JP6231950B2

JP6231950B2 - 黒鉛電極先端の高さ制御装置及び方法

Info

Publication number: JP6231950B2
Application number: JP2014134454A
Authority: JP
Inventors: 修至脇田; 佐藤　孔司; 孔司佐藤
Original assignee: Nippon Steel and Sumikin Engineering Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Engineering Co Ltd
Priority date: 2014-06-30
Filing date: 2014-06-30
Publication date: 2017-11-15
Anticipated expiration: 2034-06-30
Also published as: JP2016012511A

Description

本発明は、黒鉛電極先端の高さ制御装置及び方法に関するものであり、特に、固体金属あるいは溶融金属の上部にトーチを設置し、トーチと金属の間に発生したプラズマアークによって、その金属を溶融あるいは加熱する装置において、トーチに用いる黒鉛電極の先端の高さを制御する技術に関する。

従来、電気炉等におけるスクラップ等の金属溶融用のトーチには、１〜３本の黒鉛電極を有する黒鉛トーチを用い、トーチ先端が溶損した場合には黒鉛上部にトーチを継ぎ足し、着火時は黒鉛電極の先端を金属に接触する方法を採用している。
また、連続鋳造設備におけるタンディッシュ内の溶鋼加熱用には、２本の金属電極を用いる直流ツイン式プラズマ加熱が多く、着火時は電極の先端を溶鋼金属に非接触としている（接触すると電極先端の溶損が発生するため）。

タンディッシュ内の溶鋼加熱用に、黒鉛トーチを用いる方式も考えられるが、黒鉛電極は非接触での着火が困難であること、溶損の発生が避けられないため、２本の黒鉛電極先端の高さに差が発生し、着火が不安定になり易い等の事情により実用化されていない。

黒鉛電極先端の高さを制御する方法としては、例えば、特許文献１（特許第２９１００５１号公報）に、炉の操業に伴う電極消耗予想量を見越した電極の継ぎ足しや掴み替えを行って、電極下端を所定の位置に保持しあるいは移動させる技術が記載されている（特に、第３図とその説明及び発明の効果の項を参照）。

しかし、特許文献１に記載されている黒鉛電極先端の高さを制御する方法を適用した場合、２本の黒鉛電極先端の高さを個別に制御して、高さの差をなくす必要があるため、装置や制御が複雑になるだけでなく、装置のいずれか一方に不具合が起こると使用不能になるという問題があった。
また、タンディッシュ内の溶鋼加熱用に利用する場合、タンディッシュの上部に溶鋼取鍋が配置されているためにスペースが限られており、２本の黒鉛電極を別々に制御できるように保持することが困難という問題もあった。

特許第２９１００５１号公報

本発明の課題は、上記の問題点を解決し、複数の黒鉛電極を１つの機構で移動可能に支持しつつ、黒鉛電極先端の高さの差がなくなるように調節可能な装置を提供すること、及びその装置によって複数本の黒鉛電極先端の高さの差がなくなるように調節する方法を提供することである。

請求項１に係る発明の黒鉛電極先端の高さ制御装置は、プラズマ加熱用の複数の黒鉛電極を、上方の基端部においてそれぞれ必要に応じて少なくとも上方に移動可能に保持するクランプ手段と、該クランプ手段を支持するとともに少なくとも昇降させることによって、前記複数の黒鉛電極を加熱位置とは異なる退避位置に移動させることができるトーチ支持手段と、前記退避位置の下方に、上面が水平な状態で位置させることができる基準台と、該基準台の上面又は基準台の上面から所定距離だけ上方に位置し、前記複数の黒鉛電極の有無をそれぞれ検出可能な複数の検出センサーと、前記複数の検出センサーからの信号に応じて、前記トーチ支持手段の昇降を制御する制御手段を備えており、前記クランプ手段は、保持している複数の黒鉛電極を必要に応じて解放可能であり、前記制御手段は、前記複数の検出センサーからの信号に応じて、前記クランプ手段の黒鉛電極保持動作及び解放動作、並びに前記トーチ支持手段の昇降を制御することを特徴とする。

請求項２に係る発明の黒鉛電極先端の高さ制御装置は、請求項１に記載の黒鉛電極先端の高さ制御装置において、前記退避位置は、前記加熱位置の上方であるとともに、前記基準台を前記退避位置の下方に移動させる基準台移動手段をさらに備えていることを特徴とする。

請求項３に係る発明の黒鉛電極先端の高さ制御装置は、請求項１に記載の黒鉛電極先端の高さ制御装置において、前記トーチ支持手段は、前記クランプ手段を昇降及び水平方向に移動させることができ、前記退避位置は、前記加熱位置から水平方向にずれた位置であることを特徴とする。

