JP7010160B2 - Liquid metal flow velocity measurement method and ultrasonic current meter - Google Patents

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Description

本願は超音波流速計を用いた液体金属の流速測定方法を開示する。 The present application discloses a method for measuring a flow velocity of a liquid metal using an ultrasonic current meter.

従来、超音波流速計による液体金属流動の計測の精度改善として広く用いられてきた手法は、計測アルゴリズムの変更である。これは、流動場より取得する超音波情報から如何にエラーの少ない速度情報を算出するかに着目している。計測アルゴリズムを変更することで計測精度を改善したことを示す公知例としては、非特許文献1がある。 Conventionally, a method widely used to improve the accuracy of measurement of liquid metal flow by an ultrasonic current meter is to change the measurement algorithm. This focuses on how to calculate velocity information with few errors from ultrasonic information acquired from the flow field. Non-Patent Document 1 is a known example showing that the measurement accuracy is improved by changing the measurement algorithm.

一方で、取得する超音波情報にエラーがないことに着目した手法として、作動流体中でプローブを長時間浸漬させる方法がある。これは、プローブ表面に対する作動流体の濡れ性を向上させ、超音波情報のエラーの原因となる気相や不純物をプローブ表面から取り去ることを目的としている。作動流体中にプローブを長時間浸漬させることで計測精度を改善したことを示す公知例としては、非特許文献2がある。 On the other hand, as a method focusing on the fact that there is no error in the acquired ultrasonic information, there is a method of immersing the probe in the working fluid for a long time. This is intended to improve the wettability of the working fluid to the probe surface and to remove gas phases and impurities that cause errors in ultrasonic information from the probe surface. Non-Patent Document 2 is a known example showing that the measurement accuracy is improved by immersing the probe in the working fluid for a long time.

尚、特許文献1では、液体金属中に浸漬した超音波トランスデュ-サに良好な濡れ性を与える方法および装置の提案があり、液体ナトリウムにより冷却される高速中性子原子炉の炉心を構成する燃料集合体の視認のため超音波視認装置についての実施例が紹介されているが、流速測定の適用可能性の示唆はあるが具体的な記載はない。また、特許文献2、3では、超音波を用いて溶融アルミニウムの品質を検査するプロセスにおいてトランスジユーサ装置と溶融アルミニウムとの間に超音波エネルギーの伝達に影響を及ぼす濡れ性を改善するため、溶融アルミニウム中での耐浸蝕性、安定性、低熱伝導、低熱膨張性のあるチタン材料で構成したプローブの提案があるが、流速測定への具体的な応用方法への記載はない。 In Patent Document 1, there is a proposal of a method and an apparatus for imparting good wettability to an ultrasonic transducer immersed in a liquid metal, and the fuel constituting the core of a high-speed neutron reactor cooled by liquid sodium. An example of an ultrasonic visual recognition device has been introduced for visual recognition of an aggregate, but there is a suggestion of applicability of flow velocity measurement, but there is no specific description. Further, in Patent Documents 2 and 3, in order to improve the wettability that affects the transfer of ultrasonic energy between the transducer device and the molten aluminum in the process of inspecting the quality of the molten aluminum using ultrasonic waves. There is a proposal for a probe made of a titanium material having corrosion resistance, stability, low thermal conductivity, and low thermal expansion in molten aluminum, but there is no description of a specific application method for flow velocity measurement.

特開昭62-299779号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 62-299779 特公平1-11141号公報Special Fair 1-1141 Gazette 特公平1-52694号公報Special Fair 1-52694 Gazette

村川ら、日本機械学会論文集(B編)79巻799号(2013-3),P356-367Murakawa et al., Proceedings of the Japan Society of Mechanical Engineers (Vol. B) Vol. 79, No. 799 (2013-3), P356-367 M.Hirabayashi, et.al.,13th International Conference on Nuclear Engineering, Beijing, China, May16-20, 2005, ICONE13-50346M.Hirabayashi, et.al., 13th International Conference on Nuclear Engineering, Beijing, China, May16-20, 2005, ICONE13-50346

