JP2894272B2 - 溶融金属の流速測定装置とその方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶融金属の流速測
定装置とその方法に関し、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を連続的に直接測定する
ことができる溶融金属の流速測定装置とその方法に関す
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７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８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。しかしながら、これら方法にはそ
れぞれ問題点があった。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。

【０００６】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。

【０００７】近年では連続鋳造の鋳造速度の高速化が求
められるとともに製品品質の安定供給への要求も厳しく
なってきている。このような背景の中、高速鋳造の最適
条件を見出していくためには、鋳型内の溶鋼の流れを十
分に把握しておく必要がある。例えば、鋳込み速度を速
くすると当然浸漬ノズルの吐出口からの吐出量も増し、
図９に示すように吐出流が凝固シェルａに衝突し、最悪
の場合には凝固シェルａを壊してブレークアウトしてし
まう危険性がある。また、図９、１０に示すようにモー
ルドが側面を上昇したメニスカスｂの近傍で反転する際
に発生する表面流ｃ（反転流ともいう）によるモールド
パウダー４の巻き込みや浸漬ノズルから放出されて上方
へ浮上中の非金属介在物ｄの巻き込みが起こり、これら
は鋳片の表面欠陥の最大の原因となるので、これら反転
流の流速を把握することは品質管理上非常に重要となっ
てくる。

【０００８】このような問題を解決する方法として本出
願人は特願平５−１６５８１７号を既に出願している。
この方法は図１１に示すように溶融金属中にその流れを
横切るようにして耐熱素材製の検知棒５を浸漬挿入し、
図１２に示すようにこの検知棒５の下流側に放出される
カルマン渦の放出サイクルを、検知棒５に与えられる衝
撃のサイクルによって検出せんとしたものであり、具体
的には、この衝撃サイクルを検知棒５に取り付けた歪ゲ
ージ等の振動検知手段によって図１３に示すように測定
し、この測定結果を予め求めておいた検知棒の振動数と
溶融金属の流速との関係式に当てはめることで溶融金属
の流速を算出するものであった。

【０００９】この方法により、浸漬ノズルからの吐出流
の流速又は表面流の流速を直接測定することが可能とな
り、得られた測定データを制御系へフィードバックする
ことにより周辺装置を制御することができるようになっ
たばかりでなく、高速鋳造の最適条件を見出すための鋳
型内流速解析を行うことができるようになった。そして
この出願以降、この方法による流速測定精度の向上が重
要なテーマとして意識されだした。本発明はこの課題に
応えてカルマン渦放出に起因する検知棒の振動検出から
流速を推定する溶融金属の流速測定装置及び方法におい
て測定精度の一層の向上をはからんとするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この流速測定方法におい
て測定精度の向上をはかるうえで重要なのは、測定可能
な流速範囲を広げることと、ノイズ成分と検出対象周波
数である吐出流本流による周波数成分との俊別が容易と
なるよう検出対象周波数成分ピークの出力値の高出力化
をはかることである。溶融金属の連続鋳造過程における
タンディッシュから鋳型への浸漬ノズルを用いた溶融金
属の分配注入において予測される溶融金属の流速範囲の
最大幅は１０〜３００ｃｍ／ｓｅｃの広範囲にわたって
いるが、例えば表面流の場合、３０〜５０ｃｍ／ｓｅｃ
の範囲におさまっており、実用上はこの範囲をカバーで
きれば鋳型内の主要な流れは解析できる。したがってこ
の測定対象領域全域において、目標となる周波数成分が
ノイズ成分を無視できる程度の高出力値で検出できる技
術を確立することが本発明の具体的な目的となる。

