加熱炉及び加熱方法
【課題】スキッドにより金属材を搬送する加熱炉において、金属材下面のスキッドマークの温度を、より正確に測定することができる加熱炉及び加熱方法を提供すること。
【解決手段】炉内の金属材を複数のスキッドによって搬送しつつ加熱する加熱炉を提供する。この加熱炉１は、スキッドの間に配置され、金属材Ｆの下面の温度分布を測定する温度測定装置１００と、温度分布からスキッドマーク量ΔＴを算出する温度算出部１２と、を有し、温度測定装置１００は、炉内ガスによる吸収及び放射が起こらない波長を有する単色輝度により、金属材の放射エネルギー分布を計測する輝度計測部１１０と、輝度計測部１１０の測定範囲内で輝度計測部１１０の近傍に配置され迷光を補正するための温度既知物体１２０と、輝度計測部１１０が計測した単色輝度分布を迷光補正して、金属材Ｆの温度分布を求める演算部１３０と、を有する。
【解決手段】炉内の金属材を複数のスキッドによって搬送しつつ加熱する加熱炉を提供する。この加熱炉１は、スキッドの間に配置され、金属材Ｆの下面の温度分布を測定する温度測定装置１００と、温度分布からスキッドマーク量ΔＴを算出する温度算出部１２と、を有し、温度測定装置１００は、炉内ガスによる吸収及び放射が起こらない波長を有する単色輝度により、金属材の放射エネルギー分布を計測する輝度計測部１１０と、輝度計測部１１０の測定範囲内で輝度計測部１１０の近傍に配置され迷光を補正するための温度既知物体１２０と、輝度計測部１１０が計測した単色輝度分布を迷光補正して、金属材Ｆの温度分布を求める演算部１３０と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炉内の金属材を複数のスキッドによって支持して炉長方向に搬送しつつ、該金属材を加熱する加熱炉及び加熱方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な金属材の加工に際して、加熱炉が使用されている。例えば、鉄鋼業の分野だけでも、連続鋼片加熱炉などの様々な加熱炉が使用されている。連続鋼片加熱炉における加熱は、それに続く鋼材の圧延機において、例えば、材質、表面品位、幅・厚み等の寸法精度などのような、製品に要求される特性を作り込む温度を確保するために行われる。従って、加熱炉で適切な温度に鋼片を加熱することが非常に重要である。
【０００３】
例えば、熱延鋼帯を製造する連続熱延工場の場合など、様々な分野で金属材を連続的に加熱するために、例えばウォーキングビーム式などのように複数のスキッドと言われるレール部材を使用して金属材を搬送する加熱炉が使用されている。このような加熱炉では、複数のスキッドにより、金属材を炉長手方向に搬送する。このスキッドは、炉長方向に延長形成されて炉床に固定された固定スキッドと、固定スキッドの間で同じ方向に延長形成されて上下及び前後に移動可能な可動スキッドと、を有する。そして、可動スキッドが、上下動と共に前後に移動して、金属材を搬送する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１４０２４６号公報
【特許文献２】特開６１−２９２５２８号公報
【特許文献３】特開６２−２２０８９号公報
【特許文献４】特開２００５−１３４１５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このようなウォーキングビーム式加熱炉等のスキッドを用いて金属材を搬送する加熱炉では、例えば、水冷されているスキッドに接する金属材の下面には、いわゆる「スキッドマーク」と呼ばれる温度低下部が発生する。また、一般に加熱炉において金属材を搬送する際には特に積載時間が長い固定スキッドに接する金属材下面のスキッドマークの温度低下量は大きくなる傾向にある。このスキッドマークは、冷却により低温となっているスキッドへの放射伝熱やスキッドと直接接触することで金属材が局部的に冷やされて生じるものであり、例えば、熱延鋼帯を製造する連続熱延工場の場合には、後続の圧延等において製品厚み精度の低下・強度や延びの不足に起因した割れが発生するなど、製品品質の低下をまねき、歩留まりを低下させてしまう。そこで、このようなスキッドマークを解消することに多大な努力が払われている。
【０００６】
例えば、特許文献１には、スキッドマークを加熱するスキッドマーク加熱装置が開示されている。このスキッドマーク加熱装置では、スキッドの先端方向に補助可燃ガスを供給して、スキッドマークを局所的に加熱する。
【０００７】
しかしながら、このような加熱装置を用いたとしても、どの程度加熱すれば、スキッドマークを解消できるのかは不明であることが多い。その結果、適切にスキッドマークを解消することができなかったり、加熱しすぎて部分的に高温な部位が発生してしまうこともある。
【０００８】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、複数のスキッドにより金属材を搬送する加熱炉において、金属材下面のスキッドマークの温度を、より正確に測定することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、炉内の金属材を複数のスキッドによって支持して炉長方向に搬送しつつ、該金属材を加熱する加熱炉であって、
上記複数のスキッドの間に少なくとも１以上配置され、上記金属材の下面の温度分布を測定する温度測定装置と、
上記温度測定装置が測定した温度分布から、上記金属材の上記スキッド間の位置における温度と、上記金属材の上記スキッドの対応した位置における温度との差であるスキッドマーク量を算出する温度算出部と、
を有し、
上記温度測定装置は、
炉内ガスによる吸収及び放射が起こらない波長を有する単色輝度により、少なくとも上記金属材の放射エネルギー分布を計測する輝度計測部と、
上記輝度計測部の測定範囲内で当該輝度計測部の近傍に配置され、上記加熱炉内の迷光を補正するための温度既知物体と、
上記輝度計測部が計測した上記金属材及び上記温度既知物体の単色輝度分布を迷光補正して、上記金属材の温度分布を求める演算部と、
を有することを特徴とする、加熱炉が提供される。
【００１０】
また、上記温度算出部が算出したスキッドマーク量に基づいて、上記金属材の搬送速度及び上記加熱炉内の炉温の少なくとも一方を制御する加熱炉制御部を更に有してもよい。
【００１１】
また、上記温度算出部が算出したスキッドマーク量に基づいて、上記金属材の上記スキッドの対応した位置であるスキッドマークを局所的に加熱するスキッドマーク加熱装置を更に有してもよい。
【００１２】
また、上記演算部は、
上記金属材の温度を求める際に、上記温度既知物体の放射エネルギーと、当該温度既知物体の温度とに基づいて、迷光量を算出する迷光算出部と、
上記迷光算出部が算出した上記迷光量と、上記金属材の放射エネルギー分布とに基づいて、当該金属材の温度分布を算出する温度算出部と、
を有してもよい。
【００１３】
また、上記輝度計測部は、上記金属材及び上記温度既知物体の放射エネルギーの単色輝度分布を所定の画素数の画像として撮像する撮像装置であり、
上記温度既知物体は、上記撮像装置が撮像する画像中を占める領域が２５画素以上となる位置に配置されてもよい。
【００１４】
また、上記温度既知物体は、上記撮像装置が撮像する画像中を占める領域が１００画素以上となる位置に配置されてもよい。
【００１５】
また、上記温度既知物体の放射率は、上記金属材の放射率に対して前後０．１の範囲内であってもよい。
【００１６】
また、上記輝度計測部は、上記加熱炉の炉内壁の放射エネルギーを更に計測し、
当該炉内壁と上記温度既知物体との放射エネルギーの差が記録される記憶部と、
上記記憶部に記録された上記放射エネルギーの差に基づいて、上記温度既知物体の放射率の経時変化の有無を把握する放射率変更部と、
を有してもよい。
【００１７】
また、上記放射率変更部は、上記温度既知物体の放射率の経時変化が生じた場合、経時変化後の放射率を算出し、
上記演算部は、当該経時変化後の放射率を使用して、上記迷光補正を行ってもよい。
【００１８】
また、上記温度既知物体は、以下の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）の条件のうち、少なくともいずれかを満たす位置に配置されてもよい。
（Ａ）炉内迷光分布上、上記金属材の位置と迷光量がほぼ同一となる距離だけ炉壁から離隔した位置
（Ｂ）上記金属材の測定表面に対する角度が、上記金属材の放射率が変化しない角度以上となる位置
（Ｃ）上記金属材との間に燃焼フレームを挟まない位置
【００１９】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、炉内の金属材を複数のスキッドによって支持して炉長方向に搬送しつつ、該金属材を加熱する加熱炉による加熱方法であって、
上記複数のスキッドの間に少なくとも１以上配置された温度測定装置により、上記金属材の下面の温度分布を測定する温度測定ステップと、
上記温度測定ステップで測定した温度分布から、上記金属材の上記スキッド間における最高温度と、上記金属材の上記スキッドの対応した位置における最低温度との差であるスキッドマーク量を算出する温度算出ステップと、
上記温度算出ステップで算出したスキッドマーク量に基づいて、上記金属材の搬送速度及び上記加熱炉内の炉温の少なくとも一方を制御する加熱制御ステップと、
を有し、
上記温温度測定ステップでは、
上記加熱炉内の迷光を補正するための温度既知物体を、輝度計測部の近傍に設置し、
上記輝度計測部を用いて、炉内ガスによる吸収及び放射が起こらない波長を有する単色輝度により、上記金属材及び上記温度既知物体の放射エネルギーを計測し、
計測した上記単色輝度を迷光補正して、上記金属材の温度分布を求めることを特徴とする、加熱方法が提供される。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように本発明によれば、複数のスキッドにより金属材を搬送する加熱炉において、金属材下面のスキッドマークの温度を、より正確に測定することとができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る加熱炉の構成について説明するための説明図である。
【図２】同実施形態に係る加熱炉の構成について説明するための説明図である。
【図３】同実施形態に係る加熱炉が有するスキッドマーク加熱装置について説明するための説明図である。
【図４】同実施形態に係る加熱炉が有する温度測定装置について説明するための説明図である。
【図５】同実施形態に係る加熱炉が有する温度測定装置について説明するための説明図である。
【図６】同実施形態に係る加熱炉が有する温度測定装置について説明するための説明図である。
【図７】同実施形態に係るスキッドマーク量算出部によるスキッドマーク量算出例について説明するための説明図である。
【図８】同実施形態に係る加熱炉によるスキッドマーク量予測及び判定例を説明するための説明図である。
【図９】同実施形態に係る加熱炉によるスキッドマーク量予測及び判定例を説明するための説明図である。
【図１０】同実施形態に係る加熱炉の動作について説明するための説明図である。
【図１１】同実施形態に用いる温度測定方法が有する特徴２について説明する説明図である。
【図１２】同実施形態に用いる温度測定方法が有する特徴３について説明する説明図である。
【図１３】同実施形態に用いる温度測定方法が有する特徴３について説明する説明図である。
【図１４】同実施形態に用いる温度測定方法が有する特徴４について説明する説明図である。
【図１５】同実施形態に用いる温度測定方法が有する特徴５の条件１について説明する説明図である。
【図１６】同実施形態に用いる温度測定方法が有する特徴５の条件２について説明する説明図である。
【図１７】同実施形態に用いる温度測定方法が有する特徴５について説明する説明図である。
【図１８】同実施形態に用いる温度測定方法の実施例について説明する説明図である。
【図１９】同実施形態に用いる温度測定方法の実施例について説明する説明図である。
【図２０】関連技術に係る温度測定方法について説明するための説明図である。
【図２１】関連技術に係る温度測定方法について説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２３】
なお、以下では、本発明の実施形態等について理解が容易になるように、まず、本発明の第１実施形態について、構成、動作及び効果の順で説明する。一方、本発明の第１実施形態に係る加熱炉は、例えばウォーキングビーム式加熱炉であり、更に、被加熱材である金属材表面の温度分布を測定することが可能な温度測定装置を有する。この温度測定装置では、金属材表面の温度分布を正確に測定可能な温度測定方法が使用される。この温度測定方法及び装置を使用することにより、本発明の第１実施形態に係る加熱炉は、その効果を奏することを可能にしている。従って、第１実施形態に係る加熱炉の構成等について説明した後に、この温度測定装置等について詳しく説明する。なお、以下では説明の便宜上、ウォーキングビーム式加熱炉を例に挙げて説明するが、本発明の第１実施形態に係る加熱炉は、この例に限られるものではなく、様々な加熱炉であってもよい。
【００２４】
つまり、以下では、本発明の各実施形態の理解が容易になるように、次の順序で説明する。
１．第１実施形態
１−１．第１実施形態に係る加熱炉の構成
１−２．第１実施形態に係る加熱炉の動作
１−３．第１実施形態による効果の例等
２．第１実施形態で使用される温度測定方法及び装置
【００２５】
また、以下では、説明の便宜上、加熱炉としてウォーキングビーム式の「連続鋼片加熱炉」を例に挙げて説明する。そして、被加熱材である金属材として「鋼片（鋼材ともいう。）」を例に挙げて説明する。しかし、本発明の各実施形態に係る加熱炉は、上記連続鋼片加熱炉に限られるものではなく、更に言えば鉄鋼業に限定されるものでもない。つまり、金属材は、加熱処理が必要な様々な金属材であってもよい。また、加熱炉自体も、搬送装置としてウォーキングビーム式を使用したものに限られるものではなく、複数のスキッドで金属材を支持しつつ搬送するような搬送機構を備え、かつ、その金属材の加熱に通常使用される様々なものであってもよい。
【００２６】
１−１．第１実施形態に係る加熱炉の構成
図１及び図２は、本発明の第１実施形態に係る加熱炉の構成について説明するための説明図である。なお、図２は、図１における加熱炉１をＡ−Ａ線で切断した断面図を示している。
【００２７】
図１に示すように、本実施形態に係る加熱炉１は、実際に鋼片Ｆを加熱するための構成と、その加熱するための構成による加熱を制御するための構成とを有する。そこで、まず、実際に鋼片Ｆを加熱するための構成について説明し、その後、その構成による加熱を制御するための構成について説明する。
【００２８】
１−１−１．実際に鋼片を加熱するための構成
加熱炉１は、実際に鋼片Ｆを加熱するための構成として、図１に示すように、バーナ２と、搬送装置としてのウォーキングビームと、スキッドマーク加熱装置５と、を有する。
【００２９】
加熱炉１は、図１に示すように、炉長方向（ｘ軸方向、搬送方向ともいう。）に、金属材の一例である鋼片Ｆを搬送しつつその鋼片Ｆを加熱する。つまり、図１に示す鋼片Ｆは、図２に示すように炉幅方向（ｙ軸方向ともいう。）が長手方向となるように、加熱炉１の一側（装入側、ｘ軸負の方向側ともいう。）端部の炉壁に設けられた装入口ＩＮから装入される。そして、鋼片Ｆは、搬送装置により、加熱炉１の他側（抽出側、ｘ軸正の方向側ともいう。）端部の炉壁に設けられた抽出口ＯＵＴから抽出される。
【００３０】
搬送装置としては、ウォーキングビームが使用される。
ウォーキングビーム式の搬送装置は、図１に示すように、炉長方向と同程度の長さを有するスキッドビーム３が、複数のスキッドポスト４に支持されており、そのスキッドビーム３上に鋼片Ｆが載置される。このスキッドビーム３とスキッドポスト４との組み合わせをスキッドともいう。このスキッドは、図２に示すように、炉幅方向に複数配置される。
【００３１】
スキッドは、可動式スキッドと、固定式スキッドとに分類され、可動式スキッドと、固定式スキッドとが、図２に示すように交互に配置される。各スキッドのスキッドビーム３及びスキッドポスト４を、可動式スキッドのものであればスキッドビーム３Ａ及びスキッドポスト４Ａと呼び、固定式スキッドのものであればスキッドビーム３Ｂ及びスキッドポスト４Ｂと呼ぶことにする。
【００３２】
そして、可動式スキッドが炉高方向（ｚ軸方向ともいう。）で上下動しつつ、炉長方向（ｘ軸方向）で前後動する。その結果、鋼片Ｆは、可動式スキッドのスキッドビーム３Ａに支持された状態から、可動式スキッドが前方に移動するとともに前方に搬送される。その後、鋼片Ｆは、可動式スキッドが下方に移動すると、今度は固定式スキッドのスキッドビーム３Ｂに支持される。そして、可動式スキッドが前方に移動した分、後方に移動した後、上昇し、再度鋼片Ｆを支持する。この可動式スキッドの動作が繰り返されることにより、鋼片Ｆは、順次炉長方向へと搬送される。
【００３３】
この可動式スキッドの上下動は、上位の制御装置（図示せず）又は後述する加熱制御部１０の搬送速度制御部１６１により制御され、主として加熱スケジュール等にあわせて行われる。
【００３４】
一方、加熱炉１には、複数のバーナ２が配置されている。そして、このバーナ２が炊かれる結果、鋼片Ｆは、搬送装置に搬送されている間、つまり、在炉中、バーナ２から噴出されるフレーム（火炎）により加熱されることとなる。
【００３５】
なお、図１及び図２に示す加熱炉１では、鋼片Ｆの搬送位置の上下において、図２に示すように炉幅方向の両炉壁に対向配置されて対をなしつつ炉幅方向にフレームを形成する「サイドバーナ」が使用される。しかし、このバーナ２の配置位置は、特に限定されるものではなく、例えば、炉天井や炉床に配置され、搬送方向にフレームを形成するいわゆる「軸流バーナ」であってもよい。また、バーナ２の種類も特に限定されるものではなく、例えば、気体燃料バーナ、液体燃料バーナ、リジェネレイティブ（Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅ）バーナなど、様々なバーナを使用することが可能である。
【００３６】
この複数のバーナ２の燃焼流量等は、上位の制御装置（図示せず）又は後述する加熱制御部１０の炉温制御部１６２により制御され、主として加熱スケジュール等にあわせて調整される。
【００３７】
一方、本実施形態に係る加熱炉１は、上述の通り、搬送装置としてウォーキングビームを有し、そのウォーキングビームの可動式スキッドが上下動することにより、鋼片Ｆを搬送する。この鋼片Ｆが搬送される際、図２に示す通り、可動式スキッドのスキッドビーム３Ａ又は固定式スキッドのスキッドビーム３Ｂは、鋼片Ｆの下面に接する一方、このスキッドビーム３は、耐熱性を確保するために水冷などにより冷却されている場合が多い。その結果、鋼片Ｆの下面においてスキッドビーム３が接する位置（「スキッドマーク部ＳＭ」とも言う。）の温度は、他の部位に比べて低下することになる。このスキッドマーク部ＳＭにおける温度低下量を「スキッドマーク量ΔＴ」とも言う。このスキッドマーク量ΔＴが大きい場合には、スキッドマーク部ＳＭの変形抵抗が大きくなるため、後続の圧延等において製品厚み精度の低下・強度や延びの不足に起因した割れが発生するなど、製品品質の低下をまねき、歩留まりを低下させてしまう。
【００３８】
加熱炉１は、上述の通り、上位の制御装置又は加熱制御部１０等により、主として、搬送装置による鋼片Ｆの搬送速度、及び、各バーナ２の燃焼量などが調整されて、鋼片Ｆの加熱状態が制御される。そこで本実施形態に係る加熱炉１は、後述する炉制御部１６等によりこの搬送速度や燃焼量を調整することにより、スキッドマーク量ΔＴを低減させることができる。このような加熱状態の制御を行うだけでなく、本実施形態に係る加熱炉１は、スキッドマーク量ΔＴを低減させるために、補助的な加熱を行うスキッドマーク加熱装置５を有する。
【００３９】
このスキッドマーク加熱装置５について図２及び図３を参照しつつ説明する。
図３は、本実施形態に係る加熱炉が有するスキッドマーク加熱装置について説明するための説明図である。なお、図３は、図１における加熱炉１をＢ−Ｂ線で切断した断面図を示している。
【００４０】
スキッドマーク加熱装置５は、搬送方向についてみれば、図１に示すように、後述する１以上の温度測定装置１００（望ましくは２以上の温度測定装置１００Ａ〜１００Ｃ）よりも抽出側に配置される。一方、スキッドマーク加熱装置５は、炉幅方向についてみれば、図３に示すように、鋼片Ｆのスキッドビーム３Ｂ（スキッドビーム３Ａでもよい。）に対応した位置のスキッドマーク部ＳＭを局所的に加熱可能に配置される。そして、このスキッドマーク加熱装置５は、フレーム（火炎）をスキッドマーク部ＳＭに対して発生させることにより、スキッドマーク部ＳＭを局所的に加熱する。
【００４１】
なお、図３では、スキッドマーク加熱装置５が、固定式スキッドのスキッドビーム３Ｂに対応したスキッドマーク部ＳＭを加熱する場合を例示している。これは、一般的に、鋼片Ｆは、可動式スキッドにより支持されている時間よりも、固定式スキッドにより支持されている時間が長く、その結果、固定式スキッドに対応するスキッドマーク部ＳＭのスキッドマーク量ΔＴの方が、可動式スキッドのものよりも大きくなるためである。ただし、スキッドマーク加熱装置５は、可動式スキッドのスキッドマーク部ＳＭを加熱するように配置されてよく、又は、可動式スキッド及び固定式スキッドの両方のスキッドマーク部ＳＭを加熱するように配置されてもよいことは、言うまでもない。
【００４２】
また、本実施形態では、スキッドマーク加熱装置５として、炉床から挿入された補助的な局部加熱バーナを使用する。ただし、このバーナの種類も特に限定されるものではなく、例えば、炉天井から挿入され、スキッドマーク部ＳＭに対応した鋼片Ｆの上面を加熱するルーフバーナや特許文献１に記載の加熱装置等を使用することも可能である。ルーフバーナを使用する場合、このルーフバーナでスキッドマーク部ＳＭの上面側を局部加熱することで、鋼片Ｆ内部の伝導伝熱で下面のスキッドマーク部ＳＭの温度を上昇させて、スキッドマーク量ΔＴを低減させることが可能である。
【００４３】
更に、本実施形態では、炉幅方向で３個のバーナのセットが、炉長方向で２セット配置される。しかしながら、このバーナの数も特に限定されるものではなく、適宜設定可能である。
【００４４】
このスキッドマーク加熱装置５は、後述する加熱制御部１０のＳＭ加熱制御部１６３により制御される。この際、ＳＭ加熱制御部１６３は、少なくとも１以上のスキッドマーク加熱装置５の燃焼量を、後述するスキッドマーク量算出部１２が算出したスキッドマーク量ΔＴに基づいて制御する。ＳＭ加熱制御部１６３によるスキッドマーク加熱装置５の燃焼制御については、詳しく後述する。
【００４５】
１−１−２．実際に鋼片を加熱するための構成
一方、加熱炉１は、加熱を制御するための構成として、図１に示すように、温度測定装置１００と、加熱制御部１０と、を有する。
【００４６】
温度測定装置１００は、鋼片Ｆの搬送方向、つまり炉長方向に沿った複数個所にそれぞれ配置される。そして、温度測定装置１００は、配置された個所を通過する鋼片Ｆの表面の温度分布を測定する。
【００４７】
図１には、搬送方向に沿った５個所のそれぞれに、温度測定装置１００が配置されている場合を例示している。ここでは、各温度測定装置１００を区別するために、各個所に配置された温度測定装置１００をそれぞれ温度測定装置１００Ａ〜１００Ｅとも呼ぶ。そして、温度測定装置１００と言う場合、任意の温度測定装置１００Ａ〜１００Ｅを示すものとする。
【００４８】
温度測定装置１００の配置個数は、特に限定されるものではないが、少なくとも１以上配置される。そして、温度測定装置１００の配置位置も、特に限定されるものではないが、各温度測定装置１００は、鋼片Ｆの下面の温度分布を測定するように配置される。
【００４９】
また、温度測定装置１００の詳しい構成等については後述するが、この温度測定装置１００は、放射測温を行い、かつ、鋼片Ｆの表面の温度分布を正確に測定する。そのために、鋼片Ｆの下面からの放射光が撮像可能な位置に温度測定装置１００の撮像装置１１０及び温度既知物体１２０等が配置される。
【００５０】
１つ１つの温度測定装置１００の配置位置についてより具体的に図４〜図６を参照しつつ説明する。図４〜図６は、本実施形態に係る加熱炉が有する温度測定装置について説明するための説明図である。
【００５１】
各温度測定装置１００は、図４に示すように、鋼片Ｆの下方において、複数のスキッドの間に配置される。この際、温度測定装置１００は、炉幅方向中央付近の固定式スキッドと可動式スキッドとの間に配置されることが望ましい。なお、各温度測定装置１００が温度分布を測定する温度分布測定範囲（「測温領域Ａｒ」とも言う。）には、図４に示すように、相隣接するスキッド間の位置と、鋼片Ｆのスキッドビーム３Ａ，３Ｂに対応するスキッドマーク部ＳＭの少なくとも片方と、が含まれるように、温度測定装置１００が配置される。なお、この測温領域Ａｒには、少なくとも、スキッドマーク加熱装置５が加熱する側のスキッドマーク部ＳＭ、つまり本実施形態では固定式スキッドに対応するスキッドマーク部ＳＭが含まれることが望ましい。
【００５２】
また、図１，図４〜図６に示すように、温度測定装置１００は、炉床から炉内部に向けて挿入されたカバー１５０内に配置される。カバー１５０は、耐熱性の材料で形成され、かつ、内部は水冷構造となっており、内部に配置される各構成や配線等を加熱炉１内部の温度から保護する。一方、カバー１５０には、窓が設けられ、その窓越しに温度測定装置１００の撮像装置１１０が鋼片Ｆの下面を撮像するか、又は、温度測定装置１００の撮像装置１１０がカバー１５０から突出して配置されて鋼片Ｆの下面を撮像する。一方、温度測定装置１００の温度既知物体１２０は、カバー１５０から突出し、かつ、その少なくとも一部が測温領域Ａｒ内に含まれるように配置される。この温度測定装置１００の各構成については詳しく後述する。
【００５３】
温度測定装置１００は、加熱制御部１０により制御され、所定のタイミングで鋼片Ｆの温度分布を測温する。つまり、温度測定装置１００は、鋼片Ｆが測温領域Ａｒに入った場合に、その鋼片Ｆの放射輝度を撮像して、表面温度分布を撮像する。そのために、加熱制御部１０は、鋼片Ｆがいずれの位置を搬送されているのかを常に追跡しておくことが望ましい。また、温度測定装置１００Ａ〜１００Ｅは、少なくとも同一の鋼片Ｆを順次測温するように制御される。つまり、温度測定装置１００Ａが一の鋼片Ｆを撮像した場合、温度測定装置１００Ｂ〜１００Ｅは、各配置個所（測温領域Ａｒ）をその鋼片Ｆが通過する際に、その鋼片Ｆの測温を行う。結果、一の鋼片Ｆは、全て又は２以上の温度測定装置１００により各個所で測温される。尚、この測温対象となる鋼片Ｆは、搬送されて加熱される全ての鋼片Ｆであってもよいが、加熱制御部１０により選択された１以上の鋼片Ｆであってもよい。
【００５４】
また、この測温結果は、各温度測定装置１００により、加熱制御部１０が有する記憶部１４２に記録される。この際、記憶部１４２には、一の鋼片Ｆに対する測温結果は、一纏めに記録されることが望ましい。つまり、温度測定装置１００Ａ〜１００Ｅによる測温結果は、互いに関連付けられるか、測温対象である一の鋼片Ｆに全て対応付けられる。その結果、一の鋼片Ｆに対する複数の測温結果と、他の鋼片Ｆに対する複数の測温結果とは、互いに区別される。なお、この加熱制御部１０は、鋼片Ｆ毎にその加熱度合を制御することが可能であるため、以下では、一の鋼片Ｆに対する動作及び処理等について説明し、他の鋼片Ｆに対する同様な動作及び処理等についての説明は、適宜省略する。
【００５５】
次に、加熱制御部１０について説明する。
加熱制御部１０は、図１に示すように、上記記憶部１４２と、位置決定部１１と、スキッドマーク量算出部１２と、スキッドマーク量記憶部１３と、スキッドマーク量予測部１４と、判定部１５と、炉制御部１６と、を有する。
【００５６】
位置決定部１１は、測温対象となっている鋼片Ｆの下面において、基準となる２の位置を決定する。この２の位置を「第１位置Ｐ１」及び「第２位置Ｐ２」と呼ぶ。この両位置について図４を参照しつつ説明する。
【００５７】
本実施形態において第１位置Ｐ１及び第２位置Ｐ２は、それぞれ鋼片Ｆの表面温度分布中、他の位置と比べて比較的高温又は低温となることが予想されるため、加熱過程中で管理されるべき位置を表す。なお、ここで言う高温又は低温となる位置は、他の全ての位置よりも高温又は低温となる必要はなく、所望の温度よりも高温となることを意味する。つまり、第１位置Ｐ１及び第２位置Ｐ２は、例えば、他の基準となる位置と同程度の温度であることが望まれる位置であり、かつ、その基準となる位置よりも高温となったり低温となる位置であってもよい。更に言えば、実際に高温又は低温となる必要は必ずしも無く、あくまで予想として高温となる位置や低温となる位置であればよい。
【００５８】
このような第１位置Ｐ１及び第２位置Ｐ２を、それぞれ「高温管理点」及び「低温管理点」とも呼ぶ。また、低温管理点は、スキッドビーム３Ａ，３Ｂに対応する位置、つまり、スキッドビーム３Ａ，３Ｂが接する鋼片Ｆの下面上の位置となる。従って、この低温管理点を「スキッド上温度管理点」とも言う。また、高温管理点は、スキッドビーム３Ａ，３Ｂ間の鋼片Ｆの下面上の位置となる。従って、この高温管理点を「スキッド間温度管理点」とも言う。
【００５９】
このスキッド上温度管理点及びスキッド間温度管理点は、圧延工程等のような加熱後の工程による処理で不具合等が発生しないために、それらの温度差であるスキッドマーク量ΔＴが一定温度以下となることが望まれる。例えば、鋼片Ｆを均一に加熱したい場合において、一部が低温でありすぎたり、高温でありすぎたりすれば、その位置における成形や材質調整等にムラが生じ、製品品質が悪化することが予想される。他にも、鋼片Ｆの加熱後の温度分布に、傾斜などの温度差を設けたい場合、所望の温度差が実現していないと、製品品質を維持することが難しくなる。この意味では、上記スキッド上温度管理点及びスキッド間温度管理点は、共に所望の温度よりも高くなったり低くなった結果他の位置に比べて比較的高温となったり低温となる位置であるとも言える。そこで、位置決定部１１は、このように高温となったり低温となったりすることが予想されるため管理する必要がある２の位置を特定する。なお、この第１位置Ｐ１及び第２位置Ｐ２は、例えば、操業実績等に基づいて決定されてもよいが、温度測定装置１００Ａによる実測から求められてもよい。この両決定方法毎に、第１位置Ｐ１及び第２位置Ｐ２について説明する。
【００６０】
まず、加熱炉１における操業実績等に基づいた決定方法について説明する。
