JPH10162951A - 溶融炉の電力制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アーク炉の電極に電力を供給する方法におい
て、炉内のアークの状況が変動した場合、その変動の検
出を素早く行い得るようにして、電極への電圧及び電流
を炉内での安定な溶融を行わせ得る値に迅速に変更し、
炉内での適正な溶融状態の維持を確実に行い得るように
する。 【解決手段】 タップ付トランスを介して電極に電力を
供給する場合、電極に供給する電流の変動を周波数解析
し、その変動の周波数が所定周波数以下で、しかも電流
が０となることがあるか否かを判別し、その判別結果に
応じてタップ付トランスのタップ電圧及び電極に流れる
電流を変更する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電極に電力を供給す
ることによりその電極からアークを生ぜしめ、そのアー
クによる熱によって炉内の被溶融物を溶融させるように
している溶融炉において、上記電極に供給する電力を制
御する方法に関する。特に、取鍋精錬炉、都市ごみ焼却
灰溶融炉、汚泥溶融炉、飛灰単独もしくは混合溶融炉な
ど、炉内での湯面やスラグの状況の変動を伴いしかも安
定した操業を期待される炉において、その炉の電極に供
給する電力を制御する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の炉における電力制御方法として
は次のようなものがある。タップ付トランスから電極へ
の電力供給によりアークを発生させて被溶融物を溶融さ
せる。その過程においては、電極に流れる電流が設定電
流値を基準にして過大及び過小となる頻度を判別する。
そしてその判別結果に応じて上記タップ付トランスのタ
ップ電圧及び電極に流す電流を制御する（例えば特開平
７−１２３１９号公報参照）。

【０００３】上記方法では、電極に溶融用の所定の電力
を供給できる。しかも炉内における湯面の高さやスラグ
の厚みなどの炉内状況の変化によって炉内のアークの状
況が変動しても、それに応じて電圧及び電流を変更させ
て所定の電力の供給を行うことができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし上記従来の溶融
炉の電力制御方法では、電極に流れる電流が過大及び過
小となる頻度を判別するようにしているので、炉内のア
ークの状況の変動の発生を判別するのに、上記頻度を見
るだけの時間を要する。この為、その時間のあいだは電
極への供給電力が不適切となって、炉内での溶融が適正
状態から外れたり、供給電力の変動に伴うフリッカ（ち
らつき）現象の発生を引き起こす恐れがあるという問題
点があった。

【０００５】本件出願の溶融炉の電力制御方法は上記従
来技術の問題点を解決する為に提供するもので、その目
的は、炉の電極に被溶融物を溶融させる為の所定の電力
を供給してアークを発生させ、適正な溶融を行わせ得る
ようにすることである。上記の場合、炉内の湯面の高さ
やスラグの厚さなどの炉内状況の変化によってアークの
状態が変動しても、その変動を検出して電極への電圧及
び電流を炉内での安定な溶融を行わせ得る値に変更し、
炉内での適正な溶融状態を維持させると共に、フリッカ
の発生を抑制できるようにすることである。しかも上記
アークの状態の変動の検出の場合、電極への電流の変動
の周波数を捕えて判別を行うことにより、上記変動の検
出を素早く行うことが出来るようにし、上記適正溶融状
態の維持を確実化させると共にフリッカの発生を最小限
に抑え得るようにすることである。他の目的及び利点は
図面及びそれに関連した以下の説明により容易に明らか
になるであろう。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する為
に、本願発明における溶融炉の電力制御方法は、タップ
付トランスを介して電極に電力を供給することにより該
電極からアークを発生させて炉内の被溶融物を溶融させ
る溶融炉において、上記電極に供給する電流の変動を周
波数解析し、その変動の周波数が炉内でのアークの発生
状況の変動による周波数以下で、しかも上記電流が０と
なることがあるか否かを判別し、上記電流が０となる場
合には、上記タップ付トランスのタップ電圧を下げると
共に、上記電極に流れる電流を、電極に所定電力を供給
できるようその下げられたタップ電圧に対応して増大さ
せ、上記電流が０とならない場合には、上記タップ付ト
ランスのタップ電圧を上げると共に、上記電極に流れる
電流を、電極に所定電力を供給できるようその上げられ
たタップ電圧に対応して減少させるものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下本願発明の実施の形態を示す
図面について説明する。図１において、１は溶融炉、２
は被溶融物の加熱用のアークを発生する為の電極で、例
えば三相交流用に３本が備わっている。３は上記溶融炉
１への電力供給系統を示す。４は上記電極２にアーク発
生用の電力を供給する為の炉用トランスで、電極２に加
える電圧を変更できるようにしたタップ付トランスであ
る。該タップ付トランス４の定格は例えば容量が１４０
０ｋＶＡ、二次側電圧が１２０〜４５０Ｖ程度のものが
例示されるが、その他のものであっても良い。５は該タ
ップ付トランス４におけるタップ切換器である。尚トラ
ンス４の一次側は商用電力の供給系統に接続しており、
二次側は電極２に接続している。６は電極２に流れる電
流を調節するための手段で、例えば電極昇降モータによ
り電極２を上下に変位させて上記電流を調節するように
した電極昇降装置である。尚８は炉１内における溶融物
を示し、アーク加熱のスタートの為に予め炉内に装入さ
れているベースメタル及び被溶融物の溶融により生じた
スラグである。９は溶融物８の上に装入された被溶融物
を示し、例えばごみ焼却灰である。

