(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面温度が４００℃以上６００℃以下の被測温鋼材表面から放射された熱放射光を被測温鋼材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であって、
前記放射温度計で検出する熱放射光の波長を１．０５μｍ以上１．１５μｍ以下のみとし、
被測温鋼材表面から放射された熱放射光を被測温鋼材表面に向けて噴射したパージ水を介して前記放射温度計で検出し、前記パージ水によって形成される水柱の厚みを５０ｍｍ以下とすることを特徴とする鋼材の表面温度測定方法。
【請求項２】
前記放射温度計の検出素子は、ＩｎＧａＡｓホトダイオードであ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方法。
【請求項３】
表面温度が４００℃以上６００℃以下の被測温鋼材に対向配置された放射温度計を備え、被測温鋼材表面から放射された熱放射光を前記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装置であって、
被測温鋼材と前記放射温度計の検出素子との間に配置され、１．０５μｍ未満の波長の光と１．１５μｍよりも長い波長の光を遮断する光学フィルタと、
被測温鋼材表面から離間して配置され、被測温鋼材表面と前記放射温度計との間にパージ水を噴射するノズルとを備え、
前記パージ水によって形成される水柱の厚みが５０ｍｍ以下とされ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４】
前記検出素子は、ＩｎＧａＡｓホトダイオードであることを特徴とする請求項３に記載の鋼材の表面温度測定装置。
【請求項５】
前記ノズルの少なくとも一部がステンレス鋼製の圧縮コイルバネで形成されていることを特徴とする請求項３又は４の何れかに記載の鋼材の表面温度測定装置。
【請求項６】
前記放射温度計は、先端部が前記ノズル内に配置されて先端面に球面加工が施された光ファイバを備え、
前記光ファイバは、被測温鋼材表面から放射された熱放射光を前記先端部で受光して前記検出素子に伝送することを特徴とする請求項５の何れかに記載の表面温度測定装置。
【請求項７】
請求項１又は２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、熱間圧延や連続鋳造など、鋼材の製造工程において、鋼材の表面温度を放射測温によって測定する方法及び装置並びにこの方法によって表面温度を測定する工程を含む鋼材の製造方法に関し、特に、鋼材を冷却する工程における４００℃程度の低温域の表面温度を精度良く測定できる表面温度測定方法及び装置並びにこの方法によって表面温度を測定する工程を含む鋼材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼材の熱間圧延ラインや熱処理・冷却ラインなどにおいて、搬送中の鋼材の表面温度を放射温度計を用いて測定する際には、被測温鋼材と放射温度計との間に湯気が存在したり、冷却水が飛散してきたり、或いは、被測温鋼材表面が水膜に覆われたり、水没したりすることが甚だしい。このような環境下では、被測温鋼材から放射された熱放射光が、水蒸気、湯気、冷却水等に吸収され或いは散乱されることにより、測温値に誤差が生じたり、測定できない場合が生じたりすることもある。また、このような環境下では、冷却水に含まれる不純物、被測温鋼材から剥離したスケール、工場内に浮遊する粉塵等によって、放射温度計の熱放射を取り込むための光学窓に汚れが生じ、これによって放射測温精度が劣化することもある。従って、このような環境下での放射測温は、不安定であり信頼性に乏しいものである。
【０００３】
そこで、上記のような要因によって生じる測温誤差を低減し、安定した放射測温を可能とするべく、従来より、鋼材表面に向けてノズルからパージ用の水を噴出することにより放射温度計と鋼材表面との間に水柱を形成し、当該水柱を介して鋼材から放射される放射エネルギーを検出することにより鋼材表面温度を測定する方法が種々提案されている。
【０００４】
より具体的に説明すれば、例えば、放射温度計によって検出する放射エネルギーの内、前記水柱によって吸収される放射エネルギー分を水柱の厚み測定値に基づいて補正演算することにより測温する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
特許文献１に記載の方法によれば、放射温度計と鋼材表面との間に水柱が形成されるため、水蒸気や飛散水などの外乱水によって生じ得る測温誤差を抑制可能であるという利点を有する。また、水柱を清浄水によって形成することにより、冷却水に含まれる不純物、鋼材から剥離したスケール、工場内に浮遊する粉塵等による光学窓の汚れも抑制可能である。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、放射温度計と鋼材表面との間に水蒸気や飛散水が侵入しないように、ノズルから相当勢いよく水を噴出させることになる。そのため、斯かるパージ水によって鋼材表面が冷却され、当該冷却された部分の表面温度が測定されることになるため、測温値の代表性が損なわれるという問題がある。また、鋼材が部分的に冷却されるので、鋼材に冷却むらが生じて材質が不均一になるという問題もある。
