(57)【要約】【課題】コスト上昇を生じることなく、従来に比して電極の高速昇降を実現して生産性を向上することができるアーク炉およびアーク炉の電極昇降装置を提供する。【解決手段】炉本体２と、炉本体２内でアークを発生させる電極４と、電極４を支持する支持アーム１１と、支持アーム１１を昇降する電極昇降装置２０と、を備え、電極昇降装置２０は、支持アーム１１に連結された複動シリンダ２１と、複動シリンダ２１の作動油の給排を制御する油圧制御装置３０と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉本体と、
前記炉本体内でアークを発生させる電極と、
前記電極を支持する支持アームと、
前記支持アームを昇降する電極昇降装置と、を備え、
前記電極昇降装置は、
前記支持アームに連結された複動シリンダと、
前記複動シリンダの作動油の給排を制御する油圧制御装置と、を備えたことを特徴とするアーク炉。
【請求項２】
アーク炉の炉本体内でアークを発生させる電極を支持する支持アームを昇降するアーク炉の電極昇降装置であって、
前記電極昇降装置は、
前記支持アームに連結された複動シリンダと、
前記複動シリンダの作動油の給排を制御する油圧制御装置と、を備えたことを特徴とするアーク炉の電極昇降装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アークを発生させる電極が昇降自在に支持されたアーク炉、および、アーク炉の電極を昇降する電極昇降装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、炉本体内に充填されたスクラップに電極を接触させ、電極間に生じるアーク電流によってスクラップを溶融するアーク炉が知られている。こうしたアーク炉は、スクラップを投入するための開口が炉本体の上部に設けられており、この開口が炉蓋によって開閉されるようになっている。
【０００３】
また、炉蓋には、炉本体内でアークを発生させる電極を挿通するための挿通孔が形成されており、この挿通孔を介して電極が炉本体内に進退可能となっている。電極は支持アームによって支持されており、電極昇降装置によって支持アームを鉛直方向に昇降することで、電極の高さ位置が可変されることとなる。
【０００４】
この電極昇降装置として、例えば特許文献１、２に示されるように、支持アームの支柱に設けられたプーリにワイヤロープを巻き回し、このワイヤロープを電動巻上装置によって繰り出しまたは繰り入れることで、支持アームを昇降する技術が開示されている。また、例えば特許文献３に示されるように、単動シリンダの伸縮によって支持アームを昇降する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２２７５６６号公報
【特許文献２】特開平０５−２７１７３７号公報
【特許文献３】特開平０９−１７８３６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のアーク炉によれば、炉本体内にスクラップを投入する際に、炉蓋の挿通孔よりも上方に電極を抜き出してから炉蓋を開放し、炉本体内にスクラップを充填して炉蓋を再び閉じた後、電極を下降させて挿通孔に挿通する必要がある。このように、スクラップを充填する作業中は、当然のこととしてスクラップの溶融作業が中断されるため、電極を高速で昇降させて生産性を向上することが望まれる。
【０００７】
また、アーク炉においては、炉本体内に充填されたスクラップが溶融に伴って崩落し、高さ位置が時々刻々と変化するため、スクラップの位置変位に電極を追従させなければならない。このとき、電力投入効率（力率）は、電極とスクラップとの距離で変化するため、スクラップの位置変位に伴う電極の追従性を向上すれば、力率および生産性の向上を図ることができる。
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１、２に示されるように、ワイヤロープを介して電極を昇降する場合、電極（支持アーム）の昇降速度は、巻上装置におけるワイヤロープの繰り出し、繰り入れ速度の半分であり、また、応答性や昇降制御の精密さにも欠ける。したがって、電極を高速で昇降するのには限界があり、スクラップの崩落に対する追従性や電極の進退速度を向上するのは難しいという実態がある。
【０００９】
一方で、特許文献３に示されるように、単動シリンダによって電極を昇降する場合、油圧制御で電極を高速で昇降させることは可能である。しかしながら、単動シリンダにおいては精密な加減速制御を行うことができず、アーク炉の電極昇降という数ｔ〜数十ｔという大きな荷重が作用する環境下で単動シリンダを高速作動すると、大きな振動が生じてしまう。そのため、振動に耐えうる強度を確保しなければならず、コストが上昇してしまうといった課題がある。
【００１０】
