JP2003082409A - 攪拌用モータの回転数制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶銑鍋などの容器に入った溶銑から硫黄分を
除去するための溶銑脱硫方法において、当初の予測を超
えるような負荷トルクのために攪拌用モータの過負荷が
生じ、運転停止となって、脱硫処理ができなくなること
を防止する。 【解決手段】 モータ１６の負荷電流値から推定した過
負荷残量値Ｒを監視し、該過負荷残量が許容値Ｒ０を下
回らないようにモータの回転制御を行うことで、モータ
の過負荷による運転停止を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、攪拌用モータの回
転数制御方法に係り、特に、溶銑鍋などの容器に入った
溶銑から硫黄分を除去するための溶銑脱硫に用いるのに
好適な、攪拌用モータの過負荷による運転停止（トリッ
プ）を防止することが可能な攪拌用モータの回転数制御
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】製鉄所の製鋼工程における脱硫処理方法
として機械式攪拌法がある。この方法は、インペラ（回
転羽根）によって溶銑と脱硫剤（石灰、ソーダ灰等）と
を攪拌することで脱硫反応を促進する効果があり、広く
使用されている。この脱硫装置は、インペラの回転手段
として、交流モータと、これを制御する高圧インバータ
等の制御機器を用いており、インペラの回転速度を広い
範囲で円滑に変更可能である。

【０００３】この機械式攪拌法においては、インペラの
回転速度が脱硫効果を決める最大の因子となっており、
一般的には回転速度を上げると脱硫効果も大きくなる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、回転速
度を上げれば、溶銑中で回転するインペラに対して溶銑
の抵抗が負荷となるためモータの負荷トルクが大きくな
る。

【０００５】又、負荷トルクへ影響する因子には、前記
回転速度以外に、インペラの磨耗度（使用を重ねるとイ
ンペラが磨耗し、溶銑から受ける負荷が小さくなる）、
溶銑温度（溶銑は、温度が低くなると粘性係数が高くな
るため、溶銑から受ける負荷が大きくなる）、インペラ
の浸漬深さ（インペラの溶銑への浸漬深さを深くする
と、溶銑から受ける負荷が大きくなる）等があり、溶銑
の条件や機械的条件によりモータの負荷トルクが変動す
る。

【０００６】従って、モータの回転数選定については負
荷トルクの変動を考慮する必要があるが、実際に事前に
負荷トルク変動分を予測することは非常に困難であり、
実使用において、当初の予測を超えるような負荷トルク
により、モータの過負荷が生じ、トリップによって攪拌
ができなくなる可能性があった。或いは、逆に、モータ
の過負荷を回避するためにインペラの回転速度を必要以
上に下げてしまい、十分な脱硫効果が得られない可能性
もあった。

【０００７】本発明は、前記従来の問題点を解決するべ
くなされたもので、モータの過負荷で生じるトリップに
よって、脱硫処理ができなくなることを防止することを
課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、容器内に溶融
金属や合金と精錬剤を投入し、モータによって回転され
るインペラで攪拌する精錬に際して、モータの負荷電流
から推定した過負荷残量に応じて、モータの回転数を制
御するようにして、前記課題を解決したものである。

【０００９】又、前記過負荷残量の値Ｒを、モータの過
負荷連続定格値をＰ、過負荷電流から推定したモータの
温度上昇相当値をθとして、次式 Ｒ＝[（Ｐ）²−θ]／（Ｐ）² から求めるようにしたものである。

【００１０】又、前記過負荷残量の値Ｒが閾値Ｒ０を下
回った場合にモータの回転数を下げる制御を行った後
に、過負荷残量値ＲがＲ０より大きな閾値Ｒ１を上回っ
た場合にはモータの回転数を上げる制御を行うようにし
たものである。

【００１１】機械式攪拌法において上述したように、イ
ンペラ回転モータへの負荷トルクが予測困難な状況にお
いては、負荷トルク変動が当初予測値を超えるようなケ
ースも考えられ、負荷トルクがモータ容量を超えて過負
荷トリップし、脱硫処理ができなくなる可能性がある。
しかし、モータ過負荷トリップに関していえば、負荷ト
ルク変動の予測はできなくても、モータ過負荷検出値を
管理することが出来ればモータ過負荷トリップは未然に
防止することが可能である。

【００１２】モータの過負荷トリップは、モータ保護の
観点から発熱量によって管理されるもので、一般にモー
タの熱モデルを表す微分方程式は Ｑ＝Ｃ（dθ／dt）＋ｈθ …（１） ただし、θ＝周囲温度からのモータの温度上昇値 Ｑ＝入力熱量 Ｃ＝モータの熱容量 ｈ＝放熱係数 であり、（１）式の微分方程式を、ｔ＜０にてＱ＝０、
θ＝０の条件で解くと θ＝Ｑ／Ｃ[１−exp（−ｈｔ／Ｃ）] …（２） となる。

