JP7244196B2 - Arc furnace electrode lifting device - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、電極位置を一定インピーダンス制御により制御するアーク炉電極昇降装置に関する。 An embodiment of the present invention relates to an arc furnace electrode lifting device that controls electrode position by constant impedance control.
交流アーク炉は、炉内で3本の電極をそれぞれ昇降させることにより、電極と炉体に装入された鉄等のスクラップとの間でアーク放電を発生させ、そのアーク熱によってスクラップを溶解する。 An AC arc furnace raises and lowers three electrodes in the furnace to generate arc discharge between the electrodes and scrap such as iron charged into the furnace body, and the scrap is melted by the arc heat. .
溶解効率を最適とするため、アーク炉電極昇降装置は、電流信号および電圧信号をディジタルコントローラに取込み、電極とスクラップの間のインピーダンスを演算し、インピーダンス一定制御により電極の昇降制御を行う。そのため、インピーダンスを演算する電流信号および電圧信号の測定値の精度がアーク炉電極昇降装置の電極制御性能を左右する。 In order to optimize the melting efficiency, the electric arc furnace electrode elevating device receives current and voltage signals into a digital controller, calculates the impedance between the electrode and the scrap, and controls the elevating of the electrode by constant impedance control. Therefore, the accuracy of the measured values of the current signal and the voltage signal for calculating the impedance affects the electrode control performance of the arc furnace electrode lifting device.
実施形態は、電極制御性能を向上させたアーク炉電極昇降装置を提供する。 Embodiments provide an arc furnace electrode lifting device with improved electrode control performance.
実施形態に係るアーク炉電極昇降装置は、炉用変圧器の二次側に接続された電極とスクラップとの間の距離を、前記電極と前記スクラップとの間でアーク放電を生じているときのインピーダンスが一定になるように制御する。このアーク炉電極昇降装置は、前記電極と前記スクラップとの間の第1電圧を測定して前記炉用変圧器の二次側電圧を表すタップ位置信号にもとづいて係数を設定し、前記第1電圧に前記係数を乗じて第2電圧を出力する第1可変係数部と、前記第2電圧をディジタル信号に変換して第3電圧として出力する第1アナログディジタル変換器と、前記第3電圧を前記係数で除して第4電圧を出力する第2可変係数部と、前記電極と前記スクラップとの間に流れる電流を入力してディジタル信号に変換して第1電流として出力する第2アナログディジタル変換器と、前記第4電圧および前記第1電流にもとづいて、前記電極と前記スクラップとの間のインピーダンスが一定になるように速度指令値を生成する電極昇降主幹制御部と、を備える。前記第1可変係数部は、前記タップ位置信号が表す前記二次側電圧が低いほど、前記係数を大きく設定する。 The arc furnace electrode lifting device according to the embodiment adjusts the distance between the electrode connected to the secondary side of the furnace transformer and the scrap when arc discharge is generated between the electrode and the scrap. Control so that the impedance is constant. The arc furnace electrode lifting device measures a first voltage between the electrode and the scrap to set a coefficient based on a tap position signal representing the secondary side voltage of the furnace transformer, a first variable coefficient unit for multiplying a voltage by the coefficient and outputting a second voltage; a first analog-to-digital converter for converting the second voltage into a digital signal and outputting it as a third voltage; and the third voltage. is divided by the coefficient to output a fourth voltage, and a second analogue receives the current flowing between the electrode and the scrap, converts it into a digital signal, and outputs it as a first current. a digital converter; and an electrode elevation master controller that generates a speed command value based on the fourth voltage and the first current so that the impedance between the electrode and the scrap becomes constant. The first variable coefficient unit sets the coefficient larger as the secondary voltage represented by the tap position signal is lower.
本実施形態では、電極制御性能を向上させたアーク炉電極昇降装置が実現される。 In this embodiment, an arc furnace electrode lifting device with improved electrode control performance is realized.
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
Note that the drawings are schematic or conceptual, and the relationship between the thickness and width of each portion, the size ratio between portions, and the like are not necessarily the same as the actual ones. Also, even when the same parts are shown, the dimensions and ratios may be different depending on the drawing.
In addition, in the present specification and each figure, the same reference numerals are given to the same elements as those described above with respect to the previous figures, and detailed description thereof will be omitted as appropriate.
