(57)【要約】    【課題】  掛堰から鋳型に溶湯を流し込む際、広い範囲の溶湯と鋳型について鋳造欠陥を減らす。    【解決手段】  掛堰１から鋳型１１に流し込む溶湯の流量をストッパ４で制御する装置において、演算制御部２３、掛堰の溶湯温度検出器２１と湯面高さ検出器２２を設け、演算制御部２３は、溶湯の最適流量と、溶湯成分含有量、鋳型強度、流路形状特性値、溶湯温度との関係を演算資料として記憶させる記憶部を設け、また、掛堰の湯面の高さと面積との関係を記憶させ、高さ検出器２２の測定値とその変化量から流出流量を求める流量計測部を設けた。溶湯成分含有量の入力部２４、鋳型強度の入力部２５と流路形状特性値の入力部２６の入力値に基づいてその入力値用の演算資料を選択し、その資料と温度検出器２１の測定値に基づいて最適流量を求め、その最適流量と流量計測部で求める流出流量に基づいて昇降装置５を制御し、流出流量を最適流量にする。【選択図】  図１
0003113511.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
掛堰は、流出口を開閉するストッパとストッパ昇降装置を設け、ストッパの上下位置によって流出口の開度が増減する構成にし、掛堰から鋳型に流し込む溶湯の流量をストッパで制御する装置において、
ストッパ昇降装置を制御する演算制御部を設け、掛堰の溶湯の成分含有量を入力する含有量入力部、鋳型の強度を入力する強度入力部と、鋳型の流路形状の特性値を入力する流路形状入力部を設け、掛堰の溶湯の温度を測定する温度検出器と、掛堰の湯面の高さを測定する高さ検出器を設け、演算制御部の入力端に、含有量入力部、強度入力部と流路形状入力部、及び、温度検出器と高さ検出器をそれぞれ接続し、
演算制御部には、掛堰から鋳型に流し込む溶湯の最適流量と、溶湯の成分含有量、鋳型の強度、鋳型の流路形状の特性値、掛堰の溶湯の温度との関係を最適流量演算資料として記憶させる記憶部を設け、また、演算制御部に、掛堰の湯面の高さと面積との関係を予め記憶させ、高さ検出器の測定値とその変化量から溶湯の流出流量を求める流量計測部を設け、
含有量入力部、強度入力部と流路形状入力部の入力値に基づいてその入力値用の最適流量演算資料を選択し、その最適流量演算用資料と温度検出器の測定値に基づいて溶湯の最適流量を求め、その溶湯の最適流量と、流量計測部で求める流出流量に基づいてストッパ昇降装置を制御し、掛堰から鋳型に流し込む溶湯の流量を最適流量にする構成にしたことを特徴とする掛堰の注湯流量制御装置。
【請求項２】
掛堰の溶湯の金属は、鋳鉄であり、溶湯の成分含有量は、溶融鋳鉄の炭素含有量と硫黄含有量であり、
鋳型の強度は、砂型の硬度と鋳物砂のＣＢ値であり、鋳型の流路形状の特性値は、砂型の流路の最小断面積であることを特徴とする請求項１に記載の掛堰の注湯流量制御装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、掛堰から鋳型に流し込む溶湯の流量を制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
掛堰は、上面が開口した容器であり、容器の底面に流出口を開口している。また、容器底面の流出口を開閉する棒状のストッパを縦に設けている。ストッパを昇降する装置を設けている。ストッパは、下降して流出口を閉鎖し、上昇して流出口を開放する。ストッパが下降端の流出口閉鎖位置から上昇するに従って流出口の開度が増加する。ストッパの上下位置によって流出口の開度が増減し、掛堰の流出口から流出する溶湯の流量が制御される。
【０００３】
鋳型は、砂型であり、その内部の空隙部に接続した湯口を上面に開口している。鋳型の上には、溶湯を入れた掛堰を設置し、ストッパを上昇し、掛堰の流出口から鋳型の湯口に溶湯を流し込む。
