WO2021182218A1 - 金属材料供給装置 - Google Patents

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WO2021182218A1
WO2021182218A1 PCT/JP2021/008109 JP2021008109W WO2021182218A1 WO 2021182218 A1 WO2021182218 A1 WO 2021182218A1 JP 2021008109 W JP2021008109 W JP 2021008109W WO 2021182218 A1 WO2021182218 A1 WO 2021182218A1
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WO
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metal material
opening
discharge port
crucible
metal
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PCT/JP2021/008109
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English (en)
French (fr)
Inventor
聖二 井上
Original Assignee
アイシン高丘株式会社
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Priority to US17/802,035 priority patent/US20230113814A1/en
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D3/00—Charging; Discharging; Manipulation of charge
    • F27D3/10—Charging directly from hoppers or shoots
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B14/00—Crucible or pot furnaces
    • F27B14/08—Details peculiar to crucible or pot furnaces
    • F27B14/0806—Charging or discharging devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D21/00—Arrangements of monitoring devices; Arrangements of safety devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D21/00—Arrangements of monitoring devices; Arrangements of safety devices
    • F27D21/0028—Devices for monitoring the level of the melt
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D3/00—Charging; Discharging; Manipulation of charge
    • F27D3/0024—Charging; Discharging; Manipulation of charge of metallic workpieces
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D3/00—Charging; Discharging; Manipulation of charge
    • F27D3/06—Charging or discharging machines on travelling carriages

Definitions

  • the present disclosure relates to a metal material supply device that supplies a metal material to a metal melting furnace.
  • the metal melting furnace is equipped with a metal material supply device that measures the amount of metal material required for each casting and supplies it to the crucible.
  • a metal material supply device that measures the amount of metal material required for each casting and supplies it to the crucible.
  • the metal material Even if the metal material is put into the crucible, the metal material does not melt instantly, and it takes some time to melt. Therefore, if the metal material is not supplied from the metal material supply device to the crucible according to the melting condition of the metal material in the crucible, the required amount of metal material cannot be supplied at the required time, and the induction furnace is consumed. It causes waste of electricity and causes an increase in cost.
  • an object of the present disclosure is to provide a metal material supply device capable of supplying a metal material to a metal melting furnace in a timely and efficient manner.
  • a material transporting unit that transports the metal material supplied to the crucible of the metal melting furnace, and a material transporting unit that conveys the metal material.
  • a material discharge port provided at the end of the material transport unit and from which the metal material transported by the material transport unit is discharged.
  • a moving mechanism for moving the material transport unit between a material supply position in which the material discharge port is arranged above the crucible and capable of supplying the metal material to the crucible, and a retracted position retracted from the material supply position.
  • a material detection unit for detecting the state of the pile up, and a material detection unit.
  • a material transfer control unit that controls a material transfer operation by the material transfer unit based on a value detected by the material detection unit, and a material transfer control unit that controls the material transfer operation by the material transfer unit. Equipped with.
  • the material detection unit detects the height of the upper end portion of the metal material piled up in the crucible.
  • the material transfer control unit determines that the metal material piled up in the crucible is in a shelf-suspended state when the detected value within a predetermined range is continuously detected for a predetermined time. Then, the material transfer operation by the material transfer unit is stopped.
  • the material detection unit A detection body that emits microwaves and receives reflected waves of the microwaves, A hollow antenna that opens downward in the vertical direction, irradiates microwaves transmitted from the detection body downward from the opening, and introduces reflected waves into the opening.
  • the detection body is provided above the material transport section.
  • a gas supply unit for supplying gas to the inside of the hollow antenna is provided in order to discharge the gas from the opening of the hollow antenna.
  • An opening / closing plate that opens and closes the material discharge port
  • An arm rotation mechanism that rotates a support arm that supports the opening / closing plate to move it to a closed position that closes the material discharge port and an open position that is arranged above the material discharge port and opens the material discharge port.
  • the hollow antenna extends vertically in front of the material discharge port and is provided with the opening at the lower end.
  • the opening / closing plate is rotatably supported between the material discharge port and the hollow antenna with respect to a suspension shaft portion extending in the left-right direction in the front view of the material discharge port.
  • a locking portion is provided in front of the opening / closing plate to lock the rotation of the opening / closing plate before the opening / closing plate rotates forward and collides with the hollow antenna.
  • the condition of the metal materials supplied to the crucible and piled up in the crucible for example, the height of the piled up metal materials and the shape of the piled up are confirmed, and there is a problem in the piled up condition.
  • the material transfer and supply operation are temporarily stopped, and when the situation is improved, the material transfer and supply operation are restarted. You can.
  • the metal material can be supplied to the crucible in a timely and efficient manner, and the cost required for melting the metal material can be reduced.
  • the state of the metal material piled up in the crucible is detected by detecting the height of the upper end portion of the piled up metal material. If the stacking height is detected, the situation can be easily detected using a distance sensor or the like, and if it is a distance sensor or the like, it can be retrofitted to an existing metal material supply device. Cost increase can also be suppressed.
  • the displacement of the material height is monitored, and when it is determined that the stacked metal materials are in a shelf-suspended state, the metal material transfer operation is stopped. As a result, it is possible to overlook the occurrence of the shelf suspension abnormality and prevent the temperature inside the crucible of the metal melting furnace from rising abnormally and causing various problems.
  • the detection body of the material detection unit is isolated from the metal melting furnace, and the material transport unit is interposed between the two. , The radiant heat generated from the metal melting furnace is blocked by the material transfer section. As a result, the detection body can be protected from radiant heat.
  • the gas supplied to the inside of the hollow antenna is below the opening of the hollow antenna. Gas is discharged toward. As a result, it is possible to prevent fume and dust rising from the crucible from entering the opening of the hollow antenna and accumulating inside the hollow antenna, which adversely affects the transmission of microwaves and the introduction of reflected waves.
  • the opening / closing plate for opening / closing the material discharge port is provided, if the material discharge port is closed by the opening / closing plate when the material transport operation is stopped, the metal material is intended. It is possible to prevent the material from falling and being supplied. Further, since the detection body of the material detection unit is arranged behind the opening / closing plate in the open position, if the material transporting unit is arranged in the material supply position, the opening / closing plate can be moved to the open position. The radiant heat emitted from the metal melting furnace is blocked by the opening / closing plate. As a result, the opening / closing plate also has a function of protecting the detection body from radiant heat.
  • the opening / closing plate when the opening / closing plate moves between the closed position and the open position due to the rotation of the support arm, the opening / closing plate rotatably suspended and supported tries to rotate forward. , The rotation is locked by the locking portion. As a result, it is possible to prevent the opening / closing plate from colliding with the hollow antenna of the material detection unit and damaging the hollow antenna when the opening / closing plate is rotated.
  • a side view showing a metal material supply device An enlarged side view showing the outlet opening / closing mechanism in an enlarged manner.
  • the metal material supply device 30 is attached to the metal melting furnace 10.
  • the metal melting furnace 10 is of an induction heating type, and has a crucible 11 and an induction coil 12.
  • the crucible 11 is a container having a bottomed tubular shape, and has an opening 11a at its upper end that opens upward.
  • a metal material is supplied from the opening 11a to the inside.
  • the supplied metal material is internally melted and melted by heating.
  • the molten metal is stored inside the crucible 11.
  • the induction coil 12 is provided so as to surround the cylindrical portion of the crucible 11. By passing an alternating current through the induction coil 12, the metal material supplied into the crucible 11 is induced and heated.
  • a spout 11b is provided at the upper end of the crucible 11.
  • the spout 11b projects laterally from the opening 11a.
  • the crucible 11 has a tilting mechanism (not shown) that tilts the crucible 11, and when the crucible 11 is tilted by the tilting mechanism, the molten metal stored inside the crucible 11 is poured from a spout 11b. Transferred to (not shown).
  • the metal material supply device 30 is provided to supply the metal material to the crucible 11 of the metal melting furnace 10. As shown in FIG. 1, the metal material supply device 30 is provided so as to be movable in one direction (left-right direction in FIG. 1) on the upper surface of the moving stage 21 of the metal material supply device 30. The metal material supply device 30 moves between a direction approaching the metal melting furnace 10 (right direction in FIG. 1) and a direction retreating from the metal melting furnace 10 (left direction in FIG. 1). In the following description, the moving direction of the metal material supply device 30 is the device moving direction, the direction approaching the metal melting furnace 10 is the front, and the direction away from the metal melting furnace 10 is the rear. In FIG.
  • the metal material supply device 30 which has moved to the moving end in the rear direction and is arranged in the retracted position is shown by a solid line.
  • the front end portion of the metal material supply device 30 which has moved to the moving end in the forward direction and is arranged at the material supply position is indicated by a virtual line.
  • guide grooves 22 for guiding the movement of the metal material supply device 30 are provided along the device movement direction, one on each side when viewed from the device movement direction of the metal material supply device 30. ..
