JP2842158B2 - 溶融金属の流速及び温度測定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶融金属の流速及び温
度測定方法に関し、例えば、溶融金属の連続鋳造におい
て、タンディッシュから鋳型内に浸漬ノズルを通じて注
入される溶融金属の流速と温度を連続的に直接測定する
ことができる溶融金属の流速及び温度測定方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】溶融金属の連続鋳造過程においては、タ
ンディッシュから鋳型に浸漬ノズルを通じて溶融金属を
分配注入する工程が存在する。図１１は、この工程にお
ける浸漬ノズル周辺の断面構造の概念図を示すものであ
り、図中１が水冷された鋳型、図中２がタンディッシュ
（図示せず）底部から導出された浸漬ノズルである。ま
た、図中３は、溶融金属表面の酸化防止、鋳型と鋳
片の間の潤滑、浮上した介在物の捕捉、溶融金属の
保温等の機能を担うモールドパウダーである。

【０００３】浸漬ノズル２は下部近傍に複数の吐出口を
設けたものが一般的であり、例えば、図例の如く下部側
壁に２ヵ所の吐出口２ａ，２ｂを有し、これら吐出口２
ａ，２ｂから同量の溶融金属を吐出するように構成され
ている。通常、この吐出方向は図１２の平面図に示すよ
うに鋳型内空間４の長手方向と一致している。

【０００４】浸漬ノズル２から吐出される溶融金属は、
鋳型内における界面高さがほぼ同じ水準に維持されるよ
うに管理しながら供給され、鋳型内に満たされた溶融金
属は鋳型により抜熱され、冷却凝固した下方側から連続
的に引き抜くことで鋳片を連続的に得ることを可能にし
ている。

【０００５】ところで、浸漬ノズルを長期間使用し続け
ると、各吐出口からの溶融金属の吐出量に不均等が生ず
ることが知られている。これは、脱酸素目的で溶鋼中に
添加されているアルミニウムが酸化してアルミナとな
り、これが浸漬ノズルの内壁に付着堆積して浸漬ノズル
を閉塞させ、ノズル内溶鋼の円滑な流通を阻害するため
である。そして、この結果、鋳型内に注入される溶融金
属の吐出量に、方向による偏りが生じ、鋳型内での不均
一凝固や溶融金属表面の乱れが惹き起こされ、鋳片品質
の低下や鋳造能率の低下をもたらすことが知られてい
る。このような事態を回避するには、浸漬ノズルから噴
出される吐出流の偏りを早期に検知して、これを防止す
るための対策を講ずることが重要である。このために、
従来より吐出流の偏りを検知する様々な方法が提案され
ている。例えば、鋳型冷却水の不均等な温度上昇を監
視し、これが観察された場合に不均等な吐出流の存在が
あると推定する方法。鋳型内の複数位置で溶融金属の
湯面レベルの変動を連続測定し、その差が観察された場
合に不均等な吐出流の存在があると推定する方法。等が
提案実行されている。

【０００６】上述したものは、浸漬ノズルから噴出され
る吐出流の偏流検知に関するものであるが、鋳型への溶
融金属注入作業においては、注入される溶融金属の温度
管理も極めて重要である。従来は注入される溶融金属の
温度管理はタンディッシュ内溶融金属を測温することで
管理しており、例えば、タンディッシュ内溶融金属の温
度をスポット的に、あるいは連続的に測定し、その測温
値に基づいてタンディッシュヒータの出力調整を行い、
タンディッシュ内溶融金属の温度を常時適正範囲に収ま
るように制御している。鋳片品質を維持するうえで、真
に必要な測温値は浸漬ノズル直上に位置するタンディッ
シュ底部の溶融金属の温度であると考えられているが、
このような位置の溶融金属を測温することは特に大型タ
ンディッシュの場合、極めて困難であることから一般的
には簡便に測定できる位置で代替しているのが実情であ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、吐出
流の偏流検知や注入される溶融金属の温度管理について
の重要性は、従来より充分認識されており、これらを測
定するための手段の開発も種々試みられてはいるものの
いずれも問題を内包しており、不十分といわざるを得な
い。先ず上述した溶融金属の偏流検知法は、何れも間接
的な測定であって、応答性が鈍いうえに測定結果を定量
的に評価することもできず、測定結果を周辺装置のフィ
ードバック制御に利用することができない問題がある。
例えば、不均一吐出が検出された場合には、鋳型内電磁
ブレーキを作動させて各吐出口からの吐出量を個別に抑
制制御することが従来より行われているが、前述の偏流
検知手法では偏流の定量的計測が行えないため、偏流検
知のデータを電磁ブレーキの制御に直接利用することが
できず、これら制御は旧来どおり現場作業員の経験と勘
に頼らざるを得ないという問題がある。

