JPH08211084A

JPH08211084A - 流速測定装置

Info

Publication number: JPH08211084A
Application number: JP16665595A
Authority: JP
Inventors: Kaneyuki Oota; 金幸太田; Kazumoto Futaki; 一元二木; Akio Nagamune; 章生長棟; Shinichi Nishioka; 信一西岡; Hiroharu Katou; 宏晴加藤
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1994-07-01
Filing date: 1995-06-30
Publication date: 1996-08-20

Abstract

(57)【要約】【目的】溶融金属のような高温の対象の流速を安定し
て非常に感度良く、非接触で連続的に検出することがで
きる速度測定装置を得ることを目的する。【構成】中心の脚を中心として左右対称形のＥ型の形
状をなしており、移動する導電性の測定対象物２０１の
上に、脚の開いた面が測定対象物２０１に対向し、且つ
各脚が測定対象物２０１の移動方向に対し平行に並ぶよ
うに配置されるＥ型の磁心２０２と、各瞬間に、前記Ｅ
型の磁心のそれぞれ隣り合う脚同士で、逆向きの磁場を
生じるように、前記Ｅ型の磁心に巻き回され、交流電流
が供給されて、前記測定対象物に対して垂直な磁場を生
成させる励磁巻線２０３ｂと、Ｅ型の磁心２０１の両端
の脚にそれぞれ同じ向きの磁束を検出するように巻回さ
れた一対の検出用巻線２０３ａ，ｃと、一対の検出用巻
線２０３ａ，ｃの出力電圧の差に基いて前記測定対象物
の流速を測定する測定手段とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は連続鋳造プロセスにおい
て溶鋼を鋳込む鋳型内の溶鋼流の表面流速を測定する流
速測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】連続鋳造ラインにおいては、図１８に示
されるように、溶鋼３はタンディッシュ１からノズル２
を通して銅製の鋳型４中に注ぎ込まれて鋳造される。鋳
型中に注ぎ込まれた溶鋼は、鋳型壁面に当たり上昇流７
と下降流８とに分かれる。上昇流７は表面で流れ９ａ，
９ｂを作るが、ここで表面の溶鋼流動の左右のバランス
が崩れると渦が発生し、溶鋼表面上に撒いたパウダー５
を巻き込んだ流れ１１を生成する。また、表面の溶鋼流
動が過大になると、溶鋼表面のパウダー５の一部１０を
削り込む。何れの場合においても鋳片中に介在物が捕捉
され、製品欠陥の原因となる。この理由から、鋳型内溶
鋼流動を安定化させることは極めて重要な課題であり、
特に溶鋼表面近傍の流速を連続的に計測することが強く
求められている。

【０００３】従来、溶鋼の流速測定装置は、例えば特開
平５−６０７７４号公報において提案されているような
接触型の計測が主であった。この流速測定装置は、図１
９に示されるように、ファインセラミックス製の棒１２
を溶鋼１４に浸漬して、その棒１２が溶鋼流動により受
ける圧力を、受圧センサ１３により検出して、流速を測
定するものである。この測定装置では高温の溶鋼１４に
セラミックス製の棒１２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】これに対し、磁気を用いて非接触で速度を
計測できることが知られている。図１９に示されるよう
に、均等な磁場中で導体１５が動くと、その導体中にＥ
＝ｖ×Ｂなる速度起電力が生じる。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。このように磁場が導体
の運動により歪む効果を、以下磁場の速度効果と呼ぶ。
この速度効果による歪みの程度は導体の速度に対応して
変化するので、歪み量を測ることで対象導体の速度を知
ることができる。

【０００５】このような磁気を用いて非接触で流速を測
定する流速測定装置としては例えば特開平２−３１１７
６６号公報（文献１）があった。この流速測定装置は、
図２１（ａ）に示されるように、溶鋼の流れ１８と平行
に１次コイル１９を配置し、水平方向両側に２つの２次
コイル２０ａ，２０ｂを配置したものである。１次コイ
ル１９に交流電流を供給して溶鋼面と平行な交流磁場１
７を溶鋼表面に印加し、２次コイル２０ａ，２０ｂによ
り対象面と平行な磁場を検出する。導体が静止している
ときには磁場は１次コイル１９を挟んで対称となり、２
つの２次コイル２０ａ，２０ｂの起電力に差はなく出力
は０である。導体が動いている場合には、図２１（ｂ）
に示されるように、速度効果により磁場は導体の速度方
向に歪み、励磁コイル１９を挟んで対称でなくなるた
め、２つの２次コイル２０ａ，２０ｂ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２０ａ，２０ｂの差分信号として得られ
る。

