JP2959885B2 - 電気式溶解炉のための温度制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶解炉内の溶湯の温度
を制御するために、その溶解炉への供給電力量を制御す
る温度制御装置に関するものであり、特にそれによる温
度制御精度を向上させる技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】温度制御装置として例えば次のような形
式が既に提案されている。すなわち、(a) 冷材の溶解後
に溶湯温度の実際値を目標値に昇温させるべく、最初に
実測した溶湯温度と溶解炉の溶湯量，溶湯の目標温度等
の熱的パラメータとに基づき、溶湯温度の実際値が目標
値となるように溶解炉への供給電力量を決定する形式
や、(b) 溶湯温度の実際値が目標値となった後に複数回
の出湯が行われる間溶湯温度の実際値を目標値に維持す
べく、溶解炉の溶湯量を逐次取得し、予め実験等によっ
て求めた溶湯量と電力量との間の関係を用いて、溶湯温
度の実際値が目標値となるように溶解炉への供給電力量
を逐次決定する形式などが既に提案されているのであ
る。前者の形式の一例は特開昭５６−１３２７９０号公
報に、後者の形式の一例は特開昭５７−１０９２９０号
公報にそれぞれ記載されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】溶解炉内の溶湯の表面
にはノロ（スラグともいう）が発生する。このノロは溶
湯の熱輻射特性に大きな影響を与え、ノロの発生量が多
いほど溶湯の熱輻射量が減る。しかしながら、従来の温
度制御装置はノロの発生量とは無関係に電源を制御する
ため、この従来の温度制御装置にはそれの温度制御精度
を十分には高めることができないという問題があった。

【０００４】また、温度制御を困難にする要因は他にも
存在する。それは、例えば、溶湯の表面から発生する煙
（例えば燃焼ガス）である。溶湯温度を放射温度計を用
いて実測する際には、溶湯の表面と放射温度計との間に
煙が存在すると放射温度計により測定される溶湯温度の
精度が低下し、その結果、溶湯の温度制御精度が低下し
てしまうからである。

【０００５】これらの事情に鑑み、請求項１および２の
発明はいずれも、溶湯の表面におけるノロの発生状態，
溶湯の表面からの煙の発生状態等の、溶湯表面上方存在
物の状態を考慮して溶解炉への供給電力量を制御するこ
とにより、溶湯温度を十分に高い精度で制御し得る温度
制御装置を提供することを課題として為されたものであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そして、請求項１の発明
の要旨は、溶解炉内の溶湯の温度を制御するために、そ
の溶解炉への供給電力量を制御する温度制御装置を、少
なくとも、溶解炉内の溶湯から発生してその溶湯の表面
の上方に存在する溶湯表面上方存在物の状態とその溶湯
の量とに基づき、溶湯温度の実際値が目標値となるよう
に溶解炉への供給電力量を決定するものとしたことにあ
る。

【０００７】なお、温度制御装置は、溶湯表面上方存在
物の状態を人為的に入力する形式とすることも、自動的
に入力する形式とすることもできる。後者の形式の一例
が請求項２の発明である。

【０００８】また、温度制御装置は例えば、(a) 少なく
とも溶湯量に基づき、溶湯の表面にノロが全く発生して
いない場合に溶湯温度の実際値が目標値となるのに適当
な電力量を主電力量として決定する主電力量決定手段
と、(b) 溶湯表面上方存在物の状態から、その溶湯表面
上方存在物としての、溶湯の表面に発生したノロの量を
逐次推定するノロ発生量推定手段と、(c) その推定ノロ
発生量と１サンプリング時間における推定ノロ発生量の
変化分とから主電力量の補正量を逐次決定する補正量決
定手段と、(d) それら主電力量と補正量との和を最終電
力量として逐次決定する最終電力量決定手段とを含むも
のとすることができる。

【０００９】さらに、温度制御装置は、(a) 溶湯表面上
方存在物の状態から、その溶湯表面上方存在物として
の、溶湯の表面に発生したノロの量を逐次推定するノロ
発生量推定手段と、(b) その推定ノロ発生量と１サンプ
リング時間における推定ノロ発生量の変化分とから、溶
湯の熱が外部に輻射する性質を表す熱輻射パラメータを
逐次推定する熱輻射パラメータ推定手段と、(c) 少なく
ともその推定熱輻射パラメータと溶湯量とに基づき、溶
湯温度の実際値が目標値となるのに適当な電力量を逐次
決定する電力量決定手段とを含むものとすることもでき
る。

