WO2013065378A1 - アーク溶解炉装置及び被溶解物のアーク溶解方法 - Google Patents

Abstract

　本発明の目的は、作業者に多大な労力をかけることなく、効率的に溶解された被溶解物を攪拌することができるアーク溶解炉装置及びアーク放電の制御方法を提供する。溶解室２の内部に設置された凹部３ａを有する鋳型３と、前記凹部３ａに収容された被溶解物を加熱溶解する非消耗放電電極５と、前記非消耗放電電極５に電力を供給する電源部１０と、前記電源部を制御することにより、前記非消耗放電電極からのアーク放電の出力強度を制御する制御装置１１とを備え、前記制御装置１１が前記電源部１０からの出力電流と該電流周波数を制御することにより、前記非消耗放電電極５からのアーク放電の出力強度を可変し、前記被溶解物が加熱溶解した溶湯を攪拌する。

Description

アーク溶解炉装置及び被溶解物のアーク溶解方法

　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、合金材料等の被溶解物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。

　アーク放電の熱エネルギーを使用して鋳型内に収容された金属材料、特に合金材料、及び、セラミック材料などの被溶解物を溶解するアーク溶解は従来から広く知られている。
　このアーク溶解には消耗型アーク溶解と非消耗型アーク溶解とがある。そのうち非消耗型アーク溶解は、減圧アルゴンの雰囲気内で直流アーク電源を用いてタングステン電極を陰極とし、水冷鋳型上に置いた被溶解物（陽極）との問で、一定の強度の直流アーク放電による熱エネルギーによって被溶解物を溶解するものである。

　図１０は、従来技術の非消耗型アーク溶解炉の構成例を示す。
　図示するアーク溶解炉２００において、溶解室２１０の下面に銅鋳型２０１が密着し、溶解室２１０は密閉容器となされている。また、銅鋳型２０１の下方には、冷却水が循環する水槽２０２が設けられ、銅鋳型２０１は水冷鋳型となされている。また、図示するように棒状の水冷電極２０３が、溶解室２１０の上方から室内に挿設され、陰極としてのタングステン製の先端は、ハンドル部２０４の操作によって溶解室２１０を上下、前後、左右に移動できるようになされている。

　このアーク溶解炉２００において、例えば金属溶解し合金を生成する場合、まず秤量した複数の異なる金属材料が銅鋳型２０１上に置かれる。そして、溶解室２１０内の空気を、真空ポンプ（図示省略）を用いて排気した後に不活性ガスを導入し、不活性ガス雰囲気（通常はアルゴンガス雰囲気）とし、水冷電極２０３のタングステン電極（陰極）と銅鋳型２０１上の金属材料（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金属材料が溶解し、合金化される。このようなアーク溶解炉については、特許文献１に開示されている。

　ところで、このようなアーク溶解炉を用いた合金生成方法にあっては、比重の大きい金属は合金された材料の底部に溜まりやすいため、均一な内部組織の合金を生成するために、合金が溶湯状態のときによく攪拌する必要がある。また、単一組成物でも、固化した後の微細組織の均一性を得るには溶湯状態のときによく攪拌する必要がある。
　しかしながら、水冷鋳型上で被溶解物を溶解しているため、鋳型に接する溶湯底面は冷却されている。そのため、底部に位置する溶融物が液相から固相にすぐに変化し、充分な攪拌ができない。
　そのため、溶解した被溶解物Ｍを冷却後、図１１に示すように、溶解室２１０の外から操作する反転棒２０５により銅鋳型２０１上で材料（被溶解物）Ｍを反転させ、再び溶解し、その後続けて冷却、反転、溶解のプロセスを複数回繰り返すことによって攪拌を行い、材料（被溶解物）Ｍの微細組織や成分の内部分布を均一化する方法が用いられている。

　また、特許文献２に示されたアーク溶解炉にあっては、ベース台に対して架台が左右前後方向に傾動白在に取付けられ、更にこの架台に対して溶解炉が取り付けられている。
　そして、前記架台に、この架台を傾動させるハンドル部が設けられ、ハンドル部を操作することにより、溶解炉を傾動させ、溶解された被溶解物を揺動し攪拌するように構成されている。
　このようなアーク溶解炉によれば、ハンドル部の操作により溶解炉を傾動させることができるため、鋳型上で溶解された被溶解物（溶湯）を揺動させて、その固相化を抑制し、さらに揺動の傾斜を大きくすることにより効果的に被溶解物を攪拌することができる。

特開２０００－３１７６２１号公報 特開２００７－１６０３８５号公報

　上記したように反転棒を用いて、溶解された被溶解物を揺動、攪拌するものにあっては、溶解室の外から反転棒を操作して、反転棒の先端部に材料を引っかけて反転させるという面倒な作業を複数回行わなければならず、作業性が悪いと共に作業時間がかかるという技術的課題を有していた。
　また、架台に設けられたハンドル部を操作して溶解炉を傾動させることにより、溶解された被溶解物を揺動し攪拌する場合には、作業者に多大な労力をかけるという技術的課題を有していた。

　本発明者らは、上記技術的課題を解決するために、従来のような機械的作用に基づいて被溶解物の揺動、攪拌を行うものではなく、全く新たな着想に基づいて被溶解物の揺動、攪拌を行うことを鋭意研究した。その結果、アーク放電によって生じる外力を利用して、溶解された被溶解物を揺動し攪拌できることを知見し、本発明を想到したものである。
　また、溶湯の揺動を大きくすることによってより攪拌がなされ、この溶湯の揺動の振幅が放電電流の周波数に大きく依存することを見出し、本発明を想到したものである。

　本発明の目的は、作業者に多大な労力をかけることなく、効率的に溶解された被溶解物を攪拌することができるアーク溶解炉装置及びアーク放電の制御方法を提供することにある。

　上記課題を解決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非消耗放電電極と、前記非消耗放電電極に電力を供給する電源部と、前記電源部を制御することにより、前記非消耗放電電極からのアーク放電の出力強度を制御する制御装置とを備え、前記制御装置が前記電源部からの出力電流と電流周波数を制御することにより、前記非消耗放電電極からのアーク放電の出力強度を可変し、前記被溶解物が加熱溶解した溶湯を攪拌することを特徴としている。
ここに言う出力強度の変化の波形は正弦波、矩形波、三角波、パスル波形などの事であり、周波数とは該出力強度の強弱変化周期の逆数である。

