表面温度測定システム、加熱炉、表面温度測定方法、及びコンピュータプログラム
【課題】 加熱されている被測定物体の表面温度を、従来よりも高い精度で測定することができるようにする。
【解決手段】 加熱帯１３の上方から、加熱帯１３内を搬送されるスラブ２１の表面を望む位置に、略３．９［μｍ］の波長を有する光のみを検出する放射温度計１００を設置し、複数の熱電対２００を、加熱帯１３の天井面１３ａに概ね格子状に点在させ、放射温度計１００で求められた発光輝度から、熱電対２００で測定された温度を用いて算出した迷光雑音輝度を引いて、スラブ２１自体から発光される自発光輝度を求める。このとき、放射温度計１００はスラブと正対し、点在する熱電対は温度測定中心点２１ａから放射温度計１００の方向に広がる天頂角θが４５［°］の仮想の円錐４１があると見なした場合にその円錐４１の内部に入るようにするのが望ましい。
【解決手段】 加熱帯１３の上方から、加熱帯１３内を搬送されるスラブ２１の表面を望む位置に、略３．９［μｍ］の波長を有する光のみを検出する放射温度計１００を設置し、複数の熱電対２００を、加熱帯１３の天井面１３ａに概ね格子状に点在させ、放射温度計１００で求められた発光輝度から、熱電対２００で測定された温度を用いて算出した迷光雑音輝度を引いて、スラブ２１自体から発光される自発光輝度を求める。このとき、放射温度計１００はスラブと正対し、点在する熱電対は温度測定中心点２１ａから放射温度計１００の方向に広がる天頂角θが４５［°］の仮想の円錐４１があると見なした場合にその円錐４１の内部に入るようにするのが望ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面温度測定システム、加熱炉、表面温度測定方法、及びコンピュータプログラムに関し、特に、加熱されている被測定物体の表面温度を測定するために用いて好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
熱間圧延を行って薄板鋼板を製造する場合には、熱間圧延を行う前にスラブ等の鋼材を、加熱炉にて加熱するようにしている。加熱炉における鋼材の表面温度を知ることは、適切なヒートパターンで鋼材を加熱するために重要である。適切なヒートパターンで鋼材を加熱することによって、熱間圧延における加工精度の向上や、加熱炉における省エネルギー化や、薄板鋼板の生産効率の向上等が実現できるからである。
【０００３】
そこで、加熱炉内にある鋼材の表面温度を測定するために、従来から放射温度計を用いて放射測温を行うことが提案されている。加熱炉は、バーナーから発せられる火炎（以下、必要に応じてバーナー火炎と称する）等によって、１０００［℃］〜１４００［℃］の高温となっている。このため、放射測温を行って鋼材の温度を測定する場合、鋼材から発せられる光だけが放射温度計で検出されるのではない。すなわち、炉壁から発せられる外乱光や、加熱炉内のバーナー火炎・燃焼ガスから発せられる外乱光も、鋼板の表面で反射して、迷光雑音として放射温度計に入力される。したがって、放射温度計により得られる発光輝度（放射強度）は、鋼材自体から発せられる自発光の輝度（放射強度）と、迷光雑音の輝度（放射強度）とが混在したものとなる。
【０００４】
そこで、鋼材の温度を、放射測温を行って精度良く測定するためには、迷光雑音を正しく見積もり、放射温度計により得られる発光輝度から、迷光雑音による影響を正しく除去することが必要となる。
特許文献１には、所定の間隔を有して鋼材表面と正対する位置に固定された第１の放射温度計の他に、加熱炉内に設けられ、炉内全方向に受光方向を走査できる第２の放射温度計を用いる技術が開示されている。かかる技術では、加熱炉内において第２の放射温度計を走査させて加熱炉内に存在する迷光雑音の輝度を測定し、第１の放射温度計で測定した発光輝度から、第２の放射温度計で測定した迷光雑音の輝度を除去して、鋼材表面の温度を測定するようにしている。
【０００５】
また、特許文献２では、互いに異なる２つの波長で、鋼材からの自発光の発光輝度を測定すると共に、熱電対や放射温度計により加熱炉の炉壁のある一点の温度を測定する。そして、鋼材からの発光輝度と、加熱炉の炉壁のある一点の温度（一定値）とを用いて、鋼材表面の温度を測定する。
【０００６】
【特許文献１】特開平７−１７４６３４号公報
【特許文献２】特開平６−２５８１４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、１０００［℃］〜１４００［℃］の高温の加熱炉内に、放射温度計と、その放射温度計を走査するための駆動機構を備えた測定装置を挿入しなければならない。このため、測定装置を冷却するための冷却機構を、限られたスペースに設けなければならない。よって、特許文献１に記載の技術を実現することは困難である。
【０００８】
また、特許文献２に記載の技術では、加熱炉の炉壁のみを迷光雑音の対象としている。前述したように、加熱炉内では、炉壁の他に、バーナー火炎・燃焼ガス等も迷光雑音の原因となる。したがって、特許文献２に記載の技術では、鋼材の表面温度を正確に測定することが困難であるという問題点があった。更に、特許文献２に記載の技術では、加熱炉の炉壁のある一点の温度だけを測定している。したがって、迷光雑音の原因となる炉壁の全体の温度を正確に得ることができず、鋼材の表面温度を正確に測定することが困難であるという問題点があった。
【０００９】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、加熱されている被測定物体の表面温度を、従来よりも高い精度で測定することができるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の表面温度測定システムは、ガス焚き加熱炉内で加熱されている被測定物体の表面温度を測定する表面温度測定システムであって、前記被測定物体から発光される波長の光のうち、ガスの放射と吸収とが他の波長帯域よりも小さい特定波長の光の発光輝度を測定する発光輝度測定手段と、前記被測定物体の表面に入射する外乱光を発生する領域に設けられた複数の温度測定手段と、前記複数の温度測定手段により測定された温度に基づいて、前記被測定物体に入射する外乱光を発生する領域の温度分布を計算する温度分布計算手段と、前記発光輝度測定手段により測定される発光輝度のうち、前記被測定物体の表面で反射した迷光雑音輝度を、前記温度分布計算手段により計算された温度分布を用いて計算する迷光雑音計算手段と、前記発光輝度測定手段により測定される発光輝度のうち、前記被測定物体自体から発生している自発光輝度を、前記迷光雑音計算手段により計算された迷光雑音輝度と、前記発光輝度測定手段により測定された発光輝度とを用いて計算する自発光輝度計算手段と、前記自発光輝度計算手段により計算された自発光輝度を用いて、前記被測定物体の表面温度を計算する表面温度計算手段とを有することを特徴とする。
また、本発明の加熱炉は、前記表面温度測定システムを有することを特徴とする。
【００１１】
本発明の表面温度測定方法は、ガス焚き加熱炉内で加熱されている被測定物体の表面温度を測定する表面温度測定方法であって、前記被測定物体から放射される波長の光のうち、ガスの放射と吸収とが他の波長帯域よりも小さい特定波長の光の発光輝度を、発光輝度測定手段により測定する発光輝度測定ステップと、前記被測定物体の表面に入射する外乱光を発生する領域に設けられた複数の温度測定手段により温度を測定する温度測定ステップと、前記温度測定ステップにより測定された温度に基づいて、前記被測定物体に入射する外乱光を発生する領域の温度分布を計算する温度分布計算ステップと、前記発光輝度測定ステップにより測定される発光輝度のうち、前記被測定物体の表面で反射した迷光雑音輝度を、前記温度分布計算ステップにより計算された温度分布を用いて計算する迷光雑音計算ステップと、前記発光輝度測定ステップにより測定される発光輝度のうち、前記被測定物体自体から発生している自発光輝度を、前記迷光雑音計算ステップにより計算された迷光雑音輝度と、前記発光輝度測定ステップにより測定された発光輝度とを用いて計算する自発光輝度計算ステップと、前記自発光輝度計算ステップにより計算された自発光輝度を用いて、前記被測定物体の表面温度を計算する表面温度計算ステップとを有することを特徴とする。
【００１２】
本発明のコンピュータプログラムは、ガス焚き加熱炉内で加熱されている被測定物体から発光される波長の光のうち、ガスの放射と吸収とが他の波長帯域よりも小さい特定波長の光の発光輝度を測定する発光輝度測定手段と、前記被測定物体の表面に入射する外乱光を発生する領域に設けられた複数の温度測定手段と、における測定値を用いて、前記被測定物体の表面温度を測定することをコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムであって、前記複数の温度測定手段により測定された温度に基づいて、前記被測定物体に入射する外乱光を発生する領域の温度分布を計算する温度分布計算ステップと、前記発光輝度測定手段により測定される発光輝度のうち、前記被測定物体の表面で反射した迷光雑音輝度を、前記温度分布計算ステップにより計算された温度分布を用いて計算する迷光雑音計算ステップと、前記発光輝度測定手段により測定される発光輝度のうち、前記被測定物体自体から発生している自発光輝度を、前記迷光雑音計算ステップにより計算された迷光雑音輝度と、前記発光輝度測定ステップにより測定された発光輝度とを用いて計算する自発光輝度計算ステップと、前記自発光輝度計算ステップにより計算された自発光輝度を用いて、前記被測定物体の表面温度を計算する表面温度計算ステップとをコンピュータに実行させることを特徴とする。
【００１３】
ここで、本発明では、前記被測定物体自体から発生している光を自発光と称し、その輝度を自発光輝度と称する。前記被測定物体の表面に外部から入射する光を外乱光と称し、その輝度を外乱光輝度と称する。前記被測定物体の表面で反射した光のうち、発光輝度測定手段に入光する光を迷光雑音と称し、その輝度を迷光雑音輝度と称する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、加熱されている被測定物体の表面に入射する外乱光を発生する領域の温度分布を用いて、被測定物体の表面で反射した迷光雑音輝度を計算する。そして、発光輝度測定手段により測定された発光輝度と、被測定物体の表面で反射した迷光雑音輝度とを用いて、被測定物体自体から発生している自発光の発光輝度を計算し、計算した自発光の発光輝度を用いて、被測定物体の表面温度を計算する。以上のように、加熱されている被測定物体の表面に入射する外乱光を発生する領域の温度分布を用いて、被測定物体の表面で反射した迷光雑音輝度を計算するので、その迷光雑音輝度の計算精度を向上させることができる。更に、発光輝度測定手段は、加熱に寄与しているガスの放射と吸収とが、他の波長帯域よりも小さい特定波長の光を検出するので、発光輝度測定手段で測定される発光輝度に、加熱に寄与しているガスによる迷光雑音輝度が含まれてしまうことを可及的に防止することができる。以上のことから、加熱されている被測定物体の表面温度を、従来よりも高い精度で測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（第１の実施形態）
以下、図面を参照しながら、本発明の第１の実施形態を説明する。
図１は、本実施形態の表面温度測定システムの適用対象の一例である多帯式ウォーキングビーム式連続加熱炉の概略構成の一例を示す図である。
図１において、多帯式ウォーキングビーム式連続加熱炉１０は、非燃焼帯１１と、予熱帯１２と、加熱帯１３と、均熱帯１４とを、被測定物体の一例であるスラブ２１が順番に通過するようにして、スラブ２１を加熱するためのものである。尚、以下の説明では、多帯式ウォーキングビーム式連続加熱炉１０を、加熱炉１０と略称する。また、図１では、１５個のスラブ２１が、加熱炉１０内にある場合を例に挙げて示している。
【００１６】
本実施形態では、加熱炉１０に装入されるスラブ２１の長さを６［ｍ］〜１２［ｍ］、幅を０．６［ｍ］〜２．２［ｍ］、厚みを０．２５［ｍ］とした。また、加熱炉１０に装入されるスラブ２１の温度を、常温〜７００［℃］程度とし、加熱炉１０から抽出されるスラブ２１の温度を、１１００［℃］〜１２５０［℃］程度の温度とした。更に、加熱炉１０内におけるスラブ２１の在炉時間を、１４０［分］〜２２０［分］とした。以上のような操業条件に従って、非燃焼帯１１、予熱帯１２、加熱帯１３、及び均熱帯１４の順でスラブ２１を搬送し、加熱炉１０から抽出するようにしている。
【００１７】
予熱帯１２と加熱帯１３とには、軸流バーナー１５ａ、１５ｂが夫々複数（例えば８本）ずつ設置されている。均熱帯１４には、ルーフバーナー１６が複数（例えば２０本）設置されている。更に、予熱帯１２、加熱帯１３、及び均熱帯１４には、それぞれサイドバーナー１７が複数（例えば、予熱帯１２及び加熱帯１３には夫々８本、均熱帯１４には１０本）設置されている。サイドバーナー１７は、予熱帯１２と加熱帯１３の両側部に夫々設けられており、スラブ２１の両側方向から火炎バーナーを発する。
尚、本実施形態では、軸流バーナー１５、ルーフバーナー１６、及びサイドバーナー１７からバーナー火炎を発生させるための燃料として、例えばＬＮＧを用い、支燃剤として空気又は酸素富化空気を用いている。尚、各バーナー１５〜１７に送られる支燃剤は、４００［℃］〜６００［℃］程度に予熱されている。
【００１８】
非燃焼帯１１、予熱帯１２、加熱帯１３、及び均熱帯１４には、スラブ２１を支持する固定スキッドビームと、スラブ２１を搬送方向（図１の矢印の方向）に搬送するためのウォーキングビームとを備えた搬送装置が設けられている。加熱炉１０に装入されたスラブ２１は、搬送装置によって間欠的に搬送方向に搬送され、非燃焼帯１１、予熱帯１２、加熱帯１３、及び均熱帯１４を順次通過して、加熱炉１０から抽出される。加熱炉１０から抽出されたスラブ２１は、熱間圧延ラインに搬送される。
【００１９】
本実施形態では、このような構成の加熱炉１０における加熱帯１３に、表面温度測定システムを設けるようにしている。本実施形態の表面温度測定システムは、放射温度計１００と、複数の熱電対２００と、情報処理装置３００と、表示装置４００とを備えて構成される。
【００２０】
放射温度計１００は、加熱帯１３の上方から、加熱帯１３の天井の炉壁面の一部に形成された孔１３ｂを通して、加熱帯１３内を搬送されるスラブ２１の表面を望む位置に設置されている。このように、放射温度計１００は、その入光面（検出面）が、加熱帯１３内を搬送されるスラブ２１の表面と、予め設定された間隔を有して正対する位置に設置されている。尚、以下の説明では、加熱帯１３の天井の炉壁面を、必要に応じて、加熱帯１３の天井面、又は単に天井面と称する。
【００２１】
本実施形態の放射温度計１００は、その入光面に入光される光のうち、略３．９［μｍ］を中心とする狭帯域の波長を有する光のみを検出し、その光の分光発光輝度（放射強度）Ｉb（Ｔm）［Ｗ・ｍ-2・ｓｒ-1・μｍ-1］を求める。ここで、放射温度計１００が検出する光の波長を、略３．９［μｍ］の波長としたのは、次の理由による。すなわち、本願発明者らは、加熱炉１０（加熱帯１３）内のバーナー火炎や燃焼ガスに対する放射と吸収とが他よりも低くなる特定波長が、３．９［μｍ］であるという従来からの知見に基づき、この特定波長が測温誤差への影響をほとんど生じさせないという知見を実験的に得たからである。
【００２２】
したがって、本実施形態では、加熱炉１０（加熱帯１３）内のバーナー火炎や燃焼ガス等、加熱に寄与しているガスに対する放射と吸収とが著しく小さい特定波長として略３．９［μｍ］（例えば中心波長３．９［μｍ］で半値幅が０．４［μｍ］以下、好ましくは中心波長３．９［μｍ］で半値幅が０．２［μｍ］以下）の光のみを放射温度計１００が検出するようにしている。これにより、放射温度計１００で求められる発光輝度に含まれる「バーナー火炎や燃焼ガスに基づく迷光雑音の輝度（放射強度）」を低減することができる。尚、以下の説明では、迷光雑音の輝度を、必要に応じて迷光雑音輝度と称する。
以上のように本実施形態では、例えば、放射温度計１００を用いて、発光輝度測定手段が実現される。
【００２３】
熱電対２００は、加熱帯１３の天井面に取り付けられている。図２は、加熱帯１３に取り付けられている熱電対２００ａ〜２００ｉの様子の概略を示す図である。また、図３（ａ）は、図２のＡの方向から見た様子の概略を示す図であり、図３（ｂ）は、図２のＢ−Ｂ´方向から見た様子の概略を示す図（断面図）である。
図２及び図３に示すように、本実施形態では、９個の熱電対２００ａ〜２００ｉを、加熱帯１３の天井面１３ａに取り付けている。具体的に本実施形態では、９個の熱電対２００ａ〜２００ｉを、概ね、１［ｍ］間隔の格子状に点在させている。
【００２４】
図４は、９個の熱電対２００ａ〜２００ｉが取り付けられる範囲の一例を説明する図である。
図４に示すように、本実施形態では、スラブ２１表面上の点であって、放射温度計１００の入光面１００ａの中心１００ｂと正対する位置にある点２１ａから、放射温度計１００の方向に広がる天頂角θが４５［°］（広がり角が９０［°］）の仮想の円錐４１があると見なした場合に、その仮想の円錐４１の内部に入るように、９個の熱電対２００ａ〜２００ｉが、加熱帯１３の天井面１３ａに取り付けられるようにしている。
【００２５】
より具体的に説明すると、放射温度計１００の入光面１００ａの中心１００ｂと正対する位置にある点２１ａを頂点とし、天頂角θを４５［°］（広がり角が９０［°］）とする円錐であって、加熱帯１３の天井面１３ａに底面４１ａを有する仮想の円錐４１があると見なした場合に、その仮想の円錐４１の底面４１ａの内部に、９個の熱電対２００ａ〜２００ｉが取り付けられるようにしている。尚、以下の説明では、スラブ２１表面上の点であって、放射温度計１００の入光面１００ａの中心１００ｂと正対する位置にある点２１ａを、必要に応じて、温度測定中心点２１ａと称する。
【００２６】
このようにして、仮想の円錐４１の内部に入るように、９個の熱電対２００ａ〜２００ｉが、加熱帯１３の天井面１３ａに取り付けられるようにするのは、本願発明者らによって得られた次の知見を理由とするものである。
本願発明者らは、加熱炉１０による加熱によって表面が酸化されたスラブ２１の放射率εsは、温度によらず概ね０．８５で一定となるという知見を得た。したがって、加熱帯１３の天井面１３ａから発せられる「波長が３．９［μｍ］の光」の二方向性反射率ρ´´（θ）の天井面１３ａ全体における積分値は、温度によらず概ね０．１５（１−０．８５）になる。ここで、二方向性反射率ρ´´（θ）とは、例えば、加熱帯１３の天井面１３ａの点（例えば点１３ｃ）から、スラブ２１の被測定領域に入射した光のうち、放射温度計１００の入光面１００ａの方向（法線方向）に反射する光がどの位あるのかを示すものである。尚、スラブ２１の被測定領域とは、温度測定中心点２１ａを中心とする領域であって、放射温度計１００の入光面１００ａと正対する領域である。
【００２７】
そして、本願発明者らは、波長が３．９［μｍ］の光の入射角（天頂角）θと、その光の二方向性反射率ρ´´（θ）の相対値との関係を、実験的に調べた。その結果を図５に示す。
更に、本願発明者らは、図５に示すグラフ５１を表す関数を積分した結果（図５に示したグラフ５１の面積）が０．１５となるように、グラフ５１の縦軸の値を相対値から実際の値に変更する計算をコンピュータに行わせた。その結果、本願発明者らは、波長が３．９［μｍ］の光の入射角（天頂角）θと、二方向性反射率ρ´´（θ）の実際の値との関係を示す二方向性反射率ρ´´（θ）の関数を得た。
そして、本願発明者らは、コンピュータを用いて、次の（１）式の演算を行った。
【００２８】
【数１】
【００２９】