【０００８】また、偏流を検知したならば早期に、鋳型
内電磁ブレーキの増出力、ノズルフラッシングガス量の
増大、タンディッシュ内溶融金属温度の上昇、あるいは
浸漬ノズルの交換等の対策を講じることが理想的である
が、従来の偏流検知方法では応答性が鈍いため、前記対
策が遅れがちとなり、偏流が益々拡大するという問題も
ある。

【０００９】一方、注入される溶融金属の温度管理にも
問題があった。従来はタンディッシュ底部の溶融金属の
測温が困難なことから、測温しやすい位置で代替してい
ることは前述したとおりであるが、このような位置での
測温値を浸漬ノズル直上位置の測温値、即ち鋳型内に注
入される溶融金属の測温値と見做して取り扱うことには
疑問が残る。しかも、このような連続測温装置は大型で
あるうえに、通常、１００時間以上の長寿命が要求され
ることから極めて高価でもある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者はこのような現
況に鑑みて、溶融金属の連続鋳造において、浸漬ノズル
から注入される溶融金属の偏流の検知方法と、鋳型内に
注入される溶融金属の測温について再検討し、次の着想
を得た。先ず、浸漬ノズルからの吐出流速の直接的な測
定方法があれば、この方法により偏流も検知できるし、
またこの測定データを制御系へフィードバックすること
で周辺装置を制御できる可能性も出てくる。また、測温
は、浸漬ノズル直上位置に代えて、浸漬ノズル下部の吐
出口から噴出される溶融金属の温度を測定しても問題は
なく、むしろ吐出溶融金属の温度を管理した方が、溶融
金属の流動性管理及び凝固管理を主目的となしたタンデ
ィッシュヒータの制御には適している。このような基本
的着想のもと、本発明者は更に検討した。

【００１１】先ず、吐出流の流速測定に関しては、一般
的に流れの中に障害物を位置づけると、その下流に交互
に規則性を有する渦が発生する現象、所謂、カルマン渦
発生の現象が利用できるのではないかと考えた。そこ
で、吐出流中に棒体を位置づけるとともに、棒体下流側
に放出されるカルマン渦によって生ずる棒体の振動数を
検知する手段を、当該検知棒に具備させれば吐出流の流
速は検出可能であるとの結論にいたった。ところが、こ
こには一つ問題がある。それは、溶融金属中に棒体を位
置づけるとすれば、その棒体の素材としては当然、溶融
金属よりも融点の高い耐熱性材料が選択され、具体的に
はセラミックス等の材料が選択されるが、セラミックス
材料は衝撃に弱く割れやすいという欠点があり、このた
め、使用途上で吐出流に晒されている先端部が折損する
ことが懸念される。先端部の折損は測定結果に影響を与
えるばかりでなく、溶融金属中に残留すると、異物混入
による鋳片品質の低下が避けられず、したがってこのよ
うな折損は即座に検知して溶融金属中から除去する必要
があり、折損検知の手段は不可欠といえる。

【００１２】また浸漬ノズルから吐出される溶融金属の
温度を測定するには、耐熱保護部材によって保護された
熱電対を吐出流中に位置づけることが考えられるが、鋳
型内溶融金属中に流速測定用の検知棒以外に、熱電対を
内装した保護部材を別途挿入することは、操作が煩雑で
あるうえに、溶融金属中に浸漬挿入する部材本数が増え
れば増えるほど、製品鋳片に異物が介在する可能性が高
まり好ましくない。

