(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱炉内の被加熱物体の表面に対向して配置されたキャビティ状の遮蔽部材および該遮蔽部材の後面に配設されたフィン部材と断熱部材に連設された貫通開口部を通じて、前記被加熱物体の温度を断熱部材の後方に設置した放射温度計により測定するとともに、フィン部材の温度を測定し、これらの測定値に基づいて被加熱物体の表面温度を測定する方法において、放射温度計により測定された被加熱物体の温度とフィン部材の温度の差を演算し、演算された温度差が所定範囲を越えた場合には、放射温度計により測定された被加熱物体の温度を被加熱物体の実際の温度に近付くよう修正するために、前記遮蔽部材を上下させて遮蔽部材と被加熱物体との間隔を調整することを特徴とする加熱炉内物体の温度測定方法。
【請求項２】
加熱炉内の被加熱物体の表面に対向して配置されたキャビティ状の遮蔽部材と、該遮蔽部材の後面に取り付けられたフィン部材および断熱部材と、該断熱部材の後方に設置した放射温度計を備え、遮蔽部材、フィン部材および断熱部材に貫通開口部を連設して、該貫通開口を通じて被加熱物体の温度を放射温度計により測定するとともに、フィン部材の温度を測定する装置を設け、測定された被加熱物体の温度およびフィン部材の温度に基づいて被加熱物体の表面温度を測定するようにした装置において、放射温度計により測定された被加熱物体の温度とフィン部材の温度の差を演算する装置、遮蔽部材と被加熱物体の表面との間隔を検出する装置、該間隔を調整するために遮蔽部材を上下させる装置、放射温度計により測定された被加熱物体の温度とフィン部材の温度の差を演算する装置により算出された温度差が所定範囲を越えた場合に、放射温度計により測定された被加熱物体の温度を被加熱物体の実際の温度に近付くよう修正するために、遮蔽部材と被加熱物体の表面との間隔を調整するよう、前記遮蔽部材を上下させる装置を駆動させるための制御機構を備えたことを特徴とする加熱炉内物体の温度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱炉内の被加熱物体、とくに鋼材スラブ、鋼板、型鋼などの被加熱鋼材の表面温度を測定する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼板の製造工程において、加熱炉内で加熱されるスラブ、鋼板などの鋼材の表面温度は放射温度計により測定されているが、放射温度計には、鋼材からの放射エネルギーの他に、周囲の加熱バーナー、炉壁などの背光雑音源からの光が入射し、またこれらの光が被加熱鋼材の表面で反射して入射してくるために、正確な温度測定ができなかった。
【０００３】
背光雑音は、測定環境による違いはあるが、不可避的に存在するものであり、背光雑音の除去あるいは補償がなされなければ、高精度の放射温度計を準備しても信頼性の高い温度測定は実現できない。
【０００４】
従来、背光雑音の影響を無くして、放射温度計による正確な温度測定を行うために数多くの提案がなされており、発明者らも、先に、炉内反射光の入射を防止でき、被加熱物体の放射率が変動してもその影響を受け難い構成を備え、熱電対などによる直接温度測定に基づく補正を要することなく、放射温度計のみにより被加熱物体、とくに被加熱鋼材の表面温度測定を可能とした加熱炉内物体の表面温度測定方法および装置を提案した。（特願平８−３５６９００号）
【０００５】
その方式は、加熱炉内の被加熱物体の表面温度を放射温度計で測定する場合、被加熱物体の表面に対向してキャビティ状の遮蔽部材を配置し、当該遮蔽部材の後面に断熱部材あるいはフィン部材と断熱部材を取り付け、遮蔽部材および断熱部材あるいは遮蔽部材、断熱部材およびフィン部材に連設された貫通開口部を通して、前記被加熱物体からの放射エネルギーを断熱部材の後方に設置した放射温度計により検出し、被加熱物体の表面温度を測定することを特徴とするものである。