　このように本発明にかかるアーク溶解炉装置は、電源部からの出力強度、すなわち出力電流と該電流周波数を制御することにより、前記放電電極からのアーク放電の出力に強弱を加える。
　即ち、アーク放電の出力を強弱させることによって、アーク放電によって生じる力に強弱を与え、溶解された被溶解物を揺動させ、攪拌するものであり、この揺動、攪拌により、均一な組織の材料や均一な組成分布の合金等を得ることができる。

　ここで、前記制御装置は、前記溶湯の形状変化の振幅あるいは前記溶湯の光量の変化幅が最大になるように記電源部からの前記出力電流と前記電流周波数を制御することが望ましい。
　このように電源部からの出力電流と該電流周波数を制御することにより、溶湯の形状変化の振幅あるいは前記溶湯の光量の変化幅が最大になるように、前記放電電極からのアーク放電の出力に強弱を加えることができ、溶解された被溶解物をより揺動させ、攪拌でき、この揺動、攪拌により、より均一な組織の材料やより均一な組成分布の合金等を得ることができる。

　また、前記制御装置には記憶部が設けられ、前記記憶部に、予め求められた溶湯の形状変化の振幅あるいは前記溶湯の光量の変化幅を最大とする、前記出力電流と前記電流周波数が記憶され、前記制御装置は、前記記憶部に記憶された溶湯の形状変化の振幅あるいは前記溶湯の光量の変化幅を最大とする前記出力電流と前記電流周波数を読み出し、前記読み出された前記出力電流と前記電流周波数に基づいて、前記電源部を制御することが望ましい。
　このように予め実験等により溶湯の形状変化の振幅あるいは前記溶湯の光量の変化幅を最大とする、前記出力電流と前記電流周波数を求め、その出力電流と前記電流周波数に基づいて、電源部を制御することによって、放電電極からのアーク放電の出力に自動的に強弱を加えることができる。

　また、前記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、前記制御装置に出力する溶湯計測手段を備え、前記溶湯計測手段から入力される検出信号によって、前記制御装置が前記溶湯の形状に応じて電源部からの出力電流と該電流周波数を制御し、前記非消耗放電電極からのアーク放電の出力強度を可変することが望ましい。
　このように、前記溶湯計測手段から入力される検出信号によって、前記制御装置が前記溶湯の形状に応じて電源部からの出力電流と該電流周波数を制御し、前記非消耗放電電極からのアーク放電の出力強度を可変することにより、溶湯の揺動を大きくでき、より攪拌をなすことができる。
　特に、溶湯の形状変化が最大（揺動振幅が最大）となるように電源部からの出力電流と該電流周波数を制御し、前記非消耗放電電極からのアーク放電の出力強度を可変することが望ましい。また、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、前記制御装置に出力する溶湯計測手段を備えることにより、省力化でき、より短時間での溶解作業を行うことができる。

　また、前記溶湯の光量変化を計測し、計測した溶湯の光量に応じた検出信号を、前記制御装置に出力する溶湯計測手段を備え、前記溶湯計測手段から入力される検出信号によって、前記制御装置が前記溶湯の光量に応じて電源部からの出力電流と該電流周波数を制御し、前記非消耗放電電極からのアーク放電の出力強度を可変することが望ましい。
　このように、前記した溶湯形状変化を計測する溶湯計測手段に代えて、溶湯の光量変化を計測し、計測した溶湯の光量に応じた検出信号を、前記制御装置に出力する溶湯計測手段を用いることもできる。
　ここで、溶湯の光量変化とは、アーク放電の光が溶湯で反射して戻ってくる光量の変化や、高温の被溶解物からの輻射光等の変化である。かかる光量の計測は、溶湯の揺動振幅の評価に対して正確さに欠けるが、溶湯形状の計測（例えば、画像解析手段を用いた形状計測）より安価に、容易かつ高速に計測できるため、より好ましい。

　尚、前記制御装置は、前記溶湯の形状変化の振幅あるいは前記溶湯の光量の変化幅が略最大になるように、前記電源部からの出力電流と該電流周波数を制御するように構成されている。

　更に、前記制御装置が、電源部からの電流が片振り繰返し電流となるように制御することが望ましい。

　また、前記鋳型には複数の凹部が形成されると共に移動可能に形成され、かつ前記鋳型の凹部内の被溶解物を反転する反転リングが設けられていることが望ましい。このように、反転リングを用いることにより容易に被溶解物を反転することができ、より均一な組織の材料やより均一な組成分布の合金等を得ることができ、さらに、動力を用いて反転リングを動作させる自動化にも対応できるようになる。

　また、上記課題を解決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、非消耗放電電極からのアーク放電によって被溶解物を溶解する方法であって、前記非消耗放電電極からのアーク放電の出力強度を、電源部から前記非消耗放電電極に供給される出力電流と該電流周波数を変化させることにより可変し、前記被溶解物を加熱溶解することを特徴としている。

　このように本発明にかかる被溶解物の溶解方法は、非消耗放電電極からのアーク放電の出力強度を、供給される出力電流と該電流周波数で可変することにより行う。
　即ち、アーク放電の出力強度を変化させ、アーク放電によって生じる力に強弱を与え、溶解された被溶解物を揺動させ、攪拌するものであり、この揺動、攪拌により、均一な組織の材料や均一な組成分布の合金等を得ることができる。

　ここで、前記アーク放電の出力強度の可変は、片振り繰返し電流を非消耗放電電極に供給することによってなされることが望ましい。片振り繰返し電流とは、その波形が正弦波、矩形波、三角波、パルス波形などであり、最大電流と最小電流がともに負の値、すなわち、電流値がゼロ点をまたがないで負側に片寄っている電流波形をいう。

　また、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非消耗放電電極と、前記非消耗放電電極に電力を供給する電源部と、前記電源部を制御することにより、前記非消耗放電電極からのアーク放電の出力強度を制御する制御装置とを備えたアーク溶解炉装置の被溶解物の溶解方法であって、前記制御装置によって電源部から前記非消耗放電電極に供給される出力電流と該電流周波数を変化させ、前記非消耗放電電極からのアーク放電の出力強度を可変し、前記被溶解物を加熱溶解することが望ましい。

