JPS5910032B2 - ア−ク炉におけるスクラツプの溶解進行状況検知方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はアーク炉におけるスクラップの溶解進行状況の
検知に関する。

従来、アーク炉としては溶解の生産性を向上させるため
、ウルトラハイパワ炉（ＵＨＰ炉）、即ち、大電力を投
入してスクラップを迅速に溶解し、溶解効率を一段と向
上させたアーク炉が設置されるようになつて来ている他
、適切な操炉運転による溶解の生産性向上がより以上に
要求されている。

ところが、適切な操炉運転、即ち、アーク炉を効率良く
運転するためにはアーク炉のアーク形態をスクラップの
溶解状況に応じたアーク形態にする必要があり、そのた
めには、炉内スクラップの溶解状況を適確に検知する必
要がある。然るに、現実問題として、電極位置、電極降
下速度、炉壁温度、インピーダンス、音、光の変化を利
用して、溶解途中の一時期、溶解末期又は溶解完了を検
知することはできても、スクラップの溶解進行状況、即
ち、スクラップの崩落等による炉内の形態変化等、時々
刻々に変化する溶解途中の全般に亘るスクラップの溶解
進行状況を適確に検知することは難しく、そのため、炉
内状況に応じてアーク形態、即ち、アーク電流とアーク
電圧を適切に制御することができないと云う欠点があつ
た。

本発明の目的はアーク炉操業中の動的リアクタンス値又
はその変化の様子を知つて、溶解途中におけるスクラツ
プの溶解進行状況を検知し、併せて、スクラツプの崩落
等による炉内形態の変化をも検知し得るアーク炉におけ
るスクラツプの溶解進行状況検知方法を提供することに
よつて、前記従来の欠点を除去することにある。

次に、本発明の一実施例の構成を図面によつて説明する
。

アーク炉１の電極２はウインチ３のドラム４に巻き付け
られたローブ５に滑車６を介して吊り下げられ、電極２
の上下位置は、ウインチ３のモータ（Ｍ）に直結された
電磁カツプリング７の励磁電流に対応したウインチ３の
引張りトルクと、ホルダを含む電極２の自重とをバラン
スさせた状態で保持させる。

なお、他の方法として、電極２は直流モータ等の正逆転
によつて上下させることもできる。

電極２はアーク炉用変圧器ＴＲと遮断器ＳＷｌとを介し
てアーク炉用電源ＡＣｌに接続され、電極２のアーク電
流とアーク電圧は電流変成器ＣＴと電圧変成器ＰＴで検
出されて電極制御装置８に入力される。電極制御装置８
は予め設定したアーク電流とアーク電圧の比と、電流変
成器ＣＴと電圧変成器ＰＴとで検出された実際のアーク
電流とアーク電圧の比との差、即ち、インピーダンス偏
差に対応した出力電流を電極昇降装置９を介して電磁カ
ツプリング７に供給して、電極２をインピーダンス偏差
の増減量に対応した速度で昇降させ、かつ、インピーダ
ンス偏差零において、ホルダを含む電極２の自重とウイ
ンチ３の引張りトルクとをバランスさせる。

ＡＣ２はウインチ用電源であつて、遮断器ＳＷ２と電極
昇降装置９とを介してウインチ３のモータ（Ｍ）と電磁
カツプリング７に電力を供給する。

電流変成器ＣＴの出力（Ｅ１）と電圧変成器ＰＴの出力
（Ｅｖ）とはともに無効電力演算器ＫＶＡＲに入力され
、この無効電力演算器ＫＶＡＲからは実際のアーク電流
（１）とアーク電圧Ｍに対する無効電力Ｑ＝Ｖ−１−Ｓ
ｉｎφ （ＶＡＲ）に対応した出力（Ｅｐ）が
発生される。この出力（Ｅｐ）と電流変成器ＣＴの出力
（Ｅｌ）とはリアクタンス演算器１０に入力され、リア
クタンス演算器１０からはアーク炉１のリアクタンスＬ
に対応した出力（Ｅｘ）が発生される。

