JP2008202867A

JP2008202867A - アーク炉電極昇降装置

Info

Publication number: JP2008202867A
Application number: JP2007040208A
Authority: JP
Inventors: Takatoshi Asaka; 貴俊浅香
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2007-02-21
Filing date: 2007-02-21
Publication date: 2008-09-04

Abstract

【課題】炉操業の省エネルギー化及び操業時間の短縮化を可能としたアーク炉電極昇降装置を提供する。
【解決手段】電極４とスクラップ５間のインピーダンスが一定になるように制御するインピーダンス一定制御手段８２と、アーク電流が設定値になるように制御する定電流制御手段８３と、インピーダンス一定制御手段８２と定電流制御手段８３を切換える切換手段８４と、アーク炉の消費電力量が所定値以上となったかどうかを判定する電力量チェック手段８６と、フリッカ量が所定時間所定値以下になったかどうかを判定するフリッカチェック手段８７と、アーク電圧及び前記アーク電流が共に所定時間所定値以下になったかどうかを判定する炉状況チェック手段８８と、電力量チェック手段８６、フリッカチェック手段８７及び炉状況チェック手段８８の判定結果を演算処理する演算手段８９とで構成し、演算手段８９の結果によって切換手段８４を作動させるようにする。
【選択図】図１

Description

この発明は、電極とスクラップの間でアーク放電を発生させることによりスクラップを溶解させる製綱用のアーク炉電極昇降装置に関する。

従来、アーク炉電極制御装置は、アーク電流およびアーク電圧が設定値となるよう電極の昇降を制御していた。アーク炉用電極に電力を供給するための炉用変圧器は、１次側に供給される交流電圧をアーク炉操業に必要な電圧に降圧し、炉用変圧器の２次側に接続された電極と炉体内に装入されたスクラップの間にアークエネルギーを発生させる。ここで電極は、電極昇降制御装置に設けられたアーク電流設定回路により、アーク電流設定値をセットし、その設定値と炉用変圧器の２次側に設けられた計器用変流器から出力される実アーク電流値および補助変圧器から出力される実アーク電圧とを比較演算するアークインピーダンス一定制御回路により、所望のアークエネルギーが得られるよう、昇降制御されていた。このアークインピーダンス一定制御によれば、負荷の垂下特性に合わせて電流電圧比が一定となるように制御されることになる。

上記の制御において、アークインピーダンス一定制御回路内で目標電流値を演算する演算式に積分要素を入れて、定常状態の制御精度を更に高めようとする提案が為されている（例えば特許文献１参照。）。
特開２００３−１３３０５４号公報（第３−５頁、図２）

従来のアークインピーダンス一定制御、また特許文献１に示された改良型のアークインピーダンス一定制御は、アーク電流に加えてアーク電圧についても制御の演算対象となっているため、演算に要する時間が比較的長い。しかるに、アーク電流、アーク電圧が比較的安定した状態において演算時間を長くとると、その演算時間に見合う周期で制御系がふらつき、場合によってはその変動分によって投入電力が増大して炉操業の効率が低下し、操業時間が増大する恐れがあった。

本発明は上記のような課題を解決するために為されたものであり、その目的は炉操業の省エネルギー化及び操業時間の短縮化を可能としたアーク炉電極昇降装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明のアーク炉電極昇降装置は、アーク電流設定値を基準値として、炉用変圧器の２次側に接続された電極とスクラップ間のインピーダンスが一定になるように電極の昇降駆動を制御するインピーダンス一定制御手段と、アーク電流が前記アーク電流設定値になるように制御する定電流制御手段と、前記インピーダンス一定制御手段と前記定電流制御手段を選択的に切換える切換手段と、運転開始後のアーク炉の消費電力量が所定値以上となったかどうかを判定する電力量チェック手段と、運転開始後のフリッカ量が所定時間所定値以下になったかどうかを判定するフリッカチェック手段と、
運転開始後のアーク電圧及び前記アーク電流が共に所定時間所定値以下になったかどうかを判定する炉状況チェック手段と、前記電力量チェック手段、前記フリッカチェック手段及び前記炉状況チェック手段の判定結果を演算処理する演算手段とを具備し、前記演算手段の演算処理結果によって前記切換手段を作動させるようにしたことを特徴としている。

この発明によれば、炉内の状況によって定電流制御に切換えるようにしたため、炉操業の省エネルギー化及び操業時間の短縮化を可能としたアーク炉電極昇降装置を提供することが可能となる。

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

以下、本発明の実施例１に係るアーク炉電極昇降装置を図１及び図２を参照して説明する。

図１は、本発明の実施例１に係るアーク炉電極昇降装置のシステム構成図である。炉用変圧器１の電圧タップにより１次側の交流電源から供給される電圧を設定し、炉用変圧器１の２次側に接続した電極４と炉体６内に装入されたスクラップ５との間にアークを発生させる。電極４は電動機７により炉体６の上部を昇降するように駆動され、電動機７は電極昇降装置８により駆動制御されている。