【０００８】次に11は上記電極２に供給する電力を制御
する為の電力制御機構を示し、符号12〜24で示す部材か
ら構成している。12は電極２に流れる電流を検出する為
の電流検出器、13は電極２に加わる電圧（アーク電圧）
を検出する為の電圧検出器である。14は電極２に供給す
る電流の変動を監視する為の電流変動監視装置で、上記
電流検出器12で検出した電流値を受けて、その電流変動
の周波数解析を行うようにした周波数解析装置例えばＦ
ＦＴ（高速フーリエ変換）アナライザを示す。15は上記
監視装置14の解析結果を受けて炉内におけるアークの状
況の判別を行うようにした周波数監視装置で、後述の如
き動作を行う。16は電流電圧演算器で、上記監視装置15
の判別結果を受けて新たなタップ電圧値の設定と、電極
２に所定電力を供給する為にその新たなタップ電圧に対
応した新たな電流値の算定を行う。17はタップ切換判断
器で、上記新たなタップ電圧値と電流値とが炉の操業に
適正なインピーダンス値の範囲内か否かを判別する為の
ものである。

【０００９】20は上記電流電圧演算器16によって算定さ
れた値の電流を電極２に流すように制御を行う為の電流
制御手段を示し、符号21〜24で示す部材から構成してい
る。21は設定インピーダンス演算器で、上記新たなタッ
プ電圧と新たな電流とからインピーダンスを演算する為
のものである。尚本件明細書中においては該インピーダ
ンスを設定インピーダンスとも呼ぶ。22は炉の操業状態
でのインピーダンス即ち電極２に加わっているアーク電
圧と電極２に流れているアーク電流の比を演算する為の
インピーダンス演算器を示し、電流検出器12と電圧検出
器13からの検出値に基づきインピーダンスを演算するよ
うにしている。尚本件明細書中においてはこの検出した
インピーダンスを検出インピーダンスとも呼ぶ。23は設
定インピーダンスと検出インピーダンスとの偏差を演算
する為の手段で、比較器を例示する。24は電極制御装置
で、上記インピーダンスの偏差に基づいて電極２の昇降
制御を行う為のもので、上記電極昇降装置６の動作を制
御するようにしている。該装置24は、例えば検出インピ
ーダンスが設定インピーダンスよりも低いと電極２に流
れる電流を減少させる為に電極を上昇させる指令を生
じ、反対に高いと電流を増大させる為に電極を下降させ
る指令を生ずるものである。

【００１０】上記構成のものにあっては、タップ付トラ
ンス４を介して電極２に電力が供給され、電極２からア
ーク７が発生される。そのアーク７の熱により炉１内に
装入された被溶融物９が加熱され溶融される。

【００１１】上記炉１への電力供給の制御は図２のフロ
ーチャートに示す如き手順で行われる。周波数解析装置
14によりステップS1に示すように電流変動の監視を行
う。例えば電流の変動の周波数解析を常時行う。

【００１２】周波数監視装置15は上記解析結果を受けて
ステップS2〜S6の作用を行う。先ず炉内におけるアーク
の発生状況の変動による電流の変動を捕えると共にその
他の原因による変動を除外する為に、ステップS2に示す
ように、周波数解析装置14による分析結果のうち変動の
周波数が炉１内でのアーク７の発生状況の変動による周
波数以下のものが有るか否かを判別する。該判別は次の
理由による。炉内におけるアークの発生状況の変動によ
る電流の変動にはショートアークによる変動とロングア
ークによる変動とがある。ショートアークによる変動と
は、電極２が炉内の溶融メタルやスラグに近付きすぎ
て、電極２がこれらから離れた状態とタッチした状態と
を繰り返すことによる変動であり、電極２に流れる電流
は図４に示すように変動する。ロングアークによる変動
とは、電極２が溶融メタルやスラグから遠すぎて、アー
クが消える（消弧）状態と、再度アークを発生させよう
と電極２を溶融メタルやスラグに近付けることにより電
流が流れる状態とを繰り返すことによる変動であり、電
極２に流れる電流は図５のように変動する。ショートア
ークによる変動の周期T1は比較的短く、例えば１秒以上
で普通は５秒程度である。ロングアークによる変動の周
期T2は比較的長く、例えば１秒以上で普通は１０秒程度
である。従って上記ステップS2の判別は、例えば１Hz以
下のものがあるか否かを判別すると良い。

