JP2021102213A - 注湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】鋳物製品の品質に影響を与えることなく、出湯位置における溶湯流の溶湯の温度を適切に測定できる注湯装置を提供する。【解決手段】注湯装置は、ノズルを有し、溶湯を貯留する取鍋と、取鍋のノズルからの出湯位置が一定位置に維持されるように、該取鍋を傾動させる傾動機構と、測定位置の温度に関する信号を出力するセンサヘッド、及びセンサヘッドにより出力された信号を処理するアンプ部を有する放射温度計と、を備え、センサヘッドは、測定位置が出湯位置となるように配置され、出湯位置における溶湯流の溶湯の温度に関する信号を出力する。【選択図】図１

Description

本開示は、注湯装置に関する。

特許文献１は、注湯装置を開示する。注湯装置は、受湯した取鍋を傾動させ、鋳型に注湯することで鋳物製品を製造する。特許文献２は、溶湯の温度を計測する浸漬温度計を開示する。浸漬温度計は、溶湯に先端部を連続的に浸漬させて溶湯の温度を計測する。特許文献３は、非接触で溶湯の温度を計測する放射温度計を開示する。

特開平９−１７４２２９号公報 特昭６２−１９７２７号公報 特開平７−１１２２６８号公報

ところで、鋳物製品の品質を管理するために、特許文献１記載の注湯装置において、取鍋から鋳型への注湯中に、出湯位置における溶湯流の溶湯の温度（注湯中の取鍋のノズル近傍の溶湯の温度）を取得することが考えられる。しかしながら、特許文献２記載の浸漬温度計は先端部が溶解するため、鋳物製品の品質に影響を与えない材質で構成された先端部を測定ごとに用意する必要がある。これに対して、特許文献３記載の放射温度計を用いることで、測定ごとにセンサ先端を変更することなく、温度計測が鋳物製品の品質に影響を与えることを回避できる。

しかしながら、注湯中は取鍋が傾動するため、取鍋のノズル先端に照準を当てていた放射温度計の測定位置がズレてしまう。このため、放射温度計を採用した場合、注湯中において同一箇所を計測することが困難となり、出湯位置における溶湯流の溶湯の温度を正確に測定できないおそれがある。

本開示は、鋳物製品の品質に影響を与えることなく、出湯位置における溶湯流の溶湯の温度を適切に測定できる注湯装置を提供する。

本開示の一側面に係る注湯装置は、取鍋、傾動機構、及び放射温度計を備える。取鍋は、ノズルを有し、溶湯を貯留する。傾動機構は、取鍋のノズルからの出湯位置が一定位置に維持されるように該取鍋を傾動させる。放射温度計は、測定位置の温度に関する信号を出力するセンサヘッド、及びセンサヘッドにより出力された信号を処理するアンプ部を有する。センサヘッドは、測定位置が出湯位置となるように配置され、出湯位置における溶湯流の溶湯の温度に関する信号を出力する。

この注湯装置では、傾動機構によって取鍋のノズルの出湯位置が一定位置に維持される。そして、放射温度計のセンサヘッドの測定位置が出湯位置となるように配置される。このため、センサヘッドと測定位置である出湯位置との距離が一定となり、センサの視野範囲を一定にすることができる。よって、注湯装置は、鋳物製品の品質に影響を与えることなく出湯位置における溶湯流の溶湯の温度を適切に測定できる。

一実施形態においては、センサヘッドとアンプ部との間はファイバで通信可能に接続され、アンプ部は、センサヘッドの配置位置から離間して配置されてもよい。これにより、例えばセンサヘッドを溶湯近傍に配置して測定精度を向上させ、アンプ部を溶湯から遠ざけて溶湯の熱がアンプ部に与える影響を低減させることができる。

一実施形態においては、傾動機構は、昇降軸、傾動軸及び前後軸を有してもよい。このように、三軸を制御することにより、注湯装置は、取鍋のノズルからの出湯位置が一定位置に維持されるように該取鍋を傾動させることができる。

一実施形態においては、放射温度計は、センサヘッドから測定位置に向けてレーザを照射させる照射部を備えてもよい。この場合、作業員は、センサヘッドの測定位置を容易に調整できる。

