JPH0765138B2 - 鋳物合金溶湯組成調整装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は鋳物合金溶湯を溶解調整する場合に鋳物合金溶
湯組成を分析し、入荷の状態により含有金属元素の成分
値が変動しているスクラップなどであっても、それを添
加して溶湯の元素成分値を調整するときのスクラップな
どの添加量を、鋳物合金溶解作業中に着目する各金属元
素総てについて、鋳造品として許される成分量の変動幅
内で満足する各金属元素の含有量に合わせて速やかに計
算し、それを表示し、またその計算結果を集計し、また
その計算結果の統計的数値を算出表示するための鋳物合
金溶湯組成調整装置に関するものである。

（従来の技術） 鋳物合金を溶解し鋳造する場合、製品の品質を左右する
鋳物合金溶湯の元素組成を目標値に合わせることが重要
である。ところが鋳物合金溶湯からサンプルを採取し、
これを化学分析し、その組成を知り、また一方、鋳物合
金溶湯に添加するスクラップなどの組成を化学分析し、
その添加量による溶湯の組成の変化量を計算し組成の異
なるスクラップなどの添加量を計算することは、理論的
に可能であっても実際は多大な労力を要するものであっ
た。

分析時間と計算に時間がかかると、その間に溶湯の組成
が変化し品質管理上好ましいものではない。しかしなが
ら溶湯組成を管理しなければならないから、溶湯および
スクラップなどの元素の組成を知る分析と計算は実行し
なければならない。

溶湯の組成が毎回また同一溶湯でも経時的に変化してい
るから、この作業は面倒な作業であり、時間が経過すれ
ばその後の溶湯の状態と分析データとはズレのあること
を承知で実行しなければならないのである。

このように鋳物合金の溶解注湯作業にはそのときどきの
状態を把握したい場面があるが、これまで例えば、予め
成分の解っている合金鉄の分析値に基づき添加量を計算
し、計算表を作成しておき、その計算表に基づき添加量
を決定するという方法がある。しかしながら、この方法
は優れた方法であるが、添加合金鉄の成分値が変動した
とき、その都度計算表を作成し直さなければならないと
いう面倒さがある。合金鉄の成分値の変動のたびごとに
計算表を作成し直していたのでは、溶湯調整作業に間に
合わないから、成分が不安定なスクラップを用いるよう
な場合には適用できない。（特公昭58−52006号公報）
その他例えば金型鋳造における鋳物の冷却時間の制御も
同様で、これに対して近年金型近傍の熱勾配を測定し、
時間の経過とともに積分して設定値と比較して制御を行
なう方法が提案されているくらいなもので（特開昭59−
61564号公報）、鋳物合金溶湯の組成を制御しようとす
るようなものは見当らない。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明の鋳物合金溶湯組成調整装置は、上記のような事
態に鑑み、鋳物合金溶解作業において、製品の品質を左
右する溶湯の組成を短時間に分析し、その組成を調整す
るために添加する種々の組成のスクラップなどの適正な
添加量を正確に短時間に算出し、表示し、記憶し、統計
を作成して溶湯組成の品質管理の精度を向上させるとと
もに制御作業の労力の削減をしようとするものである。

（発明の構成） （問題点を解決するための手段） 本発明の鋳物合金溶湯組成調整装置は、第１図のクレー
ム対応図に示すように、鋳物合金溶解炉内で溶解中の溶
湯から分析試料を採取し、その分析用試料を分析装置で
分析する。

ここで、作業選択し、上記の分析値を電気信号に変換し
たものをマイクロコンピュータに入力する。ここで
［ア］溶湯中に鋳造品として含まれなければならない各
金属元素成分量の目標値（以下、目標値という。この目
標値とその幅は鋳物規格や工場操業の従来の実績、開発
研究により良好な結果が得られた成果に基づき決められ
る。）を設定し、その目標値に達するには成分既知のス
クラップ等の金属原料を如何なる添加量を加えるかの計
算、［イ］入力された分析値のプリントアウト、または
上記アの計算値のプリントアウト、［ウ］上記分析値の
記憶、集計、管理図作成、［エ］上記分析値をCRTに表
示する、［オ］表示板に表示する、の作業選択をする。

