特開 2023-167795 電極昇降制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023167795

(43)【公開日】2023-11-24

(54)【発明の名称】電極昇降制御装置

(51)【国際特許分類】

   H05B 7/152 20060101AFI20231116BHJP

   F27B 3/28 20060101ALI20231116BHJP

   F27D 11/10 20060101ALI20231116BHJP

【ＦＩ】

H05B7/152

F27B3/28

F27D11/10

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022079261

(22)【出願日】2022-05-13

(71)【出願人】

【識別番号】501137636

【氏名又は名称】東芝三菱電機産業システム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100108062

【弁理士】

【氏名又は名称】日向寺 雅彦

(74)【代理人】

【識別番号】100168332

【弁理士】

【氏名又は名称】小崎 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100146592

【弁理士】

【氏名又は名称】市川 浩

(74)【代理人】

【識別番号】100172188

【弁理士】

【氏名又は名称】内田 敬人

(72)【発明者】

【氏名】金子 徳男

【テーマコード（参考）】

4K045

4K063

【Ｆターム（参考）】

4K045AA04

4K045BA01

4K045DA02

4K045RA09

4K045RB02

4K045RB08

4K063AA04

4K063AA12

4K063BA02

4K063BA03

4K063CA01

4K063FA53

4K063FA66

4K063FA74

4K063FA78

(57)【要約】

【課題】スクラップの溶解の効率を最適化した電極昇降制御装置を提供する。
【解決手段】実施形態の電極昇降制御装置は、アーク電流およびアーク電圧にもとづいて、算出された実測インピーダンスから、あらかじめ設定された基準インピーダンスを差し引いてインピーダンス偏差を算出し、前記インピーダンス偏差に対する前記電極の昇降速度の速度基準を表す操業速度基準特性にもとづいて、前記電極を昇降させる電動機を駆動するインバータに前記速度基準を出力するインバータ目標速度設定手段と、を備える。前記操業速度基準特性は、前記インピーダンス偏差が０の場合に前記操業速度基準が０となり、前記インピーダンス偏差が０でない場合に前記操業速度基準が０でなく、前記インピーダンス偏差に対する前記操業速度基準の傾きが０以上である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電極とスクラップとの間に形成されるアーク放電により前記スクラップを溶解する交流アーク炉の前記電極を昇降制御する電極昇降制御装置であって、
前記電極に流れるアーク電流および前記電極と前記スクラップとの間のアーク電圧にもとづいて、実測インピーダンスを算出し、前記実測インピーダンスから、あらかじめ設定された基準インピーダンスを差し引いてインピーダンス偏差を算出するインピーダンス偏差演算手段と、
前記インピーダンス偏差に対する前記電極の昇降速度の速度基準である操業速度基準を表す操業速度基準特性にもとづいて、前記電極との機械的な結合により前記電極を昇降させる電動機を駆動するインバータに前記操業速度基準を出力するインバータ目標速度設定手段と、
を備え、
前記操業速度基準特性は、
前記インピーダンス偏差が０の場合に前記操業速度基準が０であり、前記インピーダンス偏差が０よりも大きく正の第１しきい値よりも小さく、かつ、前記インピーダンス偏差が０よりも小さく負の第２しきい値よりも大きい範囲の高精度制御特性を有し、
前記第１しきい値および前記第２しきい値で連続し、前記第１しきい値以上および前記第２しきい値以下の範囲で係数が正となる線形特性を有する第１感度特性を有し、
前記高精度制御特性は、前記第１感度特性の前記係数よりも小さい微分係数を有する範囲を含み、
前記範囲は、前記インピーダンス偏差が０よりも大きく前記第１しきい値よりも小さい第３しきい値から、前記第１しきい値までの範囲と、前記インピーダンス偏差が前記第２しきい値から、前記第２しきい値より大きく０よりも小さい第４しきい値までの範囲と、を含む電極昇降制御装置。

【請求項2】

前記電動機の回転速度および回転方向にもとづいて前記電極の位置を算出して出力する電極位置測長手段と、
前記電極の位置にもとづいて、前記操業速度基準または前記操業速度基準の大きさよりも大きい値を有する高速速度基準のいずれかを選択して前記インバータ目標設定手段に出力するインバータ運転制御手段と、
をさらに備え、
前記インバータ運転制御手段は、
前記電極の位置があらかじめ設定された減速完了位置よりも前記スクラップに近い場合に前記操業速度基準を選択して出力し、
前記電極の位置が前記減速完了位置よりも前記スクラップから遠い場合に前記高速速度基準を選択して出力する請求項１記載の電極昇降制御装置。

【請求項3】

前記高速速度基準が選択された場合に、加速時に第１加速時速度基準変化率および減速時に第１減速時速度基準変化率を適用して前記高速速度基準として逐次出力し、
前記操業速度基準が選択された場合に、加速時に第２加速時速度基準変化率および減速時に第２減速時速度基準変化率を適用して前記操業速度基準として逐次出力するインバータ加減速設定切替手段をさらに備え、
前記第２減速時速度基準変化率は、前記第１加速時速度基準変化率よりも大きく、
前記第２減速時速度基準変化率は、前記第１減速時速度基準変化率よりも大きい請求項２記載の電極昇降制御装置。

【請求項4】

前記インバータ運転制御手段は、
前記高速速度基準を選択した場合には、前記第１加速時速度基準変化率に応じて設定された第１電流制限値を適用し、
前記操業速度基準を選択した場合には、前記第２加速時速度基準変化率に応じて設定された第２電流制限値を適用し、
前記第１電流制限値と前記第１加速時速度基準変化率との積は、前記第２電流制限値と前記第２加速時速度基準変化率との積と等しい請求項３記載の電極昇降制御装置。

【請求項5】

前記第２加速時速度基準変化率では、加速の初期および終期の変化率は、前記加速の初期と前記加速の終期との間の前記加速の中期の変化率よりも小さく、
前記第２減速時速度基準変化率では、減速の初期および終期の変化率は、前記減速の初期と前記減速の周期との間の減速の中期の変化率よりも小さい請求項３または４に記載の電極昇降制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、交流アーク炉の電極昇降制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

交流アーク炉では、電極とスクラップとの間のアーク放電によって、スクラップを溶解する。電極昇降制御装置は、電極とスクラップとの間の距離を調整することによってアーク放電を維持して、スクラップを加熱し溶解する。

【0003】

電極昇降制御装置は、たとえば電極とスクラップとの間のインピーダンスを一定に制御するインピーダンス一定制御が適用される。インピーダンス一定制御では、電極を昇降させて、インピーダンスの実測値を目標値に追従させる制御を行う。

