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技術 真空溶解炉の原料投入装置

出願人 住友シチックス株式会社
発明者 石本早治加藤貴範上仁忠明宮井益夫
出願日 1986年12月26日 (34年0ヶ月経過) 出願番号 1995-179531
公開日 1996年8月6日 (24年4ヶ月経過) 公開番号 1996-199251
状態 特許登録済
技術分野 エレクトロスラグ鋳造 金属の製造または精製 るつぼ炉・流転床炉(炉4)
主要キーワード スポンジ粒 測定重量値 降下装置 降下距離 追従変化 自動投入装置 電磁フィーダ チェック間隔
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1996年8月6日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (6)

目的

真空溶解炉原料投入自動制御方法を行うのに適した装置として、消耗電極消耗量降下距離)の刻々の変化に対応して正確な原料の重量の測定を可能とし、正確な原料投入を可能とすることができる真空溶解炉の原料投入装置の提供を目的とする。

構成

真空溶解炉1内に消耗電極3を配置し、これを消耗電極降下装置2で降下させながらアーク溶解すると共に、原料の他の一部をホッパー5から自動投入装置6により投入シュート7を通して前記真空溶解炉1内の溶融池4に投入して溶解するようにした真空溶解炉の原料投入装置であって、前記自動投入装置6に接続される投入シュート7の接続口7aに対して、自動投入装置6の前記投入シュート7の接続口7aとは対称の位置に、前記投入シュート7に連通する同径の均圧化管11を接続した。

概要

背景

スポンジチタン等の原料を溶解して製品インゴットとする場合、原料を消耗電極にしてこれを真空下でアーク溶解する方法、装置が従来より知られている。そしてこの場合、原料を消耗電極に加工するのにコストがかかること、及び消耗電極が大きい(長い)と炉体等も大きくしなければならない等の欠点から、消耗電極を小径化し、残量分をスポンジ粒のまま前記消耗電極の溶解と並行してサイドチャージする方法、装置が従来より提供されていた。そして前記従来の方法、装置においては、サイドチャージは、作業員が消耗電極の降下距離溶け具合)に応じてその投入量を大まかに調整していた。この従来の方法、装置では、サイドチャージの時間経過に伴う過不足チェックが作業員によって行われるため、そのチェック間隔には限度があり、消耗電極の刻々の消耗量(降下距離)に見合った正確な原料投入が行えない。すなわち、ある時間間隔における消耗電極の降下距離に対して原料投入量が多すぎて、電極溶湯との間にブリッジが発生する不都合が生じたり、また消耗電極のアーク溶解が終了した時点で、溶解不良の原料がインゴット中に残留したりする不都合があった。

概要

真空溶解炉の原料投入自動制御方法を行うのに適した装置として、消耗電極の消耗量(降下距離)の刻々の変化に対応して正確な原料の重量の測定を可能とし、正確な原料投入を可能とすることができる真空溶解炉の原料投入装置の提供を目的とする。

真空溶解炉1内に消耗電極3を配置し、これを消耗電極降下装置2で降下させながらアーク溶解すると共に、原料の他の一部をホッパー5から自動投入装置6により投入シュート7を通して前記真空溶解炉1内の溶融池4に投入して溶解するようにした真空溶解炉の原料投入装置であって、前記自動投入装置6に接続される投入シュート7の接続口7aに対して、自動投入装置6の前記投入シュート7の接続口7aとは対称の位置に、前記投入シュート7に連通する同径の均圧化管11を接続した。

目的

そこで本発明は原出願(特願昭61-310999 号)における真空溶解炉の原料投入自動制御方法を行うのに適した装置として、消耗電極の消耗量(降下距離)の刻々の変化に対応して正確な原料の重量を測定を可能とし、正確な原料投入を可能とすることができる真空溶解炉の原料投入装置の提供を目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

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請求項1

真空溶解炉1内に消耗電極3を配置し、これを消耗電極降下装置2で降下させながらアーク溶解すると共に、原料の他の一部をホッパー5から自動投入装置6により投入シュート7を通して前記真空溶解炉1内の溶融池4に投入して溶解するようにした真空溶解炉の原料投入装置であって、前記自動投入装置6に接続される投入シュート7の接続口7aに対して、自動投入装置6の前記投入シュート7の接続口7aとは対称の位置に、前記投入シュート7に連通する同径の均圧化管11を接続したことを特徴とする真空溶解炉の原料投入装置。

