JP2000162227A - 流速測定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 移動する導電性の測定対象物の測定面に磁場
を励磁し、測定対象物による誘導磁場を検出し、この検
出した磁場信号から測定対象物の流速を測定する際に、
測定面の変動によるリフトオフの変化や波立ちの影響を
受けないで測定する方法及び装置。 【解決手段】 測定対象物４の測定面の変動を抑えて平
坦面を形成する固定板１２を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は例えば、連続鋳造プ
ロセスにおいて溶鋼を鋳込む鋳型内溶鋼流の表面の流速
等を測定する流速測定方法及び装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】連続鋳造ラインにおいては、図１３のよ
うに溶鋼１０３はタンディッシュ１０１よりノズル１０
２を通して銅製の鋳型１０４中に注ぎ込まれ鋳造され
る。鋳型中に注ぎ込まれた溶鋼は、鋳型壁面に当たり上
昇流１０７と下降流１０８に分かれる。上昇流は表面で
流れ１０９ａ、１０９ｂを作るが、ここで表面の溶鋼流
動の左右のバランスが崩れると、渦が発生し溶鋼表面上
に撒いたパウダーを巻き込む（１１１）。また表面の溶
鋼流動が過大になると、溶鋼表面のパウダーを削り込む
（１１０）。何れにおいても鋳片中に介在物が捕捉さ
れ、製品欠陥の原因となる。この理由から、鋳型内溶鋼
流動を安定化させることは極めて重要な課題であり、特
に溶鋼表面近傍の流速を連続的に計測することが強く求
められている。

【０００３】従来溶鋼の流速は、例えば特開平５−６０
７７４号公報に示されたような接触型の計測が主であっ
た。これは図１４のようにファインセラミックス製の棒
１１２を溶鋼１１４に浸漬して、その棒が溶鋼流動によ
り受ける圧力を、受圧センサ１１３により検出して、流
速を測定するものである。この方法では高温の溶鋼にセ
ラミックス製棒を浸漬させるため、長時間の連続測定が
不可能であった。

【０００４】これに対し、磁気を用いて非接触で速度を
計測できることが知られている。図１５の（ａ）のよう
に均等な磁場Ｂo 中で導体１１５が動くと、その導体中
にＥv ＝ｖ×Ｂo なる速度起電力が生じる。この速度起
電力Ｅv により、導体中に誘導電流Ｊv が誘起され、導
体上に誘導磁場Ｂv が発生して、元の磁場は導体の速度
方向に引きずられるようにＢo からＢへと歪む。このよ
うに磁場が導体の運動により歪む効果を以下磁場の速度
効果と呼ぶ。この速度効果による歪みの程度は導体の速
度に対応して変化するので、歪み量を測ることで対象導
体の速度を知ることができる。なおこの歪みを測定する
ことは、歪みのもとが速度効果による誘導磁場Ｂv なの
で、Ｂv を測定していることに他ならないことは明らか
である。なおＢv は下式で表せる。

【０００５】

【数１】

【０００６】なお、磁場を用いて流速を測定する方法で
は、図１５の（ｂ）のように測定すべき速度起電力によ
る信号磁場Ｂv の他に、励磁磁場が交流の場合には測定
対象中に流れる−ｄＢ₀ ／ｄｔによる渦電流Ｊe が発生
し、その渦電流による渦電流磁場Ｂe が検出される。い
ま、測定しようとする鋳型内溶鋼流の表面の流速は、０
〜０．３m/sec 程度と小さいため、速度起電力による信
号磁場Ｂv も小さく、励磁周波数が数十Ｈｚ以上と高い
場合には渦電流磁場Ｂe に比べ大幅に小さくなってしま
い、Ｂe が変動するとその変動の中にＢv が埋もれ、大
きな測定誤差を生じてしまうという問題点がある。この
渦電流磁場Ｂe は対象の流速と関係なく、出力信号のオ
フセット分の変動を引き起こす。

【０００７】このような磁気を用いて非接触で速度を計
測する装置として特開平２−３１１７６６号公報に示さ
れるものがある。これは図１６の（ａ）のように溶鋼の
流れ１１８と平行に１次コイル１１９、その水平方向両
側に２つの２次コイル１２０ａ、１２０ｂを配置したも
のである。１次コイルに交流電流を印加して溶鋼面と平
行な交流磁場１１７を溶鋼表面に印加し、２次コイルに
より対象面と平行な磁場を検出する。導体が静止してい
るときには磁場は１次コイルを挟んで対称となり、２つ
の２次コイルの起電力に差はなく出力は零である。導体
が動いている場合には、図１６の（ｂ）のように速度効
果により磁場は導体の速度方向に歪み、励磁コイルを挟
んで対称でなくなるため、２つの２次コイルに生じる起
電力に差が生じ、磁場の歪み量、即ち速度に対応した信
号が２つの２次コイルの差分信号として得られる。

