(57)【要約】【課題】  装置構成を小型化できると共に高精度に金属体の表面温度を測定できる表面温度測定装置等を提供する。【解決手段】  表面温度測定装置１００は、放射温度計１と、放射温度計１の受光部１１と測温対象である金属体Ｍ表面との間において、金属体Ｍ表面に対向し且つ金属体Ｍ表面に略平行に配置した第１の反射体２と、金属体Ｍ表面から放射され、金属体Ｍ表面と第１の反射体２との間を交互に反射した熱放射光Ｒを、放射温度計１の受光部１１に向けて反射させるように配設した第２の反射体３とを備えることを特徴とする。【選択図】    図１
2007078394.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射温度計と、
前記放射温度計の受光部と測温対象である金属体表面との間において、前記金属体表面に対向し且つ前記金属体表面に略平行に配置した第１の反射体と、
前記金属体表面から放射され、前記金属体表面と前記第１の反射体との間を交互に反射した熱放射光を、前記放射温度計の受光部に向けて反射させるように配設した第２の反射体とを備えることを特徴とする金属体の表面温度測定装置。
【請求項２】
前記第１の反射体は、平板状に形成され、前記熱放射光の反射される方向に沿った長さＬが下記の式（１）を満足することを特徴とする請求項１に記載の金属体の表面温度測定装置。
Ｌ≧（２ｌｐ／ｔａｎ（９０°−θａ））・（ｎ−１）＋ｄ／ｃｏｓθａ・・・（１）
ここで、上記式（１）において、ｌｐは第１の反射体と金属体表面との離間距離を意味し、θａは金属体表面と第１の反射体との間を反射する熱放射光の反射角を意味し、下記の式（２）を満足する値である。また、ｎは放射温度計の受光部で受光される熱放射光の内、第１の反射体で反射する回数が最大となる熱放射光の反射回数を意味し、下記の式（３）を満足する値である。さらに、ｄは第１の反射体近傍における放射温度計の視野径を意味する。
θａ＞ｓｉｎ−１（ｄ／（２ｌｐ））・・・（２）
εｍｉｎ≦ε０＋Σε０・（ρ・（１−ε０））ｉ・・・（３）
なお、上記式（３）において、εｍｉｎは測温に必要となる放射率の最小値を、ε０は金属体の放射率を、ρは第１の反射体の反射率を、Σはｉ＝１〜ｎまで加算することを意味する。
【請求項３】
前記第１の反射体の前記熱放射光の反射される方向と直交する方向の幅Ｗが下記の式（４）を満足することを特徴とする請求項２に記載の金属体の表面温度測定装置。
（Ｗ−ｄ）／（２ｌｐ）≧ｔａｎθｂ・・・（４）
ここで、上記式（４）において、θｂは金属体表面での熱放射光の散乱角を意味する。
【請求項４】
前記第１の反射体は、ガラスに酸化チタンと酸化シリコンとを積層した干渉ミラーであることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の金属体の表面温度測定装置。
【請求項５】
放射温度計の受光部と測温対象である金属体表面との間において、前記金属体表面に対向し且つ前記金属体表面に略平行に第１の反射体を配置し、
前記金属体表面から放射され、前記金属体表面と前記第１の反射体との間を交互に反射した熱放射光を、第２の反射体で前記放射温度計の受光部に向けて反射させることを特徴とする金属体の表面温度測定方法。
【請求項６】
前記放射温度計の受光部で受光される熱放射光の内、前記第１の反射体で反射する回数が最大となる熱放射光の反射回数ｎが下記の式（３）を満足することを特徴とする請求項５に記載の金属体の表面温度測定方法。
εｍｉｎ≦ε０＋Σε０・（ρ・（１−ε０））ｉ・・・（３）
なお、上記式（３）において、εｍｉｎは測温に必要となる放射率の最小値を、ε０は金属体の放射率を、ρは第１の反射体の反射率を、Σはｉ＝１〜ｎまで加算することを意味する。
【請求項７】
前記金属体は、連続して通板される鋼板であることを特徴とする請求項５又は６に記載の金属体の表面温度測定方法。
【請求項８】
請求項５から７に記載の何れか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金属体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱間圧延、連続焼鈍、連続鋳造など、鋼材等の金属体の製造工程において、金属体の表面温度を多重反射を利用した放射測温によって測定する装置及び方法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金属体の製造方法に関し、特に、装置構成を小型化できると共に高精度に金属体の表面温度を測定できる表面温度測定装置及び方法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金属体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、連続焼鈍炉等、連続して通板される鋼板を連続的に処理するプロセスにおいて、鋼板の表面温度を測定する手段として、接触式の温度計が広く用いられている。
【０００３】
しかしながら、鋼板の表面温度を測定する手段として接触式の温度計を用いた場合、連続して鋼板を通板させるプロセスにおいては、鋼板の表面を温度計で傷つけるおそれがあることや、温度計が摩耗するといった問題がある。
