JP7567234B2

JP7567234B2 - Metal Melting Equipment

Info

Publication number: JP7567234B2
Application number: JP2020115149A
Authority: JP
Inventors: 国雄松尾; 智大脇; 規勝中嶋; 秀幸堀
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 2020-07-02
Filing date: 2020-07-02
Publication date: 2024-10-16
Anticipated expiration: 2040-07-02
Also published as: JP2022012956A

Description

本発明は、金属溶解装置に関し、さらに詳しくは、電極の高さを制御しながら、アーク放電によって金属材料を溶解させる金属材料溶解装置に関する。 The present invention relates to a metal melting device, and more specifically to a metal material melting device that melts metal materials by arc discharge while controlling the height of the electrodes.

金属スクラップ等の金属材料を電極からのアーク放電によって溶解するアーク炉においては、金属材料に対する電極の高さ位置を調整するために、電極昇降装置が設けられることが多い。電極昇降装置を用いて、金属材料に対する電極先端の高さ位置を調整することで、金属材料の溶解にかかる条件を制御することができる。電極先端の高さ位置の制御としては、電極と金属材料の間のインピーダンスが所定の範囲に収まるようにするインピーダンス制御が、広く用いられている。 In an arc furnace, which melts metal scrap and other metallic materials by arc discharge from an electrode, an electrode lifting device is often installed to adjust the height position of the electrode relative to the metallic material. By using the electrode lifting device to adjust the height position of the electrode tip relative to the metallic material, the conditions for melting the metallic material can be controlled. To control the height position of the electrode tip, impedance control is widely used to keep the impedance between the electrode and the metallic material within a specified range.

電極は、アーク放電を重ねることで消耗するが、電極先端の高さ位置の調整を適切に行うためには、電極の長さを実測することが重要となる。そこで、例えば特許文献１に、電極測長装置が開示されている。特許文献１では、金属材料の溶解の進行に伴って炉体に収容された未溶解の金属材料の体積が減少し、金属材料の上面の高さ位置が低くなった際に、電極昇降装置を用いて、電極の位置を下降させる制御を行う場合に、電極測長装置を用いて事前に電極の長さを高精度に計測しておくことで、電極の高さ位置を正確に制御し、溶解の効率を高めることができるとされている。 The electrode wears out as arc discharges are repeated, but to properly adjust the height of the electrode tip, it is important to actually measure the length of the electrode. For example, Patent Document 1 discloses an electrode length measuring device. In Patent Document 1, when the volume of unmelted metal material contained in the furnace decreases as the melting of the metal material progresses and the height of the top surface of the metal material becomes lower, an electrode lifting device is used to control the electrode position to be lowered. By measuring the length of the electrode with high precision in advance using the electrode length measuring device, the height of the electrode can be accurately controlled and the efficiency of melting can be improved.

特開２０１６－１４８４６５号公報JP 2016-148465 A

特許文献１に開示されるものをはじめとする電極測長装置を用いて、電極の長さを実測したうえで、インピーダンス制御による電極の高さ位置の調整を行いながら、アーク放電による金属材料の溶解を進めれば、溶解における安定性の向上や、電力効率の向上が期待できる。しかし、アーク放電の条件は、金属材料と電極先端の間の距離だけではなく、炉内の金属材料の状態にも依存する。例えば、金属スクラップ等の固体金属材料と、溶解して生じた金属溶湯とでは、電極との間のアーク放電の条件が大きく変化する。スクラップ等の固体金属材料は、複雑な表面形状を有することが多く、アーク放電が不規則に起こりやすいのに対し、金属溶湯よりなる溶融プールは、平面的な表面を露出させているため、アーク放電が規則的に起こる。 By using an electrode length measuring device such as that disclosed in Patent Document 1 to measure the length of the electrode, and then adjusting the height position of the electrode by impedance control while melting the metal material by arc discharge, it is expected that the stability of the melting process and power efficiency will be improved. However, the conditions of the arc discharge depend not only on the distance between the metal material and the tip of the electrode, but also on the state of the metal material in the furnace. For example, the conditions of the arc discharge between the electrodes vary greatly between solid metal materials such as metal scrap and the molten metal produced by melting. Solid metal materials such as scrap often have complex surface shapes, making it easy for arc discharge to occur irregularly, whereas a molten pool made of molten metal exposes a flat surface, allowing arc discharge to occur regularly.

このように、炉内の金属材料の状態によって、アーク放電の条件が変化するため、金属材料と電極先端の間の距離を、インピーダンス制御によって、所定の範囲に保ったとしても、炉内の金属材料の状態が異なる場合に、必ずしも、安定して、また高効率でアーク放電を行える適切な条件が実現できる訳ではない。そこで、アーク放電に関わる多様な現象を考慮しながら、電極の高さ位置を制御することができれば、アーク放電による金属材料の溶解の効率を、さらに高められる可能性がある。 As such, the conditions for arc discharge change depending on the state of the metal material in the furnace. Therefore, even if the distance between the metal material and the electrode tip is kept within a specified range by impedance control, it is not necessarily possible to achieve appropriate conditions for stable and highly efficient arc discharge when the state of the metal material in the furnace is different. Therefore, if it is possible to control the height position of the electrode while taking into account the various phenomena related to arc discharge, it may be possible to further improve the efficiency of melting metal materials by arc discharge.

本発明が解決しようとする課題は、電極からのアーク放電によって金属材料を溶解させる際に、アーク放電に関わる複数の現象を考慮して、電極の高さ位置を制御することができる金属溶解装置を提供することにある。 The problem that this invention aims to solve is to provide a metal melting device that can control the height position of the electrode by taking into account multiple phenomena related to arc discharge when melting metal material by arc discharge from the electrode.

上記課題を解決するために、本発明にかかる金属溶解装置は、金属材料を収容する炉体と、前記炉体内に挿入され、前記金属材料との間にアークを発生させ、前記金属材料を溶解させる電極と、前記電極を把持部にて把持し、前記炉体に対する前記電極の高さ位置を調整する電極昇降装置と、前記電極昇降装置の前記把持部から、前記電極の先端までの距離として、電極長を計測する電極測長装置と、前記炉体における前記金属材料の溶解の進捗状況を判定する炉況判定部と、を有し、前記電極昇降装置によって、前記電極と前記金属材料の間のインピーダンスの目標値からの変動を所定の閾値以内に抑えるように、前記電極を昇降させる、インピーダンス制御を行い、前記炉況判定部は、前記電極測長装置で計測された前記電極長に基づいて、前記電極の先端の高さ位置を示す第一情報と、前記炉体からの発生音の周波数分布と、前記電極への供給電源の高周波成分の強度と、の少なくとも一方の情報を含む第二情報と、前記インピーダンス制御における前記電極の昇降の頻度、および昇降幅の少なくとも一方を示す第三情報と、から選択される複数の情報と、前記炉体の形状と、に基づいて、前記電極の下方における前記金属材料の溶解の進捗状況を判定し、前記炉況判定部によって、前記電極の下方における前記金属材料の溶解が、所定水準以上に進捗していることが判定されると、前記インピーダンス制御のパラメータを変動時用パラメータから安定時用パラメータに変更し、前記安定時用パラメータにおいては、前記変動時用パラメータと比較して、前記電極昇降装置による前記電極の昇降速度を小さくした状態、および前記目標値を小さくすることおよび前記閾値を大きくすることの少なくとも一方により、前記電極の位置を下げた状態、の少なくとも一方とする。 In order to solve the above problems, the metal melting apparatus of the present invention comprises a furnace body that contains a metal material, an electrode that is inserted into the furnace body and generates an arc between the electrode and the metal material to melt the metal material, an electrode lifting device that holds the electrode with a gripping portion and adjusts the height position of the electrode relative to the furnace body, an electrode length measuring device that measures the electrode length as the distance from the gripping portion of the electrode lifting device to the tip of the electrode, and a furnace status determining unit that determines the progress of melting of the metal material in the furnace body. The electrode lifting device performs impedance control to raise and lower the electrode so as to suppress the fluctuation of the impedance between the electrode and the metal material from a target value within a predetermined threshold value, and the furnace status determining unit obtains first information indicating the height position of the tip of the electrode, the frequency distribution of the sound generated from the furnace body, and the frequency distribution of the sound generated from the furnace body based on the electrode length measured by the electrode length measuring device. The progress of the melting of the metal material below the electrode is determined based on a plurality of pieces of information selected from the following: second information including at least one of information on the intensity of the high-frequency component of the power supply to the electrode; and third information indicating at least one of the frequency and range of lifting and lowering of the electrode in the impedance control; and the shape of the furnace body. When the furnace status determination unit determines that the melting of the metal material below the electrode has progressed to a predetermined level or more, the impedance control parameters are changed from parameters for fluctuation to parameters for stable state, and the stable state parameters are at least one of a state in which the electrode lifting speed by the electrode lifting device is reduced and a state in which the position of the electrode is lowered by at least one of reducing the target value and increasing the threshold value, compared to the parameters for fluctuation.

ここで、前記炉況判定部は、前記第一情報、前記第二情報、前記第三情報の全てを利用して、前記金属材料の溶解の進捗状況を判定するとよい。 Here, the furnace status determination unit may determine the progress of the melting of the metal material by using all of the first information, the second information, and the third information.

前記炉況判定部は、前記第一情報について、前記電極の先端の高さ位置が低くなっていることにより、前記第二情報について、前記発生音の周波数分布において、基本周波数の偶数倍の周波数成分の寄与が大きくなっていることにより、また、前記供給電源の高周波成分において、電源周波数の偶数倍の成分の強度が低下していることにより、前記第三情報について、前記電極の昇降の頻度が小さくなっていることにより、また、前記電極の昇降幅が小さくなっていることにより、前記金属材料の溶解が進んでいると判定するとよい。 The furnace status determination unit may determine that melting of the metal material is progressing based on the first information, that the height position of the tip of the electrode is lowered; based on the second information, that the contribution of frequency components that are even multiples of the fundamental frequency in the frequency distribution of the generated sound is increasing, and based on the strength of components that are even multiples of the power supply frequency in the high frequency components of the power supply is decreasing; and based on the third information, that the frequency of raising and lowering the electrode is decreasing, and based on the range of raising and lowering the electrode is decreasing.

