JP2012145331A - 溶融金属レベル検知装置と検知方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高温の溶融金属を搬送するダクトにおいても、ノイズが小さく、感度良く溶融金属のレベルを検知することが出来、しかも高温に耐えることが出来る耐熱性に優れた溶融金属レベル検知装置と検知方法。
【解決手段】耐熱性、耐食性を有するダクト１の周囲にヒータ２を巻回して保温する。さらにこのダクト１の周囲に交流発信用の一次コイル６を巻回し、この一次コイル６に隣接してダクト１の周囲に交流受信用の二次コイル７ａ、７ｂを巻回する。ヒータ２に加熱用電源を接続し、一次コイル６に発信器を接続し、二次コイル７ａ、７ｂに受信器を接続したものであり、前記ヒータ２を無誘導のシーズヒータとし、一次コイル６と二次コイル７ａ、７ｂを無機絶縁ケーブルとした。
【選択図】図２

Description

本発明はダクトの中に存在する溶融金属のレベルを検知する装置と方法に関し、特にヒータにより加熱される耐熱性のダクトの近傍に設けた発信器で交流を発信し、この一次発信器に隣接して前記ダクトの近傍に設けた受信器に誘導される誘導起電力を検知して前記ダクトの中に存在する溶融金属のレベルを検知する装置と方法に関する。

溶融金属とキャビティとの間の圧力差を利用して、キャビティ内に溶融金属を充填して鋳造する方法に、低圧鋳造法、差圧鋳造法及び減圧鋳造法等がある。例えば低圧鋳造法は、溶融金属を収納した密閉炉に不活性ガスや二酸化炭素等のガスによる比較的低い圧力を付加し、この圧力で密閉炉内の溶融金属をストークを介して上方に押し上げ、密閉炉の上位に配置された鋳型に溶融金属を充填し、鋳造品を製造する方法である。

このような各種の鋳造法において鋳型のキャビティに溶融アルミニウム等の溶融金属を充填制御する場合、鋳型のキャビティに接続されたストーク等のダクトの中にある溶融金属のレベルを検知する必要がある。このようなダクトの中の溶融金属のレベルを検知するために使用するレベル検知手段として、ダクト内の溶融金属によるインダクタンス値の変化を誘導起電力の変化により検知し、そのレベルを検知する誘導式レベル検知装置が知られている。下記特許文献１〜１０は、これら誘導式レベル検知装置を記載している。

誘導式レベル検知装置は基本的には、溶融金属が通るダクトの周囲やその近傍に交流を発信する発信器を設け、この発信器に隣接してダクトの周囲やその近傍に二次電流を誘導する受信器を設けたものである。発信器に交流電源を接続して高周波を通電し、発信させると、受信器に二次電流が誘導される。このとき、ダクトの中の発信器と受信器との間の位置に溶融アルミニウム等の溶融金属が存在すると、導電体である溶融金属によって誘電損失が起こり、受信器に誘導される二次電流に変化が生じる。この受信器に誘導される二次電流の変化により、ダクトの中の溶融金属の存在、すなわちダクトの中の溶融金属の液面を検知し、そのレベルを知ることが出来る。

鋳造装置等で鋳型のキャビティに溶融金属を供給するストーク等のダクトは、耐熱性、耐食性を有するセラミック等からなり、それ自体は絶縁体である。しかし、ダクト内の溶融金属の流動性を保つため、ダクトを絶えず加熱し、保温する必要がある。この保温のため、一般にはダクトの周囲に電気ヒータを巻回し、これに加熱用電源を接続し、発熱してダクトを保温している。このため、ヒータを流れる電流が受信器に誘導される二次電流に影響を与えることがある。また、ダクトを通して溶融金属を供給するため、ダクトに電磁ポンプを設け、ダクト内の溶融金属に推力を与えることも行われる。この場合は、電磁ポンプに流れる電流や発生する磁界も受信器に誘導される二次電流に影響を与える。