【００１１】本発明者はこの課題の解決をはかるべく検
討を行ったところ、装置の固有振動数がこの課題を解決
するうえでの重要なポイントとなることに気づいた。特
願平５−１６５８１７号にも記載されているように、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
流速をＶ、検知棒の直径をＤとしたとき、Ｋ＝（ｆＤ／
Ｖ）なる関係にある。ここでＫは溶融金属の種類によら
ない定数である。この関係式から検知棒の直径Ｄが同一
である場合、流速Ｖが大きくなればなるほど周波数ｆは
高い値となることが判る。言い換えると流速Ｖの大きい
領域ほど、より高い周波数に対応できる測定装置が要求
されることになる。そしてこの周波数は空気中で装置を
片持梁の状態に保持したうえで振動させた際の周波数、
即ち固有振動数に支配されることを本発明者は見いだし
た。更にこの固有振動数を規定する最大要因が振動の基
点となる箇所、即ち、非振動部分と振動部分との境界部
分における断面二次モーメントであることも見いだし
た。そして断面二次モーメントを調整するにはこの境界
部を構成する素材の縦弾性係数（ヤング率）と気送管の
断面形状を調整すればよいとの結論にいたった。

【００１２】また特願平５−１６５８１７号では基礎理
論の確立を主目的としたため検知棒は基端支持部から先
端にいたるまで一体のものを用いたが、このような形態
は実用的ではない。そこで本発明では振動検知手段が取
りつけられる検知棒基端側を検知棒とは別体構成とな
し、この部分を新たに支持棒と命名した。そして支持棒
先端に装着部を設け、この装着部によって検知棒を取り
つけることにより検知棒が消耗したときには検知棒のみ
を取り替えられるようにした。

【００１３】このような着想に基づいてなされた本発明
の溶融金属の流速測定装置は次の構成を有する。溶融金
属の流れを横切るように検出部を溶融金属中に位置づけ
た検知棒と、この検知棒の基端が取りつけられる装着部
を振動を封じた固定部から、断面二次モーメントが０．
１０×１０^-4〜４３０×１０^-4ｃｍ⁴ の範囲となるよう
その横断面形状及び肉厚を設定した部分を介して延設し
た支持棒と、より構成された測定ロッドと、前記検知棒
の振動を検知する振動検知手段と、前記振動検知手段に
よって直接あるいは間接的に測定された検知棒の振動数
を予め求めておいた検知棒の振動数と溶融金属の流速と
の関係式に当てはめて溶融金属の流速を算出する手段
と、より構成したことを特徴としている。

【００１４】このように検知棒は装着部によって支持棒
に取り替え可能とすることが実用的であるが、装着部を
設けることなく検知棒を固定部から断面二次モーメント
が０．１０×１０^-4〜４３０×１０^-4ｃｍ⁴ の範囲とな
るようその横断面形状及び肉厚を設定した部分を介して
一体的に延設する場合もある。

【００１５】断面二次モーメントを０．１０×１０^-4〜
４３０×１０^-4ｃｍ⁴ の範囲に設定した部分は、カルマ
ン渦放出に伴う衝撃を受けたときにたわみの支点となる
部分であり、検知棒はこの部分を支点として振動する。
たわみ支点はその両側に位置する部分と同径且つ同じ太
さであってもよいが、その両側に位置する部分よりも薄
肉となすことが好ましい。薄肉箇所は一点でなく一定長
さを有する区間であってもよく、この場合はたわみ支点
はこの区間内において設定する。

【００１６】カルマン渦の放出による振動を効率よく選
択的に検出するためには、薄肉部の横断面形状を長方形
となすとともに、且つこの長辺面が溶融金属の流れと平
行になるように位置づける。