【００１０】請求項２の発明の要旨は、溶解炉内の溶湯
の温度を制御するために、その溶解炉への供給電力量を
制御する温度制御装置であって、(a) 溶解炉内の溶湯か
ら発生してその溶湯の表面の上方に存在する溶湯表面上
方存在物の状態を検出する溶湯表面上方存在物状態検出
手段と、(b) 少なくとも、その溶湯表面上方存在物状態
検出手段により検出された溶湯表面上方存在物の状態と
溶解炉の溶湯量とに基づき、溶湯温度の実際値が目標値
となるように溶解炉への供給電力量を決定する供給電力
量決定手段とを含むものとしたことにある。

【００１１】なお、溶湯表面上方存在物状態検出手段は
例えば、溶解炉内の溶湯の表面を画像として撮影する撮
像手段を含むものとすることができる。

【００１２】

【作用】請求項１および２の発明に係る温度制御装置に
おいてはいずれも、溶湯表面上方存在物の状態が考慮さ
れて溶解炉への供給電力量が決定される。

【００１３】特に、請求項２の発明に係る温度制御装置
においては、溶湯表面上方存在物状態検出手段により溶
湯表面上方存在物の状態が自動的に取得され、供給電力
量決定手段により、溶湯表面上方存在物の状態が考慮さ
れて溶解炉への供給電力量が決定される。

【００１４】

【発明の効果】このように、請求項１および２の発明に
従えば、ノロ，煙等、溶湯表面上方存在物の状態が勘案
されて溶解炉への供給電力量が決定されるから、温度制
御精度が向上するという効果が得られる。

【００１５】特に、請求項２の発明に従えば、溶湯表面
上方存在物の状態が自動的に取得されて供給電力量決定
手段に入力されるから、作業者がその入力から解放され
て省力化が推進されるとともに溶湯表面上方存在物の状
態の把握が画一化されて溶湯の温度制御精度が向上する
という効果も得られる。溶湯表面上方存在物の状態を把
握する作業者如何によって溶湯表面上方存在物の同じ状
態が異なるものとして供給電力量決定手段に入力される
ことが防止されるからである。

【００１６】

【実施例】以下、請求項１および２の発明に共通のいく
つかの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

【００１７】図１において１０は溶解炉を示す。溶解炉
１０は有底円筒状のるつぼ１２を備えている。るつぼ１
２の外周には図示しない加熱コイルが螺旋状に巻かれて
配設されている。この加熱コイルに高周波電流が通電さ
せられることによってるつぼ１２内に収容される固体の
金属または溶湯が加熱される。るつぼ１２の開口部は開
閉可能な炉蓋２２によって塞がれている。

【００１８】るつぼ１２内の溶湯の温度は、溶湯に浸さ
れる熱電対３０と、それを用いて溶湯温度を出力する温
度計３２とによって測定される。なお、熱電対３０は常
には溶解炉１０から離れた特定の位置に退避させられて
いて、必要な場合に作業者の手によって、または自動的
に溶湯内に投入される。

【００１９】溶解炉１０の上方にはカメラ４０が配設さ
れている。カメラ４０は、前記炉蓋２２に設けられた観
察窓（図示しない）を通して溶解炉１０内の溶湯の表面
を撮像するものである。このカメラ４０には画像処理装
置４２が接続されている。画像処理装置４２は、カメラ
４０からの画像信号に基づき、溶湯の表面の画像を表す
画像データを作成し、その画像データに基づき、溶湯の
表面に発生したノロの量を推定する。

【００２０】具体的には、まず、カメラ４０からの画像
信号に基づき、溶湯の表面の、濃度分布または温度分布
を表す分布画像を表す画像データを作成する。次に、そ
の分布画像のうち濃度または温度の各レベルに適合する
部分の面積をレベル毎に算出し、その各レベル毎の分布
面積と次式とを用いてノロ発生率Ｓ（％）を算出する。

【００２１】 Ｓ＝〔〔ΣＫ（Ａi ）・Ａi ・ｉ〕／Ａ₀ 〕・１００ ただし、 ｉ：レベルの番号（０〜１） Ａi ：レベルｉの分布面積 Ｋ（Ａi ）：分布面積Ａi の重み係数（０〜１） Ａ₀ ：溶湯表面の面積

