JP7344172B2 - 注湯装置 - Google Patents

Description

本開示は、注湯装置に関する。

特許文献１は、溶解炉を搭載した注湯装置を開示する。注湯装置は、出湯口付近に設けられた第１傾動軸を中心として溶解炉を傾動させる第１駆動部と、溶解炉の重心付近に設けられた第２傾動軸を中心として溶解炉を傾動させる第２駆動部とを有する。注湯装置は、第２傾動軸を中心に溶解炉を傾動させることによって溶解炉の上下方向の位置合わせを行う。注湯装置は、第１回転軸を中心として溶解炉を傾動させることで注湯する。

特許第５６４００２０号公報

特許文献１記載の注湯装置においては、第２駆動部を動作させることで溶解炉の上下方向の位置が変更される。これにより、傾動中の溶解炉が鋳型に接触することを回避できる。しかしながら、溶解炉に対して２つの駆動部を備える必要があるため、運用コストが高くなるおそれがある。本開示は、運用コストを低減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、配列された鋳型に溶湯を注湯する。注湯装置は、第１台車、横行駆動部、第２台車、前後駆動部、フレーム、保持炉、傾動軸、傾動駆動部、及び樋部材を備える。横行駆動部は、第１台車を鋳型の配列方向に沿って移動させる。第２台車は、第１台車上に配置される。前後駆動部は、第２台車を配列方向に直交する方向である前後方向に沿って移動させる。フレームは、第２台車上に設けられる。保持炉は、フレームに支持され、出湯口を有し、溶解炉から受湯した溶湯を貯留し、貯留する溶湯の温度を保持する。傾動軸は、配列方向に延在し、フレームに支持され、保持炉の出湯口に設けられる。傾動駆動部は、傾動軸を中心に保持炉を傾動させる。樋部材は、前後方向に延在し、保持炉の出湯口の前方に位置するようにフレームに設けられ、保持炉から溶湯を受けて、鋳型の湯口に溶湯を案内する。

この注湯装置では、第１台車は、横行駆動部によって鋳型の配列方向に沿って移動する。第２台車は、前後駆動部によって第１台車上を前後方向に移動する。保持炉は、第２台車上に設けられたフレームに支持される。保持炉は、出湯口に設けられる傾動軸を中心として傾動する。これにより、保持炉内の溶湯は、保持炉の出湯口の前方に位置する樋部材に供給される。樋部材内の溶湯は、鋳型の湯口に案内される。このように、この注湯装置は、前後駆動部及び樋部材を備えることにより、樋部材の注湯口を前後方向に自由に移動させることができる。このため、傾動中の保持炉が鋳型に当たらないように上下動させる必要がなくなる。また、保持炉内の溶湯の温度は保持炉によって保持されるため、樋部材内の溶湯の温度が目標温度から大きく低下することを回避できる。このように、この注湯装置は、保持炉を２軸で傾動させる必要がなくなるため、２軸で傾動させる注湯装置と比べて運用コストを低減できる。

一実施形態においては、注湯装置は、保持炉から溶湯を受けた樋部材内の溶湯の温度を測定する放射温度計を備えてもよい。この場合、注湯装置は、放射温度計の検出結果に基づいて保持炉に貯留された溶湯の温度を変更することができる。

一実施形態においては、注湯装置は、樋部材内に合金材を投入する投入装置を備えてもよい。この場合、注湯装置は、投入する合金材に応じて溶湯の成分を変更させることができる。

本開示の一側面によれば、運用コストを低減できる注湯装置が提供される。

図１は、実施形態に係る注湯システムの一例を示す平面図である。 図２は、実施形態に係る注湯装置の一例を示す正面図である。 図３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４は、セクタギヤの一例を示す側面図である。 図５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６は、図２に示される投入装置及び放射温度計の一例を示す側面図である。 図７は、実施形態に係る注湯装置の制御装置の構成図である。

以下、図面を参照して、本開示の実施形態について説明する。以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は繰り返さない。

［注湯システムの概要］
図１は、実施形態に係る注湯システム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、３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に示される注湯システム１００は、注湯装置１、溶解炉２、及び、鋳型移動装置３を備える。注湯システム１００において、注湯装置１は、保持炉１０を備え、溶解炉２から溶湯を受湯する。溶解炉２は、金属などを溶融して溶湯を生成する炉である。保持炉１０は、溶湯の保温機能を有する炉であり、ヒータなどの加熱機構を備える。注湯装置１は、Ｘ方向に延びる一対のレールＲ１上を走行する。注湯装置１は、溶解炉２から受湯した溶湯を、配列された鋳型ＭＤに順次注湯する。

