JP7302151B2 - 溶解判定補助装置および溶解判定補助方法 - Google Patents

Description

本発明は、溶解判定補助装置および溶解判定補助方法に関し、さらに詳しくは、アーク炉における金属材料の溶解状態の判定を、炉内発生音や炉用変圧器の一次側電流または電圧の情報と、閾値との対比によって行う際に、閾値の妥当性の検証を補助する溶解判定補助装置および溶解判定補助方法に関する。

金属スクラップ等の金属材料をアーク放電によって溶解するアーク炉においては、金属材料の溶解状態を判定することが重要である。通常、金属材料は、複数回にわたって炉内に装入して溶解され、既に装入した金属材料の溶解がある程度進行した段階で、次の金属材料の追装が行われる。そして、装入した金属材料が全て溶落すると、酸化精錬等、次の工程が実施される。この際、既に装入した金属材料が溶解し、追装可となった時点、また、溶落が起こり、次工程への移行が可能となった時点を、的確に判定する必要がある。追装可、また溶落と判定した時点が、実際の溶解の進行に対して、遅すぎても、また早すぎても、アーク炉の操業効率に支障をきたしうる。

しかし、アーク炉の内部を直接観察して金属材料の溶解状態を判定することは困難であり、金属材料の溶解状態に相関を有する現象をアーク炉の外から観察して、金属材料の溶解状態を判定する方法が用いられる。例えば、特許文献１に記載されるように、アーク炉の炉内発生音が、溶解完了に関する判定に利用されている。従来から、作業者が、炉内発生音を聞いて、その音の変化をもとに、溶解完了に関する判定を行う場合がある。また、特許文献１では、炉内発生音の音信号を周波数解析して、基本周波数の偶数倍の周波数を中心とした領域の信号成分の強度が、当該領域の低周波側および高周波側の各領域の信号成分の強度に比して一定時間以上持続して所定量以上高くなった時に、溶解完了と判定している。また、特許文献２においては、アーク炉の炉用変圧器の一次側電流／電圧を検出して基本周波数の偶数倍の周波数の高調波電流成分／電圧成分を検出し、その高調波電流成分／電圧成分の値が所定値よりも一定時間以上低下したことで溶解完了を判定している。

特開２０１３－１７０７４８号公報 特開２０１２－２０７９０４号公報

特許文献１および特許文献２に記載されるように、炉内発生音の周波数解析の結果や、一次側電流／電圧の高調波成分の強度に基づいて、アーク炉内の金属材料の溶解が完了しているか否かを判定すれば、それらの計測結果と金属材料の溶解状態との間の高い相関性により、追装可や溶落の判断を適時に行うことができる。そして、各計測結果に対して、所定の閾値を設定し、その閾値以上または以下となる状態が所定時間持続することをもって、溶解完了に関する判定を行うようにすることで、作業者が、炉内発生音を聞いて、溶解完了の判断を行う場合等とは異なり、作業者の経験や技量に依存せずに、溶解完了に関する判定を定量的に行い、アーク炉の操業の効率化を促進することができる。しかし、炉内発生音の周波数解析結果や、一次側電流／電圧の高調波成分の強度のような評価データを、閾値と比較することで、溶解完了に関する判定を行う場合にも、判定の精度は、設定した閾値が適切であるかどうかに、大きく依存する。

アーク炉内の金属材料の溶解状態と、評価データとの相関性は、アーク炉の操業条件にも依存するので、個別の操業条件に応じて、適切な閾値を設定することが重要となる。しかし、ある閾値を設定して溶解完了に関する判定を行った際に、設定した閾値が適切であり、判定を正確に行えているとは限らない。その閾値を用いた判定が正確に行えていたかどうかや、別の閾値を用いていればさらに正確な判定が行えたかどうかを、事後的に検証することは難しい。もし、そのような検証を行おうとすれば、同じ条件での金属材料の溶解を、再度実行することになる。再度の金属材料の溶解を、完全に同一の条件で実行することは難しく、閾値の妥当性の検証を定量的に行うことは困難である。また、再度の金属材料の溶解には、時間と労力を要する。

本発明が解決しようとする課題は、アーク炉内の金属材料の溶解の完了に関する判定を、炉内発生音や炉用変圧器の一次側の電流または電圧の計測結果と、閾値との対比によって行う際に、金属材料の溶解を繰り返さなくても、閾値の妥当性を事後的に検証できるようにすることで、溶解状態の判定を補助する溶解判定補助装置および溶解判定補助方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明にかかる溶解判定補助装置は、アーク炉の炉内発生音の強度を周波数分析した音周波数データ、および前記アーク炉に電源を供給する炉用変圧器の一次側の電流値または電圧値における電源周波数の偶数倍の周波数の高調波成分の強度の時間変化を記録した電気高調波データの少なくとも一方を、評価データとして、取得済みの前記評価データに対して、アーク炉の金属材料の溶解完了に関する判定のシミュレーションを行うシミュレーション手段を有し、前記シミュレーションは、前記音周波数データにおいて、前記電源周波数の偶数倍の周波数を含んだピークの高さが、所定の音閾値以上となる状態が所定の音判定時間にわたって継続する状態、および、前記電気高調波データにおいて、前記高調波成分の強度が、所定の電気閾値以下となる状態が所定の電気判定時間にわたって継続する状態の少なくとも一方が発生すると、前記金属材料の溶解が完了したと判定するものである。

ここで、前記シミュレーション手段は、同一の前記評価データに対して、前記音閾値および前記電気閾値の少なくとも一方の値を変化させながら、前記シミュレーションを繰り返し行えるものであるとよい。

前記シミュレーション手段は、前記アーク炉における操業を同一の条件で複数回行って得られた複数の前記評価データに対して、前記シミュレーションを行えるものであるとよい。

前記溶解判定補助装置は、出力手段をさらに有し、前記出力手段は、前記シミュレーションの結果を出力するとともに、前記評価データと、前記音閾値および前記電気閾値のうち前記シミュレーションに用いられた閾値との関係性を、表およびグラフの少なくとも一方として出力するとよい。

この場合に、前記溶解判定補助装置は、データ採取手段と、データ入力手段と、をさらに有し、前記データ採取手段は、前記アーク炉において取得された前記評価データを、前記アーク炉に備えられた記憶手段から採取し、前記出力手段は、前記データ採取手段が採取した前記評価データを、表およびグラフの少なくとも一方として出力し、前記データ入力手段は、前記データ出力手段が出力した前記評価データを、前記シミュレーション手段によるシミュレーションの対象とするかどうかについて、作業者に選択させ、前記シミュレーションの対象とすることが選択された前記評価データを、前記シミュレーション手段に入力するとよい。

前記溶解判定補助装置は、前記音閾値および前記電気閾値の少なくとも一方の値を作業者に指定させ、前記シミュレーション手段に入力するパラメータ入力手段をさらに有し、前記シミュレーション手段は、前記パラメータ入力手段によって入力された前記値を用いて、前記シミュレーションを行えるものであるとよい。

前記シミュレーションにおいて、前記音周波数データに対して前記音閾値を用いて前記金属材料の溶解完了に関する判定を行う際に、前記電源周波数の偶数倍の周波数を含む第一の周波数領域における、前記音周波数データの信号強度が、第一の閾値以上となる状態を、第一の状態とし、前記第一の周波数領域よりも低周波側の第二の周波数領域における前記信号強度が、第二の閾値以下となる状態と、前記第一の周波数領域よりも高周波側の第三の周波数領域における前記信号強度が、第三の閾値以下となる状態の、少なくとも一方が発生している状態を、第二の状態として、前記第一の状態と前記第二の状態の両方が前記音判定時間にわたって継続されることをもって、前記金属材料の溶解が完了したと判定するとよい。

本発明にかかる溶解判定補助方法は、上記の溶解判定補助装置を用いて、前記シミュレーションの結果に基づいて、前記アーク炉における前記金属材料の溶解完了に関する判定に用いる前記音閾値および前記電気閾値の少なくとも一方を決定するものである。

ここで、前記評価データは、前記音周波数データと前記電気高調波データをともに含み、前記溶解判定補助方法は、前記音周波数データおよび前記電気高調波データの挙動に基づいて、前記音周波数データと前記電気高調波データのそれぞれについて、前記アーク炉における前記金属材料の溶解完了に関する判定に用いるか否かを決定するデータ種決定工程と、前記データ種決定工程において前記音周波数データを前記判定に用いることが決定された場合に、該判定に用いる前記音閾値を決定するとともに、前記データ種決定工程において前記電気高調波データを前記判定に用いることが決定された場合に、該判定に用いる前記電気閾値を決定する閾値決定工程と、を含むとよい。

この場合に、前記シミュレーションにおいて、前記音周波数データに対して前記音閾値を用いて前記金属材料の溶解完了に関する判定を行う際に、前記第一の状態と前記第二の状態の両方が前記音判定時間にわたって継続されることをもって、前記金属材料の溶解が完了したと判定する形態の溶解判定補助装置を用いて、前記音周波数データ上で、前記第二の周波数領域および第三の周波数領域において、信号強度が、前記金属材料の溶解の初期に、高い音信号レベルを維持した後、低い音信号レベルまで低下するという挙動が検出された場合には、前記データ種決定工程において、少なくとも前記音周波数データを前記金属材料の溶解完了に関する判定に用いると決定し、前記閾値決定工程において、前記第二の閾値および第三の閾値を、それぞれの周波数領域における前記低い音信号レベルと前記高い音信号レベルの間に設定するとよい。

あるいは、前記電気高調波データ上で、前記高調波成分の強度が、前記金属材料の溶解の初期に、高い電気信号レベルを維持した後、低い電気信号レベルまで低下するという挙動が検出された場合には、前記データ種決定工程において、少なくとも前記電気高調波データを前記金属材料の溶解完了に関する判定に用いると決定し、前記閾値決定工程において、前記電気閾値を、前記低い電気信号レベルと前記高い電気信号レベルの間に設定するとよい。

上記発明にかかる溶解判定補助装置においては、取得済の音周波数データや電気高調波データに対して、閾値を設定して、事後的に、溶解完了に関する判定のシミュレーションを行うことができる。そのため、金属材料の溶解を再度実行しなくても、ある閾値の妥当性、つまり、既に適用した閾値や、別の閾値について、その閾値を用いて金属材料の溶解完了に関する判定を適切に行えるかどうかを、検証することができる。閾値の妥当性の検証を目的として、金属材料の溶解を再度実行する必要がないことで、検証を定量的に行うことができるとともに、再度の溶解の実行に要する時間および労力を、削減することができる。このように、シミュレーションを用いて閾値の妥当性を簡便に検証できるようにすることで、適切な閾値を用いた判定が行えるように、金属材料の溶解状態の判定を、効果的に補助することができる。

アーク炉の操業条件が多様に変化する場合でも、それぞれの操業条件において取得されたデータに対してシミュレーションを行うことで、個別の操業条件に対応して、適用される閾値の妥当性を、検証することができる。その結果、多様な操業条件に対応した閾値を適用して溶解完了に関する判定を行うのを、補助することができる。

