温度測定装置
【課題】スケール等の付着原因となる冷却水が温度計本体を濡らすのを防ぎ、長期間性能を維持できる鋼板下面の温度測定装置を提供する。
【解決手段】圧延材Ｗの下面の温度を測定する温度測定装置１ａにおいて、圧延材Ｗの下面と対向する冷却ヘッダ７の上面側に設けられた開口である先端窓１３ａと、冷却ヘッダ７の下面側に設けられた開口であって、冷却ヘッダ７の長手方向に沿って先端窓１３ａより長径とされた長孔の基端窓１４と、を備える。これら先端窓１３ａと基端窓１４に対して、冷却ヘッダ７の長手方向における先端窓１３ａの一端と基端窓１４の一端とを、例えば鉛直方向につなぐ第１側面１５と、冷却ヘッダ７の長手方向における先端窓１３ａの他端と基端窓１４の他端とを斜め方向につなぐ第２側面１６と、を設ける。この上で、温度計１７を、基端窓１４であって第２側面１６上で、計測方向が先端窓１３ａを介して圧延材Ｗの下面を向くように配置する。
【解決手段】圧延材Ｗの下面の温度を測定する温度測定装置１ａにおいて、圧延材Ｗの下面と対向する冷却ヘッダ７の上面側に設けられた開口である先端窓１３ａと、冷却ヘッダ７の下面側に設けられた開口であって、冷却ヘッダ７の長手方向に沿って先端窓１３ａより長径とされた長孔の基端窓１４と、を備える。これら先端窓１３ａと基端窓１４に対して、冷却ヘッダ７の長手方向における先端窓１３ａの一端と基端窓１４の一端とを、例えば鉛直方向につなぐ第１側面１５と、冷却ヘッダ７の長手方向における先端窓１３ａの他端と基端窓１４の他端とを斜め方向につなぐ第２側面１６と、を設ける。この上で、温度計１７を、基端窓１４であって第２側面１６上で、計測方向が先端窓１３ａを介して圧延材Ｗの下面を向くように配置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱された鋼材のような熱間材を冷却する冷却装置において、熱間材の下面の温度を測定する温度測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
厚板鋼板などを圧延する圧延装置は、上流側から、加熱炉等の熱処理炉、粗圧延機、仕上圧延機、冷却装置が順番に配置されている。この冷却装置では、圧延後の鋼板の上面と下面に向かって冷却水を放出することで鋼板の温度を所定の温度にまで低下させて、必要とする鋼板の組成を得る。
鋼板（熱間材）の温度を所定の温度にまで低下させるに際しては、冷却状況を確実に把握する必要があるため、冷却中の鋼板の上面と下面の温度を計測する必要がある。そのため、鋼板の上面側の冷却装置には鋼板上面の温度を測定する上面温度計測装置が設けられ、鋼板の下面側の冷却装置には鋼板下面の温度を測定する下面温度計測装置が設けられている。これら温度計測装置を構成する温度計としては、一般に放射温度計などが用いられている。
【０００３】
このような鋼板下面の温度を測定する下面温度計測装置が、以下の特許文献１〜特許文献３に開示されている。
特許文献１に開示の下面温度測定装置は、金属被測定体の下方に温度計本体を収容した函体を設け、前記函体に前記温度計本体により前記金属被測定体下面の温度を測定するための開口部を設け、該開口部の金属被測定体下面に対向する側に筒体を連通接続し、前記函体及び筒体に空気供給口を有する金属被測定体の下面温度測定装置である。この下面温度測定装置は、該筒体の空気供給口からの空気の供給により開放し、該空気の供給の停止により閉鎖する上部シャッターを、前記筒体の金属被測定体の下面に対向する開口部に設けると共に、前記函体の開口部を開閉するための下部シャッターを設けたことを特徴とするものである。
【０００４】
また、特許文献２に開示の温度測定装置は、鋼板の表裏面への冷却水のスプレーゾーンにおいて、鋼板の下方でかつ搬送テーブルローラ間に、前面にハニカム状フィルターを、周囲に高圧空気の噴射口を有する測定ヘッドからなるセンサーヘッドを配設し、測定ヘッドと放射温度計を光ケーブルで接続すると共に、高圧空気の噴射口に８ｋｇ／ｃｍ2 以上の高圧空気供給管を接続したことを特徴とする。
【０００５】
さらに、特許文献３に開示の表面温度測定装置は、水柱噴射口から噴射される清浄水柱を介して鋼板表面からの放射エネルギーおよび清浄水柱の高さを測定する清浄水噴射ノズルヘッダと、予め放射エネルギー吸収率を設定する設定器と、前記清浄水柱の高さ測定値と前記吸収率設定値とから清浄水柱における放射エネルギー吸収分の補正係数を求め、この補正係数により前記放射エネルギーの測定値を補正する補正器とを設けた水冷熱処理鋼板の表面温度測定装置である。この表面温度測定装置において、前記清浄水噴射ノズルヘッダは、鋼板の表面に対向する面に開口を有して清浄水柱を形成する単一の水柱噴射口と、底面の前記水柱噴射口に対向した位置に取り付けられるガラス窓と、このガラス窓を覆うように取り付けられる防水構造のチャンバと、このチャンバに前記ガラス窓を介して前記水柱噴射口のほぼ中央部を覗くように保持される放射温度計と、前記水柱噴射口とガラス窓の間に該ガラス窓を覆うように４５°の傾きで固定されるガラス板と、このガラス板の側部に該ガラス板を介して前記水柱噴射口のほぼ中央部に超音波を発信するように取り付けられる超音波探触子と、底面に取り付けられて清浄な噴射水を供給する供給管とで形成されることを特徴とするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３８４３０３６号公報
【特許文献２】実開平６−２８６６５号公報
【特許文献３】特開平９−３１６５４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述の特許文献１〜特許文献３に記載の温度測定装置は、いずれも鋼板の下面側に配置されて、鋼板下面の温度を測定するものである。
冷却装置に圧延鋼板が搬送されてくると、冷却装置は、鋼板の上面と下面に向かって冷却水を放出する。このとき、温度測定装置が配置される鋼板下面側には、鋼板上面から流れてきて高温となった冷却水と、鋼板下面側から鋼板下面に放出されて戻ってきた高温の冷却水が滞留して、温度測定装置の表面を濡らす。この冷却水はスケール粉などを含む汚れた水である。また、鋼板の冷却が終了して冷却水の放出が終了すると、高温の冷却水を浴びた温度測定装置は、高温で乾燥した環境下におかれることになる。これによって、温度測定装置の表面は一気に乾燥するといった過酷な状況下に曝される。
【０００８】
加えて、冷却水には工業用水が用いられ、さらに、この冷却水は工場内の循環施設を通して繰り返し用いられる。そのため冷却水は、多くのカルキ成分や鋼板表面に付着していたスケール粉などを含んでおり、清浄な状態ではない。
一般的な圧延工程において、このような冷却装置内における乾湿が繰り返されるので、乾燥の度に、冷却水にふくまれていたカルキ成分やスケール粉が温度測定装置の表面に付着しやがて堆積する。
【０００９】
上述ように、清浄ではない冷却水の乾湿が繰り返される環境下において、特許文献１に開示の下面温度測定装置では、シャッター可動部周辺にスケール粉などが堆積し、温度測定装置の設置後、短期間のうちにシャッターが動かなくなってしまい、期待される遮蔽効果が得られなくなるという問題がある。
また、特許文献２に開示の温度測定装置では、大量に使用される冷却水を高圧空気で定常的に除去することは困難であることが現場の実績として明らかになっている。そのため、測定ヘッド上が冷却水で濡れるのを防ぐことはできず、スケール粉などが測定ヘッド上に堆積してしまう。このスケール粉などの堆積によって、高圧空気に噴射口が目詰まりを起こすため、期待される冷却水の除去効果が得られなくなるという問題がある。
【００１０】
さらに、特許文献３に開示の表面温度測定装置では、放射温度計を保護する放射温度計保護用ガラスも清浄ではない冷却水で濡れてしまうため、冷却水の乾湿が繰り返される環境下ではガラス板上にスケール粉などが堆積する。このスケール粉等の堆積によって、放射温度計の視野が塞がれるため、期待される保護効果が得られなくなるという問題がある。
【００１１】
このように、従来の鋼板下面温度を計測する温度測定装置は、冷却水にさらされて濡れてしまうため、温度測定装置表面にスケール粉などが堆積してしまい、設置後、短期間のうちに所期の性能を発揮できなくなってしまう。
この問題を解決するためには、年に数回の圧延装置の定期点検時等に、温度測定装置を新しいものに取り替えればよいが、従来の鋼板下面温度を計測する温度測定装置は、わずか数十日で所期の性能を発揮できなくなるものがほとんどであるため、圧延装置の定期点検を待つことなく、所期の性能を発揮できなくなってしまう。これでは、温度測定装置の交換のために圧延装置を停止させなくてはならなくなり、設備の生産性が低下してしまう。