一実施形態においては、取鍋は、取鍋の内部に設けられ、ノズルの先端に向かう夾雑物を遮蔽する遮蔽板を有してもよい。この場合、注湯装置は、取鍋の内部において、夾雑物が出湯位置に到達することを防止できる。よって、注湯装置は、出湯位置における溶湯流の溶湯の温度の測定精度が低下することを防止できる。

一実施形態においては、注湯装置は、記憶部、取得部及び制御部を備えてもよい。記憶部は、溶湯の材質と補正値とを関連付けて記憶する。取得部は、溶湯の材質に関する情報を取得する。制御部は、取得部により取得された材質に関する情報に基づいて記憶部に記憶された補正値を取得し、取得された補正値と温度に関する信号とに基づいて補正後の温度を出力する。この場合、注湯装置は、材質ごとに温度を補正することができる。よって、注湯装置は、精度良く注湯の温度を測定できる。

本開示によれば、本開示は、鋳物製品の品質に影響を与えることなく、出湯位置における溶湯流の溶湯の温度を適切に測定できる。

実施形態に係る注湯装置の一例を示す側面図である。 実施形態に係る注湯装置の一例を示す平面図である。 放射温度計の先端部の一例を示した図である。 温度計測に関するシステムの構成図の一例である。 注湯装置で使用される取鍋の一例である。

以下、図面を参照して種々の例示的実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。

［注湯装置の概要］
図１は、実施形態に係る注湯装置の一例を示す側面図である。図２は、実施形態に係る注湯装置の一例を示す平面図である。図中のＸ方向及びＹ方向が水平方向であり、Ｚ方向が垂直方向である。Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向は、三次元空間の直交座標系における互いに直交する軸方向である。以下ではＺ方向を上下方向ともいう。図１及び図２に示される注湯装置１は、溶湯を貯留する取鍋２を傾動させて、鋳型Ｍに溶湯を自動で供給する装置である。注湯装置１は、Ｙ方向に沿って延在するレールＬ１上において順次送り出される鋳型Ｍに対して、取鍋２から溶湯を注湯する。

注湯装置１は、台車３、上部ユニット４及び制御装置５を備える。台車３は、走行用のモータと車輪とを有し、レールＬ２上を走行可能である。台車３は、上部ユニット４を支持する。上部ユニット４は、取鍋２、ユニット基台６、第１フレーム７、第２フレーム８、傾動部９及び昇降部１０を有する。

取鍋２は、鋳型Ｍに注湯するための溶湯を貯留する。取鍋２は、本体部２ａ及びノズル２ｂを有する。本体部２ａの内側には、ノズル２ｂに連通し溶湯を貯留する空間が画成される。ノズル２ｂの内側には、本体部２ａに連通し溶湯を貯留する空間が画成される。本体部２ａの内面及びノズル２ｂの内面により、溶湯を貯留する空間が画成される。ノズル２ｂは、本体部２ａに貯留される溶湯をノズル２ｂの先端に導くと共に、ノズル２ｂの先端から溶湯を注湯する。

ユニット基台６は、第１フレーム７を載置する。取鍋２、第２フレーム８、傾動部９及び昇降部１０は、第１フレーム７を介してユニット基台６の上方に配置される。ユニット基台６は、前後部１１を有する。前後部１１は、ユニット基台６を水平方向で且つ鋳型Ｍに対して近接及び離間する方向であるＸ方向に移動させる。前後部１１は、例えばモータを含む。前後部１１は、ユニット基台６をＸ方向に移動させることで、鋳型Ｍに対する取鍋２のＸ方向の位置を調整する。前後部１１は、注湯装置１の三軸構成のうちの１つの軸（前後軸）を構成する。

第１フレーム７は、ユニット基台６上に設けられ、上下方向（Ｚ方向）に延びる。第１フレーム７は、例えば柱状を呈する。第２フレーム８は、第１フレーム７に支持され、取鍋２を支持する。第２フレーム８は、昇降部１０によって第１フレーム７に沿って上下方向に移動される。昇降部１０は、例えばモータを含む。昇降部１０は、注湯装置１の三軸構成のうちの１つの軸（昇降軸）を構成する。