【００１７】溶融金属の流速Ｖは、理論的には Ｖ＝ｆ・Ｄ／Ｋ （Ｋは定数） 又は、 Ｖ＝ａｆ・Ｄ＋ｂ （ａ，ｂは定数） の推定式によって決まる筈であるが、実際は周波数信号
を取り出している部分である歪ゲージを貼り付けた部分
の剛性が関係してくるため、高速領域では直線関係から
外れてくる。そこで本発明ではこれを補正する手段とし
て測定ロッドの種別毎の検量線を作成して、この検量線
に基づいて実測定における溶融金属の流速を求めること
をも提案する。この検量線の作成に際しては測定環境の
模擬再現が容易な低融点合金を用いて行うものとし、こ
の低融点合金中に測定ロッドを浸漬して検知棒の振動数
に対する溶融金属の流速との関係を基にして、検知棒の
振動数から溶融金属の流速を推定する検量線を求めるも
のとする。

【００１８】また検知棒は浸漬時間の経過に伴い溶損に
より痩せ細ったり、あるいは材質によっては溶融金属の
付着により太ったりするが、これら外径変化による測定
結果への影響を補正によって除去することも好ましい。

【００１９】

【作用】本発明の溶融金属の測定方法は、振動検出手段
の基端側である支持棒に取り付けた検知棒を、溶融金属
中の流れの中にこの流れを横切るようにして位置づけ
る。検知棒の位置づけは、検知棒の基端側部分である把
み部分を支持棒に固定することによって行う。また支持
棒への検知棒の固定は支持棒先端に設けた装着部によっ
て行う。この支持部は昇降装置に据えつけられており、
この昇降装置を操作して、鋳型の湯面上方より、検知棒
の先端付近を例えば浸漬ノズルから噴出する吐出流の中
に位置づける。吐出流の中に位置づけられると、検知棒
の外径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僅かに離間して交互に放
出され、この放出に伴う衝撃が検知棒に加えられる。こ
の衝撃の繰り返しが検知棒を振動させることになる。こ
のとき検知棒の振動は、支持棒における振動を封じた固
定部と装着部との間に設けた断面二次モーメントが０．
１０×１０^-4〜４３０×１０^-4ｃｍ⁴ の範囲となるよう
その横断面形状及び肉厚を設定した部分を支点として行
われる。そして、検知棒の振動数が振動検知手段によっ
て検出される。カルマン渦の放出に起因する振動の周波
数は溶融金属中に浸漬している検知棒の外径と溶融金属
の流速によって規定されるので、振動数と流速との関係
を予め求めておけば流速を求めることができる。そして
本発明は、振動の支点、即ちたわみの支点となる部分の
断面二次モーメントが０．１０×１０^-4〜４３０×１０
^-4ｃｍ⁴ の範囲となるようその横断面形状及び肉厚を設
定しているため、タンディッシュから鋳型への浸漬ノズ
ルを用いた溶融金属の分配注入において予測される溶融
金属の流速範囲の実用上必要となる範囲全域に対応する
ことができ、且つこの測定対象領域全域において、目標
となる周波数成分をノイズ成分を無視できる程度の高出
力値として検出することができる。

【００２０】検知棒を溶融金属中に浸漬する場合、表面
流の流路がわからない場合がある。この場合、高出力が
得られるように検知棒を位置づけるために、表面流の流
れ方向が知りたい場合がある。このような場合には、振
動検知手段を設ける箇所を横断面円形又は横断面多角形
となすとともに、この箇所表面の周方向又は隣接面方向
に隣り合って３個以上取付け、各振動検知手段からの出
力値の大きさを比較して表面流の流れ方向を特定し、こ
の表面流の流れ方向を考慮して流速を測定する。

【００２１】

【発明の実施の形態】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は本発明の流速測定装置の要
部説明図である。本流速測定装置は、測定ロッド３０と
振動検知手段としての歪ゲージ２５及び図示外の演算器
とより構成され、測定ロッド３０は更に検知棒１１とこ
れを支持する支持棒２０とより構成される。

【００２２】検知棒１１としては断面円形の有底の中空
棒が主として用いられる。検知棒１１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。また中空であれば検知棒１１の先端付近に熱電対
を内装することも可能となり吐出する溶融金属の温度管
理も行いながら検知棒１１の溶損及び折損等の異常事態
の早期検知も同時に行うことができるようになる。検知
棒１１の材料としては、使用温度で充分な耐熱性及び耐
蝕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１１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。ま
た、短期間の使用に供するのであれば安価なステンレス
や黄銅も使用可能である。

