JPH0254892A - 直流アーク炉の電圧制御方法 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は直流アーク炉の可動電極（アーク電極とも言う
）の位置を制御することによりアーク電圧を制御する直
流アーク炉の電圧制御方法に係り、特に設備の有効利用
を図って生産性を向上させ得るようにした直流アーク炉
の電圧制御方法に関するものである。

（従来の技術） 一般に、例えば製鉄用の直流アーク炉においては、可動
電極からアークを発生させながら、溶解原料であるスク
ラップ等の被溶解物（以下、スクラップと指称する）を
溶解して炉底に溶鋼を得るものであるが、そのスクラッ
プの溶解時にスクラップの形状が時々刻々と変化し、そ
れに伴ってアーク電圧が変化することから、所望のアー
ク電圧を確実に得る。すなわちアークを確実に接続させ
るには、可動電極を繁雑に昇降制御する必要がある。

このため、従来では第３図に示すように、直流アーク炉
１の内部にスクラップ２を充填して炉上部に炉蓋３を閉
止した後、その炉Ｍ３上部からカーボン電極等の可動電
極４を挿入し、図示しない電源から炉用変圧器５．サイ
リスク変換器６．平滑リアクトル７を介して、可動電極
４と炉底電極８との間に所定の電圧を印加し、常に所望
とするアーク電流を流すように可動電極４を位置制御し
ながら、可動電極４の先端からアークを発生させてスク
ラップ２を順次溶解している。すなわち、このアーク発
生時に、可動電極４と炉底電極８との間の電圧Ｖｒを電
圧検出器１０で検出し、この検出電圧Ｖｒと電圧設定器
１１で予め定められた設定電圧Ｖｄとの電圧偏差が零と
なるように調節部１２で比例積分演算を行ない、これに
よって得られた斥作出力（制御信号）を電極昇降用電動
機１３に与える。そして、この電極昇降用電動機１３は
操作出力に基づいて正転または逆転し、それに伴ってウ
ィンチ１４が一端を固定端とするワイヤ１５の他端を巻
取りまたは巻戻すことにより、このワイヤ１５を介して
マスト１６を昇降制御する。この時、マスト１６上部に
水平に固定されたホルダアーム１７が一緒に昇降するこ
とにより、このホルダアーム１７を介して可動電極４が
昇降され、可動電極４と炉底電極８との間に所定の電圧
か印加されて、可動電極４の先端から所望形状のアーク
が発生する。

従って、この種の電極昇降制御方法は、設定電圧が検出
電圧よりも小（Ｖｄ−Ｖｒ＜０）なる関係にある時は可
動電極４を下降させ、設定電圧が検出電圧よりも大（Ｖ
ｄ−Ｖｒ＞Ｏ）なる関係にある時は可動電極４を上昇さ
せるように制御を行なっている。なお、アーク電流の制
御においては、サイリスタ変換器６の直流出力側または
炉底電極８の出力側よりアーク電流を抽出し、この検出
電流Ｉ「と設定電流Ｉｄとの電流偏差が零となるように
自動電流調整器でゲート制御角αを求め、このゲート制
御角αに応じてサイリスク変換器６のゲートを制御する
ようにしている。

（発明が解決しようとする課題） ところで、上述したような直流アーク炉では、設備能力
を最大限に有効利用して生産性を向上させるという観点
から、直流アーク炉１に電圧を印加する電源の能力を十
分に利用することが望まれる。しかしながら、直流アー
ク炉におけるアーク現象の特徴として、スクラップの溶
解の進行に伴ってアークが変化し、特に電圧が瞬時瞬時
に大きく変化する。この時、アーク電圧値が電源の無負
荷電圧値よりも高くなるとアーク切れが発生するため、
可動電極４を下降させて点弧し、設定電圧に達するまで
可動電極４を上昇させるという動作が必要になる。そし
て、このようなアーク切れが頻繁に発生すると、それだ
け投入電力レベルの低下を招くことになるため、設備能
力を最大限に利用した操業が不可能となり、生産性が低
下することになる。

そこで従来では、最高設定電圧値を電源の無負荷電圧値
の約３分の２（７０％程度）にとり、アーク電圧か無負
荷電圧に達しないようにレベル設定を行なっている。従
って、直流アーク炉の状況変化（スクラップの有無）を
反映した電圧制御にはなっておらず、アーク切れを発生
しない低いレベルに設定されがちである。すなわち、第
４図（ａ）に示すように不安定なアークに対して、無負
荷電圧値を超えないように電圧を設定すると、直流アー
ク炉の状況変化によって第４図（ｂ）に示すよ゛うにア
ークが安定になった場合に、設定電圧を上げて投入電力
を上げられるにもかかわらず、設定電圧が低い状態のま
まで直流アーク炉を運転せざるを得なかった。このため
、電源の能力を十分に利用することができず、設備の有
効利用ならびに生産性の向上を図れていないのが実状で
ある。

