(57)【要約】      （修正有）【課題】鋳型内の溶融金属の液面と該溶融金属の上に浮遊する成形粉の深さとの双方を、同時にかつ信頼性のある方法で、高価で大きな計算装置を必要とすることなく測定するための装置および方法を提供する。【解決手段】液体金属が導入される注入口を有する容器の中の液体金属の所定のパラメータを測定するための装置であって、該測定装置は、容器の注入口上に配置されて容器との組み合わせにより電磁的開放空洞が鋳型上部の注入口上に形成されるとともに、該空洞の電磁的挙動を検出して電磁的挙動の関数として所定のパラメータを得るように適合された検出手段を具備する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体金属（３１）を導入する注入口（１ａ）を有する容器（１）内の前記液体金属の所定のパラメータを測定するための測定装置（２０）であって、
前記容器の前記注入口上に配置されて前記容器とともに電磁的開放空洞（３５）を形成するように適合され、
さらに、前記空洞の電磁的挙動を検出して前記所定のパラメータを前記電磁的挙動の関数として得るように適合された検出手段（４１）を具備することを特徴とする測定装置。
【請求項２】
前記容器の対応する注入口および排出口（２１ａ、２２ａ）それぞれを介し、前記空洞（３５）内に電磁入力信号を導入するとともに前記空洞から出力電磁信号を受信するように適合された発信装置（２１）および受信装置（２２）を具備することを特徴とする請求項１記載の測定装置。
【請求項３】
前記発信装置（２１）は、所定の周波数範囲内において電磁信号を前記空洞内に導入するように適合されたことを特徴とする請求項２記載の測定装置。
【請求項４】
前記検出手段（４１）は、前記受信装置（２２）に結合されるとともに前記空洞の共振曲線を検出するように適合されたことを特徴とする請求項３記載の測定装置。
【請求項５】
前記検出手段は、前記共振曲線の帯域幅を検出するように適合されたことを特徴とする請求項４記載の測定装置。
【請求項６】
前記発信装置は、所定のタイムスケジュールに従って前記電磁信号を前記空洞内に導入するように適合されたことを特徴とする請求項４および請求項５のいずれかに記載の測定装置。
【請求項７】
前記空洞の共振周波数と前記共振曲線の帯域幅との双方の関数として前記パラメータを算定するように適合された算定手段をさらに具備することを特徴とする請求項４から請求項６のいずれかに記載の測定装置。
【請求項８】
前記容器の前記注入口上に配置されるように適合された蓋（１０）を具備し、前記蓋は、少なくとも１つの貫通開口部（１４）を有する主板（１１）を具備し、前記貫通開口部の形状および寸法は、前記空洞の電磁的挙動に影響を及ぼすように適合されたことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の測定装置。
【請求項９】
前記蓋は、少なくとも２つの矩形状開口部（１４）を有することを特徴とする請求項８記載の測定装置。
【請求項１０】
前記主板（１１）に固定されるとともに前記主板（１１）に対し垂直に配置された管（１２）をさらに具備することを特徴とする請求項８および請求項９のいずれかに記載の測定装置。
【請求項１１】
連続鋳造処理において使用されるように適合された種類の鋳造用装置であって、液体金属を受け入れるための注入口（１ａ）と、凝固金属を放出するための注入口（１ｂ）とを有する鋳造用容器（１）を具備し、前記容器は所定量の液体金属（３１）を収容するように適合され、
請求項１から請求項１０のいずれかに記載の測定装置（２０）を備え、前記測定装置は、前記注入口上に配置されて前記容器およびその中に含まれる液体金属とともに電磁的開放空洞（３５）を形成することを特徴とする鋳造用装置。
【請求項１２】
前記容器内に成形粉（３２）を導入するための手段をさらに具備し、前記容器内の成形粉の深さは、前記周波数応答の帯域幅と前記空洞の前記共振周波数との関数として検出されることを特徴とする請求項１１記載の鋳造用装置。
【請求項１３】
前記容器内の成形粉の深さを、検出された成形粉の深さの関数として調節するための手段をさらに有することを特徴とする請求項１２記載の鋳造用装置。
【請求項１４】
前記容器内の液体金属の液面（３１ａ）は、前記空洞の前記共振周波数と前記周波数応答の帯域幅との関数として検出されることを特徴とする請求項１２および請求項１３のいずれかに記載の鋳造用装置。
【請求項１５】
前記容器内の液体金属の液面を、前記検出された液面の関数として調節するための手段をさらに有することを特徴とする請求項１４記載の鋳造用装置。
【請求項１６】
液体金属（３１）を導入する注入口（１ａ）を有する容器（１）内の前記液体金属の所定のパラメータを測定するための測定法であって、
前記液体金属（３１）の上に電磁的開放空洞（３５）を形成する工程と、
前記空洞の電磁的挙動を検出する工程と、
前記所定のパラメータを前記電磁的挙動の関数として得る工程と、
を含むことを特徴とする測定法。
【請求項１７】
前記空洞（３５）内に電磁入力信号を導入する工程と、
前記空洞から電磁気出力信号を受信する工程と、
を含むことを特徴とする請求項１６記載の測定法。
