CN102676735A - 电弧炉的熔解状态判定装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电弧炉的熔解状态判定装置，其可以可靠地判定废铁的熔解完成，避免无效的电力消耗等。其具有：噪音计，其检测电弧炉的炉内发生音，输出与检测出的声音的强度相应的音频信号；频率解析装置，其对音频信号的频率进行解析而得到频率-强度信号；以及控制装置，其在上述频率-强度信号的至少一部分信号成份进入第1检测区域内，并且上述频率-强度信号的信号成份全部进入第2及第3检测区域内的状态持续大于或等于一定时间时，判定熔解完成，该第1检测区域设定在以基本频率的偶数倍频率作为中心的区域内的规定的信号强度范围内，该第2及第3检测区域分别设定在上述偶数倍频率的低频侧和高频侧的频率区域内规定的信号强度范围内。

Description

电弧炉的熔解状态判定装置
技术领域
本发明涉及一种电弧炉的熔解状态判定装置，特别地，涉及一种可以可靠地进行废铁的熔解完成判定的熔解状态判定装置。
背景技术
在电弧炉中，从废铁的初次装料熔解，经过进一步追加废铁而进行熔解的追加装料熔解，直至氧化精炼，经过多个步骤而进行一次熔炼的作业。在该情况下，从前一个步骤向下一个步骤的转换，通过确认废铁的可追加装料或熔化等的熔解完成而进行，但由于在密闭式的电弧炉中难以观察作业中的炉内情况，因此当前，预先可编程地设定投入电力量的模式。但是，由于废铁的形状及材质等的波动较大，因此在可编程的控制中，与实际的废铁熔解状态的偏差较大，从安全率的观点出发，如果确保充足的容限，则存在导致无效的电力消耗及热损失、热点的产生等问题。
因此，例如在专利文献1中公开了一种电弧炉，与该电弧炉的炉壁接触地设置麦克风，将炉内放电音作为电流波形而可视化，通过观察电流波形成为振幅较小的稳定状态而判定作为熔解完成的一种的熔化。
专利文献1：日本特公昭55-17314
发明内容
但是，在将炉内放电音作为电流波形而可视化，通过电流波形的变化判定熔化的上述现有的电弧炉中，仍存在无法进行可靠的熔化判定的问题。
因此，本发明就是为了解决该课题而提出的，其目的在于提供一种电弧炉的熔解状态判定装置，其可以可靠地判定废铁的熔解完成，不会产生无效的电力消耗等而进行向下一个步骤的工序转换。
为了实现上述目的，在第1发明中具有：声音检测单元(71)，其检测电弧炉的炉内发生音，输出与检测出的声音的强度相对应的音频信号(71a)；频率解析单元(72)，其对音频信号(71a)的频率进行解析而得到频率-强度信号(72a)；以及判定单元(4)，在上述频率-强度信号(72a)中以基本频率的偶数倍频率为中心的区域的信号成份的强度，与接近该区域的低频侧及高频侧的各区域的信号成份的强度相比，大于或等于规定量且持续大于或等于规定时间时，该判定单元判定废铁的熔解完成。此外，在这里，“熔解完成”包含可以进行废铁的追加装料的“可追加装料”、和向氧化精炼等转换的“熔化”。也就是说，如果将上述“一定时间”设定得相对较短，则可以判定“可追加装料”，如果将“一定时间”设定得相对较长，则可以判定“熔化”。
根据发明人的实验，在废铁的熔解完成时，以基本频率的偶数倍频率为中心的区域的信号成份的强度，与接近该区域的低频侧及高频侧的各区域的信号成份的强度相比显著地升高。因此，在以基本频率的偶数倍频率为中心的区域的信号成份的强度，与接近该区域的低频侧及高频侧的各区域的信号成份的强度相比，成为大于或等于规定量的状态持续大于或等于规定时间时，判定废铁的熔解完成，则可以可靠地判定炉内的废铁的熔解完成，从而可以避免之后的无效的电力消耗等。
在第2发明中具有：声音检测单元(71)，其检测电弧炉的炉内发生音，输出与检测出的声音的强度相对应的音频信号(71a)；频率解析单元(72)，其对音频信号(71a)的频率进行解析而得到频率-强度信号(72a)；以及判定单元(4)，在第1检测区域(P)上述频率-强度信号(72a)的至少一部分信号成份进入该区域内，并且在第2及第3检测区域(Q、R)上述频率-强度信号(72a)的信号成份全部进入该区域内的状态持续大于或等于一定时间时，该判定单元判定废铁的熔解完成，该第1检测区域设定在以基本频率的偶数倍频率为中心的区域内且规定信号强度范围内，该第2及第3检测区域分别设定在前述偶数倍频率的低频侧和高频侧的频率区域内且规定信号强度范围内。