今までに加熱炉１に装入されて加熱されたことがない鋼片Ｆが加熱対象となることは稀である。従って、この場合、位置決定部１１は、これまでの操業実績に基づき、スキッド間で第１位置Ｐ１を決定し、スキッドに対応する部位で第２位置Ｐ２を決定する。この操業実績には、例えば、過去に加熱が行われた鋼片Ｆに対する、加熱前の状態、加熱中の状態、加熱後の状態、後段の処理後の状態等の製品品質実績が含まれる。例えば、加熱後や後段の圧延等の工程後に鋼片Ｆの品質が悪化した実績がある場合、この鋼片Ｆについて、加熱前・加熱中・加熱後の少なくとも何れかにおいて、他の位置と比べて高温又は低温となる位置を特定しておき、操業実績として、この高温位置と低温位置（鋼片Ｆにおける下面の座標など）を予め記録しておく。この位置の特定は、本実施形態に係る加熱制御部１０によれば、温度測定装置１００により鋼片Ｆの温度分布を測定することが可能であるため、その温度分布測定結果に基づいて、行うことができる。そして、位置決定部１１は、この高温位置と低温位置を、品質を良好に保つために温度を管理すべき位置に設定する。このような高温位置と低温位置についてのデータは、鋼片Ｆの鋼種やサイズ等毎に異なるため、位置決定部１１は、鋼片Ｆの鋼種やサイズ等毎に高温位置と低温位置を予めデータベースとして蓄積しておく。このデータベースは、位置決定部１１自らが有してもよく、又、他の記憶装置（例えば記憶部１４２）に記録させておくことも可能である。そして、位置決定部１１は、例えば、加熱炉１を制御する更に上位の制御装置から、加熱制御対象である鋼片Ｆについて、識別情報、鋼種、サイズ等のような特性情報を取得する。その後、位置決定部１１は、特性情報に基づいて、データベースから一の鋼片Ｆを特定し、その鋼片Ｆに対応付けられた、スキッド間の高温位置とスキッドに対応した低温位置とのそれぞれを、上記第１位置Ｐ１又は第２位置Ｐ２に決定する。
【００６１】
次に、温度測定装置１００Ａによる実測に基づいた決定方法について説明する。
温度測定装置１００Ａは、他の温度測定装置１００Ｂ〜１００Ｅに比べて、加熱炉１の装入側、つまり装入口ＩＮに近い個所に配置される。一方、加熱炉１による加熱性能等にも寄るが、装入された鋼片Ｆの下面中、最も温度が高い位置と最も温度が低い位置とは、それぞれスキッド間の位置とスキッドに対応した位置とになり、加熱過程において他の位置に比べて比較的高温又は低温となることが予想されたり、所望の温度よりも高温又は低温となる結果他の基準位置よりも高温又は低温となることが予想される。そこで、位置決定部１１は、装入側の温度測定装置１００Ａが測定した温度分布に基づいて、鋼片Ｆの下面中、スキッド間における最高温度位置（最高温度である位置）と、スキッドに対応した個所における最低温度位置（最低温度である位置）を、それぞれ第１位置Ｐ１及び第２位置Ｐ２、つまり高温管理点及び低温管理点に決定する。なお、この最高温度位置及び最低温度位置は、温度測定装置１００Ａによる測温結果で鋼片Ｆの最高温度及び最低温度となっている位置を意味するものであり、加熱中又は加熱後において他の全ての位置よりも最高温度及び最低温度となる必要はない。
【００６２】
なお、第１位置Ｐ１及び第２位置Ｐ２を決定するにあたり、操業実績等に基づくか、実測値に基づくかは、適宜設定可能である。例えば、鋼片Ｆに対する操業実績がデータベース中にある場合には、その操業実績に基づいて第１位置Ｐ１及び第２位置Ｐ２を決定し、データベース中にない場合には、実測値に基づいて決定することも可能である。あるいは、例えば、操業実績等により第１位置Ｐ１及び第２位置Ｐ２を決定した方が、製品品質の維持上好ましいという信憑性が過去の操業実績や制御実績等に基づいて得られる場合にのみ、操業実績等に基づく決定を行うことも可能である。このことは、実測値に基づく場合も、同様である。ただし、実測値、つまり、温度測定装置１００Ａによる測定結果に基づいて、第１位置Ｐ１及び第２位置Ｐ２を決定する場合、予めデータベースを用意する必要もなく、かつ、実際の温度分布にあわせて最高温度位置及び最低温度位置を決定するため、より容易かつ確実な位置の決定が可能である。
【００６３】
この第１位置Ｐ１及び第２位置Ｐ２の決定例を図４に示す。
上述の通り、第２位置Ｐ２は、スキッドに対応した位置である。従って、温度測定装置１００の測温領域Ａｒ内に可動式スキッド及び固定式スキッドの両方に対応した鋼片Ｆ下面の位置（両スキッドに対応した両スキッドマーク部ＳＭ）が含まれる場合には、この第２位置Ｐ２は、可動スキッドのスキッドビーム３Ａと接する鋼片Ｆの下面の位置と、固定スキッドのスキッドビーム３Ｂと接する鋼片Ｆの下面の位置との何れか一方となる。
【００６４】
なお、本実施形態では、スキッドマーク加熱装置５により、固定式スキッドのスキッドビーム３Ｂに対応したスキッドマーク部ＳＭを管理する。この固定式スキッド側のスキッドマーク部ＳＭは、上述の通り、移動式スキッド側のスキッドマーク部ＳＭよりもスキッドマーク量ΔＴが大きくなる。従って、位置決定部１１は、このように固定式スキッドのスキッドマーク部ＳＭにおいて第２位置Ｐ２を決定することで、よりスキッドマーク量ΔＴが大きくなる側のスキッドマーク部ＳＭで第２位置Ｐ２を決定する。
【００６５】
そして、上記温度測定装置１００Ａ〜１００Ｅは、位置決定部１１が決定した位置の温度を測定することが可能なタイミングで順次温度測定を行う。つまり、温度測定装置１００Ａ〜１００Ｅは、第２位置Ｐ２が固定式スキッドのスキッドマーク部ＳＭ上に決定された場合には、その固定式スキッドのスキッドビーム３Ｂが鋼片Ｆの下面に接していないタイミングで温度測定を行う。一方、温度測定装置１００Ａ〜１００Ｅは、第２位置Ｐ２が可動式スキッドのスキッドマーク部ＳＭ上に決定された場合には、その可動式スキッドのスキッドビーム３Ａが鋼片Ｆの下面に接していないタイミングで温度測定を行う。そのために、各温度測定装置１００Ａ〜１００Ｅは、後述する搬送速度制御部１６１等の搬送装置の制御装置から、可動式スキッドの上下動のタイミングを表す情報が入力されることが望ましい。
【００６６】
スキッドマーク量算出部１２は、温度算出部の一例であって、複数の温度測定装置１００Ａ〜１００Ｅそれぞれにより測定された温度分布に基づいて、位置決定部１１により決定された第１位置Ｐ１と第２位置Ｐ２との間における温度差であるスキッドマーク量ΔＴを、複数の温度測定装置１００Ａ〜１００Ｅそれぞれが配置された個所毎に算出する。例えば、温度測定装置１００Ｃを例に説明すると、スキッドマーク量算出部１２は、この温度測定装置１００Ｃの測定結果である温度分布と、第１位置Ｐ１及び第２位置Ｐ２を表す情報を、記憶部１４２及び位置決定部１１から取得する。そして、スキッドマーク量算出部１２は、その温度分布中、第１位置Ｐ１に対応する温度Ｔ１と、第２位置Ｐ２に対応する温度Ｔ２とを抽出し、それらの温度差を下記式Ａにより算出することによりスキッドマーク量ΔＴを求める。
ΔＴ＝Ｔ１−Ｔ２ …（式Ａ）
【００６７】
このようなスキッドマーク量ΔＴの算出を、スキッドマーク量算出部１２は、複数の温度測定装置１００Ａ〜１００Ｅそれぞれについて行う。そして、スキッドマーク量算出部１２は、そのスキッドマーク量ΔＴを、その算出が行われた温度測定装置１００Ａ〜１００Ｅ及びその搬送方向における位置（温度測定装置１００の設置個所）の少なくとも一方と、測定された鋼片Ｆ自信とに対応付けて、スキッドマーク量記憶部１３に記録する。
【００６８】
図７に、このスキッドマーク量算出部１２によるスキッドマーク量ΔＴの算出結果例を、その位置毎に示した。図７は、本実施形態に係るスキッドマーク量算出部によるスキッドマーク量算出例について説明するための説明図である。図７の横軸は、スキッドマーク量ΔＴと、そのスキッドマーク量ΔＴに対する温度測定装置１００を対応付けるため、温度測定装置１００Ａ〜１００Ｅの位置（ｘ軸方向の位置）に符合１００Ａ〜１００Ｅを付した。また、この測定及び算出結果例の測定が行われた加熱炉１の炉長は約４０ｍであり、装入側の装入口ＩＮの位置を０ｍとした。スキッドマーク量ΔＴは、図７に示すように、温度測定装置１００Ａ，１００Ｂの位置まで、順次増加し、その後減少に転じていることが判る。なお、図６に示すスキッドマーク量ΔＴの推移は、鋼片Ｆが適切に加熱された場合の例を示している。
【００６９】
スキッドマーク量予測部１４は、温度予測部の一例であって、抽出時の鋼片Ｆのスキッドマーク量ΔＴを予測する。この際、スキッドマーク量予測部１４は、温度測定装置１００Ａ〜１００Ｅによる測定結果からスキッドマーク量算出部１２が算出した２以上のスキッドマーク量ΔＴに基づいて、抽出時のスキッドマーク量ΔＴを予測する。
【００７０】
スキッドマーク量予測部１４は、抽出時のスキッドマーク量ΔＴを予測する一方、図６に示す通り、スキッドマーク量ΔＴは、一旦増加した後減少に転じることが予想される。従って、減少に転じた後のスキッドマーク量ΔＴに基づいて、抽出時のスキッドマーク量ΔＴを予測する方が、予測精度を向上させることが可能である場合が多い。そこで、スキッドマーク量予測部１４は、減少に転じた後のスキッドマーク量ΔＴに基づいて、抽出時のスキッドマーク量ΔＴを算出することが望ましい。
【００７１】
なお、スキッドマーク量予測部１４による抽出時スキッドマーク量ΔＴの予測方法としては、例えば、抽出時以外の２以上のスキッドマーク量ΔＴに基づく外挿（補外）による方法が挙げられる。なお、外挿方法としては、線形近似や非線形近似など様々な方法が使用可能であるが、特に限定されるものではないため、ここでの詳しい説明は省略する。また、その他の予測方法としては、加熱実績に基づく方法が挙げられる。例えば、同一又は類似の材質及び寸法の鋼片Ｆについて、同一又は類似の搬送速度及び燃焼量で以前に加熱した実績が有れば、その加熱時に測定したスキッドマーク量ΔＴと、加熱中の鋼片Ｆに対して測定したスキッドマーク量ΔＴとを比較することにより、抽出時のスキッドマーク量ΔＴを予測することも可能である。
【００７２】
判定部１５は、スキッドマーク量算出部１２により算出されたスキッドマーク量ΔＴ、又は、スキッドマーク量予測部１４により予測された抽出時スキッドマーク量ΔＴに基づいて、鋼片Ｆの加熱が抽出時に完了していることが予想されるか否かを判定する。つまり、判定部１５は、実際の測定され算出されたスキッドマーク量ΔＴに基づく判定を行ってもよく、また、その測定結果から予測された抽出時のスキッドマーク量ΔＴに基づいて判定を行ってもよい。
【００７３】
この際、加熱完了の判定としては、様々な方法が考えられる。
実際の測定結果に基づく判定例としては、例えば、判定部１５は、抽出側で測定されて算出されたスキッドマーク量ΔＴが、予め定められた目標温度差（許容限界温度差ともいう）ΔＴｃ以下である場合に、鋼片Ｆの加熱完了を判定してもよい。本実施形態では、図７等に示すように、この目標温度差ΔＴｃとして２５℃が設定されている。従って、判定部１５は、このスキッドマーク量ΔＴが２５℃以下となった場合に、鋼片Ｆの加熱が完了していると判定する。例えば、図７に示す測定例では、抽出時のスキッドマーク量ΔＴ、つまり温度測定装置１００Ｅに対応するスキッドマーク量ΔＴは、目標温度差ΔＴｃ（２５℃）以下となっているため、判定部１５は、この鋼片Ｆについて抽出時に加熱が完了したと判定する。一方、図７と異なり、温度測定装置１００Ｅに対応するスキッドマーク量ΔＴが目標温度差ΔＴｃ（２５℃）を超過している場合、判定部１５は、加熱が完了していない（加熱不足であるか過加熱である）と判定する。
【００７４】
なお、この加熱完了の判定方法の他の例としては、図３に示すように、判定部１５は、スキッドマーク量ΔＴが、少なくとも１以上の個所において一旦目標温度を超過した後、目標温度以下となる場合に、鋼片Ｆの加熱完了を判定することも可能である。例えば、加熱炉１の特性や鋼片Ｆの性質上、加熱過程中で一旦、スキッドマーク量ΔＴが増加することが予想される場合もある。そのような場合は、ここで説明したように、スキッドマーク量ΔＴの変化状態に基づいて、加熱完了判定をおこなうことが望ましい。
【００７５】
判定部１５は、このように実際に測定したスキッドマーク量ΔＴに基づいて判定を行うことも可能であるが、スキッドマーク量予測部１４による予測結果のスキッドマーク量ΔＴに基づいて判定を行うことも可能である。この場合、判定部１５は、予測された抽出時のスキッドマーク量ΔＴが目標温度差ΔＴｃ以下である場合に、抽出時に加熱完了すると判定することとなる。
【００７６】
スキッドマーク量予測部１４による抽出時スキッドマーク量ΔＴの予測と、その予測スキッドマーク量ΔＴを使用した判定部１５による判定例について、図８及び図９を参照しつつ説明する。図８及び図９は、本同実施形態に係る加熱炉によるスキッドマーク量予測及び判定例を説明するための説明図である。
【００７７】
図８では、温度測定装置１００Ｂ〜温度測定装置１００Ｄによるスキッドマーク量ΔＴ（図８中の黒丸●）に基づいて、スキッドマーク量予測部１４が、抽出時（抽出口ＯＵＴ到達時）の鋼片Ｆのスキッドマーク量ΔＴ（図８中の白丸○）を予測した例を示している。この例の場合、予測スキッドマーク量ΔＴ（○）は、目標温度差ΔＴｃ（例えば２５℃）よりも高くなると算出されている。従って、判定部１５は、この場合、抽出時に鋼片Ｆは加熱完了してないと判定する。
【００７８】
また、図９では、温度測定装置１００Ｂ及び温度測定装置１００Ｃによるスキッドマーク量ΔＴ（図８中の黒丸●）に基づいて、スキッドマーク量予測部１４が、抽出時（抽出口ＯＵＴ到達時）の鋼片Ｆのスキッドマーク量ΔＴ（図８中の白丸○）を予測した例を示している。この例の場合も、予測スキッドマーク量ΔＴ（○）は、目標温度差ΔＴｃ（例えば２５℃）よりも高くなると算出されている。従って、判定部１５は、この場合、抽出時に鋼片Ｆは加熱完了してないと判定する。
【００７９】
そして、判定部１５は、加熱が完了しないと判定した場合、炉制御部１６に、鋼片Ｆの加熱調整が必要である旨の指示を出力する。なお、この出力を受けた炉制御部１６は、加熱炉１による加熱状態を調整し、その調整結果は、抽出直前の温度測定装置１００Ｅによる測定結果にも反映される。そこで、上記スキッドマーク量予測部１４は、温度測定装置１００Ｅのスキッドマーク量ΔＴに基づいて、再び同様の加熱完了判定を行うことが望ましい。また、この判定部１５による判定結果は、外部の記憶装置に記録されたり、外部の表示装置に表示されることが望ましい。
【００８０】
炉制御部１６は、スキッドマーク量予測部１４が予測したスキッドマーク量ΔＴに基づいて、判定部１５による判定結果が加熱完了を示すように、加熱炉１による鋼片Ｆへの加熱状態を調整する。この際、炉制御部１６は、どのように加熱状態を調整するかなどについて、温度測定装置１００が測定完了している温度分布に基づいて決定してもよい。本実施形態に係る炉制御部１６は、加熱調整方法として「バーナ２による炉温調整」、「搬送速度の調整」及び「ＳＭ加熱制御部１６３による局部加熱」の少なくとも１以上を使用する。この３つの加熱調整のうち、いずれを行うかは、予測スキッドマーク量ΔＴだけでなく、各温度測定装置１００で測定した温度分布や、エネルギー効率、加熱期限等に基づいて、炉制御部１６が決定することが望ましい。この各加熱調整を行うために、炉制御部１６は、図１に示すように、搬送速度制御部１６１と、炉温制御部１６２と、ＳＭ加熱制御部１６３とを有する。各加熱調整の方法及び調整例等については、各構成において説明することとし、以下では、これらの構成について説明する。
【００８１】
搬送速度制御部１６１は、スキッドマーク量予測部１４により予測されたスキッドマーク量ΔＴに基づいて、搬送装置による鋼片Ｆの搬送速度を制御する。つまり、搬送速度制御部１６１は、鋼片Ｆ毎の均熱帯における在炉時間を調整することになる。この際、搬送速度制御部１６１は、どの程度搬送速度を調整するのかを、予測されたスキッドマーク量ΔＴに基づいて決定してもよいが、更に、加熱炉１の各区間に配置された別途の雰囲気温度測定装置（図示せず）が測定した炉内雰囲気温度をも参照してもよい。搬送速度の調整量は、操業実績や調整実績、実験結果等に基づいて、スキッドマーク量ΔＴや温度分布に対応して決定されることが望ましい。
【００８２】
図８に示す加熱調整例では、予測された抽出時スキッドマーク量ΔＴが目標温度差ΔＴｃを上回るため、その上回る差分等から、搬送速度制御部１６１は、調整後の搬送速度を決定し、その搬送速度（例えば１／２倍）となるように、搬送装置（可動スキッド等）を制御している。結果として、搬送速度調整による加熱調整が行われない場合に比べて、加熱調整が行われる場合のスキッドマーク量ΔＴ（黒丸（●））は、抽出直前には目標温度差ΔＴｃ以下へと減少する。なお、この図８に示した例において、搬送速度を調整することによりスキッドマーク量ΔＴが減少した理由は、搬送速度を落とすことにより在炉時間が長くなり、かつ、温度が高い第１位置Ｐ１は炉温との差が小さく昇温速度が遅い一方、第２位置Ｐ２は炉温との差が大きいために第１位置Ｐ１より昇温速度が速いので、鋼片Ｆの伝導伝熱により鋼片Ｆの温度が均一化したためと考えられる。なお、搬送速度制御部１６１は、固定式スキッドにより鋼片Ｆが支持される時間、及び、可動式スキッドにより鋼片Ｆが支持される時間の少なくとも一方を調整したり、両時間の割合を調整することにより、加熱調整を行うことも可能である。
【００８３】
この搬送速度制御部１６１による加熱調整が行われる場合、他の加熱調整と比べて、バーナの燃料流量を増やす必要がないためエネルギー消費量の増加を抑制することができ、かつ、スキッドマーク加熱装置５を配置する必要もないため加熱炉１又は加熱制御装置２０を容易かつ低コストで構成することができる。なお、目標温度差ΔＴｃとして下限値を設け、予測スキッドマーク量ΔＴがその下限値を下回る場合に、搬送速度制御部１６１は、搬送速度が増加するように、搬送装置を制御してもよい。
【００８４】
一方、炉温制御部１６２が炉温調整を行うことにより、スキッドマーク量ΔＴを低減させることも可能である。この炉温制御部１６２について説明すれば以下の通りである。
【００８５】
炉温制御部１６２は、スキッドマーク量予測部１４により予測されたスキッドマーク量ΔＴに基づいて、その予測に使用された温度分布を測定した温度測定装置１００（例えば温度測定装置１００Ｃ，１００Ｄ）よりも搬送方向下流における加熱炉１（つまり均熱帯）の炉温を制御する。そして、炉温制御部１６２は、予測スキッドマーク量ΔＴの大きさと、炉内雰囲気温度とに基づいて、どの程度雰囲気温度を調整する必要があるかを決定し、決定した分だけ雰囲気温度を調整するために、バーナ２の燃料流量を調整する。この際、炉温制御部１６２は、加熱炉１の各区間に配置された別途の雰囲気温度測定装置（図示せず）が測定した炉内雰囲気温度をも参照してもよい。燃焼流量の調整量は、操業実績や調整実績、実験結果等に基づいて、スキッドマーク量ΔＴや温度分布に対応して決定されることが望ましい。
【００８６】
なお、炉温制御部１６２による加熱調整例としては、例えば、炉温調整を行う区間において、鋼片Ｆよりも下側のバーナ２の燃焼量を低くして、下部帯の炉温を下げることが考えられる。このように下部帯の炉温を下げると、炉温の影響を受けやすいスキッド間の鋼片Ｆの温度が下がる。その結果、スキッドマーク量ΔＴを低減することが可能である。
【００８７】
この炉温制御部１６２による加熱調整が行われる場合、他の加熱調整と比べて搬送速度を落とすことがないため生産性を落とさずに済むだけでなく、スキッドマーク加熱装置５を炊く必要もないため容易かつ低コストでスキッドマーク量ΔＴを低減することができる。
【００８８】
更に、ＳＭ加熱制御部１６３がスキッドマーク部ＳＭを直接加熱させることにより、スキッドマーク量ΔＴを低減させることも可能である。このＳＭ加熱制御部１６３について説明すれば以下の通りである。
【００８９】
ＳＭ加熱制御部１６３は、スキッドマーク量予測部１４により予測されたスキッドマーク量ΔＴに基づいて、その予測に使用された温度分布を測定した温度測定装置１００（例えば温度測定装置１００Ｃ）よりも搬送方向下流に配置されたスキッドマーク加熱装置５を、鋼片Ｆの下面のスキッドマーク部ＳＭを局部加熱するように制御する。この際、ＳＭ加熱制御部１６３は、どれだけ加熱するかを、予測されたスキッドマーク量ΔＴに基づいて決定してもよいが、更に、加熱炉１の各区間に配置された雰囲気温度測定装置（図示せず）が測定した炉内雰囲気温度をも参照してもよい。どれだけ加熱するのかは、操業実績や調整実績、実験結果等に基づいて、スキッドマーク量ΔＴや温度分布に対応して決定されることが望ましい。
【００９０】
図９に示す加熱調整例では、予測された抽出時スキッドマーク量ΔＴが目標温度差ΔＴｃを上回るため、その上回る差分等に基づいて、ＳＭ加熱制御部１６３は、鋼片Ｆの下面のスキッドマーク部ＳＭを、局所的に加熱している。結果として、局所加熱による加熱調整が行われない場合に比べて、加熱調整が行われる場合のスキッドマーク量ΔＴ（黒丸（●））は、減少して抽出直前で目標温度差ΔＴｃ以下へと減少する。
【００９１】
このＳＭ加熱制御部１６３による加熱調整が行われる場合、他の加熱調整と比べて、対象となる鋼片Ｆのスキッドマーク部ＳＭのみを局所的に加熱することが可能であるため他の鋼片Ｆに与える影響が少なく済む。
【００９２】
以上、本発明の第１実施形態に係る加熱炉１の構成について説明した。
次に、本発明の第１実施形態に係る加熱炉１の動作について、図１０を参照しつつ説明する。
【００９３】
１−２．第１実施形態に係る加熱炉の動作
図１０は、本実施形態に係る加熱炉の動作について説明するための説明図である。
図１０に示すように、鋼片Ｆが装入口ＩＮから加熱炉１へと装入されると、まず、ステップＳ１０１が処理される。
【００９４】
ステップＳ１０１（温度測定ステップの一例）では、装入口ＩＮ側に配置された温度測定装置１００Ａが、鋼片Ｆの温度分布を測定する。測定された温度分布は、上述の通り、記憶部１４２に順次記録される。そして、ステップＳ１０３に進む。
【００９５】
ステップＳ１０３（位置決定ステップの一例）では、位置決定部１１が、記憶部１４２に記録された温度測定装置１００Ａによる測定結果を取得し、その温度分布から、スキッド間における最高温度位置と、スキッドマーク部ＳＭ内の最低温度位置を抽出し、それらをそれぞれ第１位置Ｐ１及び第２位置Ｐ２に決定する。なお、第１位置Ｐ１及び第２位置Ｐ２の決定が操業実績等に基づいて行われる場合には、上記ステップＳ１０１は省略可能である。また、この場合、ステップＳ１０３では、位置決定部１１が、操業実績等を表すデータベースにアクセスして、鋼片Ｆに対応する高温位置及び低温位置を特定し、そして、それらをそれぞれ第１位置Ｐ１及び第２位置Ｐ２に決定することになる。このステップＳ１０３の処理後は、ステップＳ１０５に進む。
【００９６】
ステップＳ１０５（温度算出ステップの一例）では、スキッドマーク量算出部１２が、スキッドマーク量ΔＴを算出したい温度分布を取得し、その温度分布中の第１位置Ｐ１と第２位置Ｐ２の間の温度差であるスキッドマーク量ΔＴを、上記式Ａに基づいて算出する。つまり、このステップＳ１０５では、上記ステップＳ１０１又は後述するステップＳ１０９で測定された温度分布（温度測定装置１００Ａ〜１００Ｅの何れかにより測定された温度分布）それぞれについて、スキッドマーク量ΔＴが算出される。算出されたスキッドマーク量ΔＴは、上述の通り、鋼片Ｆ毎にスキッドマーク量記憶部１３に記録される。このステップＳ１０５の処理後は、ステップＳ１０７に進む。
【００９７】
ステップＳ１０７（温度予測ステップの一例）では、スキッドマーク量予測部１４が、抽出時のスキッドマーク量ΔＴの予測が可能なデータ数（つまり例えば温度測定装置１００Ａ〜１００Ｃのスキッドマーク量ΔＴ）がスキッドマーク量記憶部１３に記録されているか否かを確認する。そして、温度予測に必要なデータ数が揃っていない場合には、ステップＳ１０９へと進み、必要なデータ数が揃っている場合には、ステップＳ１１１に進む。
【００９８】
ステップＳ１０９（温度測定ステップの一例）では、鋼片Ｆが測温領域Ａｒに到達した温度測定装置１００が、ステップＳ１０１と同様に鋼片Ｆの温度分布を測定し、その温度分布を記憶部１４２に記録することになる。そして、ステップＳ１０５〜ステップＳ１０９の処理が繰り返される。
【００９９】
一方、ステップＳ１１１（判定ステップの一例）では、判定部１５が、スキッドマーク量予測部１４によるスキッドマーク量ΔＴの予測結果に基づいて、鋼片Ｆの加熱が完了することが予測されるか否かを確認する。加熱完了、つまり抽出時スキッドマーク量ΔＴが目標温度差ΔＴｃ以下となることが予測される場合には、ステップＳ１１５における加熱調整を行わずに、動作を終了する。一方、抽出時スキッドマーク量ΔＴが目標温度差ΔＴｃを超過する場合には、ステップＳ１１５に進む。なお、この判定結果予測は、外部の記録装置に記録されたり、外部の表示装置に表示されてもよい。
【０１００】
ステップＳ１１５では、炉制御部１６が、加熱炉１による加熱状態を調整する。この際、上記３の調整例のいずれ（組み合わせや全てでもよい。）を使用するかを、炉制御部１６が、予測スキッドマーク量ΔＴやエネルギー効率、加熱期限等に基づいて決定する。そして、選択された調整方法における調整量についても、炉制御部１６の搬送速度制御部１６１，炉温制御部１６２及びＳＭ加熱制御部１６３のそれぞれが、予測スキッドマーク量ΔＴ等に基づいて決定し、加熱調整が行われる。このステップＳ１１５の処理後は動作を終了する。
【０１０１】
１−３．第１実施形態による効果の例等
以上、本発明の第１実施形態に係る加熱炉１の構成及び動作等について説明した。
この加熱炉１によれば、各温度測定装置１００Ａ〜１００Ｅの測温領域Ａｒにおける鋼片Ｆの下面の温度分布から、スキッドマーク量ΔＴを求めることができる。なお、この温度測定装置１００Ａ〜１００Ｅは、後述するように正確な温度分布を測定することが可能である。従って、本実施形態に係る加熱炉１は、より正確なスキッドマーク量ΔＴを算出することが可能である。
【０１０２】
また、本実施形態に係る加熱炉１は、このスキッドマーク量ΔＴに基づいて、この鋼片Ｆの抽出可否を判定することができる。正確に測定されたスキッドマーク量ΔＴにより抽出可否の判定を行う場合、温度測定装置１００Ａ〜１００Ｅによる実測値に基づいており、シミュレーションに基づく判定や加熱炉１の雰囲気温度に基づく判定に比べて、より正確に鋼片Ｆの抽出可否を判定することができる。
【０１０３】
更に、本実施形態に係る加熱炉１は、複数の温度測定装置１００に対応するスキッドマーク量ΔＴから、抽出時のスキッドマーク量ΔＴを予測し、その予測結果に基づいて、抽出時のスキッドマーク量ΔＴが低減するように、加熱調整を行うことができる。従って、スキッドマークに起因した不具合の発生を防止することができ、製品品質の維持しつつ、かつ、歩留まりを向上させることが可能である。
【０１０４】
なお、上記第１実施形態に係る加熱炉１の加熱制御部１０は、例えば、汎用又は専用のコンピュータで構成されてもよい。そして、このコンピュータに上記各構成の機能を実現させるプログラムを実行させることにより、加熱制御部１０を構成することができる。なお、コンピュータは、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）・ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）・ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等の記録装置と、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）・インターネット等のネットワークに接続された通信装置と、マウス・キーボード等の入力装置と、フレキシブルディスク等の磁気ディスク、各種のＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）・ＭＯ（Ｍａｇｎｅｔｏ Ｏｐｔｉｃａｌ）ディスク・ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）等の光ディスク、半導体メモリ等のリムーバブル記憶媒体等を読み書きするドライブと、モニタなどの表示装置・スピーカやヘッドホンなどの音声出力装置などの出力装置等と、を有してもよい。そして、このコンピュータは、記録装置・リムーバブル記憶媒体に記録されたプログラム、又はネットワークを介して取得したプログラムを実行することにより、加熱制御部１０の各構成の機能を実現することができる。
【０１０５】
２．第１実施形態で使用される温度測定方法及び装置
次に、本発明の第１実施形態で使用される温度測定方法及び装置について説明する。上述の通り、ここで説明する温度測定方法及び装置は、他の温度測定方法及び装置に比べて温度分布を非常に正確に測定することが可能である。このように正確に表面温度分布を測定することにより、本発明の第１実施形態に係る加熱制御方法及び装置は、上述のような効果を奏することを可能にしている。従って、以下では、この温度測定方法及び装置について図１１〜図２０を参照しつつ詳細に説明する。
【０１０６】
また、上記本発明の第１実施形態では、温度測定装置が鋼片Ｆの下面側においてスキッドの間に配置されるが、ここでは、この温度測定装置の理解が容易になるように、温度測定装置が、炉側壁に配置された場合を例に挙げて説明する。基本的には、以下で説明する炉側壁に配置された温度測定装置が、スキッドの間に配置されれば、上記本発明の第１実施形態に適用することが可能となる。
【０１０７】
なお、以下では、この温度測定方法及び装置が如何に関連技術に係る他の温度測定方法及び装置に比べて正確に温度分布を測定することができるのかについて、理解が容易になるように、まず、関連技術について説明し、その後、本発明の第１実施形態に用いられる温度測定方法について説明する。そして、この方法を実現するための温度測定装置の構成等について説明した後、第１実施形態に用いられる温度測定方法及び装置による実施例について説明する。更に、この第１実施形態に用いられる温度測定方法及び装置の効果の例について、上記特許文献２〜４と比較しつつ説明する。
【０１０８】
つまり、以下では、本発明の第１実施形態の理解が容易になるように、次の順序で説明する
２−１．関連技術
２−２．第１実施形態で使用する温度測定方法の概要
２−３．第１実施形態で使用される温度測定装置例
２−４．第１実施形態で使用される温度測定装置による測定例
２−５．第１実施形態で使用される温度測定装置等による効果の例
【０１０９】
２−１．関連技術
図２０及び図２１を参照しつつ、関連技術について説明する。図２０及び図２１は、関連技術に係る温度測定方法について説明するための説明図である。
【０１１０】
加熱炉内において鋼片の表面温度を非接触で測定する場合には一般には放射温度計等、物体表面からの熱放射エネルギーを計測する方法が用いられる。しかしながら、加熱炉内には炉の内壁や火炎等からの放射エネルギーが存在する。この放射エネルギーが鋼片の表面で反射して放射温度計等のセンサーに入射する。従って、放射温度計等は、鋼片からの熱放射エネルギーと、内壁や火炎等からの放射エネルギーが鋼片の表面で反射した反射エネルギーとの合計に相当する温度を表示するので、反射エネルギーに相当する温度の誤差が生ずる。この反射エネルギーは、迷光、反射光、外部光、背光、迷光雑音等種々の名称で呼ばれているが、いずれも同じものであり、以下「迷光」と記す。
【０１１１】
例えば、外気条件下や室温条件下での測定では、大気や室内の壁が発する放射エネルギーは、高温の鋼片の放射エネルギーに比して小さいので迷光誤差が問題になることはない。しかしながら、高温の火炎や炉壁を有する加熱炉においては、迷光による誤差が大きく、このために、正確な温度測定が困難であった。
【０１１２】
