今日、多くのアルミニウム鋳造工場は、生産量の拡大、品質基準の厳格化、そしてより持続可能な取り組みを求めています。 多くの場合、溶融金属の取り扱い工程は個別に運用されており、その結果、スクラップの増加、安全上のリスク、対応の遅れが生じることがあります。レベルセンサー、流量制御アクチュエータ、および共通の制御システムを単一のデータ駆動型システムに統合することで、鋳造工場は全体的な一貫性を向上させ、作業員を保護し、溶解炉から鋳型までのプロセスを効率化することができます。スウェーデンのフィンスポングにあるGränges社は、こうした取り組みがいかにして強力かつ好ましい成果をもたらすかを示す好例となっています。

DC鋳造プロセスの統一

押出用ビレットや圧延用スラブの製造における一般的なダイレクトチル鋳造工程では、溶融アルミニウムは炉からトラフを経て鋳型へと送られます。これらの工程間の連携が不十分な場合、金属レベルにおけるわずかな誤差がトラフの溢れや充填不足を引き起こし、表面欠陥や生産停止につながる可能性があります。 レベルセンサーと流量アクチュエータを用いて設備を単一の連携環境に統合することで、鋳造現場ではほとんどの問題を即座に解決できます。センサーがトラフや金型内の急激な水位上昇を検知すると、アクチュエータが流出が発生する前に流量を調整します。予期せぬ事態が発生した場合、オーバーフィルガードが最終的な安全対策として機能し、生産を円滑に進めつつオペレーターの安全を確保します。

信頼性の高い測定を実現するレーザー式および誘導式センサー

溶融金属の水位を正確に監視することは不可欠です。レーザー三角測量センサーは、開放型または半開放型のゾーンにおける高温環境や反射面にも対応し、非接触で連続的な測定を実現します。一方、誘導式センサーは、レーザーでは測定が困難な密閉型または加圧式の炉内で優れた性能を発揮します。いずれのセンサーも、測定値が所定の閾値を超えた場合にのみオペレーターに警告を発する制御システムにデータを送信します。リアルタイムのデータにより充填率を安定させ、酸化や固化製品に生じる可能性のある亀裂を抑制します。

アクチュエータを用いた自動流量制御

溶融金属の流れを迅速に調整する手段がなければ、センサーだけでは安定した鋳造を維持することはできません。 この役割を担うのがモーター駆動のアクチュエータであり、センサーからの入力に応じて注湯口、ストッパーロッド、またはゲートを開閉します。鋳型の液面が急激に上昇した場合、アクチュエータが流入速度を遅らせます。液面が低下した場合は、工程を安定させるのに十分なだけ再び開きます。この即座の反応により、作業員は高温の金属のそばに立ち続ける必要がなくなります。長時間にわたる鋳造において、よりバランスの取れた充填を行うことで、気孔や充填不良といった欠陥を減らすことができ、それにより再溶解やスクラップの発生を防ぐことができます。

溢れ防止ガードがこぼれを防ぐ

調整の行き届いたラインであっても、センサーの故障や稀な状況が発生すれば、溶融金属の水位が急激に上昇することがあります。オーバーフィルガードは、溶融金属の水位が急速に上昇することを検知し、大規模な溢れ出しが発生する前に停止指令を発することで、最終的な防御ラインとして機能します。このような事故は設備に損害を与え、作業員の安全を脅かすことになります。オーバーフィルガードを他の装置と連携させることで、システム全体として反応し、プロセスを保護します。

データを一元管理

インターフェースが一切ない場合、各ステーションが個別にデータを記録することになり、オペレーターは複数の表示値を比較しなければなりません。統合システムでは、センサー、アクチュエーター、およびオーバーフィルガードからの信号を一箇所に集約します。スタッフは1つのコンソール上で異なるエリアを監視できます。ログに特定の鋳造長さでの頻繁な谷間の急上昇や、炉内流量の低下が記録されている場合、エンジニアはその原因を特定し、修正することができます。このデータに基づくアプローチにより、工場は必要に応じて充填速度を変更したり、炉内条件を微調整したりすることが可能となり、継続的な改善が促進されます。

Gränges：実用例

スウェーデンに本社を置き、テネシー州、アリゾナ州、ノースカロライナ州のほか、海外ではスウェーデン、ポーランド、中国に工場を展開するGränges社は、統合型DC鋳造が生産をどのように変革できるかを実証しています。同社は、溶融金属のレベルを監視するためにレーザー式センサーを採用し、アクチュエータを用いて流量を自動的に制御しています。 フィンスポング工場では、起動・停止サイクルの回数が減少し、これにより溢れや充填不足の問題が軽減されました。この変更により、スクラップの削減、推測作業の減少、再溶解サイクルの短縮による生産性の向上も実現しました。

