(57)【要約】【課題】サイホンの原理を利用して、鋳物の鋳造用途に求められる汚染物が少ない清浄な溶湯を任意の速度で同一位置に給湯誤差をなくして給湯するメンテナンスフリーで安全性が高い省エネルギーの装置とする。【解決手段】容器部の傾動を廃止して固定型とする。溶解保持炉では複数個のタイマーにより減圧具の始動を起点として工程ごとの負圧時間を設定する。また、坩堝炉では減圧具の始動を起点として被吸引金属溶湯と容器部の金属溶湯との合流までの時間を湯面検知具から発する電気信号により計測し、位置ヘッド差および速度差を演算して負圧保持の時間を定めて定量を給湯する。給湯の完了は本体部の負圧を不活性ガスを充填して大気圧にする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サイホンの原理により高い湯面位置の金属溶湯を一旦上昇し低い湯面位置に移送する装置にして、上部に制御手段を有する減圧具に連通する減圧管と加圧管を具備し下部に吸引管と排出管を連接する本体部とヒーターを具備する容器部からしてなり、該排出管下端の排出口が該容器部内に開口するとともに、該容器部が図２に示す炉内の被吸引金属溶湯Ｍ１が初期湯面Ａから湯面Ｂを経て該排出管に至り、該排出管内を上昇する金属溶湯Ｍ２と合流するまでの間、該排出口を閉塞する金属溶湯Ｍ２の体積を越える容積であることを特徴とする金属溶湯の給湯装置。
【請求項２】
サイホンの原理により高い湯面位置の金属溶湯を一旦上昇し低い湯面位置に移送する装置にして、上部に制御手段を有する減圧具に連通する減圧管と加圧管を具備し下部に吸引管と排出管を連接する本体部とヒーターを具備する容器部からしてなり、該排出管下端の排出口が該容器部内に開口するとともに、該減圧具の始動から図２に示す炉内の被吸引金属溶湯Ｍ１が初期湯面Ａから湯面Ｂを経て該排出管に至り該排出管内を上昇する金属溶湯Ｍ２と合流するまでの時間と、図３および図４に示す給湯開始から給湯完了までの時間が複数個のタイマーにより制御されることを特徴とする請求項１記載の金属溶湯の給湯装置。
【請求項３】
サイホンの原理により高い湯面位置の金属溶湯を一旦上昇し低い湯面位置に移送する装置にして、上部に制御手段を有する減圧具に連通する減圧管と加圧管を具備し下部に吸引管と排出管を連接する本体部とヒーターと湯面検知具を具備する容器部からしてなり、該排出管下端の排出口が該容器部内に開口するとともに、該減圧具の始動から図６に示す炉内の被吸引金属溶湯Ｍ１が初期湯面Ａから湯面Ｂを経て該排出管に至り該排出管内を上昇する金属溶湯Ｍ２と合流するまでの時間を該湯面検知具から発せられた電気信号により計測し、図７および図８に示す給湯開始から給湯完了までの時間を演算しタイマーにて制御することを特徴とする請求項１記載の金属溶湯の給湯装置。
【請求項４】
サイホンの原理により高い湯面位置の金属溶湯を一旦上昇し低い湯面位置に移送する装置にして、上部に制御手段を有する減圧具に連通する減圧管と加圧管を具備し下部に吸引管と排出管を連接する本体部とヒーターおよび湯面検知具を具備する容器部とからしてなり、該排出管下端の排出口が該容器部内に開口するとともに、図３および図７に示す炉内の被吸引金属溶湯Ｍ１が初期湯面Ａから湯面Ｂを経て該排出管に至り該俳出管内を上昇する金属溶湯Ｍ２と合流して給湯が開始された後、該本体内の負圧を不活性ガスを充填して大気圧に戻することを特徴とする請求項１〜３記載の金属溶湯の給湯装置。
【請求項５】
サイホンの原理により高い湯面の金属溶湯を一旦上昇し低い湯面位置に移送する装置をして、被吸引金属溶湯中に吸引管を浸漬し容器部内に金属溶湯を充填して本体部内を密閉し、減圧具の始動を起点として該減圧具の稼働時間を１次タイマーで制御し該本体部内の負圧上昇時間を定めるとともに、２次タイマーで負圧保持の時間を定めて定量を給湯する金属溶湯の給湯方法。