第２フレーム８は、傾動部９を支持する。傾動部９は、第２フレーム８に設けられ、取鍋２を傾動させる。傾動部９は、回転軸を中心に取鍋２を傾動させる。傾動部９は、例えばモータを含む。回転軸は、Ｙ方向に平行で、かつ、取鍋２の重心を通る。傾動部９は、台車３の進行方向であるレールＬ２の延在方向に平行な回転軸を中心に取鍋２を傾動させる。回転軸の回転角度θが傾動角度となる。取鍋２は、傾動部９により傾動することで本体部２ａからノズル２ｂへと溶湯を導くことができ、ノズル２ｂの先端を介して鋳型Ｍに溶湯を注湯できる。傾動部９は、注湯装置１の三軸構成のうちの１つの軸（傾動軸）を構成する。

注湯装置１は、取鍋２を前後軸、昇降軸及び傾動軸の三軸に沿って移動させることができる。前後部１１、昇降部１０及び傾動部９は、取鍋２のノズル２ｂからの出湯位置が一定位置に維持されるように三軸方向に取鍋２を移動させる。より具体的には、前後部１１、昇降部１０及び傾動部９は、取鍋２のノズル２ｂの先端が取鍋２の傾動中心となるように、取鍋２を傾動させる。つまり、前後部１１、昇降部１０及び傾動部９は、取鍋２のノズル２ｂからの出湯位置が一定位置に維持されるように取鍋２を傾動させる傾動機構として機能する。

上部ユニット４は、台車３から鋳型Ｍに向けて伸びる取付架台１２を備える。取付架台１２には、放射温度計１３が設けられる。このため、放射温度計１３は台車３とともに移動する。放射温度計１３は、センサヘッド１４及びアンプ部１５を備える。センサヘッド１４は、測定位置Ｐの温度に関する信号を出力する。一例として、センサヘッド１４は、測定位置Ｐの赤外線強度を検出する。センサヘッド１４は、ガラスファイバでアンプ部１５に通信可能に接続される。アンプ部１５は、センサヘッド１４により出力された信号を処理する。

センサヘッド１４は、測定位置Ｐが出湯位置となるように配置される。出湯位置は、前後部１１、昇降部１０及び傾動部９によって一定位置に維持されるノズル２ｂの先端位置であり、予め設定される。センサヘッド１４は、センサの視野範囲Ｈが出湯位置になるように向きを調整される。これにより、センサヘッド１４は、出湯位置における溶湯流の溶湯の温度に関する信号を出力する。アンプ部１５は、センサヘッド１４の配置位置から上方に離間して配置される。放射温度計１３は、一例として二色温度計である。放射温度計１３は、第１波長と、第１波長とは異なる第２波長を用いて、それぞれの放射輝度の比を算出することによって温度に換算する。

制御装置５は、注湯装置１の全体を制御するハードウェアである。前後部１１の前後軸サーボモータ、走行用のサーボモータ、傾動部９の回動軸サーボモータ、及び昇降部１０の昇降軸サーボモータは、制御装置５の中央処理部からの指令に基づいて駆動する。制御装置５は一例としてＰＬＣ（Programmable Logic Controller）として構成される。制御装置５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random AccessMemory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）などの主記憶装置（記憶媒体の一例）、タッチパネルやキーボードなどの入力デバイス、ディスプレイなどの出力デバイス、ハードディスクなどの補助記憶装置（記憶媒体の一例）などを含む通常のコンピュータシステムとして構成されてもよい。

［放射温度計の詳細］
図３は、放射温度計の先端部の一例を示した図である。図３に示されるように、センサヘッド１４は、ガラスファイバ１６を介してアンプ部１５と接続される。センサヘッド１４は、カバー１７内に収容される。センサヘッド１４の先端には、空冷の冷却ヘッド１８を設けることができる。冷却ヘッド１８には、エア配管１９を介して空気が供給される。センサヘッド１４は、位置調整機構２０を介して取付架台１２に設けられる。位置調整機構２０は、センサヘッド１４を支持し、センサヘッド１４の左右及びあおり角を変更可能なステージとして構成される。位置調整機構２０により、センサヘッド１４の視野範囲Ｈの位置が調整される。センサヘッド１４と測定位置Ｐとの距離が変化すると、視野範囲Ｈも変化する。

