(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融金属が注入される略々垂直に配置されるモールドチューブ（２４，１２４，１２４′、２２４または３２４）と、
上記モールドチューブを囲む水缶を規定する手段で、上記モールドチューブから僅かな間隔を持って配置される流路形成チューブ（７８，１７８，２７８または３７８）を含み、これと共同して、溶融金属がモールドチューブの完全性を損なわないようにするため水を急速に通過させる狭い冷却水流路を形成する、手段と、および、
モールドチューブの中の溶融金属のレベルを測定する手段とを含む、
連続鋳造モールドで、上記測定手段が、
モールドチューブの１側に配置された放射性ソース（３２，１３２，２３２，または３３２／３３２′／３３２″）と、
モールドチューブの反対側に配置された検出器（３４，１３４，２３４または３３４）とを含み、この場合、
少なくとも１つの放射性ソースと検出器とが垂直で直線状である、
ものにおいて、
放射性ソースがモールドチューブの壁の中の凹部手段（１４８または３４８）の中に配置され、
これにより、検出器に伝えられる放射性放射が、検出器へ至る過程で、流路形成チューブの一方の壁のみの全厚さを通過し、これにより、モールドの一定の放射線吸収が最低になり、従って、溶融金属レベル測定においてソースに持たすべき強度を小さくする、
ことを特徴とする連続鋳造モールド。
【請求項２】
溶融金属が注入される略々垂直に配置されるモールドチューブ（２４，１２４，１２４′、２２４または３２４）と、
上記モールドチューブを囲む水缶を規定する手段で、上記モールドチューブから僅かな間隔を持って配置される流路形成チューブ（７８，１７８，２７８または３７８）を含み、これと共同して、溶融金属がモールドチューブの完全性を損なわないようにするため水を急速に通過させる狭い冷却水流路を形成する、手段と、および、
モールドチューブの中の溶融金属のレベルを測定する手段とを含む、
連続鋳造モールドで、上記測定手段が、
モールドチューブの１側に配置された放射性ソース（３２，１３２，２３２，または３３２／３３２′／３３２″）と、
モールドチューブの反対側に配置された検出器（３４，１３４，２３４または３３４）とを含み、この場合、
少なくとも１つの放射性ソースと検出器とが垂直で直線状であり、又、
この場合、
検出器が、
その上にソースの放射線が衝突するシンチレーション・クリスタル（１８８または３８８）で、上記クリスタルが、ソースからこれに衝突するエネルギー放射を持続時間の短い光エネルギーの閃光に変換する性質を持つ、ものと、
上記閃光の光エネルギーを電気パルスに変換する光電子増倍管（１６６または３６６）と、を含む、ものにおいて、
上記クリスタルが、光エネルギーの光電子増倍管への効率の良い伝送のためのライトパイプ（１８０または３８０）として機能し、更に、光電子増倍管の損傷を防ぐ衝撃吸収材として機能する「ゲル」によって、光電子増倍管に結合される、ことを特徴とする、連続鋳造モールド。
【請求項３】
溶融金属が注入される略々垂直に配置されるモールドチューブ（２４，１２４，１２４′、２２４または３２４）と、
上記モールドチューブを囲む水缶を規定する手段で、上記モールドチューブから僅かな間隔を持って配置される流路形成チューブ（７８，１７８，２７８または３７８）を含み、これと共同して、溶融金属がモールドチューブの完全性を損なわないようにするため水を急速に通過させる狭い冷却水流路を形成する、手段と、および、
モールドチューブの中の溶融金属のレベルを測定する手段とを含む、
連続鋳造モールドで、上記測定手段が、
モールドチューブの１側に配置された放射性ソース（３２，１３２，２３２，または３３２／３３２′／３３２″）と、
モールドチューブの反対側に配置された検出器（３４，１３４，２３４または３３４）とを含み、この場合、
少なくとも１つの放射性ソースと検出器とが垂直で直線状である、
ものにおいて、
検出器（３３４）が水缶の中に配置され、
この場合、ソースと検出器との間の距離を最小にして、測定機能に必要とする放射性材料の量を最小にする、
ことを特徴とする、連続鋳造モールド。
【請求項４】
溶融金属が注入される略々垂直に配置されるモールドチューブ（２４，１２４，１２４′、２２４または３２４）と、
上記モールドチューブを囲む水缶を規定する手段で、上記モールドチューブから僅かな間隔を持って配置される流路形成チューブ（７８，１７８，２７８または３７８）を含み、これと共同して、溶融金属がモールドチューブの完全性を損なわないようにするため水を急速に通過させる狭い冷却水流路を形成する、手段と、および、
モールドチューブの中の溶融金属のレベルを測定する手段とを含む、
連続鋳造モールドで、上記測定手段が、
モールドチューブの１側に配置された放射性ソース（３２，１３２，２３２，または３３２／３３２′／３３２″）と、
モールドチューブの反対側に配置された検出器（３４，１３４，２３４または３３４）とを含み、この場合、
少なくとも１つの放射性ソースと検出器とが垂直で直線状である、
ものにおいて、
放射性ソースが、
１０個以下の放射性ソース・ユニット（１４４）を含み、
各ソース・ユニットが本質的に安全な量の放射性材料を含む、
ことを特徴とする、連続鋳造モールド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、放射線の吸収量の関数としての各種状態の測定に関し、特に、ビレット、ブルーム、スラブ等を連続鋳造する間の溶融金属のレベル測定に関する。
【０００２】
【従来の技術】
基本用語としての放射線吸収測定には、放射性ソースとこれから離れた検出器の準備を含む。放射性ソースは連続的に壊変する材料で、より軽い元素への転換の過程でアルファ、ベータおよびガンマ線の形で粒子／エネルギーを放射する。検出器はこれらの粒子／エネルギーの衝突に応答して、所定の信号レベルを作り出す。これは放射性ソースと検出器との間の距離の二乗に逆比例する。
【０００３】
対象物がこの放射性ソースと検出器との間に置かれると、または、放射性ソースと検出器との間に集合濃度の媒体が置かれると、放射性ソースの放射線が介在媒体の増加質量によって吸収され、検出器からの出力信号がこれに比例して減少する。
