TWI530650B - And the melting state determining device of the electric arc furnace - Google Patents

Description

電弧爐之熔解狀態判定裝置

本發明係關於一種電弧爐之熔解狀態判定裝置，尤其關於一種可確實地進行廢料之熔解結束之判定之熔解狀態判定裝置。

於電弧爐中，經過自廢料之初裝熔解經由進而追加廢料並進行熔解之追裝熔解向氧化精煉之複數個步驟而進行1次加料之作業。於該情形時，自前一步驟向下一步驟之轉移係確認廢料之可追裝或熔化等熔解結束而進行，但因於密閉式之電弧爐中對作業中之爐內進行觀察較為困難，故先前預先程式地設定輸入電力量之模式。然而，因廢料之形狀或材質等不均較大，故於程式化之控制中存在如下問題：與實際之廢料熔解狀態之偏差較大，若考慮安全係數而確保充分餘裕則會導致多餘之電力消耗或熱損失、熱點之產生等。

因此，例如專利文獻1中揭示有如下電弧爐：藉由與電弧爐之爐壁相接觸地設置麥克風，使爐內放電音可視化為電流波形，根據電流波形成為振幅較小之穩定狀態而判定作為熔解結束之一種之熔化。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特公昭55-17314

然而，於上述先前將爐內放電音可視化為電流波形並根據電流波形之變化而判定熔化者，尚存在無法進行確實之熔化判定之問題。

因此，本發明係為解決此種課題者，其目的在於提供一種可確實地判定廢料之熔解結束而可不產生多餘電力消耗等地進行向下一步驟之步驟轉移的電弧爐之熔解狀態判定裝置。

為達成上述目的，本第1發明具備：聲音檢測手段(71)，其檢測電弧爐之爐內產生音，並輸出與檢測出之聲音之強度對應之聲音信號(71a)；頻率解析手段(72)，其解析聲音信號(71a)之頻率而獲得頻率-強度信號(72a)；及判定手段(4)，其於上述頻率-強度信號(72a)中以基本頻率之偶數倍頻率為中心之區域之信號成分之強度，相較接近該區域之低頻側及高頻側之各區域之信號成分強度，持續一定時間以上地高出既定量以上時，判定為廢料之熔解結束。再者，此處「熔解結束」中包含使廢料之追裝成為可能之「可追裝」、及向氧化精煉等轉移之「熔化」。即，若將上述「一定時間」設定為相對較短則可判定「可追裝」，若將「一定時間」設定為相對較長則可判定「熔化」。

根據發明者之實驗，於廢料之熔解結束時，以基本頻率之偶數倍頻率為中心之區域之信號成分之強度相較接近該區域之低頻側及高頻側之各區域之信號成分之強度明顯變高。因此，若於以基本頻率之偶數倍頻率為中心之區域之信號成分強度，相較接近該區域之低頻側及高頻側之各區域之信號成分之強度高出既定量以上的狀態持續一定時間以上時判定為廢料之熔解結束，則可確實地判定爐內之廢料之熔解結束，而可避免此後多餘之電力消耗等。

本第2發明具備：聲音檢測手段(71)，其檢測電弧爐之爐內產生音，並輸出與檢測出之聲音之強度對應之聲音信號(71a)；頻率解析手段(72)，其解析聲音信號(71a)之頻率而獲得頻率-強度信號(72a)；及判定手段(4)，其於下述狀態持續一定時間以上時判定為廢料之熔解結束，上述狀態係於以基本頻率之偶數倍頻率為中心之區域以既定信號強度範圍所設定之第1檢測區域(P)中，上述頻率-強度信號(72a)之至少一部分之信號成分進入至該區域內，且於較上述偶數倍頻率為低頻側與高頻側之頻率區域中分別以既定信號強度範圍所設定之第2及第3檢測區域(Q、R)中，上述頻率-強度信號(72a)之信號成分全部進入至該等區域內。

根據本第2發明，由各檢測區域中頻率-強度信號之行為，可確實地認定以基本頻率之偶數倍頻率為中心之區域之信號成分強度，相較接近該區域之低頻側及高頻側之各區域 之信號成分強度高出既定量以上的狀態持續一定時間以上，從而可判定廢料之熔解結束。

本發明亦可作為方法而實現，於該情形時，電弧爐之熔解狀態判定方法係檢測電弧爐之爐內產生音，並解析與檢測出之聲音之強度對應之聲音信號之頻率，而獲得頻率-強度信號，於上述頻率-強度信號中以基本頻率之偶數倍頻率為中心之區域之信號成分強度，相較接近該區域之低頻側及高頻側之各區域之信號成分強度，持續一定時間以上地高出既定量以上時，判定為廢料之熔解結束。再者，此處「熔解結束」中包含使廢料之追裝成為可能之「可追裝」、及向氧化精煉等轉移之「熔化」。即，若將上述「一定時間」設定為相對較短則可判定「可追裝」，若將「一定時間」設定為相對較長則可判定「熔化」。

