JPS63162825A - 真空溶解炉の原料投入自動制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、スポンジ状のチタンやジルコニウム等の原料
を消耗電極とし、これをアーク溶解すると共に、原料の
他の一部を消耗電極とすることなく前記アーク溶解によ
って生じた溶融池に投入することにより、必要とする原
料の全量を溶解するようにした真空溶解炉の原料の投入
自動制御方法に関する。　　、 〈従来の技術〉 スポンジチタン等の原料を溶解して製品のインゴットと
する場合、原料を消耗電極にしてこれを真空下でアーク
溶解する方法が従来より行われている。この場合、原料
を消耗電極に加工するのにコストがかかること、及び消
耗電極が大きい（長い）と炉体等も大きくしなければな
らない等の欠点から、消耗電極を小径化し、残量分をス
ポンジ粒のまま前記消耗電極の溶解と並行してサイドチ
ャージする方法が行われていた。そしてサイドチャージ
の方法は、作業員が消耗電極の降下距離（溶は具合）に
応じてその投入量を大ま力、　＆Ｚ　ｉ周整していた。

〈発明が解消しようとする問題点〉 従来の方法では、サイドチャージの時間経過に伴う過不
足のチェックが作業員によって行われるため、そのチェ
ック間隔には限度があり、消耗電極の刻々の消耗量（降
下距離）に見合った正確な原料投入が行えない。すなわ
ち、ある時間間隔における消耗電極の降下距離に対して
原料投入量が多すぎて、電極と溶湯との間にブリッジが
発生する不都合を生じたり、また消耗電極のアーク溶解
が終了した時点で、溶解不良の原料がインゴット中に残
留したりする不都合があった。

〈目的〉 そこで本発明は上記従来技術の欠点を解消し、消耗電極
の消耗量（降下距離）の刻々の変化に対応した正確な原
料投入を自動的に行うことができる真空溶解炉の原料投
入自動制御方法の提供を目的とする。

く問題点を解決するための手段〉 本発明は、原料を消耗電極とし、これをアーク溶解する
と共に、原料の他の一部を消耗電極とすることなく前記
アーク溶解によって生じた溶融池に投入することにより
、必要とする原料の全体量を溶解するようにした真空溶
解炉の原料の投入自動制御方法であって、原料の投入開
始時からアーク溶解終了時までの間に降下せられる消耗
電極の降下距離から消耗電極の単位降下距離当たりの投
入原料の目標投入量を予め算出しておき、所定の短時間
間隔毎に消耗電極の降下距離と投入原料の実際の投入量
とを測定して前記消耗電極の降下距離に対応する原料の
目標投入量と実際の投入量との差分を算出し、この差分
を今回の投入量に加えた量を次回の所定時間内に投入す
るようにしたことを基本的特徴としている。

また、減圧状態に保持された真空炉内の圧力と外部の大
気圧との差圧の変動によって生じる投入原料の重量測定
の誤差をなくすため、上記手段に加えて、本発明方法の
実施態様として、原料を溶解炉に自動投入する自動投入
装置に接続される投入シュートの接続口に対して、自動
投入装置の前記投入シュート接続口とは対称の位置に、
前記投入シュートに連通ずる同径の均圧化管を接続する
手段を限定することを特徴としている。

く作用〉 原料の目標投入量に対する実際の投入量の差分が所定の
短時間間隔毎に算出され、その差分が今回の投入量に加
えられた量が次回の所定時間内に投入されるようになさ
れているので、時間経過に伴う原料投入の過不足が細か
くチェックされ、消耗電極の降下距離に対応する目標投
入量に近似した形で原料を確実に投入することができる
。

また、自動投入装置の投入シュート接続口と対称の位置
に同径の均圧化管を接続するようにすることにより、大
気圧と炉内圧との差圧の変動によって生じる原料の重量
測定誤差が解消され、一層正確な原料投入を行うことが
できる。

〈実施例〉 第１図は本発明の方法が用いられる真空溶解炉の概略構
成図、第２図は本発明の方法を行うための真空溶解炉の
制御部の機能ブロック図である。

■は真空アーク溶解炉、２は消耗電極降下装置、３は原
料からなる消耗電極である。消耗電極３は溶融池４との
間に発生するアークの熱により溶は落ち、溶は落ちた分
だけ降下せられる。サイドチャージされる原料は適当な
大きさのスポンジ粒としてホッパー５内に貯えられ、自
動投入装置である電磁フィーダ６により、投入シュート
７を通って真空アーク溶解炉１の溶融池４に投入される
゛。ホッパー５内及び電磁フィーダ６に残っている原料
の重量はロードセル８で時々刻々測定され、その重量信
号が制御部９に入力される。またストローク計１０によ
り消耗電極３の降下距離が時々刻々測定され、その降下
距離の信号が制御部９に人力される。前記ロードセル８
及びストローク計１０からの入力に基すいて、適正投下
量が制御部９にて演算され、その適正投下量に応じた出
力信号を電磁フィーダ６に出力する。