技術分野

0001

本発明は、スポンジ状のチタンジルコニウム等の原料消耗電極とし、これをアーク溶解すると共に、原料の他の一部を消耗電極とすることなく前記アーク溶解によって生じた溶融池投入することにより、必要とする原料の全量を溶解するようにした真空溶解炉原料投入装置に関する。

背景技術

0002

スポンジチタン等の原料を溶解して製品インゴットとする場合、原料を消耗電極にしてこれを真空下でアーク溶解する方法、装置が従来より知られている。そしてこの場合、原料を消耗電極に加工するのにコストがかかること、及び消耗電極が大きい(長い)と炉体等も大きくしなければならない等の欠点から、消耗電極を小径化し、残量分をスポンジ粒のまま前記消耗電極の溶解と並行してサイドチャージする方法、装置が従来より提供されていた。そして前記従来の方法、装置においては、サイドチャージは、作業員が消耗電極の降下距離溶け具合)に応じてその投入量を大まかに調整していた。この従来の方法、装置では、サイドチャージの時間経過に伴う過不足チェックが作業員によって行われるため、そのチェック間隔には限度があり、消耗電極の刻々の消耗量(降下距離)に見合った正確な原料投入が行えない。すなわち、ある時間間隔における消耗電極の降下距離に対して原料投入量が多すぎて、電極溶湯との間にブリッジが発生する不都合が生じたり、また消耗電極のアーク溶解が終了した時点で、溶解不良の原料がインゴット中に残留したりする不都合があった。

発明が解決しようとする課題

0003

そこで本願発明者は上記従来技術の欠点を解消し、消耗電極の消耗量(降下距離)の刻々の変化に対応した正確な原料投入を自動的に行うことができる真空溶解炉の原料投入自動制御方法を、本願の原出願(特願昭61-310999 号)において提供した。ところが、この本願発明者が提供した真空溶解炉の原料投入自動制御方法を行う場合には、消耗電極の降下に伴う正確な原料の重量測定が必須であるが、従来は、上記本願発明者による真空溶解炉の原料投入自動制御方法を行うのに適した正確な原料投入ができる装置がなかった。

0004

そこで本発明は原出願(特願昭61-310999 号)における真空溶解炉の原料投入自動制御方法を行うのに適した装置として、消耗電極の消耗量(降下距離)の刻々の変化に対応して正確な原料の重量を測定を可能とし、正確な原料投入を可能とすることができる真空溶解炉の原料投入装置の提供を目的とする。

課題を解決するための手段

0005

本発明の真空溶解炉の原料投入装置は、真空溶解炉1内に消耗電極3を配置し、これを消耗電極降下装置2で降下させながらアーク溶解すると共に、原料の他の一部をホッパー5から自動投入装置6により投入シュート7を通して前記真空溶解炉1内の溶融池4に投入して溶解するようにした真空溶解炉1の原料投入装置であって、前記自動投入装置6に接続される投入シュート7の接続口7aに対して、自動投入装置6の前記投入シュート7の接続口7aとは対称の位置に、前記投入シュート7に連通する同径の均圧化管11を接続したことを特徴としている。

0006

真空溶解炉1内の減圧状態の変化は、例えば投入された原料が溶ける際に発生するガス等により頻繁に生じ得ることである。均圧化管11を設けない場合、真空溶解炉1内の変動する圧力が投入シュート7の接続口7aから自動投入装置6に対して加わり、一方、一定の大気圧が前記投入シュート7の接続口7aの対称位置から自動投入装置6に加わるため、大気圧と炉1内圧との差圧の変動が自動投入装置6に生じ、その僅かな変動により測定重量値に大きな変動をもたらす。本発明の真空溶解炉の原料投入装置によれば、自動投入装置6の投入シュート7の接続口7aと対称の位置に同径の均圧化管11が接続されると共にこれが投入シュート7に連通されることで、大気圧と炉1内圧との差圧の変動によって生じる原料の重量測定誤差が解消され、消耗電極の降下に伴う短時間間隔での原料測定に対しても、正確に原料の測定を行うことができ、よって正確な原料投入を行うことができる。