【００１２】
そこで本発明は、上記問題点に鑑み、スケールなどの付着の原因となる冷却水が放射温度計などの温度計本体を濡らすことを防ぎ、長期に亘って所期の性能を維持することのできる鋼板下面温度の温度測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
本発明の温度測定装置は、熱間状態にある熱間材を冷却する冷却装置に備えられ且つ前記熱間材の下面側で熱間材の幅方向に沿って配置された長尺の冷却ヘッダに配設され、前記熱間材の下面の温度を測定する温度測定装置であって、前記熱間材の下面と対向する前記冷却ヘッダの上面側に設けられた開口である先端窓と、前記冷却ヘッダの下面側に設けられた開口であって、前記冷却ヘッダの長手方向に沿って前記先端窓より長径とされた長孔の基端窓と、前記冷却ヘッダの長手方向における前記先端窓の一端と基端窓の一端とを鉛直方向又は斜め方向につなぐ第１側面と、前記冷却ヘッダの長手方向における前記先端窓の他端と基端窓の他端とを斜め方向につなぐ第２側面と、前記基端窓であって第２側面または当該第２側面の延長線上に設けられ、且つ計測方向が前記先端窓を介して前記熱間材の下面を向くように配置された温度計と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
ここで、前記第２側面の傾斜は、前記冷却ヘッダの上面に対する角度が４０度以下となるように傾斜していてもよい。
また、前記先端窓の他端には、切欠部が形成されており、当該切欠部は、前記冷却ヘッダの上面に対して傾斜した切欠面を有していてもよい。
さらに、前記冷却ヘッダの上面と前記第２側面がなす角の角度θ１と、前記冷却ヘッダの上面と切欠面がなす角の角度θ２との和が１００度以下（θ１+θ２≦１００°）であってもよい。
【００１５】
また、前記切欠面を形成する部位の上下厚さが、５ｍｍ以上であってもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る温度測定装置によれば、スケールなどの付着の原因となる冷却水が温度計本体を濡らすことを防ぎ、長期に亘って所期の性能を維持することのできる鋼板下面温度の温度測定装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態による圧延設備の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態による温度測定装置を圧延材の搬送方向から見たときの概略構成を示す破断図である。
【図３】本発明の第１実施形態による温度測定装置を冷却ヘッダの長手方向から見たときの概略構成を示す断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態による温度測定装置の概略構成を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態による温度測定装置の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を、図を基に説明する。
（第１実施形態）
以下に、本発明の第１実施形態による鋼板下面温度の温度測定装置１ａについて説明する。
図１を参照しながら、まず、温度測定装置１ａが用いられる圧延設備２について説明する。図１は、本発明の第１実施形態による圧延設備２の概略構成を示す図である。
【００１９】
図１に示すように、圧延設備２は、圧延材（熱間材）Ｗの移送径路上に、加熱炉３、粗圧延機４、仕上圧延機５、及び冷却装置６を備えている。加熱炉３は、例えば圧延材Ｗを１０００度以上に加熱して熱間状態にするための炉である。粗圧延機４は、加熱炉３から搬送された圧延材Ｗを、次の仕上圧延機５が受け入れ可能な厚みとなるように圧延する装置である。仕上圧延機５は、粗圧延機４を通過した圧延材Ｗを、製品として要求される厚みとなるように高精度に圧延する装置である。冷却装置６は、仕上圧延機５を通過した鋼板状の圧延材Ｗに冷却水を放出して、圧延材Ｗの温度を所定の温度にまで下げる装置である。
【００２０】
図１に示すように、この冷却装置６は、仕上圧延機５を通過した圧延材Ｗを上下方向から挟むように移送径路の上側と下側に設けられており、仕上圧延機５を通過した圧延材Ｗの上面と下面に冷却水を放出する。
冷却装置６は、圧延材Ｗの板幅方向に長尺の冷却ヘッダ７を複数備えている。冷却ヘッダ７は、搬送ロール８と搬送ロール８の間に１つずつ設けられ、圧延材Ｗの移送方向に複数連なるように配置されている。
【００２１】
図３に示すように、この冷却ヘッダ７は、圧延材Ｗの板幅よりも長く搬送ロール８とほぼ同じ長さの上面板９と下面板１０を有しており、この上面板９と下面板１０が立板１１でつながれた長尺の直方体となっている。
冷却ヘッダ７の上面板９には、圧延材Ｗに向けて冷却水Ｃを吹き付けて（放出して）圧延材Ｗの温度を下げる複数の冷却ノズル１２が備えられている。
【００２２】
冷却装置６においては、冷却中の圧延材Ｗの温度を検知する必要があり、冷却ヘッダ７内に圧延材Ｗの温度を測定するための温度測定装置１ａが備えられている。
図１において矢印でＡとして指し示すように、本実施形態による鋼板下面温度の温度測定装置１ａは、移送径路下側の冷却ヘッダ７内で、冷却ヘッダ７の任意の位置に設けられて圧延材Ｗの下面温度を測定する。
【００２３】
図２〜図４を参照しながら、冷却ヘッダ７のほぼ中央位置に設けられた場合を例示した温度測定装置１ａについて説明する。
本実施形態による温度測定装置１ａは、上記した冷却ヘッダ７に配設されており、圧延材Ｗの下面と対向する冷却ヘッダ７の上面側に設けられた開口である先端窓１３ａと、冷却ヘッダ７の下面側に設けられた開口であって、冷却ヘッダ７の長手方向に沿って先端窓１３ａより長径とされた長孔の基端窓１４と、冷却ヘッダ７の長手方向における先端窓１３ａの一端と基端窓１４の一端とを、例えば鉛直方向につなぐ第１側面１５と、冷却ヘッダ７の長手方向における先端窓１３ａの他端と基端窓１４の他端とを斜め方向につなぐ第２側面１６と、基端窓１４であって第２側面１６上に設けられ、且つ計測方向が先端窓１３ａを介して圧延材Ｗの下面を向くように配置された温度計１７と、を備えることを特徴とする。
【００２４】
図２は、本実施形態による温度測定装置１ａを圧延材Ｗの搬送方向から見たときの概略構成を示すものである。
図２には、冷却ヘッダ７、移送方向において冷却ヘッダ７の斜め上後方に設けられた搬送ロール８、及び搬送ロール８上に担持された圧延材Ｗが示されており、冷却ヘッダ７内において冷却ヘッダ７の長手方向ほぼ中央の位置には、温度測定装置１ａが設けられている。
【００２５】
次に、図２〜図４を参照して、本実施形態による温度測定装置１ａについて説明する。
温度測定装置１ａは、冷却ヘッダ７の上面に形成された略楕円形状の開口である先端窓１３ａと、ラッパ形状の空洞体１８とを備えている。
図２及び図４に示すように、先端窓１３ａは、冷却ヘッダ７の長手方向ほぼ中央の位置で、上面板９に鉛直方向に形成された略楕円形の貫通孔である。略楕円形の先端窓１３ａは、長径が冷却ヘッダ７の長手方向を向いており、平面視で長手方向の両端が半円弧状であると共に、両端の半円弧同士が直線で結ばれた形状となっている。本実施形態において先端窓１３ａは、平面視で略楕円形であるが、円形でも構わない。
【００２６】
空洞体１８は、冷却ヘッダ７の上面に対して鉛直下方向に、冷却ヘッダ７の上下高さよりも若干長く延びる第１側面１５と、冷却ヘッダ７の長手方向に沿って斜め下方向に延びて第１側面１５に対して約５０度傾斜すると共に、上下方向に冷却ヘッダ７の上下高さよりも若干長く延びる第２側面１６と、を有している。第１側面１５及び第２側面１６は、円筒を縦方向に半分に割ったほぼ同じ径の半円筒状であり、互いに内面同士を対向させた半パイプ状となっている。第１側面１５に対して斜めに配置される第２側面１６は、傾斜面の落差が第１側面１５の長さと同程度となる全長を有している。
【００２７】
この第１側面１５と第２側面１６の上端を、先端窓１３ａの長径に対応する距離だけ離して配置する。こうすることで、第１側面１５と第２側面１６の上端同士よりも、下端同士のほうが大きく離れた「ハ」の字に近い構成となる。
ここで、当該「ハ」の字配置の第１側面１５と第２側面１６に対応する２辺を有する、例えば略台形状の側面２１と側面２２を用意し、第１側面１５と第２側面１６を、側面２１と側面２２とで、側面２１及び側面２２の斜辺が第２側面１６に対応するように挟んで一体に溶接することで、空洞体１８が得られる。
【００２８】