【０００７】
斯かる特許文献１に記載の方法における問題点を改善した方法として、被測定物から放射された放射エネルギーに基づいて該被測定物の表面温度を測定する放射温度計と前記被測定物との間に水柱を形成し、該被測定物から放射された放射エネルギーの内、前記水柱が吸収した放射エネルギーの分を補正しながら、前記放射温度計を用いて前記被測定物の表面温度を測定する温度測定方法において、前記水柱を形成するに当たり、該水柱の温度を６０℃以上にすることを特徴とする温度測定方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００８】
特許文献２に記載の方法によれば、特許文献１に記載の方法と同様に、放射温度計と被測定物との間に水柱が形成されるため、水柱が形成された部分には水蒸気や飛散水が侵入し難く、これら水蒸気や飛散水による放射エネルギーの吸収や散乱に起因した測温誤差を低減することが可能である。さらに、特許文献２に記載の方法は、水柱の温度を６０℃以上にする構成であり、水柱が接触している被測定物表面に沸騰膜が形成され易くなるため、これにより被測定物の表面温度低下を抑制し、測温値の代表性を損なうこともなく、被測定物の冷却むらも低減できるという利点を有する。
【０００９】
しかしながら、特許文献２に記載の方法では、水柱の温度を６０℃以上に上昇させるための加熱装置が必要であり、水を昇温させるためのエネルギーコストが掛かるという問題がある。また、特許文献１に記載の方法にも共通する問題点として、水柱の厚みを測定するための厚み測定装置（例えば、超音波方式）が必要であるため、装置全体の寸法が大きくなり、鋼材の搬送ロール間等の狭いスペースには設置し難いという問題がある。さらに、厚み測定装置をたとえ設置できたとしても、着脱に手間を要するなど保全性を阻害したり、厚み測定装置の故障による測温値の安定性・信頼性の低下が問題となる。
【００１０】
そこで、これら特許文献１や２に記載された従来の方法の問題点を解決するため、本発明の発明者らは、特願２００４−１９５９１４号において、下記の（ａ）及び（ｂ）の方法を提案した。
（ａ）被測温鋼材表面から放射された熱放射光を被測温鋼材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であって、前記放射温度計で検出される熱放射光の光路が通る領域における光路安定領域と光路不安定領域との界面と前記放射温度計の光軸との交点を基準とした被測温鋼材エッジ部の最小の拡がり角を７５°以上に設定することを特徴とする鋼材の表面温度測定方法。
（ｂ）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であって、被測温鋼材のパスラインを位置基準とした前記パージ水の全ヘッドＨｔ（ｍ）が以下の式を満足することを特徴とする鋼材の表面温度測定方法。
−０．３６Ｈｇ＜Ｈｔ＜０．０５
ただし、Ｈｇ（ｍ）は、パスラインとノズル先端との離間距離を意味する。
【００１１】
また、好ましい構成として、上記（ａ）又は（ｂ）の方法において、下記の（ｃ）の構成を有する方法を提案した。
（ｃ）前記放射温度計で検出する熱放射光の波長を０．９μｍ以下とすることを特徴とする鋼材の表面温度測定方法。
【特許文献１】特公平３−６９９７４号公報
【特許文献２】特開平８−２９５９５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記特願２００４−１９５９１４号において提案した方法によれば、外乱水による熱放射光の散乱に起因した測温誤差を抑制したり、測温のためのパージ水（水柱）を昇温させることなく、鋼材表面の冷却による測温誤差を抑制したり、外乱水による熱放射光の吸収に起因した測温誤差を抑制することが可能である。
【００１３】
しかしながら、上記特願２００４−１９５９１４号で提案した方法によって放射測温可能な鋼材表面温度の下限値は６００℃程度であり、４００℃程度の低温域の表面温度を測定することは困難であるという問題があった。
【００１４】
また、測温のためのパージ水（水柱）による熱放射光の吸収の影響を緩和するため、被測温鋼材表面と放射温度計との間にパージ水を噴射するノズルを被測温鋼材に近接させる場合、被測温鋼材のパスラインが変動することによってノズルに被測温鋼材が衝突し易く、これにより操業が阻害されたり、ノズルが破損して温度測定が困難になるといった問題があった。
【００１５】