【０００６】また、磁気による方法では、装置と測定対
象物体との距離により速度感度が変化するが、特開平２
−３１１７６６号公報（文献２）に提案されている流速
測定装置においては、装置と測定対象物体との距離を、
対象面と平行な磁場を検出する２次コイルの片方の出力
電圧により測定して、それにより補正を行っていた。

【０００７】また、磁気を用いて流速を計測する別の流
速測定装置として、特開昭６１−２２３５６４号公報
（文献３）に提案されているものがある。この流速測定
装置は、図２２（ａ）に示されるように、測定対象に対
しＥ型コアと巻線とから成るＥ型の励磁装置２１を、各
磁極の開放端が導体側を向き、更に、３つの磁極２１
ａ，２１ｂ，２１ｃが対象面と平行となるように配置
し、また、リング状の磁心を持った磁気センサ２２をＥ
型の励磁装置の中心の磁極２１ｃを囲むように配置した
ものである。そして、Ｅ型の励磁装置２１にそれぞれ隣
り合う磁極に反対向きの磁場を生じるよう直流電流を流
す。導体２４が運動すると速度効果により導体中に渦電
流が流れるが、この渦電流により導体中に、中心の磁極
２１ｃと左右の磁極２１ａ，２１ｂとの間にそれぞれ正
負逆の磁極Ｎ2 ，Ｓ2 を生じる。この磁極Ｎ2 ，Ｓ2 か
ら生じる磁場の対象面に対し水平な成分を先のリング状
の磁気センサ２２を用いて検出し、それにより流速を検
出する。

【０００８】また、磁気を用いて流速を計測する別の流
速測定装置として特開平５−２９７０１２号公報（文献
４）において提案されているものがある。この測定装置
は、図２３に示されるように、１次コイル１５１を測定
対象１５２に対して垂直に配置し、１次コイル１５１に
交流電流を供給し、磁界１５３を生じさせ、１次コイル
１５１を挟んで両側に測定対象１５２に対して垂直に２
次コイル１５４ａ，１５４ｂを配置し、１次コイル１５
１、２次コイル１５４ａ，１５４ｂを巻いた鉄心１５
５，１５６ａ、１５６ｂを備えたものである。そして、
流速は２次コイル１５４ａ，１５４ｂに生じた起電力の
位相から検出する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の磁気を
用いた非接触の流速測定装置においては以下のような課
題が指摘される。（１）文献１においては、水平方向に磁場を励磁する方
法を採用しているが、これでは、対象との距離が離れる
と磁場が大きく減衰し、検出能が下がる。また、速度効
果は磁場を対象に垂直に印加したときに最大となるの
で、効率が悪い。（２）文献１においては、測定対象に平行に配置された
２次コイルに発生する起電力を検出し、その検出後の電
圧の差をとって流速の測定をする方法を採用している
が、磁場を検出する点での励磁磁場の大きさが大きく、
それに比べて、速度効果による磁場歪みが小さいため、
電圧の検出精度が流速の検出精度に影響し、十分な検出
精度が得られない。（３）また、文献２においては、対象面と平行な磁場を
検出する２次コイルの片方の出力電圧により測定し、装
置と測定対象物体との距離を検出し、距離による速度感
度変化の補正を行う方法を採用しているが、距離検出精
度が十分でなく、補正後の流速検出精度も悪くなる。（４）また、文献３においては、Ｅ型の励磁装置に直流
電流を流して直流磁場を生成しているが、流速が小さい
と、速度効果による磁場の歪み量が小さくなる。これに
比べて、連続鋳造ラインにおいては、周囲からの外乱磁
場の方が大きくなってしまうので、信号がノイズに埋も
れて計測できなくなる。（５）また、文献４においては、２次コイルに発生する
起電力の位相の差から流速を測定する方法を採用してい
るが、位相を精度良く検出することが困難であり、その
検出精度が流速の検出精度に影響し、十分な検出精度が
得られない。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の一つの態様によ
る流速測定装置は、中心の脚を中心として左右対称形の
Ｅ型の形状をなしており、移動する導電性の測定対象物
の上に、脚の開いた面が測定対象物に対向し、且つ各脚
が測定対象物の移動方向に対し平行に並ぶように配置さ
れるＥ型の磁心と、各瞬間に、前記Ｅ型の磁心のそれぞ
れ隣り合う脚同士で、逆向きの磁場を生じるように、前
記Ｅ型の磁心に巻き回され、交流電流が供給されて、前
記測定対象物に対して垂直な磁場を生成させる励磁巻線
と、Ｅ型の磁心の両端の脚にそれぞれが同じ向きの磁束
を検出するように巻回された一対の検出用巻線と、一対
の検出用巻線の出力電圧の差に基いて測定対象物の流速
を測定する測定手段とを備えている。また、本発明の他
の態様による流速測定装置は、上記の流速測定装置にお
いて、測定対象物との距離を計測する距離測定手段を有
し、測定手段は前記の出力電圧の差を前記の距離により
補正する。

