溶解保持炉制御装置
【課題】溶解保持炉の設置に必要な空間を小さくできる溶解保持炉制御装置を提供する。
【解決手段】新材４３と後工程に配置された鋳造機４０から回収されるリターン材４２とを含む金属材料４４を溶解して溶湯３６を生成する溶解炉３１と、溶湯３６を保持して鋳造機４０に供給する保持炉３３とを備えた溶解保持炉３０を制御する溶解保持炉制御装置であって、溶解炉３１に新材４３を供給する新材供給部１２と、リターン材４２を回収して溶解炉３１に供給するリターン材供給部１６と、リターン材４２が滞りなく溶解炉３１に供給されるように、新材供給部１２での新材４３の供給を制御する制御部１０とを有するように構成する。
【解決手段】新材４３と後工程に配置された鋳造機４０から回収されるリターン材４２とを含む金属材料４４を溶解して溶湯３６を生成する溶解炉３１と、溶湯３６を保持して鋳造機４０に供給する保持炉３３とを備えた溶解保持炉３０を制御する溶解保持炉制御装置であって、溶解炉３１に新材４３を供給する新材供給部１２と、リターン材４２を回収して溶解炉３１に供給するリターン材供給部１６と、リターン材４２が滞りなく溶解炉３１に供給されるように、新材供給部１２での新材４３の供給を制御する制御部１０とを有するように構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属材料を溶解して溶湯を生成し、生成した溶湯を保持する溶解保持炉の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、投入された金属材料を溶解して溶湯を生成する溶解炉と、生成した溶湯を保持する保持炉とを備えた溶解保持炉がある（例えば、特許文献１参照）。保持炉により保持された溶湯は、後工程に配置された鋳造機に供給される。溶解炉に投入される金属材料には、新材と鋳造機から回収されるリターン材とが用いられる。
【０００３】
近年では生産のグローバル化により、設計自由度が高く空間ロスの少ない生産設備が求められている。これに伴い、溶解保持炉についても、設置に必要な空間を小さくすることが要求されている。
【特許文献１】特開２００５−７６９７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら従来の溶解炉は、投入された金属材料を大量に保持するために非常に大きい材料保持空間を内部に有している。また従来の溶解炉の近傍には、溶解炉への投入限度を超えるリターン材を一時的に保持するために、リターン材バッファ空間が設けられている。したがって、従来の溶解保持炉は、設置に必要な空間が大きくなってしまうという問題を有している。
【０００５】
本発明の目的は、溶解保持炉の設置に必要な空間を小さくできる溶解保持炉制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。
【０００７】
請求項１に記載の発明は、新材（４３）と後工程に配置された鋳造機（４０）から回収されるリターン材（４２）とを含む金属材料（４４）を溶解して溶湯（３６）を生成する溶解炉（３１）と、溶湯（３６）を保持して鋳造機（４０）に供給する保持炉（３３）とを備えた溶解保持炉（３０）を制御する溶解保持炉制御装置であって、溶解炉（３１）に新材（４３）を供給する新材供給部（１２）と、リターン材（４２）を回収して溶解炉（３１）に供給するリターン材供給部（１６）と、リターン材（４２）が滞りなく溶解炉（３１）に供給されるように、新材供給部（１２）での新材（４３）の供給を制御する制御部（１０）とを有することを特徴としている。
【０００８】
これにより、リターン材（４２）が滞りなく溶解炉（３１）に供給されるようになるため、リターン材（４２）を一時的に保持するためのリターン材バッファ空間を溶解炉（３１）近傍に設ける必要がなくなったり、少なくとも必要なリターン材バッファ空間を縮小することができる。したがって、溶解保持炉（３０）の設置に必要な空間を小さくできる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、制御部（１０）は、鋳造機（４０）が停止したら、少なくとも鋳造機（４０）の運転が再開されるまで新材供給部（１２）に新材（４３）の供給を停止させることを特徴としている。
【００１０】
これにより、鋳造機（４０）が停止した後に溶落によって溶解炉（３１）内の金属材料（４４）の材料充填高さが低下しても、溶解炉（３１）には金属材料（４４）が投入されなくなる。このため、溶解炉（３１）での金属材料（４４）の投入容量が十分に確保されるので、鋳造機（４０）の運転が再開された後に、鋳造機（４０）から回収されるリターン材（４２）を滞りなく溶解炉（３１）に供給できる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、制御部（１０）は、鋳造機（４０）の運転が再開された後に、保持炉（３３）内の溶湯（３６）の湯面高さが所定の高さ（Ｌｓ）以下になったら、新材供給部（１２）に新材（４３）の供給を再開させることを特徴としている。
【００１２】
鋳造機（４０）の運転が再開されたときには、鋳造機（４０）が停止している間の金属材料（４４）の溶落によって溶湯（３６）の湯面高さが高くなっている。この状態で溶解炉（３１）に新材（４３）を供給すると、供給した新材（４３）を溶解できない場合があるため、溶解の遅延が生じてしまう。したがって、溶湯（３６）の湯面高さが低下した後に新材（４３）を供給することによって、溶解炉（３１）での金属材料（４４）の溶解の遅延を防止できるため、鋳造機（４０）から回収されるリターン材（４２）を滞りなく溶解炉（３１）に供給できる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、制御部（１０）は、鋳造機（４０）を停止させる前に、新材供給部（１２）に新材（４３）の供給を停止させることを特徴としている。例えば請求項５に記載の発明のように、制御部（１０）は、保持炉（３３）内の溶湯（３６）の湯面高さが第１の高さ（Ｌ１）以下になったら、鋳造機（４０）を停止させるための鋳造停止要求信号を鋳造機（４０）に出力するようにする。
【００１４】
新材（４３）の供給を停止させて溶湯（３６）の湯面高さが低下した後に鋳造機（４０）を停止させることによって、鋳造機（４０）の運転が再開されるときの溶湯（３６）の湯面高さを低くできる。これにより、鋳造機（４０）の運転が再開された後の溶解炉（３１）での金属材料（４４）の溶解の遅延を防止できる。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、溶解炉（３１）の廃熱温度を検出して廃熱温度信号を制御部（１０）に出力する廃熱温度検出器（２１）をさらに有し、制御部（１０）は、鋳造機（４０）が停止した後に、溶解炉（３１）に既に投入されている金属材料（４４）を溶落させ、廃熱温度信号に基づいて金属材料（４４）の溶落完了を判断することを特徴としている。これにより、溶解炉（３１）での金属材料（４４）の溶落が完了したことを的確に判断できる。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、所定の情報を通知する通知部（２２）をさらに有し、制御部（１０）は、金属材料（４４）の溶落が完了したと判断したら、通知部（２２）に対し、金属材料（４４）の溶落完了を作業者に通知させることを特徴としている。これにより、作業者は適切な時期に溶解炉（３１）の炉内清掃を行うことができる。
【００１７】
請求項８に記載の発明は、制御部（１０）は、鋳造機（４０）の運転を再開させる前に、新材供給部（１２）に新材（４３）を供給させることを特徴としている。新材（４３）を供給することにより、鋳造機（４０）の停止中に低下させた溶湯（３６）の湯面高さを再び高くできるので、鋳造機（４０）の運転が再開された後に溶湯（３６）が不足することを防止できる。
【００１８】
請求項９に記載の発明は、制御部（１０）は、湯面高さが第１の高さ（Ｌ１）より高い第２の高さ（Ｌｓ）以上になったら、新材供給部（１２）に新材（４３）の供給を停止させ、鋳造機（４０）の運転を再開させるための鋳造開始要求信号を鋳造機（４０）に出力することを特徴としている。鋳造機（４０）の運転が再開される前に新材（４３）の供給を停止させることによって、溶解炉（３１）での金属材料（４４）の溶解の遅延を防止できる。
【００１９】
請求項１０に記載の発明は、制御部（１０）は、鋳造機（４０）の運転が再開された後に、湯面高さが第２の高さ（Ｌｓ）以下になったら、新材供給部（１２）に新材（４３）の供給を開始させることを特徴としている。
【００２０】
