(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材料が配置されるハース部材と、
前記ハース部材の上方に配置されたアーク溶解用電極と、
前記アーク溶解用電極に直流電流を供給するアーク電源と、
リング状の芯部材と前記芯部材の外周面に周方向に沿って線材が多重に巻回されてなるコイルとを有し、前記ハース部材の裏面側に設けられた、交流磁場を形成する電磁石と、
前記電磁石に交流電流を供給する交流電圧供給部と、を備えたアーク溶解装置を用いて、
前記アーク溶解用電極から前記ハース部材上に配置された金属材料に対して、アーク放電による加熱を行い、前記金属材料を溶解する金属溶解方法であって、
前記金属材料を加熱し形成した溶湯金属に対し、所定周波数の交流電流が供給される前記電磁石によって形成される交流磁場により、前記ハース部材上の溶湯金属がローレンツ力によって回転させられ、かつ、前記交流磁場が磁場方向の反転を生じることにより所定の周期で溶湯金属の回転方向の切り換えが繰り返されるステップを実施し、
かつ、前記ステップにおける前記電磁石に供給される交流電流の周波数が０．１Ｈｚ以上１０Ｈｚ以下の範囲であることを特徴とする金属溶解方法。
【請求項２】
前記金属材料を加熱し形成した溶湯金属に対し、所定周波数の交流電流が供給される前記電磁石によって形成される交流磁場により、前記ハース部材上の溶湯金属がローレンツ力によって回転させられ、かつ、前記交流磁場が磁場方向の反転を生じることにより所定の周期で溶湯金属の回転方向の切り換えが繰り返されるステップの前に、
少なくとも所定時間の間、磁場を印加せずに前記金属材料を加熱し、ボタン状の溶湯金属を形成するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載された金属溶解方法。
【請求項３】
前記金属材料を加熱し形成した溶湯金属に対し、所定周波数の交流電流が供給される前記電磁石によって形成される交流磁場により、前記ハース部材上の溶湯金属がローレンツ力によって回転させられ、かつ、前記交流磁場が磁場方向の反転を生じることにより所定の周期で溶湯金属の回転方向の切り換えが繰り返されるステップにおいて、
前記ハース部材上の溶湯金属の下方に配置された電磁石に対し、所定周波数の交流電流を印加するとともに、印加電圧の強弱を変化させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された金属溶解方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属溶解方法に関し、例えばアークの熱エネルギーにより溶かした金属材料を攪拌し、溶解時間を短縮する金属溶解方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋳造のために金属材料を溶解する場合、例えば水冷ハース上に金属材料を配置し、アーク溶解により溶湯金属を形成する溶解装置が用いられる。そのような溶解装置においては、水冷ハース上に配置された金属材料の上からアーク熱を与え、金属材料の上部が溶けると、これをスティック状の操作部材を用いて裏返し、金属材料の溶けていない部分にアーク熱を与え、これを繰り返して全体を溶解していくものである。
【０００３】
しかしながら、そのような水冷ハースを用いた溶解装置にあっては、得られる金属の均一性に欠けるという課題がある。即ち、前記のように金属材料は水冷ハース上で反転を繰り返されながら部分的に加熱され最終的に全体が溶融される。このような溶解操作によって溶解され、得られた金属にあっては、一旦先に凝固された部分の上に新たに溶解された部分が覆うため、凝固界面が形成され、金属材料が合金の場合は組成量が不均一となるといった課題がある。
【０００４】
前記課題に対し、特許文献１には、金属材料を溶融するための溝状の凹部が形成された水冷ハースを用いた金属溶解方法が開示されている。