【請求項１８】
所定の周波数範囲内の電磁信号が前記空洞内に導入されることを特徴とする請求項１７記載の測定法。
【請求項１９】
前記空洞の前記共振曲線を検出する工程を含むことを特徴とする請求項１８記載の測定法。
【請求項２０】
前記共振曲線の帯域幅を検出する工程を含むことを特徴とする請求項１９記載の測定法。
【請求項２１】
前記電磁信号は所定のタイムスケジュールに従って空洞内に導入されることを特徴とする請求項１９および請求項２０のいずれかに記載の測定法。
【請求項２２】
前記パラメータを前記空洞の共振周波数と前記共振曲線の帯域幅との双方の関数として算定する工程を含むことを特徴とする請求項１９から請求項２１のいずれかに記載の測定法。
【請求項２３】
前記容器は、連続鋳造処理において使用されるように適合された鋳造用容器であるとともに、凝固金属を放出するための排出口（１ｂ）を具備し、前記電磁的開放空洞は、少なくとも１つの貫通開口部を有する主板（１１）を具備する蓋（１０）により画定され、前記貫通開口部の形状および寸法は、前記空洞の電磁的挙動に影響を及ぼすように適合されたことを特徴とする請求項１６から請求項２２のいずれかに記載の測定法。
【請求項２４】
前記主板（１１）は、少なくとも２つの矩形状開口部（１４）を有することを特徴とする請求項２３記載の測定法。
【請求項２５】
前記空洞の前記電磁的挙動は、前記主板（１１）に固定されるとともに前記蓋（１１）に対し垂直に配置された管（１２）によりさらに影響を受けることを特徴とする請求項２３および請求項２４のいずれかに記載の測定法。
【請求項２６】
前記容器（１）は、前記液体金属の上に成形粉（３２）を収容するようにさらに適合され、前記容器内の成形粉の深さは、前記周波数応答の帯域幅と前記空洞の前記共振周波数との関数として検出されることを特徴とする請求項２３から請求項２５のいずれかに記載の測定法。
【請求項２７】
前記容器内の液体金属の液面は、前記共振周波数と前記空洞の前記周波数応答の帯域幅との関数として検出されることを特徴とする請求項２６記載の測定法。
【請求項２８】
液体金属（３１）を連続鋳造鋳型（１）内に導入する工程と、凝固金属を前記鋳型から抽出する工程とを含み、前記鋳型内の前記液体金属の所定のパラメータを測定する工程をさらに含み、
前記所定のパラメータは、請求項１６から請求項２７のいずれかに記載の測定法に従って測定されることを特徴とする連続鋳造処理。
【請求項２９】
前記鋳型内に成形粉（３２）を導入する工程をさらに含み、前記検出されたパラメータは、前記鋳型内の液体金属の液面と前記成形粉の深さとの一方または双方を含むことを特徴とする請求項２８記載の処理。
【請求項３０】
前記成形粉の深さは、前記空洞の共振曲線の帯域幅と前記共振周波数との関数として検出される請求項２９記載の処理。
【請求項３１】
検出された前記成形粉の深さの関数として前記容器内の前記成形粉の深さを調節する工程をさらに含む請求項３０記載の処理。
【請求項３２】
前記鋳型内の液体金属の前記液面は、前記空洞の前記共振周波数と前記周波数応答の帯域幅との関数として検出されることを特徴とする請求項３０および請求項３１のいずれかに記載の処理。
【請求項３３】
検出された前記液面の関数として前記鋳型内の液体金属の前記液面を調節する工程をさらに含む請求項３２記載の処理。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容器内の液体金属の所定のパラメータを検出および／または測定する方法ならびに装置に関する。特に、本発明は、鋳型内の成形粉の深さと鋳型内の液体金属の液面とを検出する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１に、本発明が利用されることとなる連続鋳造処理の基本要素を示す。特に、図１において、参照番号１は液体金属が供給されるとともに凝固金属を放出するように適合された鋳型を指す。この点に関し、液体金属は注入口１ａを介し鋳型１内へ導入され、一方、凝固金属５は鋳型１から排出口１ｂを介し放出されることに留意されたい。さらに、図１において、参照番号３は液体金属が蓄えられる容器を指し、一方、参照番号４は該容器に蓄えられた液体金属を指す。さらに、参照番号２は、それを介し液体金属４が中間容器３から放出され、鋳型１内へ導入されるノズルを指す。最後に、図１において、参照番号６は、それにより凝固金属が鋳型１から固体棒の形で抽出されるローラを指す。固体棒は図１では参照番号７により特定される。図１の参照番号５は、固体棒７内に依然として含まれる液体金属部分を指す。
【０００３】