前記電極測長装置は、前記炉体に装入した前記金属材料の溶解を開始する前に実測した前記電極長から、前記電極に投入した電力量に応じた前記電極の消耗量を減じて、前記電極長を推定するとよい。 The electrode length measuring device may estimate the electrode length by subtracting the amount of wear of the electrode corresponding to the amount of power input to the electrode from the electrode length actually measured before starting to melt the metal material loaded into the furnace body.

前記金属溶解装置は、前記電極を複数有し、前記炉況判定部は、前記複数の電極のそれぞれに対して、下方における前記金属材料の溶解の進捗状況を判定し、前記複数の電極のそれぞれに対して、独立に、前記変動時用パラメータから前記安定時用パラメータへの変更を実施するとよい。 The metal melting device has a plurality of electrodes, and the furnace status determination unit determines the progress of melting of the metal material below each of the plurality of electrodes, and independently changes the parameters for the fluctuating state to the parameters for the stable state for each of the plurality of electrodes.

上記発明にかかる金属溶解装置においては、炉況判定部が、第一情報、第二情報、第三情報から選択される複数の情報と、炉体の形状とに基づいて、電極の下方における金属材料の溶解の進捗状況を判定したうえで、電極の高さ位置を制御するインピーダンス制御のパラメータを選択している。第一情報、第二情報、第三情報は、いずれも、金属材料の溶解の進捗状況、つまり、固体状態から溶湯状態への変化がどの程度起こっているかを、敏感に反映する現象に関わる情報である。それらの情報を複数用い、かつ、炉体の形状を考慮することで、電極の下方において、どのような高さ位置を占めて金属材料が存在しているか、またその金属材料が、固体状態にあるのか溶湯状態にあるのかに関する知見を、正確に得ることができる。そして、その知見に基づいて、下方の金属材料の高さ位置および状態に応じて設定される適切な位置に、電極の先端を配置することができる。このように、金属材料の溶解に関わる複数の現象を考慮しながら、電極の高さ位置を制御することが可能となる。 In the metal melting apparatus according to the above invention, the furnace status determination unit determines the progress of melting of the metal material below the electrode based on a plurality of pieces of information selected from the first information, the second information, and the third information, and the shape of the furnace body, and then selects the impedance control parameters for controlling the height position of the electrode. The first information, the second information, and the third information are all information related to phenomena that sensitively reflect the progress of melting of the metal material, that is, the degree to which the metal material has changed from a solid state to a molten state. By using a plurality of pieces of information and taking into account the shape of the furnace body, it is possible to accurately obtain knowledge about the height position that the metal material occupies below the electrode and whether the metal material is in a solid state or a molten state. Then, based on that knowledge, the tip of the electrode can be placed at an appropriate position that is set according to the height position and state of the metal material below. In this way, it is possible to control the height position of the electrode while taking into account a plurality of phenomena related to the melting of the metal material.

特に、溶解が所定水準以上に進捗している場合に、インピーダンス制御のパラメータを、変動時用パラメータから安定時用パラメータに変更し、電極の昇降速度を小さくした状態、および電極の位置を下げた状態の少なくとも一方とすることにより、金属材料の溶解における電力投入の効率を高めることができる。金属材料の溶解が進捗し、電極の下方の金属材料が、溶湯の状態を多く占めるようになると、固体状態が多くを占めている場合よりも、アーク放電が安定して起こるので、電極の昇降をインピーダンスの変動に対して敏感に行わなくても、安定して金属材料の加熱を進めることができ、少ない電力量でも効率的に金属材料の溶解を進めることができるからである。 In particular, when melting has progressed to a predetermined level or more, the impedance control parameters can be changed from fluctuating parameters to stable parameters, and the electrode elevation speed can be reduced or the electrode position can be lowered, thereby increasing the efficiency of power input in melting the metal material. When the melting of the metal material progresses and the metal material below the electrode is largely in the molten state, arc discharge occurs more stably than when the metal material is largely in the solid state. This is because the metal material can be heated stably without the electrode being elevated or lowered sensitively in response to impedance fluctuations, and the metal material can be melted efficiently even with a small amount of power.

ここで、炉況判定部が、第一情報、第二情報、第三情報の全てを利用して、金属材料の溶解の進捗状況を判定する場合には、３種の異種の情報を合わせて用いることにより、金属材料の溶解の進捗状況を、特に正確に判定し、電極の高さ位置の制御に用いることができる。 Here, when the furnace status determination unit uses all of the first information, second information, and third information to determine the progress of the melting of the metal material, the progress of the melting of the metal material can be determined particularly accurately by using the three different types of information in combination, and can be used to control the height position of the electrode.

炉況判定部が、第一情報について、電極の先端の高さ位置が低くなっていることにより、第二情報について、発生音の周波数分布において、基本周波数の偶数倍の周波数成分の寄与が大きくなっていることにより、また、供給電源の高周波成分において、電源周波数の偶数倍の成分の強度が低下していることにより、第三情報について、電極の昇降の頻度が小さくなっていることにより、また、電極の昇降幅が小さくなっていることにより、金属材料の溶解が進んでいると判定する場合には、それらの現象は、いずれも、金属材料の溶解の進捗度を敏感に反映するものである。よって、それらの現象を利用することで、溶解の進捗状況を特に正確に判定することができる。 When the furnace status determination unit determines that the melting of the metal material is progressing because, for the first information, the height position of the electrode tip is lower, for the second information, the contribution of frequency components that are even multiples of the fundamental frequency in the frequency distribution of the generated sound is increasing, and the strength of components that are even multiples of the power supply frequency in the high frequency components of the power supply is decreasing, and for the third information, the frequency of the electrode rising and lowering is decreasing, and the range of the electrode rising and lowering is decreasing, all of these phenomena sensitively reflect the progress of the melting of the metal material. Therefore, by utilizing these phenomena, the progress of the melting can be determined particularly accurately.

電極測長装置が、炉体に装入した金属材料の溶解を開始する前に実測した電極長から、電極に投入した電力量に応じた電極の消耗量を減じて、電極長を推定する場合には、金属材料の溶解を開始する前に電極長を実測することで、溶解開始前の電極長を正確に知ることができるとともに、金属材料の溶解を行っている間の電極の消耗を反映させて、溶解中の各時点における電極長を推定することができる。その推定された電極長に基づく電極の先端の高さ位置を、溶解の進捗状況を判定する際に第一情報として用いることにより、また、判定した進捗状況に基づいて、インピーダンス制御によって電極を昇降制御する際に、制御すべき電極の長さとして用いることにより、実際の溶解の進捗状況と電極長に応じて、適切な条件で金属材料の溶解を進めやすくなる。 When the electrode length measuring device estimates the electrode length by subtracting the amount of wear of the electrode corresponding to the amount of power input to the electrode from the electrode length actually measured before starting to melt the metal material loaded into the furnace body, the electrode length before starting to melt the metal material can be accurately known by actually measuring the electrode length before starting to melt the metal material, and the electrode length at each point during melting can be estimated by reflecting the wear of the electrode while melting the metal material. By using the height position of the electrode tip based on the estimated electrode length as the first information when determining the progress of melting, and by using it as the electrode length to be controlled when controlling the elevation of the electrode by impedance control based on the determined progress, it becomes easier to proceed with melting of the metal material under appropriate conditions according to the actual progress of melting and the electrode length.

金属溶解装置が、電極を複数有し、炉況判定部が、複数の電極のそれぞれに対して、下方における金属材料の溶解の進捗状況を判定し、複数の電極のそれぞれに対して、独立に、変動時用パラメータから安定時用パラメータへの変更を実施する場合には、各電極について、下方の金属材料の溶解状態に応じて、インピーダンス制御による高さ位置の調整を、独立して行うことになる。電極の下方の金属材料の状態は、電極間で異なっている場合も多く、各電極の下方における溶解の進捗状況に応じて、個別の制御を行うことで、全電極からの放電を効率的に利用して、金属材料の溶解を進めることができる。 When the metal melting device has multiple electrodes and the furnace status determination unit determines the progress of melting of the metal material below each of the multiple electrodes and independently changes the parameters for fluctuating states to parameters for stable states for each of the multiple electrodes, the height position of each electrode is independently adjusted by impedance control according to the melting state of the metal material below. The state of the metal material below the electrodes often differs between electrodes, and by performing individual control according to the progress of melting below each electrode, the discharge from all electrodes can be efficiently utilized to advance the melting of the metal material.

本発明の一実施形態にかかる金属溶解装置の構成を示す図である。1 is a diagram showing a configuration of a metal melting apparatus according to an embodiment of the present invention.

以下、本発明の一実施形態にかかる金属溶解装置について、図面を参照しながら説明する。 Below, a metal melting device according to one embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

［金属溶解装置の構成］
まず、本発明の一実施形態にかかる金属溶解装置１の構成について、簡単に説明する。図１に、金属溶解装置１の概略を示す。金属溶解装置１は、炉体１１および電極１５を備えたアーク炉１０と、電極昇降装置３０と、電極測長装置４０と、制御装置５０とを有している。制御装置５０は、炉況判定部５１と、昇降制御部５２と、測長部５３と、を有している。 [Configuration of metal melting apparatus]
First, a brief description will be given of the configuration of a metal melting apparatus 1 according to one embodiment of the present invention. Fig. 1 shows an outline of the metal melting apparatus 1. The metal melting apparatus 1 includes an arc furnace 10 having a furnace body 11 and an electrode 15, an electrode lifting device 30, an electrode length measuring device 40, and a control device 50. The control device 50 includes a furnace condition determining unit 51, a lifting control unit 52, and a length measuring unit 53.