また、実際に金属材料の溶解を行って、閾値の妥当性の検証を行うとすれば、実際のアーク炉における操業条件が変更された後に、変更前の操業条件に対して適用される閾値の妥当性を検証することは困難である。しかし、本発明にかかる溶解判定補助装置においては、既に取得したデータに対してシミュレーションを行って、閾値の妥当性を検証するため、実際のアーク炉における操業条件の変更の有無にかかわらず、閾値の妥当性の判定を実行することができる。その結果、頻繁に操業条件が変更されることがあっても、各操業条件に応じた閾値の妥当性の検証を、敏速に行って、検証の結果を、アーク炉の操業に反映させることができる。

ここで、シミュレーション手段が、同一の評価データに対して、音閾値および電気閾値の少なくとも一方の値を変化させながら、シミュレーションを繰り返し行えるものである場合には、金属材料の溶解を何度も実行しなくても、多様な閾値を想定して、各閾値を用いて金属材料の溶解完了を適切に判定できるか否かを、簡便に評価することができる。その結果、適切な閾値の探索を、短時間で、また少ない労力で行うことができる。

シミュレーション手段が、アーク炉における操業を同一の条件で複数回行って得られた複数の評価データに対して、シミュレーションを行えるものである場合には、操業ごとの条件のばらつき等により、取得される評価データに揺らぎや誤差が生じたとしても、各操業で得られた評価データに対するシミュレーションの結果を、俯瞰的に比較、検討することができる。その結果、評価データの揺らぎやばらつきの影響を低減して、適切な閾値の探索を行いやすくなる。

溶解判定補助装置が、出力手段をさらに有し、出力手段が、シミュレーションの結果を出力するとともに、評価データと、音閾値および電気閾値のうちシミュレーションに用いられた閾値との関係性を、表およびグラフの少なくとも一方として出力する場合には、閾値の妥当性の検証を行う作業者が、シミュレーションに用いた閾値によって、金属材料の溶解の完了を適切に判定できているかどうかを、簡便に、また直感的に判断しやすくなる。特に、多数の評価データに対して、あるいは閾値を多様に変化させながらシミュレーションを行う場合に、各評価データに対するシミュレーション結果の比較を、明快に行うことができる。

この場合に、溶解判定補助装置が、データ採取手段と、データ入力手段と、をさらに有し、データ採取手段が、アーク炉において取得された評価データを、アーク炉に備えられた記憶手段から採取し、出力手段が、データ採取手段が採取した評価データを、表およびグラフの少なくとも一方として出力し、データ入力手段が、出力手段が出力した評価データを、シミュレーション手段によるシミュレーションの対象とするかどうかについて、作業者に選択させ、シミュレーションの対象とすることが選択された評価データを、シミュレーション手段に入力する形態によれば、記憶手段に蓄積された評価データから、シミュレーションの対象とすべき評価データを選択し、シミュレーション手段に入力する工程において、作業者が要する時間と労力が低減される。特に、多数の評価データをシミュレーションの対象とする場合には、それらの工程に要する時間と労力を、大幅に削減することができる。

溶解判定補助装置が、音閾値および電気閾値の少なくとも一方の値を作業者に指定させ、シミュレーション手段に入力するパラメータ入力手段をさらに有し、シミュレーション手段が、パラメータ入力手段によって入力された値を用いて、シミュレーションを行えるものである場合には、作業者が指定する閾値を適用して、溶解完了に関するシミュレーションを行うことができるので、作業者が想定している閾値を適用した場合の判定の結果を、シミュレーションによって簡便に評価することができる。特に、指定する閾値を変えながらシミュレーションを行うことで、判定に適用すべき閾値の探索を、効率的に行うことができる。

シミュレーションにおいて、音周波数データに対して音閾値を用いて金属材料の溶解完了に関する判定を行う際に、電源周波数の偶数倍の周波数を含む第一の周波数領域における、音周波数データの信号強度が、第一の閾値以上となる状態を、第一の状態とし、第一の周波数領域よりも低周波側の第二の周波数領域における信号強度が、第二の閾値以下となる状態と、第一の周波数領域よりも高周波側の第三の周波数領域における信号強度が、第三の閾値以下となる状態の、少なくとも一方が発生している状態を、第二の状態として、第一の状態と第二の状態の両方が音判定時間にわたって継続されることをもって、金属材料の溶解が完了したと判定する場合には、音周波数データにおいて、電源周波数の偶数倍の周波数を含んだピークの高さが、所定の音閾値以上となる状態が所定の音判定時間にわたって継続する状態を、簡便に検出し、溶解完了に関する判定に利用することができる。

本発明にかかる溶解判定補助方法は、上記の溶解判定補助装置を用いて、シミュレーションの結果に基づいて、アーク炉における金属材料の溶解完了に関する判定に使用する閾値を決定するものであるため、金属材料の溶解を繰り返して行わなくても、候補となる閾値の妥当性を検証することができる。その結果、溶解完了に関する判定を正確に行うことができる適切な閾値を、正確に、また簡便に探索し、設定することが可能となる。

ここで、評価データが、音周波数データと電気高調波データをともに含み、溶解判定補助方法が、音周波数データおよび電気高調波データの挙動に基づいて、音周波数データと電気高調波データのそれぞれについて、アーク炉における金属材料の溶解完了に関する判定に用いるか否かを決定するデータ種決定工程と、データ種決定工程において音周波数データを判定に用いることが決定された場合に、該判定に用いる音閾値を決定するとともに、データ種決定工程において電気高調波データを判定に用いることが決定された場合に、該判定に用いる電気閾値を決定する閾値決定工程と、を含む場合には、音周波数データと電気高調波データのうち、閾値を設定して溶解完了に関する判定に好適に利用することができるものを選択したうえで、実際に判定に用いる閾値を設定することができる。そのため、音周波数データと電気高調波データのいずれか一方のみを溶解完了に関する判定に利用する場合と比較して、操業条件や溶解の形態に対応して、閾値を用いた溶解完了に関する判定を、正確に行うことが可能となる。特に、音周波数データと電気高調波データの両方を判定に用いる場合には、判定の精度を向上させることができる。

この場合に、シミュレーションにおいて、音周波数データに対して音閾値を用いて金属材料の溶解完了に関する判定を行う際に、第一の状態と第二の状態の両方が音判定時間にわたって継続されることをもって、金属材料の溶解が完了したと判定する形態の溶解判定補助装置を用いて、音周波数データ上で、第二の周波数領域および第三の周波数領域において、信号強度が、金属材料の溶解の初期に、高い音信号レベルを維持した後、低い音信号レベルまで低下するという挙動が検出された場合には、データ種決定工程において、少なくとも音周波数データを金属材料の溶解完了に関する判定に用いると決定し、閾値決定工程において、第二の閾値および第三の閾値を、それぞれの周波数領域における低い音信号レベルと高い音信号レベルの間に設定する形態によれば、音周波数データを利用することで溶解完了に関する判定を好適に行うことができる場合を、簡便に、また正確に選別し、適切な音閾値を設定することができる。

あるいは、電気高調波データ上で、高調波成分の強度が、金属材料の溶解の初期に、高い電気信号レベルを維持した後、低い電気信号レベルまで低下するという挙動が検出された場合には、データ種決定工程において、少なくとも電気高調波データを金属材料の溶解完了に関する判定に用いると決定し、閾値決定工程において、電気閾値を、低い電気信号レベルと高い電気信号レベルの間に設定する形態によれば、電気高調波データを利用することで溶解完了に関する判定を好適に行うことができる場合を、簡便に、また正確に選別し、適切な電気閾値を設定することができる。

本発明の一実施形態にかかる溶解判定補助装置による溶解判定の補助の対象とするアーク炉の構成を示す模式図である。 溶解判定補助装置の構成を、アーク炉に備えられる判定・記憶装置とともに示すブロック図である。 音周波数データの一例であり、（ａ）は溶解初期のデータ、（ｂ）は溶解終期のデータを示している。 電気高調波データの一例であり、各次数の高調波成分の強度変化を示している。 本発明の一実施形態にかかる溶解判定補助方法におけるデータ種決定工程および閾値決定工程を説明するフロー図である。 音周波数データの採否および音閾値の決定を説明する図であり、（ａ）は、音周波数データの一例を示し、（ｂ）～（ｄ）は、それぞれ（ａ）中の領域Ｉ～ＩＩＩにおける信号強度の時間変化を、レベルａ～ｅとともに示している。 電気高調波データの採否および電気閾値の決定を説明する図であり、電気高調波データにおける信号強度の時間変化を、レベルｆ，ｇとともに示している。

以下、本発明の一実施形態にかかる溶解判定補助装置および溶解判定補助方法について、図面を参照しながら説明する。

本発明の一実施形態にかかる溶解判定補助装置１は、アーク炉５における金属材料Ｍの溶解状態の判定を補助するものである。図１に、溶解判定補助装置１による補助の対象とするアーク炉５の一例を示す。また、図２に、溶解判定補助装置１の構成を、アーク炉５と協働する判定・記憶装置６と合わせて示す。溶解判定補助装置１は、アーク炉５および併設される判定・記憶装置６において、炉内発生音や一次側電流または電圧の情報に基づいて、金属材料Ｍの溶解状態を判定する際に用いられる閾値の妥当性を検証し、さらに適切な閾値を決定するのを、補助するものである。また、本発明の一実施形態にかかる溶解判定補助方法は、そのような溶解判定補助装置１を用いて、アーク炉５における金属材料Ｍの溶解状態の判定を補助する方法である。

［１］アーク炉および判定・記憶装置
溶解判定補助装置１について説明する前に、アーク炉５および併設される判定・記憶装置６の構成、また、アーク炉５および判定・記憶装置６による金属材料Ｍの溶解および溶解状態判定の方法について、簡単に説明する。

［アーク炉の構成］
アーク炉５においては、炉体５０に金属スクラップ等の金属材料Ｍを収容して、蓋５１に取り付けられた電極５２と金属材料Ｍの間で、アーク放電を行うことで、金属材料Ｍを溶解する。電極５２は、図示しない昇降装置に保持され、高さ位置を変更可能となっている。

アーク炉５に電力を供給する電源回路には、タップチェンジャを備えた炉用変圧器５３が設けられており、炉用変圧器５３の一次側回路５４が商用電源に接続されている。一次側回路５４においては、炉用変圧器５３と商用電源の間に、真空遮断器（ＶＣＢ）５６が設けられている。炉用変圧器５３の二次側回路５５は、電極５２に至っており、電極５２に電源を供給する。電極５２には、三相交流が供給される。図示は省略するが、二次側回路５５には、計器用変流器と計器用変圧器が設けられており、それらを介して計測された二次側回路５５の電流値および電圧値に基づくフィードバック制御により、電極５２の高さ位置が調整され、炉用変圧器５３の出力が調整される。なお、図示した形態では、３本の電極５２に三相交流が供給されるが、電極５２を２本とした単相交流、あるいは商用電源の交流を変換して得た直流が供給される形態としてもよい。

さらに、一次側回路５４には、計器用変流器５７が設けられている。計器用変流器５７は、一次側回路５４を流れる電流値に対応する電気信号を、判定・記憶装置６の電気周波数分析手段６１に入力する。

