鋼板の温度測定方法および温度測定装置、ならびに鋼板の温度制御方法
【課題】多重反射を利用した測定方法において、被測定鋼板の放射率の変動および反射板の放射率の経時変化にも影響を受けることなく、長期間にわたって鋼板温度を高精度に測定しうる方法およびその装置、ならびにより高精度な鋼板の温度制御方法を提供する。
【解決手段】温度制御装置５を備えた反射板２を鋼板１に対向して設置し、反射板温度Ｔ２を接触式温度計６で直接測定するとともに、反射板２と鋼板１との間を多重反射する放射エネルギーを放射温度計７で測定し、この放射エネルギーと等価なエネルギーを放射する黒体の温度に換算して求めた温度を多重反射温度Ｔｍとし、温度制御装置５にて反射板温度Ｔ２を多重反射温度Ｔｍに一致させるように制御を行い、多重反射温度Ｔｍを鋼板温度とする。
【解決手段】温度制御装置５を備えた反射板２を鋼板１に対向して設置し、反射板温度Ｔ２を接触式温度計６で直接測定するとともに、反射板２と鋼板１との間を多重反射する放射エネルギーを放射温度計７で測定し、この放射エネルギーと等価なエネルギーを放射する黒体の温度に換算して求めた温度を多重反射温度Ｔｍとし、温度制御装置５にて反射板温度Ｔ２を多重反射温度Ｔｍに一致させるように制御を行い、多重反射温度Ｔｍを鋼板温度とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば連続焼鈍設備や合金化溶融亜鉛メッキ設備に使用され、非接触にて鋼板の温度を測定する方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼板を連続熱処理する連続焼鈍設備や溶融メッキの後に合金化処理する合金化溶融亜鉛メッキ設備においては、多品種の鋼板は連続処理される。このため、品種ごとに異なる鋼板の機械的特性（強度や伸びなど）やメッキ特性（合金化度など）を安定化させるためには、加熱・冷却を伴う熱処理プロセス後の鋼板温度を目標温度に精度良く制御することが重要である。
【０００３】
これらの設備において連続的に搬送される鋼板の温度測定は、非接触による放射温度計を用いた測定が一般的である。放射温度計を用いる場合、被測定対象物である鋼板の放射率の設定が必要である。ところが、鋼板の放射率は鋼種、表面性状など鋼板自体の物理性状の他、鋼板温度など種々の要因によって変動するため、このような変動に対応して鋼板の放射率を設定することは非常に困難である。この結果、鋼板温度の測定に誤差が生じやすく、鋼板温度を目標温度に精度良く制御できない問題があった。
【０００４】
そこで、上記のような鋼板の放射率変動の影響を極力排除した測定方法として、多重反射を行うと見かけ放射率が高くなるという知見に基づき、多重反射を利用した測定方法が種々提案されている。
【０００５】
例えば、特許文献１に記載のキャビティ法は、内面が鏡面に近く反射率の高い２種類の筒状のキャビティを被測定鋼板に近接して設置し、第１のキャビティ内を多重反射して通過した放射エネルギーと、第２のキャビティ内を多重反射することなく単に通過した放射エネルギーとを比較することにより、鋼板温度および放射率を求める方法である。しかしながら、この方法では、筒状のキャビティを２個設置する必要があるため、大きなスペースの確保が問題となる。
【０００６】
これに対して、上記キャビティ法に比べて大きなスペースを必要としない方法として、被測定鋼板と反射板との間の多重反射を利用した方法が提案されている。
【０００７】
例えば、特許文献２に記載の測定方法では、鋼板に対向して傾斜させて反射板を設け、鋼板と反射板との間で生じる多重反射による放射エネルギーを黒体放射エネルギーとみなして得られる放射温度計の指示温度を鋼板温度としている。
【０００８】
また、特許文献３に記載の測定方法では、特許文献２と同様な測定により得られた放射エネルギーより鋼板の放射率を決定する方法が開示されている。
【０００９】
上記特許文献２，３に記載の測定方法（上記特許文献１に記載のキャビティ法も含めて）は、いずれも、反射板を常温もしくは低温化することで反射板自体の放射エネルギーが被測定鋼板の放射エネルギーより十分小さくなること、および反射板の反射率が高い場合（すなわち、キルヒホッフの法則より、放射率が低い）、もしくは、反射板の反射率（放射率）が既知である場合に多重反射による放射エネルギーに対して鋼板の放射率変動の影響を無視しうることに基づいている。したがって、上記特許文献２，３に記載の測定方法（上記特許文献１に記載のキャビティ法も含めて）では、反射板の反射率を常に高い状態（すなわち、鏡面状態）に維持すること、または、反射板の既知の放射率を長期間維持することが必要となるが、反射板の表面が酸化するなどして反射率（放射率）が変化するため長期間にわたって安定した精度を維持することが困難である。後述の特許文献５にも同様のことが記載されている。
【００１０】
このような問題を改善する方法として、特許文献４に記載の測定方法では、被測定鋼板間で多重反射を行うことにより、被測定鋼板の放射率の影響に関係なく鋼板の温度測定が可能としている。この測定方法は、被測定対象物内で多重反射を行うと見かけ放射率が高くなるという基本的な物理現象を利用し、また、反射板を用いないため反射板の反射率（放射率）の影響も受けないことから、被測定鋼板の放射率が変動しても見かけ放射率がほぼ１に等しくなるので、測定誤差が少なく経時変化の影響もない測定方法である。しかしながら、被測定鋼板間の多重反射を利用することから、測定場所としては竪型炉の上下ハースロールなどにより鋼板が対向して走行するようなごく限られた部位でしか適用できない問題がある。
【００１１】
一方、特許文献３に記載の測定方法の改善策として、特許文献５に記載の測定方法では、反射板の温度を一定に保つ機能を付与することで、反射板の反射率（放射率）が経時変化をしても、測定精度を向上できるとしている。
【００１２】
しかしながら、特許文献５に記載の測定方法によっても、鋼板温度を目標温度に精度良く制御するためには、被測定鋼板の放射率および温度、反射板の放射率等に応じて反射板を適正温度に設定する必要があり、長期間にわたって安定して鋼板を目標温度に高精度で制御することは困難である。
【特許文献１】特開昭５４−８５０７９号公報
【特許文献２】特開昭５９−８７３２９号公報
【特許文献３】特開昭５９−１１１０２６号公報
【特許文献４】特開昭６０−８６４３１号公報
【特許文献５】特開平５−２０３４９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
そこで、本発明は、多重反射を利用した測定方法において、被測定鋼板の放射率の変動および反射板の放射率の経時変化にも影響を受けることなく、長期間にわたって鋼板温度を高精度に測定しうる方法およびその装置、ならびにこの測定方法を用いた、より高精度な鋼板の温度制御方法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】
【００１４】
発明者らは、上記課題を解決するために、鋼板と反射板の間の多重反射を利用した測定方法について、以下のような理論的検討を行った。
【００１５】
すなわち、鋼板と反射板の間を多重反射する放射エネルギーＥｍは、下記式（１１）のように表される。
【数１】
【００１６】
上記式（１１）より、Ｆ＝[１−（１−ε１）ｎ（１−ε２）ｎ]とおき、Ｅｂ（Ｔ１）を求める式に変形すると、下記式（１２）が得られる。
【数２】
【００１７】
ここで、０＜ε１＜１，０＜ε２＜１であることから、ｎが十分大きい場合は、
【数３】
【００１８】
となり、上記式（１２）は、下記式（１３）に簡略化される。
【数４】
【００１９】
ここで、放射温度計で測定した多重反射エネルギーＥｍと等価なエネルギーを放射する黒体の温度（以下、「多重反射温度」または「放射温度計指示温度」という。）をＴｍとすると、Ｅｍ＝σＴｍ４より、下記式（１５）が得られる。
【数５】
【００２０】
