JPS646869B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、溶融金属を貯留した保温炉内を加圧
して溶融金属を自動計量して保温炉外へ給湯する
溶融金属の自動計量装置に関するものである。

［従来の技術及びその問題点］ 従来、溶融金属の定量給湯の為の自動計量装置
としては、たとえば第２図に示すように溶融金属
１（溶湯）を貯留する密閉された保温炉２に、給
湯管３を設けるとともに、該保温炉２内の溶湯１
を供給するための加圧制御部４を備え、かつ給湯
管３の溶湯流出口５に溶湯１を検知する給湯セン
サ６を配置した装置がある。そして、給湯管３か
ら流出した溶湯は、樋７を用いてダイカストマシ
ンのブランジヤスリーブ８等に給湯される。

しかし、上記の溶融金属の自動計量装置では、
保温炉下部の正常な溶湯を供給し、温度的にも優
つているが、保温炉内に保持されている溶湯の供
給可能量が炉外へ給湯された後に溶湯を新たに受
け入れる場合は鋳造作業を休止しなければならな
かつたし、鋳造工程の１シフトの必要量には１回
の溶湯の受け入れでは若干不足するが、できれば
不足分を溶湯の受け入れでなく、固形金属の溶解
で行いたい場合等で保温炉の能力がこの不足分の
溶解能力をも余力として持つているにもかかわら
ず、固形金属の受け入れのためにはやはり鋳造作
業を休止しなければならないという問題点があつ
た。

前記の問題点の内、溶湯を新たに受け入れる場
合の為に、第３図のように鋳造作業を中断するこ
となく、溶湯を受け入れることを可能とした、受
け入れ口（受湯管）２２が発明されている。

しかし、この受け入れ口の場合には取り鍋等か
らの注ぎ込み量の変動が大きいと、溶湯の受け入
れを行つている間に鋳造される製品への給湯量が
ややもすると多めになり、不要品となることがあ
つた。

