JP2015199083A - タンディッシュプラズマ加熱装置及びタンディッシュ内溶鋼の加熱方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ツイントーチ式のプラズマトーチとして黒鉛電極を使用して、水漏れ等のトーチのトラブルを発生させること無く、溶鋼を効率良くかつ安定して加熱することが可能なタンディッシュプラズマ加熱装置及びタンディッシュ内溶鋼の加熱方法を提供する。
【解決手段】タンディッシュ５内を通過する溶鋼をプラズマアークによって加熱するタンディッシュプラズマ加熱装置１０であって、前記溶鋼に近接配置されるアノード電極１５Ａ及びカソード電極１５Ｂと、このアノード電極１５Ａ及びカソード電極１５Ｂに対して電力を印加する直流電源装置１８と、アノード電極１５Ａ及びカソード電極１５Ｂを一体に昇降する共通昇降装置２０と、を備えており、アノード電極１５Ａ及びカソード電極１５Ｂが一対の黒鉛電極とされるとともに、アノード電極１５Ａとカソード電極１５Ｂとの高さ方向の相対位置を調整する相対位置調整装置２７を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、タンディッシュ内を通過する溶鋼をプラズマアークによって加熱するタンディッシュプラズマ加熱装置及びタンディッシュ内溶鋼の加熱方法に関するものである。

一般に、鋼の連続鋳造設備においては、取鍋と鋳型との間にタンディッシュが配置されており、取鍋内の溶鋼をタンディッシュに受け、タンディッシュから鋳型内へと供給する構成とされている。ここで、鋳型内へ供給される溶鋼の温度は、操業の安定性や鋳片の品質に大きな影響を与え、連続鋳造において非常に重要な因子である。

鋳型内へ供給される溶鋼の温度としては、通常、タンディッシュ内温度としてスーパーヒートで管理することができる。スーパーヒートは、適正温度域が存在し、それよりも高温域であっても、低温域であっても、操業の安定性や鋳片の品質に問題が生じる。
以下に、スーパーヒートを、図４に示す通り、高温域、適正温度域、低温域に分類して説明する。
図４に示す高温域ではブレークアウトが発生し易いことから、これを防止するためには、スループットを低下させる必要があり、操業性が低下する。一方、図４に示す低温域では、浸漬ノズル閉塞や鋳型内で温度不足による皮張り発生、鍋を返送しなければならない等操業、品質上大きな影響がある。
また、タンディッシュ内温度は、加熱しないと、時間経過に従って、溶鋼温度が下がるため、チャージ終了時点でも適正温度域となるように、チャージ開始時点の温度を適正温度域内で適切に設定する必要がある。例えば、図４の上側の点線で示す様に、チャージ開始時点で、適正温度域の上限に設定できれば、チャージ終了時点でも、適正温度域内とすることができる。
しかし、チャージ開始時点の温度は、鋼種による転炉、二次精錬の操業条件のほか、溶鋼鍋や工程間のマッチングに依存するものであり、溶鋼温度はそれらの操業条件及び要因により常に変動することから、常時、チャージ開始時点の温度を適正温度域内で適切に設定することは困難である。例えば、図４の下側の点線で示す様に、チャージ開始時点で、適正温度域の中程度の温度となった場合は、鋳造時間がＺの時点でノズルが閉塞して、鋳造が中止されるという事態になることがある。そこで、上述のタンディッシュには、通過する溶鋼を加熱する手段として、プラズマ加熱装置が配設されている。

このようなプラズマ加熱装置は、プラズマトーチを被加熱物に近接させ、被加熱物とプラズマトーチとの間にアークを発生させることによって、被加熱物を加熱する構成とされている。プラズマトーチとしては、黒鉛製の消耗電極（黒鉛電極）や水冷式の金属製トーチが用いられている。
ここで、上述のタンディッシュに配設されるプラズマ加熱装置（タンディッシュプラズマ加熱装置）において、プラズマトーチとして黒鉛電極を用いた場合には、消耗した黒鉛の一部が溶鋼中に混入し、溶鋼の性状が変化してしまうおそれがある。そこで、従来のタンディッシュプラズマ加熱装置においては、例えば特許文献１，２に示すような金属製トーチが用いられていた。

また、例えば特許文献３，４には、カソード電極及びアノード電極となる一対のプラズマトーチを有し、この一対のプラズマトーチに直流電源装置を用いて電力を印加することにより、被加熱物とプラズマトーチとの間にアークを発生させて加熱するツイントーチ式のプラズマ加熱装置が提案されている。一般的に、ツイントーチ式のプラズマ加熱装置においては、カソード電極及びアノード電極となる一対のプラズマトーチを一体に昇降させる昇降機能を備えており、被加熱物（溶鋼）とトーチ先端との間の距離を調整することで、アークの発生状況を制御している。なお、このツイントーチ式のプラズマ加熱装置においては、プラズマトーチとして上述の金属製トーチが用いられている。

