JPS6312360B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は交流電源回路網に接続された、例えば
３台の単相又は１台又は２台の２相又は３相のア
ーク炉のような少くとも１台のアーク炉を含む炉
の組み合せ体に関する。

電力供給システム内においてアーク炉はむずか
しい負荷対象である。特に無効電力変動が大きく
て、電圧変動を引き起こし、これが外乱となる。
これらの無効電力変動は、例えばサイリスタ結合
されたキヤパシタ又は位相角制御リアクタのよう
な静的回路のような無効電力補償装置によつて補
償され、あるいは調波フイルタによつて解消され
る。しかしながら、このような補償装置は実際の
電力変動を補償することは出来ずただ実際上の電
力をバランスさせるだけである。弱い電源網では
有効電力の変動は無効電力変動を補償するにもか
かわらず電力変動により大きな外乱を与える。発
電所の近くで弱い電源網にアーク炉を接続する
と、これらの有効電力の電力変動は、発電機又同
様にタービンにも悪影響を与える。電流の不均斉
及び電力変動とのために問題が複雑となる。

本発明は、これらの問題及びこれらに付随する
他の問題の解法を供することを目的とする。本発
明による炉の組合せはアーク炉に充填されるスク
ラツプを予熱するため少くとも１つの誘導炉がア
ーク炉と同一の電源網に接続されていることを特
徴とし、その接続は少くとも１つの制御可能な交
流電圧変換機を介してなされている。誘導炉の電
力出力を制御することによつて、アーク炉からの
電力変動は急速にかつ効果的に平均化され、電源
回路網からほぼ一定の電力出力が得られる。これ
で先に述べた問題が解決し、さらに高い生産性及
び低い生産コストが得られ、その他にもアーク炉
内での電極消耗を少くし、溶融時間を短くする。

直流炉の場合には、これらは変換機を経由して
電源網に接続されている。

本発明の好適な実施例において、各々の誘導炉
（好適にるつぼ型）は交流電圧変換機を介して電
源網に接続されている。

その他の好適な実施例において、アーク炉によ
つて引き起こされる無効電力変動を補償するため
の装置が、炉の組み合せに接続されている。

先に述べた炉の組み合せにおいて、前記の問題
はアーク炉上に充填されるスクラツプを予想する
ための少くとも１つの誘導炉を接続することによ
つて解決され、この接続は少くとも１つの制御可
能な交流電圧変換機を介して行なわれる。

この最後に述べた本発明の好適な実施例は、前
記補償装置が少くとも部分的に各相に接続された
単相誘導炉又は３相電源網においてはいくつかの
３相誘導炉で構成され、どちらの場合もアーク炉
に供給されるスクラツプがこれらの誘導炉で予熱
されるように配置されていることを特徴としてい
る。したがつてこの場合には各相に１つづつ付け
られている、通常は多数の単相空気式リアクトル
で構成されているような位相角制御リアクトル
は、その中でアーク炉内のスクラツプが誘導的に
加熱されるところの３つの単相誘導炉又は数個の
３相誘導炉で置き換えられる。今までの解決策に
代わる本解決策は、金属溶融のために必要とされ
るエネルギーのかなりの部分がアーク炉の外でス
クラツプに供給されるので、その結果融解時間の
短縮と、電極の消耗の減少を引き起こすことを意
味している。電圧の安定化に加えて、本システム
は今までの空気式リアクトルによる電力係数補償
システムに較べて、より多くの生産性向上と、よ
り低い生産コストを約束する。

添付図を参照して本発明をより詳細に記述説明
する。

第１図において、炉の組合わせは変圧器４，５
を介して交流電源回路網１にそれぞれ接続された
２つのアーク炉２，３で構成されている。好適に
３相電源網である回路網１には、電圧の安定化及
び無効電力補償のために無効電力補償器６が接続
されていて前記補償器は変圧器７を介して接続さ
れている。前記変圧器は例えば、おそらく調波フ
イルタ付のサイリスタ接続キヤパシタ又は位相再
制御リアクトルで構成されている。