本発明は、斯かる従来技術の問題点を解決するべくなされたものであり、４００℃程度の低温域の鋼材表面温度であっても精度良く測定できる表面温度測定方法及び装置並びにこの方法によって表面温度を測定する工程を含む鋼材の製造方法を提供することを第１の課題とする。また、被測温鋼材表面と放射温度計との間にパージ水を噴射するノズルを被測温鋼材に近接して設置することのできる表面温度測定装置を提供することを第２の課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記第１の課題を解決するべく、本発明の発明者らは、先ず最初に、検出する熱放射光の波長を０．６５〜０．８３μｍとした放射温度計を試作し、その温度特性を評価した。具体的には、放射温度計の温度特性を評価するために一般的に使用される放射熱源（黒体炉、温度バラツキ１℃以下）の温度を前記試作した放射温度計で測定し、その測温値のバラツキ（３σ）を評価した。なお、放射熱源である黒体炉の放射率は１．０とした。図２は、評価結果の一例を示すグラフである。図２に示すように、検出する熱放射光の波長が０．６５〜０．８３μｍである放射温度計の場合、６００℃以下では測温値の変動が大きくなり、精度良く温度を測定することができないことが分かった。これは、測定対象が低温になると、放射される熱放射光の長波長成分が増大することが原因であると考えられる。従って、６００℃以下の低温域の温度を放射測温するには、検出する熱放射光の波長を０．６５〜０．８３μｍよりも長波長側にシフトする必要のあることが分かった。
【００１７】
次に、本発明の発明者らは、低温域の測定対象から放射された熱放射光を、測定対象と放射温度計との間に形成した水柱を介して検出する場合を想定し、水の分光透過率を調査した。図３は、黒体炉と放射温度計との間に介在させた水柱の厚みを３、１１、５０、１００ｍｍとした場合における、約０．７〜１．９μｍの波長帯域における水の分光透過率を示すグラフである。なお、水柱は２８℃の水道水を用いて形成した。図３に示すように、前述した０．６５〜０．８３μｍよりも長波長側の波長帯域においては、１．１μｍ近傍の波長帯域において水の透過率が高くなることが分かった。
【００１８】
そこで、本発明の発明者らは、検出する熱放射光の波長を１．１μｍ近傍の波長を含む１．００〜１．２０μｍとした放射温度計を試作し、その温度特性を黒体炉を用いて評価した。図４は、評価結果の一例を示すグラフである。図４に示すように、検出する熱放射光の波長が１．００〜１．２０μｍである放射温度計の場合、測温値のバラツキ（３σ）が３℃になるまでを許容範囲とすると、３１０℃まで測定可能であることが分かった。
【００１９】
さらに、本発明の発明者らは、検出する熱放射光の波長を１．００〜１．２０μｍとした放射温度計と黒体炉との間に介在させる水柱の厚みを適宜変更すると共に、黒体炉の温度を適宜変更し、水の透過率を調査した。図５は、水の透過率を調査した結果を示すグラフである。図５に示すように、水柱の厚みが厚くなると透過率は低下するものの、２０ｍｍ程度の厚みであれば、０．２程度の透過率が得られ、水柱を介しても透過率の点では十分に放射測温可能であることが分かった。
【００２０】
そこで、本発明の発明者らは、検出する熱放射光の波長を１．００〜１．２０μｍとした放射温度計と黒体炉との間に介在させる水柱の厚みを２０ｍｍとし、その温度特性を評価した。図６は、評価結果の一例を示すグラフである。図６に示すように、検出する熱放射光の波長が１．００〜１．２０μｍである放射温度計の場合、厚み２０ｍｍの水柱を介すると、水柱を介さない場合（図４参照）に比べて測温値のバラツキ（３σ）が大きくなるものの、測温値のバラツキ（３σ）が３℃になるまでを許容範囲とすると、３３０℃程度までの低温域の測定対象を測温可能であることが分かった。
【００２１】
以上のように、本発明の発明者らは、放射温度計で検出する熱放射光の波長を１．００〜１．２０μｍとすれば、被測温鋼材表面から放射された熱放射光を水柱を介して検出する場合であっても、水柱を介さずに直接検出する場合であっても、４００℃程度の低温域の温度を精度良く測定できることを見出した。
【００２２】
また、本発明の発明者らは、検出する熱放射光の波長を１．００〜１．２０μｍよりもさらに狭めた１．０５〜１．１５μｍとした放射温度計を試作し、当該放射温度計と黒体炉との間に介在させる水柱の厚みを適宜変更すると共に、黒体炉の温度を適宜変更し、水の透過率を調査した。図７は、水の透過率を調査した結果を示すグラフである。図７に示すように、水柱の厚みが厚くなると透過率は低下するものの、２０ｍｍ程度の厚みであれば０．４程度の透過率が、５０ｍｍ程度の厚みであれば０．２程度の透過率が得られ、前述した図５に示す検出する熱放射光の波長を１．００〜１．２０μｍとした放射温度計の場合と比べて、透過率が２倍程度上昇することが分かった。
【００２３】
さらに、本発明の発明者らは、検出する熱放射光の波長を１．０５〜１．１５μｍとした放射温度計と黒体炉との間に介在させる水柱の厚みを２０ｍｍ、５０ｍｍとし、その温度特性を評価した。図８は、評価結果の一例を示すグラフである。図８に示すように、検出する熱放射光の波長が１．０５〜１．１５μｍである放射温度計の場合、厚み５０ｍｍの水柱を介する場合であっても、測温値のバラツキ（３σ）が３℃になるまでを許容範囲とすると、４００℃程度までの低温域の測定対象を測温可能であることが分かった。
