JPH08122353A

JPH08122353A - 流速測定方法

Info

Publication number: JPH08122353A
Application number: JP6255763A
Authority: JP
Inventors: Ryuichi Okuno; 隆一奥野; Kaneyuki Oota; 金幸太田; Akio Nagamune; 章生長棟
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1994-10-20
Filing date: 1994-10-20
Publication date: 1996-05-17

Abstract

(57)【要約】【目的】モールド鋳型内部の溶鋼流速又はノズル噴出
口近傍の溶鋼流速が安定に測定できる流速測定方法。【構成】流体の流れと順方向及び逆方向にそれぞれ超
音波を送受信し、前記順方向における超音波伝達時間と
逆方向における超音波伝達時間との差から前記流体の流
速を測定する方法において、直方体形状の鋳型２のほぼ
中心に位置するノズル３から前記鋳型２の長辺面に平行
に流体を噴出させ、前記流体噴出の領域にある鋳型の長
辺方向の両端部に、それぞれくさび９ａ，９ｂを介して
送信及び受信用振動子８ａ，８ｂを装着し、前記くさび
９ａ，９ｂ及び振動子８ａ，８ｂを冷却液７により冷却
することにより、高温流体の流速測定を可能とする測定
方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波を用いて高温流
体の流速を測定する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１０は連続鋳造を説明するための図で
ある。連続鋳造ラインにおいては、図１０に示すように
溶鋼４は上部に位置するタンディッシュ１よりノズル３
を通して銅製のモールド鋳型２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、鋳型側面に当たり上
昇流５７と下降流５８に分かれる。上昇流は表面で流れ
５９ａ，５９ｂ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、図１０の６１に示すように渦が
発生し溶鋼表面上に浮いたパウダ６を巻き込んでしま
う。また、溶鋼流動が過大になると、図１０の６０に示
すように溶鋼表面のパウダ６を削り込んでしまう。いず
れにせよ、鋳片中に介在物が捕捉されることとなり、製
品の欠陥発生の原因となる。この理由から鋳型内の溶鋼
流動を安定化させることは極めて重要なことであり、鋳
型中の溶鋼流速を連続的に測定することが強く求められ
ている。

【０００３】従来の溶鋼の流速を求める方法は、一般に
測定領域が溶鋼表面に限られていた。例えば、特開平５
−６０７７４号公報に記載されているように接触式の計
測であったり、磁気を用いて非接触で流速を計測する方
法が知られている。図１１は従来の接触式による高温流
体金属の流速測定方法を説明するための図である。従来
の接触式の溶鋼流速の測定方法は、図１１に示すように
ファインセラミック製の棒６２を溶鋼６４に浸漬して、
その棒が溶鋼変動により受ける圧力Ｆを、受圧センサ６
３により検出して、流速を測定するものである。しか
し、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】図１２は磁場の速度効果を説明するための
図である。また従来の磁気を用いての計測方法は、図１
２に示すように均等な磁場中で導体６５が速度ｖで動く
と、その導体中にＥ＝ｖ×Ｂなる速度起電力が生じ、こ
の速度起電力により、導体中に渦電流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ＢからＢ′へと歪むとい
う、磁場が導体の運動により歪む効果を利用したもので
あり、この歪みの程度は導体の速度ｖに対応して変化す
るので、歪み量を測ることにより対象導体の速度ｖを計
測するものである。このような磁気を用いて非接触で速
度を計測する従来の装置としては、特開平２−３１１７
６６号公報に開示されたものがある。

【０００５】図１３に従来の磁気を用いた非接触式高温
流体金属の流速測定方法を説明するための図である。上
記特許公報においては、図１３の（ａ）に示すように、
溶鋼６８の流れと平行に１次コイル６９に交流電流を印
加して溶鋼面と平行な交流磁場６７を溶鋼表面に印加
し、その水平方向両側に２つの２次コイル７０ａ，７０
ｂを配置したものである。そして、２次コイル７０ａ，
７０ｂにより対象面と平行な磁場を検出するようなって
いる。