  • the height of the upper surface of the moving stage 21 is at the same height level as the upper end of the metal melting furnace 10. As a result, the metal material can be supplied from the metal material supply device 30 to the opening 11a of the crucible 11 from above the opening 11a.
  • the metal material supply device 30 is roughly configured to include a device base 32 and a material supply unit 33.
  • the device base 32 supports the material supply unit 33, and the material supply unit 33 holds the measured amount of metal material and conveys it toward the front material discharge port 57.
  • the device base 32 has a base frame 41 that has a rectangular shape in a plan view.
  • the base frame 41 has a total of four wheels 42, 43, a pair of front wheels 42 and a pair of rear wheels 43.
  • the wheels 42 and 43 are provided in one row on each side when viewed from the device moving direction. Since FIG. 1 is a side view, one front wheel 42 and one rear wheel 43 are shown.
  • the number of wheels 42 and 43 is arbitrary.
  • the wheels 42 and 43 provided in the left and right rows are engaged with the guide grooves 22 provided on the upper surface of the moving stage 21.
  • the device base 32 can be moved in the device moving direction along the guide groove 22 by the wheels 42 and 43, respectively.
  • a guide rail may be installed on the upper surface of the moving stage 21 and the wheels 42 and 43 may be placed on the guide rail.
  • the device base 32 has a moving drive device 34.
  • the moving drive device 34 has a drive source mainly composed of an electric motor, and drives a pair of rear wheels 43 provided on the rear side as drive wheels. When the rear wheel 43 is driven, the metal material supply device 30 moves along the device moving direction.
  • the moving mechanism for moving the metal material supply device 30 is composed of a guide groove 22, wheels 42, 43, a moving drive device 34, and the like.
  • the material supply unit 33 is installed on the device base 32.
  • the material supply unit 33 has a hopper 51 and a material delivery unit 52.
  • the hopper 51 is a container for storing metal materials, and the upper part thereof is open.
  • a preset amount of metal material is charged into the upper open portion of the hopper 51 and accommodated in the hopper 51.
  • the metal material housed in the hopper 51 falls from the lower end opening provided at the lower end of the hopper 51.
  • the hopper 51 is installed on the device base 32 by a support frame 53 erected on the base frame 41.
  • the material delivery unit 52 is provided below the hopper 51.
  • the material delivery unit 52 is an oscillating conveyor (vibration conveyor) and has a function of delivering the metal material supplied to the hopper 51.
  • the material delivery unit 52 includes a vibration trough 54, a vibration exciter 55, a vibration isolation spring 56, an outlet opening / closing mechanism 58, a microwave level meter 71, and an empty detection sensor 79.
  • the vibration trough 54 is a gutter that is substantially U-shaped when viewed from the device moving direction (see FIG. 3), and is provided from below the lower end opening of the hopper 51 to the front thereof.
  • the metal material that has fallen from the lower end opening of the hopper 51 is placed on the inner bottom surface 54a of the vibration trough 54.
  • the front end of the vibrating trough 54 projects forward of the front end of the device base 32.
  • the vibration trough 54 is inclined from the rear side to the front side so that the front side is lower than the rear side.
  • the vibration exciter 55 is mainly composed of an electric motor, and is installed in the vibration trough 54 below the hopper 51.
  • the vibrating trough 54 vibrates when the vibrating device 55 operates, whereby the metal material placed on the inner bottom surface 54a of the vibrating trough 54 is conveyed forward.
  • the vibration trough 54 corresponds to a material transport section.
  • the anti-vibration spring 56 is a coil spring for anti-vibration that supports the vibration trough 54 so as to be elastically displaceable up and down with respect to the base frame 41 of the device base 32.
  • Anti-vibration springs 56 are provided at the front end and the rear end of the base frame 41, respectively.
  • the front end of the vibration trough 54 opens toward the front, and the opening serves as a material discharge port 57.
  • the metal material conveyed forward by the vibration of the vibration trough 54 is discharged from the material discharge port 57.
  • the discharged metal material falls below the material discharge port 57.
  • the material discharge port 57 is arranged above the opening 11a of the crucible 11, and the metal material can be supplied. At that position, when the metal material is discharged from the material discharge port 57 and falls, it is supplied to the inside of the crucible 11.
  • the discharge port opening / closing mechanism 58 is provided in the vicinity of the material discharge port 57 in order to open / close the material discharge port 57.
  • the discharge port opening / closing mechanism 58 includes an opening / closing plate 61, a pair of support arms 62, and an arm rotation mechanism 64.
  • the opening / closing plate 61 abuts on the peripheral edge of the material discharge port 57 and closes the material discharge port 57.
  • This state is the closed state, and the arrangement position of the opening / closing plate 61 is the closed position.
  • a pair of ribs 61a are provided on the front surface of the opening / closing plate 61 to reinforce it.
  • a pair of support arms 62 are provided on each of the left and right sides when viewed from the device moving direction. Since FIGS. 1 and 2 are side views, only one support arm 62 is shown in both views. As shown in FIGS. 2 and 3, the pair of support arms 62 extend from the rear side to the front side so as to be inclined so that the front side is lower than the rear side. At the front end of both support arms 62, a hanging shaft portion 63 for suspending the opening / closing plate 61 is provided between the two support arms 62.
  • the hanging shaft portion 63 extends in a direction orthogonal to the device moving direction (direction orthogonal to the paper surface in FIG. 2), that is, in the left-right direction when the material discharge port 57 is viewed from the front.
  • the suspension shaft portion 63 is suspended and supported so that the opening / closing plate 61 can rotate around the axial direction. In this case, the opening / closing plate 61 is arranged at the closed position.
  • the arm rotation mechanism 64 is provided on the rear end side of each support arm 62.
  • the arm rotation mechanism 64 has an arm rotation shaft 65 extending in a direction orthogonal to the device moving direction, and a rotation drive source 66 of the arm rotation shaft 65.
  • the arm rotation shaft 65 is rotatably provided on a rotation support portion 67 provided on the vibration trough 54, and each support arm 62 is non-rotatably connected to the arm rotation shaft 65.
  • the rotation drive source 66 is a cylinder, and a link mechanism 68 for rotating the arm rotation shaft 65 by moving the rod 66a of the cylinder is provided.
  • the pair of support arms 62 rotate around the arm rotation shaft 65 in synchronization with each other.
  • the opening / closing plate 61 is in the closed position, as described above, the pair of support arms 62 are inclined downward from the rear side to the front side.
  • the hanging shaft portion 63 moves upward in an arc.
  • the pair of support arms 62 are rotating counterclockwise.
  • the opening / closing plate 61 rotatably suspended from the suspension shaft portion 63 by the rotation of the support arm 62 follows the suspension shaft portion 63 while being suspended by its own weight, and discharges the material. It is arranged diagonally above the exit 57.
  • This state in which the material discharge port 57 is open is the open state, and the arrangement position thereof is the open position.
  • the opening / closing plate 61 is arranged at the open position and the material discharge port 57 is opened, the metal material can be discharged from the material discharge port 57.
  • each support arm 62 an extension portion 62a slightly extended from the portion is integrally provided ahead of the portion where the suspension shaft portion 63 is provided.
  • Each extension portion 62a is provided so as to form a V shape between the extension portion 62a and the support arm 62.
  • a locking bar 69 extending in the horizontal direction is hung between the extension portions 62a in front of the opening / closing plate 61.
  • the microwave level meter 71 detects the height of the metal material that has been thrown into the opening 11a of the crucible 11 and piled up.
  • the microwave level meter 71 corresponds to the material detection unit. Unlike lasers and ultrasonic waves, microwaves pass through fume and dust rising from the opening 11a of the crucible 11 and are not reflected by them, so stable measured values can be obtained.
  • the microwave level meter 71 has a level meter main body 72, a waveguide 73, and a hollow antenna 74.
  • the level meter main body 72 generates microwaves and receives reflected waves to measure the level (height) of the metal material.
  • the level meter main body 72 corresponds to a detection main body.
  • a horizontal installation plate 75 is provided on the rear side of the material discharge port 57 and above the vibration trough 54.
  • the level meter main body 72 is installed on the installation plate 75.
  • the opening / closing plate 61 for opening / closing the material discharge port 57 is arranged in the open position, the opening / closing plate 61 is arranged diagonally below the installation plate 75.
  • the level meter main body 72 is housed in a box 76 made of a heat-resistant material.
  • the waveguide 73 transmits the microwave transmitted from the level meter main body 72 to the hollow antenna 74, and also transmits the reflected wave introduced into the hollow antenna 74 to the level meter main body 72.
  • the waveguide 73 projects forward from the front surface of the level meter main body 72, is bent 90 degrees in front of the front end of the vibration trough 54 provided with the material discharge port 57, and the tip portion is vertically downward. It is suitable.
