JPH0141428B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、消耗電極炉における電極底部とイン
ゴツト頂面間のギヤツプを制御する方法および装
置に関する。さらに詳しくいうと、本発明は、電
極駆動速度を、トリム速度すなわち調整速度
（S_T）により代数学的に変更された電極駆動基準
速度S_Bの関数として制御することに関する。基準
速度S_Bは、溶融速度、および電極およびるつぼの
既知の幾何形態、ならびに溶融が進行するときの
電極またはインゴツト重量の測定された変化によ
つて決定される。トリム速度S_Tは、帰還信号とし
て電圧の不連続性を利用する比較的緩やかに動作
する制御ループにより決定される。このように、
電極駆動速度は、下記の式、すなわち Ｓ＝ｆ（S_B，S_T） 例えばＳ＝S_B＋S_T にしたがつて溶融の間調節できる。

電極の適正な位置づけは、消耗電極炉、例えば
真空アーク炉の動作において重要な要素である。
真空アーク炉の動作は、アークの長さ、または電
極の底部とインゴツト頂部における溶融金属のプ
ール表面との間の距離であるアークギヤツプの制
御に依存する。炉内において形成されるインゴツ
トの品質は、一定のアーク長さの維持に依存して
この長さが短すぎても長すぎてもいけない。

適正なアーク長さを維持する問題は、炉の製造
者や使用者により種々の方法で対処された。最
初、ギヤツプを横切る電圧勾配が使用されたが、
これは不十分であることが分つた。その後、真空
アーク電極の溶融は進行中アークの長さの制御を
改良するため、アーク電圧信号の周期的変動の周
波数および／または継続時間が使用できることが
発見された。数種の特許は、溶融の進行中予定さ
れたアーク長さを維持するため電極位置を制御す
ることの必要性、およびこれをなそうとする上に
おいて見出される困難性について記述している。
例えば、米国特許第2942045号、第2904718号、第
3372224号、第3187078号および第3186043号参照。
これらの特許のあるもの例えば米国特許第
2942045号および第3187078号は、アーク長さを指
示するものとして、アーク制御信号における周期
的変動の周波数および／または継続時間をそれの
みで使用すること（第2942045号）、またはアーク
電圧信号との組合せで使用すること（第3187078
号）を開示している。

消耗電極炉の動作は動的工程である。電極は消
耗されつゝあり、したがつて、短縮された長さを
補償するため低下されねばならない。るつぼ内に
はもちろんインゴツトが形成されつゝあり、した
がつて、その表面が上昇する速度は、電極がその
表面に向つて降下される速度に影響を及ぼす。そ
れゆえ、電極駆動手段は、従来、アーク長さを指
示し得るフイードバツク信号として、アーク電圧
の周期的変動の周波数および／または継続時間を
使用して一定のアーク長さを維持するように電極
送り速度を調節する。

この形式のアーク長さ調節装置に関する基本的
問題は、アーク電圧の周期的変動が、アーク長さ
に対して長期間で平均的関係を有するが、短期間
ランダム成分をも有することである。アーク長さ
を正確に定めるには、ランダムな変動を平均で０
にするに十分に長い期間にわたり、アーク電圧信
号の変動の平均周波数および／または継続時間に
ついて測定がなされることを必要とする。

これは、アーク長さ制御装置の設計にジレンマ
を生ずる。制御装置が敏感で比較的迅速に動作す
るように作られると、装置は帰還信号の短期間ラ
ンダム成分にも応答し、このためアーク長さにラ
ンダムな短期間変動が導入されるが、これはイン
ゴツトの品質に由々しい有害な影響を及ぼすこと
がある。制御装置が敏感性に乏しく作られると、
電極駆動速度に比較的迅速な変化を生ずることが
できない。比較的迅速な変化は、溶融の開始また
は終了時にしばしばそうであるように、溶融速度
が迅速に変化されるときに必要とされる。この後
者の場合、電極制御装置の応答に遅れがあると、
溶融速度が増大しつゝあるときには過度に長いア
ーク長さを生じ、溶融速度が減じつゝあるときに
は過度に短いアーク長を生じる。

