JPS63108190A - 溶解炉の温度制御装置 - 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） 本発明は溶解炉の温度側’＋Ｂ装置に関し、特に所定量
ずつの固体金属を所定サイクル時間で所定目標温度に溶
解する溶解炉の温度制御装置に関するものである。

（従来技術） 従来、アルミ合金などの機械部品をダイキャスト方式で
製造するダイキャスト装置においては、所定温度の溶湯
を所定量ずつダイキャスト装置へ供給する必要があるが
、従来ではダイキャスト装置の近傍に大型の溶解炉を設
けて溶湯の温度を管理し乍らその溶解炉からコンベア式
のレードル（杓子）で所定量ずつの溶湯をダイキャスト
装置へ供給していた。

ところで、このようにすると溶解装置と溶湯供給装置が
大型化し、工場スペース、設備費用、所要人員、エネル
ギ消費の面で種々不利となる。

そこで、最近では特公昭５４−１８６５７号公報にも記
載されているようにダイキャスト装置の近傍に小型の溶
解炉を設けて所定量ずつの原料を投入して所定サイクル
時間で所定目標温度まで溶解させ、この溶湯をダイキャ
スト装置へ供給するものが提案されている。

この種グイキャスト装置によってアルミ合金製の製品を
製造する場合などには、例えば５　ｋｇの原料を６０秒
サイクルで７５０°　±５℃に溶解することになるが、
概算の温度上昇率は１２．５℃／秒であり、±５°Ｃの
許容温度範囲は１０．４秒という微少時間に相当する。

そして、従来では溶湯温度をコントロールするのに、上
記公報にも記載されているように、加熱時間で制御する
方式が一般に採用されている。

（発明が解決しようとする問題点） 上記のように小型の溶解炉を用いて所定量ずつの固体金
属を所定時間サイクルで所定目標温度に溶解する場合、
溶湯の熱容量が極めて小さいことから溶解炉の温度、気
温、加熱手段からの大熱量などが僅かに変動しただけで
も溶湯温度が太き（変動するため所定サイクル時間経過
時に所定目標温度に制御することは非常に難しくなる。

そして、溶解サイクルにおける平均的温度上昇率も非常
に大きいことから、前述の如く加熱時間をパラメータと
して温度制御するだけでは温度誤差を許容範囲内に抑え
ることは到底不可能である。

特に、溶解炉の起動後、その温度が徐々に増加していく
ので、起動時からの経過時間に応じて溶解の温度条件が
著しく変動するため、この種溶解炉の温度制御が非常に
難しくなる。

（問題点を解決するための手段） 本発明に係る溶解炉の温度制御装置は、所定量ずつの固
体金属をるつぼ内に収容し、加熱手段によって加熱する
ことにより所定サイクル時間で所定目標温度に溶解する
溶解炉において、上記るつぼ内の溶湯の温度を検出する
温度検出手段を設け、上記温度検出手段からの出力を受
けてるつぼ内の溶解済みの溶湯の温度上昇率を演算し、
この温度上昇率に基いて所定サイクル時間経過時の溶湯
温度が目標温度となるように上記加熱手段を制御する制
御手段を設けたものである。

（作用） 本発明に係る溶解炉の温度制御装置においては、所定量
ずつの固体金属をるつぼ内に収容し、加熱手段によって
加熱することにより所定サイクル時間で所定目標温度に
溶解する際に、温度検出手段によってるつぼ内の溶湯温
度が検出される。そして、制御手段は、上記温度検出手
段からの出力を受けてるつぼ内の溶解済みの溶湯の温度
上昇率を演算し、この温度上昇率から所定サイクル時間
経過時の溶湯温度が口漂温度となるように上記加熱手段
を制御する。

尚、固定金属の溶解後における温度上界率は加熱手段か
らの大熱量に対して線型となるので、上記のような制御
によって所定目標温度に到達させることが出来る。

（発明の効果） 本発明に係る溶解炉の温度制御装置によれば、以上説明
したように、溶湯の温度上昇率を求め、この温度上昇率
に基いて所定サイクル時間経過時の溶湯温度が所定目標
温度となるように制御するので、溶解炉の起動時からの
経過時間や気温など溶解の温度条件に変動が住しても所
定サイクル時間経過時の溶湯温度を所定目標温度に精度
よく到達させることが可能となる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基いて説明する。