【００２２】なお、重み係数Ｋ（Ａi ）は、各レベルｉ
毎の１つまたは複数の分布画像の、溶湯表面の中心から
の平均的な半径方向距離Ｘをるつぼ１２の半径Ｄで割り
算したＸ／Ｄに応じて、図２のグラフで表すように変化
する。

【００２３】なお、カメラ４０による溶湯表面の画像か
らノロ発生率Ｓを取得する手法にはその他の手法を採用
してもよい。例えば、カメラ４０による溶湯表面の画像
を単純に、唯一のレベルしきい値で２つの領域に分割
し、一方をノロ発生域、他方のノロ非発生域として、そ
のノロ発生域の面積（ノロ発生域が複数存在する場合に
は面積の合計値）から直ちにノロ発生率Ｓを取得する手
法を採用してもよいのである。

【００２４】図１に示すように、前記加熱コイルにはそ
れに高周波電流を供給する電源５０が接続されている。
電源５０は外部からの電力信号に応じた量の電力を一定
の高周波で加熱コイルに供給する。

【００２５】電源５０から加熱コイルに供給される電力
の量はコントローラ５２によって制御される。コントロ
ーラ５２はＣＰＵ６０，ＲＯＭ６２，ＲＡＭ６４，バス
６６，入力インタフェース７０および出力インタフェー
ス７２を含むコンピュータを主体として構成されてい
る。入力インタフェース７０には前記温度計３２と画像
処理装置４２とが接続され、さらに、作業者が必要なデ
ータをコンピュータに入力するために操作する入力手段
７４も接続されている。一方、出力インタフェース７２
には前記電源５０が接続されている。

【００２６】ＲＯＭ６２には、図３のフローチャートで
表される温度制御プログラムを始め、種々のプログラム
が格納されている。この温度制御プログラムは、温度計
３２，画像処理装置４２および入力手段７２からの信号
またはデータに基づき、溶湯温度の実際値を目標値とす
るのに適当な最終電力量を決定し、その最終電力量が電
源５０から溶解炉１０の加熱コイルに供給されるように
電源５０に電力信号を出力するプログラムである。以
下、これを図３を用いて詳細に説明する。

【００２７】まず、ステップＳ１（以下、単にＳ１とい
う。他のステップについても同じ）において、溶湯の表
面にノロが全く発生していない場合に溶湯温度の実際値
を目標値とするのに適当な主電力量Ｐを算出するのに必
要なデータが入力される。それは例えば、後述の、目標
温度，溶湯重量等の熱的パラメータを表すデータであ
る。続いて、Ｓ２において、温度計３２からそれによる
実測温度が初期温度として取り込まれる。

【００２８】その後、Ｓ３において、それら初期温度お
よび熱的パラメータに基づいて上記主電力量Ｐが算出さ
れる。このステップの内容は、今回の温度制御が、冷材
の溶解後に溶湯温度の実際値を目標値に昇温させる昇温
制御であるか、溶湯温度の実際値が目標値となった後に
行われる複数回の出湯の際に溶解炉１０内の溶湯温度の
実際値を目標値に維持する出湯制御であるかによって異
なる。

【００２９】今回の温度制御が昇温制御である場合に
は、例えば次の第１の手法や第２の手法を用いて主電力
量Ｐが算出される。

【００３０】第１の手法は次式を用いて主電力量Ｐを算
出するものである。 Ｐ＝〔θx −θ₀ 〕・Ｃ・Ｗ／〔ηl ・ηH 〕 ただし、 θx ：目標温度 θ₀ ：初期温度 Ｃ：溶湯比熱 Ｗ：溶湯重量 ηl ：溶解炉１０の電気効率 ηH ：溶解炉１０の保温電力効率

【００３１】なお、電気効率ηl および保温電力効率η
H はいずれも実験的に取得された定数である。

【００３２】これに対して、第２の手法は、溶解炉１０
内の溶湯の持つ熱量の、一定小時間Δｔ当たりの変化分
が、(a) 溶解炉１０の加熱コイルから溶湯に加えられる
熱量Ｑp の、一定小時間Δｔ当たりの変化分ｄＱp と、
(b) 溶解炉１０の壁を経て熱通過によって損失する熱量
Ｑc の、一定小時間Δｔ当たりの変化分ｄＱc との和に
等しいという事実に基づき、各時刻ｔにおける溶湯の推
定温度θの変化分ｄθを算出し、その変化分ｄθと前回
の推定温度θ′との和を今回の推定温度θとして算出
し、その今回の推定温度θに基づいて主電力量Ｐを算出
するものである。すなわち、この第２の手法は、初期温
度θ₀ と次式とを用いて各時刻ｔにおける溶湯温度θを
推定して主電力量Ｐを算出するものなのである。

