JP2903544B2 - アーク炉における電極制御方法 - Google Patents

アーク炉における電極制御方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は製鋼用原料のスクラツプ等の装入材の溶解
をおこなうアーク炉において可動電極の昇降を制御する
制御方法に関する。
〔従来の技術〕
一般に電極のアーク熱により装入材の溶解をおこなう
アーク炉においては、アーク熱を損失少なく装入材に吸
収させれば溶解効率は高くなり、たとえば炉内にスクラ
ツプは充満している溶解初期〜中期はロングアーク長で
溶解し、スクラツプが溶鋼に変化して炉壁が露出する度
合が多い溶解終期にはシヨートアーク長で溶解すれば、
溶解効率は向上する。ところが従来の電極制御は、アー
ク放電中の電流あるいはインピーダンスを一定に維持す
る電流制御あるいはインピーダンス制御によつていたた
め、電極の位置は直接制御されず、炉内の装入材溶解進
行に伴つて電極は絶えず昇降を繰返すとともに、装入材
の崩壊や装入材との接触により、あるいは「スクラツプ
−溶鋼−炉底電極」と通電される場合と「溶鋼−炉底電
極」と通電される場合の抵抗の差異等により、電極のハ
ンチング現象を生じ、溶解効率を著しく悪化させる現象
が頻発していた。
〔発明が解決しようとする課題〕
この発明は上記従来の問題点を解決するもので、電極
の過敏な運動を抑制し、溶解効率の向上をはかることが
できるアーク炉における電極制御方法を提供しようとす
るものである。
〔課題を解決するための手段〕
しかしてこの発明の電極制御方法は、昇降駆動される
電極のアーク熱により装入材の溶解をおこなうアーク炉
において、炉体内に装入材を装入し、該装入材に向けて
電極を下降させて発弧後、該電極を一定高さ位置に所定
時間保持して装入材の一部を溶解させ、次いで該保持時
間中の装入材溶解量に相当する高さ分だけ電極を下降さ
せ、以下上記の電極の保持と下降を繰返して、溶解初期
から主溶解期にわたる装入材の溶解をおこない、投入電
力量によりニアフラツトバス期に達したことを検出し
て、電極の下端を湯面から所定距離離れた位置まで下降
させて溶解をおこない、投入電力量によりフラツトバス
期に達したことを検出して、電極をさらに湯面に接近す
る位置まで下降させて溶湯の精錬をおこなうことを特徴
とするアーク炉における電極制御方法である。
〔作用〕
この発明の電極制御方法においては、電極の一定位置
への保持と該保持時間中の装入材溶解量に相当する高さ
分だけの電極の下降を繰返して溶解初期から主溶解期に
わたる装入材の溶解をおこなうので、電極は従来のよう
に電流やインピーダンスを介さずに直接位置制御され、
溶解量に従つて適正な位置に順次下降し、過敏なハンチ
ングや昇降運動を生じることなく所望のアーク長により
溶解をおこなうことができる。またニアフラツトバス期
およびフラツトバス期においても、ハンチングを生じる
ことなく所望の短アーク長で炉壁への熱損失少なく溶
解、精錬がおこなわれる。
〔実施例〕
以下第1図乃至第8図によつてこの発明の一実施例を
説明する。
第1図において、1は炉電源に接続した炉用変圧器、
2はこの変圧器の二次側に接続されたサイリスタ整流器
で、その出力側には電極(可動電極)3と炉底電極4が
接続されている。5は整流器保護用のリアクトル、6は
炉体、7は炉蓋、8は電極3を把持する電極ホルダー9
をそなえた電極支持体、10はこの電極支持体を昇降駆動
する電動ウインチ式の駆動機で、ワイヤ巻取用の巻胴11
を電動機12に連結して成る。13はこの電動機12の回転軸
に接続したパルスジエネレータで、基準位置14から電極
ホルダー9の下端までの高さHに比例したパルスをホル
ダー位置信号として発するものである。また15は炉体6
の上部側方にビームを電極3に向けて配置したレーザー
光式の電極下端検出器で、前記基準位置14から高さhの
位置に設けてあり、スクラツプ装入時などに電極3を引
上げる際に、該電極の下端が電極下端検出器15の前方を
通過した時検出信号を発して、そのときのホルダ位置H
(パルスジエネレータ13による計測値)から前記高さh
を差引くことにより、電極3の首下長さlを計測するた
めのものである。一方20は炉への投入電力量(積算電力
量)を検出する電力検出器、21はアーク電流検出器、22
は後述の制御手順により電極昇降指令および電流指令を
発する電極制御装置である。23は位相制御装置で、前記
電流指令に応じた点弧角信号(位相制御信号)をサイリ
スタ整流器2に出力するものである。また24は昇降制御
装置で、前記電極昇降指令に応じて電動機を駆動して電
極3を所定量昇降させるものである。
次に上記構成から成る容量20TONの直流アーク炉(但