アーク炉１０においては、炉体１１に金属スクラップ等の金属材料Ｍを収容する。そして、蓋１２を貫通させて、電極１５を炉体１１の内部に挿入し、電極１５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を加熱し、溶解させる。電極１５は、電極昇降装置３０の把持部３１にて把持され、電極昇降装置３０によって、高さ位置を変更可能となっている。図示した形態では、電極１５は１本のみとしているが、３本等、複数の電極１５を設けてもよい。 In the arc furnace 10, metal material M, such as metal scrap, is stored in the furnace body 11. Then, the electrode 15 is inserted into the furnace body 11 through the lid 12, and an arc discharge is generated between the electrode 15 and the metal material M, thereby heating and melting the metal material M. The electrode 15 is held by the holding portion 31 of the electrode lifting device 30, and the height position can be changed by the electrode lifting device 30. In the illustrated embodiment, only one electrode 15 is used, but multiple electrodes 15, such as three, may be provided.

アーク炉１０に電力を供給する電源回路２０には、タップチェンジャを備えた炉用変圧器２１が設けられており、炉用変圧器２１の一次側回路２２が商用電源に接続されている。炉用変圧器２１の二次側回路２３は、電極１５に至っており、電極１５に電源を供給する。電極１５には、二次側回路２３から、三相交流が供給される。一次側回路２２には、計器用変流器および／または計器用変圧器が設けられており（図では、一次側計測器２４として簡略表示している）、一次側回路２２における電流および／または電圧を計測可能となっている。一次側計測器２４によって計測された一次側回路２２の電流および／または電圧は、後に説明する炉況判定において、第二情報の基礎として用いられる。二次側回路２３にも、計器用変流器および計器用変圧器が設けられており（図では、二次側計測器２５として一括して簡略表示している）、二次側回路２３の電流（Ｉ）および電圧（Ｖ）を計測可能となっている。二次側計測器２５によって計測された二次側回路２３の電流Ｉおよび電圧Ｖは、制御装置５０に入力され、後に説明するインピーダンス制御による電極１５の昇降制御に用いられる。電極１５が複数設けられる場合には、インピーダンス制御による電極１５の昇降は、複数の電極１５のそれぞれに対して、独立に行われる。 The power supply circuit 20 that supplies power to the arc furnace 10 is provided with a furnace transformer 21 equipped with a tap changer, and the primary circuit 22 of the furnace transformer 21 is connected to a commercial power source. The secondary circuit 23 of the furnace transformer 21 leads to the electrode 15 and supplies power to the electrode 15. Three-phase AC is supplied to the electrode 15 from the secondary circuit 23. The primary circuit 22 is provided with an instrument current transformer and/or an instrument voltage transformer (simply shown as a primary side meter 24 in the figure), making it possible to measure the current and/or voltage in the primary circuit 22. The current and/or voltage of the primary circuit 22 measured by the primary side meter 24 is used as the basis for second information in the furnace status judgment described later. The secondary circuit 23 is also provided with an instrument current transformer and an instrument voltage transformer (collectively shown as secondary measuring instrument 25 in the figure), making it possible to measure the current (I) and voltage (V) of the secondary circuit 23. The current I and voltage V of the secondary circuit 23 measured by the secondary measuring instrument 25 are input to the control device 50 and used to control the elevation of the electrode 15 by impedance control, which will be described later. When multiple electrodes 15 are provided, the elevation of the electrode 15 by impedance control is performed independently for each of the multiple electrodes 15.

さらに、炉体１１の近傍には、騒音計１６が設置されている。騒音計１６は、アーク炉１０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、制御装置５０に入力する。 In addition, a sound level meter 16 is installed near the furnace body 11. The sound level meter 16 detects the sound generated inside the arc furnace 10 and inputs an electrical signal corresponding to the intensity of the detected sound to the control device 50.

電極昇降装置３０は、把持部３１と、駆動部３２とを有しており、駆動部３２の駆動軸３３と把持部３１が、支持部材３４を介して接続されている。把持部３１は、電極１５を挟み込んで把持するクランプ状の部材である。駆動部３２は、電動機または油圧シリンダ等より構成され、上下方向に駆動軸３３の運動を駆動することができる。駆動部３２による上下運動の駆動により、把持部３１に把持された電極１５の昇降運動が駆動され、炉体１１に対する電極１５の高さ位置を変化させることができる。駆動部３２は制御装置５０に接続されており、駆動部３２による電極１５の昇降は、制御装置５０の昇降制御部５２によって制御される。駆動部３２には、リニアエンコーダより構成された位置検知部３５が設けられ、駆動軸３３が上下方向に移動した距離に基づき、把持部３１の上下方向の位置を検知することができる。電極昇降装置は、電極１５を保持したまま、軸回転することもできる。 The electrode lifting device 30 has a gripping part 31 and a driving part 32, and the driving shaft 33 of the driving part 32 and the gripping part 31 are connected via a support member 34. The gripping part 31 is a clamp-shaped member that clamps and grips the electrode 15. The driving part 32 is composed of an electric motor or a hydraulic cylinder, etc., and can drive the movement of the driving shaft 33 in the vertical direction. The driving of the vertical movement by the driving part 32 drives the lifting movement of the electrode 15 gripped by the gripping part 31, and the height position of the electrode 15 relative to the furnace body 11 can be changed. The driving part 32 is connected to the control device 50, and the lifting and lowering of the electrode 15 by the driving part 32 is controlled by the lifting control part 52 of the control device 50. The driving part 32 is provided with a position detection part 35 composed of a linear encoder, and the vertical position of the gripping part 31 can be detected based on the distance moved in the vertical direction by the driving shaft 33. The electrode lifting device can also rotate around its axis while holding the electrode 15.

電極測長装置４０は、電極昇降装置３０の把持部３１によって把持された電極１５に対して、電極昇降装置３０の把持部３１の位置から電極１５の先端までの距離を計測する装置である。電極測長装置４０としては、特許文献１に開示された装置等を利用することができる。詳細な説明は省略するが特許文献１の電極測長装置４０においては、砂４２を充填され、下方からコイルばね４３で支持された容器４１に、電極昇降装置３０による下降を利用して、把持部３１にて把持した電極１５を上方から進入させる。そして、容器４１の下方に取り付けたリミットスイッチ４４によって、容器４１の下降が検知されるまでの把持部３１の移動量に基づいて、電極１５の長さを算出するものである。電極１５の長さの算出は、リミットスイッチ４４からの出力と、電極昇降装置３０に設けられた位置検知部３５からの出力を、制御装置５０の測長部５３に入力して行う。測長部５３は、位置検知部３５の出力値に基づいて、基準位置からの把持部３１の移動量を算出し、それをもとに、電極１５の長さ、つまり把持部３１によって把持された箇所から先端までの長さを評価する。 The electrode length measuring device 40 is a device that measures the distance from the position of the gripping part 31 of the electrode lifting device 30 to the tip of the electrode 15 gripped by the gripping part 31 of the electrode lifting device 30. The electrode length measuring device 40 can be a device disclosed in Patent Document 1 or the like. Although detailed description is omitted, in the electrode length measuring device 40 of Patent Document 1, the electrode 15 gripped by the gripping part 31 is inserted from above into a container 41 filled with sand 42 and supported from below by a coil spring 43, using the descent of the electrode lifting device 30. Then, the length of the electrode 15 is calculated based on the amount of movement of the gripping part 31 until the descent of the container 41 is detected by the limit switch 44 attached below the container 41. The length of the electrode 15 is calculated by inputting the output from the limit switch 44 and the output from the position detection part 35 provided in the electrode lifting device 30 to the length measuring part 53 of the control device 50. The length measuring unit 53 calculates the amount of movement of the gripping unit 31 from the reference position based on the output value of the position detection unit 35, and based on that, evaluates the length of the electrode 15, that is, the length from the point gripped by the gripping unit 31 to the tip.

制御装置５０は、コンピュータ等の演算・制御装置として構成されており、その機能の一部として、炉況判定部５１、昇降制御部５２、測長部５３を有している。これらのうち測長部５３は、上記のように、電極測長装置４０および電極昇降装置３０からの信号入力を受け、電極１５の長さを評価するものである。さらに、測長部５３は、電源回路２０の二次側回路２３に設けられた二次側計測器２５から電流値Ｖと電流値Ｉの入力を受け、電極１５に投入した電力量として算出された電力量に応じた電極１５の消耗量を減じて、電極１５からのアーク放電によって金属材料Ｍを溶解させている間の各時点における電極１５の長さを、見積もることができる。電極１５の消耗量の見積もりには、算出された上記電力量と電極１５の消耗量の関係を、事前の試験によって評価しておいた情報を用いればよい。 The control device 50 is configured as a calculation/control device such as a computer, and has a furnace status determination unit 51, a lift control unit 52, and a length measurement unit 53 as part of its functions. Of these, the length measurement unit 53 receives signal inputs from the electrode length measurement device 40 and the electrode lift device 30 as described above, and evaluates the length of the electrode 15. Furthermore, the length measurement unit 53 receives inputs of the current value V and the current value I from the secondary side meter 25 provided in the secondary side circuit 23 of the power supply circuit 20, and can estimate the length of the electrode 15 at each point in time while the metal material M is melted by the arc discharge from the electrode 15 by subtracting the wear amount of the electrode 15 corresponding to the amount of power calculated as the amount of power input to the electrode 15. To estimate the wear amount of the electrode 15, information evaluated in advance by a test on the relationship between the calculated amount of power and the wear amount of the electrode 15 may be used.

