JPH0257887A - 直流アーク炉の電極位置制御方法 - 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
）の位置を制御する直流アーク炉の電極位置制御方法に
係り、特に電極位置の制御を安定にかつ良好に行ない得
るようにした直流アーク炉の電極位置制御方法に関する
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、あ
るいは溶鋼に凹みを生じ、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２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、その炉蓋３上部からカーボン電極等の可動電
極４を挿入し、炉用変圧器５、サイリスタ変換器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、常に所望とするアーク電流を流し、所定の電圧を
印加するように可動電極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９で検
出し、この検出電圧Ｖ「と電圧設定器１０で予め定めら
れた設定電圧Ｖｄとの電圧偏差を減算器１１で求め、さ
らにこ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操作出力（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１
７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が印加されて、可動電極４の先
端から所望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＜Ｏ）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Ｉｒと設定電流１ｄ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、上述したような電極位置制御方法では、基本
的には可動電極４と炉底電極８との間の電圧、すなわち
アーク電圧とアーク長が比外することから、アーク電圧
と電極位置も比例関係にあるものとし、可動電極４を昇
降制御することによってアーク電圧の制御を行なってい
る。すなわち、可動電極を上昇させるとアーク電圧も比
例して上昇し、逆に可動電極を下降させるとアーク電圧
は比例して低下するものとして、可動電極４の昇降制御
を行なっている。しかしながら、可動電極４と溶鋼との
間にアークを発生している時に、実際のアーク電圧と可
動電極位置との関係を１１定してみると第３図に示すよ
うな関係にあり、両者の関係は必ずしも直線的な比例関
係にはなっていない。この要因としては、アークジェッ
トによる溶鋼面の凹みが考えられる。このため、第３図
のＡ点とＢ点との間で制御が不安定になったり（可動電
極を上昇させてもアーク電圧が上昇しないとか、逆に可
動電極を下降させてもアーク電圧が低下しない等）、積
分動作によるオーバーシュート現象が生じる等、良好な
制御を行なうことができず、投入電力が不安定となって
アーク切れが発生するという問題がある。従って、可動
電極位置のみではアーク長を正確に把握す・ることかで
きないことから、アーク電圧と可動電極位置との関係を
良好に把握して制御を行なうことが必要となる。

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、その目的は制御不安定やオーバーシュート現象を
生じることなく、電極位置の制御を極めて良好に行なっ
てアーク切れの発生を防止することが可能な直流アーク
炉の電極位置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を下降させて炉底電極との間の通電
が検出された電極位置を基準点Ａとし、可動電極の位置
が基準点Ａと、当該基準点Ａより投入電力に対応して定
められた規定値だけ上方の点Ｂとの間にある間は、可動
電極の位置が設定位置となるように位置制御系で電極位
置の制御を行ない、また可動電極の位置が点Ｂよりも上
方にある間は、可動電極の電圧が設定電圧となるように
電圧制御系で電極位置の制御を行なうようにすることに
より、アーク電圧と可動電極位置との関係が直線的な比
例関係にない領域では位置制御によって電極位置を制御
し、両者の関係が直線的な比例関係にある領域では電圧
制御によって電極位置を制御して、制御不安定やオーバ
ーシュート現象を無くすることが可能となる。

（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極
位置制御システムの全体構成例を示す図であり、第２図
と同一部分には同一符号を付してその説明を省荀し、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９、電圧
設定器１０．減算器１１．調節部１２からなる電圧制御
系と、位置検出器１８９位置設定器１９．減算器２０．
調節部２１からなる位置制御系と、電流設定器２２．関
数発生器２３．切換器２４からなる切換制御系とから構
成している。

ここで、電圧検出器９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１０は予
め設定電圧Ｖｄを設定するものである。また、減算器１
１は、電圧検出器９で検出された電圧Ｖｒと、電圧設定
器１０で設定された設定電圧Ｖｄとの電圧偏差（Ｖｄ−
Ｖｒ）を算出するものである。さらに、調節部１２は、
減算器１１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、電圧制御によ
る操作出力（制御信号）を出力するものである。

一方、位置検出器１８は可動電極４の位置Ｐｒを検出す
るものであり、位置設定器１９は予め設定位置Ｐｄを設
定するものである。また、減算器２０は、位置検出器１
８で検出された位置Ｐｒと。

位置設定器１９で設定された設定位置Ｐｄとの位置偏差
（Ｐｄ−Ｐｒ）を算出するものである。さらに、調節部
２１は、減算器２ｏからの位置偏差を入力とし、当該位
置偏差が零となるように比例積分演算を行なって、位置
制御による操作出力（制御信号）を出力するものである
。

一方、電流設定器２２は、図示しないアーク電流の定電
流制御系における設定電流相当の電流Ｉｄを予め設定す
るものである。また、関数発生器２３は、位置検出器１
８で検出された位置Ｐｒと、電流設定器２２で設定され
た設定電流Ｉｄに基づいて、切換指令を出力するもので
あり、さらに切換器２４は関数発生器２３からの切換指
令に応じて、電圧制御による操作出力（制御信号）と位
置制御による操作出力（制御信号）とを切換えて電極昇
降用電動機１３に与えるものである。すなわち、関数発
生器２３は第３図に示す如く、可動電極４を下降させて
炉底電極８との間の通電、換言すれば可動電極４と溶鋼
面との接触が検出された電極位置を基準点Ａとした場合
に、可動電極４の位置が基準点Ａと、当該基準点Ａより
設定電流Ｉｄに基づく投入電力に対応して定められた規
定値だけ上方の点Ｂとの間にある間は位置制御による操
作出力を、また可動電極の位置が点Ｂよりも上方にある
間は電圧制御による操作出力を、それぞれ電極昇降用電
動機１３に与えるべく切換指令を出力するものである。