【００３３】 Ｃ・Ｗ・ｄ（θ−θa ）＝ｄＱp −ｄＱc ただし、 Ｃ：溶湯比熱 Ｗ：溶湯重量 θa ：時刻ｔにおける外気温度 θ：時刻ｔにおける溶湯温度 ｄ（θ−θa ）：溶湯温度の、一定小時間Δｔ当たりの
変化分

【００３４】なお、ｄＱp およびｄＱc はそれぞれ次式
で定義される。 ｄＱp ＝Ｐ₀ ＋ΔＰ・η ｄＱc ＝ＫＡ・〔θ−θa 〕 ただし、 Ｐ₀ ：初期電力量 ΔＰ：供給電力量の、一定小時間Δｔ当たりの変化分 η：溶解炉１０の電気効率 ＫＡ：溶解炉１０の伝熱面に係る熱損失係数（＝Ｐ₀ ／
〔θ−θa〕）

【００３５】なお、電気効率ηは実験的に取得された定
数である。

【００３６】また、この第２の手法と基本的に同じ手法
の説明が本出願人の特願平２−３０４６１８号明細書に
詳細に記載されているため、さらに詳細な説明は省略す
る。

【００３７】以上、今回の温度制御が昇温制御である場
合について説明したが、出湯制御である場合には、各時
刻ｔにおける溶湯重量Ｗを逐次取得する一方、目標温度
θxの下で予め実験，数値解析等によって取得された溶
湯重量Ｗと主電力量Ｐとの間の関係（ただし、これは溶
湯の表面にノロが全く発生しないと仮定した場合のもの
である）を用いて、各時刻ｔにおける主電力量Ｐを算出
する。溶湯重量Ｗと主電力量Ｐとの間の関係の一例を図
４にグラフで表す。

【００３８】以上のようにして主電力量Ｐが算出された
ならば、今回の温度制御が昇温制御であれ出湯制御であ
れ、Ｓ４において、画像処理装置４２から時刻ｔにおけ
る推定ノロ発生率Ｓが読み込まれ、Ｓ５において、今回
の推定ノロ発生率Ｓから前回の推定ノロ発生率Ｓを差し
引くことによって推定ノロ発生率Ｓの、一定小時間Δｔ
当たりの変化分ΔＳが算出される。それら推定ノロ発生
率Ｓと変化分ΔＳとの間の関係は例えば図５のグラフで
表される。続いて、Ｓ６において、推定ノロ発生率の現
在値Ｓと変化分ΔＳとから主電力量Ｐの補正量ΔＰが算
出される。る。

【００３９】その補正量ΔＰの算出は例えばファジィ推
論により行われる。以下、そのファジィ推論の一例を説
明する。

【００４０】ファジィ推論の一例は、ファジィ関係の合
成則に基づき、連続型のファジィ変数を用いるものであ
る。そして、前件部変数としては推定ノロ発生率Ｓの現
在値（以下、単にＳという）とそれの１サンプリング時
間における変化分ΔＳ（以下、単にΔＳという）とを考
え、後件部変数としては主電力量Ｐ（以下、単にＰとい
う）の変化分すなわち補正量ΔＰ（以下、単にΔＰとい
う）を主電力量Ｐで割り算したΔＰ／Ｐを考える。すな
わち、この推論形式は速度型なのである。

【００４１】Ｓ（０〜１００）にはＺＯ，ＳＳ，ＭＭお
よびＬＬのファジィラベルが用意されている。ここでＺ
ＯはＺero 、ＳＳはＳmall、ＭＭはMedium、ＬＬはＬar
geを意味する。各ファジィラベルＺＯ，ＳＳ，ＭＭ，Ｌ
Ｌのメンバーシップ関数は図６の左側に示す三角型であ
る。また、ΔＳ（−１００〜０〜＋１００）にはＺＯ，
±ＳＳ，±ＭＭおよび±ＬＬのファジィラベルが用意さ
れている。各ファジィラベルＺＯ，±ＳＳ，±ＭＭ，±
ＬＬのメンバーシップ関数は同図の中央に示す三角型で
ある。また、ΔＰ／Ｐ（−１〜０）にはＺＯ，ＳＳ，Ｍ
ＭおよびＬＬのファジィラベルが用意されている。各フ
ァジィラベルＺＯ，ＳＳ，ＭＭ，ＬＬのメンバーシップ
関数は同図の右側に示す三角型である。