【０００４】
このため、非接触式の温度計を用いて鋼板表面温度を測定する方法が種々提案されており、一般的には放射温度計が用いられる。放射温度計は、測温対象からの熱放射光を検出することにより温度を測定するものである。
【０００５】
ここで、放射温度計を用いた温度測定方法には、測温対象の放射率が低かったり、周囲からの雑光が多い場合には、測温誤差が大きくなるという問題がある。
【０００６】
この問題を解決するため、鋼板に対向する位置に反射体を設置し、鋼板から放射された熱放射光を鋼板表面と反射体との間で多重反射させることにより鋼板の見かけ上の放射率を大きくして、測温対象を黒体とみなす（黒体条件を得る）方法が種々提案されている。
【０００７】
例えば、特許文献１〜３には、反射体の傾斜角度と、多重反射した熱放射光を受光する角度とを所定の値に規定した方法が提案されている。また、特許文献４、５には、竪型炉等において平行に向き合った鋼板間で熱放射光を多重反射させる方法が提案されている。
【特許文献１】特開昭５９−８７３２９号公報
【特許文献２】特開昭５９−１１１０２６号公報
【特許文献３】特開昭６０−１１９４２５号公報
【特許文献４】特開昭６０−８６４３１号公報
【特許文献５】特開昭６１−９６４２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ここで、多重反射を利用した放射温度計による温度測定方法は、非接触式の測温方法ではあるものの、鋼板表面での熱放射光の散乱角が比較的大きいため、測温精度を高めるには、鋼板表面に測定装置を近づける必要がある。例えば、反射体と鋼板表面との離間距離が１００ｍｍ以上であれば、現実的には測定不可能である。このため、連続焼鈍炉等、連続して通板される鋼板を測温する環境下では、長時間の設置によって、測定装置を構成する各部品に熱膨張による歪みが生じ、精度の良い測温が困難となることから、装置全体を冷却する必要が生じる。従って、熱放射の影響と冷却効率の両面から考えて、装置全体の寸法は極力小型化することが肝要である。
【０００９】
しかしながら、特許文献１〜３に記載の方法では、反射体の側方に放射温度計の受光部を配置し、比較的大きな反射角の熱放射光（すなわち、鋼板との成す角度が小さい熱放射光）を直接受光するように構成されているため、必然的に装置全体が大型化（熱放射光が多重反射される方向に沿って大型化）してしまうという問題がある。
【００１０】
また、特許文献１〜３に記載の方法によれば、鋼板表面と反射体との間の多重反射の回数が最大となるように反射体の傾斜角度が決定されるが、パスライン変動等によって鋼板表面の傾きが変化した場合、前記多重反射の回数が大きく変動してしまい、鋼板表面温度を精度良く測定できないという問題もある。
【００１１】
さらに、特許文献４、５に記載の方法は、竪型炉等、鋼板が平行に向き合った状態で通板される条件でしか適用できないという問題がある。
【００１２】
以上に説明した従来技術の問題は、鋼板に限らず、各種金属体の表面温度を多重反射を利用した放射温度計によって測定する場合において共通する問題である。
【００１３】
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、装置構成を小型化できると共に高精度に金属体の表面温度を測定できる表面温度測定装置及び方法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金属体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】
【００１４】
前記課題を解決するべく、本発明は、放射温度計と、前記放射温度計の受光部と測温対象である金属体表面との間において、前記金属体表面に対向し且つ前記金属体表面に略平行に配置した第１の反射体と、前記金属体表面から放射され、前記金属体表面と前記第１の反射体との間を交互に反射した熱放射光を、前記放射温度計の受光部に向けて反射させるように配設した第２の反射体とを備えることを特徴とする金属体の表面温度測定装置を提供するものである。
【００１５】
本発明に係る表面温度測定装置は、放射温度計の受光部と測温対象である金属体表面との間において、金属体表面に対向し且つ金属体表面に略平行に配置した第１の反射体を備える。すなわち、第１の反射体の背面側（金属体表面に対向する側と反対側）に放射温度計の受光部を備える構成であるため、放射温度計の受光部を金属体表面から離間させることが可能であり、放射温度計への金属体表面からの熱放射の影響を軽減することが可能である。また、本発明に係る表面温度測定装置は、金属体表面から放射され、金属体表面と第１の反射体との間を交互に反射した熱放射光を、放射温度計の受光部に向けて反射させるように配設した第２の反射体を備える構成であるため、例えば、第２の反射体を第１の反射体の端部外方において金属体表面に略垂直になるように配設すれば、第２の反射体を配設せずに放射温度計の受光部で直接受光する場合に比べて、放射光の反射される方向に沿った装置の長さを小型化できるという利点を有する。従って、装置構成を小型化できるために、装置全体の効率的な冷却を行うことができ、ひいては熱放射による装置構成部材の熱膨張による歪みが低減され、高精度に金属体の表面温度を測定することが可能である。