（１）式において、φは、方位角［°］を表す。（１）式から明らかなように、加熱炉１０の天井面１３ａから発せられる光のうち、スラブ２１の被測定領域で反射して放射温度計１００に入光する光の約７０［％］は、図４に示した仮想の円錐４１の内部の領域から発せられる光となる。言い換えると、加熱炉１０の天井面１３ａから発せられる光のうち、スラブ２１の被測定領域で反射して放射温度計１００の入光面１００ａに入光する光の約３０［％］は、図４に示した仮想の円錐４１の内部の領域外から発せられる光となる。
【００３０】
更に、本願発明者らは、仮想の円錐４１の領域外の温度が実際の温度と１００［℃］異なったとしても、放射温度計１００で求められる発光輝度の誤差は、２０［％］程度であることを確認した。
以上のことから、本願発明者らは、加熱炉１０の天井面１３ａ全体から発せられる光の全てではなく、仮想の円錐４１の内部の領域から発せられる光に基づいて、加熱炉１０の天井面１３ａから発せられる外乱光に基づく迷光雑音輝度を求めたとしても、その迷光雑音輝度の誤差は、以下の（２）式に示すように、１［％］未満となるという知見を得た。
０．３×０．１５×０．２×１００＝０．９［％］ ・・・（２）
【００３１】
この０．９［％］の誤差を、温度の誤差に換算すると、約５［℃］となる。したがって、仮想の円錐４１の内部の領域から発せられる光に基づいて、加熱炉１０の天井面１３ａから発せられる外乱光に基づく迷光雑音輝度を求めたとしても、そのことによるスラブ２１の表面温度の誤差は、５［℃］程度となり、実用上十分な精度を確保できる。
【００３２】
以上のことから本実施形態では、図４に示した仮想の円錐４１の内部の領域に、９個の熱電対２００ａ〜２００ｉを格子状に点在させて、その領域における温度を出来るだけ正確に測定すると共に、その領域外の温度を９個の熱電対２００ａ〜２００ｉの測定結果から大まかに推定するようにしている。このようにすることによって、加熱炉１０の天井面１３ａ全体に熱電対２００を配置しなくても、スラブ２１の表面温度を、実用上十分な精度で求めることができる。
以上のように本実施形態では、例えば、９個の熱電対２００ａ〜２００ｉを用いて複数の温度測定手段が実現される。
【００３３】
図１に説明を戻し、情報処理装置３００は、放射温度計１００で求められた「発光輝度」の信号と、熱電対２００で測定された「加熱帯１３の天井面１３ａの温度」の信号とを入力し、入力した信号を用いて、スラブ２１の表面温度を計算し、計算した表面温度を表示装置４００に表示するためのものである。情報処理装置３００のハードウェアは、パーソナルコンピュータ等、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク、画像入出力ボード、各種インターフェース、及びインターフェースコントローラ等を備えた情報処理装置を用いて実現することができる。また、表示装置４００は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等のコンピュータディスプレイを備えている。また、キーボードやマウス等のユーザインターフェースも、情報処理装置３００に接続されている。
【００３４】
図６は、情報処理装置３００の機能構成の一例を示すブロック図である。尚、特に断りのない限り、図６に示す各ブロックは、ＣＰＵが、ＲＯＭやハードディスクに記憶されている制御プログラムを、ＲＡＭを用いて実行することにより実現される。そして、図６に示す各ブロック間で、信号のやり取りを行うことにより、以下の処理が実現される。
【００３５】
発光輝度取得部３０１は、放射温度計１００で求められた発光輝度Ｉb（Ｔm）の信号を入力してＲＡＭに記憶させるためのものである。
熱電対温度取得部３０２は、９個の熱電対２００ａ〜２００ｉで測定された温度の信号を入力してＲＡＭに記憶させるためのものである。このとき熱電対温度取得部３０２は、どの熱電対２００ａ〜２００ｉが測定した温度であるのかを識別できるようにして、その温度をＲＡＭに記憶させる。
【００３６】
熱電対位置記憶部３０３は、加熱帯１３の天井面１３ａに取り付けられている９個の熱電対２００ａ〜２００ｉの位置を記憶するためのものである。本実施形態では、９個の熱電対２００ａ〜２００ｉの位置として、４つの熱電対２００ｄ、２００ｆ、２００ｇ、２００ｉの位置を頂点とする正方形の中心点を原点としたｘｙ座標を記憶するようにしている。熱電対位置記憶部３０３は、例えば、ハードディスクやＲＯＭを用いて構成することができる。
【００３７】
放射率記憶部３０４は、ユーザによるユーザインターフェース（キーボードやマウス）等の操作に基づいて、加熱炉１０による加熱によって表面が酸化されたスラブ２１の放射率εsのデータを外部から取得して記憶するためのものである。尚、以下の説明では、必要に応じて、加熱炉１０による加熱によって表面が酸化されたスラブ２１の放射率εsを、必要に応じて、スラブ２１の放射率εs又は単に放射率εsと略称する。
【００３８】
前述したように、本願発明者らは、スラブ２１の放射率εsは概ね０．８５で一定となるという知見を得た。したがって、本実施形態では、放射率記憶部３０４は、スラブ２１の放射率εsとして０．８５を外部から取得して記憶している。このように、本実施形態では、スラブ２１の放射率εsを、スラブ２１の表面温度を測定する前に、オフラインでコンピュータにより求めて放射率記憶部３０４に記憶させるようにしている。放射率記憶部３０４は、例えば、ＣＰＵが、ＲＯＭやハードディスクに記憶されている制御プログラムを、ＲＡＭを用いて実行し、放射率εsをハードディスクやＲＯＭに記憶することにより実現することができる。以上のように本実施形態では、例えば、放射率記憶部３０４を用いて、放射率記憶手段が実現される。
【００３９】
二方向性反射率導出部３０５は、ユーザによるユーザインターフェース（キーボードやマウス）等の操作に基づいて、波長が３．９［μｍ］の光の二方向性反射率ρ´´（θ）の測定データを外部から取得する。そして、二方向性反射率導出部３０５は、その波長が３．９［μｍ］の二方向性反射率ρ´´（θ）の測定データに基づいて、波長が３．９［μｍ］の光の入射角（天頂角）θと、その光の二方向性反射率ρ´´（θ）の相対値との関係を表す関数を求める。すなわち、二方向性反射率導出部３０５は、例えば図５に示したようなグラフ５１を表す関数を求める。そして、二方向性反射率導出部３０５は、求めた関数を積分した結果（図５に示したグラフ５１の面積）が、「１」から「放射率記憶部３０４により記憶された放射率εs」を減算した値となるように、グラフ５１の縦軸の値を相対値から実際の値に変更し、縦軸の値を変更したグラフ５１に基づく二方向性反射率ρ´´（θ）の関数を求める。本実施形態では、スラブ２１の放射率εsとして０．８５が、放射率記憶部３０４により記憶されているので、求めた関数を積分した結果（図４に示したグラフ５１の面積）が、０．１５（＝１−０．８５）となるように、グラフ５１の縦軸の値を相対値から実際の値に変更することになる。
【００４０】
二方向性反射率記憶部３０６は、二方向性反射率導出部３０５で求められた二方向性反射率ρ´´（θ）（の関数）を記憶するためのものである。このように、本実施形態では、オフラインで求められた二方向性反射率ρ´´（θ）を、スラブ２１の表面温度を測定する前に、二方向性反射率記憶部３０６に予め記憶させるようにしている。二方向性反射率記憶部３０６は、例えば、ハードディスクやＲＯＭを用いて構成することができる。以上のように本実施形態では、例えば、二方向性反射率記憶部３０６を用いて、二方向性反射率記憶手段が実現される。
【００４１】
天井面温度分布導出部３０７は、熱電対２００ａ〜２００ｉで測定された温度に基づいて、加熱帯１３の天井面１３ａ全体の温度の分布を求める。
図７は、熱電対２００ａ〜２００ｉで測定された温度の一例を示す図である。図７において、グラフ７１〜７９は、夫々、熱電対２００ｅ、２００ｄ、２００ｆ、２００ｃ、２００ａ、２００ｈ、２００ｂ、２００ｉ、２００ｇで測定された温度に基づくグラフである。
【００４２】
図７に示すように、加熱帯１３の天井面１３ａの温度は一様ではない。そこで、天井面温度分布導出部３０７は、図３（ａ）に示すように、４つの熱電対２００ｄ、２００ｆ、２００ｇ、２００ｉの位置を頂点とする正方形の領域の内部に含まれる点の温度については、その点の周囲にある４つの熱電対２００により測定された温度を用いて線形補間を行って算出する。例えば、図３に示す点１３ｃの温度については、その点１３ｃの周囲の４つの熱電対２００ｂ、２００ｃ、２００ｈ、２００ｉにより測定された温度を用いて線形補間を行って算出される。
【００４３】
一方、４つの熱電対２００ｄ、２００ｆ、２００ｇ、２００ｉの位置を頂点とする正方形の領域の内部に含まれない点の温度を求める方法には、外周部の値をそのまま延長する方法と外挿する方法とがある。後者の外挿する方法は、熱電対（測定点）から近い範囲の温度を求めるなら良いが、熱電対（測定点）から遠くになるにつれて温度を高く又は低く評価しすぎてしまうことがある。
【００４４】
そこで、本実施形態では、前者の外周部の値をそのまま延長する方法を採用している。この外周部の値をそのまま延長する方法は、４つの熱電対２００ｄ、２００ｆ、２００ｇ、２００ｉの位置を頂点とする正方形の辺上の点のうち、その点から最も近い点の温度と同じ温度とするものである。例えば、図３に示す点１３ｄの温度については、４つの熱電対２００ｄ、２００ｆ、２００ｇ、２００ｉの位置を頂点とする正方形の辺上の点のうち、その点１３ｄに最も近い点１３ｅの温度と同じ温度とする。尚、４つの熱電対２００ｄ、２００ｆ、２００ｇ、２００ｉの位置を頂点とする正方形の辺上の点の温度は、前述したようにして線形補間を行って算出された温度と、４つの熱電対２００ｄ、２００ｆ、２００ｇ、２００ｉの温度との何れかとなる。
そして、天井面温度分布導出部３０７は、以上のようにして求めた「加熱帯１３の天井面１３ａの温度」から、加熱帯１３の天井面１３ａの温度分布を算出し、算出した温度分布をＲＡＭ等に記憶させる。
以上のように本実施形態では、例えば、天井面温度分布導出部３０７を用いて、温度分布計算手段が実現される。
【００４５】
表面温度演算部３０８は、発光輝度取得部３０１により取得された「発光輝度Ｉb（Ｔm）」と、放射率記憶部３０４に記憶されている「スラブ２１の放射率εs」と、二方向性反射率記憶部３０６に記憶されている「二方向性反射率ρ´´（θ）」と、天井温度分布導出部３０７により求められた「加熱帯１３の天井面１３ａの温度分布」とに基づいて、スラブ２１の被測定領域の表面温度Ｔs［Ｋ］を絶対温度で算出する。
前述したように、加熱帯１３の天井面１３ａの任意の点の温度は、その点の周囲にある４つの熱電対２００により測定された温度を用いて求められる。したがって、加熱帯１３の天井面１３ａの任意の点Ｐの温度Ｔpは、以下の（３）式で表される。
【００４６】
Ｔp＝ｆ（ｘ，ｙ，Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４） ・・・（３）
ｘ，ｙ：４つの熱電対２００ｄ、２００ｆ、２００ｇ、２００ｉの位置を頂点とする正方形の中心点を原点としたｘｙ平面（天井面１３ａ）上の座標
Ｔ１〜Ｔ４：点Ｐの周囲にある４つの熱電対２００の温度（絶対温度）
（３）式は、以下の（４）〜（７）式を用いることにより、以下の（８）式のように変換される。
【００４７】
【数２】
【００４８】
θ：天頂角
φ：方位角
ａｔａｎ：アークタンジェント
ｈ：スラブ２１の表面と、加熱帯１３の天井面１３ａとの間の距離
Ｔp＝ｆ（θ，φ，Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４） ・・・（８）
【００４９】
以上のようにして得られる「発光輝度Ｉb（Ｔm）」と、「スラブ２１の放射率εs」と、「二方向性反射率ρ´´（θ）」と、「加熱帯１３の天井面１３ａの任意の点Ｐの温度Ｔp」とを用いると、以下の（９）式が成立する。
【００５０】
【数３】
【００５１】
Ω：立体角
εsＩb（Ｔs）：スラブ２１自体より発せられる自発光の輝度（放射強度）
尚、以下の説明では、スラブ２１自体より発せられる自発光の輝度を、必要に応じてスラブ２１自体より発せられる自発光輝度、又は単に自発光輝度と称する。
以上のように、（９）式の左辺は、放射温度計１００で求められる発光輝度Ｉb（Ｔm）であり、（９）式の右辺の第２項は、放射温度計１００で求められる発光輝度Ｉb（Ｔm）に含まれる迷光雑音輝度である。よって、（９）式の右辺の第１項εsＩb（Ｔs）が、スラブ２１自体より発せられる自発光輝度となる。
【００５２】
表面温度演算部３０８は、（９）式の右辺の第１項に含まれる黒体放射輝度Ｉb（Ｔs）を求め、求めた黒体放射輝度Ｉb（Ｔs）から、スラブ２１の被測定領域の表面温度Ｔsを絶対温度で算出する。
【００５３】
具体的に、表面温度演算部３０８は、（８）式を次の（１０）式に代入する。（１０
）式は、表面温度Ｔと黒体放射輝度Ｉb（Ｔ）との関係式である。表面温度演算部３０８は、（８）式を代入した（１０）式と、二方向性反射率記憶部３０６に記憶されている「二方向性反射率ρ´´（θ）」とを（９）式の右辺の第２項に代入して、コンピュータによる数値積分を行うことにより、（９）式の右辺の第２項を求める。このように、本実施形態では、例えば、表面温度演算部３０８を用いて、迷光雑音計算手段が実現される。
【００５４】
【数４】
【００５５】
λ：放射温度計１００で検出される光の波長（本実施形態では、３．９［μｍ］）
Ｃ1、Ｃ2：物理定数
Ｔ：絶対温度
また、表面温度演算部３０８は、（９）式の左辺に、発光輝度取得部３０１により取得された「発光輝度Ｉb（Ｔm）」を代入し、更に（９）式の右辺の第１項のεsに、放射率記憶部３０４に記憶されている「スラブ２１の放射率εs」を代入する。
そして、表面温度演算部３０８は、（９）式の右辺の第１項の自発光輝度εsＩb（Ｔs）を求め、求めた自発光輝度εsＩb（Ｔs）に含まれる黒体放射輝度Ｉb（Ｔs）を、前述した（１０）式に代入することにより、スラブ２１の被測定領域の表面温度Ｔs［Ｋ］を算出する。このように、本実施形態では、例えば、表面温度演算部３０８を用いて、自発光輝度計算手段と表面温度計算手段とが実現される。
表面温度表示部３０９は、表面温度演算部３０８で求められた「スラブ２１の被測定領域の表面温度Ｔs」を、表示装置４００に表示して、ユーザに報知する。
【００５６】
次に、図８のフローチャートを参照しながら、情報処理装置３００における処理動作の一例を説明する。
まず、ステップＳ１において、熱電対温度取得部３０２は、９個の熱電対２００ａ〜２００ｉで測定された温度の信号を入力するまで待機する。９個の熱電対２００ａ〜２００ｉで測定された温度の信号を入力すると、ステップＳ２に進む。ステップＳ２に進むと、熱電対温度取得部３０２は、入力した「９個の熱電対２００ａ〜２００ｉで測定された温度」をＲＡＭに記憶させる。前述したように、熱電対温度取得部３０２は、どの熱電対２００ａ〜２００ｉが測定した温度であるのかを識別できるようにして、その温度をＲＡＭに記憶させる。
【００５７】
次に、ステップＳ３において、天井面温度分布導出部３０７は、ステップＳ２で記憶された温度に基づいて、加熱帯１３の天井面１３ａ全体の温度分布を、前述したようにして求める。
次に、ステップＳ４において、発光輝度取得部３０１は、放射温度計１００で求められた発光輝度Ｉb（Ｔm）の信号が入力されるまで待機する。放射温度計１００で求められた発光輝度Ｉb（Ｔm）の信号が入力されると、ステップＳ５に進む。ステップＳ５に進むと、発光輝度取得部３０１は、入力した「発光輝度Ｉb（Ｔm）」をＲＡＭに記憶させる。
【００５８】
次に、ステップＳ６において、表面温度演算部３０８は、二方向性反射率記憶部３０６に予め記憶されている二方向性反射率ρ´´（θ）を読み出す。
次に、ステップＳ７において、表面温度演算部３０８は、放射率記憶部３０４に予め記憶されている「スラブ２１の放射率εs」を読み出す。
次に、ステップＳ８において、表面温度演算部３０８は、ステップＳ３で求められた「加熱帯１３の天井面１３ａの温度分布」により表される「加熱帯１３の天井面１３ａの任意の点Ｐの温度Ｔp」と、ステップＳ５で記憶された「発光輝度Ｉb（Ｔm）」と、ステップＳ６で読み出された「二方向性反射率ρ´´（θ）」と、ステップＳ７で読み出された「スラブ２１の放射率εs」とを（９）式に代入して、自発光輝度εsＩb（Ｔs）を算出する。
【００５９】
次に、ステップＳ９において、表面温度演算部３０８は、ステップＳ８で算出した自発光輝度εsＩb（Ｔs）に含まれる黒体放射輝度Ｉb（Ｔs）を（１０）式に代入して、スラブ２１の被測定領域の表面温度Ｔsを算出する。
次に、ステップＳ１０において、表面温度表示部３０９は、ステップＳ９で算出された「スラブ２１の被測定領域の表面温度Ｔs」を表示するための画像データを生成し、その画像データに基づく画像を表示装置４００に表示して、スラブ２１の被測定領域の表面温度Ｔsをユーザに報知する。
【００６０】
ここで、本実施形態では、表面温度が、７００［℃］以上、好ましくは９００［℃］以上となっているスラブ２１からの光を、放射温度計１００で検出するようにしている。このようにするのは、本願発明者らによって得られた次の知見を理由とするものである。
【００６１】
前述したように、加熱炉１０による加熱によって表面が酸化したスラブ２１の放射率εsは概ね０．８５で一定となるという知見を得た。しかしながら、この放射率εsは、完全に一定の値を有するというものではなく、ある程度バラつくものであり、この放射率εsの真の値を知ることはできない。そして、本願発明者らは、この放射率εsが０．８５±０．０２程度バラつくという知見を得た。
【００６２】
そこで、本願発明者らは、放射率の変動による測温誤差を計算によって調査した。まず、放射率を０．８５と仮定し、次に、実際の放射率が０．８３あるいは０．８７であったときに生じる測温誤差を、プランクの黒体放射理論式に基づき計算した。なお、この計算においては、天井面１３ａの温度分布は１２００℃で均一であるとした。図９は、スラブ２１の表面温度の算出値と真値との差（すなわち、測温誤差）を絶対値で表したものと、スラブ２１の表面温度の真値との関係の一例を示す図である。
【００６３】
図９において、グラフ９１は、実際の放射率εsが０．８７であったときの、スラブ２１の表面温度Ｔsの算出値と真値との誤差を示すグラフであり、グラフ９２は、実際の放射率εsが０．８３であったときの、表面温度Ｔsの算出値と真値との誤差を示すグラフである。これらのグラフ９１、９２から明らかなように、スラブの表面温度が７００［℃］以上であれば、放射率εsがバラつくことにより生じる「スラブ２１の表面温度の算出値と真値との誤差」を２０［℃］以下にすることができ、実用上十分な精度で、スラブ２１の表面温度Ｔsを算出することができる。更に、スラブの表面温度が９００［℃］以上であれば、放射率εsがバラつくことにより生じる「スラブ２１の表面温度の算出値と真値との誤差」を１０［℃］以下にすることができ、より高い精度で、スラブ２１の表面温度Ｔsを算出することができる。
【００６４】
以上のような理由から、本実施形態では、表面温度が、７００［℃］以上、好ましくは９００［℃］以上となっているスラブ２１からの光を、放射温度計１００が検出するようにしている。本実施形態の加熱帯１３を通過しているスラブ２１の表面温度は、７００［℃］以上となっている。したがって、図１に示すようにして放射温度計１００を設ければ、表面温度が、７００［℃］以上（好ましくは９００［℃］以上）となっているスラブ２１からの光を、放射温度計１００が検出することができる。
【００６５】