【０００６】
具体的には、例えば図２に示すように、加熱炉Ｆ内で加熱される被加熱鋼材Ｓの表面に対向して円筒キャビティＣを備えた遮蔽部材１を配置し、遮蔽部材１の後面にフィン部材２および断熱部材３を取り付ける。断熱部材３の後面部に水冷管５を取り付け、水冷管５内に放射温度計４の少なくとも集光部６を配設する。７は放射温度計４と集光部６を接続する光ファイバーである。キャビティの形状としては、円筒形状に限定されることなく、半球状、円錐状のものなどを適用することもできる。
【０００７】
遮蔽部材１、フィン部材２および断熱部材３には貫通開口８を連設して、貫通開口８を通して被加熱鋼材Ｓからの放射エネルギーを放射温度計４で受光するようにする。水冷管５内に放射温度計４を収納するようにしてもよく、水冷管５内に放射温度計またはその集光部を収納することにより、その温度上昇が防止されより正確な温度測定を行うことができる。
【０００８】
フィン部材２は、キャビティ状遮蔽部材１のキャビティＣの加熱源として作用するとともに、本発明のように高温雰囲気での加熱で、各部材間の伝熱が主として放射伝熱で支配される伝熱環境の下では良好な熱遮蔽効果も有する。キャビティ状の遮蔽部材１と断熱部材３との間にフィン部材２を介在させず、キャビティ状の遮蔽部材１の後面に直接断熱部材３を取り付けることもできる。
【０００９】
この方式によれば、被加熱鋼材の放射率が変動してもその影響を受け難く、被加熱鋼材の表面温度をより正確に測定することが可能となるが、遮蔽部材の直径２Ｒと遮蔽部材と被加熱鋼材の表面との間隔Ｈとの関係や、遮蔽部材と被加熱鋼材の表面との間隔Ｈによっては、放射温度計による指示温度が実際の被加熱鋼材の表面温度とかけ離れてくることがあり、どのような条件範囲にある場合に、放射温度計による正確な被加熱鋼材の温度測定が行われているかを解明し、温度測定中、そのような条件範囲内にあるかどうかを知り、正確な温度測定がなされていることを絶えず確認できるようにすることが要求される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の要求に答えるためになされたもので、加熱炉内の被加熱物体、とくに被加熱鋼材の表面温度を放射温度計により測定する場合、測定中、上記の条件範囲内にあるかどうかを知って、放射温度計による指示温度が実際の被加熱鋼材の表面温度を示していることを確認し、条件範囲を外れた場合には、条件範囲内になるよう、遮蔽部材と被加熱物体の表面の間隔を制御することができる加熱炉内物体の温度測定方法および装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための請求項１による加熱炉内物体の温度測定方法は、加熱炉内の被加熱物体の表面に対向して配置されたキャビティ状の遮蔽部材および該遮蔽部材の後面に配設されたフィン部材と断熱部材に連設された貫通開口部を通じて、前記被加熱物体の温度を断熱部材の後方に設置した放射温度計により測定するとともに、フィン部材の温度を測定し、これらの測定値に基づいて被加熱物体の表面温度を測定する方法において、放射温度計により測定された被加熱物体の温度とフィン部材の温度の差を演算し、演算された温度差が所定範囲を越えた場合には、放射温度計により測定された被加熱物体の温度を被加熱物体の実際の温度に近付くよう修正するために、前記遮蔽部材を上下させて遮蔽部材と被加熱物体との間隔を調整することを特徴とする。
【００１２】
