特許 6862846 浸漬ノズル内の溶鋼流量測定方法及び装置、連続鋳造用タンディッシュ並びに複層鋳片の連続鋳造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6862846

(24)【登録日】2021年4月5日

(45)【発行日】2021年4月21日

(54)【発明の名称】浸漬ノズル内の溶鋼流量測定方法及び装置、連続鋳造用タンディッシュ並びに複層鋳片の連続鋳造方法

(51)【国際特許分類】

   B22D 11/00 20060101AFI20210412BHJP

   B22D 11/16 20060101ALI20210412BHJP

   B22D 11/18 20060101ALI20210412BHJP

【ＦＩ】

   B22D11/00 N

   B22D11/16 104D

   B22D11/18 B

   B22D11/18 F

【請求項の数】9

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2017-8450(P2017-8450)

(22)【出願日】2017年1月20日

(65)【公開番号】特開2018-114548(P2018-114548A)

(43)【公開日】2018年7月26日

【審査請求日】2019年9月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】日本製鉄株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000637

【氏名又は名称】特許業務法人樹之下知的財産事務所

(72)【発明者】

【氏名】原田 寛

(72)【発明者】

【氏名】杉橋 敦史

(72)【発明者】

【氏名】高山 拓也

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 悠衣

【審査官】 米田 健志

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１１−２１１７４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−０３５７１６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２２Ｄ １１／００〜１１／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

連続鋳造のタンディッシュから鋳型内に溶鋼を供給する浸漬ノズル内の溶鋼流量測定方法であって、前記浸漬ノズルの上部にスライディングノズル、さらにその上部に上ノズルを有し、前記上ノズル内溶鋼流と交差する交流磁場を励磁し、前記上ノズル内溶鋼流の流動方向と平行な方向の磁場又は磁場の時間変化を１箇所以上の箇所で検出し、検出した信号に基づき浸漬ノズル内の溶鋼流量を算出することを特徴とする浸漬ノズル内の溶鋼流量測定方法。

【請求項2】

前記交流磁場の励磁は励磁コイルによって行い、励磁コイルの直径Ｄ、励磁する交流磁場の周波数ｆを下記（１）式、（２）式によって定めることを特徴とする請求項１に記載の浸漬ノズル内の溶鋼流量測定方法。
Ｄ≧２Ｗ （１）
ｆ≦(１−０．２ａＨ)²／(０．０４πμσＨ²) （２）
ただし、Ｗ：励磁コイル位置における上ノズルのコイル幅方向内半径（ｍ）、Ｈ：励磁コイル位置における上ノズルの励磁磁場方向内半径（ｍ）、μ：真空の透磁率（Ｎ／Ａ²）、σ：溶鋼の電気伝導度（Ｓ／ｍ）、ａ：溶鋼非通過時の上ノズル内励磁磁場方向励磁磁場分布から定まる定数（ｍ^-1）

【請求項3】

前記交流磁場を励磁する励磁コイルと、磁場又は磁場の時間変化を検出する検出器のペアを２組設置し、各組を上ノズルに対して相対して設置し、２組の検出結果に基づいて浸漬ノズル内の溶鋼流量を算出することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の浸漬ノズル内の溶鋼流量測定方法。

【請求項4】

連続鋳造のタンディッシュから鋳型内に溶鋼を供給する浸漬ノズル内の溶鋼流量測定装置であって、前記浸漬ノズルの上部にスライディングノズル、さらにその上部に上ノズルを有し、前記上ノズル内溶鋼流と交差する交流磁場を励磁する励磁コイルと、前記上ノズル内溶鋼流の流動方向と平行な方向の磁場又は磁場の時間変化を１箇所以上の箇所で検出する検出器と、検出した信号に基づき浸漬ノズル内の溶鋼流量を算出する演算装置を有することを特徴とする浸漬ノズル内の溶鋼流量測定装置。

【請求項5】

前記励磁コイルの直径Ｄ、励磁する交流磁場の周波数ｆを下記（１）式、（２）式によって定めることを特徴とする請求項４に記載の浸漬ノズル内の溶鋼流量測定装置。
Ｄ≧２Ｗ （１）
ｆ≦(１−０．２ａＨ)²／(０．０４πμσＨ²) （２）
ただし、Ｗ：励磁コイル位置における上ノズルのコイル幅方向内半径（ｍ）、Ｈ：励磁コイル位置における上ノズルの励磁磁場方向内半径（ｍ）、μ：真空の透磁率（Ｎ／Ａ²）、σ：溶鋼の電気伝導度（Ｓ／ｍ）、ａ：溶鋼非通過時の上ノズル内励磁磁場方向励磁磁場分布から定まる定数（ｍ^-1）

【請求項6】

前記励磁コイルと検出器のペアを２組設置し、各組を上ノズルに対して相対して設置し、スライディングノズルの摺動方向と励磁コイルの軸方向が直交するように配置し、前記演算装置は２組の検出結果に基づいて浸漬ノズル内の溶鋼流量を算出することを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の浸漬ノズル内の溶鋼流量測定装置。

【請求項7】

タンディッシュに接続する上ノズルに、請求項４乃至請求項６のいずれか１項に記載の浸漬ノズル内の溶鋼流量測定装置を設置してなることを特徴とする連続鋳造用タンディッシュ。

【請求項8】

タンディッシュには２本の浸漬ノズルが接続され、少なくとも１本の浸漬ノズルに、請求項４乃至請求項６のいずれか１項に記載の浸漬ノズル内の溶鋼流量測定装置を設置してなることを特徴とする連続鋳造用タンディッシュ。

【請求項9】

タンディッシュ内に開口を有するタンディッシュ堰を設け、タンディッシュ堰にて区分された取鍋溶鋼注入側を第１領域、その反対側を第２領域とし、第１領域と第２領域側とにはそれぞれ異なる成分組成の溶鋼を保持し、タンディッシュの一方の領域底部に内層溶鋼用浸漬ノズル、他方の領域底部に表層溶鋼用浸漬ノズルを配置し、
鋳型幅方向全幅にわたって厚み方向に直流磁場を印加する直流磁場発生装置を配置し、当該直流磁場発生装置によって形成される直流磁場帯をはさんだストランドの上部を上側溶鋼プール、下部を下側溶鋼プールとし、前記表層溶鋼用浸漬ノズルから上側溶鋼プールに溶鋼を供給し、内層溶鋼用浸漬ノズルから下側溶鋼プールに溶鋼を供給し、
表層溶鋼用浸漬ノズルと内層溶鋼用浸漬ノズルの少なくとも一方を有する注入ノズルに請求項４乃至請求項６のいずれか１項に記載の浸漬ノズル内の溶鋼流量測定装置を設け、
前記２つの浸漬ノズルそれぞれから、それぞれの溶鋼プール中で凝固によって消費される溶鋼量を鋳型内に供給するに際し、前記溶鋼流量測定装置を設けた側の浸漬ノズルにおいては当該浸漬ノズルが溶鋼を供給する溶鋼プール中で凝固によって消費される溶鋼量に見合った溶鋼流量となるように調整し、他方の浸漬ノズルにおいては鋳型内湯面レベルが一定となるように溶鋼流量を制御することを特徴とする複層鋳片の連続鋳造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、連続鋳造用タンディッシュに設けた浸漬ノズル内の溶鋼流量測定方法及び装置、連続鋳造用タンディッシュ並びに複層鋳片の連続鋳造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

通常、タンディッシュから鋳型内へは１本の浸漬ノズルを用いて溶鋼は供給され、鋳型内への溶鋼の供給量は湯面レベルが一定となるように制御される。そのため、直接浸漬ノズル内の溶鋼流量を測定する必要はない。