【００１３】本発明者はこのような問題点を一挙に解決
する手段として、流速測定に用いる検知棒先端に熱電対
等の測温手段を内装し、この測温手段に、溶融金属の連
続測温機能を担わせるとともに、該測温手段からの出力
の有無を監視することで、折損等の検知棒の異常事態を
早期検知する機能をも兼ねさせることを着想した。

【００１４】このような着想に基づいて完成された本発
明は、以下の構成を有する。即ち、本発明は、先端部に
測温手段を内装し、基端部に振動検知手段を具備させた
耐熱素材製棒体よりなる検知棒を、溶融金属の吐出流を
横切るように溶融金属中に浸漬挿入し、吐出流中に前記
検知棒が存在することで検知棒下流側に発生するカルマ
ン渦の放出によって生ずる検知棒の振動を前記振動検知
手段によって連続的に測定し、振動数と溶融金属の流速
との関係式から検知棒の浸漬位置における吐出流の流速
を解析、算出するとともに、測温手段からの測温データ
を監視することにより、吐出する溶融金属の温度管理を
行いながら検知棒の溶損及び折損等の異常事態の早期検
知も同時に行うようにしたことを特徴としている。

【００１５】検知棒としては中実棒を用いることも可能
であるが、検知棒の機械的強度及び測温手段の内装容易
性の観点からは有底の中空棒を用いることが好ましい。

【００１６】測温手段としては、高温測定が可能なもの
が用いられ、例えば熱電対が用いられる。また、振動検
知手段としても公知の各種手段が使用可能であるが、例
えば圧電素子等の歪ゲージセンサを用いることができ
る。

【００１７】検知棒の断面形状はカルマン渦が発生しや
すい形状であれば、適宜採用される。また、検知棒の断
面形状は長手方向全長にわたって均一であってもよい
し、あるいは、検知棒の断面形状を長手方向において変
化させ、測定対象深さ位置に該当する部分の断面形状を
他の部分に比べて強いカルマン渦が放出されやすい形状
となし、測定対象深さにおける流速を選択的に測定する
ことも考慮される。

【００１８】更に、断面形状を長手方向において変化さ
せた検知棒を上下動させて浸漬深さを変え、各深さ位置
における吐出流速を測定し、深さ方向の偏流を測定する
ようにしてもよい。

【００１９】

【作用】本発明の溶融金属の流速及び温度測定方法は、
測温手段を先端側に、振動検知手段を基端側に取りつけ
た検知棒を、吐出流内に横切るようにして位置づける。
検知棒の位置づけは支持具で基端側を支持しながら鋳型
の湯面上方より、その先端付近が浸漬ノズルの吐出流の
中に位置するようにして行われる。浸漬ノズルから吐き
出される吐出流の流れの中に検知棒が位置づけられる
と、検知棒の断面形状と寸法に対応したカルマン渦が検
知棒の下流側に、吐出流の流れ方向に直交する方向にわ
ずかに離間して交互に放出される。このカルマン渦の放
出による衝撃が検知棒に繰り返し与えられ、この衝撃の
繰り返し、即ち振動が検知棒基端部に取りつけられた振
動検知手段によって検知される。カルマン渦の放出に起
因する振動の周波数は検知棒の断面形状と寸法ならびに
溶融金属の流速によって規定され、特に検知棒が丸棒で
あるときには、その振動数は検知棒直径と溶融金属の流
速によって規定されるので、振動数と流速との関係式を
予め求めておけば、流速は求まる。そして、溶融金属の
流速の測定結果に基づいて溶融金属の偏流が検知され
る。偏流の検知は、吐出口が３個以上ある場合には、そ
れぞれの吐出口から流出する吐出流中にそれぞれ前記検
知棒を位置づけて、各検知棒の振動数から算出される各
吐出流の流速を比較することで行う。また吐出口が２個
の場合は、それぞれの吐出流に位置づけた検知棒の振動
数から算出される流速を比較することによってもよい
が、浸漬ノズルからの総注入量は鋳片の引き抜き速度か
ら算出できるから、一方の吐出流中のみに検知棒を位置
づけて一方の吐出流の流速のみを実測し、他方の吐出流
の流速は計算によって求めて、これら結果を比較するこ
とで偏流を検知してもよい。