【００２４】
従って、被測温鋼材表面から放射された熱放射光を被測温鋼材表面に向けて噴射したパージ水を介して放射温度計で検出する場合には、パージ水によって形成される水柱の厚みを比較的厚く設定できるという点で、放射温度計で検出する熱放射光の波長は、１．０５μｍ以上１．１５μｍ以下のみとすることが好ましい。
【００２５】
本発明の発明者らは、以上の知見に基づき、本発明を完成させたものである。すなわち、本発明は、特許請求の範囲の請求項１に記載の如く、表面温度が４００℃以上６００℃以下の被測温鋼材表面から放射された熱放射光を被測温鋼材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であって、前記放射温度計で検出する熱放射光の波長を１．０５μｍ以上１．１５μｍ以下のみとし、被測温鋼材表面から放射された熱放射光を被測温鋼材表面に向けて噴射したパージ水を介して前記放射温度計で検出し、前記パージ水によって形成される水柱の厚みを５０ｍｍ以下とすることを特徴とする鋼材の表面温度測定方法を提供するものである。
斯かる発明によれば、放射温度計で検出する熱放射光の波長を１．０５μｍ以上１．１５μｍ以下のみの長波長とすることにより、４００℃程度の低温域であっても精度良く鋼材表面温度を測定することが可能である。
また、本発明によれば、被測温鋼材表面に向けて噴射したパージ水によって形成される水柱を介して熱放射光を検出するため、水蒸気や飛散水などの外乱水によって生じ得る測温誤差を抑制可能である。また、放射温度計で検出する熱放射光の波長が、前述のように水の透過率が比較的高い１．１μｍ近傍の波長を含む１．０５μｍ以上１．１５μｍ以下とされているため、水柱による熱放射光の吸収の影響が少ないという利点を有する。
なお、前記放射温度計の検出素子は、ＩｎＧａＡｓホトダイオードであることが好ましい。
【００２８】
また、前記第１の課題を解決するべく、本発明は、特許請求の範囲の請求項３に記載の如く、表面温度が４００℃以上６００℃以下の被測温鋼材に対向配置された放射温度計を備え、被測温鋼材表面から放射された熱放射光を前記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装置であって、被測温鋼材と前記放射温度計の検出素子との間に配置され、１．０５μｍ未満の波長の光と１．１５μｍよりも長い波長の光を遮断する光学フィルタと、被測温鋼材表面から離間して配置され、被測温鋼材表面と前記放射温度計との間にパージ水を噴射するノズルとを備え、前記パージ水によって形成される水柱の厚みが５０ｍｍ以下とされていることを特徴とする鋼材の表面温度測定装置としても提供される。
なお、前記放射温度計の検出素子は、ＩｎＧａＡｓホトダイオードであることが好ましい。
【００３０】
ここで、本発明の発明者らは、検出する熱放射光の波長を１．００〜１．２０μｍとした放射温度計と黒体炉（４００℃）との間に介在させる水柱の厚みを２０ｍｍから変動させ、その温度特性を評価した。図９は、評価結果の一例を示すグラフである。図９に示すように、水柱の厚みが２ｍｍ変動すると３℃の測温誤差（放射率は１．０とした）が生じることになる。従って、高精度に測温するには、水柱の厚みを一定にすることが望ましい。
【００３１】
従って、好ましくは、前記鋼材の表面温度測定装置は、被測温鋼材と前記ノズルとの離間距離を略一定に保持する手段を備える。
【００３２】
斯かる好ましい構成によれば、被測温鋼材と前記ノズルとの離間距離が略一定に保持されるため、パージ水によって形成される水柱の厚みも略一定となり、水柱の厚みの変動に伴う水柱の透過率の変動、ひいては水柱による熱放射光の吸収の測温値に対する影響を緩和することが可能である。なお、被測温鋼材とノズルとの離間距離を略一定に保持する手段としては、例えば、ノズルに付設され、被測温鋼材の表面に常に接触するように前記被測温鋼材表面に向かって押圧される接触ローラを具備する接触ローラ機構を例示することができる。
【００３３】
また、前記第１の課題に加えて前記第２の課題をも解決するべく、本発明は、特許請求の範囲の請求項５に記載の如く、前記ノズルの少なくとも一部がステンレス鋼製の圧縮コイルバネで形成される。
【００３４】
斯かる好ましい構成によれば、仮に被測温鋼材がパスライン変動によってノズルに衝突し、一時的にノズルが変形したとしても、ノズルが弾性変形可能であるため、パスライン変動した被測温鋼材が通過した後、ノズルは元の形状に復帰することになる。従って、操業が阻害されたり、ノズルが破損して温度測定が困難になるといった問題が生じ難く、ノズルを被測温鋼材に近接して設置することが可能である。
【００３５】
また、好ましくは、特許請求の範囲の請求項６に記載の如く、前記放射温度計は、先端部が前記ノズル内に配置されて先端面に球面加工が施された光ファイバを備え、前記光ファイバは、被測温鋼材表面から放射された熱放射光を前記先端部で受光して前記検出素子に伝送することを特徴とする。
【００３６】