また、炉体５０の近傍には、騒音計５８が設置されている。騒音計５８は、アーク炉５の炉内発生音を検出し、検出された音の強度に応じた電気信号を、判定・記憶装置６の音周波数分析手段６２に入力する。なお、騒音計５８は、炉体５０の近傍に設置されることから、耐熱対策および防塵対策として、図示しない筐体に収容されている。

炉用変圧器５３の一次側回路５４に設けられた真空遮断器５６は、ＯＮ／ＯＦＦ制御により、炉用変圧器５３への電源の供給／遮断を切り替えることができる。電極５２に電源を供給し、金属材料Ｍの溶解を行う間は、真空遮断器５６はＯＮ状態とされる。一方、後述するように、判定・記憶装置６において、金属材料Ｍの溶解が完了したと判定されると、真空遮断器５６がＯＦＦ状態に切り替えられ、炉用変圧器５３を介した電極５２への電源の供給が遮断される。真空遮断器５６のＯＮ／ＯＦＦの切り替えは、判定・記憶装置６による判定結果に基づいて、作業者が手動で行うようにしても、判定・記憶装置６からの制御信号を介して、自動的に行うように構成してもよい。

［判定・記憶装置の構成］
次に、アーク炉５に備えられる判定・記憶装置６の構成について説明する。判定・記憶装置６は、コンピュータよりなり、アーク炉５の周辺に設置されている。判定・記憶装置６は、情報処理機能として、電気周波数分析手段６１と、音周波数分析手段６２と、判定手段６３と、通知手段６４とを有している。判定・記憶装置６はさらに、情報記憶機能として、記憶手段６５を有している。記憶手段６５は、コンピュータに取り付けられた、揮発性、または不揮発性のメモリとして、構成することができる。判定・記憶装置６は、アーク炉５において、二次側回路５５の電流値および電圧値に基づいて、炉用変圧器５３の出力および電極５２の高さ位置を制御する制御装置を兼ねるものとしてもよい。

音周波数分析手段６２は、騒音計５８によって検出された炉内発生音の強度に対応する信号を入力され、その信号に対して、フーリエ変換やラプラス変換等による周波数分析を行う。そして、周波数ごとの強度分布を示す音周波数データを、評価データとして、判定手段６３および記憶手段６５に入力する。

電気周波数分析手段６１は、計器用変流器５７から一次側回路５４の電流値に対応する信号を入力され、その信号に対して、音周波数分析手段６２と同様に、周波数分析を行う。そして、周波数分析の結果から、基本周波数（商用電源の電源周波数）の偶数倍の周波数を有する高調波成分の強度変化を抽出して、その強度の時間変化を記録したものを、電気高調波データとする。そして、生成した電気高調波データを、評価データとして、判定手段６３および記憶手段６５に入力する。ここで、アーク炉５の一次側回路５４に、計器用変流器５７の代わりに計器用変圧器を設置し、計器用変圧器により検出された一次側回路５４の電圧値に対応する信号を、電気周波数分析手段６１に入力し、同様に、電気高調波データを生成するようにしてもよい。また、一次側回路５４に計器用変流器５７（または計器用変圧器）を設置する代わりに、一次側回路５４の電流（または電圧）における高調波成分の強度を計測する高調波計を設けてもよい。この場合には、判定・記憶装置６は、電気周波数分析手段６１を備える必要がなく、高調波計によって検出された高調波成分の強度に対応する電気信号を、直接、判定手段６３および記憶手段６５に入力するように構成すればよい。

判定手段６３は、入力された評価データ、つまり音周波数分析手段６２より入力された音周波数データ、および電気周波数分析手段６１より入力された電気高調波データから、アーク炉５の中の金属材料Ｍの溶解状態を判定する。具体的には、音周波数データにおいて、基本周波数の偶数倍の周波数を含んだピークの高さを、所定の音閾値と比較することにより、また、電気高調波データにおいて、高調波成分の強度を、所定の電気閾値と比較することにより、金属材料Ｍの溶解が完了しているか否かを判定する。これら音周波数データおよび電気高調波データを利用した溶解完了に関する判定の方法については、後に詳しく説明するが、それらの判定に用いる閾値の妥当性を検証し、さらに適切な閾値を決定するのに、溶解判定補助装置１を利用する。

通知手段６４は、判定手段６３による金属材料Ｍの溶解状態に関する判定の結果を、判定・記憶装置１の外部に通知する。例えば、通知手段６４は、判定・記憶装置６に付属された表示画面に、画像や文字によって、判定の結果を出力し、作業者に、金属材料Ｍの溶解が完了しているか否かを通知することができる。さらに、通知手段６４は、判定手段６３によって溶解が完了したと判定された際に、アーク炉５の一次側回路５４に設けられた真空遮断器５６に、通知として制御信号を出力し、ＯＮ状態にあった真空遮断器５６をＯＦＦ状態として、電極５２への電源供給を停止するように構成してもよい。

記憶手段６５は、評価データ、つまり音周波数分析手段６２から入力された音周波数データおよび電気周波数分析手段６１から入力された電気高調波データを、蓄積して記憶する。記憶手段６５が蓄積して記憶する情報は、評価データに加え、その評価データが取得され、判定手段６３における判定の対象とされた際に、判定に用いられた閾値（音閾値および電気閾値）や、操業条件（アーク炉５における各種の設定パラメータや、金属材料Ｍの種類および量等）等、評価データに対応付けられる他の情報を含む、組データの形であってもよい。

［金属材料の溶解方法］
以上のような構成を有するアーク炉５および判定・記憶装置６を用いて、金属スクラップ等の金属材料Ｍを溶解する方法の一例について、簡単に説明する。溶解を開始する前に、判定・記憶装置の判定手段６３に、音周波数データと電気高調波データのうち、金属材料Ｍの溶解完了を判定するための評価データとして用いるデータ種と、そのデータ種に対して溶解完了の判定に用いる閾値を入力しておく。

溶解を開始する際に、まず、アーク炉５に対して、作業者が、金属材料Ｍの初装を行う。そして、電極５２に電源を供給して金属材料Ｍの溶解を進める。この間、判定・記憶装置６は、評価データを取得する。つまり、評価データとして音周波数データが選択されている場合には、騒音計５８から取り込んだ信号を音周波数分析手段６２で周波数分析して、音周波数データとして判定手段６３に入力する。また、評価データとして電気高調波データが選択されていている場合には、計器用変流器５７から取り込んだ信号に対して、電気周波数分析手段６１で周波数分析と高周波成分の抽出を行い、電気高調波データとして判定手段６３に入力する。判定手段６３は、入力された評価データを、予め入力されていた閾値と比較して、アーク炉５の中の金属材料Ｍの溶解が完了しているかどうかを判定する。取得された評価データは、判定手段６３に入力されて判定に使用されるのに並行して、記憶手段６５に蓄積される。判定手段６３における判定の内容については、後述する。

評価データの取得および判定手段６３による溶解完了に関する判定は、溶解工程を通して、繰り返し行われる。その間に、判定手段６３によって、初装された金属材料Ｍが十分に溶解し、追装が可能であると判定されると、通知手段６４が、そのことを通知する。そして、通知手段６４からの通知を受けて、作業者による手動操作によって、あるいは制御信号によって自動的に、アーク炉５の真空遮断器５６がＯＦＦ状態とされ、電極５２への電源供給が中断される。

次に、作業者が、金属材料Ｍの追装を行う。その後、初装時と同様に、金属材料Ｍの溶解と、評価データの取得、判定手段６３による溶解完了に関する判定を行う。追装と溶解は、複数回（例えば３回）繰り返すことができ、金属材料Ｍの溶解が完了し、さらなる追装が可能な状態にあると判定手段６３が判定し、電極５２への電源供給を中断した後に、次の追装を行うようにすればよい。

最後に追装した金属材料Ｍを溶解させる際には、判定手段６３が、溶落が起こり、酸化精錬等、次の工程に移行できる状態に達したと判定すると、通知手段６４によって、次工程に移行できることが通知される。そして、アーク炉５の真空遮断器５６がＯＦＦ状態とされ、電極５２への電源供給が終了される。

［金属材料の溶解完了に関する判定］
上記のように、判定・記憶装置６の判定手段６３においては、音周波数データおよび電気高調波データの一方、または両方を用いて、金属材料Ｍの溶解が完了しているか否かを判定する。その判定の内容について説明する。
（１）音周波数データを用いた判定
アーク炉５の中で金属材料Ｍの溶解が進行するのに伴って、炉内発生音が変化することが知られている。溶解があまり進行していないうちは、不均一に堆積した金属材料Ｍに対して離散的にアーク放電が起こることに対応して、雷鳴のような間欠的な音が発生するのに対して、溶解が進行すると、連続的な音に変化することが知られている。このような音の変化は、炉内発生音を周波数分析した音周波数データによく反映される。

図３（ａ）に示すように、溶解の初期には、基本周波数の偶数倍（例えば４倍；２００Ｈｚ）を含む領域において、信号強度に明確な周波数依存性が見られず、広い周波数領域の音が同程度の強度で観測されている。これに対し、図３（ｂ）に示すように、溶解の終期には、基本周波数の偶数倍の周波数を中心とした一部の周波数領域で信号強度が強くなる一方、その周囲の周波数の信号強度が弱くなり、基本周波数の偶数倍の周波数を中心とした明確なピーク構造が観測されるようになる。

そこで、基本周波数の偶数倍の周波数を含んだピーク（高調波ピーク）の高さを、判定手段６３による溶解完了に関する判定の指標として用いればよい。例えば、高調波ピークの高さに閾値（図３中のＴ）を設け、実際に観測される高調波ピークの高さがその閾値Ｔ以上となる状態が、所定の音判定時間以上持続した場合に、金属材料Ｍの溶解が完了したと判定することができる。高調波ピークの高さの評価においては、高調波ピークの高さを音周波数データから読み取り、その高さが閾値Ｔ以上となる状態が所定の音判定時間以上持続した場合に、溶解完了と判定すればよい。高調波ピークの高さは、例えば、高調波ピークの頂点の強度と、高調波ピークの低周波側および高周波側の領域（図３中の領域ＩＩおよび領域ＩＩＩに相当する周波数領域）の信号強度の平均値との差として、読み取ることができる。例えば、溶解初期の図３（ａ）では、高調波ピークの高さは１０ｄＢ以下であり、溶解終期の図３（ｂ）では、約４０ｄＢである。

あるいは、高調波ピークの高さを読み取って閾値と比較する代わりに、複数の閾値を用いて設定した複数の領域に、各周波数の信号成分が入っているかどうかを判定してもよい。例えば、図３においては、領域Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩの３つの領域を設定している。領域Ｉは、基本周波数の偶数倍の周波数を含む周波数領域に設定されている。図３では、基本周波数の偶数倍の周波数を中心として、閾値Ｔ１の上側の領域として、領域Ｉが設定されている。領域ＩＩ，ＩＩは、それぞれ領域Ｉよりも低周波側および高周波側の周波数領域として設定されている。図３では、領域Ｉよりも低周波側に、閾値Ｔ２の下側の領域として、領域ＩＩが設定され、領域Ｉよりも高周波側に、閾値Ｔ３の下側の領域として、領域ＩＩＩが設定されている。３つの閾値の関係は、Ｔ２，Ｔ３≦Ｔ１であり、図示した形態では、Ｔ２＜Ｔ１，Ｔ３＝Ｔ１となっている。