［発明の目的］ 本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、
鋳造作業を中断することなく、溶湯の連続的な受
け入れを給湯精度に影響させることなく可能と
し、あるいは鋳造工程における１シフトの間の若
干の溶湯不足量を鋳造作業を中断することなく、
溶湯温度の急激な変化を招くととなく、固形金属
の受け入れと溶解を可能とした、溶融金属の自動
計量装置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］ 上記目的を達成するために、本発明は溶湯を貯
留する密閉した保温炉内に設けられた発熱体を配
設することもに、前記溶湯の温度を測温体で検知
し、この検知信号により温度調節計で、前記発熱
体の発熱量を制御する電力調整器を設け、前記保
温炉の溶湯内に溶湯流入口を有し、炉外に流出口
を有する溶湯を供給するための給湯管の流出口に
溶湯の到達を検知するセンサを設けて、このセン
サの信号に応じて保温炉内に導入した気体を加圧
制御する加圧制御部を有し、保温炉内の溶湯が少
なくなつた時に鋳造作業を中断することなく計量
精度の有効性を損なうことなく連続的に保温炉内
に溶湯を受け入れることのできる、炉外に溶湯流
入口を有し、保温炉内の溶湯内に流出口を有した
溶湯受湯管及び定量供給ホツパーによつて構成さ
れる連続受湯装置と、鋳造作業の１シフトにおい
て若干の不足する（たとえば、保持炉の貯留量の
10％〜15％）溶湯量を固形金属の溶解を少量づつ
定時的に鋳造作業を中断することなく、急激な温
度変化を招くことなく実現するために炉外に固形
金属の受け入れ口と、この受け入れ口を固形金属
の非受け入れ時に密閉し保温炉の気密性を損なわ
せないための機械的圧接機構（空圧シリンダー、
油圧シリンダー、モータ駆動のカム等）を有した
蓋を有し、炉内に固形金属の排出口を有する固形
金属投入口と、前記固形金属投入口から受け入れ
た固形金属の溶解に伴い発生する若干のスラグ
（カラミ）等を定期的に排出するための掃除口と
前記掃除口を密閉するための蓋とを備えたことを
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図は本発明の一実施例に係る溶融金属の自
動計量装置の構造を示す図である。同図におい
て、給湯装置を有する保温炉２は耐火性、断熱性
を有する炉材１０からなり、内部に溶湯１を貯留
するための槽として、ほぼ箱型に形成されてい
る。この保温炉２のほぼ中央には溶湯を受け入れ
るための受湯管２２を定量供給ホツパー２３とで
構成される連続受湯装置が形成され、この連続受
湯装置からの熱放散を最小限に止めるための蓋２
５が設けられている。更に上記保温炉の比較的側
部よりの天井には固形金属の投入口２７と、この
固形金属の投入口２７を固形金属の非受け入れ時
に密閉し保温炉の気密性を損なわせない為の機械
的圧接装置（図の例は空圧シリンダー、他の例は
図示省略）２９を有した蓋２８を有している。
又、上記保温炉の一側部には前記固形金属の投入
口２７から受け入れた固形金属の溶解に伴い発生
する若干のスラグ（カラミ）等を定期的に排出す
る為の掃除口１２と前記掃除口を密閉するための
蓋１３が設けられている。上記保温炉２の上部に
は、棒状炭化珪素あるいはニクロム線を配した抵
抗式の発熱体（図示は棒状炭化珪素発熱体）１１
が設けられ、この発熱体１１は、サイリスタ式電
力調整器１９を介して電源に接続されている。ま
た、上記保温炉２には、その掃除口１２側の横側
部を斜めに貫通して検出端が、該保温炉２の溶融
金属１内に配置された、溶湯温度測温体２１が設
けられている。そして、上記溶湯温度測温体２１
は、温度調節計２０を介して上記サイリスタ式電
力調整器に接続されている。すなわち、上記溶湯
温度測温体２１は溶湯１の温度を検出し、温度調
節計２０で設定された温度とを比較して、その比
較温度に基づきサイリスタ式電力調整器１９で発
熱体１１への熱量を制御（例えばPID制御）する
ことにより温度制御を行う。上記保温炉の上部に
は気体を導入して、この保温炉２内を加圧する加
圧口３５と、気体を排出して圧力を逃す排気口３
６とが設けられている。上記加圧口３５は外部に
おいて配管され、途中に加圧弁１６を介装して加
圧源１５に接続されている。この加圧源１５は、
例えば、コンプレツサーにより圧縮された空気あ
るいはボンベに充填された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１６
は、後述する加圧制御装置３４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３６は外部において、配管により排気弁
１７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１７は後述する加圧制御装置３４
の所定の制御信号に基づいて開閉する電磁弁等で
ある。

上記保温炉２の上部には、その内圧を測定する
為の炉内圧力測定口１４が設けられている。この
炉内圧力測定口１４は、外部において配管で差圧
発信部３１及び圧力調節計３０に接続されてい
る。この差圧発信器３１は２つの測定室３１ａ・
測定室３１ｂを有し、一方の測定室３１ｂは配管
の途中に電磁弁３２を介装して測定口１４に接続
されており、２つの測定室３１ａ・測定室３１ｂ
に加わる圧力の差が検出されるものである。上記
差圧発信器３１は、差圧調節計３３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
内圧力測定口１４は圧力調節計３０に接続されて
いる。そして、上記差圧調節計３３と圧力調節計
３０、及び加圧弁１６と排気弁１７と電磁弁３２
とはそれぞれ後述する所定の制御が行われるよう
に加圧制御装置３４に接続されている。

前記のように加圧制御部４は電磁弁３２と、差
圧発信器３１と、差圧調節計３３、圧力調節計３
０と、加圧制御装置３４とで構成される。

更に、上記保温炉２には、耐熱性の材質からな
る給湯管３が設けられている。この給湯管３は、
その一端部が溶湯流入口９として、該保温炉２の
底部側において開口され、他端部が溶湯流出口５
として外部に開口されている。この溶湯流出口５
には、電極式、光電式、音波式、電磁式等のいず
れかで（図示は電極式）構成される給湯センサ６
が設けられている。この給湯センサ６は、溶融金
属の通過を検知し、加圧制御装置３４に伝達す
る。上記溶湯流出口５は樋７を介してダイカスト
マシンプランジヤ等の被供給側へ連通される。

