(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の交流電力が供給される各相ごとの電極から発生するアークエネルギーによって炉体内のスクラップを溶解するアーク炉用電極昇降装置において、
初期下降時に各相ごとの電極をそれぞれ高速下降する急速降下駆動制御手段と、前記各相電極の高速下降時、各相交流電力入力ラインと前記炉体の接地ラインとの間に現れるアーク電圧を検出し、各相ごとの電極のスクラップタッチをチェックし、スクラップタッチと判断した場合に該当相の電極を停止させる各相対応のアーク電圧チェック手段と、このアーク電圧チェック手段によって停止させた電極のみの相のアーク電流をチェックする各相対応のアーク電流チェック手段と、このアーク電流チェック手段によりアーク電流が流れていると判断した場合に該当相の電極に対してアークインピーダンス一定制御を実行する制御手段とを設け、他の相の電極については前述同様に各手段を経てアークインピーダンス一定制御に移行する電極昇降制御部を備えたことを特徴とするアーク炉用電極昇降装置。
【請求項２】
請求項１に記載のアーク炉用電極昇降装置において、
前記電極昇降制御部のアーク電圧チェック手段は、各相対応の前記アーク電圧と予めスクラップタッチとみなす設定アーク電圧とを比較し、前記アーク電圧が前記設定アーク電圧以下となったとき、その相の電極だけ個別に停止させていくことを特徴とするアーク炉用電極昇降装置。
【請求項３】
所定の交流電力が供給される各相ごとの電極から発生するアークエネルギーによって炉体内のスクラップを溶解するアーク炉用電極昇降方法において、
各相ごとに、各相の電極と前記炉体内のスクラップとの間に現れる電圧からスクラップタッチを検出し、スクラップタッチと検出された相の電極から順次急速降下を停止させ、当該相の電極にアーク電流が流れている場合にアークインピーダンス一定制御を実行することを特徴とするアーク炉用電極昇降方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アーク炉用電極から発生するアークエネルギーによりスクラップを溶解するアーク炉用電極昇降装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、炉体内に装入されたスクラップ（鋼スクラップなど）を溶解するためにアーク炉用電極昇降装置が用いられている。アーク炉用電極昇降装置は、電動機の駆動力によって昇降動作する３本の昇降支持マストと、各昇降支持マストにそれぞれ個別に一端が固定された水平アームと、各水平アームの先端部に吊持され、炉体の上部に所定の間隔を持って配置される３本の電極とから成る。これら各電極には炉用三相変圧器の各相二次側巻線から所定の交流電圧が供給される。
【０００３】
炉体内に装入されるスクラップの溶解時、各アーク炉用電極昇降装置の昇降支持マストを下降動作させ、３本の電極を、炉体上部の炉蓋を貫通させて炉体内のスクラップに近づけていく。このとき、各電極にはそれぞれ所定の交流電圧が印加されているので、各電極端と炉体内のスクラップとの間でアークが発生し、この発生されたアークによりスクラップが溶解する。
【０００４】
ところで、従来のアーク炉用電極昇降装置では、電極の初期下降時に高速下降制御を実施し、三相変圧器のある１相の二次側巻線とスクラップとの間に現れるアーク電圧が０近傍値に達したときにスクラップタッチとみなし、３本全ての電極を自動運転モード（インピーダンス一定制御）に切換える制御を行っている。
【０００５】
図４は従来のアーク炉用電極昇降装置における電極昇降制御部を説明する構成図である。
【０００６】
このアーク炉用電極昇降装置は、一次側巻線に供給される交流電源電圧を炉用三相変圧器１でアーク操業に必要な電圧に降圧し、当該炉用三相変圧器１の二次側巻線に接続される電極２に供給する。この状態において、電極２を炉体３内に装入されているスクラップ４に近づけていくと、電極２と炉体３内のスクラップ４の間にアークエネルギーが発生する。
【０００７】
