JPH1194647A - 高温鋼材の温度計測方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷却直後の表面温度と鋼材の真温度とが大き
くかけ離れている場合においても、さらに鋼材上に冷却
水や水蒸気が滞在している場合においても、高温鋼材の
平均温度を正確に計測でき、しかも設備費が安価である
高温鋼材の温度計測方法および装置を提供する。 【解決手段】 鋼板１が冷却装置に入る前に、鋼板温度
を測定しておくと共に、冷却水の温度を測定しておく。
そして、冷却中に、冷却用温度計１１、１２により、冷
却水温度の経時変化を測定すると共に、冷却水流量を測
定し、冷却前後の冷却水の温度と冷却水流量から、鋼板
１の抜熱量を測定する。そして、この抜熱量と冷却前の
鋼板１の温度より、冷却中または冷却後の鋼板１の温度
を計算により求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高温鋼材の温度計測
方法および装置に関するもので、特に冷却中の鋼材温度
を計測する方法および装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、熱間圧延された高温鋼板は、
仕上げ圧延機を出た直後に冷却装置を通過することによ
って冷却される。熱延鋼板や厚鋼板などの冷却装置は、
上面と下面とに分かれた複数のバンクにより構成されて
おり、上面ではスリットラミナー又はスプレー、下面で
はジェットやスプレーなどによる冷却が行われている。

【０００３】このとき、冷却中および冷却後の鋼板温度
を計測することができれば、鋼板の冷却速度および冷却
停止温度を予測して通板速度、冷却水量に対してフィー
ドバック制御を行うことにより、材質のバラツキを少な
くし、かつ歩留りを高くすることが可能である。また、
冷却中の高温鋼板の上面および下面の温度を一致させる
ことにより、鋼板の上下面の温度差に起因するいわゆる
Ｃ反りの発生を減少させることができる。

【０００４】形鋼に関しては圧延機および冷却装置の構
成が異なっているものの、冷却中および冷却後の鋼材温
度を計測することができれば、熱延鋼板や厚鋼板と同様
に通板速度および冷却水量に対してフィードバック制御
を行うことができ、材質のバラツキを少なくし、歩留り
を高くし、さらに歪の発生を押さえることができる。

【０００５】従来から、高温鋼材温度は表面温度計によ
り計測されているが、鋼材と表面温度計との間に冷却水
や水蒸気などが介在すると、放射エネルギーが吸収され
て真温度を得ることができない。そこで、鋼材と表面温
度計との間に介在する冷却水や水蒸気を除去するために
様々な工夫がなされている。また、冷却水や水蒸気のな
い場所で鋼材の温度を測定することも行われている。

【０００６】すなわち、これまでは、冷却帯の中に冷却
を行わない非冷却帯を設けて復熱後の鋼材温度を計測す
る方法、あるいは冷却後数秒から数十秒後の復熱温度を
計測する方法が行われていた。また、特公平２−１６３
７３号公報に示されているように冷却水および水蒸気を
高圧ガスにより排除して表面温度計により鋼板の表面温
度を計測する方法が採用されていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、冷却装置の間
に非冷却帯を設け表面温度計により計測する方法では、
この非冷却領域で鋼材が急激に復熱するため過渡的な表
面温度を測定することができるのみであり、測定温度か
ら鋼材の真温度（平均温度）を予測することが困難であ
るという問題点があった。また、非冷却帯を設けること
で鋼材の冷却速度の低下を招いていた。

【０００８】冷却後数秒から数十秒後の復熱温度を計測
する方法は、冷却装置の後面に表面温度計を設置し、冷
却が終わって復熱が行われた後の温度を測定しようとす
るものである。しかし、実際に復熱が完了する時間は、
鋼材厚や冷却条件によって異なっており、鋼材が表面温
度計の設置位置を通過するときには、復熱の途中であっ
たり復熱が完了して鋼材の温度が低下する途中であった
りする。よって、この方法においても、鋼板表面温度か
ら鋼材の真温度(平均温度)を予測することは困難であっ
た。

【０００９】また、これらの方法においては、鋼材の冷
却中の温度履歴が不明であり、冷却過不足の判断が遅れ
るため、フィードバックによる鋼材の温度制御が困難と
なるという問題点もあった。