【００１６】
なお、好ましくは、前記第１の反射体は、平板状に形成され、前記熱放射光の反射される方向に沿った長さＬが下記の式（１）を満足するように構成される。
Ｌ≧（２ｌｐ／ｔａｎ（９０°−θａ））・（ｎ−１）＋ｄ／ｃｏｓθａ・・・（１）
ここで、上記式（１）において、ｌｐは第１の反射体と金属体表面との離間距離を意味し、θａは金属体表面と第１の反射体との間を反射する熱放射光の反射角を意味し、下記の式（２）を満足する値である。また、ｎは放射温度計の受光部で受光される熱放射光の内、第１の反射体で反射する回数が最大となる熱放射光の反射回数を意味し、下記の式（３）を満足する値である。さらに、ｄは第１の反射体近傍における放射温度計の視野径を意味する。
θａ＞ｓｉｎ−１（ｄ／（２ｌｐ））・・・（２）
εｍｉｎ≦ε０＋Σε０・（ρ・（１−ε０））ｉ・・・（３）
なお、上記式（３）において、εｍｉｎは測温に必要となる放射率の最小値を、ε０は金属体の放射率を、ρは第１の反射体の反射率を、Σはｉ＝１〜ｎまで加算することを意味する。
【００１７】
斯かる好ましい構成によれば、後述するように、測温に必要となる放射率の最小値以上の見かけの放射率を得ることが可能となり、より一層高精度に金属体の表面温度を測定することが可能である。  
【００１８】
また、好ましくは、前記第１の反射体の前記熱放射光の反射される方向と直交する方向の幅Ｗが下記の式（４）を満足するように構成される。
（Ｗ−ｄ）／（２ｌｐ）≧ｔａｎθｂ・・・（４）
ここで、上記式（４）において、θｂは金属体表面での熱放射光の散乱角を意味する。
【００１９】
斯かる好ましい構成によれば、後述するように、金属体表面での熱放射光の散乱角が大きい場合であっても、見かけの放射率を高めることが可能であり、より一層高精度に金属体の表面温度を測定することが可能である。
【００２０】
前記第１の反射体としては、例えば、ガラスに酸化チタンと酸化シリコンとを積層した干渉ミラーを好適に用いることができる。
【００２１】
また、前記課題を解決するべく、本発明は、放射温度計の受光部と測温対象である金属体表面との間において、前記金属体表面に対向し且つ前記金属体表面に略平行に第１の反射体を配置し、前記金属体表面から放射され、前記金属体表面と前記第１の反射体との間を交互に反射した熱放射光を、第２の反射体で前記放射温度計の受光部に向けて反射させることを特徴とする金属体の表面温度測定方法としても提供される。
【００２２】
好ましくは、前記放射温度計の受光部で受光される熱放射光の内、前記第１の反射体で反射する回数が最大となる熱放射光の反射回数ｎが下記の式（３）を満足するように構成される。
εｍｉｎ≦ε０＋Σε０・（ρ・（１−ε０））ｉ・・・（３）
なお、上記式（３）において、εｍｉｎは測温に必要となる放射率の最小値を、ε０は金属体の放射率を、ρは第１の反射体の反射率を、Σはｉ＝１〜ｎまで加算することを意味する。
【００２３】
本発明に係る表面温度測定方法は、金属体が連続して通板される鋼板である場合に好ましく適用することが可能である。
【００２４】
また、本発明は、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金属体の製造方法としても提供される。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、装置構成を小型化できると共に高精度に金属体の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】
【００２６】
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、鋼板の表面温度を測定する場合を例に挙げて説明する。
【００２７】
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り、図１（ａ）は側面図を、図１（ｂ）は平面図を示す。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、放射温度計１と、放射温度計１の受光部１１と測温対象である鋼板Ｍ表面との間において、鋼板Ｍ表面に対向し且つ鋼板Ｍ表面に略平行に配置した第１の反射体２と、鋼板Ｍ表面から放射され、鋼板Ｍ表面と第１の反射体２との間を交互に反射（多重反射）した熱放射光Ｒを、放射温度計１の受光部１１に向けて反射させるように配設した第２の反射体３とを備えている。なお、本実施形態に係る表面温度測定装置１００は、水平方向（図１（ｂ）の矢符の方向）に連続して通板される鋼板Ｍの表面温度を、その上面側から測定する場合を例に挙げて説明する。
【００２８】
放射温度計１は、パージガスを噴出するためのノズル内に熱放射光を受光するための光ファイバが配置された受光部１１と、受光部１１で受光した熱放射光を放射温度計本体（図示せず）に伝送するための光ファイバ１２と、放射温度計本体とを備えている。なお、放射温度計本体は、受光部１１で受光され光ファイバ１２によって伝送された熱放射光を光電変換し、温度に換算するように構成されている。
【００２９】
