JP2021050865A - Arc melting furnace device and arc melting method for object to be melted - Google Patents

Arc melting furnace device and arc melting method for object to be melted Download PDF

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Abstract

To provide an arc melting furnace and a melting method for the object to be melted having Lorentz force acted on the object to be melted suppressed by making magnetic field intensity by a magnet variable.SOLUTION: An arc melting furnace device 1 comprises a mold 3 with a recessed part 3a installed in a melting chamber 2 and an arc electrode 5 heating and melting the object to be melted stored in the recessed part 3 and comprises a permanent magnet 20 arranged at the lower part of the mold 3 for applying a magnetic field in a crossed direction to the direction of an electric current flowing through the inside of the object to be melted by arc discharge from the arc electrode 5 and a permanent magnet advance/retreat mechanism 21 advancing/retreating the permanent magnet 20 to the mold 3 for changing a magnetic flux density in the mold recessed part 3a by the permanent magnet 20.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、アーク溶解炉装置及び被溶解物のアーク溶解方法に関し、例えば、被溶解物が合金等において好ましく適用することができる、アーク溶解炉装置及び被溶解物のアーク溶解方法に関する。 The present invention relates to an arc melting furnace apparatus and an arc melting method of an object to be dissolved, and for example, an arc melting furnace apparatus and an arc melting method of an object to be dissolved, to which the substance to be dissolved can be preferably applied to an alloy or the like.

従来から、純金属の金属塊や、複数の金属元素から成る合金塊、金属元素と非金属元素とから成る合金塊等の被溶解物を高純度で得るために、アーク溶解法が用いられている。
しかしながら、このアーク溶解法では溶融した被溶解物が攪拌され難いため、特に、被溶解物が均一に混ざりにくい複数の元素から成る合金では、均一な品質の金属塊が得られないという問題があった。
Conventionally, the arc melting method has been used to obtain a substance to be dissolved such as a pure metal ingot, an alloy ingot composed of a plurality of metal elements, and an alloy ingot composed of a metal element and a non-metal element with high purity. There is.
However, in this arc melting method, it is difficult to stir the molten material, so that there is a problem that a metal ingot of uniform quality cannot be obtained, especially in an alloy composed of a plurality of elements in which the material to be dissolved is difficult to be mixed uniformly. It was.

この問題を解決する装置として、特許文献1において、アーク放電により金属材料を溶解させるアーク溶解炉を利用した金属材料の溶解装置が提案されている。具体的には、この溶解装置は、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、交差する方向に磁場を印加するための磁石を備えている。 As an apparatus for solving this problem, Patent Document 1 proposes an apparatus for melting a metal material using an arc melting furnace that melts the metal material by an arc discharge. Specifically, this melting device includes a magnet for applying a magnetic field in a direction intersecting the direction of the current flowing through the metal material by arc discharge.

この特許文献1に示された金属材料の溶解装置が、溶融した被溶解物を攪拌する理由について、図6、図7に基づいて説明する。
図6および図7に示すように、溶解装置のハース50が水冷銅炉床から成り、そのハース50に磁石がサマリウムコバルト(SmCo)などから成るリング状の永久磁石(Magnet ring)51が設けられている。
図6(a)および図7に示すように、ハース50に金属材料Mを入れて、ハースの上方に配置されたアーク電極からアークを発生させると、アークの熱により、上部から下部に向かって金属材料Mが溶解していく。このとき、溶融金属(Molten alloy)の電気抵抗は高温ほど高くなるため、アーク電流(Arc DC current)は、まず電気抵抗の小さい未溶解領域(Insufficient melted region)の見られる溶融金属の底部に向かい、さらにそこで溶融金属Mの底部の縁とハース50との間で生成されている凝着部に向かう。すなわち、溶融金属Mの底部では、中心から周縁に向かってほぼ水平方向に流れていくと考えられる。
The reason why the metal material melting apparatus shown in Patent Document 1 stirs the melted material to be dissolved will be described with reference to FIGS. 6 and 7.
As shown in FIGS. 6 and 7, the hearth 50 of the melting device is made of a water-cooled copper hearth, and the hearth 50 is provided with a ring-shaped permanent magnet (Magnet ring) 51 whose magnet is made of samarium-cobalt (SmCo) or the like. ing.
As shown in FIGS. 6A and 7, when the metal material M is put into the hearth 50 and an arc is generated from the arc electrode arranged above the hearth, the heat of the arc causes the metal material M to move from the upper part to the lower part. The metal material M melts. At this time, since the electric resistance of the molten metal (Molten allloy) increases as the temperature increases, the arc current (Arc DC current) first moves toward the bottom of the molten metal in which an undissolved region (Insufficient metal region) having a small electric resistance can be seen. Further there, towards the adhesion formed between the bottom edge of the molten metal M and the hearth 50. That is, at the bottom of the molten metal M, it is considered that the molten metal M flows in a substantially horizontal direction from the center to the peripheral edge.

また、このとき、ハース50の下方に配置されたリング状の磁石51により、溶融金属Mの内部で上向きの磁場(Magnetic Field)がかかるため、アーク電流を帯びた溶融金属Mに対して電磁誘導によって電磁力(Electromagnetic Force)が発生する。
この力は、溶融金属Mの底部で、溶融金属Mの中心から周縁に向かってほぼ水平方向に流れるアーク電流、および上向きの磁場のそれぞれに対して垂直な方向を有し、水平面内で溶融金属を回転させるように作用する。
尚、この力は、アーク電流が強ければ強いほど、また磁石が強ければ強いほど、強くなる。
Further, at this time, since the ring-shaped magnet 51 arranged below the hearth 50 applies an upward magnetic field (Magnetic Field) inside the molten metal M, electromagnetic induction is applied to the molten metal M carrying an arc current. Electromagnetic force is generated by this.
This force has a direction perpendicular to each of the arc current flowing almost horizontally from the center of the molten metal M toward the periphery and the upward magnetic field at the bottom of the molten metal M, and the molten metal in the horizontal plane. Acts to rotate.
The stronger the arc current and the stronger the magnet, the stronger this force.

この横回転により、未溶解部分を巻き込んで溶融金属Mの底部が攪拌されるとともに、熱対流による垂直方向の縦回転が加わることにより、図6(b)に示すように、溶融金属全体を均一に溶解して攪拌することができる(Homogenization)。 By this horizontal rotation, the undissolved portion is involved and the bottom portion of the molten metal M is agitated, and the vertical rotation in the vertical direction due to heat convection is added, so that the entire molten metal becomes uniform as shown in FIG. 6 (b). It can be dissolved in and stirred (Homogenization).

このように、金属材料の溶解装置にあっては、磁石を備え、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、交差する方向に磁場を印加するため、電流の方向および磁場の方向に対して垂直な方向に力が発生する。
そして、その力の方向に沿って、アーク放電で溶解した金属材料に流れが発生するため、金属材料を攪拌することができる。このように、この溶解装置は、アーク放電とともに磁場を印加するだけの比較的簡単な構造で、金属材料を攪拌することができる。
As described above, since the metal material melting device is provided with a magnet and applies a magnetic field in a direction intersecting the direction of the current flowing in the metal material by arc discharge, the direction of the current and the direction of the magnetic field. A force is generated in the direction perpendicular to.
Then, a flow is generated in the metal material melted by the arc discharge along the direction of the force, so that the metal material can be agitated. As described above, this melting device can agitate a metal material with a relatively simple structure in which a magnetic field is applied together with an arc discharge.