　ここで、前記制御装置によって、前記電流周波数を所定の周波数幅をもって複数回変化させ、その周波数毎の溶湯の形状の振幅あるいは溶湯の光量の変化幅を溶湯計測手段で測定し、前記溶湯の形状変化の振幅が最大になる、あるいは前記溶湯の光量の変化幅が最大になる、電流周波数を求め、前記求めた電流周波数に対して一定範囲にある電流周波数と出力電流を電源部から非消耗放電電極に所定時間供給し、被溶解物の溶解することが望ましい。
　このように溶湯計測手段で測定しながら、溶湯の形状変化の振幅が最大になる、あるいは前記溶湯の光量の変化幅が最大になる、電流周波数を求め、求めた電流周波数に対して一定範囲にある電流周波数の出力電流を、電源部から非消耗放電電極に所定時間供給し、被溶解物の溶解するため、溶解された被溶解物をより揺動させ、攪拌するものであり、この揺動、攪拌により、より均一な組織の材料やより均一な組成分布の合金等を得ることができる。

　また、前記被溶解物の溶解する工程を複数回なされる際、前記被溶解物の溶解する工程の後、前記鋳型の凹部内で被溶解物を反転させる反転工程がなされ、その後、再び前記被溶解物を溶解する工程がなされることが望ましい。この反転工程により、より均一な組織の材料やより均一な組成分布の合金等を得ることができる。

　更に、前記求めた電流周波数に対して一定範囲にある電流周波数は、溶湯の形状変化の振幅が最大になる、あるいは前記溶湯の光量の変化幅が最大になる、電流周波数から１．５Ｈｚ小さい範囲内にある電流周波数であることが望ましい。
　溶解に用いる電流周波数の決定は、電流周波数を所定の周波数幅をもって小さい周波数から順次に大きい周波数に変化させていき、溶湯の揺れが最大になる周波数を求めるが、溶湯の形状変化の振幅が最大になる、また前記溶湯の光量の変化幅が最大になる電流周波数を超えると、溶湯の揺れが急激に減少する。そのため、誤差等により最大電流周波数を超えることがないように、電流周波数から１．５Ｈｚ小さい範囲内にある電流周波数を最大周波数（最適周波数）とするのが好ましい。

　本発明によればアーク放電の出力強度を可変することによって、アーク放電によって生じる力に強弱を与え、溶解された被溶解物を揺動させ、攪拌することができる。その結果、均一な組織の材料や均一な組成分布の合金等を得ることができ、従来のアーク溶解炉装置のように作業者に多大な労力をかけることもなく、効率的に溶解作業を行うことができる。
　さらに、本発明においては動力を用いた被溶解物の反転工程を加える事により、より高品質な合金等を人手を介さずに自動で製造する事が容易となる。

本発明の第１の実施形態のアーク溶解炉装置を示した模式図である。 本発明の第２の実施形態のアーク溶解炉装置を示した模式図である。 図２のＡ－Ａ断面図である。 本発明の一実施形態のアーク放電の原理を説明するための模式図である。 本発明のアーク放電の放電電流の好ましい一例を示す図であり、定電流に正弦波の電流を加算した波形を示した図である。 本発明のアーク放電の放電電流の他の一例を示す図であり、波形として略矩形波の場合を示した図である。 本発明の第１、第２の実施形態のアーク溶解炉装置における制御装置の概略構成を示す図である。 比較例１におけるＥＰＭＡ観察結果を示す図であって、（ａ）は反転回数が１回、（ｂ）は反転回数が２回、（ｃ）は反転回数が３回、（ｄ）は反転回数が４回の場合を示す図である。 実施例１におけるＥＰＭＡ観察結果を示す図であって、（ａ）は溶融時間が１０分、（ｂ）は溶融時間が１５分の場合を示す図である。 従来技術の溶解炉の断面図である。 図１０溶解炉において被溶解物を反転させる様子を示す図である。

　以下、本発明の第１の実施形態にかかるアーク溶解炉装置１について図１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槽４が設けられ、銅鋳型３は水冷鋳型となされている。

　また、図中の符号５は棒状の水冷電極（非消耗放電電極）であって、水冷電極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。

　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。

　また、前記電源部１０には制御装置（コンピュータ）１１が接続され、前記制御装置１１により、電源部１０からの出力電流（電流の強度）と該電流周波数が制御される。
　即ち、電源部１０からの電流の強度と周波数を制御することにより、アーク放電の出力強度を可変させ、アーク放電によって生じる力に強弱を与える。このアーク放電によって生じる力の強弱によって、溶解された被溶解物は揺動し、攪拌され、均一な組織の材料や均一な組成分布の合金等とされる。

　また、このアーク溶解炉装置１にあっては、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、前記放電電極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。

　尚、溶湯計測手段１２としては、ＣＣＤカメラ等以外にも、光量センサを用いることができる。この場合、溶湯の光量変化を光量センサで計測し、計測した溶湯の光量に応じた検出信号を制御装置に送出し、電源部１０からの電流の強度と周波数を制御するように構成しても良い。
　この光量センサを用いる場合には、ＣＣＤカメラを用いた場合に比べて、安価であり装置のコストを抑制することができる。また、ＣＣＤカメラを用いた場合に比べて、容易かつ高速に計測できる。

　また、溶解室２の外から操作する反転棒６が設けられ、溶解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を反転させ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。

　このように構成された、アーク溶解炉１において被溶解物を溶解する場合、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（陽極）との間でアーク放電を発生させ、被溶解物を溶解する。
　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（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が溶解し、合金化される。

　このときのアーク放電は定電流で行われるのではなく、出力電流（電流の強度）と該電流周波数が制御され、前記水冷電極５からのアーク放電の出力強度が可変され、出力強度に変化が生じる。この変化するアーク放電の出力により、溶湯はいわゆる外力を受けることとなり、溶解された金属材料は、攪拌される。

　次に、本発明の第２実施形態にかかるアーク溶解炉装置について図２、図３に基づいて説明する。尚、第１の実施形態にかかるアーク溶解炉装置１と同様な構成である場合には、同一の符号を付して、その説明を省略する。

