(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測温鋼材の下面に対向配置され、上端開口部から水を放出するノズルと、
光軸が前記ノズルの中心軸と略平行となるように前記ノズル内に配置され、被測温鋼材の下面から放射された熱放射光を前記水を介して検出する放射温度計と、
前記ノズル内であって前記放射温度計の光軸が通る位置に配置され、前記放射温度計を前記水から隔離するための光学窓とを備え、
前記ノズルは、該ノズルの中心軸が鉛直方向から傾斜するように、なお且つ、該ノズルの中心軸が被測温鋼材下面の法線方向から４０°以下で傾斜するように配置され、
前記放射温度計の光軸を横切る前記光学窓の上端面が、水平面に対して３０°以上傾斜していることを特徴とする鋼材の表面温度測定装置。
【請求項２】
前記放射温度計の光軸を横切る前記光学窓の上端面が、前記光軸に垂直な方向から傾斜した傾斜面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の鋼材の表面温度測定装置。
【請求項３】
前記ノズルの上端開口部が、水平面に対して１２°以上傾斜していることを特徴とする請求項１又は２に記載の鋼材の表面温度測定装置。
【請求項４】
前記放射温度計の光軸を横切る前記光学窓の上端面が、前記ノズル内の水が充満している領域の最下端部よりも上方に位置していることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の鋼材の表面温度測定装置。
【請求項５】
前記ノズルは、前記ノズル内の水が充満している領域の最下端部の近傍に位置する側壁に、前記ノズルの外部と連通する貫通孔を備え、
前記貫通孔は、前記上端開口部の寸法よりも小さく、且つ、前記ノズル内に侵入するスケールの想定される寸法よりも大きい寸法を有することを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の鋼材の表面温度測定装置。
【請求項６】
前記ノズル内に水を供給する水供給手段を備え、
前記水供給手段は、該水供給手段から供給した水が、前記放射温度計の光軸を横切る前記光学窓の上端面に直接当たるように構成されていることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の鋼材の表面温度測定装置。
【請求項７】
前記水供給手段は、前記ノズル内の水流が層流となるように、前記ノズル内に供給する水の水量を調整することを特徴とする請求項６に記載の鋼材の表面温度測定装置。
【請求項８】
被測温鋼材の下面と前記ノズルとの間にパージエアーを噴射するエアーノズルを備え、
前記エアーノズルは、前記ノズルから放出する水と接触しないようにパージエアーを噴射することを特徴とする請求項１から７の何れかに記載の鋼材の表面温度測定装置。
【請求項９】
請求項１から８の何れかに記載の表面温度測定装置を用いて鋼材の表面温度を測定することを特徴とする鋼材の表面温度測定方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法によって表面温度を測定する工程を含むことを特徴とする鋼材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼片、鋼板、形鋼などの鋼材の表面温度を、鋼材の製造工程（熱間圧延工程など）において、鋼材の下面から長期間安定して測定することが可能な鋼材の表面温度測定装置及び表面温度測定方法並びに鋼材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱間圧延工程中の鋼材表面には、搬送ロールを冷却する冷却水が飛散してきたり、鋼材から剥離したスケールが存在している。この様な環境の中で鋼材の表面温度を精度良く測定するため、高温、水分及びスケールから表面温度測定装置を保護する方策が従来から講じられてきた。特に、鋼材下面の温度を測定する表面温度測定装置の場合には、鋼材下面に放射温度計の測定視野を設定する必要があり、冷却水の水滴、スケール、粉塵などが直接、放射温度計の集光レンズ等に付着し易いため、正確な温度の測定が妨げられることになる。
【０００３】
特許文献１には、被測温鋼材下面から放射された熱放射光を、被測温鋼材下面に向けてノズルから噴射したパージ水を介して被測温鋼材の下方に対向配置した放射温度計で検出することにより、被測温鋼材の表面温度を測定する方法や装置が開示されている。  