本発明の目的は、コスト上昇を生じることなく、従来に比して電極の高速昇降を実現して生産性を向上することができるアーク炉およびアーク炉の電極昇降装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明のアーク炉は、炉本体と、炉本体内でアークを発生させる電極と、電極を支持する支持アームと、支持アームを昇降する電極昇降装置と、を備え、電極昇降装置は、支持アームに連結された複動シリンダと、複動シリンダの作動油の給排を制御する油圧制御装置と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明のアーク炉の電極昇降装置は、アーク炉の炉本体内でアークを発生させる電極を支持する支持アームを昇降するアーク炉の電極昇降装置であって、電極昇降装置は、支持アームに連結された複動シリンダと、複動シリンダの作動油の給排を制御する油圧制御装置と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、コスト上昇を生じることなく、従来に比して電極の高速昇降が可能となり、生産性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態のアーク炉の全体図である。
【図２】本実施形態の電極昇降装置を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１６】
図１は、アーク炉１の全体図である。この図に示すように、アーク炉１は、スクラップが充填される炉本体２を備え、例えば電源として三相交流が用いられる。この炉本体２は、鉛直上方に開口が設けられており、この炉本体２の開口が炉蓋３によって開閉可能となっている。炉蓋３の中央近傍には挿通孔３ａが３つ設けられており、図１に示すように、炉蓋３によって炉本体２の開口が閉塞された状態で、各挿通孔３ａに黒鉛からなる電極４が挿通されている。
【００１７】
上記の炉本体２は、基台５に傾動自在に支持された傾動床６に固定されている。この傾動床６の底面には、弧状に湾曲する傾動ロッカー６ａが設けられており、この傾動ロッカー６ａが、基台５上に支持されている。そして、基台５と傾動床６との間には、一端が基台５に連結され、他端が傾動床６に連結された傾動シリンダ７が設けられており、この傾動シリンダ７を伸縮させることで、傾動ロッカー６ａを基台５上で揺動させて、炉本体２が傾動床６と一体的に図中ｘ方向に傾動するように構成されている。
【００１８】
なお、炉本体２には出鋼口２ａが設けられており、この出鋼口２ａから、スクラップの溶融によって生成された溶融金属が取り出されるようにしている。一方、炉本体２の周面であって、出鋼口２ａと対向する位置には、不図示の排滓口が設けられており、傾動床６と一体的に炉本体２を傾動させることで、スクラップの溶融によって生じたスラグを排滓口から排出することが可能となっている。
【００１９】
また、基台５には、旋回台９が旋回（回転）自在に設けられており、旋回台９上には、一対の吊上げビーム１０と、これら一対の吊上げビーム１０間に位置する３体の支持アーム１１とが設けられている。吊上げビーム１０は、旋回台９に固定され鉛直方向に延在する基部１０ａと、この基部１０ａから炉本体２側に突出する突出部１０ｂとを備えており、突出部１０ｂからワイヤロープ１２を垂下させている。このワイヤロープ１２は、その先端が炉蓋３に連結されており、不図示の油圧シリンダによって繰り入れ、繰り出しすることで、炉蓋３の昇降が可能となっている。
【００２０】
また、支持アーム１１は、旋回台９に固定され鉛直方向に延在する基部１１ａと、この基部１１ａから炉本体２側に突出する突出部１１ｂとを備えており、突出部１１ｂの先端に上記の電極４が固定されている。詳しくは後述するが、支持アーム１１には電極昇降装置が設けられており、この電極昇降装置によって支持アーム１１が鉛直方向に昇降可能に構成されている。このように、支持アーム１１を昇降させることにより、電極４が一体となって鉛直方向に昇降することとなる。
【００２１】
次に、上記の構成からなるアーク炉１の動作について説明する。炉本体２にスクラップを投入する場合、まず、支持アーム１１を鉛直方向に上昇させ、電極４を、炉本体２よりも上方に抜き出す。次に、ワイヤロープ１２を繰り入れて、炉蓋３を炉本体２よりも上方に浮かせるとともに、旋回台９を作動して、吊上げビーム１０および支持アーム１１を旋回させる。これにより、炉蓋３および電極４が炉蓋３の開口から退避して、炉本体２が開状態となる。
【００２２】
上記のように炉蓋３が開状態となったら、スクラップが充填された不図示のスクラップバケットをクレーンで炉本体２の上方まで移動させ、スクラップバケットから炉本体２にスクラップを投入する。そして、スクラップバケットを炉本体２の上方から退避させた後、旋回台９を上記とは反対方向に作動して、吊上げビーム１０および支持アーム１１を元の位置まで旋回させる。その後、ワイヤロープ１２を繰り出して炉蓋３を炉本体２上に載置して炉本体２を閉塞するとともに、電極４を下降させて溶融作業の準備が完了となる。
【００２３】
そして、各電極４の電流、電圧を制御して、炉本体２内でアークを発生させ、これによってスクラップを溶融することとなるが、このとき、各電極４は、炉本体２内のスクラップの位置変位に伴って、それぞれ独立して昇降制御される。上記のように、各電極４は、スクラップの投入時にはフルストロークされ、スクラップの溶融時には、スクラップの位置変位に伴って昇降がコントロールされることとなる。
【００２４】