音周波数信号において、少なくとも一部の信号成分が、領域Ｉに入って閾値Ｔ１以上となり、かつ、領域ＩＩと領域ＩＩＩに、当該周波数の信号成分が全て入り、それぞれ閾値Ｔ２以下、Ｔ３以下となった状態が、所定の音判定時間以上継続した場合に、溶解が完了したと判定すればよい。溶解初期の図３（ａ）では、信号が領域Ｉに全く入っておらず、また、一部が領域ＩＩに収まっていない。一方、溶解終期の図３（ｂ）では、信号成分の一部が領域Ｉに入っており、また、当該周波数領域の信号成分が全て領域ＩＩ，ＩＩＩに収まっている。

音周波数データにおける高調波ピークの成長は、次に説明する電気高調波データにおける高調波成分の強度低下よりも、金属材料Ｍの溶解が比較的よく進行してから観測される。そこで、次に追装する予定の金属材料Ｍの嵩が大きい場合等、溶解が完全に終了するまで、あるいはその直前まで溶解を進めてから、溶解完了の判定を行いたい場合には、音周波数データにおける高調波ピークの成長を、判定に利用すればよい。

（２）電気高調波データを用いた判定
アーク炉５の中で金属材料Ｍの溶解が進行するのに伴って、アーク炉５から発生する高調波が減少することが知られている。アーク炉５から発生する高調波は、電極５２に電源を供給する電源回路の一次側回路５４の電流および電圧に、高調波成分として現れる。よって、一次側回路５４の電流および電圧において、基本周波数の偶数倍（例えば２倍）に相当する高調波の強度の時間変化を観察することで、アーク炉５の中の金属材料Ｍの溶解が完了しているか否かを判定することができる。

図４に、計器用変流器５７で計測される一次側回路５４の電圧における各次数の高調波成分の強度の時間変化を示す。図では、次数（周波数が基本周波数の何倍であるか）が異なる複数の偶数次の高調波成分について、測定結果を示している。図４によると、初装時および２回の追装時のそれぞれの溶解工程において、溶解の終期に近づくまでは、高調波成分の強度が大きくは変化していない。しかし、溶解の終期において、高調波成分の強度が、徐々に低下している。

そこで、高調波成分の強度を、判定手段６３による溶解完了に関する判定に用いればよい。例えば、ある次数の高調波成分の強度に閾値を設定し、実際に観測されるその次数の高調波成分の強度が、設定した閾値以下となる状態が、所定の電気判定時間以上持続した場合に、金属材料Ｍの溶解が完了したと判定することができる。図４の例において、初装時の溶解について、２次高調波に対する閾値Ｔ４を０．１５ｋＶに設定すると、溶解の初期においては、２次高調波成分の強度がその閾値Ｔ４を上回っているが、溶解の終期近くに２次高調波の強度が徐々に低下し、閾値Ｔ４を下回るようになっている。その後も２次高調波の強度は低下を続けるが、その強度が閾値Ｔ４以下となった状態が所定の電気判定時間以上持続した時点で、初装時の溶解が完了し、追装可となったと判定することができる。

電気高調波データにおける高調波成分の強度の低下は、上記の音周波数データにおける高調波ピークの成長よりも、金属材料Ｍの溶解が終期にあることを比較的早い時期に反映する。そこで、次に追装する予定の金属材料Ｍの嵩が小さい場合等、溶解が終期に差しかかっていることを比較的早く検知したい場合には、電気高調波データにおける高調波成分の強度低下を、判定に利用すればよい。

上記のように、溶解完了に関する判定には、音周波数データと電気高調波データの両方を用いても、いずれか一方を用いてもよい。つまり、音周波数データにおいて、高調波ピークの高さが、音閾値以上となる状態が音判定時間にわたって継続する状態、および、電気高調波データにおいて、高調波成分の強度が、電気閾値以下となる状態が所定の電気判定時間にわたって継続する状態の少なくとも一方が発生した際に、金属材料Ｍの溶解が完了したと判定すればよい。

［２］溶解判定補助装置
ここで、本発明の一実施形態にかかる溶解判定補助装置（以下単に、補助装置と称する場合がある）１の構成と動作について説明する。

［溶解判定補助装置の構成］
本溶解判定補助装置１は、上記のように、取得済みの評価データを対象としたシミュレーションを行うものである。シミュレーションによって、金属材料Ｍの溶解完了に関する判定に用いる音閾値（閾値Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３）および電気閾値（閾値Ｔ４）の妥当性を検証し、さらには、検証結果に基づいて、音周波数データと電気高調波データのいずれのデータ種に基づく判定を採用すべきか、また採用したデータ種に対する判定に用いるべき具体的な閾値を決定することができる。

補助装置１は、入力された情報に基づいて、金属材料Ｍの溶解完了に関する判定のシミュレーション等、演算を行う演算部２０と、演算部２０に対する情報の出入力および確認において、作業者を支援する支援部１０と、を有している。補助装置１は、コンピュータとして構成することができ、情報処理機能として、支援部１０を構成するデータ採取手段１１、出力選択手段１２、出力手段１３、データ入力手段１４、パラメータ入力手段１５を備え、また、演算部２０を構成するシミュレーション手段２１を備えている。補助装置１は、判定・記憶装置６と共通の装置として構成しても、別の装置として構成してもよい。別の装置として構成する場合には、判定・記憶装置６とは異なり、補助装置１は、アーク炉５の近傍に設置する必要はない。

支援部１０は、上記のように、データ採取手段１１、出力選択手段１２、出力手段１３、データ入力手段１４、パラメータ入力手段１５を備えている。これらのうち、出力選択手段１２と出力手段１３は、作業者が、解析対象のデータや解析結果の確認を行うのを支援する、解析支援部１０ａを構成している。そして、データ入力手段１４とパラメータ入力手段１５が、作業者が、シミュレーションに用いるデータやパラメータの選択等、シミュレーションに必要な設定を行うのを支援する、設定支援部１０ｂを構成している。

データ採取手段１１は、判定・記憶装置６の記憶手段６５に蓄積された評価データ（あるいは組データ）を採取する。データ採取手段１１は、多数回の操業において取得された評価データを、一括して採取することができる。データ採取手段１１は、採取したデータを、必要に応じて、シミュレーション手段２１における演算処理、および出力手段１３による出力が可能な形態に、変換する。データ採取手段１１によるデータ採取の具体的な形態は特に限定されないが、例えば、判定・記憶装置６と補助装置１の間をネットワーク接続して相互に通信可能としておき、ネットワークを介してデータを採取するように構成することができる。あるいは、記憶手段６５が、判定・記憶装置６から取り外し可能なメモリよりなる場合や、記憶手段６５の記憶内容をメディアディスクに保存可能である場合には、記憶手段６５またはメディアディスクを判定・記憶装置６から補助装置１に移動させて、蓄積されたデータを読み出すようにしてもよい。

データ採取手段１１は、採取した評価データ（あるいは組データ）を、データ入力手段１４に入力する。データ採取手段１１は、その評価データを、出力選択手段１２へも入力する。

解析支援部１０ａに含まれる出力選択手段１２は、データ採取手段１１から入力された評価データのうち、次に説明する出力手段１３を介して、補助装置１に付属されたディスプレイ装置３１等に表示するものを、作業者に選択させる。その選択は、補助装置１に付属するキーボード３２やマウス等を用いて行うことができ、例えば、各評価データに割り付けられた番号やファイル名によって、選択する評価データを指定できるように、構成すればよい。そして、出力選択手段１２は、作業者によって表示することが選択された評価データを、出力手段１３へと入力する。

出力選択手段１２を用いることで、例えば、多数の評価データが、データ採取手段１１によって一括して採取された際に、代表となる評価データを作業者が選択し、その評価データに対して、内容の確認や解析等、作業者が所望する作業を行うことが可能となる。しかし、評価データの数がそれほど多くない場合等には、出力選択手段１２を省略し、データ採取手段１１から出力手段１３に、各評価データを直接入力するようにしてもよい。

解析支援部１０ａに含まれる出力手段１３は、データ採取手段１１によって採取され、適宜、出力選択手段１２を経て入力された評価データを、作業者に認識可能な形態で、出力する。具体的には、表およびグラフの少なくとも一方として出力する。例えば、ディスプレイ装置３１に、グラフや表を表示することができる。なお、音周波数データに関しては、出力手段１３は、各時刻において取得された音周波数データのみならず、ある周波数における信号強度の時間変化も表示することが好ましい（図６（ｂ）～（ｄ）参照）

さらに、出力手段１３は、データ採取手段１１によって採取された評価データのみならず、シミュレーション手段２１によるシミュレーションの結果も、作業者に認識可能な形態で出力することができる。後述するように、シミュレーション手段２１は、ある評価データに対してある閾値を適用した際に、金属材料Ｍの溶解が完了したと判定されるか否か、また完了したと判定される場合に、溶解開始から溶解が完了したと判定されるまでの評価データ上の経過時間を、シミュレーション結果として出力する。出力手段１３は、そのシミュレーション結果を、例えばディスプレイ装置３１に表示する。合わせて、出力手段１３は、シミュレーションに用いられた評価データと閾値との関係性を、作業者に認識可能な形態で出力する。具体的には、表およびグラフの少なくとも一方として出力する。例えば、ディスプレイ装置３１に、グラフや表を表示することができる。この際、評価データと閾値の関係を、作業者に直感的に分かりやすいように表示することが好ましく、評価データをグラフ表示し、そこに、閾値を示すラインを重畳して表示する形態を例示することができる。出力手段１３において、データ採取手段１１から入力されたデータを表示する状態と、シミュレーション手段２１でのシミュレーションの結果として得られるデータを出力手段１３によって表示する状態とは、例えば、溶解判定補助装置１の状態や作業者による指定に応じて、切り替えることができる。

設定支援部１０ｂに含まれるデータ入力手段１４は、データ採取手段１１によって採取され、適宜、出力選択手段１２を経て入力された評価データのそれぞれについて、シミュレーションによる解析の対象とするかどうかを、作業者に選択させる。この際、作業者は、出力手段１３によって表やグラフとして出力された評価データを、参照することができる。そして、データ入力手段１４が、ディスプレイ装置３１に、その評価データをシミュレーションによる検討の対象とするか否かの選択肢を表示し、作業者がマウス操作等を行うことで、その評価データをシミュレーションの対象とするか否かを選択することができる。さらに、データ入力手段１４は、作業者によって、シミュレーションによる検討の対象とすることが選択された評価データを、演算部２０のシミュレーション手段２１に入力する。

