(57)【要約】【課題】直流アークにより安定した加熱を行なう。【解決手段】加熱室１８内の温度を検出し、この検出温度Ｔ１と予め設定された目標温度Ｔ０との偏差を無くすために電極２２に供給する目標電力Ｐ０を求める。目標電力Ｐ０に基づいて、予め求められている電力と電圧との関係データから目標電圧Ｖ０を求めると共に、該目標電圧Ｖ０と目標電力Ｐ０とから目標電流Ｉ０を求める。直流電源装置３８から電極２２に供給されている検出電流Ｉ１が目標電流Ｉ０となるよう直流電源装置３８を運転制御すると共に、このときの電極２２に供給されている検出電圧Ｖ１と目標電圧Ｖ０との偏差を無くすための目標電極位置Ｈ０を求める。目標電極位置Ｈ０に電極２２が位置するように、電極昇降装置２４を制御して該電極２２を昇降調節する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極昇降装置（２４）で支持されて加熱室（１８）内を昇降可能な電極（２２）に、直流電源装置（３８）を介して電力を供給することで、該電極（２２）から発する直流アークにより加熱室（１８）内の被加熱物（１２）を加熱するよう構成した直流アーク加熱装置において、
前記加熱室（１８）内の温度を検出し、この検出温度（Ｔ１）と予め設定された目標温度（Ｔ０）との偏差を無くすために前記電極（２２）に供給する目標電力（Ｐ０）を求め、
前記目標電力（Ｐ０）に基づいて、予め求められている直流アークが安定する電力と電圧との関係データから目標電圧（Ｖ０）を求めると共に、該目標電圧（Ｖ０）と前記目標電力（Ｐ０）とから目標電流（Ｉ０）を求め、
前記直流電源装置（３８）から電極（２２）に供給されている検出電流（Ｉ１）が前記目標電流（Ｉ０）となるよう該直流電源装置（３８）を運転制御すると共に、このときの電極（２２）に供給されている検出電圧（Ｖ１）と前記目標電圧（Ｖ０）との偏差を無くすための目標電極位置（Ｈ０）を求め、
前記目標電極位置（Ｈ０）に前記電極（２２）が位置するように、前記電極昇降装置（２４）を制御して該電極（２２）を昇降調節するようにした
ことを特徴とする直流アーク加熱装置の運転制御方法。
【請求項２】
前記電力と電圧との関係データは、実機により同一の操業条件で実験して求められる請求項１記載の直流アーク加熱装置の運転制御方法。
【請求項３】
電極昇降装置（２４）で支持されて加熱室（１８）内を昇降可能な電極（２２）に、直流電源装置（３８）を介して電力を供給することで、該電極（２２）から発する直流アークにより加熱室（１８）内の被加熱物（１２）を加熱するよう構成した直流アーク加熱装置において、
前記加熱室（１８）内の温度を検出し、この検出温度（Ｔ１）と予め設定された目標温度（Ｔ０）との偏差を無くすために前記電極（２２）に供給する目標電力（Ｐ０）を求め、
前記目標電力（Ｐ０）に基づいて、予め求められている直流アークが安定する電力と電流との関係データから目標電流（Ｉ０）を求めると共に、該目標電流（Ｉ０）と前記目標電力（Ｐ０）とから目標電圧（Ｖ０）を求め、
前記直流電源装置（３８）から電極（２２）に供給されている検出電流（Ｉ１）が前記目標電流（Ｉ０）となるよう該直流電源装置（３８）を運転制御すると共に、このときの電極（２２）に供給されている検出電圧（Ｖ１）と前記目標電圧（Ｖ０）との偏差を無くすための目標電極位置（Ｈ０）を求め、
前記目標電極位置（Ｈ０）に前記電極（２２）が位置するように、前記電極昇降装置（２４）を制御して該電極（２２）を昇降調節するようにした
ことを特徴とする直流アーク加熱装置の運転制御方法。
【請求項４】
前記電力と電流との関係データは、実機により同一の操業条件で実験して求められる請求項３記載の直流アーク加熱装置の運転制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電極に電力を供給することにより該電極から生ずる直流アークによって、被加熱物を加熱するよう構成した直流アーク加熱装置の運転制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
