WO2021176995A1 - 三相交流アーク炉及び制御方法 - Google Patents

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WO2021176995A1
WO2021176995A1 PCT/JP2021/005266 JP2021005266W WO2021176995A1 WO 2021176995 A1 WO2021176995 A1 WO 2021176995A1 JP 2021005266 W JP2021005266 W JP 2021005266W WO 2021176995 A1 WO2021176995 A1 WO 2021176995A1
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WO
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arc
furnace
electrodes
electrode
region
Prior art date
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PCT/JP2021/005266
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English (en)
French (fr)
Inventor
範夫 青
啓司 若原
茂 小山
靖浩 佐藤
Original Assignee
スチールプランテック株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B3/00—Hearth-type furnaces, e.g. of reverberatory type; Tank furnaces
    • F27B3/10—Details, accessories, or equipment peculiar to hearth-type furnaces
    • F27B3/24—Cooling arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B3/00—Hearth-type furnaces, e.g. of reverberatory type; Tank furnaces
    • F27B3/10—Details, accessories, or equipment peculiar to hearth-type furnaces
    • F27B3/28—Arrangement of controlling, monitoring, alarm or the like devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D11/00—Arrangement of elements for electric heating in or on furnaces
    • F27D11/08—Heating by electric discharge, e.g. arc discharge
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D19/00—Arrangements of controlling devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D9/00—Cooling of furnaces or of charges therein

Definitions

  • the present invention relates to an arc furnace and a control method.
  • An arc furnace (also called an "electric furnace”) is a facility that mainly charges raw materials (solid metal raw materials) into the furnace, inserts electrodes into the furnace to energize the furnace, and melts the raw materials by arc.
  • raw materials solid metal raw materials
  • arc furnace for steelmaking which is a typical arc furnace
  • iron scrap, reduced iron (DRI: Direct Reduced Iron), cold pig iron (molded pig iron), etc. are used as raw materials.
  • a DC arc furnace has one graphite electrode and a bottom electrode, and melts concentrically according to the cross section of the furnace shell.
  • the equipment cost is high and the bottom electrode is used. Since maintenance is also required, the spread is limited.
  • three graphite electrodes are arranged at positions corresponding to the vertices of a triangle in the cross section of the furnace shell, and an arc is generated at the tip of the graphite electrodes.
  • a region called a cold spot that dissolves slowly is generated between the electrodes. It takes time to dissolve in cold spots.
  • Patent Document 1 discloses a melting furnace provided with a mechanism capable of swirling the furnace body and swirling the furnace body to promote melting of cold spots after the melting has progressed.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and it is possible to quickly melt by reducing cold spots and heat loss at low cost without significantly changing existing equipment. It is an object of the present invention to provide a capable three-phase AC arc furnace and a control method thereof.
  • the three-phase AC arc furnace is a three-phase AC arc furnace that melts a solid metal raw material by an arc, has a tubular upper shell and a lower shell, and is loaded with the solid metal raw material.
  • the furnace body to be inserted, the three electrodes for forming an arc inside the furnace body, the electrode elevating drive device for separately raising and lowering each of the three electrodes, and the inner circumference of the upper furnace shell.
  • the water-cooled panel is a region of the entire circumference of a virtual circle that substantially matches the shape of the upper edge of the inner wall of the lower furnace shell in a plan view and is close to the three electrodes.
  • a first portion provided in the first region and a region of the entire circumference of the virtual circle in a plan view in which points on the virtual circle are farther from the three electrodes than the first region.
  • a temperature detection unit that includes a second portion provided in two regions, and further detects at least one of the temperature of the first portion of the water cooling panel and the temperature of the cooling medium flowing through the first portion, and the temperature detection. It is provided with a control device that controls the electrode elevating drive device based on the temperature detected by the unit.
  • the method for controlling a three-phase AC arc furnace includes a furnace body having a tubular upper and lower shells and charged with a solid metal raw material, and an arc inside the furnace body.
  • the water-cooled panel is provided with three electrodes for forming the above three electrodes, an electrode elevating drive device for separately raising and lowering each of the three electrodes, and a water-cooling panel provided on the inner circumference of the upper furnace shell.
  • the first portion provided in the first region which is a region close to the three electrodes in the entire circumference of the virtual circle that substantially matches the shape of the upper edge of the inner wall of the lower furnace shell in the plan view, and the plan view.
  • a control method for an AC arc furnace in which at least one of the temperature of the first portion of the water cooling panel and the temperature of the cooling medium flowing through the first portion is detected, and the electrode elevating drive device is based on the detected temperature. To control.
  • cold spots can be reduced at low cost and heat loss can be reduced, so that melting can be performed quickly without significantly changing existing equipment.
  • FIG. 1 is a side view showing a main part of the three-phase AC arc furnace 100 of the first embodiment
  • FIG. 2 is a plan view showing a main part of the three-phase AC arc furnace 100 of the first embodiment.
  • the three-phase AC arc furnace 100 (also referred to as “arc furnace” or “electric furnace”) is installed via a base 1 fixed to the floor surface.
  • the three-phase AC arc furnace 100 includes a furnace body 10.
  • the furnace body 10 has a tubular upper shell 12 and a lower shell 11 including a furnace bottom covered with a refractory material.
  • the molten steel obtained by melting the raw material can be stored in the lower furnace shell 11.
  • the upper shell 12 is provided above the lower shell 11 to form the furnace body 10.
  • the furnace body 10 is formed as a tubular container having an opening at the top and a furnace bottom.
  • the furnace lid 13 can be moved up and down and swiveled by a drive device (not shown), and the upper opening of the furnace body 10 can be opened and closed.
  • Three electrodes 31, 32, and 33 are arranged in the furnace body 10.
  • the three electrodes 31 to 33 are arranged so as to form an arc inside the furnace body 10 by inserting the insertion holes of the furnace lid 13. That is, the three electrodes 31 to 33 are configured so that the tips thereof can be inserted into the furnace body 10.
  • Water cooling panels 21 and 22 are provided on the inner circumference (entire inner circumference) of the upper furnace shell 12.
  • the water cooling panels 21 and 22 can be composed of a plurality of block-shaped water cooling boxes.
  • the inside of the water cooling panels (water cooling boxes) 21 and 22 is hollow, and a flow path 23 for cooling water (cooling medium) is piped so that the cooling water can be recirculated for cooling.
  • the water-cooled panels 21 and 22 are regions close to the three electrodes 31 to 33 in the entire circumference of the virtual circle R which substantially matches the shape of the upper edge 111 of the inner wall of the lower furnace shell 11 in a plan view.
  • the distance between the first portion 21 provided in the first region R1 and the three electrodes 31 to 33 of the points on the virtual circle R on the virtual circle R on the entire circumference of the virtual circle R in a plan view. Includes a second portion 22 provided in the second region R2, which is a distant region.
  • the entire water-cooled panel is arranged substantially along the upper edge of the inner wall of the circular lower furnace shell in a plan view, whereas in the present embodiment, the second portion 22 is the conventional arc furnace.
  • the present invention also includes a shape in which the upper edge 111 of the inner wall of the lower furnace shell 11 has a shape protruding from the virtual circle R toward the core side in the second region like the water cooling panel. Therefore, in this case, the virtual circle R is a circle that substantially matches the shape of the inner edge of the inner wall upper edge 111 of the lower furnace shell 11 only in the first region.
  • the first portion 21 has a configuration in which two water-cooled panels linear in a plan view are connected to each other, but the present invention is not limited to the example of FIG. The above linear water cooling panels may be connected to each other.
  • the meaning of the sentence "the first part is arranged substantially along the virtual circle in the plan view” means that the shape in which the water cooling panels are connected is curved along the virtual circle in the plan view. This includes not only the state in which the water-cooled panels are present, but also the state in which a plurality of flat water-cooled panels are arranged substantially along the virtual circle as in the present embodiment.
  • the second portion 22 has a distance from the virtual circle R larger than that of the first portion 21 in the plan view of the furnace body 10, and projects toward the core side (in the example of FIG. 1, the length indicated by reference numeral A). It's just overhanging).
  • the second portion 22 can be arranged linearly so that the water cooling panel is separated from the virtual circle R toward the center of the furnace in a plan view, and connects two of the three electrodes 31 to 33. It is arranged so as to face the virtual line (the side of the triangle connecting the three electrodes 31 to 33).
  • the first region is indicated by R1 and the second region is indicated by R2.
  • the solid metal raw material is melted in the vicinity of the region, that is, in the vicinity of the electrode in which the water-cooled panel in the region is close, due to the heat load received by the arc generated by the electrode adjacent to the water-cooled panel in this region. It may be set as a range in which the progress of can be estimated. For example, in a regular dodecagon inscribed in a virtual circle R having a vertex at a position closest to an electrode on the virtual circle, a region between two adjacent vertices sandwiching the vertex (totally around the entire circumference). (Three continuous regions exist) can be set as the first region. If the first region is set in this way, the symmetry of the entire portion related to the water cooling panel becomes high, and the design becomes easy.
  • a steel outlet 14 for taking out molten steel and a work opening 15 for work are provided at required locations in the furnace body 10.
  • FIG. 3 is a block diagram showing an example of the configuration of the control device 50 of the first embodiment.
  • the control device 50 includes an interface unit 51, an estimation unit 52, a correction unit 53, a determination unit 54, and a drive unit 55.
  • the control device can be configured by combining hardware such as a CPU (Central Processing Unit), a GPU (Graphics Processing Units), a DSP (Digital Signal Processors), an FPGA (Field-Programmable Gate Arrays), and a semiconductor memory.
  • a CPU Central Processing Unit
  • GPU Graphics Processing Units
  • DSP Digital Signal Processors
  • FPGA Field-Programmable Gate Arrays
  • the interface unit 51 can acquire the detection results detected by the current sensor 42, the temperature sensor 43, the sound sensor 44, the vibration sensor 45, the optical sensor 46, and the position sensor 47.
  • the current sensor 42 has a function as a current detection unit, and can detect the current flowing from the three-phase AC power supply 41 to each of the electrodes 31 to 33.
  • a voltmeter and a wattmeter (not shown) are connected to the three-phase AC power supply 41.
  • the temperature sensor 43 has a function as a temperature detection unit, and is provided on the entry side and the exit side of each water cooling panel 21 of the first region R1 in the present embodiment. That is, in the present embodiment, the temperature sensor 43 receives the cooling water from the inflow portion for flowing the cooling water into each water cooling panel 21 and the cooling water from each water cooling panel 21 in the flow path 23 for flowing the cooling water to the water cooling panel 21. It is provided in the discharge section for discharging. As a result, the temperature sensor 43 has a temperature difference between the inlet side and the outlet side of the cooling water flowing through the water cooling panel 21 having a required correlation (for example, the correlation of the distance with each of the electrodes) for each of the electrodes 31 to 33. Can be detected.
  • a required correlation for example, the correlation of the distance with each of the electrodes
  • the number of the temperature sensors 43 can be, for example, the number of water-cooled panels to be measured for heat load ⁇ 2, but the number is not limited to this number, and the entrance and exit of one water-cooled panel. It is also possible to provide temperature sensors 43 in a number other than the two locations on the side, which exceeds the number of water cooling panels to be measured for heat load measurement ⁇ 2. In this case, as the temperature corresponding to the electrode, a statistical value of the temperature detected by the plurality of temperature sensors 43 (for example, an average value, a median value, a maximum value or a minimum value) can be used.
  • the sound sensor 44 has a function as a sound detection unit, can be attached to a required portion of the furnace body 10, and detects a sound generated by the formation of an arc.
  • the vibration sensor 45 has a function as a vibration detection unit, can be attached to a required portion of the furnace body 10, and detects vibration generated with the formation of an arc.
  • the optical sensor 46 has a function as a photodetector, can be attached to a required portion of the furnace body 10, and detects light generated by the formation of an arc.
  • the position sensor 47 functions as a position detection unit and can be attached to the three electrodes 31 to 33 or the electrode elevating drive devices 35 to 37, etc., and positions the three electrodes 31 to 33 in the height direction. To detect.
  • the current sensor 42, the sound sensor 44, the vibration sensor 45, the optical sensor 46 and the position sensor 47 do not need to be provided with all of them, and the current sensor 42, the sound sensor 44, the vibration sensor 45, the optical sensor 46 and the position sensor 47 At least one may be provided.
  • the electrode elevating drive devices 35, 36, and 37 can independently elevate and drive each of the electrodes 31 to 33.
  • the electrode elevating drive devices 35 to 37 include, for example, an electric motor and a gear mechanism provided for each of the support portions supporting the electrodes 31 to 33, or a hydraulic device, and each of them depends on the driving force generated by these. It raises and lowers the electrodes.
  • the control device 50 (more specifically, the drive unit 55) is an electrode based on the temperature difference between the inlet and outlet cooling waters of the water cooling panels 21 and 22 detected by the temperature sensor 43. It controls the elevating drive devices 35 to 37. By moving the positions of the electrodes 31 to 33 up and down by the electrode elevating drive devices 35 to 37, the input power and arc voltage of the electrodes 31 to 33 can be adjusted. For example, when the temperature difference between the inlet side and the outlet side of the cooling water flowing through the water cooling panel 21 corresponding to each of the electrodes 31 to 33 is different, there is a difference in the height of the heat load (the larger the temperature difference, the more the water cooling panel is affected).