図５に、特許文献１に開示される水冷ハースの斜視図を示す。また、図６（ａ）に、図５の水冷ハースのＡ矢視断面、図６（ｂ）に、図５の水冷ハースのＢ矢視断面、図６（ｃ）に、図６（ｂ）の水冷ハースにおいて溶解される金属材料の状態を時系列に示す断面図を示す。
【０００５】
図５、図６（ａ）に示すように、水冷ハース５０には、断面Ｕ字形の細長い溝状凹部５１が設けられる。前記溝状凹部５１の底部は、図６（ｂ）に示すように長手方向に沿って傾斜している。この溝状凹部５１の下方には、溝状凹部５１の長手方向に沿って冷却水が流れる冷却水路５２が形成されている。
この水冷ハース５０を用いる金属溶解装置においては、図６（ｂ）に示すように水冷ハース５０の溝状凹部５１において高所側となる一端に金属材料Ｍを配置し、金属材料Ｍにアーク電極棒６０からの放電によるアーク熱を加えて溶解が行われる。
【０００６】
前記金属材料Ｍの上部が加熱されることにより、図６（ｃ）に示すように金属材料Ｍには流動可能な溶融部Ｍ１と未溶融部Ｍ２が形成される。
ここで、前記のように溝状凹部５１の底部は傾斜しているため、金属材料Ｍは溶融部Ｍ１を下にして凹部５１の他端（低所側）に向かって転がるように移動する。尚、図６（ｃ）には、１つの金属材料Ｍ（Ｍ１、Ｍ２）が矢印の方向に移動する様子を時系列に示している。
前記のように金属材料Ｍが溝状凹部５１の中を移動する際、未溶融部Ｍ２が上部に位置するため、未溶融部Ｍ２に対しアーク熱が加えられる。即ち、水冷ハース５０の溝状凹部５１内で、金属材料Ｍを転がすようにしながら、アーク加熱が行われ、金属材料Ｍの全体が溶解されて溶融された金属が生成される。
【０００７】
このように特許文献１に開示の金属溶解方法によれば、金属材料Ｍに対し例えばスティック状の操作部材を用いて反転させる作業が不要となり、凝固界面が形成される前にアーク加熱により未溶融部Ｍ２を溶融することができ、形成される金属の組成均一化だけでなく、溶解時間の短縮を期待できる。
【０００８】
ところで、複数種類の金属材料、特に軽金属と重金属とを溶解して合金を形成する場合には、充分に攪拌しなければならず、長い溶解時間が必要となるという課題がある。
前記特許文献１には、溝状凹部５１の底部の傾斜方向を反転させることが開示され、それによれば、金属材料を凹部５１の長手方向に沿って転がしながら往復移動させることができる。そのため、より攪拌効果を得ることができ、前記のような軽金属と重金属の合金を形成する場合であっても時間短縮を期待することができる。
【０００９】
しかしながら、特許文献１に開示の金属溶解方法にあっては、溝状凹部５１に沿って移動する金属材料を追従するようにアーク電極棒６０を移動させる必要があり、また、金属材料Ｍの移動に合わせて溝状凹部５１の底部の傾斜方向を切り換えなければならないため、機構が複雑となり、装置にかかるコストが高くなるという課題があった。
【００１０】
前記課題を解決するものとして、特許文献２には、アーク放電により金属材料中を流れる電流の方向に対して、交差する方向（上向き）に磁場を印加するアーク溶解装置が開示されている。
図７（ａ）に、特許文献２に開示されるアーク溶解装置の模式的な断面図を示し、図７（ｂ）に平面図を示す。図７（ａ）に示すように、このアーク溶解装置７０は、アーク溶解炉（図示せず）内に配置され、水冷ハース７１と、その上方に配置されたアーク電極棒７２とを有している。さらに水冷ハース７１において金属材料Ｍが配置される窪み（凹部）７１ａの下方には、リング状の永久磁石７３がハース裏面側から埋め込まれた状態で配置されている。これにより、永久磁石７３は、水冷ハース７１の窪み７１ａにおいて上向きの磁場を印加可能となされている。
【００１１】
このアーク溶解装置７０において金属材料Ｍを溶解する場合、水冷ハース７１の窪み７１ａに金属材料Ｍを入れ、アーク電極棒７２からのアーク放電７４により金属材料Ｍをアーク溶解する。
このとき、永久磁石７３により、窪み７１ａ内の金属材料Ｍに対して、上方向の磁場が印加されるため、溶湯となった金属材料Ｍに対し、アークの電流方向と磁界方向とに直交する方向にローレンツ力が働き、金属材料Ｍの底部に横回転の流れが発生する。この横回転の流れが発生することによって、溶湯状の金属材料Ｍの底部が攪拌されるようになっている。