当技術分野で公知の、図１に図示した装置により実行される連続鋳造処理では、溶融金属４の供給は中間容器３において維持され、中間容器３は、金属がノズル２を介し鋳型１内に流れ込む底部出口を含む。通常、鋳型１は、溶融金属が固体棒７として鋳型の排出口１ｂから出るように溶融金属を冷却し凝固させる水冷手段（図１に図示せず）により冷却される。特に、図１に示すように鋳型１の排出口１ｂの近傍では、金属棒７は液体または半液体の金属５を依然として含む一方、排出口１ｂから一定の距離をおいたところでは、金属棒７は液体または半液体の金属をもはや含まず固体金属のみを含む。図１に示すように、固体棒７は、固体棒７の両側に配置された複数のローラ６により画定された湾曲経路をたどる。複数のローラ６は凝固した棒７を連続的に供給するよう協働する。最後に、ローラ６の下流側の手段（図１に図示せず）は、次の処理のため一定の長さの棒７に分離する。さらに、成形粉（図１に図示せず）は鋳型１内および液体金属の表面上に導入される。この目的のため、成形粉を加工し鋳型１内に導入するためのいくつかの手段が知られているが、明瞭化のため図１に図示しない。成形粉は、例えば鋳型１の壁を滑らかにするため、および／または溶融金属および／または液体金属の凝固速度を制御するためなどいくつかの目的のため鋳型１内に導入される。
【０００４】
図１に図示した従来技術の装置により実行される連続鋳造処理では、空洞内の成形粉の深さと液体金属の液面との双方を信頼性のある方法で測定することが非常に重要な前提であり、実際、成形粉の深さと液体金属の液面とを測定することで、これら２つのパラメータをそれに応じて制御することができる。例えば、鋳型内の成形粉の深さが浅すぎれば、成形粉が鋳型内に導入される速度をそれに応じて加速することができ、逆に、鋳型１内の成形粉の深さが深すぎれば、成形粉が鋳型１内に導入される速度を減速することができる。同様に、鋳型１内の液体金属の液面が低すぎることが生じれば、液体金属が鋳型に供給される速度を加速するか、あるいは凝固棒７が抽出される速度を減速する。逆に、鋳型内溶融金属の液体が高すぎることが検出されると、溶融金属が鋳型１内に導入される速度を減速するか、あるいは固体棒７が鋳型１から抽出される速度を加速する。
【０００５】
鋳型内の成形粉の深さと溶融金属の液面とを測定する目的として多くの方法および装置が長年にわたって提案されてきた。
【０００６】
例えば特許文献１には、溶融金属がオーバーフローすることなく鋳型の最上部近傍に維持できるように鋳型内溶融金属の液面を測定するための手段を具備する連続鋳造鋳型が開示されている。この公知の測定装置は、鋳型の一方の側に放射線ソースを、そして鋳型の反対側にシンチレーション結晶検出器を具備する。放射線ソースは連続的に分裂する材料であり、比較的軽い元素物質に変容する際にα、β、δ線の形の粒子／エネルギを許容する。検出器は、これら粒子／エネルギの衝突に応答して、上記ソースと検出器との間の距離の２乗に反比例する所与の信号レベルを提供する。検出器に衝突する放射線の強度およびその出力信号は、溶融金属が放射線を吸収する度合いに反比例する。そして、この度合いは鋳型内溶融金属の液面の関数である。上記特許文献１には、管内で検出された溶融金属の液面の関数として鋳型内溶融金属の液面を測定するための手段も開示されている。
【０００７】
連続鋳造鋳型内の溶融金属の液面を測定するための別の解決策は、特許文献２により公知である。特に、この特許出願に開示された鋳型内の液体金属液面を検出するための装置は、鋳型の一方の側に配置されかつ液体金属の想定高の上下まで延在する放射線検出器アレイを具備する。さらに、放射線光子ソースは、鋳型の、検出器アレイの配置側の反対側に配置され、各放射線検出器あるいは近傍の検出器群により単位時間内に受信される入射光子数を計数するための手段が設けられる。受信された入射光子数が、鋳型内の液体金属の高さの測定値を提供する。したがって、液体金属の高さの測定値を表す信号は、鋳型内液体金属の液面を自動的または定期的に制御する制御信号として使用することができる。
【０００８】
鋳型内液体金属の液面を検出および／または測定する別の従来技術の方法によれば、溶融金属内に寄生電流を励起するように適合された誘導装置が使用され、このシステムにより消費された電力の関数として鋳型内液体金属の液面が検出される。
【０００９】
従来技術のさらに別の解決策によれば、鋳型の壁の温度が測定され、測定された温度の関数として鋳型内溶融金属の液面が検出および／または算定される。
【００１０】
すべての従来技術の方法および／または装置はいくつかの欠点により影響を受ける。特に、従来技術の測定装置および／または方法に影響を与える最も重要な問題は、これら方法および／または装置が、溶融金属の液面と成形粉の深さとの双方を同時かつ確実に検出することができないということと関係する。特に、公知の方法および装置では、成形粉の深さと溶融金属の本当の液面とを区別することはできないため、上記測定値は、これら２つのパラメータを信頼性のある方法で測定するには使用することができない。これは、特には、上記測定値が鋳型内の材料（溶融金属と成形粉）の合計の面の表示を与えるだけであり、これら２つのパラメータについての信頼性のある測定値を同時に取得することができないためである。換言すると、上記測定値は、鋳型内に含まれる材料の合計の面の表示を与え、この合計面は、溶融金属の液面と成形粉の深さとの両方から生じるものである。
【特許文献１】欧州特許出願公開第０６５８７４７号明細書
【特許文献２】欧州特許出願公開第０８５９２２３号明細書
【発明の開示】
【００１１】