【0004】

インピーダンスの目標値と実測値との偏差が小さい場合に、インピーダンスの実測値を目標値に追従させようとすると、電極の昇降動作がハンチングし、挙動が不安定になることがある。そのため、インピーダンスの偏差ΔＺが小さい場合には、不感帯を設けて、電極の昇降を停止することが行われる。

【0005】

インピーダンス一定制御において不感帯を設けると、機械制御系の安定性は向上するが、最適なアーク放電下でのスクラップへの効率的なエネルギー投入がなされているとは限らない。アーク放電の状態によっては、アーク電流が減少し、スクラップへのエネルギー投入が不足してスクラップの溶解に要する時間が長くなる場合がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１７－１２６４１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明の実施形態は、スクラップの溶解の効率を最適化した電極昇降制御装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の実施形態は、電極とスクラップとの間に形成されるアーク放電により前記スクラップを溶解する交流アーク炉の前記電極を昇降制御する電極昇降制御装置である。この電極昇降制御装置は、前記電極に流れるアーク電流および前記電極と前記スクラップとの間のアーク電圧にもとづいて、実測インピーダンスを算出し、前記実測インピーダンスから、あらかじめ設定された基準インピーダンスを差し引いてインピーダンス偏差を算出するインピーダンス偏差演算手段と、前記インピーダンス偏差に対する前記電極の昇降速度の速度基準である操業速度基準を表す操業速度基準特性にもとづいて、前記電極との機械的な結合により前記電極を昇降させる電動機を駆動するインバータに前記操業速度基準を出力するインバータ目標速度設定手段と、を備える。前記操業速度基準特性は、前記インピーダンス偏差が０の場合に前記操業速度基準が０となり、前記インピーダンス偏差が０から正の第１しきい値よりも小さく、かつ、前記インピーダンス偏差が負の第２しきい値よりも大きい範囲の高精度制御特性を有し、前記第１しきい値および前記第２しきい値で連続し、前記第１しきい値以上および前記第２しきい値以下の範囲で係数が正となる線形特性を有する第１感度特性を有する。前記高精度制御特性は、前記第１感度特性の前記係数よりも小さい微分係数を有する範囲を含み、前記範囲は、前記インピーダンス偏差が０よりも大きく前記第１しきい値よりも小さい第３しきい値から、前記第１しきい値までの範囲と、前記インピーダンス偏差が前記第２しきい値から、前記第２しきい値より大きく０よりも小さい第４しきい値までの範囲と、を含む。

【発明の効果】

【0009】

実施形態によれば、スクラップの溶解の効率を最適化した電極昇降制御装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施形態に係る電極昇降制御装置を例示する模式的なブロック図である。

【図2】実施形態に係る電極昇降制御装置の動作を説明するための模式図である。

【図3】実施形態に係る電極昇降制御装置の動作を説明するための模式図である。

【図4】実施形態に係る電極昇降制御装置の動作を表すグラフ図である。

【図5】実施形態に係る電極昇降制御装置の動作を説明するための模式図である。

【図6】実施形態の変形例に係る電極昇降制御装置の動作を説明するための模式図である。

【図7】比較例に係る電極昇降制御装置の動作の特性を表すグラフ図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下に、各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

【0012】

図１は、実施形態に係る電極昇降制御装置を例示する模式的なブロック図である。
図１には、電極昇降制御装置６のほか、電極昇降制御装置６によって昇降制御される電極２を含む交流アーク炉の一部が表されている。交流アーク炉において、炉用変圧器１は、交流母線に接続されている。電極２は、炉用変圧器１の２次側に接続されている。電極２の下方には、炉体３が配置されており、炉体３にはスクラップ４が装入される。炉用変圧器１の２次側には、内蔵型の変流器１５が設けられており、変流器１５は、電極２とスクラップ４との間に流れるアーク電流ＩＦＢを検出する。変流器１５は、炉用変圧器１に流れる線電流を検出できれば、内蔵型に限らない。補助変圧器１６は、電極２とスクラップ４との間のアーク電圧ＶＦＢを検出するように炉用変圧器１の２次側に接続されている。

【0013】

電動機８は、図１の破線で簡易的に示される電極昇降機構を介して、電極２に機械的に結合されている。電極２は、電動機８の回転方向に応じて、炉体３に装入されたスクラップ４に近づくように下降し、スクラップ４から遠ざかるように上昇する。

【0014】

電極昇降制御装置６は、変流器１５および補助変圧器１６に接続されている。電極昇降制御装置６は、変流器１５によって検出されたアーク電流ＩＦＢおよび補助変圧器１６によって検出されたアーク電圧ＶＦＢのそれぞれの検出値を入力する。

【0015】

電極昇降制御装置６は、電動機８を駆動するインバータ７に接続されている。インバータ７は、電動機８の回転速度および回転方向に応じて生成されるパルス信号ＰＣを電極昇降制御装置６に出力する。

【0016】

電極昇降制御装置６は、アーク電流ＩＦＢおよびアーク電圧ＶＦＢにもとづいて実測インピーダンスＺＦＢを算出する。電極昇降制御装置６は、パルス信号ＰＣにもとづいて電極２の位置を推定する。電極昇降制御装置６は、電極２が高速昇降領域にある場合には、実測インピーダンスＺＦＢにかかわらず、高速速度基準Ｖ１＊をインバータ７に出力する。電極昇降制御装置６は、電極２が操業領域にある場合には、実測インピーダンスＺＦＢが、あらかじめ設定された基準インピーダンスＺＲＥＦに追従するように、操業速度基準Ｖ２＊をインバータ７に出力する。高速昇降領域および操業領域は、電極２が昇降する領域であり、操業領域は、高速昇降領域よりもスクラップ４に近い領域である。高速速度基準Ｖ１＊の上限値は、操業速度基準Ｖ２＊の上限値よりも十分大きく設定されている。

【0017】

インバータ７は、電動機８に設けられた速度センサから速度フィードバック信号ＶＦＢＫを取得する。インバータ７は、速度フィードバック信号ＶＦＢＫが電極昇降制御装置６から出力された高速速度基準Ｖ１＊または操業速度基準Ｖ２＊に追従するように、電動機８を駆動し、電極２を昇降させる。

【0018】

なお、交流アーク炉では、電極２は、３相交流の各相に少なくとも１本ずつ設けられる。各相に設けられた電極２は、それぞれ電極昇降制御装置６によって、上述の電極昇降制御が実行される。以下では、３相のうちの１相分の電極２の電極昇降制御について説明するが、特に断らない限り、以下で説明する電極昇降制御装置６が３相交流の各相に設けられ、交流アーク炉は制御されるものとする。