　この第２の実施形態にかかるアーク溶解炉装置５０は、第１の実施形態に比べて、銅鋳型５２の上面に複数の凹部５２ａが形成される（図面には６個の凹部５２ａが形成）と共に、回転可能に形成されている点において異なる。
　即ち、前記銅鋳型５２にはモータ５４が設けられ、回転軸５４ａを中心に回転可能に設けられている。また、銅鋳型５２の下方には、冷却水が循環する水槽５３が設けられ、ロータリジョイント５５を介して、水を導入、排出できるようになされている。

　また、この第２の実施形態にかかるアーク溶解炉装置５０は、第１の実施形態の反転棒６の代わりに、自動反転装置が設けられている点において異なる。
　この自動反転装置は、溶解した被溶解物を冷却した後、溶解室２の外から反転リング５６をモータ５７で回転させることにより、銅鋳型５２（凹部５２ａ）上で材料（被溶解物）を反転させることができるようになされている。
　尚、符号５７ａは回転軸、符号５７ｂは軸受けであり、符号５８は、被溶解物を反転した際、被溶解物が凹部５２ａから外部に飛び出すのを防止する、半球状の飛散防止具である。

　また、溶湯計測手段５１としては、光量センサ（照度計）５１ＡとＣＣＤカメラ５１Ｂが用いられている。光量センサ（照度計）５１Ａの検出信号とＣＣＤカメラ５１Ｂの検出信号のどちらかを制御装置に送出し、電源部１０からの電流の強度と周波数を制御する。　本実施例では光量センサ（照度計）を用いて溶湯の揺れ具合を計測し、ＣＣＤカメラ５１Ｂは溶湯の揺れの様子を目視観察する目的に用いた。ＣＣＤカメラ５１を用いて、溶湯の形状を画像解析で求める事ができる事は別途確認している。

　このアーク溶解炉装置５０にあっては、まず秤量した被溶解物を銅鋳型５２の凹部５２ａに収容する。
　その後、アーク溶解炉装置５０の前扉５９を閉じ、溶解室２を閉鎖し、溶解室２内を図示しない真空ポンプにより真空状態になした後に、不活性ガス、通常はアルゴンガスを供給し、溶解室２内をアルゴンガス雰囲気とする。
　そして、図３に示すポジション（放電ポジション）Ｐ１において、水冷電極５からのアーク放電により、被溶解物を溶解する。溶解後、銅鋳型５２を回転させ、ポジションＰ２に送り出す。そして、新たな被溶解物をポジションＰ１に搬入し、溶解する。そして、溶解後、再びポジションＰ２に送り出す、

　このように、銅鋳型５２を回転させることにより、ポジションＰ１、ポジションＰ２、ポジションＰ３、ポジションＰ４、ポジションＰ５、ポジションＰ６へ順次移動させる。
　前記ポジションＰ６は、反転リング５６によって、冷却した被溶解物を反転させるポジションであり、反転された被溶解物は、再びポジションＰ１に戻り、再溶解される。

　再溶解された被溶解物は、ポジションＰ１からポジションＰ２、ポジションＰ３、ポジションＰ４、ポジションＰ５、ポジションＰ６へ順次移動し、再びポジションＰ１に戻り、再溶解される。この溶解と反転動作が数回繰り返されることにより、より均一化した被溶解物が得られる。

　尚、前記アーク放電は、第１実施形態にかかるアーク溶解炉装置１と同様に、定電流で行われるのではなく、出力電流（電流の強度）と該電流周波数が制御され、前記水冷電極５からのアーク放電の出力強度が可変され、出力強度に変化が生じるようになされる。この変化するアーク放電の出力により、溶湯はいわゆる外力を受けることとなり、溶解された金属材料は、攪拌される。

　次に、前記第１の実施形態にかかるアーク溶解炉装置１、前記第２の実施形態にかかるアーク溶解炉装置５０において、このアーク放電の出力強度の変化によって溶解された被溶解物が揺動し攪拌されることについて、図４に基づいて説明する。
　先ず、電源部１０は定電流Ｉｃを送出するように構成され、前記制御装置１１が前記電源部１０からの出力電流（電流の強度）と該電流周波数を制御するように構成されている。即ち、制御装置１１は、定電流Ｉｃに、振幅Ｉ_０の正弦波を加算し、電源部１０からアーク放電を行う水冷電極５に対して、
　Ｉ＝Ｉｃ＋Ｉ_０・ｓｉｎωｔ　　……（１）
とする電流Ｉが供給されるように制御する。
　尚、水冷電極は陰極とされるため、電流Ｉを負の値で図示した。また、本発明では、後述のように、｜Ｉｃ｜＞｜Ｉ_０｜を必要条件としている。すなわち、Ｉｃは負の値であり、かつ、Ｉｃ＋Ｉ_０＜０（負の値）となり、｜Ｉｃ＋Ｉ_０｜は電流の絶対値（電流強度）の最小値となっている。同様に、｜Ｉｃ－Ｉ_０｜は電流強度の最大値となる。

　このような電流が水冷電極５に供給されると、被溶解物の溶湯Ｍには、電流の大きさに対応した力が作用し、被溶解物の溶湯Ｍが立上った状態Ａとうずくまり状態Ｂとの間を変化する。この溶湯形状の変化は以下の式で表すことができる。
　Ｙ＝Ｙ_０＋Ａ・ｓｉｎ（ωｔ＋ｆ）　　……（２）
Ｙは溶湯の変位（形状変化）、Ｙ_０は溶湯に力が加わらない時の変位（形状）、Ａは溶湯の形状変化（揺動）の振幅であり、ｆは位相差である。この位相差ｆは、溶湯の粘弾性特性や溶湯と銅鋳型の摩擦などから生じるものである。
　即ち、このアーク放電によって生じる力の強弱によって、溶解された被溶解物は揺動し、攪拌され、均一な合金等とされる。尚、図中、Ｃは電流の値が平均値の場合の形状を示している。