有効電力変動補償器は８（第１図）に示され、
これは電源回路網に変圧器９を介して接続されて
いる。この補償器は交流電圧変換機及びこの変換
機から電力を供給される、好適に各相に１つづつ
接続された誘導炉、又は３相炉を接続された３相
変換機で構成されている。１相に対して１つの補
償器従つて１相に対して１つの誘導炉、又おそら
くは１つの３相アーク炉又は３つの単相アーク炉
に対して１つの誘導炉を用意することが可能であ
る。

第３図は通常の並列キヤパシタ１１が付けられ
ている誘導炉１０を示している。これは２つの互
いに逆向きに接続された２つのサイリスタ（異な
る数のサイリスタを使用する際には異なる接続と
なる）と１つのリアクトル１３とを含む交流電圧
変換機を介して電源回路網に接続されていて、こ
の交換機は電源回路網に変圧器９を介して接続さ
れている。

１つのアーク炉、又は複数のアーク炉からの電
力変動は既知の方法で測定され、得られた測定信
号は比較的一定な総電力出力（Pref）得られるよ
うにサイリスタ１２を制御する。

アーク炉２，３からの無効電力及び有効電力補
償器８からの無効電力Ｗは、無効電力補償器６に
よつて相ごとに補償され、又無効電力補償器はア
ーク炉（多相Ｒ、Ｓ、Ｔ又はいくつかの単相炉）
及び誘導炉の有効電力Ｐを例えば下記の条件に従
つて均衡させる。

Ｑ（VAR）_RS＝−（Ｑ（Ｕ＋Ｗ）_R＋Ｑ（
Ｕ＋Ｗ）_S−Ｑ（Ｕ＋Ｗ）_T） Ｑ（VAR）_ST＝−（−Ｑ（Ｕ＋Ｗ）_R＋Ｑ
（Ｕ＋Ｗ）_S＋Ｑ（Ｕ＋Ｗ）_T） Ｑ（VAR）_TR＝−（Ｑ（Ｕ＋Ｗ）_R−Ｑ（
Ｕ＋Ｗ）_S＋Ｑ（Ｕ＋Ｗ）_T） 交流電圧変換機１２−１３は第３図、第５図及
び第６図による３台の単相又は１つ又はより多く
の３相スクラツプ予熱誘導炉１０に電源を供給す
る。

補償器８は各相ごとにアーク炉２，３及び、ス
クラツプ予熱炉８，１０内の有効電力が下記の条
件によつて一定となるように制御される： PU（ｔ）＋PW（ｔ）＝Pref又は PWRS＝1/3Pref−（PUR＋PUS−PUT） PWST＝1/3Pref−（−PUR＋PUS＋PUT） PWTR＝1/3Pref−（PUR−PUS＋PUT） Pu（ｔ）はアーク炉電力、Pw（ｔ）は誘導炉電
力そしてPrefは総電力である。Ｒ、Ｓ及びＴは３
つの相である。

炉の組合わせの動作における第１段階（第４図
のＡ）、溶融段階、の間予熱炉又は炉１０への電
力はPu（ｔ）の小変動している山の部分を補償し
Prefが比較的一定となるように制御される。予熱
炉への電力Pw（ｔ）は斜線の領域で示されてい
る。

ある時間の後、最終処理が開始する、すなわ
ち、アーク電力が減少される（Ｂ段階）、そして
電力の小変動がより小さくなる。しかしながら、
後でアーク炉に充填されるスクラツプの予熱は継
続する（Pwによる）。溶融金属の取り出し中（Ｃ
段階）、アーク炉電力は零となり、予熱（Pw）の
みが行なわれる。

並列キヤパシタ１７−１９付の３台の垂直、単
相誘導炉（第５図の１４，１５，１６）で構成さ
れているようなスクラツプ加熱炉は、例えば第３
図に示されたのと同種の分離された交流電圧変換
機２０，２１，２２を介して３相電源網２３に接
続されている。炉１４−１６も又１つ又は複数の
３相誘導炉であるかも知れない。

開く底部２５を有する第６図による円錐形誘導
るつぼ炉１４−１６である炉はスクラツプ容器２
７の台車２６の通り道の上に位置している。炉１
４−１６には通常の方法でスクラツプが送り込ま
れる。アーク炉にスクラツプが充填される時に
は、底２５が開かれ予熱されたスクラツプが炉１
５の下のスクラツプ容器２７の中に落ちアーク炉
に送られる。

