(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱体の上方空間に配置されたアノード及びカソードを備え、これらアノードとカソードとに電圧を印加してプラズマアークを発生させることにより、前記被加熱体を加熱する構成としたプラズマ加熱装置であって、
気体吹き出し手段によって、前記アノードと前記カソードとの間の空間に、その空間の電気抵抗を大きくする気体を吹き出すことにより、前記アノードと前記カソードとの間を流れる漏れプラズマ電流を抑制する構成にし、
前記気体吹き出し手段による気体の吹き出し量を、前記アノードから吹き込む気体の量と前記カソードから吹き込む気体の量とを足し合わせた量の２〜２０倍とすることを特徴とするプラズマ加熱装置。
【請求項２】
前記気体吹き出し手段から吹き出す気体は、雰囲気温度よりも温度の低い気体であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ加熱装置。
【請求項３】
前記気体吹き出し手段による気体の吹き出し方向は、前記アノードのトーチプラズマと前記カソードのトーチプラズマとが作る平面に直接当たる方向であることを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ加熱装置。
【請求項４】
前記気体吹き出し手段から吹き出す気体は、前記アノード及び前記カソードが配置された空間内に存在する気体と同じものであることを特徴とする請求項２に記載のプラズマ加熱装置。
【請求項５】
前記気体吹き出し手段から吹き出す気体は、室温であることを特徴とする請求項２に記載のプラズマ加熱装置。
【請求項６】
前記気体吹き出し手段から吹き出す気体は、不活性気体であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のプラズマ加熱装置。
【請求項７】
前記不活性気体はアルゴンガスであることを特徴とする請求項６に記載のプラズマ加熱装置。
【請求項８】
前記気体吹き出し手段から吹き出す気体の量及び吹き出しタイミングを制御する制御手段を備えたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のプラズマ加熱装置。
【請求項９】
前記発生させたプラズマアークを光学的に観察する光学観察手段を備え、
前記制御手段は、前記光学観察手段によって観察された結果に応じて前記気体吹き出し手段の制御を行うことを特徴とする請求項８に記載のプラズマ加熱装置。
【請求項１０】
前記アノード及び前記カソードのうち少なくとも一方の電極に関する電圧及び電流について、少なくともいずれか一方の値を所定個所で計測する計測手段を備え、
前記制御手段は、前記計測手段の計測結果に応じて前記気体吹き出し手段を制御することを特徴とする請求項８に記載のプラズマ加熱装置。
【請求項１１】
前記被加熱体は導電体であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のプラズマ加熱装置。
【請求項１２】
前記アノードと前記カソードとをタンディッシュ内に設け、前記タンディッシュ内の溶鋼を加熱する構成にしたことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載のプラズマ加熱装置。
【請求項１３】
前記タンディッシュに、前記雰囲気温度よりも温度の低い気体を吹き出すための気体供給口を設けたことを特徴とする請求項１２に記載のプラズマ加熱装置。
【請求項１４】
前記気体供給口へと前記気体を供給する気体供給配管を前記タンディッシュに固定して配設したことを特徴とする請求項１３に記載のプラズマ加熱装置。
【請求項１５】
被加熱体の上方空間に配置されたアノード及びカソードを備え、これらアノードとカソードとに電圧を印加してプラズマアークを発生させることにより、前記被加熱体を加熱する構成としたプラズマ加熱方法であって、