溶解炉（３１）への新材（４３）の供給を停止させても、溶湯（３６）の湯面高さはしばらくの間上昇する。したがって、鋳造機（４０）の運転が再開されて溶湯（３６）の湯面高さが低下してから溶解炉（３１）に新材（４３）を供給することによって、金属材料（４４）の溶解の遅延を防止することができる。
【００２１】
ここで、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について説明する。図１は、本実施形態における溶解保持炉制御装置１と、溶解保持炉制御装置１により制御される溶解保持炉３０と、溶解保持炉３０の後工程に配置された鋳造機４０との構成を模式的に示すブロック図である。図１に示すように、溶解保持炉３０は、新材４３及びリターン材４２を含む金属材料４４が供給され、金属材料４４を溶解して溶湯３６を生成する溶解炉３１と、生成した溶湯３６を収容して保持する保持炉３３とを備えている。ここで新材４３としては、例えばアルミニウムやアルミニウム合金等が用いられる。
【００２３】
溶解炉３１には、金属材料４４を加熱して溶解するための溶解バーナ３２が設けられている。保持炉３３には、溶湯３６を所定温度に保つための保持バーナ３４が設けられている。また保持炉３３は、鋳造機４０に供給するために溶湯３６が汲み出される汲出し室３５を有している。
【００２４】
鋳造機４０は、溶解保持炉３０から供給された溶湯３６を用いて製品４１を鋳造し、鋳造物のうち製品４１以外の余剰部分（ランナー等）をリターン材４２として溶解保持炉３０側に戻すようになっている。
【００２５】
溶解保持炉制御装置１は、溶解炉３１に新材４３を供給する新材供給部１２と、鋳造機４０から戻されるリターン材４２を回収して溶解炉３１に供給するリターン材供給部１６とを有している。新材供給部１２は、外部から供給された新材４３を一時的に保持するバッファとしてのバケット１３と、新材４３を溶解炉３１に投入するためのベルトコンベア１４とを有している。リターン材供給部１６は、リターン材４２を溶解炉３１に投入するためのベルトコンベア１７を有しているが、リターン材４２を一時的に保持するバッファを有していない。
【００２６】
溶解保持炉制御装置１は、保持炉３３内（例えば汲出し室３５）の溶湯３６の湯面高さを検出して湯面高さ信号を出力する湯面高さ検出器１８を有している。湯面高さ検出器１８は、例えばレーザ変位計と反射鏡とを備え、溶湯３６の湯面高さを非接触で検出するようになっている。また溶解保持炉制御装置１は、溶解炉３１内の金属材料４４の充填高さを検出して材料充填高さ信号を出力する材料充填高さ検出器２０を有している。材料充填高さ検出器２０は、例えば複数組の投光素子２０ａ及び受光素子２０ｂを備えている。また溶解保持炉制御装置１は、湯面高さ信号及び材料充填高さ信号と、鋳造機４０から出力される鋳造停止信号とが入力される制御部１０を有している。制御部１０は、リターン材供給部１６により回収されたリターン材４２が滞りなく溶解炉３１に供給されるように、湯面高さ信号及び鋳造停止信号に基づいて新材供給部１２での新材４３の供給を制御するようになっている。また制御部１０は、材料充填高さ信号に基づいて、新材供給部１２での新材４３の供給を制御するようになっている。さらに制御部１０は、湯面高さ信号に基づいて、溶解バーナ３２の燃焼出力を制御するようになっている。
【００２７】
次に、本実施形態における溶解保持炉制御装置１の作動について説明する。図２は、本実施形態における溶解保持炉制御装置１の作動を示すタイミングチャートである。図２（ａ）〜（ｅ）の横軸は時間を表している。図２（ａ）の縦軸は鋳造機４０の運転状態（運転／停止）を表し、図２（ｂ）の縦軸は新材供給部１２の作動状態（作動／停止）を表し、図２（ｃ）の縦軸はリターン材供給部１６の作動状態（作動／停止）を表している。図２（ｄ）の縦軸は溶湯３６の湯面高さ（保持炉３３内の溶湯保持量）を表している。ここで高さＬｓは、予め設定された基準レベルである。図２（ｅ）の縦軸は、溶解炉３１内の材料充填高さを表している。ここで、高さＨ１は新材４３の供給を停止する新材供給停止レベルであり、高さＨ２は溶解炉３１での金属材料４４の溢れを防止するために新材４３及びリターン材４２の供給を停止するオーバーフローレベルである。高さＨ１は、高さＨ２より十分に低く設定されている。
【００２８】
図２（ａ）〜（ｅ）に示すように、初期状態では、鋳造機４０が運転しており、新材供給部１２及びリターン材供給部１６がいずれも作動している。また、初期状態での制御部１０は、溶湯３６の湯面高さが高さＬｓ程度に維持されるように溶解バーナ３２の燃焼出力を制御しており、材料充填高さが高さＨ１程度に維持されるように新材供給部１２での新材４３の供給量を制御している。
【００２９】
時間ｔ１に鋳造機４０が一時停止したとする。このとき鋳造機４０は、制御部１０に鋳造停止信号を出力する。鋳造停止信号が入力された制御部１０は、新材供給部１２の作動を停止させる。これにより、溶解炉３１への新材４３の供給が停止される。ここで、リターン材供給部１６は作動し続けるが、鋳造機４０が停止している状態ではリターン材４２が回収されないため、実際には溶解炉３１へのリターン材４２の供給も停止される。
【００３０】
時間ｔ１以降、溶解炉３１に既に投入されている金属材料４４が溶解バーナ３２による加熱によって溶落するため、溶解炉３１内の材料充填高さは高さＨ１から単調に低下する。金属材料４４の溶落により保持炉３３内の溶湯３６が増加するのに対し、鋳造機４０には溶湯３６が供給されないため、溶湯３６の湯面高さは高さＬｓから単調に上昇する。
【００３１】
時間ｔ２に鋳造機４０の運転が再開されたとする。鋳造機４０の運転が再開された時点では溶解炉３１への新材４３の供給を再開しないため、鋳造機４０は、制御部１０に鋳造開始信号を出力する必要はない。鋳造機４０が運転している状態ではリターン材４２がリターン材供給部１６により回収されるため、溶解炉３１へのリターン材４２の供給が再開される。
【００３２】
時間ｔ２以降、溶解炉３１はリターン材４２のみを溶解して溶湯３６を生成するのに対し、鋳造機４０は溶湯３６を用いて製品４１を製造し続けるため、溶湯３６の量は鋳造機４０で製造される製品４１の分だけ減少する。したがって、溶湯３６の湯面高さは単調に低下する。溶解炉３１内の材料充填高さは高さＨ２より十分に低いため、リターン材４２は滞りなく溶解炉３１内に供給される。
【００３３】
時間ｔ３に溶湯３６の湯面高さが基準レベルの高さＬｓ以下に低下すると、制御部１０は新材供給部１２の作動を再開させる。これにより、溶解炉３１への新材４３の供給が再開される。
【００３４】
時間ｔ３以降、新材４３が供給されることにより、溶解炉３１内の材料充填高さは上昇する。溶解炉３１内の材料充填高さは高さＨ２より十分に低いため、リターン材４２は滞りなく溶解炉３１内に供給される。制御部１０は、溶湯３６の湯面高さが高さＬｓ程度を維持するように溶解バーナ３２の燃焼出力を制御する。
【００３５】
時間ｔ４に鋳造機４０が再び一時停止したとする。このとき鋳造機４０は、制御部１０に鋳造停止信号を出力する。鋳造停止信号が入力された制御部１０は、新材供給部１２の作動を停止させる。これにより、溶解炉３１への新材４３の供給が停止される。リターン材供給部１６は作動し続けるが、鋳造機４０が停止している状態ではリターン材４２が回収されないため、実際には溶解炉３１へのリターン材４２の供給も停止される。
【００３６】
時間ｔ４以降、溶解炉３１に既に投入されている金属材料４４が溶落するため、溶解炉３１内の材料充填高さは低下する。金属材料４４の溶落により保持炉３３内の溶湯３６は増加するのに対し、鋳造機４０には溶湯３６が供給されないため、溶湯３６の湯面高さは高さＬｓから単調に上昇する。
【００３７】
時間ｔ５に鋳造機４０の運転が再開されたとする。鋳造機４０の運転が再開された時点では溶解炉３１への新材４３の供給を再開しないため、鋳造機４０は、制御部１０に鋳造開始信号を出力する必要はない。鋳造機４０が運転している状態ではリターン材４２がリターン材供給部１６により回収されるため、溶解炉３１へのリターン材４２の供給が再開される。
【００３８】
時間ｔ５以降、溶解炉３１はリターン材４２のみを溶解して溶湯３６を生成するのに対し、鋳造機４０は溶湯３６を用いて製品４１を製造し続けるため、溶湯３６の量は鋳造機４０で製造される製品４１の分だけ減少する。したがって、溶湯３６の湯面高さは単調に低下する。溶解炉３１内の材料充填高さは高さＨ２より十分に低いため、リターン材４２は滞りなく溶解炉３１内に供給される。
【００３９】
時間ｔ６に溶湯３６の湯面高さが高さＬｓ以下に低下すると、制御部１０は新材供給部１２の作動を再開させる。これにより、溶解炉３１への新材４３の供給が再開される。