  • the hollow antenna 74 is a horn antenna having a truncated cone shape, and a small diameter portion is attached to the tip of the waveguide 73.
  • the hollow antenna 74 extends in the vertical direction in front of the opening / closing plate 61 and the locking bar 69 that open / close the material discharge port 57, away from the opening / closing plate 61 and the locking bar 69.
  • the enlarged diameter portion at the lower end of the hollow antenna 74 is a downward waveguide opening 77 in the vertical direction.
  • the hollow antenna 74 is arranged at the center of the left and right sides of the rectangular material discharge port 57 when the material discharge port 57 is viewed from the device moving direction.
  • the central axis C including the opening center of the waveguide opening 77 coincides with the central axis C of the opening 11a of the crucible 11.
  • the hollow antenna 74 may have a pyramidal trapezoidal shape or the like.
  • the microwave transmitted from the level meter main body 72 passes through the waveguide 73 and is then irradiated downward from the waveguide opening 77. Further, the reflected wave obtained by reflecting the irradiated microwave to the measurement target below is introduced into the waveguide opening 77 and transmitted to the level meter main body 72 through the waveguide 73.
  • the microwave level meter 71 measures the distance between the top portion (upper end portion) of the stacked metal material and the waveguide opening 77.
  • Purge air is introduced into the hollow antenna 74 via the waveguide 73.
  • An air compressor 78 is mounted on the rear end of the device base 32.
  • the compressed air generated by the air compressor 78 is sent from the air supply pipe (not shown) to the inside of the hollow antenna 74 through the waveguide 73.
  • the sent compressed air is discharged downward from the waveguide opening 77 as purge air.
  • the gas supply unit is composed of an air compressor 78, an air supply pipe, and a waveguide 73.
  • the sky detection sensor 79 is a laser type distance sensor, and is provided behind the microwave level meter 71 on the installation plate 75 provided with the microwave level meter 71.
  • the sky detection sensor 79 measures the distance to a location slightly behind the material discharge port 57. The measurement result is used to determine whether or not all the metal material is supplied from the vibrating trough 54 to the crucible 11 and the vibrating trough 54 is emptied.
  • the metal material supply device 30 has a control device 81.
  • the control device 81 includes a device control unit 82, a storage unit 83, an information input unit 84 such as a keyboard, and a display unit 85 such as a liquid crystal monitor.
  • the device control unit 82 is a microcomputer composed of a CPU and the like, and corresponds to a material transfer control unit.
  • the device control unit 82 is connected to a storage unit 83, an information input unit 84, and a display unit 85, respectively.
  • the device control unit 82 includes a mobile drive device 34, a vibration device 55, a rotation drive source 66 and an air compressor 78 for the arm rotation shaft 65 in the discharge port opening / closing mechanism 58, a microwave level meter 71, and an empty detection sensor 79. It is connected. By controlling the drive of each of these devices, the device control unit 82 controls the movement of the metal material supply device 30, the transfer of the metal material by the vibration trough 54, and the opening and closing of the material discharge port 57, respectively. When the metal material is supplied to the opening 11a of the crucible 11, the material height value detected by the microwave level meter 71 and the distance measurement value from the sky detection sensor 79 are sequentially input to the device control unit 82. NS.
  • the storage unit 83 stores the execution program of the control process performed by the device control unit 82, the upper and lower limit values of the material height value, the shelf suspension abnormality monitoring time, the shelf suspension abnormality determination value, and the like.
  • the upper limit value and the lower limit value of the material height value, the shelf suspension abnormality monitoring time, and the shelf suspension abnormality determination value are arbitrarily set by using the setting screens displayed on the information input unit 84 and the display unit 85, respectively.
  • the material height value sequentially input from the microwave level meter 71 is also stored in the storage unit 83.
  • the suspended state is generally known as a problem that can occur when the material is melted in the furnace, and when the metal material is melted in the crucible 11, the wall surface in the furnace is affected. It means that the metal material gets caught and stays without falling and falls into a state like a lid. If the displacement of the material height is within the range of the shelf suspension abnormality determination value (for example, 5 mm) and continues beyond the shelf suspension abnormality monitoring time (for example, 60 seconds), it is determined that the material is in the shelf suspension state. Set.
  • the shelf suspension abnormality determination value for example, 5 mm
  • the shelf suspension abnormality monitoring time for example, 60 seconds
  • a well-known device having these functions is used for the information input unit 84 and the display unit 85.
  • it may be a button-type input device and a display, or a touch panel-type display having both functions.
  • step S101 the moving drive device 34 is driven to move the metal material supply device 30 from the retracted position to the front, and the metal material supply device 30 is stopped at the material supply position.
  • the waveguide opening 77 of the hollow antenna 74 of the microwave level meter 71 is arranged on the central axis of the crucible 11.
  • the material discharge port 57 is arranged behind the hollow antenna 74 and above the opening 11a of the crucible 11.
  • the air compressor 78 is also driven to introduce purge air into the waveguide 73 of the microwave level meter 71, and the air is discharged downward from the waveguide opening 77.
  • the supply start processing of the metal material is performed.
  • the rotation drive source 66 of the arm rotation shaft 65 in the discharge port opening / closing mechanism 58 is driven, the support arm 62 is rotated to arrange the opening / closing plate 61 in the open position, and the material discharge port 57 is opened. do.
  • the opening / closing plate 61 tries to rotate forward with the rotation of the support arm 62, the rotation is locked by the locking bar 69, and the collision with the hollow antenna 74 is prevented.
  • the vibration exciter 55 is driven to vibrate the vibration trough 54 to transport the metal material forward. As a result, the metal material falls from the material discharge port 57, and the supply into the crucible 11 is started.
  • step S103 it is determined whether or not the material height exceeds the upper limit value based on the detection result of the material height of the metal material piled up in the crucible 11. If the upper limit value is not exceeded, the determination is denied and the process proceeds to step S104.
  • step S104 it is determined whether or not a shelf suspension abnormality has occurred based on the detection result of the material height of the metal material. In this case, when the displacement of the material height is within the range of the shelf suspension abnormality determination value and continues beyond the shelf suspension abnormality monitoring time, it is determined that the material is in the shelf suspension state. If it is determined that no shelf suspension abnormality has occurred, the determination is denied and the process proceeds to the next step S105.
  • step S105 it is determined whether or not all the metal material is supplied to the crucible 11 and the vibration trough 54 is empty based on the distance measurement result from the front portion of the material discharge port 57. If the metal material is present in the portion in front of the material discharge port 57, the determination is denied as the supply of the metal material has not been completed yet, and the process returns to the previous step S103. On the other hand, when it is determined that the metal material is exhausted from the vibration trough 54 and the space is empty, the determination is affirmed and the process proceeds to step S106.
  • step S106 the supply of the metal material is stopped.
  • the rotation drive source 66 of the discharge port opening / closing mechanism 58 is driven to rotate the support arm 62 in the opposite direction, the opening / closing plate 61 is arranged at the closed position, and the material discharge port 57 is closed. do.
  • the opening / closing plate 61 tries to rotate forward with the rotation of the support arm 62, the rotation is locked by the locking bar 69, and the collision with the hollow antenna 74 is prevented.
  • the closed state of the material discharge port 57 by the opening / closing plate 61 is maintained.
  • the drive of the vibration exciter 55 is stopped, and the material transfer operation is stopped.
  • the moving drive device 34 is driven to move the metal material supply device 30 from the material supply position to the retracted position. After that, this process ends.
  • the vibrating device keeps the opening / closing plate 61 in the open position while the material height does not exceed the upper limit value and the vibration trough 54 is not empty and the metal material remains.
  • the drive of 55 is continued, and the supply of the metal material to the crucible 11 is continued. Then, when all the metal materials are supplied to the crucible 11 and the vibration trough 54 becomes empty, this process ends.
  • step S107 the supply suspension process of the metal material is performed. In the supply suspension process, the same process as the supply stop process in step S106 described above is executed.
  • step S108 it is determined whether or not the material height exceeds the lower limit value based on the detection result of the material height of the metal material piled up in the crucible 11. If the lower limit is not exceeded, the judgment is denied and the judgment is repeated until the material height exceeds the lower limit. Meanwhile, the supply of the metallic material continues to be suspended. On the other hand, if the lower limit is exceeded, the determination is affirmed and the process proceeds to the next step S109.
  • step S109 the supply resumption process of the metal material is performed.
  • the supply restart process the same process as the supply start process in step S102 is executed.
  • the metal material falls from the material discharge port 57, and the supply into the crucible 11 is resumed.
  • the process proceeds to step S104 described above for determining whether or not a shelf suspension abnormality has occurred. Subsequent processing is as described above.
  • step S110 the supply suspension process of the metal material is performed.
  • the same process as the supply stop process in step S106 described above is executed.
