JPH08185972A - 溶融金属のプラズマ加熱方法および装置 - Google Patents

溶融金属のプラズマ加熱方法および装置

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JPH08185972A
JPH08185972A JP6326149A JP32614994A JPH08185972A JP H08185972 A JPH08185972 A JP H08185972A JP 6326149 A JP6326149 A JP 6326149A JP 32614994 A JP32614994 A JP 32614994A JP H08185972 A JPH08185972 A JP H08185972A
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plasma
heating
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arc
refractory
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JP6326149A
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Kiyosuke Mori
喜代助 森
Tetsuya Toda
哲也 戸田
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 内壁に耐火物を有し、溶融金属をプラズマに
より加熱する装置において、プラズマからの輻射熱によ
り加熱される加熱装置内壁の耐火物の温度に基づき、プ
ラズマに供給する出力すなわちアーク電圧とアーク電流
のバランスを適正化することで、全体的に低いランニン
グコストによるプラズマ加熱処理を提供することを目的
とする。 【構成】 溶融金属表面との間にプラズマを形成するた
めのプラズマトーチと、該プラズマトーチに電力を供給
する直流電源装置と、該プラズマのアーク電圧およびア
ーク電流を制御するための制御装置と、加熱装置内の溶
鋼温度を測定する測定手段から構成され、さらに加熱室
の内壁材料である耐火物内に該耐火物の温度を測定する
ための測定手段を形成したことを特徴とする溶融金属の
プラズマ加熱装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はプラズマ発生用電源を使
用してプラズマトーチと溶融金属間にプラズマを発生さ
せ溶融金属を加熱するプラズマ加熱方法とこのプラズマ
加熱手段を備えた装置に関するものである。
【0002】本発明は、例えば、タンディッシュプラズ
マ加熱装置あるいはプラズマ取鍋精練炉に利用できる。
以下、タンディッシュ内の溶鋼の加熱用に使用されるプ
ラズマ加熱装置を例に本発明の詳細な説明を行うが、本
発明が対象を溶鋼に限定されることはなく、あらゆる溶
融金属の加熱方法及び装置に適用できることは言うまで
もない。
【0003】
【従来の技術】連続鋳造設備におけるタンディッシュ内
溶鋼温度は、鋳込み初期や末期及び取鍋交換時には低下
が避けられない。この様な温度低下は非金属介在物や偏
析等の鋳片品質に悪影響を与えていた。この問題に応え
る技術としてタンディッシュでの溶鋼加熱技術があり、
誘導加熱及びプラズマ加熱の二つの方式が採用されてい
る。これらの加熱装置については『新日鉄技報、第34
5号(1992)p23〜p29』に示されている。
【0004】これらの加熱装置を既存の連続鋳造設備に
導入する際の設備制約上の特徴としては、誘導加熱方式
においては、ダンディッシュ内外の水平方向に充分な空
間が必要であり、インダクター取り付けによるタンディ
ッシュ容量の減少があるのに対し、プラズマ加熱方式で
はタンディッシュ上部に加熱室を設け、その上方にプラ
ズマトーチが設置されるのみでタンディッシュ容量に制
約を与えない。このため一般的にはプラズマ加熱の方が
装置の小型化が可能で、また装置がタンディッシュや取
鍋と完全に分離しているため保守性が良い。
【0005】プラズマアークの出力はアーク電流とアー
ク電圧の積で表され、一般にプラズマの安定性確保のた
め電源は電流制御を行い、電流は外部から与えられる設
定値となる。従ってアーク電流一定の条件で出力増大を
図るにはアーク電圧を高める必要があり、タンディッシ
ュ溶鋼加熱で用いているアーク電圧は雰囲気条件が一定
ならばアーク長にほぼ比例して増加する。
【0006】従来の代表的なプラズマ加熱装置が『新日
鉄技報、第345号(1992)p24』に記載されて
いる。このプラズマ加熱装置はタンディッシュ上部に加
熱室を設置し、その上部に長円筒上のプラズマトーチと
