電弧熔化爐裝置以及被熔化物的電弧熔化方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的是提供一種不用使作業(yè)者花費巨大的勞力就能有效地對熔化后的被熔化物進行攪拌的電弧熔化爐裝置以及電弧放電的控制方法。具備：鑄型3，設(shè)置在熔化室2的內(nèi)部，具有凹部3a；非消耗放電電極5，將收容于所述凹部3a的被熔化物加熱熔化；電源部10，向所述非消耗放電電極5供給電力；以及控制裝置11，通過控制所述電源部，從而控制來自所述非消耗放電電極的電弧放電的輸出強度，所述控制裝置11通過控制來自所述電源部10的輸出電流和該電流頻率，從而使來自所述非消耗放電電極5的電弧放電的輸出強度可變，對所述被熔化物加熱熔化后的熔融金屬進行攪拌。
【專利說明】電弧熔化爐裝置以及被熔化物的電弧熔化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電弧熔化爐裝置以及被熔化物的電弧熔化方法，例如涉及能在合金材料等被熔化物中優(yōu)選應(yīng)用的電弧熔化爐裝置以及被熔化物的電弧熔化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]使用電弧放電的熱能將在鑄型內(nèi)收容的金屬材料、特別是合金材料以及陶瓷材料等被熔化物熔化的電弧熔化歷來被廣泛知曉。
[0003]在該電弧熔化中有消耗型電弧熔化和非消耗型電弧熔化。其中，非消耗型電弧熔化在減壓氬的環(huán)境內(nèi)使用直流電弧電源，以鎢電極為陰極，在該陰極與放置于水冷鑄型上的被熔化物(陽極)之間通過由固定強度的直流電弧放電產(chǎn)生的熱能來將被熔化物熔化。
[0004]圖10示出了現(xiàn)有技術(shù)的非消耗型電弧熔化爐的結(jié)構(gòu)例。
[0005]在圖示的電弧熔化爐200中，銅鑄型201緊貼于熔化室210的下表面，使熔化室210成為密閉容器。此外，在銅鑄型201的下方設(shè)置有冷卻水循環(huán)的水槽202，使銅鑄型201成為水冷鑄型。此外，如圖示那樣棒狀的水冷電極203從熔化室210的上方插入設(shè)置于室內(nèi)，作為陰極的鎢制的頂端通過手柄部204的操作能夠在熔化室210中上下、前后、左右移動。
[0006]在該電弧熔化爐200中，例如在金屬熔化而生成合金的情況下，首先在銅鑄型201上放置稱量后的多個不同的金屬材料。然后，使用真空泵(省略圖示)對熔化室210內(nèi)的空氣進行排氣，之后，導(dǎo)入惰性氣體，成為惰性氣體環(huán)境(通常為氬氣環(huán)境)，在水冷電極203的鎢電極(陰極)和銅鑄型201上的金屬材料(陽極)之間產(chǎn)生電弧放電，利用該熱能來將多個不同的金屬材料熔化、合金化。在專利文獻I中公開了這樣的電弧熔化爐。
[0007]可是，在使用了這樣的電弧熔化爐的合金生成方法中，由于比重大的金屬容易積存在被合金化的材料的底部，所以，為了生成均勻的內(nèi)部組織的合金，需要在合金為熔融金屬狀態(tài)時充分地進行攪拌。此外，即使是單一組成物，為了獲得固化后的微小組織的均勻性，也需要在熔融金屬狀態(tài)時充分地進行攪拌。
[0008]可是，由于在水冷鑄型上將被熔化物熔化，所以與鑄型相接的熔融金屬底面被冷卻。因此，位于底部的熔化物立刻從液相變化為固相，不能進行充分的攪拌。
[0009]因此，使用如下方法:在熔化后的被熔化物M冷卻后，如圖11所示，利用從熔化室210外進行操作的翻轉(zhuǎn)棒205在銅鑄型201上使材料(被熔化物)M翻轉(zhuǎn)、再次熔化，之后繼續(xù)反復(fù)進行多次冷卻、翻轉(zhuǎn)、熔化的工藝，由此，進行攪拌，使材料(被熔化物)M的微小組織、成分的內(nèi)部分布均勻化。
[0010]此外，在專利文獻2所示的電弧熔化爐中，相對于基臺以在左右前后方向自由傾斜擺動的方式裝配有架臺，進而相對于該架臺裝配有熔化爐。
[0011]而且，構(gòu)成為，在上述架臺設(shè)置有使該架臺傾斜擺動的手柄部，通過操作手柄部，從而使熔化爐傾斜擺動，對熔化后的被熔化物進行搖動、攪拌。