しかし、特許文献１に記載の技術で鋼材下面の温度を測定する際、被測温鋼材から剥離したスケールがノズル内に侵入して放射温度計の測定視野を遮り、測温値の精度が低下する場合がある。
【０００４】
特許文献２には、温度計本体と、この温度計本体を収納し、かつその上方に開口部を有すると共に空気供給口を有する函体と、この函体の上部に設けられ、空気供給口と上部開口部に設けた上部シャッターとを有する筒体と、函体と筒体の間に設けられた下部シャッターとから構成された温度測定装置が開示されている（特許文献２の段落００１４）。
そして、特許文献２には、「本発明の温度測定装置においては、温度計本体が、鋼板下面との間で、装置に設けられた上部と下部の二重のシャッターにより保護されていると共に、温度測定時には、供給空気の噴出によって、粉塵や水滴等の測定装置内への侵入を防止される。温度計本体の視線が良好に保持されるため、これを鋼板下面からより離れた位置においても測定が可能となり、長期にわたり精度の良い下面の温度測定が可能となる」と記載されている（特許文献２の段落００３９）。
しかしながら、少なくとも温度測定時（上部と下部のシャッターを開いたとき）において大量の供給空気を噴出しなければ、粉塵や水滴の他、鋼板から剥離したスケールが温度計本体に付着し、放射温度計の測定視野を遮り、測温値の精度が低下するおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１７５８９号公報
【特許文献２】特開２００３−３０２２８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、被測温鋼材から剥離したスケールが落下する環境においても、鋼材の表面温度を鋼材の下面から長期間安定して測定することが可能な鋼材の表面温度測定装置及び表面温度測定方法並びに鋼材の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
図２は、被測温鋼材の下面に対向配置され水を放出するノズルを備え、水を介して被測温鋼材の表面温度を測定する装置の一般的な構成を模式的に示す断面図である。図２に示すように、この種の表面温度測定装置１００Ａは、ノズル１Ａと、放射温度計２Ａと、光学窓３Ａとを備えている。ノズル１Ａは、外部から供給された水Ｗを上端開口部１１Ａから放出する。放射温度計２Ａは、その光軸がノズル１Ａの中心軸Ｃと略平行となるようにノズル１Ａ内に配置され、被測温鋼材Ｍ（図２に示す例では鋼板）の下面から放射された熱放射光を水Ｗを介して検出する。光学窓３Ａは、ノズル１Ａ内であって放射温度計２Ａの光軸が通る位置に配置され、放射温度計２Ａを水Ｗから隔離する。
【０００８】
光学窓３Ａとしては、通常、その上端面３１Ａと下端面３２Ａとが平行な板状のものが用いられ、上端面３１Ａ及び下端面３２Ａがノズル１Ａの中心軸Ｃと直交するようにノズル１Ａ内に配置されている。そして、ノズル１Ａは、その中心軸Ｃが鉛直方向に向くように配置されている。従って、光学窓３Ａの上端面３１Ａは、水平面となっている。
【０００９】
上記のような構成を有する表面温度測定装置１００Ａにおいては、被測温鋼材Ｍから剥離したスケールＳがノズル１Ａの上端開口部１１Ａからノズル１Ａの内部に侵入して光学窓３Ａの上端面３１Ａに堆積するおそれがある。このため、長期間が経過すると、堆積したスケールＳが放射温度計２Ａの測定視野を遮り、測温値の精度が低下するおそれがある。
【００１０】
上記の問題を解決するため、本発明者らは、光学窓３Ａの上端面３１ＡにスケールＳが堆積し難い構成について、鋭意検討を行った。具体的には、図３に示すように、水を充満させた水槽の中に上端面及び下端面が平行な板状の光学窓（石英ガラス）を配置し、測定現場（鋼板の熱間圧延ライン）から採取したスケールを水面上から光学窓の上端面に向けて落下させる試験を行った。この際、光学窓の上端面の水平面に対する傾斜角度θを種々の値に変更し、各傾斜角度θにおけるスケール残量率（落下させたスケールの総量に対する光学窓の上端面に残存するスケールの量の割合）を評価した。
【００１１】
なお、測定現場から採取したスケールには、下記の表１に示す３種類のスケールＡ〜Ｃが存在した。
【表１】
