JP3229888B2 - Apparatus and method for treating metal material - Google Patents

Apparatus and method for treating metal material

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JP3229888B2 JP25578791A JP25578791A JP3229888B2 JP 3229888 B2 JP3229888 B2 JP 3229888B2 JP 25578791 A JP25578791 A JP 25578791A JP 25578791 A JP25578791 A JP 25578791A JP 3229888 B2 JP3229888 B2 JP 3229888B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、金属材料の処理装置及
び処理方法に関し、特に直流電源を多相交流電力に変換
する電源装置を備え、多相多電極プラズマアークを発生
することができる金属材料処理装置及び処理方法に関す
るものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus and a method for processing a metal material, and more particularly to a metal apparatus capable of generating a multi-phase multi-electrode plasma arc having a power supply for converting a DC power supply to a multi-phase AC power. The present invention relates to a material processing apparatus and a processing method.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来、合金を製造する手段として各成分
の金属をそれぞれ所定の重量だけ秤量し、これらを十分
撹拌混合して炉内で加熱溶融する方法が一般に用いられ
てきた。しかしながら、上記の従来の方法では、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
とは困難であり、また従来の加熱方法では十分な高温が
得られず、従って加熱温度が比較的低くエネルギーが十
分でないため良質の合金が得られないという問題もあっ
た。2. Description of the Related Art Conventionally, as a means for producing an alloy, a method has been generally used in which a metal of each component is weighed by a predetermined weight, sufficiently stirred and mixed, and heated and melted in a furnace. However, in the above-mentioned conventional method, since a plurality of types of metals are weighed in advance by a predetermined amount and mixed and melted, it is difficult to continuously produce a desired amount of alloy at any time. However, there is also a problem that a high temperature cannot be obtained sufficiently, and therefore the heating temperature is relatively low and the energy is not sufficient, so that a high quality alloy cannot be obtained.

【０００３】また、従来の純銅鋳物の鋳造においては、
溶解時溶湯中に溶解した水素が凝固に際し水素ガスとし
て放出されて、また溶解した酸素が凝固中に濃縮されて
水素と反応し水蒸気ガスとなって、ともに気泡巣の原因
となっており、健全な鋳物を製造するためには、溶解時
の水素，酸素の溶解量を低下させることが必要条件であ
った。このために、まず酸化溶解を行って水素量を低く
したのち脱酸するか、還元溶解を行ったのち脱酸剤（予
備脱酸にリン−銅、仕上げ脱酸に金属リチウム等）を使
用して酸素量を0.002 ％とし、その後、溶湯に不活性ガ
スを吹き込んだり、真空脱ガスして水素を除く等の方法
がとられている。しかし、いずれの方法においても２段
階の処理を要し、脱酸剤の適量使用を含めこの間での処
理が確実に行われたか否かの確認を要するという問題が
あった。In the conventional casting of pure copper castings,
During melting, hydrogen dissolved in the molten metal is released as hydrogen gas during coagulation, and dissolved oxygen is concentrated during coagulation and reacts with hydrogen to produce water vapor gas, which is both a cause of bubble nests and sound In order to produce a stable casting, it was necessary to reduce the amount of hydrogen and oxygen dissolved during melting. For this purpose, first, oxidative dissolution is performed to reduce the amount of hydrogen and then deoxidation, or reduction and dissolution is performed, and then a deoxidizing agent (phosphorus-copper for preliminary deoxidation, metal lithium for finish deoxidation, etc.) Then, the oxygen content is adjusted to 0.002%, and thereafter, an inert gas is blown into the molten metal, or a method is employed in which hydrogen is removed by vacuum degassing. However, there is a problem in that any of the methods requires a two-stage treatment, and it is necessary to confirm whether or not the treatment during this period, including the use of an appropriate amount of a deoxidizing agent, has been performed reliably.

【０００４】電気銅，タフピッチ銅鋳塊を鋳造する場合
は、反射炉溶解において、バーナに過剰空気を送って炉
内を酸化性にして水素含量の低い溶銅をつくり、次に生
松丸太を溶湯中に突っ込んで酸素量が約0.03％になるよ
う適当に脱酸（ポーリング）する方法が一般的である。
しかし、この方法を用いた場合、鋳塊中の酸素がＣｕ2
Ｏとして存在し、その量が多量の場合には塑性加工性を
害し、少なすぎると、凝固時における酸素と水素間の反
応による水蒸気の発生量が少なくなって、パイプ状引け
巣の沈下が著しく、歩留まりが悪くなる。[0004] When casting electrolytic copper and tough pitch copper ingot, in a reverberatory furnace, excess air is sent to a burner to oxidize the furnace and produce molten copper having a low hydrogen content. Generally, a method of pouring into a molten metal and appropriately deoxidizing (poling) so that the amount of oxygen becomes about 0.03% is common.
However, when this method is used, oxygen in the ingot becomes Cu 2
O is present, and if the amount is large, it impairs the plastic workability. If it is too small, the amount of water vapor generated by the reaction between oxygen and hydrogen at the time of solidification is reduced, and the sinking of the pipe-shaped shrinkage cavity is remarkable. , The yield is worse.

【０００５】また、これまで耐摩耗性に優れた材料とし
て使用されているものに黒鉛分散焼結合金があり、この
黒鉛分散焼結合金の製造方法としては、自己潤滑性を有
する黒鉛粉を銅または銅合金粉末に添加焼結する方法、
または、銅又は銅合金溶湯に黒鉛粉末を機械的撹拌、ま
たはアルゴン・窒素ガスなどの不活性ガスを搬送ガスと
して吹き込むことによって添加し、鋳造して黒銅粉末が
分散した銅合金を製造する方法が知られている（特公昭
６０−５３７３２号公報，特開昭５７−１２０６４３号
公報，５５−１３４１４３号公報，５５−２４９５０号
公報参照）。[0005] A graphite-dispersed sintered alloy has been used as a material having excellent abrasion resistance. A method for producing the graphite-dispersed sintered alloy is as follows. Or sintering by adding to copper alloy powder,
Alternatively, a method of producing a copper alloy in which graphite powder is dispersed by adding graphite powder to a copper or copper alloy melt by mechanical stirring, or by blowing in an inert gas such as argon or nitrogen gas as a carrier gas, and casting. (See Japanese Patent Publication No. Sho 60-53732, Japanese Patent Laid-Open Publication No. Sho 57-120463, Japanese Patent Laid-Open Publication No. 55-134143, and Japanese Patent Publication No. 55-24950).

【０００６】しかるに銅又は銅合金粉末に黒鉛粉末を添
加して焼結したものは引張強度が低いという欠点があ
り、また耐摩耗性についても十分ではなかった。一方、
銅または銅合金溶湯中に黒鉛粉を加えて分散させる方法
は、両者の比重差による分離が生じることとぬれ性の悪
さから容易ではなく、従って黒鉛粒子表面に銅又はニッ
ケル被覆を施したり、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｓｉ等を溶湯に添加
する等の方策が講じられている。しかるに前者の場合、
黒鉛添加のための前処理に手間取り、また後者の場合Ｔ
ｉ，Ｚｒ，Ｓｉ等の溶湯への添加は導電性を著しく劣化
させるという問題があった。However, those obtained by adding graphite powder to copper or copper alloy powder and sintering have the drawback of low tensile strength, and also have insufficient wear resistance. on the other hand,
The method of adding and dispersing graphite powder in a copper or copper alloy melt is not easy because of the separation due to the difference in specific gravity of the two and the poor wettability. Therefore, the surface of the graphite particles is coated with copper or nickel, , Zr, Si, etc. are added to the molten metal. However, in the former case,
Pre-treatment for graphite addition takes time, and in the latter case, T
There is a problem that the addition of i, Zr, Si, etc. to the molten metal significantly deteriorates the conductivity.

【０００７】また従来、タングステン等高融点物質は、
溶融して鋳造する等の手段により形成することは困難
で、ほとんど焼結により成形されていた。また熱プラズ
マ，レーザビーム，電子ビーム等により溶融することは
可能であるとしても、これを実用的に利用することはで
きないという問題点があった。Conventionally, high melting point materials such as tungsten have
It is difficult to form them by means such as melting and casting, and they have been mostly formed by sintering. Further, there is a problem that even if melting can be performed by thermal plasma, a laser beam, an electron beam, or the like, this cannot be practically used.

【０００８】さらに、現在、製鋼法の主流としては鉄鉱
石を溶鉱炉でコークスを使用して還元し、まず溶融銑鉄
を得、次に転炉等でこれを酸化脱炭して純度の高いＦｅ
からなる溶鋼を得るようにしている。他の方法として
は、天然ガスを改質した水素及び一酸化炭素を主成分と
する還元性ガスを使用してシャフト炉等の炉中で鉄鉱石
を加熱還元して還元鉄を得る直接製鉄法がある。さら
に、他の方法として、プラズマ炉に粉状鉄鉱石を供給
し、天然ガスと水素の混合ガスをプラズマ発生ガスとし
て上記粉状鉄鉱石を加熱，溶融，還元して高品位（例え
ばＣ＝0.01％，Ｓ＝0.01％，Ｐ＝0.005 ％，Ｓｉ＝0.01
％）の溶鉄を得ている。しかるに、溶鉱炉でコークスを
使用して鉄鉱石を還元すると鉄生成以外の副次反応が起
こり鉄中に炭素その他の不純物が入る。従って次の製鋼
工程において、この炭素を除去するために酸化の過程が
必要で、さらに出鋼に際しては、鉄鉱石中の不純物、即
ちＳｉ，Ｍｎ，さらにコークス中にもあるＰ，Ｓ等の除
去のために、脱酸による清浄化を行う、即ちＡｌ，Ｃａ
等を加えることにより酸素を除去する工程を設けること
を必要とする。このため製造工程の短縮化と、溶鉱炉用
コークスの製造に必要な強粘結炭等の資源の問題やエネ
ルギー問題等から、鉄鉱石から１回の工程でＦｅの純度
の高い溶鋼を得る直接製鋼法が注目されている。また砂
鉄等の純良鉱石を使用する小規模生産ではむしろ直接製
鋼法が適している場合がある。Further, at present, as a mainstream of the steelmaking method, iron ore is reduced by using coke in a blast furnace, first, molten pig iron is obtained, and then this is oxidized and decarburized in a converter or the like to obtain high purity Fe.
To obtain molten steel. Another method is a direct iron production method in which reduced iron is obtained by heating and reducing iron ore in a furnace such as a shaft furnace using a reducing gas mainly composed of hydrogen and carbon monoxide obtained by reforming natural gas. There is. Further, as another method, fine iron ore is supplied to a plasma furnace, and the fine iron ore is heated, melted, and reduced by using a mixed gas of natural gas and hydrogen as a plasma generating gas to obtain a high quality (for example, C = 0.01). %, S = 0.01%, P = 0.005%, Si = 0.01
%) Of molten iron. However, when iron ore is reduced using coke in a blast furnace, a secondary reaction other than iron production occurs, and carbon and other impurities enter iron. Therefore, in the next steel making process, an oxidation process is required to remove the carbon, and furthermore, at the time of tapping, impurities in iron ore, that is, Si, Mn, and P, S, etc., which are also present in coke, are removed. For this purpose, cleaning by deoxidation is performed, that is, Al, Ca
It is necessary to provide a step of removing oxygen by adding the like. For this reason, due to the shortening of the manufacturing process and the problems of resources such as strongly caking coal required for the production of coke for blast furnaces, energy problems, etc., direct steelmaking to obtain molten steel with high Fe purity from iron ore in one process. The law is drawing attention. In small-scale production using fine ore such as iron sand, direct steelmaking may be more suitable.

【０００９】上記還元性ガスを使用した直接製鉄法によ
る還元鉄の製造では鉄鉱石材料が固体状態にあり、溶け
ていないので、還元時に脈石を溶融状態での比重分離に
より分離する，いわゆる脈石，通常石灰石（ＣａＣ
Ｏ3 ）を９００°Ｃで分解してＣａＯとし、これをＳｉ
Ｏ2 等と結合させて極めて溶けやすいガラス質のスラグ
とし分離することが不可能なため、原料鉱石として鉄分
６５％以上の精鉱を用いる必要があり、さらに得られる
製鋼用還元鉄の金属化率，即ち全体に対するＦｅの重量
比も９０％近辺にすぎず、あとはＦｅＯとなっている。
またこの方法は大量生産には向かず、天然ガス資源に恵
まれない地域での企業化には大きな困難があった。ま
た、この直接製鉄法では、スポンジ状の粒鉄，あるいは
つぶつぶの軽石状の粒鉄しかできず、これは製鋼の原料
として使用するもので、やはり２段階の処理が必要とな
るものであった。In the production of reduced iron by the direct iron making method using the above-mentioned reducing gas, the iron ore material is in a solid state and is not melted. Therefore, at the time of reduction, gangue is separated by specific gravity separation in a molten state. Stone, normal limestone (CaC
O 3 ) is decomposed at 900 ° C. into CaO,
Since it is impossible to separate it into glassy slag which is extremely soluble by combining with O 2 etc., it is necessary to use a concentrate with an iron content of 65% or more as a raw material ore, and furthermore, metallize the resulting reduced iron for steelmaking. The ratio, that is, the weight ratio of Fe to the whole is only around 90%, and the rest is FeO.
In addition, this method is not suitable for mass production, and there is a great difficulty in commercializing an area where natural gas resources are scarce. Further, in this direct iron making method, only sponge-like granular iron or crushed pumice-like granular iron can be produced, which is used as a raw material for steelmaking, and also requires two-stage treatment. .