しかしながら、上記式（１４）に示したように、補正係数Ｋは鋼板および反射板の放射率ε１、ε２の関数であることから、上記式（１６）の右辺は依然として鋼板および反射板の放射率を含む関数であり、Ｔｍ≠Ｔ２の場合には、この式（１５）で算出された鋼板温度Ｔ１には測定誤差が含まれることとなる。
【００２１】
そこで、発明者らは、上記測定誤差をできるだけ小さくする手段をさらに検討した結果、下記の第１〜第３の手段を開発するに至った。
【００２２】
［第１の手段］
第１の手段は、反射板を温度制御装置により加熱ないし冷却して反射板温度Ｔ２を多重反射温度Ｔｍに一致させるように制御を行うものである。これにより、上記式（１５）の右辺第２項のＫ（Ｔｍ４−Ｔ２４）の値は０に近づいていく。この結果、上記式（１５）はＴ１４＝Ｔｍ４、すなわち、Ｔ１＝Ｔｍとなり、補正係数Ｋの精度に関係なく鋼板温度Ｔ１が求まることとなる。
【００２３】
［第２の手段］
第２の手段は、上記第１の手段と同様、反射板温度Ｔ２の制御を行うが、反射板温度Ｔ２を、多重反射温度Ｔｍにではなく、上記式（１５）をさらに簡略化した、後記式１（式（１））を用いて算出した鋼板温度Ｔ１の近似値Ｔ１’に一致させるように制御を行うものである。これにより、反射板温度Ｔ２はさらに迅速に実際の鋼板温度Ｔ１に近づくことになり、より早期に高精度の鋼板温度が測定できることとなる。
【００２４】
［第３の手段］
第３の手段は、上記第１および第２の手段とは異なり、反射板温度Ｔ２を、多重反射温度Ｔｍまたは鋼板温度の推定値Ｔ１’に一致させるように制御するのではなく、鋼板目標温度Ｔ０に設定するものである。これにより、反射板温度Ｔ２をあらかじめ鋼板目標温度Ｔ０に設定しておくことが可能となり、多重反射温度Ｔｍ等に一致させるための制御に要する時間が不要となることから、さらに早期に高精度の鋼板温度が測定できることとなる。そして、この手段により測定された鋼板温度を鋼板目標温度Ｔ０に一致させるように鋼板の加熱装置または冷却装置を制御することにより、より高精度な鋼板の温度制御が実現できることとなる。
【００２５】
上記知見に基づいて完成した発明は以下を要旨とする。
【００２６】
請求項１に記載の発明は、温度制御装置を備えた反射板を被測定鋼板に対向して設置し、前記反射板の温度（以下、「反射板温度」という。）Ｔ２を後記放射温度計とは別の温度計で直接測定するとともに、前記反射板と前記被測定鋼板との間を多重反射する放射エネルギーを放射温度計で測定し、この放射エネルギーと等価なエネルギーを放射する黒体の温度に換算して求めた温度を多重反射温度Ｔｍとし、前記温度制御装置にて前記反射板温度Ｔ２を前記多重反射温度Ｔｍに一致させるように制御を行い、前記多重反射温度Ｔｇを前記被測定鋼板の温度（以下、「鋼板温度」という。）とすることを特徴とする鋼板の温度測定方法である。
【００２７】
請求項２に記載の発明は、温度制御装置を備えた反射板を被測定鋼板に対向して設置し、反射板温度Ｔ２を後記放射温度計とは別の温度計で直接測定するとともに、前記反射板と前記被測定鋼板との間を多重反射する放射エネルギーを放射温度計で測定し、この放射エネルギーと等価なエネルギーを放射する黒体の温度に換算して求めた温度を多重反射温度Ｔｍとし、下記式１で鋼板温度の近似値Ｔ１’を算出し、前記温度制御装置にて前記反射板温度Ｔ２を前記鋼板温度の近似値Ｔ１’に一致させるように制御を行い、前記鋼板温度の近似値Ｔ１’を鋼板温度とすることを特徴とする鋼板の温度測定方法である。
式１ Ｔ１’＝Ｔｍ＋Ｋ（Ｔｍ−Ｔ２）
ここに、Ｋは、別途の測定または文献値から求めた前記反射板および前記被測定鋼板の各放射率の推定値に基づく補正係数である。
【００２８】
請求項３に記載の発明は、温度制御装置を備えた反射板を被測定鋼板に対向して設置し、後記放射温度計とは別の温度計で直接測定した反射板温度Ｔ２が鋼板目標温度Ｔ０に一致するように前記温度制御装置にて制御するとともに、前記反射板と前記被測定鋼板との間を多重反射する放射エネルギーを放射温度計で測定し、この放射エネルギーと等価なエネルギーを放射する黒体の温度に換算して求めた温度を多重反射温度Ｔｍとし、この多重反射温度Ｔｍを鋼板温度とすることを特徴とする鋼板の温度測定方法である。
【００２９】
請求項４に記載の発明は、温度制御装置を備えた反射板を被測定鋼板に対向して設置し、後記放射温度計とは別の温度計で直接測定した反射板温度Ｔ２が鋼板目標温度Ｔ０に一致するように前記温度制御装置にて制御するとともに、前記反射板と前記被測定鋼板との間を多重反射する放射エネルギーを放射温度計で測定し、この放射エネルギーと等価なエネルギーを放射する黒体の温度に換算して求めた温度を多重反射温度Ｔｍとし、下記式１で算出した鋼板温度の近似値Ｔ１’を鋼板温度とすることを特徴とする鋼板の温度測定方法である。
式１ Ｔ１’＝Ｔｍ＋Ｋ（Ｔｍ−Ｔ２）
ここに、Ｋは、別途の測定または文献値から求めた前記反射板および前記被測定鋼板の各放射率の推定値に基づく補正係数である。
【００３０】
請求項５に記載の発明は、被測定鋼板に対向して設置された反射板と、前記反射板の温度を制御する温度制御装置と、前記反射板温度Ｔ２を直接測定する、後記放射温度計とは別の温度計と、前記反射板と前記被測定鋼板との間を多重反射する放射エネルギーを測定し、この放射エネルギーと等価なエネルギーを放射する黒体の温度である多重反射温度Ｔｍに換算する放射温度計と、下記式１より鋼板温度の近似値Ｔ１’を算出する鋼板温度演算回路と、を備えたことを特徴とする鋼板の温度測定装置である。
式１ Ｔ１’＝Ｔｍ＋Ｋ（Ｔｍ−Ｔ２）
ここに、Ｋは、別途の測定または文献値から求めた前記反射板および前記被測定鋼板の各放射率の推定値に基づく補正係数である。
【００３１】
請求項６に記載の発明は、前記反射板、前記温度制御装置および前記温度計からなる組合せを複数組備え、各反射板温度を独立に制御できるように構成した請求項５に記載の鋼板の温度測定装置である。
【００３２】
請求項７に記載の発明は、請求項３または４に記載の方法にて測定した鋼板温度を鋼板目標温度Ｔ０に一致させるように、鋼板の加熱装置または冷却装置を制御することを特徴とする鋼板の温度制御方法である。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、反射板温度を、放射温度計にて測定した多重反射の放射エネルギーを温度換算して求めた温度（多重反射温度）または鋼板目標温度に一致するように制御するとともに、前記多重反射温度に基づいて鋼板温度を推定するように構成したことにより、上記従来の多重反射を利用した測定方法と異なり、被測定鋼板の放射率の変動および反射板（上記従来技術では反射板）の放射率の経時変化にも影響を受けることなく、長期間にわたって鋼板温度を高精度に測定できるようになった。また、このようにして測定した高精度の鋼板温度を用いて鋼板の加熱または冷却制御を行うことにより、より高精度の鋼板温度制御が実現できるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、図面を参照しつつ、本発明をさらに詳細に説明する。
【００３５】
〔実施形態１〕
図１は、上記第１の手段を用いた実施形態に係る鋼板の温度測定装置の概略構成を説明するための図であり、通板方向断面および制御フローを示す。
【００３６】
図に示すように、上記特許文献２、３および５に記載の発明と同様、十分な多重反射回数を確保するために、反射板２は、鋼板１に対向し鋼板に対して傾斜させて設置されている。
【００３７】
そして、この反射板２は、それ自体の温度が制御できるように、ヒータ３が内蔵され、このヒータ３は温度制御装置５を備えたヒータ電源４にて加熱できるように構成されている。
【００３８】
また、反射板２の温度を直接測定するための、後記放射温度計７とは別の温度計として例えば熱電対などの接触式温度計６が反射板２に接するように設けられ、この接触式温度計６で測定した反射板温度Ｔ２に基づいて温度制御装置５にてヒータ電源４の出力が調整され、反射板温度Ｔ２が所定の温度（後述）に制御される。なお、反射板温度Ｔ２の初期設定温度は、例えば鋼板目標温度Ｔ０とすればよい。また、反射板２の温度を測定する接触式温度計６は、反射板２に複数個設置し、各温度計の測定値を平均して反射板温度Ｔ２とすることが望ましい。
