JP2581902Y2 - 電気炉における電極間アーク短絡検知装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この考案はアークによって炉体中
の金属材料を溶解／加熱等の処理を行う電気炉に係り，
特に，電極間を短絡するアークの発生を自動検知するこ
とによって電気炉稼働の信頼性を高めることのできる電
気炉（以下アーク炉と呼称す）における電極間アーク短
絡検知装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】製鋼用アーク炉，スラッジ熔融炉，アー
クにより加熱を行う取鍋炉等，製鉄，製鋼，金属精錬，
合金製造等のために，炉体に蓄えられた溶解金属を加熱
し，また，炉体に投入されたスクラップ等の金属材料を
溶解する等のために，これら金属材料と電極との間にア
ークを発生し，アークの発生によって生じる熱を利用す
るアーク炉が使用されている。このようなアーク炉は例
えば，図３に示すような構造をなしている。図３におい
て，処理すべき金属材料１が炉体２の中に蓄えられてい
る。３ａ，３ｂ，３ｃはそれぞれ電極であって，電源ト
ランス４を介して供給される三相電力電源（図示せず）
に接続されている。各電極３ａ，３ｂ，３ｃは昇降可能
に構成されていて，その昇降機構の一例は，昇降機構５
に結合されウインチ６を介して電動機７によって昇降さ
れるように構成されている。図においては，電極３ａ，
３ｂに装着された昇降機構の図示は省略している。ま
た，電動機７の制御，三相電力電源（図示せず）の制御
機能等も図示を省略している。アーク炉は上述のような
構成において，炉体２内に金属材料１を投入し，三相電
力電源（図示せず）から各電極３ａ，３ｂ，３ｃに所定
の電圧を印加し制御装置（図示せず）によって各電極３
ａ，３ｂ，３ｃを炉体２の方向に降下させる。各電極３
ａ，３ｂ，３ｃの先端位置が金属材料１の表面所定距離
まで接近すると，各電極３ａ，３ｂ，３ｃの先端と金属
材料１の表面との間にアークａ，ｂ，ｃが形成される。
従って，三相電力電源（図示せず）によって，各電極３
ａ，３ｂ，３ｃと金属材料１を経由して電流が流れてア
ークが維持され，金属材料１は加熱される。アーク炉に
おける電極の制御方法には特開昭６１−２８５６９３号
公報，特開平２−１０３８９１号公報に開示されている
ものがある。特開昭６１−２８５６９３号公報に記載の
ものは，炉の投入電力量，原料の溶解時間，電圧フリッ
カのうちの少なくとも１つの信号から原料の山くずれ状
態を検出する検出器を設け，この状態を検出すると電極
を引上げて原料溶落による電極とスクラップ間の短絡を
防止するようにしている。特開平２−１０３８９１号公
報に記載のものは，交流電源をサイリスタ整流器によっ
て整流したあとインバータによってアーク用交流電源に
変換するようにし，負荷電流値が予め設定した値よりも
大になると，サイリスタ整流器の点弧位相角を自動制御
して負荷電流を設定値に維持するようにしている。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】ところで，上述したよ
うなアーク炉においては，例えば，炉体内の雰囲気条件
等によってアークを形成し易い状態で各電極３ａ，３
ｂ，３ｃを炉体２の方向に降下させ，金属材料１との間
に正規のアークａ，ｂ，ｃが形成される前にいずれかの
電極間にアークを発生して，例えば，電極３ａと３ｂの
間にアークａｂを形成して電極間を短絡してしまうこと
がある。電極間にアークが形成されると，電源を一度切
って起動作業をやり直す必要がある。そのために，作業
員による監視が必要であって，アーク炉の完全自動化を
不可能にするとともに，電極間のアーク形成の発見が遅
れた場合等にアーク炉の稼働率を低下させる原因にもな
っていた。本考案は上述の問題点を除いて，自動的に電
極間のアーク形成を検知し，直ちに所定の処置を行うこ
とによってアーク炉の完全自動化を可能にし，アーク炉
の無人運転を可能にする等を目的とするアーク炉におけ
る電極間アーク短絡検知装置を提供することを目的(課
題)としている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本考案に基づくアーク炉における電極間アーク短絡検
知装置においては，正規のアークが発生する瞬間におけ
る電極位置を位置センサーによって検出記録し，次回の
アーク起動時に，先に記録された電極位置よりも上部位
置でアークが発生することを検出することによって電極
間アーク短絡を検知するようにした。

【０００５】

【作用】本考案は，上述のように，正規のアークが発生
する電極位置上部におけるアーク発生を検知することに
よって電極間アーク短絡を検出するようにしたので，電
極間アーク短絡を発生した瞬間に検知することができ
る。