昇降制御部５２は、電極昇降装置３０の駆動部３２に指令信号を発することで、電極１５の昇降を駆動することができる。電極１５の昇降は、電極を炉体１１から引き上げて、電極測長装置４０による測長等、炉外での操作を行う場合の他、炉体１１の中で金属材料Ｍを溶解させる間、溶解にかかる条件を制御するために、実施される。溶解中の電極１５の昇降制御は、インピーダンス制御によって行われる。つまり、昇降制御部５２に二次側計測器２５から、二次側回路２３における電流値Ｖと電流値Ｉが入力され、Ｖ／Ｉとして算出される電極１５と金属材料Ｍの間のインピーダンスを指標として、電極１５の高さ位置の制御が行われる。具体的には、そのインピーダンスの変動を、所定の目標値に対して、所定の閾値以内に抑えるように、電極１５を昇降させる制御を行う。インピーダンス制御に用いるパラメータは、複数の候補の中から、炉況判定部５１による判定結果に基づいて、選択される。 The lifting control unit 52 can drive the lifting of the electrode 15 by issuing a command signal to the drive unit 32 of the electrode lifting device 30. The lifting of the electrode 15 is performed not only when the electrode is lifted from the furnace body 11 to perform operations outside the furnace, such as measuring the length using the electrode length measuring device 40, but also to control the conditions for melting while the metal material M is melted in the furnace body 11. The lifting control of the electrode 15 during melting is performed by impedance control. In other words, the current value V and the current value I in the secondary side circuit 23 are input from the secondary side measuring device 25 to the lifting control unit 52, and the height position of the electrode 15 is controlled using the impedance between the electrode 15 and the metal material M calculated as V/I as an index. Specifically, the electrode 15 is controlled to be lifted and lowered so that the fluctuation in the impedance is suppressed within a predetermined threshold value with respect to a predetermined target value. The parameters used for the impedance control are selected from multiple candidates based on the judgment result by the furnace status judgment unit 51.

炉況判定部５１は、アーク炉１０の炉況、つまり炉体１１の中における金属材料Ｍの溶解の進捗状況を判定する。金属材料Ｍの溶解の進捗状況とは、金属スクラップ等、固体金属の状態で炉体１１に装入した金属材料Ｍが、電極１５からのアーク放電によって溶解し、金属溶湯となる現象が、炉体１１の中でどの程度進行し、固体金属または金属溶湯が、炉体１１の内部で、どのような高さ位置まで満たされているかを示すものである。炉況判定部５１は、測長部５３によって評価された電極１５の長さの情報、騒音計１６によって検出された炉内発生音の情報、一次側計測器２４によって検出される電極１５への供給電源に関する情報、昇降制御部５２によって駆動される電極１５の昇降にかかる情報をそれぞれ入力され、それらの情報と、あらかじめ記憶しておいた炉体１１の形状に関する情報に基づいて、炉況の判定を行う。炉況判定部５１による炉況の判定方法と、その判定結果に基づいた昇降制御部５２による電極１５の高さ位置の制御について、以下に詳しく説明する。 The furnace status determination unit 51 determines the furnace status of the arc furnace 10, that is, the progress of the melting of the metal material M in the furnace body 11. The progress of the melting of the metal material M indicates how much the phenomenon in which the metal material M charged into the furnace body 11 in the form of solid metal, such as metal scrap, is melted by the arc discharge from the electrode 15 to become molten metal has progressed in the furnace body 11, and to what height position the solid metal or molten metal has filled the inside of the furnace body 11. The furnace status determination unit 51 receives inputs of information on the length of the electrode 15 evaluated by the length measurement unit 53, information on the sound generated in the furnace detected by the sound level meter 16, information on the power supply to the electrode 15 detected by the primary side measuring instrument 24, and information on the lifting and lowering of the electrode 15 driven by the lifting and lowering control unit 52, and determines the furnace status based on these information and information on the shape of the furnace body 11 that has been stored in advance. The method for determining the furnace condition by the furnace condition determination unit 51 and the control of the height position of the electrode 15 by the lift control unit 52 based on the determination result are described in detail below.

［炉況とアーク放電］
まず、アーク炉１０の炉況、つまり炉体１１の内部における金属材料Ｍの溶解の進捗状況と、アーク放電の状態との関係について説明する。 [Furnace condition and arc discharge]
First, the relationship between the furnace condition of the arc furnace 10, that is, the progress of melting of the metal material M inside the furnace body 11, and the state of the arc discharge will be described.

炉体１１に装入した金属スクラップ等の固体状の金属材料Ｍがほぼ溶解していない溶解初期には、金属材料Ｍが、多数の塊の集合体よりなっており、複雑な形状を有しているため、アーク放電が不規則に起こりやすい。さらに、局所的に溶解が進行することで、それらの塊の崩落が起こると、アーク放電の不規則性が高くなる。そのような状況で、アーク切れが起こらないように、インピーダンス制御によって、電極１５の高さ位置を制御すると、アークの不規則な変化に伴って、電極１５の高さが頻繁に変更されることになる。電極１５の高さの変更幅も大きくなる。 In the initial stage of melting when the solid metal material M, such as metal scrap, charged into the furnace body 11 is barely melted, the metal material M is composed of a large number of lumps and has a complex shape, which makes it easy for arc discharge to occur irregularly. Furthermore, as melting progresses locally, the collapse of these lumps increases the irregularity of the arc discharge. In such a situation, if the height position of the electrode 15 is controlled by impedance control to prevent the arc from being interrupted, the height of the electrode 15 will be changed frequently in accordance with the irregular changes in the arc. The range of change in the height of the electrode 15 will also be large.

そして、溶解初期には、崩落する金属材料Ｍの塊に電極１５が干渉するのを避けるために、また、アーク切れを抑制する効果を高めるために、電極１５の昇降を高速で行うことが望ましい。アーク切れを抑制し、アーク放電を安定に継続することで、投入電力の損失を抑制することができる。電極１５の昇降を高速で行うためには、インピーダンス制御において、インピーダンスの変動に追随して電極１５を昇降させる速度を速く設定しておけばよい。さらに、金属材料Ｍの塊との干渉の回避およびアーク切れの抑制の効果を高めるために、電極１５を金属材料Ｍの表面から離れた位置で制御することが望ましい。そのためには、インピーダンス制御において、目標とするインピーダンス値を大きく設定すること、および目標とするインピーダンス値に対して変動を許容する閾値を小さく設定することのいずれか少なくとも一方を行えばよい。電極１５を金属材料Ｍの表面から離れた高さ位置に配置すると、高電圧でアーク放電が行われることになる。 In the initial stage of melting, in order to prevent the electrode 15 from interfering with the falling mass of metal material M and to enhance the effect of suppressing arc interruption, it is desirable to raise and lower the electrode 15 at high speed. By suppressing arc interruption and stably continuing the arc discharge, the loss of input power can be suppressed. In order to raise and lower the electrode 15 at high speed, it is sufficient to set the speed at which the electrode 15 is raised and lowered in accordance with the impedance fluctuations in the impedance control. Furthermore, in order to avoid interference with the mass of metal material M and enhance the effect of suppressing arc interruption, it is desirable to control the electrode 15 at a position away from the surface of the metal material M. To this end, in the impedance control, at least one of setting the target impedance value to a large value and setting the threshold value that allows fluctuations with respect to the target impedance value to a small value may be performed. If the electrode 15 is placed at a height position away from the surface of the metal material M, the arc discharge will be performed at a high voltage.

一方、炉体１１の中の金属材料Ｍのうちの多くが溶解し、金属溶湯の状態になっている溶解後期から、実質的に全ての金属材料Ｍが溶解した溶け落ち期においては、溶融した金属材料Ｍが、平面状の表面を露出させたプール状になっており、アーク放電が規則的に、また安定に進行する。このような状況で、インピーダンス制御によって、電極１５の高さ位置を制御する場合には、アークの発生が規則的であることにより、電極１５の高さの変更が頻繁には行われない。電極１５の高さの変更幅も小さく抑えられる。 On the other hand, from the late melting stage when most of the metal material M in the furnace body 11 has melted and is in a state of molten metal to the burn-through stage when substantially all of the metal material M has melted, the molten metal material M is in the form of a pool with an exposed flat surface, and the arc discharge proceeds regularly and stably. In such a situation, when the height position of the electrode 15 is controlled by impedance control, the height of the electrode 15 is not changed frequently because the arc generation is regular. The range of change in the height of the electrode 15 is also kept small.