【００３９】
一方、反射板２と鋼板１の間を多重反射する放射エネルギーを受光するように、放射温度計７を反射板２と鋼板１との隙間から鋼板１の表面に向けて設置する。鋼板１に対する放射温度計７の設置角度θは、上記特許文献２、３および５に記載の発明と同様、６０〜７０°の範囲で調整するのが望ましい。
【００４０】
そして、放射温度計７で放射率を１．０に設定することにより、多重反射の放射エネルギーと等価なエネルギーを放射する黒体の温度である多重反射温度（放射温度計指示温度）Ｔｍを測定する。
【００４１】
そして、放射温度計７で測定された放射温度計指示温度（多重反射温度）Ｔｍが温度制御装置５に反射板温度Ｔ２の設定温度として入力され、反射板温度Ｔ２がＴｍに一致する方向にヒータ電源４の出力が調整される。この結果、Ｔ２とＴｍとの差ΔＴが次第に小さくなり０に近づくことから、Ｔｍを鋼板温度Ｔ１とみなす測定方法により、鋼板温度が精度良く測定できる。また、このようにして測定された鋼板温度Ｔ１を鋼板目標温度Ｔ０に一致させるように、鋼板の加熱装置または冷却装置を制御することにより、高精度の鋼板温度制御が実現できる。
【００４２】
〔実施形態２〕
図２は、上記第２の手段を用いた実施形態に係る鋼板の温度測定装置の概略構成を説明するための図であり、通板方向断面および制御フローを示す。
【００４３】
図２に示すように、本実施形態は、上記実施形態１（図１）の構成に、さらに、鋼板温度演算回路（以下、単に「演算回路」ともいう。）８を追加したものである。
【００４４】
反射板温度Ｔ２および放射温度計指示温度（多重反射温度）Ｔｍの測定までは、上記実施形態と全く同様であるので説明を省略する。
【００４５】
そして、放射温度計指示温度Ｔｍと接触式温度計６で測定した反射板温度Ｔ２とを、演算回路８に入力し、この演算回路８にて上記式（１５）をさらに簡略化した下記式（１）により鋼板温度Ｔ１の近似値Ｔ１’を算出する。
【００４６】
Ｔ１’＝Ｔｍ＋Ｋ（Ｔｍ−Ｔ２） …式（１）
【００４７】
ここで、式（１５）を直接用いずに、これを簡略化した式（１）を用いる理由は、式（１５）のような４次式を用いて鋼板温度を求めることは煩雑であり、通常の計算機では計算時間を要するため応答性が劣るいっぽう、応答性を確保するために計算時間を短縮しようとすると高速演算可能な計算機を要することから、単純な１次式である式（１）を用いることで、通常の計算機でも計算時間を短縮して応答性を確保するためである。以下に式（１５）から式（１）を導出する過程を説明する。
【００４８】
上記式（１５）より、
Ｔ１４＝（１＋Ｋ）Ｔｍ４−ＫＴ２４
＝Ｔｍ４＋Ｋ（Ｔｍ４−Ｔ２４）
＝Ｔｍ４［１＋Ｋ（１−（Ｔ２／Ｔｍ）４）］
となり、さらに、Ｔ２／Ｔｍ＝ａとおくと、
Ｔ１４＝Ｔｍ４［１＋Ｋ（１−ａ４）］
＝Ｔｍ４［１＋Ｋ（１−ａ）（１＋ａ）（１＋ａ２）］
となり、ａ≒１の場合は、
Ｔ１４≒Ｔｍ４［１＋４Ｋ（１−ａ）］
となる。
【００４９】
したがって、
Ｔ１≒Ｔｍ［１＋４Ｋ（１−ａ）］１／４
となる。
【００５０】
ここで、ｂ≒０の場合、（１−ｂ）４＝（１−４ｂ＋６ｂ２−４ｂ３＋ｂ４）≒（１−４ｂ）であるから、１−ｂ≒（１−４ｂ）１／４となる。
【００５１】
したがって、
Ｔ１≒Ｔｍ［１＋Ｋ（１−ａ）］
＝Ｔｍ［１＋Ｋ（１−Ｔ２／Ｔｍ）］
＝Ｔｍ＋Ｋ（Ｔ２−Ｔｍ）
となり、Ｔ１をＴ１’と置き換えることにより、式（１）が導かれる。
【００５２】
ここに、Ｋは、上記式（１４）で示したように、鋼板１および反射板２の放射率ε１、ε２のみの関数からなる補正係数である。このため、補正係数Ｋ自体は、鋼板１および反射板２の放射率変動の影響を受けることになるが、反射板温度Ｔ２を多重反射温度Ｔｍに一致するように制御するので、補正係数Ｋによる誤差が除外され高精度の鋼板温度の測定が可能となる。
【００５３】
したがって、補正係数Ｋは、厳密な設定を要しないが、測定された鋼板温度が所定の精度に達するのに要する時間には影響があるので、ある程度の精度は必要である。このため、鋼板１および反射板２の放射率ε１、ε２の推定値として、例えば別途オフラインで測定した値または文献値から想定される変動の範囲における平均的な値を採用し、これらの値を上記式（１４）に代入して算出したものを補正係数Ｋとして用いればよい。
【００５４】
そして、演算回路８で算出された鋼板温度の近似値Ｔ１’が反射板温度Ｔ２の設定温度として温度制御装置５に入力され、反射板温度Ｔ２がＴ１’に一致する方向にヒータ電源４の出力が調整される。この結果、Ｔ２とＴｍとの差ΔＴが次第に小さくなり０に近づくことから、Ｔ１’を鋼板温度Ｔ１とみなす測定方法により、鋼板温度が精度良く測定できる。
【００５５】
本実施形態は、上記実施形態１に比べて、演算回路８を余分に必要とするものの、反射板温度Ｔ２を直接、鋼板温度の近似値Ｔ１’に近づけるように制御することにより、上記実施形態１の方法よりもさらに早期に高精度の鋼板温度測定の実現が期待できる。また、鋼板温度の近似値Ｔ１’を算出する式として簡単な１次式である上記式（１）を採用したことにより、演算回路８に高速演算可能な計算機を用いずとも、応答性を犠牲にすることなく、高精度の鋼板温度の測定が可能となる。
【００５６】
〔実施形態３〕
図３は、上記第３の手段を用いた実施形態に係る鋼板の温度測定装置の概略構成を説明するための図であり、通板方向断面および制御フローを示す。
【００５７】
図３に示すように、本実施形態は、上記実施形態１（図１）の構成において、温度制御装置５に入力される設定温度を、放射温度計指示温度（多重反射温度）Ｔｍに代えて、一定値である鋼板目標温度Ｔ０とし、制御を行うことなく、放射温度計指示温度（多重反射温度）Ｔｍを直ちに鋼板温度Ｔ１とするものである。本実施形態によれば、上記式（１５）からわかるように、多重反射温度Ｔｍと反射板温度Ｔ２との間に差が存在する場合は、鋼板温度Ｔ１には測定誤差が含まれることになるが、反射板温度Ｔ２は鋼板目標温度Ｔ０に設定されるとともに、実際の鋼板温度Ｔ１自体も当然に鋼板目標温度Ｔ０に制御されることから、多重反射温度Ｔｍも鋼板目標温度Ｔ０に近づき、前記測定誤差はそれほど大きなものとはならない。しかも、反射板温度Ｔ２の制御を行う必要がないことから、通板前に予め反射板温度Ｔ２を鋼板目標温度Ｔ０に設定しておくことも可能であり、より早期に鋼板温度Ｔ１の測定値を得ることができる。
【００５８】
〔実施形態４〕
図４は、上記第３の手段を用いた別の実施形態に係る鋼板の温度測定装置の概略構成を説明するための図であり、通板方向断面および制御フローを示す。
【００５９】
図４に示すように、本実施形態は、上記実施形態３（図３）の構成に、さらに、鋼板温度演算回路８を追加したものである。
【００６０】
そして、上記実施形態３と同様に反射板温度Ｔ２を鋼板目標温度Ｔ０に設定するとともに、上記実施形態２と同様に、放射温度計指示温度Ｔｇと接触式温度計６で測定した反射板温度Ｔ２とを、演算回路８に入力し、この演算回路８にて上記式（１）により鋼板温度Ｔ１の近似値Ｔ１’を算出し、このＴ１’を鋼板温度Ｔ１とするようにしてもよい。
【００６１】
本実施形態は、上記実施形態３に比べて、演算回路８を余分に必要とするものの、実際の鋼板温度Ｔ１が鋼板目標温度Ｔ０よりずれている場合であっても、上記式（１）を用いることでより高精度の鋼板温度を得ることができる。
【００６２】
〔実施形態５〕
鋼板１を連続的に熱処理する連続焼鈍設備や溶融亜鉛メッキ設備では、鋼種ごとに異なる機械的特性（強度・伸びなど）やメッキ特性（合金化度など）を得るために、加熱または冷却を伴う熱処理プロセスにおける鋼板の目標温度をステップ的に変更している（図５参照）。このため、本発明をこれらの設備に適用する場合、反射板温度Ｔ２も鋼板の目標温度Ｔ０の変更に応じて変更する必要があるが、同図に示すように、必ず応答遅れが生じる。さらには、鋼板を目標温度に維持する期間が短い場合、反射板温度Ｔ２が鋼板の目標温度に到達する前に次の鋼板の目標温度に変更するための制御を行うこととなる。この結果、放射温度計指示温度（多重反射温度）Ｔｍおよび上記式（１５）を用いて算出される鋼板温度Ｔ１も鋼板の目標温度Ｔ０に到達するのに時間がかかり、目標温度Ｔ０に到達しないまま次の鋼板目標温度に変更されてしまう場合が生じ、鋼板温度の測定精度が低下してしまうこととなる。