【0019】

電極昇降制御装置６の構成について詳細に説明する。
電極昇降制御装置６は、インピーダンス偏差演算部９と、インバータ目標速度設定部１２と、を備える。電極昇降制御装置６は、電極位置測長部１３と、インバータ運転制御部１１と、インバータ加減速設定切替部１４と、をさらに備える。また、電極昇降制御装置６は、電極運転停止指令部１０を有している。

【0020】

電極昇降制御装置６は、この例では、電極昇降主幹盤５内に設けられる。たとえば、電極昇降主幹盤５は、交流アーク炉が設置されたプラント内の操作室内に設置される。たとえば、電極昇降主幹盤５には、交流アーク炉を操作するオペレータが操作するためのボタンやレバー、計器類等が配置された操作盤が接続されており、操作盤との接続インタフェース等を含んでいる。電極昇降制御装置６は、たとえば、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）であり、後述する各部の機能は、ＰＬＣのプログラムを構成する１つ以上のステップにより実現される。

【0021】

インピーダンス偏差演算部（インピーダンス偏差演算手段）９には、変流器１５によって検出されたアーク電流ＩＦＢおよび補助変圧器１６によって検出されたアーク電圧ＶＦＢの検出値が入力される。インピーダンス偏差演算部９は、アーク電流ＩＦＢおよびアーク電圧ＶＦＢのそれぞれの検出値を用いて、実測インピーダンスＺＦＢを計算する。インピーダンス偏差演算部９には、あらかじめ基準インピーダンスＺＲＥＦが設定されている。インピーダンス偏差演算部９は、基準インピーダンスＺＲＥＦと実測インピーダンスＺＦＢとの差分を計算して求めたインピーダンス偏差ΔＺをインバータ運転制御部１１に出力する。

【0022】

電極運転停止指令部１０は、操作盤に設けられた操作ボタン等に接続されている。電極運転停止指令部１０は、操作ボタン等を操作するオペレータによって、運転操作が行われると、運転指令をインバータ運転制御部１１に出力する。電極運転停止指令部１０は、オペレータによって、停止操作が行われると、停止指令をインバータ運転制御部１１に出力する。

【0023】

インバータ運転制御部（インバータ運転制御手段）１１は、運転指令にもとづいて、電極２の昇降動作を開始するための処理を実行する。インバータ運転制御部１１は、停止指令にもとづいて、電極２の昇降動作を停止するための処理を実行する。

【0024】

インバータ運転制御部１１は、運転指令を取得すると、電極位置測長部１３が出力する電極２の位置の情報にもとづいて、現在の電極２の位置を判定する。運転開始時の電極２の位置は、たとえば、初期値の０であり、初期値０は電極２が昇降する上限位置である。インバータ運転制御部１１は、現在の電極２の位置の情報にもとづいて、高速速度基準Ｖ１＊および操業速度基準Ｖ２＊のいずれかを電極２の昇降のための速度基準として、選択し出力する。高速速度基準Ｖ１＊の上限値は、操業速度基準Ｖ２＊の上限値よりも大きい。

【0025】

図２および図３に関連して後に詳述するように、実施形態の電極昇降制御装置６では、電極２の昇降可能な領域は、少なくとも２つの領域に区分される。電極２がスクラップ４から離れた位置となる領域は高速昇降領域Ｒ１とされ、電極２が高速昇降領域Ｒ１よりもスクラップ４に近い位置となる領域は操業領域Ｒ２とされる。インバータ運転制御部１１は、電極２の位置が高速昇降領域Ｒ１にあると判定した場合には、高速速度基準Ｖ１＊を選択しインバータ目標速度設定部１２に出力する。インバータ運転制御部１１は、電極２の位置が操業領域Ｒ２にあると判定した場合には、操業速度基準Ｖ２＊をインバータ目標速度設定部１２に出力する。インバータ運転制御部１１は、インピーダンス偏差ΔＺを、高速速度基準Ｖ１＊または操業速度基準Ｖ２＊とともにインバータ目標速度設定部１２に出力する。

【0026】

インバータ運転制御部１１は、変流器１５および補助変圧器１６から出力される検出値を取得する。たとえば、インバータ運転制御部１１は、操業開始時に変流器１５からアーク電流ＩＦＢの検出値を取得することにより、電極２とスクラップ４との間でアーク放電が開始された電極２の位置をスクラップタッチ位置Ｐｃとして記憶する。スクラップタッチ位置Ｐｃの検出には、アーク電流ＩＦＢに代えて、あるいはアーク電流ＩＦＢとともにアーク電圧ＶＦＢを取得することによって判定してもよい。以下では、特に断らない限り、アーク放電の開始には、アーク電流ＩＦＢを検出することによるものとする。

【0027】

図５に関連して後述するように、インバータ運転制御部１１は、アーク電流ＩＦＢを検出して、所定の電流制限値でアーク電流ＩＦＢを制限する。所定の電流制限値は、あらかじめ設定された速度基準の変化率に応じて設定され、操業領域の電流制限値は、高速昇降領域の電流制限値よりも大きい値に設定されている。

【0028】

電極位置測長部（電極位置測長手段）１３は、インバータ７から電動機８の回転速度および回転方向に応じて出力されるパルス信号ＰＣを取得し、パルス信号を積算することによって、電極２の位置を計算する。電極位置測長部１３は、計算した電極２の位置の情報をインバータ運転制御部１１に出力する。この例では、電極位置測長部１３は、インバータ７がパルスカウンタ機能を有しており、パルスカウンタ機能が出力するパルス信号ＰＣを利用するものとしたが、パルスカウンタ機能は、インバータ７に内蔵する場合に限らず、電動機側に設けるようにしてもよい。

【0029】

インバータ目標速度設定部（インバータ目標速度設定手段）１２は、インバータ運転制御部１１から出力された高速速度基準Ｖ１＊、操業速度基準Ｖ２＊およびインピーダンス偏差ΔＺにもとづいて、適切な速度基準をインバータ加減速設定切替部１４に出力する。

【0030】

より具体的には、インバータ目標速度設定部１２は、高速速度基準Ｖ１＊を取得した場合には、インピーダンス偏差ΔＺにかかわらず、あらかじめ設定された高速速度基準上限値Ｖ１を高速速度基準Ｖ１＊として、インバータ加減速設定切替部１４に出力する。インバータ目標速度設定部１２は、操業速度基準Ｖ２＊を取得した場合には、インピーダンス偏差ΔＺに応じて設定された操業速度基準Ｖ２＊を抽出して、インバータ加減速設定切替部１４に出力する。

