專利名稱：電弧熔化設(shè)備及使用該電弧熔化設(shè)備的熔融金屬制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種連續(xù)地供給廢鐵、直接還原鐵等鐵源，并利用電弧進(jìn)行熔化來制 造熔融金屬的電弧熔化設(shè)備以及使用該電弧熔化設(shè)備的熔融金屬制造方法。
背景技術(shù)：
在對廢鐵等鐵源進(jìn)行熔化、提煉的分批式電爐中，是采用打開配置在上方的爐蓋、 通過鏟斗將進(jìn)行處理的廢鐵裝入爐中的方法，然而存在以下問題在打開爐蓋時(shí)必須暫時(shí) 停止熔化作業(yè)，而且因打開爐蓋所造成的熱損失較大，此外產(chǎn)生的灰塵會(huì)使環(huán)境惡化。對 此，提出有在裝入廢鐵時(shí)不打開爐蓋就能夠連續(xù)地向爐內(nèi)供給廢鐵的電爐(例如，參照專 利文獻(xiàn)1、專利文獻(xiàn)2)。圖8是表示在專利文獻(xiàn)1中提出的廢鐵連續(xù)供給式電爐(電弧熔化設(shè)備22)的構(gòu) 成的簡略圖。其構(gòu)成為在電爐(熔化室)1的側(cè)面設(shè)置廢鐵裝入口，并將廢鐵供給裝置(鐵 源供給裝置)8與其連接，來連續(xù)地向爐內(nèi)供給廢鐵(鐵源)15。圖9是表示在專利文獻(xiàn)2中提出的廢鐵連續(xù)供給式電爐(電爐熔化設(shè)備22)的構(gòu) 成的簡略圖。其具有將預(yù)熱室16直接連接到電爐1的側(cè)面，使推進(jìn)器(推送裝置)17進(jìn)出 預(yù)熱室16內(nèi)向電爐1內(nèi)供給廢鐵15的構(gòu)造。在這樣的連續(xù)供給廢鐵的方式的電爐中，是通過在爐內(nèi)保持熔融金屬并利用該熔 融金屬所具有的能量來熔化被供給的廢鐵。供給能量被用于保持熔融金屬的溫度，熔融金 屬溫度被調(diào)整為使其保持在廢鐵的熔點(diǎn)以上。因此，在連續(xù)供給廢鐵的方式的電爐中，廢鐵 的供給量速度與熔融金屬溫度亦即用于熔化的供給能量的平衡變得非常重要。因此，作為這樣的連續(xù)供給廢鐵的方式的電爐的操作方法，公知有以下方法在廢 鐵連續(xù)裝入式電弧爐中，用根據(jù)廢鐵累積裝入量計(jì)算出的爐內(nèi)熔融金屬總量和熔融金屬的 測量溫度值，來精確地推定裝入廢鐵后的熔融金屬溫度，由此控制廢鐵供給速度以便成為 適宜的熔融金屬范圍內(nèi)的方法(例如，參照專利文獻(xiàn)3)。專利文獻(xiàn)1 日本特表昭61-502899號公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本特開平11-257859號公報(bào)專利文獻(xiàn)3 日本特開平7-286208號公報(bào)如果采用專利文獻(xiàn)8所記載的方法，雖然能夠在某種程度上精確地推定爐內(nèi)熔融 金屬量，并能夠與其相應(yīng)地進(jìn)行廢鐵輸送裝置的速度控制，然而實(shí)際上并未觀察電弧爐內(nèi) 的狀態(tài)，因此存在無法對供給到電爐的能量進(jìn)行最佳的調(diào)整的問題。即，供給到電 爐中的廢鐵有多種，包括鐵以外的成分在內(nèi)，成為熔融金屬時(shí)的量不 同的廢金屬也被裝入。因此根據(jù)廢鐵的裝入量計(jì)算、推定出的爐內(nèi)熔融金屬量與實(shí)際的提 煉熔融金屬量會(huì)產(chǎn)生巨大的誤差。而且熔融金屬溫度的推定也與實(shí)際的溫度產(chǎn)生誤差。另外，在供給形狀和體積比重不同的廢鐵的情況下，雖然在某長期范圍內(nèi)能夠推 定所供給的量，但在短時(shí)間的情況下，實(shí)際上供給到爐內(nèi)的廢鐵量是變動(dòng)的。在短時(shí)間內(nèi)供 給了大量廢鐵的情況下，則打破與用于熔化的供給能量的平衡，從而使廢鐵在爐內(nèi)成為堆積如山的狀態(tài)，因此為了將它們?nèi)刍托枰罅康哪芰浚胰刍瘯r(shí)間也需要花費(fèi)長時(shí)間。因 此與在電弧爐內(nèi)的廢鐵的熔化速度相應(yīng)，均衡地控制廢鐵的裝入速度，在順利地進(jìn)行熔化 的基礎(chǔ)上是非常重要的。因此，期望能夠?qū)r(shí)不時(shí)被供給到電爐但未熔化的狀態(tài)的鐵源的量以及熔融金屬 的量進(jìn)行連續(xù)地測量，并根據(jù)它們的量來調(diào)整鐵源的供給量和供給到電爐的能量。