【０００４】
溶融金属のレベルを測定する場合、放射性ソースは、モールド・チューブの１側において、メタル・ジャケットの外側またはウオータージャケットの冷却水室の中のいずれかに置かれる。検出器も同様に、モールドチューブの他の１側において、ウオータージャケットの外側またはウオータージャケットの冷却水室の中に置かれる。従って、モールドチューブの上端に近い高さの部分に照射野が出来る。検出器を照射する放射線の強度、および、そこからの出力信号は、溶融金属が放射線を吸収する程度に逆比例し、チューブの中の溶融金属のレベルの関数である。
【０００５】
溶融金属のレベルの測定において、モールド・チューブの壁と、冷却水の流路と多数の水の層とを規定する２枚の鋼板と、および、多くの場合、ウオータージャケットの鋼の外壁とが一定の吸収体となり、当該モールドチューブの状態を測定するために越えねばならない放射強度の閾値を決定する。
【０００６】
必ずしもこれに限定するものではないが、本発明は、連続鋳造法におけるモールドチューブの中の溶融金属のレベルの放射線吸収量測定に重点を置く。
【０００７】
人工によるセシウム１３７は、吸収測定用放射性ソース材料として、特に、連続鋳造の溶融金属のレベルの測定用に、特に適することが見出だされている。放射性測定に、特に溶融金属のレベル測定に好適な第２の放射性物質があり、即ち、コバルト６０で、これも又人工のアイソトープである。
【０００８】
いずれにしても、溶融金属のレベル測定において、一定の吸収劑として比較的大量の放射性ソースを使用することになる。
【０００９】
この場合、全ての放射性材料が、必ずしも、不当な健康上または環境上の有害物質を含んでいるとは限らない点に注意する必要がある。世界中どこにでも継続的背景放射能があることを指摘しておく。これは非常にレベルの低い放射能ではあるが、いずれにしても存在するものであって、測定可能である。又、これは場所によって変化する。
【００１０】
本発明の目的からすると、背景放射と同一レベルの強さを持つ量の放射性材料は本質的に無害であって、健康上の危険性および環境障害をおこすものではないと考えられる。
【００１１】
ガンマ線を放射するアイソトープ、例えば少量のセシウム１３７およびコバルト６０、は実質的に安全である。特に、１０マイクロキューリー以下のユニットのセシウム１３７および１マイクロキューリー以下のユニットのコバルト６０は、本質的に安全と考えられる範囲内にある放射性材料の量である。これら少量ユニットの放射性材料の安全性は、これらが鋼等の素材、例えばモネル、の中に包まれていることによって益々高まる。更に、これらの無害ユニットは、含まれるアイソトープを見分けるためにマークするようにしたほうが良い。これら本質的に安全な放射性ユニットの１０倍までが、健康上および環境上問題なく、単一のデバイスに組み合わすことが出来ることに決定された。
【００１２】
一般的放射性測定のおよび特に溶融金属のレベル測定の実用性は、本質的に安全と考えられる量を越える強度を持つ量を含む放射性ソースを使用する必要があるのではないかと考えられるために限界があった。繰り返えしになるが、溶融金属のレベル測定に限って言うと、従来の放射性ソースは、実質的に１０マイクロキューリーを超えるセシウム１３７と１マイクロキューリを超えるコバルト６０とを使用していた。
【００１３】
比較的大量の放射性材料は必然的に高価で、この理由だけで、放射性測定の使用が妨げられている。
【００１４】
更に重要なことは、本質的に安全な強度を超えるユニットの放射性材料の使用は法規による厳重な管理に待つほかはない。
【００１５】
従って、本発明の第１の目的は測定機能を果たすために必要な放射性材料の強度を下げることである。
【００１６】
本発明の次の目的は、測定機能を与える本質的に安全な強度の放射性材料の使用を可能にすることである。この場合、測定環境には、測定すべき媒体によって吸収される放射能と比較して、高いパーセンテージで照射野を吸収する一定の吸収劑を含む。
【００１７】
本発明の更に次の目的は、本質的に安全と考えられる以上の強度を持つ放射性材料の使用に適用される法的規制に従うための余分な出費を避けることである。
【００１８】
本発明の第１の態様によれば、上述の目的は、モールドチューブの壁面に形成された１以上の凹部に放射性ソースを配置することによって達成される。放射性ソースをこのように配置することによって、「一定の吸収劑」の量が減らされ、放射性ソースの所要強度を最小にすることが出来る。
【００１９】
本発明の上述のおよびその他の目的は、添付した図面を参照しながら以下に記述する実施例の説明の中で明らかにする。その新規性は添付した請求項の中に列挙される。
【００２０】
【実施例】
図１は、本発明を使用した連続鋳造法の基本的構成要素を示す。溶融金属Ｍが容器２０の中に溜められており、容器に底出口があり、ここから溶融金属がモールド２２の中に流れ込む。モールド２２は水冷チューブ２４を含み、これが溶融金属を冷硬凝固させ、これが固体バーとしてモールドの下端部から出て行く。このバーＢは、複数のローラー２６によって形成された湾曲路に沿って動力付きフィードローラー２８に向かって進み、このローラーがアイドルローラー３０と協動して、凝固したバーＢを連続的に送り出す。ローラー２８，３０の下流の手段が次の工程のためにバーＢを所定長さに切断する。
【００２１】
放射線ソース３２はモールド２２の１側に置かれ、検出器３４はモールド２２の反対側に配置される。放射線ソース３２は「直線」型のソースで、所定面積の放射線応答面を持っている。線３６，３８は、ソース３２から放射され検出器３４によって検出される照射野の境界線を示す。水冷チューブ２４の中の溶融金属の上のレベルが境界線３６，３８の中にあることが判る。
【００２２】
検出器３４は、チューブ２４の中の溶融金属が、本来なら検出器３４を照射するはずの放射線をブロック（吸収）する程度に反比例する測定信号を出す。従ってチューブ２４の中の溶融金属の高さに比例する測定信号が出される。この測定信号が信号処理器４０に送られる。次に、この信号処理器４０が、ストッパー４４を上下させる手段４２に入力する信号を作り出し、モールド２２に流れ込む溶融金属の量を制御する。
【００２３】