  • the input power or arc voltage of the electrodes 31 to 33 can be adjusted so that the heat load is even.
  • the input power or arc voltage of the electrode close to the water-cooled panel having a high heat load can be made small (low), and the input power or arc voltage of the electrode close to the water-cooled panel having a low heat load can be made large (high). This makes it possible to control the electrode position according to the situation inside the furnace indirectly grasped by the temperature detection unit.
  • the estimation unit 52 melts the raw material in the region near each of the electrodes 31 to 33 based on the temperature difference between the inlet side and the outlet side of the cooling water of each water cooling panel 21 detected by the temperature sensor 43. Progress can be estimated. For example, a water-cooled panel near an electrode with a fast melting progress receives more heat load than a water-cooled panel near an electrode with a slow melting progress, so it is higher than the temperature of the cooling water flowing through the water-cooled panel near the electrode with a slow melting progress. However, the temperature of the cooling water flowing through the first portion 21 in the vicinity of the electrode in which the dissolution progresses quickly rises rapidly. That is, based on the temperature difference between the inlet side and the outlet side of the cooling water detected by the temperature sensor 43, the progress of dissolution of the raw material in the region near each of the electrodes 31 to 33 can be estimated.
  • the effect of heat on the water-cooled panel can be directly evaluated by detecting the temperature of the outside (outside of the furnace) surface of the water-cooled panel itself, specifically the plate material inside the furnace among the plate materials that make up the water-cooled panel, by thermoelectric pair or the like. can. Further, in order to calculate the heat load of the water-cooled panel more accurately, it is preferable to use this temperature data and the flow rate of the cooling medium flowing through the water-cooled panel, and further, the temperature of the cooling water on the inlet side of the water-cooled panel is also set. It is preferable to use it in addition. However, in these cases, it is necessary to install the thermocouple so that the distal end is in contact with the outer surface of the plate material inside the furnace of the water cooling panel.
  • the temperature difference between the cooling water on the inlet side and the exit side of the water cooling panel and the cooling medium flowing through the water cooling panel can also be calculated using the flow rate.
  • This configuration can be realized with a simpler configuration, and in this embodiment, an example of evaluating the heat load using this calculation method is shown.
  • the heat flux (that is, the plate material inside the water cooling panel (that is, the plate material inside the furnace) is detected. ), The amount of heat flowing through) and the heat load) can be calculated more accurately.
  • the control device 50 can control the electrode elevating drive devices 35 to 37 according to the estimation result of the estimation unit 52. Even if there is a difference in the progress of dissolution in the vicinity of the three electrodes 31 to 33, the electrode elevating drive device so as to reduce the input power or arc voltage of the electrode whose dissolution has progressed in the vicinity of the other electrodes. By controlling 35 to 37, it is possible to control the electrode position according to the progress of melting, which is one of the situations in the furnace indirectly grasped by the temperature detection unit.
  • the estimation unit 52 determines that the progress of dissolution of the raw material in the region near the first electrode among the three electrodes 31 to 33 is different from that of the first electrode in the region near the second electrode.
  • the electrode elevating drive devices 35 to 37 are set so that the input power or arc voltage of the first electrode is larger (higher) than the input power or arc voltage of the second electrode. Can be controlled.
  • the heat load of the water-cooled panel having the higher heat load can be reduced to suppress the heat loss, so that the energy loss can be reduced as compared with the conventional arc furnace, and the maintenance cost of the water-cooled panel can also be reduced. ..
  • the determination unit 54 determines whether the discharge destination of the arc is a raw material or the raw material is melted based on the detection result obtained from at least one of the current sensor 42, the sound sensor 44, the vibration sensor 45, the optical sensor 46, and the position sensor 47. It is possible to determine whether or not the molten steel is formed.
  • the raw material is hardly melted, so the discharge destination of the arc is the raw material (the arc flies to the raw material).
  • the discharge destination of the arc gradually shifts from the raw material to the molten steel, and in the latter stage of melting, the arc flies to the molten steel.
  • the difference between when the arc flies to the raw material and when it flies to the molten steel is detected by at least one of the current fluctuation, harmonics in the current waveform, arc sound, vibration, light, and the height position of the electrode, and the arc is made of molten steel. Determine when you started to fly.
  • the correction unit 53 corrects the estimation result of the estimation unit 52 based on the determination result of the determination unit 54.
  • the estimation unit 52 estimates the progress of dissolution of the raw material in the region near each of the electrodes 31 to 33 based on the temperature difference detected by the temperature sensor 43. That is, the estimation unit 52 estimates the progress of melting based on the heat load of the water cooling panel 21.
  • the determination unit 54 determines in real time whether or not the arc is flying to the molten steel, the estimation result of the estimation unit 52 is corrected based on this determination result, so that the state change in the furnace is estimated earlier. Can be reflected in.
  • a trained model generated by machine learning can be used.
  • FIG. 4 is a schematic view showing the state of melting of the raw material in the side view by the three-phase AC arc furnace 100
  • FIG. 5 is a schematic view showing the state of melting the raw material in the plan view by the three-phase AC arc furnace 100.
  • the operation of the three-phase AC arc furnace 100 is performed as follows. First, with the furnace lid 13 open and the electrodes 31 to 33 removed, the raw material is charged into the furnace body 10 by a bucket. As raw materials, iron scrap, reduced iron (DRI: Direct Reduced Iron), cold pig iron (molded pig iron), automobile shredder dust (ASR: Automobile Shredder Residence) and the like are used.
  • DRI Direct Reduced Iron
  • DRI Direct Reduced Iron
  • cold pig iron molded pig iron
  • ASR Automobile Shredder Residence
  • the furnace lid 13 is closed and the electrodes 31 to 33 are inserted into the furnace body 10.
  • the electrodes 31 to 33 may be mounted on the furnace lid 13, and the furnace lid 13 and the electrodes 31 to 33 may be integrally mounted in the furnace body 10.
  • the electrodes 31 to 33 are energized to form an arc, and the raw material is dissolved.
  • the raw material in the process of melting is indicated by reference numeral M1
  • the molten steel in which the raw material is melted is indicated by reference numeral M2
  • the arc is indicated by reference numeral S.
  • FIG. 4 schematically shows, for example, the late stage of dissolution in which the dissolution of the raw material has progressed.
  • FIG. 6 is a schematic view showing a state of melting in an arc furnace in which the inner wall of the furnace shell as a comparative example is circular in a plan view.
  • the three electrodes 131, 132, 133 are arranged in a triangle with the core as the center.
  • the dissolution of the raw material proceeds in the direction of expanding the diameter substantially concentrically around each electrode 131 to 133, and a region (high temperature region) called a hot spot where dissolution is fast occurs (indicated by reference numeral H in the figure). ).
  • a region high temperature region
  • the distance from the virtual circle R is larger than that of the first portion 21 in a plan view, and the second portion 22 overhanging the core side is the second region.
  • R2 it is possible to reduce the volume of the region (low temperature region) in which heat is difficult to transfer inside the furnace body 10, and the entire inside of the furnace surrounded by the water cooling panels 21 and 22 can be made into a hot spot H.
  • the cold spots can be uniformly melted without requiring time for melting, and rapid melting is possible.
  • the region where the progress of melting has progressed can be reduced as compared with other regions, and the heat loss can be reduced. Further, since it is only necessary to change the arrangement form of the water cooling panel 22, it is not necessary to provide special equipment such as a drive mechanism, and equipment cost and maintenance cost can be suppressed.
  • the shape of the upper furnace shell is close to the melting progress line by arranging the second portion 22 overhanging toward the core side facing the side of the triangle connecting the three electrodes 31 to 33. Therefore, it is possible to reduce the area where cold spots are generated as in a conventional arc furnace.
  • the molten steel accumulates in the lower furnace shell 11. Then, when sufficient space is created in the upper furnace shell 12, more raw materials are added in the bucket. The raw material is melted by an arc in the same manner as the first melting. Depending on the bulk of the raw material, the additional charging of the raw material is performed once or twice.
  • FIG. 7 is a plan view showing a main part of the three-phase AC arc furnace 100 of the second embodiment.
  • a suction port 16 for sucking the exhaust gas in the furnace can be provided in the lower part of the second portion 22.
  • the high-temperature exhaust gas flows (indicated by the arrow in the figure) in the vicinity of the region other than the proximity region (the region surrounded by the broken line in the figure) inside the furnace body 10, and the exhaust gas is discharged.
  • the raw material of the cold spot can be further heated by heat, the dissolution of the cold spot can be accelerated, and the dissolution can be accelerated.
  • the second embodiment is an effective embodiment when an oxygen lance or a combustion assist burner is not used. Note that FIG. 7 schematically shows the suction port 16, and the shape and arrangement of the suction port 16 may be a required shape or arrangement as long as the exhaust gas in the furnace can be sucked.
  • FIG. 8 is a plan view showing a main part of the three-phase AC arc furnace 100 of the third embodiment.
  • one of the three electrodes 31 to 33 (electrode 32 in the figure) is arranged on the side of the steel ejection port 14, and the remaining two (electrodes 31 and 33 in the figure). Is arranged on the side of the work opening 15.
  • the three-phase AC arc furnace 100 is an eccentric bottom-out steel furnace, the progress of melting is generally slow because the steel outlet 14 of the lower shell 11 projects in the radial direction from the center of the furnace. Therefore, one of the three electrodes is arranged on the side of the steel outlet 14 so that the vicinity of the steel outlet 14 becomes a hot spot.
  • the progress of dissolution can be accelerated.
  • the work port 15 near the cold spot in terms of work, so that the remaining two are the work port 15. It may be placed on the side of.
  • the main heating source is an arc, and oxygen lance or combustion assist burner is rarely used.
  • oxygen is used for heat compensation of the cold spot.
  • a lance or a combustion assist burner may be used.
  • an oxygen lance or combustion assist burner 17 may be placed below the second portion 22.
  • FIG. 9 is a schematic view showing an example of the configuration of the processing unit 70 that controls the three-phase AC arc furnace 100 of the first to third embodiments.
  • the processing unit 70 is, for example, hardware such as a CPU (for example, a multi-processor in which a plurality of processor cores are mounted), a GPU (Graphics Processing Units), a DSP (Digital Signal Processors), and an FPGA (Field-Programmable Gate Arrays). Can be configured by combining. Further, the processing unit 70 may be configured by a virtual machine, a quantum computer, or the like.
  • the processing unit 70 includes a trained model.
  • the processing unit 70 includes an action selection unit 72, a reward calculation unit 71, and an action evaluation unit 73.
  • the processing unit 70 (learned model) takes at least the temperature information detected by the temperature sensor 43 as input, and outputs control information for controlling the electrode elevating drive devices 35 to 37.
  • the trained model can be generated by using machine learning such as deep learning, reinforcement learning, and deep reinforcement learning. For example, when using reinforcement learning, the temperature information is set to "state”, the control information is set to "behavior", the required “reward” is calculated, and the Q value or the value of the Q function (behavior value function) is learned. good.
  • the behavior evaluation function is a function that determines the evaluation value of the behavior in a certain state, and can be expressed in a table format such as a table. In Q-learning, it is called a Q function, a Q value, an evaluation value, or the like.
  • the action selection unit 62 controls based on the temperature information of the cooling water flowing through the water cooling panel (first part) 21 of the three-phase AC arc furnace 100 and the Q value or Q function value (action evaluation information) of the action evaluation unit 73. Output information.
  • the behavior evaluation unit 73 includes an evaluation value of behavior, and specifically, includes a Q value or a value of a Q function (behavior value function). That is, the action selection unit 72 selects and outputs an action from the actions that can be taken in the acquired state based on the evaluation value of the action in the acquired temperature information (state).
  • the temperature information is, for example, the temperature difference between the inlet side and the outlet side of the cooling water flowing through each of the water cooling panels (first part 21) provided in the first region adjacent to each of the three electrodes 31 to 33 (first electrode).
  • the temperature difference between the inlet side and the outlet side of the water cooling panel at the positions corresponding to the second electrode and the third electrode, respectively, is defined as the first temperature difference, the second temperature difference, and the third temperature difference).
  • the temperature information may include the difference between the first temperature difference, the second temperature difference, and the third temperature difference.
  • the control information can be, for example, three types of raising, lowering, and neither raising nor lowering for each of the first electrode, the second electrode, and the third electrode, and includes a combination thereof.
  • the control information can be a gain used when controlling the electrode elevating drive devices 35 to 37.
  • the reward calculation unit 71 can calculate the reward based on the acquired temperature information. For example, if the temperature difference between the inlet side and the exit side of the cooling water is within the required value or range, it should be positive (with reward), and if the temperature difference exceeds the upper limit or falls below the lower limit, 0 ( It can be negative (no reward) or negative (penalty). Further, the reward may be calculated based on the electric power applied to the electrodes or the arc voltage. For example, if the power or arc voltage is below the upper limit, it will be positive (with reward), and if the power or arc voltage exceeds the upper limit, it will be 0 (no reward) or negative (penalty). be able to.
  • the action selection unit 72 updates the Q value or the value of the Q function of the action evaluation unit 73 so that the reward calculated by the reward calculation unit 71 becomes large.
  • control information such that the input power or arc voltage of the electrode close to the water-cooled panel having a high heat load is reduced (low) and the input power or arc voltage of the electrode close to the water-cooled panel having a low heat load is increased (high).
