JP2665296B2 - 直流アーク炉の電圧制御装置 - Google Patents

直流アーク炉の電圧制御装置

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JP2665296B2 JP4170968A JP17096892A JP2665296B2 JP 2665296 B2 JP2665296 B2 JP 2665296B2 JP 4170968 A JP4170968 A JP 4170968A JP 17096892 A JP17096892 A JP 17096892A JP 2665296 B2 JP2665296 B2 JP 2665296B2
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  • Waste-Gas Treatment And Other Accessory Devices For Furnaces (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、直流アーク炉に電力を
供給する変圧器とサイリスタ変換器で構成される電源装
置の、変圧器二次電圧タップを選択することにより直流
ア−ク炉の電圧を制御する装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、サイリスタ等の電力用半導体素子
が大容量化されるに従い、製鋼用アーク炉として直流ア
ーク炉が一般的に用いられるようになった。直流アーク
炉は、交流アーク炉のように3本の可動電極を必要とせ
ず、少なくとも1本の可動電極と炉底電極との間でアー
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
融加熱するもので、構造が簡単であるという利点を有す
る。
【0003】直流アーク炉の電源装置は、変圧器と変圧
器から供給された交流電力を制御された直流電力に変換
するサイリスタ変換器で構成され、溶融加熱するために
設定する直流電力の電圧と電流の値は、高電圧低電流か
ら低電圧大電流まで多岐にわたり、力率を向上させ効率
良く電力を供給するため、変圧器は、複数の二次電圧タ
ップを選択できるようになっている。
【0004】しかしながら、スクラップ等の被溶解金属
の溶融進行にともない設定された直流電力の電圧に対し
てアークが安定しないため電圧の変化が激しく、溶融の
進行を維持するために直流電力の設定電圧が変圧器の二
次電圧タップの最大使用可能電圧に係数kを掛けた値以
下になるように、変圧器の二次電圧タップを選択してい
る。すなわち、この係数kにより、アーク電圧の変化に
対する余裕を持たせて溶融の進行を維持している。
【0005】このため、電源装置の力率は、この係数k
によって決められた値以上に力率を高める事ができな
い。
【0006】そこで、特開平02−54892号公報に
おいて、設定電圧の値を、電源の無負荷電圧値よりも特
定の値だけ低い値に逐次設定することにより、電源の能
力を十分に利用しながら投入電力レベルの低下を防止す
る技術が提案されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、検出さ
れた電圧により電源の無負荷電圧値よりも特定の値だけ
低い値に逐次設定して電圧偏差に基づいて電極の上昇/
下降を制御しても、既に選択された変圧器の電圧タップ
により電源の無負荷電圧値が決定されるため、高電圧低
電流から低電圧大電流まで多岐にわたる操業に対してそ
の効果が十分に発揮出来ていない。
【0008】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、高電圧低電流から低電圧大電流まで多
岐にわたる操業に対して、溶融の進行を維持しつつ力率
を向上させることが可能な直流アーク炉の電圧制御装置
を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の直流アーク炉の
電圧制御装置は、二次電圧タップを有する変圧器(10),
該二次電圧タップを切換えるタップ切換回路(20)、およ
び、該変圧器(10)から供給される電力を直流電力に変換
するサイリスタ変換器(9)を有する直流アーク炉(1〜7)
に電力を供給する電源装置(9+10+20)の、ア−ク電圧お
よびア−ク電流を検出するア−ク電圧検出器(12)および
ア−ク電流検出器(13); ア−ク電流検出器(13)が検出したア−ク電流が所定値以
上(電流設定器14の設定値の50%以上)の期間にア−ク電
圧検出器(12)が検出したア−ク電圧の最大変化量(ΔE
MAX )を検出する変化量検出手段(16);および、 該変化量検出手段(16)が検出した最大変化量(ΔE MAX )
と設定電圧値(Es)との和(Es+ΔE MAX ;Es+Δ