このリアクタンス閃は、アーク炉１の特性として、第２
図に示すように、溶解初期にはその値が大きく、溶解の
進行に従つてその値は徐々に減少し、又、アーク炉１内
のスクラツプが溶解の初めにボーリング的な溶解状態に
なり、このとき生じた孔に周辺のスクラツプが崩落ると
きにもリアクタンスｘは第２図ア，イ，ウのように急激
に増大する。

即ち、通電初期においては冷雰囲気であつたアーク炉１
が溶解の進行にともなう炉内温度の上昇、電極２近傍の
スクラツプの温度上昇、湯だまりの増加等によつて高温
雰囲気に推移するに従つてアーク炉１のリアクタンスｘ
は徐々に減少し、例えば、必しも全機種均一ではないが
、７０トンアーク炉の場合、溶解初期には５．５ｍΩで
あつたリアクタンス閃が溶解末期の溶落時には３．６ｍ
Ωに減少する。

又、ボーリング的な溶解により生じた孔に周辺の冷スク
ラツプが崩落ると、電極２近傍の温度が低下して、アー
ク炉１は一時的に通電初期の冷雰囲気の状態になるため
、アーク炉１のリアクタンスｘは溶解の初期、中期、終
期の全体を通して第２図のように変化し、この現象は発
明者によつて発゛見された。

リアクタンス演算器１０からの出力（Ｅｘ）はリアクタ
ンス比較演算器１１に入力され、リアクタンス比較演算
器１１からは、予め測定したアーク炉１の溶解末期の静
的リアクタンス（Ｘｓｌ）に対応した静的リアクタンス
設定器１２の設定値（Ｅｓ，）にＥｘ対して、一に対応
した出力（Ｅａ）が発生される。

ＥＳｌなお、第２図のア，イ，ウのように、炉内スクラ
ツブの崩落によつてリアクタンスが急激に増大する場合
、リアクタンス比較演算器１１からの出力（Ｅａ）は、
リアクタンスが急激に増大する直前の値を保持し、リア
クタンスが急激に変化しない状態に戻つたとき、リアク
タンス比較演算器１１は再び比較演算を行なつて、入力
（Ｅｘ）の変化にともなつた出力（Ｅａ）を発生させる
。

又、リアクタンス演算器１０からの出力（Ｅｘ）はリア
クタンス積分演算器１３にも入力され、リアクタンス積
分演算器１３からは、前記静的リアクタンス設定器１２
の設定値（Ｅｓｌ）に対してｆ（ＥｘＥｓｌ）Ｄｔ、即
ち、動的リアクタンス閃と静的リアクタンス（Ｘｓｌ）
との差（Ｘ−Ｘｓｌ）０積分値に対応した出力（Ｅｂ）
が発生される。

この出力（Ｅｂ）はリアクタンス比較演算器１４に入力
され、リアクタンス比較演算器１４からは、予め測定し
たアーク炉１の溶解初期から終期までの動的リアクタン
ス閃と静的リアクタンス（Ｘｓｌ）との差（Ｘ−Ｘｓｌ
）の積分値の平均測定値（Ｘｓ２）の対応した動的リア
クタンス設定器１５の設定値（Ｅｓ２）ｆ（Ｅｘ−Ｅｓ
ｌ）Ｄｔに対して、？に対応した出力 ＥＳ２ （Ｅｃ）が発生される。