前記アノードと前記カソードとの間の空間に、その空間の電気抵抗を大きくする気体を吹き出すことにより、前記アノードと前記カソードとの間を流れる漏れプラズマ電流を抑制するとともに、その気体の吹き出し量を、前記アノードから吹き込む気体の量と前記カソードから吹き込む気体の量とを足し合わせた量の２〜２０倍とすることを特徴とするプラズマ加熱方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマアークを発生させてタンディッシュ内の溶鋼等の被加熱体を加熱するプラズマ加熱装置、及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プラズマ加熱装置は種々の産業分野において実用化されている。例えば、連続鋳造設備においては、取鍋と鋳型との間にタンディッシュを設けておき、取鍋からの溶鋼をタンディッシュで受けてから鋳型に流し込むようにしているが、前記タンディッシュ内の溶鋼温度の低下は、鋳片品質に大きな影響を与える。そのため、溶鋼温度の低下を防止すべく、タンディッシュ内の溶鋼に対してプラズマ加熱を行うことがなされている。
【０００３】
すなわち、タンディッシュ内にアノードとカソードとを設け、その間に高電圧を印加することにより、前記アノードと溶鋼との間、及び前記カソードと溶鋼との間にプラズマアークを発生させて、タンディッシュ内の溶鋼を加熱するようにしたプラズマ加熱装置が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のプラズマ加熱装置においては、プラズマアークを発生させるためのプラズマ電流のすべてが溶鋼中を流れるのではなく、その一部は、アノード・カソード間の空間を通してアノードとカソードとの間を直接的に流れてしまうことがわかった。この一部のプラズマ電流（以下、「漏れプラズマ電流」と称する）は、プラズマアーク発生に関与しないものである。そのため、かかる漏れプラズマ電流が発生することにより、投入電力に対する加熱効率が低下してしまう問題があった。
【０００５】
本発明は前記のような点に鑑みてなされたものであり、アノード・カソード間の空間を流れる漏れプラズマ電流を小さくして、加熱効率を向上させるようにすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のプラズマ加熱装置は、被加熱体の上方空間に配置されたアノード及びカソードを備え、これらアノードとカソードとに電圧を印加してプラズマアークを発生させることにより、前記被加熱体を加熱する構成としたプラズマ加熱装置であって、気体吹き出し手段によって、前記アノードと前記カソードとの間の空間に、その空間の電気抵抗を大きくする気体を吹き出すことにより、前記アノードと前記カソードとの間を流れる漏れプラズマ電流を抑制する構成にし、前記気体吹き出し手段による気体の吹き出し量を、前記アノードから吹き込む気体の量と前記カソードから吹き込む気体の量とを足し合わせた量の２〜２０倍とする点に特徴を有する。気体吹き出し手段から吹き出す気体は、例えば雰囲気温度よりも温度の低い気体である。
【００１３】
また、本発明のプラズマ加熱装置の他の特徴とするところは、前記気体吹き出し手段による気体の吹き出し方向は、前記アノードのトーチプラズマと前記カソードのトーチプラズマとが作る平面に直接当たる方向である点にある。
【００１７】
また、本発明のプラズマ加熱装置の他の特徴とするところは、前記気体吹き出し手段から吹き出す気体は、前記アノードと前記カソードとが配置された空間内に当初から存在する気体と同じものである点にある。
【００１８】
また、本発明のプラズマ加熱装置の他の特徴とするところは、前記気体吹き出し手段から吹き出す気体は、室温である点にある。
【００１９】
また、本発明のプラズマ加熱装置の他の特徴とするところは、前記気体吹き出し手段から吹き出す気体は、不活性気体である点にある。
【００２０】
また、本発明のプラズマ加熱装置の他の特徴とするところは、前記不活性気体はアルゴンガスである点にある。