即ち、この特許文献２に開示のアーク溶解装置７０によれば、軽金属と重金属の合金を形成する場合であっても、比較的簡単な装置構造において、攪拌効果が得られ、溶解時間を特許文献１に開示の金属溶解方法に比べて短縮することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００３−１１３４３１号公報
【特許文献２】特開２０１３−２４５３５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
前記のように特許文献２に開示されたアーク溶解装置７０にあっては、水冷ハース７１に永久磁石７３が配置されるため、窪み７１ａ内の金属材料Ｍに対し常時一定の磁場が印加され、所定方向に所定の大きさのローレンツ力が働く。
このため、金属材料の溶解量や合金の種類が異なる場合であっても、アーク電流値が一定の場合は同じ方向に同じ大きさのローレンツ力が働くこととなり、例えば溶解量が異なる場合には回転速度などが異なり、その攪拌効果に差異が生じるものとなっていた。
即ち、溶解量や合金の種類の異なる金属材料を溶解する場合に、磁場の大きさや方向を変えることができず、その金属材料に応じた攪拌の調整ができないという課題があった。
また、金属材料Ｍに対し永久磁石７３により強力な磁場が印加されるが、磁場が強すぎると、金属材料Ｍの回転運動において偏心が生じたり、溶湯形状が瓢箪型になりハースの窪みから飛び出すといった現象が発生する。弱い永久磁石を用いた場合は回転力が不十分であり十分な攪拌ができない。すなわち、一定の磁場を印加し続ける方式では安定した攪拌効果が得られないという課題があった。
【００１４】
本発明は、前記した点に着目してなされたものであり、ハース上に配置された金属材料を加熱し溶解する金属溶解方法において、溶湯金属を効果的に攪拌することができ、溶解時間を短縮することのできる金属溶解方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記した課題を解決するために、本発明に係る金属溶解方法は、金属材料が配置されるハース部材と、前記ハース部材の上方に配置されたアーク溶解用電極と、前記アーク溶解用電極に直流電流を供給するアーク電源と、リング状の芯部材と前記芯部材の外周面に周方向に沿って線材が多重に巻回されてなるコイルとを有し、前記ハース部材の裏面側に設けられた、交流磁場を形成する電磁石と、前記電磁石に交流電流を供給する交流電圧供給部と、を備えたアーク溶解装置を用いて、前記アーク溶解用電極から前記ハース部材上に配置された金属材料に対して、アーク放電による加熱を行い、前記金属材料を溶解する金属溶解方法であって、前記金属材料を加熱し形成した溶湯金属に対し、所定周波数の交流電流が供給される前記電磁石によって形成される交流磁場により、前記ハース部材上の溶湯金属がローレンツ力によって回転させられ、かつ、前記交流磁場が磁場方向の反転を生じることにより所定の周期で溶湯金属の回転方向の切り換えが繰り返されるステップを実施し、かつ、前記ステップにおける前記電磁石に供給される交流電流の周波数が０．１Ｈｚ以上１０Ｈｚ以下の範囲であることに特徴を有する。
尚、前記金属材料を加熱し形成した溶湯金属に対し、所定周波数の交流電流が供給される前記電磁石によって形成される交流磁場により、前記ハース部材上の溶湯金属がローレンツ力によって回転させられ、かつ、前記交流磁場が磁場方向の反転を生じることにより所定の周期で溶湯金属の回転方向の切り換えが繰り返されるステップの前に、少なくとも所定時間の間、磁場を印加せずに前記金属材料を加熱し、ボタン状の溶湯金属を形成するステップを含むことが望ましい。