したがって、本発明の目的は、従来技術の方法および／または装置に影響を与える欠点を克服できる測定法および装置を提供することである。さらに、本発明の目的は、鋳型内の溶融金属の液面と成形粉の深さとの双方を測定するための方法および装置を提供し、信頼性のある方法でこれら２つのパラメータの検出を可能にすることである。本発明のさらなる目的は、高価で大きな計算装置を必要とすることなくこれら２つのパラメータを同時に測定できる測定法および装置を提供することである。さらに、本発明の別の目的は、いくつかの公知の鋳造処理とシステムとを組み合わせて使用されるように適合された測定法および装置を提供することである。本発明によれば、鋳型内の成形粉の深さと溶融金属の液面とは同時に測定されるため、鋳造処理中に鋳型内の成形粉の深さと溶融金属の液面との双方を測定および／または制御することも可能である。
【００１２】
本発明によれば、これは、鋳型内の成形粉の深さと該鋳型内の液体金属の液面とを測定する方法および装置を提供することにより得られ、これにより電磁的開放空洞（electromagnetic open cavity）が液体金属上に形成され、そして成形粉の深さおよび液体金属の液面が、該空洞の電磁的挙動の関数として検出および／または測定される。さらに詳細には、本発明によれば、電磁的開放空洞の共振曲線が検出され、そして成形粉の深さおよび液体金属の液面が、該曲線の帯域幅と電磁的開放空洞の共振周波数との関数として測定される。
【００１３】
特に、本発明によれば、請求項１記載の測定装置、すなわち、液体金属が導入される注入口を有する容器の中の液体金属の所定のパラメータを測定するための測定装置であって、該測定装置は、容器の注入口上に配置されて容器との組み合わせにより電磁的開放空洞を形成するように適合されるとともに、該測定装置は、空洞の電磁的挙動を検出して電磁的挙動の関数として所定のパラメータを得るように適合された検出手段を具備することを特徴とする測定装置が提供される。
【００１４】
さらに、本発明によれば、請求項１１に記載の鋳造用装置、すなわち、連続鋳造処理において使用されるように適合された種類の鋳造用装置であって、液体金属を受け入れるための注入口と、凝固金属を放出するための排出口とを有する鋳造用容器を含み、該容器は、所定量の液体金属を収容するように適合され、上記鋳造用装置は、請求項１から請求項１０のいずれかに記載の測定装置を備えることを特徴とする鋳造用装置が提供され、測定装置は、該注入口上に配置されて該容器および該容器内に含まれる液体金属とともに電磁的開放空洞を形成する。
【００１５】
さらに本発明によれば、請求項１６記載の方法、すなわち、容器内の液体および／または溶融金属の所定のパラメータを測定する方法であって、該容器は、液体金属が該容器内に導入される注入口を有し、上記測定法は、液体金属の上に電磁的開放空洞を形成する工程と、該空洞の電磁的挙動を検出する工程と、電磁的挙動の関数として所定のパラメータを得る工程とを含む方法が提供される。
【００１６】
本発明によれば、請求項２８記載の連続鋳造処理、すなわち、液体金属を連続鋳造鋳型内に導入する工程と、凝固金属を鋳型から抽出する工程と、さらに鋳型内の液体金属の所定のパラメータを測定する工程とを含み、該所定パラメータは、請求項１６から請求項２７のいずれかに記載の測定法により測定される鋳造処理がさらに提供される。
【００１７】
本発明のさらなる実施の形態および／または細部は従属請求項に定義される。
【００１８】
以下の開示からより明確になるように、本発明が基づく原理は、溶融金属と成形粉との双方の所定のパラメータが電磁的開放空洞の電磁的挙動の関数として検出されるように、液体金属とこの上にある成形粉との上に電磁的開放空洞を実現することに関する。特に、本発明者らは、電磁空洞の電磁的挙動が成形粉の深さと鋳型内溶融金属の液面とに厳密に関係するという結論に至った。特に、本発明者らは、電磁空洞の共振曲線が検出されれば、成形粉の深さおよび溶融金属の液面を、共振曲線の帯域幅および空洞の共振周波数の関数として測定することができるという結論に至った。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下では、本発明の特定のおよび／または好ましい実施の形態の図面を参照しながら説明を行うが、本発明は開示された実施の形態に限定されるものではなく、開示された実施の形態は本発明の特定例にのみ関係し、その範囲は添付の特許請求の範囲により定義されることに留意されたい。
【００２０】
本発明は、以下の詳細な説明と添付図面に図示された実施態様を参照し説明されるが、以下の詳細な説明と添付図面は、開示された特定の例示的実施形態に本発明を限定することを意図するものではなく、むしろ説明された例示的実施形態は単に本発明の様々な態様を例示し、その範囲は添えられた特許請求の範囲により定義されるということを理解されたい。
【００２１】