上記アの、溶湯中に鋳造品として含まれなければならな
い各金属元素成分量の目標値を設定し、その目標値に達
するには成分既知のスクラップ等の金属原料を如何なる
添加量を加えるかの計算を選択した場合においては、溶
湯中に鋳造品として含まれなければならないそれぞれの
金属元素成分の目標量を、それぞれ目標値として設定し
マイクロコンピュータに入力する。この目標値には鋳造
品として許される品質の幅（この幅は、鋳物規格や工場
操業の従来の実績、開発研究により良好な結果が得られ
た成果に基づき決められる。）を付けておく。

計算は、次の手順で進行させる。

添加する金属原料の各ロットは、目標値を設定した金属
元素が含まれ、その種類と含有量は本装置の分析装置で
分析され、既知であるとする。

第１の元素の目標値と、溶湯中の第１の元素の分析値と
比較して溶湯中の第１の元素の分析値のほうが低けれ
ば、その第１の元素を含む成分既知の金属原料を添加し
て、その第１の元素の含有量を目標値に到達させるべき
添加量が計算される。第１の元素だけに注目し、第２以
下の元素はここでは無視しているから計算は容易であ
る。

次に、第２の元素の目標値と、第１の元素の計算で計算
された添加量を添加した場合の、第２の元素の含有量と
を比較して、計算された第２の元素の計算値のほうが低
ければ、その第２の元素を含む上記の成分既知の金属原
料を添加した場合、その第２の元素の含有量を目標値に
到達させるべき添加量が計算される。この計算により第
２の元素を添加することになると、第１の元素も第３以
下の元素も増量するが、全体的には希釈される。

次に、第３の元素の目標値と、計算の結果増量されるこ
ととなる第３の元素の含有量とを比較して、その計算さ
れた第３の元素の含有量のほうが低ければ、その第３の
元素を含む上記の成分既知の金属原料を添加した場合
に、第３の元素の含有量を目標値に到達させるべき金属
原料の添加量が計算される。

さらに、第４以下の元素等に関しても順次同様な計算が
行なわれる。計算途中において、計算の段階にある元素
の目標値よりも、溶湯中のその元素の分析値または前段
階における計算値のほうが上回っているときは、この計
算を止め、添加量［零］として次の元素の計算に入り、
次の元素に基づく添加量が計算され、結果的に希釈され
るようになる各段階の計算が逐次続行される。

添加量［零］の場合も、添加量が計算されて現実に添加
量が算出された場合も共に、指定された元素について計
算が一巡すれば、またもとの第１の元素についての計算
に戻り、指定された全ての元素について、目標値の幅の
中に入るまで逐次計算が続行される。

かくして、次々と増量されて含有される各金属元素につ
いて、それぞれが目標値に入るまでの逐次計算がマイク
ロコンピュータで実行される。目標値には幅があるか
ら、ある段階では計算は収斂する。しかし収斂しないと
きの計算停止は、計算次元（第１の元素から第Ｎの元素
までの計算のサイクルの回数）を予め定めておきその最
終計算次元に至ってもなお収斂しないときはには、計算
を停止するプログラムにしておく。この計算は、マイク
ロコンピュータで行なうから、計算時間は僅かで、実用
上、即時といって良い。

計算が収斂する場合の実態は、スクラップ等に最も大量
に含まれる鉄元素で溶湯を希釈してゆくことになる。極
端な場合、シリコンだけが不足するとき、フェロシリコ
ンを添加する計算を行なえば、最も簡単な計算となる。

添加する金属原料のロットの成分値が過大で、計算が収
斂しないときは、計算が停止する。この場合には、別の
金属原料ロットの分析値を入力し直し、計算を行なわせ
る。添加する金属原料は、同じ系統の鋳物スクラップに
限らず、フェロマンガン、フェロクローム、フェロシリ
コン、シリコマンガン等も用い得る。

この収斂した計算結果から、結果的に添加しなければな
らない添加量と、添加によって増量することとなる全溶
湯量が算出される。

かくして添加すべき金属原料の添加量が算出されれば、
それに従って溶湯に金属原料を添加し、溶湯中の金属成
分の適正化を図る。

このほか上記のイの選択をしたときは、入力された分析
値のプリントアウト、または上記アの計算値のプリント
アウトをさせることができる。また、上記のウの選択を
したときは、上記分析値の記憶、集計、管理図作成をさ
せることができる。また、上記のエの選択をしたとき
は、上記分析値をCRTに表示させることができる。さら
に、上記のオを選択したときは、表示板に表示させるこ
とができる。