［温度計測に関するシステムの詳細］
図４は、温度計測に関するシステムの構成図の一例である。図４に示されるように、システム３０は、放射温度計１３及び制御装置５を備える。放射温度計１３のアンプ部１５は、二色温度計のセンサヘッド１４がガラスファイバ１６を介して接続される。アンプ部１５は、ＰＬＣとして構成され、センサヘッド１４が検出した二色赤外線放射量から温度の演算を行う演算部１５ａと、レーザを出力させる出力部１５ｂ（照射部の一例）を備える。

演算部１５ａは、センサヘッド１４が検出した二色赤外線放射量から溶湯の温度を演算する。出力部１５ｂは、センサヘッド１４から測定位置Ｐに向けてレーザを照射させる。出力部１５ｂは、例えば低出力の可視光半導体レーザ（不図示）に接続され、可視光半導体レーザにレーザを出力させる。可視光半導体レーザは、レーザ出射方向がセンサの視野範囲Ｈと重なるように配置される。出力部１５ｂによって測定位置Ｐの溶湯にレーザのスポットが示され、作業員は測定位置Ｐを目視できるようになる。アンプ部１５は、温度測定時には二色赤外線放射量から温度を演算し、測定位置Ｐや範囲の確認時にはレーザを出力する。

制御装置５は、温度補正部５０（制御部の一例）、記憶部５１、取得部５２、表示部５３及び判定部５４を備える。温度補正部５０、記憶部５１、及び判定部５４の機能は、ＰＬＣのプロセッサが演算することにより実現される。取得部５２は、マウス、キーボード、タッチパネルであり、表示部５３は、ディスプレイである。

温度補正部５０は、演算部１５ａから出力された温度を補正する。温度補正部５０は、記憶部５１、取得部５２、表示部５３及び判定部５４に接続される。記憶部５１は、溶湯の材質と補正値とを関連付けて記憶する。すなわち、溶湯の材質、溶湯の温度、溶湯の測定面の状態によって溶湯の放射率は変化するため、温度補正部５０は、予め、浸漬温度計によって測定された温度と比較することにより得られる補正値を材質ごとに記憶部５１に登録しておく。補正値は、放射温度計１３の温度を浸漬温度計の温度に近づけるパラメータである。補正値は、センサヘッド１４のアナログ出力値が換算されて得られる温度そのものを補正するパラメータであってもよいし、センサヘッド１４のアナログ出力値そのものを補正するパラメータであってもよい。温度補正部５０は、登録後の補正値を編集させるためのインターフェイスを提供してもよい。この場合、温度補正部５０は、インターフェイスを介して受け付けられた指示に基づいて、記憶部５１に記憶された補正値を編集して再登録することができる。

取得部５２は、溶湯の材質に関する情報を取得する。取得部５２は、例えば鋳物製品の製造を統括する上位システムから通信を介して溶湯の材質に関する情報を取得する。温度補正部５０は、取得部５２により取得された溶湯の材質に関する情報に基づいて記憶部５１に記憶された対応する補正値を取得する。温度補正部５０は、取得された補正値と、センサヘッド１４により出力される、温度に関する信号とに基づいて、補正後の温度を出力する。例えば、温度そのものを補正する補正値を用いる場合には、温度補正部５０は、放射温度計１３が出力した温度に補正値を乗算して補正後の温度とする。例えば、センサヘッド１４の出力値を補正する補正値を用いる場合には、温度補正部５０は、センサヘッド１４の出力値に補正値を乗算し、補正された出力値から補正後の温度を演算する。

判定部５４は、温度補正部５０によって確定された温度が許容温度範囲内であるか否かを判定する。判定部５４は、温度補正部５０によって確定された温度が許容温度範囲内でないと判定した場合には、注湯処理を停止して、その取鍋の溶湯を系外に排出させる。判定部５４は、温度補正部５０によって確定された温度が許容温度範囲内でないと判定した場合には、注湯処理を停止して、その取鍋の溶湯を溶解炉（不図示）に戻してもよい。