【０００８】また磁気による方法では、湯面レベルの変
動により装置と測定対象物体の間の距離（以下リフトオ
フと呼ぶ）が変化すると流速感度が変化するが、特開平
２−３１１７６６号公報では、装置と測定対象物体の間
の距離を、対象面と平行な磁場を検出する２次コイルの
片方の出力電圧により測定し、補正を行っていた。

【０００９】また磁気を用いて速度を計測する別の方法
として特開平５−２９７０１２号公報に示されたものが
ある。これは図１７のように１次コイル１５１を測定対
象１５２に対して垂直に配置し、１次コイル１５１に交
流電流を印加し、磁界１５３を生じさせ、１次コイル１
５１を挟んで両側に測定対象１５２に対して垂直に２次
コイル１５４ａ、１５４ｂを配置し、１次コイル１５
１、２次コイル１５４ａ、１５４ｂを巻いた鉄心１５
５、１５６ａ、１５６ｂを備えたものである。そして流
速は２次コイル１５４ａ、１５４ｂに生じた起電力の位
相から検出するものであった。

【００１０】また磁気を用いて速度を計測する別の方法
として、本発明者らにより提案されている特開平８−２
１１０８４号公報によるものがある。これは図１８のよ
うに、中心の脚２０４ｂを中心として左右対称形のＥ型
の形状をした磁心２０２に対し、中心の脚２０４ｂに励
磁用の巻線２０３ｂを巻き、両端の脚２０４ａ、２０４
ｃに検出用の巻線２０３ａ，２０３ｃをそれぞれが同じ
向きの磁束を検出するように巻いたものである。これを
移動する導電性の測定対象物体２０１の上に、脚の開い
た面が対象面に向き、かつ各脚が対象面の移動方向に対
し平行に並ぶように配置する。

【００１１】そして励磁巻線に交流電流を流し、導体面
に垂直な交流磁場を作り、２つの検出巻線の出力差を検
出するものである。この時、図１９の（ａ）のように導
体２０１が停止していれば、磁場は中心の脚を中心とし
て左右対称であり、左右の検出巻線の出力は等しく、そ
の差分は零となる。導体が動くと、図１９の（ｂ）のよ
うにその流速に対応して導体中に発生する誘導電流によ
り磁場が歪み、両端の巻線の位置での磁束に差が出て、
その差分信号が変化する。この変化量は対象の流速に対
応しており、この変化量から、対象の流速を測定するこ
とができる。またこの方法でも、リフトオフにより流速
感度が変化するが、特開平８−２１１０８４号公報で
は、このリフトオフを、図２０のように装置に併設した
渦流距離計２５６を用いて検出し、補正を行っていた。

【００１２】また磁気を用いて流速を計測する別の方法
として、本発明者により提案されている特開平１０−１
０４０３８号公報によるものがある。これは図２１のよ
うに、移動する導電性の測定対象物体４の上に、対象面
に対しその中心軸が垂直となるように、セラミックス製
丸パイプ２に巻いた励磁巻線Ｐを配置し、その励磁巻線
Ｐと対象面との間にセラミックス製丸棒３に同じ向きに
２つの検出巻線Ｓ₁ 、Ｓ₂ を巻いたものを、その中心軸
が対象面および対象の移動方向と平行で、かつ２つの検
出巻線Ｓ₁ 、Ｓ₂ の中間点が励磁巻線Ｐの中心軸上にく
るように配置したものである。ここで励磁巻線Ｐに電流
を流し、測定対象体４に磁場を励磁し、検出巻線Ｓ₁ 、
Ｓ₂ で誘導磁場Ｂv を検出し流速を測定するものであ
る。

【００１３】またこの方法では、リフトオフの変化によ
り、渦電流磁場Ｂe に起因するオフセット分が変化し、
また流速感度が変化する。そこで特開平１０−１０４０
３８号公報では、図２１のように励磁巻線上下に対象面
に垂直な磁場成分を検出するように巻いた２つの検出巻
線Ｓ₃ 、Ｓ₄ を追加し、その差の出力電圧をもとにリフ
トオフを検出し、事前に測定しておいたリフトオフ対速
度感度特性、リフトオフ対オフセット特性を元に、オフ
セットの変化、流速感度の変化を補正していた。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の特開平
２−３１１７６６号公報、特開平５−２９７０１２号公
報、特開平８−２１１０８４号公報及び特開平１０−１
０４０３８号公報のように、測定対象面の上に磁場を励
磁し、その誘導磁場を検出し、検出した磁場信号から流
速を算出する方式の流速測定方法・装置では、対象の湯
面変動に起因する以下のような問題点があった。 （１）湯面変動によりリフトオフが変化すると、励磁磁
場として交流の磁場を用いた場合、信号磁場を検出する
検出装置で検出してしまう渦電流磁場Ｂe に起因する出
力信号のオフセット分が変化してしまう。また装置の速
度感度も変化してしまう。これらの変化は対象面が平坦
であればリフトオフにより一意に決まるため、特開平１
０−１０４０３８号公報のように別途リフトオフを検出
して補正することができる。しかしリフトオフを検出し
補正を行うために新たな装置が必要となり、装置構成が
複雑となる。