スクラツプを予熱するための炉１４−１６は円
錐形をしていてスクラツプが途中でひつかかるの
を防止するために底部が上部より拡がつている。
電力が周囲部分で展開されるのでエネルギーは中
心に向つて転送されなければならない。これは第
２図に示されている。炉の内側には穴をうがたれ
た硬質レンガが詰め込まれていて、そこには空気
抜きの通風路が用意されている。従つて空気は周
囲から中心に向つて吸い込まれ垂直排気管３１を
通つて炉から排出される。３２は薄板状の心型
を、２８は炉のコイルを示している。

きれいにした後、加熱された空気は、例えばひ
しやくの予熱のような補機の加熱又は燃焼空気と
して用いることが出来る。

第７ａ図及び第７ｂ図は、いくつかの構成単位
で構成され多相電源網Ｌから共通変圧器４１を介
して電源を供給されている本発明の最後に述べた
実施例に基づく組み合わせが示されている。これ
とは別に、各々の構成単位に対して１つの割で変
圧器を用いることも可能である。変圧器４１の２
次側には共通の交流電圧変換機４３が接続されて
いるが、これとは別に、異なる誘導炉に対してそ
のような変換機を個別に用いることも可能であ
る。異なるインダクシヨン構成単位に含まれる３
つの誘導炉４４，４５及び４６は前記交流電圧変
換機４３に接続され、前記変換機４３と炉４４〜
４６とに並列に１つ又は数個の固定接続調波フイ
ルタ４７が接続され、これらは、異なる周波数に
対して高調波成分を減衰させるように同調されて
いる。

第７ｂ図は多相電源網４８から異なる誘導炉構
成単位へ個別に給電している状態を示す。そこで
は又、個別変圧器４９及び５０を示し、その各々
はそれぞれ誘導炉５３及び５４を接続された交流
電圧変換機５１及び５２に給電している、又調波
フイルタ５５及び５６がそれぞれ、前記変換機及
び前記誘導炉に並列に接続されている。

変圧器４１の定格電力を減少させるために、一
定の力率補償分を等しく２分割することも可能
で、その半分は変圧器の１次側５７に接続し、残
りの半分は変圧器４１の２次側５８に接続する。
（第８図を参照のこと） 第９ａ図及び第９ｂ図によれば、スクラツプ加
熱炉は、３つの単相垂直誘導炉（第９ａ図を参照
のこと）５９，６０及び６１で構成され、その各
各は開閉可能な底を備え、又その各々は単相交流
電圧変換機RS，ST，TR又は母線RS，ST，TR
（＋及び−）を経由して交流電圧変換機６２，６
３，６４に接続されている。例えば第９ｂ図に示
すように１つ又は複数の開閉可能な底を有する３
相誘導炉を電源網に接続することも可能である。
誘導炉は６５に異なる交流電圧変換機は６６，６
７及び６８に示されている。補償器はアーク炉か
らの実効電力を平衡させるために各相互に調整さ
れなければならないので１つ又は複数の３相誘導
炉を使用する方が有利である。

異なるコイル間の相互誘導の影響を少くするた
めに、炉は３つの異なる部分（第１０図を参照）
で構成され、それぞれは鉄心で囲まれ、互いの上
に積重ねられている。これらの部分は６９，７０
及び７１に示されている。炉には耐火性の内ばり
７４及び開閉可能な底７２が画かれている。第１
０図の下の図は上の図の断面Ａ−Ａに沿た断面図
で、鉄心が７３に示されている。

さらにコイル間の相互誘導を減少させるため
に、２つ又はそれ以上の３相炉を使用する場合
は、第１１図に示すように炉は交互に異なる相に
接続されている。炉は７４，７５及び７６に示さ
れている。

先に記述した装置と同様に、炉には開閉可能な
底７７及び排ガス排気管７８が用意されている。
炉は開閉可能な底を備えスクラツプ運搬器７９の
運搬車の通路の上に並べられている。炉には通常
の方法でスクラツプが充填される。アーク炉にス
クラツプが充填される際には、底が開かれて予熱
されたスクラツプは炉の下のスクラツプ容器の中
に落ち、第１２図に示すようにアーク炉へ送られ
る。