斯かる好ましい構成によれば、光ファイバの先端部で受光した熱放射光を当該光ファイバによって放射温度計の検出素子に伝送するため、検出素子を被測温鋼材から離間した位置に配置することができ、検出素子に対する熱放射光の影響を低減することが可能である。また、仮に被測温鋼材がパスライン変動によってノズルに衝突し、一時的にノズルが変形するような場合であっても、当該ノズルの変形に応じて光ファイバも変形可能であるため、破損により温度測定が困難になるという事態が生じ難いという利点を有する。さらに、光ファイバの先端面に球面加工が施されているため、集光効率を高めることが可能である。
【００３７】
なお、本発明は、特許請求の範囲の請求項７に記載の如く、請求項１又は２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】
【００３８】
本発明によれば、放射温度計で検出する熱放射光の波長を１．０５μｍ以上１．１５μｍ以下の長波長とすることにより、４００℃程度の低温域であっても精度良く鋼材表面温度を測定することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【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、熱延鋼板製造ラインの冷却帯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、被測温鋼材（本実施形態では鋼板Ｍ）に対向配置された放射温度計１を備え、鋼板Ｍ表面（本実施形態では下面）から放射された熱放射光を放射温度計１で検出することにより、鋼板Ｍの表面温度を測定する装置である。また、本実施形態に係る表面温度測定装置１００は、鋼板Ｍ表面に向けてパージ水を噴射し、厚み２０ｍｍの水柱を形成するためのノズル２を備えている。
【００４１】
本実施形態に係る放射温度計１は、先端部がノズル２内に配置され、鋼板Ｍ表面から放射された熱放射光を受光する光ファイバ１１を備えている。本実施形態では、石英系の光ファイバ１１を用いているが、少なくとも１．００μｍ〜１．２０μｍの波長の光を透過するものである限りにおいて、特にその材質は限定されるものではない。本実施形態に係る光ファイバ１１は、コア径が４００μｍで保護被覆を含めた外径がφ２mmとされており、その先端部が、ノズル２内に設けられたガイド（図示せず）によって、ノズル２の略中心を通るように位置決めされている。そして、鋼板Ｍに対向する光ファイバ１１の先端面と、鋼板Ｍのパスラインとの離間距離が２０ｍｍとなるように（これにより、ノズル２によって形成される水柱の厚みは２０ｍｍとなる）位置決めされている。光ファイバー１１の先端面は、平坦面となるように加工されている。なお、本実施形態では、光ファイバ１１の先端面を平坦面に加工しているが、集光効率を高めるために球面加工を施すことも可能である。ノズル２内に配置された光ファイバ１１の先端部以外の部位は、破損を防止するために、ステンレス鋼製のフレキシブルチューブからなる保護カバー１１１で被覆されている。
【００４２】
また、本実施形態に係る放射温度計１は、光ファイバ１１の先端部で受光され光ファイバ１１内を伝送された熱放射光を検出し、当該検出した熱放射光の光量に応じた温度表示を行う温度表示部１２を備えている。温度表示部１２は、光検出演算部１２１と、温度補正部１２２とを備えている。
【００４３】
光検出演算部１２１は、光ファイバ１１によって伝送された熱放射光を光電変換して光量に応じた電流を出力するＩｎＧａＡｓホトダイオード等の検出素子を備え、当該検出素子からの出力電流を増幅した後に、電流電圧変換及びＡＤ変換を施し、水の透過率の補正を行って温度に換算するように構成されている。なお、光ファイバ１１の後端部と前記検出素子との間には、１．００μｍ未満の波長の光と１．２０μｍよりも長い波長の光を遮断する光学フィルタ（図示せず）を配置しており、これにより、放射温度計１で検出する（検出素子で検出する）熱放射光の波長が１．００μｍ以上１．２０μｍ以下のみに設定されることになる。また、光検出演算部１２１における水の透過率の補正（検出した熱放射光量をＥ、水の透過率をτとした場合、測定対象からの熱放射光量をＥ／τによって算出すること）（以下、光検出部１２１における補正を適宜「第１の補正」という）に用いる透過率としては、測定対象温度を５００℃とし且つ厚みが２０ｍｍである場合について予め測定した透過率０．２０を用いた。この透過率を用いた理由は、操業条件より、測定対象である鋼板Ｍの表面温度の範囲が３００〜６００℃程度と予想されることから、その略中間値である５００℃を測定対象温度とすると共に、前述のようにノズル２によって形成される水柱の厚みが２０ｍｍだからである。
【００４４】
温度補正部１２２は、上記のように光検出演算部１２１で演算された温度に関して、測定対象温度に応じて水の透過率が変化する影響を補正するように構成されている。以下、温度補正部１２２における水の透過率の補正（以下、温度補正部１２２における補正を適宜「第２の補正」という）について、より具体的に説明する。