また、前記金属材料を加熱し形成した溶湯金属に対し、所定周波数の交流電流が供給される前記電磁石によって形成される交流磁場により、前記ハース部材上の溶湯金属がローレンツ力によって回転させられ、かつ、前記交流磁場が磁場方向の反転を生じることにより所定の周期で溶湯金属の回転方向の切り換えが繰り返されるステップにおいて、前記ハース部材上の溶湯金属の下方に配置された電磁石に対し、所定周波数の交流電流を印加するとともに、印加電圧の強弱を変化させることが望ましい。
【００１６】
このような方法によれば、溶融された金属材料（溶湯金属）に対し、電磁石に交流電流を印加することにより交流磁場を印加し、溶湯金属に働くローレンツ力によって、溶湯金属が回転され攪拌される。さらに、交流磁場が印加されるため、ローレンツ力の働く向きが周期的に切り替わり、溶湯金属の回転方向が所定時間ごとに切り替わることによって効果的に攪拌がなされる。
これにより、金属材料が軽金属と重金属の場合のように充分な攪拌が必要であっても、溶湯金属を比較的短時間で充分に攪拌し、溶解時間を短縮することができる。
また、本発明に係る金属溶解方法が適用される溶解装置にあっては、従来の水冷ハースを用いた一般的なアーク溶解装置の構成に加え、ハース部材に配置される金属材料の下方に交流電流の印加によって磁場を形成する電磁石を配置すればよいため、装置構成が複雑ではなく、かかるコストを抑えることができる。
【発明の効果】
【００１７】
ハース上に配置された金属材料を加熱し溶解する金属溶解方法において、溶湯金属を効果的に攪拌することができ、溶解時間を短縮することのできる金属溶解方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明に係る金属溶解方法が実施されるアーク溶解装置の主要部を模式的に示す断面図である。
【図２】図２は、図１のアーク溶解装置の平面図である。
【図３】図３（ａ）は、図１のアーク溶解装置が備える電磁石の平面図であり、図３（ｂ）は、電磁石の側面図である。
【図４】図４は、本発明に係る金属溶解方法のステップを示すフローである。
【図５】図５は、従来の水冷ハースの斜視図である。
【図６】図６（ａ）は、図５の水冷ハースのＡ−Ａ矢視断面であり、図６（ｂ）は、Ｂ―Ｂ矢視断面であり、図６（ｃ）は、図６（ｂ）の水冷ハースにおいて溶解される金属材料の状態を時系列に示す断面図である。
【図７】図７（ａ）は、従来の他のアーク溶解装置の模式的な断面図であり、図７（ｂ）は、該アーク溶解装置の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。図１は本発明に係る金属溶解方法が実施されるアーク溶解装置の主要部を模式的に示す断面図であり、図２は図１の平面図である。尚、以下の実施形態においては溶解する金属材料、及びこれが加熱溶融されて形成された溶湯金属をともに符号Ｍで示す。
図１に示すアーク溶解装置１は、所定の不活性ガス（例えばアルゴンガス）が充填されるチャンバ（図示せず）内に配置され使用される。このチャンバは例えば−３０ｋＰａ以下の真空に耐える真空チャンバである事が望ましい。このような真空チャンバにおいては酸素を除去するために高真空に排気した後に不活性ガスが所定圧力まで充填される。このアーク溶解装置１は、例えば直径Ｌ１が３０〜５０ｍｍ、質量が３０〜１００ｇ程度の金属材料Ｍを溶解するためのハース部材２を備えている。
【００２０】
尚、このハース部材２において溶解される金属材料は、純金属のみでなく、軽金属と重金属の合金であってもよく、また加熱により溶融状態となるならば、非金属材料と金属との合金であってもよい。さらに例えばＳｉのような半金属であってもよい。尚、ここでいう軽金属および重金属とは、単体金属（又は半金属）の比重が１．２倍以上離れた２つの元素の一方と他方のことである。
【００２１】
前記ハース部材２は、金属材料Ｍを溶解し溶湯金属とするための窪み３（凹部）を有している。また、窪み３の中央上方には、水冷された棒状のアーク溶解用電極１５が、下方に先端（放電電極）を向けた状態で配置されている。このアーク溶解用電極１５には、アーク電源４より電源供給（直流電流３００Ａ程度）がなされる。
【００２２】