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表１に示すスケールＡは、通常のノズル１Ａの上端開口部よりも寸法が大きいため、ノズル１Ａの内部に侵入しないと考えて評価対象から除外した。また、表１に示すスケールＣは、水面上に浮いたため、評価対象から除外した。従って、図３に示す評価結果は、表１に示すスケールＢについての評価結果である。
【００１２】
図３に示すように、光学窓の傾斜角度θが３０°以上であれば、スケール残量率が１００％未満（具体的には９０％未満）となり、スケールが光学窓の上端面に堆積する速度が低下することが分かった。このため、堆積したスケールが放射温度計の測定視野を遮って測温値の精度が低下するに至るまでの期間を長くすることができ、鋼材の表面温度を長期間安定して測定できることが分かった。
【００１３】
本発明は、上述した本発明者らの知見に基づき完成されたものである。すなわち、本発明は、請求項１に記載の如く、被測温鋼材の下面に対向配置され、上端開口部から水を放出するノズルと、光軸が前記ノズルの中心軸と略平行となるように前記ノズル内に配置され、被測温鋼材の下面から放射された熱放射光を前記水を介して検出する放射温度計と、前記ノズル内であって前記放射温度計の光軸が通る位置に配置され、前記放射温度計を前記水から隔離するための光学窓とを備え、前記ノズルは、該ノズルの中心軸が鉛直方向から傾斜するように、なお且つ、該ノズルの中心軸が被測温鋼材下面の法線方向から４０°以下で傾斜するように配置され、前記放射温度計の光軸を横切る前記光学窓の上端面が、水平面に対して３０°以上傾斜していることを特徴とする鋼材の表面温度測定装置を提供する。
【００１４】
本発明によれば、光学窓の上端面が水平面に対して３０°以上傾斜しているため、被測温鋼材から剥離したスケールが、ノズルの上端開口部を介してノズル内に侵入し、光学窓の上端面に落下したとしても、光学窓の上端面が水平である場合に比べて、スケールが光学窓の上端面に堆積する速度が遅くなる。このため、被測温鋼材の表面温度を長期間に亘り安定して測定することが可能である。
なお、図３に示すように、光学窓の上端面が水平面に対して６５°以上傾斜していれば（光学窓の傾斜角度θが６５°以上であれば）、スケール残量率が０％となり、スケールが光学窓の上端面に堆積しない。このため、光学窓の上端面が水平面に対して６５°以上傾斜したものとすれば、被測温鋼材の表面温度をより一層長期間に亘り安定して測定することができる点で好ましい。
また、本発明によれば、ノズルの中心軸が鉛直方向から傾斜するようにノズルが配置される。このため、例えば、従来と同様に放射温度計の光軸を横切る光学窓の上端面が前記光軸に垂直である場合には、ノズルの中心軸が鉛直方向から３０°以上傾斜したものとすることにより、光学窓の上端面が水平面に対して３０°以上傾斜した状態とすることが可能である。
さらに、本発明によれば、ノズルの中心軸が被測温鋼材下面の法線方向から４０°以下で傾斜するようにノズルが配置される。これにより、放射温度計の測定角度を６０°以下に設定して測温値の変動を一定の範囲内に収めることができる。以下、この点について説明する。
【００１５】
被測温鋼材の表面温度を放射温度計で測定する際には、図４に示すように、測温値は、被測温鋼材下面の法線方向に対する放射温度計の光軸の傾斜角度（以下、この傾斜角度を測定角度θ１という）の影響を受けて変動する。図４に示すように、測温値の変動を一定の範囲内（５℃以内）に収めるには、測定角度θ１を６０°以下に設定することが好ましい。
一方、図５に示すように、ノズル１の中心軸Ｃを鉛直方向から傾斜させた場合（放射温度計２の光軸Ｏを鉛直方向から傾斜させた場合）に、ノズル１から放出する水Ｗの水面（水によって形成される水柱の上端面）が常に水平面になるとすれば、被測温鋼材Ｍの下面から放射され放射温度計２で検出し得る熱放射光は、上記水Ｗの水面に対して斜めの方向（水面に垂直な方向からずれた方向）から該水面に入射することになる。このため、前記熱放射光は、上記水Ｗの水面において、ノズル１の中心軸Ｃの傾斜角度θｎと、水と空気との屈折率差とに応じた屈折角で屈折することになる。従って、被測温鋼材Ｍ下面の法線方向が鉛直方向と一致する場合、放射温度計２の測定角度θ１は、ノズル１の中心軸Ｃの傾斜角度θｎよりも大きな角度となる、具体的には、図５に示すように、ノズル１の中心軸の傾斜角度θｎが４０°を超える場合に、放射温度計２の測定角度θ１は６０°を超えることになる。
従って、前述のように、放射温度計の測定角度を６０°以下に設定して測温値の変動を一定の範囲内に収めるべく、本発明では、ノズルの中心軸が被測温鋼材下面の法線方向から４０°以下で傾斜するようにノズルが配置される。