そして、溶解後期から溶け落ち期には、電極１５の昇降をそれほど高速で行わなくても、金属材料Ｍとの干渉等は起こりにくく、安定して金属材料Ｍの溶解を進めることができる。よって、インピーダンス制御において、不要な電極１５の昇降を避ける観点から、インピーダンスの変動に追随して電極１５を昇降させる速度を遅く設定しておけばよい。また、電極１５を金属材料Ｍの表面にできるだけ近づけた位置で制御することが望ましい。電極１５を金属材料Ｍに近づけることで、電流量が大きくなり、炉内の雰囲気や金属材料Ｍが高温に加熱・維持されやすくなる。その結果、少ない投入電力でも効率的に溶解を進めることができ、電力効率が高められる。電極１５を金属材料Ｍに近づけるためには、インピーダンス制御において、目標とするインピーダンス値を小さく設定すること、および目標とするインピーダンス値に対して変動を許容する閾値を大きく設定することのいずれか少なくとも一方を行えばよい。電極１５を金属材料Ｍに近づけると、高電流でアーク放電が行われることになる。大部分が金属溶湯の状態にある金属材料Ｍの中に、一部、固体状の金属材料Ｍの塊が存在していたとしても、それらの塊が十分に小さければ、主に金属溶湯の表面によって金属材料Ｍ全体としての表面が定まることになり、電極１５の先端を近づけても、安定したアーク放電を継続することができる。 And, from the later melting stage to the burn-through stage, interference with the metal material M is unlikely to occur even if the electrode 15 is not raised and lowered at a high speed, and the melting of the metal material M can be stably promoted. Therefore, in impedance control, from the viewpoint of avoiding unnecessary raising and lowering of the electrode 15, the speed at which the electrode 15 is raised and lowered following the impedance fluctuation may be set to be slow. In addition, it is desirable to control the electrode 15 at a position as close as possible to the surface of the metal material M. By bringing the electrode 15 closer to the metal material M, the amount of current increases, and the atmosphere in the furnace and the metal material M are easily heated and maintained at a high temperature. As a result, melting can be promoted efficiently even with a small input power, and power efficiency is improved. In order to bring the electrode 15 closer to the metal material M, at least one of the following may be performed in impedance control: setting the target impedance value to a small value and setting the threshold value that allows fluctuations with respect to the target impedance value to a large value. When the electrode 15 is brought closer to the metal material M, an arc discharge occurs with a high current. Even if there are some lumps of solid metal material M in the metal material M, most of which is in a molten metal state, if these lumps are small enough, the surface of the metal material M as a whole will be determined mainly by the surface of the molten metal, and stable arc discharge can be continued even if the tip of the electrode 15 is brought close.

このように、溶解初期において、アーク放電の条件が変動しやすい時期と、溶解後期から溶け落ち期において、アーク放電が安定して起こる時期とでは、電極１５の高さ位置のインピーダンス制御における好ましい条件が異なる。そこで、本実施形態にかかる金属溶解装置１においては、炉況判定部５１によって、炉内の金属材料Ｍの溶解進捗状況を判定して、その進捗状況に応じて、電極１５の昇降速度、インピーダンスの目標値および変動を許容する閾値等を含む、インピーダンス制御に用いるパラメータを変更する。具体的には、炉況判定部５１による判定結果において、溶解があまり進捗していない場合には、インピーダンス制御に変動時用パラメータを適用する一方、電極１５の下方（直下およびその近傍の領域）において、所定水準以上に溶解が進捗していることが判定されると、安定時用パラメータに変更する。 In this way, the preferred conditions for impedance control at the height position of the electrode 15 are different between the early melting stage, when the arc discharge conditions are likely to fluctuate, and the later melting stage to burn-through stage, when the arc discharge occurs stably. Therefore, in the metal melting apparatus 1 according to this embodiment, the furnace status determination unit 51 determines the melting progress of the metal material M in the furnace, and changes the parameters used for impedance control, including the lifting speed of the electrode 15, the target impedance value, and the threshold value for allowing fluctuations, depending on the progress. Specifically, when the furnace status determination unit 51 determines that melting is not progressing very much, the parameters for fluctuation are applied to the impedance control, while when it is determined that melting has progressed to a predetermined level or more below the electrode 15 (directly below and in the vicinity of the area), the parameters are changed to those for stability.

変動時用パラメータは、電極１５の昇降速度が比較的小さい状態、および電極１５の位置を比較的上げた状態の少なくとも一方、好ましくは両方となるように制御を行うパラメータである。電極１５の位置を比較的上げた状態とするためには、インピーダンスの目標値を比較的大きく設定すること、および変動を許容する閾値（変動幅）を小さく設定することの少なくとも一方を行えばよい。これらに対し、安定時用パラメータは、変動時用パラメータと比較して、電極１５の昇降速度を小さくした状態、および電極１５の位置を下げた状態の少なくとも一方、好ましくは両方となるように制御を行うパラメータである。電極１５の位置を下げた状態とするためには、変動時用パラメータと比較して、インピーダンスの目標値を小さく設定すること、および変動を許容する閾値（変動幅）を大きくすることの少なくとも一方を行えばよい。 The parameters for the fluctuating state are parameters that perform control so that at least one of the state in which the elevation speed of the electrode 15 is relatively slow and the state in which the position of the electrode 15 is relatively raised, and preferably both, is achieved. In order to achieve a state in which the position of the electrode 15 is relatively raised, it is sufficient to at least one of setting the target value of the impedance relatively large and setting the threshold value (variation range) for allowing fluctuations small. In contrast, the parameters for the stable state are parameters that perform control so that at least one of the state in which the elevation speed of the electrode 15 is slowed and the state in which the position of the electrode 15 is lowered, and preferably both, is achieved, compared to the parameters for the fluctuating state. In order to achieve a state in which the position of the electrode 15 is lowered, it is sufficient to at least one of setting the target value of the impedance small and setting the threshold value (variation range) for allowing fluctuations large, compared to the parameters for the fluctuating state.

このように、金属材料Ｍの溶解の進捗状況に応じて、電極１５の高さ位置のインピーダンス制御に用いるパラメータを、変動時用パラメータと安定時用パラメータの間で切り替えることで、電力を効率よくアーク炉１０に投入し、金属材料Ｍの溶解を安定して進めることができる。変動時用パラメータは、アーク切れによる投入電力の損失を抑制することにより、安定時用パラメータは、金属材料Ｍに対して近距離からアーク放電を行うことにより、電力効率を高めることに寄与する。特に、安定時用パラメータにおいて、電極１５の高さ位置を変動時用パラメータよりも下げるように制御し、金属材料Ｍに近づけることで、電力効率の向上に高い効果が得られる。 In this way, by switching the parameters used for impedance control of the height position of the electrode 15 between the fluctuating parameters and the stable parameters depending on the progress of the melting of the metal material M, it is possible to efficiently input power to the arc furnace 10 and stably proceed with the melting of the metal material M. The fluctuating parameters contribute to improving power efficiency by suppressing the loss of input power due to arc interruption, while the stable parameters contribute to improving power efficiency by performing arc discharge from a close distance to the metal material M. In particular, with the stable parameters, the height position of the electrode 15 is controlled to be lower than the fluctuating parameters, and brought closer to the metal material M, which is highly effective in improving power efficiency.

本実施形態においては、変動時用パラメータと安定時用パラメータの２種のパラメータを準備し、それらの間で切り替えを行う形態について説明しているが、さらに多数のパラメータを準備し、溶解の進捗状況に応じて、それらを段階的に切り替えて適用するようにしてもよい。その場合には、溶解が進捗したときに適用されるパラメータほど、電極１５の昇降速度を小さくする制御、および電極１５の位置を下げる制御の少なくとも一方を行うように、各パラメータを設定すればよい。また、選択肢として準備するパラメータの組を、溶解の進捗段階に応じて変更してもよい。なお、上記のような溶解の進捗状況に応じたパラメータの切り替えは、アーク放電を開始した直後の点弧期およびボーリング期には実施せず、ボーリング期が完了して溶解期に達してから、開始するとよい。ボーリング期の完了の判定は、例えば、後に説明する第二情報に基づいて行うことができる。 In this embodiment, two types of parameters, a parameter for a fluctuating state and a parameter for a stable state, are prepared and switched between them. However, a larger number of parameters may be prepared and switched in stages according to the progress of the melting. In that case, each parameter may be set so that the parameter applied when the melting progresses performs at least one of the control to reduce the lifting speed of the electrode 15 and the control to lower the position of the electrode 15. In addition, the set of parameters prepared as options may be changed according to the progress stage of the melting. Note that the switching of parameters according to the progress of the melting as described above is not performed during the ignition period and the boring period immediately after the arc discharge is started, but is preferably started after the boring period is completed and the melting period is reached. The completion of the boring period can be determined based on, for example, the second information described later.

アーク炉１０が複数の電極１５を備える場合には、電極１５の高さのインピーダンス制御、および炉況に基づくインピーダンス制御のパラメータの切り替えを、電極１５ごとに、独立して行うことが好ましい。金属材料Ｍの溶解は、全ての電極１５の周囲で均等に起こるとは限らず、電極１５ごとに、制御パラメータの選択およびインピーダンス制御を行うことが、アーク炉１０全体としての電力効率の向上に効果を有するからである。炉況の判定において、各電極１５の下方の金属材料Ｍにおける溶解の進捗状態を判定し、その電極１５の下方で、所定の水準よりも溶解が進捗していれば、パラメータの切り替えを行うようにすればよい。 When the arc furnace 10 has multiple electrodes 15, it is preferable to independently control the impedance of the electrode 15 height and switch the impedance control parameters based on the furnace conditions for each electrode 15. Melting of the metal material M does not necessarily occur evenly around all of the electrodes 15, and selecting control parameters and controlling the impedance for each electrode 15 is effective in improving the power efficiency of the arc furnace 10 as a whole. In determining the furnace conditions, the progress of melting of the metal material M below each electrode 15 is determined, and if melting below that electrode 15 has progressed more than a predetermined level, the parameters are switched.

［炉況の判定］
次に、電極１５の高さ位置のインピーダンス制御に用いるパラメータを切り替えるための指標となる炉況の判定方法について説明する。本実施形態にかかる金属溶解装置１においては、炉況判定部５１が、溶解の進捗度と、炉体１１の形状に基づいて、電極１５の下方における金属材料Ｍの溶解の進捗状況を判定する。溶解の進捗度は、炉体１１に装入した金属材料Ｍのうち、どの程度の割合が溶解して金属溶湯の状態になっているかを、例えばパーセントを単位として示すものであり、次に説明する第一情報、第二情報、第三情報の３種から選択される複数の情報に基づいて、判定される。炉体１１の形状とは、炉壁や炉底等、炉内の各部の形および大きさを指し、炉体１１の設計情報や、プロファイルメータ等を用いて実測した情報を利用することができる。 [Determination of furnace status]
Next, a method for determining the furnace status, which is an index for switching the parameters used for impedance control at the height position of the electrode 15, will be described. In the metal melting apparatus 1 according to this embodiment, the furnace status determination unit 51 determines the progress of melting of the metal material M below the electrode 15 based on the progress of melting and the shape of the furnace body 11. The progress of melting indicates, for example, in units of percentage, how much of the metal material M charged in the furnace body 11 has melted and become molten metal, and is determined based on a plurality of pieces of information selected from three types of information, namely, first information, second information, and third information, which will be described next. The shape of the furnace body 11 refers to the shape and size of each part in the furnace, such as the furnace wall and the furnace bottom, and can utilize design information of the furnace body 11 and information actually measured using a profile meter or the like.