図１０は、本実施形態の表面温度測定システムにより算出された「スラブ２１の被測定領域の表面温度Ｔs」と、スラブ２１の表面に取り付けられた熱電対で測定された「スラブ２１の被測定領域の表面温度」との関係の一例を示す図である。図１０では、比較例として、加熱帯１３の天井面１３ａの温度が一様であるとして、（９）式、（１０）式の計算を行うことにより得られた「スラブ２１の被測定領域の表面温度」も併せて示している。
図１０において、本実施形態の表面温度測定システムにより算出された「スラブ２１の被測定領域の表面温度Ｔs」（◆）と、スラブ２１の表面に取り付けられた熱電対で測定された「スラブ２１の被測定領域の表面温度」を表すグラフ１００１との差は、絶対値で１０［℃］以下であった。このことから、本実施形態の表面温度測定システムにより算出された「スラブ２１の被測定領域の表面温度Ｔs」は、実用上十分な精度を有していることが分かる。
【００６６】
これに対して、「加熱帯１３の天井面１３ａの温度が、炉温制御用に既設の炉温計１点の値で一様であるとして得られたスラブ２１の被測定領域の表面温度」（○）と、スラブ２１の表面に取り付けられた熱電対で測定された「スラブ２１の被測定領域の表面温度」を表すグラフ１００１との差は、絶対値で３０［℃］〜５０［℃］程度あった。このことから、迷光雑音の原因となる加熱帯１３の天井面１３ａの温度を一定としてスラブ２１の表面温度を計算する手法では、実用上要求される精度を得ることが困難であるということが分かる。
【００６７】
以上のように本実施形態では、加熱帯１３の上方から、加熱帯１３の天井面の一部に形成された孔１３ｂを通して、加熱帯１３内を搬送されるスラブ２１の表面を望む位置に、略３．９［μｍ］の波長を有する光のみを検出する放射温度計１００を設置する。これにより、放射温度計１００で求められる発光輝度に含まれる「バーナー火炎や燃焼ガスに基づく迷光雑音輝度」を低減することができる。
【００６８】
また、本実施形態では、温度測定中心点２１ａから、放射温度計１００の方向に広がる天頂角θが４５［°］の仮想の円錐４１があると見なした場合に、その仮想の円錐４１の内部に入るように、９個の熱電対２００ａ〜２００ｉを、加熱帯１３の天井面１３ａに概ね格子状に点在させるようにした。したがって、放射温度計１００に入光される迷光雑音の７０［％］程度に寄与している領域の温度分布を正確に求めることができる。よって、スラブ２１の被測定領域の表面温度Ｔsを、従来よりも高精度に且つ大きな計算負荷をかけることなく容易に求めることができる。
【００６９】
また、本実施形態では、４つの熱電対２００ｄ、２００ｆ、２００ｇ、２００ｉの位置を頂点とする正方形の領域の内部に含まれる点（例えば点１３ｃ）の温度については、その点の周囲にある４つの熱電対２００により測定された温度を用いて線形補間を行って算出した。一方、４つの熱電対２００ｄ、２００ｆ、２００ｇ、２００ｉの位置を頂点とする正方形の領域の内部に含まれない点（例えば点１３ｄ）の温度については、４つの熱電対２００ｄ、２００ｆ、２００ｇ、２００ｉの位置を頂点とする正方形の辺上の点のうち、その点（例えば点１３ｄ）から最も近い点（例えば点１３ｅ）の温度と同じ温度とした。そして、このようにして得られた温度に基づいて、加熱帯１３の天井面１３ａ全体の温度分布を求めるようにした。
【００７０】
以上のように、放射温度計１００に入光される迷光雑音の７０［％］程度に寄与している領域については、線形補間により出来るだけ正確に温度を求めるようにし、それ以外の領域については、大まかなに温度を求めるようにすることによって、加熱炉１０の天井面１３ａ全体に熱電対２００を配置しなくても、スラブ２１の表面温度を、実用上十分な精度で求めることができる。
【００７１】
また、本実施形態では、スラブ２１の表面温度を測定する前に（オフラインで）、スラブ２１の放射率εsと、波長が３．９［μｍ］の光の二方向性反射率ρ´´（θ）とを得るようにした。そして、波長が３．９［μｍ］の光の二方向性反射率ρ´´（θ）については、スラブ２１の放射率εsが一定値となるという知見を利用して、相対値ではなく、実際の値で得るようにした。したがって、スラブ２１の放射率εs、及び二方向性反射率ρ´´（θ）を可及的に正確な値とすることができる。よって、スラブ２１の表面温度の算出精度をより向上させることができる。
【００７２】
また、本実施形態では、表面温度が、７００［℃］以上、好ましくは９００［℃］以上となっているスラブ２１からの光を、放射温度計１００を検出するようにした。したがって、放射率εsがバラつくことにより生じる「スラブ２１の表面温度の算出値と真値との誤差」を、より低減することができる。よって、スラブ２１の表面温度の算出精度をより向上させることができる。
【００７３】
尚、本実施形態では、加熱帯１３の天井面１３ａに熱電対２００を取り付けるようにしたが、加熱帯１３の天井面１３ａの温度を、直接的又は間接的に測定することができれば、必ずしもこのようにしなくてもよい。例えば、加熱帯１３の天井に熱電対を埋め込むようにしてもよい。また、温度を測定するための手段として、必ずしも熱電対を用いる必要はない。
【００７４】
また、本実施形態のように、仮想の円錐４１の内部に入るように、９個の熱電対２００ａ〜２００ｉを、加熱帯１３の天井面１３ａに概ね格子状に点在させるようにすれば、熱電対２００を広範囲に設置する等の大掛かりな作業を行わずに、実用上十分な精度で、スラブ２１の被測定領域の表面温度Ｔsを求めることができ好ましい。しかしながら、必ずしもこのようにする必要はない。例えば、スラブ２１の被測定領域の表面温度Ｔsの算出精度をより一層向上させる必要がある場合には、（１）の右辺の値を０．７よりも大きくする必要がある。この場合には、天頂角θが４５［°］よりも大きな円錐の内部に入るように、加熱帯１３の天井面１３ａに熱電対２００を点在させるようにすることができる。また、仮想の円錐４１の内部の領域の温度分布を求めることができれば、必ずしも熱電対２００を格子状に点在させなくてもよい。また、仮想の円錐４１の頂点を、温度測定中心点２１ａではなく、スラブ２１の被測定領域内の任意の点、又はスラブ２１の被測定領域そのものとしてもよい。
【００７５】
また、本実施形態では、９個の熱電対２００ａ〜２００ｉを、概ね、１［ｍ］間隔の格子状に点在させるようにしたが、熱電対２００の設置個数や設置間隔等は、このようなものに限定されない。例えば、温度分布の差が大きい領域については、熱電対２００の設置間隔を短くし、温度分布の差が小さい領域については、熱電対２００の設置間隔を長くすることができる。
【００７６】
また、本実施形態のように、４つの熱電対２００ｄ、２００ｆ、２００ｇ、２００ｉの位置を頂点とする正方形の領域外の温度を、その正方形の辺上の点の温度で代用すれば、加熱帯１３の天井面１３ａ全体に熱電対２００を配置しなくても、スラブ２１の表面温度を、実用上十分な精度で求めることができ、好ましい。しかしながら、必ずしもこのようにする必要はない。例えば、加熱帯１３の天井面１３ａ全体に熱電対２００を点在させてもよい。また、加熱炉１０の操業条件によって、仮想の円錐４１の内部以外にも、迷光雑音の要因となる領域がある場合には、仮想の円錐４１の内部だけでなく、その迷光雑音の要因となる領域にも熱電対を点在させてもよい。
【００７７】
また、本実施形態のように、表面温度が、７００［℃］以上、好ましくは９００［℃］以上となっているスラブ２１からの光を、放射温度計１００を検出するようにすれば、スラブ２１の表面温度の算出精度をより向上させることができるので好ましい。しかしながら、スラブ２１の表面温度は、必ずしも、７００［℃］以上でなくてもよい。
【００７８】
また、本実施形態では、熱間圧延工程の前の加熱炉１０にあるスラブ２１の表面温度Ｔsを求めるようにしたが、本実施形態の表面温度測定システムの適用範囲は、ガス焚き加熱炉であればこれに限定されない。例えば、熱処理を行うための加熱炉にある鋼材の表面温度を求めるようにしてもよい。
また、本実施形態では、放射温度計１００を用いて、自発光輝度を求める場合を例に挙げて説明したが、発光輝度を求めることができれば、必ずしも放射温度計を用いなくてもよい。例えば、分光輝度計を用いることができる。
【００７９】
また、本実施形態では、９個の熱電対２００ａ〜２００ｉの位置として、４つの熱電対２００ｄ、２００ｆ、２００ｇ、２００ｉの位置を頂点とする正方形の中心点を原点としたｘｙ座標を、熱電対位置記憶部３０３が記憶するようにしたが、必ずしもこのようにする必要はない。例えば、９個の熱電対２００ａ〜２００ｉの位置として、温度測定中心点２１ａを原点とした極座標を記憶してもよい。
また、本実施形態では、放射温度計１００で発光輝度を求めるようにしたが、必ずしもこのようにする必要はなく、情報処理装置３０１が、放射温度計１００で求められた温度から、プランクの法則に基づいて、発光輝度を算出するようにしてもよい。このようにした場合には、発光輝度測定手段が情報処理装置３０１内に設けられることになる。
【００８０】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。前述した第１の実施形態では、放射温度計１００と、複数の熱電対２００との組みを、加熱帯１３に１組み設け、１つの被測定領域における表面温度Ｔsを求める場合について説明した。これに対し、本実施形態では、放射温度計と、９個の熱電対との組みを、加熱帯１３に３組み設け、情報処理装置において、３つの被測定領域における表面温度Ｔsを求めるようにしている。このように前述した第１の実施形態と、本実施形態とは、放射温度計と、９個の熱電対との組み数と、情報処理装置３００の機能の一部とが主として異なる。従って、本実施形態の説明において、前述した第１の実施形態と同一の部分については、例えば図１〜図１０に付した符号と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００８１】
図１１は、本実施形態の表面温度測定システムの適用対象の一例である多帯式ウォーキングビーム式連続加熱炉の概略構成の一例を示す図である。尚、図１１は、加熱炉１０を側方から見た図である。また、図１１では、多帯式ウォーキングビーム式連続加熱炉のうち、加熱帯１３の一部分（サイドバーナー１７ａ１、１７ａ２で加熱している部分）のみを示している。その他の部分の構成は、図１に示したものと同じである。
【００８２】
図１１に示すように、本実施形態の表面温度測定システムは、放射温度計１０１〜１０３と、複数の熱電対２０１〜２０３と、情報処理装置３０１と、表示装置４０１とを備えて構成される。
放射温度計１０１〜１０３は、夫々、第１の実施形態で説明した放射温度計１００と同じ構成を有している。放射温度計１０１〜１０３は、その入光面１０１ａ〜１０３ａの中心１０１ｂ〜１０３ｂが、ウォーキングビームにおけるスラブ２１の１回当たりの搬送距離よりも短い所定の間隔となるように、スラブ２１の搬送方向（図１１の矢印の方向）に並べられている。そして、放射温度計１０１〜１０３は、夫々、加熱帯１３の上方から、加熱帯１３の天井面１３ａの一部に形成された孔１３ｂ１〜１３ｂ３を通して、加熱帯１３内を搬送されるスラブ２１の表面を望む位置に設置されている。
【００８３】
また、本実施形態では、スラブ２１表面上の点であって、放射温度計１０１〜１０３の入光面１０１ａ〜１０３ａの中心１０１ｂ〜１０３ｂと正対する位置にある点２１ａ１〜２１ａ３から、放射温度計１０１〜１０３の方向に広がる天頂角θが４５［°］の円錐があると見なした場合に、その円錐の内部に入るように、（９×３）個の熱電対２０１〜２０３が、加熱帯１３の天井面１３ａに取り付けられるようにしている。尚、図１１では、熱電対２０１ａ〜２０１ｃ、２０２ａ〜２０２ｃ、２０３ａ〜２０３ｃのみを示しているが、図２及び図３に示したように、各孔１３ｂ１〜１３ｂ３を中心として、夫々９個の熱電対２０１〜２０３が格子状に点在している。
【００８４】
情報処理装置３０１は、３つの放射温度計１０１〜１０３で略同じタイミングで測定された発光輝度と、熱電対２０１〜２０３で測定された温度とを取得する。そして、情報処理装置３０１は、取得した発光輝度と温度とを用いて、前述した第１の実施形態と同様にして（３）式〜（１０）式の計算を行い、３つの被測定領域の表面温度Ｔs［Ｋ］を算出する。更に情報処理装置３０１は、算出した被測定領域の表面温度Ｔsを用いて、加熱帯１３にあるスラブ２１の幅方向（搬送方向）の温度分布を算出し、算出した温度分布を表示装置４０１に表示させる。
【００８５】
また、本実施形態では、ウォーキングビームは、スラブ２１の表面における略同一の領域が、３つの放射温度計１０１〜１０３における入光面１０１ａ〜１０３ａの中心１０１ｂ〜１０３ｂと正対するように、加熱炉１０内でスラブ２１を搬送させるようにする。例えば、図１１において、スラブ２１表面上の点２１ａ１を、放射温度計１０１における入光面１０１ａの中心１０１ｂと正対させる場合には、その点２１ａ１と略同じ位置が、放射温度計１０２、１０３における入光面１０２ａ、１０３ａの中心１０２ｂ、１０３ｂと正対するように、ウォーキングビームの動作を制御する。
【００８６】
情報処理装置３０１は、このようなウォーキングビームの動作を示す搬送動作情報を予め取得して記憶しておく。そして、情報処理装置３０１は、スラブ２１の搬送が開始することを示す情報を搬送装置から入力した後、記憶しておいた搬送動作情報に従う所定のタイミングになると、そのタイミングで測定された発光輝度を取得する。これにより、スラブ２１の表面における略同一の領域に対して放射温度計１０１〜１０３が測定した発光輝度が得られる。また、情報処理装置３０１は、そのタイミングで熱電対２０１〜２０３が測定した温度を取得する。
次に、情報処理装置３０１は、取得した発光輝度と温度とを用いて、前述した第１の実施形態と同様にして（３）式〜（１０）式の計算を行い、スラブ２１の略同一の被測定領域における表面温度Ｔs［Ｋ］を３回算出する。そして、情報処理装置３０１は、算出した被測定領域の表面温度Ｔsを用いて、加熱帯１３にあるスラブ２１の温度履歴を算出し、算出した温度履歴を表示装置４０１に表示させる。
【００８７】
以上のように本実施形態では、スラブ２１の幅方向（搬送方向）における３つの被測定領域の表面温度Ｔsを算出して加熱帯１３におけるスラブ２１の幅方向の温度分布を算出すると共に、スラブ２１の略同一の被測定領域における表面温度Ｔs［Ｋ］を３回算出して加熱帯１３におけるスラブ２１の温度履歴を算出するようにした。したがって、第１の実施形態で説明した効果に加え、加熱帯１３におけるスラブ２１のより詳細な情報を得ることができ、加熱炉１０における操業をより高い精度で行うことができる。
【００８８】
また、加熱帯１３におけるスラブ２１の温度履歴を算出することにより、スラブ２１の昇温速度を知ることができ、加熱炉１０における操業時間（すなわちスラブ２１の抽出時間）を可及的に正確に予測することができる。したがって、加熱炉１０における操業終了時刻と、次の工程（熱間圧延工程）における操業開始時刻とを可及的に正確に設定することができる。よって、加熱炉１０における工程と熱間圧延工程との間の時間を短く設定することができ、鋼板の生産性を向上させることができる。また、加熱温度履歴が、材質や品質に影響する鋼材については、その加熱温度履歴を含めた精細な品質管理を実現することができる。
尚、放射温度計１０１〜１０３の数と、熱電対２０１〜２０３との組数は、３つに限定されない。また、前述した第１の実施形態で説明した種々の変形例を採ることができる。
【００８９】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。前述した第２の実施形態では、加熱帯１３において、放射温度計と、９個の熱電対との組みを、スラブ２１の幅方向（搬送方向）に３組み設け、情報処理装置において、３つの被測定領域における表面温度Ｔsを求める場合について説明した。これに対し本実施形態では、放射温度計と、９個の熱電対との組みを、スラブ２１の長手方向に３組み設けるようにする。このように前述した第２の実施形態と、本実施形態とは、放射温度計と、９個の熱電対との組みの設置位置と、情報処理装置３０１の機能の一部とが主として異なる。従って、本実施形態の説明において、前述した第１及び第２の実施形態と同一の部分については、例えば図１〜図１１に付した符号と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００９０】
図１２は、本実施形態の表面温度測定システムの適用対象の一例である多帯式ウォーキングビーム式連続加熱炉の概略構成の一例を示す図である。尚、図１２は、加熱炉１０の予熱帯１２側から加熱帯１３を見た図である。また、図１２では、多帯式ウォーキングビーム式連続加熱炉のうち、加熱帯１３の一部分のみを示している。その他の部分の構成は、図１に示したものと同じである。
【００９１】
図１２に示すように、本実施形態の表面温度測定システムは、放射温度計１０４〜１０６と、複数の熱電対２０４〜２０６と、情報処理装置３０２と、表示装置４０２とを備えて構成される。
放射温度計１０４〜１０６は、夫々、第１の実施形態で説明した放射温度計１００と同じ構成を有している。放射温度計１０４〜１０６は、スラブ２１の長手方向（搬送方向に対して垂直方向）に並べられている。そして、放射温度計１０４〜１０６は、夫々、加熱帯１３の上方から、加熱帯１３の天井面１３ａの一部に形成された孔１３ｂ４〜１３ｂ６を通して、加熱帯１３内を搬送されるスラブ２１の表面を望む位置に設置されている。
【００９２】
また、本実施形態では、スラブ２１表面上の点であって、放射温度計１０４〜１０６の入光面１０４ａ〜１０６ａの中心１０４ｂ〜１０６ｂと正対する位置にある点２１ａ４〜２１ａ６から、放射温度計１０４〜１０６の方向に広がる天頂角θが４５［°］の円錐があると見なした場合に、その円錐の内部に入るように、（９×３）個の熱電対２０４〜２０６が、加熱帯１３の天井面１３ａに取り付けられるようにしている。尚、図１２では、熱電対２０４ｅ、２０４ｈ、２０５ｅ、２０５ｈ、２０６ｅ、２０６ｈのみを示しているが、図２及び図３に示したように、各孔１３ｂ４〜１３ｂ６を中心として、夫々９個の熱電対２０４〜２０６が格子状に点在している。
【００９３】
情報処理装置３０２は、３つの放射温度計１０４〜１０６で略同じタイミングで測定された発光輝度と、熱電対２０４〜２０６で測定された温度とを取得する。そして、情報処理装置３０２は、取得した発光輝度と温度とを用いて、前述した第１の実施形態と同様にして（３）式〜（１０）式の計算を行い、３つの被測定領域の表面温度Ｔs［Ｋ］を算出する。更に情報処理装置３０１は、算出した被測定領域の表面温度Ｔsを用いて、加熱帯１３にあるスラブ２１の長手方向の温度分布を算出し、算出した温度分布を表示装置４０１に表示させる。
【００９４】
以上のように本実施形態では、スラブ２１の長手方向における３つの被測定領域の表面温度Ｔsを算出して加熱帯１３におけるスラブ２１の長手方向の温度分布を算出するようにした。したがって、スラブ２１の先端部の表面温度Ｔsと、スラブ２１の尾端部の表面温度Ｔsとを、夫々略同時刻で求めることができ、その結果に応じて、先端部側及び尾端部側のサイドバーナー１７ａ、１７ｂとを独立して制御することができる。これにより、スラブ２１の長手方向における表面温度の偏差をより小さくすることができる。
【００９５】
尚、放射温度計１０４〜１０６の数と、熱電対２０４〜２０６との組数は、３つに限定されない。また、前述した第１の実施形態で説明した種々の変形例を採ることができる。
【００９６】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。前述した第１の実施形態では、放射温度計１００と、複数の熱電対２００との組みを、加熱帯１３に１組み設け、１つの被測定領域における表面温度Ｔsを求める場合について説明した。これに対し、本実施形態では、放射温度計と、９個の熱電対との組みを、加熱帯１３と予熱帯１２とに夫々１組みずつ設け、情報処理装置において、２つの被測定領域における表面温度Ｔsを求めるようにする。このように前述した第１〜第３の実施形態と、本実施形態とは、放射温度計と、９個の熱電対との組み数及び設置箇所と、情報処理装置３００〜３０２の機能の一部とが主として異なる。従って、本実施形態の説明において、前述した第１〜第３の実施形態と同一の部分については、例えば図１〜図１２に付した符号と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００９７】
