JPH01240620A - ビレット調質方法とビレット調質炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、アルミニウム合金等のビレットを押出し成
形する前に金属組織の調質を行う、ビレット調質方法と
ビレット調質炉に関する。

〔従来の技術〕

従来、アルミニウム合金のビレットの調質は、調質炉内
でビレットを間歇的に移動させ、アルミニウム合金のビ
レットが均一に固溶体化する温度で所定時間処理し、こ
の後急冷して過飽和固溶体のアルミニウム合金を得てい
た。ここで、炉内の温度制御は、炉内温度を検出し燃焼
バーナーの燃焼量又は炉内のファンの回転数を調節して
行っていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来の技術の場合、ビレット臼体の実体温度を測定
せずに炉内温度のみを一定に制御しているので、第３図
破線で示すようにビレットの温度上昇にバラツキがあり
、アルミニウム合金が均一に固溶体化せずに加熱時間が
経過し冷却工程に進んでしまったり、逆に十分に均一固
溶体化しているδに加熱を続けている場合もある。これ
によって、固溶体化が不十分なまま冷却工程に移行する
と、後の押出し工程で型材を成形する際の加工性が悪（
なり、余計な押出し力が必要となる上、型材の変形や表
面の光沢、あらさが低下し、押出し型材の歩留りが悪く
なり品質も劣化するという欠点がある。また、加熱時間
が長すぎると、その分余計なエネルギーを消費している
ことになり、燃料の無駄である。従って、燃料消費量を
必要最少限にするよう加熱時間を設定するが、外気温や
炉の状態及びビレットの状態に□よって、必ずしも設定
時間内でビレットの金属組織が均一固溶体化しない場合
があり、押出し型材の品質向上の妨げになっていた。　
　。

しかも、従来アルミニウムの押出し型材の品質向上の手
段としてアルミニウムの溶解炉の管理に重点が置かれ、
調質炉の方は見落とされていた。

この発明は、上述ゐ従来の技術の課題に鑑みて成された
もので、常に設定した加熱時間でビレットが均一固溶体
化し、無畦な燃料消費もなく、後の押出し工程で高品質
の押出し型材を得ることができるビレット調質方法とビ
レット調質炉を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は、炉内でビレットが所定の平衡温度になる直
前にビレットの実体温度を測定し、この実体温度とその
地点でのビレットの目標温度とを比較し、実体温度の目
標温度に対する高低によって炉内のファンの回転数を下
げ又は上げる制御を行うビレット調質方法である。

さらにこの発明は、上記ファンの制御に際して、ファン
の回転数が所定の上限を一定時間越えた場合は、ファン
の回転数を一定量下げバーナーの燃焼量を一定量上げ、
ファンの回転数が所定の下限を一定時間越えて低い場合
は、ファンの回転数を一定量上げバーナーの燃焼量を一
定量下げる制御を行うビレット調質方法である。

さらにこの発明は、上述のようにしてビレットの加熱を
行った後、ビレットの冷却に際して、ビレットの実体温
度を測定し所定の率でビレット温度が降下するようにビ
レット温度の目標値と測定値とを比較し、測定した実体
温度の方が低い場合は冷却ファンの回転数を下げ、逆に
高い場合は冷却ファンの回転数を上げて冷却を行うビレ
ット調質方法である。

またこの発明は、炉内でビレットが所定の平衡温度にな
る直前の地点でビレットの実体温度を測　　　　　−定
するビレット温度センサーと、ビレットに熱風を吹きつ
けるファンと、このファンを回転させるファンモータと
、このファンモータを駆動するファンモータ駆動回路と
を設け、さらに炉内を加熱するバーナーとバーナーの燃
焼量を調節する燃料バルブと、このバルブの開度を調節
するバルブモータと、このバルブモータを駆動するバル
ブモータ駆動回路とを設け、ビレット温度センサーによ
　　　　　′るビレットの実体温度とその位置でのビレ
ットの目標温度とを比較するビレット温度比較手段の判
断により上記ファン及びバーナーを制御するファン制御
手段及び燃焼制御手段を設けたビレット調質炉である。

〔作　用〕

この発明のビレット調質方法は、ビレットの金属組織が
十分に固溶体化されるとともに不要な加熱をなくし、所
定の時間でビレットを完全に均−固溶体化することがで
きるものである。

