JPH09145254A - Electric furnace - Google Patents

Electric furnace

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Publication number
JPH09145254A
JPH09145254A JP30126995A JP30126995A JPH09145254A JP H09145254 A JPH09145254 A JP H09145254A JP 30126995 A JP30126995 A JP 30126995A JP 30126995 A JP30126995 A JP 30126995A JP H09145254 A JPH09145254 A JP H09145254A
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JP
Japan
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furnace
electrode
transformer
phase
electric furnace
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Withdrawn
Application number
JP30126995A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Nobuo Yamada
信夫 山田
Hironori Takano
博範 高野
Masaki Niioka
正樹 新岡
Masaru Fukuyama
勝 福山
Kenji Umetsu
健司 梅津
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce a loss of electrical power and eliminate a phenomenon of unbalanced state of 3-phase by a method wherein a transformer for an electrical furnace having extending electrodes connected to a rear end of each of graphite electrodes and the extending electrodes applied as a secondary winding and an electric collecting short-circuited device for making a short-circuit of extending 3-phase electrodes to each other is arranged at an upper part of the transformer. SOLUTION: A transformer 24 for an electric furnace constructed such that a water-cooled electrical conductive pipe 26 cooperatively connected to an upper part of each of graphite electrodes is applied as a secondary winding is arranged on a fourth floor 28. An electricity collecting short-circuit device 27 for making a relative short-circuit state of extending electrodes of 3-phase is arranged at an upper part of the transformer 24 for the electric furnace. Then, the electricity collecting short-circuit device 27 can be raised or lowered by a rack part 29 cooperatively connected to an upper part of the extending electrode water- cooled electrical conductive pipe part 26 and an electrode ascending or descending driving device 31 installed at a fifth floor 30 in response to a melting state in the furnace and an operating state of the furnace. With such an arrangement as above, a loss of electrical power can be reduced, an unbalanced state of 3-phase can be eliminated and a responding characteristic of the electrode ascending or descending speed can be made fast.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄、ステンレス鋼
等の金属材料をアーク熱にて溶解する電気炉であって、
主として3相交流電源を印加する設備を有する3相交流
電気炉に関するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an electric furnace for melting metal materials such as iron and stainless steel by arc heat,
The present invention mainly relates to a three-phase AC electric furnace having equipment for applying a three-phase AC power source.

【0002】[0002]

【従来の技術】電気炉は、資源の有効利用と廃棄物リサ
イクルの地球環境に対する配慮から、また鉄においては
製鋼コスト低減化の要求から、近年多数新設される傾向
にある。電気炉では電気エネルギーを材料の溶解に使う
ため、溶解に要する電力原単位が電気炉の性能を評価す
る上で重要な指標になる。そのため、炉体からの熱放散
ロスのミニマム化と通電部における電力ロスの低減化の
極限への努力がなされてきた。
2. Description of the Related Art In recent years, a large number of electric furnaces have been installed because of effective utilization of resources and consideration of global environment for waste recycling, and demand for reduction of steelmaking cost for iron. Since electric energy is used for melting a material in an electric furnace, the electric power consumption required for melting is an important index for evaluating the performance of the electric furnace. Therefore, efforts have been made to minimize the heat dissipation loss from the furnace body and reduce the power loss in the energized section.

【0003】アーク熱によって材料を溶解する従来の3
相交流電気炉の一般的な設備構成を図1に示し、鉄を溶
解するものを例にして各部の機能を概説する。特別高圧
で受電した電源は遮断器、1次側特別高圧線1を経由し
て電気室内に設置された炉用トランス2の1次巻線に供
給される。炉用トランス2は一般に負荷時電圧調整可能
なタイプのものが使用される。所要の電圧に降圧された
トランスの2次側は、数枚の銅板からなる2次側母線
3、水冷ケーブルからなる可撓電線4、水冷銅チューブ
からなる支腕母線5ならびに電極クランプ部6を経由し
て黒鉛電極7に接続される。黒鉛電極7は炉の操業中に
消耗するため継ぎ足し可能になっている。可撓電線4か
ら電極7までは、炉の操業状況に応じて上下動させる必
要があるため、電極昇降装置8によって、各相独立もし
くは一括して昇降できるようになっている。
The conventional 3 which melts materials by arc heat
FIG. 1 shows a general equipment configuration of a phase alternating current electric furnace, and the function of each part will be outlined by taking an example of one that melts iron as an example. The power received at the extra high voltage is supplied to the primary winding of the transformer 2 for the furnace installed in the electric room via the breaker and the primary extra high voltage line 1. As the furnace transformer 2, a type in which the voltage can be adjusted under load is generally used. The secondary side of the transformer, which has been stepped down to the required voltage, has a secondary side bus bar 3 made of several copper plates, a flexible electric wire 4 made of a water cooling cable, a supporting arm bus bar 5 made of a water cooling copper tube, and an electrode clamp part 6. It is connected to the graphite electrode 7 via. The graphite electrode 7 can be replenished because it is consumed during the operation of the furnace. Since it is necessary to move the flexible wire 4 to the electrode 7 up and down according to the operating condition of the furnace, the electrode lifting device 8 can lift or lower each phase independently or collectively.

【0004】電極エコノマイザ9は、電極7と炉蓋10
との隙間からの高温ガスの噴出から電極の局部加熱を防
ぐための水冷環である。集塵用エルボ11は炉内からの
粉塵入りガスを集塵機へ導くフードである。炉台12、
炉脚13、傾動装置14は出鋼、出滓時に炉体を傾動さ
せるための機構である。炉体は鉄製の炉殻15の内面の
炉壁部16、炉床部17のそれぞれに、耐火物もしくは
水冷板を張ったものである。炉内に挿入された原料は、
アーク熱で溶解され図示のように炉下部に溶鋼18のプ
ールが形成される。炉蓋10は炉蓋上昇旋回装置19に
て昇降、旋回できるようになっている。図中上方には,
補助図にて電極の平面配置を示した。R、S、Tの3相
の電極は電極中心サークル上に正三角形に配置されてい
る。
The electrode economizer 9 includes an electrode 7 and a furnace lid 10.
It is a water-cooled ring for preventing local heating of the electrode from the ejection of high-temperature gas from the gap between and. The dust collecting elbow 11 is a hood that guides the dust-containing gas from the furnace to the dust collector. Furnace stand 12,
The furnace leg 13 and the tilting device 14 are a mechanism for tilting the furnace body during tapping and tapping. The furnace body is formed by placing a refractory material or a water cooling plate on each of the furnace wall portion 16 and the hearth portion 17 on the inner surface of the iron furnace shell 15. The raw material inserted in the furnace is
It is melted by arc heat and a pool of molten steel 18 is formed in the lower part of the furnace as shown. The furnace lid 10 can be raised and lowered and swung by a furnace lid raising and turning device 19. In the upper part of the figure,
The plan view of the electrodes is shown in the auxiliary drawing. The R, S, and T three-phase electrodes are arranged in an equilateral triangle on the electrode center circle.

【0005】上記した従来の電気炉(以降、従来構造の
電気炉を「従来炉」と、本発明による方式の電気炉を
「本炉」と呼ぶ)における性能上の問題点を以下に列記
する。 1)電力ロスが大きい 電気炉における主として抵抗損による電力ロスは全電気
量の約4[%]であるが、これは2次電流が数万[A]
といった大きな値であるため、トランスから電極先端ま
での導電材料の電気抵抗ならびに接触抵抗による抵抗損
が大きくなるためである。電力ロス低減のために、通電
経路を短くしたり断面積を大きくしたり高導電性材料を
選択したり炉体の構造を変更したり様々な対策が講じら
れてきたが、これらの対策も限界状態にある。また、通
電経路はトランス、2次側母線(ブスバーとも呼ばれ
る)、可撓電線、支腕母線ならびに電極であり、これら
はその構造と機能により4カ所で接続されるため、各接
続部での接触抵抗は回避しがたい。接続部での電力ロス
は大きな比重を占める。またゆるみによる過熱は部材損
傷などの破局的な災害の原因にもなる。
Performance problems in the above-described conventional electric furnace (hereinafter, the electric furnace having the conventional structure is referred to as "conventional furnace" and the electric furnace of the method according to the present invention is referred to as "main furnace") are listed below. . 1) Large power loss In an electric furnace, the power loss mainly due to resistance loss is about 4 [%] of the total electricity, but the secondary current is tens of thousands [A].
This is because the resistance loss due to the electrical resistance and the contact resistance of the conductive material from the transformer to the electrode tip is large due to such a large value. Various measures have been taken to reduce power loss, such as shortening the current-carrying path, increasing the cross-sectional area, selecting highly conductive materials, changing the structure of the furnace body, etc., but these measures are also limited. Is in a state. The energization path is a transformer, secondary side busbar (also called busbar), flexible electric wire, supporting arm busbar and electrode. These are connected at four places due to their structure and function, so contact at each connection part Resistance is hard to avoid. The power loss at the connecting part occupies a large proportion. In addition, overheating due to loosening may cause catastrophic disasters such as damage to components.

【0006】2)3相不平衡が大きい 従来炉では一般に、電気室内に設置された炉用トランス
から各導電材料を経由して電極に給電される経路が幾何
学的に不均等にならざるを得ない。電気的にはリアクタ
ンス成分の不均等が顕著である。これによる各相投入電
力量の不平衡率は8〜20[%]にもなる。この不平衡
は炉内の円周方向での原料の溶解速度の不均一や側壁耐
火物の不均一溶損を招来する。また各相電力不均一は電
力投入効率を悪化させ、電源系統の給電能力に制約をも
たらす。以上のことから、この不平衡を軽減するために
導体配置法に様々な方策が講じられてきたが、これらの
対策も限界状態に達している。
2) In a conventional furnace having a large three-phase imbalance, generally, the paths for feeding power from the furnace transformer installed in the electric chamber to the electrodes via the conductive materials must be geometrically uneven. I don't get it. Electrically, the nonuniformity of the reactance components is remarkable. As a result, the unbalance rate of the amount of power input to each phase is as high as 8 to 20%. This non-equilibrium causes non-uniform melting rate of the raw material in the circumferential direction in the furnace and non-uniform melt-down of the sidewall refractory. In addition, the non-uniformity of the power in each phase deteriorates the power input efficiency and limits the power supply capacity of the power system. From the above, various measures have been taken for the conductor arrangement method in order to reduce this imbalance, but these measures have reached the limit.

【0007】3)電極の昇降応答速度が遅い 電気炉では主としてスクラップからなる原料が不定形で
あるため溶解過程でアーク長が変化しやすい。そのため
3相の各電極を独立に上下動させてアーク長を所定の値
になるよう制御することが必要である。従来炉では電極
支柱、電極支腕20と黒鉛電極7からなる「Πの字型
(ギリシャ文字の「パイ」の大文字)」の大型構造物を
一括して昇降させることになる。従って、急速に昇降す
ると電極が振動し、黒鉛電極は横方向の剪断応力が弱く
折損を招くため、応答速度を上げることができない。無
理して応答性を上げようとすると、系全体のハンチング
が生ずる。一般には、4〜6[m/min ]の緩慢な制御し
かできない。その結果、急速なアーク長変動があると、
電極の動きがこれに追随できなくなり、電流が激変し関
連の電源系統に過大なフリッカーを生じ、電源の品質を
劣化させる。時には短絡に至り、電気炉の操業続行が不
能になるため、生産性を阻害する。
3) In an electric furnace having a slow electrode up-and-down response speed, the arc length is apt to change during the melting process because the raw material mainly made of scrap is indefinite. Therefore, it is necessary to independently move each of the three-phase electrodes up and down to control the arc length to a predetermined value. In the conventional furnace, a large “Π-shaped (uppercase Greek letter“ pie ”)” structure consisting of the electrode columns, the electrode supporting arms 20, and the graphite electrodes 7 is lifted and lowered collectively. Therefore, if the graphite electrode is rapidly moved up and down, the electrodes vibrate, and the shear stress in the lateral direction of the graphite electrode is weak, which causes breakage, so that the response speed cannot be increased. If you try to increase the responsiveness by force, hunting of the entire system will occur. Generally, only a slow control of 4 to 6 [m / min] is possible. As a result, if there is a rapid change in arc length,
The movement of the electrodes cannot follow this, and the current changes drastically, causing excessive flicker in the related power supply system and degrading the quality of the power supply. Occasionally, a short circuit occurs, making it impossible to continue operation of the electric furnace, which impedes productivity.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な従来炉における問題点を解決し、電力ロスが少なく、
3相の不平衡現象を解消し、電極昇降速度の応答性を早
め、建設設備コストの安価な3相交流電気炉を提供する
ことを目的とする。本発明の解決すべき課題は下記の項
目である。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention solves the problems in the conventional furnace as described above, reduces power loss,
An object of the present invention is to provide a three-phase AC electric furnace which eliminates the three-phase unbalance phenomenon, accelerates the response of the electrode ascending / descending speed, and has a low construction equipment cost. The problems to be solved by the present invention are the following items.