【００６３】
そこで、図６に示すように、炉に２つの反射板２ａ，２ｂを設置し、温度制御装置５ａ，５ｂ、接触式温度計６ａ，６ｂおよび放射温度計７ａ，７ｂをそれぞれ設けるとともに、鋼板温度演算回路８を１つ設け、各反射板２ａ，２ｂおよび放射温度計７ａ，７ｂで計測された反射板温度Ｔ２ａ，Ｔ２ｂおよび多重反射温度Ｔｍａ，Ｔｍｂを相互に切り替えて鋼板温度演算回路８に入力しうる選択回路９を設ける。そして、現在通板中の鋼板１ａとは目標温度が異なる次の鋼板１ｂを連続して通板する場合には、現在使用中の反射板２ａとは別の反射板２ｂを予め鋼板１ｂの目標温度となるように設定しておき、次の鋼板１ｂを通板する際には、選択回路９により反射板２ｂおよび放射温度計７ｂ側に切り替えて用いるのが推奨される。
【００６４】
（変形例）
上記実施形態１〜５では、反射板２は鋼板１に対して傾斜させて設置する例を示したが、鋼板１に対して平行に設置してもよい。ただし、平行に設置する場合、反射回数を確保するため、傾斜して設置する場合よりも、反射板２の長さを長くする必要がある。
【００６５】
また、上記実施形態１〜５では、反射板を通板方向に対して傾斜させて設置する例を示したが、板幅方向に対して傾斜させて設置してもよいし、通板方向および板幅方向の両方に対して傾斜させて設置してもよい。
【００６６】
また、上記実施形態１〜５では、反射板２の温度制御のために、加熱手段としてのヒータ３を例示したが、加熱手段に加えて、例えば空冷装置や水例装置などの冷却手段を設けてもよい。これにより、反射板温度Ｔ２をさらに迅速に制御できる。
【００６７】
また、上記実施形態１〜５では、反射板２の温度を直接測定するための温度計として、熱電対などの接触式温度計を例示したが、これに限定されるものではなく、例えばキャビティ内に熱電対を配した非接触式温度計を用いることもできる。
【００６８】
また、上記実施形態１および２では、反射板温度Ｔ２を制御している間において、常時ＴｍまたはＴ１’を鋼板温度とみなす例を示したが、Ｔ２とＴｍまたはＴ１’との差ΔＴが所定値（例えば５℃）より小さくなったときに、初めてＴｍまたはＴ１’を鋼板温度とみなすような収束制御を行ってもよい。
【００６９】
また、上記実施形態５では、２つの反射板２ａ，２ｂは、鋼板１を挟んで対向させて配置した例を示したが、通板方向に並べて配置してもよい。
【００７０】
また、反射板２は２つ設けた例を示したが、３つ以上設けて、順次切り替えて用いるようにしてもよい。
【００７１】
また、放射温度計７を２つの反射板２ａ，２ｂにそれぞれ設ける例を示したが、１台の放射温度計７を２つの反射板２ａ，２ｂの間で交互に移動させて使用するようにしてもよい。
【００７２】
また、鋼板温度演算回路８は１つのみ設置し、選択回路９で反射板２と放射温度計７の組合せを切り替えて使用する例を示したが、もちろん、選択回路９を用いることなく、反射板２と放射温度計７の組合せごとに鋼板温度演算回路８を設置してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】実施形態１に係る鋼板の温度測定装置の概略構成を説明するための、通板方向断面および制御フロー図である。
【図２】実施形態２に係る鋼板の温度測定装置の概略構成を説明するための、通板方向断面および制御フロー図である。
【図３】実施形態３に係る鋼板の温度測定装置の概略構成を説明するための、通板方向断面および制御フロー図である。
【図４】実施形態４に係る鋼板の温度測定装置の概略構成を説明するための、通板方向断面および制御フロー図である。
【図５】鋼板目標温度をステップ的に変更した場合における、反射板温度、放射温度計指示温度および鋼板温度の各変化の様子を模式的に示すグラフ図である。
【図６】実施形態５に係る鋼板の温度測定装置の概略構成を説明するための、通板方向断面および制御フロー図である。
【符号の説明】
【００７４】
１：鋼板
２：反射板
３：ヒータ
４：ヒータ電源
５：温度制御装置
６：温度計（接触式温度計）
７：放射温度計
８：鋼板温度演算回路
９：選択回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば連続焼鈍設備や合金化溶融亜鉛メッキ設備に使用され、非接触にて鋼板の温度を測定する方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼板を連続熱処理する連続焼鈍設備や溶融メッキの後に合金化処理する合金化溶融亜鉛メッキ設備においては、多品種の鋼板は連続処理される。このため、品種ごとに異なる鋼板の機械的特性（強度や伸びなど）やメッキ特性（合金化度など）を安定化させるためには、加熱・冷却を伴う熱処理プロセス後の鋼板温度を目標温度に精度良く制御することが重要である。
【０００３】
これらの設備において連続的に搬送される鋼板の温度測定は、非接触による放射温度計を用いた測定が一般的である。放射温度計を用いる場合、被測定対象物である鋼板の放射率の設定が必要である。ところが、鋼板の放射率は鋼種、表面性状など鋼板自体の物理性状の他、鋼板温度など種々の要因によって変動するため、このような変動に対応して鋼板の放射率を設定することは非常に困難である。この結果、鋼板温度の測定に誤差が生じやすく、鋼板温度を目標温度に精度良く制御できない問題があった。
【０００４】
そこで、上記のような鋼板の放射率変動の影響を極力排除した測定方法として、多重反射を行うと見かけ放射率が高くなるという知見に基づき、多重反射を利用した測定方法が種々提案されている。
【０００５】
例えば、特許文献１に記載のキャビティ法は、内面が鏡面に近く反射率の高い２種類の筒状のキャビティを被測定鋼板に近接して設置し、第１のキャビティ内を多重反射して通過した放射エネルギーと、第２のキャビティ内を多重反射することなく単に通過した放射エネルギーとを比較することにより、鋼板温度および放射率を求める方法である。しかしながら、この方法では、筒状のキャビティを２個設置する必要があるため、大きなスペースの確保が問題となる。
【０００６】
これに対して、上記キャビティ法に比べて大きなスペースを必要としない方法として、被測定鋼板と反射板との間の多重反射を利用した方法が提案されている。
【０００７】
例えば、特許文献２に記載の測定方法では、鋼板に対向して傾斜させて反射板を設け、鋼板と反射板との間で生じる多重反射による放射エネルギーを黒体放射エネルギーとみなして得られる放射温度計の指示温度を鋼板温度としている。
【０００８】
また、特許文献３に記載の測定方法では、特許文献２と同様な測定により得られた放射エネルギーより鋼板の放射率を決定する方法が開示されている。
【０００９】
上記特許文献２，３に記載の測定方法（上記特許文献１に記載のキャビティ法も含めて）は、いずれも、反射板を常温もしくは低温化することで反射板自体の放射エネルギーが被測定鋼板の放射エネルギーより十分小さくなること、および反射板の反射率が高い場合（すなわち、キルヒホッフの法則より、放射率が低い）、もしくは、反射板の反射率（放射率）が既知である場合に多重反射による放射エネルギーに対して鋼板の放射率変動の影響を無視しうることに基づいている。したがって、上記特許文献２，３に記載の測定方法（上記特許文献１に記載のキャビティ法も含めて）では、反射板の反射率を常に高い状態（すなわち、鏡面状態）に維持すること、または、反射板の既知の放射率を長期間維持することが必要となるが、反射板の表面が酸化するなどして反射率（放射率）が変化するため長期間にわたって安定した精度を維持することが困難である。後述の特許文献５にも同様のことが記載されている。
【００１０】
