JPH07220869A

JPH07220869A - 直流アーク炉の電極調整法および電極調整装置

Info

Publication number: JPH07220869A
Application number: JP6325735A
Authority: JP
Inventors: Eduard Strebel; シュトレーベルエドゥアルト
Original assignee: ABB Management AG
Current assignee: ABB Management AG
Priority date: 1993-12-29
Filing date: 1994-12-27
Publication date: 1995-08-18
Also published as: US5533044A; EP0661910A1; DE4344854A1

Abstract

(57)【要約】【目的】泡状のスラグ９を伴なう作動の際にアーク炉
８の壁を良好に保護し、かつ供給されるエネルギーを良
好に利用する目的で、アークの長さｄを自動的にスラグ
の高さｈへ適合化させる。【構成】電極調整器目標値信号Ｕ_wは、計算器１６を
用いて、アーク電界強度Ｅと音量信号Ｌ′に依存して算
出される。電極７の位置の調整は液圧式電極操作装置２
１を用いて行なわれる。この操作装置は、設定可能な電
極調整器基準量信号Ｕ_wと実際値電圧信号Ｕ_xとの間の差
に依存して、設定調整される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は請求項１の上位概念に示
された直流アーク炉の電極調整法および請求項７の上位
概念に示された電極調整装置に関する。

【０００２】

【従来技術】本発明はその上位概念が、ヨーロッパ特許
第Ｂ１−Ｄ０６８１８０号公報に示されている従来技術
に関連する。この従来技術においてはアーク炉は２つの
調整回路を有する直流給電により調整される。電流調整
器は設定可能な電流目標値に応じて一定電流を供給す
る。電極調整回路は電極の位置に、したがってアークの
長さに影響を与える。アークを長くする場合は電流調整
器は電圧を高めるか、または整流器を電流が一定に維持
されるように制御する。しかしこのことは電圧の余裕
（分）が設けられている時だけに行なえる。電極の調整
は適応形直流電圧調整器を用いて行なわれる。直流電圧
実際値として、減衰素子を介して比較器または加算器へ
導びかれるアーク電圧が用いられる。直流電圧目標値
を、その都度にトランス電圧段と電極電流の考慮の下
に、各々の動作点に対して算出する必要がある。直流電
圧目標値はまず変流器トランスのトランス段に応じて、
したがって変流器の可能な電圧幅に応じて、リミッタを
用いて、変流器が整流器限界位置を定常的に最大でわず
かに下回わるように作動されるように、制限される。電
圧目標値の跳躍的変化の場合に、アークの中断を引きお
こすおそれのある実際値過振動を生ぜしめないために、
目標値は平滑化されて加算器へ導びかれる。泡出ってい
るスラグを伴なうアーク炉の作動の場合、スラグからア
ークが発生する際に、熱放射に起因してアーク炉の能率
が低下することがある。

【０００３】

【発明の解決すべき課題】本発明の課題は、冒頭に述べ
た直流アーク炉の電極調整法と電極調整装置を、発泡性
のスラグを伴なう作動の際にアーク長さがスラグ高さに
自動的に適合化されるように改善することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この課題は請求項１およ
び７の特徴部分の構成により解決されている。

【０００５】

【発明の効果】本発明の利点は、アーク炉の壁が良好に
保護され、供給されるエネルギーが良好に利用されるこ
とにある。

【０００６】次に本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。

【０００７】

【実施例】図１は、複数個の回路段を有するアーク炉の
トランス２を示す。このアーク炉のトランスは、一方で
は交流電圧３３ＫＶを有する交流電源１と接続され、他
方では整流器５と接続されている。整流器５の直流電圧
側はチョークコイル６を介して、アーク炉８の第１電極
である陰極７と接続されている。アーク炉８の底部領域
に設けられている第２電極である陽極１２は、整流器５
のプラス極（図示されていない）と接続されている。陰
極７の下端に９で示されているスラグと溶融体ないし溶
融浴１１の表面との間で、アーク１０が点孤する。ｄは
アークの長さ即ち電極の間隔、即ち陰極７と溶融浴１１
との間の間隔を表わし、ｈは溶融体１１の上のスラグの
高さであるスラグレベルを表わす。

【０００８】整流器５への交流案内線路における変流器
３を用いて、電流ないし電流実際値ｉｘが検出されて、
比較器である加算器１３の反転入力側へ導びかれる。こ
の加算器１３の非反転入力側に、例へば図示されていな
いポテンショメータから設定可能な電流目標値信号ｉｗ
が導びかれる。