【０００６】この２次コイル７０ａ，７０ｂによる検出
動作は、まず、導体が静止しているときには図１３の
（ａ）に示すように、磁場は１次コイル６９を挟んで対
称となり、２つの２次コイル７０ａ，７０ｂの起電力に
差はなく出力は０となる。また、導体が動いている場合
には、図１３の（ｂ）に示すように、速度効果により磁
場は導体の移動方向に歪み、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７０ａ，７０ｂ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次コイルの出力電圧の差として得られ
る。このような磁気を用いた速度測定方法は、非接触で
速度を計測できるため、溶鋼のような高温の液体金属に
対して長時間連続的に流速を計測できる。

【０００７】図１４は従来の超音波による流体の流速測
定方法を説明するための図である。また、管内を流れる
常温液体などの流速を測定する場合、図１４の（ａ）に
示すように、管７１の外周部に管を斜めに横切るように
超音波の送受信を行うセンサ７２，７３を取付け、２つ
のセンサの送受信を交互に行うことにより流れに順方向
及び逆方向に伝達する超音波の時間差を計測する方法
や、図１４の（ｂ）のように管内７１を流れる不純物を
含む流体７４に対して、ドプラー効果の原理を用いて、
超音波センサ７２から送信した超音波の連続波７５を不
純物から反射させ、流体７４からの受信信号７６の送信
周波数に対する受信周波数のずれ（ドプラーシフト周波
数）を求めることにより、液体の流速を求めることが一
般的に知られている。尚、管内を流れる高温流体への適
用例として、特開昭５１−４３１６７号公報に示された
ものが挙げられが、これも上述の超音波伝播時間の変化
を捉えるものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の溶
鋼及び高温流体の流速測定方法では、以下に示すような
問題点があった。（１）非接触による計測を目的とする磁気を用いた流速
測定は、図１０に示すモールド鋳型内の流れの表層部の
流れ５９ａ，５９ｂを把握するのみであり、真の流速を
把握することはできない。（２）磁気を用いた表層流速の測定は、溶鋼表面のレベ
ル変動もしくはパウダ層厚の変動による影響を受け易
く、これらの変動に起因する測定値のバラツキが生じや
すい。（３）鋳型内の溶鋼流動の安定化に関しては、鋳型内部
の溶鋼流速を把握することが必要であり、鋳型表層部の
流速測定では不十分である。

【０００９】

【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、流体の流れと順方向及び逆方向にそれ
ぞれ超音波を送受信し、前記順方向における超音波伝達
時間と逆方向における超音波伝達時間との差から前記流
体の流速を測定する方法において、直方体形状の鋳型の
ほぼ中心に位置するノズルから前記鋳型の長辺面に平行
に流体を噴出させ、前記流体噴出の領域にある鋳型の長
辺方向の両端部に、それぞれくさびを介して送信及び受
信用振動子を装着し、前記くさび及び振動子を冷却液に
より冷却することにより、高温流体の流速測定を可能と
するものである。

【００１０】本発明の請求項２に係る流速測定方法は、
鋳型のほぼ中心に位置するノズルから前記鋳型内に流体
を噴出させ、超音波の送信用振動子と受信用振動子を、
それぞれくさびを介して前記鋳型内の流体を伝播する超
音波の送信経路と受信経路とが前記ノズルの噴出口近傍
で交差するように前記鋳型の片側又は対向する両側の位
置に装着し、前記くさび及び振動子を冷却液により冷却
し、前記送信用振動子を介して送信する周波数と前記受
信用振動子を介して受信する周波数との差に基づき、前
記ノズルから噴出する高温流体の流速測定を可能とする
ものである。

【００１１】本発明の請求項３に係る流速方法は、前記
請求項１に係る流速測定方法において、一方の超音波振
動子から擬似ランダム信号で変調した連続信号を送信
し、他方の超音波振動子で高温流体内を伝達した信号を
受信し、該受信信号を相関処理して前記流体の流れと順
方向及び逆方向の超音波伝達時間を測定するものであ
る。

【００１２】本発明の請求項４に係る流速測定方法は、
前記請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の流速測
定方法において、前記鋳型の高さ方向の溶融状態のパウ
ダが存在する範囲内において、超音波の送信及び受信を
行うものである。