【００１０】さらに、プラズマ炉による鉄鉱石の還元製
練では、アルゴン、水素等の高級ガスを消費するため、
経済上の問題があった。また、十分高品位の鋼を製造で
きるものの、原料を微粉にして一定速度でプラズマの最
高温度部に導入する技術を必要とし、さらにはプラズマ
形成ガスの回収再利用に問題があって実用化には至って
いない。また鉄鉱石も一定粒度の微細粉に調整する必要
があった。Further, in the reduction smelting of iron ore by a plasma furnace, high-grade gases such as argon and hydrogen are consumed.
There was an economic problem. In addition, although it is possible to produce steel of sufficiently high quality, it requires a technology to pulverize the raw material and introduce it into the highest temperature part of the plasma at a constant speed. Has not been reached. Also, iron ore had to be adjusted to fine powder of a certain particle size.

【００１１】[0011]

【発明が解決しようとする課題】この発明は上記の点に
鑑みてなされたもので、全く新規な小型・軽量で効率の
良い、直流電源を多相交流電力に変換する電源装置を備
え、バッテリー等の直流電源を用いて、簡単な装置で所
定の成分の良質の合金または複合材を連続にまたは所定
量、短時間で製造することができる合金または複合材等
の金属材料の処理装置を提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above points, and has a completely new compact, lightweight, and efficient power supply device for converting a DC power supply to a polyphase AC power, and a battery. Provide a processing device for metal materials such as alloys or composites that can produce high quality alloys or composites of predetermined components continuously or in a predetermined amount in a short time with a simple device using a DC power source such as The purpose is to do.

【００１２】またこの発明は、高純度で凝固に際しガス
放出のない純銅溶融を得ることができ、しかもその電源
として、全く新規な小型・軽量で効率の良い、直流電源
を多相交流電力に変換する電源装置を備え、バッテリー
等の直流電源を用いることができる金属材料の処理方法
を提供することを目的とする。Further, the present invention can obtain pure copper melt having high purity and no gas release upon solidification, and as a power source, a completely new compact, lightweight and efficient DC power source is converted into a multi-phase AC power source. It is an object of the present invention to provide a method for treating a metal material that includes a power supply device that can use a DC power supply such as a battery.

【００１３】またこの発明は、通常の銅又は銅合金の溶
解温度（1,１００〜1,２００℃）では無視できる程度に
微少な炭素の溶解度が、２，０００℃以上の溶解温度で
はかなりの数値となることに鑑み、この２，０００℃以
上の溶解温度で銅又は銅合金に炭素を溶解し、これを鋳
造して導電性に優れた黒鉛含有銅又は銅合金材質を容易
に得ることができ、しかもその電源として、全く新規な
小型・軽量で効率の良い、直流電源を多相交流電力に変
換する電源装置を備え、バッテリー等の直流電源を用い
ることができる金属材料の処理方法を提供することを目
的とする。Further, the present invention is characterized in that the solubility of carbon which is negligibly small at the melting temperature of ordinary copper or copper alloy (1,100 to 1,200 ° C.) is considerable at the melting temperature of 2,000 ° C. or more. In view of the numerical value, it is possible to easily obtain graphite-containing copper or copper alloy material having excellent conductivity by dissolving carbon in copper or copper alloy at a melting temperature of 2,000 ° C. or higher. Provided is a completely new compact, lightweight, and efficient power supply device that converts a DC power supply into a polyphase AC power supply, and provides a method for treating a metal material that can use a DC power supply such as a battery. The purpose is to do.

【００１４】またこの発明は、電源として、全く新規な
小型・軽量で効率の良い、直流電源を多相交流電力に変
換する電源装置を備え、バッテリー等の直流電源を用い
て効率よく容易にタングステン等の高融点物質を溶融す
ることができる金属材料の処理方法を得ることを目的と
する。Further, the present invention comprises a power supply device for converting a DC power supply into a multi-phase AC power supply, which is a novel and small-sized, light-weight and efficient power supply. It is an object of the present invention to obtain a method for treating a metal material capable of melting a high-melting substance such as the above.

【００１５】さらに、この発明は、原料鉄鉱石の厳密な
粒度管理やペレット化等の前処理を必要とせず、特別な
還元性雰囲気調整を行うことなく、高温で製錬すること
によって高純度の溶鋼を容易に得ることができ、しかも
その電源として、全く新規な小型・軽量で効率の良い、
直流電源を多相交流電力に変換する電源装置を備え、バ
ッテリー等の直流電源を用いることができる金属材料の
処理方法を提供することを目的とする。Further, the present invention does not require a pretreatment such as strict particle size control and pelletization of the iron ore raw material, and does not require a special reducing atmosphere adjustment, so that high-purity iron ore can be refined by smelting at a high temperature. Molten steel can be easily obtained, and its power source is a completely new compact, lightweight and efficient.
An object of the present invention is to provide a method for treating a metal material, which includes a power supply device for converting a DC power supply into a polyphase AC power and can use a DC power supply such as a battery.

【００１６】[0016]

【課題を解決するための手段】この発明に係る金属材料
の処理装置は、直流電圧から多相交流に変換する電源装
置と、前記電源装置から出力された多相交流が通電され
ており且つ相互に近接して配置された複数本の電極と、
被金属材料を入れるとともに当該材料が前記電極の先端
部に発生したプラズマアークにより処理される容器とを
具備しており、前記電源装置は、正・負の直流電圧を交
互に切り換えて各々出力する複数のスイッチ回路と、前
記スイッチ回路から出力される各電圧が所定の位相差と
なるように当該回路の各切換動作を制御する制御回路
と、前記スイッチ回路の出力段に各々接続されており且
つ当該回路の各出力電流の波形を急峻に立ち上がった後
に降下する垂下特性を有した鋸歯状にするための複数の
リアクタンス回路とを有した構成となっていることを特
徴としている。According to the present invention, there is provided an apparatus for processing a metal material, comprising: a power supply device for converting a DC voltage to a polyphase AC; A plurality of electrodes arranged in close proximity to
A container in which the material to be metal is put and the material is processed by a plasma arc generated at the tip of the electrode, wherein the power supply device alternately switches between positive and negative DC voltages and outputs each of them. A plurality of switch circuits, a control circuit that controls each switching operation of the circuit so that each voltage output from the switch circuit has a predetermined phase difference, and a control circuit connected to an output stage of the switch circuit; After the output current waveform of the circuit rises sharply
And a plurality of reactance circuits for forming a saw-tooth shape having drooping characteristics .

【００１７】前記制御回路については、前記スイッチ回
路の１回の切換えによって得られる出力波形の一周期の
１／３の位相差でもって前記スイッチ回路の各切換動作
を制御する構成のものを用いると良い。 In the control circuit, the switch circuit
One cycle of the output waveform obtained by one switching of the
Each switching operation of the switch circuit with a phase difference of 1/3
Is preferably used.

【００１８】前記電源装置については、前記スイッチ回
路の各切換動作のタイミングを変化させて前記多相交流
の周波数を調節することが可能な構成のものを、前記電
源装置については、前記リアクタンス回路のインダクタ
ンス値を変化させて前記多相交流の波形を調整すること
が可能な構成のものを用いると良い。 In the power supply device, the switch circuit
By changing the timing of each switching operation of the
A configuration capable of adjusting the frequency of the
Source device, the inductor of the reactance circuit
Adjusting the waveform of the polyphase alternating current by changing the impedance value.
It is good to use the thing of the composition which can perform.

【００１９】また本発明に係る金属材料の処理装置は、
上記電源装置において、リアクタンス回路を、リアクタ
ンス制御信号に基づいてそのリアクタンス成分が変化す
るよう構成するとともに、上記制御回路を、タイミング
制御信号に基づいて上記スイッチ回路での正側及び負側
接点の開閉動作、及び正側，負側接点間での切り換え動
作のタイミングが変化するよう構成し、上記リアクタン
ス制御信号及びタイミング制御信号の一方あるいはその
両方により、出力波形の形状及び交流出力の周波数の一
方、あるいはこれらの両方を経時的に可変としたもので
ある。Further, the apparatus for treating a metal material according to the present invention comprises:
In the power supply device, the reactance circuit is configured to change its reactance component based on a reactance control signal, and the control circuit is configured to open and close positive and negative contacts in the switch circuit based on a timing control signal. The operation and the timing of the switching operation between the positive side and the negative side contact are configured to be changed, and one or both of the reactance control signal and the timing control signal are used to change one of the output waveform shape and the AC output frequency, Alternatively, both of them are variable with time.

【００２０】本発明の金属材料の処理方法は、上記金属
材料の処理装置を用いて、被金属材料としての複数種類
の溶融材料を溶融し、これにより合金又は複合材を得る
ようにしたことを特徴としている。 The method for treating a metal material according to the present invention is characterized in that
Using material processing equipment, multiple types of materials to be treated
The molten material of the above, thereby obtaining an alloy or a composite material
It is characterized by doing so.

【００２１】本発明の別の金属材料の処理方法は、上記
金属材料の処理装置を用いて、被金属材料としての純銅
を溶解し、これにより純銅の溶湯を得るようにしたこと
を特徴としている。 Another method for treating a metal material according to the present invention is as follows.
Pure copper as a metal material using a metal material processing device
To obtain a pure copper melt.
It is characterized by.

【００２２】本発明の別の金属材料の処理方法は、被金
属材料としての銅又は銅合金、あるいは酸化銅又は銅合
金構成元素の酸化物に黒鉛を含有させたものを、上記金
属材料の処理装置を用いて溶解し、これにより銅又は銅
合金に炭素を溶解させ、その後、冷却凝固に際し金属組
織中に黒鉛を析出分散させて黒鉛含有銅又は銅合金を得
るようにしたことを特徴としている。 Another method for treating a metal material according to the present invention comprises
Copper or a copper alloy as a metal material or a copper oxide or copper case,
The material containing graphite in the oxide of the gold constituent element
Melting using a metal material processing device
Dissolve the carbon in the alloy, and then cool and solidify the metal
Precipitate and disperse graphite in the weave to obtain graphite-containing copper or copper alloy
It is characterized by having made it.

【００２３】本発明の別の金属材料の処理方法は、上記
金属材料の処理装置を用いて、被金属材料としての鉄鉱
石又は酸化鉄を加熱、溶融、還元し、これにより鋼組成
の溶鉄を得るようにしたことを特徴としている。 Another method for treating a metal material according to the present invention is as follows.
Iron ore as a material to be metallized using a metal material processing device
Heats, melts, and reduces stone or iron oxide, which results in steel composition
It is characterized by obtaining molten iron.

【００２４】[0024]

【００２５】[0025]

【００２６】[0026]

【００２７】[0027]

【００２８】[0028]

【００２９】[0029]

【００３０】[0030]

【００３１】[0031]

【実施例】以下、この発明の実施例を図について説明す
る。図１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
出願人が提案し特公昭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１，１Ａ，電極２，２Ａ，電極３，３Ａのそれぞれ
に各相電圧を供給する３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。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. FIG. 1 is a schematic explanatory view of an alloy production furnace which is an apparatus for producing an alloy or a composite material according to a first embodiment of the present invention. In the figure, the multi-phase multi-electrode plasma arc generator 8 has the same configuration as the multi-phase multi-electrode arc generation means proposed by the present applicant and described in Japanese Patent Publication No. 53-39377. Electrodes 1, 2, 3, 1A, 2A, 3A, and a three-phase AC power supply 7 for supplying a phase voltage to each of the electrodes 1, 1A, electrodes 2, 2A, and electrodes 3, 3A. Are made of various materials for forming an alloy or a composite material, respectively. The six electrodes are radially arranged at equal angles (60 ° intervals) as viewed from above so as to form an inverted conical shape and converge at the electrode tip 9. Each electrode can be advanced and retracted by an electrode feed mechanism (not shown), and is adjusted for electrode consumption.

【００３２】また、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
リアクトルにより構成される電流調整装置、１０は６本
の黒鉛電極１，２，３，１Ａ，２Ａ，３Ａの間で複数得
られると同時に、電極先端部９で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が溶
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。Reference numerals 4, 5, and 6 denote current regulating devices constituted by silicon controlled rectifiers (SCRs) or reactors for adjusting the output current of the three-phase AC output, and 10 denotes six graphite electrodes 1, 2, 3. , 1A, 2A, 3A, as well as a non-transferring plasma arc, which is obtained so as to be jetted downward at the electrode tip 9, 12 from a plurality of materials forming an alloy or a composite material. The electrode material is melted to form a molten pool, and 11 is a crucible for containing the molten pool.

