한다. 또한, 분광 방사율 측정용 방사계(21b)의 검출 파장을 8.0[㎛] 내지 14.0[㎛]의 범위에 있는 파장 B로 한다. 분광 방사율 측정용 방사계(21a)로서는, 예를 들어 MCT(HgCdTe) 검출 소자를 검출 소자로 하는 방사계에, 광학 필터를 설치함으로써 실현할 수 있다. 또한, 분광 방사율 측정용 방사계(21b)로서는, 예를 들어 초전 소자를 검출 소자로 하는 방사계에, 광학 필터를 설치함으로써 실현할 수 있다. 이들의 방사계(온도 측정용 방사계(20), 분광 방사율 측정용 방사계(21a, 21b)는, 피측정물의 온도가 600[℃] 이상이면, 열방사를 안정되게 관측할 수 있다.
<스케일 조성 판정 장치(10)>
이어서, 스케일 조성 판정 장치(10)의 상세의 일례에 대하여 설명한다. 스케일 조성 판정 장치(10)의 하드웨어는, 예를 들어 CPU, ROM, RAM, HDD 및 각종 인터페이스를 구비하는 정보 처리 장치, 또는, 전용의 하드웨어를 사용함으로써 실현할 수 있다.
도 7은, 스케일 조성 판정 장치(10)의 동작 일례를 설명하는 흐름도이다. 도 2 및 도 7을 참조하면서, 스케일 조성 판정 장치(10)의 기능의 일례를 설명한다. 또한, 도 7의 흐름도는, 온도 측정용 방사계(20) 및 분광 방사율 측정용 방사계(21a, 21b)에 의해 강재 SM의 분광 방사 휘도가 검출될 때마다 실행된다.
스텝 S701에 있어서, 분광 방사 휘도 취득부(201)는, 온도 측정용 방사계(20) 및 분광 방사율 측정용 방사계(21a, 21b)에 의해 검출된, 강재 SM의 분광 방사 휘도를 취득한다.
이어서, 스텝 S702에 있어서, 온도 도출부(202)는, 이하의 (3) 식의 계산을 행함으로써, 강재 SM의 온도 T를 도출한다.
Figure pct00003
여기서, λTH는, 온도 측정용 방사계(20)의 검출 파장이다. LTH는, 온도 측정용 방사계(20)에 의해 검출된, 강재 SM의 분광 방사 휘도이다. 이 강재 SM의 분광 방사 휘도 LTH는, 스텝 S701에서 취득된 것이다. 또한, εTH는, 강재 SM의 온도 T를 도출할 때에 사용하는 분광 방사율이다. 전술한 바와 같이 본 실시 형태에서는, 분광 방사율 εTH로서 0.78을 사용할 수 있다.
이어서, 스텝 S703에 있어서, 분광 방사율 도출부(203)는, 이하의 (4) 식, (5) 식의 계산을 행함으로써, 파장 A((4) 식 중에서는 λA), 파장 B((5) 식 중에서는 λB)에 있어서의 분광 방사율 εA, εB를 도출한다.
Figure pct00004
Figure pct00005
여기서, T는, 스텝 S702에서 도출된, 강재 SM의 온도이다. LA는, 분광 방사율 측정용 방사계(21a)에 의해 검출된, 강재 SM의 분광 방사 휘도이다. LB는, 분광 방사율 측정용 방사계(21b)에 의해 검출된, 강재 SM의 분광 방사 휘도이다. 이들의 강재 SM의 분광 방사 휘도 LA, LB는, 스텝 S701로 취득된 것이다.
이어서, 스텝 S704에 있어서, 판정부(204)는, 파장 A에 있어서의 분광 방사율 εA가 상기 소정의 제1 범위 내에서 있는지의 여부를 판정한다. 전술한 바와 같이 본 실시 형태에서는, 상기 소정의 제1 범위는, 0.70 내지 0.80이다(도 4a를 참조).