【００２０】また、検知棒に内装されている測温手段に
よって、検知棒先端部の温度が連続測定されており、こ
の測定結果に基づいてタンディッシュヒータの制御や鋳
片引き抜き速度の調整が行われる。測温結果は、タンデ
ィッシュヒータ等の制御に用いられる他、検知棒自体の
異常事態発生の有無判定にも利用される。即ち、測温手
段からの出力が継続している場合には、測温手段存在位
置、即ち、検知棒先端部の折損はなく正常であると判断
し、他方、測温手段からの出力が途絶えたならば、検知
棒が折損したと判断して、検知棒の交換と破片の回収を
行うものである。

【００２１】

【実施例】次に本発明の詳細を図示した実施例に基づき
説明する。図１は本発明の概要を示す説明図である。図
中２は浸漬ノズルであり、図中５が前記浸漬ノズル２に
隣接して、浸漬ノズル２から噴出する吐出流を横切るよ
うにして溶融金属中に位置づけた検知棒である。浸漬ノ
ズル２としては種々のものがあり、吐出口の数も単数、
２個、３個以上のものがあるが、例えばここでは最も一
般的な２個の吐出口２ａ，２ｂを有するものを例にして
説明する。また吐出口の形態も下方に向かって傾斜した
ものや上方に向かって傾斜したものもあるが、ここでは
浸漬ノズル２の管厚方向にストレートに開設したものを
対象とする。

【００２２】検知棒５は図２に示すように断面円形の有
底の中空棒であり、先端側に熱電対６の感温部が内装さ
れ、他方、基端側には振動検知手段としての歪ゲージ７
が取付けられている。検知棒５は中実であってもよい
が、機械的強度の観点からは中空であることが好まし
い。検知棒５の材料としては、使用温度で充分な耐熱性
及び耐用性を有する材料であれば適宜選択可能である
が、例えば溶融金属が溶鋼の場合はアルミナ、ジルコニ
ア等を選択することが好ましい。これら材料は熱間強
度、耐溶損性及び耐磨耗性を有することから適してい
る。特に溶融金属表面にモールドパウダー層が存在する
場合には、その部分を耐スラグ溶損に優れた材料でコー
ティングする必要がある。また検知棒５の先端形状は特
に半球状である必要はなく、一般的には平面加工で充分
である。

【００２３】歪ゲージセンサとしては公知のものが適宜
採用可能であるが、応答性に優れ且つ高周波数にも対応
できる観点から圧電素子や光電素子等が好ましい。但
し、圧電素子は高温環境に長時間晒すことはできないの
で、圧電素子を取りつける検知棒基端側には何らかの冷
却手段８を装備させる必要がある。

【００２４】このような検知棒５が吐出流中に位置づけ
られると図３に示すように、検知棒５の下流側に交互に
カルマン渦ｃ，ｃ……が放出され、このカルマン渦ｃ，
ｃ……の放出に伴って、検知棒５には吐出流の流れ方向
に直交する力Ｆ，Ｆが、向きを代えて交互に作用し、歪
ゲージ７によってその振動が電気信号に変換されて検知
される。本方法による測定精度を維持する為には、検知
棒５が吐出流を横切る長さは検知棒５の有効直径の４倍
以上望ましくは６倍以上となすことが好ましいことを本
発明者等は確認した。例えば検知棒径が４ｍｍである場
合、検知棒先端部が２４ｍｍ以上の長さにわたって吐出
流を横切るように位置づければ充分な測定精度が得られ
ることを確認した。検知される電気信号は図４に示す如
く多くの周波数成分を含んでいるが、その中において特
に出力電圧の大きなピーク値を検出した周波数が、目的
とする吐出流本流による振動である。他は吐出流以外の
流れによるノイズ成分又は目的振動数の高調波である。

【００２５】吐出流本流によるカルマン渦の振動数ｆ
は、吐出流本流の流速Ｖと検知棒５の直径Ｄと相関関係
にあり、Ｓ＝（ｆＤ／Ｖ）なる関係式が成立することが
本発明者等によって確認されている。Ｓは本測定の条件
下では溶融金属の種類によらない定数である。本測定に
おいては、このようなピーク値を如何にして検出するか
が重要なポイントとなる。ピーク値の検出に際して重要
なことは、先ず第１に如何にして出力電圧の高出力化を
はかるかであり、第２に目的振動数をノイズ成分から如
何にして峻別できるようにするかである。

