JP4232406B2 - 溶解保持炉の溶湯漏れ検出方法および溶解保持炉 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属鋳造品の製造に用いる金属溶湯を溶解保持する溶解保持炉の溶湯漏れ検出方法および溶解保持炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、例えばダイカストマシン等の鋳造機に供給するための金属溶湯を溶解保持する溶解保持炉がある。溶解保持炉は、一般的に耐火材からなる内層と断熱材からなる外層とを有する炉体を備え、この炉体の内側空間に金属塊を溶解した溶湯を保持するようになっている。このような溶解保持炉では、炉体の内層に熱応力等によりクラック等が発生すると、このクラックを介して溶湯が外部に漏れる場合がある。
【０００３】
そこで、炉体の内層と外層との間に温度センサを埋設し、この温度センサの検出した温度により、溶湯漏れが発生した場合にこの漏れを早期検出しようとするものが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術の溶解保持炉では、温度センサが設置された局所的な温度しか検出できないため、確実に溶湯漏れを検出しようとすると、多数の温度センサを相互に近接配置して炉体内に埋設する必要があり、溶解保持炉の構造が複雑になり、施工時の工数が大きくなる等の問題がある。
【０００５】
本発明は上記点に鑑みてなされたもので、溶解保持炉の構造がシンプルにでき、しかも確実に溶湯漏れを検出することが可能な溶解保持炉の溶湯漏れ検出方法および溶解保持炉を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、
耐火材からなる内層（１１）と断熱材からなる外層（１２）とを有し、金属塊（３）を溶解した溶湯（２）を内側に保持する炉体（１１０）を備える溶解保持炉の溶湯漏れ検出方法であって、
炉体（１１０）の側面部および底面部を複数の領域に分割し、
内層（１１）と外層（１２）との間において、分割した領域毎に、溶湯（２）から受けた熱を自らの全体に伝達するシート状の部材（１１５）を内層（１１）の外表面に沿うように配置し、
領域毎のシート状の部材（１１５）のそれぞれの温度を検出する温度検出手段（１１６、１４０）を設け、
温度検出手段（１１６、１４０）が検出した領域毎のシート状の部材（１１５）の温度の差に基づいて、溶湯（２）の漏れを検出することを特徴としている。
【００１３】
これによると、炉体（１１０）から溶湯（２）が漏れ、溶湯（２）が熱伝導部材（１１５）に近付きあるいは到達すると、シート状の部材（１１５）の温度が全体的に上昇する。したがって、炉体（１１０）にシート状の部材（１１５）を形成したシンプルな構造により、溶湯（２）の漏れを確実に検出することができる。
【００１５】
また、内層（１１）から溶湯（２）が漏れた場合に、漏れを早期に検出することができる。
【００１７】
さらに、炉体（１１０）の溶湯（２）漏れ領域を確実に特定することができる。
【００１９】
これに加えて、炉体（１１０）の内側に貯留された溶湯（２）の温度は諸条件により変化する場合がある。溶湯（２）の温度が変化した場合には、炉体（１１０）の各領域の温度も内側の溶湯（２）の温度に連動して変化する。したがって、上述のように、領域毎に検出した温度の差によれば、溶湯（２）の温度が変化しているときであっても、漏れおよび漏れが発生した領域を精度よく確実に検出することができる。
【００２０】
また、請求項２に記載の発明のように、溶湯（２）を加熱する加熱手段は、バーナ（２１）とすることができ、請求項３に記載の発明のように、バーナは、直火式のバーナ（２１）とすることができる。また、請求項４に記載の発明のように、シート状の部材（１１５）は、ステンレスの板材とすることができ、請求項５に記載の発明のように、シート状の部材（１１５）は、マイカからなるものとすることもできる。
【００２６】
また、請求項６に記載の発明では、
耐火材からなる内層（１１）と断熱材からなる外層（１２）とを有し、金属塊（３）を溶解した溶湯（２）を内側に保持する炉体（１１０）を備える溶解保持炉であって、
炉体（１１０）の側面部および底面部を複数の領域に分割して、内層（１１）と外層（１２）との間における分割した領域毎に、溶湯（２）から受けた熱を自らの全体に伝達するように、内層（１１）の外表面に沿うように配置されたシート状の部材（１１５）と、