特開２００３−２６６１７８号公報 特開平０７−３０３９７０号公報 特開２００３−３３４６３７号公報 特開２００２−２３５９８８号公報

ところで、金属製のプラズマトーチは、特許文献１，２に開示されているように、発生するプラズマアークからの熱及び溶鋼熱に対する耐熱向上を目的に水冷構造とされている。このため、実際の操業時には、トーチ先端部(電極)やノズル部の溶損や亀裂により水漏れ等のトラブルが発生し、操業に支障をきたすことが懸念されていた。特に、高出力操業下では電極やノズル寿命が低下するという問題も発生することから、高出力操業は課題が存在していた。また、トーチを水冷していることから、溶鋼への着熱を効率良く行うことができないといった問題があった。

ここで、上述のツイントーチ式のプラズマ加熱装置のプラズマトーチとして黒鉛電極を適用することが考えられる。しかしながら、黒鉛電極は、プラズマアークの発生によって先端が損耗することから、被加熱物（溶鋼）と黒鉛電極の先端との距離が徐々に大きくなり、被加熱物（溶鋼）と黒鉛電極との間の電圧が上昇し、アークの発生状況が変化してしまうおそれがあった。
また、アノード電極となる黒鉛電極とカソード電極となる黒鉛電極とでは、損耗の速度が異なるため、アノード電極におけるアークの発生状況及びカソード電極におけるアークの発生状況が変動し、被加熱物（溶鋼）を安定して加熱できないおそれがあった。

本発明は、前述した状況に鑑みてなされたものであって、ツイントーチ式のプラズマトーチとして黒鉛電極を使用して、水漏れ等のトーチのトラブルを発生させること無く、溶鋼を効率良くかつ安定して加熱することが可能なタンディッシュプラズマ加熱装置及びタンディッシュ内溶鋼の加熱方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係るタンディッシュプラズマ加熱装置は、タンディッシュ内を通過する溶鋼をプラズマアークによって加熱するタンディッシュプラズマ加熱装置であって、前記溶鋼に近接配置されるアノード電極及びカソード電極と、このアノード電極及びカソード電極に対して電力を印加する直流電源装置と、前記アノード電極及び前記カソード電極を一体に昇降する共通昇降装置と、を備えており、前記アノード電極及び前記カソード電極が一対の黒鉛電極とされるとともに、前記アノード電極と前記カソード電極との高さ方向の相対位置を調整する相対位置調整装置を備えていることを特徴としている。

この構成のタンディッシュプラズマ加熱装置によれば、アノード電極及びカソード電極として一対の黒鉛電極を用いているので、水冷の必要がなく、溶鋼への着熱を効率良く行うことができる。
また、アノード電極及び前記カソード電極を一体に昇降する共通昇降装置と、アノード電極とカソード電極との高さ方向の相対位置を調整する相対位置調整装置を備えているので、アノード電極となる黒鉛電極とカソード電極となる黒鉛電極との間で損耗速度が異なっていても、それぞれの黒鉛電極の先端と溶鋼面との距離を精度良く調整することができ、プラズマアークの発生状況を安定させることが可能となる。

ここで、本発明のタンディッシュプラズマ加熱装置においては、前記相対位置調整装置は、前記アノード電極又は前記カソード電極のいずれか一方を単独で昇降させることにより、前記アノード電極と前記カソード電極との高さ方向の相対位置を調整する構成であることが好ましい。
この場合、共通昇降装置によって、アノード電極及びカソード電極となる一対の黒鉛電極を昇降させる一体昇降動作と、前記アノード電極又は前記カソード電極のいずれか一方を単独で昇降させることによって前記アノード電極と前記カソード電極との高さ方向の相対位置を調整する相対位置調整動作の、一方又は双方を実施することで、それぞれの黒鉛電極の先端と溶鋼面との距離を精度良く調整することができる。

また、本発明のタンディッシュプラズマ加熱装置においては、前記共通昇降装置及び前記相対位置調整装置の動作を制御する制御部を有しており、前記制御部は、前記アノード電極及び前記カソード電極のうちの少なくとも一方の電圧値を監視し、前記電圧値が所定の範囲となるように、前記共通昇降装置及び前記相対位置調整装置の動作を制御する構成としてもよい。
この場合、制御部によって、前記アノード電極及び前記カソード電極のうちの少なくとも一方の電圧値が所定の範囲となるように、前記共通昇降装置及び前記相対位置調整装置の動作を制御しているので、一対の黒鉛電極が異なる速度で損耗してもアークの発生状況を安定させることができ、タンディッシュ内の溶鋼を確実に加熱することができる。