そこで、迷光の影響を補正して真の物体温度を得るための方法が開発されている。この関連技術に係る方法によれば、図２０に示すように、まず、加熱炉９１１内に温度既知物体９１２を置き、演算手段９１８により、その物体９１２の既知温度から熱放射理論により算出される表面輝度と、その物体９１２の見掛け輝度の測定値との差異に基づいて、加熱炉９１１内迷光量を定量する。そして更に、演算手段９１８により、カメラを有する放射型温度計等の光表面温度測定手段９１４により計測される鋼片９１３の見掛けの輝度から、加熱炉９１１内迷光量を差し引いて鋼片の真の放射エネルギーを算出して温度を得る。そして、その温度が温度表示部９１９により表示される。このような関連技術としては、例えば、上記特許文献４が挙げられる。
【０１１３】
この方法において、容易に考えうるのは、迷光の補正誤差を小さくするために、鋼片の近傍に温度既知物体を置いて比較する形態である。
【０１１４】
しかし、そのような形態では、以下のような問題がある。
問題１：鋼片が移動する場合には、その近傍に温度既知物体を置くことが難しい。
問題２：温度既知物体を鋼片の近傍、即ちカメラから離れた位置に置くと、画像の中の温度既知物体の画素数が少なくなる。
【０１１５】
上記問題１について説明する。
鋼片が移動する場合、例えばウォーキングビーム式加熱炉等では、鋼片の動きによって温度既知物体が破損する恐れがある。この対策として、鋼片の移動に応じて遮蔽板が移動する機構を設ければ測定システム自体が複雑となり、実用的でない。
【０１１６】
上記問題２について説明する。
例えば、鋼片が離れた位置に配置されたり、比較的小さい鋼片の温度を計測するためには、鋼片を撮像可能なように、ある程度の解像度を有する撮像装置を使用する必要がある。撮像装置として例えば４０万画素のカメラを用いた場合、１画素の視野角は幅０．０８度、高さ０．０８度程度の小さい領域となる。温度既知物体をカメラから離れた位置に置くと、画像中を占める温度既知物体の領域が非常に小さくなるため、１画素の出力は空間的、時間的変動、信号処理系の外乱等の影響を受け、いくらかのバラツキを生ずる。
【０１１７】
図２１に１画素単位の出力のバラツキの一例を示す。図２１に示すように、１画素単位の出力のバラツキは大きく、このバラツキにより計測精度が低下してしまう恐れがある。従って、高い計測精度を得るためには、単一画素でなく、領域を定めてその領域内の画素の平均値をとる必要があり、少なくとも５×５画素、望ましくは１０×１０画素以上の平均をとるべきである。
【０１１８】
しかし、例えばカメラから６メートル離れた鋼片の近傍に温度既知物体を配置する場合を考えると、１画素当りの視野角０．０８度に相当する幅は１０ミリメートル程度になる。１０×１０画素の平均をとるためには、１００×１００ミリメートルの領域の平均をとらなければならない。
【０１１９】
一方、温度既知物体９１２としては、図２０に示すように、保護管９１７付き熱電対温度計９１６を用いることが実用的であり、これは、通常、直径約２０〜３０ミリメートル程度の大きさであるので、１００×１００ミリメートルの大きな温度既知物体を設置するのは非現実的である。
【０１２０】
本発明者らは、従来の温度測定装置やこの関連技術に係る温度測定装置について鋭意研究を行った結果、上記のような問題１及び問題２等の課題に想到した。この課題に対し、発明者らは、以下に示す手段などにより、温度既知物体、例えば保護管付き熱電対を、鋼片近傍でなく、撮像装置の近傍に設置することにより、迷光の影響を更に効果的に補正することが可能な温度測定方法を発明し、上記第１実施形態に係る加熱炉及び方法等に使用する場合、その効果を著しく向上させることが可能であることをも見出し、上記発明を完成させた。
【０１２１】
２−２．第１実施形態で使用する温度測定方法の概要
以下、本発明の第１実施形態に係る温度測定方法の概要について説明する。
この温度測定方法は、上述の関連技術に係る温度測定方法を前提に、大きく分けて以下の１〜３のような特徴を有する。
【０１２２】
特徴１：迷光を補正するための温度既知物体を、撮像装置の近傍に設置し、かつ、鋼片の放射エネルギーの計測する際、炉内ガスによる吸収及び放射が起こらない波長を選択してその単色輝度分布を計測し、得られた単色輝度分布を迷光補正して温度を求める。
特徴２：温度既知物体は、その大きさが撮像装置の画素数において少なくとも２５画素、望ましくは１００画素以上となるような位置に配置される。
特徴３：温度既知物体は、その放射率が鋼片の放射率に対して前後０．１の範囲となる材質を用いる。
【０１２３】
この各特徴について順次説明しつつ、本実施形態に係る温度測定方法について説明する。
【０１２４】
２−１−１．特徴１
特徴１：迷光を補正するための温度既知物体を、撮像装置の近傍に設置し、かつ、鋼片の放射エネルギーの計測する際、炉内ガスによる吸収及び放射が起こらない波長を選択してその単色輝度分布を計測し、得られた単色輝度分布を迷光補正して温度を求める。
【０１２５】
なお、この特徴１において、「炉内ガスによる吸収及び放射が起こらない波長」とは、完全に吸収及び放射が起こらないという意味ではなく、他の波長に比べて吸収及び放射が起こりにくい波長を意味する。また、「単色輝度」や「単波長」とは、全波長ではないという意味で、例えば波長の選択精度などにより所定の幅の波長の輝度をも含むものとする。この特徴１及び本実施形態に係る温度測定方法による温度測定過程について説明すると、以下の通りである。
【０１２６】
例えば、温度既知物体と鋼片とが接近している場合には両者に入射する迷光量はほぼ等しいので、温度既知物体の計測結果から得られた迷光量が鋼片にも照射されるものとして、計測した鋼片の放射エネルギーを補正すればよい。しかし、本実施形態の如く両者が離れている場合には、迷光量の相等性は必ずしも保障されない。
【０１２７】
そこで、本実施形態の方法では、温度既知物体と鋼片の迷光量の相等性を確保するために、大きく分けて下記の手段を用いる。
【０１２８】
手段１：炉内ガスによる吸収・放射が起こらない波長を選択し、単波長の測定を行う。
手段２：炉内の温度分布等による誤差の理論的評価を可能にするために、放射伝熱の理論を厳密に適用して迷光補正計算式を作成する。
【０１２９】
（手段１）
以下、各手段について具体的に述べる。
燃焼炉内には燃料の燃焼によって生じた二酸化炭素や水蒸気などが存在し、これらのガス体は、炉内の放射エネルギーを吸収し、また、自己の温度に応じたエネルギーを放射する。ガスの温度は、炉内の位置によって異なるので、炉内迷光量は、位置によって異なる。しかし、二酸化炭素や水蒸気等のガスが吸収・放射するのは、スペクトルのうちいくつかの特定の波長域に限られている。従って、二酸化炭素の吸収・放射波長域と水蒸気の吸収・放射波長域とを共に避けた波長を計測すれば、炉内ガスの影響を含まない迷光補正が可能である。
【０１３０】
そこで、本実施形態では、上記条件を満たす波長、例えば１μｍの単波長を計測することによって、温度既知物体と鋼片との位置が離れている条件下での迷光補正を可能とした。尚、本実施形態の如く、迷光補正の目的で単波長条件を必須とする例は、先例がない。
【０１３１】
（手段２）
単波長を用いることに従って、迷光を補正するための計算は、一般的な放射伝熱計算で用いられるＳｔｅｆａｎ−Ｂｏｌｚｍａｎｎの式でなく、単波長の放射エネルギーを計算するＰｌａｎｋの式を用いる。具体的には下記の手順１〜７により計算する。
【０１３２】
手順１：事前に、オフラインの黒体標準炉を用いて、撮像装置の出力と黒体輝度との関係式を作成する。
【０１３３】
先ず、黒体標準炉の温度をＴ［Ｋ］に保持する。Ｐｌａｎｃｋの法則（下記式１）により温度Ｔにおける黒体輝度Ｅを計算する。
【０１３４】
【数１】
…（式１）
【０１３５】
ここで上記式１の各定数等は、以下の通りである。
Ｅ ：波長λの黒体輝度［Ｗ／ｍ３］
λ ：波長［ｍ］
Ｔ ：温度［Ｋ］
Ｃ１：定数 ３．７４×１０−１６［Ｗ／ｍ２］
Ｃ２：定数 ０．０１４３８７［μｍ・Ｋ］
【０１３６】
次に、撮像装置で黒体標準炉の標準温度点を計測し、撮像装置の出力Ｌを得る。温度Ｔを変えて順次同様の計測を行い、ＥとＬの関係式を最小２乗法等により作成する。ここでは、このＥとＬの関係式を下記式２とする。
【０１３７】
【数２】
…（式２）
【０１３８】
この式２が表す関係式は、個々の撮像装置固有の特性式を意味するので、新たな撮像装置を導入したとき撮像装置毎に作成する必要がある。ただし撮像装置に固有の特性であるので、この手順１は１回実施すれば、それ以降再度行なう必要はない。また、本実施形態では、計測波長λとして、例えば１μｍの波長を用い、その波長の選択には、光学フィルタを使用することができる。しかしながら、計測波長λは、他の波長であってもよく、波長の選択方法は、光学フィルタ以外にも例えば特定の波長のみを撮像する撮像素子を使用したり、撮像装置に含まれる特定の波長を画像解析により抽出する等、様々な方法を使用することができることはいうまでもない。
【０１３９】
手順２：実際の炉において、温度既知物体例えば保護管付き熱電対の温度Ｔ１［Ｋ］から、下記式３のようにＰｌａｎｃｋの法則により黒体輝度Ｅ１を算出する。
【０１４０】
【数３】
…（式３）
【０１４１】
手順３：撮像装置により、温度既知物体を計測し、出力Ｌ１を得る。オフラインにて作成した上記特性式（式２）により、出力Ｌ１に該当する輝度を計算する。
【０１４２】
この手順３で計算される輝度は、迷光の反射を含む見掛けの輝度であり、放射伝熱学の分野で射度と呼ばれる量に該当する。これをＧ１と表す。つまり、この輝度Ｇ１は、下記式４で表される。
【０１４３】
【数４】
…（式４）
【０１４４】
手順４：上記Ｅ１とＧ１から下記の式５により、迷光量Ｊを計算する。
【０１４５】
【数５】
…（式５）
【０１４６】
この式５中、ε１は温度既知物体の放射率である。
ここで、この式５の導出過程について述べる。温度Ｔの物体表面から放射される単色放射量Ａは、Ｐｌａｎｃｋの法則から計算される黒体輝度Ｅに、物体表面の放射率εを乗じたものである。即ち、単色放射量Ａは、下記式６で表される。
【０１４７】
【数６】
…（式６）
【０１４８】
また、炉内迷光（外来照射）Ｊが物体表面で反射される量Ｂは、放射伝熱理論より、下記の式７で表される。
【０１４９】
【数７】
…（式７）
【０１５０】
撮像装置で計測される「見掛けの輝度」Ｇは上記ＡとＢの合計であるので下記式８で表される。
【０１５１】
【数８】
…（式８）
【０１５２】
この式を変形すると、迷光量Ｊを算出する式９が得られる。よって、この式９にＥ１，Ｇ１及びε１を代入して、上記式５が導出される。
【０１５３】
【数９】
…（式９）
【０１５４】
手順５：撮像装置により、鋼片を計測し、出力Ｌ２を得る。そして、上記特性式（式２）により、出力Ｌ２に該当する輝度を計算する。これは、迷光の反射を含む見掛けの輝度である。これをＧ２と表す。つまり、この輝度Ｇ２は、下記式１０で表される。
【０１５５】
【数１０】
…（式１０）
【０１５６】
なお、ここで撮像装置により計測される出力Ｌ２は、その鋼片の表面に対する分布として表される。つまり、撮像装置の撮像画像中の所定の個所に対する出力Ｌ２は、撮像画像中に撮像された鋼片の所定の個所に想到し、出力Ｌ２は、撮像画像中の位置毎に異なる値を取りうる。よって、この出力Ｌ２から算出する輝度Ｇ２も、同じく、鋼片に対する分布となる。なお、ここでは説明の便宜上、輝度Ｇ２は、輝度分布中の１点の輝度又は複数点の平均輝度であるとして説明する。しかし、この輝度Ｇ２に対する後段の計算等を、撮像画像中の鋼片に相当する位置毎に行うことにより、この温度測定方法では、温度分布を測定することが可能であることは言うまでもない。
【０１５７】
手順６：上記Ｇ２と上記手順４項で算出した迷光量Ｊ（式５）から、下記の式１１により鋼片の黒体輝度Ｅ２を計算する。
【０１５８】
【数１１】
…（式１１）
【０１５９】
ε２は鋼片の放射率である。
ここで、この式の導出過程について述べる。
上記手順４項で導出した下記の式１２（上記式８）を用い、この式を変形して黒体輝度Ｅを求めると、上記の式１１が得られる。
【０１６０】
【数１２】
…（式１２）
【０１６１】
手順７：このＥ２から、下記Ｐｌａｎｃｋの法則の逆関数（式１３）を用いて、鋼片の温度Ｔ２［Ｋ］を求める。
【０１６２】
【数１３】
…（式１３）
【０１６３】
ここで、Ｌｏｇは自然対数である。
ここに述べた迷光補正方法（手順１〜手順７）を用いることによって、温度既知物体と鋼片との距離が離れている場合においても、鋼片の温度を求めることが可能である。以下、その理由を述べる。
【０１６４】
温度既知物体及び鋼片からの放射エネルギーは、物体自身からの放射量と炉内から受けた迷光の反射量との和であり、上述の手順４項で導出した式８の如く、温度既知物体及び鋼片のそれぞれについて下記の式１４及び式１５で表される。
【０１６５】
【数１４】
…（式１４）
…（式１５）
【０１６６】
ここで、添字１は温度既知物体、添字２は鋼片を表す。それぞれの式の右辺第１項は物体自身からの放射量、第２項は炉内からの迷光の物体表面での反射量である。
【０１６７】
上記関連技術においては、放射エネルギーの差ΔＧ（＝Ｇ２−Ｇ１）を加減算することによって補正を行ない、上記２つの式１４及び式１５において、見掛けの輝度Ｇと黒体輝度Ｅとの関係が同じであることを利用して輝度Ｅを求めて鋼片の温度を得ている。従って、上記関連技術の方法においては、上記２つの式のε１とε２が等しく、かつ、（１−ε１）Ｊ１と（１−ε２）Ｊ２が等しいことが要件となる。即ち、温度既知物体と鋼片の放射率が等しく、測定波長帯域に亘る迷光量Ｊの合計が等しいことが要件であるので、迷光が等しいことが明確であるような近傍に両者を置くことが必要である。それに対して、本実施形態の温度測定方法においては、上記補正計算手順の説明に示した如く、両式の相等性は要件ではない。即ち、炉内で迷光量に差が少ない単波長を使用するので、上式の第２項（１−ε１）Ｊ１と（１−ε２）Ｊ２とが等しい必要はなく、放射率ε及び迷光Ｊが位置によって異なっても、測定誤差を低減することが可能である。
【０１６８】
一般に加熱炉で加熱する材料は、金属材料の場合は表面が酸化するために放射率が高く、非金属材料の場合は材料そのものの放射率が高い。通常、被加熱物の放射率は０．８を上回る値である。そのため、εに較べて（１−ε）が小さく、上式の第１項εＥに較べて第２項（１−ε）Ｊが小さくなる。従って、温度既知物体位置の迷光Ｊ１と鋼片位置の迷光Ｊ２に若干の差があっても、相対的に値が小さい第２項に差が生ずるだけであるので、式の計算結果への影響は小さい。また、本実施形態では、計測波長λを、炉内ガスによる吸収・放射が少ない波長に設定する。従って、温度既知物体位置の迷光Ｊ１と鋼片位置の迷光Ｊ２との差を非常に小さくすることができる。よって、本実施形態では、温度既知物体と鋼片とを近接して配置しなくても、Ｊ１＝Ｊ２として計算することが可能である。なお、Ｊ１とＪ２の差異は１０％程度異なっていても誤差には大きな影響はない。なぜならば、放射率０．８程度で、Ｊの差異が０．２程度ならば、上記の式の右辺の差異は（１−０．８）×１０％＝２％程度の影響に過ぎないからである。
【０１６９】
以上の理由により、単波長の測定を行う本実施形態の温度測定方法を用いれば、迷光に若干の差異がある位置に温度既知物体を置いても、精度を大きく落とすことなく温度計測が可能である。即ち、鋼片の近傍に温度既知物体を置く必要はない。
【０１７０】
２−１−２．特徴２
特徴２．温度既知物体は、その大きさが撮像装置の画素数において少なくとも２５画素、望ましくは１００画素以上となるような位置に配置される。
【０１７１】
この特徴２について説明すると、以下の通りである。
上記問題２に示した如く、関連技術では、撮像装置の１画素が占める領域が小さいため、１画素の出力は、例えば空間的・時間的変動・信号処理系の外乱等の影響を受け、いくらかのバラツキを生ずる。温度既知物体の１画素単位の出力の実測値を図１１に示す。
【０１７２】
図１１に示す実測値の標準偏差を算出するとσ＝１１℃であった。よって、１画素のみの測定値を用いて迷光補正を行えば、誤差が大きく、実用に耐えないことは明らかである。そこで、本実施形態の温度測定方法では、複数の画素の平均値を取り、その平均値で補正計算を行なうことにより、このような問題を解決することができる。
【０１７３】
以下、この特徴２を導出した発明者らの考察に基づいて、具体的な条件を説明する。
上述の通り、１画素単位の標準偏差は１１℃であった。統計学の法則によればn個の平均値をとった場合の標準偏差は、その個数の平方根に逆比例するので、２５画素の平均をとれば、標準偏差は５分の１の約２℃となる。１００画素の平均値をとれば、１００の平方根１０に逆比例するので、１０分の１の約１℃となる。
【０１７４】
炉内の温度計測においては、標準偏差２℃であれば概ね実用可能であり、１℃であれば、十分である。よって、少なくとも２５画素（例えば５×５画素）、望ましくは１００画素（例えば１０×１０画素）以上の画素数が得られる位置に温度既知物体を置く必要がある。
【０１７５】
温度既知物体としては、例えば、保護管付き熱電対を用いるのが適当である。加熱炉で用いられる保護管付き熱電対の外径は２０〜３０ｍｍ程度であるので、計測範囲は四角形の場合は縦横１０ｍｍ程度、円形の場合は直径１０ｍｍ程度の範囲となる。
【０１７６】
一方、撮像装置として、例えば、一般的に用いられる画素数４０万個程度のＣＣＤカメラでは、１画素の視角は約０．０８度×０．０８度程度である。よって、５×５＝２５画素を見る視角は、０．４度×０．４度となる。ｔａｎ０．４度＝０．００７０であるので、０．４度×０．４度の視角に１０ｍｍ×１０ｍｍの範囲を写すためには、１０ｍｍ／０．００７０＝１４００ｍｍよりカメラに近い位置に置かなければならない。
【０１７７】
温度既知物体の被測定部位の大きさが１０ｍｍの場合について計算したが、大きさが異なる場合についても同様の計算を行えば、温度既知物体を置くべき位置は、被測定部分の大きさＹに対し撮像装置からの距離Ｘは、下記式１６を満たすことが望ましい。
【０１７８】
【数１５】
…（式１６）
【０１７９】
このような考察に基づいて、本発明者らは、上記特徴２を導き出した。従って、本実施形態では、温度既知物体は、その大きさが撮像装置の画素数において少なくとも２５画素（例えば５×５画素）、望ましくは１００画素（例えば１０×１０画素）以上となるような位置に配置される。換言すれば、温度既知物体は、温度既知物体の被測定部分の大きさをＹとし、その撮像装置からの距離をＸとした場合、Ｘは、上記式１６を満たすように設定される。更に具体的には、このＸは、撮像装置として画素数４０万個程度のＣＣＤカメラを使用し、かつ、Ｙを１０ｍｍとした場合、１４００ｍｍよりも小さい値に設定される。その結果、本実施形態に係る温度測定方法では、撮像装置の測定誤差を低減させて、温度測定精度を向上させることができる。
【０１８０】
２−１−３．特徴３
特徴３．温度既知物体は、その放射率が鋼片の放射率に対して前後０．１の範囲となる材質を用いる。
【０１８１】
この特徴３について説明すると、以下の通りである。
本発明の発明者らは、本実施形態の温度測定方法について、計測条件が種々に変わった場合の計測結果、即ち迷光補正後温度の誤差について理論的検討を行なった。
【０１８２】
検討条件は、長さ１２ｍ、高さ２．５ｍの燃焼炉にて、炉内壁温度１２００℃、炉床に置かれた鋼片の温度９００℃、鋼片の放射率０．８６として、炉内の放射伝熱計算を行ない、上記特徴１及び特徴２を満たす条件下での各面の放射伝熱量及び反射迷光量の理論値を求めた。計算の手法は、甲藤好郎著「伝熱概論」（養賢堂）ｐ．３７７−ｐ．３８２に示された手順を用いた。
【０１８３】
その計算結果に、上述の特徴１で説明した迷光補正計算方法を適用し、温度既知物体の位置を炉幅方向の炉内左壁位置を原点０ｍ点とし、その０ｍ点から右側へ１２ｍ点まで２ｍ毎に変化させた場合の迷光補正値を計算した。撮像装置の位置は左側０ｍ点とし、鋼片の位置は炉幅方向の中心、つまり６ｍ点とした。計算結果を図１２に示す。図１２に示した放射率εは温度既知物体の放射率であり、鋼片の放射率は０．８６に固定している。
【０１８４】
図１２に示すように、この計算結果によれば、例えば温度既知物体の放射率が鋼片の放射率０．８６と等しい場合、温度既知物体の位置がどこであろうとも、鋼片の補正後温度は、鋼片の真の温度９００℃に対して、３℃以内の差異に収まる。
【０１８５】
しかし、鋼片と温度既知物体との放射率εに差がある場合は、温度の差異が大きくなることが判る。鋼片の放射率ε＝０．８６に対して温度既知物体の放射率が０．８１〜０．９１即ち前後０．０５の範囲では、真の温度９００℃に対して、±６℃であるが、温度既知物体の放射率が０．７６〜０．９６即ち前後０．１の範囲では±１３℃程度となる。
【０１８６】
実用性を考慮して１０℃程度までの誤差を許容すれば、温度既知物体の放射率は、温度や放射率のレベルにより若干異なるが、鋼片放射率の前後０．１程度以内となる材質を選定すべきであり、望ましくは前後０．０５程度以内とすれば更に測定誤差を低減させることができる。
【０１８７】
一方、上記関連技術では、温度既知物体の輝度によって迷光を補正する方式が採用されている。この関連技術において、鋼片と温度既知物体との位置関係は明示されていないが、実施例として例示された図＃においては鋼片の近傍に温度既知物体を置いており、実施形態として両者を近傍に置くことが想定されていると考えられる。
【０１８８】
発明者らの知見によれば、上述のように、例えば鋼片の温度が９００℃、炉内壁の温度が１２００℃のように、鋼片と炉内壁との温度に大きな差がある場合、炉壁近傍では炉壁からの迷光の影響を強く受ける。しかし、温度既知物体の放射率と鋼片の放射率とが同程度の場合には、その影響は小さくなる。これを図１３に示す。図１３には、上記図１２中の温度既知物体の放射率εが、鋼片と等しい０．８６の場合の計算結果と、その値から離れた０．７６の場合の計算結果とを示した。つまり、図１３において●のプロットは、鋼片と温度既知物体との放射率が同程度の場合の例であり、×のプロットは、温度既知物体の放射率が鋼片と異なる場合の例である。ここでも、鋼片は炉の中心即ち６ｍ点に置いた。
【０１８９】
図１３に示すように、放射率が異なる場合は、温度の誤差が大きくなるのみでなく、炉壁近傍と中央との差が大きくなることがわかる。この理由により、上記関連技術では、放射率の規定がないために、明示されていないものの、実施態様として、鋼片の近傍に温度既知物体を置かざるを得なかったものと考えられる。
【０１９０】
しかし、本実施形態では、温度既知物体の放射率を規制することにより、図１３の●プロットに示される如く、６ｍ点においた鋼片から離れた位置に温度既知物体を置いても誤差の小さい測定が可能である。
【０１９１】
以上、本発明の第１実施形態に係る温度測定方法が有する特徴１〜３について説明した。この本実施形態に係る温度測定方法は、上記特徴１〜３に加えて、更に、測定精度を維持向上させるために、以下のような特徴４，５をも有する。
【０１９２】
特徴４：放射率の経時変化への対処
特徴５：炉内の迷光量分布等から規定される温度既知物体の位置
【０１９３】
そこで次に、この特徴４，５について説明する。
【０１９４】
２−１−４．特徴４
特徴４：放射率の経時変化への対処
【０１９５】
この特徴４について説明すれば、以下の通りである。
温度既知物体として金属保護管付き熱電対を用いた場合は、長期間の使用などによる酸化の影響等によって、温度既知物体の放射率が、若干変化する可能性がある。また、セラミック製保護管付き熱電対を用いた場合では酸化の恐れはないが、煤や炉内ダスト等の付着による放射率変化の可能性は排除できない。そこで、本実施形態に係る温度測定方法では、このような温度既知物体の放射率の経時変化に対して、以下に示す手段により対処することができる。
【０１９６】
手段１：放射率の経時変化の把握方法
一般に物体表面の放射率を測定するためには迷光の無い条件下でその物体の温度と輝度を測定する必要がある。よって、炉内に設置したままでは放射率の把握は困難である。しかし、炉の操業条件が一定ならば炉内の迷光量分布に変動は無く、温度既知物体からの放射輝度と炉の内壁からの放射輝度の関係は一定と考えられる。この現象を利用し、撮像装置の視野内の炉内壁輝度と温度既知物体輝度との差を長期的に記録し、同一温度条件での傾向管理を行なうことによって放射率の経時変化の有無を把握、管理することができる。例えば、炉内壁輝度と温度既知物体輝度との差の変化が、所定の閾値を超えた場合などに、温度既知物体の放射率が変化したと判断することができる。そして、放射率が変化した場合、温度測定精度を保つために、以下の手段２による対処を採ることができる。
【０１９７】
手段２：放射率の経時変化が生じた場合の対処方法
温度既知物体を新品に交換することが最良の手段である。交換することが不可能であり、かつ、上記手段１の傾向管理データから放射率の変化値が推定できる場合には、以下の方法によって補正してもよい。即ち、上述の特徴１の手段２で導出した迷光量Ｊを計算する以下の式１７（上記式５）において、標準の放射率εの代わりに経時変化後の放射率εｘを用いた式１８により、迷光量Ｊを計算する。
【０１９８】
【数１６】
…（式１７）
…（式１８）
【０１９９】
迷光量Ｊを計算した後は、上記特徴１の手順５項以降を、前述の計算手順に従って計算し、迷光補正後温度を算出する。この方法によって放射率の経時変化に対する補正計算を行なった例を図１４に示す。図１４に示すように、温度既知物体の放射率が、基準の放射率０．８６に対して経時的に上昇した場合、補正後の温度は低下していく。しかしながら、本実施形態に係る温度測定方法によれば、上記の特徴４を用いて計算することにより、正しい温度９００℃の出力を得ることができる。
【０２００】
つまり、本実施形態に係る温度測定方法は、この特徴４を有することにより、温度既知物体の放射率の経時変化等による影響を低減させて、長期間の使用に対しても、温度測定精度を維持させることができる。
【０２０１】
経時変化後の放射率εｘ
なお、ここで使用した経時変化後の放射率εｘは、以下のように導き出すことができる。
上述の通り、手段１では、撮像装置の視野内の炉内壁輝度と温度既知物体輝度との差を長期的に記録する。この際、炉内において放射率の経時変化が比較的安定して変化がほとんど無いとみなされる部位、例えば長期間補修改修を行っていない炉壁の輝度と、温度既知物体輝度との差もあわせて記録する。以下、この部位を「比較部位」ともいう。なお、炉内壁が比較部位である場合、手段１で記録する炉内壁輝度を比較部位の輝度とすることができる。
【０２０２】
ここで比較部位の見掛けの輝度をＧｗとし、温度既知物体輝度をＧｔとする。つまり、比較部位輝度Ｇｗと温度既知物体輝度Ｇｔとの差ΔＧ（＝Ｇｔ−Ｇｗ）の変化を長期間記録することになる。なお、撮像装置が計測する「見掛けの輝度Ｇ」は、上記式８で表されるので、初期の温度既知物体（Ｇｔ１）、初期の比較部位（内壁等）（Ｇｗ１）、長期間経過後の温度既知物体（Ｇｔ２）、長期間経過後の比較部位（Ｇｗ２）の見掛け輝度は、それぞれ下記のようになる。
【０２０３】
【数１７】
…（式Ａ１）
【０２０４】
この式Ａ１中、Ｅｔは、温度既知物体の黒体輝度、Ｊｔは、温度既知物体の迷光量、εｗ、比較部位の放射率、Ｅｗは、比較部位の黒体輝度、Ｊｗは、比較部位の迷光量である。ここで、比較部位は、放射率の経時変化が比較的安定して変化がほとんど無いとみなされる部位であるため、比較部位の放射率は、期間経過前後においてεｗで一定となる。また、測定時の温度を一定とすることにより、既知物体の黒体輝度Ｅｔも、期間経過前後において変化しない。更に、炉内迷光条件が大きく代わることは少ないため、既知物体の迷光量Ｊｔ及び比較部位の迷光量Ｊｗも、期間経過前後において変化しない。
【０２０５】
この式Ａ１より、初期の輝度差ΔＧ１と、期間経過後の輝度差ΔＧ２とは、以下式Ａ２と式Ａ３とのようになる。
【０２０６】
【数１８】
…（式Ａ２）
…（式Ａ３）
【０２０７】
よって、輝度差ΔＧの経時変化量（ΔＧ２−ΔＧ１）は、下記式Ａ４のように計算できる。
【０２０８】
【数１９】
…（式Ａ４）
【０２０９】
この式Ａ４より、温度既知物体の放射率の変化量（εｘ−ε）は、見掛け輝度差の経時変化量（ΔＧ２−ΔＧ１）に比例することが判る。
【０２１０】
ここで、（εｘ−ε）と（ΔＧ２−ΔＧ１）との比例定数をＫ（＝Ｅｔ−Ｊｔ）とすると、この比例定数Ｋは、以下のように求めることができる。
【０２１１】
Ｅｔは、温度既知物体の黒体輝度であるため、既知の温度値から、上記式３により計算することができる。一方、Ｊｔは、温度既知物体の受ける迷光量であるため、上記式４と式５により、撮像装置の出力Ｌから算出することができる。従って、これらの測定及び計算を予め行うことにより、比例定数Ｋ（＝Ｅｔ−Ｊｔ）を求めることができる。また、式Ａ４は、下記式Ａ５のように計算できる。
【０２１２】
【数２０】
…（式Ａ５）
【０２１３】
よって、この式Ａ５に、算出した比例定数Ｋと、見掛け輝度差の経時変化量（ΔＧ２−ΔＧ１）とを代入することにより、経時変化後の温度既知物体の放射率εｘを求めることができる。なお、長期間経過後の比較計算は、比例定数Ｋを算出した炉内条件で行うので、ＥｔとＪｔは変わらないものとすることができ、予め算出した比例定数Ｋを、例えば温度既知物体を交換するまで使用することが可能である。
【０２１４】
なお、この経時変化後の温度既知物体の放射率εｘを計算は、炉内の状況（温度および迷光量）が同等の条件であるデータを用いて行われる必要がある。よって、測定して記録した長期間のデータのうちの既知温度計温度及び比較部位（炉壁内面等）の温度が初期とほぼ同等であり、かつ、炉の操業条件（炉内迷光条件）がほぼ同一である時間帯のデータを多数抽出し、その平均値を用いて、放射率εｘを計算することが望ましい。また、データの分散から統計的手法によって結果の確かさの検定を行うことも可能である。
【０２１５】
２−１−５．特徴５
特徴５：炉内の迷光量分布等から規定される温度既知物体の位置
【０２１６】
この特徴５について説明すれば、以下の通りである。
上記の如く、本実施形態では、炉内ガス等による反射・吸収が起こらない波長を使用するなどにより、温度既知物体は鋼片の近傍に配置される必要はないが、この波長においても、炉内の迷光は位置による分布がある。そこで、本実施形態に係る温度測定方法では、測定精度を更に高めるために、温度既知物体は、鋼片位置の迷光量と同等の迷光量となる位置に置く。迷光分布等による温度既知物体の位置の制約は、次の３つの条件によって規定される。
【０２１７】
条件１：炉内迷光分布上、鋼片の位置と迷光量がほぼ同一となる位置
条件２：鋼片の測定表面に対する角度が、鋼片の放射率が変化しない角度以上となる位置
条件３：鋼片との間に火炎を挟まない位置
【０２１８】
以下、それぞれの条件について述べる。
【０２１９】
条件１：炉内迷光分布上、鋼片の位置と迷光量がほぼ同一となる位置
炉の内壁に温度分布がある場合、炉内壁近傍では、近くの炉内壁の温度の影響を強く受けるため、迷光量が炉内の一般部分とは異なる場合がある。一部の炉内壁温度が異なる場合について、発明者らのデータに基づいて、迷光量を算出した結果を図１５に示す。炉内壁温度１２００℃に保持した炉において、一部の炉内壁を１１００℃としたときの迷光分布である。図１５の横軸は１１００℃の炉壁からの距離である。炉内壁より０．２５ｍ未満の領域における迷光量は、他の位置の迷光量と著しく異なる。そこで、本実施形態に係る温度測定方法では、温度既知物体を炉内壁から０．２５ｍ以上離れた位置に配置することにより、炉内壁の温度分布による炉内迷光分布による影響を低減して、温度測定精度を更に向上させることができる。