【０００９】出力側で加算器１３は、比例積分特性を有
する電流調整器１４と接続されている。電流調整器は出
力側で整流器調整量信号αを点火角度に応じて点孤パル
ス変換器１５へ供給する。点孤パルス変換器は出力側で
整流器５を制御する。

【００１０】加算器１７の反転入力側に電極調整器実際
値信号として、陰極７の直流電圧に比例する実際値電圧
信号Ｕ_xが導びかれる。この加算器１７の非反転入力側
へ計算器１６から、電極調整器基準量信号として目標電
圧信号Ｕ_wが導びかれる。出力側で加算器１７は、比例
特性を有する電極調整器１８と接続されている。この電
極調整器は出力側で弁増幅器１９を介して電極操作装置
２１の弁２０へ作用する。電極操作装置は設定調整シリ
ンダと図示されていない、電極支持アームを有する設定
調整ロッドを含む。電極操作装置２１は機械的に陰極７
と結合されていてその高さ操作を可能にする；電極操作
装置は１次の遅延素子として作用する。

【００１１】電極操作装置２１により上昇／下降位置
Ｓ′が検出され、アナログ／ディジタル変換器２４を介
して計算器１６へディジタル化された上昇／下降位置Ｓ
として導びかれる。マイクロフォンまたは音量検出器２
５は帯域通過フィルタ２３へ、アーク炉８の音量に比例
する濾波されない音量信号Ｌ′を供給する；出力側で帯
域通過フィルタは計算器１６に、濾波されてディジタル
化された音量信号Ｌを供給する。計算器１６へさらに実
際値電圧信号Ｕ_x，電極直流電圧Ｕの直流電圧最小値Ｕ
_min，設定可能な直流電圧基準値Ｕ_rが導びかれる。出力
側で計算器１６は表示装置または通報装置２２と接続さ
れている。通報装置は、アーク炉８におけるスラグのレ
ベルｈを高めるべきであることを信号化する。

【００１２】電極調整作用は電流調整作用よりも約１０
倍、緩慢に動作する。陰極７の高さ操作は次のように行
なわれる。即ち整流器５がアーク炉トランス２の２次側
電圧に、および設定調整された電流目標値ｉｗに依存す
ることなく、平均して例えば３５°の制御により、電気
的に動作するように、行なわれる。簡単化のため値とそ
れらに所属する信号は同様に示されている。

【００１３】実際値信号Ｕ_xではなく加算器１７に電極
調整器実際値信号として、炉トランス２の２次電圧と乗
算されたｃｏｓα信号を導びくことができる。それに代
えて、前もって電流実際値ｉｘで除算したアーク電力信
号を用いることもできる。

【００１４】図２は流れ図で、計算器１６へ導びかれる
信号の評価の重要な部分を示す。分岐２６において、ア
ーク炉８がスラグ作動の形式で動作するか否かが質問さ
れる。答が否定の時は動作ブロック２８において、電極
調整器目標値信号Ｕ_wが直流電圧基準値Ｕ_rの値へ設定さ
れて、分岐２６の入力側へ帰還ジャンプされる。答が肯
定の時は分岐２７において、音量信号Ｌが設定可能な音
量限界値Ｌ_Gよりも大きいか否かが質問される。答が否
定の場合は動作ブロック３１へジャンプされ、答が肯定
の場合は分岐２９へジャンプされる。分岐２９において
電極調整器操作量Ｙが０と比較される。ｙ＞０の時は演
算ブロック３０において、陰極７ないし電極操作装置２
１の上昇／下降速度Ｖが＝Ｙ・ＫＳへセットされる。ｙ
≦０の時は演算ブロック３２において、Ｖ＝ｙ・ＫＳが
セットされる。ＫｈとＫＳは上昇または下降のための定
数ないし設定可能な補正値である。補正値は、Ｙの値が
等しい場合は陰極７の上昇速度と下降速度が相異なるよ
うに、考慮する。このＶ値により演算ブロック３３にお
いて、設定可能な１サイクル持続時間である積分期間Ｔ
にわたる積分により陰極７の変位ΔＳが算出され、これ
からアーク電界の強さＥがＥ＝ΔＵ／Ｓにより算出され
る。ただしΔＵは積分期間Ｔの間中の電極実際値電圧Ｕ
_xの変化、ΔＵはΔＵ＝Ｕ_xn−Ｕ_xn-1を表わす。Ｕ_xnは
積分期間Ｔの終りにおける電圧値、Ｕ_xn-1は始めにおけ
る電圧値を表わす。