　更に、水冷電極５に供給される電流Ｉについて、図５に基づいて説明する。
　横軸は時間であり、縦軸は放電電流である。非消耗放電電極が陰極であることにより、図５では負の電流値とした。
　この放電電流の波形の特徴は、図５に示すように片側（負側）に片寄り、かつ強弱変化が与えられること、更には、その変調周波数がその溶湯の共振周波数と一致しているか、その共振周波数と近い場合には、溶湯を効率よく揺動させることができる。

　この変調周波数は、合金等の材料、質量等で変化し、例えば、合金（金属ガラス）、２ｇで、約４０Ｈｚである。この変調周波数は、通常の交流の周波数（５０Ｈｚや６０Ｈｚの周波数）より小さい値、５０Ｈｚ未満に設定されるのが望ましい。
　このように放電電流を、通常の交流の周波数（５０Ｈｚや６０Ｈｚの周波数）より小さい値の周波数にすることにより、溶湯を効率よく揺動させることができる。
　また、図５における電流値Ｉｃ＋Ｉ０と電流値Ｉｃ－Ｉ０はともに同じ符号（図５では負の値）である、その絶対値（電流の強さ）は値｜Ｉｃ－Ｉ０｜が大きく、値｜Ｉｃ＋Ｉ０｜が小さい。即ち、強弱に変調されている。
　本発明にあっては、このような放電電流を「片振り繰返し電流」と称する。

　また、図６に示すように、この放電電流の波形を矩形波としても良い。この場合にあっても、図５に示した放電電流と同様に、片側（負側）に片寄り、かつ強弱変化が与えられること、更には、その変調周波数が通常の交流の周波数（５０Ｈｚや６０Ｈｚの周波数）より小さい値、５０Ｈｚ未満に設定されるのが望ましい。
　この放電電流の波形が矩形波の場合と正弦波の場合とを比べると、金属ガラスなどの銅鋳型との濡れ性が良くない材料の場合は、正弦波の場合の方が、溶湯の揺動振幅を大きくすることができ、また、放電電流の位相と溶湯計測手段からの検出信号の位相の差（ずれ）からも溶湯の揺動状態の良否を判断できる。

　また、溶湯Ｍの揺動する振幅が最大となる特定の周波数（共振周波数）が存在し、この溶湯Ｍの最大揺動振幅は、溶湯の粘弾性挙動とアーク放電の周波数が共振することで生じる。
　したがって、「片振り繰返し電流」の特定の周波数において、溶湯Ｍは最大揺動振幅となり、溶湯の揺動は単振動に近いモードとなる。また、「片振り繰返し電流」の特定の周波数（アーク放電の放電周期）と溶湯の揺動周期の位相差が約９０度の時に、溶湯の揺動振幅が略最大となる。
　このように、溶湯の揺動振幅が最大となる時に溶湯の攪拌効果が大きいので、溶湯（被溶解物）の種類や、溶解目的により、「片振り繰返し電流」の周波数を適宜選択することが望ましい。

　ここで、図７に示すように制御装置１１は、電源部１０を制御する電源制御部１１ａと、溶湯（被溶解物）の種類、被溶解物の各材料の重量毎であって、かつ溶解の繰り返し回数毎に、「片振り繰返し電流」の電流値の最大値、最小値と、「片振り繰返し電流」の周波数と、溶解時間等の溶解情報と、溶解炉の動作プログラムが記憶された記憶部１１ｃと、前記記憶部１１ｃに記憶されている溶解炉の動作プログラムに基づいて溶解炉の動作を制御すると共に、前記溶解情報を読出し、電源制御部１１ａに前記溶解情報を提供する、演算処理部１１ｂを備えている。

　また、予め行った実験等で得られた、溶湯（被溶解物）の種類、被溶解物の各材料の重量毎であって、かつ溶解の繰り返し回数毎に、「片振り繰返し電流」の電流値の最大値、最小値と、「片振り繰返し電流」の周波数と、溶解時間等の溶解情報を、記憶部１１ｃに入力するための入力手段６０とを備えている。また、この入力手段６０から溶解する対象物の情報を入力する。
　そして、この入力手段６０によって、溶解する被溶解物の種類、被溶解物の各材料の重量が入力され、入力手段６０により動作開始信号が入力されると、溶解炉の動作プログラムに基づいて演算処理部１１ｂは記憶部１１ｃから、第１回目の溶解に最も適した「片振り繰返し電流」の電流値の最大値、最小値と、「片振り繰返し電流」の周波数と、溶解時間の情報を得る。

　更に、演算処理部１１ｂは電源制御部１１ａに制御信号を送出し、電源制御部１１ａによって電源部１０を制御し、所定の電流値、周波数を有する「片振り繰返し電流」を水冷電極５に供給する。
　その後も同様に、溶解炉の動作プログラムに基づいて演算処理部１１ｂは記憶部１１ｃから、第２回目の溶解に最も適した「片振り繰返し電流」の電流値の最大値、最小値と、「片振り繰返し電流」の周波数と、溶解時間の情報を得て、電源制御部１１ａに制御信号を送出する。電源制御部１１ａから電源部１０を制御する制御信号が送出され、電源部１０から所定の電流値、周波数を有する「片振り繰返し電流」を水冷電極５に供給する。
　そして、溶解炉の動作プログラムに基づいて、所定回数溶解した後、溶解作業を終了する。

　尚、上記説明では制御装置１１の記憶部１１ｃに、溶湯（被溶解物）の種類、被溶解物の各材料の重量毎であって、かつ溶解の繰り返し回数毎に、「片振り繰返し電流」の電流値の最大値、最小値と、「片振り繰返し電流」の周波数と、溶解時間等の溶解情報を記憶されている場合について説明した。
　しかしながら、予め実験等で電流値の最大値、最小値と、周波数とを得ることなしに、被溶解物を溶解する毎に、電流の周波数を所定の周波数幅で変化させ、形状変化あるいは照度変化を溶湯計測手段１２、５１で計測し、最大の揺動振幅あるいは最大の照度を得る周波数を求め、前記周波数を求めた後、該最大の揺動振幅あるいは最大の照度を得る周波数で所定時間溶解を行うようになしても良い。

