(57)【要約】【課題】連続鋳造用鋳型内で流動する溶鋼の流速を非接触で測定する際の測定誤差を低減させること。【解決手段】本発明のある実施の形態の連続鋳造機２は、鋳型２１内に外部から静磁場を印加する電磁石２３１，２３２と、静磁場の印加によって磁場勾配が発生する電磁石２３１，２３２の上端近傍および下端近傍を測定点として設置され、各測定点における静磁場の印加磁場方向成分を検出する磁気センサ２４と、各測定点における印加磁場方向成分の変化を検出し、この印加磁場方向成分の変化をもとに各測定点における溶鋼２６の流速の磁場勾配方向成分を測定する演算装置２５とを備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶鋼が注入される連続鋳造用鋳型の鋳造空間に前記連続鋳造用鋳型の外部から静磁場を印加する印加工程と、
前記静磁場の印加によって磁場勾配が発生する勾配領域の前記静磁場の印加磁場方向成分を検出する検出工程と、
前記検出した前記印加磁場方向成分の変化をもとに、前記勾配領域における前記溶鋼の流速の磁場勾配方向成分を演算する演算工程と、
を含むこと特徴とする溶鋼流速測定方法。
【請求項２】
前記演算工程は、事前に取得される溶鋼流速ゼロ時の印加磁場方向成分と、前記検出した前記印加磁場方向成分との差分をもとに、前記勾配領域における前記溶鋼の流速の磁場勾配方向成分を演算することを特徴とする請求項１に記載の溶鋼流速測定方法。
【請求項３】
前記印加工程は、前記鋳造空間の外側近傍に設けられた磁石に通電電流を供給することで前記鋳造空間に前記静磁場を印加し、
前記磁石に供給された通電電流を計測する計測工程を含み、
前記演算工程は、事前に取得される前記通電電流と溶鋼流速ゼロ時の印加磁場方向成分との関係から、前記計測工程で計測された通電電流に応じた前記溶鋼流速ゼロ時の印加磁場方向成分を取得し、該取得した前記溶鋼流速ゼロ時の印加磁場方向成分と、前記検出した前記印加磁場方向成分との差分をもとに、前記勾配領域における前記溶鋼の流速の磁場勾配方向成分を演算することを特徴とする請求項１に記載の溶鋼流速測定方法。
【請求項４】
連続鋳造用鋳型の鋳造空間に注入された溶鋼の流速を測定する溶鋼流速測定装置であって、
前記連続鋳造用鋳型の外部から前記鋳造空間に静磁場を印加する磁石と、
前記静磁場の印加によって磁場勾配が発生する勾配領域近傍に設置され、前記勾配領域における前記静磁場の印加磁場方向成分を検出する磁気センサと、
前記磁気センサで検出した前記印加磁場方向成分の変化をもとに、前記勾配領域における前記溶鋼の流速の磁場勾配方向成分を演算する演算装置と、
を備えることを特徴とする溶鋼流速測定装置。
【請求項５】
前記勾配領域は、前記磁石の磁極端部間の領域であることを特徴とする請求項４に記載の溶鋼流速測定装置。
【請求項６】
前記磁石は、前記磁極端部間の領域が前記鋳造空間内に前記溶鋼を注入するための吐出孔近傍となるように設置されており、前記静磁場の印加によって、前記鋳造空間から引き抜かれる鋳片の引き抜き方向に沿った磁場勾配を発生させ、
前記演算装置は、前記吐出孔近傍における前記溶鋼の流速の引き抜き方向成分を演算することを特徴とする請求項４または５に記載の溶鋼流速測定装置。
【請求項７】
前記磁石は、前記磁極端部間の領域が前記鋳造空間内の前記溶鋼のメニスカス近傍となるように設置されており、前記静磁場の印加によって、前記鋳造空間から引き抜かれる鋳片の引き抜き方向に沿った磁場勾配を発生させ、
前記演算装置は、前記メニスカス近傍における前記溶鋼の流速の引き抜き方向成分を演算することを特徴とする請求項４または５に記載の溶鋼流速測定装置。
【請求項８】
前記鋳造空間は、横断面が長方形状を有し、
前記磁石は、前記磁極端部間の領域が前記鋳造空間内の前記溶鋼のメニスカス近傍となるように設置されており、前記静磁場の印加によって、前記鋳造空間の長辺方向に沿った磁場勾配を発生させ、
前記演算装置は、前記メニスカス近傍における前記溶鋼の流速の長辺方向成分を演算することを特徴とする請求項４または５に記載の溶鋼流速測定装置。
【請求項９】
前記演算装置は、事前に取得される溶鋼流速ゼロ時の印加磁場方向成分と、前記検出した前記印加磁場方向成分との差分をもとに、前記勾配領域における前記溶鋼の流速の磁場勾配方向成分を演算することを特徴とする請求項４〜８のいずれか１つに記載の溶鋼流速測定装置。
【請求項１０】
前記磁石の通電電流を計測する電流計を備え、
前記演算装置は、事前に取得される前記通電電流と溶鋼流速ゼロ時の印加磁場方向成分との関係から、前記電流計で計測した前記磁石の通電電流に応じた前記溶鋼流速ゼロ時の印加磁場方向成分を取得し、該取得した前記溶鋼流速ゼロ時の印加磁場方向成分と、前記検出した前記印加磁場方向成分との差分をもとに、前記勾配領域における前記溶鋼の流速の磁場勾配方向成分を演算することを特徴とする請求項４〜８のいずれか１つに記載の溶鋼流速測定装置。
【請求項１１】
静磁場および／または移動磁場を用いた電磁攪拌装置を備えた連続鋳造機において、
溶鋼が注入される連続鋳造用鋳型の鋳造空間に前記連続鋳造用鋳型の外部から静磁場を印加する印加工程と、
前記静磁場の印加によって磁場勾配が発生する勾配領域における前記静磁場の印加磁場方向成分を検出する検出工程と、
前記検出した前記印加磁場方向成分の変化をもとに、前記勾配領域における前記溶鋼の流速の前記磁場勾配方向成分を演算する演算工程と、
前記磁場勾配方向成分の値が所定の範囲内となるように前記電磁攪拌装置の静磁場および／または移動磁場の強度を調整して前記鋳造空間に印加し、前記溶鋼の流動を制御する制御工程と、
を含むこと特徴とする連続鋳造の操業方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続鋳造用鋳型内に注入された溶鋼の流速を測定する溶鋼流速測定方法、溶鋼流速測定装置および連続鋳造の操業方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、鋼製品の品質向上に対する要求が一段と高まっており、その厳しい品質要求から、清浄度が高く高品質なスラブの製造が求められている。スラブの欠陥には、介在物や気泡に起因するものの他、溶鋼中の成分の偏析に起因するもの等が挙げられるが、連続鋳造用鋳型（以下、単に「鋳型」とも呼ぶ。）内に溶鋼を注入した際に生じる溶鋼の流動がこれらスラブの欠陥に影響を与えることが既に知られている。この種の問題を解決するため、従来から、鋳型内の溶鋼の流速を非接触で測定する技術が種々提案されている。
【０００３】
例えば、鋳型壁内部に複数の温度センサを配設し、その温度測定値をもとに鋳型内の溶鋼流速を伝熱工学的に求める技術が知られている（例えば特許文献１を参照）。また、鋳型内の溶鋼表面の上方に交流磁場を発生させるためのコイルを設置し、交流磁場と溶鋼流動との相互作用により誘起される渦電流によって発生した２次的な交流磁場を検出することで、溶鋼流速を測定する技術が知られている（例えば特許文献２を参照）。
【０００４】
また、コイルに通電される交流電流とこのコイルに印加される交流電圧との位相差が溶鋼の流速と相関することを利用し、溶鋼流速を測定する技術が知られている（例えば特許文献３を参照）。コイルに流れる交流電流によって移動磁場を発生させると、溶鋼内には移動磁場の速度と溶鋼流動の速度の相対速度で決定される渦電流が発生し、２次的な磁場が生じるが、印加磁場と誘導磁場からなる全体磁場が、コイルに誘起する交流電圧の位相とコイルに通電された交流電流の位相との間に生ずるものであることから、この位相差と溶鋼速度との間には、相関が存在することになる。
【０００５】
また、電磁ブレーキの磁束の鋳型厚み方向成分と直交する方向に軸を有する直流磁場を検知する素子を鋳型内に設け、溶鋼流動と印加磁場の干渉により発生する誘導電流が作る磁束密度を測定することで溶鋼流速を測定する技術が知られている（例えば特許文献４を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２９１０６０号公報
【特許文献２】特開平８−２１１０８３号公報
【特許文献３】特表２００３−５００２１８号公報
【特許文献４】特開２００６−１２２９４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、鋳型の内壁側の溶鋼の表面には、鋼が凝固した凝固シェルが存在する。したがって、特許文献１の技術では、凝固シェルの厚みによって温度センサによる溶鋼の温度測定値に誤差が生じ、この結果溶鋼流速の測定値に誤差が生じるという問題があった。さらに、鋳型の下端側では、鋼の凝固が進んで表面の凝固シェルが鋳型の内壁面から離れた状態となるため、この凝固シェルよりも内側に存在する溶鋼の流速を伝熱的に求めようとすると、誤差が増大する。