リアクタンス比較演算器１１と１４の出力（Ｅａ）と（
Ｅｃ）はそれぞれ、表示器１６に入力されて、炉内スク
ラツプの溶解進行状況を表示器１６に表示させ、又、こ
の出力（Ｅａリと（Ｅｃ）は電極制御装置８にも入力さ
れ、電極制御装置８はこの入力によつて検出された溶解
進行状況、即ち、アーク炉１の運転中における動的リア
クタンス閃と予め測定したアーク炉１の溶解末期の静的
リアクタンス（Ｘｓｌ）との比によつて定まる第３図に
示す溶解進行状況、あるいは、アーク炉１の運転中にお
ける動的リアクタンス（Ｘ）と静的リアクタンス（Ｘｓ
ｌ）との差（Ｘ−ＸＳｌ）の積分値とアーク炉１の溶解
初期から終期までの動的リアクタンスとの静的リアクタ
ンス（Ｘｓｌ）との差（Ｘ−Ｘｓｌ）の積分値の平均値
（Ｘｓ２）との比によつて定まる第４図に示す溶解進行
状況に従つてアーク電圧及びアーク電流を変化させ、ア
ーク炉のアーク形態をスクラツプの溶解状況に応じたア
ーク形態に変化させる。

次に、本実施例の作用について説明する。

まず、遮断器ＳＷｌ，ＳＷ２を投入してアーク炉１の運
転を開始すると、アーク炉１は、負荷イアーク電圧ノピ
ーダンス（＝？）が電極制御装置８ アーク電流 に予め設定したアーク電流とアーク電圧の比と一致する
ように、即ち、インピーダンス偏差が零になるように運
転される。

運転初期においてはアーク炉１が冷雰囲気にあることも
あつて、アーク炉１に対する電力供給は比較的低く抑え
られている。

この状態で炉内スクラツプの溶解が進むと、スクラツプ
の種類によつて程度の差こそあれ、溶解はボーリング的
な溶解で進行する。

この溶解初期においてはアーク電流も比較的小さく設定
され、アークも長いため、アークの輻射熱はボーリング
されたスクラツプの周壁にも有効に作用する。

従つて、溶解初期において供給電力が比較的吠く抑えら
れているにも拘らず、スクラツプは高能率で溶解され、
アーク炉１の電力損失は低減してアーク炉１の運転効率
は向上し、しかも、アークの輻射熱によつて炉壁が損傷
することも防止される。

このようにして溶解が進行し、スクラツプがボーリング
的な溶解によつて崩落ると、第２図のア，イ，ウのよう
にリアクタンス閃の一時的増大が見られるとともに、ス
クラツプの溶解状況も初期から中期に進行する。

更に、リアクタンスの一時的増大が或る程度安定するに
従つてスクラツプの溶解も相当に進行し、この進行状況
はリアクタンス比較演算器１１，１４からの出力（Ｅａ
），（Ｅｃ）による表示器１６の表示（第３図、第４図
参照）によつて確認することができるとともに、リアク
タンス閃の一時的増大が安定した溶解の進行時点で、電
極制御装置８におけるアーク電流とアーク電圧の設定値
は自動的に、若しくは、手動操作によつて変更され、ア
ーク電力とアーク電流はともに増大する。

このアーク電力の増大によつて溶解の進行は早められ、
かつ、アーク電流の増大によつてアークが短くなるため
、アークの輻射熱も減少し、アーク炉１はアークの輻射
熱による炉壁の損傷を防止させた状態でスクラツプの溶
解が進行し、スクラツプの溶解能率、及び、アーク炉１
の運転効率は著しく向上する。

このように、本実施例は炉内スクラツプの溶解進行状況
を検知することができるとともに、この検知によつてア
ーク炉１をスクラツプの種類及びその溶解状況に応じて
適切に制御し、スクラツプの溶解能率、及び、アーラ炉
１の運転効率を著しく向上させることができる。

