KR20170125040A - 주탕 장치 및 주탕 방법 - Google Patents

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KR20170125040A
KR20170125040A KR1020177024989A KR20177024989A KR20170125040A KR 20170125040 A KR20170125040 A KR 20170125040A KR 1020177024989 A KR1020177024989 A KR 1020177024989A KR 20177024989 A KR20177024989 A KR 20177024989A KR 20170125040 A KR20170125040 A KR 20170125040A
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타다시 니시다
토시유키 히요도
코이치 바노
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신토고교 가부시키가이샤
후지와 덴키 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 탕면 레벨을 일정하게 유지하면서, 주탕 종료시에 탕의 누출, 오버플로우 혹은 수축이 없고, 쇼트 런(short run)이 되지 않으며, 필요 충분한 주입 유량을 확보하여, 적절한 주탕 시간으로 주탕하는 주탕 장치 및 방법을 제공하는 것이다. 라인 형상으로 송출되는 주형을 따라 주행하는 주행 대차(10)와, 주행 대차에 설치되며, 주행 대차의 주행 방향과 직교하는 방향으로 용기를 이동시키는 전후 이동 기구(20)와, 전후 이동 기구에 설치되며, 용기를 틸팅하는 틸팅 기구(40)와, 용기 내의 용탕의 중량을 검지하는 중량 검지부(50)와, 주행 대차에 설치되며, 용기로부터 수탕하는 주형(100)의 주탕 컵(110)에 있어서의 탕면 레벨을 검지하는 탕면 검지부(60)와, 탕면 검지부에 의해 검지된 탕면 레벨과 중량 검지부에 의해 검지된 용탕의 중량을 이용하여 용기의 틸팅 각도(T)를 제어하는 제어부(70)를 구비하는, 라인 형상으로 송출되는 주형에 용기로부터 주탕을 행하는 주탕장치(1)이다.

Description

주탕 장치 및 주탕 방법
[0001] 본 발명은, 주형에 용탕을 주탕(注湯)하는 주탕 장치 및 주탕 방법에 관한 것이다. 특히, 다양한 주형에 적합한 주입(鑄入) 유량으로 주탕하는 자동 주탕 장치 및 방법에 관한 것이다.
[0002] 주물 제품에는 여러 가지 형상의 것이 있으며, 또, 생산성 향상을 위해 하나의 몰드에 캐비티 수를 늘린 멀티캐비티 몰딩(multicavity molding)을 실시하고, 더욱이, 제품의 조합 패턴도 다양하다. 이 때문에, 주형 내에 대한 주탕 패턴은 다양하며, 주입 유량을 적정하게 제어하는 것이 중요하다.
[0003] 예컨대, 레이들(ladle) 용량이 500Kg인 경우에, 주입 중량을 10~50Kg, 주입 시간 4~12초, 주입 유량 1~5Kg/초로 하고, 레이들 용량이 1,000Kg인 경우에, 주입 중량을 30~150Kg, 주입 시간 6~15초, 주입 유량 5~10Kg/초로 하는 것이 일반적이다. 이러한 주탕 작업은 복잡하며, 정확성이 요구된다. 또한, 주입 중량이란, 주형에 주탕된 용탕의 중량을 나타내며, 주입 유량이란, 레이들로부터 주형으로 주탕되는 용탕의 유량이다.
[0004] 종래, 자동 주탕 방법으로서는, 숙련된 작업자가 실제로 행하는 주탕 공정에 근거하여 미리 결정된 주탕 패턴에 따라서, 틸팅(tilting, 傾動) 각속도를 소정치로 피드백 제어하여 주탕하는 방법이 알려져 있다(일본 특허 제3361369호 명세서, 일본 특허 공개 공보 H09-239524호, 일본 특허 공표 공보 제2013-544188호 참조). 일본 특허 제3361369호 명세서에 개시된 방법에서는, 미리 기억한 보정 계수를 이용해 레이들의 틸팅 각속도를 보정하여, 주입 유량을 일정하게 하는 것이 제안되어 있다. 또, 일본 특허 공개 공보 H09-239524호에 개시된 방법에서는, 주탕의 마지막 시기(終期)에 주탕 중량을 감시하거나, 혹은, 탕구(湯口)의 탕면(湯面) 레벨을 화상 처리용 카메라로 감시하여, 푸어링(pouring)을 멈추는 방법이 제안된 바 있다. 일본 특허 공표 공보 제2013-544188호에 개시된 방법에서는, 주탕량과 주탕 시간과 소정의 파라미터에 의해 다른 주형에 대한 주탕 패턴을 평이하게 작성하는 것이 제안되어 있다. 이들 선행 문헌에 제안된 방법은, 개별적인 과제에 대해서는 유효하지만, 어떠한 방법도, 자동으로 주입 유량을 적정하게 제어하기에는 불충분하다고 할 수밖에 없다.
[0005] 종래의 전형적인 주탕 공정에서는, 먼저, 초기 충전으로서, 용탕을 탕구계(gating system, 方案部)에 가득 차게 하기 위하여, 2초 정도까지의 사이에, 탕구에 넘쳐 흐르지 않을 정도로 유량을 늘려 용탕을 주입한다. 용탕이 제품부에 충전되기 시작하고부터는, 탕구로부터 넘치지 않도록 탕구 부근을 감시하면서, 용탕의 유입에 맞추어, 주입(鑄入) 유량을 조정하면서, 충전 작업을 한다. 숙련된 작업자는 경험에 근거하여 충전 완료를 확인하고, 주탕이 종료된 것으로 한다.
[0006] 그러나, 주탕 공정의 진행을 파악하는 것은 어렵고, 유량이 부족한 경우에는, 용탕 온도의 저하나 주형의 변화 등애 따라 탕회(湯回) 불량(misrun)이 발생하며, 또, 반대로, 유량이 너무 많으면, 용탕의 비산(飛散)이나 오버플로우(overflow)가 발생한다. 또, 용탕의 유입량을 추정하기 어렵고, 오버플로우를 피하기 위해 주입 유량을 줄이는 경향이 있어, 주탕 시간이 늘어나는 경향이 있었다. 이는, 생산성에 대하여 직접적으로 악영향을 미치게 된다.
[0007] 또, 주탕 공정의 초기 충전 후부터 푸어링 멈춤까지의 공정을, 미리 결정한 주탕 패턴과 실측치 간의 편차만으로 제어하려고 하면, 주입 유량의 변화의 지연으로 인한 탕의 누출(leak), 오버플로우 혹은 쇼트 런(short run)을 일으킨다.
[0008] 또, 용탕의 유입량에 근거한 경과시간-유량 모델을 이용하여, 유입량만으로 주입 유량을 제어하려고 하면, 안전한 쪽으로 기능하여, 주탕 시간이 길어지거나 용탕 온도의 저하를 일으킨다. 나아가, 레이들의 노즐의 열화(劣化) 등에는 대응할 수 없다는 결점이 있다.
[0009] 또, 생산성을 우선하기 위하여, 주입 시간을 단축하고, 주입 유량을 증가시키고자 하는 요구가 크므로, 용탕이 탕구로부터 흘러나오는 탕의 누출이나 용탕이 주형으로부터 넘치는 오버플로우가 발생하기 쉬운 경향이 있다. 게다가, 용탕의 온도 저하, 레이들 노즐에 대한 슬래그(slag)의 부착, 레이들 형상의 변화 등에 의해, 레이들로부터의 용탕이 나오는 방향이 변동되어, 유량의 제어를 어렵게 하고 있다.
일본 특허 제3361369호 명세서 일본 특허 공개 공보 H09-239524호 일본 특허 공표 공보 제2013-544188호
[0010] 따라서 본 발명은, 주탕의 개시부터 완료까지의 사이에, 탕면 레벨을 일정하게 유지하면서, 주탕 종료시에 탕의 누출, 오버플로우 혹은 수축(shrinkage)이 없고, 쇼트 런이 되지 않으며, 필요 충분한 주입 유량을 확보하여, 적절한 주탕 시간으로 주탕하는 주탕 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
[0011] 따라서, 본 발명의 제1 양태에 관한 주탕 장치는, 예컨대 도 1~3에 나타낸 바와 같이, 라인 형상으로 송출되는 주형(100)에 용기(2)로부터 주탕을 행하는 주탕 장치(1)로서, 라인 형상으로 송출되는 주형(100)을 따라 주행하는 주행 대차(10)와; 주행 대차(10)에 설치되며, 주행 대차(10)의 주행 방향과 직교하는 방향으로 용기(2)를 이동시키는 전후 이동 기구(20)와; 전후 이동 기구(20)에 설치되며, 용기(2)를 틸팅하는 틸팅 기구(40)와; 용기(2) 내의 용탕의 중량을 검지하는 중량 검지부(50)와; 주행 대차(10)에 설치되며, 용기(2)로부터 수탕(受湯)하는 주형(100)의 주탕 컵(110)에 있어서의 탕면 레벨을 검지하는 탕면 검지부(60)와; 탕면 검지부(60)에 의해 검지된 탕면 레벨과 중량 검지부(50)에 의해 검지된 용탕의 중량을 이용하여 용기(2)의 틸팅 각도(T)를 제어하는 제어부(70)를 구비한다. 또한, 본 명세서에서, 예컨대 「주행 대차에 설치되며」라고 기재하는 경우에는, 주행 대차(10)에 직접 설치되는 경우 이외에, 주행 대차(10)에 설치된 전후 이동 기구(20), 혹은, 전후 이동 기구(20)에 설치된 승강 기구(30)에 설치되는 경우를 포함하는 것으로 한다.