然而，如 上所述在鐵源的狀態(tài)時(shí)刻變化的情況下，實(shí)際上連續(xù)測量電爐內(nèi)的鐵源的量以及熔融金屬 的量是困難的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決上述以往的技術(shù)問題，提供一種即使在電爐中特別是在使 用電弧爐作為熔化室的情況下，在連續(xù)地向電弧爐供給鐵源進(jìn)行熔化時(shí)能夠檢測供給到爐 內(nèi)的鐵源的狀態(tài)變化，并能夠以穩(wěn)定的狀態(tài)保持電弧爐內(nèi)的熔融金屬的電弧熔化設(shè)備以及 電弧熔化設(shè)備的操作方法。本發(fā)明的一個(gè)方式的涉及電弧熔化設(shè)備，具備熔化室，其利用從電極產(chǎn)生的電弧 放電來熔化鐵源；鐵源供給裝置，其向上述熔化室連續(xù)供給上述鐵源，該電弧熔化設(shè)備的特 征在于，包括狀態(tài)變化檢測部，其檢測從上述電極產(chǎn)生上述電弧放電時(shí)上述熔化室的狀態(tài) 變化；控制裝置，其基于上述狀態(tài)變化檢測部的檢測結(jié)果來調(diào)整在上述鐵源供給裝置中向 上述熔化室供給上述鐵源時(shí)的供給速度。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方式，在將鐵源連續(xù)地供給到作為熔化室的電弧爐來制造熔融 金屬時(shí)，能夠間接且迅速地檢測爐內(nèi)鐵源的狀態(tài)變化，并能夠根據(jù)該檢測結(jié)果來調(diào)整鐵源 的供給速度。因此能夠以穩(wěn)定的狀態(tài)保持電弧爐內(nèi)的熔融金屬。另外，在本發(fā)明的一個(gè)方式中，上述狀態(tài)變化檢測部可以檢測供給到上述電極的 電流和電壓中至少任意一個(gè)的變動(dòng)，作為上述熔化室的狀態(tài)變化。這樣，作為熔化室的狀態(tài)變化，是基于供給到電極的電流和電壓中至少任意一個(gè) 的變動(dòng)，來間接且迅速地檢測爐內(nèi)鐵源的狀態(tài)變化，因此能夠根據(jù)該檢測結(jié)果來調(diào)整鐵源 的供給速度。另外，在本發(fā)明的一個(gè)方式中，上述狀態(tài)變化檢測部，可以檢測上述電流和上述電 壓中包含的高次諧波量中至少任意一個(gè)的變動(dòng)，作為供給到上述電極的上述電流和上述電 壓中至少任意一個(gè)的變動(dòng)。這樣，作為熔化室的狀態(tài)變化，作為供給到電極的電流和電壓中至少任意一個(gè)的 變動(dòng)，是基于電流和電壓中包含的高次諧波量中至少任意一個(gè)的變動(dòng)，從而間接且迅速地 檢測爐內(nèi)鐵源的狀態(tài)變化，因此能夠根據(jù)該檢測結(jié)果來調(diào)整鐵源的供給速度。另外，在本發(fā)明的一個(gè)方式中，上述狀態(tài)變化檢測部，可以檢測上述電流和上述電 壓中至少任意一個(gè)值或每單位時(shí)間的變化量，作為供給到上述電極的上述電流和上述電壓 中至少任意一個(gè)的變動(dòng)。這樣，作為熔化室的狀態(tài)變化，是通過基于供給到電極的電流和電壓中至少任意 一個(gè)值或每單位時(shí)間的變化量，從而間接且迅速地檢測爐內(nèi)鐵源的狀態(tài)變化，因此能夠根 據(jù)該檢測結(jié)果來調(diào)整鐵源的供給速度。另外，在本發(fā)明的一個(gè)方式中，上述狀態(tài)變化檢測部可以檢測上述電弧放電發(fā)生時(shí)傳遞到上述熔化室的上述爐體振動(dòng)的變化，作為上述熔化室的狀態(tài)變化。這樣，作為熔化室的狀態(tài)變化，是基于電弧放電發(fā)生時(shí)傳遞到熔化室的爐體振動(dòng) 的變化，從而間接且迅速地檢測爐內(nèi)鐵源的狀態(tài)變化，因此能夠根據(jù)該檢測結(jié)果來調(diào)整鐵 源的供給速度。另外，在本發(fā)明的一個(gè)方式中，上述狀態(tài)變化檢測部可以檢測上述電極的位置變 動(dòng)，作為上述熔化室的狀態(tài)變化。這樣，作為熔化室的狀態(tài)變化，是基于電極的位置變動(dòng)，來間接且迅速地檢測爐內(nèi) 鐵源的狀態(tài)變化，因此能夠根據(jù)該檢測結(jié)果來調(diào)整鐵源的供給速度。另外，本發(fā)明的一個(gè)方式涉及的使用電弧熔化設(shè)備的熔融金屬制造方法，是使用 上述電弧熔化設(shè)備熔化上述鐵源來制造熔融金屬，該使用電弧熔化設(shè)備的熔融金屬制造方 法的特征在于，包括以下工序狀態(tài)變化檢測工序，用于檢測發(fā)生上述電弧放電時(shí)上述熔化 室的狀態(tài)變化；供給速度調(diào)整工序，用于基于上述狀態(tài)變化檢測工序的檢測結(jié)果來調(diào)整向 上述熔化室供給上述鐵源時(shí)的供給速度。