このように半パイプ状の第１側面１５と第２側面１６を有する空洞体１８は、その上端に先端窓１３ａの楕円形状に対応した略楕円形状の上端開口１９を形成することになる。さらに空洞体１８は、その下端に、第１側面１５及び第２側面１６の下端である円弧と側面２１及び側面２２の下端である直線とで囲まれた長孔の下端開口を形成することになる。
【００２９】
図４の下面図は、この略楕円形状の下端開口を示している。下端開口の長径は、第２側面１６が傾斜している分だけ上端開口１９よりも大きくなっている。なお、図４の断面図は、空洞体１８の断面を示しているが、側面２２が示されていない。図４の断面図において側面２２は、紙面に向かって手前側に設けられている。
ここで、図３を参照して、空洞体１８の厚みについて説明する。
【００３０】
図３に示すとおり、空洞体１８の厚みは、側面２１と側面２２の間隔によって形成されるものであり、空洞体１８の上下方向の高さに比べて数分の１程度となっている。このため、空洞体１８は、側面２１と側面２２の間隔の分だけ厚みを有する略直角三角形の平板形状となる。
本実施形態においては、空洞体１８を、４つの面を溶接することで形成した。しかし空洞体１８は、溶接に限らず、プレス加工や押出成型によっても形成可能である。
【００３１】
このように構成された空洞体１８が、冷却ヘッダ７に下から挿入され、上端開口１９が先端窓１３ａに取り付けられる。取り付けに際しては、空洞体１８の上端開口１９の形状を先端窓１３ａの形状に対応させて、つまり、空洞体１８の第１側面１５を先端窓１３ａの一端に対応させると共に、空洞体１８の第２側面１６が先端窓１３ａの他端に対応させる。その上で、第１側面１５を鉛直方向に沿うように先端窓１３ａの下方側に取り付け、溶接等で固定する。この挿入の深さは、先端窓１３ａの厚みの半分程度である。このように空洞体１８を取り付けることで、図４の正面断面図に示すような、空洞体１８の下端開口が冷却ヘッダ７の下面板１０から若干下方に飛び出した温度測定装置１ａの構成を得ることができる。
【００３２】
つまり、第１側面１５が、冷却ヘッダ７の長手方向における先端窓１３ａの一端から、冷却ヘッダ７の上下方向に沿って鉛直下方向に延びるように設けられている。また、一方の第２側面１６は、冷却ヘッダ７の長手方向における先端窓１３ａの他端から、冷却ヘッダ７の上下方向に沿って斜め下方向に延びるように設けられている。
これによって、冷却ヘッダ７の長手方向における先端窓１３ａの一端と冷却ヘッダ７の長手方向における下端開口の一端とが、冷却ヘッダ７の上下方向に沿って鉛直方向に結ばれ、冷却ヘッダ７の長手方向における先端窓１３ａの他端と冷却ヘッダ７の長手方向における下端開口の他端とが、冷却ヘッダ７の上下方向に沿って斜め方向に結ばれる。
【００３３】
空洞体１８が先端窓１３ａに取り付けられたときの下端開口を、温度測定装置１ａの基端窓１４とする。
図４の正面図及び下面図に示すように、空洞体１８の斜側壁の基端窓１４側には、例えば放射温度計などで構成される温度計１７が備えられる。この温度計１７は、先端窓１３ａを介して圧延材Ｗの下面から放出された赤外線や可視光線を受光するように、受光面を圧延材Ｗに向けて設置されている。
【００３４】
ここまでの説明で、第２側面１６は第１側面１５に対して約５０度傾斜しているとして上述の説明を行ったが、第２側面１６の傾きについて詳細に説明する。
図４の正面断面図における、破線で示した拡大図を参照しながら説明する。
温度測定装置１ａの先端窓１３ａの側面は、冷却ヘッダ７の上面、つまり水平方向に対して垂直となっている。これに対して、先端窓１３ａに取り付けられた空洞体１８は、その第２側面１６が水平方向に対して所定の角度θ１だけ傾きを有するように構成されている。
【００３５】
図４に矢印で示す水流のように、先端窓１３ａに流入した冷却水Ｃの一部は、第１側面１５及び側面２１，２２に沿って基端窓１４まで流れる。しかし、第２側面１６に沿って流れる冷却水Ｃは、第２側面１６が角度θ１だけ傾いているため、温度計１７に届く十分手前で第２側面１６から離れ、鉛直方向に基端窓１４へ向かって流下する。この角度θ１を小さくすると、コアンダ効果による第２側面１６への沿い流れを、効果的に防ぐことができる。
【００３６】
そこで、本実施形態では、この角度θ１を４０度以下とするのが好ましい。角度θ１を４０度以下とすることで、冷却水Ｃの沿い流れを防ぐことができ、第２側面１６の基端窓１４側に設けられた温度計１７が冷却水Ｃで濡れるのを防ぐことができる。
ただし、角度θ１をあまりにも小さくしてしまうと、第２側面１６と冷却ヘッダ７の上面板９とが平行に近づいてゆく。その結果、基端窓１４の第２側面１６側が冷却ヘッダ７の側面から飛び出してしまうので、角度θ１の下限値は、基端窓１４が冷却ヘッダ７の側面から飛び出さない範囲で自ずと決まる。しかし、基端窓１４が飛び出さなくとも、第２側面１６に取り付けられた温度計１７と圧延材Ｗの下面との距離が離れすぎると、圧延材Ｗの温度測定が困難となるので、本実施形態においては、角度θ１を４０度以下とするのが好ましい。
【００３７】
図３及び図４を参照して、本実施形態による温度測定装置１ａの作動態様について説明する。
図３に示すように、冷却ノズル１２から冷却水Ｃが放出されると、圧延材Ｗ、搬送ロール８、及び冷却ヘッダ７で囲まれる空間が冷却水Ｃに満たされる。これと同時に、冷却水Ｃが温度測定装置１ａの先端窓１３ａに流入する。
【００３８】
図４に矢印で示すように、先端窓１３ａに流入した冷却水Ｃは、先端窓１３ａから空洞体１８に流れ込む。このとき、先端窓１３ａの第１側面１５側に流れ込んだ冷却水Ｃの一部は、冷却ヘッダ７の上面から鉛直下方向に向かう流下方向に平行な第１側面１５に沿って流下する。
しかし、先端窓１３ａの第２側面１６側に流れ込んだ冷却水Ｃは、流下方向とは５０度以上異なる方向に延びる第２側面１６に沿って流下することはできず、先端窓１３ａからほぼ真下に向かって流下する。従って、第２側面１６の下方に設けられた温度計１７は、冷却水Ｃの流路外に置かれることとなる。この結果、温度計１７が冷却水Ｃで濡れることなく、温度計１７にスケールなども堆積しない。
【００３９】
本実施形態による温度測定装置１ａを用いれば、放射温度計などの温度計１７本体がスケールなどの付着の原因となる冷却水Ｃで濡れることを防ぐことができ、温度測定装置１ａの所期の性能を長期に亘って維持することができる。
（第２実施形態）
図５を参照しながら、本発明の第２実施形態による鋼板下面温度の温度測定装置１ｂについて説明する。
【００４０】
図５は、本実施形態による温度測定装置１ｂの概略構成を示す図であって、圧延材Ｗの搬送方向正面から見たときの断面図、上面図、及び下面図を示している。
本実施形態による温度測定装置１ｂは、第１実施形態による温度測定装置１ａとほぼ同様の構成を有しているが、先端窓１３ｂの構成が異なっている。図面を参照しながら、本実施形態による温度測定装置１ｂの先端窓１３ｂの構成について説明する。
【００４１】
図５の正面断面図は、空洞体１８が、冷却ヘッダ７に設けられた先端窓１３ｂの厚みの半分程度にまで挿入されて取り付けられ、且つ温度計１７が、第２側面１６の基端窓１４側に先端窓１３ｂを介して圧延材Ｗの下面を見ることができるように取り付けられて構成された温度測定装置１ｂを示している。
図５の正面断面図における、破線で示した拡大図を参照しながら説明する。
【００４２】
本実施形態では、図５の拡大図に示すように、空洞体１８の第２側面１６先端から冷却ヘッダ７の上面にかけて先端窓１３ｂの側面が斜めに切り欠かれて、切欠面２０が形成されている。この切欠面２０は、先端窓１３ｂの外部から先端窓１３ｂに向かって、先端窓１３ｂの厚み方向に沿って下向きに傾斜するように形成されており、切欠面２０の深さ、つまり切り欠き部分の厚みは、先端窓１３ｂの厚みの半分程度となっている。つまり、先端窓１３ｂの厚みの下半分は、空洞体１８の第２側面１６が接合し、上半分は切欠面２０となっている。
【００４３】
なお、切欠面２０の深さである切り欠き部分の厚みは、５ｍｍ以上であれば本願の効果を奏するのに有効である。このことは、本願発明者によって既に知見されている。
第１実施形態で参照した図４では、先端窓１３ｂは、冷却ヘッダ７の上面となす角度が略垂直となっており、先端窓１３ｂの側面は、空洞体１８の先端から冷却ヘッダ７の上面に向かって垂直な面であった。
【００４４】
図５の上面図を参照すると、図５の正面断面図で説明した切り欠きによって、先端窓１３ｂの端部に切欠面２０が形成されている。図５の上面図において、この切欠面２０の紙面上下方向の幅は、先端窓１３ｂの紙面上下方向の幅とほぼ一致している。
図５の上面図に示す先端窓１３ｂは、第１実施形態の先端窓１３ａと同じく略楕円形であるが、円形でも構わない。