第１の反射体２は、前述のように、放射温度計１の受光部１１と鋼板Ｍ表面との間において、鋼板Ｍ表面に対向し且つ鋼板Ｍ表面に略平行に配置されている。換言すれば、第１の反射体２の背面側（鋼板Ｍ表面に対向する側と反対側）に放射温度計１の受光部１１が配置された構成であるため、放射温度計１の受光部１１は鋼板Ｍ表面から離間されており、鋼板Ｍ表面からの熱放射の影響を軽減することが可能である。
【００３０】
第１の反射体２は、高温となる鋼板Ｍに比較的近接して配置されるため、高温となり得る。第１の反射体２として、一般的に反射体として多用されるアルミをメッキしたアルミミラーを用いた場合、６００℃以上になると、アルミの酸化が進行し、その反射率が急激に低下するため、多重反射の回数が同じであっても見かけの放射率の上昇が抑制される結果、測温精度が低下するという問題がある。アルミミラーを冷却し、高温になることを抑制することも考えられるものの、装置構成が大きくなってしまうという欠点がある。
【００３１】
そこで、第１の反射体２としては、石英ガラス等の耐熱母材に多層の誘電膜をコーティングすることにより形成され、干渉現象により高い反射率を得ることが可能な干渉ミラーを用いることが好ましい。特に、上記誘電膜として、酸化による反射率の変化が少ない酸化チタンと酸化シリコンとを用いるのが好ましい。図２は、アルミミラー及び石英ガラスに酸化チタン膜と酸化シリコン膜を多層に積層した干渉ミラーのそれぞれについて、温度による反射率の変化を調査した結果を示すグラフである。図２に示すように、干渉ミラーは、アルミミラーと異なり、反射率が約９８％と極めて高い上、たとえ８００℃の高温となっても反射率の劣化が生じないという利点がある。
【００３２】
また、第１の反射体２が高温になると、第１の反射体２自体から熱放射光（外乱光）が発生し、この外乱光が放射温度計１の受光部１１で受光されることにより測温誤差が生じるという問題もある。この際、第１の反射体２の反射率が高いと、逆に放射率は小さくなる（放射率＝１−反射率）ため、外乱光による測温誤差を小さくすることが可能である。例えば、測温対象である鋼板Ｍの放射率が０．４で、温度が６００℃であるとき、第１の反射体２の温度が６５０℃の条件においてその反射率が９０％の場合には、測温誤差が１７℃と大きくなってしまう。一方、第１の反射体２の反射率が９８％の場合には、測温誤差は４℃となり、実用的に問題とならない測温誤差に抑制することが可能である。以上のように、第１の反射体２自体に起因した外乱光の影響を抑制するという点でも、第１の反射体２として干渉ミラーを用いることが好ましい。
【００３３】
第２の反射体３は、前述のように、鋼板Ｍ表面から放射され、鋼板Ｍ表面と第１の反射体２との間を交互に反射した熱放射光Ｒを、放射温度計１の受光部１１に向けて反射させるように配設されている。より具体的には、第２の反射体３は、第１の反射体２の端部外方において鋼板Ｍ表面に略垂直になるように、そして、第２の反射体３の下端部が第１の反射体２と鉛直方向に見て略同位置又は上方に位置するように配設されている。そして、後述する反射角θａで鋼板Ｍ表面を反射した熱放射光Ｒが第２の反射体３に入射し、第２の反射体３で反射した熱放射光Ｒ（熱放射光Ｒの中心）が、ちょうど放射温度計１の受光部１１（受光部１１の中心）に入射されるように第２の反射体３の向きが微調整されている。
【００３４】
第２の反射体３は、第１の反射体２と異なり、その反射面が鋼板Ｍに対向しないため第１の反射体２に比べて高温とはならない。また、反射率が既知で安定している限り、高い反射率は不要である。従って、第２の反射体３としては、アルミや金をメッキした一般的な反射ミラーや、金属表面を鏡面研磨した反射ミラーを用いることが可能である。
【００３５】
本実施形態に係る表面温度測定装置１００は、以上の構成を有するため、装置全体の寸法（特に、熱放射光Ｒの反射される方向に沿った装置１００の長さ）を小型化することが可能であり、鋼板Ｍ表面からの熱放射を直接受ける部材を第１の反射体２のみにすることが可能である。従って、装置１００全体の効率的な冷却を行うことができ（本実施形態では、冷却用ジャケット４内に装置１００を収容している）、ひいては熱放射による装置構成部材の熱膨張による歪みが低減され、高精度に鋼板Ｍの表面温度を測定することが可能である。
【００３６】
ここで、好ましい構成として、本実施形態に係る第１の反射体２は、平板状に形成され、熱放射光Ｒの反射される方向に沿った長さＬ（図１（ｂ）参照）が下記の式（１）を満足するように構成されている。
Ｌ≧（２ｌｐ／ｔａｎ（９０°−θａ））・（ｎ−１）＋ｄ／ｃｏｓθａ・・・（１）
ここで、上記式（１）において、ｌｐは第１の反射体２と鋼板Ｍ表面との離間距離を意味し、θａは鋼板Ｍ表面と第１の反射体２との間を反射する熱放射光Ｒの反射角を意味し、下記の式（２）を満足する値である。また、ｎは放射温度計１の受光部１１で受光される熱放射光Ｒの内、第１の反射体２で反射する回数が最大となる熱放射光Ｒの反射回数を意味し、下記の式（３）を満足する値である。さらに、ｄは第１の反射体２近傍における放射温度計１の視野径を意味する。
θａ＞ｓｉｎ−１（ｄ／（２ｌｐ））・・・（２）
εｍｉｎ≦ε０＋Σε０・（ρ・（１−ε０））ｉ・・・（３）