上記の問題の存在は、米国特許第2942045号の
第８コラム、61行〜第９コラム、27行に認められ
ており、また米国特許第3187078号の第３コラム、
11および12行に言及されている。これら両特許
は、上述の２つの設計手法の第２のものを取る制
御装置を開示している。すなわち、アーク長さ制
御装置は、制御ループに長い時間定数を有する電
気的または電気機械的積分器を備えることにより
緩やかに動作するように作られている。

類似の問題は、エレクトロスラグ再溶融
（ESR）炉のような他の形式の消耗電極炉におい
ても存在する。従来、電極駆動速度は、スラグ浴
中の電流またはスラグ浴にかゝる電圧の測定値に
基づく。真空アーク炉の場合と同様に、この種の
電気的測定値は、望ましくない短時間の、すなわ
ちランダムな擾乱を受ける。例えば、ESR炉に
電力を供給するのと同じ配電網に接続される他の
機械装置の始動中電圧が降下することがある。電
極駆動装置がこのような擾乱に応答することは望
ましくないであろう。

本発明は、溶融中電極速度を制御するため過度
に敏感な制御装置と敏感性に乏しい制御装置の選
択を行なわねばならないという上述の不利益を排
除し、したがつて電極の底部とインゴツトの上面
間のギヤツプを一貫的に維持する制御装置を提供
する。本発明にしたがえば、電極駆動速度制御装
置は、基準速度S_Bおよびトリム速度S_Tと称される
２つの信号の和に基づいて動作する。これは、下
記の式により表わすことができる Ｓ＝S_B＋S_T （式１） Ｓ＝電極駆動速度 S_B＝基準速度 S_T＝トリム速度 式１は、制御装置が、溶融速度の迅速な変化に
基準速度の即座の変化で応答することを可能にす
る。しかしながら、単に基準速度により電極駆動
速度を制御する際に生ずる固有の誤差は、トリム
速度により補償される。さらに詳しくいうと、基
準速度は、溶融速度および電極およびるつぼの既
知の幾何形態、ならびに溶融が進行するときの電
極またはインゴツトの測定された変化から計算さ
れる。トリム速度は、帰還信号としての電圧不連
続性のような電気的パラメータを使用する比較的
緩慢に動作する制御ループにより決定される。式
１は代数和として書かれているが、和以外の数学
的操作によりS_TでS_Bを変更することもできる。

このように、本発明は、消耗電極炉に対する電
極駆動速度制御装置であつて、溶融が進行すると
きの重量の変化のような電極またはインゴツトの
物理特性の測定された変化、電極、るつぼの既知
の幾何形態、インゴツト物質の密度、およびイン
ゴツトの底部の移動速度（もしあれば）から計算
される基準速度で電極駆動速度を調節し、そして
この基準速度が、電極消耗工程と関連されかつ電
極の底部表面とインゴツトの頂部表面間の距離に
関係づけられる比較的長期間の値を有する電気的
現象の測定値から決定されるトリム速度により増
減される電極駆動速度制御装置を提供する。真空
アーク炉においては、選択された電気的現象は、
アーク電圧信号の周期的変動の周波数および／ま
たは継続時間とし得る。エレクトロスラグ炉にお
いては、選択された電気的現象は、スラグ浴に
かゝる電圧の大きさまたは該浴中を流れる電流の
大きさとし得る。

以下、図面を参照して本発明を好ましい具体例
について説明する。本発明の例示のため好ましい
具体例について説明するが、本発明は図示の配置
および手段そのものに限定されるものではない。
図面において、同じ番号は同じ部材を指示してい
る。

図面を参照すると、真空アーク炉に対する閉鎖
ループ制御装置が略示されている。本発明は、真
空アーク炉に関して説明されるが、これは例示で
あつて、本発明の限定でなく、本発明は、エレク
トロスラグ炉を含む他の消耗電極炉の動作にも応
用できることを理解されたい。

図示のように、真空アーク炉１０は、水冷却台
１４上に配置された水冷却るつぼ１２により形成
されたインゴツト用鋳型を含んでいる。るつぼ１
２内は、ヘツド１７のパイプ１６に接続された排
気装置（図示せず）により真空が維持される。