本発明に係る原料投入の自動制御方法の具体例について
第２図を用いてさらに説明する。

まず、原料のサイドチャージを開始する時の消耗電極３
の長さＬｓ及びアーク溶解を終了する時の消耗電極３の
長さＬｅの長さを予め測定しておき、この値から消耗電
極３の有効降下距離Ｌｏ　（Ｌｓ−Ｌｅ）、すなわちサ
イドチャージを行う間の消耗電極３の降下距離を予め制
御部９で演算、記憶させておく。一方、サイドチャージ
すべき原料の全量−０を予め或いは投入開始時のタイミ
ングでロードセル８により測定し、これを制御部９に入
力して、この原料の全量向と前記消耗電極３の有効降下
距離Ｌｏとから、消耗電極３の単位降下距離当たりの原
料の目標投入量（Ｗｏ／Ｌｏ）を演算、記憶させておく
。そして、まず原料投入開始時においては、電磁フィー
ダ６による原料投入量を前記目標投入量に基ずいた量と
するよう、電磁フィーダ６の出力を設定する。すなわち
、例えば原料投入量の過不足を２秒毎にチェックする場
合には、その２秒間に通常降下するであろう消耗電極３
の降下距離ΔＬを用いて、該２秒間に投入すべき原料の
目標投入量をΔＬ−Ｗ／Ｌｏとし、該目標投入量を２秒
間で投入するような電磁フィーダ６の出力を設定するわ
けである。

今、ｉ回目の原料投入チェック時における制御について
説明すると、まずストローク計１０からの前回（ｉ−１
回）の消耗電極長さＬ＝−＋情報と今回（ｉ回）測定の
消耗電極長さＬｉ情報とから、前回から今回までの時間
間隔中の消耗電極３の降下距離ΔＬｉを演算させる。そ
してこの降下距離ΔＬｉから今回（前回のチェック時か
ら今回のチェック時までの間に）投入すべきであった目
標投入量Ｗ。

演算させる。この場合の演算式は、 Ｗｓ１＝ΔＬｉ−Ｗｏ／Ｌ。

一方、ロードセル８からの前回の原料の残重量Ｗｉ−，
情報と今回の残重量−１情報とから今回８（前回のチェ
ック時から今回のチェック時までの間に）実際に投入し
た投入量Ｗ、を演算させる。演算式％式％ そして上記今回投入すべきであった目標投入量Ｗ、６と
今回実際に投入された投入量Ｗ、ｉとから、投入量の差
分ΔＷｉを演算させる。演算式は次の通り。

ΔＷ６　　＝ｗ、ｉ−Ｗ、４ この投入量の差分ΔＷｉを用いて次回（今回チェック時
から次回のチェック時まで）に投入されるべき目標投入
量Ｗ　、ｉ　、　、を演算する。すなわち次回の目標投
入量はＷ、ｉ、、は次の式で演算される。

Ｗ　ｚ　ｆ４　（”　Ｗ　＠　１＋ΔＷｉ得られた目標
投入量ｗ１．．の値は電磁フィーダ６への出力制御信号
に変換されて電磁フィーダ６に出力される。勿論、前記
ｗ１、ΔＷ、の量を予め電磁フィーダ６の出力量に変換
させた形で演算させてもよい。

上記目標投入量と実際の投入量との差分検出、及びそれ
に伴う電磁フィーダ６の出力調整のためのチェックは、
例えば０．１秒〜数秒の一定周期で行う。従来の作業員
による場合は最も短くても数分の間隔が限度であった。

短時間間隔でチェックを行うことにより、応答性をよく
することができ、消耗電極の降下量に正確に追従した形
で原料のサイドチャージが行えるわけである。

またチェック間隔の短時間化に伴うロードセル８やスト
ローク計１０からの信号のバラツキやノイズの影響をな
くすため、投入重量Ｗ、ｉの演算や消耗電極３の降下距
離ΔＬｉの演算においては数十回の移動平均処理を行っ
ている。

上記のように本発明の方法では非常に短時間間隔で、投
入原料の量を計り、また目標投入量を演算するわけであ
るが、この様に短時間間隔でチェックする場合は、測定
される実質原料投入量や演算される目標投入量の値が比
較的小さい値となる。そうすると、従来では問題となら
なかった溶解炉内圧（減圧状Ｂ）と大気圧との差により
生じる重量測定誤差が無視できなくなる。すなわち本発
明の測定によれば、例えば２秒間隔で２　ｋｇ程度投入
するような場合において、減圧状態の変化が１０Ｔｏｒ
ｒあった場合にあたかもホッパ内容物が９．６ｋｇ減少
したように計測され実際の切出量２　ｋｇ（２秒間当り
）に対し約６倍となり制御不能となる。