  • a trained model can be generated so that
  • the action selection unit 72 acquires the state s t, based on the action evaluation unit 73, from among the possible actions in state s t, the highest rating (e.g., the largest value of the Q function) Action select a t is output to the drive unit 55 as control information.
  • the drive unit 55 controls the electrode elevating drive devices 35 to 37 based on the control information to elevate and lower each of the three electrodes 31 to 33.
  • the action selection unit 72 acquires the state st + 1, and also acquires the reward r t + 1 from the reward calculation unit 71.
  • Time (interval) is between time t + 1 to obtain the time t and state s t + 1 to obtain the state s t, it can be appropriately set, for example, 1 second, 10 seconds, 30 seconds, such as one minute
  • the present invention is not limited to these.
  • Three-phase AC arc furnace 100 when operating on the basis of the action a t (control information), (a state s t + 1) temperature information changes.
  • Compensation calculation unit 61 can calculate the reward r t + 1 based on the temperature information that has changed on the basis of the action a t (control information).
  • the action selection unit 72 updates, for example, the value of the Q function or the Q value of the action evaluation unit 73 based on the acquired state st + 1 and the reward r t + 1. More specifically, the action selection unit 72 updates the value of the Q function or the Q value in the direction of maximizing the reward for the action. In this way, it is possible to learn the behavior that is expected to have the maximum value in a certain state of the environment.
  • a table also called a Q-table
  • a size of (number of states s x number of actions a) can be updated, but when the number of states becomes large, a method of expressing the Q function with a neural network is used. Can be adopted.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing an example of the configuration of the neural network 74 included in the three-phase AC arc furnace of the first to third embodiments.
  • the neural network 74 represents a processing unit 70 (specifically, an action selection unit 72 and an action evaluation unit 73).
  • the neural network 74 has an input layer, an intermediate layer and an output layer.
  • the number of input neurons in the input layer can be the number of temperature information. For example, as shown in FIG. 10, in the input neurons of the input layer, as temperature information, the inlet side and the exit side of the cooling water of the water cooling panel (for example, the first part 21) corresponding to the first electrode (arc electrode).
  • the first temperature difference which is the temperature difference between the two
  • the second temperature difference which is the temperature difference between the inlet side and the outlet side of the cooling water of the water cooling panel (for example, the first part 21) corresponding to the second electrode (arc electrode).
  • the third temperature difference which is the temperature difference between the inlet side and the outlet side of the cooling water of the water cooling panel (for example, the first portion 21) corresponding to the three electrodes (arc electrodes).
  • the number of output neurons in the output layer can be the number of action options.
  • the first electrode (arc electrode), the second electrode (arc electrode), and the third electrode (arc electrode) are each raised by a predetermined value, lowered by a predetermined value, and not raised or lowered. Can be a combination of.
  • Machine learning (deep reinforcement learning) using the neural network 74 can be performed as follows. That is, by entering the state s t to the input neurons of the neural network, output neurons outputs Q (s t, a t) .
  • Q is a function that stores the evaluation of the action a in the state s.
  • the Q function can be updated by the equation (1).
  • s t shows the state at time t
  • a t indicates the action that can be taken in the state s t
  • ⁇ is the learning rate (where, 0 ⁇ ⁇ 1) shows
  • ⁇ is The discount rate (however, 0 ⁇ ⁇ 1) is shown.
  • the learning rate ⁇ is also called a learning coefficient and is a parameter that determines the learning speed (step size). That is, the learning rate ⁇ is a parameter that adjusts the update amount of the Q value or the value of the Q function.
  • the discount rate ⁇ is a parameter that determines how much the evaluation of the future state (reward or penalty) should be discounted when updating the Q function. That is, it is a parameter that determines how much the reward or penalty is discounted when the evaluation in a certain state is connected to the evaluation in the past state.
  • r t + 1 is the reward obtained as a result of the action, and is 0 if the reward is not obtained, and is a negative value in the case of the penalty.
  • the Q-learning, the second term of formula (1) such that ⁇ r t + 1 + ⁇ ⁇ maxQ (s t + 1, a t + 1) -Q (s t, a t) ⁇ is 0, i.e. , Q function of Q (s t, a t) is, reward (r t + 1) and the maximum value in possible in the next state s t + 1 behavior ( ⁇ ⁇ maxQ (s t + 1,
  • the parameters of the neural network 74 are learned so as to be the sum of at + 1)).
  • the parameters of the neural network 74 are updated so that the error between the expected value of the reward and the current behavioral evaluation approaches zero.
  • the value of Q (s t + 1, a t + 1) , the current Q (s t, a t) and the value of, executed in the state s t + 1 after the execution of the action a t It is modified based on the maximum rating obtained in the possible actions.
  • Equation (2) represents the update equation of the Q function when the reward is obtained by avoiding the problem of divergence in the equation (1).
  • Equation (3) represents the update equation of the Q function when no reward is obtained in equation (1).
  • FIG. 11 is a flowchart showing an example of the processing procedure of the control device 50 included in the three-phase AC arc furnace of the first to third embodiments.
  • the control device 50 detects the temperature difference between the inlet side and the outlet side of the cooling water flowing through the water cooling panel (S11), and estimates the melting progress in the region near each of the three electrodes based on the detected temperature difference. (S12).
  • the control device 50 controls the electrode elevating drive devices 35 to 37 according to the estimation result (S13), and determines whether or not to end the process (S14). If the process is not completed (NO in S14), the control device 50 continues the process after step S11, and if the process ends (YES in S14), the process ends.
  • the control device 50 of the present embodiment can also be realized by using a general-purpose computer including a CPU, RAM, and the like. That is, as shown in FIG. 11, a computer program defining each processing procedure is recorded on a recording medium, the computer program recorded on the recording medium is loaded into a RAM provided in the computer, and the computer program is loaded into a CPU. By executing in, the control device 50 can be realized on the computer.
  • the computer program for which each processing procedure is defined as shown in FIG. 11 can be downloaded via a network such as the Internet instead of the recording medium.
  • the residual raw material of the cold spot is reduced at low cost without significantly changing the existing equipment, and the heat loss is reduced to rapidly dissolve the material. It is possible to provide an arc furnace that can be carried out.
  • the second portion is provided so that the distance from the virtual circle is larger than that of the first portion in a plan view and the second portion projects toward the core side, so that heat is less likely to be transferred. Since the volume of the portion is reduced and the furnace shell structure corresponds to the progress of melting of the solid metal raw material, it does not take time to melt the cold spot unlike the conventional arc furnace, and rapid melting is possible. Further, it is sufficient to change only the arrangement form of the water cooling panel, the equipment cost and the maintenance cost without having a special drive mechanism can be suppressed, and there is no concern about safety.
  • the present invention is not limited to steelmaking, and other metals such as non-ferrous metals such as aluminum may be melted. Further, the present invention is not limited to the eccentric furnace bottom steel method, and the present invention can be applied to the tub steel method.
  • the three-phase AC arc furnace of the first to third embodiments is a three-phase AC arc furnace that melts a solid metal raw material by an arc, and has a tubular upper shell and a lower shell, and is a solid metal raw material.
  • a water-cooled panel provided on the inner circumference is provided, and the water-cooled panel is a region of the entire circumference of a virtual circle that substantially matches the shape of the upper edge of the inner wall of the lower furnace shell in a plan view and is close to the three electrodes.
  • a temperature detection unit that includes a second portion provided in a second region, and further detects at least one of the temperature of the first portion of the water cooling panel and the temperature of the cooling medium flowing through the first portion, and the said. It includes a control device that controls the electrode elevating drive device based on the temperature detected by the temperature detection unit.
  • the furnace body has a tubular upper and lower shells, and is charged with solid metal raw materials.
  • the lower shell includes the bottom and can mainly store molten steel.
  • the upper shell is provided above the lower shell to form the furnace body.
  • the three electrodes are arranged to form an arc inside the furnace body. The three electrodes are configured so that the tips can be inserted into the furnace body.
  • the water cooling panel is provided on the inner circumference (entire inner circumference) of the upper furnace shell.
  • the water cooling panel can be composed of a plurality of block-shaped water cooling boxes.
  • the inside of the water cooling panel (water cooling box) is hollow, a flow path for a cooling medium (cooling water) is piped, and the cooling medium can be refluxed for cooling.
  • the three-phase AC arc furnace of the first to third embodiments has a temperature detection unit that detects at least one of the temperature of the first portion and the temperature of the cooling medium flowing through the first portion, and the temperature detection unit. It is provided with a control device that controls the electrode elevating drive device based on the temperature detected in.
  • the temperature detection unit can be provided, for example, so as to be in contact with the outer surface of the plate material inside the furnace of the water cooling panel, and / or can be provided in the flow path through which the cooling medium flows.
  • the temperature detection unit has at least one of the temperature of the water-cooled panel having the required correlation (for example, the correlation of the distance with each of the electrodes) for each of the three electrodes and the temperature of the cooling medium flowing therein (this embodiment). In the form, the latter) can be detected.
  • the control device controls the electrode elevating drive device based on the temperature detected by the temperature detection unit. For example, when the temperature difference between the inlet side and the outlet side of the cooling medium flowing through the water cooling panel corresponding to each of the three electrodes is different, there is a difference in the height of the heat load (the larger the temperature difference, the higher the heat load).
  • the electrode elevating drive device is controlled so that the heat load is even. For example, the input power or arc voltage of the electrode close to the water-cooled panel having a high heat load can be made small (low), and the input power or arc voltage of the electrode close to the water-cooled panel having a low heat load can be made large (high). This makes it possible to control the electrode position according to the situation inside the furnace indirectly grasped by the temperature detection unit.
  • the heat load in the first part is calculated using at least the temperature detected by the temperature detection unit and the flow rate of the cooling medium flowing through the water cooling panel.
  • the electrode is provided with an estimation unit that estimates the progress of melting of the solid metal raw material in the region near each of the three electrodes based on the calculated heat load, and according to the estimation result of the estimation unit. Controls the lift drive.
  • the first part near the electrode with fast melting progress receives more heat load due to the arc than the first part near the electrode with slow melting progress, so that it flows through the first part near the electrode with slow melting progress.
  • the temperature of the cooling medium flowing through the first part close to the electrode which has a rapid melting progress, rises faster than the temperature of the cooling medium (the latter has a larger temperature difference between the cooling water on the inlet side and the cooling water on the outlet side of the cooling panel. Become). That is, based on the temperature detected by the temperature detection unit, the progress of melting of the solid metal raw material in the region near each of the three electrodes can be estimated, and the inside of the furnace is indirectly grasped by the temperature detection unit. It is possible to control the electrode position according to the progress of dissolution, which is one of the situations.
  • the estimation unit is a solid metal raw material in a region near the first electrode, which is one of the three electrodes.
  • the first electrode is described.
  • the electrode elevating drive device is controlled so that the input power or arc voltage of one electrode becomes larger than the input power or arc voltage of the second electrode.
  • the heat load of the water-cooled panel having the higher heat load can be reduced to suppress the heat loss, so that the energy loss can be reduced as compared with the conventional arc furnace, and the maintenance cost of the water-cooled panel can also be reduced. ..
  • the input power or arc voltage of the electrode closer to the water-cooled panel with the lower heat load melting in the region where melting is presumed to be delayed can be expanded to other regions. By accelerating in comparison, uniform and rapid dissolution becomes possible.
  • the three-phase AC arc furnace of the first to third embodiments has a current detection unit that detects the current of the three electrodes, a sound detection unit that detects the sound generated by the formation of the arc, and the formation of the arc. At least one of a vibration detection unit that detects the vibration generated with the vibration, a light detection unit that detects the light generated with the formation of the arc, and a position detection unit that detects the position of the three electrodes in the height direction. Based on the detection results obtained from at least one of the current detection unit, the sound detection unit, the vibration detection unit, the light detection unit, and the position detection unit, whether the discharge destination of the arc is the solid metal raw material. It is provided with a determination unit for determining whether the solid metal raw material is molten steel formed by melting, and a correction unit for correcting the estimation result of the estimation unit based on the determination result of the determination unit.
  • the correction unit corrects the estimation result of the estimation unit based on the judgment result of the determination unit.
  • the estimation unit estimates the progress of melting based on the heat load of the water-cooled panel.
  • the determination unit determines in real time whether or not the arc is flying to the molten steel, the estimation result of the estimation unit is corrected based on this determination result, so that the state change in the furnace is reflected in the estimation result more quickly. Can be made to.
  • the control device takes at least the temperature information detected by the temperature detection unit as input, and outputs control information for controlling the electrode elevating drive device. It has a trained model.
  • the trained model can be generated by using machine learning such as deep learning, reinforcement learning, and deep reinforcement learning. For example, when using reinforcement learning, the temperature information is set to "state”, the control information is set to "behavior”, the required “reward” is calculated, and the Q value or the value of the Q function (behavior value function) is learned. good.
  • the temperature information is, for example, the temperature difference between the inlet side and the outlet side (first electrode, second electrode) of the cooling medium flowing through each of the water cooling panels (first part) provided in the first region adjacent to each of the three electrodes.
  • the temperature difference corresponding to each of the third electrodes is defined as the first temperature difference, the second temperature difference, and the third temperature difference).
  • the temperature information may include the difference between the first temperature difference, the second temperature difference, and the third temperature difference.