【００１０】冷却水および水蒸気を高圧ガスにより排除
して表面温度計で計測する方法では、大量の冷却水が存
在する場合には排除が困難となり、たとえ排除できたと
しても鋼材の表面温度を正確に測定するのは困難であっ
た。また、冷却中に計測可能である鋼材の表面温度は、
操業上の管理項目であり品質管理上意味を持つ鋼材の平
均温度と比較して低い値となっている。そのため、冷却
速度および冷却停止温度に関する情報を直接得ることが
できなかった。さらに、冷却装置が複数バンクある場
合、各冷却バンクにおける鋼材温度を計測するためには
高価な表面温度計を多数設置する必要があり、設備コス
トの増大を招いていた。

【００１１】このように、従来技術においては、冷却中
の鋼材の平均温度の計測は困難であった。

【００１２】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたもので、高温鋼材を冷却水により冷却する
に際し、特に厚鋼板の冷却のように冷却直後の表面温度
と鋼材の真温度(鋼板中心温度や平均温度)とが大きくか
け離れている場合においても、さらに鋼材上に冷却水や
水蒸気が滞在している場合においても、高温鋼材の平均
温度を正確に計測でき、しかも設備費が安価である高温
鋼材の温度計測方法および装置を提供することを課題と
する。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の第１の手段は、高温鋼材の温度計測方法において、鋼
材に流体を噴射し、流体を噴射する前の鋼材温度と、鋼
材に噴射した流体の流量と温度変化から、鋼材の温度を
求めることを特徴とする高温鋼材の温度計測方法（請求
項１）である。

【００１４】鋼材に噴射した流体の流量と温度変化を計
測すれば、鋼材から流体に移った熱量を測定することが
できる。そして、この熱量と、流体を噴射する前の鋼材
温度から、鋼材の温度（平均温度）を求めることができ
る。

【００１５】前記課題を解決するための第２の手段は、
冷却装置に搬送される前の高温鋼材の温度を計測する工
程と、冷却装置に供給する前の冷却水温度と鋼材を冷却
した後の冷却水温度を計測して冷却水の温度上昇を求め
る工程と、冷却水の流量を求める工程を有し、前記冷却
水の流量と温度上昇から鋼材の抜熱量を求めて、この抜
熱量と冷却装置に搬送される前の高温鋼材の温度から鋼
材温度を算出することにより、冷却中または冷却後の高
温鋼材の平均温度を求めることを特徴とする高温鋼材の
温度計測方法であって、高温鋼材の測温中の冷却水の温
度が８０℃以下であり、高温鋼材の冷却開始時の温度が
１０００℃以下である高温鋼材の温度計測方法（請求項
２）である。

【００１６】冷却水の流量と温度上昇を求めれば、鋼材
から流体に移った熱量を求めることができる。そして、
この熱量と、冷却装置に搬送される前の高温鋼材の温度
から、鋼材の温度（平均温度）を求めることができる。

【００１７】この際、高温鋼材の測温中の冷却水の温度
が８０℃を超えると、多量の蒸気が発生し、蒸発熱の影
響により本方法での温度測定精度が悪化するので、本方
法の適用範囲を、高温鋼材の測温中の冷却水の温度が８
０℃以下である場合に限定する。また、高温鋼材の冷却
開始時の温度が１０００℃を超える場合にも同様の問題
が発生するので、本方法の適用範囲を、高温鋼材の冷却
開始時の温度が１０００℃以下である場合に限定する。

【００１８】前記課題を解決するための第３の手段は、
高温鋼材をオンラインで冷却する際に高温鋼材の温度を
計測する装置であって、冷却する前の鋼材の温度を計測
する手段と、冷却中の冷却水流量を計測する手段と、冷
却前の冷却水温度を計測する手段と、冷却後の冷却水温
度を計測する手段と、前記冷却中の冷却水流量、冷却前
の冷却水温度および冷却後の冷却水温度から鋼材より奪
われた熱量を計算する演算手段と、冷却前の鋼材温度と
鋼材から奪われた熱量から、冷却中または冷却後の鋼材
の温度を求める演算手段とを有してなることを特徴とす
る高温鋼材の温度計測装置（請求項３）である。

