JPH0566561U - 流速計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 導電性流体流の流度と方向を、迅速に、精度
良く測定する。 【構成】 磁石(2)を非磁性体の支持部材(1)で支持し、
導電性流体との通電端4個(11a〜11d)を、磁石(2)の中心
線を中心とする円周上に90度ピッチで配置し、相対向す
る通電端2個を1ペアとして、各ペアを電圧計(10a,10b)
に接続し、各電圧計で、流速の水平成分Vyと垂直成分Vx
を同時に測定する。VyとVxの合成ベクトルが導電性流体
の流速ベルトルである。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、導電性流体、例えば、溶融した低融点金属の流速を測定する流速計 に関するものである。

【０００２】

【従来技術】

製鐵所の連続鋳造設備に於いては、鋳造した溶鋼を電磁攪拌して、溶鋼中の介 在物を浮上除去することが行われている。

【０００３】 この溶鋼の攪拌状態と介在物の浮上状態を知ることは非常に重要なことであり 、このためには溶鋼の攪拌状態、つまり、溶鋼の流れ方向とその流速を的確に把 握する必要がある。

【０００４】 しかしながら、溶鋼は１２００℃〜１３００℃程度と高温であることから、溶 鋼の流れ方向とその流速を実測することは極めて困難であり、試験室に於いて融 点が６０℃程度の低融点金属を容器内で溶融して、その溶融金属を電磁攪拌し、 その流れ方向に於ける流速を測定している。

【０００５】 この流れ方向に於ける流速を測定するための流速計は、一般に、永久磁石とそ の周囲に設けた通電端を有する絶縁被覆導線（以下単に導線と称す）を用いて、 この永久磁石で造られる磁界中を溶融金属が移動すると、移動速度に比例した起 電力が該溶融金属に発生し、この発生した起電力を前記一対の通電端を介して導 線で取出す、所謂、ファラデーの電磁誘導の法則（右手の法則）を利用するもの が使用されている。

【０００６】 この流速計には、例えば、特開昭６２−１１０１５９号公報に示されるように 、金属製の保護管に永久磁石を設け、導線の通電端を該永久磁石の一端面である 磁極端面（以下に磁極面と称す）を狭んで１対位置させ、前記磁極面と平行に流 れる溶融金属が該磁極面から出る磁力線を切ることにより溶融金属自体に発生す る起電力を前記通電端を介して導線で取出し、測定することにより、前記溶融金 属の流速を測定する構造のものがある。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

しかし、容器内で溶融金属を攪拌しつつ下方から排出すると、その溶融金属は 旋回しつつ下方の流れ（斜め下向きの流れ）を形成している。前記特開昭６２− １１０１５９号公報に提示の流速計は、通電端を永久磁石の磁極面を狭んで１対 のみ取付けているため、前記溶融金属の一次元の流速のみしか測定出来ず、前記 溶融金属の流速及び流れ方向を迅速に測定できないものであった。つまり、溶融 金属の流に対して前記磁極面が平行で、且つ、電極間を結ぶ線と直角（最大起電 力値となる位置）になるように流速計の方向（向き）を変えて、その流速を測定 すると共にその時の磁極面（又は通電端）の位置により該溶融金属の流れ方向を 検知しなければならないものであった。

【０００８】 更に、永久磁石を支持する支持部材として金属製の保護管を使用しているため に、前記永久磁石からの磁力線を吸収することにより、該永久磁石で造られる磁 界が乱され、精度良い測定が出来ないものであった。

【０００９】 本考案は、上記問題を改善することを目的とする。例えば、溶融金属の斜め下 向きの流れを水平方向成分と垂直方向成分に分けて同時に測定することにより迅 速にその流速とその方向を検知し、しかも、磁界を乱すことなく前記流速を精度 良く測定することを課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