特開2013−245354号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-245354

前記したように、特許文献1において提案されていた前記金属材料の溶解装置にあっては、ハースに磁石が配置され、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、交差する方向に磁場が印加されるため、いわゆるローレンツ力が生じ、この力が溶融金属に作用し、攪拌する。
しかしながら、このローレンツ力は、アーク電流が強ければ強いほど、また磁石が強ければ強いほど、強くなる。
そのため、アーク電極に対して、溶解に必要な電流を印加した際、前記磁石の磁束密度と相俟って、過度なローレンツ力が溶融金属に作用する虞があった。そのため、溶融した被溶解物の湯面から溶融物が飛沫となり飛散し、所定の量、また目的とする混合比の合金(被溶解物)が得られないという技術的課題があった。
As described above, in the metal material melting apparatus proposed in Patent Document 1, a magnet is arranged in the hearth and is oriented in a direction intersecting the direction of the current flowing through the metal material due to arc discharge. Since a magnetic field is applied, a so-called Lorentz force is generated, and this force acts on the molten metal to stir it.
However, this Lorentz force becomes stronger as the arc current is stronger and as the magnet is stronger.
Therefore, when a current required for melting is applied to the arc electrode, an excessive Lorentz force may act on the molten metal in combination with the magnetic flux density of the magnet. Therefore, there is a technical problem that the molten material is scattered as droplets from the molten metal surface of the melted material to be dissolved, and an alloy (dissolved material) having a predetermined amount and a target mixing ratio cannot be obtained.

また、ローレンツ力が溶融した被溶解物に作用した状態で、溶融した被溶解物が凝固すると、凝固した被溶解物は楕円体形状ではなく、上面の荒れた球冠や円環(トーラス)形状等の歪んだ形状になり、後の工程の被溶解物反転時の転回の反転不良や、真空吸着搬送時の真空保持不良に影響を与えるという技術的課題があった。 In addition, when the melted material solidifies while the Lorentz force acts on the melted material, the solidified material does not have an ellipsoidal shape but a rough spherical cap or annulus (torus) shape on the upper surface. There is a technical problem that the distorted shape such as the above affects the reversal failure of the rotation at the time of reversing the object to be dissolved in the subsequent process and the vacuum holding failure at the time of vacuum suction transfer.

一方、前記磁石の磁場強度を弱くし磁束密度を小さくすることにより、前記ローレンツ力を小さくでき、溶融した被溶解物の湯面から被溶解物が飛沫となり飛散するのを抑制することができる。
しかしながら、溶融した被溶解物に作用するローレンツ力が小さくした場合、溶融した被溶解物を十分に攪拌することができず、均一な被溶解物を得ることができないという技術的課題があった。
On the other hand, by weakening the magnetic field strength of the magnet and reducing the magnetic flux density, the Lorentz force can be reduced, and it is possible to suppress the molten matter from being scattered as droplets from the molten metal surface.
However, when the Lorentz force acting on the melted substance to be dissolved is reduced, there is a technical problem that the melted substance to be dissolved cannot be sufficiently agitated and a uniform substance to be dissolved cannot be obtained.

本発明者らは、磁場強度を可変することにより、被溶解物に作用するローレンツ力を制御し、上記技術的課題を解決できることを知見し、本発明を完成した。
即ち、磁石による磁場強度を大きくすることにより、溶融した被溶解物に作用するローレンツ力を大きくし、溶融した被溶解物を十分に攪拌する。
一方、磁石による磁場強度を小さくすることにより、溶融した被溶解物に作用するローレンツ力を小さくし、溶融した被溶解物の湯面から溶解物が飛沫となり飛散するのを抑制する。また、溶融した被溶解物に作用するローレンツ力を小さくし、溶融した被溶解物を凝固するにより、被溶解物を楕円体形状とすることができる。
The present inventors have found that the Lorentz force acting on a substance to be dissolved can be controlled by changing the magnetic field strength to solve the above technical problems, and have completed the present invention.
That is, by increasing the magnetic field strength of the magnet, the Lorentz force acting on the molten material to be dissolved is increased, and the molten material is sufficiently agitated.
On the other hand, by reducing the magnetic field strength of the magnet, the Lorentz force acting on the molten material to be dissolved is reduced, and the dissolved material is suppressed from being scattered as droplets from the surface of the molten material. Further, by reducing the Lorentz force acting on the molten material to be dissolved and solidifying the molten material to be dissolved, the material to be dissolved can be formed into an ellipsoidal shape.

本発明は、上記したように、磁石による磁場強度を可変することにより、溶融物に作用するローレンツ力を制御した、アーク溶解炉装置及び被溶解物の溶解方法を提供することを目的とする。 As described above, it is an object of the present invention to provide an arc melting furnace apparatus and a method for melting an object to be melted, in which the Lorentz force acting on the melt is controlled by varying the magnetic field strength by a magnet.

上記目的を達成するためになされた本発明にかかるアーク溶解炉装置は、溶解室の内部に設置された凹部を有する鋳型と、前記凹部に収容された被溶解物を加熱溶解するアーク電極とを備えたアーク溶解炉装置であって、前記アーク電極からのアーク放電により前記被溶解物中を流れる電流の方向に対して、交差する方向に磁場を印加するために、鋳型の下方に配置された永久磁石と、前記永久磁石による、鋳型凹部における磁束密度を変化させるため、前記永久磁石を鋳型に対して進退させる永久磁石進退機構と、を備えることを特徴とする。 In the arc melting furnace apparatus according to the present invention, which has been made to achieve the above object, a mold having a recess installed inside the melting chamber and an arc electrode for heating and melting the material to be melted contained in the recess are provided. An arc melting furnace device provided, which is arranged below the mold in order to apply a magnetic field in a direction intersecting the direction of the current flowing in the object to be melted by an arc discharge from the arc electrode. It is characterized by comprising a permanent magnet and a permanent magnet advancing / retreating mechanism for advancing / retracting the permanent magnet with respect to the mold in order to change the magnetic current density in the mold recess due to the permanent magnet.

このように、本発明にかかるアーク溶解炉装置にあっては、永久磁石を鋳型に対して進退させる永久磁石進退機構が設けられているため、前記永久磁石による鋳型凹部における磁束密度を変化させることができ、被溶解物に作用するローレンツ力を制御することができる。
その結果、大きなローレンツ力を作用させることにより、被溶解物をより攪拌することができ、一方、小さなローレンツ力を作用させることにより、被溶解物の湯面からの飛散を抑制することができる。また、ローレンツ力の作用をより小さくして、溶融した被溶解物を凝固するにより、被溶解物を楕円体形状とすることができる。
As described above, since the arc melting furnace apparatus according to the present invention is provided with the permanent magnet advancing / retreating mechanism for advancing / retracting the permanent magnet with respect to the mold, the magnetic flux density in the mold recess due to the permanent magnet is changed. It is possible to control the Lorentz force acting on the object to be dissolved.
As a result, the dissolved product can be more agitated by applying a large Lorentz force, while the scattering of the dissolved product from the molten metal surface can be suppressed by applying a small Lorentz force. Further, the action of the Lorentz force is made smaller to solidify the melted substance to be dissolved, so that the substance to be dissolved can be formed into an ellipsoidal shape.