【００２６】ノイズ原因としては様々なものがあるが、
例えば目的とする吐出流以外の「流れ」による影響があ
る。図５において矢印で示すように吐出口２ａ、２ｂか
ら噴出した吐出流は鋳型内上方及び下方に回り込み、特
に上方に回り込んだ「流れ」は検知棒５に対して影響を
及ぼす。これらは対称流であるが、これら以外に非対称
流もあり、これらもノイズ原因となっている。

【００２７】先ず、前記問題の解決法の一つとしては、
検知棒５の外形状を強いカルマン渦が発生しやすい形状
にするとともに、その形状に方向性を与えることであ
る。例えば、断面形状を、図６（イ）に示すように円弧
部分を上流側に向けた半円形とすることや、図６（ロ）
に示すように三角形にすること、更には図示しないが三
日月状となしたり四角形以上の多角形となすことなどが
考慮される。そして、このような異形の検知棒５をカル
マン渦が最も発生しやすい姿勢で吐出流中に位置づけ、
目的とする吐出流以外の「流れ」による振動成分を極力
低減させる方法である。しかしながら、この方法は、検
知棒５を溶融金属中に位置づける際にその方向性に配慮
する必要があることから、作業性の観点からはやや難点
がある。一般的には吐出流速は鋳型内のその他の部分の
流速に比べて充分大きいのが普通であり、特別の理由が
ない限り、検知棒５は単なる丸棒で充分である。

【００２８】第２の解決法は、検知棒５の支持方法を工
夫することである。これは検知棒先端側の振動が減衰す
ることなく検知棒基端側の歪ゲージ７に伝達されるよう
にする工夫であり、例えば検知棒５の長手方向における
支持位置を変更したり、支持構造自体を工夫することが
考慮される。

【００２９】第３の解決法は、検知棒基端側の振動が当
該位置に取りつけられた歪ゲージに効率良く伝達でき、
且つカルマン渦の放出とは無関係な他の振動を極力除外
できるように工夫することである。本発明者等は、これ
を可能にする構成として図７で示される構成を提案す
る。これは、カルマン渦の放出によって検知棒５が受け
る作用力が、流れ方向に対して直角方向であることに着
目したものであり、検知棒上部の一部を断面形状におい
て矩形に加工し、その長辺面５ａを吐出流方向と平行に
位置づけるとともに、当該長辺面５ａに歪ゲージ７ａ，
７ｂを貼り付けることにより、吐出流に対して直角方向
に作用するカルマン渦の放出による振動を効率的且つ選
択的に測定する方法である。

【００３０】第４の解決法は、検知棒５の断面形状を長
手方向において変化させる方法である。例えば図８
（イ),（ロ）に示すように吐出流中に位置づけられる測
定対象部分５ｂの断面形状は多角形や半円状あるいは三
日月形状となして、当該部分におけるカルマン渦の形成
を促進し、他方、測定対象部分以外の部分の断面形状は
円形、楕円形あるいは流線形となして当該部分における
カルマン渦の発生を抑制する方法である。このような構
成とすれば、検知棒５の測定対象部分５ｂを吐出流中に
位置づけることにより、測定目的とする吐出流により放
出するカルマン渦によって生ずる振動のみを選択的に検
知しやすくなる。また検知棒５の断面形状を長手方向に
おいて変化させる代わりに、検知棒５の外径を長手方向
において相違させる方法もある。例えば目的とする吐出
流が通過する部分に位置する検知棒５の外径を他の部分
に比べて大径とすること等が考慮される。この場合、検
知棒５には方向性はないので溶融金属中への位置づけは
容易である。

【００３１】また、断面形状を長手方向において変化さ
せた検知棒は、当該検知棒の浸漬深さを上下動させるこ
とにより、所望深さ位置の吐出流の流速を選択的に測定
することが可能であり、鋳型内の上下偏流の検出も行え
る。