本考案は、上記課題を解決するためになされたものであり、その手段は、導電 性流体の流動方向に平行に磁石の一方の磁極端面を位置させることで、該導電性 流体に発生する起電力を前記磁極端面近傍に１対の通電端を位置せしめた導線で 取出し、この起電力から前記磁極端面に沿って流れる導電性流体の流速を測定す る流速計において、前記磁石(2)の磁極端面(2a)を除く部分を非磁性体の支持部 材(1)で支持し、前記１対の通電端(11a,11b,11c,11d)を有する導線(3a,3b,3c,3d )を２組(3a,3b/3c,3d)設置角度を変えて設け、各対の導線(3a,3b/3c,3d)を起電 力測定器(10a/10b)に接続したものである。なお、カッコ内の記号は、図面に示 し後述する実施例の対応要素を示す。

【００１１】 前記支持部材(1)としての保護管(1)は溶融金属(7)の温度に耐え、流動してい る溶融金属(7)の作用力及び磁石(2)の重量に耐える非磁性体のものであれば良く 、グラスファイバー，竹材，磁器等がある。支持部材(1)に磁石(2)を固着する固 定材(4)としては溶融金属(7)の温度に耐え、絶縁性を有するものであればよく、 不定形耐火物，樹脂等がある。

【００１２】 また、磁石(2)としては永久磁石が好ましいが電磁石でもよい。

【００１３】

【作用】

磁石(2)を非磁性体の支持部材(1)で支持するので、支持部材が磁力線を吸収す ることがなく、磁石(2)が発生する磁界の方向が乱されることがなく、溶融金属( 7)に及ぼす磁界が強く、したがって高い精度で溶融金属の流速を測定しうる。更 に、通電端(11a,11b,11c,11d)を有する導線(3a,3b,3c,3d)を２組(3a,3b/3c,3d) 設置角度を変えて設け、各対の導線(3a,3b/3c,3d)を起電力測定器(10a/10b)に接 続しているので、溶融金属(7)の流速成分が同時に２方向で検出され、これら２ 方向成分より、ベクトル合成により溶融金属(7)の最大流速方向および流速が容 易に分かる。すなわち、支持部材(1)の姿勢を変更しなくても、溶融金属流の正 確な流速および方向(最大流速およびその方向)を、高い精度で迅速に知ることが できる。

【００１４】 本考案の他の目的および特徴は、図面を参照した以下の、実施例の説明より明 らかになろう。

【００１５】

【実施例】

図１に本考案の一実施例を示し、図２に図１に示す保護管１の先端部の外観を 示し、図３に図１に示す実施例の使用状態を示す。

【００１６】 まず、図１および図２を参照すると、１は保護管であり、材質は非磁性体の竹 である。支持部材としての保護管１の先部に永久磁石２が支持されている。永久 磁石２は、保護管１の長手方向と直角に、固定材４で保護管１に固着されており 、保護管１の長手方向に分極している。永久磁石２の各磁極（磁極面）は保護管 １より露出しており、１つの磁極面２ａの周囲に、通電端１１ａ〜１１ｄが、永 久磁石２の中心線（長手方向中心線：両端の磁極面の中心を結ぶ線）を中心とす る円上に、９０度の間隔で配置されている。これらの通電端１１ａ〜１１ｄの先 端は、磁極面２ａを含む平面上に位置する。すなわちすべて同一レベルにある。 通電端１１ａと１１ｂは該中心線を間に置いて対向しており第１組の１対とな っており、通電端１１ｃと１１ｄも該中心線を間に置いて対向しており第２組の １対となっている。通電端１１ａ〜１１ｄのそれぞれは、導線３ａ〜３ｄの端部 であり、導線３ａと３ｂは第１の電圧計１０ａに、導線３ｃと３ｄは第２の電圧 計１０ｂに接続されている。固定材４は永久磁石２および導線３ａ〜３ｄを固定 しており、これにより、導線３ａ〜３ｄと磁石２が相対移動することがなく、導 線３ａ〜３ｄが磁極面２ａから出る磁力線を切ることも無いので、導線３ａ〜３ ｄ自体が、永久磁石２の磁界によって起電力を発生することがないので、溶融金 属７の精度良い流速測定が出来る。