【0031】

インバータ目標速度設定部１２は、図４に関連して後に詳述するように、操業速度基準特性１２ａから、インピーダンス偏差ΔＺに応じた操業速度基準Ｖ２＊を抽出する。操業速度基準特性１２ａは、ΔＺ＝０のときにＶ２＊＝０となり、ΔＺ≠０のときにＶ２＊≠０となる。操業速度基準特性１２ａの微分係数、すなわち傾きは正であり、ΔＺの範囲によっては、一部傾きが０であってもよい。つまり、操業速度基準特性１２ａは、ｄ（Ｖ２＊）／ｄ（ΔＺ）≧０となる特性を有しており、Ｖ２＊はΔＺに関する増加関数である。

【0032】

より詳細には、操業速度基準特性１２ａは、ΔＺ≧＋ΔＺ１（＞０、第１しきい値））およびΔＺ≦－ΔＺ２（＜０、第２しきい値）では、線形特性を有する感度特性をそれぞれ有している。－ΔＺ２＜ΔＺ＜＋ΔＺ１では、感度特性の係数よりも小さい値の微分係数となる特性を含んでいる。たとえば、－ΔＺ２＜ΔＺ＜＋ΔＺ１の微分係数は、－ΔＺ２＜ΔＺ＜＋ΔＺ１のほとんどの範囲において、感度特性の係数よりも小さく設定されている。－ΔＺ２＜ΔＺ＜＋ΔＺ１のほとんどの範囲とは、ΔＺの０の近傍を除く範囲であり、たとえば、ΔＺ＞０において、＋ΔＺ１の１０％のしきい値（第３しきい値）以上、ΔＺ＜０において、－ΔＺ２の１０％のしきい値（第４しきい値）以下のそれぞれの範囲で感度特性の係数よりも小さく設定される。ΔＺの近傍を規定するしきい値には適切な値が任意に設定される。

【0033】

実施形態に係る電極昇降制御装置６は、このような操業速度基準特性１２ａにもとづいて、すべてのインピーダンス偏差ΔＺの範囲において電極２とスクラップ４との間の距離を制御するので、高精度かつ高安定な電極昇降制御が可能になる。

【0034】

操業速度基準特性１２ａのデータは、たとえば電極昇降制御装置６の記憶部にあらかじめ格納されている。操業速度基準特性１２ａのデータの形式は問わない。操業速度基準特性１２ａは、たとえばテーブル形式で記憶部等に格納されてもよいし、近似式等を含む数式で記憶部等に格納されてもよい。

【0035】

インバータ加減速設定切替部（インバータ加減速設定切替手段）１４は、インバータ目標速度設定部１２から出力された高速速度基準Ｖ１＊または操業速度基準Ｖ２＊にもとづいて、それぞれの速度基準に対する加速時の速度基準変化率および減速時の速度基準変化率を適用する。インバータ加減速設定切替部１４は、加速時および減速時の速度基準変化率を適用した速度基準をインバータ７に逐次出力する。

【0036】

より具体的には、高速速度基準Ｖ１＊について、高速加速時速度基準変化率（第１加速時速度基準変化率）および高速減速時速度基準変化率（第１減速時速度基準変化率）は、あらかじめ設定されている。また、操業速度基準Ｖ２＊について、操業加速時速度基準変化率（第２加速時速度基準変化率）および操業減速時速度基準変化率（第２減速時速度基準変化率）は、あらかじめ設定されている。インバータ加減速設定切替部１４は、取得した速度基準の大きさを判断して、いずれかの加速時の速度基準変化率および減速時の速度基準変化率を適用する。

【0037】

実施形態に係る電極昇降制御装置６の動作について詳細に説明する。
まず、電極２が昇降する領域と、領域ごとの昇降速度の設定について説明する。
図２および図３は、実施形態に係る電極昇降制御装置の動作を説明するための模式図である。
図２には、電極２の昇降可能な領域が示されている。
図２に示すように、電極２は、電極上限位置Ｐａから電極下限位置Ｐｄまでの間を昇降することが可能である。たとえば、電極上限位置Ｐａおよび電極下限位置Ｐｄには、それぞれリミットスイッチが設けられており、電極昇降制御装置６は、リミットスイッチからの信号にもとづいて、電極２が上限または下限の位置にあることを認識し、電極２がそれらを超える範囲で昇降することを禁止する。なお、以下の具体例では、特に断らない限り、電極上限位置Ｐａは、操業開始時または操業再開時の電極２の初期の位置とされる。操業再開時とは、操業において異常状態が検出された場合に、電極２を退避した後に異常状態が除去されたことにより操業が再開されることをいう。操業時の異常状態は、たとえば、電極２とスクラップ４との間でのアーク電流が過大となった場合である。

【0038】

電極上限位置Ｐａと電極下限位置Ｐｄとの間に、減速完了位置Ｐｂが設定される。また、減速完了位置Ｐｂと電極下限位置Ｐｄとの間に、スクラップタッチ位置Ｐｃが設定される。高速昇降領域Ｒ１は、電極上限位置Ｐａから減速完了位置Ｐｂまでの領域と定義される。操業領域Ｒ２は、減速完了位置Ｐｂからスクラップタッチ位置Ｐｃまでの領域と定義される。操業可能領域Ｒ３は、減速完了位置Ｐｂから電極下限位置Ｐｄまでの領域と定義される。

【0039】

スクラップタッチ位置Ｐｃは、電極２が下降して、電極２とスクラップ４との間にアーク電流ＩＦＢが流れたことをインバータ運転制御部１１が検出することによって設定される。インバータ運転制御部１１は、アーク電流ＩＦＢが流れ始めた位置を記憶し、スクラップタッチ位置Ｐｃとして設定する。このようなスクラップタッチ位置Ｐｃの設定は、操業の開始ごとおよび操業を再開するごとに行われる。スクラップタッチ位置Ｐｃは、スクラップタッチを行うたびに更新され、記憶される。

【0040】

減速完了位置Ｐｂは、スクラップタッチ位置Ｐｃからマージン距離ΔＬだけ上方に離れた位置に設定される。マージン距離ΔＬは、電極２の移動距離の計算誤差等を吸収するために、あらかじめ設定された固定値である。減速完了位置Ｐｂは、操業の開始時に初期値があらかじめ設定されている。スクラップタッチ位置Ｐｃが更新されると、減速完了位置Ｐｂも更新される。減速完了位置Ｐｂを境にして、上方が高速昇降領域Ｒ１とされ、下方が操業領域Ｒ２および操業可能領域Ｒ３とされる。操業可能領域Ｒ３は、スクラップタッチ位置Ｐｃが更新され得る範囲であり、電極が最大に下降し得る範囲を含む領域である。