図１３は、本実施形態の表面温度測定システムの適用対象の一例である多帯式ウォーキングビーム式連続加熱炉の概略構成の一例を示す図である。尚、図１３は、加熱炉１０を側方から見た図である。
【００９８】
図１３に示すように、本実施形態の表面温度測定システムは、放射温度計１００、１０７と、複数の熱電対２００、２０７と、情報処理装置３０３と、表示装置４０３とを備えて構成される。
第１の実施形態で説明したように、放射温度計１００は、加熱帯１３の上方から、加熱帯１３の天井面１３ａの一部に形成された孔１３ｂを通して、加熱帯１３内を搬送されるスラブ２１の表面を望む位置に設置されている。
放射温度計１０７は、第１の実施形態で説明した放射温度計１００と同じ構成を有している。放射温度計１０７は、予熱帯１２の上方から、予熱帯１２の天井面１２ａの一部に形成された孔１２ｂを通して、予熱帯１２内を搬送されるスラブ２１の表面を望む位置に設置されている。
【００９９】
また、第１の実施形態で説明したように、スラブ２１表面上の点であって、放射温度計１００の入光面１００ａの中心１００ｂと正対する位置にある点２１ａ８から、放射温度計１００の方向に広がる天頂角θが４５［°］の円錐があると見なした場合に、その円錐の内部に入るように、９個の熱電対２００ａ〜２００ｉが、加熱帯１３の天井面１３ａに取り付けられるようにしている。
一方、予熱帯１２の天井面１２ａには、放射温度計１０７の入光面１０７ａの中心１０７ｂと正対する位置にある点２１ａ７から、放射温度計１００の方向に広がる天頂角θが４５［°］の円錐があると見なした場合に、その円錐の内部に入るように、９個の熱電対２０７が取り付けられるようにしている。尚、図１３では、熱電対２０７ａ〜２０７ｃのみを示しているが、図２及び図３に示したように、孔１２ｂを中心として、９個の熱電対２０７が格子状に点在している。
【０１００】
本実施形態では、ウォーキングビームは、スラブ２１の表面における略同一の領域が、２つの放射温度計１００、１０７における入光面１００ａ、１０７ａの中心１００ｂ、１０７ｂと正対するように、加熱炉１０内でスラブ２１を搬送させるようにする。例えば、図１３において、スラブ２１表面上の点２１ａ７を、放射温度計１０７における入光面１０７ａの中心１０７ｂと正対させる場合には、その点２１ａ７と略同じ位置が、放射温度計１００における入光面１００ａの中心１００ｂと正対するように、ウォーキングビームの動作を制御する。
【０１０１】
情報処理装置３０３は、このようなウォーキングビームの動作を示す搬送動作情報を予め取得して記憶しておく。そして、情報処理装置３０３は、スラブ２１の搬送が開始することを示す情報を搬送装置から入力した後、記憶しておいた搬送動作情報に従う所定のタイミングになると、そのタイミングで測定された発光輝度を取得する。これにより、スラブ２１の表面における略同一の領域に対して放射温度計１００、１０７が測定した発光輝度が得られる。また、情報処理装置３０３は、そのタイミングで熱電対２０１〜２０３が測定した温度を取得する。
次に、情報処理装置３０３は、取得した発光輝度と温度とを用いて、前述した第１の実施形態と同様にして（３）式〜（１０）式の計算を行い、スラブ２１の略同一の被測定領域における表面温度Ｔs［Ｋ］を２回算出する。そして、情報処理装置３０３は、算出した被測定領域の表面温度Ｔsを用いて、予熱帯１２及び加熱帯１３におけるスラブ２１の温度履歴を算出し、算出した温度履歴を表示装置４０３に表示させる。
【０１０２】
以上のように本実施形態では、スラブ２１の略同一の被測定領域における表面温度Ｔs［Ｋ］を、予熱帯１２と加熱帯１３とで２回算出してスラブ２１の温度履歴を算出するようにした。したがって、予熱帯１２から加熱帯１３に至るまでのスラブ２１の昇温速度を知ることができ、加熱炉１０における操業時間（すなわちスラブ２１の抽出時間）を正確に予測することができる。
【０１０３】
尚、本実施形態では、放射温度計と、９個の熱電対との組みを、加熱帯１３と予熱帯１２とに２組み設けるようにしたが、必ずしもこのようにする必要はない。例えば、加熱帯１３と予熱帯１２に加え、均熱帯１４にも、放射温度計と、９個の熱電対との組みを設けるようにしてもよい。また、加熱帯１３と均熱帯１４、又は予熱帯１２と均熱帯１４に、放射温度計と、９個の熱電対との組みを設けるようにしてもよい。また、前述した第１の実施形態で説明した種々の変形例を採ることができる。更に、予熱帯１２と加熱帯１３の間や、加熱帯１３と均熱帯１４の間に、放射温度計と、９個の熱電対との組みを設けるようにしてもよい。
更に、第２〜第４の実施形態のうち、少なくとも何れか２つの実施形態を組み合わせて、表面温度測定システムを構成することもできる。
また、第２の実施形態では、放射温度計１０１〜１０３と、熱電対２０１〜２０３との組みを、スラブ２１の幅方向に複数設け、第３の実施形態では、放射温度計計１０４〜１０６と、熱電対２０４〜２０６との組みを、スラブ２１の長手方向に複数設けた場合を例に挙げて説明したが、放射温度計と、９個の熱電対との組みを、スラブ２１の任意の方向に複数設けることもできる。
尚、前述した第１〜第４の実施形態では、サイドバーナー１７を、スラブ２１よりも下側に設けた場合を例に挙げて説明したが、サイドバーナー１７を、スラブ２１よりも上側に設けてもよい。
【０１０４】
以上説明した本発明の実施形態は、コンピュータがプログラムを実行することによって実現することができる。また、プログラムをコンピュータに供給するための手段、例えばかかるプログラムを記録したＣＤ−ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体、又はかかるプログラムを伝送する伝送媒体も本発明の実施形態として適用することができる。また、上記プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体などのプログラムプロダクトも本発明の実施の形態として適用することができる。上記のプログラム、コンピュータ読み取り可能な記録媒体、伝送媒体及びプログラムプロダクトは、本発明の範疇に含まれる。
また、前述した実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明の第１の実施形態を示し、表面温度測定システムの適用対象の一例である多帯式ウォーキングビーム式連続加熱炉の概略構成の一例を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態を示し、加熱帯に取り付けられている熱電対の様子の概略を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態を示し、図２のＡの方向から見た様子の概略と、図２のＢ−Ｂ´方向から見た様子の概略とを示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態を示し、９個の熱電対が取り付けられる範囲の一例を説明する図である。
【図５】本発明の第１の実施形態を示し、波長が３．９［μｍ］の光の入射角（天頂角）と、その光の二方向性反射率の相対値との関係の一例を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施形態を示し、情報処理装置の機能構成の一例を示すブロック図である。
【図７】本発明の第１の実施形態を示し、熱電対で測定された温度の一例を示す図である。
【図８】本発明の第１の実施形態を示し、情報処理装置における処理動作の一例を説明するフローチャートである。
【図９】本発明の第１の実施形態を示し、スラブの表面温度の算出値と真値との差を絶対値で表したものと、スラブの表面温度の真値との関係の一例を示す図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態を示し、表面温度測定システムにより算出された「スラブの被測定領域の表面温度」と、スラブの表面に取り付けられた熱電対で測定された「スラブの被測定領域の表面温度」との関係の一例を示す図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態を示し、表面温度測定システムの適用対象の一例である多帯式ウォーキングビーム式連続加熱炉の概略構成の一例を示す図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態を示し、表面温度測定システムの適用対象の一例である多帯式ウォーキングビーム式連続加熱炉の概略構成の一例を示す図である。
【図１３】本発明の第４の実施形態を示し、表面温度測定システムの適用対象の一例である多帯式ウォーキングビーム式連続加熱炉の概略構成の一例を示す図である。
【符号の説明】
【０１０６】
１０ 加熱炉
１１ 非燃焼帯
１２ 予熱帯
１２ａ 天井面
１２ｂ 天井面に形成された孔
１３ 加熱帯
１３ａ 天井面
１３ｂ 天井面に形成された孔
１３ｃ 天井面の任意の点
１４ 均熱帯
１５ 軸流バーナー
１６ ルーフバーナー
１７ サイドバーナー
２１ スラブ
２１ａ 温度測定中心点
４１ 仮想の円錐
５１ 二方向性反射率の相対値と波長が３．９［μｍ］の光の入射角との関係を表すグラフ
７１〜７９ 熱電対で測定された温度に基づくグラフ
９１ 実際の放射率が０．８７であったときの、スラブの表面温度の算出値と真値との誤差を示すグラフ
９２ 実際の放射率が０．８３であったときの、スラブの表面温度の算出値と真値との誤差を示すグラフ
１００〜１０７ 放射温度計
１００ａ〜１０７ａ 放射温度計の入光面
１００ｂ〜１０７ｂ 放射温度計の入光面の中心
２００〜２０７ 熱電対
３００〜３０３ 情報処理装置
３０１ 発光輝度取得部
３０２ 熱電対温度取得部
３０３ 熱電対位置記憶部
３０４ 放射率記憶部
３０５ 二方向性反射率導出部
３０６ 二方向性反射率記憶部
３０７ 天井面温度分布導出部
３０８ 表面温度演算部
３０９ 表面温度表示部
４００〜４０３ 表示装置
θ 仮想の円錐の天頂角
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面温度測定システム、加熱炉、表面温度測定方法、及びコンピュータプログラムに関し、特に、加熱されている被測定物体の表面温度を測定するために用いて好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
熱間圧延を行って薄板鋼板を製造する場合には、熱間圧延を行う前にスラブ等の鋼材を、加熱炉にて加熱するようにしている。加熱炉における鋼材の表面温度を知ることは、適切なヒートパターンで鋼材を加熱するために重要である。適切なヒートパターンで鋼材を加熱することによって、熱間圧延における加工精度の向上や、加熱炉における省エネルギー化や、薄板鋼板の生産効率の向上等が実現できるからである。
【０００３】
そこで、加熱炉内にある鋼材の表面温度を測定するために、従来から放射温度計を用いて放射測温を行うことが提案されている。加熱炉は、バーナーから発せられる火炎（以下、必要に応じてバーナー火炎と称する）等によって、１０００［℃］〜１４００［℃］の高温となっている。このため、放射測温を行って鋼材の温度を測定する場合、鋼材から発せられる光だけが放射温度計で検出されるのではない。すなわち、炉壁から発せられる外乱光や、加熱炉内のバーナー火炎・燃焼ガスから発せられる外乱光も、鋼板の表面で反射して、迷光雑音として放射温度計に入力される。したがって、放射温度計により得られる発光輝度（放射強度）は、鋼材自体から発せられる自発光の輝度（放射強度）と、迷光雑音の輝度（放射強度）とが混在したものとなる。
【０００４】
そこで、鋼材の温度を、放射測温を行って精度良く測定するためには、迷光雑音を正しく見積もり、放射温度計により得られる発光輝度から、迷光雑音による影響を正しく除去することが必要となる。
特許文献１には、所定の間隔を有して鋼材表面と正対する位置に固定された第１の放射温度計の他に、加熱炉内に設けられ、炉内全方向に受光方向を走査できる第２の放射温度計を用いる技術が開示されている。かかる技術では、加熱炉内において第２の放射温度計を走査させて加熱炉内に存在する迷光雑音の輝度を測定し、第１の放射温度計で測定した発光輝度から、第２の放射温度計で測定した迷光雑音の輝度を除去して、鋼材表面の温度を測定するようにしている。
【０００５】
また、特許文献２では、互いに異なる２つの波長で、鋼材からの自発光の発光輝度を測定すると共に、熱電対や放射温度計により加熱炉の炉壁のある一点の温度を測定する。そして、鋼材からの発光輝度と、加熱炉の炉壁のある一点の温度（一定値）とを用いて、鋼材表面の温度を測定する。
【０００６】
【特許文献１】特開平７−１７４６３４号公報
【特許文献２】特開平６−２５８１４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、１０００［℃］〜１４００［℃］の高温の加熱炉内に、放射温度計と、その放射温度計を走査するための駆動機構を備えた測定装置を挿入しなければならない。このため、測定装置を冷却するための冷却機構を、限られたスペースに設けなければならない。よって、特許文献１に記載の技術を実現することは困難である。
【０００８】
また、特許文献２に記載の技術では、加熱炉の炉壁のみを迷光雑音の対象としている。前述したように、加熱炉内では、炉壁の他に、バーナー火炎・燃焼ガス等も迷光雑音の原因となる。したがって、特許文献２に記載の技術では、鋼材の表面温度を正確に測定することが困難であるという問題点があった。更に、特許文献２に記載の技術では、加熱炉の炉壁のある一点の温度だけを測定している。したがって、迷光雑音の原因となる炉壁の全体の温度を正確に得ることができず、鋼材の表面温度を正確に測定することが困難であるという問題点があった。
【０００９】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、加熱されている被測定物体の表面温度を、従来よりも高い精度で測定することができるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の表面温度測定システムは、ガス焚き加熱炉内で加熱されている被測定物体の表面温度を測定する表面温度測定システムであって、前記被測定物体から発光される波長の光のうち、ガスの放射と吸収とが他の波長帯域よりも小さい特定波長の光の発光輝度を測定する発光輝度測定手段と、前記被測定物体の表面に入射する外乱光を発生する領域に設けられた複数の温度測定手段と、前記複数の温度測定手段により測定された温度に基づいて、前記被測定物体に入射する外乱光を発生する領域の温度分布を計算する温度分布計算手段と、前記発光輝度測定手段により測定される発光輝度のうち、前記被測定物体の表面で反射した迷光雑音輝度を、前記温度分布計算手段により計算された温度分布を用いて計算する迷光雑音計算手段と、前記発光輝度測定手段により測定される発光輝度のうち、前記被測定物体自体から発生している自発光輝度を、前記迷光雑音計算手段により計算された迷光雑音輝度と、前記発光輝度測定手段により測定された発光輝度とを用いて計算する自発光輝度計算手段と、前記自発光輝度計算手段により計算された自発光輝度を用いて、前記被測定物体の表面温度を計算する表面温度計算手段とを有することを特徴とする。
また、本発明の加熱炉は、前記表面温度測定システムを有することを特徴とする。
【００１１】
本発明の表面温度測定方法は、ガス焚き加熱炉内で加熱されている被測定物体の表面温度を測定する表面温度測定方法であって、前記被測定物体から放射される波長の光のうち、ガスの放射と吸収とが他の波長帯域よりも小さい特定波長の光の発光輝度を、発光輝度測定手段により測定する発光輝度測定ステップと、前記被測定物体の表面に入射する外乱光を発生する領域に設けられた複数の温度測定手段により温度を測定する温度測定ステップと、前記温度測定ステップにより測定された温度に基づいて、前記被測定物体に入射する外乱光を発生する領域の温度分布を計算する温度分布計算ステップと、前記発光輝度測定ステップにより測定される発光輝度のうち、前記被測定物体の表面で反射した迷光雑音輝度を、前記温度分布計算ステップにより計算された温度分布を用いて計算する迷光雑音計算ステップと、前記発光輝度測定ステップにより測定される発光輝度のうち、前記被測定物体自体から発生している自発光輝度を、前記迷光雑音計算ステップにより計算された迷光雑音輝度と、前記発光輝度測定ステップにより測定された発光輝度とを用いて計算する自発光輝度計算ステップと、前記自発光輝度計算ステップにより計算された自発光輝度を用いて、前記被測定物体の表面温度を計算する表面温度計算ステップとを有することを特徴とする。
【００１２】
本発明のコンピュータプログラムは、ガス焚き加熱炉内で加熱されている被測定物体から発光される波長の光のうち、ガスの放射と吸収とが他の波長帯域よりも小さい特定波長の光の発光輝度を測定する発光輝度測定手段と、前記被測定物体の表面に入射する外乱光を発生する領域に設けられた複数の温度測定手段と、における測定値を用いて、前記被測定物体の表面温度を測定することをコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムであって、前記複数の温度測定手段により測定された温度に基づいて、前記被測定物体に入射する外乱光を発生する領域の温度分布を計算する温度分布計算ステップと、前記発光輝度測定手段により測定される発光輝度のうち、前記被測定物体の表面で反射した迷光雑音輝度を、前記温度分布計算ステップにより計算された温度分布を用いて計算する迷光雑音計算ステップと、前記発光輝度測定手段により測定される発光輝度のうち、前記被測定物体自体から発生している自発光輝度を、前記迷光雑音計算ステップにより計算された迷光雑音輝度と、前記発光輝度測定ステップにより測定された発光輝度とを用いて計算する自発光輝度計算ステップと、前記自発光輝度計算ステップにより計算された自発光輝度を用いて、前記被測定物体の表面温度を計算する表面温度計算ステップとをコンピュータに実行させることを特徴とする。
【００１３】
ここで、本発明では、前記被測定物体自体から発生している光を自発光と称し、その輝度を自発光輝度と称する。前記被測定物体の表面に外部から入射する光を外乱光と称し、その輝度を外乱光輝度と称する。前記被測定物体の表面で反射した光のうち、発光輝度測定手段に入光する光を迷光雑音と称し、その輝度を迷光雑音輝度と称する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、加熱されている被測定物体の表面に入射する外乱光を発生する領域の温度分布を用いて、被測定物体の表面で反射した迷光雑音輝度を計算する。そして、発光輝度測定手段により測定された発光輝度と、被測定物体の表面で反射した迷光雑音輝度とを用いて、被測定物体自体から発生している自発光の発光輝度を計算し、計算した自発光の発光輝度を用いて、被測定物体の表面温度を計算する。以上のように、加熱されている被測定物体の表面に入射する外乱光を発生する領域の温度分布を用いて、被測定物体の表面で反射した迷光雑音輝度を計算するので、その迷光雑音輝度の計算精度を向上させることができる。更に、発光輝度測定手段は、加熱に寄与しているガスの放射と吸収とが、他の波長帯域よりも小さい特定波長の光を検出するので、発光輝度測定手段で測定される発光輝度に、加熱に寄与しているガスによる迷光雑音輝度が含まれてしまうことを可及的に防止することができる。以上のことから、加熱されている被測定物体の表面温度を、従来よりも高い精度で測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（第１の実施形態）