上記開示から明らかなように、本発明は、連続鋳造処理中に鋳型内の成形粉の深さと溶融金属の液面とを検出および／または測定するように使用されると特に有利であることが理解される。このため、以下では、本発明の方法および装置に対応する実施の形態が、連続鋳造処理および連続鋳造用装置に適用されるとともに鋳型内の成形粉の深さと溶融金属の液面とを測定するために使用される実施例が与えられる。しかしながら、本発明は、鋳型を含む連続鋳造用装置により実行される連続鋳造処理という特定の場合に限定されるものではなく、容器内の溶融金属または液体金属についての予め定められたパラメータを測定および／または検出する必要がある他の状況において使用することができることに留意されたい。特に、本発明は、溶融金属および／または液体金属の上に電磁的開放空洞を実現することが可能なすべての場合においても適用可能であることは以下の開示から明らかになるだろう。本発明は、上部開口部を具備する容器内に溶融金属および／または液体金属が収容されるすべての場合に適用できることは以下の開示からも明らかになるだろう。ここでは、電磁的開放空洞は前記上部開口部上に蓋を配置することにより形成することができ、よって、電磁的開放空洞は、容器壁および容器内溶融金属とともに前記蓋により画定される。より詳細には、電磁空洞は「開放された」空洞であるということに関連する電磁空洞の特徴は、空洞の電磁的挙動に適切に影響を及ぼすよう適合された蓋の開口部により提供される。したがって、本発明は、溶融金属のそれらすべてのパラメータを検出および／または測定するために適用可能であり、溶融金属について、該パラメータと空洞の電磁的挙動および／または空洞を出る電磁信号の電磁気的特徴との間の関係を確立することができることを理解されたい。
【００２２】
図２ａにおいて、参照番号１０は金属の板または蓋を指し、以下の説明からより明らかになるように、金属の板または蓋１０は、本発明による測定装置に属すものであり、容器と該容器内に含まれる溶融金属とともに電磁的開放空洞を画定するように容器（例えば鋳型）の頂部上（頂部注入口上）に配置されるように適合される。この目的のために、図２ａに図示した金属の板または蓋１０は、２つの頂部開口部１４を有する主板１１を含み、そしてその形状および寸法は、上記板または蓋１０の下にある電磁空洞の電磁的挙動を判定するように適切に選択することができる。特に、開口部１４の形状および寸法は、所与の周波数帯において空洞内電磁界の共振モードを定義するように選択することができる。金属の板または蓋１０は、その中央部に、中央貫通開口部１３を有する管（tube or pipe）１２をさらに含む。また、中央管１２の寸法（径および長さ）は、板１０の下にある電磁空洞に適切に作用するように、特には空洞内電磁界の共振モードを判定するように選択される。さらに、以下の説明で明らかになるように、管１２は、蓋１０の下にある容器内に溶融金属および／または液体金属を導入するために設けられる注入ノズル２（図５ａを参照）を収容するよう適合される。
【００２３】
ここで、同一部品または対応部品は同じ参照番号により特定される図２ｂおよび図２ｃを参照すると、管１２は、中板１２ａによりその中央位置に維持され、特に、管１２は、中板１２ａにより主板１１に対し垂直の位置に維持されることがわかる。図２ｂおよび図２ｃにおいて、参照番号１５は、主板１１内に設けられた対応する切欠き部および／または窪みを指す。上記切欠き部および／または窪みは、蓋１０の下にある電磁的開放空洞へ電磁信号を導入し電磁的開放空洞から電磁信号を受信するように適合された発信装置および受信装置を蓋１０に固定する目的で設けられる。管１２の長さ、特には主板１１下の管１２の部分の長さは、管１２が蓋１０の下にある溶融金属と接触しないように選択される。この理由は以下にさらに詳細に説明するが、管１２は、空洞を介し伝達される電磁信号の共振モードを定義および／または判定する際に役立つと理解できる。
【００２４】
以下では、図３ａおよび図３ｂを参照して本発明による測定装置を詳細に説明する。特に、図３ａにおいて、参照番号１０は、図２ａおよび図２ｃを参照して上に説明したように金属板または蓋を指し、したがって、図２ａおよび図２ｃを参照して上に説明した蓋１０の特徴は、図３ａおよび図３ｂにおいて同じ参照番号により特定される。図３ａから明らかなように、測定装置２０は、蓋１０に加えて発信装置２１と受信装置２２とを具備する。発信装置２１は、測定装置２０の下にある空洞内に電磁信号を導入する目的で設けられ、同様に、受信装置２２は、発信装置２１により発信されかつ測定装置２０の下にある電磁的開放空洞を介し伝達された電磁信号を受信する目的で設けられる。図３ａに図示した特定の実施例において、発信装置２１は、同軸ケーブル（図示せず）に接続されるように適合された電流ループ２３（図４も参照）を含む。しかしながら、本発明の範囲を逸脱することなく、電磁信号を発信する目的で様々な発信装置を提供することができ、そして同じことが受信装置２２に当てはまることは認識されるだろう。
【００２５】
図３ｂには、測定装置２０が斜視図で示される。特に、発信装置２１および受信装置２２は、主板１１に対し反対側に蓋１０にそれぞれ固定されることが図３ｂから理解できる。さらに、発信装置２１および受信装置２２は、図２ｂおよび図２ｃを参照して上に説明した窪みまたは切欠き部１５に対応して主板１１に固定される。
【００２６】