複数の情報に基づいて評価した溶解の進捗度と、金属スクラップ等、炉体１１に装入した金属材料Ｍの総量の情報から、炉体１１の中の固体状態および溶湯状態の金属材料Ｍの量（体積）を算出することができる。その算出結果と、炉体１１の形状とから、金属材料Ｍが占める高さ位置を見積もることができる。その見積もり結果に基づいて、電極１５の高さ位置のインピーダンス制御に用いるパラメータが、変動時用パラメータと安定時用パラメータから選択される。以下、溶解の進捗度の判定に用いられる３種の情報について、順に説明する。 The amount (volume) of the solid and molten metal material M in the furnace body 11 can be calculated from the melting progress evaluated based on multiple pieces of information and information on the total amount of metal material M, such as scrap metal, charged into the furnace body 11. The height position occupied by the metal material M can be estimated from the calculation result and the shape of the furnace body 11. Based on the estimation result, the parameters used for impedance control of the height position of the electrode 15 are selected from parameters for fluctuation and parameters for stability. Below, the three types of information used to determine the melting progress will be explained in order.

（１）第一情報：電極先端の高さ位置
上記のように、本実施形態にかかる金属溶解装置１には、電極測長装置４０が備えられ、電極１５の長さを計測することができる。そして、電極昇降装置３０に設けられた位置検知部３５の読み取り値から、溶解中の各時点において、電極１５を把持する把持部３１の高さ位置が分かるので、電極１５の長さの情報と合わせて、電極１５の先端の高さ位置、つまり、炉体１１の底面等、基準面からの電極１５の先端の高さが分かる。この電極１５の先端の高さ位置が、第一情報として、溶解の進捗度の判定に利用される。 (1) First Information: Height Position of Electrode Tip As described above, the metal melting apparatus 1 according to this embodiment is equipped with the electrode length measuring device 40, which can measure the length of the electrode 15. The height position of the gripping part 31 gripping the electrode 15 at each time point during melting can be known from the readings of the position detection part 35 provided on the electrode lifting device 30, and therefore, together with the information on the length of the electrode 15, the height position of the tip of the electrode 15, that is, the height of the tip of the electrode 15 from a reference surface such as the bottom surface of the furnace body 11, can be known. This height position of the tip of the electrode 15 is used as first information to determine the progress of melting.

電極１５と金属材料Ｍの間のインピーダンスが、目標値に対して所定の閾値を超えて変動しないように、電極１５の高さ位置を制御するインピーダンス制御を行っていると、電極１５の下方の金属材料Ｍの状態によって、インピーダンス制御の結果として設定される電極１５の先端の高さ位置が変化する。具体的には、上でも説明したように、電極１５の下方に存在する金属材料Ｍが固体状態にある場合の方が、金属溶湯の状態にある場合よりも、電極１５が高い位置に制御される傾向がある。金属材料Ｍが、金属スクラップ等、固体状態をとっている場合の方が、嵩高くなるうえ、金属材料Ｍ全体としての表面が凹凸を有しており、その金属材料Ｍの表面と電極１５の先端との間に、所定のインピーダンスを与える距離を確保するために、電極１５の先端が高い位置に制御されやすい。一方、金属材料Ｍが金属溶湯の状態をとっていると、溶湯の表面の位置の低さおよび平滑さに対応して、電極１５の先端が低い位置に制御されやすい。よって、電極１５の先端の高さ位置が低くなっているのを検出することにより、金属材料Ｍの溶解が進んでいると判定できる。つまり、金属材料Ｍのうち、金属溶湯の状態となっているものの割合が多くなり、溶解の進捗度が高くなっていると判定できる。 When impedance control is performed to control the height position of the electrode 15 so that the impedance between the electrode 15 and the metal material M does not fluctuate beyond a predetermined threshold value relative to the target value, the height position of the tip of the electrode 15 set as a result of the impedance control changes depending on the state of the metal material M below the electrode 15. Specifically, as explained above, when the metal material M present below the electrode 15 is in a solid state, the electrode 15 tends to be controlled to a higher position than when it is in a molten metal state. When the metal material M is in a solid state, such as metal scrap, it becomes bulky and the surface of the metal material M as a whole has irregularities, so that the tip of the electrode 15 is likely to be controlled to a higher position in order to ensure a distance that gives a predetermined impedance between the surface of the metal material M and the tip of the electrode 15. On the other hand, when the metal material M is in a molten metal state, the tip of the electrode 15 is likely to be controlled to a lower position in response to the low position and smoothness of the surface of the molten metal. Therefore, by detecting that the height position of the tip of the electrode 15 is lower, it can be determined that the melting of the metal material M is progressing. In other words, the proportion of metal material M that is in the molten metal state is increasing, and it can be determined that the degree of melting is increasing.

電極１５の先端の高さ位置を算出するための電極長としては、例えば、金属材料Ｍを初装する際、さらには追装する際、また把持部３１による電極１５の掴み替えや継ぎ足しを行う際に、その後の金属材料Ｍの溶解を開始する前に、電極１５を炉体１１から引き上げ、電極測長装置４０で実測した電極長を用いることができる。しかし、そのようにして実測を行った後の金属材料Ｍの溶解で、アーク放電に伴って電極１５が消耗することを考慮した電極長を用いる方が好ましい。上記で説明したように、制御装置５０の測長部５３は、電極１５に投入した電力量として算出された電力量に応じて、電極１５の消耗量を考慮し、溶解中の各時点における電極長を推定することができる。その推定結果を用いて、溶解中の各時点における電極１５の先端の高さ位置を算出し、第一情報として、溶解の進捗度の評価に用いることで、各時点における溶解の進捗度を、適切に見積もることが可能となる。 As the electrode length for calculating the height position of the tip of the electrode 15, for example, when the metal material M is initially loaded, or when the electrode 15 is re-loaded or added by the gripper 31, the electrode 15 is pulled up from the furnace body 11 and the electrode length measured by the electrode length measuring device 40 before starting to melt the metal material M. However, it is preferable to use an electrode length that takes into consideration the consumption of the electrode 15 due to arc discharge during the melting of the metal material M after the actual measurement. As described above, the length measuring unit 53 of the control device 50 can estimate the electrode length at each time point during melting, taking into consideration the consumption of the electrode 15 according to the amount of power calculated as the amount of power input to the electrode 15. Using the estimation result, the height position of the tip of the electrode 15 at each time point during melting is calculated, and the result is used as the first information to evaluate the progress of melting, making it possible to appropriately estimate the progress of melting at each time point.

（２）第二情報：炉体からの発生音および供給電源の状態
本実施形態にかかる金属溶解装置１は、騒音計１６を備えており、炉体１１からの発生音を検出することができる。また、電源回路２０に備えられた一次側計測器２４によって、電極１５に供給される供給電源の状態を検知することができる。金属材料Ｍの溶解の進捗度を評価するための第二情報として、これら炉体１１からの発生音の周波数分布、および供給電源に含まれる高周波成分の強度の少なくとも一方を用いる。 (2) Second Information: Sound Generated from the Furnace Body and State of the Power Supply The metal melting apparatus 1 according to this embodiment is equipped with a sound level meter 16, which can detect sound generated from the furnace body 11. In addition, a primary side measuring instrument 24 provided in the power supply circuit 20 can detect the state of the power supply supplied to the electrode 15. At least one of the frequency distribution of the sound generated from the furnace body 11 and the intensity of the high frequency component contained in the power supply is used as second information for evaluating the progress of melting the metal material M.

出願人らの出願による特開２０２０－０１６３４５号公報に詳しく記載されるように、炉内発生音および供給電源の高周波成分は、炉体１１の中の金属材料Ｍの溶解状態を敏感に反映する情報となり、溶解が完了したか否かの判定等に利用することができる。本実施形態においては、それらの情報を、溶解完了の指標として用いるのに加え、インピーダンス制御にかかるパラメータの選択のための基礎情報としても用いる。 As described in detail in JP 2020-016345 A filed by the applicants, the sounds generated inside the furnace and the high-frequency components of the power supply provide information that sensitively reflects the melting state of the metal material M in the furnace body 11, and can be used to determine whether melting is complete or not. In this embodiment, in addition to using this information as an indicator of melting completion, it is also used as basic information for selecting parameters related to impedance control.

具体的には、炉内発生音について、騒音計１６で計測された強度を周波数分析し、周波数分布（各周波数ごとの強度の分布）を解析した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に注目する。溶解の初期には、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ないのに対し、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、音周波数データにおいて、基本周波数の偶数倍の周波数成分の寄与が大きくなって、その周波数成分を含んだピークの高さが高くなっているのを検出することにより、金属材料Ｍの溶解が進んでいると判定できる。 Specifically, the sound generated inside the furnace is subjected to frequency analysis of the intensity measured by the sound level meter 16, and attention is paid to the height of the peak containing even multiples of the fundamental frequency in the sound frequency data obtained by analyzing the frequency distribution (distribution of intensity for each frequency). At the beginning of melting, the signal intensity does not show a clear frequency dependency in the sound frequency data in the region containing even multiples of the fundamental frequency, whereas at the end of melting, the signal intensity becomes strong in some frequency regions centered on even multiples of the fundamental frequency, while the signal intensity of the surrounding frequencies becomes weak, and a clear peak structure centered on even multiples of the fundamental frequency is observed. Therefore, by detecting that the contribution of the frequency components of even multiples of the fundamental frequency is increasing in the sound frequency data and the height of the peak containing these frequency components is increasing, it can be determined that the melting of the metal material M is progressing.