[0012] 이와 같이 구성하면, 탕면 검지부에 의해 검지된 탕면 레벨과 중량 검지부에 의해 검지된 용탕의 중량, 즉 주형에 주탕된 용탕의 중량을 이용하여 용기의 틸팅 각도를 제어하면서 주형에 주탕할 수 있기 때문에, 주탕 공정의 초기 충전 후부터 푸어링 멈춤까지의 공정에 있어서, 탕면 레벨을 일정하게 유지하면서, 주탕 종료시에 탕의 누출, 오버플로우 혹은 수축이 없고, 쇼트 런이 되지 않으며, 필요 충분한 주입 유량을 확보하여, 적절한 주탕 시간으로 주탕하는 주탕 장치로 할 수가 있다.
[0013] 본 발명의 제2 양태에 관한 주탕 장치에서는, 예컨대 도 1에 나타낸 바와 같이, 제1 양태에 관한 주탕 장치(1)에 있어서, 탕면 검지부(60)는 이미지 센서이다. 이와 같이 구성하면, 탕면 검지부에 의해 탕면을 촬상(撮像)함으로써 탕면 레벨을 검지할 수가 있다.
[0014] 본 발명의 제3 양태에 관한 주탕 장치에서는, 예컨대 도 1 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 제2 양태에 관한 주탕 장치(1)에 있어서, 주탕 컵(110)에 테이퍼(112)가 형성되며, 탕면 검지부(60)는 탕면의 면적에 근거하여 탕면 레벨을 검지한다. 이와 같이 구성하면, 테이퍼가 형성된 주탕 컵을 이미지 센서로 촬상함으로써 정확하게 탕면 레벨을 검지할 수가 있다.
[0015] 본 발명의 제4 양태에 관한 주탕 장치는, 예컨대 도 1~3에 나타낸 바와 같이, 제1~3 양태에 관한 주탕 장치(1)에 있어서, 용기(2)는, 로(爐)로부터 용탕을 수취하는 동시에 주형(100)에 대하여 주탕을 행하는 레이들이며; 레이들(2)을 승강시키는 승강 기구(30)가, 전후 이동 기구(20)에 설치되고; 틸팅 기구(40)는, 승강 기구(30)에 설치된다. 이와 같이 구성하면, 전후 이동 기구로 주형과의 거리를 조정하고, 승강 기구로 주형과의 높이의 차를 조정하면서, 틸팅 기구로 레이들을 틸팅하여 주형에 주탕할 수 있어, 주탕 위치를 바르게 유지할 수가 있다.
[0016] 본 발명의 제5 양태에 관한 주탕 장치는, 예컨대 도 1~3 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 제4 양태에 관한 주탕 장치(1)에 있어서, 전후 이동 기구(20)와 승강 기구(30)와 틸팅 기구(40)는, 틸팅 기구(40)가 용기(2)를 틸팅하는 틸팅 축(44)이 용기(2)의 주탕구(6)의 용탕 낙하 개시점 또는 이것에 근접하여 설정된 가상점(O)을 중심으로 하여 원호 상을 이동하도록 연동하며, 용기(2)로부터 주형(100)으로의 주탕 위치를 일정하게 유지한다. 이와 같이 구성하면, 용기의 틸팅 축이 가상점을 중심으로 하여 원호 상을 이동하므로, 용기로부터 주형으로의 주탕 위치를 정확하게 일정하게 유지할 수 있는 동시에, 적절한 유량 제어를 행할 수가 있다.
[0017] 본 발명의 제6 양태에 관한 주탕 장치는, 예컨대 도 6에 나타낸 바와 같이, 제1~5 양태에 관한 주탕 장치(1)에 있어서, 제어부(70)는, 주형(100)에 적합한 유량 패턴을 기억하고(96), 상기 유량 패턴은 매시간의 용기(2)를 틸팅시키기 위한 틸팅 각속도와 주입 중량의 데이터를 포함하며; 제어부(70)는, 틸팅 각속도에 근거하여(85), 용기(2)의 틸팅 각도를 제어한다(86). 이와 같이 구성하면, 주탕의 개시부터 완료까지 적절한 주입 유량으로 주탕할 수가 있다.
[0018] 본 발명의 제7 양태에 관한 주탕 장치는, 예컨대 도 6에 나타낸 바와 같이, 제6 양태에 관한 주탕 장치(1)에 있어서, 제어부(70)는, 유량 패턴의 틸팅 각속도를 용기(2)의 형상에 적합하게 하기 위한 보정 함수를 추가로 기억하며(95), 틸팅 각속도에 보정 함수를 곱한 값을 이용한다. 이와 같이 구성하면, 형상이 다른 용기를 사용하여도, 적절한 주입 유량으로 주탕할 수가 있다.
[0019] 본 발명의 제8 양태에 관한 주탕 장치는, 제7 양태에 관한 주탕 장치(1)에 있어서, 제어부(70)는, 틸팅 각속도에 보정 함수를 곱한 값을 이용하여 피드 포워드(feed forward) 제어를 하며, 탕면 검지부(60)에 의해 검지된 탕면 레벨과 중량 검지부(50)에 의해 검지된 용탕의 중량을 이용하여 피드백 제어를 한다. 이와 같이 구성하면, 주탕의 개시부터 완료까지, 탕면 레벨을 일정하게 유지하면서, 주탕 종료시에 탕의 누출, 오버플로우 혹은 수축이 없고, 쇼트 런이 되지 않으며, 필요 충분한 주입 유량을 확보하여, 적절한 주탕 시간으로, 확실하게 주탕할 수가 있다.
[0020] 본 발명의 제9 양태에 관한 주탕 장치는, 예컨대 도 6에 나타낸 바와 같이, 제1~8 양태에 관한 주탕 장치(1)에 있어서, 제어부(70)는, 유량 패턴의 주입 중량의 데이터(96)와, 중량 검지부(50)에 의해 검지된 용기 내의 용탕의 중량(87) 간의 중량 차를 이용하여(82), 용기(2)의 틸팅 각속도의 보정량을 구하여(85) 제어한다(86). 이와 같이 구성하면, 유량 패턴의 주입 중량의 데이터와 용기 내의 용탕의 중량 간의 차를 이용하여 제어하므로, 보다 확실하게 적절한 주입 유량을 확보할 수가 있다.
[0021] 본 발명의 제10 양태에 관한 주탕 장치는, 예컨대 도 6에 나타낸 바와 같이, 제9 양태에 관한 주탕 장치(1)에 있어서, 제어부(70)는, 중량 차로부터 용기(2)의 틸팅 각속도의 보정량을 산정하기 위한 주입 중량 보정 계수를 기억하며(93), 중량 차에 주입 중량 보정 계수를 곱하여(82) 용기(2)의 틸팅 각속도의 보정량을 구한다(85). 이와 같이 구성하면, 중량 차로부터 틸팅 각속도의 보정량을 적절히 구할 수가 있다.
[0022] 본 발명의 제11 양태에 관한 주탕 장치는, 예컨대 도 6에 나타낸 바와 같이, 제1~10 양태에 관한 주탕 장치(1)에 있어서, 제어부(70)는, 탕면 검지부(60)에 의해 검지된 탕면 레벨이 소정의 탕면 레벨(94)이 되도록(84) 용기(2)의 틸팅 각속도의 보정량을 구하여(85) 제어한다(86). 이와 같이 구성하면, 소정의 탕면 레벨과 검지된 탕면 레벨 간의 차를 이용하여 제어하므로, 보다 확실하게 적절한 주입 유량을 확보할 수가 있다.
[0023] 본 발명의 제12 양태에 관한 주탕 장치는, 예컨대 도 6에 나타낸 바와 같이, 제11 양태에 관한 주탕 장치(1)에 있어서, 제어부(70)는, 탕면 검지부(60)에 의해 검지된 탕면 레벨과 소정의 탕면 레벨(94)의 레벨 차로부터 용기(2)의 틸팅 각속도의 보정량을 산정하기 위한 탕면 레벨 보정 계수를 기억하며(93), 레벨 차(84)에 탕면 레벨 보정 계수를 곱하여 용기(2)의 틸팅 각속도의 보정량을 구한다(85). 이와 같이 구성하면, 탕면 레벨의 차로부터 틸팅 각속도의 보정량을 적절히 구할 수가 있다.