【0009】1)炉用トランス2次側の大電流導電経路
の長さならびに接続部数を最小限にし、その結果導電経
路における抵抗損を低減させ、材料の溶解に使われる電
力の投入電力に対する比率を従来炉よりも高めること。 2)炉用トランス2次側の導電経路の炉中心に対する完
全対称化を図ることにより、3相の各相インピーダンス
の均等化し、従来炉のような投入電力の不平衡を回避す
ること。 3)材料溶解中の崩れ込みなどによるアーク長の変動に
追随できるように電極の昇降速度を高め、その結果電源
系統のフリッカー発生を抑制すること。 4)以上の従来炉の課題を解決するに当たって、従来型
電気炉改造もしくは新設するときの費用が低額で実施で
きること。
1) The length of the high-current conductive path on the secondary side of the transformer for the furnace and the number of connecting parts are minimized, and as a result, the resistance loss in the conductive path is reduced, and the ratio of the power used for melting the material to the input power. Higher than conventional furnaces. 2) By making the conduction path on the secondary side of the transformer for the furnace completely symmetrical with respect to the center of the furnace, the impedance of each phase of the three phases is equalized, and the imbalance of input power as in the conventional furnace is avoided. 3) To increase the ascending / descending speed of the electrode so that it can follow the variation of the arc length due to collapse during melting of the material, and as a result, suppress the occurrence of flicker in the power supply system. 4) In solving the above problems of the conventional furnace, the cost for remodeling or newly installing the conventional electric furnace should be low.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明者らによる従来の
電気炉の設計、製作、操業ならびに設備メンテナンスの
実績によると、上記の問題点の生起する根本が、電気炉
本体と併置して炉用トランスならびに関連の電気機器が
配置されている電気炉設備の構成にあることが分かっ
た。
According to the results of designing, manufacturing, operating and equipment maintenance of conventional electric furnaces by the present inventors, the root of the above-mentioned problems arises when the electric furnace body is placed in parallel with the furnace. It was found to be in the configuration of the electric furnace facility where the transformer for use and related electric equipment are arranged.

【0011】前記の課題を解決する手段は、黒鉛電極の
後端に連接して延長電極を配置し、これを2次巻線とし
て構成する炉用トランスを配し、該トランスの上部で延
長電極を相互に短絡する集電短絡装置を配置する構造に
することである。
The means for solving the above-mentioned problems is to arrange an extension electrode connected to the rear end of a graphite electrode, arrange a furnace transformer configured as a secondary winding, and extend the extension electrode above the transformer. Is to arrange a current collecting and shorting device for short-circuiting each other.

【0012】炉用トランスの2次側巻線としても機能す
る延長電極は、黒鉛電極後端に連接され、非磁性構造用
鋼を機械的強度を確保するための芯管とし、その外に同
心の複数管からなる冷却流体(エアーもしくは水)往復
管路を有し、その外周に導電管を有するものである。黒
鉛電極とこれに連接された延長電極は全体としてストレ
ート型であるが、これを昇降させる必要があるため、延
長電極の後端にはラックが接続され、後に説明する「ラ
ック・ピニオン機構」によって、昇降ができるようにす
る必要があり、機構の種類はどのような方法であれ、本
発明の電気炉を構成する上で不可欠である。
The extension electrode, which also functions as the secondary winding of the furnace transformer, is connected to the rear end of the graphite electrode, and the nonmagnetic structural steel is used as a core tube for ensuring the mechanical strength, and concentric with the core tube. The cooling fluid (air or water) reciprocating pipe line consisting of a plurality of pipes is provided, and the conductive pipe is provided on the outer periphery thereof. The graphite electrode and the extension electrode connected to it are straight type as a whole, but since it is necessary to move them up and down, a rack is connected to the rear end of the extension electrode, and a "rack and pinion mechanism" described later is used. It is necessary to be able to move up and down, and whatever kind of mechanism is used, it is indispensable for constructing the electric furnace of the present invention.

【0013】また集電短絡装置は、炉用トランスの上部
に設置されて各相を短絡することにより、アーク電流の
閉ループを形成することができる。短絡部での短絡の信
頼性を確保し、ここでの抵抗損の発生を避けるために
は、たとえばブラシと電刷子からなる不完全な接触機構
を使用することは得策ではないため、ここでは後記する
ような集電短絡装置を考案した。集電短絡装置は電極の
昇降につれて昇降する必要があるため、昇降装置が必要
である。アーク長を一定に保つためには各相毎の位置関
係のフレキシビリティを確保する必要がある。このよう
な昇降機構が上記の本発明の電極昇降機構でバッチ炉の
ときには不可欠である。
Further, the current collector short-circuit device is installed above the furnace transformer and short-circuits each phase to form a closed loop of the arc current. In order to secure the reliability of the short circuit at the short circuit part and to avoid the occurrence of ohmic loss here, it is not a good idea to use an incomplete contact mechanism consisting of, for example, a brush and an electric brush. We have devised a current collector short-circuit device. The current collecting and shorting device needs to move up and down as the electrodes move up and down, so a lifting device is required. In order to keep the arc length constant, it is necessary to secure the flexibility of the positional relationship for each phase. Such an elevating mechanism is indispensable when the electrode elevating mechanism of the present invention is a batch furnace.

【0014】各相毎に黒鉛電極後端に連接して延長電極
を配置し、この延長電極そのものを炉用トランスの2次
側巻線として機能させるようにすれば、炉用トランス2
次側巻線が不要になり、また炉本体の上部に隣接して炉
用トランスが設置できるために、従来炉のようなブスバ
ー、可撓電線、支腕母線が不要になり、通電経路長を短
くでき、また種類の異なる導電経路部材の数が減ること
により接続箇所数を低減することができる。その結果、
電力ロスを極限まで低下させることができる。
If an extension electrode is arranged so as to be connected to the rear end of the graphite electrode for each phase and the extension electrode itself functions as the secondary winding of the furnace transformer, the transformer for the furnace 2
The secondary winding is no longer required, and the transformer for the furnace can be installed adjacent to the upper part of the furnace body, eliminating the need for busbars, flexible wires, and supporting arm busbars as in conventional furnaces. The number of connecting points can be reduced by shortening the number of conductive path members of different types. as a result,
Power loss can be reduced to the limit.

【0015】また、従来炉のように電気炉本体と炉用ト
ランスを併置する方法では、導電経路を幾何学的に均等
化することが不可能であったが、上記のように炉用トラ
ンスを黒鉛電極上部に配置することにより3相各相の幾
何学的配置を電気炉周方向で対称化することが可能にな
る。その結果、電気的平衡化がはかれ3相の投入電力の
不平衡が解消できる。
In the conventional method of arranging the electric furnace main body and the furnace transformer together, it was impossible to geometrically equalize the conductive paths. By arranging it on the graphite electrode, it becomes possible to make the geometrical arrangement of each of the three phases symmetrical in the circumferential direction of the electric furnace. As a result, electrical balancing is achieved and the imbalance of the three-phase input power can be eliminated.

【0016】更に、従来の電極昇降装置のごとき「Πの
字型」配置を避け、「ストレート型」にすることにより
電極昇降時の横振れを排することができる。また、導電
経路部材の総量が減少することと、ストレート型の効果
により、電極昇降速度の応答性が高められる。その結
果、急激なアーク長の変動に電極の昇降が追随できるこ
とになり、アーク長が従来よりも一定に保たれ、アーク
電流値の変動が小さくなり、フリッカーを低減すること
が可能になる。
Further, by avoiding the "Π-shaped" arrangement as in the conventional electrode elevating device and adopting the "straight type", it is possible to eliminate the lateral shake when the electrode is elevating. Further, the responsiveness of the electrode ascending / descending speed is enhanced by the reduction of the total amount of the conductive path members and the straight type effect. As a result, the ascending / descending of the electrode can follow a rapid change in the arc length, the arc length can be kept more constant than in the conventional case, the change in the arc current value can be reduced, and flicker can be reduced.

【0017】従来炉のフリッカー対策として、直流電気
炉に改造する方法もあり、そのときフリッカーが従来よ
り格段に低下することも公知であるが、改造であれ、新
設であれ、交流電気炉と直流電気炉とでは炉本体ならび
に電源系統が大いに異なるため、多額の設備投資を要す
る。ところが上記のような本発明による電気炉に改造す
る場合は、電気炉本体部分にはほとんど改造が不要で従
来の技術的遺産が継承できる。
As a countermeasure against flicker of a conventional furnace, there is also a method of remodeling into a DC electric furnace, and it is also known that the flicker at that time is remarkably reduced compared to the conventional one. Since the furnace itself and the power supply system are very different from the electric furnace, a large amount of capital investment is required. However, when the electric furnace according to the present invention is modified as described above, the electric furnace main body hardly needs to be modified and the conventional technical heritage can be inherited.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】本炉の主要構成部と各部の機能の
概略を図2にて説明する。図2において、可変電圧トラ
ンス21は炉用トランス1次巻線に給電する電圧を変化
させるためのトランスで、1次側特別高圧線22は開閉
器を経て特別高圧の電源系統に接続される。2次側特別
高圧線23は炉用トランス24の1次側巻線に接続され
る。炉用トランス24は、黒鉛電極27の上部に連接し
た延長電極の水冷導電管部26を2次巻線として構成す
る巻き鉄心型トランスで、2次側巻線数が「1」の3相
トランスである。炉用トランス24の上部には集電短絡
装置27が設置されている。黒鉛電極ならびに炉体のそ
の他の部分は従来の電気炉とほぼ同様である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The outline of the main constituent parts of the furnace and the function of each part will be described with reference to FIG. In FIG. 2, the variable voltage transformer 21 is a transformer for changing the voltage supplied to the primary winding of the transformer for a furnace, and the primary side special high voltage line 22 is connected to a special high voltage power supply system via a switch. The secondary-side special high-voltage line 23 is connected to the primary-side winding of the furnace transformer 24. The transformer 24 for the furnace is a winding core type transformer in which the water-cooled conductive tube portion 26 of the extension electrode connected to the upper part of the graphite electrode 27 is configured as a secondary winding, and is a three-phase transformer having a secondary winding number of "1". Is. A current collector short-circuit device 27 is installed above the furnace transformer 24. The other parts of the graphite electrode and the furnace body are almost the same as those of the conventional electric furnace.

【0019】炉用トランス24は第4フロアー28に固
定して設置されており、集電短絡装置27は炉内の溶解
状況や炉の操業状態に応じて昇降可能になっている。延
長電極水冷導電管部26の上方に連接したラック部29
と第5フロアー30に設置された電極昇降駆動装置31
のピニオン部とからなる「ラック・ピニオン機構」によ
り、大振幅の低速モードと小振幅の高速モードの合成モ
ードで電極27の昇降が行われる。
The furnace transformer 24 is fixedly installed on the fourth floor 28, and the current collector short-circuit device 27 can be moved up and down according to the melting condition in the furnace and the operating condition of the furnace. Rack portion 29 connected above the extension electrode water-cooled conductive tube portion 26
And an electrode lifting drive device 31 installed on the fifth floor 30
By the "rack and pinion mechanism" composed of the pinion part of the electrode 27, the electrode 27 is moved up and down in the combined mode of the large amplitude low speed mode and the small amplitude high speed mode.

【0020】また、集電短絡部は後述するように電極側
集電リングと半固定側集電リングと3個の半固定側集電
リングを互いに短絡する短絡ブロックからなる集電短絡
装置ならびにこれらを結ぶフレキシブル導線部とからな
り(以降は集電短絡装置とは半固定側集電リングと短絡
ブロック側とする)、第4フロアー28に設置された集
電短絡装置昇降駆動装置32にてガイド軸と集電短絡装
置の設置台の「ボルト・ナット機構」により低速での昇
降が可能になっている。
Further, the current collecting short-circuit portion is composed of a current collecting short-circuiting device composed of a short-circuit block for short-circuiting the electrode-side current collecting ring, the semi-fixed current collecting ring and three semi-fixed current collecting rings, as will be described later. And a flexible conducting wire portion (hereinafter referred to as a semi-fixed side current collecting ring and a short-circuit block side) that connects with the current collecting short-circuiting device lifting / lowering device 32 installed on the fourth floor 28. The "bolt and nut mechanism" on the installation base of the shaft and the current collector short-circuit device makes it possible to move up and down at low speed.

【0021】低速モードは溶解初期から溶解末期までの
緩やかな電極の下降に、また溶解終了後に炉を傾動させ
たり材料を挿入するために電極を上昇させるときの動作
モードで、従来の電気炉と同様に緩慢な動作モードであ
る。高速モードは溶解中の急速なアーク長変動に追従し
て電極を上下動させるモードである。
The low-speed mode is an operation mode in which the electrode is slowly lowered from the initial stage of melting to the final stage of melting, and after the completion of melting, the electrode is raised for tilting the furnace or inserting material, which is different from the conventional electric furnace. It is also a slow operating mode. The high-speed mode is a mode in which the electrode is moved up and down following a rapid change in arc length during melting.

【0022】実施例では炉用トランスを固定としたが、
両者ともボルト・ナット機構にて昇降させることもでき
る。図中には電圧、電流の各検出器等センサー類、炉体
の水冷給排水管等のユーティリティ補給路は図示を省略
した。また、黒鉛電極の消耗に応じて、継ぎ足しをする
ための機構や黒鉛電極の保温機構も有するが、図中では
第3フロアー33と第4フロアー28の間に、これらを
破線枠34で示し図示は省略した。また、図2上方の補
助図にてR、S、T3相の電極位置とこれらの間にある
3本のガイド軸の配置を示した。
Although the transformer for the furnace is fixed in the embodiment,
Both can be lifted and lowered by a bolt and nut mechanism. In the figure, illustrations of sensors such as voltage and current detectors and utility supply paths such as water cooling and drainage pipes of the furnace body are omitted. Further, although there is a mechanism for replenishing the graphite electrode according to the wear of the graphite electrode and a heat retaining mechanism for the graphite electrode, these are shown by a broken line frame 34 between the third floor 33 and the fourth floor 28 in the drawing. Was omitted. In addition, the auxiliary positions in the upper part of FIG. 2 show the positions of the R, S, and T3 phase electrodes and the arrangement of the three guide shafts between them.