【0041】

電極２は、高速昇降領域Ｒ１では、高速速度基準上限値Ｖ１で昇降する。電極２は、操業領域Ｒ２では、操業速度基準上限値Ｖ２を上限とし、インピーダンス偏差ΔＺに応じて決定される操業速度基準Ｖ２＊で昇降する。高速速度基準上限値Ｖ１の値は、操業速度基準上限値Ｖ２の値よりも十分に大きい。

【0042】

図３には、高速速度基準Ｖ１＊および操業速度基準Ｖ２＊のそれぞれの時間に対する変化が示されている。
図３の一点鎖線は、高速速度基準Ｖ１＊の時間変化を示している。図３の実線は、操業速度基準Ｖ２＊の時間変化を示している。

【0043】

図３に示すように、高速速度基準Ｖ１＊の場合には、電極２は、高速加速時速度基準変化率（第１加速時速度基準変化率）α１で加速され、高速速度基準上限値Ｖ１に達すると、高速速度基準上限値Ｖ１で定速走行し、高速減速時速度基準変化率（第１減速時速度基準変化率）β１で減速される。操業速度基準Ｖ２＊の場合には、操業加速時速度基準変化率（第２加速時速度基準変化率）α２で加速し、この例では、操業速度基準上限値Ｖ２で定速走行し、操業減速時速度基準変化率（第２減速時速度基準変化率）β２で減速される。

【0044】

高速加速時速度基準変化率α１、高速減速時速度基準変化率β１、操業加速時速度基準変化率α２および操業減速時速度基準変化率β２は、あらかじめ設定された固定値であり、インバータ加減速設定切替部１４において適用される。また、高速速度基準上限値Ｖ１はあらかじめ設定された固定値であり、操業速度基準Ｖ２＊はインピーダンス偏差ΔＺに応じて設定され、操業速度基準上限値Ｖ２は操業速度基準Ｖ２＊の上限値である。

【0045】

実施形態の電極昇降制御装置６では、高速加速時速度基準変化率α１の大きさと、操業加速時速度基準変化率α２の大きさとの関係は、α１＜α２となるように設定される。また、高速減速時速度基準変化率β１の大きさと、操業減速時速度基準変化率β２の大きさとの関係は、β１＜β２となるように設定される。

【0046】

高速昇降領域Ｒ１の場合には、高速加速時速度基準変化率α１および高速減速時速度基準変化率β１は十分に小さい値に設定されている。そのため、高速速度基準上限値Ｖ１を十分に大きい値に設定しても、高速速度基準Ｖ１＊の時間変化によるオーバーシュートやアンダーシュートを抑えることができる。したがって、電極昇降制御装置６は、高速昇降領域Ｒ１において、電極２を精度よく所望の位置に迅速に昇降させることができる。

【0047】

操業領域Ｒ２の場合には、操業加速時速度基準変化率α２および操業減速時速度基準変化率β２は、十分に大きい値が設定されている。一方、操業速度基準上限値Ｖ２の大きさは、高速速度基準上限値Ｖ１の大きさよりも小さい値に設定されている。そのため、操業速度基準Ｖ２＊の時間変化によるオーバーシュートやアンダーシュートを抑えることができ、電極昇降制御装置６は、電極２を精度よく所望に位置に迅速に昇降させ移動させることができる。

【0048】

操業速度基準特性１２ａを用いて、操業領域Ｒ２における電極２の昇降速度の設定について説明する。
図４は、実施形態に係る電極昇降制御装置の動作を表すグラフ図である。
図４は、操業速度基準特性１２ａを表すグラフ図である。このグラフ図では、横軸にインピーダンス偏差ΔＺ、縦軸に操業速度基準Ｖ２＊がとられており、インピーダンス偏差ΔＺに対する操業速度基準Ｖ２＊がプロットされている。
実施形態に係る電極昇降制御装置６では、電極２が操業領域Ｒ２にある場合には、操業速度基準特性１２ａにしたがって、インピーダンス偏差ΔＺに応じた操業速度基準Ｖ２＊が適用される。

【0049】

操業速度基準特性１２ａにおいて、ΔＺ≦－ΔＺ２および＋ΔＺ１≦ΔＺの範囲を感度設定制御範囲ＳＲと呼ぶ。＋ΔＺ１はΔＺの正側のしきい値（第１しきい値）であり、－ΔＺ２は負側のしきい値（第２しきい値）である。感度設定制御範囲ＳＲでは、ΔＺ≦－Ｚ２の範囲において、異なる係数、すなわち傾きを有する３本の直線－Ｓ１～－Ｓ３が描かれ、＋ΔＺ１≦ΔＺの範囲において、異なる傾きを有する３本の直線＋Ｓ１～＋Ｓ３が描かれている。これらの直線を感度設定直線と呼ぶ。これらの感度設定直線は、操業速度基準Ｖ２＊がインピーダンス偏差ΔＺに対して異なる感度を有することを表している。オペレータは、たとえばスクラップ４の状態に応じて、いずれかの感度設定直線を選択する。

【0050】

操業速度基準特性１２ａにおいて、－ΔＺ２＜ΔＺ＜＋ΔＺ１の範囲を高精度制御範囲ＨＲと呼ぶ。また、高精度制御範囲ＨＲの操業速度基準特性を高精度制御曲線と呼ぶことがある。操業速度基準特性１２ａでは、ΔＺ＝－ΔＺ２において、Ｖ２＊＝－Ｖ２２であり、ΔＺ＝＋ΔＺ１において、Ｖ２＊＝＋Ｖ２１である。つまり、操業速度基準特性１２ａにおいて、高精度制御曲線は、各感度設定直線と連続しており、オペレータによっていずれかの感度設定直線が選択された場合において、高精度制御曲線は共通である。

【0051】

図４に示すように、高精度制御曲線では、ΔＺ＝０のときには、Ｖ２＊＝０とされる。高精度制御曲線では、ΔＺ＞０の範囲ではＶ２＊＞０に設定され、ΔＺ＜０の範囲では、Ｖ２＊＜０に設定される。操業速度基準特性１２ａの全範囲にわたって、ｄ（Ｖ２＊）／ｄ（ΔＺ）≧０とされ、好ましくは、ｄ（Ｖ２＊）／ｄ（ΔＺ）＞０である。つまり、好ましくは、操業速度基準Ｖ２＊は、インピーダンス偏差ΔＺについての単調増加関数である。