溶解炉内の減圧状態の変化は、例えば投入された原料が
溶ける際に発生するガス等により頻繁に生じ得ることで
ある。そこで本発明では、上記炉内圧変動による重量測
定値の変動を防止するため、その原因となる投入シュー
ト７の電磁フィーダ６への接続ロアａに対して、対称と
なる電磁フィーダ６の位置に前記投入シュート７の接続
ロアａと同径の接続口１１ａを有する均圧化管１１を接
続すると共に、この均圧化管１１を投入シュート７に連
通させて、該均圧化管１１内を投入シュート７内と同圧
にする。均圧化管１１を設けない場合には、第５図に示
すように、投入シュート７の接続ロアａの部分だけが矢
符で示す大気圧が加わらず、電磁フィーダ６に加わる外
圧のバランスが崩れ、炉内圧の僅かな変動によりロード
セル８による測定重量値が大きく変動する。同径の接続
口１１ａによる均圧化管１１を設けることにより、電磁
フィーダ７の接続ロアａと対称の位置に同圧の炉内圧が
加わって圧力のバランスがとれるわけである。

第３図と第４図に示す図は、本発明の方法により原料を
サイドチャージした場合の消耗電極の降下距離の時間的
変化と、原料投入量の時間的変化の一例を示している。

第３図と第４図から明らかなように、消耗電極の時間経
過に伴う電極降下量の変化に対して原料投入量が非常に
よく近似して追従変化している。また電極のアーク放電
終了時ｔ、、（電極の降下距離がＬｏになった時）にほ
ぼ一致して原料投入が終了する。

く効果〉 本発明は以上の構成よりなり、真空溶解炉の原料投入自
動制御方法に関し、短時間間隔毎に、消耗電極の降下距
離に対応する原料の目標投入量に対して実際に投入され
た原料投入量がチェックされ、その差分量が加えられた
量が次のチェック時までの間に投入されるようになされ
るので、消耗電極のｔ条下量の変化に刻々追従した形で
適正な原料の投入がなされる。よって、消耗電極のアー
ク溶解量に常に一定の割合で原料を投入することができ
、均質な鋳塊を得ることができると共に、原料の過剰投
入によるブリッジの発生成いはアーク溶解終了時の未溶
融物の残留等の発生が確実に防止される。

また同径の接続口を有する均圧化管を投入シュートの接
続口と対称の位置へ接続すれば、炉内圧の変動による重
量測定の変動が防止され、一層正確に原料投入を行うこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法が用いられる真空溶解炉の概略構
成図、第２図は本発明の方法を行うための真空溶融炉の
制御部の機能ブロック図、第３図と第４図はそれぞれ本
発明の方法により原料をサイドチャージした場合の消耗
電極の降下距離の時間的変化と、原料投入量の時間的変
化を示す図、第５図は溶解炉内圧の変動に伴う原料の測
定重量の変動の原因を説明するための電磁フィーダ部の
断面図である。 １：真空アーク溶解炉 ２：消耗電極降下装置 ３：消耗電極 ４：溶融池 ５：ホッパー ６：電磁フィーダ ７：投入シュート ７ａ：投入シュートの接続口 アｂ　：　電磁フィーダへのシューＢｉｋＮ！（ベロー
）８：ロードセル ９：制御部 ｌＯ二ストローク計 １１：均圧化管 １１ａ　　：均圧化管の接続口

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）、原料を消耗電極とし、これをアーク溶解すると
   共に、原料の他の一部を消耗電極とすることなく前記ア
   ーク溶解によって生じた溶融池に投入することにより、
   必要とする原料の全体量を溶解するようにした真空溶解
   炉の原料の投入自動制御方法であって、原料の投入開始
   時からアーク溶解終了時までの間に降下せられる消耗電
   極の降下距離から消耗電極の単位降下距離当たりの投入
   原料の目標投入量を予め算出しておき、所定の短時間間
   隔毎に消耗電極の降下距離と投入原料の実際の投入量と
   を測定して前記消耗電極の降下距離に対応する原料の目
   標投入量と実際の投入量との差分を算出し、この差分を
   今回の投入量に加えた量を次回の所定時間内に投入する
   ようにしたことを特徴とする真空溶解炉の原料投入自動
   制御方法。
2. （２）、原料を溶解炉に自動投入する自動投入装置に接
   続される投入シュートの接続口に対して、自動投入装置
   の前記投入シュート接続口とは対称の位置に、前記投入
   シュートに連通する同径の均圧化管を接続する特許請求
   の範囲第１項記載の真空溶解炉の原料投入自動制御方法
   。