【０２２０】
条件２：鋼片の測定表面に対する角度が、鋼片の放射率が変化しない角度以上となる位置
一般的には、物質によっては、表面の放射率が、放射方向によって異なる場合がある。これは例えば化学工学便覧改訂３版の図２．８１に例示されている。一方、本実施形態に係る温度測定方法では、温度既知物体と鋼片とを撮像装置の同一視野内に置いて、輝度の比較によって補正計算を行なう。従って、鋼片の放射率が温度既知物体の放射率に対して変化しないよう、鋼片の測定表面に対する角度が、放射率が変化しない範囲の角度となる位置に、温度既知物体を配置して両者を撮像装置の視野内に収めなければならない。
【０２２１】
このような問題点に想到した発明者らは、鋼片（鋼材）を用い、種々の角度に温度既知物体を配置して、鋼片の温度測定を上述の方法で行い、誤差の大きさから、角度の限界を判定した。その結果、図１６に示す如く、この角度は、１３度以上にすることが必要であるとの結論が得られた。
【０２２２】
そこで、本実施形態に係る温度測定方法では、鋼片の測定表面に対する角度が１３度超過となる位置に、温度既知物体を配置することにより、鋼片の放射率の変化による温度測定への影響を低減させて、温度測定精度を更に向上させることができる。
【０２２３】
条件３：鋼片との間に火炎を挟まない位置
本実施形態では、燃焼ガス中の熱放射ガスである二酸化炭素と水蒸気の放射スペクトルを避けた単色光例えば波長１μｍの放射を計測するので、全波長放射測定型の温度計に較べて、火炎の影響は受けにくい。しかし、火炎には熱放射性のフリーラジカル等が含まれるので、鋼片との間に火炎が介在すると迷光補正誤差が生ずる可能性がある。そこで、本実施形態に係る温度測定方法では、鋼片と温度既知物体及び撮像装置との間に火炎を挟まない位置関係を保持することにより、火炎による影響を低減させる。この位置関係は、本技術を適用する炉の鋼片と火炎との位置関係により規定される。具体的には、図１７に示すように、被測定点（鋼片）から火炎の端までの水平距離をＸ１、被測定点から火炎下端までの高さをＹ１、被測定点から温度既知物体までの水平距離をＸ０、高さをＹ０とするとき、温度既知物体の位置は、下記式１９を満たすように設定される。
【０２２４】
【数２１】
…（式１９）
【０２２５】
以上、条件１〜３を総合し、炉内の迷光分布等によって規定される、温度既知物体の位置は、下記の様に示される。
【０２２６】
つまり、この位置は、
条件１：炉の内壁からの距離が０．２５ｍ以上であり、
条件２：被測定点と温度既知物体とのなす角度が、被測定点の表面に対して１３度以上であり、
条件３：被測定点から火炎の端までの水平距離をＸ１、被測定点から火炎までの高さをＹ１、被測定点から温度既知物体までの水平距離をＸ０、高さをＹ０とするとき上記式１９を満たすように設定される。
【０２２７】
この温度既知物体の位置を例示すれば、図１７の斜線範囲である。本実施形態に係る温度測定方法は、この範囲内に温度既知物体を配置することにより、鋼片の温度測定精度を更に向上させることができる。
【０２２８】
以上、本発明の第１実施形態で使用される温度測定方法について説明した。
次に、このような方法を実際に実行する本実施形態に係る温度測定装置例について説明する。
【０２２９】
２−３．第１実施形態で使用される温度測定装置例
図１７に示すように、温度測定装置１００は、加熱炉１内に配置された鋼片Ｆの温度を測定する。図１７では、加熱炉１として、バーナ２（リジェネバーナ、サイドバーナ、ルーフバーナ、軸流バーナ等の様々なバーナの例。）によって加熱を行う炉を例示しているが、本実施形態に係る温度測定装置１００を適用可能な加熱炉１は、この例に限定されるものではない。なお、上記本発明の第１実施形態に温度測定装置１００を使用する場合、撮像装置１１０及び温度既知物体１２０は、炉側壁又は炉天井から挿入等することが望ましい。つまり、この場合、図１７に示す横方向が炉幅方向に相当することになる。
【０２３０】
温度測定装置１００は、図１７に示すように、撮像装置１１０と、温度既知物体１２０と、演算部１３０と、表示部１４１と、記憶部１４２とを有する。
【０２３１】
撮像装置１１０は、輝度計測部の一例であって、鋼片Ｆと温度既知物体１２０とを同一視野内に収めて撮像することが可能なように配置される。図１７では、撮像装置１１０が加熱炉１内に挿入された場合を示しているが、この場合、撮像装置１１０は、耐熱構造を有する。また、撮像装置１１０は、加熱炉１内部を撮像可能であればよいので、例えば、加熱炉１に耐熱ガラスなどにより窓を設けて、撮像装置１１０を加熱炉１の外部に配置することももちろん可能である。
【０２３２】
また、撮像装置１１０は、例えば、上記特徴１を満たすように、所定の波長の輝度を撮像可能なように波長選択フィルタ等（図示せず）を有する。この波長選択フィルタは、波長選択部の一例であって、所定の波長の光を透過する。この波長選択部としては、波長選択フィルタに限定されるものではない。例えば、撮像装置１１０が、撮像可能な全波長帯域（又は所定の波長帯域）の輝度を撮像し、画像解析部１３１が、所定の波長の光のみを抽出することも可能である。この場合、画像解析部１３１が波長選択部を兼ねることになる。また、撮像装置１１０の撮像素子として、所定の波長の単色輝度のみを撮像するような素子を使用することも可能である。この場合、撮像装置１１０が波長選択部を兼ねることになる。
【０２３３】
このような撮像装置１１０としては、例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）、ＣＭＯＳ（相補性金属酸化膜半導体）などのイメージセンサを使用したカメラを使用することができが、例えば、ＩＰ（イメージングプレート）などのように、撮像画像中の輝度値を蓄積することが可能な構成であればどのような構成であってもよい。そして、このような撮像装置１１０からは、撮像画像中の各画素に受光された輝度値が、電気信号として出力される。
【０２３４】
一方、温度既知物体１２０は、上記特徴１、特徴２及び特徴５を満たす位置に配置され、例えば、保護管と、その保護管内部に挿入された温度計とを有する。保護管としては、例えば、上記特徴３で規定した放射率を満たす材質で構成される。金属材が鋼片Ｆの場合、このような材質としては、例えば、アルミナ、アルミナ・シリカ系、シリコンカーバイド、石英等のセラミックス材料や、インコネル、ハステロイ、ステンレス等の金属材料が挙げられる。また、温度計としては、例えば、熱電対温度計や抵抗温度計などの接触式温度計を使用することができる。熱電対温度計としては、例えば、白金−白金ロジウム熱電対などが挙げられ、抵抗温度計としては、例えば、白金抵抗温度計などが挙げられる。しかしながら、これらの温度計は、加熱炉１の温度や測定したい温度帯域に併せて適宜変更される。この温度既知物体１２０の温度は、演算部１３０（迷光計算部２２）に出力される。
【０２３５】
演算部１３０は、撮像装置１１０による撮像画像を解析して、鋼片Ｆの単色輝度から、鋼片Ｆの温度を算出する。その際、演算部１３０は、この温度を上述の通り迷光補正する。そのために、演算部１３０は、図１７に示すように、画像解析部１３１と、迷光算出部１３２と、迷光補正部１３３と、温度算出部１３４と、放射率変更部１３５と、記憶部１３６とを有する。
【０２３６】
画像解析部１３１は、撮像装置１１０が撮像した撮像画像（単波長の輝度値を含む画像）を解析し、温度既知物体１２０の輝度値に相当する出力値と、鋼片Ｆの輝度値に相当する出力値とを算出する。そして、画像解析部１３１は、それぞれ温度既知物体１２０に対する出力値を、迷光算出部１３２に出力し、鋼片Ｆの輝度値に対する出力値を、迷光補正部１３３に出力する。この際、画像解析部１３１は、温度既知物体１２０が上記特徴１及び特徴２を有する位置に配置されるため、複数の画素の平均値から温度既知物体１２０の輝度値に相当する出力値を算出することができ、同様に、鋼片Ｆに対しても平均値を使用することができる。従って、温度の算出精度誤差を低減することができる。
【０２３７】
迷光算出部１３２は、温度既知物体１２０の輝度値に相当する出力値に基づいて、上記特徴１の手順２〜手順４を実行し、迷光量Ｊを算出する。なお、手順１は、既に処理されており、上記式１及び式２等は、既に迷光算出部１３２に記録されており、迷光算出部１３２は、記録している式１及び式２を使用して、手順２〜手順４を実行する。
【０２３８】
迷光補正部１３３は、温度既知物体１２０の輝度値に相当する出力値と、迷光算出部１３２が算出した迷光量Ｊとに基づいて、上記特徴１の手順５及び手順６を実行して迷光補正し、鋼片Ｆの黒体輝度を算出する。
【０２３９】
温度算出部１３４は、迷光補正部１３３が算出した鋼片Ｆの黒体輝度に基づいて、上記特徴１の手順７を実行して、迷光補正した鋼片Ｆの温度を算出する。そして、この算出結果は、表示部１４１に表示されたり、記憶部１４２に記録される。なお、表示部１４１は、例えば、ブラウン管（ＣＲＴ：Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）・液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）・プラズマディスプレイ（ＰＤＰ：Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）・電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ：Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）・有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ（有機ＥＬ、ＯＥＬＤ：Ｏｒｇａｎｉｃ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ Ｄｉｓｐｌａｙ）・ビデオプロジェクタなどが使用可能である。
【０２４０】
一方、画像解析部１３１は、更に加熱炉１の炉内壁の輝度に相当する出力値を抽出して、放射率変更部１３５に出力する。そして、放射率変更部１３５は、この出力値から、炉内壁輝度を算出し、炉内壁輝度と温度既知物体輝度との差を記憶部１３６に記録する。放射率変更部１３５及び記憶部１３６は、これらの情報を使用して上記特徴４を実行し、迷光算出部１３２が使用する温度既知物体１２０の放射輝度を適宜更新する。
【０２４１】
なお、演算部１３０は、例えば、汎用又は専用のコンピュータで構成されてもよい。そして、このコンピュータに上記各構成の機能を実現させるプログラムを実行させることにより、演算部１３０を構成することができる。なお、コンピュータは、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）・ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）・ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等の記録装置と、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）・インターネット等のネットワークに接続された通信装置と、マウス・キーボード等の入力装置と、フレキシブルディスク等の磁気ディスク、各種のＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）・ＭＯ（Ｍａｇｎｅｔｏ Ｏｐｔｉｃａｌ）ディスク・ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）等の光ディスク、半導体メモリ等のリムーバブル記憶媒体等を読み書きするドライブと、モニタなどの表示装置・スピーカやヘッドホンなどの音声出力装置などの出力装置等と、を有してもよい。そして、このコンピュータは、記録装置・リムーバブル記憶媒体に記録されたプログラム、又はネットワークを介して取得したプログラムを実行することにより、演算部１３０の各構成の機能を実現することができる。
【０２４２】
２−４．第１実施形態で使用される温度測定装置による測定例
次に、本発明の第１実施形態に係る温度測定方法及び温度測定装置により、金属材として、燃焼炉（加熱炉１の一例）内に配置された鋼片Ｆ表面温度を測定した例を示す。ここで使用した燃焼炉は、長さ８ｍ（上記加熱炉１の場合の炉幅方向に相当）、幅２ｍ、高さ２ｍであり、ＬＮＧ（Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ）により鋼片Ｆを加熱する。鋼片Ｆは、およそ５ｍ、厚み５０ｍｍである。撮像装置１１０は、画素３８万個のＣＣＤカメラを用いた。ＣＣＤカメラは波長フィルター機能を有しており、この波長フィルター機能により、波長１．０±０．２μｍの単波長の放射光を測定した。なお、この際、波長フィルター機能は、±０．２μｍ程度の幅を有しているため、撮像装置１１０は、実際には波長０．８〜１．２μの放射光のみを計測することになるが、この程度の幅の波長は、実用上及び工業上、単波長とみなすことができる。従って、撮像装置１１０は、厳密な単波長光を撮像する必要はなく、工業的に単波長とみなせる程度の波長の光を撮像すればよい。
【０２４３】
放射温度計検定業者に依頼して温度計検定用黒体炉の温度とＣＣＤカメラの出力値との関係を検定した。検定温度範囲は９００℃から１２５０℃である。得られた検定データを用いて、最小自乗法による当てはめ計算を行ない、上記迷光補正計算手順の中の撮像装置１１０の特性式２０（上記式２）の具体的な形として、下記式２１を得た。
【０２４４】
【数２２】
…（式２０）
…（式２１）
【０２４５】
ここで、ＧはＣＣＤカメラのゲイン設定値、ＳＳはシャッター速度設定値、ＬはＣＣＤカメラの出力であり、また、Ｅは黒体炉の温度に対応する輝度であって、検定を行なった温度、９００℃、１０００℃、１１００℃、１２００℃、１２５０℃のそれぞれについて、上記で説明したＰｌａｎｃｋの式で計算される値である。具体的な計算方法としては、Ｅを従属変数とし、Ｇ、ＳＳ、及びＬを独立変数として非線形最小自乗法によって、式の中の５個の係数を決定した。この特性式は、本実施例で用いたＣＣＤカメラに特有のものであり、ＣＣＤカメラの機種が異なる場合や、ＣＣＤカメラ以外の撮像装置１１０を用いる場合には、個別に作成しなければならない。
【０２４６】
ＣＣＤカメラは、図１８に示すように、炉の側壁に開口した測定口から斜め下方に向けて挿入した。鋼片Ｆの最も遠方の測定点（位置１）からカメラまでの水平距離は６ｍ、鋼片Ｆの置かれた水平面からＣＣＤカメラまでの高さは１．６ｍである。これは、ＣＣＤカメラの先端と、鋼片Ｆの最も遠方の測定点（位置１）を結ぶ線上に火炎が入らない位置関係になっている。ＣＣＤカメラの中心線は、鋼片Ｆの中央（位置２）に向けてあり、具体的には伏角２１度である。この伏角は、鋼片Ｆ表面全体即ち位置１から位置３までをカメラの視野におさめるために選択したものであり、炉の形と鋼材が置かれる位置を考慮して適宜決定すればよい。このように鋼片Ｆ表面全体を視野内におさめることにより、温度測定装置１００は、鋼片Ｆの表面全体の温度分布を測定することが可能である。
【０２４７】
温度既知物体１２０は、保護管付き熱電対を用い、外径は１７ｍｍである。この保護管付き熱電対は、ＣＣＤカメラ先端から０．２ｍ下の位置に水平に挿入し、炉壁の内面から炉内側に０．３ｍ突き出して、先端部分がＣＣＤカメラの視野内に入っている。ＣＣＤカメラの視野内に入る位置関係であれば、必ずしも水平に挿入する必要はなく、炉の構造によっては天井に開口して垂直に挿入する方が強度面で有利な場合もある。この熱電対は温度既知物体として働くものであるので、外側を覆う保護管は放射率が、既知のものでなければならない。本実施例では放射率０．８５のアルミナ・シリカ系セラミック保護管を用いた。
【０２４８】
この実施例では、鋼片Ｆの放射率は０．８６であったので、上記熱電対保護管の放射率とほぼ同一であるが、上記特徴３を満たす範囲内であれば、放射率が異なっていてもよい。熱電対の種類は、ＪＩＳＢ型熱電対を使用した。熱電対の種類は使用する温度によって適宜選択すればよい。また、熱電対でなく他の温度センサー、例えば白金抵抗温度計等を使用してもよい。
【０２４９】
ＣＣＤカメラの視野角は左右６０度上下４５度と十分に大きく、鋼片Ｆ以外に炉の内壁面をも視野内に納めている。炉の内壁面の輝度と熱電対保護管表面の輝度とは熱電対に接続された記憶部１３６によって長期間保存され、その差の傾向管理を行なって熱電対保護管の放射率の経年変化を把握し、変化が生じた場合は、輝度の差が等しくなるよう、迷光計算に用いる温度既知物体放射率を補正する。この補正にあたっては、保存されたデータのうち、炉内温度がある一定温度（この実施例においては１１９０℃〜１２１０℃の範囲）であり、かつ、温度既知物体の温度がある一定温度（この実施例においては１１７０℃から１１９０℃）の範囲のデータのみを抽出することにより、炉内の熱放射条件が相等な条件で行った。
【０２５０】
温度既知物体のＣＣＤカメラでの輝度測定範囲は、表面約１０ｍｍ径の円形部分であり、画素数約２００個の平均値を計測した。鋼片Ｆの温度は、９００℃から１２５０℃までの範囲である。図１８に示された位置１、位置２、位置３の３点を計測した。位置１はＣＣＤカメラから水平距離で約６ｍ、位置２は約４ｍ、位置３は約２ｍ離れた位置である。
【０２５１】
上記本実施形態に係る温度測定方法によって迷光補正計算を行い、鋼片Ｆの各位置に埋め込んだ熱電対温度計によって計測した温度と比較した結果を図１９に示す。図１９中、縦軸は、本実施形態に係る温度測定方法により迷光補正計算を行った計測温度であり、横軸は、埋め込み熱電対実測温度である。また、図１９中の実線は、本方法による計測温度（迷光補正後）と、埋め込み熱電対実測温度が一致している線（横軸＝縦軸）を表す。図１９に示すように、各位置１〜３における測定点は、実線上に位置しており、埋め込み熱電対実測温度と、本方法による計測温度（迷光補正後）が良好な一致を示した。従って、本実施形態に係る温度測定方法が精度よく鋼片Ｆの温度を測定することが可能であることが判る。なお、本実施形態に係る温度測定方法は、更に、この位置１〜３のように、鋼片Ｆの撮像画像中の各個所について温度を測定することにより、鋼片Ｆの表面温度分布を非常に精度良く測定することが可能である。
【０２５２】
２−５．第１実施形態で使用される温度測定装置等による効果の例
最後に、本発明の第１実施形態で使用される温度測定方法等による効果が判りやすいように、上記特許文献２〜４に対する有利な効果の例を説明する。ただし、ここで説明する効果は、あくまで一例であって、本実施形態に係る温度測定方法等による効果を限定するものではないことは言うまでもない。
【０２５３】
２−５−１．特許文献２
上記特許文献２に記載の温度測定方法では、温度測定物体の表面に遮蔽板を設けて炉内迷光を遮断する。そして、遮蔽板は、水冷して遮蔽板自体からの熱放射を防いでいる。遮蔽板の発する放射による誤差は、遮蔽板の温度Ｔ２を実測し、見掛け放射エネルギーＧ１から下記の式２２により補正後真温度Ｔ１を得る。なお、Ｅb（Ｔ）は温度Ｔにおける放射エネルギを表す。
【０２５４】
【数２３】
…（式２２）
【０２５５】
この特許文献２では、鋼片の近くに遮蔽板を置く必要がある。しかし、鋼片が移動する場合、例えばウォーキングビーム式加熱炉等では、鋼片の動きによって遮蔽板が破損する恐れがある。鋼片の移動に応じて遮蔽板が移動する機構を設ければ測定システム自体が複雑になる。また、遮光板で迷光を完全に遮断することは困難であり、迷光の経路によっては、精度が低下してしまう可能性がある。
【０２５６】
一方、本実施形態に記載の温度測定方法等では、鋼片の近くに構造物を置く必要性がない。従って、本実施形態に記載の温度測定方法等は、上記特許文献２に対して、遮蔽板、その水冷装置、複雑な測定システムなどを使用する必要が無く、簡単な装置構成により温度を測定することができる。また、この温度測定方法等では、迷光量を算出して、迷光補正を行うため、遮光板で遮断しきれないような迷光の影響も低減させることができ、高精度の温度測定が可能である。
【０２５７】
２−５−２．特許文献３
特許文献３に記載の温度測定方法では、炉壁の実測温度Ｔｗと炉壁実効温度Ｔｗ’を用い、輝度Ｌを表す下記の式によって放射温度計の見掛け温度Ｓから補正した表面温度Ｔを得る。
【０２５８】
【数２４】
…（式２３）
【０２５９】
この際、上記の炉壁実効温度Ｔｗ’は、炉壁に２ヶ所以上設置した温度計の実測温度Ｔｗ１，Ｔｗ２，…Ｔｗｎの輝度の一次式２４により算出する。
【０２６０】
【数２５】
…（式２４）
【０２６１】
この一次式の係数ａ１，ａ２，…ａｎは実験等によりあらかじめ炉体形状及び鋼材の寸法に適合した値に設定しておく。
【０２６２】
この特許文献３では、炉内における迷光の光源は、主に火炎と炉壁である。しかしながら、この特許文献３では、炉壁からの迷光の影響はある程度補正できるが、火炎からの放射エネルギーが変化した場合の補正が困難である。火炎を用いない加熱炉や火炎の温度や大きさが常に一定の加熱炉ならば火炎から発する迷光は、係数ａ１，ａ２，…ａｎに一定値として含まれるが、火炎が変動すれば、この係数ａ１，ａ２，…ａｎは変わるものと考えられる。一般に、加熱炉では被熱物の量及び到達温度に応じて温度を適正に制御するために燃焼装置の燃焼量を適宜調節するので火炎状態は時間と共に変化する。これに対して、特許文献２では、火炎の変化に応じた補正手段は示されていない。従って、この特許文献３を火炎を用いる加熱炉に適用することは困難である。
【０２６３】
一方、本実施形態に記載の温度測定方法等では、炉壁から発する迷光と火炎から発する迷光がいずれも温度既知物体に照射されるように、温度既知物体を炉内空間に配置する。また、火炎と鋼片及び温度既知物体との位置関係を上記特徴５に示すように規定する。従って、本実施形態に記載の温度測定方法等では、火炎の放射エネルギーの変動に対しても適正な補正を行うことが可能である。
【０２６４】
２−５−３．特許文献４
特許文献４については、上記関連技術で説明した通りであり、上記の説明において詳しく本発明の第１実施形態による効果等を説明したが、本発明の第１実施形態に係る温度測定装置は、更に、温度既知物体を鋼片から離れたカメラの近傍に設置し、炉内ガスによる吸収及び放射が起こらない波長の単色輝度を撮像する等によって、上記特許文献２で説明した鋼片の移動による種々の障害を回避するとともに、通常小さな物体である温度既知物体の画角を大きくして十分な画素数を得、かつ、迷光補正精度を高めることが可能である。
【０２６５】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【０２６６】
例えば、上記実施形態では、図４に示すように炉幅方向には１の温度測定装置１００が配置される場合について説明した。しかしながら、温度測定装置１００を炉幅方向に併設して鋼片Ｆの下面全域の温度分布を測定し、その測定結果からスキッドマーク量ΔＴを求めることも可能である。また、この際、鋼片Ｆの長手方向にわたる複数のスキッドマーク部ＳＭのスキッドマーク量ΔＴを算出し、その複数のスキッドマーク量ΔＴに基づいて、抽出可否判定及び加熱調整を行うことも可能である。この場合、抽出可否判定や加熱調整の、鋼片Ｆの長手方向における精度を更に向上させることが可能である。
【０２６７】
また、上記実施形態では、スキッドマーク加熱装置５として炉床から挿入された局部加熱バーナやルーフバーナを使用する場合について説明した。しかしながら、スキッドマーク加熱装置５は、これらのバーナに特に限定されるものではない。例えば、各スキッドに配置された局部加熱装置やスキッド自身を加熱する加熱装置を使用することも可能である。
【０２６８】
また、上記実施形態では、炉制御部１６が、スキッドマーク量予測部１４で予測された抽出時スキッドマーク量ΔＴに基づいて、加熱調整を行う場合について説明した。しかしながら、炉制御部１６は、例えば、温度予測を行わずに実測されたスキッドマーク量ΔＴに基づいて、加熱調整を行うことも可能である。この場合、炉制御部１６は、スキッドマーク量記憶部１３に記録された各温度測定装置１００に対応したスキッドマーク量ΔＴを取得し、そのスキッドマーク量ΔＴの値に応じて、適宜、搬送速度・炉温・スキッドマーク部ＳＭへの局部加熱等を制御することが可能である。なお、この場合、スキッドマーク量予測部１４及び判定部１５は必ずしも必要ではない。
【０２６９】
なお、上記実施形態では、本発明の第１実施形態に係る温度測定方法等の特徴が判り易いように、特徴１〜特徴５と区分して説明した。しかしながら、この特徴１〜特徴５は、本発明の第１実施形態の特徴を限定するものではなく、本発明の第１実施形態の特徴は、各特徴１〜特徴５で詳細に説明した中に記載された各特徴をも含むことは言うまでもない。
【０２７０】
尚、本明細書において、フローチャートに記述されたステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的に又は個別的に実行される処理をも含む。また時系列的に処理されるステップでも、場合によっては適宜順序を変更することが可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【０２７１】
１ 加熱炉
２ バーナ
３，３Ａ，３Ｂ スキッドビーム
４，４Ａ，４Ｂ スキッドポスト
５ スキッドマーク加熱装置
１０ 加熱制御部
１１ 位置決定部
１２ スキッドマーク量算出部
１３ スキッドマーク量記憶部
１４ スキッドマーク量予測部
１５ 判定部
１６ 炉制御部
１００ 温度測定装置
１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ 温度測定装置
１１０ 撮像装置
１２０ 温度既知物体
１３０ 演算部
１３１ 画像解析部
１３２ 迷光算出部
１３３ 迷光補正部
１３４ 温度算出部
１３５ 放射率変更部
１３６ 記憶部
１４１ 表示部
１４２ 記憶部
１５０ カバー
１６１ 搬送速度制御部
１６２ 炉温制御部
１６３ ＳＭ加熱制御部
Ｆ 鋼片
ＩＮ 装入口
ＯＵＴ 抽出口
Ａｒ 測温領域
Ｐ１ 第１位置
Ｐ２ 第２位置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炉内の金属材を複数のスキッドによって支持して炉長方向に搬送しつつ、該金属材を加熱する加熱炉及び加熱方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な金属材の加工に際して、加熱炉が使用されている。例えば、鉄鋼業の分野だけでも、連続鋼片加熱炉などの様々な加熱炉が使用されている。連続鋼片加熱炉における加熱は、それに続く鋼材の圧延機において、例えば、材質、表面品位、幅・厚み等の寸法精度などのような、製品に要求される特性を作り込む温度を確保するために行われる。従って、加熱炉で適切な温度に鋼片を加熱することが非常に重要である。
【０００３】
例えば、熱延鋼帯を製造する連続熱延工場の場合など、様々な分野で金属材を連続的に加熱するために、例えばウォーキングビーム式などのように複数のスキッドと言われるレール部材を使用して金属材を搬送する加熱炉が使用されている。このような加熱炉では、複数のスキッドにより、金属材を炉長手方向に搬送する。このスキッドは、炉長方向に延長形成されて炉床に固定された固定スキッドと、固定スキッドの間で同じ方向に延長形成されて上下及び前後に移動可能な可動スキッドと、を有する。そして、可動スキッドが、上下動と共に前後に移動して、金属材を搬送する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１４０２４６号公報
【特許文献２】特開６１−２９２５２８号公報
【特許文献３】特開６２−２２０８９号公報
【特許文献４】特開２００５−１３４１５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このようなウォーキングビーム式加熱炉等のスキッドを用いて金属材を搬送する加熱炉では、例えば、水冷されているスキッドに接する金属材の下面には、いわゆる「スキッドマーク」と呼ばれる温度低下部が発生する。また、一般に加熱炉において金属材を搬送する際には特に積載時間が長い固定スキッドに接する金属材下面のスキッドマークの温度低下量は大きくなる傾向にある。このスキッドマークは、冷却により低温となっているスキッドへの放射伝熱やスキッドと直接接触することで金属材が局部的に冷やされて生じるものであり、例えば、熱延鋼帯を製造する連続熱延工場の場合には、後続の圧延等において製品厚み精度の低下・強度や延びの不足に起因した割れが発生するなど、製品品質の低下をまねき、歩留まりを低下させてしまう。そこで、このようなスキッドマークを解消することに多大な努力が払われている。
【０００６】
例えば、特許文献１には、スキッドマークを加熱するスキッドマーク加熱装置が開示されている。このスキッドマーク加熱装置では、スキッドの先端方向に補助可燃ガスを供給して、スキッドマークを局所的に加熱する。
【０００７】
しかしながら、このような加熱装置を用いたとしても、どの程度加熱すれば、スキッドマークを解消できるのかは不明であることが多い。その結果、適切にスキッドマークを解消することができなかったり、加熱しすぎて部分的に高温な部位が発生してしまうこともある。
【０００８】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、複数のスキッドにより金属材を搬送する加熱炉において、金属材下面のスキッドマークの温度を、より正確に測定することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、炉内の金属材を複数のスキッドによって支持して炉長方向に搬送しつつ、該金属材を加熱する加熱炉であって、
上記複数のスキッドの間に少なくとも１以上配置され、上記金属材の下面の温度分布を測定する温度測定装置と、
上記温度測定装置が測定した温度分布から、上記金属材の上記スキッド間の位置における温度と、上記金属材の上記スキッドの対応した位置における温度との差であるスキッドマーク量を算出する温度算出部と、
を有し、
上記温度測定装置は、
炉内ガスによる吸収及び放射が起こらない波長を有する単色輝度により、少なくとも上記金属材の放射エネルギー分布を計測する輝度計測部と、
上記輝度計測部の測定範囲内で当該輝度計測部の近傍に配置され、上記加熱炉内の迷光を補正するための温度既知物体と、
上記輝度計測部が計測した上記金属材及び上記温度既知物体の単色輝度分布を迷光補正して、上記金属材の温度分布を求める演算部と、
を有することを特徴とする、加熱炉が提供される。
【００１０】
また、上記温度算出部が算出したスキッドマーク量に基づいて、上記金属材の搬送速度及び上記加熱炉内の炉温の少なくとも一方を制御する加熱炉制御部を更に有してもよい。
【００１１】
また、上記温度算出部が算出したスキッドマーク量に基づいて、上記金属材の上記スキッドの対応した位置であるスキッドマークを局所的に加熱するスキッドマーク加熱装置を更に有してもよい。
【００１２】
また、上記演算部は、
上記金属材の温度を求める際に、上記温度既知物体の放射エネルギーと、当該温度既知物体の温度とに基づいて、迷光量を算出する迷光算出部と、
