JP4537204B2 - ダイカストマシンのための保護ガス装置 - Google Patents

Description

本発明は、保護ガスを供給するための開口部を備えた溶融炉と、種々のガス源と、その後段に接続されている、個々の保護ガス成分の混合気を収容するための容器とを有し、その容器が少なくとも１つの配量装置を介して溶融炉の開口部と接続されている、特にマグネシウム−溶融物を処理するための、ダイカストマシン用の保護ガス装置に関する。

マグネシウムと空気中に含まれる酸素との反応を阻止するために、ダイカストマシンの溶融炉内に含まれるマグネシウム溶融物は不活性ガス混合気によって覆われなければならない。このために、たとえばＮ_２とＳＦ_６、乾燥した空気とＳＦ_６または乾燥した空気とＳＯ_２のような、キャリアガスと６フッ化硫黄（ＳＦ_６）または二酸化硫黄（ＳＯ_２）の混合物が使用される。その場合に、混合気内の不活性ガス成分の濃度をできる限り小さく抑える努力がなされる。

保護ガス混合気を発生させるための既知の装置においては、個々の成分が比較的低い圧力（０．８×１０^５−１．５×１０^５Pa（０．８から１．５バール））において量的に供給を調整することによって容器内へ充填され、その容器から混合気が取り出されて、溶融物表面へ供給される。

今日知られている機器においては、混合プロセスの種類が通常層化をもたらし、ないしはそうならないことを、保証することはできない。層形成は、ガスが正しく混合されず、その後重力影響によって沈積する場合にも、生じる可能性がある。均質な混合気は、形成されない。その場合にはガスを取り出す際に、このようにして生じた濃度変動が不活性効果に影響を有する。低すぎる不活性ガス濃度は、燃焼をもたらす。高すぎる濃度は、溶融炉と鋳造ユニットにおける腐食と不必要に高い有害な放出をもたらす。

炉内へのガス混合気の供給は、１つまたは複数の流入開口部を介してできるだけ低い流れ抵抗で行われ、その場合に配量すべき量は体積流を介して調節される。複数の流入開口部が配量装置に接続されている場合には、配量における著しい差違が、特に開口部の間隔寸法に従って生じる。

流入開口部がグループにまとめられて、たとえば１つの炉のため、あるいは複数の炉のために、種々の配量装置に接続される場合には、１つの流入開口部の配量の変化が、他の流入開口部の配量に影響を与える。調節は、通常、極めて困難である。さらに、このようにして炉内に局所的な配量過多ないし配量不足が生じる可能性もある。溶融物の上方の炉空間内に、ＳＦ_６濃厚の領域とＳＦ_６希薄の箇所が生じる可能性があり、それが濃度陰影と称される。既知の構造において、たとえば駆動種類（正常駆動、清掃、非常駆動）が異なる場合に、配量の変化が望ましい場合に、調節をそれぞれ求めて制御しなければならない。その場合に複雑な方法で、混合ガスの量をそれぞれ駆動状態に適合させなければならない。

従って本発明の課題は、冒頭で挙げた種類の保護ガス装置を、簡単かつ反作用のない、溶融物の保護ガス供給が達成され、かつ上述した問題が回避されるように形成することである。

この課題を解決するために、本願発明によれば、
特にマグネシウム溶融物を処理するための、溶融炉（１）を備えた加圧ダイカストマシンのための保護ガス装置であって；
保護ガスを供給するための溶融炉（１）の開口部と、
種々のガス源と、
ガス源の後段に接続されている圧力貯蔵器（２１）であって、個々のガス源の混合気を収容するための圧力貯蔵器（２１）と、
接続導管（５，６）を介して圧力貯蔵器（２１）と接続され、導管（８，８ａ）を介して溶融炉の開口部と接続されている、少なくとも１つの配量装置（７）と、
を具備しているものにおいて、
溶融炉（１）の開口部にオリフィスまたは絞りを有する流入ノズル（９、９ａ）が設けられており、かつ
配量装置（７）が、容器から流入ノズルへ供給される保護ガスの混合体のための駆動圧力を制御する手段を具備し、
駆動圧力は、駆動圧力は圧力貯蔵器（２１）内の圧力と等しいか、それより小さくされていて、
流入ノズルは、保護ガスの混合気がそれぞれの流入ノズルから溶融部の表面に略直交する方向の出口に前記オリフィスまたは絞りを有し、その後方において、圧力下で、保護ガスが広がり、溶融部の上方の空間に均一な分布をもたらす霧化を生じさせる、
ことを特徴とする保護ガス装置が提供される。