【０００８】
また、特許文献２の技術では、溶鋼の流速がゼロの場合の基準値に誤差が生じるという問題があった。すなわち、交流磁場によって生ずる渦電流は、溶鋼が静止している状態でも発生するため、温度によって変動する溶鋼の電気伝導度の影響を受けて基準値が変動するという問題があった。さらに、この基準値は、時間経過とともにドリフトするため、測定結果の誤差が増大する。また、特許文献３の技術においても、溶鋼の流速に関わらず溶鋼内に渦電流が発生するため基準値が変動し、同様の問題が生じる。
【０００９】
また、特許文献４の技術では、静磁場の磁場勾配が存在しない場合、誘導電流の閉回路が形成されない場合があった。例えば、均一磁場中に均一な溶鋼の流れが存在する場合、均一の誘導起電力が発生するため、このような領域には閉回路としての電流路は形成されない。したがって、より広範囲な領域の電気的影響を受けることになり、流速を正確に測定できないという問題があった。また、磁場勾配が存在する領域においても、この磁場勾配の影響で生ずる誘導電流によって測定誤差が生じるという問題もあった。
【００１０】
本発明は、上記に鑑みなされたものであって、連続鋳造用鋳型内で流動する溶鋼の流速を非接触で測定する際の測定誤差を低減させることができる溶鋼流速測定方法、溶鋼流速測定装置および連続鋳造の操業方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる溶鋼流速測定方法は、溶鋼が注入される連続鋳造用鋳型の鋳造空間に前記連続鋳造用鋳型の外部から静磁場を印加する印加工程と、前記静磁場の印加によって磁場勾配が発生する勾配領域の前記静磁場の印加磁場方向成分を検出する検出工程と、前記検出した前記印加磁場方向成分の変化をもとに、前記勾配領域における前記溶鋼の流速の磁場勾配方向成分を演算する演算工程と、を含むこと特徴とする。
【００１２】
また、本発明にかかる溶鋼流速測定方法は、上記の発明において、前記演算工程は、事前に取得される溶鋼流速ゼロ時の印加磁場方向成分と、前記検出した前記印加磁場方向成分との差分をもとに、前記勾配領域における前記溶鋼の流速の磁場勾配方向成分を演算することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明にかかる溶鋼流速測定方法は、上記の発明において、前記印加工程は、前記鋳造空間の外側近傍に設けられた磁石に通電電流を供給することで前記鋳造空間に前記静磁場を印加し、前記磁石に供給された通電電流を計測する計測工程を含み、前記演算工程は、事前に取得される前記通電電流と溶鋼流速ゼロ時の印加磁場方向成分との関係から、前記計測工程で計測された通電電流に応じた前記溶鋼流速ゼロ時の印加磁場方向成分を取得し、該取得した前記溶鋼流速ゼロ時の印加磁場方向成分と、前記検出した前記印加磁場方向成分との差分をもとに、前記勾配領域における前記溶鋼の流速の磁場勾配方向成分を演算することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明にかかる溶鋼流速測定装置は、連続鋳造用鋳型の鋳造空間に注入された溶鋼の流速を測定する溶鋼流速測定装置であって、前記連続鋳造用鋳型の外部から前記鋳造空間に静磁場を印加する磁石と、前記静磁場の印加によって磁場勾配が発生する勾配領域近傍に設置され、前記勾配領域における前記静磁場の印加磁場方向成分を検出する磁気センサと、前記磁気センサで検出した前記印加磁場方向成分の変化をもとに、前記勾配領域における前記溶鋼の流速の磁場勾配方向成分を演算する演算装置と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明にかかる溶鋼流速測定装置は、上記の発明において、前記勾配領域は、前記磁石の磁極端部間の領域であることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明にかかる溶鋼流速測定装置は、上記の発明において、前記磁石は、前記磁極端部間の領域が前記鋳造空間内に前記溶鋼を注入するための吐出孔近傍となるように設置されており、前記静磁場の印加によって、前記鋳造空間から引き抜かれる鋳片の引き抜き方向に沿った磁場勾配を発生させ、前記演算装置は、前記吐出孔近傍における前記溶鋼の流速の引き抜き方向成分を演算することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明にかかる溶鋼流速測定装置は、上記の発明において、前記磁石は、前記磁極端部間の領域が前記鋳造空間内の前記溶鋼のメニスカス近傍となるように設置されており、前記静磁場の印加によって、前記鋳造空間から引き抜かれる鋳片の引き抜き方向に沿った磁場勾配を発生させ、前記演算装置は、前記メニスカス近傍における前記溶鋼の流速の引き抜き方向成分を演算することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明にかかる溶鋼流速測定装置は、上記の発明において、前記鋳造空間は、横断面が長方形状を有し、前記磁石は、前記磁極端部間の領域が前記鋳造空間内の前記溶鋼のメニスカス近傍となるように設置されており、前記静磁場の印加によって、前記鋳造空間の長辺方向に沿った磁場勾配を発生させ、前記演算装置は、前記メニスカス近傍における前記溶鋼の流速の長辺方向成分を演算することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明にかかる溶鋼流速測定装置は、上記の発明において、前記演算装置は、事前に取得される溶鋼流速ゼロ時の印加磁場方向成分と、前記検出した前記印加磁場方向成分との差分をもとに、前記勾配領域における前記溶鋼の流速の磁場勾配方向成分を演算することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明にかかる溶鋼流速測定装置は、上記の発明において、前記磁石の通電電流を計測する電流計を備え、前記演算装置は、事前に取得される前記通電電流と溶鋼流速ゼロ時の印加磁場方向成分との関係から、前記電流計で計測した前記磁石の通電電流に応じた前記溶鋼流速ゼロ時の前記印加磁場方向成分を取得し、該取得した前記溶鋼流速ゼロ時の印加磁場方向成分と、前記検出した前記印加磁場方向成分との差分をもとに、前記勾配領域における前記溶鋼の流速の磁場勾配方向成分を演算することを特徴とする。
【００２１】
また、本発明にかかる連続鋳造の操業方法は、静磁場および／または移動磁場を用いた電磁攪拌装置を備えた連続鋳造機において、溶鋼が注入される連続鋳造用鋳型の鋳造空間に前記連続鋳造用鋳型の外部から静磁場を印加する印加工程と、前記静磁場の印加によって磁場勾配が発生する勾配領域における前記静磁場の印加磁場方向成分を検出する検出工程と、前記検出した前記印加磁場方向成分の変化をもとに、前記勾配領域における前記溶鋼の流速の前記磁場勾配方向成分を演算する演算工程と、前記磁場勾配方向成分の値が所定の範囲内となるように前記電磁攪拌装置の静磁場および／または移動磁場の強度を調整して前記鋳造空間に印加し、前記溶鋼の流動を制御する制御工程と、を含むこと特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、溶鋼が注入される連続鋳造用鋳型の鋳造空間に連続鋳造用鋳型の外部から静磁場を印加し、静磁場の印加によって磁場勾配が発生する勾配領域の静磁場の印加磁場方向成分を検出することができる。そして、勾配領域における印加磁場方向成分の変化を検出し、この印加磁場方向成分の変化をもとに勾配領域における溶鋼の流速の磁場勾配方向成分を演算することができる。ここで、溶鋼は、非磁性体であり、測定結果が連続鋳造用鋳型の内壁に初期凝固によって薄く付着した凝固シェルの影響を受けることはなく、鋳型内壁と凝固シェルとの接触状態にも影響を受けない。また、鋳造空間に印加される静磁場は、鋳造空間内の溶鋼の導電率や温度の影響を受けない。これによれば、鋳造空間内が空の状態で検出した静磁場の印加磁場方向成分は、連続鋳造用鋳型の鋳造空間において溶鋼が静止した状態の静磁場（流速がゼロのときの静磁場）と一致するため、鋳造空間内が空の状態での静磁場の印加磁場方向成分を基準値として用いることができ、勾配領域近傍の印加磁場方向成分の変化を適正に検出することが可能である。したがって、連続鋳造用鋳型内で流動する溶鋼の流速を非接触で測定する際の測定誤差を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、実施の形態の溶鋼流速の測定原理を説明する説明図である。