さらにこの発明のビレット調質炉は、ビレットの調質に
際して必要十分な時間で金属組織を均一に固溶体化する
ことができるように、炉内温度及びビレットの実体温度
を制御するようにしたものである。

〔実施例〕

以下この発明の一実施例について図面に基づいて説明す
る。

この実施例のビレット調質炉は第５図ないし第７図に示
すように、炉本体１の上面には４個のファン２が取り付
けられており、このファン２は各々ファンモータ３と同
軸に設けられ、各ファン２はフード４で囲まれ、炉内空
間はこのフード４により４つのゾーンに分かれている。

このゾーンは、ビレット５の入口６から出ロアに向って
、第１ゾーン８、第２ゾーン９、第３ゾーンＩＯ１第４
ゾーン１１に分かれている。第２ゾーンの終点付近の炉
壁には、３個の放射温度計等のビレット温度センサー１
２が取り付けられ、ビレット５の端面と対向するように
設けられている。

炉本体１の底面部には、ビレット５を入口６側から化ロ
ア側へ移送する移送機構１３が設けられており、炉内の
移送機構１３は、固定ビーム１４と移動ビーム１５から
なり、移動ビーム１５の下方に駆動機構１６が取り付け
られている。固定ビーム１４、揺動及び摺動による移動
ビーム１５は、第７図に示すように、ビレット５の進行
方向に沿って交互に炉内に設けられており、各ビーム１
４．１５の上面には、中央部が凹部になったビレット載
置部材１７が一定のピッチで取り付けられている。移動
ビーム１５は、固定ビーム１４より高い位置と低い位置
及び固定ビーム１４の載置部材１７の１．ピッチ幅で矩
形運動するように設けられている。この矩形運動の水平
方向の移動は、油圧シリンダ１８で行われ、垂直方向の
移動は油圧シリンダ１９により行われる。従って油圧シ
リンダ１８はヒンジ１８ａにより揺動可能に設けられて
いる。

この実施例のビレット調質制御装置は、第２図に示すよ
うに、ビレット温度センサー１２及び炉内温度センサー
２０が設けられ、ビレット温度センサー１２は第５図に
示すように３個並設され、炉内温度センサー２０は、第
５図ないし第７図に示されていないが、６第１ないし第
４ゾーン８．９．１０゜１１に各々取り付けられている
。これら各センサー、１２．２０の出力は、アンプ２１
．２２により所定の増幅及び直線化がなされてＡ／Ｄ変
換器２３．２４に入力し、ディジタル信号に変換されて
マイクロコンピュータ２５のＩ１０ボート２９に入力す
る。マイクロコンピュータ２５は、ＣＰ０２Ｂ、ＲＯＭ
２７、ＲＡＭ２８を有し、ＲＯＭ２７内のプログラムに
従って所定の処理を行う。マイクロコンピュータ２５の
出力は、炉本体１内のバーナー３０へ供給する燃料の量
を調節するために、燃料バルブ３１の開度を制御するバ
ルブ調節モータ３２に、バルブ調節モータ駆動回路３３
を介して入力している。さらに、マイクロコンピュータ
２５の出力は、ファンモータ３を駆動するファンモータ
駆動回路８４にも入力し、このファンモータ駆動回路３
４からの駆動信号は、後述する燃焼制御のためにマイク
ロコンピュータ２５にフィードバックしている。

この実施例のビレット５はアルミニウム合金であり、そ
の調質は第３図実線に示すように、金属組織が固溶体化
する温度以上の５８０℃に、２．５時間かけて加熱し、
その後４時間この平衡温度である５８０℃を維持しビレ
ット全体を均一固溶体化し、その後所定の勾配で冷却し
さらに急冷して調質が完了する。

この調質を第３図の実線の通りの温度で行うため、この
実施例では次に述べるような制御を行っている。

炉本体１の入口６から入ったビレット５は、固定ビーム
１４の載置部材１７に載せられ、移動ビーム１５によっ
て隣の載置部材１７に送られる。この移送間隔は例えば
１０分毎に１ピツチづつ送り、炉本体１の出ロアに至る
まで続けられる。このようにして１ピツチづつ送られる
ビレット５は、炉本体１の第１、第２ゾーン８，９の間
で２．５時間かけて移送され、第２ゾーン９の終わりで
５８０℃に達するようになっている。ここで、正確にビ
レット５が第２ゾーン９の終点で５８０℃に達するよう
に、第２ゾーン９の後手順からビレット５の実体温度を
ビレット温度センサー１２で測定する。この測定、は３
ケ所で行い、終点で確実に５８０℃になるように制御す
る。