【００２３】図２〜図４は支持棒２０を示し、図２
（イ）は正面図、同図（ロ）は側面図、図３は縦断面
図、図４（イ）（ロ）（ハ）は図２（イ）におけるＡ−
Ａ’断面図、Ｂ−Ｂ’断面図、Ｃ−Ｃ’断面図である。
支持棒２０は図示するように、装着部２１、薄肉部２
２、固定部２３とより構成される。装着部２１は前記検
知棒１１を取り替え可能に装着する筒状部材であり、そ
の装着構造は検知棒１１を内嵌したうえ、図１に示すよ
うにリング１５を螺嵌し、更にこのリング１５の外側か
らネジ１６をネジ穴２４に貫通させて固定した構造であ
る。

【００２４】固定部２３は図示外の昇降機構によって把
持される部分であり、振動しないように昇降機構に強固
に保持される。

【００２５】薄肉部２２は固定部２３と装着部２１の間
にあって、カルマン渦の放出により検知棒１１に衝撃が
作用したときに他の部分に優先して撓むことにより検知
棒１１の振動動作を可能にする部分であり、たわみの支
点、即ち、振動の支点となる部分である。検知棒１１が
如何に広範囲な振動周波数に対して応答性よく反応し、
且つ検出目標周波数成分をノイズ成分と峻別して如何に
確実に検出できるようになるかは、この薄肉部の断面二
次モーメントに依存する。

【００２６】断面二次モーメントは横断面形状によって
決定され、断面形状が幅ｂ、肉厚ｈであり、厚み方向に
振動する場合、断面二次モーメントＩは、 Ｉ＝ｂｈ³ ／１２ で表現される。このように肉厚ｈは３乗となって断面二
次モーメントに大きく寄与するため断面二次モーメント
の増加には薄肉部である薄肉部の肉厚ｈを大きくするこ
とが有効である。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た分配注入にお
いて予測される溶融金属の流速範囲の最大幅は１０〜３
００ｃｍ／ｓｅｃの範囲であるが、例えば表面流速の変
動範囲は３０〜５０ｃｍ／ｓｅｃであり、実務的にはこ
の範囲がカバーできれば鋳型内溶鋼の流速測定は十分で
ある。したがってこの流速範囲全域において、検出目標
である吐出流による周波数成分のピークをノイズ成分か
ら俊別できる程度の十分大きな出力値をもって検出でき
るようにすることが本発明の目的であるといえる。その
ためには先ず第１に測定ロッド３０が前記流速範囲の特
に上限付近の高い周波数に対しても対応できることが必
要であり、これは測定ロッド３０の固有振動数を調整す
ることにより実現できることを本発明者は見いだしてい
る。測定ロッド３０の固有振動数は薄肉部２２の断面二
次モーメントに支配されるから、結局、上記流速範囲全
域にわたって測定を可能にするという課題は測定ロッド
３０の薄肉部２２の断面二次モーメントの適正範囲を見
出すことに尽きる。本発明者は理論解析及び各種実験を
重ねた結果、薄肉部２２の断面二次モーメントを０．１
０×１０^-4〜４３０×１０^-4ｃｍ⁴ の範囲となるよう設
定すれば、概ね前記流速範囲の周波数成分の検出が可能
となることを確認した。

【００２７】しかしながら断面二次モーメントを増加さ
せた際の問題として固有振動数は高くなるものの、薄肉
部２２の振動撓み量が抑制されて、周波数ピークの出力
値が低下し、ノイズ成分からの峻別が困難になるという
問題が浮上する。この問題に関しては、支持棒２０の薄
肉部２２の長さをより長くして検知棒１１の振動幅を大
きくすることで回避できる。

