JP5412349B2 - 金属鋳造における溶湯連続供給システム - Google Patents

Description

本発明は、傾動式溶解炉と傾動式保持炉の複合動作によって、保持炉１基で複数回のバッチを継続して鋳造可能な金属鋳造における溶湯連続供給システムに関するものである。

従来、アルミニウム合金などの溶融金属の溶湯をダイカストマシンなどに供給する装置については種々のものが提案されている。例えば、予め溶解された十分な量の金属溶湯を保持する保持炉からレードルにより、一定量の溶湯を汲み取り計量、搬送、注油を行う方法が知られていた（例えば、特許文献１参照）。

このレードルによる搬送の場合、搬送距離が長くなり、湯こぼれなどのために搬送速度が上げられないことから、搬送時間がかかり溶融金属が冷却して流動性が低下したり、レードルに付着したり、また外気との接触によって表面に酸化皮膜が生じ良好な製品が得られ難いといった問題点があった。

上記のような問題点を解消する供給装置として、炉体の下部に設けた２本の油圧シリンダーの作動により傾動支点軸を基点とし炉本体を傾動させ、出湯口より金属溶湯を出湯する傾動式保持炉を使用して鋳造機へ供給するのが知られている（例えば、特許文献２参照）。

特公昭６０−２５２２０号公報 実開平６−４１９６４号公報

上記特許文献２の傾動式保持炉から鋳造機へ出湯するにあたっては、その出湯量を一定に保つために、鋳造樋溶湯レベルを指標に保持炉の傾動速度を調整する制御システムを使用している。

しかし、溶解炉・保持炉ともにバッチ炉であるため、１バッチを出湯完了すると必然的に鋳造も終了となり、次のバッチでは再度開始からやり直す必要がある。特に連続鋳造プロセスにおいては、鋳造開始時の作業は煩雑であると共に、メタルロスも多いことから、複数回のバッチを継続して鋳造できるシステムが求められていた。そのためには保持炉を２基設置すれば解決するが、高額の設備投資が必要となるばかりでなく、広い設置面積を確保しなければならないといった問題点があった。

本発明は、上記のような問題点を解決することを課題として研究開発されたもので、傾動式溶解炉と傾動式保持炉の複合した動作によって、保持炉１基で複数回のバッチを継続して鋳造可能な溶湯連続供給システムを提供することを目的とするものである。

上記の課題を解決し、その目的を達成する手段として本発明は、溶解炉と保持炉に油圧シリンダーを設け、出湯口側に傾動軸ヒンジを回動自在に軸支し、油圧シリンダーの伸縮によって上昇、下降することで炉体を傾動可能にして金属溶湯を出湯する溶解炉と保持炉とで構成し、
溶解炉は出湯口に溶湯を保持炉へ排出する移湯樋を備え、保持炉は出湯口に溶湯を鋳造機に排出する鋳造樋を備え、
溶解炉は溶湯を出湯しない停止状態であり、保持炉は上昇し鋳造樋湯面レベル制御により一定流量の溶湯を鋳造樋に供給する第１動作と、
溶解炉は引き続き溶湯を出湯しない停止状態であり、保持炉は第１動作よりさらに上昇し、上昇限手前で停止し、一定流量の出湯を継続しながら下降を開始する第２動作と、
保持炉が下降し始めると溶解炉は上昇し、下降を開始した保持炉へ移湯樋を介して補充移湯を開始し、保持炉は一定流量の出湯を継続しながら補充移湯を受湯する第３動作と、
溶解炉は上昇し、保持炉はさらに下降しつつ上昇中の溶解炉の移湯樋湯面レベル制御により一定流量の溶湯を受湯すると同時に、保持炉の鋳造樋湯面レベル制御で一定流量の溶湯を継続的に出湯する第４動作と、
溶解炉は上昇限まで上昇した後、停止状態へ戻り、保持炉は鋳造樋への出湯を継続しながら溶解炉の移湯樋から補充移湯を受け、下降限手前で停止し、一定流量の出湯を継続しながら再度上昇を開始する第５動作からなり、第１動作から第５動作の過程を鋳造完了まで繰り返し行うことを特徴とする金属鋳造における溶湯連続供給システム。

