(57)【要約】【課題】抵抗加熱および誘導加熱の２種類の加熱方法によって金属を加熱する際に、ダメージを回避しながら加熱の総熱量を増やすことが可能な技術の提供。【解決手段】固体の状態の金属を配置した後で、コイルアッセンブリへの交流電力の供給を、初期供給量の供給量で開始して、金属を加熱する。この際、溶融金属が存在しない状態における交流電圧の位相に対する交流電流の位相の位相差と、現時点における交流電圧の位相に対する交流電流の位相の位相差と、の違いに基づく偏差量が、所定の基準値よりも大きい場合に、交流電力の供給量を増加させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
抵抗加熱および誘導加熱の２種類の加熱方法によって金属を加熱することで、当該金属の少なくとも一部が溶融された状態の溶融金属を生産する、溶融金属の生産方法において、
交流電力を消費することで、前記抵抗加熱を実現させるジュール熱を発生させるとともに、前記誘導加熱を実現させる磁場を発生させるコイルアッセンブリと、
前記金属および前記溶融金属の一方または両方を、前記コイルアッセンブリによる前記抵抗加熱および前記誘導加熱の両方が可能な位置に貯留された状態にすることを実現させる貯留槽と、
前記コイルアッセンブリへの前記交流電力の供給と、当該交流電力の供給における供給量のコントロールとを実現する制御盤と、
を用い、
固体の状態の前記金属を、前記コイルアッセンブリに対して当該コイルアッセンブリによる前記抵抗加熱および前記誘導加熱の両方が可能な位置関係をなすように配置した後で、
前記制御盤による前記コイルアッセンブリへの前記交流電力の供給を、当該交流電力の供給量が前もって設定された初期供給量となるようにされた状態で開始して、前記金属の加熱を行う加熱ステップを行い、
前記加熱ステップにおいて、
前記コイルアッセンブリへの前記交流電力の供給が開始され、かつ、前記溶融金属が存在しない状態の前記交流電力における、交流電圧の位相に対する交流電流の位相の位相差と、現時点の前記交流電力における、交流電圧の位相に対する交流電流の位相の位相差と、の違いに基づく偏差量が、所定の基準値よりも大きい場合に、前記コイルアッセンブリへの前記交流電力の供給量を増加させる電力供給量増加処理を実行する、
溶融金属の生産方法。
【請求項２】
抵抗加熱および誘導加熱の２種類の加熱方法によって金属を加熱することで、当該金属の少なくとも一部が溶融された状態の溶融金属を生産する、溶融金属の生産方法において、
交流電力を消費することで、前記抵抗加熱を実現させるジュール熱を発生させるとともに、前記誘導加熱を実現させる磁場を発生させるコイルアッセンブリと、
前記金属および前記溶融金属の一方または両方を、前記コイルアッセンブリによる前記抵抗加熱および前記誘導加熱の両方が可能な位置に貯留された状態にすることを実現させる貯留槽と、
前記コイルアッセンブリへの前記交流電力の供給を、当該交流電力の供給量をコントロールした状態で実現させる制御盤と、
を用い、
固体の状態の前記金属を、前記コイルアッセンブリに対して当該コイルアッセンブリによる前記抵抗加熱および前記誘導加熱の両方が可能な位置関係をなすように配置した後で、
前記制御盤による前記コイルアッセンブリへの前記交流電力の供給を、当該交流電力の供給量が前もって設定された初期供給量となるようにされた状態で開始して、前記金属の加熱を行う加熱ステップを行い、
前記加熱ステップでは、
前記コイルアッセンブリへの前記交流電力の供給が開始されて前記溶融金属が生じ始めた溶融開始タイミングよりも後の時間範囲において、現時点における前記コイルアッセンブリの温度が、前記溶融開始タイミングにおける前記コイルアッセンブリの温度に対して、所定の温度以上低くなることをトリガーとして、前記コイルアッセンブリへの前記交流電力の供給量を増加させる電力供給量増加処理を開始する、
溶融金属の生産方法。
【請求項３】
請求項１に記載された溶融金属の生産方法であって、
前記加熱ステップにおいて、前記電力供給量増加処理を繰り返し実行することで、前記コイルアッセンブリへの前記交流電力の供給量を段階的に増加させる、
溶融金属の生産方法。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のうちのいずれか１項に記載された溶融金属の生産方法であって、
前記制御盤は、前記交流電力の供給量を増加させる際に、前記コイルアッセンブリの温度が当該コイルアッセンブリにダメージをもたらす温度領域よりも低い温度となるように、前記交流電力の供給量の増加量を設定する、
溶融金属の生産方法。
【請求項５】
抵抗加熱および誘導加熱の２種類の加熱方法によって金属を加熱することで、当該金属の少なくとも一部が溶融された状態の溶融金属を生産する、溶融金属の生産装置において、
交流電力を消費することで、前記抵抗加熱を実現させるジュール熱を発生させるとともに、前記誘導加熱を実現させる磁場を発生させるコイルアッセンブリと、
前記コイルアッセンブリへの前記交流電力の供給と、当該交流電力の供給における供給量のコントロールとを実現する制御盤と、
前記金属および前記溶融金属の一方または両方を、前記コイルアッセンブリによる前記抵抗加熱および前記誘導加熱の両方が可能な位置に貯留された状態にすることを実現させる貯留槽と、