【００２１】
また、本発明のプラズマ加熱装置の他の特徴とするところは、前記気体吹き出し手段を制御する制御手段を備えた点にある。
【００２２】
また、本発明のプラズマ加熱装置の他の特徴とするところは、前記発生させたプラズマアークを光学的に観察する光学観察手段を備え、前記制御手段は、前記光学観察手段での観察結果に応じて前記気体吹き出し手段の制御を行う点にある。
【００２３】
また、本発明のプラズマ加熱装置の他の特徴とするところは、前記アノード及び前記カソードのうち少なくとも一方の電極に関する電圧及び電流について、少なくともいずれか一方の値を所定個所で計測する計測手段を備え、前記制御手段は、前記計測手段の計測結果に応じて前記気体吹き出し手段を制御する点にある。
【００２４】
また、本発明のプラズマ加熱装置の他の特徴とするところは、前記被加熱体は導電体である点にある。
【００２５】
また、本発明のプラズマ加熱装置の他の特徴とするところは、前記アノードと前記カソードとをタンディッシュ内に設け、前記タンディッシュ内溶鋼を加熱する構成にした点にある。
【００２６】
また、本発明のプラズマ加熱装置の他の特徴とするところは、前記タンディッシュに、前記雰囲気温度よりも温度の低い気体を吹き出すための気体供給口を設けた点にある。
【００２７】
また、本発明のプラズマ加熱装置の他の特徴とするところは、前記気体供給口へと前記気体を供給する気体供給配管を前記タンディッシュに固定して配設した点にある。
【００２８】
本発明のプラズマ加熱方法は、被加熱体の上方空間に配置されたアノード及びカソードを備え、これらアノードとカソードとに電圧を印加してプラズマアークを発生させることにより、前記被加熱体を加熱する構成としたプラズマ加熱方法であって、前記アノードと前記カソードとの間の空間に、その空間の電気抵抗を大きくする気体を吹き出すことにより、前記アノードと前記カソードとの間を流れる漏れプラズマ電流を抑制するとともに、その気体の吹き出し量を、前記アノードから吹き込む気体の量と前記カソードから吹き込む気体の量とを足し合わせた量の２〜２０倍とする点に特徴を有する。
【００２９】
このようにした本発明においては、例えば、タンディッシュ内のアノード・カソード間に空間に室温のアルゴンガス等を吹き出すようにすることにより、アノード・カソード間の空間の温度を低下させることができる。このようにアノード・カソード間の空間の温度が下がれば、その空間の電気抵抗を大きくすることができ、アノード・カソード間の空間を流れる漏れプラズマ電流を抑制することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明のプラズマ加熱装置、及び方法の実施の形態について説明する。
【００３１】
図１は、タンディッシュ内の溶鋼を加熱するためのプラズマ加熱装置の構成を模式的に示す図である。同図において、１はカソードＫとして用いられるトーチであり、タンディッシュ１０１内の溶鋼１０２表面の上方位置において、その先端を溶鋼１０２表面に向け、所定の間隔（ＬK）を空けて配置されている。
【００３２】
２はアノードＡとして用いられるトーチであり、前記トーチ１に対して所定の間隔を空けて並行に配置され、かつ、タンディッシュ１０１内の溶鋼１０２表面の上方位置において、その先端を溶鋼１０２表面に向け、所定の間隔（ＬA（ここでは、ＬA＝ＬK））を空けて配置されている。
【００３３】
３は電源であり、アノードＡとカソードＫとに高電圧を印加するためのものである。なお、本実施の形態においては、タンディッシュ１０１内の溶鋼１０２が、本発明でいう被加熱体に相当する。
【００３４】
このように構成されたプラズマ加熱装置では、アノードＡとカソードＫとに高電圧を印加して、図中点線で示すように溶鋼１０２中にプラズマ電流を通電させる。このとき、溶鋼１０２表面とトーチ１、２との間に存在する気体を通じてプラズマアーク（トーチプラズマ）７Ａ、７Ｋが発生し、タンディッシュ１０１内の溶鋼１０２を加熱することになる。