【００１５】（２）また対象面が平坦でなく波立ちがあ
る場合には、図２のように局所的に見ると対象面が傾い
ており、この傾きにより渦電流磁場Ｂe が傾く。そのた
め特開平５−２９７０１２号公報や特開平８−２１１０
８４号公報のような垂直方向の磁場成分を検出する方法
でも、特開平２−３１１７６６号公報や特開平１０−１
０４０３８号公報のような水平方向の磁場成分を検出す
る方法でも、リフトオフが一定であっても、波の移動・
変化に伴って装置下の対象面の傾きが変化するため、信
号磁場を検出する検出装置で検出してしまう渦電流磁場
Ｂe の大きさが変化して、オフセット分が変化するた
め、リフトオフを検出して補正しても除去しきれないオ
フセット変化分が残り、測定誤差を生じてしまう。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
流速測定方法は、移動する導電性の測定対象物の測定面
に相対する位置から前記測定対象物の測定面に磁場を励
磁して測定対象物による誘導磁場を検出し、この検出し
た磁場信号から前記測定対象物の流速を測定する流速測
定方法において、前記測定対象物の測定面の変動を抑え
た平坦面を形成し、この平坦面に磁場を励磁して前記測
定対象物の流速を測定するものである。

【００１７】本発明の請求項２に係る流速測定方法は、
前記請求項１に係る流速測定方法において、前記測定対
象物の測定面に接して非磁性の板状物体を設けて、測定
対象物の測定面の変動を抑えた平坦面を形成するもので
ある。

【００１８】本発明の請求項３に係る流速測定方法は、
前記請求項１に係る流速測定方法において、前記移動す
る導電性の測定対象物は、連続鋳造ラインの鋳型内の溶
融金属とし、また鋳型壁により前記測定対象物の測定面
の変動を抑えた平坦面を形成するようにしたものであ
る。

【００１９】本発明の請求項４に係る流速測定装置は、
移動する導電性の測定対象物の測定面に相対して配置さ
れた励磁手段及び１つ以上の磁場検出手段と、前記励磁
手段に励磁電流を供給して前記測定対象物の測定面に対
し磁場を励磁し、前記１つ以上の磁場検出手段により測
定対象物による誘導磁場を検出し、この検出した磁場信
号から前記測定対象物の流速を計測する計測手段とを備
えた流速測定装置において、前記測定対象物の励磁及び
磁場検出を行う箇所の測定面の変動を抑えて平坦面を形
成する平坦面形成手段を有するものである。

【００２０】本発明の請求項５に係る流速測定装置は、
前記請求項４に係る流速測定装置の平坦面形成手段を、
前記測定対象物の測定面に接して設けられた非磁性の板
状物体とするものである。

【００２１】本発明の請求項６に係る流速測定装置は、
前記請求項４に係る流速測定装置の移動する導電性の測
定対象物を、連続鋳型ラインの鋳型内の溶融金属とし、
また平坦面形成手段として鋳型壁を用いるようにしたも
のである。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について説明
する前に、まず本発明の流速測定方法および装置の動作
原理について説明する。 （１）流速測定原理 図１は本発明に係る流速測定原理の説明図であり、ここ
では元となる流速測定装置として図１に示したような励
磁・検出部１を用いた場合について説明する。この励磁
・検出部１は、移動する導電性の測定対象物体４の上
に、対象面に対しその中心軸が垂直となるように、セラ
ミックス製丸パイプ２に巻いた励磁巻線Ｐを配置し、そ
の励磁巻線Ｐと対象面との間にセラミックス製丸棒３に
同じ向きに２つの検出巻線Ｓ₁ 、Ｓ₂ を巻いたものを、
その中心軸が対象面および対象の移動方向と平行で、か
つ２つの検出巻線Ｓ₁ 、Ｓ₂ の中間点が励磁巻線Ｐの中
心軸上にくるように配置したものである。