又，電弧爐之熔解狀態判定方法係檢測電弧爐之爐內產生音，並解析與檢測出之聲音強度對應之聲音信號頻率，而獲得頻率-音強度信號，於下述狀態持續一定時間以上時判定為廢料之熔解結束，上述狀態係於以基本頻率之偶數倍頻率為中心之區域中以既定信號強度範圍所設定之第1檢測區域中，上述頻率-強度信號之至少一部分之信號成分進入至該區域內，且於較上述偶數倍頻率為低頻側與高頻側之頻率區域中分別以既定信號強度範圍所設定之第2及第3檢測區域中，上述頻率-強度信號之信號成分全部進入至該等區域 內。

再者，較佳為將上述偶數倍之頻率設為4倍。

上述括號內之符號係表示與下述實施形態中記載之具體手段之對應關係。

如上所述，根據本發明之電弧爐之熔解狀態判定裝置，可確實地判定廢料之熔解結束而可不產生多餘之電力消耗等地進行向下一步驟之步驟轉移。

(第1實施形態)

於圖1中，在直至商用電源之主電路1設置有具備分接頭轉換器之爐用變壓器2，其二次側電路11直至電弧爐3之電極31。現在所選擇之分接頭位置之信號2a自爐用變壓器2向控制裝置4輸出，另一方面，自控制裝置4對爐用變壓器2輸出用以選擇所需之分接頭位置之分接頭選擇指令信號4a。於二次側電路11中設置有儀錶用變流器51及儀錶用變壓器52，向控制裝置4分別反饋二次側電路11之電流(電弧電流)I與電壓(電弧電壓)V。電極31由省略圖式之電極升降機構保持而可進行升降，藉由接收來自控制裝置4之電流指令信號4b之電極升降裝置6而使其相對於爐內之廢料32適當地上升或下降。

於自電弧爐3離開之位置，朝向其設置有作為聲音檢測手 段之噪音計71。作為噪音計71，例如可使用rion股份有限公司製造之NL-21等。噪音計71係檢測電弧爐3之爐內產生音，並輸出與檢測出之聲音強度對應之聲音信號71a。聲音信號71a被輸入至頻率解析裝置72並被分離成各頻率成分，而生成頻率-強度信號72a。頻率-強度信號72a被發送至控制裝置4，藉由下述順序掌握電弧爐3之廢料之可追裝及熔化，而判定可否向下一步驟之廢料追裝或氧化精煉之轉移。再者，亦可將頻率解析裝置72與控制裝置4一體化，利用控制裝置4之硬體或軟體之一部分實現頻率解析之功能。

此處，圖2(a)~2(d)中表示商用電源之基本頻率為50Hz、爐用變壓器之容量為75MVA、爐容量為100t之情形時的聲音信號71a中，為基本頻率4倍的頻率200Hz與其低頻側及高頻側之190Hz、210Hz之信號成分之時間變化。據此，於初裝熔解、追裝1熔解、追裝2熔解之任一步驟中，均於其末期之廢料之可追裝或熔化時，190Hz、210Hz之各信號強度大幅降低，相對於此，200Hz之信號強度反而是變高或其降低程度較小，從而信號強度相對於低頻側與高頻側之190Hz、210Hz之各信號而明顯變高。

因此，為檢測聲音信號71a中為基本頻率4倍之頻率200Hz附近之信號成分強度，相對於其低頻側與高頻側之190Hz、210Hz附近之信號成分強度明顯較高的狀態，而於控 制裝置4中，對於頻率-強度信號72a設定例如圖3~圖5所示之第1~第3檢測區域P、Q、R。

於本實施形態中，將檢測區域P設定為以商用頻率4倍之頻率200 Hz為中心之頻率195 Hz~205 Hz之區域且信號強度90 dB以上之範圍。又，將檢測區域Q設定為較上述頻率200 Hz為低頻側之頻率170 Hz~190 Hz之區域且信號強度80 dB以下之範圍，將檢測區域R設定為較上述頻率200 Hz為高頻側之頻率210 Hz~230 Hz之區域且信號強度90 dB以下之範圍。再者，該等檢測區域係根據具體狀況而於設計上決定者。