一方、供給電源の高周波成分については、一次側計測器２４によって計測される電源回路２０の一次側回路２２における電流値または電圧値を周波数分析した電気周波数データにおいて、電源周波数（一次側回路２２に入力される商用電源の周波数）の偶数倍の周波数の高調波成分の強度に注目する。炉体１１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１０から発生する高調波が減少する。アーク炉１０から発生する高調波は、電極１５に電源を供給する電源回路２０の一次側回路２２の電流および電圧に、基本周波数の偶数倍の周波数を有する高調波成分として現れる。よって、一次側回路２２の電流または電圧において、基本周波数の偶数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、炉体１１の中の金属材料Ｍの溶解の進捗度を判定することができる。その高調波成分の強度が低下しているのを検出することにより、金属材料Ｍの溶解が進んでいると判定できる。 On the other hand, for the high-frequency components of the power supply, attention is paid to the intensity of the harmonic components of frequencies that are even multiples of the power supply frequency (the frequency of the commercial power supply input to the primary circuit 22) in the electrical frequency data obtained by frequency analysis of the current or voltage value in the primary circuit 22 of the power supply circuit 20 measured by the primary measuring instrument 24. As the melting of the metal material M progresses in the furnace body 11, the harmonics generated from the arc furnace 10 decrease. The harmonics generated from the arc furnace 10 appear as harmonic components having frequencies that are even multiples of the fundamental frequency in the current and voltage of the primary circuit 22 of the power supply circuit 20 that supplies power to the electrode 15. Therefore, by observing the time change in the intensity of the harmonics that correspond to even multiples of the fundamental frequency in the current or voltage of the primary circuit 22, the progress of the melting of the metal material M in the furnace body 11 can be determined. By detecting a decrease in the intensity of the harmonic components, it can be determined that the melting of the metal material M is progressing.

以上のように、炉体１１からの発生音および供給電源の状態は、次の工程への移行等のために、金属材料Ｍの溶解の程度を判断する指標として用いることができるとともに、電極１５の高さのインピーダンス制御にかかるパラメータを選択するための基礎となる第二情報としても利用することができる。第二情報としては、炉体１１からの発生音および供給電源の状態のいずれか一方を用いても、両方の情報を併用してもよい。 As described above, the sound generated from the furnace body 11 and the state of the power supply can be used as indicators for determining the degree of melting of the metal material M in order to move to the next process, etc., and can also be used as second information that is the basis for selecting parameters related to impedance control of the height of the electrode 15. As the second information, either the sound generated from the furnace body 11 or the state of the power supply can be used, or both pieces of information can be used together.

（３）第三情報：電極の昇降の頻度および昇降幅
金属溶解装置１において、インピーダンス制御を行い、電極１５と金属材料Ｍの間のインピーダンスについて、所定の目標値に対して、変動幅が所定の閾値の範囲内に収まるように制御している状態では、電極１５の下方に存在する金属材料Ｍの状態によって、電極１５が昇降される頻度および昇降幅が変化する。そこで、金属材料Ｍの溶解の進捗度を評価するための第三情報として、電極１５の昇降の頻度、および昇降幅の少なくとも一方を用いる。 (3) Third Information: Frequency and Amplitude of Raising and Lowering of Electrode In the metal melting apparatus 1, when impedance control is performed and the impedance between the electrode 15 and the metal material M is controlled so that the fluctuation range falls within a predetermined threshold range with respect to a predetermined target value, the frequency and amplitude of raising and lowering the electrode 15 change depending on the state of the metal material M present below the electrode 15. Thus, at least one of the frequency and amplifying range of raising and lowering the electrode 15 is used as third information for evaluating the progress of melting the metal material M.

具体的には、上でも説明したように、電極１５の下方に、金属スクラップ等、固体状の金属材料Ｍが多く存在する状況では、アーク放電が不規則に起こるので、インピーダンス制御において、電極１５の高さ位置の調整が頻繁に行われる。また、電極１５を昇降させる幅（距離）も大きくなる。一方、電極１５の下方に、溶解した液状の金属材料Ｍが多く存在する状況では、アーク放電が規則的に起こるので、インピーダンス制御において、電極１５の高さ位置の調整は頻繁には行われない。また、電極１５を昇降させる幅も小さくて済む。 Specifically, as explained above, in a situation where there is a large amount of solid metal material M, such as metal scrap, below the electrode 15, arc discharge occurs irregularly, so in impedance control, the height position of the electrode 15 is adjusted frequently. In addition, the width (distance) over which the electrode 15 is raised and lowered is also large. On the other hand, in a situation where there is a large amount of molten liquid metal material M below the electrode 15, arc discharge occurs regularly, so in impedance control, the height position of the electrode 15 is not adjusted frequently. In addition, the width over which the electrode 15 is raised and lowered can be small.

このように、電極１５の昇降の頻度が小さくなっているのを検出することにより、また、電極１５の昇降幅が小さくなっているのを検出することにより、金属材料Ｍの溶解が進んでいると判定できる。第三情報としては、電極１５の昇降の頻度と昇降幅のいずれか一方を用いても、両方の情報を併用してもよい。 In this way, by detecting a decrease in the frequency of the electrode 15 rising and falling, and by detecting a decrease in the range of the electrode 15 rising and falling, it can be determined that the dissolution of the metal material M is progressing. As the third information, either the frequency or range of the electrode 15 rising and falling may be used, or both pieces of information may be used in combination.

（４）複数の情報の併用
以上のように、第一情報、第二情報、第三情報はいずれも、金属材料Ｍの溶解の進捗度、つまり、金属材料Ｍのうち、どの程度が溶解して、固体状態から金属溶湯の状態に変化しているかに関する情報を与えるものとなる。従来一般には、溶解の進捗度は、設定された溶解電力や、炉体１１に設けた補助バーナ（不図示）等、電力以外の手段によるエネルギー投入量に基づいて判定されてきた。しかし、その場合には、溶解しやすさ等、個別の金属材料Ｍの特性や、酸化エネルギー量、可燃物量等、装入した金属材料Ｍの溶解性に関して、把握しきれないパラメータが多く、実際の炉内の金属材料Ｍの状態の変化を、正確に判定するのは難しかった。しかし、上記第一情報、第二情報、第三情報はいずれも、炉体１１の内部における金属材料Ｍの状態が敏感に反映される現象について、実測した結果を示す情報であり、各時点における実際の金属材料Ｍの溶解の進捗度を、敏感に、また正確に示す指標となりうる。それらの情報と、炉体１１の形状に関する情報を合わせて、電極１５の下方における金属材料Ｍの溶解の進捗状況を判定し、電極１５の高さのインピーダンス制御にかかるパラメータの選択に用いることで、金属材料Ｍの溶解における電力効率を高めることができる。なお、上記で説明した第一、第二、第三情報に加えて、溶解電力の設定値や、補助バーナ等によるエネルギー投入量をはじめとする従来用いられていた指標、さらには、炉体１１の中の金属材料Ｍの溶解状態を反映する他の任意のパラメータを、指標として併用して、溶解の進捗状況の判定を行ってもよい。 (4) Use of Multiple Information As described above, the first information, the second information, and the third information all provide information on the progress of melting of the metal material M, that is, the extent to which the metal material M has melted and changed from a solid state to a molten metal state. Conventionally, the progress of melting has generally been determined based on the amount of energy input by means other than electricity, such as the set melting power or an auxiliary burner (not shown) provided in the furnace body 11. However, in that case, there are many parameters that cannot be grasped regarding the characteristics of the individual metal material M, such as ease of melting, the amount of oxidation energy, the amount of combustibles, and the solubility of the charged metal material M, and it was difficult to accurately determine the change in the state of the metal material M in the actual furnace. However, the first information, the second information, and the third information all indicate the results of actual measurements of the phenomenon that sensitively reflects the state of the metal material M inside the furnace body 11, and can be indicators that sensitively and accurately indicate the progress of melting of the actual metal material M at each point in time. These pieces of information, together with information on the shape of the furnace body 11, are used to determine the progress of melting of the metal material M below the electrode 15, and the determination is used to select parameters related to impedance control of the height of the electrode 15, thereby improving the power efficiency in melting the metal material M. In addition to the first, second, and third pieces of information described above, conventionally used indicators such as the set value of the melting power and the amount of energy input by an auxiliary burner or the like, as well as any other parameter reflecting the melting state of the metal material M in the furnace body 11 may be used in combination as an indicator to determine the progress of melting.

さらに、本実施形態にかかる金属溶解装置１においては、１種類の情報のみによって、溶解の進捗度を推定するのではなく、第一情報、第二情報、第三情報の３種の情報から選択される複数の情報に基づいて、溶解の進捗度の判定を行う。これにより、１種の情報のみを利用する場合よりも、炉内の金属材料Ｍの状態を、正確に判定することができる。金属材料Ｍの溶解に関わる複数の現象を考慮して、溶解の進捗状況を適切に推定し、電極１５の高さ位置の制御に活用することで、電力効率の向上や溶解の安定性の向上につなげることが可能となる。 Furthermore, in the metal melting device 1 according to this embodiment, the melting progress is not estimated based on only one type of information, but is determined based on multiple pieces of information selected from the three types of information, namely, the first information, the second information, and the third information. This allows the state of the metal material M in the furnace to be determined more accurately than when only one type of information is used. By taking into account multiple phenomena related to the melting of the metal material M, the melting progress can be appropriately estimated and utilized in controlling the height position of the electrode 15, which can lead to improved power efficiency and improved melting stability.