[0012]根據(jù)這樣的電弧熔化爐，由于能夠通過手柄部的操作來使熔化爐傾斜擺動，所以能夠使在鑄型上熔化后的被熔化物(熔融金屬)搖動，抑制其固相化，進而使搖動的傾斜變大，由此，能有效地對被熔化物進行攪拌。
[0013]現(xiàn)有技術(shù)文獻 專利文獻
專利文獻1:日本特開2000 - 317621號公報；
專利文獻2:日本特開2007 - 160385號公報。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]發(fā)明要解決的課題
在如上述那樣使用翻轉(zhuǎn)棒來對熔化后的被熔化物進行搖動攪拌的情況下，必須進行多次從熔化室外操作翻轉(zhuǎn)棒使材料掛在翻轉(zhuǎn)棒的頂端部進行翻轉(zhuǎn)的麻煩作業(yè)，具有作業(yè)性差并且花費作業(yè)時間的技術(shù)課題。
[0015]此外，在通過操作設(shè)置于架臺的手柄部使熔化爐傾斜擺動而對熔化后的被熔化物進行搖動攪拌的情況下，具有使作業(yè)者花費巨大的勞力的技術(shù)課題。
[0016]為了解決上述技術(shù)課題，本
【發(fā)明者】們專心研究了不基于以往那樣的機械性作用來進行被熔化物的搖動、攪拌，而基于全新的構(gòu)思來進行被熔化物的搖動、攪拌。其結(jié)果是，認(rèn)識到利用由電弧放電產(chǎn)生的外力能對熔化后的被熔化物進行搖動攪拌，而想到了本發(fā)明。
[0017]此外，發(fā)現(xiàn)了通過使熔融金屬的搖動變大而進一步進行攪拌，并且該熔融金屬的搖動的振幅較大地依賴于放電電流的頻率，而想到了本發(fā)明。
[0018]本發(fā)明的目的在于，提供一種不用使作業(yè)者花費巨大的勞力就能有效地對熔化后的被熔化物進行攪拌的電弧熔化爐裝置以及電弧放電的控制方法。
[0019]用于解決課題的方案
為了解決上述課題而完成的本發(fā)明的電弧熔化爐裝置的特征在于，具備:鑄型，設(shè)置在熔化室的內(nèi)部，具有凹部；非消耗放電電極，將收容于所述凹部的被熔化物加熱熔化；電源部，向所述非消耗放電電極供給電力；以及控制裝置，通過控制所述電源部，從而控制來自所述非消耗放電電極的電弧放電的輸出強度，所述控制裝置通過控制來自所述電源部的輸出電流和電流頻率，從而使來自所述非消耗放電電極的電弧放電的輸出強度可變，對所述被熔化物加熱熔化后的熔融金屬進行攪拌。
[0020]此處所說的輸出強度的變化波形為正弦波、矩形波、三角波、脈沖波形等，頻率是該輸出強度的強弱變化周期的倒數(shù)。
[0021]像這樣本發(fā)明的電弧熔化爐裝置通過對來自電源部的輸出強度、即輸出電流和該電流頻率進行控制，從而對來自所述放電電極的電弧放電的輸出施加強弱。
[0022]S卩，通過使電弧放電的輸出增強或減弱，從而對由電弧放電產(chǎn)生的力施加強弱，對熔化后的被熔化物進行搖動、攪拌，通過該搖動、攪拌，能獲得均勻的組織的材料、均勻的組成分布的合金等。
[0023]在此，優(yōu)選的是，所述控制裝置控制來自所述電源部的所述輸出電流和所述電流頻率，以使所述熔融金屬的形狀變化的振幅或所述熔融金屬的光量的變化幅度變?yōu)樽畲蟆?br> [0024]通過像這樣控制來自電源部的輸出電流和該電流頻率，從而能夠以熔融金屬的形狀變化的振幅或所述熔融金屬的光量的變化幅度為最大的方式對來自所述放電電極的電弧放電的輸出施加強弱，能對熔化后的被熔化物進一步進行搖動、攪拌，通過該搖動、攪拌，能獲得更加均勻的組織的材料、更加均勻的組成分布的合金等。
[0025]此外，優(yōu)選的是，在所述控制裝置中設(shè)置有存儲部，在所述存儲部中存儲有預(yù)先求取的使熔融金屬的形狀變化的振幅或所述熔融金屬的光量的變化幅度最大的所述輸出電流和所述電流頻率，所述控制裝置讀出在所述存儲部中存儲的使熔融金屬的形狀變化的振幅或所述熔融金屬的光量的變化幅度最大的所述輸出電流和所述電流頻率，基于所述讀出的所述輸出電流和所述電流頻率，控制所述電源部。
[0026]像這樣預(yù)先通過實驗等求取使熔融金屬的形狀變化的振幅或所述熔融金屬的光量的變化幅度為最大的所述輸出電流和所述電流頻率，基于該輸出電流和所述電流頻率，控制電源部，由此，能對來自放電電極的電弧放電的輸出自動地施加強弱。