次に、上記構成の自動計量装置の動作について
説明する。まず、給湯に必要な保持限界量までの
溶湯１が連続受湯装置の定量供給ホツパー２３、
受湯管２２を介し保温炉２内に入れられ、蓋２５
が閉じられる。ついで、温度調節計２０を保温に
必要な温度にセツトしてから、サイリスタ式電力
調整器１９により発熱体１１に電力が供給され、
溶湯温度が管理される。加圧制御部４は、図示さ
れていないキースイツチの操作によつて作動可能
となる。鋳造機（ダイカストマシン等）からの給
湯要求信号に応じて、加圧制御装置３４の制御の
もとに排気弁１７を閉じ、加圧弁１６を開く。こ
れにより、加圧源１５から、圧縮された空気ある
いは不活性ガス等の気体が保温炉２に流入し、内
圧が上昇する。この内圧の上昇により、保温炉２
内の溶湯は、溶湯流入口９から給湯管３に流入
し、溶湯流出口５から流出し樋７を介してダイカ
ストマシンプランジヤスリーブ等へ給湯される。
このとき給湯センサ６が溶湯を検出したタイミン
グにより電磁弁３２を閉じる。これにより溶湯流
出口５から流出した瞬間における保温炉２内の圧
力が差圧発信器３１内の測定室３１ｂにセツトさ
れる。

ここで、上記加圧制御装置３４（プログラマブ
ルコントローラまたはシーケンサ）はこの時点で
の保持炉内の圧力を炉内圧力測定口１４から圧力
調節計３０を介して測定し、あらかじめ個々の溶
融金属の自動計量装置について検定し、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給
湯管３内を上昇しつづけ外部に給湯される。

その後、上記保温炉２内の圧力は、前記給湯セ
ンサ６検知時の圧力とその後の増圧量を継続的に
差圧発信器３１及び左圧調節計３３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圧量を測定し、前記の安全限
界圧同様個々の溶融金属の自動計量装置について
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り給湯量−圧力関係グラ
フに基づいて、加圧制御装置３４は差圧調節計３
３に設定された増圧量に到達したならば、加圧を
加圧弁１６の閉止により中止させる。

ここで、給湯センサ６の検知位置は、保持炉２
の形状的変化（スラグ等の炉床への堆積、あるい
は側部への付着等を含めた変化）にかかわらず、
給湯における定点となり、前記差圧調節計３３に
設定された増圧量は一定時間定量的に給湯する上
での絶対値的制御要素として重要なものとなる。

即ち給湯管３と保温炉２の関係を流体力学的見
地から考察するならば、給湯管の溶湯流入口９は
液中に浸された「もぐりオリフイス」の役割を果
していることとなり、通過流量は次式で表せられ
る。

Ｑ＝cA（2gH）^0.5［m³／sec］ ここで、 ｃ：流量係数 Ａ：オリフイス断面積［m²］ ｇ：重量の加速度［ｍ／sec²］ Ｈ：水頭差［ｍ］ 給湯センサ６の検知位置を基準点（定点）とし
て、給湯センサ６の検知後の増圧量を水頭差とし
て捉えるならば、給湯センサ６の検知後、外部へ
給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。）により定
量的な給湯が保証できなくなるまでの間の一定時
間（給湯定量時間要素）はこの増圧量が絶対的な
給湯量制御要素として働くことが理解できる。そ
して、この給湯定量時間要素はあらかじめ検定さ
れた単位時間当り給湯量−増圧量の個別の組み合
わせによつておおよそ0.5秒〜15秒の間で規定さ
れてくることが、我々の経験によつて知られてい
る。例えば、２Kg／秒ならばおおよそ５秒間であ
る。

こうして、鋳造機の給湯要求信号に基づいて給
湯を続けるならば、やがて保温炉２内の溶湯量が
減少し溶湯の補給が必要となる。

連続受湯装置の蓋２５を開き定量供給ホツパー
２３を介して受湯管２２に溶湯は、図示しないフ
オークリフト等によつて溶解炉より取り鍋等を用
いて運搬され、注ぎ込まれる。