本発明の形態において、配量プロセスを連続的または非連続的に、従って脈動するように、行うことができる。後者の場合、従って流入ノズルに間欠的に供給が行われる場合に、少量を制御して配量することもでき、その場合に圧力が低すぎることにより放射の広がり、すなわち霧化がもはや行われなくなる危険が伴うことがない。既知のように、霧化を行うべき装置は、２つの前提を必要とする：

１つには、所定の圧力であり、他は、所定の体積であって、その体積によってノズルから動圧が生じる。体積が小さくて、この動圧が維持できない場合には、霧化効果もなくなってしまう。この理由から、本発明に基づく配量装置は間欠的に、従って脈動するように、ガスを調整し、それによって、システムが気化種類においてまだ機能しているにもかかわらず、平均して気化量を減少させることができる。従ってこの最少量配量にノズル自体を機械的に適合させることは、不要である。

この形態によって、溶融物の上方に迅速かつ均一な分配が達成されるので、保護ガスの濃度陰影または濃厚化が生じることはない。その場合に本発明の展開においては、流入ノズルが溶融炉に、炉のもともと存在している漏れ箇所へのガス流が生じるように、分配して配置されているので、このようにして均一な濃度分布が保証されている。ここで「漏れ箇所」というのは、たとえばチャージング開口部、クリーニング開口部のような、炉の望むと望まないすべての開口部であり、実際に気密でない箇所のことである。流入ノズルは、また、汚れや詰まりから保護されるように配置される。

一定に維持される、配量装置の駆動圧力は、流入ノズルの種類に合わせられ、従って炉内のガス混合気の所望の分配原理にも合わせられる。この目的のためには、もちろん、配量ユニットの入力圧力、従って圧力貯蔵器内の圧力も同様に監視され、それによって配量装置のための駆動圧力を維持することができると、効果的である。何らかの理由から圧力が降下した場合には、光学的な表示も作動させる、対応する信号を介して、配量装置を非常気化に切り替えて、ガス出口を開放することができる。

駆動圧力を制御することによって、配量、従って所望のガス量は、同じガス混合ユニットにおける他の負荷から完全に独立する。このようにして複数の配量ユニットを介して流入ノズルの種々のグループを、反作用なしで駆動することができる。あるグループの流入ノズルの量を調節することが、他のグループの量に作用せず、混合気形成に、従って保護ガスの濃度にも、何ら影響を持たない。

このようにして、本発明の形態において、複数の配量装置を種々の炉のために互いに対して並列に接続して、圧力貯蔵器から供給を受けるようにすることができる。その場合に各配量ユニットに、配量量を調節するための装置を設けることができ、その場合に簡単な方法で各配量ユニットに駆動種類キーが対応づけられ、その駆動種類キーを介して操作者が配量量を定めることができる。各配量ユニットは、さらに、本発明の展開において、制御ロジックを有することができ、その制御ロジックは炉状態に関する信号を得る。このようにして、保護ガス濃度の自動的な制御を達成することもできる。

本発明の形態において、圧力貯蔵器の前段に混合室を備えた混合装置が接続されており、その混合室内で保護ガス混合を形成するガスが圧力の下でまとめられる。その場合にこの混合装置のシステム圧力は、配量装置の駆動圧力に合わせることができる。混合装置のシステム圧力は、配量装置の駆動圧力よりも十分に高く選択されなければならない。

本発明の形態において、混合室に混合ガスを供給するための圧力ノズルを配置することもでき、その場合に混合室へ通じる供給導管にそれぞれ圧力制御装置を付設することができ、かつキャリアガスと保護ガスの間の等圧制御を得るために等しい圧力を維持するための圧力制御器を設けることもできる。

この形態は、混合ガス、すなわち保護ガスの成分が、混合室内で調節された混合比において乱流の元で形成され、その後圧力容器へ供給される、という利点を有している。ガスの混合は、何ら電気的なエネルギ消費なしで機能する。従って電流が欠落した場合でも、十分に混合ガスが存在するまでの間、正確に混合気を形成することができる。その場合に濃度は、変化されない。従って混合装置と配量装置というシステムも、電流が欠落した場合でも濃度を正確に維持することができる。配量量のみが、固定的に調節された、連続的に配量される非常気化量に減少される。非常駆動は、電流なしの状態において行うことができ、もちろんそれは信号装置によって表示される。