図1は、実施形態に係るアーク炉電極昇降装置を例示する模式的なブロック図である。
図1に示すように、実施形態のアーク炉電極昇降装置10は、第1可変係数部12と、第1アナログディジタル変換器14と、第2可変係数部16と、第2アナログディジタル変換器18と、電極昇降主幹制御部20と、を備える。
FIG. 1 is a schematic block diagram illustrating an arc furnace electrode lifting device according to an embodiment.
As shown in FIG. 1, the arc furnace
アーク炉電極昇降装置10は、固定された炉体3に対して電極2を昇降させて、電極2と炉体3に装入されたスクラップ4との距離を制御する。電極2には、炉用変圧器5から交流電源が供給されている。電極2は、炉用変圧器5の二次側に接続されており、炉用変圧器5の電圧タップにより設定される交流電圧が印加される。電極2は、炉体3およびスクラップ4の上方で適切な距離になるように上下に昇降する。
The arc furnace
アーク炉電極昇降装置10は、炉用変圧器5の二次側に設けられた変流器6および電極2と炉体3との間に設けられた計器用変圧器7に接続されている。変流器6は、電極2とスクラップ4との間にアーク放電を発生したときの電流Iを検出する。計器用変圧器7は、電極2とスクラップ4との間にアーク放電を発生したときの電極2とスクラップ4との間の電圧Vを検出する。
The arc furnace
アーク炉電極昇降装置10は、検出された電流Iおよび電圧Vを入力して、これらにもとづいて、アーク放電時のインピーダンスが一定になるように、速度指令値を生成して、駆動装置30に供給する。駆動装置30は、供給された速度指令値にしたがって、電動機40を駆動する。電動機40は、電極2の昇降メカニズム(図示せず)に作用して、電極2とスクラップ4との間の距離を調整する。
The arc furnace
炉用変圧器5の二次側には、タップ切替器50が設けられている。タップ切替器50は、タップ位置指令信号を入力し、タップ位置指令信号で設定された電圧を出力するように、炉用変圧器5の二次側のタップの接続を切り替える。また、タップ切替器50は、タップ位置指令信号によって設定されたタップの位置またはタップが出力する電圧に応じたタップ位置信号を出力する。
A
アーク炉電極昇降装置10は、タップ切替器50から出力されたタップ位置信号を入力する。後に詳述するが、アーク炉電極昇降装置10は、タップ位置信号にもとづいて、入力される電圧Vに係数を乗じて、アーク炉電極昇降装置10のダイナミックレンジを有効に利用できるようにする。なお、タップ位置指令信号は、たとえば操作盤に設けられた操作スイッチやジョグ等の設定に応じて生成され、タップ切替器50に供給される。アーク炉電極昇降装置10のオペレータは、スクラップ4の溶融状況を観察等しながら、適切なインピーダンスとなるように、操作スイッチ等を設定する。
The arc furnace
アーク炉電極昇降装置10の構成について詳細に説明する。
第1可変係数部12は、計器用変圧器7の出力に接続されており、計器用変圧器7によって測定された電圧Vのデータが入力される。第1可変係数部12には、タップ位置信号が入力される。第1可変係数部12は、タップ位置信号が表す電圧値にもとづいて設定される係数Kを、入力された電圧Vの値に乗じて出力する。
The configuration of the arc furnace
The first
第1アナログディジタル変換器(以下、第1A/D変換器ともいい、図中では単にA/D変換器と表記する)14は、第1可変係数部12の出力に接続されている。第1A/D変換器14は、入力されたアナログ値であるK×Vをディジタルデータに変換して出力する。
A first analog-to-digital converter (hereinafter also referred to as a first A/D converter, simply referred to as an A/D converter in the drawings) 14 is connected to the output of the first
第1可変係数部12に設定される係数Kは、タップ位置信号が表す電圧値にが低いほど大きい値に設定される。つまり、係数Kは、炉用変圧器5の二次側電圧が低いほど大きい値に設定される。後に詳述するように、炉用変圧器5の二次側電圧は、タップ位置指令信号によって適切な値に設定されるが、電極2とスクラップ4間のインピーダンス制御に応じて、1つのタップ位置に設定されていても、ある範囲で変動し得る。二次側電圧が高いほど電圧の変動範囲は広くなる。そのため、二次側電圧を高くするように係数Kを設定することによって、第1可変係数部12は、第1A/D変換器14の広い入力ダイナミックレンジを活用することができる。
The coefficient K set in the first
第2可変係数部16は、第1A/D変換器14の出力に接続されている。第2可変係数部16では、第1可変係数部12に設定された係数Kの逆数1/Kが設定される。第2可変係数部16の出力は、電極昇降主幹制御部20に接続されている。
The second