【００４５】
ここで、図５の正面断面図に戻り、冷却バンクの上面方向である水平方向に対する切欠面２０の角度θ２について説明する。
図５の拡大図に示すように、切欠面２０は、水平方向に対して角度θ２だけ傾いている。この切欠面２０は、切欠面２０を流れて管状部に流入する冷却水Ｃを、管状部の第２側面１６側から離れるように第１側面１５に向かわせるために傾斜しているのであって、角度θ２は、大きすぎても小さすぎてもその目的を達することはできない。
【００４６】
この切欠面２０の傾き角度θ２は、第１実施形態で説明した空洞体１８の第２側面１６の傾き角度θ１との組み合わせを工夫することによって、冷却水Ｃの第２側面１６への沿い流れをより確実に防止することができる。
本実施形態では、角度θ１と角度θ２との和を１００度以下（θ１+θ２≦１００°）とするのが好ましい。角度θ１と角度θ２との和を１００度以下とすることで、切欠面２０と第２側面１６とでエッジが形成される。このエッジによってコアンダ効果の抑制が促進されて水切れが良くなり、切欠面２０から第２側面１６への沿い流れをより確実に防止することができ、その結果、第２側面１６の基端窓１４側に設けられた温度計１７が冷却水Ｃで濡れるのを防ぐことができる。
【００４７】
ただし、本実施形態においても第１実施形態と同様に、角度θ１をあまりにも小さくしてしまうと、基端窓１４の第２側面１６側が冷却ヘッダ７の側面から外に飛び出してしまうので、角度θ１の下限値は、基端窓１４が飛び出さない範囲で自ずと決まる。しかし、冷却ヘッダ７から飛び出さなくとも、第２側面１６に取り付けられた温度計１７と圧延材Ｗの下面との距離が離れすぎると、圧延材Ｗの温度測定ができなくなるので、本実施形態においては、角度θ１を４５度以下とするのが好ましい。ここで角度θ１を４０度以下とすると、さらに好ましい。
【００４８】
本実施形態による温度測定装置１ｂを用いれば、放射温度計などの温度計１７本体がスケールなどの付着の原因となる冷却水Ｃで濡れることを防ぐことができ、温度測定装置１ｂの所期の性能をさらに長期に亘って維持することができる。
【実施例】
【００４９】
第１実施形態及び第２実施形態で説明した温度測定装置１ａ,１ｂについて、切欠面２０の有無、及び角度θ１と角度θ２を変化させた数種類の温度測定装置を用意して、本発明の効果を検証した。その結果を、下に表１として示す。
【００５０】
【表１】
【００５１】
表１の中で、比較例として示される空洞体の形状には、従来より採用されている円筒形状と、本願で開示したラッパ形状との２種類がある。
従来より採用されている円筒形状では、冷却水Ｃの第２側面１６への「沿い流れ」が発生しており、温度計１７が冷却水Ｃで濡れてしまう。これによって、温度計１７にスケールなどが堆積するので、温度測定装置としての測定可能期間は、３０日〜６０日である。
【００５２】
一方、θ１が４５度〜７０度のラッパ形状でも、切欠面２０の有無に関わらずコアンダ効果による「沿い流れ」が発生しているが、温度計１７が浴びる冷却水Ｃの量は減少していると考えられる。これによって、温度計１７にスケールなどが堆積する速度は緩やかとなり、従来の円筒形状と比べて、測定可能期間は、７０日から１２０日と大幅に延長されている。中でも角度θ１が４５度のときに、測定可能期間が１００日以上となっており、角度θ１が小さい方が、測定可能期間が長くなる傾向にある。
【００５３】
次に、表１の中で、発明例として示されているラッパ形状の空洞体１８について、角度θ１を４５度以下に設定して、切欠面２０の有無と、切欠面２０の角度θ２を変化させた例が示されている。
まず、本発明の第１実施形態に対応するＮｏ．１とＮｏ．２に示される、切欠面２０が無い例では、コアンダ効果による「沿い流れ」が無く、測定可能日数がそれぞれ２２０日、２５０日と、大幅に延長されている。切欠面２０が無くとも角度θ１を十分に小さくすれば、コアンダ効果による「沿い流れ」を防止して測定可能日数を改善することができた。これらの例で示される温度測定装置であれば、年に数度しかない圧延設備２の保守点検サイクルに合わせて交換することで、十分に所期の性能を発揮し続けることができる。
【００５４】
また、第２実施形態に対応するＮｏ．３〜Ｎｏ．５に示される切欠面２０が有る例では、コアンダ効果による「沿い流れ」が無く、測定可能日数が３００日を超えている。切欠面２０を備えることで、Ｎｏ．１及びＮｏ．２と比較しても、より確実に「沿い流れ」を防止することができたと考えることができる。３００日程度の測定可能日数があれば、圧延設備２の保守点検毎に温度測定装置を交換しなくとも済む。これらの例に示すように、角度θ１と角度θ２との和を１００度以下とすることで、測定可能日数を飛躍的に延ばすことができることがわかった。
【００５５】
しかし、比較例にあるＮｏ．１０は、角度θ１と角度θ２との和が１００度以下であるが、測定可能日数は８０日しかない。角度θ１と角度θ２との和が１００度以下であっても、角度θ１は、可能な限り４５度以下であるのが好ましい。ここで角度θ１を４０度以下とすると、さらに好ましい。
さらに、第２実施形態に対応するＮｏ．６に示される切欠面２０が有る例では、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５の例とは異なり、切り欠きの厚みが６ｍｍとなっている。しかし、コアンダ効果による「沿い流れ」が無く、測定可能日数も、Ｎｏ．１とＮｏ．２に迫る１９０日となっている。
【００５６】
このＮｏ．６に対して、切り欠きの厚みだけを３ｍｍに変更した比較例がＮｏ．１１に示されている。Ｎｏ．１１の例では、測定可能日数が１２０日となっており、圧延設備２の保守点検サイクルを考えたとき、十分な長さの測定可能日数とは言えない。この結果より、切り欠きの厚みは、５ｍｍ以上であるのが好ましい。
尚、上記実施形態及び実施例において、熱間材として圧延材Ｗを例に挙げて説明を行った。しかし、本発明の温度測定装置１ａ，１ｂは、例えば鋼板の焼入れ熱処理時にも用いることができる。
【００５７】
また、上記実施形態及び実施例において、温度測定装置１ａ，１ｂの第１側面１５を、冷却ヘッダ７の長手方向における先端窓１３ａ，１３ｂの一端と基端窓１４の一端とを鉛直方向につなぐものとして例示した。しかし、第１側面１５は、先端窓１３ａ，１３ｂの一端と基端窓１４の一端とを、鉛直方向に限らず任意の方向につなぐ面であってもよい。第１側面１５も第２側面１６と同様に傾斜させれば、第１側面１５の基端窓側においても冷却水が流下しない温度測定装置を実現することができる。
【００５８】
なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。
【符号の説明】
【００５９】
１ａ，１ｂ 温度測定装置
２ 圧延設備
３ 加熱炉
４ 粗圧延機
５ 仕上圧延機
６ 冷却装置
７ 冷却ヘッダ
８ 搬送ロール
９ 上面板
１０ 下面板
１１ 立板
１２ 冷却ノズル
１３ａ，１３ｂ 先端窓
１４ 基端窓
１５ 第１側面
１６ 第２側面
１７ 温度計
１８ 空洞体
１９ 上端開口
２０ 切欠面
２１，２２ 側面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱された鋼材のような熱間材を冷却する冷却装置において、熱間材の下面の温度を測定する温度測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
厚板鋼板などを圧延する圧延装置は、上流側から、加熱炉等の熱処理炉、粗圧延機、仕上圧延機、冷却装置が順番に配置されている。この冷却装置では、圧延後の鋼板の上面と下面に向かって冷却水を放出することで鋼板の温度を所定の温度にまで低下させて、必要とする鋼板の組成を得る。
鋼板（熱間材）の温度を所定の温度にまで低下させるに際しては、冷却状況を確実に把握する必要があるため、冷却中の鋼板の上面と下面の温度を計測する必要がある。そのため、鋼板の上面側の冷却装置には鋼板上面の温度を測定する上面温度計測装置が設けられ、鋼板の下面側の冷却装置には鋼板下面の温度を測定する下面温度計測装置が設けられている。これら温度計測装置を構成する温度計としては、一般に放射温度計などが用いられている。
【０００３】
このような鋼板下面の温度を測定する下面温度計測装置が、以下の特許文献１〜特許文献３に開示されている。