非特許文献2に開示されているように、超音波流速計を用いて液体金属の流速を測定する場合、数百時間もの間、超音波プローブを液体金属に浸漬させる必要があり、大変手間がかかる。すなわち、従来技術においては、超音波流速計を用いて液体金属の流速を測定する場合に、測定精度を短時間に向上させることが困難という課題がある。 As disclosed in Non-Patent Document 2, when measuring the flow velocity of a liquid metal using an ultrasonic flow meter, it is necessary to immerse the ultrasonic probe in the liquid metal for several hundred hours, which is very troublesome. It takes. That is, in the prior art, when measuring the flow velocity of a liquid metal using an ultrasonic current meter, there is a problem that it is difficult to improve the measurement accuracy in a short time.

本願は上記課題を解決するための手段の一つとして、超音波プローブを備える超音波流速計を用いて液体金属の流速を測定する方法であって、前記超音波プローブを前記液体金属に浸漬する前に、前記超音波プローブの表面に、前記液体金属へと溶質拡散し得るろう付け金属層を設ける、液体金属の流速測定方法を開示する。 The present application is a method of measuring the flow velocity of a liquid metal using an ultrasonic flow meter equipped with an ultrasonic probe as one of means for solving the above-mentioned problems, in which the ultrasonic probe is immersed in the liquid metal. Previously, a method for measuring a flow velocity of a liquid metal is disclosed, in which a brazed metal layer capable of solute diffusion into the liquid metal is provided on the surface of the ultrasonic probe.

本開示の流速測定方法において、前記超音波プローブの母材金属がステンレス鋼からなることが好ましい。 In the flow velocity measuring method of the present disclosure, it is preferable that the base metal of the ultrasonic probe is made of stainless steel.

本開示の流速測定方法において、前記ろう付け金属層の厚みが10μm以上5000μm以下であることが好ましい。 In the flow velocity measuring method of the present disclosure, it is preferable that the thickness of the brazed metal layer is 10 μm or more and 5000 μm or less.

本開示の流速測定方法において、前記ろう付け金属層を構成する金属元素にAgが含まれることが好ましい。 In the flow velocity measuring method of the present disclosure, it is preferable that Ag is contained in the metal element constituting the brazed metal layer.

本願は上記課題を解決するための手段の一つとして、液体金属の流速を測定するために用いられる、超音波プローブを備える超音波流速計であって、前記超音波プローブが、その表面に前記液体金属へ溶質拡散し得るろう付け金属層を有する、超音波流速計を開示する。 The present application is an ultrasonic doppler current meter provided with an ultrasonic probe, which is used for measuring the flow velocity of a liquid metal as one of means for solving the above-mentioned problems, and the ultrasonic probe is attached to the surface thereof. Disclosed is an ultrasonic doppler current meter having a brazed metal layer capable of solute diffusion into a liquid metal.

本開示の流速測定方法においては、超音波プローブを液体金属に浸漬した場合に、超音波プローブの表面に設けられたろう付け金属層が液体金属へ拡散して混ざり合い、結果的に超音波プローブの表面が液体金属に短時間で濡れ易い、すなわち、超音波流速計を用いて液体金属の流速を測定する場合に、測定精度を短時間に向上させることができる。 In the flow velocity measuring method of the present disclosure, when the ultrasonic probe is immersed in the liquid metal, the brazed metal layer provided on the surface of the ultrasonic probe diffuses and mixes with the liquid metal, resulting in the ultrasonic probe. When the surface is easily wetted with the liquid metal in a short time, that is, when the flow velocity of the liquid metal is measured by using an acoustic doppler current meter, the measurement accuracy can be improved in a short time.