設定支援部１０ｂに含まれるパラメータ入力手段１５は、シミュレーション手段２１におけるシミュレーションに用いるパラメータを、作業者に入力させ、作業者が入力したパラメータを、シミュレーション手段２１に伝達するものである。例えば、パラメータ入力手段１５が、作業者が入力すべきパラメータの項目名を、ディスプレイ装置３１に表示し、それを見た作業者が、キーボード３２やマウス等を用いて、パラメータ値を入力する。そして、作業者によって入力されたパラメータ値を、シミュレーション手段２１が処理可能な形態で、シミュレーション手段２１へと伝達する。作業者に入力させるパラメータとしては、シミュレーションの対象とするデータ種（音周波数データか電気高調波データか）や、シミュレーションに適用する閾値の値を挙げることができる。シミュレーションに適用する閾値としては、シミュレーションの対象とする評価データが取得された際に、溶解状態の判定に実際に適用された閾値と同じ値（実績閾値）とすることも、作業者が任意に指定する、実績閾値とは異なる値（指定閾値）とすることもできる。

演算部２０を構成するシミュレーション手段２１は、データ入力手段１４から入力された評価データに対して、金属材料Ｍの溶解完了に関するシミュレーションを行う。つまり、入力された評価データが、リアルタイムで取得されたとして、判定・記憶装置６の判定手段６３で行われているのと同様に、閾値を用いて、金属材料Ｍの溶解が完了しているか否かを、模擬的に判定する。そして、金属材料Ｍの溶解が完了したと判定されたかどうか、また完了したと判定された場合に、金属材料Ｍの溶解開始から、溶解が完了したと判定されるまでの音周波数データ上の経過時間を、シミュレーション結果として、そのシミュレーションに用いた評価データおよび閾値とともに、出力手段１３に伝達する。上記のように、出力手段１３は、シミュレーション結果に加え、評価データと閾値との関係を、作業者に認識できるように出力する。

シミュレーション手段２１におけるシミュレーションの詳細については次に説明するが、シミュレーションに適用する閾値としては、パラメータ入力手段１５を介して、作業者が指定した閾値（実績閾値または指定閾値）を、用いることができる。なお、データ採取手段１１およびデータ入力手段１４を介してシミュレーション手段２１に入力される情報が、実績閾値を含む組データである場合には、パラメータ入力手段１５を介して作業者から入力される閾値の代わりに、その組データに含まれる実績閾値を、シミュレーションに利用するように構成してもよい。

［溶解完了のシミュレーションと閾値の妥当性の検証］
次に、シミュレーション手段２１におけるシミュレーションの詳細と、そのシミュレーションの結果に基づく閾値の妥当性の検証について説明する。

上記のように、シミュレーション手段２１においては、判定・記憶装置６において既に取得、蓄積され、データ採取手段１１およびデータ入力手段１４を介して入力された評価データに対して、金属材料Ｍの溶解完了に関するシミュレーションを行う。シミュレーションにおける溶解完了の判定は、判定・記憶装置６において、リアルタイムで取得されている評価データに対して行われるのと同様の方法で、模擬的に行われる。以下、シミュレーションの一例について説明する。

評価データが音周波数データを含んでいる場合には、データ入力手段１４からシミュレーション手段２１に、図３（ａ），（ｂ）のような音周波数データが、溶解工程の時系列に沿って複数入力される。シミュレーション手段２１は、パラメータ入力手段１５を介して作業者に指定された実績閾値または指定閾値としての音閾値（ここでは閾値Ｔ１，Ｔ２、Ｔ３）の値を用いて、領域Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩを設定する。領域Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩのそれぞれを規定する周波数の値、また、所定の状態の継続を判定するための音判定時間は、固定された値としてあらかじめシミュレーション手段２１に入力しておいても、パラメータ入力手段１５を介して作業者が指定可能なパラメータとして、シミュレーション手段２１に入力するようにしてもよい。

シミュレーション手段２１は、入力された一連の音周波数データのそれぞれに対して、領域Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩを当てはめ、各音周波数データが取得された時点において、金属材料Ｍの溶解が完了していると判定できるかどうかを、評価する。つまり、図３（ｂ）のように、少なくとも一部の信号成分が、領域Ｉに入って閾値Ｔ１以上となった状態（第一の状態）と、領域ＩＩと領域ＩＩＩに、当該周波数領域の信号成分が全て入り、それぞれ閾値Ｔ２以下、Ｔ３以下となった状態（第二の状態）との両方が、音判定時間以上継続した時点で、溶解が完了したと判定する。

そして、データ入力手段１４から入力された一連の音周波数データの時系列の中で、いずれかの時点において溶解が完了したと判定されれば、溶解が完了したと判定されたという事実と、溶解工程の開始時から、溶解が完了したと判定された時点までの評価データ上での経過時間とを、シミュレーション結果として、出力手段１３に出力する。一方、データ入力手段１４から入力された一連の音周波数データの時系列の中で、溶解が完了したと判定されなかった場合には、溶解が完了したと判定されなかったという事実を、シミュレーション結果として、出力手段１３に出力する。

一方、評価データが電気高調波データを含んでいる場合には、データ入力手段１４からシミュレーション手段２１に、図４に示したいずれかの次数のデータのような、高調波成分の強度の時間変化のデータが、入力される。シミュレーション手段２１は、パラメータ入力手段１５を介して作業者に指定された実績閾値または指定閾値としての電気閾値（ここでは閾値Ｔ４）を、電気高調波データに重畳する。所定の状態の持続を判定するための電気判定時間は、固定された値としてあらかじめシミュレーション手段２１に入力しておいても、パラメータ入力手段１５を介して作業者が指定可能なパラメータとして、シミュレーション手段２１に入力するようにしてもよい。

シミュレーション手段２１は、入力された電気高調波データに対して、閾値Ｔ４との関係を評価する。つまり、データ上の各時点の高調波成分の強度を、閾値Ｔ４と比較し、高調波成分の強度が閾値Ｔ４以下となった状態が、電気判定時間以上持続した時点で、溶解が完了したと判定する。

そして、データ入力手段１４から入力された電気高調波データの時間範囲の中で、溶解が完了したと判定されれば、溶解が完了したと判定されたという事実と、溶解工程の開始時から、溶解が完了したと判定された時点までの電気高調波データ上の経過時間を、シミュレーション結果として、出力手段１３に出力する。一方、データ入力手段１４から入力された電気高調波データの時間範囲の中で、溶解が完了したと判定されなかった場合には、溶解が完了したと判定されなかったという事実を、シミュレーション結果として、出力手段１３に出力する。

作業者は、出力手段１３によってディスプレイ装置３１に出力されるシミュレーション結果を確認することで、閾値（閾値Ｔ１～Ｔ４）として特定の値を適用した場合に、金属材料Ｍの溶解完了に関する判定が正確に、また所望の通りに行われているかどうかを評価し、その閾値の妥当性を検証することができる。出力されたシミュレーション結果が、溶解が完了したと判定されなかった、というものである場合には、そのシミュレーションに適用された閾値では、溶解の完了を正しく判定できなかったということであり、その閾値が妥当でなかったと評価することができる。この場合には、適用する閾値を再検討する必要があると言える。再検討に際して、シミュレーション結果とともに、グラフや表として出力されている評価データと閾値との関係性を参照して、原因や対策について考察することができる。あるいは、アーク炉５における金属材料Ｍの溶解自体、あるいは騒音計５８や計器用変流器５７を介した評価データの取得自体が正常に行えなかった可能性があれば、それらの装置の状態を確認することができる。

一方、出力されたシミュレーション結果が、溶解が完了したと判定された、というものである場合には、シミュレーションに適用された閾値は、少なくとも、溶解完了に関する判定が可能なものであったと評価することができる。さらに、この場合には、その閾値を適用した際に、溶解工程の開始から溶解が完了したと判定された時点までの経過時間が出力されるので、その経過時間の情報に基づき、また必要に応じて、評価データと閾値との関係性の出力結果を参照しながら、閾値の妥当性について、詳細に検討することができる。例えば、溶解完了に関する判定が、アーク炉５における金属材料Ｍの実際の溶解の進行と比較して、また、判定完了の通知を所望する時期と比較して、適切であったか否かを評価することができる。さらに、適切でなかった場合には、早すぎるか、または遅すぎるかを、評価することができる。ここで、アーク炉５における金属材料Ｍの実際の溶解の進行との比較は、例えば、実際にアーク炉５の内部を試験的に確認した結果に基づいて行えばよい。また、判定完了の通知を所望する時期との比較としては、例えば、溶解が終期に差しかかっていることを比較的早く検知したいか、あるいは溶解がほぼ完全に終了するまで溶解を進めてから溶解完了と判定したいのか、という時期との比較を行えばよい。

このような閾値の妥当性の検証は、複数の異なる閾値を設定した場合の判定結果の比較としても、行うことができる。例えば、複数の閾値のうち、いずれを用いた場合の判定結果が優れているかを、評価することができる。

対象とする評価データが取得された際に、溶解完了に関する判定に実際に使用された実績閾値を用いて、シミュレーション手段２１でのシミュレーションを行う場合には、判定・記憶装置６の判定手段６３において、評価データを取得しながらリアルタイムで行われた判定を、そのまま模擬的に再現することになる。そして、既に行われた判定が適切であったか、判定に適用された閾値が妥当であったかを、事後的に検証することになる。判定が適切に行われたと評価される場合には、その実績閾値を、同条件での溶解に、継続して使用すればよい。判定が適切に行われなかったと評価される場合には、閾値の変更を検討すればよい。

一方、パラメータ入力手段１５を介して作業者が任意に指定した、実績閾値とは異なる指定閾値を適用して、シミュレーション手段２１でのシミュレーションを行う場合には、既に取得された評価データに対して、任意の閾値を適用して、いかなる判定結果が得られるのかを、仮想的に評価することができる。例えば、上記のように、実績閾値によって、判定が適切に行えなかった場合に、実績閾値とは別の値である指定閾値を適用した場合と、判定結果を比較することで、閾値の変更によって、判定をより適切に行える可能性があるかどうかを、判断することができる。あるいは、複数の指定閾値を用いた評価結果を相互に比較し、いずれの指定閾値を用いれば、判定を最も適切に行うことができるのかを、検討することができる。このように、任意の指定閾値を用いたシミュレーションを行うことで、実際のアーク炉５での金属材料Ｍの溶解完了に関する判定に用いるべき評価データの種別（音周波数データを用いるか、電気高調波データを用いるか）や、適用すべき閾値の値を、決定することができる。その決定方法については、後に詳しく説明する。

本実施形態にかかる補助装置１において、閾値の妥当性の判断を行うためには、最初に、データ採取手段１１によって、判定・記憶装置６の記憶手段６５から、評価データを採取する。この際、同一の操業条件で行われた複数回の溶解工程において取得された、複数の評価データを、一括して採取することが好ましい。データ採取手段１１は、採取した各評価データを、適宜、出力選択手段１２を介して、出力手段１３に入力する。出力手段１３は、入力された評価データの内容を、作業者が認識できる形で出力する。