根据第2发明，可以从各检测区域中的频率-强度信号的行为可靠地确认在以基本频率的偶数倍频率作为中心的区域的信号成份的强度，与接近该区域的低频侧及高频侧的各区域的信号成份的强度相比，成为大于或等于规定量的状态持续大于或等于一定时间，从而判定废铁的熔解完成。
本发明也可以作为方法而实现，在该情况下，电弧炉的熔解状态判定方法是：检测电弧炉的炉内发生音，对与检测出的声音的强度相对应的音频信号的频率进行解析而得到频率-强度信号，在上述频率-强度信号中以基本频率的偶数倍频率作为中心的区域的信号成份的强度，与接近该区域的低频侧及高频侧的各区域的信号成份的强度相比，大于或等于规定量的状态持续大于或等于一定时间时，判定废铁的熔解完成。此外，在这里，“熔解完成”包含可以进行废铁的追加装料的“可追加装料”和向氧化精炼等转换的“熔化”。也就是说，如果将上述“一定时间”设定得相对较短，则可以判定“可追加装料”，如果将“一定时间”设定得相对较长，则可以判定“熔化”。
另外，电弧炉的熔解状态判定方法是：检测电弧炉的炉内发生音，对与检测出的声音的强度相对应的音频信号的频率进行解析而得到频率-声音强度信号，在第1检测区域上述频率-强度信号的至少一部分信号成份进入该区域内，并且在第2及第3检测区域上述频率-强度信号的信号成份全部进入该区域内的状态持续大于或等于一定时间时，判定废铁的熔解完成，该第1检测区域设定在以基本频率的偶数倍频率为中心的区域内且规定的信号强度范围内，该第2及第3检测区域分别设定在上述偶数倍频率的低频侧和高频侧的频率区域内且规定的信号强度范围内。
此外，上述偶数倍频率优选为4倍。
上述括号内的标号，表示与在后述的实施方式中记载的具体单元的对应关系。
发明的效果
如上所述，根据本发明的电弧炉的熔解状态判定装置，可以可靠地判定废铁的熔解完成，不会产生无效的电力消耗等而进行向下一个步骤的工序转换。
附图说明
图1是具有熔解状态判定装置的电弧炉的电气系统图。
图2是表示音频信号的频率成份的时间变化的图。
图3是第1实施方式中的熔解初期的频率-强度信号的波形图。
图4是熔解中期的频率-强度信号的波形图。
图5是熔解末期的频率-强度信号的波形图。
图6是熔解初期的频率-强度信号的波形图。
图7是熔解中期的频率-强度信号的波形图。
图8是熔解末期的频率-强度信号的波形图。
图9是第2实施方式中的熔解初期的频率-强度信号的波形图。
图10是熔解中期的频率-强度信号的波形图。
图11是熔解末期的频率-强度信号的波形图。
图12是第3实施方式中的熔解初期的频率-强度信号的波形图。
图13是熔解中期的频率-强度信号的波形图。
图14是熔解末期的频率-强度信号的波形图。
具体实施方式
(第1实施方式)
在图1中，在连接至商用电源的主电路1中设置具有抽头转换开关的炉用变压器2，其次级侧电路11连接至电弧炉3的电极31。从炉用变压器2向控制装置4输出当前选择的抽头位置的信号2a，另一方面，从控制装置4向炉用变压器2输出用于选择所需的抽头位置的抽头选择指令信号4a。在次级侧电路11中设置计量用变流器51和计量用变压器52，分别向控制装置4反馈次级侧电路11的电流(电弧电流)I和电压(电弧电压)V。电极31由未图示的电极升降机构保持而可以升降，利用接收来自控制装置4的电流指示信号4b的电极升降装置6，相对于炉内的废铁适当地上升或下降。
在从电弧炉3离开的位置上，朝向电弧炉设置有作为声音检测单元的噪音计71。作为噪音计71，例如可以使用“リオン株式会社”制造的NL-21等。噪音计71检测电弧炉3的炉内发生音，输出与检测出的声音的强度相应的音频信号71a。音频信号71a输入至频率解析装置72中，分离为各频率成份，生成频率-强度信号72a。频率-强度信号72a发送至控制装置4，根据后述的顺序掌握电弧炉3的废铁的可追加装料或熔化，判定是否可以进行下一个步骤的废铁追加装料或向氧化精炼的转换。此外，也可以使频率解析装置72与控制装置4一体化，利用控制装置4的硬件及软件的一部分实现频率解析的功能。
