JPS6059067B2 - 鉄管遠心鋳造の自動制御法及び自動制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明の背景 本発明は遠心鋳造機による鉄管鋳造に関連する。

特に本発明はコンピュータ制御による鉄管鋳造に関連す
るもので、この制御により鋳鉄管の均一な釣鐘形、即ち
ベル形の端部が鋳造される。鉄管の遠心鋳造は遠心鋳造
機を使用して行われる。この鋳造機は、回転鋳型を有し
、この回転鋳型内に挿入される鉄製トラフに対して接近
及び離隔するように移動される。溶銑はとりベから鉄製
トラフへ注入された後、該トラフの端部から回転鋳型に
注入される。最初に形成される鉄管端部は内部に中子を
有する釣鐘形、即ちベル形で、この中子で鉄管のベル形
端部が正確に形成される。しかし中子はベル形端部より
先に鉄管内部に伸び出してはいない。従つて、もしトラ
フ端部からの鋳造機の離隔が早すぎたり遅すぎたりする
と、鉄管のベル形端部に隣接する部分の肉厚は薄くなり
、又は厚くなり、鉄管はスクラップになる。鋳造機鋳型
が鉄製トラフ端部から離隔する速度は鋳造機の設計で決
定される。薄肉鋳鉄管の製造に採用される遠心鋳造での
重要問題は、ベル形端部の内厚制御である。

溶銑温度と鋳造機の鋳型条件とに関連するパラメータの
変動はベル形端部の肉厚を予想不能にする要因となる。
２０．３ｃＴＲ（８インチ）直径を有する鉄管のべ・ル
形端部の形成中には、毎秒約３６．４ｋ９（８０１ｂ）
の溶銑が鋳型に流入する。

６１礪（２４インチ）直径の鉄管に対する初期溶銑注入
速度は毎秒約９０．９ｋ９（２００１ｂ）である。

ベル形端部を形成するため中子が使用されるが、ベル形
端部に隣接した鉄管部分内には中子は伸び出していない
。従つて高溶銑注入速度と鉄管内の中子不存在のため、
ベル形端部形成間の鋳造機の滞留時間（Ｄｗｅｌｌｔｉ
ｍｅ）が肉厚の決定に重要要素になる。溶銑注入速度が
大きいため、また鋳鉄水道管の肉厚公差が０．１０−０
．２０ｄ（４）．０４−０．０８インチ）であるから、
手動操作で上記鋳造作業を正確に制御することはほとん
ど不可能である。ノ 鉄管のベル形端部を形成する際の
鋳造機の滞留時間を制御するため現在二つの方法が用い
られている。

遠心鋳造機の発明以来、手動反転法が使用されている。
その一方法は鋳造機の操作員の直観によつて溶銑及び鋳
造機のパラメータの変化を決・定して注入トラフから鋳
造機を離隔する運動を開始し一定長の鉄管を形成する方
法である。当然この手動反転装置を使用すると鉄管の内
厚は不揃いになり大量のスクラップが発生する。別の方
法は、溶銑の鋳型流入を検知する光電変”換素子の出力
て作動されるタイマを利用する方法である。

ベル形端部形成に要する滞留時間は流入開始前に操作員
がセットする。溶銑と鋳造機のパラメータの変化に応じ
てこの滞留時間をセットするには操作員の専問的知識が
必要てある。この方法は手動反転法よりも改良されては
いるが、注入状態、溶銑制御及び鋳造機制御の変化によ
つて手動反転法に類似した不満足な結果を生じ易い。勿
論、ベル形端部が正確に形成されるか否かはベル形端部
形成間に流入する溶銑の容積によつて決定される。溶銑
の流入容積を測定し、この測定値て鋳造機の移動を制御
する試験は、測定装置又は制御装置に対する溶銑の破壊
的性質のため失敗した。溶銑中に配置した感知装置はほ
とんど全部破壊される。又溶銑の化学的及ひ物理的特性
の測定で溶銑流量を決定する試験も、バッチによつて変
わる鉄の化学的性質、及び溶銑の定常的温度低下により
不正確なことが立証されている。鉄製トラフの温度も溶
銑流量に影響を与える。上記試験は、形成中の鉄管に使
用されて実際の溶銑流の分析値が得られず、また通常、
以前の鉄管注入溶銑の算定値に基づく分析値しか得られ
ないため正確な注入制御装置を作ることはてきなかつた
。鉄管の遠心鋳造作業では、鉄管のベル形端部を許容公
差内で形成するため鋳造機を移動してはならない上記滞
留時間の決定に問題がある。従つて本発明の一目的は正
確に制御された鉄管遠心鋳造の自動制御法を提供するこ
とにある。