先ず、最初に本発明を適用するグイキャスト鋳造装置に
ついて第１図により説明する。

このグイキャスト鋳造装置２０は、下部フレーム２１と
、下部フレーム２１上に立設された４本のガイドピラー
２２と、ガイドピラー２２の上端に固着された上部フレ
ーム２３と、下部フレーム２１上に固定された下型２５
と、上部フレーム２３の下面に固定された上型２７と、
下型２５の下方に配設された揺動式の給湯ユニット２８
とを備えている。

上記グイキャスト鋳造装置２０の側方には、その側方へ
水平に延びるガイドレール２９が配設されており、ガイ
ドレール２９上には溶解炉装置３０が移動可能に装着さ
れている。

上記溶解炉装置３０は、ガイドレール２９上に載置され
ガイドレール２９に沿って移動する台車３１に組付けら
れており、上記台車３１の鋳造装置２０例の部分には小
型の溶解炉ｌが載置固定されている。そして、台車３１
の鋳造装置２０と反対側の部分には、ガイドボール３２
が立設固定され、ガイドボール３２には、水平な支持ア
ーム３３の基端部が上下に移動自在に取付けられ、この
支持アーム３３は油圧シリンダ３４により昇降駆動され
るようになっている。

上記支持アーム３３には、図示外のシリンダによりアー
ム３３の長さ方向に所定ストローク移動可能なブラケッ
ト３５が取付けられ、ブラケット３５には押え蓋６と掃
除用ブラシ３６が取付けられている。

ここで、上記グイキャスト鋳造装置２０と溶解炉装置３
０の作動について簡単に説明する。

第１図の状態において、先ず溶解炉装置３０の近傍に設
けられた原料供給装置（図示路）によって１個のグイキ
ャスト製品に相当する所定重量（例えば、５ｋｇ）の固
体アルミ合金がるつぼ２内へ供給される。

次に、溶解炉１の高周波加熱コイル５に高周波電力を供
給して溶解を開始し、所定時間経過後には台車３１がガ
イドレール２９上を低速で移動していって溶解炉装置３
０が第１図の仮想線図示位置へ移動する。この間溶解炉
１は後述のように温度制御され、溶解開始から所定時間
（本実施例の場合、６０秒）経過した時点で弁部材４を
移動させることによりるつぼ２の溶湯出口が開かれて所
定量の所定目標温度（例えば、７５０℃）の溶湯が給湯
ユニット２８の給湯筒２８ａ内へ供給される。

溶湯の供給完了後、台車３１は仮想線の位置から実線の
位置に復帰するが、その間にるつぼ２の押え蓋６を開け
てるつぼ２の溶湯出口をブラシ３６によって掃除する。

一方、溶湯の供給を受けた給湯ユニット８が実線の位置
に戻るまでに、上型２７が下降して下型２５に組み合わ
され、次に給湯ユニット２８が上昇し下型２５に係合す
ると、給湯ユニット２８内の溶湯が下型２５と上型２７
とで形成された造形空洞内へ加圧供給されてグイキャス
ト鋳造が行なわれる。

次に、上記溶解炉装置３０の溶解炉１及びその温度制御
について詳しく説明する。

第２図に示すように、溶解炉１は耐熱材料製の上開きカ
ップ状のるつぼ２を主体として構成され、るつぼ２の底
部中央には溶湯出口３が形成され、溶湯出口３には開閉
可能な弁部材４が下方から嵌合して溶湯出口３を閉じて
いる。

上記るつぼ２の側面外周側には円筒状の高周波加熱コイ
ル５が配設されている。図示のように、溶解するときに
はるつぼ２に上方から押え蓋６が着脱可能に嵌め込まれ
ており、押えＭ６には外伝対方式の温度センサ７が設け
られ、この温度センサ７によって溶湯の温度を検出でき
るようになっている。

一方、上記溶解炉１の温度を制御するための制御装置１
０が設けられ、この制御装置１０はＣＰＵ（中央演算装
置）１１とＲＯＭ　（リード・オンリ・メモリ）１２と
ＲＡＭ　（ランダム・アクセス・メモリ）１３と高周波
加熱コイル５に高周波電流を出力する駆動回路１４とを
主体として構成されている。

上記ＣＰＵ、’１１は図示のようにＲＯＭ１２とＲＡＭ
１３と駆動回路１４とに接続されており、温度センサ７
からの検出信号がＡ／Ｄ変換器１５を介してＣＰＵＩ　
１へ出力されるとともに溶解炉装置３０において溶解′
＄備が完了したときに準備完了信号発生器１６からの信
号がＣＰＵＩ　１へ出力されるようになっている。