上記迷光算出部が算出した上記迷光量と、上記金属材の放射エネルギー分布とに基づいて、当該金属材の温度分布を算出する温度算出部と、
を有してもよい。
【００１３】
また、上記輝度計測部は、上記金属材及び上記温度既知物体の放射エネルギーの単色輝度分布を所定の画素数の画像として撮像する撮像装置であり、
上記温度既知物体は、上記撮像装置が撮像する画像中を占める領域が２５画素以上となる位置に配置されてもよい。
【００１４】
また、上記温度既知物体は、上記撮像装置が撮像する画像中を占める領域が１００画素以上となる位置に配置されてもよい。
【００１５】
また、上記温度既知物体の放射率は、上記金属材の放射率に対して前後０．１の範囲内であってもよい。
【００１６】
また、上記輝度計測部は、上記加熱炉の炉内壁の放射エネルギーを更に計測し、
当該炉内壁と上記温度既知物体との放射エネルギーの差が記録される記憶部と、
上記記憶部に記録された上記放射エネルギーの差に基づいて、上記温度既知物体の放射率の経時変化の有無を把握する放射率変更部と、
を有してもよい。
【００１７】
また、上記放射率変更部は、上記温度既知物体の放射率の経時変化が生じた場合、経時変化後の放射率を算出し、
上記演算部は、当該経時変化後の放射率を使用して、上記迷光補正を行ってもよい。
【００１８】
また、上記温度既知物体は、以下の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）の条件のうち、少なくともいずれかを満たす位置に配置されてもよい。
（Ａ）炉内迷光分布上、上記金属材の位置と迷光量がほぼ同一となる距離だけ炉壁から離隔した位置
（Ｂ）上記金属材の測定表面に対する角度が、上記金属材の放射率が変化しない角度以上となる位置
（Ｃ）上記金属材との間に燃焼フレームを挟まない位置
【００１９】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、炉内の金属材を複数のスキッドによって支持して炉長方向に搬送しつつ、該金属材を加熱する加熱炉による加熱方法であって、
上記複数のスキッドの間に少なくとも１以上配置された温度測定装置により、上記金属材の下面の温度分布を測定する温度測定ステップと、
上記温度測定ステップで測定した温度分布から、上記金属材の上記スキッド間における最高温度と、上記金属材の上記スキッドの対応した位置における最低温度との差であるスキッドマーク量を算出する温度算出ステップと、
上記温度算出ステップで算出したスキッドマーク量に基づいて、上記金属材の搬送速度及び上記加熱炉内の炉温の少なくとも一方を制御する加熱制御ステップと、
を有し、
上記温温度測定ステップでは、
上記加熱炉内の迷光を補正するための温度既知物体を、輝度計測部の近傍に設置し、
上記輝度計測部を用いて、炉内ガスによる吸収及び放射が起こらない波長を有する単色輝度により、上記金属材及び上記温度既知物体の放射エネルギーを計測し、
計測した上記単色輝度を迷光補正して、上記金属材の温度分布を求めることを特徴とする、加熱方法が提供される。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように本発明によれば、複数のスキッドにより金属材を搬送する加熱炉において、金属材下面のスキッドマークの温度を、より正確に測定することとができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る加熱炉の構成について説明するための説明図である。
【図２】同実施形態に係る加熱炉の構成について説明するための説明図である。
【図３】同実施形態に係る加熱炉が有するスキッドマーク加熱装置について説明するための説明図である。
【図４】同実施形態に係る加熱炉が有する温度測定装置について説明するための説明図である。
【図５】同実施形態に係る加熱炉が有する温度測定装置について説明するための説明図である。
【図６】同実施形態に係る加熱炉が有する温度測定装置について説明するための説明図である。
【図７】同実施形態に係るスキッドマーク量算出部によるスキッドマーク量算出例について説明するための説明図である。
【図８】同実施形態に係る加熱炉によるスキッドマーク量予測及び判定例を説明するための説明図である。
【図９】同実施形態に係る加熱炉によるスキッドマーク量予測及び判定例を説明するための説明図である。
【図１０】同実施形態に係る加熱炉の動作について説明するための説明図である。
【図１１】同実施形態に用いる温度測定方法が有する特徴２について説明する説明図である。
【図１２】同実施形態に用いる温度測定方法が有する特徴３について説明する説明図である。
【図１３】同実施形態に用いる温度測定方法が有する特徴３について説明する説明図である。
【図１４】同実施形態に用いる温度測定方法が有する特徴４について説明する説明図である。
【図１５】同実施形態に用いる温度測定方法が有する特徴５の条件１について説明する説明図である。
【図１６】同実施形態に用いる温度測定方法が有する特徴５の条件２について説明する説明図である。
【図１７】同実施形態に用いる温度測定方法が有する特徴５について説明する説明図である。
【図１８】同実施形態に用いる温度測定方法の実施例について説明する説明図である。
【図１９】同実施形態に用いる温度測定方法の実施例について説明する説明図である。
【図２０】関連技術に係る温度測定方法について説明するための説明図である。
【図２１】関連技術に係る温度測定方法について説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２３】
なお、以下では、本発明の実施形態等について理解が容易になるように、まず、本発明の第１実施形態について、構成、動作及び効果の順で説明する。一方、本発明の第１実施形態に係る加熱炉は、例えばウォーキングビーム式加熱炉であり、更に、被加熱材である金属材表面の温度分布を測定することが可能な温度測定装置を有する。この温度測定装置では、金属材表面の温度分布を正確に測定可能な温度測定方法が使用される。この温度測定方法及び装置を使用することにより、本発明の第１実施形態に係る加熱炉は、その効果を奏することを可能にしている。従って、第１実施形態に係る加熱炉の構成等について説明した後に、この温度測定装置等について詳しく説明する。なお、以下では説明の便宜上、ウォーキングビーム式加熱炉を例に挙げて説明するが、本発明の第１実施形態に係る加熱炉は、この例に限られるものではなく、様々な加熱炉であってもよい。
【００２４】
つまり、以下では、本発明の各実施形態の理解が容易になるように、次の順序で説明する。
１．第１実施形態
１−１．第１実施形態に係る加熱炉の構成
１−２．第１実施形態に係る加熱炉の動作
１−３．第１実施形態による効果の例等
２．第１実施形態で使用される温度測定方法及び装置
【００２５】
また、以下では、説明の便宜上、加熱炉としてウォーキングビーム式の「連続鋼片加熱炉」を例に挙げて説明する。そして、被加熱材である金属材として「鋼片（鋼材ともいう。）」を例に挙げて説明する。しかし、本発明の各実施形態に係る加熱炉は、上記連続鋼片加熱炉に限られるものではなく、更に言えば鉄鋼業に限定されるものでもない。つまり、金属材は、加熱処理が必要な様々な金属材であってもよい。また、加熱炉自体も、搬送装置としてウォーキングビーム式を使用したものに限られるものではなく、複数のスキッドで金属材を支持しつつ搬送するような搬送機構を備え、かつ、その金属材の加熱に通常使用される様々なものであってもよい。
【００２６】
１−１．第１実施形態に係る加熱炉の構成
図１及び図２は、本発明の第１実施形態に係る加熱炉の構成について説明するための説明図である。なお、図２は、図１における加熱炉１をＡ−Ａ線で切断した断面図を示している。
【００２７】
図１に示すように、本実施形態に係る加熱炉１は、実際に鋼片Ｆを加熱するための構成と、その加熱するための構成による加熱を制御するための構成とを有する。そこで、まず、実際に鋼片Ｆを加熱するための構成について説明し、その後、その構成による加熱を制御するための構成について説明する。
【００２８】
１−１−１．実際に鋼片を加熱するための構成
加熱炉１は、実際に鋼片Ｆを加熱するための構成として、図１に示すように、バーナ２と、搬送装置としてのウォーキングビームと、スキッドマーク加熱装置５と、を有する。
【００２９】
加熱炉１は、図１に示すように、炉長方向（ｘ軸方向、搬送方向ともいう。）に、金属材の一例である鋼片Ｆを搬送しつつその鋼片Ｆを加熱する。つまり、図１に示す鋼片Ｆは、図２に示すように炉幅方向（ｙ軸方向ともいう。）が長手方向となるように、加熱炉１の一側（装入側、ｘ軸負の方向側ともいう。）端部の炉壁に設けられた装入口ＩＮから装入される。そして、鋼片Ｆは、搬送装置により、加熱炉１の他側（抽出側、ｘ軸正の方向側ともいう。）端部の炉壁に設けられた抽出口ＯＵＴから抽出される。
【００３０】
搬送装置としては、ウォーキングビームが使用される。
ウォーキングビーム式の搬送装置は、図１に示すように、炉長方向と同程度の長さを有するスキッドビーム３が、複数のスキッドポスト４に支持されており、そのスキッドビーム３上に鋼片Ｆが載置される。このスキッドビーム３とスキッドポスト４との組み合わせをスキッドともいう。このスキッドは、図２に示すように、炉幅方向に複数配置される。
【００３１】
スキッドは、可動式スキッドと、固定式スキッドとに分類され、可動式スキッドと、固定式スキッドとが、図２に示すように交互に配置される。各スキッドのスキッドビーム３及びスキッドポスト４を、可動式スキッドのものであればスキッドビーム３Ａ及びスキッドポスト４Ａと呼び、固定式スキッドのものであればスキッドビーム３Ｂ及びスキッドポスト４Ｂと呼ぶことにする。
【００３２】
そして、可動式スキッドが炉高方向（ｚ軸方向ともいう。）で上下動しつつ、炉長方向（ｘ軸方向）で前後動する。その結果、鋼片Ｆは、可動式スキッドのスキッドビーム３Ａに支持された状態から、可動式スキッドが前方に移動するとともに前方に搬送される。その後、鋼片Ｆは、可動式スキッドが下方に移動すると、今度は固定式スキッドのスキッドビーム３Ｂに支持される。そして、可動式スキッドが前方に移動した分、後方に移動した後、上昇し、再度鋼片Ｆを支持する。この可動式スキッドの動作が繰り返されることにより、鋼片Ｆは、順次炉長方向へと搬送される。
【００３３】
この可動式スキッドの上下動は、上位の制御装置（図示せず）又は後述する加熱制御部１０の搬送速度制御部１６１により制御され、主として加熱スケジュール等にあわせて行われる。
【００３４】
一方、加熱炉１には、複数のバーナ２が配置されている。そして、このバーナ２が炊かれる結果、鋼片Ｆは、搬送装置に搬送されている間、つまり、在炉中、バーナ２から噴出されるフレーム（火炎）により加熱されることとなる。
【００３５】
なお、図１及び図２に示す加熱炉１では、鋼片Ｆの搬送位置の上下において、図２に示すように炉幅方向の両炉壁に対向配置されて対をなしつつ炉幅方向にフレームを形成する「サイドバーナ」が使用される。しかし、このバーナ２の配置位置は、特に限定されるものではなく、例えば、炉天井や炉床に配置され、搬送方向にフレームを形成するいわゆる「軸流バーナ」であってもよい。また、バーナ２の種類も特に限定されるものではなく、例えば、気体燃料バーナ、液体燃料バーナ、リジェネレイティブ（Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅ）バーナなど、様々なバーナを使用することが可能である。
【００３６】
この複数のバーナ２の燃焼流量等は、上位の制御装置（図示せず）又は後述する加熱制御部１０の炉温制御部１６２により制御され、主として加熱スケジュール等にあわせて調整される。
【００３７】
一方、本実施形態に係る加熱炉１は、上述の通り、搬送装置としてウォーキングビームを有し、そのウォーキングビームの可動式スキッドが上下動することにより、鋼片Ｆを搬送する。この鋼片Ｆが搬送される際、図２に示す通り、可動式スキッドのスキッドビーム３Ａ又は固定式スキッドのスキッドビーム３Ｂは、鋼片Ｆの下面に接する一方、このスキッドビーム３は、耐熱性を確保するために水冷などにより冷却されている場合が多い。その結果、鋼片Ｆの下面においてスキッドビーム３が接する位置（「スキッドマーク部ＳＭ」とも言う。）の温度は、他の部位に比べて低下することになる。このスキッドマーク部ＳＭにおける温度低下量を「スキッドマーク量ΔＴ」とも言う。このスキッドマーク量ΔＴが大きい場合には、スキッドマーク部ＳＭの変形抵抗が大きくなるため、後続の圧延等において製品厚み精度の低下・強度や延びの不足に起因した割れが発生するなど、製品品質の低下をまねき、歩留まりを低下させてしまう。
【００３８】
加熱炉１は、上述の通り、上位の制御装置又は加熱制御部１０等により、主として、搬送装置による鋼片Ｆの搬送速度、及び、各バーナ２の燃焼量などが調整されて、鋼片Ｆの加熱状態が制御される。そこで本実施形態に係る加熱炉１は、後述する炉制御部１６等によりこの搬送速度や燃焼量を調整することにより、スキッドマーク量ΔＴを低減させることができる。このような加熱状態の制御を行うだけでなく、本実施形態に係る加熱炉１は、スキッドマーク量ΔＴを低減させるために、補助的な加熱を行うスキッドマーク加熱装置５を有する。
【００３９】
このスキッドマーク加熱装置５について図２及び図３を参照しつつ説明する。
図３は、本実施形態に係る加熱炉が有するスキッドマーク加熱装置について説明するための説明図である。なお、図３は、図１における加熱炉１をＢ−Ｂ線で切断した断面図を示している。
【００４０】
スキッドマーク加熱装置５は、搬送方向についてみれば、図１に示すように、後述する１以上の温度測定装置１００（望ましくは２以上の温度測定装置１００Ａ〜１００Ｃ）よりも抽出側に配置される。一方、スキッドマーク加熱装置５は、炉幅方向についてみれば、図３に示すように、鋼片Ｆのスキッドビーム３Ｂ（スキッドビーム３Ａでもよい。）に対応した位置のスキッドマーク部ＳＭを局所的に加熱可能に配置される。そして、このスキッドマーク加熱装置５は、フレーム（火炎）をスキッドマーク部ＳＭに対して発生させることにより、スキッドマーク部ＳＭを局所的に加熱する。
【００４１】
なお、図３では、スキッドマーク加熱装置５が、固定式スキッドのスキッドビーム３Ｂに対応したスキッドマーク部ＳＭを加熱する場合を例示している。これは、一般的に、鋼片Ｆは、可動式スキッドにより支持されている時間よりも、固定式スキッドにより支持されている時間が長く、その結果、固定式スキッドに対応するスキッドマーク部ＳＭのスキッドマーク量ΔＴの方が、可動式スキッドのものよりも大きくなるためである。ただし、スキッドマーク加熱装置５は、可動式スキッドのスキッドマーク部ＳＭを加熱するように配置されてよく、又は、可動式スキッド及び固定式スキッドの両方のスキッドマーク部ＳＭを加熱するように配置されてもよいことは、言うまでもない。
【００４２】
また、本実施形態では、スキッドマーク加熱装置５として、炉床から挿入された補助的な局部加熱バーナを使用する。ただし、このバーナの種類も特に限定されるものではなく、例えば、炉天井から挿入され、スキッドマーク部ＳＭに対応した鋼片Ｆの上面を加熱するルーフバーナや特許文献１に記載の加熱装置等を使用することも可能である。ルーフバーナを使用する場合、このルーフバーナでスキッドマーク部ＳＭの上面側を局部加熱することで、鋼片Ｆ内部の伝導伝熱で下面のスキッドマーク部ＳＭの温度を上昇させて、スキッドマーク量ΔＴを低減させることが可能である。
【００４３】
更に、本実施形態では、炉幅方向で３個のバーナのセットが、炉長方向で２セット配置される。しかしながら、このバーナの数も特に限定されるものではなく、適宜設定可能である。
【００４４】
このスキッドマーク加熱装置５は、後述する加熱制御部１０のＳＭ加熱制御部１６３により制御される。この際、ＳＭ加熱制御部１６３は、少なくとも１以上のスキッドマーク加熱装置５の燃焼量を、後述するスキッドマーク量算出部１２が算出したスキッドマーク量ΔＴに基づいて制御する。ＳＭ加熱制御部１６３によるスキッドマーク加熱装置５の燃焼制御については、詳しく後述する。
【００４５】
１−１−２．実際に鋼片を加熱するための構成
一方、加熱炉１は、加熱を制御するための構成として、図１に示すように、温度測定装置１００と、加熱制御部１０と、を有する。
【００４６】
温度測定装置１００は、鋼片Ｆの搬送方向、つまり炉長方向に沿った複数個所にそれぞれ配置される。そして、温度測定装置１００は、配置された個所を通過する鋼片Ｆの表面の温度分布を測定する。
【００４７】
図１には、搬送方向に沿った５個所のそれぞれに、温度測定装置１００が配置されている場合を例示している。ここでは、各温度測定装置１００を区別するために、各個所に配置された温度測定装置１００をそれぞれ温度測定装置１００Ａ〜１００Ｅとも呼ぶ。そして、温度測定装置１００と言う場合、任意の温度測定装置１００Ａ〜１００Ｅを示すものとする。
【００４８】
温度測定装置１００の配置個数は、特に限定されるものではないが、少なくとも１以上配置される。そして、温度測定装置１００の配置位置も、特に限定されるものではないが、各温度測定装置１００は、鋼片Ｆの下面の温度分布を測定するように配置される。
【００４９】
また、温度測定装置１００の詳しい構成等については後述するが、この温度測定装置１００は、放射測温を行い、かつ、鋼片Ｆの表面の温度分布を正確に測定する。そのために、鋼片Ｆの下面からの放射光が撮像可能な位置に温度測定装置１００の撮像装置１１０及び温度既知物体１２０等が配置される。
【００５０】
１つ１つの温度測定装置１００の配置位置についてより具体的に図４〜図６を参照しつつ説明する。図４〜図６は、本実施形態に係る加熱炉が有する温度測定装置について説明するための説明図である。
【００５１】
各温度測定装置１００は、図４に示すように、鋼片Ｆの下方において、複数のスキッドの間に配置される。この際、温度測定装置１００は、炉幅方向中央付近の固定式スキッドと可動式スキッドとの間に配置されることが望ましい。なお、各温度測定装置１００が温度分布を測定する温度分布測定範囲（「測温領域Ａｒ」とも言う。）には、図４に示すように、相隣接するスキッド間の位置と、鋼片Ｆのスキッドビーム３Ａ，３Ｂに対応するスキッドマーク部ＳＭの少なくとも片方と、が含まれるように、温度測定装置１００が配置される。なお、この測温領域Ａｒには、少なくとも、スキッドマーク加熱装置５が加熱する側のスキッドマーク部ＳＭ、つまり本実施形態では固定式スキッドに対応するスキッドマーク部ＳＭが含まれることが望ましい。
【００５２】
また、図１，図４〜図６に示すように、温度測定装置１００は、炉床から炉内部に向けて挿入されたカバー１５０内に配置される。カバー１５０は、耐熱性の材料で形成され、かつ、内部は水冷構造となっており、内部に配置される各構成や配線等を加熱炉１内部の温度から保護する。一方、カバー１５０には、窓が設けられ、その窓越しに温度測定装置１００の撮像装置１１０が鋼片Ｆの下面を撮像するか、又は、温度測定装置１００の撮像装置１１０がカバー１５０から突出して配置されて鋼片Ｆの下面を撮像する。一方、温度測定装置１００の温度既知物体１２０は、カバー１５０から突出し、かつ、その少なくとも一部が測温領域Ａｒ内に含まれるように配置される。この温度測定装置１００の各構成については詳しく後述する。
【００５３】
温度測定装置１００は、加熱制御部１０により制御され、所定のタイミングで鋼片Ｆの温度分布を測温する。つまり、温度測定装置１００は、鋼片Ｆが測温領域Ａｒに入った場合に、その鋼片Ｆの放射輝度を撮像して、表面温度分布を撮像する。そのために、加熱制御部１０は、鋼片Ｆがいずれの位置を搬送されているのかを常に追跡しておくことが望ましい。また、温度測定装置１００Ａ〜１００Ｅは、少なくとも同一の鋼片Ｆを順次測温するように制御される。つまり、温度測定装置１００Ａが一の鋼片Ｆを撮像した場合、温度測定装置１００Ｂ〜１００Ｅは、各配置個所（測温領域Ａｒ）をその鋼片Ｆが通過する際に、その鋼片Ｆの測温を行う。結果、一の鋼片Ｆは、全て又は２以上の温度測定装置１００により各個所で測温される。尚、この測温対象となる鋼片Ｆは、搬送されて加熱される全ての鋼片Ｆであってもよいが、加熱制御部１０により選択された１以上の鋼片Ｆであってもよい。
【００５４】
また、この測温結果は、各温度測定装置１００により、加熱制御部１０が有する記憶部１４２に記録される。この際、記憶部１４２には、一の鋼片Ｆに対する測温結果は、一纏めに記録されることが望ましい。つまり、温度測定装置１００Ａ〜１００Ｅによる測温結果は、互いに関連付けられるか、測温対象である一の鋼片Ｆに全て対応付けられる。その結果、一の鋼片Ｆに対する複数の測温結果と、他の鋼片Ｆに対する複数の測温結果とは、互いに区別される。なお、この加熱制御部１０は、鋼片Ｆ毎にその加熱度合を制御することが可能であるため、以下では、一の鋼片Ｆに対する動作及び処理等について説明し、他の鋼片Ｆに対する同様な動作及び処理等についての説明は、適宜省略する。
【００５５】
次に、加熱制御部１０について説明する。
加熱制御部１０は、図１に示すように、上記記憶部１４２と、位置決定部１１と、スキッドマーク量算出部１２と、スキッドマーク量記憶部１３と、スキッドマーク量予測部１４と、判定部１５と、炉制御部１６と、を有する。
【００５６】
位置決定部１１は、測温対象となっている鋼片Ｆの下面において、基準となる２の位置を決定する。この２の位置を「第１位置Ｐ１」及び「第２位置Ｐ２」と呼ぶ。この両位置について図４を参照しつつ説明する。
【００５７】
本実施形態において第１位置Ｐ１及び第２位置Ｐ２は、それぞれ鋼片Ｆの表面温度分布中、他の位置と比べて比較的高温又は低温となることが予想されるため、加熱過程中で管理されるべき位置を表す。なお、ここで言う高温又は低温となる位置は、他の全ての位置よりも高温又は低温となる必要はなく、所望の温度よりも高温となることを意味する。つまり、第１位置Ｐ１及び第２位置Ｐ２は、例えば、他の基準となる位置と同程度の温度であることが望まれる位置であり、かつ、その基準となる位置よりも高温となったり低温となる位置であってもよい。更に言えば、実際に高温又は低温となる必要は必ずしも無く、あくまで予想として高温となる位置や低温となる位置であればよい。
【００５８】
このような第１位置Ｐ１及び第２位置Ｐ２を、それぞれ「高温管理点」及び「低温管理点」とも呼ぶ。また、低温管理点は、スキッドビーム３Ａ，３Ｂに対応する位置、つまり、スキッドビーム３Ａ，３Ｂが接する鋼片Ｆの下面上の位置となる。従って、この低温管理点を「スキッド上温度管理点」とも言う。また、高温管理点は、スキッドビーム３Ａ，３Ｂ間の鋼片Ｆの下面上の位置となる。従って、この高温管理点を「スキッド間温度管理点」とも言う。
【００５９】
このスキッド上温度管理点及びスキッド間温度管理点は、圧延工程等のような加熱後の工程による処理で不具合等が発生しないために、それらの温度差であるスキッドマーク量ΔＴが一定温度以下となることが望まれる。例えば、鋼片Ｆを均一に加熱したい場合において、一部が低温でありすぎたり、高温でありすぎたりすれば、その位置における成形や材質調整等にムラが生じ、製品品質が悪化することが予想される。他にも、鋼片Ｆの加熱後の温度分布に、傾斜などの温度差を設けたい場合、所望の温度差が実現していないと、製品品質を維持することが難しくなる。この意味では、上記スキッド上温度管理点及びスキッド間温度管理点は、共に所望の温度よりも高くなったり低くなった結果他の位置に比べて比較的高温となったり低温となる位置であるとも言える。そこで、位置決定部１１は、このように高温となったり低温となったりすることが予想されるため管理する必要がある２の位置を特定する。なお、この第１位置Ｐ１及び第２位置Ｐ２は、例えば、操業実績等に基づいて決定されてもよいが、温度測定装置１００Ａによる実測から求められてもよい。この両決定方法毎に、第１位置Ｐ１及び第２位置Ｐ２について説明する。
【００６０】
まず、加熱炉１における操業実績等に基づいた決定方法について説明する。
今までに加熱炉１に装入されて加熱されたことがない鋼片Ｆが加熱対象となることは稀である。従って、この場合、位置決定部１１は、これまでの操業実績に基づき、スキッド間で第１位置Ｐ１を決定し、スキッドに対応する部位で第２位置Ｐ２を決定する。この操業実績には、例えば、過去に加熱が行われた鋼片Ｆに対する、加熱前の状態、加熱中の状態、加熱後の状態、後段の処理後の状態等の製品品質実績が含まれる。例えば、加熱後や後段の圧延等の工程後に鋼片Ｆの品質が悪化した実績がある場合、この鋼片Ｆについて、加熱前・加熱中・加熱後の少なくとも何れかにおいて、他の位置と比べて高温又は低温となる位置を特定しておき、操業実績として、この高温位置と低温位置（鋼片Ｆにおける下面の座標など）を予め記録しておく。この位置の特定は、本実施形態に係る加熱制御部１０によれば、温度測定装置１００により鋼片Ｆの温度分布を測定することが可能であるため、その温度分布測定結果に基づいて、行うことができる。そして、位置決定部１１は、この高温位置と低温位置を、品質を良好に保つために温度を管理すべき位置に設定する。このような高温位置と低温位置についてのデータは、鋼片Ｆの鋼種やサイズ等毎に異なるため、位置決定部１１は、鋼片Ｆの鋼種やサイズ等毎に高温位置と低温位置を予めデータベースとして蓄積しておく。このデータベースは、位置決定部１１自らが有してもよく、又、他の記憶装置（例えば記憶部１４２）に記録させておくことも可能である。そして、位置決定部１１は、例えば、加熱炉１を制御する更に上位の制御装置から、加熱制御対象である鋼片Ｆについて、識別情報、鋼種、サイズ等のような特性情報を取得する。その後、位置決定部１１は、特性情報に基づいて、データベースから一の鋼片Ｆを特定し、その鋼片Ｆに対応付けられた、スキッド間の高温位置とスキッドに対応した低温位置とのそれぞれを、上記第１位置Ｐ１又は第２位置Ｐ２に決定する。
【００６１】
次に、温度測定装置１００Ａによる実測に基づいた決定方法について説明する。
温度測定装置１００Ａは、他の温度測定装置１００Ｂ〜１００Ｅに比べて、加熱炉１の装入側、つまり装入口ＩＮに近い個所に配置される。一方、加熱炉１による加熱性能等にも寄るが、装入された鋼片Ｆの下面中、最も温度が高い位置と最も温度が低い位置とは、それぞれスキッド間の位置とスキッドに対応した位置とになり、加熱過程において他の位置に比べて比較的高温又は低温となることが予想されたり、所望の温度よりも高温又は低温となる結果他の基準位置よりも高温又は低温となることが予想される。そこで、位置決定部１１は、装入側の温度測定装置１００Ａが測定した温度分布に基づいて、鋼片Ｆの下面中、スキッド間における最高温度位置（最高温度である位置）と、スキッドに対応した個所における最低温度位置（最低温度である位置）を、それぞれ第１位置Ｐ１及び第２位置Ｐ２、つまり高温管理点及び低温管理点に決定する。なお、この最高温度位置及び最低温度位置は、温度測定装置１００Ａによる測温結果で鋼片Ｆの最高温度及び最低温度となっている位置を意味するものであり、加熱中又は加熱後において他の全ての位置よりも最高温度及び最低温度となる必要はない。
【００６２】
なお、第１位置Ｐ１及び第２位置Ｐ２を決定するにあたり、操業実績等に基づくか、実測値に基づくかは、適宜設定可能である。例えば、鋼片Ｆに対する操業実績がデータベース中にある場合には、その操業実績に基づいて第１位置Ｐ１及び第２位置Ｐ２を決定し、データベース中にない場合には、実測値に基づいて決定することも可能である。あるいは、例えば、操業実績等により第１位置Ｐ１及び第２位置Ｐ２を決定した方が、製品品質の維持上好ましいという信憑性が過去の操業実績や制御実績等に基づいて得られる場合にのみ、操業実績等に基づく決定を行うことも可能である。このことは、実測値に基づく場合も、同様である。ただし、実測値、つまり、温度測定装置１００Ａによる測定結果に基づいて、第１位置Ｐ１及び第２位置Ｐ２を決定する場合、予めデータベースを用意する必要もなく、かつ、実際の温度分布にあわせて最高温度位置及び最低温度位置を決定するため、より容易かつ確実な位置の決定が可能である。
【００６３】
この第１位置Ｐ１及び第２位置Ｐ２の決定例を図４に示す。
上述の通り、第２位置Ｐ２は、スキッドに対応した位置である。従って、温度測定装置１００の測温領域Ａｒ内に可動式スキッド及び固定式スキッドの両方に対応した鋼片Ｆ下面の位置（両スキッドに対応した両スキッドマーク部ＳＭ）が含まれる場合には、この第２位置Ｐ２は、可動スキッドのスキッドビーム３Ａと接する鋼片Ｆの下面の位置と、固定スキッドのスキッドビーム３Ｂと接する鋼片Ｆの下面の位置との何れか一方となる。
【００６４】
なお、本実施形態では、スキッドマーク加熱装置５により、固定式スキッドのスキッドビーム３Ｂに対応したスキッドマーク部ＳＭを管理する。この固定式スキッド側のスキッドマーク部ＳＭは、上述の通り、移動式スキッド側のスキッドマーク部ＳＭよりもスキッドマーク量ΔＴが大きくなる。従って、位置決定部１１は、このように固定式スキッドのスキッドマーク部ＳＭにおいて第２位置Ｐ２を決定することで、よりスキッドマーク量ΔＴが大きくなる側のスキッドマーク部ＳＭで第２位置Ｐ２を決定する。
【００６５】
そして、上記温度測定装置１００Ａ〜１００Ｅは、位置決定部１１が決定した位置の温度を測定することが可能なタイミングで順次温度測定を行う。つまり、温度測定装置１００Ａ〜１００Ｅは、第２位置Ｐ２が固定式スキッドのスキッドマーク部ＳＭ上に決定された場合には、その固定式スキッドのスキッドビーム３Ｂが鋼片Ｆの下面に接していないタイミングで温度測定を行う。一方、温度測定装置１００Ａ〜１００Ｅは、第２位置Ｐ２が可動式スキッドのスキッドマーク部ＳＭ上に決定された場合には、その可動式スキッドのスキッドビーム３Ａが鋼片Ｆの下面に接していないタイミングで温度測定を行う。そのために、各温度測定装置１００Ａ〜１００Ｅは、後述する搬送速度制御部１６１等の搬送装置の制御装置から、可動式スキッドの上下動のタイミングを表す情報が入力されることが望ましい。
【００６６】
スキッドマーク量算出部１２は、温度算出部の一例であって、複数の温度測定装置１００Ａ〜１００Ｅそれぞれにより測定された温度分布に基づいて、位置決定部１１により決定された第１位置Ｐ１と第２位置Ｐ２との間における温度差であるスキッドマーク量ΔＴを、複数の温度測定装置１００Ａ〜１００Ｅそれぞれが配置された個所毎に算出する。例えば、温度測定装置１００Ｃを例に説明すると、スキッドマーク量算出部１２は、この温度測定装置１００Ｃの測定結果である温度分布と、第１位置Ｐ１及び第２位置Ｐ２を表す情報を、記憶部１４２及び位置決定部１１から取得する。そして、スキッドマーク量算出部１２は、その温度分布中、第１位置Ｐ１に対応する温度Ｔ１と、第２位置Ｐ２に対応する温度Ｔ２とを抽出し、それらの温度差を下記式Ａにより算出することによりスキッドマーク量ΔＴを求める。
ΔＴ＝Ｔ１−Ｔ２ …（式Ａ）
【００６７】
このようなスキッドマーク量ΔＴの算出を、スキッドマーク量算出部１２は、複数の温度測定装置１００Ａ〜１００Ｅそれぞれについて行う。そして、スキッドマーク量算出部１２は、そのスキッドマーク量ΔＴを、その算出が行われた温度測定装置１００Ａ〜１００Ｅ及びその搬送方向における位置（温度測定装置１００の設置個所）の少なくとも一方と、測定された鋼片Ｆ自信とに対応付けて、スキッドマーク量記憶部１３に記録する。