0007

図1は本発明に係る真空溶解炉の原料投入装置の実施例を示す概略構成図、図2は本発明に係る真空溶解炉の原料投入装置の実施例における制御部の機能ブロック図である。

0008

1は真空アーク溶解炉、2は消耗電極降下装置、3は原料からなる消耗電極である。消耗電極3は溶融池4との間に発生するアークの熱により溶け落ち、溶け落ちた分だけ降下せられる。サイドチャージされる原料は適当な大きさのスポンジ粒としてホッパー5内に蓄えられ、自動投入装置である電磁フィーダ6により、投入シュート7を通って真空アーク溶解炉1の溶融池4に投入される。ホッパー5内及び電磁フィーダ6に残っている原料の重量はロードセル8で時々刻々測定され、その重量信号が制御部9に入力される。またストローク計10により消耗電極3の降下距離が時々刻々測定され、その降下距離の信号が制御部9に入力される。前記ロードセル8及びストローク計10からの入力に基づいて、適正投入量が制御部9にて演算され、その適正投入量に応じた出力信号を電磁フィーダ6に出力する。

0009

本発明に係る真空溶解炉の原料投入装置を用いた原料投入の自動制御の具体例について、図2を用いてさらに説明する。まず、原料のサイドチャージを開始する時の消耗電極3の長さLs 及びアーク溶解を終了する時の消耗電極3の長さLe の長さを予め測定しておき、この値から消耗電極3の有効降下距離Lo (Ls −Le )、すなわちサイドチャージを行う間の消耗電極3の降下距離を予め制御部9で演算、記憶させておく。一方、サイドチャージすべき原料の全量Wo を予め或いは投入開始時のタイミングでロードセル8により測定し、それを制御部9に入力して、この原料の全量Wo と前記消耗電極3の有効降下距離Lo とから、消耗電極3の単位降下距離当たりの原料の目標投入量(Wo /Lo )を演算、記憶させておく。そして、まず原料投入開始時においては、電磁フィーダ6による原料投入量を前記目標投入量に基づいた量とするよう、電磁フィーダ6の出力を設定する。すなわち、例えば原料投入量の過不足を2秒毎にチェックする場合には、その2秒間に通常降下するであろう消耗電極3の降下距離ΔLを用いて、該2秒間に投入すべき原料の目標投入量をΔL・Wo /Lo とし、該目標投入量を2秒間で投入するような電磁フィーダ6の出力を設定するわけである。

0010

今、i回目の原料投入チェック時における制御について説明すると、まずストローク計10からの前回(i−1回)の消耗電極3の長さLi-1 情報と今回(i回)測定の消耗電極3の長さLi 情報とから、前回から今回までの時間間隔中の消耗電極3の降下距離ΔLi を演算させる。そしてこの降下距離ΔLi から今回(前回のチェック時から今回のチェック時までの間に)投入すべきであった目標投入量wsiを演算させる。この場合の演算式は、
wsi=ΔLi ・Wo /Lo
一方、ロードセル8からの前回の原料の残重量Wi-1 情報と今回の残重量Wi情報とから今回(前回のチェック時から今回のチェック時までの間に)実際に投入した投入量wpiを演算させる。演算式は次の通り。
wpi=Wi-1 −Wi
そして上記今回投入すべきであった目標投入量wsiと今回実際に投入された投入量wpiとから、投入量の差分Δwi を演算させる。演算式は次の通り。
Δwi =wsi−wpi
この投入量の差分Δwi を用いて次回(今回チェック時から次回のチェック時まで)に投入されるべき目標投入量wsi+1を演算する。すなわち、次回の目標投入量wsi+1は次の式で演算される。
wsi+1=wsi+Δwi
得られた目標投入量wsi+1の値は電磁フィーダ6への出力制御信号に変換されて電磁フィーダ6に出力される。勿論、前記wsi、Δwi の量を予め電磁フィーダ6の出力量に変換させた形で演算させてもよい。上記目標投入量と実際の投入量との差分検出、及びそれに伴う電磁フィーダ6の出力調整のためのチェックは、例えば0.1 秒〜数秒の一定周期で行う。従来の作業員による場合は最も短くても数分の間隔が限度であった。短時間間隔でチェックを行うことにより、応答性をよくすることができ、消耗電極3の降下量に正確に追従した形で原料のサイドチャージが行えるわけである。