【0003】

表層と内層の成分組成が異なる複層状の鋳片を製造する試みは古くから行われている。例えば、特許文献１に開示された方法があげられる。特許文献１には、長さの異なる二本の浸漬ノズルを鋳型内にある溶融金属のプールに挿入し、それぞれの吐出口を深さが異なる位置に設け、さらに異種の溶融金属間に直流磁場を利用して両金属の混合を防止しながら複層鋳片を製造する方法が開示されている。

【0004】

なお、非特許文献１には、直流磁場として０．２〜０．３Ｔの磁場を印加することで、表層／内層の分離が図れることが開示されている。

【0005】

しかしながら、上記方法では成分組成が異なる二種類の溶鋼を用いるため、二種類の溶鋼を同じタイミングで別々に溶製し、連続鋳造プロセスに搬送し、また、それぞれの溶鋼の中間保持容器として、タンディッシュをそれぞれ準備する必要がある。また、表層溶鋼と内層溶鋼で注入流量が大きく異なるため、１ヒート毎の必要溶鋼量が大きく異なり、通常の製鋼工場で実現するのは困難であった。

【0006】

特許文献２には、移動する導電性の測定対象体（例えば高温液体金属）の流速を、測定対象面に波立ちがあっても、安定でかつ精度良く測定することができる流速測定方法及び装置が開示されている。移動する導電性の測定対象物体の表面に対し垂直な磁場を励磁し（励磁巻線Ｐ）、測定対象物の表面及びその移動方向と平行な方向の磁場を２箇所の範囲で検出し（検出巻線Ｓ₁，Ｓ₂）、その検出した磁場信号から測定対象物の流速を算出するに際し、検出巻線Ｓ₁，Ｓ₂の検出範囲より外側の２箇所の範囲で、測定対象物の移動方向と平行な方向の磁場を検出し（検出巻線Ｓ₃，Ｓ₄）、この検出磁場信号に基づき求めた測定対象物の表面の傾きに係る情報をもとに算出した測定対象物の流速を補正する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開昭６３−１０８９４７号公報

【特許文献2】特開平１１−２１１７４１号公報

【非特許文献】

【0008】

【非特許文献1】E.Takeuchi, M.Zeze, H.Tanaka, H.Harada and S.Mizoguchi: Ironmaking and Steelmaking, 24(1997),257.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

一つの取鍋、一つのタンディッシュにて連続鋳造用溶鋼を供給し、鋳片表層部の合金元素濃度が内部と比較して異なる複層状の連続鋳造鋳片を鋳造する連続鋳造方法が提案されている。当該方法で用いるタンディッシュでは、タンディッシュの溶鋼プール内に開口を有するタンディッシュ堰を設け、溶鋼プールを２つのゾーンに分割する。２つの溶鋼プールのうち、取鍋溶鋼注入流から遠い側のプール内に所定の元素を連続的に添加し濃度を調整することで、タンディッシュ堰の両側のプールに異なる成分組成からなる２種類の溶鋼を保持する。各溶鋼プールの底部にそれぞれ浸漬ノズルを配置する。鋳型下方のストランドにおいては、ストランド幅方向全幅にわたって配置された直流磁場発生装置によって、ストランドに直流磁場帯を形成し、鋳造方向のストランドを直流磁場帯の上側と下側に分割する。タンディッシュ底部に設けた２つの浸漬ノズルのうち、追加元素を添加した側の浸漬ノズル（表層溶鋼用浸漬ノズル）からは直流磁場帯の上側溶鋼プールに溶鋼を供給し、取鍋溶鋼注入流側の浸漬ノズル（内層溶鋼用浸漬ノズル）からは直流磁場帯の下側溶鋼プールに溶鋼を供給する。それぞれの浸漬ノズルから供給する溶鋼の成分が異なるので、鋳片の表層と内層の成分組成が異なる複層鋳片を製造することができる。

【0010】

鋳型当たりで１本の浸漬ノズルを用いる通常の連続鋳造であれば、タンディッシュから浸漬ノズルを経由して鋳型内に注入する溶鋼注入量の調整に際し、鋳型内湯面位置が一定になるように調整することにより、自動的に鋳造量と等しい量の溶鋼を供給することができる。それに対して、鋳型当たりで２本の浸漬ノズルから溶鋼を供給する場合、それぞれの浸漬ノズルからの溶鋼供給量のバランスを調整する必要がある。

【0011】

これに対して、２本の浸漬ノズルのうちの少なくとも一方について、当該浸漬ノズルを通じて供給する溶鋼流量実績が計測できれば、他方については鋳型内湯面レベルを一定となるように制御することで、結果として、それぞれの浸漬ノズルからの流量実績がより正確に目標溶鋼流量に一致するように流量制御が可能になるので好ましい。

【0012】

本発明は、タンディッシュから鋳型内に溶鋼を供給する浸漬ノズル内の流量を非接触で測定する、浸漬ノズル内溶鋼流量測定方法及び流量測定装置、並びにそれを用いた連続鋳造用タンディッシュを提供することを目的とする。また、上記浸漬ノズル内溶鋼流量測定方法及び流量測定装置を用いて、鋳片の表層と内層の成分組成が異なる複層鋳片を製造する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】