【0052】

高精度制御曲線では、電極２とスクラップ４との間の距離Ｌａとした場合に、＋Ｖ２１＝ｄ（Ｌａ）／ｄｔとされる。

【0053】

あるいは、ΔＺ＞０の範囲では、ｄ（Ｖ２＊）／ｄ（ΔＺ）は、ΔＺ＝０の近傍を除いて、どの感度設定直線の傾きよりも小さく設定される。同様に、ΔＺ＜０の範囲では、ｄ（Ｖ２＊）／ｄ（ΔＺ）は、ΔＺ＝０の近傍を除いて、どの感度設定直線の傾きよりも小さく設定される。つまり、高精度制御曲線は、感度設定直線よりも、ΔＺのほとんどの範囲で電極２の昇降速度の感度を抑えるように設定されている。ΔＺのほとんどの範囲とは、たとえば、＋ΔＺ１×１０％以上であり、－ΔＺ２×１０％以下の範囲である。ここで、＋ΔＺ１×１０％（第３しきい値）および－ΔＺ２×１０％（第４しきい値）は、アーク電流ＩＦＢおよびアーク電圧ＶＦＢの検出精度、実測インピーダンスＺＦＢの演算精度、高精度制御曲線の設定精度等にもとづいて適切な値が設定される。

【0054】

より具体的に説明する。
インピーダンス偏差ΔＺは、以下の式（１）で計算される。
ΔＺ＝ＺＦＢ－ＺＲＥＦ
＝（ＶＦＢ／ＩＦＢ）－ＺＲＥＦ （１）

【0055】

式（１）より、ＺＦＢ＞ＺＲＥＦの場合にΔＺ＞０であり、ＶＦＢが一定であるとすると、ＺＲＥＦから推定される電流値よりも、検出されたＩＦＢが小さい。そのため、電極昇降制御装置６は、電極２をスクラップ４に近づけるように降下させて、ＩＦＢを大きくしてＺＦＢをＺＲＥＦに追従させる。

【0056】

式（１）より、ＺＦＢ＜ＺＲＥＦの場合にΔＺ＜０であり、ＶＦＢが一定であるとすると、ＺＲＥＦから推定される電流値よりも、検出されたＩＦＢが大きい。そのため、電極昇降制御装置６は、電極２をスクラップ４から遠ざけるように上昇させて、ＩＦＢを小さくしてＺＦＢをＺＲＥＦに追従させる。

【0057】

操業速度基準特性１２ａでは、Ｖ２＊の正方向が電極２の下降する方向であり、ΔＺが大きくなるほど、電極２の下降速度は大きくなる。また、操業速度基準特性１２ａでは、Ｖ２＊の負方向が電極２の上昇する方向であり、｜ΔＺ｜が大きくなるほど、電極２の上昇速度は大きくなる。

【0058】

高精度制御範囲ＨＲでは、ΔＺ＞０の範囲においては、Ｖ２＊＞０とされている。そのため、ＶＦＢが一定であるとすると、電極昇降制御装置６は、ＺＲＥＦから推定される電流値からＩＦＢが減少する小さな変動があった場合に、小さなΔＺに応じて設定された小さなＶ２＊で電極２を下降させる。

【0059】

高精度制御範囲ＨＲのΔＺ＜０の範囲においては、Ｖ２＊＜０とされているので、電極昇降制御装置６は、小さなＩＦＢの増加があった場合に、小さなΔＺに応じて設定された小さな操業速度基準Ｖ２＊で上昇させる。

【0060】

感度設定制御範囲ＳＲのΔＺ＞０の範囲においては、電極昇降制御装置６は、オペレータによって設定された感度直線にしたがって、電極２を十分な大きさの操業速度基準Ｖ２＊で下降させる。

【0061】

感度設定制御範囲ＳＲのΔＺ＜０の範囲においては、電極昇降制御装置６は、オペレータによって設定された感度直線にしたがって、電極２を十分な大きさの操業速度基準Ｖ２＊で上昇させる。

【0062】

このようにして、実施形態に係る電極昇降制御装置６は、電極２を降下させ、上昇させて、操業領域Ｒ２において生じた微細なアーク電流ＩＦＢの変動を解消する。実施形態に係る電極昇降制御装置６は、操業領域Ｒ２において生じた大きなアーク電流ＩＦＢの変化についても、オペレータによって設定された感度にしたがって、電極２を昇降させて、迅速にアーク電流ＩＦＢの変動を解消し、インピーダンス一定制御を実行する。

【0063】

次に、高速昇降領域Ｒ１および操業領域Ｒ２におけるインバータ７の過負荷時の電流制限特性について説明する。
図５は、実施形態に係る電極昇降制御装置の動作を説明するための模式図である。
図５には、インバータ７の過負荷時の電流制限値の時間についての特性が示されている。電流制限特性Ｊ１は、高速昇降領域Ｒ１におけるインバータ７の電流制限値の時間特性を表している。電流制限特性Ｊ２は、操業領域Ｒ２におけるインバータ７の電流制限値の時間特性を表している。時間ｔ１は、電極２を高速加速時速度基準変化率α１で０から高速速度基準上限値Ｖ１まで加速させる場合の時間である。時間ｔ２は、電極２を操業加速時速度基準変化率α２で０から操業速度基準上限値Ｖ２まで加速させる場合の時間である。上述したように、Ｖ１＞Ｖ２、α１＜α２のため、ｔ１＞ｔ２である。

【0064】

一般にインバータにおいて、過負荷耐量は、出力トルクの時間積分として表され、出力トルクはインバータの出力電流に比例するので、出力電流の時間積分として求めることができる。インバータの出力電流を制限する場合には、図５の例のように、過負荷耐量は、電流制限値に時間を乗じて求めることができる。過負荷耐量を一定とすると、実施形態に係る電極昇降制御装置６では、ｔ１＞ｔ２であるため、高速昇降領域Ｒ１における電流制限値Ｊ１ｍａｘは、操業領域Ｒ２における電流制限値Ｊ２ｍａｘよりも小さい値とされる。

【0065】

より具体的には、過負荷耐量は、時間によらずに一定となるので、以下の式（２）の関係が成り立つ。
Ｊ１ｍａｘ×ｔ１＝Ｊ２ｍａｘ×ｔ２ （２）

【0066】

つまり、実施形態に係る電極昇降制御装置６では、電極２が適切な加速を得るために、昇降領域に応じた電流制限値が適用される。

【0067】

上述では、加速の場合について説明したが、電極２の減速時についても同様に、Ｖ１＞Ｖ２かつβ１＜β２のため、高速昇降領域Ｒ１における電流制限時間は、操業領域Ｒ２における電流制限時間よりも長く設定される。電流制限値×電流制限時間が一定となるように、電流制限値が設定される。