  • the control information can be, for example, information for raising and lowering each of the first electrode, the second electrode, and the third electrode in the furnace body.
  • the control information can be raised, lowered, and neither raised nor lowered for each of the first electrode, the second electrode, and the third electrode, and includes a combination thereof.
  • the reward can be calculated based on the temperature information. For example, if the temperature difference is within the required value or range, it should be positive (with reward), and if the temperature difference exceeds the upper limit or falls below the lower limit, it should be 0 (no reward) or negative (penalty). Can be. Further, the reward may be calculated based on the electric power applied to the electrodes or the arc voltage. For example, if the power or arc voltage is below the upper limit, it will be positive (with reward), and if the power or arc voltage exceeds the upper limit, it will be 0 (no reward) or negative (penalty). be able to.
  • the input power or arc voltage of the electrode close to the water-cooled panel with high heat load is small (low), and the input power or arc voltage of the electrode close to the water-cooled panel with low heat load is large (high). can do. This enables uniform dissolution and rapid dissolution.
  • the three-phase AC arc furnace of the second embodiment is provided with a suction port for sucking the exhaust gas in the furnace at the lower part of the second part.
  • a suction port for sucking the exhaust gas from the suction port, the high-temperature exhaust gas flows near the second region inside the furnace body, and the heat of the exhaust gas can further heat the solid metal raw material of the cold spot, melting the cold spot. It can be speeded up and the dissolution can be speeded up.
  • the first portion is arranged substantially along the virtual circle in a plan view, and the second portion is the virtual circle in a plan view.
  • the distance from the first part is larger than that of the first part, and it overhangs to the core side.
  • the water cooling panel includes a first portion provided in the first region and a second portion provided in the second region.
  • the first portion is a portion arranged in an arc shape along a virtual circle in a plan view.
  • the second portion is a portion in which the distance from the virtual circle is larger than that of the first portion in a plan view and projects toward the core side from the virtual circle.
  • the first region which is the region where the entire circumference of the virtual circle is close to the three electrodes in plan view, and from the three electrodes at points on the virtual circle above the first region of the entire circumference of the virtual circle in plan view.
  • a region called a hot spot (high temperature region) that dissolves quickly is generated because it is close to the electrode. ..
  • a region (low temperature region) called a cold spot that dissolves slowly is generated.
  • the volume of the region (low temperature region) in which heat is difficult to transfer inside the furnace body can be reduced, and the conventional arc furnace can be used. It is possible to dissolve the cold spot uniformly without requiring a long time as in the case of the above, and rapid dissolution is possible. Further, since the difference in the progress of melting inside the furnace body can be reduced, the region where the progress of melting has progressed more than other regions can be reduced, and the heat loss can be reduced. Further, since it is only necessary to change the arrangement form of the water cooling panel, it is not necessary to provide special equipment such as a drive mechanism, and equipment cost and maintenance cost can be suppressed.
  • the three-phase AC arc furnace of the third embodiment includes an oxygen lance or a combustion assisting burner arranged in the lower part of the second part.
  • one of the three electrodes is arranged on the side of the steel outlet, and the other two are arranged on the side of the work port.
  • the steel ejection port is for ejecting molten steel.
  • the three electrodes are arranged at positions corresponding to the vertices of the triangle in a plan view, and the second portion faces the sides of the triangle. Is arranged.
  • the shape of the second portion is linear in a plan view, but the second portion has a convex shape with respect to the core side in a plan view. You may have.
  • the three electrodes are arranged at positions corresponding to the vertices of the triangle in a plan view.
  • the second portion is arranged so as to face the side of the triangle.
  • the three electrodes are arranged in a triangle with the core as the center. Dissolution of the solid metal raw material proceeds to a method of expanding the diameter substantially concentrically around each electrode. If the inner wall of the furnace shell is circular in a plan view, the melting of the vicinity of the inner wall of the furnace shell in the radial direction from the midpoint of each side of the triangle is delayed.
  • the dissolution progress line becomes convex from the core toward the inner wall of the furnace shell around the electrodes, and becomes concave from the core toward the inner wall of the shell around the periphery between the electrodes.
  • the control method of the three-phase AC arc furnace of the first to third embodiments has a tubular upper furnace shell and a lower furnace shell, and has a furnace body in which a solid metal raw material is charged and an inside of the furnace body.
  • the three electrodes for forming an arc, an electrode elevating drive device for separately elevating and driving each of the three electrodes, and a water cooling panel provided on the inner circumference of the upper furnace shell are provided, and the water cooling is provided.
  • the panel is provided with a first portion provided in a first region, which is a region close to the three electrodes in the entire circumference of a virtual circle that substantially matches the shape of the upper edge of the inner wall of the lower furnace shell in a plan view.
  • a second portion of the entire circumference of the virtual circle provided in a second region, which is a region in which points on the virtual circle are farther from the three electrodes than the first region in a plan view. It is a control method of a three-phase AC arc furnace that detects at least one of the temperature of the first part of the water-cooled panel and the temperature of the cooling medium flowing through the first part, and raises and lowers the electrode based on the detected temperature. Control the drive unit.