本発明は上記のような問題を解決するために成されたも
ので、その目的はアーク切れの発生による投入電力レベ
ルの低下を招くことなく、設備能力を最大限に有効利用
して生産性の向上を図ることがｉ１Ｊ能な直流アーク炉
の電圧制御方法を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段および作用）上記の目的を
達成するために本発明では、直流アーク炉内の被溶解物
を溶解する可動電極に電源から印加される電圧を検出し
、この検出電圧と予め定められた設定電圧との電圧偏差
に応じて。

可動電極の移動速度および昇降制御を行なうことにより
電圧を制御する直流アーク炉の電圧制御方法において、
電圧の標準偏差σを検出し、予め定められた値をｋとし
て、設定電圧の値を、電源の無負荷電圧値よりもにσだ
け低い値に逐次設定するようにすることにより、電源の
能力を十分に利用しつつ、アーク切れの発生を無くして
投入電力レベルの低下を抑え、常に良好な電圧制御を行
なうことが可能となる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図は、本発明の方法を適用した直流アーク炉の電圧
制御システムの全体構成例を示す図であり、第３図と同
一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここで
は異なる部分についてのみ述べる。

本システムは第１図に示すように、電圧検出器１０と、
電圧設定器１１と、最高電圧設定器１８と、スイッチ１
９と、減算器２０と、速度設定制御器２］と、上ｙ１／
下降切換回路２２と、速度検出器２３と、速度制御器２
４とから構成している。

ここで、電圧検出器１０は可動電極４と炉底電極８との
間の電圧Ｖｒを検出するものであり、電圧設定器１１は
予め設定電圧Ｖｄを設定するものである。また、最高電
圧設定器１８は、Ａ／Ｄ変換・サンプリング手段１８−
１と、標準偏差算出手段１８−２と、設定電圧算出手段
１８−３とからなっており、電圧検出器１０で検出され
た電圧波形の振幅について振幅分布分析（統計処理）を
行ない、その時点時点における最高設定電圧Ｖ　ｄ　ｍ
ａｘを逐次設定するものである。この最高電圧設定器１
８は、例えば計算機から構成される。

すなわち、Ａ／Ｄ変換・サンプリング手段１８−１は、
電圧検出器１０で検出された電圧Ｖｒの波形を、等時間
間隔でサンプリングしなからＡ／Ｄ変換を行なうもので
ある。また、標準偏差算出手段１８−２は、Ａ／Ｄ変換
・サンプリング手段１８−１でサンプリングされる電圧
波形の振幅値に対応したメモリ・アドレスを指定してそ
の内容を＋１する動作を一定時間実行することにより、
当該時間内での振幅分布のヒストグラムを得、かつこの
ヒストグラムに基づいて電圧Ｖｒの標準偏差σを算出す
るものである。さらに、設定電圧算出手段１８−３は、
標準偏差算出手段１８−２で算出された電圧Ｖｒの標準
偏差σ、電源の無負荷電圧ＶＩｌｌａＸ、および予め定
められた値ｋに基づいて、その時点時点における最高設
定電圧Ｖ　ｄ　ｆｆ１ａｘを逐次算出して出力するもの
である。

一方、スイッチ１９は、直流アーク炉１がポーリング終
了後の安定期から棚落ち期、追装期、溶落ちまでの溶解
期、すなわちスクラップが存在している時期には最高電
圧設定器１８側に、また溶解によってスクラップが無く
なった時期には、電圧設定器１１側に、操業員により手
動にて切換操作されるものである。また、減算器２０は
電圧検出器１０で検出された電圧Ｖｒと、スイッチ１つ
で選択された最高設定電圧ＶｄｒＡａｘまたは設定電圧
Ｖｄとの電圧偏差（ＶｄＩＩｌａｘ−Ｖｒ）または（Ｖ
ｄ−Ｖｒ）を算出するものである。さらに、速度設定制
御器２１は減算器２０からの電圧偏差を入力とし、当該
電圧偏差が零となるように比例積分演算を行なって速度
設定値（絶対値）を出力するものである。

一方、上昇／下降切換回路２２は減算器２０からの電圧
偏差、および速度設定制御器２１からの速度設定値を入
力とし、当該電圧偏差の正負の極性に応じて速度設定値
に正または負の極性を付加して上昇または下降方向の移
動速度指令値として出力するものである。すなわち、電
圧偏差が正の時には上昇方向の移動速度指令値を、また
電圧］−差が負の時には下降方向の移動速度指令値を出
力するものである。また、速度検出器２３は電極昇降用
電動機１３の回転速度、すなわち可動電極４の昇降速度
を検出するものである。さらに、速度制御器２４は上昇
／下降切換回路２２からの移動速度指令値、および速度
検出器２３からの検出速度を入力とし、両者の偏差が零
となるように比例積分演算を行なって操作出力（制御信
号）を電極昇降用電動機１３に与えるものである。