ここで、前記永久磁石進退機構によって永久磁石が鋳型の下側に最も接近した際、前記凹部最低底面の磁束密度の絶対値が5mT以上200mT以下の範囲内にあることが望ましい。
凹部最低底面の磁束密度の絶対値が5mT未満の場合には、磁場強度が小さく、溶融した被溶解物の十分な攪拌を行うことができず、好ましくない。
また、前記凹部最低底面の磁束密度の絶対値が200mTを超える場合には、溶融した被溶解物の飛散を抑制できないため、好ましくない。
Here, when the permanent magnet is closest to the lower side of the mold by the permanent magnet advance / retreat mechanism, it is desirable that the absolute value of the magnetic flux density at the lowest bottom surface of the recess is within the range of 5 mT or more and 200 mT or less.
When the absolute value of the magnetic flux density at the lowest bottom surface of the recess is less than 5 mT, the magnetic field strength is small and the molten material to be melted cannot be sufficiently agitated, which is not preferable.
Further, when the absolute value of the magnetic flux density at the lowest bottom surface of the recess exceeds 200 mT, it is not preferable because the scattering of the melted material to be dissolved cannot be suppressed.

また、前記永久磁石進退機構によって永久磁石が鋳型の下方から最も離れた際、前記凹部最低底面の磁束密度の絶対値が5mT未満であることが望ましい。
前記凹部最低底面の磁束密度の絶対値が5mT未満にすることにより、溶融した被溶解物が凝固する際、被溶解物を楕円体形状とすることができる。
Further, when the permanent magnet is farthest from the lower part of the mold by the permanent magnet advance / retreat mechanism, it is desirable that the absolute value of the magnetic flux density at the lowest bottom surface of the recess is less than 5 mT.
By setting the absolute value of the magnetic flux density at the lowest bottom surface of the recess to less than 5 mT, the melted material can be formed into an ellipsoidal shape when the melted material is solidified.

また、前記永久磁石進退機構により、前記永久磁石が、鋳型の下側に最も接近した状態と、永久磁石が鋳型の下方から最も離れた状態とに制御されることが望ましく、また前記永久磁石が、最も接近した状態と最も離れた状態とに繰り返しなされることが望ましい。
このように、永久磁石が鋳型の下側に最も接近した状態と、永久磁石が鋳型の下方から最も離れた状態とになされることにより、被溶解物をより攪拌することができ、また被溶解物の湯面から溶解物が飛沫となり飛散するのを抑制できる。また、永久磁石が鋳型の下側に最も接近した状態と、永久磁石が鋳型の下方から最も離れた状態に、繰り返しなされることにより、被溶解物をより攪拌することができる。
Further, it is desirable that the permanent magnet advance / retreat mechanism controls the permanent magnet so as to be closest to the lower side of the mold and the permanent magnet to be farthest from the lower side of the mold. It is desirable that the closest state and the farthest state are repeated.
In this way, the permanent magnet is placed closest to the underside of the mold and the permanent magnet is placed farthest from the bottom of the mold, so that the substance to be dissolved can be more agitated and dissolved. It is possible to prevent the dissolved substances from splashing from the surface of the hot water of the object. Further, the material to be dissolved can be further agitated by repeating the process in which the permanent magnet is closest to the lower side of the mold and the permanent magnet is farthest from the lower side of the mold.

溶融した被溶解物が凝固する際は、前記永久磁石進退機構は、永久磁石が鋳型の下方から最も離れた状態となされることが好ましい。被溶解物に作用するローレンツ力を小さくして、溶融した被溶解物を凝固することにより、被溶解物を楕円体形状とすることができる。 When the molten material is solidified, it is preferable that the permanent magnet advance / retreat mechanism is in a state where the permanent magnet is farthest from the lower part of the mold. By reducing the Lorentz force acting on the substance to be dissolved and solidifying the melted substance to be dissolved, the substance to be dissolved can be formed into an ellipsoidal shape.

上記目的を達成するためになされた本発明にかかる被溶解物の溶解方法は、溶解室の内部に設置された凹部を有する鋳型と、前記凹部に収容された被溶解物を加熱溶解するアーク電極とを備えたアーク溶解炉装置を用いた被溶解物の溶解方法であって、前記アーク溶解炉装置は、前記アーク電極からのアーク放電により前記被溶解物中を流れる電流の方向に対して、交差する方向に磁場を印加するために、鋳型の下方に配置された永久磁石と、前記永久磁石による、鋳型凹部における磁束密度を変化させるため、前記永久磁石を鋳型に対して進退させる永久磁石進退機構と、を備え、前記永久磁石が、永久磁石進退機構によって鋳型の下側に最も接近した位置と、鋳型の下方から最も離れた位置とに制御され、永久磁石が鋳型の下方から最も離れた状態で、溶融した被溶解物の凝固がなされることを特徴としている。 The method for dissolving the material to be dissolved according to the present invention, which has been made to achieve the above object, is a mold having a recess installed inside the melting chamber and an arc electrode for heating and melting the material to be dissolved contained in the recess. A method of melting an object to be melted using an arc melting furnace device provided with the above, wherein the arc melting furnace device refers to the direction of an electric current flowing through the object to be melted by an arc discharge from the arc electrode. A permanent magnet placed below the mold to apply a magnetic field in the intersecting direction and a permanent magnet advancing and retreating to advance and retreat the permanent magnet with respect to the mold in order to change the magnetic flux density in the mold recess due to the permanent magnet. The permanent magnet is controlled by the permanent magnet advance / retreat mechanism at a position closest to the lower side of the mold and a position farthest from the lower part of the mold, and the permanent magnet is farthest from the lower part of the mold. It is characterized in that the molten material is solidified in the state.

このように、本発明にかかる被溶解物の溶解方法にあっては、永久磁石が、永久磁石進退機構によって鋳型の下側に最も接近した位置と、鋳型の下方から最も離れた位置とに制御され、また、必要に応じて、鋳型の下側に最も接近した位置と鋳型の下方から最も離れた位置とが繰り返されるため、前記永久磁石による鋳型凹部における磁束密度(磁場強度)を変化させ、被溶解物に作用するローレンツ力を制御することができる。
その結果、ローレンツ力を大きくすることにより、被溶解物をより攪拌することができ、一方、被溶解物に作用するローレンツ力を小さくすることにより、溶融した被溶解物の湯面から、溶融した被溶解物が飛散するのを抑制することができる。そして、最後は、永久磁石が鋳型の下方から最も離れた状態とされ、被溶解物に作用するローレンツ力を小さくして、被溶解物の凝固がなされるため、被溶解物の形状を整えることができ、被溶解物を楕円体形状とすることができる。
As described above, in the method for dissolving the material to be dissolved according to the present invention, the permanent magnet is controlled to the position closest to the lower side of the mold and the position farthest from the lower side of the mold by the permanent magnet advance / retreat mechanism. In addition, since the position closest to the lower side of the mold and the position farthest from the lower side of the mold are repeated as necessary, the magnetic flux density (magnetic field strength) in the concave portion of the mold by the permanent magnet is changed. The Lorentz force acting on the material to be dissolved can be controlled.
As a result, by increasing the Lorentz force, the material to be dissolved can be more agitated, while by reducing the Lorentz force acting on the material to be dissolved, the melted material is melted from the molten metal surface. It is possible to suppress the scattering of the substance to be dissolved. Finally, the permanent magnet is placed farthest from the bottom of the mold, the Lorentz force acting on the material to be dissolved is reduced, and the material to be dissolved is solidified, so that the shape of the material to be dissolved is adjusted. And the object to be dissolved can be made into an ellipsoidal shape.