本発明の他の一目的は、上記自動制御法の実施に直接使
用する鉄管遠心鋳造の自動制御装置を提供することにあ
る。本発明による鉄管遠心鋳造の自動制御法は、溶銑が
鉄製トラフに流入する時にその流入時点を測定する流入
時点測定過程、溶銑が鉄製トラフの末端部からベル形端
部を形成する鋳造機の鋳型内へ到達したときその到達時
点を測定する到達時点測定過程、上記流入時点及び到達
時点を比較して実際の鋳込時間を決定し、該鋳込時間と
標準鋳込時間とを比較する比較過程、上記鋳込時間か標
準鋳込時間に対し大きいとき又は小さいとき、それぞれ
延長又は短縮された時間に鉄管のベル形端部形成時間を
決定する形成時間設定過程、て構成される。

本発明の鉄管遠心鋳造の自動制御装置は、ベル形端部を
有する鉄管を形成する回転鋳型を内蔵する遠心鋳造機と
、該回転鋳型内に配置された鉄製トラフと、上記遠心鋳
造機を上記トラフの周囲に相対的に保持するため該トラ
フ又は遠心鋳造機を固定し、かつ遠心鋳造機とトラフと
を相対的に移動させるとき、上記トラフ又は遠心鋳造機
を解放する拘束一解放装置と、溶銑が最初に上記トラフ
に流入する時点で第１信号を発生する第１惑知装置と、
溶銑が上記トラフの全長を流れ、鉄管のベル形端部の形
成を開始した時点で第２信号を発生する第２感知装置と
、上記遠心鋳造機又はトラフを移動する駆動装置と、上
記第１信号及ひ第２信号を比較し実際の溶銑鋳込時間を
決定し、上記拘束一解放装置及び駆動装置に信号を与え
るコンピュータとで構成される。

本発明ては注入開始後の鋳造機の滞留時間は鉄管のベル
形端部の形成に極めて重要であることが判明した。

この時間は鉄管ベル形端部形成時間、又はフラギング（
Ｆｌａ廚１ｎｇ）時間と呼ばれる。この時間が極めて重
要である理由は、溶銑は極めて高速で流れ、又鉄製トラ
フの端部から離隔する鋳造機の移動開始が数分の１秒で
も早すぎても遅すぎてもベル形端部に隣接する鉄管部分
が薄くなり又厚くなつて不合格品ができるからである。
特定の個々の注入時間内に流入する溶銑量は、溶銑が鉄
製トラフを通過する時間に比例することが発見された。
鉄製トラフの長さは既知であり、又所定時間内にトラフ
を通過する溶銑量は通過時間に正比例する。従つて本発
明は、鋳造機の鉄製トラフの相対的２点間を通過する溶
銑の経過時間（以下溶銑流動時間と呼ぶ）を測定するこ
とにより溶銑注入速度、即ち単位時間あたりの溶銑流量
を測定することを基本的構想とする。

公知の光電変換素子を構成する２個の光電池は溶銑が湯
口の縁部に流入を始めた時点及び回転する鋳造機鋳型内
に配置されたトラフの末端部に溶銑が達した時点で信号
を発生する。この２信号の比較で経過時間が決められる
と、鋳造中の鉄管に対して最適ベル端部形成時間がコン
ピュータによつて実時間ベースで計算され、このコンピ
ュータは溶銑注入速度情報の入力が一度与えられると各
鉄管寸法及び種類に対するベル形端部形成時間を計算す
るようにプログラムされている。遠心鋳造操作の制御は
コンピュータで行われる。

ベル形端部形成時間の演算及び命令（アルゴリズム）は
、各鋳造機及び鉄管寸法及ひ種類に対してコンピュータ
に手順をきめて記憶される。標準となる目標溶銑注入速
度に対して目標ベル形端部形成時間が決定されコンピュ
ータに記憶される。鋳造される各鉄管に対して測定され
た実際の溶銑注入速度は目標溶銑注入速度と比較される
。もしも実際の溶銑注入速度力泪標溶銑注入速度よりも
大きければ、コンピュータによりベル形端部”形成時間
が自動的に短縮され、鋳造機は鉄製トラフから短時間後
に離隔されて一定長の鉄管を形成する。このためベル形
端部付近の肉厚が厚くなることはない。もし実際の溶銑
注入速度が目標溶銑注入速度よりも小さければ、コンピ
ュータによりベル形端部形成時間が自動的に延長され、
鋳造機は鉄製トラフからこの延長時間後に離隔され、付
加的溶銑流で一定長の鉄管が形成される。このため管の
肉厚が薄くなることは防止される。本発明は鉄管遠心鋳
造作業の正確な制御を行う・ものである。

