JPWO2014069100A1 - 鋳型へ注湯する溶湯のサンプリング装置及びサンプリング方法並びに材質管理方法 - Google Patents

Abstract

一実施形態に係る鋳型へ注湯する溶湯のサンプリング装置は、取鍋内の溶湯を鋳型内に注湯する自動注湯装置に搭載され、取鍋内の溶湯をサンプリングするサンプリング装置であって、受湯容器と、受湯容器が装着される可動フレームと、可動フレームを駆動して、取鍋から溶湯を受湯するための受湯位置に受湯容器を搬送させる駆動部と、を具備する。

Description

本発明は、鋳造工場において、鋳型へ注湯する溶湯の材質管理をするために、該鋳型へ注湯する溶湯、即ち、取鍋内の溶湯をサンプリングする装置及びサンプリングする方法に関する。また該鋳型へ注湯する溶湯の材質管理方法に関する。

従来、鋳物製品を製造する鋳造工場において、鋳型に溶湯を注湯する際、溶湯の材質・物理特性を検査するために溶湯をサンプリングし、溶湯の材質を維持管理している。この材質管理のための溶湯のサンプリングは、注湯作業の中で、ひしゃくや採取治具で作業者が溶湯をすくい取るのが一般的であった（例えば、特許文献１参照）。また、その他の溶湯のサンプリング方法として、鋳型内への注湯と同時にその鋳型内の製品あるいは鋳造方案に連続する試験片を鋳込み、溶湯の凝固後に前記試験片を採取し切破して破面検査を行う方法があった（例えば、特許文献２参照）。

実開平２−１６０５８号公報 特開平３−４２１７２号公報

しかし、注湯作業の中で、ひしゃくや採取治具で作業者が溶湯をすくい取るサンプリング方法では、高温溶湯の近くで作業者が作業しなくてはならず、危険であるという問題があった。さらに、人による作業であるため、サンプリングするのを忘れることがあるという問題があった。また、鋳型内への注湯と同時にその鋳型内の製品あるいは鋳造方案に連続する試験片を鋳込み、溶湯の凝固後に前記試験片を採取し切破して破面検査を行う方法では、全鋳型に試験片が作られるため、歩留まりが悪いという問題があった。

本技術分野では、危険でなく、且つ、注湯取鍋単位で確実に溶湯をサンプリングすることができると共に歩留まりを良くすることができる鋳型へ注湯する溶湯のサンプリング装置及びサンプリング方法が望まれている。また該鋳型へ注湯する溶湯の材質管理方法が望まれている。

本発明の一側面に係る鋳型へ注湯する溶湯のサンプリング装置は、取鍋内の溶湯を鋳型内に注湯する自動注湯装置に搭載され、取鍋内の溶湯をサンプリングするサンプリング装置であって、受湯容器と、受湯容器が装着される可動フレームと、可動フレームを駆動して、取鍋から溶湯を受湯するための受湯位置に受湯容器を搬送させる駆動部と、を具備することを特徴とする。

本発明の他の側面に係る鋳型へ注湯する溶湯のサンプリング方法は、取鍋内の溶湯を鋳型内に注湯する自動注湯装置に搭載され、取鍋内の溶湯をサンプリングするサンプリング装置により、取鍋内の溶湯をサンプリングするサンプリング方法であって、受湯容器を該取鍋から溶湯を受湯するための受湯位置に搬送する搬送工程と、取鍋内の溶湯の一部を、受湯容器が受湯位置において受湯する受湯工程と、受湯容器を受湯位置から搬出する搬出工程と、を有することを特徴とする。

一形態では、上述の鋳型へ注湯する溶湯のサンプリング方法において、搬送工程、受湯工程及び搬出工程を、取鍋を交換する毎に若しくは空になった取鍋に所定量の溶湯を補充する毎に、少なくとも一回行ってもよい。

一形態では、上述の鋳型へ注湯する溶湯のサンプリング方法において、搬送工程、受湯工程及び搬出工程を、自動注湯装置による鋳型への注湯を所定回数行った後、取鍋内の残りの溶湯の重量が予め定められた設定重量値以下になったときに行ってもよい。

本発明の他の側面に係る鋳型へ注湯する溶湯の材質管理方法は、上述の鋳型へ注湯する溶湯のサンプリング方法により、該溶湯のサンプリングを行ったときのサンプリング情報を記憶部に記憶しておき、自動注湯装置に関わる注湯情報、鋳型に関わる鋳型情報、又は、溶湯に関わる溶解情報と関連付けることを特徴とする。

