JPH09274987A - 溶融炉の電力制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アークによる被溶融物の溶融を行うために電
極に電力を投入する場合、投入中に電源電圧の変動があ
っても、確実に所定の目標投入電力を投入できるように
する。しかもそれを運転員に大きな労働の負荷を強いる
こと無く行い得るようにする。更にその場合、アーク切
れや短絡等を生ずることなく安定な電力投入を行い得る
ようにする。 【解決手段】 電極に電力投入する場合、電極への実投
入電力を検出し、それと所定の目標投入電力との偏差を
算出し、その偏差が無くなるようにタップ電圧及び電極
に流れる電流を制御する。その場合における電流の制御
は、炉の操業インピーダンスが適正なインピーダンス値
を保持できるように制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電極に電力を供給す
ることによりその電極にアーク放電を生ぜしめ、そのア
ーク放電による熱によって炉内の被溶融物を溶融させる
ようにしている溶融炉において、上記電極に供給する電
力を制御する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】溶融炉において電極への電力の供給によ
りアークを発生させ、そのアークにより被溶融物を溶融
させる場合、被溶融物の量に応じた目標投入電力を算出
し、その目標投入電力が投入されるように運転員が上記
電極への電圧及び電流を調整している。こうすることに
より上記被溶融物を溶融させることが出来、しかもその
場合、溶融に必要な適正な量の電力を投入できる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし上記のような電
力制御方法では、電源電圧に変動がある場合、その変動
に応じて運転員がいちいち上記電圧や電流を調整せねば
ならず、手間がかかって運転員に大きな労働の負荷を強
いる問題点があった。

【０００４】上記運転員の負荷を軽減しようとするもの
として、炉内のベースメタルの温度を検出し、その温度
が高いか低いかによって上記目標投入電力に補正を加
え、補正された目標投入電力に対応して炉用トランスの
タップ電圧と電極に流す電流とが制御されるようにした
ものがある（例えば特開平５−２４２９６４号公報参
照）。

【０００５】しかし上記のものは、電源電圧の変動があ
った場合、その変動によって実投入電力が変化し、その
結果としてベースメタルに温度変化が現れると、それを
検出するものである。従って、該温度変化を検出したと
きには既に電源電圧が元に戻っていたり或いは反対方向
に変化している可能性があり、確実に実投入電力を目標
投入電力に近づけることは難しいという問題点がある。

【０００６】又上記のものでは、上記電極に流す電流を
制御する場合、電極に流れる電流値をフィードバックし
て電流制御を行っているので、上記電源電圧の変動があ
った場合、電極に加わる電圧は対応して変動するが、電
極に流れる電流は一定となり、その結果、炉の操業イン
ピーダンスが適正範囲から外れてアーク切れや短絡を生
じ、安定な電力投入が困難となるという問題点もあっ
た。