【図２】図２は、実施の形態の溶鋼流速の測定原理を説明する他の説明図である。
【図３】図３は、実施例１の連続鋳造機の概略構成を説明する平面図である。
【図４】図４は、実施例１の連続鋳造機の短辺側を示す一部断面図である。
【図５】図５は、実施例１の連続鋳造機の長辺側を示す一部断面図である。
【図６】図６は、実施例２の連続鋳造機の概略構成を説明する平面図である。
【図７】図７は、実施例２の連続鋳造機の長辺側を示す一部断面図である。
【図８】図８は、実施例３の連続鋳造機の概略構成を説明する平面図である。
【図９】図９は、実施例３の連続鋳造機の長辺側を示す一部断面図である。
【図１０】図１０は、実施例４の連続鋳造機の概略構成を説明する平面図である。
【図１１】図１１は、実施例４の連続鋳造機の長辺側を示す一部断面図である。
【図１２】図１２は、実施例５の連続鋳造機の概略構成を説明する平面図である。
【図１３−１】図１３−１は、ある測定点における通電電流と溶鋼流速ゼロ時の印加磁場方向成分との関係を示す図を示す図である。
【図１３−２】図１３−２は、他の測定点における通電電流と溶鋼流速ゼロ時の印加磁場方向成分との関係を示す図を示す図である。
【図１３−３】図１３−３は、他の測定点における通電電流と溶鋼流速ゼロ時の印加磁場方向成分との関係を示す図を示す図である。
【図１３−４】図１３−４は、他の測定点における通電電流と溶鋼流速ゼロ時の印加磁場方向成分との関係を示す図を示す図である。
【図１３−５】図１３−５は、他の測定点における通電電流と溶鋼流速ゼロ時の印加磁場方向成分との関係を示す図を示す図である。
【図１３−６】図１３−６は、他の測定点における通電電流と溶鋼流速ゼロ時の印加磁場方向成分との関係を示す図を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照して、本発明にかかる溶鋼流速測定方法、溶鋼流速測定装置および連続鋳造の操業方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。本実施の形態は、スラブ鋳造用の連続鋳造機において連続鋳造用鋳型内に注入された溶鋼の流速を測定するものである。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。
【００２５】
（実施の形態）
例えば、コイルに磁石を近づけると、コイルを貫く磁束が増加する。この場合は、レンツの法則によって磁束の増加を抑制するように誘導起電力が生じ、磁場の強さが減少する。反対に、コイルから磁石を遠ざけるとコイルを貫く磁束が減少するが、この場合は、レンツの法則によって磁束の減少を抑制するように誘導起電力が生じ、磁場の強さが増加する。本実施の形態は、このレンツの法則を利用し、連続鋳造用鋳型内に注入された溶鋼の流速を測定する。
【００２６】
図１および図２は、溶鋼流速の測定原理を説明する説明図であり、図１では、Ｎ，Ｓの磁極をそれぞれ有する１対の磁石１１，１２の間を通過する流動領域１３における溶鋼１３１の静止時を示し、図２では、流動領域１３における溶鋼１３１の矢印で示す運動方向Ｄ１への流動時を示している。また、各図において、流動領域１３の運動方向Ｄ１に沿った磁束密度の変化を示している。
【００２７】
磁石１１，１２に挟まれた溶鋼１３１の流動領域１３には、図１に示すように、磁石１１，１２の磁極端部間の領域である勾配領域としての端部間近傍の領域（端部間近傍領域）１４１，１４２において運動方向Ｄ１に沿った磁場勾配Ｓ１１，Ｓ１２が存在（発生）し、磁石１１，１２の図１中に向かって左側の端部間近傍領域１４１では磁束密度が増加する一方、図１中に向かって右側の端部間近傍領域１４２では磁束密度が減少する。
【００２８】
ここで、溶鋼１３１が、このように端部間近傍領域１４１，１４２において磁場勾配Ｓ１１，Ｓ１２が存在する流動領域１３を運動方向Ｄ１へと流動する場合を考える（図２）。溶鋼１３１は、非磁性体であって導電性の金属流体である。この溶鋼１３１が運動方向Ｄ１へと流動する場合、磁束密度が増加する磁石１１，１２の左端部間近傍領域１４１では、運動方向Ｄ１に沿って磁束が増加する。したがって、図２に示すように、左端部間近傍領域１４１の溶鋼１３１中には、磁束の増加を抑制するように（磁力線１５を打ち消す方向に）渦電流１６１が発生する。この結果、左端部間近傍領域１４１では、図１に示す静止時に対し、図２中に矢印１７１で示すように磁束密度が減少するような磁場変化が発生する。
【００２９】
一方、磁束密度が減少する磁石１１，１２の右端部間近傍領域１４２では、運動方向Ｄ１に沿って磁束が減少する。したがって、右端部間近傍領域１４２の溶鋼１３１中には、磁束の減少を抑制するように過電流１６２が発生する。この結果、右端部間近傍領域１４２では、図１に示す静止時に対し、図２中に矢印１７２で示すように磁束密度が増加するような磁場変化が発生する。
【００３０】
このように、磁場強度が増加する方向に溶鋼１３１が流動するときには、移動する溶鋼１３１から見れば磁場強度は増加するので、この磁場増加を抑制するような渦電流（例えば渦電流１６１）が溶鋼中に発生する結果、元の磁場強度に対し減少するような磁場変化が発生する。一方、磁場勾配が減少する方向に溶鋼１３１が流動する時には、流動している溶鋼１３１からみると、磁場強度は減少するので、この磁場減少を抑制するように渦電流（例えば渦電流１６２）が溶鋼中に発生する結果、もとの磁場強度に対して増加の磁場変化が生ずる。
【００３１】
以上説明した溶鋼１３１が運動方向Ｄ１へと流動することによって端部間近傍領域１４１，１４２に生じる磁場変化は、運動方向Ｄ１に沿った磁場勾配が大きく、溶鋼流速の磁場勾配方向の成分が大きいほど大きくなる。そして、これら端部間近傍領域１４１，１４２における磁場変化は、磁石１１，１２によって印加される静磁場の印加方向（印加磁場方向）の磁場強度の変化として検出でき、端部間近傍領域１４１，１４２における溶鋼１３１の磁場勾配方向（すなわち運動方向Ｄ１）の流速を表す。したがって、溶鋼１３１のある方向の流速は、流速を測定したい箇所（測定点）において測定したい方向に沿った磁場勾配が発生するように静磁場を印加し、測定点における印加磁場方向の磁場強度の変化を検出することで測定することができる。
【００３２】
例えば、図２に示す端部間近傍領域１４１，１４２における溶鋼１３１の運動方向Ｄ１の流速を測定したい場合であれば、溶鋼１３１が存在しない状態での端部間近傍領域１４１，１４２の印加磁場方向の磁場強度を事前に検出し、溶鋼流速がゼロの場合の基準値として用いる。また、端部間近傍領域１４１，１４２の運動方向Ｄ１に沿った磁場勾配Ｓ１１，Ｓ１２についても、溶鋼１３１が存在しない状態で事前に取得しておく。そして、図２に示す溶鋼１３１の流動時において端部間近傍領域１４１，１４２の印加磁場方向の磁場強度を検出し、検出した値と基準値とから印加磁場方向の磁場強度の変化を検出し、検出した変化と、事前に取得しておいた端部間近傍領域１４１，１４２の運動方向Ｄ１に沿った磁場勾配Ｓ１１，Ｓ１２とから溶鋼１３１の運動方向Ｄ１の流速（磁場勾配方向成分）を測定することができる。
【００３３】
以下、上記した溶鋼流速の測定原理を適用した実施例として、連続鋳造機の具体例を示して説明する。各実施例１〜５は、連続鋳造用鋳型内の溶鋼流動を制御（制動または駆動）するために外部から印加する静磁場を利用し、この連続鋳造用鋳型内の溶鋼流速を測定するものである。
【００３４】
（実施例１）
図３は、実施例１の連続鋳造機２の概略構成を説明する平面図であり、図４は、連続鋳造機２の短辺側を示す一部断面図である。また、図５は、連続鋳造機２の長辺側を示す一部断面図である。図５では、鋳型２１の長辺２１１，２１１の外側に設置されている電磁石２３１（２３２）および磁気センサ２４を破線で示すとともに、鋳型２１内に注入された溶鋼２６の流れを模式的に示している。連続鋳造機２は、図３〜図５に示すように、連続鋳造用鋳型である銅製の鋳型２１と、鋳型２１内に溶鋼２６を注入する浸漬ノズル２２とを備える。
【００３５】
鋳型２１は、上下が開放された長方形環状を有し、その外周側に設けられる不図示の冷却ジャケットによって水冷されている。浸漬ノズル２２は、図５に示すように、鋳型２１の長辺２１１，２１１および短辺２１２，２１２によって囲まれた内部の横断面が長方形状を有する鋳造空間に溶鋼２６を注入する。この浸漬ノズル２２は、例えば先端近傍に２つの吐出孔２２１，２２２を有する２孔ノズルであり、吐出孔２２１，２２２から連続的に溶鋼２６が吐出されるようになっている。なお、浸漬ノズル２２は、２孔ノズルに限らず、単孔ノズルを用いてもよいし、３孔ノズル等の他の多孔ノズルを用いてもよい。
【００３６】