【００４０】
時間ｔ６以降、新材４３が供給されることにより、溶解炉３１内の材料充填高さは高さＨ１程度まで上昇する。溶解炉３１内の材料充填高さは高さＨ２より十分に低いため、リターン材４２は滞りなく溶解炉３１内に供給される。制御部１０は、溶湯３６の湯面高さが高さＬｓ程度を維持するように溶解バーナ３２の燃焼出力を制御する。その後も以上の説明と同様に溶解保持炉制御装置１が作動する。
【００４１】
溶解保持炉３０の設置空間を小さくするには、金属材料４４を保持するためのバッファ空間を設けないことによる溶解炉３１のバッファレス化が有効である。リターン材４２に関して溶解炉３１のバッファレス化を実現するためには、鋳造開始から鋳造終了までの間、鋳造機４０から回収されたリターン材４２を滞りなく溶解炉３１内に供給し続けられるようにする必要がある。
【００４２】
一般に溶解工程は、後工程である鋳造工程に対して容量性のある制御要素となる。すなわち、鋳造機４０の運転開始から実際に鋳造が開始されるまでの間、及び鋳造機４０の停止から実際に鋳造が終了するまでの間は比較的短時間であるのに対し、溶解バーナ３２の燃焼開始から実際に金属材料４４の溶解が開始されるまでの間、及び溶解バーナ３２の燃焼停止から実際に金属材料４４の溶解が終了するまでの間は比較的長時間である。このため、溶解工程では無駄時間や遅延が生じ易いので、溶解バーナ３２の作動状態を鋳造機４０の運転状態に完全に同期して制御することは困難である。
【００４３】
本実施形態では、鋳造機４０が停止した時間ｔ１、ｔ４以降に溶落によって溶解炉３１内の金属材料４４の材料充填高さが低下しても、溶解炉３１には金属材料４４（新材４３）を投入しないようにしている。これにより、溶解炉３１での金属材料４４の投入容量が十分に確保されるので、鋳造機４０の運転が再開された時間ｔ２、ｔ５以降に、鋳造機４０から回収されるリターン材４２を滞りなく溶解炉３１に供給できる。このため、溶解炉３１内の材料保持空間が比較的小さくても、リターン材４２を一時的に保持するためのリターン材バッファ空間を溶解炉３１近傍に設ける必要がなくなる。したがって、溶解保持炉３０の設置に必要な空間を小さくできる。
【００４４】
鋳造機４０の運転が再開された時間ｔ２、ｔ５には、鋳造機４０が停止している間の金属材料４４の溶落によって溶湯３６の湯面高さが高くなっている。このため、溶解炉３１の溶解バーナ３２は、燃焼出力が比較的低い状態又は燃焼停止状態にある。この状態で溶解炉３１に新材４３を供給すると、供給した新材４３を溶解できないため、溶解の遅延が生じてしまう。このような溶解の遅延が生じると、回収されるリターン材４２を滞りなく溶解炉３１に供給できない。したがって本実施形態のように、溶湯３６の湯面高さが高さＬｓ以下に低下した時間ｔ３、ｔ６以降に新材４３を供給すれば、溶解炉３１での金属材料４４の溶解の遅延を防止できるため、鋳造機４０から回収されるリターン材４２を滞りなく溶解炉３１に供給できる。
【００４５】
さらに、鋳造機４０で生成されたリターン材４２はバッファ空間等で滞ってしまうことなく溶解炉３１に供給されるため、新材４３より高い温度を有している。したがって、溶解炉３１で金属材料４４を溶解するのに必要な熱量を低減できる。
【００４６】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図３は、本実施形態における溶解保持炉制御装置２と、溶解保持炉制御装置２により制御される溶解保持炉３０と、溶解保持炉３０の後工程に配置された鋳造機４０との構成を模式的に示すブロック図である。ここで、第１実施形態の構成要素と同一の機能を有する構成要素については、図３において図１と同一の符号を付し、その説明を省略する。図３に示すように、溶解保持炉制御装置２は、溶解炉３１から排出される排気の廃熱温度を検出し、廃熱温度信号を制御部１０に出力する廃熱温度検出器２１と、通知音を出力する通知音出力部や所定の色で点灯する表示灯等を有し、作業者に情報を通知する通知部２２とを備えている点に構成上の特徴を有している。廃熱温度検出器２１は、例えば溶解炉３１の上部に設けられている。通知部２２には、溶解炉３１内の金属材料４４の溶落が完了したときに制御部１０から出力される溶落完了信号が入力されるようになっている。また溶解保持炉制御装置２は、制御部１０が鋳造機４０に鋳造開始／要求信号を出力する点と、制御部１０に鋳造機４０からの鋳造開始信号が入力される点とに特徴を有している。
【００４７】
図４は、本実施形態における溶解保持炉制御装置２の作動を示すタイミングチャートである。図４（ａ）〜（ｈ）の横軸は時間を表している。図４（ａ）の縦軸は鋳造機４０の運転状態（運転／停止）を表し、図４（ｂ）の縦軸は、溶解炉３１に既に投入されている金属材料４４を溶落させるための溶落モードの設定状態（ＯＮ／ＯＦＦ）を表している。図４（ｃ）の縦軸は新材供給部１２の作動状態（作動／停止）を表し、図４（ｄ）の縦軸はリターン材供給部１６の作動状態（作動／停止）を表している。図４（ｅ）の縦軸は、溶湯３６の湯面高さを表している。ここで、高さＬｓは予め設定された基準レベルであり、高さＬｍｉｎは溶湯不足により鋳造機４０の作動を禁止する鋳造禁止レベルである。図４（ｆ）の縦軸は鋳造停止要求信号の出力状態（ＯＮ／ＯＦＦ）を表し、図４（ｇ）の縦軸は溶解バーナ３２の作動状態（作動／停止）を表し、図４（ｈ）の縦軸は鋳造開始要求信号の出力状態（ＯＮ／ＯＦＦ）を表している。
【００４８】
図４（ａ）〜（ｈ）に示すように、初期状態では、鋳造機４０が運転しており、溶落モードが非設定（ＯＦＦ）であり、新材供給部１２及びリターン材供給部１６がいずれも作動しており、溶解バーナ３２が作動している。また、初期状態での制御部１０は、溶湯３６の湯面高さが高さＬｓ程度に維持されるように溶解バーナ３２の燃焼出力を制御している。
【００４９】
まず、休日前等に鋳造機４０及び溶解バーナ３２の運転を停止させ、溶解炉３１内を清掃する場合の溶解保持炉制御装置２の作動について説明する。予め設定されたスケジュール又は作業者の操作によって時間ｔ１１に鋳造停止処理が開始されたとすると、まず制御部１０は、自らの動作モードを溶落モードに設定する（ＯＮ）。溶落モードに設定された制御部１０は、新材供給部１２の作動を停止させる。これにより、溶解炉３１への新材４３の供給が停止される。
【００５０】
時間ｔ１１以降、溶解炉３１ではリターン材４２のみを溶解して溶湯３６を生成するのに対し、鋳造機４０は溶湯３６を用いて製品４１を製造し続けるため、溶湯３６の量は鋳造機４０で製造される製品４１の分だけ減少する。したがって、溶湯３６の湯面高さは単調に低下する。
【００５１】
時間ｔ１２に溶湯３６の湯面高さが高さＬ１（Ｌｓ＞Ｌ１＞Ｌｍｉｎ）以下に低下すると、制御部１０は、鋳造機４０に鋳造停止要求信号を出力する。高さＬ１は、鋳造機４０が実際に停止するまで湯面高さが低下し続けることを考慮し、湯面高さが高さＬｍｉｎに達しないように設定される。また高さＬ１は、後述する高さＬ２がＬ１＜Ｌ２＜Ｌｓを満たすように設定される。鋳造停止要求信号が入力された鋳造機４０側では、例えば通知音の出力や表示灯の点灯等により鋳造停止要求が作業者に伝達され、鋳造機４０の運転が作業者の操作により停止される。
【００５２】
時間ｔ１３に鋳造機４０が停止したとする。このとき鋳造機４０は、制御部１０に鋳造停止信号を出力する。鋳造停止信号が入力された制御部１０は、リターン材供給部１６の作動を停止させる。ここで、時間ｔ１３以降は鋳造機４０が停止しているためリターン材４２は回収されない。したがって、仮に鋳造機４０を停止させるのが比較的短時間であることが予め分かっていれば、リターン材供給部１６を停止させる必要はない。
【００５３】
時間ｔ１３以降も依然として溶解バーナ３２は燃焼状態にあるので、溶解炉３１に既に投入されている金属材料４４は徐々に溶落する。一方、鋳造機４０は停止しているため、保持炉３３から鋳造機４０に溶湯３６が供給されることはない。このため、溶湯３６の湯面高さは、金属材料４４が全て溶落するまで単調に上昇する。ほぼ全ての金属材料４４が溶落すると、溶湯３６の湯面高さは高さＬ２（Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌｓ）で安定する。またほぼ全ての金属材料４４が溶落すると、溶解バーナ３２での燃焼熱が金属材料４４の溶解潜熱として吸収されなくなるので、廃熱温度は上昇する。したがって制御部１０は、廃熱温度検出器２１からの廃熱温度信号に基づいて廃熱温度の上昇を検知することにより、金属材料４４の溶落完了を判断する。
【００５４】