在这里，在图2中表示在商用电源的基本频率为50Hz、炉用变压器的容量为75MVA、炉容量为100t的情况下，音频信号71a中的作为基本频率的4倍频率200Hz和其低频侧及高频侧的190Hz、210Hz的信号成份的时间变化。据此可知，在初次装料熔解、追加装料1熔解、追加装料2熔解的任一个步骤中，在其末期的废铁的可追加装料或熔化时，190Hz、210Hz的各信号的强度均下降得较大，与之相对，200Hz的信号强度变高或其下降的程度较小，更准确地说，相对于低频侧及高频侧的190Hz、210Hz的各信号，其信号强度显著升高。
为了检测音频信号71a中作为基本频率的4倍频率200Hz附近的信号成份的强度相对于其低频侧和高频侧的190Hz、210Hz附近的信号成份的强度显著升高的状态，在控制装置4中，对频率-强度信号72a设定例如图3～图5所示的第1～第3检测区域P、Q、R。
在本实施方式中，将检测区域P设定为，以作为商用频率的4倍频率200Hz为中心，频率为195Hz～205Hz的区域中信号强度大于或等于90dB的范围。另外，将检测区域Q设定为，上述频率200Hz的低频侧的频率为170Hz～190Hz区域中信号强度小于或等于80dB的范围，将检测区域R设定为，上述频率200Hz的高频侧的频率为210Hz～230Hz区域中信号强度小于或等于90dB的范围。此外，这些检测区域是根据具体状况通过设计而决定的。
在初次装料熔解的初期，如图3所示，频率-强度信号72a的值，在检测区域R中全部位于该区域内，但在检测区域P中均位于该区域之外，在检测区域Q中一部分位于该区域之外。在初次装料熔解的中期，如图4所示，频率-强度信号72a的值，在检测区域P中大致一半位于该区域内，但在检测区域Q、R中一部分位于该区域之外。
与之相对，在初次装料熔解的末期，如果废铁的熔解发展，则如图5所示，频率-强度信号72a的值，在检测区域P中大部分位于该区域内，并且在检测区域Q、R中频率-强度信号72a的值全部位于该区域内。这表示频率200Hz附近的音频信号71a的信号成份的强度，相对于其低频侧和高频侧的190Hz、210Hz附近的音频信号71a的信号成分的强度处于显著上升的状态。
因此，如果确认在检测区域P中频率-强度信号72a的值的至少一部分进入该区域内，并且在检测区域Q、R中频率-强度信号72a的值全部位于该区域内，该状态持续大于或等于一定时间(例如10秒)，则控制装置4判定可追加装料，并通知该情况。因此，进行废铁的追加装料，开始追加装料1熔解(参照图2)。在追加装料1熔解中也是与上述相同的过程，如果在检测区域P中频率-强度信号72a的值大部分位于该区域内，并且在检测区域Q、R中频率-强度信号72a的值全部位于该区域内，该状态持续大于或等于上述一定时间，则判定可追加装料，基于此进行废铁的追加装料，开始追加装料2熔解(参照图2)。
在追加装料2熔解的末期，如果在检测区域P中频率-强度信号72a的值大部分位于该区域内，并且在检测区域Q、R中频率-强度信号72a的值全部位于该区域内，该状态持续大于或等于一定时间(例如30秒)，则判定为熔化，在该情况下，利用来自控制装置4的抽头选择指令信号4a适当变更炉用变压器2的抽头位置，向氧化精炼工序转换(参照图2)。
如上所述，由于可靠地判定废铁的可追加装料或熔化，因此可以避免之后的无效的电力投入。此外，在上述实施方式中，通过观察在检测区域P中频率-强度信号72a的值至少一部分进入该区域内，并且在检测区域Q、R中频率-强度信号72a的值全部位于该区域内，检测出频率200Hz附近的信号成份的强度相对于其低频侧和高频侧的190Hz、210Hz附近的信号成分的强度处于显著上升的状态，但对于用于检测该状态的检测区域的大小及在这些检测区域内的频率-强度信号72a的情况并不限于上述实施方式。
