JP2884636B2 - タンディッシュ溶鋼のプラズマ加熱装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、アーク放電を用い、気体をプラズマ化して
得られた高温のプラズマにより、タンデイッシュ内の溶
鋼を加熱するプラズマ加熱装置に係り、さらに詳しく
は、該装置における給電回路の異常検出装置に関するも
のである。

［従来の技術］ 例えば、連続鋳造設備においては、取鍋とモールドと
の間にタンデイッシュを設置し、モールドへの溶鋼供給
量の調節、各モールドへの溶鋼の配分、スラグ及び介在
物の分離などを行なっている。

このようなタンデイッシュにおいては、溶鋼注入の初
期は容器の温度が低く注入した溶鋼の温度が低下するの
で、これを防止するため溶鋼の温度を高くしていた。し
かしながら、このようにすると注入初期とそれ以降の溶
鋼の温度が異なるため、屡々問題が生じていた。そこ
で、最近では注入の初期だけタンデイッシュ内の溶鋼を
加熱して温度の低下を防止することにより、全注入期間
における溶鋼の温度をほぼ一定に保持するようにしてい
る。

このようなタンデイッシュ内の溶鋼の加熱には種々の
方式があるが、その一つに、タンデイッシュ内の溶鋼の
液面と、この液面と所定の間隙を隔てて設置したプラズ
マトーチとの間にアークを発生させて溶鋼を加熱するプ
ラズマ加熱方式がある。

第３図は上記のようなプラズマ加熱装置の一例を示す
模式図である。図において、（１）はタンデイッシュ、
（２）は溶鋼である。（10）は溶鋼（２）の液面と所定
の間隙を隔てて設置されたプラズマトーチで、冷却水路
（12）を有するトーチ本体（11）と、その中心部にガス
通路（16）を隔てて設けられたカソード（陰極）（13）
とからなっている。（14）はカソード（13）に設けられ
た冷却水路、（15）は端子である。（20）は直流電源
で、その端子は給電線（21）を介してタンデイッシュ
（１）の底部に設けたアノード（陽極）（３）に接続さ
れ、端子は給電線（22）を介してプラズマトーチ（1
0）のカソード（13）の端子（15）に接続されている。

上記のようなプラズマ加熱装置は、トーチ本体（11）
とカソード（13）との間に形成されたガス通路（16）
に、アルゴン、窒素、水素などのガスを供給して直流電
源（20）から給電すると、陽極（溶鋼（２）の液面）と
陰極（13）との間にアーク放電が発生してガスをプラズ
マ化し、これによって得られた高温のプラズマにより溶
鋼（２）を加熱する。

［発明が解決しようとする課題］ 上述のプラズマ加熱装置の給電回路は、第４図に示す
ように、冷水銅管（23）と、この一端に接続された水冷
ケーブル（24）と、一端が水冷ケーブル（24）に接続さ
れ他端が陽極（３）に接続されたブスバー（25）によっ
て構成された給電線（21）と、同様に水冷銅管（23
a）、水冷ケーブル（24a）及びカソード（13）に接続さ
れるブスバー（25a）とによって構成された給電線（2
2）とからなっている。なお、Ｌは負荷（トーチ）であ
る。

従来、1KA〜数KAの直流大電流を使用する給電回路の
安全性、信頼性の追究は、容量選択、絶縁構造、敷設ル
ートなどによることを第１とし、事故に備えた保護手段
については特に考慮されていなかった。しかしながら、
これらの回路に地絡事故や接触不良などが生じると、ご
く初期にこれらの異常を除去しないと事故は瞬時にして
拡大し、最悪の場合は水冷銅管（23），（23a）、水冷
ケーブル（24），（24a）、ブスバー（25），（25a）等
が溶損して壊滅的な損害を生ずることがある。

このような問題があるにも拘らず、前述のように従来
地絡電流に対する保護手段は確立しておらず、また、接
触不良等については施工の信頼性に頼るだけであり、そ
の検出方法は模索の段階であった。しかしながら、タン
デイッシュ溶鋼のプラズマ加熱装置のように、直流大電
流が人の作業域で使用され、さらに、作業者が直流大電
流回路の着脱を日常的に行なっている現状では、地絡電
流の検出及び接触不良や断線事故の検出は安全対策上き
わめて重要であり、早期解決が要望されていた。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされ
たもので、給電回路の地絡事故、接触不良や断線事故を
容易に検出できる異常検出装置を備えたタンデイッシュ
溶鋼のプラズマ加熱装置を得ることを目的としたもので
ある。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係るタンデイッシュ溶鋼のプラズマ加熱装置
は、直流電源とタンデイッシュを接続する陽極側給電線
の直流電源端と大地との間に電圧検出器を設置したもの
である。

［作用］ 陰極側給電線から漏洩した地絡電流は、溶鋼、タンデ
イッシュの炉殻、大地に通ずる支持材等からなる接地機
構を通る。これにより接地機構の接地抵抗に生じる逆起
電力は陽極側給電線の電位を上昇させ、電圧検出器を作
動させる。