本発明の種々の側面及び種々の形態によれば、危険でなく、且つ、注湯取鍋単位で確実に溶湯をサンプリングすることができると共に歩留まりを良くすることができる鋳型へ注湯する溶湯のサンプリング装置及びサンプリング方法並びに材質管理方法が提供される。

一実施形態に係る自動注湯装置の正面図である。 図１の右側面図である。 溶湯のサンプリングの制御について説明するためのブロック図である。

以下、実施の形態を図面に基づいて詳しく説明する。図１は、一実施形態に係る自動注湯装置を示す正面図である。図２は、図１に示す自動注湯装置の側面図である。なお、説明の便宜上、後述する鋳型Ｍの搬送方向をＹ方向とし、鉛直方向をＺ方向とし、Ｙ方向及びＺ方向に垂直な方向をＸ方向として説明する。図１に示すように、床面上には一対のレールＬがＹ方向に沿って設けられている。造型ライン（図示せず）からは鋳型Ｍが図示されない鋳型搬送手段によりレールＬに沿って搬送されてくる。レールＬ上には、例えば１ピッチ分（１鋳型分）の間隔をおいて複数の鋳型Ｍが配置されており、これら複数の鋳型Ｍが鋳型群としてＹ方向に沿って間欠搬送される。

またレールＬの外側には自動注湯装置１が配設されている。自動注湯装置１は取鍋２を備えており、該取鍋２はＹ方向に延びる傾動軸３を中心に傾動可能とされている。取鍋２は、出湯ノズル２ａを備えている。取鍋２が傾動軸３を中心に傾動することにより、傾斜した取鍋２の出湯ノズル２ａから取鍋２内の溶湯が出湯される。即ち、注湯時における出湯ノズル２ａの先端位置が出湯位置となる。また、自動注湯装置１は昇降装置（詳細構成は省略）を備えており、この昇降装置により該取鍋２がＺ方向に昇降可能に構成されている。また、自動注湯装置１は移動装置（詳細構成は省略）を備えており、この移動装置により取鍋２がＸ方向に移動可能に構成されている。また前記自動注湯装置１は走行台車４により、前記鋳型Ｍの進行方向とその反対方向、即ちＹ方向に移動できるようになっている。なお取鍋２内の溶湯の重量は図示されないロードセルで計測できるようになっている。

また前記自動注湯装置１には、前記取鍋２内の溶湯をサンプリングするサンプリング装置５が搭載されている。ここで、該サンプリング装置５について説明する。一実施形態に係るサンプリング装置５は、受湯容器６、可動フレーム７、及びモータ８を備えている。

受湯容器６は、取鍋２からサンプリング対象となる溶湯を受湯するために用いられる。図１に示すように、受湯容器６は可動フレーム７の先端に着脱可能に装着されている。可動フレーム７の基端はモータ８の駆動軸８ａに連結されている。モータ８は、可動フレーム７を駆動して、取鍋２から溶湯を受湯するための受湯位置に受湯容器６を搬送させる駆動部として利用される。モータ８を駆動させることにより、受湯容器６は可動フレーム７を介してモータ８の駆動軸８ａを中心としてＹＺ平面上で回動し、上下方向に移動される（図２参照）。なお前記受湯容器６は、可動フレーム７が回動しても、常に自重で水平に維持されるように該可動フレーム７の先端に装着されている。

このように構成された自動注湯装置１の動作について説明する。まず、図示されない鋳型搬送手段により、造型ライン（図示せず）から鋳型Ｍが鋳型群の状態で１ピッチ分（１鋳型分）、間欠搬送されてくる。次に、傾動軸３を中心として取鍋２を正方向（注湯する方向）に傾動させ、鋳型群のうちの所定の鋳型Ｍ内に取鍋２内の溶湯を注湯する。そして、傾動軸３を中心として取鍋２を逆方向（湯切りする方向）に傾動させ、該取鍋２を水平状態に戻す。その後はまた、上述のように、鋳型Ｍを１ピッチ分、間欠搬送させ、次の鋳型Ｍに溶湯を注湯する。このようにして、間欠搬送されてくる鋳型Ｍの各々に順次、溶湯を注湯する。