【００４２】したがって、それらに着目して推論ルール
を作成すれば、２８個のＩＦ ＴＨＥＮルールが作成さ
れる。それらのうち３つを代表的に挙げれば次の通りで
ある。 ＩＦ Ｓ＝ＺＯ ＡＮＤ ΔＳ＝ＺＯ ＴＨＥＮ ΔＰ／Ｐ＝ＺＯ ＩＦ Ｓ＝ＳＳ ＡＮＤ ΔＳ＝ＭＭ ＴＨＥＮ ΔＰ／Ｐ＝ＭＭ ＩＦ Ｓ＝ＬＬ ＡＮＤ ΔＳ＝ＳＳ ＴＨＥＮ ΔＰ／Ｐ＝ＬＬ

【００４３】そして、例えば、Ｓ＝ＳＳ ＡＮＤ ΔＳ
＝ＭＭを満たす状況が与えられたならば、上記の推論
ルールが該当することとなって、例えば図７に示す推論
結果ΔＰ／Ｐに到達することになる。なお、ΔＰ／Ｐは
重心法を用いて決定される。

【００４４】以上のようにして補正量ΔＰが算出された
ならば、図３のＳ７において、その補正量ΔＰと前記主
電力量Ｐとの和が最終電力量Ｐf とされ、それを表す電
力信号が電源５０に出力される。これにより、電源５０
はその最終電力量Ｐf の大きさで電力を溶解炉１０の加
熱コイルに供給することになる。

【００４５】したがって、本実施例においては、ノロ発
生率Ｓの時間的な推移が例えば図８のグラフで表される
と仮定すれば、今回の温度制御が昇温制御であって、前
記第１の手法が採用される場合には、溶解炉１０への供
給電力量の時間的な推移は例えば図９のグラフで表され
るものとして、溶湯温度θの時間的な推移は例えば図１
０のグラフで表されるものとしてそれぞれ取得されるこ
とになる。それら図９および図１０における破線のグラ
フは、ノロの発生を考慮せずに供給電力量を決定する従
来装置の場合を参考として表している。図１０のグラフ
から明らかなように、ノロの発生とは無関係に、溶湯温
度が目標温度に精度よく制御されている。

【００４６】一方、前記第２の手法が採用される場合に
は、供給電力量の時間的な推移は例えば図１１のグラフ
で表されるものとして、溶湯温度θの時間的な推移は例
えば図１２のグラフで表されるものとしてそれぞれ取得
されることになる。それら図１１および図１２における
破線のグラフも、ノロ発生を考慮せずに供給電力量を決
定する従来装置の場合を参考として表している。図１２
のグラフから明らかなように、本実施例においては、ノ
ロの発生とは無関係に、溶湯温度が目標温度に精度よく
制御されている。

【００４７】これに対して、今回の温度制御が出湯制御
である場合には、ノロ発生率Ｓの時間的な推移が図１３
のグラフで表されると仮定し、かつ、溶湯重量Ｗの時間
的な推移が図１４のグラフで表されると仮定すれば、供
給電力量の時間的な推移は例えば図１５のグラフで表さ
れるものとして、溶湯温度θの時間的な推移は例えば図
１６のグラフで表されるものとしてそれぞれ取得される
ことになる。それら図１５および図１６における破線の
グラフも、ノロの発生を考慮せずに供給電力量を決定す
る従来装置の場合を参考として表している。図１６のグ
ラフから明らかなように、本実施例においては、ノロの
発生とは無関係に、溶湯温度が目標温度に精度よく制御
されている。

【００４８】以上の説明から明らかなように、本実施例
においては、カメラ４０および画像処理装置４２が溶湯
表面上方存在物状態検出手段を構成し、温度計３２，入
力手段７４およびコントローラ５２が供給電力量決定手
段を構成しているのである。

【００４９】以上詳記した実施例においては、主電力量
についてそれの補正量がノロ発生率Ｓに基づいて算出さ
れることによって温度制御精度が向上させられていた
が、主電力量を算出するのに用いられる中間的なパラメ
ータについてそれの補正量をノロ発生率Ｓに基づいて算
出することによって温度制御精度を向上させるようにす
ることができる。

