JPH04143234A

JPH04143234A - 合金又は複合材の製造装置

Info

Publication number: JPH04143234A
Application number: JP2268878A
Authority: JP
Inventors: Ryoda Sato; 佐藤　亮拿
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-10-05
Filing date: 1990-10-05
Publication date: 1992-05-18

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は多相多電極プラズマアークを利用して良質の
合金及び複合材を効率よく連続して製造する合金及び複
合材の製造装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、合金を製造する手段としては、各成分の金属をそ
れぞれ所定の重量だけ秤量し、これらを十分攪拌混合し
て炉内で加熱溶融する方法か一般的であった。また、従
来の加熱方法では十分な高温か得られず、また温度のみ
で静的に溶融するものであったので、品質の安定な歩留
か望めなかった。

〔発明か解決しようとする課題〕

すなわち、上記の従来の方法によると、複数種類の金属
をあらかじめ所定量だけ秤量してこれらを混合溶融する
ので、随時所望量の合金を連続して製造することは困難
であった。また加熱温度か比較的低く、エネルギーか十
分てなく良質の合金が得られないという問題もあった。

この発明は上記の点に鑑みてなされたもので、簡単な装
置で所定の成分の良質の合金を連続にまたは所定量、短
時間で製造することのできる合金または複合材の製造装
置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〕

この発明にかかる合金又は複合材の製造装置は、各電極
がそれぞれ異なる一種、又は複数種類の素材からなり、
先端か相互に近接して配置された複数本の導電性電極と
、これら電極の各々に陰陽の電圧を印加する電源とを備
え、前記電極間に発生するアークにより上記電極を溶融
して合金又は複合材を製造するようにしたものである。

この発明にかかる合金又は複合材の製造装置は、先端か
相互に近接して配置された複数本の電極と、該複数の電
極の各々に各相の電圧を印加する多相交流電源とを備え
、各電極間に複数のアークを発生ぎせ、該アークにより
複数種類の素材からなる溶融素材を溶融して合金又は複
合材を製造するようにしたものである。

またこの発明は、上記電極の一部に黒鉛電極を用い、上
記アークを黒鉛電極の酸化によって生じる強還元性を有
するものとしたものである。

〔作用〕

この発明においては、各電極を構成する物質原子が約４
，０００”Ｃの高温でイオン化しながら瞬時に溶融し、
この溶融池またはアーク周辺に回転磁界、電磁力、磁場
の振動及びアークの攪拌現象を発生するので、該物質原
子はこれらのエネルギーによる変成を受け、今まで得ら
れなかった緻密な良質の合金を製造することかできる。

また各電極の中央部に太いニュートラル電極を置けばさ
らに上記アークエネルギーを増大することができ、かっ
このニュートラル電極として、合金としたい素材を撚線
状等に束ねたものを用い、あるいはパイプ状にしてその
中央に必要な粉体または気体を通すことにより、成分金
属の比率を容易に設定することかできる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。

第１図は本発明の第１の実施例による合金又は複合材の
製造装置である合金製造炉の概要説明図である。図にお
いて、多相多電極プラズマアーク発生装置８は、本件出
願人か提案し特公昭５３−３９３７７号公報等に記載さ
れた多相多電極アーク発生手段と同様の構成になるもの
で、６本の電極１，２，３．１Ａ、２Ａ、３Ａと、該電
極ｌ。

ＩＡ、電極２．２Ａ、電極３，３Ａのそれぞれに各相電
圧を供給する三相交流電源７とよりなり、該電極はそれ
ぞれ合金又は複合材を形成するための各種の素材からな
るものを使用する。６本の上記電極は逆円錐形状を形成
するよう、かつ、電極先端部９で収束するよう、上方か
ら見て等角度（６０°間隔）で放射状に並んでいる。各
電極は電極送り機構（図示省略）によって進退自在とな
っており、電極の消耗に対して調整される。

また、７は３相交流電源、４．　５．　６は３相交流出
力の出力電流を調整するシリコン制御整流素子（ＳＣＲ
）あるいはりアクドルにより構成される電流調整装置、
ｌＯは６本の黒鉛電極ｌ、２゜３．１Ａ、２Ａ、３Ａの
間で複数のアークか得られると同時に、電極先端部９て
下方に向けて噴出するように得られる、非移行性プラズ
マアーク、１２は合金又は複合材を形成する複数の素材
からなる電極材料か溶けて溶融池となったもの、１１は
これを収容する坩堝である。