이 판정의 결과, 파장 A에 있어서의 분광 방사율 εA가 상기 소정의 제1 범위 내가 아닌 경우에는, 스케일 SC의 최표층에 Fe2O3이 생성되어 있다고 판단된다(즉, 강재 SM의 표면에 복층 스케일이 생성되어 있다고 판단된다). 그래서, 스텝 S705에 있어서, 출력부(205)는, 스케일 SC의 최표층에 Fe2O3가 생성되고 있는(강재 SM의 표면에 복층 스케일이 생성되고 있는) 것을 나타내는 정보를 출력한다. 그리고, 도 7의 흐름도에 의한 처리를 종료한다.
한편, 스텝 S704에 있어서, 파장 A에 있어서의 분광 방사율 εA가 상기 소정의 제1 범위 내라고 판정된 경우에는, 스텝 S706으로 진행한다. 스텝 S706으로 진행하면, 판정부(204)는, 파장 B에 있어서의 분광 방사율 εB가 상기 소정의 제2 범위 내에서 있는지의 여부를 판정한다. 전술한 바와 같이 본 실시 형태에서는, 상기 소정의 제2 범위는, 0.60 내지 0.70이다(도 4b를 참조).
이 판정의 결과, 파장 B에 있어서의 분광 방사율 εB가 상기 소정의 제2 범위 내가 아닌 경우에는, 스케일 SC의 최표층에 Fe2O3가 생성되어 있다고 판단된다(즉, 강재 SM의 표면에 복층 스케일이 생성되어 있다고 판단된다). 그래서, 스텝 S705에 있어서, 출력부(205)는, 스케일 SC의 최표층에 Fe2O3가 생성되고 있는(강재 SM의 표면에 복층 스케일이 생성되고 있는) 것을 나타내는 정보를 출력한다. 그리고, 도 7의 흐름도에 의한 처리를 종료한다.
한편, 스텝 S706에 있어서, 파장 B에 있어서의 분광 방사율 εB가 상기 소정의 제2 범위 내라고 판정된 경우에는, 스케일 SC의 최표층에 Fe2O3가 생성되어 있지 않다고 판단된다(즉, 강재 SM의 표면에 단층 스케일이 생성되어 있다고 판단된다). 그래서, 스텝 S707에 있어서, 출력부(205)는, 스케일 SC의 최표층에 Fe2O3가 생성 되어 있지 않은(강재 SM의 표면에 단층 스케일이 생성되어 있는) 것을 나타내는 정보를 출력한다. 그리고, 도 7의 흐름도에 의한 처리를 종료한다.
또한, 출력부(205)에 의한 상기 정보의 출력 형태로서는, 예를 들어 컴퓨터용 모니터로의 표시, 외부 장치로의 송신, 및 스케일 조성 판정 장치(10)의 내부 또는 외부의 기억 매체로의 기억의 적어도 어느 하나를 채용할 수 있다.
도 8은, 스케일 조성 판정 장치(10)의 하드웨어의 구성의 일례를 도시하는 도면이다.
도 8에 있어서, 스케일 조성 판정 장치(10)는, CPU(801), 주기억 장치(802), 보조 기억 장치(803), 통신 회로(804), 신호 처리 회로(805), 화상 처리 회로(806), I/F 회로(807), 유저 인터페이스(808), 디스플레이(809) 및 버스(810)를 갖는다.
CPU(801)는, 스케일 조성 판정 장치(10)의 전체를 통괄 제어한다. CPU(801)는, 주기억 장치(802)를 워크 에어리어로서 사용하여, 보조 기억 장치(803)에 기억되어 있는 프로그램을 실행한다. 주기억 장치(802)는, 데이터를 일시적으로 저장한다. 보조 기억 장치(803)는, CPU(801)에 의해 실행되는 프로그램 외에, 각종 데이터를 기억한다. 보조 기억 장치(803)는, 전술한 소정의 제1 범위 및 소정의 제2 범위 등, 도 7에 나타낸 흐름도의 처리에 필요한 정보를 기억한다.