　更に、例えば、合金においては、組成の混合具合により溶湯の表面張力や粘弾性特性が変化していくので、最大の揺動振幅を得る周波数も刻々と変化する。
　前記したように、被溶解物を溶解する毎に、電流の周波数を所定の周波数幅で変化させ、形状変化あるいは照度変化を溶湯計測手段１２、５１で計測し、最大の揺動振幅あるいは最大の照度を得る周波数を求めることにより、最大の振幅変化を得る周波数を自動追尾、自動制御を行うことができ、その周波数が変化しなくなった時点で、「溶解作業が終了した」と判断するようになすこともできる。

　また、アーク放電を停止、又は、定電流に正弦波の電流を加算した（図５）波形の放電電流において正弦波の電流の加算を停止した時の溶湯の揺動振幅（溶湯計測手段からの検出信号出力）の減衰挙動から溶湯の粘度を推定することもできる。
　溶湯の粘度は材料の均一さの重要な評価値となり、この粘度の値又は粘度が溶解作業の進行とともに変化していく挙動から溶解作業の完成度を知ることができる。
　このように、溶湯の最大の振幅変化を得る周波数の変化、溶湯の揺動振幅（溶湯計測手段からの検出信号出力）の減衰挙動から溶湯の粘度を推定すること等により、溶解作業を効率良く遂行でき、さらに溶解作業の終了を自動で判断することもできる。

（比較例１）
　図１０に示す従来のアーク溶解炉を用いて以下の実験を行った。
　原材料として、Ｚｒ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ａｌを原子比率が５５：３０：５：１０で、全量が２５ｇとなるように銅鋳型２０１に設けた凹部に収容し、真空に排気した。そして、到達真空度２×１０^－３Ｐａとなったところで排気を停止し、高純度Ａｒガスを５０ｋＰａまで導入した。
　その後、直流電源（定電流）を用いたアーク放電により、原材料を溶解した。また、電流３００Ａで５分間の放電を行った。放電を行いながら操作レバー２０４を操作し、溶湯全体にアークが当るようにした。

　１回目の溶解後、５分間放置冷却し、溶湯が固まった後に反転棒２０５を用いて粗合金塊（原材料が混じりあっているが、内部組成の不均一性が大きいと思われる段階の合金塊）を裏返しして、その後、上記と同様のアーク溶解操作を行って粗合金塊を裏側から、アーク放電（電流３００Ａで５分間）の放電により溶解した。
　本比較例では、前記反転操作を１回行った合金、２回行った合金、３回行った合金、４回行った合金を作製し、組成の均一性を、ＥＰＭＡ（電子線マイクロアナライザー）で面分析を行い調べた。

　この分析は、合金試料を鉛直に切断した断面の半分で行った。特に、４元素の内、顕著に偏析が観察されたＮｉの分布を示すＥＰＭＡ観察結果を、図８（ａ）から（ｄ）に示す。
　尚、図８（ａ）は反転回数が１回、（ｂ）は反転回数が２回、（ｃ）は反転回数が３回、（ｄ）は反転回数が４回の場合を示す図である。
　図において、黒い部分はＮｉ元素が多く集まった箇所である。図から明らかなように、反転回数が少ない場合は、組成斑が大きく、また、合金塊の表面に雛が多く、表面の曇りが顕著であった。反転回数が４回の場合は、ほぼ満足な均一組成の合金となっていることが認められ、また表面も金属光沢を有していた。
　このように、従来のアーク溶解炉にあっては、４回程度の反転を行う必要があり、その場合における、放置冷却時間、反転作業時間を除く、溶解時間（放電時間）のみで４０分が必要とされる。

（実施例１）
　図１に示すアーク溶解炉を用い、電源部は電流を正弦波で周波数制御可能な構成とし、溶湯計測手段としてＣＣＤカメラを用いた。
　原材料として、Ｚｒ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ａｌを原子比率が５５：３０：５：１０で、全量が２５ｇとなるように銅鋳型に設けた凹部に収容し、真空に排気した。そして、到達真空度２×１０^－３Ｐａとなったところで排気を停止し、高純度Ａｒガスを５０ｋＰａまで導入した。
　その後、正弦波の電流を加算した電流を電源部１０から水冷電極５に供給し、前記アーク放電により、原材料を溶解した。
　尚、このときの最大電流は３００Ａ、最小電流は２００Ａとした。電流の周波数は１２Ｈｚとした。

　また、溶解した合金材料を冷却後、溶解室２の外から反転棒６により銅鋳型３上で材料Ｍを反転させる、反転操作を１回行った。
　反転の前後のアーク放電時間は同じとし、かつできた合金（試料）の表面状態（雛状の不均一部分の有無）を目視観察し、また断面ＥＰＭＡ面分析を行った。断面ＥＰＭＡ面分析の結果を、図９に示す。図９（ａ）は１０分の試料であり、図９（ｂ）は１５分の試料である。１５分以上は全て図９（ｂ）と同じ面分析結果だったので図示省略した。この図９から明らかなように、反転前後の溶解時間の合計が１５分以上で均一な組成の合金を得ることができることを確認した。
　また、できた合金塊の表面の光沢は、溶融時間が長いほど、縞麗な光沢を示し、２０分と２５分と３０分では差がなかった。

（実施例２）
　図１に示すアーク溶解炉を用い、電源部は電流を正弦波で周波数制御可能な構成とし、溶湯計測手段としてＣＣＤカメラを用いた。
　原材料として、Ｚｒ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ａｌを原子比率が５５：３０：５：１０で、全量が２ｇ、３ｇ、４ｇ、３０ｇの場合について、以下の実験を行った。
　まず、上記原材料を銅鋳型に設けた凹部に収容し、真空に排気した。そして、到達真空度２×１０^－３Ｐａとなったところで排気を停止し、高純度Ａｒガスを５０ｋＰａまで導入した。その後、正弦波の電流を加算した電流を電源部１０から水冷電極５に供給し、前記アーク放電により、原材料を溶解した。
　このときの最大電流は３００Ａ、最小電流は２００Ａとし、電源部からの電流を正弦波で、周波数を２Ｈｚ，５Ｈｚ，１０Ｈｚ，２０Ｈｚ、３０Ｈｚ，４０Ｈｚ，５０Ｈｚ，６０Ｈｚと変えて行った。反転操作は１回行うこととし、溶解時間は反転操作の前後それぞれ７．５分間、合計１５分間とした。
　そしてまた、できた合金（試料）の表面状態（綴状の不均一部分の有無）を目視観察した。
　その結果、原材料が２ｇの場合には４０Ｈｚ、３ｇの場合には３０Ｈｚ、４ｇの場合には３０Ｈｚ、３０ｇの場合には１０Ｈｚで溶解した合金が最も均一であり、合金塊の表面に光沢があることを確認することができた。
　尚、この溶湯の共振周波数が質量の平方根に反比例するとして計算した値は、原材料が２ｇの場合には４２．６Ｈｚであり、３ｇの場合には３４．８Ｈｚであり、４ｇの場合には３０．１Ｈｚであり、３０ｇの場合には１１Ｈｚである。
　即ち、上記合金の均一性の妥当な評価である合金塊の表面光沢の結果からして、変調周波数が、溶湯の共振周波数に近い周波数、また溶湯の共振周波数と同一の周波数である場合には、溶湯が効率よく揺動させることができ、好適であることが認められた。