ここで、図示した浸漬ノズル２２は２孔ノズルであり、吐出孔２２１，２２２が鋳型２１の短辺２１２，２１２に向かっているため、図５中に矢印で示すように、浸漬ノズル２２から鋳型２１内（すなわち鋳造空間内）に注入された溶鋼２６は、先ず短辺２１２，２１２側に流れ、短辺２１２，２１２の近傍で上昇流または下降流となる。そして、上昇流は、溶鋼２６の表面（上面）付近で短辺２１２，２１２側から内側（浸漬ノズル２２側）に向かう流れとなる。一方、下降流は、鋳片内側部の未凝固部分に進入する流れとなる。なお、鋳型２１内の溶鋼２６の表面（上面）には、鋳型２１の内壁と鋳型２１内の溶鋼２６との潤滑、鋳型２１内の溶鋼２６の表面の保温や酸化防止等の目的で、パウダーＰを配置している。
【００３７】
この連続鋳造機２において、浸漬ノズル２２により鋳型２１内に注入された溶鋼２６は、冷却されて側面に凝固シェルを形成し、側面が凝固した鋳片として引き抜き方向である鉛直方向に沿って鋳型２１の下方に（矢印Ｄ２の向きに）引き抜かれる。ここで、鋳片の幅は鋳型２１の長辺２１１，２１１の長さに相当し、鋳片の厚みは鋳型２１の短辺２１２，２１２の長さに相当する。この鋳片は、最終的に適当な長さに切断され、目的のスラブが製造される。
【００３８】
また、連続鋳造機２は、Ｎ，Ｓの磁極をそれぞれ有する１対の電磁石２３１，２３２と、電磁石２３１，２３２の磁力（磁束密度）を検出する磁気センサ２４とを備える。
【００３９】
電磁石２３１，２３２は、鋳型２１内の溶鋼流動を制御するための静磁場を外部から印加する。この電磁石２３１，２３２は、長方形状の外形形状を有し、鋳型２１の長辺２１１，２１１の外側にこれら長辺２１１，２１１間を挟むように設置されている。より詳細には、電磁石２３１，２３２は、長手方向の長さが長辺２１１，２１１の長さと略同等の長さに形成されており、図３に示すように、長手方向が鋳型２１の長辺方向に沿うように設置される。また、電磁石２３１，２３２は、短手方向の長さ（高さ）が鋳型２１の高さよりも短い長さに形成され、図４に示すように、上端面が浸漬ノズル２２の下端近傍（すなわち吐出孔２２１，２２２の近傍）の高さに位置し、下端面が鋳型２１の下端面と略一致するように設置される。このように鋳型２１の長辺２１１，２１１の外側に設置された電磁石２３１，２３２は、鋳型２１の短辺方向（すなわち鋳片の厚さ方向）を印加磁場方向とする静磁場を鋳型２１の長辺方向の全域に印加し、鋳型２１内の溶鋼流動を制御する。
【００４０】
ここで、図５では、鋳型２１内において、引き抜き方向と平行な図５中に示す二点鎖線Ｌ１上に存在する磁場勾配Ｓ２１，Ｓ２２を併せて示している。図５に示すように、電磁石２３１，２３２の上端および下端に近傍する鋳型２１の内側の領域には、電磁石２３１，２３２によって印加される静磁場により、引き抜き方向に沿った磁場勾配Ｓ２１，Ｓ２２が存在する。具体的には、鋳型２１内には、電磁石２３１，２３２の上端近傍で引き抜き方向に沿って下向き（すなわち鋳片が引き抜かれる矢印Ｄ２の向き）に増加する磁場勾配Ｓ２１が存在する一方、電磁石２３１，２３２の下端近傍では、引き抜き方向に沿って下向き（矢印Ｄ２の向き）に減少する磁場勾配Ｓ２２が存在する。実施例１では、この引き抜き方向に沿った磁場勾配Ｓ２１，Ｓ２２に着目する。すなわち、電磁石２３１，２３２の上端近傍および下端近傍における印加磁場方向の磁場強度の変化を検出することで、電磁石２３１，２３２の上端近傍（浸漬ノズル２２の吐出孔２２１，２２２の近傍）および下端近傍における溶鋼２６の引き抜き方向の流速を非接触で測定する。
【００４１】
磁気センサ２４は、電磁石２３１，２３２の上端近傍および下端近傍における印加磁場方向の磁場強度を検出するためのものであり、鋳型２１の長辺２１１，２１１の外面近傍であって、電磁石２３１，２３２の上端近傍および下端近傍に、鋳型２１の長辺方向に沿うようにそれぞれ複数個ずつ（図示の例では６個ずつ）配列されて設置される。例えば、各磁気センサ２４は、鋳型２１を冷却するために鋳型２１の外周に設けられる前述の図示しない水冷ジャケット内に収められる。
【００４２】
これら磁気センサ２４は、例えば不図示の駆動回路によって駆動されるホール素子で実現され、設置位置を測定点としてその測定点における印加磁場方向の磁場強度（印加磁場方向成分）を検出する。すなわち、実施例１では、鋳型２１の長辺２１１，２１１の外面近傍であって、電磁石２３１，２３２の上端近傍および下端近傍のそれぞれ６箇所（計２４箇所）を測定点として印加磁場方向成分を検出する。各磁気センサ２４は、電気室等に設置される演算装置２５と接続されており、随時計測値を演算装置２５に出力する。
【００４３】
演算装置２５は、ＣＰＵ、フラッシュメモリ等のＲＯＭやＲＡＭといった各種ＩＣメモリ、ハードディスク、各種記憶媒体等の記憶装置、通信装置、表示装置や印刷装置等の出力装置、入力装置等を備えた公知のハードウェア構成で実現でき、例えばワークステーションやパソコン等の汎用コンピュータを用いることができる。この演算装置２５は、各磁気センサ２４から随時入力される計測値をもとに鋳型２１内の溶鋼流速を測定（演算）する。
【００４４】
具体的には、演算装置２５は、事前に各測定点における印加磁場方向成分を基準印加磁場方向成分として取得するとともに、この基準印加磁場方向成分をもとに各測定点近傍における引き抜き方向に沿った磁場勾配を算出し、これらを基準値として記憶装置に記憶しておく。基準印加磁場方向成分は、連続鋳造の操業を開始して鋳型２１内に溶鋼２６を注入する前に電磁石２３１，２３２によって鋳型２１の短辺方向に静磁場を印加し、磁気センサ２４を駆動して各測定点における印加磁場方向成分を検出することで取得できる。このとき、通常操業時の強度として予め設定される強度の静磁場が印加されるように電磁石２３１，２３２を駆動する。
【００４５】
そして、その後操業を開始し、電磁石２３１，２３２によって静磁場を印加した状態で（印加工程）、鋳型２１内に溶鋼２６の注入を開始する。操業を開始した後は、磁気センサ２４が各測定点における印加磁場方向成分を検出し、検出した印加磁場方向成分である計測値を演算装置２５に出力する（検出工程）。演算装置２５は、このように各磁気センサ２４から随時入力される計測値と基準印加磁場方向成分との差を求めて印加磁場方向成分の変化として検出する。そして、演算装置２５は、検出した印加磁場方向成分の変化と、事前に算出した引き抜き方向に沿った磁場勾配とをもとに、各測定点における溶鋼２６の引き抜き方向の流速（引き抜き方向成分）を演算する（演算工程）。
【００４６】
このようにして測定した各測定点における溶鋼２６の引き抜き方向の流速は、溶鋼流動の制御に用いられる。すなわち、連続鋳造機２は、演算工程で演算される流速の値が予め設定される所定の範囲内となるように電磁石２３１，２３２によって印加する静磁場の強度を調整し、鋳型２１内の溶鋼２６の流動を制御する（制御工程）。なお、従来から、鋳型内に静磁場を印加する電磁石（実施例２における電磁石２３１ｂ，２３２ｂ）とは別に、鋳型内に移動磁場を印加する電磁石を設け、これら静磁場を印加する電磁石および移動磁場を印加する電磁石を電磁攪拌装置として用いて鋳型内の溶鋼の流動を制御するようにした連続鋳造機が知られている。連続鋳造機２をこのような移動磁場を印加する電磁石を備えた構成とする場合には、演算工程で演算される流速の値をもとに電磁石２３１，２３２によって印加する静磁場の強度および／または前述の電磁石によって印加する移動磁場の強度を調整し、鋳型２１内の溶鋼２６の流動を制御するようにしてもよい。
【００４７】
以上説明したように、実施例１では、浸漬ノズル２２の下端近傍および鋳型２１の下方において鋳片の引き抜き方向に沿って磁場勾配が発生するように電磁石２３１，２３２を鋳型２１の長辺２１１，２１１の外側に設置するとともに、浸漬ノズル２２の下端近傍および鋳型２１の下方に磁気センサ２４を設置することとした。したがって、磁気センサ２４の計測値をもとに印加磁場方向の磁場強度の変化を検出することで、磁気センサ２４を設置した各測定点での溶鋼２６の引き抜き方向の流速を測定することができる。このとき、測定結果が鋳型２１の内壁に初期凝固によって薄く付着した凝固シェルの影響を受けることはなく、鋳型２１の内壁と凝固シェルとの接触状態にも影響を受けない。また、上記したように、電磁石２３１，２３２によって印加される静磁場は、溶鋼２６の導電率や温度の影響を受けないため、鋳型２１内に溶鋼２６が注入される前、鋳型２１内が空の状態で検出した静磁場の印加磁場方向成分は、鋳型２１内において溶鋼２６が静止した状態の静磁場と一致する。したがって、実施例１のように鋳造空間内が空の状態での静磁場の印加磁場方向成分を基準値として用いることで、溶鋼流速を非接触で測定するためのゼロ点校正を正確に行え、ドリフトによる基準値の変動も生じない。これによれば、各測定点での印加磁場方向成分の変化を適正に検出することが可能である。以上のように、実施例１によれば、鋳型２１内で流動する溶鋼２６の流速を非接触で測定する際の測定誤差を低減させることができる。また、鋳型２１内の溶鋼流動を制御するための電磁石２３１，２３２によって印加される静磁場を検出することで溶鋼流速を測定できるので、溶鋼流速を測定するための新たな構成を装置に追加する必要がない。