このようにして、チューブ２４の中の溶融金属の上のレベルを制御して所定のレベルに保つことが出来る。この代わりに、またはこれに加えて、溶融金属のレベルは、モールド２２からのバーＢの引抜き率を変えることによっても制御することが出来る。このために、ローラー２８は、信号処理器４０からの信号入力線が繋がる変速モーター４６によって駆動される。例えば、溶融金属のレベルが希望高さより高い場合は、ストッパー４４を下げて、溶融金属流量を減らし、および又は、モーター４６の速度を上げることが出来る。
【００２４】
次に図２および図３に基づいて、一般的設計のモールド２２を更に詳細に説明する。チューブ２４が水室５０の内側境界を規定し、その外側境界が円筒形の水缶チューブ５２によって規定される。この水缶は、適宜の支持材に装着された支持板５４に溶接され、チューブ２４が溶融金属容器２０の出口とほぼ一線上に並ぶようにする。
【００２５】
カラー５６は水缶５２の上端部に固定される。モールドチューブ２４の上端部は、螺子６１（１つのみ示す）によって盤５８の裏面に固定された保持板６０によって装着盤５８に固定される。保持板６０は又カラー６２とシールリング６４とを所定位置に保持する。シールリングは、水缶の上端部において、チューブ２４と装着カラー６４との間を密封接続する。装着盤５８はボルト６６によって水缶のカラー５６６に固定される。カラー６８は水缶チューブ５２の下端部に固定される。チューブ２４の下端部は螺子７１によってカラー６８に固定された板７０によって位置決めされる。別のカラー７２は螺子７４によって板７０の裏面に固定され、シールリング７６をクランプし、水缶の下端部とチューブ２４との間を密封する。
【００２６】
連続鋳造法の可能性は、先ず、実質的に混ざりけのない銅で作られたモールドチューブの使用によって決まる。銅の溶融点は約１，１００℃で、鉄合金の如き溶融金属は１，５００℃以上の溶融点を持っているので、チューブを冷却することが重要である。
【００２７】
水冷が重要なばかりでなく、更に、チューブから水への熱の伝導率を高める手段を設ける必要がある。この目的で、流れ形成チューブ７８がモールドチューブ２４に対して僅かな隙間を持った形で装着される。水室５０は、参照符号８０で示す互いに作用し合うリングおよびカラーによって上下の部分に分割されている。チューブ８２が適宜の加圧冷却水のソースに接続され、水室５０の下の部分に開口している。従って、冷却水は、チューブ２４，７８によって形成された狭くて周囲を囲む通路を介して、室５０の上の部分に向かって上向きに比較的早い流速で流れる。冷却水は次にチューブ８４によってモールド２２から排出される。
【００２８】
図２および図３に示すモールドの構造は現在代表的な鋳造技術であって、詳細に説明したのは、測定機能即ちモールドチューブ２４の中の溶融金属のレベルを決定するための概略の作業環境の理解を助けるためである。
【００２９】
放射線吸収技術は以前からこの測定機能を持つ有効な手段と考えられていたものである。図２および図３は、又、放射線吸収技術がレベル測定機能を果たすために使用した１つの形を示している。
【００３０】
即ち、放射線「直線」ソース３２は、リングプレート８６の中に装着され、カラー６２および板６０の１つを介して水室５０の上部に延出している。検出機３４は普通、シンチレーション・クリスタル８８を含む管状部材の形をしている。水缶チューブ５２は密封エンドチューブ９０を持ち、これが水室５０の上部の中に突出している。検出器には密封チューブ９０の一番内側の端部に結晶が装着されており、これにより、検出器の結晶８８と放射線放射ソース３２との間の距離を最小にしている。
【００３１】
図３は、ソース３２によって放射され検出器３４の結晶８８によって感知される照射野をよく示している。この照射野の上部境界は参照符号３６で示され、下部境界は３８で示されている。
【００３２】
ソース３２は、境界３６，３８間の高さに沿って分散する放射性材料を持つ。結晶８８の直径はこれに比し小さく、従って、ソース３２に対して比較的小いさな広がりを持ち、このため「ポイント検出器」と呼ばれる。図５に示すごとく、下部境界線３８はチューブ２４の一番下のレベルと９２で交わり、上部境界線はチューブの一番高いレベルと９４で交わる。点９２と９４との間の垂直距離Ｌは図のソース３２と検出器３４のための測定範囲である。
【００３３】
この点で、脇道にそれるが、放射線吸収測定技術の基本的プリンシプルについて説明し、本発明の理解を助けることにする。
【００３４】
放射性ソースは連続的に壊変する材料で、より軽い元素物質に変わるときアルファ、ベータおよびガンマ線の形で粒子／エネルギーを放射する。
【００３５】
放射性材料は天然および人造である。
【００３６】
放射性材料は、その放射の方向および時間について完全にランダムに分散する粒子を放出する。ガンマ線（ホトン・エネルギー）を放射する放射性材料からの放射は、そが反射または吸収されるまで、消えないエネルギーを持って、所定の方向に連続した放射エネルギーとして継続される。
【００３７】
遮蔽されていないソースからの放射線の平均強度はソース強度Ｓに比例する（ミリキューリー（３．７×１０10壊変／秒の割合で崩壊する放射性材料の量の１／１０００））。放射強度はソースからの距離の二乗で減少する。
【００３８】
基本的表現は次のごとくである。即ち、
【数１】
0003667797.tif 000002
定数Ｋは、ミリ・レントゲン／ｈｒ．で、又は、フラックスに直角の弧のスクエヤー・インチ当り（またはｃｍ2 ）秒当りの粒子のフラックス濃度の形で表した強度測定値（Ｉ）を与える使用単位である。
【００３９】
対象物が放射性ソースと検出器との間に置かれた場合、検出器は、放射線が対象物を経て検出器に到達する範囲でシールドされる。詰まり、対象物に衝突する放射線の多くの部分、全部ではない、が対象物によって吸収され、検出器に到達しないと言うことである。
【００４０】
放射線（ｒ）の減少量は基本的に次の式で表される。即ち、
【数２】
0003667797.tif 000003
ここで、ｅ＝自然対数の底、μ＝与えられた材料および与えられた放射ソースに対する線形吸収係数、ｔ＝放射線がソースから検出器に伝達されるとき通過する与えられた材料の厚さである。
【００４１】
