JPS6359789B2

JPS6359789B2 -

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Publication number: JPS6359789B2
Application number: JP17522586A
Authority: JP
Priority date: 1986-07-25
Filing date: 1986-07-25
Publication date: 1988-11-21
Also published as: JPS6333168A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は加圧式配湯装置を有する溶解炉の加圧
配湯制御方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、鋳型等に溶湯を定量供給する装置として
は加圧式注湯炉あるいは、溶湯の定量供給装置と
して密閉された保温炉等の工業窯炉が種々知られ
ている。

〔従来技術の問題点〕

この種の工業窯炉の場合、鋳型への溶湯の供給
を精度よく定量的に供給することを主目的とする
ため、溶湯の貯湯炉（あるいは前炉）とは別に金
属塊を溶解するための溶解炉を設ける必要があつ
た。このため、貯湯炉と溶解炉との２つの装置を
用いるので、工業用窯炉の構成が大型化するとと
もに、貯留された溶湯を大量かつすみやかに供給
することができなかつた。また、溶解炉から溶湯
を貯湯炉に移す際に危険が生じる虞れがあつた。

〔発明の目的〕

本発明は、上記従来の問題点等に鑑みて、金属
塊の溶解を安全かつ安定的にして、連続的に行
い、溶解を中断することなく貯湯槽に貯留された
溶湯を溶解において生じた酸化物等や、炉材等よ
り派生する異物等に汚染されることなく清浄性を
保ち炉外へ精度よく配湯することを可能とした加
圧的配湯装置付溶解炉用配湯制御方法を提供する
ことを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕上記問題点を解決するために本発明は、金属塊
の溶解する溶解デツキと溶解した金属を貯留する
貯湯槽を有する溶解炉に、外部の加圧制御装置で
開閉制御される加圧口及びこの加圧制御装置の信
号によつて炉内の圧力を外部に排出するための排
出口を有し前記貯湯槽と連通された配湯室と、こ
の配湯室内に溶湯流入口が位置し外部の配湯流出
口にあふれ出し圧力を検知する配湯センサを有す
る配湯管と、前記配湯センサの圧力を測定する差
圧検出部とを備えることによつて、金属塊を溶解
し、その金属溶湯を貯留し、その後配湯室に導
き、溶湯中の清浄な溶湯を前記差圧検出部で設定
された圧力に加えられた増圧量を前記加圧制御装
置により制御することによつて外部に配湯するこ
とを特徴とする。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について、図面を参照し
ながら説明する。

第１図及び第２図は本発明の一実施例に係る加
圧式配湯装置付溶解炉の構造を示す図である。同
図において、溶解炉は耐火性、断熱性を有するシ
リカSHIRIKAボード等の材質からなり、金属塊
１が溶解される溶解室２と、溶解金属の溶湯を配
湯するための配湯室３等とから形成されている。
金属塊１は、溶解等に適した大きさのインゴツト
である。上記溶解室２は、密閉されたほぼ箱形に
形成されており、この内部には、金属塊１を配置
するための台状に形成した溶解デツキ４と、溶解
金属を貯留するための貯湯槽５とが形成されてい
る。上記溶解デツキ４の上面位置は、溶解室２の
高さ方向の中程に形成され、かつ貯湯槽５側にや
や傾斜（約5゜）しており、溶融金属が貯湯槽５内
に流れ込み、金属溶湯６として貯留されるように
なつている。本実施例における溶解デツキ４と貯
湯槽５とが占める底面積の割合は、ほぼ６対４で
ある。上記溶解デツキ４が形成された側の溶解室
２上部側の側壁には、金属塊１の投入口７が形成
され、かつこの投入口７を外部から覆い密閉する
ためのフタ８が設けられている。上記溶解室２内
の上部全面には、棒状炭火珪素あるいはニクロム
線を配したパネルヒータ等の抵抗式の発熱体９が
設けられ、また、この発熱体９は、図示しない電
源に接続されている。上記溶解室２には、この上
部壁を貫通して検出端が内部の金属塊１近傍に配
置された雰囲気温度測温体１０と、この横側壁を
斜めに貫通して検出端が貯湯槽５の金属溶湯６内
に配置された溶湯温度測温体１１とが設けられて
いる。また、上記溶解室２には、この上部壁を貫
通して検出端が貯湯槽５の金属溶湯６上面近傍に
配置された溶湯レベルセンサ１２が設けられてい
る。そして、上記雰囲気温度測温体１０と溶湯温
度測温体１１とは、それぞれ温度調節計１３と過
熱警報計１４とを介して、また溶湯レベルセンサ
１２は直接に、温度制御装置１５（プラグラマブ
ルコントローラまたはシーケンサ）に制御される
よう接続されている。上記雰囲気温度測温体１０
は溶解デツキ４上の金属塊１近傍の雰囲気温度を
検出し、溶湯温度測温体１１は金属溶湯６の温度
を検出する。そして、上記温度制御装置１５は、
前記検出温度とそれぞれ温度調節計１３および過
熱警報計１４で設定された温度とを比較して温度
制御を行う。すなわち、上記温度制御装置１５
は、前記比較温度に基づき発熱体９への熱量を制
御（例えばオン・オフ制御）することにより温度
制御（過熱防止等を含む）を行う。また、上記温
度制御装置１５は、溶湯レベルセンサ１２により
貯湯槽５の金属溶湯６をレベル検知することによ
り、溶解デツキ４上面より上まで溶湯が上昇しな
いよう過溶融を防止する。

