JP3894530B2 - 溶解容器内の溶湯面レベル検出方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、亜鉛、マグネシウム又はそれら合金等の低融点の非鉄金属を、溶解して液相状態で射出成形する場合の溶解容器内の溶湯面レベル検出方法と装置に関するものである。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
溶解炉等の溶解容器内に蓄えられた溶融金属のオーバーフロー防止。あるいは未溶融金属材料を溶解容器内へ供給する動作の制御などから、溶湯面のレベル高さの検出を行う必要がある。この検出手段としては、光を溶湯面に当て、その反射光を検知して溶湯面レベルを検出する光電センサ等による間接的な方法と、電極を溶湯の中に直接挿入し、電極と溶湯との接触の有無を検知して導通センサ等により溶湯面レベルを検出する直接的な方法とが知られている。
【０００３】
しかしながら、その何れも溶解容器内の高温部分にセンサを設置する必要があるため、使用可能なセンサについて制限を受けるものであった。
また溶解容器の内部が複雑に入り組んだ構造であったり、内部が非常に狭い構造の溶解容器の場合には、従来の光電センサや導通センサによる液面のレベル検出は困難となる。
【０００４】
特に、光電センサによる溶湯面レベルの検出は、反射光を検知して行っていることから、溶解容器の内部が屈折していて、光電センサの設置部位から溶湯面を観ることのできない構造の場合には使用できず、たとえ内部構造がセンサの使用を可能とするものであっても、光電センサの設置部位の構造が複雑となるために、センサ自体のコストが高くなるという課題を有する。
【０００５】
また導通センサによる直接的な溶湯面レベルの検出では、導通センサの電極先端から溶湯面が離れても、溶融金属が先端の電極部分に付着して残り易い。この付着金属は内部が広く導通センサと容器壁面との問の距離が充分に確保可能な溶解容器では、特に問題となることはないが、内部が狭い溶解容器では導通センサと容器壁面との距離も必然的に短くなるため、電極部分に付着した溶融金属により電極部と容器壁とが接続し易く、これにより常に導通状態となって導通センサはその機能を失い、検出不能という事態を起こし易いなどの課題を有する。
【０００６】
更にまた上記以外の検出方法として、不活性ガスを検出媒体として採用し、溶融金属中に導入された不活性ガスの貫流及び圧力絶対値を測定して、絶対圧力値と溶融金属の溶湯面に作用する圧力との差から、不活性ガスの導入位置と溶湯面との間隔を求め、その間隔から溶湯面を電気的に検出及び調整する方法もあるが、この場合には、圧力絶対値と溶湯面に作用する圧力との差が微小であることから、通常の圧力計によりその変動を検出することが難しく、その検出には精度の優れた高価な圧力測定装置が必要となる。
【０００７】
この発明の目的は、溶融金属の酸化防止のために、金属材料の溶解容器内に供給されている不活性ガスを検出媒体として採用し、これにより上記従来の光電又は導通センサーによる課題を解決するとともに、溶融金属の溶湯面レベルの変動を、管路圧の上昇により作用する検出器内の液面レベルの変動をもつて検出し、たとえ溶湯面レベルの変動による管路圧の変化が微小なものであっても、高精度の圧力測定装置を要することなく、非常に簡単な構成で溶湯面のレベル上昇を常に確実に検出することができる新たな溶解容器内の溶湯面レベル検出方法及び装置とを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的によるこの発明の方法は、金属材料の溶解容器内の溶湯面上と、下部で連通した一対の液室を有する透明な筒状容器による検出器内の検出液の液面上とを、一方の液室の液面上は管路により連通し、他方の液室の液面上は不活性ガスのガス管路により連通して、溶解容器内と検出液の両液面上の気圧を同一となし、かつガス管路の開口を溶湯面上に下向きに臨ませて、該開口が上昇溶湯面に没入した後の噴出抵抗によりガス管路の圧力を上昇させ、その圧力上昇に伴う検出液の液面レベルの変動を、溶湯面レベルの上方変動として検出する、というものである。
【０００９】