【００４８】
この実施例１の連続鋳造機２において、浸漬ノズル２２から鋳型２１内に溶鋼２６を注入し、鋳型２１内の溶鋼流速を測定した。具体的には、各磁気センサ２４の計測値と基準印加磁場方向成分との差を検出し、測定点における印加磁場方向成分の変化（印加磁場方向の磁場強度の変化）として検出した。その後、事前に基準値として取得しておいた測定点毎の引き抜き方向に沿った磁場勾配を用い、各測定点における溶鋼２６の引き抜き方向の流速を測定した。例えば、予め磁場勾配と印加磁場方向成分の変化量と流速との対応関係を定めておき、操業開始前に基準値として算出した磁場勾配と、前述のように算出した各測定点における印加磁場方向成分の変化とをもとに、この変化に相当する流速を得ることで溶鋼２６の引き抜き方向の流速を測定した。
【００４９】
この結果、電磁石２３１，２３２の上端側の各磁気センサ２４のうち、鋳型２１の長辺方向の両端に設置した磁気センサ２４、例えば図５中の磁気センサ２４−１，２４−２の計測値（印加磁場方向成分）は、それぞれ基準印加磁場方向成分の値よりも約７％低下した。一方、電磁石２３１，２３２の下端側の各磁気センサ２４のうち、鋳型２１の長辺方向の両端に設置した磁気センサ２４の計測値は、それぞれ基準印加磁場方向成分の値よりも約６．５％増加した。その後、浸漬ノズル２２からの溶鋼２６の注入量を約３０％減らして溶鋼流速を測定したところ、注入量を減らす前と比較して約４５％低下した。
【００５０】
また、別の操業において溶鋼流速を測定し、鋳型２１の長辺方向の両端に設置した磁気センサ２４、例えば図５中の磁気センサ２４−１，２４−２の計測値を比較した。この結果、鋳型２１の長辺方向の一端側に設置した磁気センサ２４−１の計測値から測定した溶鋼流速に対し、鋳型２１の長辺方向の他端側に設置した磁気センサ２４−２の計測値から測定した溶鋼流速が約１.７倍と大きくなり、いわゆる片流れの現象を示した。後に、浸漬ノズル２２の吐出孔２２１，２２２のうち、長辺方向の一端側の吐出孔２２１においてアルミナが付着して発生した詰まりが確認された。また、鋳造されたスラブには、片流れによる欠陥が観測された。このように、本実施例１によれば、浸漬ノズル２２の吐出孔２２１，２２２の詰まり等によって生じる片流れの現象を監視することができる。したがって、この溶鋼流速の測定結果を用いて溶鋼流動を制御することで、鋳片の品質異常を防止することが可能となる。
【００５１】
また、浸漬ノズル２２の吐出孔２２１，２２２の下方における溶鋼２６の流動は、鋳片下方への介在物の持ち込みに影響するため、重要な監視項目である。実施例１によれば、吐出孔２２１，２２２の下方の磁気センサ、例えば図５中の磁気センサ２４−３の計測値をもとに吐出口２２２下方における溶鋼２６の引き抜き方向の流速を測定することができる。そして、例えば測定した溶鋼流速が予め設定される規定値より速い場合に、吐出孔２２１，２２２下方の溶鋼２６の流動を抑制するように溶鋼流動を制御するといったことが可能となり、鋳片の品質向上が図れる。
【００５２】
（実施例２）
図６は、実施例２の連続鋳造機２ｂの概略構成を説明する平面図である。また、図７は、連続鋳造機２ｂの長辺側を示す一部断面図である。図７では、鋳型２１の長辺２１１，２１１の外側に設置されている電磁石２３１ｂ，２３２ｂおよび磁気センサ２４ｂを破線で示すとともに、鋳型２１内に注入された溶鋼２６の流れを模式的に示している。なお、図６および図７において、実施例１で説明した連続鋳造機２と同様の構成については同一の符号を付して示している。
【００５３】
図６および図７に示すように、実施例２の連続鋳造機２ｂは、連続鋳造用鋳型である鋳型２１と、鋳型２１内に溶鋼２６を注入する浸漬ノズル２２と、鋳型２１内の溶鋼流動を制御するための静磁場を外部から印加する電磁石２３１ｂ，２３２ｂと、設置位置を測定点として印加磁場方向の磁場強度を検出する複数の磁気センサ２４ｂとを備える。
【００５４】
電磁石２３１ｂ，２３２ｂは、長方形状の外形形状を有し、鋳型２１の長辺２１１，２１１の外側にこれら長辺２１１，２１１間を挟むように設置されている。実施例２の電磁石２３１ｂ，２３２ｂは、長手方向の長さが長辺２１１，２１１よりも短い長さに形成されており、図７に示すように、鋳型２１内に注入された溶鋼２６の表面すなわちメニスカス近傍の高さ位置において、長手方向が鋳型２１の長辺方向に沿うように設置される。このように鋳型２１の長辺２１１，２１１の外側に設置された電磁石２３１ｂ，２３２ｂは、鋳型２１の短辺方向を印加磁場方向とする静磁場を鋳型２１の長辺方向の略全域に印加し、鋳型２１内のメニスカス近傍の溶鋼流動、詳細には、短辺２１２，２１２の近傍で上昇流となり、メニスカス近傍で短辺２１２，２１２側から内側に向かう溶鋼流動を制御する。メニスカス近傍における溶鋼２６の流動を適正に制御することができれば、溶鋼２６の表面に配置されるパウダーＰを溶解する熱供給を高精度に行うことができ、有用である。
【００５５】
ここで、図７では、鋳型２１内において、鋳型２１の長辺方向（以下、「鋳型長辺方向」と呼ぶ。）と平行な図７中に示す二点鎖線Ｌ２上に存在する磁場勾配Ｓ３１，Ｓ３２を併せて示している。実施例２では、電磁石２３１ｂ，２３２ｂの長手方向の長さが長辺２１１，２１１よりも短いため、電磁石２３１ｂ，２３２ｂの両端に近傍する鋳型２１内の領域には、電磁石２３１ｂ，２３２ｂによって印加される静磁場により、鋳型長辺方向に沿った磁場勾配Ｓ３１，Ｓ３２が存在する。具体的には、鋳型２１内には、電磁石２３１ｂ，２３２ｂの図７中に向かって左側の一端近傍において、鋳型長辺方向に沿って右向き（矢印Ｄ３の向き）に増加する磁場勾配Ｓ３１が存在する。一方、電磁石２３１ｂ，２３２ｂの図７中に向かって右側の他端近傍では、鋳型長辺方向に沿って右向き（矢印Ｄ３の向き）に減少する磁場勾配Ｓ３２が存在する。そこで、実施例２では、この鋳型長辺方向に沿った磁場勾配Ｓ３１，Ｓ３２に着目する。すなわち、電磁石２３１ｂ，２３２ｂの両端近傍における印加磁場方向の磁場強度の変化を検出することで、この電磁石２３１ｂ，２３２ｂの両端近傍における溶鋼２６の鋳型長辺方向の流速を非接触で測定する。
【００５６】
磁気センサ２４ｂは、鋳型２１の長辺２１１，２１１の外面近傍であって、電磁石２３１ｂ，２３２ｂの両端部近傍の計４箇所に設置されている。各磁気センサ２４ｂは、電気室等に設置される演算装置２５ｂと接続されており、随時計測値を演算装置２５ｂに出力する。この演算装置２５ｂは、各磁気センサ２４ｂから随時入力される計測値をもとに鋳型２１内の溶鋼流速を測定（演算）する。
【００５７】
具体的には、演算装置２５ｂは、鋳型２１内に溶鋼２６を注入する前の各測定点における印加磁場方向成分を基準印加磁場方向成分として取得するとともに、この基準印加磁場方向成分をもとに、各測定点近傍における鋳型長辺方向に沿った磁場勾配を算出し、これらを基準値として記憶装置に記憶しておく。そして、その後操業を開始し、鋳型２１内に溶鋼２６の注入を開始した後は、演算装置２５ｂは、前述の基準値と各磁気センサ２４ｂから随時入力される計測値とをもとに印加磁場方向成分の変化を検出する。そして、検出した印加磁場方向成分の変化と、事前に算出した鋳型長辺方向に沿った磁場勾配とをもとに、各測定点における溶鋼２６の鋳型長辺方向の流速（長辺方向成分）を演算する。その後、連続鋳造機２ｂは、以上のようにして測定した各測定点における溶鋼２６の鋳型長辺方向の流速を、溶鋼流動の制御に用いる。
【００５８】
以上説明したように、実施例２では、鋳型２１内のメニスカス近傍において鋳型長編方向に沿った磁場勾配が発生するように電磁石２３１ｂ，２３２ｂを鋳型２１の長辺２１１，２１１の外側に設置するとともに、メニスカス近傍に磁気センサ２４ｂを設置することとした。したがって、磁気センサ２４ｂの計測値をもとに印加磁場方向の磁場強度の変化を検出することで、磁気センサ２４ｂを設置した各測定点での溶鋼２６の鋳型長編方向の流速を測定することができる。より詳細には、メニスカス近傍で短辺２１２，２１２側から内側に向かう溶鋼２６の流速を測定することができる。
【００５９】