第2アナログディジタル変換器(以下、第2A/D変換器ともいい、図中では単にA/D変換器と表記する)18は、変流器6の出力に接続されており、変流器6によって測定された電流Iのデータが入力される。第2A/D変換器18の出力は、電極昇降主幹制御部20に接続されている。
A second analog-to-digital converter (hereinafter also referred to as a second A/D converter, simply referred to as an A/D converter in the drawings) 18 is connected to the output of the current transformer 6, and the current transformer 6 The data of the current I measured by is input. The output of the second A/
電極昇降主幹制御部20は、測定電圧のディジタルデータおよび測定電流のディジタルデータを入力して、これらにもとづくインピーダンスを計算し、インピーダンスが一定になるように速度指令値を生成して、駆動装置30に供給する。
The electrode elevation
図2は、実施形態に係るアーク炉電極昇降装置の一部を例示する模式的なブロック図である。
図2には、炉用変圧器5の回路構成がより詳細に示されている。すなわち、炉用変圧器5は、一次巻線を有しており、端子P1,P2によって外部の回路に接続される。炉用変圧器5の二次巻線は、端子S1,S2によって外部の回路に接続される。たとえば、端子S1には電極2が接続される。炉用変圧器5に二次巻線は、この例では、2つの絶縁された巻線を含んでおり、それぞれの巻線に複数のタップが設けられている。一方の巻線の各タップには、端子T1~T6、他方の巻線のタップには、端子T7~T12が設けられている。
FIG. 2 is a schematic block diagram illustrating a part of the arc furnace electrode lifting device according to the embodiment.
FIG. 2 shows the circuit configuration of the
炉用変圧器5の二次巻線の各タップT1~T12を介して、タップ切替器50が接続されている。タップ切替器50は、たとえば回転式の接続子を有する無電圧タップ切替器であり、タップ位置指令信号に応じて、接続子の位置が設定される。たとえば、タップ位置指令信号の設定がタップ位置Aとされた場合には、端子T1,T12を接続する位置に接続子が設定される。この場合には、炉用変圧器5の二次側電圧は、もっとも低くなる。タップ位置指令信号の設定がタップ位置Xである場合には、端子T6,T7を接続する位置に接続子が設定される。この場合には、炉用変圧器5の二次側電圧は、もっとも高くなる。
A
第1可変係数部12は、タップ切替器50から出力されるタップ位置信号を入力する。この例では、係数Kは、二次側電圧が最高電圧に設定される場合の基準電圧を、タップ位置信号によって表された二次側電圧の基準電圧で除した値に設定される。このようにして、二次側電圧が低いほど係数Kを大きくすることができる。なお、基準電圧とは、タップ位置が設定され接続されたときに炉用変圧器5の二次側に出力される定格電圧である。実際の炉用変圧器5の二次側電圧は、基準電圧に対して所定の誤差を含んで出力される。所定の誤差は、炉用変圧器に応じて設定されており、たとえば、±100%等である。
The first
たとえば、上述の例では、係数Kは、タップ位置Aの場合には、端子T6,T7を接続したときの二次側電圧の基準電圧を、端子T1,T12を接続したときの二次側電圧の基準電圧で除した値に設定される。タップ位置Xの場合には、端子T1,T12を接続したときの二次側電圧の基準電圧を、端子T1,T12を接続したときの二次側電圧の基準電圧で除した値に設定される。 For example, in the above example, the coefficient K is the reference voltage of the secondary side voltage when the terminals T6 and T7 are connected in the case of the tap position A, and the secondary side voltage when the terminals T1 and T12 are connected. is set to a value divided by the reference voltage of In the case of the tap position X, the value is set by dividing the reference voltage of the secondary side voltage when the terminals T1 and T12 are connected by the reference voltage of the secondary side voltage when the terminals T1 and T12 are connected. .