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方式，在將鐵源連續(xù)地供給到作為熔化室的電弧爐來制造熔融 金屬時(shí)，能夠間接且迅速地檢測爐內(nèi)鐵源的狀態(tài)變化，并能夠根據(jù)該檢測結(jié)果來調(diào)整鐵源 的供給速度。能夠以穩(wěn)定的狀態(tài)保持電弧爐內(nèi)的熔融金屬。另外，在本發(fā)明的一個(gè)方式中，上述熔融金屬的制造方法，可以基于上述狀態(tài)變化 檢測部的檢測結(jié)果，并配合上述供給速度來調(diào)整供給到上述電極的電力。這樣，通過與鐵源的供給速度相適應(yīng)來調(diào)整供給到上述電弧爐的電極的電力，由 此能夠更穩(wěn)定地控制熔融金屬的狀態(tài)。在上述熔融金屬的制造方法中，還包括鐵源供給工序，用于驅(qū)動(dòng)配置在對鐵源進(jìn) 行預(yù)熱的預(yù)熱室下部的推送裝置，將鐵源從上述預(yù)熱室供給到熔化室；鐵源預(yù)熱工序，用于 將在上述熔化室產(chǎn)生的排氣導(dǎo)入上述預(yù)熱室以對該預(yù)熱室內(nèi)的上述鐵源進(jìn)行預(yù)熱；鐵源熔 化工序，用于一邊將鐵源供給到上述預(yù)熱室，一邊在上述熔化室利用電弧放電進(jìn)行的加熱 來熔化上述鐵源，以便保持上述鐵源存在于上述預(yù)熱室和上述熔化室的狀態(tài)。這樣，能夠進(jìn)一步提高生產(chǎn)率并且提高排氣的熱回收效率，從而能夠充分地提高 能量轉(zhuǎn)換。根據(jù)本發(fā)明，在將廢鐵等鐵源連續(xù)地供給到電弧爐制造熔融金屬時(shí)，能夠間接且 迅速地檢測鐵源在爐內(nèi)的狀態(tài)變化，并能夠根據(jù)該檢測結(jié)果來調(diào)整操作條件，從而能夠以 穩(wěn)定的狀態(tài)保持爐內(nèi)的熔融金屬。由此無需延長鐵源的熔化時(shí)間，能夠進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換更高 的操作。


圖1是表示用本發(fā)明的電弧熔化設(shè)備的熔融金屬制造方法的一個(gè)實(shí)施方式的動(dòng)作概要的流程圖。圖2是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的電流和電壓的高次諧波檢測和廢鐵供給裝置控 制電路的說明圖。圖3是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的電流和電壓檢測和廢鐵供給裝置控制電路的說 明圖。
圖4是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的通過爐體振動(dòng)進(jìn)行的廢鐵檢測和廢鐵供給裝置 控制電路的說明圖。圖5是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的電極位置檢測和廢鐵供給裝置控制電路的說明 圖。圖6是表示廢鐵供給速度與高次諧波畸變率的時(shí)間變化的曲線圖(本發(fā)明例)。圖7是表示廢鐵供給速度與高次諧波畸變率的時(shí)間變化的曲線圖(比較例)。圖8是表示以往的廢鐵連續(xù)供給式電爐的構(gòu)成的簡略圖。圖9是表示以往的廢鐵連續(xù)供給式電爐的構(gòu)成的簡略圖。附圖標(biāo)號說明1...電弧爐(熔化室)；2(2a、2b、2c)...電極；3...電極升降 裝置；4...加速度傳感器(狀態(tài)變化檢測部)；5(5a、5b、5c)...狀態(tài)信號；6...控制裝 置；7...控制信號；8...廢鐵供給裝置(鐵源供給裝置)；9...電極位置檢測器(狀態(tài)變 化檢測部)；10···電源裝置；11(1111讓、11()...供電線；12(12&、1213、12(3)...電傳感 器(狀態(tài)變化檢測部)；13...信號處理裝置；14(14a、14b、14c)...信號處理后狀態(tài)信號； 15...廢鐵(鐵源)；16...預(yù)熱室；17...推送裝置；20...熔融金屬；21...電??；22...電 弧熔化設(shè)備。