鋳型移動装置３は、鋳型ＭＤの配列方向に沿って鋳型ＭＤを搬送する。鋳型移動装置３は、枠送りシリンダ測長器３ａを備え、鋳型ＭＤの移動するタイミング、速度又は移動量などを含む鋳型移動情報を検出する。検出された鋳型移動情報は、注湯装置１へ送信される。注湯装置１は、枠送りシリンダ測長器３ａの検出結果に基づいて、鋳型移動装置３により送り出された鋳型ＭＤに追従し、保持炉１０内の溶湯を注湯する。

［注湯装置の構成］
図２は、実施形態に係る注湯装置の一例を示す正面図である。図３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５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２、図３及び図５に示されるように、注湯装置１は、保持炉１０を備える。保持炉１０は、一例として炉内容量が５００Ｋｇ以下であり、鉄系鋳物など１５００℃未満の溶湯を貯留する。これにより、注湯装置１は、溶解炉を備える場合と比較してコンパクト化される。なお、保持炉１０の炉内容量及び溶湯温度は上記に限定されず、適宜に設定することができる。

注湯装置１は、横方向（Ｘ方向：鋳型ＭＤの配列方向）に沿って移動する第１台車１１を備える。第１台車１１は、横方向に延びる一対のレールＲ１上に配置される。第１台車１１の車輪には横行駆動部１２が連結され、駆動力が伝達される。横行駆動部１２は、第１台車１１を鋳型ＭＤの配列方向に沿って移動させる駆動装置であり、一例として電動モータなどである。横行駆動部１２の駆動力によって、注湯装置１は横方向に移動可能となる。第１台車１１の車輪には、横行位置検出器１３が設けられる。横行位置検出器１３は、横方向の第１台車１１の移動位置を検出する。横行位置検出器１３は、一例として、ロータリー式のエンコーダである。

第１台車１１上には、第２台車１４が配置される。第２台車１４は、第１台車１１上に設けられた一対のレールＲ２上に配置される。一対のレールＲ２は、前後方向（Ｙ方向：鋳型ＭＤの配列方向に直交する方向）に沿って延在する。第１台車１１上には、前後駆動部１５が設けられる。前後駆動部１５は、第２台車１４を前後方向に沿って移動させる駆動装置であり、一例として電動モータなどである。前後駆動部１５には、ラックピニオン２２（図５参照）が設けられており、前後駆動部１５の回転駆動力が直線駆動力に変換されて第２台車１４に作用する。前後駆動部１５の駆動力によって、第２台車１４は前後方向に移動可能となる。ラックピニオン２２とレールＲ２との接続箇所にはリニアガイド１７が設けられ、力の伝達が円滑に行われる。

第２台車１４上には、上部フレーム１６（フレームの一例、図２参照）が設けられる。上部フレーム１６は、上部フレーム１６によって支持される構成要素とともに上部ユニットを構成する。つまり、第２台車１４は、上部ユニットとともに前後方向に移動可能である。上部フレーム１６は、第２台車１４上にロードセル１８を介して立設される。ロードセル１８は、一例として上部ユニット下方の前後左右の４箇所に配置される。ロードセル１８は、上部ユニットの重量を検出する。

上部フレーム１６には、傾動フレーム１９が支持される。傾動フレーム１９は、保持炉１０を支持する。保持炉１０は、傾動フレーム１９に固定される。保持炉１０の出湯口１０ａ（図３及び図５参照）には、横方向に延在する傾動軸Ａが設けられる。傾動軸Ａは、上部フレーム１６に回転可能に支持される。

傾動フレーム１９には、一対のセクタギヤ２１（図３参照）が設けられる。図４は、セクタギヤの一例を示す側面図である。図４に示されるように、セクタギヤ２１は、扇形の歯車部材であり、外周にギヤが設けられる。一例として、一対のセクタギヤ２１は傾動フレーム１９の両側面に取り付けられる。上部フレーム１６には一対の傾動駆動部２０が設けられる。一対のセクタギヤ２１それぞれは、対応する傾動駆動部２０に嵌合される。傾動駆動部２０は、傾動軸Ａを中心に保持炉１０を傾動させる駆動装置であり、一例として電動モータなどである。傾動駆動部２０の回転駆動力は、セクタギヤ２１によって傾動軸Ａを中心とする回転力として傾動フレーム１９に伝達される。傾動駆動部２０の駆動力によって、傾動フレーム１９は保持炉１０とともに傾動軸Ａを中心に傾動可能となる。