電極１８は、ラム２１の端部にあるクランプ２
０により炉１０内に支持されている。ラム２１
は、炉１０の頂壁の適当な真空シール２２を貫通
している。ラム２１は、ナツト２８内で回転する
電極支持ねじ２６に連結されている。電極支持ね
じ２６は、電極駆動モータ３０および歯車機構３
１により回転される。

炉１０を作動させる電力は、直流電源３２によ
り供給される。

真空アーク炉１０自体は、米国特許第2726278
号および第3246070号により例示されるように、
技術に精通したものに周知である。したがつて、
その機能および動作のより詳しい説明は記述の要
がない。

炉１０は中央溶融状態で図示されており、イン
ゴツト３４がるつぼ１２内に部分的に形成されて
いる。インゴツト３４上の頂部上の溶融金属３６
のプールは、電極１８から落ちる溶融金属滴で形
成される。電圧不連続性を生ずるのは、溶融金属
滴またはそれらが溶融金属プール内で生ずる飛沫
であると思われる。電極駆動モータ３０は、電極
駆動ねじ２６を回転し、電極１８をインゴツト３
４に向つて降下させる。電極を降下させる速度
は、以下に記載される制御装置により決定され
る。

上述のように、電極駆動速度Ｓは、基準速度S_B
およびトリム速度S_Tの関数である。すなわち、 Ｓ＝ｆ（S_B，S_T） また、上述の関数にしたがう電極駆動速度Ｓ
は、下記の式により決定できることも示した。す
なわち、 Ｓ＝S_B＋S_T （式１） こゝにＳ＝電極駆動速度 S_B＝基準速度 S_T＝トリム速度 基準速度S_Bは、下記の２つの等式を解く制御装
置により決定される。

Ｂ＝We×４／π×De²×Le （式２） こゝにπ3.1416 Ｂ＝平均電極密度 We＝初電極重量 De＝電極直径 Le＝初電極長 S_B＝4M／π（１／De²×Ｂ−１／D²i×Ａ） （式３） こゝにπ3.1416 S_B＝電極基準速度 Ｍ＝単位時間当りにおいて電極重量が減ずる速
度またはインゴツト重量が増大する速度か
ら計算される溶融速度 De＝電極直径 Ｂ＝平均電極密度 Di＝インゴツト直径 Ａ＝平均インゴツト密度 式３の誘導は下記のごとくである。

直径D_I（インチ）および密度Ａ（立方インチ当
りのポンド）の円筒状のインゴツトに対して、１
ポンド重量についての軸方向長さは下式により与
えられることが周知である。すなわち、 L_I（インチ）＝４／π×D_I ²×Ａ 同様に、直径De（インチ）および密度Ｂ（立方
インチ当りのポンド）の電極に対して、１ポンド
当りの長さは、 Le（インチ）＝４／π×De²×Ｂ インゴツトの基部が固定であり、アーク長さが
一定に維持されるべき場合、電極は、電極長さお
よびインゴツト長さの差に等しい量降下されねば
ならない。

それゆえ、電極は、溶融される各１ポンドごと
に下式により与えられる距離T₁だけ降下されね
ばならない。すなわち、 T₁＝Le−L_I＝４／π（１／De²B−１／D_I ²A） それゆえ、溶融されるＭポンドについて、移動
量（T_Mは下記のごとくなる。すなわち、 T_M＝4M／π（１／De²B−１／D_I ²A）（インチ） １時間にＭポンドが溶融されゝば（すなわちＭ
ポンド／時間の溶融速度の場合）、電極は、一定
のアーク長さを維持するため１時間にT_Mインチ
降下される。

上掲の式は、電極およびるつぼが概ね円筒状で
あるという仮定に基づく。

るつぼは普通若干先細形状であり、電極もしば
しば先細形状である。また、電極およびるつぼは
非円形の断面とし得る。しかしながら、このよう
な変動は、上掲の計算の変更により容易に順応し
得る。

電極の直径および長さは、溶融の開始前に容易
に測定される。電極重量は溶融の開始時および溶
融中規則的間隔で測定される。これらの初測定値
から、電極密度は容易に求められる。