請求項２による加熱炉内物体の温度測定装置は、加熱炉内の被加熱物体の表面に対向して配置されたキャビティ状の遮蔽部材と、該遮蔽部材の後面に取り付けられたフィン部材および断熱部材と、該断熱部材の後方に設置した放射温度計を備え、遮蔽部材、フィン部材および断熱部材に貫通開口部を連設して、該貫通開口を通じて被加熱物体の温度を放射温度計により測定するとともに、フィン部材の温度を測定する装置を設け、測定された被加熱物体の温度およびフィン部材の温度に基づいて被加熱物体の表面温度を測定するようにした装置において、放射温度計により測定された被加熱物体の温度とフィン部材の温度の差を演算する装置、遮蔽部材と被加熱物体の表面との間隔を検出する装置、該間隔を調整するために遮蔽部材を上下させる装置、放射温度計により測定された被加熱物体の温度とフィン部材の温度の差を演算する装置により算出された温度差が所定範囲を越えた場合に、放射温度計により測定された被加熱物体の温度を被加熱物体の実際の温度に近付くよう修正するために、遮蔽部材と被加熱物体の表面との間隔を調整するよう、前記遮蔽部材を上下させる装置を駆動させるための制御機構を備えたことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図２に示すように、加熱炉Ｆ内で加熱される被加熱鋼材Ｓの表面に対向して円筒キャビティ状の遮蔽部材１を配置し、遮蔽部材１の後面にフィン部材２および断熱部材３を取り付け、遮蔽部材１、フィン部材２および断熱部材３に連設された貫通開口部８を通して、前記被加熱鋼材Ｓからの放射エネルギーを断熱部材の後方に設置した放射温度計４により検出し、被加熱鋼材の表面温度を測定する場合、遮蔽部材１を被加熱鋼材Ｓに近付けた測定環境下においては、放射温度計４で検出される被加熱鋼材Ｓの表面の放射強度、被加熱鋼材Ｓの放射強度および遮蔽部材１の放射強度の関係を示す放射交換式は、つぎの（１）式で近似される。遮蔽部材１の後面に直接断熱部材３を取付けた場合も、同じ式が成り立つ。
【００１６】
Ｎ（ｔa ）＝εＮ（ｔs ）＋（１−ε）Ｎ（ｔc ）−−（１）式
但し、Ｎ（ｔa ）は放射温度計４で検出される放射強度、Ｎ（ｔs ）は温度ｔs の黒体が放射する放射強度、Ｎ（ｔc ）は遮蔽部材１からの放射強度、εは被加熱鋼材Ｓの放射率、ｔa は放射温度計４により表示される温度、ｔs は被加熱鋼材Ｓの温度、ｔc は遮蔽部材の温度である。（１）式において、εＮ（ｔs ）は被加熱鋼材Ｓの放射強度、（１−ε）は放射率、（１−ε）Ｎ（ｔc ）は遮蔽部材１からの放射光が被加熱鋼材Ｓに反射する放射強度である。
【００１７】
遮蔽部材１を鋼材Ｓの表面に近付けるとｔc はｔs に近付く。ｔc ＝ｔs の場合は、Ｎ（ｔa ）＝Ｎ（ｔs ）−−（２）式となって、放射温度計の指示温度は、鋼材Ｓの温度に一致することとなるが、実際には、ｔc ＝ｔs となっていることを確認することはできない。
【００１８】
（１）式を変形すると、つぎの（３）式が得られる。
Ｎ（ｔa ）−Ｎ（ｔc ）＝ε（Ｎ（ｔs ）−Ｎ（ｔc ））−−（３）
（３）式から、ｔa とｔc との差が一定範囲内におさまっていれば、被加熱鋼材の放射率とは無関係に、鋼材温度ｔs と遮蔽部材温度ｔc の差も一定範囲内のおさまることがわかる。
【００１９】
図２に示す装置構成により、被加熱鋼材の放射率をε、鋼材の温度をｔs 、放射温度計の輝度温度をｔa とし、遮蔽部材１の温度ｔc はフィン部材２のうち最も遮蔽部材１に近いフィン２−１の温度と等しいものとして、（３）式の基づいて算出した結果を表１に示す。
【００２０】
【表１】
0003809892.tif 000002
【００２１】