溶銑注入速度は鋳造中の各鉄管に対して実時間ベースで
測定され、最適ベル形端部形成時間が計算される。この
情報は鋳造機に送られ、鋳造機は鉄管のベル形端部が形
成された後、鉄製トラフから離隔されて一定長の鉄管を
形成する。本発明では上記の離隔速度はコンピュータ入
力操作で一定に調整できるから、ベル形端部形成時間経
過後は、鋳造機は一定速度でトラフから離隔され、一定
の長さの鉄管が形成される。

鋳造機の上記移動は油圧シリンダ、油圧モータ又は電気
モータ、又はこれらの装置の組合わせて行われる。本発
明の原理は、鋳造機が静止し、鋳造機から鉄製トラフ自
体が移動される方式の鋳造機にも適用できる。以下本発
明の実施例を図面について説明する。

第１図は本発明の自動制御法及び自動制御装置の説明に
使用される制御回路を有する遠心鋳造機の略示図てある
。とりベ１０内の溶銑１２は湯口１４に注入される。溶
銑１２は湯口１４から鉄製トラフ１５に流入する。鋳造
機２０は上部フレーム２２と底部フレーム２４とを有す
る。モータ２６は上部フレーム２２に固着され鋳型２８
を回転する。中子３０は鋳型２８のベル形端部内に保持
され、鋳鉄管のベル形端部３２を形成する。鋳造機２０
は車輪３４上に装着され、矢印３６方向に移動できる。
鋳造機２０は拘束一解放装置（図面省略）によつて、鉄
製トラフ１５の全長が鋳型２８の内部に挿入される位置
に保持される。上記拘束一解放装置は通常油圧ブレーキ
である。鋳造機２０は、油圧シリンダ、油圧モータ又は
電気モータ（図面省略）により第１図に示されるトラフ
挿入位置に動かされ、又拘束一解放装置の拘束により鋳
造機２０はこの位置に保持される。拘束一解放装置の離
脱て鋳造機２０は駆動装置により矢印３６方向に動かさ
れる。鉄製トラフ１５は静止しているから、一定長の鉄
管が鋳造機２０の移動中に形成される。本発明の他の一
実施例では鋳造機は固定され、鉄製トラフが移動される
。通常の光電変換素子て構成され第１感知装置となる第
１光電池４０は、溶銑１２が湯口１４内に最初に流入す
る際に信号を発生する位置に配置される。

この信号はコンピュータ４４に送られる。上記光電池４
０と同様に第２感知装置となる第２光電池４２は、溶銑
１２が鋳造鉄管のベル形端部−３２を形成する鋳型内に
最初に流入する際に信号を発生する位置に配置される。
入力用コンソール４６は、制御される鋳造機、及び各種
寸法及び種類の鉄管の標準となるベル形端部形成時間を
記憶するために使用される。

単一コンピュータ４４で数個の鋳造機２０を制御するこ
とも可能である。第２図に示されるように、溶銑流動時
間とベル形端部形成時間との関係は直線４８て示される
。

この線形関係は説明を簡単にするＩｓめに示されるもの
で、鉄管の各種寸法及び種類、並びに各鋳造機に対する
溶銑流動時間とベル形端部形成時間との関係は単純な線
形関係より複雑なものとなろノ う。ベル形端部形成時
間の計算で、コンピュータは所定の管寸法と種類、及び
特定鋳造機の標準ベル形端部形成時ｍβＴＯ″を記憶し
ている。

又鋳造機の溶銑流動時間１Ｔ０としてコンピュータに記
憶さ・れている。光電池４０と４２の信号を比較すると
、実際の溶銑流動時間は、実際に鋳造されている鉄管に
対して実時間ベースで容易に計算される。例えは、もし
実際の溶銑流動時間が標準時間以下であれば、即ち両光
電池の信号間の時間が標準時間よりも短かけれは、この
短縮した溶銑流動時間は第２図のＩＴｌで示される。

コンピュータに記憶されている溶銑流動時間とベル形端
部形成時間との関係により、ベル形端部形成時間はＢＴ
ｌ″まで自動的に短縮される。信号５２はコンピュータ
４４から時刻ＢＴｌ″に鋳造機の拘束一解放装置に送ら
れ、拘束一解放装置を解放して駆動装置により鋳造機２
０を矢印３６方向に移動させる。この作動により、ベル
形端部３２付近の鉄管の肉厚が厚くなることは防止され
る。もし実際の溶銑流動時間が標準時間以上てあれは、
両光電池信号間の時間は標準時間以上に延長される。