を備え、
前記制御盤は、前記コイルアッセンブリへの前記交流電力の供給を開始する際の当該交流電力の供給量である初期供給量のデータが前もって記憶されたものであり、
さらに、前記コイルアッセンブリに対して当該コイルアッセンブリによる前記抵抗加熱および前記誘導加熱の両方が可能な位置関係をなすように固体の状態の前記金属が配置された状態において、前記制御盤は、
前記初期供給量の前記交流電力を供給し始めた時点の前記交流電力における、交流電圧の位相に対する交流電流の位相の位相差を示す位相差データを記憶し、
前記位相差データに示される位相差と、現時点の前記交流電力における、交流電圧の位相に対する交流電流の位相の位相差と、の違いに基づく偏差量が、所定の基準値よりも大きい場合に、前記コイルアッセンブリへの前記交流電力の供給量を増加させる、
溶融金属の生産装置。
【請求項６】
抵抗加熱および誘導加熱の２種類の加熱方法によって金属を加熱することで、当該金属の少なくとも一部が溶融された状態の溶融金属を生産する、溶融金属の生産装置において、
交流電力を消費することで、前記抵抗加熱を実現させるジュール熱を発生させるとともに、前記誘導加熱を実現させる磁場を発生させるコイルアッセンブリと、
前記コイルアッセンブリへの前記交流電力の供給と、当該交流電力の供給における供給量のコントロールとを実現する制御盤と、
前記金属および前記溶融金属の一方または両方を、前記コイルアッセンブリによる前記抵抗加熱および前記誘導加熱の両方が可能な位置に貯留された状態にすることを実現させる貯留槽と、
前記コイルアッセンブリの温度を測定する温度測定装置と、
を備え、
前記コイルアッセンブリに対して当該コイルアッセンブリによる前記抵抗加熱および前記誘導加熱の両方が可能な位置関係をなすように固体の状態の前記金属が配置された状態において、前記制御盤は、
前記コイルアッセンブリへの前記交流電力の供給を、当該交流電力の供給量が前もって設定された初期供給量となるようにされた状態で開始し、
前記コイルアッセンブリへの前記初期供給量の前記交流電力の供給により前記金属が加熱されて前記溶融金属が生じ始めた時点における、前記温度測定装置の測定温度である溶融開始温度のデータを記憶し、
さらに、前記コイルアッセンブリの温度が、前記溶融開始温度に達した後に所定の温度以上低くなる温度変化をすることをトリガーとして、前記コイルアッセンブリへの前記交流電力の供給量を増加させる、
溶融金属の生産装置。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載された溶融金属の生産装置であって、
前記コイルアッセンブリの温度を測定する温度測定装置を備え、
前記制御盤は、前記コイルアッセンブリが高温によるダメージを受けない上限の温度を記憶し、前記コイルアッセンブリへの前記交流電力の供給量を増加させる際に、前記温度測定装置の測定温度が前記上限の温度以下の温度となるように、前記交流電力の供給量の増加量を設定する、
溶融金属の生産装置。
【請求項８】
請求項５に記載された溶融金属の生産装置であって、
前記制御盤は、前記交流電力の供給が前記コイルアッセンブリにダメージをもたらす状態の前記交流電力における、交流電圧の位相に対する交流電流の位相の位相差を、前もって推定されたダメージ位相差として記憶し、前記コイルアッセンブリへの前記交流電力の供給量を増加させる際に、当該交流電力における、交流電圧の位相に対する交流電流の位相の位相差が、前記ダメージ位相差に達することがないように、前記交流電力の供給量の増加量を設定する、
溶融金属の生産装置。
【請求項９】
請求項５ないし請求項８のうちのいずれか１項に記載された溶融金属の生産装置であって、
前記制御盤は、前記交流電力の供給量を増加させる処理を繰り返し実行することで、前記コイルアッセンブリへの前記交流電力の供給量を段階的に増加させる、
溶融金属の生産装置。
【請求項１０】
請求項６ないし請求項９のうちのいずれか１項に記載された溶融金属の生産装置であって、
前記貯留槽は、前記コイルアッセンブリを外側から取り巻いた状態に前記金属および前記溶融金属を収容することが可能とされ、さらに、中空の有底管を備えた構造となっており、
前記有底管は、前記コイルアッセンブリを内部に収納することで、当該コイルアッセンブリを前記金属および前記溶融金属から隔離することを実現させる、
溶融金属の生産装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、抵抗加熱および誘導加熱の２種類の加熱方法によって金属を加熱することで、この金属の少なくとも一部が溶融された状態の溶融金属を生産する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属からなる加熱対象に磁場を作用させてこの加熱対象に誘導電流を発生させ、この誘導電流が上記加熱対象に発生させるジュール熱によってこの加熱対象を誘導加熱することが広く行われている。この際、上記磁場の発生源として電磁石を採用し、この電磁石への通電時に発生されるジュール熱によって上記加熱対象を抵抗加熱することが一般的に行われている。