  • next step S111 it is determined whether or not the shelf suspension abnormality has been resolved. Since the work for eliminating the shelf suspension abnormality is performed by the worker, the worker who has completed the abnormality elimination work performs the abnormality completion operation using the information input unit 84 and the display unit 85. If the abnormality completion operation has not been performed, the determination is denied as the abnormality resolution work is still being performed, and the determination is repeated until the abnormality completion operation is performed. Meanwhile, the supply of the metallic material continues to be suspended. Then, when the abnormal completion operation is performed by the worker, the determination is affirmed, and the process returns to the previous step S105. Subsequent processing is as described above.
  • the metal material supply device 30 of the present embodiment As described in detail above, according to the metal material supply device 30 of the present embodiment, the following effects can be obtained.
  • the worker visually confirms the stacking status of the metal materials supplied to the crucible 11, the worker has no choice but to engage in other work other than the material input.
  • the timing of restarting tends to be delayed.
  • the efficiency of the work of supplying the metal material to the crucible 11 deteriorates, and the amount of electric power required for heating by the induction coil 12 increases accordingly, which causes an increase in cost.
  • the material height of the metal material supplied to the crucible 11 is detected by the microwave level meter 71, and when the detected value exceeds the upper limit value, the material supply operation is performed. Is paused, and if the lower limit is exceeded, the material supply operation is automatically restarted.
  • the metal material can be supplied to the crucible 11 in a timely and efficient manner, and the cost can be reduced.
  • the stacking situation is detected by detecting the height of the upper end portion of the metal material piled up in the crucible 11 by the microwave level meter 71.
  • the microwave level meter 71 which is a distance sensor, the stacking situation can be easily detected. Further, if the microwave level meter 71 is used, it can be retrofitted to the existing metal material supply device, so that the cost increase of the metal material supply device 30 can be suppressed.
  • the level meter main body 72 of the microwave level meter 71 is provided behind the material discharge port 57 and above the vibration trough 54. Not only is the level meter main body 72 and the metal melting furnace 10 separated from each other, but also the vibration trough 54 is interposed between them, and the radiant heat emitted from the metal melting furnace 10 is blocked by the vibration trough 54. As a result, the level meter main body 72 can be protected from radiant heat. In addition, since the level meter main body 72 is housed in the box 76 made of a heat-resistant material, it is further protected from radiant heat.
  • a discharge port opening / closing mechanism 58 is provided in the vicinity of the material discharge port 57, and the material discharge port 57 is opened / closed by the opening / closing plate 61.
  • the opening / closing plate 61 is rotatably suspended and supported by the hanging shaft portion 63, and a locking bar 69 is provided in front of the opening / closing plate 61.
  • a locking bar 69 is provided in front of the opening / closing plate 61.
  • the present disclosure is not limited to the metal material supply device 30 of the above embodiment, and for example, the following configuration may be adopted.
  • the microwave level meter 71 is used as the material detection unit. Instead of this, a level meter using radio waves such as millimeter waves may be used. Further, the status of the metal material piled up in the crucible 11 may be detected by a method other than detecting the height of the material. For example, it is conceivable to detect the state of the metal material by capturing the state in which the metal material is piled up with an image.
  • the metal material supply device 30 is moved by using the rear wheels 43 provided on the device base 32 as drive wheels.
  • a well-known structure for moving a carriage with wheels such as a structure in which a device base 32 is connected to a rod of a hydraulic cylinder and the rod appears and disappears, is arbitrary. Can be combined and configured.