【００３３】図２は上記多相交流電源７の具体的な構造
を示しており、１０１は直流電源、１０２ａ〜１０２ｃ
は直流電力を交流電力に変換する第１〜第３の変換部
で、直流電源１０１の正及び負電圧に接続された正側及
び負側接点１２４ａ〜１２４ｃ及び１２５ａ〜１２５ｃ
を有し、該正側及び負側接点のオン・オフ、あるいは正
側，負側接点間での切換が可能なスイッチ回路１２１ａ
〜１２１ｃと、これらスイッチ回路１２１ａ〜１２１ｃ
に接続された誘導回路（リアクタンス回路）１２２ａ〜
１２２ｃとからなる。また１０６ａ〜１０６ｃは上記第
１〜第３の変換部１０２ａ〜１０２ｃの出力端子であ
り、電流位相調整装置を介して多相多電極プラズマアー
ク発生装置８の黒鉛電極１〜３，１Ａ〜３Ａと接続され
ている。また１３１は上記各スイッチ回路１２１ａ〜１
２１ｃを、スイッチ回路の一回の切り換えによって得ら
れる出力波形の一周期Ｔ0 の１／３倍（１／３Ｔ0 ）の
位相差でもって切換制御する制御回路である。なお１０
７はニュートラル端子であり、上記直流電源１０１の正
及び負電圧の中間電位に接続されており、アーク発生用
の電極が３つよりも多いときに必要に応じてこれを用い
ることでより強力なプラズマアークを発生することがで
きるものである。FIG. 2 shows a specific structure of the multi-phase AC power supply 7, wherein 101 is a DC power supply, and 102a to 102c.
Are first to third converters for converting DC power into AC power, and positive and negative contacts 124a to 124c and 125a to 125c connected to positive and negative voltages of the DC power supply 101.
And a switch circuit 121a capable of turning on and off the positive and negative contacts or switching between the positive and negative contacts.
To 121c and these switch circuits 121a to 121c.
Circuit (reactance circuit) 122a-
122c. Reference numerals 106a to 106c denote output terminals of the first to third conversion units 102a to 102c. The output terminals 106a to 106c are connected to the graphite electrodes 1 to 3 and 1A to 3A of the multi-phase multi-electrode plasma arc generator 8 via a current phase adjuster. It is connected. Reference numeral 131 denotes each of the switch circuits 121a to 121a.
21c, and a control circuit for switching control with a phase difference of 1/3 of one cycle T 0 of the output waveform obtained by a single switching of the switch circuits (1 / 3T 0). Note that 10
Reference numeral 7 denotes a neutral terminal, which is connected to an intermediate potential between the positive and negative voltages of the DC power supply 101. If more than three electrodes for arc generation are used as necessary, a stronger terminal can be used. It can generate a plasma arc.

【００３４】次に本発明の電源装置の動作について説明
する。上記制御回路１３１により上記スイッチ回路１２
１ａ〜１２１ｃの切換動作を上記のタイミングで行う
と、誘導回路１２２ａ〜１２２ｃには誘導起電力が発生
し、これによって出力端子１０６ａ〜１０６ｃとニュー
トラル端子１０７との間には所定周期の垂下特性を持つ
鋸歯状の電流が各々に誘導され、図３に示すような多相
交流が出力され、各電流位相調整装置４，５，６に印加
され、上記６本の電極間でアークが発生すると同時に、
電極先端部９で下方に向けてアークが発生する。この
際、以下に述べる効果がえられる。Next, the operation of the power supply device of the present invention will be described. The switch circuit 12 is controlled by the control circuit 131.
When the switching operation of 1a to 121c is performed at the above timing, an induced electromotive force is generated in the induction circuits 122a to 122c, whereby a drooping characteristic of a predetermined cycle is generated between the output terminals 106a to 106c and the neutral terminal 107. A sawtooth-shaped current is induced in each of them, and a polyphase alternating current as shown in FIG. 3 is output and applied to each of the current phase adjusters 4, 5, and 6, and an arc is generated between the six electrodes at the same time. ,
An arc is generated downward at the electrode tip 9. At this time, the following effects can be obtained.

【００３５】(1) 本発明による電源出力値には急激に立
ち上がり、これから垂下状に零となる鋸歯状波が得られ
るため、アークが出やすくかつ安定したアークが得られ
る。すなわち、本電源装置は本質的に垂下特性を持った
電源となっており、アークを用いた金属の溶解等の処理
には極めて好都合である。[0035] (1) sharply falling <br/> rising to the power output levels of the present invention, is now for the sawtooth wave becomes zero droop shape is obtained, an arc the arc is easily and stable output is obtained . That is, the power supply device is essentially a power supply having drooping characteristics, and is extremely convenient for processing such as melting of metal using an arc.

【００３６】(2) また、制御回路を調整することによ
り、出力電流の周波数を、商用周波数（５０，６０サイ
クル）の規制を受けることなく、例えば３００，４０
０，６００サイクルというように自由に設定でき、最も
効率の良いアークを使用できる。また、周波数の設定
は、制御回路のインダクタンスＬを制御回路のつまみ調
整で連続的に行うよう構成すれば、任意の周波数の出力
を得ることができる。またこのように周波数を高くでき
るので、装置の小型，軽量化を大きく進めることができ
る。また構造が簡単で小型軽量となるので、製造コスト
も大幅に低減できる。またアークも高周波の方がアーク
の効率がよく、装置の小型，軽量化につながる。(2) By adjusting the control circuit, the frequency of the output current can be adjusted to, for example, 300, 40 without being restricted by the commercial frequency (50, 60 cycles).
It can be set freely, such as 0,600 cycles, and the most efficient arc can be used. Further, if the frequency is set so that the inductance L of the control circuit is continuously adjusted by adjusting the knob of the control circuit, an output of an arbitrary frequency can be obtained. Further, since the frequency can be increased in this way, the size and weight of the device can be greatly reduced. Also, since the structure is simple and small and light, the manufacturing cost can be greatly reduced. The higher the frequency of the arc, the higher the efficiency of the arc, which leads to a smaller and lighter device.

【００３７】(3) また、従来の電源装置では無負荷電
圧が９０Ｖ〜１８０Ｖ必要であったが、本発明では十分
低くすることができ、安全であるとともに取扱いも簡単
で技術の熟練を必要とせず、かつ自動化も容易である。[0037] (3) Further, in the conventional power supply but no-load voltage has been required 9 0V~1 8 0V, can be sufficiently low in the present invention, skilled handling with easy techniques well as a safe And automation is easy.

【００３８】(4) 誘導回路のインダクタンスＬの値を変
えることにより、垂下特性の形を変えることができ、ロ
ボット等、コンピュータ操作により、アーク対象に応じ
て最良の条件を設定できる。例えば、リアクタンス回路
のインダクタンス値Ｌの調整により鋸歯状波形を鋭くで
き、つまり初期が高く、その後急激に降下する垂下特性
を出力電流に持たせることができることから、通常の３
相交流電源を用いた３相マルチアークよりアーク特性の
よいものにできる効果もある。(4) The shape of the drooping characteristic can be changed by changing the value of the inductance L of the induction circuit, and the best condition can be set according to the arc target by operating a computer such as a robot. For example, can sharply sawtooth waveform by adjusting the inductance value L of the reactance circuit, i.e. high initial, since it can then be given to the output current drooping characteristic to lower rapidly descending, normal 3
There is also an effect that arc characteristics can be improved compared to a three-phase multi-arc using a phase AC power supply.

【００３９】またここで、本発明の合金製造炉の本多相
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。The multi-arc generated by the multi-phase, multi-electrode plasma arc generator of the alloy manufacturing furnace of the present invention has the following features.

【００４０】(5) 大気中，液体中，真空中（１０2 Ｔ
ｏｒｒ）を問わずマイナス電子イオンを帯びた超高温の
アークが発生する。(5) In air, liquid, or vacuum (10 2 T)
irrespective of (or), an extremely high-temperature arc carrying negative electron ions is generated.

【００４１】(6) スイッチＯＮと同時に４０００℃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。(6) Since a heat source of 4000 ° C. or more can be obtained at the same time when the switch is turned on, even a substance having a high melting point can be melted and melted.

【００４２】(7) 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撹拌作用が期待できる。(7) Since a rotating magnetic field is generated at the tip of the electrode, an electric stirring action on the irradiation object can be expected.

【００４３】(8) 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。(8) The number of phases and the number of electrodes can be increased by a multiple of 3, making it possible to increase the electrode diameter, increase the load current, and process a large-capacity substance in a short time.

【００４４】(9) 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、アース線が不要の
ため、アークは相手電極等の対極を必要としない非移行
性のものとなり、従って金属以外の物質でも、これを相
手電極とする必要がないため、電導性を有しない耐火物
等をも直接加熱，焼結，溶融させることができる。(9) A multi-phase alternating current such as three-phase or six-phase is used, the total current of each phase is always 0, and no earth wire is required. Therefore, since it is not necessary to use a material other than metal as a counter electrode, a refractory or the like having no conductivity can be directly heated, sintered, and melted.

【００４５】(10) 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
を発生させることができる。(10) By providing a neutral electrode at the center of the plurality of electrodes, a more powerful plasma arc can be generated.

【００４６】(11) ニュートラル電極を設けるかわり
に、この中心部から溶剤またはガス等を放出することが
できる。(11) Instead of providing a neutral electrode, a solvent or gas can be released from the center.

【００４７】次に、本発明の合金製造炉の動作について
説明する。図１の装置において、電流調整装置４，５，
６からの３相交流電源出力の各出力を（各相出力をその
ままかけてもよいが、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。）上記６本の黒鉛
電極１，１Ａ、２，２Ａ、３，３Ａにそれぞれ供給する
と各電極相互間に複数のアークが発生すると同時に、電
極先端部９から非移行性プラズマアークが発生する。そ
して、該電極の周辺は、約４０００℃の高温に加熱さ
れ、この結果、各電極１，２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，及びアークの撹拌現象を発
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が生成される。Next, the operation of the alloy manufacturing furnace of the present invention will be described. In the device of FIG.
Each of the outputs of the three-phase AC power supply output from No. 6 (although the output of each phase may be applied as it is, if the intensity of the arc is to be adjusted, the phase of each phase output is slightly adjusted.) When supplied to the electrodes 1, 1A, 2, 2A, 3, 3A, a plurality of arcs are generated between the electrodes, and simultaneously, a non-transferring plasma arc is generated from the electrode tip 9. Then, the periphery of the electrodes is heated to a high temperature of about 4000 ° C., and as a result, the tips of the electrodes 1 and 2 are melted and injected into the molten pool in the crucible 11 which is an alloy of the metal constituting each electrode. Is done. As a result, a rotating magnetic field, electromagnetic force, vibration of the magnetic field, and arc agitation occur around the molten alloy pool or arc, and the molten alloy undergoes metamorphosis due to these energies, producing an unprecedented dense and high-quality alloy. Is done.

【００４８】図４は本発明の第２の実施例による合金製
造炉の概要説明図であり、これは多相交流プラズマアー
ク１０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、溶解材料が最高温
熱流のアーク中心を貫流して効果的に加熱，溶融，還元
されるようにしたものである。FIG. 4 is a schematic explanatory view of an alloy manufacturing furnace according to a second embodiment of the present invention. The multi-phase AC plasma arc 10 is provided with a material which becomes an alloy at a central portion where a number of electrodes are focused. In addition, a mechanism for supplying the molten material is added, so that the molten material flows through the arc center of the highest heat flow to be effectively heated, melted, and reduced.

【００４９】図において、図１と同一番号は同一部分を
示す。この合金製造炉では、装入口１３に装入された溶
解材料は、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。
なお、電源装置７は第１の実施例と同じ構成をもつもの
であるので、説明は省略する。In the figure, the same numbers as those in FIG. 1 indicate the same parts. In this alloy production furnace, the molten material charged into the charging port 13 is supplied from above through the charging pipe 15 through the feeding pipe 16 to the center of the arc tip 9 by the quantitative supply device 14 at the base. You. Then, the molten material is introduced into the center of the arc 10 and is heated, melted, and reduced as described above while passing through the highest heat flow. The molten material is further reduced by hitting the refractory material barrier 17 at the tip of the arc. Then, it becomes an alloy molten pool and accumulates in the hearth pool 18.
Since the power supply 7 has the same configuration as that of the first embodiment, the description is omitted.

【００５０】また図５および図６はこの発明の第１実施
例の第１変形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
はカーボン電極等で形成された複数、ここでは６本の電
極３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅ，３２ｆが
等角度間隔に配置されており、それぞれの電極３１，３
２ａ〜ｆの先端は所定の間隔で近接している。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
８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、３５は溶融した合
金４０を収納する容器である。FIGS. 5 and 6 show an apparatus for manufacturing an alloy or a composite material according to a first modification of the first embodiment of the present invention, and the outer periphery of an electrode 31 formed of carbon, aluminum, or a mixture thereof. In addition, a plurality of, here six electrodes 32a, 32b, 32c, 32d, 32e, 32f formed of the same material or a carbon electrode or the like are arranged at equal angular intervals.
The tips 2a to 2f are close to each other at a predetermined interval. These electrodes 31 and 32 are electrodes constituting the multi-phase multi-electrode arc generating means 8 as described above, and the electrode 32 is a star-connected 3
Each phase 32a of a three-phase or six-phase AC power supply 33 (six phases in the figure)
To 32f via current adjusting devices 36a to 36f, respectively. The electrode 31 is connected to a neutral point 34 of a three-phase or six-phase AC power supply 33. Then, a voltage of each phase is applied to each of the electrodes 31 and 32, and an arc is generated between the electrodes 31 and 32 and between the electrodes 32 at the respective tips. Reference numeral 35 denotes a container for storing the molten alloy 40.

【００５１】このように上記実施例では、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ができる。As described above, in the above embodiment, the multi-phase multi-electrode arc generator is used, a plurality of conductive electrodes made of a plurality of kinds of materials are used for the electrodes, and each of the electrodes is generated by the arc generated between the electrodes. Because the electrodes were melted to produce alloys or composites, or materials consisting of multiple types of materials were melted by the arc generated between the multiple electrodes to produce alloys or composites, Dense and high-quality alloys that have not been obtained can be manufactured.