於初裝熔解之初期，如圖3所示，頻率-強度信號72a之值於檢測區域R中全部進入至該區域內，且於檢測區域P中全然未進入，於檢測區域Q中一部分位於區域外。於初裝熔解之中期，如圖4所示，頻率-強度信號72a之值於檢測區域P中大約一半進入至該區域內，而於檢測區域Q、R中一部分位於區域外。

相對於此，若於初裝熔解之後期進行廢料之熔解，則如圖5所示，頻率-強度信號72a之值於檢測區域P中大部分進入至區域內，並且於檢測區域Q、R中頻率-強度信號72a之值全部進入至區域內。其表示頻率200 Hz附近之聲音信號71a之信號成分強度，相對於其低頻側與高頻側之190 Hz、210 Hz附近之聲音信號71a之信號成分強度處於明顯 較高之狀態。

因此，若確認到頻率-強度信號72a之值於檢測區域P中至少一部分進入至區域內，並且於檢測區域Q、R中頻率-強度信號72a之值全部進入至區域內，且該狀態持續一定時間(例如10秒)以上，則控制裝置5判定為可追裝並就此進行報告。因此，進行廢料之追裝，開始追裝1熔解(參照圖2(a)~2(d))。於追裝1熔解中，亦以與上述相同之過程，若頻率-強度信號72a之值於檢測區域P中大部分進入至區域內，並且於檢測區域Q、R中頻率-強度信號72a之值全部進入至區域內，且該狀態持續上述一定時間以上，則判定為可追裝，基於此進行廢料之追裝，而開始追裝2熔解(參照圖2(a)~2(d))。

若於追裝2熔解之後期，頻率-強度信號72a之值於檢測區域P中大部分進入至區域內，並且於檢測區域Q、R中頻率-強度信號72a之值全部進入至區域內，且該狀態持續一定時間(例如30秒)以上，則判定為熔化，於該情形時藉由來自控制裝置4之分接頭選擇指令信號4a而適當變更爐用變壓器2之分接頭位置並向氧化精煉步驟轉移(參照圖2(a)~2(d))。

因以如此之方式確實地判定廢料之可追裝或熔化，故可避免此後之多餘之電力輸入。再者，於上述實施形態中，係根據頻率-強度信號72a之值於檢測區域P中至少一部分進入至區域內，並且於檢測區域Q、R中頻率-強度信號72a之值全部進入至區域內，而檢測出檢測頻率200Hz附近之信 號成分強度，相對於其低頻側與高頻側之190 Hz、210 Hz附近之信號成分強度處於明顯較高之狀態，但用以檢測該狀態之檢測區域之大小或該等檢測區域內之頻率-強度信號72a之行為並不限定於上述實施形態。

於上述實施形態中，係根據基本頻率50 Hz 4倍之頻率200 Hz之信號成分強度，相對於其低頻側與高頻側之190 Hz、210 Hz附近之信號成分強度處於明顯較高的狀態，而判定廢料之熔化結束，但根據圖6~圖8之頻率-強度信號72a之行為可知，基本頻率50 Hz之2倍或6倍之頻率100 Hz、300 Hz之信號成分強度亦於熔解末期之廢料熔化結束時，相對於其低頻側與高頻側之80 Hz、120 Hz附近或280 Hz、320 Hz附近之信號成分強度處於明顯較高之狀態，因此亦可將檢測區域設定為該等區域。一般而言，於廢料之熔解結束時在基本頻率之偶數倍頻率下信號強度成為明顯較高之狀態，但較佳為於如上述實施形態所示之基本頻率4倍之頻率附近設定檢測區域。因此，若基本頻率為60 Hz，則於240 Hz附近設定檢測區域。

(第2實施形態)

於圖9~圖11中除表示基本頻率50 Hz之4倍以外，亦表示2倍及6倍之頻率100 Hz、300 Hz附近之信號成分之強度變化。於本實施形態中，將檢測區域P設定為以商用頻率4倍之頻率200 Hz為中心之頻率195 Hz~205 Hz之區域 且信號強度90 dB以上之範圍，將檢測區域Q設定為較上述頻率200 Hz為低頻側之頻率170 Hz~190 Hz之區域且信號強度80 dB以下之範圍，將檢測區域R設定為較上述頻率200 Hz為高頻側之頻率210 Hz~230 Hz之區域且信號強度90 dB以下之範圍。

於本實施形態中，又將檢測區域P1設定為以商用頻率2倍之頻率100 Hz為中心之頻率95 Hz~105 Hz之區域且信號強度85 dB以上之範圍，並且將檢測區域Q1設定為較上述頻率100 Hz為低頻側之頻率70 Hz~90 Hz之區域且信號強度80 dB以下之範圍，將檢測區域R1設定為較上述頻率100 Hz為高頻側之頻率110 Hz~130 Hz之區域且信號強度80 dB以下之範圍。