【請求項６】
サイホンの原理により高い湯面の金属溶湯を一旦上昇し低い湯面位置に移送する装置をして、被吸引金属溶湯中に吸引管を挿入し容器部内に金属溶湯を充填して本体部を密閉し、減圧具の始動を起点として被吸引金属溶湯Ｍ１と金属溶湯Ｍ２が合流に至るまでの時間を湯面検知具から発する電気信号により計測し、位置ヘッド差および速度差を演算してタイマーにて負圧保持の時間を定め定量を給湯する金属溶湯の給湯方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、アルミニウム合金などの溶融する非鉄金属溶湯（以下「溶湯」という）を、溶解炉より移送し金型や砂型などの鋳型に給湯する装置と給湯方法に係るものである。
【背景技術】
【０００２】  アルミニウム合金鋳物などの鋳造は、低圧鋳造法など一部の鋳造方法を除いて、溶解炉の近傍に成型具（砂型、金型、ダイカスト装置など）を配置し、人手によるか、あるいはロボットなどのマニュピレータにラドルを取り付け溶解炉から所要量の溶湯を掬い鋳型に注湯し成型する。【０００３】  一方、下記文献ではサイホンの原理を使った溶湯の移送手段が提案されている。サイホンの原理による移送方法は逆Ｕ字管の吸引管（アップ管）を炉などの被吸引溶湯中に浸漬し、排出管（ダウン管）側に備えた弁を閉じて管内を密閉した後、真空ポンプなどで逆Ｕ字管内の負圧を上げて溶湯を一旦炉の湯面より高い位置に上昇し、炉の湯面位置より低い湯面位置に移送するものである。【０００４】（参考文献）
【特許文献１】特開平７−１９５１６６号公報
【特許文献２】特開平７−２９０２２３号公報
【特許文献３】特開２００７−１７５７６２号公報
【発明の開示】
【解決しようとする課題】
【０００５】  上記、特開平７−１９５１６６号公報および特開平７−２９０２２３号公報のサイホンの原理を利用するポンプは、いずれも密閉を確保するために固体の弁が提案されている。固体弁では、移送後において弁などに溶湯が付着し凝固して隙間ができる。したがって給湯後に凝固時間を要し間歇的な給湯を行う鋳物鋳造などの用途には不向きである。
【０００６】  一方、特開２００７−１７５７６２号公報では、ポンプ本体の吸引管を炉の被吸引溶湯中に浸漬し、他方の容器内で開口する排出口を溶湯（流体弁）を充填して閉塞するため前述の真空漏れが生じない。定量性は、獅子脅し様に容器内に移送された被吸引溶湯の重量増加により重心が前方に移動し傾動して給湯する。また、給湯後は重心が初期の後方位置に戻って復帰する。本方式では、重量誤差の許容範囲が広い炉内の残湯をインゴットモールドに移送する手段としては十分であった。
【０００７】  しかしながら本方式では、定量性は確保されるものの給湯単位は概ね容器容量の倍数に限定される。且つ給湯量のばらつきが大きい。また給湯速度を変えることができない。その上、給湯口が概ね容器中央部の支点を中心にした外周円上にあるため給湯中に落下位置が移動する。
【０００８】  一方、溶湯の品質面では、給湯後の容器内に酸化皮膜や残渣が付着する。また、給湯ごとに本体部内の溶湯の一部が吸引管を経て炉内に戻るので、炉内溶湯は酸化皮膜などが増加して溶湯の清浄度が低下するなどの欠点があった。
上述の理由により、高レベルの給湯精度と溶湯の清浄度が求められる鋳物鋳造用の給湯装置として使用することができなかった。
【０００９】  解決しようとする問題点は、サイホンの原理を利用して、給湯量の誤差をなくし任意の給湯速度をもって一定位置に清浄な溶湯を間歇的に給湯できる安全性の高いメンテナンスフリーの給湯装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