鋳型２１内の溶鋼２６の初期凝固部付近における鋳型長辺方向に沿った流動は、鋳片側面における介在物捕捉に影響すると考えられている。また、鋳型内に移動磁場を印加する電磁石を備えた連続鋳造機に実施例２を適用すれば、各磁気センサ２４ｂの計測値をもとにメニスカス近傍における溶鋼２６の鋳型長辺方向の流速を測定することができ、この測定結果をもとに溶鋼２６の流動を制御できるので、鋳片の品質向上がより一層図れる。
【００６０】
（実施例３）
図８は、実施例３の連続鋳造機２ｃの概略構成を説明する平面図である。また、図９は、連続鋳造機２ｃの長辺側を示す一部断面図である。図９では、鋳型２１の長辺２１１，２１１の外側に設置されている電磁石２３１ｃ，２３２ｃおよび磁気センサ２４ｃを破線で示すとともに、鋳型２１内に注入された溶鋼２６の流れを模式的に示している。なお、図８および図９において、実施例１で説明した連続鋳造機２と同様の構成については同一の符号を付して示している。
【００６１】
図８に示すように、実施例３の連続鋳造機２ｃは、連続鋳造用鋳型である鋳型２１と、鋳型２１内に溶鋼２６を注入する浸漬ノズル２２と、鋳型２１内の溶鋼流動を制御するための静磁場を外部から印加する２組の電磁石２３１ｃ，２３２ｃと、設置位置を測定点として印加磁場方向の磁場強度を検出する複数の磁気センサ２４ｃとを備える。
【００６２】
２組の電磁石２３１ｃ，２３２ｃは、長方形状の外形形状を有し、鋳型２１の長辺２１１，２１１の外側においてこれら長辺２１１，２１１間を挟むように互いに対向配置されて設置されている。実施例３のこれら２組の電磁石２３１ｃ，２３２ｃは、それぞれ長手方向の長さが長辺２１１，２１１の半分以下の長さに形成されており、図９に示すように、鋳型２１内に注入された溶鋼２６の表面すなわちメニスカス近傍の高さ位置において、長手方向が鋳型２１の長辺方向に沿うように設置される。より詳細には、各長辺２１１，２１１の外側で隣り合う電磁石２３１ｃ，２３２ｃは、隣接する端部間に所定の間隔を配して左右に並べて設置される。このように鋳型２１の長辺２１１，２１１の外側に設置された２組の電磁石２３１ｃ，２３２ｃは、鋳型２１の短辺方向を印加磁場方向とする静磁場を鋳型２１の長辺方向の中央部を除く略全域に印加し、鋳型２１内のメニスカス近傍の溶鋼流動、詳細には、短辺２１２，２１２の近傍で上昇流となり、メニスカス近傍で短辺２１２，２１２側から内側に向かう溶鋼流動を制御する。
【００６３】
ここで、図９では、鋳型２１内において、鋳型長辺方向と平行な図９中に示す二点鎖線Ｌ３上に存在する磁場勾配Ｓ４１，Ｓ４２を併せて示している。上記したように、実施例３では、１組の電磁石２３１ｃ，２３２ｃが鋳型２１の長辺方向に間隔を隔てて設置されており、長辺方向に沿って隣り合う電磁石２３１ｃ，２３２ｃの隣接する端部に近傍する鋳型２１内の領域には、電磁石２３１ｃ，２３２ｃによって印加される静磁場により、鋳型長辺方向に沿った磁場勾配Ｓ４１，Ｓ４２が存在する。具体的には、鋳型２１内には、長辺方向に沿って隣り合う電磁石２３１ｃ，２３２ｃの隣接する端部間の領域において、それぞれこの隣接する端部間の間隙の中央に向けて減少する磁場勾配Ｓ４１，Ｓ４２が存在する。このとき、図８の例では、鋳型２１の長辺方向に隣接する電磁石２３１ｃ，２３２ｃの磁極を逆にしているため、この磁場勾配Ｓ４１，Ｓ４２を大きくすることができる。なお、鋳型２１の長辺方向に隣接する電磁石の磁極は必ずしも逆である必要はなく、隣接する電磁石の磁極が同じになるように２組の電磁石２３１ｃ，２３２ｃを設置しても構わない。
【００６４】
実施例３では、この鋳型長辺方向に沿った磁場勾配Ｓ４１，Ｓ４２に着目する。すなわち、長辺方向に沿って隣り合う電磁石２３１ｃ，２３２ｃの隣接する端部近傍における印加磁場方向の磁場強度の変化を検出することで、この長辺方向に沿って隣り合う電磁石２３１ｃ，２３２ｃの隣接する端部近傍における溶鋼２６の鋳型長辺方向の流速を非接触で測定する。
【００６５】
磁気センサ２４ｃは、鋳型２１の長辺２１１，２１１の外面近傍であって、長辺方向に沿って隣り合う電磁石２３１ｃ，２３２ｃの隣接する端部近傍の計４箇所に設置されている。各磁気センサ２４ｃは、電気室等に設置される演算装置２５ｃと接続されており、随時計測値を演算装置２５ｃに出力する。この演算装置２５ｃは、各磁気センサ２４ｃから随時入力される計測値をもとに鋳型２１内の溶鋼流速を測定（演算）する。
【００６６】
具体的には、演算装置２５ｃは、実施例２と同様の要領で鋳型２１内に溶鋼２６を注入する前の各測定点における印加磁場方向成分を基準印加磁場方向成分として取得するとともに、この基準印加磁場方向成分をもとに、各測定点近傍における鋳型長辺方向に沿った磁場勾配を算出し、これらを基準値として記憶装置に記憶しておく。そして、その後操業を開始し、鋳型２１内に溶鋼２６の注入を開始した後は、演算装置２５ｃは、前述の基準値と各磁気センサ２４ｃから随時入力される計測値とをもとに印加磁場方向成分の変化を検出する。そして、検出した印加磁場方向成分の変化と、事前に算出した鋳型長辺方向に沿った磁場勾配とをもとに、各測定点における溶鋼２６の鋳型長辺方向の流速（長辺方向成分）を演算する。その後、連続鋳造機２ｃは、実施例２と同様に、以上のようにして測定した各測定点における溶鋼２６の鋳型長辺方向の流速を、溶鋼流動の制御に用いる。
【００６７】
以上説明したように、実施例３によれば、実施例２と同様の効果を奏することができ、メニスカス近傍で短辺２１２，２１２側から内側に向かう溶鋼２６の流速を測定することができる。
【００６８】
（実施例４）
図１０は、実施例４の連続鋳造機２ｄの概略構成を説明する平面図である。また、図１１は、連続鋳造機２ｄの長辺側を示す一部断面図である。図１１では、鋳型２１の長辺２１１，２１１の外側に設置されている電磁石２３１ｄ，２３２ｄおよび磁気センサ２４ｄを破線で示すとともに、鋳型２１内に注入された溶鋼２６の流れを模式的に示している。なお、図１０および図１１において、実施例１で説明した連続鋳造機２と同様の構成については同一の符号を付して示している。
【００６９】
図１０に示すように、実施例４の連続鋳造機２ｄは、連続鋳造用鋳型である鋳型２１と、鋳型２１内に溶鋼２６を注入する浸漬ノズル２２と、鋳型２１内の溶鋼流動を制御するための静磁場を外部から印加する電磁石２３１ｄ，２３２ｄと、設置位置を測定点として印加磁場方向の磁場強度を検出する複数の磁気センサ２４ｄとを備える。
【００７０】
電磁石２３１ｄ，２３２ｄは、実施例１と同様に長方形状の外形形状を有し、鋳型２１の長辺２１１，２１１の外側にこれら長辺２１１，２１１間を挟むように設置されている。実施例４の電磁石２３１ｄ，２３２ｄは、図１１に示すように、その上端面が鋳型２１内の溶鋼２６のメニスカス近傍となる高さ位置において、長手方向が鋳型２１の長辺方向に沿うように設置される。このように鋳型２１の長辺２１１，２１１の外側に設置された電磁石２３１ｄ，２３２ｄは、鋳型２１の短辺方向を印加磁場方向とする静磁場を鋳型２１の長辺方向の略全域に印加し、鋳型２１内の短辺２１２，２１２近傍の溶鋼流動、詳細には、浸漬ノズル２２の吐出孔２２１，２２２から吐出されて短辺２１２，２１２側に流れ、短辺２１２，２１２の近傍で上昇流となる溶鋼流動を制御する。
【００７１】
ここで、図１１では、鋳型２１内において、引き抜き方向と平行な図１１中に示す二点鎖線Ｌ４上に存在する磁場勾配Ｓ５１，Ｓ５２を併せて示している。この鋳型２１内には、実施例１と同様に、電磁石２３１ｄ，２３２ｄによって印加された静磁場により、引き抜き方向に沿った磁場勾配Ｓ５１，Ｓ５２が存在するが、実施例４では、電磁石２３１ｄ，２３２ｄをその上端がメニスカス近傍となる高さに設置しており、電磁石２３１ｄ，２３２ｄの上端が位置するメニスカス近傍で引き抜き方向に沿って下向き（すなわち鋳片が引き抜かれる矢印Ｄ２の向き）に増加する磁場勾配Ｓ５１が存在する。一方、電磁石２３１ｄ，２３２ｄの下端が位置するメニスカスよりも下方では、引き抜き方向に沿って下向きに（矢印Ｄ２の向きに）減少する磁場勾配Ｓ５２が存在する。実施例４では、これら引き抜き方向に沿った磁場勾配Ｓ５１，Ｓ５２のうち、磁場勾配Ｓ５２に着目する。そして、電磁石２３１ｄ，２３２ｄの下端側であって、電磁石２３１ｄ，２３２ｄの両端近傍、すなわち鋳型２１の短辺２１２，２１２の近傍における印加磁場方向の磁場強度の変化を検出することで、この電磁石２３１ｄ，２３２ｄの下端側の鋳型２１の短辺２１２，２１２の近傍における溶鋼２６の引き抜き方向の流速を非接触で測定する。これにより、メニスカスよりも下方であって、鋳型２１の短辺２１２，２１２の近傍における上昇流の流速が求まる。
【００７２】