（実施例３）
　図１に示すアーク溶解炉を用い、電源部は電流を正弦波で周波数制御可能な構成とし、溶湯計測手段として照度計を用いた。
　原材料として、Ｚｒ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ａｌを原子比率が５５：３０：５：１０で、全量が１５ｇ、２０ｇ、２５ｇ、３０ｇ、３５ｇ、４０ｇの場合について、以下の実験を行った。
　まず、上記原材料を銅鋳型に設けた凹部に収容し、真空に排気した。そして、到達真空度２×１０^－３Ｐａとなったところで排気を停止し、高純度Ａｒガスを５０ｋＰａまで導入した。その後、第１の工程として、定電流３００Ａの直流電流を６０秒間、電源部１０から水冷電極５に供給し、前記アーク放電により、原材料を溶解し、その後、被溶解物を反転した。

　第２工程として、定電流３００Ａの直流電流を１０秒間、電源部１０から水冷電極５に供給し、前記アーク放電により原材料を溶解し、溶解に適した第１回目の周波数のサーチを行った。このサーチは、開始周波数を８Ｈｚとし、０．３Ｈｚづつ上昇させながら、照度計によりその溶湯からの光量を測定した（測定終了周波数１３．７Ｈｚ）。
　そして、開始周波数を８Ｈｚから測定終了周波数１３．７Ｈｚの間で、最も光量の変化幅が大きくなる周波数（最大振幅を与える周波数）を求めた。尚、このときの最大電流は３５０Ａ、最小電流は２５０Ａとした。
　更に、最も光量の変化幅が大きくなる周波数（最大振幅を与える周波数）で、１２０秒間、電源部１０から水冷電極５に供給し、前記アーク放電により原材料を溶解し、その後、冷却後に被溶解物を反転した。

　更に、第３工程として、定電流３００Ａの直流電流を１０秒間、電源部１０から水冷電極５に供給し、前記アーク放電により原材料を溶解し、溶解に適した第２回目の周波数のサーチを行った。このサーチは、開始周波数を８Ｈｚとし、０．３Ｈｚづつ上昇させながら、照度計によりその溶湯からの光量を測定した（測定終了周波数１３．７Ｈｚ）。
　そして、開始周波数を８Ｈｚから測定終了周波数１３．７Ｈｚの間で、最も光量の変化幅が大きくなる周波数（最大振幅を与える周波数）を求めた。尚、このときの最大電流は３５０Ａ、最小電流は２５０Ａとした。
　更に、最も光量の変化幅が大きくなる周波数（最大振幅を与える周波数）で、１２０秒間、電源部１０から水冷電極５に供給し、前記アーク放電により原材料を溶解し、その後、冷却後に被溶解物を反転した。
　即ち、第３工程として、前記第２工程と同一の工程、即ち、第２回目の周波数のサーチを行い、また、最も光量の変化幅が大きくなる周波数（最大振幅を与える周波数）を求め、その後、冷却後に被溶解物を溶解、反転した。

　また、第４工程として、前記第２、３工程と同一の工程（第３回目の周波数のサーチ）を行い、また、最も光量の変化幅が大きくなる周波数（最大振幅を与える周波数）を求め、その後、冷却後に被溶解物を溶解、反転した。

　また、第５工程として、前記第２、３、４工程と同一の工程（第４回目の周波数のサーチ）を行い、また、最も光量の変化幅が大きくなる周波数（最大振幅を与える周波数）を求め、その後、冷却後に被溶解物を溶解、反転した。
　尚、表１に、各試料重量の各回の最も光量の変化幅が大きくなる最大周波数（最大振幅を与える最大周波数）を示す。尚、単位は、Hzである。

　また表２に、試料重量が１５ｇと４０ｇの第１回目のサーチと第４回目のサーチ結果（照度測定値）を詳細に示す。尚、光量は照度計（コニカミノルタセンシング株式会社製Ｔ－１０型照度計）を用いて測定した。照度計の出力電圧が光量に比例し、光量の変化幅は照度計出力電圧の振幅（振れ幅）である。表２の数値はこの照度計出力電圧の振幅（振れ幅、ｖｏｌｔ）である。

　この表２にから明らかなように、最も光量の変化幅が大きくなる最大周波数（最大振幅を与える最大周波数）を超えると、光量の変化幅（照度計の出力振幅）が急激に落ちる傾向にある。
　そのため、実際のアーク溶解においては、誤差等を考慮して、表１に示した最も光量の変化幅が大きくなる最大周波数（最大振幅を与える最大周波数）よりも、１．５Ｈｚ以内の幅で小さい周波数とするのが好ましく、本実施例の実験では約０．５Ｈｚ減じた、表３に示す周波数を最適周波数とした。

　このようにして求めた最適周波数を、アーク溶解炉も制御装置（コンピュータ）内の記憶手段に記憶し、記憶された最適周波数を読み出し、電源部を制御することにより、最適な被溶解物の溶解を行うことができる。
　あるいはまた、この実施例３に示した場合のように最適周波数を求めながら、前記最適周波数で電源部を制御することにより、被溶解物を溶解しても良い。