통신 회로(804)는, 스케일 조성 판정 장치(10)의 외부와의 통신을 행하기 위한 회로이다.
신호 처리 회로(805)는, 통신 회로(804)에서 수신된 신호나, CPU(801)에 의한 제어에 따라서 입력한 신호에 대하여 각종 신호 처리를 행한다. 분광 방사 휘도 취득부(201)는, 예를 들어 CPU(801), 통신 회로(804) 및 신호 처리 회로(805)를 사용함으로써 그 기능을 발휘한다. 또한, 온도 도출부(202), 분광 방사율 도출부(203) 및 판정부(204)는, 예를 들어 CPU(801) 및 신호 처리 회로(805)를 사용함으로써 그 기능을 발휘한다.
화상 처리 회로(806)는, CPU(801)에 의한 제어에 따라서 입력한 신호에 대하여 각종 화상 처리를 행한다. 이 화상 처리가 행하여진 신호는, 디스플레이(809)에 출력된다.
유저 인터페이스(808)는, 오퍼레이터가 스케일 조성 판정 장치(10)에 대하여 지시를 행하는 부분이다. 유저 인터페이스(808)는, 예를 들어 버튼, 스위치 및 다이얼 등을 갖는다. 또한, 유저 인터페이스(808)는, 디스플레이(809)를 사용한 그래피컬 유저 인터페이스를 갖고 있어도 된다.
디스플레이(809)는, 화상 처리 회로(806)로부터 출력된 신호에 기초하는 화상을 표시한다. I/F 회로(807)는, I/F 회로(807)에 접속되는 장치 사이에서 데이터의 교환을 행한다. 도 8에서는, I/F 회로(807)에 접속되는 장치로서, 유저 인터페이스(808) 및 디스플레이(809)를 나타낸다. 그러나, I/F 회로(807)에 접속되는 장치는, 이들에 한정되지 않는다. 예를 들어, 가반형의 기억 매체가 I/F 회로(807)에 접속되어도 된다. 또한, 유저 인터페이스(808)의 적어도 일부 및 디스플레이(809)는, 스케일 조성 판정 장치(10)의 외부에 있어도 된다.
출력부(205)는, 예를 들어 통신 회로(804) 및 신호 처리 회로(805)와, 화상 처리 회로(806), I/F 회로(807) 및 디스플레이(809) 중 적어도 어느 한쪽을 사용함으로써 그 기능을 발휘한다.
또한, CPU(801), 주기억 장치(802), 보조 기억 장치(803), 신호 처리 회로(805), 화상 처리 회로(806) 및 I/F 회로(807)는, 버스(810)에 접속된다. 이들 구성 요소 간의 통신은, 버스(810)를 통해 행하여진다. 또한, 스케일 조성 판정 장치(10)의 하드웨어는, 전술한 스케일 조성 판정 장치(10)의 기능을 실현할 수 있으면, 도 8에 도시하는 것에 한정되지 않는다.
이상과 같이 본 실시 형태에서는, 스케일 조성 판정 장치(10)는, 분광 방사율 측정용 방사계(21a, 21b)에 의해 측정된, 파장 A 및 파장 B에 있어서의 분광 방사율 중 적어도 어느 한쪽이, 파장 A 및 파장 B의 각각에 있어서 설정된 소정의 범위 내에 없는 경우에는, 스케일 SC의 최표층에 Fe2O3가 생성되어 있다고 판정하고, 그렇지 않은 경우에는, 스케일 SC의 최표층에 Fe2O3가 생성되어 있지 않다고 판정한다. 여기서, 파장 A 및 파장 B의 각각에 있어서 설정된 소정의 범위(상기 소정의 제1 범위 및 상기 소정의 제2 범위)에는, 당해 파장 A, B에 있어서의 FeO의 분광 방사율이 포함된다. 따라서, 다른 파장에 있어서의 분광 방사 휘도의 검출을 행함으로써, 조업 중의 강재 SM의 표면에 생성되어 있는 스케일 SC가 단층 스케일인가 복층 스케일인가를 온라인으로 정확하게 판별할 수 있다. 이에 의해, 예를 들어 조업상의 관리를 신속하고 또한 정확하게 행하거나, 스케일 SC의 조성의 판별 결과를 조업에 신속하고 또한 정확하게 반영시키거나 할 수 있다.
