(57)【要約】【課題】  簡易な構成で、電極の折損や異常消耗の防止を図る事が可能な電極昇降制御装置を提供する。【解決手段】  ３相交流電源を供給し、各相に設けた電極４ａ、４ｂ及び４ｃをアークインピーダンス一定の速度制御手段により昇降制御し、各相の電極とスクラップ６間にアークを発生させ、スクラップ６を溶解する製鋼用交流アーク炉の電極昇降制御装置において、電極昇降モータ８ａ、８ｂ及び８ｃに取り付けられた速度検出器９ａ、９ｂ及び９ｃのパルス信号を使用して電極位置の移動距離を演算し、前記各相の電極と前記スクラップ間の距離を求める距離検出手段を具備し、前記距離検出手段によって検出された距離に応じて前記速度制御手段における速度指令または制御パラメータを変化させるようにする。【選択図】  図１
2006085936.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３相交流電源を供給し、各相に設けた電極をアークインピーダンス一定の速度制御手段により昇降制御し、各相の電極とスクラップ間にアークを発生させ、スクラップを溶解する製鋼用交流アーク炉の電極昇降制御装置において、
電極昇降モータに取り付けられた速度検出器のパルス信号を使用して電極位置の移動距離を演算し、前記各相の電極と前記スクラップ間の距離を求める距離検出手段を具備し、
前記距離検出手段によって検出された距離に応じて前記速度制御手段における速度指令または制御パラメータを変化させるようにしたことを特徴とする電極昇降制御装置。
【請求項２】
三相交流電源を供給し、各相に設けた電極をアークインピーダンス一定の速度制御手段により昇降制御し、各相の電極とスクラップ間にアークを発生させ、スクラップを溶解する製鋼用交流アーク炉の電極昇降制御装置において、
電極昇降モータに取り付けられた速度検出器のパルス信号を使用して電極位置の移動距離を演算し、前記各相の電極と前記スクラップ間の距離を求める距離検出手段と、
この距離を確認する距離確認手段と
を具備したことを特徴とする電極昇降制御装置。
【請求項３】
前記距離検出手段によって検出された距離が所定値以下のとき、
前記速度制御手段は、前記電極昇降モータの速度が所定値を超えないようにすることを特徴とする請求項１に記載の電極昇降制御装置。
【請求項４】
前記距離検出手段は、スクラップの溶解が進行することによって発生する湯面低下を補正する補正手段を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電極昇降制御装置。
【請求項５】
前記補正手段は、アーク電流が所定の範囲内にあるときの電極の移動量を補正量とすることを特徴とする請求項４に記載の電極昇降制御装置。
【請求項６】
前記補正手段は、アーク炉の炉体容量、スクラップの材質、形状、装入量及び設定アーク電流から定めた時間関数テーブルによることを特徴とする請求項４に記載の電極昇降制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、アークエネルギーによりスクラップを溶解する製鋼用交流アーク炉に用いられる電極昇降制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄スクラップをアーク放電により溶融させるアーク炉においては、効率良く溶解が行われるように投入電力を一定に保つことが望まれる。このため、アーク電圧とアーク電流の比が一定となるように電極昇降制御装置を自動制御し、電極を自動的に昇降させるアークインピーダンス一定制御と呼ばれる制御方式が採用されている。
【０００３】
通常の交流アーク炉においては、三相交流電源を炉用変圧器によりアーク炉操業に必要な電圧に降圧し、炉用変圧器に接続された二次導体を介して電極へ電源を供給する。この電極は、電極昇降制御装置により制御され、炉体に装入されたスクラップとの間にスクラップを溶解するのに必要なアークエネルギーを発生させる。ここで、電極昇降制御装置は、上述のように電極とスクラップ間のアークインピーダンスを一定にするよう電極の昇降制御を行うが、その昇降速度は、炉用変圧器の２次側の電流フィードバック信号及び電圧フィードバック信号と設定タップ電圧及び設定電流の比較演算により決定され、偏差が大きい場合には、高速で昇降制御を行い、偏差が小さい場合には、低速で昇降制御を行う。