本発明は、上記したように、磁石による磁場強度を可変することにより、溶融物に作用するローレンツ力を制御した、アーク溶解炉装置及び被溶解物の溶解方法を得ることができる。 According to the present invention, by varying the magnetic field strength of the magnet as described above, it is possible to obtain an arc melting furnace device and a method for melting an object to be melted, in which the Lorentz force acting on the melt is controlled.

本発明のアーク溶解炉装置にかかる実施形態の概略構成を示す、断面図である。It is sectional drawing which shows the schematic structure of the embodiment which concerns on the arc melting furnace apparatus of this invention. 図1に示した永久磁石進退機構の一例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows an example of the permanent magnet advance / retreat mechanism shown in FIG. 本発明の実施形態において、永久磁石進退機構によって永久磁石が鋳型の下側に最も接近した状態を示す、概略構成図である。In the embodiment of the present invention, it is a schematic block diagram showing a state in which the permanent magnet is closest to the lower side of the mold by the permanent magnet advancing / retreating mechanism. 本発明の実施形態において、永久磁石進退機構によって永久磁石が鋳型の下方から最も離れた状態を示す、概略構成図である。In the embodiment of the present invention, it is a schematic block diagram showing a state in which the permanent magnet is farthest from the bottom of the mold by the permanent magnet advance / retreat mechanism. 永久磁石表面からの距離によって、磁束密度の変化の度合いを示した図である。It is a figure which showed the degree of change of the magnetic flux density by the distance from the permanent magnet surface. 特許文献1に記載された金属材料の溶解装置および金属材料の溶解方法の動作原理の(a)溶融金属にかかるアーク電流、磁場、力の向きを示す断面図、(b)攪拌後の溶融金属を示す断面図である。The operating principle of the metal material melting apparatus and the metal material melting method described in Patent Document 1 is (a) a cross-sectional view showing the directions of arc current, magnetic field, and force applied to the molten metal, and (b) the molten metal after stirring. It is sectional drawing which shows. 特許文献1に記載された金属材料の溶解装置および金属材料の溶解方法の動作原理の溶融金属にかかるアーク電流および力を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the arc current and the force applied to the molten metal of the operation principle of the metal material melting apparatus and the metal material melting method described in Patent Document 1. FIG.

以下、本発明の実施形態のアーク溶解炉装置について図面に基づいて説明する。
先ず、本発明の実施形態のアーク溶解炉装置1の全体構成を、図1を用いて説明する。
図1に示すように、アーク溶解炉装置1は、溶解室2の下面に銅鋳型3が密着し、溶解室2は密閉容器となされている。
また、銅鋳型3の下方には、冷却水が循環する水流路4aを有する冷却体4が設けられ、冷却体4上に銅鋳型3が配置されることで、銅鋳型3は水冷鋳型となされている。
Hereinafter, the arc melting furnace apparatus according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, the overall configuration of the arc melting furnace device 1 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 1, in the arc melting furnace device 1, the copper mold 3 is in close contact with the lower surface of the melting chamber 2, and the melting chamber 2 is a closed container.
Further, below the copper mold 3, a cooling body 4 having a water flow path 4a through which cooling water circulates is provided, and by arranging the copper mold 3 on the cooling body 4, the copper mold 3 is made into a water-cooled mold. ing.

また、図中の符号5は棒状の水冷電極(アーク電極)であって、水冷電極(アーク電極)5は、陰極としてのタングステン製の先端部を備え、溶解室2の上方から室内に挿設されている。
この水冷電極(アーク電極)5のタングステン製の先端部は、銅鋳型3の上面(凹部3a)と相対向する位置に配置されている。また、この水冷電極(アーク電極)5の先端は、ハンドル部(図示しない)の操作によって溶解室2を上下、前後、左右に移動できるようになされている。
また、前記水冷電極5は、電源部10の陰極に電気的に接続され、前記水冷電極5に電力を供給するようになされている。また前記電源部10の陽極側は溶解室2、銅鋳型3と共に、接地(アース)されている。
Further, reference numeral 5 in the drawing is a rod-shaped water-cooled electrode (arc electrode), and the water-cooled electrode (arc electrode) 5 is provided with a tungsten tip as a cathode and is inserted into the room from above the melting chamber 2. Has been done.
The tungsten tip of the water-cooled electrode (arc electrode) 5 is arranged at a position facing the upper surface (recessed portion 3a) of the copper mold 3. Further, the tip of the water-cooled electrode (arc electrode) 5 can be moved up and down, front and back, and left and right in the melting chamber 2 by operating a handle portion (not shown).
Further, the water-cooled electrode 5 is electrically connected to the cathode of the power supply unit 10 to supply electric power to the water-cooled electrode 5. Further, the anode side of the power supply unit 10 is grounded together with the melting chamber 2 and the copper mold 3.

また前記溶解室2には、真空ポンプ(図示せず)が取り付けられ、この真空ポンプにより溶解室2を真空に排気することができる。
尚、不活性ガス供給部(図示せず)が設けられ、溶解室2を真空に排気した後に、この不活性ガス供給部から溶解室2の内部に不活性ガスが供給、封入され、溶解室2内は不活性ガス雰囲気となされている。
Further, a vacuum pump (not shown) is attached to the melting chamber 2, and the melting chamber 2 can be evacuated to a vacuum by this vacuum pump.
An inert gas supply unit (not shown) is provided, and after the dissolution chamber 2 is exhausted to a vacuum, the inert gas is supplied and sealed inside the dissolution chamber 2 from the inert gas supply unit, and the dissolution chamber 2 is sealed. The inside of 2 is an inert gas atmosphere.

また、水冷電極(アーク電極)5からのアーク放電により、被溶解物M中を流れる電流の方向に対して、交差する方向に磁場を印加するために、鋳型3の下方に永久磁石20が配置されている。 Further, a permanent magnet 20 is arranged below the mold 3 in order to apply a magnetic field in a direction intersecting the direction of the current flowing in the object M due to the arc discharge from the water-cooled electrode (arc electrode) 5. Has been done.

前記永久磁石20は、例えば、ネオジム磁石から成り、磁束密度430mT、外径30mmの円板状の磁石であって、上面側にS極、下面側がN極になるように構成されている。尚、上面側がN極、下面側がS極であっても効果は同じである。
また、この永久磁石20は、円板形状に限定されるものではなく、リング状の磁石であっても良い。一例を挙げれば、外径が30mm、内径が6mm、厚みが10mmのリング状の磁石であっても良い。
The permanent magnet 20 is, for example, a neodymium magnet, which is a disk-shaped magnet having a magnetic flux density of 430 mT and an outer diameter of 30 mm, and is configured to have an S pole on the upper surface side and an N pole on the lower surface side. The effect is the same even if the upper surface side has an N pole and the lower surface side has an S pole.
Further, the permanent magnet 20 is not limited to a disk shape, and may be a ring-shaped magnet. As an example, a ring-shaped magnet having an outer diameter of 30 mm, an inner diameter of 6 mm, and a thickness of 10 mm may be used.

この永久磁石20は、永久磁石進退機構21によって昇降自在に構成され、前記永久磁石20を鋳型3に対して進退させることにより、鋳型凹部3aにおける磁束密度(磁場強度)が変化するように構成されている。 The permanent magnet 20 is configured to be able to move up and down by a permanent magnet advancing / retreating mechanism 21, and is configured so that the magnetic flux density (magnetic field strength) in the mold recess 3a changes by advancing / retracting the permanent magnet 20 with respect to the mold 3. ing.