【００４５】
図１０は、検出する熱放射光の波長を１．００〜１．２０μｍとした放射温度計と黒体炉との間に介在させる水柱の厚みを適宜変更すると共に、黒体炉の温度を適宜変更し、黒体炉温度毎の水の透過率を調査した結果の一例を示すグラフである。図１０に示すように、測定対象である黒体炉の温度が高くなるに従って、何れの水柱の厚みの場合も水の透過率が高くなることが分かる。
【００４６】
そして、測定対象温度がどのような温度であったとしても、測定対象温度が５２０℃の場合の水の透過率を固定して（一律に用いて）補正し黒体炉を測温した場合の測温誤差（放射率は１．０とした）を評価した。図１１は、評価結果の一例を示すグラフである。図１１に示すように、例えば、水柱の厚みが２０ｍｍである場合、測定対象温度が５２０℃のときの水の透過率０．２１を固定して補正することにより、測定対象温度が約３００〜７００℃の範囲でおよそ１０℃の測温誤差を生じることになる。これは、図１０に示すように、測定対象温度が高くなるに従って、実際には水の透過率が高くなるため、測定対象温度がどのような温度であったとしても固定の水の透過率を用いて補正したのでは、透過率の変化に伴う測温誤差が生じるからである。
【００４７】
上記の測温誤差を低減するには、図１１に示すような水の透過率を固定したときの測定対象温度と測温誤差との関係を各水柱の厚み毎に直線近似し、下記の式（１）に従って補正を行えばよい。
Ｔ＝Ｔ１＋（Ｔ０−Ｔ１）×α    ・・・  （１）
ここで、上記式（１）において、Ｔは補正後の測温値（℃）を、Ｔ１は測温値（固定した水の透過率を用いて補正した測温値）（℃）を、Ｔ０は固定した水の透過率に対応する測定対象温度を、αは近似直線の傾きを意味する。
【００４８】
図１２は、測定対象温度が約３００〜７００℃の範囲である場合において、水柱の厚みを２０ｍｍとし且つ測定対象温度が５５０℃のときの水の透過率０．２１を固定して補正することにより得られた測温値Ｔ１を、上記式（１）に従って更に補正した場合に得られる測温誤差（補正後の測温値Ｔと真温度との差）を評価した結果の一例を示すグラフである。図１２に示すように、式（１）に従って更に補正することにより、測温誤差が１℃程度に低減されることが分かる。
【００４９】
以上に説明したように、固定した水の透過率を用いて補正（第１の補正）した測温値を式（１）に従って補正（第２の補正）することにより、測定対象温度に応じて水の透過率が変化する影響を低減することが可能である。
【００５０】
そこで、本実施形態に係る温度補正部１２２は、前述した光検出部１２１における第１の補正で用いた透過率（測定対象温度を５００℃とし且つ厚みが２０ｍｍである場合について予め測定した透過率０．２０）を固定すると、測定対象温度が４００℃の場合には６℃低い測温値Ｔ１（すなわち、Ｔ１＝３９４℃）が得られることに基づいて、式（１）のαを同定し、以下の式（１）’に従った第２の補正を行うように構成されている。
Ｔ＝Ｔ１＋（５００−Ｔ１）×０．０５７５    ・・・  （１）’
すなわち、上記式（１）’にＴ１＝３９４℃を代入すると、Ｔ≒４００℃となり、補正後の測温値Ｔは、真の温度である４００℃に等しい値となる。
【００５１】
図１に示すように、ノズル２は、外部からパージ水を流入することにより、先端部から鋼板Ｍ表面に向けてパージ水を噴射するように構成されている。ノズル２の先端部の口径はφ１２ｍｍとされ、外部から流入するパージ水の流量は３リットル／分とされており、これにより、パージ水によって形成される水柱は鋼板Ｍの表面に高圧で衝突することなく接触する程度になり、水柱による鋼板Ｍ表面の冷却が抑制される。
【００５２】
本実施形態に係るノズル２は、ステンレス鋼製の圧縮コイルバネで形成されている。ノズル２を圧縮コイルバネで形成した理由は、圧縮コイルバネを構成する線材が互いに密にコイル状に巻回されているため、パージ水が線材の隙間から漏れ出すことが少ないと共に、鋼板Ｍがパスライン変動して衝突したとしても、圧縮コイルバネが弾性変形するためノズル２の破損を防止できるからである。図１３は、圧縮コイルバネで形成したノズル２が弾性変形する様子を示す説明図であり、図１３（ａ）は弾性変形した状態を、図１３（ｂ）は元の形状に復帰した状態を示す。図１３（ａ）に示すように、鋼板Ｍがパスライン変動によってノズル２に衝突（図１３（ａ）に示す例では、鋼板Ｍの先端部に生じた下反り部がノズル２に衝突）し、一時的にノズル２が変形したとしても、ノズル２は弾性変形可能であるため、パスライン変動した鋼板Ｍが通過した後（鋼板Ｍの先端部に生じた下反り部が通過した後）には、図１３（ｂ）に示すように、ノズル２は元の形状に復帰することになる。なお、必ずしもノズル２の全体を圧縮コイルバネで形成する必要はなく、一部を圧縮コイルバネで形成すれば足りる。
【００５３】