本発明に係るタンディッシュ内溶鋼の加熱方法は、タンディッシュ内を通過する溶鋼をプラズマアークによって加熱するタンディッシュ内溶鋼の加熱方法であって、アノード電極及びカソード電極となる一対の黒鉛電極を前記溶鋼に近接するとともに、一対の前記黒鉛電極に直流電源装置によって電力を印加することにより、前記溶鋼と前記黒鉛電極との間にプラズマアークを発生させて前記溶鋼を加熱し、前記アノード電極及び前記カソード電極を一体に昇降させる一体昇降動作と、前記アノード電極と前記カソード電極の高さ方向の相対位置を調整する相対位置調整動作の、一方又は双方を実施することを特徴としている。

この構成のタンディッシュ内溶鋼の加熱方法によれば、前記アノード電極及び前記カソード電極を一体に昇降させる一体昇降動作と、前記アノード電極と前記カソード電極の高さ方向の相対位置を調整する相対位置調整動作の、一方又は双方を実施することにより、アノード電極となる黒鉛電極とカソード電極となる黒鉛電極との間で損耗速度が異なっていても、それぞれの黒鉛電極の先端と溶鋼面との距離を精度良く調整することができ、プラズマアークの発生状況を安定させることが可能となる。

ここで、本発明のタンディッシュ内溶鋼の加熱方法においては、前記アノード電極及び前記カソード電極を一体に昇降させる一体昇降動作と、前記アノード電極及び前記カソード電極のいずれか一方の黒鉛電極の高さ位置を調整して前記アノード電極と前記カソード電極の高さ方向の相対位置を調整する相対位置調整動作の、一方又は双方を実施することが好ましい。
この場合、前記アノード電極及び前記カソード電極を一体に昇降させる一体昇降動作と、前記アノード電極及び前記カソード電極のいずれか一方の黒鉛電極の高さ位置を調整して前記アノード電極と前記カソード電極の高さ方向の相対位置を調整する相対位置調整動作の、一方又は双方を実施することにより、それぞれの黒鉛電極の先端と溶鋼面との距離を精度良く調整することができる。このいずれか一方の電極の高さ調整機構は、油圧装置を用いることにより高さ位置を調整する方法を採用することが好ましい。この場合、後述する電圧監視による任意高さでの位置制御が可能となる。但し、設置スペース、設置容易さを考慮してネジ等で昇降機能を付けることも可能である。

また、本発明のタンディッシュ内溶鋼の加熱方法においては、前記アノード電極及び前記カソード電極のうちの少なくとも一方の黒鉛電極の電圧値を監視し、前記電圧値が所定の範囲となるように、前記アノード電極及び前記カソード電極を一体に昇降させる一体昇降動作と、前記アノード電極と前記カソード電極の高さ方向の相対位置を調整する相対位置調整動作の、一方又は双方を実施することが好ましい。
この場合、アノード電極及びカソード電極のうちの少なくとも一方の黒鉛電極の電圧値を監視し、この電圧値が所定の範囲となるように、前記アノード電極及び前記カソード電極を一体に昇降させる一体昇降動作と、前記アノード電極と前記カソード電極の高さ方向の相対位置を調整する相対位置調整動作の、一方又は双方を実施しているので、アノード電極及びカソード電極となる一対の黒鉛電極におけるアークの発生状況を安定させることができ、タンディッシュ内の溶鋼を安定して加熱することが可能となる。

上述のように、本発明によれば、ツイントーチ式のプラズマトーチとして黒鉛電極を使用して、水漏れ等のトーチのトラブルを発生させること無く、溶鋼を効率良くかつ安定して加熱することが可能なタンディッシュプラズマ加熱装置及びタンディッシュ内溶鋼の加熱方法を提供することができる。

本発明の第一の実施形態であるタンディッシュプラズマ加熱装置を示す説明図である。 図１のタンディッシュプラズマ加熱装置において、共通昇降装置と相対位置調整装置との動作とカソード電極及びアノード電極の電圧との関係を示すグラフである。 本発明の第二の実施形態であるタンディッシュプラズマ加熱装置を示す説明図である。 鋳造時間とスーパーヒートとの関係を示すグラフである。

以下に、本発明の実施形態であるタンディッシュプラズマ加熱装置１０及びタンディッシュ内溶鋼の加熱方法について、添付した図面を参照して説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。