  • the rotation drive source 66 for rotating the support arm 62 is a cylinder.
  • the rotation drive source 66 for example, an electric motor or the like may be used.
  • the material delivery unit 52 is provided with the vibration trough 54, and the metal material is conveyed to the material discharge port 57 by vibrating the vibration trough 54 with the vibration device 55.
  • a belt conveyor may be used as the material feeding mechanism.
  • the transport surface may be horizontal instead of inclining the transport surface as in the above embodiment.
  • a PLC Programmable Logical Controller
  • a storage unit 83 provided separately from the device control unit 82.
  • a microcomputer having an internal memory such as the PLC is used in the device control unit 82.
  • the storage unit 83 may be omitted.
  • the material height value sequentially input from the microwave level meter 71 may not be stored in the storage unit 83 each time.
  • compressed air is first introduced into the waveguide 73, and then supplied to the inside of the hollow antenna 74 through the waveguide 73.
  • compressed air may be supplied directly to the hollow antenna 74.
  • the gas supply unit is composed of the air compressor 78 and the air supply pipe.

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Abstract

金属溶解炉（１０）に併設された金属材料供給装置（３０）は、坩堝（１１）に供給される金属材料を搬送する振動トラフ（５４）を有している。搬送された金属材料は、振動トラフ（５４）の前端部に設けられた材料排出口（５７）から排出される。金属材料供給装置（３０）は、材料排出口（５７）が坩堝（１１）の上方に配置された材料供給位置と、そこから後退した後退位置との間で移動可能となっており、材料供給位置において坩堝（１１）への金属材料が供給される。坩堝（１１）に供給されて積み上がった金属材料の上端部は、マイクロ波レベル計（７１）によって検出され、その検出値に基づいて、振動トラフ（５４）の駆動による材料供給動作が制御される。

Description

金属材料供給装置 関連出願の相互参照
　本出願は、２０２０年３月９日に出願された日本出願番号２０２０－０３９７８９号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
　本開示は、金属溶解炉に金属材料を供給する金属材料供給装置に関する。
　金属の溶湯を鋳型に流し込んで鋳造品を製造する鋳造では、金属溶解炉を用いて金属材料を溶解させている。金属溶解炉では、坩堝内の金属材料に誘導電流を発生させて加熱する誘導炉方式が一般的である（例えば、特許文献１参照）。
　金属溶解炉には、鋳造ごとに必要となる量の金属材料を計量して坩堝に供給する金属材料供給装置が併設されている。金属材料供給装置が併設されることにより、金属材料供給、金属材料加熱、溶湯の移し替え等よりなる鋳造サイクルが確立されている（特許文献１参照）。
特開２００３－１６４９６０号公報
　坩堝内に金属材料が投入されても、瞬時に金属材料が溶解するわけではなく、溶解にはある程度の時間を要する。そのため、金属材料供給装置から坩堝への金属材料の供給は、坩堝での金属材料の溶解状況に合わせて行わないと、必要な時に必要な量の金属材料を供給ができず、誘導炉の消費電力の浪費などが生じてコストの増加を招く要因となる。
　そこで、本開示は、適時かつ効率的に金属材料を金属溶解炉に供給できる金属材料供給装置を提供することを目的とする。
　上記課題を解決すべく、第１の開示では、
　金属溶解炉に併設された金属材料供給装置であって、
　前記金属溶解炉が有する坩堝に供給される前記金属材料を搬送する材料搬送部と、
　前記材料搬送部の端部に設けられ、前記材料搬送部によって搬送された前記金属材料が排出される材料排出口と、
　前記材料排出口が前記坩堝の上方に配置されて前記坩堝に前記金属材料を供給可能な材料供給位置と、そこから後退した後退位置との間で、前記材料搬送部を移動させる移動機構と、
　前記坩堝に供給されて前記坩堝内に積み上がった前記金属材料について、その積み上がりの状況を検出する材料検出部と、
　前記材料検出部による検出値に基づいて、前記材料搬送部による材料搬送動作を制御する材料搬送制御部と、
を備えた。
　第２の開示では、前記材料検出部は、前記坩堝内に積み上がった金属材料の上端部の高さを検出する。
　第３の開示では、前記材料搬送制御部は、所定範囲内の前記検出値が所定時間継続して検出された場合に、前記坩堝内に積み上がった前記金属材料が棚吊り状態にあると判断して前記材料搬送部による材料搬送動作を停止させる。
　第４の開示では、
　前記材料検出部は、
　マイクロ波を発信するとともに、前記マイクロ波の反射波を受信する検出本体と、
　鉛直方向の下方に向けて開口し、前記検出本体から発信されるマイクロ波を前記開口から下方に向けて照射するとともに、前記開口に反射波を導入する中空アンテナと、
を有し、
　前記検出本体は前記材料搬送部の上方に設けられている。
　第５の開示では、前記中空アンテナの前記開口から気体を排出させるべく、前記中空アンテナの内部に気体を供給する気体供給部を備えた。
　第６の開示では、
　前記材料排出口を開閉する開閉板と、
　前記開閉板を支持する支持アームを回動させて、前記材料排出口を閉じる閉位置と、前記材料排出口の上方に配置されて前記材料排出口を開く開位置とに移動させるアーム回動機構と、
を備え、
　前記検出本体は前記開位置における前記開閉板よりも後方に配置されている。
　第７の開示では、
　前記中空アンテナは、前記材料排出口の前方において上下に延び、下端に前記開口が設けられており、
　前記開閉板は、前記材料排出口と前記中空アンテナとの間で、前記材料排出口の正面視において左右方向に延びる吊下げ軸部に対して回動可能に吊り下げ支持されており、
　前記開閉板の前方には、前記開閉板が前方へ回動して前記中空アンテナと衝突する前に前記開閉板の回動を係止する係止部が設けられている。
　第１の開示によれば、坩堝に供給されて坩堝内に積み上がった金属材料の状況、例えば、金属材料の積み上がりの高さや積み上がりの形状等を確認し、積み上がりの状況に不具合が生じた場合は材料搬送、供給動作を一時停止し、状況が改善された場合は材料搬送、供給動作を再開する制御を行うなど、坩堝内での金属材料の状況に応じた材料供給を自動で行える。これにより、金属材料を適時かつ効率的に坩堝へ供給することができ、金属材料の溶解に必要なコストを低減できる。
　第２の開示によれば、積み上がった金属材料の上端部の高さを検出することで、坩堝内に積み上がった金属材料の状況が検出される。積み上がり高さの検出であれば距離センサ等を用いて容易に状況を検出でき、また、距離センサ等であれば既存の金属材料供給装置に後付けすることも可能となるため、金属材料供給装置のコスト増加も抑制できる。
　第３の開示によれば、材料高さの変位を監視し、積み上がった金属材料が棚吊り状態にあると判断した場合に金属材料の搬送動作が停止される。これにより、棚吊り異常の発生を見落として、金属溶解炉の坩堝内の温度が異常に上昇し、各種の不具合が発生することを防止できる。
　第４の開示によれば、材料搬送部が材料供給位置に配置された場合に、材料検出部の検出本体が金属溶解炉と隔離されるとともに、両者の間に材料搬送部が介在することとなり、金属溶解炉から発せられる輻射熱が材料搬送部によって遮られる。これにより、検出本体を輻射熱から保護することができる。
　第５の開示によれば、材料搬送部が材料供給位置に配置され、材料検出部が坩堝の上方に配置された場合に、中空アンテナの内部に供給された気体が当該中空アンテナの開口から下方に向けて気体が排出される。これにより、坩堝から立ち上るヒュームや粉塵が中空アンテナの開口に入り込み、中空アンテナ内部に堆積してマイクロ波の発信や反射波の導入に悪影響を及ぼすことを抑制できる。
　第６の開示によれば、材料排出口を開閉する開閉板が設けられているため、材料搬送動作が停止された場合に開閉板で材料排出口を閉じるようにすれば、金属材料が意図せず落下して材料供給されることを防止できる。また、開位置にある開閉板よりも後方に材料検出部の検出本体が配置されているため、材料搬送部が材料供給位置に配置された場合に、開閉板を開位置に移動させれば、金属溶解炉から発せられる輻射熱が開閉板によって遮られる。これにより、開閉板は検出本体を輻射熱から保護する機能も有している。
　第７の開示によれば、支持アームの回動により開閉板が閉位置と開位置との間を移動する場合に、回動可能に吊下げ支持された開閉板が前方へ回動しようとすると、係止部によってその回動が係止される。これにより、開閉板の回動時に当該開閉板が材料検出部の中空アンテナに衝突して中空アンテナが破損することを防止できる。
　本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。