【０００４】
掛堰から鋳型に流し込む溶湯の流量を制御する装置は、鋳型の湯口と掛堰の流出口との間に空間を置いて、鋳型の湯口の湯面高さを測定する非接触型の湯面高さ検出器を設けている。掛堰の流出口から鋳型の湯口に溶湯を落下させつつ、鋳型の湯口の湯面高さを測定する。その測定値に基づいてストッパ昇降装置を制御する。
【０００５】
鋳型の湯口の湯面が高くなると、掛堰のストッパの位置を下げ、鋳型の湯口に流入する溶湯の流量を減少し、鋳型内を流れる溶湯の速度を遅くする。溶湯の流速が過剰に速くなって鋳型の型崩れなどの鋳造欠陥が発生するのを防止する。
【０００６】
逆に、鋳型の湯口の湯面が低くなると、掛堰のストッパの位置を上げ、鋳型の湯口に流入する溶湯の流量を増加し、鋳型内を流れる溶湯の速度を速くする。溶湯の流速が過剰に遅くなって湯境不良などの鋳造欠陥が発生するのを防止する。
【０００７】
【特許文献１】特開平５−６９１１４号公報
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００８】
掛堰から鋳型に流し込む溶湯の流量を制御する上記の注湯流量制御装置は、鋳型の湯口の湯面高さのみに基づいて制御している。溶湯の流動性や鋳型の特性は、鋳型の型崩れや湯境不良などの鋳造欠陥に深く関係するが、直接的には考慮していない。
【０００９】
上記の注湯流量制御装置は、特定の範囲の溶湯を特定の範囲の鋳型に流し込むときには、鋳造欠陥を低減する効果がある。しかし、その特定範囲から外れる溶湯を、その特定範囲から外れる鋳型に流し込むときには、鋳造欠陥を低減する効果が低い。広い範囲の溶湯と鋳型について、鋳造欠陥を低減する効果が高くなることが望まれる。
【００１０】
［課題を解決するための着想］
１）溶湯は、流動性が低いときに、流量を減少すると、湯境不良が発生し易い。
溶湯の流動性は、溶湯の成分の含有量と溶湯の温度によって変化する。例えば、溶湯の金属が鋳鉄である場合、溶融鋳鉄は、炭素含有量、硫黄含有量や温度によって流動性が変化する。鋳鉄には、炭素含有量や硫黄含有量が異なる各種のものがある。また、鋳鉄は、炉で溶解され、溶融鋳鉄が取鍋で掛堰に入れられる。この溶融鋳鉄は、出炉毎に炭素含有量や硫黄含有量が異なることが多い。溶融鋳鉄は、炭素含有量が多くなると、流動性が高くなる。硫黄含有量が多くなると、流動性が低くなる。また、温度が高くなると、流動性が高くなる。
そこで、注湯流量制御装置は、注湯前に溶湯の成分含有量を入力し、注湯中に溶湯の温度を測定し、それらに基づいてストッパ昇降装置を制御することにした。
【００１１】
２）鋳型は、砂型の強度が低いときに、流路の流量ないし流速を増加すると、型崩れし易い。また、流路が狭いときに、流路の流量を増加すると、型崩れし易い。
鋳型は、鋳造欠陥に関係する特性として、強度と流路形状が挙げられる。鋳型の強度は、砂型の硬度や鋳物砂のＣＢ(Compact Ability)値（一定の力を受けたときの嵩減少量）で表される。一般的に、砂型は、硬度が低くなると、型崩れし易くなる。また、ＣＢ値が大きくなると、型崩れし易くなる。鋳型の流路形状については、溶湯の流れ易さを表す代表的な特性値として流路の最小断面積が挙げられる。
そこで、注湯流量制御装置は、注湯前に鋳型の強度と流路形状の特性値を入力し、注湯中に溶湯の温度を測定し、それらに基づいてストッパ昇降装置を制御することにした。
【００１２】
３）掛堰の湯面高さを測定する検出器を設けることにした。掛堰の湯面の高さと湯面の面積との関係は、既知である。掛堰の湯面高さを継続して測定すると、湯面高さの測定値とその変化量から溶湯の流出流量が求まる。即ち、掛堰の溶湯の流出流量を計測することにした。