またこの発明の装置は、金属材料の溶解容器内に開口端を挿入して、開口を供給口下側の溶湯面上に下向きに臨ませた不活性ガスのガス管路と、そのガス管路の開口端より上部の溶解容器内に接続した管路と、透明な筒状容器の内部を、透明な隔壁により内外二重に区画して、下部が連通した複数の液室に形成し、その筒状容器内に比重の小さな液体による検出液の所要量を満たして容器上部を密閉し、中央の液室を計測室として上部に液面レベル計を設置した検出器とからなり、その検出器の外側の液室を上記管路に接続して液面上と溶解容器内とを連通する一方、計測室側を上記ガス管路と接続して液面上と溶湯面上とを連通して、溶解容器内と検出液の両液面上の気圧を同一となし、かつ溶湯面上に下向きに臨ませた上記開口が、上昇溶湯面に没入した後のガス管路の圧力上昇による両液室の液面レベルの変動を、溶湯面レベルの上方変動として検出できる構成からなる、というものである。
【００１０】
また上記検出器は、下部を連通して並設した透明な筒状容器による一対の液室と、それら液室内の比重の小さな液体による検出液と、容器上部を密閉して各液室の上部に設置した上記液面レベル計とからなり、その両液室を計測室として一方を上記ガス管路に接続し、他方を管路により溶湯面上の溶解容器内と連通して、ガス管路の上記圧力上昇による両液室の液面レベルの変動を、上記液面レベル計の検知部により溶湯面レベルの上方変動として電気的に検出できる構成からなる、というものである。
【００１１】
このような構成では、両方の液室の内面積を同一面積として設定することが最も好ましいが、ガス管路に接続される液室の内面積を、管路と接続した液室の内面積よりも大きく設定されていれば、両液室の液面レベルの変動を容易に検出することが出来る。また検出液として有色又は着色された液体を採用すれば、目視による液面レベルの変動を容易に確認することが出来る。
【００１２】
またこの発明では、ガス管路の僅かな圧力上昇でも計測室内の液面が反応して液面低下し、管路側の液室では液面上昇するので、これを溶湯面の設定レベル以上の上昇として検出し、過剰供給や射出不良などによるオーバーフローを制御することができる。
装置としては、不活性ガスによる酸化防止手段のガス管路と、溶解容器内と連通した管路とに検出器を接続するだけでよいので設置が簡単に済み、溶解炉等の溶解容器の内部構造に制限を受けることなく、広く応用することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図中１は金属材料の溶解容器で、外周囲にバンドヒータ３を備える円筒体からなる。この溶解容器１は先端に設けたノズル部材２を下側にして、型締装置（図示は省略）に対し４５°の角度で斜めに設置されている。またノズル部材２と連通する溶解容器１の先端部内は、容器内径よりも小径に縮径した所要長さの計量室４に形成してある。
【００１４】
溶解容器１の中程の上側には供給口５が開設してあり、その供給口５に金属材料の供給装置６が供給筒７を接続して配設してある。また溶解容器１の後端は開口状態にあって、その後端から攪拌及び射出手段を構成する溶融金属の攪拌部材８と射出部材９とが内設してある。
【００１５】
上記攪拌部材８は、先端部外周に複数条の攪拌翼１０を断続的に旋回形成した回転軸からなる。この攪拌翼１０は溶解容器１の内径とほば等しい外径からなり、また攪拌翼１０よりも後方の軸部周囲には、溶解容器１の内周面と接したガイド兼用の仕切用フランジ１１が一体形成してある。
【００１６】
上記射出部材９は、攪拌部材８の中央内に摺動自在に設けたロッド先端に、攪拌部材８の前面から上記計量室４に嵌合した射出プランジャ１２を有し、その射出プランジャ１２と共に前進移動して、計量室４に蓄えた所定量の溶融金属をノズル部材２から、図示しない金型に射出充填する。
【００１７】
１３はアルゴンなどの不活性ガスのガス管路で圧力容器１４が接続してある。このガス管路１３の開口端１３ａはノズル状で、開口が供給口５より下側の攪拌翼１０の近傍に位置して、溶融金属１５の溶湯面１５ａに下向きに臨むように、上記溶解容器１の内部に挿入設置されている。またガス管路１３の圧力容器１４近傍には減圧弁２５と流量弁２６が配設してあり、これによりガス圧及び流量をコントロールできるようにしてある。
【００１８】
１６は溶湯面レベルの検出器で、透明な筒状容器１８の内部を、アクリル樹脂による透明な筒状隔壁１９により内外二重に区画して、下部が連通した同一面積の複数の液室２０，２１に形成し、その筒状容器１８に水、油など出来るだけ比重の小さな液体の所要量を検出液１７として満たして容器上部を密閉し、縦長の中央の液室２０を計測室として、その上部に電気コード付きの液面レベル計２２を、上部から液面１７ａに検知部が位置するように、支持ロッド２２ｂに垂直に挿通して設置した構造からなる（図２参照）。
【００１９】
この液面レベル計２２の検知部２２ａは、下端にストッパーを取付けた上記支持ロッド２２ｂに、昇降自在に挿通したフロートタイプのスイッチからなり、液面１７ａのレベル低下に伴いそれ自体も降下して、液面のレベル低下を電気的に検知する通常の構造からなる。