【０００７】本件出願の溶融炉の電力制御方法は上記従
来技術の問題点を解決する為に提供するものである。そ
の目的は、溶融炉において被溶融物を溶融させる場合、
アーク発生用の電極に対して、溶融に必要な適正な量の
電力を投入できるようにすることである。他の目的は、
上記電力の投入中に電源電圧の変動があっても、その変
動に伴う実投入電力の変化を無くすようタップ電圧及び
電極に流れる電流が制御されるようにすることにより、
運転員に大きな労働の負荷を強いることなく、実投入電
力を目標投入電力に近づけることを可能に出来るように
することである。他の目的は、上記電源電圧の変動があ
った場合、電源電圧の変動に伴う実投入電力の変化を検
出してその実投入電力と目標投入電力との偏差を算出
し、その偏差が無くなるようにタップ電圧及び電極に流
れる電流を制御することによって、確実に実投入電力を
目標投入電力に近づけられるようにすることである。他
の目的は、上記電源電圧の変動があった場合、電極に流
れる電流を、炉の操業インピーダンスが適正なインピー
ダンス値を保持できるように制御して、アーク切れや短
絡等を生ずることなく安定な電力投入が行われるように
することである。他の目的及び利点は図面及びそれに関
連した以下の説明により容易に明らかになるであろう。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する為
に、本願発明における溶融炉の電力制御方法は、タップ
付トランスを介して電極に電力を供給することにより該
電極からアーク放電させて炉内の被溶融物を溶融させる
溶融炉において、被溶融物の量に対応した目標投入電力
を算出し、電極への実投入電力を検出し、その実投入電
力と上記目標投入電力との偏差を算出し、上記偏差に応
じて、その偏差が消滅するよう上記タップ付トランスの
タップ電圧及び電極に流れる電流を制御するものであ
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下本願発明の実施の形態を示す
図面について説明する。図１において、１は溶融炉、２
は被溶融物の加熱用のアークを発生する為の電極で、例
えば三相交流用に３本が備わっている。３は上記溶融炉
１への電力供給系統を示す。４は上記電極２にアーク発
生用の電力を供給する為の炉用トランスで、電極２に加
える電圧を変更できるようにしたタップ付トランスであ
る。該タップ付トランス４の定格は例えば容量が１４０
０ｋＶＡ、二次側電圧が１２０〜４５０Ｖ（１５Ｖステ
ップで２３タップ）である。５は該タップ付トランス４
におけるタップ切換器である。尚トランス４の一次側は
商用電力の供給系統に接続しており、二次側は電極２に
接続している。６は電極２に流れる電流を調節するため
の手段で、例えば電極昇降モータにより電極２を上下に
変位させて上記電流を調節するようにした電極昇降装置
である。尚８は炉１内における溶融物を示し、アーク加
熱のスタートの為に予め炉内に装入されているベースメ
タル及び被溶融物の溶融により生じたスラグである。９
は溶融物８の上に装入された被溶融物を示し、例えばご
み焼却灰である。

【００１０】次に11は上記電極２に供給する電力を制御
する為の電力制御機構を示す。12は該機構11における電
力設定器で、電極２に供給すべき目標投入電力を設定す
る為のものである。目標投入電力は、溶融炉１に装入さ
れた被溶融物９を過不足無く溶融させるに必要充分な電
力であり、その被溶融物９の量に対応して算出されるも
のである。被溶融物９の量と目標投入電力との関係は、
例えば経験則によって知られている。或いは、炉の試験
操業によっても得ることが出来る。電力設定器12への目
標投入電力の設定は例えば炉の運転員の手動操作によ
る。しかし炉１への被溶融物９の装入量を例えば秤量装
置により検出しその検出値に応じて自動的に目標投入電
力の設定を行うようにしても良い。13は実投入電力即ち
現実に電極２に投入されている電力を検出する為の電力
検出器である。14は実投入電力と目標投入電力との偏差
を算出する為の手段で、例えば後者から前者を差し引く
ようにした比較器である。

【００１１】次に15は上記偏差に応じて、その偏差が消
滅するようタップ付トランス４のタップ電圧及び電極２
に流れる電流を制御する電圧電流制御手段を示す。16は
該手段における設定インピーダンス演算器で、上記偏差
に応じて偏差を無くするに適するインピーダンスを演算
する為のものである。偏差を無くするに適するインピー
ダンスとは、そのインピーダンスで炉の操業を行うこと
によって上記偏差が縮小するようになるインピーダンス
であり、そのようなインピーダンスの演算は、例えば炉
の電気的特性から導かれる電極２への電力供給の理論式
によって行うことが出来る。或いは偏差と上記偏差を無
くするに適するインピーダンスとの関係のデータを例え
ば炉の試験操業によって予め求めておき、そのデータか
ら上記偏差を無くするに適するインピーダンスを得るよ
うにしても良い。尚以下本件明細書中においては演算に
よって得られた上記偏差を無くするに適するインピーダ
ンスを設定インピーダンスとも呼ぶ。