  • the second part is viewed in a plan view, the distance from the virtual circle is larger than that of the first part, and the structure is projected toward the core.
  • the second part is the first part.
  • it may be provided substantially along the virtual circle.

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Abstract

三相交流アーク炉は、アークにより固体金属原料を溶解する三相交流アーク炉であって、筒状の上部炉殻及び下部炉殻を有し、固体金属原料が装入される炉本体と、前記炉本体の内部においてアークを形成するための３本の電極と、前記３本の電極それぞれを別個に昇降駆動する電極昇降駆動装置と、前記上部炉殻の内周に設けられた水冷パネルとを備え、前記水冷パネルは、平面視で前記下部炉殻の内壁上縁の形状と略一致する仮想円の全周のうち前記３本の電極と近接する領域である第１領域に設けられた第１部分と、平面視で前記仮想円の全周のうち前記第１領域よりも前記仮想円上の点の前記３本の電極からの距離が遠い領域である第２領域に設けられた第２部分とを含み、更に、前記水冷パネルの前記第１部分の温度及び前記第１部分に流れる冷却媒体の温度の少なくとも一方を検出する温度検出部と、前記温度検出部で検出した温度に基づいて前記電極昇降駆動装置を制御する制御装置とを備える。

Description

三相交流アーク炉及び制御方法
　本発明は、アーク炉及び制御方法に関する。
　アーク炉（「電気炉」ともいう）は、主に原料（固体金属原料）を炉内に装入後、電極を炉内に挿入して通電し、原料をアークにより溶解する設備であり、典型的なアーク炉である製鋼用アーク炉の場合には、原料として鉄スクラップ、還元鉄（ＤＲＩ：Direct Reduced Iron）、及び冷銑（型銑）等が用いられる。
　このようなアーク炉では、原料の溶解に多くの電力を消費する。アーク炉には、直流方式と交流方式がある。直流アーク炉は、１本の黒鉛電極と炉底電極とを有し、炉殻の横断面に合致して同心円状に溶解を進めるものであるが、設備費用が高額であり、炉底電極の保守も必要となるため、普及は一部に留まっている。三相交流アーク炉では、炉殻の横断面において、三角形の頂点に対応する位置に３本の黒鉛電極を配置し、黒鉛電極の先端にアークを発生させるため、同心円状に溶解が進まず、電極間に溶解の遅いコールドスポットと称される領域が発生する。コールドスポットでは溶解に時間を要する。一方で、電極の近傍では溶解が速いホットスポットと称される領域が発生する。このため、炉内の均一な溶解化が難しく、また、ホットスポットでは炉壁が露出して電力や熱エネルギーの損失が生じる。
　特許文献１には、炉体を旋回できる機構を備え、溶解が進んだ後に、炉体を旋回させてコールドスポットの溶解を促進させる溶解炉が開示されている。
特許第６５７９３１４号公報
　しかし、特許文献１の溶解炉の場合、炉体の旋回機構を設ける等の設備の大幅な変更が必要となりコストが増大する。また溶鋼を溜める炉床を回転させるので、旋回機構の保守も必要となる。
　本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、既存の設備を大幅に変更することなく、低コストでコールドスポットを低減し、熱損失を低減することで迅速に溶解を行うことができる三相交流アーク炉及びその制御方法を提供することを目的とする。
　本発明の一態様に係る三相交流アーク炉は、アークにより固体金属原料を溶解する三相交流アーク炉であって、筒状の上部炉殻及び下部炉殻を有し、固体金属原料が装入される炉本体と、前記炉本体の内部においてアークを形成するための３本の電極と、前記３本の電極それぞれを別個に昇降駆動する電極昇降駆動装置と、前記上部炉殻の内周に設けられた水冷パネルとを備え、前記水冷パネルは、平面視で前記下部炉殻の内壁上縁の形状と略一致する仮想円の全周のうち前記３本の電極と近接する領域である第１領域に設けられた第１部分と、平面視で前記仮想円の全周のうち前記第１領域よりも前記仮想円上の点の前記３本の電極からの距離が遠い領域である第２領域に設けられた第２部分とを含み、更に、前記水冷パネルの前記第１部分の温度及び前記第１部分に流れる冷却媒体の温度の少なくとも一方を検出する温度検出部と、前記温度検出部で検出した温度に基づいて前記電極昇降駆動装置を制御する制御装置とを備える。
　本発明の一態様に係る三相交流アーク炉の制御方法は、筒状の上部炉殻及び下部炉殻を有し、固体金属原料が装入される炉本体と、前記炉本体の内部においてアークを形成するための３本の電極と、前記３本の電極それぞれを別個に昇降駆動する電極昇降駆動装置と、前記上部炉殻の内周に設けられた水冷パネルとを備え、前記水冷パネルが、平面視で前記下部炉殻の内壁上縁の形状と略一致する仮想円の全周のうち前記３本の電極と近接する領域である第１領域に設けられた第１部分と、平面視で前記仮想円の全周のうち前記第１領域よりも前記仮想円上の点の前記３本の電極からの距離が遠い領域である第２領域に設けられた第２部分とを含む三相交流アーク炉の制御方法であって、前記水冷パネルの前記第１部分の温度及び前記第１部分に流れる冷却媒体の温度の少なくとも一方を検出し、検出された温度に基づいて前記電極昇降駆動装置を制御する。
　本発明によれば、既存の設備を大幅に変更することなく、低コストでコールドスポットを低減し、熱損失を低減することで迅速に溶解を行うことができる。
第１の実施形態の三相交流アーク炉の要部を示す側面図である。 第１の実施形態の三相交流アーク炉の要部を示す平面図である。 第１の実施形態の制御装置の構成の一例を示すブロック図である。 三相交流アーク炉による側面視での原料の溶解の様子を示す模式図である。 三相交流アーク炉による平面視での原料の溶解の様子を示す模式図である。 比較例としての炉殻内壁が平面視で円形のアーク炉での溶解の様子を示す模式図である。 第２の実施形態の三相交流アーク炉の要部を示す平面図である。 第３の実施形態の三相交流アーク炉の要部を示す平面図である。 第１～第３の実施形態の三相交流アーク炉を制御する処理部の構成の一例を示す模式図である。 第１～第３の実施形態の三相交流アーク炉が備えるニューラルネットワークの構成の一例を示す模式図である。 第１～第３の実施形態の三相交流アーク炉が備える制御装置の処理手順の一例を示すフローチャートである。
　以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。以下で説明する各実施形態では、典型的なアーク炉である製鋼用アーク炉に本発明を適用した例を示す。図１は第１の実施形態の三相交流アーク炉１００の要部を示す側面図であり、図２は第１の実施形態の三相交流アーク炉１００の要部を示す平面図である。三相交流アーク炉１００（「アーク炉」、「電気炉」とも称する）は、床面に固定された基台１を介して設置される。三相交流アーク炉１００は、炉本体１０を備える。炉本体１０は、筒状の上部炉殻１２及び耐火物で覆われた炉底を含む下部炉殻１１を有する。下部炉殻１１には原料を溶かして得られた溶鋼を溜めることができる。下部炉殻１１の上側に上部炉殻１２を設けて炉本体１０を構成している。炉本体１０は、上方に開口を有し、炉底を有する筒状の容器として形成されている。
　炉蓋１３は、不図示の駆動装置により上下移動及び旋回移動を行うことができ、炉本体１０の上方の開口を開放状態及び閉塞状態にすることができる。炉本体１０内には、３本の電極３１、３２、３３が配置される。３本の電極３１～３３は、炉蓋１３の挿通孔を挿通して、炉本体１０の内部においてアークを形成すべく配置される。すなわち、３本の電極３１～３３は、先端を炉本体１０内に挿入可能に構成されている。
　上部炉殻１２の内周（内周全面）には、水冷パネル２１、２２が設けられている。水冷パネル２１、２２は、複数のブロック状の水冷箱で構成することができる。水冷パネル（水冷箱）２１、２２は、内部が中空であり、冷却水（冷却媒体）用の流路２３が配管され、冷却水を還流させて冷却を行うことができる。
　より具体的には、水冷パネル２１、２２は、平面視で下部炉殻１１の内壁上縁１１１の形状と略一致する仮想円Ｒの全周のうち３本の電極３１～３３と近接する領域である第１領域Ｒ１に設けられた第１部分２１と、平面視で仮想円Ｒの全周のうち第１領域Ｒ１よりも仮想円Ｒ上の点の３本の電極３１～３３からの距離が遠い領域である第２領域Ｒ２に設けられた第２部分２２を含む。従来のアーク炉では水冷パネル全体が平面視で円形の下部炉殻の内壁上縁に略沿って配置されているのに対し、本実施形態においては、第２部分２２が、従来のアーク炉の構成に比して、炉心側に張り出すように配置されている。但し、本発明は、下部炉殻１１の内壁上縁１１１が水冷パネルと同じく第２領域で仮想円Ｒより炉心側に張り出した形状となったものも含むものである。従って、この場合には仮想円Ｒは、第１領域においてのみ下部炉殻１１の内壁上縁１１１の内縁形状と略一致する円である。なお、図２の例では、第１部分２１は、平面視で直線状の２個の水冷パネル同士が繋がった構成をしているが、図２の例に限定されるものではなく、３個以上の直線状の水冷パネルを繋げて構成してもよい。本明細書において、「第１部分が平面視で仮想円に略沿って配置されており」との文の意味は、水冷パネルが繋がった形状が平面視において、仮想円に沿って湾曲している状態のみならず、本実施形態のように仮想円に略沿うように平面形状の水冷パネルが複数配置されている状態も含むものである。
　本実施形態では、第２部分２２は、炉本体１０の平面視で仮想円Ｒからの距離が第１部分２１より大きく、炉心側に張り出している（図１の例において、符号Ａで示す長さだけ張り出している）。第２部分２２は、平面視で水冷パネルが仮想円Ｒから炉中心に向かって離隔するように直線状に配置することができ、３本の電極３１～３３のうちの２本の電極を繋ぐ仮想線（３本の電極３１～３３を繋ぐ三角形の辺）に対向して配置されている。
　図２の例では、第１領域をＲ１で示し、第２領域をＲ２で示している。第１領域Ｒ1は、この領域内の水冷パネルが近接する電極が発生するアークによって受ける熱負荷によって、当該領域の近傍、すなわち当該領域内の水冷パネルが近接する電極の近傍における固体金属原料の溶解の進捗を推定できるような範囲として設定すればよい。例えば、仮想円Ｒに内接する正１２角形であって、仮想円上の電極に最も近い位置に頂点を有するものにおいて、当該頂点を挟む隣接する２つの頂点の間の領域（全周において全部で３つの連続領域が存在）を第１領域として設定することができる。このように第１領域を設定すれば、水冷パネルに関連する部分全体の対称性が高くなり設計も容易となる。
　炉本体１０の所要の箇所には、溶鋼を取り出す出鋼を行う出鋼口１４、及び作業用の作業口１５を設けている。
　図３は第１の実施形態の制御装置５０の構成の一例を示すブロック図である。制御装置５０は、インタフェース部５１、推定部５２、補正部５３、判定部５４、及び駆動部５５を備える。制御装置は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Units）、ＤＳＰ（Digital Signal Processors）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Arrays）、半導体メモリなどのハードウェアを組み合わせることによって構成することができる。
　インタフェース部５１は、電流センサ４２、温度センサ４３、音センサ４４、振動センサ４５、光センサ４６、位置センサ４７で検出した検出結果を取得することができる。
　電流センサ４２は、電流検出部としての機能を有し、三相交流電源４１から各電極３１～３３に流れる電流を検出することができる。三相交流電源４１には不図示の電圧計、電力計が接続されている。
　温度センサ４３は、温度検出部としての機能を有し、本実施形態では第１領域Ｒ１の各水冷パネル２１の入側と出側に設けられている。即ち、本実施形態では、温度センサ４３は、冷却水を水冷パネル２１に流すための流路２３のうち、各水冷パネル２１に冷却水を流入させる流入部と、各水冷パネル２１から冷却水を排出させる排出部とに設けられている。これにより、温度センサ４３は、電極３１～３３それぞれに対して所要の相関関係（例えば、電極それぞれとの距離の相関関係）にある水冷パネル２１に流れる冷却水の入側と出側の温度差を検出することができる。本実施形態のように、電極３１～３３それぞれに最も近接する第１部分２１を構成する各水冷パネルに流れる冷却水の入側と出側の温度差のみを検出してもよく、あるいは、第１部分２１を構成する水冷パネル及び第２部分２２を構成する水冷パネルの双方全ての各水冷パネルの入側と出側の温度差を検出してもよい。温度センサ４３の数は、例えば、熱負荷測定の対象とする水冷パネルの数×２個とすることができるが、この数に限定されるものではなく、１枚の水冷パネルの入側と出側の２か所以外にも設けて、熱負荷測定の対象とする水冷パネルの数×２個を超える数の温度センサ４３を設けるようにしてもよい。この場合、当該電極に対応する温度としては、複数の温度センサ４３で検出した温度の統計値（例えば、平均値、中央値、最大値又は最小値など）を用いることができる。
　音センサ４４は、音検出部としての機能を有し、炉本体１０の所要の箇所に取り付けることができ、アークの形成に伴って発生する音を検出する。
　振動センサ４５は、振動検出部としての機能を有し、炉本体１０の所要の箇所に取り付けることができ、アークの形成に伴って発生する振動を検出する。
　光センサ４６は、光検出部としての機能を有し、炉本体１０の所要の箇所に取り付けることができ、アークの形成に伴って発生する光を検出する。
　位置センサ４７は、位置検出部として機能し、３本の電極３１～３３又は電極昇降駆動装置３５～３７等に取り付けることができ、３本の電極３１～３３のそれぞれの高さ方向の位置を検出する。
　電流センサ４２、音センサ４４、振動センサ４５、光センサ４６及び位置センサ４７については、これら全てを備える必要はなく、電流センサ４２、音センサ４４、振動センサ４５、光センサ４６及び位置センサ４７の少なくとも１つを備えればよい。
　電極昇降駆動装置３５、３６、３７は、電極３１～３３それぞれを別個に昇降駆動することができる。通常、電極昇降駆動装置３５～３７は、例えば、各電極３１～３３を支持する支持部のそれぞれに対して設けられた電動機と歯車機構、又は油圧装置を含み、これらが発生させる駆動力によって各電極を昇降させるものである。