[0027]此外，優(yōu)選的是，具備:熔融金屬測量單元，測量所述熔融金屬的形狀變化，將與所測量的熔融金屬的形狀對應(yīng)的檢測信號輸出至所述控制裝置，通過從所述熔融金屬測量單元輸入的檢測信號，所述控制裝置根據(jù)所述熔融金屬的形狀來控制來自電源部的輸出電流和該電流頻率，使來自所述非消耗放電電極的電弧放電的輸出強度可變。
[0028]像這樣，通過從所述熔融金屬測量單元輸入的檢測信號，所述控制裝置根據(jù)所述熔融金屬的形狀來控制來自電源部的輸出電流和該電流頻率，使來自所述非消耗放電電極的電弧放電的輸出強度可變，由此，能使熔融金屬的搖動變大，能進一步進行攪拌。
[0029]特別地，優(yōu)選的是，以熔融金屬的形狀變化變?yōu)樽畲?搖動振幅最大)的方式控制來自電源部的輸出電流和該電流頻率，使來自所述非消耗放電電極的電弧放電的輸出強度可變。此外，通過具備測量熔融金屬的形狀變化并將與所測量的熔融金屬的形狀對應(yīng)的檢測信號輸出至所述控制裝置的熔融金屬測量單元，從而能省力化，并且能在更短的時間內(nèi)進行熔化作業(yè)。
[0030]此外，優(yōu)選的是，具備:熔融金屬測量單元，測量所述熔融金屬的光量變化，將與所測量的熔融金屬的光量對應(yīng)的檢測信號輸出至所述控制裝置，通過從所述熔融金屬測量單元輸入的檢測信號，所述控制裝置根據(jù)所述熔融金屬的光量來控制來自電源部的輸出電流和該電流頻率，使來自所述非消耗放電電極的電弧放電的輸出強度可變。
[0031]像這樣，也能代替測量所述熔融金屬形狀變化的熔融金屬測量單元而使用測量熔融金屬的光量變化并將與所測量的熔融金屬的光量對應(yīng)的檢測信號輸出至所述控制裝置的熔融金屬測量單元。
[0032]在此，熔融金屬的光量變化是電弧放電的光被熔融金屬反射而返回來的光量的變化、來自高溫的被熔化物的輻射光等的變化。這樣的光量測量雖然對熔融金屬的搖動振幅的評價欠缺正確性，但比熔融金屬形狀的測量(例如，使用了圖像解析單元的形狀測量)便宜并能容易且高速地測量，因此更加優(yōu)選。
[0033]再有，所述控制裝置構(gòu)成為，控制來自所述電源部的輸出電流和該電流頻率，以使所述熔融金屬的形狀變化的振幅或所述熔融金屬的光量的變化幅度變?yōu)榇笾伦畲蟆?br> [0034]進而，優(yōu)選的是，所述控制裝置進行控制，以使來自電源部的電流成為脈動反復(fù)電流(pulsating repetition current)0
[0035]此外，優(yōu)選的是，在所述鑄型形成有多個凹部，并且設(shè)置有以能移動的方式形成并且將所述鑄型的凹部內(nèi)的被熔化物翻轉(zhuǎn)的翻轉(zhuǎn)環(huán)。像這樣，通過使用翻轉(zhuǎn)環(huán)，從而能容易地翻轉(zhuǎn)被熔化物，并且能獲得更加均勻的組織的材料、更加均勻的組成分布的合金等，進而，也能應(yīng)對使用動力來使翻轉(zhuǎn)環(huán)工作的自動化。
[0036]此外，為了解決上述課題而完成的本發(fā)明的被熔化物的熔化方法通過來自非消耗放電電極的電弧放電來將被熔化物熔化，其特征在于，通過使從電源部向所述非消耗放電電極供給的輸出電流和該電流頻率變化，從而使來自所述非消耗放電電極的電弧放電的輸出強度可變，將所述被熔化物加熱熔化。
[0037]像這樣本發(fā)明的被熔化物的熔化方法是通過用所供給的輸出電流和該電流頻率使來自非消耗放電電極的電弧放電的輸出強度可變而進行的。
[0038]即，使電弧放電的輸出強度變化，對由電弧放電產(chǎn)生的力施加強弱，對熔化后的被熔化物進行搖動、攪拌，通過該搖動、攪拌，能獲得均勻的組織的材料、均勻的組成分布的合
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[0039]在此，優(yōu)選的是，所述電弧放電的輸出強度的可變是通過向非消耗放電電極供給脈動反復(fù)電流而完成的。脈動反復(fù)電流是其波形為正弦波、矩形波、三角波、脈沖波形等，最大電流和最小電流均為負(fù)值、即電流值不跨越零點而偏向負(fù)側(cè)的電流波形。