【０００４】
このようなアークインピーダンス一定制御は、操業の各段階において安定した制御が可能とは限らず、アークが不安定な状態で電極を昇降させたとき、電極の過度の引き下げで過電流となる場合があった。この対策としてアークの不安定性を電極の昇降動作の頻度で把握し、この頻度が大きくなったとき電極の昇降動作の応答を鈍くするなどの提案が為されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平１０−３３５０５８号公報（第３−４頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１で提案された手法では、電極とスクラップ間の距離に関係なく、電極の昇降速度を決めてしまうため、電極がスクラップに近い状態で急激な外乱があったとき、高速で電極を下降させ、電極がスクラップに突っ込み過ぎて、電極を折損させてしまう、或いは異常消耗させてしまうという問題点があった。この問題は電極の自重が大きいことにも起因している。
【０００６】
そこで本発明は、簡易な構成で、電極の折損や異常消耗の防止を図る事が可能な電極昇降制御装置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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の電極昇降制御装置は、３相交流電源を供給し、各相に設けた電極をアークインピーダンス一定の速度制御手段により昇降制御し、各相の電極とスクラップ間にアークを発生させ、スクラップを溶解する製鋼用交流アーク炉の電極昇降制御装置において、電極昇降モータに取り付けられた速度検出器のパルス信号を使用して電極位置の移動距離を演算し、前記各相の電極と前記スクラップ間の距離を求める距離検出手段を具備し、前記距離検出手段によって検出された距離に応じて前記速度制御手段における速度指令または制御パラメータを変化させるようにしたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、電極がスクラップに接近している状態では、昇降動作を鈍化させる事ができるため、簡易な構成で、電極の折損や異常消耗の防止を図る事が可能な電極昇降制御装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１０】
以下、本発明の実施例１に係る電極昇降制御装置を図１乃至図３を参照して説明する。
【００１１】
図１は、本発明の電極昇降制御装置のブロック構成図である。
【００１２】
３相交流電源１が、炉用変圧器２によりアーク炉操業に必要な電圧に降圧され、炉用変圧器２の２次側に接続された２次導体３ａ、３ｂ及び３ｃを介して電極４ａ、４ｂ及び４ｃに交流電力が供給されている。電極４ａ、４ｂ及び４ｃと、炉体５に装入されたスクラップ６との間にスクラップ６を溶解するのに必要なアークエネルギーを発生させ、製鋼用アーク炉の運転を行う。アーク電圧とアーク電流の比をほぼ一定に制御し、安定した運転を行うため、電極昇降制御装置７により、電極４ａ、４ｂ及び４ｃを上下に駆動する電極昇降モータ８ａ、８ｂ及び８ｃが電極４ａ、４ｂ及び４ｃ夫々に対して設けられている。電極昇降モータ８ａ、８ｂ及び８ｃには、回転数に比例したパルスを出力する速度検出器９ａ、９ｂ及び９ｃが夫々取り付けられ、電極昇降制御装置７にパルスＰ１、Ｐ２及びＰ３を夫々供給している。また、アークインピーダンスを一定に制御するためのフィードバック用として、電流検出器１０及び電圧検出器１１が炉用変圧器２の２次側に設けられ、電極昇降制御装置７に３相の電流信号Ｉｕ、Ｉｖ及びＩｗ、また３相の電圧信号Ｅｕ、Ｅｖ及びＥｗを夫々供給している。以下、電極昇降制御装置７の内部構成及びその動作について説明する。
【００１３】
電極昇降速度基準演算回路７１は上述の３相の電流信号Ｉｕ、Ｉｖ及びＩｗ、３相の電圧信号Ｅｕ、Ｅｖ及びＥｗを受け、これ等のフィードバック信号と設定電流基準及び設定タップ電圧とを比較演算して、速度指令を作り、この速度指令を電極昇降モータ制御装置７２に与える。この比較演算は、設定電流基準を設定タップ電圧と電圧信号Ｅｕ、Ｅｖ及びＥｗの比で補正した各相電流基準と電流信号Ｉｕ、Ｉｖ及びＩｗを夫々比較し、この偏差に応じて速度指令の極性と大きさを決めるようにする。電極モータ昇降制御装置７２はこの速度指令と速度検出器９ａ、９ｂ及び９ｃの出力パルスから得られるフィードバック速度を比較し、その偏差に見合う駆動出力Ｖ１、Ｖ２及びＶ３を電極昇降モータ８ａ、８ｂ及び８ｃに与える。以上のようにアークインピーダンス一定制御を行うための電極昇降の速度制御系は構成されている。