請求項４に係る発明の黒鉛電極先端の高さ制御方法は、請求項１〜３のいずれかに記載の装置による黒鉛電極先端の高さ制御方法であって、前記トーチ支持手段を下降させることによって、前記複数の黒鉛電極を前記退避位置から前記基準台に向けて下方に移動させ、前記複数の黒鉛電極のうちいずれか一つが前記基準台の上面に有ることを検出した時に前記トーチ支持手段の移動を停止させるとともに前記複数の黒鉛電極を解放させ、前記複数の黒鉛電極が全て前記基準台の上面に有ることを検出した後に前記クランプ手段により前記複数の黒鉛電極を保持させることを特徴とする。

請求項５に係る発明の黒鉛電極先端の高さ制御方法は、請求項１〜３のいずれかに記載の装置による黒鉛電極先端の高さ制御方法であって、前記トーチ支持手段を下降させることによって、前記複数の黒鉛電極を前記退避位置から前記基準台に向けて下方に移動させ、前記複数の黒鉛電極全部が前記基準台の上面から前記所定距離だけ上方の位置に有ることを検出した後に前記トーチ支持手段の移動を停止させるとともに前記複数の黒鉛電極を解放させ、その後前記クランプ手段により前記複数の黒鉛電極を保持させることを特徴とする。

請求項１に係る発明の黒鉛電極先端の高さ制御装置並びに請求項４及び５に係る発明の黒鉛電極先端の高さ制御方法によれば、複数の黒鉛電極を１つのトーチ支持手段で昇降可能に保持しているにもかかわらず、基準台の上面又は基準台の上面から所定距離だけ上方に位置する複数の検出センサーからの複数の黒鉛電極の有無についての検出信号に応じて、トーチ支持手段の昇降並びにクランプ手段の黒鉛電極解放動作及び保持動作を制御するだけで、黒鉛電極先端の高さの差がなくなるように調節することができる。

請求項２に係る発明の黒鉛電極先端の高さ制御装置によれば、請求項１に係る発明による効果に加えて、退避位置が加熱位置の上方であるとともに、基準台を退避位置の下方に移動させる基準台移動手段をさらに備えているので、トーチ支持手段を上方に移動させるだけで複数の黒鉛電極を退避位置に位置させ、かつ、複数の黒鉛電極を退避位置に位置させた後に基準台を退避位置の下方に位置させることができる。

請求項３に係る発明の黒鉛電極先端の高さ制御装置によれば、請求項１に係る発明による効果に加えて、トーチ支持手段は昇降及び水平方向に移動させることができ、退避位置は加熱位置から水平方向にずれた位置であるので、トーチ支持手段を上昇させ水平方向に移動させるだけで複数の黒鉛電極を退避位置に位置させることができる。

新品の黒鉛電極先端をタンディッシュ内部に位置させた状態を示す図。溶損した黒鉛電極を退避位置に移動させた状態を示す図。

以下、実施例によって本発明の実施形態を説明する。

図１に示すように、取鍋１から溶融金属２を受け入れ、鋳型３に流し込んで鋳造を行うタンディッシュ４には、溶融金属２を加熱するために２本の黒鉛電極（陽極側の黒鉛電極５と陰極側の黒鉛電極６）を上方から挿入できるようになっている。
黒鉛電極５、６は、それぞれ上方の基端部がクランプ手段７、８によって保持されるとともに、必要に応じて解放されてクランプ手段７、８に対して上下方向に移動できるようになっている。
なお、図１に示す黒鉛電極５、６は新品である。

２本の黒鉛電極５、６を移動可能に支持する機構として、昇降及び旋回可能な鉛直軸９と、鉛直軸９の上端から水平に伸びる水平軸１０と、水平軸１０の先端部に固定されている支持台１１からなるトーチ支持手段１２が設けられており、クランプ手段７、８は支持台１１の上に固定されている。
そのため、クランプ手段７、８は鉛直軸９の昇降に伴って昇降し、黒鉛電極５、６を保持した状態で上下方向に移動でき、また、鉛直軸９の旋回に伴って旋回し、黒鉛電極５、６を保持した状態で水平方向に移動できる。
鉛直軸９は、図示しない駆動装置によって水平方向に回転する円盤１３の上面に設けた円筒体１４に上下方向のみに摺動可能となるように収容されており、鉛直軸９の下端部と円盤１３の上面中央との間には伸縮するロッド１５を有する昇降シリンダ１６が設けてある。
そして、鉛直軸９はロッド１５が伸びることで上昇、縮むことで下降し、また、円盤１３が回転することで、同じ方向に回転する。