領域毎のシート状の部材（１１５）のそれぞれの温度を検出するように設けられた温度検出手段（１１６、１４０）と、
温度検出手段（１１６、１４０）が検出した領域毎のシート状の部材（１１５）の温度の差に基づいて、炉体（１１０）からの溶湯（２）の漏れを検出する漏れ検出手段（１４０）とを備えることを特徴としている。
【００２７】
これによると、請求項１に記載の溶解保持炉の溶湯漏れ検出方法により溶湯（２）の漏れを検出することができる。したがって、炉体（１１０）に熱を自らの全体に伝達するシート状の部材（１１５）を形成したシンプルな構造により、溶湯（２）の漏れを確実に検出することができる。
【００２９】
また、内層（１１）から溶湯（２）が漏れた場合に、漏れを早期に検出することができる。
【００３１】
さらに、炉体（１１０）の溶湯（２）漏れ領域を確実に特定することができる。
【００３３】
これに加えて、炉体（１１０）の内側の溶湯（２）の温度が変化しているときであっても、漏れおよび漏れが発生した領域を精度よく確実に検出することができる。
また、請求項７に記載の発明のように、溶湯（２）を加熱する加熱手段を備え、この加熱手段はバーナ（２１）とすることができ、請求項８に記載の発明のように、バーナは、直火式のバーナ（２１）とすることができる。また、請求項９に記載の発明のように、シート状の部材（１１５）は、ステンレスの板材とすることができ、請求項１０に記載の発明のように、シート状の部材（１１５）は、マイカからなるものとすることもできる。
【００３４】
なお、上記各手段に付した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示す。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
【００３６】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態の溶解保持炉１の概略構造を示す断面図であり、図２は、炉体内電極１５の相互配置関係を示す斜視説明図である。
【００３７】
図１に示すように、本実施形態の溶解保持炉１は、内側に溶湯（本例ではアルミニウム合金の溶湯）の貯留室１３を形成する有底円筒状の炉体１０を備えている。炉体１０は、耐火材からなる内層１１と、断熱材からなる外層１２とを有している。本例では、内層１１は、溶解したアルミニウム合金に対し耐性を有するアルミナを主成分とする非導電性のセラミック耐火物により形成されており、外層１２は、断熱性および耐熱性等の特性より、珪酸カルシウムを主成分とする多孔体により形成されている。
【００３８】
炉体１０の図中右上側には、直火式のバーナ３１を備える投入口３０が設けられている。そして、投入口３０より投入される金属塊（本例ではアルミニウム合金の金属塊）３をバーナ３１により加熱（例えば約６５０℃に加熱）して溶解させ、炉体１０内の貯留室１３内に導入するようになっている。
【００３９】
炉体１０の上方には、貯留室１３の上方側の大部分を覆うように、溶解保持炉１の上壁２０が設けられている。そして、この上壁２０には、貯留室１３に保持されたアルミニウム合金の溶湯２をさらに昇温させ高温（例えば約７３０℃）で保持するための直火式のバーナ２１が配設されている。
【００４０】
貯留室１３の上壁２０により覆われていない部分（図中左方部分）は、図示しないダイカストマシン等の鋳造機に溶湯２を供給するための溶湯供給口１４を形成している。そして、鋳造時には、ラドル等の溶湯供給手段が、溶湯供給口１４から図示しない鋳造機に貯留室１３に保持された溶湯２を供給できるようになっている。
【００４１】
炉体１０を形成する内層１１と外層１２との間には、炉体内電極１５が配設されている。炉体内電極１５は、ステンレスの板材からなるプレート状の電極であり、炉体１０の内部の略全域に形成されている。炉体内電極１５は、図２に相互の位置関係を示すように、炉体１０の円筒部に４枚、底部に１枚の合計５枚の電極に分割して形成され、この５枚の炉体内電極１５により内層１１の外側面の略全域を覆っている。
【００４２】
炉体１０の内側の溶湯供給口１４には、貯留室１３内の溶湯２に浸漬する部位に、浸漬電極１６が配設されている。浸漬電極１６は、アルミニウム合金の溶湯２に耐性を有するとともに導電性を有する炭化珪素材からなる電極である。
【００４３】
炉体１０の外部側方には、漏れ検出装置４０が設けられている。漏れ検出装置４０は、５枚の炉体内電極１５および１つの浸漬電極１６と導電ケーブル４１（一部図示省略）により接続され、図示しない内部の電気抵抗計測手段により、各炉体内電極１５と浸漬電極１６との間の導電状態（電気抵抗値）をそれぞれ検出するようになっている。