【００１４】
また、電極位置演算回路７３は、後述する方法でスクラップ６と電極４ａ、４ｂ及び４ｃ間の夫々の距離Ｌ１ｙ、Ｌ２ｙ及びＬ３ｙを演算して電極昇降速度基準演算回路７１に与える。電極昇降速度基準演算回路７１はこの距離Ｌ１ｙ、Ｌ２ｙ及びＬ３ｙの値に応じて速度指令を変化させる。例えば、Ｌ１ｙ、Ｌ２ｙ及びＬ３ｙが所定値以下となったとき、上記速度指令を低下させるようにする。尚、上記のような自動制御を行わなくても、スクラップ６と電極４ａ、４ｂ及び４ｃ間の夫々の距離Ｌ１ｙ、Ｌ２ｙ及びＬ３ｙを図示しない表示装置に表示するなど何らかの方法で確認可能であれば、手動により電極昇降を制御することも可能である。
【００１５】
図２は電極昇降速度基準演算回路７１の内部構成の一例を示すブロック構成図である。
【００１６】
上述の通り、アークインピーダンス一定制御回路７４に３相の電流信号Ｉｕ、Ｉｖ及びＩｗ、３相の電圧信号Ｅｕ、Ｅｖ及びＥｗ、設定電流基準及び設定タップ電圧が入力され、アークインピーダンスを一定にするように速度指令を演算する。一方、電極位置演算回路８３で求められたスクラップ６と電極４ａ、４ｂ及び４ｃ間の距離Ｌ１ｙ、Ｌ２ｙ及びＬ３ｙと各相の電極下限位置とを比較器７５で比較し、距離Ｌ１ｙ、Ｌ２ｙ及びＬ３ｙが対応する各相の電極下限位置以下であれば、速度指令低下回路７６を動作させ、前述のアークインピーダンス一定制御回路７４で求められた速度指令を補正する。この補正は速度指令を低下させるように図示されているが、速度指令に一定のリミットを設けるようにしても良い。
【００１７】
次に、図３及び図４を参照して電極位置演算回路７３の動作について説明する。図３は、電極位置の関係を示す説明図、また図４は電極位置演算回路の動作を示すフローチャートである。図３に示すように、電極４ａ、４ｂ及び４ｃがスクラップ６と接触したときの電極上限位置から電極上部までの距離を夫々Ｌ１Ｍ、Ｌ２Ｍ及びＬ３Ｍとし、動作状態における電極４ａ、４ｂ及び４ｃの上部と電極上限位置からの距離を夫々Ｌ１ｘ、Ｌ２ｘ及びＬ３ｘ、電極とスクラップ６との距離をＬ１ｙ、Ｌ２ｙ及びＬ３ｙとする。以下図４に基づき電極位置演算回路７３の動作を説明する。
【００１８】
まず、電極を上限位置まで移動させ（ＳＴ１）、この状態においてＬ１ｘ、Ｌ２ｘ及びＬ３ｘをゼロ、また速度検出器からのパルスカウント値Ｐ１、Ｐ２及びＰ３をゼロに初期化する（ＳＴ２）。そして電極を降下させると同時にパルスの積算を行い（ＳＴ３）、この積算値にパルスレートαを乗算して電極上限位置からの電極移動距離を算出する（ＳＴ４）。
【００１９】
更に電極を下降させ、スクラップタッチを検出したとき（ＳＴ５）、各電極上部の電極上限位置からの移動距離Ｌ１ｘ、Ｌ２ｘ及びＬ３ｘを夫々電極上限位置からスクラップタッチ位置までの距離Ｌ１Ｍ、Ｌ２Ｍ及びＬ３Ｍとする（ＳＴ６）。尚、スクラップタッチの検出は各電極の相電流が所定の電流値以上となるか、相電圧が所定の電圧値以下となるかにより判定することができる。このようにして電極上限位置からスクラップタッチ位置までの距離Ｌ１Ｍ、Ｌ２Ｍ及びＬ３Ｍが決定された後は、Ｌ１Ｍ、Ｌ２Ｍ及びＬ３Ｍと現在電極位置Ｌ１ｘ、Ｌ２ｘ及びＬ３ｘとの差を夫々求め、現在電極位置からスクラップタッチ位置までの距離Ｌ１ｙ、Ｌ２ｙ及びＬ３ｙを夫々演算する（ＳＴ７）。
【００２０】
以上のようにして、初期状態だけ電極上限位置まで電極を上昇させ、スクラップタッチを再び行なわなければ、ステップＳＴ１及びステップＳＴ５の判断でＮＯとなるため、ステップＳＴ２とステップＳＴ６の設定動作はジャンプされるので、現在電極位置からスクラップタッチ位置までの距離Ｌ１ｙ、Ｌ２ｙ、Ｌ３ｙを連続して出力することが可能となる。尚、上記演算は、運転状態が正常である限り継続して行われる。
【００２１】
このようにして、距離Ｌ１ｙ、Ｌ２ｙ及びＬ３ｙの値に応じて電極昇降速度基準演算回路７１が電極モータ制御装置７２に与える速度指令を変化させることにより電極の折損などを防止することが可能となる。