セシウム１３７およびコバルト６０は好ましくはアイソトープで、溶融金属のレベルを測定するときに、およびその他の放射線測定システムに放射ソースとして用いられるものである。図４および図５から明らかなごとく、ソース３２と検出器３４との間には複数の層があり、即ち、水の層、フローチューブ（鋼）、水の層、モールドチューブ（銅）の２つの壁、水の層、フローチューブ（鋼）、更に水の層、および密封チューブ９０の端面壁が次々にある。
【００４２】
連続鋳造法の従来のレベル測定においては、幾つかのチューブ壁および水の層は放射線吸収定数である。即ち、放射性ソースの強度は、検出器が信頼性のある基礎出力信号を出すのに十分なものでなければならない。十分に高い基礎信号の場合、即ち、ソース３２から伝送される放射線を吸収するような金属がチューブ２４の中に無いチューブ３２の中の溶融金属のレベルを測定することが出来る。従って、チューブ２４の中の金属のレベルが点９２より上に上昇すると、検出器３４に達する放射線が全て溶融金属を通過する点９４に金属のレベルが達する点まで、放射線の吸収は連続的に増加する。
【００４３】
十分に高いレベルの基礎放射線レベルの場合、チューブ２４の中の溶融金属のレベルの上昇のための検出器３４により検出される放射線の減少により、溶融金属のレベルを正確に反映する信号出力が行われる。この信号出力が上述の制御目的に用いられる。
【００４４】
更に、測定機能を果たすために必要なソース材料の量を支配する別の因子がある。
【００４５】
それは統計的ノイズである。固定ソースからの放射線の通路の中に置かれた検出器は任意の所定時間中にＮ個の粒子に応答するとする。Ｎこの粒子に対する応答数はソースからの放射強度を反映する。然し、粒子のランダムな分布により、検出器は、又、標準偏差として、Ｎの平方根に応答する。ノイズのパーセント（%Noise）は次の式で現される。即ち、
【数３】
0003667797.tif 000004
大きなノイズ％（%Noise）がある場合、即ち、低い強度の放射能が検出器により検出されている場合、検出器と放射性ソースとの間に介在する媒体により吸収された放射線量に比例する出力信号が基本的に不正確になる。従って、この場合、放射性ソースの強度は、先ず、一定の吸収材（チューブの壁２４，３２等）によって吸収される以上の放射線を出すものでなければならない。又、放射線ソースは、検出器３４で感知される放射線強度が最小になる点９４において、溶融金属が照射野を完全にブロックするとき溶融金属によって吸収される以上の大きさのものでなければならない。
【００４６】
この最小強度の最小信号が、金属の上のレベルを正確に反映するようにするためには、ノイズ％が十分に低いレベルになるようなソース３２強度にする必要がある。ノイズ％は１％以下に保つのが好ましい。
【００４７】
一定の吸収材があり、又、最低ノイズ％因子に保つ必要性から、ソースは比較的高い強度にしなければならない。
【００４８】
金属の連続鋳造の環境の中でレベル測定の問題に更に１の見通しを与えるために、セシウム１３７とコバルト６０と鋼、および銅と水の次の関係を示す。
【００４９】
セシウム１３７とコバルト６０とのためのμの代表的値は次の表によって与えられる。
【００５０】
【表１】
0003667797.tif 000005
上述の減少因子ｒの式は、ソースと検出器との間に単一の対象物があると言う前提のものである。連続鋳造法で溶融金属レベルを測定する場合は、複合した減少因子は、ソースと金属との間にある多数の対象物（物質の層）の関数である。又、ソースと検出器との間に多数の対象物がある場合は、ソース近くの対象物は「狭」いビーム吸収材で、検出器側に近い対象物より大きな減少因子であり、後者は「広い」ビーム吸収材と呼ばれる。
【００５１】
以上のことを考慮して、ソースから検出器に送られる放射線に対する各種の厚さの吸収剤の影響について一般概念を与えるために、次の減少因子ｒを示す。
【００５２】
【表２】
0003667797.tif 000006
以上の全ての関係を考慮して、ソースと検出器との間に置かれた複合対象物を介して伝送するのに必要とする放射能ソースの強度を決定するための基本式は次のごとくに表される。
【００５３】
【数４】
0003667797.tif 000007
ここで、Ｓ＝ミリキューリーで示すソース強度、ｄ＝ソースと検出器との距離、Ｋi ＝ミリケントゲンで表した与えられたアイソトープ（放射性ソース）に固有の定数、Ｉ0 ＝空気のみが介在する検出器の理論的放射線強度、ｒ1 ＝ソースと検出器との間の第１の対象物の放射線減少因子、ｒ2 ＝ソースと検出器との間の第２の対象物の放射線減少因子、ｒn ＝ソースと検出器との間の第ｎ番目の対象物の放射線減少因子である。
【００５４】
連続鋳造のための測定システムの従来技術の範囲内では、上述したごとく、その放射能ソースは、健康及び又は環境上の害を防ぐための厳重な注意なしで使用し得る強度範囲を超えていた。特に、先行技術のこの測定機能のための放射性ソースは、慣例として、１０マイクロキューリーを実質的に超える強度で提供されていた。この場合、セシウム１３７は、コバルト６０が使用されるときの１マイクロキューリーを実質的に超えて使用されていた。
【００５５】
先行技術のこのような実態を考慮すれば、本発明の進歩の跡が以下の実施例の説明から明らかになるであろう。
【００５６】
次に、図６から図９を参照して連続鋳造のモールド１２２の説明を行う。ここでは、放射線測定機能が、本質的に安全で政府管理が適用されない放射性材料の使用によって提供される。
【００５７】
モールド１２２の基本的構成部分は前に説明したモールド２２と同じである。詰まり、このモールドは垂直に配置されたモールド・チューブ１２４を含む。このチューブ１２４は、先行技術のとき示したチューブ２４の方形の断面と異なり、円形断面をしている。これは簡単に、連続鋳造の製品が、その断面が円形でも、方形でもあるいはその他の多角形でも、作れることを示している。
【００５８】
冷却水の流れ形成チューブ１７８がモールドチューブ１２４と同心に設けられ、その間に環状の冷却水流路を形成する。モールドチューブは、一部円筒形の水缶１５２によって形成される冷却水室１５０の中に設けられる。従って、冷却水は、一般的な形で、チューブ１２４と１７８との間の流路を通って迅速に上向きに流れ、溶融金属がモールドチューブ１２４の完全性を損なわないようにする。これは従来のモールドでは銅で作られる。