第1可変係数部12は、たとえば演算増幅器を用いた非反転増幅回路を含んでいる。たとえば、第1可変係数部12は、1つの演算増幅器を含んでいる。1つの演算増幅器は、複数の増幅率を設定できるように複数の抵抗器が設けられており、タップ位置信号によって適切な抵抗器を選択することによって、増幅率を設定できるようにしてもよい。あるいは、第1可変係数部12は、複数の演算増幅器を含んでもよく、各演算増幅器は、タップ位置信号に応じた増幅率に設定され、タップ位置信号によって、適切な増幅率を有する演算増幅器が選択されるようにしてもよい。
The first
実施形態のアーク炉電極昇降装置10の動作について説明する。
図3は、実施形態のアーク炉電極昇降装置の動作を説明するための概念図である。
図3には、第1A/D変換器14に入力されるアナログデータと第1A/D変換器14から出力されるディジタルデータとの関係が示されている。横軸は、入力されるアナログデータであり、縦軸が出力されるディジタルデータである。
図3に示すように、入力されるアナログデータの大きさが小さい場合には、基準電圧に対する変動幅も狭くなる。入力されるアナログデータの大きさが大きい場合には、基準電圧に対する変動幅も広くなる。
The operation of the arc furnace
FIG. 3 is a conceptual diagram for explaining the operation of the arc furnace electrode lifting device of the embodiment.
FIG. 3 shows the relationship between analog data input to the first A/
As shown in FIG. 3, when the magnitude of the input analog data is small, the width of variation with respect to the reference voltage is also narrow. When the magnitude of the analog data to be input is large, the range of variation with respect to the reference voltage is also widened.
たとえば、図3の“低電圧タップの基準電圧”は、上述の例のタップ位置Aの場合である。また、“高電圧タップの基準電圧”は、上述の例のタップ位置Xの場合である。 For example, "Low Voltage Tap Reference Voltage" in FIG. 3 is for tap position A in the example above. Also, the "reference voltage of the high voltage tap" is the case of the tap position X in the above example.
タップ位置Aの場合の基準電圧とタップ位置Xの場合の基準電圧との比が、たとえば1:2の場合には、タップ位置Xの場合の電圧変動範囲Xmin~Xmax(図では-100%~+100%と表記)は、2×Amin~2×Amaxとなる。つまり、タップ位置Aの場合に、K=2と設定することによって、第1A/D変換器14の入力ダイナミックレンジを2倍程度に拡大して利用することができる。
If the ratio of the reference voltage at the tap position A to the reference voltage at the tap position X is, for example, 1:2, the voltage fluctuation range at the tap position X is Xmin to Xmax (-100% to +100%) is 2×Amin to 2×Amax. That is, in the case of the tap position A, by setting K=2, the input dynamic range of the first A/
このように、実施形態のアーク炉電極昇降装置10では、炉用変圧器5の二次側電圧が低い設定であっても、第1可変係数部12によって、第1A/D変換器14の入力ダイナミックレンジを広く利用することができる。なお、第1可変係数部12によってK倍された電圧データは、第1A/D変換器14の出力に接続された第2可変係数部16によって1/K倍されて、もとの電圧データをディジタル値として取得することができる。
As described above, in the arc furnace
係数Kの設定について、上述に限らず、適切なものを任意に設定することができる。たとえば、A/D変換器の特性を考慮して、入力範囲を設定するようにしてもよい。 The setting of the coefficient K is not limited to the above, and can be arbitrarily set appropriately. For example, the input range may be set in consideration of the characteristics of the A/D converter.