【００３５】
ここで、プラズマアークを発生させる場合、アノードＡ及びカソードＫからタンディッシュ１０１内にアルゴンガスを吹き込み、タンディッシュ１０１内の溶鋼１０２表面上方の空間部分にアルゴンガスを充填させて、正圧となるようにしている。これは、タンディッシュ１０１内に酸素が存在しているとプラズマアークが発生しにくくなるためであり、酸素をタンディッシュ１０１内から排出して、プラズマアークを発生させやすくするためである。
【００３６】
図２は、図１に示したタンディッシュ内溶鋼のプラズマ加熱装置の等価回路を表したものである。図中Ａ、Ｋ、３は、図１に示したアノードＡ、カソードＫ、電源３であり、等価回路で表わすと、４つの抵抗により接続された回路が構成される。具体的には、アノードＡとカソードＫとの間には、溶鋼１０２の抵抗ＲS、アノードＡと溶鋼１０２表面との間の空間抵抗（プラズマ抵抗）ＲP、及びカソードＫと溶鋼１０２表面との間の空間抵抗（プラズマ抵抗）ＲPといった３つの抵抗による合成抵抗と、アノードＡとカソードＫとの間の空間抵抗ＲAKとが並列接続された回路となっている。
【００３７】
アノードＡ・カソードＫ間の合成抵抗Ｒは、次式
１／Ｒ＝１／ＲAK＋１／（２ＲP＋ＲS）
すなわち、
Ｒ＝Ｒ0・ＲAK／（Ｒ0＋ＲAK）
ただし、Ｒ0＝２ＲP＋ＲS
により与えられる。
【００３８】
図２に示す等価回路を考慮すれば、図１に矢印１０３で表した漏れプラズマ電流を抑制するには、漏れプラズマ電流に対する抵抗となる前記アノードＡ・カソードＫ間の空間抵抗ＲAKの抵抗値［Ω］を大きくすればよいことがわかる。以下、漏れプラズマ電流を抑制するために、漏れプラズマ電流に対する抵抗となる前記アノードＡ・カソードＫ間の空間抵抗ＲAKを大きくすることについての実施例を説明する。
【００３９】
（第１の実施例）
一般的に、導線の抵抗値Rは、次式（１）
Ｒ＝ρ・Ｌ／Ｓ  …（１）
により与えられる。なお、ρは電気抵抗率であり、導線の物質と温度により定められる。また、Ｌは導線の長さであり、抵抗値Ｒは導線の長さＬに比例する。また、Ｓは断面積であり、抵抗値Ｒは導線の断面積Ｓに反比例する。
【００４０】
アノードＡ・カソードＫ間の空間抵抗ＲAKについても、前記導線の場合と同様に抵抗値を表現することができる。すなわち、次式（２）
ＲAK＝ρAK・ＬAK／ＳAK  …（２）
が成立するものと考えることができる。
【００４１】
したがって、空間抵抗ＲAKの抵抗値を大きくするには、アノードＡ・カソードＫ間の空間距離ＬAKを大きくすることが考えられる。実際に、図３に示すように、アノードＡ・カソードＫ間の空間距離を大きくすることにより、漏れプラズマ電流を小さくして、投入電力に対する出力を比例的に増加させることができた。
【００４２】
（第２の実施例）
図４に示すように、第２の実施例では、アノードＡ・カソードＫ間の空間に高電気低効率の物質である固体抵抗物８を配置している。同図において、図１で説明した構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。このように固体抵抗物８を配置することによって、アノードＡ・カソードＫ間の空間抵抗ＲAKの抵抗値を大きくすることができ、漏れプラズマ電流を小さくして、投入電力に対する出力を比例的に増加させることができる。なお、アノードＡ・カソードＫ間空間抵抗ＲAKの抵抗値を大きくするものであれば、固体抵抗物８の材質や形状については問わない。
【００４３】
（第３の実施例）
図５には、第３の実施例のタンディッシュ内溶鋼のプラズマ加熱装置の構成を模式的に示す。同図において、図１で説明した構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。４はガス吹き出し口であり、タンディッシュ１０１の天井面に形成されている。このガス吹き出し口４は、詳細は後述するが、トーチ１、２間にアルゴン（Ａｒ）ガスを吹き出すように形成されたものである。