0011

またチェック間隔の短時間化に伴うロードセル8やストローク計10からの信号のバラツキノイズの影響をなくすため、投入量wpiの演算や消耗電極3の降下距離ΔLi の演算においては数十回の移動平均処理を行っている。上記した原料投入の自動制御の具体例では消耗電極3の降下に伴い、非常に短時間間隔で、投入原料の量を計り、また目標投入量を演算するわけであるが、この様に短時間間隔でチェックする場合は、測定される実質原料投入量や演算される目標投入量の値が比較的小さい値となる。そうすると、従来では問題にならなかった溶解炉1内圧(減圧状態)と大気圧との差により生じる重量測定誤差が無視できなくなる。すなわち測定によれば、例えば2秒間隔で2kg程度投入するような場合において、減圧状態の変化が−10Torrあった場合に、あたかもホッパー5内容物が9.6 kg減少したように計測され、実際の切出量2kg(2秒間当たり)に対し約6倍となり、制御不能となる。

0012

溶解炉1内の減圧状態の変化は、例えば投入された原料が溶ける際に発生するガス等により頻繁に生じ得ることである。そこで本発明の真空溶解炉の原料投入装置では、上記炉1内圧変動による重量測定値の変動を防止するため、その原因となる投入シュート7の電磁フィーダ6への接続口7aに対して、対称となる電磁フィーダ6の位置に前記投入シュート7の接続口7aと同径の接続口11a を有する均圧化管11を接続すると共に、この均圧化管11を投入シュート7に連通させている。このような構成とすることで、電磁フィーダ6へは、投入シュート7の接続口7aとこれに対称な位置の均圧化管11の接続口11a から真空アーク溶解炉1内の圧力が加わり、結果として真空アーク溶解炉1内の圧力変動にともなう電磁フィーダ6への影響が相殺される。均圧化管11を設けない場合には、図5に示すように、投入シュート7の接続口7aの部分には真空アーク溶解炉1からの変動する圧力が加わり(大気圧は加わらず)、この接続口7aに対称な位置には矢符で示す大気圧が加わる。よって、電磁フィーダ6に加わる外圧バランス崩れ、炉1内圧の僅かな変動によりロードセル8による測定重量値が大きく変動する。本発明の装置の場合、同径の接続口11a による均圧化管11を設けることにより、投入シュート7の接続口7aと対称の位置にも同圧の炉1内圧が加わり、その結果、真空アーク溶解炉1内の圧力変動による電磁フィーダ6への影響が相殺され、電磁フィーダ6に加わる外圧のバランスが常に保たれ、即ち、大気圧と炉1内圧との差圧の変動が解消される。よって前記差圧の変動によって生じる原料の重量測定誤差も解消されて、消耗電極3の降下に伴う短時間間隔での原料測定に対しても、正確に原料の測定を行うことができ、正確に原料投入を行うことができる。

0013

図3図4に示す図は、本発明装置を用いて上記した原料投入の自動制御により原料をサイドチャージした場合の消耗電極3の降下距離の時間的変化と、原料投入量の時間的変化の一例を示している。図3図4から明らかなように、消耗電極3の時間経過に伴う電極降下量の変化に対して原料投入量が非常によく近似して追従変化している。また電極3のアーク放電終了時tn (電極の降下距離がLo になった時)にほぼ一致して原料投入が終了する。

発明の効果

0014

本発明は以上の構成よりなり、本発明の真空溶解炉の原料投入装置によれば、自動投入装置6に接続される投入シュート7の該接続口7aに対して、自動投入装置6の前記投入シュート7の接続口7aとは対称の位置に、前記投入シュート7に連通する同径の均圧化管11を接続したので、大気圧と炉1内圧との差圧の変動によって生じる原料の重量測定誤差を解消することができ、よって消耗電極の降下に伴う短時間間隔での原料の重量測定に際しても、正確に原料の重量を測定することができ、原料投入を正確に行うことができる。

図面の簡単な説明

0015

図1本発明に係る真空溶解炉の原料投入装置の実施例を示す概略構成図である。
図2本発明に係る真空溶解炉の原料投入装置の実施例における制御部の機能ブロック図である。
図3本発明装置を用いて、原料投入の自動制御により原料をサイドチャージした場合の消耗電極の降下距離の時間的変化を示す図である。
図4本発明装置を用いて、原料投入の自動制御により原料をサイドチャージした場合の原料投入量の時間的変化を示す図である。
図5溶解炉内圧の変動に伴う原料の測定重量の変動の原因を説明するための電磁フィーダ部の断面図である。

--

0016

1真空アーク溶解炉
2消耗電極降下装置
3 消耗電極
4溶融池
5ホッパー
6電磁フィーダ
7投入シュート
7a 投入シュートの接続口
7b 電磁フィーダへのシュート接続管ベロー
8ロードセル
9 制御部
10ストローク計
11均圧化管
11a 均圧化管の接続口

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