[0024] 본 발명의 제13 양태에 관한 주탕 방법은, 예컨대 도 1 및 도 6에 나타낸 바와 같이 용기(2)를 틸팅하여 주형(100)에 주탕하는 공정과; 용기(2) 내의 용탕의 중량을 검지하는 공정(87)과; 용기(2)로부터 수탕하는 주형(100)의 주탕 컵(110)의 탕면 레벨을 검지하는 공정(84)과; 검지한 중량과, 검지한 탕면 레벨을 이용하여, 용기(2)를 틸팅하는 틸팅 각도를 제어하는 공정(86)을 구비한다.
[0025] 이와 같이 구성하면, 검지된 탕면 레벨과 검지된 용탕의 중량을 이용하여 용기의 틸팅 각도를 제어하면서 주형에 주탕할 수 있으므로, 주탕 공정의 초기 충전 후부터 푸어링 멈춤까지의 공정에 있어서, 탕면 레벨을 일정하게 유지하면서, 주탕 종료시에 탕의 누출, 오버플로우 혹은 수축이 없고, 쇼트 런이 되지 않으며, 필요 충분한 주입 유량을 확보하여, 적절한 주탕 시간으로 주탕하는 주탕 장치로 할 수가 있다.
[0026] 본 발명의 제14 양태에 관한 주탕 방법은, 예컨대 도 1 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 제13 양태에 관한 주탕 방법에 있어서, 용기(2)를 틸팅하여 주형(100)에 주탕하는 공정에서는, 용기(2)를 수평방향으로 이동시키고, 더욱이 승강시키며, 용기(2)를 틸팅하는 틸팅 축이 용기(2)의 주탕구(6)의 용탕 낙하 개시점 또는 이것에 근접하여 설정된 가상점(O)을 중심으로 하여 원호 상을 이동하여, 용기(2)로부터 주형(100)으로의 주탕 위치를 일정하게 유지한다. 이와 같이 구성하면, 용기의 틸팅 축이 가상점을 중심으로 하여 원호 상을 이동하므로, 용기로부터 주형으로의 주탕 위치를 정확하고 일정하게 유지할 수 있는 동시에, 적절한 유량 제어를 행할 수가 있다.
[0027] 본 발명의 제15 양태에 관한 주탕 방법은, 예컨대 도 1 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 제13 또는 14 양태에 관한 주탕 방법에 있어서, 주형(100)에 적용 가능한 유량 패턴(96)을 이용하며, 상기 유량 패턴은 매시간의 용기(2)를 틸팅시키기 위한 틸팅 각속도와 주입 중량의 데이터를 포함하고; 용기(2)를 틸팅시키기 위한 틸팅 각속도에 근거하여(85), 용기(2)의 틸팅 각도를 제어한다(86). 이와 같이 구성하면, 주탕의 개시부터 완료까지 적절한 주입 유량으로 주탕할 수가 있다.
[0028] 본 발명의 제16 양태에 관한 주탕 방법은, 예컨대 도 1 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 제15 양태에 관한 주탕 방법에 있어서, 유량 패턴(96)의 주입 중량의 데이터와 검지된 용기(2) 내의 용탕의 중량(87) 간의 중량 차(82), 및, 검지된 탕면 레벨(83)과 소정의 탕면 레벨(94) 간의 탕면 레벨 차(84)를 이용하여, 용기(2)의 틸팅 각속도의 보정량을 구하여(85) 제어한다(86). 이와 같이 구성하면, 유량 패턴의 주입 중량의 데이터와 용기 내의 용탕의 중량 간의 차, 및, 소정의 탕면 레벨과 검지된 탕면 레벨 간의 차를 이용하여 제어하므로, 보다 확실하게 적절한 주입 유량을 확보할 수가 있다.
[0029] 본 발명의 주탕 장치 및 주탕 방법에 의하면, 주탕 공정의 초기 충전 후부터 푸어링 멈춤까지의 공정에 있어서, 탕면 레벨을 일정하게 유지하면서, 주탕 종료시에 탕의 누출, 오버플로우 혹은 수축이 없고, 쇼트 런이 되지 않으며, 필요 충분한 주입 유량을 확보하여, 적절한 주탕 시간으로 주탕할 수가 있다.
[0030] 본 발명은 이하의 상세한 설명에 의해 더욱 완전하게 이해될 수 있을 것이다. 그러나, 상세한 설명 및 특정 실시예는, 본 발명의 바람직한 실시형태로서, 설명의 목적을 위해서만 기재되어 있는 것이다. 그 상세한 설명으로부터, 다양한 변경, 개변(改變)이, 당업자에게 있어 분명하기 때문이다.
출원인은, 기재된 실시형태 중 어느 것도 공중(公衆)에 헌상할 의도는 없으며, 개시된 개변, 대체안 중, 특허청구범위 내에 문언상 포함되지 않을지 모르는 것도, 균등론 하에서의 발명의 일부로 한다.
본 명세서 혹은 청구범위의 기재에 있어서, 명사 및 그와 동일 유사한 지시어의 사용은, 특별히 지시(指示)되지 않는 한, 또는 문맥에 의해 명료하게 부정되지 않는 한, 단수 및 복수의 양방을 포함하는 것으로 해석해야 한다. 본 명세서 중에서 제공된 어떠한 예시 또는 예시적인 용어(예컨대, 「등」)의 사용도, 단순히 본 발명을 설명하기 쉽게 한다는 의도임에 불과하며, 특별히 청구범위에 기재하지 않는 한 본 발명의 범위에 제한을 가하는 것은 아니다.
[0031] 도 1은, 주탕 장치의 정면도로서, 레이들로부터 주형으로 주탕하고 있는 상태를 나타낸다.
도 2는, 주탕 장치의 측면도로서, 레이들이 하강하고 있는 상태를 나타낸다.
도 3은, 주탕 장치의 평면도이다.
도 4는, 주탕 컵을 설명하는 도면으로서, (a)는 상방에서 볼 때(平面視) 직사각형인 주탕 컵, (b)는 상방에서 볼 때 원형인 주탕 컵, (c)는 주형과 주탕 컵을 나타낸다.
도 5는, 레이들을 설명하는 도면으로서, (a)는 평면도, (b)는 측면도이며, 이동 중심점도 나타내고 있다.
도 6은, 제어부의 구성을 설명하는 도면이다.
도 7은, 경과시간과 주입 유량 간의 관계를 설명하는 도면이다.
도 8은, 다른 주탕 장치의 정면도로서, 레이들로부터 주형으로 주탕하고 있는 상태를 나타낸다.
[0032] 이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시형태에 대해 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서, 서로 동일하거나 또는 그에 상당하는 장치에는 동일한 부호를 사용하고, 중복되는 설명은 생략하는 것으로 한다.
[0033] 도 1은, 레이들(2)로부터 주형(100)으로 주탕하는 주탕 장치(1)의 정면도, 도 2는 측면도, 도 3은 평면도이다. 주탕 장치(1)는, 레일(R) 상을 주행하는 주행하는 주행 대차(台車)(10)와, 주행 대차(10)에 설치되며, 주행 대차(10)의 주행 방향과 직교하는 방향으로 이동하는 전후 이동 기구(20)와, 전후 이동 기구(20)에 설치되며, 레이들(2)을 승강시키는 승강 기구(30)와, 승강 기구(30)에 설치되며, 레이들(2)을 틸팅하는 틸팅 기구(40)를 구비한다. 나아가, 레이들(2) 내의 용탕의 중량을 검지하는 중량 검지부로서의 로드 셀(load cell, 50)을 구비한다. 또, 주행 대차(10)로부터 세워져 설치(立設)된 프레임(64)과, 프레임(64)으로부터 수평방향으로 연장되며 카메라(60)를 주형(100)의 주탕 컵(110)을 촬상하기에 적합한 위치에 지지하는 카메라용 아암(62)과, 레이들(2)로부터 수탕하는 주형(100)의 주탕 컵(110)에 있어서의 탕면 레벨을 검지하는 탕면 검지부로서의 카메라(60)를 구비한다. 나아가, 주탕 장치(1)의 운전을 제어하는 제어부(70)를 구비한다.
[0034] 도 3에서도 분명한 바와 같이, 레일(R)은, 주형(100)이 라인 형상으로 송출되는 주형 라인(L)을 따라 부설(敷設)된다. 따라서, 주행 대차(10)는 주형 라인(L)을 따라 주행한다. 주행 대차(10)는, 공지된 구조이면 되기 때문에, 상세한 설명은 생략한다. 주탕 장치(1)로부터 1개의 주형(100)으로 주탕하면, 주형 라인(L)이 주형 1개 몰드 분(分)만큼 움직이며, 빈 주형(100)이 주탕 장치(1)의 앞에 놓여, 다시 주탕이 이루어지는 것이 일반적이다. 그러나, 주형 라인(DL)이 주형의 1개 몰드 분의 거리만큼 움직이는 데에 시간이 걸릴 경우에는, 주탕 장치(1)로부터 주형(100)으로 주탕하고 있는 동안에, 주탕 장치(1)가 레일(R) 상을, 그리고, 주형(100)이 주형 라인(L) 상을 동일 방향으로 동일 속도로 이동해도 된다. 주형 라인(L)이 주형 1개 몰드 분의 거리만큼 움직이는 데에 시간을 낭비하는 일이 없게 된다. 이 경우, 주탕 장치(1)는, 다음의 주형(100)에 주탕하기 위해 레일(R) 상에서 주형 1개 몰드 분의 거리만큼 돌아온다. 혹은, 주형(100)에 주탕할 때마다 돌아오지는 않고, 레이들(2)로부터 소정의 양의 주탕을 끝냈을 경우에, 주형 라인(L)과 함께 움직인 거리만큼 통합하여 돌아오도록 해도 된다.