[0040]此外，優(yōu)選的是，一種電弧熔化爐裝置的被熔化物的熔化方法，所述電弧熔化爐裝置具備:鑄型，設(shè)置在熔化室的內(nèi)部，具有凹部；非消耗放電電極，將收容于所述凹部的被熔化物加熱熔化；電源部，向所述非消耗放電電極供給電力；以及控制裝置，通過控制所述電源部，從而控制來自所述非消耗放電電極的電弧放電的輸出強度，其中，通過所述控制裝置使從電源部向所述非消耗放電電極供給的輸出電流和該電流頻率變化，使來自所述非消耗放電電極的電弧放電的輸出強度可變，將所述被熔化物加熱熔化。
[0041]在此，優(yōu)選的是，通過所述控制裝置，使所述電流頻率以規(guī)定的頻率寬度變化多次，用熔融金屬測量單元測定該每個頻率的熔融金屬的形狀的振幅或熔融金屬的光量的變化幅度，求取所述熔融金屬的形狀變化的振幅為最大或所述熔融金屬的光量的變化幅度為最大的電流頻率，從電源部向非消耗放電電極供給相對于所述求取出的電流頻率而處于固定范圍的電流頻率和輸出電流達規(guī)定時間，將被熔化物熔化。
[0042]像這樣，一邊用熔融金屬測量單元進行測定，一邊求取熔融金屬的形狀變化的振幅為最大或所述熔融金屬的光量的變化幅度為最大的電流頻率，從電源部向非消耗放電電極供給相對于求取出的電流頻率而處于固定范圍的電流頻率的輸出電流達規(guī)定時間，將被熔化物熔化，因此，對熔化后的被熔化物進一步進行搖動、攪拌，通過該搖動、攪拌，能獲得更加均勻的組織的材料、更加均勻的組成分布的合金等。
[0043]此外，優(yōu)選的是，在進行多次將所述被熔化物熔化的工序時，在將所述被熔化物熔化的工序后，進行在所述鑄型的凹部內(nèi)使被熔化物翻轉(zhuǎn)的翻轉(zhuǎn)工序，之后，再次進行將所述被熔化物熔化的工序。通過該翻轉(zhuǎn)工序，能獲得更加均勻的組織的材料、更加均勻的組成分布的合金等。
[0044]進而，優(yōu)選的是，相對于所述求取出的電流頻率而處于固定范圍的電流頻率是處于從熔融金屬的形狀變化的振幅為最大或所述熔融金屬的光量的變化幅度為最大的電流頻率起小1.5Hz的范圍內(nèi)的電流頻率。
[0045]在用于熔化的電流頻率的決定中，使電流頻率以規(guī)定的頻率寬度從小的頻率依次變化成大的頻率，求取熔融金屬的搖晃變?yōu)樽畲蟮念l率，但是當(dāng)超過熔融金屬的形狀變化的振幅為最大此外所述熔融金屬的光量的變化幅度為最大的電流頻率時，熔融金屬的搖晃急劇地減少。因此，為了不會由于誤差等而超過最大電流頻率，優(yōu)選將處于從電流頻率起小
1.5Hz的范圍內(nèi)的電流頻率作為最大頻率(最適合頻率)。
[0046]發(fā)明效果
根據(jù)本發(fā)明，通過使電弧放電的輸出強度可變，從而能對由電弧放電產(chǎn)生的力施加強弱，能對熔化后的被熔化物進行搖動、攪拌。其結(jié)果是，能獲得均勻的組織的材料、均勻的組成分布的合金等，也不用像現(xiàn)有的電弧熔化爐裝置那樣使作業(yè)者花費巨大的勞力就能有效地進行熔化作業(yè)。
[0047]進而，在本發(fā)明中通過添加使用了動力的被熔化物的翻轉(zhuǎn)工序，從而不經(jīng)由人手而自動地制造更加聞品質(zhì)的合金等變得容易。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0048]圖1是示出本發(fā)明第一實施方式的電弧熔化爐裝置的示意圖。
[0049]圖2是示出本發(fā)明第二實施方式的電弧熔化爐裝置的示意圖。
[0050]圖3是圖2的A-A剖面圖。
[0051]圖4是用于說明本發(fā)明的一個實施方式的電弧放電的原理的示意圖。
[0052]圖5是示出本發(fā)明的電弧放電的放電電流的優(yōu)選的一個例子的圖，并且是示出對恒定電流加上正弦波電流后的波形的圖。
[0053]圖6是示出本發(fā)明的電弧放電的放電電流的另一個例子的圖，并且是示出波形為大致矩形波的情況的圖。
[0054]圖7是示出本發(fā)明第一、第二實施方式的電弧熔化爐裝置中的控制裝置的概略結(jié)構(gòu)的圖。