【００１２】17はタップ切換判断器で、演算された設定
インピーダンスが炉の操業に適正なインピーダンス値の
範囲内か否かを判別すると共に、範囲外の場合には、タ
ップ電圧を変更する指令を出す為のものである。上記炉
の操業に適正なインピーダンスとは、電極２が溶融物
（特に溶融状態のベースメタル）８から大きく離れてア
ーク７が切れてしまったり、或いは電極２が溶融物８と
接触して短絡状態となったりすることなく、アーク７の
発生を安定して行うことの出来るインピーダンスであ
り、その値の範囲は例えば経験則によって知られていて
４０〜７０ｍΩである。上記タップ電圧の変更の指令
は、上記設定インピーダンスが上記範囲よりも高い場合
はタップ電圧を下げる指令例えば１タップ下げる指令、
反対に低い場合はタップ電圧を上げる指令例えば１タッ
プ上げる指令である。

【００１３】18は炉の操業状態でのインピーダンス即ち
電極２に加わっているアーク電圧と電極２に流れている
アーク電流の比を検出する為のインピーダンス検出手段
を示し、電極２に流れる電流を検出する為の電流検出器
19と、電極２に加わる電圧（アーク電圧）を検出する為
の電圧検出器20と、それら両者からの検出値に基づきイ
ンピーダンスを演算する為のインピーダンス演算器21と
から構成している。尚本件明細書中においてはこの検出
したインピーダンスを検出インピーダンスとも呼ぶ。22
は設定インピーダンスと検出インピーダンスとの偏差を
演算する為の手段で、比較器を例示する。23は電極制御
装置で、上記インピーダンスの偏差に基づいて電極２に
流れる電流を制御する為のもので、上記電極昇降装置６
の動作を制御するようにしたものを例示する。該装置23
は、例えば検出インピーダンスが設定インピーダンスよ
りも低いと電極２に流れる電流を減少させる指令例えば
電極を上昇させる指令を生じ、反対に高いと電流を増大
させる指令例えば電極を下降させる指令を生ずるもので
ある。

【００１４】上記構成のものにあっては、炉１内に被溶
融物９を装入する。又その被溶融物の量に対応した目標
投入電力を算出する。即ち炉１内に投入する被溶融物９
の量からそれの溶融に必要充分な電力を算出する。算出
した目標投入電力は電力設定器12に設定する。上記設定
状態において、タップ付トランス４を介して電極２に電
力を供給することにより、電極２からアーク放電させ
る。するとそのアーク７により上記被溶融物９が溶融さ
れてスラグになると共に被溶融物９の一部はガスとなっ
て図示外の排ガス処理施設に送られる。

【００１５】次に上記電極２への電力供給による被溶融
物の溶融の場合の電力制御を説明する。電力検出器13に
より電極２への実投入電力が検出される。実投入電力が
検出されると、比較器14によりその実投入電力と上記目
標投入電力との偏差が算出される。次に上記偏差に応じ
て、その偏差が消滅するよう上記タップ付トランス４の
タップ電圧及び電極２に流れる電流が制御される。上記
実投入電力と目標投入電力との偏差に応じたタップ電圧
及び電極に流れる電流の制御は、例えば次のように行わ
れる。先ず設定インピーダンス演算器16により、上記偏
差に応じてその偏差を無くするに適するインピーダンス
が算出される。次にタップ切換判断器17により、その演
算されたインピーダンスが炉の操業に適正なインピーダ
ンス値の範囲内か否かが判別される。