【０００６】

【実施例】本考案に基づくアーク炉における電極間アー
ク短絡検知装置を従来の技術において図３によって説明
したアーク炉に適用した例を図を参照して詳細に説明す
る。図１は図３に本考案の１実施例を適用した状況を示
していて。図３と共通の要素，装置は同一の符号を記し
ている。図１において，１はこのアーク炉によって処理
すべき金属材料であって，炉体２の中に蓄えられてい
る。３ａ，３ｂ，３ｃはそれぞれ電極であって，高圧回
路遮断器２０と電源トランス４を介して三相電力電源
（図示せず）に接続されている。各電極３ａ，３ｂ，３
ｃはそれぞれ昇降機構５に結合されウインチ６Ａを介し
てウインチ巻取機構６と所定ギヤ比の結合機構で結合さ
れた電動機７によって昇降されるように昇降装置が構成
されている。図１においては図３と同様電極３ａ，３ｂ
の昇降機構の図示は省略している。電動機７にはウイン
チ巻取機構６との結合機構構造に対応して電極位置を計
測検出する手段としての位置センサー１２，例えば，パ
ルシンが昇降装置所定の場所に結合されている。位置セ
ンサー１２は電動機７の制御駆動機能を含めて記した制
御装置１０に入力しており，電動機７はこの制御装置１
０によって制御されている。各電極３ａ，３ｂ，３ｃの
先端位置を３ａａ，３ｂａ，３ｃａでそれぞれ示してい
て，ａ，ｂ，ｃはそれぞれ各電極３ａ，３ｂ，３ｃと金
属材料１との間に発生するアークを示し，ａｂは電極３
ａと電極３ｂとの間に発生した場合のアークを示してい
る。

【０００７】次に，図１に示したアーク炉の構成におけ
る制御装置１０の概要を図２によって説明する。図２に
おいて，１はこのアーク炉によって処理すべき金属材料
であって，炉体２の中に蓄えられている。３は上述した
３本の電極３ａ，３ｂ，３ｃを総合して記しており，高
圧回路遮断器２０と二次電圧可変の電源トランス４を介
して三相電力電源（図示せず）に接続されている。電極
３は昇降機構５に結合されウインチ６Ａを介してウイン
チ巻取機構６と結合された電動機７によって昇降される
ように構成されている。図２においては，説明の便宜上
昇降機構５は各電極３を共通に昇降するように図示して
いる。電動機７にはこのウインチ巻取機構との結合機構
構造に対応して電極位置を計測検出する位置センサー１
２，例えば，パルシンが結合されている。位置センサー
１２は制御装置１０に設けられたこの位置センサーの種
類特性に対応して設定されたセンサー入力回路１６に接
続されている。また，１３はアーク発生を検知する手段
として各電極に接続する接続線に設けた電流検出器であ
って，センサー入力回路１６に接続されている。センサ
ー入力回路１６は信号処理機能１５に接続し，信号処理
機能１５には記憶手段としての一時記録用の記憶機能１
７が接続されている。制御装置１０にはまた，詳細を後
述する位置比較手段１８が設けられていて，位置比較手
段１８は記憶機能１７と機能的に接続されている。信号
処理機能１５は電動機７の制御駆動機能１９に接続さ
れ，制御駆動機能１９は電動機７に接続されて電動機７
を駆動し，電極３を昇降させる。また，信号処理機能１
５は高圧回路遮断器２０を操作して電極３への電流供給
を遮断する。

【０００８】次に上述の構成における本考案の働きを説
明する。アーク炉は上述のような構成において，炉体２
内に金属材料１を投入し，アーク炉の稼働を開始する
と，トランス４を経由して電極３ａ，３ｂ，３ｃに三相
交流電圧が印加される。信号処理機能１５の働きによっ
て制御駆動機能１９から電動機７に電源が供給されて電
動機７を駆動し，電動機７の回転によってウインチ巻取
機構６がウインチ６Ａを送出し電極３の昇降機構５を降
下させると，各電極の先端３ａａ，３ｂａ，３ｃａは金
属材料１の表面に接近する。昇降装置５が電極３を降下
させるように起動し，各電極３の降下中に位置センサー
１２から出力される位置信号はセンサー入力回路１６で
信号処理機能１５が読取得る位置信号に変換されて信号
処理機能１５に入力している。各電極３の先端が金属材
料１の表面に接近して所定の条件を満足すると，図１に
示す各電極の先端３ａａ，３ｂａ，３ｃａと金属材料１
の表面との間にアークａ，ｂ，ｃが形成され，金属材料
１の加熱が開始される。各電極３が上述のように金属材
料１との間にアークを形成し始め，信号処理機能１５が
電流検出器１３による検出電流値からアーク放電開始を
検知すると，そのタイミングにおける位置センサー１２
から出力されている電極位置信号を記憶機能１７に記録
する。上述の動作の後はアーク放電が継続され，アーク
炉の稼働が実行される。アーク炉の稼働が中断されて各
電極３を上昇させた後再降下を開始し，前述したように
信号処理機能１５においてアーク発生を確認すると，信
号処理機能１５は先に記憶機能１７に記録したアーク発
生の瞬間における電極位置を読出し，信号比較手段１８
によって，この読出した電極位置と現在の電極位置とを
比較する。比較結果現在の電極位置が記憶電極位置と所
定の誤差以内で記憶電極位置と等しいかより下部である
と判定されると，アークは正常に発生したとして，この
アーク炉は稼働を継続する。記録機能から読出した電極
位置と現在の電極位置とを比較した結果現在の電極位置
が記憶電極位置よりも上部である判定されると，電極間
アーク短絡が発生したと判定し，高圧回路遮断器２０を
機能させて各電極３への電力伝送を停止させる。また，
信号処理機能１５は電動機７の駆動を逆転させて電極３
を所定位置まで上昇させるとともに所定の警報機能（図
示せず）によってオペレーターに電極間アーク短絡を報
知する。