このような問題を改善する方法として、特許文献４に記載の測定方法では、被測定鋼板間で多重反射を行うことにより、被測定鋼板の放射率の影響に関係なく鋼板の温度測定が可能としている。この測定方法は、被測定対象物内で多重反射を行うと見かけ放射率が高くなるという基本的な物理現象を利用し、また、反射板を用いないため反射板の反射率（放射率）の影響も受けないことから、被測定鋼板の放射率が変動しても見かけ放射率がほぼ１に等しくなるので、測定誤差が少なく経時変化の影響もない測定方法である。しかしながら、被測定鋼板間の多重反射を利用することから、測定場所としては竪型炉の上下ハースロールなどにより鋼板が対向して走行するようなごく限られた部位でしか適用できない問題がある。
【００１１】
一方、特許文献３に記載の測定方法の改善策として、特許文献５に記載の測定方法では、反射板の温度を一定に保つ機能を付与することで、反射板の反射率（放射率）が経時変化をしても、測定精度を向上できるとしている。
【００１２】
しかしながら、特許文献５に記載の測定方法によっても、鋼板温度を目標温度に精度良く制御するためには、被測定鋼板の放射率および温度、反射板の放射率等に応じて反射板を適正温度に設定する必要があり、長期間にわたって安定して鋼板を目標温度に高精度で制御することは困難である。
【特許文献１】特開昭５４−８５０７９号公報
【特許文献２】特開昭５９−８７３２９号公報
【特許文献３】特開昭５９−１１１０２６号公報
【特許文献４】特開昭６０−８６４３１号公報
【特許文献５】特開平５−２０３４９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
そこで、本発明は、多重反射を利用した測定方法において、被測定鋼板の放射率の変動および反射板の放射率の経時変化にも影響を受けることなく、長期間にわたって鋼板温度を高精度に測定しうる方法およびその装置、ならびにこの測定方法を用いた、より高精度な鋼板の温度制御方法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】
【００１４】
発明者らは、上記課題を解決するために、鋼板と反射板の間の多重反射を利用した測定方法について、以下のような理論的検討を行った。
【００１５】
すなわち、鋼板と反射板の間を多重反射する放射エネルギーＥｍは、下記式（１１）のように表される。
【数１】
【００１６】
上記式（１１）より、Ｆ＝[１−（１−ε１）ｎ（１−ε２）ｎ]とおき、Ｅｂ（Ｔ１）を求める式に変形すると、下記式（１２）が得られる。
【数２】
【００１７】
ここで、０＜ε１＜１，０＜ε２＜１であることから、ｎが十分大きい場合は、
【数３】
【００１８】
となり、上記式（１２）は、下記式（１３）に簡略化される。
【数４】
【００１９】
ここで、放射温度計で測定した多重反射エネルギーＥｍと等価なエネルギーを放射する黒体の温度（以下、「多重反射温度」または「放射温度計指示温度」という。）をＴｍとすると、Ｅｍ＝σＴｍ４より、下記式（１５）が得られる。
【数５】
【００２０】
しかしながら、上記式（１４）に示したように、補正係数Ｋは鋼板および反射板の放射率ε１、ε２の関数であることから、上記式（１６）の右辺は依然として鋼板および反射板の放射率を含む関数であり、Ｔｍ≠Ｔ２の場合には、この式（１５）で算出された鋼板温度Ｔ１には測定誤差が含まれることとなる。
【００２１】
そこで、発明者らは、上記測定誤差をできるだけ小さくする手段をさらに検討した結果、下記の第１〜第３の手段を開発するに至った。
【００２２】
［第１の手段］
第１の手段は、反射板を温度制御装置により加熱ないし冷却して反射板温度Ｔ２を多重反射温度Ｔｍに一致させるように制御を行うものである。これにより、上記式（１５）の右辺第２項のＫ（Ｔｍ４−Ｔ２４）の値は０に近づいていく。この結果、上記式（１５）はＴ１４＝Ｔｍ４、すなわち、Ｔ１＝Ｔｍとなり、補正係数Ｋの精度に関係なく鋼板温度Ｔ１が求まることとなる。
【００２３】
［第２の手段］
第２の手段は、上記第１の手段と同様、反射板温度Ｔ２の制御を行うが、反射板温度Ｔ２を、多重反射温度Ｔｍにではなく、上記式（１５）をさらに簡略化した、後記式１（式（１））を用いて算出した鋼板温度Ｔ１の近似値Ｔ１’に一致させるように制御を行うものである。これにより、反射板温度Ｔ２はさらに迅速に実際の鋼板温度Ｔ１に近づくことになり、より早期に高精度の鋼板温度が測定できることとなる。
【００２４】
［第３の手段］
第３の手段は、上記第１および第２の手段とは異なり、反射板温度Ｔ２を、多重反射温度Ｔｍまたは鋼板温度の推定値Ｔ１’に一致させるように制御するのではなく、鋼板目標温度Ｔ０に設定するものである。これにより、反射板温度Ｔ２をあらかじめ鋼板目標温度Ｔ０に設定しておくことが可能となり、多重反射温度Ｔｍ等に一致させるための制御に要する時間が不要となることから、さらに早期に高精度の鋼板温度が測定できることとなる。そして、この手段により測定された鋼板温度を鋼板目標温度Ｔ０に一致させるように鋼板の加熱装置または冷却装置を制御することにより、より高精度な鋼板の温度制御が実現できることとなる。
【００２５】
上記知見に基づいて完成した発明は以下を要旨とする。
【００２６】
請求項１に記載の発明は、温度制御装置を備えた反射板を被測定鋼板に対向して設置し、前記反射板の温度（以下、「反射板温度」という。）Ｔ２を後記放射温度計とは別の温度計で直接測定するとともに、前記反射板と前記被測定鋼板との間を多重反射する放射エネルギーを放射温度計で測定し、この放射エネルギーと等価なエネルギーを放射する黒体の温度に換算して求めた温度を多重反射温度Ｔｍとし、前記温度制御装置にて前記反射板温度Ｔ２を前記多重反射温度Ｔｍに一致させるように制御を行い、前記多重反射温度Ｔｇを前記被測定鋼板の温度（以下、「鋼板温度」という。）とすることを特徴とする鋼板の温度測定方法である。
【００２７】
請求項２に記載の発明は、温度制御装置を備えた反射板を被測定鋼板に対向して設置し、反射板温度Ｔ２を後記放射温度計とは別の温度計で直接測定するとともに、前記反射板と前記被測定鋼板との間を多重反射する放射エネルギーを放射温度計で測定し、この放射エネルギーと等価なエネルギーを放射する黒体の温度に換算して求めた温度を多重反射温度Ｔｍとし、下記式１で鋼板温度の近似値Ｔ１’を算出し、前記温度制御装置にて前記反射板温度Ｔ２を前記鋼板温度の近似値Ｔ１’に一致させるように制御を行い、前記鋼板温度の近似値Ｔ１’を鋼板温度とすることを特徴とする鋼板の温度測定方法である。
式１ Ｔ１’＝Ｔｍ＋Ｋ（Ｔｍ−Ｔ２）
ここに、Ｋは、別途の測定または文献値から求めた前記反射板および前記被測定鋼板の各放射率の推定値に基づく補正係数である。
【００２８】
請求項３に記載の発明は、温度制御装置を備えた反射板を被測定鋼板に対向して設置し、後記放射温度計とは別の温度計で直接測定した反射板温度Ｔ２が鋼板目標温度Ｔ０に一致するように前記温度制御装置にて制御するとともに、前記反射板と前記被測定鋼板との間を多重反射する放射エネルギーを放射温度計で測定し、この放射エネルギーと等価なエネルギーを放射する黒体の温度に換算して求めた温度を多重反射温度Ｔｍとし、この多重反射温度Ｔｍを鋼板温度とすることを特徴とする鋼板の温度測定方法である。
【００２９】
請求項４に記載の発明は、温度制御装置を備えた反射板を被測定鋼板に対向して設置し、後記放射温度計とは別の温度計で直接測定した反射板温度Ｔ２が鋼板目標温度Ｔ０に一致するように前記温度制御装置にて制御するとともに、前記反射板と前記被測定鋼板との間を多重反射する放射エネルギーを放射温度計で測定し、この放射エネルギーと等価なエネルギーを放射する黒体の温度に換算して求めた温度を多重反射温度Ｔｍとし、下記式１で算出した鋼板温度の近似値Ｔ１’を鋼板温度とすることを特徴とする鋼板の温度測定方法である。
式１ Ｔ１’＝Ｔｍ＋Ｋ（Ｔｍ−Ｔ２）
ここに、Ｋは、別途の測定または文献値から求めた前記反射板および前記被測定鋼板の各放射率の推定値に基づく補正係数である。
【００３０】
