JP2008196722A - アーク炉の溶解終了判定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スクラップ追装や溶落の判定を、作業員の主観によらず確実に行う。
【解決手段】 電極昇降制御装置６は、アーク炉４のアーク電流Ｉを検出し、検出されたアーク電流Ｉの分散ないし標準偏差を算出して、これら分散ないし標準偏差の値が所定値以下になった時に溶解終了と判定する。
【選択図】 図１

Description

本発明はアーク炉の溶解終了判定方法に関し、特に、スクラップ追装や溶落の判定を確実に行うための溶解終了判定方法に関する。

アーク炉の操業はスクラップの溶解の進行に応じて、炉用変圧器の二次タップ切替によるアーク電圧調整や電極昇降によるアーク電流制御を最適に行う必要がある。従来は実操業より得られた電圧・電流値を標準パターン化し、当該標準パターンを操業状況に応じて適宜修正しつつプログラム制御することが広く行われている。一方、特許文献１には、直流アーク炉の騒音レベルや振動変位、投入積算電力等よりファジィ推論によって溶落を検出する炉況検出方法が示されている。
特開平６−２９４５８７

ところで、操業中に一時的に通電を停止して行うスクラップ追装のタイミングや、昇熱や精錬を開始するための溶落のタイミングの判定は、主に作業者の主観的判断に委ねられているが、溶解不足で溶け残ったスクラップのために追装のスクラップが入らない不具合や、溶解過度による電力や時間の無駄な消費が問題になっている。この場合、前述の騒音や振動に基づいて炉況を検出して溶解終了の判定を行う方法では、アーク炉内部に残存するスクラップや炉壁に付着するスラグなどが外乱となって正確な判定を行うことができない。

そこで、本発明はこのような課題を解決するもので、アークの状態をより直接的な方法で検出して、溶解終了の判定を確実に行うことができる溶解終了判定方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、アーク炉のアーク電流を検出し、検出されたアーク電流の分散ないし標準偏差を算出して、これら分散ないし標準偏差の値が所定値以下になった時に溶解終了と判定する。

本発明において、アーク電流が急激に変動するのは電極とスクラップの距離が時々刻々と変化することに起因している。溶解の初期はスクラップがまだ様々な形状をしているため、アークエネルギーの投入によって電極とスクラップの距離が大きく変化しがちである。これに対して、スクラップ追装や溶落の寸前の段階では、スクラップはほぼ液状であり、アークは電極と溶鋼液面との間に生じているため、距離の変動はほとんどみられない。したがって、変動するアーク電流の分散ないし標準偏差の値が所定値以下になるのは、スクラップの溶解が進んで炉況の変化が収まったことにより電流の変動が小さくなってきたことを示している。したがって、標準偏差等の値が所定値以下になった時に溶解終了とすることにより、作業者の主観によることなく溶解終了が確実に判定される。

以上のように、本発明の溶解終了判定方法によれば、スクラップ追装や溶落の判定を、作業員の主観によることなく確実に行うことができるから、溶解不足で溶け残ったスクラップのために追装のスクラップが入らない不具合や、溶解過度による電力や時間の無駄を生じない。

図１には本発明方法を適用する交流アーク炉の給電系統を示す。図１において、炉用変圧器１はその１次側に供給される交流電源電圧をアーク炉操業に必要な電圧に降圧し、２次側に接続された電極２と炉体３内に装入されたスクラップ４の間にアークエネルギーを発生させてスクラップ４を加熱する。アークエネルギーの調整は、電極駆動装置５により電極２を上昇または下降させることによって行われる。電極駆動装置５は例えば、インバータ制御された交流電動機で正逆回転させられるウインチによって、電極２の支腕を吊るワイヤを巻取り又は巻き戻すことによって電極を昇降させるものである。

上記電極駆動装置５は、電極昇降制御装置６からの速度指令により速度制御されている。この速度制御を行うためのフィードバック信号として、炉用変圧器１の２次側に設けた電流検出器７および電圧検出器８でそれぞれ検出した実アーク電流信号Ｉと実アーク電圧信号Ｖが電極昇降制御装置６に入力されている

コンピュータ内蔵の上記電極昇降制御装置６はアーク電流設定部６１を備えており、これから出力される設定電流信号６１ａがアークインピーダンス制御部６２に与えられる。設定電流信号６１ａはアークインピーダンス制御部６２にてアーク電流信号Ｉおよびアーク電圧信号Ｖと比較演算されて、アークインピーダンスが一定となるように電極駆動装置５を介して電極２が昇降制御される。上記電極昇降制御装置６にはさらに判定部６３が設けてあり、当該判定部６３にはアーク電流信号Ｉが入力して、これに基づいて以下に説明するように溶解終了判定がなされる。なお、上記アーク電流設定部６１、アークインピーダンス制御部６２および判定部６３は一部あるいは全部をコンピュータプログラムで実現することができる。

アーク電流設定部６１は図２（１）に示すように、溶解１、溶解２、および溶解３と昇熱の各工程で、予め定めた段階的に変化する設定電流信号を出力する。この設定電流信号に基づき、アークインピーダンス制御部６２から電極駆動装置５を介して電極２の昇降が制御される。図２（２）には電極昇降制御に基づくアーク電流の経時変化を示し、溶解するスクラップによる炉況の変化によって変動している。判定部６３は一定間隔でアーク電流信号Ｉをサンプルして、その標準偏差を実時間で算出する。算出された標準偏差値の変化を図２（３）に示す。そして判定部６３は、各溶解工程の主溶解期に標準偏差値が所定値（本実施形態では７）以下になった時点（Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3）で、アーク電流の変化が落ち着いたとして溶解終了と判定し、その旨の信号６３ａを出力する。この溶解終了信号６３ａにより、作業者はスクラップ追装のタイミングや、昇熱や精錬を開始するための溶落のタイミングを確実に知ることができる。なお、上記標準偏差値に代えて分散値を使用することもできる。

本発明方法を適用した交流アーク炉の給電系統を示す図である。 各種信号の経時変化を示すグラフである。

符号の説明

１…炉用変圧器、２…電極、３…炉体、４…スクラップ、６…電極昇降制御装置、６１…アーク電流設定部、６２…アークインピーダンス制御部、６３…判定部。

Claims (1)

1. アーク炉のアーク電流を検出し、検出されたアーク電流の分散ないし標準偏差を算出して、これら分散ないし標準偏差の値が所定値以下になった時に溶解終了と判定するアーク炉の溶解終了判定方法。

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