具體實(shí)施例方式以下，對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)地說明。然而，以下說明的本實(shí)施方式不 對權(quán)利要求所記載的本發(fā)明的內(nèi)容進(jìn)行限定，而且本實(shí)施方式所說明的所有構(gòu)成不一定是 作為本發(fā)明的解決方案所必備的。如上所述，在將鐵源連續(xù)供給到電弧爐(熔化室)制造熔融金屬時(shí)，直接觀察電弧 爐內(nèi)的鐵源和熔融金屬的狀態(tài)是非常困難的。在本發(fā)明中為了解決上述課題，著眼于在增 加爐內(nèi)的鐵源量而成為鐵源在電極附近的熔融金屬面上存在的狀態(tài)時(shí)，從電極對位于該電 極附近的熔融金屬面上的鐵源放射電弧，此時(shí)電流中包含的高次諧波量、電壓中包含的高 次諧波量、電流的變動(dòng)、電壓的變動(dòng)、電極位置的變動(dòng)、爐體振動(dòng)等對熔化室的狀態(tài)帶來影 響的狀態(tài)因子出現(xiàn)顯著的變化。而且發(fā)現(xiàn)當(dāng)向電弧爐內(nèi)過多地供給鐵源，且該鐵源未能熔 化完而殘留在電極附近的熔融金屬面上的情況下，通過檢測從電弧爐的電極向殘留在該熔 融金屬面上的鐵源發(fā)生電弧放電來檢測上述熔化室的狀態(tài)變化，因此能夠間接地進(jìn)行檢測 并根據(jù)該檢測結(jié)果的有無來調(diào)整向電弧爐供給鐵源的速度，因而能夠穩(wěn)定地保持爐內(nèi)的狀 態(tài)，從而完成了本發(fā)明。另外，在本說明書中，將電流中包含的高次諧波量、電壓中包含的高 次諧波量、電流的變動(dòng)、電壓的變動(dòng)、電極位置的變動(dòng)、爐體振動(dòng)等對熔化室的狀態(tài)帶來影 響的狀態(tài)因子的變化表述為“熔化室的狀態(tài)變化”。在此，使用附圖對本發(fā)明的使用了電弧熔化設(shè)備的熔融金屬制造方法進(jìn)行說明。 圖1是表示用本發(fā)明的電弧熔化設(shè)備的熔融金屬制造方法的一個(gè)實(shí)施方式的動(dòng)作概要的 流程圖。將鐵源連續(xù)地供給到熔化室(鐵源供給工序Sll)，利用從電極產(chǎn)生的電弧放電來 熔化鐵源(鐵源熔化工序S12)。而且，檢測發(fā)生電弧放電時(shí)熔化室的狀態(tài)變化(狀態(tài)變化 檢測工序S13)。如上所述，在鐵源的狀態(tài)時(shí)時(shí)刻刻變化的情況下，實(shí)際上難以連續(xù)地測量 電爐內(nèi)的鐵源量和熔融金屬量，因此在本實(shí)施方式中，通過檢測上述那些熔化室的狀態(tài)變化，來間接地檢測對殘留在熔融金屬面上的鐵源發(fā)生的電弧放電。當(dāng)在狀態(tài)變化檢測工序 S13中檢測出發(fā)生狀態(tài)變化時(shí)，則調(diào)整向熔化室供給鐵源時(shí)的供給速度(供給速度調(diào)整工 序 S14)。在狀態(tài)變化檢測工序S13中，對于從電弧爐的電極對殘留在爐內(nèi)熔融金屬面上的 鐵源發(fā)生的電弧放電的檢測，是通過計(jì)量爐體振動(dòng)、電極位置的變動(dòng)、電流的變動(dòng)、電壓的 變動(dòng)、電流中包含的高次諧波量、電壓中包含的高次諧波量中的至少一個(gè)，并檢測其變化， 來作為電弧爐(熔化室)的狀態(tài)變化。而且，在供給速度調(diào)整工序S14中，用在狀態(tài)變化檢 測工序S13中檢測出的熔化室的狀態(tài)變化中的至少一個(gè)或者多個(gè)的組合，進(jìn)行鐵源供給速 度的調(diào)整。具體而言，由于在狀態(tài)變化檢測工序S13中鐵源的供給過量，當(dāng)以高次諧波的變 動(dòng)為基準(zhǔn)檢測到對殘留在熔融金屬面上的鐵源發(fā)生了電弧放電時(shí)，則停止向熔化室供給鐵 源。另外，為了消除鐵源在熔化室內(nèi)過多地殘留的狀態(tài)，可以以降低鐵源的供給速度的方式 進(jìn)行控制。另外，為了高精度地檢測熔化室的狀態(tài)變化，優(yōu)選為以上述熔化室的各狀態(tài)變化 中的多個(gè)檢測結(jié)果為基礎(chǔ)進(jìn)行檢測。特別是從易于檢測且對變化的檢測方面性能優(yōu)越的觀 點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選利用電流和電壓中包含的高次諧波量。具體而言，高次諧波量是測量供給到電 弧爐的電流或電壓，并從通過其頻率解析獲得的高次諧波中獲得的，例如可以用高次諧波 畸變率。作為在本發(fā)明中使用的電弧熔化設(shè)備，可以使用具有電弧爐、向電弧爐連續(xù)供給 鐵源的鐵源供給裝置、熔化室的狀態(tài)變化的檢測部、利用來自檢測部的輸出來調(diào)整鐵源供 給裝置的供給速度的控制裝置的設(shè)備。