【００４４】
炉体内電極１５は、本実施形態における第１の電極であり、浸漬電極１６は、本実施形態における第２の電極である。また、漏れ検出装置４０は、本実施形態における導電状態検出手段である。
【００４５】
次に、上記構成に基づき溶解保持炉１の溶湯漏れ検出方法について説明する。
【００４６】
溶解保持炉１の炉体１０の内側に形成された貯留室１３に溶湯２が保持された状態において、炉体１０の内層１１にクラック等が発生しておらず、溶湯２の漏れがない場合には、内層１１が非導電性であるので、漏れ検出装置４０が検出する炉体内電極１５と浸漬電極１６との間の電気抵抗値は極めて高抵抗（ほぼ無限大）である。
【００４７】
これに対し、炉体１０の内層１１にクラック等が発生し、このクラック等を介して貯留室１３内の溶湯２が漏れ出した場合には、クラック等の内部を進行した溶湯は、クラック等が発生した領域に形成されている炉体内電極１５に到達する。すると、貯留室１３内およびクラック等内部の溶湯により、炉体内電極１５と浸漬電極１６との間が導通可能状態となる。したがって、漏れ検出装置４０が検出する炉体内電極１５と浸漬電極１６との間の電気抵抗値は極めて低抵抗となる。
【００４８】
このようにして、漏れ検出装置４０は、炉体内電極１５と浸漬電極１６との間の電気抵抗値により、炉体１０の内層１１から溶湯２の漏れが発生しているか否かを検出する。また、漏れ検出装置４０は、複数の領域に分割形成された各炉体内電極１５と浸漬電極１６との間の電気抵抗値をそれぞれ検出しているので、溶湯漏れが発生した領域（クラック等が発生した領域）も検出する。
【００４９】
上記構成では、説明を省略したが、漏れ検出装置４０は、表示手段や発音手段等の報知手段を備え、上記のように溶湯の漏れや漏れ領域を検出したときには、これらを報知手段により報知するものであってもよい。
【００５０】
上述の構成および検出方法によれば、炉体１０の内層１１と外層１２との間の略全域に炉体内電極１５を形成するとともに、炉体１０の貯留室１３内に浸漬電極１６を形成するシンプルな構造により、内層１１からの溶湯２の漏れを早期に確実に検出することができる。また、炉体内電極１５は複数の領域に分割形成されているので、溶湯漏れ領域を確実に特定することができる。
【００５１】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について図３および図４に基づいて説明する。本第２の実施形態は、前述の第１の実施形態と比較して、溶湯漏れの検出方法および検出のための溶解保持炉１０１の構成が異なる。なお、第１の実施形態と同様の部分については、同一の符号をつけ、その説明を省略する。
【００５２】
図３に概略構成を示すように、本実施形態の炉体１１０を形成する内層１１と外層１２との間には、シート状の熱伝導部材１１５が配設されている。熱伝導部材１１５は、ステンレスの板材あるいはマイカ等の高熱伝導材からなる部材であり、炉体１１０の内部の略全域に形成されている。
【００５３】
熱伝導部材１１５は第１の実施形態の炉体内電極１５と同様に、炉体１１０の円筒部に４枚、底部に１枚の合計５枚に分割して形成され、この５枚の熱伝導部材１１５により内層１１の外側面の略全域を覆っている。そして、５枚の熱伝導部材１１５には、それぞれ外側面に熱電対１１６が配設されている。
【００５４】
炉体１１０の外部側方には、漏れ検出装置１４０が設けられている。漏れ検出装置１４０は、５枚の熱伝導部材１１５にそれぞれ取り付けられた熱電対１１６と電気的に接続され（一部図示省略）、図示しない内部の計測手段により、各熱電対１１６の起電力を計測し、各熱伝導部材１１５の温度をそれぞれ検出するようになっている。
【００５５】
熱電対１１６および漏れ検出装置１４０からなる構成が、本実施形態における温度検出手段であり、漏れ検出装置１４０は、本実施形態における漏れ検出手段でもある。
【００５６】
次に、上記構成に基づき本実施形態の溶解保持炉１０１の溶湯漏れ検出方法について説明する。
【００５７】
図４は、漏れ検出装置１４０が検出した各熱伝導部材１１５の温度データの一例を示すグラフである。
【００５８】
溶解保持炉１０１の炉体１１０の内側に形成された貯留室１３に溶湯２が保持された状態において、炉体１１０の内層１１にクラック等が発生しておらず、溶湯２の漏れがない場合には、各熱伝導部材１１５の温度は設置部位により若干の差はあるものの、貯留室１３内の溶湯２の温度に連動して、図４のＡ部のように、差を保って同様の変動を起こす。