特許文献１に開示の下面温度測定装置は、金属被測定体の下方に温度計本体を収容した函体を設け、前記函体に前記温度計本体により前記金属被測定体下面の温度を測定するための開口部を設け、該開口部の金属被測定体下面に対向する側に筒体を連通接続し、前記函体及び筒体に空気供給口を有する金属被測定体の下面温度測定装置である。この下面温度測定装置は、該筒体の空気供給口からの空気の供給により開放し、該空気の供給の停止により閉鎖する上部シャッターを、前記筒体の金属被測定体の下面に対向する開口部に設けると共に、前記函体の開口部を開閉するための下部シャッターを設けたことを特徴とするものである。
【０００４】
また、特許文献２に開示の温度測定装置は、鋼板の表裏面への冷却水のスプレーゾーンにおいて、鋼板の下方でかつ搬送テーブルローラ間に、前面にハニカム状フィルターを、周囲に高圧空気の噴射口を有する測定ヘッドからなるセンサーヘッドを配設し、測定ヘッドと放射温度計を光ケーブルで接続すると共に、高圧空気の噴射口に８ｋｇ／ｃｍ2 以上の高圧空気供給管を接続したことを特徴とする。
【０００５】
さらに、特許文献３に開示の表面温度測定装置は、水柱噴射口から噴射される清浄水柱を介して鋼板表面からの放射エネルギーおよび清浄水柱の高さを測定する清浄水噴射ノズルヘッダと、予め放射エネルギー吸収率を設定する設定器と、前記清浄水柱の高さ測定値と前記吸収率設定値とから清浄水柱における放射エネルギー吸収分の補正係数を求め、この補正係数により前記放射エネルギーの測定値を補正する補正器とを設けた水冷熱処理鋼板の表面温度測定装置である。この表面温度測定装置において、前記清浄水噴射ノズルヘッダは、鋼板の表面に対向する面に開口を有して清浄水柱を形成する単一の水柱噴射口と、底面の前記水柱噴射口に対向した位置に取り付けられるガラス窓と、このガラス窓を覆うように取り付けられる防水構造のチャンバと、このチャンバに前記ガラス窓を介して前記水柱噴射口のほぼ中央部を覗くように保持される放射温度計と、前記水柱噴射口とガラス窓の間に該ガラス窓を覆うように４５°の傾きで固定されるガラス板と、このガラス板の側部に該ガラス板を介して前記水柱噴射口のほぼ中央部に超音波を発信するように取り付けられる超音波探触子と、底面に取り付けられて清浄な噴射水を供給する供給管とで形成されることを特徴とするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３８４３０３６号公報
【特許文献２】実開平６−２８６６５号公報
【特許文献３】特開平９−３１６５４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述の特許文献１〜特許文献３に記載の温度測定装置は、いずれも鋼板の下面側に配置されて、鋼板下面の温度を測定するものである。
冷却装置に圧延鋼板が搬送されてくると、冷却装置は、鋼板の上面と下面に向かって冷却水を放出する。このとき、温度測定装置が配置される鋼板下面側には、鋼板上面から流れてきて高温となった冷却水と、鋼板下面側から鋼板下面に放出されて戻ってきた高温の冷却水が滞留して、温度測定装置の表面を濡らす。この冷却水はスケール粉などを含む汚れた水である。また、鋼板の冷却が終了して冷却水の放出が終了すると、高温の冷却水を浴びた温度測定装置は、高温で乾燥した環境下におかれることになる。これによって、温度測定装置の表面は一気に乾燥するといった過酷な状況下に曝される。
【０００８】
加えて、冷却水には工業用水が用いられ、さらに、この冷却水は工場内の循環施設を通して繰り返し用いられる。そのため冷却水は、多くのカルキ成分や鋼板表面に付着していたスケール粉などを含んでおり、清浄な状態ではない。
一般的な圧延工程において、このような冷却装置内における乾湿が繰り返されるので、乾燥の度に、冷却水にふくまれていたカルキ成分やスケール粉が温度測定装置の表面に付着しやがて堆積する。
【０００９】
上述ように、清浄ではない冷却水の乾湿が繰り返される環境下において、特許文献１に開示の下面温度測定装置では、シャッター可動部周辺にスケール粉などが堆積し、温度測定装置の設置後、短期間のうちにシャッターが動かなくなってしまい、期待される遮蔽効果が得られなくなるという問題がある。
また、特許文献２に開示の温度測定装置では、大量に使用される冷却水を高圧空気で定常的に除去することは困難であることが現場の実績として明らかになっている。そのため、測定ヘッド上が冷却水で濡れるのを防ぐことはできず、スケール粉などが測定ヘッド上に堆積してしまう。このスケール粉などの堆積によって、高圧空気に噴射口が目詰まりを起こすため、期待される冷却水の除去効果が得られなくなるという問題がある。
【００１０】
さらに、特許文献３に開示の表面温度測定装置では、放射温度計を保護する放射温度計保護用ガラスも清浄ではない冷却水で濡れてしまうため、冷却水の乾湿が繰り返される環境下ではガラス板上にスケール粉などが堆積する。このスケール粉等の堆積によって、放射温度計の視野が塞がれるため、期待される保護効果が得られなくなるという問題がある。
【００１１】
このように、従来の鋼板下面温度を計測する温度測定装置は、冷却水にさらされて濡れてしまうため、温度測定装置表面にスケール粉などが堆積してしまい、設置後、短期間のうちに所期の性能を発揮できなくなってしまう。
この問題を解決するためには、年に数回の圧延装置の定期点検時等に、温度測定装置を新しいものに取り替えればよいが、従来の鋼板下面温度を計測する温度測定装置は、わずか数十日で所期の性能を発揮できなくなるものがほとんどであるため、圧延装置の定期点検を待つことなく、所期の性能を発揮できなくなってしまう。これでは、温度測定装置の交換のために圧延装置を停止させなくてはならなくなり、設備の生産性が低下してしまう。
【００１２】
そこで本発明は、上記問題点に鑑み、スケールなどの付着の原因となる冷却水が放射温度計などの温度計本体を濡らすことを防ぎ、長期に亘って所期の性能を維持することのできる鋼板下面温度の温度測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
本発明の温度測定装置は、熱間状態にある熱間材を冷却する冷却装置に備えられ且つ前記熱間材の下面側で熱間材の幅方向に沿って配置された長尺の冷却ヘッダに配設され、前記熱間材の下面の温度を測定する温度測定装置であって、前記熱間材の下面と対向する前記冷却ヘッダの上面側に設けられた開口である先端窓と、前記冷却ヘッダの下面側に設けられた開口であって、前記冷却ヘッダの長手方向に沿って前記先端窓より長径とされた長孔の基端窓と、前記冷却ヘッダの長手方向における前記先端窓の一端と基端窓の一端とを鉛直方向又は斜め方向につなぐ第１側面と、前記冷却ヘッダの長手方向における前記先端窓の他端と基端窓の他端とを斜め方向につなぐ第２側面と、前記基端窓であって第２側面または当該第２側面の延長線上に設けられ、且つ計測方向が前記先端窓を介して前記熱間材の下面を向くように配置された温度計と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
ここで、前記第２側面の傾斜は、前記冷却ヘッダの上面に対する角度が４０度以下となるように傾斜していてもよい。
また、前記先端窓の他端には、切欠部が形成されており、当該切欠部は、前記冷却ヘッダの上面に対して傾斜した切欠面を有していてもよい。
さらに、前記冷却ヘッダの上面と前記第２側面がなす角の角度θ１と、前記冷却ヘッダの上面と切欠面がなす角の角度θ２との和が１００度以下（θ１+θ２≦１００°）であってもよい。
【００１５】
また、前記切欠面を形成する部位の上下厚さが、５ｍｍ以上であってもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る温度測定装置によれば、スケールなどの付着の原因となる冷却水が温度計本体を濡らすことを防ぎ、長期に亘って所期の性能を維持することのできる鋼板下面温度の温度測定装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態による圧延設備の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態による温度測定装置を圧延材の搬送方向から見たときの概略構成を示す破断図である。
【図３】本発明の第１実施形態による温度測定装置を冷却ヘッダの長手方向から見たときの概略構成を示す断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態による温度測定装置の概略構成を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態による温度測定装置の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を、図を基に説明する。
（第１実施形態）
以下に、本発明の第１実施形態による鋼板下面温度の温度測定装置１ａについて説明する。