（第一の実施形態）
本発明の第一の実施形態であるタンディッシュプラズマ加熱装置１０及びタンディッシュ内溶鋼の加熱方法について、図１及び図２を用いて説明する。
本実施形態であるタンディッシュプラズマ加熱装置１０及びタンディッシュ内溶鋼の加熱方法は、図１に示すように、鋼の連続鋳造設備１において、取鍋２と鋳型３との間に配設されたタンディッシュ５内の溶鋼を加熱するものである。ここで、タンディッシュ５においては、取鍋２から供給された溶鋼を所定の温度にまで加熱し、加熱した溶鋼を鋳型３へと注入する。

このタンディッシュプラズマ加熱装置１０は、タンディッシュ５の上部開口部を覆うように配設された蓋部１１と、タンディッシュ５内の溶鋼面Ｈの上方に配設された一対の黒鉛電極１５（１５Ａ、１５Ｂ）と、この一対の黒鉛電極１５（１５Ａ、１５Ｂ）に電力を印加する直流電源装置１８と、を備えている。

ここで、本実施形態では、一方の黒鉛電極１５Ａがアノード電極とされ、他方の黒鉛電極１５Ｂがカソード電極とされており、これら一方の黒鉛電極１５Ａ及び他方の黒鉛電極１５Ｂがタンディッシュ５内の溶鋼面Ｈに近接されることにより、一方の黒鉛電極１５Ａと溶鋼面Ｈの間、他方の黒鉛電極１５Ｂと溶鋼面Ｈの間で、それぞれプラズマアークが発生し、溶鋼が加熱されることになる。すなわち、本実施形態では、いわゆるツイントーチ式のプラズマ加熱装置とされている。

蓋部１１は、下方に向けて延在する側壁部１２を備え、この側壁部１２の下端部分がタンディッシュ５内の溶鋼中に浸漬されている。これにより、図１に示すように、加熱室１３が画成されている。
この加熱室１３の上部に、一対の黒鉛電極１５（１５Ａ、１５Ｂ）が配設されている。黒鉛電極１５は、概略円筒状をなしており、Ａｒ、Ｎ_２等の非酸化性ガスが供給されるガス流路が設けられている。黒鉛電極１５の直径は、例えば１００ｍｍから２００ｍｍの範囲内とされている。

そして、本実施形態においては、一対の黒鉛電極１５（１５Ａ、１５Ｂ）は、図１に示すように、共通昇降装置２０によって、一体に昇降させられる構成とされている。
この共通昇降装置２０は、図１に示すように、一対の黒鉛電極１５（１５Ａ、１５Ｂ）が取り付けられる支持ベース２１と、上下方向に延在するシャフト２２と、このシャフトに沿って移動する移動ブロック２３と、移動ブロック２３と支持ベース２１を連結するアーム部２４と、移動ブロック２３を移動させる駆動部２５と、を備えている。

また、本実施形態においては、一対の黒鉛電極１５（１５Ａ、１５Ｂ）の高さ方向の相対位置を調整する相対位置調整装置として、アノード電極となる一方の黒鉛電極１５Ａを単独で昇降させるアノード電極昇降装置２７を備えている。すなわち、一方の黒鉛電極１５Ａ（アノード電極）が支持ベース２１に対して昇降可能に取り付けられるとともに、他方の黒鉛電極１５Ｂ（カソード電極）が支持ベース２１に固定されているのである。この一方の黒鉛電極の昇降機構として油圧装置を使用して昇降させることが好ましい。油圧装置を使用することで、後述の電圧監視による任意の位置での自動制御が可能となる。但し、配置スペース制約や配置の簡便さを考慮して、ネジ等を使用した昇降機構で高さ位置調整機能を付けることも可能である。

また、本実施形態においては、これら共通昇降装置２０及びアノード電極昇降装置２７の動作を制御する制御部３０を備えている。
制御部３０は、一方の黒鉛電極１５Ａ（アノード電極）の電圧Ｖａ及び他方の黒鉛電極１５Ｂ（カソード電極）の電圧Ｖｃを監視し、これらの電圧値Ｖａ，Ｖｃが所定の範囲内となるように、共通昇降装置２０及びアノード電極昇降装置２７を動作させて、一方の黒鉛電極１５Ａ（アノード電極）及び他方の黒鉛電極１５Ｂ（カソード電極）と溶鋼との距離を調整するように構成されている。

次に、制御部３０による共通昇降装置２０及びアノード電極昇降装置２７の動作の一例について、図２を用いて説明する。
まず、一方の黒鉛電極１５Ａ（アノード電極）及び他方の黒鉛電極１５Ｂ（カソード電極）を、溶鋼との間の距離が一方の黒鉛電極１５Ａ（アノード電極）及び他方の黒鉛電極１５Ｂ（カソード電極）とで一致するように配置する（図２（ａ））。