【０００３】
例えば、下記の特許文献１には、チキソトロピーが発生しうる状態（thixotropic  state）に処理中のマグネシウムをヒータコイルにより誘導加熱するとともに、このヒータコイルに発生されるジュール熱を処理中のマグネシウムに伝熱することが可能な技術が示されている。この技術によれば、ヒータコイルに抵抗加熱および誘導加熱の２種類の加熱方法を実現させることで、ヒータコイルが抵抗加熱のみを行う場合と比して、加熱の熱量を増やすとともにヒータコイルの温度を低く抑えることができる。なお、マグネシウムにおいて、「チキソトロピーが発生しうる状態（thixotropic  state）」とは、マグネシウムの一部のみが溶融されて、固相のマグネシウムと液相のマグネシウムとの混合物となっている状態のことをいう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４０８３１７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に記載された従来の技術においては、ヒータコイルに供給された電力の一部が誘導加熱に使われ、その分だけヒータコイルにジュール熱を発生させる電力量が減少することによって、ヒータコイルの温度が低く抑えられる。このため、ヒータコイルの誘導加熱に使われる電力量に対応させてこのヒータコイルへの電力の供給量を増やすことで、加熱の総熱量をヒータコイルへのダメージを回避しながら増やすことが原理的には考えられる。
【０００６】
しかしながら、ヒータコイルの誘導加熱に使われる電力量は加熱対象である金属の電気抵抗に応じて変動されるところ、この金属の電気抵抗は金属の温度およびこの金属が固相であるか液相であるかによって変化される。ここで、金属における固相と液相との相変化には温度の変化がともなわれないため、溶融金属を生産する際には金属の温度からヒータコイルの誘導加熱に使われる電力量の変化を推定することができない。このため、従来の技術においては、ヒータコイルの誘導加熱に使われる電力量に対応させてこのヒータコイルへの電力の供給量を増やし、ヒータコイルへのダメージを回避しながら加熱の総熱量を増やすことができなかった。
【０００７】
そこで、本発明は上記課題を解決するものであって、抵抗加熱および誘導加熱の２種類の加熱方法によって金属を加熱する際に、ダメージを回避しながら加熱の総熱量を増やすことが可能な技術の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明における１つの特徴によると、抵抗加熱および誘導加熱の２種類の加熱方法によって金属を加熱することで、この金属の少なくとも一部が溶融された状態の溶融金属を生産する、溶融金属の生産方法が提供される。この溶融金属の生産方法においては、交流電力を消費することで、抵抗加熱を実現させるジュール熱を発生させるとともに、誘導加熱を実現させる磁場を発生させるコイルアッセンブリを用いる。また、上記溶融金属の生産方法においては、上記金属および上記溶融金属の一方または両方を、コイルアッセンブリによる抵抗加熱および誘導加熱の両方が可能な位置に貯留された状態にすることを実現させる貯留槽を用いる。また、上記溶融金属の生産方法においては、コイルアッセンブリへの交流電力の供給と、この交流電力の供給における供給量のコントロールとを実現する制御盤を用いる。また、上記溶融金属の生産方法においては、コイルアッセンブリへの交流電力の供給を、この交流電力の供給量が前もって設定された初期供給量となるようにされた状態で開始して、金属の加熱を行う加熱ステップを行う。この加熱ステップは、固体の状態の金属を、コイルアッセンブリに対してこのコイルアッセンブリによる抵抗加熱および誘導加熱の両方が可能な位置関係をなすように配置した後で行う。また、上記加熱ステップにおいては、後述する偏差量が、所定の基準値よりも大きい場合に、コイルアッセンブリへの交流電力の供給量を増加させる電力供給量増加処理を実行する。ここで、上記偏差量は、コイルアッセンブリへの交流電力の供給が開始され、かつ、溶融金属が存在しない状態の交流電力における、交流電圧の位相に対する交流電流の位相の位相差と、現時点の交流電力における、交流電圧の位相に対する交流電流の位相の位相差と、の位相差の違いに基づく偏差量である。
【０００９】
本発明におけるもう１つの特徴によると、抵抗加熱および誘導加熱の２種類の加熱方法によって金属を加熱することで、この金属の少なくとも一部が溶融された状態の溶融金属を生産する、溶融金属の生産方法が提供される。この溶融金属の生産方法においては、交流電力を消費することで、抵抗加熱を実現させるジュール熱を発生させるとともに、誘導加熱を実現させる磁場を発生させるコイルアッセンブリを用いる。また、上記溶融金属の生産方法においては、上記金属および上記溶融金属の一方または両方を、コイルアッセンブリによる抵抗加熱および誘導加熱の両方が可能な位置に貯留された状態にすることを実現させる貯留槽を用いる。また、上記溶融金属の生産方法においては、コイルアッセンブリへの交流電力の供給と、この交流電力の供給における供給量のコントロールとを実現する制御盤を用いる。