図１を参照しながら、まず、温度測定装置１ａが用いられる圧延設備２について説明する。図１は、本発明の第１実施形態による圧延設備２の概略構成を示す図である。
【００１９】
図１に示すように、圧延設備２は、圧延材（熱間材）Ｗの移送径路上に、加熱炉３、粗圧延機４、仕上圧延機５、及び冷却装置６を備えている。加熱炉３は、例えば圧延材Ｗを１０００度以上に加熱して熱間状態にするための炉である。粗圧延機４は、加熱炉３から搬送された圧延材Ｗを、次の仕上圧延機５が受け入れ可能な厚みとなるように圧延する装置である。仕上圧延機５は、粗圧延機４を通過した圧延材Ｗを、製品として要求される厚みとなるように高精度に圧延する装置である。冷却装置６は、仕上圧延機５を通過した鋼板状の圧延材Ｗに冷却水を放出して、圧延材Ｗの温度を所定の温度にまで下げる装置である。
【００２０】
図１に示すように、この冷却装置６は、仕上圧延機５を通過した圧延材Ｗを上下方向から挟むように移送径路の上側と下側に設けられており、仕上圧延機５を通過した圧延材Ｗの上面と下面に冷却水を放出する。
冷却装置６は、圧延材Ｗの板幅方向に長尺の冷却ヘッダ７を複数備えている。冷却ヘッダ７は、搬送ロール８と搬送ロール８の間に１つずつ設けられ、圧延材Ｗの移送方向に複数連なるように配置されている。
【００２１】
図３に示すように、この冷却ヘッダ７は、圧延材Ｗの板幅よりも長く搬送ロール８とほぼ同じ長さの上面板９と下面板１０を有しており、この上面板９と下面板１０が立板１１でつながれた長尺の直方体となっている。
冷却ヘッダ７の上面板９には、圧延材Ｗに向けて冷却水Ｃを吹き付けて（放出して）圧延材Ｗの温度を下げる複数の冷却ノズル１２が備えられている。
【００２２】
冷却装置６においては、冷却中の圧延材Ｗの温度を検知する必要があり、冷却ヘッダ７内に圧延材Ｗの温度を測定するための温度測定装置１ａが備えられている。
図１において矢印でＡとして指し示すように、本実施形態による鋼板下面温度の温度測定装置１ａは、移送径路下側の冷却ヘッダ７内で、冷却ヘッダ７の任意の位置に設けられて圧延材Ｗの下面温度を測定する。
【００２３】
図２〜図４を参照しながら、冷却ヘッダ７のほぼ中央位置に設けられた場合を例示した温度測定装置１ａについて説明する。
本実施形態による温度測定装置１ａは、上記した冷却ヘッダ７に配設されており、圧延材Ｗの下面と対向する冷却ヘッダ７の上面側に設けられた開口である先端窓１３ａと、冷却ヘッダ７の下面側に設けられた開口であって、冷却ヘッダ７の長手方向に沿って先端窓１３ａより長径とされた長孔の基端窓１４と、冷却ヘッダ７の長手方向における先端窓１３ａの一端と基端窓１４の一端とを、例えば鉛直方向につなぐ第１側面１５と、冷却ヘッダ７の長手方向における先端窓１３ａの他端と基端窓１４の他端とを斜め方向につなぐ第２側面１６と、基端窓１４であって第２側面１６上に設けられ、且つ計測方向が先端窓１３ａを介して圧延材Ｗの下面を向くように配置された温度計１７と、を備えることを特徴とする。
【００２４】
図２は、本実施形態による温度測定装置１ａを圧延材Ｗの搬送方向から見たときの概略構成を示すものである。
図２には、冷却ヘッダ７、移送方向において冷却ヘッダ７の斜め上後方に設けられた搬送ロール８、及び搬送ロール８上に担持された圧延材Ｗが示されており、冷却ヘッダ７内において冷却ヘッダ７の長手方向ほぼ中央の位置には、温度測定装置１ａが設けられている。
【００２５】
次に、図２〜図４を参照して、本実施形態による温度測定装置１ａについて説明する。
温度測定装置１ａは、冷却ヘッダ７の上面に形成された略楕円形状の開口である先端窓１３ａと、ラッパ形状の空洞体１８とを備えている。
図２及び図４に示すように、先端窓１３ａは、冷却ヘッダ７の長手方向ほぼ中央の位置で、上面板９に鉛直方向に形成された略楕円形の貫通孔である。略楕円形の先端窓１３ａは、長径が冷却ヘッダ７の長手方向を向いており、平面視で長手方向の両端が半円弧状であると共に、両端の半円弧同士が直線で結ばれた形状となっている。本実施形態において先端窓１３ａは、平面視で略楕円形であるが、円形でも構わない。
【００２６】
空洞体１８は、冷却ヘッダ７の上面に対して鉛直下方向に、冷却ヘッダ７の上下高さよりも若干長く延びる第１側面１５と、冷却ヘッダ７の長手方向に沿って斜め下方向に延びて第１側面１５に対して約５０度傾斜すると共に、上下方向に冷却ヘッダ７の上下高さよりも若干長く延びる第２側面１６と、を有している。第１側面１５及び第２側面１６は、円筒を縦方向に半分に割ったほぼ同じ径の半円筒状であり、互いに内面同士を対向させた半パイプ状となっている。第１側面１５に対して斜めに配置される第２側面１６は、傾斜面の落差が第１側面１５の長さと同程度となる全長を有している。
【００２７】
この第１側面１５と第２側面１６の上端を、先端窓１３ａの長径に対応する距離だけ離して配置する。こうすることで、第１側面１５と第２側面１６の上端同士よりも、下端同士のほうが大きく離れた「ハ」の字に近い構成となる。
ここで、当該「ハ」の字配置の第１側面１５と第２側面１６に対応する２辺を有する、例えば略台形状の側面２１と側面２２を用意し、第１側面１５と第２側面１６を、側面２１と側面２２とで、側面２１及び側面２２の斜辺が第２側面１６に対応するように挟んで一体に溶接することで、空洞体１８が得られる。
【００２８】
このように半パイプ状の第１側面１５と第２側面１６を有する空洞体１８は、その上端に先端窓１３ａの楕円形状に対応した略楕円形状の上端開口１９を形成することになる。さらに空洞体１８は、その下端に、第１側面１５及び第２側面１６の下端である円弧と側面２１及び側面２２の下端である直線とで囲まれた長孔の下端開口を形成することになる。
【００２９】
図４の下面図は、この略楕円形状の下端開口を示している。下端開口の長径は、第２側面１６が傾斜している分だけ上端開口１９よりも大きくなっている。なお、図４の断面図は、空洞体１８の断面を示しているが、側面２２が示されていない。図４の断面図において側面２２は、紙面に向かって手前側に設けられている。
ここで、図３を参照して、空洞体１８の厚みについて説明する。
【００３０】
図３に示すとおり、空洞体１８の厚みは、側面２１と側面２２の間隔によって形成されるものであり、空洞体１８の上下方向の高さに比べて数分の１程度となっている。このため、空洞体１８は、側面２１と側面２２の間隔の分だけ厚みを有する略直角三角形の平板形状となる。
本実施形態においては、空洞体１８を、４つの面を溶接することで形成した。しかし空洞体１８は、溶接に限らず、プレス加工や押出成型によっても形成可能である。
【００３１】
このように構成された空洞体１８が、冷却ヘッダ７に下から挿入され、上端開口１９が先端窓１３ａに取り付けられる。取り付けに際しては、空洞体１８の上端開口１９の形状を先端窓１３ａの形状に対応させて、つまり、空洞体１８の第１側面１５を先端窓１３ａの一端に対応させると共に、空洞体１８の第２側面１６が先端窓１３ａの他端に対応させる。その上で、第１側面１５を鉛直方向に沿うように先端窓１３ａの下方側に取り付け、溶接等で固定する。この挿入の深さは、先端窓１３ａの厚みの半分程度である。このように空洞体１８を取り付けることで、図４の正面断面図に示すような、空洞体１８の下端開口が冷却ヘッダ７の下面板１０から若干下方に飛び出した温度測定装置１ａの構成を得ることができる。
【００３２】
つまり、第１側面１５が、冷却ヘッダ７の長手方向における先端窓１３ａの一端から、冷却ヘッダ７の上下方向に沿って鉛直下方向に延びるように設けられている。また、一方の第２側面１６は、冷却ヘッダ７の長手方向における先端窓１３ａの他端から、冷却ヘッダ７の上下方向に沿って斜め下方向に延びるように設けられている。
これによって、冷却ヘッダ７の長手方向における先端窓１３ａの一端と冷却ヘッダ７の長手方向における下端開口の一端とが、冷却ヘッダ７の上下方向に沿って鉛直方向に結ばれ、冷却ヘッダ７の長手方向における先端窓１３ａの他端と冷却ヘッダ７の長手方向における下端開口の他端とが、冷却ヘッダ７の上下方向に沿って斜め方向に結ばれる。
【００３３】
空洞体１８が先端窓１３ａに取り付けられたときの下端開口を、温度測定装置１ａの基端窓１４とする。
図４の正面図及び下面図に示すように、空洞体１８の斜側壁の基端窓１４側には、例えば放射温度計などで構成される温度計１７が備えられる。この温度計１７は、先端窓１３ａを介して圧延材Ｗの下面から放出された赤外線や可視光線を受光するように、受光面を圧延材Ｗに向けて設置されている。
【００３４】
ここまでの説明で、第２側面１６は第１側面１５に対して約５０度傾斜しているとして上述の説明を行ったが、第２側面１６の傾きについて詳細に説明する。