また全体を透明に構成した検出器１６では、電気的に検知以外にも筒状容器１８を透して、液室２１の液面１７ｂのレベル変動を目視により確認することが出来る。
【００２０】
この検出器１６は、溶解容器１の近傍に垂直に設置して使用される。図１に示すように、中央の液室（計測室）２０を上記ガス管路１３に接続し、これにより溶湯面１５ａ上と計測室２０の液面１７ａ上とをガス管路１３を介して連通する一方、外側の液室２１を上記供給筒７の上部内に開口した管路２４に接続して、液面１７ｂ上と溶湯面１５ａ上の溶解容器内とを連通するだけで、ガス管路１３の圧力上昇による両方の液面１７ａ，１７ｂのレベル変動を、溶湯面レベル１５ａの上方変動として検出することができる。
【００２１】
このような構成では、検知器１６の両方の液面１７ａ，１７ｂが、ガス管路１３及び管路２４による溶解容器１のガス雰囲気内との連通によって、同一の気圧下にあり、またガス管路１３により連通した溶解容器１と計測室２０の圧力も同一なことから、ガス供給量の加減によって溶解容器１の内圧に変動が生じても、両液面１７ａ，１７ｂの高さレベルに高低差が生ずることなく平衡状態にあって同一レベルを維持している。
【００２２】
通常、上記圧力容器１４からガス管路１３を経て溶解容器１の内部に供給された不活性ガスは、溶融金属の貯蓄量が設定通りで溶湯面１５ａが、開口端１３ａから下方に離れて位置しているときには、不活性ガスは抵抗なく開口端１３ａから溶湯面１５ａより上の溶解容器内に噴出して、溶融金属の酸化を防止する不活性ガス雰囲気を形成する。
【００２３】
しかし、金属材料の過剰供給や射出不良等により貯蓄量が増し、溶湯面１５ａのレベルが設定位置よりも高く上昇して、開口端１３ａが上昇溶湯面１５ｂに没入し、開口が溶融金属の入り込みにより塞がれると、不活性ガスは自己の圧力により開口内の溶融金属を押し出しながら溶湯内を気泡となって通過し、上昇溶湯面１５ｂから溶解容器内に噴出するようになる。このような現象によって不活性ガスの噴出には抵抗が生ずるようになり、ガス管路１３の管路圧が上昇する。
【００２４】
このガス管路１３の圧力上昇は非常に微量であり、これを圧力計により直接検出して溶湯面１５ａのレベル検出を行うことは困難であるが、管路圧の上昇にともない、ガス管路１３と連通した計測室２０はその上昇圧力の影響を受け、また検出液１７は金属との比較において、その比重に大きな差があることから、微量の管路圧にも直ちに反応して液面１７ａが押圧されて低下するようになる。
【００２５】
この液面１７ａの低下に伴い上記液面レベル計２２の検知部２２ａが降下してスイッチＯＮとなり、これにより溶湯面１５ａのレベル変動を電気的に検出することが可能となる。また計測室２０の液面低下に伴って、下部で連通した外側の液室２１の液面１７ｂのレベルが反対に上昇するので、その両方から液面変動のレベル変動量（Ｌ）は大きくなり、電気的な検出以外にも外部から透明な筒状容器１８を透視して溶湯面１５ａのレベル変動を直接確認することができる。
【００２６】
上記液面１７ａの変動量は、溶融金属とそこに用いられる検出液１７との比重の差が大きいほど顕著となる。例えば、検出液１７として油を採用した場合の関係式は次のようになる。
Ｌ２＝Ｌ１×（γ１÷γ２）
Ｌ１：金属溶湯の押し下げ距離
Ｌ２：油の押し下げ距離（液面レベル差）
γ１：金属の比重
γ２：油の比重
【００２７】
図３は、透明な筒状容器を並設して、その両方の液室を計量室とした実施形態の検出器１１６を示すものである。
上記検出器１１６は、アクリル樹脂などによる透明で同一面積の一対の筒状容器１１８，１１９を、通路１１８ａにより下部を連通して並設し、これにより一対の液室１２０，１２１を形成したものからなる。
また図４はＵ状に形成した透明な筒状容器１１８，１１９をもって一対の液室１２０，１２１を形成した実施形態を示すものである。
【００２８】
上記液室１２０，１２１には比重の小さな上記液体による所要量の検出液１１７が満たされ、また容器上部は密閉されて各液室１２０，１２１の上部に電気コード付きの液面レベル計１２２が、それぞれ液面１１７ａ，１１７ｂに、フロートタイプのスイッチによる検知部１２２ａが位置するように、上方から支持ロッド１２２ｂに垂直に挿通して設置した構造からなる。
この場合、ガス管路側の計量室１２０の液面レベル計１２２は、検知部１２２ａが降下してスイッチＯＮとなるが、管路側の計量室１２１の液面レベル計１２２は検知部１２２ａが上昇してスイッチＯＮとなる。
【００２９】