【００２８】また周波数ピークのノイズからの峻別方法
としては、検知棒１１の直径を大きくすることも極めて
有効な手段である。流速Ｖとカルマン渦の放出周波数ｆ
との関係式Ｋ＝ｆＤ／Ｖから判るように、同じ流速下に
おいては、検知棒１１の直径Ｄが大きくなるほど周波数
ｆは低くなり、直径Ｄが小さくなるほど周波数ｆが高く
なる。つまり、測定には多大な影響を及ぼす周辺ノイズ
の周波数を予め把握していれば周辺ノイズの周波数近傍
で、周波数ピークが現れないような検知棒１１の直径を
適宜選択することで周辺ノイズからの峻別が可能とな
る。また装置の適応流速範囲の増加に、検知棒１１の単
位長さ当たりの重量も大きく寄与することを本発明者は
見出した。支持棒２０の材質と仕様が同一で、さらに検
知棒１１の長さ、直径が同一の場合、検知棒１１の単位
長さ当たりの重量が小さいほど、即ち同肉厚の場合、密
度の小さい材料、また同材料の場合、肉厚の小さいもの
の方が、測定可能流速の範囲が大きくなることも本発明
者は確認している。薄肉部２２の断面二次モーメントは
材質が同じである場合、薄肉部２２の横断面形状とその
肉厚によって規定される。薄肉部２２の形状としては種
々のものが採用可能であるが、吐出本流によるカルマン
渦に起因する衝撃を効率良く受け止めるようにするには
図４（ロ）に示すように断面長方形状のものを用い、且
つこの長辺面が溶融金属の流れと平行になるように設定
することが好ましい。

【００２９】以上述べた測定ロッドは、検知棒を支持棒
２０に設けた装着部２１に取り替え可能に装着できるよ
うにした場合である。この例の場合、検知棒１１が溶損
したり折損した場合には新しい検知棒１１と取り替える
ことができる。尚、実用性には乏しいものの、装着部２
１によって検知棒１１を取り替え可能に取りつけるので
はなく検知棒１１を薄肉部２２を介して固定部２３から
一体的に延設する場合もある。

【００３０】断面長方形となした薄肉部２２の長辺面に
は図５（イ）（ロ）に示すように振動検知手段としての
歪ゲージ２５，２５が貼りつけられ、薄肉部２２の撓み
を検出できるように構成され、この撓みの繰り返し周期
から薄肉部２２の振動数を検知できるように構成されて
いる。振動検知手段としては歪ゲージ２５，２５に代え
てＬＥＤ、赤外線更にはレーザー等を用いた光学的変位
計を用いることもできる。ただ溶鋼から赤外線波長域の
光が出ている場合には赤外線の使用は好ましくない。ま
た煙等の遮光性物質が存在する場合には、歪ゲージ２
５，２５を用いる方が好ましい。

【００３１】このような溶融金属の流速測定装置は、検
知棒１１を支持棒に取り付けたうえ、支持棒２０基端を
図示外の昇降装置で把持して昇降させ、検知棒１１を溶
融金属中の吐出流内にこの吐出流を横切るようにして位
置づけ、カルマン渦の放出に起因して繰り返し受ける衝
撃を振動周波数の形式で測定記録し、測定後あるいはリ
アルタイムに前記振動周波数から吐出流の流速Ｖを算出
する。振動周波数から吐出流の流速の導出は、同じ測定
ロッドを用いて予め振動周波数ｆと流速Ｖとの関係式を
求めておき、この関係式に測定した振動周波数ｆを当て
はめて算出する。流速Ｖは計算上は、 Ｖ＝ａ・ｆ・Ｄ＋ｂ で表され、流速Ｖと周波数ｆとは直線関係にある筈であ
るが、実際は歪ゲージを貼り付ける部分の剛性も関係す
るため直線関係から外れる。このため、より精度が要求
される場合は測定ロッド３０の種類が異なる毎に流速Ｖ
と振動周波数ｆとの関係を示す検量線を求め、この検量
線を以後の実測定における振動周波数からの流速算出に
用いる。この検量線は測定環境の模擬再現が容易な低融
点合金を用いて行うものとし、この低融点合金中に測定
ロッドを浸漬して検知棒の振動数に対する溶融金属の流
速との関係から、回帰分析によって求める。低融点合金
を対象として得られた検量線が溶鋼中での結果と一致し
ていることを本発明者は確認しており、また多くの場
合、この検量線は一次回帰式で近似できることも本発明
者は確認している。