尚、図示しないが、ハース部材２において、放電のトリガーを特定の位置で行う場合は、窪み３の側方には、アーク溶解用電極１５の先端部が挿入可能な待機部が設けられ、そこにアーク溶解用電極１５の先端部が挿入された状態で準備工程としてのアーク放電の開始動作（放電トリガー）が行われるようになっている。
また、前記アーク溶解用電極１５は、窪み３内の金属材料（溶湯金属）Ｍとの距離（放電距離）を調節し、かつ、万遍に加熱できるように、例えばステッピングモータを用いた移動機構（図示せず）により上下移動及び前後左右に首振り可能となされている。
【００２３】
また、ハース部材２の下段には、銅材により形成された水冷板５が配置され、ハース部材２を所定温度に冷却する構成となっている。
また、ハース部材２と水冷板５との間には、リング状の電磁石１０が配置されている。この電磁石１０は、ハース部材２の裏面側に形成された凹部内に、ハース部材２とは電気的に絶縁された状態で収容されており、ハース部材２と水冷板５との接触面積が充分に確保されている。また、電磁石１０とハース部材２の窪み３の表面との距離Ｌ２は、例えば５ｍｍに設定されている。
【００２４】
前記電磁石１０は、リング状の例えばＳＵＳ４３０からなる芯部材１１と、芯部材１１の外周面に周方向に沿って線材が多重（例えば３００ターン）に巻回されてなるコイル１２とを有する。これにより電磁石１０の大きさは、図３（ａ）の平面図、図３（ｂ）の側面図に示すように、例えば直径Ｌ３が最大５０ｍｍとされる。また、リング状の芯部材１１の外径Ｌ４は例えば３０ｍｍとされ、内径Ｌ５は例えば２０ｍｍとされる。また、芯部材１１の高さＬ６は例えば最大１１ｍｍとされる。
【００２５】
また、前記電磁石１０のコイル１２には、交流電圧供給部１４から所定周波数（例えば、０．１Ｈｚ）の交流電流（例えば最大値２Ａ）が印加可能となっている。コイル１２に交流電流が印加されることにより磁場が発生する。交流電圧供給部１４から供給される交流電流の強度と、周波数に応じて交互に切り替わる電流の向きとにより、磁場の強弱と磁場方向とが可変な構成になされている。
【００２６】
また、電磁石１０により磁場が生じている状態において、アーク溶解用電極１５からアーク放電がなされ、アーク放電電流が溶湯金属Ｍに流れると、この電流と磁場により、溶湯金属Ｍにローレンツ力が働き、溶湯金属Ｍが所定方向（横方向）に回転する。ここで、前記のように電磁石１０には交流電流が印加されるため、周期的に磁場の向きが切り替わり、それによって溶湯金属Ｍの回転する向きが周期的に切り替わるようになっている。その結果、溶湯金属Ｍは効果的に攪拌され、金属溶解の時間が短縮される。
【００２７】
このように構成されたアーク溶解装置１において金属材料Ｍの溶解を行う場合、ハース部材２に金属材料Ｍが配置され、アーク電源４からの直流電流（３００Ａ程度）の供給により、アーク溶解用電極１５から金属材料Ｍに対しアーク放電による加熱が開始される（図４のステップＳ１）。このとき、金属材料Ｍに対し磁場印加はなされていない。
尚、金属材料Ｍに対しアーク放電による加熱がなされると、金属材料Ｍは溶融しボタン状の溶湯金属Ｍとなる。但し、ここで金属材料Ｍが軽金属と重金属（単体金属（又は半金属）の比重が１．２倍以上離れた２つの元素の一方と他方）の場合、攪拌前の状態であるため、未だ均一な組成にはなっていないと考えてよい。
【００２８】
加熱開始から所定時間（例えば８０ｓｅｃ）が経過すると（図４のステップＳ２）、交流電圧供給部１４からコイル１２に対し所定の周波数（０．１Ｈｚ）で所定の交流電流（例えば２Ａ）を供給開始する。これによりハース部材２上の溶湯金属Ｍに対し交流磁場の印加が開始される（図４のステップＳ３）。
この交流磁場の印加により溶湯金属Ｍに対しローレンツ力が働き、溶湯金属Ｍはハース部材２の上で所定方向に回転する。ここで、前記ローレンツ力が働く向きは、コイル１２を流れる交流電流の向きによって切り替わるため、交流電流の周波数（０．１Ｈｚ）に応じた時間間隔（例えば５秒ごと）で切り替わる。