なお、本実施例においてはリアクタンス比較演算器１１
と１４の出力（Ｅａ）と（Ｅｃ）を、ともに電極制御装
置８と表示器１６に入力させたが、崩落の少ない、例え
ば、切削屑のようなスクラツプの場合にはリアクタンス
比較演算器１１の出力（Ｅａ）のみを電極制御装置８と
表示器１６に入力させても、前記同様にしてアーク炉１
を運転することができ、又、崩落の多い、例えば、プレ
スしたプロツク状スクラツプの場合にはリアクタンス比
較演算器１４の出力（Ｅｃ）のみを電極制御装置８と表
示器１６に入力させても、前記同様にしてアーク炉１を
運転することができ、又、スクラツプの種類等によつて
はリアクタンス比較演算器１１と１４の出力（Ｅａ）と
（Ｅｃ）をスクラツプの溶解進行状況に応じて選択して
電極制御装置８に入力させ、アーク炉１をスクラツプの
種類等及びスクラツプの溶解状況に応じて最適制御する
ことができ、又、総合検知として、リアクタンス比較演
算器１１と１４の出力（Ｅａ）と（Ｅｃ）を乗算器によ
つて乗算した状態で電極制御装置８と表示器１６に入力
させることもできる。

又、本実施例におけるリアクタンス積分演算器１３の出
力ｆ（Ｅｘ−Ｅｓｌ）ＤｔをＦＥｘｄｔに代えても、本
実施例とほゾ同等の効果を得ることができる。

なお、本実施例ではインピーダンス偏差に応じて電極の
上下位置を変化させる例について説明したが、電力また
は電流偏差に応じて電極の上下位置を変化させる例にお
いても同様である。次に、本発明の効果において説明す
る。

第１番目の発明は電極の上下位置を変位させるアーク炉
例えば、アーク炉のインピーダンス偏差に対応した出力
によつて電極の上下位置を変位させるアーク炉において
、アーク炉の運転中における動的リアクタンスと予め測
定したアーク炉の溶解末期の静的リアクタンスとの比に
対応したアーク炉におけるスクラツプの溶解進行状況を
求め、かつ、運転途上における動的リアクタンスと前記
静的リアクタンスとの比からアーク炉におけるスクラツ
プの溶解進行状況を検知することにある。

これによつて、本発明は炉内スクラツプの溶解進行程度
を容易かつ確実に検知することができ、アーク炉をスク
ラツブの溶解進行状況に応じて制御し、スクラツプの溶
解能率とアーク炉の運転効率を著しく向上させることが
できる。次に、第２番目の発明は電極の上下位置を変位
させ，るアーク炉、例えば、アーク炉のインピーダンス
偏差に対応した出力によつて電極の上下位置を変位させ
るアーク炉において、アーク炉の運転中における動的リ
アクタンスと静的リアクタンスとの差の積分値を含む動
的リアクタンスの積分値と、予め測定したアーク炉の運
転開始から溶解末期までの動的リアクタンスと静的リア
クタンスとの差の積分値を含む動的リアクタンスの積分
値との比に対応したアーク炉におけるスクラツプの溶解
進行状況を求め、かつ、運転途上における動的リアクタ
ンスの積分値と予め測定した前記動的リアクタンスの積
分値との比からアーク炉におけるスクラツプの溶解進行
状況と炉内形態とを検知することにある。

これによつて、本発明はスクラツプの崩落等によるリア
クタンスの一時的増大から炉内形態の変化を含むスクラ
ツプの溶解進行過程をも容易かつ確実に検知することが
でき、アーク炉をスクラツプの溶解進行状況に応じて制
御し、スクラツプの溶解能率とアーク炉の運転効率を著
しく向上させることができる。

