JP6014930B2 - 鋳造品質管理システム及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、取鍋から複数の鋳型に注湯される溶湯温度を測定し、その温度に基づいて各鋳型における鋳造品質を管理するための技術に関する。

特許文献１には、炉からの出湯に伴う温度降下を推定し、鋳型への注湯時点における溶融金属の温度を適正温度に一致させて鋳物の品質向上に寄与する技術が開示されている。特許文献１においては、出湯時の取鍋温度に起因する温度降下量、操業条件に起因する温度降下量を考慮して、溶湯の温度降下量を推定するとともに、操業条件による注湯に要する時間を求めて、これらの結果に基づいてプロセス全体において生じる溶湯温度の降下量を求めることにより、溶湯温度を管理して鋳造品質を管理している。

また、一般的な自動注湯ラインでは、放射温度計を用いて一枠毎の注湯温度を測定し、鋳造品質を管理している。

特開平９−２０１６６６号公報

取鍋内に入れられた溶湯は温度分布を持ち、取鍋内壁部、中央部、及び、注湯口付近では温度が大幅に違うこともあり、実際に注湯される溶湯温度を正確に推定等することは困難であった。このような理由により、一連の鋳造プロセスにおける溶湯温度のばらつきに起因する不具合の発生を防止することは困難であった。また、放射温度計は設置方法が非常に難しく、測定精度も良くない。従って、一枠毎の注湯温度を精度良く管理することができず、溶湯温度に起因する鋳造欠陥が発生しても因果関係を特定することができない。

本発明の課題を解決するための手段は次の通りである。

請求項１においては、取鍋から複数の鋳型に注湯される溶湯の温度を測定し、その温度に基づいて各鋳型における鋳造品質を管理するシステムであって、前記取鍋の注湯口に前記溶湯に浸漬する温度計を設け、その温度計によって前記注湯口を通過し、各鋳型に注湯される溶湯の温度を連続的に測定し、前記連続的に測定された温度データを前記各鋳型に関連付けて記録し、前記連続的に測定された温度データにおいて、温度が急上昇する地点を鋳込み開始時間、温度が急降下する地点を鋳込み終了時間として判断し、前記鋳込み開始時間から鋳込み終了時間までを前記各鋳型への鋳込み時間として記録するものである。

請求項２においては、取鍋から複数の鋳型に注湯される溶湯の温度を測定し、その温度に基づいて各鋳型における鋳造品質を管理する方法であって、前記取鍋の注湯口に前記溶湯に浸漬する温度計を設け、その温度計によって前記注湯口を通過し、各鋳型に注湯される溶湯の温度を連続的に測定し、前記連続的に測定された温度データを前記各鋳型に関連付けて記録し、前記連続的に測定された温度データにおいて、温度が急上昇する地点を鋳込み開始時間、温度が急降下する地点を鋳込み終了時間として判断し、前記鋳込み開始時間から鋳込み終了時間までを前記各鋳型への鋳込み時間として記録するものである。

本発明によれば、実際に注湯される際の溶湯温度を連続的に測定し、かつ、その温度データと鋳型とを関連付けて管理することによって、鋳造品質、ひいては鋳物の品質を正確に管理できる。

鋳造ラインを示す図である。 取鍋の構成及び溶湯温度測定システムを示す図である。 鋳造ラインに設けられる溶湯温度測定システムを示すブロック図である。 鋳型に溶湯を注湯する際の温度計の傾きを示す図である。 鋳造ラインでの一連の鋳造工程における温度計による測定結果を示すグラフである。 温度計による測定結果を用いる鋳造品質管理の一例を示すグラフである。 温度計による測定結果を用いる鋳造品質管理の別例を示すグラフである。

図１は、鋳造ライン１を示す。鋳造ライン１は、鋳型２内に溶融金属を鋳込み、鋳型２内で所定時間保持することによって、金型形状に応じた鋳物を製造するための一連の鋳造工程を行う製造ラインである。

図１に示すように、鋳造ライン１には、複数の鋳型２が溶湯入口３を一方に向けて一列に並べられた状態で配置される。ハンガー４に吊り下げられた取鍋５内に溶融金属である溶湯６が入れられている。ハンガー４には、平面方向に移動可能なクレーン等の移動装置（不図示）が取り付けられる。
作業者は取鍋５のハンドル７を回して取鍋５を傾けて、鋳型２の溶湯入口３に向けて溶湯６を注ぎ込む。一つの鋳型２への鋳込みが終了すると、次の鋳型２に位置を合わせるように取鍋５を移動する。この作業を繰り返して、一連の鋳込み作業を行う。

図２は、取鍋５の構成及び温度測定システム１０を示す。図３は、温度測定システム１０の装置構成を示す。温度測定システム１０は、取鍋５から鋳型２に注湯される溶湯６の出口温度を測定する。これとともに、温度測定システム１０は、測定した結果を記録・表示する。

図２に示すように、取鍋５の注湯口８に温度計１１が設けられており、この温度計１１によって注湯口８を通過する溶湯６の温度が連続的に測定される。温度計１１は、先端に設けられるイマージョン１２を含む。イマージョン１２は、溶湯６の温度域を測定可能な熱電対を含む温度測定ユニットである。