受湯管２２は給湯管３同様保温炉２内の溶湯に
浸つており、保温炉２の密閉を損なうことがない
ので、保温炉２内が加圧され給湯中であつても溶
湯の受け入れが可能となる。しかしながら、従来
技術の問題点として指摘したように、取り鍋等か
らの単位時間当り受け入れ量が一定量を越えると
給湯精度に影響を及ぼすことが知られている。こ
のことは、受湯管２２もやはり給湯管３と同様溶
湯内に浸つた「もぐりオリフイス」であり給湯時
に絶対的な給湯量制御要素として働く水頭差に影
響を与える量が受湯管２２内に供給されることに
よることは容易に推測できる。そして又、この給
湯精度に影響させない受湯管２２への供給量の限
界値は給湯管３と受湯管２２の保温炉２内で溶湯
に浸つている「もぐりオリフイス」部分のオリフ
イス断面積の比に規定される。例えば、我々の経
験では、給湯管３及び受湯管２２のそれぞれのオ
リフイス径が28mmならば単位時間当りの受湯量の
限界値は３Kg／秒である。実際の取り鍋等からの
注ぎ込みにおいて、この限界値を越さずに短時間
に作業を行うことは大変困難なことである。そこ
で、本発明ではこの限界値を保証するため、定量
供給ホツパー２３を受湯管２２の上部に設置して
いる。

この定量供給ホツパー２３は耐火性の物質で製
作され、低面に一定の径の溶湯供給口２６が設け
られている。ベルヌーイの定理に基づくならば、
前記の溶湯供給口２６からの供給量は「もぐりオ
リフイス」同様次式によつて求められる。

Ｑ＝cA（2gH）^0.5［m³／sec］ 即ち、定量供給ホツパー２３の深さと溶湯供給
口２６の径によつて供給最大値が規定される。そ
こで、取り鍋で溶湯を定量供給ホツパー２３に注
ぎ込む作業者は、溶湯が定量供給ホツパーから溢
れださないように注意するだけで、溶湯が受湯管
２２内に前記の限界値を越すことなく作業を実施
することができる。

なお、この受湯管２２と、定量供給ホツパー２
３と、蓋２５とで構成される連続受湯装置の役割
として、外部からの持ち込まれたスラジを保温炉
２内に流入させない為の堰があることは公知の事
実である。と同様、給湯管３の形状及び受湯管２
２の形状との相対関係から、給湯の為の保温炉２
内への加圧によつても（溶湯の受け入れ実施中で
あつても）決して受湯管２２から溶湯が溢れるこ
とがないことも経験的に知られている。

前記のように、連続受湯装置を用いて溶湯を補
給しなくとも、一定時間なら鋳物から製品を取り
除いたリターン材（湯道等）等を若干量保温炉２
内で、溶湯の温度管理に影響させない程度の熱量
供給余力を用いて溶解する場合には、固形金属の
投入口２７の蓋２８を機械的圧接機構２９を用い
て保温炉２内が加圧されていない、給湯操作と給
湯操作のオフサイクル時（一実施例では、保温炉
２内の加圧時間７秒に対して、オフサイクル時間
は25秒）に開放し、図示されていない固形金属投
入装置等を用いて投入し、鋳造作業を中断するこ
となく若干の固形金属の溶解が行われる。固形金
属の投入が終了すると、機械的圧接機構２９を用
いて蓋２８は直ちに閉じられ、保温炉２内は再び
密閉され、鋳造機からの給湯要求信号の待機状態
となる。

この場合、鋳物を製品とリターン材とにすみや
かに分離し、固形金属の受け入れ口２７に投入す
るなら、固形金属は150℃〜250℃の保温状態で固
形金属の受け入れ口２７に投入することが可能と
なり、極めて大きい熱エネルギー的な効果が期待
できる。

なお、上記実施例において、給湯管３は溶湯レ
ベルより十分に低い保温炉２の底部側中層に溶湯
流入口９が配置され、溶湯レベルより高い位置に
溶湯流出口５が配置されていればよい。

また、受湯管２２と、定量供給ホツパー２３
と、蓋２５とで構成される連続受湯装置は、溶湯
流出口２４が給湯管同様、溶湯レベルより十分に
低い保温炉２の底部側中層に配置され、溶湯供給
口２６が保温炉２の上部ケイシングより上に配置
されていればよい。

さらに、固形金属投入口２７は、固形金属の受
け入れ口３７が保温炉２の上部ケイシングより上
に配置され、固形金属の排出口３８が保温炉２内
の溶湯最大保持時の溶湯上面より上に配置されて
いればよい。