【００５０】以下、その実施例を図面に基づいて説明す
るが、出湯制御のための供給電力量を、前記昇温制御に
おける第２の手法と同様の手法を用いて溶湯温度を時々
刻々推定することによって決定する形式の実施例を代表
的に説明する。なお、本実施例は先の実施例と共通する
部分が多いため、その部分については同一の符号を付す
ることによって文章による説明を省略する。

【００５１】溶解炉１０は図示しないレールに沿って搬
送されるようになっており、そのレールの上方にはそれ
に沿って複数の鋳型が一列に並んで固定的に配置されて
いる。図１７にはそれら鋳型の一つを１００として示
す。この鋳型１００には図示しないキャビティに連通し
た円筒状の湯口１０２が形成されている。湯口１０２は
鋳型１００から真下に向かって延び出させられており、
溶解炉１０がその鋳型１００の真下に位置決めされれ
ば、鋳型１００が降下させられて湯口１０２が溶解炉１
０の炉蓋２２の投入穴１０４を経て溶湯内に投入され
る。湯口１０２が溶湯内に投入されれば、その溶湯が差
圧により湯口１０２を経てキャビティ内に吸引される出
湯が行われる。この出湯は普通、溶解炉１０内の同じ溶
湯に対して複数回連続して行われる。

【００５２】一方、コントローラ１１０は、溶解炉１０
内の溶湯の持つ熱量の、一定小時間Δｔ当たりの変化分
が、(a) 溶解炉１０の加熱コイルから溶湯に加えられる
熱量Ｑp の、一定小時間Δｔ当たりの変化分ｄＱp と、
(b) 溶解炉１０の壁を経て熱通過によって損失する熱量
Ｑc の、一定小時間Δｔ当たりの変化分ｄＱc と、(c)
湯口１０２の溶湯内への投入によって損失する（湯口４
４に奪われる）熱量Ｑs の、一定小時間Δｔ当たりの変
化分ｄＱs と、(d) 溶湯の熱が輻射によってるつぼ１２
の内壁面に放出されることによって損失する熱量Ｑv
の、一定小時間Δｔ当たりの変化分ｄＱv との和に等し
いという事実に基づき、各時刻ｔにおける溶湯の推定温
度θの変化分ｄθを算出し、その変化分ｄθと前回の推
定温度θ′との和を今回の推定温度θとして算出し、そ
の今回の推定温度θに基づいて電力量を算出する。な
お、この第２の手法は前記特願平２−３０４６１８号明
細書に詳細に記載されている。すなわち、この手法は、
初期温度θ₀ と次式とを用いて各時刻ｔにおける溶湯温
度θを推定して供給電力量を算出するものなのである。

【００５３】 Ｃ・Ｗ・ｄ（θ−θa ）＝ｄＱp −ｄＱc −ｄＱs −ｄＱv ただし、 Ｃ：溶湯比熱 Ｗ：溶湯重量 θ：時刻ｔにおける溶湯温度θ θa ：時刻ｔにおける外気温度 ｄ（θ−θa ）：溶湯温度θの、一定小時間Δｔ当たり
の変化分

【００５４】なお、ｄＱp ，ｄＱc ，ｄＱs およびｄＱ
vはそれぞれ次式で定義される。 ｄＱp ＝Ｐ₀ ＋ΔＰ・η ｄＱc ＝ＫＡ・〔θ−θa 〕 ｄＱs ＝Ｃ・Ｗ・〔θ₀ −θm 〕・〔１−exp （１−ｔ／τ）〕 ｄＱv ＝Ｂ・Ｒ・ΔＡw ・〔〔θ＋２７３〕⁴ −〔θw ＋２７３〕⁴ 〕

【００５５】ただし、 Ｐ₀ ：初期電力量 ΔＰ：供給電力量の、一定小時間Δｔ当たりの変化分 η：溶解炉１０の電気効率 ＫＡ：溶解炉１０の伝熱面に係る熱損失係数（＝Ｐ₀ ／
〔θ−θa〕） θm ：湯口１０２と溶湯との平均混合温度 Ｂ：ステファンボルツマン定数 Ｒ：輻射パラメータ ΔＡw ：各回の出湯によって新たに露出するるつぼ１２
の内壁面の面積 θw ：るつぼ内壁面の温度

【００５６】なお、電気効率ηは実験的に取得された定
数である。

【００５７】また、輻射パラメータＲは次式で定義され
る。 Ｒ＝ａ・ln（π・Ｄ² ／ΔＡw ）＋ｂ ただし、 ａ：定数 ｂ：変数 Ｄ：るつぼ１２の半径 ΔＡw ：各回の出湯によってるつぼ１２の内壁面の露出
面積が増加する量