圧力貯蔵器を有する混合装置は、すでに述べたように、複数の配量ユニットに供給することができ、それら配量ユニットは１つの炉に設けられた種々の流入ノズルグループに、あるいはその配量量が独立している、複数の溶融炉に供給することができる。その場合に１つの溶融炉における駆動状態の変化とそれに伴って必要なその配量の変化は、他の溶融炉に何ら影響を持たない。

すでに上述したように、圧力貯蔵器内の圧力が監視され、そのためにたとえば、混合室と圧力貯蔵器の間の接続導管内に圧力監視装置を設けることができる。

そして、本発明の他の形態において、混合室にガス分析装置を対応づけることができ、そのガス分析装置によってガス混合気の濃度を管理することができる。このガス分析装置は、簡単な方法で、混合室のガス混合気を基準ガス混合気と比較して、偏差がある場合には混合装置へ信号を出力することができ、その信号を介して混合ガスの供給を制御することができる。

本発明を実施例を用いて図面に示し、以下で詳細に説明する。

図１は、溶融炉を一点鎖線で囲って示しており、その溶融槽は保護ガスで覆われている。この溶融炉１は、図４と５に詳細に示されており、かつそこで詳細に説明する。溶融炉１に保護ガスを供給するために設けられている混合および配量ユニットは、まず、混合ユニット２からなり、その構造が図２を用いて表示されている。この混合ユニットに、まず、使用される保護ガス、従ってＳＦ_６またはＳＯ_２が、矢印３の方向に供給され、かつキャリアガス、たとえば窒素Ｎ_２が、矢印４の方向に供給される。これら２つの成分の混合は、図２を用いて詳細に説明するように、圧力下で行われる。このようにして形成された保護ガス混合気が、その後ガス混合ユニット内部で圧力貯蔵器内に保持されて、そこから保護ガスが接続導管５と６を介して配量装置７と７ａへさらに案内される。これら配量装置の構造は、図３から明らかにされる。他の配量装置を、さらに続く導管６’に接続することができる。配量装置７ないし７ａから、保護ガスが接続導管８と８ａを介して流入ノズル９ないし９ａへ案内されて、そこで溶融炉１の空間内の溶融物の上方へ流入する。これが、図４と５を用いて詳細に説明される。

図２は、保護ガス、従ってたとえばＳＦ_６が接続端３を通して、そしてキャリアガス、たとえばＮ_２が接続端４を通して混合ユニット２内へ与えられることを示しており、その場合に両方の混合ガスはそれぞれフィルタ１０を介して導管１１と１２内へ達する。その場合に中央の監視ロジック１３から、入力圧力監視１４が行われ、これら入力導管１１と１２内の圧力がそれぞれ対応するマノメータ配置１５によって表示される。空気式の等圧制御１８によって、両方の供給導管１１と１２内で供給される混合ガスの圧力がそれぞれ等しい高さになるようにされる。その場合にガスは、少なくとも５バールの圧力の下に維持される。

導管１１を通して案内される保護ガスの濃度調節が、箇所１７で行われる。並列の、キャリアガスの導管１２内には、適切な絞り箇所１８が設けられており、２つの導管１１と１２は混合室１９へ案内されて、その中で２つのガスがそれぞれノズル２０から圧力をかけられて流出し、それによって生じる乱流内で均質な混合気がもたらされる。この均質な混合気は、その後導管２２を介して圧力貯蔵器２１へ案内され、その圧力貯蔵器の圧力は監視ロジック１３の出力圧力監視２３を介して管理され、かつここでもマノメータ１５を介して表示される。従って圧力貯蔵器２１内には、入力圧力（ここでは４×１０^５−５×１０^５Pa（４−５バール））に従って均質な混合気が貯蔵され、その混合気は、その後さらに続く導管５を介して１つまたは複数の配量装置７へ案内することができる。

