(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶体を収容する炉と，前記溶体に電力を供給する電極と，前記電極を昇降する電極昇降機構とを備えた，電気炉用電極の制御装置であって，
前記電極の電流入力値と目標設定値の偏差に応じて，無応答時間として機能する時間間隔をもってインターラプタを介して，前記電極昇降機構が間欠的に昇降制御されることを特徴とする，電気炉用電極の制御装置。
【請求項２】
前記時間間隔は，前記偏差の大きさに応じて異なることを特徴とする，請求項１に記載の電気炉用電極の制御装置。
【請求項３】
前記電極は，前記偏差が所定値以上の場合には，連続的に昇降制御されることを特徴とする，請求項１に記載の電気炉用電極の制御装置。
【請求項４】
溶体を収容する炉と，前記溶体に電力を供給する複数の電極と，前記各電極を昇降する電極昇降機構とを備えた，電気炉用電極の制御装置であって，
前記電極の電流入力値と目標設定値の偏差に応じて，無応答時間として機能する時間間隔をもってインターラプタを介して，前記電極昇降機構が間欠的に昇降制御されることを特徴とする，電気炉用電極の制御装置。
【請求項５】
前記電極は，前記偏差が所定値以上の場合には，同時に昇降制御されることを特徴とする，請求項４に記載の電気炉用電極の制御装置。
【請求項６】
溶体を収容する炉と，前記溶体に電力を供給する電極と，前記電極を昇降する電極昇降機構とを備えた，電気炉用電極の制御方法であって，
前記電極の電流入力値と目標設定値の偏差に応じて，無応答時間として機能する時間間隔をもってインターラプタを介して，前記電極昇降機構が間欠的に昇降制御されることを特徴とする，電気炉用電極の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，電気炉用電極の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば，金属の精錬，鋳造工程においては，さまざまな電気炉が使用されているが，その一例として銅精錬工程中の自溶炉を挙げると，数種類の鉱石を混合乾燥し，自溶炉へ挿入し，溶解し，さらに錬かん炉，転炉，精製炉を経て，アノードに形成した後に，電解工場へ搬送している。
【０００３】
ここで，錬かん炉は，自容炉から排出されたかん（スラグ）をセットリングし，比重差により，かわ（マット）とかん（スラグ）に分離し，金属分を回収するための炉である。セットリングにおいては，溶体（マット／スラグ）の流動性を確保するために，電気炉方式により一定の熱を供給している。ここで，電気炉に供給される熱量は，電力を一定に制御することにより間接的に制御される。電力の制御は，溶体に挿入された棒状の電極を昇降制御することにより，電極間の抵抗が変化することを利用して，流れる電流を変化させることにより行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが，従来の電気炉用電極制御装置においては，電極の昇降動作の応答性が早すぎ，また複数の電極が同時に昇降制御されていたため，電流の変動幅が大きくなり，その結果，周期振動を繰り返し，同期がなかなかとれずに，制御が安定しないという問題点があった。また，不必要な応答制御が反復されるため，電力を消費する電磁接触器や電磁ブレーキなどが必要以上に作動し，電力の無駄が大きいという問題点もあった。
【０００５】
本発明は，従来の電気炉用電極制御装置が有する上記問題点に鑑みてなされたものであり，本発明の目的は，電極の昇降動作の応答速度を調整することにより制御の安定性を向上させ，さらには消費電力を大幅に節約することが可能な，新規かつ改良された電気炉用電極制御装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために，本発明の第１の観点によれば，請求項１に記載のように，溶体を収容する炉と，前記溶体に電力を供給する電極と，前記電極を昇降する電極昇降機構とを備えた，電気炉用電極の制御装置であって，前記電極の電流入力値と目標設定値の偏差に応じて，無応答時間として機能する時間間隔をもってインターラプタを介して，前記電極昇降機構が間欠的に昇降制御されることを特徴とする，電気炉用電極の制御装置が提供される。
【０００７】
かかる構成によれば，電極の昇降動作を間欠的に制御するので，電極昇降のストロークが小さくなり，したがって，制御振動も軽減するので，同期がとりやすく，制御の安定性が向上する。また不必要な電極昇降動作も軽減されるので，電力消費も軽減される。
【０００８】
なお，前記時間間隔は，請求項２に記載のように，前記偏差の大きさに応じて異ならせるように構成することも可能である。また，前記電極は，請求項３に記載のように，前記偏差が所定値以上の場合には，連続的に昇降制御されるように構成することも可能である。かかる構成によれば，例えば，偏差が大きい場合には，応答時間を長くし，場合によっては，電極を連続動作させ，偏差が小さい場合には，応答時間を短くすることにより，より迅速に制御を安定させることができる。
【０００９】
さらに上記課題を解決するために，本発明の第２の観点によれば，請求項４に記載のように，溶体を収容する炉と，前記溶体に電力を供給する複数の電極と，前記各電極を昇降する電極昇降機構とを備えた，電気炉用電極の制御装置であって，前記電極の電流入力値と目標設定値の偏差に応じて，無応答時間として機能する時間間隔をもってインターラプタを介して，前記電極昇降機構が間欠的に昇降制御されることを特徴とする，電気炉用電極の制御装置が提供される。