特開２００７−１５２４２４号公報 特開２００２−１１３５６７号公報 特開平１１−１８８４７０号公報 特開平０７−８８６０６号公報 特開平０６−１３７９２１号公報 特開平０５−３１２６２０号公報 特開平０５−１３８３１９号公報 特開平０４−２５８３５４号公報 特開平０４−２３８６６１号公報 特開昭６４−６８６２３号公報

本発明は前記従来の溶融金属レベル検知装置と検知方法における課題に鑑み、高温の溶融金属を搬送するダクトにおいても、ノイズが小さく、感度良く溶融金属のレベルを検知することが出来、しかも高温に耐えることが出来る耐熱性に優れた溶融金属レベル検知装置と検知方法を得ることを目的とする。

本発明は前記の目的を達成するため、耐熱性、耐食性を有するダクト１を保温するヒータ２を耐熱性を有し、且つ無誘導のものとし、さらにこのダクトの周囲に隣接して巻回される交流発信用の一次コイル６と交流受信用の二次コイル７ａ、７ｂとを無機絶縁ケーブルとしたものである。

すなわち、本発明による溶融金属レベル検知装置は、耐熱性、耐食性を有するダクト１の周囲にヒータ２を巻回して保温し、さらにこのダクト１の周囲に交流発信用の一次コイル６を巻回し、この一次コイル６に隣接してダクト１の周囲に交流受信用の二次コイル７ａ、７ｂを巻回し、ヒータ２に加熱用電源を接続し、一次コイル６に発信器を接続し、二次コイル７ａ、７ｂに受信器を接続したものであり、前記ヒータ２を無誘導のシーズヒータとし、一次コイル６と二次コイル７ａ、７ｂを無機絶縁ケーブルとした。

この溶融金属レベル検知装置を使用し、ダクト１をヒータ２で加熱し、ダクト１の内部を溶融金属の融点以上の温度に維持しながら、一次コイル６から交流を発信し、この交流により二次コイル７ａ、７ｂに誘導される誘導電流を測定し、その誘導電流の変化によりダクト１内の溶融金属のレベルを検知する。

例えば、一次コイル６の上下の２つの二次コイル７ａ、７ｂに誘導される誘導起電力が互いに相殺されるよう二次コイル７ａ、７ｂの極性が逆になるように接続する。また二次コイル７ａ、７ｂの他の端子を検出器に接続する。これにより、これら２つの二次コイル７ａ、７ｂの差分出力を検出し、その変動によりダクト１内の溶融金属のレベルを検知する。

この溶融金属レベル検知装置では、ダクト１を加熱するヒータ２を無誘導のシーズヒータとしているため、ヒータ２は耐熱性があり、しかも二次コイル７ａ、７ｂにノイズを誘導しない。さらに一次コイル６と二次コイル７ａ、７ｂを無機絶縁ケーブルとしているため、これらコイル６、７ａ、７ｂも耐熱性があり、前記ヒータ２のノイズを受けない。これにより高温の溶融金属を搬送するダクト１であっても、正確に溶融金属のレベルを検知することが出来る。

一次コイル６に通電する交流の周波数は、１ＫＨｚ〜３０ＫＨｚ程度とする。一般的に周波数を高くすると二次コイル７ａ、７ｂの誘導電圧は高くなる。しかし無機絶縁ケーブルを使用した一次コイル６や二次コイル７ａ、７ｂでは、シースに発生する渦電流損等が大きくなり、誘導起電力は頭打ちとなり、数十ＫＨｚ以上は増えない。

本発明による溶融金属レベル検知装置と検知方法では、高温の溶融金属を搬送するダクトにおいても、ノイズが小さく、感度良く溶融金属のレベルを検知することが出来、しかも高温に耐えることが出来、耐熱性に優れたものとなる。例えばアルミニウム鋳造等のための溶融アルミニウムの搬送等に最適となる。