時間ｔ１４に、金属材料４４の溶落が完了したと制御部１０が判断したとする。このとき制御部１０は、自らの溶落モードの設定を解除する（ＯＦＦ）とともに、溶解バーナ３２を停止させる。
【００５５】
溶解炉３１内に堆積した酸化物等を除去する炉内清掃は、溶解炉３１内の金属材料４４の溶落が完了した後に行われる。したがって制御部１０は、金属材料４４の溶落が完了したと判断したら、溶落完了信号を通知部２２に出力する。溶落完了信号が入力された通知部２２は、通知音を所定時間出力するとともに表示灯を点灯させ、炉内清掃が可能になったことを作業者に通知する。通知音の出力又は表示灯の点灯を確認した作業者は、溶解炉３１の炉内清掃を行う。以上の手順により、鋳造機４０及び溶解バーナ３２の停止処理が完了する。
【００５６】
次に、例えば休日明け等に鋳造機４０及び溶解バーナ３２の運転を再開する場合の溶解保持炉制御装置２の作動について説明する。予め設定されたスケジュール又は作業者の操作によって時間ｔ１５に鋳造再開処理が開始されたとすると、制御部１０は、溶解バーナ３２及び新材供給部１２を作動させる。これにより、溶解バーナ３２の燃焼が開始されるとともに、溶解炉３１への新材４３の供給が開始される。溶解炉３１に供給された新材４３は温度が比較的低いため、溶解バーナ３２の燃焼開始直後は溶解せず、時間ｔ１５から所定時間経過後に溶解し始める。
【００５７】
時間ｔ１６に溶湯３６の湯面高さが高さＬｓ以上に上昇すると、制御部１０は、新材供給部１２を停止させる。これにより、溶解炉３１への新材４３の供給が停止される。また制御部１０は、鋳造機４０に鋳造開始要求信号を出力する。鋳造開始要求信号が入力された鋳造機４０側では、例えば通知音の出力や表示灯の点灯等により鋳造開始要求が作業者に伝達され、鋳造機４０の運転が作業者の操作により開始される。溶湯３６の湯面高さは、鋳造機４０の運転が実際に開始されるまで単調に上昇する。
【００５８】
時間ｔ１７に鋳造機４０の運転が開始されたとすると、鋳造機４０は制御部１０に鋳造開始信号を出力する。鋳造開始信号が入力された制御部１０は、リターン材供給部１６を作動させる。鋳造機４０の運転が開始されるとリターン材４２が回収されるため、溶解炉３１へのリターン材４２の供給が開始される。
【００５９】
時間ｔ１７以降、溶解炉３１ではリターン材４２のみを溶解して溶湯３６を生成するのに対し、鋳造機４０は溶湯３６を用いて製品４１を製造し続けるため、溶湯３６の湯面高さは単調に低下する。
【００６０】
時間ｔ１８に湯面高さが高さＬｓ以下に低下すると、制御部１０は、新材供給部１２を作動させる。これにより溶解炉３１への新材４３の供給が開始される。
【００６１】
時間ｔ１８以降、制御部１０は、溶湯３６の湯面高さが高さＬｓ程度に維持されるように溶解バーナ３２の燃焼出力を制御する。
【００６２】
本実施形態では、新材４３の供給を停止させて溶湯３６の湯面高さが高さＬ１に低下した時間ｔ１２以降に、鋳造機４０を停止させている。これにより、鋳造機４０の運転が再開されるときの溶湯３６の湯面高さＬ２を低くできる。このため、鋳造機４０の運転が再開された後の溶解炉３１での金属材料４４の溶解の遅延を防止できるので、鋳造機４０から回収されるリターン材４２を滞りなく溶解炉３１に供給できる。したがって、リターン材バッファ空間を溶解炉３１近傍に設ける必要がなくなるため、溶解保持炉３０の設置に必要な空間を小さくできる。
【００６３】
また本実施形態では、鋳造機４０の停止中に低下させた溶湯３６の湯面高さを鋳造機４０の運転再開前に再び高くできる。したがって、鋳造機４０の運転が再開された時間ｔ１４以降に溶湯３６が不足することを防止できる。
【００６４】
さらに本実施形態では、鋳造機４０の運転が再開される前に新材４３の供給を停止させている。これにより、溶解炉３１での金属材料４４の溶解の遅延を防止できる。
【００６５】
ただし、溶解炉３１への新材４３の供給を停止させても、溶湯３６の湯面高さはしばらくの間上昇する。したがって本実施形態では、鋳造機４０の運転が再開されて溶湯３６の湯面高さが低下してから溶解炉３１に新材４３を供給している。これにより、金属材料４４の溶解の遅延をより確実に防止することができる。
【００６６】
また本実施形態では、溶解炉３１の廃熱温度の変化によって金属材料４４の溶落完了を判断し、溶落完了したことを作業者に通知している。これにより、金属材料４４の溶落が完了したことを的確に判断できる。また作業者は、適切な時期に溶解炉３１の炉内清掃を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の第１実施形態における溶解保持炉制御装置、溶解保持炉及び鋳造機の構成を模式的に示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態における溶解保持炉制御装置の作動を示すタイミングチャートである。
【図３】本発明の第２実施形態における溶解保持炉制御装置、溶解保持炉及び鋳造機の構成を模式的に示すブロック図である。
【図４】本発明の第２実施形態における溶解保持炉制御装置の作動を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００６８】
１、２ 溶解保持炉制御装置
１０ 制御部
１２ 新材供給部
１６ リターン材供給部
２１ 廃熱温度検出器
２２ 通知部
３１ 溶解炉
３３ 保持炉
３６ 溶湯
４０ 鋳造機
４２ リターン材
４３ 新材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属材料を溶解して溶湯を生成し、生成した溶湯を保持する溶解保持炉の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、投入された金属材料を溶解して溶湯を生成する溶解炉と、生成した溶湯を保持する保持炉とを備えた溶解保持炉がある（例えば、特許文献１参照）。保持炉により保持された溶湯は、後工程に配置された鋳造機に供給される。溶解炉に投入される金属材料には、新材と鋳造機から回収されるリターン材とが用いられる。
【０００３】
近年では生産のグローバル化により、設計自由度が高く空間ロスの少ない生産設備が求められている。これに伴い、溶解保持炉についても、設置に必要な空間を小さくすることが要求されている。
【特許文献１】特開２００５−７６９７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら従来の溶解炉は、投入された金属材料を大量に保持するために非常に大きい材料保持空間を内部に有している。また従来の溶解炉の近傍には、溶解炉への投入限度を超えるリターン材を一時的に保持するために、リターン材バッファ空間が設けられている。したがって、従来の溶解保持炉は、設置に必要な空間が大きくなってしまうという問題を有している。
【０００５】
本発明の目的は、溶解保持炉の設置に必要な空間を小さくできる溶解保持炉制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。
【０００７】
請求項１に記載の発明は、新材（４３）と後工程に配置された鋳造機（４０）から回収されるリターン材（４２）とを含む金属材料（４４）を溶解して溶湯（３６）を生成する溶解炉（３１）と、溶湯（３６）を保持して鋳造機（４０）に供給する保持炉（３３）とを備えた溶解保持炉（３０）を制御する溶解保持炉制御装置であって、溶解炉（３１）に新材（４３）を供給する新材供給部（１２）と、リターン材（４２）を回収して溶解炉（３１）に供給するリターン材供給部（１６）と、リターン材（４２）が滞りなく溶解炉（３１）に供給されるように、新材供給部（１２）での新材（４３）の供給を制御する制御部（１０）とを有することを特徴としている。
【０００８】
これにより、リターン材（４２）が滞りなく溶解炉（３１）に供給されるようになるため、リターン材（４２）を一時的に保持するためのリターン材バッファ空間を溶解炉（３１）近傍に設ける必要がなくなったり、少なくとも必要なリターン材バッファ空間を縮小することができる。したがって、溶解保持炉（３０）の設置に必要な空間を小さくできる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、制御部（１０）は、鋳造機（４０）が停止したら、少なくとも鋳造機（４０）の運転が再開されるまで新材供給部（１２）に新材（４３）の供給を停止させることを特徴としている。
【００１０】