また、上記溶融金属の生産方法においては、コイルアッセンブリへの交流電力の供給を、この交流電力の供給量が前もって設定された初期供給量となるようにされた状態で開始して、金属の加熱を行う加熱ステップを行う。この加熱ステップは、固体の状態の金属を、コイルアッセンブリに対してこのコイルアッセンブリによる抵抗加熱および誘導加熱の両方が可能な位置関係をなすように配置した後で行う。また、上記加熱ステップでは、コイルアッセンブリへの交流電力の供給が開始されて溶融金属が生じ始めた溶融開始タイミングよりも後の時間範囲において、コイルアッセンブリへの交流電力の供給量を増加させる電力供給量増加処理を開始する。この電力供給量増加処理は、現時点におけるコイルアッセンブリの温度が、上記溶融開始タイミングにおけるコイルアッセンブリの温度に対して、所定の温度以上低くなることをトリガーとして開始される。
【００１０】
上記各方法における好ましい実施形態の１つにおいては、上記加熱ステップにおいて、上記電力供給量増加処理を繰り返し実行することで、上記コイルアッセンブリへの上記交流電力の供給量を段階的に増加させる。
【００１１】
上記実施形態とは別の、上記各方法における好ましい実施形態の１つにおいては、上記制御盤は、交流電力の供給量を増加させる際に、上記コイルアッセンブリの温度がこのコイルアッセンブリにダメージをもたらす温度領域よりも低い温度となるように、交流電力の供給量の増加量を設定する。
【００１２】
また、抵抗加熱および誘導加熱の２種類の加熱方法によって金属を加熱することで、この金属の少なくとも一部が溶融された状態の溶融金属を生産する、溶融金属の生産装置の発明も提供される。この溶融金属の生産装置は、交流電力を消費することで、抵抗加熱を実現させるジュール熱を発生させるとともに、誘導加熱を実現させる磁場を発生させるコイルアッセンブリを備えている。また、上記溶融金属の生産装置は、コイルアッセンブリへの交流電力の供給と、この交流電力の供給における供給量のコントロールとを実現する制御盤を備えている。また、上記溶融金属の生産装置は、上記金属および上記溶融金属の一方または両方を、コイルアッセンブリによる抵抗加熱および誘導加熱の両方が可能な位置に貯留された状態にすることを実現させる貯留槽を備えている。ここで、上記制御盤は、コイルアッセンブリへの交流電力の供給を開始する際の交流電力の供給量である初期供給量のデータが前もって記憶されたものである。さらに、コイルアッセンブリに対してこのコイルアッセンブリによる抵抗加熱および誘導加熱の両方が可能な位置関係をなすように固体の状態の金属が配置された状態において、上記制御盤は、上記初期供給量の交流電力を供給し始めた時点の交流電力における、交流電圧の位相に対する交流電流の位相の位相差データを記憶する。さらに、上記制御盤は、上記位相差データに示される位相差と、現時点の交流電力における、交流電圧の位相に対する交流電流の位相の位相差と、の違いに基づく偏差量が、所定の基準値よりも大きい場合に、コイルアッセンブリへの交流電力の供給量を増加させる。
【００１３】
上記溶融金属の生産装置における好ましい実施形態の１つにおいては、上記制御盤は、交流電力の供給が上記コイルアッセンブリにダメージをもたらす状態の交流電力における、交流電圧の位相に対する交流電流の位相の位相差を、前もって推定されたダメージ位相差として記憶している。そして、上記制御盤は、上記コイルアッセンブリへの交流電力の供給量を増加させる際に、この交流電力における、交流電圧の位相に対する交流電流の位相の位相差が、上記ダメージ位相差に達することがないように、交流電力の供給量の増加量を設定する。
【００１４】
また、抵抗加熱および誘導加熱の２種類の加熱方法によって金属を加熱することで、この金属の少なくとも一部が溶融された状態の溶融金属を生産する、溶融金属の生産装置の発明も提供される。この溶融金属の生産装置は、交流電力を消費することで、抵抗加熱を実現させるジュール熱を発生させるとともに、誘導加熱を実現させる磁場を発生させるコイルアッセンブリを備えている。また、上記溶融金属の生産装置は、コイルアッセンブリへの交流電力の供給と、この交流電力の供給における供給量のコントロールとを実現する制御盤を備えている。また、上記溶融金属の生産装置は、上記金属および上記溶融金属の一方または両方を、コイルアッセンブリによる抵抗加熱および誘導加熱の両方が可能な位置に貯留された状態にすることを実現させる貯留槽を備えている。また、上記溶融金属の生産装置は、上記コイルアッセンブリの温度を測定する温度測定装置を備えている。ここで、コイルアッセンブリに対してコイルアッセンブリによる抵抗加熱および誘導加熱の両方が可能な位置関係をなすように固体の状態の金属が配置された状態において、上記制御盤は、上記コイルアッセンブリへの交流電力の供給を開始する。この供給は、交流電力の供給量が前もって設定された初期供給量となるようにされた状態で開始される。また、上記制御盤は、コイルアッセンブリへの初期供給量の交流電力の供給により金属が加熱されて溶融金属を生じ始めさせた時点における、温度測定装置の測定温度である溶融開始温度のデータを記憶する。また、上記制御盤は、コイルアッセンブリの温度が、上記溶融開始温度に達した後に所定の温度以上低くなる温度変化をすることをトリガーとして、コイルアッセンブリへの交流電力の供給量を増加させる。