【００１６】
放射温度計の光軸を横切る光学窓の上端面が水平面に対して３０°以上傾斜している構成の他の例としては、請求項２に記載の如く、放射温度計の光軸を横切る光学窓の上端面が前記光軸に垂直な方向から傾斜した傾斜面に形成された構成を挙げることができる。
斯かる構成では、放射温度計の光軸を横切る光学窓の上端面が前記光軸に垂直な方向から傾斜した（以下、この傾斜角度をθｇという）傾斜面に形成されていると共に、前述のようにノズルの中心軸が鉛直方向から傾斜する（以下、この傾斜角度をθｎという）ようにノズルが配置されることになる。斯かる構成の場合には、傾斜角度θｇと傾斜角度θｎとを同方向としてこれらの和を３０°以上とすることにより、傾斜角度θｎを３０°以上とせずとも、光学窓の上端面が水平面に対して３０°以上傾斜した状態とすることが可能である。前述のように傾斜角度θｎを設けることにより、光学窓の上端面が水平面に対して３０°以上傾斜した状態とするための傾斜角度θｇの値を小さくすることができるため、傾斜角度θｎを設けない場合に比べて、光学窓が破損するおそれを低減できるという利点を有する。
なお、光学窓の上端面が放射温度計の光軸に垂直な方向から傾斜した傾斜面に形成されている場合、光軸に沿って入射した放射光が、光学窓の上端面において、水と光学窓との屈折率差に応じて屈折することになる。しかしながら、光学窓の材料として通常選択されるガラスと水との屈折率差は小さいため、測温値に対する上記屈折の影響は少ない。
【００２０】
ここで、前述した表１に示すスケールＡのようなスケール（ノズルの上端開口部よりも寸法が大きなスケール）が被測温鋼材から剥離した場合には、ノズルの上端開口部に剥離したスケールが載って、放射温度計の測定視野を遮り、測温値の精度が低下するおそれがある。そこで、本発明者らは、たとえスケールがノズルの上端開口部に載ったとしても、上端開口部から滑り落ちることによって放射温度計の測定視野を遮らない構成について、鋭意検討を行った。具体的には、図６に示すように、ノズル１の上端開口部を通る面（開口面）Ｎ１がノズル１の中心軸と直交し、なお且つ、ノズル１の中心軸を鉛直方向から傾斜角度θｎだけ傾斜させることを考えた。
【００２１】
図６に示すように、スケールＳがノズル１の上端開口部に載ったときにスケールＳがノズル１から滑り落ちる方向に働く力をＦｎ、スケールＳに働く垂直抗力をＮ、スケールＳに働く摩擦力をＦｓとした場合、Ｆｎ、Ｎ及びＦｓは、それぞれ以下の式（１）〜（３）で表される。
Ｆｎ＝ｍ・ｇ・ｓｉｎ（θｎ）  ・・・（１）
Ｎ＝ｍ・ｇ・ｃｏｓ（θｎ）  ・・・（２）
Ｆｓ＝μ・Ｎ  ・・・（３）
ここで、ｍはスケールＳの質量、ｇは重力加速度、μはノズル１とスケールＳとの間に生じる動摩擦係数を意味する。
【００２２】
図６に示すＦｎ＞Ｆｓとなれば、スケールＳはノズル１の上端開口部から滑り落ちるので、放射温度計の測定視野を遮ることがない。図７は、種々の傾斜角度θｎに対するＦｎとＦｓとの関係を示すグラフである。図７に示すように、ノズル１とスケールＳとの間に生じる動摩擦係数μとして、金属間の一般的な値である０．２を用いて計算した結果、ノズル１の中心軸の傾斜角度θｎを１２°以上に設定すれば、Ｆｎ＞Ｆｓとなることがわかる。図７に示す結果は、ノズル１の上端開口面Ｎ１がノズル１の中心軸と直交し、なお且つ、ノズル１の中心軸を鉛直方向から傾斜角度θｎだけ傾斜させた場合の計算結果である。
すなわち、スケールがノズルの上端開口部に載ったとしても、上端開口部から滑り落ちることによって放射温度計の測定視野を遮らないようにするには、請求項３に記載の如く、前記ノズルの上端開口部が、水平面に対して１２°以上傾斜していることが好ましい。
なお、実際には、ノズルから放出される水の水圧でスケールを上方に持ち上げる力が働くため、垂直抗力Ｎの値は、式（２）で計算される値よりも小さくなる。このため、ノズルの上端開口部が水平面に対して１２°以上傾斜していなくても、スケールは滑り落ちると考えられるが、上記のように１２°以上傾斜させれば確実に滑り落とすことができる点で好ましい。
【００２３】
好ましくは、請求項４に記載の如く、前記放射温度計の光軸を横切る前記光学窓の上端面が、前記ノズル内の水が充満している領域の最下端部よりも上方に位置している。
【００２４】