その移動装置及び冷却水配管・ガス配管・通電用ケーブ
ルのためのケーブルベアを設置する。プラズマトーチは
その移動装置によって位置決めされている。溶鋼加熱時
にはタンディッシュ上部に設けた加熱室にプラズマトー
チを挿入し、溶鋼表面の高さに合わせて移動装置により
プラズマトーチを上下方向に直線運動させプラズマトー
チ先端にあるカソード電極の位置を変えてアーク長を調
整し出力の調整を行っている。また、特開平01−17
8353号では上述の出力あるいはアーク長は、タンデ
ィッシュ内の溶鋼温度を測定し、該溶鋼温度を予め定め
ていた適正な温度範囲となるように調整される記述され
ている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】溶鋼表面とプラズマト
ーチの間で形成されたプラズマからは大量のエネルギー
が輻射熱としてタンディッシュおよび加熱室内に発せら
れ、該エネルギーの一部はタンディッシュおよび加熱室
の内壁材料である耐火物の温度を上昇させる。一般的に
該エネルギーの増加はアーク長、すなわちアーク電圧に
比例するものと評価されている。
【0008】また、プラズマトーチに使用される電極は
プラズマを形成させることによって徐々に消耗していく
が、一般的に、該電極の消耗速度はアーク電圧には無関
係であり、アーク電流に比例して速くなると評価されて
いる。
【0009】しかしながら従来の方法では、溶鋼温度を
調整するためのプラズマトーチの出力調整は、プラズマ
トーチに使用される電流の消耗速度を低減するため、ア
ーク電流を低めに設定しアーク電圧を高く維持したまま
加熱処理を行うことが主流であった。そのため、アーク
電圧が一貫して高い場合には上述のプラズマからの輻射
熱により加熱室およびタンンディッシュの内壁材料であ
る耐火物が必要以上に加熱され、該耐火物が安全使用温
度を超えてしまい損耗速度が急激に速くなっていた。こ
のため、耐火物の補修に必要なランニングコストが増大
するという問題がおこっていた。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、この問題点を
解決するための手段として、溶融金属上部にプラズマト
ーチを設置し、プラズマトーチと該溶融金属との間に発
生させたプラズマアークによって該溶融金属を加熱する
装置において、タンディッシュ容器あるいは加熱室の内
壁材料である耐火物内に、該耐火物の温度測定を目的と
した測定手段およびプラズマトーチの出力調整を自動的
に行う電圧電流制御手段を具備することを特徴とする。
また、溶融金属をプラズマにより加熱する方法におい
て、プラズマからの輻射熱により加熱される加熱装置内
壁の耐火物の温度を逐一検知し、該検知された温度に基
づきプラズマに供給する出力すなわちプラズマのアーク
電圧とアーク電流を制御し、溶鋼温度を適正な温度範囲
に制御することを特徴とする。
【0011】
【作用】溶融金属を加熱する装置の容器および加熱室の
内壁材料である耐火物の温度が安全使用温度より低く、
耐火物の損耗が問題にならない加熱初期においては、溶
鋼温度を適正な温度範囲にするために必要なプラズマト
ーチの出力を得るために、アーク電圧を高めに、アーク
電流は低めに設定する。こうすることにより、プラズマ
トーチ電極の消耗速度の増大を遅く抑えることができ
る。
【0012】また加熱処理を続けることにより、溶融金
属を加熱する装置の容器および加熱室の内壁材料である
耐火物の温度が安全使用温度より高くなった場合には、
アーク電圧を低めに、アーク電流を高めに設定すること
によって上述と同じく溶鋼温度を適正な温度範囲にする
ために必要なプラズマトーチの出力を得る。こうするこ
とにより、余分の輻射熱発生を抑えることができ、耐火
物の損耗速度の低減等のプラズマ加熱のランニングコス
ト削減に大きく寄与する。
【0013】
【実施例】次に本装置の実施例をタンディッシュの溶鋼
加熱に適用した場合につき説明する。(図1参照) 図1において、2は溶融金属を入れた容器即ちタンディ
ッシュで、内壁は安全使用温度が約1600℃のハイア
ルミナ系の耐火物で形成されている。プラズマ発生源と
して直流移行型プラズマトーチを使用した場合にはタン
ディッシュ2に対向電極11を設けることになる。
【0014】3は、上述のタンディッシュ2の上部に形
成されている加熱室で、該加熱室内壁も前述のタンディ
ッシュ同様にハイアルミナ系の耐火物で形成されてい
る。また該加熱室3の上部にはトーチ昇降装置12に保
持され、昇降可能な機構を有したプラズマトーチ1が挿
入されている。
【0015】プラズマトーチ1と対向電極11には給電
回路5を通じてプラズマ用直流電源6が接続されてお
り、また該直流電源6にはプラズマの出力即ち電圧と電
流を制御するためのプラズマ制御装置7がインターフェ
