(57)【要約】【課題】タンディッシュのスリーブ等、流路を通過する金属溶湯を加熱する加熱装置において、流路の断面積の変化を早期に検知することができる加熱装置、およびそのような加熱方法を提供すること。【解決手段】流路の外に配置された加熱コイルにより、流路内の金属溶湯に対して誘導加熱を行う加熱部１２と、加熱部１２に誘導加熱に必要な交流を供給する給電部２０と、加熱部１２に目標電圧の交流を供給する際の給電部２０の状態の変化に基づいて流路の断面積の変化を検知する検知部３０と、を有する加熱装置１とする。検知部３０は、加熱部１２に入力される交流の力率または該力率に相関する物理量の変化に基づいて流路の断面積の変化を監視し、力率の増加またはそれに対応する変化を検出すると、流路の断面積が縮小していると判定し、力率の減少またはそれに対応する変化を検出すると、流路の断面積が拡大していると判定するものであるとよい。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路内を通過する金属溶湯を加熱する加熱装置において、
前記流路の外に配置された加熱コイルにより、前記流路内の前記金属溶湯に対して誘導加熱を行う加熱部と、
前記加熱部に前記誘導加熱に必要な交流を供給する給電部と、
前記加熱部に目標電圧の交流を供給する際の前記給電部の状態の変化に基づいて前記流路の断面積の変化を検知する検知部と、を有することを特徴とする加熱装置。
【請求項２】
前記検知部は、前記加熱部に入力される交流の力率または該力率に相関する物理量の変化に基づいて前記流路の断面積の変化を監視し、
前記力率の増加またはそれに対応する変化を検出すると、前記流路の断面積が縮小していると判定し、前記力率の減少またはそれに対応する変化を検出すると、前記流路の断面積が拡大していると判定することを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
【請求項３】
前記給電部は、三相平衡を図りながら三相交流を単相交流に変換する変換部と、前記変換部に三相交流を入力する電源部と、を有し、
前記検知部は、前記電源部から前記変換部に入力される三相交流の相間の不平衡を検出すること、または該不平衡を緩和するために前記変換部に備えられる素子の状態の変化を検出することにより、前記流路の断面積の変化を検知することを特徴とする請求項２に記載の加熱装置。
【請求項４】
前記検知部は、前記電源部から前記変換部に入力される三相交流の各相の電流値を、前記加熱部に供給される電圧で規格化したものを相間で比較して、前記不平衡を検出することを特徴とする請求項３に記載の加熱装置。
【請求項５】
前記変換部は、グレボー回路を備えることを特徴とする請求項３または４に記載の加熱装置。
【請求項６】
前記加熱装置は、相互に区画された２つの空間を連通するスリーブとして前記流路を有するタンディッシュに備えられることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の金属溶湯の加熱方法。
【請求項７】
請求項１から６に記載の加熱装置を用いて、流路を流れる金属溶湯を加熱することを特徴とする金属溶湯の加熱方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱装置および加熱方法に関し、さらに詳しくは、流路を流れる金属溶湯を加熱する加熱装置およびそのような加熱方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
連続鋳造装置を用いた鋳造工程においては、介在物の除去等を目的として、取鍋と鋳型の間にタンディッシュが用いられる。一般的なタンディッシュとしては、２つの形式のものが用いられている。第一の形式においては、内部の１つの空間において、取鍋から溶湯を注入され、かつ溶湯を鋳型に抽出する室が設けられている。一方、第二の形式においては、内部の空間が、取鍋から溶湯を注入される第一室と、溶湯を鋳型に注出する第二室とに分割されており、第一室と第二室の間を区画する堰に、溶鋼を通過させる流路として、スリーブが設けられている。
【０００３】
上記のうち、スリーブが設けられた第二の形式のタンディッシュにおいては、内部の溶湯を所定の高温に維持するために、例えば、加熱コイルによって誘導加熱を行う加熱装置が設けられる。そのような加熱装置を設けたタンディッシュは、例えば特許文献１に開示されている。