この延長時間は第２図にＩＴ２で示される。コンピュー
タに記憶されている溶銑流動時間とベル形端部形成時間
との関係により、ベル形端部形成時間はＢＴ２″まで自
動的に延長される。信号５２がコンピュータ４４から時
刻Ｂ１′２″に鋳造機の拘束一解放装置に送られ、拘束
一解放装置を離脱させて鋳造機２０を駆動装置て矢印３
６方向に移動する。この作動により、ベル端部３２付近
の鉄管の肉厚が薄くなることが防止される。簡単に説明
すれば、溶銑流動時間１Ｔとベル形端部形成時間ＢＴと
の関係は線形である。ＩＴ：Ｊを特定鋳造機の標準溶銑
流動時間、ＩＴＡを両光電池で測定された実際の溶銑流
動時間、ＢＴ，を特定鋳造機並ひに鋳造鉄管の各種寸法
と種類に対する標準ベル形端部形成時間とし、又ＢＴＡ
を実際の溶銑流動時間で与えられる最適ベル形端部形成
時間とすれば次式が成立する：もし測定された実際の溶
銑流動時間が標準流動時間以上であれば、実際のベル形
端部形成時間は延長されて低速の溶銑流を補償する。

もし測定された実際の溶銑流動時間が標準流動時間以下
であれば、実際のベル形端部形成時間は短縮され、高速
の溶銑流を補償する。上記の式中定数Ｋは、特定鋳造機
及び鋳造される鉄管の寸法と種類を検討して決定される
経験的数値である。溶銑流動時間の差が溶銑流動速度の
計算に利用できることは明らかである。

第３図に示されるように、溶銑注入速度とベル形端部形
成時間との関係は直線５０で示される。この線形関係は
説明を簡単にするため示すもので、各種鉄管の寸法と種
類、及び各鋳造機に対する溶銑注入速度とベル形端部形
成時間との関係は実際には線形関係ではなく複雑なもの
となろう。ベル形端部形成時間の計算で、コンピュータ
は所定の管寸法と種類及び特定鋳造機の標準ベル形端部
形成時間ＢＴＯを記憶している。

特定の鋳造機の溶銑注入速度は又Ｖ。としてコンピュー
タに記憶されている。両光電池４０と４２の信号を比較
すると、溶銑注入速度は鋳造される実際の鉄管に対して
実時間ベースで容易に計算される。例えば、もし実際の
溶銑注入速度が標準速度以上であれば、この速い速度は
第３図にＶ１で示される。

コンピュータに記憶されている溶銑注入速度とベル形端
部形成時間との関係により、ベル形端部形成時間はＢＴ
ｌまて自動的に短縮される。信号５２がコンピュータ４
４から時刻ＢＴｌに鋳造機−拘束一解放装置に送られ、
拘束一解放装置を離脱させて鋳造機２０を駆動装置で矢
印３６方向に移動する。この作用でベル形端部３２付近
の鉄管の肉厚が厚くなることが防止される。もし実際の
溶銑注入速度が標準速度以下であれば、この低速は第３
図にＶ２で示される。

コンピュータに記憶されている溶銑注入速度とベル形端
部形成時間との関により、ベル形端部形成時間はＢＴ２
まで自動的に延長される。信号５２がコンピュータ４４
から時刻ＢＴ２に鋳造機拘束一解放装置を離脱させて鋳
造機２０を矢印３６方向に駆動装置で移動する。この作
用によりベル形端部３２付近の鉄管の肉厚が薄くなるこ
とが防止される。簡単に説明すると、溶銑注入速度とベ
ル形端部形成時間ＢＴとの関係は線形である。Ｖ３を特
定鋳造機の標準溶銑注入速度、ＶＡを両光電池で測定さ
れた実際の溶銑注入速度、Ｔ，を特定鋳造機、鋳造鉄管
の寸法と種類に対する標準ベル形端部形成時間とし、Ｔ
Ａを実際の溶銑注入速度で与えられる最適ベル形端部形
成時間とすれば次式が成立する：もし測定された実際の
溶銑注入速度が標準速度以下であれば、実際のベル形端
部形成時間は延長され、低溶銑注入速度を補償する。

もし測定された実際の溶銑注入速度が標準速度以上であ
れば、実際のベル形端部形成時間は短縮され、高溶銑注
入速度を補償する。上記定数Ｋ″は特定鋳造機及び鋳造
される鉄管の寸法及びクラス等の検討から決定される経
験的な値である。勿論、溶銑流動時間又は溶銑注入速度
とベル形端部形成時間との関係は必ずしも線形ではない
。

