JPH062098U - 電気炉における電極間アーク短絡検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 自動的に電極間のアーク形成を検知し，直ち
に所定の処理をおこなうことによって電気炉の完全自動
化を可能にして電気炉の無人運転を可能にする。 【構成】 それぞれの電極回路に流れる電流値計測手段
１１ａ，１１ｂ，１１ｃと，各電極と炉体との間の電圧
値計測手段２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄを設け，正
規のアーク発生中における電流／電圧特性とは異なる電
極間アーク発生中の電流／電圧特性状態を検出すること
によって電極間アーク短絡を検知するようにした。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案はアークによって炉体中の金属材料を溶解／加熱等の処理を行う電気 炉に係り，特に，電極間を短絡するアークの発生を自動検知することによって電 気炉稼働の信頼性を高めることのできる電気炉（以下アーク炉と呼称す）におけ る電極間アーク短絡検知装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

製鋼用アーク炉，スラッジ熔融炉，アークにより加熱を行う取鍋炉等，製鉄， 製鋼，金属精錬，合金製造等のために，炉体に蓄えられた溶解金属を加熱し，ま た，炉体に投入されたスクラップ等の金属材料を溶解する等のために，これら金 属材料と電極との間にアークを発生し，アークの発生によって生じる熱を利用す るアーク炉が使用されている。 このようなアーク炉は例えば，図３に示すような構造をなしている。 図３において，処理すべき金属材料１が炉体２の中に蓄えられている。 ３ａ，３ｂ，３ｃはそれぞれ電極であって，電源トランス４を介して供給され る三相電力電源（図示せず）に接続されている。各電極３ａ，３ｂ，３ｃは昇降 可能に構成されていて，その昇降機構の一例は，昇降機構５に結合されウインチ ６を介して電動機７によって昇降されるように構成されている。図においては， 電極３ａ，３ｂに装着された昇降機構の図示は省略している。 また，電動機７の制御，三相電力電源（図示せず）の制御機能等も図示を省略 している。 アーク炉は上述のような構成において，炉体２内に金属材料１を投入し，三相 電力電源（図示せず）から各電極３ａ，３ｂ，３ｃに所定の電圧を印加し制御装 置（図示せず）によって各電極３ａ，３ｂ，３ｃを炉体２の方向に降下させる。 各電極３ａ，３ｂ，３ｃの先端位置が金属材料１の表面所定距離まで接近する と，各電極３ａ，３ｂ，３ｃの先端と金属材料１の表面との間にアークａ，ｂ， ｃが形成される。従って，三相電力電源（図示せず）によって，各電極３ａ，３ ｂ，３ｃと金属材料１を経由して電流が流れてアークが維持され，金属材料１は 加熱される。 アーク炉における電極の制御方法には特開昭６１−２８５６９３号公報，特開 平２−１０３８９１号公報に開示されているものがある。 特開昭６１−２８５６９３号公報に記載のものは，炉の投入電力量，原料の溶 解時間，電圧フリッカのうちの少なくとも１つの信号から原料の山くずれ状態を 検出する検出器を設け，この状態を検出すると電極を引上げて原料溶落による電 極の短絡を防止するようにしている。 特開平２−１０３８９１号公報に記載のものは，交流電源をサイリスタ整流器 によって整流したあとインバータによってアーク用交流電源に変換するようにし ，負荷電流値が予め設定した値よりも大になると，サイリスタ整流器の点弧位相 角を自動制御して負荷電流を設定値に維持するようにしている。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

ところで，上述したようなアーク炉においては，例えば，炉体内における雰囲 気条件等によってアークを形成し易い状態で各電極３ａ，３ｂ，３ｃを炉体２の 方向に降下させ，金属材料１との間に正規のアークａ，ｂ，ｃが形成される前に いずれかの電極間にアークを発生して，例えば，電極３ａと３ｂの間にアークａ ｂを形成して電極間を短絡してしまうことがある。 電極間にアークが形成されると，電源を一度切って起動作業をやり直す必要が ある。そのために，作業員による監視が必要であって，アーク炉の完全自動化を 不可能にするとともに，電極間のアーク形成の発見が遅れた場合等にアーク炉の 稼働率を低下させる原因にもなっていた。 本考案は上述の問題点を除いて，自動的に電極間のアーク形成を検知し，直ち に所定の処置を行うことによってアーク炉の完全自動化を可能にし，アーク炉の 無人運転を可能にする等を目的とするアーク炉における電極間アーク短絡検知装 置を提供することを目的(課題)としている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】 上記課題を解決するために本考案に基づく電気炉における電極間アーク短絡検 知装置においては，それぞれの電極回路に流れる電流計測手段と，各電極と炉体 との間の電圧計測手段を設け，正規のアーク発生中における電流・電圧特性とは 異なる電極間アーク発生中の電流／電圧特性状態を検出することによって電極間 アーク短絡を検知するようにした。