溶融金属レベル検知装置の一実施例を示すダクトの要部断面図である。 溶融金属レベル検知装置の一実施例を示す結線図である。 溶融金属レベル検知装置の二次コイルの出力の例を示すグラフである。 溶融金属レベル検知装置の一実施例の他の結線例を示す結線図である。 溶融金属レベル検知装置の他の実施例を示すダクトの要部断面図である。 溶融金属レベル検知装置の適用例を示す溶融金属供給装置の断面図である。 溶融金属レベル検知装置の他の適用例を示す溶融金属供給装置の断面図である。

本発明ではその目的を達成するため、耐熱性、耐食性を有するダクト１を保温するヒータ２を耐熱性を有し、且つ無誘導のものとし、このダクトの周囲に隣接して巻回した交流発信用の一次コイル６と交流受信用の二次コイル７ａ、７ｂとを無機絶縁ケーブルとした。
以下、本発明を実施するための最良の形態について、実施例をあげて詳細に説明する。

図１に示すように、溶融金属を移送するダクト１の周囲にステンレス等の薄板９が巻かれ、その上にヒータ２が巻かれており、このヒータ２を固定するためにヒータ２の外周に固定バンド８が巻かれている。ダクト１としては、溶融アルミニウム等の溶融金属に対して耐熱性と耐蝕性のあるアルミナ等のセラミクス管が使用される。ヒータ２としては、溶融アルミニウム等の溶融金属に対して耐熱性と耐蝕性のあるシースヒータ、すなわちＮｉ−Ｃｒ等からなるヒータ線をステンレス細管等のシースに収納し、このシースの中に充填したマグネシア粉末により絶縁したものが使用される。細径シースを使用したものは、マイクロヒータと呼ばれる。固定バンド８としては、溶融金属に対して耐熱性と耐蝕性のあるステンレス長尺シートが使用される。さらにこのヒータ２の上に断熱シート１０が巻かれている。

さらにこの断熱シート１０の外側に発信用の一次コイル６が巻かれ、これに隣接して受信用の二次コイル７ａ、７ｂが巻かれる。図示の例では、二次コイル７ａ、７ｂが一次コイル６のそれぞれ上下に隣接して２つ設けられている。後述するように２つの二次コイル７ａ、７ｂの出力の差分データを取らない場合は、１つであってもよい。さらに、二次コイル７ａ、７ｂを２つ以上設けることも出来る。これら一次コイル６と二次コイル７ａ、７ｂはそれぞれ水平なるように巻回される。

前記コイル６、７ａ、７ｂとしては、耐熱性に優れた無機絶縁ケーブル（シースケーブル）を使用するのがよい。この無機絶縁ケーブルは、銅線等の導電線をステンレス細管等のシースに収納し、シースの中に充填したマグネシア粉末により絶縁したものである。シースケーブル以外の例えば銅線にニッケルメッキ等を施し、セラミックコーティングしたケーブルは、振動や熱サイクルによりセラミックコーティングが剥離し、絶縁低下を来たしやすいので好ましくない。

コイル６、７ａ、７ｂとして無機絶縁ケーブルを使用した場合、一次コイル６に通電する交流の周波数は１ＫＨｚ〜３０ＫＨｚ程度とする。一般的に一次コイル６の周波数を高くすると、二次コイル７ａ、７ｂに誘導される誘導起電力の電圧が高くなる。しかし無機絶縁ケーブルでは、導体からなるシースやヒータ２の固定バンド８等に発生する渦電流による損失が大きくなり、二次コイル７ａ、７ｂに誘導される起電力は一次コイル６の周波数が数十ＫＨｚ程度で頭打ちとなり、それ以上高電圧とならない。