炉用変圧器１の２次巻線には内臓形変流器２が設けられアーク電流Ｉを検出して電極昇降装置８に与えている。同様に炉用変圧器１の２次側には補助変圧器３が設けられ、アーク電圧Ｖを検出して電極昇降装置８に与えている。また交流系統からの入力電力を検出する電力量計９及びフリッカを検出するフリッカメータ１０が配置され、交流電力量Ｗｈ及びフリッカ量ΔＶ_１を夫々電極昇降装置８に与えている。

以下電極昇降装置８の内部構成について説明する。

駆動用変換器８１は交流または直流電源を入力として電動機７を駆動するための電力を制御する。通常電動機７は交流電動機であるのでその場合は、駆動用変換器８１は内部のスイッチング素子がオンオフ制御されて駆動用の交流電圧が出力される。駆動用変換器８１を構成するスイッチング素子は、インピーダンス一定制御回路８２または定電流制御回路８３から切換回路８４を介して制御される。

インピーダンス一定制御回路８２には、アーク電流設定回路８５からアーク電流設定値Ｉｓｅｔが与えられ、フィードバック信号として炉用変圧器１のアーク電流Ｉ及びアーク電圧Ｖが与えられる。そしてアーク電流設定値Ｉｓｅｔとアーク電圧Ｖの積算値とアーク電流Ｉとの偏差がゼロとなるように駆動用変換器８１の出力電流を制御する。これは、電極４とスクラップ５間のインピーダンスが一定になるように制御することと等価となる。

定電流制御回路８３にもアーク電流設定回路８５からアーク電流設定値Ｉｓｅｔが与えられ、フィードバック信号として炉用変圧器１のアーク電流Ｉが与えられる。そしてアーク電流設定値Ｉｓｅｔとアーク電流Ｉとの偏差がゼロとなるように駆動用変換器８１の出力電流を制御する。

アーク炉を運転開始後、その操業状態は電力量計９による交流電力量Ｗｈ及びフリッカメータ１０のよるフリッカ量ΔＶ_１0の他、アーク電流Ｉ及びアーク電圧Ｖを入力とする炉状況チェック回路８８によって監視される。

交流電力量Ｗｈは電力量チェック回路８６に入力され、この電力の積算値が所定値以上となったとき電力量チェック回路８６は演算回路８９に信号を出力する。

フリッカ量ΔＶ_１0はフリッカチェック回路８７に入力され、この値が所定値以下となったときフリッカチェック回路８７は演算回路８９に信号を出力する
炉状況チェック回路８８はアーク電流実測値であるアーク電流Ｉとアーク電圧実測値であるアーク電圧Ｖが共に所定値以下となったときに信号を出力する。そして本実施例においては上記の３信号の何れかが演算回路８９に与えられたとき切換回路８４を作動させて駆動用変換器８１の制御をインピーダンス一定制御回路８２から定電流制御回路８３に切換える。

以上概略述べた動作を図２の運転制御フローチャートを参照して説明する。

まず、アーク電流設定回路８５の設定値ＩｏｓをＩｓｅｔに設定して（ＳＴ１）、インピーダンス一定制御で運転を開始する（ＳＴ２）。そして、電力量チェック回路８６において交流電力量Ｗｈが所定値Ｗｈｓ以上となったかチェックし（ＳＴ３）、所定値Ｗｈｓ未満であれば、次にフリッカチェック回路８７においてフリッカ量ΔＶ_１0をチェックする（ＳＴ４）。そしてフリッカ量ΔＶ_１0が所定値ΔＶ_Sを超えていれば、炉状況チェック回路８８において、アーク電流Ｉとアーク電圧Ｖをチェックし（ＳＴ５）、両者共所定値Ｉｓ及び所定値Ｖｓ以上であればステップＳＴ２に戻りインピーダンス一定制御での運転を継続する。

ステップＳＴ３、ＳＴ４及びＳＴ５において上記と逆の結果であれば、即ちステップＳＴ３において交流電力量Ｗｈが所定値Ｗｈｓ未満であるか、ステップＳＴ４においてフリッカ量ΔＶ_１0が所定値ΔＶ_S以下であるか、あるいはステップＳＴ５においてアーク電流Ｉとアーク電圧Ｖの両者が共に夫々所定値Ｉｓ及び所定値ΔＶ_S未満であれば、インピーダンス一定制御から定電流制御に切換える（ＳＴ６）。定電流制御に切換えたあとは、ステップＳＴ３以下のチェックを繰り返し行う。

以上述べた本実施例において、電力量チェック回路８６、フリッカチェック回路８７及び炉状況チェック回路８８は何れもアーク炉の操業状態を監視しており、運転開始後の過渡運転状態からアーク炉内のスクラップが溶けきった精錬期即ち安定操業状態に移行したかどうかをチェックしている。安定操業状態になれば、従来のようにインピーダンス一定制御のための演算を行なわずに、定電流制御だけによって安定運転が維持可能であり、制御の遅れなどの理由で操業状態が変動して電力を余分に消費することは少ない。