また、陽極側給電線に接触不良や断線が生じると、そ
れによる抵抗と負荷電流との積による逆起電力が発生
し、電圧検出器を作動させる。

電圧検出器が作動したときは給電を停止する。これに
より安全を確保し、設備の損傷を防止することができ
る。

［実施例］ 第１図は本発明実施例の模式図、第２図は第１図の給
電回路を等価的に示した説明図である。なお、第１図に
おいて第３図に示した従来技術と同じ部分には同じ符号
を付し、説明を省略する。図において、（30）は陽極側
給電線（21）の電源端と大地間に挿入された電圧検出器
である。

ところで、この給電回路は、第２図に示すように負荷
Ｌであるプラズマトーチ（10）の陽極側が、タンデイッ
シュ（１）内の溶鋼（２）、導電性を有するタンデイッ
シュ（１）の炉殻及び大地に通ずる鉄鋼製支持材からな
る接地機構（26）により接地されており、これにより陽
極側給電線（21）は無電圧線、陰極側給電線（22）は有
電圧線となる。したがって、陽極側給電線（21）の電源
端と大地間に電圧検出器（30）を接続すると、陰極側給
電線（22）の地絡時又は陽極側給電線（21）の接触不良
若しくは断線時には、電圧検出器（30）は異常電圧を検
出するので、これにより事故の発生を検知し、給電を自
動停止すれば、事故の発生を防止することができる。

いま、第２図において、 Re:接地抵抗 通常１〜数Ω Rl:陽極側給電線の線路抵抗 〃数10^-3Ω 以下 I_max：最大負荷電流 〃数KA以上 Ie:許容地絡電流（28） 数Ａ とすれば、電圧検出器（30）の設定値（ｖ）は、次式に
より求められる。

Vs＝（Rl I_max,Re Ieの大きい方の値）＋α 但し、αは誤動作防止のための動作余裕 上記のような電圧検出器（30）を従来の設備の陽極側
給電線（21）の電源端と大地間に接続すれば、接地機構
（26）の持つ接地抵抗Reが小さいと電圧検出器（30）の
地絡検出感度は低いが、通常の接地工事で得られる１〜
３Ωの接地抵抗であっても、陰極側給電線（22）の地絡
電流（28）が例えば10Aであれば電圧検出器（30）には1
0〜30Vの電圧が得られ、負荷電流が数KAであれば10A/数
KAの検出感度が得られる。

また、陽極側給電線（21）に接触不良又は断線が生じ
ると、陽極側給電線（21）の線路抵抗Rlが見掛上増大
し、電圧検出器（30）はこれによって生じる異常電圧で
動作する。

以上を要約すれば、本発明は次のような作用を行な
う。

［１］陰極側給電線（22）の地絡事故 陰極側給電線（22）から漏洩した地絡電流（28）は、
接地機構（26）を通る。これにより接地機構（26）の接
地抵抗Reに生じる逆起電力は陽極側給電線（21）の電位
を上昇させ、電圧検出器（30）を動作させる。

［２］陽極側給電線（21）の接触不良及び断線事故 陽極側給電線（22）から接触不良又は断線が生じる
と、それによる抵抗と負荷電流との積による逆起電力が
発生し、電圧検出器（30）を動作させる。

したがって、電圧検出器（30）が作動したときは、そ
の出力信号を直流電源自動遮断制御装置（40）に入力
し、自動的に電源回路をOFFして給電を停止すれば、人
身あるいは設備の事故を未然に防止することができる。

なお、電圧検出器（30）としては、通常の電圧計を使
用してもよいが、例えば工場の電気室内に設置した直流
電源に低電圧リークを接続して接地すれば、簡単な構造
で地絡事故等を検出して自動的に電源をOFFすることが
できる。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明はタンデイッ
シュ溶鋼のプラズマ加熱装置において、陽極側供給線き
直流電源端と大地との間に電圧検出器を設置し、陰極側
給電線に地絡電流が発生し、又は陽極側給電線に接続不
良や断線が発生したときは、電圧検出器が直ちに作動し
て事故の発生を検知し、あるいは給電を停止するように
したので、安全を確保しうることは勿論、設備の損傷、
破壊を未然に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の模式図、第２図はその給電回路
を等価的に示した説明図、第３図は従来のタンデイッシ
ュ溶鋼のプラズマ加熱装置の一例の模式図、第４図はそ
の給電回路の説明図である。 （１）：タンデイッシュ、（２）：溶鋼、（10）：プラ
ズマトーチ、（13）：カソード、（20）：直流電源、
（21）：陽極側給電線、（22）：陰極側給電線、（2
6）：接地機構、（28）：地絡電流、（30）：電圧検出
器、（40）：直流電源自動遮断制御装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−28840（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−41800（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−202142（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−114980（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B22D 41/01 B22D 11/10 310 G01R 31/02 H05H 1/22 H05B 7/11

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】タンデイッシュと、該タンデイッシュの上
   方に配置したプラズマトーチと、直流電源と、該直流電
   源と前記タンデイッシュとを接続した陽極側給電線と、
   前記直流電源と前記プラズマトーチのカソードとを接続
   した陰極側給電線とを備えてなり、前記プラズマトーチ
   にガスを供給すると共に前記直流電源から給電して前記
   タンデイッシュ内の溶鋼とカソードとの間にアーク放電
   を発生させ、前記ガスをプラズマ化して前記溶鋼を加熱
   する装置において、 前記陽極側給電線の直流電源端に一端が接地された電圧
   検出器を接続したことを特徴とするタンデイッシュ溶鋼
   のプラズマ加熱装置。