金属材料供給装置を示す側面図。 排出口開閉機構を拡大して示す拡大側面図。 排出口開閉機構を示す斜視図。 金属材料供給装置の電気的構成を示すブロック図。 材料供給制御処理を示すフローチャート。
　以下、本開示を具体化した一実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
　図１に示すように、金属材料供給装置３０は、金属溶解炉１０に併設されている。金属溶解炉１０は誘導加熱方式のものであり、坩堝１１と、誘導コイル１２とを有している。坩堝１１は有底筒状をなす容器であり、その上端部には上方に向けて開口する開口部１１ａを有している。開口部１１ａから内部に金属材料が供給される。供給された金属材料は、加熱されることによって内部で溶解され、溶湯化する。溶湯は坩堝１１の内部で貯留される。誘導コイル１２は、坩堝１１の円筒状部分の周囲を囲うように設けられている。誘導コイル１２に交流電流を流すことにより、坩堝１１内に供給された金属材料は誘導加熱される。
　坩堝１１の上端部には注ぎ口１１ｂが設けられている。注ぎ口１１ｂは、開口部１１ａから側方に向けて突出している。坩堝１１は、当該坩堝１１を傾斜させる傾斜機構（図示略）を有しており、坩堝１１の内部で貯留された溶湯は、傾斜機構によって坩堝１１が傾けられると、注ぎ口１１ｂから注湯容器（図示略）へ移し替えられる。
　金属材料供給装置３０は、上記金属溶解炉１０の坩堝１１に金属材料を供給するために設けられる。金属材料供給装置３０は、図１に示すように、当該金属材料供給装置３０の移動ステージ２１の上面において、一方向に（図１における左右方向に）移動可能に設けられている。金属材料供給装置３０は、金属溶解炉１０に近づく方向（図１の右方向）と、金属溶解炉１０から後退して離間する方向（図１の左方向）との間で移動する。以下の説明では、金属材料供給装置３０の移動方向を装置移動方向とし、金属溶解炉１０に近づく方向を前、金属溶解炉１０から離間する方向を後とする。図１では、後方向の移動端に移動して、後退位置に配置された金属材料供給装置３０が実線で示されている。一方、前方向の移動端に移動して、材料供給位置に配置された金属材料供給装置３０の前端部が仮想線で示されている。
　移動ステージ２１の上面には、金属材料供給装置３０の装置移動方向から見て左右に１つずつ、金属材料供給装置３０の移動を案内する案内溝２２が装置移動方向に沿って設けられている。移動ステージ２１の上面の高さは、金属溶解炉１０の上端部と同程度の高さレベルとなっている。これにより、金属材料供給装置３０から坩堝１１の開口部１１ａへ当該開口部１１ａの上方から金属材料を供給することが可能となっている。
　金属材料供給装置３０は、大まかには、装置基部３２と、材料供給部３３とを備えて構成されている。装置基部３２は材料供給部３３を支え、材料供給部３３は計量された分量の金属材料を保持しつつそれを前方の材料排出口５７に向けて搬送する。
　装置基部３２は、平面視において矩形状をなす基部フレーム４１を有している。基部フレーム４１は、一対の前車輪４２及び一対の後車輪４３という合計４つの車輪４２，４３を有している。車輪４２，４３は、装置移動方向から見て左右に１列ずつ設けられている。図１は側面図であるため、１つの前車輪４２と一つの後車輪４３とが示されている。なお、車輪４２，４３の数は任意である。左右それぞれの列に設けられた車輪４２，４３は、移動ステージ２１の上面に設けられた案内溝２２とかみ合っている。装置基部３２は、各車輪４２，４３により、案内溝２２に沿って装置移動方向に移動することが可能となっている。なお、案内溝２２に代えて、移動ステージ２１の上面に案内レールを設置して当該案内レールに車輪４２，４３を載せてもよい。
　装置基部３２は、移動用駆動装置３４を有している。移動用駆動装置３４は電動モータを主体とする駆動源を有し、後ろ側に設けられた一対の後車輪４３を駆動輪として駆動する。当該後車輪４３が駆動することにより、金属材料供給装置３０は装置移動方向に沿って移動する。金属材料供給装置３０を移動させる移動機構は、案内溝２２、車輪４２，４３及び移動用駆動装置３４等によって構成されている。
　材料供給部３３は、装置基部３２の上に設置されている。材料供給部３３はホッパ５１と、材料送出し部５２とを有している。
　ホッパ５１は金属材料を貯留するための容器であり、その上部は開放されている。金属材料供給装置３０が後退位置にある場合に、ホッパ５１の上部開放部分に予め設定された量の金属材料が投入されてホッパ５１に収容される。ホッパ５１に収容された金属材料は、ホッパ５１の下端に設けられた下端開口部から落下する。ホッパ５１は、基部フレーム４１に立設された支持フレーム５３によって装置基部３２の上に設置されている。
　材料送出し部５２は、ホッパ５１の下方に設けられている。材料送出し部５２はオシレートコンベア（振動コンベア）であり、ホッパ５１に供給された金属材料を送り出す機能を有している。材料送出し部５２は、振動トラフ５４と、加振装置５５と、防振ばね５６と、排出口開閉機構５８と、マイクロ波レベル計７１と、空検知センサ７９とを有している。
　振動トラフ５４は装置移動方向からみて略Ｕ字状をなす樋であり（図３参照）、ホッパ５１の下端開口部の下方からその前方に至るまで設けられている。ホッパ５１の下端開口部から落下した金属材料は、振動トラフ５４の内底面５４ａの上に載せられる。振動トラフ５４の前端は、装置基部３２の前端よりも前方に突出している。振動トラフ５４は、後ろ側から前側にかけて、後ろ側よりも前側が下となるように傾斜している。加振装置５５は電動モータを主体に構成され、ホッパ５１の下方において、振動トラフ５４に設置されている。加振装置５５が稼働することにより振動トラフ５４は振動し、それにより、振動トラフ５４の内底面５４ａ上に載せられている金属材料が前方に向かって搬送される。振動トラフ５４は材料搬送部に相当する。
　防振ばね５６は、装置基部３２の基部フレーム４１に対して振動トラフ５４を上下の弾性変位可能に支持する防振用のコイルスプリングである。防振ばね５６は、基部フレーム４１の前端部と後端部とにそれぞれ設けられている。
　振動トラフ５４の前端部は前方に向けて開口し、その開口部が材料排出口５７となっている。振動トラフ５４の振動によって前方に搬送された金属材料は、材料排出口５７から排出される。排出された金属材料は、材料排出口５７からその下方に落下する。金属材料供給装置３０が材料供給位置に移動すると、材料排出口５７は坩堝１１の開口部１１ａの上方に配置され、金属材料の供給が可能となる。当該位置において、金属材料が材料排出口５７から排出されて落下すると、坩堝１１の内部に供給される。
　図２に、マイクロ波レベル計７１を省略した拡大図を示すように、排出口開閉機構５８は、材料排出口５７を開閉するために当該材料排出口５７近傍に設けられている。排出口開閉機構５８は、開閉板６１と、一対の支持アーム６２と、アーム回動機構６４とを有している。
　図２及び図３に示すように、開閉板６１は、材料排出口５７の周縁に当接して当該材料排出口５７を閉じている。この状態が閉状態であり、開閉板６１の配置位置を閉位置とする。開閉板６１の前面には一対のリブ６１ａが設けられ、補強されている。開閉板６１が閉位置に配置されて材料排出口５７を閉状態にすると、材料排出口５７から金属材料が排出されることが防止される。なお、開閉板６１が閉状態にある場合は、振動トラフ５４の振動も停止される。
　一対の支持アーム６２は、装置移動方向から見た左右にそれぞれ１つずつ設けられている。図１及び図２は側面視であるため、両図には一方の支持アーム６２のみが示されている。図２及び図３に示すように、一対の支持アーム６２は後ろ側から前側にかけて、後ろ側よりも前側が下となるように傾斜して延びている。両支持アーム６２の前端部において、両支持アーム６２同士の間には、開閉板６１を吊り下げる吊下げ軸部６３が設けられている。吊下げ軸部６３は、装置移動方向に対して直交する方向（図２の紙面に直交する方向）、つまり材料排出口５７を正面視した場合の左右方向に延びている。吊下げ軸部６３には、軸線方向を中心として開閉板６１が回動可能となるように吊下げ支持されている。この場合、開閉板６１は閉位置に配置されている。
　図２に示すように、アーム回動機構６４は、各支持アーム６２の後端側に設けられている。アーム回動機構６４は、装置移動方向に対して直交する方向に延びるアーム回動軸６５と、アーム回動軸６５の回動駆動源６６とを有している。アーム回動軸６５は、振動トラフ５４に設けられた回動支持部６７に回動可能に設けられている、各支持アーム６２は、アーム回動軸６５と回動不能に連結されている。回動駆動源６６はシリンダであり、シリンダのロッド６６ａの出没によってアーム回動軸６５を回動させるリンク機構６８が設けられている。
　回動駆動源６６の駆動により、図２に示すように、一対の支持アーム６２はアーム回動軸６５を中心に両者同期しながら回動する。開閉板６１が閉位置にある場合、前述したように、一対の支持アーム６２は後ろ側から前側にかけて下向きに傾斜している。その状態から水平状態となるまで一対の支持アーム６２を回動させると、吊下げ軸部６３は弧を描くように上方へ移動する。図２を基準とすれば、この時、一対の支持アーム６２は左回転している。支持アーム６２の回動により、吊下げ軸部６３に回動可能に吊り下げられた開閉板６１は、その自重によって吊下げ軸部６３に吊り下げられた状態を維持しながら追従し、材料排出口５７の斜め上方に配置される。材料排出口５７が開放されているこの状態が開状態であり、その配置位置を開位置とする。開閉板６１が開位置に配置されて材料排出口５７を開状態にすると、材料排出口５７から金属材料の排出が可能となる。
　各支持アーム６２において、吊下げ軸部６３が設けられた箇所よりも先には、当該先から若干延長された延長部６２ａが一体的に設けられている。各延長部６２ａは、当該延長部６２ａと支持アーム６２とでＶ字状をなすように設けられている。図２及び図３に示すように、両延長部６２ａ同士の間には、開閉板６１の前方において、水平方向に延びる係止バー６９が掛け渡されている。両支持アーム６２の回動により開閉板６１が閉位置と開位置との間を移動する場合に、開閉板６１が前方へ回動しようとするとこの係止バー６９にその回動が係止され、さらなる前方へ回動することが防止される。これにより、開閉板６１が吊下げ軸部６３から鉛直方向に垂れ下がった状態が維持される。係止バー６９は係止部に相当する。