［取鍋の詳細］
図５の（Ａ）及び（Ｂ）は、注湯装置で使用される取鍋の一例である。図５の（Ａ）は平面図であり、図５の（Ｂ）は断面図である。図５の（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、取鍋２の内部には、ノズル２ｂの先端に向かう夾雑物を遮蔽する遮蔽板２ｃが設けられる。夾雑物は、ノロなどである。遮蔽板２ｃの下端と取鍋２の内壁との間に、隙間Ｓが形成される。取鍋２が傾斜すると、溶湯は隙間Ｓを通過してノズル２ｂの先端に向かう。

（実施形態のまとめ）
注湯装置１によれば、前後部１１、昇降部１０及び傾動部９によって取鍋２のノズル２ｂの出湯位置（ノズル２ｂの先端）が一定位置に維持される。そして、放射温度計１３のセンサヘッド１４の測定位置Ｐが出湯位置となるように配置される。このため、センサヘッド１４と測定位置Ｐである出湯位置との距離が一定となり、センサの視野範囲Ｈを一定にすることができる。視野範囲Ｈが変動した場合、放射率が大きく変化して、温度の測定精度が大きく低下する。注湯装置１によれば、センサの視野範囲Ｈを一定にすることができるので、鋳物製品の品質に影響を与えることなく、出湯位置における溶湯流の溶湯の温度を適切に測定できる。

視野範囲Ｈが広い場合、視野範囲Ｈに取鍋壁やノロが入ってくるため大きな誤差を生む。注湯装置１によれば、センサヘッド１４とアンプ部１５とが分離しているため、センサヘッド１４を溶湯近傍に配置することができる。これにより、視野範囲Ｈが狭められ、測定位置Ｐのみを計測対象とすることができる。また、アンプ部１５を溶湯から遠ざけて溶湯の熱がアンプ部１５に与える影響を低減させることができる。

注湯装置１によれば、センサヘッド１４から測定位置Ｐに向けてレーザを照射させることできるので、作業員は、センサヘッド１４の測定位置Ｐを容易に調整できる。

注湯装置１によれば、取鍋２の内部の遮蔽板２ｃによって、夾雑物が出湯位置に到達することを防止できる。よって、注湯装置１は、出湯位置における溶湯流の溶湯の温度の測定精度が低下することを防止できる。

注湯装置１によれば、材質ごとにセンサヘッド１４の出力値を補正することができる。よって、注湯装置１は、精度良く注湯の温度を測定できる。

以上、実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。

１…注湯装置、２…取鍋、２ｂ…ノズル、２ｃ…遮蔽板、５…制御装置、１３…放射温度計、１４…センサヘッド、１５…アンプ部、５１…記憶部、５２…取得部、Ｐ…測定位置。

Claims (6)

1. ノズルを有し、溶湯を貯留する取鍋と、
   前記取鍋の前記ノズルからの出湯位置が一定位置に維持されるように、該取鍋を傾動させる傾動機構と、
   測定位置の温度に関する信号を出力するセンサヘッド、及び前記センサヘッドにより出力された信号を処理するアンプ部を有する放射温度計と、
   を備え、
   前記センサヘッドは、前記測定位置が前記出湯位置となるように配置され、前記出湯位置における溶湯流の溶湯の温度に関する信号を出力する、
   注湯装置。
2. 前記センサヘッドと前記アンプ部との間はファイバで通信可能に接続され、
   前記アンプ部は、前記センサヘッドの配置位置から離間して配置される、請求項１に記載の注湯装置。
3. 前記傾動機構は、昇降軸、傾動軸及び前後軸を有する、請求項１又は２に記載の注湯装置。
4. 前記放射温度計は、前記センサヘッドから前記測定位置に向けてレーザを照射させる照射部を備える、請求項１〜３の何れか一項に記載の注湯装置。
5. 前記取鍋は、前記取鍋の内部に設けられ、前記ノズルの先端に向かう夾雑物を遮蔽する遮蔽板を有する、請求項１〜４の何れか一項に記載の注湯装置。
6. 前記溶湯の材質と補正値とを関連付けて記憶する記憶部と、
   前記溶湯の材質に関する情報を取得する取得部と、
   前記取得部により取得された前記材質に関する情報に基づいて前記記憶部に記憶された前記補正値を取得し、取得された前記補正値と前記温度に関する信号とに基づいて補正後の温度を出力する制御部と、
   を備える、請求項１〜５の何れか一項に記載の注湯装置。

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