【００１９】この装置によれば、請求項２に記載した発
明を実施することができるので、冷却後あるいは冷却中
の鋼材の温度（平均温度）を正確に求めることができ
る。なお、各演算手段としてはマイクロコンピュータを
用いればよく、具体的な演算式としては、例えば後に発
明の実施の形態や実施例の欄で説明するような演算式を
用いればよい。温度計測手段、流量計測手段としては、
公知のものを適宜選択して使用できる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
を参照しながら説明する。図１は、この発明を厚鋼板の
冷却装置に適応した実施の形態の例を示す概略図であ
る。図１に示すように、高温鋼板１を挟んでその上下に
１対の拘束ロール２、３が1000mmピッチで10組み設けら
れ、拘束ロール２、３の各組相互間が冷却バンクになっ
ている。鋼板上面は上面スリットノズル４により、鋼板
下面は下面導管付き円管ラミナーノズル５により冷却さ
れる。冷却装置入側に設けられた入側表面温度計６によ
り高温鋼板１の鋼板表面温度を計測しておき、表面温度
から高温鋼板１の平均温度を求めておく。また、冷却水
の平均温度もあらかじめ計測しておく。

【００２１】冷却装置の詳細を図２に示す。拘束ロール
２、３の各組相互間の鋼板上面側には、鋼板搬送方向の
上流側ロールから下流側ロールに向けた上面スリットノ
ズル４が設けられており、鋼板下面側には冷却水が収容
された下面タンク８が配置されている。下部冷却ノズル
として下面タンク８の水中に、板幅方向に100mmピッチ
で、鋼板搬送方向に５列設けられた円管ノズル９と、円
管の各々の上部に鋼板の下面に向けて設けられていた導
管１０とからなる下面導管付き円管ラミナーノズル５が
設置されている。このような冷却装置内を連続的に移送
される高温鋼板１に対し、鋼板上面側に設けられた上面
スリットノズル４から所定量の冷却水を噴射することに
より鋼板上面を冷却し、鋼板下面側に設けられた下面導
管付き円管ラミナーノズル５から水を噴射することによ
り、その随伴流で生じた液流によって下面を冷却してい
る。下面では冷却水は下面タンク８に戻り再び随伴され
る。

【００２２】上部および下部ノズルから噴射された冷却
水は鋼板と冷却水の間で熱交換され、鋼板が失った熱量
分だけ冷却水温度が上昇する。そこで、図２に示すよう
に上面側では上面スリットノズル４の下流側に１または
複数の温度計１１を上面冷却水中に水没する位置に設置
することにより、下面側では冷却水が収容される下面タ
ンク８中に１または複数の温度計１２を設置することに
より、あらかじめ計測された冷却水の初期温度から上昇
した冷却水温度を求める。

【００２３】ここで、冷却水が鋼板と熱交換した熱量は
上面および下面のそれぞれにおいて Ｑupper=ρw・Ｃw・Ｗ1・ｗ・Ｌ・τ・ΔＴw1 … (1) Ｑlower=ρw・Ｃw・Ｗ2・ｗ・Ｌ・τ・ΔＴw2 … (2) ここに、 Ｑupper：上面からの抜熱量 [J] Ｑlower：下面からの抜熱量 [J] ρw：冷却水密度 [kg/m³] Ｃw：冷却水比熱 [J/kgK] Ｗ1：上面冷却水水量密度 [m³/m²sec] Ｗ2：下面冷却水水量密度 [m³/m²sec] ｗ：鋼板の板幅 [m] Ｌ：冷却バンク長 [m] τ：冷却時間 [sec] ΔＴw1：上面冷却水温度上昇 [K] ΔＴw2：下面冷却水温度上昇 [K]

【００２４】また、鋼板からの抜熱量は Ｑout=ρs・Ｃs・ΔＴs・ｗ・Ｌ・ｄ … (3) ここに、 Ｑout：鋼板からの抜熱量 [J] ρs：鋼板の密度 [kg/m³] Ｃs：鋼板の比熱 [J/kgK] ΔＴs：鋼板の温度低下量(＝Ｔs−Ｔs’) [K] ｄ：板厚 [m] となり、式(1)、(2)、(3)の釣り合い関係は以下の式の
ようによる。 Ｑout＝Ｑupper＋Ｑlower … (4)

【００２５】この関係から以下の式が導出できる。 Ｔs’＝Ｔs−ρw・Ｃw・(Ｗ1・ΔＴw1＋Ｗ2・ΔＴw2)・τ／(ρs・Ｃs・ｄ) … (5) Ｔs’：バンク出側の鋼板平均温度 [K] Ｔs ：バンク入り側の鋼板平均温度 [K]