この永久磁石進退機構21の一例を、図2に基づいて説明する。
この永久磁石進退機構21は、永久磁石20が先端に取り付けられたピストンロッド21aと、ピストンロッド21aの後端に取り付けられたピストン21bと、前記ピストン21bが摺動するシリンダ21cとを備えている。
An example of the permanent magnet advance / retreat mechanism 21 will be described with reference to FIG.
The permanent magnet advance / retreat mechanism 21 includes a piston rod 21a to which the permanent magnet 20 is attached to the tip, a piston 21b attached to the rear end of the piston rod 21a, and a cylinder 21c to which the piston 21b slides. ..

また、前記シリンダ21c内には、室21d、室21eが設けられている。この室21d、室21eは、シリンダ21c内をピストン21bで区切ることによって形成される。
この室21d、室21eには、エアー導入排出口21f、21gが設けられている。このエアー導入排出口21f、21gは,コンプレッサ21hと接続されている。また、コンプレッサ21hは、図示しない切換え弁等を制御する進退機構制御部22に接続されている。
Further, a chamber 21d and a chamber 21e are provided in the cylinder 21c. The chambers 21d and 21e are formed by partitioning the inside of the cylinder 21c with a piston 21b.
The chambers 21d and 21e are provided with air introduction / discharge ports 21f and 21g. The air introduction / discharge ports 21f and 21g are connected to the compressor 21h. Further, the compressor 21h is connected to an advancing / retreating mechanism control unit 22 that controls a switching valve or the like (not shown).

そして、エアー導入排出口21fから室21d内にエアー導入され、ピストン21bが摺動すると、室21e内のエアーは、エアー導入排出口21gから排出されるように構成されている。
同様に、そして、エアー導入排出口21gから室21e内にエアー導入され、ピストン21bが摺動すると、室21d内のエアーは、エアー導入排出口21fから排出されるように構成されている。即ち、図示しない切換え弁を動作させることにより、コンプレッサ21hからのエアーが、エアー導入排出口21fとエアー導入排出口21gのいずれかの導入排出口に導入されるように構成されている。
Then, when air is introduced into the chamber 21d from the air introduction / discharge port 21f and the piston 21b slides, the air in the chamber 21e is discharged from the air introduction / discharge port 21g.
Similarly, when air is introduced into the chamber 21e from the air introduction / discharge port 21g and the piston 21b slides, the air in the chamber 21d is discharged from the air introduction / discharge port 21f. That is, by operating a switching valve (not shown), the air from the compressor 21h is introduced into either the air introduction / discharge port 21f or the air introduction / discharge port 21g.

このように、エアー導入排出口21fとエアー導入排出口21gのいずれかの導入排出口にエアーが導入されることにより、永久磁石20が先端に取り付けられたピストンロッド21aが進退する(上下動する)。
そして、永久磁石20を鋳型3に対して進退させることにより、鋳型凹部3aにおける磁束密度(磁場強度)が変化する。
In this way, when air is introduced into either the air introduction / discharge port 21f or the air introduction / discharge port 21g, the piston rod 21a to which the permanent magnet 20 is attached to the tip moves back and forth (moves up and down). ).
Then, by advancing and retreating the permanent magnet 20 with respect to the mold 3, the magnetic flux density (magnetic field strength) in the mold recess 3a changes.

磁石表面からの距離によって、磁場強度(磁場密度)が変化する割合の一例を図5に示す。図5に示すように、表面から2mmにおける磁束密度186mTの永久磁石において、表面から10mm離れると104mTとなり、40mm離れると14mTとなる。
したがって、永久磁石20を鋳型3に対して進退させることにより、鋳型凹部3aにおける磁束密度(磁場強度)が変化する。被溶解物に作用するローレンツ力は、鋳型凹部3aにおける磁束密度(磁場強度)が強ければ強いほど、強くなる。
FIG. 5 shows an example of the rate at which the magnetic field strength (magnetic field density) changes depending on the distance from the magnet surface. As shown in FIG. 5, in a permanent magnet having a magnetic flux density of 186 mT at 2 mm from the surface, it becomes 104 mT at a distance of 10 mm from the surface and 14 mT at a distance of 40 mm.
Therefore, by moving the permanent magnet 20 back and forth with respect to the mold 3, the magnetic flux density (magnetic field strength) in the mold recess 3a changes. The Lorentz force acting on the substance to be dissolved becomes stronger as the magnetic flux density (magnetic field strength) in the mold recess 3a is stronger.

その結果、ローレンツ力が大きくなることにより、被溶解物をより攪拌することができ、一方、被溶解物に作用するローレンツ力を小さくすることにより、被溶解物の湯面からの飛散を抑制することができる。
更に、被溶解物に作用するローレンツ力を小さくして、溶融した被溶解物を凝固させることにより、被溶解物を楕円体形状とすることができる。
As a result, the Lorentz force can be increased to stir the substance to be dissolved more, while the Lorentz force acting on the substance to be dissolved can be reduced to suppress the scattering of the substance to be dissolved from the surface of the molten metal. be able to.
Further, by reducing the Lorentz force acting on the substance to be dissolved and solidifying the melted substance to be dissolved, the substance to be dissolved can be formed into an ellipsoidal shape.

具体的には、前記永久磁石進退機構21によって永久磁石20が鋳型3の下側に最も接近した際、前記凹部3aの最低底面の磁束密度(磁場強度)の絶対値が5mT以上200mT以下の範囲内なるように、磁石の磁束密度が選定される。
前記凹部3aの最低底面の磁束密度の絶対値が5mT未満の場合には、磁場強度が小さく、被溶解物Mの十分な攪拌ができず、好ましくない。
また、前記凹部3aの最低底面の磁束密度の絶対値が200mTを超える場合には、溶融した被溶解物Mの飛散を抑制できないため、好ましくない。
Specifically, when the permanent magnet 20 is closest to the lower side of the mold 3 by the permanent magnet advance / retreat mechanism 21, the absolute value of the magnetic flux density (magnetic field strength) at the lowest bottom surface of the recess 3a is in the range of 5 mT or more and 200 mT or less. The magnetic flux density of the magnet is selected so that it is inside.
When the absolute value of the magnetic flux density at the lowest bottom surface of the recess 3a is less than 5 mT, the magnetic field strength is small and the substance M to be dissolved cannot be sufficiently agitated, which is not preferable.
Further, when the absolute value of the magnetic flux density at the lowest bottom surface of the recess 3a exceeds 200 mT, the scattering of the melted substance M cannot be suppressed, which is not preferable.

好ましくは、永久磁石20が鋳型3の下側に最も接近した際、前記凹部3aの最低底面の磁束密度(磁場強度)の絶対値が5mT以上200mT以下の範囲内であって、更に凹部3aの上端部における磁束密度(磁場強度)の絶対値が1mT以上50mT以下の範囲内である。凹部3aの上端部においても、十分な磁束密度を確保し、凹部3a内の被溶解物Mの十分な攪拌を行うためである。 Preferably, when the permanent magnet 20 is closest to the lower side of the mold 3, the absolute value of the magnetic flux density (magnetic field strength) of the lowest bottom surface of the recess 3a is within the range of 5 mT or more and 200 mT or less, and further, the recess 3a. The absolute value of the magnetic flux density (magnetic field strength) at the upper end is within the range of 1 mT or more and 50 mT or less. This is because a sufficient magnetic flux density is secured even at the upper end portion of the recess 3a, and the object to be dissolved M in the recess 3a is sufficiently agitated.

