JP2014231952A - 電気炉の炉蓋スパーク発生予測装置及び炉蓋スパーク発生防止装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スパーク発生を確実に予測し、且つ、スパーク発生を防止することで、スパークによる炉蓋の損傷を確実に防止することが可能な電気炉の炉蓋スパーク発生予測装置及び炉蓋スパーク発生防止装置の提供。【解決手段】炉蓋３に設置されたアース線１０と、該アース線１０に流れる電流値を計測する電流計測手段１１と、該電流計測手段１１により計測された電流値を監視する監視手段１２とからなり、該監視手段１２において監視された電流値の変化に基づいて炉蓋３におけるスパーク発生を予測することを可能とする。【選択図】図１

Description

本発明は、スクラップ等の被溶解物を溶解する電気炉において、炉蓋で生じるスパークを検知する電気炉の炉蓋スパーク発生予測装置及び炉蓋スパーク発生防止装置に関する。

三相交流電気炉でスクラップ等の被溶解物を溶解する場合、通常、電気炉の三相電極が炉内に装入された被溶解物に向けてアーク放電が可能な位置まで下降し、各相の電極から超高温のアークが被溶解物に放射されることで、被溶解物を溶解する。
被溶解物を溶解する途中で、炉壁側にある被溶解物が電極側に崩れることがある。そうすると、被溶解物が電極に接触する可能性があり、接触すると電極に被溶解物の荷重が負荷される。その際、基準値以上の荷重が電極に生じた場合は、電極制御手段がそれを検知して被溶解物側に接触した電極を上昇させるべく電極支持アームが上昇する。被溶解物側に接触した電極が上昇し２極通電になった際には、他の電極に過電圧が発生し、他の電極とその電極孔との間で絶縁破壊によるアーク放電が生じ、炉蓋に電流が流れることがある。
炉蓋の内側には、炉蓋冷却用の冷却水配管が配備されているため、冷却水配管の接触抵抗が生じる様な部分に電流が流れるとスパークが発生し、それにより冷却水配管が損傷し、損傷した部分から水漏れが発生する恐れがある。
炉蓋が損傷した場合、修理等により操業を停止することになり、生産性の低下やコスト面の悪化が大きな問題となる。

従来、炉蓋のスパーク防止策としては、例えば特許文献１に記載の技術がある。特許文献１には、炉蓋の大天井と小天井の間に導電性地金が付着したかどうかを大天井、小天井の間に設置された抵抗測定器により電気抵抗値を測定し、電気抵抗値の変化によって、大天井と小天井の間に地金が付着したことを検知する方法が記載されている。そして、電気抵抗値の変化から地金付着の可能性が高いと判断した場合は、大天井と小天井との間に配設したガス噴射ノズルからパージ用ガスを噴射することで付着地金を除去することにより、スパークの発生を防止することが出来る。

特開平０９−１２６６６４号公報

特許文献１に記載の炉蓋のスパーク防止装置においては、炉蓋の大天井と小天井の間に導電性地金が付着したかどうかを検知し、炉蓋の大天井と小天井の間に地金が付着したと検知した場合は付着地金の除去を行なう様にしている。
しかし、炉蓋に地金が付着していない場合でも、高電圧化に伴う電極孔ギャップの空気絶縁破壊により冷却水配管にスパークが発生する場合があり、地金付着の検出のみではスパークの発生による炉蓋の損傷を防止出来ないという問題がある。通常、冷却水配管の表面にはスラグや耐火物等の絶縁物をコーティングしてスパーク発生を防止することを図っているが、電気炉操業中の振動等により絶縁物が剥離することがある。その場合、絶縁物が剥離した部分の冷却水配管がむき出しになって、その部分にスパークが発生し、炉蓋の冷却水配管が損傷して水漏れが発生するため、スパーク発生を確実に予測し、且つ、スパーク発生を防止できる技術の開発が強く望まれていた。
このような従来技術の問題点に鑑み、本発明の主な目的は、スパーク発生を確実に予測し、且つ、スパーク発生を防止することで、スパークによる炉蓋の損傷を確実に防止することが可能な電気炉の炉蓋スパーク発生予測装置及び炉蓋スパーク発生防止装置を提供することにある。