そして、給湯センサ６の位置はあふれだし圧力
に関係し、保温炉２内の溶湯のレベルより高い給
湯管３の流出口５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、鋳造作業
を中断することなく、溶湯の連続的な受け入れを
給湯精度に影響させることなく可能とし、かつま
た、鋳造工程における１シフトの間の若干の溶湯
不足量を鋳造作業を中断することなく、溶湯温度
の急激な変化を招くことなく、固形金属（小型イ
ンゴツト或いは鋳物製品と分離されたリターン材
等）の若干の受け入れと溶解を可能とした、溶融
金属の自動計量装置が可能となつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る溶融金属の自
動計量装置の構造を示す図、第２図は従来の溶融
金属の自動計量装置の構造を示す図、第３図は従
来の溶融金属の自動計量装置に鋳造作業を中断せ
ずに、溶湯を受け入れることを可能とした受け入
れ口を取付けた構造を示す図、第４図は個別的に
検定される単位時間当り給湯量−圧力関係グラフ
である。 １……溶融金属（溶湯）、２……保温炉、３…
…給湯管、４……加圧制御部、５……（給湯管）
溶湯流出口、６……給湯センサ、７……樋、８…
…ダイカストマシンプランジヤスリーブ、９……
（給湯管）溶湯流入口、１０……保温炉炉材、１
１……発熱体、１２……掃除口、１３……（掃除
口）蓋、１４……炉内圧力測定口、１５……加圧
源、１６……加圧弁、１７……加排気弁、１８…
…電線、１９……サイリスタ式電力調整器、２０
……温度調節計、２１……溶湯温度測温体、２２
……受湯管、２３……定量供給ホツパー、２４…
…（受湯管）溶湯流出口、２５……（連続受湯装
置）蓋、２６……（定量供給ホツパー）溶湯供給
口、２７……固形金属投入口、２８……（固形金
属投入口）蓋、２９……（固形金属投入口蓋）機
械的圧接機構、３０……圧力調節計、３１……差
圧発信器、３１ａ，３１ｂ……測定室、３２……
電磁弁、３３……差圧調節計、３４……加圧制御
装置（プログラマブルコントローラ或いはシーケ
ンサ）、３５……加圧口、３６……排気口、３７
……固形金属受け入れ口、３８……固形金属排出
口、尚、図中同一符号は同一又は相当部分を示
す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 溶融金属１を貯留する密閉した保温炉２と、
   この保温炉２内にもうけられた発熱体１１と、前
   記溶融金属１の温度を測温体２１で検知し、この
   検知信号により温度調節計２０で、前記発熱体１
   １の発熱量を制御する電力調整器１９と、前記保
   温炉２の溶融金属１内に溶融金属流入口９を有
   し、炉外に流出口５を有する溶融金属を供給する
   ための給湯管３と、前記給湯管３内を上昇してく
   る溶融金属を定点で検知するセンサ６と、前記セ
   ンサ６の信号に応じて保温炉２内に導入された気
   体を加圧制御する加圧制御部４を有する計量装置
   と、前記計量装置による給湯管３からの保温炉２
   外への溶融金属の定量供給のための計量実行中に
   おいて、この計量操作を中断することなく計量精
   度の有効性を損なうことなく連続的に保温炉外部
   から溶融金属を受け入れるための炉外に溶融金属
   の流入口を有し、炉内の溶融金属１内に流出口２
   ４を有する溶融金属受け入れ口（受湯管）２２及
   び定量供給ホツパー２３とで構成される連続受湯
   装置と、炉外に固形金属の受け入れ口３７と、こ
   の受け入れ口を固形金属の非受け入れ時に密閉し
   保温炉２の気密性を損なわせない為の機械的圧接
   機構（空圧シリンダー、油圧シリンダー、モータ
   駆動のカム等）２９を有した蓋２８を有し、炉内
   に固形金属の排出口３８を有する固形金属の投入
   口２７と、前記固形金属の投入口２７から受け入
   れた固形金属の溶解に伴い発生する若干のスラグ
   （カラミ）等を定期的に排出するための掃除口１
   ２と、前記掃除口を密閉するための蓋１３とを備
   えたことを特徴とする溶融金属の自動計量装置。