<변형예>
[변형예 1]
본 실시 형태에서는, 온도 측정용 방사계(20)의 검출 파장이, 0.9[㎛]인 경우를 예로 들어 설명하였다. 그러나, 온도 측정용 방사계(20)의 검출 파장으로서는, 도 5에 도시하는 결과에 기초하여, 파장이 약 2.0[㎛] 이하의 것을 채용할 수 있다. 또한, 온도 측정용 방사계(20)의 검출 파장을, 예를 들어 1.6[㎛]로 해도, 도 6a 및 도 6b를 참조하면서 설명한 것과 동일한 것을 말할 수 있다. 즉, 온도 측정용 방사계(20)에 의한 측온 오차에 의해, 분광 방사율 측정용 방사계(21a, 21b)에 의해 측정되는 분광 방사율에 불확실함이 발생해도, 적어도 어느 한쪽의 파장에 있어서의 Fe2O3의 분광 방사율이, 당해 파장에 있어서 설정된 상기 소정의 범위 외가 된다. 또한, 본 실시 형태와 같이, 분광 방사율을 구하기 위한 파장수를 2개로 하면, 방사계의 수를 적게 할 수 있다. 또한, 처리를 간편하게 할 수 있다. 그러나, 분광 방사율을 구하기 위한 파장수는, 3개 이상이어도 된다. 이 경우에도, 도 4a 및 도 4b에 도시하는 바와 같이, Fe2O3의 두께로서 상정되는 두께의 범위 내에 있어서, 복수의 파장 중 적어도 어느 하나의 파장에 있어서의 Fe2O3의 분광 방사율이, 당해 파장에 있어서 설정된 소정의 범위 외가 되도록 당해 복수의 파장과 당해 소정의 범위를 정한다. 전술한 바와 같이, 복수의 파장의 각각에 있어서 설정되는 소정의 범위에는, 당해 파장에 있어서의 FeO의 분광 방사율이 포함되도록 한다.
[변형예 2]
본 실시 형태에서는, 3개의 방사계(20, 21a, 21b)를 사용하는 경우를 예로 들어 설명하였다. 그러나, 적어도 3개의 다른 파장의 분광 방사 휘도를 검출하도록 하고 있으면, 반드시 이렇게 할 필요는 없다. 예를 들어, 동일한 수광 렌즈로부터 입광한 광을 하프 미러에 의해 3개로 분광한다. 그리고, 분광한 광을, 서로 다른 파장의 광만을 통과하는 3개의 파장 선택 필터 중 어느 한쪽에 통과시킨다. 이 파장 선택 필터를 통과한 광에 대하여 분광 방사 휘도를 검출한다. 이와 같이 하면, 방사계의 공간 절약화를 도모할 수 있다.
[변형예 3]
본 실시 형태에서는, 디스케일러(12b)와, 워크롤과 백업롤을 갖는 압연 스탠드 중 최상류에 마련된 압연 스탠드(14b) 사이의 영역에 1조의 방사계(20, 21a, 21b)를 배치하는 경우를 예로 들어서 나타내었다. 그러나, 열간 압연 공정의, 최상류의 디스케일러(12a)보다도 하류측의 장소라면(가열로(11)로부터 추출되어, 적어도 1회의 디스케일링이 행하여진 강판의 온도를 측정하고 있으면), 방사계의 조를 배치하는 장소는, 이 장소에 한정되지 않는다. 예를 들어, 디스케일러와, 당해 디스케일러에 대하여 하류측에 있어서 가장 가까운 위치에 있는 압연 스탠드 사이의 장소에, 방사계의 조를 배치할 수 있다. 또한, 이러한 장소의 복수의 위치에, 방사계의 조를 각각 배치해도 된다(즉, 방사계의 조를 복수 배치해도 된다). 이 경우, 스케일 조성 판정 장치(10)는, 각각의 방사계의 조에 대해서, 도 7에 도시하는 흐름도를 행하여, 방사계의 조가 배치되는 각각의 장소에 있어서, 스케일 SC의 최표층에 Fe2O3이 생성되어 있는지의 여부를 판정한다.