インゴツトの密度は、既知の直径のるつぼに形
成されるインゴツトの平均直径と同様に、従来の
経験から分る。

平均電極密度Ｂの決定は、全溶融中使用される
Ｂの平均値を設定するため、溶融の開始時に一度
なされる。

溶融速度Ｍおよび基準速度S_Bの計算は、電極が
駆動される新速度値を決定するため、溶融中頻繁
な間隔で行なわれる。したがつて、基準速度S_B
は、溶融速度Ｍに必要とされる変化にしたがつて
変化するものである。溶融速度は、電極が溶融金
属中に溶け込む単位時間当りの重量である。米国
特許第4131754号に記載されるように、溶融速度
信号は計算でき、電源に対する自動溶融速度制御
装置において帰還信号として使用できる。それゆ
え、この米国特許を参照されたい。

１例として、溶融速度は、ペンシルヴエニヤ、
ピツツバーグで1974年10月16〜18日に開かれたエ
レクトロスラグおよびその他の特別溶融技術に関
する第５回インタナシヨナル・シンポジウムの議
事録として発行されたレイモンド・ジー・ロバー
ツによる「エレクトロスラグ再溶融中における溶
融速度の自動測定および制御装置」と題する論文
に記載されるように計算できる。

トリム速度S_Tは、制御装置が、アーク電圧信号
の変動の周波数、継続時間またはその両者のいず
れに基づくかに従つて種々の方法で決定できる。
以下の説明においては、トリム速度の制御は、ア
ークギヤツプを短絡する金属溶融滴により惹起さ
れる電圧変化の発生の周波数に基づくものと仮定
する。この溶融滴短絡現象は、米国特許第
2942045号に記載されている。

制御装置は、この現象を利用して、逐次の溶融
滴による短絡と短絡の間の時間を測定し、最新の
予定された回数の短絡間の平均時間を計算するこ
とによりトリム速度S_Tを計算する。１例として、
10回の新しい短絡と短絡間の時間を計算し得る。
しかしながら、回数は試験に依存して上下に調節
でき、またるつぼの大きさおよび金属合金に依存
して変えることができる。

この平均時間は、次いで、下記のようにトリム
速度を決定するため設定点平均時間と比較され
る。

S_T＝K₁e＋K₂∫edt＋K₃de／dt （式４） こゝに、 ｅ＝Ta−Tsp、溶融滴短絡間の平均時間と、
溶融滴短絡間の設定点時間の差 Ta＝最新の予定回数の短絡間の平均時間 Tsp＝短絡間の設定点平均時間 （後記されるように定数とし得る） S_T＝電極駆動トリム速度 K₁＝比例定数 K₂＝積分定数 K₃＝速度定数 K₁，K₂およびK₃は、閉鎖ループ制御工程にお
いて広く使用される標準の３項制御式に対する定
数であり、斯界の技術者により容易に誘導され得
る。本発明の制御方式にしたがつて使用される場
合、積分項が式４において優勢となるように、
K₁およびK₃はK₂に比して小さくすべきである。
さらに、K₂それ自体は、S_Tが全速度において認
め得る程の変化をなすのに比較的長い時間が必要
とされるように十分小さくすべきである。

Tspは、特定のアーク長さおよび物質に対して
定数とし得、あるいはそれ自体、特定のアーク長
さにおける電流レベルおよび／または真空レベル
に対して既知の関係を有する変数とし得る。

基準速度S_Bおよびトリム速度S_Tの値は、溶融中
しばしば再計算され、電極駆動速度は、式１にし
たがつて調節される。式３中の溶融速度Ｍはつね
に０または正であり、また電極直径はつねにイン
ゴツト直径より小さく、電極の密度はつねにイン
ゴツト密度に等しいかそれより小さいから、式３
において計算される値S_Bは０または若干の正値と
なろう。

式４で計算されるトリム速度S_Tは、正負いずれ
ともなるから、基準速度に関して駆動速度を増減
する働きをする。かくして、トリム速度S_Tは、基
準速度S_Bを計算するのに使用される値、すなわち
式１の右辺の値に何らかの不正確があればこれを
補償する。