上記配湯室３は、密閉され上記溶解室２よりも
やや小さい箱形に形成されており、この溶解室２
の側壁に貯湯槽５と底面を共通レベルにして連通
し、かつ一体的に形成されている。また、上記配
湯室３は溶解デツキ４上面より高く、かつ溶解室
２よりもやや低く形成されている。すなわち、配
湯室３と貯湯槽５とは、細長く連通し金属溶湯６
を貯留する溶湯槽を形成している。本実施例で
は、貯湯槽５と配湯室３とが占める底面積の割合
は、ほぼ２対１である。前記貯湯槽５と配湯室３
との合計貯留容積は金属塊１が全部溶解したとき
に十分な容積に形成されている。また、上記配湯
室３の上部には気体を導入して、この配湯室３内
を加圧する加圧口１６と、気体を排出して圧力を
逃す排気口１７とが設けられている。上記加圧口
１６は外部において配管され、途中に加圧弁１８
を介在して加圧源１９に接続されている。この加
圧源１９は、例えば、コンプレツサにより圧縮さ
れた空気あるいは不活性ガス等の圧力気体を供給
できる装置等である。上記加圧弁１８は、後述す
る加圧制御装置２０の所定の制御信号に基づいて
開閉する、電磁弁等である。また、上記排気口１
７は外部において配管により排気弁２１に接続さ
れ、大気に開口されるようになつている。上記排
気弁２１は、加圧制御装置２０の所定の制御信号
に基づいて、あるいは手動にて開閉する電磁弁等
である。

上記配湯室３の上部には、その内圧を測定する
ための炉内測定口２２が設けられている。この炉
内測定口２２は、外部において配管２３で差圧発
振器２４に接続されている。この差圧発振器２４
は、２つの測定室２４ａ、測定室２４ｂを有し、
一方の測定室２４ａは上記配管２３に直接接続さ
れ、他方の測定室２４ｂは上記配管２３の途中に
電磁弁２５を介在して接続されており、２つの測
定室２４ａ、測定室２４ｂに加わる圧力の差が検
出されるものである。上記差圧発振器２４は、差
圧調節計２６に接続され、両者により差圧検出部
を構成する。また、上記炉内測定口２２は圧力調
節計２７に接続されている。そして、上記差圧調
節計２６と圧力調節計２７、および加圧弁１８と
排気弁２１と電磁弁２５とはそれぞれ所定の制御
が行われるよう加圧制御装置２０に接続されてい
る。さらに、上記配湯室３には、セラミツクス等
の耐熱性の材質からなる配湯管２８が設けられて
いる。この配湯管２８は、その一端部が溶湯流入
口２９として、上記配湯室３の底部側中層におい
て開口され、他端部が溶湯流出口３０として配湯
室３上部より貫通して外部に開口されている。こ
の溶湯流出口３０には、電磁式、光電式、音波
式、電磁式等のいずれかで構成される配湯センサ
３１が設けられている。この配湯センサ３１は、
金属溶湯の通過を検知し、加圧制御装置２０に伝
達する。溶湯流出口３０は、図示しない被供給側
に連通される。

上記温度制御装置１５と加圧制御装置２０とは
中央制御装置３２により制御される。この中央制
御装置３２は、外部の配湯要求に対して、温度制
御装置１５と加圧制御装置２０との調整を行うも
のである。すなわち、配湯要求があつた場合に、
金属溶湯６が十分に貯留されていなかつたり、あ
るいは溶湯温度が適切でないときには、加圧制御
装置２０による加圧を行わないようにする。ま
た、配湯要求があつても金属塊１、金属溶湯６が
なかつたりしたときには、金属塊１を投入する指
示等を出す。