[변형예 4]
본 실시 형태에서는, 스케일 조성 판정 장치(10)를 열간 압연 라인에 적용하는 경우를 예로 들어 설명하였다. 그러나, 스케일 조성 판정 장치(10)의 적용처는 열간 압연 라인에 한정되지 않는다. 예를 들어, 특허문헌 1에 기재된 가열로에 스케일 조성 판정 장치(10)를 적용해도 된다. 이 경우에도, 도 4a 및 도 4b에 도시하는 바와 같이, Fe2O3의 두께로서 상정되는 두께의 범위 내에 있어서, 복수의 파장 중 적어도 어느 하나의 파장에 있어서의 Fe2O3의 분광 방사율이, 당해 파장에 있어서 설정된 소정의 범위 외가 되도록 당해 복수의 파장과 당해 소정의 범위를 정한다. 전술한 바와 같이, 복수의 파장의 각각에 있어서 설정되는 소정의 범위에는, 당해 파장에 있어서의 FeO의 분광 방사율이 포함되도록 한다.
[변형예 5]
본 실시 형태에서는, 방사계(20)를 사용하여 강재 SM의 온도를 측정하는 경우를 예로 들어 설명하였다. 그러나, 반드시 방사계(20)를 사용하여 강재 SM의 온도를 구할 필요는 없다. 예를 들어, 전열 계산을 행함으로써 강재 SM의 온도를 온라인으로 도출해도 된다. 또한, 강재 SM의 온도가 과거의 조업 실적으로부터 고정밀도로 얻어지는 경우에는, 그 강재 SM의 온도를 사용해도 된다. 온도계에 파손의 우려가 없으면, 접촉식의 온도계를 사용해도 된다.
[변형예 6]
본 실시 형태와 같이, 복수의 파장에 있어서의 분광 방사율이, 당해 복수의 파장의 각각에 있어서 설정된 소정의 범위 내에 있는지의 여부를 판정하면, 강재의 온도에 관계없이, 스케일 SC의 최표층에 Fe2O3가 생성되어 있는지의 여부를 용이하게 또한 고정밀도로 판정할 수 있으므로 바람직하다. 그러나, 강재의 온도가 대략 일정한 소정의 온도로 유지되는 것과 같은 상황 하에서는, 반드시 분광 방사율을 구할 필요는 없다. 이렇게 하는 경우, 예를 들어 복수의 파장에 있어서의 분광 방사 휘도가, 당해 복수의 파장의 각각에 있어서 설정된 소정의 범위 내에 있는지의 여부를 판정하면 된다. 이렇게 하는 경우도, 도 4a 및 도 4b를 참조하면서 설명한 것과 마찬가지로, Fe2O3의 두께로서 상정되는 두께의 범위 내에 있어서, 복수의 파장 중 적어도 어느 하나의 파장에 있어서의 Fe2O3의 분광 방사 휘도가, 당해 파장에 있어서 설정된 소정의 범위 외가 되도록 당해 복수의 파장과 당해 소정의 범위를 정한다. 또한, 복수의 파장의 각각에 있어서 설정되는 소정의 범위에는, 당해 파장에 있어서의 FeO의 분광 방사 휘도가 포함되도록 한다.
[그 밖의 변형예]
또한, 이상 설명한 본 발명의 실시 형태는, 컴퓨터가 프로그램을 실행함으로써 실현할 수 있다. 또한, 상기 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체 및 상기 프로그램 등의 컴퓨터 프로그램 프로덕트도 본 발명의 실시 형태로서 적용할 수 있다. 기록 매체로서는, 예를 들어 플렉시블 디스크, 하드 디스크, 광 디스크, 광자기 디스크, CD-ROM, 자기 테이프, 불휘발성의 메모리 카드, ROM 등을 사용할 수 있다.