[0055]圖8是示出比較例I中的EPMA觀察結(jié)果的圖，Ca)是示出翻轉(zhuǎn)次數(shù)為I次的情況的圖，(b)是示出翻轉(zhuǎn)次數(shù)為2次的情況的圖，(c)是示出翻轉(zhuǎn)次數(shù)為3次的情況的圖，Cd)是示出翻轉(zhuǎn)次數(shù)為4次的情況的圖。
[0056]圖9是示出實施例1中的EPMA觀察結(jié)果的圖，Ca)是示出熔化時間為10分鐘的情況的圖，(b)是示出熔化時間為15分鐘的情況的圖。
[0057]圖10是現(xiàn)有技術(shù)的熔化爐的剖面圖。
[0058]圖11是示出在圖10的熔化爐中使被熔化物翻轉(zhuǎn)的情況的圖。
【具體實施方式】
[0059]以下，基于圖1對本發(fā)明第一實施方式的電弧熔化爐裝置I進行說明。
[0060]首先，使用圖1對本發(fā)明的實施方式的電弧熔化爐裝置I的整體結(jié)構(gòu)進行說明。
[0061]如圖1所示，在電弧熔化爐裝置I中，銅鑄型3緊貼于熔化室2的下表面，使熔化室2成為密閉容器。此外，在銅鑄型3的下方設(shè)置有冷卻水循環(huán)的水槽4，使銅鑄型3成為水冷鑄型。
[0062]此外，圖中的附圖標(biāo)記5是棒狀的水冷電極(非消耗放電電極)，水冷電極5具備作為陰極的鎢制的頂端部，并且從熔化室2的上方插入設(shè)置于室內(nèi)。
[0063]該水冷電極5的鎢制的頂端部配置在與銅鑄型3的上表面(凹部3a)相向的位置。此外，該水冷電極5的頂端通過手柄部(未圖示)的操作能在熔化室2中上下、前后、左右移動。
[0064]此外，上述水冷電極5與電源部10的陰極電連接，向上述水冷電極5供給電力。此夕卜，上述電源部10的陽極側(cè)與熔化室2、銅鑄型3 —起被接地(earth)。
[0065]此外，在上述熔化室2裝配有真空泵(未圖示)，能夠利用該真空泵來將熔化室2排
氣為真空。
[0066]再有，設(shè)置有惰性氣體供給部(未圖示)，在將熔化室2排氣為真空之后，從該惰性氣體供給部向熔化室2的內(nèi)部供給、封入惰性氣體，使熔化室2內(nèi)變?yōu)槎栊詺怏w環(huán)境。
[0067]此外，在上述電源部10連接有控制裝置(計算機)11，利用上述控制裝置11來控制來自電源部10的輸出電流(電流強度)和該電流頻率。
[0068]S卩，通過對來自電源部10的電流的強度和頻率進行控制，從而使電弧放電的輸出強度可變，對由電弧放電產(chǎn)生的力施加強弱。利用由該電弧放電產(chǎn)生的力的強弱，對熔化后的被熔化物進行搖動、攪拌，使其成為均勻的組織材料、均勻的組成分布的合金等。
[0069]此外，在該電弧熔化爐裝置I中設(shè)置有熔融金屬測量單元12，該熔融金屬測量單元12測量被熔化物的熔融金屬的形狀變化，將與所測量的熔融金屬的形狀對應(yīng)的檢測信號輸出至上述控制裝置11。
[0070]具體來說，利用CXD攝像機等對熔融金屬的形狀進行圖像解析，向控制裝置送出與該圖像變化(形狀變化)對應(yīng)的檢測信號。而且，構(gòu)成為，通過上述控制裝置11對來自電源部10的輸出電流(電流強度)和該電流頻率進行控制，對來自上述放電電極5的電弧放電的輸出強度施加強弱。
[0071]再有，作為熔融金屬測量單元12，除CXD攝像機等以外，也能使用光量傳感器。在該情況下，也可以構(gòu)成為，用光量傳感器測量熔融金屬的光量變化，向控制裝置送出與所測量的熔融金屬的光量對應(yīng)的檢測信號，對來自電源部10的電流的強度和頻率進行控制。
[0072]在使用該光量傳感器的情況下，與使用CCD攝像機的情況相比較，價格便宜并能抑制裝置的成本。此外，與使用CXD攝像機的情況相比較，能容易且高速地進行測量。
[0073]此外，設(shè)置有從熔化室2外操作的翻轉(zhuǎn)棒6，在將熔化后的被熔化物冷卻后，能從熔化室2外利用翻轉(zhuǎn)棒6在銅鑄型3 (凹部3a)上翻轉(zhuǎn)材料(被熔化物)M0
[0074]再有，在圖1中，附圖標(biāo)記7是操作熔化室2的下表面部分的控制桿，通過操作該控制桿7，從而能從熔化室2卸下下表面部的銅鑄型3，能在上述銅鑄型3上(凹部3a內(nèi))收容被熔化物，此外能從凹部3a內(nèi)取出被熔化物。