次に、第３番目の発明は電極の上下位置を変位させるア
ーク炉、例えば、アーク炉のインピーダンス偏差に対応
した出力によつて電極の上下位置を変位させるアーク炉
において、アーク炉の運転中における動的リアクタンス
と予め測定したアーク炉の溶解末期の静的リアクタンス
との比に対応したアーク炉におけるスクラツプの溶解進
行状況を求めるとともに、運転途上における動的リアク
タンスと前記静的リアクタンスとの比からアーク炉にお
けるスクラツプの溶解進行状況を検知し、かつ、アーク
炉の運転中における動的リアクタンスと静的リアクタン
スとの差の積分値を含む動的リアクタンスの積分値と、
予め測定したアーク炉の運転開始から溶解末期までの動
的リアクタンスと静的リアクタンスとの差の積分値を含
む動的リアクタンスの積分値との比に対応したアーク炉
におけるスクラツプの溶解進行状況を求め、かつ、運転
途上における動的リアクタンスの積分値と予め測定した
前記動的リアクタンスの積分値との比からアーク炉にお
けるスクラツプの溶解進行状況と炉内形態とを検知する
ことにある。

これによつて、本発明は炉内スクラツプの溶解進行程度
とスクラツプの崩落等によるリアクタンスの一時的増大
から炉内形態の変化を含むスクラツプの溶解進行過程と
を容易かつ確実に検知することができ、アーク炉をスク
ラツプの溶解進行状況に応じて制御し、スクラツプの溶
解能率とアーク炉の運転効率を著しく向上させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の電気回路を含む説明図、第
２図は溶解の進行に従つて変化するアーク炉１のリアク
タンスｘの変化を示す線図、第３図は第１図におけるリ
アクタノス比較演算器１１の出力（Ｅａ）によつて溶解
進行程度を示す線図、第４図は第１図におけるリアクタ
ンス演算器１４の出力（Ｅｃ）によつて溶解進行過程を
示す線図である。 １・・・・・・アーク炉、２・・・・・・電極、１０・
・・・・・リアクタンス演算器、１１，１４・・・・・
・リアクタンス比較演算器、１２・・・・・・静的リア
クタンス設定器、１３・・・・・・リアクタンス積分演
算器、１５・・・・・・動的リアクタンス設定器、ＰＴ
・・・・・・電圧変成器、ＣＴ・・・・・・電流変成器
、ＫＶＡＲ・・・・・・無効電力演算器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電極の上下位置を変位させるアーク炉において、ア
   ーク炉の運転中における動的リアクタンスと予め測定し
   たアーク炉の溶解末期の静的リアクタンスとの比に対応
   したアーク炉におけるスクラップの溶解進行状況を求め
   、かつ、運転途上における動的リアクタンスと前記静的
   リアクタンスとの比からアーク炉におけるスクラップの
   溶解進行状況を検知することを特徴とする方法。 ２ 電極の上下位置を変位させるアーク炉において、ア
   ーク炉の運転中における動的リアクタンスの積分値と、
   予め測定したアーク炉の運転開始から溶解末期までの動
   的リアクタンスの積分値との比に対応したアーク炉にお
   けるスクラップの溶解進行状況を求め、かつ、運転途上
   における動的リアクタンスの積分値と予め測定した前記
   動的リアクタンスの積分値との比からアーク炉における
   スクラップの溶解進行状況と炉内形態とを検知すること
   を特徴とする方法。 ３ 電極の上下位置を変位させるアーク炉において、ア
   ーク炉の運転中における動的リアクタンスと予め測定し
   たアーク炉の溶解末期の静的リアクタンスとの比に対応
   したアーク炉におけるスクラップの溶解進行状況を求め
   るとともに、運転途上における動的リアクタンスと前記
   静的リアクタンスとの比からアーク炉におけるスクラッ
   プの溶解進行状況を検知し、かつ、アーク炉の運転中に
   おける動的リアクタンスの積分値と、予め測定したアー
   ク炉の運転開始から溶解末期までの動的リアクタンスの
   積分値との比に対応したアーク炉におけるスクラップの
   溶解進行状況を求め、かつ、運転途上における動的リア
   クタンスの積分値と予め測定した前記動的リアクタンス
   の積分値との比からアーク炉におけるスクラップの溶解
   進行状況と炉内形態とを検知することを特徴とする方法
   。