即ち、溶湯金属Ｍは、所定の時間間隔ごとに図２の矢印に示すように回転方向が切り替わり、それにより溶湯金属Ｍが効果的に攪拌される。
【００２９】
磁場の印加から所定時間（例えば１００ｓｅｃ）が経過すると（図４のステップＳ４）、溶湯金属Ｍは充分に攪拌された状態となり、溶け残りが無い状態となるため、磁場印加と加熱作業が停止される（図４のステップＳ５）。
【００３０】
以上のように、本発明に係る実施の形態によれば、アーク熱により溶融された金属材料（溶湯金属）Ｍに対し、電磁石１０に交流電流を印加することにより交流磁場を印加し、溶湯金属Ｍに働くローレンツ力によって、溶湯金属Ｍが回転され攪拌される。さらに、交流磁場が印加されるため、ローレンツ力の働く向きが周期的に切り替わり、溶湯金属Ｍの回転方向が所定時間ごとに切り替わることによって効果的に攪拌がなされる。
これにより、金属材料が軽金属と重金属の場合のように充分な攪拌が必要であっても、溶湯金属Ｍを比較的短時間で充分に攪拌し、溶解時間を短縮することができる。
また、本発明に係る金属溶解方法が適用される溶解装置にあっては、従来の水冷ハースを用いた一般的なアーク溶解装置の構成に加え、ハース部材２に配置される金属材料Ｍの下方に交流電流の印加によって磁場を形成する電磁石１０を配置すればよいため、装置構成が複雑ではなく、かかるコストを抑えることができる。
【００３１】
尚、前記実施の形態においては、アーク溶解装置１において、金属材料Ｍの中央直上部から１本のアーク電極棒１５によりアーク熱を加える例を説明したが、本発明に係る金属溶解方法にあっては、それに限定されるものではなく、複数のアーク電極棒を用いて金属材料Ｍの周囲からアーク熱により加熱し、金属材料Ｍを溶融するようにしてもよい。
また、本発明に係る金属溶解方法にあっては、アーク熱により金属材料Ｍを溶解する構成に限らず、その他の手段（例えば電子ビーム）により金属材料Ｍを加熱し、溶融する構成にも適用することができる。
また、前記実施の形態においては、交流磁場を印加する際、一定の交流電流（例えば最大値２Ａ）を印加するものとしたが、交流磁場を印加する間に、印加する交流電流の値（最大値の値）を変えて磁場の大きさに強弱をつけ、溶湯金属Ｍの回転速度等を変化させる制御を行ってもよい。
【実施例】
【００３２】
本発明に係る金属溶解方法について、実施例に基づきさらに説明する。本実施例では、前記実施の形態に示したアーク溶解装置を作製し、前記実施の形態に示した方法に従って金属を生成し検証した。
【００３３】
[実験１]
実験１では、溶湯金属に対する磁場印加を本発明のように交流電流を電磁石に印加することにより発生する磁場（交流磁場）とする場合と、直流電流を印加することにより発生する磁場（直流磁場）とする場合とにおいて、生成された金属の溶解度（溶け残りがあるか）について検証した。なお、溶け残りとは、組成、組織に斑がある場合を言い、特に合金にあっては、混じり合わないで略単体金属が残存した状態を言う。
いずれの場合においても、金属材料はＣｕ：８６ａｔ％とＡｌ：１４ａｔ％とを溶解し合金とするものとした。
また、電磁石への印加電流は１．５Ａ（材料３０ｇ）、２Ａ（材料５０ｇ）、２．５Ａ（材料１００ｇ）とし、アーク電極棒に供給する直流電流は３００Ａとした。
また、磁場を印加する前の初期溶解（無磁場での溶解）を少なくとも８０ｓｅｃ実施後に所定時間（９０，１２０，１５０，１８０ｓｅｃ）の磁場印加を加えた溶解を行った。
【００３４】
表１に、交流磁場印加時（周波数０．１Ｈｚ）の溶解時間と材料量との組み合わせによる条件１〜１２の結果を示し、表２に、直流磁場印加の場合の条件１３〜２４の結果を示す。尚、表１、表２において、○は溶け残り無し又は微小、△は素材のどちらかが溶け残り有り、×は両素材とも溶け残り有りを示す。
【００３５】
【表１】
0006389679.tif 000002
【００３６】
【表２】
0006389679.tif 000003
【００３７】
本実験１の結果、条件１〜１２においては、交流磁場（周波数０．１Ｈｚ）を印加すると、溶湯が回転し、約５ｓｅｃごとに回転方向が切り替わることを目視にて確認できた。条件１３〜２４においては、直流磁場のため、溶湯が一方向に回転することを目視にて確認した。