【0023】炉の大略構成は従来炉が平面配置的である
のに対して、本炉は垂直配置を特徴とする。次に、本発
明のポイントになるトランス、集電短絡装置ならびに延
長電極について、またこれらの昇降駆動装置について本
発明者らの実施例に基づいて説明する。
The general structure of the furnace is such that the conventional furnace is arranged in a plane, whereas the present furnace is characterized by a vertical arrangement. Next, a transformer, a current collecting short-circuit device and an extension electrode, which are the points of the present invention, and a lifting drive device for them will be described based on examples of the present inventors.

【0024】対象の炉は炉殻内径6,100[mm]、従
来方式での電源容量25,000[kVA ]、公称能力6
0[ton ]、副原料等が追加挿入されるため実生産量が
1チャージ当たり80[ton ]の既設炉を改造すること
によって対応した。黒鉛電極の径は20[inch](50
8[mm])で電極間距離は1,350[mm](電極サー
クル径は1,560[mm])で、従来の改造前の仕様を
踏襲した。
The target furnace is a furnace shell inner diameter of 6,100 [mm], a conventional power source capacity of 25,000 [kVA], and a nominal capacity of 6
Since 0 [ton] and auxiliary materials are additionally inserted, it was dealt with by modifying the existing furnace whose actual production amount is 80 [ton] per charge. The diameter of the graphite electrode is 20 [inch] (50
8 [mm]) and the distance between the electrodes is 1,350 [mm] (electrode circle diameter is 1,560 [mm]), which is the same as the previous specifications before modification.

【0025】図3、図4には上記した炉用トランスの1
相分の縦方向の断面図および3相分の横方向の断面図を
示す。1次巻き線はΔ(デルタ)結線、2次巻き線はY
(スター)結線とした。1相分は大略中空円柱形状で、
外径約1,300[mm]、高さ約2,600[mm]であ
る。鉄心部は冷却し易くするのと材料調達ならびに製作
の容易さを考慮して5段に分割されており、高磁束密
度、低鉄損の電磁鋼板を使用した巻き鉄心型で、1段分
の高さは450[mm]である。トランスの容量、2次電
圧は従来形式の改造前の仕様を踏襲し、それぞれ容量2
5[MVA ]、最大線間電圧460[V]、定格線間電圧
380[V]とした。線間電圧に対応する相電圧はそれ
ぞれ最大266[V]、定格219[V]である。トラ
ンスの1次側供給電圧は従来は22[kV]であったが、
本方式では66[kV]からの受電に変更した。定格電圧
における線電流は定格で38[kA]、最大を48[kA]
とした。鉄心と鎖交して巻かれる1次巻線の巻線数は1
73で、最大電流密度を余裕をみて2.5[A/mm2 ]に
抑え、断面積が127[mm2 ]の絶縁被覆角導線を使用
した。分割鉄心の間には周方向に断続してスペーサーを
挿入し、絶縁油の浸透が容易な構造とした。
FIGS. 3 and 4 show one of the above-mentioned furnace transformers.
A longitudinal sectional view of the phase and a lateral sectional view of the three phases are shown. Primary winding is Δ (delta) connection, secondary winding is Y
(Star) Connected. One phase is a hollow cylinder shape,
The outer diameter is about 1,300 [mm] and the height is about 2,600 [mm]. The iron core is divided into 5 stages in order to facilitate cooling and ease of material procurement and manufacturing. It is a wound iron core type using magnetic steel sheet with high magnetic flux density and low iron loss. The height is 450 [mm]. The capacity of the transformer and the secondary voltage follow the specifications of the conventional type before modification, and the capacity of each is 2
5 [MVA], maximum line voltage 460 [V], and rated line voltage 380 [V]. The maximum phase voltage corresponding to the line voltage is 266 [V] and the rating is 219 [V]. The primary side supply voltage of the transformer was 22 [kV] in the past,
In this method, the power was changed to 66 [kV]. The line current at rated voltage is 38 [kA] at the rating and 48 [kA] at the maximum.
And The number of primary windings that are wound in a chain with the iron core is 1
At 73, the maximum current density was suppressed to 2.5 [A / mm 2 ] with a margin, and an insulating coated square conductor wire having a cross-sectional area of 127 [mm 2 ] was used. Spacers were intermittently inserted between the split cores in the circumferential direction so that insulating oil could easily permeate.

【0026】図3、図4にそれぞれトランスの2次巻線
として機能する延長水冷導電管部26ならびに寸法対比
のために黒鉛電極27を破線で図示した。図4には断面
の部分拡大図を示した。トランスの中心方向から、2次
巻線として作用する延長電極26、トランス−延長電極
間の空隙ギャップ37、トランス1相分の内枠38、1
次巻線ならびに鉄心を冷却し枠間との絶縁性を確保する
ための絶縁油層39、1次巻線内巻層40、鉄心と1次
巻き線間の絶縁層41、珪素鋼板を巻いて所定の磁路面
積を確保する鉄心層42、鉄心と1次巻線外巻層間の絶
縁層43、1次巻線外巻層44、絶縁油層39、1相分
外枠46、トランス全体の外枠47の順になっている。
3 and 4, the extended water-cooled conductive tube portion 26 functioning as the secondary winding of the transformer and the graphite electrode 27 are shown in broken lines for size comparison. FIG. 4 shows a partially enlarged view of the cross section. From the center direction of the transformer, the extension electrode 26 acting as a secondary winding, the gap gap 37 between the transformer and the extension electrode, the inner frame 38 for one phase of the transformer 1,
An insulating oil layer 39 for cooling the secondary winding and the iron core to ensure insulation between the frames, an inner winding layer 40 of the primary winding, an insulating layer 41 between the iron core and the primary winding, and a silicon steel plate are wound and predetermined. Core layer 42 that secures the magnetic path area of the core, the insulating layer 43 between the iron core and the primary winding outer winding layer, the primary winding outer winding layer 44, the insulating oil layer 39, the one-phase outer frame 46, the outer frame of the entire transformer The order is 47.

【0027】図5、図6には集電短絡部の縦方向断面図
ならびに3相分の横方向の断面図を示した。集電短絡装
置部は、電極側集電リング48と半固定側集電リング4
9、短絡ブロック50とからなる集電短絡装置ならびに
これらを結ぶフレキシブル平導線51とから構成されて
いる。集電短絡装置はその設置台とともに操業状態に合
わせて緩やかに上下に昇降される。電極側集電リング4
8はフレキシブル平導線51の固定ならびに電位レベル
を等位化するイコライザーの役割をしている。フレキシ
ブル平導線は集電短絡装置が電極に比較して相対的に低
速で昇降動作するため、これにより生じる変位の差分を
吸収するための役割を果たしている。複数本のフレキシ
ブル平導線51からの電流は半固定側集電リング49に
接続される。この集電リングも電極側と同様の役割を果
たしている。3個のリングの中心と各相リング間の計4
個の短絡ブロック50は、3相の電流を相互に短絡する
役割を果たしている。フレキシブル平導線51は両集電
リング間を橋絡するもので、各相とも2段の計24本の
フレキシブル平導線からなっている。
FIG. 5 and FIG. 6 show a vertical sectional view of the current collecting short circuit portion and a lateral sectional view of three phases. The collector short-circuit device section includes the electrode-side collector ring 48 and the semi-fixed-side collector ring 4.
9. A current collecting short-circuit device including a short-circuit block 50 and a flexible flat conductor wire 51 connecting them. The current collector short-circuit device is slowly moved up and down together with its installation base according to the operating condition. Electrode side collector ring 4
Reference numeral 8 serves as an equalizer for fixing the flexible flat conductor 51 and equalizing the potential level. Since the current collector short-circuit device moves up and down at a relatively low speed as compared with the electrodes, the flexible flat conductor plays a role in absorbing the difference in displacement caused thereby. The current from the plurality of flexible flat conductors 51 is connected to the semi-fixed side current collecting ring 49. This current collecting ring also plays the same role as the electrode side. Total 4 between the center of 3 rings and each phase ring
The individual short-circuit blocks 50 play a role of short-circuiting the three-phase currents with each other. The flexible flat conductor wire 51 bridges between both current collecting rings, and is made up of a total of 24 flexible flat conductor wires in two stages for each phase.

【0028】図6(b)にフレキシブル平導線の取付説
明用補助図を示した。両端はそれぞれ3本の取付ボルト
52で集電リングに接続されている。フレキシブル平導
線は断面積が約240[mm2 ]の可撓性の優れた平型の
網より線を使用した。最大電流密度は約8.3[A/m
m2 ]である。半固定側集電リング49は平導線の固定
台の下に冷却水管53を装備しており、冷却されてい
る。段数を2段に抑えたのはメンテナンスが容易になる
ように配慮したからである。電極は炉の操業中に溶解状
況に応じて上下に動くため、この動き代を充分に余裕を
みて±300[mm]とした。図6(c)の移動代説明用
補助図に電極上昇上限のときと下降下限のときの電極側
を破線で示し、その位置関係とフレキシブル平導線の撓
みの様子を図示した。
FIG. 6 (b) shows an auxiliary drawing for explaining the mounting of the flexible flat conductor wire. Both ends are connected to the current collecting ring by three mounting bolts 52, respectively. As the flexible flat conductor wire, a flat type twisted wire having a cross-sectional area of about 240 [mm 2 ] and excellent flexibility was used. Maximum current density is about 8.3 [A / m
m 2 ]. The semi-fixed side current collecting ring 49 is equipped with a cooling water pipe 53 under a flat conductor fixing base and is cooled. The reason for limiting the number of steps to two is to make maintenance easier. Since the electrode moves up and down according to the melting condition during the operation of the furnace, this movement allowance was set to ± 300 [mm] with a sufficient margin. In the auxiliary diagram for explaining the movement allowance of FIG. 6C, the electrode side at the electrode rising upper limit and the electrode lower limit is shown by broken lines, and the positional relationship and the state of bending of the flexible flat conductor wire are shown.

【0029】トランスと集電短絡装置の全体の寸法は外
枠の大きさがほぼ同一寸法となるように配慮した。集電
短絡装置の高さはフレキシブル導線部を含めて約150
0[mm]である。ここでは上記のように集電短絡装置を
用いたが、小容量の電気炉でアーク電流が小さいときに
は同期電動機に使われているごときブラシ方式を適用す
ることもできる。ここでは接触の信頼性確保と接触抵抗
極小化のために上記の方式を採用した。
The overall dimensions of the transformer and the current collector short-circuit device were taken into consideration so that the outer frame had substantially the same size. The height of the current collector short-circuit device is about 150 including the flexible conductor.
It is 0 [mm]. Here, the current collector short-circuit device is used as described above, but when the arc current is small in a small-capacity electric furnace, a brush system such as that used in a synchronous motor can be applied. Here, the above method was adopted to ensure contact reliability and minimize contact resistance.

【0030】図7〜図9に延長電極の構造を示す。図7
は電極1相分の全体図、図8にはジョイント部等の外観
図、図9には主要部の断面図を示した。図7の(A)は
電極最下降時の、図7の(B)は電極最上昇時のフロア
ーとのそれぞれ位置関係を示す図である。黒鉛電極は通
常のポールをニップルで接続して使用するもので、ポー
ルを最大4本まで接続可能とした。1本当たりポール長
は1,500[mm]で、黒鉛電極長さは最長で6,00
0[mm]であり、延長電極側の第1ジョイントで接続さ
れる。延長電極は水冷導電管部とラック部に分かれ、こ
の間は第2ジョイントで接続されている。炉用トランス
と集電短絡装置の位置を破線のブロックで図示した。ま
た、上方から見た電極の配置を右側の補助図に示した。
集電短絡装置の部分には電極側集電リングが取り付けら
れている。第2ジョイントには冷却水の入口と出口があ
り、ここから水冷導電管部に冷却水が供給される。電極
上端には電極の下降を防ぐためのブロックが付いてい
る。図7中の移動代は操業状態に応じて電極が上下動す
るためのマージンで実施例では5,400[mm]とし
た。黒鉛電極を接続した状態での電極の全長は最長で約
26[m]である。
7 to 9 show the structure of the extension electrode. FIG.
Shows an overall view of one phase of the electrode, FIG. 8 shows an external view of a joint portion and the like, and FIG. 9 shows a cross-sectional view of a main portion. 7A is a diagram showing the positional relationship with the floor when the electrode is at the lowest position, and FIG. 7B is a diagram showing the positional relationship with the floor when the electrode is at the highest position. A graphite electrode is used by connecting a normal pole with a nipple, and up to four poles can be connected. The length of each pole is 1,500 [mm], and the maximum length of graphite electrode is 6,000.
It is 0 [mm] and is connected by the first joint on the extension electrode side. The extension electrode is divided into a water-cooled conductive pipe portion and a rack portion, and a space between these is connected by a second joint. The positions of the transformer for the furnace and the current collector short-circuit device are shown by the broken-line blocks. The arrangement of the electrodes viewed from above is shown in the auxiliary drawing on the right side.
An electrode side current collecting ring is attached to the portion of the current collecting short-circuit device. The second joint has an inlet and an outlet for cooling water, from which cooling water is supplied to the water-cooled conductive pipe portion. A block is attached to the upper end of the electrode to prevent the electrode from descending. The movement allowance in FIG. 7 is a margin for the electrode to move up and down according to the operating condition, and is set to 5,400 [mm] in the embodiment. The total length of the electrodes with the graphite electrodes connected is about 26 [m] at the longest.