そこで、アーク炉用電極昇降装置における電極昇降制御部１０は次のような処理を実行する。通電開始に伴う初期下降時、手動によって電極２を高速下降させてスクラップ４に近づけていくが、このとき、炉用三相変圧器１の二次側巻線に接続された補助変圧器５でアーク電圧を検出し、電極昇降制御部１０内に設けたアーク電圧チェック回路１１に送出する。アーク電圧チェック回路１１は、補助変圧器５で検出された実アーク電圧Ｖとスクラップタッチとみなす設定アーク電圧Ｖｓとを比較し、図示されていないが、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相のうち何れか１つの相に相当する実アーク電圧Ｖが設定アーク電圧Ｖｓ以下（Ｖ≦Ｖｓ）となったとき、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相共にアークインピーダンス一定制御回路１２に切換え、実アーク電圧Ｖと計器用変流器６で検出されるアーク電流Ｉとを用いて、３本の電極２から所望のアークエネルギーが発生するようにアークインピーダンスを一定とする自動運転制御を行う（特許文献１）。
【特許文献１】特開平５−２１７６７１号公報（図３参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、以上のようなアーク炉用電極昇降装置では、通電開始時、アーク電流に関係なく、炉用三相変圧器１の三相二次側巻線の１相であっても実アーク電圧Ｖが設定アーク電圧Ｖｓ以下となった時、電極２がスクラップ４に到達したとみなし、３本の電極２ともインピーダンス一定制御に切換えることから、アーク電流が流れないためにアークが発生しない相が生じ、またアークが発生しても不安定な相が生じるなど、スクラップ４の溶解操業効率が低下し、操業時間に損失が生じるなどの問題がある。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、各電極に対するインピーダンス一定制御に移行する際に全相のアーク電流を安定化し、操業時間の短縮化を図るアーク炉用電極昇降装置及び電極昇降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】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明に係るアーク炉用電極昇降装置は、所定の交流電力が供給される各相ごとの電極から発生するアークエネルギーによって炉体内のスクラップを溶解するアーク炉用電極昇降装置において、初期下降時に各相ごとの電極をそれぞれ高速下降する急速降下駆動制御手段と、前記各相電極の高速下降時、各相交流電力入力ラインと前記炉体の接地ラインとの間に現れるアーク電圧を検出し、各相ごとの電極のスクラップタッチをチェックし、スクラップタッチと判断した場合に該当相の電極を停止させる各相対応のアーク電圧チェック手段と、このアーク電圧チェック手段によって停止させた電極のみの相のアーク電流をチェックする各相対応のアーク電流チェック手段と、このアーク電流チェック手段によりアーク電流が流れていると判断した場合に該当相の電極に対してアークインピーダンス一定制御を実行する制御手段とを設け、他の相の電極については前述同様に各手段を経てアークインピーダンス一定制御に移行する電極昇降制御部を備えた構成である。
【００１１】
また、本発明に係るアーク炉用電極昇降方法は、所定の交流電力が供給される各相ごとの電極から発生するアークエネルギーによって炉体内のスクラップを溶解するアーク炉用電極昇降方法において、各相ごとに、各相の電極と前記炉体内のスクラップとの間に現れる電圧からスクラップタッチを検出し、スクラップタッチと検出された相の電極から順次急速降下を停止させ、当該相の電極にアーク電流が流れている場合にアークインピーダンス一定制御を実行することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、各電極に対するインピーダンス一定制御に移行する際に全相のアーク電流を安定化でき、操業時間の短縮化を図ることが可能なアーク炉用電極昇降装置及び電極昇降方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。  
図１は本発明に係るアーク炉用電極昇降装置の特に電極昇降制御部の一実施の形態を示す構成図である。なお、同図において、図４と同一部分には同一符号を付して説明する。
【００１４】