【００３２】また、検知棒は浸漬時間の経過に伴い溶損
により痩せ細ったり、あるいは材質によっては溶融金属
の付着により太ったりする現象が生ずる。一般に溶融金
属に対して反応し難く耐食性が良いとされる、例えばセ
ラミックス等でも溶融金属の熱と流れに晒されると浸食
されて痩せ細る傾向にある。一方、熱伝導の良いとされ
る、例えば鉄、ステンレス、黄銅等は溶融金属に浸漬す
ると溶融金属から熱を奪って上方へ熱伝達し放熱するの
で表面付着した溶融金属が固まって太る傾向にある。こ
のような現象は誤差原因となるためこの誤差を補正する
ための補正項を推定式のなかに盛り込んでおくことが好
ましい。補正項は浸漬時間と溶融金属の温度の関数とし
て表現され、具体的には予め試験によって求めておくこ
となど考えられる。本発明者の研究によれば、溶融金属
の流速Ｖ、温度が一定である場合、浸漬時間と外径変化
との関係はほぼ直線関係として扱えることも確認してい
る。ただし、検知棒１１の外径変化は浸漬部分全体に均
一に発生するのではなく一般に浸漬位置が深いほど流速
が速いため外径変化も大きい。したがって、ここで使用
している外径という概念は特定位置の外径を意味してい
るのでないことは注意を要する。

【００３３】また上述したものは、歪ゲージを薄肉部２
２の長辺面２面に貼り付け、且つこの長辺面を流れ方向
に対して平行に位置づけるものであったが、これはあく
までも流れ方向が既知であることが前提である。検出し
ようとする流速の流れ方向が既知でない場合には、流れ
方向の特定自体が最初の課題となる。このようなケース
としては、浸漬ノズルから吐出された吐出流本流が鋳型
壁面で反射して発生する反転流（表面流）による影響が
無視できず、反転流の流速を測定する必要がある場合な
どがある。このような場合には、薄肉部の断面形状を円
形又は正方形あるいは正多角形等の形状的に方向性のな
いものあるいは方向性の少ないものとし、この薄肉部の
周面又は多角面に周方向あるいは隣接面方向に隣り合わ
せて３個以上の歪ゲージを貼り付け、各歪ゲージからの
出力値の大きさを比較することによって検出しようとす
る表面流の流れ方向を特定し、この測定された流れ方向
を考慮したうえ流速を測定する。

【００３４】以上述べたものは、支持棒にその両側より
も薄肉な部分を形成してこの部分を振動の支点、即ちた
わみの支点とした場合であったが、薄肉部を形成するこ
となく支持棒を全長にわたって同径とする場合も本発明
の対象である。この場合は、撓みやすくするために検知
棒を長くすることが好ましい。

【００３５】

【実施例】表１に本発明の具体的実施例１〜７を記す。
実施例１〜７は図１〜図５で示した形状を基本にして、
検知棒及び支持棒に関する各要素を変化させたものであ
る。これら各プローブの固有振動数の理論値と実験によ
り確認されたそれぞれの適応流速範囲を示す。この結果
からわかるように本発明実施例１〜７はいずれも３０〜
５０ｃｍ／ｓｅｃの流速範囲には完全に対応できている
ことがわかる。またこれらはいずれもノイズから峻別で
きる充分大きな出力値を得ることもできた。