[0035] 전후 이동 기구(20)는, 주행 대차(10) 상에서, 주행 대차(10)의 주행 방향과는 직교하는 방향으로, 즉, 주형(100) 혹은 주형 라인(L)에 가까워지거나 멀어지거나 하는 방향으로 이동하는 장치이다. 주행 대차(10) 상에 레일을 부설하여, 레일 상을 주행하는 대차여도 되고, 롤러 컨베이어 상에서 이동하는 대차여도 되며, 그 밖의 구조여도 된다.
[0036] 승강 기구(30)는, 전후 이동 기구(20) 상에 설치되어, 레이들(2)을 승강시키기 위한 장치이다. 본 실시형태에서는, 전후 이동 기구(20) 상에 세워 설치된 지지 기둥(32)과, 지지 기둥(32)의 주위를 둘러싸며, 지지 기둥(32)을 따라 승강하는 승강 본체(34)를 구비한다. 승강 본체(34)를 체인(도시생략)으로 매달아, 지지 기둥(32)의 상단에 설치된 승강 구동부(36), 예컨대 모터로 체인을 감음으로써 승강 본체(34)를 승강시킨다. 또한, 도 1~3에서는, 1개의 지지 기둥(32)으로 캔틸레버(cantilever)식으로 틸팅 기구(40)를 승강시키고 있지만, 대형의 레이들용으로는, 2개의 지지 기둥(32)을 전후 이동 기구(20) 상에 세워 설치하고, 듀얼 서포트 식으로 틸팅 기구(40)를 승강시키는 것이 바람직하다. 승강 기구(30)는, 팬터그래프식(pantograph-type) 승강 기구(도시 생략)여도 되며, 승강시키기 위한 구조에 대해서는 한정되지 않는다.
[0037] 틸팅 기구(40)는, 승강 장치(30)에 지지되어 승강하며, 레이들(2)을 틸팅하여, 레이들(2)로부터 주형(100)으로 주탕시키는 장치이다. 틸팅 기구(40)의 틸팅 축(44)이, 수평 축 둘레로 틸팅 가능하도록 승강 본체(34)에 지지된다. 틸팅 축(44)의 일단(一端)에서, 레이들(2)을 재치(載置)하기 위한 레이들 테이블(table, 台)(46)을 지지한다. 레이들 테이블(46)은, 틸팅 축(44)과 레이들(2)의 중심(重心)이 가까워지도록, 틸팅 축(44)으로부터 하방으로 연장되는 측판(47)과, 측판(47)의 바닥 변으로부터 수평방향으로 연장되어 레이들(2)을 재치하는 바닥판(48)을 갖는다. 틸팅 축(44)의 타단(他端)에는, 틸팅 축을 틸팅하는 틸팅 구동부(42)가 접속된다. 틸팅 구동부(42)는, 예컨대 감속 기능이 구비된 모터이다. 또한, 유압에 의해 틸팅 축(44), 즉 레이들 테이블(46)을 틸팅하여도 되며, 틸팅하기 위한 동력은 한정되지 않는다.
[0038] 로드 셀(50)은, 레이들(2) 내의 용탕의 중량을 검지한다. 로드 셀(50)은, 예컨대 전후 이동 기구(20)의 중량을 계측하는 위치에 설치해도 된다. 이 경우에는, 로드 셀(50)에 의해 계측한 중량으로부터, 전후 이동 기구(20), 승강 장치(30), 틸팅 기구(40), 레이들(2)의 중량을 제하고, 레이들(2) 내의 용탕의 중량을 검지한다. 로드 셀(50)은, 주행 대차(10), 승강 장치(30), 틸팅 기구(40) 혹은 레이들(2)의 중량을 계측하는 위치에 설치해도 된다.
[0039] 카메라(60)는, 주탕 장치(1)로부터 수탕하는 주형(100)의 주탕 컵(110)의 탕면 레벨을 검지하기 위하여, 주탕 컵(110)의 탕면(湯面)을 촬상한다. 주행 대차(10)에 세워 설치된 프레임(64)의 상부로부터 거의 수평방향으로 연장되는 카메라용 아암(62)에 의해 지지되며, 카메라(60)는 주탕 컵(110)의 탕면을 촬상하기에 적합한 위치에 배치된다. 주행 대차(10)와 주형(100)의 주탕 컵(110)의 위치 관계에 따라, 카메라용 아암(62)에 의해 카메라(60)의 위치나 방향을 조정할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 프레임(64)을 설치하지 않고, 제어부(70)로부터 카메라용 아암(62)이 연장되어도 되며, 카메라(60)는 다른 구성에 의해 지지되어도 된다.
[0040] 도 4에 나타낸 바와 같이, 주탕 컵(110)에 테이퍼(taper)를 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 주탕 컵(110)이란, 주형(100)에 설치되며, 주탕되는 용탕을 받아 주형(100) 내부로 유도하는 수직 방향의 최초의 유로(流路)를 가리킨다. 주탕 컵(110)에 테이퍼를 형성함으로써, 카메라(60)에 의해 촬상한 탕면의 면적으로부터 탕면 레벨을 용이하게 검지할 수 있다. 이때, 주탕 컵(110)의 단면(斷面) 형상은 임의적이며, 도 4의 (a)에 나타낸 바와 같이 직사각형이어도, (b)에 나타낸 바와 같이 원형이어도, 혹은 다른 형상이어도 된다. 단, 탕면의 면적의 테이퍼에 의한 변화로부터, 탕면 레벨을 정확하게 유도할 수 있는 형상이 바람직하다. 주탕 컵(110)의 주형(100)에 있어서의 위치는, 도 3에 나타내는 중앙으로 한정되지 않으며, 도 4의 (c)에 나타낸 바와 같이 치우친 위치여도 되고, 주형에 따라 다르다. 이 때문에, 카메라(60)의 위치나 방향을 조정할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
[0041] 주탕 컵(110)의 탕면을 촬상하는 카메라(60)는, CCD, CMOS 등의 이미지 센서인 것이 바람직하다. 그러나, 탕면 검지부(60)로서는, 적외선 센서나 레이저 센서를 이용하여, 탕면 면적이 아닌, 탕면 검지부(60)와의 거리에 근거하여 탕면 레벨을 검지해도 된다.
[0042] 제어부(70)는, 주탕 장치(1)의 운전을 제어한다. 즉, 주행 대차(10)의 주행, 전후 이동 기구(20)의 이동, 승강 기구(30)의 승강, 틸팅 기구(40)의 틸팅, 로드 셀(50)에 의해 계측한 중량으로부터 레이들(2) 내의 용탕의 중량의 검지, 카메라(60)에 의해 촬상한 탕면으로부터 탕면 레벨의 검지 등을 행한다. 제어부의 제어의 상세한 내용에 대해서는, 후술하도록 한다. 제어부(70)는, 주행 대차(10)에 재치되는 것이 일반적이지만, 다른 위치에 재치되어도 되며, 혹은, 레일(R)을 따른 부지(敷地)에 직접 재치되어도 된다.
[0043] 계속해서, 주탕 장치(1)의 작용에 대해 설명한다. 주탕 장치(1)는, 주조 공장 내의 용탕 반송 시스템(도시 생략)으로부터 용탕을 저류하는 레이들(2)을 수취한다. 용탕에는, 용도에 따라 합금재나 접종제(接種劑)가 첨가되어 있다. 통상적으로는, 승강 장치(30)를 하강시키고, 전후 이동 기구(20)에 의해 레이들 테이블(46)을 용탕 반송 시스템 측으로 이동시켜, 레이들 컨베이어(도시생략)에 의해 반송되는 레이들(2)을 레이들 테이블(46)에 재치한다. 레이들(2)은, 크레인 등에 의해 레이들 테이블(46)에 재치되어도 된다.
[0044] 레이들(2)을 재치한 주탕 장치(1)는, 주행 대차(10)에 의해 주형(100)에 주탕하는 소정 위치로 이동한다. 계속해서, 전후 이동 기구(20) 및 승강 기구(30)에 의해 레이들(2)을 주탕에 적합한 위치로 이동시킨다. 다음으로, 틸팅 기구(40)가 레이들(2)을 틸팅하여, 레이들(2)로부터 주형(100)으로의 주탕이 개시된다.
[0045] 레이들(2)은, 틸팅 축(44)을 중심으로 하여 틸팅, 즉 회전 경사진다. 틸팅 축(44)의 위치를 고정하면, 레이들(2)로부터 용탕이 유출되는 위치가, 틸팅하는 각도에 따라 이동한다. 유출 위치가 이동하면, 용탕이 주형(100)에 부어지는 위치가 변화하고 만다. 따라서, 전후 이동 기구(20) 및 승강 기구(30)에 의해 레이들(2)을 전후 및 상하로 이동시켜, 용탕이 주형(100)에 부어지는 위치를 일정하게 유지하는 것이 좋다.