ここで、一方の黒鉛電極１５Ａ（アノード電極）及び他方の黒鉛電極１５Ｂ（カソード電極）に直流電源装置１８を接続して、一方の黒鉛電極１５Ａ（アノード電極）と溶鋼面Ｈの間、他方の黒鉛電極１５Ｂ（カソード電極）と溶鋼面Ｈの間で、それぞれプラズマアークを発生させる。このとき、一方の黒鉛電極１５Ａ（アノード電極）が、他方の黒鉛電極１５Ｂ（カソード電極）よりも早く損耗する。このため、一方の黒鉛電極１５Ａ（アノード電極）の電圧Ｖａが他方の黒鉛電極１５Ｂ（カソード電極）の電圧Ｖｃよりも早く上昇していくことになる。

そこで、本実施形態では、一方の黒鉛電極１５Ａ（アノード電極）の電圧Ｖａが所定範囲を超えた場合には、アノード電極昇降装置２７を動作させて一方の黒鉛電極１５Ａ（アノード電極）を溶鋼に近接するように移動させる。（図２（ｂ））。
次に、他方の黒鉛電極１５Ｂ（カソード電極）の電圧Ｖｃが所定範囲を超えた場合には、共通昇降装置２０を動作させて一方の黒鉛電極１５Ａ（アノード電極）及び他方の黒鉛電極１５Ａ（カノード電極）を溶鋼に近接するように移動させる（図２（ｃ））。

また、一方の黒鉛電極１５Ａ（アノード電極）が損耗して、一方の黒鉛電極１５Ａ（アノード電極）の電圧Ｖａが所定範囲を超えた場合には、上述のように、アノード電極昇降装置２７を動作させて一方の黒鉛電極１５Ａ（アノード電極）を溶鋼に近接するように移動させる（図２（ｄ））。
次に、他方の黒鉛電極１５Ｂ（カソード電極）の電圧Ｖｃが所定範囲を超えた場合には、上述のように、共通昇降装置２０を動作させて一方の黒鉛電極１５Ａ（アノード電極）及び他方の黒鉛電極１５Ａ（カノード電極）を溶鋼に近接するように移動させる（図２（ｅ））。

制御部３０は、上述のような動作を繰り返し実施することにより、一方の黒鉛電極１５Ａ（アノード電極）の電圧Ｖａ及び他方の黒鉛電極１５Ｂ（カソード電極）の電圧Ｖｃが所定範囲となるように、一方の黒鉛電極１５Ａ（アノード電極）及び他方の黒鉛電極１５Ｂ（カソード電極）と溶鋼との距離を調整する。
このように、本実施形態であるタンディッシュプラズマ加熱装置１０及びタンディッシュ内溶鋼の加熱方法においては、一方の黒鉛電極１５Ａ（アノード電極）及び他方の黒鉛電極１５Ｂ（カソード電極）と溶鋼との距離を調整することにより、一方の黒鉛電極１５Ａ（アノード電極）及び他方の黒鉛電極１５Ｂ（カソード電極）と溶鋼の間にプラズマアークを安定的に発生させてタンディッシュ５内の溶鋼を加熱する。

上記記載の方法は、一方の黒鉛電極１５Ａ（アノード電極）の電圧Ｖａ及び他方の黒鉛電極１５Ｂ（カソード電極）の電圧Ｖｃが所定範囲となるように電極高さを調整する方法である。一方、電極損耗速度がアノード電極とカソード電極が異なり、アノード電極の損耗速度が大きいことが判っている。従って、本形態の加熱装置の連続加熱時間が短い操業の場合、共通昇降装置２０を所定の位置に保持した状態で、黒鉛電極１５Ａ（アノード電極）の電圧Ｖａを監視して、アノード電極昇降装置２７を動作させることにより加熱操業を行うことも可能である。

以上のような構成とされた本実施形態であるタンディッシュプラズマ加熱装置１０及びタンディッシュ内溶鋼の加熱方法によれば、一方の黒鉛電極１５Ａ（アノード電極）及び他方の黒鉛電極１５Ｂ（カソード電極）を用いているので、水冷の必要がなく、溶鋼への着熱を効率良く行うことができる。具体的には、着熱効率を６０％以上とすることが可能となる。また、着熱効率が高く、かつ、高出力操業条件下で安定してタンディッシュ５内の溶鋼を加熱することが可能であることから、比較的短時間で溶鋼を所定温度まで加熱することができる。