【００１１】  サイホンの原理により高い湯面位置の金属溶湯を一旦上昇し低い湯面位置に移送する装置にして、上部に制御手段を有する減圧具に連通する減圧管と加圧管を具備し下部に吸引管と排出管を連接する本体部とヒーターを具備する容器部からしてなり、該排出管下端の排出口が該容器部内に開口するとともに、該容器部が図２に示す炉内の被吸引金属溶揚Ｍ１が初期湯面Ａから湯面Ｂを経て該排出管に至り、該排出管内を上昇する金属溶湯Ｍ２と合流するまでの間、該排出口を閉塞する金属溶湯Ｍ２の体積を越える容積であることを特徴とする金属溶湯の給湯装置。
【００１２】  サイホンの原理により高い湯面位置の金属溶湯を一旦上昇し低い湯面位置に移送する装置にして、上部に制御手段を有する減圧具に連通する減圧管と加圧管を具備し下部に吸引管と排出管を連接する本体部とヒーターを具備する容器部からしてなり、該排出管下端の排出口が該容器部内に開口するとともに、該減圧具の始動から図２に示す炉内の被吸引金属溶湯Ｍ１が初期湯面Ａから湯面Ｂを経て該排出管に至り該排出管内を上昇する金属溶湯Ｍ２と合流するまでの時間と、図３および図４に示す給湯開始から給湯完了までの時間が複数個のタイマーにより制御されることを特徴とする請求項１記載の金属溶湯の給湯装置。
【００１３】  サイホンの原理により高い湯面位置の金属溶湯を一旦上昇し低い湯面位置に移送する装置にして、上部に制御手段を有する減圧具に連通する減圧管と加圧管を具備し下部に吸引管と排出管を連接する本体部とヒーターと湯面検知具を具備する容器部からしてなり、該排出管下端の排出口が該容器部内に開口するとともに、該減圧具の始動から図６に示す炉内の被吸引金属溶湯Ｍ１が初期湯面Ａから湯面Ｂを経て該排出管に至り該排出管内を上昇する金属溶湯Ｍ２と合流するまでの時間を該湯面検知具から発せられた電気信号により計測し、図７および図８に示す給湯開始から給湯完了までの時間を演算しタイマーにて制御することを特徴とする請求項１記載の金属溶湯の給湯装置。
【００１４】  サイホンの原理により高い湯面位置の金属溶湯を一旦上昇し低い湯面位置に移送する装置にして、上部に制御手段を有する減圧具に連通する減圧管と加圧管を具備し下部に吸引管と排出管を連接する本体部とヒーターおよび湯面検知具を具備する容器部とからしてなり、該排出管下端の排出口が該容器部内に開口するとともに、図３および図７に示す炉内の被吸引金属溶湯Ｍ１が初期湯面Ａから湯面Ｂを経て該排出管に至り該排出管内を上昇する金属溶湯Ｍ２と合流して給湯が開始された後、該本体内の負圧を不活性ガスを充填して大気圧に戻することを特徴とする請求項１〜３記載の金属溶湯の給湯装置。
【００１５】  サイホンの原理により高い湯面の金属溶湯を一旦上昇し低い湯面位置に移送する装置をして、被吸引金属溶湯中に吸引管を浸漬し容器部内に金属溶湯を充填して本体部内を密閉し、減圧具の始動を起点として該減圧具の稼働時間を１次タイマーで制御し該本体部内の負圧上昇時間を定めるとともに、２次タイマーで負圧保持の時間を定めて定量を給湯する金属溶湯の給湯方法。
【００１６】  サイホンの原理により高い湯面の金属溶湯を一旦上昇し低い湯面位置に移送する装置をして、被吸引金属溶湯中に吸引管を挿入し容器部内に金属溶湯を充填して本体部を密閉し、減圧具の始動を起点として被吸引金属溶湯Ｍ１と金属溶湯Ｍ２が合流に至るまでの時間を湯面検知具から発する電気信号により計測し、位置ヘッド差および速度差を演算してタイマーにて負圧保持の時間を定め定量を給湯する金属溶湯の給湯方法。
【発明の効果】