【００６８】
図７に、このスキッドマーク量算出部１２によるスキッドマーク量ΔＴの算出結果例を、その位置毎に示した。図７は、本実施形態に係るスキッドマーク量算出部によるスキッドマーク量算出例について説明するための説明図である。図７の横軸は、スキッドマーク量ΔＴと、そのスキッドマーク量ΔＴに対する温度測定装置１００を対応付けるため、温度測定装置１００Ａ〜１００Ｅの位置（ｘ軸方向の位置）に符合１００Ａ〜１００Ｅを付した。また、この測定及び算出結果例の測定が行われた加熱炉１の炉長は約４０ｍであり、装入側の装入口ＩＮの位置を０ｍとした。スキッドマーク量ΔＴは、図７に示すように、温度測定装置１００Ａ，１００Ｂの位置まで、順次増加し、その後減少に転じていることが判る。なお、図６に示すスキッドマーク量ΔＴの推移は、鋼片Ｆが適切に加熱された場合の例を示している。
【００６９】
スキッドマーク量予測部１４は、温度予測部の一例であって、抽出時の鋼片Ｆのスキッドマーク量ΔＴを予測する。この際、スキッドマーク量予測部１４は、温度測定装置１００Ａ〜１００Ｅによる測定結果からスキッドマーク量算出部１２が算出した２以上のスキッドマーク量ΔＴに基づいて、抽出時のスキッドマーク量ΔＴを予測する。
【００７０】
スキッドマーク量予測部１４は、抽出時のスキッドマーク量ΔＴを予測する一方、図６に示す通り、スキッドマーク量ΔＴは、一旦増加した後減少に転じることが予想される。従って、減少に転じた後のスキッドマーク量ΔＴに基づいて、抽出時のスキッドマーク量ΔＴを予測する方が、予測精度を向上させることが可能である場合が多い。そこで、スキッドマーク量予測部１４は、減少に転じた後のスキッドマーク量ΔＴに基づいて、抽出時のスキッドマーク量ΔＴを算出することが望ましい。
【００７１】
なお、スキッドマーク量予測部１４による抽出時スキッドマーク量ΔＴの予測方法としては、例えば、抽出時以外の２以上のスキッドマーク量ΔＴに基づく外挿（補外）による方法が挙げられる。なお、外挿方法としては、線形近似や非線形近似など様々な方法が使用可能であるが、特に限定されるものではないため、ここでの詳しい説明は省略する。また、その他の予測方法としては、加熱実績に基づく方法が挙げられる。例えば、同一又は類似の材質及び寸法の鋼片Ｆについて、同一又は類似の搬送速度及び燃焼量で以前に加熱した実績が有れば、その加熱時に測定したスキッドマーク量ΔＴと、加熱中の鋼片Ｆに対して測定したスキッドマーク量ΔＴとを比較することにより、抽出時のスキッドマーク量ΔＴを予測することも可能である。
【００７２】
判定部１５は、スキッドマーク量算出部１２により算出されたスキッドマーク量ΔＴ、又は、スキッドマーク量予測部１４により予測された抽出時スキッドマーク量ΔＴに基づいて、鋼片Ｆの加熱が抽出時に完了していることが予想されるか否かを判定する。つまり、判定部１５は、実際の測定され算出されたスキッドマーク量ΔＴに基づく判定を行ってもよく、また、その測定結果から予測された抽出時のスキッドマーク量ΔＴに基づいて判定を行ってもよい。
【００７３】
この際、加熱完了の判定としては、様々な方法が考えられる。
実際の測定結果に基づく判定例としては、例えば、判定部１５は、抽出側で測定されて算出されたスキッドマーク量ΔＴが、予め定められた目標温度差（許容限界温度差ともいう）ΔＴｃ以下である場合に、鋼片Ｆの加熱完了を判定してもよい。本実施形態では、図７等に示すように、この目標温度差ΔＴｃとして２５℃が設定されている。従って、判定部１５は、このスキッドマーク量ΔＴが２５℃以下となった場合に、鋼片Ｆの加熱が完了していると判定する。例えば、図７に示す測定例では、抽出時のスキッドマーク量ΔＴ、つまり温度測定装置１００Ｅに対応するスキッドマーク量ΔＴは、目標温度差ΔＴｃ（２５℃）以下となっているため、判定部１５は、この鋼片Ｆについて抽出時に加熱が完了したと判定する。一方、図７と異なり、温度測定装置１００Ｅに対応するスキッドマーク量ΔＴが目標温度差ΔＴｃ（２５℃）を超過している場合、判定部１５は、加熱が完了していない（加熱不足であるか過加熱である）と判定する。
【００７４】
なお、この加熱完了の判定方法の他の例としては、図３に示すように、判定部１５は、スキッドマーク量ΔＴが、少なくとも１以上の個所において一旦目標温度を超過した後、目標温度以下となる場合に、鋼片Ｆの加熱完了を判定することも可能である。例えば、加熱炉１の特性や鋼片Ｆの性質上、加熱過程中で一旦、スキッドマーク量ΔＴが増加することが予想される場合もある。そのような場合は、ここで説明したように、スキッドマーク量ΔＴの変化状態に基づいて、加熱完了判定をおこなうことが望ましい。
【００７５】
判定部１５は、このように実際に測定したスキッドマーク量ΔＴに基づいて判定を行うことも可能であるが、スキッドマーク量予測部１４による予測結果のスキッドマーク量ΔＴに基づいて判定を行うことも可能である。この場合、判定部１５は、予測された抽出時のスキッドマーク量ΔＴが目標温度差ΔＴｃ以下である場合に、抽出時に加熱完了すると判定することとなる。
【００７６】
スキッドマーク量予測部１４による抽出時スキッドマーク量ΔＴの予測と、その予測スキッドマーク量ΔＴを使用した判定部１５による判定例について、図８及び図９を参照しつつ説明する。図８及び図９は、本同実施形態に係る加熱炉によるスキッドマーク量予測及び判定例を説明するための説明図である。
【００７７】
図８では、温度測定装置１００Ｂ〜温度測定装置１００Ｄによるスキッドマーク量ΔＴ（図８中の黒丸●）に基づいて、スキッドマーク量予測部１４が、抽出時（抽出口ＯＵＴ到達時）の鋼片Ｆのスキッドマーク量ΔＴ（図８中の白丸○）を予測した例を示している。この例の場合、予測スキッドマーク量ΔＴ（○）は、目標温度差ΔＴｃ（例えば２５℃）よりも高くなると算出されている。従って、判定部１５は、この場合、抽出時に鋼片Ｆは加熱完了してないと判定する。
【００７８】
また、図９では、温度測定装置１００Ｂ及び温度測定装置１００Ｃによるスキッドマーク量ΔＴ（図８中の黒丸●）に基づいて、スキッドマーク量予測部１４が、抽出時（抽出口ＯＵＴ到達時）の鋼片Ｆのスキッドマーク量ΔＴ（図８中の白丸○）を予測した例を示している。この例の場合も、予測スキッドマーク量ΔＴ（○）は、目標温度差ΔＴｃ（例えば２５℃）よりも高くなると算出されている。従って、判定部１５は、この場合、抽出時に鋼片Ｆは加熱完了してないと判定する。
【００７９】
そして、判定部１５は、加熱が完了しないと判定した場合、炉制御部１６に、鋼片Ｆの加熱調整が必要である旨の指示を出力する。なお、この出力を受けた炉制御部１６は、加熱炉１による加熱状態を調整し、その調整結果は、抽出直前の温度測定装置１００Ｅによる測定結果にも反映される。そこで、上記スキッドマーク量予測部１４は、温度測定装置１００Ｅのスキッドマーク量ΔＴに基づいて、再び同様の加熱完了判定を行うことが望ましい。また、この判定部１５による判定結果は、外部の記憶装置に記録されたり、外部の表示装置に表示されることが望ましい。
【００８０】
炉制御部１６は、スキッドマーク量予測部１４が予測したスキッドマーク量ΔＴに基づいて、判定部１５による判定結果が加熱完了を示すように、加熱炉１による鋼片Ｆへの加熱状態を調整する。この際、炉制御部１６は、どのように加熱状態を調整するかなどについて、温度測定装置１００が測定完了している温度分布に基づいて決定してもよい。本実施形態に係る炉制御部１６は、加熱調整方法として「バーナ２による炉温調整」、「搬送速度の調整」及び「ＳＭ加熱制御部１６３による局部加熱」の少なくとも１以上を使用する。この３つの加熱調整のうち、いずれを行うかは、予測スキッドマーク量ΔＴだけでなく、各温度測定装置１００で測定した温度分布や、エネルギー効率、加熱期限等に基づいて、炉制御部１６が決定することが望ましい。この各加熱調整を行うために、炉制御部１６は、図１に示すように、搬送速度制御部１６１と、炉温制御部１６２と、ＳＭ加熱制御部１６３とを有する。各加熱調整の方法及び調整例等については、各構成において説明することとし、以下では、これらの構成について説明する。
【００８１】
搬送速度制御部１６１は、スキッドマーク量予測部１４により予測されたスキッドマーク量ΔＴに基づいて、搬送装置による鋼片Ｆの搬送速度を制御する。つまり、搬送速度制御部１６１は、鋼片Ｆ毎の均熱帯における在炉時間を調整することになる。この際、搬送速度制御部１６１は、どの程度搬送速度を調整するのかを、予測されたスキッドマーク量ΔＴに基づいて決定してもよいが、更に、加熱炉１の各区間に配置された別途の雰囲気温度測定装置（図示せず）が測定した炉内雰囲気温度をも参照してもよい。搬送速度の調整量は、操業実績や調整実績、実験結果等に基づいて、スキッドマーク量ΔＴや温度分布に対応して決定されることが望ましい。
【００８２】
図８に示す加熱調整例では、予測された抽出時スキッドマーク量ΔＴが目標温度差ΔＴｃを上回るため、その上回る差分等から、搬送速度制御部１６１は、調整後の搬送速度を決定し、その搬送速度（例えば１／２倍）となるように、搬送装置（可動スキッド等）を制御している。結果として、搬送速度調整による加熱調整が行われない場合に比べて、加熱調整が行われる場合のスキッドマーク量ΔＴ（黒丸（●））は、抽出直前には目標温度差ΔＴｃ以下へと減少する。なお、この図８に示した例において、搬送速度を調整することによりスキッドマーク量ΔＴが減少した理由は、搬送速度を落とすことにより在炉時間が長くなり、かつ、温度が高い第１位置Ｐ１は炉温との差が小さく昇温速度が遅い一方、第２位置Ｐ２は炉温との差が大きいために第１位置Ｐ１より昇温速度が速いので、鋼片Ｆの伝導伝熱により鋼片Ｆの温度が均一化したためと考えられる。なお、搬送速度制御部１６１は、固定式スキッドにより鋼片Ｆが支持される時間、及び、可動式スキッドにより鋼片Ｆが支持される時間の少なくとも一方を調整したり、両時間の割合を調整することにより、加熱調整を行うことも可能である。
【００８３】
この搬送速度制御部１６１による加熱調整が行われる場合、他の加熱調整と比べて、バーナの燃料流量を増やす必要がないためエネルギー消費量の増加を抑制することができ、かつ、スキッドマーク加熱装置５を配置する必要もないため加熱炉１又は加熱制御装置２０を容易かつ低コストで構成することができる。なお、目標温度差ΔＴｃとして下限値を設け、予測スキッドマーク量ΔＴがその下限値を下回る場合に、搬送速度制御部１６１は、搬送速度が増加するように、搬送装置を制御してもよい。
【００８４】
一方、炉温制御部１６２が炉温調整を行うことにより、スキッドマーク量ΔＴを低減させることも可能である。この炉温制御部１６２について説明すれば以下の通りである。
【００８５】
炉温制御部１６２は、スキッドマーク量予測部１４により予測されたスキッドマーク量ΔＴに基づいて、その予測に使用された温度分布を測定した温度測定装置１００（例えば温度測定装置１００Ｃ，１００Ｄ）よりも搬送方向下流における加熱炉１（つまり均熱帯）の炉温を制御する。そして、炉温制御部１６２は、予測スキッドマーク量ΔＴの大きさと、炉内雰囲気温度とに基づいて、どの程度雰囲気温度を調整する必要があるかを決定し、決定した分だけ雰囲気温度を調整するために、バーナ２の燃料流量を調整する。この際、炉温制御部１６２は、加熱炉１の各区間に配置された別途の雰囲気温度測定装置（図示せず）が測定した炉内雰囲気温度をも参照してもよい。燃焼流量の調整量は、操業実績や調整実績、実験結果等に基づいて、スキッドマーク量ΔＴや温度分布に対応して決定されることが望ましい。
【００８６】
なお、炉温制御部１６２による加熱調整例としては、例えば、炉温調整を行う区間において、鋼片Ｆよりも下側のバーナ２の燃焼量を低くして、下部帯の炉温を下げることが考えられる。このように下部帯の炉温を下げると、炉温の影響を受けやすいスキッド間の鋼片Ｆの温度が下がる。その結果、スキッドマーク量ΔＴを低減することが可能である。
【００８７】
この炉温制御部１６２による加熱調整が行われる場合、他の加熱調整と比べて搬送速度を落とすことがないため生産性を落とさずに済むだけでなく、スキッドマーク加熱装置５を炊く必要もないため容易かつ低コストでスキッドマーク量ΔＴを低減することができる。
【００８８】
更に、ＳＭ加熱制御部１６３がスキッドマーク部ＳＭを直接加熱させることにより、スキッドマーク量ΔＴを低減させることも可能である。このＳＭ加熱制御部１６３について説明すれば以下の通りである。
【００８９】
ＳＭ加熱制御部１６３は、スキッドマーク量予測部１４により予測されたスキッドマーク量ΔＴに基づいて、その予測に使用された温度分布を測定した温度測定装置１００（例えば温度測定装置１００Ｃ）よりも搬送方向下流に配置されたスキッドマーク加熱装置５を、鋼片Ｆの下面のスキッドマーク部ＳＭを局部加熱するように制御する。この際、ＳＭ加熱制御部１６３は、どれだけ加熱するかを、予測されたスキッドマーク量ΔＴに基づいて決定してもよいが、更に、加熱炉１の各区間に配置された雰囲気温度測定装置（図示せず）が測定した炉内雰囲気温度をも参照してもよい。どれだけ加熱するのかは、操業実績や調整実績、実験結果等に基づいて、スキッドマーク量ΔＴや温度分布に対応して決定されることが望ましい。
【００９０】
図９に示す加熱調整例では、予測された抽出時スキッドマーク量ΔＴが目標温度差ΔＴｃを上回るため、その上回る差分等に基づいて、ＳＭ加熱制御部１６３は、鋼片Ｆの下面のスキッドマーク部ＳＭを、局所的に加熱している。結果として、局所加熱による加熱調整が行われない場合に比べて、加熱調整が行われる場合のスキッドマーク量ΔＴ（黒丸（●））は、減少して抽出直前で目標温度差ΔＴｃ以下へと減少する。
【００９１】
このＳＭ加熱制御部１６３による加熱調整が行われる場合、他の加熱調整と比べて、対象となる鋼片Ｆのスキッドマーク部ＳＭのみを局所的に加熱することが可能であるため他の鋼片Ｆに与える影響が少なく済む。
【００９２】
以上、本発明の第１実施形態に係る加熱炉１の構成について説明した。
次に、本発明の第１実施形態に係る加熱炉１の動作について、図１０を参照しつつ説明する。
【００９３】
１−２．第１実施形態に係る加熱炉の動作
図１０は、本実施形態に係る加熱炉の動作について説明するための説明図である。
図１０に示すように、鋼片Ｆが装入口ＩＮから加熱炉１へと装入されると、まず、ステップＳ１０１が処理される。
【００９４】
ステップＳ１０１（温度測定ステップの一例）では、装入口ＩＮ側に配置された温度測定装置１００Ａが、鋼片Ｆの温度分布を測定する。測定された温度分布は、上述の通り、記憶部１４２に順次記録される。そして、ステップＳ１０３に進む。
【００９５】
ステップＳ１０３（位置決定ステップの一例）では、位置決定部１１が、記憶部１４２に記録された温度測定装置１００Ａによる測定結果を取得し、その温度分布から、スキッド間における最高温度位置と、スキッドマーク部ＳＭ内の最低温度位置を抽出し、それらをそれぞれ第１位置Ｐ１及び第２位置Ｐ２に決定する。なお、第１位置Ｐ１及び第２位置Ｐ２の決定が操業実績等に基づいて行われる場合には、上記ステップＳ１０１は省略可能である。また、この場合、ステップＳ１０３では、位置決定部１１が、操業実績等を表すデータベースにアクセスして、鋼片Ｆに対応する高温位置及び低温位置を特定し、そして、それらをそれぞれ第１位置Ｐ１及び第２位置Ｐ２に決定することになる。このステップＳ１０３の処理後は、ステップＳ１０５に進む。
【００９６】
ステップＳ１０５（温度算出ステップの一例）では、スキッドマーク量算出部１２が、スキッドマーク量ΔＴを算出したい温度分布を取得し、その温度分布中の第１位置Ｐ１と第２位置Ｐ２の間の温度差であるスキッドマーク量ΔＴを、上記式Ａに基づいて算出する。つまり、このステップＳ１０５では、上記ステップＳ１０１又は後述するステップＳ１０９で測定された温度分布（温度測定装置１００Ａ〜１００Ｅの何れかにより測定された温度分布）それぞれについて、スキッドマーク量ΔＴが算出される。算出されたスキッドマーク量ΔＴは、上述の通り、鋼片Ｆ毎にスキッドマーク量記憶部１３に記録される。このステップＳ１０５の処理後は、ステップＳ１０７に進む。
【００９７】
ステップＳ１０７（温度予測ステップの一例）では、スキッドマーク量予測部１４が、抽出時のスキッドマーク量ΔＴの予測が可能なデータ数（つまり例えば温度測定装置１００Ａ〜１００Ｃのスキッドマーク量ΔＴ）がスキッドマーク量記憶部１３に記録されているか否かを確認する。そして、温度予測に必要なデータ数が揃っていない場合には、ステップＳ１０９へと進み、必要なデータ数が揃っている場合には、ステップＳ１１１に進む。
【００９８】
ステップＳ１０９（温度測定ステップの一例）では、鋼片Ｆが測温領域Ａｒに到達した温度測定装置１００が、ステップＳ１０１と同様に鋼片Ｆの温度分布を測定し、その温度分布を記憶部１４２に記録することになる。そして、ステップＳ１０５〜ステップＳ１０９の処理が繰り返される。
【００９９】
一方、ステップＳ１１１（判定ステップの一例）では、判定部１５が、スキッドマーク量予測部１４によるスキッドマーク量ΔＴの予測結果に基づいて、鋼片Ｆの加熱が完了することが予測されるか否かを確認する。加熱完了、つまり抽出時スキッドマーク量ΔＴが目標温度差ΔＴｃ以下となることが予測される場合には、ステップＳ１１５における加熱調整を行わずに、動作を終了する。一方、抽出時スキッドマーク量ΔＴが目標温度差ΔＴｃを超過する場合には、ステップＳ１１５に進む。なお、この判定結果予測は、外部の記録装置に記録されたり、外部の表示装置に表示されてもよい。
【０１００】
ステップＳ１１５では、炉制御部１６が、加熱炉１による加熱状態を調整する。この際、上記３の調整例のいずれ（組み合わせや全てでもよい。）を使用するかを、炉制御部１６が、予測スキッドマーク量ΔＴやエネルギー効率、加熱期限等に基づいて決定する。そして、選択された調整方法における調整量についても、炉制御部１６の搬送速度制御部１６１，炉温制御部１６２及びＳＭ加熱制御部１６３のそれぞれが、予測スキッドマーク量ΔＴ等に基づいて決定し、加熱調整が行われる。このステップＳ１１５の処理後は動作を終了する。
【０１０１】
１−３．第１実施形態による効果の例等
以上、本発明の第１実施形態に係る加熱炉１の構成及び動作等について説明した。
この加熱炉１によれば、各温度測定装置１００Ａ〜１００Ｅの測温領域Ａｒにおける鋼片Ｆの下面の温度分布から、スキッドマーク量ΔＴを求めることができる。なお、この温度測定装置１００Ａ〜１００Ｅは、後述するように正確な温度分布を測定することが可能である。従って、本実施形態に係る加熱炉１は、より正確なスキッドマーク量ΔＴを算出することが可能である。
【０１０２】
また、本実施形態に係る加熱炉１は、このスキッドマーク量ΔＴに基づいて、この鋼片Ｆの抽出可否を判定することができる。正確に測定されたスキッドマーク量ΔＴにより抽出可否の判定を行う場合、温度測定装置１００Ａ〜１００Ｅによる実測値に基づいており、シミュレーションに基づく判定や加熱炉１の雰囲気温度に基づく判定に比べて、より正確に鋼片Ｆの抽出可否を判定することができる。
【０１０３】
更に、本実施形態に係る加熱炉１は、複数の温度測定装置１００に対応するスキッドマーク量ΔＴから、抽出時のスキッドマーク量ΔＴを予測し、その予測結果に基づいて、抽出時のスキッドマーク量ΔＴが低減するように、加熱調整を行うことができる。従って、スキッドマークに起因した不具合の発生を防止することができ、製品品質の維持しつつ、かつ、歩留まりを向上させることが可能である。
【０１０４】
なお、上記第１実施形態に係る加熱炉１の加熱制御部１０は、例えば、汎用又は専用のコンピュータで構成されてもよい。そして、このコンピュータに上記各構成の機能を実現させるプログラムを実行させることにより、加熱制御部１０を構成することができる。なお、コンピュータは、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）・ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）・ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等の記録装置と、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）・インターネット等のネットワークに接続された通信装置と、マウス・キーボード等の入力装置と、フレキシブルディスク等の磁気ディスク、各種のＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）・ＭＯ（Ｍａｇｎｅｔｏ Ｏｐｔｉｃａｌ）ディスク・ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）等の光ディスク、半導体メモリ等のリムーバブル記憶媒体等を読み書きするドライブと、モニタなどの表示装置・スピーカやヘッドホンなどの音声出力装置などの出力装置等と、を有してもよい。そして、このコンピュータは、記録装置・リムーバブル記憶媒体に記録されたプログラム、又はネットワークを介して取得したプログラムを実行することにより、加熱制御部１０の各構成の機能を実現することができる。
【０１０５】
２．第１実施形態で使用される温度測定方法及び装置
次に、本発明の第１実施形態で使用される温度測定方法及び装置について説明する。上述の通り、ここで説明する温度測定方法及び装置は、他の温度測定方法及び装置に比べて温度分布を非常に正確に測定することが可能である。このように正確に表面温度分布を測定することにより、本発明の第１実施形態に係る加熱制御方法及び装置は、上述のような効果を奏することを可能にしている。従って、以下では、この温度測定方法及び装置について図１１〜図２０を参照しつつ詳細に説明する。
【０１０６】
また、上記本発明の第１実施形態では、温度測定装置が鋼片Ｆの下面側においてスキッドの間に配置されるが、ここでは、この温度測定装置の理解が容易になるように、温度測定装置が、炉側壁に配置された場合を例に挙げて説明する。基本的には、以下で説明する炉側壁に配置された温度測定装置が、スキッドの間に配置されれば、上記本発明の第１実施形態に適用することが可能となる。
【０１０７】
なお、以下では、この温度測定方法及び装置が如何に関連技術に係る他の温度測定方法及び装置に比べて正確に温度分布を測定することができるのかについて、理解が容易になるように、まず、関連技術について説明し、その後、本発明の第１実施形態に用いられる温度測定方法について説明する。そして、この方法を実現するための温度測定装置の構成等について説明した後、第１実施形態に用いられる温度測定方法及び装置による実施例について説明する。更に、この第１実施形態に用いられる温度測定方法及び装置の効果の例について、上記特許文献２〜４と比較しつつ説明する。
【０１０８】
つまり、以下では、本発明の第１実施形態の理解が容易になるように、次の順序で説明する
２−１．関連技術
２−２．第１実施形態で使用する温度測定方法の概要
２−３．第１実施形態で使用される温度測定装置例
２−４．第１実施形態で使用される温度測定装置による測定例
２−５．第１実施形態で使用される温度測定装置等による効果の例
【０１０９】
２−１．関連技術
図２０及び図２１を参照しつつ、関連技術について説明する。図２０及び図２１は、関連技術に係る温度測定方法について説明するための説明図である。
【０１１０】
加熱炉内において鋼片の表面温度を非接触で測定する場合には一般には放射温度計等、物体表面からの熱放射エネルギーを計測する方法が用いられる。しかしながら、加熱炉内には炉の内壁や火炎等からの放射エネルギーが存在する。この放射エネルギーが鋼片の表面で反射して放射温度計等のセンサーに入射する。従って、放射温度計等は、鋼片からの熱放射エネルギーと、内壁や火炎等からの放射エネルギーが鋼片の表面で反射した反射エネルギーとの合計に相当する温度を表示するので、反射エネルギーに相当する温度の誤差が生ずる。この反射エネルギーは、迷光、反射光、外部光、背光、迷光雑音等種々の名称で呼ばれているが、いずれも同じものであり、以下「迷光」と記す。
【０１１１】
例えば、外気条件下や室温条件下での測定では、大気や室内の壁が発する放射エネルギーは、高温の鋼片の放射エネルギーに比して小さいので迷光誤差が問題になることはない。しかしながら、高温の火炎や炉壁を有する加熱炉においては、迷光による誤差が大きく、このために、正確な温度測定が困難であった。
【０１１２】
そこで、迷光の影響を補正して真の物体温度を得るための方法が開発されている。この関連技術に係る方法によれば、図２０に示すように、まず、加熱炉９１１内に温度既知物体９１２を置き、演算手段９１８により、その物体９１２の既知温度から熱放射理論により算出される表面輝度と、その物体９１２の見掛け輝度の測定値との差異に基づいて、加熱炉９１１内迷光量を定量する。そして更に、演算手段９１８により、カメラを有する放射型温度計等の光表面温度測定手段９１４により計測される鋼片９１３の見掛けの輝度から、加熱炉９１１内迷光量を差し引いて鋼片の真の放射エネルギーを算出して温度を得る。そして、その温度が温度表示部９１９により表示される。このような関連技術としては、例えば、上記特許文献４が挙げられる。
【０１１３】
この方法において、容易に考えうるのは、迷光の補正誤差を小さくするために、鋼片の近傍に温度既知物体を置いて比較する形態である。
【０１１４】
しかし、そのような形態では、以下のような問題がある。
問題１：鋼片が移動する場合には、その近傍に温度既知物体を置くことが難しい。
問題２：温度既知物体を鋼片の近傍、即ちカメラから離れた位置に置くと、画像の中の温度既知物体の画素数が少なくなる。
【０１１５】
上記問題１について説明する。
鋼片が移動する場合、例えばウォーキングビーム式加熱炉等では、鋼片の動きによって温度既知物体が破損する恐れがある。この対策として、鋼片の移動に応じて遮蔽板が移動する機構を設ければ測定システム自体が複雑となり、実用的でない。
【０１１６】
上記問題２について説明する。
例えば、鋼片が離れた位置に配置されたり、比較的小さい鋼片の温度を計測するためには、鋼片を撮像可能なように、ある程度の解像度を有する撮像装置を使用する必要がある。撮像装置として例えば４０万画素のカメラを用いた場合、１画素の視野角は幅０．０８度、高さ０．０８度程度の小さい領域となる。温度既知物体をカメラから離れた位置に置くと、画像中を占める温度既知物体の領域が非常に小さくなるため、１画素の出力は空間的、時間的変動、信号処理系の外乱等の影響を受け、いくらかのバラツキを生ずる。
【０１１７】
図２１に１画素単位の出力のバラツキの一例を示す。図２１に示すように、１画素単位の出力のバラツキは大きく、このバラツキにより計測精度が低下してしまう恐れがある。従って、高い計測精度を得るためには、単一画素でなく、領域を定めてその領域内の画素の平均値をとる必要があり、少なくとも５×５画素、望ましくは１０×１０画素以上の平均をとるべきである。
【０１１８】
しかし、例えばカメラから６メートル離れた鋼片の近傍に温度既知物体を配置する場合を考えると、１画素当りの視野角０．０８度に相当する幅は１０ミリメートル程度になる。１０×１０画素の平均をとるためには、１００×１００ミリメートルの領域の平均をとらなければならない。
【０１１９】
一方、温度既知物体９１２としては、図２０に示すように、保護管９１７付き熱電対温度計９１６を用いることが実用的であり、これは、通常、直径約２０〜３０ミリメートル程度の大きさであるので、１００×１００ミリメートルの大きな温度既知物体を設置するのは非現実的である。
【０１２０】
本発明者らは、従来の温度測定装置やこの関連技術に係る温度測定装置について鋭意研究を行った結果、上記のような問題１及び問題２等の課題に想到した。この課題に対し、発明者らは、以下に示す手段などにより、温度既知物体、例えば保護管付き熱電対を、鋼片近傍でなく、撮像装置の近傍に設置することにより、迷光の影響を更に効果的に補正することが可能な温度測定方法を発明し、上記第１実施形態に係る加熱炉及び方法等に使用する場合、その効果を著しく向上させることが可能であることをも見出し、上記発明を完成させた。
【０１２１】
２−２．第１実施形態で使用する温度測定方法の概要
以下、本発明の第１実施形態に係る温度測定方法の概要について説明する。
この温度測定方法は、上述の関連技術に係る温度測定方法を前提に、大きく分けて以下の１〜３のような特徴を有する。
【０１２２】
特徴１：迷光を補正するための温度既知物体を、撮像装置の近傍に設置し、かつ、鋼片の放射エネルギーの計測する際、炉内ガスによる吸収及び放射が起こらない波長を選択してその単色輝度分布を計測し、得られた単色輝度分布を迷光補正して温度を求める。
特徴２：温度既知物体は、その大きさが撮像装置の画素数において少なくとも２５画素、望ましくは１００画素以上となるような位置に配置される。
特徴３：温度既知物体は、その放射率が鋼片の放射率に対して前後０．１の範囲となる材質を用いる。
【０１２３】
この各特徴について順次説明しつつ、本実施形態に係る温度測定方法について説明する。
【０１２４】
２−１−１．特徴１
特徴１：迷光を補正するための温度既知物体を、撮像装置の近傍に設置し、かつ、鋼片の放射エネルギーの計測する際、炉内ガスによる吸収及び放射が起こらない波長を選択してその単色輝度分布を計測し、得られた単色輝度分布を迷光補正して温度を求める。
【０１２５】
なお、この特徴１において、「炉内ガスによる吸収及び放射が起こらない波長」とは、完全に吸収及び放射が起こらないという意味ではなく、他の波長に比べて吸収及び放射が起こりにくい波長を意味する。また、「単色輝度」や「単波長」とは、全波長ではないという意味で、例えば波長の選択精度などにより所定の幅の波長の輝度をも含むものとする。この特徴１及び本実施形態に係る温度測定方法による温度測定過程について説明すると、以下の通りである。
【０１２６】
例えば、温度既知物体と鋼片とが接近している場合には両者に入射する迷光量はほぼ等しいので、温度既知物体の計測結果から得られた迷光量が鋼片にも照射されるものとして、計測した鋼片の放射エネルギーを補正すればよい。しかし、本実施形態の如く両者が離れている場合には、迷光量の相等性は必ずしも保障されない。
【０１２７】
そこで、本実施形態の方法では、温度既知物体と鋼片の迷光量の相等性を確保するために、大きく分けて下記の手段を用いる。
【０１２８】
手段１：炉内ガスによる吸収・放射が起こらない波長を選択し、単波長の測定を行う。
手段２：炉内の温度分布等による誤差の理論的評価を可能にするために、放射伝熱の理論を厳密に適用して迷光補正計算式を作成する。
【０１２９】
（手段１）
以下、各手段について具体的に述べる。
燃焼炉内には燃料の燃焼によって生じた二酸化炭素や水蒸気などが存在し、これらのガス体は、炉内の放射エネルギーを吸収し、また、自己の温度に応じたエネルギーを放射する。ガスの温度は、炉内の位置によって異なるので、炉内迷光量は、位置によって異なる。しかし、二酸化炭素や水蒸気等のガスが吸収・放射するのは、スペクトルのうちいくつかの特定の波長域に限られている。従って、二酸化炭素の吸収・放射波長域と水蒸気の吸収・放射波長域とを共に避けた波長を計測すれば、炉内ガスの影響を含まない迷光補正が可能である。
【０１３０】