制御は、マイクロコンピュータ２５により、第３図に示
すＰｌ−Ｐ２−　Ｐｉの地点で測定したビレットの実体
温度を、その地点でのビレットの目標温度Ｔｘ　１ｐ　
ＴＸ２＃　ＴＸ３と比較し、ビレットの実体温度が目標
温度になるようにファン２及びバーナー３０の燃焼量を
調節して行っている。

制御の内容は、第１図、第４図に示すように、先ず各ビ
レット温度センサー１２によりその各地点Ｐｎ（ｎ＝１
．２．３）の各ビレット５の実体温度を読み込み、実体
温度がＲＯＭ２７内のデータテーブル上の目標温度であ
るＴｘｎ（ｎ＝１．２．３）より高いか低いかを判断す
る。総ての地点で低い場合はファンモータ３の回転数を
上げるようにファンモータ駆動回路３４に指令を出し、
逆の場合は回転数を下げるように指令を出す。これによ
って第４図（Ａ）　、（Ｂ）に示すようにファン２の回
転数が上昇しビレット温度が徐々に上がる。そして、フ
ァン２の回転数が所定の上限Ｈを越えて回転し、それが
一定時間Ｔｈ以上続くと、ファンモータ３の回転数をＧ
ｈだけ下げるようにファンモータ駆動回路３４に指令を
出す。これと同時にバーナー３０の燃焼量をΔＦだけ上
げるようにバルブ調節モータ駆動回路８３に指令を出し
、バルブ８１の開度を上げ燃料を増加する。これは、ビ
レット温度の微調整は、ビレット５に当たる熱風の量で
制御可能であるが、ファン２だけでは制御しきれなくな
ると、バーナー３０により炉内の燃焼温度を上げなけれ
ば目標温度に達しない場合があるからであり、ファンモ
ータ３の回転数も適正な範囲に戻す必要があるからであ
る。

さらに第１図に示すように、炉内温度センサー２０によ
り炉本体１内の温度が一定の上限を越えていないかを判
断し上限を越えている場合はバーナー３０の燃焼量を減
らし、越えていない場合は元に戻ってビレット温度セン
サー１２のデータを読み込み調質が終了するまでこれを
繰返す。ここで、炉内の温度は、第１図のフローチャー
トには示していないが、炉内温度センサー２０により常
に５８０°Ｃになるように、マイクロコンピュータ２５
によって、バルブ調節モータ駆動回路３３、バルブ調節
モータ３２を介してバーナー３０の燃焼量が微調整され
ている。また、炉内の温度の上限は、何らかの理由で５
８０°Ｃ以上になった場合、温度によってはビレットが
溶けてしまうので安全のために定められている限界温度
である。

また、ビレットの実体温度がＲＯＭ２７内のデータテー
ブル上の目標温度であるＴｘｎ（ｎ＝１．２．３）より
各地点Ｐｎ（ｎ　＝１．２．３）の総てで高い場合は、
上述の制御とは逆に、まずファンモータ３の回転数を下
げるようにファンモータ駆動回路３４に指令を出す。そ
して、ファンモータ３の回転数が所定の下限り以下の状
態で一定のＴｈ時間以上続（と、ファン２の回転制御の
みではビレット５の温度を下げられないので、　ファン
モータ３の回転数をＧｈだけ上げるとともに、バーナー
３０の燃焼量をΔＦだけ下げ、炉内の燃焼温度を下げる
ようにする。この後、上述のように炉内温度の限界か否
かの判断をして、再びビレット温度センサー１２から実
体温度を読み込み同様の判断及び処理を行う。

このビレット温度制御は、間歇移送されるビレット５が
その位置に停止している間中行われ、１ピツチ移動する
毎に初期化して同様に制御が行われる。

この後、ビレット５は炉本体１の第３．第４ゾーン１０
．１１に移送され、平衡温度である５８０℃に保持され
て１０分毎に同様に１ピツチづつ移動しながら４時間か
けて均一固溶体化される。