【0013】

即ち、本発明の要旨とするところは以下のとおりである。
（１）連続鋳造のタンディッシュから鋳型内に溶鋼を供給する浸漬ノズル内の溶鋼流量測定方法であって、前記浸漬ノズルの上部にスライディングノズル、さらにその上部に上ノズルを有し、前記上ノズル内溶鋼流と交差する交流磁場を励磁し、前記上ノズル内溶鋼流の流動方向と平行な方向の磁場又は磁場の時間変化を１箇所以上の箇所で検出し、検出した信号に基づき浸漬ノズル内の溶鋼流量を算出することを特徴とする浸漬ノズル内の溶鋼流量測定方法。
（２）前記交流磁場の励磁は励磁コイルによって行い、励磁コイルの直径Ｄ、励磁する交流磁場の周波数ｆを下記（１）式、（２）式によって定めることを特徴とする（１）に記載の浸漬ノズル内の溶鋼流量測定方法。
Ｄ≧２Ｗ （１）
ｆ≦(１−０．２ａＨ)²／(０．０４πμσＨ²) （２）
ただし、Ｗ：励磁コイル位置における上ノズルのコイル幅方向内半径（ｍ）、Ｈ：励磁コイル位置における上ノズルの励磁磁場方向内半径（ｍ）、μ：真空の透磁率（Ｎ／Ａ²）、σ：溶鋼の電気伝導度（Ｓ／ｍ）、ａ：溶鋼非通過時の上ノズル内励磁磁場方向励磁磁場分布から定まる定数（ｍ^-1）
（３）前記交流磁場を励磁する励磁コイルと、磁場又は磁場の時間変化を検出する検出器のペアを２組設置し、各組を上ノズルに対して相対して設置し、２組の検出結果に基づいて浸漬ノズル内の溶鋼流量を算出することを特徴とする（１）又は（２）に記載の浸漬ノズル内の溶鋼流量測定方法。
（４）連続鋳造のタンディッシュから鋳型内に溶鋼を供給する浸漬ノズル内の溶鋼流量測定装置であって、前記浸漬ノズルの上部にスライディングノズル、さらにその上部に上ノズルを有し、前記上ノズル内溶鋼流と交差する交流磁場を励磁する励磁コイルと、前記上ノズル内溶鋼流の流動方向と平行な方向の磁場又は磁場の時間変化を１箇所以上の箇所で検出する検出器と、検出した信号に基づき浸漬ノズル内の溶鋼流量を算出する演算装置を有することを特徴とする浸漬ノズル内の溶鋼流量測定装置。
（５）前記励磁コイルの直径Ｄ、励磁する交流磁場の周波数ｆを下記（１）式、（２）式によって定めることを特徴とする（４）に記載の浸漬ノズル内の溶鋼流量測定装置。
Ｄ≧２Ｗ （１）
ｆ≦(１−０．２ａＨ)²／(０．０４πμσＨ²) （２）
ただし、Ｗ：励磁コイル位置における上ノズルのコイル幅方向内半径（ｍ）、Ｈ：励磁コイル位置における上ノズルの励磁磁場方向内半径（ｍ）、μ：真空の透磁率（Ｎ／Ａ²）、σ：溶鋼の電気伝導度（Ｓ／ｍ）、ａ：溶鋼非通過時の上ノズル内励磁磁場方向励磁磁場分布から定まる定数（ｍ^-1）
（６）前記励磁コイルと検出器のペアを２組設置し、各組を上ノズルに対して相対して設置し、スライディングノズルの摺動方向と励磁コイルの軸方向が直交するように配置し、前記演算装置は２組の検出結果に基づいて浸漬ノズル内の溶鋼流量を算出することを特徴とする（４）又は（５）に記載の浸漬ノズル内の溶鋼流量測定装置。
（７）タンディッシュに接続する上ノズルに、（４）乃至（６）のいずれかひとつに記載の浸漬ノズル内の溶鋼流量測定装置を設置してなることを特徴とする連続鋳造用タンディッシュ。
（８）タンディッシュには２本の浸漬ノズルが接続され、少なくとも１本の浸漬ノズルに、（４）乃至（６）のいずれかひとつに記載の浸漬ノズル内の溶鋼流量測定装置を設置してなることを特徴とする連続鋳造用タンディッシュ。
（９）タンディッシュ内に開口を有するタンディッシュ堰を設け、タンディッシュ堰にて区分された取鍋溶鋼注入側を第１領域、その反対側を第２領域とし、第１領域と第２領域側とにはそれぞれ異なる成分組成の溶鋼を保持し、タンディッシュの一方の領域底部に内層溶鋼用浸漬ノズル、他方の領域底部に表層溶鋼用浸漬ノズルを配置し、
鋳型幅方向全幅にわたって厚み方向に直流磁場を印加する直流磁場発生装置を配置し、当該直流磁場発生装置によって形成される直流磁場帯をはさんだストランドの上部を上側溶鋼プール、下部を下側溶鋼プールとし、前記表層溶鋼用浸漬ノズルから上側溶鋼プールに溶鋼を供給し、内層溶鋼用浸漬ノズルから下側溶鋼プールに溶鋼を供給し、
表層溶鋼用浸漬ノズルと内層溶鋼用浸漬ノズルの少なくとも一方を有する注入ノズルに（４）乃至（６）のいずれかひとつに記載の浸漬ノズル内の溶鋼流量測定装置を設け、
前記２つの浸漬ノズルそれぞれから、それぞれの溶鋼プール中で凝固によって消費される溶鋼量を鋳型内に供給するに際し、前記溶鋼流量測定装置を設けた側の浸漬ノズルにおいては当該浸漬ノズルが溶鋼を供給する溶鋼プール中で凝固によって消費される溶鋼量に見合った溶鋼流量となるように調整し、他方の浸漬ノズルにおいては鋳型内湯面レベルが一定となるように溶鋼流量を制御することを特徴とする複層鋳片の連続鋳造方法。

【発明の効果】

【0014】

連続鋳造のタンディッシュから鋳型内に溶鋼を供給する浸漬ノズル上部の上ノズル内溶鋼流と交差する交流磁場を励磁し、溶鋼流の流動方向と平行な方向の磁場又は磁場の時間変化を１箇所以上の箇所で検出し、検出した信号に基づき上ノズル内の溶鋼流量を算出することにより、浸漬ノズル内の溶鋼流量を非接触で検出することが可能となる。

【0015】

また、一つの取鍋、一つのタンディッシュにて連続鋳造用溶鋼を供給し、鋳片表層部の合金元素濃度が内部と比較して異なる複層状の連続鋳造鋳片を鋳造するに際し、本発明の溶鋼流量測定を用いることにより、鋳片の表層と内層の成分組成が異なる溶鋼流量を正確に制御し、複層鋳片を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の溶鋼流量測定方法及び装置を示す図であり、（Ａ）はＡ−Ａ矢視平面断面図、（Ｂ）はＢ−Ｂ矢視側面断面図、（Ｃ）はＣ−Ｃ矢視図である。

【図2】溶鋼流量測定メカニズムを示す図であり、（Ａ）は矢視図、（Ｂ）は側面断面図である。

【図3】本発明の溶鋼流量測定方法及び装置を示す図である。

【図4】ノズル内の半径方向溶鋼流速分布を示す図である。

【図5】ノズル内の半径方向溶鋼流速分布を示す図である。

【図6】ノズルでの溶鋼流量測定原理を示す図であり、（Ａ）はノズル内の励磁磁場強度分布、（Ｂ）は距離ｘとセンサー信号指標との関係、（Ｃ）は距離ｘとセンサー信号指標累計との関係を示す図である。

【図7】ノズルでの溶鋼流量測定原理を示す図であり、（Ａ）はノズル内の励磁磁場強度分布、（Ｂ）は距離ｘとセンサー信号指標との関係、（Ｃ）は距離ｘとセンサー信号指標累計との関係を示す図である。

【図8】溶鋼流量比とセンサー積算信号指数との関係を示す図である。

【図9】本発明の溶鋼流量測定装置と上ノズルとの関係を示す平面断面図である。

【図10】本発明の溶鋼流量測定装置と上ノズルとの関係を示す断面図であり、（Ａ）は図９のＡ−Ａ矢視断面側面図、（Ｂ）はＢ−Ｂ矢視断面正面図である。

【図11】複層鋳片を連続鋳造する状況を示す図である。

【図12】ケースに収納した本発明の溶鋼流量測定装置を示す断面図である。

【図13】溶鋼流量実測値と、本発明の溶鋼流量測定装置によるセンサー信号との関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

管内を流れる導電性流体の流量を測定する流量計としては、直流磁場中を導電性流体が移動する際に生じる誘導起電力を管内に電極を設けて測定する電磁流量計が一般的である。ただし、測定対象流体が溶鋼である場合、溶鋼は高温であるため、導電性を兼ね備え、耐溶損性、耐食性を併せ持つ材料はない。その一方で、磁場中を導電性流体が移動する際に生じる誘導電流が形成する誘導磁場によって磁場がゆがむことが『磁場の速度効果』として知られており、特許文献２には、この原理を活用して、連続鋳造プロセスにおいて溶鋼を鋳込む鋳型内溶鋼流の表面の流速等を測定する流速測定方法及び装置に関するものが開示されている。

【0018】

図２（Ａ）に示すように、磁場Ｂ_E中で溶鋼流６が速度ｖで磁場Ｂ_Eを横切るように動くと、その溶鋼中にＥ_V ＝ｖ×Ｂ_Eなる速度起電力が磁場Ｂ_Eと速度ｖの両方に垂直な方向に生じる。この速度起電力Ｅ_Vにより、溶鋼中に誘導電流Ｊ_Vが誘起され、誘導電流に起因する誘導磁場Ｂ_Vが発生する。本発明は、この原理を用いて、浸漬ノズル内を流れる溶鋼流量を非接触で計測するものである。

【0019】

図３には、ノズル４内を充満する溶鋼が下方に向かう溶鋼流６を形成している状況を示す。図３に示すように、本発明の流速測定方法及び測定装置では、ノズル４内溶鋼流６に対し、溶鋼流６と交差する交流磁場Ｂ_Eを励磁する。交流磁場Ｂ_Eの励磁は励磁コイル２によって行う。励磁コイルの中心軸５１が溶鋼流６と直交するように配置して磁場を励磁すると最も好ましい。以下、励磁コイルの中心軸５１が溶鋼流６と直交するように配置された場合を例にとり、溶鋼流内の、励磁コイルの中心軸５１上の任意の点における励磁磁場Ｂ_Eを例にとって、作用について説明する。