本実施形態のようにノズル２を鋼板Ｍ表面に近接して設置する場合、上記のようにノズル２を弾性変形可能に構成することが好ましい。ノズル２を弾性変形可能に構成するには、上記のように圧縮コイルバネでノズル２を形成する他、円筒状のゴム部材でノズル２を形成してもよい。斯かるゴム部材としては、必ずしも耐熱性に優れたものを用いる必要はない。これは、パージ水によってゴム部材の内外面が冷却されることになるため、ゴム部材自体が１００℃以上の温度にはならないからである。
【００５４】
なお、鋼板Ｍのパスライン変動が大きく、鋼板Ｍとノズル２との離間距離の変動、ひいては水柱の厚みの変動が大きくなる場合には、測温精度を維持するべく、鋼板Ｍとノズル２との離間距離を略一定に保持する手段を設けることが好ましい。斯かる手段を設けることにより、パージ水によって形成される水柱の厚みも略一定となり、水柱の厚みの変動に伴う水柱の透過率の変動、ひいては水柱による熱放射光の吸収の測温値に対する影響を緩和することが可能である。なお、鋼板Ｍとノズル２との離間距離を略一定に保持する手段としては、例えば、図１４に示すように、ノズル２に付設され、鋼板Ｍ表面に常に接触するように鋼板Ｍ表面に向かって押圧される接触ローラ２２１を具備する接触ローラ機構２２を例示することができる。また、図１５に示すように、鋼板Ｍとノズル２との離間距離を測定（ひいては水柱の厚みを測定）する距離計を付設し、当該距離計の測定値によって水柱の透過率を補正する方法を採用することも可能である。
【００５５】
図１６は、以上に説明した本実施形態に係る表面温度測定装置１００によって、鋼板Ｍ下面の温度を実際に測定した結果の一例を示すグラフである。なお、図１６には、同じタイミングで鋼板Ｍ上面の温度を従来の放射温度計（検出素子：ＩｎＧａＡｓ、検出波長：１．０〜１．６μｍ）で測定した結果（比較的優れた環境条件下での測温結果）も図示している。図１６に示すように、鋼板Ｍの上面及び下面についての測温値の傾向は略一致しており、本実施形態に係る表面温度測定装置１００の測温値には一定の信頼性が得られることが分かった。
【００５６】
なお、本実施形態では、被測温鋼材としての鋼板Ｍの下面から放射された熱放射光を鋼板Ｍに対向配置した放射温度計で検出する構成について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、被測温鋼材としての鋼板Ｍの上面から放射された熱放射光を鋼板Ｍに対向配置した放射温度計で検出する構成とすることも無論可能である。また、鋼板Ｍが鉛直方向に搬送されるような製造ラインにおいて、鋼板Ｍ表面から放射された熱放射光を当該鋼板Ｍ表面に対向配置した放射温度計で検出する構成とすることも可能である。さらには、鋼管や形鋼などの被測温鋼材側面から放射された熱放射光を当該被測温鋼材側面に対向配置した放射温度計で検出する構成とすることも可能である。
【００５７】
以下、本発明に係る表面温度測定装置を熱延鋼板の製造ラインに適用して、熱延鋼板を製造する方法について説明する。
【００５８】
図１７は、熱延鋼板の製造ラインの概略構成例を示す模式図である。
図１７に示すように、熱延鋼板を製造するに際しては、まず加熱炉３でスラブを１０００〜１２００℃に加熱昇温する。次に、昇温加熱したスラブをその幅を決定すると共に、仕上圧延機６で圧延可能な厚みまで粗圧延機４で圧延し、粗バーと称される中間部材にまで圧延する。次に、必要に応じて、再加熱装置５において、誘導加熱等により粗バーを再加熱する。次に、仕上圧延機６において、粗バーを目標とする熱延鋼板の厚みになるまで圧延する。なお、仕上圧延機６における仕上圧延後の鋼板の温度はおよそ７００〜１０００℃、厚みは１ｍｍ前後〜十数ｍｍ程度、板速度は６００ｍｐｍから１５００ｍｐｍである。
【００５９】
仕上圧延機６による圧延後の鋼板は、第１冷却帯７又は第２冷却帯８において目標温度にまで冷却され、ダウンコイラー９によってコイル状に巻き取られる。或いは、第１冷却帯７、第２冷却帯８及びその中間に位置する非冷却ゾーンを利用して、冷却履歴を制御する場合もある。第１冷却帯７、第２冷却帯８では、冷却水を噴出するミスト冷却又はラミナー冷却と称される多数の冷却用ノズルが配置されており、その内の適当な本数のノズルから水を噴出して鋼板を冷却する。噴出するノズル本数や位置などの冷却条件は、セットアップ学習やダイナミックフィードバックなどを利用して制御される。
【００６０】
以上に説明した熱延鋼板の製造ラインにおいて、本発明に係る表面温度測定装置は、例えば、従来測温が困難であった第１冷却帯７又は第２冷却帯８の下面の温度を測定するために用いることができる（図１７の適用１）。なお、厚みの薄い鋼板の場合には、下面からの測温値が、おおよそ鋼板の厚み方向の代表温度を示すと考えて問題ない。
【００６１】
また、第１冷却帯７又は第２冷却帯８の前後に本発明に係る表面温度測定装置を設置し、従来の温度計の代わりに用いることも可能である（図１７の適用２）。従来の温度計は、特にコイルの先端部で湯気の影響により出力値が小さくなることがあるが、本発明に係る表面温度測定装置を適用すれば、コイルの最先端部から測温可能である。
【００６２】
また、第１冷却帯７又は第２冷却帯８において、鋼板上方に本発明に係る表面温度測定装置を設置し、測温することも可能である（図１７の適用３）。スプレーやラミナー冷却水が鋼板に衝突している領域を除けば、鋼板上面に冷却水が乗っている状態でも当該水乗りを介して測温することが可能である。