【００１３】
４）結局、注湯流量制御装置は、注湯前に溶湯の成分含有量、鋳型の強度と流路形状の特性値を入力し、注湯中に掛堰の溶湯の温度と掛堰の湯面高さを測定し、それらに基づいてストッパ昇降装置を制御することにした。
鋳造欠陥が低減する溶湯の流量、溶湯の最適流量は、溶湯の成分含有量、鋳型の強度と流路形状の特性値と、溶湯の温度によって変化する。溶湯の最適流量と、溶湯の成分含有量、鋳型の強度と流路形状の特性値、溶湯の温度との関係は、実験や計算により予め求め、最適流量演算資料として表や式の形式で注湯流量制御装置に記憶させる。
注湯流量制御装置は、注湯前の入力値に基づいて、その入力値用、その入力注湯条件用の最適流量演算資料、即ち、その入力注湯条件のときの溶湯の最適流量と溶湯の温度との関係を示す表や式を選択し、その選択した最適流量演算用資料と注湯中の溶湯の温度の測定値に基づいて溶湯の最適流量を求める。そして、その溶湯の最適流量と注湯中の掛堰の溶湯の流出流量に基づいてストッパの上下位置を制御し、掛堰から鋳型に流し込む溶湯の流量を最適流量にする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
１）掛堰は、流出口を開閉するストッパとストッパ昇降装置を設け、ストッパの上下位置によって流出口の開度が増減する構成にし、掛堰から鋳型に流し込む溶湯の流量をストッパで制御する装置において、
ストッパ昇降装置を制御する演算制御部を設け、掛堰の溶湯の成分含有量を入力する含有量入力部、鋳型の強度を入力する強度入力部と、鋳型の流路形状の特性値を入力する流路形状入力部を設け、掛堰の溶湯の温度を測定する温度検出器と、掛堰の湯面の高さを測定する高さ検出器を設け、演算制御部の入力端に、含有量入力部、強度入力部と流路形状入力部、及び、温度検出器と高さ検出器をそれぞれ接続し、
演算制御部には、掛堰から鋳型に流し込む溶湯の最適流量と、溶湯の成分含有量、鋳型の強度、鋳型の流路形状の特性値、掛堰の溶湯の温度との関係を最適流量演算資料として記憶させる記憶部を設け、また、演算制御部に、掛堰の湯面の高さと面積との関係を予め記憶させ、高さ検出器の測定値とその変化量から溶湯の流出流量を求める流量計測部を設け、
含有量入力部、強度入力部と流路形状入力部の入力値に基づいてその入力値用の最適流量演算資料を選択し、その最適流量演算用資料と温度検出器の測定値に基づいて溶湯の最適流量を求め、その溶湯の最適流量と、流量計測部で求める流出流量に基づいてストッパ昇降装置を制御し、掛堰から鋳型に流し込む溶湯の流量を最適流量にする構成にしたことを特徴とする掛堰の注湯流量制御装置。
【００１５】
２）上記の注湯流量制御装置において、
掛堰の溶湯の金属は、鋳鉄であり、溶湯の成分含有量は、溶融鋳鉄の炭素含有量と硫黄含有量であり、
鋳型の強度は、砂型の硬度と鋳物砂のＣＢ値であり、鋳型の流路形状の特性値は、砂型の流路の最小断面積であることを特徴とする。
【考案の効果】
【００１６】
掛堰から鋳型に流し込む溶湯の流量を制御するに当り、溶湯の流動性を表す掛堰の溶湯の成分含有量と温度、及び、鋳型の特性を表す鋳型の強度と流路形状が考慮される。広い範囲の溶湯と鋳型について、鋳造欠陥を低減する効果が高くなる。
【考案を実施するための最良の形態】
【００１７】
掛堰１は、図１と図２に示すように、上面が開口した箱形状の容器であり、容器の底面に流出口２を開口している。下面には、流出口２に接続した筒形状の注湯ノズル３を突出している。また、掛堰１は、流出口２を開閉する棒状のストッパ４を縦に設けている。ストッパ４を昇降する装置５を設けている。ストッパ４は、下降して流出口２を閉鎖し、上昇して流出口２を開放する。ストッパ４の上下位置によって流出口２の開度が増減し、流出口２から流出する溶融金属、溶湯の流量が制御される。ストッパ４が流出口２の閉鎖位置、下降端から上昇するに従って流出口２の開度が増加する。