上記のように構成した金属鋳造における溶湯連続供給システムにおいて、前記保持炉が溶解炉より受湯中に鋳造樋湯面レベルに異常が生じた場合に、溶解炉の出湯を止める補正動作ができるように制御されていることを特徴とする金属鋳造における溶湯連続供給システムを開発し、採用した。

本発明によれば、傾動式溶解炉と傾動式保持炉の複合動作によって、１基の保持炉であっても、溶湯を途切れることなく、複数回のバッチを継続して鋳造可能となり、鋳造開始時の煩雑な作業が省略できると共にメタルロスを減少でき、歩留まりがよくなって作業効率が良くなる。また酸化され難く良好な鋳造品が得られると共に、保持炉１基で済むことから、設備費が高くならず設置面積を広くとらなくてもよい。

溶解炉と保持炉を示す正面図である。 溶解炉と保持炉の第１動作を示す簡略正面図である。 溶解炉と保持炉の第２動作を示す簡略正面図である。 溶解炉と保持炉の第３動作を示す簡略正面図である。 溶解炉と保持炉の第４動作を示す簡略正面図である。 溶解炉と保持炉の第５動作を示す簡略正面図である。 溶解炉と保持炉のオペレーションフロー図である。 保持炉１基のシステムフロー図である。 保持炉２基のシステムのフロー図である。 タップピン制御方式を示す簡略断面図である。 スパウトピン制御方式を示す簡略断面図である。

以下に、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明すると、１は金属材料を溶解させる傾動式の溶解炉、２は溶解された金属溶湯Ｍを一定温度に保つ傾動式の保持炉２であり、溶解炉１と保持炉２は並設してあり、溶解炉１の出湯口には保持炉２の方向に突出する移湯樋３を、保持炉２の出湯口には鋳造機鋳造樋５の方向に突出する鋳造樋４を備え、移湯樋３の先端部は保持炉２に達し、鋳造樋４の先端部は鋳造機鋳造樋５に達しており、炉体１ａ，２ａを傾動させることにより炉内の溶湯Ｍを移湯樋３および鋳造樋４を介して出湯するように構成されている。

溶解炉１と保持炉２の側方部には油圧シリンダー６，７を設けてあり、出湯口側に傾動軸ヒンジ（図示せず）を回動自在に軸支し、シリンダー６，７の伸縮によって上昇、下降すると共に、傾動可能にしてあり、溶解炉１および保持炉２の溶湯Ｍが移湯樋３および鋳造樋４を介して排出され、出湯量は上昇速度（シリンダー速度）によって増減する。

８，９は移湯樋３の湯面レべル３ａと鋳造樋４の湯面レベル４ａの変移を連続的に監視するレーザーセンサであり、移湯樋３の湯面レベル３ａと、鋳造樋４の湯面レベル４ａを検出し、溶解炉１と保持炉２の上昇速度を調整して一定量出湯するようになっている。また、溶解炉１から受湯しながら鋳造する場合は、下降速度を調整する。

移湯樋３の先端部（保持炉入湯口部）は閉じた構造になっていて、溶湯Ｍは移湯樋３の底面の注出口１０より排出されて保持炉２に入湯するようになっている。注出口１０は有効断面積可変構造になっている。

このように構成された金属鋳造における溶湯連続供給システムの使用態様について説明する。継続して連続鋳造を行うためには、保持炉２の溶湯Ｍが完全出湯する前に溶解炉１から溶湯Ｍを補充する必要があり、そのためには溶解炉１と保持炉２が以下のような複合した動作が必要になる。