次に、本実施例における直流アーク炉の電圧制御方法に
ついて説明する。

いま、サイリスク変換器６を点弧することによっで、直
流アーク炉１の可動電極４と炉底電極８との間に直流高
電圧か印加され、可動電極４の先端からアークが発生し
て直流アーク炉１の操業が開始され、最１刀の段階であ
るポーリング期が終了した時点で、操業質は手動にてス
イッチ１９を最高電圧設定器１８側に閉じる。

一方、可動電極４と炉底電極８との間の電圧Ｖｒが電圧
検出器１０で検出され、この検出電圧Ｖｒは最高電圧設
定器１８および減算器２０にそれぞれ入力される。最高
電圧設定器１８においては、検出電圧Ｖｒの波形かＡ／
Ｄ変換・サンプリング手段１８−１で等時間間隔でサン
プリングされながらＡ　／　Ｄ変換が行なわれる。そし
て、標準偏差算出手段１８−２では、このサンプリング
される電圧波形の振幅値に対応したメモリ・アドレスを
指定してその内容を＋１する動作を一定時間たけ行なう
ことにより、当該時間内での振幅分布のヒストグラムが
得られ、このヒストグラムに基づいて電圧Ｖｒの標準偏
差σが算出される。第２図（ａ’）はアーク電圧の時間
的変化を示す図、第２図（ｂ）はヒストグラムの一例を
示す図である。

さらに、設定電圧算出手段１８−３では、この算出され
た電圧Ｖｒの漂弗偏差σ、電源の無負荷電圧ＶＩＩｌａ
Ｘ、および予め定められた値ｋ（本実施例ではに−２）
に基づいて、その時点時点における最高設定電圧Ｖ　ｄ
　ｗａｘが、 Ｖ　ｄ　ｆｌｌａＸ　−Ｖ　ｌａＸ　−ｋ　ｃｙ　−Ｖ
　ＩａＸ　−２Ｕに従って逐次算出される。そして、こ
の算出された最高設定電圧Ｖ　ｄ　ｍａｘは、スイッチ
１つを通して減算器２０に入力される。

一方、減算器２０においては、最高設定電圧Ｖ　ｄ　ｍ
ａｘと検出電圧Ｖｒとの電圧偏差（Ｖ　ｄ　ｌｌ１ａＸ
−Ｖｒ）が求められる。次に、速度設定制御器２１では
この電圧偏差が零となるように比例積分演算が行なわれ
、速度設定値が上昇／下降切換回路２２に対して出力さ
れる。そして、上昇／下降切換回路２２では減算器２０
からの電圧偏差の正負の極性に応じて、上昇または下降
方向の移動速度指令値が得られる。すなわち、電圧偏差
が正の時には−Ｌ昇方向の移動速度指令値が、また電圧
偏差か負の時には下降方向の移動速度指令値が得られ、
これか速度制御器２４に対して出力される。

また、速度制御器２４では上昇／下降切換回路２２から
の移動速度指令値と、速度検出器２３からの検出速度と
の偏差か求められ、この偏差が零となるように比例積分
演算を行なって操作出力（制御信号）か電極昇降用電動
機１３に対して与えられる。そして、この速度制御器２
４からの移動速度指令値に応じて、電極昇降用電動機１
３が指令速度で正転または逆転することにより、可動電
極４が上昇制御または下降制御されることになる。なお
、ポーリング終了後の安定期から棚落ち期、追装期、溶
落ちまでの溶解期から、スクラップが存在しない精錬時
期に移行した時には、その時点でスイッチ１９を電圧設
定器１１側に切換えることにより、可動電極４と炉底電
極８間の電圧Ｖｒと設定電圧Ｖｄとの電圧偏差に基づく
、通常の電極昇降制御が行なわれることになる。

上述したように本実施例では、直流アーク炉１内のスク
ラップ２を溶解する可動電極４に印加される電圧Ｖｒを
電圧検出器１０で検出し、この検出電圧波形の振幅１３
ついて振幅分布分析を行なって電圧の標準偏差σを算出
し、直流アーク炉１の操業パターンであるポーリング終
了後の安定期から棚落ち期、追装期、溶落ちまでの溶解
期、すなわちスクラップが存在している時期には、設定
電圧の値Ｖ　ｄ　ａ＋ａｘを、電源の無負荷電圧値Ｖ　
ｍａｘよりも２σだけ低い値に逐次設定するようにした
ものである。