そして、一方の黒鉛電極１５Ａ（アノード電極）及び他方の黒鉛電極１５Ｂ（カソード電極）を一体に昇降する共通昇降装置２０と、一方の黒鉛電極１５Ａ（アノード電極）と他方の黒鉛電極１５Ｂ（カソード電極）との高さ方向の相対位置を調整する相対位置調整装置としてアノード電極昇降装置２７を備えているので、一方の黒鉛電極１５Ａ（アノード電極）と他方の黒鉛電極１５Ｂ（カソード電極）との間で損耗速度が大きく異なっていても、それぞれの黒鉛電極１５（１５Ａ、１５Ｂ）と溶鋼との間の距離を精度良く調整することができ、プラズマアークの発生状況を安定させることが可能となる。これにより、溶鋼の加熱を安定して実施することができる。

また、本実施形態では、上述の相対位置調整装置として、損耗速度が速く電圧Ｖａが変動しやすい一方の黒鉛電極１５Ａ（アノード電極）を単独で昇降させるアノード電極昇降装置２７を備えているので、一方の黒鉛電極１５Ａ（アノード電極）の電圧Ｖａの変動に応じて、一方の黒鉛電極１５Ａ（アノード電極）と溶鋼との距離を精度良く調整することが可能となる。

さらに、本実施形態では、共通昇降装置２０及びアノード電極昇降装置２７の動作を制御する制御部３０を有しており、この制御部３０が、一方の黒鉛電極１５Ａ（アノード電極）の電圧Ｖａ及び他方の黒鉛電極１５Ｂ（カソード電極）の電圧Ｖｃを監視し、これらの電圧Ｖａ，Ｖｃが所定の範囲となるように、一方の黒鉛電極１５Ａ（アノード電極）及び他方の黒鉛電極１５Ｂ（カソード電極）と溶鋼との距離を調整する構成とされているので、一方の黒鉛電極１５Ａ（アノード電極）及び他方の黒鉛電極１５Ｂ（カソード電極）が不均一に損耗した場合であってもプラズマアークの発生状況を安定させることができ、タンディッシュ５内の溶鋼を確実に加熱することができる。

また、本実施形態では、他方の黒鉛電極１５Ｂ（カソード電極）の電圧Ｖｃに応じて共通昇降装置２０の動作を制御し、一方の黒鉛電極１５Ａ（アノード電極）の電圧Ｖａに応じてアノード電極昇降装置２７の動作を制御しているので、一方の黒鉛電極１５Ａ（アノード電極）及び他方の黒鉛電極１５Ｂ（カソード電極）の位置調整を比較的簡単に行うことができる。
さらに、本実施形態のタンディッシュプラズマ加熱装置１０は、共通昇降装置２０を備えた既存のツイントーチ式のプラズマ加熱装置にアノード電極昇降装置２７を追加することで構成することが可能であり、設備コストを大幅に削減することが可能となる。

（第二の実施形態）
以下に、本発明の第二の実施形態であるタンディッシュプラズマ加熱装置１１０及びタンディッシュ内溶鋼の加熱方法について、図３を用いて説明する。なお、第一の実施形態と同一の部材には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
本実施形態であるタンディッシュプラズマ加熱装置１１０及びタンディッシュ内溶鋼の加熱方法は、図３に示すように、鋼の連続鋳造設備１において、取鍋２と鋳型３との間に配設されたタンディッシュ５内の溶鋼を加熱するものである。ここで、タンディッシュ５においては、取鍋２から供給された溶鋼を所定の温度にまで加熱し、加熱した溶鋼を鋳型３へと注入する。

このタンディッシュプラズマ加熱装置１１０は、タンディッシュ５の上部開口部を覆うように配設された蓋部１１と、タンディッシュ５内の溶鋼面Ｈの上方に配設された一対の黒鉛電極１５（１５Ａ、１５Ｂ）と、この一対の黒鉛電極１５（１５Ａ、１５Ｂ）に電力を印加する直流電源装置１８と、を備えている。ここで、本実施形態では、一方の黒鉛電極１５Ａがアノード電極とされ、他方の黒鉛電極１５Ｂがカソード電極とされている。

そして、本実施形態においては、一対の黒鉛電極１５（１５Ａ、１５Ｂ）は、図３に示すように、共通昇降装置２０によって、一体に昇降させられる構成とされている。
この共通昇降装置２０は、図３に示すように、一対の黒鉛電極１５（１５Ａ、１５Ｂ）が取り付けられる支持ベース２１と、上下方向に延在するシャフト２２と、このシャフト２２に沿って移動する移動ブロック２３と、移動ブロック２３と支持ベース２１とを連結するアーム部２４と、移動ブロック２３を移動させる駆動部２５と、を備えている。