【００１３】

【作用】図１０に示すモールド鋳型２内の溶鋼の流れと
しては、ノズル３から注ぎ込まれる溶鋼流とモールド鋳
型２の側壁に当たって分かれる上昇流５７と下降流５８
とがある。ここで、前記の磁気を用いた溶鋼流速の測定
は、この上昇流５７の流速を測定する事と等価である。
また、上昇流５７と下降流５８のバランス、ないし鋳型
左右端部の対称位置の上昇流速度、並びにノズルからの
噴出流の流量等を測定することにより、鋳型内の溶鋼流
動をより正確に把握、製品の品質向上に結び付けること
ができる。図８は本発明に係る超音波による鋳型内の溶
鋼流速測定法を説明する図であり、図９は鋳型内の溶鋼
の状態を説明するための図である。図８及び図９を参照
し、本発明に係る溶鋼流速測定方法を説明する。

【００１４】ここで、図１０のモールド鋳型２は銅製の
長方形（それぞれ対面する短辺面と長辺面を含む）の筒
状の形状を有し、その側面は、極めて薄いパウダ層を介
して溶鋼と接触している。そして上昇流５７及び下降流
５８が発生しているモールド鋳型端部については図８の
（ａ）に示すように溶鋼流はほぼ層流とみなすことがで
きる。よって、図８の（ｂ）に示すようにモールド鋳型
側面に溶鋼を斜めに横切るように超音波経路を設定した
位置・方向に２つの超音波センサ（振動子）８ａ，８ｂ
に対向させて設置する。また、超音波センサの設置に際
しては、銅製側壁の高温状態からセンサを確保するため
に、くさび９ａ，９ｂを介して装着し、くさび及びセン
サを冷却液により冷却する。

【００１５】この場合、図８の（ｂ）に示すように溶鋼
流に対して上流側の振動子８ｂで超音波を発信し、超音
波が図中の経路をたどって下流側の振動子８ａで受信す
るときの伝播時間をＴ_Dとし、逆に、下流側の振動子８
ａで超音波を発信し、上流側の振動子８ｂで受信すると
きの伝播時間をＴ_Uとする。このときの流速Ｖは下記の
（１）式で示される。

【００１６】

【数１】

【００１７】（１）式において、Ｄは側壁の幅、φは流
体中放射角、Ｔ₀は静止状態での伝播時間である。ま
た、図８の（ｃ）に示すように、ノズルの噴出口におい
ては、溶鋼の噴出とともに微量の不活性ガスの噴出がみ
られ、この噴出口近傍では、この不活性ガス粒の速度は
溶鋼の速度とほぼ等しい。従ってこの噴出口付近におけ
る前記不活性ガスの噴出速度を計測することで、ノズル
からの溶鋼注ぎ込み速度を得ることができる。

【００１８】この場合の測定方法の一例は、図８の
（ｃ）に示すように、超音波センサ３５ａ，３５ｂを、
それぞれくさび３４ａ，３４ｂを介して、モールド鋳型
３１をはさんで対向し、鋳型３１内の超音波の送信経路
と受信経路がノズル３２の噴出口の近傍で交差する位置
（この例では、２つの超音波センサがそれぞれノズルの
噴出口を同一角度で見込むような対称位置であるが、本
発明は必ずしもこの対称位置には限定されない。）に設
置する。そして一方のセンサからは特定の周波数を有す
るバースト波を送信し、他方のセンサにて不活性ガスか
らの反射信号を受信し、その受信周波数のシフトから流
速を求める。なお不活性ガスは、一般に球形で反射率は
低いが、流鋼との密度差が大のため検出はしやすい。こ
こでｆ_iを送信周波数、ｆ₀を受信周波数、Ｃを静止状
態での音速、φをノズル噴出口を見込む角度とすると、
不活性ガスの流速Ｖは下記の（２）式で示される。

【００１９】

【数２】

【００２０】この（２）式を用いる流速測定方法におい
て、超音波センサ３５ａ，３５ｂの設置位置は、必ずし
も図８の（ｃ）に示したように鋳型３１をはさんだ対向
位置に限定されるものではなく、例えば図８の（ｄ）に
示すように鋳型の片側にある距離を隔ててそれぞれ設置
し、鋳型３１内の溶鋼を伝播する超音波の送信経路と受
信経路とがノズル３２の噴出口近傍で交差するようにし
てもよい。