【００５８】本出願人の研究により、この式においてａ
の値はノロの有無によって変化しないのに対し、ｂの値
はノロの有無によって変化することが確認された。ｂと
溶湯重量Ｗとの間の関係の一例を図１８にグラフで表
す。そのため、ａは予め実験的に取得された定数、ｂは
変数とされている。そして、この変数ｂについてはそれ
の初期値ｂ₀ が予め実験的に取得されるが、各時刻ｔに
おける変数ｂの値は例えば次のようにして取得される。
すなわち、推定ノロ発生率Ｓの現在値とそれの変化分Δ
Ｓと溶湯重量Ｗとからファジィ推論により変数ｂの変化
分Δｂが取得され、変数ｂの前回値とその変化分Δｂと
の和が変数ｂの今回値として取得されるのである。

【００５９】したがって、本実施例においては、ノロ発
生率Ｓの時間的な推移が例えば図１９のグラフで表され
ると仮定し、かつ、溶湯重量Ｗの時間的な推移が例えば
図２０のグラフで表されると仮定すれば、供給電力量の
時間的な推移は例えば図２１のグラフで表されるものと
して、溶湯温度θの時間的な推移が例えば図２２のグラ
フで表されるものとしてそれぞれ取得されることにな
る。それら図２１および図２２における破線のグラフ
は、ノロ発生を考慮せずに供給電力量を決定する従来装
置の場合を参考として表している。図２２のグラフから
明らかなように、本実施例においては、ノロの発生とは
無関係に、溶湯温度が目標温度に精度よく制御されてい
る。

【００６０】以上の説明から明らかなように、本実施例
においては、カメラ４０および画像処理装置４２が溶湯
表面上方存在物状態検出手段を構成し、温度計３２，入
力手段７４およびコントローラ１１０が供給電力量決定
手段を構成しているのである。

【００６１】なお付言すれば、以上説明した実施例にお
いてはいずれも、ノロ発生率Ｓの時間的な推移（一連の
温度制御中におけるノロ発生率Ｓの推移の一般的な傾
向）を正確に把握することができるから、ノロ取り工程
を計画するに当たり、無駄なノロ取りが省略できてノロ
取りの回数が削減でき、さらにノロ取りのタイミングを
比較的自由に決定することが可能となる。

【００６２】ノロ発生率Ｓと溶湯温度θとの間には一定
の関係があり、溶湯温度θが高すぎても低すぎてもノロ
発生率Ｓが増加する。そのため、上述の実施例のよう
に、ノロ発生率Ｓを逐次精度よく推定できれば、ノロ発
生率Ｓに応じてそれが大きくならないように温度制御を
行うことが可能となる。

【００６３】また、上述の実施例においてはいずれも、
ノロ発生率Ｓを比較的短いサンプリング時間が経過する
ごとに取得するようになっていたが、例えば、炉蓋２２
に観察窓を設けることなく、炉蓋２２が開かれるときに
限ってノロ発生率Ｓを取得し、それ以後のノロ発生率Ｓ
についてはそのときまでに取得されたノロ発生率Ｓや過
去のデータを用いて統計的に予測するようにしてもよ
い。

【００６４】また、上述の実施例においてはいずれも、
ノロ発生率Ｓが作業者の介入を必要とすることなく自動
的にコントローラ５２，１１０に入力されるようになっ
ていたが、例えば、作業者が勘と経験とを頼りにして取
得したノロ発生率Ｓを前記入力手段７４を介してマニュ
アル方式で入力してもよい。

【００６５】以上、請求項１および２の発明に共通のい
くつかの実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、こ
れらの他にも、特許請求の範囲を逸脱することなく、当
業者の知識に基づいて種々の変形，改良を施した態様で
本発明を実施することができるのはもちろんである。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１および２の発明に共通の一実施例であ
る温度制御装置の構成を概念的に示す図である。