【0031】図8にはジョイント部と上端ブロックの外
観図をその前後も含めて示した。図8(a)の第1ジョ
イントは黒鉛電極と水冷導電管部とを接続するもので、
黒鉛電極と電極ニップルで接続するための黒鉛電極接合
ブロック、冷却水の往復路の折り返し点になる水冷導電
管下端ブロック、これらをつなぐ第1カップリングとか
らなる。
FIG. 8 shows an external view of the joint portion and the upper end block including the front and rear thereof. The first joint of FIG. 8 (a) connects the graphite electrode and the water-cooled conductive tube portion,
It is composed of a graphite electrode joint block for connecting the graphite electrode with an electrode nipple, a water cooling conductive tube lower end block which is a turning point of a reciprocating path of cooling water, and a first coupling connecting them.

【0032】図8(b)の第2ジョイントは水冷導電管
部とラック部とを接続するもので、冷却水の入出口をも
つ水冷導電管上端ブロック、ラック部の下端に付いてい
るラック下端ブロック、ならびにこれらを接続する第2
カップリングとからなる。図8(c)はラック上端ブロ
ックである。
The second joint shown in FIG. 8 (b) connects the water-cooled conductive pipe section and the rack section. The water-cooled conductive tube upper end block has an inlet / outlet for cooling water, and the rack lower end attached to the lower end of the rack section. Blocks, and second connecting these
It consists of a coupling. FIG. 8C shows the rack upper end block.

【0033】図9には図8の主要部の断面図を示す。図
9(a)は図8(a)中の断面A−A′あり、断面は中
心から空隙、重量物を支持するための構造物としての延
長電極芯管54、冷却水往路の内側の冷却水路内管5
5、電極上方から下方に向かって流れる冷却水往路56
ならびにその中に周方向に配置され支持梁として機能す
る冷却水往路仕切板57、冷却水往復路の仕切である冷
却水路仕切管58、往路と同様の仕切板59を持つ冷却
水復路60、導電管内管61とアーク電流でありかつ炉
用トランス2次電流である大電流を通電させる主導電管
62とからなる複層管である。主導電管と導電管内管は
軽量で高導電性の材料を用いた。ここではAl−Mg−
Si系の電力母線用として使用されているアルミ合金パ
イプを用いた。その他の部分の材料は非磁性の構造用ス
テンレス鋼を用いた。図9(b)は図8(b)中の断面
B−B′であり、A−A′断面と似た構造で、冷却水の
入口として冷却水入口管63ならびにその先に冷却水入
口フレキシブル管64が接続され、同様に冷却水出口管
65ならびにその先に冷却水出口フレキシブル管66が
接続されている。図9(c)は図8(c)の断面C−
C′を表し、後述する電極昇降のためのラック・ピニオ
ン機構のラック部で両歯ラックになっている。材料は構
造用普通鋼を用いた。
FIG. 9 shows a sectional view of the main part of FIG. FIG. 9A shows a cross section taken along the line AA ′ in FIG. 8A. The cross section shows a gap from the center, an extension electrode core tube 54 as a structure for supporting a heavy object, and cooling inside the cooling water outward path. Channel 5
5. Cooling water outflow path 56 that flows downward from above the electrode
Further, a cooling water outward passage partition plate 57 arranged in the circumferential direction therein and functioning as a support beam, a cooling water passage partition pipe 58 which is a partition of the cooling water reciprocating passage, a cooling water return passage 60 having a partition plate 59 similar to the outward passage, and conductive. It is a multi-layer tube composed of an inner tube 61 and a main conductive tube 62 for passing a large current which is an arc current and a secondary current for a transformer for a furnace. The main conductive tube and the inner tube of the conductive tube were made of lightweight and highly conductive material. Here, Al-Mg-
An aluminum alloy pipe used for a Si-based power bus was used. Non-magnetic structural stainless steel was used as the material for the other parts. FIG. 9B is a sectional view taken along the line BB ′ in FIG. 8B, and has a structure similar to that of the sectional view taken along the line AA ′. The pipe 64 is connected, and similarly, the cooling water outlet pipe 65 and the cooling water outlet flexible pipe 66 are connected to the tip thereof. FIG. 9C is a cross section C- of FIG.
C'denotes a rack part of a rack and pinion mechanism for raising and lowering an electrode, which will be described later, and has a double-toothed rack. The material used was ordinary structural steel.

【0034】図10は第5フロアー30に設置された電
極昇降制御機構を説明する図である。図10(a)には
両歯ラック67と2つのピニオン68からなるラック・
ピニオン機構を図示し、図10(b)にはその駆動系を
含めて図示した。第5フロアー30からは絶縁ベース6
9を介して電気的に絶縁されている。電極上端ブロック
70とラック・ピニオン外枠71の上部のストッパー7
2とで電極の降下を防ぐ構造になっている。ピニオン6
7はカップリング73、減速機74を介してACサーボ
モータ75で駆動されている。モータには停止時の状態
維持もしくは非常停止用に電磁ブレーキ76が連接され
ている。モータの容量は電極1本分の総重量である約6
[ton ]を最大昇降速度1,000[mm/sec]で動かす
ために300[kW]、定格速度900[rpm ]のものを
用いた。ピニオンのピッチ円径は690[mm]、減速機
の減速比は32.49である。
FIG. 10 is a view for explaining the electrode lift control mechanism installed on the fifth floor 30. FIG. 10 (a) shows a rack consisting of a double-toothed rack 67 and two pinions 68.
The pinion mechanism is shown in FIG. 10B, including its drive system. Insulation base 6 from the 5th floor 30
It is electrically insulated via 9. Electrode upper end block 70 and stopper 7 on top of rack and pinion outer frame 71
With 2, it is structured to prevent the electrode from falling. Pinion 6
Reference numeral 7 is driven by an AC servomotor 75 via a coupling 73 and a speed reducer 74. An electromagnetic brake 76 is connected to the motor for maintaining the state when stopped or for emergency stop. The motor capacity is about 6 which is the total weight of one electrode.
In order to move [ton] at a maximum ascending / descending speed of 1,000 [mm / sec], 300 [kW] and a rated speed of 900 [rpm] were used. The pinion has a pitch circle diameter of 690 [mm] and the reduction gear has a reduction ratio of 32.49.

【0035】図11は第4フロアー28に設置された集
電短絡装置昇降駆動機構を説明する図である。集電リン
グと短絡ブロックからなる部分は集電リング設置台79
に絶縁ベース80を介して設置されている。設置台79
の外周で、電極中心から等距離の3カ所に設置台ナット
部81があり、このナットとガイド軸ボルト部82によ
って「ボルト・ナット機構」が構成され、設置台79が
上下動する。ガイド軸83下端にはかさ歯車84があ
り、駆動系側のかさ歯車85とによってガイド軸を回転
させる。駆動系側かさ歯車85はカップリング86、減
速機87を介してACサーボモータ88によって駆動さ
れている。ガイド軸ボルトネジ部は角ネジで動作有効径
は110[mm]、ネジのリードは40[mm]で、ガイド
軸の回転速度は最大で150[rpm ]である。ACサー
ボモータの容量は15[kW]、定格速度は900[rpm
]、減速機の減速比は5.97である。RS間、ST
間、TS間の各昇降駆動系はモータ制御系により同期運
転されている。
FIG. 11 is a view for explaining the current collecting and shorting device lifting drive mechanism installed on the fourth floor 28. The part consisting of the current collecting ring and the short-circuit block is the current collecting ring installation base 79
Is installed via an insulating base 80. Installation base 79
There are installation base nut portions 81 at three positions on the outer periphery of the electrode equidistant from the center of the electrode. The nut and the guide shaft bolt portion 82 constitute a "bolt / nut mechanism", and the installation base 79 moves up and down. A bevel gear 84 is provided at the lower end of the guide shaft 83, and the bevel gear 85 on the drive system side rotates the guide shaft. The bevel gear 85 on the drive system side is driven by an AC servomotor 88 via a coupling 86 and a speed reducer 87. The screw portion of the guide shaft bolt is a square screw, the effective operating diameter is 110 [mm], the lead of the screw is 40 [mm], and the rotation speed of the guide shaft is 150 [rpm] at the maximum. AC servo motor capacity is 15 [kW], rated speed is 900 [rpm]
], The reduction ratio of the reduction gear is 5.97. Between RS, ST
And the up-and-down drive system between TSs are synchronously operated by the motor control system.

【0036】上記の電極昇降装置の最大昇降速度は約
1,000[mm/sec]で従来炉の昇降速度の約10倍の
昇降速度が得られている。集電短絡装置の最大昇降速度
は約100[mm/sec]で従来炉の昇降速度とほぼ同程度
である。
The maximum lifting speed of the above electrode lifting device is about 1,000 [mm / sec], which is about 10 times the lifting speed of the conventional furnace. The maximum lifting speed of the current collector short-circuit device is about 100 [mm / sec], which is almost the same as the lifting speed of the conventional furnace.

【0037】前記したように、集電短絡装置は出鋼のと
きや材料の溶解に伴って徐々に下降する緩慢な動きをす
る低速の昇降モードで動作する。一方、電極は集電短絡
装置の昇降速度と同じ低速モードで昇降しつつ、アーク
長変動に対応して急速に昇降する必要がある。このアー
ク長変動に追従するモードを高速昇降モードとする。通
常の材料溶解中は、実質的に低速モードと高速モードの
合成モードで動作する。
As described above, the current collector short-circuit device operates in the low speed ascending / descending mode in which the current gradually moves downward during tapping and as the material is melted. On the other hand, it is necessary for the electrode to move up and down in the same low speed mode as the lifting speed of the current collector short-circuiting device, while rapidly moving up and down in response to the arc length variation. The mode that follows this arc length variation is called the high speed ascent / descent mode. During normal material melting, it essentially operates in a combined mode of slow and fast modes.

【0038】図12には電極ならびに集電短絡装置の昇
降制御ならびにこれらの制御系との関連が深いアーク電
圧制御系の構成ブロック図を示した。図には1相分を示
したが、従来の電気炉と同様にR、S、Tの各相の挙動
は密接に関連しており、各層間の整合性調整制御もなさ
れている。制御は制御用PLCでなされており、各種操
業条件設定値ならびにセンサー情報とから制御信号を演
算し、各駆動装置等に出力する。図にはセンサー情報と
して電極位置検出、集電短絡装置位置検出、電流検出な
らびに電圧検出情報のみを図示した。アーク電圧は材料
の溶解進行に伴って最適な設定アーク長が決定されるの
で、これに従って可変電圧トランスの出力電圧が制御さ
れ、従来炉と同一のロジックでなされる。
FIG. 12 shows a block diagram of an arc voltage control system which is closely related to the elevation control of the electrodes and the current collecting and short-circuit device, and these control systems. Although one phase is shown in the figure, the behavior of each phase of R, S, and T is closely related to each other as in the conventional electric furnace, and the consistency adjustment control between each layer is also performed. The control is performed by a control PLC, which calculates a control signal from various operating condition set values and sensor information, and outputs it to each drive device and the like. Only electrode position detection, current collector short-circuit device position detection, current detection and voltage detection information are shown as sensor information in the figure. Since the optimum arc length for the arc voltage is determined along with the progress of melting of the material, the output voltage of the variable voltage transformer is controlled according to the arc voltage, and the same logic as in the conventional furnace is used.

【0039】アーク電流は実アーク長の変動によって変
動するため、これを投入電力量から計算される所定の値
に保つために、電極を昇降させる。電圧、電流信号は高
調波を含む交流信号であるため、検波・平滑化回路にて
実効値に変換される。その後に制御困難な高速変動分が
超高速変動分除去回路にて除去され、制御装置にフィー
ドバック信号として入力される。集電短絡装置制御系に
は、更に低速変動分抽出回路にて、炉内での材料の溶解
進行につれて緩やかに変動する成分が抽出され入力され
る。溶解進行中の通常操業状態では集電短絡装置の位置
がこれによって先に説明した低速モードでフィードバッ
ク制御される。電極昇降駆動制御系には低速を含むより
速い電流変動実績が入力され、設定電流値を維持するよ
うにフィードバック制御が実施される。この結果、低速
領域を含む高速の電極昇降制御が実現される。電極昇降
駆動制御回路においては、先の低速モード成分を差し引
いた変動成分を高速変動成分とし、両モードを足し併せ
た成分が制御出力として出力される。低速モードは材料
装入時や出鋼時の大振幅の電極昇降も兼ねるため、両モ
ードを分離して扱うようにした。
Since the arc current fluctuates according to the fluctuation of the actual arc length, the electrode is moved up and down in order to maintain it at a predetermined value calculated from the amount of electric power supplied. Since the voltage and current signals are AC signals containing harmonics, they are converted into effective values by the detection / smoothing circuit. After that, the high-speed fluctuation component that is difficult to control is removed by the ultra-high-speed fluctuation component removal circuit, and is input to the control device as a feedback signal. In the current collector short-circuit control system, a component that gradually changes as the melting of the material in the furnace progresses is extracted and input by the low-speed fluctuation extraction circuit. In a normal operation state while the melting is in progress, the position of the current collector short-circuit device is thereby feedback-controlled in the low speed mode described above. A faster current fluctuation record including a lower speed is input to the electrode lift drive control system, and feedback control is performed so as to maintain the set current value. As a result, high-speed electrode lift control including the low-speed region is realized. In the electrode up-and-down drive control circuit, the variation component obtained by subtracting the low-speed mode component is used as the high-speed variation component, and the component obtained by adding both modes is output as the control output. Since the low-speed mode doubles as a large-amplitude electrode lift during material charging and tapping, the two modes are handled separately.