以下、図面を参照しながら、本発明の第１の実施形態を説明する。
図１は、本実施形態の表面温度測定システムの適用対象の一例である多帯式ウォーキングビーム式連続加熱炉の概略構成の一例を示す図である。
図１において、多帯式ウォーキングビーム式連続加熱炉１０は、非燃焼帯１１と、予熱帯１２と、加熱帯１３と、均熱帯１４とを、被測定物体の一例であるスラブ２１が順番に通過するようにして、スラブ２１を加熱するためのものである。尚、以下の説明では、多帯式ウォーキングビーム式連続加熱炉１０を、加熱炉１０と略称する。また、図１では、１５個のスラブ２１が、加熱炉１０内にある場合を例に挙げて示している。
【００１６】
本実施形態では、加熱炉１０に装入されるスラブ２１の長さを６［ｍ］〜１２［ｍ］、幅を０．６［ｍ］〜２．２［ｍ］、厚みを０．２５［ｍ］とした。また、加熱炉１０に装入されるスラブ２１の温度を、常温〜７００［℃］程度とし、加熱炉１０から抽出されるスラブ２１の温度を、１１００［℃］〜１２５０［℃］程度の温度とした。更に、加熱炉１０内におけるスラブ２１の在炉時間を、１４０［分］〜２２０［分］とした。以上のような操業条件に従って、非燃焼帯１１、予熱帯１２、加熱帯１３、及び均熱帯１４の順でスラブ２１を搬送し、加熱炉１０から抽出するようにしている。
【００１７】
予熱帯１２と加熱帯１３とには、軸流バーナー１５ａ、１５ｂが夫々複数（例えば８本）ずつ設置されている。均熱帯１４には、ルーフバーナー１６が複数（例えば２０本）設置されている。更に、予熱帯１２、加熱帯１３、及び均熱帯１４には、それぞれサイドバーナー１７が複数（例えば、予熱帯１２及び加熱帯１３には夫々８本、均熱帯１４には１０本）設置されている。サイドバーナー１７は、予熱帯１２と加熱帯１３の両側部に夫々設けられており、スラブ２１の両側方向から火炎バーナーを発する。
尚、本実施形態では、軸流バーナー１５、ルーフバーナー１６、及びサイドバーナー１７からバーナー火炎を発生させるための燃料として、例えばＬＮＧを用い、支燃剤として空気又は酸素富化空気を用いている。尚、各バーナー１５〜１７に送られる支燃剤は、４００［℃］〜６００［℃］程度に予熱されている。
【００１８】
非燃焼帯１１、予熱帯１２、加熱帯１３、及び均熱帯１４には、スラブ２１を支持する固定スキッドビームと、スラブ２１を搬送方向（図１の矢印の方向）に搬送するためのウォーキングビームとを備えた搬送装置が設けられている。加熱炉１０に装入されたスラブ２１は、搬送装置によって間欠的に搬送方向に搬送され、非燃焼帯１１、予熱帯１２、加熱帯１３、及び均熱帯１４を順次通過して、加熱炉１０から抽出される。加熱炉１０から抽出されたスラブ２１は、熱間圧延ラインに搬送される。
【００１９】
本実施形態では、このような構成の加熱炉１０における加熱帯１３に、表面温度測定システムを設けるようにしている。本実施形態の表面温度測定システムは、放射温度計１００と、複数の熱電対２００と、情報処理装置３００と、表示装置４００とを備えて構成される。
【００２０】
放射温度計１００は、加熱帯１３の上方から、加熱帯１３の天井の炉壁面の一部に形成された孔１３ｂを通して、加熱帯１３内を搬送されるスラブ２１の表面を望む位置に設置されている。このように、放射温度計１００は、その入光面（検出面）が、加熱帯１３内を搬送されるスラブ２１の表面と、予め設定された間隔を有して正対する位置に設置されている。尚、以下の説明では、加熱帯１３の天井の炉壁面を、必要に応じて、加熱帯１３の天井面、又は単に天井面と称する。
【００２１】
本実施形態の放射温度計１００は、その入光面に入光される光のうち、略３．９［μｍ］を中心とする狭帯域の波長を有する光のみを検出し、その光の分光発光輝度（放射強度）Ｉb（Ｔm）［Ｗ・ｍ-2・ｓｒ-1・μｍ-1］を求める。ここで、放射温度計１００が検出する光の波長を、略３．９［μｍ］の波長としたのは、次の理由による。すなわち、本願発明者らは、加熱炉１０（加熱帯１３）内のバーナー火炎や燃焼ガスに対する放射と吸収とが他よりも低くなる特定波長が、３．９［μｍ］であるという従来からの知見に基づき、この特定波長が測温誤差への影響をほとんど生じさせないという知見を実験的に得たからである。
【００２２】
したがって、本実施形態では、加熱炉１０（加熱帯１３）内のバーナー火炎や燃焼ガス等、加熱に寄与しているガスに対する放射と吸収とが著しく小さい特定波長として略３．９［μｍ］（例えば中心波長３．９［μｍ］で半値幅が０．４［μｍ］以下、好ましくは中心波長３．９［μｍ］で半値幅が０．２［μｍ］以下）の光のみを放射温度計１００が検出するようにしている。これにより、放射温度計１００で求められる発光輝度に含まれる「バーナー火炎や燃焼ガスに基づく迷光雑音の輝度（放射強度）」を低減することができる。尚、以下の説明では、迷光雑音の輝度を、必要に応じて迷光雑音輝度と称する。
以上のように本実施形態では、例えば、放射温度計１００を用いて、発光輝度測定手段が実現される。
【００２３】
熱電対２００は、加熱帯１３の天井面に取り付けられている。図２は、加熱帯１３に取り付けられている熱電対２００ａ〜２００ｉの様子の概略を示す図である。また、図３（ａ）は、図２のＡの方向から見た様子の概略を示す図であり、図３（ｂ）は、図２のＢ−Ｂ´方向から見た様子の概略を示す図（断面図）である。
図２及び図３に示すように、本実施形態では、９個の熱電対２００ａ〜２００ｉを、加熱帯１３の天井面１３ａに取り付けている。具体的に本実施形態では、９個の熱電対２００ａ〜２００ｉを、概ね、１［ｍ］間隔の格子状に点在させている。
【００２４】
図４は、９個の熱電対２００ａ〜２００ｉが取り付けられる範囲の一例を説明する図である。
図４に示すように、本実施形態では、スラブ２１表面上の点であって、放射温度計１００の入光面１００ａの中心１００ｂと正対する位置にある点２１ａから、放射温度計１００の方向に広がる天頂角θが４５［°］（広がり角が９０［°］）の仮想の円錐４１があると見なした場合に、その仮想の円錐４１の内部に入るように、９個の熱電対２００ａ〜２００ｉが、加熱帯１３の天井面１３ａに取り付けられるようにしている。
【００２５】
より具体的に説明すると、放射温度計１００の入光面１００ａの中心１００ｂと正対する位置にある点２１ａを頂点とし、天頂角θを４５［°］（広がり角が９０［°］）とする円錐であって、加熱帯１３の天井面１３ａに底面４１ａを有する仮想の円錐４１があると見なした場合に、その仮想の円錐４１の底面４１ａの内部に、９個の熱電対２００ａ〜２００ｉが取り付けられるようにしている。尚、以下の説明では、スラブ２１表面上の点であって、放射温度計１００の入光面１００ａの中心１００ｂと正対する位置にある点２１ａを、必要に応じて、温度測定中心点２１ａと称する。
【００２６】
このようにして、仮想の円錐４１の内部に入るように、９個の熱電対２００ａ〜２００ｉが、加熱帯１３の天井面１３ａに取り付けられるようにするのは、本願発明者らによって得られた次の知見を理由とするものである。
本願発明者らは、加熱炉１０による加熱によって表面が酸化されたスラブ２１の放射率εsは、温度によらず概ね０．８５で一定となるという知見を得た。したがって、加熱帯１３の天井面１３ａから発せられる「波長が３．９［μｍ］の光」の二方向性反射率ρ´´（θ）の天井面１３ａ全体における積分値は、温度によらず概ね０．１５（１−０．８５）になる。ここで、二方向性反射率ρ´´（θ）とは、例えば、加熱帯１３の天井面１３ａの点（例えば点１３ｃ）から、スラブ２１の被測定領域に入射した光のうち、放射温度計１００の入光面１００ａの方向（法線方向）に反射する光がどの位あるのかを示すものである。尚、スラブ２１の被測定領域とは、温度測定中心点２１ａを中心とする領域であって、放射温度計１００の入光面１００ａと正対する領域である。
【００２７】
そして、本願発明者らは、波長が３．９［μｍ］の光の入射角（天頂角）θと、その光の二方向性反射率ρ´´（θ）の相対値との関係を、実験的に調べた。その結果を図５に示す。
更に、本願発明者らは、図５に示すグラフ５１を表す関数を積分した結果（図５に示したグラフ５１の面積）が０．１５となるように、グラフ５１の縦軸の値を相対値から実際の値に変更する計算をコンピュータに行わせた。その結果、本願発明者らは、波長が３．９［μｍ］の光の入射角（天頂角）θと、二方向性反射率ρ´´（θ）の実際の値との関係を示す二方向性反射率ρ´´（θ）の関数を得た。
そして、本願発明者らは、コンピュータを用いて、次の（１）式の演算を行った。
【００２８】
【数１】
【００２９】
（１）式において、φは、方位角［°］を表す。（１）式から明らかなように、加熱炉１０の天井面１３ａから発せられる光のうち、スラブ２１の被測定領域で反射して放射温度計１００に入光する光の約７０［％］は、図４に示した仮想の円錐４１の内部の領域から発せられる光となる。言い換えると、加熱炉１０の天井面１３ａから発せられる光のうち、スラブ２１の被測定領域で反射して放射温度計１００の入光面１００ａに入光する光の約３０［％］は、図４に示した仮想の円錐４１の内部の領域外から発せられる光となる。
【００３０】
更に、本願発明者らは、仮想の円錐４１の領域外の温度が実際の温度と１００［℃］異なったとしても、放射温度計１００で求められる発光輝度の誤差は、２０［％］程度であることを確認した。
以上のことから、本願発明者らは、加熱炉１０の天井面１３ａ全体から発せられる光の全てではなく、仮想の円錐４１の内部の領域から発せられる光に基づいて、加熱炉１０の天井面１３ａから発せられる外乱光に基づく迷光雑音輝度を求めたとしても、その迷光雑音輝度の誤差は、以下の（２）式に示すように、１［％］未満となるという知見を得た。
０．３×０．１５×０．２×１００＝０．９［％］ ・・・（２）
【００３１】
この０．９［％］の誤差を、温度の誤差に換算すると、約５［℃］となる。したがって、仮想の円錐４１の内部の領域から発せられる光に基づいて、加熱炉１０の天井面１３ａから発せられる外乱光に基づく迷光雑音輝度を求めたとしても、そのことによるスラブ２１の表面温度の誤差は、５［℃］程度となり、実用上十分な精度を確保できる。
【００３２】
以上のことから本実施形態では、図４に示した仮想の円錐４１の内部の領域に、９個の熱電対２００ａ〜２００ｉを格子状に点在させて、その領域における温度を出来るだけ正確に測定すると共に、その領域外の温度を９個の熱電対２００ａ〜２００ｉの測定結果から大まかに推定するようにしている。このようにすることによって、加熱炉１０の天井面１３ａ全体に熱電対２００を配置しなくても、スラブ２１の表面温度を、実用上十分な精度で求めることができる。
以上のように本実施形態では、例えば、９個の熱電対２００ａ〜２００ｉを用いて複数の温度測定手段が実現される。
【００３３】
図１に説明を戻し、情報処理装置３００は、放射温度計１００で求められた「発光輝度」の信号と、熱電対２００で測定された「加熱帯１３の天井面１３ａの温度」の信号とを入力し、入力した信号を用いて、スラブ２１の表面温度を計算し、計算した表面温度を表示装置４００に表示するためのものである。情報処理装置３００のハードウェアは、パーソナルコンピュータ等、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク、画像入出力ボード、各種インターフェース、及びインターフェースコントローラ等を備えた情報処理装置を用いて実現することができる。また、表示装置４００は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等のコンピュータディスプレイを備えている。また、キーボードやマウス等のユーザインターフェースも、情報処理装置３００に接続されている。
【００３４】
図６は、情報処理装置３００の機能構成の一例を示すブロック図である。尚、特に断りのない限り、図６に示す各ブロックは、ＣＰＵが、ＲＯＭやハードディスクに記憶されている制御プログラムを、ＲＡＭを用いて実行することにより実現される。そして、図６に示す各ブロック間で、信号のやり取りを行うことにより、以下の処理が実現される。
【００３５】
発光輝度取得部３０１は、放射温度計１００で求められた発光輝度Ｉb（Ｔm）の信号を入力してＲＡＭに記憶させるためのものである。
熱電対温度取得部３０２は、９個の熱電対２００ａ〜２００ｉで測定された温度の信号を入力してＲＡＭに記憶させるためのものである。このとき熱電対温度取得部３０２は、どの熱電対２００ａ〜２００ｉが測定した温度であるのかを識別できるようにして、その温度をＲＡＭに記憶させる。
【００３６】
熱電対位置記憶部３０３は、加熱帯１３の天井面１３ａに取り付けられている９個の熱電対２００ａ〜２００ｉの位置を記憶するためのものである。本実施形態では、９個の熱電対２００ａ〜２００ｉの位置として、４つの熱電対２００ｄ、２００ｆ、２００ｇ、２００ｉの位置を頂点とする正方形の中心点を原点としたｘｙ座標を記憶するようにしている。熱電対位置記憶部３０３は、例えば、ハードディスクやＲＯＭを用いて構成することができる。
【００３７】
放射率記憶部３０４は、ユーザによるユーザインターフェース（キーボードやマウス）等の操作に基づいて、加熱炉１０による加熱によって表面が酸化されたスラブ２１の放射率εsのデータを外部から取得して記憶するためのものである。尚、以下の説明では、必要に応じて、加熱炉１０による加熱によって表面が酸化されたスラブ２１の放射率εsを、必要に応じて、スラブ２１の放射率εs又は単に放射率εsと略称する。
【００３８】
前述したように、本願発明者らは、スラブ２１の放射率εsは概ね０．８５で一定となるという知見を得た。したがって、本実施形態では、放射率記憶部３０４は、スラブ２１の放射率εsとして０．８５を外部から取得して記憶している。このように、本実施形態では、スラブ２１の放射率εsを、スラブ２１の表面温度を測定する前に、オフラインでコンピュータにより求めて放射率記憶部３０４に記憶させるようにしている。放射率記憶部３０４は、例えば、ＣＰＵが、ＲＯＭやハードディスクに記憶されている制御プログラムを、ＲＡＭを用いて実行し、放射率εsをハードディスクやＲＯＭに記憶することにより実現することができる。以上のように本実施形態では、例えば、放射率記憶部３０４を用いて、放射率記憶手段が実現される。
【００３９】
二方向性反射率導出部３０５は、ユーザによるユーザインターフェース（キーボードやマウス）等の操作に基づいて、波長が３．９［μｍ］の光の二方向性反射率ρ´´（θ）の測定データを外部から取得する。そして、二方向性反射率導出部３０５は、その波長が３．９［μｍ］の二方向性反射率ρ´´（θ）の測定データに基づいて、波長が３．９［μｍ］の光の入射角（天頂角）θと、その光の二方向性反射率ρ´´（θ）の相対値との関係を表す関数を求める。すなわち、二方向性反射率導出部３０５は、例えば図５に示したようなグラフ５１を表す関数を求める。そして、二方向性反射率導出部３０５は、求めた関数を積分した結果（図５に示したグラフ５１の面積）が、「１」から「放射率記憶部３０４により記憶された放射率εs」を減算した値となるように、グラフ５１の縦軸の値を相対値から実際の値に変更し、縦軸の値を変更したグラフ５１に基づく二方向性反射率ρ´´（θ）の関数を求める。本実施形態では、スラブ２１の放射率εsとして０．８５が、放射率記憶部３０４により記憶されているので、求めた関数を積分した結果（図４に示したグラフ５１の面積）が、０．１５（＝１−０．８５）となるように、グラフ５１の縦軸の値を相対値から実際の値に変更することになる。
【００４０】
二方向性反射率記憶部３０６は、二方向性反射率導出部３０５で求められた二方向性反射率ρ´´（θ）（の関数）を記憶するためのものである。このように、本実施形態では、オフラインで求められた二方向性反射率ρ´´（θ）を、スラブ２１の表面温度を測定する前に、二方向性反射率記憶部３０６に予め記憶させるようにしている。二方向性反射率記憶部３０６は、例えば、ハードディスクやＲＯＭを用いて構成することができる。以上のように本実施形態では、例えば、二方向性反射率記憶部３０６を用いて、二方向性反射率記憶手段が実現される。
【００４１】
天井面温度分布導出部３０７は、熱電対２００ａ〜２００ｉで測定された温度に基づいて、加熱帯１３の天井面１３ａ全体の温度の分布を求める。
図７は、熱電対２００ａ〜２００ｉで測定された温度の一例を示す図である。図７において、グラフ７１〜７９は、夫々、熱電対２００ｅ、２００ｄ、２００ｆ、２００ｃ、２００ａ、２００ｈ、２００ｂ、２００ｉ、２００ｇで測定された温度に基づくグラフである。
【００４２】
図７に示すように、加熱帯１３の天井面１３ａの温度は一様ではない。そこで、天井面温度分布導出部３０７は、図３（ａ）に示すように、４つの熱電対２００ｄ、２００ｆ、２００ｇ、２００ｉの位置を頂点とする正方形の領域の内部に含まれる点の温度については、その点の周囲にある４つの熱電対２００により測定された温度を用いて線形補間を行って算出する。例えば、図３に示す点１３ｃの温度については、その点１３ｃの周囲の４つの熱電対２００ｂ、２００ｃ、２００ｈ、２００ｉにより測定された温度を用いて線形補間を行って算出される。
【００４３】
一方、４つの熱電対２００ｄ、２００ｆ、２００ｇ、２００ｉの位置を頂点とする正方形の領域の内部に含まれない点の温度を求める方法には、外周部の値をそのまま延長する方法と外挿する方法とがある。後者の外挿する方法は、熱電対（測定点）から近い範囲の温度を求めるなら良いが、熱電対（測定点）から遠くになるにつれて温度を高く又は低く評価しすぎてしまうことがある。
【００４４】
そこで、本実施形態では、前者の外周部の値をそのまま延長する方法を採用している。この外周部の値をそのまま延長する方法は、４つの熱電対２００ｄ、２００ｆ、２００ｇ、２００ｉの位置を頂点とする正方形の辺上の点のうち、その点から最も近い点の温度と同じ温度とするものである。例えば、図３に示す点１３ｄの温度については、４つの熱電対２００ｄ、２００ｆ、２００ｇ、２００ｉの位置を頂点とする正方形の辺上の点のうち、その点１３ｄに最も近い点１３ｅの温度と同じ温度とする。尚、４つの熱電対２００ｄ、２００ｆ、２００ｇ、２００ｉの位置を頂点とする正方形の辺上の点の温度は、前述したようにして線形補間を行って算出された温度と、４つの熱電対２００ｄ、２００ｆ、２００ｇ、２００ｉの温度との何れかとなる。
そして、天井面温度分布導出部３０７は、以上のようにして求めた「加熱帯１３の天井面１３ａの温度」から、加熱帯１３の天井面１３ａの温度分布を算出し、算出した温度分布をＲＡＭ等に記憶させる。
以上のように本実施形態では、例えば、天井面温度分布導出部３０７を用いて、温度分布計算手段が実現される。
【００４５】
表面温度演算部３０８は、発光輝度取得部３０１により取得された「発光輝度Ｉb（Ｔm）」と、放射率記憶部３０４に記憶されている「スラブ２１の放射率εs」と、二方向性反射率記憶部３０６に記憶されている「二方向性反射率ρ´´（θ）」と、天井温度分布導出部３０７により求められた「加熱帯１３の天井面１３ａの温度分布」とに基づいて、スラブ２１の被測定領域の表面温度Ｔs［Ｋ］を絶対温度で算出する。
前述したように、加熱帯１３の天井面１３ａの任意の点の温度は、その点の周囲にある４つの熱電対２００により測定された温度を用いて求められる。したがって、加熱帯１３の天井面１３ａの任意の点Ｐの温度Ｔpは、以下の（３）式で表される。
【００４６】
Ｔp＝ｆ（ｘ，ｙ，Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４） ・・・（３）