また、前記永久磁石進退機構21によって永久磁石20が鋳型3の下方から最も離れた際、前記凹部3aの最低底面の磁束密度の絶対値が5mT未満であることが望ましい。
前記凹部3aの最低底面の磁束密度の絶対値が5mT未満にして、溶融した被溶解物を凝固するにより、被溶解物を楕円体形状とすることができる。
Further, when the permanent magnet 20 is farthest from the lower part of the mold 3 by the permanent magnet advance / retreat mechanism 21, it is desirable that the absolute value of the magnetic flux density at the lowest bottom surface of the recess 3a is less than 5 mT.
By setting the absolute value of the magnetic flux density at the lowest bottom surface of the recess 3a to less than 5 mT and solidifying the melted substance to be dissolved, the object to be dissolved can be formed into an ellipsoidal shape.

また、前記永久磁石進退機構21により、前記永久磁石20が鋳型3の下側に最も接近した状態と、永久磁石20が鋳型3の下方から最も離れた状態とに制御される。
即ち、永久磁石20が図3に示す状態と、図4に示す状態とに制御され、または、永久磁石20が図3に示す状態と図4に示す状態に繰り返しなされる。
このように、永久磁石20が鋳型3の下方に最も接近した状態と、磁場源20が鋳型3の下方から最も離れた状態とが制御され、または、必要に応じて繰り返しなされることにより、被溶解物Mをより攪拌することができる。
Further, the permanent magnet advancing / retreating mechanism 21 controls the permanent magnet 20 to be closest to the lower side of the mold 3 and the permanent magnet 20 to be farthest from the lower side of the mold 3.
That is, the permanent magnet 20 is controlled between the state shown in FIG. 3 and the state shown in FIG. 4, or the permanent magnet 20 is repeatedly repeated in the state shown in FIG. 3 and the state shown in FIG.
In this way, the state in which the permanent magnet 20 is closest to the lower part of the mold 3 and the state in which the magnetic field source 20 is farthest from the lower part of the mold 3 are controlled or repeated as necessary. The lysate M can be more agitated.

溶融した被溶解物Mが凝固する際は、永久磁石進退機構21は、永久磁石20が鋳型3の下方から最も離れた状態となされることが好ましい。
被溶解物Mに作用するローレンツ力を小さくして、溶融した被溶解物Mが凝固することにより、被溶解物の表面張力によって、被溶解物を楕円体形状とすることができる。
When the molten material M is solidified, the permanent magnet advancing / retreating mechanism 21 is preferably in a state where the permanent magnet 20 is farthest from the lower part of the mold 3.
By reducing the Lorentz force acting on the substance to be dissolved M and solidifying the melted substance M to be dissolved, the surface tension of the substance to be dissolved can cause the substance to be dissolved to have an ellipsoidal shape.

また、このアーク溶解炉装置1にあっては、図1に示すように、被溶解物の溶湯の形状変化を計測し、計測した溶湯の形状に応じた検出信号を、前記制御装置11に出力する溶湯計測手段12が設けられている。
具体的には、CCDカメラ等によって、溶湯の形状を画像解析し、その画像変化(形状変化)に応じた検出信号を、制御装置に送出する。そして前記制御装置11によって電源部10からの出力電流(電流の強度)と該電流周波数を制御し、前記水冷電極5からのアーク放電の出力強度に強弱を加えるように構成されている。
このように、アーク放電の出力強度に強弱を加えることによっても、被溶解物Mに作用するローレンツ力に強弱を加えることができる。
Further, in the arc melting furnace device 1, as shown in FIG. 1, the shape change of the molten metal of the material to be melted is measured, and the detection signal corresponding to the measured shape of the molten metal is output to the control device 11. The molten metal measuring means 12 is provided.
Specifically, the shape of the molten metal is image-analyzed by a CCD camera or the like, and a detection signal corresponding to the image change (shape change) is sent to the control device. Then, the control device 11 controls the output current (current intensity) from the power supply unit 10 and the current frequency, and is configured to add strength to the output intensity of the arc discharge from the water-cooled electrode 5.
In this way, by adding strength to the output strength of the arc discharge, it is possible to add strength to the Lorentz force acting on the substance M to be dissolved.

また、前記制御装置11は、永久磁石進退機構21を制御する進退機構制御部22に対して、所定の昇降動作を行うように制御信号を送出する。前記制御信号を受けた進退機構制御部22は、図示しない切換え弁を制御し、コンプレッサ21hからのエアーを、エアー導入排出口21fとエアー導入排出口21gのいずれかに導入し、ピストンロッド21aを移動させ、永久磁石20を上下動する。
尚、永久磁石進退機構21には、ピストンロッド21aの位置を検出するセンサ(図示せず)が設けられ、センサからの信号が進退機構制御部22に送出され、コンプレッサ21hからのエアーが導入されるエアー導入排出口が選択される。またセンサからの信号によって、ピストンロッド21aの移動が停止されるように構成されている。
Further, the control device 11 sends a control signal to the advancing / retreating mechanism control unit 22 that controls the permanent magnet advancing / retreating mechanism 21 so as to perform a predetermined ascending / descending operation. Upon receiving the control signal, the advancing / retreating mechanism control unit 22 controls a switching valve (not shown), introduces air from the compressor 21h into either the air introduction / discharge port 21f or the air introduction / discharge port 21g, and causes the piston rod 21a. Move the permanent magnet 20 up and down.
The permanent magnet advance / retreat mechanism 21 is provided with a sensor (not shown) for detecting the position of the piston rod 21a, a signal from the sensor is sent to the advance / retreat mechanism control unit 22, and air from the compressor 21h is introduced. The air inlet / outlet is selected. Further, the movement of the piston rod 21a is stopped by a signal from the sensor.

このように、前記制御装置11によって、永久磁石進退機構21の進退機構制御部22を制御する。
尚、前記永久磁石進退機構21の進退動作に加えて、前記したように、前記制御装置11によって、アーク放電の出力強度に強弱を加えて、被溶解物Mに作用するローレンツ力を制御しても良い。
In this way, the control device 11 controls the advancing / retreating mechanism control unit 22 of the permanent magnet advancing / retreating mechanism 21.
In addition to the advancing / retreating operation of the permanent magnet advancing / retreating mechanism 21, as described above, the control device 11 controls the Lorentz force acting on the object M by adding strength to the output intensity of the arc discharge. Is also good.

また、溶解室2の外から操作する反転棒6が設けられ、溶融した被溶解物を冷却した後、溶解室2の外から反転棒6により銅鋳型3(凹部3a)上で材料(被溶解物)Mを反転することができるようになされている。
尚、図1中、符号7は、溶解室2の下面部分を操作するレバーであって、このレバー7を操作することにより、溶解室2から下面部の銅鋳型3を取外すことができ、前記銅鋳型3上(凹部3a内)に被溶解物を収容し、また凹部3a内から被溶解物を取出すことができる。
Further, a reversing rod 6 operated from the outside of the melting chamber 2 is provided, and after cooling the melted material to be melted, the material (dissolved) is placed on the copper mold 3 (recess 3a) by the reversing rod 6 from the outside of the melting chamber 2. Thing) M is made to be able to be inverted.
In FIG. 1, reference numeral 7 is a lever for operating the lower surface portion of the melting chamber 2, and the copper mold 3 on the lower surface portion can be removed from the melting chamber 2 by operating the lever 7. The material to be dissolved can be stored on the copper mold 3 (inside the recess 3a), and the material to be dissolved can be taken out from the inside of the recess 3a.