【００１５】
上記各装置における好ましい実施形態の１つにおいては、溶融金属の生産装置は、上記コイルアッセンブリの温度を測定する温度測定装置を備えている。また、上記制御盤は、上記コイルアッセンブリが高温によるダメージを受けない上限の温度を記憶し、上記コイルアッセンブリへの交流電力の供給量を増加させる際に、上記温度測定装置の測定温度が上記上限の温度以下の温度となるように、交流電力の供給量の増加量を設定する。
【００１６】
上記実施形態とは別の、上記各装置における好ましい実施形態の１つにおいては、上記制御盤は、交流電力の供給量を増加させる際に、この交流電力の供給量を複数回に分けて増加させる。
【００１７】
上記実施形態とは別の、上記各装置における好ましい実施形態の１つにおいては、上記貯留槽は、上記コイルアッセンブリを外側から取り巻いた状態に金属および溶融金属を収容することが可能とされる。また、上記貯留槽は、上記コイルアッセンブリを内部に収納することで、このコイルアッセンブリを上記金属および上記溶融金属から隔離することを実現させる中空の有底管を備えた構造となっている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、抵抗加熱および誘導加熱の２種類の加熱方法によって金属を加熱する際に誘導加熱に使われる電力量の変化を、交流電力における交流電圧の位相と交流電流の位相との位相差またはコイルアッセンブリの温度に基づいて判定することができる。そして、この判定の結果に対応させてコイルアッセンブリへの交流電力の供給量を増やすことで、コイルアッセンブリへのダメージを回避しながらその加熱の総熱量を増やすことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態にかかる溶融金属の生産装置である溶解炉１０を表した要部断面図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる溶融金属の生産方法を示すフローチャートである。
【図３】図２のステップＳ６０を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明の代表的な実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下においては、制御盤１０Ａ（図１参照）に備えられる電源および記憶デバイスなどの付随的な構成について、その図示および詳細な説明を省略する。
【００２１】
始めに、本発明の一実施形態にかかる溶融金属の生産装置である溶解炉１０の構成について説明する。この溶解炉１０は、図１に示すように、絶縁耐火物と金属とを複数層に重ねてなる複合材料により形成した角鍋状の容器である貯留槽１２を備えている。また、溶解炉１０は、その貯留槽１２に固体の金属９０（具体的には例えばアルミニウム）を入れて、この金属９０を溶融させることで溶融金属９０Ａを生産するようになっている。ここで、金属９０の溶融は、溶解炉１０に備えられたコイルアッセンブリ１１が、金属９０を抵抗加熱および誘導加熱の２種類の加熱方法によって加熱することによって実現される。この金属９０は、貯留槽１２の上部に開閉可能に備えられたふた１２Ａを開けた状態で、貯留槽１２の中に投入されて収容される。なお、溶解炉１０は、生産された溶融金属９０Ａを貯留することで、この溶融金属９０Ａを取り出し可能に収容された状態にするようになっている。
【００２２】
ここで、コイルアッセンブリ１１は、棒状の温度測定装置１１Ｂを取り巻くように常らせん形状のコイル１１Ａを配設し、このコイル１１Ａおよび温度測定装置１１Ｂのそれぞれを、電源（図示せず）を備えた制御盤１０Ａに電気的に接続した構成となっている。これにより、コイルアッセンブリ１１は、上記抵抗加熱を、制御盤１０Ａから供給される交流電力９１がコイルアッセンブリ１１に通電される際に発生されるジュール熱によって実現させる。また、コイルアッセンブリ１１による上記誘導加熱は、交流電力９１の供給によりコイルアッセンブリ１１の周囲に発生される磁場（図示せず）が、金属９０および溶融金属９０Ａの一方または両方に誘導電流を生じさせ、この誘導電流がジュール熱に変換されることによって実現される。なお、温度測定装置１１Ｂは、溶解炉１０が起動されている間常時コイルアッセンブリ１１の温度を測定するようになっている。
【００２３】
また、貯留槽１２は、金属９０および溶融金属９０Ａの一方または両方を、コイルアッセンブリ１１による抵抗加熱および誘導加熱の両方が可能な、コイルアッセンブリ１１を外側から取り巻く位置に収容された状態にするようになっている。すなわち、貯留槽１２は、そのふた１２Ａに貫通された状態に設けられた中空の有底管１２Ｂを備えて、この有底管１２Ｂの内部にコイルアッセンブリ１１を収納するようになっている。この有底管１２Ｂは、ふた１２Ａから貯留槽１２の底側（図１では下側）に向けて延びるように配設されて、この底側の部分にコイルアッセンブリ１１を収納する。これにより、有底管１２Ｂは、コイルアッセンブリ１１を貯留槽１２の内容物（例えば図１に示す金属９０および溶融金属９０Ａ）に外側から取り巻かれた状態にすることを実現させる。なお、有底管１２Ｂは、上記底側の部分における貯留槽１２の底側（図１では下側）の端が閉鎖された底とされることで、コイルアッセンブリ１１を貯留槽１２の内容物（例えば図１に示す金属９０および溶融金属９０Ａ）から隔離するようになっている。