【００５９】
ここで、貯留室１３内の溶湯２の温度が変動するのは、貯留室１３内に新たな溶湯が供給されたり、バーナ２１の作動により貯留室１３内の溶湯２の昇温、高温保持が行なわれる等の理由による。このように貯留室１３内の溶湯２の温度が変動すると、内層１１を介した熱伝導により、漏れ検出装置１４０が検出する各熱伝導部材１１５の温度も変動する。
【００６０】
これに対し、炉体１１０の内層１１にクラック等が発生し、このクラック等を介して貯留室１３内の溶湯２が漏れ出した場合には、クラック等の内部を溶湯が熱伝導部材１１５に向かって進行する。すると、高温の溶湯との距離が短くなることにより、図４に示すＢ部のように、溶湯が熱伝導部材１１５に到達する前からクラック等が発生した領域に形成されている熱伝導部材１１５の温度が上昇する。
【００６１】
熱伝導部材１１５は、高熱伝導材により形成されているので、溶湯からの熱により溶湯に近接した部分の温度が上昇すると、これを速やかに１枚の熱伝導部材１１５全体に伝達し、これに取り付けられている熱電対１１６の起電力を上昇させる。
【００６２】
このようにして、漏れ検出装置１４０は、熱電対１１６の起電力を計測し、各熱伝導部材１１５間の温度差を検出し、これに基づいて、炉体１１０の内層１１から溶湯２の漏れが発生しているか否かを検出するとともに、溶湯漏れが発生した領域（クラック等が発生した領域）を検出する。
【００６３】
上記構成では、説明を省略したが、第１の実施形態と同様に、漏れ検出装置１４０は、表示手段や発音手段等の報知手段を備え、上記のように溶湯の漏れや漏れ領域を検出したときには、これらを報知手段により報知するものであってもよい。
【００６４】
上述の構成および検出方法によれば、炉体１１０の内層１１と外層１２との間の略全域に熱伝導部材１１５を形成するとともに、熱伝導部材１１５の温度を検出するための熱電対１１６設けるシンプルな構造により、内層１１からの溶湯２の漏れを早期に確実に検出することができる。また、熱伝導部材１１５は複数の領域に分割形成されているので、溶湯漏れ領域を確実に特定することができる。
【００６５】
さらに、漏れ検出装置１４０は、領域毎に検出した温度の差に基づいて漏れ検出を行なっているので、炉体１０内の溶湯２の温度が変化しているときであっても、溶湯の漏れおよび漏れ発生領域を精度よく確実に検出することができる。
【００６６】
（他の実施形態）
上記第１の実施形態では、漏れ検出装置４０は、内部の電気抵抗計測手段により、各炉体内電極１５と浸漬電極１６との間の電気抵抗値をそれぞれ検出するようになっていたが、各炉体内電極１５と浸漬電極１６との間の導電状態が検出できるものであればよい。例えば、炉体内電極１５と浸漬電極１６との間に電圧を印加し電流値を検出するものであってもよい。
【００６７】
また、上記第１の実施形態では、炉体内電極１５はステンレス材により形成され、浸漬電極１６は炭化珪素材により形成されていたが、溶湯に耐性を有するとともに導電性を有する材料であればよい。
【００６８】
また、上記第１の実施形態では、浸漬電極１６は、溶湯供給口１４の溶湯２に浸漬する部位に配設されていたが、貯留室１３内の溶湯２の量の多少に係わらず漏れ検出が可能なように、浸漬電極１６は、炉体１０の底面近傍まで延設されるものであってもよい。
【００６９】
また、上記第２の実施形態では、シート状熱伝導部材１１５の温度検出のために熱電対１１６を採用したが、溶湯温度を検出できる温度検出手段であればこれに限らず採用することができる。
【００７０】
また、上記第２の実施形態では、漏れ検出装置１４０は、各熱伝導部材１１５間の温度差に基づいて漏れ検出を行なうものであったが、溶湯の温度変動が小さいのであれば、検出する温度の絶対値で漏れ検出を行なうものであってもよい。
【００７１】
また、上記第１の実施形態では、炉体内電極１５は５つ領域に分割形成され、上記第２の実施形態では、熱伝導部材１１５は５つ領域に分割形成されていたが、この数に限定されるものではない。炉体１０のサイズ等に応じて適宜設定し得るものである。例えば、炉体サイズが小さければ１つであってもよいし、炉体サイズが大きければ数〜数十であってもよい。数十以下の分割形成であれば溶解保持炉の構造を複雑にすることなく漏れおよび漏れ領域を検出することが可能である。
【００７２】