【００１３】よって、入力熱量Ｑとしてモータ電流Ｉの
２乗を用いれば、ブロック図は図１のようになり、温度
上昇値θはモータ電流値Ｉおよび時間ｔに応じて変化す
ることとなる。

【００１４】ここで、推定した温度上昇値θとモータの
過負荷連続定格値Ｐの割合を過負荷残量値Ｒとすると Ｒ＝（Ｐ²−θ）／Ｐ² …（３） と表す。

【００１５】この過負荷残量値Ｒは、過負荷連続定格値
Ｐ、即ちモータを１００％定格で運転した場合の発熱量
に対する現在の運転時の発熱量の比を表したものであ
る。例えば、１５０％運転において６０秒で過負荷トリ
ップする仕様のモータの場合では、過負荷残量値Ｒはｔ
＝０秒の時１００％であり、ｔ＝６０秒にて０％とな
る。この過負荷残量値Ｒが０％となる場合が過負荷トリ
ップである。

【００１６】従って、この過負荷残量値Ｒを０％にしな
いように管理することで、過負荷トリップを未然に防止
することができる。

【００１７】過負荷残量は負荷トルクの変動と密接に関
係しており、負荷トルクが大きいとモータ負荷電流も大
きくなり残量が小さくなる。そこで、モータの負荷電流
から推定した、このモータ焼損防止のための指数（過負
荷残量値Ｒ）を管理し、過負荷残量値Ｒが一定値より下
がったら回転速度指令を補正して回転速度を下げれば過
負荷残量は回復するので、溶銑条件等、未知の負荷トル
ク変動条件下であっても、モータ過負荷トリップにより
処理が停止して脱硫処理が出来なくなるというケースを
未然に防いで、安定して攪拌することが可能となる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して、本発明の実
施形態を詳細に説明する。

【００１９】本実施形態は、図２に示すように構成され
ている。この機械式鍋攪拌脱硫法では、溶銑１２の入っ
た溶銑鍋１０において、インペラ１４で溶銑１２を攪拌
することにより脱硫が行われる。

【００２０】インペラ１４はモータ（Ｍ）１６に接続さ
れ、該モータ１６はインバータ等で構成される制御装置
１８により制御されている。

【００２１】制御装置１８には演算処理装置２０が接続
され、該演算処理装置２０は、モータ１６のモータ電流
値Ｉから推定した情報である過負荷残量値Ｒによって、
モータ１６への回転数指令の演算を行っている。

【００２２】前記演算処理装置２０では、図１に示した
ブロックに従って、モータ１６のモータ電流値Ｉを、２
乗器２２により２乗演算し、入力熱量に相当する値Ｑを
得る。

【００２３】Ｑは（２）式を実現する演算処理ブロック
２４に入力され、モータの温度上昇値に相当する値θが
演算結果として出力される。

【００２４】更に、θは過負荷連続定格値Ｐと共に、
（３）式を実現する演算処理ブロック２６に入力され、
過負荷残量値Ｒが得られる。

【００２５】図３にモータ回転数ｒ、モータ電流値Ｉ、
過負荷残量値Ｒの時間変化の一例を示し、図４に制御演
算フローを示す。

【００２６】図３において時間ｔ＝０の時、モータ回転
数ｒは０rpm、過負荷残量値Ｒは１００％である。

【００２７】今、図４のステップ１００で運転を開始
し、ステップ１０２でモータの回転数指令としてＸrpm
を与えたとすると、ステップ１０４を遷移し、モータ電
流値Ｉは徐々に上昇し、いずれモータの過負荷残量値Ｒ
は定格値Ｒ０（例えば１０％）を下回って行く。このま
まの状態を継続すると、モータ過負荷によりトリップが
発生してしまう。したがって、ステップ１０６でモータ
の回転数指令を（Ｘ−Ｙ）rpmに変更することで、モー
タ電流値Ｉおよびモータ回転数ｒを減少させ、過負荷残
量値Ｒを回復させることができる。その時にはステップ
１０８、１１０を遷移している。

【００２８】更に、過負荷残量値ＲがＲ０より大きなＲ
１（例えば２０％）まで回復したら、ステップ１０２に
戻り、回転数指令を元のＸrpmにすることでモータ回転
速度ｒを可能な限り上昇させるものとする。その後は過
負荷残量値Ｒは定格値Ｒ０を下回らない限り、ステップ
１０４を遷移する。

【００２９】なお、過負荷残量値Ｒが１５％以下の領域
では、過負荷残量が共に減少する可能性が大きいので、
回転数指令は上昇させない。

【００３０】又、過負荷残量値Ｒが１５％〜２０％の間
では、図５に示す如く、速度補正する迄は、１５％以下
でホールドを開始し、速度補正後は２０％までホールド
して、ハンチングを防止する。