【００１７】  本発明の溶湯の給湯装置および給湯方法は、溶湯中の水素ガスや酸化皮膜などのの増加を抑制した清浄な溶湯を、任意の速度をもって極めて高精度の供給誤差で一定位置に給湯できる。また、溶解炉から給湯までの間、高温溶湯を貯留する柄杓などの移動がない。あるいは本体部に何らかの事由により亀裂などが生じた場合でも、給湯装置内の溶湯は外部に噴出しないので極めて安全性が高い。その上、炉蓋を閉じたまま熱の放散を抑制して移送されるためエネルギーが節約されるとともに、職場の雰囲気温度が低下される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】  以下、図面を参照して実施例を説明する。
【実施例１】  図１および図５は、本発明の金属溶湯の給湯装置の本体部１を炉に据えて全体の構成を示すもので、符号２は開閉弁２ａを介して真空ポンプなどの減圧具に至る減圧管で、符号３は開閉弁３ａとスピードコントローラ３ｂを介して本体部１内にアルゴンガスなどの不活性ガスを供給する加圧管である。また、符号４は炉中に浸漬し被吸引溶湯Ｍ１を吸い上げる吸引管である。符合５は下端の排出口６が容器部７中に開口する排出管である。容器部７内にはヒーター８および図５では湯面検知具９が備えられ、本図に示さない柄杓などで請求項１記載の所定量の溶湯Ｍ２を注ぎ込んだ状態を示すものである。【００１９】  ヒーター７は排出管５の先端に図示されているが、排出管５と連通せず独立して容器部内に垂下することや容器部に装着することあるいは排出管５にも備えることもできる。また、タイマーは制御盤中のプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）などに装着されているので本図では示さない。制御手段としては、ＰＬＣ、リレー回路、プリント配線盤なども使用できる。なお、溶解炉と容器部の蓋は図示していない。【００２０】  図２および図６は、真空ポンプを始動して本体部の被吸引溶湯Ｍ１と容器部内の溶湯Ｍ２の流れおよび気体の流れを示したものである。真空ポンプを始動するとともに開閉弁３ａを閉じて開閉弁２ａを開口し本体部１内を減圧することにより、炉内の被吸引溶湯Ｍ１と容器部７内の溶湯Ｍ２が負圧の上昇にともない初期湯面の高低差を維持して上昇する。その後、高い湯面位置の被吸引溶湯Ｍ１が排出管５内に流入し排出管５を上昇する溶湯Ｍ２と合流する。【００２１】  合流に至る時間は、給湯と並行して炉に地金を補給し被吸引溶湯Ｍ１の湯面位置の変化が少ない溶解保持炉などでは１次タイマーにより固定値にて設定できる。他方、坩堝炉のように給湯に伴い被吸引溶湯Ｍ１の湯面位置が下がる場合は、減圧具の始動を起点として湯面検知具９から発せられた電気信号により合流に要した時間を計測し、位置ヘッド差および速度差を演算してタイマーにて負圧保持の時間を定めるものである。なお、湯面検知具９としては接触式センサー、非接触型センサー、圧力センサーなどが使用できる。【００２２】  図３および図７は、サイホンの原理が成立して排出口から連続して金属溶湯が供給される状態を示すもので、１次タイマーまたは湯面検知具からの電気信号により開閉弁２ａが閉鎖され、本体部内は密閉状態になるため負圧は一定に保持されるとともに、２次タイマーが始動し負圧保持の時間がカウントされる。【００２３】  図４および図８は、給湯を停止する気体の流れを示すもので、タイムアップした２次タイマーからの電気信号により開閉弁３ａが開きスピードコントローラ３ｂにより流量を制御されたＡｒガスが本体部１内に充填されて負圧が開放され溶湯は容器部７あるいは炉のいずれかに戻る。
尚、本図は本発明を説明する１図例であり、本図に示された構成などに限定されるわけではない。【００２４】
【表１】
給湯量の誤差測定