【００５９】
本実施例においては、「点」形放射性ソースが、「線」形検出器１３４との組み合わせで使用される。その照射野が図６および図７に示されている。この照射野の上下の境界線は、図に示すごとく、線１３６，１３８によって規定される。照射野の側面境界線は図７（Ａ）に線１３７で示されている。チューブ１２４の中の溶融金属のレベルが測れる範囲（即ち、徐々に量が増加して行く溶融金属が放射線を吸収する範囲）が範囲Ｌで示されている。
【００６０】
図７（Ａ）から明らかなごとく、照射野はモルドチューブ１２２の中に流れ込む溶融金属Ｍの後側方にオフセットしており、これにより、照射野によって吸収される放射線はモールドチューブの中の溶融金属の高さを反映し、モールドチューブ１２２の中に流し込み中の金属には関係しない。
【００６１】
点形ソース１３２は図８および図９に最もよく示されており、このソースが管状ホルダー１４０を含み、その下端部が円盤１４２によって封鎖されている。３個の放射性ソースユニット１４４の３つのスタックがホルダー１４０の中に設けられる。このソースユニットは円盤１４６によってホルダー１４０の中に保持される。ソースホルダー１４０はソケットまたは盲穴１４８の中に差し込まれ、このソケットがモールドチューブ１２４の上部放射状端面から長手方向に沿って下向きに伸びている。ソースホルダー１４０の上端部がホール１４８に捩じ込まれ、ソース１３２がその作用位置におさまるようにする。
【００６２】
ソースユニット１４４（図１０）は、大量の放射性材料の入ったカプセル１６２がその中に装着されるチューブ１６０を含む。捩子１６４がチューブ１６０の向き合った両端に捩じ込まれ、カプセルをチューブの中に保持する。
【００６３】
実施例の説明の中で例として示すと、この放射性材料はセシウム１３７である。各カプセルの中のセシウムの量は８．５マイクロキューリーである。これは、本質的に安全が保証されている量である。各ユニットは例えば刻印によってマークされ、カプセル１６２の中の放射性材料の確認が出来るようにする。この本質的に安全な量の９つのユニットがあり、従って安全ユニットの集合体も本質的に安全である。
【００６４】
各放射性ユニット１４４の長さは０．２５インチ（０．６３５ｃｍ）で、直径は０．１４０インチ（０．３５６ｃｍ）である。個々の放射性ユニット１４４が小型のため、モールドチューブ１２４の壁の中に装填することが出来る。因みに、この壁の厚さは３／４インチ（１．９０５ｃｍ）である。
【００６５】
モールドチューブ１２４の端部壁の中にこのソース１３２を配置することによって、ソース１３２と検出器１３４との間の固有距離が近くなる。ソースの放射線の強度はソースと検出器との間の距離の二乗の関数であるから、距離を減らすとソースの所要強度を下げることができる。
【００６６】
更に重要なことは、ソース１３２をこのように配置することは、照射野が冷却路チューブ１７８の１つの壁厚を通過しさえすれば良いことである。これに反し、従来の設計では、照射野は冷却路チューブの２つの壁を通過しなければならない。このような形で、環境的に一定の吸収材が実質的に減少したので、ソース１３２の放射強度条件が最低になる。
【００６７】
上述のソース１３２の配置の別の利点は、測定の上部範囲（範囲Ｌ）をモールドチューブ１２４の上端部の至近距離にすることが出来ることである。測定範囲の上限をチューブの上端近くにすることによって、チル（chilling）段階のチューブの全長をより良く利用することが出来る。これは、溶融金属の上のレベルを下のレベルで測定するとなると、何か予期しない状態が起きたとき、モールドの底から引き抜かれるバーが十分にチルしておらず、溶融金属がモールドの底から漏れ出す恐れがあるからである。
【００６８】
図７（Ｂ）は放射性ユニットの別の配置を示し、ここでは、モールドチューブ１２４′の厚さが、３個の放射性ユニット（１４４）の３つのスタックを十分に保持する直径を持つソースホルダーを格納するには不十分である。このような場合、３つのソースホルダー１４０′を、チューブ１２４の上部の放射状端面の中に形成された凹部の中に僅かに離れた状態で装着することによって、同等の放射性強度を得ることが出来る。各ホルダー１４０′は放射性ユニットの単一のスタックを含み（図示せず）、これは以前説明したユニット１４４と同じもので良い。
【００６９】
その他の利点としては、このソースが、モールドチューブの構造的集合体に実質的に衝撃を与えない形で装着されることである。このことは、溶融金属レベルが一般的にソース１３２のレベルに又はその下に保たれることを示す。従って、チューブにストレスが生じるような、溶融金属からチューブ１２４に掛かる液圧はほとどて又は全く無い。更に、チューブの最もストレスが掛かる部分である外表面部分の完全性がそのままに保たれる。
【００７０】
本発明の目的は、又、図１１を用いて以下に説明するごとく、検出器１３４の構造を通して達成される。
【００７１】
検出器１３４はシンチレーション・クリスタル１８８および光電子増倍管１６６を含む。このクリスタル１８８はヨウ化ナトリウムで作られている。ヨウ化ナトリウムの結晶は、ガンマー線を光エネルギーに転換する公知で非常に有効な手段である。ヨウ化ナトリウムの結晶は測定システムの検出器に、特に溶融金属測定システムに以前から使用されている。本発明はこのような又はこれに同等の結晶を使用したシンチレーション検出器の有効性を高める。
【００７２】
クリスタル１８８は複合的に形成されたハウジング１６８の中に装着される。このハウジングは説明を簡単にするために単一部材として示されている。このハウジング１６８は管状ハウジング１７０の前方端部に取り付けられる。水缶ハウジング１５２から突出したブラケット１７２が、検出器１３４を支持するハウジング１７０を受け止めている（図６参照）。
【００７３】
検出器１３４は一般的形で機能し、クリスタル１８８に照射する放射線エネルギーを非常に持続時間の短い光エネルギーに変換する。ソース１３２からの壊変粒子のための閃光がある。再び公知のプリンシプルに基づき、結晶の閃光が光電子増倍管１６６、以下ホト・チューブと呼ぶ、に伝えられる。このホトチューブは、次に回路１７４によって処理される電気パルスを作り出す機能があり、導体１７６によって、チューブ１２４の中の溶融金属レベルを示す出力信号を送る。