【0040】以上説明した低速モードの動作速度は10
0[mm/sec]以下、高速モードのそれは100〜1,0
00[mm/sec]である。高速モードでは従来の電気炉で
は追従不能であった、例えば、大型の材料の炉内での崩
れ込みによるアーク長の急激な変動に対処することがで
きなかったが、本炉では従来の10倍の電極昇降の応答
速度が達成できたことによりこれが可能になった。従来
炉では構造的に応答性を高めることができず、無理に制
御系で応答性の向上を図ろうとするとハンチングするこ
とがあった。以上に本炉の特徴である炉用トランス、集
電短絡装置、延長電極ならびにその動作について実施例
を含めて詳述した。
The operating speed of the low speed mode described above is 10
0 [mm / sec] or less, that of high speed mode is 100 to 1,0
It is 00 [mm / sec]. In the high-speed mode, it was impossible to follow the conventional electric furnace, for example, it was not possible to deal with the rapid fluctuation of the arc length due to the collapse of a large material in the furnace. This was made possible by the fact that the response speed of elevating and lowering the electrode of was achieved. In the conventional furnace, the responsiveness could not be structurally enhanced, and hunting was sometimes performed when the control system was forced to improve the responsiveness. Above, the features of the furnace, such as the transformer for the furnace, the current collecting short-circuit device, the extension electrode and the operation thereof, have been described in detail including examples.

【0041】[0041]

【発明の効果】上記の電気炉を実現するために既設の電
気炉を改造し、本発明による部分を改造した結果、以下
に記述する効果が得られた。まず、電力ロス低減化効果
について、従来からの静特性を用いる方法に準じて、改
造前の従来タイプの炉と本発明による電気炉についてそ
れぞれ解析結果を示す。解析の前提となる電気炉の電気
的等価回路を従来炉について図13に、本炉について図
14に示す。図13(a)、図14(a)は3相の等価
回路を、図13(b)、14(b)はアーク電流通電部
の部材毎に3相の平均値として1相分を表した詳細な等
価回路を示した。
As a result of modifying the existing electric furnace to realize the above electric furnace and modifying the parts according to the present invention, the following effects are obtained. First, regarding the power loss reduction effect, analysis results are shown for a conventional type furnace before remodeling and an electric furnace according to the present invention in accordance with a conventional method using static characteristics. The electrical equivalent circuit of the electric furnace which is the premise of the analysis is shown in FIG. 13 for the conventional furnace and FIG. 14 for the main furnace. FIGS. 13A and 14A show an equivalent circuit of three phases, and FIGS. 13B and 14B show one phase as an average value of three phases for each member of the arc current conducting portion. The detailed equivalent circuit is shown.

【0042】図中V0 は炉用トランスの2次側線間電
圧、VS は相電圧である。3相が平衡状態にあると仮定
すると、VS =V0 /sqr(3)の関係にある。ZCR
CS、ZCTはR、S、T相のそれぞれ回路インピーダン
ス、RAR、RAS、RATは各相のアーク抵抗である。アー
クのリアクタンスは極小のため無視した。IR 、IS
Tは各相電流である。静特性解析においては各相の平
均回路定数を用いて3相が平衡状態であるとして扱い解
析するため、平均値を用いて1相分の回路インピーダン
スの構成をそれぞれ示した。図13(b)の従来炉では
回路インピーダンスZC =RC +jXC は、炉用トラン
スのインピーダンスZT =RT +jXT 、2次側母線の
インピーダンスZB =RB +jXB 、可撓電線のインピ
ーダンスZF =RF +jXF 、支腕母線のインピーダン
スZS =RS +jXS 、黒鉛電極のインピーダンスZK
=RK +jXK ならびに各部の接触抵抗ならびに構造物
の誘導等によるインピーダンスZI =RI +jXI から
構成される。
In the figure, V 0 is the secondary side line voltage of the transformer for the furnace, and V S is the phase voltage. Assuming that the three phases are in an equilibrium state, there is a relationship of V S = V 0 / sqr (3). Z CR ,
Z CS and Z CT are circuit impedances of R, S, and T phases, respectively, and R AR , R AS , and R AT are arc resistances of each phase. The reactance of the arc is negligible because it is minimal. I R , I S ,
I T is the current of each phase. In the static characteristic analysis, the average circuit constant of each phase is used to treat the three phases as being in an equilibrium state for analysis. Therefore, the circuit impedance configuration for one phase is shown using the average value. In the conventional furnace of FIG. 13B, the circuit impedance Z C = R C + jX C is the impedance of the transformer for the furnace Z T = R T + jX T , the impedance of the secondary side bus bar Z B = R B + jX B , the flexible wire. Impedance Z F = R F + jX F , support arm bus impedance Z S = R S + jX S , graphite electrode impedance Z K
= R K + jX K, and the contact resistance of each part and the impedance Z I = R I + jX I due to the induction of the structure.

【0043】図14(b)の本炉の場合は、ZC は集電
短絡部のインピーダンスZE =RE+jXE 、炉用トラ
ンスのインピーダンスZU =RU +jXU 、水冷延長電
極のインピーダンスZW =RW +jXW 、黒鉛電極のイ
ンピーダンスZK 、各部の接触抵抗と誘導によるインピ
ーダンスZI とから構成される。インピーダンスの実部
は抵抗を、虚部はリアクタンスを表し、ベクトル量であ
る。平均の線電流すなわちアーク電流をIA で表してい
る。
In the case of the main furnace of FIG. 14 (b), Z C is the impedance of the current collecting short-circuit portion Z E = R E + jX E , the impedance of the furnace transformer Z U = R U + jX U , and the impedance of the water-cooled extension electrode. Z W = R W + jX W , the impedance of the graphite electrodes Z K, composed of the impedance Z I by induction and contact resistance of each part. The real part of impedance represents resistance, and the imaginary part represents reactance, which is a vector quantity. The average line current, that is, the arc current is represented by I A.

【0044】インピーダンス計算式に準じて各部の抵
抗、リアクタンスを計算した値を従来炉について表1
に、本炉について表2に示す。インピーダンス計算値は
可撓電線と支腕母線においては中相(ここではS相)と
両側相(ここではR相とT相)で異なるため別個に計算
してある。|Z|はインピーダンスが抵抗成分とリアク
タンス成分から成るベクトル量のため、その絶対値を表
す。構成部材区分毎のインピーダンスの配分をそれぞれ
%で示してある。例えば、表1においてトランスのイン
ピーダンスの総計のインピーダンスに対する比:ZT
Cav は|ZT |/|ZCav |で計算した値で9.7
[%]である。
The values obtained by calculating the resistance and reactance of each part according to the impedance calculation formula are shown in Table 1 for the conventional furnace.
Table 2 shows this furnace. Impedance calculation values are calculated separately for the flexible wire and the supporting arm bus for the middle phase (here, S phase) and both phases (here, R phase and T phase). Since | Z | is a vector quantity whose impedance is composed of a resistance component and a reactance component, | Z | represents its absolute value. The distribution of impedance for each component section is shown in%. For example, in Table 1, the ratio of transformer impedance to total impedance: Z T /
Z Cav is a value calculated by | Z T | / | Z Cav |
[%].

【0045】また、先に説明した中相と両側相のインピ
ーダンスの不平衡を不平衡率で表した。表1の従来炉で
は17.7[%]である。インピーダンス総計の平均値
はそれぞれ従来炉の場合は絶対値の平均値:|ZCav
の値が3.14[ mΩ]、本炉の場合は|Zc |が3.
26[ mΩ]になった。従来炉では「av」のサフィック
スを付けているのは各相のインピーダンスに差があるた
めで、平均値であることを意味する。本炉では原理的に
この差異は計算上は現れず実際にも無視できるほどであ
る。計算値では接触抵抗を他の従来炉の実績からの仮定
に基づいているため、これを直接静特性計算に使わず、
短絡試験による測定結果を加味して補正する。それぞれ
の炉について短絡試験結果を考慮して求めたインピーダ
ンスをZCMとすると、従来炉では平均値でZCM=RCM
jXCM=0.692+j3.44、|ZCM|=3.51
[ mΩ]に、本炉ではZCM=RCM+jXCM=0.290
+j3.25、|ZCM|=3.26[ mΩ]になった。
厳密にはアーク電流が高調波を含むため、操業状態に応
じてインピーダンス値は変化するが、ここではZCMを用
いて静特性解析を実施した。
Further, the above-described impedance imbalance between the middle phase and the both-sided phase is expressed by an unbalance rate. In the conventional furnace of Table 1, it is 17.7 [%]. The average value of the total impedance is the average of the absolute values in the case of the conventional furnace: | Z Cav
Has a value of 3.14 [mΩ], and in the case of this furnace, | Z c |
It became 26 [mΩ]. In the conventional furnace, the suffix "av" is added because there is a difference in the impedance of each phase, which means an average value. In principle, this difference does not appear in the calculation in this furnace and can be ignored in practice. Since the calculated value is based on the assumption of contact resistance from the results of other conventional furnaces, this is not used directly for static characteristic calculation,
Correct based on the results of the short circuit test. Letting Z CM be the impedance obtained in consideration of the short-circuit test results for each furnace, the average value for the conventional furnace is Z CM = R CM +
jX CM = 0.692 + j3.44, | Z CM | = 3.51
[MΩ], Z CM = R CM + jX CM = 0.290 in this furnace
+ J 3.25, | Z CM | = 3.26 [mΩ].
Strictly speaking, since the arc current contains harmonics, the impedance value changes depending on the operating state, but here, static characteristic analysis was performed using Z CM .

【0046】[0046]

【表1】 [Table 1]

【0047】[0047]

【表2】 [Table 2]

【0048】図15、図16に従来炉と本炉についてそ
れぞれの静特性を解析した結果のうち定格電圧:VO
380[V]における特性の一例を示す。電圧はタップ
電圧に応じて、20[V]ステップのVO =300から
460[V]の9タップにつて解析した。横軸はアーク
電流:Ia [kA]である。縦軸は回路電力:Pt [M
W]、有効アーク電力:Pa [MW]ならびに力率:cos
φ[%]、効率:η[%]、%インピーダンス:%ZC
[%]である。Pt 、Pa は左縦軸目盛、cos φ、η、
%ZC は右縦軸目盛で大きさを示してある。図中、「S
HORT」はアーク長が「ゼロ」で短絡のときを表す。
静特性曲線から最大電力投入条件のとき(図中「MA
X」)、最適電力投入条件のとき(図中「OPT」)、
%ZC =60[%]のとき(図中「%Z60」)、%Z
c =40[%]のとき(図中「%Z40」)、%ZC
20[%]のとき(図中「%Z20」)のPt 、Pa
読み取り、横軸に線間電圧:VO (相電圧:VS )をと
り、グラフ化してアーク長を変化させたときの特性を解
析する。図15,図16中には最大電力投入条件のとき
のPt 、Pa 、cos φ、η、%ZC をそれぞ「○」で、
最適電力投入条件のときを「●」で、その他のときを
「・」でマークし、最適電力投入条件のときについては
横軸、縦軸で各値を見やすくするために破線を引いた。
Of the results of analyzing the static characteristics of the conventional furnace and the main furnace in FIGS. 15 and 16, the rated voltage: V O =
An example of characteristics at 380 [V] will be shown. The voltage was analyzed for 9 taps of V O = 300 to 460 [V] in 20 [V] steps according to the tap voltage. The horizontal axis represents the arc current: I a [kA]. The vertical axis shows the circuit power: P t [M
W], effective arc power: P a [MW] and power factor: cos
φ [%], efficiency: η [%],% impedance:% Z C
[%]. P t and P a are left vertical scales, cos φ, η,
% Z C is shown on the right vertical axis scale. In the figure, "S
"HORT" represents when the arc length is "zero" and there is a short circuit.
From the static characteristic curve, under the condition of maximum power input (“MA in the figure
X "), when the optimum power input condition (" OPT "in the figure),
When% Z C = 60 [%] (“% Z60” in the figure),% Z
When c = 40 in [%] (in the figure "% Z40"),% Z C =
At 20 [%] (“% Z20” in the figure), read P t and P a , plot line voltage: V O (phase voltage: V S ) on the horizontal axis, and graph it to change the arc length. Analyze the characteristics when In FIG. 15 and FIG. 16, P t , P a , cos φ, η, and% Z C under the maximum power input condition are each “◯”,
The optimum power input conditions are marked with "●", and the other cases are marked with "・". Under the optimum power input conditions, the horizontal axis and the vertical axis are drawn with broken lines to make each value easier to see.