【００２３】ここで励磁巻線Ｐに交流の励磁電流を供給
し、対象面に対し垂直な磁場を励磁する。すると、前述
の速度効果による誘導磁場Ｂv が生じる。この誘導磁場
Ｂvは、図３のように励磁巻線Ｐの直下の検出巻線
Ｓ₁ 、Ｓ₂ の位置では対象面に平行となっており、この
Ｂv を対象面に平行に配置した２つの検出巻線Ｓ₁ 、Ｓ
₂で同じ向きの信号として検出し、この２つの検出信号
を加算して和信号をとることで検出する。この検出した
誘導磁場Ｂv は対象の流速に対応しているので、これか
ら対象の流速を測定することができる。

【００２４】（２）湯面変動対策 湯面変動による、リフトオフの変化や波立ちがあると、
先述のように流速測定装置の出力信号のオフセット分と
速度感度が変化してしまう。これらの問題は、即ち測定
対象表面が自由表面であることに起因している。よって
図１のように対象面の上に適当な板を置いて、これで測
定面の変動を抑えた平坦面を形成し、湯面変動を無くせ
ばよい。これによりリフトオフ変動が無くなり、それに
よるオフセット分、速度感度の変動を補正する必要がな
くなる。また対象表面も平坦となるので波立ちの影響も
無くなる（請求項１，４に係る方式）。

【００２５】このように板などで対象表面を固定した場
合、板が流れに与える影響が問題となる。即ち板から離
れた深い場所では本来の流速のままであるが、 板に近い
浅い場所ほど板の影響で流速が小さくなり、板と接する
表面では流速がほぼゼロとなってしまう。しかし磁場を
用いた流速測定方法・装置では、対象表面の流速を測定
するわけではなく、交流磁場の周波数や対象の材質によ
って決まる磁場の浸透深さに相当する範囲にわたった平
均的な流速を測定している。よって表面を固定して表面
流速ゼロとなっても、表面下では本来の流速に対応した
ある速度で流動しているので、本来の流速に対応した信
号を得ることが出来る。ただし表面付近の流速は本来の
流速よりも遅くなっているので、 自由表面の場合とは流
速感度が異ってしまうが、この固定板１２と励磁・検出
部１とを合わせ一体のセンサヘッドとし（図４で後述す
る）、板による固定の影響も含めて流速感度を取得し、
これを元に流速に換算すれば問題ない。

【００２６】なお対象表面を固定してリフトオフ変動を
抑制しても、測定対象物が存在する場合と存在しない場
合とでは、測定対象物により生じる渦電流磁場Ｂe に起
因するオフセット分だけ信号に差が出る。これを「測定
対象が有ることによるオフセット分」と呼ぶ。本流速測
定装置下に測定対象物が有って流速がゼロの状態を本装
置のゼロ点とできれば良いが、通常の連続鋳造ラインで
流速をゼロとする事は困難である。そこで本装置下に測
定対象物が無い、つまり連続鋳造ラインでは鋳造開始前
の状態の出力信号をゼロ点とする。しかしこの場合は、
鋳造が始まり装置下を測定対象物が流れ始めると、その
流速に対応した信号の他に、先述の 「測定対象が有るこ
とによるオフセット分」 が加わってしまう。この問題に
対しては、あらかじめオフラインなどでこの 「測定対象
が有ることによるオフセット分」 を取得しておき、この
オフセット分を出力信号から差し引いてキャンセルする
ようにすれば解決できる (図５で後述する）。以上で本
発明の流速測定装置の動作原理がわかったので、次に本
発明の実施形態について説明する。

【００２７】実施形態１（非磁性の板状物体を用いる方
式） 本発明の実施形態１を図４〜図９を用いて説明する。図
４は本発明の実施形態１に係るセンサヘッドの構成図で
あり、図５は本発明の実施形態１に係る流速測定回路の
構成図であり、図６は低融点合金の流動試験装置の構成
図であり、図７は図４のセンサヘッドの図６の流動試験
装置への配置の説明図であり、図８は本発明の実施形態
１の試験結果例の説明図であり、図９は従来の流速測定
装置の試験結果例の説明図である。本実施形態１に係る
流速測定装置は、図４のようなセンサヘッドと、図５の
ような測定回路から構成される。