また、表１、２の結果から、交流磁場印加の場合（条件１〜１２）には、直流磁場印加の場合（条件１３〜２４）よりも全体的に攪拌効果が得られ、大幅に溶解時間を短縮できることを確認した。
【００３８】
[実験２]
実験２では、無磁場での溶解後に溶湯金属に交流磁場を印加する場合に、印加する交流電流の周波数によって結果に差が生じるかを検証した。
金属材料はＣｕ：８６ａｔ％、Ａｌ：１４ａｔ％の素材、計５０ｇを溶解し合金とするものとした。また、印加する電流は２Ａ、周波数は０．１Ｈｚ（条件２５）、１Ｈｚ（条件２６）、５Ｈｚ（条件２７）、１０Ｈｚ（条件２８）、１５Ｈｚ（条件２９）を設定した。
また、アーク電極棒に供給する直流電流は３００Ａとした。
また、磁場を印加する前の初期溶解（無磁場での溶解）を５０ｓｅｃ実施後に１５０ｓｅｃの磁場印加を加えた溶解を行った。
表３に条件２５、２６、２７、２８、２９の結果を示す。尚、表３において、○は溶け残り無し又は微小、×は両素材とも溶け残り有りを示す。
【００３９】
【表３】
0006389679.tif 000004
【００４０】
実験２の結果、印加する交流電流の周波数が０．１Ｈｚの場合（条件２５）には、約５ｓｅｃごとに溶湯の回転方向が切り替わり、表３の結果にも示されるように、効果的に攪拌され、完全に溶解することができた。また、１０Ｈｚの場合（条件２８）は、切り替わる時間が約０．０５ｓｅｃと短く、溶湯が左右振動するような状態が目視観察されたが、作業終了後に得られた合金に溶け残りは見られなかった。
一方、印加する交流電流の周波数が１５Ｈｚの場合（条件２９）には、溶湯の回転の切り替わる時間が短く、微振動に近いものとなり、充分な攪拌ができなかった。そのため、表３の結果に示されるように溶け残りが生じた。よって、印加する交流電流の周波数は、一方向の回転時間がある程度確保できるように高すぎないもの（即ち０．１Ｈｚなど）が好ましいことを確認した。なお、０．１Ｈｚより低い周波数では、所望の溶解時間内での溶湯回転切り替わり回数が少なく、溶解時間を延長する必要があり好ましくなかった。
【００４１】
[実験３]
実験３では、実験２の条件に対する比較例として、最後まで磁場を印加しない場合（条件３０）と、直流磁場を印加する場合（条件３１）についても検証した。その他条件は実験２と同じである。なお、条件３１（直流磁場）は、実験１の条件１９と略同条件であり、再現性の確認目的の条件となっている。
表４に条件３０、３１の結果を示す。尚、表４において、△は素材のどちらかが溶け残り有り、×は両素材とも溶け残り有りを示す。
【００４２】
【表４】
0006389679.tif 000005
【００４３】
実験３の結果、直流磁場を印加する場合（条件３１）には、無磁場の場合（条件３０）よりも溶け残りは少なかったものの不十分な結果だった。直流磁場で溶湯が回転することによって攪拌効果が得られたが、溶解時間が経過するに従い回転中心が溶湯の中央から外れた位置（偏心）となった。
【００４４】
このように実験１〜３の結果、溶解中に磁場を印加するほうが攪拌でき、磁場を交流磁場とすることにより、さらに効果的に攪拌して溶解時間を短縮できることを確認した。
【符号の説明】
【００４５】
１            アーク溶解装置
２            ハース部材（ハース）
３            窪み
４            アーク電源
５            水冷板
１０          電磁石
１１          芯部材
１２          コイル
１４          交流電圧供給部
１５          アーク電極棒
Ｍ            金属材料、溶湯金属
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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