（作用と具体例） 以下本発明の作用とともに第１図のクレーム対応図と第
２図、第３図、第４図、第５図および第６図に示すフロ
ーチャートを用いて具体例を説明する。クレーム対応図
においては説明の便宜上、分析装置として発光分光分析
装置を用い、その分析用試料を発光分光分析装置の発光
部において発光させ、各元素からでる発光スペクトルを
分光部において光電子化し、測光部において電気信号に
変換するものとして説明した。分析装置にはこの他、原
子吸光分析装置、蛍光Ｘ線分析装置など迅速に分析で
き、その結果を電気信号に変換できるものが用いうる。

第１図に示したように、手動または機械装置により溶
解炉などから分析用の試料を採取し、 この試料を発光分光分析装置の発光部において発光さ
せ、 各元素からでる発光スペクトルを分光部において光電
子化し、 測光部においてこの光電子を電気信号に変換するとと
もに、マイクロコンピュータの作業選択をしてインプッ
ト・アウトプット（I/O）装置を介してこの電気信号を
マイクロコンピュータに入力し、 作業選択で鋳物合金の各元素成分の標準値を設定して
これに対して採取された鋳物合金の各元素成分を比較
し、特定の元素成分に富む添加材を添加して各元素成分
を補正する計算を実行させることを選択したときは、第
２図に示すように、各元素の含有量の上限値および下限
値を設定してインプットしつぎの計算を実行させる。

指定した第１の最終調整された溶湯で鋳造した場合に
鋳造品として備えなければならない成分量の目標値（以
下単に目標値という）と比較して添加しなければならな
い鋳物合金スクラップ量または元素金属の量を算出す
る。

前記の添加した鋳物合金スクラップ量または元素金属
の量から添加によって増量することとなる全溶湯量を算
出する。

この第１の元素の量を目標値と比較して鋳物合金スク
ラップ量または元素金属の量を添加した場合の全溶湯中
の指定した第２の元素の量を算出する。

この計算された第２の元素の量を目標値と比較して添
加しなければならない鋳物合金スクラップの量または元
素金属の量を算出する。

前記の添加した鋳物合金スクラップ量または元素金属
の量から添加によって増量することとなる全溶湯量を算
出する。

この第２の元素の量を目標値と比較して鋳物合金スク
ラップ量または元素金属の量を添加した場合の全溶湯中
の指定した第３の元素の量を算出する。

この計算された第３の元素の量を目標値と比較して添
加しなければならない鋳物合金スクラップの量または元
素金属の量を算出する。

前記の添加した鋳物合金スクラップ量または元素金属
の量から添加によって増量することとなる全溶湯量を算
出する。

以下順次指定する第４の元素、第５の元素と一定数の
指定する第ｎ番目までの元素につき順次計算する。

指定した元素につき計算が終了した後、第１の元素に
戻り第１の元素につき含有量の決算値が鋳造品として許
される成分量の変動幅（以下単に目標値の幅という）内
の数値と比較し目標値の幅の外にあるとき再び計算を続
行する。

以下最初の計算手順と同様に計算を続行し指定した元
素につき全て目標値の幅内に含有量が入るまで計算す
る。

計算が終了したとき、つぎの作業命令をインプットし
て添加材の計量器を動作させ、または、以下プログラム
が付加してある場合は、第３図に示す作業を選択して、
分析用の試料の分析値をプリントアウトさせ、または計
算量の添加材を添加したときの出来上がりの溶湯中の各
元素成分量の計算値をプリントアウトさせ、または第４
図第５図第６図に示す作業を選択して実行させる。

ここで添加材の計量作業は添加量の計算結果をプリント
アウトして人力作業で計量器を操作し、添加材を秤取し
ても良い。

添加材の添加量の計算結果は計算が終了したとき、記
憶手段への移送が選択され、第４図に示すように磁気ド
ラム、磁気テープまたはフロッピイデスクに記憶され、
管理図作成命令がキイ・インされたとき、命令区間のデ
ータが集計され、管理図をプリントアウトする。

添加材の添加量の計算結果は計算が終了したときにCR
T表示を選択したとき、第５図に示すように、CRTに分析
用の試料の分析値、計算量の添加材を添加したときの出
来上がりの溶湯中の各元素成分量の計算値または添加材
の添加量の計算結果をCRTに表示する。