また、上記各実施形態では、バーナ２１、３１は直火式のバーナであったが、これに限定されるものではなく、他の加熱手段であってもよい。例えば、バーナ２１として浸漬式のバーナを採用してもかまわない。
【００７３】
また、上記各実施形態では、炉体内電極１５もしくは熱伝導部材１１５は、炉体１０の内層１１と外層１２との間に設けたが、炉体１０の外側表面に設けるものであってもよい。ただし、上記各実施形態のように炉体１０の内部に設ける方が漏れの早期検出の点で有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態における溶解保持炉１の概略構造を示す断面図である。
【図２】第１の実施形態における炉体内電極１５の相互配置関係を示す斜視説明図である。
【図３】本発明の第２の実施形態における溶解保持炉１０１の概略構造を示す断面図である。
【図４】第２の実施形態における漏れ検出装置１４０が検出した熱伝導部材１１５の温度データの一例を示すグラフである。
【符号の説明】
１、１０１ 溶解保持炉
２ 溶湯
３ 金属塊
１０、１１０ 炉体
１１ 内層
１２ 外層
１３ 貯留室
１５ 炉体内電極（第１の電極）
１６ 浸漬電極（第２の電極）
４０ 漏れ検出装置（導電状態検出手段）
１１５ 熱伝導部材
１１６ 熱電対（温度検出手段の一部）
１４０ 漏れ検出装置（温度検出手段の一部、漏れ検出手段）

Claims (10)

1. 耐火材からなる内層（１１）と断熱材からなる外層（１２）とを有し、金属塊（３）を溶解した溶湯（２）を内側に保持する炉体（１１０）を備える溶解保持炉の溶湯漏れ検出方法であって、
   前記炉体（１１０）の側面部および底面部を複数の領域に分割し、
   前記内層（１１）と前記外層（１２）との間において、前記領域毎に、前記溶湯（２）から受けた熱を自らの全体に伝達するシート状の部材（１１５）を前記内層（１１）の外表面に沿うように配置し、
   前記領域毎の前記シート状の部材（１１５）のそれぞれの温度を検出する温度検出手段（１１６、１４０）を設け、
   前記温度検出手段（１１６、１４０）が検出した前記領域毎の前記シート状の部材（１１５）の前記温度の差に基づいて、前記溶湯（２）の漏れを検出することを特徴とする溶解保持炉の溶湯漏れ検出方法。
2. 前記溶湯（２）を加熱する加熱手段は、バーナ（２１）であることを特徴とする請求項１に記載の溶解保持炉の溶湯漏れ検出方法。
3. 前記バーナは、直火式のバーナ（２１）であることを特徴とする請求項２に記載の溶解保持炉の溶湯漏れ検出方法。
4. 前記シート状の部材（１１５）は、ステンレスの板材であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の溶解保持炉の溶湯漏れ検出方法。
5. 前記シート状の部材（１１５）は、マイカからなることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の溶解保持炉の溶湯漏れ検出方法。
6. 耐火材からなる内層（１１）と断熱材からなる外層（１２）とを有し、金属塊（３）を溶解した溶湯（２）を内側に保持する炉体（１１０）を備える溶解保持炉であって、
   前記炉体（１１０）の側面部および底面部を複数の領域に分割して、前記内層（１１）と前記外層（１２）との間における前記領域毎に、前記溶湯（２）から受けた熱を自らの全体に伝達するように、前記内層（１１）の外表面に沿うように配置されたシート状の部材（１１５）と、
   前記領域毎の前記シート状の部材（１１５）のそれぞれの温度を検出するように設けられた温度検出手段（１１６、１４０）と、
   前記温度検出手段（１１６、１４０）が検出した前記領域毎の前記シート状の部材（１１５）の前記温度の差に基づいて、前記炉体（１１０）からの前記溶湯（２）の漏れを検出する漏れ検出手段（１４０）とを備えることを特徴とする溶解保持炉。
7. 前記溶湯（２）を加熱する加熱手段を備え、前記加熱手段はバーナ（２１）であることを特徴とする請求項６に記載の溶解保持炉。
8. 前記バーナは、直火式のバーナ（２１）であることを特徴とする請求項７に記載の溶解保持炉。
9. 前記シート状の部材（１１５）は、ステンレスの板材であることを特徴とする請求項６ないし請求項８のいずれかに記載の溶解保持炉。
10. 前記シート状の部材（１１５）は、マイカからなることを特徴とする請求項６ないし請求項８のいずれかに記載の溶解保持炉。

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