E)が、前記タップ切換回路(20)が切換えている現タッ
プの最大使用可能電圧(Ed MAX )以上になるときにはタ
ップ上げをタップ切換回路(20)に指示し(図2のSTEP 2,7
〜10)、前記和が前記最大使用可能電圧(Ed MAX )未満
の場合は、現タップより下げ側のタップの最大使用可能
電圧(Ed MAX )より前記和が小さいときにタップ下げを
タップ切換回路(20)に指示する(図2のSTEP 2,3〜6)タッ
プ選択手段(19); を備える
【0010】なお、理解を容易にするためにカッコ内に
は、図面に示し後述する実施例の対応要素又は対応事項
の符号を、参考までに付記した。
【0011】
【作用】変化量検出手段(16)が、ア−ク電圧検出器(12)
が検出したア−ク電圧の最大変化量(ΔE MAX )を検出
し、タップ選択手段(19)が、該最大変化量(ΔE MAX )と
設定電圧値(Es)との和(Es+ΔE MAX ;Es+ΔE)
が、タップ切換回路(20)が切換えている現タップの最大
使用可能電圧(Ed MAX )以上になるときにはタップ上
をタップ切換回路(20)に指示し、前記和が前記最大使用
可能電圧(Ed MAX )未満の場合は、現タップより下げ側
のタップの最大使用可能電圧(Ed MAX )より前記和が小
さいときにタップ下げをタップ切換回路(20)に指示する
(図2のSTEP 2,3〜6)ので、ア−ク電圧の最大変化量
MAX )合った変圧器二次電圧タップが選択される。し
たがって、ア−クによる溶融の進行を維持しつつTAP
−TO−TAPの平均力率を向上させることが可能とな
る。
【0012】
【実施例】以下、発明の好適実施例を添付の図面を参
照して説明する。図1に示された直流アーク炉1は、耐
火材料からなる炉床2と、その上部外周を覆う炉壁3
と、その上部を覆う炉蓋4とからなり、炉蓋4の中心部
から昇降自在に可動する黒鉛電極7と、炉床2の中央部
に設けられた炉底電極6とに供給される直流電流によ
り、炉床2内に貯留されたスクラップ等の溶融金属5と
黒鉛電極7の先端との間に形成されるアーク11をもっ
て、スクラップ等の溶融金属5を溶融加熱するものであ
る。
【0013】変圧器10から供給された交流電力を制御
された直流電力に変換するサイリスタ変換器9の負端子
には、電流検出器13および直流リアクトル8が接続さ
れており、直流リアクトル8を介して負端子に黒鉛電極
7が接続されている。電流検出器13が、炉底電極6か
ら黒鉛電極7に流れる電流すなわちア−ク電流を検出す
る。サイリスタ変換器9の正の端子は、給電用導体21
を介して炉底電極6に接続されている。電圧検出器12
は、黒鉛電極7と炉底電極6の間に接続されており、黒
鉛電極7と炉底電極6の間の電圧すなわちア−ク電圧を
検出する。
【0014】アーク電圧の最大変化量は、電圧検出器1
2の信号を電圧変化量演算部16で電圧設定器15の値
に対する電圧の最大変化量を検出することにより求めら
れる。
【0015】検出にあたり、電圧検出器12の信号(ア
−ク電圧検出信号)が正常な通電中のものであるかの判
定を、電流検出器13の信号(ア−ク電流検出信号)と
電流設定器14の値により行い、誤ってアーク電圧の最
大変化量を検出しないようにしている。すなわち、電流
検出器13の電流検出値が設定値以上のア−ク電流であ
るときの電圧検出器12の検出電圧のみを、最大変化量
検出のために摘出する。具体的には、誤検出を防止する
ために電流設定器14で設定された値の50%以上の電
流が電流検出器13の信号で検出されている期間に電圧
検出器12の信号データを採取する。
【0016】現在タップの最大使用可能電圧EdMAX
は、タップ位置検出器17の信号より最大使用可能電圧
演算部18で下記関係式より計算する。
【0017】 EdMAX =1.35×タップ位置(電圧) ×(COSαMIN ×%IZ /200)−VDROP 但し、 COSαMIN :最小制御角、 %IZ :パーセントインピーダンス VDROP :変圧器,サイリスタ変換器,直流リアクトルおよび 給電用導体の電圧降下。
【0018】タップ選択演算部19では、電圧変化量演
算部16で検出された設定電圧に対するアーク電圧の最
大変化量と最大使用可能電圧演算部18の最大使用可能
電圧とを比較し下記関係式が成立するタップを選択す
る。
【0019】 EDMAX > Es+△EMAX 但し、Es:設定電圧、 △EMAX :アーク電圧の最大変化量(設定電圧に対する)。
【0020】タップ選択演算部19で選択されたタップ
をタップ切換え回路20へ出力し、変圧器の二次電圧タ
ップを切り換える。
【0021】図2を用いて具体的に説明する。図2は、
図1に示すタップ選択演算部19のタップ選択処理を示
すフローチャ−トである。
【0022】溶解初期のタップは、あらかじめ決められ
た係数kによって選択されるタップに切り換えられ溶解