【００４４】
５はガス供給装置であり、前記ガス吹き出し口４を介してタンディッシュ１０１内にアルゴンガスを供給する。６はガス供給配管であり、ガス供給装置５を介してタンディッシュ１０１に固定されている。
【００４５】
タンディッシュ１０１内に充填されたアルゴンガスの温度（雰囲気温度）は数千［Ｋ］となっており、そこに室温のアルゴンガスを吹き出すと、トーチ１、２間、すなわち、アノードＡ・カソードＫ間の空間の雰囲気温度は大きく低下する。
【００４６】
ここで、アノードＡ・カソードＫ間の空間抵抗ＲAKが上式（２）により表現されるとすると、その電気抵抗率ρAKは、その空間の物質、本実施の形態の場合はタンディッシュ１０１内に充填されたアルゴンガスにより定められる。そして、その電気低効率ρAKは、図６に示すように、温度が低ければ大きな値となり、温度が高ければ小さな値となる。
【００４７】
そこで、本実施例では、ガス吹き出し口５から室温のアルゴンガスを吹き出して、アノードＡ・カソードＫ間の空間の雰囲気温度を低下させることにより、電気抵抗率ρAKを大きくして、空間抵抗ＲAKの抵抗値を大きくするようにしている。このようにして空間抵抗ＲAKの抵抗値が大きくなれば、漏れプラズマ電流を小さくすることができ、投入電力に対する出力を増加させることができる。
【００４８】
また、本実施例のようにアルゴンガス等の気体により温度を下げるようにすれば、前記第１の実施例のようにアノードＡ・カソードＫ間の空間距離を大きしたり、前記第２の実施例のように固体抵抗物８を配置したりするのと比べて、装置の小型化やコスト面において有利である。
【００４９】
図５において、９はガス供給装置５を制御する制御部である。また、１０は溶鋼１０２表面とトーチ１、２との間に発生するプラズマアーク（トーチプラズマ）７Ａ、７Ｋを光学的に観察するＣＣＤ等の光学観察部である。このようにプラズマアーク７Ａ、７Ｋを観察して、その結果を制御部９にフィードバックさせることにより、アルゴンガスの吹き出しのタイミングや量等を制御するようにしている。例えば、同じ条件下で投入電力に対するプラズマアーク７Ａ、７Ｋが弱くなっているような場合には、漏れプラズマ電流が発生していると判断して、アルゴンガスを吹き出し口４から吹き出すように制御すればよい。このようにフィードバック制御を行うことにより、アルゴンガスの無駄な使用をなくし、ランニングコストを低減させることが可能となる。なお、他にも、例えば、投入電圧や全電流値を計測し、その計測結果を制御部９にフィードバックすることにより制御を行うようにしてもよい。
【００５０】
図７には、タンディッシュ内溶鋼のプラズマ加熱装置の一具体例を示す。図中２０１はタンディッシュ、２０２はタンディッシュカバー、２０３はタンディッシュカバー２０２に形成した開口部である。タンディッシュ２０１内は、堰２０４により加熱室が形成されている。
【００５１】
２０５、２０６は長円筒状のプラズマトーチ、２０７はプラズマトーチ２０５、２０６の移動装置の一部であり、具体的には図示しないが、その他にも冷却水配管、ガス配管、通電用ケーブル等が設置されている。プラズマトーチ２０５、２０６は、移動装置２０７によって水平状態から同図に示す起立状態へと移動させられる。そして、図の矢印に示すように、上下方向に動かされて、開口部２０３からタンディッシュ２０１内に挿入させられる。この状態でプラズマアークを発生させるのであるが、プラズマトーチ２０５、２０６の先端位置を変えてアーク長を調整し、出力の調整を行う。
【００５２】
２０８はタンディッシュカバー２０２に形成されたガス吹き出し口であり、タンディッシュ２０１の加熱室内のプラズマトーチ２０５、２０６間に、図示しないガス供給源からのアルゴン（Ａｒ）ガスを吹き出す。
【００５３】