斯かる好ましい構成によれば、放射温度計の光軸を横切る光学窓の上端面から滑り落ちたスケールが、ノズル内の水が充満している領域の最下端部に堆積し得るため、光学窓の上端面の端にスケールが堆積するおそれが低減し、スケールが光学窓の上端面に堆積する速度をより一層遅くすることができる。このため、被測温鋼材の表面温度をより一層長期間に亘り安定して測定することが可能である。
【００２５】
また、好ましくは、請求項５に記載の如く、前記ノズルは、前記ノズル内の水が充満している領域の最下端部の近傍に位置する側壁に、前記ノズルの外部と連通する貫通孔を備え、前記貫通孔は、前記上端開口部の寸法よりも小さく、且つ、前記ノズル内に侵入するスケールの想定される寸法よりも大きい寸法を有することが好ましい。
【００２６】
斯かる好ましい構成によれば、ノズル内の水が充満している領域の最下端部の近傍に位置するノズルの側壁に貫通孔が設けられるが、その寸法が小さい（ノズルの上端開口部の寸法よりも小さい）ため、ノズル内の水が貫通孔から全て外部に流出して水柱が形成されなくなる事態が生じない。一方、貫通孔の寸法は、ノズル内に侵入するスケールの想定される寸法よりも大きいため、ノズル内に侵入したスケールが水と共に貫通孔を通じて外部に流出可能である。このため、ノズル内の水が充満している領域の最下端部にスケールが堆積し難くなり、スケールをノズル内から除去する頻度を低減可能である。また、貫通孔から水が流出しない場合、貫通孔にスケールが詰まっていると考えることができるため、ノズル内の点検要否の目安を得ることが可能である。従って、定期的にノズル内を点検するよりも取り扱いが容易になるという利点も有する。
前述のようにノズル内に侵入するスケールＢ（砂状スケール）の粒径は、せいぜい１ｍｍなので、ノズル内に侵入するスケールの想定される寸法を１ｍｍとすれば、貫通孔は、前記想定寸法よりも大きな寸法（例えば、孔径２〜３ｍｍ程度）にすればよい。
【００２７】
また、好ましくは、請求項６に記載の如く、本発明に係る表面温度測定装置は、前記ノズル内に水を供給する水供給手段を備え、前記水供給手段は、該水供給手段から供給した水が、前記放射温度計の光軸を横切る前記光学窓の上端面に直接当たるように構成されている。
【００２８】
斯かる好ましい構成によれば、水供給手段から供給した水が、光学窓の上端面に直接当たるため、該上端面に沿った水流が生じ、該上端面にスケールが堆積するおそれをより一層低減することが可能である。
また、前述のように、放射温度計の光軸を横切る光学窓の上端面がノズル内の水が充満している領域の最下端部よりも上方に位置している構成の場合には、水供給手段から供給した水が最下端部に堆積したスケールに直接当たることが無いため、当該最下端部に堆積したスケールが水流によって巻き上がり光学窓の上端面に堆積してしまうおそれが低減する。
【００２９】
ここで、前述したように、ノズルの中心軸を鉛直方向から傾斜させた場合（放射温度計の光軸を鉛直方向から傾斜させた場合）に、ノズルから放出する水の水面（水によって形成される水柱の上端面）が常に水平面になる（常に一定方向である）とすれば、放射温度計の測定角度は、ノズルの中心軸の傾斜角度と、水と空気との屈折率差とに応じた一定の値となる（図５参照）。しかしながら、ノズル内に供給する水の水量を過度に大きくし過ぎると、ノズル内の水流が層流から乱流に遷移し、ノズルから放出する水の水面が一定方向で安定せずに変動するため、放射温度計の測定角度が変動することになる。前述のように、放射温度計の測定角度が変動すれば、測温値も変動する。
【００３０】
図８は、被測温鋼材を模擬した面光源（３００×３００ｍｍ）の下面温度を水を介して放射温度計で測定した結果の一例を示すグラフである。具体的には、面光源を水平に設置し、放射温度計を内蔵した上端開口部の口径が１５ｍｍのノズルを、面光源の下面から２５０ｍｍだけ離間した位置に配置し、ノズルの中心軸を鉛直方向から４０°傾斜させた。そして、ノズル内に供給する水の水量を種々の値に変更して、面光源の下面温度を測定した。ノズル内の水流状態は、レイノルズ数を用いて評価できる。流体のレイノルズ数Ｒｅは、一般的に、以下の式（４）で表される。
Ｒｅ＝ρ×ｖ×ｄ／μ  ・・・（４）
ここで、ρは流体の密度、ｖは流体の流速、ｄは流体の代表長さ、μは流体の粘性係数を意味する。