図２は、鉛直軸９を上昇させて黒鉛電極５、６をタンディッシュ４から引き抜き、鉛直軸９を１８０度回転させて黒鉛電極５、６を退避位置に移動させた後に、下降させた状態を示す図である。
退避位置の下方には上面が水平な基準台１７が設けてあり、基準台１７の上面から△ｓだけ上方には、黒鉛電極５、６の有無をそれぞれ検出可能な２つの検出センサー１８、１９が設けられている。
そして、２つの検出センサー１８、１９からの信号に応じて、鉛直軸９の昇降、すなわち、クランプ手段７、８の黒鉛電極保持動作及び解放動作、並びに前記トーチ支持手段１２の昇降を制御する制御手段（図示せず）が備えてある。
なお、制御手段は操作に応じてクランプ手段７、８の黒鉛電極保持動作及び解放動作、並びに前記トーチ支持手段１２の昇降及び旋回を制御することもできるようになっている。

次に、実施例の黒鉛電極先端の高さ制御装置によって黒鉛電極先端の高さの差がなくなるように調節するための制御方法について説明する。
（１）トーチ支持手段１２を上昇させ黒鉛電極５、６をタンディッシュ４から引き抜く。
（２）トーチ支持手段１２を１８０度旋回させ黒鉛電極５、６を退避位置に移動する。
（３）トーチ支持手段１２を下降させ検出センサー１８、１９によって黒鉛電極５、６の有無をそれぞれ検出する。
（４）黒鉛電極５、６が有ることをそれぞれ初めて検出した時点におけるトーチ支持手段１２の下降距離に基づいて、黒鉛電極５、６の先端損耗長さ△ｂ、△ｃを算出する。
（５）算出した△ｂ、△ｃのうち、小さい方の黒鉛電極（図２においては黒鉛電極６）が初めて検出された時点、すなわち、いずれかの検出センサー１８、１９が黒鉛電極５又は６有りと検出した時点から、△ｓ−△ａの長さだけトーチ支持手段１２を下降させた後に停止させる。
ここで、△ａは基準台１７の上面と基準面との高さの差であり、トーチ支持手段１２の高さを基準位置としたときに、新品の黒鉛電極５、６の先端が基準面の高さに一致するようになっている。
（６）クランプ手段７、８を解放し黒鉛電極５、６の先端を基準台１７の上面に下ろす。
（７）トーチ支持手段１２を△ａ＋（△ｂ−△ｃ）だけ下降させる。
（８）クランプ手段７、８で黒鉛電極５、６の基端部を保持する。

実施例の変形例を列記する。
（１）実施例においては、トーチ支持手段１２を昇降及び旋回可能なものとしたが、水平軸１０を伸縮可能なものとして、支持台１１を水平方向に直線的に移動可能なものとしても良い。
（２）実施例においては、トーチ支持手段１２を昇降及び旋回可能なものとしたが、昇降のみ可能なものとしても良い。
その場合、基準台１７はトーチ支持手段１２を上昇させて黒鉛電極５、６を退避位置に移動した後、退避位置の下方に水平移動又は回転移動した後に固定できるようにする。
（３）実施例においては、クランプ手段７、８は、黒鉛電極５、６の基端部を保持するとともに、必要に応じて解放することができるようになっていたが、保持体を一方向だけに摺動できるように保持する手段を用いて、クランプ手段７、８に対して、黒鉛電極５、６が上方には移動できるが、下方には移動できないようにして保持するようにしても良い。
そうした場合、算出した△ｂ、△ｃのうち、大きい方の黒鉛電極（図２においては黒鉛電極５）が初めて検出された時点から、△ｓの長さだけトーチ支持手段１２を下降させて停止させれば、算出した△ｂ、△ｃのうち、小さい方の黒鉛電極（図２においては黒鉛電極６）は基準台１７に突き当たって上方に押され△ｂ−△ｃだけ押し上げられた状態で保持されることとなって、黒鉛電極５、６の先端の高さが揃う。
（４）実施例においては、基準台１７の上面から△ｓだけ上方に、黒鉛電極５、６の有無をそれぞれ検出可能な２つの検出センサー１８、１９が設けられているが、基準台１７の上面に黒鉛電極５、６の有無をそれぞれ検出可能な２つの検出センサーを設けても良い。
その場合、先に基準台１７の上面に黒鉛電極先端が到達した時点（図２においては黒鉛電極６の先端が基準台１７の上面に到達した時点）で、トーチ支持手段１２の下降を停止し、クランプ手段７、８を解放し、黒鉛電極５の先端を基準台１７の上面に下ろし、クランプ手段７、８で黒鉛電極５、６の基端部を保持するようにすれば良い。
さらに、上記変形例（３）のクランプ手段を用いた場合には、基準台１７の上面に両方の黒鉛電極先端が到達した時点（図２においては黒鉛電極５の先端が基準台１７の上面に到達した時点）で、トーチ支持手段１２の下降を停止すれば良い。
（５）実施例においては、先端損耗量を算出したが、先端損耗量を算出しなくても、トーチ支持手段１２の昇降及びクランプ手段の解放動作や保持動作は制御可能である。
例えば、いずれかの検出センサー１８、１９が黒鉛電極５又は６有りと検出した時点から△ｓ−△ａの長さだけトーチ支持手段１２を下降させた時にクランプ手段７、８を解放し、両方の検出センサー１８、１９が黒鉛電極５及び６有りと検出した時点から△ｓの長さだけトーチ支持手段１２を下降させた時に停止させれば良い。
（６）実施例においては、算出した先端損耗量を他の目的には用いていなかったが、算出した先端損耗量を累積することで黒鉛電極の取替え時期を判定するようにしても良い。
（７）実施例においては、黒鉛電極は２本であったが、３本以上の黒鉛電極を有している場合でも、この発明は適用可能である。