【００２４】
さて、制御盤１０Ａは、コイルアッセンブリ１１への交流電力９１の供給と、この交流電力９１の供給における供給量のコントロールとを実現することで、コイルアッセンブリ１１による加熱をコントロールすることができるようになっている。この際、制御盤１０Ａは、この制御盤１０Ａに備えられた記憶デバイス（図示せず）に記憶される種々のデータ、および、温度測定装置１１Ｂが測定するコイルアッセンブリ１１の温度を、上記加熱のコントロールに反映させることができるようになっている。
【００２５】
続いて、生産者（図示せず）が上述した溶解炉１０を使用して溶融金属９０Ａを生産する際に実行される一連の各ステップについて、図２に示すフローチャートに従って説明する。なお、以下においては、コイルアッセンブリ１１への交流電力の供給が開始された時刻を、制御盤１０Ａがこの制御盤１０Ａに備えられた記憶デバイス（図示せず）に記憶するステップなどの付随的なステップについて、その詳細な説明を省略する。
【００２６】
溶融金属９０Ａを生産するに際しては、生産者は、図２に示すステップＳ１０を実行する。
【００２７】
このステップＳ１０においては、生産者は、溶解炉１０における貯留槽１２のふた１２Ａを開けて、固体の状態の金属９０を貯留槽１２の中に収容した後に、貯留槽１２のふた１２Ａを閉める作業を行う。この作業により、金属９０は、コイルアッセンブリ１１による抵抗加熱および誘導加熱の両方が可能な、コイルアッセンブリ１１を外側から取り巻いた位置関係をなすように配置される。このため、以下においては、ステップＳ１０のことを「配置ステップ」とも称する。
【００２８】
上記配置ステップに続いて、生産者は、溶解炉１０の制御盤１０Ａに備えられたスイッチ（図示せず）を操作することで溶解炉１０を起動させる。これに対し、溶解炉１０の制御盤１０Ａは、コイルアッセンブリ１１への交流電力の供給を開始して、金属９０の加熱を行う加熱ステップを実行する。この加熱ステップにおいては、制御盤１０Ａは、まず図２に示すステップＳ２０を実行する。
【００２９】
このステップＳ２０においては、制御盤１０Ａは、この制御盤１０Ａに備えられた記憶デバイス（図示せず）を参照して、前もって設定された交流電力の供給量の初期値である初期供給量のデータを読み出す。そして、制御盤１０Ａは、コイルアッセンブリへの交流電力の供給を、この交流電力の供給量が上記初期供給量となるようにされた状態で開始して、金属９０の加熱を行う。
【００３０】
続いて、制御盤１０Ａは、図２に示すステップＳ３０を実行する。
【００３１】
このステップＳ３０においては、制御盤１０Ａは、現時点の交流電力９１における、交流電圧の位相に対する交流電流の位相の位相差を導出する。このため、以下においては、ステップＳ３０の処理を「位相差導出処理」とも称する。
【００３２】
上記位相差導出処理に続いて、制御盤１０Ａは、図２に示すステップＳ４０を実行する。
【００３３】
このステップＳ４０においては、制御盤１０Ａは、直前に実行された位相差導出処理において導出された位相差を、現在の時刻、および、温度測定装置１１Ｂが測定するコイルアッセンブリ１１の温度の両方と対応付けた位相差データを作成する。そして、制御盤１０Ａは、作成された位相差データを制御盤１０Ａの記憶デバイス（図示せず）に記憶する。このため、以下においては、ステップＳ４０の処理を「記憶処理」とも称する。
【００３４】
上記記憶処理に続いて、制御盤１０Ａは、図２に示すステップＳ５０を実行する。
【００３５】
このステップＳ５０においては、制御盤１０Ａは、その記憶デバイス（図示せず）から、上記初期供給量の交流電力９１を制御盤１０Ａが供給し始めた時刻が対応付けられた位相差データを読み出す。このため、以下においては、ステップＳ５０の処理を「読み出し処理」とも称する。
【００３６】
上記読み出し処理に続いて、制御盤１０Ａは、図２に示すステップＳ６０を実行する。
【００３７】
このステップＳ６０においては、制御盤１０Ａは、直前に実行された読み出し処理によて読み出された位相差データに示される位相差と、現時点の交流電力９１における、交流電圧の位相に対する交流電流の位相の位相差と、の違いに基づく偏差量を求める。そして、制御盤１０Ａは、求めた偏差量が所定の基準値よりも大きい、という条件が成立するか否かを判定する判定処理を実行する。この判定処理において、上記条件が成立する場合には、制御盤１０Ａによる処理は、図２に示すステップＳ７０に進み、上記条件が成立しない場合には、制御盤１０Ａによる処理は、図２に示すステップＳ８０に進む。
【００３８】
ステップＳ７０において、制御盤１０Ａは、コイルアッセンブリ１１に供給する交流電力９１の供給量を増加させ、その処理を図２に示すステップＳ８０に進める。このため、以下においては、ステップＳ７０の処理を「電力供給量増加処理」とも称する。
【００３９】