【００１６】上記判別結果が範囲内の場合には、タップ
電圧を変更することなく演算されたインピーダンスに応
じた電流の制御が行われる。該電流の制御は以下のよう
に行われる。先ずインピーダンス検出手段18により炉の
操業状態でのインピーダンスが検出される。そしてその
検出されたインピーダンスが演算されたインピーダンス
に近付くように電流が調節される。例えば比較器22にお
いて両者の偏差が検出され、その偏差に応じて電極制御
装置23が電極をそのままに維持させたり上昇させたり或
いは下降させたりする指令を生ずる。該指令に基づき電
極昇降装置６が電極の上下位置を調節する。上記のよう
なインピーダンスの検出とそれに基づく電流の調節とは
繰り返し行わる。即ち、電流の調節の結果その値が変わ
ると、インピーダンス検出手段18による検出結果も変わ
る。従って上記インピーダンスの偏差も変わり、上記電
流の調節が再び行われる。このようにして、上記のよう
なインピーダンスの検出とそれに基づく電流の調節とは
繰り返し行わる。上記のような繰り返しの結果、炉の操
業状態でのインピーダンスは上記演算されたインピーダ
ンスに近付く。

【００１７】上記判別結果が範囲外の場合には、タップ
電圧を変更して上記演算されたインピーダンスに応じた
電流の制御が行われる。タップ電圧の切換は、判断器17
からタップ電圧の変更指令が出され、その指令に応じて
タップ切換器５がタップ付トランス４のタップを切換る
ことによって行われる。電流の制御は上記の場合と同様
である。

【００１８】上記のような実投入電力の検出から上記タ
ップ電圧及び電極に流れる電流の制御までは繰り返し行
われる。即ち、上記のようにタップ電圧や電流の制御が
行われると炉１への実投入電力が変わる。その実投入電
力は電力検出器13によって検出されることにより電力制
御機構11のフィードバック入力となり、上記した電力制
御の動作が再び行われる。従って、上記実投入電力の検
出から上記タップ電圧及び電極に流れる電流の制御は繰
り返し行われることとなる。上記繰り返しにより前記電
力偏差は消滅し、目標投入電力通りの電力が投入される
状態となる。尚上記繰り返しは例えば連続で行っても良
いが、３０秒に１回乃至６０秒に１回程度の周期で行っ
ても良い。

【００１９】次に上記電力制御の一例を説明する。灰処
理量が３０トン／日の溶融炉において、炉への実投入電
力が９５０ｋＷ、タップ電圧が２２５Ｖ、電極に流れる
電流が２．４３８ｋＡ、設定インピーダンスが５３ｍΩ
の状態から、灰処理量が２５トン／日に変化した場合を
説明する。この場合は上記灰処理量から新たな目標投入
電力例えば７９０ｋＷが算出される。すると比較器14で
は両者の電力の偏差である−１６０ｋＷが算出され、イ
ンピーダンス演算器16では例えば５８ｍΩの設定インピ
ーダンスが演算される。該インピーダンスは前記適正な
インピーダンス値の範囲内に入っているため、タップ電
圧の変更はなされず、上記設定インピーダンスに基づく
電流の制御が行われる。上記のような動作が繰り返し行
われることにより、設定インピーダンスは６４ｍΩ、タ
ップ電圧は２２５Ｖ、電流は２．０２７ｋＡ、実投入電
力は７９０ｋＷとなって安定する。

【００２０】上記電力制御の他の一例を説明する。上記
と同様の炉において上記と同様の状態から、灰処理量が
１０トン／日に変化した場合を説明する。この場合は上
記灰処理量から新たな目標投入電力例えば３２０ｋＷが
算出される。すると比較器14では両者の電力の偏差であ
る−６３０ｋＷが算出され、インピーダンス演算器16で
は例えば７４ｍΩの設定インピーダンスが演算される。
該インピーダンスは前記適正なインピーダンス値の範囲
内よりも高いため、タップ電圧を下げる指令が出される
と共に、上記設定インピーダンスに基づく電流の制御が
行われる。上記のような動作が繰り返し行われることに
より、設定インピーダンスは５７ｍΩ、タップ電圧は１
３５Ｖ、電流は１．３６９ｋＡ、実投入電力は３２０ｋ
Ｗとなって安定する。