【0020】

磁場Ｂ_E中で溶鋼が速度ｖで磁場Ｂ_Eを横切るように流れるので、溶鋼中には、速度ｖと磁場Ｂ_Eの両方に直交する方向に誘導電流Ｊ_Vが誘起される（図２（Ａ））。誘導電流Ｊ_Vに起因する誘導磁場Ｂ_Vは、誘導電流Ｊ_Vを中心にした同心円状の磁場を形成し、ノズル４の外側で観察できる。ノズル４の外側において、誘導磁場Ｂ_Vの主な方向は溶鋼流６の流動方向の平行方向にあることから、検出器３は、溶鋼流６の流動方向と平行な方向の磁場又は磁場の時間変化を検出することとする。誘導磁場Ｂ_Vを検出する検出器３としては、磁場そのもの又は磁場の時間変化を検出する検出器３を用いることができる。好ましくは、検出器３として検出コイル３ａを用いることにより、磁場の時間変化を検出することができる。検出コイルの中心軸５２と溶鋼流６の方向が平行ないし平行に近い角度とすると好ましい。これにより、溶鋼流６の流動方向と平行な方向の磁場の時間変化を検出することができる。以下、検出器３が検出コイル３ａである場合を例にとって説明する。

【0021】

検出コイル３ａの設置位置として好ましくは、励磁コイル２とノズル４の間に設置し、検出コイルの中心軸５２がノズル４の溶鋼流６と平行になるように配置する。検出コイル３ａは１個としてもよく、あるいは複数の検出コイル３ａを設置した上で検出信号の和信号を採取することとしても良い。

【0022】

ここで、励磁コイル２に交流の励磁電流を供給し、ノズル４の溶鋼流６に対し垂直な磁場Ｂ_Eを励磁する。すると、溶鋼流の中に誘導電流Ｊ_Vが流れる。図２（Ｂ）では、溶鋼流中の２箇所の誘導電流（Ｊ_V1、Ｊ_V2）について例示している。誘導電流Ｊ_V1による誘導磁場Ｂv₁₁とＢv₁₂を図示している。誘導電流Ｊ_V2による誘導磁場Ｂv₂を図示している。誘導磁場Ｂv₁₂とＢv₂は、励磁コイル２の直下の検出コイル３ａの位置では溶鋼流６に平行となっており、これらの誘導磁場Ｂ_Vを、溶鋼流６に平行に配置した検出コイル３ａで検出する。この検出した磁場又は磁場の時間変化の大きさは溶鋼流６の流速に対応しているので、これから溶鋼流６の流速を測定することができる。実際には図３に示すように、検出コイル３ａの出力信号を、ロックインアンプ１７等を用いて励磁電流と−９０゜ずれた位相の成分を検波し、流速測定の元となる流速元信号とする。ここでは磁場の検出に検出コイル３ａを用いており、検出コイル３ａで検出する信号は磁場Ｂ_Eの時間変化であることから、励磁コイル２による励磁磁場Ｂ_Eと検出コイル３ａの検出電圧とに−９０゜の位相差があるため、−９０゜ずれた位相成分を検波する。

【0023】

溶鋼流量測定装置１の回路は図３のように、波形発生器１５によって正弦波を発生させ、パワーアンプ１６を介して励磁コイル２に励磁電流を供給する。ここでは励磁周波数は３Ｈｚとした。検出コイル３ａでの検出信号は、所定帯域幅のバンドパスフィルタにより、不要帯域のノイズ信号をあらかじめ除去した後に、ロックインアンプ１７によって、励磁コイル２への励磁電流に対し−９０°ずれた位相の成分が検波される。この検波用の基準位相信号が波形発生器１５からロックインアンプ１７に供給される。そしてロックインアンプ１７による検波後の信号が流速測定の元となる流速元信号である。流速元信号は演算装置１４としてのコンピュータ１８に送られ、ノズル４内の溶鋼流量が計算される。

【0024】

ノズル内の溶鋼通路に充満して通過する溶鋼流に、励磁コイルによる励磁磁場が交差している。ノズル内の溶鋼流のうち、励磁コイルに近い側から遠い側まで、励磁磁場が浸透する範囲内の各位置における溶鋼流が誘導電流を形成し、各位置における誘導電流が形成した誘導磁場の総和が、検出コイルによって検出される。ここでは、励磁コイル中心軸方向の各位置における現象が、検出コイルによってどのように検出されるかについて、計算に基づいて検証する。

【0025】

ここでは図２（Ａ）に示すように、励磁コイルの中心軸５１方向を「奥行き方向６１」と名付ける。そして、奥行き方向６１と高さ方向６２の両方に直角の方向を、「幅方向６０」と名付ける。

【0026】

図３に示すように、ノズル４内溶鋼流路５の半径Ｒが６０ｍｍ、励磁コイル２の磁場周波数ｆ＝３Ｈｚの場合について検討した。検出コイル３ａを励磁コイル２とノズル４外壁の間に設置し、検出コイルの中心軸５２方向を高さ方向６２とし、溶鋼流方向に平行に配置するものとした。流路内の奥行き方向６１距離ｘを、励磁コイル２に近い側の内壁１９でｘ＝０、溶鋼流路５の奥行き方向６１中心位置をｘ＝Ｒ＝６０ｍｍとした。

【0027】

ノズル４の溶鋼流路５内を充満して通過する溶鋼流６は、ノズルの内壁１９付近において境界層を形成し、内壁１９に接する位置（ｘ＝０）で流速が０であり、境界層以外の部分では平均流速に近い流速を有する。タンディッシュから鋳型に溶鋼を注入するノズル内の溶鋼流は、レイノルズ数が３０００以上であり、乱流状態にある。そこで、乱流状態でのノズル内の溶鋼流の流速分布を、数値計算によって求めた。横軸をノズル内壁からの距離比ｘ_r＝ｘ／Ｒ、縦軸を、流速比ｖ_r＝（ｘにおける流速）／（ノズル中心での流速）として、計算結果を図４に示す。図４から明らかなように、流速比ｖ_rが小さくなる境界層部分は、ノズル内壁からの距離比ｘ_rが０〜０．１程度の範囲に収まっており、ノズル内壁（ｘ_r＝０）から距離比ｘ_r＝０．２（ｘ＝０．２Ｒ）程度までの溶鋼流の流速が計測できれば、ノズルの溶鋼流路内の溶鋼流速を十分に再現性良く計測できることがわかった。

【0028】

内径１２０ｍｍ（Ｒ＝６０ｍｍ）のノズル表面に垂直に交流磁場を印加することを想定した。励磁コイル２によって、溶鋼が充満した溶鋼流路５内に励磁される磁場Ｂ_Eは、コイルからの距離が遠くなるほど減少する。溶鋼流路内に励磁される磁場Ｂ_Eについて、ノズルの内壁１９における励磁磁場をＢ_E0とする。ここではまず、距離ｘ＝０．２Ｒにおいて、Ｂ_E／Ｂ_E0＝１／ｅ（ｅは自然対数の底）となるように、励磁コイル２の形状を選定した。磁場周波数は上述のように３Ｈｚである。