図４には、本発明による測定装置において使用されるように適合された発信装置を分解図で示す。この目的のために、発信装置２１は、同軸ケーブル（図示せず）に接続するよう適合された電流ループ２３を具備する。特に、電流ループ２３の表面形状は、空洞内に所望の電界分布を得るように設計される。電流ループ２３は、開口部２９を含む箱状の本体２８内に収容される。以下に詳細に説明するように、使用中、すなわち発信装置２１が、図２ａから図２ｃを参照して上に説明した蓋１０に固定されたとき、開口部２９は、溶融金属を収容する容器または鋳型の壁に設けられた開口部２１ａ（図５ａを参照）に対応して配置される。こうして、電流ループ２３により（または、この目的のために適合され当業者には公知である装置により）生成された電磁信号は、溶融金属を含む容器内に、すなわち、測定装置２０と、容器の壁と、容器内に収容された溶融金属との組み合わせにより画定された電磁的開放空洞内に、導入することができる。
【００２７】
図４の発信装置２１により発信され電磁的開放空洞を介し伝達される電磁信号を受信する目的で、装置は、当業者には公知のものと一緒に使用することができる。特に、受信装置は発信装置２１に類似した形状を有することができる。すなわち受信装置は、溶融金属の容器の開口部に対応して配置されるよう適合された開口部を有する箱状の本体を具備することができる。したがって、空洞を出る電磁信号は、箱状の本体により捕捉され、そしてこの目的に適合された検出器により検出することができる。本発明の測定装置には、当技術領域では公知である大型のディジタル／アナログ受信機を使用できるため、該発信装置の詳細な説明は避けてよいと考える。
【００２８】
図５ａおよび図５ｂには、本発明による測定装置を備えた溶融金属用容器（例えば鋳型）の断面図および分解図をそれぞれ示す。特に、図５ａおよび図５ｂにおいて、測定装置は参照番号２０により特定され、一方、溶融金属用容器は参照番号１により特定される。容器１内の溶融金属は参照番号３１により特定され、溶融金属の上部表面および／または上部液面は、参照番号３１ａにより特定される。図５ａにおいて、参照番号３２は、鋳造処理に関連する目的のため溶融金属３１上に浮遊し容器１内に導入された成形粉を指す。成形粉３２の深さは、図５ａおよび図５ｂでは参照番号３２ａにより特定される。容器または鋳型１の注入口および排出口は、図５ａでは参照番号１ａ、１ｂによりそれぞれ特定される。図５ａおよび図５ｂにおいて、前の図面に関連して既に説明された部分および／または構成要素は同一の参照番号により特定される。したがって、参照番号２０は、２つの矩形の開口部１４を有する主板１１を含む蓋１０を具備する測定装置を特定する。さらに、発信装置２１および受信装置２２は、蓋１０に対して反対側で蓋１０に固定され、発信装置２１および受信装置２２の開口部は、容器または鋳型１の対応する開口部２１ａ、２２ａの近傍にそれぞれ配置される。さらに、図５ａで、参照Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は、管１２下部と溶融金属上部表面との間の距離、管１２の下部と蓋１０下面との間の距離、および管１２の全長をそれぞれ指す。
【００２９】
連続鋳造処理中、溶融金属は、測定装置２０の管１２内に収容されたノズル２を介し容器または鋳型１内に導入され、該金属は容器１から排出口１ｂを介し放出される。さらに、成形粉は、例えば蓋１０の主板１１の開口部１４の一方または両方を介し容器または鋳型１内へ導入される。以下に詳細に説明されるように、測定装置２０（主蓋１０、管１２、発信装置２１および受信装置２２を具備する）は、成形粉３２および溶融金属３１の上の容器１壁とともに電磁的開放空洞３５を画定する。本発明者らは、開放空洞３５の電磁的挙動が容器または鋳型１に含まれる溶融金属３１と成形粉３２との双方の所定のパラメータを検出するために使用できることに気づいた。特に、表面形状の数量３１ａ、３２ａの組と、空洞３５の共振周波数および周波数応答の帯域幅により定義された電磁パラメータの組との間には、関係が常時存在することが立証された。したがって、空洞３５の電磁的挙動が検出されれば、容器内の溶融金属３１ａの液面および成形粉３２ａの深さを算定することも可能である。
【００３０】
容器内に収容された溶融金属３１と該溶融金属の上に浮遊する成形粉３２とを有する容器または鋳型１と、該容器１の注入口１ａ上に配置された測定装置２０とを本質的に具備する図５ａおよび図５ｂに図示した装置は、電磁気的観点から（そして、ノズル２の対称軸に沿って）は、容器１の壁により画定された外部導電素子と、環伏断面形状がノズル２により表される内部導電素子とを含む、ある長さの同軸ケーブルと見なすことができる。さらに、図５ａおよび図５ｂの装置において、外部および内部の導電素子は、液体または溶融金属３１の上部表面３１ａにより短絡され、成形粉３２は溶融金属３１上に浮遊する誘電体素子を表わす。図５ａおよび図５ｂに概略的に表された構造体において、ノズル２の対称軸に沿った基本伝搬モードは、ＴＥＭの種類であることは公知であり、この基本伝搬モードは、外部および内部の導電素子間の電気的接触によってのみ、共振空胴を生成または定義する目的のために制限することができる。電気的接触は、空洞の下位部分において溶融金属３１の上部表面３１ａにより与えられる。しかしながら、機構的な明白な理由のため、注入ノズル２は、容器１の壁または測定装置２０の蓋１０のいずれかと接触させることができない。さらに、ノズル２は管１２と接触させることができない。これらの理由のため、該構造体は開放空洞であり、したがってＴＥＭ基本伝達モードは、当該パラメータを検出するために使用できない。したがって、高次伝搬モードを使用しなければならず、特に、発信装置２１はこの高次モードを開始させるように設計しなければならない。さらに、この高次伝搬モードは管１２内で大いに減衰される一方、開口部１４に対応して、高次モードは、管１２を主板１１に接続する板１２ａ（図を２ｃ参照）によりほぼ完全に反射される。