また、本実施形態においては、一対の黒鉛電極１５（１５Ａ、１５Ｂ）の高さ方向の相対位置を調整する相対位置調整装置として、カソード電極となる他方の黒鉛電極１５Ｂを単独で昇降させるカソード電極昇降装置１２７を備えている。すなわち、一方の黒鉛電極１５Ａ（アノード電極）が支持ベース２１に固定されるとともに、他方の黒鉛電極１５Ｂ（カソード電極）が支持ベース２１に対して昇降可能に取り付けられているのである。

また、本実施形態においては、これら共通昇降装置２０及びカソード電極昇降装置１２７の動作を制御する制御部１３０を備えている。
制御部１３０は、一方の黒鉛電極１５Ａ（アノード電極）の電圧Ｖａ及び他方の黒鉛電極１５Ｂ（カソード電極）の電圧Ｖｃを監視し、これらの電圧Ｖａ，Ｖｃが所定の範囲となるように、共通昇降装置２０及びカソード電極昇降装置１２７を動作させて、一方の黒鉛電極１５Ａ（アノード電極）及び他方の黒鉛電極１５Ｂ（カソード電極）と溶鋼との距離を調整するように構成されている。

次に、制御部１３０による共通昇降装置２０及びカソード電極昇降装置１２７の動作の一例について説明する。
まず、一方の黒鉛電極１５Ａ（アノード電極）及び他方の黒鉛電極１５Ｂ（カソード電極）を、溶鋼との間の距離が一方の黒鉛電極１５Ａ（アノード電極）及び他方の黒鉛電極１５Ｂ（カソード電極）とで一致するように配置する。

ここで、一方の黒鉛電極１５Ａ（アノード電極）及び他方の黒鉛電極１５Ｂ（カソード電極）に直流電源装置１８を接続し、一方の黒鉛電極１５Ａ（アノード電極）と溶鋼面Ｈの間、他方の黒鉛電極１５Ｂ（カソード電極）と溶鋼面Ｈの間で、それぞれプラズマアークを発生させる。このとき、一方の黒鉛電極１５Ａ（アノード電極）が、他方の黒鉛電極１５Ｂ（カソード電極）よりも早く損耗する。このため、一方の黒鉛電極１５Ａ（アノード電極）の電圧Ｖａが他方の黒鉛電極１５Ｂ（カソード電極）の電圧Ｖｃよりも早く上昇していくことになる。

そこで、本実施形態では、一方の黒鉛電極１５Ａ（アノード電極）の電圧Ｖａが所定範囲を超えた場合、共通昇降装置２０を用いて一方の黒鉛電極１５Ａ（アノード電極）及び他方の黒鉛電極１５Ｂ（カソード電極）を溶鋼に近接するように移動させる。また、カソード電極昇降装置１２７により、他方の黒鉛電極１５Ｂ（カソード電極）の電圧Ｖｃが所定範囲内となるように、他方の黒鉛電極１５Ｂ（カソード電極）を上昇させる。

上述のような動作を繰り返し実施することにより、一方の黒鉛電極１５Ａ（アノード電極）の電圧Ｖａ及び他方の黒鉛電極１５Ｂ（カソード電極）の電圧Ｖｃが所定範囲となるように、一方の黒鉛電極１５Ａ（アノード電極）及び他方の黒鉛電極１５Ｂ（カソード電極）と溶鋼との距離を調整する。

このように、一方の黒鉛電極１５Ａ（アノード電極）及び他方の黒鉛電極１５Ｂ（カソード電極）と溶鋼との距離を調整した状態で、一方の黒鉛電極１５Ａ（アノード電極）及び他方の黒鉛電極１５Ｂ（カソード電極）と溶鋼の間にプラズマアークを安定的に発生させてタンディッシュ５内の溶鋼を加熱する。

以上のような構成とされた本実施形態であるタンディッシュプラズマ加熱装置１１０及びタンディッシュ内溶鋼の加熱方法によれば、一方の黒鉛電極１５Ａ（アノード電極）及び他方の黒鉛電極１５Ｂ（カソード電極）を一体に昇降する共通昇降装置２０と、一方の黒鉛電極１５Ａ（アノード電極）と他方の黒鉛電極１５Ｂ（カソード電極）との高さ方向の相対位置を調整する相対位置調整装置としてカソード電極昇降装置１２７を備えているので、一方の黒鉛電極１５Ａ（アノード電極）と他方の黒鉛電極１５Ｂ（カソード電極）との間で損耗速度が大きく異なっていても、それぞれの黒鉛電極１５（１５Ａ、１５Ｂ）と溶鋼との間の距離を精度良く調整することができ、プラズマアークの発生状況を安定させることが可能となる。これにより、溶鋼の加熱を安定して実施することができる。