そして、データ入力手段１４が、出力手段１３によって出力される各評価データを、シミュレーション手段２１によるシミュレーションの対象とするかについて、作業者に選択させる。作業者はこの際、例えば、アーク炉５や判定・記憶装置６の構成部材の不具合等により、内容に不備がある評価データや、判定結果の適否が明白であり、検証を行う必要がない評価データ等を、シミュレーションの対象から除外すればよい。データ入力手段１４は、シミュレーションの対象とすることが選択された評価データを、シミュレーション手段２１に入力する。なお、データ採取手段１１によって採取された評価データに対して、作業者が確認や選択を行うことを必要としない場合には、データ採取手段１１からデータ入力手段１４および出力選択手段１２、出力手段１３に評価データを入力する過程を省略し、データ採取手段１１からシミュレーション手段２１へと、評価データを直接入力するように構成してもよい。

さらに、パラメータ入力手段１５が、シミュレーション手段２１でのシミュレーションに用いる閾値を、作業者に入力させる。この際、作業者は、閾値として、判定・記憶装置６において、対応する評価データが取得された際に実際に適用された実績閾値、あるいは、実績閾値とは異なる仮想的な指定閾値を入力することができる。パラメータ入力手段１５は、作業者が入力した閾値を、シミュレーション手段２１に伝達する。

シミュレーション手段２１は、データ入力手段１４から入力された評価データと、パラメータ入力手段１５から入力された閾値を用いて、上記で説明したように、溶解判定のシミュレーションを行う。そして、出力手段１３に、シミュレーション結果を伝達する。出力手段１３は、そのシミュレーション結果を、評価データと閾値との関係性と合わせて、作業者に認識可能な形態で出力する。

作業者は、出力結果を確認して、閾値が妥当であるか否かを検証することができる。閾値が妥当でなかった場合、あるいは、妥当であったが、さらに優れた閾値が存在すると考えられる場合には、作業者は、パラメータ入力手段１５を介して、別の閾値を入力すればよい。すると、シミュレーション手段２１は、既に入力されている評価データに対して、新しく入力された閾値を適用して、再度シミュレーションを行い、出力手段１３を介して、シミュレーション結果を出力する。

図２に太線で示した、パラメータ入力手段１５による閾値の設定と、その閾値を用いたシミュレーション手段２１によるシミュレーション、出力手段１３によるシミュレーション結果および評価データ、閾値の出力のループは、同一の評価データに対して、閾値を変えながら、何度も繰り返すことができる。これにより、作業者は、その評価データに対して用いるべき適切な閾値を、探索することができる。さらに、同一の操業条件で取得された複数の評価データに対して、同様に、閾値の検討を行うことで、操業状態の揺らぎ等、偶発的な事象の影響を低減して、閾値の探索の精度を高めることができる。探索の結果、適切な閾値を発見することができれば、その閾値を、判定・記憶装置６の判定手段６３に入力し、実際の金属材料Ｍの溶解における溶解完了の判定に用いることができる。

以上のように、本実施形態にかかる補助装置１においては、アーク炉５における金属材料Ｍの溶解完了に関する判定を、音周波数データや電気高調波データよりなる評価データと閾値との比較によって行うに際し、金属材料Ｍの溶解を繰り返さなくても、既に取得した評価データに対して、シミュレーションを行うことで、その閾値によって溶解完了に関する判定が適切に行えるかを、検証することができる。その検証は、実際に判定に適用した閾値（実績閾値）のみならず、作業者によって想定される任意の閾値（指定閾値）を用いて行うことができる。特に、ある評価データに対して、閾値を変化させながらシミュレーションを繰り返すことで、異なる閾値を用いた場合の判定結果の比較を通して、より良い閾値を探索することができる。このように、閾値の妥当性を、事後的に検証することで、適切な閾値を用いて、以後の操業における溶解完了の判定を行えるようになり、アーク炉５における溶解状態の判定が、効果的に補助される。金属材料Ｍの溶解を繰り返さずに、閾値の妥当性を検証できることで、検証を定量的に行うことができるとともに、検証のために作業者が要する時間および労力を低減することができる。閾値の妥当性に関する検証を、短期間、低労力で、かつ定量的に行えることで、その検証結果を、実際の操業に敏速に反映させることができ、操業条件が頻繁に変更されるような場合でも、それぞれの操業条件に応じて適切な閾値を設定し、溶解完了の判定を行うことが可能となる。

本実施形態にかかる補助装置１は、シミュレーション手段２１を備えた演算部２０に加え、各種情報処理手段を備えた支援部１０を有することで、シミュレーション手段２１に対するデータの出入力、およびシミュレーションの結果の確認において、作業者を支援し、作業者の負担を軽減することができる。まず、データ採取手段１１が、判定・記憶装置６に蓄積された多数の評価データを、採取し、シミュレーション手段２１によるシミュレーションが可能な形態に変換するとともに、出力選択手段１２および出力手段１３を介して作業者が認識および選択可能な形態で出力すること、また、データ入力手段１４が、作業者に選択された評価データをシミュレーション手段２１に入力することにより、評価データの採取および形式変換、また取捨選択に要する、作業者の労力と時間が軽減される。さらに、出力手段１３が、シミュレーション結果および評価データと閾値との関係性を、グラフや表として出力することで、シミュレーション結果の評価に要する作業者の労力を軽減するとともに、シミュレーション結果の直感的な理解および評価を助ける。そして、パラメータ入力手段１５により、シミュレーションに適用するパラメータを作業者が指定できることにより、多様なパラメータでのシミュレーションを、容易に実行することが可能となっている。

本実施形態においては、同一の評価データに複数の閾値を適用してシミュレーションを行う際、また複数の評価データに対して閾値の検証を行う際に、シミュレーションごとに判定の結果の良否を評価する工程や、それらの評価結果を俯瞰して最適な閾値を決定する工程を、作業者によるシミュレーション結果の目視確認と判断によって行う形態を、主に想定している。しかし、シミュレーションに適用する閾値を段階的に変化させ、それらの閾値を用いた判定結果を相互に比較する工程を、補助装置１の情報処理機能を利用して、自動的、または半自動的に行わせるように構成してもよい。

また、以上では、音周波数データと電気高調波データの両方を、評価データとして溶解完了に関する判定に用いることを想定し、両方のデータについて、また音閾値と電気閾値の両方の閾値について、補助装置１を構成する各情報処理手段における処理を行っている。しかし、音周波数データと電気高調波データのいずれか少なくとも一方を評価データとして採用すればよく、採用された方に適用される閾値について、各情報処理手段における処理を行えばよい。つまり、評価データのうち、アーク炉５における判定に用いられたデータとともに、２種の閾値のうち、判定に用いられた方の閾値を、データ採取手段１１によって評価データとして採取して、データ入力手段１４によってシミュレーション手段２１に入力する。そして、シミュレーション手段２１が、その入力された評価データおよび閾値を用いてシミュレーションを行い、出力手段１３が、シミュレーションに用いられた評価データと閾値との関係性を、シミュレーション結果とともに出力する。さらに、パラメータ入力手段１５を用いて、２種の閾値のうち少なくとも一方の値を変化させながら、シミュレーションを繰り返し行うことができる。

［データ種の選択と閾値の決定］
最後に、本実施形態にかかる溶解判定補助装置１を用いて、溶解完了に関する判定に使用するデータ種の選択と、選択したデータ種に適用すべき閾値の決定を行う方法の具体例について、説明する。

図５に、データ種と閾値の決定にかかる各工程を、フロー図として示す。ここで示されている各ステップは、ステップＳ１～Ｓ１０のデータ種決定工程と、ステップＳ１１～Ｓ１３の閾値決定工程よりなる。ここでは、評価データとして、音周波数データと電気高調波データの両方が、データ採取手段１１によって採取された評価データに含まれているとする。

ステップＳ０において、補助装置１のデータ採取手段１１によって採取されたある評価データが、出力手段１３によって、ディスプレイ装置３１に表示された状態から、データ種決定工程が開始される。この際、ディスプレイ装置３１には、音周波数データとして、図６（ａ）のように、代表的な周波数解析グラフを表示するとともに、それぞれ図６（ｂ）～（ｄ）のように、領域Ｉ～ＩＩＩにおける信号強度（領域内の最大値）の時間変化が表示されるようにしておく。

そして、ステップＳ１において、作業者が、音周波数データを、金属材料Ｍの溶解完了に関する判定に利用するかどうかを決定する。決定に際し作業者は、例えば、ステップＳ０でディスプレイ装置３１に表示された図６（ａ）のようなデータを見て、音周波数データが判定に堪えるものであるかを、決定の根拠とすることができる。あるいは、上記のように、音周波数データにおける高調波ピークの成長は、金属材料Ｍの溶解が比較的よく進行してから観測されるため、溶解完了に関する判定を溶解工程の比較的後期に行いたい場合には、音周波数データを利用すると決定し、比較的早期に行いたい場合には、音周波数データを利用しないと決定すればよい。

音周波数データを判定に利用すると決定した場合には（ステップＳ１においてＹｅｓ）、次に、ステップＳ２～Ｓ４で、作業者が、音周波数データが実際に判定に利用可能であるかどうかを検査する。まず、ステップＳ２で、領域Ｉの挙動が、判定に利用可能なものとなっているかを、検査する。図６（ｂ）に示すように、領域Ｉの信号強度が、溶解工程における全時間領域において、レベルａを上回る挙動が得られているかを確認する。ここで、レベルａは、後述するように、領域ＩＩおよび領域ＩＩＩで強度低下後の信号強度を示すレベルｃおよびレベルｅよりも、高い信号強度に設定される。発明者らの経験より、金属材料Ｍの溶解工程の初期から終盤まで、領域Ｉの信号強度は、高い水準を維持する場合が多いが、アーク炉５の具体的な構成等により、領域Ｉの信号強度が、溶解の初期には低く、溶解が進行すると高くなる、という挙動が見られる場合には、ステップＳ２における判定基準を、溶解工程の途中でレベルａを上回る挙動が得られているかどうか、としてもよい。なお、領域Ｉの信号強度が、金属材料Ｍの状態によらず、高いレベルを維持する場合も多く、その場合には、ステップＳ２の判定結果がＮｏとはなることは稀であるので、ステップＳ２を省略して、ステップＳ１の後に直接ステップＳ３を実行することが好ましい。

ステップＳ２で、領域Ｉにおいて、溶解工程における全時間領域で、信号強度がレベルａを上回る挙動（あるいは溶解工程の途中でレベルａを上回る挙動）が確認された場合には（ステップＳ２でＹｅｓ）、ステップＳ３に遷移し、領域ＩＩにおける信号強度の挙動を検査する。具体的には、図６（ｃ）に示すように、溶解の初期には、高い音信号レベル（レベルｂ）を維持した後、ある段階で、信号強度が低い音信号レベル（レベルｃ）に低下する、という挙動が見られるかどうかを確認する。そのような挙動が見られる場合には（ステップＳ３でＹｅｓ）、ステップＳ４に遷移する。

ステップＳ４では、ステップＳ３で領域ＩＩに対して行ったのと同様に、領域ＩＩＩにおける信号強度の挙動を検査する。具体的には、図６（ｄ）に示すように、溶解の初期には、高い音信号レベル（レベルｄ）を維持した後、ある段階で、信号強度が低い音信号レベル（レベルｅ）に低下する、という挙動が見られるかどうかを確認する。そのような挙動が見られる場合には（ステップＳ４でＹｅｓ）、ステップＳ５に遷移する。ここで、領域ＩＩＩの検査に利用するレベルｄ，ｅの値は、ステップＳ４で領域ＩＩの検査に利用されたレベルｂ，ｃの値と、それぞれ同じであっても異なっていてもよい。