進而，於本實施形態中，將檢測區域P2設定為以商用頻率6倍之頻率300 Hz為中心之頻率295 Hz~305 Hz之區域且信號強度90 dB以上之範圍，並且將檢測區域Q2設定為較上述頻率300 Hz為低頻側之頻率270 Hz~290 Hz之區域且信號強度85 dB以下之範圍，將檢測區域R2設定為較上述頻率300 Hz為高頻側之頻率310 Hz~330 Hz之區域且信號強度85 dB以下之範圍。再者，該等檢測區域係根據具體狀況而於設計上決定者。

於初裝熔解之初期，如圖9所示，頻率-強度信號72a之值於檢測區域P中一部分進入至該區域內，且於檢測區域Q 中大部分位於區域外，於檢測區域R中一部分位於區域外。又，上述信號72a於檢測區域P1中一部分位於該區域內，且於檢測區域Q1中一部分位於區域外，於檢測區域R1中大部分位於區域外。進而，上述信號72a於檢測區域P2中一部分位於該區域內，於檢測區域Q2中大部分位於區域外。於檢測區域R2中全部位於區域外。

於初裝熔解之中期，如圖10所示，頻率-強度信號72a之值於檢測區域P中一部分進入至該區域內，且於檢測區域Q、R中一部分位於區域外。又，於檢測區域P1中上述信號72a之一部分進入至該區域內，於檢測區域Q1中全部進入至該區域內，且於檢測區域R1中一部分位於區域外。進而，於檢測區域P2中上述信號72a之一部分進入至該區域內，且於檢測區域Q、R中一部分位於區域外。

相對於此，若於初裝熔解之末期進行廢料之熔解，則如圖11所示，頻率-強度信號72a之值於檢測區域P中一部分進入至區域內，並且於檢測區域Q、R中頻率-強度信號72a之值全部進入至區域內。其表示頻率200 Hz附近之聲音信號71a之信號成分強度，相對於其低頻側與高頻側之190 Hz、210 Hz附近之聲音信號71a之信號成分強度處於明顯較高之狀態。又，上述信號72a之值於檢測區域P1中一部分進入至區域內，並且於檢測區域Q1、R1中全部進入至區域內。其表示頻率100 Hz附近之信號71a之信號成分強度， 相對於其低頻側與高頻側之90Hz、110Hz附近之信號71a之信號成分強度處於明顯較高之狀態。進而，上述信號72a之值於檢測區域P2中一部分進入至區域內，並且於檢測區域Q2、R2中全部進入至區域內。其表示頻率300Hz附近之信號71a之信號成分強度，相對於其低頻側與高頻側之290Hz、310Hz附近之信號71a之信號成分強度處於明顯較高之狀態。

因此，若確認到頻率-強度信號72a之值於檢測區域P、P1、P2中至少一部分進入至區域內，並且於檢測區域Q、Q1、Q2、R、R1、R2中頻率-強度信號72a之值全部進入至區域內，且該狀態持續一定時間(例如10秒)以上，則控制裝置4判定為可追裝並就此進行報告。因此，進行廢料之追裝，開始追裝1熔解(參照圖2(a)~2(d))。以下，以與第1實施形態中所說明者相同之過程向追裝1熔解、追裝2熔解、氧化精煉步驟轉移。

(第3實施形態)

圖12~圖14中表示商用電源之基本頻率為60Hz之情形時之熔化判定之一例。於本實施形態中，將檢測區域P設定為以商用頻率4倍之頻率240Hz為中心之頻率235Hz~245Hz之區域且信號強度90dB以上之範圍。又，將檢測區域Q設定為較上述頻率240Hz為低頻側之頻率210Hz~230Hz之區域且信號強度80dB以下之範圍，將檢測區域R設 定為較上述頻率240Hz為高頻側之頻率250Hz~270Hz之區域且信號強度83dB以下之範圍。再者，該等檢測區域係根據具體狀況而於設計上決定者。

於初裝熔解之初期，如圖12所示，頻率-強度信號72a之值於檢測區域Q、R中全部進入至該等區域內，於檢測區域P中全然未進入。於初裝熔解之中期，如圖13所示，頻率-強度信號72a之值於檢測區域Q、R中全部進入至該區域內，於檢測區域P中位於區域外。