　本実施形態においては、制御装置５０（より具体的には、駆動部５５）は、温度センサ４３で検出した各水冷パネル２１、２２の入側と出側の冷却水の温度差に基づいて電極昇降駆動装置３５～３７を制御する。電極昇降駆動装置３５～３７により電極３１～３３の位置を昇降することで、電極３１～３３の投入電力やアーク電圧を調節することができる。例えば、電極３１～３３それぞれに対応する水冷パネル２１に流れる冷却水の入側と出側の温度差が異なる場合、熱負荷の高低に差がある（温度差が大きいほど水冷パネルにかかっている熱負荷が高い）ので、熱負荷が均等になるように電極３１～３３の投入電力又はアーク電圧を調節することができる。例えば、熱負荷の高い水冷パネルに近い電極の投入電力又はアーク電圧を小さく（低く）し、熱負荷の低い水冷パネルに近い電極の投入電力又はアーク電圧を大きく（高く）することができる。これにより、温度検出部で間接的に把握される炉内の状況に応じて電極位置を制御することが可能となる。
　具体的には、推定部５２は、温度センサ４３で検出した各水冷パネル２１の冷却水の入側と出側の温度差に基づいて、電極３１～３３それぞれの近傍の領域での原料の溶解の進捗を推定することができる。例えば、溶解進捗の遅い電極に近接する水冷パネルよりも、溶解進捗の速い電極に近接する水冷パネルは熱負荷を多く受けるので、溶解進捗の遅い電極に近接する水冷パネルを流れる冷却水の温度よりも、溶解進捗の速い電極に近接する第１部分２１を流れる冷却水の温度は速く上昇する。すなわち、温度センサ４３で検出した冷却水の入側と出側の温度差に基づいて、電極３１～３３それぞれの近傍の領域での原料の溶解の進捗を推定することができる。
　水冷パネルが受ける熱の影響は、水冷パネル自体、具体的には水冷パネルを構成する板材のうち炉内側の板材の外側（炉外側）表面の温度を熱電対等によって検出すれば直接評価することができる。また、より正確に水冷パネルの熱負荷を算出するためには、この温度データと水冷パネルに流れる冷却媒体の流量とを用いることが好ましく、更には、水冷パネルの入側の冷却水の温度も加えて用いることが好ましい。但し、これらの場合には、熱電対の遠位端を水冷パネルの炉内側の板材の外側表面に接するように設置する必要がある。
　一方、上記のように水冷パネル自体の温度を用いる場合に比して熱負荷の評価に遅れは生じるが、水冷パネルの入側と出側の冷却水の温度差と水冷パネルに流れる冷却媒体の流量を用いて水冷パネルの熱負荷を算出することもできる。この構成はより簡易な構成で実現可能であり、本実施形態ではこの算出方法を用いて熱負荷を評価する例を示している。
　水冷パネルの熱負荷を算出する際に、１つの測定点の温度だけを用いると、この温度は季節や設備が設置された土地の緯度によって変動するため、熱流束を正しく算出することが難しい。一方、水冷パネルには一定の流量で冷却水が流されるため、例えば水冷パネルの入側と出側の冷却水の温度差を検出することで、熱流束（すなわち水冷パネル（の炉内側の板材）を通して流れた熱量、熱負荷）をより正確に算出することができる。
　制御装置５０は、推定部５２の推定結果に応じて、電極昇降駆動装置３５～３７を制御することができる。３本の電極３１～３３間でその近傍における溶解の進捗に差が生じても、他の電極よりも近傍での溶解が進んだ電極の投入電力又はアーク電圧を低減するように電極昇降駆動装置３５～３７を制御することにより、温度検出部で間接的に把握される炉内の状況の一つである溶解の進捗状況に応じて電極位置を制御することが可能となる。
　制御装置５０は、推定部５２が、３本の電極３１～３３のうちの第１電極の近傍の領域での原料の溶解の進捗が、第１電極と異なる第２電極の近傍の領域での原料の溶解の進捗よりも遅いと推定した場合、第１電極の投入電力又はアーク電圧を、第２電極の投入電力又はアーク電圧よりも大きく（高く）するように電極昇降駆動装置３５～３７を制御することができる。これにより、熱負荷の高い方の水冷パネルの熱負荷を下げて熱損失を抑制することができるので、従来のアーク炉よりもエネルギー損失を低減でき、また水冷パネルの保守費用低減も可能となる。また、熱負荷の低い方の水冷パネルに近い電極の投入電力又はアーク電圧を相対的に大きく（高く）することで、溶解が遅れていると推定される領域での溶解をそれ以外の領域に比して促進することで均一かつ迅速な溶解が可能となる。
　判定部５４は、電流センサ４２、音センサ４４、振動センサ４５、光センサ４６及び位置センサ４７の少なくとも１つから得られる検出結果に基づいて、アークの放電先が原料であるか、原料が溶解して形成された溶鋼であるかを判定することができる。溶解初期では、原料は、ほとんど溶解していないので、アークの放電先は原料（アークが原料に飛ぶ）である。溶解が進むにつれてアークの放電先は、原料から徐々に溶鋼へ移り、溶解後期では、アークが溶鋼に飛ぶようになる。アークが原料に飛ぶ場合と溶鋼に飛ぶ場合との違いを、電流変動、電流波形における高調波、アーク音、振動、光、電極の高さ方向の位置の少なくとも１つによって検出し、アークが溶鋼に飛ぶようになった時期を判定する。
　補正部５３は、判定部５４の判定結果に基づいて、推定部５２の推定結果を補正する。推定部５２は、温度センサ４３で検出した温度差に基づいて、電極３１～３３それぞれの近傍の領域での原料の溶解の進捗を推定する。すなわち、推定部５２は、水冷パネル２１の熱負荷に基づいて溶解の進捗を推定する。一方、判定部５４は、アークが溶鋼に飛んでいるかどうかをリアルタイムで判定するため、この判定結果に基づいて推定部５２の推定結果を補正することにより、炉内の状態変化をより早く推定結果に反映させることができる。
　本実施の形態の三相交流アーク炉１００の操業は、機械学習によって生成された学習済みモデルを用いることができる。
　図４は三相交流アーク炉１００による側面視での原料の溶解の様子を示す模式図であり、図５は三相交流アーク炉１００による平面視での原料の溶解の様子を示す模式図である。三相交流アーク炉１００の操業は以下のように行われる。最初に、炉蓋１３を開放状態にし、電極３１～３３を外した状態で、炉本体１０内に原料をバケットにより装入する。原料としては、鉄スクラップ、還元鉄（ＤＲＩ：Direct Reduced Iron）、冷銑（型銑）、自動車シュレッダダスト（ＡＳＲ：Automobile Shredder Residue）等が用いられる。
　次に、炉蓋１３を閉塞状態にし、電極３１～３３を炉本体１０内に挿入する。なお、電極３１～３３を炉蓋１３に装着しておき、炉蓋１３と電極３１～３３とを一体的に炉本体１０内に装着するようにしてもよい。
　次に、電極３１～３３に通電してアークを形成し、原料を溶解する。図４の例では、溶解途中の原料を符号Ｍ１で示し、原料が溶解した溶鋼を符号Ｍ２で示し、アークを符号Ｓで示す。図４の例は、例えば、原料の溶解が進んだ溶解の後期の段階を模式的に示している。
　図６は比較例としての炉殻内壁が平面視で円形のアーク炉での溶解の様子を示す模式図である。図６に示すように、炉本体１１０の平面視において、３本の電極１３１、１３２、１３３は炉心を中心として三角形に配置されている。原料の溶解は、各電極１３１～１３３を中心にしてほぼ同心円状に拡径する方向に進み、溶解が速いホットスポットと称される領域（高温領域）が発生する（図において、符号Ｈで示す）。図６に示すように、炉殻内壁１２０が平面視で円形の場合には、３本の電極１３１～１３３で構成される三角形の各辺の中点から径方向に向かう炉殻内壁付近の溶解は遅れ、溶解の遅いコールドスポットと称される領域（低温領域）が発生する（図において、符号Ｃで示す）。すなわち、平面視で溶解進捗線（ホットスポットとコールドスポットを分ける境界線）は、電極１３１～１３３の周辺では炉心から炉殻内壁１２０に向かって凸状になり、電極１３１～１３３間の周辺では、炉心から炉殻内壁１２０に向かって凹状になる。
　しかし、本実施の形態では、図２及び図５に示すように、平面視で仮想円Ｒからの距離が第１部分２１よりも大きく、炉心側に張り出している第２部分２２を第２領域Ｒ２に設けることにより、炉本体１０内部の熱が伝わりにくい領域（低温領域）の容積を減らすことができ、水冷パネル２１、２２で囲まれた炉内部全体をホットスポットＨにすることができる。そして、図６に示すアーク炉（比較例）のようにコールドスポットの溶解に時間を要することなく、均一に溶解することができ、迅速な溶解が可能となる。また、炉本体１０内部での溶解の進捗の差を低減できるので、他の領域よりも溶解の進捗が進んだ領域を低減でき、熱損失を低減できる。また、水冷パネル２２の配置形態の変更だけで済むので、駆動機構などの特別な設備を設ける必要がなく、設備費用や保守費用を抑制することができる。
　また、平面視において、３本の電極３１～３３を繋ぐ三角形の辺に対向して炉心側に張り出している第２部分２２を配置することにより、上部炉殻の形状が溶解進捗線に近い形状となるので、従来のアーク炉のようなコールドスポットが発生する領域を減少させることができる。
　原料の溶解が進むにつれ、溶鋼は下部炉殻１１に溜まる。そして、上部炉殻１２に十分な空間ができると、バケットで原料をさらに追加する。初回の溶解と同様にアークで原料を溶解する。原料の嵩に応じて、原料の追加装入は１～２回行われる。
　原料の大半が溶解すると、アークは電極３１～３３と溶鋼との間で発生し、アーク熱は主に溶鋼に伝熱される。溶け残りの原料は溶鋼からの伝熱でも溶解が進む。原料が溶けた後は、下部炉殻１１に溜まった溶鋼成分を調整し、所定の温度に上昇させる精錬期を経て、出鋼口１４より取鍋に出鋼されて、次の鋳造プロセス又は二次精錬プロセスに移送される。
　図７は第２の実施形態の三相交流アーク炉１００の要部を示す平面図である。図７に示す例のように、炉内の排ガスを吸引する吸引口１６を第２部分２２の下部に設けることができる。吸引口１６から排ガスを吸引することで、炉本体１０の内部のうち近接領域以外の領域付近（図では、破線で囲む領域）を高温の排ガスが流れ（図では、矢印で示す）、排ガスの熱でコールドスポットの原料をさらに加熱することができ、コールドスポットの溶解を速めることができ、さらに、溶解の迅速化を図ることができる。第２の実施形態は、酸素ランス又は助燃バーナを使用しない場合には、有効な形態である。なお、図７では、吸引口１６を模式的に示しており、吸引口１６の形状や配置は、炉内の排ガスを吸引することができれば、所要の形状又は配置であってもよい。
　図８は第３の実施形態の三相交流アーク炉１００の要部を示す平面図である。図８に示すように、３本の電極３１～３３のうちの１本（図では、電極３２）が出鋼口１４の側に配置され、残りの２本（図では、電極３１、３３）が作業口１５の側に配置されている。三相交流アーク炉１００が、偏心炉底出鋼炉の場合、下部炉殻１１の出鋼口１４が炉中心から径方向に向かって突出しているので、一般的に溶解の進捗が遅い。そこで、出鋼口１４付近がホットスポットとなるように、３本の電極のうちの１本を出鋼口１４の側に配置する。これにより、溶解の進捗を速めることができる。また、炉中心に対して出鋼口１４と反対側に作業口１５を備えるアーク炉では、作業上、コールドスポット付近に作業口１５を配置することが好ましいので、残りの２本が作業口１５の側に配置してもよい。
　製造する鋼種によってはステンレス鋼のように、加熱源としてアークを主体とし、酸素ランス又は助燃バーナをほとんど使用しない場合もあるが、原料の酸化が問題ない場合には、コールドスポットの熱補償に酸素ランス又は助燃バーナを使用してもよい。このようなプロセスでは、第２部分２２の下部に酸素ランス又は助燃バーナ１７を配置してもよい。酸素ランス又は助燃バーナ１７を備えることにより、コールドスポットになりやすい原料をさらに加熱することができ、原料の溶解を速めてコールドスポットの発生を抑制し、溶解の迅速化を図ることができる。
　図９は第１～第３の実施形態の三相交流アーク炉１００を制御する処理部７０の構成の一例を示す模式図である。処理部７０は、例えば、ＣＰＵ（例えば、複数のプロセッサコアを実装したマルチ・プロセッサなど）、ＧＰＵ（Graphics Processing Units）、ＤＳＰ（Digital Signal Processors）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Arrays）などのハードウェアを組み合わせることによって構成することができる。また、処理部７０は、仮想マシン又は量子コンピュータなどで構成してもよい。処理部７０は、学習済みモデルを備える。
　処理部７０は、行動選択部７２、報酬算出部７１、及び行動評価部７３を備える。処理部７０（学習済みモデル）は、温度センサ４３で検出した温度情報を少なくとも入力とし、電極昇降駆動装置３５～３７を制御するための制御情報を出力する。学習済みモデルは、例えば、深層学習、強化学習、深層強化学習などの機械学習を用いて生成することができる。例えば、強化学習を用いる場合、温度情報を「状態」とし、制御情報を「行動」とし、所要の「報酬」を算出して、Ｑ値又はＱ関数（行動価値関数）の値を学習すればよい。行動評価関数は、ある状態での行動の評価値を定める関数であり、表のようなテーブル形式で表すこともでき、Ｑ学習においては、Ｑ関数、Ｑ値、評価値などという。
　行動選択部６２は、三相交流アーク炉１００の水冷パネル（第１部分）２１に流れる冷却水の温度情報及び行動評価部７３のＱ値又はＱ関数の値（行動評価情報）に基づいて制御情報を出力する。行動評価部７３は、行動の評価値を含み、具体的には、Ｑ値又はＱ関数の値（行動価値関数）を含む。すなわち、行動選択部７２は、取得した温度情報（状態）での行動の評価値に基づいて、取得した状態において取り得る行動の中から行動を選択して出力する。
　温度情報は、例えば、３本の電極３１～３３それぞれと近接する第１領域に設けられた水冷パネル（第１部分２１）それぞれに流れる冷却水の入側と出側の温度差（第１電極、第２電極、及び第３電極それぞれに対応する位置の水冷パネルの入側と出側の温度差を第１温度差、第２温度差、及び第３温度差とする）とすることができる。温度情報は、第１温度差、第２温度差、及び第３温度差の間の差を含めてもよい。
　制御情報は、例えば、第１電極、第２電極、及び第３電極それぞれについて、上昇させる、下降させる、上昇も下降もさせない、の３通りとすることができ、これらの組み合わせを含む。具体的には、制御情報は、電極昇降駆動装置３５～３７を制御する際に用いられるゲインとすることができる。
　報酬算出部７１は、取得した温度情報に基づいて報酬を算出することができる。例えば、冷却水の入側と出側の温度差が所要の値又は範囲内になる場合、正（報酬あり）となるようにし、温度差が上限を超える場合、あるいは下限を下回る場合、０（報酬なし）又は負（ペナルティ）となるようにすることができる。また、電極に投入する電力又はアーク電圧に基づいて報酬を算出してもよい。例えば、電力又はアーク電圧が上限値以下である場合、正（報酬あり）となるようにし、電力又はアーク電圧が上限値を超える場合、０（報酬なし）又は負（ペナルティ）となるようにすることができる。
　行動選択部７２は、報酬算出部７１で算出した報酬が大きくなるように行動評価部７３のＱ値又はＱ関数の値を更新する。これにより、熱負荷の高い水冷パネルに近い電極の投入電力又はアーク電圧を小さく（低く）し、熱負荷の低い水冷パネルに近い電極の投入電力又はアーク電圧を大きく（高く）するような制御情報を出力できるように学習済みモデルを生成することができ、三相交流アーク炉１００において、均一な溶解を可能とし、迅速な溶解が可能となる。
　次に、強化学習の流れについて説明する。まず、行動選択部７２は、状態ｓt を取得すると、行動評価部７３に基づいて、状態ｓt において取り得る行動の中から、最も評価の高い（例えば、Ｑ関数の値が最も大きい）行動ａt を選択して制御情報として駆動部５５に出力する。駆動部５５は、制御情報に基づいて電極昇降駆動装置３５～３７を制御して３本の電極３１～３３それぞれを昇降させる。