【００３６】

【表１】

【００３７】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、鋳型内の
溶融金属の流速を、ノイズの影響を排除しつつ、予想さ
れる流速範囲全域を対象として高精度に測定することが
可能となる。

【００３８】また請求項４記載のように断面二次モーメ
ントを０．１０×１０^-4〜４３０×１０^-4ｃｍ⁴ の範囲
に設定する部分がその両側に位置する部分よりも薄肉と
なしたうえ、薄肉部の横断面形状を長方形となすととも
に、その長辺面が溶融金属の流れと平行になるように位
置づけた場合、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でき
るようになる。

【００３９】また請求項８のように浸漬時間の経過に伴
う検知棒の外径変化による測定値への影響を補正するよ
うにした場合、測定精度の一層の向上が望める。

【００４０】請求項９のように振動検知手段を設ける箇
所を横断面円形又は横断面多角形となすとともに、この
箇所表面の周方向又は隣接面方向に隣り合って３個以上
の振動検知手段を取付けるとともに、各振動検知手段か
らの出力値の大きさを比較して吐出流の流れ方向を特定
したうえ、流速測定を行うようにした場合、反転流等の
流れ方向が不明なものをも測定対象とすることができ本
発明の応用範囲が広がる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の流速測定装置に用いるプローブの全
体外観を示す正面図

【図２】 同プローブの支持棒部分を示し、（イ）は正
面図、（ロ）は側面図

【図３】 プローブの支持棒部分の縦断面図

【図４】 プローブの支持棒部分の横断面図を示し、
（イ）は図２（イ）におけるＡ−Ａ’断面図、（ロ）は
図２（イ）におけるＢ−Ｂ’断面図、（ハ）は図２
（イ）におけるＣ−Ｃ’断面図

【図５】 プローブに歪ゲージを取りつけた状態を示
し、（イ）は正面図、（ロ）は側面図

【図６】 支持棒の薄肉部をその長辺面が吐出流の流れ
方向と平行になるように位置づけた状態を示す説明図

【図７】 浸漬ノズルを通じて鋳型内に溶融金属を注入
する様子を示す断面模式図

【図８】 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

【図９】 鋳型内の溶鋼の様々な流れを示す模式図

【図１０】 鋳型内表面付近の溶鋼の流れを示す概念図

【図１１】 カルマン渦に起因する振動検出から流速測
定を行う基本原理の説明図

【図１２】 検知棒の下流側でカルマン渦が放出されて
いる様子を示す模式図

【図１３】 振動検知手段の出力例を示すグラフ

【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 １１ 検知棒 １５ リング １６ ネジ ２０ 支持棒 ２１ 装着部 ２２ 薄肉部 ２３ 固定部 ２４ ネジ穴 ３０ 測定ロッド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 寺内 幸生 大阪府高槻市三島江１−７−40 ヘレウ ス・エレクトロナイト株式会社内 (56)参考文献 特開 昭58−154617（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01P 5/01 G01F 1/32