【００１８】
なお、図２に示すように、枠体６に吊下げ枠７を移動可能に装置し、吊下げ枠７の下端に掛堰１を取り付け、吊下げ枠７の上端にストッパ昇降装置５を取り付けている。
【００１９】
鋳型１１は、砂型であり、図１と図２に示すように、砂型内の空隙部１２に接続した湯口１３を上面に開口している。鋳型１１の上には、溶湯を入れた掛堰１を設置し、掛堰１の注湯ノズル３を鋳型１１の湯口１３に押し当て、ストッパ４を上昇し、掛堰１の流出口２から注湯ノズル３を経て鋳型１１の湯口１３に溶湯を流し込む。溶湯は、流動性が低いときに、流量を減少すると、湯境不良が発生し易い。
【００２０】
溶湯の金属は、鋳鉄、実施例では球状黒鉛鋳鉄（ＦＣＤ）である。鋳鉄は、キュポラや電気炉のような炉で溶解され、溶融鋳鉄が取鍋で掛堰１に入れられる。鋳鉄、球状黒鉛鋳鉄には、炭素含有量や硫黄含有量が異なる各種のものがある。また、溶融鋳鉄は、出炉毎に炭素含有量や硫黄含有量などの成分含有量が異なることが多い。鋳鉄は、炭素含有量が多くなると、流動性が高くなる。硫黄含有量が多くなると、流動性が低くなる。また、温度が高くなると、流動性が高くなる。
【００２１】
鋳型１１は、砂型の硬度が低いときに、また、鋳物砂のＣＢ値（一定の力を受けたときの嵩減少量）が大きいときに、流路を流れる溶湯の流量ないし流速を増加すると、型崩れし易い。また、鋳型１１は、溶湯の流路の最小断面積が小さいときに、流路の流量を増加すると、型崩れし易い。
【００２２】
掛堰１の流出口２から鋳型１１の湯口１３に溶融鋳鉄を流し込む際、鋳造欠陥が低減する溶融鋳鉄の流量、溶融鋳鉄の最適流量は、溶融鋳鉄の炭素含有量と硫黄含有量、砂型１１の強度を示す砂型の硬度と鋳物砂のＣＢ値、砂型１１の流路形状の特性を示す流路の最小断面積と、掛堰１の溶融鋳鉄の温度によって変化する。
【００２３】
掛堰１の注湯流量制御装置は、掛堰１の溶湯の温度を測定する赤外線式非接触型の温度検出器２１と、掛堰１の湯面高さを測定するレーザ式非接触型の高さ検出器２２を、それぞれ、掛堰１に取り付けている。
【００２４】
注湯流量制御装置は、ストッパ昇降装置５を制御するコンピュータの演算制御部２３を設けている。また、注湯流量制御装置は、溶融鋳鉄の炭素含有量と硫黄含有量を入力する含有量入力部２４を設けている。砂型１１の砂のＣＢ値と砂型１１の硬度を鋳型の強度として入力する強度入力部２５を設けている。砂型１１の流路の最小断面積を鋳型の流路形状の特性値として入力する流路形状入力部２６を設けている。
【００２５】
演算制御部２３の入力端には、温度検出器２１と高さ検出器２２の各出力端をそれぞれ接続し、含有量入力部２４、強度入力部２５と流路形状入力部２６の各出力端をそれぞれ接続している。
【００２６】
掛堰１から鋳型１１に流し込む溶融鋳鉄の最適流量と、含有量入力部２４に入力する炭素含有量と硫黄含有量、強度入力部２５に入力するＣＢ値と硬度、流路形状入力部２６に入力する流路の最小断面積、温度検出器２１が測定する溶湯の温度との関係は、実験や計算により予め求める。演算制御部２３には、その最適流量と炭素含有量などとの関係を表や式の形式で最適流量演算資料として記憶させる記憶部を設けている。
【００２７】
また、演算制御部２３には、掛堰１の湯面の高さと湯面の面積との関係を予め記憶させ、記憶中の湯面の高さと面積の関係、高さ検出器２２の測定値とその変化量から溶湯の流出流量を求める流量計測部を設けている。
【００２８】