次に、アーク溶解炉において被溶解物を溶解する方法について、図1乃至図4に基づいて、説明する。
まず、秤量した被溶解物を銅鋳型3上に載置(凹部3aに収容)する。そして、溶解室2内を不活性ガス、通常はアルゴンガス雰囲気とした後に、水冷電極5のタングステン電極(陰極)と銅鋳型3上の被溶解物M(陽極)との間でアーク放電を発生させ、被溶解物Mを溶解する。
合金の作製においては、複数の金属材料を秤量し銅鋳型3上に載置(凹部3aに収容)する。そして、上記場合と同様に、溶解室2内を不活性ガス、通常はアルゴンガス雰囲気とした後に、水冷電極5のタングステン電極(陰極)と銅鋳型3上の合金材料M(陽極)との間でアーク放電を発生させ、その熱エネルギーにより複数の異なる合金材料Mが溶解し、合金化される。
Next, a method of melting the material to be dissolved in the arc melting furnace will be described with reference to FIGS. 1 to 4.
First, the weighed material to be dissolved is placed on the copper mold 3 (accommodated in the recess 3a). Then, after the inside of the melting chamber 2 is made into an inert gas, usually an argon gas atmosphere, an arc discharge is generated between the tungsten electrode (cathode) of the water-cooled electrode 5 and the object to be dissolved M (anode) on the copper mold 3. To dissolve the object to be dissolved M.
In the production of the alloy, a plurality of metal materials are weighed and placed on the copper mold 3 (accommodated in the recess 3a). Then, as in the above case, after the inside of the dissolution chamber 2 is made into an inert gas, usually an argon gas atmosphere, between the tungsten electrode (catalyst) of the water-cooled electrode 5 and the alloy material M (anode) on the copper mold 3. An arc discharge is generated at the above, and a plurality of different alloy materials M are melted and alloyed by the thermal energy.

このとき、上部にS極を配し下部にN極を配した永久磁石20によって、銅鋳型3に入れた被溶解物Mに対して、上下方向の磁場が印加される。そのため、図6および図7に示す基本原理に従って、攪拌がなされる。
ところで、実際は水冷銅鋳型に接する被溶解物の底面の液化は遅く、上部から溶解が始まり、融けた部分から図3(a)に示すように回転が始まる。そして、溶解が進むに従い溶湯の回転も激しくなり図3(b)に示すように遠心力により溶湯は凹部の斜面に沿って盛り上がり、盛り上がった溶湯は中心部に向かって落下する。このような動きにより効果的な攪拌が行われる。
At this time, a magnetic field in the vertical direction is applied to the object M to be dissolved in the copper mold 3 by the permanent magnet 20 having the S pole arranged at the upper part and the N pole arranged at the lower part. Therefore, stirring is performed according to the basic principle shown in FIGS. 6 and 7.
By the way, in reality, the liquefaction of the bottom surface of the object to be dissolved in contact with the water-cooled copper mold is slow, the dissolution starts from the upper part, and the rotation starts from the melted portion as shown in FIG. 3A. Then, as the melting progresses, the rotation of the molten metal becomes violent, and as shown in FIG. 3 (b), the molten metal rises along the slope of the recess due to the centrifugal force, and the raised molten metal falls toward the central portion. Effective stirring is performed by such movement.

そして、被溶解物の溶解する際、永久磁石20は、図3(b)に示すように、永久磁石進退機構21によって鋳型3の下側に最も接近した位置と、図4(b)に示すように鋳型3の下方から最も離れた位置をとることができる。 Then, when the substance to be dissolved is dissolved, the permanent magnet 20 is located at the position closest to the lower side of the mold 3 by the permanent magnet advancing / retreating mechanism 21 as shown in FIG. 3 (b), and is shown in FIG. 4 (b). As described above, the position farthest from the lower part of the mold 3 can be taken.

図3(b)に示すように、永久磁石進退機構21によって、永久磁石20が鋳型3の下側に最も接近した位置にある場合、前記凹部3aの最低底面の磁束密度は最も大きくなる。
即ち、永久磁石20が鋳型3の下側に最も接近した位置にある場合には、被溶解物Mに作用するローレンツ力は最も強くなり、図3(a)に示すように、溶融した被溶解物Mが回転する。このとき、前記回転によって図3(b)に示すように、溶融した被溶解物は凹部3aの径方向外側に拡がる。
このような被溶解物Mの回転動作、拡り動作によって、被溶解物Mは攪拌される。
As shown in FIG. 3B, when the permanent magnet 20 is located closest to the lower side of the mold 3 by the permanent magnet advancing / retreating mechanism 21, the magnetic flux density at the lowest bottom surface of the recess 3a becomes the largest.
That is, when the permanent magnet 20 is located closest to the lower side of the mold 3, the Lorentz force acting on the object to be dissolved M becomes the strongest, and as shown in FIG. 3A, the molten object to be dissolved is dissolved. The object M rotates. At this time, as shown in FIG. 3B, the molten material spreads outward in the radial direction of the recess 3a due to the rotation.
The material to be dissolved M is agitated by such a rotating operation and a spreading operation of the material to be dissolved.

また、図4(b)に示す、永久磁石進退機構に21よって、永久磁石20が鋳型3の下方に最も離れた位置にある場合、前記凹部3aの最低底面の磁束密度が最も小さくなる。
即ち、永久磁石20が鋳型3の下方に最も離れた位置にある場合には、被溶解物Mに作用するローレンツ力が小さくなり、溶融した被溶解物Mの回転は遅くなり、又は、回転することはなく、図4(a)(b)に示すように、溶融した被溶解物の自重と表面張力により、被溶解物は、楕円体形状となる。
Further, according to the permanent magnet advancing / retreating mechanism 21 shown in FIG. 4B, when the permanent magnet 20 is located at the farthest position below the mold 3, the magnetic flux density at the lowest bottom surface of the recess 3a becomes the smallest.
That is, when the permanent magnet 20 is located at the farthest position below the mold 3, the Lorentz force acting on the object to be dissolved M becomes small, and the rotation of the molten object M becomes slow or rotates. As shown in FIGS. 4A and 4B, the melted object has an ellipsoidal shape due to its own weight and surface tension.

したがって、前記永久磁石進退機構21により、前記永久磁石20が鋳型3の下側に最も接近した状態と、永久磁石20が鋳型3の下方から最も離れた状態とに制御されることにより、さらに、必要に応じて両状態に繰り返しなされることにより、溶融した被溶解物Mの攪拌がより増進される。
尚、既に述べたように、永久磁石進退機構21によって永久磁石20が鋳型3の下側に最も接近した際、凹部3aの最低底面の磁束密度の絶対値が5mT以上200mT以下の範囲内にあることが望ましい。また永久磁石進退機構21によって、永久磁石20が鋳型3の下方から最も離れた際、凹部3aの最低底面の磁束密度の絶対値が5mT未満であることが望ましい。
Therefore, the permanent magnet advancing / retreating mechanism 21 controls the permanent magnet 20 to be closest to the lower side of the mold 3 and the permanent magnet 20 to be farthest from the lower side of the mold 3. Stirring of the molten material M is further enhanced by repeating the two states as necessary.
As already described, when the permanent magnet 20 is closest to the lower side of the mold 3 by the permanent magnet advance / retreat mechanism 21, the absolute value of the magnetic flux density at the lowest bottom surface of the recess 3a is within the range of 5 mT or more and 200 mT or less. Is desirable. Further, it is desirable that the absolute value of the magnetic flux density at the lowest bottom surface of the recess 3a is less than 5 mT when the permanent magnet 20 is farthest from the lower part of the mold 3 by the permanent magnet advance / retreat mechanism 21.