相對於此，若於初裝熔解之後期進行廢料之熔解，則如圖14所示，頻率-強度信號72a之值於檢測區域P中一部分進入至區域內，並且於檢測區域Q、R中頻率-強度信號72a之值全部進入至區域內。其表示頻率240Hz附近之聲音信號71a之信號成分強度，相對於其低頻側與高頻側之220Hz、260Hz附近之聲音信號71a之信號成分強度處於明顯較高之狀態。

因此，若確認到頻率-強度信號72a之值於檢測區域P中至少一部分進入至區域內，並且於檢測區域Q、R中頻率-強度信號72a之值全部進入至區域內，且該狀態持續一定時間(例如10秒)以上，則控制裝置4判定為可追裝並就此進行報告。其後，進行廢料之追裝，開始追裝1熔解(參照圖2(a)~2(d))。以下，以與第1實施形態中所說明者相同之過程向追裝1熔解、追裝2熔解、氧化精煉步驟轉移。

1‧‧‧主電路

2‧‧‧爐用變壓器

2a‧‧‧信號

3‧‧‧電弧爐

4‧‧‧控制裝置(判定手段)

4a‧‧‧分接頭選擇指令信號

4b‧‧‧電流指令信號

6‧‧‧升降裝置

11‧‧‧二次側電路

31‧‧‧電極

32‧‧‧廢料

51‧‧‧儀錶用變流器

52‧‧‧儀錶用變壓器

71‧‧‧噪音計(聲音檢測手段)

71a‧‧‧聲音信號

72‧‧‧頻率解析裝置(頻率解析手段)

72a‧‧‧頻率-強度信號

圖1係具備熔解狀態判定裝置之電弧爐之電氣系統圖。

圖2(a)~2(d)係表示聲音信號之頻率成分之時間變化之圖。

圖3係第1實施形態中之熔解初期之頻率-強度信號之波形圖。

圖4係熔解中期之頻率-強度信號之波形圖。

圖5係熔解末期之頻率-強度信號之波形圖。

圖6係熔解初期之頻率-強度信號之波形圖。

圖7係熔解中期之頻率-強度信號之波形圖。

圖8係熔解末期之頻率-強度信號之波形圖。

圖9係第2實施形態中熔解初期之頻率-強度信號之波形圖。

圖10係熔解中期之頻率-強度信號之波形圖。

圖11係熔解末期之頻率-強度信號之波形圖。

圖12係第3實施形態中之熔解初期之頻率-強度信號之波形圖。

圖13係熔解中期之頻率-強度信號之波形圖。

圖14係熔解末期之頻率-強度信號之波形圖。

1‧‧‧主電路

2‧‧‧爐用變壓器

2a‧‧‧信號

3‧‧‧電弧爐

4‧‧‧控制裝置(判定手段)

4a‧‧‧分接頭選擇指令信號

4b‧‧‧電流指令信號

6‧‧‧升降裝置

11‧‧‧二次側電路

31‧‧‧電極

32‧‧‧廢料

51‧‧‧儀錶用變流器

52‧‧‧儀錶用變壓器

71‧‧‧噪音計(聲音檢測手段)

71a‧‧‧聲音信號

72‧‧‧頻率解析裝置(頻率解析手段)

72a‧‧‧頻率-強度信號

Claims (2)

1. 一種電弧爐之熔解狀態判定裝置，其具備：聲音檢測手段，其檢測電弧爐之爐內產生音，並輸出與檢測出之聲音之強度對應之聲音信號；頻率解析手段，其解析上述聲音信號之頻率而獲得頻率-強度信號；及判定手段，其於上述頻率-強度信號中以基本頻率之偶數倍頻率為中心區域之信號成分之強度，相較接近該區域之低頻側及高頻側之各區域之信號成分強度，持續一定時間以上地高出既定量以上時，判定為廢料之熔解結束；其中，上述基本頻率係施加之交流電源之頻率。
2. 一種電弧爐之熔解狀態判定裝置，其具備：聲音檢測手段，其檢測電弧爐之爐內產生音，並輸出與檢測出之聲音之強度對應之聲音信號；頻率解析手段，其解析上述聲音信號之頻率而獲得頻率-強度信號；及判定手段，其於下述狀態持續一定時間以上時判定為廢料之熔解結束，上述狀態係於以基本頻率之偶數倍頻率為中心之區域以既定信號強度範圍所設定之第1檢測區域中，上述頻率-強度信號之至少一部分之信號成分進入至該區域內，且於較上述偶數倍頻率為低頻側與高頻側之頻率區域中分別以既定信號強度範圍所設定之第2及第3檢測區域(Q、R)中，上述頻率-強度信號之信號成分全部進入至該等區域內；其中，上述基本頻率係施加之交流電源之頻率。