JPH0636470Y2 - 製鋼用アーク炉の酸素自動着火装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は可動電極からアークを発生させながら炉内の被
溶解物を溶解して炉底に溶鋼を得る製鋼用アーク炉にお
ける酸素自動着火装置に関するものである。

（従来の技術） 一般に、例えば製鋼用の直流アーク炉においては、可動
電極からアークを発生させながら、当該可動電極を炉底
付近に達するまで下降させ、溶解原料であるスクラップ
等の被溶解物（以下、スクラップと指称する）を溶解し
て炉底に溶鋼を得るものであるが、そのスクラップの溶
解時にスクラップの形状が時々刻々と変化し、あるいは
溶鋼に凹みを生じ、それに伴ってアーク電圧が変化する
ことから、所望のアーク電圧を確実に得る，すなわちア
ークを確実に発生させるには、可動電極を繁雑に昇降制
御する必要がある。

このため、従来では第３図に示すように、直流アーク炉
１の内部にスクラップ２を充填して炉上部に炉蓋３を閉
止した後、その炉蓋３上部からカーボン電極等の可動電
極４を挿入し、炉用変圧器5,サイリスタ変換器6,平滑リ
アクトル７を介して、可動電極４と炉底電極８との間に
アーク電流を流し、常に所望とする電圧を印加するよう
に可動電極４を位置制御しながら、可動電極４の先端か
らアークを発生させてスクラップ２を順次溶解してい
る。すなわち、このアーク発生時に、可動電極４と炉底
電極８との間の電圧Vrを電圧検出器９で検出し、この検
出電圧Vrと電圧設定器10で予め定められた設定電圧Vdと
の電圧偏差を減算器11で求め、さらにこの電圧偏差が零
となるように調節部12で比例積分演算を行ない、これに
よって得られた操作出力（制御信号）を電極昇降用電動
機13に与える。そして、この電極昇降用電動機13は操作
出力に基づいて正転または逆転し、それに伴ってウイン
チ14が一端を固定端とするワイヤ15の他端を巻取りまた
は巻戻すことにより、このワイヤ15を介してマスト16を
昇降制御する。この時、マスト16上部に水平に固定され
たホルダアーム17が一緒に昇降することにより、このホ
ルダアーム17を介して可動電極４が昇降され、可動電極
４と炉底電極８との間に所定の電圧が印加されて、可動
電極４の先端から所望のアークが発生する。

従って、この種の電極昇降制御では、設定電圧が検出電
圧よりも小（Vd-Vr＜０）なる関係にある時は可動電極
４を下降させ、設定電圧が検出電圧よりも大（Vd-Vr＞
０）なる関係にある時は可動電極４を上昇させるように
制御を行なっている。なお、アーク電流の制御において
は、サイリスタ変換器６の直流出力側または炉底電極８
の出力側よりアーク電流を抽出し、この検出電流Irと設
定電流Idとの電流偏差が零となるように自動電流調整器
でゲート制御角αを求め、このゲート制御角αに応じて
サイリスタ変換器６のゲートを制御するようにしてい
る。

（考案が解決しようとする課題） ところで、上述のように可動電極４を昇降させてスクラ
ップの溶解を行なう製鋼用アーク炉においては、アーク
すなわち電気エネルギーによるスクラップ溶解中に、よ
り効果的な溶解を行なう目的で、酸素のエネルギーを助
燃エネルギーとして使用するようにしている。そして、
通常このための酸素は酸素供給源から供給し、イグナイ
ターを持たないランスパイプを，アーク炉の外部から内
部に貫通して設けて、酸素をアーク炉内の溶鋼に向けて
吹出し、溶鋼の持つエネルギーで着火させるようにして
いる。この場合、酸素着火の時期が早ければ酸素のエネ
ルギーを溶解に有効に利用することができると共に、着
火不良等に対する操作員の無駄な作業（着火のための作
業）の必要が無くなる。

しかしながら、酸素着火が可能であるか否かの状態の判
定を早期に行なうための装置は、製鋼用アーク炉では無
いのが実状であり、かかる判定は炉内に白煙が発生して
いること等を操業員自らが確認することで行なってい
る。このため、酸素着火が可能であるか否かの状態の判
定を早期に行なうことは困難であり、酸素の使用が遅れ
が時期的に遅れがちとなる。従って、スクラップの溶解
時間を短縮する上で問題があるばかりでなく、操業員に
対する負担が重いものとなっている。

本考案は上記のような問題を解決するために成されたも
ので、その目的は酸素着火が可能であるか否かの状態の
判定を早期にかつ自動的に行なうことにより、最適な酸
素の着火時期を確保してスクラップの溶解時間の短縮化
ならびに操業員の負担の軽減を図ることが可能な製鋼用
アーク炉の酸素自動着火装置を提供することを目的とす
る。