次に、本実施例における直流アーク炉の電極位置制御方
法について説明する。

いま、サイリスタ変換器６を点弧することによって、直
流アーク炉１の可動電極４と炉底電極８との間に直流電
圧が印加され、可動電極４が溶鋼に接触点弧し、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
が開始される。一方、可動電極４と炉底電極８との間の
電圧Ｖ「が電圧検出器９で検出され、この検出電圧Ｖ「
は減算器１１で設定電圧Ｖｄとの電圧偏差（Ｖｄ−Ｖｒ
）が求められる。次に、調節部１２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、電圧制御によ
る操作出力が切換器２４に対して出力される。また、可
動電極４の位置Ｐｒが位置検出器１８で検出され、この
検出位置Ｐｒは減算器２０で設定位置Ｐｄとの位置偏差
（Ｐｄ−Ｐｒ）が求められる。次に、調節部２１ではこ
の位置偏差が零となるように比例積分演算が行なわれ、
位置制御による操作出力が切換器２４に対して出力され
る。

次に、切換器２４における操作出力の切換えは、次のよ
うにして行なわれる。オなわち、いま位置検出器１８で
検出された可動電極４の検出位置Ｐｒが、第３図におけ
る基準点Ａと当該基準点Ａより上方の点Ｂとの間にある
時には、関数発生器２３から切換器２４に対して、調節
部２１からの位置制御による操作出力を出力すべき切換
指令が出力される。これにより、可動電極４の位置Ｐ「
が基準点Ａと点Ｂとの間にある間は、調節部２１からの
位置制御による操作出力が電極昇降用電動機１３に対し
て与えられる。そして、この操作出力に応じて電極昇降
用電動機１３が正転または逆転することにより、可動型
？５！４か上昇制御または下降制御されることになる。

また、位置検出器１８で検出された可動電極４の検出位
置Ｐｒが、第３図における点Ｂより上方にある時には、
関数発生器２３から切換器２４に対して、調節部１２か
らの電圧制御による操作出力を出力すべき切換指令が出
力される。これにより、可動電極４の位置Ｐｒが点Ｂよ
りも上方にある間は、調節部１２からの電圧制御による
操作出力が電極昇降用電動機１３に対して与えられる。

そして、この操作出力に応じて電極昇降用電動機１３が
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。

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を溶解するまたは溶鋼を加熱する可動電極４を
下降させて炉底電極８との間の通電（溶鋼面との接触）
が検出された電極位置を基準点Ａとし、可動電極４の位
置Ｐ「が基準点Ａと。

当該基準点Ａより投入電力に対応して定められた規定値
だけ上方の点Ｂとの間にある間は、可動電極４の位置Ｐ
ｒが設定位置Ｐｄとなるように位置制御系からの位置制
御による操作出力で電極位置の制御を行ない、また可動
電極４の位置Ｐｒが点Ｂよりも上方にある間は、可動電
極４の電圧Ｖ「が設定電圧Ｖｄとなるように電圧制御系
からの電圧制御による操作出力で電極位置の制御を行な
うようにしたものである。

従って、アーク電圧Ｖｒと可動電極４の位置Ｐｒとの関
係を良好に把握して制御を行なうことができることによ
り、従来のようにＡ点とＢ点との間で制御不安定となっ
たり、オーバーシュート現象を生じたりすることがなく
なるため、極めて良好な制御を行なって投入電力を安定
させることができ、アーク切れの発生を防止することが
可能となる。

尚、電極昇降装置は電動式に限らず、液圧式でもよい。

また、上記実施例において、調節器１２．２１が積分動
作を含む時には、それぞれの調節系が選択されていない
間は積分動作をｕＪるように、関数発生器２３より出力
を送出すればよい。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、直流アーク炉内の
被溶解物を溶解する可動電極を下降させて炉底電極との
間の通電が検出された電極位置を基準点Ａとし、可動電
極の位置が基準点Ａと。

当該基準点Ａより投入電力に対応して定められた規定値
だけ上方の点Ｂとの間にある間は、可動電極の位置が設
定位置となるように位置制御系で電極位置の制御を行な
い、また可動電極の位置が点Ｂよりも上方にある間は、
可動電極の電圧が設定電圧となるように電圧制御系で電
極位置の制御を行なうようにしたので、制御不安定やオ
ーバーシュート現象を生じることなく、電極位置の制御
を極めて良好に行なってアーク切れの発生を防止するこ
とが可能な直流アーク炉の電極位置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極位置制御
システムの一実施例を示す全体構成図、第２図は従来の
直流アーク炉の電極位置制御システムを示す構成図、第
３図はアーク電圧と電極位置との関係を説明するための
特性図である。 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、９
・・・電圧検出器、１０・・・電圧設定器、１１・・・
減算器、１２・・・調節部、１８・・・位置検出器、１
９・・・位置設定器、２０・・・減算器、２１・・・調
節部、２２・・・電流設定器、 ３・・・関数発生器、 ２４・・・切換器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 直流アーク炉内の被溶解物を溶解する可動電極を下降さ
   せて炉底電極との間の通電が検出された電極位置を基準
   点Ａとし、可動電極の位置が前記基準点Ａと、当該基準
   点Ａより投入電力に対応して定められた規定値だけ上方
   の点Ｂとの間にある間は、前記可動電極の位置が設定位
   置となるように位置制御系で電極位置の制御を行ない、
   また可動電極の位置が点Ｂよりも上方にある間は、前記
   可動電極の電圧が設定電圧となるように電圧制御系で電
   極位置の制御を行なうようにしたことを特徴とする直流
   アーク炉の電極位置制御方法。