【００１７】 電圧計１０ａは、通電端１１ａ，１１ｂを結ぶ線を横切る（直交する）Ｘ方向 の流速Ｖｘに比例する電圧を発生し、電圧計１０ｂは通電端１１ｃ，１１ｄを結 ぶ線を横切るＹ方向の流速Ｖｙに比例する電圧を発生する。これらの電圧が計算 機９に与えられ、計算機９は、Ｖ²＝Ｖｘ²＋Ｖｙ²より溶融金属の流速Ｖを算出 し、かつこの流速Ｖの、水平面（Ｙ方向）に対する角度θを、tanθ＝Ｖｘ／Ｖ ｙより算出する。

【００１８】 次に、図３を参照して、図１に示す流速計の一使用態様を説明する。図３に示 す５ａ，５ｂは、攪拌容器６内に収容した溶融金属（ウッズメタル；融点６４℃ ）７を攪拌するための回転磁界を発生する電磁コイル、６は電磁コイル５ａ，５ ｂ間に設けた攪拌容器、９は計算機、１０ａ，１０ｂは起電力を測定する電圧計 である。電磁コイル５ａ、５ｂにより攪拌容器６内に収容した溶融金属７を攪拌 している際に、この溶融金属７の流速と流れ方向を測定する。

【００１９】 図３のように溶融金属７中に永久磁石２を浸漬した場合には、導線３ａと３ｂ で取り出した起電力すなわち電圧計１０ａの出力電圧から溶融金属７の流速Ｖの 垂直方向成分Ｖｘを、導線３ｃと３ｄで取り出した起電力すなわち電圧計１０ｂ の出力電圧から溶融金属７の流速Ｖの水平方向成分Ｖｙを同時に測定する。これ を計算機９が、図４に示すように合成することにより該溶融金属７の流速Ｖとそ の流れ方向θを算出する。

【００２０】 先ず、溶融金属７が所定の流速で流動している場合に前記通電端１１ａと１１ ｂ（又は、通電端１１ｃと１１ｄ）から導線３ａと３ｂ（又は、導線３ｃと３ｄ ）を介して取り出した起電力Ｐの関係式（１）を求めて計算機９に入力しておく 。

【００２１】 流速＝Ｋ₁ Ｐ＋Ｋ₂ ・・・(1) 但し、Ｋ₁ 、Ｋ₂ は定数であり、永久磁石２の磁力線の強さ、対向配置した各 通電端１１ａと１１ｂ、１１ｃと１１ｄの間隔、溶融金属７の種類により異なる 値である。

【００２２】 この状態で、流速計の先部を溶融金属７内に垂直に、しかも、前記永久磁石２ の磁極面２ａと溶融金属７の流れが平行になる（導線３ａと３ｂ間及び導線３ｃ と３ｄ間から取り出される起電力が最大になる）ように浸漬する。

【００２３】 これにより、永久磁石２から出ている磁力線を溶融金属７が切ることにより、 この溶融金属７に起電力が発生し、この起電力を通電端１１ａ〜１１ｄから導線 ３ａ〜３ｄを通して取出すものである。つまり、攪拌容器６内を流れる溶融金属 ７の水平方向成分Ｖｙにより発生する起電力を通電端１１ｃ，１１ｄから導線３ ｃ，３ｄを介して連続して取出し、該攪拌容器６内を流れる溶融金属７の垂直方 向成分Ｖｘにより発生する起電力を通電端１１ａ，１１ｂから導線３ａ，３ｂを 介して連続して取出す。

【００２４】 そして、この各々の起電力値を電圧計１０ａ，１０ｂで電圧信号に変換し、こ れらの電圧信号をデジタル変換して計算機９に読込み、該計算機９に記憶し、上 記関係式（１）により前記水平方向成分Ｖｙ及び垂直方向成分Ｖｘの流速を交互 に各々算出し、さらにこの両成分Ｖｘ，Ｖｙを図４に示すように合成して前記溶 融金属７の流速Ｖとその流れ方向θを求める。