磁気センサ２４ｄは、鋳型２１の長辺２１１，２１１の外面近傍において、電磁石２３１ｄ，２３２ｄの下端側であって、両端部近傍の計４箇所に設置されている。各磁気センサ２４ｄは、電気室等に設置される演算装置２５ｄと接続されており、随時計測値を演算装置２５ｄに出力する。この演算装置２５ｄは、各磁気センサ２４ｄから随時入力される計測値をもとに鋳型２１内の溶鋼流速を測定（演算）する。
【００７３】
具体的には、演算装置２５ｄは、実施例１と同様の要領で鋳型２１内に溶鋼２６を注入する前の各測定点における印加磁場方向成分を基準印加磁場方向成分として取得するとともに、この基準印加磁場方向成分をもとに、各測定点近傍における引き抜き方向に沿った磁場勾配を算出し、これらを基準値として記憶装置に記憶しておく。そして、その後操業を開始し、鋳型２１内に溶鋼２６の注入を開始した後は、演算装置２５ｄは、前述の基準値と各磁気センサ２４ｄから随時入力される計測値とをもとに印加磁場方向成分の変化を検出する。そして、検出した印加磁場方向成分の変化と、事前に算出した引き抜き方向に沿った磁場勾配とをもとに、各測定点における溶鋼２６の引き抜き方向の流速を演算する。その後、連続鋳造機２ｄは、実施例１と同様に、以上のようにして測定した各測定点における溶鋼２６の引き抜き方向の流速を、溶鋼流動の制御に用いる。
【００７４】
以上説明したように、実施例４によれば、メニスカスよりも下方であって、鋳型２１の短辺２１２，２１２の近傍における上昇流の流速を測定することができる。この上昇流が大きいと、溶鋼２６の表面が波立って表面に配置されているパウダーＰの一部が溶鋼２６内に巻き込まれる事態が生じ得る。このため、スラブに欠陥が生じる可能性が高くなる。また、前述の上昇流が小さすぎると、溶鋼２６の表面の流動が遅すぎてしまいパウダーＰへの熱供給が少なくなり、パウダーＰの不足による鋳片の引き抜き不良を引き起こす場合がある。この場合も、この引き抜き不良に起因してスラブに欠陥が生じる可能性が高くなる。実施例４によれば、各磁気センサ２４ｄの計測値をもとに鋳型２１の短辺２１２，２１２の近傍における溶鋼２６の上昇流の流速を測定することができるので、測定結果をもとに電磁ブレーキや電磁攪拌装置の制御、あるいはノズル吐出角度の設定を行うことができ、鋳片の品質向上が図れ、高品質なスラブを製造することが可能となる。
【００７５】
（実施例５）
実施例１〜４の連続鋳造機が備える電磁石は、例えば、鋳型内の溶鋼流動を制御するための静磁場（直流磁場）を印加する電磁ブレーキとしてのものである。すなわち、実施例１〜４では、この電磁ブレーキによる静磁場を利用して溶鋼流速を測定している。ここで、電磁ブレーキは、操業条件に応じてその静磁場の印加磁場強度が最適となるように制御される。操業条件は、例えば、定常操業時と、操業の開始時や終了時に相当する非定常操業時とで異なる。また、操業条件は、鋳造速度や鋳造温度、鋼種等の鋳造条件を変更する場合にも変更される。
【００７６】
ところで、実施例１〜４では、電磁石の通電電流は一定とし、この通電電流のもとで取得しておいた基準値を用いている。このため、操業条件が標準的で定常的（一定）な操業時は十分効果が得られるが、実際の操業時には操業条件が状況に応じて随時変更されるため、実際の一連の連続鋳造操業に対して本発明を適用する場合には、操業条件に応じた電磁ブレーキの制御に伴う印加磁場強度の変動、すなわち、電磁石２３１，２３２の通電電流の変動を考慮することが望ましい。
【００７７】
一方で、電磁ブレーキとしての電磁石には、通常定電流制御された通電電流が供給されるが、厳密にはこの定電流制御には限界があり、実際の電磁石の通電電流は微妙に変動する。この通電電流の変動も、印加磁場強度の変動の要因となる。そこで、実施例５では、電磁石２３１，２３２の通電電流の変動を考慮して溶鋼の流速測定を行う。
【００７８】
図１２は、実施例５の連続鋳造機２ｅの概略構成を説明する平面図である。なお、図１２において、実施例１で説明した連続鋳造機２と同様の構成については同一の符号を付して示している。
【００７９】
図１２に示すように、実施例５の連続鋳造機２ｅは、実施例１の連続鋳造機２と略同様の構成を有し、連続鋳造用鋳型である鋳型２１と、鋳型２１内に溶鋼２６を注入する浸漬ノズル２２と、鋳型２１内の溶鋼流動を制御するための静磁場を外部から印加する電磁石２３１，２３２と、設置位置を測定点として印加磁場方向の磁場強度を検出する複数の磁気センサ２４とを備える。
【００８０】
ここで、電磁石２３１，２３２は、実施例１（図３）では不図示としたが、実際には、配線２３３によって接続され、電源装置２３４が直列接続されている。電源装置２３４は、例えば定電流直流電源であり、電磁石２３１，２３２に通電電流を供給する。なお、定電流回路を設けることで電磁石２３１，２３２に流れる通電電流を定電流制御する構成としてもよい。実施例５の連続鋳造機２ｅは、この電源装置２３４による電磁石２３１，２３２への通電電流を測定する電流計２３５を備える。電流計２３５は、電気室等に設置される演算装置２５ｅと接続されており、計測値（通電電流の電流値）を演算装置２５ｅに出力する。
【００８１】
また、磁気センサ２４は、図５を参照して実施例１で説明したように、電磁石２３１，２３２の上端近傍および下端近傍の各設置位置における印加磁場方向の磁場強度を検出するためのものであり、鋳型２１の長辺２１１，２１１の外面近傍であって、電磁石２３１，２３２の上端近傍および下端近傍に、鋳型２１の長辺方向に沿うようにそれぞれ例えば６個ずつ配列されて設置される。なお、各磁気センサ２４は、ホール素子を非磁性の保護管内に収めた構成とすることで、耐久性の増強が図れる。また、各磁気センサ２４の設置場所における環境温度の変化が大きい場合には、ホール素子の近傍に熱電対等の温度センサを設けて環境温度を計測するようにしてもよい。そして、計測した環境温度をもとに、ホール素子の温度係数を用いて感度補正を行うようにしてもよく、精度の向上が図れる。
【００８２】
実施例５では、演算装置２５ｅは、各磁気センサ２４から随時入力される計測値および電流計２３５から随時入力される計測値をもとに、鋳型２１内の溶鋼流速を測定（演算）する。
【００８３】
ここで、操業中において電磁石２３１，２３２の通電電流が変動した場合を考える。この場合、基準値として事前に取得される印加磁場方向の磁場強度（基準印加磁場方向成分）が変動する場合がある。したがって、電磁石２３１，２３２の通電電流の変動に応じてこの基準印加磁場方向成分を補正することが望ましい。しかしながら、電磁石２３１，２３２の通電電流の変動の割合と、電磁石２３１，２３２の通電電流の変動に伴う基準印加磁場方向成分の変動の割合とは一致しないことが多い。これは、電磁石２３１，２３２に磁性体の磁極が使用されており、この磁極の磁化状態が飽和しているためであり、磁極から発生する磁場強度の変動は、通電電流の変動と比較して小さい。また、磁極の飽和特性は、電磁石の磁極の形状や材質、組み立て精度等に起因するバラツキや、飽和の程度によって変化するため、磁極の部位によって飽和特性が異なる場合があり、基準印加磁場方向成分を補正するためには、この飽和特性についても考慮する必要がある。そこで、実施例５では、事前に鋳型２１内が空の状態で電磁石２３１，２３２の通電電流と、各磁気センサ２４の設置位置である各測定点における静磁場の印加磁場方向の磁場強度（溶鋼流速ゼロ時の印加磁場方向成分）との関係を取得しておく。そして、通電電流と溶鋼流速ゼロ時の印加磁場方向成分との関係から、実際の電磁石２３１，２３２の通電電流に応じた溶鋼流速ゼロ時の印加磁場方向成分を取得し、取得した溶鋼流速ゼロ時の印加磁場方向成分を基準印加磁場方向成分として用いることで、溶鋼流速を測定する。
【００８４】
具体的には、演算装置２５ｅは、連続鋳造の操業を開始して鋳型２１内に溶鋼２６を注入する前に電磁石２３１，２３２によって鋳型２１の短辺方向に静磁場を印加し、磁気センサ２４を駆動して各測定点における印加磁場方向成分を検出するが、このとき、通常操業時の強度範囲として予め設定される強度範囲の静磁場が印加されるように電磁石２３１，２３２を駆動する。具体的には、鋳型２１内が空の状態で、操業時における通電電流として想定される範囲内において電磁石２３１，２３２の通電電流を段階的に変化させながら、磁気センサ２４によって複数の通電電流値での各測定点における印加磁場方向成分を検出する。そして、得られた印加磁場方向成分を、該当する通電電流値と対応付けて通電電流と溶鋼流速ゼロ時の印加磁場方向成分との関係として記憶装置に記憶しておく。さらに、各通電電流値での溶鋼流速ゼロ時の印加磁場方向成分をもとに、各測定点近傍における引き抜き方向に沿った磁場勾配を算出し、通電電流に応じた磁場勾配の基準値として記憶装置に記憶しておく。
【００８５】