【０００５】

【作用】

本考案は，上述のように，正規のアーク発生中における電流・電圧特性とは異 なる電極間アーク発生中の電流・電圧特性状態を検出することによって電極間ア ーク短絡を検知するようにしたので，電極間アーク短絡を発生した瞬間に検知す ることができる。

【０００６】

【実施例】

本考案に基づくアーク炉における電極間アーク短絡検知装置を従来の技術にお いて図３によって説明したアーク炉に適用した例を図を参照して詳細に説明する 。 図１は図３に本考案の１実施例を適用した状況を示していて。図３と共通の要 素，装置は同一の符号を記している。 図１において，１はこのアーク炉によって処理すべき金属材料であって，炉体 ２の中に蓄えられている。 ３ａ，３ｂ，３ｃはそれぞれ電極であって，高圧回路遮断器２０と電源トラン ス４を介して三相電力電源に接続されている。各電極３ａ，３ｂ，３ｃはそれぞ れ昇降機構５に結合されウインチ６Ａを介してウインチ巻取機構６と所定ギヤ比 の結合機構で結合された電動機７によって昇降されるように昇降装置が構成され ている。図１においては図３と同様電極３ａ，３ｂの昇降機構の図示は省略して いる。 電動機７は制御装置１０によって制御されるが詳細の制御機能や三相電力電源 およびその制御機能等の図示は省略している。 各電極３ａ，３ｂ，３ｃと電源トランス４とを接続する接続線にはそれぞれ電 流を計測する手段のための計器用変流器１１ａ，１１ｂ，１１ｃが設けられてい て，各計器用変流器１１ａ，１１ｂ，１１ｃは制御装置１０に接続されている。 また，各電極３ａ，３ｂ，３ｃと炉体２には各電極と炉体相互の線間電圧を計 測するための手段として，接続線２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄが制御装置１ ０との間に設けられている。 各電極３ａ，３ｂ，３ｃの先端位置を３ａａ，３ｂａ，３ｃａでそれぞれ示し ていて，ａ，ｂ，ｃはそれぞれ各電極３ａ，３ｂ，３ｃと金属材料１との間に発 生するアークを示し，ａｂは電極３ａと電極３ｂとの間に発生した場合のアーク を示している。

【０００７】 次に，図１に示したアーク炉の構成における制御装置１０を主体とする機能概 要を図２によって説明する。 図２において，１はこのアーク炉によって処理すべき金属材料であって，炉体 ２の中に蓄えられている。３は上述した３本の電極３ａ，３ｂ，３ｃを総合して 記しており，高圧回路遮断器２０と二次電圧可変の電源トランス４を介して三相 電力電源（図示せず）に接続されている。 電極３は昇降機構５に結合されウインチ６Ａを介してウインチ巻取機構６と結 合された電動機７によって昇降されるように構成されている。図２においては， 説明の便宜上昇降機構５は各電極３を共通に昇降するように図示している。 各電極３ａ，３ｂ，３ｃと電源トランス４とを接続する接続線にはそれぞれ電 流を計測する手段のための計器用変流器１１ａ，１１ｂ，１１ｃが設けられてい て，各計器用変流器１１ａ，１１ｂ，１１ｃは制御装置１０に設けられた計測信 号入力回路１２に接続されている。 また，各電極３ａ，３ｂ，３ｃと炉体２には各電極と炉体相互の線間電圧を計 測するための手段として，接続線２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄが前記計測信 号入力回路１２との間に設けられている。 計測信号入力回路１２は信号処理機能１３に接続し，信号処理機能１３には記 憶手段としての一時記録用の記憶機能１４が接続されている。信号処理機能１３ は，詳細を後述する電流／電圧比較手段（図示せず）のための機能を有している 。 信号処理機能１３は電動機７の制御駆動機能１６に接続され，制御駆動機能１ ６は電動機７に接続されて電動機７を駆動して電極３を昇降させる。また，信号 処理機能１３は高圧回路遮断器２０を機能させて電極３への電流供給を遮断する 。