【００２１】また、超音波の送受信を行う２つのセンサ
の間には図９に示すように、モールド鋳型２は冷却水７
などで冷却されているため溶鋼４は冷却され、鋳型下部
においては、鋳型から剥離または溶鋼の凝固層５を介し
て鋳型２と接触している。また鋳型上部においてはパウ
ダ層６などを介して溶鋼４と鋳型２が接触している部分
があり、その受信波は減衰を受け時間分解能及びＳＮ比
が劣化する。特に連続波の周波数のずれを測定する
（２）式を用いた流速測定方法に比べて、伝播時間の差
を測定する（１）式を用いた流速測定方法では、この影
響が顕著である。従って図９に示すように、鋳型の高さ
方向の溶融状態のパウダの存在する範囲内において、超
音波の送信及び受信を行うようにすれば、鋳型と溶鋼の
間における超音波の伝播損失が少くなり、受信感度は向
上し、計測は容易になる。

【００２２】さらに本発明においては、伝播時間の差に
よりら流速を求める場合、前記の時間分解能を向上させ
るために、擬似ランダム信号（例えばＭ系列信号）を用
いることによりＳＮ比および伝播時間差の精度を高める
ことが可能となる。この擬似ランダム信号を利用した流
速測定方法では、一方の超音波振動子から擬似ランダム
信号で変調した連続信号を送信し、他方の超音波振動子
で高温流体内を伝達した信号を受信し、該受信信号を相
関処理して前記流体の流れと順方向及び逆方向の超音波
伝達時間を測定するものである。そして上記相関処理を
実施することにより、測定時間の分解能は向上し、その
結果ＳＮ比の悪い測定対象についても高精度での流速測
定が可能となる。

【００２３】

【実施例】

実施例１．図１は本発明の実施例１に係る流速測定方法
を説明する図である。図１の（ａ）において、１はタン
ディッシュ、２はモールド鋳型、３はノズル、４は溶
鋼、５は溶鋼凝固層、６はパウダ層、７は冷却水であ
る。図１の（ｂ）において、２，４，６及び７は同図の
（ａ）と同一のものを示しており、８ａ，８ｂは超音波
センサ（振動子）、９ａ，９ｂはくさび、１０ａ，１０
ｂは送受信経路である。そして超音波センサ８ａ，８ｂ
は、モールド鋳型２とはくさび９ａ，９ｂを介して接続
し、冷却水７中に設置する。この設置方向は超音波の送
受信経路１０ａ，１０ｂが、溶鋼４を斜めに横切るよう
な方向に設置する。なお、超音波センサ８ａ，８ｂに接
続されるケーブルは、冷却水７とは電気的に絶縁されて
いる。

【００２４】図１の（ｂ）に示した流速測定方法におい
ては、一方の超音波センサ８ａでパルス波又は一定のパ
ルス幅を有するバースト波を送信し、他方のセンサ８ｂ
で受信するまでの時間Ｔ_Dと、センサ８ｂで送信し、セ
ンサ８ａで受信するまでの時間Ｔ_Uを測定し、前述の
（１）式により溶鋼流速Ｖを求めることができる。しか
し、実際の求めるべき流速Ｖに対する時間差（Ｔ_D−Ｔ
_U）の測定精度は厳しいものが有り、パイダー層や溶鋼
と鋳型との境界での凝固層における超音波減衰のため受
信信号のＳＮ比はかなり悪化し、十分な感度が得られな
い場合もある。

【００２５】実施例２．図２は本発明の実施例２に係る
流速測定方法を説明する図であり、同図は、擬似ランダ
ム信号で送信信号を変調した信号を利用することにより
感度を高めた超音波送受信器を使用した場合の信号処理
装置の構成を示している。図２において、４は溶鋼、８
ａ，８ｂは超音波センサ、１１，１２はクロック信号発
生器、１３，１４はＭ系列信号発生器であり、源Ｍ系列
信号発生器と乗算器を含んでいる。１５，１６は乗算
器、１７は送信用アンプ、１８は受信用アンプ、１９は
送受信切換器、２０は同期信号発生器、２１，２２はロ
ーパスフィルタ（ＬＰＦとも記す）、２３は時間測定
器、２４は流速測定器である。

【００２６】図３は図２の源Ｍ系列信号発生器の一例を
示す図であり、同図の（ａ）は７ビットの源Ｍ系列信号
発生器の構成を示し、２５は７段構成のシフトレジス
タ、２６は排他的論理和回路である。また図３の（ｂ）
は源Ｍ系列信号の波形例を示している。図４は図２の動
作を説明するための波形図である。