上下に開口する鋳型（モールド）に溶鋼を鋳込み、該鋳型の下方に昇降可能に配設した昇降台のダミーヘッドに、鋳型内で冷却されて表面にシェルが形成された鋳片の下端を支持した状態で、該昇降台を所定速度で垂直に下降することで鋳型下部から鋳片を垂直に引抜いて、所定長さ寸法の鋳片を鋳造する垂直型鋳造装置が知られている。
【０００３】
前記垂直型鋳造装置においては、鋳込み完了後の静置凝固時に鋳型内の溶鋼を加熱することで、センターポロシティ、鋳片頭部キャビティ、中心偏析またはＶ状偏析等の内部欠陥の少ない高品質の鋳片を鋳造することができる。そこで、本願の出願人は、溶鋼の加熱装置として、直流アークを用いて溶鋼を加熱する直流アーク加熱装置を提案した。
【発明が解決しようとする課題】
前記鋳型内の溶鋼を加熱する際には、該溶鋼の温度を所定温度に保持することが重要になり、そのためには前記直流アーク加熱装置による加熱を安定させる必要があり、これを如何に行なうかが課題となっている。
【０００４】
【発明の目的】
この発明は、前述した従来の技術に内在している前記課題に鑑み、これを好適に解決するべく提案されたものであって、安定した加熱を行ない得る直流アーク加熱装置の運転制御方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決し、所期の目的を好適に達成するため、本発明に係る直流アーク加熱装置の運転制御方法は、
電極昇降装置で支持されて加熱室内を昇降可能な電極に、直流電源装置を介して電力を供給することで、該電極から発する直流アークにより加熱室内の被加熱物を加熱するよう構成した直流アーク加熱装置において、
前記加熱室内の温度を検出し、この検出温度と予め設定された目標温度との偏差を無くすために前記電極に供給する目標電力を求め、
前記目標電力に基づいて、予め求められている直流アークが安定する電力と電圧との関係データから目標電圧を求めると共に、該目標電圧と前記目標電力とから目標電流を求め、
前記直流電源装置から電極に供給されている検出電流が前記目標電流となるよう該直流電源装置を運転制御すると共に、このときの電極に供給されている検出電圧と前記目標電圧との偏差を無くすための目標電極位置を求め、
前記目標電極位置に前記電極が位置するように、前記電極昇降装置を制御して該電極を昇降調節するようにしたことを特徴とする。
【０００６】
前述した課題を解決し、所期の目的を好適に達成するため、本願の別の発明に係る直流アーク加熱装置の運転制御方法は、
電極昇降装置で支持されて加熱室内を昇降可能な電極に、直流電源装置を介して電力を供給することで、該電極から発する直流アークにより加熱室内の被加熱物を加熱するよう構成した直流アーク加熱装置において、
前記加熱室内の温度を検出し、この検出温度と予め設定された目標温度との偏差を無くすために前記電極に供給する目標電力を求め、
前記目標電力に基づいて、予め求められている直流アークが安定する電力と電流との関係データから目標電流を求めると共に、該目標電流と前記目標電力とから目標電圧を求め、
前記直流電源装置から電極に供給されている検出電流が前記目標電流となるよう該直流電源装置を運転制御すると共に、このときの電極に供給されている検出電圧と前記目標電圧との偏差を無くすための目標電極位置を求め、
前記目標電極位置に前記電極が位置するように、前記電極昇降装置を制御して該電極を昇降調節するようにしたことを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る直流アーク加熱装置の運転制御方法につき、好適な実施例を挙げて、添付図面を参照しながら以下説明する。
【０００８】
【第１実施例】