[0046] 도 5에 레이들(2)의 일례를 나타낸다. 레이들(2)은, 용탕을 저류하는 용기인 레이들 본체(4)와, 레이들(2)로부터 용탕을 붓는 유로인 주탕구(6)를 구비한다. 따라서, 레이들(2)을 틸팅하면, 주탕구(6)의 선단으로부터 용탕이 유출된다. 따라서, 주탕구(6)의 용탕 낙하 개시점 또는 이것에 근접하여 가상의 이동 중심점(O)을 설정한다. 그리고, 전후 이동 기구(20) 및 승강 기구(30)에 의해 레이들(2)을 전후 및 상하로 이동시켜, 도 5의 (b)에 세선(細線)으로 주탕시의 탕면을 나타내는 바와 같이, 틸팅 축(44)이 이동 중심점(O)을 중심으로 하여 원호 상을 이동하도록 조절한다. 이 때문에, 레이들(2)이 이동하여도, 주탕구(6)의 선단부에 있어서의 용탕 낙하 개시점과 용탕이 주형(100)에 부어지는 위치 간의 관계는 일정하게 유지된다. 그 결과, 레이들(2)로부터 주형(100)으로의 주탕 위치가 일정하게 유지된다. 또한, 주탕 위치를 일정하게 유지하기 위한 이동 중심점(O)의 위치는, 레이들의 형상이나 용탕의 성상(性狀)에 따라 변화한다.
[0047] 레이들(2)로부터 주형(100)으로의 주탕에 대하여, 주탕의 개시부터 완료까지의 동안에, 주입 유량을 적절하게 유지하기 위하여, 레이들의 틸팅 각도(T)를 제어한다. 숙련된 작업자의 주탕 공정 등에 근거하여 미리 결정한 주탕 패턴에 따라, 주탕하는 것을 기본으로 한다. 이와 같이 주탕 패턴을 이용함으로써, 용이하게 거의 적절한 주입(鑄入) 유량을 확보할 수가 있다. 주형(100) 내의 용탕 중량을 검지함으로써, 주형(100)의 틸팅 각도(T)에 의해서만 제어하는 것보다도, 보다 정확하게 소정의 유량 패턴에 가까운 주입 유량으로 주탕할 수 있게 된다. 특히, 실제로 주형(100)에 주탕된 용탕의 양을 알 수 있으므로, 주탕 종료시의 오버플로우를 방지할 수 있어, 적절한 푸어링 멈춤이 가능하며, 나아가, 주형(100)의 용탕의 유입에 대한 예측이 어렵기 때문에, 주탕 컵(110)에 있어서의 탕면 레벨을 일정하게 유지한다. 이로써, 오버플로우나 주탕 부족의 발생을 방지할 수가 있다.
[0048] 도 6을 참조하여, 레이들의 틸팅 각도(T)를 제어하기 위한 제어부(70)의 구성의 일례를 설명한다. 제어부(70)는, 중앙 제어 장치(72)와, 축 구동 장치 앰프(74)와, 화상처리 연산장치(76)와, 로드 셀 앰프(78)를 구비한다. 축 구동 장치 앰프(74)는, 중앙 제어 장치(72)의 후술하는 축 속도 지령·위치 지령 연산수단(86)으로부터 전후 이동 기구(20), 승강 기구(30), 틸팅 기구(40)에 대한 작동 지령의 신호를 증폭시키는 장치로서, 각 장치에 있어서의 레이들(2)을 이동시키는 방향이나 속도를 지시하며, 또한, 지시한 신호 또는 각 장치에 의해 측정한 레이들(2)을 이동시키는 방향이나 속도의 데이터를 중앙 제어 장치(72)에 출력한다. 화상처리 연산장치(76)는, 카메라(60)에 의해 취득한 데이터를 화상 처리하는 장치로서, 카메라(60)로부터의 입력 데이터를 처리하여 중앙 제어 장치(72)에 출력한다. 로드 셀 앰프(78)는, 로드 셀(50)로부터 출력된 전압을 증폭하는 장치이며, 로드 셀(50)의 검지 중량으로서 중앙 제어 장치(72)에 출력한다.
[0049] 중앙 제어 장치(72)는, 연산영역(80)과 기억영역(90)으로 나뉜다. 연산영역(80)은, 연산을 하는 수단을 가지고, 기억영역(90)은 데이터를 기억하는 수단을 갖는다. 여기서, 수단이란, 회로나 소자 등의 하드웨어 또는, 하드웨어와 소프트웨어의 조합이다. 연산영역(80)은, 축의 현재 위치·속도 연산수단(81), 주입 중량 보정 연산수단(82), 탕구면적 연산수단(83), 탕면 레벨 보정 연산수단(84), 조작 틸팅 각속도 연산수단(85), 축 속도 지령·위치 지령 연산수단(86), 및, 레이들 내의 용탕 중량 연산수단(87)을 구비한다.
[0050] 기억영역(90)은, 연산 데이터 기억수단(91), 시간 경과 파라미터 기억수단(92), 파라미터 기억수단(93), 탕면 레벨 기준치 기억수단(94), 레이들 틸팅각도 보정함수 기억수단(95), 유량패턴 기억수단(96), 및, 레이들 자체중량(風袋重量, tare weight) 기억수단(97)을 구비한다.
[0051] 연산 데이터 기억수단(91)은, 연산영역(80)에 있어서의 연산용 데이터의 일시 보관 등에 사용된다. 시간 경과 파라미터 기억수단(92)은, 타이머로서 시간 경과를 카운트한다. 즉, 레이들(2)로부터 주형(100)으로의 주탕의 시간 경과(tp)를 카운트한다. 또한, 레이들(2)에 용탕을 받고 나서의 시간을 카운트하거나, 용탕에 합금제나 접종제를 첨가하고 나서의 시간 경과를 카운트하거나 한다. 특히 합금제나 접종제를 첨가하고 나서의 시간은, 페이딩(fading; 첨가 후에 시간이 경과하면, 합금제나 접종제의 효과가 약해지는 것)의 판정에 있어서 중요하다.
[0052] 파라미터 기억수단(93)은, 주형(100)의 형상에 관한 파라미터, 레이들(2)의 형상에 관한 파라미터를 기억하고 있으며, 주입 중량 보정 연산수단(82), 탕면 레벨 보정 연산수단(84), 조작 틸팅 각속도 연산수단(85)에 데이터를 출력한다.
[0053] 탕면 레벨 기준치 기억수단(94)은, 주탕 컵(110)에 있어서의 탕면 레벨의 기준치를 기억한다. 탕면 레벨의 기준치는, 주형(100)에 따라 다르며, 나아가, 용탕의 성상에 따라서도 다르다. 탕면 레벨 기준치의 데이터는, 탕면 레벨 보정 연산수단(84)에 출력된다.
[0054] 레이들 틸팅각도 보정함수 기억수단(95)은, 레이들의 종류마다의 틸팅 각도(T)와 주입 중량 간의 관계를 나타내는 틸팅 각도 보정 함수(f(T))를 기억하고 있으며, 그 데이터를 조작 틸팅 각속도 연산수단(85)에 출력한다.
[0055] 유량패턴 기억수단(96)은, 주형이나 용탕의 종류마다의 유량 패턴을 기억하고 있다. 유량 패턴은, 예컨대 경과 시간마다의 주입 중량(즉, 레이들(2) 내의 용탕 중량) 및 레이들의 틸팅 각속도를 기억한다. 그 데이터를 주입 중량 보정 연산수단(82)이나 조작 틸팅 각속도 연산수단(85)에 출력한다.
[0056] 레이들 자체중량 기억수단(97)은, 레이들(2), 전후 이동 기구(20), 승강 기구(30), 틸팅 기구(40) 등, 로드 셀(50)에 의해 검지하는 중량에 포함되는 용탕 이외의 장치나 기기의 중량 데이터를 기억하여, 레이들 내의 용탕 중량 연산수단(87)에 출력한다.
[0057] 축의 현재 위치·속도 연산수단(81)은, 전후 이동 기구(20), 승강 기구(30), 틸팅 기구(40)에 의해 측정한 각 장치에서의 레이들(2)의 이동 데이터, 또는 후술하는 축 속도 지령·위치 지령 연산수단(86)으로부터의 전후 이동 기구(20), 승강 기구(30), 틸팅 기구(40)에 대한 작동 지령에 근거하여, 각 장치에 있어서의 축의 위치나 이동 속도를 연산하는 장치이며, 그 산출치, 즉, 그 시점에 있어서의 레이들(2)의 위치와 경사 각도를 조작 틸팅 각속도 연산수단(85)에 출력한다.
[0058] 주입 중량 보정 연산수단(82)은, 후술하는 레이들 내의 용탕 중량 연산수단(87)으로부터의 검지된 레이들(2) 내의 용탕 중량과, 유량패턴 기억수단(96)으로부터의 유량 패턴에 있어서의 용탕 중량 간의 차를 연산하며, 파라미터 기억수단(93)으로부터의 레이들(2)의 형상 등의 파라미터에 근거하여 레이들(2)로부터 주형(100)으로의 주입 중량의 보정량을 연산하여, 조작 틸팅 각속도 연산수단(85)에 출력한다.