なお、ダクト１内の溶融金属を搬送するため、ダクト１に誘導電磁ポンプを設けるときは、誘導電磁ポンプの誘導子から発生する磁力が一次コイル６や二次コイル７ａ、７ｂに及ばないようにそれらコイル６、７ａ、７ｂを誘導電磁ポンプから出来るだけ離して配置する。或いはコイル６、７ａ、７ｂと誘導電磁ポンプとの間に磁気シールドを設ける。

図２に示すように、一次コイル６には増幅器を介して発信器を接続し、前述の周波数１ＫＨｚ〜３０ＫＨｚ程度の交流を通電する。また隣接する二次コイル７ａ、７ｂには受信器を接続する。交流の通電により一次コイル６から発信される交流により、隣接する二次コイル７ａ、７ｂに誘導起電力が誘導されるので、これを受信器で受信する。また、ダクト１の周囲の設けた前記ヒータ２には加熱電源を接続し、これからヒータに加熱用電力を通電してヒータ２を加熱し、ダクト１内を溶融金属の融点以上の温度に加熱する。この場合、無誘導巻きされたヒータ２に通電し、二次コイル７ａ、７ｂへのノイズを小さくしている。

いま図１と図２において、ダクト１内を溶融金属が上昇するとき、ダクト１の周囲の一次コイル６と二次コイル７ａ、７ｂとの間の位置に溶融金属が存在すると、導電体である溶融金属にも誘導電流が流れ、二次コイル７ａ、７ｂに誘導される二次電流がその分だけ小さくなる。これを図３に示している。この図３において、一点鎖線は一次コイル６の高さを示している。２つの二次コイル７ａ、７ｂの高さが一次コイル６を挟んでその上下にある場合、溶融金属の誘電損失により起こる二次コイル７ａ、７ｂに誘導される二次電流の変化は、二次コイル７ａ、７ｂの位置によって異なって現れる。これを受信器で受信し、比較することにより、ダクト１内の溶融金属のレベルを検知出来ることになる。図１に示すように、コイル６、７ａ、７ｂの径がＤであるとき、上下約Ｄ２／３までの範囲の溶融金属のレベルを検知することが可能である。

図４は、一次コイル６の上下の２つの二次コイル７ａ、７ｂに誘導される誘導起電力が互いに相殺されるよう二次コイル７ａ、７ｂの極性が逆になるように接続している。さらにこれら二次コイル７ａ、７ｂの他の端子を検出器に接続し、誘導起電力を検出する。これにより図３に示すように、二次コイル７ａ、７ｂの交流出力差、つまり差分出力が検出される。溶融金属の液位が二次コイル７ａ、７ｂの中間位置にあるとき、この差分出力がピークとなるので、溶融金属の液位を検知することが出来る。

図５は、ダクト１が傾斜しているときの実施例である。この図５に示すように、ダクト１が傾斜しているときは、一次コイル６と二次コイル７ａ、７ｂは、ダクト１の傾斜に合わせてダクト１に対して斜に巻き、各コイル６、７ａ、７ｂが水平になるようにする。コイル６、７ａ、７ｂが傾斜していると、二次コイル７ａ、７ｂに誘導される起電力の変化が溶融金属のレベル変化と熔融量変化領域と熔融量一定領域で変化量が異なり、はじめ緩やかになり、その後変化が大きくなり、溶融金属のレベルを検知しにくくなる。導電体である溶融金属によって誘電損失が起こり、受信器に誘導される二次電流に変化が生じる。

図６は、溶融金属のレベル検知装置を電磁ポンプを利用した溶融金属供給装置に適用した例である。この溶融金属供給装置は、ダクト１を４５゜程度の斜めに配置し、このダクト１の下部と上部に給湯用誘導子１４と立上用誘導子２４との２段の誘導子を設けている。こられ誘導子１４、２４によりダクト１の中の溶融金属に推力を与え、ダクト１の先端のノズル２１から鋳型等の溶融金属の供給先２０に溶融金属１２を供給する。