そして、前記永久磁石20が鋳型3の下側に最も接近した状態と、永久磁石20が鋳型3の下方から最も離れた状態とが繰り返しなされ、最後は、永久磁石20が鋳型3の下方から最も離れた状態とし、被溶解物Mが凝固される。
被溶解物Mに作用するローレンツ力を小さくして、凝固することにより、被溶解物Mの形状を整えることができ、溶融した被溶解物Mを楕円体形状とすることができる。
Then, the state in which the permanent magnet 20 is closest to the lower side of the mold 3 and the state in which the permanent magnet 20 is farthest from the lower side of the mold 3 are repeated, and finally, the permanent magnet 20 is closest to the lower side of the mold 3. The material to be dissolved M is solidified in a separated state.
By reducing the Lorentz force acting on the substance M to be dissolved and solidifying it, the shape of the substance M to be dissolved can be adjusted, and the melted substance M to be dissolved can be formed into an ellipsoidal shape.

1 アーク溶解炉装置
2 溶解室
3 銅鋳型
3a 凹部
4 冷却体
4a 水流路
5 水冷電極(アーク電極)
6 反転棒
7 下面部操作レバー
10 電源部
11 制御装置
12 溶湯計測手段
20 永久磁石
21 永久磁石進退機構
21a ピストンロッド
21b ピストン
21c シリンダ
21d 室
21e 室
21f エアー導入排出口
21g エアー導入排出口
21h コンプレッサ
22 進退機構制御部
1 Arc melting furnace device 2 Melting chamber 3 Copper mold 3a Recess 4 Cooler 4a Water flow path 5 Water cooling electrode (arc electrode)
6 Reversing rod 7 Lower surface operation lever 10 Power supply unit 11 Control device 12 Molten metal measuring means 20 Permanent magnet 21 Permanent magnet advance / retreat mechanism 21a Piston rod 21b Piston 21c Cylinder 21d Room 21e Room 21f Air introduction / discharge port 21g Air introduction / discharge port 21h Compressor 22 Advance / retreat mechanism control unit

Claims (6)

溶解室の内部に設置された凹部を有する鋳型と、前記凹部に収容された被溶解物を加熱溶解するアーク電極とを備えたアーク溶解炉装置であって、
前記アーク電極からのアーク放電により前記被溶解物中を流れる電流の方向に対して、交差する方向に磁場を印加するために、鋳型の下方に配置された永久磁石と、
前記永久磁石による鋳型凹部における磁束密度を変化させるため、前記永久磁石を鋳型に対して進退させる永久磁石進退機構と、
を備えることを特徴とするアーク溶解炉装置。
An arc melting furnace device including a mold having a recess installed inside the melting chamber and an arc electrode for heating and melting the material to be melted contained in the recess.
A permanent magnet arranged below the mold to apply a magnetic field in a direction intersecting the direction of the current flowing in the object to be dissolved by the arc discharge from the arc electrode.
In order to change the magnetic flux density in the concave portion of the mold by the permanent magnet, a permanent magnet advancing / retreating mechanism for advancing / retreating the permanent magnet with respect to the mold,
An arc melting furnace apparatus comprising.
前記永久磁石進退機構によって永久磁石が鋳型の下側に最も接近した際、前記凹部最低底面の磁束密度の絶対値が5mT以上200mT以下の範囲内にあることを特徴とする請求項1記載のアーク溶解炉装置。 The arc according to claim 1, wherein when the permanent magnet is closest to the lower side of the mold by the permanent magnet advance / retreat mechanism, the absolute value of the magnetic flux density at the lowest bottom surface of the recess is in the range of 5 mT or more and 200 mT or less. Melting furnace equipment. 前記永久磁石進退機構によって永久磁石が鋳型の下方から最も離れた際、前記凹部最低底面の磁束密度の絶対値が5mT未満であることを特徴とする請求項1または請求項2記載のアーク溶解炉装置。 The arc melting furnace according to claim 1 or 2, wherein when the permanent magnet is farthest from the lower part of the mold by the permanent magnet advance / retreat mechanism, the absolute value of the magnetic flux density at the lowest bottom surface of the recess is less than 5 mT. apparatus. 前記永久磁石進退機構により、前記永久磁石が、鋳型の下側に最も接近した状態と、永久磁石が鋳型の下方から最も離れた状態とに制御され、
または、前記永久磁石が、最も接近した状態と最も離れた状態とに繰り返しなされることを特徴とする請求項1記載のアーク溶解炉装置。
The permanent magnet advance / retreat mechanism controls the permanent magnet to be closest to the lower side of the mold and the permanent magnet to be farthest from the lower side of the mold.
The arc melting furnace apparatus according to claim 1, wherein the permanent magnets are repeatedly formed in the closest state and the farthest state.
融けた被溶解物が凝固する際は、前記永久磁石進退機構は、永久磁石が鋳型の下方から最も離れた状態となされることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載のアーク溶解炉装置。 The method according to any one of claims 1 to 4, wherein when the melted substance to be melted solidifies, the permanent magnet advancing / retreating mechanism is set so that the permanent magnet is in the state farthest from the lower part of the mold. Arc melting furnace equipment. 溶解室の内部に設置された凹部を有する鋳型と、前記凹部に収容された被溶解物を加熱溶解するアーク電極とを備えたアーク溶解炉装置を用いた被溶解物の溶解方法であって、
前記アーク溶解炉装置は、前記アーク電極からのアーク放電により前記被溶解物中を流れる電流の方向に対して、交差する方向に磁場を印加するために、鋳型の下方に配置された永久磁石と、
前記永久磁石による、鋳型凹部における磁束密度を変化させるため、前記永久磁石を鋳型に対して進退させる永久磁石進退機構と、
を備え、
前記永久磁石が、永久磁石進退機構によって鋳型の下側に最も接近した位置と、鋳型の下方から最も離れた位置とに制御され、
または、前記永久磁石が、最も接近した状態と最も離れた状態とに繰り返しなされ、
永久磁石が鋳型の下方から最も離れた状態で、溶融した被溶解物の凝固がなされることを特徴とする被溶解物の溶解方法。
A method for melting an object to be dissolved, which comprises an arc melting furnace apparatus provided with a mold having a recess installed inside the dissolution chamber and an arc electrode for heating and dissolving the substance to be dissolved contained in the recess.
The arc melting furnace device includes a permanent magnet arranged below the mold in order to apply a magnetic field in a direction intersecting the direction of the current flowing in the object to be melted by the arc discharge from the arc electrode. ,
A permanent magnet advancing / retreating mechanism that advances and retreats the permanent magnet with respect to the mold in order to change the magnetic flux density in the mold recess due to the permanent magnet.
With
The permanent magnet is controlled by the permanent magnet advance / retreat mechanism to the position closest to the lower side of the mold and the position farthest from the lower side of the mold.
Alternatively, the permanent magnets are repeatedly placed in the closest state and the farthest state.
A method for dissolving a melted product, which comprises solidifying the melted product in a state where the permanent magnet is farthest from the bottom of the mold.
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