또한, 이상 설명한 본 발명의 실시 형태는, 모두 본 발명을 실시하는 것에 있어서의 구체화의 예를 나타낸 것에 지나지 않고, 이들에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정적으로 해석되어서는 안되는 것이다. 즉, 본 발명은 그 기술 사상, 또는 그 주요한 특징으로부터 일탈하지 않고, 여러가지 형태로 실시할 수 있다.
본 발명은, 강재를 제조하는 것 등에 이용할 수 있다.

Claims (4)

  1. 강재의 표면에 생성되는 스케일의 조성을 판정하는 스케일 조성 판정 시스템이며,
    복수의 파장의 각각에 있어서의 상기 강재의 분광 방사 휘도를 검출하는 검출 수단과,
    상기 강재의 온도를 취득하는 온도 취득 수단과,
    상기 온도 취득 수단에 의해 취득된, 상기 강재의 온도와, 상기 검출 수단에 의해 검출된, 상기 복수의 파장의 각각에 있어서의 상기 강재의 분광 방사 휘도에 기초하여, 상기 복수의 파장의 각각에 있어서의 상기 강재의 분광 방사율을 도출하는 분광 방사율 도출 수단과,
    상기 분광 방사율 도출 수단에 의해 도출된, 상기 복수의 파장의 각각에 있어서의 상기 강재의 분광 방사율에 기초하여, 상기 스케일의 최표층에 헤마타이트(Fe2O3)가 생성되어 있는지의 여부를 판정하는 판정 수단을 갖고,
    상기 판정 수단은, 상기 복수의 파장의 각각에 있어서의 상기 강재의 분광 방사율 적어도 어느 하나가, 상기 복수의 파장의 각각에 있어서 설정된 소정의 범위 외에 있는 경우에, 상기 스케일의 최표층에 헤마타이트(Fe2O3)가 생성되어 있다고 판정하고, 그렇지 않은 경우에, 상기 스케일의 최표층에 헤마타이트(Fe2O3)가 생성되어 있지 않다고 판정하고,
    상기 파장에 있어서 설정된 상기 소정의 범위에는, 당해 파장에 있어서의 우스타이트(FeO)의 분광 방사율이 포함되고,
    상기 복수의 파장은, 상기 복수의 파장의 각각에 있어서의 상기 헤마타이트의 분광 방사율과, 상기 헤마타이트의 두께로서 상정되는 범위 내에 있어서의 헤마타이트의 두께의 관계를 사용하여 정해지고,
    상기 복수의 파장은, 상기 관계에 있어서, 상기 헤마타이트의 어느 두께에 있어서도, 상기 복수의 파장의 적어도 어느 하나의 파장에 있어서의 상기 헤마타이트의 분광 방사율이 당해 파장에 있어서 설정된 상기 소정의 범위 외가 되도록 정해지는 것을 특징으로 하는 스케일 조성 판정 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 파장은, 3.3[㎛] 내지 5.0[㎛]의 파장 대역에서 선택된 파장과, 8.0[㎛] 내지 14.0[㎛]의 파장 대역에서 선택된 파장을 포함하는 것을 특징으로 하는 스케일 조성 판정 시스템.