【００３２】また、図示しないが検知棒の他の形態とし
ては、金属製の支持部とアルミナ又はジルコニア等のセ
ラミックス製の有底中空棒とを連結したものも採用可能
である。この場合、金属製支持部の先端部にチャック機
構を設けて、当該チャック機構により熱電対が内挿され
たセラミックス製の有底中空棒を脱着可能に連結するこ
とや、あるいは接着により金属製支持部とセラミックス
製の有底中空棒とを連結することなどが考えられる。
尚、この場合、歪ゲージは金属製支持部に取りつけると
ともに当該金属製支持部を冷却することとすれば、金属
製支持部は熱伝導に優れるから、歪ゲージの冷却が効果
的になされる。また、歪ゲージの取付け箇所が金属製で
あることにより、取付け箇所の加工も容易である。

【００３３】歪ゲージによって電気信号に変換させられ
た測定データは、前記関係式に基づいて解析され、吐出
流の流速が算出される。図例の実施例は左右一対の吐出
流のうち、一方の吐出流の流速のみを測定するものであ
るが、浸漬ノズル２からの総噴出量は鋳片の引き抜き速
度から計算できるので、他方の流速算出は容易であり、
このようにして測定された左右両流速から偏流が検知さ
れる。勿論、図９に示すように、左右の吐出流のそれぞ
れに検知棒５，５を位置づけることもできる。また吐出
口が３個以上存在する場合は、各吐出流中に検知棒を位
置づけて、各吐出流速の差から浸漬ノズル２の閉塞状況
を検知することが基本である。

【００３４】このような測定によって偏流が検知された
ならば、偏流が是正されるような対処を行う。対処法と
しては、ノズルフラッシングガス量の増大やタンディッ
シュヒーターの出力増大による溶融金属の加熱、鋳型内
電磁ブレーキの増出力等の対策が講じられる。本方法は
吐出流の流速を直接測定するものであるから、従来の鋳
型冷却水の温度変化、又は溶融金属面レベル変動の測定
等による間接法に比べて応答性に優れており、早期に偏
流の兆候を検知することができるので、予防的対策が講
じられるようになる。この結果、鋳片品質の安定化、鋳
造速度の高速化及びタンディッシュ当たりの連々鋳数の
増加等、品質・操業・耐火物コスト面での大幅な改善が
はかられる。

【００３５】また、本装置を用いて吐出流の平均流速を
求めることもできる。この際は、検知棒５の湯面からの
浸漬深さを因子として考慮する必要があるが、これは検
知棒先端の絶対位置と製鋼用連続鋳造機で広く用いられ
ている湯面レベル計からの鋼浴面位置信号との差から求
める。湯面レベル計が設置されていない場合には、図１
０に示すように検知棒内に高さ方向に均等な間隔で複数
の熱電対６，６……を設け、各熱電対によって検出され
る温度の差より溶鋼面位置を精度良く推定することも可
能である。

【００３６】以上のようにして吐出流の流速測定が行わ
れるが、検知棒先端部に内装された熱電対６によって吐
出流の温度も連続測温される。測温結果は、例えばタン
ディッシュヒータの出力にフィードバックされ、溶融金
属の温度が一定範囲内に保たれるように調整される。ま
た、鋳型内における吐出流の温度を直接測定しているこ
とから、従来行われているタンディッシュ内連続測温の
値に基づくフィードバック制御よりも温度の制御性が飛
躍的に改善され、低温鋳造による鋳片の中心偏析防止に
対して優れた効果を発揮できる。このとき、真に測定し
たい吐出口直近の温度を検知するためには、検知棒先端
部を可能な限り吐出口に近づけることが必要であり、例
えば図５において示される検知棒５と吐出口２ｂとの離
間距離Ｄは可能な限り小さくすることが望まれる。また
温度の制御性に優れていることから測温結果に応じて鋳
造速度を変動させることにより溶融金属のタンディッシ
ュ内滞留時間を調整したり、また浸漬ノズルの溶融金属
通過量を精密に制御することが可能になり、鋳片品質の
安定化をはかることに貢献できる。