ここで、制御盤１０Ａは、上記電力供給量増加処理において、コイルアッセンブリ１１の温度を、このコイルアッセンブリ１１が高温によるダメージを受けない上限の温度以下の温度とするように、交流電力９１の供給量の増加量を設定するものとすることができる。この場合、制御盤１０Ａは、その記憶デバイス（図示せず）に前もって記憶されたデータテーブルおよび上記上限の温度を読み出すとともに、直前に実行された判定処理において用いた位相差データに示されるコイルアッセンブリ１１の温度を取得する。ついで、制御盤１０Ａは、取得した温度に上記データテーブルを適用することで、設定されるべき交流電力９１の供給量の増加量を決定する。ここで、上記データテーブルは、溶解炉１０を設計した技術者（図示せず）が、種々の実験のデータをまとめることで作成したものとすることができる。
【００４０】
上記の手法によれば、制御盤１０Ａは、交流電力９１の供給量を増加させる際に、コイルアッセンブリ１１の温度がこのコイルアッセンブリ１１にダメージをもたらす温度領域よりも低い温度となるように、交流電力９１の供給量の増加量を設定する。これにより、コイルアッセンブリ１１が高温によるダメージを受けることを抑えて、このコイルアッセンブリ１１の耐久性を向上させることができる。
【００４１】
なお、交流電力９１の供給がコイルアッセンブリ１１にダメージをもたらす状態の交流電力９１における、交流電圧の位相に対する交流電流の位相の位相差が推定できる場合、この位相差（以下、「ダメージ位相差」とも称する。）から交流電力９１の供給量の増加量を決定することができる。この場合、制御盤１０Ａは、上記電力供給量増加処理において、その記憶デバイス（図示せず）に前もって記憶された、ダメージ位相差および回帰式を読み出す。この回帰式は、交流電力９１における交流電圧の位相に対する交流電流の位相の位相差を独立変数とし、交流電力９１の供給量を従属変数とした回帰式であり、溶解炉１０を設計した技術者（図示せず）が、種々の実験のデータを解析することで作成した回帰式である。そして、制御盤１０Ａは、読み出されたダメージ位相差を同じく読み出された回帰式に適用して従属変数である交流電力９１の供給量を導出し、この供給量に達することがないように、設定されるべき交流電力９１の供給量の増加量を決定する。
【００４２】
上記の手法によれば、制御盤１０Ａは、交流電力９１の供給量を増加させる際に、コイルアッセンブリ１１が高温によるダメージを受ける状態が回避されるように、交流電力９１の供給量の増加量を設定する。これにより、コイルアッセンブリ１１が高温によるダメージを受けることを抑えて、このコイルアッセンブリ１１の耐久性を向上させることができる。
【００４３】
ステップＳ８０において、制御盤１０Ａは、前もって設定された終了条件が成立しているか否かを判定する。この判定において、上記終了条件が成立する場合には、制御盤１０Ａは、現在実行されている全ての処理を終了させ、溶解炉１０を停止させる。上記終了条件が成立しない場合には、制御盤１０Ａによる処理は、図２に示すステップＳ３０に戻る。ここで、上記終了条件は、例えば貯留槽１２の底に溜まるドロス（加熱された金属９０あるいは溶融金属９０Ａが化学反応を起こすことで生じる不純物）をかき出すべきタイミングが来ている、という条件にすることができる。この条件は、前もってスケジュールされたタイミングとして、そのデータを制御盤１０Ａの記憶デバイス（図示せず）に記憶させたものとすることができる。
【００４４】
ステップＳ８０によれば、制御盤１０Ａは、上記加熱ステップにおいて、上記電力供給量増加処理を繰り返し実行する。そして、上記コイルアッセンブリへの上記交流電力の供給量を、上記位相差の違いが上記所定の基準に照らして比較的顕著である間段階的に増加させる。なお、制御盤１０Ａは、ステップＳ３０からステップＳ８０に至る一連の処理を所定の時間間隔を開けて設定された実行タイミングにおいて繰り返すために、ステップＳ８０からステップＳ３０に戻る際に、次の実行タイミングまで処理を遅延させるものとしてもよい。
【００４５】
ここで、上述した判定処理の意味について、図３を用いて説明する。上述した配置ステップの後にコイルアッセンブリ１１への交流電力９１の供給が開始されると、金属９０の温度およびコイルアッセンブリ１１の温度がそれぞれ上昇される。ここで、誘導加熱に使われるエネルギーは加熱対象の電気抵抗率に応じて大きくなるところ、金属９０は溶融金属９０Ａに比して電気抵抗率が低い。このため、溶融金属９０Ａが存在しない、交流電力９１の供給が開始された直後の状態においては、交流電力９１としてもたらされるエネルギーにおいて、誘導加熱に使われるエネルギーの比率は比較的低く、抵抗加熱に使われるエネルギーの比率は比較的高い。
【００４６】
交流電力９１の供給が続いて金属９０の温度が上昇され、この温度が金属９０と溶融金属９０Ａとが固液共存相をなす温度範囲に達すると、金属９０の一部が溶融されて、この金属９０と溶融金属９０Ａとの混合物が生じる。この混合物の電気抵抗率は、この混合物における溶融金属９０Ａの割合に応じて大きくなるところ、この溶融金属９０Ａの割合は加熱の熱量に応じて増加される。このため、金属９０の温度が上記固液共存相をなす温度範囲に達すると、交流電力９１としてもたらされるエネルギーにおける、誘導加熱に使われるエネルギーの比率は徐々に高くなり、抵抗加熱に使われるエネルギーの比率は徐々に低くなる。