図１は、第１実施例に係る直流アーク加熱装置を垂直型鋳造装置に採用した場合での概略構成を示すものであって、該垂直型鋳造装置の上下に開口する鋳型１０には、図示しないタンディッシュを介して溶鋼１２が鋳込まれ、該鋳型１０の下方に昇降可能に配設したダミーヘッド（図示せず）に、鋳型１０内で冷却されて表面にシェルが形成された鋳片１４の下端を支持した状態で、該ダミーヘッドを所定速度で垂直に下降することで鋳型下部から鋳片１４を垂直に引抜くよう構成される。前記鋳型１０の上方には、該鋳型１０の上部を覆い得る蓋部材１６が配設され、該蓋部材１６は、鋳型１０の上部から離間する待機位置と、鋳型１０の上部を覆う加熱位置とに移動可能に構成されると共に、鋳型１０の上部を該蓋部材１６で覆った際に、その内部に加熱室１８を画成するようになっている。
【０００９】
前記蓋部材１６の天井部には複数（第１実施例では２つ）の通孔１６ａが形成され、各通孔１６ａを介して直流アーク加熱装置２０を構成する電極２２が、加熱室１８内に夫々進退可能に挿入されるようになっている。そして、鋳型１０への被加熱物としての溶鋼１２の鋳込み完了後、静置凝固させる際の溶鋼加熱に際して蓋部材１６が加熱位置において鋳型１０の上部を覆った状態で、鋳型１０内の溶鋼１２と各電極２２との間に所定電圧を印加（電極２２に所定電力を供給）することで、該電極２２から放電する直流アークにより鋳型１０内の溶鋼１２を加熱するよう構成される。なお、溶鋼加熱等に際して該加熱室１８ａ内には、前記通孔１６ａを介してＡｒやＮ２等の不活性ガスが供給され、室内を不活性ガス雰囲気とし得るようになっている。
【００１０】
前記直流アーク加熱装置２０は、電気モータＭやパルスジェネレータＰＧ等を有する電極昇降装置２４を、前記電極２２の本数と対応する数だけ備え、各電極昇降装置２４により対応する電極２２が夫々昇降可能に支持されている。なお、各電極昇降装置２４は、前記パルスジェネレータＰＧからの信号により電極位置（現在電極位置Ｈ１）を監視し得る電極位置制御装置２６により運転制御される。また前記蓋部材１６には、前記加熱室１８内の温度を検出する熱電対等の温度センサ２８が配設され、該センサ２８により検出された検出温度Ｔ１は、温度制御器３０に入力されるようになっている。この温度制御器３０には、温度設定器３２で予め設定された加熱室１８に求められる目標温度Ｔ０が入力されるよう構成され、該温度制御器３０では、目標温度Ｔ０と検出温度Ｔ１との偏差から、その偏差を無くすために必要となる前記電極２２，２２への総投入電力量（目標電力Ｐ０）を演算するよう設定される。そして、温度制御器３０で求められた目標電力Ｐ０が、目標電圧変換器３４と目標電流演算器３６とに入力されるよう構成してある。
【００１１】
前記目標電圧変換器３４には、実機において予め同一の操業条件で実験した結果により得られた、前記電極２２から放電される直流アークが安定する電力と電圧との関係データ（図２に示す電力−電圧曲線）が設定記憶されており、該目標電圧変換器３４では、前記目標電力Ｐ０と関係データとから第１の目標電圧Ｖ０１を求めるようになっている。なお、第１実施例では２本の電極２２，２２を用いているため、この第１の目標電圧Ｖ０１は２本の電極２２，２２に印加される総電圧値となる。また、前記目標電流演算器３６には目標電圧変換器３４で求められた第１の目標電圧Ｖ０１が入力され、該目標電圧Ｖ０１と前記目標電力Ｐ０とから、該目標電流演算器３６は目標電流Ｉ０を演算するよう構成される。前記操業条件とは、前記蓋部材１６の形状、加熱室１８の内部雰囲気、電極２２の使用本数、加熱する溶鋼１２の鋼種等である。
【００１２】
前記両電極２２，２２に電力を供給する電流制御機能付きの直流電源装置３８には、一方の電極２２のアーク電流を検出する電流検出器４０と、各電極２２，２２のアーク電圧を検出する電圧検出器４２，４２とが接続され、電流検出器４０で検出される検出電流（アーク電流）Ｉ１が電流制御器４４に入力されるよう構成される。また電流制御器４４には、前記目標電流演算器３６で求められた目標電流Ｉ０が入力されるようになっており、該電流制御器４４は、前記検出電流Ｉ１が目標電流Ｉ０となるように前記直流電源装置３８を運転制御するよう構成されている。