[0059] 탕구면적 연산수단(83)은, 화상처리 연산장치(76)로부터의 화상 데이터에 근거하여, 탕구 면적을 연산하여, 탕면 레벨 보정 연산수단(84)에 출력한다. 탕면 레벨 보정 연산수단(84)에서는, 탕구 면적과 파라미터 기억수단(93)으로부터의 주탕 컵(110)의 형상의 파라미터에 근거하여, 탕면 레벨을 연산하며, 탕면 레벨 기준치 기억수단(94)으로부터의 기준치와의 차에 근거하여, 탕면 레벨의 보정치를 연산한다. 그 결과를 조작 틸팅 각속도 연산수단(85)에 출력한다.
[0060] 조작 틸팅 각속도 연산수단(85)은, 축의 현재 위치·속도 연산수단(81)으로부터의 그 시점에 있어서의 레이들(2)의 위치와 경사 각도, 주입 중량 보정 연산수단(82)으로부터의 주입 중량의 보정량, 탕면 레벨 보정 연산수단(84)으로부터의 탕면 레벨의 보정치로부터, 레이들(2)을 틸팅하는 각속도를 연산하여, 축 속도 지령·위치 지령 연산수단(86)에 출력한다. 레이들(2)을 틸팅하는 각속도의 연산에는, 파라미터 기억수단(93)으로부터의 레이들(2)의 형상 등의 파라미터, 레이들 틸팅 각도 보정함수 기억수단(95)으로부터의 틸팅 각도 보정 함수(f(T)), 유량패턴 기억수단(96)으로부터의 주형(100)에 적합한 유량 패턴으로서의 틸팅 각속도를 이용한다. 또한, 틸팅 각도 보정 함수(f(T)) 및 레이들(2)을 틸팅하는 각속도의 연산에 대해서는 후술하도록 한다.
[0061] 축 속도 지령·위치 지령 연산수단(86)은, 조작 틸팅 각속도 연산수단(85)으로부터의 레이들(2)을 틸팅하는 각속도에 근거하여, 전후 이동 기구(20), 승강 기구(30), 틸팅 기구(40)에 대한 작동 지령을 연산하고, 축 구동 장치 앰프(74)를 경유하여, 각 장치에 출력하는 동시에, 축의 현재 위치·속도 연산수단(81)에 출력한다.
[0062] 레이들 내의 용탕 중량 연산수단(87)은, 로드 셀 앰프(78)로부터의 로드 셀(50)의 검지 중량과 레이들 자체중량 기억수단(97)으로부터의 레이들(2), 전후 이동 기구(20), 승강 기구(30), 틸팅 기구(40) 등의 중량 데이터에 근거하여, 레이들 내의 용탕 중량을 연산하여, 주입 중량 보정 연산수단(82)에 출력한다.
[0063] 도 7도 참조하여, 제어부(70)에서 행하는 레이들(2)의 틸팅 각도(T)의 제어에 대해 설명한다. 도 7은, 유량 패턴을 경과 시간과 주입 유량 간의 관계로 설명하는 도면으로서, 경과 시간을 횡축으로, 주입 유량을 종축으로 한 그래프에 의해 나타낸다. 그래프 중, 실선이 레이들(2)로부터 주형(100)으로의 주입 유량을 나타내고, 파선은 유량 패턴에 근거하는 주입 유량을 나타낸다.
[0064] 먼저, 초기 충전으로서, 주탕 컵(110)으로부터 탕구나 탕도(湯道)(총칭하여, 탕구계(gating system, 方案部)라고도 함)에 용탕을 가득 차게 하기 위하여, 단시간, 예컨대 2초 정도, 주탕 컵으로부터 넘치지 않을 정도로 유량을 늘려 주탕한다. 이때의 레이들(2)의 틸팅 각도(T)는, 유량 패턴에 근거하여 정한다. 즉, 조작 틸팅 각속도 연산수단(85)에 의해 유량패턴 기억수단(96)에서 기억하는 소정의 경과 시간(tp)에 있어서의 틸팅 각속도의 데이터(VTobj(tp))로부터, 레이들(2)에 적합한 시간(tp)에 있어서의 지시 틸팅 각속도(VTp)를 (1) 식에 의해 연산한다.
VTp=f(T)·VTobj(tp) (1)
여기서, f(T)：틸팅 각속도 보정 계수,
T：레이들의 이동 중심점(O)의 틸팅 각도
[0065] 지시 틸팅 각속도(VTp)에 근거하여, 축 속도 지령·위치 지령 연산수단(86)에 의해, 전후 이동 기구(20), 승강 기구(30), 틸팅 기구(40)의 각각의 이동량을 연산하고, 축 구동 장치 앰프(74)를 경유하여 각 장치에 출력한다. 각 장치(20, 30, 40)가 축 속도 지령·위치 지령 연산수단(86)의 지시에 의해 이동함에 따라, 틸팅 기구(40)에 의해 레이들(2)을 틸팅 각속도 분만큼 틸팅하는 동시에, 틸팅 축(44)이 이동 중심점(O)을 중심으로 하여 원호상을 이동한다. 즉, 제어부(70)에서는 유량 패턴의 경사 각속도(VTobj(tp))에 틸팅 각속도 보정 계수(f(T))를 곱한 값인 지시 틸팅 각속도(VTp)를 이용하여 피드 포워드(feed forward) 제어를 행한다.
[0066] 탕구계가 용탕으로 채워지고, 용탕은 제품부에 충전되기 시작한다. 제품부에 용탕을 채우는 공정에 있어서, 먼저, 유량 패턴에 근거하여, 레이들(2)을 틸팅한다. 여기까지는, 상기의 초기 충전의 제어와 같다.
[0067] 레이들(2)로부터 주형(100)으로의 주탕 중, 로드 셀(50)에 의해 레이들(2)을 포함한 장치의 중량을 검지하고, 레이들 내의 용탕 중량 연산수단(87)에 의해 레이들 내의 용탕 중량을 계속해서 계측한다. 또한, 용탕 중량 연산수단(87)에 의해 레이들(2) 내의 용탕 중량이 연산되는 것을 포함하여, 로드 셀(50)에 의해 레이들(2) 내의 용탕 중량을 검지한다고도 말한다. 그리고, 주입 중량 보정 연산수단(82)에 의해, 검지된 레이들(2) 내의 용탕 중량과 유량 패턴에 있어서의 용탕 중량 간의 차를 연산하여, 주입 중량의 보정량을 조작 틸팅 각속도 연산수단(85)에 출력한다. 조작 틸팅 각속도 연산수단(85)에서는, 주입 중량의 보정량으로부터, 파라미터 기억수단(93)으로부터의 주입 중량 보정 계수(cg)를 이용하여, (2) 식에 의해 레이들 틸팅 각속도의 보정량(VTw)을 연산한다. 또한, (2) 식 중｛｝내의 연산은, 주입 중량 보정 연산수단(82)에 의해 행해진다.
VTw=cg·｛gobj(tp)－g(tp)｝ (2)
여기서, cg：주입 중량의 보정량으로부터 레이들의 틸팅 각속도를 유도하는 주입 중량 보정 계수
gobj(tp)：유량 패턴에 있어서의 시간(tp)의 주입 중량
g(tp)：시간(tp)에 있어서의 검지된 주형 내의 용탕 중량
[0068] 레이들 틸팅 각속도의 보정량(VTw)은 축 속도 지령·위치 지령 연산수단(86)에 출력되며, 축 속도 지령·위치 지령 연산수단(86)은, 전후 이동 기구(20), 승강 기구(30), 틸팅 기구(40)의 각각의 이동량의 보정치를 출력하여, 레이들(2)의 틸팅 각도(T)를 보정한다. 즉, 제어부(70)는, 로드 셀(50)에서 검지한 레이들(2) 내의 용탕 중량을 이용하여, 피드백 제어를 한다.
[0069] 또, 레이들(2)로부터 주형(100)으로의 주탕 중, 카메라(60)에 의해 주형(100)의 주탕 컵(110)의 탕면을 계속해서 검지한다. 카메라(60)에 의해 촬영한 데이터는 화상처리 연산장치(76)에서 화상 데이터로 변환되며, 탕구면적 연산수단(83)에 의해 탕구 면적이 연산된다. 그리고, 탕면 레벨 보정 연산수단(84)에 의해, 탕구 면적과 파라미터 기억수단(93)으로부터의 파라미터에 근거하여 탕면 레벨을 연산한다. 또한, 카메라(60)에 의해 검지한 탕면 데이터는 화상처리 연산장치(76) 및 탕면 레벨 보정 연산수단(84)을 거쳐 탕면 레벨이 연산되지만, 이와 같이 하여 탕면 레벨이 연산되는 것을 포함해, 카메라(60)에 의해 주탕 컵(110)의 탕면 레벨을 검지한다고도 한다. 탕면 레벨 보정 연산수단(84)은, 연산한 탕면 레벨과 탕면 레벨 기준치 기억수단(94)으로부터의 기준치 간의 차에 근거하여, 탕면 레벨의 보정치를 연산한다. 조작 틸팅 각속도 연산수단(85)에서는 탕면 레벨의 보정량으로부터, 파라미터 기억수단(93)으로부터의 탕면 레벨 보정 계수(cl)를 이용하여, (3) 식에 의해 레이들 틸팅 각속도의 보정량(VTs)을 연산한다. 또한, (3) 식 중｛｝내의 연산은, 탕면 레벨 보정 연산수단(84)에 의해 행해진다.