【００５２】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ができ、
任意の種類の，任意の合金比率の合金を得ることができ
る。At this time, the alloy ratio can be appropriately set by the sum of the cross-sectional areas of the electrodes using one type of material and the sum of the cross-sectional areas of the electrodes using another type of material.
It is possible to obtain any kind of alloy having any alloy ratio.

【００５３】また、上記各実施例では、生成する合金の
量は、電源装置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ができる。Further, in each of the above embodiments, the amount of the alloy to be formed can be arbitrarily set by adjusting the applied voltage of the power supply device and the energizing time.

【００５４】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ができる。In addition, a desired alloy can be directly obtained by heating, melting, and reducing various alloy materials to a high temperature without performing special reducing atmosphere adjustment.

【００５５】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，一酸化炭素
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ができ、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。When a graphite rod is used as a part of the electrode and an arc discharge occurs in the air, the carbon monoxide gas generated by the oxidation of graphite is present in a high concentration in the arc atmosphere and is heated to a high temperature and partially heated to plasma. And form an arc that is extremely rich in reducibility. Therefore, it is not necessary to supply a plasma-forming gas such as argon, hydrogen, or carbon monoxide for firing and reducing properties as in a general plasma arc, and each material can be easily reduced in the atmosphere. And the equipment and operating costs are extremely low, which is extremely economical.

【００５６】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。When various alloy materials are supplied to the upper center of the lower end of the multiphase electrode which converges in an inverted conical shape, the multiphase electrode passes through the gap at the front end of the converging electrode, and the arc center of the highest heat flow flows. And the heating, melting, and reduction treatments can be effectively performed through the alloy material.

【００５７】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。In the above embodiment, the case where one neutral electrode 31 and six different kinds of conductive electrodes 32 are fused has been described. However, the materials and the number of the electrodes 31 and 32 are not limited to these. Absent.

【００５８】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
ことができ、かつこのニュートラル電極として、図７
(a) 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、あるいは図７(b) 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３
１ｃを通すようにすれば、これにより所望の成分の合金
を得ることができる。Further, if a thick neutral electrode is placed at the center of each electrode, the above-described arc energy can be further increased.
As shown in FIG. 7 (a), a material 31a which is to be made into an alloy is bundled in a stranded wire shape or the like, or as shown in FIG.
By passing through 1c, an alloy having a desired component can be obtained.

【００５９】さらに、図７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。Further, as shown in FIG. 7, the electrode 32 may be formed in a cylindrical shape 50 using, for example, a material of a dissimilar metal to be alloyed, and a ceramic electrode 40 may be inserted into the center hole 32a to form a composite electrode.

【００６０】またニュートラル電極についても図７(a)
の電極３１ａのように異種金属の撚線状や、図７(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。FIG. 7A shows the neutral electrode.
7b, or a concentric composite electrode like the electrode 31b in FIG. 7B. For example, a composite material in which carbon, ceramic, and iron are fused can be obtained by putting powder of carbon, ceramic, or the like into a pipe-shaped electrode made of iron.

【００６１】また外側電極の内部は合金化したい素材の
粉体でもよいが、場合によっては不活性ガスを発生させ
るフラックスで適正な雰囲気をつくることもできる。The inside of the outer electrode may be a powder of a material to be alloyed, but in some cases, a suitable atmosphere can be created by a flux that generates an inert gas.

【００６２】また、図８に示すように、電極だけでなく
坩堝３８の中にあらかじめ合金または複合材を得るため
の各素材３７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パイプ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。As shown in FIG. 8, each material 37 for obtaining an alloy or a composite material may be preliminarily placed not only in the electrode but also in the crucible 38. A constant amount of a material for forming a constant amount of alloy or composite material from the outside may be supplied at a constant speed from the pipe 39, thereby improving quality and promoting mass production. Can be.

【００６３】図９(a) は本発明の第１実施例の第２変形
例を示し、図９(a) は２つの電源装置を用いたものを示
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
は第１，第２の電源装置で、これらは図１０に示すよう
に、上記図２で示した電源装置の変換部１０２を２つ有
し、スイッチ制御回路１３１にて出力端子１０６ａから
は負の電圧が、また出力端子１０６ｂからは正の電圧が
出力するようになっており、各電源回路のニュートラル
端子１０７は上記ニュートラル電極７０に接続され、ま
たそれぞれの出力端子１０６ａ，１０６ｂは、上記４つ
の電極７１〜７４に、これら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７１〜７４の間、及びこれらの電極とニュートラル
電極７０との間に合計８つのアークが発生することとな
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。FIG. 9A shows a second modification of the first embodiment of the present invention, and FIG. 9A shows a case using two power supply devices. In the figure, 70 is a neutral electrode, 71
74 are the four electrodes 51, 61 disposed therearound.
Are first and second power supply devices, each of which has two converters 102 of the power supply device shown in FIG. 2 as shown in FIG. , And a positive voltage is output from the output terminal 106b. The neutral terminal 107 of each power supply circuit is connected to the neutral electrode 70. The output terminals 106a and 106b The electrodes 71 to 74 are connected such that the polarity of these electrodes is opposite to each other. In this case, a total of eight arcs are generated between the four electrodes 71 to 74 and between these electrodes and the neutral electrode 70, and the arc melts the electrodes in the same manner as in the above-described embodiment to melt the alloy or composite material. To manufacture.

【００６４】また図９(b) は上記実施例の第３変形例を
示し、これは上記第２変形例において、電源装置を１つ
にしたものである。すなわち８１は上記同様の構成を有
する電源装置で、そのニュートラル端子１０７はニュー
トラル電極７０に、その各出力端子１０６ａ，１０６ｂ
は上記実施例と同様、上記４つの電極７１〜７４に、こ
れらの電極の極性が隣接するもの同士では逆になるよう
接続されている。FIG. 9B shows a third modification of the above-mentioned embodiment, which is a modification of the above-mentioned second modification, in which one power supply device is used. That is, reference numeral 81 denotes a power supply device having the same configuration as above, and its neutral terminal 107 is connected to the neutral electrode 70 and its output terminals 106a and 106b.
Is connected to the four electrodes 71 to 74 in such a manner that adjacent electrodes have opposite polarities.

【００６５】また図９(c) は上記第１実施例の第４変形
例を示し、これは上記第３の変形例において、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
のそれぞれに上記電源装置８１のニュートラル端子１０
７及び各出力端子１０６ａ，１０６ｂを接続している。
この場合は、各電極相互間に３つのアークが発生し、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
とができる。FIG. 9C shows a fourth modification of the first embodiment, which is different from the third modification in the number and arrangement of the electrodes. The two electrodes 75, 76, 77 are arranged at the vertices of a predetermined triangle, and each of them is connected to the neutral terminal 10 of the power supply 81.
7 and the output terminals 106a and 106b.
In this case, three arcs occur between each electrode, which can melt the electrodes and produce an alloy or composite.

【００６６】なお、上記第４の変形例では、３つの電極
を三角形の頂点に配置したが、これは図９(d) に示すよ
うに一つの直線上に配置してもよい。In the fourth modification, the three electrodes are arranged at the vertices of the triangle, but they may be arranged on one straight line as shown in FIG. 9 (d).

【００６７】次に本発明の第３の実施例を図について説
明する。図１１は本発明の第３の実施例による、上述の
多相交流プラズマアーク発生装置を用いて被処理物を坩
堝に装入して還元処理する間歇式処理炉の概要説明図で
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６本の黒鉛電極２１，２２，２３，２１Ａ，２２
Ａ，２３Ａと電源装置７とからなり、電源装置７及び他
の構成は図１及び図２で示したものと同一であるためこ
こではその説明は省略する。また２４は被処理物である
銅材料である。Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 11 is a schematic explanatory view of an intermittent processing furnace according to a third embodiment of the present invention, in which an object to be processed is charged into a crucible and reduced by using the above-described multi-phase AC plasma arc generator. In the figure, a multi-phase multi-electrode plasma arc generator 8 includes six graphite electrodes 21, 22, 23, 21A, 22.
A and 23A and the power supply unit 7, and the power supply unit 7 and other configurations are the same as those shown in FIGS. 1 and 2, and therefore the description thereof is omitted here. Numeral 24 denotes a copper material to be processed.

【００６８】この実施例においても、上記第１実施例と
同一の電源装置７を用いているので、上記(1) 〜(4) と
同一の効果を得ることができ、本多相多電極プラズマア
ーク発生装置８により発生されるマルチアークは上記
(5) 〜(11)に示したものと同一の特色を有するものであ
る。Also in this embodiment, since the same power supply device 7 as that of the first embodiment is used, the same effects as those of the above (1) to (4) can be obtained. The multi-arc generated by the arc generator 8 is as described above.
(5) It has the same characteristics as those shown in (11).

【００６９】次に動作について説明する。図１１の装置
において、電源装置７から出力され、電流位相調整装置
４，５，６を介した各相電圧（３相交流出力をそのまま
かけてよいが、アークの強さを調整したいときは該出力
の位相制御を若干行う）を、電極２１，２１Ａ、電極２
２，２２Ａ、電極２３，２３Ａ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
クが発生するとともに、これらの電極先端部９より非移
行性プラズマアーク１０が噴射される。このマルチアー
クが照射される位置に、坩堝１１に収容して被処理物で
ある純銅２４を置いておくと、該純銅２４は超高温に加
熱溶融され、その還元が行われる。Next, the operation will be described. In the apparatus shown in FIG. 11, each phase voltage output from the power supply 7 and passed through the current phase adjusters 4, 5 and 6 (three-phase AC output may be applied as it is, but when it is desired to adjust the arc intensity, The output phase is slightly controlled).
2, 22A and the electrodes 23, 23A, respectively,
A plurality of arcs, i.e., a multi-arc, are generated between the six electrodes in total, and a non-transferring plasma arc 10 is jetted from these electrode tips 9. When pure copper 24, which is an object to be processed, is placed in the crucible 11 at a position where the multi-arc is irradiated, the pure copper 24 is heated and melted to an extremely high temperature, and is reduced.

【００７０】以上のように本実施例では、多相多電極交
流プラズマアークを用い、その電極に黒鉛棒を使用して
空気中でアーク放電を行い、ＣＯガスに富む極めて還元
力の強いプラズマアークをつくり、酸化物を還元する。
従って、溶銅中にＣｕ2 Ｏの形で存在する酸素は容易に
還元除去される。このため、溶解の工程，操作を大きく
簡略容易化できる。また、溶解時間を大きく短縮でき
る。さらには、脱酸剤を使用しないので残留脱酸剤によ
る材質の電気伝導度の劣化等の問題は生じない。As described above, in this embodiment, a multi-phase, multi-electrode AC plasma arc is used, an arc discharge is performed in air using a graphite rod for the electrode, and a plasma arc rich in CO gas and having a very strong reducing power is used. To reduce oxides.
Therefore, oxygen existing in the form of Cu 2 O in the molten copper is easily reduced and removed. For this reason, the dissolution process and operation can be greatly simplified and simplified. Further, the dissolution time can be greatly reduced. Furthermore, since no deoxidizing agent is used, there is no problem such as deterioration of electrical conductivity of the material due to the residual deoxidizing agent.

【００７１】ところで、溶銅中への水素の溶解度は一般
に溶解温度の上昇とともに増加することが知られてい
る。従って高温溶解による水素の除去は高温溶解による
特別の作用に期待しなければならない。すなわち溶解温
度が約２２００℃以上になると、坩堝壁に接する部分で
は銅のヒュームがたち込めるようになる。このことは銅
の蒸気圧が高まることを意味する。ちなみに銅の沸騰点
は約２５８０℃である。Incidentally, it is known that the solubility of hydrogen in molten copper generally increases with an increase in the melting temperature. Therefore, the removal of hydrogen by high-temperature melting must be expected for a special action by high-temperature melting. That is, when the melting temperature is about 2200 ° C. or higher, copper fume can be trapped in the portion in contact with the crucible wall. This means that the vapor pressure of copper increases. Incidentally, the boiling point of copper is about 2580 ° C.

【００７２】例えば銅−亜鉛合金の溶解における亜鉛蒸
気による脱水素効果はよく知られている。これと同様、
沸点の比較的高い銅の場合も、高温溶解を行うことによ
り金属蒸気圧を高めて水素を除去することができること
は容易に理解できる。For example, the dehydrogenation effect of zinc vapor in dissolving a copper-zinc alloy is well known. Similarly,
It can be easily understood that, even in the case of copper having a relatively high boiling point, hydrogen can be removed by increasing the metal vapor pressure by performing high-temperature melting.