流出流量の詳細な求め方は、次の通りである。時刻Ｔの時、高さ検出器２２の出力する高さがＨであると、湯面高さＨと記憶中の湯面の高さと面積の関係から掛堰１の湯面の面積Ａ１が得られる。時刻Ｔから微小な単位時間ΔＴが経過した時、高さ検出器２２の出力する高さがＨ−ΔＨであると、湯面高さＨ−ΔＨと記憶中の湯面の高さと面積の関係から掛堰１の湯面の面積Ａ２が得られる。溶湯の流出流量は、（Ａ１＋Ａ２）・ΔＨ／（２ΔＴ）となる。時刻Ｔの時の面積Ａ１と時刻Ｔ＋ΔＴの時の面積Ａ２がほぼ同じであれば、Ａ１・ΔＨ／ΔＴ又はＡ２・ΔＨ／ΔＴとなる。
【００２９】
掛堰１の注湯流量制御装置を使用する場合、演算制御部２３の記憶部に、掛堰１から鋳型１１に溶融鋳鉄を流し込む際の最適流量と炭素含有量などとの関係を表や式の形式で最適流量演算資料として記憶させる。また、演算制御部２３の流量計測部には、掛堰１の湯面の高さと湯面の面積との関係を記憶させる。
【００３０】
そして、含有量入力部２４には、出炉時に測定した溶融鋳鉄の炭素含有量と硫黄含有量を入力する。強度入力部２５には、鋳型１１の造型前に測定した鋳物砂のＣＢ値と、鋳型１１の造型後に測定した砂型の硬度を入力する。流路形状入力部２６には、砂型１１の流路の最小断面積を入力する。
【００３１】
すると、演算制御部２３は、入力部２４、２５、２６の入力値に基づいて、その入力値用、その入力注湯条件用の最適流量演算資料、即ち、その入力注湯条件のときの溶湯の最適流量と溶湯の温度との関係を示す表や式を選択する。そして、選択中の最適流量演算用資料と温度検出器２１の測定値に基づいて溶湯の最適流量を求める。また、演算制御部２３の流量計測部は、記憶中の湯面の高さと面積の関係、高さ検出器２２の測定値とその変化量から溶湯の流出流量を求める。演算制御部２３は、温度検出器２１の測定値などに基づいて求めた最適流量と、高さ検出器２２の測定値などに基づいて流量計測部で求める流出流量に基づいて、最適流量と流出流量との差に基づいて、ストッパ昇降装置５を制御し、流量計測部で求める流出流量、即ち、掛堰１から鋳型１１に流し込む溶湯の流量を最適流量にする。
【００３２】
［変形例］
１）上記の実施形態において、溶湯の最適流量を求めるに当り、溶湯の炭素含有量と硫黄含有量の両方を考慮する構成にしているが、一方のみを考慮する構成にする。又は、溶湯の他の成分の含有量を考慮する構成にする。
２）上記の実施形態において、溶湯の最適流量を求めるに当り、鋳型の強度として砂型１１の鋳物砂のＣＢ値と砂型１１の硬度の両方を考慮する構成にしているが、一方のみを考慮する構成にする。又は、鋳型１１の強度を表す他の特性値を考慮する構成にする。
３）上記の実施形態において、溶湯の最適流量を求めるに当り、鋳型の流路形状の特性値として砂型１１の流路の最小断面積を考慮する構成にしているが、流路形状の他の特性値を考慮する構成にする。又は、砂型１１の流路の最小断面積と流路形状の他の特性値を考慮する構成にする。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本考案の実施形態における掛堰の注湯流量制御装置の一部縦断概略図。
【図２】同注湯流量制御装置の掛堰部分の拡大縦断面図。
【符号の説明】
【００３４】
１  掛堰
２  流出口
３  注湯ノズル
４  ストッパ
５  ストッパ昇降装置
６  枠体
７  吊下げ枠
１１  鋳型、砂型
１２  空隙部
１３  湯口
２１  赤外線式非接触型温度検出器
２２  レーザ式非接触型高さ検出器
２３  演算制御部、コンピュータ
２４  含有量入力部
２５  強度入力部
２６  流路形状入力部
【図１】
0003113511.tif 000003
【図２】
0003113511.tif 000004