【００３１】
したがって、図５ａおよび図５ｂに図示した装置は、溶融金属３１と成形粉３２との上の電磁開放空洞を定義または実現することができる。したがって、空洞３５の電磁的な挙動および／または特性は溶融金属の液面３１ａと成形粉３２ａの深さとに依存し、それらに直接関係するため、電磁的挙動および／または特性を検出することにより２つのパラメータを間接的に検出することが可能になる。特に、以下に詳細に説明するように、本発明者らは、空洞３５の共振曲線が検出されると、空洞の周波数応答とパラメータの組（溶融金属の液面および成形粉の深さ）との間の関係を確立できることに気づいた。したがって、鋳型内溶融金属の液面と該溶融金属の上に浮遊する成形粉の深さとの双方の検出目的のために実行される本発明による測定処理中、所定の周波数範囲内で発信装置２１により発信される電磁信号は、容器１の開口部２１ａを介し容器１内へ（すなわち、電磁的開放空洞３５内へ）導入される。さらに、空洞３５中を伝わる電磁信号は受信装置２２により捕捉され、受信装置２２により一旦受信されると、電磁信号は、空洞の電磁的挙動を判定するために検出され処理される。したがって、溶融金属の液面および成形粉の深さは、検出された電磁信号の関数として算定することができる。
【００３２】
本発明による好ましい測定法の実施の形態によると、対応する様々な周波数の連続する電磁信号は所定のタイムスケジュールに従って空洞３５内に導入される。特に、空洞の共振曲線を検出する目的で、連続する２つの信号間の時間間隔を約１マイクロ秒として、対応する様々な周波数を有するおよそ１００個の電磁信号を空洞内へ導入できる。
【００３３】
図５ａおよび図５ｂに図示した装置は、概略的には図６ａおよび図６ｂに図示するように表現することができる。図６ａから明らかなように、発信装置２１は、交流電気信号を生成するように適合された装置４０に電気的に接続される。さらに、受信装置２２は検出手段４１に接続される。図６ａの方式では、金属液面３１ａおよび成形粉３２ａの深さは、理想的には発信装置２１と受信装置２２との間の破線により表現される。発信装置２１により発信され受信装置２２により受信される電磁信号は、溶融金属の液面３１ａと成形粉の深さ３２ａとの双方により影響を受ける。したがって、受信装置２２により受信された電磁信号を検出することによりこれら２つのパラメータの表示を得ることができる。
【００３４】
図６ｂでは、本発明による測定装置の別の電気的構成が図示され、特に、図６ｂの構成では、装置４０および検出手段４１は、空洞に対して同じ側に設けられ、両者は電気的に発信装置２１に接続される。これらの構成は、ディジタルおよび／またはアナログ装置を使用することにより実現することができる。
【００３５】
図５ａおよび図５ｂに図示した装置により形成された空洞３５の電磁的挙動は、全波技術（full-wave techniques）により解析された。この検出結果は、図７、図８ａ、図８ｂ、図９ａおよび図９ｂに図示される。特に、図７では、空洞の周波数応答は図５ａおよび図５ｂに図示した容器１内に存在する溶融金属の液面および成形粉の深さの関数として図示される。特に、図７の周波数応答は、Ｌ１（管１２の下端部分と溶融金属の上部表面との間の距離）が９０ｍｍに相当し、Ｌ２（管１２の下端部分と主板１１の下部表面との間の距離）が１０５ｍｍに相当し、Ｌ３（管１２の全長）が１４０ｍｍに相当する装置に関する。図７に図示した曲線は空洞の共振曲線を表し、ここでは、受信信号の強度は信号が発信された周波数の関数として報告される。図７において、より詳細には、破線円により特定される曲線は、成形粉が溶融金属上に浮遊していない場合の空洞の共振曲線を表す。一点鎖線円により特定される曲線は、成形粉の深さが３０ｍｍに相当する場合の共振曲線を表す。最後に、点線円により特定される曲線は、成形粉の深さが４０ｍｍに相当する場合の空洞の共振曲線を表す。最後に、曲線の各グループに対するそれぞれ異なる曲線は、容器内溶融金属の対応する異なる液面に関係する。図７から明らかなように、溶融金属の液面が上昇すると共振周波数もまた増大する。さらに、成形粉の深さが増加すると、受信電磁信号強度（共振の周波数の強度）は低減し、各共振曲線の帯域幅は大きくなる。したがって、一方では、空洞の共振周波数と周波数応答の帯域幅との間に、他方では溶融金属の液面と成形粉の深さとの間に２次元的関係を確立することができる。
【００３６】