上記ＲＯＭ１２には後述のように溶解炉１の温度を制御
する温度制御プログラムが予め入力格納されており、上
記ＲＡＭ１３には検出温度データを記憶するメモリや上
記制御の演算処理上必要な一時記憶メモリなどが設けら
れ、上記駆動回路１４はＣＰＵＩ　１からの制御信号に
基いて加熱コイル５に高周波電流を出力する。

上記制御装置１０によって行なわれる温度制御の概要に
ついて説明すると、第３図に示すように先ずこの溶解炉
１は所定量のアルミ合金を所定サイクル時間ｔｏ　　（
例えば、ｔｅ＝ｅｏ秒）で所定目標温度（例えば、Ｔ、
＝７５０°　±５℃）に？容解させるもので、溶解開始
とともに温度センサ７で温度を検出し、全部のアルミ合
金が溶解後略直線的に温度上昇し始めた状態において、
所定時間Δｔの間隔をあけた２つの時点の検出温度から
温度上昇率を求め、その温度上昇率に基いて所定サイク
ル時間ｔ、経過後の温度が所定目標温度Ｔ。

となるように加熱コイル５を制御しようとするものであ
る。

以下、上記温度制御のルーチンの一例について第４図の
フローチャートに基いて説明する。尚、図中符号８１〜
３１８は各ステップを示すものである。

制御が開始されると、ＳｌにおいてＲＡＭ１３のメモリ
をクリアするなどの初期設定がなされ、次に８２におい
て準備完了信号発生器１６からの信号を待って、その信
号が入力されると８３において加熱コイル５を起動させ
て加熱が開始され且つ内部タイマｔの作動が開始される
。この場合の加熱条件は本制御プログラムに予め設定さ
れており、その加熱条件に応じた制御信号が駆動回路１
４へ出力される。

次に、Ｓ４において温度センサ７からの検出温度Ｔが読
込まれ、Ｓ５においてその検出温度ＴがＴ≧Ｔ０　（設
定値）か否か判断され、ＹｅｓのときにはＳ６へ移行し
またＮＯのときにはＳ４へ戻る。

上記設定温度Ｔ０はるつぼ２内のアルミ合金がすべて溶
解して溶湯の温度が略直線的に上昇し始める温度より高
い所定の設定値である。

次に、Ｓ６において第１フラグＦ１がＦ１＝０か否か判
定され、最初はＦ１＝Ｏなので８６から８７へ移行し、
Ｓ７において最初にＴ≧Ｔ０となったときの検出温度Ｔ
、とタイマ時間１＋　　（第３図参照）とがメモリにス
トアされ、次に８８において第１フラグＦ１が立てられ
、Ｓ８から８４へ戻る。こうして、Ｓ８において第１フ
ラグＦ１が立てられると、２回目以降は８４〜Ｓ６を経
て８９へ移行しＳ９において第２フラグＦ２がＦ２＝０
か否か判定される。

初めのうちはＦ２＝０なので３９からＳＬＯへ移行し、
５１０においてタイマ時間りがｔ≧し。

＋Δｔか否か判定されるが、最初のうちＮｏのときには
ＳＩＯから８４へ戻り、８４〜ＳＩＯを繰返し、Ｌ≧１
．＋ΔｔになるとＳＩＯからＳｌｌへ移行し、Ｓｌｌに
おいてそのときの検出温度Ｔ２とタイマ時間ｔ２とがメ
モリにストアされる。

（第３図参照） こうして、るつぼ２内の溶解済みの溶湯が略直線的に昇
温していくときに所定時間Δを隔てた２つの時点におけ
る検出温度Ｔ１とＴ２及びタイマ時間１．とｔ２とが得
られたので、５１２において溶湯の温度上昇率ｄＴ／ｄ
ｔが図示の式で演算され、次に３１３において上記温度
上昇率（ｄＴ／ｄｉ）に基いて、所定サイクル時間ｔ８
経過後の溶湯温度が目標温度Ｔ８となるような加熱条件
が演算される。

この加熱条件の設定は各種の方法で行なうことが出来る
。

例えば、上記のようにして得られる温度上界率とその後
の加熱条件との関係を予め実験や理論式で求めておき、
その関係をメモリマツプとしてＲＯＭ１２に格納してお
いてもよいし、また予め設定し記憶しておいた基準温度
上昇率と上記Ｓ１２にて得られた温度上界率（ｄＴ／ｄ
ｔ）との偏差に応じてその後の加熱条件を設定してもよ
い。第３図において曲線Ａは昇温曲線、線分Ａ５は時間
ｔ１からｔ２に至る昇温曲線、線分ＡＣは加熱条件を修
正したときの昇温曲線を示す。