【００１０】
かかる構成によれば，偏差の大きさに応じて，複数の電極が順次動作するので，各電極間の同期もとりやすく，安定した制御特性を得ることが可能である。なお，請求項５に記載のように，前記偏差が所定値以上の場合には，電極を同時に昇降制御すれば，より迅速に制御を安定させることができる。
【００１１】
上記課題を解決するために，本発明の第３の観点によれば，請求項６に記載のように，溶体を収容する炉と，前記溶体に電力を供給する電極と，前記電極を昇降する電極昇降機構とを備えた，電気炉用電極の制御方法であって，前記電極の電流入力値と目標設定値の偏差に応じて，前記電極は無応答時間として機能する時間間隔をもってインターラプタを介して，前記電極昇降機構が間欠的に昇降制御されることを特徴とする，電気炉用電極の制御方法が提供される。
【００１２】
かかる構成によれば，電極の昇降動作を間欠的に制御するので，電極昇降のストロークが小さくなり，したがって，制御振動も軽減するので，同期がとりやすく，制御の安定性が向上する。また不必要な電極昇降動作も軽減されるので，電力消費も軽減される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下，添付図面を参照しながら，本発明にかかる電気炉用の電極制御装置および方法の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１４】
図１には，本実施の形態にかかる電極制御装置および方法を適用可能な製錬工程の一部が示されている。図示のように，耐熱性煉瓦などからなる自溶炉１０の鉱石取り入れ口１１から取り入れられた粉砕鉱石は，重油取り入れ口１２から取り入れられた重油および空気取り入れ口１３から取り入れられた空気と混合され，燃焼塔１４内で燃焼溶解され，それらの比重差に応じて，炉内に，例えば銅，鉄を含むマット１５と，銅を含むスラグ１６が形成される。なお，図中１７は，自溶炉内に生じた排熱および排煙を排熱ボイラーに送る排熱塔である。
【００１５】
このように，自溶炉１０内で分離されたスラグ１６は，送り路１８を介して，錬かん炉２０へと送られ，セットリングされる。錬かん炉２０は，自溶炉と同様に耐熱性煉瓦などから構成される。図２に示すように，錬かん路２０内には，モータなどの駆動機構２１（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ）により個別に昇降させることが可能な３本の棒状電極２２（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ）が配されている。そして，後述するようにこれらの電極２２に電力を供給することにより，炉内の溶体２３，２４の流動性を確保する構成を有している。このようにして，炉内に，例えば銅，鉄を含むマット２４と，銅を含むスラグ１６が形成される。そして，スラグ１６は，送り路２８を介して転炉，精製炉などの後工程に贈られる。
【００１６】
ここで，錬かん炉２０に配される各電極２２は，鉄パイプ内に炭素塊を詰めた構造をしている。稼働時に，その先端部は，高熱のスラブ２３内に溶解して行くので，その後端部に適宜鉄パイプを継ぎ足し，炭素塊を補充できる構造を有している。なお，図示の例では，３本の棒状電極２４を採用した例を示したが，本発明はかかる例に限定されず，任意の本数および形状の電極により，炉内のマット２４／スラブ２３に電力を供給することが可能である。
【００１７】
不図示の電源から供給された電力はトランス２５を介して各棒状電極２２に供給される。ここで，錬かん炉２０に供給される熱量は，制御装置２６により，電力を一定に制御することにより間接的に制御されるが，電力の制御は，溶体２３，２４に挿入された各電極２２を昇降制御することにより，各電極２２間の抵抗が変化することを利用して，各電極および溶体内を流れる電流を変化させることにより行われる。
【００１８】
このように，制御装置２５は，自動的に電極電流を調整するものであるが，その際に，制御装置２８は，予め設定したパラメータ（補助変数）に従い，電極電流を目標設定値に保つように機能する。すなわち，電極電流が目標設定域下限値より小さくなると，電流を増加すべく電極を下降させ，目標設定域上限値より大きくなると，電流を減少すべく電極を上昇させて，電流を目標設定値内に収まるようにする。
【００１９】
本実施の形態において採用可能な補助変数としては，電極電流の大きい方から小さい方へ順に，計器レンジコード上限値，設定リミット上限値，アラーム設定値，目標設定域上限値，目標設定値，目標設定域下限値，設定リミット下限値，計器レンジコード下限値などが挙げられる。なお，計器レンジコード上下限値は，計器の測定可能範囲である。設定リミット上下限値は，電極電流の設定範囲である。アラーム設定値は，過電流が流れた場合のアラーム信号発生値であり，かかるアラーム信号が発生された場合には，後述するインタラプタ２７の動作にかかわらず，各電極は連続上昇され，電流値が下げられる。さらに目標設定域上下限値および目標設定値は，目標設定値を基準として設定される許容電極電流範囲である。
【００２０】
本実施の形態の特徴的な点として，駆動機構２１により昇降制御される各電極２４は，インターラプタ２７を介して個別におよび／または間欠的に制御される。インターラプタ２７は，電極電流の入力値と目標設定値との間に偏差がある場合に，電極電流が過度に調整されることを防止するために，各電極２２を１極ずつ順序を追って間欠的に制御する。なお，各電極２２の制御間隔については，任意に設定することが可能であるが，十分な無応答時間として機能する時間間隔，たとえば，３〜２０秒を有することが必要である。かかる時間間隔をもって間欠的に電極を１極ずつ順序を追って昇降させることにより，従来のように，電流の変化によって電極が過敏に応答し，設定電圧に同期するまでに長い時間がかかったり，電磁接触器や，電磁ブレーキなどの電力を消費する部分が必要以上に作動し，無駄な電力が消費されることが防止される。