電力は周囲に与えられるので、エネルギーは中
心に向つて転送されなければならない。これは以
下のようになされる： 炉はいわゆる誘導管８０（第１３図を参照）で
設計されており、これはわずかに放射状の外延を
有する方形の非磁性体で作られ、コイルとスクラ
ツプとの間に配置されている。コイルは８２に、
鉄心は８３に示されている。耐火レンガ８４は誘
導管８０の間に配列されている。誘導管には、コ
イルの中心に向う（第１３図の上の図）穴が用意
されていて、そこを通つて空気が吹き込まれる。
矢印８５のごとく。誘導管８０を通つて吹き込ま
れる空気はこのようにしてエネルギーの一部を周
辺部から中心部に転送する。見てわかるとうり、
炉には誘導管８０の間にある耐火レンガ８４のよ
うな固いセラミツク材が積み込まれている。

炉の上には煙道ガス排気管７８を備えたちよう
つがい式のふたが置かれている（第１２図参照）。
排ガス中のエネルギーは第１３図に示すように加
熱源又は他の目的のために使用される。スクラツ
プ充填物は８６に示されている。

第１４図による無効電力補償器、VAR補償器
は、下記の制御条件で制御される。

〓Ｑ＝アーク炉８６内での無効電力 〓Q_F＝固定補償器８９，８８内での無効電力 Q_N＝電源網に対する無効電力 Q_V＝誘導炉８７内での無効電力 以下の条件式が得られる： 〓Ｑ＋Q_V−〓Q_F−Q_N＝０； Q_V＝〓Q_F−〓Ｑ＋Q_N アーク炉内での実効電力を平衡させるために、
誘導炉は下記の条件に従つて各相ごとに調整され
る： QV_RS＝−（QR＋QS−QT） QV_ST＝−（−QR＋QS＋QT） QV_TR＝−（QR−QS＋QT） ここでQR、QS及びQTは異なる相Ｒ、Ｓ及び
Ｔでの無効電力である。

スクラツプの構成及び温度上昇とによつて、炉
のインピーダンスは充填物によつても又各充填物
の間でも変化する。交流電圧変換機は変圧器の変
圧比を変えることによつて又は他の型の位相角制
御によつて好適に制御される。炉内のインピーダ
ンスは比較的一定であるため誘導炉内の実効電力
は無効電力の割合に比例して変化する。