【００７３】〔実験例１〕上記図１１の実施例装置を用
い、黒鉛坩堝１１内に電解銅板溶解材料５ｋｇを入れ、
６本（３相６電極）のφ２５黒鉛電極を有する多相交流
プラズマアーク発生装置を用い、電力水準９６ｋＷで３
分間照射して約２３００℃まで加熱溶解したのち、坩堝
を傾斜してφ３０（ｍｍ）−２００（ｍｍ）Ｌの黒鉛鋳
型に注入した。この間アークの先端は坩堝の注出口部分
を照射するようにしてＣＯに富む還元性アーク雰囲気に
より、鋳込み中の溶湯の酸化やガス吸収を防ぐようにし
た。この黒鉛鋳型鋳込み試験片についてのガス分析結果
は次のとおりである。 Ｏ（ｗｔ％） Ｈ（ｗｔ％） 0.005 0.0001 分析方法 Ｏ：不活性ガス融解赤外線吸収法 Ｈ：不活性ガス融熱電導度法 なおこの溶解実験における銅溶湯を炭酸ガス硬化鋳型に
鋳込んだところ、得られた鋳物にはなんらのガス欠陥も
見出されなかった。[Experimental Example 1] Using the apparatus of the embodiment shown in FIG. 11, 5 kg of an electrolytic copper plate melting material was placed in a graphite crucible 11.
A multi-phase AC plasma arc generator having six (three-phase, six-electrode) φ25 graphite electrodes was used at a power level of 96 kW and 3
After irradiating for 2 minutes and melting by heating to about 2300 ° C., the crucible was inclined and poured into a graphite mold of φ30 (mm) -200 (mm) L. During this time, the tip of the arc was irradiated to the pouring port of the crucible so that the CO-rich reducing arc atmosphere prevented oxidation of molten metal and gas absorption during casting. The results of gas analysis of the graphite mold casting test piece are as follows. O (wt%) H (wt%) 0.005 0.0001 Analytical method O: Inert gas melting infrared absorption method H: Inert gas melting thermal conductivity method In this melting experiment, the molten copper was cast into a carbon dioxide gas hardening mold. No gas defect was found in the obtained casting.

【００７４】上記の結果は一例であって、多相交流プラ
ズマアークの照射電力水準及び照射時間による溶解温度
とその保持時間を適宜選定することにより、所定の脱ガ
スの程度を得ることができる。The above result is an example, and a predetermined degree of degassing can be obtained by appropriately selecting the irradiation power level of the multi-phase AC plasma arc, the melting temperature depending on the irradiation time, and the holding time.

【００７５】次に本発明の第４の実施例を図について説
明する。図１２は本発明の第４の実施例による黒鉛含有
銅又は銅合金の製造方法を実施するための多相多電極交
流アーク発生装置を示しており、銅または銅合金材料も
しくは炭素による還元で金属となる銅合金構成元素の金
属酸化物と黒鉛粉を混合した溶解材料を、この装置によ
り発生するマルチアークを用いて２，０００°以上の高
温で溶解し、銅または銅合金に炭素を溶解させることに
よって、鋳造後の金属組織中に黒鉛を析出させた銅また
は銅合金材料を得るものである。図において、図１１と
同一符号は同一または相当部分を示し、２５は銅又は銅
合金もしくはこれら構成元素の金属酸化物からなる溶解
材料である。また、電源装置７の構成は、第１の実施例
で示したものと同じであるので説明は省略する。Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 12 shows a multi-phase multi-electrode AC arc generator for carrying out the method for producing graphite-containing copper or copper alloy according to the fourth embodiment of the present invention. A molten material obtained by mixing a metal oxide of a copper alloy constituent element and graphite powder is melted at a high temperature of 2,000 ° or more using a multi-arc generated by this apparatus, and carbon is dissolved in copper or a copper alloy. Thus, a copper or copper alloy material in which graphite is precipitated in a metal structure after casting is obtained. 11, the same reference numerals as those in FIG. 11 denote the same or corresponding parts, and reference numeral 25 denotes a molten material made of copper, a copper alloy, or a metal oxide of these constituent elements. Further, the configuration of the power supply device 7 is the same as that shown in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

【００７６】この実施例においても、第１実施例と同一
の電源装置７を用いているので、上記(1) 〜(4) と同一
の効果を得ることができ、本多相多電極プラズマアーク
発生装置８により発生されるマルチアークは上記(5) 〜
(11)に示したものと同一の特色を有するものである。Also in this embodiment, since the same power supply device 7 as that of the first embodiment is used, the same effects as in the above (1) to (4) can be obtained. The multi-arc generated by the generator 8 is as described in the above (5) to
It has the same features as those shown in (11).

【００７７】次に動作について説明する。図１２に示し
た装置において、電源装置７から出力され、電流位相調
整装置４，５，６を介した各相電圧（３相交流出力をそ
のままかけてよいが、アークの強さを調整したいときは
該出力の位相制御を若干行う）を、電極２１，２１Ａ、
電極２２，２２Ａ、電極２３，２３Ａ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
チアークが発生するとともに、これらの電極先端部９よ
り非移行性プラズマアーク１０が噴射される。このマル
チアークが照射される位置に、坩堝１１に収容して被処
理物である銅又は銅合金もしくは酸化銅（酸化第１銅ま
たは酸化第２銅）または銅合金構成元素の金属酸化物か
らなる材料に黒鉛を添加したもの２４を置いておくと、
該材料２４は超高温に加熱，溶融，還元され、銅または
銅合金中に炭素が溶解される。その後アークを止めれば
該溶解材料は自然に冷却凝固し銅または銅合金の金属組
織中に黒鉛を析出分散させたものが得られる。Next, the operation will be described. In the device shown in FIG. 12, each phase voltage output from the power supply device 7 and passed through the current phase adjusters 4, 5 and 6 (three-phase AC output may be applied as it is, but when it is desired to adjust the arc intensity) Slightly controls the phase of the output).
When the arcs are supplied to the electrodes 22, 22A and the electrodes 23, 23A, a plurality of arcs, that is, multi-arcs are generated between the six electrodes in total, and the non-transferring plasma arc 10 is ejected from the electrode tip 9. You. A position to be irradiated with the multi-arc is made of copper or copper alloy or copper oxide (cuprous oxide or cupric oxide) or a metal oxide of a copper alloy constituent element which is to be processed and accommodated in the crucible 11. If you put graphite 24 added to the material,
The material 24 is heated, melted, and reduced to an ultra-high temperature to dissolve the carbon in the copper or copper alloy. Then, when the arc is stopped, the molten material is cooled and solidified spontaneously, and a material in which graphite is precipitated and dispersed in a metal structure of copper or a copper alloy is obtained.

【００７８】ここで上述のように、多数の電極の各々に
多相交流電源の各相電圧を印加しアーク放電させると、
アーク電流により生じた磁場の作用で電極間に生成した
プラズマアーク１０が電極の先端部９より噴射する。さ
らに、噴出するプラズマアークは多相交流によって生じ
た回転磁界によって撹拌作用が付加される。このように
して生じたプラズマアーク１０は対極へ向けて移行する
ものではない非移行性のもので、炉床や坩堝１１内に装
入した被処理物２５が酸化物などの非導電性のものであ
っても直接照射することができる。 〔実験例２〕純銅板３００ｇに黒鉛粉３０ｇを加えて撹
拌混合して坩堝に入れ、電力水準６３ｋｗｈで１８２秒
間プラズマアークを照射して黒鉛含有銅２８０ｇを得
た。放射温度計による溶解温度は２，２１０℃で、炭素
分析値は０．５２％（重量）＝２．０３％（容量）であ
った。また、この黒鉛含有銅の導電率測定値は９５％Ｉ
ＡＣＳで、ビッカース硬度（ＨＶ）は６８であった。As described above, when each phase voltage of the multi-phase AC power supply is applied to each of a large number of electrodes to cause arc discharge,
The plasma arc 10 generated between the electrodes by the action of the magnetic field generated by the arc current is ejected from the tip 9 of the electrode. Further, the jetting plasma arc has a stirring action by the rotating magnetic field generated by the polyphase alternating current. The plasma arc 10 generated in this manner is a non-transferable one that does not transfer toward the counter electrode, and the workpiece 25 charged in the hearth or the crucible 11 is a non-conductive one such as an oxide. Irradiation can be performed directly. [Experimental Example 2] 30 g of graphite powder was added to 300 g of a pure copper plate, stirred and mixed, put into a crucible, and irradiated with a plasma arc at a power level of 63 kwh for 182 seconds to obtain 280 g of graphite-containing copper. The melting temperature by the radiation thermometer was 2,210 ° C., and the carbon analysis value was 0.52% (weight) = 2.03% (volume). The measured conductivity of the graphite-containing copper is 95% I.
Vickers hardness (HV) was 68 by ACS.

【００７９】〔実験例３〕純銅板２５０ｇにＣｒ2 Ｏ3
２．４ｇおよび黒鉛粉３０ｇを加えて撹拌混合して坩堝
に入れ、電力水準６３ｋｗｈで１５０秒間プラズマアー
クを照射して黒鉛含有クロム銅合金２４０ｇを得た。放
射温度計による溶解温度は２，１５０℃で、炭素分析値
は０．３％（重量）＝１．１８％（容量）で、クロム分
析値は０．６３であった。Experimental Example 3 Cr 2 O 3 was added to 250 g of a pure copper plate.
2.4 g and 30 g of graphite powder were added, mixed with stirring, placed in a crucible, and irradiated with a plasma arc at a power level of 63 kWh for 150 seconds to obtain 240 g of a graphite-containing chromium-copper alloy. The melting temperature by a radiation thermometer was 2,150 ° C., the carbon analysis value was 0.3% (weight) = 1.18% (volume), and the chromium analysis value was 0.63.

【００８０】また、この黒鉛含有クロム銅の熱処理
（１，０００℃溶体化，５００℃焼戻し）後の導電率測
定値は７５％ＩＡＣＳで、ビッカース硬度（ＨＶ）は１
３０であった。The conductivity of the graphite-containing chromium copper after heat treatment (solution treatment at 1,000 ° C., tempering at 500 ° C.) was 75% IACS, and Vickers hardness (HV) was 1%.
30.

【００８１】上記実験例２及び３で得られた銅または銅
合金中に析出分散させた黒鉛形状はいずれも微細で分布
は均一であった。そしてこのようにして得られた材料
は、銅および銅合金の電気的特性を損なうことなく高温
における機械的特性，即ち高温強度、潤滑性を改善する
ことができ、耐摩耗性部材や抵抗溶接用電極として使用
できるものである。The graphite precipitated and dispersed in the copper or copper alloy obtained in Experimental Examples 2 and 3 was fine and uniform in distribution. The material thus obtained can improve the mechanical properties at high temperatures, that is, high-temperature strength and lubricity, without impairing the electrical properties of copper and copper alloys. It can be used as an electrode.

【００８２】次に本発明の第５の実施例を図について説
明する。図１３(a)は本発明の第５の実施例による、多
相交流プラズマアーク発生装置を用いて高融点物質を坩
堝に装入して還元処理する間欠式処理炉の概要説明図で
ある。図において、電源装置７及び多相多電極プラズマ
アーク発生装置８は図１１及び図１２で説明したものと
同一の構成を有し、３０はニュートラル電極であり、多
相多電極プラズマアーク発生装置８のニュートラル端子
１０７に接続されている。また２６は被処理物であるタ
ングステン等の高融点物質である。また２０は坩堝１１
の下側に配置された鋳型で、坩堝１１の溶融物流出口１
１ａから流れ出た溶融物２６ａを成形するものである。Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 13 (a) is a schematic explanatory diagram of an intermittent processing furnace according to a fifth embodiment of the present invention, in which a high melting point substance is charged into a crucible and subjected to a reduction treatment by using a multi-phase AC plasma arc generator. In the figure, a power supply device 7 and a multi-phase multi-electrode plasma arc generator 8 have the same configuration as those described with reference to FIGS. 11 and 12, and 30 denotes a neutral electrode. Is connected to the neutral terminal 107. Reference numeral 26 denotes a high-melting substance such as tungsten which is an object to be processed. 20 is a crucible 11
The melt flow outlet 1 of the crucible 11
This is for molding the melt 26a flowing out of 1a.

【００８３】本実施例においても、上記第１実施例と同
一の電源装置７を用いているので、上記(1) 〜(4) と同
一の効果を得ることができ、本多相多電極プラズマアー
ク発生装置８により発生されるマルチアークは上記(5)
〜(11)に示したものと同一の特色を有するものである。Also in this embodiment, since the same power supply device 7 as that of the first embodiment is used, the same effects as those of the above (1) to (4) can be obtained. The multi-arc generated by the arc generator 8 is described in (5) above.
(11) have the same characteristics as those shown in (11).

【００８４】次に動作について説明する。図１３の装置
において、電源装置７から出力され、電流位相調整装置
４，５，６を介した各相電圧（３相交流出力をそのまま
かけてよいが、アークの強さを調整したいときは該出力
の位相制御を若干行う）を、電極２１，２１Ａ、電極２
２，２２Ａ、電極２３，２３Ａにそれぞれ供給すると、
該計６つの電極相互間及び該各電極とニュートラル電極
３０との間に複数のアークが発生するとともに、これら
の電極先端部９より非移行性プラズマアーク１０が噴射
される。このマルチアークが照射される位置に、坩堝１
１に収容して被処理物であるタングステン等の高融点物
質２６を置いておくと、該タングステン２６は超高温に
加熱溶融され、その還元が行われる。そして溶融された
タングステン１２ａは坩堝１１の流出口１１ａより流れ
出して鋳型２０内に流れ込み、ここで所望の製品に成形
される。Next, the operation will be described. In the apparatus shown in FIG. 13, each phase voltage output from the power supply device 7 and passed through the current phase adjusters 4, 5, and 6 (three-phase AC output may be applied as it is, but when it is desired to adjust the arc intensity, The output phase is slightly controlled).
2, 22A and the electrodes 23, 23A, respectively,
A plurality of arcs are generated between the six electrodes and between each of the electrodes and the neutral electrode 30, and a non-transferring plasma arc 10 is ejected from these electrode tips 9. At the position where this multi-arc is irradiated, crucible 1
When a high-melting substance 26 such as tungsten, which is an object to be processed, is placed in the container 1, the tungsten 26 is heated and melted to an extremely high temperature, and the tungsten 26 is reduced. Then, the melted tungsten 12a flows out of the outlet 11a of the crucible 11 and flows into the mold 20, where it is formed into a desired product.