【００２８】図４のセンサヘッドは、励磁・検出部１と
ケース部５とからなる。励磁・検出部１は、図４のよう
に、移動する導電性の測定対象物体４の上に、対象面に
対しその中心軸が垂直となるように、セラミックス製丸
パイプ２に巻いた励磁巻線Ｐを配置し、その励磁巻線Ｐ
と対象面との間にセラミックス製丸棒３に同じ向きに２
つの検出巻線Ｓ₁ 、Ｓ₂ を巻いたものを、その中心軸が
対象面および対象物の移動方向と平行で、かつ２つの検
出巻線Ｓ₁ 、Ｓ₂ の中間点が励磁巻線Ｐの中心軸上にく
るように配置したものである。ケース部５は、図４のよ
うに、励磁・検出部１を収納する、 非磁性・絶縁性の耐
火物製の内箱６、外箱７と、SUS316製の蓋８及びSUS316
製の冷却エアー配管９からなる。励磁・検出部１および
内箱６、外箱７は蓋８に固定し、全体は蓋８に取り付け
たエアー配管９で吊り下げる。そしてこの外箱７の底面
を対象面に押し当てて、対象面の固定（平坦化）を行
う。（請求項２，５に係る構造）

【００２９】なお、ここで固定板として非磁性・絶縁性
の耐火物製の箱を用いた例を示したが、これに対し鉄等
の磁性を有した固定板を用いると、励磁磁場Ｂｏがシー
ルドされて、測定対象にとどく量が減少し、感度が大き
く低下してしまう。また導電性の固定板を用いると、固
定板に生じる渦電流のため固定板内で励磁磁場Ｂｏが減
衰して、測定対象にとどくＢｏが減り、さらに測定対象
から生じる誘導磁場Ｂｖが減衰して測定装置にとどくＢ
ｖが減って、流速感度が低下してしまう。ただし、導電
性固定板を用いることに起因する流速感度の減衰は、周
波数が低ければ小さい。本装置で用いる周波数は低周波
であるので、後述する実施形態２のように流速測定が可
能な程度の減衰量である。しかし磁性固定板を用いるこ
とに起因する流速感度の減衰は、直流や低周波でも大き
く、流速測定が困難となってしまう。従って、固定板と
して、非磁性は必要条件と考えられるが、絶縁性は望ま
しいが必ずしも必要条件ではない。低周波を用いて流速
感度が十分であれば、非磁性のみの固定板（例えば銅板
等）を用いることもできる。また冷却エアーは、配管９
からまず蓋８に取り付けたバッファ１０に入り、そこか
ら励磁・検出部１のセラミックス製丸パイプ２内および
内箱６内に吹き込む。さらに内箱６の底にあけた穴から
内箱６と外箱７の間の空間を通り、蓋８に取り付けた排
出口１１から外に吹き出す。このような２重箱構造とし
たのは、外箱７が溶鋼に接して高温となっても、内箱６
と外箱７との間のエアー冷却層により、内箱６へ、さら
にはその中の励磁・検出部１へ熱が伝わるのを防ぐため
である。

【００３０】流速測定回路は、図５のように励磁回路２
０と検出回路３０とからなる。励磁回路２０は、励磁巻
線Ｐに交流電流を流し、測定対象に磁場を励磁する回路
であり、発振器２１、定電流アンプ２２及び抵抗Ｒより
なる。まず発振器２１により１Hz〜１kHz 程度の正弦波
を発生させ、定電流アンプ２２により一定の交流電流と
して、抵抗Ｒを介して励磁巻線Ｐに励磁電流を流す。こ
の例では、励磁巻線１の励磁周波数は７０Hzとした。

【００３１】検出回路３０は、ブリッジ回路３１、バン
ドパスフィルタ３２、ロックインアンプ３３及びオフセ
ット分キャンセル回路３４よりなる。検出巻線Ｓ₁ 、Ｓ
₂ からの出力信号は、検出回路３０に入る。ここで２つ
の検出巻線Ｓ₁ 、Ｓ₂ からの信号は、まずブリッジ回路
２１で加算され、検出巻線Ｐで直接拾ってしまう励磁磁
場信号はキャンセルされる（励磁磁場は、２つの検出巻
線Ｓ₁ 、Ｓ₂ で逆向きに検出されるので、この逆向き検
出信号を加算することでキャンセルできる）。このブリ
ッジ回路３１は、センサヘッド周囲に磁性あるいは導電
性のもの、あるいは電磁場を発生するものがない状態
で、その出力信号がゼロとなるようにあらかじめ調節し
ておく。

【００３２】ブリッジ回路３１で、検出巻線Ｓ₁ 、Ｓ₂
の検出信号を加算した和信号は、バンドパスフィルタ３
２により励磁電流の周波数を中心周波数とする帯域濾波
処理がなされ、ノイズ成分があらかじめ除去された後
に、ロックインアンプ３３によって、励磁電流に対し−
９０゜ずれた位相の成分が検波される（本来は励磁磁場
即ち励磁電流と同位相の磁場成分を検波するが、ここで
は磁場の検出に検出巻線を用いており、検出巻線で検出
する磁場と検出巻線の検出電圧とに−９０゜の位相差が
あるためこのように位相検波を行う）。この位相検波用
の基準信号(ref)として、発振器２１の出力信号がロッ
クインアンプ３３へ供給される。