従って、直流アーク炉１の操業パターンであるポーリン
グ終了後の安定期から棚落ち期、追装期溶落ちまでの溶
解期、すなわちスクラップが存在している時期において
、アーク切れの発生による投入電力レベルの低下を招く
ことなく、設備能力を最大限に有効利用した操業を行な
うことが可能となり、生産性を向上させることができる
。

尚、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく
、次のようにしても同様に実施できるものである。

（ａ）上記実施例では、検出電圧波形の振幅について振
幅分布分析を行なって電圧の標準偏差σを算出し、設定
電圧の値Ｖ　ｄ　ＩｎａＸを、電源の無負荷電圧値Ｖ　
ｌｌ１ａＸよりも２σたけ低い値に逐次設定するように
したが、これに限らず検出電圧波形の振幅分布分析の結
果、ヒストグラムが第２図のようにほぼ正規分布を示す
ような場合には、例えばある電圧Ｖ　以下である時間確
立がＰ％となる電圧Ｖ　を求め（この時の設定電電圧（
平均電圧）は■ｏ）、さらにこの電圧Ｖ　と電源の無負
荷電圧ｖ　ｉａｘとの差Δ■を求め、設定電圧の値Ｖ　
ｄ　０１ａｘをＶｏ＋ΔＶなる値に逐次設定するように
してもよい。このような方法とすることにより、最高電
圧設定器における計算を簡略化することが可能となる。

（ｂ）上記実施例では、予め定められる値ｋをに−２と
して説明したか、このｋの値としてはに−１，５〜２の
範囲に選定すると最も効率がよい。

（ｃ）上記実施例では、炉用変圧器５の一次電圧が変動
しないものとして説明したが、この−次電圧が変動する
と電源の無負荷−電圧ｖ　ｉａｘも変動することから、
この変動分を補正してやる方が好ましい。すなわち、−
次電圧の変動が発生した場合には、−次電圧に変動率を
乗じて電源の無負荷電圧ｖ　ｍａｘをその都度求め、こ
の求めた無負荷電圧ｖ　ｍａｘを第１図における最高電
圧設定器１８の設定電圧算出手段１８−３の無負荷電圧
ｖ　ｗａｘとして与えて、補正を行なうようにしてもよ
い。これにより、より一層精度の高い電圧制御を行なう
ことが可能となる。

（ｄ）上記実施例では、検出電圧Ｖｒの波形の振幅分布
分析を行なって設定電圧を可変したが、これに限らず例
えばサイリスク変換器６の点弧角αの分布分析を行なっ
て点弧角を可変するよ°うにしてもよい。すなわち、ア
ーク電流がほぼ一定の時には、電圧か一次電圧ｖ１　・
ＣＯＳαに比例することから、このＣＯＳαを管理して
できるだけ早くオンする側に点弧角を可変するようにし
てもよい。

（発明の効果） 以−Ｌ説明したように本発明によれば、電圧の標準偏差
σを険出し、予め定められた値をｋとし゛て、設定電圧
の値を、電源の無負荷電圧値よりもにσだけ低い値に逐
次設定するようにしたので、アーク切れの発生による投
入電力レベルの低下を招くことなく、設備能力を最大限
に有効利用して生産性の向上を図ることが可能な直流ア
ーク炉の電圧制御方法が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した直流アーク炉の電圧制御シス
テムの一実施例を示す全体構成図、第２図は同実施例に
おける作用を説明するための図、第３図は従来の直流ア
ーク炉の電圧制御システムを示す構成図、第４図は従来
の問題点を説明するための図である。 １・・・直流アーク炉、２・・・スクラップ、４・・・
可動電極、５・・・炉用変圧器、６・・サイリスク変換
器、７・・・平滑リアクトル、８・・・炉底電極、１０
・・・電圧検出器、１１・・・電圧設定器、１８・・・
最高電圧設定器、１８−１・・・Ａ／Ｄ変換・サンプリ
ング手段、１８−２・・・標準偏差算出手段、１８−３
・・・設定電圧算出手段、１つ・・・スイッチ、２ｏ・
・・減算器、２１・・・速度設定制御器、２２・・・上
昇／下降切換回路、２３・・・速度検出器、２４・・・
速度制御器。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 （ａ） （ｂ） 第 図 第 凶

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 直流アーク炉内の被溶解物を溶解する可動電極に電源か
   ら印加される電圧を検出し、この検出電圧と予め定めら
   れた設定電圧との電圧偏差に応じて、前記可動電極の移
   動速度および昇降制御を行なうことにより電圧を制御す
   る直流アーク炉の電圧制御方法において、 前記電圧の標準偏差σを検出し、 予め定められた値をｋとして、 前記設定電圧の値を、前記電源の無負荷電圧値よりもｋ
   σだけ低い値に逐次設定するようにしたことを特徴とす
   る直流アーク炉の電圧制御方法。