【００１１】

【作用】本発明の一つの態様による流速測定装置におい
ては、励磁用巻線に交流電流が供給され、Ｅ型の磁心の
各脚から測定対象物に対して垂直な磁束が発生する。こ
の磁束は測定対象物を介して、Ｅ型の磁心の両端の脚に
戻ってくる。この戻ってきた磁束を一対の検出用巻線が
それぞれ検出する。磁界中を測定対象物が移動すると測
定対象中に渦流が流れて磁場が歪み、両端の検出用巻線
の位置における磁束に差が出て、その差分信号が変化す
る。この変化量は測定対象物の流速に対応しており、こ
の変化量から測定対象物の流速を測定することができ
る。従って、測定手段は、その一対の検出用巻線の出力
電圧の差に基いて測定対象物の流速を測定することにな
る。また、本発明の他の態様による流速測定装置におい
ては、測定手段は検出測定対象物対象との距離に基いて
流速値を補正する。この補正により、距離変化による流
速感度の変化が補正される。

【００１２】

【実施例】次に、本発明の実施例を説明にするのに先立
って、本発明の流速測定装置の動作原理を説明する。（１）励磁・検出方法本発明に係る流速計測装置のセンサヘッド２００は、図
１に示されるように、中心の脚２０４ｂを中心として左
右対称形のＥ型の形状をした磁心２０２に対し、中心の
脚２０４ｂに励磁巻線２０３ｂを巻き、両端の脚２０４
ａ，ｃに検出巻線２０３ａ，ｃをそれぞれが同じ向きの
磁束を検出するように巻いたものである。これを移動す
る導電性の測定対象物２０１の上に、脚の開いた面が対
象面に向き、かつ各脚が対象面の移動方向に対し平行に
並ぶように配置する。なお、流速の方向は予め分かって
いる場合が多い。このようにＥ型の磁心２０２を脚の開
いた面が対象面に向け、中心の脚に励磁巻線２０３ｂを
施して励磁することにより、導体面に垂直に磁場を励磁
することができる。先に述べたように、速度効果はｖ×
Ｂで表されるので、対象の速度と磁場とが垂直となって
いるときに最大となる。ここで測定する流速は対象面と
平行なので、磁場を対象面と垂直に励磁すれば、水平に
励磁する場合よりも速度効果が大きくなり、速度検出感
度も大きくなる。

【００１３】次に速度効果による磁場歪みの検出方法に
ついて説明する。図２（ａ）のように導体２０１が停止
していれば、磁場は中心の脚を中心として左右対象であ
り、左右の検出巻線の出力は等しく、その差分は０とな
る。導体２０１が動くと、図２（ｂ）に示されるよう
に、その流速に対応して導体中に発生する渦電流により
磁場が歪み、両端の各検出巻き線位置での磁束に差が出
て、その差分信号が変化する。この変化量は対象の流速
に対応しており、この変化量から、対象の流速を測定す
ることができる。またこの時、磁束量の変化は、流れの
下流側と上流側の検出巻き線とでは逆方向で、外乱ノイ
ズや励磁装置からの直接磁場は、２つの検出巻線の位置
で同じため、２つの検出巻線の出力の差分をとれば、余
分な信号のみを除外することができ、流速に対応した歪
み量のみを更にＳ／Ｎ良く検出することが可能となる。
また、励磁電流を交流とし、各検出巻線の差分信号の振
幅を同期検波器もしくは位相検波器により検出すること
により、周囲の鉄などの磁性体の影響や、種々の外乱磁
場の影響を低減し、精度良く流速の測定が可能となる。
なお、ここで、速度に対応した磁場歪み量は、ｖ×Ｂに
比例するので、低周波で励磁している場合は、磁場の歪
み量と、励磁磁場、即ち、励磁電流の位相は同じとな
る。これに対し、検出巻線の出力電圧と磁場とは−９０
°の位相差があるため、位相検波器で検出する際には、
低周波の場合は励磁電流と−９０°ずれた位相を選択す
れば良い。しかし、周波数が高い場合には、測定対象物
中での磁場の位相が−ｄＢ／ｄｔに比例する渦電流によ
り変化するので、周波数ごとに速度による磁場歪み信号
が最大となる位相を選択する必要がある。