【００２２】
尚、図２に示したように電極昇降速度基準演算回路７１が電極モータ制御装置７２に与える速度指令を変化させるのではなく、電極モータ制御装置７２の速度制御系の増幅器のゲインを調整するなど速度制御系のパラメータを変更して電極の動作を鈍化させるようにしても良い。
【実施例２】
【００２３】
以下、本発明の実施例２に係る電極昇降制御装置を図５乃至図７を参照して説明する。
【００２４】
図５は本発明の実施例２に係る電極昇降制御装置の電極位置演算回路の動作を示すフローチャートである。この実施例２の各部について、図４の実施例１に係る電極昇降制御装置の電極位置演算回路の動作を示すフローチャートの各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例２が、実施例１と異なる点は、ステップＳＴ７の後に湯面低下補正演算を行うステップＳＴ８を設けるようにした点である。
【００２５】
製鋼用アーク炉を運転すると、スクラップ６は次第に溶解され、その溶解湯面は運転継続時間に応じて低下していく。このためこの湯面低下分を補正することにより電極４ａ、４ｂ及び４ｃとスクラップ６間の距離をより正確に把握可能となり全体の制御精度を向上させることができる。
【００２６】
図６は、湯面低下補正演算を行うステップＳＴ８の一例を示すフローチャートである。
【００２７】
ステップＳＴ８１においてアーク電流Ｉｕ、Ｉｖ及びＩｗが所定の範囲内に制御され、アークが定常状態であるかどうか判定する。この判定がＹＥＳであれば、この時の電極の位置は、前回の位置に比べ、湯面の低下分だけ下降したものと判断し、ステップ８２で、
Ｌ１Ｍ＝Ｌ１Ｍ（前回）＋（Ｌ１ｙ(前回）−Ｌ１ｙ)、Ｌ２Ｍ＝Ｌ２Ｍ（前回）＋（Ｌ２ｙ(前回）−Ｌ２ｙ)、Ｌ３Ｍ＝Ｌ３Ｍ（前回）＋（Ｌ３ｙ(前回）−Ｌ３ｙ)と夫々電極上限位置からの距離を補正する。
【００２８】
尚この補正は電極上限位置からの距離が増加するのが正常であるので、電極上限位置からの距離が減少するような結果となったときはその補正は無視するようなフィルタ機能を設けるようにしても良い。
【００２９】
図７は、湯面低下補正演算を行うステップＳＴ８の他の例を示すフローチャートである。
【００３０】
ステップＳＴ８３において、製鋼用アーク炉の電極昇降制御装置の運転時間Ｔｒを計測する。この計測された運転時間Ｔｒに従って、電極上限位置からの距離を、Ｌ１Ｍ＝Ｌ１Ｍ（前回）＋ｆ（Ｔｒ）、Ｌ２Ｍ＝Ｌ２Ｍ（前回）＋ｆ（Ｔｒ）、Ｌ３Ｍ＝Ｌ３Ｍ（前回）＋ｆ（Ｔｒ）と夫々補正する。ここでｆ（Ｔｒ）は、アーク炉の炉体容量、スクラップの材質、形状、装入量、設定電流などから予め時間関数テーブルとして準備されたものを用いる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の電極昇降制御装置のブロック構成図。
【図２】本発明の電極昇降制御装置における電極昇降速度基準演算回路の一例を示すブロック構成図。
【図３】電極位置の関係を示す説明図。
【図４】本発明の実施例１に係る電極昇降制御装置の電極位置演算回路の動作を示すフローチャート。
【図５】本発明の実施例２に係る電極昇降制御装置の電極位置演算回路の動作を示すフローチャート。
【図６】湯面低下補正演算の一例を示すフローチャート。
【図７】湯面低下補正演算の他の例を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００３２】
１  ３相交流電源
２  炉用変圧器
３ａ、３ｂ、３ｃ  二次側導体
４ａ、４ｂ、４ｃ  電極
５  炉体
６  スクラップ
７  電極昇降制御装置
７１  電極昇降速度基準演算回路
７２  電極昇降モータ制御装置
７３  電極位置演算回路
７４  アークインピーダンス一定制御回路
７５  比較器
７６  速度指令低下回路
８ａ、８ｂ、８ｃ  電極昇降モータ
９ａ、９ｂ、９ｃ  速度検出器
１０  電流検出器
１１  電圧検出器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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