図４の正面断面図における、破線で示した拡大図を参照しながら説明する。
温度測定装置１ａの先端窓１３ａの側面は、冷却ヘッダ７の上面、つまり水平方向に対して垂直となっている。これに対して、先端窓１３ａに取り付けられた空洞体１８は、その第２側面１６が水平方向に対して所定の角度θ１だけ傾きを有するように構成されている。
【００３５】
図４に矢印で示す水流のように、先端窓１３ａに流入した冷却水Ｃの一部は、第１側面１５及び側面２１，２２に沿って基端窓１４まで流れる。しかし、第２側面１６に沿って流れる冷却水Ｃは、第２側面１６が角度θ１だけ傾いているため、温度計１７に届く十分手前で第２側面１６から離れ、鉛直方向に基端窓１４へ向かって流下する。この角度θ１を小さくすると、コアンダ効果による第２側面１６への沿い流れを、効果的に防ぐことができる。
【００３６】
そこで、本実施形態では、この角度θ１を４０度以下とするのが好ましい。角度θ１を４０度以下とすることで、冷却水Ｃの沿い流れを防ぐことができ、第２側面１６の基端窓１４側に設けられた温度計１７が冷却水Ｃで濡れるのを防ぐことができる。
ただし、角度θ１をあまりにも小さくしてしまうと、第２側面１６と冷却ヘッダ７の上面板９とが平行に近づいてゆく。その結果、基端窓１４の第２側面１６側が冷却ヘッダ７の側面から飛び出してしまうので、角度θ１の下限値は、基端窓１４が冷却ヘッダ７の側面から飛び出さない範囲で自ずと決まる。しかし、基端窓１４が飛び出さなくとも、第２側面１６に取り付けられた温度計１７と圧延材Ｗの下面との距離が離れすぎると、圧延材Ｗの温度測定が困難となるので、本実施形態においては、角度θ１を４０度以下とするのが好ましい。
【００３７】
図３及び図４を参照して、本実施形態による温度測定装置１ａの作動態様について説明する。
図３に示すように、冷却ノズル１２から冷却水Ｃが放出されると、圧延材Ｗ、搬送ロール８、及び冷却ヘッダ７で囲まれる空間が冷却水Ｃに満たされる。これと同時に、冷却水Ｃが温度測定装置１ａの先端窓１３ａに流入する。
【００３８】
図４に矢印で示すように、先端窓１３ａに流入した冷却水Ｃは、先端窓１３ａから空洞体１８に流れ込む。このとき、先端窓１３ａの第１側面１５側に流れ込んだ冷却水Ｃの一部は、冷却ヘッダ７の上面から鉛直下方向に向かう流下方向に平行な第１側面１５に沿って流下する。
しかし、先端窓１３ａの第２側面１６側に流れ込んだ冷却水Ｃは、流下方向とは５０度以上異なる方向に延びる第２側面１６に沿って流下することはできず、先端窓１３ａからほぼ真下に向かって流下する。従って、第２側面１６の下方に設けられた温度計１７は、冷却水Ｃの流路外に置かれることとなる。この結果、温度計１７が冷却水Ｃで濡れることなく、温度計１７にスケールなども堆積しない。
【００３９】
本実施形態による温度測定装置１ａを用いれば、放射温度計などの温度計１７本体がスケールなどの付着の原因となる冷却水Ｃで濡れることを防ぐことができ、温度測定装置１ａの所期の性能を長期に亘って維持することができる。
（第２実施形態）
図５を参照しながら、本発明の第２実施形態による鋼板下面温度の温度測定装置１ｂについて説明する。
【００４０】
図５は、本実施形態による温度測定装置１ｂの概略構成を示す図であって、圧延材Ｗの搬送方向正面から見たときの断面図、上面図、及び下面図を示している。
本実施形態による温度測定装置１ｂは、第１実施形態による温度測定装置１ａとほぼ同様の構成を有しているが、先端窓１３ｂの構成が異なっている。図面を参照しながら、本実施形態による温度測定装置１ｂの先端窓１３ｂの構成について説明する。
【００４１】
図５の正面断面図は、空洞体１８が、冷却ヘッダ７に設けられた先端窓１３ｂの厚みの半分程度にまで挿入されて取り付けられ、且つ温度計１７が、第２側面１６の基端窓１４側に先端窓１３ｂを介して圧延材Ｗの下面を見ることができるように取り付けられて構成された温度測定装置１ｂを示している。
図５の正面断面図における、破線で示した拡大図を参照しながら説明する。
【００４２】
本実施形態では、図５の拡大図に示すように、空洞体１８の第２側面１６先端から冷却ヘッダ７の上面にかけて先端窓１３ｂの側面が斜めに切り欠かれて、切欠面２０が形成されている。この切欠面２０は、先端窓１３ｂの外部から先端窓１３ｂに向かって、先端窓１３ｂの厚み方向に沿って下向きに傾斜するように形成されており、切欠面２０の深さ、つまり切り欠き部分の厚みは、先端窓１３ｂの厚みの半分程度となっている。つまり、先端窓１３ｂの厚みの下半分は、空洞体１８の第２側面１６が接合し、上半分は切欠面２０となっている。
【００４３】
なお、切欠面２０の深さである切り欠き部分の厚みは、５ｍｍ以上であれば本願の効果を奏するのに有効である。このことは、本願発明者によって既に知見されている。
第１実施形態で参照した図４では、先端窓１３ｂは、冷却ヘッダ７の上面となす角度が略垂直となっており、先端窓１３ｂの側面は、空洞体１８の先端から冷却ヘッダ７の上面に向かって垂直な面であった。
【００４４】
図５の上面図を参照すると、図５の正面断面図で説明した切り欠きによって、先端窓１３ｂの端部に切欠面２０が形成されている。図５の上面図において、この切欠面２０の紙面上下方向の幅は、先端窓１３ｂの紙面上下方向の幅とほぼ一致している。
図５の上面図に示す先端窓１３ｂは、第１実施形態の先端窓１３ａと同じく略楕円形であるが、円形でも構わない。
【００４５】
ここで、図５の正面断面図に戻り、冷却バンクの上面方向である水平方向に対する切欠面２０の角度θ２について説明する。
図５の拡大図に示すように、切欠面２０は、水平方向に対して角度θ２だけ傾いている。この切欠面２０は、切欠面２０を流れて管状部に流入する冷却水Ｃを、管状部の第２側面１６側から離れるように第１側面１５に向かわせるために傾斜しているのであって、角度θ２は、大きすぎても小さすぎてもその目的を達することはできない。
【００４６】
この切欠面２０の傾き角度θ２は、第１実施形態で説明した空洞体１８の第２側面１６の傾き角度θ１との組み合わせを工夫することによって、冷却水Ｃの第２側面１６への沿い流れをより確実に防止することができる。
本実施形態では、角度θ１と角度θ２との和を１００度以下（θ１+θ２≦１００°）とするのが好ましい。角度θ１と角度θ２との和を１００度以下とすることで、切欠面２０と第２側面１６とでエッジが形成される。このエッジによってコアンダ効果の抑制が促進されて水切れが良くなり、切欠面２０から第２側面１６への沿い流れをより確実に防止することができ、その結果、第２側面１６の基端窓１４側に設けられた温度計１７が冷却水Ｃで濡れるのを防ぐことができる。
【００４７】
ただし、本実施形態においても第１実施形態と同様に、角度θ１をあまりにも小さくしてしまうと、基端窓１４の第２側面１６側が冷却ヘッダ７の側面から外に飛び出してしまうので、角度θ１の下限値は、基端窓１４が飛び出さない範囲で自ずと決まる。しかし、冷却ヘッダ７から飛び出さなくとも、第２側面１６に取り付けられた温度計１７と圧延材Ｗの下面との距離が離れすぎると、圧延材Ｗの温度測定ができなくなるので、本実施形態においては、角度θ１を４５度以下とするのが好ましい。ここで角度θ１を４０度以下とすると、さらに好ましい。
【００４８】
本実施形態による温度測定装置１ｂを用いれば、放射温度計などの温度計１７本体がスケールなどの付着の原因となる冷却水Ｃで濡れることを防ぐことができ、温度測定装置１ｂの所期の性能をさらに長期に亘って維持することができる。
【実施例】
【００４９】
第１実施形態及び第２実施形態で説明した温度測定装置１ａ,１ｂについて、切欠面２０の有無、及び角度θ１と角度θ２を変化させた数種類の温度測定装置を用意して、本発明の効果を検証した。その結果を、下に表１として示す。
【００５０】
【表１】
【００５１】
表１の中で、比較例として示される空洞体の形状には、従来より採用されている円筒形状と、本願で開示したラッパ形状との２種類がある。
従来より採用されている円筒形状では、冷却水Ｃの第２側面１６への「沿い流れ」が発生しており、温度計１７が冷却水Ｃで濡れてしまう。これによって、温度計１７にスケールなどが堆積するので、温度測定装置としての測定可能期間は、３０日〜６０日である。
【００５２】
一方、θ１が４５度〜７０度のラッパ形状でも、切欠面２０の有無に関わらずコアンダ効果による「沿い流れ」が発生しているが、温度計１７が浴びる冷却水Ｃの量は減少していると考えられる。これによって、温度計１７にスケールなどが堆積する速度は緩やかとなり、従来の円筒形状と比べて、測定可能期間は、７０日から１２０日と大幅に延長されている。中でも角度θ１が４５度のときに、測定可能期間が１００日以上となっており、角度θ１が小さい方が、測定可能期間が長くなる傾向にある。