【００３１】通常は、過負荷残量値ＲがＲ０以下になっ
たときにモータの回転数指令を（Ｘ−Ｙ）rpmに変更す
ることで、過負荷残量値Ｒを回復させることができる
が、何らかの要因で更に過負荷残量値Ｒが低下する場合
も想定する。

【００３２】このような場合に、バックアップの仕組み
として、過負荷残量値ＲがＲ０よりさらに小さなＲ２
（例えば７％）に達した際に、ステップ１１２で、モー
タの回転数指令を（Ｘ−Ｙ）rpmより小さな（Ｘ−Ｚ）r
pmに変更することで、ただちに過負荷残量値Ｒを回復さ
せることができる。回復の後にはステップ１０８、１１
０を遷移することとなる。

【００３３】ここで、回転数指令を下げるタイミングを
Ｒ＝１０％としたのは、一般的に連続定格のモータであ
れば１００％のモータ負荷電流でｔ＝∞での過負荷残量
は１０％に収束するからである。即ち、過負荷残量１０
％以上で使用していれば、モータの絶縁低下等のストレ
スは回避できる領域で運転していることになり、モータ
寿命への影響も問題ないといえる。

【００３４】以上、説明したようにモータの負荷電流か
ら推定した過負荷残量を制御し、過負荷残量値Ｒが閾値
Ｒ０を下回った場合にモータの回転数を下げる制御を行
った後に、過負荷残量値がＲ０より大きな閾値Ｒ１を上
回った場合にはモータの回転数を上げる制御を行うこと
により、モータの過負荷で生じるトリップによる処理停
止を防止することが可能となる。

【００３５】さらに過負荷残量ＲがＲ０よりさらに小さ
なＲ２に達した際には、モータの回転数指令をより下げ
る制御を行うことで、ただちに過負荷残量値Ｒを回復さ
せることができるようなバックアップの仕組みを用意す
ることで、より確実な動作が可能となる。

【００３６】また、回転数低減における過負荷残量の閾
値にあたるＲ０以上で使用していれば、モータの絶縁低
下などのストレスを回避することができる領域で運転し
ていることとなり、モータ寿命への影響も無視できるこ
ととなる。

【００３７】本実施形態においては、溶銑鍋などの容器
に入った溶銑から硫黄分を除去するための溶銑脱硫方法
に関し応用した例を説明したが、本発明の適用対象は、
これに限定されず、一般に溶融金属・合金の攪拌精錬装
置用モータの回転数制御方法にも同様に適用できること
は明らかである。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、インペラの磨耗度、溶
銑温度、インペラの浸漬深さ等の溶銑の条件や機械的条
件により発生する予測困難な負荷トルク条件の元でも、
モータ過負荷で生じるトリップによる処理停止を防止
し、安定した機械式攪拌が可能となり、脱硫処理ができ
なくなることを防止することに対する効果は極めて大き
い。

【００３９】又、回転数低減に関する過負荷残量のしき
い値を例えば１０％とすることで、モータ定格内で最大
限に回転数を上昇させることができ、モータ寿命への影
響も無視できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における過負荷残量Ｒの算出ブロック図

【図２】本発明の実施形態における構成図

【図３】モータ回転数ｒ、モータ電流値Ｉ、過負荷残量
値Ｒの時間変化の一例を表す図

【図４】制御演算フローを示す図

【図５】過負荷残量値が１５〜２０％の間の制御の様子
を示す線図

【符号の説明】

１０…溶銑鍋 １２…溶銑 １４…インペラ １６…モータ １８…制御装置 ２０…演算処理装置 ２２…２乗器 ２４、２６…演算処理ブロック

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K014 AA02 AB03 AB12 AB13 AC08 AD16 AD23 5H570 AA23 BB09 DD01 EE03 EE08 GG01 JJ03 JJ04 KK05 LL02 MM04

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】容器内に溶融金属や合金と精錬剤を投入
   し、モータによって回転されるインペラで攪拌する精錬
   に際して、 モータの負荷電流から推定した過負荷残量に応じて、モ
   ータの回転数を制御することを特徴とする攪拌用モータ
   の回転数制御方法。
2. 【請求項２】前記過負荷残量の値Ｒを、モータの過負荷
   連続定格値をＰ、過負荷電流から推定したモータの温度
   上昇相当値をθとして、次式 Ｒ＝[（Ｐ）²−θ]／（Ｐ）² から求めることを特徴とする請求項１記載の攪拌用モー
   タの回転数制御方法。
3. 【請求項３】前記過負荷残量の値Ｒが閾値Ｒ０を下回っ
   た場合にモータの回転数を下げる制御を行った後に、過
   負荷残量値ＲがＲ０より大きな閾値Ｒ１を上回った場合
   にはモータの回転数を上げる制御を行うことを特徴とす
   る請求項１記載の攪拌用モータの回転数制御方法。