そこで、本実施形態では、上記条件を満たす波長、例えば１μｍの単波長を計測することによって、温度既知物体と鋼片との位置が離れている条件下での迷光補正を可能とした。尚、本実施形態の如く、迷光補正の目的で単波長条件を必須とする例は、先例がない。
【０１３１】
（手段２）
単波長を用いることに従って、迷光を補正するための計算は、一般的な放射伝熱計算で用いられるＳｔｅｆａｎ−Ｂｏｌｚｍａｎｎの式でなく、単波長の放射エネルギーを計算するＰｌａｎｋの式を用いる。具体的には下記の手順１〜７により計算する。
【０１３２】
手順１：事前に、オフラインの黒体標準炉を用いて、撮像装置の出力と黒体輝度との関係式を作成する。
【０１３３】
先ず、黒体標準炉の温度をＴ［Ｋ］に保持する。Ｐｌａｎｃｋの法則（下記式１）により温度Ｔにおける黒体輝度Ｅを計算する。
【０１３４】
【数１】
…（式１）
【０１３５】
ここで上記式１の各定数等は、以下の通りである。
Ｅ ：波長λの黒体輝度［Ｗ／ｍ３］
λ ：波長［ｍ］
Ｔ ：温度［Ｋ］
Ｃ１：定数 ３．７４×１０−１６［Ｗ／ｍ２］
Ｃ２：定数 ０．０１４３８７［μｍ・Ｋ］
【０１３６】
次に、撮像装置で黒体標準炉の標準温度点を計測し、撮像装置の出力Ｌを得る。温度Ｔを変えて順次同様の計測を行い、ＥとＬの関係式を最小２乗法等により作成する。ここでは、このＥとＬの関係式を下記式２とする。
【０１３７】
【数２】
…（式２）
【０１３８】
この式２が表す関係式は、個々の撮像装置固有の特性式を意味するので、新たな撮像装置を導入したとき撮像装置毎に作成する必要がある。ただし撮像装置に固有の特性であるので、この手順１は１回実施すれば、それ以降再度行なう必要はない。また、本実施形態では、計測波長λとして、例えば１μｍの波長を用い、その波長の選択には、光学フィルタを使用することができる。しかしながら、計測波長λは、他の波長であってもよく、波長の選択方法は、光学フィルタ以外にも例えば特定の波長のみを撮像する撮像素子を使用したり、撮像装置に含まれる特定の波長を画像解析により抽出する等、様々な方法を使用することができることはいうまでもない。
【０１３９】
手順２：実際の炉において、温度既知物体例えば保護管付き熱電対の温度Ｔ１［Ｋ］から、下記式３のようにＰｌａｎｃｋの法則により黒体輝度Ｅ１を算出する。
【０１４０】
【数３】
…（式３）
【０１４１】
手順３：撮像装置により、温度既知物体を計測し、出力Ｌ１を得る。オフラインにて作成した上記特性式（式２）により、出力Ｌ１に該当する輝度を計算する。
【０１４２】
この手順３で計算される輝度は、迷光の反射を含む見掛けの輝度であり、放射伝熱学の分野で射度と呼ばれる量に該当する。これをＧ１と表す。つまり、この輝度Ｇ１は、下記式４で表される。
【０１４３】
【数４】
…（式４）
【０１４４】
手順４：上記Ｅ１とＧ１から下記の式５により、迷光量Ｊを計算する。
【０１４５】
【数５】
…（式５）
【０１４６】
この式５中、ε１は温度既知物体の放射率である。
ここで、この式５の導出過程について述べる。温度Ｔの物体表面から放射される単色放射量Ａは、Ｐｌａｎｃｋの法則から計算される黒体輝度Ｅに、物体表面の放射率εを乗じたものである。即ち、単色放射量Ａは、下記式６で表される。
【０１４７】
【数６】
…（式６）
【０１４８】
また、炉内迷光（外来照射）Ｊが物体表面で反射される量Ｂは、放射伝熱理論より、下記の式７で表される。
【０１４９】
【数７】
…（式７）
【０１５０】
撮像装置で計測される「見掛けの輝度」Ｇは上記ＡとＢの合計であるので下記式８で表される。
【０１５１】
【数８】
…（式８）
【０１５２】
この式を変形すると、迷光量Ｊを算出する式９が得られる。よって、この式９にＥ１，Ｇ１及びε１を代入して、上記式５が導出される。
【０１５３】
【数９】
…（式９）
【０１５４】
手順５：撮像装置により、鋼片を計測し、出力Ｌ２を得る。そして、上記特性式（式２）により、出力Ｌ２に該当する輝度を計算する。これは、迷光の反射を含む見掛けの輝度である。これをＧ２と表す。つまり、この輝度Ｇ２は、下記式１０で表される。
【０１５５】
【数１０】
…（式１０）
【０１５６】
なお、ここで撮像装置により計測される出力Ｌ２は、その鋼片の表面に対する分布として表される。つまり、撮像装置の撮像画像中の所定の個所に対する出力Ｌ２は、撮像画像中に撮像された鋼片の所定の個所に想到し、出力Ｌ２は、撮像画像中の位置毎に異なる値を取りうる。よって、この出力Ｌ２から算出する輝度Ｇ２も、同じく、鋼片に対する分布となる。なお、ここでは説明の便宜上、輝度Ｇ２は、輝度分布中の１点の輝度又は複数点の平均輝度であるとして説明する。しかし、この輝度Ｇ２に対する後段の計算等を、撮像画像中の鋼片に相当する位置毎に行うことにより、この温度測定方法では、温度分布を測定することが可能であることは言うまでもない。
【０１５７】
手順６：上記Ｇ２と上記手順４項で算出した迷光量Ｊ（式５）から、下記の式１１により鋼片の黒体輝度Ｅ２を計算する。
【０１５８】
【数１１】
…（式１１）
【０１５９】
ε２は鋼片の放射率である。
ここで、この式の導出過程について述べる。
上記手順４項で導出した下記の式１２（上記式８）を用い、この式を変形して黒体輝度Ｅを求めると、上記の式１１が得られる。
【０１６０】
【数１２】
…（式１２）
【０１６１】
手順７：このＥ２から、下記Ｐｌａｎｃｋの法則の逆関数（式１３）を用いて、鋼片の温度Ｔ２［Ｋ］を求める。
【０１６２】
【数１３】
…（式１３）
【０１６３】
ここで、Ｌｏｇは自然対数である。
ここに述べた迷光補正方法（手順１〜手順７）を用いることによって、温度既知物体と鋼片との距離が離れている場合においても、鋼片の温度を求めることが可能である。以下、その理由を述べる。
【０１６４】
温度既知物体及び鋼片からの放射エネルギーは、物体自身からの放射量と炉内から受けた迷光の反射量との和であり、上述の手順４項で導出した式８の如く、温度既知物体及び鋼片のそれぞれについて下記の式１４及び式１５で表される。
【０１６５】
【数１４】
…（式１４）
…（式１５）
【０１６６】
ここで、添字１は温度既知物体、添字２は鋼片を表す。それぞれの式の右辺第１項は物体自身からの放射量、第２項は炉内からの迷光の物体表面での反射量である。
【０１６７】
上記関連技術においては、放射エネルギーの差ΔＧ（＝Ｇ２−Ｇ１）を加減算することによって補正を行ない、上記２つの式１４及び式１５において、見掛けの輝度Ｇと黒体輝度Ｅとの関係が同じであることを利用して輝度Ｅを求めて鋼片の温度を得ている。従って、上記関連技術の方法においては、上記２つの式のε１とε２が等しく、かつ、（１−ε１）Ｊ１と（１−ε２）Ｊ２が等しいことが要件となる。即ち、温度既知物体と鋼片の放射率が等しく、測定波長帯域に亘る迷光量Ｊの合計が等しいことが要件であるので、迷光が等しいことが明確であるような近傍に両者を置くことが必要である。それに対して、本実施形態の温度測定方法においては、上記補正計算手順の説明に示した如く、両式の相等性は要件ではない。即ち、炉内で迷光量に差が少ない単波長を使用するので、上式の第２項（１−ε１）Ｊ１と（１−ε２）Ｊ２とが等しい必要はなく、放射率ε及び迷光Ｊが位置によって異なっても、測定誤差を低減することが可能である。
【０１６８】
一般に加熱炉で加熱する材料は、金属材料の場合は表面が酸化するために放射率が高く、非金属材料の場合は材料そのものの放射率が高い。通常、被加熱物の放射率は０．８を上回る値である。そのため、εに較べて（１−ε）が小さく、上式の第１項εＥに較べて第２項（１−ε）Ｊが小さくなる。従って、温度既知物体位置の迷光Ｊ１と鋼片位置の迷光Ｊ２に若干の差があっても、相対的に値が小さい第２項に差が生ずるだけであるので、式の計算結果への影響は小さい。また、本実施形態では、計測波長λを、炉内ガスによる吸収・放射が少ない波長に設定する。従って、温度既知物体位置の迷光Ｊ１と鋼片位置の迷光Ｊ２との差を非常に小さくすることができる。よって、本実施形態では、温度既知物体と鋼片とを近接して配置しなくても、Ｊ１＝Ｊ２として計算することが可能である。なお、Ｊ１とＪ２の差異は１０％程度異なっていても誤差には大きな影響はない。なぜならば、放射率０．８程度で、Ｊの差異が０．２程度ならば、上記の式の右辺の差異は（１−０．８）×１０％＝２％程度の影響に過ぎないからである。
【０１６９】
以上の理由により、単波長の測定を行う本実施形態の温度測定方法を用いれば、迷光に若干の差異がある位置に温度既知物体を置いても、精度を大きく落とすことなく温度計測が可能である。即ち、鋼片の近傍に温度既知物体を置く必要はない。
【０１７０】
２−１−２．特徴２
特徴２．温度既知物体は、その大きさが撮像装置の画素数において少なくとも２５画素、望ましくは１００画素以上となるような位置に配置される。
【０１７１】
この特徴２について説明すると、以下の通りである。
上記問題２に示した如く、関連技術では、撮像装置の１画素が占める領域が小さいため、１画素の出力は、例えば空間的・時間的変動・信号処理系の外乱等の影響を受け、いくらかのバラツキを生ずる。温度既知物体の１画素単位の出力の実測値を図１１に示す。
【０１７２】
図１１に示す実測値の標準偏差を算出するとσ＝１１℃であった。よって、１画素のみの測定値を用いて迷光補正を行えば、誤差が大きく、実用に耐えないことは明らかである。そこで、本実施形態の温度測定方法では、複数の画素の平均値を取り、その平均値で補正計算を行なうことにより、このような問題を解決することができる。
【０１７３】
以下、この特徴２を導出した発明者らの考察に基づいて、具体的な条件を説明する。
上述の通り、１画素単位の標準偏差は１１℃であった。統計学の法則によればn個の平均値をとった場合の標準偏差は、その個数の平方根に逆比例するので、２５画素の平均をとれば、標準偏差は５分の１の約２℃となる。１００画素の平均値をとれば、１００の平方根１０に逆比例するので、１０分の１の約１℃となる。
【０１７４】
炉内の温度計測においては、標準偏差２℃であれば概ね実用可能であり、１℃であれば、十分である。よって、少なくとも２５画素（例えば５×５画素）、望ましくは１００画素（例えば１０×１０画素）以上の画素数が得られる位置に温度既知物体を置く必要がある。
【０１７５】
温度既知物体としては、例えば、保護管付き熱電対を用いるのが適当である。加熱炉で用いられる保護管付き熱電対の外径は２０〜３０ｍｍ程度であるので、計測範囲は四角形の場合は縦横１０ｍｍ程度、円形の場合は直径１０ｍｍ程度の範囲となる。
【０１７６】
一方、撮像装置として、例えば、一般的に用いられる画素数４０万個程度のＣＣＤカメラでは、１画素の視角は約０．０８度×０．０８度程度である。よって、５×５＝２５画素を見る視角は、０．４度×０．４度となる。ｔａｎ０．４度＝０．００７０であるので、０．４度×０．４度の視角に１０ｍｍ×１０ｍｍの範囲を写すためには、１０ｍｍ／０．００７０＝１４００ｍｍよりカメラに近い位置に置かなければならない。
【０１７７】
温度既知物体の被測定部位の大きさが１０ｍｍの場合について計算したが、大きさが異なる場合についても同様の計算を行えば、温度既知物体を置くべき位置は、被測定部分の大きさＹに対し撮像装置からの距離Ｘは、下記式１６を満たすことが望ましい。
【０１７８】
【数１５】
…（式１６）
【０１７９】
このような考察に基づいて、本発明者らは、上記特徴２を導き出した。従って、本実施形態では、温度既知物体は、その大きさが撮像装置の画素数において少なくとも２５画素（例えば５×５画素）、望ましくは１００画素（例えば１０×１０画素）以上となるような位置に配置される。換言すれば、温度既知物体は、温度既知物体の被測定部分の大きさをＹとし、その撮像装置からの距離をＸとした場合、Ｘは、上記式１６を満たすように設定される。更に具体的には、このＸは、撮像装置として画素数４０万個程度のＣＣＤカメラを使用し、かつ、Ｙを１０ｍｍとした場合、１４００ｍｍよりも小さい値に設定される。その結果、本実施形態に係る温度測定方法では、撮像装置の測定誤差を低減させて、温度測定精度を向上させることができる。
【０１８０】
２−１−３．特徴３
特徴３．温度既知物体は、その放射率が鋼片の放射率に対して前後０．１の範囲となる材質を用いる。
【０１８１】
この特徴３について説明すると、以下の通りである。
本発明の発明者らは、本実施形態の温度測定方法について、計測条件が種々に変わった場合の計測結果、即ち迷光補正後温度の誤差について理論的検討を行なった。
【０１８２】
検討条件は、長さ１２ｍ、高さ２．５ｍの燃焼炉にて、炉内壁温度１２００℃、炉床に置かれた鋼片の温度９００℃、鋼片の放射率０．８６として、炉内の放射伝熱計算を行ない、上記特徴１及び特徴２を満たす条件下での各面の放射伝熱量及び反射迷光量の理論値を求めた。計算の手法は、甲藤好郎著「伝熱概論」（養賢堂）ｐ．３７７−ｐ．３８２に示された手順を用いた。
【０１８３】
その計算結果に、上述の特徴１で説明した迷光補正計算方法を適用し、温度既知物体の位置を炉幅方向の炉内左壁位置を原点０ｍ点とし、その０ｍ点から右側へ１２ｍ点まで２ｍ毎に変化させた場合の迷光補正値を計算した。撮像装置の位置は左側０ｍ点とし、鋼片の位置は炉幅方向の中心、つまり６ｍ点とした。計算結果を図１２に示す。図１２に示した放射率εは温度既知物体の放射率であり、鋼片の放射率は０．８６に固定している。
【０１８４】
図１２に示すように、この計算結果によれば、例えば温度既知物体の放射率が鋼片の放射率０．８６と等しい場合、温度既知物体の位置がどこであろうとも、鋼片の補正後温度は、鋼片の真の温度９００℃に対して、３℃以内の差異に収まる。
【０１８５】
しかし、鋼片と温度既知物体との放射率εに差がある場合は、温度の差異が大きくなることが判る。鋼片の放射率ε＝０．８６に対して温度既知物体の放射率が０．８１〜０．９１即ち前後０．０５の範囲では、真の温度９００℃に対して、±６℃であるが、温度既知物体の放射率が０．７６〜０．９６即ち前後０．１の範囲では±１３℃程度となる。
【０１８６】
実用性を考慮して１０℃程度までの誤差を許容すれば、温度既知物体の放射率は、温度や放射率のレベルにより若干異なるが、鋼片放射率の前後０．１程度以内となる材質を選定すべきであり、望ましくは前後０．０５程度以内とすれば更に測定誤差を低減させることができる。
【０１８７】
一方、上記関連技術では、温度既知物体の輝度によって迷光を補正する方式が採用されている。この関連技術において、鋼片と温度既知物体との位置関係は明示されていないが、実施例として例示された図＃においては鋼片の近傍に温度既知物体を置いており、実施形態として両者を近傍に置くことが想定されていると考えられる。
【０１８８】
発明者らの知見によれば、上述のように、例えば鋼片の温度が９００℃、炉内壁の温度が１２００℃のように、鋼片と炉内壁との温度に大きな差がある場合、炉壁近傍では炉壁からの迷光の影響を強く受ける。しかし、温度既知物体の放射率と鋼片の放射率とが同程度の場合には、その影響は小さくなる。これを図１３に示す。図１３には、上記図１２中の温度既知物体の放射率εが、鋼片と等しい０．８６の場合の計算結果と、その値から離れた０．７６の場合の計算結果とを示した。つまり、図１３において●のプロットは、鋼片と温度既知物体との放射率が同程度の場合の例であり、×のプロットは、温度既知物体の放射率が鋼片と異なる場合の例である。ここでも、鋼片は炉の中心即ち６ｍ点に置いた。
【０１８９】
図１３に示すように、放射率が異なる場合は、温度の誤差が大きくなるのみでなく、炉壁近傍と中央との差が大きくなることがわかる。この理由により、上記関連技術では、放射率の規定がないために、明示されていないものの、実施態様として、鋼片の近傍に温度既知物体を置かざるを得なかったものと考えられる。
【０１９０】
しかし、本実施形態では、温度既知物体の放射率を規制することにより、図１３の●プロットに示される如く、６ｍ点においた鋼片から離れた位置に温度既知物体を置いても誤差の小さい測定が可能である。
【０１９１】
以上、本発明の第１実施形態に係る温度測定方法が有する特徴１〜３について説明した。この本実施形態に係る温度測定方法は、上記特徴１〜３に加えて、更に、測定精度を維持向上させるために、以下のような特徴４，５をも有する。
【０１９２】
特徴４：放射率の経時変化への対処
特徴５：炉内の迷光量分布等から規定される温度既知物体の位置
【０１９３】
そこで次に、この特徴４，５について説明する。
【０１９４】
２−１−４．特徴４
特徴４：放射率の経時変化への対処
【０１９５】
この特徴４について説明すれば、以下の通りである。
温度既知物体として金属保護管付き熱電対を用いた場合は、長期間の使用などによる酸化の影響等によって、温度既知物体の放射率が、若干変化する可能性がある。また、セラミック製保護管付き熱電対を用いた場合では酸化の恐れはないが、煤や炉内ダスト等の付着による放射率変化の可能性は排除できない。そこで、本実施形態に係る温度測定方法では、このような温度既知物体の放射率の経時変化に対して、以下に示す手段により対処することができる。
【０１９６】
手段１：放射率の経時変化の把握方法
一般に物体表面の放射率を測定するためには迷光の無い条件下でその物体の温度と輝度を測定する必要がある。よって、炉内に設置したままでは放射率の把握は困難である。しかし、炉の操業条件が一定ならば炉内の迷光量分布に変動は無く、温度既知物体からの放射輝度と炉の内壁からの放射輝度の関係は一定と考えられる。この現象を利用し、撮像装置の視野内の炉内壁輝度と温度既知物体輝度との差を長期的に記録し、同一温度条件での傾向管理を行なうことによって放射率の経時変化の有無を把握、管理することができる。例えば、炉内壁輝度と温度既知物体輝度との差の変化が、所定の閾値を超えた場合などに、温度既知物体の放射率が変化したと判断することができる。そして、放射率が変化した場合、温度測定精度を保つために、以下の手段２による対処を採ることができる。
【０１９７】
手段２：放射率の経時変化が生じた場合の対処方法
温度既知物体を新品に交換することが最良の手段である。交換することが不可能であり、かつ、上記手段１の傾向管理データから放射率の変化値が推定できる場合には、以下の方法によって補正してもよい。即ち、上述の特徴１の手段２で導出した迷光量Ｊを計算する以下の式１７（上記式５）において、標準の放射率εの代わりに経時変化後の放射率εｘを用いた式１８により、迷光量Ｊを計算する。
【０１９８】
【数１６】
…（式１７）
…（式１８）
【０１９９】
迷光量Ｊを計算した後は、上記特徴１の手順５項以降を、前述の計算手順に従って計算し、迷光補正後温度を算出する。この方法によって放射率の経時変化に対する補正計算を行なった例を図１４に示す。図１４に示すように、温度既知物体の放射率が、基準の放射率０．８６に対して経時的に上昇した場合、補正後の温度は低下していく。しかしながら、本実施形態に係る温度測定方法によれば、上記の特徴４を用いて計算することにより、正しい温度９００℃の出力を得ることができる。
【０２００】
つまり、本実施形態に係る温度測定方法は、この特徴４を有することにより、温度既知物体の放射率の経時変化等による影響を低減させて、長期間の使用に対しても、温度測定精度を維持させることができる。
【０２０１】
経時変化後の放射率εｘ
なお、ここで使用した経時変化後の放射率εｘは、以下のように導き出すことができる。
上述の通り、手段１では、撮像装置の視野内の炉内壁輝度と温度既知物体輝度との差を長期的に記録する。この際、炉内において放射率の経時変化が比較的安定して変化がほとんど無いとみなされる部位、例えば長期間補修改修を行っていない炉壁の輝度と、温度既知物体輝度との差もあわせて記録する。以下、この部位を「比較部位」ともいう。なお、炉内壁が比較部位である場合、手段１で記録する炉内壁輝度を比較部位の輝度とすることができる。
【０２０２】
ここで比較部位の見掛けの輝度をＧｗとし、温度既知物体輝度をＧｔとする。つまり、比較部位輝度Ｇｗと温度既知物体輝度Ｇｔとの差ΔＧ（＝Ｇｔ−Ｇｗ）の変化を長期間記録することになる。なお、撮像装置が計測する「見掛けの輝度Ｇ」は、上記式８で表されるので、初期の温度既知物体（Ｇｔ１）、初期の比較部位（内壁等）（Ｇｗ１）、長期間経過後の温度既知物体（Ｇｔ２）、長期間経過後の比較部位（Ｇｗ２）の見掛け輝度は、それぞれ下記のようになる。
【０２０３】
【数１７】
…（式Ａ１）
【０２０４】
この式Ａ１中、Ｅｔは、温度既知物体の黒体輝度、Ｊｔは、温度既知物体の迷光量、εｗ、比較部位の放射率、Ｅｗは、比較部位の黒体輝度、Ｊｗは、比較部位の迷光量である。ここで、比較部位は、放射率の経時変化が比較的安定して変化がほとんど無いとみなされる部位であるため、比較部位の放射率は、期間経過前後においてεｗで一定となる。また、測定時の温度を一定とすることにより、既知物体の黒体輝度Ｅｔも、期間経過前後において変化しない。更に、炉内迷光条件が大きく代わることは少ないため、既知物体の迷光量Ｊｔ及び比較部位の迷光量Ｊｗも、期間経過前後において変化しない。
【０２０５】
この式Ａ１より、初期の輝度差ΔＧ１と、期間経過後の輝度差ΔＧ２とは、以下式Ａ２と式Ａ３とのようになる。
【０２０６】
【数１８】
…（式Ａ２）
…（式Ａ３）
【０２０７】
よって、輝度差ΔＧの経時変化量（ΔＧ２−ΔＧ１）は、下記式Ａ４のように計算できる。
【０２０８】
【数１９】
…（式Ａ４）
【０２０９】
この式Ａ４より、温度既知物体の放射率の変化量（εｘ−ε）は、見掛け輝度差の経時変化量（ΔＧ２−ΔＧ１）に比例することが判る。
【０２１０】
ここで、（εｘ−ε）と（ΔＧ２−ΔＧ１）との比例定数をＫ（＝Ｅｔ−Ｊｔ）とすると、この比例定数Ｋは、以下のように求めることができる。
【０２１１】
Ｅｔは、温度既知物体の黒体輝度であるため、既知の温度値から、上記式３により計算することができる。一方、Ｊｔは、温度既知物体の受ける迷光量であるため、上記式４と式５により、撮像装置の出力Ｌから算出することができる。従って、これらの測定及び計算を予め行うことにより、比例定数Ｋ（＝Ｅｔ−Ｊｔ）を求めることができる。また、式Ａ４は、下記式Ａ５のように計算できる。
【０２１２】
【数２０】
…（式Ａ５）
【０２１３】
よって、この式Ａ５に、算出した比例定数Ｋと、見掛け輝度差の経時変化量（ΔＧ２−ΔＧ１）とを代入することにより、経時変化後の温度既知物体の放射率εｘを求めることができる。なお、長期間経過後の比較計算は、比例定数Ｋを算出した炉内条件で行うので、ＥｔとＪｔは変わらないものとすることができ、予め算出した比例定数Ｋを、例えば温度既知物体を交換するまで使用することが可能である。
【０２１４】
なお、この経時変化後の温度既知物体の放射率εｘを計算は、炉内の状況（温度および迷光量）が同等の条件であるデータを用いて行われる必要がある。よって、測定して記録した長期間のデータのうちの既知温度計温度及び比較部位（炉壁内面等）の温度が初期とほぼ同等であり、かつ、炉の操業条件（炉内迷光条件）がほぼ同一である時間帯のデータを多数抽出し、その平均値を用いて、放射率εｘを計算することが望ましい。また、データの分散から統計的手法によって結果の確かさの検定を行うことも可能である。
【０２１５】
２−１−５．特徴５
特徴５：炉内の迷光量分布等から規定される温度既知物体の位置
【０２１６】
この特徴５について説明すれば、以下の通りである。
上記の如く、本実施形態では、炉内ガス等による反射・吸収が起こらない波長を使用するなどにより、温度既知物体は鋼片の近傍に配置される必要はないが、この波長においても、炉内の迷光は位置による分布がある。そこで、本実施形態に係る温度測定方法では、測定精度を更に高めるために、温度既知物体は、鋼片位置の迷光量と同等の迷光量となる位置に置く。迷光分布等による温度既知物体の位置の制約は、次の３つの条件によって規定される。
【０２１７】
条件１：炉内迷光分布上、鋼片の位置と迷光量がほぼ同一となる位置
条件２：鋼片の測定表面に対する角度が、鋼片の放射率が変化しない角度以上となる位置
条件３：鋼片との間に火炎を挟まない位置
【０２１８】
以下、それぞれの条件について述べる。
【０２１９】
条件１：炉内迷光分布上、鋼片の位置と迷光量がほぼ同一となる位置
炉の内壁に温度分布がある場合、炉内壁近傍では、近くの炉内壁の温度の影響を強く受けるため、迷光量が炉内の一般部分とは異なる場合がある。一部の炉内壁温度が異なる場合について、発明者らのデータに基づいて、迷光量を算出した結果を図１５に示す。炉内壁温度１２００℃に保持した炉において、一部の炉内壁を１１００℃としたときの迷光分布である。図１５の横軸は１１００℃の炉壁からの距離である。炉内壁より０．２５ｍ未満の領域における迷光量は、他の位置の迷光量と著しく異なる。そこで、本実施形態に係る温度測定方法では、温度既知物体を炉内壁から０．２５ｍ以上離れた位置に配置することにより、炉内壁の温度分布による炉内迷光分布による影響を低減して、温度測定精度を更に向上させることができる。
【０２２０】
条件２：鋼片の測定表面に対する角度が、鋼片の放射率が変化しない角度以上となる位置
一般的には、物質によっては、表面の放射率が、放射方向によって異なる場合がある。これは例えば化学工学便覧改訂３版の図２．８１に例示されている。一方、本実施形態に係る温度測定方法では、温度既知物体と鋼片とを撮像装置の同一視野内に置いて、輝度の比較によって補正計算を行なう。従って、鋼片の放射率が温度既知物体の放射率に対して変化しないよう、鋼片の測定表面に対する角度が、放射率が変化しない範囲の角度となる位置に、温度既知物体を配置して両者を撮像装置の視野内に収めなければならない。
【０２２１】
このような問題点に想到した発明者らは、鋼片（鋼材）を用い、種々の角度に温度既知物体を配置して、鋼片の温度測定を上述の方法で行い、誤差の大きさから、角度の限界を判定した。その結果、図１６に示す如く、この角度は、１３度以上にすることが必要であるとの結論が得られた。
【０２２２】
そこで、本実施形態に係る温度測定方法では、鋼片の測定表面に対する角度が１３度超過となる位置に、温度既知物体を配置することにより、鋼片の放射率の変化による温度測定への影響を低減させて、温度測定精度を更に向上させることができる。
【０２２３】
条件３：鋼片との間に火炎を挟まない位置
本実施形態では、燃焼ガス中の熱放射ガスである二酸化炭素と水蒸気の放射スペクトルを避けた単色光例えば波長１μｍの放射を計測するので、全波長放射測定型の温度計に較べて、火炎の影響は受けにくい。しかし、火炎には熱放射性のフリーラジカル等が含まれるので、鋼片との間に火炎が介在すると迷光補正誤差が生ずる可能性がある。そこで、本実施形態に係る温度測定方法では、鋼片と温度既知物体及び撮像装置との間に火炎を挟まない位置関係を保持することにより、火炎による影響を低減させる。この位置関係は、本技術を適用する炉の鋼片と火炎との位置関係により規定される。具体的には、図１７に示すように、被測定点（鋼片）から火炎の端までの水平距離をＸ１、被測定点から火炎下端までの高さをＹ１、被測定点から温度既知物体までの水平距離をＸ０、高さをＹ０とするとき、温度既知物体の位置は、下記式１９を満たすように設定される。
【０２２４】
【数２１】
…（式１９）
【０２２５】
以上、条件１〜３を総合し、炉内の迷光分布等によって規定される、温度既知物体の位置は、下記の様に示される。
【０２２６】
つまり、この位置は、
条件１：炉の内壁からの距離が０．２５ｍ以上であり、
条件２：被測定点と温度既知物体とのなす角度が、被測定点の表面に対して１３度以上であり、
条件３：被測定点から火炎の端までの水平距離をＸ１、被測定点から火炎までの高さをＹ１、被測定点から温度既知物体までの水平距離をＸ０、高さをＹ０とするとき上記式１９を満たすように設定される。
【０２２７】
この温度既知物体の位置を例示すれば、図１７の斜線範囲である。本実施形態に係る温度測定方法は、この範囲内に温度既知物体を配置することにより、鋼片の温度測定精度を更に向上させることができる。
【０２２８】
以上、本発明の第１実施形態で使用される温度測定方法について説明した。
次に、このような方法を実際に実行する本実施形態に係る温度測定装置例について説明する。
【０２２９】
２−３．第１実施形態で使用される温度測定装置例
図１７に示すように、温度測定装置１００は、加熱炉１内に配置された鋼片Ｆの温度を測定する。図１７では、加熱炉１として、バーナ２（リジェネバーナ、サイドバーナ、ルーフバーナ、軸流バーナ等の様々なバーナの例。）によって加熱を行う炉を例示しているが、本実施形態に係る温度測定装置１００を適用可能な加熱炉１は、この例に限定されるものではない。なお、上記本発明の第１実施形態に温度測定装置１００を使用する場合、撮像装置１１０及び温度既知物体１２０は、炉側壁又は炉天井から挿入等することが望ましい。つまり、この場合、図１７に示す横方向が炉幅方向に相当することになる。
【０２３０】
温度測定装置１００は、図１７に示すように、撮像装置１１０と、温度既知物体１２０と、演算部１３０と、表示部１４１と、記憶部１４２とを有する。
【０２３１】
撮像装置１１０は、輝度計測部の一例であって、鋼片Ｆと温度既知物体１２０とを同一視野内に収めて撮像することが可能なように配置される。図１７では、撮像装置１１０が加熱炉１内に挿入された場合を示しているが、この場合、撮像装置１１０は、耐熱構造を有する。また、撮像装置１１０は、加熱炉１内部を撮像可能であればよいので、例えば、加熱炉１に耐熱ガラスなどにより窓を設けて、撮像装置１１０を加熱炉１の外部に配置することももちろん可能である。
【０２３２】
また、撮像装置１１０は、例えば、上記特徴１を満たすように、所定の波長の輝度を撮像可能なように波長選択フィルタ等（図示せず）を有する。この波長選択フィルタは、波長選択部の一例であって、所定の波長の光を透過する。この波長選択部としては、波長選択フィルタに限定されるものではない。例えば、撮像装置１１０が、撮像可能な全波長帯域（又は所定の波長帯域）の輝度を撮像し、画像解析部１３１が、所定の波長の光のみを抽出することも可能である。この場合、画像解析部１３１が波長選択部を兼ねることになる。また、撮像装置１１０の撮像素子として、所定の波長の単色輝度のみを撮像するような素子を使用することも可能である。この場合、撮像装置１１０が波長選択部を兼ねることになる。
【０２３３】
このような撮像装置１１０としては、例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）、ＣＭＯＳ（相補性金属酸化膜半導体）などのイメージセンサを使用したカメラを使用することができが、例えば、ＩＰ（イメージングプレート）などのように、撮像画像中の輝度値を蓄積することが可能な構成であればどのような構成であってもよい。そして、このような撮像装置１１０からは、撮像画像中の各画素に受光された輝度値が、電気信号として出力される。
【０２３４】
一方、温度既知物体１２０は、上記特徴１、特徴２及び特徴５を満たす位置に配置され、例えば、保護管と、その保護管内部に挿入された温度計とを有する。保護管としては、例えば、上記特徴３で規定した放射率を満たす材質で構成される。金属材が鋼片Ｆの場合、このような材質としては、例えば、アルミナ、アルミナ・シリカ系、シリコンカーバイド、石英等のセラミックス材料や、インコネル、ハステロイ、ステンレス等の金属材料が挙げられる。また、温度計としては、例えば、熱電対温度計や抵抗温度計などの接触式温度計を使用することができる。熱電対温度計としては、例えば、白金−白金ロジウム熱電対などが挙げられ、抵抗温度計としては、例えば、白金抵抗温度計などが挙げられる。しかしながら、これらの温度計は、加熱炉１の温度や測定したい温度帯域に併せて適宜変更される。この温度既知物体１２０の温度は、演算部１３０（迷光計算部２２）に出力される。