　図１に戻り、マイクロ波レベル計７１は、坩堝１１の開口部１１ａに投入されて積み上がった金属材料の高さを検出する。マイクロ波レベル計７１は材料検出部に相当する。マイクロ波は、レーザや超音波と異なり、坩堝１１の開口部１１ａから立ち上がるヒュームや粉塵を透過し、それらに反射することがないため、安定した計測値が得られる。マイクロ波レベル計７１は、レベル計本体７２と、導波管７３と、中空アンテナ７４とを有している。
　レベル計本体７２は、マイクロ波を生成するとともに、反射波を受信して金属材料のレベル（高さ）を測定する。レベル計本体７２は、検出本体に相当する。振動トラフ５４の前端側には、材料排出口５７よりも後ろ側であって振動トラフ５４の上方において、水平な設置板７５が設けられている。レベル計本体７２はこの設置板７５の上に設置されている。材料排出口５７を開閉する開閉板６１が開位置に配置された場合には、開閉板６１は設置板７５の斜め下に配置される。レベル計本体７２は耐熱性素材よりなるボックス７６に収容されている。
　導波管７３は、レベル計本体７２から発信されたマイクロ波を中空アンテナ７４まで送信するとともに、中空アンテナ７４に導入された反射波をレベル計本体７２に送信する。導波管７３は、レベル計本体７２の前面から前方に突出するとともに、材料排出口５７が設けられた振動トラフ５４の前端よりも前方において９０度曲げられ、先端部は鉛直方向の下方向を向いている。
　中空アンテナ７４は円錐台形状をなすホーンアンテナであり、小径部分が導波管７３の先端に取り付けられている。中空アンテナ７４は、材料排出口５７を開閉する開閉板６１及び係止バー６９よりも前方において、当該開閉板６１及び当該係止バー６９から離間して、鉛直方向に延びている。中空アンテナ７４の下端の拡径部分は、鉛直方向の下向きの導波開口７７となっている。中空アンテナ７４は、材料排出口５７を装置移動方向から見た場合において、矩形状をなす材料排出口５７の左右中央部に配置されている。また、金属材料供給装置３０が材料供給位置に配置されると、中空アンテナ７４は、導波開口７７の開口中心を含む中心軸線Ｃが、坩堝１１の開口部１１ａの中心軸線Ｃと一致する。なお、中空アンテナ７４は角錐台形状等であってもよい。
　レベル計本体７２から送信されたマイクロ波は、導波管７３を通過した後、導波開口７７から下方向に向けて照射される。また、照射されたマイクロ波が下方の測定対象に反射した反射波は導波開口７７に導入され、導波管７３を通じてレベル計本体７２に送信される。マイクロ波レベル計７１は、積み上がった金属材料の頂上部分（上端部）と、導波開口７７との間の距離を計測する。
　中空アンテナ７４には、導波管７３を介してパージエアが導入される。装置基部３２の後端部には、エアコンプレッサ７８が搭載されている。エアコンプレッサ７８で生成された圧縮エアは、エア供給配管（図示略）から導波管７３を通じて中空アンテナ７４の内部に送られる。送られた圧縮エアは、パージエアとして導波開口７７から下方に向けて排出される。エアコンプレッサ７８、エア供給配管及び導波管７３によって気体供給部が構成されている。
　空検知センサ７９はレーザ式の距離センサであり、マイクロ波レベル計７１が設けられた設置板７５の上に、マイクロ波レベル計７１の後方に設けられている。空検知センサ７９は、材料排出口５７よりも若干後方側の箇所との間の距離を計測する。その計測結果は、振動トラフ５４から金属材料がすべて坩堝１１に供給されて振動トラフ５４が空となったか否かの判断に用いられる。
　次に、金属材料供給装置３０の電気的構成について説明する。図４に示すように、金属材料供給装置３０は、制御装置８１を有している。制御装置８１は、装置制御部８２と、記憶部８３と、キーボード等の情報入力部８４と、液晶モニタ等の表示部８５とを有している。装置制御部８２はＣＰＵ等で構成されるマイクロコンピュータであり、材料搬送制御部に相当する。装置制御部８２は、記憶部８３と、情報入力部８４と、表示部８５とにそれぞれ接続されている。
　装置制御部８２は、移動用駆動装置３４、加振装置５５、排出口開閉機構５８におけるアーム回動軸６５の回動駆動源６６及びエアコンプレッサ７８並びにマイクロ波レベル計７１及び空検知センサ７９とも接続されている。装置制御部８２は、これら各装置の駆動を制御することにより、金属材料供給装置３０の移動、振動トラフ５４による金属材料の搬送、材料排出口５７の開閉をそれぞれ制御する。金属材料を坩堝１１の開口部１１ａに供給する場合には、マイクロ波レベル計７１によって検出された材料高さ値と、空検知センサ７９からの距離計測値とが装置制御部８２に逐次入力される。
　記憶部８３には、装置制御部８２が行う制御処理の実施プログラム、材料高さ値の上限値及び下限値、棚吊り異常監視時間、棚吊り異常判定値等が記憶されている。材料高さ値の上限値及び下限値、棚吊り異常監視時間、棚吊り異常判定値は、それぞれ情報入力部８４と表示部８５に表示された設定画面を用いて、任意に設定される。マイクロ波レベル計７１から逐次入力される材料高さ値も、この記憶部８３に記憶される。
　ここで、棚吊り状態とは、炉内で材料を溶解させる場合に生じ得る問題として一般的に知られているものであり、金属材料が坩堝１１内で溶解する際に、炉内の壁面に金属材料が引っ掛かり、落下しないまま滞留して蓋をしたような状態に陥ることを意味している。材料高さの変位が棚吊り異常判定値（例えば５ｍｍ）の範囲内であることが棚吊り異常監視時間（例えば６０秒）を超えて継続した場合は、棚吊り状態にあると判定するように設定される。
　情報入力部８４及び表示部８５は、それらの機能を備えた周知の装置が用いられる。例えば、ボタン式の入力装置とディスプレイとであってもよいし、両者の機能を兼ね備えたタッチパネル式ディスプレイとしてもよい。
　次に、制御装置８１の装置制御部８２が実行する材料供給制御処理について、図５のフローチャートに基づいて説明する。なお、この制御処理をスタートするにあたっては、金属材料供給装置３０は後退位置にあり、ホッパ５１にはすでに金属材料が供給されているものとする。
　図５に示すように、ステップＳ１０１において、移動用駆動装置３４を駆動して金属材料供給装置３０を後退位置から前方へ移動させ、材料供給位置で停止させる。材料供給位置では、坩堝１１の中心軸線上に、マイクロ波レベル計７１が有する中空アンテナ７４の導波開口７７が配置される。また、材料排出口５７は、中空アンテナ７４よりも後方において、坩堝１１の開口部１１ａの上方に配置されている。この時、併せてエアコンプレッサ７８を駆動して、マイクロ波レベル計７１の導波管７３にパージエアを導入し、導波開口７７から下方に向けて排出される状態とする。
　次のステップＳ１０２では、金属材料の供給開始処理を行う。供給開始処理では、排出口開閉機構５８におけるアーム回動軸６５の回動駆動源６６を駆動し、支持アーム６２を回動させて開閉板６１を開位置に配置し、材料排出口５７を開放する。支持アーム６２の回動に伴って開閉板６１が前方へ回動しようとすると、係止バー６９によってその回動が係止され、中空アンテナ７４との衝突が防止される。併せて、加振装置５５を駆動し、振動トラフ５４を振動させて金属材料を前方へ搬送する。これにより、金属材料は材料排出口５７から落下し、坩堝１１内への供給が開始される。
　次のステップＳ１０３では、坩堝１１内で積み上がった金属材料の材料高さの検出結果に基づいて、材料高さが上限値を超えたか否かを判定する。上限値を超えていない場合は判定を否定して、ステップＳ１０４に進む。
　ステップＳ１０４では、金属材料の材料高さの検出結果に基づいて、棚吊り異常が発生しているか否かを判定する。この場合、材料高さの変位が棚吊り異常判定値の範囲内であることが棚吊り異常監視時間を超えて継続したときに、棚吊り状態にあると判断する。棚吊り異常が発生していないと判断された場合は判定を否定し、次のステップＳ１０５に進む。
　ステップＳ１０５では、材料排出口５７の手前部分との距離計測結果に基づいて、金属材料が坩堝１１にすべて供給されて振動トラフ５４が空となっているか否かを判定する。材料排出口５７の手前部分に金属材料が存在している場合は、いまだ金属材料の供給が完了していないとして判定を否定し、先のステップＳ１０３に戻る。一方、振動トラフ５４から金属材料が無くなって空となっていると判断された場合は判定を肯定し、ステップＳ１０６に進む。
　ステップＳ１０６では、金属材料の供給停止処理を行う。金属材料の供給停止処理では、排出口開閉機構５８の回動駆動源６６を駆動して支持アーム６２を逆方向に回動させ、開閉板６１を閉位置に配置して材料排出口５７を閉塞する。支持アーム６２の回動に伴って開閉板６１が前方へ回動しようとすると、係止バー６９によってその回動が係止され、中空アンテナ７４との衝突が防止される。その後、開閉板６１による材料排出口５７の閉塞状態を維持する。併せて、加振装置５５の駆動を停止させ、材料搬送動作を停止させる。材料搬送動作を停止し、かつ材料排出口５７を閉塞した後、移動用駆動装置３４を駆動して、金属材料供給装置３０を材料供給位置から後退位置に移動させる。その後、本処理を終了する。
　以上の処理により、材料高さが上限値を超えておらず、かつ振動トラフ５４が空でなく金属材料が残っている間、開閉板６１が開位置にある状態を維持しながら、加振装置５５の駆動を継続し、金属材料の坩堝１１への供給を継続する。そして、金属材料がすべて坩堝１１に供給されて振動トラフ５４が空になると、本処理を終了する。
　一方、先のステップＳ１０３において、材料高さが上限値を超えた場合は判定を肯定し、ステップＳ１０７に進む。ステップＳ１０７では、金属材料の供給一時停止処理を行う。供給一時停止処理では、前述したステップＳ１０６における供給停止処理と同じ処理を実行する。
　続いて、ステップＳ１０８に進み、坩堝１１内で積み上がった金属材料の材料高さの検出結果に基づいて、材料高さが下限値を超えたか否かを判定する。下限値を超えていない場合は判定を否定して、材料高さが下限値を超えるまで判定を繰り返す。その間、金属材料の供給が一時停止された状態を継続する。一方、下限値を超えた場合は判定を肯定して次のステップＳ１０９に進む。
　ステップＳ１０９では、金属材料の供給再開処理を行う。供給再開処理では、ステップＳ１０２の供給開始処理と同じ処理を実行する。これにより、金属材料は材料排出口５７から落下し、坩堝１１内への供給が再開される。その後は、棚吊り異常が発生しているか否かを判定する前述のステップＳ１０４に進む。その後の処理は前述したとおりである。
　また、先のステップＳ１０４において、棚吊り異常が発生していると判断した場合は判定を肯定し、ステップＳ１１０に進む。ステップＳ１１０では、金属材料の供給一時停止処理を行う。供給一時停止処理では、前述したステップＳ１０６における供給停止処理と同じ処理を実行する。