【００５３】
次に、表１の中で、発明例として示されているラッパ形状の空洞体１８について、角度θ１を４５度以下に設定して、切欠面２０の有無と、切欠面２０の角度θ２を変化させた例が示されている。
まず、本発明の第１実施形態に対応するＮｏ．１とＮｏ．２に示される、切欠面２０が無い例では、コアンダ効果による「沿い流れ」が無く、測定可能日数がそれぞれ２２０日、２５０日と、大幅に延長されている。切欠面２０が無くとも角度θ１を十分に小さくすれば、コアンダ効果による「沿い流れ」を防止して測定可能日数を改善することができた。これらの例で示される温度測定装置であれば、年に数度しかない圧延設備２の保守点検サイクルに合わせて交換することで、十分に所期の性能を発揮し続けることができる。
【００５４】
また、第２実施形態に対応するＮｏ．３〜Ｎｏ．５に示される切欠面２０が有る例では、コアンダ効果による「沿い流れ」が無く、測定可能日数が３００日を超えている。切欠面２０を備えることで、Ｎｏ．１及びＮｏ．２と比較しても、より確実に「沿い流れ」を防止することができたと考えることができる。３００日程度の測定可能日数があれば、圧延設備２の保守点検毎に温度測定装置を交換しなくとも済む。これらの例に示すように、角度θ１と角度θ２との和を１００度以下とすることで、測定可能日数を飛躍的に延ばすことができることがわかった。
【００５５】
しかし、比較例にあるＮｏ．１０は、角度θ１と角度θ２との和が１００度以下であるが、測定可能日数は８０日しかない。角度θ１と角度θ２との和が１００度以下であっても、角度θ１は、可能な限り４５度以下であるのが好ましい。ここで角度θ１を４０度以下とすると、さらに好ましい。
さらに、第２実施形態に対応するＮｏ．６に示される切欠面２０が有る例では、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５の例とは異なり、切り欠きの厚みが６ｍｍとなっている。しかし、コアンダ効果による「沿い流れ」が無く、測定可能日数も、Ｎｏ．１とＮｏ．２に迫る１９０日となっている。
【００５６】
このＮｏ．６に対して、切り欠きの厚みだけを３ｍｍに変更した比較例がＮｏ．１１に示されている。Ｎｏ．１１の例では、測定可能日数が１２０日となっており、圧延設備２の保守点検サイクルを考えたとき、十分な長さの測定可能日数とは言えない。この結果より、切り欠きの厚みは、５ｍｍ以上であるのが好ましい。
尚、上記実施形態及び実施例において、熱間材として圧延材Ｗを例に挙げて説明を行った。しかし、本発明の温度測定装置１ａ，１ｂは、例えば鋼板の焼入れ熱処理時にも用いることができる。
【００５７】
また、上記実施形態及び実施例において、温度測定装置１ａ，１ｂの第１側面１５を、冷却ヘッダ７の長手方向における先端窓１３ａ，１３ｂの一端と基端窓１４の一端とを鉛直方向につなぐものとして例示した。しかし、第１側面１５は、先端窓１３ａ，１３ｂの一端と基端窓１４の一端とを、鉛直方向に限らず任意の方向につなぐ面であってもよい。第１側面１５も第２側面１６と同様に傾斜させれば、第１側面１５の基端窓側においても冷却水が流下しない温度測定装置を実現することができる。
【００５８】
なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。
【符号の説明】
【００５９】
１ａ，１ｂ 温度測定装置
２ 圧延設備
３ 加熱炉
４ 粗圧延機
５ 仕上圧延機
６ 冷却装置
７ 冷却ヘッダ
８ 搬送ロール
９ 上面板
１０ 下面板
１１ 立板
１２ 冷却ノズル
１３ａ，１３ｂ 先端窓
１４ 基端窓
１５ 第１側面
１６ 第２側面
１７ 温度計
１８ 空洞体
１９ 上端開口
２０ 切欠面
２１，２２ 側面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱間状態にある熱間材を冷却する冷却装置に備えられ且つ前記熱間材の下面側で熱間材の幅方向に沿って配置された長尺の冷却ヘッダに配設され、前記熱間材の下面の温度を測定する温度測定装置であって、
前記熱間材の下面と対向する前記冷却ヘッダの上面側に設けられた開口である先端窓と、
前記冷却ヘッダの下面側に設けられた開口であって、前記冷却ヘッダの長手方向に沿って前記先端窓より長径とされた長孔の基端窓と、
前記冷却ヘッダの長手方向における前記先端窓の一端と基端窓の一端とを鉛直方向又は斜め方向につなぐ第１側面と、
前記冷却ヘッダの長手方向における前記先端窓の他端と基端窓の他端とを斜め方向につなぐ第２側面と、
前記基端窓であって第２側面または当該第２側面の延長線上に設けられ、且つ計測方向が前記先端窓を介して前記熱間材の下面を向くように配置された温度計と、
を備えることを特徴とする温度測定装置。
【請求項２】
前記第２側面の傾斜は、前記冷却ヘッダの上面に対する角度が４０度以下となるように傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の温度測定装置。
【請求項３】
前記先端窓の他端には、切欠部が形成されており、当該切欠部は、前記冷却ヘッダの上面に対して傾斜した切欠面を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の温度測定装置。
【請求項４】
前記冷却ヘッダの上面と前記第２側面がなす角の角度θ１と、前記冷却ヘッダの上面と切欠面がなす角の角度θ２との和が１００度以下（θ１+θ２≦１００°）であることを特徴とする請求項３に記載の温度測定装置。
【請求項５】
前記切欠面を形成する部位の上下厚さが、５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項３又は４に記載の温度測定装置。
【請求項１】
熱間状態にある熱間材を冷却する冷却装置に備えられ且つ前記熱間材の下面側で熱間材の幅方向に沿って配置された長尺の冷却ヘッダに配設され、前記熱間材の下面の温度を測定する温度測定装置であって、
前記熱間材の下面と対向する前記冷却ヘッダの上面側に設けられた開口である先端窓と、
前記冷却ヘッダの下面側に設けられた開口であって、前記冷却ヘッダの長手方向に沿って前記先端窓より長径とされた長孔の基端窓と、
前記冷却ヘッダの長手方向における前記先端窓の一端と基端窓の一端とを鉛直方向又は斜め方向につなぐ第１側面と、
前記冷却ヘッダの長手方向における前記先端窓の他端と基端窓の他端とを斜め方向につなぐ第２側面と、
前記基端窓であって第２側面または当該第２側面の延長線上に設けられ、且つ計測方向が前記先端窓を介して前記熱間材の下面を向くように配置された温度計と、
を備えることを特徴とする温度測定装置。
【請求項２】
前記第２側面の傾斜は、前記冷却ヘッダの上面に対する角度が４０度以下となるように傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の温度測定装置。
【請求項３】
前記先端窓の他端には、切欠部が形成されており、当該切欠部は、前記冷却ヘッダの上面に対して傾斜した切欠面を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の温度測定装置。
【請求項４】
前記冷却ヘッダの上面と前記第２側面がなす角の角度θ１と、前記冷却ヘッダの上面と切欠面がなす角の角度θ２との和が１００度以下（θ１+θ２≦１００°）であることを特徴とする請求項３に記載の温度測定装置。
【請求項５】
前記切欠面を形成する部位の上下厚さが、５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項３又は４に記載の温度測定装置。
【図１】
【図２】
【図４】
【図５】
【図３】
【図２】
【図４】
【図５】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−９１１８５（Ｐ２０１２−９１１８５Ａ）
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３８６２７（Ｐ２０１０−２３８６２７）
【出願日】平成２２年１０月２５日（２０１０．１０．２５）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２５日（２０１０．１０．２５）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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