図３は、実施例として図１の配量装置７を示しており、その配量装置に導管５を通して混合ガスが圧力の下で供給される。

ここでも、さらに通じる導管２４の前段にフィルタ１０が接続されており、その導管の圧力は装置２５と中央の配量ロジックおよび監視装置２６を介して監視されて、同様に中央で装置２７と２８および中央の制御２９を介して所定の駆動圧力に調節され、その駆動圧力はたとえば（１．８×１０^５−３．０×１０^５Pa（１．８から３．０バール））の大きさにある。この圧力は、マノメータ１０を介して見えるようにすることができる。実施例３において、導管２４から導管３０、３１および３２が分岐しており、それらは選択的にガス混合気を流出導管８へ案内するために接続することができ、かつそれぞれ異なる量のガスを流出させる。中央の配量ロジック２６内に、それぞれの駆動圧力を定める、すなわちたとえば配量を定めるための、装置３３が設けられており、その場合に実際的な実施形態においては、操作者によって操作することのできる、種々のキーを設けることができる。これらのキーは、矢印３４で象徴されている。

中央の配量ロジックには、さらにダイカストマシンと溶融炉１からの信号入力３５が設けられており、炉およびダイカストマシンへのそれに応じた信号出力が、矢印３６で示唆されている。そして、中央の配量ロジックは、駆動状態を信号で知らせ、かつ万一の障害を表示するための装置３７も有している。本実施例においては、流出導管８には、流量を表示するための光学的な表示装置３８も設けられている。

図４と５は、まず、本実施例に示される溶融炉１が取出し室３９と貯蔵室４０を有しており、それらが壁４１で互いに分離されていることを明らかにしている。２つの室内で、溶融物は水準４２まであって、溶融液面の上方の空間４３と４３ａに保護混合気が供給される。取出し室３９内には、知られているように−熱間ダイカストマシンである場合に−溶融物取出し装置４４が設けられている。保護ガス混合気をそれぞれ流入ノズル９ないし９ａへ案内する圧力導管８と８ａは、ここでは取出し室３９（圧力導管８）と溶融物室４０（圧力導管８ａ）に対応づけられている。取出しのための流入ノズル９は、図５に示すように、圧力下で流出して広がるガス混合気が溶融物取出し装置４４を中心とする流れの中で取出し室３９の上方に配置されているクリーニング開口部４５へ、それが空間４３内に不可避の漏れ箇所を形成する限りにおいて、流れるように、溶融物取出し装置４４の前に配置されている。圧力ノズルの配置と、取出し室の幾何学配置に適合された、このノズル９の幾何学的な分配によって、空間４３内の均一な流れが達成され、その均一な流れによって保護ガスの濃度陰影または局所的な過剰濃度を回避することができる。

同様なことが貯蔵室４０についても当てはまり、その貯蔵室の、溶融物水準４２の上方に位置する空間４３ａは圧力ノズル９ａを通して供給を受け、その圧力ノズルはここでは空間４３ａ内の、クリーニングおよびチャージング開口部４６と対向する側において、互いに対して側方に大きな距離をもって配置されている。矢印４７でそれぞれ示唆されるように、このような方法においても、空間４３ａ内の均一な流れが達成され、それが流入ノズル９による選択された圧力供給と共に、溶融物水面の上方の均一な保護ガス濃度をもたらす。

図６は、これら圧力流入ノズル９の１つを例示しており、その圧力流入ノズルは該当する圧力導管に取り付けるための螺合ねじ４８と絞り４９ないしはブラインドを有しており、その後方において圧力下で流出するガスが広がって、それが空間４３と４３ａ内に乱れる分布と均一な分布とをもたらす霧化を生じさせる。

もちろん、本発明に基づく保護ガス供給は、他の種類の炉においても、たとえば１室炉において、あるいは熱間ダイカストマシンのためには使用されない炉においても、可能である。

本発明に基づく保護ガス装置のブロック図表示である。 図１の保護ガス装置内で使用される混合装置の概略的な図示である。 図１に基づく配量装置の回路図である。 図１の溶融炉の概略的な縦断面図である。 図４の溶融炉の上面図である。 図４ないし５に基づく、保護ガス供給のために設けられている流入ノズルを拡大して示している。

Claims (18)