VTs=cl·｛sobj－s｝ (3)
여기서, cl：탕면 레벨의 보정량으로부터 레이들의 틸팅 각속도를 유도하는 탕면 레벨 보정 계수
sobj：탕면 레벨의 기준치
s：카메라에 의해 검지된 탕면 레벨
[0070] 레이들 틸팅 각속도의 보정량(VTs)은 축 속도 지령·위치 지령 연산수단(86)에 출력되고, 축 속도 지령·위치 지령 연산수단(86)은, 전후 이동 기구(20), 승강 기구(30), 틸팅 기구(40)의 각각의 이동량의 보정치를 출력하여, 레이들(2)의 틸팅 각도(T)를 보정한다. 즉, 제어부(70)는, 카메라(60)에 의해 검지한 주형(100)의 주탕 컵(110)의 탕면 레벨을 이용하여, 피드백 제어를 한다.
[0071] 주탕의 종료가 가까워지면, 로드 셀(50)에 의해 검지된 레이들(2) 내의 용탕 중량에 근거하여, 푸어링을 멈출 타이밍을 결정한다. 그러면, 유량 패턴의 푸어링 멈춤의 경사 각속도 데이터에 근거하여, 레이들의 틸팅을 제로로 되돌린다. 통상적으로는, 최대의 경사 각속도로 레이들을 되돌린다. 이 경우에는, 틸팅 기구(40)만 작동하여, 틸팅 축(44)이 이동 중심점(O) 둘레로 원호 상을 이동하도록 레이들(2)을 전후 이동 혹은 승강시키지 않아도 된다.
[0072] 유량 패턴에 근거하여 레이들(2)의 틸팅 각도(T)를 제어하여, 레이들(2)로부터 주형(100)으로의 주입 유량을 조정하면서, 로드 셀(50)에서 검지한 레이들(2) 내의 용탕 중량 및 카메라(60)에 의해 검지한 주형(100)의 주탕 컵(110)의 탕면 레벨에 근거하여 틸팅 각도(T)를 보정하여 레이들(2)로부터 주형(100)으로의 주입 유량을 조정함으로써, 도 7에 사선(斜線)으로 나타내는 만큼의 보정이 행해진다. 이러한 보정에 의해, 주탕 공정의 초기 충전 후부터 푸어링 멈춤까지의 공정에 있어서, 탕면 레벨을 일정하게 유지하면서, 주탕 종료시에 탕의 누출, 오버플로우 혹은 수축이 없고, 쇼트 런이 되지 않으며, 필요 충분한 주입 유량을 확보하여, 적절한 주탕 시간으로 주탕할 수가 있다.
[0073] 상기 설명에서는, 제어부(70)는, 특정한 연산을 특정한 수단에 의해 행하는 것으로 하여 설명했지만, 다른 수단으로 연산을 하도록 구성하여도 되며, 제어부(70)의 구성은 한정되지 않는다.
[0074] 또, 제어부(70)는, 레이들(2)에 용탕을 받고 나서의 시간 혹은 합금재나 접종제가 첨가되고 나서의 시간의 계측, 주탕 장치(1)의 이동의 제어, 수전(受電) 전압의 이상(異常)의 검지, 그 밖의 안전 운전을 위한 검지와 알람의 발생 등, 다른 제어를 실시해도 된다.
[0075] 도 8은, 주탕 장치(1)와는 다른 기구를 구비하는 주탕 장치(101)의 정면도이다. 주행 대차(10)에 전후 이동 기구(20)가 설치되는 것은, 주탕 장치(1)와 같다. 전후 이동 기구(20)에 제1 틸팅 기구(130)가 설치되고, 제1 틸팅 기구(130)에 제2 틸팅 기구(140)가 설치된다.
[0076] 제1 틸팅 기구(130)에서는, 전후 이동 기구(20)에 지지 기둥(131)과 제1 틸팅 구동부(132)가 고정된다. 제1 틸팅 축(136)이 지지 기둥(131)의 정상부(頂部)에서 회전 가능하게 지지된다. 제1 틸팅 축(136)에는 제1 틸팅 프레임(134)이 고정 부착된다. 제1 틸팅 프레임(134)에는, 제1 섹터 기어(138)가 고정 부착되어, 제1 틸팅 구동부(132)의 제1 피니언(139)과 맞물린다. 즉, 제1 틸팅 구동부(132)에 의해 제1 피니언(139)이 회전하면, 제1 섹터 기어(138) 및 제1 틸팅 프레임(134)이 제1 틸팅 축(136) 둘레로 틸팅한다.
[0077] 제2 틸팅 기구(140)에서는, 제1 틸팅 기구(130)의 제1 틸팅 축(136)에 지지 플레이트(141)가 고정 지지된다. 즉, 지지 플레이트(141)는 제1 틸팅 축(136)과 함께 틸팅한다. 지지 플레이트(141)의 레이들(2)의 주탕구(6)에 가까운 위치에 제2 틸팅 축(146)이 틸팅 가능하게 지지된다. 제2 틸팅 축(146)에는 제2 틸팅 프레임(144)이 고정 부착된다. 제2 틸팅 프레임(144)의 제2 틸팅 축(146)과는 반대측의 단부에 제2 섹터 기어(148)가 고정 부착되고, 제2 틸팅 구동부(142)의 제2 피니언(149)과 맞물린다. 즉, 제2 틸팅 구동부(142)에 의해 제2 피니언(149)이 회전하면, 제2 섹터 기어(148) 및 제2 틸팅 프레임(144)이 제2 틸팅 축(146) 둘레로 틸팅한다. 또한, 제2 틸팅 구동부(142)는 제1 틸팅 프레임(134)에 지지된다.
[0078] 레이들(2)은, 제2 틸팅 기구(140)에 지지된다. 제1 틸팅 기구(130)가 틸팅하면, 지지 플레이트(141)도 마찬가지로 틸팅하여, 제2 틸팅 축(146)이 상하방향의 위치를 바꾸도록 이동한다. 제2 틸팅 기구(140)는, 제2 틸팅 축(146) 둘레로 틸팅한다. 따라서, 제1 틸팅 기구(130)는, 레이들(2)을 상하방향의 위치로 이동시키는 기능을 갖는다.
[0079] 주탕 장치(101)에서는, 전후 이동 기구(20)에 프레임(164)을 설치하고, 프레임(164)으로부터 카메라용 아암(162)을 수평방향으로 연장시켜, 카메라(60)를 지지한다. 프레임(164)은, 지지 기둥(131)에 설치해도 된다.
[0080] 또, 주탕 장치(101)에서는, 주행 대차(10)와 전후 이동 기구(20)의 사이에 로드 셀(50)을 배치한다. 로드 셀(50)은, 레이들(2)의 중량을 검지할 수 있는 위치이면, 다른 위치에 배치해도 된다. 또, 도 8에는 도시되지 않지만, 제어부(70)가, 주탕 장치(1)와 마찬가지로 설치된다.
[0081] 주탕 장치(101)에 의하면, 주행 대차(10)에 의해 주형 라인(L)을 따른 소정의 위치로 이동할 수 있다. 그리고, 전후 이동 기구(20)에 의해, 주형(100)에 접근하고 이격(離隔)할 수 있다. 또, 제1 틸팅 기구(130)에 의해 제1 틸팅 축(136) 둘레로 틸팅하고, 제2 틸팅 기구(140)에 의해 제2 틸팅 축(146) 둘레로 틸팅한다. 이 때문에, 전후 이동 기구(20)에 의해 이동하고, 제1 틸팅 축(136) 및 제2 틸팅 축(146) 둘레로 틸팅함으로써, 용탕이 주형(100)에 부어지는 위치를 일정하게 유지하면서, 레이들(2)로부터 주탕할 수가 있다. 주탕 장치(1)의 이동 중심점(O)으로서, 제2 틸팅 축(140)을 이용할 수 있다. 또, 카메라(60)에 의해 주탕 컵(110)에서의 탕면 레벨을 검지하면서, 로드 셀(50)에서 레이들(2) 내의 용탕 중량을 검지하면서, 주탕할 수 있다.
[0082] 또한, 주탕 장치(101)와 주탕 컵(110)의 위치 관계에 따라, 카메라용 아암(162)에 의해, 카메라(60)의 위치를 조정하는 것이 좋다. 예컨대, 프레임(164)은, 제1 틸팅 기구(130)의 틸팅에 따라 움직이도록 구성해도 된다.