[0075]在像這樣構(gòu)成的在電弧熔化爐I中對被熔化物進行熔化的情況下，首先將稱量后的被熔化物載置于銅鑄型3上(收容于凹部3a)。
[0076]然后，在使熔化室2內(nèi)成為惰性氣體、通常為氬氣環(huán)境之后，在水冷電極5的鎢電極(陰極)和銅鑄型3上的被熔化物(陽極)之間產(chǎn)生電弧放電，將被熔化物熔化。
[0077]在合金的制作方面，對多個金屬材料進行稱量并載置于銅鑄型3上(收容于凹部3a)。然后，與上述情況同樣地，在使熔化室2內(nèi)成為惰性氣體、通常為氬氣環(huán)境之后，在水冷電極5的鎢電極(陰極)和銅鑄型3上的合金材料(陽極)之間產(chǎn)生電弧放電，利用該熱能將多個不同的合金材料熔化、合金化。
[0078]此時的電弧放電并不是以恒定電流進行，而是對輸出電流(電流強度)和該電流頻率進行控制，使來自上述水冷電極5的電弧放電的輸出強度可變,在輸出強度上產(chǎn)生變化。通過該變化的電弧放電的輸出，熔融金屬受到所謂的外力，熔化后的金屬材料被攪拌。
[0079]接著，基于圖2、圖3對本發(fā)明第二實施方式的電弧熔化爐裝置進行說明。再有，在為與第一實施方式的電弧熔化爐裝置I同樣的結(jié)構(gòu)的情況下，標(biāo)注同一附圖標(biāo)記并省略其說明。
[0080]該第二實施方式的電弧熔化爐裝置50與第一實施方式相比不同之處在于，在銅鑄型52的上表面形成有多個凹部52a (在圖中形成有6個凹部52a)，并且，以能旋轉(zhuǎn)的方式形成。
[0081]S卩，在上述銅鑄型52設(shè)置有電動機54，以旋轉(zhuǎn)軸54a為中心以能旋轉(zhuǎn)的方式進行設(shè)置。此外，在銅鑄型52的下方設(shè)置有冷卻水循環(huán)的水槽53，經(jīng)由旋轉(zhuǎn)連接器55能導(dǎo)入、排出水。
[0082]此外，該第二實施方式的電弧熔化爐裝置50在代替第一實施方式的翻轉(zhuǎn)棒6而設(shè)置有自動翻轉(zhuǎn)裝置的方面不同。
[0083]該自動翻轉(zhuǎn)裝置在將熔化后的被熔化物冷卻之后，從熔化室2外用電動機57使翻轉(zhuǎn)環(huán)56旋轉(zhuǎn)，由此能使材料(被熔化物)在銅鑄型52 (凹部52a)上翻轉(zhuǎn)。
[0084]再有，附圖標(biāo)記57a是旋轉(zhuǎn)軸，附圖標(biāo)記57b是軸承，附圖標(biāo)記58是在翻轉(zhuǎn)被熔化物時防止被熔化物從凹部52a向外部飛出的半球狀的飛散防止用具。
[0085]此外，作為熔融金屬測量單元51，使用光量傳感器(照度計)51A和CXD攝像機51B。向控制裝置送出光量傳感器(照度計)51A的檢測信號和CXD攝像機51B的檢測信號的任一個，對來自電源部10的電流的強度和頻率進行控制。在本實施例中使用光量傳感器(照度計)來測量熔融金屬的搖晃情況，CCD攝像機51B用于目視觀察熔融金屬的搖晃情況的目的。能夠使用CCD攝像機51以圖像解析求取熔融金屬的形狀是另外確認(rèn)的。
[0086]在該電弧熔化爐裝置50中，首先，將稱量后的被熔化物收容于銅鑄型52的凹部52a。
[0087]之后，關(guān)閉電弧熔化爐裝置50的前門59，封閉熔化室2，在利用未圖示的真空泵使熔化室2內(nèi)成為真空狀態(tài)之后，供給惰性氣體、通常為氬氣，使熔化室2內(nèi)成為氬氣環(huán)境。
[0088]然后，在圖3所示的位置(放電位置)Pl處，利用來自水冷電極5的電弧放電將被熔化物熔化。在熔化后，使銅鑄型52旋轉(zhuǎn)，向位置P2送出。然后，將新的被熔化物搬入到位置Pl進行熔化。然后，在熔化后，再次向位置P2送出。
[0089]像這樣，通過使銅鑄型52旋轉(zhuǎn)，從而使其向位置P1、位置P2、位置P3、位置P4、位置P5、位置P6依次移動。
[0090]上述位置P6是利用翻轉(zhuǎn)環(huán)56使冷卻后的被熔化物翻轉(zhuǎn)的位置，被翻轉(zhuǎn)后的被熔化物再次回到位置P1，被再次熔化。
[0091]被再次熔化的被熔化物從位置Pl起向位置P2、位置P3、位置P4、位置P5、位置P6依次移動，再次回到位置P1，被再次熔化。通過反復(fù)進行多次該熔化和翻轉(zhuǎn)工作，從而獲得更加均勻化的被熔化物。