温度計１１は、先端部のイマージョン１２を溶湯６に浸漬させることでその温度を連続的に測定する浸漬型の温度計である。イマージョン１２は、消耗品として使用されるため、温度計１１の先端に着脱自在に取り付けられている。このように、注湯時の溶湯６に連続的に浸漬させて直接的に温度測定を行うイマージョン１２を測定部とする温度計１１を用いることによって、高精度の温度測定が可能となる。

温度計１１は、ベース１３、ホルダー１４及び取付部１５を介して取鍋５の縁に取り付けられている。ベース１３は、取鍋５の縁に着脱自在に取り付けられており、注湯口８を挟んで対称位置に二つ配置される。ベース１３は、例えばＵ字状又はＯ字状の支持部を有し、その支持部でホルダー１４を支持することによってホルダー１４を揺動可能に支持する。なお、ベース１３は一つでも良く、ホルダー１４及び取付部１５を一点支持する構成としても良い。ホルダー１４は、ベース１３・１３間に渡される筒状の部材であり、中央に取付部１５が固定される。取付部１５は、ホルダー１４の中央から下方に向けて、つまり溶湯６に向けて延びる筒状の部材である。取付部１５の先端にイマージョン１２（温度計１１）が着脱自在に取り付けられる。なお、ホルダー１４をベース１３に固定し、取付部１５をホルダー１４に対して揺動可能としても良い。

注湯時に取鍋５が傾けられると、取鍋５に取り付けられるベース１３が傾き、ホルダー１４が回転して取付部１５が揺動（あるいは取付部１５が揺動）する。このとき、温度計１１は重力に従って垂直姿勢になる。このように、温度計１１を揺動可能に支持して、注湯口８の上方位置に維持することで、注湯途中の溶湯６にイマージョン１２が常時接触し、浸漬する状態を維持することができる（図４参照）。以上のように、温度計１１は、取鍋５の注湯口８から鋳型２に注がれる途中の溶湯６に接触可能な位置に取り付けられるとともに、温度計１１の先端に設けられるイマージョン１２の位置は、取鍋５の注湯時の傾きに応じて取鍋５に対する相対位置が変更可能であり、その位置を変更することによって注湯口８を通過する溶湯６に連続的に接触することで、注湯時の溶湯６の温度を連続的に測定可能である。

取鍋５内の溶湯６の量が多い時は、取鍋５の傾きが小さくなる。このような場合、図４（ａ）（ｂ）に示すように、温度計１１を所定の角度を付けて設置することにより、イマージョン１２を確実に溶湯６内に浸漬させることができる。つまり、温度計１１の角度が所定の角度よりも小さくならないように設置することで、注湯口８からの距離が大きくなりすぎないようにできる。これとともに、注湯時の勢いで温度計１１が流されてイマージョン１２が溶湯６から離れないようにするために温度計１１の角度が所定角度よりも大きくならないように設置する。このように、温度計１１のイマージョン１２の位置を任意の角度範囲内に固定可能とすることで、取鍋５の傾き角度、溶湯６の残量、勢い等を考慮することなく、自動的に溶湯６と常時接触可能な構成を実現できる。例えば、ベース１３とホルダー１４との間にストッパーを設けて、ホルダー１４の回転角度が所定角度範囲に入るようにすることで実現可能である。

また、上記のように、ベース１３とホルダー１４との間にストッパーを設ける等して、温度計１１の取付角度を固定しても良い。つまり、イマージョン１２の位置を任意の角度に固定しても良い。この場合、温度計１１の取付構造を簡素なものにすることができる。例えば、溶湯６を自動注湯する際に、溶湯６の流れが一定となる場合に適している。

図２及び図３に示すように、イマージョン１２には、補償導線１６が接続される。補償導線１６は、筒状に構成される取付部１５及びホルダー１４の内部を通して、ハンドル７側に引き出され、送信ユニット１７に接続される。送信ユニット１７は、無線通信によって電気信号を送信する電子機器である。送信ユニット１７は、取鍋５に対して着脱自在に取り付けられている。なお、送信ユニット１７の設置位置はこれに限らず、ハンガー４等、取鍋５の傾きの影響を受けない位置に取り付けても良い。温度計１１にて測定した溶湯６の温度データは、電気信号に変換されて送信ユニット１７に伝送される。こうして、送信ユニット１７から溶湯６の温度データが電気信号として送信される。

図２及び図３に示すように、送信ユニット１７から送信される電気信号は、取鍋５（鋳造ライン１）から離れた位置に設けられる受信ユニット２０によって受信される。受信ユニット２０は、パソコン２１と接続され、送信ユニット１７から受信した溶湯６の温度に関する電気信号をパソコン２１に伝送する。パソコン２１は、ＨＤＤ、ＣＰＵ等を有する一般的なパソコンである。パソコン２１は、受信ユニット２０によって受信された電気信号を温度データに変換し、自動的に時系列で記録するとともに、表示装置２２に測定結果を表示する。表示装置２２は、取鍋５の近傍等、鋳造ライン１内に設置され、注湯時の温度管理をリアルタイムに行うために用いられる。