この検出器１１６では、両液室１２０，１２１を計測室として、一方を図１に示す上記ガス管路１３に接続し、他方を上記管路２４により溶湯面１５ａ上の溶解容器１内と連通して、ガス管路１３の圧力上昇による両液室１２０，１２１の相対的な液面レベルの変動を、両方の液面レベル計１２２，１２２により電気的に検知し、また透明な両方の筒状容器１１８，１１９を透視して左右の両液面１１７ａ，１１７ｂの高低差（Ｌ）を目視することができる。
【００３０】
上述のように、この発明では、溶解容器内に不活性ガスを供給するガス管路の僅かな圧力上昇でも、ガス管路に接続した検出器内の液面が反応して変動し、そこにレベルの高低差が生ずるので、溶湯面の設定レベル以上の上昇を検出してオーバーフローを制御することができる。また溶湯面が下がってガス管路の開口端が開放されると、それに同期して検出器内の液面も元のレベルに戻り液面レベル計も元に上昇するので、その都度、検出器内の液面レベルの設定や修正を行う必要もなく、経時変化による検出誤差動も生じ難いことから、高温での厳しい環境でも長期の使用に充分に耐える。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明に係る溶解容器内の溶湯面レベル装置の縦断面図である。
【図２】 同上の検出器の液面正常時と液面変動時の縦断面正面図である。
【図３】 第２の実施形態の検出器の液面正常時と液面変動時の縦断面正面図である。
【図４】 第３の実施形態の検出器の液面正常時と液面変動時の縦断面正面図である。
【符号の説明】
１ 溶融用の溶解容器
５ 供給□
７ 供給筒
８ 攪拌部材
１３ ガス管路
１３ａ 開口端
１４ 圧力容器
１５ 溶融金属
１５ａ 溶湯面
１５ｂ 上昇溶湯面
１６ 検出器
１７ 検出液
１７ａ，１７ｂ 液面
１８ 筒状容器
１９ 隔壁
２０ 中央の液室（計測室）
２１ 外側の液室
２２ 液面レベル計
２２ａ 検知部
２３ 管路
１１６ 検出器
１１７ 検出液
１１８，１１９ 筒状容器
１１８ａ 通路
１２０，１２１ 液室（計測室）
１２２ 液面レベル計
１２２ａ 検知部

Claims (3)

1. 金属材料の溶解容器内の溶湯面上と、下部で連通した一対の液室を有する透明な筒状容器による検出器内の検出液の液面上とを、一方の液室の液面上は管路により連通し、他方の液室の液面上は不活性ガスのガス管路により連通して、溶解容器内と検出液の両液面上の気圧を同一となし、かつガス管路の開口を溶湯面上に下向きに臨ませて、該開口が上昇溶湯面に没入した後の噴出抵抗によりガス管路の圧力を上昇させ、その圧力上昇に伴う検出液の液面レベルの変動を、溶湯面レベルの上方変動として検出することを特徴とする溶解容器内の溶湯面レベル検出方法。
2. 金属材料の溶解容器内に開口端を挿入して、開口を供給口下側の溶湯面上に下向きに臨ませた不活性ガスのガス管路と、
   そのガス管路の開口端より上部の溶解容器内に接続した管路と、
   透明な筒状容器の内部を、透明な隔壁により内外二重に区画して、下部が連通した複数の液室に形成し、その筒状容器内に比重の小さな液体による検出液の所要量を満たして容器上部を密閉し、中央の液室を計測室として上部に液面レベル計を設置した検出器と、
   計測室の容器上部から検出液中に設けた支持ロッドと、その支持ロッドに昇降自在に挿通して液面に設置し、液面レベルの変動を電気的に検知するフロートタイプのスイッチの検知部とによる上記液面レベル計とからなり、
   上記検出器の外側の液室の液面上と溶解容器内とを上記管路により連通する一方、計測室側の液面上と溶湯面上とを上記ガス管路により連通して、溶解容器内と検出液の両液面上の気圧を同一となし、かつ溶湯面上に下向きに臨ませた上記開口が、上昇溶湯面に没入した後のガス管路の圧力上昇による両液室の液面レベルの変動を、上記液面レベル計の検知部により溶湯面レベルの上方変動として電気的に検出できる構成からなることを特徴とする溶解容器内の湯液面レベル検出装置。
3. 上記検出器は、下部を連通して並設した透明な筒状容器による一対の液室と、それら液室内の比重の小さな液体による検出液と、容器上部を密閉して各液室の上部に設置した上記液面レベル計とからなり、その両液室を計測室として一方を上記ガス管路に接続し、他方を管路により溶湯面上の溶解容器内と連通して、ガス管路の上記圧力上昇による両液室の液面レベルの変動を、上記液面レベル計の検知部により溶湯面レベルの上方変動として電気的に検出できる構成からなることを特徴とする請求項２記載の溶解容器内の湯液面レベル検出装置。

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