【００２７】図３及び図４を参照し、図２の装置の動作
を説明する。Ｍ系列信号発生器１３，１４は源Ｍ系列信
号発生器と乗算器とを含んでいる。源Ｍ系列信号発生器
の一例は、図３の（ａ）に７ビットの源Ｍ系列信号発生
器として示されており、例えばＥＣＬ（エミッタ・カッ
プル・ロジック）素子による７段構成のシフトレジスタ
２５と排他的論理和回路２６により構成されている。源
Ｍ系列信号は符号の“１”（正電圧の＋Ｅが対応する）
と“０”（負電圧の−Ｅが対応する）の組合せによる周
期性循環信号であり、本実施例の７ビットの場合、２⁷
−１＝１２７個の信号が発生すると１周期が完了し、こ
の周期を繰り返した循環信号を発生する。Ｍ系列信号発
生器１３，１４内の源Ｍ系列信号発生器は同じ回路で構
成され、両者の出力信号は全く同一のパターン信号とな
るが、供給されるクロック周波数が僅かに異なるためそ
の１周期も僅かに異なっている。クロック信号発生器１
１，１２は共に発振子を内蔵し、図４の（ア）に示すよ
うなクロック信号を発生するが、その周波数が僅かに異
なっている。

【００２８】本実施例では、クロック信号発生器１１の
発生周波数ｆ₁を２．００２ＭＨｚ、クロック信号発生
器１２の発生周波数ｆ₂を１．９９８ＭＨｚとし、その
周波数差をｆ₁−ｆ₂＝４ＫＨｚとしている。クロック
信号発生器１１，１２から各々出力されるクロック信号
ｆ₁およびｆ₂は、それぞれＭ系列信号発生器１３，１
４に供給される。Ｍ系列信号発生器１３，１４内の源Ｍ
系列信号発生器は、入力される駆動用クロック信号の周
波数差により１周期がそれぞれ異なるが、図４の（イ）
に示すような、同一パターンの源Ｍ系列信号Ｍ₁及びＭ
₂を出力する。

【００２９】いま２つのＭ系列信号Ｍ₁及びＭ₂の周期
を求めると、Ｍ₁の周期：１２７×１／２．００２ＭＨｚ＝６３．４３６μｓＭ₂の周期：１２７×１／１．９９８ＭＨｚ＝６３．５６４μｓとなる。即ち２つのＭ系列信号Ｍ₁及びＭ₂は約６３．
５μｓの周期を有するが、両者の周期には約１２８ｎｓ
の時間差がある。それ故この２つのＭ系列信号Ｍ₁及び
Ｍ₂を循環して発生させ、ある時刻ｔ_aで２つの信号パ
ターンが一致したとすると、１周期の時間経過毎に１２
８ｎｓのずれが両信号間に生じ、５０周期後には６４μ
ｓのずれが生じる。これは、Ｍ系列信号が１個分ずれた
ことに相当する。

【００３０】Ｍ系列信号発生器１３，１４内にはそれぞ
れ乗算器が内蔵され、この乗算器は発生した源Ｍ系列信
号Ｍ₁，Ｍ₂（図４の（イ）参照）と、入力するクロッ
ク信号ｆ₁，ｆ₂（図４の（ア）参照）との乗算を行
い、それぞれ乗算結果の二位相信号Ｎ₁，Ｎ₂（図４の
（ウ）参照）を出力する。Ｍ系列信号発生器１３の出力
Ｎ₁は乗算器１５に、またＭ系列信号発生器１４の出力
Ｎ₂は乗算器１５及び１６に各々供給される。乗算器１
５及び１６では、入力される僅かに周波数の異なる２つ
の二位相信号の位相が一致したときは、図４の（エ）に
示すような周波数の低い周期的な出力波形を得るが、２
つの入力信号の位相が不一致の場合にはランダムなノイ
ズ状の時系列信号波形を得る。

