JP2006220380A - アーク炉の溶鋼レベル検知方法および溶鋼レベル検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スクラップ等の被溶解金属を溶解加熱もしくは精錬するアーク炉の溶鋼レベル検知方法および溶鋼レベル検知装置を提供する。
【解決手段】少なくとも１本の昇降する電極６とスクラップ等の被溶解金属を溶解した溶鋼５との間でアーク７を形成してスクラップ等の被溶解金属を溶解加熱もしくは精錬するアーク炉１の溶鋼レベル検知方法において、電極を被溶解金属へ接触させて短絡状態にし、電流を流してから所定の電流になるように電極を上昇してアークを形成させ、炉況判定装置２８からの信号の精錬期に、電極先端高さＨｅと電極消耗割合Ｒｃと電極電力使用量ＫＷＨ２から、通電開始する際に電流検出器の電流値が０から急激に上昇した時に次の式により演算して溶鋼レベルＨｍを検出する。Ｈｍ＝Ｈｅ＋（ＫＷＨ２×Ｒｃ）
【選択図】図１

Description

本発明は、スクラップ等の被溶解金属を溶解加熱もしくは精錬するアーク炉の溶鋼レベル検知方法および溶鋼レベル検知装置に関するものである。

一般にアーク炉の操業においては、溶鋼への酸素吹込み、粉体吹込み、溶鋼温度測定、およびサンプリング採取が必要である。一方、アーク炉操業中には炉体内の溶鋼が溶融スラグに覆われているので、アーク炉操業者が操業経験を元に目視で溶鋼スラグ厚みを判断して、溶鋼レベルを判断していた。しかしながら、近年、省力化のための自動化設備が導入され、消耗式酸素吹込装置や消耗式粉体吹込装置においては生産性向上のために、消耗品の交換頻度の低減が要求されている。また、溶鋼測温装置や溶鋼サンプリング装置においては溶鋼内へ装入するに当たり、溶鋼内へ装入し過ぎると故障が発生し、装入頻度が多くなるのを低減するための要求がなされている。これらを効率的に実施するためには、溶鋼レベルを計測して溶鋼レベルを正確に把握した上で行う必要がある。

上述の課題を解決する方法として、例えば特開平８−１６５５１０号公報（特許文献１）に開示されているように、電極ホルダー高さ検出手段により計測された電極ホルダー高さと電極長さ検出手段により計測された電極ホルダー下電極長さより電極先端高さを演算する電極先端高さ演算器、アーク電圧よりアーク長さを演算するアーク長さ演算器と前記電極先端高さとアーク長さより溶鋼レベルを演算する溶鋼レベル演算器で構成される溶鋼レベル検出装置が提案されている。

一方、特開平２−３０６１３７号公報（特許文献２）に開示されているように、アーク炉において、電極の停止状態において電極を把持した電極支持体の重量を測定し、この重量から電極支持体の自重を減算して電極重量を求め、この電極重量から装入材溶解用投入電力量に対応する電極消耗予想重量を減算して電極予想重量を求め、この電極予想重量と操業に必要な電極最小重量とを比較して、電極継ぎ足し要否を判断するアーク炉における電極消耗判定方法が提案されている。

特開平８−１６５５１０号公報 特開平２−３０６１３７号公報

しかしながら、上述した特許文献１の装置では、電極ホルダー高さ、電極ホルダー下電極長さとアーク長さから溶鋼レベルを検出しており、電極ホルダー高さと電極ホルダー下電極長さは精度良く測定できるが、アーク長さはアーク電圧より演算するため、アーク炉内温度やアーク電流によるアーク変更により、同一アーク電圧においてもアーク長さは必ずしも一定でないことが分かっており、溶鋼レベル精度が悪いという問題がある。そのため、消耗式酸素吹込装置、消耗式粉体吹込装置の消耗部品の交換頻度を低減することができないことがある。

また、側温・サンプリング装置においては溶鋼内へ装入し過ぎて、故障頻度が高くなり、必ずしも生産性向上に繋がっていない。さらに、アーク長をアーク電圧より算出する直流アーク炉にしか適用できないため、精錬するための取鍋精錬アーク炉には適用することができないと言う問題がある。また、特許文献２は、アーク炉における電極損耗判定方法であって、電極の損耗による電極の長さを判定するためには役立つものの溶鋼レベルの測定には大きく役立つ技術ではない。

上述したような問題を解消するために、発明者らは鋭意開発を進めた結果、溶鋼レベルは、電極先端高さＨｅと電極消耗割合Ｒｃと電極電力使用量ＫＷＨ２から演算して検出する溶鋼レベル検知方法および溶鋼レベル検知装置を提供するものである。その発明の要旨とするところは、
（１）少なくとも１本の昇降する電極とスクラップ等の被溶解金属を溶解した溶鋼との間でアークを形成してスクラップ等の被溶解金属を溶解加熱もしくは精錬するアーク炉の溶鋼レベル検知方法において、電極を被溶解金属へ接触させて短絡状態にし、電流を流してから所定の電流になるように電極を上昇してアークを形成させ、炉況判定装置からの信号の精錬期に、電極先端高さＨｅと電極消耗割合Ｒｃと電極電力使用量ＫＷＨ２から、通電開始する際に電流検出器の電流値が０から急激に上昇した時に次の式により演算して溶鋼レベルＨｍを検出することを特徴とするアーク炉の溶鋼レベル検知方法。
Ｈｍ＝Ｈｅ＋（ＫＷＨ２×Ｒｃ）