上記目的を実現するための請求項１の発明は、
炉蓋に設置されたアース線と、
該アース線に流れる電流値を計測する電流計測手段と、
該電流計測手段により計測された電流値を監視する監視手段とからなり、
該監視手段により監視された電流値の変化に基づいて炉蓋におけるスパーク発生を予測することを特徴とする電気炉の炉蓋スパーク発生予測装置である。
上記目的を実現するための請求項２の発明は、
炉蓋に設置されたアース線と、
該アース線に流れる電流値を計測する電流計測手段と、
該電流計測手段により計測された電流値を監視する監視手段と、
該アース線に流れる電流値が閾値以上になったかどうかを判定する過電流判定部と、
該過電流判定部が該アース線に流れる電流値が閾値以上になったと判定した場合には、３極の電極を上昇させる様、電極昇降制御を行なう電極昇降制御部とを有することを特徴とする電気炉の炉蓋スパーク防止装置である。
上記目的を実現するための請求項３の発明は、
炉蓋に設置されたアース線と、
該アース線に流れる電流値を計測する電流計測手段と、
該電流計測手段により計測された電流値を監視する監視手段と、
該アース線に流れる電流値が閾値以上になったかどうかを判定する過電流判定部と、
該アース線に流れる電流値が閾値以上をある一定の時間以上継続したと該過電流判定部が判定した場合、電極に流れる電流を遮断する電流遮断手段とを有することを特徴とする電気炉の炉蓋スパーク発生防止装置である。

本発明の電気炉の炉蓋スパーク発生予測装置によれば、炉蓋にアース線を設置し、アース線に流れる電流値を監視手段により監視する。そして、このアース線に流れる電流値が閾値以上に高くなった場合、スパーク発生の可能性を高い確率で予測可能となることを見出した結果、炉蓋のスパークが発生することを高度の確率で予測することが可能となった。
本発明の請求項２に記載の電気炉の炉蓋スパーク発生防止装置によれば、炉蓋に流れる電流値が閾値以上であるかどうかを過電流判定部により判定し、炉蓋に流れる電流値が閾値以上であると判定した場合は3極の電極を同時に上昇する様制御する電極昇降制御部を設けたので、スパーク発生による炉蓋の損傷を未然に防止することが可能となった。
本発明の請求項３に記載の電気炉の炉蓋スパーク発生防止装置によれば、炉蓋に流れる電流値が閾値以上をある一定の時間以上継続したと過電流判定部が判定した場合は、電流遮断手段により電極に流れる電流を遮断することで、スパーク発生による炉蓋の損傷を未然に防止することが可能となった。
また、本発明の装置により炉蓋のスパーク発生による炉蓋の損傷を防止することで、電気炉の操業における保全費、及び生産性やコスト面で向上を図ることが出来る。

本発明の炉蓋スパーク発生予測装置及び電極昇降制御による炉蓋スパーク発生防止装置の構成図 スパークが発生した場合における炉蓋に設置されたアース線に流れる電流変化曲線 本発明の電極昇降制御による炉蓋スパーク発生防止装置により、スパーク発生の防止に成功した場合における炉蓋に設置されたアース線に流れる電流変化曲線 本発明の電流遮断手段による炉蓋スパーク発生防止装置の構成図