そして、炉本体１．の出ロアから送り出されたビレット
５は、第９図、第１０図に示すビレット冷却装置４０の
入口４１に送られ、移送ベルト４２上の載置部材４３に
載せられ冷却装置４０内をゆっくりと移動し所定の温度
降下率で冷却させられる。この冷却速度も、ビレットの
調質に大きく影響するものであり、正確に第３図に示す
ような温度降下率で冷却する必要があるので、各冷却用
ブロア４４の風量は、各々ビレット温度を測定しながら
フィードバック制御されている。この制御は、第８図に
示すようにビレット５の端面に電極を当接させて温度を
測定するいわゆるタッチアップセンサー等のビレット温
度センサー４５を用いてビレット５の実体温度を測定し
、このデータをアンプ４６を介して比較器４７に入力し
、その位置でのビレット５の目標温度に対応するデータ
と比較する。そして、この比較器４７の出力により、フ
ァンモータ駆動回路４８が制御され、ブロア４４の一端
に取り付けられたファンモータ４９の回転数が調節され
てビレット５が目標温度に制御される。ここで、冷却フ
ァン５０の回転数は冷却のため、ビレット５の温度が目
標温度より高い場合は高くし、低い場合は低（する。

この冷却ファン５０の回転数制御は、各ブロア４４毎に
行なわれており、従って、各ブロア４４の下方にはビレ
ット温度センサー４５が各々取り付けられており、各々
に第８図に示す制御回路が設けられている。

以上のようにして空冷されたビレットは、次に水中又は
ミスト中に投入されて急冷され過飽和固溶体となり冷却
工程が終了する。

このようにして調質されたビレットは、内部の金属組織
が完全に固溶体化され、無駄な加熱もなく冷却されて金
属組織がビレットのどの位置でも均一な過飽和固溶体の
アルミニウム合金となる。

従って、後の押出し工程において、押出された型材の品
質が均一であり、工程の歩留りも良い。

尚、この発明のビレット温度センサーは、上記実施例以
外の接触型又は非接触型のセンサーを用いることができ
ることは言う、までもなく、また、ファンモータやバー
ナーの制御は、マイクロコンピュータによるもの以外に
、専用のＬＳＩを用いても良いし、ディスクリートで回
路を組んでも良い。

また、ビレットの温度制御はファンのみで行い、炉内温
度の方はバーナーの燃焼制御によって、全体としてビレ
ットを正確に目標温度に加熱するようにしても良い。フ
ァンとバーナーとの関係は、第１図、第４図に示すよう
なものに限定されるものではない。

さらにファンモータ駆動回路は、インバータによる回転
数制御等積々の制御方法を選択し得るものである。

さらに、ビレット温度センサーの位置や数も適宜設定し
得るものであり、３個に限定されない。

〔発明の効果〕

この発明のビレット調質方法は、ビレットの実体温度を
測定してビレットの加熱を制御しているので無駄な加熱
がなく、しかも所定の時間で確実に一定の目標温度に加
熱することができる。

また、ファンの回転数とバーナーの燃焼量の双方により
制御を行っているので、ファンに無理をかけることがな
く正確な温度制御が可能である。

さらに、これによってビレットの調質は完全に成され、
後の押出しより得られる型材の品質が著しく向上し、押
出しの歩留りも良（ビレットや工数の無駄をなくすこと
ができる。

また、この発明のビレット調質炉は、ビレットを必要十
分な時間で加熱し、無駄な燃料を使うことなく各ビレッ
トを完全に固溶体化するものであり、金属組織が全体的
に均一であり後の押出し工程での型材の品質向上に大き
く貢献するものである。