上述した各々の鋳型Ｍへの注湯の間に、取鍋２内の溶湯のサンプリングを行う。ここで、該溶湯のサンプリングの動作について説明する。まず、モータ８を正作動させることにより、可動フレーム７を介して受湯容器６を正方向に回動させ、該受湯容器６を取鍋２から溶湯を受湯する受湯位置に搬送する（搬送工程）。この受湯位置は、鋳型Ｍの上方において、受湯容器６が取鍋２から溶湯を受湯できる位置であればいずれの位置でもかまわないが、本実施形態では、鋳型Ｍにおける湯口の上方において、受湯容器６が取鍋２の出湯ノズル２ａから溶湯を受湯できる位置にされている。即ち、一実施形態においては、受湯位置とは、高さ方向において鋳型Ｍと取鍋２の間の位置であり、より詳細には、鋳型Ｍの上方の位置であって、注湯時における出湯ノズル２ａの先端（出湯位置）の下方の位置とすることができる。

次に、取鍋２を正方向に傾動させることにより、取鍋２内の溶湯の一部を、該受湯容器６が受湯位置において受湯する（受湯工程）。その後、取鍋２を逆方向に傾動させ、該取鍋２を水平状態に戻す。次に、前記モータ８を逆作動させることにより、可動フレーム７を介して受湯容器６を逆方向に回動させ、受湯容器６を前記受湯位置から搬出させる（搬出工程）。

その後、該受湯位置から搬出された受湯容器６は、図示されない受湯容器着脱装置により可動フレーム７の先端から取り外される。そして該可動フレーム７の先端には、該図示されない受湯容器着脱装置により空の受湯容器６が装着される。なお該可動フレーム７の先端から取り外された受湯容器６は、中の溶湯が凝固したら中身を取り出し、取り出されたものが試験片となる。このようにして該溶湯のサンプリングを行う。

該溶湯のサンプリングを行うのは、上述した各々の鋳型Ｍへの注湯の間であれば、タイミング、回数などは特に限定されるものではない。例えば、該溶湯のサンプリングを、取鍋２を交換する毎に若しくは空になった取鍋２に所定量の溶湯を補充する毎に、少なくとも一回行うようにしてもよい。

この点につき、詳述する。取鍋２は通常、複数回の鋳型Ｍへの注湯が可能な量の溶湯を貯留する。そして、取鍋２により所定回数の注湯を行うと、取鍋２がほぼ空になる。そうすると、自動注湯装置１において、空の取鍋２と所定量の溶湯で満たされた取鍋２とを交換する。この取鍋２の交換毎に該溶湯のサンプリングを一回行う。そうすると、取鍋２毎に前記試験片が得られることになる。

また自動注湯装置１において、取鍋２の交換を行わない場合、即ち、取鍋２がほぼ空になったら、図示されない溶湯供給手段により該取鍋２に所定量の溶湯を補充する実施形態の場合、該空になった取鍋２に所定量の溶湯を補充する毎に該溶湯のサンプリングを一回行う。そうすると、空になった取鍋２に所定量の溶湯を補充する毎に前記試験片が得られることになる。これは実質的に取鍋２毎に前記試験片が得られることと同じである。

なお、一実施形態に係る溶湯のサンプリング方法においては、上述したように取鍋２を交換するまでの期間又は取鍋２に溶湯を補充するまでの期間に一回行うことが管理的にも分かりやすいと思われるが、溶湯のサンプリング回数は一回に限定されるものではなく、該溶湯のサンプリングを複数回行うようにしてもよい。

このように、該溶湯のサンプリングを、取鍋２を交換する毎に若しくは空になった取鍋２に所定量の溶湯を補充する毎に、少なくとも一回行うようにすると、取鍋２毎に確実に前記試験片が得られ、取鍋２単位で溶湯を管理することが容易になるという効果がある。

また、別の一実施形態においては、該溶湯のサンプリングを、自動注湯装置１から鋳型Ｍへ所定回数の注湯を行った後、取鍋２内の残りの溶湯の重量が予め定められた設定重量値以下になったときに行うようにしてもよい。

この点につき、詳述する。この場合、取鍋２内の溶湯の設定重量値を予め決めておく。そして、取鍋２による注湯を繰り返していくと、該取鍋２内の溶湯の重量が徐々に減っていく。そして、何回目かの注湯を終えると該取鍋２内の溶湯の重量が該設定重量値以下となる。そうしたら、次の注湯をする前に、該溶湯のサンプリングを一回行う。このようにしても、実質的には取鍋２毎に前記試験片が得られる。なお該溶湯のサンプリングは、該一回に限定されるものではなく、該取鍋２内の溶湯の重量が該設定重量値以下となってから複数回行うようにしてもよい。

このように、該溶湯のサンプリングを、自動注湯装置１から鋳型Ｍへ所定回数の注湯を行った後、取鍋２内の残りの溶湯の重量が予め定められた設定重量値以下になったときに行うようにしても、取鍋２毎に確実に前記試験片が得られ、取鍋２単位で溶湯を管理することが容易になるという効果がある。また、該溶湯のサンプリングを行う際、取鍋２内の残りの溶湯が足りないという状態になるのを防ぐことができるという効果もある。