  3. 강재의 표면에 생성되는 스케일의 조성을 판정하는 스케일 조성 판정 방법이며,
    복수의 파장의 각각에 있어서의 상기 강재의 분광 방사 휘도를 검출하는 검출 공정과,
    상기 강재의 온도를 취득하는 온도 취득 공정과,
    상기 온도 취득 공정에 의해 취득된, 상기 강재의 온도와, 상기 검출 공정에 의해 검출된, 상기 복수의 파장의 각각에 있어서의 상기 강재의 분광 방사 휘도에 기초하여, 상기 복수의 파장의 각각에 있어서의 상기 강재의 분광 방사율을 도출하는 분광 방사율 도출 공정과,
    상기 분광 방사율 도출 공정에 의해 도출된, 상기 복수의 파장의 각각에 있어서의 상기 강재의 분광 방사율에 기초하여, 상기 스케일의 최표층에 헤마타이트(Fe2O3)가 생성되어 있는지의 여부를 판정하는 판정 공정을 갖고,
    상기 판정 공정은, 상기 복수의 파장의 각각에 있어서의 상기 강재의 분광 방사율의 적어도 어느 하나가, 상기 복수의 파장의 각각에 있어서 설정된 소정의 범위 외에 있는 경우에, 상기 스케일의 최표층에 헤마타이트(Fe2O3)가 생성되어 있다고 판정하고, 그렇지 않은 경우에, 상기 스케일의 최표층에 헤마타이트(Fe2O3)가 생성되어 있지 않다고 판정하고,
    상기 파장에 있어서 설정된 상기 소정의 범위에는, 당해 파장에 있어서의 우스타이트(FeO)의 분광 방사율이 포함되고,
    상기 복수의 파장은, 상기 복수의 파장의 각각에 있어서의 상기 헤마타이트의 분광 방사율과, 상기 헤마타이트의 두께로서 상정되는 범위 내에 있어서의 헤마타이트의 두께의 관계를 사용하여 정해지고,
    상기 복수의 파장은, 상기 관계에 있어서, 상기 헤마타이트의 어느 두께에 있어서도, 상기 복수의 파장의 적어도 어느 하나의 파장에 있어서의 상기 헤마타이트의 분광 방사율이 당해 파장에 있어서 설정된 상기 소정의 범위 외가 되도록 정해지는 것을 특징으로 하는 스케일 조성 판정 방법.
  4. 강재의 표면에 생성되는 스케일의 조성을 판정하는 것을 컴퓨터에 실행시키기 위한 프로그램이며,
    상기 강재의 온도와, 복수의 파장의 각각에 있어서의 상기 강재의 분광 방사 휘도에 기초하여, 상기 복수의 파장의 각각에 있어서의 상기 강재의 분광 방사율을 도출하는 분광 방사율 도출 공정과,
    상기 분광 방사율 도출 공정에 의해 도출된, 상기 복수의 파장의 각각에 있어서의 상기 강재의 분광 방사율에 기초하여, 상기 스케일의 최표층에 헤마타이트(Fe2O3)가 생성되어 있는지의 여부를 판정하는 판정 공정을 컴퓨터에 실행시키고,
    상기 판정 공정은, 상기 복수의 파장의 각각에 있어서의 상기 강재의 분광 방사율의 적어도 어느 하나가, 상기 복수의 파장의 각각에 있어서 설정된 소정의 범위 외에 있는 경우에, 상기 스케일의 최표층에 헤마타이트(Fe2O3)가 생성되어 있다고 판정하고, 그렇지 않은 경우에, 상기 스케일의 최표층에 헤마타이트(Fe2O3)가 생성되어 있지 않다고 판정하고,
    상기 파장에 있어서 설정된 상기 소정의 범위에는, 당해 파장에 있어서의 우스타이트(FeO)의 분광 방사율이 포함되고,
    상기 복수의 파장은, 상기 복수의 파장의 각각에 있어서의 상기 헤마타이트의 분광 방사율과, 상기 헤마타이트의 두께로서 상정되는 범위 내에 있어서의 헤마타이트의 두께의 관계를 사용하여 정해지고,
    상기 복수의 파장은, 상기 관계에 있어서, 상기 헤마타이트의 어느 두께에 있어서도, 상기 복수의 파장의 적어도 어느 하나의 파장에 있어서의 상기 헤마타이트의 분광 방사율이 당해 파장에 있어서 설정된 상기 소정의 범위 외가 되도록 정해지는 것을 특징으로 하는 프로그램.
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