を開始する。溶解開始後、電圧検出器12の信号から、
電圧変化量演算部16で、設定電圧に対する電圧変化量
の最大値を検出する。誤検出を防止するために電流設定
器14で設定された値の50%以上の電流が電流検出器
13の信号で検出されている期間に電圧検出器12の信
号のデータを採取する。
【0023】一定周期ごとに一定時間(数秒〜数分)の
データを採取しこの間のデータの最大値より設定電圧を
減算して、設定電圧に対するアーク電圧の最大変化量を
検出する。
【0024】<STEP1〜2> タップ選択演算部19で、現在タップ(N)の最大使用
可能電圧EdMAX (N)と設定電圧とアーク電圧の最大
変化量の和との比較を行う。
【0025】 EdMAX >Es+△EMAX <STEP3〜5> EdMAX (N:現在タップ)がEs+△EMAX より大き
な値である場合、1タップ下(N=N−1)の最大使用
可能電圧EdMAX (N)との比較を行う。
【0026】 EdMAX >Es+△EMAX さらにEdMAX (N:1タップ下)が大きな値である場
合、さらに1タップ下(N=N−1)の最大使用可能電
圧EdMAX (N:2タップ下))との比較を行い、順次
下のタップとの比較を行う。
【0027】<STEP6> タップを順次下げて、EdMAX (N)<Es+△EMAX
となるタップまで比較しN=N+1を選択タップとす
る。
【0028】<STEP7〜9> また、EdMAX (N:現在タップ)がEs+△EMAX より
小さい値である場合、1タップ上(N=N+1)の最大使
用可能電圧:EdMAX (N)との比較を行う。
【0029】 EdMAX >Es+△EMAX さらにEdMAX (N:1タップ上)が大きな値である場
合、さらに1タップ上(N=N+1)の最大使用可能電
圧:EdMAX (N:2タップ上)との比較を行い、順次
上のタップとの比較を行う。
【0030】<STEP10> タップを順次上げて、EdMAX (N)>Es+△EMAX
となるタップまで比較しN=Nを選択タップとする。
【0031】以上のようにEdMAX (N)の比較を行い
EdMAX (N)がEs+△EMAX より大きな値となるタ
ップを選択し、タップ切換回路20へ選択タップを出力
する。
【0032】タップ切換回路20は、現在タップ位置と
選択タップ位置とを比較して上昇または下降の方向を判
定し二次電圧のタップを切り換える。
【0033】
【発明の効果】このようにして、アーク電圧の最大変化
量に合った変圧器二次電圧タップを選択することによ
り、従来技術では不可能であった溶融の進行を維持しつ
つTAP−TO−TAPの平均力率を向上させることが
可能となり、力率改善設備の小容量化、溶解時間の短
縮、原単位の低減ができ、その効果は、大である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 直流アーク炉の構造及び本発明の力率向上制
御を実施する一実施例の構成を示すブロック図である。
【図2】 図1に示すタップ選択演算部19のタップ選
択処理を示すフローチャ−トである。
【符号の説明】
1:アーク炉 2:炉床 3:炉壁 4:炉蓋 4:炉蓋 5:スクラップ等
の溶融金属 6:炉底電極 7:黒鉛電極 8:リアクトル 9:サイリスタ変
換器 10:変圧器 11:アーク 12:電圧検出器 13:電流検出器 14:電流設定器 15:電圧設定器 16:電圧変化量演算部 17:タップ位置
検出器 18:最大使用可能電圧演算部 19:タップ選択
演算部 20:タップ切換回路 21:給電用導体

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】二次電圧タップを有する変圧器,該二次電
    圧タップを切換えるタップ切換回路、および、該変圧器
    から供給される電力を直流電力に変換するサイリスタ変
    換器を有する直流アーク炉に電力を供給する電源装置
    の、ア−ク電圧およびア−ク電流を検出するア−ク電圧
    検出器およびア−ク電流検出器; ア−ク電流検出器が検出したア−ク電流が所定値以上の
    期間にア−ク電圧検出器が検出したア−ク電圧の最大変
    化量を検出する変化量検出手段;および、 該変化量検出手段が検出した最大変化量と設定電圧値と
    の和が、前記タップ切換回路が切換えている現タップの
    最大使用可能電圧以上になるときにはタップ上げをタッ
    プ切換回路に指示し、前記和が前記最大使用可能電圧未
    満の場合は、現タップより下げ側のタップの最大使用可
    能電圧より前記和が小さいときにタップ下げをタップ切
    換回路に指示するタップ選択手段; を備える 直流アーク炉の電圧制御装置
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