ｘ，ｙ：４つの熱電対２００ｄ、２００ｆ、２００ｇ、２００ｉの位置を頂点とする正方形の中心点を原点としたｘｙ平面（天井面１３ａ）上の座標
Ｔ１〜Ｔ４：点Ｐの周囲にある４つの熱電対２００の温度（絶対温度）
（３）式は、以下の（４）〜（７）式を用いることにより、以下の（８）式のように変換される。
【００４７】
【数２】
【００４８】
θ：天頂角
φ：方位角
ａｔａｎ：アークタンジェント
ｈ：スラブ２１の表面と、加熱帯１３の天井面１３ａとの間の距離
Ｔp＝ｆ（θ，φ，Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４） ・・・（８）
【００４９】
以上のようにして得られる「発光輝度Ｉb（Ｔm）」と、「スラブ２１の放射率εs」と、「二方向性反射率ρ´´（θ）」と、「加熱帯１３の天井面１３ａの任意の点Ｐの温度Ｔp」とを用いると、以下の（９）式が成立する。
【００５０】
【数３】
【００５１】
Ω：立体角
εsＩb（Ｔs）：スラブ２１自体より発せられる自発光の輝度（放射強度）
尚、以下の説明では、スラブ２１自体より発せられる自発光の輝度を、必要に応じてスラブ２１自体より発せられる自発光輝度、又は単に自発光輝度と称する。
以上のように、（９）式の左辺は、放射温度計１００で求められる発光輝度Ｉb（Ｔm）であり、（９）式の右辺の第２項は、放射温度計１００で求められる発光輝度Ｉb（Ｔm）に含まれる迷光雑音輝度である。よって、（９）式の右辺の第１項εsＩb（Ｔs）が、スラブ２１自体より発せられる自発光輝度となる。
【００５２】
表面温度演算部３０８は、（９）式の右辺の第１項に含まれる黒体放射輝度Ｉb（Ｔs）を求め、求めた黒体放射輝度Ｉb（Ｔs）から、スラブ２１の被測定領域の表面温度Ｔsを絶対温度で算出する。
【００５３】
具体的に、表面温度演算部３０８は、（８）式を次の（１０）式に代入する。（１０
）式は、表面温度Ｔと黒体放射輝度Ｉb（Ｔ）との関係式である。表面温度演算部３０８は、（８）式を代入した（１０）式と、二方向性反射率記憶部３０６に記憶されている「二方向性反射率ρ´´（θ）」とを（９）式の右辺の第２項に代入して、コンピュータによる数値積分を行うことにより、（９）式の右辺の第２項を求める。このように、本実施形態では、例えば、表面温度演算部３０８を用いて、迷光雑音計算手段が実現される。
【００５４】
【数４】
【００５５】
λ：放射温度計１００で検出される光の波長（本実施形態では、３．９［μｍ］）
Ｃ1、Ｃ2：物理定数
Ｔ：絶対温度
また、表面温度演算部３０８は、（９）式の左辺に、発光輝度取得部３０１により取得された「発光輝度Ｉb（Ｔm）」を代入し、更に（９）式の右辺の第１項のεsに、放射率記憶部３０４に記憶されている「スラブ２１の放射率εs」を代入する。
そして、表面温度演算部３０８は、（９）式の右辺の第１項の自発光輝度εsＩb（Ｔs）を求め、求めた自発光輝度εsＩb（Ｔs）に含まれる黒体放射輝度Ｉb（Ｔs）を、前述した（１０）式に代入することにより、スラブ２１の被測定領域の表面温度Ｔs［Ｋ］を算出する。このように、本実施形態では、例えば、表面温度演算部３０８を用いて、自発光輝度計算手段と表面温度計算手段とが実現される。
表面温度表示部３０９は、表面温度演算部３０８で求められた「スラブ２１の被測定領域の表面温度Ｔs」を、表示装置４００に表示して、ユーザに報知する。
【００５６】
次に、図８のフローチャートを参照しながら、情報処理装置３００における処理動作の一例を説明する。
まず、ステップＳ１において、熱電対温度取得部３０２は、９個の熱電対２００ａ〜２００ｉで測定された温度の信号を入力するまで待機する。９個の熱電対２００ａ〜２００ｉで測定された温度の信号を入力すると、ステップＳ２に進む。ステップＳ２に進むと、熱電対温度取得部３０２は、入力した「９個の熱電対２００ａ〜２００ｉで測定された温度」をＲＡＭに記憶させる。前述したように、熱電対温度取得部３０２は、どの熱電対２００ａ〜２００ｉが測定した温度であるのかを識別できるようにして、その温度をＲＡＭに記憶させる。
【００５７】
次に、ステップＳ３において、天井面温度分布導出部３０７は、ステップＳ２で記憶された温度に基づいて、加熱帯１３の天井面１３ａ全体の温度分布を、前述したようにして求める。
次に、ステップＳ４において、発光輝度取得部３０１は、放射温度計１００で求められた発光輝度Ｉb（Ｔm）の信号が入力されるまで待機する。放射温度計１００で求められた発光輝度Ｉb（Ｔm）の信号が入力されると、ステップＳ５に進む。ステップＳ５に進むと、発光輝度取得部３０１は、入力した「発光輝度Ｉb（Ｔm）」をＲＡＭに記憶させる。
【００５８】
次に、ステップＳ６において、表面温度演算部３０８は、二方向性反射率記憶部３０６に予め記憶されている二方向性反射率ρ´´（θ）を読み出す。
次に、ステップＳ７において、表面温度演算部３０８は、放射率記憶部３０４に予め記憶されている「スラブ２１の放射率εs」を読み出す。
次に、ステップＳ８において、表面温度演算部３０８は、ステップＳ３で求められた「加熱帯１３の天井面１３ａの温度分布」により表される「加熱帯１３の天井面１３ａの任意の点Ｐの温度Ｔp」と、ステップＳ５で記憶された「発光輝度Ｉb（Ｔm）」と、ステップＳ６で読み出された「二方向性反射率ρ´´（θ）」と、ステップＳ７で読み出された「スラブ２１の放射率εs」とを（９）式に代入して、自発光輝度εsＩb（Ｔs）を算出する。
【００５９】
次に、ステップＳ９において、表面温度演算部３０８は、ステップＳ８で算出した自発光輝度εsＩb（Ｔs）に含まれる黒体放射輝度Ｉb（Ｔs）を（１０）式に代入して、スラブ２１の被測定領域の表面温度Ｔsを算出する。
次に、ステップＳ１０において、表面温度表示部３０９は、ステップＳ９で算出された「スラブ２１の被測定領域の表面温度Ｔs」を表示するための画像データを生成し、その画像データに基づく画像を表示装置４００に表示して、スラブ２１の被測定領域の表面温度Ｔsをユーザに報知する。
【００６０】
ここで、本実施形態では、表面温度が、７００［℃］以上、好ましくは９００［℃］以上となっているスラブ２１からの光を、放射温度計１００で検出するようにしている。このようにするのは、本願発明者らによって得られた次の知見を理由とするものである。
【００６１】
前述したように、加熱炉１０による加熱によって表面が酸化したスラブ２１の放射率εsは概ね０．８５で一定となるという知見を得た。しかしながら、この放射率εsは、完全に一定の値を有するというものではなく、ある程度バラつくものであり、この放射率εsの真の値を知ることはできない。そして、本願発明者らは、この放射率εsが０．８５±０．０２程度バラつくという知見を得た。
【００６２】
そこで、本願発明者らは、放射率の変動による測温誤差を計算によって調査した。まず、放射率を０．８５と仮定し、次に、実際の放射率が０．８３あるいは０．８７であったときに生じる測温誤差を、プランクの黒体放射理論式に基づき計算した。なお、この計算においては、天井面１３ａの温度分布は１２００℃で均一であるとした。図９は、スラブ２１の表面温度の算出値と真値との差（すなわち、測温誤差）を絶対値で表したものと、スラブ２１の表面温度の真値との関係の一例を示す図である。
【００６３】
図９において、グラフ９１は、実際の放射率εsが０．８７であったときの、スラブ２１の表面温度Ｔsの算出値と真値との誤差を示すグラフであり、グラフ９２は、実際の放射率εsが０．８３であったときの、表面温度Ｔsの算出値と真値との誤差を示すグラフである。これらのグラフ９１、９２から明らかなように、スラブの表面温度が７００［℃］以上であれば、放射率εsがバラつくことにより生じる「スラブ２１の表面温度の算出値と真値との誤差」を２０［℃］以下にすることができ、実用上十分な精度で、スラブ２１の表面温度Ｔsを算出することができる。更に、スラブの表面温度が９００［℃］以上であれば、放射率εsがバラつくことにより生じる「スラブ２１の表面温度の算出値と真値との誤差」を１０［℃］以下にすることができ、より高い精度で、スラブ２１の表面温度Ｔsを算出することができる。
【００６４】
以上のような理由から、本実施形態では、表面温度が、７００［℃］以上、好ましくは９００［℃］以上となっているスラブ２１からの光を、放射温度計１００が検出するようにしている。本実施形態の加熱帯１３を通過しているスラブ２１の表面温度は、７００［℃］以上となっている。したがって、図１に示すようにして放射温度計１００を設ければ、表面温度が、７００［℃］以上（好ましくは９００［℃］以上）となっているスラブ２１からの光を、放射温度計１００が検出することができる。
【００６５】
図１０は、本実施形態の表面温度測定システムにより算出された「スラブ２１の被測定領域の表面温度Ｔs」と、スラブ２１の表面に取り付けられた熱電対で測定された「スラブ２１の被測定領域の表面温度」との関係の一例を示す図である。図１０では、比較例として、加熱帯１３の天井面１３ａの温度が一様であるとして、（９）式、（１０）式の計算を行うことにより得られた「スラブ２１の被測定領域の表面温度」も併せて示している。
図１０において、本実施形態の表面温度測定システムにより算出された「スラブ２１の被測定領域の表面温度Ｔs」（◆）と、スラブ２１の表面に取り付けられた熱電対で測定された「スラブ２１の被測定領域の表面温度」を表すグラフ１００１との差は、絶対値で１０［℃］以下であった。このことから、本実施形態の表面温度測定システムにより算出された「スラブ２１の被測定領域の表面温度Ｔs」は、実用上十分な精度を有していることが分かる。
【００６６】
これに対して、「加熱帯１３の天井面１３ａの温度が、炉温制御用に既設の炉温計１点の値で一様であるとして得られたスラブ２１の被測定領域の表面温度」（○）と、スラブ２１の表面に取り付けられた熱電対で測定された「スラブ２１の被測定領域の表面温度」を表すグラフ１００１との差は、絶対値で３０［℃］〜５０［℃］程度あった。このことから、迷光雑音の原因となる加熱帯１３の天井面１３ａの温度を一定としてスラブ２１の表面温度を計算する手法では、実用上要求される精度を得ることが困難であるということが分かる。
【００６７】
以上のように本実施形態では、加熱帯１３の上方から、加熱帯１３の天井面の一部に形成された孔１３ｂを通して、加熱帯１３内を搬送されるスラブ２１の表面を望む位置に、略３．９［μｍ］の波長を有する光のみを検出する放射温度計１００を設置する。これにより、放射温度計１００で求められる発光輝度に含まれる「バーナー火炎や燃焼ガスに基づく迷光雑音輝度」を低減することができる。
【００６８】
また、本実施形態では、温度測定中心点２１ａから、放射温度計１００の方向に広がる天頂角θが４５［°］の仮想の円錐４１があると見なした場合に、その仮想の円錐４１の内部に入るように、９個の熱電対２００ａ〜２００ｉを、加熱帯１３の天井面１３ａに概ね格子状に点在させるようにした。したがって、放射温度計１００に入光される迷光雑音の７０［％］程度に寄与している領域の温度分布を正確に求めることができる。よって、スラブ２１の被測定領域の表面温度Ｔsを、従来よりも高精度に且つ大きな計算負荷をかけることなく容易に求めることができる。
【００６９】
また、本実施形態では、４つの熱電対２００ｄ、２００ｆ、２００ｇ、２００ｉの位置を頂点とする正方形の領域の内部に含まれる点（例えば点１３ｃ）の温度については、その点の周囲にある４つの熱電対２００により測定された温度を用いて線形補間を行って算出した。一方、４つの熱電対２００ｄ、２００ｆ、２００ｇ、２００ｉの位置を頂点とする正方形の領域の内部に含まれない点（例えば点１３ｄ）の温度については、４つの熱電対２００ｄ、２００ｆ、２００ｇ、２００ｉの位置を頂点とする正方形の辺上の点のうち、その点（例えば点１３ｄ）から最も近い点（例えば点１３ｅ）の温度と同じ温度とした。そして、このようにして得られた温度に基づいて、加熱帯１３の天井面１３ａ全体の温度分布を求めるようにした。
【００７０】
以上のように、放射温度計１００に入光される迷光雑音の７０［％］程度に寄与している領域については、線形補間により出来るだけ正確に温度を求めるようにし、それ以外の領域については、大まかなに温度を求めるようにすることによって、加熱炉１０の天井面１３ａ全体に熱電対２００を配置しなくても、スラブ２１の表面温度を、実用上十分な精度で求めることができる。
【００７１】
また、本実施形態では、スラブ２１の表面温度を測定する前に（オフラインで）、スラブ２１の放射率εsと、波長が３．９［μｍ］の光の二方向性反射率ρ´´（θ）とを得るようにした。そして、波長が３．９［μｍ］の光の二方向性反射率ρ´´（θ）については、スラブ２１の放射率εsが一定値となるという知見を利用して、相対値ではなく、実際の値で得るようにした。したがって、スラブ２１の放射率εs、及び二方向性反射率ρ´´（θ）を可及的に正確な値とすることができる。よって、スラブ２１の表面温度の算出精度をより向上させることができる。
【００７２】
また、本実施形態では、表面温度が、７００［℃］以上、好ましくは９００［℃］以上となっているスラブ２１からの光を、放射温度計１００を検出するようにした。したがって、放射率εsがバラつくことにより生じる「スラブ２１の表面温度の算出値と真値との誤差」を、より低減することができる。よって、スラブ２１の表面温度の算出精度をより向上させることができる。
【００７３】
尚、本実施形態では、加熱帯１３の天井面１３ａに熱電対２００を取り付けるようにしたが、加熱帯１３の天井面１３ａの温度を、直接的又は間接的に測定することができれば、必ずしもこのようにしなくてもよい。例えば、加熱帯１３の天井に熱電対を埋め込むようにしてもよい。また、温度を測定するための手段として、必ずしも熱電対を用いる必要はない。
【００７４】
また、本実施形態のように、仮想の円錐４１の内部に入るように、９個の熱電対２００ａ〜２００ｉを、加熱帯１３の天井面１３ａに概ね格子状に点在させるようにすれば、熱電対２００を広範囲に設置する等の大掛かりな作業を行わずに、実用上十分な精度で、スラブ２１の被測定領域の表面温度Ｔsを求めることができ好ましい。しかしながら、必ずしもこのようにする必要はない。例えば、スラブ２１の被測定領域の表面温度Ｔsの算出精度をより一層向上させる必要がある場合には、（１）の右辺の値を０．７よりも大きくする必要がある。この場合には、天頂角θが４５［°］よりも大きな円錐の内部に入るように、加熱帯１３の天井面１３ａに熱電対２００を点在させるようにすることができる。また、仮想の円錐４１の内部の領域の温度分布を求めることができれば、必ずしも熱電対２００を格子状に点在させなくてもよい。また、仮想の円錐４１の頂点を、温度測定中心点２１ａではなく、スラブ２１の被測定領域内の任意の点、又はスラブ２１の被測定領域そのものとしてもよい。
【００７５】
また、本実施形態では、９個の熱電対２００ａ〜２００ｉを、概ね、１［ｍ］間隔の格子状に点在させるようにしたが、熱電対２００の設置個数や設置間隔等は、このようなものに限定されない。例えば、温度分布の差が大きい領域については、熱電対２００の設置間隔を短くし、温度分布の差が小さい領域については、熱電対２００の設置間隔を長くすることができる。
【００７６】
また、本実施形態のように、４つの熱電対２００ｄ、２００ｆ、２００ｇ、２００ｉの位置を頂点とする正方形の領域外の温度を、その正方形の辺上の点の温度で代用すれば、加熱帯１３の天井面１３ａ全体に熱電対２００を配置しなくても、スラブ２１の表面温度を、実用上十分な精度で求めることができ、好ましい。しかしながら、必ずしもこのようにする必要はない。例えば、加熱帯１３の天井面１３ａ全体に熱電対２００を点在させてもよい。また、加熱炉１０の操業条件によって、仮想の円錐４１の内部以外にも、迷光雑音の要因となる領域がある場合には、仮想の円錐４１の内部だけでなく、その迷光雑音の要因となる領域にも熱電対を点在させてもよい。
【００７７】
また、本実施形態のように、表面温度が、７００［℃］以上、好ましくは９００［℃］以上となっているスラブ２１からの光を、放射温度計１００を検出するようにすれば、スラブ２１の表面温度の算出精度をより向上させることができるので好ましい。しかしながら、スラブ２１の表面温度は、必ずしも、７００［℃］以上でなくてもよい。
【００７８】
また、本実施形態では、熱間圧延工程の前の加熱炉１０にあるスラブ２１の表面温度Ｔsを求めるようにしたが、本実施形態の表面温度測定システムの適用範囲は、ガス焚き加熱炉であればこれに限定されない。例えば、熱処理を行うための加熱炉にある鋼材の表面温度を求めるようにしてもよい。
また、本実施形態では、放射温度計１００を用いて、自発光輝度を求める場合を例に挙げて説明したが、発光輝度を求めることができれば、必ずしも放射温度計を用いなくてもよい。例えば、分光輝度計を用いることができる。
【００７９】
また、本実施形態では、９個の熱電対２００ａ〜２００ｉの位置として、４つの熱電対２００ｄ、２００ｆ、２００ｇ、２００ｉの位置を頂点とする正方形の中心点を原点としたｘｙ座標を、熱電対位置記憶部３０３が記憶するようにしたが、必ずしもこのようにする必要はない。例えば、９個の熱電対２００ａ〜２００ｉの位置として、温度測定中心点２１ａを原点とした極座標を記憶してもよい。
また、本実施形態では、放射温度計１００で発光輝度を求めるようにしたが、必ずしもこのようにする必要はなく、情報処理装置３０１が、放射温度計１００で求められた温度から、プランクの法則に基づいて、発光輝度を算出するようにしてもよい。このようにした場合には、発光輝度測定手段が情報処理装置３０１内に設けられることになる。
【００８０】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。前述した第１の実施形態では、放射温度計１００と、複数の熱電対２００との組みを、加熱帯１３に１組み設け、１つの被測定領域における表面温度Ｔsを求める場合について説明した。これに対し、本実施形態では、放射温度計と、９個の熱電対との組みを、加熱帯１３に３組み設け、情報処理装置において、３つの被測定領域における表面温度Ｔsを求めるようにしている。このように前述した第１の実施形態と、本実施形態とは、放射温度計と、９個の熱電対との組み数と、情報処理装置３００の機能の一部とが主として異なる。従って、本実施形態の説明において、前述した第１の実施形態と同一の部分については、例えば図１〜図１０に付した符号と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００８１】
図１１は、本実施形態の表面温度測定システムの適用対象の一例である多帯式ウォーキングビーム式連続加熱炉の概略構成の一例を示す図である。尚、図１１は、加熱炉１０を側方から見た図である。また、図１１では、多帯式ウォーキングビーム式連続加熱炉のうち、加熱帯１３の一部分（サイドバーナー１７ａ１、１７ａ２で加熱している部分）のみを示している。その他の部分の構成は、図１に示したものと同じである。
【００８２】
図１１に示すように、本実施形態の表面温度測定システムは、放射温度計１０１〜１０３と、複数の熱電対２０１〜２０３と、情報処理装置３０１と、表示装置４０１とを備えて構成される。
放射温度計１０１〜１０３は、夫々、第１の実施形態で説明した放射温度計１００と同じ構成を有している。放射温度計１０１〜１０３は、その入光面１０１ａ〜１０３ａの中心１０１ｂ〜１０３ｂが、ウォーキングビームにおけるスラブ２１の１回当たりの搬送距離よりも短い所定の間隔となるように、スラブ２１の搬送方向（図１１の矢印の方向）に並べられている。そして、放射温度計１０１〜１０３は、夫々、加熱帯１３の上方から、加熱帯１３の天井面１３ａの一部に形成された孔１３ｂ１〜１３ｂ３を通して、加熱帯１３内を搬送されるスラブ２１の表面を望む位置に設置されている。
【００８３】