【００３７】検知棒先端部に内装された熱電対６のもう
一つの重要な役目は、検知棒自体の異常検知手段として
の機能である。即ち、熱電対６からの出力が継続してい
る限り、検知棒５の溶損、折損がないと判断し、他方、
測定中に断線が検知された場合には検知棒５の溶損や折
損が発生したと判断し、即座に検知棒５を引き上げて検
知棒５を交換し、且つ鋳片内からの破片回収を行う。検
知棒５の異常検出機能を具備させたことで装置に対する
信頼性が飛躍的に向上し、且つ破片の回収も的確に行え
るから、鋳片への破片混入も完全に防止できる。また、
熱電対６は検知棒５内に一体化されているから、検知棒
５の浸漬と同時に熱電対の溶融金属中への位置づけがな
されるので、操作が簡単であり、しかも検知棒５と別に
熱電対を溶融金属中に浸漬するものではないから、鋳片
内への異物混入の可能性も格段に少ない。

【００３８】このような本発明の直接的な適用対象は、
上記実施例で説明したとおり、浸漬ノズルを通じて鋳型
内に吐出される吐出流の偏流検知であるが、本発明は他
にも適用できる。例えば、鋳片の中心偏析を軽減する目
的で実施される鋳型内溶融金属の電磁攪拌技術における
攪拌量の実測技術としても応用することができる。従来
は攪拌量を実測する方法がなかったため、鋳造後の鋳片
を分析調査して攪拌効果を判定するしかなかったが、本
方法を適用して鋳型内の溶融金属の表面流速を測定する
ことにより、攪拌効果を定量的且つ即座に評価して調整
することができるので中心偏析の軽減がより安定して行
えるようになる。

【００３９】また、鋳型内での非金属介在物の浮上を促
進することを目的として浸漬ノズルから噴出する溶融金
属吐出流速を抑制し、電磁ブレーキを作動させる場合が
あるが、この場合の電磁ブレーキの効果を判定評価する
技術としても応用できる。従来は溶融金属の流速を実測
できなかったため、流速抑制効果を定量化することが不
可能であったが、本発明を適用することにより、流速抑
制効果を実測することが可能となり、電磁ブレーキの投
入電力をリアルタイムで調整することが可能となり、非
金属介在物の浮上分離を促進して非金属介在物の低減効
果を充分なものとすることができる。

【００４０】更に、上記実施例でも一部述べたが、本発
明は浸漬ノズルからの溶融金属吐出流の上下偏流を把握
することにも適用できる。溶融金属吐出流の上下偏流を
把握することは、鋳片の品質管理にとって極めて重要で
あるが、従来は吐出流の上下偏流を検知する手段がなか
ったため、上下偏流の検出は行われていなかった。本発
明方法によれば吐出流の上下方向の変動が測定されるの
で、これに応じて鋳造速度、モールドパウダーの種類選
定を行うことが可能となり、鋳片品質の安定化がはかれ
るようになる。

【００４１】

【発明の効果】本発明方法によれば、溶融金属の連続鋳
造において、鋳型内の溶融金属の流速を直接測定するこ
とができるから、早期に偏流の兆候を検知することが可
能となり、予防的対策が講じることができる。また、偏
流の程度を定量的に測定することができるから、測定結
果を、電磁ブレーキ、ノズルフラッシングガス噴出装置
やタンディッシュヒータ等の周辺装置の制御部にフィー
ドバックして、偏流解消のための能動的対処を行うこと
ができる。

【００４２】また、本発明方法によれば鋳型内における
吐出流の温度を直接測定できるから、従来行われている
タンディッシュ内連続測温値に基づくフィードバック制
御に比べて温度の制御性が飛躍的に改善され、低温鋳造
による鋳片の中心偏析防止に対して優れた効果を発揮で
きる。また温度の制御性に優れていることから測温結果
に応じて鋳造速度を変動させることにより溶融金属のタ
ンディッシュ内滞留時間を調整したり、また浸漬ノズル
の溶融金属通過量を精密に制御することが可能になり、
鋳片品質の安定化をはかることに貢献できる。

【００４３】しかも測温手段は浸漬ノズルから注入され
る溶融金属の温度管理機能を有すると同時に、検知棒自
体の異常検知手段としての機能も有しているので、本測
定方法による測定結果に対する信頼性は極めて高く、ま
た検知棒が折損した場合には、その事態は即座に検知さ
れるから破片の回収を的確に行うことができ、鋳片への
破片混入も完全に防止できる。そして測温手段は検知棒
内に一体化されているから、検知棒の浸漬と同時に測温
手段の溶融金属中への位置づけがなされるので、操作が
簡単であり、しかも検知棒と別に熱電対を溶融金属中に
浸漬するものではないから、鋳片内への異物混入の可能
性も格段に少ない。