（２）少なくとも１本の昇降する電極とスクラップ等の被溶解金属を溶解した溶鋼との間でアークを形成することにより、スクラップ等の被溶解金属を溶解加熱もしくは精錬するアーク炉の溶鋼レベル検知装置であって、電極ホルダー高さ検出手段により計測された電極ホルダー高さと電極ホルダー下電極長さ検出手段により計測された電極ホルダー下の電極長さより電極先端高さを演算する電極先端高さ演算器、電力投入（電力量や通電時間）により電極先端消耗長さを演算する電極先端消耗長さ演算器と通電開始時に電極ホルダー高さと電極長さと電極先端消耗長さより溶鋼レベルを演算する溶鋼レベル検出器で構成されることを特徴とするアーク炉の溶鋼レベル検知装置にある。

以上述べたように、本発明による制御方法とそれを具現化する制御装置によれば、溶鋼への酸素吹き込み装置の位置制御、粉体吹込装置の位置制御および溶鋼温度測定の位置制御、サンプリング装置の位置制御が可能となり、レイアウトの制約を受けずに安価に実施することが出来る極めて優れた効果を奏するものである。

以下、本発明について図面に従って詳細に説明する。
図１は、本発明に係る溶鋼レベル検知方法の全体概略説明図を示す。この図１に示すように、アーク炉１は、被溶融金属５を収納する容器である炉床２、炉壁３、炉蓋４および昇降自在な電極６から構成され、さらに、アーク炉１に電力を供給する給電用導体８、変圧器９および遮断器１０により構成される。溶解に寄与するエネルギーは昇降自在な電極６と被溶解金属５の間にアーク７として形成される。

アーク電流は、アーク電流検出器１１とアーク電流設定値１２を比較し、アーク電流がアーク電流設定値１２と一致するように電極昇降制御手段１３により電極昇降装置１４を制御する。その場合に、アーク電流検出器１１での、アーク電流＜アーク電流設定値の場合には電極６は下降し、また、アーク電流検出器１１での、アーク電流＞アーク電流設定値の場合には電極６は上昇するようにする。

一方、溶鋼レベル検知装置２７は、電極ホルダー高さ信号に基づき電極ホルダー高さ検出手段１５により計測された電極ホルダー高さ信号から電極ホルダー下電極長さ検出手段１６により計測される電極ホルダー下電極長さ信号を、電極継ぎ足し前に電極ホルダー下電極長さを記憶する電極継ぎ足し前電極ホルダー下電極長さ記憶部１８、電極継ぎ足し後に電極ホルダー下電極長さを記憶する電極継ぎ足し後電極ホルダー下電極長さ記憶部１９、前記電極ホルダー高さ検出手段１５からの電極ホルダー高さと電極継ぎ足し後電極ホルダー下電極長さ記憶部１９に記憶されている電極継ぎ足し後電極ホルダー下電極長さから電極先端高さを演算する電極先端高さ演算部２０で構成される。

さらに、電極先端高さ演算部２０で演算された電極先端高さと炉況判定装置２８の炉況信号から電極折損長さを演算する電極折損長さ演算部２１、電極折損長さ演算部２１で演算された電極折損長さを記憶する電極折損長さ記憶部２２、電極継ぎ足し前電極ホルダー下電極長さと電極継ぎ足し後電極ホルダー下電極長さと電極折損長さから電極消耗長さを演算する電極消耗長さ演算部２３、電極使用量検出器１７で検出される電力使用量と電極消耗長さから電極消耗割合を演算する電極消耗割合演算部２４、電極消耗割合を記憶する電極消耗割合記憶部２５、電力使用量と電極消耗割合、電極先端高さから溶鋼レベルを演算する溶鋼レベル演算部２６により構成されている。

また、電極ホルダー高さＨはパルス発生器等の位置検出器を具備した電極ホルダー高さ検出手段１５により、動作距離をパルスカウントする等の手段にて計測される。電極ホルダー下電極長さは、電極受台を用いる方法等により計測される。電極継ぎ足し前電極ホルダー下電極長さＬ１は電極を継ぎ足す前に電極ホルダー下電極長さ検出手段１６で計測され、その値を電極継ぎ足し前電極ホルダー下電極長さ記憶部１８に記憶される。電極継ぎ足し後電極ホルダー下電極長さＬ２は電極を継ぎ足す前に電極ホルダー下電極長さ検出手段１６で計測され、その値を電極継ぎ足し後電極ホルダー下電極長さ記憶部１９に記憶される。