超音波プローブを備える超音波流速計を用いて液体金属の流速を測定する実験装置の構成を説明するための概略図である。It is a schematic diagram for demonstrating the structure of the experimental apparatus which measures the flow velocity of a liquid metal using an ultrasonic flow meter equipped with an ultrasonic probe. ろう付け金属層が設けられた超音波プローブを用いた場合と、ろう付け金属層の無い超音波プローブを用いた場合とで、液体金属が一定方向に流動する流速に関するエコー強度を比較した図である。It is a figure comparing the echo intensities regarding the flow velocity of the liquid metal flowing in a certain direction between the case of using the ultrasonic probe provided with the brazed metal layer and the case of using the ultrasonic probe without the brazed metal layer. be. ろう付け金属層が設けられた超音波プローブを用いた場合と、ろう付け金属層の無い超音波プローブを用いた場合とで、液体金属が一定方向に流動する流速の速度分布を比較した図である。It is a diagram comparing the velocity distribution of the flow velocity in which the liquid metal flows in a certain direction between the case of using the ultrasonic probe provided with the brazed metal layer and the case of using the ultrasonic probe without the brazed metal layer. be. 超音波プローブの表面に設けられたろう付け金属層の厚みと、超音波流速計によって液体金属の流速を測定可能となるまでの時間(超音波プローブが液体金属に十分に濡れるまでの時間)との関係を示す図である。The thickness of the brazed metal layer provided on the surface of the ultrasonic probe and the time until the flow velocity of the liquid metal can be measured by the acoustic doppler current meter (the time until the ultrasonic probe is sufficiently wetted with the liquid metal). It is a figure which shows the relationship.

1.液体金属の流速測定方法
本開示の液体金属の流速測定方法は、超音波プローブを備える超音波流速計を用いて液体金属の流速を測定する方法であって、超音波プローブを液体金属に浸漬する前に、超音波プローブの表面に、液体金属へ溶質拡散し得るろう付け金属層を設けることに一つの特徴がある。なお、以降、本願の説明において「液体金属へ溶質拡散する」とは、液体金属中へろう付け金属層の成分が拡散して混ざり合う意味とする。液体金属への浸漬前に超音波プローブの表面にろう付け金属層を設けることで、ろう付け金属層を設けなかった場合と比べて、液体金属に浸漬した場合に超音波流速計において、超音波により得られる反射エコーの強度(以降、簡単に「超音波流速計により得られるエコー強度」と呼称)が大きくなるとともに、超音波プローブが液体金属に十分に濡れるまでの時間(超音波流速計により得られるエコー強度が十分に大きくなるまでの時間)が短縮される。
1. 1. Method for Measuring Flow Flow of Liquid Metal The method for measuring the flow velocity of liquid metal of the present disclosure is a method of measuring the flow velocity of liquid metal using an ultrasonic flow meter equipped with an ultrasonic probe, in which the ultrasonic probe is immersed in the liquid metal. Previously, one feature is to provide a brazing metal layer capable of solute diffusion into a liquid metal on the surface of the ultrasonic probe. Hereinafter, in the description of the present application, "solute diffusion into the liquid metal" means that the components of the brazed metal layer are diffused and mixed in the liquid metal. By providing a brazing metal layer on the surface of the ultrasonic probe before immersion in the liquid metal, the ultrasonic wave is generated in the ultrasonic flowmeter when immersed in the liquid metal as compared with the case where the brazing metal layer is not provided. The intensity of the reflected echo obtained by the above (hereinafter, simply referred to as "echo intensity obtained by the ultrasonic flowmeter") increases, and the time until the ultrasonic probe sufficiently gets wet with the liquid metal (by the ultrasonic flowmeter). The time until the obtained echo intensity becomes sufficiently large) is shortened.