[0092]再有，上述電弧放電與第一實施方式的電弧熔化爐裝置I同樣地，并不是以恒定電流進行的，而是對輸出電流(電流強度)和該電流頻率進行控制，使來自上述水冷電極5的電弧放電的輸出強度可變，在輸出強度上產(chǎn)生變化。通過該變化的電弧放電的輸出，熔融金屬受到所謂的外力，熔化后的金屬材料被攪拌。
[0093]接著，針對在上述第一實施方式的電弧熔化爐裝置1、上述第二實施方式的電弧熔化爐裝置50中，根據(jù)該電弧放電的輸出強度的變化來對熔化后的被熔化物進行搖動攪拌的情況，基于圖4來進行說明。
[0094]首先，電源部10以送出恒定電流Ic的方式構(gòu)成，上述控制裝置11以控制來自上述電源部10的輸出電流(電流強度)和該電流頻率的方式構(gòu)成。即，控制裝置11控制為，對恒定電流Ic加上振幅為Itl的正弦波，對從電源部10進行電弧放電的水冷電極5供給成為
【權(quán)利要求】
1.一種電弧熔化爐裝置，其特征在于，具備:鑄型，設(shè)置在熔化室的內(nèi)部，具有凹部；非消耗放電電極，將收容于所述凹部的被熔化物加熱熔化；電源部，向所述非消耗放電電極供給電力；以及控制裝置，通過控制所述電源部，從而控制來自所述非消耗放電電極的電弧放電的輸出強度， 所述控制裝置通過控制來自所述電源部的輸出電流和電流頻率，從而使來自所述非消耗放電電極的電弧放電的輸出強度可變，對所述被熔化物加熱熔化后的熔融金屬進行攪拌。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電弧熔化爐裝置，其特征在于，所述控制裝置控制來自所述電源部的所述輸出電流和所述電流頻率，以使所述熔融金屬的形狀變化的振幅或所述熔融金屬的光量的變化幅度變?yōu)樽畲蟆?br> 3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的電弧熔化爐裝置，其特征在于， 在所述控制裝置中設(shè)置有存儲部，在所述存儲部中存儲有預(yù)先求取的使熔融金屬的形狀變化的振幅或所述熔融金屬的光量的變化幅度最大的所述輸出電流和所述電流頻率， 所述控制裝置讀出在所述存儲部中存儲的使熔融金屬的形狀變化的振幅或所述熔融金屬的光量的變化幅度最大的所述輸出電流和所述電流頻率， 基于所述讀出的所述輸出電流和所述電流頻率，控制所述電源部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求3所述的電弧熔化爐裝置，其特征在于， 具備:熔融金屬測量單元，測量所述熔融金屬的形狀變化，將與所測量的熔融金屬的形狀對應(yīng)的檢測信號輸出至所述控制裝置， 通過從所述熔融金屬測量單元輸入的檢測信號，所述控制裝置根據(jù)所述熔融金屬的形狀來控制來自電源部的輸出電流和該電流頻率，使來自所述非消耗放電電極的電弧放電的輸出強度可變。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求3所述的電弧熔化爐裝置，其特征在于， 具備:熔融金屬測量單元，測量所述熔融金屬的光量變化，將與所測量的熔融金屬的光量對應(yīng)的檢測信號輸出至所述控制裝置， 通過從所述熔融金屬測量單元輸入的檢測信號，所述控制裝置根據(jù)所述熔融金屬的光量來控制來自電源部的輸出電流和該電流頻率，使來自所述非消耗放電電極的電弧放電的輸出強度可變。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或權(quán)利要求5所述的電弧熔化爐裝置，其特征在于，所述控制裝置控制來自所述電源部的輸出電流和該電流頻率，以使所述熔融金屬的形狀變化的振幅或所述熔融金屬的光量的變化幅度變?yōu)樽畲蟆?br> 7.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求6的任一項所述的電弧熔化爐裝置，其特征在于，所述控制裝置進行控制，以使來自電源部的電流成為脈動反復(fù)電流。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求7的任一項所述的電弧熔化爐裝置，其特征在于，在所述鑄型形成有多個凹部，并且設(shè)置有以能移動的方式形成并且將所述鑄型的凹部內(nèi)的被熔化物翻轉(zhuǎn)的翻轉(zhuǎn)環(huán)。