【００３１】ここで、Ｍ系列信号発生器１３から出力さ
れた二位相信号Ｎ₁は送信用アンプ１７にて電圧増幅さ
れ、送受信切換器１９に供給される。送受信切換器１９
は、同期発生器２０からの同期信号に同期して超音波セ
ンサ８ａ及び８ｂの送信側と受信側を交互に切換えるの
で、二位相信号Ｎ₁は８ａ又は８ｂのどちらかの超音波
センサに供給され、溶鋼４内に超音波信号として送信さ
れる。そして溶鋼４内を伝播して他方の超音波センサで
受信した二位相信号は、送受信切換器１９を通過し受信
用アンプ１８で増幅され、乗算器１６に供給される。一
方、乗算器１５ではＭ系列信号発生器１３及び１４から
各々入力された二位相信号Ｎ₁とＮ₂が乗算され、その
乗算結果の時系列信号はローパスフィルタ２１へ供給さ
れる。また乗算器１６では、Ｍ系列信号発生器１４から
入力された二位相信号Ｎ₂と受信信号が乗算され、その
乗算結果はローパスフィルタ２２へ供給される。

【００３２】ローパスフィルタ２１，２２は、周波数の
帯域制限を行うことにより一種の積分機能を有し、乗算
器に入力される両信号の乗算結果の積分信号（即ち相関
演算値）として両信号の位相が一致しているときには、
図４の（オ）に示すようなパルス状信号を出力する。
尚、両信号の位相が不一致の場合には出力は零になる。
ローパスフイルタ２２の出力には、二位相信号Ｎ₂と受
信信号の相関演算値を検出した周期的なパルス状の検出
信号（図４の（カ）参照）が発生し、この検出信号は時
間測定器２３へ供給される。一方ローパスフィルタ２１
の出力には、２つの二位相信号Ｎ₁とＮ₂の相関演算値
を検出した周期的なパルス状の基準信号（図４の（キ）
参照）が発生し、この基準信号も同様に時間測定器２３
へ供給される。この基準信号の周期Ｔ_Bは、本実施例の
場合、二位相信号Ｎ₁及びＮ₂の１周期の波数は１２７
個であり、ｆ₁＝２．００２ＭＨｚ、ｆ₂＝１．９９８
ＭＨｚであるので、Ｔ_B＝１２７／（ｆ₁−ｆ₂）＝３
１．７５ｍｓとなる。この基準信号とその周期Ｔ_Bは図
４の（キ）に示される。

【００３３】時間測定器２３はローパスフィルタ２１か
ら入力される基準信号の最大値の発生時刻ｔ_aと、同じ
ローパスフィルタ２２から入力される検出信号の最大値
の発生時刻ｔ_bとの間の時間Ｔ_Dを測定する。この測定
時間Ｔ_Dは実際に超音波が送信側センサから受信側セン
サに到達するまでの時間τのｆ₁／（ｆ₁−ｆ₂）倍だ
け時間的に拡大されて得られる。本実施例の場合、ｆ₁
＝２．００２ＭＨｚ、ｆ₂＝１．９９８ＭＨｚなので、
５００倍に時間が拡大され、次の（３）式が得られる。Ｔ_D＝５００×τ …（３）尚、（３）式の時間Ｔ_Dは、前記基準信号の周期Ｔ_B毎
に得られる。ここでいま超音波センサ８ａを送信側とし
て得られた時間Ｔ_D1と、送受信切換器１９により切換え
後の超音波センサ８ｂを送信側として測定される時間Ｔ
_D2との時間差を測定し、流速算出器２４は、この時間差
に基づき流速Ｖを算出して出力する。

【００３４】このように本発明の実施例２によれば、計
測時間の分解能が極めて大きく拡大されているので、溶
鋼のゆっくりとした流速による超音波の伝播時間の差を
高精度で計測することができる。なお、実施例２におい
ては、Ｍ系列信号以外の擬似ランダム信号を使用しても
全く同様の動作を行う。図５は、図２の装置を用いて溶
鋼の流速を測定した測定結果の一例を示す図であり、同
図に鋳込開始から鋳込終了までの時間経過に対する流速
が示される。また実施例１及び実施例２の測定方法は、
図１０の鋳型の長辺面に平行に噴出される溶鋼の流れを
測定対象とすることも、また短辺面に沿った上昇流を測
定対象として測定することもできる。