　次に、行動選択部７２は、状態ｓt+1 を取得するとともに、報酬算出部７１から報酬ｒt+1を取得する。状態ｓt を取得する時刻ｔと状態ｓt+1 を取得する時刻ｔ＋１との間の時間（インターバル）は、適宜設定することができ、例えば、１秒、１０秒、３０秒、１分などとすることができるが、これらに限定されない。
　三相交流アーク炉１００が、行動ａt （制御情報）に基づいて操業すると、温度情報が変化する（状態ｓt+1になる）。報酬算出部６１は、行動ａt （制御情報）に基づいて変化した温度情報に基づいて報酬ｒt+1を算出することができる。
　行動選択部７２は、取得した状態ｓt+1及び報酬ｒt+1に基づいて、行動評価部７３の、例えば、Ｑ関数の値、あるいはＱ値を更新する。より具体的には、行動選択部７２は、行動に対する報酬を最大化する方向へＱ関数の値又はＱ値を更新する。これにより、環境のある状態において最大の価値が期待される行動を学習できる。
　上述の処理を繰り返して、行動評価部７３の更新を繰り返すことにより、報酬を最大化できる行動評価部７３を学習することができる。
　Ｑ学習では、（状態数ｓ×行動数ａ）のサイズのテーブル（Ｑテーブルとも称する）を更新することができるが、状態数が大きくなる場合には、Ｑ関数をニューラルネットワークで表現する手法を採用することができる。
　図１０は第１～第３の実施形態の三相交流アーク炉が備えるニューラルネットワーク７４の構成の一例を示す模式図である。ニューラルネットワーク７４は、処理部７０（具体的には、行動選択部７２及び行動評価部７３）を表したものである。ニューラルネットワーク７４は、入力層、中間層及び出力層を有する。入力層の入力ニューロンの数は、温度情報の数とすることができる。例えば、図１０に示すように、入力層の入力ニューロンには、温度情報として、第１電極（アーク電極）に対応する水冷パネル（例えば、第１部分２１）の冷却水の入側と出側の温度差である第１温度差、第２電極（アーク電極）に対応する水冷パネル（例えば、第１部分２１）の冷却水の入側と出側の温度差である第２温度差、第３電極（アーク電極）に対応する水冷パネル（例えば、第１部分２１）の冷却水の入側と出側の温度差である第３温度差とすることができる。また、温度情報として、さらに、第１温度差と第２温度差との差、第１温度差と第３温度差との差、第２温度差と第３温度差との差を加えてもよい。
　出力層の出力ニューロンの数は、行動の選択肢の数とすることができる。例えば、図１０に示すように、第１電極（アーク電極）、第２電極（アーク電極）及び第３電極（アーク電極）それぞれを所定値だけ上昇させる、所定値だけ下降させる、及び昇降させない、の組み合わせとすることができる。
　ニューラルネットワーク７４を用いた機械学習（深層強化学習）は、次のようにすることができる。すなわち、ニューラルネットワークの入力ニューロンに状態ｓt を入力すると、出力ニューロンは、Ｑ（ｓt ,ａt ）を出力する。ここで、Ｑは、状態ｓでの行動ａの評価を格納する関数である。Ｑ関数の更新は、式（１）により行うことができる。
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　式（１）において、ｓｔは時刻ｔでの状態を示し、ａｔは状態ｓｔで取ることができる行動を示し、αは学習率（ただし、０＜α＜１）を示し、γは割引率（ただし、０＜γ＜１）を示す。学習率αは学習係数とも称され、学習の速度（ステップサイズ）を決定するパラメータである。すなわち、学習率αはＱ値又はＱ関数の値の更新量を調整するパラメータである。割引率γは、Ｑ関数を更新する際に、未来の状態の評価（報酬又はペナルティ）をどれだけ割り引いて考慮するかを決定するパラメータである。すなわち、ある状態での評価が、過去の状態での評価と繋がっている場合、どの程度報酬やペナルティを割り引くかを定めるパラメータである。
　式（１）において、ｒt+1 は行動の結果得られた報酬であり、報酬が得られない場合は０となり、ペナルティの場合は負値となる。Ｑ学習では、式（１）の第２項、{ｒt+1 ＋γ・ｍａｘＱ（ｓt+1 ,ａt+1 ）－Ｑ（ｓt ,ａt ）}が０になるように、すなわち、Ｑ関数のＱ（ｓt ,ａt ）が、報酬（ｒt+1 ）と、次の状態ｓt+1 で可能な行動の中で最大の価値（γ・ｍａｘＱ（ｓt+1 ,ａt+1 ））との和になるようにニューラルネットワーク７４のパラメータを学習する。報酬の期待値と現在の行動評価との誤差を０に近づけるように、ニューラルネットワーク７４のパラメータが更新される。別言すれば、Ｑ（ｓt+1 ,ａt+1 ）の値は、現在のＱ（ｓt ,ａt ）の値と、行動ａtを実行した後の状態ｓt+1 で実行可能な行動の中で得られる最大の評価値に基づいて修正される。
　ある状態において行動を実行したときに、必ず報酬が得られるとは限らない。例えば、行動を何回か繰り返した後に報酬が得られる場合もある。式（２）は、式（１）において、発散の問題を回避して、報酬が得られたときのＱ関数の更新式を表す。式（３）は、式（１）において、報酬が得られなかったときのＱ関数の更新式を表す。
　図１１は第１～第３の実施形態の三相交流アーク炉が備える制御装置５０の処理手順の一例を示すフローチャートである。制御装置５０は、水冷パネルに流れる冷却水の入側と出側の温度差を検出し（Ｓ１１）、検出した温度差に基づいて、３本の電極それぞれの近傍の領域での溶解進捗を推定する（Ｓ１２）。制御装置５０は、推定結果に応じて、電極昇降駆動装置３５～３７を制御し（Ｓ１３）、処理を終了するか否かを判定する（Ｓ１４）。処理を終了しない場合（Ｓ１４でＮＯ）、制御装置５０は、ステップＳ１１以降の処理を続け、処理を終了する場合（Ｓ１４でＹＥＳ）、処理を終了する。
　本実施の形態の制御装置５０は、ＣＰＵ、ＲＡＭなどを備えた汎用コンピュータを用いて実現することもできる。すなわち、図１１に示すような、各処理手順を定めたコンピュータプログラムを記録媒体に記録しておき、当該記録媒体に記録されたコンピュータプログラムをコンピュータに備えられたＲＡＭにロードし、コンピュータプログラムをＣＰＵで実行することにより、コンピュータ上で制御装置５０を実現することができる。なお、図１１に示すような、各処理手順を定めたコンピュータプログラムは、記録媒体に代えて、インターネットなどのネットワークを介してダウンロードすることもできる。
　上述のように、第１～第３の実施形態によれば、既存の設備を大幅に変更することなく低コストでコールドスポットの残存原料を低減し、熱損失を低減することで迅速に溶解を行うことができるアーク炉を提供することができる。また、第１～第３の実施形態によれば、第２部分を、平面視で仮想円からの距離が第１部分よりも大きく、炉心側に張り出すように設けることにより、熱が伝わりにくい部分の容積を減らし、固体金属原料の溶解進捗に対応する炉殻構造とするので、従来のアーク炉のようにコールドスポットの溶解に時間を要することはなく、迅速溶解が可能となる。また、水冷パネルの配置形態のみの変更でよく、特別な駆動機構を有しないでの設備費用及び保守費用を抑制することができ、また安全性への懸念も生じない。
　また、合金鉄などを製錬する抵抗炉では、原料が一様であり、３本の電極の間で溶解の進捗の差は生じにくいが、固体金属原料として鉄スクラップを溶解する製鋼用アーク炉では、スクラップが一様ではなく、各種の形状や単体重量の物が混在しているので、３本の電極の間で溶解の進捗が異なるという問題が生じる。本実施の形態によれば、各種鉄スクラップ等の形状や性状が多岐に亘る場合でも、溶解の進捗の差が生じにくく、炉壁の損耗や熱損失の発生を抑制することができる。
　上述の第１～第３の実施形態は、製鋼用のアーク炉について説明したが、製鋼用に限定されるものではなく、アルミニウム等の非鉄金属等、他の金属を溶解するものでもよい。また、偏心炉底出鋼方式に限定されるものではなく、桶出鋼方式にも本発明は適用することができる。
　第１～第３の実施形態の三相交流アーク炉は、アークにより固体金属原料を溶解する三相交流アーク炉であって、筒状の上部炉殻及び下部炉殻を有し、固体金属原料が装入される炉本体と、前記炉本体の内部においてアークを形成するための３本の電極と、前記３本の電極それぞれを別個に昇降駆動する電極昇降駆動装置と、前記上部炉殻の内周に設けられた水冷パネルとを備え、前記水冷パネルは、平面視で前記下部炉殻の内壁上縁の形状と略一致する仮想円の全周のうち前記３本の電極と近接する領域である第１領域に設けられた第１部分と、平面視で前記仮想円の全周のうち前記第１領域よりも前記仮想円上の点の前記３本の電極からの距離が遠い領域である第２領域に設けられた第２部分とを含み、更に、前記水冷パネルの前記第１部分の温度及び前記第１部分に流れる冷却媒体の温度の少なくとも一方を検出する温度検出部と、前記温度検出部で検出した温度に基づいて前記電極昇降駆動装置を制御する制御装置とを備える。
　炉本体は、筒状の上部炉殻及び下部炉殻を有し、固体金属原料が装入される。下部炉殻は炉底を含み主に溶鋼を溜めることができる。下部炉殻の上側に上部炉殻を設けて炉本体を構成している。３本の電極は、炉本体の内部においてアークを形成すべく配置される。３本の電極は、先端を炉本体内に挿入可能に構成されている。水冷パネルは、上部炉殻の内周（内周全面）に設けられている。水冷パネルは、複数のブロック状の水冷箱で構成することができる。水冷パネル（水冷箱）は、内部が中空であり、冷却媒体（冷却水）用の流路が配管され、冷却媒体を還流させて冷却を行うことができる。
　第１～第３の実施形態の三相交流アーク炉は、前記第１部分の温度及び前記第１部分に流れる冷却媒体の温度の少なくともいずれか一方を検出する温度検出部と、前記温度検出部で検出した温度に基づいて前記電極昇降駆動装置を制御する制御装置とを備える。
　温度検出部は、例えば、水冷パネルの炉内側の板材の外側表面に接するように設けることができ、及び／又は冷却媒体が流れる流路に設けることができる。温度検出部は、３本の電極それぞれに対して所要の相関関係（例えば、電極それぞれとの距離の相関関係）にある水冷パネルの温度及びその中に流れる冷却媒体の温度の少なくとも一方（本実施形態では後者）を検出することができる。
　制御装置は、温度検出部で検出した温度に基づいて電極昇降駆動装置を制御する。例えば、３本の電極それぞれに対応する水冷パネルに流れる冷却媒体の入側と出側の温度差が異なる場合、熱負荷の高低に差がある（温度差が大きいほど熱負荷が高い）ので、熱負荷が均等になるように電極昇降駆動装置を制御する。例えば、熱負荷の高い水冷パネルに近い電極の投入電力又はアーク電圧を小さく（低く）し、熱負荷の低い水冷パネルに近い電極の投入電力又はアーク電圧を大きく（高く）することができる。これにより、温度検出部で間接的に把握される炉内の状況に応じて電極位置を制御することが可能となる。
　第１～第３の実施形態の三相交流アーク炉において、少なくとも前記温度検出部で検出された温度と前記水冷パネルに流れる冷却媒体の流量とを用いて前記第１部分における熱負荷を算出し、算出された前記熱負荷に基づいて、前記３本の電極それぞれの近傍の領域での固体金属原料の溶解の進捗を推定する推定部を備え、前記推定部の推定結果に応じて、前記電極昇降駆動装置を制御する。
　例えば、溶解進捗の遅い電極に近接する第１部分よりも、溶解進捗の速い電極に近接する第１部分はアークによる熱負荷を多く受けるので、溶解進捗の遅い電極に近接する第１部分を流れる冷却媒体の温度よりも、溶解進捗の速い電極に近接する第１部分を流れる冷却媒体の温度は速く上昇する（後者の方が、冷却パネルの入側と出側の冷却水の温度差が大きくなる）。すなわち、温度検出部で検出した温度に基づいて、３本の電極それぞれの近傍の領域での固体金属原料の溶解の進捗を推定することができ、温度検出部で間接的に把握される炉内の状況の一つである溶解の進捗状況に応じて電極位置を制御することが可能となる。
　第１～第３の実施形態の三相交流アーク炉において、前記制御装置は、前記推定部が、前記３本の電極のうちの１本である第１電極の近傍の領域での固体金属原料の溶解の進捗が、前記３本の電極のうちの前記第１電極と異なる１本である第２電極の近傍の領域での固体金属原料の溶解の進捗よりも遅いと推定した場合、前記第１電極の投入電力又はアーク電圧が、前記第２電極の投入電力又はアーク電圧よりも大きくなるように電極昇降駆動装置を制御する。これにより、熱負荷の高い方の水冷パネルの熱負荷を下げて熱損失を抑制することができるので、従来のアーク炉よりもエネルギー損失を低減でき、また水冷パネルの保守費用低減も可能となる。また、熱負荷の低い方の水冷パネルに近い電極の投入電力又はアーク電圧を相対的に大きく（高く）することで、溶解が遅れていると推定される領域での溶解をそれ以外の領域に比して促進することで均一かつ迅速な溶解が可能となる。
　第１～第３の実施形態の三相交流アーク炉は、前記３本の電極の電流を検出する電流検出部、アークの形成に伴って発生する音を検出する音検出部、アークの形成に伴って発生する振動を検出する振動検出部、アークの形成に伴って発生する光を検出する光検出部、及び前記３本の電極の高さ方向の位置を検出する位置検出部の少なくとも１つと、前記電流検出部、前記音検出部、前記振動検出部、前記光検出部、及び位置検出部の少なくとも１つから得られる検出結果に基づいて、アークの放電先が前記固体金属原料であるか、前記固体金属原料が溶解して形成された溶鋼であるかを判定する判定部と、前記判定部の判定結果に基づいて、前記推定部の推定結果を補正する補正部とを備える。
　補正部は、判定部の判定結果に基づいて、推定部の推定結果を補正する。推定部は、水冷パネルの熱負荷に基づいて溶解の進捗を推定する。一方、判定部は、アークが溶鋼に飛んでいるかどうかをリアルタイムで判定するため、この判定結果に基づいて推定部の推定結果を補正することにより、炉内の状態変化をより早く推定結果に反映させることができる。
　第１～第３の実施形態の三相交流アーク炉において、前記制御装置は、前記温度検出部で検出した温度情報を少なくとも入力とし、前記電極昇降駆動装置を制御するための制御情報を出力する学習済みモデルを備える。学習済みモデルは、例えば、深層学習、強化学習、深層強化学習などの機械学習を用いて生成することができる。例えば、強化学習を用いる場合、温度情報を「状態」とし、制御情報を「行動」とし、所要の「報酬」を算出して、Ｑ値又はＱ関数（行動価値関数）の値を学習すればよい。
　温度情報は、例えば、３本の電極それぞれと近接する第１領域に設けられた水冷パネル（第１部分）それぞれに流れる冷却媒体の入側と出側の温度差（第１電極、第２電極、及び第３電極それぞれに対応する温度差を第１温度差、第２温度差、及び第３温度差とする）とすることができる。温度情報は、第１温度差、第２温度差、及び第３温度差の間の差を含めてもよい。
　制御情報は、例えば、第１電極、第２電極、及び第３電極それぞれを炉本体内で昇降させるための情報とすることができる。例えば、制御情報は、第１電極、第２電極、及び第３電極それぞれについて、上昇させる、下降させる、上昇も下降もさせない、の３通りとすることができ、これらの組み合わせを含む。