電極先端高さ演算部は下記の式に示すように、電極ホルダー高さＨから電極継ぎ足し後電極ホルダー下電極長さＬ２を減算することにより、電極先端高さＨｅを演算する。
Ｈｅ＝Ｈ−Ｌ２
また、電極折損長さＬｃは、炉況判定装置２８から信号の精錬期に、溶鋼レベルＨｍが短時間（１０秒程度）に１０ｍｍ以上変動した溶鋼レベルＨｍ´から、以下のように演算する。取鍋精錬炉等の精錬するためのアーク炉であれば、炉況判定装置からの精錬期信号は必要ないことは言うまでもない。
Ｌｃ＝Ｈｍ−Ｈｍ´
そして、その値は電極折損長さ記憶部２２へ以下のように蓄積され記憶される。記憶された値は電極継ぎ足し後の電極ホルダー下電極長さが記憶されるときにリセットされる。 Ｌｃ´＝Ｌｃ´＋Ｌｃ

電極消耗長さＬｃｃは、電極継ぎ足し後電極ホルダー下電極長さＬ２、電極継ぎ足し前電極ホルダー下電極長さＬ１、電極折損長さＬｃ´により以下のように演算される。
Ｌｃｃ＝Ｌ２−Ｌ１＋Ｌｃ´
また、電極消耗割合Ｒｃは、電極消耗長さＬｃｃと電力使用量ＫＷＨ１により、以下のように演算される。電力使用量ＫＷＨ１は、電極継ぎ足し後の電極ホルダー下電極長さが記憶されるときにリセットされる。 Ｒｃ＝Ｌｃｃ／ＫＷＨ１

アーク炉は電極を被溶解金属へ接触させて短絡状態にし、電流を流してから所定の電流になるように電極が上昇してアークを形成する。溶鋼レベルＨｍは、炉況判定装置２８から信号の精錬期に、電極先端高さＨｅと電極消耗割合Ｒｃと電力使用量ＫＷＨ２から、通電開始する際に電流検出器の電流値が０から急激に上昇した時に以下のように演算する。 Ｈｍ＝Ｈｅ＋（ＫＷＨ２×Ｒｃ）

図１に示した溶鋼レベル検知装置は電極１本分を示している。直流アーク炉は１セット、交流アーク炉では電極の本数分必要となる。直流アーク炉の場合、稼動電極は１本であり、上記の演算式で容易に演算できる。しかし、交流アーク炉の場合、稼動電極が２本以上あり、２本以上の電極が被溶解金属に接触すると同時に電流が流れるので溶鋼レベルは２番目に低い位置を選択するのは言うまでもない。

本発明に係る溶鋼レベル検知方法の全体概略説明図である。

符号の説明

１ アーク炉
２ 炉床
３ 炉壁
４ 炉蓋
５ 被溶解金属
６ 電極
７ アーク
８ 給電用導体
９ 変圧器
１０ 遮断器
１１ アーク電流検出器
１２ アーク電流設定値
１３ 電極昇降制御手段
１４ 電極昇降装置
１５ 電極ホルダー高さ検出手段
１６ 電極ホルダー下電極長さ検出手段
１７ 電極使用量検出器
１８ 電極継ぎ足し前電極ホルダー下電極長さ記憶部
１９ 電極継ぎ足し後電極ホルダー下電極長さ記憶部
２０ 電極先端高さ演算部
２１ 電極折損長さ演算部
２２ 電極折損長さ記憶部
２３ 電極消耗長さ演算部
２４ 電極消耗割合演算部
２５ 電極消耗割合記憶部
２６ 溶鋼レベル演算部
２７ 溶鋼レベル検知装置


特許出願人 新日本製鐵株式会社
代理人 弁理士 椎 名 彊 他１

Claims (2)

1. 少なくとも１本の昇降する電極とスクラップ等の被溶解金属を溶解した溶鋼との間でアークを形成してスクラップ等の被溶解金属を溶解加熱もしくは精錬するアーク炉の溶鋼レベル検知方法において、電極を被溶解金属へ接触させて短絡状態にし、電流を流してから所定の電流になるように電極を上昇してアークを形成させ、炉況判定装置からの信号の精錬期に、電極先端高さＨｅと電極消耗割合Ｒｃと電極電力使用量ＫＷＨ２から、通電開始する際に電流検出器の電流値が０から急激に上昇した時に次の式により演算して溶鋼レベルＨｍを検出することを特徴とするアーク炉の溶鋼レベル検知方法。
   Ｈｍ＝Ｈｅ＋（ＫＷＨ２×Ｒｃ）
2. 少なくとも１本の昇降する電極とスクラップ等の被溶解金属を溶解した溶鋼との間でアークを形成することにより、スクラップ等の被溶解金属を溶解加熱もしくは精錬するアーク炉の溶鋼レベル検知装置であって、電極ホルダー高さ検出手段により計測された電極ホルダー高さと電極ホルダー下電極長さ検出手段により計測された電極ホルダー下の電極長さより電極先端高さを演算する電極先端高さ演算器、電力投入（電力量や通電時間）により電極先端消耗長さを演算する電極先端消耗長さ演算器と通電開始時に電極ホルダー高さと電極長さと電極先端消耗長さより溶鋼レベルを演算する溶鋼レベル検出器で構成されることを特徴とするアーク炉の溶鋼レベル検知装置。

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