以上のように、注湯時の溶湯６の温度を測定し、その温度データを無線通信（送信ユニット１７及び受信ユニット２０）を介してパソコン２１に記録し、さらに、表示装置２２に表示することで、鋳型２ごとの溶湯６の温度管理を明確に行うことができる。

また、溶湯６の温度を管理して、注湯温度が低い場合に発生するガス欠陥、湯廻り不良等の不具合、並びに、注湯温度が高い場合に発生する引け巣、焼付き等の不具合を防止することができる。このように、注湯温度と不良発生の相関分析を実施することによって、注湯温度の管理幅を機種ごとに最適化でき、品質向上に寄与できる。さらに、注湯時の溶湯６の温度を連続で測定することで、注湯にかかる時間（鋳込み時間）を特定することができ、鋳込み時間を管理できる。これにより、鋳込み時間が長い場合に発生するガス欠陥、湯廻り不良等の不具合を防止できる。このように、鋳込み時間を管理することにより、作業ばらつきを低減できる。

鋳型２−１〜２−６に対して一対一で得られる温度データは、パソコン２１に各鋳型２と関連付けたデータとして記録される。一連の鋳造工程における鋳型２−１〜２−６によって得られる鋳物にシリアル番号を付けて管理することによって、不良品が出た場合に特定の鋳型、注湯条件等にフィードバックして、不良品が発生する条件を特定できる。これとともに、パソコン２１に記録された温度データと関連付けて鋳物の良・不良の鋳造品質に関するデータを関連付けることにより、鋳造の品質保証に寄与できる。

図５から図７は、一連の鋳造工程における温度計１１での測定結果及びその測定結果を用いた鋳造品質管理の一例を示す。六つの鋳型２（２−１から２−６）に連続的に溶湯６を鋳込んだ際に温度計１１を用いて注湯時の溶湯６の温度を測定した結果を示す。図５に示すように、イマージョン１２が溶湯６に浸漬した時に温度が急激に上昇し、溶湯６からイマージョン１２が離れた時に温度が急激に下降している。

図６に示すように、注湯時の溶湯６の温度が適正な温度範囲内に収まっているかどうかを判断することによって、鋳造の品質を管理する。所定の温度範囲内に収まっていない場合は、溶湯温度に起因する不良として判断する。また、図７に示すように、温度が急上昇する地点を鋳込み開始時間、温度が急降下する地点を鋳込み終了時間として、この間を鋳込み時間として管理する。鋳込み時間が所定の長さを超えた場合は、鋳込み時間に起因する不良として判断する。以上のように、温度計１１によって連続的に測定される温度データをフィードバックすることによって、不良の要因を特定する。

これまでの実施形態では、温度計１１を取鍋５の注湯口８に対して上方から浸漬させるものについて説明したが、取鍋５の傾きによらずに注湯口８を通過する溶湯６にイマージョン１２が常時接触可能な位置に配置されていれば、注湯口８の側方、又は下方からイマージョン１２が溶湯６に接触可能なように温度計１１を取り付けても良い。また、温度計１１の取鍋５への取り付け形態等、温度測定システム１０の具体的な装置構成は、上述のものに限定されず、取鍋５の傾き、溶湯６の量、流れ等に応じて温度計１１の温度測定部であるイマージョン１２を注湯時の溶湯６内に常時浸漬可能なものであれば良い。

１：鋳造ライン、２：鋳型、５：取鍋、６：溶湯、８：注湯口、１０：温度測定システム、１１：温度計、１２：イマージョン

Claims (2)

1. 取鍋から複数の鋳型に注湯される溶湯の温度を測定し、その温度に基づいて各鋳型における鋳造品質を管理するシステムであって、
   前記取鍋の注湯口に前記溶湯に浸漬する温度計を設け、その温度計によって前記注湯口を通過し、各鋳型に注湯される溶湯の温度を連続的に測定し、
   前記連続的に測定された温度データを前記各鋳型に関連付けて記録し、
   前記連続的に測定された温度データにおいて、温度が急上昇する地点を鋳込み開始時間、温度が急降下する地点を鋳込み終了時間として判断し、
   前記鋳込み開始時間から鋳込み終了時間までを前記各鋳型への鋳込み時間として記録する
   鋳造品質管理システム。
2. 取鍋から複数の鋳型に注湯される溶湯の温度を測定し、その温度に基づいて各鋳型における鋳造品質を管理する方法であって、
   前記取鍋の注湯口に前記溶湯に浸漬する温度計を設け、その温度計によって前記注湯口を通過し、各鋳型に注湯される溶湯の温度を連続的に測定し、
   前記連続的に測定された温度データを前記各鋳型に関連付けて記録し、
   前記連続的に測定された温度データにおいて、温度が急上昇する地点を鋳込み開始時間、温度が急降下する地点を鋳込み終了時間として判断し、
   前記鋳込み開始時間から鋳込み終了時間までを前記各鋳型への鋳込み時間として記録する
   鋳造品質管理方法。

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