熔化室的狀態(tài)變化的檢測部是指，能夠檢測從電弧 爐的電極向供給到電弧爐內(nèi)的鐵源發(fā)生電弧放電的裝置。也可以考慮調(diào)整供給到電弧爐的電力來代替控制鐵源的供給速度，然而若不改變 供給速度而增大電弧電力，就會(huì)增加爐內(nèi)的鐵源而必須將新供給的鐵源也熔化，因此需要 巨大的電力，這將無法實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的亦即能量轉(zhuǎn)換較高的操作。然而，通過檢測鐵源的 狀態(tài)并利用其結(jié)果就能夠控制鐵源的供給速度和供給到電弧爐的電力這兩者。例如，作為使用本發(fā)明的電弧熔化設(shè)備，是使用具有專利文獻(xiàn)2所記載的熔化鐵 源的熔化室、用于對供給到上述熔化室的鐵源進(jìn)行預(yù)熱而與熔化室直接連接設(shè)置的豎型預(yù) 熱室、用于熔化供給到熔化室內(nèi)的鐵源而設(shè)置在熔化室內(nèi)的電極、配置在預(yù)熱室的下部使 從預(yù)熱室供給的鐵源向電極的方向移動(dòng)的推送裝置的類型的電弧熔化設(shè)備，在進(jìn)行將在熔 化室產(chǎn)生的排氣導(dǎo)入到預(yù)熱室對預(yù)熱室內(nèi)的鐵源進(jìn)行預(yù)熱，并以保持鐵源存在于預(yù)熱室和 熔化室的狀態(tài)的方式一邊將鐵源向預(yù)熱室供給，一邊在熔化室利用電弧加熱來熔化鐵源那 樣的操作時(shí)，如果利用本發(fā)明，就不會(huì)進(jìn)一步降低生產(chǎn)率，而能夠充分地提高能量轉(zhuǎn)換因此 是非常優(yōu)選的。在這種情況下，通過在推送裝置的驅(qū)動(dòng)裝置中設(shè)置控制機(jī)構(gòu)來控制鐵源的 供給速度。在使用上述那樣的電弧熔化設(shè)備的情況下，由于利用推送裝置進(jìn)行鐵源的供給， 因此在一次推送結(jié)束后必須使推送裝置返回到推送開始位置，因此供給不是完全連續(xù)地進(jìn) 行，然而這樣以規(guī)定的間隔連續(xù)供給的情況也看作向電弧爐進(jìn)行的鐵源供給是連續(xù)的。非 連續(xù)的供給是指，如分批式那樣用鏟斗等使鐵源集中落下的方式的供給，在開始將一次量 的鐵源向電弧爐供給后，則無法在中途停止的那樣的供給方式。另外，鐵源是指廢鐵、直接還原鐵等作為電弧熔化設(shè)備中的熔化處理對象物，廢鐵例如為不銹鋼屑、生鐵、軋制鐵鱗、半成品鋼材等，在鋼鐵廠中的制鋼或加工過程中，在工廠 使用鐵制品時(shí)的加工過程中，或建筑物、汽車、家電、橋梁等解體等時(shí)產(chǎn)生的。接下來，使用附圖對本發(fā)明的各實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)地說明。此外，在本說明書及附 圖中，對于實(shí)質(zhì)上具有相同功能構(gòu)成的構(gòu)成要素，通過標(biāo)記相同的標(biāo)號而省略重復(fù)說明。(第一實(shí)施方式)
圖2是本發(fā)明的電弧熔化設(shè)備的第一實(shí)施方式的簡略構(gòu)成的說明圖，是用電弧熔 化所使用的電流或電壓的高次諧波來檢測爐內(nèi)的廢鐵狀態(tài)的情況下的圖。在本實(shí)施方式 中，作為檢測熔化室1的狀態(tài)變化的狀態(tài)變化檢測部，是在通往電弧爐1的供電線ll(lla、 llbUlc)上安裝電傳感器12(123、1213、12(3)，來測量供電線11的電流或電壓波形。將測量 出的波形用信號處理裝置13計(jì)算出通過傅里葉變換所包含的高次諧波，作為信號處理后 狀態(tài)信號14 (14a、14b、14c)輸入到控制裝置6。當(dāng)爐內(nèi)的鐵源成為過量供給而發(fā)生存在于 電極附近的狀態(tài)時(shí)，則從電極對鐵源放射電弧，因而電流或電壓的高次諧波發(fā)生變化。在信 號處理后狀態(tài)信號14的值或時(shí)間單位的變化量變?yōu)橐?guī)定值以上的情況下，將控制信號7從 控制裝置6發(fā)送到作為鐵源供給裝置的廢鐵供給裝置8，來降低廢鐵供給速度或停止。之 后，如果測量值下降到其他的規(guī)定值后，將控制信號7從控制裝置6發(fā)送到廢鐵供給裝置8， 使廢鐵供給速度增加到規(guī)定的速度。在用電弧熔化所使用的電流或電壓的高次諧波來檢測爐內(nèi)廢鐵狀態(tài)的情況下，作 為信號處理后狀態(tài)信號14優(yōu)選使用高次諧波畸變率。具體而言，連續(xù)測量高次諧波畸變 率，并設(shè)置兩個(gè)閾值(高次諧波判定值)，將較高的閾值作為高次諧波判定值H，將較低的閾 值作為高次諧波判定值L。