　報酬は、温度情報に基づいて算出することができる。例えば、温度差が所要の値又は範囲内になる場合、正（報酬あり）となるようにし、温度差が上限を超える場合、あるいは下限を下回る場合、０（報酬なし）又は負（ペナルティ）となるようにすることができる。また、電極に投入する電力又はアーク電圧に基づいて報酬を算出してもよい。例えば、電力又はアーク電圧が上限値以下である場合、正（報酬あり）となるようにし、電力又はアーク電圧が上限値を超える場合、０（報酬なし）又は負（ペナルティ）となるようにすることができる。
　学習済みモデルを用いることにより、熱負荷の高い水冷パネルに近い電極の投入電力又はアーク電圧を小さく（低く）し、熱負荷の低い水冷パネルに近い電極の投入電力又はアーク電圧を大きく（高く）することができる。これにより、均一な溶解を可能とし、迅速な溶解が可能となる。
　第２の実施形態の三相交流アーク炉は、前記第２部分の下部に、炉内の排ガスを吸引する吸引口を備える。吸引口から排ガスを吸引することで、炉本体の内部のうち第２領域付近を高温の排ガスが流れ、排ガスの熱でコールドスポットの固体金属原料をさらに加熱することができ、コールドスポットの溶解を速めることができ、溶解の迅速化を図ることができる。
　第１～第３の実施形態の三相交流アーク炉においては、前記第１部分は、平面視で前記仮想円に略沿って配置されており、前記第２部分は、平面視で前記仮想円からの距離が前記第１部分よりも大きく、炉心側に張り出している。
　水冷パネルは、第１領域に設けられた第１部分及び第２領域に設けられた第２部分を備える。第１部分は、平面視で仮想円に沿って円弧状に配置された部分である。第１～第３の実施形態の三相交流アーク炉においては、第２部分は、平面視で仮想円からの距離が第１部分よりも大きく、仮想円より炉心側に張り出した部分である。
　平面視で仮想円の全周を３本の電極と近接する領域である第１領域と、平面視で仮想円の全周のうち第１領域よりも仮想円上の点の３本の電極からの距離が遠い領域である第２領域に分けているが、炉本体の内部のうち第１領域付近では、電極に近いので、溶解が速いホットスポットと称される領域（高温領域）が発生する。一方、炉本体の内部のうち第２領域付近では、第１領域付近よりも電極から離れるので、溶解の遅いコールドスポットと称される領域（低温領域）が発生する。しかし、第１～第３の実施形態のような第２部分を第２領域に設けることにより、炉本体内部の熱が伝わりにくい領域（低温領域）の容積を減らすことができ、従来のアーク炉のようにコールドスポットの溶解に時間を要することなく、均一に溶解することができ、迅速な溶解が可能となる。また、炉本体内部での溶解の進捗の差を低減できるので、溶解の進捗が他の領域よりも進んだ領域を低減でき、熱損失を低減できる。また、水冷パネルの配置形態の変更だけで済むので、駆動機構などの特別な設備を設ける必要がなく、設備費用や保守費用を抑制することができる。
　第３の実施形態の三相交流アーク炉は、前記第２部分の下部に配置された酸素ランス又は助燃バーナを備える。
　第２部分の下部に酸素ランス又は助燃バーナを備えることにより、コールドスポットになりやすい固体金属原料をさらに加熱することができ、固体金属原料の溶解を速めてコールドスポットの発生を防止し、溶解の迅速化を図ることができる。
　第３の実施形態の三相交流アーク炉は、前記３本の電極のうちの１本が出鋼口の側に配置され、残りの２本が作業口の側に配置されている。出鋼口は、溶鋼を取り出す出鋼を行うためのものである。三相交流アーク炉が、偏心炉底出鋼炉の場合、下部炉殻の出鋼口が炉中心から径方向に向かって突出しているので、一般的に溶解の進捗が遅い。そこで、出鋼口付近がホットスポットとなるように、３本の電極のうちの１本を出鋼口の側に配置する。これにより、溶解の進捗を速めることができる。また、炉中心に対して出鋼口と反対側に作業口を備えるアーク炉では、作業上、コールドスポット付近に作業口を配置することが好ましいので、残りの２本が作業口の側に配置する。
　第１～第３の実施形態の三相交流アーク炉において、前記３本の電極は、平面視で三角形の頂点に対応する位置に配置され、前記第２部分は、前記三角形の辺に対向して配置されている。但し、第１～第３の実施形態においてはこのように第２部分の形状が平面視で直線状である形態を示したが、第２部分は平面視で炉心側に対して凸の形状を有していてもよい。
　３本の電極は、平面視で三角形の頂点に対応する位置に配置されている。第２部分は、当該三角形の辺に対向して配置されている。炉本体の平面視において、３本の電極は炉心を中心として三角形に配置されている。固体金属原料の溶解は、各電極を中心にしてほぼ同心円状に拡径する方法に進む。仮に炉殻内壁が平面視で円形の場合には、当該三角形の各辺の中点から径方向に向かう炉殻内壁付近の溶解は遅れる。すなわち、平面視で溶解進捗線は、電極の周辺では炉心から炉殻内壁に向かって凸状になり、電極間の周辺では、炉心から炉殻内壁に向かって凹状になる。第２部分を当該三角形の辺に対向して配置することにより、上部炉殻の形状が溶解進捗線に近い形状となるので、従来のアーク炉のようなコールドスポットが発生する領域を無くすことができる。
　第１～第３の実施形態の三相交流アーク炉の制御方法は、筒状の上部炉殻及び下部炉殻を有し、固体金属原料が装入される炉本体と、前記炉本体の内部においてアークを形成するための３本の電極と、前記３本の電極それぞれを別個に昇降駆動する電極昇降駆動装置と、前記上部炉殻の内周に設けられた水冷パネルとを備え、前記水冷パネルが、平面視で前記下部炉殻の内壁上縁の形状と略一致する仮想円の全周のうち前記３本の電極と近接する領域である第１領域に設けられた第１部分と、平面視で前記仮想円の全周のうち前記第１領域よりも前記仮想円上の点の前記３本の電極からの距離が遠い領域である第２領域に設けられた第２部分とを含む三相交流アーク炉の制御方法であって、前記水冷パネルの前記第１部分の温度及び前記第１部分に流れる冷却媒体の温度の少なくとも一方を検出し、検出された温度に基づいて前記電極昇降駆動装置を制御する。
　以上に開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての修正や変形を含むものと意図される。
　例えば、第１～第３の実施形態では第２部分が平面視で仮想円からの距離が第１部分よりも大きく、炉心側に張り出している構成を示したが、第２部分は、第１部分と同様に仮想円に略沿って設けられていてもよい。
　１　基台
　１０　炉本体
　１１　下部炉殻
　１１１　内壁上縁
　１２　上部炉殻
　１３　炉蓋
　１４　出鋼口
　１５　作業口
　１６　吸引口
　１７　酸素ランス又は助燃バーナ
　２１　第１部分（水冷パネル）
　２２　第２部分（水冷パネル）
　２３　流路
　３１、３２、３３　電極（アーク電極）
　３５、３６、３７　電極昇降駆動装置
　４１　三相交流電源
　４２　電流センサ
　４３　温度センサ
　４４　音センサ
　４５　振動センサ
　４６　光センサ
　４７　位置センサ
　５０　制御装置
　５１　インタフェース部
　５２　推定部
　５３　補正部
　５４　判定部
　５５　駆動部
　５６　電極昇降駆動装置
　７０　処理部
　７１　報酬算出部
　７２　行動選択部
　７３　行動評価部
　７４　ニューラルネットワーク
　１００　三相交流アーク炉
　Ｃ　コールドスポット
　Ｈ　ホットスポット
　Ｍ１　原料
　Ｍ２　溶鋼
　Ｓ　アーク
 

Claims (10)

  1. 　アークにより固体金属原料を溶解する三相交流アーク炉であって、
    　筒状の上部炉殻及び下部炉殻を有し、固体金属原料が装入される炉本体と、
    　前記炉本体の内部においてアークを形成するための３本の電極と、
    　前記３本の電極それぞれを別個に昇降駆動する電極昇降駆動装置と、
    　前記上部炉殻の内周に設けられた水冷パネルと
    　を備え、
    　前記水冷パネルは、
    　平面視で前記下部炉殻の内壁上縁の形状と略一致する仮想円の全周のうち前記３本の電極と近接する領域である第１領域に設けられた第１部分と、平面視で前記仮想円の全周のうち前記第１領域よりも前記仮想円上の点の前記３本の電極からの距離が遠い領域である第２領域に設けられた第２部分とを含み、
    　更に、
    　前記水冷パネルの前記第１部分の温度及び前記第１部分に流れる冷却媒体の温度の少なくとも一方を検出する温度検出部と、
    　前記温度検出部で検出した温度に基づいて前記電極昇降駆動装置を制御する制御装置と　を備える三相交流アーク炉。
  2. 　前記制御装置は、
    　少なくとも前記温度検出部で検出された温度と前記水冷パネルに流れる冷却媒体の流量とを用いて前記第１部分における熱負荷を算出し、
    　算出された前記熱負荷に基づいて、前記３本の電極それぞれの近傍の領域での固体金属原料の溶解の進捗を推定する推定部を備え、
    　前記推定部の推定結果に応じて、前記電極昇降駆動装置を制御する請求項１に記載の三相交流アーク炉。
  3. 　前記制御装置は、
    　前記推定部が、前記３本の電極のうちの第１電極の近傍の領域での前記固体金属原料の溶解の進捗が、前記３本の電極のうちの前記第１電極と異なる第２電極の近傍の領域での前記固体金属原料の溶解の進捗よりも遅いと推定した場合、前記第１電極の投入電力が、前記第２電極の投入電力よりも大きくなるように、又は前記第１電極のアーク電圧が前記第２電極のアーク電圧よりも高くなるように、前記電極昇降駆動装置を制御する請求項２に記載の三相交流アーク炉。
  4. 　前記３本の電極の電流を検出する電流検出部、アークの形成に伴って発生する音を検出する音検出部、アークの形成に伴って発生する振動を検出する振動検出部、アークの形成に伴って発生する光を検出する光検出部、及び前記３本の電極の高さ方向の位置を検出する位置検出部の少なくとも１つと、
    　前記電流検出部、前記音検出部、前記振動検出部、前記光検出部、及び位置検出部の少なくとも１つから得られる検出結果に基づいて、アークの放電先が前記固体金属原料であるか、前記固体金属原料が溶解して形成された溶鋼であるかを判定する判定部と、
    　前記判定部の判定結果に基づいて、前記推定部の推定結果を補正する補正部と
    　を備える請求項２又は請求項３に記載の三相交流アーク炉。
  5. 　前記制御装置は、
    　前記温度検出部で検出した温度情報を少なくとも入力とし、前記電極昇降駆動装置を制御するための制御情報を出力する学習済みモデルを備える請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の三相交流アーク炉。
  6. 　前記第２部分の下部に、炉内の排ガスを吸引する吸引口を備える請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の三相交流アーク炉。
  7. 　前記第１部分は、平面視で前記仮想円に略沿って配置されており、
    　前記第２部分は、平面視で前記仮想円からの距離が前記第１部分よりも大きく、炉心側に張り出している請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の三相交流アーク炉。
  8. 　前記第２部分の下部に配置された酸素ランス又は助燃バーナを備える請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の三相交流アーク炉。
  9. 　前記３本の電極のうちの１本が出鋼口の側に配置され、残りの２本が作業口の側に配置されている請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の三相交流アーク炉。
  10. 　筒状の上部炉殻及び下部炉殻を有し、固体金属原料が装入される炉本体と、前記炉本体の内部においてアークを形成するための３本の電極と、前記３本の電極それぞれを別個に昇降駆動する電極昇降駆動装置と、前記上部炉殻の内周に設けられた水冷パネルとを備え、前記水冷パネルが、平面視で前記下部炉殻の内壁上縁の形状と略一致する仮想円の全周のうち前記３本の電極と近接する領域である第１領域に設けられた第１部分と、平面視で前記仮想円の全周のうち前記第１領域よりも前記仮想円上の点の前記３本の電極からの距離が遠い領域である第２領域に設けられた第２部分とを含む三相交流アーク炉の制御方法であって、
    　前記水冷パネルの前記第１部分の温度及び前記第１部分に流れる冷却媒体の温度の少なくとも一方を検出し、
    　検出された温度に基づいて前記電極昇降駆動装置を制御する、
    　三相交流アーク炉の制御方法。
     
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20240086330A (ko) * 2022-12-09 2024-06-18 주식회사 포스코 전기로 설비 및 용융 금속의 제조 방법

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63121612A (ja) * 1986-11-08 1988-05-25 Nippon Steel Corp 電弧炉における溶融金属浴の撹拌方法及び装置
JPH03225193A (ja) * 1990-01-31 1991-10-04 Nikko:Kk 三相交流アーク炉及び直流アーク炉の炉体構造
JPH11162632A (ja) * 1997-11-28 1999-06-18 Daido Steel Co Ltd 電気炉における電極への投入電力制御方法
JPH11293326A (ja) * 1998-04-09 1999-10-26 Daido Steel Co Ltd 電気アーク炉操業方法
WO2013099807A1 (ja) * 2011-12-27 2013-07-04 スチールプランテック株式会社 アーク炉
JP2018070926A (ja) * 2016-10-27 2018-05-10 Ｊｆｅ条鋼株式会社 電気炉の運転制御システムおよび電気炉ならびに電気炉の運転制御方法
JP2020016345A (ja) * 2018-07-23 2020-01-30 大同特殊鋼株式会社 溶解状態判定装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63121612A (ja) * 1986-11-08 1988-05-25 Nippon Steel Corp 電弧炉における溶融金属浴の撹拌方法及び装置
JPH03225193A (ja) * 1990-01-31 1991-10-04 Nikko:Kk 三相交流アーク炉及び直流アーク炉の炉体構造
JPH11162632A (ja) * 1997-11-28 1999-06-18 Daido Steel Co Ltd 電気炉における電極への投入電力制御方法
JPH11293326A (ja) * 1998-04-09 1999-10-26 Daido Steel Co Ltd 電気アーク炉操業方法
WO2013099807A1 (ja) * 2011-12-27 2013-07-04 スチールプランテック株式会社 アーク炉
JP2018070926A (ja) * 2016-10-27 2018-05-10 Ｊｆｅ条鋼株式会社 電気炉の運転制御システムおよび電気炉ならびに電気炉の運転制御方法
JP2020016345A (ja) * 2018-07-23 2020-01-30 大同特殊鋼株式会社 溶解状態判定装置

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