以上述べた装置は添付の特許請求の範囲に定め
られた範囲内でもさまざまに改変することが可能
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は説明用の模式図である。２図は予熱炉
の詳細図である。第３図は誘導炉及びその交流電
圧変換機の模式図である。第４図は炉の組み合せ
の使用時の異なる段階での図表を示している。第
５図は３相交流誘導炉、そして第６図はスクラツ
プ運搬器の上に置かれた３台の誘導炉である。第
７ａ図は最後に述べた実施例による数個の誘導炉
の共通電源供給図を示している。第７ｂ図は異な
る誘導炉の分離型電源供給図を示している。第８
図は補償装置の分割を示している。第９ａ図は３
台の単相誘導炉の接続を示している。第９ｂ図は
３相電源網への３相炉の接続を示している。第１
０図は３相誘導炉を示している。第１１図はいく
つかの３相炉の接続を示している。第１２図は炉
への充填を示している。第１３図は排気ガス排出
器付きの前記炉の詳細を示している。第１４図は
本発明による炉のための回路図である。 １……交流電源網、２，３……アーク炉、４，
５，７，９，４１，４９，５０……変圧器、６…
…無効電力補償器、１０……、１２……サイリス
タ、１３……リアクタ、１４〜１６……予熱誘導
炉、２０〜２２……交流電圧変換機、２５……開
閉可能な底、３１……ガス排気管、５９〜６１…
…単相誘導炉、６５……３相誘導炉、７３……鉄
心。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 交流電源網１に接続された３台の単相又は１
   台又は複数台の２組又は３相アーク炉２，３のよ
   うな少くとも１台の交流又は直流アーク炉を含む
   炉の組み合わせ体において、同一の電源網に後で
   アーク炉に充填させるためのスクラツプを予熱す
   るための少くとも１台の誘導炉が接続され、前記
   後者の接続は少くとも１つの制御可能な交流電圧
   変換機１２，１３を経由してなされているアーク
   炉を含む炉の組み合わせ体。 ２ 特許請求の範囲第１項記載のアーク炉を含む
   炉の組み合わせ体において、好適に鉄心無しの
   各々の誘導炉１０，１４−１６が、交流電圧変換
   機を経由して前記電源網に接続されているアーク
   炉を含む炉の組み合わせ体。 ３ 特許請求の範囲第１項又は第２項記載のアー
   ク炉を含む炉の組み合わせ体において、各々の交
   流電圧変換機１２，１３，２０〜２２が、少くと
   も２つの互いに逆向きに接続されたサイリスタ１
   ２と少くとも１つのリアクタ１３とを含むアーク
   炉を含む炉の組み合わせ体。 ４ 特許請求の範囲第１項〜第３項のいずれかの
   項に記載のアーク炉を含む炉の組み合わせ体にお
   いて、誘導炉内の電力が、ある参考値に従つて、
   その最大可能な限度の範囲内で炉の組み合わせか
   らの全実効電力が一定値に保持されるように制御
   されるアーク炉を含む炉の組み合わせ体。 ５ 特許請求の範囲第１項〜第４項のいずれかの
   項に記載のアーク炉を含む炉の組み合わせ体にお
   いて、無効電力変動を補償するために電源網に対
   して無効電力補償器６が接続されているアーク炉
   を含む炉の組み合わせ体。 ６ 特許請求の範囲第１項〜第５項のいずれかの
   項に記載のアーク炉を含む炉の組み合わせ体にお
   いて、各々の予熱誘導炉１４〜１６はアーク炉
   ２，３へのスクラツプ運搬容器２７の上に位置し
   ているか又は位置することが可能であるアーク炉
   を含む炉の組み合わせ体。 ７ 特許請求の範囲第６項記載のアーク炉を含む
   炉の組み合わせ体において前記予熱誘導炉は開閉
   可能な底２５と、可能ならばガス排気管３１とが
   備えられているアーク炉を含む炉の組み合わせ
   体。 ８ 特許請求の範囲第７項記載のアーク炉を含む
   炉の組み合わせ体において、炉の内ばりが穴明き
   レンガ２９で作られ、そこを通つて周囲部から中
   心に向つてエネルギーを転送するために空気が吹
   き込まれるアーク炉を含む炉の組み合わせ体。 ９ 特許請求の範囲第１項記載のアーク炉（単数
   又は複数）によつてき起こされる、無効電力変動
   を補償するための装置を含むアーク炉を含む炉の
   組み合わせ体において、これらの装置が、少くと
   も部分的に各々の相に接続された３台の単相誘導
   炉５９，６０，６１又は３相電源の場合には、１
   台又は複数の３相誘導炉６５で構成され、アーク
   炉へ供給されるスクラツプが前記誘導炉内で予熱
   されるようになされたアーク炉を含む炉の組み合
   わせ体。 １０ 特許請求の範囲第９項記載のアーク炉を含
   む炉の組み合わせ体において、前記誘導炉が共通
   変圧器４１及び共通又は個別の交流電圧変換機か
   ら給電されるか又は個別の変圧器４９，５０及び
   交流電圧変換機５１，５２から給電されるアーク
   炉を含む炉の組み合わせ体。 １１ 特許請求の範囲第１０項記載のアーク炉を
   含む炉の組み合わせ体において、調和フイルタ５
   ５，５６が、前記誘導炉及び交流電圧変換機と並
   列にあるいは、そのような装置のいくつかと並列
   に、又あるいは、変圧器と並列に配置されたアー
   ク炉を含む炉の組み合わせ体。 １２ 特許請求の範囲第９項記載のアーク炉を含
   む炉の組み合わせ体において、多相誘導炉が、例
   えば１相に対して１つのようにいくつかの異なつ
   た部分６９−７１で構成され、鉄心７３で囲ま
   れ、互いに上に積み重ねらているアーク炉を含む
   炉の組み合わせ体。 １３ 特許請求の範囲第１項〜第１２項のいずれ
   かの項に記載のアーク炉を含む炉の組み合わせ体
   において、多相誘導炉７４〜７６はその相接続が
   異なる相の間では変えられ、又炉ごとに異なるよ
   うになされたアーク炉を含む炉の組み合わせ体。