（課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するために本考案では、可動電極から
アークを発生させながら当該可動電極を炉底付近に達す
るまで下降させ、炉内の被溶解物を溶解して炉底に溶鋼
を得る製鋼用のアーク炉において、酸素供給源から供給
弁を介して供給される酸素を溶鋼に向けて吹出すための
ランスパイプを，アーク炉の外部から内部に貫通して設
け、可動電極の位置を検出する電極位置検出手段と、可
動電極の位置が最低位置に達したことが電極位置検出手
段により検出された時点から，一定時間内の電極位置の
平均変化率が所定値以内であることを検出する変化量検
出手段と、変化量検出手段からの検出出力により起動さ
れ，所定時間経過後に動作して供給弁を開放させる駆動
信号を出力するタイマー手段とを備えて構成している。

（作用） 従って、本考案の酸素自動着火装置では、可動電極が最
低位置に達した時点から一定時間内の電極位置の平均変
化率が所定値以内であることを検出し、所定時間経過後
に供給弁を開放して酸素が供給されることにより、酸素
着火が可能であるか否かの状態の判定が早期にしかも自
動的に行なわれ、最適な酵素の着火時期が得られ、スク
ラップの溶解時間を短縮すると共に，操業員の負担を軽
減することが可能となる。

（実施例） まず、本考案の考え方について説明する。

製鋼用アーク炉におけるスクラップ溶解中の可動電極の
位置は、第２図に示すような変化をすることがわかって
いる。なお第２図中、横軸が時間，縦軸が電極位置をそ
れぞれ示している。すなわち、電極位置は、溶解初期に
は炉底付近に達するまで（ボーリング期）降下し、炉底
付近に達したら（安定期）降下中に溶解したスクラップ
が溶鋼として炉底に溜り、アークはこの溶鋼および付近
のスクラップへと飛び、次第次第に溶鋼量が増加してく
る。そして、電極は溶鋼量が増加するに従って平均的に
は上昇傾向となり、半溶解で崩れ落ちてくるスクラップ
との短絡時には電極は大きく上昇し、短絡脱出後にはこ
のスクラップを溶解するため、再び降下の状態を継続す
る。従って本考案では、この間の平均的な電極位置は所
定位置以下であり、電極位置が最低位置に達した時点か
ら，一定時間Δｔ内の電極位置の平均変化率ΔＨが所定
値以内であることを利用して、酸素の着火が可能である
か否かを判定し、自動的に酸素を供給しようとするもの
である。

以下、上記のような考え方に基づく本考案の一実施例に
ついて図面を参照して説明する。

第１図は、本考案による酸素自動着火装置を適用した直
流アーク炉の全体構成例を示す図であり、第３図と同一
部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは
異なる部分についてのみ述べる。

第１図において、直流アーク炉１にはその外部から内部
に貫通して、酸素を直流アーク炉１の内の溶鋼18に向け
て吹出すためのランスパイプ19を設け、このランスパイ
プ19には酸素供給源20から、供給管21および供給弁22を
介して酸素を供給するようにしている。一方、電極位置
検出部23は、電極昇降用電動機13の回転位置から可動電
極４の位置を検出するものである。また、変化量検出部
24は、可動電極４の位置が最低位置に達したことが電極
位置検出部23により検出された時点から、一定時間Δｔ
内の電極位置の平均変化率ΔＨが所定値以内であること
を検出するものであり、この検出出力を自己保持すよう
にしている。さらに、タイマー25は、変化量検出部24か
らの検出出力により起動されて、所定時間Ｔ経過後に動
作するものである。また、アンド回路26は、変化量検出
部24からの検出出力と，タイマー25からの動作出力との
アンド（論理積）条件をとるものである。さらに、供給
弁駆動部27は、アンド回路26からのアンド条件出力が入
力されると動作し、その動作出力を供給弁22を開放させ
るための駆動信号として出力するものである。

次に、以上の如く構成した酸素自動着火装置の作用につ
いて説明する。

いま、サイリスタ変換器６を点孤することによって、直
流アーク炉１の可動電極４と炉底電極８との間に直流電
圧が印加され、可動電極４がスクラップ２に接触点弧
し、可動電極４の先端からアークが発生して、その電気
エネルギーによりスクラップ２の溶解が開始される。こ
の場合、可動電極４は、溶解初期には炉底付近に達する
まで（ボーリング期）降下し、炉底付近に達したら（安
定期）降下中に溶解したスクラップ２が溶鋼18として炉
底に溜り、アークはこの溶鋼18および付近のスクラップ
２へと飛び、次第次第に溶鋼量が増加してくる。そし
て、可動電極４は溶鋼量が増加するに従って上昇傾向と
なり、半溶解で崩れ落ちてくるスクラップ２との短絡時
には可動電極４は大きく上昇し、短絡脱出後にはこのス
クラップ２を溶解するため、再び降下の状態を継続す
る。