【００７４】
放射性エネルギーを結晶の中の光エネルギーに変え、この光エネルギーをホトチューブの中で電気パルスに変える上述の方法は、チューブ１２４の中の溶融金属の高さを示す出力信号に電気パルスを変換する次の手順と同様に、公知である。
【００７５】
検出器の感度は多くのパラメータの関数である。第１の因子はソースから放射され、検出器の結晶上に照射する照射野のパーセントである。これは基本的には、放射線放射方向に直角に配置された結晶の表面積の関数である。又、検出器の感度は結晶の厚さ（即ち、放射線放射方向の寸法）の増加と共に増加することも公知である。
【００７６】
検出器の感度を上げると、ソースに必要とする放射強度が下がることが判る。上述したごとく、検出器の感度は検出器の結晶の寸法を厚くすることによって達成される。然し、溶融金属レベル測定の凹凸のある環境に対応した従来の検出器は、振動の別の環境因子のため、より大きな結晶の利点を大幅に利用することが出来ない。
【００７７】
その原因は、光電子増倍管が、そのガラス面に結晶を接続しなければならない比較的デリケートで壊れやすいホトチューブを持っているからである。従来の検出器においては、ホトチューブと結晶とがほぼ同じ寸法を持ち（例えば、１インチ（２．５４ｃｍ）の直径）、結晶がシリコン・グリースの薄い膜によってホトチューブに直接取り付けられる。この接続は、結晶から光電子増倍管へ閃光を高い効率で伝えると言う基本的条件を満足している。
【００７８】
結晶の質量を実質的に増やすと、特にホトチューブの直径に不釣合なときは、壊れやすいホトチューブを連続鋳造法の場合発生する高い振動に基づく危険に晒すことになる。振動のある環境に対処するために、従来は、検出器の結晶は、直径に近い長さを持つ円筒形の結晶でなければならないとされてきた。従って、感度を上げ（および放射性ソースの所用強度を減らす）ためには結晶の側方寸法およびまたはその厚さを増やすことで達成されることは公知であったにもかかわらず、感度に制限のある検出器を使用するのが習わしになってきた。
【００７９】
本発明は、ソース１３２の必要強度条件を低いレベルに保つ目的で、寸法を大きくした従って効率の高い検出用結晶の使用を可能とする。この目的は、クリスタル１８８とホトチューブ１６６との間に樹脂製の「ライトパイプ」接続部１８０を設けることによって達成される。この「ライトパイプ」接続部１８０は、クリスタル１８８を内蔵したケーシング１８２と同じ材料で一体形成されている。ケーシング１８２はクリスタル１８８とハウジング１６８との間の空間に配置され、実質的にこれを満たしている。
【００８０】
「ライトパイプ」接続部１８０およびケーシング１８２に最も適した樹脂製材料は、高い光学的透明度を持つ触媒／空気キュアーのポリシリコーン樹脂である。この樹脂は市販されており、一般的に、光学的インターフェース化合物として知られている。１つの適当な化合物がＲｅｘｏｎ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ社（Ｗｉｌｌｏｕｇｈｂｙ，Ｏｈｉｏ）から使用品番号“ＲＸ−２２Ｐ”で入手できる。Ｄｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ社も又商品名Ｓｙｌｇｕａｒｄで適当な樹脂を製造している。
【００８１】
ガンマ・カメラ・プレートとホトチューブとの間にインターフェース接続部を設けるために、このような光学的インターフェース化合物の使用が知られている。本発明はこれらの教示を拡大して、連続鋳造の過酷な作業条件の下での使用を可能とすると共に、その感度を大幅に高めたシンチレーション検出器を提供する。
【００８２】
このために、１  １／８インチ（２．８５８ｃｍ）の直径のホトチューブを基礎として、「ライトパイプ」接続部１８０の有効長さｐが約０．６５０インチ（１．６５１ｃｍ）であることを見出だした。更に、「ライトパイプ」接続部１８０は、ケーシング１８２との接合部で外向きに張り出すのが好ましいことが示された。約１．４０インチ（３．５５６ｃｍ）の直径に対して４５°の張出し角度が有効なことが見出だされた。
【００８３】
過酷な環境での使用を可能とすると言う後の目的は、接続部１８０とケーシング１８２とを共に形成する樹脂化合物の衝撃吸収能力を介して達成される。この樹脂材料は、高い弾力性を持つ一方、４５のショア・ジュロメータの範囲で比較的柔らかい。これらの特性は幅広い操業温度に亘って保たれ、長い使用寿命に亘る変化に実質的に耐える。
【００８４】
ホトチューブ１６６はチューブ１７０の中に設けられたチューブ１８３に対して固定された状態で装着される。弾力性のあるショック・アブソーバー１８５は、ハウジング１６８の中に装着されたとき、クリスタル１８８に対して固定された状態で、ホトチューブ１６６をチューブ１８３の中央に位置付ける。従って、クリスタル１８８はホトチューブ１６６より実質的に大きな寸法および質量を持つが、「ライトパイプ」接続部１８０およびケーシング１８２のクッション効果は互いに独立しており、従って、連続鋳造法の作業中のホトチューブと結晶との間で振動荷重の伝達は殆ど無い。
【００８５】
「ライトパイプ」接続部１８０は、検出器の感度を高めるために非常に有効なことが判った。先ず第１に、ホトチューブ１６６の屈折率に緊密に対応する屈折率を持つと言うことは工学的インターフェース化合物の優れた特徴である。従って、材料自体が光エネルギーの伝達損失を最小にする。
【００８６】
「ライトパイプ」接続部１８０の形状、特にその長さｐは特徴的である。所定寸法の結晶とホトチューブとを使用した場合、ｐの寸法が実質的に任意の範囲で変化すると、検出器の感度が下がることが見出だされた。他の方法をとったとすると、シリコン・グリースまたは光学的インターフェース化合物の薄いフィルムを使用することによって、結晶とホトチューブとを密接させる従来の方法と比較して、検出器の感度は増加する。
【００８７】