【0049】最適電力投入条件のときの各変量のV
O (VS )に対する特性を、従来炉について図17に、
本炉について図18に示す。両図を比較すると次のこと
がわかる。 最大電力投入条件つまり投入電力が最大になる条件で
のPt は、本炉の場合従来炉に比べて約6[%]大き
い。 最適電力投入条件つまりアーク電力が最大になる条件
でのPa は、従来炉に比べて約18[%]大きい。 効率:ηは最適電力投入条件において、従来炉が8
3.5[%]であるの対して、本炉は91.8[%]に
なり、8.3[%]ほど高効率である。 %ZC が小さいとき(例えば20[%]のとき)は従
来炉と本炉の効率は接近する。(%ZC =20[%]の
とき等の特性図は省略してある)
V of each variable under the optimum power input condition
The characteristics with respect to O (V S ) are shown in FIG. 17 for the conventional furnace.
This furnace is shown in FIG. The following can be seen by comparing the two figures. The maximum power input condition, that is, P t under the condition where the input power is maximum is about 6 [%] larger in this furnace than in the conventional furnace. The optimum power input condition, that is, the condition under which the arc power is maximized, Pa is about 18% larger than that of the conventional furnace. Efficiency: η is 8 in the conventional furnace under optimum power input conditions
In contrast to 3.5 [%], the present furnace has 91.8 [%], which is as efficient as 8.3 [%]. When% Z C is small (for example, 20%), the efficiencies of the conventional furnace and the main furnace are close to each other. (Characteristic diagrams such as when% Z C = 20 [%] are omitted)

【0050】一般的に、アーク炉の操業は最適電力投入
条件よりアーク電流が若干小さい点で操業される。初期
溶解条件ではロングアークで%ZC が小さめの点で、末
期ではショートアークで最適溶解条件に近い点で操業さ
れる。このことを勘案すると、本炉では従来炉に比べて
効率において約5〜8[%]の改善の期待されることが
解析結果から判る。また、同一容量の電源で比較した場
合、最適電力投入条件において、従来炉よりも18
[%]も大きな電力が投入できることになり、電源の効
率的な使用が可能になることが判る。本炉によって電力
ロスが極限まで低減できることが分かる。
Generally, the arc furnace is operated at a point where the arc current is slightly smaller than the optimum power input condition. Under the initial melting conditions, long arcs have a small% Z C , and at the end of the period, short arcs operate at a point close to the optimum melting conditions. Considering this, it can be seen from the analysis results that this furnace is expected to be improved in efficiency by about 5 to 8% as compared with the conventional furnace. In addition, when compared with a power source with the same capacity, it is 18
It can be understood that a large amount of power can be input also for [%], which enables efficient use of the power supply. It can be seen that this furnace can reduce power loss to the limit.

【0051】各相電力の不平衡についても、計算上から
も、実績上からも改善された。また、電極昇降の応答速
度改善については、高速動作モードのときは従来炉との
比較で約10倍に改善され、60[m/min ]が達成でき
た。
The imbalance of the electric power of each phase has been improved both in terms of calculation and performance. Regarding the improvement in the response speed of the electrode elevation, in the high-speed operation mode, it was improved about 10 times compared to the conventional furnace, and 60 [m / min] was achieved.

【0052】これらの特性の改善の結果、本炉を用いる
ことにより次の経済上のメリットが得られた。得られた
メリットを列記する。 1)電力ロスが低減し、電力原単位が向上した 電力投入条件は電力効率を勘案して、最適電力投入条件
よりも平均的には%ZC が小さな点で操業されること、
黒鉛電極での抵抗損の大部分は炉内熱として有効電力と
見なされること、各部の水冷等のポンプ類に電力を要す
ることからこれらを全て考慮して電力原単位を計算する
と、従来炉の場合の電力ロスは約4.5[%]、本炉の
場合は約1.2[%]であり、電力ロスが3.3[%]
分低減した。その結果、製鋼に必要な電力原単位がこの
分だけ向上した。
As a result of the improvement of these characteristics, the following economic merit was obtained by using this furnace. The merits obtained are listed below. 1) power loss is reduced, the power-on condition improved power consumption rate in consideration of the power efficiency, it average to the% Z C is operating in a small point than the optimum power input conditions,
Most of the resistance loss in the graphite electrode is regarded as active power as heat inside the furnace, and power is required for pumps such as water cooling in each part. In this case, the power loss is about 4.5 [%], and in the case of this furnace, it is about 1.2 [%], and the power loss is 3.3 [%].
It was reduced by a minute. As a result, the electric power consumption required for steelmaking has improved by this amount.

【0053】2)生産性が向上した 従来と同一の電源容量で設計したため、上記のようにア
ーク電力投入可能量が大きくなり、1チャージ当たりの
通電時間が減少し、また電極昇降の応答性が改善された
ため、出鋼から次チャージ通電開始までのムダ時間が低
減し、生産性が10[%]程向上した。
2) Improved productivity Since the power source is designed with the same power supply capacity as the conventional one, as described above, the amount of arc power that can be applied is large, the energization time per charge is reduced, and the responsiveness of electrode elevation is improved. As a result of the improvement, the dead time from tapping to the start of the next charging current is reduced, and the productivity is improved by about 10%.

【0054】3)フリッカーが低減した 電源系統の品質維持のためにフリッカー規制は今後とも
シビアになるが、これを抑制するためにDC電気炉を導
入することが行われている。本炉では電極昇降の高速応
答化によりDC炉における電流制御と同様の不安定現象
抑制効果が得られ、フリッカー値で従来炉を100ポイ
ントとしたときに、40ポイントに改善され、その結果
DC炉を凌駕する効果が得られた。
3) Flicker is reduced In order to maintain the quality of the power supply system, the flicker regulation will be severe in the future, but a DC electric furnace is introduced to suppress it. In this furnace, the effect of suppressing the instability phenomenon similar to the current control in the DC furnace is obtained by the fast response of the electrode elevation, and it is improved to 40 points in the flicker value when the conventional furnace is 100 points. The effect was surpassed.

【0055】4)建設費用ならびにメンテナンス負荷、
費用が軽減する 本炉における炉用トランスは巻き鉄心型であり,その製
作が容易であるため安価に製作できた。また従来炉では
可撓電線を有すること、接触部が多いことから、これら
の維持管理のためのメンテナンス頻度、作業量、費用が
多く成らざるを得なかったが、本炉ではこれらが約2/
3に軽減された。
4) Construction cost and maintenance load,
Cost reduction The furnace transformer in this furnace is a wound iron core type, and because it is easy to manufacture, it could be manufactured at low cost. Moreover, since the conventional furnace has flexible electric wires and many contact portions, the maintenance frequency, work amount, and cost for maintenance and management of these have to be increased, but in this furnace, these are about 2 /
Reduced to 3.

【0056】上記したことは本炉の少ない実績からの効
果であるが、今後の改善を考慮して本炉を導入すること
によるその他の期待効果を以下に列記する。 1)特高受電が可能になる。 電気炉の容量が過大化すると従来の特別高圧線からの受
電に変わってより特高からの受電をせざるを得なくなる
が、この場合に本方式の2次側1ターンの巻き鉄心型ト
ランスを使用するとトランスの巻数比と入出力電圧比の
関係から、より高圧からの受電が可能になり有利であ
る。
Although the above is an effect from a small number of actual performances of this furnace, other expected effects by introducing this furnace in consideration of future improvement will be listed below. 1) High-voltage power can be received. If the capacity of the electric furnace becomes too large, it will have to receive power from an extra high voltage instead of receiving power from the conventional extra high voltage line, but in this case, the winding side core type transformer of the secondary side of this method is used. It is advantageous to use the transformer because it can receive power from a higher voltage due to the relationship between the turns ratio of the transformer and the input / output voltage ratio.

【0057】2)高効率トランスが実現できる。 巻き鉄心トランスはその製法が簡易であるが、磁路方向
が方向性電磁鋼板の良磁性方向に一致し、従来の炉用ト
ランスで採用されている組み鉄心のように切断接合部を
持たないため、材料の特性を100%活用することが可
能で、高効率のトランスが実現できる。そのためトラン
スでの電力ロスを極限まで低下できる。またその構造
上、製造コストも安価であるため、電気炉の建設コスト
を圧縮できる。
2) A high efficiency transformer can be realized. The winding core transformer is easy to manufacture, but the magnetic path direction matches the good magnetic direction of the grain-oriented electrical steel sheet and does not have a cutting joint as in the case of the iron core used in conventional furnace transformers. It is possible to utilize 100% of the characteristics of materials and realize a highly efficient transformer. Therefore, the power loss in the transformer can be reduced to the limit. Further, because of its structure, the manufacturing cost is low, so that the construction cost of the electric furnace can be reduced.

【0058】3)電極の回転が可能である。 3相電気炉では各相の投入電力を均一化しても、電極位
置とこれらの間とではアーク熱の材料への当たり方が不
均一にならざるを得ない。従来炉はその構造上電極を炉
体周方向に回転することは困難なため、材料の不均一溶
解、炉壁の不均一溶損に対処する方策として例えば電極
の数を6本にするなどの方策が講じらたこともあるが、
本質的な改善効果は得られていない。これに対して、本
法では、電極の上部に位置する構成物を一括して回転さ
せることが容易に実現でき、溶解中に電極位置が周方向
に揺動もしくは30[deg ]変位繰り返しの機構が実現
可能である。これにより炉内での不均一溶解の解消もし
くは積極的に解け残り部に電極位置を向けることにより
その部分の溶解速度を制御することが可能になる。
3) The electrodes can be rotated. In a three-phase electric furnace, even if the input power of each phase is made uniform, the arc heat must hit the material unevenly between the electrode positions. Due to the structure of the conventional furnace, it is difficult to rotate the electrodes in the circumferential direction of the furnace. Therefore, as a measure to deal with the non-uniform melting of materials and the non-uniform melting loss of the furnace wall, for example, the number of electrodes is set to six. Although some measures have been taken,
No substantial improvement effect is obtained. On the other hand, in the present method, it is possible to easily rotate the constituents located above the electrodes all at once, and the electrode position is oscillated in the circumferential direction during the melting or is repeatedly displaced by 30 [deg]. Is feasible. As a result, it becomes possible to eliminate the non-uniform melting in the furnace or positively direct the position of the electrode to the unmelted portion to control the melting rate of that portion.

【0059】4)特殊鋼の高効率溶製炉が安価に実現で
きる。 フリッカー抑制特性に優れるDC電気炉の導入・建設が
進められているが、炉底電極を必要とし、溶解チャージ
毎に湯残し操業をする必要があることから、DC炉はス
テンレスを含む特殊鋼の溶製炉として不適である。また
DC炉は交流を直流に変換する整流回路を必要とし、こ
れの初期設備投資費用とメンテナンス費用が高価にな
る。このことから本炉は特殊鋼の溶製炉としても使用可
能で、DC電気炉を導入するよりも操業面ならびに費用
面で有利である。
4) A high-efficiency smelting furnace for special steel can be realized at low cost. Although the introduction and construction of a DC electric furnace with excellent flicker suppression characteristics are in progress, the DC furnace requires a bottom electrode, and it is necessary to carry out unmelted water operation after each melting charge. Not suitable as a smelting furnace. Further, the DC furnace requires a rectifier circuit for converting alternating current to direct current, which increases the initial equipment investment cost and maintenance cost. For this reason, this furnace can be used as a smelting furnace for special steel, and is advantageous in terms of operation and cost as compared with introducing a DC electric furnace.

【0060】5)ボトムタッピングが容易に実現でき
る。 本炉ではDC炉のような炉底電極を装備することなく、
フリッカーの少ない高効率の電気炉が実現できるため、
電気炉の高効率連続操業に必要なボトムタッピングが採
用可能である。
5) Bottom tapping can be easily realized. This furnace has no bottom electrode like DC furnace,
Since a highly efficient electric furnace with few flicker can be realized,
The bottom tapping required for highly efficient continuous operation of the electric furnace can be adopted.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】従来の電気炉の一般的な構成を説明するための
図である。
FIG. 1 is a diagram for explaining a general configuration of a conventional electric furnace.

【図2】本発明を利用して構成された3相交流電気炉の
炉体構造の主要部を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a main part of a furnace body structure of a three-phase AC electric furnace configured by utilizing the present invention.

【図3】実施したトランスの設計図であり、トランス1
相分の縦断面図である。一般的なトランスに付随して設
置されている周辺装置は省略してある。
FIG. 3 is a design diagram of the implemented transformer, namely, transformer 1
It is a longitudinal cross-sectional view of phases. Peripheral devices installed along with a general transformer are omitted.

【図4】実施したトランスの設計図であり、トランスの
全体の横断面図である。一般的なトランスに付随して設
置されている周辺装置は省略してある。また断面の拡大
図を示した。
FIG. 4 is a design view of the implemented transformer and is a transverse cross-sectional view of the entire transformer. Peripheral devices installed along with a general transformer are omitted. In addition, an enlarged view of the cross section is shown.

【図5】実施した集電短絡部の設計図であり、1相分の
縦断面図を表す。
FIG. 5 is a design view of a current collector short-circuit portion that has been carried out, showing a vertical cross-sectional view of one phase.

【図6】実施した集電短絡部の設計図であり、全体の横
断面図を表す。またフレキシブル平導線の取付説明補助
図と電極昇降時の移動代を説明する補助図を示した。
FIG. 6 is a design view of an implemented current collector short-circuit portion, showing a cross-sectional view of the whole. In addition, an auxiliary diagram for attaching the flexible flat conductor wire and an auxiliary diagram for explaining the movement allowance when the electrode is moved up and down are shown.

【図7】電極1相分の全体図であり、(a)は電極が最
下降のとき、(b)は上昇のときの図である。
FIG. 7 is an overall view of one phase of an electrode, where (a) is a view when the electrode is at the lowest position and (b) is a view when the electrode is at the highest position.