【００３３】ロックインアンプ３３から出力される検波
後の信号は、オフセット分キャンセル回路３４に入る。
ここでは、あらかじめ測定しておいた 「測定対象が有る
ことによるオフセット分」 を検波後の出力信号から差し
引いてキャンセルする。実際には、オフラインなどで事
前に、 測定対象が装置下に有ってかつ流速がゼロの状態
でのロックインアンプ３３の出力信号を、このオフセッ
ト分キャンセル回路３４に記録しておき、これを 「測定
対象が有ることによるオフセット分」 とする。このオフ
セット分キャンセル回路３４の出力信号ｖが、本流速測
定装置の最終的な出力信号となる。

【００３４】図６、図７に、本装置を用いた流速測定試
験の様子を示す。ここでは低融点合金（ウッドメタル）
を図６のような樋に流し、その上に図７のように本装置
のセンサヘッドを配置して流速を測定する試験を行っ
た。この試験装置は、図６のようにタンディッシュ１
３、樋１４とからなり、溶解した低融点合金をタンディ
ッシュ１３に注入し、そこからあふれ出た低融点合金が
樋１４を通って流れるようになっている。本試験の実施
手順としては、まず、低融点合金を流す前に（即ちセン
サヘッド周囲に磁性あるいは導電性のもの、あるいは電
磁場を発生するものがない状態で）、測定回路中のブリ
ッジ回路３１を調節し、ブリッジ回路３１の出力がゼロ
となるようにした。

【００３５】次に、樋１４の先端を堰き止め、低融点合
金を注入して樋１４に低融点合金をためた。この流速が
ゼロの状態のロックインアンプ３３の出力信号を 「測定
対象が有ることによるオフセット分」 として、オフセッ
ト分キャンセル回路３４に記録した。そして次に、堰を
外して樋１４にたまった低融点合金を流しきり、再度測
定回路中のブリッジ回路３１をゼロに調節し直した後、
測定用の低融点合金を流し始めた。

【００３６】図８が測定用の低融点合金を流している時
の出力信号の様子で、同図の（ａ）は別途測定した流
速、（ｂ）は本流速測定装置の出力信号である。なお、
この試験での湯面レベルの変動量は、表面を固定してい
ない場所ではほぼ±１mmであった。これに対し図９は、
本流速測定装置の励磁・検出部１のみを対象面の上に配
置した時の信号の様子で、即ち対象面の固定を行わない
場合に相当する。このように、対象面の平坦化を行わな
い場合には、湯面変動により出力信号が大きく変動して
いるが、平坦化を行うことによってその変動が無くな
り、安定した信号が得られていることがわかる。また対
象面の固定手段として非磁性・絶縁性の板を用いたの
で、信号電圧の減衰もなく、励磁・検出部単体と同レベ
ルの高い感度で測定できる。

【００３７】実施形態２（モールド埋め込み方式） 本発明の実施形態２を図１０〜図１２を用いて説明す
る。図１０は本発明の実施形態２に係る励磁・検出部の
設置の説明図であり、図１１は本発明の実施形態２に係
る励磁・検出部の流動試験装置への配置の説明図であ
り、図１２は本発明の実施形態２の試験結果例の説明図
である。

【００３８】本実施形態２においては、図１０に示した
ように、実施形態１と同様の励磁・検出部１を、連続鋳
造ラインの銅製水冷鋳型１５内に設置する。励磁・検出
部１は、表面流速と平行な鋳型長辺の中に、励磁巻線Ｐ
の中心軸が鋳型内壁に垂直となり、かつ検出巻線Ｓ₁ 、
Ｓ₂ の中心軸が表面流速と平行となるように配置されて
いる。図１０のように、実施形態２の場合には、側面か
ら表面流速を測定することとなり、鋳型壁面が測定面の
平坦面形成手段となる（請求項３，６に係る構造）。本
実施形態２の装置構成は、図４に示した励磁・検出部１
と図５に示した測定回路とからなるが、いずれも実施形
態１の場合と同様のため、ここでの説明は割愛する。

【００３９】実施形態２では、実施形態１と同様の図６
の試験装置を用いて低融点合金を流す試験を行った。た
だし、ここでは図１１のように励磁・検出部１を樋１４
の下に配置し、励磁・検出部１と樋底との間に銅板１６
を置いて、鋳型壁面の代用とし、図１０の銅製水冷鋳型
１５に装置を埋め込んだ状態の模擬試験とした。なお、
銅板１６の厚みは２mmである。実施形態２の試験の実施
手順においても、まず低融点合金を流す前に測定回路中
のブリッジ回路３１を調節し、次に樋１４の先端を堰き
止めて低融点合金を注入して樋１４に低融点合金をた
め、 「測定対象が有ることによるオフセット分」をオフ
セット分キャンセル回路３４に記録し、次に堰を外して
樋１４にたまった低融点合金を流しきり、再度測定回路
中のブリッジ回路３１を調節し直した後、測定用の低融
点合金を流し始めた。