実質的長さを持つライトパイプの使用による感度の増加は「ノイズ」の減少によるものと考えられる。ホトチューブ１６６の中に放射能が存在することが指摘される。この放射能は結晶の中に戻って閃光を出し、これがホトチューブによって電気パルスに変り、ソース１３２からの放射と間違って読み取られる。「ライトパイプ」接続部１８０の長さを長くする（密着接続と比較して）ことによって、ホトチューブ１６６から放射する放射線によるクリスタル１８８の中の閃光が最小になる。
【００８８】
感度は又、ホトチューブ１６６に伝わるときのクリスタル１８８の中で発生する閃光の強度間の差が減ると言うことによって上げられる。これは、クリスタルの寸法がホトチューブの直径より実質的に大きい場合顕著である。これは、限定された結晶の中のどこででも閃光がランダムに発生することをクリスタル１８８の下前端部で発生した閃光は、ホトチューブ１６６の軸の左の面に発生する閃光よりも移動距離が長い。両方の閃光が更に距離ｐの移動距離を持つと言うことによって、それぞれ移動しなければならない距離の間の差の割合が、密接して結合された結晶の場合に存在する差と比較して減る。
【００８９】
ケーシング１８２の衝撃吸収機能は、又、ハウジング１６８の反射特性を損なうこと無く与えることが出来る。これは、一般的に、結晶が装填されるハウジングの内部が高い反射面で形成されていることによる。閃光が結晶内に発生すると、光が全ての方向に放射し、ハウジングの中に照射する光が結晶を介して反射され、強力な光エネルギーの信号を出す。この信号は高い確実性を持って電気的パルスに変換される。光学的インターフェース化合物は、ハウジングの壁が光エネルギーの閃光を反射しその強度を強める能力に実質的に何等影響を与えない。更に、シリコン材料が結晶とハウジング１６８の内面との表面に付着し、これにより、反射能力に悪影響を与えるような劣化からこの２つの面を保護する。
【００９０】
高さ６インチ（１５．２４ｃｍ）、幅および深さ２インチ（５．０８ｃｍ）のヨウ化ナトリウムを用いた上述の検出器は、直径約１  １／８インチ（２．８５８ｃｍ）、長さ約１インチ（２．５４ｃｍ）の結晶を用いた従来のものと比較して、２００：１のオーダーで感度が上昇する。このことによって、内径１１．２５インチ（２８．５７５ｃｍ）のチューブ１２４の中の溶融金属レベルを測定する場合、放射性ユニット１４４に「本質的に安全な」量のセシウム１３７を使用することが可能となる。
【００９１】
次に、図１２から図１５を用いて本発明の別の実施例に付いて説明する。
【００９２】
この実施例の構造は図２および図３の従来技術による構造と同じである。モールド２２２は、モールドチューブ２２４の１側に配置された放射性ソース２３２とモールドチューブの他の１側に配置された検出器２３４とを含む。このモールドチューブ２２４は外側シリンダー２５２を持つ水缶の中に配置され、ソース２３２が水室２５０の中に配置され、検出器が密封チューブ２９０によって水浴の中に突出している。チューブ２７８はチューブ２２４と組み合わさって冷却水の流路を形成する。
【００９３】
直線状の放射性ソース２３２は、「本質的に安全」と考えられる放射性ソース・ユニットを持つ点で従来のソース３２と異なる。
【００９４】
この放射性ソースは図１４，図１５に示すごとく、複数の放射性ユニット２４４を含み、前に説明したユニット１４４と同じ構造のもので良い。このユニット２４４はチューブ２４５の長手方向に沿って間隔を持って装着される。ユニット２４４はそれぞれスリーブ２４７の中に装填される。このユニットはスペーサー２４９によって間隔を持って互いに離れており、このスペーサーはスリーブ２４７の直径および長さとほぼ同じ直径と長さとを持つ。従って、スペーツーとスリーブ／放射性ユニットとを交換して、チューブ２４５の高さに沿う任意の点に放射能を集中することが出来る。
【００９５】
全部で１０個の放射性ユニットがある。この実施例においては、放射性ユニットはそれぞれ８．５マイクロキューリーのセシウム１３７を持っている。
【００９６】
検出器２３４は、検出特性が直線状の検出器３４とは異なる。直線状の検出器を直線情放射性ソースと組み合わせて使用することは、広い範囲で液体のレベルを測定する測定システムの感度／効率を高めるための公知の技術である。然し、実際に連続鋳造で使用されている手段には「ポイント」検出器が採用されている。こうすることによって、検出器と放射性ソースとの間の距離は、検出器を水缶の中に配置することによって実質的に短くすることが出来る。然し、検出器を直接水缶に装着し、検出器が水缶の中に突出するようにする場合、鋳造中に発生する高い振動対策として、比較的小いさな直径と長さを持つ「ポイント」検出器が採用実施された。これらは全て、「本質的に安全」と考えられ政府規制が無いと言うこと以上に、放射性ソース材料の使用を許容された方法とすることに貢献した。
【００９７】
図１２に示す検出器の構造は、光学的インターフェース化合物のライトパイブ２８０を使用して、シンチレーティング・クリスタル２８８と光電子増倍器２６６と、同じ材料で出来たケーシング２８２とを接続する。このケーシングは結晶をハウジング２６８の中に装着する。ライトパイプ２８０とケーシング２８２とは、前の実施例で説明したのと同じ衝撃吸収および有効な光伝達の利点を持っている。従って、比較的大きなシンチレーション・クリスタル２８８を使用して、線状検出器と線状放射性ソースとを接近した状態で使用し、高い効率を得ることが可能である。これらは全て、放射性ソースユニット２４４の所要強度を下げる効果がある。
【００９８】
次に図１６から図２０を用いて本発明の更に別の実施例の説明を行う。
【００９９】
この実施例も、同様に、モールドチューブ３２４の中の溶融金属レベルを測定する連続鋳造法の環境の中で示されている。チューブ３２４は円筒形の外側チューブ２５２を持つ水缶の中に置かれる。前例と同様に、モールドチューブ３２４と僅かな間隔を持つ冷却水流路形成チューブ３７８があり、冷却水が迅速に流れるごとくにする。これにより熱伝動率が高められ、モールドチューブの過熱を防ぐ。
【０１００】
この実施例では、３つの放射性ソース３３２，３３２′、３３２″が垂直線状の照射野の生成に用いられ、シンチレーション・クリスタル３８８を持つ垂直線状の検出器を照射する。この照射野の上下の境界は線３３６，３３８によって規定される。照射野の側方境界は図１７の線３３９によって示される。