【００２６】よって、(5)式を用いることにより、冷却
装置入側の入側表面温度計６により計測された高温鋼板
の平均温度から、バンク出側での鋼板平均温度を求める
ことができる。バンクが多数ある時は前段バンクの鋼板
平均温度を後段バンク入側の平均温度として、前段バン
クから逐次計測を行うことにより各バンク出側の鋼板平
均温度を求めることができる。

【００２７】上記より導出した式(5)を定量的に評価す
るために、図１の冷却装置の通板方向に対して最上流側
のバンクのみに、上面冷却水量0.033ｍ³/ｍ²sec、下面
冷却水量0.02ｍ³/ｍ²secを噴射して、板幅1000mm、板長
５ｍ、850℃の鋼板を、板厚と冷却バンク通過時間を変
えて実際に通過させた。このとき、冷却装置内の１バン
ク下流側に表面温度計１３を設置して、冷却直後の鋼板
表面温度を計測している。さらに、冷却された鋼板を、
冷却装置後面に設置されている出側表面温度計７の直下
まで搬送を行い、十分鋼板温度が復熱するまで待機した
後、鋼板表面温度の計測を行った。

【００２８】測定結果を表１および図３に示す。図３に
おいて、横軸は、十分鋼板温度が復熱するまで待機した
後、出側表面温度計７で測定した温度、縦軸は、本発明
である冷却水温度の上昇から求めた温度と、表面温度計
１３により求めた温度を示す。表１および図３より表面
温度計１３により計測された冷却直後の鋼板表面温度と
出側表面温度計７により十分復熱させてから鋼板の表面
温度は大きくかけ離れており、冷却直後には表面温度計
での計測では、鋼板の平均温度は予測することができな
いことが分かる。さらに、本発明である冷却水温度の上
昇から求めた鋼板平均温度（表１における「計算値」）
は出側表面温度計７により計測された温度とほぼ一致し
ている。

【００２９】

【表１】

【００３０】このように、本発明では冷却直後の鋼板表
面温度が下がっている状態でも鋼板の平均温度を計測す
ることができる。即ち、高温鋼板を冷却する際に、上面
および下面の冷却水温度の上昇からの高温鋼板の抜熱量
を求めることにより、(5)式を用いて各冷却バンク毎の
鋼板平均温度を計測することができる。

【００３１】

【実施例】

（実施例１）次に、この発明を厚鋼板に適応した実施例
を説明する。

【００３２】図１および図２に示した冷却装置に板幅2.
8ｍ、板長２０ｍ、板厚３０mm、初期温度850℃の熱間圧
延後の厚鋼板を４０ｍｐｍで通過させ、上部スリットノ
ズル４から0.033ｍ³/ｍ²secの量の冷却水を鋼板上面に
流し、下面導管付き円管ラミナーノズル５から0.02ｍ³/
ｍ²secの量の冷却水を鋼板の下面に向けて噴射すること
により冷却を行った。同時に、表面温度計６、７によ
り、高温鋼板が冷却装置に搬送される前と冷却装置から
出た後の温度計測を行った。

【００３３】このときの各冷却バンクにおける冷却水温
度上昇と鋼板平均温度（冷却水温度の上昇から求めた計
算値）の関係を表２に示す。出側表面温度計７により冷
却装置を出た直後の鋼板温度の計測を行ったところ、23
0℃と低い値を示したが、徐々に復熱して約３０sec後に
ピーク温度である452℃を示し、さらにその後は放冷し
て徐々に温度が下がっていった。冷却水温度の上昇から
求められた鋼板平均温度は表２に示されるように463℃
であり、ピーク温度である452℃とほぼ一致している。

【００３４】

【表２】

【００３５】ピーク温度は、復熱が完了し鋼板全体が均
一な温度になったときの温度と考えられるので、冷却後
の鋼板温度の平均値と考えてよい。よって、これとほぼ
一致した温度が得られたことは、本発明の方法により、
高い精度で鋼板温度を計測することができたことを示し
ている。また、冷却後の鋼板の硬度と表２の温度履歴に
基づいて実験室で冷却を行った試験片の硬度を比較した
ところほぼ一致し、冷却水の温度上昇から求められた鋼
板の温度履歴が正しいことが分かり、各バンクでの鋼板
平均温度がオンラインで計測可能となった。