これにより、鋳造機（４０）が停止した後に溶落によって溶解炉（３１）内の金属材料（４４）の材料充填高さが低下しても、溶解炉（３１）には金属材料（４４）が投入されなくなる。このため、溶解炉（３１）での金属材料（４４）の投入容量が十分に確保されるので、鋳造機（４０）の運転が再開された後に、鋳造機（４０）から回収されるリターン材（４２）を滞りなく溶解炉（３１）に供給できる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、制御部（１０）は、鋳造機（４０）の運転が再開された後に、保持炉（３３）内の溶湯（３６）の湯面高さが所定の高さ（Ｌｓ）以下になったら、新材供給部（１２）に新材（４３）の供給を再開させることを特徴としている。
【００１２】
鋳造機（４０）の運転が再開されたときには、鋳造機（４０）が停止している間の金属材料（４４）の溶落によって溶湯（３６）の湯面高さが高くなっている。この状態で溶解炉（３１）に新材（４３）を供給すると、供給した新材（４３）を溶解できない場合があるため、溶解の遅延が生じてしまう。したがって、溶湯（３６）の湯面高さが低下した後に新材（４３）を供給することによって、溶解炉（３１）での金属材料（４４）の溶解の遅延を防止できるため、鋳造機（４０）から回収されるリターン材（４２）を滞りなく溶解炉（３１）に供給できる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、制御部（１０）は、鋳造機（４０）を停止させる前に、新材供給部（１２）に新材（４３）の供給を停止させることを特徴としている。例えば請求項５に記載の発明のように、制御部（１０）は、保持炉（３３）内の溶湯（３６）の湯面高さが第１の高さ（Ｌ１）以下になったら、鋳造機（４０）を停止させるための鋳造停止要求信号を鋳造機（４０）に出力するようにする。
【００１４】
新材（４３）の供給を停止させて溶湯（３６）の湯面高さが低下した後に鋳造機（４０）を停止させることによって、鋳造機（４０）の運転が再開されるときの溶湯（３６）の湯面高さを低くできる。これにより、鋳造機（４０）の運転が再開された後の溶解炉（３１）での金属材料（４４）の溶解の遅延を防止できる。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、溶解炉（３１）の廃熱温度を検出して廃熱温度信号を制御部（１０）に出力する廃熱温度検出器（２１）をさらに有し、制御部（１０）は、鋳造機（４０）が停止した後に、溶解炉（３１）に既に投入されている金属材料（４４）を溶落させ、廃熱温度信号に基づいて金属材料（４４）の溶落完了を判断することを特徴としている。これにより、溶解炉（３１）での金属材料（４４）の溶落が完了したことを的確に判断できる。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、所定の情報を通知する通知部（２２）をさらに有し、制御部（１０）は、金属材料（４４）の溶落が完了したと判断したら、通知部（２２）に対し、金属材料（４４）の溶落完了を作業者に通知させることを特徴としている。これにより、作業者は適切な時期に溶解炉（３１）の炉内清掃を行うことができる。
【００１７】
請求項８に記載の発明は、制御部（１０）は、鋳造機（４０）の運転を再開させる前に、新材供給部（１２）に新材（４３）を供給させることを特徴としている。新材（４３）を供給することにより、鋳造機（４０）の停止中に低下させた溶湯（３６）の湯面高さを再び高くできるので、鋳造機（４０）の運転が再開された後に溶湯（３６）が不足することを防止できる。
【００１８】
請求項９に記載の発明は、制御部（１０）は、湯面高さが第１の高さ（Ｌ１）より高い第２の高さ（Ｌｓ）以上になったら、新材供給部（１２）に新材（４３）の供給を停止させ、鋳造機（４０）の運転を再開させるための鋳造開始要求信号を鋳造機（４０）に出力することを特徴としている。鋳造機（４０）の運転が再開される前に新材（４３）の供給を停止させることによって、溶解炉（３１）での金属材料（４４）の溶解の遅延を防止できる。
【００１９】
請求項１０に記載の発明は、制御部（１０）は、鋳造機（４０）の運転が再開された後に、湯面高さが第２の高さ（Ｌｓ）以下になったら、新材供給部（１２）に新材（４３）の供給を開始させることを特徴としている。
【００２０】
溶解炉（３１）への新材（４３）の供給を停止させても、溶湯（３６）の湯面高さはしばらくの間上昇する。したがって、鋳造機（４０）の運転が再開されて溶湯（３６）の湯面高さが低下してから溶解炉（３１）に新材（４３）を供給することによって、金属材料（４４）の溶解の遅延を防止することができる。
【００２１】
ここで、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について説明する。図１は、本実施形態における溶解保持炉制御装置１と、溶解保持炉制御装置１により制御される溶解保持炉３０と、溶解保持炉３０の後工程に配置された鋳造機４０との構成を模式的に示すブロック図である。図１に示すように、溶解保持炉３０は、新材４３及びリターン材４２を含む金属材料４４が供給され、金属材料４４を溶解して溶湯３６を生成する溶解炉３１と、生成した溶湯３６を収容して保持する保持炉３３とを備えている。ここで新材４３としては、例えばアルミニウムやアルミニウム合金等が用いられる。
【００２３】
溶解炉３１には、金属材料４４を加熱して溶解するための溶解バーナ３２が設けられている。保持炉３３には、溶湯３６を所定温度に保つための保持バーナ３４が設けられている。また保持炉３３は、鋳造機４０に供給するために溶湯３６が汲み出される汲出し室３５を有している。
【００２４】
鋳造機４０は、溶解保持炉３０から供給された溶湯３６を用いて製品４１を鋳造し、鋳造物のうち製品４１以外の余剰部分（ランナー等）をリターン材４２として溶解保持炉３０側に戻すようになっている。
【００２５】
溶解保持炉制御装置１は、溶解炉３１に新材４３を供給する新材供給部１２と、鋳造機４０から戻されるリターン材４２を回収して溶解炉３１に供給するリターン材供給部１６とを有している。新材供給部１２は、外部から供給された新材４３を一時的に保持するバッファとしてのバケット１３と、新材４３を溶解炉３１に投入するためのベルトコンベア１４とを有している。リターン材供給部１６は、リターン材４２を溶解炉３１に投入するためのベルトコンベア１７を有しているが、リターン材４２を一時的に保持するバッファを有していない。
【００２６】
溶解保持炉制御装置１は、保持炉３３内（例えば汲出し室３５）の溶湯３６の湯面高さを検出して湯面高さ信号を出力する湯面高さ検出器１８を有している。湯面高さ検出器１８は、例えばレーザ変位計と反射鏡とを備え、溶湯３６の湯面高さを非接触で検出するようになっている。また溶解保持炉制御装置１は、溶解炉３１内の金属材料４４の充填高さを検出して材料充填高さ信号を出力する材料充填高さ検出器２０を有している。材料充填高さ検出器２０は、例えば複数組の投光素子２０ａ及び受光素子２０ｂを備えている。また溶解保持炉制御装置１は、湯面高さ信号及び材料充填高さ信号と、鋳造機４０から出力される鋳造停止信号とが入力される制御部１０を有している。制御部１０は、リターン材供給部１６により回収されたリターン材４２が滞りなく溶解炉３１に供給されるように、湯面高さ信号及び鋳造停止信号に基づいて新材供給部１２での新材４３の供給を制御するようになっている。また制御部１０は、材料充填高さ信号に基づいて、新材供給部１２での新材４３の供給を制御するようになっている。さらに制御部１０は、湯面高さ信号に基づいて、溶解バーナ３２の燃焼出力を制御するようになっている。
【００２７】
次に、本実施形態における溶解保持炉制御装置１の作動について説明する。図２は、本実施形態における溶解保持炉制御装置１の作動を示すタイミングチャートである。図２（ａ）〜（ｅ）の横軸は時間を表している。図２（ａ）の縦軸は鋳造機４０の運転状態（運転／停止）を表し、図２（ｂ）の縦軸は新材供給部１２の作動状態（作動／停止）を表し、図２（ｃ）の縦軸はリターン材供給部１６の作動状態（作動／停止）を表している。図２（ｄ）の縦軸は溶湯３６の湯面高さ（保持炉３３内の溶湯保持量）を表している。ここで高さＬｓは、予め設定された基準レベルである。図２（ｅ）の縦軸は、溶解炉３１内の材料充填高さを表している。ここで、高さＨ１は新材４３の供給を停止する新材供給停止レベルであり、高さＨ２は溶解炉３１での金属材料４４の溢れを防止するために新材４３及びリターン材４２の供給を停止するオーバーフローレベルである。高さＨ１は、高さＨ２より十分に低く設定されている。
【００２８】
図２（ａ）〜（ｅ）に示すように、初期状態では、鋳造機４０が運転しており、新材供給部１２及びリターン材供給部１６がいずれも作動している。また、初期状態での制御部１０は、溶湯３６の湯面高さが高さＬｓ程度に維持されるように溶解バーナ３２の燃焼出力を制御しており、材料充填高さが高さＨ１程度に維持されるように新材供給部１２での新材４３の供給量を制御している。