【００１３】
前記各電圧検出器４２で検出された検出電圧（アーク電圧）Ｖ１は、対応する電圧制御器４６に入力されると共に、この電圧制御器４６には、前記第１の目標電圧Ｖ０１を電極数で割った第２の目標電圧Ｖ０２（電極２２の使用本数がＮ本であれば、Ｖ０１／Ｎ）が入力されるようになっている。また各電圧制御器４６では、検出電圧Ｖ１と第２の目標電圧Ｖ０２との偏差を無くすための目標電極位置Ｈ０が演算され、この求められた目標電極位置Ｈ０が、対応する前記電極位置制御装置２６に入力されるよう構成される。そして、電極位置制御装置２６は、対応する電極２２が目標電極位置Ｈ０となるよう対応する前記電極昇降装置２４を運転制御して該電極２２の昇降調節を行なうようになっている。
【００１４】
【第１実施例の作用】
次に、前述した第１実施例に係る直流アーク加熱装置の運転制御方法の作用につき説明する。前記鋳型１０への溶鋼１２の鋳込み完了後に、前記蓋部材１６により鋳型１０の上部を覆うと共に前記加熱室１８に不活性ガスを供給した状態で、鋳型１０内の溶鋼１２を直流アーク加熱装置２０で加熱する。この溶鋼１２の加熱に際し、前記温度設定器３２には予め目標温度Ｔ０が設定されており、この目標温度Ｔ０と、前記温度センサ２８で検出される検出温度Ｔ１とが、前記温度制御器３０に入力される。そして、温度制御器３０では、目標温度Ｔ０と検出温度Ｔ１との偏差を無くすために必要となる前記電極２２，２２に投入する目標電力Ｐ０が求められる。なお、第１実施例のように鋳込み完了後の静置凝固時の鋳型１０内の溶鋼１２を加熱する場合では、前記加熱室１８の目標温度Ｔ０は、蓋部材１６で覆われている鋳型１０内の溶鋼１２における湯面（メニスカス）の温度を固相線温度以上に保持し得る温度に設定される。
【００１５】
次に、前記目標電圧変換器３４において、予め設定記憶されている電力と電圧との関係データから、前記目標電力Ｐ０に対応する第１の目標電圧Ｖ０１が求められ、これが前記目標電流演算器３６に入力される。そして、この目標電流演算器３６では、前記第１の目標電圧Ｖ０１と目標電力Ｐ０とから目標電流Ｉ０が求められ、これが前記電流制御器４４に入力される。電流制御器４４には、前記直流電源装置３８から電極２２に供給されて前記電流検出器４０で検出される検出電流Ｉ１が入力されており、該検出電流Ｉ１が前記目標電流Ｉ０となるように電流制御器４４が直流電源装置３８を運転制御することで、前記電極２２，２２には目標電力Ｐ０が供給される。
【００１６】
前記電流制御器４４により検出電流Ｉ１が目標電流Ｉ０となるよう前記直流電源装置３８を運転制御している間には、前記加熱室１８内の雰囲気、その他の条件の変化等によってアーク電圧、すなわち前記各電圧検出器４２で検出される検出電圧Ｖ１が変化する。この検出電圧Ｖ１は、対応する前記電圧制御器４６に入力されており、前記第１の目標電圧Ｖ０１から得られる第２の目標電圧Ｖ０２と該検出電圧Ｖ１とが比較され、両者の偏差が無くなるような目標電極位置Ｈ０が演算される。そして、この目標電極位置Ｈ０に前記電極２２が位置するように、前記電極昇降装置２４が電極位置制御装置２６により運転制御（パルスジェネレータＰＧから入力される現在電極位置Ｈ１に基づくフィードバック制御）され、電極２２と溶鋼１２の湯面との距離（ギャップ）が適正に調節され、前記加熱室１８の温度は目標温度Ｔ０に保持される。すなわち、前記蓋部材１６で覆われている鋳型１０内の溶鋼１２における湯面の温度が固相線温度以上に保持され、該湯面が凝固するのは防止され、センターポロシティ、鋳片頭部キャビティ、中心偏析またはＶ状偏析等の内部欠陥の少ない高品質の鋳片１４を鋳造することができる。