【００３６】なお、本実施例では冷却方法として上面で
はスリットノズル、下面では下部導管付き円管ラミナー
ノズルを用いた冷却装置について説明したが、本発明の
方法はその他の冷却方法、たとえばスプレー冷却、円管
ラミナー冷却、フラットラミナー冷却、スリットジェッ
ト冷却等についても適応可能であることは言うまでもな
い。また、本実施例では厚鋼板に適応した例を示した
が、薄鋼板に対しても同様に適用可能である。

【００３７】冷却後の冷却水の温度を計測するためには
特に下面冷却については冷却後の冷却水を逃がさないよ
うにして測定する必要がある。例えば図４に示すよう
に、スプレーノズル１４によるスプレー冷却を下面冷却
に採用した場合には、落下する冷却水を受けるトレー又
は水槽１５を設け、その中の冷却水の温度を冷却水用温
度計１２で測定するようにしておくとよい。

【００３８】上面冷却については、冷却後の冷却水温度
の計測は、例えば図５に示すように鋼板上に滞留してい
る冷却水あるいは鋼板から落下する冷却水を捕らえるト
レーまたは水槽１５を設置して、その温度を冷却水用温
度計１１で計測すればよい。水切りロールで拘束しなが
ら連続的に冷却を施す場合には、図６に示すように、こ
の水切りロール（上面拘束ロール）２に冷却水用温度計
１１を取りつけ水切りロールにせき止められた冷却水温
度を計測することが効果的である。

【００３９】（実施例２）第２の実施例は本発明の温度
計測方法を鋼板の浸漬冷却装置に応用したものである。
この実施例を図７を参照して説明する。

【００４０】本実施例は、連続的に冷却水を供給した水
槽１６に圧延後の高温鋼板１を昇降装置で水没させ、ジ
ェット流によって強制攪拌しながら冷却を行う浸漬冷却
装置において冷却中の鋼板温度をモニターすることを可
能とするものである。冷却水は冷却水供給ポンプによっ
て連続的に水槽内のジェットノズル１７へ送られ、高温
鋼板１近傍に噴射されている。なお、供給する冷却水温
度と流量はあらかじめ水槽に供給される前に計測されて
いる。高温鋼板は圧延後搬送テーブルから鋼板の昇降装
置によって水槽内に浸漬される。冷却水は、連続的に鋼
板の上下面から熱を奪って、水槽上部からオーバーフロ
ーし、排水管１８から流出する。この時、流出する冷却
水の温度は冷却水用温度計１９によって連続的に計測さ
れている。なお、本実施例では流出する冷却水の温度変
化は、鋼板を水槽内に浸漬した時点からある時間遅れを
もって現れる。

【００４１】冷却開始前水槽温度をＴ₀、冷却中定常状
態の水槽温度Ｔ₁とすると、水槽水温Ｔの時間変化は、
水槽内の冷却水が瞬時に完全混合したと仮定して次式で
表される。 Ｔ＝(Ｔ₁−Ｔ₀)(１−exp(−Ｗ’τ/Ｓ))+Ｔ₀ … (6) ここに、 Ｓ：水槽内容積 [m³] Ｗ’：供給冷却水の流量 [m³/s]

【００４２】また、ΔＴ＝Ｔ₁−Ｔ₀が冷却水の水温上昇
であり、次式から鋼板から単位時間に奪われた熱量Ｑが
求まる。 Ｑ＝ρ・Ｃw・Ｗ’・ΔＴ … (7) ここで、 Ｑ：鋼板から奪われた熱量 [J/s] Ｃw：水の比熱 [J/kgK] ρ：水の密度 [kg/m³]

【００４３】よって、(7)式から鋼板の温度降下量を見
積もることが可能となり、時々刻々変化する鋼板温度を
精度よく知ることが可能である。なお、鋼板を水槽に水
没させた直後は(6)式より明らかなように冷却水温度の
変化にはある時間遅れが現れるが、水槽の内容積、流量
が分かっているので経時変化を予測可能である。

【００４４】図７に示した冷却装置を用い、圧延直後の
鋼板で、板幅2.0ｍ、板長１０ｍ、板厚240mm、鋼板温度
1020℃のものを、水温２０℃、内容積３０ｍ³の水槽に
水没させて冷却を施した。なお、冷却水流量は2.0ｍ³/
s、水温は水槽温度と同じく２０℃であった。