【００２９】
時間ｔ１に鋳造機４０が一時停止したとする。このとき鋳造機４０は、制御部１０に鋳造停止信号を出力する。鋳造停止信号が入力された制御部１０は、新材供給部１２の作動を停止させる。これにより、溶解炉３１への新材４３の供給が停止される。ここで、リターン材供給部１６は作動し続けるが、鋳造機４０が停止している状態ではリターン材４２が回収されないため、実際には溶解炉３１へのリターン材４２の供給も停止される。
【００３０】
時間ｔ１以降、溶解炉３１に既に投入されている金属材料４４が溶解バーナ３２による加熱によって溶落するため、溶解炉３１内の材料充填高さは高さＨ１から単調に低下する。金属材料４４の溶落により保持炉３３内の溶湯３６が増加するのに対し、鋳造機４０には溶湯３６が供給されないため、溶湯３６の湯面高さは高さＬｓから単調に上昇する。
【００３１】
時間ｔ２に鋳造機４０の運転が再開されたとする。鋳造機４０の運転が再開された時点では溶解炉３１への新材４３の供給を再開しないため、鋳造機４０は、制御部１０に鋳造開始信号を出力する必要はない。鋳造機４０が運転している状態ではリターン材４２がリターン材供給部１６により回収されるため、溶解炉３１へのリターン材４２の供給が再開される。
【００３２】
時間ｔ２以降、溶解炉３１はリターン材４２のみを溶解して溶湯３６を生成するのに対し、鋳造機４０は溶湯３６を用いて製品４１を製造し続けるため、溶湯３６の量は鋳造機４０で製造される製品４１の分だけ減少する。したがって、溶湯３６の湯面高さは単調に低下する。溶解炉３１内の材料充填高さは高さＨ２より十分に低いため、リターン材４２は滞りなく溶解炉３１内に供給される。
【００３３】
時間ｔ３に溶湯３６の湯面高さが基準レベルの高さＬｓ以下に低下すると、制御部１０は新材供給部１２の作動を再開させる。これにより、溶解炉３１への新材４３の供給が再開される。
【００３４】
時間ｔ３以降、新材４３が供給されることにより、溶解炉３１内の材料充填高さは上昇する。溶解炉３１内の材料充填高さは高さＨ２より十分に低いため、リターン材４２は滞りなく溶解炉３１内に供給される。制御部１０は、溶湯３６の湯面高さが高さＬｓ程度を維持するように溶解バーナ３２の燃焼出力を制御する。
【００３５】
時間ｔ４に鋳造機４０が再び一時停止したとする。このとき鋳造機４０は、制御部１０に鋳造停止信号を出力する。鋳造停止信号が入力された制御部１０は、新材供給部１２の作動を停止させる。これにより、溶解炉３１への新材４３の供給が停止される。リターン材供給部１６は作動し続けるが、鋳造機４０が停止している状態ではリターン材４２が回収されないため、実際には溶解炉３１へのリターン材４２の供給も停止される。
【００３６】
時間ｔ４以降、溶解炉３１に既に投入されている金属材料４４が溶落するため、溶解炉３１内の材料充填高さは低下する。金属材料４４の溶落により保持炉３３内の溶湯３６は増加するのに対し、鋳造機４０には溶湯３６が供給されないため、溶湯３６の湯面高さは高さＬｓから単調に上昇する。
【００３７】
時間ｔ５に鋳造機４０の運転が再開されたとする。鋳造機４０の運転が再開された時点では溶解炉３１への新材４３の供給を再開しないため、鋳造機４０は、制御部１０に鋳造開始信号を出力する必要はない。鋳造機４０が運転している状態ではリターン材４２がリターン材供給部１６により回収されるため、溶解炉３１へのリターン材４２の供給が再開される。
【００３８】
時間ｔ５以降、溶解炉３１はリターン材４２のみを溶解して溶湯３６を生成するのに対し、鋳造機４０は溶湯３６を用いて製品４１を製造し続けるため、溶湯３６の量は鋳造機４０で製造される製品４１の分だけ減少する。したがって、溶湯３６の湯面高さは単調に低下する。溶解炉３１内の材料充填高さは高さＨ２より十分に低いため、リターン材４２は滞りなく溶解炉３１内に供給される。
【００３９】
時間ｔ６に溶湯３６の湯面高さが高さＬｓ以下に低下すると、制御部１０は新材供給部１２の作動を再開させる。これにより、溶解炉３１への新材４３の供給が再開される。
【００４０】
時間ｔ６以降、新材４３が供給されることにより、溶解炉３１内の材料充填高さは高さＨ１程度まで上昇する。溶解炉３１内の材料充填高さは高さＨ２より十分に低いため、リターン材４２は滞りなく溶解炉３１内に供給される。制御部１０は、溶湯３６の湯面高さが高さＬｓ程度を維持するように溶解バーナ３２の燃焼出力を制御する。その後も以上の説明と同様に溶解保持炉制御装置１が作動する。
【００４１】
溶解保持炉３０の設置空間を小さくするには、金属材料４４を保持するためのバッファ空間を設けないことによる溶解炉３１のバッファレス化が有効である。リターン材４２に関して溶解炉３１のバッファレス化を実現するためには、鋳造開始から鋳造終了までの間、鋳造機４０から回収されたリターン材４２を滞りなく溶解炉３１内に供給し続けられるようにする必要がある。
【００４２】
一般に溶解工程は、後工程である鋳造工程に対して容量性のある制御要素となる。すなわち、鋳造機４０の運転開始から実際に鋳造が開始されるまでの間、及び鋳造機４０の停止から実際に鋳造が終了するまでの間は比較的短時間であるのに対し、溶解バーナ３２の燃焼開始から実際に金属材料４４の溶解が開始されるまでの間、及び溶解バーナ３２の燃焼停止から実際に金属材料４４の溶解が終了するまでの間は比較的長時間である。このため、溶解工程では無駄時間や遅延が生じ易いので、溶解バーナ３２の作動状態を鋳造機４０の運転状態に完全に同期して制御することは困難である。
【００４３】
本実施形態では、鋳造機４０が停止した時間ｔ１、ｔ４以降に溶落によって溶解炉３１内の金属材料４４の材料充填高さが低下しても、溶解炉３１には金属材料４４（新材４３）を投入しないようにしている。これにより、溶解炉３１での金属材料４４の投入容量が十分に確保されるので、鋳造機４０の運転が再開された時間ｔ２、ｔ５以降に、鋳造機４０から回収されるリターン材４２を滞りなく溶解炉３１に供給できる。このため、溶解炉３１内の材料保持空間が比較的小さくても、リターン材４２を一時的に保持するためのリターン材バッファ空間を溶解炉３１近傍に設ける必要がなくなる。したがって、溶解保持炉３０の設置に必要な空間を小さくできる。
【００４４】
鋳造機４０の運転が再開された時間ｔ２、ｔ５には、鋳造機４０が停止している間の金属材料４４の溶落によって溶湯３６の湯面高さが高くなっている。このため、溶解炉３１の溶解バーナ３２は、燃焼出力が比較的低い状態又は燃焼停止状態にある。この状態で溶解炉３１に新材４３を供給すると、供給した新材４３を溶解できないため、溶解の遅延が生じてしまう。このような溶解の遅延が生じると、回収されるリターン材４２を滞りなく溶解炉３１に供給できない。したがって本実施形態のように、溶湯３６の湯面高さが高さＬｓ以下に低下した時間ｔ３、ｔ６以降に新材４３を供給すれば、溶解炉３１での金属材料４４の溶解の遅延を防止できるため、鋳造機４０から回収されるリターン材４２を滞りなく溶解炉３１に供給できる。
【００４５】
さらに、鋳造機４０で生成されたリターン材４２はバッファ空間等で滞ってしまうことなく溶解炉３１に供給されるため、新材４３より高い温度を有している。したがって、溶解炉３１で金属材料４４を溶解するのに必要な熱量を低減できる。
【００４６】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図３は、本実施形態における溶解保持炉制御装置２と、溶解保持炉制御装置２により制御される溶解保持炉３０と、溶解保持炉３０の後工程に配置された鋳造機４０との構成を模式的に示すブロック図である。ここで、第１実施形態の構成要素と同一の機能を有する構成要素については、図３において図１と同一の符号を付し、その説明を省略する。図３に示すように、溶解保持炉制御装置２は、溶解炉３１から排出される排気の廃熱温度を検出し、廃熱温度信号を制御部１０に出力する廃熱温度検出器２１と、通知音を出力する通知音出力部や所定の色で点灯する表示灯等を有し、作業者に情報を通知する通知部２２とを備えている点に構成上の特徴を有している。廃熱温度検出器２１は、例えば溶解炉３１の上部に設けられている。通知部２２には、溶解炉３１内の金属材料４４の溶落が完了したときに制御部１０から出力される溶落完了信号が入力されるようになっている。また溶解保持炉制御装置２は、制御部１０が鋳造機４０に鋳造開始／要求信号を出力する点と、制御部１０に鋳造機４０からの鋳造開始信号が入力される点とに特徴を有している。
【００４７】