添加材の添加量の計算結果は計算が終了したときに表
示盤への表示を選択したとき、I/O装置を介して表示盤
駆動装置を作動させ、電気装置または機械装置の表示盤
に決算結果を表示する。

本発明の作用は上記に説明の通りである。

（発明の効果） 本発明の鋳物合金溶湯組成調整装置は、上記のような構
成と作用を有するから、鋳物合金溶解作業において、従
来は、一定の成分値を有する添加合金で予定した添加量
の計算表から添加量を決め、添加合金の成分値がときに
応じて変動した場合には再計算して計算表を作成し直さ
なければならないなど、対応に時間を要していたのに対
し、本願発明によれば製品の品質を左右する溶湯の組成
を短時間に分析し、その組成を調整するために添加する
種々の変動する組成をもったスクラップなどの添加量
を、最終調整された溶湯で鋳造した場合に鋳造品として
備えなければならない成分量として溶湯に指定する複数
種の金属元素の量に合わせた金属元素ごとの各段階計算
を繰り返し続行し、鋳造品として許される成分量の変動
幅内に各金属元素の含有量の計算値として、着目する各
金属元素の総てについて満足させた値に収斂させて得ら
れ、適正な添加量として正確に、しかも添加時期に遅れ
ることなく短時間に算出し、適正な添加量の添加を実行
することにより、鋳物合金の品質を飛躍的に向上させる
ことができる。

また、その計算結果をプリントアウトしたり、記憶保存
して後の作業と対比させたり、管理図を作成させたりす
る手段も追加でき、それにより溶湯組成の品質管理の精
度を向上させるとともに、制御作業の労力の多大な削減
が可能となったものであり、本発明は産業の発達に寄与
するところ極めて大なるものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を表わすクレーム対応図で、第２
図は鋳物合金の各元素成分の標準値に対して添加材を添
加して各元素成分を補正する計算を実行させる手順を示
すフローチャート、第３図は計算結果等をプリントアウ
トさせる手順を示すフローチャート、第４図は記憶、管
理図作成の手順を示すフローチャート、第５図はCRT表
示をさせる手順を示すフローチャート、第６図は表示盤
を駆動させる手順を示すフローチャートである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鋳物合金溶解炉内で溶解中の溶湯から分析
   用試料を採取し、その分析用試料を分析装置で分析して
   その分析値を電気信号に変換し、作業選択してこの電気
   信号をマイクロコンピュータに入力する手段と、作業選
   択して指定した第１の元素の量を、最終調整された溶湯
   で鋳造した場合に鋳造品として備えなければならない成
   分量の目標値（以下単に目標値という）と比較して、添
   加しなければならない鋳物合金スクラップ量または元素
   金属の量を算出する手段と、前記の添加した鋳物合金ス
   クラップ量または元素金属の量から添加によって増量す
   ることとなる全溶湯量を算出する手段と、この第１の元
   素の量を目標値と比較して鋳物合金スクラップ量または
   元素金属の量を添加した場合の全溶湯中の指定した第２
   の元素の量を算出する手段と、この計算された第２の元
   素の量を目標値と比較して添加しなければならない鋳物
   合金スクラップの量または元素金属の量を算出する手段
   と、前記の添加した鋳物合金スクラップ量または元素金
   属の量から添加によって増量することとなる全溶湯量を
   算出する手段と、この第２の元素の量を目標値と比較し
   て鋳物合金スクラップ量または元素金属の量を添加した
   場合の全溶湯中の指定した第３の元素を算出する手段
   と、この計算された第３の元素の量を目標値と比較して
   添加しなければならない鋳物合金スクラップの量または
   元素金属の量を算出する手段と、前記の添加した鋳物合
   金スクラップ量または元素金属の量から添加によって増
   量することとなる全溶湯量を算出する手段と、以下順次
   指定する第４の元素、第５の元素と、一定数の指定する
   元素につき順次計算する手段と、指定した元素につき計
   算が終了した後、第１の元素に戻り第１の元素につき含
   有量の計算値が、鋳造品として許される成分量の変動幅
   （以下単に目標値の幅という）内の数値と比較し目標値
   の幅の外にあるとき再び計算を続行する手段と、以下最
   初の計算手順と同様に計算を続行し指定した元素につき
   全て目標値の幅内に含有量が入るまで計算する手段を有
   することを特徴とする鋳物合金溶湯組成調整装置。