図１において、１は炉用変圧器であって、例えば炉用三相変圧器が用いられる。この炉用変圧器１は、一次側巻線に供給される交流電源電圧をアーク操業に必要な所望の電圧に変換して電極２に供給する。電極２は、図２に示すように３本の電極２ａ（Ｒ相）、２ｂ（Ｓ相）、２ｃ（Ｔ相）からなり、前述したように炉体３の上部に配置され、電極昇降装置を構成する各相対応の例えば水平アーム（図示せず）に個別に吊持され、電極昇降装置による昇降動作に従ってそれぞれ個別に昇降する。各電極２ａ，２ｂ，２ｃは、炉用変圧器１である三相変圧器の各相二次側巻線に接続され、当該炉用変圧器１で降圧された交流電圧が供給される。
【００１５】
前記炉体３には、溶解しようとするスクラップ４が装入され、通常炉蓋（図示せず）によって閉塞されている。よって、電極昇降装置の昇降動作によって下降される電極２ａ，２ｂ，２ｃは、炉蓋に形成された開口部などを貫通し、炉体３内に挿入される。
【００１６】
５は補助変圧器であって、炉用変圧器１の各相二次側巻線と接地状態にある炉体３との間に接続され、電極２とスクラップ４の間のアーク電圧を検出し、電極昇降制御部２０に送出する。６は計器用変流器であって、炉用変圧器１の各相二次側からアーク電流を検出し、補助変圧器５と同様に電極昇降制御部２０に送出する。
【００１７】
本発明の要部となる電極昇降制御部２０は、通電開始とともに各相対応の電極２ａ，２ｂ，２ｃを急速降下させる急速降下駆動制御手段２１（２１Ｒ，２１Ｓ、２１Ｔ）と、アーク電圧チェック手段２２（２２Ｒ，２２Ｓ、２２Ｔ）と、アーク電流チェック手段２３（２３Ｒ，２３Ｓ、２３Ｔ）と、アークインピーダンス一定制御手段２４（２４Ｒ，２４Ｓ、２４Ｔ）とが設けられている。
【００１８】
アーク電圧チェック手段２２は、炉用変圧器１の各相二次側と炉体３接地ラインとの間に接続された補助変圧器５によって検出される各相の実アーク電圧とスクラップタッチとみなす設定アーク電圧とを比較し、実アーク電圧が設定アーク電圧以下となったとき、該当する相の電極２だけをスクラッチタッチとみなし、当該相に対応する電極２を停止させた後、アーク電流チェック指示を前記アーク電流チェック手段２３に送出する。この設定アーク電圧は、電極２がスクラップ４に達したときに相当する電圧値であって、実験その他過去の知識，経験等から定められる。
【００１９】
アーク電流チェック手段２３は、アーク電圧チェック手段２２からチェック指示を受けると、前述した各相の計器用変流器６で検出される実アーク電流を取り込み、当該実アーク電流と予め定められるアーク電流が流れたとみなす設定アーク電流とを比較し、当該実アーク電流Ｉが設定アーク電流Ｉｓを越えた相が存在すれば、当該相に対応するアークインピーダンス一定制御手段２４を選択する機能を持っている。
【００２０】
アークインピーダンス一定制御手段２４は、補助変圧器５で検出される実アーク電圧Ｖと計器用変流器６で検出されるアーク電流Ｉとを用いて、実アーク電流Ｉが設定アーク電流Ｉｓを越えた相に対応する電極２だけをアークアークインピーダンス一定制御を実施し、所望のアークエネルギーが得られるように自動運転する。
【００２１】
なお、前記電極昇降制御部２０は、一般的にはマイクロプロセッサ（ＣＰＵ）を用いて実現するが、例えば論理回路などを用いてハード的な構成とすることも可能である。
【００２２】
次に、以上のようなアーク炉用電極昇降装置における電極昇降制御部２０の動作に関し、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）を用いた場合の電極昇降制御部２０の動作について説明する。
【００２３】
電極昇降制御部２０は、通電が開始すると（Ｓ１）、図３に示すフローに従って所定の処理を実行する。すなわち、電極昇降制御部２０の各相ごとの電極急速降下駆動制御手段２１Ｒ、２１Ｓ、２１Ｔが急速降下駆動制御信号を送出し、電動機（図示せず）に与える。この電動機は、電極２ａ，２ｂ，２ｃの初期下降時、各相対応の例えば昇降支持マスト及び水平アームを介して当該水平アームに吊持される電極２ａ，２ｂ，２ｃを急速降下させる。これにより、各相対応の電極２ａ，２ｂ，２ｃは炉体３上部の炉蓋を貫通して炉体３内のスクラップ４に向かって進行し、当該スクラップ４に近づいていく（Ｓ２Ｒ、Ｓ２Ｓ、Ｓ２Ｔ）。
【００２４】