次に、上記構成の溶解炉の動作について説明す
る。まず、配湯に必要な量の金属塊１を打入口７
から入れ、溶解デツキ４上に配置して、フタ８を
閉めて密閉する。ついで、温度調節計１３を金属
塊１が溶融する温度にセツトするとともに、過熱
警報計１４を過加熱されない温度にセツトしてか
ら、温度制御装置１５により加熱を開始する。こ
れにより、徐々に温度が上昇して金属塊１が溶融
して、溶解デツキ４から貯湯槽５内に流れ込み、
貯留される。この溶湯は金属溶湯６として、貯湯
槽５内から、さらに配湯室３に静かに移動して、
所定の液面レベルまで溶解が継続する。金属塊１
の溶解温度および金属溶湯６の温度は温度制御装
置１５により制御され、かつ液面レベルも溶湯レ
ベルセンサ１２により検知され、過溶解しないレ
ベルに制御される。このとき、溶解された金属塊
１から発生した酸化物等の不純物、炉材等から派
生する異物等は、溶湯と分離されおおむね溶湯表
面上に浮遊された状態で貯留される。次に、外部
からの配湯要求に応じて、中央制御装置３２の制
御のもとに、加圧制御装置２０が排気弁２１を閉
じ、加圧弁１８を開く。これにより、加圧源１９
から、圧縮された空気あるいは不活性ガス等の気
体が配湯室３内に流入し、内圧が上昇する。この
内圧の上昇により、配湯室３内に沈静化され保持
された溶湯は、溶湯流入口２９から配湯管２８に
流入し、溶湯流出口３０から流出し、外部に配湯
される。このとき配湯センサ３１が溶解を検出し
たタイミングにより電磁弁２５を閉じる。これに
より溶湯流出口３０から流出した瞬間における配
湯室３内の圧力が差圧発振器２４の測定室２４ｂ
にセツトされる。

ここで、上記加圧制御装置（プログラマブルコ
ントローラまたはシーケンサ）２０はこの時点で
の配湯室３内の内圧を炉内測定口２２から圧力調
節計２７を介して測定し、あらかじめ個々の加圧
式配湯装置付溶解炉について個々に検定し、規定
されている安全限界圧の範囲内であるかを判断
し、規定されている値に相当するならば加圧を続
ける。また、範囲外であるならば、加圧は停止さ
れる。

そして、加圧が継続されるならば当然溶湯は配
湯管２８内を上昇しつづけ外部に配湯される。

その後、上記配湯室３内の圧力は、前記配湯セ
ンサ３１検知時の圧力とその後の増圧量を継続的
に差圧発振器２４および差圧調節計２６等からな
る差圧検出部を介して測定することにより、より
定量的かつ安全な絶対増加量を測定し、前記の安
全限界圧同様個々の加圧式配湯装置付溶解炉につ
いて個々に検定し、そして、あらかじめ第４図の
ように作成された単位時間当たり配湯量−圧力関
係グラフに基づいて、加圧制御装置２０は差圧調
節計２６に設定された増圧量に到達したならば、
加圧を加圧弁１８の閉止により中断させる。

ここで配湯センサ３１の検知位置は、配湯室３
の形状的変化（スケール等の炉床への堆積、ある
いは、側部への付着を含めた変化）にかかわら
ず、配湯における定点となり、前記差圧調節計２
６に設定された増圧量は定量的に配湯する上での
絶対値的制御要素として重要なものとなる。

この時、溶湯は当然配湯管２８の溶湯流出口３
０からあふれ続けており、外部に配湯された溶湯
の減少量相当分の圧力減少（当然温度上昇によつ
て気体が膨張することに基づく圧力増加は考慮さ
れなければならない。）により、あふれ出すこと
ができなくなるまで配湯は配湯管２８より続けら
れる。このとき、溶湯流入口２９が、配湯室３の
底部側中層に配置されているため、配湯には、表
面上に浮遊したあるいは炉底に沈積した酸化物等
の不純物、炉材等から派生する異物等は全く混入
することがなく、もつとも清浄な部分が供給され
る。

ただ、これだけであるならば、いわゆる加圧式
注湯炉あるいは溶湯の定量供給装置と同様に、限
られた一定量を配湯できるにすぎないが、この発
明では継続して定量的に配湯を可能とする制御方
法を用いている。つまり、第３図に示すように、
一点鎖線のあふれ出し開始圧に所定のあふれ出し
圧（ΔP₁）を加えた後、前記加圧制御装置２０で
差圧調整計２６のヒステリシス（調節動作すき
ま）をオン−オフ制御の繰り返し制御として効果
的に活用する制御である。すなわち、ΔP₁だけ加
圧され、これが測定室２４ａ、測定室２４ｂに加
わる圧力の差として検出されたとき、差圧調節計
２６がオンとなり、これにより加圧弁１８を閉じ
る信号が加圧制御装置２０を介して伝えられる。
ついで、配湯が行われ配湯室３内の圧力がΔP₂だ
け減少すると、差圧調節計２６がオフとなり、こ
れにより加圧弁１８を開く信号が加圧制御装置２
０を介して伝えられ、加圧が再開される。すなわ
ち、差圧調節計２６がΔP₁だけ高くてオンになる
圧力と、それよりΔP₂だけ低くてオフになる圧力
が異なるというヒステリシス現象を用いて、この
差圧調節計２６のオンとオフとの間を継続的に繰
り返すものである。すなわち、本発明は差圧調節
計２６のオンとオフとの圧力レベルが異なること
を利用して、第３図に示すように繰り返し圧力の
印加を行つているので、定量的な配湯が効果的に
行われる。配湯の停止は、外部からの停止指令な
いしは、加圧制御装置２０内の内部タイマによつ
て行われる。