すなわち、傾動式の溶解炉１は停止の垂直状態であり、溶湯Ｍは溶解炉１の湯槽内にあり出湯することはない。一方、傾動式の保持炉２は、油圧シリンダー７によって上昇し、傾動軸ヒンジによって炉体２ａが少し傾斜することから、保持炉２内の溶湯Ｍが鋳造樋４を介して排出される。この時、鋳造樋湯面レベル４ａをセンサー９にて検出しており一定流量を鋳造機鋳造樋５に供給するのが第１動作である（図２）。

溶解炉１は第１動作の停止状態のままであり、溶湯Ｍは溶解炉１の湯槽内にあり出湯することはないが、保持炉２は第１動作よりさらに上昇し、上昇限手前で停止する。炉体２ａの傾斜が第１動作の傾斜よりきつくなり、引き続いて保持炉２内の溶湯Ｍが鋳造樋４を介して出湯を継続しながら下降動作に入ろうとするのが第２動作である（図３）。

溶解炉１が油圧シリンダー６によって上昇し、傾動軸ヒンジを介して炉体１ａが傾斜し、湯槽内の溶湯Ｍが移湯樋３を介して排出され下降中の保持炉２に移湯される。この時、移湯樋湯面レベル３ａをセンサー８にて検出していて一定流量を供給すると共に、保持炉２内の溶湯Ｍが鋳造樋４を介して鋳造機鋳造樋５に一定流量を排出しているのが第３動作である（図４）。

保持炉２はさらに下降しつつ、溶解炉１の移湯樋３から排出する一定量の溶湯Ｍを受湯し、同時に保持炉２から鋳造樋４を介して一定流量を鋳造機鋳造樋５に供給するのが第４動作である（図５）。

保持炉２は下降限手前で停止し、出湯を継続しながら再度上昇動作に入ろうとするのが第５動作である（図６）。

上記第１動作から第５動作の過程を鋳造完了まで繰り返すことにより、保持炉１基でも、溶湯Ｍが途切れることなく複数回のバッチを継続して鋳造可能となる。

上記に示すように、複数回のバッチを継続して鋳造するには、保持炉２の溶湯Ｍが完全出湯する前に溶解炉１から溶湯Ｍを補充する必要があり、そのためには保持炉２の下降中の補充移湯が要件となる。また補充の間においても、保持炉２は定量の出湯を継続するため、補充移湯も正確に定量出湯しなければならない。したがって、溶解炉１から保持炉２への移湯に際し、移湯樋湯面レベル３ａの制御により溶解炉１の傾動速度を調整して行う必要がある。

また、同時に保持炉２は下降の間も、溶解炉１より補充された溶湯Ｍを定量出湯するため、下降傾動速度を調整して鋳造樋湯面レベル４ａの制御を行う必要がある。この二つの制御を並行して実行することにより、１台の保持炉２でも途切れることなく複数回のバッチを継続して鋳造可能になる。

また、上記第３動作、第４動作の溶解炉１より下降中の保持炉２に補充移湯する際には、移湯樋３および鋳造樋４のそれぞれの湯面レベル３ａ，４ａが前記二つの異なったシステムによって制御され、湯面レベル３ａ，４ａが正常に維持されている限り関連性はないが、どちらかの湯面レベル３ａ，４ａに異常が生じた場合は、異常が生じた方のシステムだけでなく、他方のシステム側にも補正動作が必要となり、相互に補完しあうインタロックシステムで制御されている。

すなわち、図７のオペレーションフローに示すように、溶解炉側のステップ２１で、溶解炉の移湯樋溶湯がレベル上上限（ＨＨ）に達した場合は、ステップ２２に示すように、溶解炉の傾動上昇を停止するだけでよく、下流の保持炉２は制御動作を継続してよい。しかし、保持炉２の下降中（移湯樋レベル制御と鋳造樋レベル制御の場合）に保持炉側のステップ３１で、鋳造樋溶湯がレベル上上限（ＨＨ）に達した場合は、ステップ３２に示すように、保持炉の傾動下降速度を高速に切り替えるだけでなく、ステップ３３に示すように、上昇中の溶解炉を高速で下降させて、溶湯の供給を止める必要がある。溶解炉１および保持炉２の高速下降動作は、ステップ３４，３５で鋳造樋溶湯レベルがＤＬまで下がれば停止してよい。一方で、ステップ３８に示すように、鋳造樋溶湯がレベル下下限（ＬＬ）に達した場合は、ステップ３６に示すように、保持炉傾動下降停止のみでよく、溶解炉１は制御動作を継続して溶湯Ｍを供給し続けなければならない。