在上述实施方式中，根据基本频率50Hz的4倍频率200Hz的信号成份强度相对于其低频侧和高频侧的190Hz、210Hz附近的信号成分的强度处于显著上升的状态而判定废铁的熔化完成。但由图6～图8的频率-强度信号72a的情况可知，由于在熔解末期的废铁熔化完成时，基本频率50Hz的2倍或6倍频率100Hz、300Hz的信号成份强度相对于其低频侧和高频侧的80Hz、120Hz附近或280Hz、320Hz附近的信号成分强度也处于显著上升的状态，因此也可以在这些区域内设定检测区域。一般地，在废铁的熔解完成时，利用基本频率的偶数倍频率成为信号强度显著升高的状态，但优选在上述实施方式所示的基本频率的4倍频率附近设定检测区域。因此，如果基本频率为60Hz，则在240Hz附近设定检测区域。
(第2实施方式)
在图9～图11中，在表示基本频率50Hz的4倍基础上，表示2倍及6倍频率100Hz、300Hz附近的信号成份的强度变化。在本实施方式中，将检测区域P设定为，以作为商用频率的4倍频率200Hz为中心，频率为195Hz～205Hz的区域中信号强度大于或等于90dB的范围，并且将检测区域Q设定为，上述频率200Hz的低频侧的频率为170Hz～190Hz的区域中信号强度小于或等于80dB的范围，将检测区域R设定为，上述频率200Hz的高频侧的频率为210Hz～230Hz的区域中信号强度小于或等于90dB的范围。
另外，在本实施方式中，将检测区域P1设定为，以作为商用频率的2倍频率100Hz为中心，频率为95Hz～105Hz的区域中信号强度大于或等于85dB的范围，并且，将检测区域Q1设定为，上述频率100Hz的低频侧的频率为70Hz～90Hz的区域中信号强度小于或等于80dB的范围，将检测区域R1设定为，上述频率100Hz的高频侧的频率为110Hz～130Hz的区域中信号强度小于或等于80dB的范围。
并且，在本实施方式中，将检测区域P2设定为，以作为商用频率的6倍频率300Hz为中心，频率为295Hz～305Hz的区域中信号强度大于或等于90dB的范围，并且，将检测区域Q2设定为，上述频率300Hz的低频侧的频率为270Hz～290Hz的区域中信号强度小于或等于85dB的范围，将检测区域R2设定为，上述频率300Hz的高频侧的频率为310Hz～330Hz的区域中信号强度小于或等于85dB的范围。此外，这些检测区域是根据具体状况通过设计而决定的。
在初次装料熔解的初期，如图9所示，在检测区域P中频率-强度信号72a的值一部分进入该区域内，但在检测区域Q中大部分位于该区域之外，在检测区域R中一部分位于该区域之外。另外，上述信号72a，在检测区域P1中一部分位于该区域内，但在检测区域Q1中一部分位于该区域之外，在检测区域R1中大部分位于该区域之外。并且，上述信号72a，在检测区域P2中一部分位于该区域内，在检测区域Q2中大部分位于该区域之外，在检测区域R2中全部位于该区域之外。
在初次装料熔解的中期，如图10所示，频率-强度信号72a的值，在检测区域P中一部分位于该区域内，但在检测区域Q、R中一部分位于该区域之外。另外，上述信号72a，在检测区域P1中一部分位于该区域内，在检测区域Q1中全部位于该区域内，但在检测区域R1中一部分位于该区域之外。并且，上述信号72a，在检测区域P2中一部分位于该区域内，但在检测区域Q2、R2中一部分位于该区域之外。
与之相对，在初次装料熔解的末期，如果废铁的熔解发展，则如图11所示，频率-强度信号72a的值，在检测区域P中一部分位于该区域内，并且在检测区域Q、R中频率-强度信号72a的值全部位于该区域内。这表示频率200Hz附近的音频信号71a的信号成份的强度，相对于其低频侧和高频侧的190Hz、210Hz附近的音频信号71a的信号成分的强度处于显著上升的状态。另外，上述信号72a的值，在检测区域P1中一部分位于该区域内，并且在检测区域Q1、R1中全部位于该区域内。这表示频率100Hz附近的信号71a的信号成份的强度，相对于其低频侧和高频侧的90Hz、110Hz附近的信号71a的信号成分的强度处于显著上升的状态。并且，上述信号72a的值，在检测区域P2中一部分位于该区域内，并且在检测区域Q2、R2中全部位于该区域内。这表示频率300Hz附近的信号71a的信号成份的强度，相对于其低频侧和高频侧的290Hz、310Hz附近的信号71a的信号成分的强度处于显著上升的状态。