請求項５に記載の発明は、被測定鋼板に対向して設置された反射板と、前記反射板の温度を制御する温度制御装置と、前記反射板温度Ｔ２を直接測定する、後記放射温度計とは別の温度計と、前記反射板と前記被測定鋼板との間を多重反射する放射エネルギーを測定し、この放射エネルギーと等価なエネルギーを放射する黒体の温度である多重反射温度Ｔｍに換算する放射温度計と、下記式１より鋼板温度の近似値Ｔ１’を算出する鋼板温度演算回路と、を備えたことを特徴とする鋼板の温度測定装置である。
式１ Ｔ１’＝Ｔｍ＋Ｋ（Ｔｍ−Ｔ２）
ここに、Ｋは、別途の測定または文献値から求めた前記反射板および前記被測定鋼板の各放射率の推定値に基づく補正係数である。
【００３１】
請求項６に記載の発明は、前記反射板、前記温度制御装置および前記温度計からなる組合せを複数組備え、各反射板温度を独立に制御できるように構成した請求項５に記載の鋼板の温度測定装置である。
【００３２】
請求項７に記載の発明は、請求項３または４に記載の方法にて測定した鋼板温度を鋼板目標温度Ｔ０に一致させるように、鋼板の加熱装置または冷却装置を制御することを特徴とする鋼板の温度制御方法である。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、反射板温度を、放射温度計にて測定した多重反射の放射エネルギーを温度換算して求めた温度（多重反射温度）または鋼板目標温度に一致するように制御するとともに、前記多重反射温度に基づいて鋼板温度を推定するように構成したことにより、上記従来の多重反射を利用した測定方法と異なり、被測定鋼板の放射率の変動および反射板（上記従来技術では反射板）の放射率の経時変化にも影響を受けることなく、長期間にわたって鋼板温度を高精度に測定できるようになった。また、このようにして測定した高精度の鋼板温度を用いて鋼板の加熱または冷却制御を行うことにより、より高精度の鋼板温度制御が実現できるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、図面を参照しつつ、本発明をさらに詳細に説明する。
【００３５】
〔実施形態１〕
図１は、上記第１の手段を用いた実施形態に係る鋼板の温度測定装置の概略構成を説明するための図であり、通板方向断面および制御フローを示す。
【００３６】
図に示すように、上記特許文献２、３および５に記載の発明と同様、十分な多重反射回数を確保するために、反射板２は、鋼板１に対向し鋼板に対して傾斜させて設置されている。
【００３７】
そして、この反射板２は、それ自体の温度が制御できるように、ヒータ３が内蔵され、このヒータ３は温度制御装置５を備えたヒータ電源４にて加熱できるように構成されている。
【００３８】
また、反射板２の温度を直接測定するための、後記放射温度計７とは別の温度計として例えば熱電対などの接触式温度計６が反射板２に接するように設けられ、この接触式温度計６で測定した反射板温度Ｔ２に基づいて温度制御装置５にてヒータ電源４の出力が調整され、反射板温度Ｔ２が所定の温度（後述）に制御される。なお、反射板温度Ｔ２の初期設定温度は、例えば鋼板目標温度Ｔ０とすればよい。また、反射板２の温度を測定する接触式温度計６は、反射板２に複数個設置し、各温度計の測定値を平均して反射板温度Ｔ２とすることが望ましい。
【００３９】
一方、反射板２と鋼板１の間を多重反射する放射エネルギーを受光するように、放射温度計７を反射板２と鋼板１との隙間から鋼板１の表面に向けて設置する。鋼板１に対する放射温度計７の設置角度θは、上記特許文献２、３および５に記載の発明と同様、６０〜７０°の範囲で調整するのが望ましい。
【００４０】
そして、放射温度計７で放射率を１．０に設定することにより、多重反射の放射エネルギーと等価なエネルギーを放射する黒体の温度である多重反射温度（放射温度計指示温度）Ｔｍを測定する。
【００４１】
そして、放射温度計７で測定された放射温度計指示温度（多重反射温度）Ｔｍが温度制御装置５に反射板温度Ｔ２の設定温度として入力され、反射板温度Ｔ２がＴｍに一致する方向にヒータ電源４の出力が調整される。この結果、Ｔ２とＴｍとの差ΔＴが次第に小さくなり０に近づくことから、Ｔｍを鋼板温度Ｔ１とみなす測定方法により、鋼板温度が精度良く測定できる。また、このようにして測定された鋼板温度Ｔ１を鋼板目標温度Ｔ０に一致させるように、鋼板の加熱装置または冷却装置を制御することにより、高精度の鋼板温度制御が実現できる。
【００４２】
〔実施形態２〕
図２は、上記第２の手段を用いた実施形態に係る鋼板の温度測定装置の概略構成を説明するための図であり、通板方向断面および制御フローを示す。
【００４３】
図２に示すように、本実施形態は、上記実施形態１（図１）の構成に、さらに、鋼板温度演算回路（以下、単に「演算回路」ともいう。）８を追加したものである。
【００４４】
反射板温度Ｔ２および放射温度計指示温度（多重反射温度）Ｔｍの測定までは、上記実施形態と全く同様であるので説明を省略する。
【００４５】
そして、放射温度計指示温度Ｔｍと接触式温度計６で測定した反射板温度Ｔ２とを、演算回路８に入力し、この演算回路８にて上記式（１５）をさらに簡略化した下記式（１）により鋼板温度Ｔ１の近似値Ｔ１’を算出する。
【００４６】
Ｔ１’＝Ｔｍ＋Ｋ（Ｔｍ−Ｔ２） …式（１）
【００４７】
ここで、式（１５）を直接用いずに、これを簡略化した式（１）を用いる理由は、式（１５）のような４次式を用いて鋼板温度を求めることは煩雑であり、通常の計算機では計算時間を要するため応答性が劣るいっぽう、応答性を確保するために計算時間を短縮しようとすると高速演算可能な計算機を要することから、単純な１次式である式（１）を用いることで、通常の計算機でも計算時間を短縮して応答性を確保するためである。以下に式（１５）から式（１）を導出する過程を説明する。
【００４８】
上記式（１５）より、
Ｔ１４＝（１＋Ｋ）Ｔｍ４−ＫＴ２４
＝Ｔｍ４＋Ｋ（Ｔｍ４−Ｔ２４）
＝Ｔｍ４［１＋Ｋ（１−（Ｔ２／Ｔｍ）４）］
となり、さらに、Ｔ２／Ｔｍ＝ａとおくと、
Ｔ１４＝Ｔｍ４［１＋Ｋ（１−ａ４）］
＝Ｔｍ４［１＋Ｋ（１−ａ）（１＋ａ）（１＋ａ２）］
となり、ａ≒１の場合は、
Ｔ１４≒Ｔｍ４［１＋４Ｋ（１−ａ）］
となる。
【００４９】
したがって、
Ｔ１≒Ｔｍ［１＋４Ｋ（１−ａ）］１／４
となる。
【００５０】
ここで、ｂ≒０の場合、（１−ｂ）４＝（１−４ｂ＋６ｂ２−４ｂ３＋ｂ４）≒（１−４ｂ）であるから、１−ｂ≒（１−４ｂ）１／４となる。
【００５１】
したがって、
Ｔ１≒Ｔｍ［１＋Ｋ（１−ａ）］
＝Ｔｍ［１＋Ｋ（１−Ｔ２／Ｔｍ）］
＝Ｔｍ＋Ｋ（Ｔ２−Ｔｍ）
となり、Ｔ１をＴ１’と置き換えることにより、式（１）が導かれる。
【００５２】
ここに、Ｋは、上記式（１４）で示したように、鋼板１および反射板２の放射率ε１、ε２のみの関数からなる補正係数である。このため、補正係数Ｋ自体は、鋼板１および反射板２の放射率変動の影響を受けることになるが、反射板温度Ｔ２を多重反射温度Ｔｍに一致するように制御するので、補正係数Ｋによる誤差が除外され高精度の鋼板温度の測定が可能となる。
【００５３】
したがって、補正係数Ｋは、厳密な設定を要しないが、測定された鋼板温度が所定の精度に達するのに要する時間には影響があるので、ある程度の精度は必要である。このため、鋼板１および反射板２の放射率ε１、ε２の推定値として、例えば別途オフラインで測定した値または文献値から想定される変動の範囲における平均的な値を採用し、これらの値を上記式（１４）に代入して算出したものを補正係数Ｋとして用いればよい。
【００５４】
そして、演算回路８で算出された鋼板温度の近似値Ｔ１’が反射板温度Ｔ２の設定温度として温度制御装置５に入力され、反射板温度Ｔ２がＴ１’に一致する方向にヒータ電源４の出力が調整される。この結果、Ｔ２とＴｍとの差ΔＴが次第に小さくなり０に近づくことから、Ｔ１’を鋼板温度Ｔ１とみなす測定方法により、鋼板温度が精度良く測定できる。
【００５５】