【０００９】上述の説明は本考案についての実施例にお
ける基本構成と基本実施動作について説明したものであ
って，例えば，図２においては各電極３に対する位置セ
ンサーを総合して１個示したが，図１に示したように各
電極を個別に制御駆動する場合は，それぞれの電極に対
応して位置センサーを設け，個別に制御するようにす
る。その場合は当然，制御装置１０の位置センサー入力
回路１６の入力回路は３回路設けられる。また，位置セ
ンサー１２を例えばパルシンと記したがその他任意のセ
ンサーを使用しても良く，その場合入力回路１６は位置
センサー１２の種類特性に対応して設定されるのは当然
である。また，位置センサー１２は電動機７に装着する
ように説明したが，ウインチ巻取機構６Ａその他電極位
置が計測でき，金属材料１等によって汚染されない昇降
機構の適切な位置に装着すれば良い。また，電極３の昇
降をウインチ機構によって行う場合について説明した
が，その他の昇降機構に対しても，電極位置が正しく検
出できるように位置センサーの種類構造と装着位置を設
定すれば良い。また，電極の位置センサーは電極のどの
位置に対応するようにしても良いが，電極の摩耗による
長さ変動に対する対策等が必要なのは当然である。ま
た，このアーク炉全体の制御機能に対応して，上述した
各要素機能の構成とこの考案の技術思想に基づく必要手
段を，任意に組み合わせた制御機能によって適宜実行で
きるようにしても良い。

【００１０】

【考案の効果】本考案は上述したように構成したので以
下に記すような優れた効果が得られた。 電極間アーク短絡を発生した瞬間に検知することがで
きる。 電極間アーク短絡を自動的に検知することができるの
でアーク炉設備の無人稼働を可能にする。 電極間アーク短絡を発生した瞬間に検知することがで
きるので作業効率が向上できる。 電極間アーク短絡を検知することにより電源供給をオ
フし，省エネルギーとなる。 電極間アーク短絡を検知することにより炉蓋等にも影
響を与えることなく，安全性に優れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案を適用するアーク炉例の概要構成を説明
する構成説明図である。

【図２】図１に示すアーク炉を本考案に基づいて制御す
るための制御装置を示す概要ブロック構成図である。

【図３】従来のアーク炉の概要構成を説明する概要構成
例図である。

【符号の説明】 １：金属材料 ２：炉体 ３，３ａ，３ｂ，３ｃ：電極 ６：ウインチ巻取機構 ７：電動機 １０：制御装置 １２：位置センサー １３：アーク検知手段（電流検出器） １７：記憶手段（記憶機能） １８：位置比較手段 ２０：高圧回路遮断器

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F27B 3/08 F27B 3/28 F27D 11/08 H05B 7/148

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 三相電力電源に接続され昇降可能に構成
   された各電極を炉体内の金属材料に接近させ，上記電極
   と該金属材料との間にアークを発生させて上記金属材料
   を溶解させまたは加熱する電気炉において，各電極の昇
   降装置に装着した位置センサーと，アークの発生を検知
   する手段と，該位置センサーによって計測されるアーク
   が発生する瞬間における電極位置を記録する手段と，次
   回のアーク起動時に，アークが発生する瞬間における上
   記位置センサの計測値と前記記録した位置センサーによ
   り計測された電極位置とを比較する位置比較手段と，該
   比較結果が前記記録した電極位置よりも上部である場合
   は，電極間アーク短絡発生と判定して所定の処置を実行
   するようにしたことを特徴とする電気炉における電極間
   アーク短絡検知装置。