上部フレーム１６には、鋳型ＭＤの湯口Ｃ（図３参照）に溶湯を案内する樋部材３０が設けられる。樋部材３０は、前後方向に延在し、保持炉１０の出湯口１０ａの前方に位置するように上部フレーム１６に設けられる。樋部材３０は、上部が開放された容器であり、底には注湯口３０ａが設けられる。注湯口３０ａは、鉛直方向に開口される。これにより、樋部材３０は、保持炉１０から溶湯を受けて貯留し、注湯口３０ａから溶湯を鉛直方向に沿って鋳型ＭＤの湯口Ｃに供給できる。

上部フレーム１６には、樋部材３０内に合金材を投入する投入装置４０が設けられる。投入装置４０は、樋部材３０の上方に位置するように上部フレーム１６に設けられる。また、上部フレーム１６には、樋部材３０内の溶湯の温度を測定する放射温度計４２が設けられる。

図６は、図２に示される投入装置４０及び放射温度計４２の一例を示す側面図である。図６に示されるように、投入装置４０は、投入ノズル４１、合金材ホッパ４３、投入スクリュー４４、及び、接種駆動部４５を備える。合金材ホッパ４３は、予め決定された合金材を貯留する。合金材ホッパ４３の下部には、投入スクリュー４４が接続される。投入スクリュー４４は、接種駆動部４５によって動作する。接種駆動部４５は一例として電動モータである。投入スクリュー４４は、鋳型ごとの切出量に応じて設定された回転数で回転し、投入ノズル４１へ合金材を搬送する。投入ノズル４１は、投入スクリュー４４によって搬送された合金材を樋部材３０へ落下させる。

放射温度計４２は、投入装置４０に支持されている。放射温度計４２は、測定位置の赤外線強度を検出する。放射温度計４２は、測定位置が樋部材３０内の溶湯となるように予め位置決めされる。

注湯装置１は、上述した構成要素を統括制御する制御装置５０（図２参照）を備える。制御装置５０は、一例としてＰＬＣ（Programmable Logic Controller）として構成される。制御装置５０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。

図７は、実施形態に係る注湯装置の制御装置の構成図である。図７に示されるように、制御装置５０は、コントローラ５１を備える。コントローラ５１は、演算部５１ａ、記憶部５１ｂ、及び、Ｉ／Ｏ部５１ｃを備える。演算部５１ａは、プロセッサとして動作し、演算処理やプログラムの読み出し、実行などを行う。記憶部５１ｂは、各種設定値、作動中に取得された各種検出値、及び、プログラムなどを保存する。Ｉ／Ｏ部５１ｃは、アナログ入出力、ディジタル入出力、カウンタ、及び通信機能などを実現する。

制御装置５０は、ユーザインターフェイスとして表示器６０及び設定器６１を備える。コントローラ５１は、表示器６０及び設定器６１に接続される。表示器６０は、一例としてディスプレイ装置であり、設定器６１は、一例としてキーボードなどである。

制御装置５０は、動力インターフェイスとしてサーボドライバ及びインバータを備える。コントローラ５１は、サーボドライバ及びインバータに接続される。サーボドライバはモータを駆動させる回路であり、インバータはモータの回転を制御する回路である。例えば、コントローラ５１は、一対の傾動駆動部２０のうちの第１傾動駆動部２０ａと第１サーボドライバ５２を介して接続される。コントローラ５１は、一対の傾動駆動部２０のうちの第２傾動駆動部２０ｂと第２サーボドライバ５３を介して接続される。コントローラ５１は、第３サーボドライバ５４を介して前後駆動部１５に接続される。コントローラ５１は、第１インバータ５５を介して横行駆動部１２に接続される。コントローラ５１は、第２インバータ５６を介して接種駆動部４５に接続される。

制御装置５０は、センサ用インターフェイスとして温度計アンプ５７及びロードセルアンプ５８を備える。コントローラ５１は、温度計アンプ５７を介して放射温度計４２に接続される。コントローラ５１は、ロードセルアンプ５８を介してロードセル１８に接続される。コントローラ５１は、センサである横行位置検出器１３及び枠送りシリンダ測長器３ａに接続される。