表１にみられるように、放射温度計の指示温度ｔa と遮蔽部材の温度すなわちフィン温度ｔc の差が、一定範囲内におさまっていれば、放射温度計の指示温度ｔa と鋼材温度ｔs との差も小さく、放射温度計の指示温度ｔa は鋼材温度ｔs に近い値となる。放射率が０．７以上で、ｔa −ｔc が±２０℃以内であれば、放射温度計の指示温度と鋼材温度の差、ｔa −ｔs は±１０℃以内となる。
【００２２】
一般に、加熱炉内で加熱されている鋼材の表面は、スケールに覆われており、０．７以上の放射率を有しているから、被加熱鋼材の表面温度を図１に示すような装置構成によって測定する場合、放射温度計の指示温度ｔa と遮蔽部材の温度またはフィン温度ｔc の差が±２０℃以内であれば、放射温度計の指示温度ｔa と鋼材温度ｔs の差は±１０℃以内におさまる。
【００２３】
すなわち、例えば、図２に示すように、加熱炉Ｆ内で加熱される被加熱鋼材Ｓの表面に対向して遮蔽部材１を配置し、遮蔽部材１の後面にフィン部材２および断熱部材３を取り付け、または遮蔽部材１の後面に直接断熱部材３を取り付け、遮蔽部材１、フィン部材２および断熱部材３に連設された貫通開口部８、または遮蔽部材１および断熱部材３に連設された貫通開口部８を通して、前記被加熱鋼材Ｓからの放射エネルギーを断熱部材の後方に設置した放射温度計４により検出し、被加熱鋼材の表面温度を測定する装置を構成し、放射温度計により被加熱鋼材の温度を測定し、遮蔽部材１またはフィン部材２の温度を測定して、その温度差が±２０℃以内にあれば、放射温度計による指示温度は、略正確に鋼材表面の温度を示していることとなる。
【００２４】
本発明は、加熱炉内の被加熱物体、とくに被加熱鋼材の表面温度を放射温度計により測定する場合、上記の特性により、測定中、放射温度計による指示温度が実際の被加熱鋼材の表面温度を示していることを確認できるようにし、放射温度計による指示温度が被加熱鋼材の表面温度を大きく外れた場合には、放射温度計による指示温度が被加熱鋼材の表面温度に近付くよう修正を加えるようにした加熱炉内物体の温度測定方法および装置を提供するものである。
【００２５】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
加熱炉内で加熱される鋼材Ｓ１の温度を、図１に示す装置構成によって測定した。円筒キャビティ状の遮蔽部材１の後方に位置するフィン部材２のうち、遮蔽部材１に最も近いフィン２−１に熱電対１１を溶接して、温度測定装置１２によりフィンの温度を実測し、これを遮蔽部材１の温度（ｔc ）とした。測定精度確認のために、鋼材Ｓ１の表面に熱電対９を溶接し、温度測定装置１０により鋼材Ｓ１の表面温度（ｔs ）を実測した。
【００２６】
実際の製造ラインにおいて、本発明の方法および装置により、加熱炉内で加熱される鋼材の温度を測定する場合には、加熱炉内に、鋼材Ｓ１と同じ条件で加熱される同材質の比較用鋼材Ｓ２を置き、その表面に熱電対１７を溶接し、温度測定装置１０により比較用鋼材Ｓ２の表面温度（ｔs ）を実測して、この温度を鋼材Ｓ１の温度として使用する。
【００２７】
断熱材３の後方に水冷した鋼管５を配置し、鋼管５内に放射温度計４の集光部６を配設して、集光部６と放射温度計４を光ファイバー７により連結し、貫通開口部８を通して、被加熱鋼材Ｓ１からの放射エネルギーを放射温度計４により検出し、被加熱鋼材Ｓ１の表面温度を測定した。
【００２８】
鋼材Ｓ１と遮蔽部材１の間隔Ｈ（図２参照）は、水冷鋼管５、断熱材３、フィン部材２および遮蔽部材１からなる測定装置全体を上下させるモータなどの駆動装置１６に取付けたエンコーダ（間隔Ｈ測定装置）１５で測定した。遮蔽部材１の直径（２Ｒ）（図１参照）は２５０ｍｍである。
【００２９】
加熱炉の温度を変え、鋼材Ｓ１と遮蔽部材１との間隔Ｈを変えて、放射温度計の指示温度とフィン温度の関係を求め、放射温度計の指示温度と鋼材Ｓ１の表面温度との差を算出した。結果を表２、表３に示す。