次に、上述した取鍋２内の溶湯のサンプリングの制御の点について詳しく説明する。なお、ここでは、自動注湯装置１から鋳型Ｍへ所定回数の注湯を行った後、取鍋２内の残りの溶湯の重量が予め定められた設定重量値以下になったときに溶湯のサンプリングを行う場合の制御の例について説明する。

一実施形態においては、自動注湯装置１は、制御部Ｓを更に備え得る。制御部Ｓは、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを含むコンピュータを主体として構成されており、所定の機能を実現するためのコンピュータプログラムがＲＯＭなどに記憶されている。そして、ＣＰＵやＲＡＭ上に上記のコンピュータプログラムを読み込ませ、ＣＰＵの制御の下で動作させることで、後述する機能が実現される。なお、一実施形態においては、制御部Ｓの各機能が電気回路によって実現されてもよい。

図３は、制御部Ｓの機能構成を示すブロック図である。制御部Ｓは、自動注湯装置制御部Ｓ１及び溶湯サンプリング制御部Ｓ２を含んでいる。自動注湯装置制御部Ｓ１は、注湯機姿勢制御部Ｓ５、注湯量計測制御部Ｓ６、及びサンプリング情報記憶部Ｓ７を含んでいる。該溶湯サンプリング制御部Ｓ２は、サンプリング開始指示部Ｓ３、モータ駆動指示部Ｓ４、及び設定重量値記憶部Ｓ８を含んでいる。

一実施形態に係る自動注湯装置１は、ロードセルＬＣ及び位置検出器９を更に備え得る。ロードセルＬＣは、取鍋２内の溶湯の重量を計測する装置である。位置検出器９としては例えば、エンコーダが挙げられる。受湯容器６の位置は該位置検出器９の値に基づいて可動フレーム７を回動させることによって制御することができる。

取鍋２による注湯を繰り返していくと、該取鍋２内の溶湯の重量が徐々に減っていく。この際、取鍋２内の溶湯の重量はロードセルＬＣにより計測される。ロードセルＬＣにより計測された取鍋２内の溶湯の重量は、サンプリング開始指示部Ｓ３に出力される。そして、何回目かの注湯を終え、該取鍋２内の溶湯の重量が設定重量値記憶部Ｓ８に記憶される設定重量値以下となったと判定すると、サンプリング開始指示部Ｓ３は、サンプリング開始を指示する信号をモータ駆動指示部Ｓ４に出力する。

そして、モータ駆動指示部Ｓ４は、モータ８に駆動開始を指示する信号を出力する。そうすると、モータ８が正作動される。このモータ８の正作動により可動フレーム７を介して受湯容器６が正方向に回動され、受湯容器６が取鍋２から溶湯を受湯する受湯位置に搬送される。なお、受湯容器６の位置は位置検出器９で計測されているため、該受湯容器６を受湯位置で停止させることができる。

次に、注湯機姿勢制御部Ｓ５は、自動注湯装置１の取鍋２を受湯容器６に注湯できる姿勢にする。取鍋２をこのような姿勢にするには、取鍋２の傾動、取鍋２の上下方向の移動、取鍋２の前後方向の移動、走行台車４の鋳型Ｍの進行方向又はその反対方向への移動、の四つの中から必要な動作を適宜選択して動作させる。最少、一つの動作でもよいし、最多、四つの動作でもよい。

その後、該注湯機姿勢制御部Ｓ５及び注湯量計測制御部Ｓ６により、受湯容器６が所定量の溶湯で満たされるまで該受湯容器６に注湯する。その後は、モータ８が逆作動され、これにより可動フレーム７を介して受湯容器６が逆方向に回動され、該受湯容器６が前記受湯位置から搬出される。

そして、該受湯容器６は、中の溶湯が凝固したら中身を取り出し、取り出されたものが試験片となる。なお、該溶湯のサンプリングを行った結果物として、この試験片が得られるのだが、この試験片を得る過程、即ち、該溶湯のサンプリングを行ったときのサンプリング情報をサンプリング情報記憶部Ｓ７に記憶する。該サンプリング情報とは、例えば、試験片を識別するための情報であり、具体的には、サンプル番号（試験片番号）、サンプリング時刻、溶湯のサンプリングをした取鍋の番号などが挙げられる。