1.1.超音波プローブを備える超音波流速計
超音波プローブを備える超音波流速計の基本構成や測定原理については、非特許文献1及び2等に開示されているように公知である。以下、本開示の液体金属の流速測定方法において重要となる部分についてのみ説明し、これ以外の構成については自明であることから説明を省略する。本開示の液体金属の流速測定方法においては、例えば、所定の金属を母材とする棒状の部材によって超音波プローブを構成することができる(図1参照)。言うまでもないが、超音波プローブを構成する母材金属は、流速を測定する対象である液体金属とは異なる金属であって、当該液体金属よりも融点の高い金属である。例えば、超音波プローブを構成する母材金属は活性雰囲気(大気雰囲気等)において不動態被膜を形成し得るものである。本発明者の知見によると、当該不動態被膜の存在が超音波プローブの液体金属に対する濡れ性を一層悪化させる。これに対し、本開示の液体金属の流速測定方法によれば、超音波プローブの表面に所定のろう付け金属層を設けることで母材金属の種類によらず超音波プローブの液体金属に対する濡れ性を改善することができる。特に、本発明者の新たな知見によると、超音波プローブの母材金属がステンレス鋼からなる場合に、本開示の液体金属の流速測定方法による効果が一層顕著となる。
1.1. An ultrasonic flow meter equipped with an ultrasonic probe The basic configuration and measurement principle of an ultrasonic flow meter provided with an ultrasonic probe are known as disclosed in Non-Patent Documents 1 and 2. Hereinafter, only the important part in the flow rate measuring method of the liquid metal of the present disclosure will be described, and the description of other configurations will be omitted because it is obvious. In the method for measuring the flow velocity of a liquid metal of the present disclosure, for example, the ultrasonic probe can be configured by a rod-shaped member using a predetermined metal as a base material (see FIG. 1). Needless to say, the base metal constituting the ultrasonic probe is a metal different from the liquid metal whose flow velocity is to be measured, and has a higher melting point than the liquid metal. For example, the base metal constituting the ultrasonic probe can form a passivation film in an active atmosphere (atmosphere, etc.). According to the findings of the present inventor, the presence of the passivation film further exacerbates the wettability of the ultrasonic probe to liquid metal. On the other hand, according to the liquid metal flow velocity measuring method of the present disclosure, by providing a predetermined brazed metal layer on the surface of the ultrasonic probe, the wettability of the ultrasonic probe to the liquid metal regardless of the type of the base metal. Can be improved. In particular, according to the new findings of the present invention, when the base metal of the ultrasonic probe is made of stainless steel, the effect of the liquid metal flow velocity measuring method of the present disclosure becomes more remarkable.

1.2.液体金属
本開示の液体金属の流速測定方法において、液体金属の種類は特に限定されるものではない。従来から、溶融させた低融点金属を用いて、製鉄所における転炉内の溶鋼の流動状態、鋳造において浸漬ノズルから鋳型に流し込まれる溶鋼の流動状態、取鍋内の溶鋼の流動状態等を模擬することが行われている。例えば、スラブ連続鋳造においては、通常、2孔の浸漬ノズルから鋳型の内部へ給湯される際、溶鋼が斜め下向きに吐出され、鋳型の内壁に突き当たった溶鋼が上下に分かれて、上昇流と下降流とを形成する。高速鋳造条件下において、浸漬ノズルからの溶鋼の吐出流は、鋳型短辺の凝固シェルを溶解してブレークアウトを引き起こしたり、上記の上昇流が鋳型内湯面を乱して鋳片表面品質を悪化させたり、上記の下降流が非金属介在物を鋳片内深くへ持ち込んで鋳片内部品質を悪化させたりと、様々な悪影響を及ぼす。それゆえ、連続鋳造時において、ノズルから吐出される溶鋼の流動状態や、鋳型に流し込まれた溶鋼の流動状態を正確に把握することが重要である。しかしながら、溶鋼の流動状態を直接的に測定することは困難であることから、低融点金属を用いて溶鋼の流動状態を模擬することが有効となる。このような場合に、超音波流速計を用いて低融点金属の流速を測定する需要がある。この場合の低融点金属とは融点が300℃以下の金属をいう。すなわち、本開示の液体金属の流速測定方法において、液体金属の融点は300℃以下であることが好ましい。このような低融点金属の具体例としては、Sn、Sn合金、ガリウム合金、水銀から選ばれる少なくとも1種が挙げられる。
1.2. Liquid Metal In the method for measuring the flow velocity of the liquid metal disclosed in the present disclosure, the type of the liquid metal is not particularly limited. Conventionally, using molten low melting point metal, the flow state of molten steel in a converter in a steel mill, the flow state of molten steel poured into a mold from a dipping nozzle in casting, the flow state of molten steel in a ladle, etc. are simulated. Is being done. For example, in continuous slab casting, when hot water is normally supplied to the inside of a mold from a two-hole immersion nozzle, the molten steel is discharged diagonally downward, and the molten steel that hits the inner wall of the mold is divided into upper and lower parts, and ascending and descending. Form a stream. Under high-speed casting conditions, the molten steel discharge flow from the immersion nozzle melts the solidified shell on the short side of the mold and causes breakout, or the above-mentioned rising flow disturbs the molten metal surface in the mold and deteriorates the surface quality of the slab. The above-mentioned downward flow causes various adverse effects such as bringing non-metal inclusions deep into the slab and deteriorating the internal quality of the slab. Therefore, it is important to accurately grasp the flow state of the molten steel discharged from the nozzle and the flow state of the molten steel poured into the mold during continuous casting. However, since it is difficult to directly measure the flow state of the molten steel, it is effective to simulate the flow state of the molten steel using a low melting point metal. In such a case, there is a demand for measuring the flow velocity of the low melting point metal using an ultrasonic current meter. The low melting point metal in this case means a metal having a melting point of 300 ° C. or lower. That is, in the method for measuring the flow velocity of the liquid metal of the present disclosure, the melting point of the liquid metal is preferably 300 ° C. or lower. Specific examples of such a low melting point metal include at least one selected from Sn, Sn alloys, gallium alloys, and mercury.