なお、上記式（３）において、εｍｉｎは測温に必要となる放射率の最小値を、ε０は鋼板Ｍの放射率を、ρは第１の反射体２の反射率を、Σはｉ＝１〜ｎまで加算することを意味する。
【００３７】
以下、第１の反射体２の熱放射光Ｒの反射される方向に沿った長さＬが上記式（１）を満足することが好ましい理由について、具体的に説明する。
【００３８】
本実施形態に係る表面温度測定装置１００は、鋼板Ｍ表面から放射され、鋼板Ｍ表面と第１の反射体２との間を交互に反射（多重反射）した熱放射光Ｒを放射温度計１の受光部１１で受光して測温する構成である。このように、熱放射光Ｒの多重反射を利用する場合、その原理上、熱放射光Ｒの反射回数が多ければ多いほど、見かけの放射率が大きくなり、測温精度を高めることが可能である。そして、熱放射光Ｒの反射回数を多くするには、熱放射光Ｒが鋼板Ｍ表面に対して垂直に近い状態、すなわち、鋼板Ｍ表面と第１の反射体２との間を反射する熱放射光Ｒの反射角をできるだけ小さくすることが好ましい。換言すれば、測温精度を高めるべく、反射回数のできるだけ多い熱放射光Ｒを受光部１１で受光するには、できるだけ反射角の小さい熱放射光Ｒを受光部１１で受光できるような位置関係で、第２の反射体２と受光部１１とを配設すればよい。
【００３９】
しかしながら、受光部１１を構成する光ファイバには、図３に示すような、受光部１１からの距離ｌｓに応じて光を検出できる視野の広さ（視野径ｄｓ）が存在する。視野径ｄｓは、光ファイバの規格等に応じて異なると共に、光ファイバの先端にレンズを取り付けることにより視野を拡大することも可能である。ここで、第１の反射体２近傍における放射温度計１（受光部１１）の視野径をｄ（この視野径ｄは第１の反射体２と鋼板Ｍ表面との間においても略一定であるとする）と、図４に示すように、反射角度θａ小さくし過ぎた場合、受光部１１の視野の一部を第１の反射体２が遮ってしまい（視野欠けが生じ）、多重反射した熱放射光Ｒの一部を受光部１１で受光できなくなる結果、測温精度が劣化してしまうという問題がある。より具体的には、図４に示すように、第１の反射体２の第２の反射体（図４には図示せず）側の最端部（図４の紙面左側の最端部）で反射した視野径ｄの端部に位置する熱放射光Ｒ１１、Ｒ１２の内、第１の反射体２側の熱放射光Ｒ１２（及びその近傍の熱放射光）が鋼板Ｍにおいて反射した熱反射光Ｒ１３（及びその近傍の熱放射光）が第１の反射体２で遮られてしまう。
【００４０】
上記問題を解消するには、図５に示すように、第１の反射体２が受光部１１の視野（視野径ｄ）を遮らないように反射角度θａを設定する必要がある。より具体的には、第１の反射体２の第２の反射体（図５には図示せず）側の最端部（図５の紙面左側の最端部）で反射した視野径ｄの端部に位置する熱放射光Ｒ１１、Ｒ１２の内、第１の反射体２側の熱放射光Ｒ１２が鋼板Ｍにおいて反射した熱反射光Ｒ１３が第１の反射体２で遮られない条件とする必要がある。これは、幾何学的な関係より、下記の式（２）を満足する反射角度θａとする必要があることを意味する。
θａ＞ｓｉｎ−１（ｄ／（２ｌｐ））・・・（２）
ここで、ｌｐは第１の反射体２と鋼板Ｍ表面との離間距離を意味する。
【００４１】
なお、第１の反射体２と鋼板Ｍ表面との離間距離ｌｐは、鋼板Ｍのパスライン変動や、第１の反射体２の耐熱性の他、第１の反射体２と鋼板Ｍ表面との間にパージを施す場合にはそのパージ能力等に応じて、適宜の値が設定される。具体的には、離間距離ｌｐを大きく設定すればするほど、視野欠けが生じない反射角θａの最小値（すなわち、式（２）の右辺）を小さくできる反面、第１の反射体２と鋼板Ｍ表面との間にパージを施すことが困難となる他、後述するように、熱放射光Ｒの反射回数を多くするには第１の反射体２の長さＬを大きくする必要が生じる。従って、離間距離ｌｐは、鋼板Ｍのパスライン変動や、第１の反射体２の耐熱性が許す限り、小さく設定することが好ましい。
【００４２】
次に、放射温度計１の受光部１１で受光される熱放射光Ｒの内、第１の反射体２で反射する回数が最大となる熱放射光Ｒの反射回数ｎ（すなわち、第１の反射体２の第２の反射体３配設側と反対側の端部で最初に反射した熱放射光Ｒが、第２の反射体３に到達するまでに第１の反射体２によって反射された回数。図１（ｂ）に図示した例ではｎ＝７である）は、以下のようにして算出される。
【００４３】
図６は、多重反射を利用せずに放射温度計で直接測温する場合における、測温対象の実際の放射率と測温誤差（放射率設定値を０．７にした場合における測温誤差）との関係を示すグラフである。放射率は、測温対象の物性や酸化状態等によって大きく異なる。例えば、連続焼鈍炉等、連続して通板される鋼板Ｍを連続的に処理するプロセスにおいては、最も放射率の小さい材質からなる鋼板Ｍの放射率（例えば、０．４）から、鋼板Ｍが酸化した状態における放射率１．０まで大きく変動することになる。図６に示すように、測温対象である鋼板Ｍの最も小さな放射率を０．４、最も大きな放射率を１．０とし、放射温度計の放射率設定値をその中間値である０．７に設定（固定）したとすると、鋼板Ｍの実際の表面温度が８００℃である場合、±３０℃程度の測温誤差が生じることになる。従って、測温誤差を低減するには、放射率の小さな測温対象については、多重反射によって見かけの放射率を大きくし、酸化した状態における放射率との差を小さくすることが必要である（放射率が１．０に近い測温対象については、多重反射による見かけの放射率の上昇無し）。