なお、図５では、いわゆるツイントーチタイプのプラズマ加熱装置について説明したが、図８に示すように、いわゆるシングルトーチタイプ（カソードＫとして用いられるトーチのみを設け、アノードＡの端子をタンディッシュ１側壁に設けている）のプラズマ加熱装置であってもかまわない。この場合も、上述したように室温のアルゴンガスを吹き出してアノードＡ・カソードＫ間の雰囲気温度を低下させることにより、電気抵抗率ρAKを大きくして、空間抵抗ＲAKの抵抗値を大きくすることができる。
【００５４】
また、ガス吹き出し口４は、１つであっても、複数であってもよい。例えば、図９に示すように、タンディッシュ１０１の天井において、アノードＡ・カソードＫ間のほぼ中央位置に複数のガス吹き出し口４を一列に配列するようにしてもよい。また、図１０に示すように、タンディッシュ１０１の天井において、アノードＡ側、カソードＫ側にそれぞれガス吹き出し口４を配置するようにしてもよい。
【００５５】
以下、図１１〜１３を参照して、前記雰囲気温度よりも温度の低い気体（室温のアルゴンガス）の吹き出し方向及び吹き出し量について説明する。まず、気体の吹き出し方向について説明すると、図１１、１２に示すように、アノードＡのトーチプラズマ７Ａと、カソードＫのトーチプラズマ７Ｋとが作る平面に直接当たるようにする。これにより、アノードＡとカソードＫとの間の直接抵抗が効果的に上昇して、プラズマの出力が増大する。
【００５６】
図１１において、矢印４１、４３で示す吹き出し方向では、気体がアノードＡのトーチプラズマ７ＡとカソードＫのトーチプラズマ７Ｋとが作る平面に直接当たっていないので、プラズマの出力の増大は小さいが、矢印４２で示す吹き出し方向では、気体がアノードＡのトーチプラズマ７ＡとカソードＫのトーチプラズマ７Ｋとが作る平面に直接当たっているので、プラズマの出力は増大する。
【００５７】
同じく、図１２において、矢印４４、４６で示す吹き出し方向では、気体がアノードＡのトーチプラズマ７ＡとカソードＫのトーチプラズマ７Ｋとが作る平面に直接当たっていないので、プラズマの出力の増大は小さいが、矢印４５で示す吹き出し方向では、気体がアノードＡのトーチプラズマ７ＡとカソードＫのトーチプラズマ７Ｋとが作る平面に直接当たっているので、プラズマの出力は増大する。
【００５８】
次に、気体の吹き出し量について説明する。図１３には、前記雰囲気温度よりも温度の低い気体（室温のアルゴンガス）の吹き出し量Ｑと、前記アノードＡから吹き込む気体の量と前記カソードＫから吹き込む気体の量とを足し合わせた量ｑとの比ｋ（＝Ｑ／ｑ）と、プラズマの出力増大割合との関係を表したものである。
【００５９】
比ｋが小さいときは、アノードＡとカソードＫとの間の直接抵抗の増大は少ないため、出力上昇割合の増大は小さく、ほとんど効果はないが、ｋが２を超えたあたりから出力上昇割合は大きくなり、効果が顕著となる。
【００６０】
そして、比ｋが２０を超えたあたりから出力上昇割合は飽和する。この状態は、アノードＡとカソードＫとの間に直接流れる漏れプラズマ電流はほとんどゼロとなり、出力上昇にはほとんど寄与しなくなる状態である。したがって、これ以上気体を吹き出させても、出力を上昇させる効果は小さく、かえって気体を付与することによるランニングコストが増大してしまうことから、これ以上の気体の吹き出しは不要である。
【００６１】
以上のことを考慮すると、比ｋ、すなわち、前記雰囲気温度よりも温度の低い気体（室温のアルゴンガス）の吹き出し量Ｑと、前記アノードＡから吹き込む気体の量と前記カソードＫから吹き込む気体の量とを足し合わせた量ｑとの比は、２〜２０の間の値を取ることが望ましいといえる。
【００６２】
（第４の実施例）
第４の実施例は、前記第３の実施例と同じく、アルゴンガス等の気体を用いてアノードＡ・カソードＫ間の空間抵抗ＲAKの抵抗値を大きくするようにしたものであるが、その構成を第３の実施例と異ならせている。図１４は、第４の実施例のタンディッシュ内溶鋼のプラズマ加熱装置で使用されるトーチ１（２）の構成を模式的に表した図である。
【００６３】