【図8】電極のジョイント部ならびに上端ブロックの図
である。(a)は第1ジョイントの、(b)は第2ジョ
イントの、(c)は上端ブロックのそれぞれ前後を含む
外観図である。
FIG. 8 is a view of a joint part of an electrode and an upper end block. (A) is a 1st joint, (b) is a 2nd joint, (c) is an external view including the front-back block, respectively.

【図9】図8の主要部の断面でA−A′断面を(a)
に、B−B′断面を(b)に、C- C′断面を(c)に
示した。
9 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of the main part of FIG.
The BB 'section is shown in (b), and the CC' section is shown in (c).

【図10】電極昇降制御機構を表し、(a)は昇降のメ
カ機構であるラック・ピニオン機構を、(b)はその駆
動系も含む図である。
10A and 10B are views showing an electrode lift control mechanism, in which FIG. 10A is a view including a rack and pinion mechanism which is a lift mechanical mechanism, and FIG.

【図11】集電短絡部の集電短絡装置の昇降機構を示す
図である。
FIG. 11 is a view showing an elevating mechanism of the current collector short-circuit device of the current collector short-circuit portion.

【図12】アーク電圧ならびに電極昇降制御装置、集電
短絡装置昇降制御装置の制御ブロックを表す図である。
FIG. 12 is a diagram showing a control block of an arc voltage / electrode lifting control device and a current collecting short-circuit device lifting control device.

【図13】従来炉本炉の三相分の等価回路と1相分のイ
ンピーダンスの構成を示す等価回路を示す。
FIG. 13 shows an equivalent circuit showing a configuration of an equivalent circuit for three phases and an impedance for one phase of the conventional furnace main furnace.

【図14】従来炉本炉の三相分の等価回路と1相分のイ
ンピーダンスの構成を示す等価回路を示す。
FIG. 14 shows an equivalent circuit of a three-phase equivalent circuit and a one-phase impedance configuration of a conventional furnace main furnace.

【図15】表1、表2から得たインピーダンス値を基に
線間電圧設定値:VO が380[V]のときの静特性線
図を例として従来炉と本炉について示した。
FIG. 15 shows a conventional furnace and a main furnace as an example of static characteristic diagrams when the line voltage setting value: V O is 380 [V] based on the impedance values obtained from Tables 1 and 2.

【図16】表1、表2から得たインピーダンス値を基に
線間電圧設定値:VO が380[V]のときの静特性線
図を例として従来炉と本炉について示した。
FIG. 16 shows the conventional furnace and the main furnace as examples of static characteristic diagrams when the line voltage setting value: V O is 380 [V] based on the impedance values obtained from Table 1 and Table 2.

【図17】図15、図16の例で示したような静特性線
図を各線間電圧について求めここから得られた最適電力
投入条件における各変量の特性を例として示したもので
ある。その他の条件でも同様の特性が得、解析・検討が
なされる。
FIG. 17 is a graph showing, as an example, the characteristic of each variable under the optimum power input condition obtained by obtaining the static characteristic diagram as shown in the examples of FIGS. 15 and 16 for each line voltage. Similar characteristics are obtained under other conditions, and analysis / study is performed.

【図18】図15、図16の例で示したような静特性線
図を各線間電圧について求めここから得られた最適電力
投入条件における各変量の特性を例として示したもので
ある。その他の条件でも同様の特性が得、解析・検討が
なされる。
FIG. 18 is a diagram showing, as an example, the characteristics of each variable under the optimum power-on condition obtained by obtaining static characteristic diagrams as shown in the examples of FIGS. 15 and 16 for each line voltage. Similar characteristics are obtained under other conditions, and analysis / study is performed.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 炉用トランス1次側特別高圧線 2 炉用トランス 3 炉用トラン
ス2次側母線 4 可撓電線 5 支腕母線 6 電極クランプ 7 黒鉛電極 8 電極昇降装置 9 電極エコノ
マイザ 10 炉蓋 11 集塵用エル
ボ 12 炉台 13 炉脚 14 炉体傾動装置 15 炉殻 16 炉壁 17 炉床 18 溶鋼 19 炉蓋上昇旋
回装置 20 電極支腕 21 可変電圧ト
ランス 22 可変電圧トランス1次側特別高圧線 23 可変電圧トランス2次側特別高圧線 24 炉用トランス 26 延長電極水
冷導電管部 27 集電短絡装置 28 第4フロア
ー 29 延長電極ラック部 30 第5フロア
ー 31 電極昇降駆動装置 32 集電短絡装
置昇降駆動装置 33 第3フロアー 34 黒鉛電極並
びに保温部 35 第1フロアー 36 第2フロア
ー 37 トランス−延長電極間ギャップ 38 1相分内枠 39 絶縁油 40 1次巻線内巻 41 鉄心−内巻
間絶縁 42 鉄心(珪素鋼板) 43 鉄心−外巻
間絶縁 44 1次巻線外巻 46 1相分外枠 47 トランス外枠 48 電極側集電
リング 49 半固定側集電リング 50 短絡ブロッ
ク 51 フレキシブル平導線 52 導線取付ボ
ルト 53 冷却水管 54 延長電極芯
管 55 冷却水路内管 56 冷却水往路 57 冷却水往路仕切板 58 冷却水路仕
切管 59 冷却水復路仕切板 60 冷却水復路 61 導電管内管 62 主導電管 63 冷却水入口管 64 冷却水入口
フレキシブル管 65 冷却水出口管 66 冷却水出口
フレキシブル管 67 両歯ラック 68 ピニオン 69 絶縁ベース 70 電極上端ブ
ロック 71 ラック・ピニオンの外枠 72 ストッパー 73 カップリング 74 減速機 75 ACサーボモータ 76 電磁ブレー
キ 77 駆動系設置台 78 ピニオン軸
受 79 集電環、短絡ブロック設置台 80 絶縁ベース 81 設置台ナット部 82 ガイド軸ボ
ルト部 83 ガイド軸 84 ガイド軸側
かさ歯車 85 駆動系側かさ歯車 86 カップリン
グ 87 減速機 88 ACサーボ
モータ 89 電気ブレーキ 90 駆動系設置
1 Transformer for transformer Primary side special high voltage wire 2 Transformer for furnace 3 Transformer for reactor Secondary side bus bar 4 Flexible wire 5 Support arm bus bar 6 Electrode clamp 7 Graphite electrode 8 Electrode lifting device 9 Electrode economizer 10 Furnace lid 11 For dust collection Elbow 12 Furnace base 13 Furnace pedestal 14 Furnace tilting device 15 Furnace shell 16 Furnace wall 17 Hearth 18 Molten steel 19 Furnace lid lifting swivel device 20 Electrode support arm 21 Variable voltage transformer 22 Variable voltage transformer Primary high voltage line 23 Variable voltage transformer Secondary side special high voltage line 24 Reactor transformer 26 Extended electrode water-cooled conductive tube section 27 Current collector short circuit 28 Fourth floor 29 Extended electrode rack section 30 Fifth floor 31 Electrode lift drive 32 Current collector short drive lift 33 3 floor 34 graphite electrode and heat insulating portion 35 1st floor 36 2nd floor 37 transformer-extension electrode gap 3 1-phase inner frame 39 Insulating oil 40 Primary winding inner winding 41 Iron core-inner winding insulation 42 Iron core (silicon steel plate) 43 Iron core-outer winding insulation 44 Primary winding outer winding 46 1-phase outer frame 47 Transformer Outer frame 48 Electrode side current collecting ring 49 Semi-fixed side current collecting ring 50 Short circuit block 51 Flexible flat conductor wire 52 Conductor wire mounting bolt 53 Cooling water pipe 54 Extension electrode core pipe 55 Cooling water passage inner pipe 56 Cooling water outward passage 57 Cooling water outward passage partition plate 58 Cooling water divider pipe 59 Cooling water return pipe partition plate 60 Cooling water return pipe 61 Conductive pipe inner pipe 62 Main conductive pipe 63 Cooling water inlet pipe 64 Cooling water inlet flexible pipe 65 Cooling water outlet pipe 66 Cooling water outlet flexible pipe 67 Both tooth rack 68 Pinion 69 Insulation base 70 Electrode upper end block 71 Rack and pinion outer frame 72 Stopper 73 Coupling 74 Speed reducer 75 A Servo motor 76 Electromagnetic brake 77 Drive system installation base 78 Pinion bearing 79 Collection ring, short-circuit block installation base 80 Insulation base 81 Installation base nut part 82 Guide shaft bolt part 83 Guide shaft 84 Guide shaft side bevel gear 85 Drive system side bevel gear 86 Coupling 87 Speed reducer 88 AC servo motor 89 Electric brake 90 Drive system installation stand

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【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成7年12月20日[Submission date] December 20, 1995

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0009[Correction target item name] 0009

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0009】1)炉用トランス2次側の大電流導電経路
の長さならびに接続部数を最小限にし、その結果導電経
路における抵抗損を低減させ、材料の溶解に使われる電
力の投入電力に対する比率を従来炉よりも高めること。 2)炉用トランス2次側の導電経路の炉中心に対する完
全対称化を図ることにより、3相の各相インピーダンス
均等化し、従来炉のような投入電力の不平衡を回避す
ること。 3)材料溶解中の崩れ込みなどによるアーク長の変動に
追随できるように電極の昇降速度を高め、その結果電源
系統のフリッカー発生を抑制すること。 4)以上の従来炉の課題を解決するに当たって、従来型
電気炉改造もしくは新設するときの費用が低額で実施
できること。
1) The length of the high-current conductive path on the secondary side of the transformer for the furnace and the number of connecting parts are minimized, and as a result, the resistance loss in the conductive path is reduced, and the ratio of the power used for melting the material to the input power. Higher than conventional furnaces. 2) Impedance of each phase of the three phases by perfect symmetry of the secondary transformer conductive path with respect to the center of the furnace
To make the input power unbalanced as in conventional furnaces. 3) To increase the ascending / descending speed of the electrode so that it can follow the variation of the arc length due to collapse during melting of the material, and as a result, suppress the occurrence of flicker in the power supply system. 4) In solving the above problems of the conventional furnace, the cost for modifying or newly installing the conventional electric furnace should be low.

【手続補正2】[Procedure amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0012[Correction target item name] 0012

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0012】炉用トランスの2次側巻線としても機能す
る延長電極は、黒鉛電極後端に連接され、非磁性構造用
鋼を機械的強度を確保するための芯管とし、その外に同
心の複数管からなる冷却流体(エアーもしくは水)往復
管路を有し、その外周に導電管を有するものである。黒
鉛電極とこれに連接された延長電極は全体としてストレ
ート型であるが、これを昇降させる必要があるため、延
長電極の後端にはラックが接続され、後に説明する「ラ
ック・ピニオン機構」によって、昇降ができるように
っている
The extension electrode, which also functions as the secondary winding of the furnace transformer, is connected to the rear end of the graphite electrode, and the nonmagnetic structural steel is used as a core tube for ensuring the mechanical strength, and concentric with the core tube. The cooling fluid (air or water) reciprocating pipe line consisting of a plurality of pipes is provided, and the conductive pipe is provided on the outer periphery thereof. The graphite electrode and the extension electrode connected to it are straight type as a whole, but since it is necessary to move them up and down, a rack is connected to the rear end of the extension electrode, and a "rack and pinion mechanism" described later is used. To be able to go up and down
I am .

【手続補正3】[Procedure 3]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0014[Correction target item name] 0014

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0014】各相毎に黒鉛電極後端に連接して延長電極
を配置し、この延長電極そのものを炉用トランスの2次
側巻線として機能させるようにすれば、炉用トランス2
次側巻線が不要になり、また炉本体の上部に隣接して炉
用トランスが設置できるために、従来炉のようなブスバ
ー、可撓電線、支腕母線が不要になり、通電経路長を短
くでき、また導電経路部材の数が減ることにより接続箇
所数を低減することができる。その結果、電力ロスを極
限まで低下させることができる。
If an extension electrode is arranged so as to be connected to the rear end of the graphite electrode for each phase and the extension electrode itself functions as the secondary winding of the furnace transformer, the transformer for the furnace 2
The secondary winding is no longer required, and the transformer for the furnace can be installed adjacent to the upper part of the furnace body, eliminating the need for busbars, flexible wires, and supporting arm busbars as in conventional furnaces. can be shortened, it is possible to reduce the number of connecting points by reducing the number of or the conductive path member. As a result, the power loss can be reduced to the limit.

【手続補正4】[Procedure amendment 4]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0018[Correction target item name] 0018

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】本炉の主要構成部と各部の機能の
概略を図2にて説明する。図2において、可変電圧トラ
ンス21は炉用トランス1次巻線に給電する電圧を変化
させるためのトランスで、1次側特別高圧線22は開閉
器を経て特別高圧の電源系統に接続される。2次側特別
高圧線23は炉用トランス24の1次側巻線に接続され
る。炉用トランス24は、黒鉛電極の上部に連接した
延長電極の水冷導電管部26を2次巻線として構成する
巻き鉄心型トランスで、2次側巻線数が「1」の3相ト
ランスである。炉用トランス24の上部には集電短絡装
置27が設置されている。黒鉛電極ならびに炉体のその
他の部分は従来の電気炉とほぼ同様である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The outline of the main constituent parts of the furnace and the function of each part will be described with reference to FIG. In FIG. 2, the variable voltage transformer 21 is a transformer for changing the voltage supplied to the primary winding of the transformer for a furnace, and the primary side special high voltage line 22 is connected to a special high voltage power supply system via a switch. The secondary-side special high-voltage line 23 is connected to the primary-side winding of the furnace transformer 24. The transformer 24 for the furnace is a wound iron core type transformer having a water-cooled conductive tube portion 26 of an extension electrode connected to the upper portion of the graphite electrode 7 as a secondary winding, and is a three-phase transformer having a number of secondary windings of “1”. Is. A current collector short-circuit device 27 is installed above the furnace transformer 24. The other parts of the graphite electrode and the furnace body are almost the same as those of the conventional electric furnace.