【００４４】また検知棒の断面形状を長手方向において
変化させ、測定対象深さ位置に該当する部分の断面形状
を他の部分に比べて強いカルマン渦が発生しやすい形状
となした場合は、測定対象深さにおける流速を選択的に
測定することが可能となり、測定対象である吐出流の流
速がより的確に測定される。

【００４５】更に、断面形状を長手方向において変化さ
せた検知棒を上下動させて浸漬深さを変化させれば、溶
融金属の深さ方向の偏流も検知することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例であり、浸漬ノズル周辺の断
面構造を示す概念図

【図２】 （イ),（ロ）は検知棒の概要を示す断面説明
図

【図３】 カルマン渦が発生する様子を示す説明図

【図４】 歪ゲージによって検出された電気信号を周波
数分析した結果を示す説明図

【図５】 未凝固鋳片内における浸漬ノズル噴流の流動
パターンを示す説明図

【図６】 （イ),（ロ）は検知棒の他の態様を示す断面
図

【図７】 検知棒の上部に歪ゲージ取付け用の矩形部を
形成した様子を示し、（イ）は要部斜視図、（ロ）は平
面図

【図８】 検知棒の断面形状を長手方向において変化さ
せた実施例を示す要部斜視図

【図９】 浸漬ノズルから噴出する吐出流のそれぞれに
検知棒を位置づけた実施例を示す説明図

【図１０】 深さ方向に均等な間隔で複数の熱電対を設
けた検知棒の断面説明図

【図１１】 従来設備において浸漬ノズルを通じて鋳型
内に溶融金属を注入する様子を示す要部断面模式図

【図１２】 鋳型と当該鋳型内に浸漬させられた浸漬ノ
ズルからの吐出流の方向の関係を示す平面説明図

【符号の説明】

ｃ カルマン渦 １ 鋳型 ２ 浸漬ノズル ２ａ，２ｂ 吐出口 ３ モールドパウ
ダー ４ 鋳型内空間 ５ 検知棒 ５ａ 長辺面 ６ 熱電対 ７ 歪ゲージ ７ａ，７ｂ 歪ゲージ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−278423（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−264215（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−165820（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01P 5/01 G01D 21/02 G01K 7/02 G01K 13/00

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端部に測温手段を内装し、基端部に振
   動検知手段を具備させた耐熱素材製棒体よりなる検知棒
   を、溶融金属の吐出流を横切るように溶融金属中に浸漬
   挿入し、吐出流中に前記検知棒が存在することで検知棒
   下流側に発生するカルマン渦の放出によって生ずる検知
   棒の振動を前記振動検知手段によって連続的に測定し、
   振動数と溶融金属の流速との関係式から検知棒の浸漬位
   置における吐出流の流速を解析、算出するとともに、測
   温手段からの測温データを監視することにより、吐出す
   る溶融金属の温度管理を行いながら検知棒の溶損及び折
   損等の異常事態の早期検知も同時に行ってなる溶融金属
   の流速及び温度測定方法。
2. 【請求項２】 検知棒として有底の中空棒を用いてなる
   請求項１記載の溶融金属の流速及び温度測定方法。
3. 【請求項３】 測温手段として熱電対を用い、振動検知
   手段として歪ゲージを用いてなる請求項１又は２記載の
   溶融金属の流速及び温度測定方法。
4. 【請求項４】 検知棒の断面形状を長手方向において変
   化させ、測定対象深さ位置に該当する部分の断面形状を
   他の部分に比べて強いカルマン渦が発生しやすい形状と
   なし、測定対象深さにおける流速を選択的に測定してな
   る請求項１、２又は３記載の溶融金属の流速及び温度測
   定方法。
5. 【請求項５】 検知棒を上下動させて浸漬深さを変化さ
   せ、溶融金属の深さ方向の偏流を測定してなる直前の請
   求項４記載の溶融金属の流速及び温度測定方法。