プラズマ加熱装置全体の構成は図１で説明したものと同様であるが、図１４に示すように、トーチ１（２）の先端には環状開口１１が形成されており、矢印Ｘに示すように、プラズマアーク（トーチプラズマ）７Ａ（７Ｋ）を囲むようにアルゴンガスを吹き出すようになっている。このようにプラズマアーク７Ａ（７Ｋ）を囲むようにアルゴンガスを吹き出すことにより、プラズマアーク７Ａ（７Ｋ）の乱れをなくし、乱れによるエネルギー損失を低く抑えて、安定したプラズマアーク７Ａ（７Ｋ）を得ることが可能となる。
【００６４】
前記のような構成において、本実施の形態においては、更に、環状開口１１の外側には、同じく環状のガス吹き出し口１２が設けられている。このようにしたガス吹き出し口１２からは、矢印Ｙに示すように、プラズマアーク７Ａ（７Ｋ）を囲むように吹き出すアルゴンガス（矢印Ｘ）を更に囲むようにしてアルゴンガスが吹き出すようにしている。このガス吹き出し口１２から吹き出すアルゴンガスは、ガス吹き出し口１２が連通する環状通路１３を通過する際に水冷されたものである。
【００６５】
このようにトーチ１（２）を二重管状にして、プラズマアーク７Ａ（７Ｋ）を囲むアルゴンガスに沿って、雰囲気温度よりも温度の低いアルゴンガスを吹き出すようにすることにより、アノードＡ・カソードＫ間の空間の雰囲気温度を低下させることができる。したがって、電気抵抗率ρAKが大きくなり、空間抵抗ＲAKの抵抗値が大きくすることができ、漏れプラズマ電流を小さくして、投入電力に対する出力を増加させることができる。また、ガス吹き出し口１２からアルゴンガスを吹き出すことにより、環状開口１１から吹き出すアルゴンガスを周囲から遮断して到達距離を延ばすことができる。これにより、プラズマアーク７Ａ（７Ｋ）の乱れを抑制する作用を向上させることができる。
【００６６】
なお、第４の実施例では、ガス吹き出し口１２を環状としたが、その形状に限定されるものではない。例えば、図１５に示すように、矢印Ｘに示すアルゴンガスのすべてを囲むのではなく、一部だけ、すなわち、アノードＡにおいてはカソードＫ側だけ、カソードＫにおいてはアノードＡ側だけをそれぞれ遮断するように雰囲気温度よりも温度の低いアルゴンガスを吹き出すよう吹き出し口１２を設けてもよい（矢印Ｙを参照）。
【００６７】
ただし、図１４に示したように、矢印Ｘに示すアルゴンガスのすべてを囲むように雰囲気温度よりも温度の低いアルゴンガスを吹き出すようにすれば、次のような効果が得られる。すなわち、アノードＡ・カソードＫ間の空間を通して直接的に流れる漏れプラズマ電流以外に、僅かではあるが、アノードＡ、カソードＫからタンディッシュ１０１の壁等へと漏れるプラズマ電流が発生することもある。この場合に、矢印Ｘに示すアルゴンガスのすべてを囲むようにアルゴンガスを吹き出すようにすれば、そのようなプラズマ電流までも抑えることが可能となる。
【００６８】
また、図１６に示すように、環状の吹き出し口１２を設けておき、その吹き出し口１２及び内部の環状通路１３の周方向にいくつかの壁１４を設けてセパレートさせておけば、必要に応じて、所望の個所にのみ雰囲気温度よりも温度の低いアルゴンガスを吹き出すことができる。
【００６９】
なお、上述した第３、４の実施例ではアルゴンガスを用いた例について説明したが、不活性気体である単原子分子気体であれば、他の種類、例えばヘリウムガス、ネオンガス等を用いてもよい。
【００７０】
以上、本発明の実施例について説明した。再度、図２に示す等価回路を考えると、上述したようにアノードＡ・カソードＫ間の合成抵抗Ｒは、
Ｒ＝Ｒ0・ＲAK／（Ｒ0＋ＲAK）
ただし、Ｒ0＝２ＲP＋ＲS
により与えられる。
【００７１】
ここで、抵抗値ＲAKと抵抗値Ｒとの比ｍ
ＲAK＝ｍ・Ｒ
を考えると、比ｍと合成抵抗値Ｒとには、図１７に示すような関係がある。すなわち、比ｍ＝３以下の場合は、合成抵抗Ｒの値が小さいので、出力を上昇させ難い。したがって、実際的には、３≦ｍ程度が現実的であり、また、ｍ≦１００００程度となれば、それ以上空間抵抗値ＲAKを大きくして、出力上昇にはほとんど寄与しなくなる状態である。したがって、第１〜４の実施例で述べた各種手法により、３≦ｍ≦１００００の範囲で抵抗値ＲAKを大きくするようにすればよい。