【0029】

数値計算によると、ノズル内半径方向の溶鋼流速分布は図５に示すような流速分布と推定されている。次に、ｘ＝０からｘ＝６０ｍｍまでの各位置の励磁磁場Ｂ_E／Ｂ_E0を計算すると、図６（Ａ）のようになった。内壁１９から０．２Ｒである距離ｘ＝１２ｍｍにおいて、Ｂ_E／Ｂ_E0＝１／ｅとなっている。そして、励磁磁場Ｂ_Eと、流速が図５に示す分布である溶鋼流に基づく誘導磁場Ｂ_Vが、ノズル外壁付近に設置した検出コイル３ａで検出される強度をセンサー信号指標とし、誘導磁場Ｂ_Vの元となる誘導電流Ｊ_Vが位置するｘの値ごとに計算で求めたセンサー信号指標を縦軸、ｘを横軸にとって図示すると、図６（Ｂ）のようになる。ｘ＝０の付近では溶鋼流速分布に起因してセンサー信号指標が右上がりの勾配を有し、境界層よりも中心側においては、ｘが大きくなるほどセンサー信号指標が低下するが、内壁１９から０．２Ｒである距離ｘ＝１２ｍｍにおいて、溶鋼流６に起因するセンサー信号指標も十分に大きな値となっており、ｘ＝０からｘ＝０．２Ｒまでの溶鋼流速起因の誘導磁場Ｂ_Vを十分に検出できることが明らかである。実際の検出では、ｘの各位置ごとの信号が採取できるのではなく、全信号の積算値がセンサーの信号となるが、図６（Ｃ）には各部位の寄与を示した。

【0030】

次に、距離ｘ＝０．５Ｒにおいて、Ｂ_E／Ｂ_E0＝１／ｅ（ｅは自然対数の底）となるように、励磁コイル２の形状を選定した。磁場周波数は同じく３Ｈｚである。この場合、励磁磁場Ｂ_E／Ｂ_E0の分布は図７（Ａ）であり、内壁１９から０．５Ｒである距離ｘ＝３０ｍｍにおいて、Ｂ_E／Ｂ_E0＝１／ｅとなっている。センサー信号指標の分布が図７（Ｂ）、各部位の寄与を示したのが図７（Ｃ）である。図６の場合と比較し、励磁磁場Ｂ_Eが溶鋼流路内のより深くまで浸透する条件を選定した結果として、より深い位置までの溶鋼流の流速を積算値の中に反映させることができる。

【0031】

さらに、上記図６の場合（ｘ＝０．２ＲでＢ_E／Ｂ_E0＝１／ｅ）と図７の場合（ｘ＝０．５ＲでＢ_E／Ｂ_E0＝１／ｅ）のそれぞれについて、ノズル内の溶鋼流量を種々変化させ、各溶鋼流量におけるｘ方向の流速分布を算出し、算出した流速分布に応じてセンサー信号指標を計算し、センサー信号指標の積算値（センサー積算信号指数）を算出した。センサー信号指標を計算するに際し、規準センサー信号強度としてはいずれの条件でも同じ値を用いた。溶鋼流量（相対比）とセンサー積算信号指数との関係については、図８に示すように、原点をとおる直線関係にあることから、センサー積算信号指数によって溶鋼流量の測定が可能であることがわかる。

【0032】

タンディッシュに収容した溶鋼は、タンディッシュ底部から流出し、浸漬ノズルを経由して鋳型内溶鋼中に供給される。鋳型内に供給する溶鋼量の調整には、ストッパーを用いる場合とスライディングノズルを用いる場合がある。ここでは、スライディングノズルを用いる場合について図９、図１０によって説明する。タンディッシュ底部１３には、溶鋼を流出させるための上ノズル９が設けられ、その下にスライディングノズル１０、さらにその下に浸漬ノズル１２が連接して配置される。ここでは、上ノズル９、スライディングノズル１０、浸漬ノズル１２の集合体を総称して注入ノズル８と呼ぶ。スライディングノズル１０は、複数のスライディングノズルプレート１１を有する。図９、図１０に示す例では、スライディングノズル１０には上プレート１１ａ、センタープレート１１ｂ、下プレート１１ｃの３枚のスライディングノズルプレート１１が配置されている。それぞれのプレートは溶鋼通過口を有し、上プレート１１ａと下プレート１１ｃを固定してセンタープレート１１ｂを摺動させることにより、３枚のプレートの溶鋼通過口の位置を調整することにより、開口部５０の面積を変動させ、溶鋼注入量を調整している。

【0033】

注入ノズル８内の溶鋼流６については、溶鋼が注入ノズル内に充満して流れている状態（充満流４８）になることがある一方、注入ノズル内の空間に溶鋼が充満せず、離散的に溶鋼が落下する状態（非充満流４９）になることもある。スライディングノズル１０を有する注入ノズル８においては、図１０に示すように、タンディッシュ底部１３の上ノズル９から注入ノズル吐出孔４７までの間には継ぎ目があり、特にスライディングノズル１０には複数の継ぎ目があり、継ぎ目部からは注入ノズル内に空気あるいは継ぎ目部周囲に吹き付けている不活性ガスが流入する。そのため、スライディングノズル１０よりも下方の注入ノズル内には、連続鋳造中は継続して非充満流４９が形成されることとなる。一方、スライディングノズル１０よりも上方の上ノズル９内については、非充満流とはならず、図１０に示すように充満流４８が形成される。

【0034】

本発明においては、注入ノズル８の溶鋼流量測定を行う部分において、溶鋼流６が非充満流４９であると測定精度が不十分となるため、測定精度を向上させるためには、充満流４８の部分において流量測定を行うことが好ましい。そして上述のように、スライディングノズル１０より上方の上ノズル９内の溶鋼流路については充満流４８が形成されるので、本発明では、上ノズル９内の溶鋼流路５に形成される溶鋼流について、溶鋼流量測定を行うこととした。これにより、励磁コイル２で磁場を励磁する位置も充満流４８となり、本発明の溶鋼流量測定を十分な精度で行うことが可能となる。この場合には、上ノズル内にはガス吹き込みを行わないことも必要である。スライディングノズル１０よりも下方においては、ガス吹き込みを行っても良い。

【0035】

本発明の溶鋼流量測定においては、ノズルの溶鋼流路５断面におけるできるだけ多くの部分の溶鋼流６を流量測定の対象とすることが好ましい。そこで、ノズルの溶鋼流路の形状との関係において、好ましい測定条件を検討した。前述の検討では、溶鋼流路を半径Ｒの円形としたが、実際の溶鋼流路は円形とは限らない。そこで、溶鋼流路の断面が円形ではない場合も含めた好ましい条件を定めることとした。
まず、ノズル４の幅方向６０（励磁ノズル中心軸５１に垂直な水平方向）について検討する。図１（Ａ）に示すように、励磁コイル２位置におけるノズル４の幅方向６０内径の半分（上記のように励磁コイルの中心軸５１に垂直な水平方向）をＷとする。溶鋼流路５が半径Ｒの円形であれば、Ｗ＝Ｒとなる。励磁コイル２の直径をＤとしたとき、
Ｄ≧２Ｗ （１）
を満足すると好ましい。励磁コイル２によって励磁された磁場は、少なくとも励磁コイル直径Ｄよりも広い幅で磁場が形成されるので、（１）式を満たす場合には、ノズル４のコイル幅方向内半径Ｗの全域にわたって励磁磁場を受けることとなり、幅方向全域の溶鋼流が流速測定の対象となるので好ましい。

【0036】

次に、ノズル４の励磁磁場方向（奥行き方向６１）について検討する。励磁コイル位置におけるノズルの奥行き方向６１内半径をＨとする。溶鋼流路５が半径Ｒの円形であれば、Ｈ＝Ｒとなる。前述と同様、溶鋼流路５内の奥行き方向６１距離ｘを、励磁コイル２に近い側の内壁１９でｘ＝０、励磁コイルから遠い側の内壁１９でｘ＝２Ｈ＝２Ｒ、溶鋼流路５の奥行き方向６１中心位置をｘ＝Ｈ＝Ｒとおく（図１、図３参照）。

【0037】

励磁コイル２の外側における磁力線の分布に起因して、ノズルが配置された位置において、励磁された磁場の強さは、励磁コイル２から距離が離れるに従って弱くなる。ノズル内に溶鋼が流通していない状態において、磁場の強さを距離ｘで表すと、近似的に
磁場の強さ∝ｅｘｐ（−ａｘ） （２ａ）
と表すことができる。ａは定数である。定数ａの値は、励磁コイル２の内径、外形、ターン数とコイル中心からの距離などによって定まるものであり、磁場解析の結果や磁場測定結果を指数関数で近似することによって求めることができる。