【００３５】実施例３．図６は本発明の実施例３に係る
流速測定方法を説明する図であり、同図はノズルからの
溶鋼の噴出速度を測定する例を平面的な模式図として示
している。図６において、３１はモールド鋳型であり、
その周囲を冷却用液体で囲まれている。３２は溶鋼の噴
出口を左右に備えたノズル、３３は溶鋼、３４ａ，３４
ｂはくさびで、高温となる鋳型表面から超音波センサ３
５ａ，３５ｂを保護する。３５ａ，３５ｂは超音波の送
信用と受信用のセンサで、この一対のセンサは、くさび
３４ａ，３４ｂを介してモールド鋳型３１を挟んで対向
し、鋳型内の超音波の送信経路と受信経路とがノズルの
溶鋼噴出口近傍で交差する位置に設置する。３６は同期
部で、３７は同期部３６からの同期信号をもとに特定の
周波数ｆ_iの連続波を送信する送信部、３８は溶鋼から
の反射波を受信する受信部、３９は送信部３７から送信
される送信信号の周波数ｆ_iを測定する周波数測定器、
４０は受信した受信信号の周波数ｆ₀を測定する周波数
測定器、４１は２つの周波数測定器３９，４０からの出
力値ｆ_i，ｆ₀から、（２）式に準じて溶鋼の流速を求
める演算器である。４２は溶鋼や鋳型などの温度から周
波数シフト量を補正する補正値を演算器４１に出力する
補正器である。

【００３６】図６の例においては、送信に用いる連続波
の周波数は２ＭＨｚとして測定した。図７は図６の測定
方法によりノズルからの溶鋼の噴出速度を測定した測定
結果の一例を示す図であり、横軸は時間を縦軸は流速を
示している。なお実施例３において、超音波センサ３５
ａ，３５ｂの設定位置は、図６のように鋳型３１をはさ
んだ対向位置のほか、図８の（ｄ）に示すように鋳型の
片側にある距離を隔てて設置してもよい。要は鋳型内の
溶鋼を伝播する超音波の送信経路と受信経路とがノズル
噴出口の近傍で交差するようにすればよい。

【００３７】なお上記実施例において、超音波センサ及
びくさびを冷却水のなかに浸して冷却する場合の例を示
したが、本発明の冷却方法はこの方法に限定されるもの
ではない。即ち超音波センサが鋳型側壁の高温から保護
されれば、どのような冷却方法でもよい。

【００３８】また上記実施例において、鋳型の高さ方向
における超音波センサの取付位置は、溶融状態のパウダ
が存在する範囲内の高さに取付けることが好ましく、こ
れは溶融パウダを介して超音波の送受信を行うことによ
り鋳型と溶鋼との間の伝播損失を少くすることが可能な
ためである。なお、パウダが半固化した状態であって
も、鋳型から剥離していなければ超音波の伝播に支障が
ないので、超音波センサの取付位置はこの範囲内であっ
てもよいことは当然である。

【００３９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、流体の流
れと順方向及び逆方向にそれぞれ超音波を送受信し、前
記順方向における超音波伝達時間と逆方向における超音
波伝達時間との差から前記流体の流速を測定する方法に
おて、直方体形状の鋳型のほぼ中心に位置するノズルか
ら前記鋳型の長辺面に平行に流体を噴出させ、前記流体
噴出の領域にある鋳型の長辺方向の両端部に、それぞれ
くさびを介して送信及び受信用振動子を装着し、前記く
さび及び振動子を冷却液により冷却することにより、高
温流体の流速測定を可能としたので、鋳型内部の流速を
安定的に測定し、連続鋳造による鋼片の品質向上に大き
く寄与することができる。

【００４０】また本発明によれば、鋳型のほぼ中心に位
置するノズルから前記鋳型内に流体を噴出させ、超音波
の送信用振動子と受信用振動子を、それぞれくさびを介
して前記鋳型内の流体を伝播する超音波の送信経路と受
信経路とが前記ノズルの噴出口近傍で交差するように前
記鋳型の片側又は対向する両側の位置にそれぞれ装着
し、前記くさび及び振動子を冷却液により冷却し、前記
送信用振動子を介して送信する周波数と前記受信用振動
子を介して受信する周波数との差に基づき、前記ノズル
から噴出する高温流体の流速測定を可能としたので、ノ
ズル噴出口近傍の流速を安定的に測定し、連続鋳造にお
ける製品の品質安定に貢献できる。