【００４５】このとき、冷却水温度はおよそ５０secで
ピーク値である４２℃に達した。このことから、鋼板よ
り奪われる熱量は、(7)式を当てはめて186480KJ/sと見
積もることが可能である。その結果、平均温度の降下曲
線は図９のように予想される。

【００４６】図８は、横軸に時間、縦軸に冷却水の温度
変化をとり、冷却水温度の経時変化の実績値と、(6)式
により予測した予測値とを示した図である。図８を見る
と、実績値と予測値はよく一致しており、(6)式が正し
いことがわかる。冷却開始から水温変化がなくなる時刻
での水温上昇を用いて、鋼板から奪われる熱量を求める
ことができる。

【００４７】前記鋼板の目標冷却停止温度は550℃であ
るので、図９から冷却時間を65secと求めることがで
き、この時刻に鋼板を水槽から取り出した。表面温度が
十分に復熱した後に鋼板の温度を表面温度計で計測した
ところ545℃であった。このことから、本発明の鋼板温
度計測方法は精度がよく、その有効性が明らかである。

【００４８】(実施例３)本実施例は薄鋼板の連続焼鈍装
置の水中浸漬噴流型の冷却装置において温度計測を実施
した例である。

【００４９】図１０に示すように、高さ4.0mの水中浸漬
型の冷却装置に連続焼鈍炉から連続的に送られる板厚1.
2mm、板幅1200mmの薄鋼板２０が速度600ｍｐｍで直上か
ら水冷装置２１に導入され、水冷装置の中に設置されて
いるロール２２で方向を変換し直上へ連続的に送られ、
冷工程の過時効処理帯に送られている。この水中浸漬型
の冷却装置では鋼板の両面に設けられた多孔板式の冷却
ヘッダーから冷却水が供給され、常に薄鋼板の両面に冷
却水が衝突している。この冷却装置において供給される
冷却水は流量調整弁を介して流量調整が行われ、電磁流
量計によって流量が計測されている。また、熱電対によ
って冷却水温度も連続的に計測されている。

【００５０】鋼板冷却後の冷却水は多孔板の冷却ヘッダ
ーと鋼板の隙間から板端部へ流れた後、冷却排水管から
排水される。なお、この時に温度計により冷却水温度が
計測されている。

【００５１】薄鋼板の冷却装置入口温度は表面温度計に
よって計測され780℃であった。冷却水の水量密度は0.0
2ｍ³/ｍ²sec、入口の冷却水温度は22.5℃、排水管での
冷却水温度は34.4℃であった。これらの数値より、本発
明の方法を用いて計算すると、冷却装置出側での薄鋼板
温度は602℃であった。実際、冷却装置後の上方５ｍの
位置にある表面温度計２３で温度を計測したところ631
℃となった。

【００５２】このように、本発明の方法を用いれば、特
に表面温度計などの温度計測手段を設けなくとも、鋼板
の温度を知ることが可能である。実際、冷却後の鋼板表
面は冷却水で濡れていたり、水蒸気に覆われていたりし
て温度計測はこれまで非常に難しく、冷却終了時の温度
を知ることが困難であったが、本発明によれば簡単にか
つ精度良く鋼板温度を知ることができる。

【００５３】（実施例４）第４の実施例は、本発明の鋼
板温度計測方法をＨ形鋼のフランジ温度計測方法に応用
したものである。

【００５４】粗圧延機の前後面に設けられたフランジサ
イドガイドには長さ１０ｍの多孔方式の水冷装置が組み
込まれており、ユニバーサル圧延によって圧延機を前
進、後退するＨ形鋼のフランジ外面を冷却している。な
お、冷却水は冷却水ポンプによって送水され、流量と水
温を計測した後に、電磁弁を介して多孔方式の冷却ノズ
ルへ送られており、冷却水は圧延材が通過する時にのみ
供給噴射される。冷却後の冷却水はサイドガイド下方の
集水ピットで補水され温度を計測された後、排水され
る。

【００５５】この冷却装置において、サイズ500mm×500
mmフランジ厚み８０mmウェブ厚み６０mm長さ２０ｍmの
圧延直後のＨ形鋼を連続的に冷却した。なお、圧延速度
は120ｍｐｍ、圧延直前のフランジ外面温度は1050℃で
あった。供給した冷却水温度は２０℃、冷却水流量は、
Ｈ形鋼のフランジ外面単位面積当たり0.015ｍ³/ｍ²sec
である。集水ピットで計測した冷却水温度は39.5℃であ
った。