実施形態のアーク炉電極昇降装置10の効果について説明する。
上述したとおり、実施形態のアーク炉電極昇降装置10では、第1可変係数部12によって、タップ位置信号に応じた係数Kを測定されたアナログの電圧データに乗じて、第1A/D変換器14に入力することができる。そのため、第1A/D変換器14に入力ダイナミックレンジをより広く利用することができるので、より高精度に電圧データを取得することができ、電極制御性能を向上させることができる。
Effects of the arc furnace
As described above, in the arc furnace
アーク炉電極昇降装置では、アーク放電時の一定インピーダンス制御をスクラップの溶融の度合い等に応じて微細に制御する必要があるために、炉用変圧器5の二次側のタップを多数段階に切り替えられるようにしている場合がある。たとえば、タップの切替が10段階以上におよぶ場合があり、設定する二次側電圧の最低電圧から最高電圧の比が2におよび、あるいは2を超えることもある。このような場合に、きめ細かく二次側電圧を設定しようとしても、一定インピーダンス制御のための電圧測定値に誤差が大きいのでは、所望の制御精度を実現することが困難になる。
In the arc furnace electrode lifting device, it is necessary to finely control the constant impedance control during arc discharge according to the degree of scrap melting, etc., so the secondary side tap of the
実施形態のアーク炉電極昇降装置10では、高精度に測定電圧を取得することができるので、所望の精度で一定インピーダンス制御をすることが可能になり、電極制御性能を向上させることができる。
In the arc furnace
アーク炉電極昇降装置10は、プログラマブルロジックコントローラ(PLC)等によって構成される場合があり、既存のタップ位置信号を利用して、炉用変圧器5の二次側電圧の設定基準値を認識することができるので、既存の設備にも容易に導入することができる。
The arc furnace
図2において説明した具体例のように、係数Kの値を、最高電圧の基準電圧を、タップ位置指令信号によって設定され、タップ位置信号によって表された二次側電圧の基準電圧で除した値とすることによって、使用中のタップの基準電圧にかかわらず、もっとも入力ダイナミックレンジの広い範囲で電圧信号のデータを入力することができる。 As in the specific example described in FIG. 2, the value of the coefficient K is the value obtained by dividing the reference voltage of the highest voltage by the reference voltage of the secondary side voltage set by the tap position command signal and represented by the tap position signal. By doing so, voltage signal data can be input with the widest input dynamic range regardless of the reference voltage of the tap in use.
以上説明した実施形態によれば、電極制御性能を向上させたアーク炉電極昇降装置を実現することができる。 According to the embodiments described above, it is possible to realize an arc furnace electrode lifting device with improved electrode control performance.
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明およびその等価物の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。 Although several embodiments of the invention have been described above, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be embodied in various other forms, and various omissions, replacements, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included within the scope and spirit of the invention, and are included within the scope of the invention described in the claims and equivalents thereof. Moreover, each of the above-described embodiments can be implemented in combination with each other.
2 電極、3 炉体、4 スクラップ、5 炉用変圧器、6 変流器、7 計器用変圧器、10 アーク炉電極昇降装置、12 第1可変係数部、14 第1アナログディジタル変換器、16 第2可変係数部、18 第2アナログディジタル変換器、20 電極昇降主幹制御部、30 駆動装置、40 電動機、50 タップ切替器
2
Claims (3)
前記電極と前記スクラップとの間の第1電圧を測定して前記炉用変圧器の二次側電圧を表すタップ位置信号にもとづいて係数を設定し、前記第1電圧に前記係数を乗じて第2電圧を出力する第1可変係数部と、
前記第2電圧をディジタル信号に変換して第3電圧として出力する第1アナログディジタル変換器と、
前記第3電圧を前記係数で除して第4電圧を出力する第2可変係数部と、
前記電極と前記スクラップとの間に流れる電流を入力してディジタル信号に変換して第1電流として出力する第2アナログディジタル変換器と、
前記第4電圧および前記第1電流にもとづいて、前記電極と前記スクラップとの間のインピーダンスが一定になるように速度指令値を生成する電極昇降主幹制御部と、
を備え、
前記第1可変係数部は、前記タップ位置信号が表す前記二次側電圧が低いほど、前記係数を大きく設定するアーク炉電極昇降装置。 An arc furnace in which the distance between an electrode connected to the secondary side of a furnace transformer and the scrap is controlled so that the impedance when arc discharge is occurring between the electrode and the scrap is constant. An electrode lifting device,
measuring a first voltage between the electrode and the scrap to set a factor based on a tap position signal representing the secondary voltage of the furnace transformer; multiplying the first voltage by the factor to obtain a a first variable coefficient unit that outputs two voltages;
a first analog-to-digital converter that converts the second voltage into a digital signal and outputs it as a third voltage;
a second variable coefficient unit that divides the third voltage by the coefficient and outputs a fourth voltage;
a second analog-to-digital converter for inputting a current flowing between the electrode and the scrap, converting it into a digital signal and outputting it as a first current;
an electrode elevation master controller that generates a speed command value based on the fourth voltage and the first current so that the impedance between the electrode and the scrap is constant;
with
The arc furnace electrode lifting device, wherein the first variable coefficient unit sets the coefficient larger as the secondary voltage represented by the tap position signal is lower.
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