【００３０】
【表２】
0003809892.tif 000003
【００３１】
【表３】
0003809892.tif 000004
【００３２】
表２に示すように、放射温度計の指示温度とフィン温度との差（ｔa −ｔc ）が１０℃以内の場合は、温度誤差は略１０℃以内におさまり、放射温度計による鋼材温度の測定が精度良く行われていることがわかる。この実施例においては、鋼材と遮蔽部材との間隔Ｈが２００ｍｍ以内になると黒体条件が実現され、遮蔽部材の温度が被加熱鋼材の温度と略同一なって、測定誤差が小さくなる。加熱炉内に、鋼材Ｓ１と同じ条件で加熱される同材質の比較用鋼材Ｓ２を置き、鋼材Ｓ２の温度を熱電対１７、温度測定装置１０で測定し、この温度を鋼材Ｓ１の温度として測定を行った場合にも上記と同じ結果が得られた。
【００３３】
黒体条件を実現するための間隔Ｈは、フィンの構造、大きさ、温度測定対象となる鋼材の表面状態とくに放射率と拡散反射特性により変化するので、一律には規定できないが、放射温度計の指示温度とフィン温度との差（ｔa −ｔc ）を測定し、その差が一定範囲、例えば１０℃以内になっていれば、実用上満足すべき黒体条件が実現され、測定誤差の小さい温度測定が行われていることが確認できることになる。
【００３４】
本発明においては、放射温度計による温度測定中、遮蔽部材と被加熱物体の表面との間隔を検出する装置１５によって間隔Ｈを測定し、また放射温度計の指示温度とフィン温度との差（ｔa −ｔc ）を演算装置１３により算出して、その差が一定範囲限界、例えば１０℃を越えた場合には、鋼材の表面と遮蔽部材との間隔Ｈを調整するために、制御機構１４を介して遮蔽部材を上下させる装置１６を駆動させ、（ｔa −ｔc ）を一定範囲内に戻し正確な温度測定を維持する。加熱炉内において鋼材Ｓ１と同じ条件で加熱される同材質の比較用鋼材Ｓ２の表面に熱電対９を溶接し、温度測定装置１０により比較用鋼材Ｓ２の表面温度（ｔs ）を実測した。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、加熱炉内の被加熱物体、とくに被加熱鋼材の表面温度を放射温度計により測定する場合、測定中、放射温度計による指示温度が正確に被加熱物体の表面温度を示していることを確認できるようにし、放射温度計による指示温度が被加熱物体の表面温度を大きく外れた場合、例えば、測定誤差が１０℃を越えた場合には、放射温度計による指示温度が被加熱物体の表面温度に近付くよう（例えば測定誤差が１０℃以内になるよう）修正を加えるようにした加熱炉内物体の温度測定方法および装置が提供される。本発明によれば、加熱炉内で静止している被加熱物体のみでなく、連続焼鈍炉内を走行しながら焼鈍処理される鋼板のように、加熱炉内で移動している被加熱物体の表面温度の正確な測定も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の測定方法の概念を示す断面図である。
【図２】本発明の装置の一実施例を示す一部断面説明図である。
【符号の説明】
１  キャビティ状の遮蔽部材
２  フィン部材
３  断熱部材
４  放射温度計
５  水冷された鋼管
６  集光部
７  光ファイバー
８  貫通開口
９  熱電対
10  温度測定装置
11  熱電対
12  温度測定装置
13  演算装置
14  制御装置
15  間隔Ｈ測定装置
16  駆動装置
17  熱電対
Ｃ  遮蔽部材のキャビティ
S1  被加熱鋼材
S2  比較用鋼材
Ｈ  鋼材の表面と遮蔽部材との間隔
Ｒ  遮蔽部材の半径
【図１】
0003809892.tif 000005
【図２】
0003809892.tif 000006