當(dāng)鐵源在電弧爐內(nèi)的熔化過程中發(fā)生異常而成為鐵源在電極附 近存在的狀態(tài)時(shí)，以使高次諧波畸變率超過高次諧波判定值H的方式設(shè)定高次諧波判定值 H，隨著鐵源熔化的進(jìn)行當(dāng)爐內(nèi)成為接近平傳(flat pass)的狀態(tài)時(shí)，則以使高次諧波畸變 率低于高次諧波判定值L的方式設(shè)定高次諧波判定值L。由此進(jìn)行以下控制在高次諧波 畸變率超過高次諧波判定值H的情況下降低鐵源供給速度，在高次諧波畸變率低于高次諧 波判定值L的情況下增加鐵源供給速度，從而即使?fàn)t內(nèi)發(fā)生鐵源過量供給的異常狀況時(shí)， 也能夠迅速地恢復(fù)現(xiàn)狀，繼續(xù)以穩(wěn)定的狀態(tài)進(jìn)行熔融金屬的制造。(第二實(shí)施方式)圖3是本發(fā)明的電弧熔化設(shè)備的第二實(shí)施方式的簡略構(gòu)成的說明圖，是用電弧熔 化所使用的電流或電壓來檢測爐內(nèi)廢鐵狀態(tài)的情況下的圖。在本實(shí)施方式中，作為檢測熔 化室1的狀態(tài)變化的狀態(tài)變化檢測部，是在通往電弧爐1的供電線ll(lla、llb、llc)上安 裝電傳感器12(12a、12b、12c)，來測量供電線11的電流或電壓。當(dāng)爐內(nèi)的鐵源成為過量供 給而發(fā)生鐵源存在于電極附近的狀態(tài)時(shí)，則從電極對鐵源放射電弧，因而電流或電壓發(fā)生 變化。在將電傳感器12的狀態(tài)信號5(5a、5b、5c)輸入控制裝置，且供電線11的電流或電 壓的值或者時(shí)間單位的變化量成為規(guī)定值以上的情況下，將控制信號7發(fā)送到作為鐵源供 給裝置的廢鐵供給裝置8來降低廢鐵供給速度或停止。之后，如果測量值下降到其他規(guī)定 值后，將控制信號7從控制裝置6發(fā)送到廢鐵供給裝置8，使廢鐵供給速度增加到規(guī)定的速 度。(第三實(shí)施方式)圖4是本發(fā)明的電弧熔化設(shè)備的第三實(shí)施方式的簡略構(gòu)成的說明圖，表示利用爐體振動(dòng)來檢測爐內(nèi)的廢鐵的狀態(tài)的情況。在本實(shí)施方式中，作為對電弧爐爐體(熔化室)1 檢測熔化室1的狀態(tài)變化的狀態(tài)變化檢測部，是安裝加速度傳感器4 (狀態(tài)變化檢測部)來 連續(xù)地測量爐體振動(dòng)，并將該狀態(tài)信號5輸入控制裝置6。當(dāng)爐內(nèi)的鐵源成為過量供給而 發(fā)生鐵源存在于電極附近的狀態(tài)時(shí)，則從電極對鐵源放射電弧，由于爐體振動(dòng)發(fā)生 變化，因 此在加速度傳感器4的測量值成為規(guī)定值以上的情況下，將控制信號7發(fā)送到作為鐵源供 給裝置的廢鐵供給裝置8，來降低廢鐵供給速度或停止。之后，如果測量值下降到其他規(guī)定 值后，將控制信號7從控制裝置6發(fā)送到廢鐵供給裝置8，使廢鐵供給速度增加到規(guī)定的速 度。由此爐內(nèi)的鐵源的供給過量狀態(tài)被迅速消除，從而能夠繼續(xù)進(jìn)行穩(wěn)定的操作。(第四實(shí)施方式)圖5是本發(fā)明的電弧熔化設(shè)備的第四實(shí)施方式的簡略構(gòu)成的說明圖，表示利用電 極位置的變化來檢測爐內(nèi)的廢鐵狀態(tài)。在本實(shí)施方式中，作為檢測熔化室1的狀態(tài)變化的 狀態(tài)變化檢測部，是在電極的電極升降裝置3的可動(dòng)部分安裝電極位置檢測器9來連續(xù)地 測量電極位置，并將其信號輸入控制裝置6。當(dāng)爐內(nèi)的鐵源成為過量供給而發(fā)生鐵源存在于 電極附近的狀態(tài)時(shí)，則從電極對鐵源放射電弧，由于電流和電壓的變動(dòng)增大而使電流值應(yīng) 為設(shè)定值的電極位置的變動(dòng)量增大，因此在電極位置的時(shí)間單位的變化量成為規(guī)定值以上 的情況下，將控制信號7發(fā)送到作為鐵源供給裝置的廢鐵供給裝置8，來降低廢鐵供給速度 或停止。之后，如果測量值下降到其他規(guī)定值后，將控制信號7從控制裝置6發(fā)送到廢鐵供 給裝置8，使廢鐵供給速度增加到規(guī)定的速度。另外，在上述實(shí)施方式中是通過控制鐵源的供給速度來控制鐵源的熔化狀態(tài)，此 外通過調(diào)整供給到電弧爐的電力也能夠更穩(wěn)定地控制熔融金屬的狀態(tài)。