図５のフローにおいて、ステップＳ５に到達したということは、音周波数データにおいて、溶解工程の後期に高周波ピークが成長するという挙動が明瞭に現れていることを意味しており、この場合には、音周波数データを、金属材料Ｍの溶解完了に関する判定に好適に用いうると判定できる。例えば、音周波数データがアーク炉５において取得された際に、電極５２の周囲の溶鋼の量が多い、あるいは次に装入すべき金属材料Ｍの嵩が大きい等の理由により、溶解工程の終期近くまで、溶解と音周波数データの取得が継続された場合には、明瞭なピークの成長が観測される段階まで継続して、音周波数データが取得されており、同条件での溶解工程において、音周波数データを好適に溶解完了の判定に利用することができると、判断できる。そのように、音周波数データを判定に利用することが決定された場合には、ステップＳ５で、電気高調波データを溶解完了に関する判定に併用するかどうかを、決定する。

ステップＳ５では、まず、作業者が、電気高調波データを金属材料Ｍの溶解完了に関する判定に利用するかどうかを判断する。上記のように、電気高調波データは、金属材料Ｍの溶解が終期にあることを比較的早い時期に反映するものであり、そのような早期の判定の必要性があるかどうか等に基づいて、電気高調波データを判定に用いるかどうかを、判断すればよい。

さらに、作業者が電気高調波データを判定に用いると判断した場合には、ディスプレイ装置３１に表示された電気高調波データに対して、実際に電気高調波データを判定に利用可能かどうかの検査を行う。具体的には、図７に示すように、溶解の初期には、高い電気信号レベル（レベルｆ）を維持した後、ある段階で、信号強度が低い電気信号レベル（レベルｇ）に低下する、という挙動が見られるかどうかを確認する。そのような挙動が見られる場合には（ステップＳ５でＹｅｓ）、電気高調波データを判定に利用可能であると判断し、ステップＳ８に遷移する。

ステップＳ８まで到達した場合には、溶解完了に関する判定に、音周波数データと電気高調波データがともに用いられることが、決定されたことになる。この場合には、ステップＳ１２に進み、閾値決定工程として、音周波数データに適用する音閾値Ｔ１～Ｔ３と、電気高調波データに適用する電気閾値Ｔ４の値を決定する。

具体的には、音周波数データにおいて、領域Ｉを規定する閾値Ｔ１は、ステップＳ２での検査に用いたレベルａ以下の値として、決定すればよい。なお、ステップＳ２での判定基準として、全時間領域においてレベルａを上回る挙動が得られているか否かではなく、溶解工程の途中でレベルａを上回る挙動が得られているか否かを採用した場合には、閾値Ｔ１は、初期の低い信号強度のレベルと、レベルａとの間に、閾値Ｔ１を設定すればよい。また、閾値Ｔ１は、領域ＩＩ，ＩＩＩに適用されるレベルｃ，ｅを上回る値とすることが好ましい。領域ＩＩを規定する閾値Ｔ２は、ステップＳ３での検査に用いたレベルｂとレベルｃとの間に、設定すればよい。同様に、領域ＩＩＩを規定する閾値Ｔ３は、ステップＳ４での検査に用いたレベルｄとレベルｅとの間に、設定すればよい。電気閾値Ｔ４は、ステップＳ５での検査に用いたレベルｆとレベルｇとの間に、設定すればよい。

各閾値Ｔ１～Ｔ４を、レベルａ～ｇのそれぞれによって規定される範囲の中で、具体的にいかなる数値として決定するかは、所望の時期に、適切な溶解完了の判定を行えるように、作業者が選択すればよい。例えば、図２で太線で示した、パラメータ入力手段１５を介した作業者による閾値の入力と、シミュレーション手段２１によるその閾値を用いた判定のシミュレーション、出力手段１３によるシミュレーション結果の出力および出力結果の作業者による確認とを繰り返しながら、最適な閾値を探索すればよい。また、同じ操業条件で金属材料Ｍの溶解を複数回行って取得した評価データに対して、同様の閾値の探索を繰り返し、それら複数の評価データに対して共通して適用可能な閾値を決定すればよい。

ステップＳ５で、電気高調波データを、溶解完了に関する判定に利用しない、あるいは溶解完了に関する判定に利用することができないと判定された場合には（ステップＳ５でＮｏ）、ステップＳ７に進み、溶解完了に関する判定に、音周波数データのみを利用すると決定する。そして、ステップＳ１１で、閾値決定工程を実施し、音周波数データに適用する音閾値Ｔ１～Ｔ３の値を決定する。閾値Ｔ１～Ｔ３の決定は、ステップＳ１２について説明したのと同様の方法で行えばよい。

なお、電気高調波データにおける信号強度の低下の方が、音周波数データにおけるピークの成長よりも早期に起こることから、音周波数データが溶解完了に関する判定に利用できる場合に（ステップＳ２～Ｓ４でＹｅｓ）、電気高調波データにも、溶解完了を示す信号強度低下の挙動が現れる場合が大半である。そのため、電気高調波データを溶解完了の判定に用いないことを積極的に選択する可能性が想定されない場合等には、ステップＳ５における電気高調波信号の利用の要否および可否に関する判定を省略し、電気高調波データは常に判定に利用するとして、ステップＳ４から直接ステップＳ８に遷移し、ステップＳ１２で音閾値Ｔ１～Ｔ３および電気閾値Ｔ４を決定するフローとしてもよい。この場合には、ステップＳ７，Ｓ１１は、フロー図から除外される。

ステップＳ１で、音周波数データを溶解完了の判定に用いない、あるいは用いることができないと判定した場合には、ステップＳ６に進む。また、ステップＳ２～Ｓ４のいずれかで、Ｎｏと判定された場合、つまり、音周波数データの領域Ｉ～ＩＩＩにおける挙動を検査した際に、いずれかの領域で、所定の挙動が得られなかった場合にも、ステップＳ６に進む。ステップＳ６では、電気高調波信号を、溶解完了に関する判定に用いることができるかを、判定する。例えば、音周波数データがアーク炉５において取得された際に、電極５２の周囲の溶鋼の量が少ない、あるいは次に装入すべき金属材料Ｍの嵩が小さい等の理由により、溶解工程が比較的早期に終了された場合には、明瞭な高調波ピークの成長が観測されるまで音周波数データの取得が継続されておらず、同条件での溶解工程において、音周波数データを好適に溶解完了に関する判定に利用することができず、ステップＳ２～Ｓ４のいずれかで、Ｎｏと判定されている可能性が高い。

ステップＳ６においては、ステップＳ５と同様に、電気高調波データにおいて、溶解の初期には、高い電気信号レベル（レベルｆ）を維持した後、ある段階で、信号強度が低い電気信号レベル（レベルｇ）に低下する、という挙動が見られるかどうかを確認する。そのような挙動が見られる場合には（ステップＳ６でＹｅｓ）、電気高調波データを判定に利用可能であると判断し、ステップＳ９に遷移する。

ステップＳ９まで進んだことにより、溶解完了に関する判定に、電気高調波データのみを利用することが、決定されたことになる。そして、ステップＳ１３に進んで、閾値決定工程を実施し、電気高調波データに適用する電気閾値Ｔ４の値を決定する。閾値Ｔ４は、ステップＳ１２について説明したのと同様の方法で、レベルｆとレベルｇの間に設定すればよい。

ステップＳ６で、電気高調波データに所定の挙動が見られなかった場合には（ステップＳ６でＮｏ）、音周波数データも電気高調波データも、溶解完了に関する判定に使用できないことになるので、ステップＳ１０で、金属材料Ｍの溶解完了に関する判定を行うことが不可能であると判定する。この場合には、ステップＳ１０に至るまでの各判定ステップを見直し、音周波数データまたは電気高調波データを溶解完了に関する判定に用いることができる余地がないかを、検討すればよい。例えば、ステップＳ１で音周波数データを判定に用いないと判断している場合に、再度、音周波数データを判定に利用する余地がないかを、検討することができる。あるいは、アーク炉５や判定・記憶装置６の構成部材に何らかの不具合が存在しないかを、点検すればよい。

なお、図５に示したフロー図では、音周波数データについて、ステップＳ２～Ｓ４において、領域Ｉ～ＩＩＩのいずれか１つでも所定の挙動を満たしていないと、音周波数データを溶解完了に関する判定に利用できないと判断して、ステップＳ６に進むようにしているが、いずれか１つの領域、あるいは２つの領域について、所定の挙動を満たしていれば、音周波数データを溶解完了に関する判定に利できると判断して、ステップＳ５に進むようにしてもよい。例えば、ステップＳ３の領域ＩＩに対する検査と、ステップＳ４の領域ＩＩＩに対する検査で、いずれか一方でも、所定の挙動が満たされていれば、音周波数データを溶解完了に関する判定に利用できると判断して、ステップＳ５に進む形態が考えられる。この場合には、領域ＩＩ，ＩＩＩのうち、所定の挙動が満たされた方についてのみ、ステップＳ１１またはステップＳ１２で閾値を設定し、判定・記憶装置６の判定手段６３において、閾値との比較による判定の対象とすればよい。

以上の各ステップを実行することで、アーク炉５において、音周波数データと電気高調波データのいずれのデータ種を、金属材料Ｍの溶解の判定に利用すべきかが、選択される。また、選択されたデータ種に対して、判定に適用すべき具体的な閾値が設定される。その後、選択したデータ種と、設定した閾値の情報を、判定・記憶装置６の判定手段６３に入力し、以降、同じ操業条件で金属材料Ｍの溶解を行う際の溶解完了に関する判定を、そのデータ種に対して、またその閾値に基づいて、行えばよい。上では説明を省略したが、閾値と評価データの比較を行うための音判定時間および電気判定時間も、閾値と同様に、適切に溶解完了の判定が行えるように、補助装置１を用いた検証を通じて設定してもよい。

ここで説明したデータ種決定工程および閾値決定工程においては、補助装置１のシミュレーション手段２１による判定のシミュレーションを利用しながら、また出力手段１３による判定結果等の出力を参照しながら、作業者が、各ステップを実行している。しかし、補助装置１が、作業者による各ステップの実行を補助することもできる。例えば、ディスプレイ装置３１に図５のようなフロー図を表示し、判断が必要なステップでの判断結果を作業者が入力することで、次に実行すべきステップを、ハイライト表示等により、作業者に案内するように構成してもよい。あるいは、各ステップにおける判断自体、例えば、ステップＳ２～Ｓ６における各レベルａ～ｇの設定および信号強度との比較や、ステップＳ１１～Ｓ１３における閾値の設定を、補助手段の情報処理機能によって、自動的、または半自動的に実行するように構成してもよい。さらに、閾値を段階的に変化させながら、最適な閾値を探索する工程を、補助装置１によって自動的に行いうることは、上記で説明したとおりである。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。