イスされている。通常、上述の装置を総称してタンディ
ッシュプラズマ加熱装置と称する。
【0016】本実施例ではさらに、タンディッシュ2お
よび加熱室3の内壁材料である耐火物4の表面温度を測
定するために2本の熱電対8を耐火物の内表面より5mm
程度の位置に設け、2箇所で測定した値の平均温度を用
いて制御している。この際、実際の耐火物表面の温度
は、本平均温度より100〜150℃程度高くなる。ま
た、耐火物温度を測定する熱電対は当然1本あるいは複
数本であっても構わず、複数本の場合には局所的な熱負
荷等を考慮して制御要素として最大値を採用したり、今
回のように平均値を採用するといった使い分けが必要で
ある。
【0017】また、タンディッシュ内の溶鋼温度を測定
するために通常、熱電対が内蔵された溶鋼測温装置13
がタンディッシュ2に設けられている。本実施例では該
測温装置13によって測定された溶鋼温度の測定値もプ
ラズマ制御装置に信号として取り込み、溶鋼加熱に必要
なプラズマ出力を自動的に決定している。当然ではある
が、該溶鋼温度の測定値をプラズマ制御装置に取り込ま
ず、溶鋼加熱に必要なプラズマ出力をプラズマ制御装置
に別途入力しても構わない。
【0018】以下、本装置による加熱例について説明す
る。本実施例では、取鍋交換前10分に溶鋼温度が15
60℃となったところでプラズマ加熱を開始するため、
プラズマトーチ1とタンディッシュ2に設けられた対向
電極11の間にプラズマ電源6によって電圧を印加し、
プラズマトーチ1と溶鋼9の間にプラズマアーク10を
発生させた。またこのとき、溶鋼加熱に必要なプラズマ
出力は鋳造速度より1.5MWを必要としたが、加熱初
期であることから熱電対8により得られた平均温度が1
050℃であったため、プラズマ制御装置7により電流
3000A×電圧500Vに自動的に設定された。この
状態で加熱処理を6分間継続した後、熱電対8により得
られた平均温度が1500℃に到達したため、加熱初期
と同様にプラズマ制御装置7により電流5000A×電
圧300Vに自動的に変更され、その後12分間にわた
って加熱処理を継続した。
【0019】同様の加熱処理を1キャスト内で12チャ
ージにわたって行ったが、タンディッシュと加熱室の内
壁材料である耐火物の損耗およびプラズマトーチ電極の
消耗は全く確認できなかった。
【0020】
【発明の効果】本発明により以下の効果が期待できる。
まず、余分の輻射熱発生を抑えることにより、耐火物の
損耗速度の低減等のプラズマ加熱のランニングコスト削
減に大きく寄与することが可能になる。また、アーク電
流とアーク電圧のバランスを適正化することで、上述の
耐火物の損耗速度とプラズマトーチの電流の消耗速度と
いう2つの要素を最小に抑えることで、全体的に低いラ
ンニングコストによるプラズマ加熱処理が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明での実施例の全体装置の構成図を示す。
【符号の説明】
1 プラズマトーチ 2 タンディッシュ 3 加熱室 4 耐火物 5 給電回路 6 プラズマ用直流電源 7 プラズマ制御装置 8 熱電対 9 溶鋼 10 プラズマアーク 11 対向電極 12 トーチ昇降装置 13 溶鋼測温装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H05H 1/32 9216−2G

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 容器あるいは加熱室の内壁に耐火物を有
    し、溶融金属をプラズマにより加熱する方法において、
    プラズマからの輻射熱により加熱される加熱装置内壁の
    耐火物の温度を逐一検知し、該検知された温度に基づき
    プラズマに供給する出力すなわちプラズマのアーク電圧
    とアーク電流を制御し、溶鋼温度を適正な温度範囲に制
    御することを特徴とするプラズマ加熱方法。
  2. 【請求項2】 容器あるいは加熱室の内壁に耐火物を有
    し、溶融金属をプラズマにより加熱する装置において、
    溶融金属表面との間にプラズマを形成するためのプラズ
    マトーチと、該プラズマトーチに電力を供給する直流電
    源装置と、該プラズマのアーク電圧およびアーク電流を
    制御するための制御装置と、加熱装置内の溶鋼温度を測
    定する測定手段から構成され、さらに加熱室の内壁材料
    である耐火物内に該耐火物の温度を測定するための測定
    手段を形成したことを特徴とする溶融金属のプラズマ加
    熱装置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Effective date: 20020305