【００１４】（２）温度ドリフト高温の導体の流速を検出しようとするときには、装置の
温度が変化する。この時、励磁巻線及び磁心と検出巻線
及び磁心とが分離している場合には、各磁心を何らかの
固定治具により固定する必要がある。その際、高温の導
体の流速を検出しようとする場合には、周囲の温度が変
化すれば、固定治具や固定治具と磁心との結合部分が、
熱膨張あるいは熱収縮する。ここで、熱膨張・熱収縮が
左右の検出コイルに対して均等に作用すれば、２つの検
出コイルで差分をとるため、熱変形による信号変化は除
外される。しかし、固定していても本来各磁極はバラバ
ラなので、左右の検出コイルに対して熱変形は均等にな
らず、熱変形による信号変化分が残る。そのため例えば
図３（ａ）のように片側の磁心４６ａのみが大きく熱変
形によりずれれば（４８ａ≠４８ｂ）、片側の検出巻線
４７ｂ出力が増加し、導体が動いていなくても擬似信号
を生じてしまう。この擬似信号は温度の上昇・下降に従
って増加もしくは下降するドリフト状のものである。

【００１５】そこで、図３（ｂ）に示されるように、励
磁コイル４７ｃと２つの検出コイル４７ａ，ｂとを１つ
のコアに巻き、一体化する。このようにすれば、熱変形
は左右の検出コイル４７ａ，ｂに対して均等に作用する
（４８ａ＝４８ｂ）ので、２つの検出コイルで差分をと
れば、熱変形による信号変化は除外され、温度ドリフト
を抑えることができる。しかし、左右の検出コイルの温
度は僅かに異なれば、熱変形が左右で均等にならず温度
ドリフトが残ってしまう。そこで、図４のような冷却シ
ャーシ４９にセンサヘッド２００を収納し、左右均等に
空気を吹き込み冷却することにより、装置全体の温度上
昇を抑え、かつ装置の左右の温度不均衡を防止すること
ができる。また、こうした冷却シャーシ４９の材質が導
電性の場合、周囲の温度変化によりシャーシ４９の導電
率が大きく変化し、装置の出力信号に影響を与える。そ
こで、シャーシ４９は、全てあるいは少なくとも装置か
らの磁場が通る対象と面した底面を不導体により作成す
る。

【００１６】（３）リフトオフ補正また、流速測定装置と測定対象との距離が変化すると、
速度感度も変化する。そのため、対象の流速が一定で
も、出力信号が変化しノイズとなる。そこで、例えば渦
流距離計の様なもので対象面との距離を測定し、検出用
巻線の磁場の歪み信号をこの距離信号により演算し、速
度感度を補正する。ここで、図５、図６及び図７を用い
てリフトオフ補正の原理を説明する。図５には流速計と
対象面との距離を変えたときの流速計の速度感度の変化
を示した。このように対象面との距離Ｌと速度感度Ｇと
は次式のような関係にある。Ｇ＝Ａ・ｅｘｐ（−Ｂ・Ｌ）従って、距離がＬの時の本流速計測装置の磁場歪み信号
をＳ（Ｌ）とすると、そのときの対象の流速ｖは次式で
計算できる。ｖ＝Ｓ（Ｌ）／｛Ａ・ｅｘｐ（−Ｂ・Ｌ）｝＝Ａ’・Ｓ（Ｌ）・ｅｘｐ（Ｂ・Ｌ）（ここでＡ，Ｂは定数，Ａ’＝１／Ａ）この式は例えば図６の示したような補正回路によって実
現できる。これは渦流距離計駆動・検出回路５１、指数
特性を持ったアンプ５２、乗算器５４及びリニアアンプ
５３から構成される。