【0068】

次に、電極２の一連の昇降動作について説明する。
操業開始時には、電極２は、たとえば電極上限位置Ｐａに配置されている。電極上限位置Ｐａに設けられたリミットスイッチにより、電極位置測長部１３の出力は、初期値である、たとえば０に設定されている。

【0069】

オペレータの運転操作によって運転指令が生成される。運転指令を取得したインバータ運転制御部１１は、電極位置測長部１３から出力された電極２の位置の情報にもとづいて、高速速度基準Ｖ１＊および操業速度基準Ｖ２＊のうちのいずれをインバータ目標速度設定部１２に出力するかを決定する。操業開始時には、電極位置測長部１３の出力が０のため、インバータ運転制御部１１は、電極２が高速昇降領域Ｒ１にあるものと判定し、高速速度基準Ｖ１＊をインバータ目標速度設定部１２に出力する。

【0070】

インバータ目標速度設定部１２は、高速速度基準Ｖ１＊を高速速度基準上限値Ｖ１に設定して、インバータ加減速設定切替部１４に出力する。

【0071】

インバータ加減速設定切替部１４は、高速速度基準Ｖ１＊に高速加速時速度基準変化率α１および高速減速時速度基準変化率β１を適用して、高速速度基準Ｖ１＊をインバータ７に逐次出力する。

【0072】

電極２は、電極上限位置Ｐａから高速加速時速度基準変化率α１で加速した後、高速速度基準上限値Ｖ１で下降する。

【0073】

電極位置測長部１３は、インバータ７からパルス信号ＰＣを取得して、電極２の位置を継続して計算し、計算結果をインバータ運転制御部１１に出力する。

【0074】

インバータ運転制御部１１は、電極２が減速完了位置Ｐｂで操業速度基準上限値Ｖ２まで減速を完了するように、操業速度基準Ｖ２＊をインバータ目標速度設定部１２に出力する。減速完了位置Ｐｂは、あらかじめ初期値が設定されている。インバータ運転制御部１１は、高速加速時速度基準変化率α１、高速速度基準上限値Ｖ１および高速減速時速度基準変化率β１にもとづいて、操業速度基準Ｖ２＊まで減速する位置を計算し、電極２が計算された位置に到達するタイミングで操業速度基準Ｖ２＊をインピーダンス偏差ΔＺとともにインバータ目標速度設定部１２に出力する。

【0075】

操業開始時にはアーク電流ＩＦＢは流れていないので、ΔＺ＝∞となっており、インバータ目標速度設定部１２は、操業速度基準上限値Ｖ２を操業速度基準Ｖ２＊としてインバータ加減速設定切替部１４に出力する。なお、電極２のスクラップ４への衝突を防止するため、操業開始時には、操業速度基準Ｖ２＊を操業速度基準上限値Ｖ２よりも十分に小さい値に設定するようにしてもよい。あるいは、減速完了位置Ｐｂで電極２を一旦停止させ、オペレータによる手動で電極２を降下させて、スクラップタッチさせるようにしてもよい。

【0076】

電極２が下降し、アーク電流ＩＦＢが流れたことをインバータ運転制御部１１が検出することによって、インバータ運転制御部１１は、その位置をスクラップタッチ位置Ｐｃとして記憶する。インバータ運転制御部１１は、記憶したスクラップタッチ位置Ｐｃに、あらかじめ設定されたマージン距離ΔＬを加算して、減速完了位置Ｐｂを計算し、計算した減速完了位置Ｐｂを新たな減速完了位置Ｐｂとして記憶する。

【0077】

スクラップタッチ後、電極２は、操業領域Ｒ２内で昇降制御される。操業領域Ｒ２内では、電極２は、操業速度基準特性１２ａにしたがって動作する。

【0078】

インバータ運転制御部１１は、たとえば、アーク電流ＩＦＢの過電流を検出した場合には、電極２等の保護のために、電極２を操業領域Ｒ２から離脱させ、高速昇降領域Ｒ１に退避させる。電極２の高速昇降領域Ｒ１の退避動作では、インバータ運転制御部１１は、電極２を電極上限位置Ｐａに移動させる。

【0079】

アーク電流による加熱でスクラップ４の溶解が完了した場合には、インバータ運転制御部１１は、電極２を電極上限位置Ｐａに移動させる。これにより、１つの操業単位が完了する。

【0080】

（変形例）
図６は、実施形態の変形例に係る電極昇降制御装置の動作を説明するための模式図である。
図６には、実施形態の場合の操業速度基準Ｖ２＊および本変形例の場合の操業速度基準Ｖ２ａ＊が同一の時間軸上に示されている。
実施形態に係る電極昇降制御装置６は、図４に示したように、高精度制御範囲ＨＲでは、微細なアーク電流ＩＦＢの変動によっても、電極２の昇降制御を行う。そのため、スクラップ４の状態によっては、電極２の昇降動作が激しくなるおそれがある。そこで、本変形例では、電極２の加減速時の速度基準の変化率を時間ｔに応じて異ならせる。

【0081】

図６に示すように、実施形態に係る電極昇降制御装置６では、電極２は、一定の操業加速時速度基準変化率α２で加速され、一定の操業減速時速度基準変化率β２で減速される。これに対して、本変形例に係る電極昇降制御装置では、操業加速時速度基準変化率α２ａは、速度基準の加速の初期では、加速の中期よりも小さな値とされ、速度基準の加速の終期でも加速の中期よりも小さな値とされている。同様に、操業減速時速度基準変化率β２ａは、速度基準の減速の初期では、減速の中期よりも小さな値とされ、速度基準の減速の終期でも減速の中期よりも小さな値とされている。つまり、変形例の場合では、加減速の初期および終期の段階で加減速をゆるやかにすることによって、電極２の昇降動作の急激な変動を抑制する。加速の中期とは、加速の初期と加速の終期との間の期間であり、減速の中期とは、減速の初期と減速の終期との間の期間である。

【0082】

加速の初期は、たとえば、操業速度基準Ｖ２ａ＊が操業速度基準上限値Ｖ２の１０％となる期間とされる。加速の終期は、たとえば、操業速度基準Ｖ２ａ＊が操業速度基準上限値Ｖ２の９０％となる期間とされる。減速の初期は、たとえば、操業速度基準Ｖ２ａ＊が操業速度基準上限値Ｖ２の９０％となる期間とされる。減速の終期は、たとえば、操業速度基準Ｖ２ａ＊が操業速度基準上限値Ｖ２の１０％となる期間とされる。