【００６３】
また、仕上圧延機６の近傍、或いは、仕上圧延機６の各スタンド間に、本発明に係る表面温度測定装置を設置し、測温することも可能である（図１７の適用４）。斯かる場所でも、仕上圧延機６の冷却水や、スタンド間スプレーと称される冷却水が外乱水として存在することになるが、外乱水の影響を低減して測温することが可能である。斯かる場所での鋼板温度を測定することにより、重要な管理指標である圧延直後の温度の管理・制御に用いることができる。
【００６４】
さらに、搬送ロールの冷却水などが外乱水として存在するような場所に、本発明に係る表面温度測定装置を設置して測温すれば、有用な温度管理を行うことができる（図１７の適用５、６）。
【００６５】
以上に説明したように、本発明に係る表面温度測定装置は、熱延鋼板の製造ラインにおいて、図１７の適用１〜６で示すような箇所に設置することができる。この内、鋼板の品質制御に特に重要であるのは、適用１〜４で示す箇所の温度管理であるため、当該箇所に測温精度の高い本発明に係る表面温度測定装置を設置するのが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【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図である。
【図２】図２は、検出する熱放射光の波長を０．６５〜０．８３μｍとした放射温度計の測温値バラツキを評価した結果の一例を示すグラフである。
【図３】図３は、約０．７〜１．９μｍの波長帯域における水の分光透過率を調査した結果を示すグラフである。
【図４】図４は、検出する熱放射光の波長を１．００〜１．２０μｍとした放射温度計の測温値バラツキを評価した結果の一例を示すグラフである。
【図５】図５は、１．００〜１．２０μｍの波長帯域における水の透過率を調査した結果を示すグラフである。
【図６】図６は、厚み２０ｍｍの水柱を介して検出する熱放射光の波長を１．００〜１．２０μｍとした放射温度計の測温値バラツキを評価した結果の一例を示すグラフである。
【図７】図７は、１．０５〜１．１５μｍの波長帯域における水の透過率を調査した結果を示すグラフである。
【図８】図８は、厚み２０ｍｍ、５０ｍｍの水柱を介して検出する熱放射光の波長を１．０５〜１．１５μｍとした放射温度計の測温値バラツキを評価した結果の一例を示すグラフである。
【図９】図９は、熱放射光の波長を１．００〜１．２０μｍとした放射温度計と黒体炉（４００℃）との間に介在させる水柱の厚みを２０ｍｍから変動させた場合に生じる測温誤差を評価した結果の一例を示すグラフである。
【図１０】図１０は、検出する熱放射光の波長を１．００〜１．２０μｍとした放射温度計と黒体炉との間に介在させる水柱の厚みを適宜変更すると共に、黒体炉の温度を適宜変更し、水の透過率を調査した結果の一例を示すグラフである。
【図１１】図１１は、測定対象温度がどのような温度であったとしても、測定対象温度が５２０℃の場合の水の透過率を固定して（一律に用いて）補正し測温した場合の測温誤差を評価した結果の一例を示すグラフである。
【図１２】図１２は、測定対象温度が約３００〜７００℃の範囲である場合において、水柱の厚みを２０ｍｍとし且つ測定対象温度が５５０℃のときの水の透過率０．２１を固定して補正することにより得られた測温値を、更に補正した場合に得られる測温誤差を評価した結果の一例を示すグラフである。
【図１３】図１３は、圧縮コイルバネで形成したノズルが弾性変形する様子を示す説明図であり、図１３（ａ）は弾性変形した状態を、図１３（ｂ）は元の形状に復帰した状態を示す。
【図１４】図１４は、被測温鋼材とノズルとの離間距離を略一定に保持する手段の一例を説明する説明図である。
【図１５】図１５は、被測温鋼材とノズルとの離間距離を測定する手段の一例を説明する説明図である。
【図１６】図１６は、本発明の一実施形態に係る表面温度測定装置によって、鋼板下面の温度を実際に測定した結果の一例を示すグラフである。
【図１７】図１７は、熱延鋼板の製造ラインの概略構成例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００６７】
１・・・放射温度計
２・・・ノズル
１１・・・光ファイバ
１２・・・温度表示部
Ｍ・・・被測温鋼材（鋼板）  
【図１】
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【図２】
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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１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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