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶融金属の流れを横切るように検出部を
   溶融金属中に位置づけた検知棒と、この検知棒の基端が
   取りつけられる装着部を振動を封じた固定部から、断面
   二次モーメントが０．１０×１０^-4〜４３０×１０^-4ｃ
   ｍ⁴ の範囲となるようその横断面形状及び肉厚を設定し
   た部分を介して延設した支持棒と、より構成された測定
   ロッドと、 前記検知棒の振動を検知する振動検知手段と、 前記振動検知手段によって測定された検知棒の振動数を
   予め求めておいた検知棒の振動数と溶融金属の流速との
   関係式に当てはめて溶融金属の流速を算出する手段と、 よりなる溶融金属の流速測定装置。
2. 【請求項２】 溶融金属の流れを横切るように検出部を
   溶融金属中に位置づけた検知棒を振動を封じた固定部か
   ら、断面二次モーメントが０．１０×１０^-4〜４３０×
   １０^-4ｃｍ⁴ の範囲となるようその横断面形状及び肉厚
   を設定した部分を介して一体的に延設してなる測定ロッ
   ドと、 前記検知棒の振動を検知する振動検知手段と、 前記振動検知手段によって測定された検知棒の振動数を
   予め求めておいた検知棒の振動数と溶融金属の流速との
   関係式に当てはめて溶融金属の流速を算出する手段と、 よりなる溶融金属の流速測定装置。
3. 【請求項３】 断面二次モーメントを０．１０×１０^-4
   〜４３０×１０^-4ｃｍ⁴ の範囲に設定する部分がその両
   側に位置する部分よりも薄肉である請求項１又は２記載
   の溶融金属の流速測定装置。
4. 【請求項４】 薄肉部の横断面形状を長方形となすとと
   もに、その長辺面が溶融金属の流れと平行になるように
   位置づけてなる請求項３記載の溶融金属の流速測定装
   置。
5. 【請求項５】 支持棒の薄肉部の肉厚ｈが１．０〜３．
   ５ｍｍ、薄肉部の幅ｂが５．０〜１５．０ｍｍ、薄肉部
   の長さＬが３０〜１３０ｍｍ、検知棒の長さが５０〜５
   ００ｍｍ、単位長さ当たりの重量が０．２〜２．５ｇ／
   ｃｍである請求項１又は２記載の溶融金属の流速測定装
   置。
6. 【請求項６】 測定対象である溶融金属の流れを横切る
   ように位置づけた検知棒を、振動を封じた固定部から断
   面二次モーメントが０．１０×１０^-4〜４３０×１０^-4
   ｃｍ⁴ の範囲となるようその横断面形状及び肉厚を設定
   した部分を介して延設してなる測定ロッドと、 前記検知棒の振動を検知する振動検知手段と、 前記振動検知手段によって測定された検知棒の振動数を
   予め求めておいた検知棒の振動数と溶融金属の流速との
   関係式に当てはめて溶融金属の流速を算出する手段と、 よりなる溶融金属の流速測定装置を用いる溶融金属の流
   速測定方法であって、検知棒の下流側で発生するカルマ
   ン渦の放出サイクルを、断面二次モーメントが０．１０
   ×１０^-4〜４３０×１０^-4ｃｍ⁴ の範囲となるようその
   横断面形状及び肉厚を設定した部分をたわみ支点となし
   た検知棒の振動としてとらえ、この振動を振動検知手段
   によって連続的に測定するとともに、測定された振動数
   を、予め求めておいた検知棒の振動数と溶融金属の流速
   との関係式に当てはめて溶融金属の流速を算出してなる
   溶融金属の流速測定方法。
7. 【請求項７】 低融点合金中にて試験的に測定した測定
   ロッドの種別毎の検知棒の振動数と溶融金属の流速との
   相関関係から、検知棒の振動数から溶融金属の流速を推
   定する検量線を測定ロッド種別毎に導き出し、同種の測
   定ロッドによる実測定の場合には以後この検量線を用い
   てなる請求項６記載の溶融金属の流速測定方法。
8. 【請求項８】 浸漬時間の経過に伴う検知棒の外径変化
   による測定値への影響を補正するために浸漬時間と溶融
   金属の温度をパラメータとした補正項を予め試験により
   求めておき、この補正項を用いて測定結果を補正してな
   る請求項６記載の溶融金属の流速測定方法。
9. 【請求項９】 請求項６記載の流速測定方法において、
   振動検知手段を設ける箇所を横断面円形又は横断面多角
   形となすとともに、この箇所表面の周方向又は隣接面方
   向に隣り合って３個以上の振動検知手段を取付け、各振
   動検知手段からの出力値の大きさを比較して流れの方向
   を特定してなる溶融金属の流速測定方法。