【００１７】図７に示されるように、渦流距離計５６は
流速測定装置のセンサヘッド２００の中心の磁極２０４
ｂの前面に併設する。そして、渦流距離計５６及び駆動
・検出回路５１により対象面との距離Ｌを検出する。検
出した距離信号５８を指数アンプ５２にかけ指数ｅｘｐ
（Ｂ・Ｌ）を計算する。更に、流速計の励磁・検出回路
５０の出力の流速検出信号５７と掛け合わせた後、利得
が可変のリニアアンプ５３で定数倍する。これにより距
離が変化しても常に一定の速度感度で流速を計測するこ
とができる。また、ここでは回路により補正式を実現し
たが、流速計の出力及び渦流距離計の出力信号をそれぞ
れＡ／Ｄ変換し、その後ソフトウェア的に補正式の計算
を行っても良い。なお、ここで指数関数の係数Ｂは励磁
装置の形状により異なるため、あらかじめ図５のような
対象面との距離−速度感度曲線を計測して求めておく必
要がある。また、比例定数Ａ即ちリニアアンプ５３のゲ
インは、例えば特開平５−６０７７４号公報の棒を浸漬
する方法のような、他の方法で計測した流速信号を用い
て予め調整しておけばよい。

【００１８】本発明の測定原理が明らかになったところ
で、次に本発明の実施例を説明する。ここでは、本発明
の一実施例を図１、図４及び図８〜図１６に基いて説明
する。本実施例に係る流速測定装置は、図１、図４、図
７に示される装置と、図８の測定回路とから構成されて
いる。ここで、装置としては、流速測定の基本となるセ
ンサヘッド（図１）、高温環境下で計測する際の空冷シ
ャーシ（図４）、測定対象面との距離が変化する場合の
リフトオフ補正に用いる渦流距離計（図７）、から構成
される。センサヘッド２００は、図１のように磁性材か
らなる中心の脚を中心として左右対称形のＥ型の磁心２
０２と，励磁巻線２０３ｂ, 検出巻線２０３ａ，ｃとか
ら構成される。ここでは、磁心２０２としては３％珪素
鋼板を積層したものを用いた。しかし、高温の測定環境
下では温度変化による磁心の熱変形を抑えるため、積層
した磁心を用いるよりも、例えばフェライトコアのよう
に一体型のコアを用いた方がより良い。また、センサヘ
ッド２００はその両端の検出巻線２０３ａ，ｃと励磁巻
線２０３ｂとが対象の移動方向と平行となるように配置
される。

【００１９】更に、リフトオフ補正用として、図７に示
されるように、渦流距離計５６をセンサヘッド２００の
中心の脚２０４ｂの前面に配置する。ここでは渦流距離
計５６をとしては特開昭６２−３０５６２号公報に提案
されているような差動帰還型渦流距離計を用いている。
また、高温の環境下で流速を測定する際には、センサヘ
ッド２００及び渦流距離計５６を図４に示されるような
空冷ボックス４９中に配置し、センサヘッド２００等を
冷却する。この空冷ボックス４９は、セラミクス製で、
空気吹き込み口５５ａ，ｂ，ｃ，ｄが加工されている。
この空冷ボックス４９を用いて、空気吹き込み口５４
ａ，ｂ，ｃ，ｄよりそれぞれ均等に空気を吹き込み、セ
ンサヘッド２００等を均等に冷却する。

【００２０】測定回路は、図８に示されるように、励磁
回路１１８、検出回路１２０及びリフトオフ補正回路１
２１から構成されている。まず、励磁回路１１８は、励
磁巻線２０３ｂに交流電流を流し、測定対象物に磁場を
励磁する。この励磁は発振器１２３及び定電流アンプ１
２６によってなされる。発振器１２３により１〜１００
０Ｈｚの正弦波を発生させ、定電流アンプ１２６を介し
て励磁巻線２０３ｂに励磁電流を送る。ここで、励磁周
波数としては、あまり高すぎると（１ＫＨｚ程度以上）
測定対象に生じる渦電流が大きくなり、流速計としてよ
りも渦流距離計としての性質が強くなり、対象表面の波
立ちによるノイズが強くなる。また、周波数があまり低
すぎると（１Ｈｚ程度以下）、検出巻線２０３ａ，ｃに
生じる起電力が弱くなり検出感度が落ちる。従って、励
磁周波数としてはここでは１４Ｈｚとした。