「サステナビリティへの関心は、かつては比較的軽視されていたものから、今や最優先事項へと変化しました。その認識は雪だるま式に広がっており、より持続可能な方法で生産することが不可欠だと私たちが考えるのと同様に、お客様もその必要性を認めてくださっています。現在、お客様からは、カーボンフットプリントの削減や、使用する材料が一定の基準を満たすことを求められています」と、グレンゲス・フィンスポングの溶解プラントで生産技術マネージャーを務めるエリン・リンドフォルスは述べています。

「当社は、いくつかの指標に基づいて持続可能性を継続的に評価しています。具体的には、職場における従業員のウェルビーイングと安全、カーボンフットプリントやエネルギー消費量に基づく環境面、そして生産能力やスピードに基づく効率性です。当社には、生涯にわたり勤務している従業員もいれば、新しく入社した従業員も多くいます。私たちは、全従業員が持続可能な運営に参画し、地域社会とのつながりを維持し、強固なチームを築けるよう、精力的に取り組んでいます。」

グレンゲス社はこの自動化を日常業務の基盤と捉えています。「自動鋳造は、当社の安全と持続可能性への取り組みにおいて重要な役割を果たしています。この目的で『Precimeter』を導入したのは2006年から2007年頃でした。当社にとって、鋳造を自動で行うことは日常業務の一部となっています。このシステムにより、重要な局面で従業員が危険な場所に立ち入る必要がなくなりました。 また、生産効率も向上しています。さらに、Precimeterを使ったシステムの操作を新入社員に指導する際も、これまで一度も問題になったことはありません。非常に分かりやすいシステムだからです。」

彼らの結果は、より精度の高い流量測定とリアルタイム制御によるメリットを裏付けています。
「レベル測定にPrecimeterレーザーを導入し、流量調整にアクチュエータを使い始めてから、生産性が大幅に向上しました。鋳造を数回繰り返すことができるため、不具合や不良品の発生が減りました。また、各鋳造の立ち上げもより安定しています。」

グレンゲス社も、この緊密な連携を高く評価しています。 「プレシメーターとの協力関係は、良いことばかりです！近くにサプライヤーがいて、私たちのような密接な協力関係に前向きに対応してくれるのは素晴らしいことです。現場でのサービスを受けられるだけでなく、迅速な対応と充実したサポートに加え、私たちに合ったソリューションを開発するための対話も可能です。プレシメーターは私たちの要望を深く理解しており、私たちが直面しうるリスクも把握しているため、提案内容が私たちのニーズに合致していると確信でき、安心感を得られます」とエリンは締めくくった。

4つの主要分野におけるメリット

統合された生産ラインは、鋳造工程のあらゆる段階に付加価値をもたらします。センサー、アクチュエータ、オーバーフィルガードを単一の連携システムとして統合することで、鋳造工場は安全基準の向上、環境負荷の低減、収益の改善、そして効率の向上を実現できます。鋳造プロセス全体にわたるこうした相乗効果により、現代のニーズに応える、より信頼性の高い操業が可能となります。

• 安全性
  作業員は溶融金属の近くに立つ必要がなく、オーバーフィル防止ガードにより大量の流出による危険が軽減されます。これにより、スタッフのリスクが低減され、ダウンタイムも削減されます。
• サステナビリティ
  一貫した管理により、スクラップの発生を防ぎ、再溶解サイクルを大幅に削減することで、エネルギー消費と排出量を低減します。これにより、鋳造における環境負荷の低減に向けた取り組みが促進されます。
• 収益性
  欠陥のあるスラブやビレットが少なければ、生産の中断も減ります。鋳造スケジュールを予測可能にすることで、管理者は受注を順調に進め、顧客の要望に応えることができます。
• 効率性
  自動化システムはわずかな偏差を即座に補正するため、スタッフは手作業ではなく、改善策の検討やデータの検証に注力できます。記録されたデータは、時間の経過とともに鋳造方法の改善に役立てることができます。

インダストリー4.0への道

より高性能なセンサー、アクチュエータ、およびオーバーフィル防止装置は不可欠ですが、それらは同時にインダストリー4.0のさらなる可能性を切り拓くものでもあります。各コンポーネントがデータを共有できるようになれば、高度な分析や部分的な自動化が可能になります。工場では、ログデータを分析することで、従来の試行錯誤を必要とせずに、鋳造の立ち上げを改善したり、合金ごとに流量を微調整したりできるようになります。また、データの安定した流入により、スクラップを最小限に抑え、エネルギー消費を削減し、品質を安定させるためのアルゴリズムを設計することも可能になります。

アルミ鋳造の明るい未来

センサー、アクチュエータ、オーバーフィルガード、集中監視システムを統合することで、DC鋳造はより安全で、環境に優しく、収益性の高いものとなります。Gränges社の実績が示すように、これらの手法は、それぞれ異なる処理能力や製品要件を持つ複数の施設に展開することが可能です。 完全に自動化され統合された鋳造プロセスは、より円滑に稼働し、従業員を危険から守り、高い基準を満たすビレットやスラブを安定して供給します。データに基づく継続的な改善を通じて、アルミニウム鋳造工場は、環境への責任と卓越した操業を重視する市場において、確固たる地位を築くことができます。