ここで、スクラップの投入時には各電極４がフルストロークされることから、各電極４を高速で昇降させることで、溶融作業の中断時間を短縮化することが可能となる。一方で、各電極４の応答性を向上させれば、各電極４がスクラップの位置変位に対して瞬時に追従し、電力投入効率（力率）を向上することができる。本実施形態においては、高速化および応答性を向上すべく、電極４を昇降するための電極昇降装置が次のように構成されている。
【００２５】
図２は、本実施形態の電極昇降装置２０を説明する図である。電極昇降装置２０は、支持アーム１１の基部１１ａに収容される複動シリンダ２１を備えている。支持アーム１１の基部１１ａは突出部１１ｂと一体化されており、複動シリンダ２１の伸縮によって、基部１１ａがガイドローラ１３にガイドされて鉛直方向に昇降することとなる。
【００２６】
複動シリンダ２１は、ボトム側室２１ａとロッド側室２１ｂとがピストン２１ｃによって区画形成され、ピストン２１ｃに固定されたロッド２１ｄが、ロッド側室２１ｂ側に突出している。この複動シリンダ２１に対する作動油の給排を制御するのが、油圧制御装置３０である。油圧制御装置３０は、電動モータＭの駆動によって作動する可変容量形ポンプＰを備えており、この可変容量形ポンプＰからメイン通路３１に作動油が吐出されるようになっている。
【００２７】
メイン通路３１には、可変容量形ポンプＰから複動シリンダ２１へ供給される作動油の流量を制御するサーボ弁からなる切換弁３２が接続されている。この切換弁３２は、ポンプポート３２ａがメイン通路３１に接続され、タンクポート３２ｂがタンクＴに連通するタンク通路３３に接続されている。また、切換弁３２は、第１供給ポート３２ｃが、複動シリンダ２１のボトム側室２１ａに連通する第１連通路３４に接続され、第２供給ポート３２ｄが、複動シリンダ２１のロッド側室２１ｂに連通する第２連通路３５に接続されている。
【００２８】
そして、切換弁３２を、図示の中立位置から図中左側の切り換え位置に切り換えると、メイン通路３１と第２連通路３５とが接続され、第１連通路３４とタンク通路３３とが接続される。したがって、可変容量形ポンプＰから吐出された作動油は、切換弁３２を介して、複動シリンダ２１のロッド側室２１ｂに導かれるとともに、複動シリンダ２１のボトム側室２１ａ内の作動油は、切換弁３２を介して、タンクＴに還流する。これにより、複動シリンダ２１が収縮方向に作動し、電極４が下降することとなる。
【００２９】
また、これとは逆に、切換弁３２を、図示の中立位置から図中右側の切り換え位置に切り換えると、メイン通路３１と第１連通路３４とが接続され、第２連通路３５とタンク通路３３とが接続される。したがって、可変容量形ポンプＰから吐出された作動油は、切換弁３２を介して、複動シリンダ２１のボトム側室２１ａに導かれるとともに、複動シリンダ２１のロッド側室２１ｂ内の作動油は、切換弁３２を介して、タンクＴに還流する。これにより、複動シリンダ２１が伸長方向に作動し、電極４が上昇することとなる。
【００３０】
そして、上記の切換弁３２を切換制御するのが制御手段４０である。制御手段４０には、電極４の電流や電圧を検出する第１検出センサ４１、および、支持アーム１１の高さ位置を検出する第２検出センサ４２から検出信号が入力（フィードバック）される。制御手段４０は、予め設けられた制御テーブル４３を参照し、両検出センサ４１、４２から入力される検出信号に基づいて、電動モータＭの回転数および加速度ならびに切換弁３２の開度を調整して、複動シリンダ２１への流量を制御（閉ループ制御）する。例えば、閉ループのアウターループにおいて、電極４の電流や電圧をフィードバックさせて電極４の昇降制御を行い、インナーループにおいて、その目標昇降位置に追従するように、支持アーム１１の高さ位置をフィードバックさせて、電動モータＭや切換弁３２を制御する。
【００３１】
このとき、切換弁３２がサーボ弁で構成されていることから、複動シリンダ２１への流量制御を高精密に行うことができる。また、支持アーム１１を昇降するアクチュエータとして複動シリンダ２１を採用したので、位置および速度制御のみならず加減速に関する加速度制御も高精密に行うことができる。このように、加減速時の流量制御を高精密に行うことで、複動シリンダ２１を高速で作動したとしても、複動シリンダ２１に大きな振動が生じることがない。したがって、特段に強度を向上せずとも、電極４の昇降を高速化することが可能となり、コスト上昇を招くことなく、応答性、追従性を向上させて、生産性を向上させることができる。
【００３２】
なお、上記実施形態においては、３つの電極４を備えた三相交流型のアーク炉を用いて説明したが、上記の電極昇降装置２０は、電極４を１つのみ備える直流型のアーク炉にも適用可能である。
【００３３】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、アークを発生する電極が昇降自在に支持されたアーク炉、および、アーク炉の電極を昇降する電極昇降装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１     …アーク炉
２     …炉本体
４     …電極
１１   …支持アーム
２１   …複動シリンダ
２０   …電極昇降装置
３０   …油圧制御装置
【図１】
2013170778.tif 000003
【図２】
2013170778.tif 000004