因此，如果确认频率-强度信号72a的值在检测区域P、P1、P2中至少一部分位于该区域内，并且在检测区域Q、Q1、Q2、R、R1、R2中频率-强度信号72a的值全部位于该区域内，该状态持续大于或等于一定时间(例如10秒)，则控制装置4判定可追加装料并通知该情况。因此，进行废铁的追加装料，开始追加装料1熔解(参照图2)。然后，以与第1实施方式说明的过程相同的过程向追加装料1熔解、追加装料2熔解、氧化精炼工序转换。
(第3实施方式)
在图12～图14中表示商用电源的基本频率为60Hz的情况的熔化判定的一个例子。在本实施方式中，将检测区域P设定为，以作为商用频率的4倍频率240Hz为中心，频率为235Hz～245Hz的区域中信号强度大于或等于90dB的范围。另外，将检测区域Q设定为，上述频率240Hz的低频侧的频率为210Hz～230Hz的区域中信号强度小于或等于80dB的范围，将检测区域R设定为，上述频率240Hz的高频侧的频率为250Hz～270Hz的区域中信号强度小于或等于83dB的范围。此外，这些检测区域是根据具体状况通过设计而决定的。
在初次装料熔解的初期，如图12所示，频率-强度信号72a的值，在检测区域Q、R中全部位于这些区域内，但在检测区域P中全部位于该区域之外。在初次装料熔解的中期，如图13所示，频率-强度信号72a的值，在检测区域Q、R中全部位于这些区域内，但在检测区域P中全部位于其之外。
与之相对，在初次装料熔解的末期，如果废铁的熔解发展，则如图14所示，频率-强度信号72a的值，在检测区域P中一部分位于该区域内，并且在检测区域Q、R中频率-强度信号72a的值全部位于该区域内。这表示频率240Hz附近的音频信号71a的信号成份的强度，相对于其低频侧和高频侧的220Hz、260Hz附近的音频信号71a的信号成分的强度处于显著上升的状态。
因此，如果确认频率-强度信号72a的值，在检测区域P中至少一部分位于该区域内，并且在检测区域Q、R中频率-强度信号72a的值全部位于该区域内，该状态持续大于或等于一定时间(例如10秒)，则控制装置4判定可追加装料并通知该情况。然后，进行废铁的追加装料，开始追加装料1熔解(参照图2)。然后，以与第1实施方式说明的过程相同的过程向追加装料1熔解、追加装料2熔解、氧化精炼工序转换。

Claims (2)

1.一种电弧炉的熔解状态判定装置，其特征在于，具有：声音检测单元，其检测电弧炉的炉内发生音，输出与检测出的声音的强度相对应的音频信号；频率解析单元，其对前述音频信号的频率进行解析而得到频率-强度信号；以及判定单元，在前述频率-强度信号中以基本频率的偶数倍频率为中心的区域的信号成份的强度，与接近该区域的低频侧及高频侧的各区域的信号成份的强度相比，大于或等于规定量且持续大于或等于一定时间时，该判定单元判定废铁的熔解完成。
2.一种电弧炉的熔解状态判定装置，其特征在于，具有：声音检测单元，其检测电弧炉的炉内发生音，输出与检测出的声音的强度相对应的音频信号；频率解析单元，其对前述音频信号的频率进行解析而得到频率-强度信号；以及判定单元，在第1检测区域前述频率-强度信号的至少一部分信号成份进入该区域内，并且在第2及第3检测区域(Q、R)内前述频率-强度信号的信号成份全部进入该区域内的状态持续大于或等于一定时间时，该判定单元判定废铁的熔解完成，该第1检测区域设定在以基本频率的偶数倍频率为中心的区域内且规定信号强度范围内，该第2及第3检测区域分别设定在前述偶数倍频率的低频侧和高频侧的频率区域内且规定信号强度范围内。
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