【００２１】
図３には，本実施の形態にかかる電極制御装置による制御の様子を示し，図４には，従来の電極制御装置による制御の様子を示した。これらの図を比較すれば，容易にわかるように，従来の電極制御装置によれば，電極が不必要に昇降制御され，電極位置が大きく変動するため，測定電力が設定電力に同期するまでに長時間を要している。これに対して，本実施の形態にかかる電極制御装置によれば，各電極は１極ずつ間欠的に制御されるので，電極位置の変動が抑制され，測定電力も速やかに設定電力に収束していく。
【００２２】
このように，本実施の形態にかかる電極制御装置によれば，電極が１極ずつ間欠的に昇降制御されるので，測定電力が設定電力に安定的にかつ迅速に収束し，制御の安定性を向上させることが可能である。さらに，電極を駆動する電磁接触器や電磁ブレーキの不必要な動作が抑制されるので，無駄な電力の消費を抑えることが可能となる。
【００２３】
以上，本発明の実施の一形態にかかる電気炉用電極制御装置について説明したが，本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術思想の範疇内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。
【００２４】
たとえば，上記実施の形態においては，各電極は，偏差の大きさにかかわらず同じ時間間隔で制御されたが，偏差の大きさに応じて異なる時間間隔で電極を制御することも可能である。例えば，偏差の大きさが大きい場合には，長い応答時間で制御行い，設定電力により迅速に近づくように制御することが可能である。これに対して，偏差の大きさが小さい場合には，より短い応答時間で制御を行い，制御応答に起因する測定電力のぶれを軽減し，制御を安定させることが可能である。
【００２５】
さらにまた，偏差が安全設定基準値として設定したアラーム設定値を超過する場合には，インタラプタ２７の動作を無視して，電極を連続的にかつ同時に昇降動作させることも可能である。
【００２６】
さらに，上記実施形態においては，本発明にかかる電気炉溶電極の制御装置および方法を銅製錬工程に適用した場合を示したが，本発明はかかる例に限定されず，電極を用いて金属を溶解することが可能なすべての電気炉に適用することが可能であることは言うまでもない。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように，請求項１に記載の発明によれば，電極の昇降動作を間欠的に制御するので，電極昇降のストロークが小さくなり，したがって，制御振動も軽減するので，同期がとりやすく，制御の安定性が向上する。また不必要な電極昇降動作も軽減されるので，電力消費も軽減される。
【００２８】
また，請求項２または３に記載の発明によれば，例えば，偏差が大きい場合には，動作時間を長くし，場合によっては，電極を連続動作させ，偏差が小さい場合には，動作時間を小さくすることにより，より迅速に制御を安定させることができる。
【００２９】
さらに，請求項４に記載の発明によれば，偏差の大きさに応じて，複数の電極が順次動作するので，各電極間の同期もとりやすく，安定した制御特性を得ることが可能である。そして，請求項５に記載の発明によれば，前記偏差が所定値以上の場合には，電極を同時に昇降制御するので，より迅速に制御を安定させることができる。
【００３０】
さらに，請求項６に記載の発明によれば，電極の昇降動作を間欠的に制御するので，電極昇降のストロークが小さくなり，したがって，制御振動も軽減するので，同期がとりやすく，制御の安定性が向上する。また不必要な電極昇降動作も軽減されるので，電力消費も軽減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態にかかる電気炉用電極制御装置を適用可能な銅精錬工程を示す説明図である。
【図２】図１に示す銅精錬工程の錬かん炉部分を拡大して示す説明図である。
【図３】本発明の実施の一形態にかかる電気炉用電極制御装置による電力制御の状態を示すグラフ図である。
【図４】従来の電気炉用電極制御装置による電力制御の状態を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１０    自溶炉
１１    鉱石取り入れ口
１２    重油取り入れ口
１３    空気取り入れ口
１４    燃料塔
１５    マット（かわ）
１６    スラグ（かん）
１７    廃熱塔
１８    管路
２０    錬かん炉
２１（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ）    駆動機構
２２（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ）    棒状電極
２３    スラグ（かん）
２４    マット（かわ）
２５    トランス
２６    制御器
２７    インタラプタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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