一方、電極位置検出部23では、この状態における可動電
極４の位置が検出される。そして、可動電極４の位置が
最低位置に達したことが電極位置検出部23で検出される
と、この時点から一定時間Δｔ内の電極位置の平均変化
率ΔＨが所定値以内であるか否かが変化量検出部24で検
出される。そして、一定時間Δｔ内の電極位置の平均変
化率ΔＨが所定値以内であることが検出されると、この
検出出力が自己保持されて、タイマー25およびアンド回
路26にそれぞれ入力される。すると、タイマー25が起動
され、所定時間Ｔ（例えば１〜５分程度）経過した時点
で、その動作出力がアンド回路26に入力される。これに
より、アンド回路26においては、変化量検出部24からの
検出出力と、タイマー25からの動作出力とのアンド（論
理積）条件が成立し、そのアンド条件出力が供給駆動部
27に入力される。すると、供給弁駆動部27が動作し、そ
の動作出力を供給弁22に駆動信号として与えてこれを開
放することにより、酸素供給源20から供給管21,供給弁2
2を通してランスパイプ19に酸素が供給され、酸素が直
流アーク炉１内の溶鋼18に向けて吹出されることによ
り、溶鋼18の持つエネルギーで酸素が着火して、スクラ
ップ溶解の助燃エネルギーとして使用されることにな
る。

上述したように本実施例では、可動電極４の位置が最低
位置に達したことを検出した時点から、一定時間Δｔ内
の電極位置の平均変化率ΔＨが所定値以内であることを
検出し、所定時間Ｔ経過後に供給弁22を開放させて、ラ
ンスパイプ19に酸素を供給するようにしたので、酸素着
火が可能であるか否かの状態の判定を、早期にしかも自
動的に行なうことができるため、最適な酸素の着火時期
を確保することができ、酸素のエネルギーを溶解に有効
に利用して、スクラップ２の溶解時間を短縮することが
可能となる。また、以上の理由により、従来のように着
火不良等を発生することがないため、酸素着火のための
作業を改めて行なうことが不要となり、さらに酸素着火
が可能であるか否かの判定を操業員自らが行なう必要が
ないため、操業員の負担を著しく軽減することが可能と
なる。

（考案の効果） 以上説明したように本考案によれば、可動電極の位置が
最低位置に達した時点から，一定時間Δｔ内の電極位置
の平均変化率が所定値以内であることを利用して、酸素
着火が可能であるか否かの状態の判定を早期にかつ自動
的に行なうようにしたので、最適な酸素の着火時期を確
保してスクラップの溶解時間の短縮化ならびに操業員の
負担の軽減を図ることが可能な製鋼用アーク炉の酸素自
動着火装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本考案による酸素自動着火装置を適用した直流
アーク炉の一実施例を示す全体構成図、第２図は本考案
の考え方を説明するための図、第３図は従来の直流アー
ク炉を示す全体構成図である。 １……直流アーク炉、２……スクラップ、４……可動電
極、５……炉用変圧器、６……サイリスタ変換器、７…
…平滑リアクトル、８……炉底電極、９……電圧検出
器、10……電圧設定器、11……減算器、12……調節部、
18……溶鋼、19……ランスパイプ、20……酸素供給源、
21……供給管、22……供給弁、23……電極位置検出部、
24……変化量検出部、25……タイマー、26……アンド回
路、27……供給弁駆動部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 高橋 昭一 東京都千代田区丸の内１丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)考案者 青 範夫 東京都千代田区丸の内１丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)考案者 岡崎 金造 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−13983（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】可動電極からアークを発生させながら当該
   可動電極を炉底付近に達するまで下降させ、炉内の被溶
   解物を溶解して炉底に溶鋼を得る製鋼用のアーク炉にお
   いて、 酸素供給源から供給弁を介して供給される酸素を前記溶
   鋼に向けて吹出すためのランスパイプを，前記アーク炉
   の外部から内部に貫通して設け、 前記可動電極の位置を検出する電極位置検出手段と、 前記可動電極の位置が最低位置に達したことが前記電極
   位置検出手段により検出された時点から，一定時間内の
   電極位置の平均変化率が所定値以内であることを検出す
   る変化量検出手段と、 前記変化量検出手段からの検出出力により起動され，所
   定時間経過後に動作して前記供給弁を開放させる駆動信
   号を出力するタイマー手段と、 を備えて成ることを特徴とする製鋼用アーク炉の酸素自
   動着火装置。