【００５６】この時、圧延機前面１０ｍと後面１０ｍの
合計２０ｍの冷却ゾーンを圧延材が120ｍｐｍで通過し
た際(即ち冷却時間10秒)、フランジ外面単位面積当たり
の奪われた熱量は次式から求めることが可能である。 ｑ＝ρw・Ｃw・Ｗ・ΔＴ … (8) ここに、 ｑ：単位面積当たりから奪われる熱流量(熱流束) [J/m²s] ρw：冷却水密度 [kg/m³] Ｗ：単位面積当りに供給された冷却水流量(水量密度) [m³/m²s] Ｃw：冷却水の比熱 [J/kgK] ΔＴ：冷却水の温度上昇 [K]

【００５７】(8)式に前述の数字を当てはめて計算する
と、ｑは1229kJ/ｍ²sとなる。これに応じてＨ形鋼のフ
ランジの平均温度は3.1℃/secで降下すると予想され
る。実際、この圧延機で11パス通過させ(圧延時間約5
分、冷却時間110秒)、その後、復熱させてフランジ温度
を表面温度計で計測したところ、711℃であって、本発
明によって求められた709℃とほぼ一致した。

【００５８】以上より、本発明の温度計測方法は、従来
の復熱後の鋼板表面温度から鋼板温度を知る方法に比べ
て、冷却中および冷却後の鋼材温度を短時間で精度よく
知ることができるため、温度計測方法として優れている
ことは明らかである。さらに本方法をオンラインの温度
計測方法として温度制御法に組合わせればダイナミック
で高精度の鋼材温度制御が可能である。

【００５９】（比較例）本発明の比較例として前記実施
例１と同じ冷却装置において、冷却水および水蒸気を高
圧ガスにより排除して表面温度計により鋼板表面温度を
計測する例を示す。

【００６０】冷却装置の各バンクに図１１に示すよう
に、光ファイバー温度計２４を鋼板の上下面に設置し
た。図１２に示すように、光ファイバー温度計の先端部
は、光ファイバー受光部２５の周りに設けられた空気供
給管２５から高圧空気が噴射できるようになっており、
高圧空気により鋼板上に滞在する冷却水や水蒸気を除去
できる構造となっている。

【００６１】この冷却装置に実施例１と同じく板幅2.8
ｍ、板長２０ｍ、板厚３０mm、初期温度850℃の熱間圧
延後の厚鋼板を４０ｍｐｍで通過させ、上部スリットノ
ズル１から0.033ｍ³/ｍ²secの量の冷却水を鋼板上面に
流し、下部導管付き円管ラミナーノズル２から0.02ｍ³/
ｍ²secの量の冷却水を鋼板の下面に向けて噴射すること
により冷却を行った。 同時に、表面温度計６、７で、
高温鋼板が冷却装置に搬送される前と冷却装置から出た
後の温度計測を行った。

【００６２】表面温度計７により冷却装置を出た後の鋼
板温度を計測したところ246℃となった。この時の各バ
ンクにおける光ファイバー温度計の指示値を表２に、
「鋼板温度・比較例」として示す。また、図６には実施
例で求められた鋼板温度と比較例で実測した温度の各バ
ンクにおける温度を示す。比較例で計測することができ
るのは鋼板表面温度であり、操業上において実績温度と
して必要となる鋼板平均温度とは全く関係がない。ま
た、各バンクにおける温度指示値は鋼板上面に滞留して
いる冷却水を完全に排除できていないため、バラツキが
大きい。このため、鋼板表面温度を計測することから鋼
板の平均温度を予測することは非常に困難である。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、高温鋼材の温度計測方法において、鋼材に流体を噴
射し、流体を噴射する前の鋼材温度と、鋼材に噴射した
流体の流量と温度変化から、鋼材の温度を求めているの
で、高温鋼材の平均温度を正確に計測することができ
る。