ここで、本多相多電極プラズマアーク発生装置により発
生されるマルチアークは、以下の特色を有するものであ
る。

■　大気中、各種ガス雰囲気中、液体中、真空中（１０
”Ｔｏｒｒ）を問わずマイナス電子イオンを帯びた超高
温のアークか発生する。

■　スイッチＯＮと同時に４０００″Ｃ以上の熱源を得
られるため、高融点物質でも溶融、溶解できる。

■　電極の先端に回転磁界が発生するため、被照射物に
対する電気的攪拌作用が期待できる。

■　３の倍数で相数、電極数を増やすことが可能で、電
極径を太くするとともに、負荷電流を増大して大容量の
物質でも短時間で処理できる。

■　３相、６相等の多相交流を用いており、各相の合計
電流は常に０となり、アース線か不要のため、アークは
対極を必要としない非移行性のものとなり、従って金属
以外の電導性を有しない物質をも直接加熱、溶融させる
ことかできる。

■　複数の電極の中心部にニュートラル電極を設けるこ
とにより、さらに強力なプラズマアークか発生する。

■　上記のニュートラル電極を設けるかわりに、二の中
心部から溶剤またはガス等を放出する二ともてきる。

次に動作について説明する。

第１図の装置において、電流調整装置４，５゜６からの
３相交流電源出力（各相出力をそのままかけてもよいか
、アークの強さ加減を調節したいときは各相出力の位相
を若干調整する。）の各相出力を、電極１．１Ａ、電極
２．２Ａ、電極３゜３Ａにそれぞれ供給すると、該計６
つの電極相互間に複数のアーク、即ちマルチアークか発
生するとともに、電極先端部９から非移行性プラズマア
ークか発生する。そして、該電極の周辺は、約４゜００
０℃の高温に加熱され、この結果、各電極ｌ。

２の先端が溶融し、各電極を構成する金属の合金となっ
た坩堝１１中の溶融池に注入される。この結果、合金溶
融池またはアーク周辺に回転磁界。

電磁力、磁場の振動、及びアークの攪拌現象を発生し、
溶融合金はこれらのエネルギーによる変成を受け、従来
にない緻密な良質の合金か生成される。

また、第２図は本発明の第２の実施例を示し、これは多
相交流プラズマアークｌＯに対し、その多数電極の集束
する中央部に、合金となる材料を供給する機構を付加し
、溶解材料か最高温熱流のアーク中心を貫流して効果的
に加熱、溶融、還元されるようにした合金製造炉の概要
説明図である。

すなわち、装入口１３に装入された溶解材料１２は、基
底にある定量供給装置１４によって装入とい１５から送
入管１６を通過してアーク先端部９の中心に上方から供
給される。そして、上記アーク１０の中心に導入され、
その最高温熱流を通過する間に溶解材料１２は上述のよ
うに加熱、溶融、還元され、さらにこれはアーク先端に
ある耐火材障壁１７に当たって完全に還元処理されて合
金溶融池となり、炉床湯溜まり１８に溜まる。

また第３図および第４図はこの発明の第３の実施例によ
る合金又は複合材の製造装置を示し、カーボンまたは金
属アルミニウム、あるいはこれらの混成で形成された電
極３１の外周に、同様の素材またはカーボン電極等て形
成された６本等複数の電極３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３
２ｄ、３２ｅ３２ｆが等角度間隔に配置されており、そ
れぞれの電極３１．３２の先端は所定の間隔て近接して
いる。これらの電極３１．３２は上記と同様多相多電極
アーク発生手段を構成する電極であり、電極３２は星形
結線された３相または６相交流電源３３（図では６相）
の各相３２ａ〜３２ｆにそれぞれ電流調整装置３６ａ〜
３６ｆを介して接続され、ている。また電極３１は３相
または６相交流電源３３の中性点３４に接続されている
。そして各電極３１．３２に各相の電圧が印加されて、
電極３１と電極３２間、及び電極３２相互間のそれぞれ
の先端にアークが発生するようになっている。

なお、符号３５は溶融した合金４０を収納する容器であ
る。

このように本発明の上記３つの実施例では、多相多電極
アーク発生装置を用い、その電極に、複数種類の素材か
らなる複数本の導電性電極を用い、前記電極間に発生す
るアークにより該各電極を溶融して合金または複合材を
製造するようにし、あるいは複数種類の素材からなる材
料を、複数本の電極間に発生するアークにより溶融して
合金または複合材を製造するようにしたので、今まで得
られなかった緻密な良質の合金を製造することかできる
。

このときある種類の材料を用いた電極の断面積の合計と
、他の種類の材料を用いた電極の断面積の合計とによっ
て合金比率を適正に設定することかでき、任意の種類の
、任意の合金比率の合金を得ることかできる。