　次のステップＳ１１１では、棚吊り異常が解消されたか否かを判定する。棚吊り異常を解消するための作業は作業員によって行われるため、異常解消作業を完了した作業員は、情報入力部８４及び表示部８５を用いて、異常完了操作を実施する。その異常完了操作が行われていない場合は、いまだ異常解消作業が行われているとして判定を否定し、異常完了操作が行われるまで判定を繰り返す。その間、金属材料の供給が一時停止された状態を継続する。そして、作業員によって異常完了操作が行われた場合は判定を肯定し、先のステップＳ１０５に戻る。その後の処理は前述したとおりである。
　以上詳述したように、本実施形態の金属材料供給装置３０によれば、次の作用効果を奏することができる。
　（１）坩堝１１に供給された金属材料の積み上がりの状況を作業員が目視で確認する場合、作業員は材料投入以外の他の作業にも従事せざるを得ないことから、材料供給を再開するタイミングが遅れがちとなる。その場合、坩堝１１への金属材料の供給作業の効率が悪化し、その分、誘導コイル１２による加熱に必要な電力量も増加してコスト増加の要因となる。その点、本実施形態の金属材料供給装置３０では、坩堝１１に供給された金属材料の材料高さがマイクロ波レベル計７１によって検出され、その検出値が上限値を超えた場合は材料供給動作が一時停止され、下限値を超えた場合は材料供給動作が自動的に再開される。これにより、金属材料を適時かつ効率的に坩堝１１へ供給することができ、コストを低減できる。
　（２）坩堝１１内で積み上がった金属材料の上端部の高さがマイクロ波レベル計７１によって検出されることにより、積み上がりの状況が検出される。距離センサであるマイクロ波レベル計７１を用いることで、積み上がりの状況を容易に検出できる。また、マイクロ波レベル計７１であれば、既存の金属材料供給装置に後付けすることも可能となるため、金属材料供給装置３０のコスト増加も抑制できる。
　（３）材料高さの変位を監視することで、棚吊り異常の発生を検知することが可能となる。棚吊り異常が検知された場合には、金属材料の供給を一時停止することにより、棚吊り異常の発生を見落として、金属溶解炉１０の坩堝１１内の温度が異常に上昇して各種の不具合が発生することを防止できる。
　（４）マイクロ波レベル計７１のレベル計本体７２は、材料排出口５７よりも後ろ側であって振動トラフ５４の上方に設けられている。レベル計本体７２と金属溶解炉１０とが隔離されるだけでなく、両者の間に振動トラフ５４が介在することとなり、金属溶解炉１０から発せられる輻射熱が振動トラフ５４によって遮られる。これにより、レベル計本体７２を輻射熱から保護することができる。それに加え、レベル計本体７２は耐熱性素材よりなるボックス７６に収容されているため、輻射熱からより一層の保護がされている。
　（５）金属材料供給装置３０が材料供給位置に配置され、マイクロ波レベル計７１が坩堝１１の開口部１１ａの上方に配置された際に、マイクロ波レベル計７１の導波管７３にはパージエアが導入され、導波開口７７から下方に向けて排出される。これにより、坩堝１１の開口部１１ａから立ち上るヒュームや粉塵が導波開口７７に入り込み、中空アンテナ７４内部に堆積してマイクロ波の発信や反射波の導入に悪影響を及ぼすことを抑制できる。
　（６）材料排出口５７近傍には排出口開閉機構５８が設けられ、開閉板６１によって材料排出口５７が開閉される。これにより、金属材料の材料高さが上限値を超えたために材料供給が一時停止された場合に、開閉板６１で材料排出口５７を閉じれば、金属材料が意図せず落下して材料供給されることを防止できる。また、開閉板６１よりも後方にマイクロ波レベル計７１のレベル計本体７２が配置されているため、金属溶解炉１０から発せられる輻射熱が開閉板６１によって遮られる。これにより、開閉板６１はレベル計本体７２を輻射熱から保護する機能も有している。
　（７）排出口開閉機構５８において、開閉板６１は吊下げ軸部６３に回動可能に吊下げ支持されるとともに、開閉板６１の前方には係止バー６９が設けられている。両支持アーム６２の回動により開閉板６１が閉位置と開位置との間を移動する場合に、開閉板６１が前方へ回動しようとすると、係止バー６９によってその回動が係止され、中空アンテナ７４に衝突して中空アンテナ７４が破損することを防止できる。
　なお、本開示は、上記実施の形態の金属材料供給装置３０に限らず、例えば次のような構成を採用してもよい。
　（ａ）上記実施の形態では、材料検出部としてマイクロ波レベル計７１が用いられている。これに代えて、ミリ波等の電波を用いたレベル計を用いてもよい。また、坩堝１１内に積み上がった金属材料の状況検出は、材料高さを検出する以外の方法で行ってもよい。例えば、金属材料が積み上がる様子を画像で捉えることにより、金属材料の状況を検出すること等が考えられる。
　（ｂ）上記実施の形態では、金属材料供給装置３０を、装置基部３２に設けられた後車輪４３を駆動輪として移動させるようにした。これに代えて、金属材料供給装置３０の移動機構としては、例えば油圧シリンダのロッドに装置基部３２を連結して当該ロッドを出没させる構成など、車輪付きの台車を移動させる構成を周知のもの任意に組み合わせ構成することができる。
　（ｃ）上記実施の形態では、アーム回動機構６４において、支持アーム６２を回動させる回動駆動源６６をシリンダとした。回動駆動源６６としては、例えば電動モータ等を用いてもよい。
　（ｄ）上記実施の形態では、材料送出し部５２が振動トラフ５４を備え、振動トラフ５４を加振装置５５で振動させることにより金属材料を材料排出口５７に搬送するようにした。材料送り出しの機構は、ベルトコンベアを用いてもよい。また、振動トラフ５４を用いる場合もベルトコンベアを用いる場合も、上記実施形態のように搬送面を傾斜させるのではなく、搬送面を水平にしてもよい。
　（ｅ）上記実施の形態において、装置制御部８２として、ＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｌｏｇｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）を用いてもよい。
　（ｆ）上記実施の形態では、装置制御部８２とは別に設けられた記憶部８３に各種情報を記憶させているが、例えば上記ＰＬＣのように、内部メモリを有するマイクロコンピュータを装置制御部８２として用いた場合、記憶部８３を省略してもよい。また、マイクロ波レベル計７１から逐次入力される材料高さ値を、都度、記憶部８３に記憶しないようにしてもよい。
　（ｇ）上記実施の形態では、圧縮エアが導波管７３にまず導入され、その後、導波管７３を通じて中空アンテナ７４の内部に供給される。これに代えて、中空アンテナ７４に直接圧縮エアを供給してもよい。この場合、エアコンプレッサ７８及びエア供給配管によって気体供給部が構成される。
　本開示は、実施形態に準拠して記述されたが、本開示は当該実施形態や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
　１０…金属溶解炉、１１…坩堝、３０…金属材料供給装置、５４…振動トラフ（材料搬送部）、５７…材料排出口、６１…開閉板、６２…支持アーム、６３…吊下げ軸部、６４…アーム回動機構、６８…係止バー（係止部）、７１…マイクロ波レベル計（材料検出部）、７２…レベル計本体（検出本体）、７３…導波管（気体供給部）、７４…中空アンテナ、７７…導波開口（開口）、７８…エアコンプレッサ（気体供給部）、８２…装置制御部（材料搬送制御部）。

Claims (7)

  1. 　金属溶解炉に併設された金属材料供給装置であって、
    　前記金属溶解炉が有する坩堝に供給される金属材料を搬送する材料搬送部と、
    　前記材料搬送部の端部に設けられ、前記材料搬送部によって搬送された前記金属材料が排出される材料排出口と、
    　前記材料排出口が前記坩堝の上方に配置されて前記坩堝に前記金属材料を供給可能な材料供給位置と、そこから後退した後退位置との間で、前記材料搬送部を移動させる移動機構と、
    　前記坩堝に供給されて前記坩堝内に積み上がった前記金属材料について、その積み上がりの状況を検出する材料検出部と、
    　前記材料検出部による検出値に基づいて、前記材料搬送部による材料搬送動作を制御する材料搬送制御部と、
    を備えた金属材料供給装置。
  2. 　前記材料検出部は、前記坩堝内に積み上がった前記金属材料の上端部の高さを検出する請求項１に記載の金属材料供給装置。
  3. 　前記材料搬送制御部は、所定範囲内の前記検出値が所定時間継続して検出された場合に、前記坩堝内に積み上がった前記金属材料が棚吊り状態にあると判断して前記材料搬送部による材料搬送動作を停止させる請求項２に記載の金属材料供給装置。
  4. 　前記材料検出部は、
    　マイクロ波を発信するとともに、前記マイクロ波の反射波を受信する検出本体と、
    　鉛直方向の下方に向けて開口し、前記検出本体から発信されるマイクロ波を前記開口から下方に向けて照射するとともに、前記開口に反射波を導入する中空アンテナと、
    を有し、
    　前記検出本体は前記材料搬送部の上方に設けられている請求項２又は３に記載の金属材料供給装置。
  5. 　前記中空アンテナの前記開口から気体を排出させるべく、前記中空アンテナの内部に気体を供給する気体供給部を備えた請求項４に記載の金属材料供給装置。
  6. 　前記材料排出口を開閉する開閉板と、
    　前記開閉板を支持する支持アームを回動させて、前記材料排出口を閉じる閉位置と、前記材料排出口の上方に配置されて前記材料排出口を開く開位置とに移動させるアーム回動機構と、
    を備え、
    　前記検出本体は前記開位置における前記開閉板よりも後方に配置されている請求項４又は５に記載の金属材料供給装置。
  7. 　前記中空アンテナは、前記材料排出口の前方において上下に延び、下端に前記開口が設けられており、
    　前記開閉板は、前記材料排出口と前記中空アンテナとの間で、前記材料排出口の正面視において左右方向に延びる吊下げ軸部に対して回動可能に吊り下げ支持されており、
    　前記開閉板の前方には、前記開閉板が前方へ回動して前記中空アンテナと衝突する前に前記開閉板の回動を係止する係止部が設けられている請求項６に記載の金属材料供給装置。
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