【０１０１】
ソース３３２，３３２′、３３２″はそれぞれ、角型チューブ３２４の隅角部から内向きに延びる水平の盲穴３４８の中に挿入されるソースホルダー３４０を持つ。ホルダー３４０は穴３４８の中に螺合され、放射性ソースユニット３４４を位置決めし、ここからの放射線が、検出器３３４に向かう過程でチューブ３２４の肉厚の僅かな部分だけを通れば良いようにする。
【０１０２】
検出器は、外側の管状ハウジング３７０を含み、これがモールドチューブ装着板３５８から延出し、この板が水缶フランジ３５６に適宜密封され、捩子３６０によってこれに固定される。従って、検出器は水室３５０の中に直接設けられ、これとホルダー３４０の中のソースとの間の固定された吸収材の量を最小にすると共に、その間の距離を最小にする。
【０１０３】
更に、検出器側およびソース側の照射野の上の部分は流路形成チューブ３７８の上に設けられ、モールドチューブ３２４の上端の至近位置にある。モールドチューブの上端の至近位置で溶融金属レベルのモニターが出来ることの重要性は前に説明した。モールド冷却水缶の上端部を形成する板から下向きに検出器が装着され突出すると言う形状により、更に、モールドチューブの上端の至近位置での溶融金属レベルの測定を可能とする。
【０１０４】
更に、装着板３５８はフランジ３５６から容易に取り外すことが出来る。板３５８を外すと、検出器３５８もこれと一緒に外れる。従って、修理点検のための水缶の中での作業に障害となるものはない。
【０１０５】
検出器３３４の構造は前に説明した検出器１３４および２３４に似ている。即ち、検出器はチューブ３７０の上端部に配置されたクリスタル３８８を含む。このクリスタルも又ヨウ化ナトリウムの結晶である。この実施例においては、クリスタルは円形の断面を持っている。結晶３８０は、シンチレーション・クリスタル３８８と光電子増倍器３６６とを光学的インターフェース化合物のライトパイプ３８０を備えている。光電子増倍管は衝撃吸収リング３８５によって内管３８３に対して固定された状態で装着される。シンチレーション・クリスタルも又衝撃吸収ケーシング３８２を備える。このケーシングはクリスタルと内管３８３との間の隙間を満たすと共に、クリスタルの上端部とチューブ３８３のキャップ３８７との間の隙間を満たす。ケーシング３８２は、前と同様に、光学的結合化合物で、ライトパイプ３８９と一体に形成することが出来る。以前説明した衝撃装着および光伝送の利点はこの場合にも得られる。注意すべき点は、クリスタル３８８の質量が、前に説明した先行技術のものより実質的に大きいことで、その直径は光電子増倍管３６６の係合端部のそれよりも約５０％大きく、その長さはその直径の約４倍である。
【０１０６】
更に、検出器３３４は電子回路３７４を含み、これが光電子増倍管３６６で発生した電気信号を処理して、適宜の出力信号に変え、これを導体３７６を介して適宜の制御手段に送る。
【０１０７】
上述した本実施例の放射線測定手段は、「本質的に安全」と考えられる強度を持つ放射線ユニットを用いて測定機能を行うことが出来る。
【０１０８】
ここに記載した実施例からの変形を当該技術者は本発明の思想および範囲の中で考えることが出来、次に記載する請求項は、このことを念頭において、書き替えそして適用されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のレベル測定手段を装備した連続鋳造法の基本的構成の模式図である。
【図２】図１に模式図的に示した連続鋳造のモールドの平面図である。
【図３】図２の線３−３に沿う拡大断面図である。
【図４】放射線ソースと図２および３に示す検出器との材料を示す簡略化した平面図である。
【図５】図４の側面図である。
【図６】連続鋳造モールドの上端部で、本発明による測定手段を示す、一部を切り欠いて断面で示す部分立面図である。
【図７】（Ａ）は図６の線７−７に沿う断面図、（Ｂ）は放射線ソースの別の配置を説明する（Ａ）と同じ断面図である。
【図８】本実施例の「ポイント」放射線ソースを示す、図６のモールドの上隅角部の拡大断面図である。
【図９】図８の線９−９に沿う断面図である。
【図１０】図８および９に示す放射線ソースの、更に拡大した部分断面図である。
【図１１】更に、本実施例に用いられる検出器を示す、図６の線１１−１１に沿う断面図えある。
【図１２】本発明を実現する別の測定手段を示す、連続鋳造モールドの上端部を一部を切り欠いて示す部分断面図である。
【図１３】図１２のモールドを縮小して示す平面図である。
【図１４】図１２の線状ソースを拡大して示す側面図である。
【図１５】図１４の線１５−１５に沿う拡大断面図である。
【図１６】本発明の測定手段の更に別の実施例を示す、連続鋳造モールドの上端部を一部を切り欠いて断面で示す部分立面図である。
【図１７】図１６の線１７−１７に沿う断面図である。
【図１８】放射線ソースを拡大して示す、図１６の線１８−１８に沿う断面図である。
【図１９】図１６の検出器を詳細に示す側面図である。
【図１】
0003667797.tif 000008
【図２】
0003667797.tif 000009
【図３】
0003667797.tif 000010
【図４】
0003667797.tif 000011
【図５】
0003667797.tif 000012
【図６】
0003667797.tif 000013
【図７】
0003667797.tif 000014
【図８】
0003667797.tif 000015
【図９】
0003667797.tif 000016
【図１０】
0003667797.tif 000017
【図１１】
0003667797.tif 000018
【図１２】
0003667797.tif 000019
【図１３】
0003667797.tif 000020
【図１４】
0003667797.tif 000021
【図１５】
0003667797.tif 000022
【図１６】
0003667797.tif 000023
【図１７】
0003667797.tif 000024
【図１８】
0003667797.tif 000025
【図１９】
0003667797.tif 000026