また、一実施形態に係る材質管理方法においては、サンプリング情報記憶部Ｓ７に記憶されたサンプリング情報を、他の情報と関連付けることができる。他の情報としては例えば、自動注湯装置に関わる注湯情報、鋳型に関わる鋳型情報、溶湯に関わる溶解情報などが挙げられる。さらに、自動注湯装置に関わる注湯情報とは、例えば注湯時の条件を示す情報であり、具体的には、注湯重量、注湯数、注湯温度などが挙げられる。また、鋳型に関わる鋳型情報とは、例えば鋳型に関する情報であり、具体的には、造型時刻、計画注湯材質、製品番号などが挙げられる。また、溶湯に関わる溶解情報とは、例えば溶湯に関する情報であり、具体的には、出湯時刻、出湯温度、合金添加量などが挙げられる。

このように、該溶湯のサンプリングを行ったときのサンプリング情報をサンプリング情報記憶部Ｓ７に記憶しておき、前記自動注湯装置に関わる注湯情報、前記鋳型に関わる鋳型情報、又は、前記溶湯に関わる溶解情報と関連付けるようにすると、トレーサビリティが向上するという利点がある。

なおサンプリング情報記憶部Ｓ７に記憶されたサンプリング情報に関連付ける他の情報は、前記自動注湯装置に関わる注湯情報、前記鋳型に関わる鋳型情報、前記溶湯に関わる溶解情報のうちのいずれか一つでもよいが、これに限定されるものではなく、これら三つの情報を全て、前記サンプリング情報に関連付けるようにしてもよい。

以上説明した自動注湯装置１には、溶湯のサンプリング装置５が搭載されている。このため、取鍋２内の溶湯を自動でサンプリングすることができ、人による危険な作業が無いという効果がある。また自動で溶湯をサンプリングするため、サンプリングするのを忘れるということがない。このため、注湯取鍋単位で確実に溶湯をサンプリングすることができるという効果がある。さらに、自動注湯装置１では取鍋２内の溶湯を適宜のタイミングで自動的にサンプリングしているので、全鋳型に試験片が作られるということはない。このため、作られる試験片の数を大幅に減らすことができ、歩留まりを良くすることができるという効果がある。

１…自動注湯装置、２…取鍋、２ａ…出湯ノズル、５…サンプリング装置、６…受湯容器、７…可動フレーム、８…駆動部、Ｍ…鋳型、Ｓ…制御部。

Claims (5)

1. 取鍋内の溶湯を鋳型内に注湯する自動注湯装置に搭載され、前記取鍋内の溶湯をサンプリングするサンプリング装置であって、
   受湯容器と、
   前記受湯容器が装着される可動フレームと、
   前記可動フレームを駆動して、前記取鍋から溶湯を受湯するための受湯位置に前記受湯容器を搬送させる駆動部と、
   を具備することを特徴とする鋳型へ注湯する溶湯のサンプリング装置。
2. 取鍋内の溶湯を鋳型内に注湯する自動注湯装置に搭載され、前記取鍋内の溶湯をサンプリングするサンプリング装置により、前記取鍋内の溶湯をサンプリングするサンプリング方法であって、
   受湯容器を該取鍋から溶湯を受湯するための受湯位置に搬送する搬送工程と、
   前記取鍋内の溶湯の一部を、前記受湯容器が前記受湯位置において受湯する受湯工程と、
   前記受湯容器を前記受湯位置から搬出する搬出工程と、
   を有することを特徴とする鋳型へ注湯する溶湯のサンプリング方法。
3. 請求項２に記載の鋳型へ注湯する溶湯のサンプリング方法において、
   前記搬送工程、前記受湯工程及び前記搬出工程を、前記取鍋を交換する毎に若しくは空になった前記取鍋に所定量の溶湯を補充する毎に、少なくとも一回行うことを特徴とする、鋳型へ注湯する溶湯のサンプリング方法。
4. 請求項２に記載の鋳型へ注湯する溶湯のサンプリング方法において、
   前記搬送工程、前記受湯工程及び前記搬出工程を、前記自動注湯装置による前記鋳型への注湯を所定回数行った後、前記取鍋内の残りの溶湯の重量が予め定められた設定重量値以下になったときに行うことを特徴とする、鋳型へ注湯する溶湯のサンプリング方法。
5. 請求項２に記載の鋳型へ注湯する溶湯のサンプリング方法により、該溶湯のサンプリングを行ったときのサンプリング情報を記憶部に記憶しておき、前記自動注湯装置に関わる注湯情報、前記鋳型に関わる鋳型情報、又は、前記溶湯に関わる溶解情報と関連付けることを特徴とする、鋳型へ注湯する溶湯の材質管理方法。
   

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