式４は、制御装置におけるS_Tの決定に関係す
る。一方、式の検討から、真空アーク炉に対する
制御変数はTaであることが分る。それゆえ、真
空アーク炉における電極駆動速度に対するより一
般的な関数を導くことができる。すなわち、 Ｓ＝ｆ（S_B，S_T） S_T＝ｆ（Ta−Tsp） Tspは定数であるから Ｓ＝ｆ（S_B、Ta） こゝにＳ＝電極駆動速度 S_B＝基準速度 Ta＝溶融金属滴による短絡の発生の頻度およ
び／または短絡の継続時間の解析に基づく
値 こゝで、Taの求め方について若干の説明を加
える。電極が適正に位置づけられており、アーク
が満足できる状態で動作していて非常に満足でき
るインゴツトが作られていても、アーク電圧はい
つも瞬間的にその通常の値から低い値に減ずるこ
とがある。アーク電圧のこの瞬間的下降は、時折
電極からの溶融金属滴（溶融滴とも記す）がアー
クギヤツプを短絡してプール表面と電極に同時に
接触するとき、あるいは、おそらく、プールのは
ねまたはその表面の動揺のためプールの表面が電
極から落下する溶融滴に当たるときに起こる。こ
の結果、多かれ少なかれ溶融金属によるアークの
実際上の短絡が起こる。

これらの瞬間的降下の継続時間および頻度ない
し周波数が非常に大きくないかぎり、アークはき
わめて短い時間を除き全く全電力で動作してお
り、加熱によるインゴツトの損傷は実質的に生じ
ない。しかしながら、アーク長さが短くなると、
短絡の生ずる頻度は増大し、短絡の生ずる平均継
続時間はより長くなり、その結果アークに消費さ
れる平均電力は増大し、インゴツトは損傷を受け
るに至る。

他方、溶融滴間の時間間隔が非常に大きけれ
ば、おそらくアーク長さが大きくなりすぎている
のであろう。この場合、電極およびプールの加熱
は不十分となり、アークがプールから離れる確率
が非常に大きくなり、その結果インゴツトの損傷
を生ずる。

かくして、アーク長さが、溶融滴発生の頻度が
大きすぎる極値と頻度が低すぎる極値との間にあ
ると、アーク長さは最適値を有すると言える。こ
の最適アーク長さは、アーク短絡（溶融滴短絡）
の頻度および継続時間により指示される。すなわ
ち、これらは比較的小さいが過度のアーク長さに
対応する程小さくない。それゆえ、アークは、溶
融滴短絡の頻度が予定された範囲に維持されるよ
うに、電極位置設定手段を調節すれば最適長さに
維持できる。これは、溶融滴短絡の頻度ないし周
波数を感知し電極位置を制御する自動手段を提供
することにより遂行できる。

溶融滴それ自体はアーク電圧に瞬間的降下を示
すから、その存在は容易に検出できる。これらの
アーク電圧信号の変化は、アーク電圧回路４６に
より検出される。しかして、このアーク電圧回路
４６は、印加される電圧の瞬間的正または負ピー
クを検出し得る従来設計のピーク検出器でよい。
これらのピークはある時間周期で起こるから、予
定された期間にわたるこれらの発生の頻度ないし
周波数を決定し、これらの統計的データをトリム
速度S_T決定のため計算装置に供給できる。

溶融滴短絡の実際の継続時間が、アーク長さに
関係することにも注目されるべきである。それゆ
え、溶融金属滴発生の頻度ないし周波数を測定す
るよりも、予定された期間における溶融滴の平均
継続時間を測定しこのデータをトリム速度を決定
するのに使用するのも有用である。

さらに、溶融滴短絡の頻度および継続時間はラ
ンダムな現象であることに留意されたい。それゆ
え、２以上の期間ないし周期にわたり溶融滴の頻
度または継続時間をサンプルして、トリム速度を
決定するのに使用する値を得るのがより有用であ
る。

上の説明から、炉１０の動作においては、ピー
ク検出器および計算装置でそれらの時間を基準と
した平均値が提供され、それをTaの値を決定す
るのに使用できることが分ろう。