１ 電気炉
３ 炉蓋
４ 電極
１０ アース線
１１ 電流センサー（電流計測手段）
１２ モニター（監視手段）

以下、本発明の好適実施例を添付の図面により説明する。
図１は、本発明である電気炉の炉蓋スパーク予測装置及び電極昇降制御による炉蓋スパーク発生防止装置の構成を示している。
電気炉１は、スクラップ等の被溶解物が装入される炉体２と、中央部に電極孔６が設けられた炉蓋３と、電極支持アーム５に支持されて昇降可能な三相交流電極４（以下、電極４と記す）から構成される。
本発明の電気炉１の炉蓋スパーク発生予測装置及び電極昇降制御による炉蓋スパーク防止装置の構成について説明する。
本発明の電気炉１の炉蓋スパーク発生予測装置は、炉蓋３の鉄皮部にアース線１０の一端が設置され、アース線１０の他端にはアース線１０に流れる電流値を計測する電流センサー１１が接続されている。電流センサー１１の計測値は操作室にあるモニター１２により表示され、作業者がモニター１２に表示される電流値を確認することにより、炉蓋３の鉄皮に流れている電流値を常時監視している。

本発明の電極昇降制御による炉蓋スパーク発生防止装置は、この電気炉１の炉蓋スパーク発生予測装置に、アース線１０に流れる電流値がある閾値（例えば１５００Ａ）以上であるかどうかを判定する過電流判定部１３と、アース線１０に流れる電流値がある閾値（例えば１５００Ａ）以上であると過電流判定部１３が判定した場合は３極の電極を上昇させる様に電極昇降装置１５を作動させる電極昇降制御部１４が追加されて構成されている。

次に、本発明装置の作用について説明する。
電気炉１内でスクラップ等の被溶解物が電極４から放射されるアークによって溶解される場合、炉蓋３に設置されたアース線１０に流れる電流値は、アース線１０に設置された電流センサー１１によって計測され、計測された電流値はモニター１２に表示される。
通常のスクラップ等の被溶解物の溶解時では、図２の電流変化曲線の（Ａ）に示す部分の様に、炉蓋３のアース線１０に０〜２００Ａ程度の電流が流れる。これは、電極４に電流を流した時に電極４の周囲に渦電流が発生し、その渦電流により炉蓋３に誘導電流が流れることによるものである。

被溶解物を溶解する途中で、炉内中心付近の被溶解物の溶解が進むことにより炉壁側にあるまだ未溶解の被溶解物が電極４側に崩れると、被溶解物が電極４に接触する可能性があり、接触すると電極４には過大な溶解電流が流れる。その際、基準値以上の溶解電流が流れた場合は、その電流上昇を検知して被溶解物側に接触している電極４を上昇させるべく電極支持アーム５が上昇する。被溶解物側に接触した電極４が上昇し、２極通電状態になった際には、その２極電極の周囲、特に電極孔６周囲に過大な渦電流が生じ、炉蓋３には電磁誘導作用により電流が生成される。その場合、炉蓋３に設置されたアース線１０に流れる電流値が通常溶解時（図２の（Ａ））と比較して急激に上昇する。（図２の（Ｂ））
そして、この電流値が大きくなるほど炉蓋３にスパークが発生しやすくなることが確認されている。そこで、過去にスパークにより炉蓋３に設置された冷却水配管の水漏れが発生した時の電流値を確認したところ、アース線１０に流れる電流値が２０００Ａ以上となった時（図２の（B））、炉蓋３にスパークが発生していることが確認された。
その際の電流変化曲線を図２に示す。

上記結果に基づきスパーク発生を防止するため、電流センサー１１に過電流判定部１３を接続し、過電流判定部１３によりアース線１０に流れる電流値が閾値に設定した電流値（スパーク発生の可能性が高くなる２０００Ａより少し低い値に設定、例えば１５００Ａ）であるかどうかを判定すると同時に、アース線１０に流れる電流値が閾値以上となった場合には、３極全ての電極４を同時に上昇する様に電極昇降制御部１４が電極昇降装置１５を作動する様にし、この装置により、炉蓋のスパーク発生が防止できるかどうかのテストを実施した。その結果、スパーク発生が確実に防止できることが確認できた。
尚、その際の電流変化曲線の１例を図３に示す。図３から明らかな様に前記装置により、アース線１０に流れる電流値が閾値以上となった時（図３の（C））に、電極昇降制御部１４が3極の電極を上昇させる様に電極昇降装置１５を作動させることにした結果、電極４の上昇を開始した直後から電流値が低下し炉蓋３のスパーク発生を防止出来ることを確認した。