【0083】

比較例に係る電極昇降制御装置と比較しつつ、本実施形態および変形例に係る電極昇降制御装置６の効果について説明する。
まず、比較例に係る電極昇降制御装置の動作について説明する。
図７は、比較例に係る電極昇降制御装置の動作の特性を表すグラフ図である。
図７は、比較例に係る電極昇降制御装置の速度基準特性１１２ａのグラフ図である。速度基準特性１１２ａは、実施形態の場合の操業速度基準特性１２ａに対応する。比較例に係る電極昇降制御装置は、速度基準特性１１２ａにしたがって、電極２を昇降制御する。

【0084】

図７に示すように、比較例の場合の速度基準特性１１２ａは、０＜ΔＺ＜＋ΔＺ１０１の範囲では、速度基準Ｖ＊は０である。ΔＺ≦０の範囲では、異なる傾きを有する３本の直線－Ｓ１～－Ｓ３が感度設定直線として設定され、＋ΔＺ１０１≦Ｚの範囲では、異なる傾きを有する＋Ｓ１～＋Ｓ３が感度設定直線として設定される。いずれかの感度設定直線がオペレータによって選択され、いずれの感度設定直線においても、０＜ΔＺ＜＋ΔＺ１０１の範囲では、Ｖ＊＝０である。

【0085】

０＜ΔＺ＜＋ΔＺ１０１の範囲を不感帯Ｄと呼ぶ。不感帯Ｄのしきい値である＋Ｚ１０１は、たとえば、インピーダンス偏差ΔＺの最大値の１０％～３０％程度に設定される。速度基準Ｖ＊の上限値は、たとえば、実施形態に係る電極昇降制御装置６の場合の操業速度基準上限値Ｖ２に等しい値とされる。

【0086】

比較例に係る電極昇降制御装置では、ΔＺ＞０の範囲で不感帯Ｄを設けることによって、電極２の昇降動作を過剰に制御することによって発生するハンチングを抑制して、電極昇降制御装置が不安定な動作となることを防止する。一方で、比較例に係る電極昇降制御装置では、アーク電流ＩＦＢの微細な変動の場合には電極２の昇降制御を行わない定位置制御を行っている。そのため、電極２とスクラップ４との間の距離が適切に維持されていない場合がある。つまり、不感帯Ｄにおいては、制御の安定性に重点を置くことで、アーク電流ＩＦＢにもとづく適切なエネルギーをスクラップ４に投入できない場合がある。

【0087】

また、電極昇降制御装置は、ΔＺ＜０の範囲においては、感度設定直線による昇降制御を行っている。そのため、アーク電流ＩＦＢの小さな変動の場合であっても、感度設定にしたがって、電極２は、頻繁にスクラップ４から大きく離れるように昇降制御される。そのため、スクラップ４に投入できる実質的なエネルギーが減少する場合がある。

【0088】

実施形態に係る電極昇降制御装置６は、高精度制御範囲ＨＲを有する操業速度基準特性１２ａにしたがって、インピーダンス偏差ΔＺに応じた操業速度基準Ｖ２＊をインバータ７に出力する。高精度制御範囲ＨＲでは、ΔＺ＝０ではＶ２＊＝０に設定され、ΔＺ＞０の範囲ではＶ２＊＞０に設定され、ΔＺ＜０の範囲では、Ｖ２＊＜０に設定される。さらに、操業速度基準特性１２ａでは、ｄ（Ｖ２＊）／ｄ（ΔＺ）≧０とされている。そのため、電極昇降制御装置６は、微細なアーク電流ＩＦＢの変化が生じた場合でも、適切な方向に電極２を昇降動作させることができる。

【0089】

高精度制御範囲ＨＲのほとんどの範囲では、ΔＺに対するＶ２＊の感度を感度設定制御範囲ＳＲよりも低く設定している。そのため、電極昇降制御装置６は、小さなＩＦＢの変動を小さなＶ２＊への応答へと変換するので、高精度な位置制御を安定して実行することができる。

【0090】

このほか、比較例に係る電極昇降制御では、操業開始時や異常発生後等の操業再開時等に、スクラップ４から十分に離れた位置から十分に抑制された遅い速度で電極２を下降させている。そのため、１つの操業単位において、アーク放電を開始して、実際にスクラップ４の溶解を開始し、再開するのに長い時間を要するとの問題もある。

【0091】

実施形態に係る電極昇降制御装置６は、電極位置測長部１３を備えることにより、電極２の昇降が可能な領域における電極２の位置を推定することができる。電極昇降制御装置６は、推定した電極２の位置により、高速昇降領域Ｒ１および操業領域Ｒ２に区分された領域のうち、どちらに電極２があるかを判定することができる。高速昇降領域Ｒ１では、操業領域Ｒ２での速度基準よりも高速に電極２を昇降させることができ、操業開始時や操業再開時の電極２の下降のための時間を短縮することができる。

【0092】

実施形態に係る電極昇降制御装置６では、操業領域Ｒ２における加速時の速度基準変化率は、高速昇降領域Ｒ１における加速時の速度基準変化率よりも大きく設定されている。操業領域Ｒ２における減速時の速度基準変化率も、高速昇降領域Ｒ１における減速時の速度基準変化率よりも大きく設定されている。そのため、操業領域Ｒ２での速度基準の加減速を迅速に行いつつ、オーバーシュートおよびアンダーシュートを抑制して、高精度な位置制御を実現することが可能である。

【0093】

実施形態に係る電極昇降制御装置６では、操業領域Ｒ２における加減速時の速度基準変化率は、高速昇降領域Ｒ１における加減速時の速度基準変化率よりも大きく設定されている。その上で、操業領域Ｒ２における電流制限値を高速昇降領域Ｒ１における電流制限値よりも大きく設定することによって、電動機８の出力トルクを最大限利用することが可能になる。

【0094】

実施形態に係る電極昇降制御装置６では、操業領域Ｒ２において、ΔＺの変動に対して迅速に追従するように、加減速時の速度基準変化率を十分に大きく設定している。そのために、電極２の昇降動作が激しくなる場合がある。図６に示した変形例のように、加減速時の速度基準変化率を時間に時間に応じて小さくすることによって、電極２の昇降動作をゆるやかにすることができ、より安定した昇降動作を実現することが可能になる。

【0095】

このようにして、スクラップの溶解の効率を最適化した電極昇降制御装置を実現することができる。

【0096】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0097】

１…炉用変圧器、２…電極、３…炉体、４…スクラップ、５…電極昇降主幹盤、６…電極昇降制御装置、７…インバータ、８…電動機、９…インピーダンス偏差演算部、１０…電極運転停止指令部、１１…インバータ運転制御部、１２…インバータ目標速度設定部、１２ａ…操業速度基準特性、１３…電極位置測長部、１４ａ…インバータ加減速設定切替部、１５…変流器、１６…補助変圧器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】