例えば、前出の式４に係わるTaの求め方は一
つの手法であるが、Taは、他の標準的な統計的
方法により求めることができる。例えば、多数の
測定値のメデイアン値を計算すること、および多
数の測定値に平均二乗法を遂行することなどが挙
げられる。トリム速度S_Tの求め方の具体的方法
は、例えば式４によつて表わされれる如くに遂行
できる。しかしながら、プロセスパラメータが特
定値に保持されば、プロセス制御の技術に精通し
たものに周知の多くの制御アルゴリズムがあり、
これを採用し得る。しかしながらこの制御の詳細
は、本発明の要旨ではないから、ここで詳細に説
明しない。

いまや、基準速度とトリム速度の組合せに基づ
く電極駆動速度を利用して電極の下端とインゴツ
トの頂面間のギヤツプを制御することの利点は十
分に認めることができる。溶融速度に迅速な変化
があると、基準速度S_Bに即座の変化が生ずる。こ
のため、電極の駆動装置は、この変動を正確に追
跡できる。しかしながら、この装置が電極の駆動
装置を制御するためにそれのみで使用される場合
は、式３の等式の右辺の種々のパラメータに関し
てなされる仮定または測定値に存する小さい不可
避的な不正確さのため、アーク長さの値に緩やか
な累積的な誤差が導入される。しかしながら、こ
のような緩やかな累積誤差は、トリム速度S_T関数
により補償される。しかして、このトリム速度関
数は、ランダムな変動が平均またはその他の統計
学的操作により除去され得るに十分に長い期間に
わたるアーク電圧信号の観察に基づいて計算され
るのである。

トリム速度関数による基準速度の変更は、上述
の代数和に制限されることを意図しない。例え
ば、式４のように計算された誤差値を利用して、
基準速度を調節する乗算係数を計算できる。この
方式においては、０の誤差値は単位の乗算係数を
生じよう。すなわち、電極が基準速度で駆動され
よう。正の誤差値（アーク長さが長すぎる場合に
生ずる）は、１より大きい乗算率を生じよう。す
なわち、電極駆動速度は、アーク長さを所望の値
に減ずるように、基準速度よりも大となろう。逆
に、負の誤差は、駆動速度を減じそれによりアー
ク長さを所望の値に増大させるように、１より小
さい乗算率を生じよう。

以上のような電極駆動速度の決定方法は、イン
ゴツト３４の底部が固定であると仮定している。
インゴツト引抜き真空アーク再溶融装置に使用さ
れるような非固定のインゴツトの場合、制御式の
拡張により順応できる。インゴツトの基部が速度
S_Iで引き抜かれる場合、この量が電極駆動速度に
加えられねばならない。すなわち、 Ｓ＝S_B＋S_T＋S_I （式５） 式１にしたがつて電極駆動速度を提供する制御
装置は第１図に示されている。

るつぼ１２内において電極１８が降下される速
度は、ねじ２６が電極駆動モータ３０により回転
される速度に正比例する。したがつて、電極モー
タ３０はタコメータ４０を備えており、そしてこ
のタコメータ４０の出力信号がモータ３０の速度
に比例している。モータ３０は、米国特許第
2726278号に示されるモータ３４のような可変速
度電気モータである。

ロードセル２４は、電極重量に比例する信号を
供給する。この信号は、電極重量指示器４２に供
給される。ロードセル２４は、電極が溶融されつ
つあるときその重量を測定するのに使用される数
種の形式の装置の任意のものとし得る。所望に応
じて液圧形式でもストレインゲージ形式のいずれ
でもよい。例えば、ロードセル２４は、米国特許
第3272905号に記載の形式とし得る。ロードセル
２４は炉の外側に配置することもできる。

電極重量指示器４２は、もし必要ならばロード
セル２４に対する励起を行ない、そしてロードセ
ル２４の出力信号を重量信号に変換する。適当な
電極重量指示器は、マサチユーセツツ、ウオルサ
ム所在のBLHエレクトロニツクスを含む数個所
の市販先から入手できる。