1.3.ろう付け金属層
本開示の液体金属の流速測定方法においては、超音波プローブを液体金属に浸漬する前に(液体金属の流速測定を行う前に)、超音波プローブの表面に、液体金属へと溶質拡散し得るろう付け金属層を設ける。尚、超音波プローブの表面に上述した不動態被膜が存在する場合、例えば、フラックスや酸洗、研磨等で当該不動態被膜を除去したうえでろう付け金属層を設けることが好ましい。ここで「ろう付け金属層」はろう付け金属を含む層をいう。「ろう付け金属」は上記の液体金属へ溶質拡散し得る金属であればよい。尚、言うまでもないが、ろう付け金属はプローブの母材金属よりも融点の低いものを用いる。ろう付け金属の種類はプローブの母材金属や測定対象である液体金属の種類に応じて適宜決定することができる。例えば、銀ろう、銅ろう、アルミニウムろう、はんだ等が挙げられる。特に、本発明者の新たな知見によると、ろう付け金属として銀ろうを用いた場合に、本開示の液体金属の流速測定方法による効果が一層顕著となる。すなわち、本開示の液体金属の流速測定方法において、ろう付け金属層を構成する金属元素にAgが含まれることが好ましく、Ag、Cu及びZnが含まれることがより好ましく、Ag、Cu、Zn及びSnが含まれることがさらに好ましい。
1.3. Braded metal layer In the liquid metal flow velocity measuring method of the present disclosure, before immersing the ultrasonic probe in the liquid metal (before measuring the flow velocity of the liquid metal), the surface of the ultrasonic probe is transferred to the liquid metal. A brazing metal layer capable of solute diffusion is provided. When the above-mentioned passivation film is present on the surface of the ultrasonic probe, it is preferable to remove the passivation film by, for example, flux, pickling, polishing, or the like, and then provide a brazed metal layer. Here, the "brazing metal layer" refers to a layer containing brazing metal. The "brazing metal" may be any metal that can be solute-diffused into the above liquid metal. Needless to say, the brazed metal has a lower melting point than the base metal of the probe. The type of brazed metal can be appropriately determined according to the base metal of the probe and the type of the liquid metal to be measured. For example, silver brazing, copper brazing, aluminum brazing, solder and the like can be mentioned. In particular, according to the new findings of the present inventor, when silver brazing metal is used as the brazing metal, the effect of the liquid metal flow velocity measuring method of the present disclosure becomes more remarkable. That is, in the method for measuring the flow velocity of the liquid metal of the present disclosure, it is preferable that the metal element constituting the brazing metal layer contains Ag, more preferably Ag, Cu and Zn, and Ag, Cu, Zn and It is more preferable that Sn is contained.