【００２１】上記電力制御の更に他の例を説明する。上
記と同様の炉において上記と同様の状態から、電源電圧
が１０％低下した場合を説明する。この場合は、タップ
電圧は２０３Ｖとなり電極に流れる電流は２．２１１ｋ
Ａとなり、電力検出器13により実投入電力７８０ｋＷが
検出される。すると比較器14での偏差は＋１７０ｋＷと
なり、インピーダンス演算器16では新たな設定インピー
ダンス４６ｍΩが演算される。該インピーダンスは前記
適正なインピーダンス値の範囲内に入っているため、タ
ップ電圧の変更はなされず、上記設定インピーダンスに
基づく電流の制御が行われる。上記のような動作が繰り
返し行われることにより、設定インピーダンスは４３ｍ
Ω、タップ電圧は２０３Ｖ、電流は２．７０２ｋＡ、実
投入電力は９５０ｋＷとなって安定する。

【００２２】

【発明の効果】以上のように本願発明にあっては、溶融
炉１において被溶融物を溶融させる場合、被溶融物９の
量に応じた電力投入を行うので、適正量の電力投入が出
来る効果がある。しかも上記電力の投入中に電源電圧の
変動があっても、その変動に伴う実投入電力の変化を無
くすようタップ電圧及び電極２に流れる電流が制御され
るので、運転員には大きな労働の負荷を強いることな
く、実投入電力を目標投入電力に近づけることが出来る
効果がある。更に上記タップ電圧及び電極２に流れる電
流の制御の場合、電源電圧の変動に伴う実投入電力の変
化を検出してその実投入電力と目標投入電力との偏差を
算出し、その偏差が無くなるようにタップ電圧及び電極
に流れる電流を制御するので、確実に実投入電力を目標
投入電力に近づけられる効果がある。更に上記電源電圧
の変動があった場合、電極に流れる電流の制御は、炉の
操業インピーダンスを検出し、その操業インピーダンス
が適正な値を保持できるように電流を制御するので、ア
ーク切れや短絡等を生ずることなく安定な電力投入を継
続出来る効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】溶融炉及びその電力制御機構を示す図。

【符号の説明】

１ 溶融炉 ２ 電極 ４ タップ付トランス ６ 電流調節手段

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 タップ付トランスを介して電極に電力を
   供給することにより該電極からアーク放電させて炉内の
   被溶融物を溶融させる溶融炉において、被溶融物の量に
   対応した目標投入電力を算出し、電極への実投入電力を
   検出し、その実投入電力と上記目標投入電力との偏差を
   算出し、上記偏差に応じて、その偏差が消滅するよう上
   記タップ付トランスのタップ電圧及び電極に流れる電流
   を制御することを特徴とする溶融炉の電力制御方法。
2. 【請求項２】 上記実投入電力と目標投入電力との偏差
   に応じたタップ電圧及び電極に流れる電流の制御は、上
   記偏差に応じて偏差を無くするに適するインピーダンス
   を演算し、演算されたインピーダンスが炉の操業に適正
   なインピーダンス値の範囲内か否かを判別し、判別結果
   が範囲内の場合には、タップ電圧を変更することなく演
   算されたインピーダンスに応じた電流の制御を行い、範
   囲外の場合には、タップ電圧を変更して上記演算された
   インピーダンスに応じた電流の制御を行うことであり、
   更に、上記実投入電力の検出から上記タップ電圧及び電
   流の制御までを繰り返すことを特徴とする請求項１の溶
   融炉の電力制御方法。
3. 【請求項３】 上記演算されたインピーダンスに応じた
   電流の制御は、炉の操業状態でのインピーダンスを検出
   することと、検出されたインピーダンスと演算されたイ
   ンピーダンスとの偏差に応じて電流を調節することであ
   る請求項２の溶融炉の電力制御方法。