制御すべき特定鋳造機の研究によつてのみ特定の関係が
得られる。しかし重要なことは、研究の必要がある唯一
の入力は溶銑流動時間又は溶銑注入速度である点である
。一度時間差が得られれば、溶銑注入速度は勿論この時
間差に反比例する。注入される溶銑容積の複雑な測定は
遠心鋳造過程の制御に必要ではない。任意の鋳造機に対
して、所定時間内に流入する溶銑流の容積は許容限度内
で同一である。一度上記の時間差がわかれば、遠心鋳造
過程は、鉄管のベル形端部が正確に形成される時点の正
確な決定、及び鋳造機が鉄製トラフから移動されて一定
の長さの鉄管の残り部分を形成する時点の正確な決定が
制御される。勿論、静止鋳造機及び可動鉄製トラフを有
する型式も本発明の範囲内である。この場合は鉄製トラ
フの移動が制御される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の制御回路を有する遠心鋳造機の略示図
；第２図は代表的な鋳鉄管の溶銑流動時間とベル形端部
形成時間との関係を示すグラフで：第３図は代表的な鋳
造管の溶銑注入速度とべル形端部形成時間との関係を示
すグラフである。 １０・・・・・・とりベ、１２・・・・・・溶銑、１４
・・・・・・湯口、１５・・・・・・鉄製トラフ、２０
・・・・・・鋳造機、２６・・・・・・モータ、２８・
・・・・・回転鋳型、３０・・・・・・中子、３２・・
・・・・ベル形端部、３４・・・・・・車輪、４０・・
・・・・第１光電池、４２・・・・・・第２光電池、４
４・・・・・・コンピュータ、４６・・・・・・入力用
コンソール、５２・・・・・・信号。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 溶銑が鉄製トラフに流入する時にその流入時点を測
   定する流入時点測定過程、溶銑が鉄製トラフの末端部か
   らベル形端部を形成する鋳造機の鋳型内へ到達したとき
   その到達時点を測定する到達時点測定過程、上記流入時
   点及び到達時点を比較して実際の鋳込時間を決定し、該
   鋳込時間と標準鋳込時間とを比較する比較過程、上記鋳
   込時間が標準鋳込時間に対し大きいとき又は小さいとき
   、それぞれ延長又は短縮された時間に鉄管のベル形端部
   形成時間を決定する形成時間設定過程、上記鋳造機と鉄
   製トラフとに設けられた拘束−解放装置及び駆動装置と
   を作動し、上記ベル形端部形成時間に応答する速度で上
   記鋳造機及び鉄製トラフの一方を他方に対し相対的に移
   動する移動過程、で構成されることを特徴とする鉄管遠
   心鋳造の自動制御法。 ２ 上記比較過程では、上記鋳込時間と標準鋳込時間と
   の時間差を決定する特許請求の範囲第１項記載の鉄管遠
   心鋳造の自動制御法。 ３ 上記形成時間設定過程では、上記比較過程で得られ
   た時間差に比例した時間に対応してベル形端部形成時間
   を変化される特許請求の範囲第１項記載の鉄管遠心鋳造
   の自動制御法。 ４ ベル形端部を有する鉄管を形成する回転鋳型を内蔵
   する遠心鋳造機と、該回転鋳型内に配置された鉄製トラ
   フと、上記遠心鋳造機を上記トラフの周囲に相対的に保
   持するため該トラフ又は遠心鋳造機を固定し、かつ遠心
   鋳造機とトラフとを相対的に移動させるとき、上記トラ
   フ又は遠心鋳造機を解放する拘束−解放装置と、溶銑が
   最初に上記トラフに流入する時点で第１信号を発生する
   第１感知装置と、溶銑が上記トラフの全長を流れ、鉄管
   のベル形端部の形成を開始した時点で第２信号を発生す
   る第２感知装置と、上記遠心鋳造機又はトラフの一方を
   その他方に対し移動する駆動装置と、上記第１信号及び
   第２信号を比較し実際の溶銑鋳込時間を決定し、上記拘
   束−解放装置及び駆動装置に信号を与えるコンピュータ
   とで構成されることを特徴とする鉄管遠心鋳造の自動制
   御装置。 ５ 上記コンピュータは、実際の鋳込時間と記憶された
   標準鋳込時間とを比較する手段と、上記の鋳込時間と標
   準鋳込時間との差に対応して該コンピュータに記憶され
   た標準ベル形端部形成時間を修正して修正ベル形端部形
   成時間を発生する手段と、修正ベル形端部形成時間の終
   了時に上記拘束−解放装置を開放させる信号を発生する
   手段とを有する特許請求の範囲第４項記載の鉄管遠心鋳
   造自動制御装置。