特に近年のアルミ型材の高品質化、精密化等に対応して
ビレットの品質向上が求められているが、溶解工程だけ
の品質管理には限度があり、この発明による調質によっ
て完全な調質が可能となり、型材の品質を大きく向上さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例のビレット加熱方法を示す
フローチャート、第２図はこの実施例のビレット調質制
御装置を示すブロック図、第３図はビレットの加熱温度
と時間の関係を示すグラフ、第４図（Ａ）　（Ｂ）　（
Ｃ）はビレット温度、ファンの回転数、バーナーの燃焼
量と時間の関係を示すグラフ、第５図はこの実施例の調
質炉の炉本体の横断面図、第６図は第５図のＡ−Ａ断面
図、第７図は第５図のＢ−Ｂ断面図、第８図はこの実施
例のビレット冷却装置の制御回路のブロック図、第９図
はこの実施例のビレレットの冷却装置の縦断面図、第１
０図は第９図のＣ−Ｃ断面図である。 １・・・炉本体、２，５０・・・ファン、３．４９・・
・ファンモータ、５・・・ビレット、１２．４５・・・
ビレット温度センサー、１３・・・移送機構、２０・・
・炉内温度センサー、２５・・・マイクロコンピュータ
、３０・・・バーナー、８１・・・燃料バルブ、３２・
・・バルブ調節モータ、３３・・・バルブ調節モータ駆
動回路、３４．４８・・・ファンモータ駆動回路、４０
・・・ビレット冷却装置 第　　　１　　　図 ！！４図 第　　　５　　　　図 第　　　６　　　ａ 筑　　　　７　　　　図 第　　　９　　　図 り一 第　　　８　　　図 飄□−−−−−−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、炉内にビレットを挿入し一定ピッチで間歇移動させ
   ながらビレットを加熱し、所定の平衡温度で一定時間ビ
   レットの調質を行うビレット調質方法において、ビレッ
   トが所定の平衡温度になる直前の地点でビレットの実体
   温度を測定し、その実体温度の測定値とその地点でのビ
   レット温度の目標値とを比較し、測定値が目標値より低
   い場合は炉内のファンの回転数を上げ、逆に測定値が目
   標値より高い場合は炉内のファンの回転数を下げる制御
   を行い、ビレットの実体温度が所定時間で一定の平衡温
   度に達するようにしたことを特徴とするビレット調質方
   法 ２、前記ファンの回転数の制御に際して、ファンの回転
   数が所定の上限を一定時間越えた場合は、ファンの回転
   数を一定量落とすとともに、炉内のバーナーの燃焼量を
   一定量上げ、ファンの回転数が所定の下限を一定時間越
   えて低い場合は、ファンの回転数を一定量上げるととも
   に、炉内のバーナーの燃焼量を一定量下げる制御を行う
   ことを特徴とする請求項１項記載のビレット調質方法３
   、所定の平衡温度で前記ビレットの加熱を行った後、ビ
   レットの実体温度を測定し、一定の率でビレットの実体
   温度が降下するように実体温度の目標値と測定値を比較
   し、ビレット温度の測定値が目標値より高い場合は冷却
   ファンの回転数を上げ、逆に測定値が目標値より低い場
   合は冷却ファンの回転数を下げることによりビレットの
   冷却を行うことを特徴とする請求項１又は２記載のビレ
   ット調質方法 ４、型材の押出し成形用のビレットを炉内で一定時間毎
   に移動させる移送機構を有し、このビレットを炉内で移
   送しながら加熱して金属組織の調質を行う調質炉におい
   て、炉内の雰囲気温度を測定する炉内温度センサーと、
   炉内でビレットが所定の平衡温度になる位置の直前の地
   点でビレットの実体温度を測定するビレット温度センサ
   ーと、ビレットに熱風を吹きつけるファンと、このファ
   ンを回転させるファンモータと、このファンモータを駆
   動するファンモータ駆動回路と、炉内を加熱するバーナ
   ーと、バーナーの燃焼量を調整する燃料バルブと、この
   バルブの開度を調節するバルブ調節モータと、このバル
   ブ調節モータを駆動するバルブモータ駆動回路と、ビレ
   ットが炉内の所定の位置に来たときの上記ビレット温度
   センサーによるビレットの実体温度とその位置でのビレ
   ットの目標温度とを比較するビレット温度比較手段と、
   この比較手段の判断によってビレットの実体温度が目標
   温度より低い場合は上記ファンモータの回転数を上げ、
   逆に高い場合は上記ファンモータの回転数を下げるよう
   にファンモータ駆動回路を制御するファン制御手段と、
   炉内温度センサーからの炉内温度と炉内温度の設定値と
   を比較する炉内温度比較手段と、この炉内温度比較手段
   の判断により炉内温度が低い場合は上記バーナーの燃焼
   量を増加し、逆に高い場合は燃焼量を減少させる燃焼制
   御手段とを具備することを特徴とするビレット調質炉