溶融金属槽に収納された溶融金属ｍの液面にダクト１の下端が差し込まれる。ダクト１の溶融金属ｍの液面より上にある部分の周囲には、磁性体製のヨーク１５にコイル１６を巻回した前記給湯用誘導子１４が配置されている。ヨーク１５は、ポンプ側ダクト１の溶融金属ｍの液面より上にある部分を囲むようにその外周側に嵌め込まれており、このヨーク１５に三相コイルを構成するコイル１６が巻回されている。

前記ダクト１の中の給湯用誘導子１４と対応する位置には、その中心軸が一致するように磁性体製の円柱体からなるコア１２が配置されている。コア１２は、両端が閉じられた円筒形の保護管１３の中に収納されており、ダクト１の中の通路を通る溶融金属ｍと直接接触しないようになっている。ダクト１と保護管１３との間は間隙となっており、この部分が溶融金属の通路となる。保護管１３は、セラミック等の耐熱性、耐蝕性のある材料で作られており、その中のコア１２と保護管１３との間にクッション材としてアルミナ、マグネシア等のセラミック繊維或いはセラミック粉末等の充填材１８が充填されている。

さらに前記ポンプ側ダクト１の誘導子１４より下側の部分の周囲に前記立上用誘導子２４が配置されている。この立上用誘導子２４は、前記給湯用誘導子１４と同様に、ダクト１の下部外周に嵌め込まれた磁性体製のヨーク２５にコイル２６を巻回したものである。この立上用誘導子２４のコイル２６は耐熱性を有する無機絶縁ケーブルにより巻回されている。無機絶縁ケーブルは、ステンレス細径チューブ等からなるシースの中に導電線を収納し、この導電線とシースとをその間に充填したマグネシア粉末等の無機絶縁粉末で絶縁した構造を有する。いわゆるシースケーブルと呼ばれる。このような無機絶縁ケーブルは、耐熱性が高く、８００℃の温度にも耐えることが出来る。但し、給湯用誘導子１４のコイル１６に比べて立上用誘導子２４のコイル２６の巻数は少ない。

ダクト１の中の前記立上用誘導子２４と対応する位置には、その中心軸が一致するように磁性体製の円柱体からなるコア２２が配置されている。このコア２２は、前記上側のコア１２が収納された保護管１３の中の同コア１２より下側の位置に収納されており、ダクト１の中の溶融金属ｍと直接接触しないようになっている。もちろんこの下側のコア２２が収納された保護管１３の部分にも、同コア２２と保護管１３との間にクッション材としてアルミナ、マグネシア等のセラミック繊維或いはセラミック粉末等の充填材1８が充填されている。保護管１３の下端は閉じている。なお、上側のコア１２と下側のコア２２を連続する一体のコアとして構成してもよい。

この立上用誘導子２４は耐熱性を有するセラミック等からなる筒状の保護ケース１７で囲まれている。この保護ケース１７の上端開口部は、上側の給湯用誘導子１４の下端面に固定されている。また、この保護ケース１７の下端の開口部は、前記ポンプ側ダクト１の下端と密に接合されており、この接合部に囲まれた内側は、ポンプ側ダクト１の下端の溶融金属ｍの導入口となっている。

ダクト１の上端に近い部分に前述した一次コイル６と二次コイル７ａ、７ｂが巻かれており、これによりダクト１の中の溶融金属ｍのレベルが検知される。すなわち、これら一次コイル６と二次コイル７ａ、７ｂとにより、ダクト１の上端に近い部分に溶融金属ｍの液位があることが検知される。このダクト１内の溶融金属ｍのレベルの状態から、給湯用誘導子１４によりダクト１内の溶融金属ｍに推力を与えると、溶融金属がダクト１の上端を越流し、ノズル２１から供給先２０に溶融金属ｍが供給される。