【００２１】検出巻線２０３ａ，ｃからの出力信号は検
出回路１２０に入る。ここで２つの検出巻線からの信号
は差分された後、励磁周波数を中心周波数に持つバンド
パスフィルター１２９を通して、不要なノイズ信号を除
去し、同期検波器１３１（若しくは位相検波器）によっ
て、励磁電流と−９０°ずれた位相の成分が検波される
（ここでは低周波なので−９０°で良い）。この検波後
の信号の大きさが、流速に対応した磁場歪み信号とな
る。その後、この磁場歪み信号は、渦流距離計５６から
の対象面との距離信号と共に、リフトオフ補正回路１２
１によりリフトオフ補正される。リフトオフ補正回路１
２１の中で、渦流距離計５６の出力信号は、距離計の駆
動・検出回路１３５により距離信号に変換された後、指
数特性アンプ１３６を通して、磁場歪み信号と乗算器１
３７により掛け合わされ、利得が可変のリニアアンプ１
３８を通して最終的な流速出力信号となる。ここで指数
特性アンプ１３６は、例えば折れ線回路により組み立て
ることができる。また、先にも述べたように、指数関数
の係数は対象面との距離−速度感度曲線を計測してあら
かじめ求めておく。また、リニアアンプ１３８のゲイン
は、他の方法で計測した流速信号を用いてあらかじめ調
整しておく。

【００２２】次に、上記実施例の測定結果例を図９〜図
１１により説明する。図９に低融点合金金属（ウッドメ
タル）の流速を測定した出力例を示す。図９（ａ）が測
定対象の流速を他の方法により検出した値であり、図９
（ｂ）が上記実施例の速測定装置により検出した流速信
号であり、リフトオフ補正前の生の速度効果による磁場
歪み信号である。このように、対象面との距離が大きく
変化しなければ、特に何の補正もなく測定対象の流速に
追従した信号が得ることができる。

【００２３】次に高温の環境下での測定結果例を示す。
図１０は高温の溶鋼の流速を上記実施例の測定装置によ
り流速を計測した例である。ここでは測定装置の下に溶
鋼を流しているので、装置の下からの熱放射を受けて周
囲温度が大きく変化している。図１０（ａ）は測定対象
の流速をその流れた重量と流れの断面積とから算出した
値である。また、図１０（ｂ）が上記実施例の流速測定
装置により検出した磁場歪み信号である。更に、図１０
（ｃ）がセンサヘッドの温度を熱電対により測定した結
果である。このように装置全体を空冷ボックス４９によ
り均等に空冷し、１体型の励磁・検出コイルを用いるこ
とにより、温度変化による温度ドリフトの影響を低減
し、溶鋼のような高温の液体金属に対し、環境の温度変
化の元でも安定して流速を計測できることが分かる。

【００２４】次に、対象面との距離が変動する場合の測
定結果例を図１１に示す。図１１（ａ）は渦流距離計に
より計測した距離信号、図１１（ｂ）はリフトオフ補正
前の流速計の出力信号である。図１１（ｂ）の信号を図
８の補正回路１２１が図１１（ａ）の信号に基いて補正
した結果が図１１（ｃ）である。このように本リフトオ
フ補正方式により対象面との距離が変化しても安定して
流速を計測できることが分かる。

【００２５】図１２は本実施例の流速測定装置を連続鋳
造ラインに適用した第１の例を示す。タンディッシュ１
０２の下面より空却ボック（図示せず）に入れた本実施
例のセンサヘッド２００を吊り下げ、湯面上に配置す
る。これにより鋳型１０４内の溶鋼の流速１０５を監視
し、流速を制御して流れを安定化させ、連続鋳造中の表
面流の変動による品質欠陥の発生を未然に防ぐことがで
きる。また、このセンサヘッドを２つ、長辺方向に、ノ
ズルを中心として対称の位置に配置すれば、表面流れの
左右非対称性を監視できる。