【００１３】次に上記周波数以下の変動が有る場合、ス
テップS3において、その変動の周波数の内、最大電流を
示す周波数のばらつきが±２０％以内か否かを判別す
る。変動の周波数分布は例えば図３に実線や２点鎖線で
示す状態であり、符号f1が最大電流を示す周波数、矢印
26，27が最大電流を示す周波数のばらつきを夫々示す。
該ステップS3における判別は、電力を供給してくる側
（トランス４の１次側）の電圧変動による電流変動を除
去し上記炉内におけるアークの状況の変動によるものの
みを精度良く捕える為に行う。上記ばらつきが±２０％
以内の場合には、変動の原因が炉内におけるアークの状
況の変動によるものと解される。ばらつきが上記範囲以
内の場合、次にステップS4において電流が０となること
があるか否かを判別する。該判別は炉内におけるアーク
の状況の変動がショートアーク状態かロングアーク状態
かの判別の為である。電流が０となることがある場合、
ステップS5のようにロングアーク状態であると判定さ
れ、０となることが無い場合、ステップS6のようにショ
ートアーク状態であると判定される。

【００１４】上記周波数監視装置15によるステップS2〜
S6の作用の後、電流電圧演算器16において新たなタップ
電圧値と新たな電流値の演算を行う。即ち、ロングアー
ク状態と判定された場合、ステップS7において、タップ
付トランス４のタップ電圧を例えば１タップ下げると共
に、上記電極２に流れる電流を、電極２に所定電力を供
給できるようその下げられたタップ電圧に対応して増大
させた値とする算定を行う。例えばタップ電圧を340Ｖ
から320Ｖに下げると共に、電流値を2000Ａから2100Ａ
に増大させる。

【００１５】一方ショートアーク状態と判定された場
合、ステップS8において、タップ付トランス４のタップ
電圧を例えば１タップ上げると共に、上記電極２に流れ
る電流を、電極２に所定電力を供給できるようその上げ
られたタップ電圧に対応して減少させた電流値とする算
定を行う。例えばタップ電圧を340Ｖから360Ｖに上げる
と共に、電流値を2000Ａから1900Ａに減少させる。

【００１６】上記のような新たな値のタップ電圧が算定
されると、タップ切換判断器17を通してタップ切換器５
の切り換えが行われる。又新たな値の電流が算定される
と、電流制御手段20によって電流の制御が行われる。即
ち、インピーダンス演算器21は上記新たな電圧値と電流
値から設定インピーダンスを演算する。又、インピーダ
ンス演算器22は炉の操業状態でのインピーダンスを演算
する。そしてその検出インピーダンスが上記設定インピ
ーダンスに近付くように電流が調節される。例えば比較
器23において両者の偏差を検出し、その偏差に応じて電
極制御装置24が電極をそのままに維持させたり上昇させ
たり或いは下降させたりする指令を生ずる。該指令に基
づき電極昇降装置６が電極の上下位置を調節する。上記
のようなインピーダンスの検出とそれに基づく電流の調
節とは繰り返し行わる。即ち、電流の調節の結果その値
が変わると、インピーダンス演算器22による検出結果も
変わる。従って上記インピーダンスの偏差も変わり、上
記電流の調節が再び行われる。このようにして、上記の
ようなインピーダンスの検出とそれに基づく電流の調節
とは繰り返し行わる。上記のような繰り返しの結果、電
極２に流れる電流は上記演算器16によって演算された電
流値に近付く。

【００１７】

【発明の効果】以上のように本願発明にあっては、炉１
の電極２に被溶融物９を溶融させる為の所定の電力を供
給でき、適正な溶融を行わせ得る効果がある。しかもそ
の電力供給の場合、炉１内の湯面の高さやスラグの厚さ
など炉内状況の変化によりアーク７の状態が変動して
も、その変動を検出して電極２への電圧及び電流を炉内
での安定な溶融を行わせ得る値に変更するので、炉１内
での適正な溶融状態を維持させることができ、又、フリ
ッカの発生も抑制できる効果がある。しかも上記アーク
７の状況の変動の検出の場合、電極２への電流の変動の
周波数を捕えて判別を行うので、上記変動の検出を素早
く行うことが出来、その結果、上記適正溶融状態の維持
を確実化させられると共にフリッカの発生も最小限に抑
えられる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】溶融炉及びその電力制御機構を示す図。

【図２】電力制御のフローチャート。

【図３】電流変動の周波数分布の一例を示すグラフ。

【図４】ショートアークによる電流変動を示すグラフ。

【図５】ロングアークによる電流変動を示すグラフ。

【符号の説明】

１ 炉 ２ 電極 ７ アーク 11 電力制御機構

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 タップ付トランスを介して電極に電力を
   供給することにより該電極からアークを発生させて炉内
   の被溶融物を溶融させる溶融炉において、上記電極に供
   給する電流の変動を周波数解析し、その変動の周波数が
   炉内でのアークの発生状況の変動による周波数以下で、
   しかも上記電流が０となることがあるか否かを判別し、
   上記電流が０となる場合には、上記タップ付トランスの
   タップ電圧を下げると共に、上記電極に流れる電流を、
   電極に所定電力を供給できるようその下げられたタップ
   電圧に対応して増大させ、上記電流が０とならない場合
   には、上記タップ付トランスのタップ電圧を上げると共
   に、上記電極に流れる電流を、電極に所定電力を供給で
   きるようその上げられたタップ電圧に対応して減少させ
   ることを特徴とする溶融炉の電力制御方法。