【手続補正5】[Procedure Amendment 5]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0019[Correction target item name] 0019

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0019】炉用トランス24は第4フロアー28に固
定して設置されており、集電短絡装置27は炉内の溶解
状況や炉の操業状態に応じて昇降可能になっている。延
長電極水冷導電管部26の上方に連接したラック部29
と第5フロアー30に設置された電極昇降駆動装置31
のピニオン部とからなる「ラック・ピニオン機構」によ
り、大振幅の低速モードと小振幅の高速モードの合成モ
ードで電極の昇降が行われる。
The furnace transformer 24 is fixedly installed on the fourth floor 28, and the current collector short-circuit device 27 can be moved up and down according to the melting condition in the furnace and the operating condition of the furnace. Rack portion 29 connected above the extension electrode water-cooled conductive tube portion 26
And an electrode lifting drive device 31 installed on the fifth floor 30
By the "rack and pinion mechanism" composed of the pinion section, the electrode 7 is moved up and down in the combined mode of the large amplitude low speed mode and the small amplitude high speed mode.

【手続補正6】[Procedure correction 6]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0026[Correction target item name] 0026

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0026】図3、図4にそれぞれトランスの2次巻線
として機能する延長水冷導電管部26ならびに寸法対比
のために黒鉛電極7の外径を破線で図示した。図4には
断面の部分拡大図を示した。トランスの中心方向から、
2次巻線として作用する延長電極26、トランス−延長
電極間の空隙ギャップ37、トランス1相分の内枠3
8、1次巻線ならびに鉄心を冷却し枠間との絶縁性を確
保するための絶縁油層39、1次巻線内巻層40、鉄心
と1次巻き線間の絶縁層41、珪素鋼板を巻いて所定の
磁路面積を確保する鉄心層42、鉄心と1次巻線外巻層
間の絶縁層43、1次巻線外巻層44、絶縁油層39、
1相分外枠46、トランス全体の外枠47の順になって
いる。
3 and 4, the outer diameter of the graphite electrode 7 is shown by a broken line for the purpose of size comparison and the extended water-cooled conductive tube portion 26 functioning as the secondary winding of the transformer. FIG. 4 shows a partially enlarged view of the cross section. From the center of the transformer,
An extension electrode 26 acting as a secondary winding, a gap gap 37 between the transformer and the extension electrode, an inner frame 3 for one phase of the transformer
8, an insulating oil layer 39 for cooling the primary winding and the iron core to ensure insulation between the frames, a primary winding inner winding layer 40, an insulating layer 41 between the iron core and the primary winding, and a silicon steel plate. An iron core layer 42 for winding and securing a predetermined magnetic path area, an insulating layer 43 between the iron core and the primary winding outer winding layer, a primary winding outer winding layer 44, an insulating oil layer 39,
The outer frame 46 for one phase and the outer frame 47 of the entire transformer are arranged in this order.

【手続補正7】[Procedure amendment 7]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0033[Correction target item name] 0033

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0033】図9には図8の主要部の断面図を示す。図
9(a)は図8(a)中の断面A−A′あり、断面は
中心から空隙、重量物を支持するための構造物としての
延長電極芯管54、冷却水往路の内側の冷却水路内管5
5、電極上方から下方に向かって流れる冷却水往路56
ならびにその中に周方向に配置され支持梁として機能す
る冷却水往路仕切板57、冷却水往復路の仕切である冷
却水路仕切管58、往路と同様の仕切板59を持つ冷却
水復路60、導電管内管61とアーク電流でありかつ炉
用トランス2次電流である大電流を通電させる主導電管
62とからなる複層管である。主導電管と導電管内管は
軽量で高導電性の材料を用いた。ここではAl−Mg−
Si系の電力母線用として使用されているアルミ合金パ
イプを用いた。その他の部分の材料は非磁性の構造用ス
テンレス鋼を用いた。図9(b)は図8(b)中の断面
B−B′であり、A−A′断面と似た構造で、冷却水の
入口として冷却水入口管63ならびにその先に冷却水入
口フレキシブル管64が接続され、同様に冷却水出口管
65ならびにその先に冷却水出口フレキシブル管66が
接続されている。図9(c)は図8(c)の断面C−
C′を表し、後述する電極昇降のためのラック・ピニオ
ン機構のラック部で両歯ラックになっている。材料は構
造用普通鋼を用いた。
FIG. 9 shows a sectional view of the main part of FIG. FIG. 9A is a sectional view taken along the line AA ′ in FIG. 8A. The sectional view shows a gap from the center, an extension electrode core tube 54 as a structure for supporting a heavy object, and an inside of the cooling water outward path. Cooling channel inner pipe 5
5. Cooling water outflow path 56 that flows downward from above the electrode
Further, a cooling water outward passage partition plate 57 arranged in the circumferential direction therein and functioning as a support beam, a cooling water passage partition pipe 58 which is a partition of the cooling water reciprocating passage, a cooling water return passage 60 having a partition plate 59 similar to the outward passage, and conductive. It is a multi-layer tube composed of an inner tube 61 and a main conductive tube 62 for passing a large current which is an arc current and a secondary current for a transformer for a furnace. The main conductive tube and the inner tube of the conductive tube were made of lightweight and highly conductive material. Here, Al-Mg-
An aluminum alloy pipe used for a Si-based power bus was used. Non-magnetic structural stainless steel was used as the material for the other parts. FIG. 9B is a sectional view taken along the line BB ′ in FIG. 8B, and has a structure similar to that of the sectional view taken along the line AA ′. The pipe 64 is connected, and similarly, the cooling water outlet pipe 65 and the cooling water outlet flexible pipe 66 are connected to the tip thereof. FIG. 9C is a cross section C- of FIG.
C'denotes a rack part of a rack and pinion mechanism for raising and lowering an electrode, which will be described later, and has a double-toothed rack. The material used was ordinary structural steel.

【手続補正8】[Procedure amendment 8]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0036[Correction target item name] 0036

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0036】上記の電極昇降装置の最大昇降速度は約
1,000[mm/sec]で従来炉の昇降速度の約10倍の
昇降速度が得られている。集電短絡装置の最大昇降速度
は約200[mm/sec]で従来炉の昇降速度の約2倍であ
る。
The maximum lifting speed of the above electrode lifting device is about 1,000 [mm / sec], which is about 10 times the lifting speed of the conventional furnace. The maximum lifting speed of the current collector short-circuit device is about 200 [mm / sec], which is about twice the lifting speed of the conventional furnace.

【手続補正9】[Procedure amendment 9]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0040[Correction target item name] 0040

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0040】以上説明した低速モードの動作速度は20
[mm/sec]以下、高速モードのそれは200〜1,0
00[mm/sec]である。高速モードでは従来の電気炉で
は追従不能であった、例えば、大型の材料の炉内での崩
れ込みによるアーク長の急激な変動に対処することがで
きなかったが、本炉では従来の10倍の電極昇降の応答
速度が達成できたことによりこれが可能になった。従来
炉では構造的に応答性を高めることができず、無理に制
御系で応答性の向上を図ろうとするとハンチングするこ
とがあった。以上に本炉の特徴である炉用トランス、集
電短絡装置、延長電極ならびにその動作について実施例
を含めて詳述した。
The operating speed of the low speed mode described above is 20.
0 [mm / sec] or less, high speed mode is 200 to 1,0
It is 00 [mm / sec]. In the high-speed mode, it was impossible to follow the conventional electric furnace, for example, it was not possible to deal with the rapid fluctuation of the arc length due to the collapse of a large material in the furnace. This was made possible by the fact that the response speed of elevating and lowering the electrode of was achieved. In the conventional furnace, the responsiveness could not be structurally enhanced, and hunting was sometimes performed when the control system was forced to improve the responsiveness. Above, the features of the furnace, such as the transformer for the furnace, the current collecting short-circuit device, the extension electrode and the operation thereof, have been described in detail including examples.

【手続補正10】[Procedure amendment 10]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0045[Name of item to be corrected] 0045

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0045】また、先に説明した中相と両側相のインピ
ーダンスの不平衡を不平衡率で表した。表1の従来炉で
は17.7[%]である。インピーダンス総計の平均値
はそれぞれ従来炉の場合は絶対値の平均値:|ZCav
の値が3.14[ mΩ]、本炉の場合は|Zc |が2.
89[ mΩ]になった。従来炉では「av」のサフィック
スを付けているのは各相のインピーダンスに差があるた
めで、平均値であることを意味する。本炉では原理的に
この差異は計算上は現れず実際にも無視できるほどであ
る。計算値では接触抵抗を他の従来炉の実績からの仮定
に基づいているため、これを直接静特性計算に使わず、
短絡試験による測定結果を加味して補正する。それぞれ
の炉について短絡試験結果を考慮して求めたインピーダ
ンスをZCMとすると、従来炉では平均値でZCM=RCM
jXCM=0.692+j3.44、|ZCM|=3.51
[ mΩ]に、本炉ではZCM=RCM+jXCM=0.290
+j3.25、|ZCM|=3.26[ mΩ]になった。
厳密にはアーク電流が高調波を含むため、操業状態に応
じてインピーダンス値は変化するが、ここではZCMを用
いて静特性解析を実施した。
Further, the above-described impedance imbalance between the middle phase and the both-sided phase is expressed by an unbalance rate. In the conventional furnace of Table 1, it is 17.7 [%]. The average value of the total impedance is the average of the absolute values in the case of the conventional furnace: | Z Cav
Value 3.14 [mΩ], the case of this furnace | Z c | 2.
It became 89 [mΩ]. In the conventional furnace, the suffix "av" is added because there is a difference in the impedance of each phase, which means an average value. In principle, this difference does not appear in the calculation in this furnace and can be ignored in practice. Since the calculated value is based on the assumption of contact resistance from the results of other conventional furnaces, this is not used directly for static characteristic calculation,
Correct based on the results of the short circuit test. Letting Z CM be the impedance obtained in consideration of the short-circuit test results for each furnace, the average value for the conventional furnace is Z CM = R CM +
jX CM = 0.692 + j3.44, | Z CM | = 3.51
[MΩ], Z CM = R CM + jX CM = 0.290 in this furnace
+ J 3.25, | Z CM | = 3.26 [mΩ].
Strictly speaking, since the arc current contains harmonics, the impedance value changes depending on the operating state, but here, static characteristic analysis was performed using Z CM .

【手続補正11】[Procedure amendment 11]

【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing

【補正対象項目名】図2[Correction target item name] Figure 2

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【図2】 [Fig. 2]

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福山 勝 神奈川県平塚市田村5893 高周波熱錬株式 会社技術本部内 (72)発明者 梅津 健司 千葉県富津市新富20−1 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Katsu Fukuyama 5893 Tamura, Hiratsuka, Kanagawa Pref.Induction Technology Co., Ltd. Within the development headquarters

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 鉄等の金属材料をアーク熱にて溶解する
3相交流を用いた電気炉において、黒鉛電極後端に延長
電極を連接しこれを2次巻線として構成する炉用トラン
スを配し、該トランスの上部に前記3相の延長電極を相
互に短絡する集電短絡装置を配することを特徴とする電
気炉。
1. An electric furnace using a three-phase alternating current for melting a metal material such as iron by arc heat, wherein a furnace transformer having a graphite electrode rear end connected to an extension electrode as a secondary winding is provided. An electric furnace characterized in that a current collecting and shorting device for shorting the three-phase extension electrodes to each other is arranged above the transformer.
【請求項2】 前記延長電極は、黒鉛電極後端に連接さ
れ、非磁性構造用鋼を芯管にしその外に同心の複数管か
らなる冷却用流体の往復流路を有し最外周に導電管を有
する3層構造からなる冷却導電管部を有し、さらにこの
後端に電極の昇降を行うためのラック部を有することを
特徴とする請求項1記載の電気炉。
2. The extension electrode is connected to a rear end of a graphite electrode, has a nonmagnetic structural steel as a core tube, and has a reciprocating flow path of a cooling fluid composed of a plurality of concentric tubes, and has a conductive outermost periphery. 2. The electric furnace according to claim 1, further comprising a cooling conductive tube portion having a three-layer structure having a tube, and further having a rack portion for raising and lowering the electrode at the rear end thereof.
【請求項3】 電気炉の操業状態に合わせて前記集電短
絡装置を単独でもしくは炉用トランスと連動して昇降さ
せる機構を有することを特徴とする請求項1又は2記載
の電気炉。
3. The electric furnace according to claim 1, further comprising a mechanism for moving up and down the current collector short-circuit device alone or in conjunction with a furnace transformer in accordance with the operating condition of the electric furnace.
【請求項4】 前記3相交流の各相のアーク電圧を所定
の値に制御するために、黒鉛電極と連接した延長電極の
高さを各相毎に個別にもしくは一括して昇降する機構を
有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記
載の電気炉。
4. A mechanism for raising or lowering the height of the extension electrode connected to the graphite electrode individually or collectively for controlling the arc voltage of each phase of the three-phase alternating current to a predetermined value. It has, The electric furnace of any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned.
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