【００８５】以上のように本実施例では、多相多電極交
流プラズマアークを用い、その電極に黒鉛棒を使用して
空気中でアーク放電を行い、ＣＯガスに富む極めて還元
力の強いプラズマアークをつくり、酸化物を還元する。
従って、溶タングステン中にＷＯの形で存在する酸素は
容易に還元除去される。このため、溶解の工程，操作を
大きく簡略容易化でき、また、溶解時間を大きく短縮で
きる。さらには高融点金属の溶融を高温で行うから、金
属中に含まれる比較的蒸気圧の高い金属不純物（Ｆｅ，
Ａｌ等）の蒸発除去を容易に行うことができる。As described above, in this embodiment, a multi-phase, multi-electrode AC plasma arc is used, an arc discharge is performed in air using a graphite rod for the electrode, and the plasma arc rich in CO gas and having a very strong reducing power is used. To reduce oxides.
Therefore, oxygen existing in the form of WO in the molten tungsten is easily reduced and removed. For this reason, the dissolution process and operation can be greatly simplified and simplified, and the dissolution time can be greatly reduced. Further, since the melting point of the high melting point metal is performed at a high temperature, metal impurities (Fe,
Al) can be easily removed by evaporation.

【００８６】なお、上記実施例では予め坩堝１１内に被
処理物を収容しておきこれにマルチアークを照射するよ
うにしたが、これは被処理物である高融点物質またはこ
れを含む粉状物質を、多数電極の集束するプラズマアー
ク最高温熱流が通過する中心部に供給するようにしても
よい。図１３(b) はこのようにして被処理物を供給する
本実施例の変形例を示しており、被処理物であるタング
ステン等の高融点材料を棒状に加工したもの２７をプラ
ズマアーク１０中に供給するようにしている。その他の
構成は上記実施例と同様であり、溶融されたタングステ
ンは坩堝に一旦収容され、さらに鋳型へ供給されて成形
される。In the above-described embodiment, the object to be processed is stored in the crucible 11 in advance, and this is irradiated with a multi-arc. However, the object to be processed is a high melting point substance or a powder containing the substance. The material may be supplied to the center of the multi-electrode where the focused plasma arc hottest flow passes. FIG. 13B shows a modified example of the present embodiment in which the object to be processed is supplied in this manner. To supply it. The other configuration is the same as that of the above-described embodiment. The melted tungsten is once stored in a crucible and further supplied to a mold to be formed.

【００８７】なお図１３(b) には棒状に加工した被処理
物をプラズマアーク中に供給する法を示しているが、被
処理物は粉状でもよく、これをパイプを通してプラズマ
アーク中に導入するようにしてもよい。FIG. 13 (b) shows a method in which a rod-shaped workpiece is supplied into a plasma arc. However, the workpiece may be powdery, which is introduced into a plasma arc through a pipe. You may make it.

【００８８】次に本発明の第６の実施例を図について説
明する。図１４は本発明の第６の実施例による、多相交
流プラズマアーク発生装置を用いて直接製鋼法を実施す
るための製錬炉の概要説明図である。図において、図１
１と同一符号は同一部分を示す。電源装置７および多相
多電極プラズマアーク発生装置８は図１１及び図１２で
説明したものと同一の構成を有し、２８は補助還元剤と
しての黒鉛，塩基性フラックスとしての石灰，マグネシ
ア等を添加した原料鉄鉱石である。Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 14 is a schematic explanatory view of a smelting furnace for performing a direct steelmaking method using a multi-phase AC plasma arc generator according to a sixth embodiment of the present invention. In the figure, FIG.
The same reference numerals as 1 denote the same parts. The power supply device 7 and the multi-phase multi-electrode plasma arc generator 8 have the same configuration as those described with reference to FIGS. 11 and 12. Reference numeral 28 denotes graphite as an auxiliary reducing agent, lime as a basic flux, magnesia, and the like. The added raw iron ore.

【００８９】本実施例においても上記第１実施例と同一
の電源装置７を用いているので、上記(1) 〜(4) と同一
の効果を得ることができ、本多相多電極プラズマアーク
発生装置８により発生されるマルチアークは上記(5) 〜
(11)に示したものと同一の特色を有するものである。In this embodiment, since the same power supply device 7 as that of the first embodiment is used, the same effects as those of the above (1) to (4) can be obtained. The multi-arc generated by the generator 8 is as described in the above (5) to
It has the same features as those shown in (11).

【００９０】次に動作について説明する。図１４の装置
において、電源装置７から出力され、電流位相調整装置
４，５，６を介した各相電圧（３相交流出力をそのまま
かけてよいが、アークの強さを調整したいときは該出力
の位相制御を若干行う）を、電極２１，２１Ａ、電極２
２，２２Ａ、電極２３，２３Ａ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
が発生するとともに、これらの電極先端部９より非移行
性プラズマアーク１０が噴射される。このプラズマアー
クが照射される位置に、坩堝１１に収容して被処理物で
ある補助還元剤としての黒鉛，フラックスとしての石
灰，マグネシア等を添加した原料鉄鉱石２８を置いてお
くと、該原料鉄鉱石２８は約４，０００℃の超高温に加
熱，溶融，還元され、高温溶融された鋼組成の溶鉄が生
成される。Next, the operation will be described. In the apparatus shown in FIG. 14, each phase voltage output from the power supply device 7 and passed through the current phase adjusters 4, 5, and 6 (three-phase AC output may be applied as it is, but when it is desired to adjust the arc intensity, The output phase is slightly controlled).
2, 22A and the electrodes 23, 23A, respectively,
A plurality of arcs, i.e., multi-arcs, are generated between the six electrodes in total, and a non-transferring plasma arc 10 is jetted from these electrode tips 9. When the raw material iron ore 28 containing graphite as an auxiliary reducing agent, lime as a flux, magnesia, etc., which is housed in the crucible 11 and placed in the crucible 11, is placed at the position where the plasma arc is irradiated. The iron ore 28 is heated to an extremely high temperature of about 4,000 ° C., melted, and reduced to produce molten iron having a steel composition melted at a high temperature.

【００９１】また、図１５はこの第６実施例の変形例を
示し、これは上記図４で説明した構成の装置を用い、そ
の電極として黒鉛棒を用いたものであり、多相交流プラ
ズマアーク１０に対し、その多数電極の集束する中央部
に、粉状鉱石等を供給する機構を付加し、鉱石粉等が最
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ものである。FIG. 15 shows a modification of the sixth embodiment, which uses a device having the structure described in FIG. 4 and a graphite rod as its electrode. In addition, a mechanism for supplying fine ore or the like is added to the central portion of the multi-electrode where the multiple electrodes are focused, and the ore powder or the like flows through the arc center of the highest heat flow to effectively heat, melt,
It is to be reduced.

【００９２】すなわち、装入口１３に装入された鉱石粉
（図示せず）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、上記プラズマア
ーク１０の中心に導入され、その最高温熱流を通過する
間に上述のように鉱石は加熱，溶融，還元され、さらに
これはアーク先端にある塩基性耐火物で構築し、ライニ
ングして塩基性フラックスを使用した耐火材障壁１７に
当たって完全に還元処理されて溶鉄となり、炉床湯溜ま
り１８に溜まる。That is, the ore powder (not shown) charged into the charging port 13 passes through the feeding pipe 16 from the charging tower 15 by the quantitative supply device 14 at the base and passes through the arc tip 9.
Supplied from above to the center. Then, the ore is introduced into the center of the plasma arc 10 and is heated, melted and reduced as described above while passing through the highest heat flow, and is further constructed by a basic refractory at the tip of the arc and lined. Then, it falls on the refractory material barrier 17 using a basic flux, is completely reduced, becomes molten iron, and accumulates in the hearth pool 18.

【００９３】以上のように、多相多電極アーク発生装置
を用い、多数の電極に多相交流電源の各相電圧を印加し
てアーク放電させ、アーク電流により生じた磁場の作用
で電極間に生成したプラズマアークを電極の先端より噴
出させ、更に、噴出するプラズマアークは多相交流によ
って生じた回転磁場によって撹拌作用が付加されるが、
このようにして生じたプラズマアークは非移行性のもの
であり、そのプラズマアークを、補助還元剤としての黒
鉛と、石灰などのフラックスとを混合した、石灰質炉床
上の鉄鉱石に噴射させ、あるいは該アーク中に粉状鉄鉱
石または酸化鉄粉を供給するようにしたので、原料鉄鉱
石の厳密な粒度管理やペレット化等の前処理を必要とせ
ず、また特別な還元性雰囲気調整を行うことなく、鉱石
等を高温に加熱，溶融，還元して直接に鋼組成の溶鉄を
得ることができる。As described above, using the multi-phase multi-electrode arc generator, each phase voltage of the multi-phase AC power supply is applied to a large number of electrodes to cause arc discharge, and the action of the magnetic field generated by the arc current causes a gap between the electrodes. The generated plasma arc is ejected from the tip of the electrode, and the ejected plasma arc is further agitated by the rotating magnetic field generated by the polyphase alternating current.
The plasma arc generated in this way is non-migrating, and the plasma arc is injected into iron ore on a calcareous hearth, which is a mixture of graphite as an auxiliary reducing agent and a flux such as lime, or Since the powdered iron ore or iron oxide powder is supplied into the arc, it is not necessary to perform strict particle size control of the raw iron ore, pretreatment such as pelletization, and to perform special reducing atmosphere adjustment. Instead, it is possible to directly obtain molten iron having a steel composition by heating, melting, or reducing ore or the like at a high temperature.

【００９４】また、電極に黒鉛棒を用い、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，一酸化炭素等のプラ
ズマ形成ガスを送入することは全く不必要となり、大気
中で鉄鉱石等を容易に還元することができ、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。When a graphite rod is used as an electrode and arc discharge is performed in air, carbon monoxide gas generated by the oxidation of graphite is present in a high concentration in the arc sphere and is heated to a high temperature to be partially in a plasma state. An extremely reducing arc is formed. Therefore, it is not necessary to supply a plasma-forming gas such as argon, hydrogen, or carbon monoxide for the purpose of igniting and imparting reducibility like a general plasma arc, and iron ores and the like are easily reduced in the atmosphere. The equipment cost and the operating cost are extremely low, which is very economical.

【００９５】また、多相電極の逆円錐状に集束する電極
下端の中央上部に粉状鉄鉱石と石灰等のフラックスの混
合物を供給すると、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鉱石等が貫
流して加熱，溶融，還元処理が効果的に行われる。When a mixture of powdered iron ore and lime or the like is supplied to the upper center of the lower end of the electrode that converges in the inverted cone shape of the multiphase electrode, the mixture passes through the gap at the electrode tip where the multiphase electrode converges. Then, the ore or the like flows through the arc center of the highest heat flow, and the heating, melting, and reduction treatments are effectively performed.

【００９６】また、原料鉱石中に少量（約５％重量）の
炭素粉を加えると鉱石の還元は加速されるが、過剰に加
えると溶鉱炉を使用した場合と同じで溶けた鉄が炭素と
触れて吸炭し、ＳｉＯ2 とＣが反応してＳｉとＣＯにな
り、溶鉄中の炭素及びけい素の含有量が高くなる。この
ような鉱石脈石中のけい酸の還元は石灰，マグネシア等
の塩基性フラックスの添加と炭素粉の使用制限で抑える
ことができ、またこの塩基性フラックスの使用は高温に
おける脱硫効果が著しく、溶鉄中の硫黄含有量は低くな
る。したがって炉床は塩基性耐火物で構築し、塩基性フ
ラックスをライニングしておくことにより、溶鉄中の硫
黄含有量が低いものが得られる。When a small amount (about 5% by weight) of carbon powder is added to the raw ore, the reduction of the ore is accelerated, but when it is excessively added, the molten iron comes into contact with the carbon as in the case of using a blast furnace. And carbon is absorbed, SiO 2 and C react to form Si and CO, and the content of carbon and silicon in the molten iron increases. Reduction of silicic acid in such ore gangue can be suppressed by adding basic flux such as lime and magnesia and restricting the use of carbon powder. The use of this basic flux has a remarkable desulfurization effect at high temperatures, The sulfur content in the molten iron is lower. Therefore, by constructing the hearth with a basic refractory and lining a basic flux, it is possible to obtain a molten iron having a low sulfur content.

【００９７】かくして低炭素，低けい素，低硫黄の良質
鋼溶湯が鉄鉱石の還元で直接得られ、原料鉱石が銅，錫
等の含有の少ない砂鉄やその酸化物の場合は、特別の用
途の純良鋼を製造することができる。Thus, a low-carbon, low-silicon, low-sulfur high-quality molten steel can be directly obtained by reduction of iron ore, and when the raw ore is iron sand or an oxide thereof containing little copper, tin, etc., it has a special purpose. Of pure steel.

【００９８】〔実験例４〕使用した原料砂鉄の化学組成
は、Experimental Example 4 The chemical composition of the raw iron sand used was as follows:

【００９９】[0099]

【表１】 [Table 1]

【０１００】（ここで、TFe はFeO とFe O3 の中の鉄分
の比（計算値）でトータル鉄という。）(Here, TFe is the ratio (calculated value) of iron in FeO and FeO 3 and is called total iron.)