【００４０】図１２が測定用の低融点合金を流している
時の出力信号の様子で、同図の（ａ）は別途測定した流
速、（ｂ）は本流速測定装置の出力信号である。なお、
測定対象と励磁・検出部１との間に銅板１６がある場合
は、その影響で励磁磁場Ｂo 、および測定対象から生じ
る誘導磁場Ｂv の位相が変化する。そこでロックインア
ンプ３３で検波する位相を適当に変えて、流速に対する
信号変化が最大となる位相を検出位相とした。この例の
場合は励磁電流に対し１４５゜ずれた位相の成分で検波
した。

【００４１】図１２のように、銅板を用いて対象面の平
坦化を行っても、湯面変動の影響なく安定した信号が得
られていることがわかる。この実験結果から、図１０の
ように銅製水冷鋳型１５の中に励磁・検出部１を埋め込
んだ構成でも、鋳型内溶鋼流の表面流速の測定が可能で
あることが容易に予想できる。なお図１２の場合の出力
信号の電圧レベルは、図８に比較して小さい。これは銅
板１６内で励磁磁場Ｂo が減衰して測定対象に届くＢo
が減り、さらに対象物から生じる誘導磁場Ｂv が減衰し
て装置に届くＢv が減って、流速感度が減衰したためで
ある。そこで、励磁・検出部１を埋め込んだ位置の鋳型
壁面に図１０のように途中まで穴をあけ、励磁・検出部
１と溶鋼との間の鋳型壁の厚さを薄くする。低融点合金
を用いた試験で銅板の厚さを変えた試験を行った結果、
流速感度は、銅板の厚さが２mmの時に銅板なしの場合に
比べ約1/2 に減衰した。そこで、励磁・検出部１と溶鋼
の間の銅板の厚みとしては２mm以下とすることが望まし
い。

【００４２】このように鋳型壁を平坦面形成手段とする
方法によれば、この平坦面形成手段による新たな流れへ
の影響なく、湯面変動の影響を抑制して安定した流速の
測定が可能となる。なおこの銅製水冷鋳型１５に埋め込
む構成であれば、励磁・検出部１を埋め込む位置を変え
ることで、鋳型内任意位置の流速を検出でき、本流速測
定装置の適用範囲が大きく広がる。

【００４３】なお上記実施形態１，２においては、図
１、図４のようなセンサヘッドや励磁・検出部を用いた
例で説明したが、測定対象物に磁場を励磁し、この測定
対象物による誘導磁場を検出して流速を測定する流速測
定装置であれば、例えば特開平２−３１１７６６号公
報、特開平５−２９７０１２号公報又は特開平８−２１
１０８４号公報のような他の装置構成であっても、湯面
変動の影響は皆同様に生じるので、ここで述べた方法を
適用することができる。また実施形態１では、耐火物製
の２重箱の中に励磁・検出部を配置した構成で説明した
が、１重でも良く、また対象面を固定して測定できれば
その材質は何でも良い。低温の対象であれば、ガラスや
樹脂でも良い。また対象面を固定することが目的である
ため、箱状でなく板だけでも良い。

【００４４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、移動する
導電性の測定対象物の測定面に相対する位置から前記測
定対象物の測定面に磁場を励磁して測定対象物による誘
導磁場を検出し、この検出した磁場信号から前記測定対
象物の流速を測定する流速測定方法及び装置において、
前記測定対象物の測定面の変動を抑えた平坦面を形成
し、この平坦面に磁場を励磁して前記測定対象物の流速
を測定するようにしたので、測定面の変動によりリフト
オフが変化しても、また波立ちがあっても、安定した流
速測定が可能となる。

【００４５】また本発明によれば、前記測定対象物の測
定面に接して非磁性の板状物体を設けて、測定対象物の
測定面の変動を抑えた平坦面を形成するようにしたの
で、この板状物体を設けない場合とほぼ同様の検出信号
が得られ、流速測定に対する検出感度を低下させること
なく測定を行うことができる。

【００４６】また本発明によれば、前記移動する導電性
の測定対象物は、連続鋳造ラインの鋳型の溶融金属と
し、また鋳型壁により前記測定対象物の測定面の変動を
抑えた平坦面を形成するようにしたので、この鋳型壁に
よる新たな流れへの影響が無く、測定面変動の影響を抑
制して安定した流速測定が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る流速測定原理の説明図である。