【0038】

ノズル４の溶鋼流路５内に溶鋼が存在する状況では、励磁された交流磁場が溶鋼中で減衰し、距離ｘにおける減衰の程度は、表皮深さδによって
ｅｘｐ（−ｘ／δ） （２ｂ）
で表される。

【0039】

以上を総合すると、ノズル４の内壁１９から距離ｘの位置における励磁磁場Ｂ_Eの大きさは、上記２つのファクターの積に比例するとして以下のように表すことができる。
Ｂ_E∝ｅｘｐ(−ａｘ)×ｅｘｐ(−ｘ／δ)
＝ｅｘｐ(−(ａ＋１／δ) ｘ) （３）
ここで表皮深さδは、
δ＝√(１／(πσμｆ)) （４）
で表される。σ：電気伝導度、μ：真空の透磁率、ｆ：励磁磁場の周波数である。

【0040】

ノズル４内の溶鋼流量をできるだけ正確に評価するためには、ｘ＝０．２Ｈ、即ちノズル４の内壁１９から奥行き方向６１に０．２Ｈ位置の励磁磁場Ｂ_Eの大きさが、ｘ＝０における励磁磁場Ｂ_E0の大きさの１／ｅ（ｅは自然対数の底）より大きいと好ましい。そして、そのような条件を確保するためには、上記（３）式、（４）式から、
(ａ＋１／δ)(０．２Ｈ)≦１ （５）
となり、この式に（４）式のδを代入して周波数ｆについて解くと、
ｆ≦(１−０．２ａＨ)²／(０．０４πσμＨ²) （２）
が得られる。即ち、上記（２）式を満たすように励磁周波数ｆ、励磁コイルの磁場分布を示す定数ａを適切に選択することにより、励磁コイル２位置におけるノズル４の奥行き方向６１内半径Ｈの０．２倍位置の励磁磁場Ｂ_Eまで含めて、十分な精度で検出が可能となるので好ましい。

【0041】

なお、このように奥行き方向６１に減衰した励磁磁場Ｂ_Eと溶鋼流動に基づいて、誘導電流Ｊ_Vが流れる。誘導電流Ｊ_Vによる誘導磁場Ｂ_Vはやはり溶鋼中で減衰し、距離ｘの溶鋼中での減衰程度は同じく
ｅｘｐ（−ｘ／δ） （６）
で表される。上記のように、溶鋼流路の奥行き方向０．２Ｈの深さまで励磁磁場Ｂ_Eが確保される条件を選定することにより、検出される誘導磁場Ｂ_Vについても、０．２Ｈの深さまでの溶鋼流速を検出するに十分な強度を確保することができる。

【0042】

上述のように、上記（２）式を満たすように励磁周波数ｆを定めることにより、励磁コイル位置におけるノズル４の奥行き方向６１で０．２Ｈの深さまでの溶鋼流６に起因する誘導磁場を検出することができる。従って、ノズル４の溶鋼流路５断面のできるだけ多くの部分について溶鋼流速を検出しようとする場合、図９、図１０に示すように、交流磁場を励磁する励磁コイル２と、磁場又は磁場の時間変化を検出する検出器３のペアを２組設置し、各組をノズル（上ノズル９）に対して相対して設置し、２組の検出結果に基づいて浸漬ノズル内の溶鋼流量を算出することとすると好ましい。

【0043】

なお、スライディングノズル１０の上方に配置された上ノズル９内の溶鋼流で流速測定を行うに際し、溶鋼流路内の流速は、溶鋼流路中心に対して回転対称にならない可能性がある。即ち、スライディングノズルプレート１１の溶鋼通過口の重なりにより、上ノズルの溶鋼通路の断面のうちの一部のみに開口部５０が形成される場合は、上ノズル９の溶鋼流路のうちで開口部５０が形成された側の流速が速くなり、当該位置の反対側では流速が遅くなることが考えられる。そこで本発明では図９に示すように、上ノズル９の中心軸を回転軸として、スライディングノズルの摺動方向６３が、励磁コイル２の中心軸５１と９０度の角度となるように配置すると好ましい。これにより、上ノズル内の溶鋼流速の不均一を極力排除し、上ノズル内の溶鋼平均流速に近い値を得ることができる。励磁コイルと検出器のペアを２組配置する場合には、上ノズルを挟み込むように配置すると良い。

【0044】

以上説明した溶鋼流量測定方法を適用することにより、連続鋳造のタンディッシュから鋳型内に溶鋼を供給する浸漬ノズル内の溶鋼流量測定装置１であって、浸漬ノズル１２の上部にスライディングノズル１０、さらにその上部に上ノズル９を有し、上ノズル９内溶鋼流と交差する交流磁場を励磁する励磁コイル２と、溶鋼流の流動方向と平行な方向の磁場又は磁場の時間変化を１箇所以上の箇所で検出する検出器３と、検出した信号に基づき浸漬ノズル内の溶鋼流量を算出する演算装置１４を有することを特徴とする浸漬ノズル内の溶鋼流量測定装置１とすることができる。

【0045】

励磁コイル２、検出コイル３ａについては、セラミックス製のボビンにコイルを巻いた空心タイプのものを用いるものの他、フェライト等の磁性体にコイルを巻いた磁心タイプのものを用いてもかまわない。また誘導磁場又は磁場の時間変化を検出する検出器３として、検出コイル３ａでなくホール素子等の他の磁気センサを使用してもよい。さらに、演算装置１４としてコンピュータ上のソフトウェアで処理する方法の他、ソフトウェアの代わりにハードウェア（例えば適当なアナログ回路等）を用いて処理してもかまわない。また各検出コイルからの信号を検波するのに、ロックインアンプを用いる方法の他、各信号の求めたい位相の成分を検出できれば、ロックインアンプでなくてもよく、例えば代わりに同期検波器などを用いても良い。

【0046】

タンディッシュ２２に接続する注入ノズル８に、上記本発明の浸漬ノズル内の溶鋼流量測定装置１を設置してなる連続鋳造用タンディッシュは、注入ノズル８を通過する溶鋼流量を測定しつつ連続鋳造を行うことができるので好ましい。

【0047】

次に、一つの取鍋２１、一つのタンディッシュ２２にて連続鋳造用溶鋼を供給し、鋳片表層部の合金元素濃度が内部と比較して異なる複層状の連続鋳造鋳片を鋳造する連続鋳造方法において、本発明の浸漬ノズル内の溶鋼流量測定装置１を適用する発明について、図１１に基づいて説明する。

【0048】

まず、鋳型２３内のメニスカス３７の下方の所定位置に直流磁場発生装置２８を配置し、直流磁場帯３４を形成する。直流磁場帯３４においては、磁力線が鋳片の厚み方向に向かう直流磁場を印加し、磁束密度は鋳型幅方向にほぼ均一とする。このような直流磁場帯３４を形成することにより、直流磁場帯３４を通過しようとする溶鋼には電磁ブレーキがかかり、直流磁場帯３４上方の上側溶鋼プール３５と下方の下側溶鋼プール３６とが事実上遮断されることとなる。上側溶鋼プール３５で凝固した凝固シェルが鋳片の表層部４４を形成し、下側溶鋼プールで凝固した凝固シェル４３が鋳片の内層部４５を形成する。そして、直流磁場帯３４部分における凝固シェル４３の厚さｄが、鋳片の表層部の厚さに該当する。従って、直流磁場帯３４を配置するメニスカスからの高さｈは、目標とする表層部の厚さｄ、鋳型内における凝固係数Ｋ、鋳造速度Ｖ_Cに基づいて定めることとなる。