ろう付け金属層は超音波プローブの表面のうち必要な部分(液体金属に対する濡れ性を改善すべき部分)に少なくとも設けられていればよい。具体的には、ろう付け金属層は超音波プローブの先端に少なくとも設けられていることが好ましい。尚、超音波プローブの表面にろう付け金属層を設ける方法は、厳密に「ろう付け」に限定されるものではない。ろう付け以外の方法(例えば、メッキやスパッタ等)によってプローブ表面にろう付け金属層を設けることもできる。ただし、コスト等を考慮した場合、プローブ表面に安価で行えるろう付けによって上記のろう付け金属層を設けることが好ましい。 The brazed metal layer may be provided at least on the necessary portion (the portion where the wettability to the liquid metal should be improved) on the surface of the ultrasonic probe. Specifically, it is preferable that the brazed metal layer is provided at least at the tip of the ultrasonic probe. The method of providing the brazed metal layer on the surface of the ultrasonic probe is not strictly limited to "brazing". A brazed metal layer may be provided on the probe surface by a method other than brazing (for example, plating or sputtering). However, in consideration of cost and the like, it is preferable to provide the above-mentioned brazing metal layer on the probe surface by brazing that can be performed at low cost.

本開示の液体金属の流速測定方法においては、ろう付け金属層の厚みが薄ければ薄いほど、超音波プローブが液体金属に濡れるまでの時間(超音波流速計により得られるエコー強度が十分に大きくなるまでの時間)を短縮することができる。ただし、ろう付けが可能な現実的な厚みの下限としては10μm程度である。一方、本発明者の新たな知見によると、ろう付け金属層の厚みを5000μm以下とすることで、超音波プローブが液体金属に濡れるまでの時間を従来の100分の1以下(例えば70分以下)にまで短縮することができる。以上を考慮すると、本開示の液体金属の流速測定方法において、ろう付け金属層の厚みは10μm以上5000μm以下であることが好ましい。上限がより好ましくは2500μm以下、さらに好ましくは1500μm以下である。 In the method for measuring the flow velocity of the liquid metal of the present disclosure, the thinner the thickness of the brazed metal layer, the longer the time until the ultrasonic probe gets wet with the liquid metal (the echo intensity obtained by the acoustic doppler current meter is sufficiently large). It is possible to shorten the time until it becomes. However, the lower limit of the practical thickness that can be brazed is about 10 μm. On the other hand, according to a new finding of the present inventor, by setting the thickness of the brazed metal layer to 5000 μm or less, the time required for the ultrasonic probe to get wet with the liquid metal is 1/100 or less (for example, 70 minutes or less). ) Can be shortened. In consideration of the above, in the method for measuring the flow velocity of the liquid metal of the present disclosure, the thickness of the brazed metal layer is preferably 10 μm or more and 5000 μm or less. The upper limit is more preferably 2500 μm or less, still more preferably 1500 μm or less.

2.超音波流速計
本開示の超音波流速計は、液体金属の流速を測定するために用いられる、超音波プローブを備える超音波流速計であって、超音波プローブが、その表面に前記液体金属へ溶質拡散し得るろう付け金属層を有することに一つの特徴がある。超音波プローブの好ましい材質、ろう付け金属層の好ましい材質や好ましい厚み等については、既に説明した通りである。ここでは詳細な説明を省略する。このような超音波流速計によれば、超音波プローブを液体金属に浸漬した場合に、超音波プローブの表面に設けられたろう付け金属層が液体金属へ溶質拡散し、結果的に超音波プローブの表面が液体金属に短時間で濡れ易い。すなわち、超音波流速計を用いて液体金属の流速を測定する場合に、測定精度を短時間に向上させることができる。
2. 2. Acoustic Doppler Current Control The ultrasonic doppler current meter of the present disclosure is an ultrasonic flow meter provided with an ultrasonic probe used for measuring the flow velocity of a liquid metal, and the ultrasonic probe is applied to the liquid metal on its surface. One feature is that it has a brazed metal layer that can diffuse solutes. The preferred material of the ultrasonic probe, the preferred material of the brazed metal layer, the preferred thickness, and the like have already been described. A detailed description will be omitted here. According to such an ultrasonic flowmeter, when the ultrasonic probe is immersed in the liquid metal, the brazed metal layer provided on the surface of the ultrasonic probe is solutely diffused into the liquid metal, and as a result, the ultrasonic probe The surface is easily wetted with liquid metal in a short time. That is, when the flow velocity of a liquid metal is measured using an ultrasonic current meter, the measurement accuracy can be improved in a short time.