図８の横軸は、上記の式（４）におけるρとして水の密度を、ｖとしてノズル内の水の平均流速を、ｄとしてノズルの上端開口部の口径を、μとして水の粘性係数を入力した場合のレイノルズ数Ｒｅをプロットしている。図８に示すように、ノズル内に供給する水の水量が増加し（これによりノズル内の水の平均流速が増加し）、レイノルズ数が大きくなると（具体的には、レイノルズ数が６０００を超えると）、測温値が不安定になる。これは、レイノルズ数が６０００を超えると、ノズル内の水流が層流から乱流に遷移し、ノズルから放出する水の水面が一定方向で安定せずに変動するため、放射温度計の測定角度が変動することが原因であると考えられる。より具体的に説明すれば、図８に示す例では、測定角度が変動して放射温度計の光軸が面光源から外れることが原因で、測温値が不安定になるのだと考えられる。
【００３１】
上記のように、ノズル内の水流が乱流であることに起因した測温値の変動を抑制するには、請求項７に記載の如く、前記水供給手段は、前記ノズル内の水流が層流となるように、前記ノズル内に供給する水の水量を調整することが好ましい。具体的には、例えば、ノズル内の水のレイノルズ数が６０００以下となるように、ノズル内に供給する水の水量を調整することが好ましい。
【００３２】
斯かる好ましい構成によれば、ノズル内の水流が層流であるため、ノズルから放出する水の水面が一定方向で安定し、放射温度計の測定角度が安定する結果、測温値が安定することが期待できる。
【００３３】
また、好ましくは、請求項８に記載の如く、本発明に係る表面温度測定装置は、被測温鋼材の下面と前記ノズルとの間にパージエアーを噴射するエアーノズルを備え、前記エアーノズルは、前記ノズルから放出する水と接触しないようにパージエアーを噴射する。
【００３４】
斯かる好ましい構成によれば、エアーノズルが、被測温鋼材の下面とノズルとの間にパージエアーを噴射するため、被測温鋼材から剥離したスケールがパージエアーによって飛ばされることにより、スケールがノズルの上端開口部からノズルの内部に侵入したり、スケールがノズルの上端開口部に載るおそれを低減することが可能である。また、エアーノズルが、ノズルから放出する水と接触しないようにパージエアーを噴射するため、パージエアーによってノズルから放出する水の水面が乱されることが原因で放射温度計の測定角度を不安定にするおそれがない。
【００３５】
また、前記課題を解決するため、本発明は、請求項９に記載の如く、請求項１から８の何れかに記載の表面温度測定装置を用いて鋼材の表面温度を測定することを特徴とする鋼材の表面温度測定方法としても提供される。
【００３６】
さらに、前記課題を解決するため、本発明は、請求項１０に記載の如く、請求項９に記載の方法によって表面温度を測定する工程を含むことを特徴とする鋼材の製造方法としても提供される。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、光学窓の上端面が水平面に対して３０°以上傾斜しているため、被測温鋼材から剥離したスケールが、ノズルの上端開口部を介してノズル内に侵入し、光学窓の上端面に落下したとしても、光学窓の上端面が水平である場合に比べて、スケールが光学窓の上端面に堆積する速度が遅くなる。このため、被測温鋼材の表面温度を長期間に亘り安定して測定することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る表面温度測定装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】図２は、被測温鋼材の下面に対向配置され水を放出するノズルを備え、水を介して被測温鋼材の表面温度を測定する装置の一般的な構成を模式的に示す断面図である。
【図３】図３は、光学窓の上端面の傾斜角度と該上端面でのスケール残量率との関係を調査した結果の一例を示す図である。
【図４】図４は、放射温度計の測定角度と測温値との関係を調査した結果の一例を示すグラフである。
【図５】図５は、ノズルの中心軸の傾斜角度と放射温度計の測定角度との関係を示す図である。
【図６】図６は、スケールがノズルの上端開口部に載ったときに作用する力を説明する説明図である。
【図７】図７は、種々の傾斜角度θｎに対するＦｎとＦｓとの関係を示すグラフである。
【図８】図８は、被測温鋼材を模擬した面光源の下面温度を水を介して放射温度計で測定した結果の一例を示すグラフである。
【図９】図９は、図１に示す表面温度測定装置を構成するノズルの変形例の概略構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明の一実施形態について、熱延鋼板の仕上圧延前の搬送ロール間の下部に適用する場合を例に挙げて説明する。