例えば、第一情報である電極１５の先端の高さ位置のみを用いて、溶解の進捗度を推定する場合に、電極１５の直下の位置のみで局所的に溶解が進行し、電極１５の直下から外れた電極１５の周囲の位置では、溶解がほぼ進行していないという状態が生じたとする。この場合には、電極１５の先端の高さ位置が、電極１５の直下での溶解に伴って、大きく下降するので、低い位置に電極１５の先端が存在しているとの第一情報に基づいて、溶解がかなり進捗しているとの判定結果が得られることになる。しかし、実際には、電極１５の直下の位置を除いて、溶解がほとんど進行しておらず、実際の溶解の進捗度は、かなり低いため、その判定結果は誤判定となってしまう。そこで、第一情報だけでなく、第二情報および／または第三情報を併用することで、誤判定を抑制することができる。第二情報である炉体１１の発生音や供給電源の状態、また第三情報である電極１５の昇降の頻度や昇降幅には、電極１５の直下の金属材料Ｍの状態だけでなく、電極１５の下側のある程度の範囲にわたる領域の金属材料Ｍの状態が反映されるからである。 For example, when the degree of dissolution is estimated using only the height position of the tip of the electrode 15, which is the first information, a state occurs in which dissolution progresses locally only at the position directly below the electrode 15, and dissolution hardly progresses at positions around the electrode 15 that are not directly below the electrode 15. In this case, the height position of the tip of the electrode 15 drops significantly with the dissolution directly below the electrode 15, so a determination result is obtained that dissolution has progressed considerably based on the first information that the tip of the electrode 15 is present at a low position. However, in reality, dissolution has hardly progressed except at the position directly below the electrode 15, and the actual degree of dissolution progress is quite low, so the determination result is an erroneous determination. Therefore, by using not only the first information but also the second information and/or the third information in combination, erroneous determination can be suppressed. The second information, which is the sound generated by the furnace body 11 and the state of the power supply, and the third information, which is the frequency and range of raising and lowering of the electrode 15, reflect not only the state of the metal material M directly below the electrode 15, but also the state of the metal material M in a certain range of the area below the electrode 15.

複数の情報をどのように組み合わせて溶解の進捗度の判定を行うかは、特に限定されるものではない。例えば、複数の情報のうち、個別の１つの情報から判定される進捗度が、それら複数の情報の間で許容される誤差の範囲で相互に一致していれば、それらの進捗度をそのまま判定結果として採用すればよいし、あるいは、適宜平均をとる等の処理を行ったうえで溶解の進捗度の判定に用いればよい。一方、上記で第一情報だけを用いる場合について例示した形態のように、一部の情報に基づいて判定される進捗度が、他の情報に基づいて判定される進捗度と著しく異なっている場合には、局所的な溶解の進行等、異常が発生していることを考慮して、進捗度を判定するか、異常の考慮や対処を管理者等に促す通知等を制御装置５０から発するように、構成すればよい。異常としては、上記で例示した以外にも、様々な形態が想定されるが、それぞれの形態において、各情報がどのような挙動を示すかを、事前の試験等によって把握しておけば、各情報の挙動の組み合わせによって、生じている異常の種類を判定することや、異常の種類に応じて適切に溶解の進捗度を見積もることも、可能となる。 There is no particular limitation on how the multiple pieces of information are combined to determine the degree of dissolution. For example, if the degree of progress determined from an individual piece of information among the multiple pieces of information coincides with each other within the range of allowable error between the multiple pieces of information, the degree of progress may be adopted as the determination result as it is, or may be used to determine the degree of dissolution progress after performing appropriate processing such as taking an average. On the other hand, as in the example of the case where only the first information is used above, if the degree of progress determined based on some information is significantly different from the degree of progress determined based on other information, the degree of progress may be determined taking into consideration the occurrence of an abnormality such as localized dissolution, or a notification or the like may be issued from the control device 50 to prompt the manager or the like to consider and deal with the abnormality. As for abnormalities, various forms are assumed in addition to those exemplified above, but if the behavior of each piece of information in each form is understood by prior testing or the like, it is possible to determine the type of abnormality that has occurred by combining the behavior of each piece of information, and to appropriately estimate the degree of dissolution progress according to the type of abnormality.

第一情報、第二情報、第三情報の３種から、少なくとも２種の情報を利用して溶解の進捗度を判定するようにすれば、いずれの情報を用いるかは、特に限定されるものではなく、金属溶解装置１の具体的な構成や、溶解対象の金属材料Ｍの特性等に応じて、適宜選択すればよい。好ましくは、３種の情報を全て用いて、溶解の進捗度を判定するとよい。これにより、溶解の進捗度の判定を特に適切に行うことができ、インピーダンス制御のパラメータの選択に利用することで、溶解の効率を高めやすくなる。なお、金属溶解装置１が、電極１５を複数有し、溶解の進捗度の判定を電極１５ごとに個別に行う場合に、第一情報および第三情報は、各電極１５に対して個別に得られるものとなるが、第二情報としては、各電極１５について、共通の情報を適用することになる。 As long as the degree of progress of melting is judged using at least two of the three types of information, the first information, the second information, and the third information, there is no particular limitation on which information is used, and it may be appropriately selected depending on the specific configuration of the metal melting device 1 and the characteristics of the metal material M to be melted. Preferably, the degree of progress of melting is judged using all three types of information. This allows the degree of progress of melting to be judged particularly appropriately, and by using it to select parameters for impedance control, it becomes easier to improve the efficiency of melting. Note that when the metal melting device 1 has multiple electrodes 15 and the degree of progress of melting is judged individually for each electrode 15, the first information and the third information are obtained individually for each electrode 15, but common information is applied as the second information for each electrode 15.

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。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications are possible without departing from the gist of the present invention.

１金属溶解装置
１０アーク炉
１１炉体
１５電極
１６騒音計
２０電源回路
２１炉用変圧器
２４一次側計測器
２５二次側計測器
３０電極昇降装置
３１把持部
３２駆動部
３４支持部材
３５位置検知部
４０電極測長装置
４１容器
５０制御装置
５１炉況判定部
５２昇降制御部
５３測長部
Ｍ金属材料 REFERENCE SIGNS LIST 1 Metal melting device 10 Arc furnace 11 Furnace body 15 Electrode 16 Sound level meter 20 Power supply circuit 21 Furnace transformer 24 Primary side measuring instrument 25 Secondary side measuring instrument 30 Electrode lifting device 31 Grip unit 32 Drive unit 34 Support member 35 Position detection unit 40 Electrode length measuring device 41 Container 50 Control device 51 Furnace condition determination unit 52 Lifting control unit 53 Length measuring unit M Metal material

Claims

A furnace body that contains a metal material;
an electrode that is inserted into the furnace body and generates an arc between the electrode and the metal material to melt the metal material;
an electrode lifting device that holds the electrode with a gripping portion and adjusts the height position of the electrode with respect to the furnace body;
an electrode length measuring device that measures an electrode length as a distance from the gripping portion of the electrode lifting device to a tip of the electrode;
A furnace status determination unit that determines the progress of melting of the metal material in the furnace body,
performing impedance control by raising and lowering the electrode using the electrode lifting device so as to suppress a fluctuation in impedance between the electrode and the metal material from a target value within a predetermined threshold value;
The reactor condition determination unit is
First information indicating a height position of a tip of the electrode based on the electrode length measured by the electrode length measuring device;
Second information including at least one of information on the frequency distribution of the sound generated from the furnace body and the intensity of the high-frequency component of the power supply to the electrode;
and third information indicating at least one of the frequency and the range of elevation of the electrode in the impedance control. A melting progress degree indicating the proportion of the metal material that is melted out of the metal material charged in the furnace body, evaluated based on a plurality of pieces of information selected from the above .
From information on the total amount of the metal material charged in the furnace body,
Calculating the amount of the metallic material in the solid state and in the molten state in the furnace body;
The result of the calculation;
Based on the shape and size of the inside of the furnace body,
determining the progress of dissolution of the metallic material beneath the electrode;
When the furnace status determination unit determines that the melting of the metal material below the electrode has progressed to a predetermined level or more, the impedance control parameters are changed from fluctuation parameters to stable parameters;
In the stable state parameters, compared with the fluctuating state parameters,
a state in which a lifting speed of the electrode by the electrode lifting device is reduced; and a state in which a position of the electrode is lowered by at least one of reducing the target value and increasing the threshold value.

The metal melting apparatus according to claim 1 , wherein the furnace status determination unit determines the degree of progress of melting the metallic material by using all of the first information, the second information, and the third information.

The reactor condition determination unit is
Regarding the first information, the height position of the tip of the electrode is lowered,
Regarding the second information, because the contribution of frequency components that are even multiples of the fundamental frequency is large in the frequency distribution of the generated sound, and because the intensity of components that are even multiples of the power supply frequency is low in the high frequency components of the power supply,
3. The metal melting apparatus according to claim 1, wherein the third information is determined to indicate that melting of the metal material is progressing when the frequency of raising and lowering the electrode is decreasing and when the range of raising and lowering the electrode is decreasing.

The metal melting device according to any one of claims 1 to 3, wherein the electrode length measuring device estimates the electrode length by subtracting the amount of wear of the electrode corresponding to the amount of power input to the electrode from the electrode length actually measured before starting to melt the metal material loaded into the furnace body.

The metal melting apparatus has a plurality of the electrodes,
The furnace condition determination unit determines the progress of the melting of the metallic material below each of the plurality of electrodes,
5. The metal melting apparatus according to claim 1, wherein the change from the fluctuating parameters to the stable parameters is independently performed for each of the plurality of electrodes.

The metal melting apparatus according to claim 1 , wherein the progress of melting of the metallic material indicates a height position occupied by the metallic material in the molten state inside the furnace body.