１取鍋２溶融金属３鋳型４タンディッシュ
５、６黒鉛電極７、８クランプ手段９鉛直軸
１０水平軸１１支持台１２トーチ支持手段
１３円盤１４円筒体１５ロッド
１６昇降シリンダ１７基準台１８、１９検出センサー

Claims

プラズマ加熱用の複数の黒鉛電極を、上方の基端部においてそれぞれ必要に応じて少なくとも上方に移動可能に保持するクランプ手段と、
該クランプ手段を支持するとともに少なくとも昇降させることによって、前記複数の黒鉛電極を加熱位置とは異なる退避位置に移動させることができるトーチ支持手段と、
前記退避位置の下方に、上面が水平な状態で位置させることができる基準台と、
該基準台の上面又は基準台の上面から所定距離だけ上方に位置し、前記複数の黒鉛電極の有無をそれぞれ検出可能な複数の検出センサーと、
前記複数の検出センサーからの信号に応じて、前記トーチ支持手段の昇降を制御する制御手段を備えており、
前記クランプ手段は、保持している複数の黒鉛電極を必要に応じて解放可能であり、
前記制御手段は、前記複数の検出センサーからの信号に応じて、前記クランプ手段の黒鉛電極保持動作及び解放動作、並びに前記トーチ支持手段の昇降を制御する
ことを特徴とする黒鉛電極先端の高さ制御装置。
前記退避位置は、前記加熱位置の上方であるとともに、
前記基準台を前記退避位置の下方に移動させる基準台移動手段をさらに備えている
ことを特徴とする請求項１に記載の黒鉛電極先端の高さ制御装置。
前記トーチ支持手段は、昇降及び水平方向に移動させることができ、
前記退避位置は、前記加熱位置から水平方向にずれた位置である
ことを特徴とする請求項１に記載の黒鉛電極先端の高さ制御装置。
請求項１〜３のいずれかに記載の装置による黒鉛電極先端の高さ制御方法であって、
前記トーチ支持手段を下降させることによって、前記複数の黒鉛電極を前記退避位置から前記基準台に向けて下方に移動させ、
前記複数の黒鉛電極のうちいずれか一つが前記基準台の上面に有ることを検出した時に前記トーチ支持手段の移動を停止させるとともに前記複数の黒鉛電極を解放させ、
前記複数の黒鉛電極が全て前記基準台の上面に有ることを検出した後に前記クランプ手段により前記複数の黒鉛電極を保持させる
ことを特徴とする黒鉛電極先端の高さ制御方法。
請求項１〜３のいずれかに記載の装置による黒鉛電極先端の高さ制御方法であって、
前記トーチ支持手段を下降させることによって、前記複数の黒鉛電極を前記退避位置から前記基準台に向けて下方に移動させ、
前記複数の黒鉛電極のいずれかが前記基準台の上面から前記所定距離だけ上方の位置に有ることを検出した後に前記トーチ支持手段の移動を停止させるとともに前記複数の黒鉛電極を解放させ、
その後前記クランプ手段により前記複数の黒鉛電極を保持させる
ことを特徴とする黒鉛電極先端の高さ制御方法。