　１　　アーク溶解炉装置
　２　　溶解室
　３　　銅鋳型
　４　　水槽
　５　　水冷電極（非消耗放電電極）
　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
５０　　アーク溶解炉装置
５１　　溶湯計測手段
５１Ａ　照度計
５１Ｂ　ＣＣＤカメラ
５２　　銅鋳型
５２ａ　凹部
５３　　水槽
５４　　モータ
５５　　ロータリジョイント
５６　　反転リング
５７　　モータ
５８　　飛散防止具
Ｐ１　　溶解ポジション
Ｐ６　　反転ポジション

Claims (16)

1. 　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非消耗放電電極と、前記非消耗放電電極に電力を供給する電源部と、前記電源部を制御することにより、前記非消耗放電電極からのアーク放電の出力強度を制御する制御装置とを備え、
   　前記制御装置が前記電源部からの出力電流と電流周波数を制御することにより、前記非消耗放電電極からのアーク放電の出力強度を可変し、前記被溶解物が加熱溶解した溶湯を攪拌することを特徴とするアーク溶解炉装置。
2. 　前記制御装置は、前記溶湯の形状変化の振幅あるいは前記溶湯の光量の変化幅が最大になるように前記電源部からの前記出力電流と前記電流周波数を制御することを特徴とする請求項１記載のアーク溶解炉装置。
3. 　前記制御装置には記憶部が設けられ、前記記憶部に、予め求められた溶湯の形状変化の振幅あるいは前記溶湯の光量の変化幅を最大とする、前記出力電流と前記電流周波数が記憶され、
   　前記制御装置は、前記記憶部に記憶された溶湯の形状変化の振幅あるいは前記溶湯の光量の変化幅を最大とする前記出力電流と前記電流周波数を読み出し、
   　前記読み出された前記出力電流と前記電流周波数に基づいて、前記電源部を制御す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。
4. 　前記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、前記制御装置に出力する溶湯計測手段を備え、
   　前記溶湯計測手段から入力される検出信号によって、前記制御装置が前記溶湯の形状に応じて電源部からの出力電流と該電流周波数を制御し、前記非消耗放電電極からのアーク放電の出力強度を可変することを特徴とする請求項１または請求項３記載のアーク溶解炉装置。
5. 　前記溶湯の光量変化を計測し、計測した溶湯の光量に応じた検出信号を、前記制御装置に出力する溶湯計測手段を備え、
   　前記溶湯計測手段から入力される検出信号によって、前記制御装置が前記溶湯の光量に応じて電源部からの出力電流と該電流周波数を制御し、前記非消耗放電電極からのアーク放電の出力強度を可変することを特徴とする請求項１または請求項３記載のアーク溶解炉装置。
6. 　前記制御装置は、前記溶湯の形状変化の振幅あるいは前記溶湯の光量の変化幅が最大になるように、前記電源部からの出力電流と該電流周波数を制御することを特徴とする請求項４または請求項５記載のアーク溶解炉装置。
7. 　前記制御装置が、電源部からの電流が片振り繰返し電流となるように制御することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のアーク溶解炉装置。
8. 　前記鋳型には複数の凹部が形成されると共に移動可能に形成され、かつ前記鋳型の凹部内の被溶解物を反転する反転リングが設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のアーク溶解炉装置。
9. 　非消耗放電電極からのアーク放電によって被溶解物を溶解する方法であって、
   　前記非消耗放電電極からのアーク放電の出力強度を、電源部から前記非消耗放電電極に供給される出力電流と該電流周波数を変化させることにより可変し、前記被溶解物を加熱溶解することを特徴とする被溶解物の溶解方法。
10. 　前記アーク放電の出力強度の可変は、片振り繰返し電流を非消耗放電電極に供給することによってなされることを特徴とする請求項９に記載の金属材料の溶解方法。
11. 　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非消耗放電電極と、前記非消耗放電電極に電力を供給する電源部と、前記電源部を制御することにより、前記非消耗放電電極からのアーク放電の出力強度を制御する制御装置とを備えたアーク溶解炉装置の被溶解物の溶解方法であって、
    　前記制御装置によって電源部から前記非消耗放電電極に供給される出力電流と該電流周波数を変化させ、前記非消耗放電電極からのアーク放電の出力強度を可変し、前記被溶解物を加熱溶解することを特徴とする請求項９または請求項１０記載の被溶解物の溶解方法。
12. 　前記制御装置によって、前記電流周波数を所定の周波数幅をもって複数回変化させ、その周波数毎の溶湯の形状変化の振幅あるいは溶湯の光量の変化幅を溶湯計測手段で測定し、前記溶湯の形状変化の振幅が最大になる、あるいは前記溶湯の光量の変化幅が最大になる、電流周波数を求め、
    　前記求めた電流周波数に対して一定範囲にある電流周波数と出力電流を電源部から非消耗放電電極に所定時間供給し、被溶解物の溶解することを特徴とする請求項１１記載の被溶解物の溶解方法。
13. 　前記制御装置によって、前記電流周波数を所定の周波数幅をもって複数回変化させ、その周波数毎の溶湯の形状変化の振幅あるいは溶湯の光量の変化幅を溶湯計測手段で測定し、前記溶湯の形状変化の振幅が最大になる、あるいは前記溶湯の光量の変化幅が最大になる、電流周波数を求め、
    　前記求めた電流周波数に対して一定範囲にある電流周波数と出力電流を電源部から非消耗放電電極に所定時間供給し、被溶解物の溶解する工程が、複数回なされることを特徴とする請求項１２記載の被溶解物の溶解方法。
14. 　前記被溶解物の溶解する工程を複数回なされる際、
    　前記被溶解物の溶解する工程の後、前記鋳型の凹部内で被溶解物を反転させる反転工程がなされ、
    　その後、再び前記被溶解物を溶解する工程がなされることを特徴とする請求項１３記載の被溶解物の溶解方法。
15. 　前記の反転工程の反転操作が動力を用いて自動でなされる事を特徴とする請求項１４記載の被溶解物の溶解方法
16. 　前記求めた電流周波数に対して一定範囲にある電流周波数は、溶湯の形状変化の振幅が最大になる、あるいは前記溶湯の光量の変化幅が最大になる、電流周波数から１．５Ｈｚ小さい範囲内にある電流周波数であることを特徴とする請求項１２または請求項１３記載の被溶解物の溶解方法。
     

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