【００４４】
図７は、多重反射を利用して見かけの放射率を大きくした後、放射温度計で測温した場合における、測温対象の見かけの放射率と測温誤差（鋼板Ｍの実際の表面温度が８００℃であり、放射率設定値を１．０にした場合における測温誤差）との関係を示すグラフである。許容される測温誤差から、測温に必要となる放射率（見かけの放射率）の最小値εｍｉｎが決まる。例えば、図７に示す例において、５℃以内の測温精度を得るには、見かけの放射率を０．９以上（すなわち、εｍｉｎ＝０．９）にする必要がある。
【００４５】
図８は、放射温度計１の受光部１１で受光される熱放射光Ｒの内、第１の反射体２で反射する回数が最大となる熱放射光Ｒの反射回数ｎと、この反射回数ｎのときに得られる見かけの放射率εｎとの関係を示すグラフである。そして、見かけの放射率εｎと反射回数ｎとの間には、下記の式（５）の関係式が成立する。
εｎ＝ε０＋Σε０・（ρ・（１−ε０））ｉ・・・（５）
ここで、上記式（５）において、ε０は鋼板Ｍの放射率（実際の放射率）を、ρは第１の反射体２の反射率を、Σはｉ＝１〜ｎまで加算することを意味する。
【００４６】
そして、前述した測温に必要となる放射率の最小値εｍｉｎ≦εｎとなるように、反射回数ｎを設定すればよい。すなわち、下記の式（３）を満足するように反射回数ｎを設定すればよい。
εｍｉｎ≦ε０＋Σε０・（ρ・（１−ε０））ｉ・・・（３）
反射回数ｎが上記式（３）を満足すれば、実際の放射率がどのような鋼板Ｍであっても、測温誤差を許容範囲内にすることが可能である。
【００４７】
そして、上記の式（２）を満足する反射角θａで、式（３）を満足する反射回数ｎを得るためには、幾何学的な条件より、第１の反射体２の熱放射光Ｒの反射される方向に沿った長さＬを、前述した式（１）を満足するように構成すればよい。換言すれば、第１の反射体２の熱放射光Ｒの反射される方向に沿った長さＬを前述した式（１）を満足するように設定することにより、測温誤差を許容範囲内にすることができると共に、第１の反射体２の熱放射光Ｒの反射される方向に沿った長さＬを必要最小限の寸法（Ｌ＝式（１）の右辺とした場合）とすることが可能である。
【００４８】
また、好ましい構成として、本実施形態に係る第１の反射体２は、熱放射光Ｒの反射される方向と直交する方向の幅Ｗ（図１（ｂ）参照）が下記の式（４）を満足するように構成されている。
（Ｗ−ｄ）／（２ｌｐ）≧ｔａｎθｂ・・・（４）
ここで、上記式（４）において、θｂは鋼板Ｍ表面での熱放射光Ｒの散乱角を意味する。
【００４９】
以下、第１の反射体２の熱放射光Ｒの反射される方向と直交する方向の幅Ｗが上記式（４）を満足することが好ましい理由について、具体的に説明する。
【００５０】
一般に、測温対象の反射特性（散乱特性）が鏡面に近ければ近いほど、測温対象表面と第１の反射体２との間の多重反射によって見かけの放射率が高くなり易く、測温誤差の少ない温度測定が可能である。
【００５１】
しかしながら、測温対象の反射特性は、鏡面性に限るものではなく、一定の拡がりをもって散乱する特性を有する場合も多い。図９は、測温対象としての鋼板の反射特性の一例を示す図であり、図９（ａ）は鏡面性の鋼板の反射特性の一例を、図９（ｂ）は散乱性の鋼板の反射特性の一例を示す。具体的には、図９に示すデータは、各鋼板の法線方向から波長０．９μｍ帯の赤外光を照射し、各鋼板表面で反射した光を前記法線方向に対して成す角度を変更しながら光検出器で測定した結果を示す。図９の横軸は、鋼板の法線方向に対して成す角度θを、縦軸はθ＝０°の時の反射強度を基準とした相対的な反射強度を示す。
【００５２】
図９（ａ）に示す鋼板Ｍ（冷延鋼板Ｎｏ．１）は、散乱する光（θ≠０°の光）が非常に少ない鏡面性の反射特性を有する。このような鏡面性の鋼板Ｍの場合には、第１の反射体２の幅Ｗを前述した放射温度計１の視野径ｄの２倍程度に設定すれば（第１の反射体２の幅Ｗを視野径ｄと完全に等しく設定したのでは、鋼板Ｍで散乱した熱放射光Ｒの一部が第１の反射体２で反射されなくなるため、２倍程度に設定するのが好ましい）、放射温度計１の視野径ｄ内に存在し且つ鋼板Ｍで反射した熱放射光Ｒの略全てを第１の反射体２で反射させることが可能であり、これにより見かけの放射率を効果的に高めることが可能である。
【００５３】
一方、図９（ｂ）に示す鋼板Ｍ（冷延鋼板Ｎｏ．２、Ｎｏ．３）では、θ＝±１５°程度の範囲まで散乱する光が存在している。このような散乱性の反射特性を有する鋼板Ｍの場合、図１０に示すように、第１の反射体２によって反射できる熱放射光Ｒの最大の散乱角θｍａｘは、下記の式（６）で表されることになる。
ｔａｎθｍａｘ＝（Ｗ−ｄ）／（２ｌｐ）・・・（６）
【００５４】
例えば、図９（ａ）に示す鋼板Ｍの場合と同様に、放射温度計の視野径ｄ＝１０ｍｍとし、第１の反射体２の幅Ｗを視野径ｄの２倍であるＷ＝２０ｍｍに設定（離間距離ｌｐ＝６０ｍｍ）に設定した場合、上記式（６）より、θｍａｘ≒５°となるため、図９（ｂ）に示す鋼板Ｍでは、±１５°程度の範囲まで熱放射光Ｒを散乱するにも関わらず、±５°程度の散乱光しか第１の反射体２で反射させることができず、見かけの放射率を効果的に高めることができない。従って、測定対象の散乱性を考慮する場合には、鋼板Ｍ表面での熱放射光Ｒの散乱角θｂ（実質的に散乱光が得られなくなる角度であり、図９（ｂ）に示す例ではθｂ≒１５°）≦θｍａｘとなるように、第１の反射体２の幅Ｗを設定すればよい。すなわち、上記式（４）を満足するように、第１の反射体２の幅Ｗを設定することが好ましい。