図７に示した実施例は、溶融金属ｍの供給装置を低圧鋳造装置に適用した例である。ダクト１をほぼ垂直に設け、ダクト１の上端に鋳型である溶融金属の供給先２０’を接続している。溶融金属ｍの供給先２０’である鋳型へはダクト１の上下に設けられた誘導子１４、２４により、同ダクト１を通して下側の給湯口から溶融金属ｍが汲み上げられ、供給される。これ以外はの構成は基本的に図６により前述した実施例と同じであり、対応する部分は同じ符合で示している。共通する対応する部分の詳細な説明は省略する。

本発明による溶融金属レベル検知装置と検知方法は、例えば鋳造等の分野において、鋳型のキャビティに溶融アルミニウム等の溶融金属を充填制御する場合、鋳型のキャビティに接続されたストーク等のダクトの中にある溶融金属のレベルを検知するのに利用される。

１ ダクト
２ ヒータ
６ 一次コイル
７ａ 二次コイル
７ｂ 二次コイル

Claims (8)

1. ダクト１の近傍に交流発信用の一次コイル６を設け、この一次コイル６に隣接してダクト１の近傍に交流受信用の二次コイル７ａ、７ｂを設け、一次コイル６に発信器を接続し、二次コイル７ａ、７ｂに受信器を接続した溶融金属レベル検知装置において、耐熱性、耐食性を有するダクト１にヒータ２を設け、このヒータ２に加熱用電源を接続し、このヒータ２を無誘導のシーズヒータとし、前記一次コイル６と二次コイル７ａ、７ｂを無機絶縁ケーブルとしたことを特徴とする溶融金属レベル検知装置。
2. ダクト１の周囲にヒータ２を巻回し、同ダクト１の周囲に一次コイル６と二次コイル７ａ、７ｂを巻回したことを特徴とする請求項１に記載の溶融金属レベル検知装置。
3. 一次コイル６と二次コイル７ａ、７ｂは、ダクト１の周囲にそれぞれ水平に巻回することを特徴とする請求項２に記載の溶融金属レベル検知装置。
4. 一次コイル６の上下の２つの二次コイル７ａ、７ｂに誘導される誘導起電力が互いに相殺されるよう二次コイル７ａ、７ｂの極性が逆になるように接続すると共に、これら二次コイル７ａ、７ｂの他の端子を検出器に接続したことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の溶融金属レベル検知装置。
5. ダクト１に交流発信用の一次コイル６を設け、この一次コイル６に隣接してダクト１に交流受信用の二次コイル７ａ、７ｂを設け、一次コイル６に発信器を接続し、二次コイル７ａ、７ｂに受信器を接続した溶融金属レベル検知装置を使用し前記ダクト１内の溶融金属のレベルを検知する方法において、耐熱性、耐食性を有するダクト１にヒータ２を設け、このヒータ２に加熱用電源を接続し、このヒータ２を無誘導のシーズヒータとし、前記一次コイル６と二次コイル７ａ、７ｂを無機絶縁ケーブルとし、ダクト１をヒータ２で加熱し、ダクト１の内部を溶融金属の融点以上の温度に維持しながら、一次コイル６から交流を発信し、この交流により二次コイル７ａ、７ｂに誘導される誘導電流を測定し、その誘導電流の変化によりダクト１内の溶融金属のレベルを検知することを特徴とする溶融金属レベル検知方法。
6. ダクト１の周囲にヒータ２を巻回し、同ダクト１の周囲に一次コイル６と二次コイル７ａ、７ｂを巻回したことを特徴とする請求項５に記載の溶融金属レベル検知方法。
7. 一次コイル６の上下に隣接して二次コイル７ａ、７ｂを設け、これら２つの二次コイル７ａ、７ｂの差分出力の変動によりダクト１内の溶融金属のレベルを検知することを特徴とする請求項５又は６に記載の溶融金属レベル検知方法。
8. 一次コイル６に通電する交流の周波数は、１ＫＨｚ〜３０ＫＨｚとしたことを特徴とする請求項５〜７の何れかに記載の溶融金属レベル検知方法。

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