【図２】本発明に係る波立ちの影響の説明図である。

【図３】本発明の流速検出原理の説明図である。

【図４】本発明の実施形態１に係るセンサヘッドの構成
図である。

【図５】本発明の実施形態１に係る流速測定回路の構成
図である。

【図６】低融点合金の流動試験装置の構成図である。

【図７】図４のセンサヘッドの図６の流動試験装置への
配置の説明図である。

【図８】本発明の実施形態１の試験結果例の説明図であ
る。

【図９】従来の流速測定装置の試験結果例の説明図であ
る。

【図１０】本発明の実施形態２に係る励磁・検出部の設
置の説明図である。

【図１１】本発明の実施形態２に係る励磁・検出部の流
動試験装置への配置の説明図である。

【図１２】本発明の実施形態２の試験結果例の説明図で
ある。

【図１３】連続鋳造の説明図である。

【図１４】従来の接触式の高温液体金属流速測定装置で
ある。

【図１５】磁場の速度効果、渦電流の影響に関する説明
図である。

【図１６】従来の磁気を用いた高温液体金属用非接触流
速測定装置（その１）の説明図である。

【図１７】従来の磁気を用いた高温液体金属用非接触流
速測定装置（その２）の説明図である。

【図１８】従来の磁気を用いた高温液体金属用非接触流
速測定装置（その３）の説明図である。

【図１９】図１８の装置により流速を測定する原理の説
明図である。

【図２０】従来の磁気を用いた高温液体金属用非接触流
速測定装置におけるリフトオフ検出方法の説明図であ
る。

【図２１】従来の磁気を用いた高温液体金属用非接触流
速測定装置のセンサヘッドの構成図である。

【符号の説明】

１ 励磁・検出部 ２ セラミックス製丸パイプ ３ セラミックス製丸棒 ４ 測定対象体 ５ ケース部 ６ 内箱 ７ 外箱 ８ 蓋 ９ 冷却エアー配管 １０ バッファ １１ 排出口 １２ 固定板 １３ タンディッシュ １４ 樋 １５ 銅製水冷鋳型 １６ 銅板 ２０ 励磁回路 ２１ 発振器 ２２ 定電流アンプ ３０ 検出回路 ３１ ブリッジ回路 ３２ バンドパスフィルタ ３３ ロックインアンプ ３４ オフセット分キャンセル回路 Ｐ 励磁巻線 Ｓ₁ ,Ｓ₂ 検出巻線

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 移動する導電性の測定対象物の測定面に
   相対する位置から前記測定対象物の測定面に磁場を励磁
   して測定対象物による誘導磁場を検出し、この検出した
   磁場信号から前記測定対象物の流速を測定する流速測定
   方法において、 前記測定対象物の測定面の変動を抑えた平坦面を形成
   し、この平坦面に磁場を励磁して前記測定対象物の流速
   を測定することを特徴とする流速測定方法。
2. 【請求項２】 前記測定対象物の測定面に接して非磁性
   の板状物体を設けて、測定対象物の測定面の変動を抑え
   た平坦面を形成することを特徴とする請求項１記載の流
   速測定方法。
3. 【請求項３】 前記移動する導電性の測定対象物は、連
   続鋳造ラインの鋳型内の溶融金属とし、また鋳型壁によ
   り前記測定対象物の測定面の変動を抑えた平坦面を形成
   するようにしたことを特徴とする請求項１記載の流速測
   定方法。
4. 【請求項４】 移動する導電性の測定対象物の測定面に
   相対して配置された励磁手段及び１つ以上の磁場検出手
   段と、 前記励磁手段に励磁電流を供給して前記測定対象物の測
   定面に対し磁場を励磁し、前記１つ以上の磁場検出手段
   により測定対象物による誘導磁場を検出し、この検出し
   た磁場信号から前記測定対象物の流速を計測する計測手
   段とを備えた流速測定装置において、 前記測定対象物の励磁及び磁場検出を行う箇所の測定面
   の変動を抑えて平坦面を形成する平坦面形成手段を有す
   ることを特徴とする流速測定装置。
5. 【請求項５】 前記平坦面形成手段は、前記測定対象物
   の測定面に接して設けられた非磁性の板状物体とするこ
   とを特徴とする請求項４記載の流速測定装置。
6. 【請求項６】 前記移動する導電性の測定対象物は、連
   続鋳型ラインの鋳型内の溶融金属とし、前記平坦面形成
   手段として鋳型壁を用いるようにしたことを特徴とする
   請求項４記載の流速測定装置。