【００５５】
以上に説明した本実施形態に係る表面温度測定装置１００によれば、装置構成を小型化できると共に、放射率が変動する測温対象であっても多重反射を利用して高精度に表面温度を測定することが可能である。従って、鋼板等の連続圧延、連続焼鈍、連続塗装、連続メッキ等、測温対象である金属体が連続的に移動し処理を施されるプロセスにおいて、好適に用いることが可能である。
【００５６】
なお、以上に説明した本実施形態において、第１の反射体２の形状は、平面視において長方形としているが、本発明はこれに限るものではなく、熱放射光Ｒの経路を妨げない限りにおいて、正方形、三角形、台形、楕円形、円形等の種々の形状とすることが可能である。
【００５７】
また、第１反射体２の鋼板Ｍに対向する側の表面や、第１の反射体２と鋼板Ｍ表面との間の空間は、ガスパージを施すことによって、できるだけ清浄化した状態とすることが好ましい。パージするガスは、空気や窒素等のように、熱放射光を遮らない無色のガスである限りにおいて、特にその種類は限定されない。また、パージ方式も、清浄化した状態を維持できる限りにおいて、特に限定されるものではない。
【００５８】
また、本実施形態では、水平方向に連続して通板される鋼板Ｍの表面温度を、その上面側から測定する場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限るものではなく、例えば、鋼板Ｍが竪型炉のように竪方向（鉛直方向）に連続して通板される場合であっても同様に測温可能である。ただし、この場合には、第２の反射体３の反射面に埃や異物が堆積しないように、第２の反射体３を第１の反射体２の下方側ではなく、上方側に配設することが好ましい。また、水平方向に連続して通板される鋼板Ｍの表面温度を、その下面側から測定することも可能であるが、この場合には、第１の反射体２の反射面に埃や異物が堆積しないように、第１の反射体２を十分にガスパージすることが肝要である。
【００５９】
以下、本発明に係る表面温度測定方法によって表面温度を測定する工程を含む金属体の製造方法として、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を例に挙げて説明する。
【００６０】
図１１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１１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３０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６０で圧延可能な厚みまで粗圧延機４０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５０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６０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６０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。
【００６１】
仕上圧延機６０による圧延後の鋼板は、第１冷却帯７０又は第２冷却帯８０において目標温度にまで冷却され、ダウンコイラー９０によってコイル状に巻き取られる。或いは、第１冷却帯７０、第２冷却帯８０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７０、第２冷却帯８０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。
【００６２】
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７０又は第２冷却帯８０の下面の温度を測定するために用いることができる（図１１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。
【００６３】
また、第１冷却帯７０又は第２冷却帯８０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１１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。
【００６４】
また、第１冷却帯７０又は第２冷却帯８０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１１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。
【００６５】
また、仕上圧延機６０の近傍、或いは、仕上圧延機６０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１１の適用４）。斯かる場所でも、仕上圧延機６０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。