図４は、本実施形態における溶解保持炉制御装置２の作動を示すタイミングチャートである。図４（ａ）〜（ｈ）の横軸は時間を表している。図４（ａ）の縦軸は鋳造機４０の運転状態（運転／停止）を表し、図４（ｂ）の縦軸は、溶解炉３１に既に投入されている金属材料４４を溶落させるための溶落モードの設定状態（ＯＮ／ＯＦＦ）を表している。図４（ｃ）の縦軸は新材供給部１２の作動状態（作動／停止）を表し、図４（ｄ）の縦軸はリターン材供給部１６の作動状態（作動／停止）を表している。図４（ｅ）の縦軸は、溶湯３６の湯面高さを表している。ここで、高さＬｓは予め設定された基準レベルであり、高さＬｍｉｎは溶湯不足により鋳造機４０の作動を禁止する鋳造禁止レベルである。図４（ｆ）の縦軸は鋳造停止要求信号の出力状態（ＯＮ／ＯＦＦ）を表し、図４（ｇ）の縦軸は溶解バーナ３２の作動状態（作動／停止）を表し、図４（ｈ）の縦軸は鋳造開始要求信号の出力状態（ＯＮ／ＯＦＦ）を表している。
【００４８】
図４（ａ）〜（ｈ）に示すように、初期状態では、鋳造機４０が運転しており、溶落モードが非設定（ＯＦＦ）であり、新材供給部１２及びリターン材供給部１６がいずれも作動しており、溶解バーナ３２が作動している。また、初期状態での制御部１０は、溶湯３６の湯面高さが高さＬｓ程度に維持されるように溶解バーナ３２の燃焼出力を制御している。
【００４９】
まず、休日前等に鋳造機４０及び溶解バーナ３２の運転を停止させ、溶解炉３１内を清掃する場合の溶解保持炉制御装置２の作動について説明する。予め設定されたスケジュール又は作業者の操作によって時間ｔ１１に鋳造停止処理が開始されたとすると、まず制御部１０は、自らの動作モードを溶落モードに設定する（ＯＮ）。溶落モードに設定された制御部１０は、新材供給部１２の作動を停止させる。これにより、溶解炉３１への新材４３の供給が停止される。
【００５０】
時間ｔ１１以降、溶解炉３１ではリターン材４２のみを溶解して溶湯３６を生成するのに対し、鋳造機４０は溶湯３６を用いて製品４１を製造し続けるため、溶湯３６の量は鋳造機４０で製造される製品４１の分だけ減少する。したがって、溶湯３６の湯面高さは単調に低下する。
【００５１】
時間ｔ１２に溶湯３６の湯面高さが高さＬ１（Ｌｓ＞Ｌ１＞Ｌｍｉｎ）以下に低下すると、制御部１０は、鋳造機４０に鋳造停止要求信号を出力する。高さＬ１は、鋳造機４０が実際に停止するまで湯面高さが低下し続けることを考慮し、湯面高さが高さＬｍｉｎに達しないように設定される。また高さＬ１は、後述する高さＬ２がＬ１＜Ｌ２＜Ｌｓを満たすように設定される。鋳造停止要求信号が入力された鋳造機４０側では、例えば通知音の出力や表示灯の点灯等により鋳造停止要求が作業者に伝達され、鋳造機４０の運転が作業者の操作により停止される。
【００５２】
時間ｔ１３に鋳造機４０が停止したとする。このとき鋳造機４０は、制御部１０に鋳造停止信号を出力する。鋳造停止信号が入力された制御部１０は、リターン材供給部１６の作動を停止させる。ここで、時間ｔ１３以降は鋳造機４０が停止しているためリターン材４２は回収されない。したがって、仮に鋳造機４０を停止させるのが比較的短時間であることが予め分かっていれば、リターン材供給部１６を停止させる必要はない。
【００５３】
時間ｔ１３以降も依然として溶解バーナ３２は燃焼状態にあるので、溶解炉３１に既に投入されている金属材料４４は徐々に溶落する。一方、鋳造機４０は停止しているため、保持炉３３から鋳造機４０に溶湯３６が供給されることはない。このため、溶湯３６の湯面高さは、金属材料４４が全て溶落するまで単調に上昇する。ほぼ全ての金属材料４４が溶落すると、溶湯３６の湯面高さは高さＬ２（Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌｓ）で安定する。またほぼ全ての金属材料４４が溶落すると、溶解バーナ３２での燃焼熱が金属材料４４の溶解潜熱として吸収されなくなるので、廃熱温度は上昇する。したがって制御部１０は、廃熱温度検出器２１からの廃熱温度信号に基づいて廃熱温度の上昇を検知することにより、金属材料４４の溶落完了を判断する。
【００５４】
時間ｔ１４に、金属材料４４の溶落が完了したと制御部１０が判断したとする。このとき制御部１０は、自らの溶落モードの設定を解除する（ＯＦＦ）とともに、溶解バーナ３２を停止させる。
【００５５】
溶解炉３１内に堆積した酸化物等を除去する炉内清掃は、溶解炉３１内の金属材料４４の溶落が完了した後に行われる。したがって制御部１０は、金属材料４４の溶落が完了したと判断したら、溶落完了信号を通知部２２に出力する。溶落完了信号が入力された通知部２２は、通知音を所定時間出力するとともに表示灯を点灯させ、炉内清掃が可能になったことを作業者に通知する。通知音の出力又は表示灯の点灯を確認した作業者は、溶解炉３１の炉内清掃を行う。以上の手順により、鋳造機４０及び溶解バーナ３２の停止処理が完了する。
【００５６】
次に、例えば休日明け等に鋳造機４０及び溶解バーナ３２の運転を再開する場合の溶解保持炉制御装置２の作動について説明する。予め設定されたスケジュール又は作業者の操作によって時間ｔ１５に鋳造再開処理が開始されたとすると、制御部１０は、溶解バーナ３２及び新材供給部１２を作動させる。これにより、溶解バーナ３２の燃焼が開始されるとともに、溶解炉３１への新材４３の供給が開始される。溶解炉３１に供給された新材４３は温度が比較的低いため、溶解バーナ３２の燃焼開始直後は溶解せず、時間ｔ１５から所定時間経過後に溶解し始める。
【００５７】
時間ｔ１６に溶湯３６の湯面高さが高さＬｓ以上に上昇すると、制御部１０は、新材供給部１２を停止させる。これにより、溶解炉３１への新材４３の供給が停止される。また制御部１０は、鋳造機４０に鋳造開始要求信号を出力する。鋳造開始要求信号が入力された鋳造機４０側では、例えば通知音の出力や表示灯の点灯等により鋳造開始要求が作業者に伝達され、鋳造機４０の運転が作業者の操作により開始される。溶湯３６の湯面高さは、鋳造機４０の運転が実際に開始されるまで単調に上昇する。
【００５８】
時間ｔ１７に鋳造機４０の運転が開始されたとすると、鋳造機４０は制御部１０に鋳造開始信号を出力する。鋳造開始信号が入力された制御部１０は、リターン材供給部１６を作動させる。鋳造機４０の運転が開始されるとリターン材４２が回収されるため、溶解炉３１へのリターン材４２の供給が開始される。
【００５９】
時間ｔ１７以降、溶解炉３１ではリターン材４２のみを溶解して溶湯３６を生成するのに対し、鋳造機４０は溶湯３６を用いて製品４１を製造し続けるため、溶湯３６の湯面高さは単調に低下する。
【００６０】
時間ｔ１８に湯面高さが高さＬｓ以下に低下すると、制御部１０は、新材供給部１２を作動させる。これにより溶解炉３１への新材４３の供給が開始される。
【００６１】
時間ｔ１８以降、制御部１０は、溶湯３６の湯面高さが高さＬｓ程度に維持されるように溶解バーナ３２の燃焼出力を制御する。
【００６２】
本実施形態では、新材４３の供給を停止させて溶湯３６の湯面高さが高さＬ１に低下した時間ｔ１２以降に、鋳造機４０を停止させている。これにより、鋳造機４０の運転が再開されるときの溶湯３６の湯面高さＬ２を低くできる。このため、鋳造機４０の運転が再開された後の溶解炉３１での金属材料４４の溶解の遅延を防止できるので、鋳造機４０から回収されるリターン材４２を滞りなく溶解炉３１に供給できる。したがって、リターン材バッファ空間を溶解炉３１近傍に設ける必要がなくなるため、溶解保持炉３０の設置に必要な空間を小さくできる。
【００６３】
また本実施形態では、鋳造機４０の停止中に低下させた溶湯３６の湯面高さを鋳造機４０の運転再開前に再び高くできる。したがって、鋳造機４０の運転が再開された時間ｔ１４以降に溶湯３６が不足することを防止できる。
【００６４】
さらに本実施形態では、鋳造機４０の運転が再開される前に新材４３の供給を停止させている。これにより、溶解炉３１での金属材料４４の溶解の遅延を防止できる。
【００６５】
ただし、溶解炉３１への新材４３の供給を停止させても、溶湯３６の湯面高さはしばらくの間上昇する。したがって本実施形態では、鋳造機４０の運転が再開されて溶湯３６の湯面高さが低下してから溶解炉３１に新材４３を供給している。これにより、金属材料４４の溶解の遅延をより確実に防止することができる。
【００６６】
また本実施形態では、溶解炉３１の廃熱温度の変化によって金属材料４４の溶落完了を判断し、溶落完了したことを作業者に通知している。これにより、金属材料４４の溶落が完了したことを的確に判断できる。また作業者は、適切な時期に溶解炉３１の炉内清掃を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の第１実施形態における溶解保持炉制御装置、溶解保持炉及び鋳造機の構成を模式的に示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態における溶解保持炉制御装置の作動を示すタイミングチャートである。