図１３−１〜図１３−６は、以上のようにして事前に取得される通電電流と溶鋼流速ゼロ時の印加磁場方向成分との関係を示す図であり、横軸を通電電流、縦軸を磁束密度として、鋳型２１内が空の状態で電磁石２３１，２３２の通電電流を変化させながら検出した溶鋼流速ゼロ時の印加磁場方向の磁束密度の変化曲線を示している。具体的には、図１３−１は、図５に示す磁気センサ２４−１１の設置位置である測定点について取得した通電電流と溶鋼流速ゼロ時の印加磁場方向成分との関係を示す図、図１３−２は、図５に示す磁気センサ２４−１２の設置位置である測定点について取得した通電電流と溶鋼流速ゼロ時の印加磁場方向成分との関係を示す図、図１３−３は、図５に示す磁気センサ２４−１３の設置位置である測定点について取得した通電電流と溶鋼流速ゼロ時の印加磁場方向成分との関係を示す図、図１３−４は、図５に示す磁気センサ２４−１４の設置位置である測定点について取得した通電電流と溶鋼流速ゼロ時の印加磁場方向成分との関係を示す図、図１３−５は、図５に示す磁気センサ２４−１５の設置位置である測定点について取得した通電電流と溶鋼流速ゼロ時の印加磁場方向成分との関係を示す図、図１３−６は、図５に示す磁気センサ２４−１６の設置位置である測定点について取得した通電電流と溶鋼流速ゼロ時の印加磁場方向成分との関係を示す図である。
【００８６】
図１３−１〜図１３−６に示すように、溶鋼流速ゼロ時の印加磁場方向成分、すなわち、鋳型２１内が空の状態で電磁石２３１，２３２の通電電流を変化させながら検出した静磁場の印加磁場方向の磁束密度は、電磁石２３１，２３２の通電電流に対して飽和特性を有しており、さらに、その飽和特性は、各磁気センサ２４−１１〜２４−１６の設置位置毎に若干異なっていることがわかる。この違いは、上記した電磁石２３１，２３２の磁極の飽和特性に起因する。操業時においてこれら図１３−１〜図１３−６に示す通電電流と溶鋼流速ゼロ時の印加磁場方向成分との関係を参照すれば、実際の電磁石２３１，２３２の通電電流に応じた溶鋼流速ゼロ時の印加磁場方向成分を取得することができる。なお、ここでは、複数の通電電流値毎に間欠的に溶鋼流速ゼロ時の印加磁場方向成分を検出しているため、この通電電流値間の値については、検出値を曲線的あるいは直線的に補間することで取得することができる。通電電流に応じた磁場勾配の基準値についても同様であり、実際に溶鋼流速ゼロ時の印加磁場方向成分を検出した通電電流値間の値については、算出した基準値を曲線的あるいは直線的に補間することで取得することができる。
【００８７】
そして、その後操業を開始し、電磁石２３１，２３２によって静磁場を印加した状態で（印加工程）、鋳型２１内に溶鋼２６の注入を開始する。操業を開始した後は、磁気センサ２４が各測定点における印加磁場方向成分を検出し、検出した印加磁場方向成分である計測値を演算装置２５ｅに出力する（検出工程）とともに、電流計２３５が電磁石２３１，２３２の通電電流を計測して計測値を演算装置２５ｅに出力する（計測工程）。そして、演算装置２５ｅは、事前に取得しておいた通電電流と溶鋼流速ゼロ時の印加磁場方向成分との関係から、現時点での電磁石２３１，２３２の通電電流、すなわち、電流計２３５から随時入力される計測値に応じた溶鋼流速ゼロ時の印加磁場方向成分を取得する。続いて、演算装置２５ｅは、取得した溶鋼流速ゼロ時の印加磁場方向成分を基準印加磁場方向成分として用い、現時点での各測定点における印加磁場方向成分、すなわち、各磁気センサ２４から随時入力される計測値と、決定した基準印加磁場方向成分との差を求め、印加磁場方向成分の変化として検出する。そして、演算装置２５は、事前に算出しておいた通電電流に応じた磁場勾配の基準値から現時点での電磁石２３１，２３２の通電電流に応じた磁場勾配の基準値を取得し、検出した印加磁場方向成分の変化と、取得した磁場勾配の基準値とをもとに、各測定点における溶鋼２６の引き抜き方向の流速（引き抜き方向成分）を測定する（測定工程）。
【００８８】
このようにして測定した各測定点における溶鋼２６の引き抜き方向の流速は、実施例１と同様に、溶鋼流動の制御に用いられる。すなわち、連続鋳造機２は、演算工程で演算される流速の値が予め設定される所定の範囲内となるように電磁石２３１，２３２によって印加する静磁場の強度を調整し、鋳型２１内の溶鋼２６の流動を制御する（制御工程）。
【００８９】
以上説明したように、実施例５では、事前に鋳型２１内が空の状態で電磁石２３１，２３２の通電電流を例えば段階的に変化させながら磁気センサ２４によって複数の通電電流値での各測定点における印加磁場方向成分を検出し、通電電流と溶鋼流速ゼロ時の印加磁場方向成分との関係を取得しておくこととした。また、操業中の実際の電磁石２３１，２３２の通電電流についても計測し、通電電流と溶鋼流速ゼロ時の印加磁場方向成分との関係から計測値に応じた溶鋼流速ゼロ時の印加磁場方向成分を取得し、取得した溶鋼流速ゼロ時の印加磁場方向成分を基準印加磁場方向成分として用いることで溶鋼２６の引き抜き方向の流速を測定することとした。したがって、操業条件によって電磁ブレーキとしての電磁石２３１，２３２の通電電流を変動させた場合や、定電流制御される電磁石２３１，２３２の通電電流の供給誤差によって実際の通電電流が変動した場合等、操業中に電磁石２３１，２３２の通電電流が変動した場合であっても、電磁石２３１，２３２の通電電流の計測値をもとに溶鋼流速ゼロ時の印加磁場方向成分を適切に取得し、これを基準印加磁場方向成分として用いることができる。
【００９０】
したがって、随時操業条件が変更される実際の一連の連続鋳造操業に対して本発明を適用した場合であっても、溶鋼流速測定におけるゼロ点校正を電磁石２３１，２３２の通電電流の変動を考慮して自動的に行うことができる。これによれば、操業開始時や終了時等の非定常操業時や、鋼種変更等の鋳造条件変更時等といった操業条件の変更時であっても、実施例１と同等に鋳型２１内の溶鋼流速を非接触で測定することができ、測定結果をもとに鋳造条件の改善を行うことが可能となる。一方、電磁石２３１，２３２の通電電流の定電流制御の性能上の制限から生じる通電電流の変動についても、同様に考慮して溶鋼流速測定におけるゼロ点校正を自動的行うことができるので、信頼性の高い溶鋼流速測定が実現できる。
【００９１】
なお、実施例５では、実施例１の構成の連続鋳造機２との組み合わせについて説明したが、実施例２〜実施例４の連続鋳造機２ｂ，２ｃ，２ｄにも同様に適用が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
以上のように、本発明の溶鋼流速測定方法、溶鋼流速測定装置および連続鋳造の操業方法は、連続鋳造用鋳型内で流動する溶鋼の流速を非接触で測定する際の測定誤差を低減させるのに適している。
【符号の説明】
【００９３】
１１，１２      磁石
１３      流動領域
１３１      溶鋼
Ｄ１      運動方向
Ｓ１１，Ｓ１２      磁場勾配
２，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ      連続鋳造機
２１      鋳型
２１１      長辺
２１２      短辺
２２      浸漬ノズル
２２１，２２２      吐出孔
２３１，２３２，２３１ｂ，２３２ｂ，２３１ｃ，２３２ｃ，２３１ｄ，２３２ｄ      電磁石
２３４      電源装置
２３５      電流計
２４，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ      磁気センサ
２５，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ      演算装置
２６      溶鋼
Ｓ２１，Ｓ２２，Ｓ３１，Ｓ３２，Ｓ４１，Ｓ４２，Ｓ５１，Ｓ５２      磁場勾配
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３−１】
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【図１３−２】
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【図１３−３】
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【図１３−４】
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【図１３−５】
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【図１３−６】
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