【００６６】
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１１の適用５、６）。
【００６７】
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１１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。
【００６８】
＜実施例＞
以下、実施例を示すことにより、本発明の特徴をより一層明らかにする。
図１に示す構成の表面温度測定装置１００を用いて、連続加熱炉で処理される冷延鋼板の表面温度を測定した。第１の反射体２と鋼板Ｍ表面との離間距離ｌｐは、鋼板Ｍのパスライン変動及び第１の反射体２と鋼板Ｍ表面との間のパージを考慮してｌｐ＝６０ｍｍとした。放射温度計１の受光部１１を構成する光ファイバとしては、視野径ｄ＝１０ｍｍのものを採用した。
【００６９】
上記の条件（ｌｐ＝６０ｍｍ、ｄ＝１０ｍｍ）により、式（２）はθａ＞４．８°となるため、本実施例における反射角θａ＝５°とした。
【００７０】
本実施例における連続加熱炉では、数十種類の冷延鋼板が処理されるが、その中で最も放射率の小さい鋼板の放射率は０．４であったため、ε０＝０．４とした。また、許容測温誤差を±５℃とし、そのときに必要となる見かけの放射率は０．９２であるため、εｍｉｎ＝０．９２とした。さらに、第１の反射体２の反射率ρを実測した結果、ρ＝０．９９であった。
【００７１】
上記の条件（ε０＝０．４、εｍｉｎ＝０．９２、ρ＝０．９９）において、式（３）を満足するｎの最小値は５であったため、ｎ＝５とした。
【００７２】
以上のようにして決定したθａ、ｎ及びｌｐ、ｄにより、式（１）はＬ≧６６ｍｍとなるため、本実施例における第１の反射体２の長さＬは、Ｌ＝１００ｍｍとした。また、式（４）において、θｂ＝３０°とした場合、Ｗ≧７９ｍｍとなるため、本実施例における第１の反射体２の幅Ｗは、Ｗ＝１００ｍｍとした。
【００７３】
そして、第１の反射体２としては、上記の寸法を有し、石英ガラスに酸化チタンと酸化シリコンとを多層に積層した干渉ミラーを用いた。また、第２の反射体３としては、長さ５０ｍｍで幅３０ｍｍの寸法を有するアルミミラーを用いた。
【００７４】
放射温度計１を構成する光電変換素子としては、測温対象の温度下限が５００℃であったため、シリコンホトダイオードを用いた。
【００７５】
以上の構成を有する表面温度測定装置１００を接触式の温度計で検温したところ、図１２に示すように、ほぼ±５℃以内の測温精度で測温できていることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【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、アルミミラー及び干渉ミラーのそれぞれについて、温度による反射率の変化を調査した結果を示すグラフである。
【図３】図３は、放射温度計の視野径を説明するための説明図である。
【図４】図４は、放射温度計の視野の一部を第１の反射体が遮った状態を示す説明図である。
【図５】図５は、放射温度計の視野を第１の反射体が遮らない状態を示す説明図である。
【図６】図６は、多重反射を利用せずに放射温度計で直接測温する場合における、測温対象の実際の放射率と測温誤差との関係を示すグラフである。
【図７】図７は、多重反射を利用して見かけの放射率を大きくした後、放射温度計で測温した場合における、測温対象の見かけの放射率と測温誤差との関係を示すグラフである。
【図８】図８は、放射温度計の受光部で受光される熱放射光の内、第１の反射体で反射する回数が最大となる熱放射光の反射回数ｎと、この反射回数ｎのときに得られる見かけの放射率εｎとの関係を示すグラフである。
【図９】図９は、測温対象としての鋼板の反射特性の一例を示す図である。
【図１０】図１０は、第１の反射体の幅と第１の反射体で反射できる熱放射光の散乱角との関係を説明するための説明図である。
【図１１】図１１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１２】図１２は、本発明の一実施例に係る測温結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７７】
１・・・放射温度計
２・・・第１の反射体
３・・・第３の反射体
４・・・冷却ジャケット
１１・・・受光部
１２・・・光ファイバ
１００・・・表面温度測定装置
Ｍ・・・金属体（鋼板）
Ｒ・・・熱放射光  
【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】
2007078394.tif 000009
【図８】
2007078394.tif 000010
【図９】
2007078394.tif 000011
【図１０】
2007078394.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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