【００２６】また、図１３は、本実施例の流速測定装置
を連続鋳造ラインに適用した第２の例である。ここで
は、溶鋼に対し水冷鋳型２０６を挟んで、長辺側２１５
のモールド中に、湯面直下の高さ付近で、ノズル２１３
と鋳型短辺２１４との間に本実施例のセンサヘッド２０
０を設置する。センサヘッド２００の向きは、図１３の
ように２つの検出巻線（図示せず）が湯面に対し平行に
並ぶようにする。このように配置すれば、モールド表面
の流速２０９を測定できる。また、図１３のようにセン
サヘッド２００を２つ、長辺２１５方向にノズルを中心
として左右対称の位置に配置すれば、表面流れの左右非
対称性を監視できる。この他にも、センサを設置する位
置や、向きを変えれば、表面流速のみでなく、モールド
中の様々な流速を、測定することができる。

【００２７】例えば、図１４に示されるように、センサ
ヘッド２００を、ノズル２１３の吐出口近辺の高さで、
ノズルと鋳型短辺２１４との間に、２つの検出巻線がノ
ズル２１３からの吐出流と平行に並ぶように設置すれば
（ノズルの吐出口の角度から推定できる）、ノズル２１
３からの吐出流速２１２を計測できる。更に、ノズル２
１３を挟んで左右対称に、センサヘッドを２つ配置すれ
ば、ノズル吐出流の左右の不均衡を監視でき、溶鋼表面
で左右の流速バランスを推定できる。

【００２８】また、図１５に示されるように、センサヘ
ッド２００を鋳型２０６内の下側の位置で、ノズル２１
３と鋳型短辺２１４との間に、２つの検出巻線がノズル
２１３から吐出して下に向かう流れと平行に並ぶように
設置すれば設置すれば、下降流２１１を計測することも
できる。下降流が強すぎれば、溶鋼中に含まれる介在物
が浮上できずに、溶鋼層のより深い位置まで運ばれ、そ
のまま鋳片に補足されて、成品欠陥となってしまう。そ
こでこの下降流が監視できれば、欠陥の発生を予測で
き、防止措置を講じることができる。

【００２９】このようにモールド中にセンサヘッド２０
０を設置すれば、モールドは水冷されているので、セン
サヘッド２００を特に空冷シャーシに入れて、冷却する
必要がなくなる。但し、この場合には、厚さ５０ｍｍ程
度の銅製の鋳型を挟んで励磁するので、励磁周波数を低
くとる必要がある。

【００３０】また、図１６は本実施例の流速測定装置を
連続鋳造ラインに適用した第３の例である。ここでは、
長辺側のモールドの直下にセンサヘッド２００を設置す
る。センサヘッド２００の向きは、図１６に示されるよ
うに、２つの検出巻線が鋳片の引き抜き方向と平行に並
ぶようにする。このように設置すれば、溶鋼の下降流２
１１の流速の計測が可能となる。先に述べた第２の例で
も、下降流は計測できるが、先の場合は銅製鋳型を挟ん
でいるので、磁場を励磁するには、周波数をかなり低く
とらねばならず、検出巻線の起電力が低くなってしま
う。この例のように配置すれば、センサヘッド２００と
溶鋼流との間には、凝固シェルがあるのみで、一般に溶
鋼の連続鋳造の場合には、凝固シェルの導電率は銅の１
／８０とかなり小さく、また、厚みは３０〜４０ｍｍ程
度と銅製鋳型より薄いため、周波数は第２の例より高く
てもかまわず、検出巻線の起電力が比較的高くでき検出
精度が良くなる。なおこの場合は、センサヘッド２００
と溶鋼流との間のシェルも、下方向に引き抜かれ、速度
を持っており、センサヘッド２００の出力はこの速度と
溶鋼下降流の和を検出する。しかし、シェルの速度は数
ｍ／ｍｉｎと非常に遅いため、下降流流速に大きな影響
はない。

【００３１】またここでは、Ｅ型鉄心の中心の脚に励磁
巻線を巻いた例を示したが、励磁巻線としては、各瞬間
にＥ型の磁心のそれぞれ隣り合う脚同士で、逆向きの磁
場を生じるようにＥ型磁心に巻けばどのように巻いても
かまわない。例えば図１７（ａ），（ｂ）の様に中心の
脚以外のところに巻いても、複数の巻き線を巻いてもか
まわない。また、図１７（ｂ）で各励磁巻線を検出巻線
の上から重ねて巻いても、検出巻線より下の位置に巻い
てもかまわない。また、図１，図１７（ａ）、図１７
（ｂ）の巻き方を組み合わせてもかまわない。