本発明者は、固体金属Aが液体金属Bに溶質拡散することに着目し、超音波プローブの表面を固体金属Aで濡れさせることができれば、液体金属B中で固体金属Aが溶質拡散し、結果的に超音波プローブが液体金属Bに濡れることを予想した。ひいては、超音波プローブと液体金属Bの濡れが確保され、超音波流速計の測定精度が向上すると考えた。そして、超音波プローブに対して固体金属Aを濡れさせる方法を考慮した結果、ろう付けが好適であることを知見した。実際に、固体金属Aと液体金属Bを用いて、上記の通り超音波プローブに対して固体金属Aのろう付けを行ったところ、固体金属Aは超音波プローブに十分に濡れることを確認した。さらに、液体金属B中で超音波プローブ上の固体金属Aは液体金属Bに溶質拡散し、超音波プローブと液体金属Bが濡れていることを確認した。以下、実施例及び比較例を示しつつ本開示の液体金属の流速測定方法についてさらに詳細に説明する。 The present inventor pays attention to the solute diffusion of the solid metal A into the liquid metal B, and if the surface of the ultrasonic probe can be wetted with the solid metal A, the solid metal A is solute-diffused in the liquid metal B. As a result, it was expected that the ultrasonic probe would get wet with the liquid metal B. As a result, it was considered that the ultrasonic probe and the liquid metal B would be wetted, and the measurement accuracy of the ultrasonic current meter would be improved. Then, as a result of considering a method of wetting the solid metal A with the ultrasonic probe, it was found that brazing is suitable. When the solid metal A was actually brazed to the ultrasonic probe using the solid metal A and the liquid metal B as described above, it was confirmed that the solid metal A was sufficiently wetted with the ultrasonic probe. Further, in the liquid metal B, the solid metal A on the ultrasonic probe was solute-diffused into the liquid metal B, and it was confirmed that the ultrasonic probe and the liquid metal B were wet. Hereinafter, the method for measuring the flow velocity of the liquid metal of the present disclosure will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples.

1.評価手順
先端に銀ろう付けを施した超音波プローブ(母材金属:ステンレス鋼(SUS316L))、なにも処理を施していない超音波プローブのそれぞれを用いて流動測定実験を行った。実験装置の構成を図1に概略的に示す。図1に示すように、小型浴に液体金属として溶融Snを満たした。ここにスクリューを入れて流れを駆動した。上流側から下流側に向かう流れに対して、当該流れを斜めに横断する向きに超音波流速計の超音波プローブを設置した。
1. 1. Evaluation procedure A flow measurement experiment was conducted using an ultrasonic probe (base metal: stainless steel (SUS316L)) with silver brazing at the tip and an ultrasonic probe without any treatment. The configuration of the experimental device is schematically shown in FIG. As shown in FIG. 1, a small bath was filled with molten Sn as a liquid metal. I put a screw here to drive the flow. An ultrasonic probe of an ultrasonic current meter was installed in a direction diagonally crossing the flow from the upstream side to the downstream side.

2.評価結果
図2に流速測定時の超音波のエコー強度の結果を示す。銀ろう付けを施した超音波プローブは測定距離によらず十分な強度のエコーを取得している一方で、銀ろう付けを施さなかった超音波プローブは取得できるエコーのレベルが低いことがわかる。
2. 2. Evaluation Results Figure 2 shows the results of the echo intensity of ultrasonic waves when measuring the flow velocity. It can be seen that the ultrasonic probe with silver brazing obtains an echo of sufficient intensity regardless of the measurement distance, while the ultrasonic probe without silver brazing obtains a low level of echo.

図3に測定した速度分布を示す。銀ろう付けを施した超音波プローブはSnの流速分布が取得できている一方で、銀ろう付けを施さなかった超音波プローブはSnの流速が全く取得できていないことがわかる。
なお、この計測では超音波プローブに向かう流れの向きを負としている。
FIG. 3 shows the measured velocity distribution. It can be seen that the ultrasonic probe with silver brazing can obtain the flow velocity distribution of Sn, while the ultrasonic probe without silver brazing cannot obtain the flow velocity distribution of Sn at all.
In this measurement, the direction of the flow toward the ultrasonic probe is negative.