次に、Ｓ１４において上記のようにして決定された加熱
条件に基いて駆動回路１４へ出力される制御信号が修正
され、Ｓ１４から３１５へ移行し、Ｓ１５において第２
フラグＦ２が立てられ、Ｓ１５から８４へ戻る。

このように、第２フラグＦ２が立てられると、８４〜Ｓ
９を経てＳ１６へ移行し、Ｓ１６でタイマ時間ｔがｔ≧
ｔａ　　（所定サイクル時間）となるのを待ち、ｔ≧ｔ
、になると加熱の必要がなくなるので３１７へ移行し、
Ｓ１７において加熱停止指令が駆動回路１４へ出力され
、次に３１８においてタイマｔがリセットされ、メモリ
がクリアされ、第１及び第２フラグＦ１・Ｆ２がリセッ
トされ、Ｓ１８から８２へ移行する。

上記８２〜５１８のルーチンにより１＝品分の溶解が終
了し、次の１製品分の溶解と加熱が同様に繰返されるこ
とになる。

上記実施例に係る溶解炉の温度制御装置によれば、固体
アルミ合金が全部溶解してから溶湯が略直線的に温度上
昇する領域における所定時間Δを隔てた２つの時点に互
る温度上昇率に基いて所定サイクル時間ｔ、経過後の溶
湯温度が目標温度Ｔ、となるように制御するので、所定
サイクル時間ｔ。経過後の溶湯温度が確実に目標温度Ｔ
１の許容・範囲に入るようになる。

以下、上記温度制御のルーチンの別実施例について第５
図を参照しながら第６図のフローチャートに基いて説明
する。尚、図中符号８１〜Ｓ１９は各ステップを示すも
のである。

制御が開始されると、ＳｌにおいてＲＡＭ１３のメモリ
をクリアしたりソフトカウンタ■をＩ−１とするなどの
初期設定がなされ、次に８２において準備完了信号発生
器１６からの信号を待って、その信号が入力されると８
３において加熱コイル５を起動させて加熱が開始される
。この場合の加熱条件は本制御プログラムに予め設定さ
れており、その加熱条件に応じた制御信号が駆動回路１
４へ出力される。

次に８４においてソフトタイマｔが作動開始し、Ｓ５に
おいて上記タイマによる経過時間ｔがｔ＝Ｉ・Δｔか否
か判定され、ｔ＝ｌ・Δｔになるまで待機しｔ＝１・Δ
ｔになると８６へ移行する。

尚、上記Δｔは温度検出や温度上昇率演算や制御信号修
正の所定時間間隔を決める所定時間（例えば、５秒）で
ある。

次に８６においてカウンタｒがＩ＝Ｉ＋１とカンウドア
ップされ、Ｓ７において温度センサ７からの検出温度Ｔ
が読込まれ、Ｓ８において温度Ｔがアルミ合金の融点以
上の所定温度Ｔ０以上が否かが判定される。このように
判定するのは、るつぼ２内のアルミ合金の全部が溶解し
その溶湯が略直線的に温度上昇し始めてから後述のよう
に溶湯の温度上昇率ｄＴ／ｄｔを求めるためである。

温度Ｔ≧Ｔ０でないときにはＳ５へ戻りＳ５〜Ｓ８を繰
返し、温度Ｔ≧Ｔ０になると８９において検出温度Ｔが
メモリにストアされる。

次にＳＩＯにおいてカウンタ■がＩ≧■。（所定値）か
否か判定される。上記所定値Ｉ０は第５図に示すように
溶湯が略直線的に界温し始めてから２〜３回目の温度検
出のタイミングとなるように設定しである。即ち、略直
線的に昇温する領域に移行後における２以上のデータが
揃ってから今回のデータと前回のデータとを用いて温度
上昇率ｄＴ／ｄｔを演算するためである。

３１０において■≧ＩｏでないときにはＳ５へ戻り、■
≧■。になるとＳｌｌへ移行し、第５回に示すように前
回の温度Ｔ＝−＋　と今回の温度Ｔ。

とに基いて溶湯の温度上界率ｄＴ／ｄｔ（例えば、第３
図線分Ａｓの勾配）がｄＴ／ｄ　ｔ＝　（Ｔｉ　−Ｔｉ
−＋）／Δｔの弐で演算される。

次に３１２においてカウンタＩとΔＬと上記温度上昇率
ｄＴ／ｄｔと所定サイクル時間ｔ８とに基いて外挿によ
り所定サイクル時間ｔ、経過時の溶湯の予想温度Ｔｈが
演算され、次に３１３において予想温度Ｔ、、が目標温
度Ｔ、に略等しいか（つまり、ＴｈがＴ、の許容範囲に
入っているか）否か判定され、ＮｏのときにはＳ１４へ
またＹｅｓのときにはＳ１７へ移行する。