１ （溶解判定）補助装置
５ アーク炉
５０ 炉体
５１ 蓋
５２ 電極
５３ 炉用変圧器
５４ 一次側回路
５５ 二次側回路
５６ 真空遮断器
５７ 計器用変流器
５８ 騒音計
６ 判定・記憶装置
Ｍ 金属材料

Claims (12)

1. アーク炉の炉内発生音の強度を周波数分析した音周波数データ、および前記アーク炉に電源を供給する炉用変圧器の一次側の電流値または電圧値における電源周波数の偶数倍の周波数の高調波成分の強度の時間変化を記録した電気高調波データをともに含むデータを評価データとして、
   取得済みの前記評価データに対して、アーク炉の金属材料の溶解完了に関する判定のシミュレーションを行うシミュレーション手段を有する溶解判定補助装置であって、
   前記シミュレーションは、前記音周波数データにおいて、前記電源周波数の偶数倍の周波数を含んだピークの高さと、所定の音閾値とを比較することで、前記ピークの高さが前記音閾値以上となる状態が所定の音判定時間にわたって継続する状態、および、前記電気高調波データにおいて、前記高調波成分の強度と、所定の電気閾値とを比較することで、前記高調波成分の強度が前記電気閾値以下となる状態が所定の電気判定時間にわたって継続する状態の少なくとも一方が発生すると、前記金属材料の溶解が完了したと判定するものであり、
   前記音周波数データと前記電気高調波データのそれぞれについて、前記アーク炉における前記金属材料の溶解完了に関する判定に用いるか否かを決定するデータ種決定工程を、前記音周波数データおよび前記電気高調波データの挙動に基づいて、作業者に行わせるか、あるいは前記溶解判定補助装置の情報処理機能によって実行し、
   前記データ種決定工程において前記音周波数データを前記判定に用いることが決定された場合に、該判定に用いる前記音閾値を前記シミュレーションの結果に基づいて決定するとともに、前記データ種決定工程において前記電気高調波データを前記判定に用いることが決定された場合に、該判定に用いる前記電気閾値を前記シミュレーションの結果に基づいて決定することを特徴とする溶解判定補助装置。
2. アーク炉の炉内発生音の強度を周波数分析した音周波数データ、および前記アーク炉に電源を供給する炉用変圧器の一次側の電流値または電圧値における電源周波数の偶数倍の周波数の高調波成分の強度の時間変化を記録した電気高調波データをともに含むデータを評価データとして、
   取得済みの前記評価データに対して、アーク炉の金属材料の溶解完了に関する判定のシミュレーションを行うシミュレーション手段を有する溶解判定補助装置であって、
   前記シミュレーションは、前記音周波数データにおいて、前記電源周波数の偶数倍の周波数を含んだピークの高さと、所定の音閾値とを比較することで、前記ピークの高さが前記音閾値以上となる状態が所定の音判定時間にわたって継続する状態、および、前記電気高調波データにおいて、前記高調波成分の強度と、所定の電気閾値とを比較することで、前記高調波成分の強度が前記電気閾値以下となる状態が所定の電気判定時間にわたって継続する状態の少なくとも一方が発生すると、前記金属材料の溶解が完了したと判定するものであり、
   前記音周波数データと前記電気高調波データのそれぞれについて、前記アーク炉における前記金属材料の溶解完了に関する判定に用いるか否かを決定するデータ種決定工程を、前記金属材料の溶解が完全に終了するまで、あるいはその直前まで溶解を進めてから、溶解完了の判定を行う場合には、前記音周波数データを用いると決定し、前記音周波数データを利用する場合と比較して早期に溶解完了の判定を行う場合には、前記電気高調波データを用いると決定する方式により、作業者に行わせるか、あるいは前記溶解判定補助装置の情報処理機能によって実行し、
   前記データ種決定工程において前記音周波数データを前記判定に用いることが決定された場合に、該判定に用いる前記音閾値を前記シミュレーションの結果に基づいて決定するとともに、前記データ種決定工程において前記電気高調波データを前記判定に用いることが決定された場合に、該判定に用いる前記電気閾値を前記シミュレーションの結果に基づいて決定することを特徴とする溶解判定補助装置。
3. 前記シミュレーション手段は、同一の前記評価データに対して、前記音閾値および前記電気閾値の少なくとも一方の値を変化させながら、前記シミュレーションを繰り返し行えることを特徴とする請求項１または２に記載の溶解判定補助装置。
4. 前記シミュレーション手段は、前記アーク炉における操業を同一の条件で複数回行って得られた複数の前記評価データに対して、前記シミュレーションを行えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の溶解判定補助装置。
5. 前記溶解判定補助装置は、出力手段をさらに有し、
   前記出力手段は、前記シミュレーションの結果を出力するとともに、
   前記評価データと、前記音閾値および前記電気閾値のうち前記シミュレーションに用いられた閾値との関係性を、表およびグラフの少なくとも一方として出力することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の溶解判定補助装置。
6. 前記溶解判定補助装置は、データ採取手段と、データ入力手段と、をさらに有し、
   前記データ採取手段は、前記アーク炉において取得された前記評価データを、前記アーク炉に備えられた記憶手段から採取し、
   前記出力手段は、前記データ採取手段が採取した前記評価データを、表およびグラフの少なくとも一方として出力し、
   前記データ入力手段は、前記出力手段が出力した前記評価データを、前記シミュレーション手段によるシミュレーションの対象とするかどうかについて、前記作業者に選択させ、前記シミュレーションの対象とすることが選択された前記評価データを、前記シミュレーション手段に入力することを特徴とする請求項５に記載の溶解判定補助装置。
7. 前記溶解判定補助装置は、前記音閾値および前記電気閾値の少なくとも一方の値を前記作業者に指定させ、前記シミュレーション手段に入力するパラメータ入力手段をさらに有し、
   前記シミュレーション手段は、前記パラメータ入力手段によって入力された前記値を用いて、前記シミュレーションを行えることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の溶解判定補助装置。
8. 前記シミュレーションにおいて、前記音周波数データに対して前記音閾値を用いて前記金属材料の溶解完了に関する判定を行う際に、
   前記電源周波数の偶数倍の周波数を含む第一の周波数領域における、前記音周波数データの少なくとも一部の信号強度が、第一の閾値以上となる状態を、第一の状態とし、
   前記第一の周波数領域よりも低周波側の第二の周波数領域における前記信号強度が、全て第二の閾値以下となる状態と、前記第一の周波数領域よりも高周波側の第三の周波数領域における前記信号強度が、全て第三の閾値以下となる状態の、少なくとも一方が発生している状態を、第二の状態として、
   前記第一の状態と前記第二の状態の両方が前記音判定時間にわたって継続されることをもって、前記金属材料の溶解が完了したと判定することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の溶解判定補助装置。
9. アーク炉の炉内発生音の強度を周波数分析した音周波数データ、および前記アーク炉に電源を供給する炉用変圧器の一次側の電流値または電圧値における電源周波数の偶数倍の周波数の高調波成分の強度の時間変化を記録した電気高調波データをともに含むデータを評価データとして、
   取得済みの前記評価データに対して、アーク炉の金属材料の溶解完了に関する判定のシミュレーションを行うシミュレーション手段を有する溶解判定補助装置を用いて、前記シミュレーションの結果に基づいて、前記アーク炉における前記金属材料の溶解完了に関する判定に用いる音閾値および電気閾値の少なくとも一方を決定する溶解判定補助方法であって、
   前記シミュレーションは、前記音周波数データにおいて、前記電源周波数の偶数倍の周波数を含んだピークの高さと、所定の音閾値とを比較することで、前記ピークの高さが前記音閾値以上となる状態が所定の音判定時間にわたって継続する状態、および、前記電気高調波データにおいて、前記高調波成分の強度と、所定の電気閾値とを比較することで、前記高調波成分の強度が前記電気閾値以下となる状態が所定の電気判定時間にわたって継続する状態の少なくとも一方が発生すると、前記金属材料の溶解が完了したと判定するものであり、
   前記溶解判定補助方法は、前記音周波数データと前記電気高調波データのそれぞれについて、前記アーク炉における前記金属材料の溶解完了に関する判定に用いるか否かを決定するデータ種決定工程を含み、
   前記データ種決定工程においては、前記金属材料の溶解が完全に終了するまで、あるいはその直前まで溶解を進めてから、溶解完了の判定を行う場合には、前記音周波数データを用いると決定し、前記音周波数データを利用する場合と比較して早期に溶解完了の判定を行う場合には、前記電気高調波データを用いると決定し、
   前記溶解判定補助方法は、前記データ種決定工程において前記音周波数データを前記判定に用いることが決定された場合に、該判定に用いる前記音閾値を決定するとともに、前記データ種決定工程において前記電気高調波データを前記判定に用いることが決定された場合に、該判定に用いる前記電気閾値を決定する閾値決定工程をさらに含むことを特徴とする溶解判定補助方法。
10. 前記データ種決定工程において、
    前記音周波数データを前記判定に用いると決定した場合には、前記音周波数データの挙動が前記判定に実際に利用可能であるかどうかを検査し、
    前記電気高調波データを前記判定に用いると決定した場合には、前記電気高調波データの挙動が実際に前記判定に利用可能であるかどうかを検査することを特徴とする請求項９に記載の溶解判定補助方法。
11. 前記溶解判定補助方法に用いる前記溶解判定補助装置は、前記シミュレーションにおいて、前記音周波数データに対して前記音閾値を用いて前記金属材料の溶解完了に関する判定を行う際に、
    前記電源周波数の偶数倍の周波数を含む第一の周波数領域における、前記音周波数データの少なくとも一部の信号強度が、第一の閾値以上となる状態を、第一の状態とし、
    前記第一の周波数領域よりも低周波側の第二の周波数領域における前記信号強度が、全て第二の閾値以下となる状態と、前記第一の周波数領域よりも高周波側の第三の周波数領域における前記信号強度が、全て第三の閾値以下となる状態の、少なくとも一方が発生している状態を、第二の状態として、
    前記第一の状態と前記第二の状態の両方が前記音判定時間にわたって継続されることをもって、前記金属材料の溶解が完了したと判定するものであり、
    前記音周波数データ上で、前記第二の周波数領域および第三の周波数領域において、信号強度が、前記金属材料の溶解の初期に、高い音信号レベルを維持した後、低い音信号レベルまで低下するという挙動が検出された場合には、前記データ種決定工程において、少なくとも前記音周波数データを前記金属材料の溶解完了に関する判定に用いると決定し、前記閾値決定工程において、前記第二の閾値および第三の閾値を、それぞれの周波数領域における前記低い音信号レベルと前記高い音信号レベルの間に設定することを特徴とする請求項９に記載の溶解判定補助方法。
12. 前記電気高調波データ上で、前記高調波成分の強度が、前記金属材料の溶解の初期に、高い電気信号レベルを維持した後、低い電気信号レベルまで低下するという挙動が検出された場合には、前記データ種決定工程において、少なくとも前記電気高調波データを前記金属材料の溶解完了に関する判定に用いると決定し、前記閾値決定工程において、前記電気閾値を、前記低い電気信号レベルと前記高い電気信号レベルの間に設定することを特徴とする請求項９に記載の溶解判定補助方法。

Images