【００４１】また本発明によれば、前記流体の流れと順
方向と逆方向における超音波伝達時間の差から流体の流
速を測定する方法において、一方の超音波振動子から擬
似ランダム信号で変調した連続信号を送信し、他方の超
音波振動子で高温流体内を伝達した信号を受信し、該受
信信号を相関処理して前記流体の流れと順方向及び逆方
向の超音波伝達時間を測定するようにしたので、測定時
間の分解能は向上し、その結果ＳＮ比の悪い測定対象に
ついても高精度での流速測定が可能となった。

【００４２】また本発明によれば、前記いずれかの流速
測定方法において、前記鋳型の高さ方向の溶融状態のパ
ウダが存在する範囲内において、超音波の送信及び受信
を行うようになったので、鋳型と溶鋼の間におけける超
音波の伝播損失は減少し、受信感度は向上し、計測は容
易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１に係る流速測定方法を説明す
る図である。

【図２】本発明の実施例２に係る流速測定方法を説明す
る図である。

【図３】図２の源Ｍ系列信号発生器の一例を示す図であ
る。

【図４】図２の動作を説明するための波形図である。

【図５】図２の装置を用いて溶鋼の流速を測定した測定
結果の一例を示す図である。

【図６】本発明の実施例３に係る流速測定方法を説明す
る図である。

【図７】図６の測定方法によるノズルからの溶鋼の噴出
速度を測定した測定結果の一例を示す図である。

【図８】本発明に係る超音波による鋳型内の溶鋼流速測
定法を説明する図である。

【図９】鋳型内の溶鋼の状態を説明するための図であ
る。

【図１０】連続鋳造を説明するための図である。

【図１１】従来の接触式による高温流体金属の流速測定
方法を説明するための図である。

【図１２】磁場の速度効果を説明するための図である。

【図１３】従来の磁気を用いた非接触式高温流体金属の
流速測定方法を説明するための図である。

【図１４】従来の超音波による流体の流速測定方法を説
明するための図である。

【符号の説明】

１タンディッシュ２，３１モールド鋳型３，３２ノズル４，３３溶鋼５溶鋼凝固層６パウダ層７冷却水８ａ，８ｂ，３５ａ，３５ｂ超音波センサ９ａ，９ｂ，３４ａ，３４ｂくさび１０ａ，１０ｂ送受信経路１１，１２クロック信号発生器１３，１４Ｍ系列信号発生器１５，１６乗算器１７送信用アンプ１８受信用アンプ１９送受信切換器２０同期信号発生器２１，２２ＬＰＦ２３時間測定器２４流速算出器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流体の流れと順方向及び逆方向にそれぞ
れ超音波を送受信し、前記順方向における超音波伝達時
間と逆方向における超音波伝達時間との差から前記流体
の流速を測定する方法において、直方体形状の鋳型のほぼ中心に位置するノズルから前記
鋳型の長辺面に平行に流体を噴出させ、前記流体噴出の
領域にある鋳型の長辺方向の両端部に、それぞれくさび
を介して送信及び受信用振動子を装着し、前記くさび及
び振動子を冷却液により冷却することにより、高温流体
の流速測定を可能とすることを特徴とする流速測定方
法。
【請求項２】鋳型のほぼ中心に位置するノズルから前
記鋳型内に流体を噴出させ、超音波の送信用振動子と受
信用振動子を、それぞれくさびを介して前記鋳型内の流
体を伝播する超音波の送信経路と受信経路とが前記ノズ
ルの噴出口近傍で交差するように前記鋳型の片側又は対
向する両側の位置に装着し、前記くさび及び振動子を冷
却液により冷却し、前記送信用振動子を介して送信する
周波数と前記受信用振動子を介して受信する周波数との
差に基づき、前記ノズルから噴出する高温流体の流速測
定を可能とすることを特徴とする流速測定方法。
【請求項３】請求項１に記載の流速測定方法におい
て、一方の超音波振動子から擬似ランダム信号で変調した連
続信号を送信し、他方の超音波振動子で高温流体内を伝
達した信号を受信し、該受信信号を相関処理して前記流
体の流れと順方向及び逆方向の超音波伝達時間を測定す
ることを特徴とする流速測定方法。
【請求項４】請求項１ないし請求項３のいずれかに記
載の流速測定方法において、前記鋳型の高さ方向の溶融状態のパウダが存在する範囲
内において、超音波の送信及び受信を行うことを特徴と
する流速測定方法。