【００６４】とくに、冷却装置に搬送される前の高温鋼
材の温度を計測する工程と、冷却装置に供給する前の冷
却水温度と鋼材を冷却した後の冷却水温度を計測して冷
却水の温度上昇を求める工程と、冷却水の流量を求める
工程を有し、前記冷却水の流量と温度上昇から鋼材の抜
熱量を求めて、この抜熱量と冷却装置に搬送される前の
高温鋼材の温度から鋼材温度を算出することにより、冷
却中または冷却後の高温鋼材の平均温度を求めることを
特徴とする高温鋼材の温度計測方法であって、高温鋼材
の測温中の冷却水の温度が８０℃以下であり、高温鋼材
の冷却開始時の温度が１０００℃以下である高温鋼材の
温度計測方法によれば、冷却中の高温鋼材の平均温度を
計測することができるので、冷却の過不足を瞬時に判断
可能となり、正確な冷却制御を行うことが可能となる。
その結果、鋼材の品質のばらつきが減少し、歩留りが向
上する。また、鋼板温度を迅速に測定することができる
ので、圧延能率が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用する冷却装置の例を示す概略図で
ある。

【図２】本発明の実施の形態の例を示す概略図である。

【図３】実施例１において、冷却後の鋼板温度を冷却水
の温度変化から求めたものと十分復熱させた後に表面温
度計により計測した値との関係を示した図である。

【図４】本発明を高温鋼板の下面スプレー冷却に応用し
た例を示す概略図である。

【図５】本発明を高温鋼板の上面スプレー冷却に応用し
た例を示す概略図である。

【図６】高温鋼板を水切りロールで拘束した上面冷却設
備に、本発明を応用した例を示す概略図である。

【図７】本発明の実施例２の浸漬冷却装置の概略図であ
る。

【図８】実施例２における冷却水の温度上昇の経時変化
を示す図である。

【図９】実施例２において、冷却水温度上昇より求めた
鋼板温度の経時変化を示す図である。

【図１０】本発明の実施例３における連続焼鈍装置の水
中浸漬噴流型冷却装置の概略図である。

【図１１】比較例に用いた表面温度計の設置状況を示す
図である。

【図１２】比較例に用いた表面温度計の受光部の概略図
である。

【図１３】実施例１および比較例で計測した鋼板の各バ
ンクにおける温度を示す図である。

【符号の説明】

１−高温鋼板 ２−上面拘束ロール ３−下面拘束ロール ４−上面スリットノズル ５−下面導管付き円管ラミナーノズル ６−入側表面温度計 ７−出側表面温度計 ８−下面タンク ９−円管ノズル １０−導管 １１−冷却水用温度計 １２−冷却水用温度計 １３−冷却帯表面温度計 １４−スプレーノズル １５−集水槽 １６−水槽 １７−ジェットノズル １８−排水管 １９−冷却水用温度計 ２０−薄鋼板 ２１−水冷装置 ２２−ロール ２３−表面温度計 ２４−光ファイバー温度計 ２５−光ファイバー受光部 ２６−空気供給管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内尾 政人 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 福岡 和也 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 中西 孝之 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高温鋼材の温度計測方法において、鋼材
   に流体を噴射し、流体を噴射する前の鋼材温度と、鋼材
   に噴射した流体の流量と温度変化から、鋼材の温度を求
   めることを特徴とする高温鋼材の温度計測方法。
2. 【請求項２】 冷却装置に搬送される前の高温鋼材の温
   度を計測する工程と、冷却装置に供給する前の冷却水温
   度と鋼材を冷却した後の冷却水温度を計測して冷却水の
   温度上昇を求める工程と、冷却水の流量を求める工程を
   有し、前記冷却水の流量と温度上昇から鋼材の抜熱量を
   求めて、この抜熱量と冷却装置に搬送される前の高温鋼
   材の温度から鋼材温度を算出することにより、冷却中ま
   たは冷却後の高温鋼材の平均温度を求めることを特徴と
   する高温鋼材の温度計測方法であって、高温鋼材の測温
   中の冷却水の温度が８０℃以下であり、高温鋼材の冷却
   開始時の温度が１０００℃以下である高温鋼材の温度計
   測方法。
3. 【請求項３】 高温鋼材をオンラインで冷却する際に高
   温鋼材の温度を計測する装置であって、冷却する前の鋼
   材の温度を計測する手段と、冷却中の冷却水流量を計測
   する手段と、冷却前の冷却水温度を計測する手段と、冷
   却後の冷却水温度を計測する手段と、前記冷却中の冷却
   水流量、冷却前の冷却水温度および冷却後の冷却水温度
   から鋼材より奪われた熱量を計算する演算手段と、冷却
   前の鋼材温度と鋼材から奪われた熱量から、冷却中また
   は冷却後の鋼材の温度を求める演算手段とを有してなる
   ことを特徴とする高温鋼材の温度計測装置。