【０２３５】
演算部１３０は、撮像装置１１０による撮像画像を解析して、鋼片Ｆの単色輝度から、鋼片Ｆの温度を算出する。その際、演算部１３０は、この温度を上述の通り迷光補正する。そのために、演算部１３０は、図１７に示すように、画像解析部１３１と、迷光算出部１３２と、迷光補正部１３３と、温度算出部１３４と、放射率変更部１３５と、記憶部１３６とを有する。
【０２３６】
画像解析部１３１は、撮像装置１１０が撮像した撮像画像（単波長の輝度値を含む画像）を解析し、温度既知物体１２０の輝度値に相当する出力値と、鋼片Ｆの輝度値に相当する出力値とを算出する。そして、画像解析部１３１は、それぞれ温度既知物体１２０に対する出力値を、迷光算出部１３２に出力し、鋼片Ｆの輝度値に対する出力値を、迷光補正部１３３に出力する。この際、画像解析部１３１は、温度既知物体１２０が上記特徴１及び特徴２を有する位置に配置されるため、複数の画素の平均値から温度既知物体１２０の輝度値に相当する出力値を算出することができ、同様に、鋼片Ｆに対しても平均値を使用することができる。従って、温度の算出精度誤差を低減することができる。
【０２３７】
迷光算出部１３２は、温度既知物体１２０の輝度値に相当する出力値に基づいて、上記特徴１の手順２〜手順４を実行し、迷光量Ｊを算出する。なお、手順１は、既に処理されており、上記式１及び式２等は、既に迷光算出部１３２に記録されており、迷光算出部１３２は、記録している式１及び式２を使用して、手順２〜手順４を実行する。
【０２３８】
迷光補正部１３３は、温度既知物体１２０の輝度値に相当する出力値と、迷光算出部１３２が算出した迷光量Ｊとに基づいて、上記特徴１の手順５及び手順６を実行して迷光補正し、鋼片Ｆの黒体輝度を算出する。
【０２３９】
温度算出部１３４は、迷光補正部１３３が算出した鋼片Ｆの黒体輝度に基づいて、上記特徴１の手順７を実行して、迷光補正した鋼片Ｆの温度を算出する。そして、この算出結果は、表示部１４１に表示されたり、記憶部１４２に記録される。なお、表示部１４１は、例えば、ブラウン管（ＣＲＴ：Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）・液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）・プラズマディスプレイ（ＰＤＰ：Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）・電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ：Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）・有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ（有機ＥＬ、ＯＥＬＤ：Ｏｒｇａｎｉｃ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ Ｄｉｓｐｌａｙ）・ビデオプロジェクタなどが使用可能である。
【０２４０】
一方、画像解析部１３１は、更に加熱炉１の炉内壁の輝度に相当する出力値を抽出して、放射率変更部１３５に出力する。そして、放射率変更部１３５は、この出力値から、炉内壁輝度を算出し、炉内壁輝度と温度既知物体輝度との差を記憶部１３６に記録する。放射率変更部１３５及び記憶部１３６は、これらの情報を使用して上記特徴４を実行し、迷光算出部１３２が使用する温度既知物体１２０の放射輝度を適宜更新する。
【０２４１】
なお、演算部１３０は、例えば、汎用又は専用のコンピュータで構成されてもよい。そして、このコンピュータに上記各構成の機能を実現させるプログラムを実行させることにより、演算部１３０を構成することができる。なお、コンピュータは、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）・ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）・ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等の記録装置と、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）・インターネット等のネットワークに接続された通信装置と、マウス・キーボード等の入力装置と、フレキシブルディスク等の磁気ディスク、各種のＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）・ＭＯ（Ｍａｇｎｅｔｏ Ｏｐｔｉｃａｌ）ディスク・ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）等の光ディスク、半導体メモリ等のリムーバブル記憶媒体等を読み書きするドライブと、モニタなどの表示装置・スピーカやヘッドホンなどの音声出力装置などの出力装置等と、を有してもよい。そして、このコンピュータは、記録装置・リムーバブル記憶媒体に記録されたプログラム、又はネットワークを介して取得したプログラムを実行することにより、演算部１３０の各構成の機能を実現することができる。
【０２４２】
２−４．第１実施形態で使用される温度測定装置による測定例
次に、本発明の第１実施形態に係る温度測定方法及び温度測定装置により、金属材として、燃焼炉（加熱炉１の一例）内に配置された鋼片Ｆ表面温度を測定した例を示す。ここで使用した燃焼炉は、長さ８ｍ（上記加熱炉１の場合の炉幅方向に相当）、幅２ｍ、高さ２ｍであり、ＬＮＧ（Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ）により鋼片Ｆを加熱する。鋼片Ｆは、およそ５ｍ、厚み５０ｍｍである。撮像装置１１０は、画素３８万個のＣＣＤカメラを用いた。ＣＣＤカメラは波長フィルター機能を有しており、この波長フィルター機能により、波長１．０±０．２μｍの単波長の放射光を測定した。なお、この際、波長フィルター機能は、±０．２μｍ程度の幅を有しているため、撮像装置１１０は、実際には波長０．８〜１．２μの放射光のみを計測することになるが、この程度の幅の波長は、実用上及び工業上、単波長とみなすことができる。従って、撮像装置１１０は、厳密な単波長光を撮像する必要はなく、工業的に単波長とみなせる程度の波長の光を撮像すればよい。
【０２４３】
放射温度計検定業者に依頼して温度計検定用黒体炉の温度とＣＣＤカメラの出力値との関係を検定した。検定温度範囲は９００℃から１２５０℃である。得られた検定データを用いて、最小自乗法による当てはめ計算を行ない、上記迷光補正計算手順の中の撮像装置１１０の特性式２０（上記式２）の具体的な形として、下記式２１を得た。
【０２４４】
【数２２】
…（式２０）
…（式２１）
【０２４５】
ここで、ＧはＣＣＤカメラのゲイン設定値、ＳＳはシャッター速度設定値、ＬはＣＣＤカメラの出力であり、また、Ｅは黒体炉の温度に対応する輝度であって、検定を行なった温度、９００℃、１０００℃、１１００℃、１２００℃、１２５０℃のそれぞれについて、上記で説明したＰｌａｎｃｋの式で計算される値である。具体的な計算方法としては、Ｅを従属変数とし、Ｇ、ＳＳ、及びＬを独立変数として非線形最小自乗法によって、式の中の５個の係数を決定した。この特性式は、本実施例で用いたＣＣＤカメラに特有のものであり、ＣＣＤカメラの機種が異なる場合や、ＣＣＤカメラ以外の撮像装置１１０を用いる場合には、個別に作成しなければならない。
【０２４６】
ＣＣＤカメラは、図１８に示すように、炉の側壁に開口した測定口から斜め下方に向けて挿入した。鋼片Ｆの最も遠方の測定点（位置１）からカメラまでの水平距離は６ｍ、鋼片Ｆの置かれた水平面からＣＣＤカメラまでの高さは１．６ｍである。これは、ＣＣＤカメラの先端と、鋼片Ｆの最も遠方の測定点（位置１）を結ぶ線上に火炎が入らない位置関係になっている。ＣＣＤカメラの中心線は、鋼片Ｆの中央（位置２）に向けてあり、具体的には伏角２１度である。この伏角は、鋼片Ｆ表面全体即ち位置１から位置３までをカメラの視野におさめるために選択したものであり、炉の形と鋼材が置かれる位置を考慮して適宜決定すればよい。このように鋼片Ｆ表面全体を視野内におさめることにより、温度測定装置１００は、鋼片Ｆの表面全体の温度分布を測定することが可能である。
【０２４７】
温度既知物体１２０は、保護管付き熱電対を用い、外径は１７ｍｍである。この保護管付き熱電対は、ＣＣＤカメラ先端から０．２ｍ下の位置に水平に挿入し、炉壁の内面から炉内側に０．３ｍ突き出して、先端部分がＣＣＤカメラの視野内に入っている。ＣＣＤカメラの視野内に入る位置関係であれば、必ずしも水平に挿入する必要はなく、炉の構造によっては天井に開口して垂直に挿入する方が強度面で有利な場合もある。この熱電対は温度既知物体として働くものであるので、外側を覆う保護管は放射率が、既知のものでなければならない。本実施例では放射率０．８５のアルミナ・シリカ系セラミック保護管を用いた。
【０２４８】
この実施例では、鋼片Ｆの放射率は０．８６であったので、上記熱電対保護管の放射率とほぼ同一であるが、上記特徴３を満たす範囲内であれば、放射率が異なっていてもよい。熱電対の種類は、ＪＩＳＢ型熱電対を使用した。熱電対の種類は使用する温度によって適宜選択すればよい。また、熱電対でなく他の温度センサー、例えば白金抵抗温度計等を使用してもよい。
【０２４９】
ＣＣＤカメラの視野角は左右６０度上下４５度と十分に大きく、鋼片Ｆ以外に炉の内壁面をも視野内に納めている。炉の内壁面の輝度と熱電対保護管表面の輝度とは熱電対に接続された記憶部１３６によって長期間保存され、その差の傾向管理を行なって熱電対保護管の放射率の経年変化を把握し、変化が生じた場合は、輝度の差が等しくなるよう、迷光計算に用いる温度既知物体放射率を補正する。この補正にあたっては、保存されたデータのうち、炉内温度がある一定温度（この実施例においては１１９０℃〜１２１０℃の範囲）であり、かつ、温度既知物体の温度がある一定温度（この実施例においては１１７０℃から１１９０℃）の範囲のデータのみを抽出することにより、炉内の熱放射条件が相等な条件で行った。
【０２５０】
温度既知物体のＣＣＤカメラでの輝度測定範囲は、表面約１０ｍｍ径の円形部分であり、画素数約２００個の平均値を計測した。鋼片Ｆの温度は、９００℃から１２５０℃までの範囲である。図１８に示された位置１、位置２、位置３の３点を計測した。位置１はＣＣＤカメラから水平距離で約６ｍ、位置２は約４ｍ、位置３は約２ｍ離れた位置である。
【０２５１】
上記本実施形態に係る温度測定方法によって迷光補正計算を行い、鋼片Ｆの各位置に埋め込んだ熱電対温度計によって計測した温度と比較した結果を図１９に示す。図１９中、縦軸は、本実施形態に係る温度測定方法により迷光補正計算を行った計測温度であり、横軸は、埋め込み熱電対実測温度である。また、図１９中の実線は、本方法による計測温度（迷光補正後）と、埋め込み熱電対実測温度が一致している線（横軸＝縦軸）を表す。図１９に示すように、各位置１〜３における測定点は、実線上に位置しており、埋め込み熱電対実測温度と、本方法による計測温度（迷光補正後）が良好な一致を示した。従って、本実施形態に係る温度測定方法が精度よく鋼片Ｆの温度を測定することが可能であることが判る。なお、本実施形態に係る温度測定方法は、更に、この位置１〜３のように、鋼片Ｆの撮像画像中の各個所について温度を測定することにより、鋼片Ｆの表面温度分布を非常に精度良く測定することが可能である。
【０２５２】
２−５．第１実施形態で使用される温度測定装置等による効果の例
最後に、本発明の第１実施形態で使用される温度測定方法等による効果が判りやすいように、上記特許文献２〜４に対する有利な効果の例を説明する。ただし、ここで説明する効果は、あくまで一例であって、本実施形態に係る温度測定方法等による効果を限定するものではないことは言うまでもない。
【０２５３】
２−５−１．特許文献２
上記特許文献２に記載の温度測定方法では、温度測定物体の表面に遮蔽板を設けて炉内迷光を遮断する。そして、遮蔽板は、水冷して遮蔽板自体からの熱放射を防いでいる。遮蔽板の発する放射による誤差は、遮蔽板の温度Ｔ２を実測し、見掛け放射エネルギーＧ１から下記の式２２により補正後真温度Ｔ１を得る。なお、Ｅb（Ｔ）は温度Ｔにおける放射エネルギを表す。
【０２５４】
【数２３】
…（式２２）
【０２５５】
この特許文献２では、鋼片の近くに遮蔽板を置く必要がある。しかし、鋼片が移動する場合、例えばウォーキングビーム式加熱炉等では、鋼片の動きによって遮蔽板が破損する恐れがある。鋼片の移動に応じて遮蔽板が移動する機構を設ければ測定システム自体が複雑になる。また、遮光板で迷光を完全に遮断することは困難であり、迷光の経路によっては、精度が低下してしまう可能性がある。
【０２５６】
一方、本実施形態に記載の温度測定方法等では、鋼片の近くに構造物を置く必要性がない。従って、本実施形態に記載の温度測定方法等は、上記特許文献２に対して、遮蔽板、その水冷装置、複雑な測定システムなどを使用する必要が無く、簡単な装置構成により温度を測定することができる。また、この温度測定方法等では、迷光量を算出して、迷光補正を行うため、遮光板で遮断しきれないような迷光の影響も低減させることができ、高精度の温度測定が可能である。
【０２５７】
２−５−２．特許文献３
特許文献３に記載の温度測定方法では、炉壁の実測温度Ｔｗと炉壁実効温度Ｔｗ’を用い、輝度Ｌを表す下記の式によって放射温度計の見掛け温度Ｓから補正した表面温度Ｔを得る。
【０２５８】
【数２４】
…（式２３）
【０２５９】
この際、上記の炉壁実効温度Ｔｗ’は、炉壁に２ヶ所以上設置した温度計の実測温度Ｔｗ１，Ｔｗ２，…Ｔｗｎの輝度の一次式２４により算出する。
【０２６０】
【数２５】
…（式２４）
【０２６１】
この一次式の係数ａ１，ａ２，…ａｎは実験等によりあらかじめ炉体形状及び鋼材の寸法に適合した値に設定しておく。
【０２６２】
この特許文献３では、炉内における迷光の光源は、主に火炎と炉壁である。しかしながら、この特許文献３では、炉壁からの迷光の影響はある程度補正できるが、火炎からの放射エネルギーが変化した場合の補正が困難である。火炎を用いない加熱炉や火炎の温度や大きさが常に一定の加熱炉ならば火炎から発する迷光は、係数ａ１，ａ２，…ａｎに一定値として含まれるが、火炎が変動すれば、この係数ａ１，ａ２，…ａｎは変わるものと考えられる。一般に、加熱炉では被熱物の量及び到達温度に応じて温度を適正に制御するために燃焼装置の燃焼量を適宜調節するので火炎状態は時間と共に変化する。これに対して、特許文献２では、火炎の変化に応じた補正手段は示されていない。従って、この特許文献３を火炎を用いる加熱炉に適用することは困難である。
【０２６３】
一方、本実施形態に記載の温度測定方法等では、炉壁から発する迷光と火炎から発する迷光がいずれも温度既知物体に照射されるように、温度既知物体を炉内空間に配置する。また、火炎と鋼片及び温度既知物体との位置関係を上記特徴５に示すように規定する。従って、本実施形態に記載の温度測定方法等では、火炎の放射エネルギーの変動に対しても適正な補正を行うことが可能である。
【０２６４】
２−５−３．特許文献４
特許文献４については、上記関連技術で説明した通りであり、上記の説明において詳しく本発明の第１実施形態による効果等を説明したが、本発明の第１実施形態に係る温度測定装置は、更に、温度既知物体を鋼片から離れたカメラの近傍に設置し、炉内ガスによる吸収及び放射が起こらない波長の単色輝度を撮像する等によって、上記特許文献２で説明した鋼片の移動による種々の障害を回避するとともに、通常小さな物体である温度既知物体の画角を大きくして十分な画素数を得、かつ、迷光補正精度を高めることが可能である。
【０２６５】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【０２６６】
例えば、上記実施形態では、図４に示すように炉幅方向には１の温度測定装置１００が配置される場合について説明した。しかしながら、温度測定装置１００を炉幅方向に併設して鋼片Ｆの下面全域の温度分布を測定し、その測定結果からスキッドマーク量ΔＴを求めることも可能である。また、この際、鋼片Ｆの長手方向にわたる複数のスキッドマーク部ＳＭのスキッドマーク量ΔＴを算出し、その複数のスキッドマーク量ΔＴに基づいて、抽出可否判定及び加熱調整を行うことも可能である。この場合、抽出可否判定や加熱調整の、鋼片Ｆの長手方向における精度を更に向上させることが可能である。
【０２６７】
また、上記実施形態では、スキッドマーク加熱装置５として炉床から挿入された局部加熱バーナやルーフバーナを使用する場合について説明した。しかしながら、スキッドマーク加熱装置５は、これらのバーナに特に限定されるものではない。例えば、各スキッドに配置された局部加熱装置やスキッド自身を加熱する加熱装置を使用することも可能である。
【０２６８】
また、上記実施形態では、炉制御部１６が、スキッドマーク量予測部１４で予測された抽出時スキッドマーク量ΔＴに基づいて、加熱調整を行う場合について説明した。しかしながら、炉制御部１６は、例えば、温度予測を行わずに実測されたスキッドマーク量ΔＴに基づいて、加熱調整を行うことも可能である。この場合、炉制御部１６は、スキッドマーク量記憶部１３に記録された各温度測定装置１００に対応したスキッドマーク量ΔＴを取得し、そのスキッドマーク量ΔＴの値に応じて、適宜、搬送速度・炉温・スキッドマーク部ＳＭへの局部加熱等を制御することが可能である。なお、この場合、スキッドマーク量予測部１４及び判定部１５は必ずしも必要ではない。
【０２６９】
なお、上記実施形態では、本発明の第１実施形態に係る温度測定方法等の特徴が判り易いように、特徴１〜特徴５と区分して説明した。しかしながら、この特徴１〜特徴５は、本発明の第１実施形態の特徴を限定するものではなく、本発明の第１実施形態の特徴は、各特徴１〜特徴５で詳細に説明した中に記載された各特徴をも含むことは言うまでもない。
【０２７０】
尚、本明細書において、フローチャートに記述されたステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的に又は個別的に実行される処理をも含む。また時系列的に処理されるステップでも、場合によっては適宜順序を変更することが可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【０２７１】
１ 加熱炉
２ バーナ
３，３Ａ，３Ｂ スキッドビーム
４，４Ａ，４Ｂ スキッドポスト
５ スキッドマーク加熱装置
１０ 加熱制御部
１１ 位置決定部
１２ スキッドマーク量算出部
１３ スキッドマーク量記憶部
１４ スキッドマーク量予測部
１５ 判定部
１６ 炉制御部
１００ 温度測定装置
１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ 温度測定装置
１１０ 撮像装置
１２０ 温度既知物体
１３０ 演算部
１３１ 画像解析部
１３２ 迷光算出部
１３３ 迷光補正部
１３４ 温度算出部
１３５ 放射率変更部
１３６ 記憶部
１４１ 表示部
１４２ 記憶部
１５０ カバー
１６１ 搬送速度制御部
１６２ 炉温制御部
１６３ ＳＭ加熱制御部
Ｆ 鋼片
ＩＮ 装入口
ＯＵＴ 抽出口
Ａｒ 測温領域
Ｐ１ 第１位置
Ｐ２ 第２位置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉内の金属材を複数のスキッドによって支持して炉長方向に搬送しつつ、該金属材を加熱する加熱炉であって、
前記複数のスキッドの間に少なくとも１以上配置され、前記金属材の下面の温度分布を測定する温度測定装置と、
前記温度測定装置が測定した温度分布から、前記金属材の前記スキッド間の位置における温度と、前記金属材の前記スキッドの対応した位置における温度との差であるスキッドマーク量を算出する温度算出部と、
を有し、
前記温度測定装置は、
炉内ガスによる吸収及び放射が起こらない波長を有する単色輝度により、少なくとも前記金属材の放射エネルギー分布を計測する輝度計測部と、
前記輝度計測部の測定範囲内で当該輝度計測部の近傍に配置され、前記加熱炉内の迷光を補正するための温度既知物体と、
前記輝度計測部が計測した前記金属材及び前記温度既知物体の単色輝度分布を迷光補正して、前記金属材の温度分布を求める演算部と、
を有することを特徴とする、加熱炉。
【請求項２】
前記温度算出部が算出したスキッドマーク量に基づいて、前記金属材の搬送速度及び前記加熱炉内の炉温の少なくとも一方を制御する加熱炉制御部を更に有することを特徴とする、請求項１に記載の加熱炉。
【請求項３】
前記温度算出部が算出したスキッドマーク量に基づいて、前記金属材の前記スキッドの対応した位置であるスキッドマークを局所的に加熱するスキッドマーク加熱装置を更に有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の加熱炉。
【請求項４】
前記演算部は、
前記金属材の温度を求める際に、前記温度既知物体の放射エネルギーと、当該温度既知物体の温度とに基づいて、迷光量を算出する迷光算出部と、
前記迷光算出部が算出した前記迷光量と、前記金属材の放射エネルギー分布とに基づいて、当該金属材の温度分布を算出する温度算出部と、
を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の加熱炉。
【請求項５】
前記輝度計測部は、前記金属材及び前記温度既知物体の放射エネルギーの単色輝度分布を所定の画素数の画像として撮像する撮像装置であり、
前記温度既知物体は、前記撮像装置が撮像する画像中を占める領域が２５画素以上となる位置に配置されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の加熱炉。
【請求項６】
前記温度既知物体は、前記撮像装置が撮像する画像中を占める領域が１００画素以上となる位置に配置されることを特徴とする、請求項５に記載の加熱炉。
【請求項７】
前記温度既知物体の放射率は、前記金属材の放射率に対して前後０．１の範囲内であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の加熱炉。
【請求項８】
前記輝度計測部は、前記加熱炉の炉内壁の放射エネルギーを更に計測し、
当該炉内壁と前記温度既知物体との放射エネルギーの差が記録される記憶部と、
前記記憶部に記録された前記放射エネルギーの差に基づいて、前記温度既知物体の放射率の経時変化の有無を把握する放射率変更部と、
を有することを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の加熱炉。
【請求項９】
前記放射率変更部は、前記温度既知物体の放射率の経時変化が生じた場合、経時変化後の放射率を算出し、
前記演算部は、当該経時変化後の放射率を使用して、前記迷光補正を行うことを特徴とする、請求項８に記載の加熱炉。
【請求項１０】
前記温度既知物体は、以下の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）の条件のうち、少なくともいずれかを満たす位置に配置されることを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載の加熱炉。
（Ａ）炉内迷光分布上、前記金属材の位置と迷光量がほぼ同一となる距離だけ炉壁から離隔した位置
（Ｂ）前記金属材の測定表面に対する角度が、前記金属材の放射率が変化しない角度以上となる位置
（Ｃ）前記金属材との間に燃焼フレームを挟まない位置
【請求項１１】
炉内の金属材を複数のスキッドによって支持して炉長方向に搬送しつつ、該金属材を加熱する加熱炉による加熱方法であって、
前記複数のスキッドの間に少なくとも１以上配置された温度測定装置により、前記金属材の下面の温度分布を測定する温度測定ステップと、
前記温度測定ステップで測定した温度分布から、前記金属材の前記スキッド間における最高温度と、前記金属材の前記スキッドの対応した位置における最低温度との差であるスキッドマーク量を算出する温度算出ステップと、
前記温度算出ステップで算出したスキッドマーク量に基づいて、前記金属材の搬送速度及び前記加熱炉内の炉温の少なくとも一方を制御する加熱制御ステップと、
を有し、
前記温温度測定ステップでは、
前記加熱炉内の迷光を補正するための温度既知物体を、輝度計測部の近傍に設置し、
前記輝度計測部を用いて、炉内ガスによる吸収及び放射が起こらない波長を有する単色輝度により、前記金属材及び前記温度既知物体の放射エネルギーを計測し、
計測した前記単色輝度を迷光補正して、前記金属材の温度分布を求めることを特徴とする、加熱方法。
【請求項１】
炉内の金属材を複数のスキッドによって支持して炉長方向に搬送しつつ、該金属材を加熱する加熱炉であって、
前記複数のスキッドの間に少なくとも１以上配置され、前記金属材の下面の温度分布を測定する温度測定装置と、
前記温度測定装置が測定した温度分布から、前記金属材の前記スキッド間の位置における温度と、前記金属材の前記スキッドの対応した位置における温度との差であるスキッドマーク量を算出する温度算出部と、
を有し、
前記温度測定装置は、
炉内ガスによる吸収及び放射が起こらない波長を有する単色輝度により、少なくとも前記金属材の放射エネルギー分布を計測する輝度計測部と、
前記輝度計測部の測定範囲内で当該輝度計測部の近傍に配置され、前記加熱炉内の迷光を補正するための温度既知物体と、
前記輝度計測部が計測した前記金属材及び前記温度既知物体の単色輝度分布を迷光補正して、前記金属材の温度分布を求める演算部と、
を有することを特徴とする、加熱炉。
【請求項２】
前記温度算出部が算出したスキッドマーク量に基づいて、前記金属材の搬送速度及び前記加熱炉内の炉温の少なくとも一方を制御する加熱炉制御部を更に有することを特徴とする、請求項１に記載の加熱炉。
【請求項３】
前記温度算出部が算出したスキッドマーク量に基づいて、前記金属材の前記スキッドの対応した位置であるスキッドマークを局所的に加熱するスキッドマーク加熱装置を更に有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の加熱炉。
【請求項４】
前記演算部は、
前記金属材の温度を求める際に、前記温度既知物体の放射エネルギーと、当該温度既知物体の温度とに基づいて、迷光量を算出する迷光算出部と、
前記迷光算出部が算出した前記迷光量と、前記金属材の放射エネルギー分布とに基づいて、当該金属材の温度分布を算出する温度算出部と、
を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の加熱炉。
【請求項５】
前記輝度計測部は、前記金属材及び前記温度既知物体の放射エネルギーの単色輝度分布を所定の画素数の画像として撮像する撮像装置であり、
前記温度既知物体は、前記撮像装置が撮像する画像中を占める領域が２５画素以上となる位置に配置されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の加熱炉。
【請求項６】
前記温度既知物体は、前記撮像装置が撮像する画像中を占める領域が１００画素以上となる位置に配置されることを特徴とする、請求項５に記載の加熱炉。
【請求項７】
前記温度既知物体の放射率は、前記金属材の放射率に対して前後０．１の範囲内であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の加熱炉。
【請求項８】
前記輝度計測部は、前記加熱炉の炉内壁の放射エネルギーを更に計測し、
当該炉内壁と前記温度既知物体との放射エネルギーの差が記録される記憶部と、
前記記憶部に記録された前記放射エネルギーの差に基づいて、前記温度既知物体の放射率の経時変化の有無を把握する放射率変更部と、
を有することを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の加熱炉。
【請求項９】
前記放射率変更部は、前記温度既知物体の放射率の経時変化が生じた場合、経時変化後の放射率を算出し、
前記演算部は、当該経時変化後の放射率を使用して、前記迷光補正を行うことを特徴とする、請求項８に記載の加熱炉。
【請求項１０】
前記温度既知物体は、以下の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）の条件のうち、少なくともいずれかを満たす位置に配置されることを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載の加熱炉。
（Ａ）炉内迷光分布上、前記金属材の位置と迷光量がほぼ同一となる距離だけ炉壁から離隔した位置
（Ｂ）前記金属材の測定表面に対する角度が、前記金属材の放射率が変化しない角度以上となる位置
（Ｃ）前記金属材との間に燃焼フレームを挟まない位置
【請求項１１】
炉内の金属材を複数のスキッドによって支持して炉長方向に搬送しつつ、該金属材を加熱する加熱炉による加熱方法であって、
前記複数のスキッドの間に少なくとも１以上配置された温度測定装置により、前記金属材の下面の温度分布を測定する温度測定ステップと、
前記温度測定ステップで測定した温度分布から、前記金属材の前記スキッド間における最高温度と、前記金属材の前記スキッドの対応した位置における最低温度との差であるスキッドマーク量を算出する温度算出ステップと、
前記温度算出ステップで算出したスキッドマーク量に基づいて、前記金属材の搬送速度及び前記加熱炉内の炉温の少なくとも一方を制御する加熱制御ステップと、
を有し、
前記温温度測定ステップでは、
前記加熱炉内の迷光を補正するための温度既知物体を、輝度計測部の近傍に設置し、
前記輝度計測部を用いて、炉内ガスによる吸収及び放射が起こらない波長を有する単色輝度により、前記金属材及び前記温度既知物体の放射エネルギーを計測し、
計測した前記単色輝度を迷光補正して、前記金属材の温度分布を求めることを特徴とする、加熱方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
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【図５】
【図６】
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【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２０１０−２６５５３５（Ｐ２０１０−２６５５３５Ａ）
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１２０２１０（Ｐ２００９−１２０２１０）
【出願日】平成２１年５月１８日（２００９．５．１８）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月１８日（２００９．５．１８）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
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