コントローラ５１は、接続される機器から情報を取得し、注湯装置１の動作を制御する。コントローラ５１は、第１傾動駆動部２０ａ及び第２傾動駆動部２０ｂにより調整された保持炉１０の傾動位置（回転位置）を第１サーボドライバ５２及び第２サーボドライバ５３から取得する。コントローラ５１は、前後駆動部１５により調整された保持炉１０の前後位置を第３サーボドライバ５４から取得する。コントローラ５１は、取得した位置情報を記憶部５１ｂに記憶する。コントローラ５１は、演算部５１ａから指定位置又は指定速度を第１サーボドライバ５２、第２サーボドライバ５３、及び第３サーボドライバ５４に出力する。これにより、保持炉１０は、コントローラ５１からの指示に従って前後方向を移動し、コントローラ５１からの指示に従って傾動する。

コントローラ５１は、横行駆動部１２により調整された第１台車１１の移動速度を第１インバータ５５から取得する。コントローラ５１は、取得した速度情報を記憶部５１ｂに記憶する。コントローラ５１は、演算部５１ａから指定速度を第１インバータ５５に出力する。コントローラ５１は、横行位置検出器１３の位置情報に基づいて第１台車１１の停止を判定し、横行駆動部１２へ停止を指示する。コントローラ５１は、枠送りシリンダ測長器３ａにより取得されたデータに基づいて、記憶部５１ｂに記憶された鋳型ＭＤの現在位置を更新する。これにより、第１台車１１はコントローラ５１からの指示に従って鋳型ＭＤを追従するように横方向を移動し、投入装置４０はコントローラ５１からの指示に従って合金材を投入する。

コントローラ５１は、接種駆動部４５により調整された投入スクリュー４４の回転速度を第２インバータ５６から取得する。コントローラ５１は、取得した速度情報を記憶部５１ｂに記憶する。コントローラ５１は、演算部５１ａから指定速度を第２インバータ５６に出力する。これにより、投入装置４０はコントローラ５１からの指示に従って合金材を投入する。コントローラ５１は、記憶部５１ｂに予め記憶された鋳型ＭＤ毎の切出量に合わせた回転数を第２インバータ５６に指示する。第２インバータ５６は、接種駆動部４５を介して投入スクリュー４４を回転させ、合金材ホッパ４３の下部より合金材を切り出し、投入ノズル４１から樋部材３０へ合金材を投入する。コントローラ５１は、合金材の投入時間又は投入量に基づいて、接種駆動部４５へ投入停止を指示する。

コントローラ５１は、Ｉ／Ｏ部５１ｃを介してロードセルアンプ５８から得られたデータを取得し、演算部５１ａによって保持炉１０内の溶湯の重量を算出する。そして、コントローラ５１は、記憶部５１ｂに記憶された現在の溶湯重量を更新する。

コントローラ５１は、放射温度計４２から樋部材３０の溶湯の温度を所定時間測定する。例えば、コントローラ５１は、湯面が安定する受湯開始時間から所定時間経過後、所定時間の間、測定する。これにより、コントローラ５１は、樋部材３０の溶湯の適切な温度を取得することができる。また、コントローラ５１は、放射温度計４２の測定結果に基づいて保持炉１０の設定温度を調整する。

［注湯装置の動作］
コントローラ５１は、記憶部５１ｂに記憶された現在の溶湯重量が所定値以下の場合には、溶解炉２の前に移動するように横行駆動部１２へ指示を出力する。これにより、注湯装置１の第１台車１１は、溶解炉２の前に移動し、保持炉１０は溶湯を受け取る。

続いて、コントローラ５１は、記憶部５１ｂに記憶された鋳型ＭＤの現在位置に基づいて、横行駆動部１２へ指示を出力する。これにより、第１台車１１はコントローラ５１からの指示に従って鋳型ＭＤを追従するように横方向を移動し、目的の鋳型ＭＤの湯口Ｃと横位置を位置合わせする。

続いて、コントローラ５１は、記憶部５１ｂに記憶された位置情報に基づいて前後駆動部１５へ指示を出力する。これにより、第２台車１４が上部フレーム１６とともに前後して、目的の鋳型ＭＤの湯口Ｃと、樋部材３０の注湯口３０ａとの前後位置を位置合わせする。

続いて、コントローラ５１は、記憶部５１ｂに記憶された位置情報に基づいて傾動駆動部２０へ指示を出力する。これにより、傾動フレーム１９が保持炉１０とともに傾動軸Ａを中心に傾動する。保持炉１０の出湯口１０ａから溶湯が樋部材３０へと注がれ、樋部材３０の注湯口３０ａから溶湯が鋳型ＭＤの湯口Ｃへと注がれる。

コントローラ５１は、ロードセル１８の検出結果に基づいて所定量の溶湯が注湯されたと判定した場合には、傾動駆動部２０を逆回転させ、セクタギヤ２１を介して湯切りする。コントローラ５１は、上述した処理を鋳型ＭＤごとに繰り返す。