交流電力量Ｗｈのチェックは、運転開始からの積算電力量が所定値以上となることによってスクラップが溶け切ったことを間接的にチェックする。この交流電力量Ｗｈのチェックに代えてスクラップが溶解したことを炉体温度で検出することも可能である。

フリッカ量ΔＶ_１0のチェックは、スクラップが完全に溶解するまではフリッカ量が大きいが、精錬期になるとこれが低減することを利用して安定操業状態への移行を検出している。

そしてアーク電流Ｉとアーク電圧Ｖのチェックは、スクラップが溶解するまではこれらが変動し、アーク電流Ｉとアーク電圧Ｖの何れかが所定値を超えているが、精錬期になって操業状態が安定すると、アーク電流Ｉとアーク電圧Ｖの両者共所定値未満となることを検出している。

上記の検出において、交流電力量Ｗｈのチェック以外のフリッカ量ΔＶ_１0並びにアーク電流Ｉ及びアーク電圧Ｖのチェックに際しては、瞬時量でチェックを行なわずに積分要素を加えてチェックすることが望ましい。この積分要素としては、所定時間継続したことによって判定するようにするのが通常である。

図３は、本発明の実施例２に係るアーク炉電極昇降装置の運転制御フローチャートである。

この実施例２の各部について、図２の本発明の実施例１に係る電力変換装置の運転制御フローチャートの各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例２が実施例１と異なる点は、ステップＳＴ３で電力量が所定値以上になったとき、ステップＳＴ４と同一のチェックであるフリッカ量が所定値以下であるかどうかをチェックするステップＳＴ４Ａと、ステップＳＴ４Ａでフリッカ量が所定値を超えていれば、ステップＳＴ５と同一のチェックであるアーク電流及びアーク電圧が共に所定値以下であるかどうかをチェックするステップＳＴ５Ａを設けた点である。そして、ステップＳＴ３及びステップＳＴ４の判定がＹＥＳのとき、ステップＳＴ３及びステップＳＴ５の判定がＹＥＳのとき、並びにステップＳＴ４及びステップＳＴ４の判定がＹＥＳのとき、インピーダンス一定制御から定電流制御に切換え、他の場合はインピーダンス一定制御を継続する。

上記のように判定することによって、交流電力量Ｗｈが所定値以上であるか、フリッカ量ΔＶ_１0が所定値以下であるか、並びにアーク電流Ｉとアーク電圧Ｖが共に所定値以下であるかの３条件のうち少なくとも２条件を満たせば安定操業状態に移行したと判断するような運転を実現できる。

従ってこの実施例２によって安定操業状態に移行したことを更に信頼性高く判定することが可能である。尚、上記３条件の全てが満足されたことによって安定操業状態に移行したことを判定することも可能である。

本発明の実施例１に係るアーク炉電極昇降装置のシステム構成図。本発明の実施例１に係るアーク炉電極昇降装置の運転フローチャート。本発明の実施例２に係るアーク炉電極昇降装置の運転フローチャート。

符号の説明

１炉用変圧器
２内臓形変流器
３補助変圧器
４電極
５スクラップ
６炉体
７電動機
８電極昇降装置
９電力量計
１０フリッカメータ

８１駆動用変換器
８２インピーダンス一定制御回路
８３定電流制御回路
８４切換回路
８５アーク電流設定回路
８６電力量チェック回路
８７フリッカチェック回路
８８炉状況チェック回路
８９演算回路

Claims

アーク電流設定値を基準値として、炉用変圧器の２次側に接続された電極とスクラップ間のインピーダンスが一定になるように電極の昇降駆動を制御するインピーダンス一定制御手段と、
アーク電流が前記アーク電流設定値になるように制御する定電流制御手段と、
前記インピーダンス一定制御手段と前記定電流制御手段を選択的に切換える切換手段と、
運転開始後のアーク炉の消費電力量が所定値以上となったかどうかを判定する電力量チェック手段と、
運転開始後のフリッカ量が所定時間所定値以下になったかどうかを判定するフリッカチェック手段と、
運転開始後のアーク電圧及び前記アーク電流が共に所定時間所定値以下になったかどうかを判定する炉状況チェック手段と、
前記電力量チェック手段、前記フリッカチェック手段及び前記炉状況チェック手段の判定結果を演算処理する演算手段と
を具備し、
前記演算手段の演算処理結果によって前記切換手段を作動させるようにしたことを特徴とするアーク炉電極制御装置。
前記演算手段は、
前記電力量チェック手段、前記フリッカチェック手段及び前記炉状況チェック手段のうち、何れか１つのチェック手段の条件が満たされたとき、
前記インピーダンス一定制御手段から前記定電流制御手段に切換えるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のアーク炉電極制御装置。
前記演算手段は、
前記電力量チェック手段、前記フリッカチェック手段及び前記炉状況チェック手段のうち、少なくとも２つのチェック手段の条件が満たされたとき、
前記インピーダンス一定制御手段から前記定電流制御手段に切換えるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のアーク炉電極制御装置。