【００１５】電極調整器操作量Ｙからではなく、変位Δ
Ｓ−分岐２７と３５との間に接続されている演算ブロッ
ク３４を参照−を、アナログ／ディジタル変換器２４の
出力側からの上昇／下降位置Ｓ−図１を参照−から、Δ
Ｓ＝Ｓ_n−Ｓ_n-1により導出できる。ただしＳ_nは積分期
間Ｔの終りにおける位置の値、Ｓ_n-1は始めにおける位
置の値を示す。

【００１６】アーク電界強度Ｅの算出後に分岐３５にお
いて、このアーク電界強度が所定の第１の電界強度限界
値Ｅ_G1、例えば１６Ｖ／ｃｍより大きいか否かが質問さ
れる。答が否定の場合は分岐３８へジャンプされ、肯定
の場合は分岐３６において、電極調整器目標値Ｕ_wが直
流電圧基準値Ｕ_rよりも小さいか否かが質問される。答
が否定の場合は分岐２６の入力側へジャンプされる。肯
定の場合は演算ブロック３７において電極調整器目標値
Ｕ_wが上昇されて同じく分岐２６の入力側へジャンプさ
れる。

【００１７】分岐３８において、このアーク電界強度Ｅ
が、設定可能な第２の電界強度限界値Ｅ_G2、例えば８Ｖ
／ｃｍよりも小さいか否かが質問される。答が否定の場
合は分岐２６の入力側へジャンプされ、肯定の場合は動
作ブロック３１において通報装置２２−図１参照−を介
して通報“スラグレベル上昇”が送出され、さらに分岐
３９において電極調整器目標値Ｕ_wが直流電圧最小値Ｕ
_minよりも大きいか否かが質問される。答が否定の場合
は分岐２６の入力側へジャンプされ、肯定の場合は演算
ブロック４０において電極調整器目標値Ｕ_wが低下され
同じく分岐２６の入力側へジャンプされる。

【００１８】通報“スラグレベル上昇”はスラグの高さ
の制御のために直接用いることができる。この場合この
上昇信号は図示されていない積分器を次のように制御す
る、即ち低すぎるスラグレベルの場合は積分器が作動し
て、同じく図示されていないスラグ高さ制御装置へより
大きい目標値を送出する。この積分器の時定数は泡状ス
ラグ９の時間特性に適合化される。計算器１６は、電極
調整器１８が電極７をスラグの高さに応じて、所望のア
ーク長さが達せられるまで追従制御する。次に上昇信号
は消滅し、積分器は緩慢にリセットされる。スラグ高さ
はこのようにして常に最適の高さへ維持される。このこ
とは最適のエネルギ供給に相応する。

【００１９】図３は電極調整器目標値Ｕ_wの変化を時間
ｔに依存して示す。時点ｔ₀において電極調整器目標値
Ｕ_wは直流電圧基準値Ｕ_rと等しい。時点ｔ₁とｔ₃の間に
音量信号Ｌは音量限界値Ｌ_Gよりも大きい。時点ｔ₁とｔ
₂の間に同時では電極調整器目標値信号Ｕ_wが直流電圧最
小値Ｕ_minよりも大きい。そのためこの時間間隔におい
て電極調整器目標値Ｕ_wが減少する。時点ｔ₂において直
流電圧最小値Ｕ_minに達するため、この時から時点ｔ₃ま
では電極調整器目標値Ｕ_wは変化されない。時点ｔ₃とｔ
₄の間でアーク電界強度Ｅが第１の電界強度限界値Ｅ_G1
よりも大きく、さらに同時に電極調整器目標値Ｕ_wが直
流電圧基準値Ｕ_rよりも小さい。その結果、電極調整器
目標値Ｕ_wが上昇し、次に時点ｔ₅まで一定に維持され
る。時点ｔ₅とｔ₆の間でアーク電界強度Ｅが第２の電界
強度限界値Ｅ_G2よりも小さくなり、同時に電極調整器目
標値Ｕ_wが直流電圧最小値Ｕ_minよりも大きくなる。その
結果この時間間隔中に電極調整器目標値Ｕ_wが再び低下
する。

【００２０】図４は電極電圧Ｕ_x（Ｖ）の経過を電極間
隔ｄ（ｃｍ）に依存して示す。この場合、電流ｉｘは６
０ＫＡの値に維持された。この線図に示されているよう
に直線４１−４３により表わされているアーク電界強度
Ｅは一定ではない。動作点Ａに相応する約１７ｃｍまで
の短かいアーク１０の場合、アーク電界強度Ｅは約１８
Ｖ／ｃｍの値−直線４１−を有し、次に操作路２５ｃｍ
にわたり即ち動作点Ｂまでは実質的に一定である−直線
４２。以後の操作の際に、アーク電界強度Ｅはわずか約
７Ｖ／ｃｍの値を有する−直線４３−ことが示されてい
る。