［実施形態のまとめ］

注湯装置１では、第１台車１１は、横行駆動部１２によって鋳型ＭＤの配列方向に沿って移動する。第２台車１４は、前後駆動部１５によって第１台車１１上を前後方向に移動する。保持炉１０は、第２台車１４上に設けられた上部フレーム１６に傾動フレーム１９を介して支持される。保持炉１０は、出湯口１０ａに設けられる傾動軸Ａを中心として傾動する。これにより、保持炉１０内の溶湯は、保持炉１０の出湯口１０ａの前方に位置する樋部材３０に供給される。樋部材３０内の溶湯は、鋳型ＭＤの湯口Ｃに案内される。このように、注湯装置１は、前後駆動部１５及び樋部材３０を備えることにより、樋部材３０の注湯口３０ａを前後方向に自由に移動させることができる。このため、傾動中の保持炉１０が鋳型ＭＤに当たらないように上下動させる必要がなくなる。このように、注湯装置１は、保持炉１０を２軸で傾動させる必要がなくなるため、２軸で傾動させる注湯装置と比べて消費電力を抑えることができる。よって、注湯装置１は、運用コストを低減できる。さらに、炉を２軸で傾動させる場合と比べて装置全体がコンパクトとなり、傾動機構に接続されるケーブルの本数が減少し、ケーブルの取り回しが容易となり、ケーブル起因の故障も減少する。つまり、注湯装置１は、故障率が低下し、メンテナンス性が向上する。

取鍋や炉を傾動させて直接湯口に注湯する場合、湯口を大きく形成する必要がある。さらに、炉内溶湯レベルによって湯の飛びすぎや手前への湯こぼしなどが発生し、溶湯の注湯流速を遅くする必要がある。これに対して、注湯装置１は、樋部材３０を用いることにより、取鍋や炉を傾動させて直接湯口に注湯する注湯装置と比べて、正確かつ迅速に鋳型ＭＤの湯口Ｃに注湯することができる。

なお、樋部材３０を用いることで、取鍋や炉を傾動させて直接湯口に注湯する場合と比べて溶湯温度が低下することが考えられる。注湯装置１では、保持炉１０内の溶湯の温度は保持炉１０によって保持されるため、樋部材３０内の溶湯の温度が目標温度から大きく低下することを回避できる。

注湯装置１は、放射温度計４２の検出結果に基づいて保持炉１０に貯留された溶湯の温度を変更することができる。注湯装置１は、樋部材３０内に合金材を投入する投入装置４０を備え、投入する合金材に応じて溶湯の成分を変更させることができる。これにより、注湯装置１は、多品種少量生産を可能とする。

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。例えば、樋部材３０は、ロードセルを介して上部フレーム１６に設けられてもよい。この場合、樋部材３０に注湯された溶湯の量を測定できるので、注湯精度を向上させることができる。

１…注湯装置、２…溶解炉、１０…保持炉、１０ａ…出湯口、１１…第１台車、１２…横行駆動部、１４…第２台車、１５…前後駆動部、１６…上部フレーム（フレームの一例）、２０…傾動駆動部、３０…樋部材、４０…投入装置、４２…放射温度計、Ａ…傾動軸、Ｃ…湯口、ＭＤ…鋳型。

Claims (3)

1. 配列された鋳型に溶湯を注湯する注湯装置であって、
   第１台車と、
   前記第１台車を前記鋳型の配列方向に沿って移動させる横行駆動部と、
   前記第１台車上に配置された第２台車と、
   前記第２台車を前記配列方向に直交する方向である前後方向に沿って移動させる前後駆動部と、
   前記第２台車上に設けられたフレームと、
   前記フレームに支持され、出湯口を有し、溶解炉から受湯した溶湯を貯留し、溶湯の保温機能を有する炉である保持炉と、
   前記配列方向に延在し、前記フレームに支持され、前記保持炉の前記出湯口に設けられる傾動軸と、
   前記傾動軸を中心に前記保持炉を傾動させる傾動駆動部と、
   前記前後方向に延在し、保持炉の出湯口の前方に位置するように前記フレームに設けられ、傾動させた前記保持炉から重力によって注がれる前記溶湯を受けて、前記鋳型の湯口に前記溶湯を案内する樋部材と、
   を備える注湯装置。
2. 前記保持炉から前記溶湯を受けた前記樋部材内の前記溶湯の温度を測定する放射温度計を備える請求項１に記載の注湯装置。
3. 前記樋部材内に合金材を投入する投入装置を備える請求項１又は２に記載の注湯装置。

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