次に、電流を遮断することにより炉蓋３のスパーク発生を防止する他の実施例について説明する。図４に電流遮断手段による炉蓋スパーク発生防止装置の構成を示す。
図４に示す通り、本実施例では先に述べた電気炉１の炉蓋スパーク発生予測装置に、アース線１０に流れる電流値がある閾値（例えば１５００Ａ）以上であるかどうかを判定する過電流判定部１３と、アース線１０に流れる電流値がある閾値（例えば１５００Ａ）以上をある一定の時間以上継続したと過電流判定部１３が判定した場合、電極４に電流を流すのを遮断する真空遮断器２３が設けられている。真空遮断器２３は、炉用変圧器２２の１次側三相交流電源側に設置され、導電体２１を介して電極４に溶解電流を流すのを制御するために設置されている。
図４に示す炉蓋スパーク発生防止装置は、炉蓋３に設置されたアース線１０に流れる電流値が閾値（スパーク発生の可能性の高くなる２０００Ａより少し低い値に設定、例えば１５００Ａ）以上をある一定の時間以上継続した場合に、過電流判定部１３が真空遮断器２３を作動させて炉用変圧器２２の1次側供給電源を遮断し電極４の溶解電流を遮断する。そして、図４の構成からなる炉蓋スパーク発生防止装置によりスパーク発生が防止出来るか実験した結果、確実に防止出来ることが確認できた。

尚、本実施例ではアース線１０に流れる電流値が２０００Ａ以上でスパークが発生することを確認し、３極の電極４を上昇させる時の閾値、あるいは電極４に流す電流を遮断する時の閾値を１５００Ａと設定したが、この電流値は当然電気炉１の容量や仕様、アース線１０の接続環境によって変化するものである。従って、様々な電気炉１に本発明を適用する場合には、操業時のスパーク発生時の電流値に関するデータをある程度蓄積した後、適切な閾値を定めれば良い。
又、本実施例では、３相交流電気炉について本発明の炉蓋スパーク発生予測装置、炉蓋スパーク防止装置を例に紹介したが、本発明の炉蓋スパーク発生予測装置、炉蓋スパーク防止装置は３相交流電気炉に限らず、直流電気炉やＬＦの様なアーク加熱を用いる取鍋精錬炉にも適用出来る。

Claims (3)

1. 炉蓋に設置されたアース線と、
   該アース線に流れる電流値を計測する電流計測手段と、
   該電流計測手段により計測された電流値を監視する監視手段とからなり、
   該監視手段により監視された電流値の変化に基づいて炉蓋におけるスパーク発生を予測することを特徴とする電気炉の炉蓋スパーク発生予測装置。
2. 炉蓋に設置されたアース線と、
   該アース線に流れる電流値を計測する電流計測手段と、
   該電流計測手段により計測された電流値を監視する監視手段と、
   該アース線に流れる電流値が閾値以上になったかどうかを判定する過電流判定部と、
   該アース線に流れる電流値が閾値以上になったと該過電流判定手段が判定した場合、３極の電極を上昇させる様、電極昇降制御を行なう電極昇降制御部とを有することを特徴とする電気炉の炉蓋スパーク発生防止装置。
3. 炉蓋に設置されたアース線と、
   該アース線に流れる電流値を計測する電流計測手段と、
   該電流計測手段により計測された電流値を監視する監視手段と、
   該アース線に流れる電流値が閾値以上になったかどうかを判定する過電流判定部と、
   該アース線に流れる電流値が閾値以上をある一定の時間以上継続したと該過電流判定部が判定した場合、電極に流れる電流を遮断する電流遮断手段とを有することを特徴とする電気炉の炉蓋スパーク発生防止装置。

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