また、上記各実施例では、生成する合金の量は、電源の
印加電圧と通電時間を調整することにより、任意に設定
することかできる。

また、特別な還元性雰囲気調整を行うことなく、各種合
金材料を高温に加熱、溶融、還元して直接に所望の合金
を得ることかできる。

また、電極の一部に黒鉛棒を用い、空気中でアーク放電
すると黒鉛の酸化によって生じた一酸化炭素ガスは、ア
ーク気圏に高濃度に存在し、高温に加熱されて一部プラ
ズマ状態となり、極めて還元性に富むアークを形成する
。従って一般のプラズマアークのように発火と還元性付
与のために、アルゴン、水素、−酸化炭素等のプラズマ
形成ガスを送入することは全く不必要であり、大気中で
各材料を容易に還元することかでき、設備装置費や操業
費も極めて安価となり、極めて経済的である。

また、多相電極の逆円錐状に集束する電極下端の中央上
部に各種合金材料を供給すると、多相電極の集束する電
極先端部の空隙部分を通過し、最高温熱流のアーク中心
を該合金材料が貫流して加熱、溶融、還元処理を効果的
に行うことができる。

なお上記実施例では１本のニュートラル電極３１と６本
の異種の導電性電極３２とを溶融する場合について説明
したが、電極３１．３２の材質及び本数はこれらに限定
されるものではない。

さらに、各電極の中央部に太いニュートラル電極を置け
ばさらに上記アークエネルギーを増大することかでき、
かつこのニュートラル電極として、第５図（ａｌに示す
ように合金としたい素材を撚線状等に束ねたもの３１ａ
を用い、あるいは第５図ｆｂ）に示すように、パイプ状
３１ｂにしてその中央に必要な粉体または気体３１ｃを
通すようにすれば、これにより所望の成分の合金を得る
ことかできる。

さらに、・第５図に示すように、電極３２を例えば合金
化したい異種金属の素材等で円筒状５０に形成し、中心
孔３２ａに例えばセラミック粉末４０を挿入して複合電
極としてもよい。

またニュートラル電極についても第５図（ａ）の電極３
１ａのように異種金属の撚線状や、第５図（ｂ）の電極
３１ｂのように同心円的な複合電、極で構成してもよい
。例えば鉄で形成されたパイプ状電極の中にカーボンや
セラミック等の粉末を入れることにより、カーボンとセ
ラミックと鉄が融合した複合材を得ることができる。

また外側電極の内部は合金化したい素材の粉体でもよい
か、場合によっては不活性ガスを発生させるフラックス
て適正な雰囲気をつくることもてきる。

また、第６図に示すように、電極たけてなく坩堝３８の
中にあらかじめ合金または複合材を得るだめの各素材３
７を入れておいてもよく、また電極以外にこの坩堝３８
に、外部から一定量の合金または複合素材にするための
素材を一定の速度で一定の量をバイブ３９より投入する
ようにしてもよく、これにより、品質の向上と製造の量
産化とを促進させることができる。

第７図は本発明のさらなる実施例を示し、第７図（ａ）
は２つの単相交流電源を用いた第４の実施例を示してい
る。図において、７０はニュートラル電極、７１〜７４
はその回りに配置された４つの電極、５１．６１はそれ
ぞれ第１．第２の単相交流電源の二次コイルで、各コイ
ルの中点５２，６２は上記ニュートラル電極７０に接続
され、また上記各二次コイル両端は、上記４つの電極７
１〜７４に、これらの電極の極性が隣接するもの同士で
は逆になるよう接続されている。この場合４つの電極７
１〜７４の間、及びこれらの電極とニュートラル電極７
０との間に合計８つのアークか発生ずることとなり、こ
のアークによって上記実施例と同様電極を溶融して合金
又は複合材を製造する。

また第７図（ｂ）は本発明の第５の実施例を示し、これ
は上記第４の実施例において、単相交流電源を１つにし
たものである。すなわち８１は単相交流電源の２次コイ
ルで、その中点８２はニュートラル電極７０に、その両
端は上記実施例と同様、上記４つの電極７１〜７４に、
これらの電極の極性か隣接するもの同士では逆になるよ
う接続されている。

また第７図（Ｃ）は本発明の第６の実施例を示し、これ
は上記第５の実施例において、電極数及び配置を変更し
たものであり、図に示すように３つの電極７５，７６．
７７を所定の三角形の頂点に配置し、そのそれぞれに上
記二次コイル８１の中点８２及び両端を接続している。