し炉体6の内径=3080mm、炉体6の上下寸法は第7図参
照)における電極3の制御方法を、主として第2図〜第
6図のフローチヤートおよび電極制御状況を示す第7図
により説明する。
先ず第2図は電極制御の全体を示し、出鋼ずみの炉体
6内に装入材であるスクラツプを装入するに先立つて、
炉蓋7をおよび電極3を上昇させ側方へ旋回移動させる
際に、ステツプ25において、電極下端検出器15とパルス
ジエネレータ13により電極3の首下長さlを計測し、電
極下端が炉体6の上端面6aに一致した状態を電極3の位
置計測の零点位置L0として、この位置L0から移動する電
極3の下端迄の距離を電極位置としてパルスジエネレー
タ13の出力信号により計測できるように、電極制御装置
22内の電極位置計測回路をリセツトする。次いでステツ
プ26においてスクラツプ(装入材)Sを炉体6内に該炉
体の上端面6aに達するまで装入し、炉蓋被着後電極3を
下降させて通電発弧させ、詳細ステツプを後述するステ
ツプ30,40,60によりそれぞれ溶解初期、主溶解期、およ
びニアフラツトバス期の電極制御をおこなつてスクラツ
プを溶解し、ステツプ70において当該チヤージのスクラ
ツプ装入予定総重量から追装の有無を判別し、追装をお
こなう場合はステツプ25に戻して追装と溶解をおこな
い、追装がなくなつた時点でステツプ80によりフラツト
バス期の電極制御をおこない、精錬終了後に出鋼をおこ
なつて当該チヤージの溶解を終了し、同様にして次回チ
ヤージ分の溶解をおこなう。
次に各溶解期における電極制御を詳述すると、先ずス
テツプ30の詳述は第3図に示す通りであり、前述のよう
に電極3を下降させて発弧したら、ステツプ31において
この発弧位置(この実施例では零点位置L0とほぼ一致す
る)を操業基準位置といて、該位置に電極3を保持(停
止)する。この状態で炉蓋保護のため設定(タツプ)電
圧300V、設定電流Is=30KAでスクラツプSの溶解をおこ
なう。(第8図(a)参照)、溶解中における電流の変
動に対しては、ステツプ32により監視し、特に大巾に電
流が減少し設定電流Isの30%以下となつた場合は、スク
ラツプの崩壊などがあつたとして、ステツプ33によりそ
の減少継続時間tが所定の設定時間t0(たとえば2秒
間)以上続くか否かを判定し、長時間継続する場合はス
テツプ34において電極制御装置22は電極3を10mm下降さ
せる下降指令を出し、電極3を下降させる。またアーク
電流が設定電流Isの110%以上となる場合は、スクラツ
プ変動により電極−スクラツプ間距離が過小になつたと
して、ステツプ35において位相制御装置23によりサイリ
スタ整流器2の点弧角を制御して、アーク電流を設定電
流Isに維持する。溶解が進行すると、第8図(b)に示
すようにスクラツプSの一部は溶鋼Mとなり、アーク長
が増加するが、ステツプ36において電力検出器20により
検出した投入電力量(積算量)P1が設定消費電力量P1s
=500kwh以上となつたら、溶解初期段階を終了したとし
て、次の主溶解期へ進む。なお上記P1s=500kwhの消費
電力量は、炉体6内に充填されたスクラツプSの約200m
m深さ分のスクラツプ量(直径3080mm、高さ200mmの短円
柱状空間内のスクラツプ量)を溶解するのに要する投入
電力量である。
次に第4図に示す主溶解期においては、先ずステツプ
41により、操業基準位置から前記スクラツプ溶解量に相
当する高さ200mm分だけ電極3を下降させて該下降位置
に保持し、設定(タツプ)電圧460V、設定電流Is=30kA
で、スクラツプSの溶解をおこなう。(第8図(c)参
照)溶解中のアーク電流変動に対しては前記ステツプ32
〜35と同様なステツプ42〜45により修正制御をおこな
い、ステツプ46において投入電力量Paが設定消費電力量
Pas=500kwhとなつたら、主溶解期開始後の投入電力量P
aの総計が主溶解期におけるスクラツプ溶解用設定消費
電力量P2s=2500kwh未満であること(ステツプ47)、電
極下端位置が炉体の上端面6aすなわち位置L0から1600mm
の位置よりもさらに下側(炉底側)にないこと(ステツ
プ48)、および電極下端位置が炉体の上端面6aから1400
mmの位置よりもさらに下側にないこと(ステツプ49)を
それぞれ確認後、ステツプ50により電極3を、消費電力
量Pasにより溶解されるスクラツプ量に相当する高さ200
mmだけ下降させてその位置に保持し、ステツプ42に戻し
て溶解をおこなうことを繰返す。なおステツプ48におい
て電極下端が1600mmより下方に達していることが検出さ
れたら、電極3は前記1600mmの位置まで上昇させ(ステ
ツプ51)、またステツプ49において電極下端が前記1400