【０１０１】この砂鉄１ｋｇに補助還元剤として黒鉛粉
５０ｇ，造滓剤（フラックス）として生石灰１２０ｇ，
マグネシア３０ｇ，アルミナ２０ｇを添加混合し、これ
を石灰質不定形耐火物でライニングした製練炉の処理部
炉床に装入し、φ１３黒鉛電極６本を備えた第１図に示
す多相多電極プラズマアーク発生装置を使用してアーク
照射し加熱，溶融，還元した。To 1 kg of this iron sand, 50 g of graphite powder as an auxiliary reducing agent, 120 g of quicklime as a slag-making agent (flux),
30 g of magnesia and 20 g of alumina were added and mixed, and the mixture was charged into the hearth of a processing section of a kneading furnace lined with a calcareous amorphous refractory, and provided with six φ13 graphite electrodes as shown in FIG. It was heated, melted and reduced by arc irradiation using a plasma arc generator.

【０１０２】照射条件は電力水準７５ｋｗｈで同一条件
での間欠的操業第３回目（１回目，２回目はウォーミン
グアップの意味をもつ）における照射時間は１００秒で
ある。その後冷却凝固させ第３回目操業では鋼片５４８
ｇを得た。従って鉄の還元回収率は５４８／（1,000 ×
0.602)＝９１％で電力原単位は３，８００ｋｗｈ／ｔｏ
ｎ鉄であった。得られた鋼片の分析値は、次の通りであ
る。The irradiation condition is a power level of 75 kWh, and the irradiation time in the third intermittent operation under the same conditions (the first and second operations have the meaning of warm-up) is 100 seconds. After that, it was cooled and solidified.
g was obtained. Therefore, the reduction and recovery rate of iron is 548 / (1,000 ×
0.602) = 91% and the power consumption is 3,800 kwh / to
n iron. The analytical values of the obtained steel slab are as follows.

【０１０３】[0103]

【表２】 [Table 2]

【０１０４】ここで、この分析値には原料砂鉄中のＡｌ
2 Ｏ3 ，ＭｇＯ，ＴｉＯ2 ，Ｖ2 Ｏ5 中のＡｌ，Ｍｇ，
Ｔｉ，Ｖが見られないが、これらは高温溶融時に完全に
分離され、スラグとなって除去されたものである。[0104] In this case, Al of raw materials sand in the iron in this analysis value
Al, Mg in 2 O 3 , MgO, TiO 2 , V 2 O 5
Although Ti and V are not observed, they are completely separated during high-temperature melting and removed as slag.

【０１０５】〔実験例５〕図１５に示す粉状鉱石等を供
給する機構を備え、鉱石等がアーク中心部を貫流し耐火
材障壁に当たって還元処理される装置を使用し、実験例
４と同一配合の砂鉄原料を用いて操業した。[Experimental Example 5] An apparatus similar to that of Experimental Example 4 was used, provided with a mechanism for supplying powdery ore and the like shown in FIG. 15 and in which ore and the like flowed through the center of the arc and hit the refractory barrier to reduce. The operation was carried out using the iron sand material of the compound.

【０１０６】鉱石配合物は定量供給装置１４によって２
０ｇ／秒の流量で１分間送入した。その後なお４０秒間
アークを照射し続けた。照射条件は電力水準７５ｋｗｈ
で、得られた鋼片は５５３ｇであった。The ore mixture was fed to the metering device 14
It was fed at a flow rate of 0 g / sec for 1 minute. Thereafter, the arc irradiation was continued for 40 seconds. Irradiation condition is power level 75kwh
The obtained billet was 553 g.

【０１０８】従って鉄の還元回収率は、５５３／（1,00
0 ×0.602)＝９２％で、得られた鋼片の分析値は、次の
とおりである。Therefore, the reduction and recovery rate of iron is 553 / (1,00
(0 × 0.602) = 92%, and the analytical values of the obtained steel slab are as follows.

【０１０９】[0109]

【表３】 [Table 3]

【０１１０】ここで、Ａｌ，Ｍｇ，Ｔｉ，Ｖ等が見られ
ないのは（実施例１）と同様の理由による。電力現単位
は３７８７ｋｗｈ／ｔｏｎ鉄であった。しかしこれは操
業時間の延長によってさらに低下できると考える。例え
ば２４時間フル運転炉では現状の３分の１の電力です
む。 また、上記説明した実施例において用いられる処理
炉では、その内部にプラズマジェット炎を噴射すること
も可能であり、このプラズマジェット炎中には、固体，
粉体，あるいは液体状の金属，セラミックさらには各種
燃料を入れてもよく、その他、上記燃料には、燃料ガス
はもちろん廃油等も用いることができ、これらとともに
触媒等を入れてもよい。また、高温プラズマ領域では水
を入れても燃料と同様な効果が得られる。このようにプ
ラズマジェット炎を処理炉内に形成し、その中に上記の
ような各種燃料等をいれることにより、大型製練では、
それぞれの製練の特徴の処理を行うことができる。 Here, Al, Mg, Ti, V, etc. are not observed for the same reason as in the first embodiment. The current power unit was 3787 kwh / ton iron. However, we believe that this can be further reduced by extending the operating hours. example
For example, in a 24 hour full operation furnace, it is 1/3 of the current power
No. Also, the processing used in the above-described embodiment
In the furnace, spray plasma jet flame inside
In this plasma jet flame, solid,
Powder or liquid metal, ceramic and various types
Fuel may be added, and other fuels include fuel gas
Of course, waste oil etc. can be used.
A catalyst or the like may be added. In the high-temperature plasma region, water
The same effect as that of the fuel can be obtained by adding. Like this
A plasma jet flame is formed in the processing furnace, and the above-mentioned
By putting such various fuels, etc., in large-scale kneading,
Each kneading feature can be processed.

【０１１１】[0111]

【発明の効果】以上、本発明の金属材料の処理装置によ
る場合、直流電圧から多相交流に変換する電源装置と、
前記電源装置から出力された多相交流が通電されており
且つ相互に近接して配置された複数本の電極と、被金属
材料を入れるとともに当該材料が前記電極の先端部に発
生したプラズマアークにより処理される容器とを具備し
ており、前記電源装置は、正・負の直流電圧を交互に切
り換えて各々出力する複数のスイッチ回路と、前記スイ
ッチ回路から出力される各電圧が所定の位相差となるよ
うに当該回路の各切換動作を制御する制御回路と、前記
スイッチ回路の出力段に各々接続されており且つ当該回
路の各出力電流の波形を急峻に立ち上がった後に降下す
る垂下特性を有した鋸歯状にするための複数のリアクタ
ンス回路とを有した構成となっている。電源装置の構成
上、装置全体が小型軽量となり、この点で設置場所が問
われず、船中や研究所にも設置することが可能となる。
また、所望の金属材料を効率良く大量に製造することが
可能となり、この点でもメリットがある。As described above, in the case of the metal material processing apparatus of the present invention, a power supply apparatus for converting a DC voltage to a polyphase AC is provided.
The multi-phase alternating current output from the power supply device is energized and a plurality of electrodes arranged in close proximity to each other, and a metal arc is charged by a plasma arc generated at the tip of the electrode while the material to be charged is put in. A container to be processed, wherein the power supply device includes a plurality of switch circuits that alternately switch positive and negative DC voltages and output the voltages, respectively, and each voltage output from the switch circuits has a predetermined phase difference. A control circuit for controlling each switching operation of the circuit, and a control circuit connected to an output stage of the switch circuit, and each output current waveform of the circuit sharply rises and then falls.
And a plurality of reactance circuits for forming a sawtooth shape having a drooping characteristic . Due to the configuration of the power supply device, the entire device is small and lightweight, and in this regard, it can be installed in a ship or in a laboratory regardless of the installation location.
In addition, a desired metal material can be efficiently produced in large quantities, and there is also an advantage in this respect.

【０１１２】また、この発明によれば、電源装置におい
てスイッチ回路での開閉あるいは切り換えタイミング
や、リアクタンス成分を変更することにより、金属材料
の種類に合わせて波形や周波数の異なる種々の多相交流
出力を得ることができる効果がある。Further, according to the present invention, by changing the opening / closing or switching timing of the switch circuit and the reactance component in the power supply device, various polyphase AC outputs having different waveforms and frequencies in accordance with the type of metal material are provided. There is an effect that can be obtained.

【０１１３】またこの発明によれば、上記電源装置を用
いて多数の電極間に発生するアークにより上記電極を溶
融して合金または複合材を製造するようにしたので、各
電極を構成する物質原子が約４０００℃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撹拌現象
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
を製造することができ、しかも、所望の成分の良質の合
金を所望の量だけ短時間に製造し、あるいは長時間連続
的に製造することができる効果がある。According to the present invention, an alloy or a composite material is manufactured by melting the electrodes by an arc generated between a large number of electrodes using the power supply device. Instantaneously melts while ionizing at a high temperature of about 4000 ° C., and generates a rotating magnetic field, an electromagnetic force, vibration of a magnetic field, and a stirring phenomenon of the arc around the molten pool or the arc. As a result, it is possible to produce dense, high-quality alloys that have not been obtained before, and to produce high-quality alloys of desired components in a desired amount in a short time or continuously for a long time. There is an effect that can be.

【０１１４】またこの発明によれば、上記電源装置を用
いて、黒鉛等よりなる多数の電極間でアーク放電を行
い、ＣＯガスに富む極めて還元力の強いプラズマアーク
を作り、酸化物を還元するようにしたから、溶銅中にＣ
ｕＯ2 の形で存在する酸素は容易に還元除去され、非常
に容易な方法で純度の高い純銅を得ることができる効果
がある。また脱酸剤を使用しないので残留脱酸剤による
材質の電気伝導度の劣化等の問題を防ぐ効果もある。さ
らにバッテリー等の直流電源が利用でき、また酸化物の
種類に応じて、プラズマアーク発生のための多相交流出
力の波形や周波数を変更でき、しかも純銅の溶解に用い
る装置を小型化できる効果がある。Further, according to the present invention, an arc discharge is performed between a large number of electrodes made of graphite or the like by using the above-mentioned power supply device to produce a plasma arc rich in CO gas and having a very strong reducing power, thereby reducing oxides. So that C in the molten copper
Oxygen present in the form of uO 2 is easily reduced and removed, and there is an effect that highly pure copper can be obtained by a very easy method. Further, since no deoxidizing agent is used, there is also an effect of preventing a problem such as deterioration of electric conductivity of the material due to the residual deoxidizing agent. Furthermore, a DC power source such as a battery can be used, and the waveform and frequency of the multi-phase AC output for generating a plasma arc can be changed according to the type of oxide, and the effect of reducing the size of the apparatus used for melting pure copper can be obtained. is there.

【０１１５】またこの発明によれば、上記電源装置を用
いて、銅または銅合金材料もしくは炭素による還元で金
属となる銅合金構成元素の金属酸化物と黒鉛粉とを混合
した溶解材料を、アークによる４０００℃以上の高温状
態での加熱，溶解を行うようにしたので、黒鉛が均一微
細に析出分散した黒鉛分酸銅または銅合金を極めて容易
に得ることができる。したがって銅および銅合金の電気
的特性を損なうことなく高温における機械的特性，即ち
高温強度、潤滑性を改善することができ、耐摩耗性部材
や抵抗溶接用電極として使用できるものが得られる効果
がある。さらにバッテリー等の直流電源が利用でき、ま
た処理物の種類1に応じて、プラズマアーク発生のため
の多相交流出力の波形や周波数を変更でき、しかも黒鉛
含有銅又は銅合金の製造に用いる装置を小型化できる効
果がある。Further, according to the present invention, by using the above-mentioned power supply device, a molten material obtained by mixing a metal oxide of copper or a copper alloy material or a copper alloy constituent element which becomes a metal by reduction with carbon and graphite powder is used. I that 4 heated at 000 ° C. or more high temperature state, since to perform the dissolution, it is possible to obtain a graphite finely and uniformly precipitated and dispersed graphitic content acid copper or copper alloy very easily. Therefore, it is possible to improve mechanical properties at high temperatures, that is, high-temperature strength and lubricity without impairing the electrical properties of copper and copper alloys, and to obtain an effect that can be used as a wear-resistant member or an electrode for resistance welding. is there. In addition, a DC power source such as a battery can be used, and the waveform and frequency of the multi-phase AC output for plasma arc generation can be changed according to the type of processed object 1; and an apparatus used for producing graphite-containing copper or copper alloy This has the effect of reducing the size.

【０１１６】またこの発明によれば、上記電源装置を用
い発生させたプラズマアークによりプラズマアーク処理
を行い、タングステン等高融点物質を高温に加熱融解す
るようにしたので、タングステン等の高融点物質を容易
に溶融でき、しかも金属中に含まれる比較的蒸気圧の高
い金属不純物（Ｆｅ，Ａｌ，Ｓｉ等）を蒸発除去してそ
の純度を向上することができる効果がある。さらにバッ
テリー等の直流電源が利用でき、また高融点物質の種類
に応じて、プラズマアーク発生のための多相交流出力の
波形や周波数を変更でき、しかも高融点物質の製造に用
いる装置を小型化できる効果がある。Further, according to the present invention, the plasma arc treatment is performed by the plasma arc generated by using the power supply device, and the high melting point material such as tungsten is heated and melted at a high temperature. There is an effect that metal impurities (Fe, Al, Si, etc.) which can be easily melted and have a relatively high vapor pressure contained in the metal are removed by evaporation to improve the purity. In addition, a DC power source such as a battery can be used, and the waveform and frequency of the multi-phase AC output for plasma arc generation can be changed according to the type of the high-melting substance, and the equipment used for manufacturing the high-melting substance can be downsized. There is an effect that can be done.