【００４７】
なお、以下においては、溶融金属９０Ａとの混合物が生じ始めるタイミング（図３ではＢで示したタイミング）のことを、「溶融開始タイミング」とも称する。この溶融開始タイミングを過ぎると、加熱のエネルギーが金属９０の溶融に使われることで、その温度上昇の速度は低下される。この速度の低下は、金属９０が完全に溶融されて溶融金属９０Ａになるタイミング（図３ではＤで示したタイミング）まで続く。
【００４８】
ところで、コイルアッセンブリ１１において温度が上昇される主な要因は、交流電力９１としてもたらされるエネルギーが抵抗加熱に使われることである。このため、溶融金属９０Ａの存在割合が増えて上記誘導加熱に使われるエネルギーの比率が高くなると、上記抵抗加熱に使われるエネルギーがコイルアッセンブリ１１から放熱される熱エネルギーを下回って減少し、このコイルアッセンブリ１１の温度が低下される。
【００４９】
また、コイルアッセンブリ１１に供給される交流電力９１における、交流電圧の位相に対する交流電流の位相の位相差は、金属９０の温度および溶融金属９０Ａの存在割合によって変化される。ここで、図３においては位相差を時間の増加関数としたグラフを記載している。しかしながら、上記位相差が時間経過に応じて増加するか減少するかを含む、位相差のグラフの具体的な形は、金属９０の種類（例えば金属９０がゲルマニウムであるかアルミニウムであるか）などの種々の要因によって変わりうるものである。
【００５０】
このため、コイルアッセンブリ１１の温度が低下される程度に溶融金属９０Ａの存在割合が増えた状態に対応する、交流電力９１における交流電圧の位相に対する交流電流の位相の位相差に基づいて、上述した誘導加熱に使われるエネルギーの比率の増加を検出することができる。この検出は、交流電力９１の供給が開始されたタイミング（図３ではＡで示したタイミング）における位相差を基準とした、位相差の偏差量が所定の基準値よりも大きくなるタイミング（図３ではＣで示したタイミング）を検出することで実現できる。これは、上述した判定処理と同値の処理である。
【００５１】
ところで、上記の技術的思想によれば、上述した溶融開始タイミングを、交流電力９１における交流電圧の位相に対する交流電流の位相の位相差、あるいは、コイルアッセンブリ１１の温度変化のモニタリングから検出できる可能性が示される。これらの場合には、上記溶融開始タイミングよりも後の時間範囲におけるコイルアッセンブリ１１の温度変化に基づいて、上記誘導加熱に使われるエネルギーの比率の増加を検出することができる。このとき、制御盤１０Ａは、現時点におけるコイルアッセンブリ１１の温度が、溶融開始タイミング（図３ではＢで示したタイミング）におけるコイルアッセンブリ１１の温度（以下、「溶融開始温度」とも称する。）に対して、所定の温度以上低くなることをトリガーとして、上述した電力供給量増加処理を開始することができる。すなわち、制御盤１０Ａは、現時点におけるコイルアッセンブリ１１の温度が、溶融開始温度に対して、所定の温度以上低くなった場合に、上記電力供給量増加処理を開始する。その後、制御盤１０Ａは、現時点におけるコイルアッセンブリ１１の温度が、少なくとも溶融開始温度以上の温度となるまでの間、現時点におけるコイルアッセンブリ１１の温度と溶融開始温度との温度差によらず上記電力供給量増加処理を継続させる。なお、制御盤１０Ａは、溶融開始タイミング以降の任意のタイミングにおけるコイルアッセンブリ１１の温度を、上述した記憶処理において記憶される位相差データに示される、温度測定装置１１Ｂが測定したコイルアッセンブリ１１の温度から取得することができる。
【００５２】
すなわち、上述した各ステップによれば、抵抗加熱および誘導加熱の２種類の加熱方法によって金属９０を加熱する際に誘導加熱に使われる電力量の変化を、交流電力９１における交流電圧の位相と交流電流の位相との位相差またはコイルアッセンブリ１１の温度に基づいて判定することができる。そして、この判定の結果に対応させてコイルアッセンブリ１１への交流電力９１の供給量を増やすことで、コイルアッセンブリ１１へのダメージを回避しながらその加熱の総熱量を増やすことが可能となる。
【００５３】
本発明は、上述した実施形態で説明した外観、構成に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。例えば、以下のような各種の形態を実施することができる。
【００５４】
（１）上述した実施形態においては、金属を完全に溶融させた溶融金属を生産しているが、本発明の技術は、金属の一部のみが溶融されて、固相の金属と液相の金属との混合物となっている溶融金属を生産する際にも用いることができる。
【符号の説明】
【００５５】
１０    溶解炉（溶融金属の生産装置）
１０Ａ  制御盤
１１    コイルアッセンブリ
１１Ａ  コイル
１１Ｂ  温度測定装置
１２    貯留槽
１２Ａ  ふた
１２Ｂ  有底管
９０    金属
９０Ａ  溶融金属
９１    交流電力
【図１】
2017228393.tif 000003
【図２】
2017228393.tif 000004
【図３】
2017228393.tif 000005