9.一種被熔化物的熔化方法，通過來自非消耗放電電極的電弧放電來將被熔化物熔化，其特征在于， 通過使從電源部向所述非消耗放電電極供給的輸出電流和該電流頻率變化，從而使來自所述非消耗放電電極的電弧放電的輸出強度可變，將所述被熔化物加熱熔化。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的金屬材料的熔化方法，其特征在于，所述電弧放電的輸出強度的可變是通過向非消耗放電電極供給脈動反復(fù)電流而完成的。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或權(quán)利要求10所述的被熔化物的熔化方法，所述熔化方法是電弧熔化爐裝置的被熔化物的熔化方法，所述電弧熔化爐裝置具備:鑄型，設(shè)置在熔化室的內(nèi)部，具有凹部；非消耗放電電極，將收容于所述凹部的被熔化物加熱熔化；電源部，向所述非消耗放電電極供給電力；以及控制裝置，通過控制所述電源部，從而控制來自所述非消耗放電電極的電弧放電的輸出強度，所述熔化方法的特征在于， 通過所述控制裝置使從電源部向所述非消耗放電電極供給的輸出電流和該電流頻率變化，使來自所述非消耗放電電極的電弧放電的輸出強度可變，將所述被熔化物加熱熔化。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的被熔化物的熔化方法，其特征在于， 通過所述控制裝置，使所述電流頻率以規(guī)定的頻率寬度變化多次，用熔融金屬測量單元測定該每個頻率的熔融金屬的形狀變化的振幅或熔融金屬的光量的變化幅度，求取所述熔融金屬的形狀變化的振幅為最大或所述熔融金屬的光量的變化幅度為最大的電流頻率， 從電源部向非消耗放電電極供給相對于所述求取出的電流頻率而處于固定范圍的電流頻率和輸出電流達規(guī)定時間，將被熔化物熔化。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的被熔化物的熔化方法，其特征在于， 通過所述控制裝置，使所述電流頻率以規(guī)定的頻率寬度變化多次，用熔融金屬測量單元測定該每個頻率的熔融金屬的形狀變化的振幅或熔融金屬的光量的變化幅度，求取所述熔融金屬的形狀變化的振幅為最大或所述熔融金屬的光量的變化幅度為最大的電流頻率， 進行多次如下工序:從電源部向非消耗放電電極供給相對于所述求取出的電流頻率而處于固定范圍的電流頻率和輸出電流達規(guī)定時間，將被熔化物熔化。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的被熔化物的熔化方法，其特征在于， 在進行多次將所述被熔化物熔化的工序時， 在將所述被熔化物熔化的工序后，進行在所述鑄型的凹部內(nèi)使被熔化物翻轉(zhuǎn)的翻轉(zhuǎn)工序， 之后，再次進行將所述被熔化物熔化的工序。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的被熔化物的熔化方法，其特征在于，所述翻轉(zhuǎn)工序的翻轉(zhuǎn)操作是使用動力自動完成的。
16.根據(jù)權(quán)利要求12或權(quán)利要求13所述的被熔化物的熔化方法，其特征在于，相對于所述求取出的電流頻率而處于固定范圍的電流頻率是處于從熔融金屬的形狀變化的振幅為最大或所述熔融金屬的光量的變化幅度為最大的電流頻率起小1.5Hz的范圍內(nèi)的電流頻率。
【文檔編號】B22D27/02GK104023877SQ201280053671
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2012年8月9日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月2日
【發(fā)明者】龜山元弘, 川井芳明, 橫山嘉彥, 井上明久 申請人:大亞真空株式會社, 東北技術(shù)使者株式會社