另外，如上所述，電流中包含的高次諧波量、電壓中包含的高次諧波量、電流的變 動(dòng)、電壓的變動(dòng)、爐體振動(dòng)、電極位置的變動(dòng)可以分別單獨(dú)用于檢測鐵源的狀態(tài)，然而通過 將它們中兩個(gè)以上進(jìn)行組合，能夠更準(zhǔn)確地把握廢鐵的狀態(tài)，能夠使?fàn)t內(nèi)的狀態(tài)進(jìn)一步穩(wěn) 定。例如，利用電弧電流變動(dòng)和電弧電流中包含的高次諧波量來檢測廢鐵的狀態(tài)。(實(shí)施例1)用圖2表示的電弧熔化設(shè)備進(jìn)行了廢鐵的熔化試驗(yàn)。圖6表示作為上述的第一實(shí)施方式的電弧熔化設(shè)備的熔融金屬制造方法，測量供 給到電極的電流的高次諧波來改變廢鐵供給速度的情況的例子。以一定的速度向電弧爐供 給廢鐵，在電弧電流的測量點(diǎn)設(shè)置高次諧波解析裝置并求出高次諧波畸變率。另外，高次諧 波畸變率是表示發(fā)生的全部的高次諧波的執(zhí)行值之和相對于基本頻率的執(zhí)行值的百分比。本實(shí)施例在高次諧波畸變率超過規(guī)定值(高次諧波判定值H)時(shí)，判定為廢鐵在爐 內(nèi)成為存在于電極附近的狀態(tài)因此停止廢鐵供給。當(dāng)爐內(nèi)廢鐵增加時(shí)則高次諧波畸變率增 力口。當(dāng)超過高次諧波判定值H時(shí)(圖6中的時(shí)間a)停止廢鐵供給，則廢鐵的熔化繼續(xù)進(jìn)行 因此高次諧波畸變率逐漸降低。高次諧波畸變率的降低意味著電弧朝向熔融金屬放射，在 電極附近不存在廢鐵。在檢測到高次諧波畸變率降低到規(guī)定值(高次諧波判定值L)時(shí)(圖6的時(shí)間b)， 再次以規(guī)定的速度開始廢鐵供給。由此通過迅速檢測爐內(nèi)狀況的變化，而迅速返回穩(wěn)恒狀 態(tài)繼續(xù)進(jìn)行廢鐵的熔化。圖7是本發(fā)明的比較例，表示即使電弧電流的高次諧波畸變率增加也不改變廢鐵供給速度的情況。在應(yīng)用本發(fā)明的情況下，在圖7的時(shí)間a的時(shí)刻停止廢鐵供給或者減少 供給量，然而由于繼續(xù)進(jìn)行廢鐵的供給因此爐內(nèi)廢鐵增加且高次諧波畸變率增大，該狀態(tài) 繼續(xù)。這即表示成為廢鐵未熔化完而持續(xù)殘留的狀態(tài)，當(dāng)在這樣的狀態(tài)下繼續(xù)操作時(shí)就必 須供給過多的能量，也會(huì)增大熔化時(shí)間且降低能量轉(zhuǎn)換并且也降低了生產(chǎn)率。
以上，參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行了說明，但是不言而喻本發(fā)明并不 限定于上述的例子。顯而易見地只要是本領(lǐng)域技術(shù)人員，則在權(quán)利要求所記載的范圍內(nèi)還 可以想到各種變形例或修正例，對于這些也應(yīng)當(dāng)理解為屬于本發(fā)明的技術(shù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種電弧熔化設(shè)備，具備熔化室，其利用從電極產(chǎn)生的電弧放電來熔化鐵源；鐵源 供給裝置，其向上述熔化室連續(xù)供給上述鐵源，該電弧熔化設(shè)備的特征在于，包括狀態(tài)變化檢測部，其檢測從上述電極產(chǎn)生了上述電弧放電時(shí)上述熔化室的狀態(tài)變化； 控制裝置，其基于上述狀態(tài)變化檢測部的檢測結(jié)果來調(diào)整在上述鐵源供給裝置中向上 述熔化室供給上述鐵源時(shí)的供給速度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電弧熔化設(shè)備，其特征在于，上述狀態(tài)變化檢測部檢測供給到上述電極的電流和電壓中至少任意一個(gè)的變動(dòng)，作為 上述熔化室的狀態(tài)變化。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電弧熔化設(shè)備，其特征在于，上述狀態(tài)變化檢測部檢測上述電流和上述電壓中包含的高次諧波量中至少任意一個(gè) 的變動(dòng)，作為供給到上述電極的上述電流和上述電壓中至少任意一個(gè)的變動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電弧熔化設(shè)備，其特征在于，上述狀態(tài)變化檢測部檢測上述電流和上述電壓中至少任意一個(gè)值或每單位時(shí)間的變 化量，作為供給到上述電極的上述電流和上述電壓中至少任意一個(gè)的變動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電弧熔化設(shè)備，其特征在于，上述狀態(tài)變化檢測部檢測上述電弧放電發(fā)生時(shí)傳遞到上述熔化室的上述爐體振動(dòng)的 變化，作為上述熔化室的狀態(tài)變化。