【００２１】分析により、スラグ９によりおおわれてい
るアーク１０は、おおわれずに点孤しているアークより
も高い抵抗値を有することがわかる。このことはより大
きいアーク電界強度に相応する。

【００２２】図４に示された測定の場合は、約１７ｃｍ
の高さの泡状スラグで動作された。これは動作点Ａにお
いて達する高さｈに相応する。アーク１０が自由に点孤
を開始するこの動作点Ａから、電流ｉｘのビーム作用が
スラグ９を次第に排除してゆくと考えられる。アーク電
界強度Ｅは電極間隔ｄの増加と共に減少する。動作点Ｂ
において４２ｃｍの高さの場合にアーク１０は、アーク
がスラグ９のない場合に有すると思はれる状態に達す
る。アーク１０は動作点Ａにおいて１８ＭＷ（３００Ｖ
・６０ＫＡ）の電力を有する。しかしアークは同じ電力
を、２．５倍のアーク長さにおける動作点Ｂにおいても
有する。この状態においてアーク１０の５０％よりも多
くがスラグ９の上側で点孤する。これによりアーク炉８
の能率は熱放射に起因して著しく低下する。

【００２３】本発明の目的は、アーク炉８の壁を良好に
保護し、かつ供給されるエネルギを良好に利用する目的
で、アークの電界強度Ｅを検出して、これにより泡状ス
ラグ９を伴なう作動の際にアーク長さを自動的にスラグ
高さｈへ適合調整することである。電極調整器１８へ電
極調整器目標値信号Ｕ_wが計算器１６から与えられる。
実際値電圧信号Ｕ_xは整流器５の出力電圧に相応する。
弁増幅器１９と電極操作装置２１を介して陰極７は、電
極調整器操作量Ｙに比例する上昇／下降速度Ｖで、アー
ク電圧Ｕ_xが計算器１６により与えられた値Ｕ_wに相応す
るまで、操作される。同時に電流調整器１４により整流
器５は、電流値ｉｘが一定に維持されるまで、制御され
る。

【００２４】スラグ９の内部と外部とでは作動の際の騒
音差が著しく大きいため、ノイズ検出器である音量検出
器２５により、どのような作動状態においてアーク炉８
が運転されるかを明瞭に区別することができる。泡状の
スラグ中のアーク１０は、自由に点孤しているアークよ
りも著しく静かである。それに応じて電流−および電圧
変動の際の大きな差も現われる。

【００２５】増加する騒音が、電極調整器目標値信号Ｕ
_w−図２における演算ブロック３７参照−の上昇を停止
させるために、用いられる。大きいノイズは電極調整器
目標値信号Ｕ_wの低下を作動させる−演算ブロック４
０、図２、参照。

【００２６】電極調整器１８へ与えられた電極調整器目
標値信号Ｕ_wは両方の限界値−直流電圧最小値Ｕ_minと直
流電圧基準値Ｕ_r−にもとづいて、最小許容または最大
許容電極間隔ｄに応じて監視される。

【００２７】与えられた動作点がスラグ９の内部に存在
しない限り、通報−演算ブロック３１、図２、参照−
が、スラグ高さ上昇化のための要請として送出される。
アーク炉８は電極調整により、動作点Ａの近傍において
駆動される−図４参照。動作点Ａまでの下側範囲におい
ては電流−および電圧変動はより小さい。電流実際値ｉ
ｘ，アーク電圧Ｕ_x，または商Ｕ_x／ｉｘとして算出され
るインピーダンスＺは振動に関して分析できる。この振
動分析の結果は、与えられた振動限界値と比較され、限
界値を上回わることが“アーク１０が長すぎる”という
指標として音量評価のように評価される。