【図２】上記温度制御装置が用いる重み係数Ｋ（Ａi ）
を説明するためのグラフである。

【図３】上記温度制御装置における電力量算出の様子を
説明するためのフローチャートである。

【図４】上記温度制御装置における溶湯重量と主電力量
との間の関係を説明するためのグラフである。

【図５】ノロ発生率の時間的な推移を説明するためのグ
ラフである。

【図６】上記温度制御装置においてファジィ推論によっ
て主電力量Ｐの補正量ΔＰが取得される様子を説明する
ためのグラフである。

【図７】上記温度制御装置においてファジィ推論によっ
て主電力量Ｐの補正量ΔＰが取得される様子を説明する
ためのグラフである。

【図８】上記温度制御装置において、昇温制御が行われ
る場合のノロ発生率の時間的な推移の一例を示すグラフ
である。

【図９】上記温度制御装置において、図８のノロ発生率
推移の下で、第１の手法を用いて昇温制御が行われる場
合の供給電力量の時間的な推移の一例を示すグラフであ
る。

【図１０】上記温度制御装置において、図８のノロ発生
率推移の下で、第１の手法を用いて昇温制御が行われる
場合の溶湯温度の時間的な推移の一例を示すグラフであ
る。

【図１１】上記温度制御装置において、図８のノロ発生
率推移の下で、第２の手法を用いて昇温制御が行われる
場合の供給電力量の時間的な推移の一例を示すグラフで
ある。

【図１２】上記温度制御装置において、図８のノロ発生
率推移の下で、第２の手法を用いて昇温制御が行われる
場合の溶湯温度の時間的な推移の一例を示すグラフであ
る。

【図１３】上記温度制御装置において、出湯制御が行わ
れる場合のノロ発生率の時間的な推移の一例を示すグラ
フである。

【図１４】上記温度制御装置において、出湯制御が行わ
れる場合の溶湯重量の時間的な推移の一例を示すグラフ
である。

【図１５】上記温度制御装置において、図１３のノロ発
生率推移および図１４の溶湯重量推移の下で、昇温制御
が行われる場合の供給電力量の時間的な推移の一例を示
すグラフである。

【図１６】上記温度制御装置において、図１３のノロ発
生率推移および図１４の溶湯重量推移の下で、昇温制御
が行われる場合の溶湯温度の時間的な推移の一例を示す
グラフである。

【図１７】請求項１および２の発明に共通の別の実施例
である温度制御装置の構成を概念的に示す図である。

【図１８】上記温度制御装置が用いる変数ｂと溶湯重量
との間の関係を説明するためのグラフである。

【図１９】上記温度制御装置において、出湯制御が行わ
れる場合のノロ発生率の時間的な推移の一例を示すグラ
フである。

【図２０】上記温度制御装置において、出湯制御が行わ
れる場合の溶湯重量の時間的な推移の一例を示すグラフ
である。

【図２１】上記温度制御装置において、図１９のノロ発
生率推移および図２０の溶湯重量推移の下で、出湯制御
が行われる場合の供給電力量の時間的な推移の一例を示
すグラフである。

【図２２】上記温度制御装置において、図１９のノロ発
生率推移および図２０の溶湯重量推移の下で、出湯制御
が行われる場合の溶湯温度の時間的な推移の一例を示す
グラフである。

【符号の説明】

１０ 溶解炉 ３０ 熱電対 ３２ 温度計 ４０ カメラ ４２ 画像処理装置 ５２，１１０ コントローラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 勝仁 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41 番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 大嶋 満寿治 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41 番地の１株式会社豊田中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭57−109290（ＪＰ，Ａ) 特公 昭52−39366（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭61−2268（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H05B 6/06 391 F27B 14/06 F27D 19/00 H05B 6/24

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶解炉内の溶湯の温度を制御するため
   に、その溶解炉への供給電力量を制御する温度制御装置
   であって、 少なくとも、前記溶解炉内の溶湯から発生してその溶湯
   の表面の上方に存在する溶湯表面上方存在物の状態とそ
   の溶湯の量とに基づき、溶湯温度の実際値が目標値とな
   るように溶解炉への供給電力量を決定することを特徴と
   する電気式溶解炉のための温度制御装置。
2. 【請求項２】 溶解炉内の溶湯の温度を制御するため
   に、その溶解炉への供給電力量を制御する温度制御装置
   であって、 前記溶解炉内の溶湯から発生してその溶湯の表面の上方
   に存在する溶湯表面上方存在物の状態を検出する溶湯表
   面上方存在物状態検出手段と、 少なくとも、その溶湯表面上方存在物状態検出手段によ
   り検出された溶湯表面上方存在物の状態と前記溶解炉の
   溶湯量とに基づき、溶湯温度の実際値が目標値となるよ
   うに溶解炉への供給電力量を決定する供給電力量決定手
   段とを含むことを特徴とする電気式溶解炉のための温度
   制御装置。