定量的な配湯が続けうる時間は、いずれ配湯室
３内の溶湯の減少により、このヒステリシス圧
ΔP₂を利用した制御では限界に達することは、容
易に推測できる。しかしながら、我々の経験で
は、貯湯槽５及び配湯室３の構造の工夫によつて
実用上必要充分な単位時間内に溶解された配湯に
見合つた量を、１回ないし２回の前記の配湯サイ
クルで配湯することが実現している。

その一例を示すなら、１時間当たりの溶解量
150Kgに対して150Kgの配湯するのに要する時間
は、合計100秒であることが確認されている。

なお、上記実施例において、配湯室３は少なく
とも溶解室２の貯湯槽５と連通され溶解した金属
溶湯６が流れ込むように形成されていればよく、
形状、構造等も実施例のように一体的でなくとも
よい。

また、配湯管２２は溶湯レベルより十分に低い
底部側中層に溶湯流入口２３が配置され、溶湯レ
ベルより高い位置に溶湯流出口２４が配置されて
いればよい。

さらに、溶湯レベルセンサ３１の位置は、あふ
れ出し圧力に関係し、配湯室３内の溶湯のレベル
より高い位置に配置される。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によつて密閉された
溶解炉において、熱収支的に高効率に溶解された
溶湯のもつとも清浄な部分を安定的かつ安全にそ
して定量的に精度よく配湯できる、加圧式配湯装
置付溶解炉の配湯制御方法が可能となつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る加圧式配湯装
置付溶解炉の構造を示す図であり、同図ａは第２
図のＡ−Ａ線断面図、同図ｂは第２図のＢ−Ｂ線
断面図、第２図ａは加圧式配湯装置付溶解炉の平
面図、第２図ｂは第１図ｂのＣ−Ｃ線断面図、第
３図は配湯中における炉内の圧力変化を示す動作
特性グラフ、第４図は個別的に検定される単位時
間当り配湯量−圧力関係グラフである。１…金属塊、２…溶解室、３…配湯室、４…溶
解デツキ、５…貯湯槽、６…金属溶湯、７…投入
口、８…フタ、９…発熱体、１０…雰囲気温度測
温体、１１…溶湯温度測温体、１２…溶湯レベル
センサ、１３…温度調節計、１４…過熱警報計、
１５…温度制御装置、１６…加圧口、１７…排気
口、１８…加圧弁、１９…加圧源、２０…加圧制
御装置、２１…排気弁、２２…炉内測定口、２３
…配管、２４…差圧発振器、２４ａ，２４ｂ…測
定室、２５…電磁弁、２６…差圧調節計、２７…
圧力調節計、２８…配湯管、２９…溶湯流入口、
３０…溶湯流出口、３１…配湯センサ、３２…中
央制御装置、ΔP₁…あふれ出し圧、ΔP₂…ヒステ
リシス圧。

Claims

【特許請求の範囲】

１金属塊１の投入口７を有し、この金属塊１を
保持し溶解に必要な熱量を受けさせるための溶解
炉の溶解デツキ４と、溶解した金属溶湯を貯留す
る貯湯槽５と、溶解した溶湯の貯留量を検知する
溶湯レベルセンサ１２と、前記溶解デツキ４上の
金属塊１の溶解に必要な所定の熱量を供給する発
熱体９と、溶湯の温度及び雰囲気の温度をそれぞ
れ測定するための測温体１０，１１と、外部の加
圧制御装置２０により開閉制御される加圧口１６
及びこの加圧制御装置２０の信号によつて炉内の
圧力を外部に排出するための排出口１７を有し前
記貯湯槽５と連通された配湯室３と、前記配湯室
３内に溶湯流入口２９が位置し外部の配湯流出口
３０にあふれ出し圧力を検知する配湯センサ３１
を有する配湯管２８と、前記配湯センサ３１の信
号で圧力を測定する差圧検出部とを備えることに
よつて、金属塊１を溶解し、その金属溶湯を貯留
し、その後配湯室３に導き、溶湯中の清浄な溶湯
を前記差圧検出部で設定された圧力に加えられた
増圧量を前記加圧制御装置２０により制御するこ
とによつて外部に配湯することを特徴とする溶解
炉用加圧配湯制御方法。