【図３】本発明の第２実施形態における溶解保持炉制御装置、溶解保持炉及び鋳造機の構成を模式的に示すブロック図である。
【図４】本発明の第２実施形態における溶解保持炉制御装置の作動を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００６８】
１、２ 溶解保持炉制御装置
１０ 制御部
１２ 新材供給部
１６ リターン材供給部
２１ 廃熱温度検出器
２２ 通知部
３１ 溶解炉
３３ 保持炉
３６ 溶湯
４０ 鋳造機
４２ リターン材
４３ 新材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
新材（４３）と後工程に配置された鋳造機（４０）から回収されるリターン材（４２）とを含む金属材料（４４）を溶解して溶湯（３６）を生成する溶解炉（３１）と、前記溶湯（３６）を保持して前記鋳造機（４０）に供給する保持炉（３３）とを備えた溶解保持炉（３０）を制御する溶解保持炉制御装置であって、
前記溶解炉（３１）に前記新材（４３）を供給する新材供給部（１２）と、
前記リターン材（４２）を回収して前記溶解炉（３１）に供給するリターン材供給部（１６）と、
前記リターン材（４２）が滞りなく前記溶解炉（３１）に供給されるように、前記新材供給部（１２）での前記新材（４３）の供給を制御する制御部（１０）とを有することを特徴とする溶解保持炉制御装置。
【請求項２】
前記制御部（１０）は、前記鋳造機（４０）が停止したら、少なくとも前記鋳造機（４０）の運転が再開されるまで前記新材供給部（１２）に前記新材（４３）の供給を停止させることを特徴とする請求項１に記載の溶解保持炉制御装置。
【請求項３】
前記制御部（１０）は、前記鋳造機（４０）の運転が再開された後に、前記保持炉（３３）内の前記溶湯（３６）の湯面高さが所定の高さ（Ｌｓ）以下になったら、前記新材供給部（１２）に前記新材（４３）の供給を再開させることを特徴とする請求項２に記載の溶解保持炉制御装置。
【請求項４】
前記制御部（１０）は、前記鋳造機（４０）を停止させる前に、前記新材供給部（１２）に前記新材（４３）の供給を停止させることを特徴とする請求項１に記載の溶解保持炉制御装置。
【請求項５】
前記制御部（１０）は、前記保持炉（３３）内の前記溶湯（３６）の湯面高さが第１の高さ（Ｌ１）以下になったら、前記鋳造機（４０）を停止させるための鋳造停止要求信号を前記鋳造機（４０）に出力することを特徴とする請求項４に記載の溶解保持炉制御装置。
【請求項６】
前記溶解炉（３１）の廃熱温度を検出して廃熱温度信号を前記制御部（１０）に出力する廃熱温度検出器（２１）をさらに有し、
前記制御部（１０）は、前記鋳造機（４０）が停止した後に、前記溶解炉（３１）に既に投入されている前記金属材料（４４）を溶落させ、前記廃熱温度信号に基づいて前記金属材料（４４）の溶落完了を判断することを特徴とする請求項４又は５に記載の溶解保持炉制御装置。
【請求項７】
所定の情報を通知する通知部（２２）をさらに有し、
前記制御部（１０）は、前記金属材料（４４）の溶落が完了したと判断したら、前記通知部（２２）に対し、前記金属材料（４４）の溶落完了を作業者に通知させることを特徴とする請求項６に記載の溶解保持炉制御装置。
【請求項８】
前記制御部（１０）は、前記鋳造機（４０）の運転を再開させる前に、前記新材供給部（１２）に前記新材（４３）を供給させることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の溶解保持炉制御装置。
【請求項９】
前記制御部（１０）は、前記湯面高さが前記第１の高さ（Ｌ１）より高い第２の高さ（Ｌｓ）以上になったら、前記新材供給部（１２）に前記新材（４３）の供給を停止させ、前記鋳造機（４０）の運転を再開させるための鋳造開始要求信号を前記鋳造機（４０）に出力することを特徴とする請求項８に記載の溶解保持炉制御装置。
【請求項１０】
前記制御部（１０）は、前記鋳造機（４０）の運転が再開された後に、前記湯面高さが前記第２の高さ（Ｌｓ）以下になったら、前記新材供給部（１２）に前記新材（４３）の供給を開始させることを特徴とする請求項９に記載の溶解保持炉制御装置。
【請求項１】
新材（４３）と後工程に配置された鋳造機（４０）から回収されるリターン材（４２）とを含む金属材料（４４）を溶解して溶湯（３６）を生成する溶解炉（３１）と、前記溶湯（３６）を保持して前記鋳造機（４０）に供給する保持炉（３３）とを備えた溶解保持炉（３０）を制御する溶解保持炉制御装置であって、
前記溶解炉（３１）に前記新材（４３）を供給する新材供給部（１２）と、
前記リターン材（４２）を回収して前記溶解炉（３１）に供給するリターン材供給部（１６）と、
前記リターン材（４２）が滞りなく前記溶解炉（３１）に供給されるように、前記新材供給部（１２）での前記新材（４３）の供給を制御する制御部（１０）とを有することを特徴とする溶解保持炉制御装置。
【請求項２】
前記制御部（１０）は、前記鋳造機（４０）が停止したら、少なくとも前記鋳造機（４０）の運転が再開されるまで前記新材供給部（１２）に前記新材（４３）の供給を停止させることを特徴とする請求項１に記載の溶解保持炉制御装置。
【請求項３】
前記制御部（１０）は、前記鋳造機（４０）の運転が再開された後に、前記保持炉（３３）内の前記溶湯（３６）の湯面高さが所定の高さ（Ｌｓ）以下になったら、前記新材供給部（１２）に前記新材（４３）の供給を再開させることを特徴とする請求項２に記載の溶解保持炉制御装置。
【請求項４】
前記制御部（１０）は、前記鋳造機（４０）を停止させる前に、前記新材供給部（１２）に前記新材（４３）の供給を停止させることを特徴とする請求項１に記載の溶解保持炉制御装置。
【請求項５】
前記制御部（１０）は、前記保持炉（３３）内の前記溶湯（３６）の湯面高さが第１の高さ（Ｌ１）以下になったら、前記鋳造機（４０）を停止させるための鋳造停止要求信号を前記鋳造機（４０）に出力することを特徴とする請求項４に記載の溶解保持炉制御装置。
【請求項６】
前記溶解炉（３１）の廃熱温度を検出して廃熱温度信号を前記制御部（１０）に出力する廃熱温度検出器（２１）をさらに有し、
前記制御部（１０）は、前記鋳造機（４０）が停止した後に、前記溶解炉（３１）に既に投入されている前記金属材料（４４）を溶落させ、前記廃熱温度信号に基づいて前記金属材料（４４）の溶落完了を判断することを特徴とする請求項４又は５に記載の溶解保持炉制御装置。
【請求項７】
所定の情報を通知する通知部（２２）をさらに有し、
前記制御部（１０）は、前記金属材料（４４）の溶落が完了したと判断したら、前記通知部（２２）に対し、前記金属材料（４４）の溶落完了を作業者に通知させることを特徴とする請求項６に記載の溶解保持炉制御装置。
【請求項８】
前記制御部（１０）は、前記鋳造機（４０）の運転を再開させる前に、前記新材供給部（１２）に前記新材（４３）を供給させることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の溶解保持炉制御装置。
【請求項９】
前記制御部（１０）は、前記湯面高さが前記第１の高さ（Ｌ１）より高い第２の高さ（Ｌｓ）以上になったら、前記新材供給部（１２）に前記新材（４３）の供給を停止させ、前記鋳造機（４０）の運転を再開させるための鋳造開始要求信号を前記鋳造機（４０）に出力することを特徴とする請求項８に記載の溶解保持炉制御装置。
【請求項１０】
前記制御部（１０）は、前記鋳造機（４０）の運転が再開された後に、前記湯面高さが前記第２の高さ（Ｌｓ）以下になったら、前記新材供給部（１２）に前記新材（４３）の供給を開始させることを特徴とする請求項９に記載の溶解保持炉制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−１２８５０２（Ｐ２００８−１２８５０２Ａ）
【公開日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３１０５７９（Ｐ２００６−３１０５７９）
【出願日】平成１８年１１月１６日（２００６．１１．１６）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月１６日（２００６．１１．１６）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]