【０００８】 次に上述の構成における本考案の働きを説明する。 アーク炉は上述のような構成において，炉体２内に金属材料１を投入し，アー ク炉の稼働を開始すると，高圧回路遮断器２０とトランス４を経由して電極３ａ ，３ｂ，３ｃに三相交流電圧が印加される。 電極３ａ，３ｂ，３ｃそれぞれと炉体との線間電圧はそれぞれ接続線２１ａ， ２１ｂ，２１ｃ，２１ｄを入力する計測信号入力回路１２で信号処理機能１３が 読取得る電圧信号に変換されて信号処理機能１３に入力している。 また，電極３ａ，３ｂ，３ｃを流れる各電流の電流値は，計器用変流器１１ａ ，１１ｂ，１１ｃから接続される計測信号入力回路１２で信号処理機能１３が読 取得る電流信号に変換されて信号処理機能１３に入力している。 信号処理機能１３からの信号によって制御駆動機能１６から電動機７に電源が 供給されて電動機７は回転する。電動機７の回転によってウインチ巻取機構６が ウインチ６Ａを送り出し電極３の昇降機構５を降下させると，図１に示した各電 極の先端３ａａ，３ｂａ，３ｃａは金属材料１の表面に接近する。 各電極３の先端が金属材料１の表面に接近して所定の条件を満足すると，図１ に示す各電極の先端３ａａ，３ｂａ，３ｃａと金属材料１の表面との間にアーク ａ，ｂ，ｃが形成され，金属材料１の加熱が開始される。 各電極を流れる電流値は計器用変流器１１ａ，１１ｂ，１１ｃから接続される 計測信号入力回路１２で信号処理機能１３が読取得る電流信号に変換されて信号 処理機能１３に入力しており，各電極３ａ，３ｂ，３ｃそれぞれと炉体２との間 の電圧はそれぞれ接続線２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄを入力する計測信号入 力回路１２で信号処理機能１３が読取得る電圧信号に変換されて信号処理機能１ ３に入力しているので，各電極３が上述のように金属材料１との間にアークを形 成し始めると，各電流値，電圧値が変化するので信号処理機能１３ではアーク発 生を検知し，その時の各電流値および各線間電圧値を記憶機能１４に記録する。 その後アーク放電が制御装置１０の働きによって継続され炉体内の金属材料は 加熱されて所定の処理がなされる。 アーク炉の一連の作動の後アーク炉の稼働が中断されて各電極３を上昇させた 後再降下を開始し各電極３を降下させると，前述したように各電極の電流値と， 各線間電圧が計測される。 上述したように信号処理機能１３でアーク発生を検知すると，そのときの電流 値と電圧値各から各電極と電極印加電圧の中性点をなす炉体との間のインピーダ ンス値を演算算出する。この算出値と先に記憶機能に記録した電流値，電圧値か ら算出するインピーダンス値とを信号処理機能１３にもうけた比較手段によって 比較する。 比較結果，両インピーダンス値の偏差が予め設定された所定値以内であると正 常にアークが発生していると判定してアーク放電を継続しこの電気炉の作動を継 続する。 比較結果，両インピーダンス値の偏差が予め設定された所定値以上に開き，ま たは，予め設定した所定の条件を満足すると電極間アーク短絡が発生したと判定 し，高圧回路遮断器２０を機能させて各電極３への電力伝送を停止させる。 また，信号処理機能１３は電動機７の駆動を逆転させて電極３を所定位置まで 上昇させるとともに所定の警報機能によってオペレータに電極間アーク短絡を報 知する。 即ち，この電極間アーク短絡が発生すると炉の条件に対応して下記のような状 態が発生する 正常のアーク放電と電極間アーク短絡によって，それぞれの電極を流れる電流 値が変化し，また，各電極を流れる電流値関係が変化する。 正常のアーク放電の場合は各電極と炉体即ち，三相電源の中性点と各相との間 の電圧が低下するが，電極間アーク短絡の場合は三相電源の中性点と各相との間 の電圧は低下しない。また，電極間アーク短絡の場合は短絡した電極間の電圧が 低下する。 従って，各電極と中性点をなす炉体との間のインピーダンスは正常のアーク放 電と電極間アーク短絡によって大きな違いが存在し，両者の判定が実施できる。 上述の実施例の説明では，各電極と中性点をなす炉体との間のインピーダンス によって電極アーク短絡を検知する場合について説明したが，上述したように， 電流値，電圧値がそのアークの発生状態によって異なるので，電流値どうし電極 間電圧値どうし等予め比較手段に設定した比較条件によって電極間アーク短絡の 発生を検知することができる。 従って，上述の実施例の説明では記憶機能１２に電流値と電圧値を記録するよ うに説明したが，その比較条件に対応して適切な計測値を記録するようにすれば 良い。また，上述の説明では電流値と電圧値とを記録し，比較時にインピーダン スを演算算出するように説明したが，予めインピーダンスを演算して記録するよ うにしても良い。