【0049】

そのうえで、その直流磁場帯３４の上下それぞれに溶鋼を供給するために２本の浸漬ノズル（２５、２６）を設置し、それぞれの溶鋼プールにおいて凝固する溶鋼量だけ、各浸漬ノズルから溶鋼を供給することで、表層と内層の成分組成が異なる鋳片が鋳造できる。直流磁場帯３４の磁束密度は、上側溶鋼プール３５と下側溶鋼プール３６との間の溶鋼の入れ替わりを最小限にすることのできる磁束密度を選択する。直流磁場帯３４の磁束密度が０．３Ｔ（テスラ）以上であれば、十分に溶鋼の入れ替わりを抑止することができる。

【0050】

図１１に示したように、開口３０を有するタンディッシュ堰２４によってタンディッシュ２２を複数領域に、すなわち、取鍋からの第１溶鋼４１を受ける第１領域３１と、第１溶鋼４１にワイヤー等によって所定元素あるいはその合金を添加し成分調整を行う第２領域３２の２つの領域にわける。図１１に示す例では、第１領域３１には、取鍋注入流３３位置と内層溶鋼用浸漬ノズル２５が配置され、第２領域３２には表層溶鋼用浸漬ノズル２６が配置される。内層溶鋼用浸漬ノズル２５からは第１溶鋼４１を下側溶鋼プール３６へ注入する。表層溶鋼用浸漬ノズル２６からは第２溶鋼４２を上側溶鋼プール３５へ注入する。

【0051】

このようにすることで、タンディッシュ内の第１領域３１では取鍋注入流３３から内層溶鋼用浸漬ノズル２５への溶鋼流が形成されるのに対し、タンディッシュ堰２４で区画した第２領域３２に成分添加装置２７によって所定の元素あるいは合金をワイヤー等によって連続的に添加して含有成分を調整し、第２溶鋼４２をつくる。その結果、１つのタンディッシュ内で２種類の溶鋼：第１溶鋼４１、第２溶鋼４２を保持することが可能となる。

【0052】

本発明において、図１１に模式的に示す例では、鋳型幅全体にわたって形成される直流磁場帯３４によってストランドを上側溶鋼プール３５と下側溶鋼プール３６の２つに分割し、上側溶鋼プール３５には表層溶鋼用浸漬ノズル２６から第２溶鋼４２を注入し、下側溶鋼プール３６には内層溶鋼用浸漬ノズル２５から第１溶鋼４１を注入する。内層溶鋼用浸漬ノズル２５から下側溶鋼プール３６に供給する溶鋼量をＱ₁、表層溶鋼用浸漬ノズル２６から上側溶鋼プール３５に供給する溶鋼量をＱ₂とする。合計溶鋼量Ｑは
Ｑ＝Ｑ₁＋Ｑ₂
である。

【0053】

本発明においては、溶鋼量Ｑ₁、溶鋼量Ｑ₂の一方について、本発明の溶鋼流量測定装置１を用いて溶鋼流量を実測し、溶鋼流量制御を行う。ここではまず、上側溶鋼プール３５に供給される第２溶鋼の溶鋼量Ｑ₂について、本発明の溶鋼流量測定装置１を用いて溶鋼流量制御を行う場合について説明する。

【0054】

直流磁場帯３４の位置において、鋳片の表面側には第１溶鋼プールの溶鋼が凝固した凝固シェル（上側溶鋼プール凝固部分）が形成されている。直流磁場帯位置における凝固シェル断面積をＳ₂とする。この凝固シェル断面積Ｓ₂が、鋳造後鋳片の表層部４４面積Ｓ₂となる。鋳片表面積のうちの表層部面積Ｓ₂以外の部分が内層部４５面積Ｓ₁であり、Ｓ₁とＳ₂を足した値が鋳片断面積となる。

【0055】

予め、適用する連続鋳造装置における鋳型内での凝固係数Ｋ（ｍｍ／ｍｉｎ^0.5）を確認しておく。メニスカス３７から直流磁場帯３４までの高さｈ、鋳造速度Ｖ_Cを定めることにより、直流磁場帯３４における凝固シェル厚さｄが
ｄ＝Ｋ√（ｈ／Ｖ_C）
として求まる。求まった直流磁場帯における凝固シェル厚さｄを用いて、直流磁場帯における凝固シェル断面積Ｓ₂が定まり、鋳片断面積との差で前述のＳ₁が定まり、
Ｇ₂＝ρ₂Ｓ₂Ｖ_C
によってＧ₂が定まるので、
Ｑ₂＝Ｇ₂
となるように、表層溶鋼用浸漬ノズル２６からの溶鋼量Ｑ₂を定めればよい。ρ₂は第２溶鋼４２の密度である。表層溶鋼用浸漬ノズル２６上部の上ノズル９に本発明の溶鋼流量測定装置１を設置し、計測した溶鋼流量実績値が上記溶鋼量Ｑ₂に一致するように流量制御する。

【0056】

その上で、成分調整された第１溶鋼４１を下側溶鋼プール３６に供給する内層溶鋼用浸漬ノズル２５の流量調整において、湯面レベル計４６で計測した鋳型内湯面レベルが一定となるように溶鋼量Ｑ₁を制御する。これにより、鋳型内の下側溶鋼プール３６では、供給される溶鋼量（Ｑ₁）と、凝固シェルとして排出される時間あたり輸送量（Ｇ₁）がバランスするとともに、上側溶鋼プール３５では、供給される溶鋼量（Ｑ₂）と凝固シェルとして排出される時間あたり輸送量（Ｇ₂）がバランスする。そのため、直流磁場帯を通過して混合する溶鋼流が生じないので、図１１の上側溶鋼プール３５と下側溶鋼プール３６の界面を安定的に維持することができる。Ｑ₁とＱ₂のバランスによって決まる上側溶鋼プール３５と下側溶鋼プール３６の界面を直流磁場帯の範囲内に制御する。

【0057】

鋳型内への溶鋼供給量制御方法としてあるいは、内層溶鋼用浸漬ノズル２５上部の上ノズルに本発明の溶鋼流量測定装置１を設置し、内層溶鋼用浸漬ノズル２５からの溶鋼量Ｑ₁が下側溶鋼プール凝固量Ｇ₁となるように溶鋼流量制御を行い、表層溶鋼用浸漬ノズル２６の溶鋼流量制御については、鋳型内の湯面レベルが一定になるように制御することとしても良い。また、図１１に示す例と異なり、タンディッシュ２２の第１領域３１には取鍋注入流３３位置と表層溶鋼用浸漬ノズル２６が配置され、第２領域３２にはが内層溶鋼用浸漬ノズル２５配置される形態としても良い。

【実施例】

【0058】

［実施例１］
スラブ連続鋳造装置を用い、幅１２００ｍｍ×厚２５０ｍｍの鋳片の鋳造において、本発明を適用した。図９、図１０に示すように、タンディッシュ底部１３には、各ストランドに１本の注入ノズル８を有し、注入ノズル８を介してタンディッシュ内溶鋼を鋳型内に注湯する。注入ノズル８は上ノズル９、スライディングノズル１０、内径１２０ｍｍΦの浸漬ノズル１２を有し、上ノズル９（内径１２０ｍｍ（内半径Ｒ＝６０ｍｍ）、外径１５０ｍｍ）がタンディッシュ底部１３に接続され、浸漬ノズル１２が鋳型内の溶鋼中に浸漬している。スライディングノズル１０は３枚のスライディングノズルプレート１１（上プレート１１ａ、センタープレート１１ｂ、下プレート１１ｃ）を有し、スライディングノズルプレート１１のセンタープレート１１ｂの摺動によって開口部５０の開度を制御することで溶鋼流量を調整する。