1. 特にマグネシウム溶融物を処理するための、溶融炉（１）を備えた加圧ダイカストマシンのための保護ガス装置であって；
   保護ガスを供給するための溶融炉（１）の開口部と、
   種々のガス源と、
   ガス源の後段に接続されている圧力貯蔵器（２１）であって、個々のガス源の混合気を収容するための圧力貯蔵器（２１）と、
   接続導管（５，６）を介して圧力貯蔵器（２１）と接続され、導管（８，８ａ）を介して溶融炉の開口部と接続されている、少なくとも１つの配量装置（７）と、
   を具備しているものにおいて、
   溶融炉（１）の開口部にオリフィスまたは絞りを有する流入ノズル（９、９ａ）が設けられており、かつ
   配量装置（７）が、容器から流入ノズルへ供給される保護ガスの混合体のための駆動圧力を制御する手段を具備し、
   駆動圧力は、駆動圧力は圧力貯蔵器（２１）内の圧力と等しいか、それより小さくされていて、
   流入ノズルは、保護ガスの混合気がそれぞれの流入ノズルから溶融部の表面に略直交する方向の出口に前記オリフィスまたは絞りを有し、その後方において、圧力下で、保護ガスが広がり、溶融部の上方の空間に均一な分布をもたらす霧化を生じさせる、
   ことを特徴とする保護ガス装置。
2. 配量プロセスが、連続的または非連続的に行われることを特徴とする請求項１に記載の保護ガス装置。
3. 流入ノズル（９、９ａ）が溶融炉（１）に、保護ガス混合気の迅速かつ均一な分配が生じるように、流入ノズルの少なくとも１つ（９）が溶融炉の貯蔵室（４０）に配置され、流入ノズルの少なくとも他の１つ（９ａ）が溶融炉の取出し室（３９）に配置されている、ことを特徴とする請求項１に記載の保護ガス装置。
4. 流入ノズル（９、９ａ）が炉（１）に、不可避的に設けられている、炉（１）の漏れ箇所（４５、４６）へのガス流が生じるように、取り付けられていることを特徴とする請求項３に記載の保護ガス装置。
5. 流入ノズルは、溶融炉（１）の取出し室（３９）内に配置される溶融物取り出し装置（４４）が、流入ノズル（９）と取出し室（３９）のクリーニング開口部（４５）の間に、あるように配置されている、ことを特徴とする請求項３に記載の保護ガス装置。
6. 駆動圧力が１．８×１０^５−３×１０^５Paに調整される、ことを特徴とする請求項１に記載の保護ガス装置。
7. 前記駆動圧力が制御され、かつ監視されており、かつ
   所望の駆動圧力から偏差がある場合に、警報信号（３７）が表示される、ことを特徴とする請求項６に記載の保護ガス装置。
8. 複数の配量装置が、種々の炉部分（３９、４０）のため、あるいは種々の炉のために、互いに対して並列に接続されており、かつ圧力貯蔵器（２１）から供給を受けることを特徴とする請求項６に記載の保護ガス装置。
9. 配量装置（７、７ａ）に、配量量を調節するための装置（３３、３４）が設けられていることを特徴とする請求項８に記載の保護ガス装置。
10. 配量量を調節するための装置（３３、３４）で調節される配量量は、操作モードキー（３４）から入力される情報に応じて決定される、ことを特徴とする請求項９に記載の保護ガス装置。
11. 配量装置（７、７ａ）に制御ロジック（２６）が設けられている、ことを特徴とする請求項６に記載の保護ガス装置。
12. 圧力貯蔵器（２１）に、混合室（１９）を有する混合装置（２）が対応づけられており、前記混合室内で保護ガス混合気を形成するガスが圧力の下でまとめられることを特徴とする請求項１に記載の保護ガス装置。
13. 混合室（１９）に、混合ガスを供給するための圧力ノズル（２０）が配置されていることを特徴とする請求項１２に記載の保護ガス装置。
14. 混合室（１９）へ通じる供給導管（１１、１２）に、圧力制御装置（１４、１６）が付設されていることを特徴とする請求項１２に記載の保護ガス装置。
15. 混合室（１９）へ通じる供給導管（１１、１２）に、等しい圧力を維持するための圧力制御装置（１６）が付設されていることを特徴とする請求項１３に記載の保護ガス装置。
16. 混合室（１９）と圧力貯蔵器（２１）の間の接続導管（２２）内に、圧力を監視する装置（２３）が設けられていることを特徴とする請求項１３に記載の保護ガス装置。
17. 混合室（１９）にガス分析装置が対応づけられており、前記ガス分析装置によってガス混合気の濃度が管理可能であることを特徴とする請求項１２に記載の保護ガス装置。
18. ガス分析装置が、混合室（１９）のガス混合気を基準混合気と比較して、偏差がある場合に混合装置（２）へ信号を出力することを特徴とする請求項１７に記載の保護ガス装置。

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