次に、超音波プローブに厚みの異なる銀ろう付けを施し、超音波プローブがSnに十分に濡れるまでの時間、つまりSnの流速測定が可能になるまでの時間を調べた。図4に結果を示す。銀ろう付けの厚みが厚くなれば、超音波プローブがSnに十分に濡れるまでの時間が長くなることがわかる。図4に示す結果から明らかなように、ろう付け金属層の厚みを5000μm以下とすることで、超音波プローブが液体金属に濡れるまでの時間を従来(例えば非特許文献2のFig.17参照:超音波の振幅の縦軸が0.8以上に立ち上がるまでの時間が約120Hrとの比較)の100分の1以下(例えば70分以下)にまで短縮することができる。 Next, silver brazing with different thicknesses was applied to the ultrasonic probe, and the time until the ultrasonic probe was sufficiently wetted with Sn, that is, the time until the flow velocity of Sn could be measured was investigated. The results are shown in FIG. It can be seen that the thicker the silver brazing, the longer it takes for the ultrasonic probe to get sufficiently wet with Sn. As is clear from the results shown in FIG. 4, by setting the thickness of the brazed metal layer to 5000 μm or less, the time required for the ultrasonic probe to get wet with the liquid metal is conventionally (see, for example, Fig. 17 of Non-Patent Document 2 :. The time required for the vertical axis of the ultrasonic wave amplitude to rise to 0.8 or more can be shortened to 1/100 or less (for example, 70 minutes or less) of about 120 hours or less.

本開示の技術は、例えば、液体金属を用いて溶鋼の流動を模擬・再現する場合に、液体金属の流動状態を把握するための手段として有用である。例えば、転炉吹錬時における炉内の溶鋼の流動状態や、連続鋳造時における浸漬ノズルから吐出される溶鋼の流動状態や、鋳型に流し込まれた溶鋼の流動状態を正確に把握する場合に利用可能である。 The technique of the present disclosure is useful as a means for grasping the flow state of the liquid metal, for example, when simulating and reproducing the flow of the molten steel using the liquid metal. For example, it is used to accurately grasp the flow state of molten steel in the furnace during converter blowing, the flow state of molten steel discharged from the immersion nozzle during continuous casting, and the flow state of molten steel poured into the mold. It is possible.

Claims (5)

超音波プローブを備える超音波流速計を用いて液体金属の流速を測定する方法であって、
前記超音波プローブを前記液体金属に浸漬する前に、前記超音波プローブの表面に、前記液体金属へ溶質拡散し得るろう付け金属層を設ける、
液体金属の流速測定方法。
It is a method of measuring the flow velocity of liquid metal using an ultrasonic current meter equipped with an ultrasonic probe.
Before immersing the ultrasonic probe in the liquid metal, a brazed metal layer capable of solute-diffusing into the liquid metal is provided on the surface of the ultrasonic probe.
A method for measuring the flow velocity of liquid metal.
前記超音波プローブの母材金属がステンレス鋼からなる、
請求項1に記載の液体金属の流速測定方法。
The base metal of the ultrasonic probe is made of stainless steel.
The method for measuring a flow velocity of a liquid metal according to claim 1.
前記ろう付け金属層の厚みが10μm以上5000μm以下である、
請求項1又は2に記載の液体金属の流速測定方法。
The thickness of the brazed metal layer is 10 μm or more and 5000 μm or less.
The method for measuring a flow velocity of a liquid metal according to claim 1 or 2.
前記ろう付け金属層を構成する金属元素にAgが含まれる、
請求項1~3のいずれか1項に記載の液体金属の流速測定方法。
Ag is contained in the metal element constituting the brazed metal layer.
The method for measuring a flow velocity of a liquid metal according to any one of claims 1 to 3.
液体金属の流速を測定するために用いられる、超音波プローブを備える超音波流速計であって、
前記超音波プローブが、その表面に前記液体金属へ溶質拡散し得るろう付け金属層を有する、
超音波流速計。
An ultrasonic current meter equipped with an ultrasonic probe used to measure the flow velocity of liquid metal.
The ultrasonic probe has a brazed metal layer on its surface capable of solute-diffusing into the liquid metal.
Ultrasonic current meter.
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