【００３２】

【発明の効果】本発明の一つの態様によれば、中心の脚
を中心として左右対称形のＥ型の磁心がその脚の開いた
面が対象面に向き、且つ各脚が対象面の移動方向に対し
平行に並ぶように配置され、各瞬間に、Ｅ型の磁心のそ
れぞれ隣り合う脚同士で、逆向きの磁場を生じるよう
に、Ｅ型の磁心に巻回された励磁巻線に交流電流を供給
し、測定対象物に対して垂直な磁場を発生させ磁場の速
度効果による磁気歪みを、Ｅ型の磁心の両脚に巻回され
た検出巻線により検出して、測定対象物の流速を測定す
るようにしたので、対象面から離れた位置でも、感度良
く流速の測定ができる。また、本発明の他の態様によれ
ば、対象面との距離を計測し、その距離信号によって検
出した流速信号を補正するようにしたので、対象面との
距離変化による速度感度の変化が補正され、対象面との
距離が変動しても正確な流速の測定が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のセンサヘッドの構成を示す図である。

【図２】本発明の流速を測定するための動作原理を示す
図である。

【図３】温度ドリフトの説明図である。

【図４】本発明の冷却ボックスの構成を示した斜視図で
ある。

【図５】対象面との距離と速度感度との関係を示した特
性図である。

【図６】リフトオフ変動の補正回路の構成を示したブロ
ック図である。

【図７】渦流距離計の配置例を示した斜視図である。

【図８】本発明の一実施例の流速測定装置の回路構成を
示したブロック図である。

【図９】前記実施例の流速測定装置の計測結果を示す特
性図（その１）である。

【図１０】前記実施例の流速測定装置の計測結果を示す
特性図（その２）である。

【図１１】前記実施例の流速測定装置の計測結果を示す
特性図（その３）である。

【図１２】本発明の応用例を示す図である。

【図１３】本発明の他の応用例を示す図である。

【図１４】本発明の他の応用例を示す図である。

【図１５】本発明の他の応用例を示す図である。

【図１６】本発明の更に他の応用例を示す図である。

【図１７】本発明のセンサヘッドの他の構成例を示す図
である。

【図１８】連続鋳造の説明図である。

【図１９】接触式による従来の高温液体金属の流速測定
装置の説明図である。

【図２０】磁場の速度効果の説明図である。

【図２１】従来の磁気による非接触式高温液体金属の流
速測定装置（その１）の説明図である。

【図２２】従来の磁気による非接触式高温液体金属の流
速測定装置（その２）の説明図である。

【図２３】従来の磁気による非接触式高温液体金属の流
速測定装置（その３）の説明図である。

【符号の説明】

２００：センサヘッド２０２：Ｅ型磁心２０３ａ，ｃ：検出巻線２０３ｂ：励磁巻線５６：渦流距離計２０１：導電性測定対象物１１８：励磁回路１２３：発振器１２６：定電流アンプ１２０：検出回路１２９：バンドパスフィルター１３１：同期検波器（若しくは位相検波器）１２１：リフトオフ補正回路１３５：渦流距離計駆動・検出回路１３６：指数特性アンプ１３７：乗算器１３８：リニアアンプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者西岡信一東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者加藤宏晴東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中心の脚を中心として左右対称形のＥ型
の形状をなしており、移動する導電性の測定対象物の上
に、脚の開いた面が前記測定対象物に対向し、且つ各脚
が前記測定対象物の移動方向に対し平行に並ぶように配
置されるＥ型の磁心と、各瞬間に、前記Ｅ型の磁心のそれぞれ隣り合う脚同士
で、逆向きの磁場を生じるように、前記Ｅ型の磁心に巻
き回され、交流電流が供給されて、前記測定対象物に対
して垂直な磁場を生成させる励磁巻線と、前記Ｅ型の磁心の両端の脚にそれぞれが同じ向きの磁束
を検出するように巻回された一対の検出用巻線と、前記一対の検出用巻線の出力電圧の差に基いて前記測定
対象物の流速を測定する測定手段とを備えたことを特徴
とする流速測定装置。
【請求項２】前記測定対象物との距離を計測する距離
測定手段を有し、前記測定手段は前記出力電圧の差を前
記距離測定手段により計測された距離により補正するこ
とを特徴とする請求項１記載の流速測定装置。