図８に示すのは、１基の溶解炉１と、１基の保持炉２と、１基の鋳造機５で構成する場合のブロック線図であり、矢印方向に流れ、複数回のバッチを継続して鋳造を可能とするものである。また、図９に示すのは、１基の溶解炉１と、２基の保持炉２，２と、２基の鋳造機５，５で構成する場合のブロック線図であり、矢印方向に流れ、本システムを使用することにより、２種類以上の合金を同時に連続鋳造することが可能になる。

以上、本発明の実施の形態においては、溶湯流量制御方式として、炉傾動速度調整方式で説明したが、必ずしもそれらに限定されるものではなく、例えば、図１０に示すように、溶解炉１または保持炉２の開口部１１に可動ピン１２が左右移動するタップピン制御方式、あるいは図１１に示すように、鋳造機鋳造樋５の上面に配する鋳造樋４の底部に設けた筒体１３に可動ピン１４が上下移動するスパウトピン制御方式で行うこともあり、発明の目的を達成でき、かつ発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の設計変更が可能であることは当然のことである。

本発明は、溶解炉と保持炉の各１基で複数回のバッチを継続して鋳造可能として有用であるが、保持炉が２基以上ある場合でも、本システムを使用することにより有用であると共に、２種類の合金を同時に連続鋳造する場合にも有効である。

１ 溶解炉
１ａ 炉体
２ 保持炉
２ａ 炉体
３ 移湯樋
３a 移湯樋湯面
４ 鋳造樋
４a 鋳造樋湯面
５ 鋳造機鋳造樋

Claims (2)

1. 溶解炉と保持炉に油圧シリンダーを設け、出湯口側に傾動軸ヒンジを回動自在に軸支し、油圧シリンダーの伸縮によって上昇、下降することで炉体を傾動可能にして金属溶湯を出湯する溶解炉と保持炉とで構成し、
   溶解炉は出湯口に溶湯を保持炉へ排出する移湯樋を備え、保持炉は出湯口に溶湯を鋳造機に排出する鋳造樋を備え、
   溶解炉は溶湯を出湯しない停止状態であり、保持炉は上昇し鋳造樋湯面レベル制御により一定流量の溶湯を鋳造樋に供給する第１動作と、
   溶解炉は引き続き溶湯を出湯しない停止状態であり、保持炉は第１動作よりさらに上昇し、上昇限手前で停止し、一定流量の出湯を継続しながら下降を開始する第２動作と、
   保持炉が下降し始めると溶解炉は上昇し、下降を開始した保持炉へ移湯樋を介して補充移湯を開始し、保持炉は一定流量の出湯を継続しながら補充移湯を受湯する第３動作と、
   溶解炉は上昇し、保持炉はさらに下降しつつ上昇中の溶解炉の移湯樋湯面レベル制御により一定流量の溶湯を受湯すると同時に、保持炉の鋳造樋湯面レベル制御で一定流量の溶湯を継続的に出湯する第４動作と、
   溶解炉は上昇限まで上昇した後、停止状態へ戻り、保持炉は鋳造樋への出湯を継続しながら溶解炉の移湯樋から補充移湯を受け、下降限手前で停止し、一定流量の出湯を継続しながら再度上昇を開始する第５動作からなり、第１動作から第５動作の過程を鋳造完了まで繰り返し行うことを特徴とする金属鋳造における溶湯連続供給システム。
2. 前記保持炉が溶解炉より受湯中に鋳造樋湯面レベルに異常が生じた場合に、溶解炉の出湯を止める補正動作ができるように制御されていることを特徴とする請求項１に記載の金属鋳造における溶湯連続供給システム。