本実施形態は、上記実施形態１に比べて、演算回路８を余分に必要とするものの、反射板温度Ｔ２を直接、鋼板温度の近似値Ｔ１’に近づけるように制御することにより、上記実施形態１の方法よりもさらに早期に高精度の鋼板温度測定の実現が期待できる。また、鋼板温度の近似値Ｔ１’を算出する式として簡単な１次式である上記式（１）を採用したことにより、演算回路８に高速演算可能な計算機を用いずとも、応答性を犠牲にすることなく、高精度の鋼板温度の測定が可能となる。
【００５６】
〔実施形態３〕
図３は、上記第３の手段を用いた実施形態に係る鋼板の温度測定装置の概略構成を説明するための図であり、通板方向断面および制御フローを示す。
【００５７】
図３に示すように、本実施形態は、上記実施形態１（図１）の構成において、温度制御装置５に入力される設定温度を、放射温度計指示温度（多重反射温度）Ｔｍに代えて、一定値である鋼板目標温度Ｔ０とし、制御を行うことなく、放射温度計指示温度（多重反射温度）Ｔｍを直ちに鋼板温度Ｔ１とするものである。本実施形態によれば、上記式（１５）からわかるように、多重反射温度Ｔｍと反射板温度Ｔ２との間に差が存在する場合は、鋼板温度Ｔ１には測定誤差が含まれることになるが、反射板温度Ｔ２は鋼板目標温度Ｔ０に設定されるとともに、実際の鋼板温度Ｔ１自体も当然に鋼板目標温度Ｔ０に制御されることから、多重反射温度Ｔｍも鋼板目標温度Ｔ０に近づき、前記測定誤差はそれほど大きなものとはならない。しかも、反射板温度Ｔ２の制御を行う必要がないことから、通板前に予め反射板温度Ｔ２を鋼板目標温度Ｔ０に設定しておくことも可能であり、より早期に鋼板温度Ｔ１の測定値を得ることができる。
【００５８】
〔実施形態４〕
図４は、上記第３の手段を用いた別の実施形態に係る鋼板の温度測定装置の概略構成を説明するための図であり、通板方向断面および制御フローを示す。
【００５９】
図４に示すように、本実施形態は、上記実施形態３（図３）の構成に、さらに、鋼板温度演算回路８を追加したものである。
【００６０】
そして、上記実施形態３と同様に反射板温度Ｔ２を鋼板目標温度Ｔ０に設定するとともに、上記実施形態２と同様に、放射温度計指示温度Ｔｇと接触式温度計６で測定した反射板温度Ｔ２とを、演算回路８に入力し、この演算回路８にて上記式（１）により鋼板温度Ｔ１の近似値Ｔ１’を算出し、このＴ１’を鋼板温度Ｔ１とするようにしてもよい。
【００６１】
本実施形態は、上記実施形態３に比べて、演算回路８を余分に必要とするものの、実際の鋼板温度Ｔ１が鋼板目標温度Ｔ０よりずれている場合であっても、上記式（１）を用いることでより高精度の鋼板温度を得ることができる。
【００６２】
〔実施形態５〕
鋼板１を連続的に熱処理する連続焼鈍設備や溶融亜鉛メッキ設備では、鋼種ごとに異なる機械的特性（強度・伸びなど）やメッキ特性（合金化度など）を得るために、加熱または冷却を伴う熱処理プロセスにおける鋼板の目標温度をステップ的に変更している（図５参照）。このため、本発明をこれらの設備に適用する場合、反射板温度Ｔ２も鋼板の目標温度Ｔ０の変更に応じて変更する必要があるが、同図に示すように、必ず応答遅れが生じる。さらには、鋼板を目標温度に維持する期間が短い場合、反射板温度Ｔ２が鋼板の目標温度に到達する前に次の鋼板の目標温度に変更するための制御を行うこととなる。この結果、放射温度計指示温度（多重反射温度）Ｔｍおよび上記式（１５）を用いて算出される鋼板温度Ｔ１も鋼板の目標温度Ｔ０に到達するのに時間がかかり、目標温度Ｔ０に到達しないまま次の鋼板目標温度に変更されてしまう場合が生じ、鋼板温度の測定精度が低下してしまうこととなる。
【００６３】
そこで、図６に示すように、炉に２つの反射板２ａ，２ｂを設置し、温度制御装置５ａ，５ｂ、接触式温度計６ａ，６ｂおよび放射温度計７ａ，７ｂをそれぞれ設けるとともに、鋼板温度演算回路８を１つ設け、各反射板２ａ，２ｂおよび放射温度計７ａ，７ｂで計測された反射板温度Ｔ２ａ，Ｔ２ｂおよび多重反射温度Ｔｍａ，Ｔｍｂを相互に切り替えて鋼板温度演算回路８に入力しうる選択回路９を設ける。そして、現在通板中の鋼板１ａとは目標温度が異なる次の鋼板１ｂを連続して通板する場合には、現在使用中の反射板２ａとは別の反射板２ｂを予め鋼板１ｂの目標温度となるように設定しておき、次の鋼板１ｂを通板する際には、選択回路９により反射板２ｂおよび放射温度計７ｂ側に切り替えて用いるのが推奨される。
【００６４】
（変形例）
上記実施形態１〜５では、反射板２は鋼板１に対して傾斜させて設置する例を示したが、鋼板１に対して平行に設置してもよい。ただし、平行に設置する場合、反射回数を確保するため、傾斜して設置する場合よりも、反射板２の長さを長くする必要がある。
【００６５】
また、上記実施形態１〜５では、反射板を通板方向に対して傾斜させて設置する例を示したが、板幅方向に対して傾斜させて設置してもよいし、通板方向および板幅方向の両方に対して傾斜させて設置してもよい。
【００６６】
また、上記実施形態１〜５では、反射板２の温度制御のために、加熱手段としてのヒータ３を例示したが、加熱手段に加えて、例えば空冷装置や水例装置などの冷却手段を設けてもよい。これにより、反射板温度Ｔ２をさらに迅速に制御できる。
【００６７】
また、上記実施形態１〜５では、反射板２の温度を直接測定するための温度計として、熱電対などの接触式温度計を例示したが、これに限定されるものではなく、例えばキャビティ内に熱電対を配した非接触式温度計を用いることもできる。
【００６８】
また、上記実施形態１および２では、反射板温度Ｔ２を制御している間において、常時ＴｍまたはＴ１’を鋼板温度とみなす例を示したが、Ｔ２とＴｍまたはＴ１’との差ΔＴが所定値（例えば５℃）より小さくなったときに、初めてＴｍまたはＴ１’を鋼板温度とみなすような収束制御を行ってもよい。
【００６９】
また、上記実施形態５では、２つの反射板２ａ，２ｂは、鋼板１を挟んで対向させて配置した例を示したが、通板方向に並べて配置してもよい。
【００７０】
また、反射板２は２つ設けた例を示したが、３つ以上設けて、順次切り替えて用いるようにしてもよい。
【００７１】
また、放射温度計７を２つの反射板２ａ，２ｂにそれぞれ設ける例を示したが、１台の放射温度計７を２つの反射板２ａ，２ｂの間で交互に移動させて使用するようにしてもよい。
【００７２】
また、鋼板温度演算回路８は１つのみ設置し、選択回路９で反射板２と放射温度計７の組合せを切り替えて使用する例を示したが、もちろん、選択回路９を用いることなく、反射板２と放射温度計７の組合せごとに鋼板温度演算回路８を設置してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】実施形態１に係る鋼板の温度測定装置の概略構成を説明するための、通板方向断面および制御フロー図である。
【図２】実施形態２に係る鋼板の温度測定装置の概略構成を説明するための、通板方向断面および制御フロー図である。
【図３】実施形態３に係る鋼板の温度測定装置の概略構成を説明するための、通板方向断面および制御フロー図である。
【図４】実施形態４に係る鋼板の温度測定装置の概略構成を説明するための、通板方向断面および制御フロー図である。
【図５】鋼板目標温度をステップ的に変更した場合における、反射板温度、放射温度計指示温度および鋼板温度の各変化の様子を模式的に示すグラフ図である。
【図６】実施形態５に係る鋼板の温度測定装置の概略構成を説明するための、通板方向断面および制御フロー図である。
【符号の説明】
【００７４】
１：鋼板
２：反射板
３：ヒータ
４：ヒータ電源
５：温度制御装置
６：温度計（接触式温度計）
７：放射温度計
８：鋼板温度演算回路
９：選択回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度制御装置を備えた反射板を被測定鋼板に対向して設置し、前記反射板の温度（以下、「反射板温度」という。）Ｔ２を後記放射温度計とは別の温度計で直接測定するとともに、前記反射板と前記被測定鋼板との間を多重反射する放射エネルギーを放射温度計で測定し、この放射エネルギーと等価なエネルギーを放射する黒体の温度に換算して求めた温度を多重反射温度Ｔｍとし、前記温度制御装置にて前記反射板温度Ｔ２を前記多重反射温度Ｔｍに一致させるように制御を行い、前記多重反射温度Ｔｍを前記被測定鋼板の温度（以下、「鋼板温度」という。）とすることを特徴とする鋼板の温度測定方法。