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電弧熔化設(shè)備，其特征在于，上述狀態(tài)變化檢測部檢測上述電極的位置變動(dòng)，作為上述熔化室的狀態(tài)變化。
7.一種使用電弧熔化設(shè)備的熔融金屬制造方法，是使用權(quán)利要求1至權(quán)利要求6中任 意一項(xiàng)所述的電弧熔化設(shè)備熔化上述鐵源來制造熔融金屬，該使用電弧熔化設(shè)備的熔融金 屬制造方法的特征在于，包括以下工序狀態(tài)變化檢測工序，用于檢測發(fā)生上述電弧放電時(shí)上述熔化室的狀態(tài)變化； 供給速度調(diào)整工序，用于基于上述狀態(tài)變化檢測工序的檢測結(jié)果來調(diào)整向上述熔化室 供給上述鐵源時(shí)的供給速度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的使用電弧熔化設(shè)備的熔融金屬制造方法，其特征在于，還包括供給電力調(diào)整工序，其基于上述狀態(tài)變化檢測工序的檢測結(jié)果，配合調(diào)整上述 供給速度的上述供給速度調(diào)整工序，來調(diào)整供給到上述電極的電力。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的使用電弧熔化設(shè)備的熔融金屬制造方法，其特征在于，還包括鐵源供給工序，用于驅(qū)動(dòng)配置在對鐵源進(jìn)行預(yù)熱的預(yù)熱室下部的推送裝置，將鐵源從 上述預(yù)熱室供給到熔化室；鐵源預(yù)熱工序，用于將在上述熔化室產(chǎn)生的排氣導(dǎo)入上述預(yù)熱室，對該預(yù)熱室內(nèi)的上 述鐵源進(jìn)行預(yù)熱；鐵源熔化工序，用于一邊將鐵源供給到上述預(yù)熱室，一邊在上述熔化室利用電弧放電 進(jìn)行的加熱來熔化上述鐵源，以便保持上述鐵源存在于上述預(yù)熱室和上述熔化室的狀態(tài)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的使用電弧熔化設(shè)備的熔融金屬制造方法，其特征在于，還包括鐵源供給工序，用于驅(qū)動(dòng)配置在對鐵源進(jìn)行預(yù)熱的預(yù)熱室下部的推送裝置，將鐵源從上述預(yù)熱室供給到熔化室； 鐵源預(yù)熱工序，用于將在上述熔化室產(chǎn)生的排氣導(dǎo)入上述預(yù)熱室，對該預(yù)熱室內(nèi)的上 述鐵源進(jìn)行預(yù)熱； 鐵源熔化工序，用于一邊將鐵源供給到上述預(yù)熱室，一邊在上述熔化室利用電弧放電 進(jìn)行的加熱來熔化上述鐵源，以便保持上述鐵源存在于上述預(yù)熱室和上述熔化室的狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明提供電弧熔化設(shè)備及使用該電弧熔化設(shè)備的熔融金屬制作方法，在連續(xù)地向電弧爐供給鐵源進(jìn)行熔化時(shí)，檢測供給到爐內(nèi)的鐵源的狀態(tài)變化，從而以穩(wěn)定的狀態(tài)保持電弧爐內(nèi)的熔融金屬。電弧熔化設(shè)備(22)具備熔化室(1)，其利用從電極(2)產(chǎn)生的電弧放電來熔化鐵源(20)；鐵源供給裝置(8)，其向上述熔化室連續(xù)供給上述鐵源，該電弧熔化設(shè)備的特征在于，包括狀態(tài)變化檢測部(12a、12b、12c)，其檢測從電極產(chǎn)生電弧放電時(shí)熔化室的狀態(tài)變化；控制裝置(6)，其基于上述狀態(tài)變化檢測部的檢測結(jié)果來調(diào)整在鐵源供給裝置中將鐵源供給到熔化室時(shí)的供給速度。
文檔編號F27B3/28GK102003875SQ20101026634
公開日2011年4月6日 申請日期2010年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月27日
發(fā)明者三上安己, 松尾貴人 申請人:鋼鐵普藍(lán)特克股份有限公司