以上、本発明の実施形態であるタンディッシュ内溶鋼の加熱方法及びタンディッシュプラズマ加熱装置について具体的に説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、タンディッシュの構造や、蓋部や共通昇降装置等の構造は、本実施形態に限定されることはなく、他の構造のものを適用してもよい。

また、本実施形態では、相対位置調整装置としてアノード電極昇降装置又はカソード電極昇降装置を設けたものとして説明した。特に共通昇降機能を持つ既存設備改造の場合は設備改造の簡易さや改造費用を抑える方法として本実施形態が有利であるが、これに限定されることはなく、アノード電極昇降装置及びカソード電極昇降装置の両方を備えたものであってもよい。
さらに、本実施形態では、制御部によって共通昇降装置及び相対位置調整装置の動作を制御するものとして説明したが、これに限定されることはなく、相対位置調整装置のみの制御または共通昇降装置及び相対位置調整装置の動作を手動で実施してもよい。例えば、電圧値や実際の黒鉛電極の先端位置を監視し、オンライン又はオフラインにて手動でアノード電極とカソード電極との高さ方向の相対位置を調整してもよい。

５ タンディッシュ
１０、１１０ タンディッシュプラズマ加熱装置
１５ 黒鉛電極
１５Ａ 一方の黒鉛電極（アノード電極）
１５Ｂ 他方の黒鉛電極（カソード電極）
１８ 直流電源装置
２０ 共通昇降装置
２７ アノード電極昇降装置（相対位置調整装置）
１２７ カソード電極昇降装置（相対位置調整装置）

Claims (6)

1. タンディッシュ内を通過する溶鋼をプラズマアークによって加熱するタンディッシュプラズマ加熱装置であって、
   前記溶鋼に近接配置されるアノード電極及びカソード電極と、このアノード電極及びカソード電極に対して電力を印加する直流電源装置と、前記アノード電極及び前記カソード電極を一体に昇降する共通昇降装置と、を備えており、
   前記アノード電極及び前記カソード電極が一対の黒鉛電極とされるとともに、前記アノード電極と前記カソード電極との高さ方向の相対位置を調整する相対位置調整装置を備えていることを特徴とするタンディッシュプラズマ加熱装置。
2. 前記相対位置調整装置は、前記アノード電極又は前記カソード電極のいずれか一方を単独で昇降させることにより、前記アノード電極と前記カソード電極との高さ方向の相対位置を調整する構成とされていることを特徴とする請求項１に記載のタンディッシュプラズマ加熱装置。
3. 前記共通昇降装置及び前記相対位置調整装置の動作を制御する制御部を有しており、
   前記制御部は、前記アノード電極及び前記カソード電極のうちの少なくとも一方の電圧値を監視し、前記電圧値が所定の範囲となるように、前記共通昇降装置及び前記相対位置調整装置の動作を制御することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のタンディッシュプラズマ加熱装置。
4. タンディッシュ内を通過する溶鋼をプラズマアークによって加熱するタンディッシュ内溶鋼の加熱方法であって、
   アノード電極及びカソード電極となる一対の黒鉛電極を前記溶鋼に近接するとともに、一対の前記黒鉛電極に直流電源装置によって電力を印加することにより、前記溶鋼と前記黒鉛電極との間にプラズマアークを発生させて前記溶鋼を加熱し、
   前記カソード電極及び前記アノード電極を一体に昇降させる一体昇降動作と、前記カソード電極と前記アノード電極の高さ方向の相対位置を調整する相対位置調整動作の、一方又は双方を実施することを特徴とするタンディッシュ内溶鋼の加熱方法。
5. 前記カソード電極及び前記アノード電極を一体に昇降させる一体昇降動作と、前記アノード電極及び前記カソード電極のいずれか一方の黒鉛電極の高さ位置を調整して前記カソード電極と前記アノード電極の高さ方向の相対位置を調整する相対位置調整動作の、一方又は双方を実施することを特徴とする請求項４に記載のタンディッシュ内溶鋼の加熱方法。
6. 前記アノード電極及び前記カソード電極のうちの少なくとも一方の黒鉛電極の電圧値を監視し、前記電圧値が所定の範囲となるように、前記カソード電極及び前記アノード電極を一体に昇降させる一体昇降動作と、前記カソード電極と前記アノード電極の高さ方向の相対位置を調整する相対位置調整動作の、一方又は双方を実施することを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のタンディッシュ内溶鋼の加熱方法。

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