給湯量の誤差測定は、坩堝炉に１００ｋｇの溶湯を貯留して、しし脅し、複数のタイマーおよび湯面検知具とタイマーの３つの方法で各々５回を容器部から柄杓中に注湯し、重量測定を行った後また坩堝炉に移転した。重量誤差および＋／−の値は下記の計算式で行った。
給湯誤差：最大給湯量−最小給湯量、＋／−％：給湯誤差／平均給湯量ｘ１００／２その結果は下記のとおりであった。
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表１が示すように、最小と最大の給湯量の誤差がしし脅しでは４１６ｇ，３．８７％であったのに対し、複数個のタイマーでは７４ｇ、０．６９％、湯面検知具＋タイマーでは５７ｇ、０．５４％と給湯値にばらつきが少ないことが確認された。
【００２５】
【表２】
酸化皮膜量の測定
酸化皮膜の測定は、坩堝炉で各５０ｋｇのＡＣ３Ａ合金を溶解し、ランスパイプでＡｒガスを３０分間吹き込み、除滓用フラックスを投入し５分間攪拌して除滓し、１０分間沈静した後、坩堝炉より開始前溶湯のサンプリングを行った。その後、しし脅しと容器部に移送した溶湯を柄杓に給湯し、柄杓内の溶湯をＪＩＳＨ５２０２金型試験片鋳型に充填し、ＪＩＳＺ２２０１試験片を採取し試料の伸びの比較により判定した。
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表２に示すように、しし脅しでは酸化皮膜が増加する第２回目以降に伸びが低下した。一方、湯面検知具＋タイマー＋Ａｒガス充填方法では開始前溶湯とほぼ同一の伸びが確保されていた。
【００２６】
【表３】
水素ガス量の測定
水素ガス量の測定は、上記表２の酸化皮膜量の試料採取と同時に柄杓内の溶湯を減圧凝固試験用カップに充填し、凝固後に切断し目視にて下記３段階で判定した。
Ａ：＜０．２ｃｃ／１００ｇＡｌ、Ｂ：０．２〜０．３５ｃｃ／１００ｇＡｌ、Ｃ：＞０．３５ｃｃ／１００ｇＡｌ
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表３では、しし脅しの試料断面では２回目以降に急激な水素ガスの増加による試料の膨らみと空洞が認められた。一方、湯面検知具＋タイマー＋Ａｒガス充填方法では水素ガスの増加による試料の形状変化がなかった。
【００２７】  以上の結果より、本発明の金属溶湯の給湯装置および給湯方法は鋳物などで使用できる清浄な溶湯を給湯されることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００２８】  本発明の溶湯の給湯装置および給湯方法は、断熱材などの選択によりアルミニウム合金などの非鉄金属以外に貴金属および鉄鋼などの給湯にも使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】金属溶湯の給湯装置の全体の構成を示した説明図である。
【図２】金属溶湯の給湯装置の吸引過程を示した説明図である。
【図３】金属溶湯の給湯装置の給湯過程を示した説明図である。
【図４】金属溶湯の給湯装置の給湯完了を示した説明図である。
【図５】金属溶湯の給湯装置全体の構成を示した説明図である。
【図６】金属溶湯の給湯装置の吸引過程を示した説明図である。
【図７】金属溶湯の給湯装置の給湯過程を示した説明図である。
【図８】金属溶湯の給湯装置の給湯完了を示した説明図である。
【符号の説明】
【００３０】１  本体部
２  減圧管
３  加圧管
４  吸引管
５  排出管
６  排出口
７  容器部
８  ヒーター
９  湯面検知具
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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