【０００９】 上述の説明は本考案についての実施例における基本構成と基本実施動作につい て説明したものであって，例えば，アーク発生時の電流値，電圧値は変動するの で，必要に応じて上述した信号処理機能１３または前段に，飽和機能，平均化機 能。フィルタ機能等を設ける必要がある。 また，このアーク炉全体の制御機能に対応して，上述した各要素機能の構成と この考案の技術思想に基づく必要手段を，任意に組み合わせた制御機能等によっ て適宜実行できるようにしても良い。

【００１０】

【考案の効果】

本考案は上述したように構成したので以下に記すような優れた効果が得られた 。 電極間アーク短絡を発生した瞬間に検知することができる。 電極間アーク短絡を自動的に検知することができるのでアーク炉設備の無人稼 働を可能にする。 電極間アーク短絡を発生した瞬間に検知することができるので作業効率が向上 できる。 電極間アーク短絡を検知することにより電源供給をオフし，省エネルギーとな る。 電極間アーク短絡を検知することにより炉蓋等にも影響を与えることなく，安 全性に優れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案を適用するアーク炉例の概要構成を説明
する構成説明図である。

【図２】図１に示すアーク炉を本考案に基づいて制御す
るための制御装置を示す概要ブロック構成図である。

【図３】従来のアーク炉の概要構成を説明する概要構成
例図である。

【符号の説明】

１：金属材料 ２：炉体 ３，３ａ，３ｂ，３ｃ：電極 ６：ウインチ巻取機構 ７：電動機 １０：制御装置 １１ａ，１１ｂ，１１ｃ：電流計測手段（計器用変流
器） １３：信号処理機能 １４：記憶手段（記憶機能） ２０：高圧回路遮断器 ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ：電圧を計測する手段
（接続線）

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 三相電力電源に接続され昇降可能に構成
   された各電極を炉体内の金属材料に接近させ，上記電極
   と該金属材料との間にアークを発生させて上記金属材料
   を溶解させまたは加熱する電気炉において，各電極を流
   れる電流を計測する手段と，炉体と各電極間の電圧を計
   測する手段と，上記電流値によってアーク発生を判定す
   る手段と，電極と該金属材料との間のアーク発生時にお
   ける上記計測された電流値または／および電圧値を記録
   する手段と，次回のアーク炉起動時に，アークが発生す
   る瞬間における電流値と前記記録した電流値または／お
   よびアークが発生する瞬間における電圧値と前記記録し
   た電圧値，または，アークが発生する瞬間における電流
   値と電圧値とから算出される所定の関係値が前記記録し
   た電流値と電圧値とから算出される所定の関係値とを比
   較する比較手段と，をそれぞれ設け，上記比較結果が所
   定値以上の偏差値を有する場合は電極間アーク短絡発生
   と判定して所定の処置を実行するようにしたことを特徴
   とする電気炉における電極間アーク短絡検知装置。