mmより下方に達していることが検出されたら、電極3の
下降量は200mm以下として前記1600mmの位置まで下降さ
せ(ステツプ52)、それぞれ溶解を続行する。ステツプ
47において各電極位置における投入電力量Paの総計が設
定消費電力量P2s以上となつたら、主溶解期は終了した
ので、次のニアフラツトバス期の制御に移行する。
ニアフラツトバス期においては、第5図に示すよう
に、ステツプ61により電極3を電極下端が炉体の上端面
6aから1600mmの位置に達するまで下降させて保持し、設
定(タツプ)電圧400V、設定電流Is=35kAで、残存する
スクラツプSの溶解をおこなう。(第8図(d)参照)
溶解中のアーク電流変動に対しては、ステツプ62および
63によりアーク電流が設定電流Isの110%以上となつた
ときのみ、サイリスタ点弧角制御により設定電流に維持
する。ステツプ64において投入電力量P3が設定消費電力
量P3s=1000kwhに達したら、残存スクラツプはすべて溶
解したとして、次のスクラツプ追装判定のステツプ70
(第2図参照)に移行する。
フラツトバス期においては、第6図に示すようにステ
ツプ71により電極3をさらに下降させて電極下端を上端
面6aから1650mmの位置に保持し、溶鋼面(シルレベル)
から約60mmという短いアーク長とし、炉壁保護のために
設定電圧260V、設定電極Is=40kAで精錬をおこなう(第
8図(e)参照)アーク電流の変動に対しては、前記ス
テツプ62〜63と同様なステツプ72〜73により修正制御を
おこない、ステツプ74において投入電力量P4が精錬用の
設定消費電力量P4s=2000hwh以上となつたら、精錬を終
了し出鋼をおこなつて1チヤージ分の溶解工程を終了す
る。
この発明は上記実施例に限定されるものではなく、た
とえば上記実施例では溶解初期において電極を発弧位置
に保持したが、発弧位置より少量上側の位置などを操業
基準位置としてもよく、また操業基準位置は零点位置L0
と一致させなくてもよい。また溶解初期あるいはニアフ
ラツトバス期における電極保持位置は溶解進行に合せて
2段階に分けて下降させるようにしてもよい。また溶解
初期終了時(主溶解期開始時)の電極下降量と、主溶解
期途中の電極下降量とは異なる値を採用してもよく、こ
の場合は設定消費電力量P1sとPasも上記下降量の差異に
応じて異なる電力量とすればよい。また電極の首下長さ
lの計測や電極下端位置の計測は、上記実施例以外の方
法によつておこなつてもよい。なお首下長さlの計測と
共に電極全長の計測をおこない、電極の継ぎ足しや掴み
替えもステツプ25でおこなうようにすれば、さらに好ま
しい。
以上は直流アーク炉について説明したが、この発明は
交流アーク炉にも適用できるものである。
〔発明の効果〕
以上説明したようにこの発明によれば、電極は直接位
置制御され、ハンチングや頻繁な昇降運動を生じること
なく所望のアーク長で溶解、精錬をおこなうことがで
き、溶解効率の向上をはかることができる。
【図面の簡単な説明】
図面はこの発明の一実施例を示し、第1図は直流アーク
炉の機器接続図、第2図は全工程のフローチヤート、第
3図乃至第6図は各溶解段階のフローチヤート、第7図
は電極制御状況を示す線図、第8図は同じく炉内状況説
明図である。 2…サイリスタ整流器、3…電極、6…炉体、8…電極
支持体、10…駆動機、13…パルスジエネレータ、15…電
極下端検出器、20…電力検出器、21…アーク電流検出
器、22…電極制御装置、23…位相制御装置、24…昇降制
御装置。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】昇降駆動される電極のアーク熱により装入
    材の溶解をおこなうアーク炉において、炉体内に装入材
    を装入し、該装入材に向けて電極を下降させて発弧後、
    該電極を一定高さ位置に所定時間保持して装入材の一部
    を溶解させ、次いで該保持時間中の装入材溶解量に相当
    する高さ分だけ電極を下降させ、以下上記の電極の保持
    と下降を繰返して、溶解初期から主溶解期にわたる装入
    材の溶解をおこない、投入電力量によりニアフラツトバ
    ス期に達したことを検出して、電極の下端を湯面から所
    定距離離れた位置まで下降させて溶解をおこない、投入
    電力量によりフラツトバス期に達したことを検出して、
    電極をさらに湯面に接近する位置まで下降させて溶湯の
    精錬をおこなうことを特徴とするアーク炉における電極
    制御方法。
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