【００４０】
図１は、本発明の一実施形態に係る表面温度測定装置の概略構成を示す断面図である。図１に示すように、本実施形態に係る表面温度測定装置１００は、ノズル１と、放射温度計２と、光学窓３とを備えている。また、本実施形態に係る表面温度測定装置１００は、好ましい構成として、水供給手段４と、エアーノズル５とを備えている。
【００４１】
ノズル１は、水平方向に搬送される鋼板Ｍの下面に対向配置されている。ノズル１の上端開口部１１と鋼板Ｍの下面との距離は、鋼板Ｍが変形したとしてもノズル１に衝突しないことを考慮し、例えば１００ｍｍとされる。ノズル１の内部は、光学窓（例えば、石英ガラス）３で上下２室に区切られている。ノズル１の上側の室には、水供給手段４から水Ｗが供給され、充満した水Ｗが上端開口部１１から放出される。上端開口部１１の口径は、放射温度計２の測定視野を遮らない寸法の２倍程度の寸法に設定することが好ましく、例えば１５ｍｍとされる。
【００４２】
放射温度計２は、その光軸Ｏがノズル１の中心軸Ｃと略平行となる（本実施形態では一致する）ようにノズル１内（ノズル１の下側の室内）に配置されている。放射温度計２は、鋼板Ｍの下面から放射された熱放射光を水Ｗ（及び光学窓３）を介して検出する。放射温度計２の検出波長は０．６５〜０．８５μｍに設定することが好ましい。この波長帯域では、水の透過率が高いため、水Ｗや、鋼板Ｍとノズル１との間に浮遊する水滴による、熱放射光の減衰の影響を低減可能で、測温値を安定化できるからである。
【００４３】
光学窓３は、ノズル１内であって放射温度計２の光軸Ｏが通る位置に配置され、前述のように、ノズル１の内部を上下２室に区切る役割を果たしている。光学窓３の下端部の周囲は、Ｏリング６でシールされている。これら光学窓３及びＯリングにより、ノズル１の下側の室に配置された放射温度計１は、ノズル１の上側の室に充満した水Ｗから隔離されている。
【００４４】
本実施形態の光学窓３は、放射温度計２の光軸Ｏを横切る上端面３１が、水平面に対して３０°以上傾斜していることを一つの特徴としている。特に本実施形態では、好ましい構成として、光学窓３の上端面３１が、水平面に対して６５°傾斜している。具体的には、本実施形態では、光学窓３の上端面３１が光軸Ｏに垂直な方向から３０°傾斜（図１に示す傾斜角度θｇ＝３０°）した傾斜面に形成されていると共に、ノズル１の中心軸Ｃが鉛直方向から３５°傾斜（図１に示す傾斜角度θｎ＝３５°）するようにノズル１が配置されている。傾斜角度θｇと傾斜角度θｎとは同方向（図１に示す例では反時計回りの方向）であり、これらの和が６５°となるため、光学窓３の上端面３１は水平面に対して６５°傾斜している。光学窓３の上端面３１が水平面に対して６５°傾斜しているため、図３を参照して前述したように、ノズル１の上端開口部１１を介してノズル１内に侵入したスケール（砂状スケール）は、光学窓３の上端面３１に堆積しない。
そして、本実施形態の光学窓３は、好ましい構成として、上端面３１が、ノズル１内の水が充満している領域（すなわち、ノズル１の上側の室）の最下端部１２よりも上方に位置している（例えば、図１に示すＨ＝３０ｍｍとされる）。このように、光学窓３の上端面３１を最下端部１２よりも上方に位置させるために、光学窓３の側面とノズル１内面との間には隙間（例えば、１０ｍｍの隙間）が設けられている。従って、光学窓３の上端面３１に堆積せずに滑り落ちたスケールは、最下端部１２に落下し前記の隙間を埋めるように堆積していくことになる。この隙間に堆積したスケールを定期的に除去しさえすれば、鋼板Ｍの表面温度を長期間に亘り安定して測定することができる。
【００４５】
なお、図９に示すように、ノズル１内の水が充満している領域（すなわち、ノズル１の上側の室）の最下端部１２の近傍に位置するノズル１の側壁に、ノズル１の外部と連通する貫通孔１３を設けても良い。貫通孔１３は、上端開口部１１の寸法よりも小さく、且つ、ノズル１内に侵入するスケールの想定される寸法よりも大きい寸法（例えば、孔径２〜３ｍｍ程度）を有する。斯かる構成によれば、ノズル１内に侵入したスケールが水Ｗと共に貫通孔１３を通じて外部に流出可能である。このため、ノズル１内の水Ｗが充満している領域の最下端部１２にスケールが堆積し難くなり、スケールをノズル１内から除去する頻度を低減可能である。また、貫通孔１３から水Ｗが流出しない場合、貫通孔１３にスケールが詰まっていると考えることができるため、ノズル１内の点検要否の目安を得ることが可能である。従って、定期的にノズル１内を点検するよりも取り扱いが容易になるという利点も有する。