Ｓ１４において今回の温度Ｔ、とカウンタ■の値とΔ仁
とｔ８とに基いて所定サイクル時間ｔ。

経過時の溶湯の温度が目標温度Ｔ。となるように修正温
度上界率（第５図の線分ＡＣの勾配）が演算され、次に
３１５においては修正温度上昇率に基いて加熱条件が所
定の演算式やメモリマツプに基いて演算され、次に３１
６において駆動回路１４へ出力されている制ｉｌｌ信号
が修正され、Ｓ１６から３１７へ移行する。

一方、Ｓ１３における判定の結果Ｔ、、＃Ｔ＠であると
きには制御信号を修正する必要がないので８１７へ移行
する。

次に３１７において経過時間ｔ　′ｆＪ＜　ｔ≧Ｌ８か
否か判定され、ＮｏのときにはＳ５へ戻って８５〜Ｓ１
７が繰返されるので、所定時間ΔＬ毎に加熱条件が必要
に応じて修正され、目標温度Ｔ０に向って溶湯温度が上
昇していくように制御が行なわれることになる。従って
、所定サイクル時間ｔ８経過時には溶湯温度が確実に目
標温度Ｔ８に略等しくなる。

一方、所定サイクル時間ｔ８が経過した時点で溶解炉１
内の溶湯が前記給湯筒２８ａへ注湯されることになる。

従って、ｔ≧ｔ、になると加熱する必要がなくなるので
、Ｓ１８において加熱停止指令が駆動回路１４へ出力さ
れ、次に３１９においてカウンタ■とメモリとタイマｔ
とがリセットされ、５１９からＳ２へ移行する。

上記３２〜Ｓ１９のルーチンにより１製品分の溶解が終
了し、次の１製品分の溶解と加熱が同様に繰返されるこ
とになる。

尚、上記別実施例においては、所定時間Δｔおきに検出
温度Ｔを読込んで温度上昇率ｄＴ／ｄｉを演算し、加熱
条件を必要に応じて修正するようにしたけれども、リア
ルタイムで微少時間おきに検出温度Ｔを読込んで時々刻
々温度上昇率ｄ’ｌ’／ｄｔを演算し、加熱条件を修正
するようにしてもよい。

以上説明したように、上記別実施例に係る溶解炉の温度
側ｊ１１１装置によれば、固体アルミ合金が全部溶角了
してから溶湯が略直線的に温度上界する領域において、
所定時間おきに検出される検出温度に基いて最新の温度
上昇率から外挿により求められる所定サイクル時間経過
後の予想温度Ｔｈが目標温度Ｔ８となるように加熱コイ
ル５を制御するので、所定サイクル時間ｔ、経過後に溶
湯の温度が確実に目標温度Ｔ８の許容範囲に入るように
なる。

溶解炉の起動時からの経過時間や気温の変動によりるつ
ぼの温度が変動しても、それは検出温度に基く温度上昇
率に表われるので、それらの変動分をも加味して精度の
よい温度側御を行なうことが出来る。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図はグイキャ
スト鋳造装置と溶解炉装置の正面図、第２図は溶解炉の
温度制御装置の構成図、第３図は溶解時の昇温曲線を示
す線図、第４図は溶解炉の温度制御ルーチンのフローチ
ャート、第５図は別実施例に係る第３図相当図、第６図
は同側実施例に係る第４図相当図である。 １・・溶解炉、　　２・・るつぼ、　５・・高周波加熱
コイル、　７・・温度センサ、　　１０・・制御装置。 特　許　出　願　人　　マツダ株式会社第２図 第３図 時間（１） 第５図 加熱開始

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定量ずつの固体金属をるつぼ内に収容し、加熱
   手段によって加熱することにより所定のサイクル時間で
   所定目標温度に溶解する溶解炉において、 上記るつぼ内の溶湯の温度を検出する温度検出手段と、 上記温度検出手段からの出力を受けてるつぼ内の溶解済
   みの溶湯の温度上昇率を演算し、この温度上昇率に基い
   て所定サクイル時間経過時の溶湯温度が目標温度となる
   ように上記加熱手段を制御する制御手段とを設けたこと
   を特徴とする溶解炉の温度制御装置。