【００７２】
以上、空間抵抗値ＲAKを大きくする具体例を幾つか説明したが、この他に、種々の方法を考慮することができる。例えば、アノードＡ（カソードＫ）と溶鋼１０２との間隔ＬA（ＬK）を小さくすることにより、前記空間抵抗値ＲAKを相対的に大きくすることができるので、漏れプラズマ電流を抑制することができる。
【００７３】
また、前述した実施の形態では、アノードＡとカソードＫとの間の空間を直接的に流れる漏れプラズマ電流について説明したが、本発明の抑制手段は、アノードＡちカソードＫとの間の空間を間接的に、例えばタンディッシュ等を介して流れる漏れプラズマ電流を抑制するものも含んでいる。すなわち、アルゴンガス等の気体を用いる例でいえば、図９、１０等で説明したものはほんの一例に過ぎず、アルゴンガスを吹き出したい個所に応じて、任意の位置にガス吹き出し口４を形成すればよい。
【００７４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、アノードとカソードとの間の空間に、その空間の電気抵抗を大きくする気体を吹き出すことにより、アノードとカソードとの間の空間を流れる漏れプラズマ電流を抑制するようにしたので、投入電力に対する加熱効率を向上させることができる。また、プラズマ加熱装置の安定稼動を可能にして、安定したプラズマアークを発生させて、良好なプラズマ加熱を行うようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】タンディッシュ内溶鋼のプラズマ加熱装置の構成を模式的に示す図である。
【図２】図１で説明したプラズマ加熱装置の等価回路を表す図である。
【図３】アノードＡ・カソードＫ間の距離と投入電力に対する出力との関係を示す図である。
【図４】第２の実施例のタンディッシュ内溶鋼のプラズマ加熱装置の構成を模式的に示す図である。
【図５】第３の実施例のタンディッシュ内溶鋼のプラズマ加熱装置の構成を模式的に示す図である。
【図６】電気低効率ρAKと温度との関係を示す図である。
【図７】タンディッシュ内溶鋼のプラズマ加熱装置の一具体例を示す図である。
【図８】他のタンディッシュ内溶鋼のプラズマ加熱装置の構成を模式的に示す図である。
【図９】ガス吹き出し口４の配置例を示す図である。
【図１０】ガス吹き出し口４の配置例を示す図である。
【図１１】ガス吹き出し方向について説明するための図である。
【図１２】ガス吹き出し方向について説明するための図である。
【図１３】雰囲気温度よりも温度の低い気体（室温のアルゴンガス）の吹き出し量Ｑと、前記アノードＡから吹き込む気体の量と前記カソードＫから吹き込む気体の量とを足し合わせた量ｑとの比ｋ（＝Ｑ／ｑ）と、プラズマの出力増大割合との関係を表した図である。
【図１４】第４の実施例のタンディッシュ内溶鋼のプラズマ加熱装置に使用されるトーチの構成を模式的に示す図である。
【図１５】他の構成例のトーチを模式的に示す図である。
【図１６】他の構成例のトーチの断面を模式的に示す図である。
【図１７】抵抗値ＲAKと抵抗値Ｒとの比ｍと、合成抵抗値Ｒとの関係を示す図である。
【符号の説明】
１、２      トーチ
３          電源
４          ガス吹き出し口
５          ガス供給装置
６          ガス供給配管
７Ａ、７Ｋ  プラズマアーク
８          固体抵抗物
９          制御部
１０        光学観察部
１１        環状開口
１２        ガス吹き出し口
１３        環状通路
Ａ          アノード
Ｋ          カソード
１０１      タンディッシュ
１０２      溶鋼
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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