【００４６】
本実施形態では、鋼板Ｍ下面の法線方向が鉛直方向に一致しているため、前述のようにノズル１の中心軸Ｃが鉛直方向から３５°傾斜（傾斜角度θｎ＝３５°）していれば、ノズル１の中心軸Ｃが鋼板Ｍ下面の法線方向から３５°傾斜していることになる。図５を参照して前述したように、ノズル１の中心軸Ｃが鋼板Ｍの法線方向から４０°以下で傾斜していれば、放射温度計の測定角度θ１が６０°以下となるため、本実施形態では、測温値の変動を一定の範囲内に収めることが可能である。
【００４７】
また、本実施形態では、ノズル１の上端開口面Ｎ１がノズル１の中心軸Ｃと直交し、なお且つ、ノズル１の中心軸Ｃが鉛直方向から３５°傾斜している。従って、ノズルの上端開口部１１が、水平面に対して３５°傾斜していることになる。図６及び図７を参照して前述したように、ノズル１の上端開口部１１が、水平面に対して１２°以上傾斜していれば、スケール（板状スケール）がノズル１の上端開口部１１に載ったとしても、上端開口部１１から滑り落ちることによって放射温度計２の測定視野を遮らないようにすることが可能である。
【００４８】
本実施形態の水供給手段４は、水量調整部４１と、水供給管４２とを具備する。水供給管４２は、ノズル１の外側面に接続され、ノズル１内（ノズル１の上側の室内）に連通している。水源（図示せず）から水量調整部４１に導入された水Ｗは、水量調整部４１によって水量を調整された後、水供給管４１を通じてノズル１内に供給される。
【００４９】
水供給手段４は、該水供給手段４から供給した水Ｗが、光学窓３の上端面３１に直接当たるように構成されている。具体的には、ノズル１の中心軸Ｃに沿った方向について、水供給管４２が光学窓３の上端面３１と略同等の位置に接続されている。水供給手段４から供給した水Ｗが光学窓３の上端面３１に直接当たるため、上端面３１に沿った水流が生じ、上端面３１にスケールが堆積するおそれをより一層低減することが可能である。また、水供給手段４から供給した水Ｗが前述した隙間に堆積したスケールに直接当たることが無いため、隙間に堆積したスケールが水流によって巻き上がり光学窓３の上端面３１に堆積してしまうおそれが低減する。
【００５０】
また、水供給手段４（水量調整部４１）は、ノズル１内の水流が層流となるように、ノズル１内に供給する水Ｗの水量を調整する。具体的には、ノズル内に供給する水Ｗの水量は、例えば２リットル／分に調整される（このときのレイノルズ数は３２００となる）。図８を参照して前述したように、ノズル１内の水Ｗのレイノルズ数が６０００以下となれば、ノズル１内の水流は層流となり、ノズル１から放出する水Ｗの水面が一定方向で安定し、放射温度計２の測定角度が安定する結果、測温値が安定する。
【００５１】
本実施形態のエアーノズル５は、鋼板Ｍの下面とノズル１との間に、なお且つ、ノズル１から放出する水Ｗと接触しないように、パージエアーＡを噴射する。例えば、エアーノズル５は、その先端がノズル１の上端開口部１１から水平方向に４０ｍｍ離間する位置に配置され、パージエアーＡの流速がノズル１の上端開口部１１上で２０ｍ／ｓｅｃとなるように調整される。エアーノズル５は、鋼板Ｍの下面とノズル１との間にパージエアーＡを噴射するため、鋼板Ｍから剥離したスケールがパージエアーＡによって飛ばされることにより、スケールがノズル１の上端開口部１１からノズル１の内部に侵入したり、スケールがノズル１の上端開口部１１に載るおそれを低減することが可能である。また、エアーノズル５は、ノズル１から放出する水Ｗと接触しないようにパージエアーＡを噴射するため、パージエアーＡによってノズル１から放出する水Ｗの水面が乱されることが原因で放射温度計２の測定角度を不安定にするおそれがない。
【符号の説明】
【００５２】
１・・・ノズル
２・・・放射温度計
３・・・光学窓
４・・・水供給手段
５・・・エアーノズル
１１・・・上端開口部
３１・・・上端面
１００・・・表面温度測定装置
Ａ・・・パージエアー
Ｃ・・・ノズルの中心軸
Ｏ・・・放射温度計の光軸
Ｍ・・・被測温鋼材（鋼板）
Ｗ・・・水  
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図２】
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