また、本実施形態では、スラブ２１表面上の点であって、放射温度計１０１〜１０３の入光面１０１ａ〜１０３ａの中心１０１ｂ〜１０３ｂと正対する位置にある点２１ａ１〜２１ａ３から、放射温度計１０１〜１０３の方向に広がる天頂角θが４５［°］の円錐があると見なした場合に、その円錐の内部に入るように、（９×３）個の熱電対２０１〜２０３が、加熱帯１３の天井面１３ａに取り付けられるようにしている。尚、図１１では、熱電対２０１ａ〜２０１ｃ、２０２ａ〜２０２ｃ、２０３ａ〜２０３ｃのみを示しているが、図２及び図３に示したように、各孔１３ｂ１〜１３ｂ３を中心として、夫々９個の熱電対２０１〜２０３が格子状に点在している。
【００８４】
情報処理装置３０１は、３つの放射温度計１０１〜１０３で略同じタイミングで測定された発光輝度と、熱電対２０１〜２０３で測定された温度とを取得する。そして、情報処理装置３０１は、取得した発光輝度と温度とを用いて、前述した第１の実施形態と同様にして（３）式〜（１０）式の計算を行い、３つの被測定領域の表面温度Ｔs［Ｋ］を算出する。更に情報処理装置３０１は、算出した被測定領域の表面温度Ｔsを用いて、加熱帯１３にあるスラブ２１の幅方向（搬送方向）の温度分布を算出し、算出した温度分布を表示装置４０１に表示させる。
【００８５】
また、本実施形態では、ウォーキングビームは、スラブ２１の表面における略同一の領域が、３つの放射温度計１０１〜１０３における入光面１０１ａ〜１０３ａの中心１０１ｂ〜１０３ｂと正対するように、加熱炉１０内でスラブ２１を搬送させるようにする。例えば、図１１において、スラブ２１表面上の点２１ａ１を、放射温度計１０１における入光面１０１ａの中心１０１ｂと正対させる場合には、その点２１ａ１と略同じ位置が、放射温度計１０２、１０３における入光面１０２ａ、１０３ａの中心１０２ｂ、１０３ｂと正対するように、ウォーキングビームの動作を制御する。
【００８６】
情報処理装置３０１は、このようなウォーキングビームの動作を示す搬送動作情報を予め取得して記憶しておく。そして、情報処理装置３０１は、スラブ２１の搬送が開始することを示す情報を搬送装置から入力した後、記憶しておいた搬送動作情報に従う所定のタイミングになると、そのタイミングで測定された発光輝度を取得する。これにより、スラブ２１の表面における略同一の領域に対して放射温度計１０１〜１０３が測定した発光輝度が得られる。また、情報処理装置３０１は、そのタイミングで熱電対２０１〜２０３が測定した温度を取得する。
次に、情報処理装置３０１は、取得した発光輝度と温度とを用いて、前述した第１の実施形態と同様にして（３）式〜（１０）式の計算を行い、スラブ２１の略同一の被測定領域における表面温度Ｔs［Ｋ］を３回算出する。そして、情報処理装置３０１は、算出した被測定領域の表面温度Ｔsを用いて、加熱帯１３にあるスラブ２１の温度履歴を算出し、算出した温度履歴を表示装置４０１に表示させる。
【００８７】
以上のように本実施形態では、スラブ２１の幅方向（搬送方向）における３つの被測定領域の表面温度Ｔsを算出して加熱帯１３におけるスラブ２１の幅方向の温度分布を算出すると共に、スラブ２１の略同一の被測定領域における表面温度Ｔs［Ｋ］を３回算出して加熱帯１３におけるスラブ２１の温度履歴を算出するようにした。したがって、第１の実施形態で説明した効果に加え、加熱帯１３におけるスラブ２１のより詳細な情報を得ることができ、加熱炉１０における操業をより高い精度で行うことができる。
【００８８】
また、加熱帯１３におけるスラブ２１の温度履歴を算出することにより、スラブ２１の昇温速度を知ることができ、加熱炉１０における操業時間（すなわちスラブ２１の抽出時間）を可及的に正確に予測することができる。したがって、加熱炉１０における操業終了時刻と、次の工程（熱間圧延工程）における操業開始時刻とを可及的に正確に設定することができる。よって、加熱炉１０における工程と熱間圧延工程との間の時間を短く設定することができ、鋼板の生産性を向上させることができる。また、加熱温度履歴が、材質や品質に影響する鋼材については、その加熱温度履歴を含めた精細な品質管理を実現することができる。
尚、放射温度計１０１〜１０３の数と、熱電対２０１〜２０３との組数は、３つに限定されない。また、前述した第１の実施形態で説明した種々の変形例を採ることができる。
【００８９】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。前述した第２の実施形態では、加熱帯１３において、放射温度計と、９個の熱電対との組みを、スラブ２１の幅方向（搬送方向）に３組み設け、情報処理装置において、３つの被測定領域における表面温度Ｔsを求める場合について説明した。これに対し本実施形態では、放射温度計と、９個の熱電対との組みを、スラブ２１の長手方向に３組み設けるようにする。このように前述した第２の実施形態と、本実施形態とは、放射温度計と、９個の熱電対との組みの設置位置と、情報処理装置３０１の機能の一部とが主として異なる。従って、本実施形態の説明において、前述した第１及び第２の実施形態と同一の部分については、例えば図１〜図１１に付した符号と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００９０】
図１２は、本実施形態の表面温度測定システムの適用対象の一例である多帯式ウォーキングビーム式連続加熱炉の概略構成の一例を示す図である。尚、図１２は、加熱炉１０の予熱帯１２側から加熱帯１３を見た図である。また、図１２では、多帯式ウォーキングビーム式連続加熱炉のうち、加熱帯１３の一部分のみを示している。その他の部分の構成は、図１に示したものと同じである。
【００９１】
図１２に示すように、本実施形態の表面温度測定システムは、放射温度計１０４〜１０６と、複数の熱電対２０４〜２０６と、情報処理装置３０２と、表示装置４０２とを備えて構成される。
放射温度計１０４〜１０６は、夫々、第１の実施形態で説明した放射温度計１００と同じ構成を有している。放射温度計１０４〜１０６は、スラブ２１の長手方向（搬送方向に対して垂直方向）に並べられている。そして、放射温度計１０４〜１０６は、夫々、加熱帯１３の上方から、加熱帯１３の天井面１３ａの一部に形成された孔１３ｂ４〜１３ｂ６を通して、加熱帯１３内を搬送されるスラブ２１の表面を望む位置に設置されている。
【００９２】
また、本実施形態では、スラブ２１表面上の点であって、放射温度計１０４〜１０６の入光面１０４ａ〜１０６ａの中心１０４ｂ〜１０６ｂと正対する位置にある点２１ａ４〜２１ａ６から、放射温度計１０４〜１０６の方向に広がる天頂角θが４５［°］の円錐があると見なした場合に、その円錐の内部に入るように、（９×３）個の熱電対２０４〜２０６が、加熱帯１３の天井面１３ａに取り付けられるようにしている。尚、図１２では、熱電対２０４ｅ、２０４ｈ、２０５ｅ、２０５ｈ、２０６ｅ、２０６ｈのみを示しているが、図２及び図３に示したように、各孔１３ｂ４〜１３ｂ６を中心として、夫々９個の熱電対２０４〜２０６が格子状に点在している。
【００９３】
情報処理装置３０２は、３つの放射温度計１０４〜１０６で略同じタイミングで測定された発光輝度と、熱電対２０４〜２０６で測定された温度とを取得する。そして、情報処理装置３０２は、取得した発光輝度と温度とを用いて、前述した第１の実施形態と同様にして（３）式〜（１０）式の計算を行い、３つの被測定領域の表面温度Ｔs［Ｋ］を算出する。更に情報処理装置３０１は、算出した被測定領域の表面温度Ｔsを用いて、加熱帯１３にあるスラブ２１の長手方向の温度分布を算出し、算出した温度分布を表示装置４０１に表示させる。
【００９４】
以上のように本実施形態では、スラブ２１の長手方向における３つの被測定領域の表面温度Ｔsを算出して加熱帯１３におけるスラブ２１の長手方向の温度分布を算出するようにした。したがって、スラブ２１の先端部の表面温度Ｔsと、スラブ２１の尾端部の表面温度Ｔsとを、夫々略同時刻で求めることができ、その結果に応じて、先端部側及び尾端部側のサイドバーナー１７ａ、１７ｂとを独立して制御することができる。これにより、スラブ２１の長手方向における表面温度の偏差をより小さくすることができる。
【００９５】
尚、放射温度計１０４〜１０６の数と、熱電対２０４〜２０６との組数は、３つに限定されない。また、前述した第１の実施形態で説明した種々の変形例を採ることができる。
【００９６】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。前述した第１の実施形態では、放射温度計１００と、複数の熱電対２００との組みを、加熱帯１３に１組み設け、１つの被測定領域における表面温度Ｔsを求める場合について説明した。これに対し、本実施形態では、放射温度計と、９個の熱電対との組みを、加熱帯１３と予熱帯１２とに夫々１組みずつ設け、情報処理装置において、２つの被測定領域における表面温度Ｔsを求めるようにする。このように前述した第１〜第３の実施形態と、本実施形態とは、放射温度計と、９個の熱電対との組み数及び設置箇所と、情報処理装置３００〜３０２の機能の一部とが主として異なる。従って、本実施形態の説明において、前述した第１〜第３の実施形態と同一の部分については、例えば図１〜図１２に付した符号と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００９７】
図１３は、本実施形態の表面温度測定システムの適用対象の一例である多帯式ウォーキングビーム式連続加熱炉の概略構成の一例を示す図である。尚、図１３は、加熱炉１０を側方から見た図である。
【００９８】
図１３に示すように、本実施形態の表面温度測定システムは、放射温度計１００、１０７と、複数の熱電対２００、２０７と、情報処理装置３０３と、表示装置４０３とを備えて構成される。
第１の実施形態で説明したように、放射温度計１００は、加熱帯１３の上方から、加熱帯１３の天井面１３ａの一部に形成された孔１３ｂを通して、加熱帯１３内を搬送されるスラブ２１の表面を望む位置に設置されている。
放射温度計１０７は、第１の実施形態で説明した放射温度計１００と同じ構成を有している。放射温度計１０７は、予熱帯１２の上方から、予熱帯１２の天井面１２ａの一部に形成された孔１２ｂを通して、予熱帯１２内を搬送されるスラブ２１の表面を望む位置に設置されている。
【００９９】
また、第１の実施形態で説明したように、スラブ２１表面上の点であって、放射温度計１００の入光面１００ａの中心１００ｂと正対する位置にある点２１ａ８から、放射温度計１００の方向に広がる天頂角θが４５［°］の円錐があると見なした場合に、その円錐の内部に入るように、９個の熱電対２００ａ〜２００ｉが、加熱帯１３の天井面１３ａに取り付けられるようにしている。
一方、予熱帯１２の天井面１２ａには、放射温度計１０７の入光面１０７ａの中心１０７ｂと正対する位置にある点２１ａ７から、放射温度計１００の方向に広がる天頂角θが４５［°］の円錐があると見なした場合に、その円錐の内部に入るように、９個の熱電対２０７が取り付けられるようにしている。尚、図１３では、熱電対２０７ａ〜２０７ｃのみを示しているが、図２及び図３に示したように、孔１２ｂを中心として、９個の熱電対２０７が格子状に点在している。
【０１００】
本実施形態では、ウォーキングビームは、スラブ２１の表面における略同一の領域が、２つの放射温度計１００、１０７における入光面１００ａ、１０７ａの中心１００ｂ、１０７ｂと正対するように、加熱炉１０内でスラブ２１を搬送させるようにする。例えば、図１３において、スラブ２１表面上の点２１ａ７を、放射温度計１０７における入光面１０７ａの中心１０７ｂと正対させる場合には、その点２１ａ７と略同じ位置が、放射温度計１００における入光面１００ａの中心１００ｂと正対するように、ウォーキングビームの動作を制御する。
【０１０１】
情報処理装置３０３は、このようなウォーキングビームの動作を示す搬送動作情報を予め取得して記憶しておく。そして、情報処理装置３０３は、スラブ２１の搬送が開始することを示す情報を搬送装置から入力した後、記憶しておいた搬送動作情報に従う所定のタイミングになると、そのタイミングで測定された発光輝度を取得する。これにより、スラブ２１の表面における略同一の領域に対して放射温度計１００、１０７が測定した発光輝度が得られる。また、情報処理装置３０３は、そのタイミングで熱電対２０１〜２０３が測定した温度を取得する。
次に、情報処理装置３０３は、取得した発光輝度と温度とを用いて、前述した第１の実施形態と同様にして（３）式〜（１０）式の計算を行い、スラブ２１の略同一の被測定領域における表面温度Ｔs［Ｋ］を２回算出する。そして、情報処理装置３０３は、算出した被測定領域の表面温度Ｔsを用いて、予熱帯１２及び加熱帯１３におけるスラブ２１の温度履歴を算出し、算出した温度履歴を表示装置４０３に表示させる。
【０１０２】
以上のように本実施形態では、スラブ２１の略同一の被測定領域における表面温度Ｔs［Ｋ］を、予熱帯１２と加熱帯１３とで２回算出してスラブ２１の温度履歴を算出するようにした。したがって、予熱帯１２から加熱帯１３に至るまでのスラブ２１の昇温速度を知ることができ、加熱炉１０における操業時間（すなわちスラブ２１の抽出時間）を正確に予測することができる。
【０１０３】
尚、本実施形態では、放射温度計と、９個の熱電対との組みを、加熱帯１３と予熱帯１２とに２組み設けるようにしたが、必ずしもこのようにする必要はない。例えば、加熱帯１３と予熱帯１２に加え、均熱帯１４にも、放射温度計と、９個の熱電対との組みを設けるようにしてもよい。また、加熱帯１３と均熱帯１４、又は予熱帯１２と均熱帯１４に、放射温度計と、９個の熱電対との組みを設けるようにしてもよい。また、前述した第１の実施形態で説明した種々の変形例を採ることができる。更に、予熱帯１２と加熱帯１３の間や、加熱帯１３と均熱帯１４の間に、放射温度計と、９個の熱電対との組みを設けるようにしてもよい。
更に、第２〜第４の実施形態のうち、少なくとも何れか２つの実施形態を組み合わせて、表面温度測定システムを構成することもできる。
また、第２の実施形態では、放射温度計１０１〜１０３と、熱電対２０１〜２０３との組みを、スラブ２１の幅方向に複数設け、第３の実施形態では、放射温度計計１０４〜１０６と、熱電対２０４〜２０６との組みを、スラブ２１の長手方向に複数設けた場合を例に挙げて説明したが、放射温度計と、９個の熱電対との組みを、スラブ２１の任意の方向に複数設けることもできる。
尚、前述した第１〜第４の実施形態では、サイドバーナー１７を、スラブ２１よりも下側に設けた場合を例に挙げて説明したが、サイドバーナー１７を、スラブ２１よりも上側に設けてもよい。
【０１０４】
以上説明した本発明の実施形態は、コンピュータがプログラムを実行することによって実現することができる。また、プログラムをコンピュータに供給するための手段、例えばかかるプログラムを記録したＣＤ−ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体、又はかかるプログラムを伝送する伝送媒体も本発明の実施形態として適用することができる。また、上記プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体などのプログラムプロダクトも本発明の実施の形態として適用することができる。上記のプログラム、コンピュータ読み取り可能な記録媒体、伝送媒体及びプログラムプロダクトは、本発明の範疇に含まれる。
また、前述した実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明の第１の実施形態を示し、表面温度測定システムの適用対象の一例である多帯式ウォーキングビーム式連続加熱炉の概略構成の一例を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態を示し、加熱帯に取り付けられている熱電対の様子の概略を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態を示し、図２のＡの方向から見た様子の概略と、図２のＢ−Ｂ´方向から見た様子の概略とを示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態を示し、９個の熱電対が取り付けられる範囲の一例を説明する図である。
【図５】本発明の第１の実施形態を示し、波長が３．９［μｍ］の光の入射角（天頂角）と、その光の二方向性反射率の相対値との関係の一例を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施形態を示し、情報処理装置の機能構成の一例を示すブロック図である。
【図７】本発明の第１の実施形態を示し、熱電対で測定された温度の一例を示す図である。
【図８】本発明の第１の実施形態を示し、情報処理装置における処理動作の一例を説明するフローチャートである。
【図９】本発明の第１の実施形態を示し、スラブの表面温度の算出値と真値との差を絶対値で表したものと、スラブの表面温度の真値との関係の一例を示す図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態を示し、表面温度測定システムにより算出された「スラブの被測定領域の表面温度」と、スラブの表面に取り付けられた熱電対で測定された「スラブの被測定領域の表面温度」との関係の一例を示す図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態を示し、表面温度測定システムの適用対象の一例である多帯式ウォーキングビーム式連続加熱炉の概略構成の一例を示す図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態を示し、表面温度測定システムの適用対象の一例である多帯式ウォーキングビーム式連続加熱炉の概略構成の一例を示す図である。
【図１３】本発明の第４の実施形態を示し、表面温度測定システムの適用対象の一例である多帯式ウォーキングビーム式連続加熱炉の概略構成の一例を示す図である。
【符号の説明】
【０１０６】
１０ 加熱炉
１１ 非燃焼帯
１２ 予熱帯
１２ａ 天井面
１２ｂ 天井面に形成された孔
１３ 加熱帯
１３ａ 天井面
１３ｂ 天井面に形成された孔
１３ｃ 天井面の任意の点
１４ 均熱帯
１５ 軸流バーナー
１６ ルーフバーナー
１７ サイドバーナー
２１ スラブ
２１ａ 温度測定中心点
４１ 仮想の円錐
５１ 二方向性反射率の相対値と波長が３．９［μｍ］の光の入射角との関係を表すグラフ
７１〜７９ 熱電対で測定された温度に基づくグラフ
９１ 実際の放射率が０．８７であったときの、スラブの表面温度の算出値と真値との誤差を示すグラフ
９２ 実際の放射率が０．８３であったときの、スラブの表面温度の算出値と真値との誤差を示すグラフ
１００〜１０７ 放射温度計
１００ａ〜１０７ａ 放射温度計の入光面
１００ｂ〜１０７ｂ 放射温度計の入光面の中心
２００〜２０７ 熱電対
３００〜３０３ 情報処理装置
３０１ 発光輝度取得部
３０２ 熱電対温度取得部
３０３ 熱電対位置記憶部
３０４ 放射率記憶部
３０５ 二方向性反射率導出部
３０６ 二方向性反射率記憶部
３０７ 天井面温度分布導出部
３０８ 表面温度演算部
３０９ 表面温度表示部
４００〜４０３ 表示装置
θ 仮想の円錐の天頂角
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス焚き加熱炉内で加熱されている被測定物体の表面温度を測定する表面温度測定システムであって、
前記被測定物体から発光される波長の光のうち、ガスの放射と吸収とが他の波長帯域よりも小さい特定波長の光の発光輝度を測定する発光輝度測定手段と、
前記被測定物体の表面に入射する外乱光を発生する領域に設けられた複数の温度測定手段と、