図５ａおよび図５ｂに図示する装置の（すなわち、共振空洞３５の）挙動を正確に検出する目的のため、図８ａには、装置内の溶融金属の液面および成形粉の深さの関数として周波数応答の等レベル曲線を示す。特に、図８ａは、溶融金属の液面が５０ｍｍから１３０ｍｍに変化し（これは、図８ａにおいてＸ軸に沿った値０は公称９０ｍｍの溶融金属の液面に相当する）、そして成形粉の深さが０ｍｍから４０ｍｍに変化する場合（図８ａのＹ軸）に相当する。図８ａにおいて、図示したいくつかの等レベル線は、成形粉の深さおよび溶融金属の液面の値のあり得る組み合わせを一緒にしている。同様に、図８ｂには、装置の（すなわち、共振開放空洞の）共振曲線の帯域幅の等レベル曲線（または線）が図示される。また、図８ｂの場合、溶融金属の液面は、公称水準９０ｍｍに対して−４０ｍｍから＋４０ｍｍに変化し（図８ｂのＸ軸）、成形粉の深さは０ｍｍから４０ｍｍに変化する（図８ｂのＹ軸）。さらに、図８ｂの場合、帯域幅は、１０ｄＢ小さくなった共振周波数における強度に対応する信号強度値に対し測定された。
【００３７】
図８ａから、共振周波数は溶融金属の液面のみに依存するのではなく、図８ｂから、周波数応答の帯域幅は成形粉の深さのみには依存しないように見える。しかしながら、等レベル曲線の２つの群は実質的に互いに直交する。したがって、図８ａおよび図８ｂで表された二次元的関係は、測定された共振周波数と測定された周波数応答の帯域幅とから溶融金属の液面と成形粉の深さとを検出するために逆にしてもよい。
【００３８】
この逆転した結果を図９ａおよび図９ｂに図示する。図９ａおよび図９ｂは、電磁的開放空洞の周波数応答の関数として成形粉の深さと溶融金属の液面とを得ることができることを示す。特に、図９ａから、約１ｍｍの液体金属の液面の変動に対し、対応する共振周波数変動は１ＭＨｚ以内となり、対応する帯域幅変動は３．５ＭＨｚ以内となる。したがって結果として、液体金属の液面に対する測定装置の感度は、共振周波数については約１ＭＨｚ／ｍｍ、帯域幅については３．５ＭＨｚ／ｍｍに相当する。同様に、図９ｂからの結果として、約２ｍｍの成形粉の深さの変動に対し、対応する空洞の共振曲線の帯域幅の変動（−１０ｄＢ）は１０ＭＨｚ以内となり、共振周波数の変動は２０ＭＨｚ以内となる。したがって、成形粉の深さに対する装置の感度は、帯域幅についてはおよそ５ＭＨｚ／ｍｍ、共振周波数については１０ＭＨｚ／ｍｍであると推測できる。
【００３９】
したがって、上記から、標準的な電子装置を備えた検出手段は、溶融金属の液面および成形粉の深さにおける変動を１ｍｍの精度内で認識する目的のために使用できる。
【００４０】
結論として、本発明は、鋳型内の溶融金属の液面と、該溶融金属の上に浮遊する成形粉の深さとの測定を可能にする。これら２つのパラメータは、鋳型内に形成された電磁的開放空洞の様々な特性の関数として同時に測定することができる。したがって、本発明は、従来技術の測定装置および方法が溶融金属と該金属の上を流れる成形粉との双方を包括する単一のパラメータの測定のみ許容することに本質的に関係する従来技術の測定装置および方法に影響を与える最も重要な欠点を克服することができる。さらに、本発明による測定法および装置は、当該技術分野では公知の大型鋳造システムに適用することができる。さらに、溶融金属の液面と成形粉の深さとを信頼性のある方法で測定する目的で、標準的な電子装置を使用することができ、装置の全体コストに関し明白な利点がある。最後に、本発明による測定法および装置は、鋳型内の成形粉の深さと溶融金属の液面との双方を測定するための装置および／または手段を必ずしも組み合わせて使用する必要はない。
【００４１】
当然ながら、本発明の範囲を逸脱することなく、上に説明された実施の形態に対し様々な変更および改良を行なうことができることは理解されたい。例えば、上記変更および改良は、空洞の電磁的な挙動および／または特性を検出する目的のために電気信号を空洞内へ導入し空洞を出る電気信号を受信するために使用される発信および受信手段の類に関連し得る。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】従来技術の鋳造用装置を概略的に示す。
【図２】図２ａは、本発明による測定装置の構成要素の断面図を示し、図２ｂおよび図２ｃはそれぞれ、図２ａに示した構成要素に対応する分解図に関する。
【図３ａ】本発明の一実施の形態による測定装置を断面図で示す。
【図３ｂ】図３ｂの測定装置の斜視図に関する。
【図４】本発明による測定装置の発信／受信装置の好ましい実施の形態の斜視図に関する。
【図５ａ】本発明による測定装置を備えた鋳型の断面図を示す。
【図５ｂ】図５ａの鋳型の斜視図に関する。
【図６】図６ａおよび図６ｂは、本発明による測定装置の特定の２つの実施の形態を概略的にそれぞれ示す。
【図７】本発明による測定装置により検出可能なデータの例を示す。
【図８】図８ａおよび図８ｂは、図７に示した曲線を処理することにより得られたデータの対応例を示す。
【図９】図９ａおよび図９ｂは、成形粉と鋳型内溶融金属とに関係する所定のパラメータが、図７、図８ａおよび図８ｂに示したデータを操作することにより算定される方法の例に関する。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【外国語明細書】
2006334668000001.pdf