【請求項２】
温度制御装置を備えた反射板を被測定鋼板に対向して設置し、反射板温度Ｔ２を後記放射温度計とは別の温度計で直接測定するとともに、前記反射板と前記被測定鋼板との間を多重反射する放射エネルギーを放射温度計で測定し、この放射エネルギーと等価なエネルギーを放射する黒体の温度に換算して求めた温度を多重反射温度Ｔｍとし、下記式１で鋼板温度の近似値Ｔ１’を算出し、前記温度制御装置にて前記反射板温度Ｔ２を前記鋼板温度の近似値Ｔ１’に一致させるように制御を行い、前記鋼板温度の近似値Ｔ１’を鋼板温度とすることを特徴とする鋼板の温度測定方法。
式１ Ｔ１’＝Ｔｍ＋Ｋ（Ｔｍ−Ｔ２）
ここに、Ｋは、別途の測定または文献値から求めた前記反射板および前記被測定鋼板の各放射率の推定値に基づく補正係数である。
【請求項３】
温度制御装置を備えた反射板を被測定鋼板に対向して設置し、後記放射温度計とは別の温度計で直接測定した反射板温度Ｔ２が鋼板目標温度Ｔ０に一致するように前記温度制御装置にて制御するとともに、前記反射板と前記被測定鋼板との間を多重反射する放射エネルギーを放射温度計で測定し、この放射エネルギーと等価なエネルギーを放射する黒体の温度に換算して求めた温度を多重反射温度Ｔｍとし、この多重反射温度Ｔｍを鋼板温度とすることを特徴とする鋼板の温度測定方法。
【請求項４】
温度制御装置を備えた反射板を被測定鋼板に対向して設置し、後記放射温度計とは別の温度計で直接測定した反射板温度Ｔ２が鋼板目標温度Ｔ０に一致するように前記温度制御装置にて制御するとともに、前記反射板と前記被測定鋼板との間を多重反射する放射エネルギーを放射温度計で測定し、この放射エネルギーと等価なエネルギーを放射する黒体の温度に換算して求めた温度を多重反射温度Ｔｍとし、下記式１で算出した鋼板温度の近似値Ｔ１’を鋼板温度とすることを特徴とする鋼板の温度測定方法。
式１ Ｔ１’＝Ｔｍ＋Ｋ（Ｔｍ−Ｔ２）
ここに、Ｋは、別途の測定または文献値から求めた前記反射板および前記被測定鋼板の各放射率の推定値に基づく補正係数である。
【請求項５】
被測定鋼板に対向して設置された反射板と、前記反射板の温度を制御する温度制御装置と、前記反射板温度Ｔ２を直接測定する、後記放射温度計とは別の温度計と、前記反射板と前記被測定鋼板との間を多重反射する放射エネルギーを測定し、この放射エネルギーと等価なエネルギーを放射する黒体の温度である多重反射温度Ｔｍに換算する放射温度計と、下記式１より鋼板温度の近似値Ｔ１’を算出する鋼板温度演算回路と、を備えたことを特徴とする鋼板の温度測定装置。
式１ Ｔ１’＝Ｔｍ＋Ｋ（Ｔｍ−Ｔ２）
ここに、Ｋは、別途の測定または文献値から求めた前記反射板および前記被測定鋼板の各放射率の推定値に基づく補正係数である。
【請求項６】
前記反射板、前記温度制御装置および前記温度計からなる組合せを複数組備え、各反射板温度を独立に制御できるように構成した請求項５に記載の鋼板の温度測定装置。
【請求項７】
請求項３または４に記載の方法にて測定した鋼板温度を鋼板目標温度Ｔ０に一致させるように、鋼板の加熱装置または冷却装置を制御することを特徴とする鋼板の温度制御方法。
【請求項１】
温度制御装置を備えた反射板を被測定鋼板に対向して設置し、前記反射板の温度（以下、「反射板温度」という。）Ｔ２を後記放射温度計とは別の温度計で直接測定するとともに、前記反射板と前記被測定鋼板との間を多重反射する放射エネルギーを放射温度計で測定し、この放射エネルギーと等価なエネルギーを放射する黒体の温度に換算して求めた温度を多重反射温度Ｔｍとし、前記温度制御装置にて前記反射板温度Ｔ２を前記多重反射温度Ｔｍに一致させるように制御を行い、前記多重反射温度Ｔｍを前記被測定鋼板の温度（以下、「鋼板温度」という。）とすることを特徴とする鋼板の温度測定方法。
【請求項２】
温度制御装置を備えた反射板を被測定鋼板に対向して設置し、反射板温度Ｔ２を後記放射温度計とは別の温度計で直接測定するとともに、前記反射板と前記被測定鋼板との間を多重反射する放射エネルギーを放射温度計で測定し、この放射エネルギーと等価なエネルギーを放射する黒体の温度に換算して求めた温度を多重反射温度Ｔｍとし、下記式１で鋼板温度の近似値Ｔ１’を算出し、前記温度制御装置にて前記反射板温度Ｔ２を前記鋼板温度の近似値Ｔ１’に一致させるように制御を行い、前記鋼板温度の近似値Ｔ１’を鋼板温度とすることを特徴とする鋼板の温度測定方法。
式１ Ｔ１’＝Ｔｍ＋Ｋ（Ｔｍ−Ｔ２）
ここに、Ｋは、別途の測定または文献値から求めた前記反射板および前記被測定鋼板の各放射率の推定値に基づく補正係数である。
【請求項３】
温度制御装置を備えた反射板を被測定鋼板に対向して設置し、後記放射温度計とは別の温度計で直接測定した反射板温度Ｔ２が鋼板目標温度Ｔ０に一致するように前記温度制御装置にて制御するとともに、前記反射板と前記被測定鋼板との間を多重反射する放射エネルギーを放射温度計で測定し、この放射エネルギーと等価なエネルギーを放射する黒体の温度に換算して求めた温度を多重反射温度Ｔｍとし、この多重反射温度Ｔｍを鋼板温度とすることを特徴とする鋼板の温度測定方法。
【請求項４】
温度制御装置を備えた反射板を被測定鋼板に対向して設置し、後記放射温度計とは別の温度計で直接測定した反射板温度Ｔ２が鋼板目標温度Ｔ０に一致するように前記温度制御装置にて制御するとともに、前記反射板と前記被測定鋼板との間を多重反射する放射エネルギーを放射温度計で測定し、この放射エネルギーと等価なエネルギーを放射する黒体の温度に換算して求めた温度を多重反射温度Ｔｍとし、下記式１で算出した鋼板温度の近似値Ｔ１’を鋼板温度とすることを特徴とする鋼板の温度測定方法。
式１ Ｔ１’＝Ｔｍ＋Ｋ（Ｔｍ−Ｔ２）
ここに、Ｋは、別途の測定または文献値から求めた前記反射板および前記被測定鋼板の各放射率の推定値に基づく補正係数である。
【請求項５】
被測定鋼板に対向して設置された反射板と、前記反射板の温度を制御する温度制御装置と、前記反射板温度Ｔ２を直接測定する、後記放射温度計とは別の温度計と、前記反射板と前記被測定鋼板との間を多重反射する放射エネルギーを測定し、この放射エネルギーと等価なエネルギーを放射する黒体の温度である多重反射温度Ｔｍに換算する放射温度計と、下記式１より鋼板温度の近似値Ｔ１’を算出する鋼板温度演算回路と、を備えたことを特徴とする鋼板の温度測定装置。
式１ Ｔ１’＝Ｔｍ＋Ｋ（Ｔｍ−Ｔ２）
ここに、Ｋは、別途の測定または文献値から求めた前記反射板および前記被測定鋼板の各放射率の推定値に基づく補正係数である。
【請求項６】
前記反射板、前記温度制御装置および前記温度計からなる組合せを複数組備え、各反射板温度を独立に制御できるように構成した請求項５に記載の鋼板の温度測定装置。
【請求項７】
請求項３または４に記載の方法にて測定した鋼板温度を鋼板目標温度Ｔ０に一致させるように、鋼板の加熱装置または冷却装置を制御することを特徴とする鋼板の温度制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−３２４８６（Ｐ２００８−３２４８６Ａ）
【公開日】平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２０５０３１（Ｐ２００６−２０５０３１）
【出願日】平成１８年７月２７日（２００６．７．２７）
【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２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年７月２７日（２００６．７．２７）
【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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