【図面の簡単な説明】

【図１】電流調整回路と電極調整回路を有する直流アー
ク炉のブロック図である。

【図２】図１による電極調整回路のための電極調整器目
標値信号を測定するための流れ図である。

【図３】電極調整器目標値の時間ダイヤグラム図であ
る。

【図４】アーク電界強度をアーク炉中のアークの長さに
依存して示したダイヤグラム図である。

【符号の説明】

１交流電源２アーク炉トランス３電流変換器５整流器６チョークコイル８アーク炉９スラグ１０アーク１１溶融濾１３，１７加算器１４電流調整器１５点孤パルス変換器１６計算器，マイクロプロセッサ１８電極調整器１９弁増幅器２０弁２１弁操作装置２２表示装置、通報装置２３帯域通過フィルタ２４アナログ／ディジタル変換器２５マイクロフォン，音量検出器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ａ）直流アーク炉（８）のアーク電流の
強さを調整信号ないし整流器設定調整量信号（α）を用
いて、設定可能な電流目標値（ｉｗ）へ調整し、さらにｂ）直流アーク炉（８）の電極間隔（ｄ）を、即ち少な
くとも１つの操作可能な電極（７）とアーク炉（８）の
溶融浴（１１）との間の間隔を、設定可能な電極調整器
目標値信号（Ｕ_w）と電極調整器実際値信号（Ｕ_x）との
間の差に依存して調整する形式の、直流アーク炉の電極
調整法において、ｃ）電極調整器目標値信号（Ｕ_w）を、アーク炉（８）
におけるスラグの高さ（ｈ）に依存して形成することを
特徴とする、直流アーク炉の電極調整法。
【請求項２】電極調整器目標値信号（Ｕ_w）を、溶融
化作動の際に検出された音量信号（Ｌ′）またはこれに
比例する信号が、設定可能な限界値（Ｌ_G）を上回わる
ことに依存して、形成する、請求項１記載の方法。
【請求項３】電極調整器目標値信号（Ｕ_w）を次の時
に増大させ、即ちａ）アーク炉（８）のアーク（１０）のアーク電界強度
（Ｅ）が、設定可能な第１の電界強度限界値（Ｅ_G1）よ
りも大きい時に、およびｂ）同時にこの電極調整器目標値信号（Ｕ_w）がアーク
炉（８）の電極直流電圧（Ｕ）の、設定可能な直流基準
値よりも小さい時に、前記の電極調整器目標値信号（Ｕ
_w）を増大させる、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】電極調整器目標値信号（Ｕ_w）を低下さ
せる、即ちａ）アーク炉（８）のアーク（１０）のアーク電界強度
（Ｅ）が設定可能な第２の電界強度限界値（Ｅ_G2）より
も小さい時に、およびｂ）同時に電極調整器目標値信号（Ｕ_w）がアーク炉
（８）の電極直流電圧（Ｕ）の、設定可能な直流電圧最
小値（Ｕ_min）よりも大きい時に、前記の目標値信号
（Ｕ_w）を低下させる、請求項１から３までのいずれか
１項記載の方法。
【請求項５】アーク電界強度（Ｅ）を電極調整器（１
８）の電極調整器操作量（Ｙ）に依存して算出する、請
求項３又は４記載の方法。
【請求項６】ａ）アーク電界強度(Ｅ)を式Ｅ＝ΔＵ／
ΔＳにより算出し、ｂ）ΔＳを、設定可能な積分期間（Ｔ）の間中の陰極
（７）の上昇／下降速度（Ｖ）の積分により形成し、ｃ）電極調整器操作量（Ｙ）の極性に依存して上昇／下
降速度（Ｖ）を異なるように重み付けし、この場合、Δ
Ｕは積分期間（Ｔ）の間中の電極直流電圧（Ｕ）の電圧
変化であり、ΔＳはこの積分期間（Ｔ）の間中の溶融体
（１１）からの陰極（７）の電極間隔（ｄ）の変化であ
る、請求項５記載の方法。
【請求項７】請求項１から６までのいずれか１項記載
の方法を実施する、直流アーク炉（８）のための電極調
整装置であって、この場合、ａ）該直流アーク炉は少なくとも１つの操作可能な電極
（７）を有し、該電極は整流器（５）と作用接続されて
おり、ｂ）該整流器は電流調整器（１４）により調整され、さ
らにｃ）電極操作装置（２１）を有し、該電極操作装置は、
少なくとも１つの電極（７）とアーク炉（８）の溶融浴
（１１）との間の電極間隔（ｄ）を設定調整し、ｄ）前記電極操作装置は電極調整器（１８）により調整
される形式の電極調整装置において、ｅ）アーク炉（８）の音量を検出するための音量検出器
（２５）は出力側で、評価装置または計算器（１６）を
介して、電極調整器（１８）と作用接続されていて、電
極調整器目標値信号（Ｕ_w）は、該音量検出器（２５）
からの音量信号（Ｌ）が設定可能な音量限界値（Ｌ_G）
を下回わることに依存して変化されることを特徴とす
る、直流アーク炉のための電極調整装置。