【００１７】
前述したように、前記温度センサ２８で逐次検出される検出温度Ｔ１と目標温度Ｔ０との偏差を無くすために求められた目標電力Ｐ０を実現するために、目標電圧Ｖ０１，Ｖ０２を基準として、アーク電流（検出電流Ｉ１）とアーク電圧（検出電圧Ｖ１）とが常に適切な値となるようフィードバック制御しているから、電極２２から放電される直流アークは安定し、加熱室１８を目標温度Ｔ０に精度よく保持することができる。なお、前記目標電圧変換器３４に設定記憶される電力と電圧との関係データは、前記加熱室１８内の雰囲気や加熱する溶鋼１２の鋼種等の各種操業条件が異なる場合は、それに応じて予め実験により得られている対応する関係データが用いられる。すなわち、直流アーク加熱装置２０の制御系に、直流アークの複雑な安定条件を組み込む必要はなく、制御系の簡略化を図り得ると共に、操業条件の変更等にも柔軟に対応することができる。
【００１８】
【第２実施例】
図３は、第２実施例に係る直流アーク加熱装置の概略構成を示すものであって、その基本的な構成は第１実施例と同じであるので、異なる部分についてのみ説明すると共に、同一部材には同じ符号を付して示すものとする。
【００１９】
第２実施例の直流アーク加熱装置４８では、前記鋳型１０の上部を覆う蓋部材１６に内部画成される加熱室１８内に進退可能に挿入される１本の電極２２により、溶鋼１２を加熱するよう構成される。前記温度制御器３０で求められた目標電力Ｐ０が、目標電流変換器５０に入力されるよう構成される。この目標電流変換器５０には、実機において予め同一の操業条件で実験した結果により得られた、前記電極２２から放電される直流アークが安定する電力と電流との関係データ（図４に示す電力−電流曲線）が設定記憶されており、該目標電流変換器５０では、前記目標電力Ｐ０と関係データとから目標電流Ｉ０を求めるようになっている。そして、この目標電流Ｉ０が入力される前記電流制御器４４は、前記直流電源装置３８に接続された前記電流検出器４０で検出される検出電流Ｉ１が目標電流Ｉ０となるように直流電源装置３８を運転制御するよう構成される。
【００２０】
前記温度制御器３０で求められた目標電力Ｐ０と、前記目標電流変換器５０で求められた目標電流Ｉ０とが、目標電圧演算器５２に入力され、ここで目標電圧Ｖ０が演算されるようになっている。そして、前記直流電源装置３８に接続された前記電圧検出器４２で検出される検出電圧Ｖ１と前記目標電圧Ｖ０とが電圧制御器４６に入力され、該電圧制御器４６が目標電極位置Ｈ０を演算し、この求められた目標電極位置Ｈ０に基づいて、前記電極位置制御装置２６が電極昇降装置２４を運転制御するよう構成される。
【００２１】
【第２実施例の作用】
次に、前述した第２実施例に係る直流アーク加熱装置の運転制御方法の作用につき、第１実施例と異なる部分についてのみ説明する。鋳込み完了後の前記鋳型１０内の溶鋼１２を直流アーク加熱装置４８で加熱するに際し、前記目標温度Ｔ０と検出温度Ｔ１とから求められた目標電力Ｐ０が、前記目標電流変換器５０に入力される。この目標電流変換器５０において、予め設定記憶されている電力と電流との関係データから、前記目標電力Ｐ０に対応する目標電流Ｉ０が求められ、これが前記電流制御器４４に入力される。電流制御器４４には、前記電流検出器４０で検出される検出電流Ｉ１が入力されており、該検出電流Ｉ１が目標電流Ｉ０となるように前記直流電源装置３８を運転制御することで、前記電極２２には目標電力Ｐ０が供給される。
【００２２】
また、前記目標電力Ｐ０と目標電流Ｉ０とが、前記目標電圧演算器５２に入力されることで、目標電圧Ｖ０が求められ、これが電圧制御器４６に入力される。そしてこの電圧制御器４６では、前記電圧検出器４２で検出される検出電圧Ｖ１と目標電圧Ｖ０とから目標電極位置Ｈ０が求められる。そして、この目標電極位置Ｈ０に電極２２が位置するように、前記電極昇降装置２４が電極位置制御装置２６により運転制御されることで、第１実施例と同様に前記加熱室１８の温度は目標温度Ｔ０に保持され、内部欠陥の少ない高品質の鋳片が鋳造される。