【００２５】 なお、上記実施例においては１対の通電端１１ａ−１１ｂ間を結ぶ線Ｓａと、 他の１対の通電端１１ｃ−１１ｄ間を結ぶ線Ｓｂが直交するように設けたが、こ れに限ぎることは無く、前記線Ｓａと線Ｓｂが９０度未満で０度超の範囲であれ ばよい。

【００２６】 例えば、通電端１１ｃと１１ｂを図１，図２と同様に設け、該通電端１１ｃ− １１ｄを結ぶ線Ｓｂと通電端１１ａ−１１ｂ間を結ぶ線Ｓａがφになるように該 通電端１１ａ−１１ｂを設けた場合には、図４に示すように、 通電端１１ａ，１１ｂから導線３ａ，３ｂを介して取出した起電力を基に上 記(1)式で流速Ｖφｏを演算し、 この流速Ｖφｏから水平方向成分Ｖｙｏを求め、 この水平方向成分Ｖｙｏと前記通電端１１ｃと１１ｄで求めた垂直方向成分 Ｖｘｏを合成して溶融金属７の流速Ｖ₀ を求める。

【００２７】 更に流速Ｖ₀ からその流れ方向θ₀ を求める。

【００２８】 尚、攪拌容器６内に収容した溶融金属７を、図３のように電磁コイル５ａ、５ ｂの磁界により攪拌するのでは無く、インペラー等により機械的に攪拌している 場合であっても良い。

【００２９】 又、上述の実施例では、永久磁石２と導線３ａ〜３ｄ、保護管１と導線３ａ〜 ３ｄの間に固定材４を設けたが、この固定材４は少なくとも永久磁石２と導線３ ａ〜３ｄの相対位置が変化しないようにすれば良いものであり、該固定材４は永 久磁石２と導線３ａ〜３ｄの間のみに設けてもよい。

【００３０】 又、通電端１１ａ〜１１ｄの先端を磁極面２ａと同一レベルに設けることが測 定精度がよく好ましいが、測定精度が多少低下するが実用上は差支えないので該 磁極面２ａより多少前方側又は後方側に設けてもよい。

【００３１】

【考案の効果】

以上説明したように本考案によると、溶融金属の流速を水平方向成分と垂直方 向成分にして同時に測定することが可能となり、しかも、磁石が形成する磁界を 乱すこともないので、迅速に、しかも、精度良く、溶融金属の流速及びその流れ 方向の測定が可能となり、この分野に於ける効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本考案の一実施例を示すブロック図であり、
測定端である保護管１は縦断面を示す。

【図２】 図１に示す保護管１の先端部の正面図であ
る。

【図３】 図１に示す実施例を、溶融金属の流速測定に
用いた場合の測定状態を示すブロック図である。

【図４】 図３に示す測定状態で、電圧計１０ａ，１０
ｂで測定した流速成分Ｖｘ，Ｖｙと、それらの合成ベク
トルの関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１：保護管（支持部材） ２：永久磁石
（磁石） ２ａ：磁極面（磁極端面） ３ａ〜３ｄ：導線（導
線） ４：固定材 ５ａ，５ｂ：電磁コイル ６：撹拌容器 ７：溶融金属
（導電性流体） ９：計算機 １０ａ，１０ｂ：電圧計（起
電力測定器） １１ａ〜１１ｄ：通電端（通電端）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 時 枝 正 大分市大字西ノ洲１番地 新日本製鐵株式 会社大分製鐵所内

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】導電性流体の流動方向に平行に磁石の一方
   の磁極端面を位置させることで、該導電性流体に発生す
   る起電力を前記磁極端面近傍に１対の通電端を位置せし
   めた導線で取出し、この起電力から前記磁極端面に沿っ
   て流れる導電性流体の流速を測定する流速計において、
   前記磁石の磁極端面を除く部分を非磁性体の支持部材で
   支持し、前記１対の通電端を有する導線を２組設置角度
   を変えて設け、各対の導線を起電力測定器に接続したこ
   とを特徴とする流速計。