電極重量指示器４２は、電極重量に比例した電
気信号を計算装置４４に供給する。計算装置４４
は、アナログコンピユータまたはデイジタルコン
ピユータのいずれでもよい。好ましくは、種々の
回路に対してアナログおよび／デイジタル信号を
送受する適当なインターフエース回路を備えるミ
ニコンピユータ、マイクロコンピユータまたはプ
ログラマブルキヤルキユレータである。適当な計
算装置は、データ・ジエネラル・インコーポレー
テツド、デイジタル・エクイツプメント・コーポ
レーシヨンその他から入手し得る。

アーク電圧信号は、アーク電圧回路４６により
検出され、計算装置４４へ入力として供給され
る。計算装置は、アーク電圧信号を受信し、予定
回数の最新の溶融滴短絡間の平均時間Taと、溶
融滴短絡間の設定点平均時間Tsp間の誤差ｅを決
定する。

エレクトロスラグ炉の場合、計算装置は、スラ
グ浴にかゝる電圧の大きさの変動、またはスラグ
浴中の電流の大きさの変動を、設定点電圧または
電流に比較し、式４においてS_Tを計算するための
誤差を供給する。加えて、計算装置４４は、デー
タ端末装置４８から操作者により供給された入力
データを受け取る。これは、コンピユータ技術に
より周知のように、キーボード／プリンタ、
CRT端末あるいはカードまたはテープリーダの
任意のものとし得る。適当な端末装置、キーボー
ド等はテキサス・インスツルメント、リヤー・シ
ーグラー、ハゼルタインその他から入手し得る。
アナログ計算装置が使用される場合、データはポ
テンシヨメータを使つて入力できる。

増幅器５０は、計算装置４４により供給される
電極駆動速度信号Ｓに応答してモータ３０に駆動
信号を供給する。増幅器５０は、磁気増幅器、サ
イリスタまたはトランジスタ形式のモータスピー
ドコントローラとし得る。適当なモータスピード
コントローラは、ウエスチングハウス・エレクト
リツク・コーポレーシヨン、ジエネラル・エレク
トリツク・コーポレーシヨンその他から入手し得
る。この種のモータスピードコントローラは、タ
コメータ４０から受信される信号に基づいてモー
タ３０の実際速度を検出し、その速度を所望の電
極駆動速度Ｓに調節する。

以上の説明から、計算装置は式１を解くに必要
なすべての情報が提供されることが明らかであ
る。電極重量は、電極重量指示器４２により連続
的に提供され、アーク電圧信号は、アーク電圧回
路４６により連続的に提供される。すべての他の
データならびにこのデータについての変更は操作
者端末装置４８により提供される。装置は、電極
重量でなくインゴツト重量を連続的に測定するこ
とによつても等しく十分に動作する。

上述のように、従来消耗電極炉の制御装置にお
いては、制御装置が敏感で比較的迅速に動作する
ように作られると、装置は帰還信号の短期間のラ
ンダムな成分に応答し、このためアーク長さにラ
ンダムな短期間変動が導入され、インゴツトの品
質に由々しい有害な影響を及ぼす。他方、制御装
置が敏感性に乏しく作られると、電極駆動速度に
比較的迅速な変化を生ずることができない。電極
制御装置の応答に遅れがあると、溶融速度が増大
しつゝあるときには過度に長いアーク長を生じ、
溶融速度が減じつゝあるときには過度に短いアー
ク長さを生じる。本発明に依れば、上述のよう
に、制御装置が、溶融速度の迅速な変化に基準速
度の即座の変化で応答することを可能にするとと
もに、この基準速度を比較的長期間の値を有する
電気的現象の測定値から決定されるトリム速度に
より増減することにより、基準速度のみにより電
極駆動速度を制御する際に生ずる固有の誤差が補
償されるので、上記のような従来装置における欠
点は全く排除されるのである。