このとき、電極昇降制御部２０の各相ごとのアーク電圧チェック手段２２Ｒ、２２Ｓ、２２Ｔは、それぞれ炉用変圧器１の対応する相の二次巻線側と接地との間に現れる実アーク電圧Ｖを監視する（Ｓ３Ｒ、Ｓ３Ｓ、Ｓ３Ｔ）。すなわち、アーク電圧チェック手段２２Ｒ、２２Ｓ、２２Ｔは、各相ごとに設けられた補助変圧器５から実アーク電圧Ｖを取り込み、各相の実アーク電圧Ｖとスクラップタッチとみなす設定アーク電圧Ｖｓとを比較し、何れか１つの相，例えばＲ相に対応する実アーク電圧Ｖが設定アーク電圧Ｖｓ以下（Ｖ≦Ｖｓ）となったとき、スクラップタッチとみなし、Ｒ相に対応する電極２ａを停止させる（Ｓ４Ｒ）。
【００２５】
このとき、他のＳ相及びＴ相に対応する実アーク電圧Ｖが設定アーク電圧Ｖｓ以下となっていない場合、ステップＳ２Ｓ，Ｓ２Ｔに移行し、電極自動急速降下を継続実施し、実アーク電圧Ｖを監視する（Ｓ３Ｓ、Ｓ３Ｔ）。
【００２６】
ステップＳ４Ｒにおいて、電極２ａを停止させ後、当該Ｒ相に対応するアーク電流チェック手段２３Ｒを実行する。このアーク電流チェック手段２３Ｒは、Ｒ相に対応する計器用変流器６で検出される実アーク電流Ｉとアーク電流が流れたとみなす設定アーク電流Ｉｓとを比較し（Ｓ５Ｒ）、実アーク電流Ｉが設定アーク電流Ｉｓ以上（Ｉ≧Ｉｓ）と判断したとき、アークインピーダンス一定制御手段２４Ｒを実行する（Ｓ６Ｒ）。すなわち、アークインピーダンス一定制御手段２４Ｒは、補助変圧器５Ｒで検出される実アーク電圧Ｖと該当相の計器用変流器６で検出された実アーク電流Ｉとを取り込み、実アーク電圧Ｖと実アーク電流ｉとの比が一定となるように自動制御運転を実施する（Ｓ６Ｒ）。この自動制御運転は、手動制御運転（急速昇降速度）よりも遅い速度で昇降制御し、炉体３内部の状況変化に対応させ、アーク切れを引き起こさないように制御する。
【００２７】
ところで、Ｒ相に対応する電極２ａがアークインピーダンス一定制御に入っているとき、Ｓ相及びＴ相に対応するアーク電圧チェック手段２２Ｓ、２２Ｔは、前述したように実アーク電圧Ｖと設定アーク電圧Ｖｓとを比較し（Ｓ３Ｓ，Ｓ３Ｔ）、ここで例えばＳ相の実アーク電圧Ｖが設定アーク電圧Ｖｓ以下となったとき、初めてＳ相に対応する電極２ｂを停止させ、Ｒ相と同様にアーク電流の監視（Ｓ５Ｓ）及びアークインピーダンス一定制御に移行する（Ｓ６Ｓ）。
【００２８】
Ｔ相においても同様の手順に従って電極停止（Ｓ４Ｔ）、アーク電流の監視（Ｓ５Ｔ）及びアークインピーダンス一定制御に移行する（Ｓ６Ｔ）。
【００２９】
従って、以上のような実施の形態によれば、各相ごとに実アーク電圧Ｖと設定アーク電圧Ｖｓとを比較し、実アーク電圧Ｖが設定アーク電圧Ｖｓ以下となった相から順番にアーク電流チェック手段２３に移行し、実際にアーク電流が流れているか判断し、安定なアーク電流が流れている場合にアークインピーダンス一定制御に移行するので、全相のアーク電流が安定な状態になったとき、逐次、インピーダンス一定制御に移行させることができる。これにより、アーク電流が流れないためにアークが発生しない相とか、アークが発生しても不安定となる相がなくなり、常に安定な状態でスクラップ４の溶解操業を行うことができる。その結果、スクラップ４の溶解操業の効率を上げることができ、操業時間の短縮を図ることができる。
【００３０】
その他、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係るアーク炉用電極昇降装置のうち、電極昇降制御系の一実施の形態を示す構成図。
【図２】各相ごとに電極が配置されている例を示す図。
【図３】本発明に係るアーク炉用電極昇降装置における電極昇降制御の動作を説明するフローチャート。
【図４】従来のアーク炉用電極昇降装置の電極昇降制御系を示す構成図。
【符号の説明】
【００３２】
１…炉用変圧器、２（２ａ，２ｂ，２ｃ）…電極、３…炉体、４…スクラップ、５…補助変圧器、６…計器用変流器、２０…電極昇降制御部、２１（２１Ｒ、２１Ｓ、２１Ｔ）…電極急速降下駆動制御手段、２２（２２Ｒ、２２Ｓ、２２Ｔ）…アーク電圧チェック手段、２３（２３Ｒ、２３Ｓ、２３Ｔ）…アーク電流チェック手段、２４（２４Ｒ、２４Ｓ、２４Ｔ）…アークインピーダンス一定制御手段。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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