【0059】

溶鋼流量測定装置１は、図９に示すよう、内径１２０ｍｍのセラミックシリンダーに１．３ｍｍΦの導線を６００ターン巻いたものを励磁コイル２とし、その前面に、１０ｍｍΦのセラミックシリンダーに０．１ｍｍΦの導線を１２００ターン巻いたものを検出コイル３ａとし、上記コイル一式はステンレス製円筒状のケース７に収納してセンサーとした。加えて図１２に示すように、ケース７の内面であって、センサーの前面ならびに側面には断熱材２０を設け、溶鋼からの輻射熱による過熱を完全に遮断する構造とし、さらに、空気吹き込み口３８から乾燥空気を吐出圧５ｋｇ／ｃｍ²で吹き込み、励磁コイル２のシリンダー底部を通って検出コイル３ａ、励磁コイル２外面を通過する空気流れ３９を形成し、溶鋼流量測定装置１の過加熱を防止した。

【0060】

ケース７に収納した溶鋼流量測定装置１を２組用意し、図９、図１０に示すように、タンディッシュ底部１３とスライディングノズル１０との間の空間に配置し、上ノズル９をはさんで対向するように設置した。スライディングノズルプレート１１の摺動方向６３と、励磁コイルの中心軸５１方向が直交するように配置している。その際、上ノズル９の表面から３０ｍｍ離れた位置に、内部にセンサーを含有したステンレス製円筒状のケース７が上ノズルを挟んで対向して面している。

【0061】

溶鋼流量測定装置１には、図３に示すように、波形発生器１５、パワーアンプ１６、ロックインアンプ１７、コンピュータ１８が接続されている。励磁コイル２にはパワーアンプ１６（定電流アンプ）を用いて３Ｈｚの交流電流（４Ａ）を通電し、交流磁場をノズル表面に対し垂直に印加した。尚、検出コイル３ａの電圧信号は５Ｈｚのローパスフィルターを介してノイズ除去するとともに、ロックインアンプ１７を用いて３Ｈｚの周波数成分のみを検出した。なお、励磁磁場は上ノズル内部半径６０ｍｍに対して、内壁から３０ｍｍの位置まで浸透する条件となるようにコイル形状、周波数を設定した。

【0062】

連続鋳造中において、取鍋からタンディッシュへの溶鋼注入を一時中断し、注入ノズルから鋳型内に溶鋼を注入し、その際のタンディッシュ質量を計測しつつ、溶鋼流量測定装置１で溶鋼流量指標を測定した。タンディッシュ質量の時間変化が溶鋼流量実績となる。最初に、鋳型内への溶鋼流量と溶鋼流量測定装置１の信号との対応を少なくとも１回測定し、溶鋼流量測定装置の信号を溶鋼流量に換算して溶鋼流量指標とした。その後、鋳型内への溶鋼流量を種々変化させ、溶鋼流量指標との対応関係を評価した。その結果、図１３に示すように、本発明の溶鋼流量測定装置１を用いて求めた信号（溶鋼流量指標）は、タンディッシュ質量変化から求めた溶鋼流量と極めてよい一致をしめすことがわかった。また、センサー前面に設けた熱電対の温度は５０℃程度で実験中安定していた。以上より、本方法を用いることで安定した流量測定が非接触で可能となることがわかった。

【0063】

［実施例２］
一つの取鍋２１、一つのタンディッシュ２２にて連続鋳造用溶鋼を供給し、鋳片表層部の合金元素濃度が内部と比較して異なる複層状の連続鋳造鋳片を鋳造する連続鋳造方法において、本発明を適用した。図１１に基づいて説明する。
２種類の溶鋼が保持されたタンディッシュの底面に長さの異なる浸漬ノズル（内層溶鋼用浸漬ノズル２５、表層溶鋼用浸漬ノズル２６）を配置した。表層溶鋼を供給する表層溶鋼用浸漬ノズル２６は、上ノズル９とスライディングノズル１０を介してタンディッシュ底部１３に接続した。ケース７に収納した溶鋼流量測定装置１を２組用意し、図９〜図１１に示すように、表層溶鋼用浸漬ノズル２６に接続したスライディングノズル１０とタンディッシュ底部１３との間の空間に配置し、上ノズル９をはさんで対向するように設置した。スライディングノズルプレート１１の摺動方向６３と、励磁コイルの中心軸５１方向が直交するように配置している。内層溶鋼用浸漬ノズル２５の流量調整機構としては、スライディングノズルを用いる方法とストッパーを用いる方法のいずれを採用しても良い。

【0064】

表層溶鋼用浸漬ノズル２６を電磁ブレーキ（直流磁場発生装置２８）で区分された鋳型内溶鋼プールの上部（上側溶鋼プール３５）に、内層溶鋼用浸漬ノズル２５を電磁ブレーキ（直流磁場発生装置２８）で区分された下部プール（下側溶鋼プール３６）に溶鋼を吐出するようにセットした。

【0065】

タンディッシュ２２内にタンディッシュ堰２４を設け、タンディッシュ内の第１領域３１に所定組成の第１溶鋼４１を形成し、第２領域３２に第１溶鋼とは組成の異なる第２溶鋼４２を形成した。第１溶鋼４１を内層溶鋼用浸漬ノズル２５から下側溶鋼プール３６に供給し、第２溶鋼４２を表層溶鋼用浸漬ノズル２６から上側溶鋼プール３５に供給した。電磁ブレーキ（直流磁場発生装置２８）で区分された溶鋼プールの上部（上側溶鋼プール３５）に溶鋼を供給するにあたり、本発明の溶鋼流量測定装置１を用いて、表層溶鋼用浸漬ノズル２６内を通過する溶鋼流量を測定しつつ、測定した流量が上側溶鋼プール３５で凝固によって消費される溶鋼量と同一となるように、スライディングノズル１０によって溶鋼流量を制御した。内層溶鋼用浸漬ノズル２５を通過する溶鋼流量は、鋳型内に設けた湯面レベル計４６を用いて、湯面レベルを一定となるように制御した。その結果、鋳造中、それぞれの浸漬ノズルからの溶鋼量を所定量となるように制御することができたので、上側溶鋼プール３５と下側溶鋼プール３６との境界位置を常に直流磁場帯３４の範囲内に保持することができた。電磁ブレーキの磁束密度として混合抑制に必要な磁束密度の磁場を印加することで表層と内層が明瞭に分離した鋳片をえることができた。

【符号の説明】

【0066】

１ 溶鋼流量測定装置
２ 励磁コイル
３ 検出器
３ａ 検出コイル
４ ノズル
５ 溶鋼流路
６ 溶鋼流
７ ケース
８ 注入ノズル
９ 上ノズル
１０ スライディングノズル
１１ スライディングノズルプレート
１１ａ 上プレート
１１ｂ センタープレート
１１ｃ 下プレート
１２ 浸漬ノズル
１３ タンディッシュ底部
１４ 演算装置
１５ 波形発生器
１６ パワーアンプ
１７ ロックインアンプ
１８ コンピュータ
１９ 内壁
２０ 断熱材
Ｂ_E 交流磁場
Ｂ_V 誘導磁場
２１ 取鍋
２２ タンディッシュ
２３ 鋳型
２４ タンディッシュ堰
２５ 内層溶鋼用浸漬ノズル
２６ 表層溶鋼用浸漬ノズル
２７ 成分添加装置
２８ 直流磁場発生装置
２９ 電磁攪拌装置
３０ 開口
３１ 第１領域
３２ 第２領域
３３ 取鍋注入流
３４ 直流磁場帯
３５ 上側溶鋼プール
３６ 下側溶鋼プール
３７ メニスカス（湯面）
３８ 空気吹き込み口
３９ 空気流れ
４０ 溶鋼
４１ 第１溶鋼
４２ 第２溶鋼
４３ 凝固シェル
４４ 表層部
４５ 内層部
４６ 湯面レベル計
４７ 吐出孔
４８ 充満流
４９ 非充満流
５０ 開口部
５１ 励磁コイルの中心軸
５２ 検出コイルの中心軸
６０ 幅方向
６１ 奥行き方向
６２ 高さ方向
６３ 摺動方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】