本発明は、特許請求の範囲から逸脱することな
く他の特定の形式でも具体化できるものである。

【図面の簡単な説明】

消耗電極炉における電極駆動速度制御装置の概
略図である。 １０…真空アーク炉、１２…るつぼ、１４…支
持台、１７…ヘツド、１８…電極、２４…ロード
セル、２６…ねじ、３０…電極駆動モータ、３１
…歯車機構、３２…電源、４２…電極重量指示
器、４４…計算装置、４６…アーク電圧、４８…
データ端末装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電極１８、流体冷却鋳型１２、前記電極を溶
   融して前記鋳型内にインゴツト３４を形成するた
   めの電源装置３２、溶融中前記電極を再位置づけ
   するための電極駆動手段２６，３０および該電極
   駆動手段の出力速度を調整する手段４４を有する
   形式の消耗電極溶融炉１０において電極の底部と
   インゴツトの頂部間の間隔を一貫的に維持するよ
   うに電極駆動速度を制御する方法において、溶融
   中における単位時間当りの前記電極１８または前
   記インゴツト３４の重量の測定された変化量、電
   極１８の幾何形態、鋳型１２の幾何形態、および
   移動速度が０でない場合のインゴツト３４の底部
   の移動速度から計算される基準速度S_Bで電極駆動
   手段２６，３０の出力速度を調整し、電極１８表
   面の底部およびインゴツト３４の頂面間の距離を
   算出できる電圧または電流あるいはその他の電気
   的変動の測定値により決定されるトリム速度S_Tの
   関数により前記基準速度を増減し、そして前記基
   準S_Bが、 S_B＝4M／π（１／De²×Ｂ−１／Di²×Ａ） ここにπ3.1416 S_B＝電極基準速度 Ｍ＝単位時間当りに電極重量が減少する、また
   はインゴツト重量が増大する割合から計算
   される溶融速度 De＝電極直径 Ｂ＝平均電極密度 Di＝インゴツト直径 Ａ＝平均インゴツト密度 そして Ｂ＝We×４／π×De²×Le ここにπ3.1416 Ｂ＝平均電極密度 We＝初電極重量 De＝電極直径 Le＝初電極長さ により決定されることを特徴とする電極駆動速度
   することを特徴とする電極駆動速度制御方法。 ２ 電極１８、流体冷却鋳型１２、前記電極を溶
   融して前記鋳型内にインゴツト３４を形成するた
   めの電源装置３２、溶融が進行中前記電極１８を
   再位置づけるための電極駆動手段２６，３０、該
   電極駆動手段２６，３０の出力速度を調整するた
   めの手段４４を有する形式の消耗電極溶融炉にお
   いて電極の底部とインゴツトの頂部間の間隔を一
   貫的に維持するように電極駆動速度を制御する装
   置において、前記制御手段４４が、溶融中におけ
   る単位時間当りの電極１８またはインゴツト３４
   の重量の変化量で測定された溶融速度、電極１８
   の幾何形態、鋳型１２の幾何形態および移動速度
   が０でない場合のインゴツト３４の底部の移動速
   度から計算される基準速度S_Bで前記電極駆動手段
   ２６，３０の出力速度Ｓを調整するように構成さ
   れ、基準速度S_Bが、電極１８の底部表面とインゴ
   ツト３４の頂部表面間の距離を算出できる電圧ま
   たは電流または他の電気的変動の測定値から決定
   されるトリム速度S_Tの関数により増減され、そし
   て前記電極駆動手段の出力速度Ｓが、下記の関係
   により決定される、すなわち Ｓ＝ｆ（S_B，S_T）、したがつて Ｓ＝ｆ（S_B，Ta） ここにS_B＝電極基準速度 Ta＝溶融滴による短絡の発生の頻度および／
   または短絡の継続時間の解析に基く値 そして S_B＝4M／π（１／De²×Ｂ−１／Di²×Ａ） ここにπ3.1416 S_B＝電極基準速度 Ｍ＝単位時間当りに電極重量が減少する、また
   はインゴツト重量が増大する割合から計算
   される溶融速度 De＝電極直径 Ｂ＝平均電極密度 Di＝インゴツト直径 Ａ＝平均インゴツト密度 そして Ｂ＝We×４／π×De²×Le ここにπ3.1416 Ｂ＝平均電極密度 We＝初電極重量 De＝電極直径 Le＝初電極長さ により決定されることを特徴とする電極駆動速度
   制御装置。