この場合は、各電極相互間に３つのアークか発生し、こ
れによって電極を溶融し、合金又は複合材を製造するこ
とかできる。

なお、上記第６の実施例では、３つの電極を三角形の頂
点に配置したか、これは第７図（ｄ）に示すように一つ
の直線上に配置してもよい。

また上記第４〜第６の実施例では、電源として単相交流
電源を用いた場合を示したか、これは直流電源を用いて
もよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、多相多電極ア
ークを発生させる電極を複数種類の素材で形成し、アー
クによりこれらの電極あるいは溶融素材を溶融して合金
を製造するようにしたので、各電極素材の電子か超高温
で飛び出して各素材かイオン化しつつ溶融され、回転磁
界や電磁振動を伴ったアーク電流とともに溶融池に突入
するので、良質な合金を得ることかでき、しかも、所望
の成分の良質の合金を所望の量たけ短時間に製造し、あ
るいは長時間連続的に製造することかできる効果かある
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例による合金又は複合材
の製造装置である、多相交流プラズマアーク発生装置を
用いた間欠式処理炉の概要説明図、第２図はこの発明の
第２の実施例による合金又は複合材の製造装置である、
多相交流プラズマアーク発生装置を用いた連続式処理炉
の概要説明図、第３図および第４図は本発明の第３の実
施例を示す図、第５図は本発明の他の実施例の一部の構
成を示す図、第６図は本発明のさらに他の実施例の一部
の構成を示す図、第７図は本発明の第４ないし第６の実
施例を示す図である。図において、１．　１Ａ、　　２．　２Ａ、　　３．　
３Ａは電極、４，５．６は電流調整装置、７は三相交流
電源、８は多相交流プラズマアーク発生装置、９は電極
先端部、■０はプラズマアーク、ＩＩは坩堝、１２ａは
溶融池、１２は溶解材料、１３は装入パイプ、１４は定
量供給装置、１５は装入とい、１６は送入管、１７は耐
火材障壁、１８は炉床湯溜まり、３１，３２．７１〜７
７は電極、３３は３相または６相交流電源、３４は中性
点、３５は容器、４０は溶融池、５１，６１．８１は単
相交流電源の二次コイル、５２，６２．８２は中点、７
０はニュートラル電極である。なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）各電極がそれぞれ異なる一種、又は複数種類の素
材からなり、先端が相互に近接して配置された複数本の
導電性電極と、該複数の導電性電極の各々に陰陽の電圧を印加する多相
あるいは単相交流電源、または直流電源とを備え、上記電源の印加により各電極間に複数のアークを発生さ
せるとともに、電極先端部よりプラズマアークを噴射さ
せ、該アークにより上記電極を溶融して合金又は複合材
を製造するようにしたことを特徴とする合金又は複合材
の製造装置。
（２）上記電極の複数種類の素材と同じ溶融材料を、多
数電極の集束するプラズマアークの最高温熱流が通過す
る中心部に導入するようにした請求項１記載の合金又は
複合材の製造装置。
（３）先端が相互に近接して配置された複数本の電極と
、該複数の電極の各々に各相の電圧を印加する多相交流電
源とを備え、上記多相交流電源の印加により各電極間に複数のアーク
を発生させ、該アークにより複数種類の素材からなる溶
融素材を溶融して合金又は複合材を製造するようにした
ことを特徴とする合金又は複合材の製造装置。
（４）上記アークは、黒鉛電極の酸化によって生じる強
還元性を有するものである請求項３記載の合金又は複合
材の製造装置。
（５）上記複数種類の素材からなる溶融素材と同じ溶融
材料を、多数電極の集束するプラズマアークの最高温熱
流が通過する中心部に導入するようにした請求項３記載
の合金又は複合材の製造装置。
（６）上記各電極の中心部にニュートラル電極を設けた
ことを特徴とする請求項１又は３記載の合金又は複合材
の製造装置。
（７）上記電極をニュートラル電極の周囲に偶数個配置
し、上記単相交流電源あるいは直流電源の出力を上記各
電極にその極性が隣接するもの同士では逆になるよう接
続したことを特徴とする請求項６記載の合金又は複合材
の製造装置。
（８）上記ニュートラル電極として、合金としたい素材
を撚線状等に束ねたものを用いた請求項６又は７記載の
合金又は複合材の製造装置。
（９）上記ニュートラル電極をパイプ状にしてその中央
に所要の粉体または気体を通すことにより、成分金属の
比率を設定するようにした請求項６又は７記載の合金又
は複合材の製造装置。