【０１１７】さらに、この発明によれば、上記電源装置
を用いて非移行性プラズマアークを電極の収束する電極
先端部より発生させ、該アークを炉床上の鉄鉱石に噴射
させ、あるいは該アーク中に粉状鉄鉱石または酸化鉄粉
を供給することによって鉄鋼石を高温に加熱，溶融，還
元して直接に鋼組成の溶鉄を得るようにしたものである
から、原料鉄鉱石の厳密な粒度管理やペレット化等の前
処理を必要とせず、また特別な還元性雰囲気調整を行う
ことなく、純度の高い溶鋼を得ることができる。しか
も、低炭素，低けい素，低硫黄の良質鋼溶湯が鉄鉱石の
還元で直接得られ、また原料鉱石が銅，錫等の含有の少
ない砂鉄や酸化物の場合は特別の用途の純良鋼を製造す
ることができる効果がある。さらにバッテリー等の直流
電源が利用でき、また鉄鉱石の種類に応じて、プラズマ
アーク発生のための多相交流出力の波形や周波数を変更
でき、しかも直接製鋼法に用いる装置を小型化できる効
果がある。Further, according to the present invention, a non-transitional plasma arc is generated from the converging electrode tip of the electrode by using the power supply device, and the arc is injected into iron ore on the hearth, or The iron ore is heated, melted and reduced to a high temperature by supplying powdered iron ore or iron oxide powder to the iron to obtain molten iron of steel composition directly, so strict particle size control of the raw iron ore A high purity molten steel can be obtained without the need for pretreatment such as pelletizing or pelletizing, and without performing special reducing atmosphere adjustment. In addition, low-carbon, low-silicon, low-sulfur high-quality molten steel can be directly obtained by reduction of iron ore. If the raw ore is sand iron or oxide containing little copper, tin, etc., pure steel of special use is used. There is an effect that can be manufactured. In addition, a DC power source such as a battery can be used, and the waveform and frequency of the multi-phase AC output for plasma arc generation can be changed according to the type of iron ore, and the equipment used for direct steelmaking can be miniaturized. is there.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】この発明の第１の実施例による合金または複合
材の製造装置である合金製造炉の概要説明図である。FIG. 1 is a schematic explanatory view of an alloy production furnace which is an apparatus for producing an alloy or a composite material according to a first embodiment of the present invention.

【図２】上記第１実施例による合金または複合材の製造
装置に用いられている電源装置の構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of a power supply device used in the alloy or composite material manufacturing apparatus according to the first embodiment.

【図３】図２の電源装置の出力波形図である。3 is an output waveform diagram of the power supply device of FIG.

【図４】この発明の第２の実施例による合金製造炉の概
要説明図である。FIG. 4 is a schematic explanatory view of an alloy production furnace according to a second embodiment of the present invention.

【図５】本発明の第１実施例の第１変形例を示す図であ
る。FIG. 5 is a diagram showing a first modification of the first embodiment of the present invention.

【図６】本発明の第１実施例の第１変形例を示す図であ
る。FIG. 6 is a diagram showing a first modification of the first embodiment of the present invention.

【図７】上記第１変形例の構成の一部を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a part of the configuration of the first modified example.

【図８】上記第１変形例の構成の一部を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a part of the configuration of the first modified example.

【図９】本発明の第１実施例の第２ないし第４変形例を
示す図である。FIG. 9 is a view showing second to fourth modified examples of the first embodiment of the present invention.

【図１０】上記第２ないし第４の変形例に用いられる電
源装置の回路構成図である。FIG. 10 is a circuit configuration diagram of a power supply device used in the second to fourth modifications.

【図１１】本発明の第３の実施例による、金属材料の処
理装置（多相交流プラズマアーク発生装置）を用いた被
処理物を坩堝に装入して還元処理する間歇式処理炉の概
要説明図である。FIG. 11 is an outline of an intermittent processing furnace in which an object to be processed using a metal material processing apparatus (a multi-phase alternating current plasma arc generator) is charged into a crucible and reduced according to a third embodiment of the present invention. FIG.

【図１２】本発明の第４の実施例による、金属材料の処
理装置（多相交流プラズマアーク発生装置）を用いた黒
鉛含有銅又は銅合金の製造方法を説明するための図であ
る。FIG. 12 is a view for explaining a method for producing graphite-containing copper or a copper alloy using a metal material processing apparatus (multi-phase AC plasma arc generator) according to a fourth embodiment of the present invention.

【図１３】本発明の第５の実施例による、金属材料の処
理装置（多相交流プラズマアーク発生装置）を用いた高
融点物質を坩堝に装入して還元処理する間欠式処理炉の
概要説明図である。FIG. 13 is an outline of an intermittent processing furnace for performing a reduction treatment by charging a high-melting substance into a crucible using a processing apparatus for metal materials (multi-phase AC plasma arc generator) according to a fifth embodiment of the present invention. FIG.

【図１４】本発明の第６の実施例による、金属材料の処
理装置（多相交流プラズマアーク発生装置）を用いて直
接製鋼法を実施するための製錬炉の概要説明図である。FIG. 14 is a schematic explanatory view of a smelting furnace for performing a direct steelmaking method using a metal material processing apparatus (multi-phase AC plasma arc generator) according to a sixth embodiment of the present invention.

【図１５】本発明の第６の実施例による、金属材料の処
理装置（多相交流プラズマアーク発生装置）を用いた直
接製鋼法を実施するための製錬炉の変形例を示す概要説
明図である。FIG. 15 is a schematic explanatory view showing a modification of a smelting furnace for performing a direct steelmaking method using a processing apparatus for metal materials (a multi-phase AC plasma arc generator) according to a sixth embodiment of the present invention. It is.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１，１Ａ，２，２Ａ，３，３Ａ 電極 ４，５，６ 電流調整装置 ７ 三相交流電源 ８ 多相交流プラズマアーク発生装置 ９ 電極先端部 １０ プラズマアーク １１ 坩堝 １２ 溶解材料 １３ 装入パイプ １４ 定量供給装置 １５ 装入とい １６ 送入管 １７ 耐火材障壁 １８ 炉床湯溜まり ２０ 鋳型 ２１，２１Ａ，２２，２２Ａ，２３，２３Ａ 電極 ３１，３２，７１〜７７ 電極 ３３ ３相または６相交流電源 ３４ 中性点 ３５ 容器 ４０ 溶融池 ５１，６１，８１ 単相交流電源の二次コイル ３０，７０ ニュートラル電極 １０１ 直流電源 １０２ 変換部 １０６ 出力端子 １０７ ニュートラル端子 １２１ スイッチ回路 １２２ 誘導回路 １３１ スイッチ制御回路 1, 1A, 2, 2A, 3, 3A Electrodes 4, 5, 6 Current regulator 7 Three-phase AC power supply 8 Multi-phase AC plasma arc generator 9 Electrode tip 10 Plasma arc 11 Crucible 12 Melting material 13 Charging pipe 14 Quantitative supply device 15 Charger 16 Feed pipe 17 Refractory material barrier 18 Hearth pool 20 Mold 21, 21A, 22, 22A, 23, 23A Electrode 31, 32, 71-77 Electrode 33 Three-phase or six-phase AC power supply 34 Neutral point 35 Container 40 Weld pool 51, 61, 81 Secondary coil of single-phase AC power supply 30, 70 Neutral electrode 101 DC power supply 102 Converter 106 Output terminal 107 Neutral terminal 121 Switch circuit 122 Induction circuit 131 Switch control circuit

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C22B 1/00 - 61/00 H02M 5/14 H05H 1/44 Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) C22B 1/00-61/00 H02M 5/14 H05H 1/44

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】 直流電圧から多相交流に変換する電源装
置と、前記電源装置から出力された多相交流が通電され
ており且つ相互に近接して配置された複数本の電極と、
被金属材料を入れるとともに当該材料が前記電極の先端
部に発生したプラズマアークにより処理される容器とを
具備しており、前記電源装置は、正・負の直流電圧を交
互に切り換えて各々出力する複数のスイッチ回路と、前
記スイッチ回路から出力される各電圧が所定の位相差と
なるように当該回路の各切換動作を制御する制御回路
と、前記スイッチ回路の出力段に各々接続されており且
つ当該回路の各出力電流の波形を急峻に立ち上がった後
に降下する垂下特性を有した鋸歯状にするための複数の
リアクタンス回路とを有した構成となっていることを特
徴とする金属材料の処理装置。A power supply device for converting a DC voltage to a polyphase alternating current; a plurality of electrodes which are energized with the polyphase alternating current output from the power supply device and which are arranged close to each other;
A container in which the material to be metal is put and the material is processed by a plasma arc generated at the tip of the electrode, wherein the power supply device alternately switches between positive and negative DC voltages and outputs each of them. A plurality of switch circuits, a control circuit that controls each switching operation of the circuit so that each voltage output from the switch circuit has a predetermined phase difference, and a control circuit connected to an output stage of the switch circuit; After the output current waveform of the circuit rises sharply
A metal material processing apparatus, comprising: a plurality of reactance circuits for forming a saw-tooth shape having a drooping characteristic falling down . 【請求項２】 請求項１記載の金属材料の処理装置にお
いて、前記制御回路は、前記スイッチ回路の１回の切換
えによって得られる出力波形の一周期の１／３の位相差
でもって前記スイッチ回路の各切換動作を制御する構成
となっていることを特徴とする金属材料の処理装置。2. An apparatus for processing a metal material according to claim 1.
And the control circuit performs one switching operation of the switch circuit.
Phase difference of 1/3 of one cycle of the output waveform
Configuration for controlling each switching operation of the switch circuit
An apparatus for processing metal materials, characterized in that: 【請求項３】 請求項１記載の金属材料の処理装置にお
いて、前記電源装置は、前記スイッチ回路の各切換動作
のタイミングを変化させて前記多相交流の周波数を調節
することが可能な構成となっていることを特徴とする金
属材料の処理装置。3. The metal material processing apparatus according to claim 1,
And the power supply device performs each switching operation of the switch circuit.
Adjust the frequency of the polyphase alternating current by changing the timing of
An apparatus for processing a metal material, wherein the processing apparatus is configured to be able to perform the processing. 【請求項４】 請求項１記載の金属材料の処理装置にお
いて、前記電源装置は、前記リアクタンス回路のインダ
クタンス値を変化させて前記多相交流の波形を調整する
ことが可能な構成となっていることを特徴とする金属材
料の処理装置。4. An apparatus for processing metal material according to claim 1.
And the power supply device has an inductance of the reactance circuit.
Adjust the waveform of the polyphase alternating current by changing the conductance value
An apparatus for processing a metal material, wherein the processing apparatus is configured to be capable of performing the following . 【請求項５】 合金又は複合材を製造する請求項１記載
の金属材料の処理装置において、前記電極の材質として
前記合金又は複合材の母材となるものが使用されてお
り、前記プラズマアークにより当該電極自体が溶融した
ものを被金属材料として前記容器で受け止める構成とな
っていることを特徴とする金属材料の処理装置。5. The method according to claim 1, wherein the alloy or the composite material is manufactured.
In the metal material processing apparatus, as the material of the electrode
The base material of the alloy or composite material is used
The electrode itself was melted by the plasma arc.
It is configured to receive the object as a metal material in the container.
An apparatus for processing metal materials, comprising: 【請求項６】 請求項１、２、３又は４記載の金属材料
の処理装置を用いて、被金属材料としての複数種類の溶
融材料を溶融し、これにより合金又は複合材 を得るよう
にしたことを特徴とする金属材料の処理方法。6. The metal material according to claim 1, 2, 3, or 4.
Multiple types of molten materials as metal
Melting the molten material, thereby obtaining an alloy or composite
A method for treating a metal material, the method comprising: 【請求項７】 請求項１、２、３又は４記載の金属材料
の処理装置を用いて、被金属材料としての純銅を溶解
し、これにより純銅の溶湯を得るようにしたことを特徴
とする金属材料の処理方法。 7. The metal material according to claim 1, 2, 3, or 4.
Of pure copper as a metal material using
And a method for treating a metal material, wherein a molten metal of pure copper is obtained . 【請求項８】 被金属材料としての銅又は銅合金、ある
いは酸化銅又は銅合金構成元素の酸化物に黒鉛を含有さ
せたものを、請求項１、２、３又は４記載の金属材料の
処理装置を用いて溶解し、これにより銅又は銅合金に炭
素を溶解させ、その後、冷却凝固に際し金属組織中に黒
鉛を析出分散させて黒鉛含有銅又は銅合金を得るように
したことを特徴とする金属材料の処理方法。8. Copper or copper alloy as a metal material
Of containing graphite oxide of copper or a copper alloy constituting elements have the
Of the metal material according to claim 1, 2, 3 or 4.
Melting using a treatment device, which converts the copper or copper alloy into charcoal
Element, and then blacken the metal structure during cooling and solidification.
To obtain graphite-containing copper or copper alloy by precipitating and dispersing lead
A method for treating a metal material, comprising: 【請求項９】 請求項１、２、３又は４記載の金属材料
の処理装置を用いて、被金属材料としての鉄鉱石又は酸
化鉄を加熱、溶融、還元し、これにより鋼組成の溶鉄を
得るようにしたことを特徴とする金属材料の処理方法。9. The metal material according to claim 1, 2, 3, or 4.
Iron ore or acid as a material to be metal
Heating, melting and reducing iron fossil
A method for treating a metal material, characterized in that it is obtained .
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