前記複数の温度測定手段により測定された温度に基づいて、前記被測定物体に入射する外乱光を発生する領域の温度分布を計算する温度分布計算手段と、
前記発光輝度測定手段により測定される発光輝度のうち、前記被測定物体の表面で反射した迷光雑音輝度を、前記温度分布計算手段により計算された温度分布を用いて計算する迷光雑音計算手段と、
前記発光輝度測定手段により測定される発光輝度のうち、前記被測定物体自体から発生している自発光輝度を、前記迷光雑音計算手段により計算された迷光雑音輝度と、前記発光輝度測定手段により測定された発光輝度とを用いて計算する自発光輝度計算手段と、
前記自発光輝度計算手段により計算された自発光輝度を用いて、前記被測定物体の表面温度を計算する表面温度計算手段とを有することを特徴とする表面温度測定システム。
【請求項２】
前記発光輝度測定手段は、その光の検出面が、前記被測定物体の被測定領域と正対する位置に設けられることを特徴とする請求項１に記載の表面温度測定システム。
【請求項３】
前記被測定物体の被測定領域内の点から、前記発光輝度測定手段の方向に広がる天頂角が４５［°］の円錐があると見なした場合に、その円錐の内部の領域に、前記複数の温度測定手段が点在していることを特徴とする請求項１又は２に記載の表面温度測定システム。
【請求項４】
前記迷光雑音計算手段は、前記特定波長の光における前記被測定物体の二方向性反射率を、予め記憶する二方向性反射率記憶手段を有し、
前記発光輝度測定手段により測定される発光輝度のうち、前記被測定物体の表面で反射した迷光雑音輝度を、前記温度分布計算手段により計算された温度分布と、前記二方向性反射率記憶手段により記憶された二方向性反射率とを用いて計算することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の表面温度測定システム。
【請求項５】
前記自発光輝度計算手段は、前記特定波長の光における前記被測定物体の放射率として一定値を、予め記憶する放射率記憶手段を有し、
前記発光輝度測定手段により測定される発光輝度のうち、前記被測定物体自体から発生している自発光輝度を、前記迷光雑音計算手段により計算された迷光雑音輝度と、前記発光輝度測定手段により測定された発光輝度と、前記放射率記憶手段により記憶された放射率とを用いて計算することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の表面温度測定システム。
【請求項６】
前記発光輝度測定手段は、その光の検出面が、前記加熱炉の上方から、加熱炉の天井に開けられた孔を通して、前記加熱炉内にある被測定物体を望む位置に設けられ、
前記複数の温度測定手段は、前記加熱炉の天井の炉壁に設けられ、
前記被測定物体は、鋼材であり、
前記特定波長は、略３．９［μｍ］であることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の表面温度測定システム。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか１項に記載の表面温度測定システムを複数セット有することを特徴とする表面温度測定システム。
【請求項８】
請求項７に記載の表面温度測定システムであって、請求項１〜６の何れか１項に記載の表面温度測定システムにおける発光輝度測定手段と複数の温度測定手段とを、前記加熱炉の長手方向及び幅方向の何れか又は両方に並べ、所定のタイミングに、被測定物体の表面温度の測定を実行する機能を有することを特徴とする表面温度測定システム。
【請求項９】
ガス焚き加熱炉内で加熱されている被測定物体の表面温度を測定する表面温度測定方法であって、
前記被測定物体から発光される波長の光のうち、ガスの放射と吸収とが他の波長帯域よりも小さい特定波長の光の発光輝度を、発光輝度測定手段により測定する発光輝度測定ステップと、
前記被測定物体の表面に入射する外乱光を発生する領域に設けられた複数の温度測定手段により温度を測定する温度測定ステップと、
前記温度測定ステップにより測定された温度に基づいて、前記被測定物体に入射する外乱光を発生する領域の温度分布を計算する温度分布計算ステップと、
前記発光輝度測定ステップにより測定される発光輝度のうち、前記被測定物体の表面で反射した迷光雑音輝度を、前記温度分布計算ステップにより計算された温度分布を用いて計算する迷光雑音計算ステップと、
前記発光輝度測定ステップにより測定される発光輝度のうち、前記被測定物体自体から発生している自発光輝度を、前記迷光雑音計算ステップにより計算された迷光雑音輝度と、前記発光輝度測定ステップにより測定された発光輝度とを用いて計算する自発光輝度計算ステップと、
前記自発光輝度計算ステップにより計算された自発光輝度を用いて、前記被測定物体の表面温度を計算する表面温度計算ステップとを有することを特徴とする表面温度測定方法。
【請求項１０】
前記発光輝度測定手段は、その光の検出面が、前記被測定物体の被測定領域と正対する位置に設けられることを特徴とする請求項９に記載の表面温度測定方法。
【請求項１１】
前記被測定物体の被測定領域内の点から、前記発光輝度測定手段の方向に広がる天頂角が４５［°］の円錐があると見なした場合に、その円錐の内部の領域に、前記複数の温度測定手段を点在させることを特徴とする請求項９又は１０に記載の表面温度測定方法。
【請求項１２】
前記発光輝度測定ステップは、７００［℃］以上に加熱されている被測定物体から入射する光を検出することを特徴とする請求項９〜１１の何れか１項に記載の表面温度測定方法。
【請求項１３】
前記特定波長の光の二方向性反射率を、予め記憶する二方向性反射率記憶ステップを有し、
前記迷光雑音計算ステップは、前記発光輝度測定ステップにより測定される発光輝度のうち、前記被測定物体の表面で反射した迷光雑音輝度を、前記温度分布計算ステップにより計算された温度分布と、前記二方向性反射率記憶ステップにより記憶された二方向性反射率とを用いて計算することを特徴とする請求項９〜１２の何れか１項に記載の表面温度測定方法。
【請求項１４】
前記特定波長の光における前記被測定物体の放射率として一定値を、予め記憶する放射率記憶ステップを有し、
前記自発光輝度計算ステップは、前記発光輝度測定ステップにより測定される発光輝度のうち、前記被測定物体自体から発生している自発光輝度を、前記迷光雑音計算ステップにより計算された迷光雑音輝度と、前記発光輝度測定ステップにより測定された発光輝度と、前記放射率記憶ステップにより記憶された放射率とを用いて計算することを特徴とする請求項９〜１３の何れか１項に記載の表面温度測定方法。
【請求項１５】
前記発光輝度測定手段は、その光の検出面が、前記加熱炉の上方から、加熱炉の天井に開けられた孔を通して、前記加熱炉内にある被測定物体を望む位置に設けられ、
前記複数の温度測定手段は、前記加熱炉の天井の炉壁に設けられ、
前記被測定物体は、鋼材であり、
前記特定波長は、略３．９［μｍ］であることを特徴とする請求項９〜１４の何れか１項に記載の表面温度測定方法。
【請求項１６】
請求項１〜６の何れか１項に記載の表面温度測定システムにおける発光輝度測定手段と複数の温度測定手段とを、前記加熱炉の被測定物体の搬送方向に複数セット並べて設置し、被測定物体の略同一箇所を所定のタイミングで測温することにより、被測定物体の温度履歴を測定することを特徴とする表面温度測定方法。
【請求項１７】
請求項１〜６の何れか１項に記載された表面温度測定システムにおける発光輝度測定手段と複数の温度測定手段とを、任意の方向に複数セットを並べて設置し、被測定物体の異なる領域を同時に測温することにより、被測定物体の任意の方向における温度分布を測定することを特徴とする表面温度測定方法。
【請求項１８】
ガス焚き加熱炉内で加熱されている被測定物体から発光される波長の光のうち、ガスの放射と吸収とが他の波長帯域よりも小さい特定波長の光の発光輝度を測定する発光輝度測定手段と、
前記被測定物体の表面に入射する外乱光を発生する領域に設けられた複数の温度測定手段と、における測定値を用いて、前記被測定物体の表面温度を測定することをコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムであって、
前記複数の温度測定手段により測定された温度に基づいて、前記被測定物体に入射する外乱光を発生する領域の温度分布を計算する温度分布計算ステップと、
前記発光輝度測定手段により測定される発光輝度のうち、前記被測定物体の表面で反射した迷光雑音輝度を、前記温度分布計算ステップにより計算された温度分布を用いて計算する迷光雑音計算ステップと、
前記発光輝度測定手段により測定される発光輝度のうち、前記被測定物体自体から発生している自発光輝度を、前記迷光雑音計算ステップにより計算された迷光雑音輝度と、前記発光輝度測定ステップにより測定された発光輝度とを用いて計算する自発光輝度計算ステップと、
前記自発光輝度計算ステップにより計算された自発光輝度を用いて、前記被測定物体の表面温度を計算する表面温度計算ステップとをコンピュータに実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項１９】
請求項１〜８の何れか１項に記載の表面温度測定システムを有することを特徴とする加熱炉。
【請求項１】
ガス焚き加熱炉内で加熱されている被測定物体の表面温度を測定する表面温度測定システムであって、
前記被測定物体から発光される波長の光のうち、ガスの放射と吸収とが他の波長帯域よりも小さい特定波長の光の発光輝度を測定する発光輝度測定手段と、
前記被測定物体の表面に入射する外乱光を発生する領域に設けられた複数の温度測定手段と、
前記複数の温度測定手段により測定された温度に基づいて、前記被測定物体に入射する外乱光を発生する領域の温度分布を計算する温度分布計算手段と、
前記発光輝度測定手段により測定される発光輝度のうち、前記被測定物体の表面で反射した迷光雑音輝度を、前記温度分布計算手段により計算された温度分布を用いて計算する迷光雑音計算手段と、
前記発光輝度測定手段により測定される発光輝度のうち、前記被測定物体自体から発生している自発光輝度を、前記迷光雑音計算手段により計算された迷光雑音輝度と、前記発光輝度測定手段により測定された発光輝度とを用いて計算する自発光輝度計算手段と、
前記自発光輝度計算手段により計算された自発光輝度を用いて、前記被測定物体の表面温度を計算する表面温度計算手段とを有することを特徴とする表面温度測定システム。
【請求項２】
前記発光輝度測定手段は、その光の検出面が、前記被測定物体の被測定領域と正対する位置に設けられることを特徴とする請求項１に記載の表面温度測定システム。
【請求項３】
前記被測定物体の被測定領域内の点から、前記発光輝度測定手段の方向に広がる天頂角が４５［°］の円錐があると見なした場合に、その円錐の内部の領域に、前記複数の温度測定手段が点在していることを特徴とする請求項１又は２に記載の表面温度測定システム。
【請求項４】
前記迷光雑音計算手段は、前記特定波長の光における前記被測定物体の二方向性反射率を、予め記憶する二方向性反射率記憶手段を有し、
前記発光輝度測定手段により測定される発光輝度のうち、前記被測定物体の表面で反射した迷光雑音輝度を、前記温度分布計算手段により計算された温度分布と、前記二方向性反射率記憶手段により記憶された二方向性反射率とを用いて計算することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の表面温度測定システム。
【請求項５】
前記自発光輝度計算手段は、前記特定波長の光における前記被測定物体の放射率として一定値を、予め記憶する放射率記憶手段を有し、
前記発光輝度測定手段により測定される発光輝度のうち、前記被測定物体自体から発生している自発光輝度を、前記迷光雑音計算手段により計算された迷光雑音輝度と、前記発光輝度測定手段により測定された発光輝度と、前記放射率記憶手段により記憶された放射率とを用いて計算することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の表面温度測定システム。
【請求項６】
前記発光輝度測定手段は、その光の検出面が、前記加熱炉の上方から、加熱炉の天井に開けられた孔を通して、前記加熱炉内にある被測定物体を望む位置に設けられ、
前記複数の温度測定手段は、前記加熱炉の天井の炉壁に設けられ、
前記被測定物体は、鋼材であり、
前記特定波長は、略３．９［μｍ］であることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の表面温度測定システム。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか１項に記載の表面温度測定システムを複数セット有することを特徴とする表面温度測定システム。
【請求項８】
請求項７に記載の表面温度測定システムであって、請求項１〜６の何れか１項に記載の表面温度測定システムにおける発光輝度測定手段と複数の温度測定手段とを、前記加熱炉の長手方向及び幅方向の何れか又は両方に並べ、所定のタイミングに、被測定物体の表面温度の測定を実行する機能を有することを特徴とする表面温度測定システム。
【請求項９】
ガス焚き加熱炉内で加熱されている被測定物体の表面温度を測定する表面温度測定方法であって、
前記被測定物体から発光される波長の光のうち、ガスの放射と吸収とが他の波長帯域よりも小さい特定波長の光の発光輝度を、発光輝度測定手段により測定する発光輝度測定ステップと、
前記被測定物体の表面に入射する外乱光を発生する領域に設けられた複数の温度測定手段により温度を測定する温度測定ステップと、
前記温度測定ステップにより測定された温度に基づいて、前記被測定物体に入射する外乱光を発生する領域の温度分布を計算する温度分布計算ステップと、
前記発光輝度測定ステップにより測定される発光輝度のうち、前記被測定物体の表面で反射した迷光雑音輝度を、前記温度分布計算ステップにより計算された温度分布を用いて計算する迷光雑音計算ステップと、
前記発光輝度測定ステップにより測定される発光輝度のうち、前記被測定物体自体から発生している自発光輝度を、前記迷光雑音計算ステップにより計算された迷光雑音輝度と、前記発光輝度測定ステップにより測定された発光輝度とを用いて計算する自発光輝度計算ステップと、
前記自発光輝度計算ステップにより計算された自発光輝度を用いて、前記被測定物体の表面温度を計算する表面温度計算ステップとを有することを特徴とする表面温度測定方法。
【請求項１０】
前記発光輝度測定手段は、その光の検出面が、前記被測定物体の被測定領域と正対する位置に設けられることを特徴とする請求項９に記載の表面温度測定方法。
【請求項１１】
前記被測定物体の被測定領域内の点から、前記発光輝度測定手段の方向に広がる天頂角が４５［°］の円錐があると見なした場合に、その円錐の内部の領域に、前記複数の温度測定手段を点在させることを特徴とする請求項９又は１０に記載の表面温度測定方法。
【請求項１２】
前記発光輝度測定ステップは、７００［℃］以上に加熱されている被測定物体から入射する光を検出することを特徴とする請求項９〜１１の何れか１項に記載の表面温度測定方法。
【請求項１３】
前記特定波長の光の二方向性反射率を、予め記憶する二方向性反射率記憶ステップを有し、
前記迷光雑音計算ステップは、前記発光輝度測定ステップにより測定される発光輝度のうち、前記被測定物体の表面で反射した迷光雑音輝度を、前記温度分布計算ステップにより計算された温度分布と、前記二方向性反射率記憶ステップにより記憶された二方向性反射率とを用いて計算することを特徴とする請求項９〜１２の何れか１項に記載の表面温度測定方法。
【請求項１４】
前記特定波長の光における前記被測定物体の放射率として一定値を、予め記憶する放射率記憶ステップを有し、
前記自発光輝度計算ステップは、前記発光輝度測定ステップにより測定される発光輝度のうち、前記被測定物体自体から発生している自発光輝度を、前記迷光雑音計算ステップにより計算された迷光雑音輝度と、前記発光輝度測定ステップにより測定された発光輝度と、前記放射率記憶ステップにより記憶された放射率とを用いて計算することを特徴とする請求項９〜１３の何れか１項に記載の表面温度測定方法。
【請求項１５】
前記発光輝度測定手段は、その光の検出面が、前記加熱炉の上方から、加熱炉の天井に開けられた孔を通して、前記加熱炉内にある被測定物体を望む位置に設けられ、
前記複数の温度測定手段は、前記加熱炉の天井の炉壁に設けられ、
前記被測定物体は、鋼材であり、
前記特定波長は、略３．９［μｍ］であることを特徴とする請求項９〜１４の何れか１項に記載の表面温度測定方法。
【請求項１６】
請求項１〜６の何れか１項に記載の表面温度測定システムにおける発光輝度測定手段と複数の温度測定手段とを、前記加熱炉の被測定物体の搬送方向に複数セット並べて設置し、被測定物体の略同一箇所を所定のタイミングで測温することにより、被測定物体の温度履歴を測定することを特徴とする表面温度測定方法。
【請求項１７】
請求項１〜６の何れか１項に記載された表面温度測定システムにおける発光輝度測定手段と複数の温度測定手段とを、任意の方向に複数セットを並べて設置し、被測定物体の異なる領域を同時に測温することにより、被測定物体の任意の方向における温度分布を測定することを特徴とする表面温度測定方法。
【請求項１８】
ガス焚き加熱炉内で加熱されている被測定物体から発光される波長の光のうち、ガスの放射と吸収とが他の波長帯域よりも小さい特定波長の光の発光輝度を測定する発光輝度測定手段と、
前記被測定物体の表面に入射する外乱光を発生する領域に設けられた複数の温度測定手段と、における測定値を用いて、前記被測定物体の表面温度を測定することをコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムであって、
前記複数の温度測定手段により測定された温度に基づいて、前記被測定物体に入射する外乱光を発生する領域の温度分布を計算する温度分布計算ステップと、
前記発光輝度測定手段により測定される発光輝度のうち、前記被測定物体の表面で反射した迷光雑音輝度を、前記温度分布計算ステップにより計算された温度分布を用いて計算する迷光雑音計算ステップと、
前記発光輝度測定手段により測定される発光輝度のうち、前記被測定物体自体から発生している自発光輝度を、前記迷光雑音計算ステップにより計算された迷光雑音輝度と、前記発光輝度測定ステップにより測定された発光輝度とを用いて計算する自発光輝度計算ステップと、
前記自発光輝度計算ステップにより計算された自発光輝度を用いて、前記被測定物体の表面温度を計算する表面温度計算ステップとをコンピュータに実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項１９】
請求項１〜８の何れか１項に記載の表面温度測定システムを有することを特徴とする加熱炉。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００８−２３３０２０（Ｐ２００８−２３３０２０Ａ）
【公開日】平成２０年１０月２日（２００８．１０．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−７６７９１（Ｐ２００７−７６７９１）
【出願日】平成１９年３月２３日（２００７．３．２３）
【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２０年１０月２日（２００８．１０．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２３日（２００７．３．２３）
【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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