[0083] 지금까지의 설명에서는, 레이들(2)로부터 주형(100)으로 용탕을 주탕하는 것으로 하여 설명했지만, 본 발명의 용기(2)는 용해로 등의 로(爐)여도 된다. 예컨대, 주강(鑄鋼)을 이용하여 주조할 경우에는, 용탕 온도를 고온으로 유지하기 위하여, 레이들로 다시 비워내는 일 없이, 용해로로부터 주형으로 직접 주탕하는 것이 좋다. 이 경우에는, 용해로의 중량이 크기 때문에, 용해로, 즉, 용기(2)를 승강시키지 않고, 주형(100)을 승강시켜, 주탕 위치를 일정하게 유지하는 경우가 있다. 즉, 주탕 장치(1)는, 승강 기구(30)를 구비하지 않고, 주형(100)을 승강시키는 승강 기구(도시생략)가 별도로 설치되어도 된다.
[0084] 본 명세서와 도면에서 이용한 주요 부호를, 이하에 리스트로 나타낸다.
1; 주탕 장치
2; 레이들(용기)
4; 레이들 본체
6; 주탕구(注湯口)
10; 주행 대차
20; 전후 이동 기구
30; 승강 기구
32; 지지 기둥
34; 승강 본체
36; 승강 구동부
40; 틸팅 기구
42; 틸팅 구동부
44; 틸팅 축
46; 레이들 테이블
47; 측판
48; 바닥판
50; 로드 셀(중량 검지부)
60; 카메라(탕면 검지부)
62; 카메라용 아암
64; 프레임
70; 제어부
72; 중앙 처리 장치
74; 축 구동 장치 앰프
76; 화상처리 연산장치
78; 로드 셀 앰프
80; 연산영역
81; 축의 현재 위치·속도 연산수단
82; 주입 중량 보정 연산수단
83; 탕구 면적 연산수단
84; 탕면 레벨 보정 연산수단
85; 조작 틸팅 각속도 연산수단
86; 축 속도 지령·위치 지령 연산수단
87; 레이들 내의 용탕 중량 연산수단
90; 기억영역
91; 연산 데이터 기억수단
92; 시간 경과 파라미터 기억수단
93; 파라미터 기억수단
94; 탕면 레벨 기준치 기억수단
95; 레이들 틸팅 각도 보정 함수 기억수단
96; 유량 패턴 기억수단
97; 레이들 자체중량(風袋重量, tare weight) 기억수단
100; 주형
110; 주탕 컵
112; 주탕 컵의 테이퍼
130; 제1 틸팅 기구
131; 지지 기둥
132; 제1 틸팅 구동부
134; 제1 틸팅 프레임
136; 제1 틸팅 축
138; 제1 섹터 기어
139; 제1 피니언
140; 제2 틸팅 기구
141; 지지 플레이트
142; 제2 틸팅 구동부
144; 제2 틸팅 프레임
146; 제2 틸팅 축
148; 제2 섹터 기어
149; 제2 피니언
162; 카메라용 아암
164; 프레임
L; 주형 라인
O; 이동 중심점(가상점)
R; 레일
T; 틸팅 각도

Claims (16)

  1. 라인(line, 列) 형상으로 송출되는 주형에 용기로부터 주탕(注湯)을 행하는 주탕 장치로서,
    상기 라인 형상으로 송출되는 주형을 따라 주행하는 주행 대차(台車)와;
    상기 주행 대차에 설치되며, 상기 주행 대차의 주행 방향과 직교하는 방향으로 상기 용기를 이동시키는 전후 이동 기구와;
    상기 전후 이동 기구에 설치되며, 상기 용기를 틸팅(傾動, tilt)하는 틸팅 기구와;
    상기 용기 내의 용탕의 중량을 검지하는 중량 검지부와;
    상기 주행 대차에 설치되며, 상기 용기로부터 수탕(受湯)하는 주형의 주탕 컵에 있어서의 탕면(湯面) 레벨을 검지하는 탕면 검지부와;
    상기 탕면 검지부에 의해 검지된 상기 탕면 레벨과 상기 중량 검지부에 의해 검지된 상기 용탕의 중량을 이용하여 상기 용기의 틸팅 각도를 제어하는 제어부를 구비하는;
    주탕 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 탕면 검지부는 이미지 센서인;
    주탕 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 주탕 컵에 테이퍼(taper)가 형성되며, 상기 탕면 검지부는 상기 탕면의 면적에 근거하여 탕면 레벨을 검지하는;
    주탕 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용기는, 로(爐)부터 용탕을 수취하는 동시에 주형으로 주탕을 행하는 레이들(ladle)이며;
    상기 레이들을 승강시키는 승강 기구가, 상기 전후 이동 기구에 설치되고;
    상기 틸팅 기구는, 상기 승강 기구에 설치되는;
    주탕 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전후 이동 기구와 상기 승강 기구와 상기 틸팅 기구는, 상기 틸팅 기구가 상기 용기를 틸팅하는 틸팅 축이 상기 용기의 주탕구의 용탕 낙하 개시점 또는 이것에 근접하여 설정된 가상점을 중심으로 하여 원호(圓弧) 상을 이동하도록 연동하며, 상기 용기로부터 상기 주형으로의 주탕 위치를 일정하게 유지하는;
    주탕 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 주형에 적합한 유량 패턴을 기억하고, 상기 유량 패턴은 매(每)시간의 상기 용기를 틸팅시키기 위한 틸팅 각속도와 주입(鑄入) 중량의 데이터를 포함하며;
    상기 제어부는, 상기 틸팅 각속도에 근거하여, 상기 용기의 틸팅 각도를 제어하는;
    주탕 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 유량 패턴의 상기 틸팅 각속도를 상기 용기의 형상에 적합하게 하기 위한 보정 함수를 추가로 기억하며, 상기 틸팅 각속도에 상기 보정 함수를 곱한 값을 이용하는;
    주탕 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 틸팅 각속도에 상기 보정 함수를 곱한 상기 값을 이용하여 피드 포워드(feed forward) 제어를 하며, 상기 탕면 검지부에 의해 검지된 상기 탕면 레벨과 상기 중량 검지부에 의해 검지된 상기 용탕의 중량을 이용하여 피드백 제어를 하는;
    주탕 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 유량 패턴의 주입 중량의 데이터와, 상기 중량 검지부에 의해 검지된 용기 내의 용탕의 중량 간의 중량 차를 이용하여, 상기 용기의 틸팅 각속도의 보정량을 구하여 제어하는;
    주탕 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 중량 차로부터 상기 용기의 틸팅 각속도의 보정량을 산정하기 위한 주입 중량 보정 계수를 기억하며, 상기 중량 차에 상기 주입 중량 보정 계수를 곱하여 상기 용기의 틸팅 각속도의 보정량을 구하는;
    주탕 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 탕면 검지부에 의해 검지된 상기 탕면 레벨이 소정의 탕면 레벨이 되도록 상기 용기의 틸팅 각속도의 보정량을 구하여 제어하는;
    주탕 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 탕면 검지부에 의해 검지된 상기 탕면 레벨과 상기 소정의 탕면 레벨의 레벨 차로부터 상기 용기의 틸팅 각속도의 보정량을 산정하기 위한 탕면 레벨 보정 계수를 기억하며, 상기 레벨 차에 상기 탕면 레벨 보정 계수를 곱하여 상기 용기의 틸팅 각속도의 보정량을 구하는;
    주탕 장치.
  13. 용기를 틸팅하여 주형에 주탕하는 공정과;
    상기 용기 내의 용탕의 중량을 검지하는 공정과;
    상기 용기로부터 수탕하는 주형의 주탕 컵의 탕면 레벨을 검지하는 공정과;
    상기 검지한 중량과, 상기 검지한 탕면 레벨을 이용하여, 상기 용기를 틸팅하는 틸팅 각도를 제어하는 공정을 구비하는：
    주탕 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 용기를 틸팅하여 주형에 주탕하는 공정에서는, 상기 용기를 수평방향으로 이동시키고, 추가로 승강시키며, 상기 용기를 틸팅하는 틸팅 축이 상기 용기의 주탕구의 용탕 낙하 개시점 또는 이것에 근접하여 설정된 가상점을 중심으로 하여 원호 상을 이동하여, 상기 용기로부터 상기 주형으로의 주탕 위치를 일정하게 유지하는;
    주탕 방법.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 주형에 적용 가능한 유량 패턴을 이용하며, 상기 유량 패턴은 매시간의 상기 용기를 틸팅시키기 위한 틸팅 각속도와 주입 중량의 데이터를 포함하고;
    상기 용기를 틸팅시키기 위한 틸팅 각속도에 근거하여, 상기 용기의 틸팅 각도를 제어하는;
    주탕 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 유량 패턴의 주입 중량의 데이터와 상기 검지된 용기 내의 용탕의 중량 간의 중량 차, 및, 상기 검지된 상기 탕면 레벨과 소정의 탕면 레벨 간의 탕면 레벨 차를 이용하여, 상기 용기의 틸팅 각속도의 보정량을 구하여 제어하는;
    주탕 방법.
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