【００２３】
第２実施例においても、前記温度センサ２８で逐次検出される検出温度Ｔ１と目標温度Ｔ０との偏差を無くすために求められた目標電力Ｐ０を実現するために、目標電流Ｉ０を基準としてアーク電流とアーク電圧とが常に適切な値となるようフィードバック制御しているから、電極２２から放電される直流アークは安定し、加熱室１８を目標温度Ｔ０に精度よく保持することができる。
【００２４】
【変更例】
第１実施例においての電極の使用本数は２本に限定されず、１本または３本以上であってもよく、また第２実施例においての電極の使用本数も１本に限定されず、２本以上であってもよい。例えば、第１実施例のように目標電圧を基準として制御する場合において１本の電極２２を用いる構成では、１本の電極２２による電力と電圧との関係データから目標電圧Ｖ０が求められ、該目標電圧Ｖ０を基に目標電流Ｉ０と目標電極位置Ｈ０とが求められる。また、第２実施例のように目標電流を基準として制御する場合においてＮ数本の電極２２を用いる構成では、Ｎ数本の電極２２による電力と電流との関係データから第１の目標電流Ｉ０１が求められ、該目標電流Ｉ０１の１／Ｎとなる第２の目標電流Ｉ０２を基に、目標電圧Ｖ０と目標電極位置Ｈ０とが求められる。
【００２５】
両実施例では、鋳型に鋳込まれている溶鋼を加熱する場合で説明したが、前記加熱室を予熱する場合にも本願の運転制御方法を採用し得る。すなわち、例えばカーボンを材質とする受電板に蓋部材を載置して熱加室を画成し、該加熱室に不活性ガスを供給した状態で、受電板と電極との間に所定電圧を印加することで、電極から放電する直流アークにより加熱室、すなわち蓋部材を所定温度まで予熱する場合における直流アーク加熱装置の運転制御方法として採用し得る。更に、実施例では直流アーク加熱装置を垂直型鋳造装置に採用した場合で説明したが、金属材料の溶融炉等の加熱装置として直流アーク加熱装置を採用してもよく、この場合に本願の運転制御方法を用いることができる。なお、この場合の加熱室は炉内となり、また被加熱物は、炉内に装入された金属材料となる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明した如く、本発明に係る直流アーク加熱装置の運転制御方法によれば、目標温度と検出温度とから演算される目標電力を実現するため、電流と電圧との２つのパラメータを自動的に適切な値に制御することで、安定した直流アークにより被加熱物を加熱することができる。また実機により同一の操業条件で実験して求められた電力と電圧または電力と電流との関係データを用いて目標電圧または目標電流を求めるようにしたから、安定した直流アークによる加熱が容易に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な第１実施例に係る直流アーク加熱装置を示す概略構成図である。
【図２】電力−電圧曲線を示すグラフ図である。
【図３】本発明の好適な第２実施例に係る直流アーク加熱装置を示す概略構成図である。
【図４】電力−電流曲線を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１２　溶鋼（被加熱物）
１８　加熱室
２２　電極
２４　電極昇降装置
３８　直流電源装置
Ｔ０　目標温度
Ｔ１　検出温度
Ｐ０　目標電力
Ｖ０　目標電圧
Ｖ０１　第１の目標電圧
Ｖ０２　第２の目標電圧
Ｖ１　検出電圧
Ｉ０　目標電流
Ｉ１　検出電流
Ｈ０　目標電極位置
【図１】
2004039381.tif 000003
【図２】
2004039381.tif 000004
【図３】
2004039381.tif 000005
【図４】
2004039381.tif 000006