【０００４】
上記タンディッシュに備えられる加熱装置と同様に、誘導加熱によって金属材料の加熱を行う誘導炉において、加熱コイルに単相交流を供給するための電源回路として、三相平衡を図りながら三相交流を単相交流に変換する相平衡回路が用いられる場合がある。この種の相平衡回路は、例えば特許文献２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１６６１１１号公報
【特許文献２】特開平７−３０７１９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
タンディッシュにおいては、スリーブの内部で溶鋼中の成分が固化し、スリーブの断面積が縮小されることがある。断面積の縮小が進行すると、スリーブの閉塞が起きてしまう。このような閉塞は、介在物等、溶湯中に不純物として含まれる高融点の成分によって起こる。スリーブの閉塞が起きると、閉塞の除去、スリーブの交換等のメンテナンスを行う必要があり、少なくともそれらの作業を行う間は、タンディッシュの運転、さらには連続鋳造装置全体の運転を中断する必要が生じる。
【０００７】
従来、タンディッシュ内の溶鋼を加熱する誘導加熱装置への電源供給を、上記のような相平衡回路を用いて行う場合に、相平衡回路に入力される三相交流のいずれかの相の電流値が所定の規格値を超過したのを検出することで、スリーブの閉塞が起こったことを検知する方法が採用されていた。この方法によると、スリーブが完全に閉塞してから、あるいは、完全に閉塞する直前になってからしか、スリーブの閉塞を検知することができず、検知直後にタンディッシュの運転を停止することが不可避であった。もし、スリーブの断面積の縮小が重度に進行する前に、縮小の傾向を早期に検知することができれば、予防的な対策を施す等して、急なスリーブの閉塞によってタンディッシュの運転に与える影響を低減できる可能性がある。
【０００８】
タンディッシュのスリーブにおいては、金属溶湯の固化に伴って断面積の縮小が起こる他、スリーブの壁面を構成する耐火物が溶鋼によって摩耗されることで、断面積の拡大が起こることもある。断面積の拡大も、縮小と同様に、早期に検知することが難しく、重度に進行してから検知されると、タンディッシュの運転に大きな影響を与えることになる。よって、スリーブの断面積の拡大傾向も、早期に検知することが望まれる。
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、タンディッシュのスリーブ等、流路を通過する金属溶湯を加熱する加熱装置において、流路の断面積の変化を早期に検知することができる加熱装置、およびそのような加熱方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明にかかる加熱装置は、流路内を通過する金属溶湯を加熱する加熱装置において、前記流路の外に配置された加熱コイルにより、前記流路内の前記金属溶湯に対して誘導加熱を行う加熱部と、前記加熱部に前記誘導加熱に必要な交流を供給する給電部と、前記加熱部に目標電圧の交流を供給する際の前記給電部の状態の変化に基づいて、前記流路の断面積の変化を検知する検知部と、を有するものである。
【００１１】
ここで、前記検知部は、前記加熱部に入力される交流の力率または該力率に相関する物理量の変化に基づいて前記流路の断面積の変化を監視し、前記力率の増加またはそれに対応する変化を検出すると、前記流路の断面積が縮小していると判定し、前記力率の減少またはそれに対応する変化を検出すると、前記流路の断面積が拡大していると判定するものであるとよい。
【００１２】
この場合に、前記給電部は、三相平衡を図りながら三相交流を単相交流に変換する変換部と、前記変換部に三相交流を入力する電源部と、を有し、
前記検知部は、前記電源部から前記変換部に入力される三相交流の相間の不平衡を検出すること、または該不平衡を緩和するために前記変換部に備えられる素子の状態の変化を検出することにより、前記流路の断面積の変化を検知するものであるとよい。
【００１３】
さらに、前記検知部は、前記電源部から前記変換部に入力される三相交流の各相の電流値を、前記加熱部に供給される電圧で規格化したものを相間で比較して、前記不平衡を検出するものであるとよい。
【００１４】
この場合に、前記変換部は、グレボー回路を備えるとよい。
【００１５】
また、前記加熱装置は、相互に区画された２つの空間を連通するスリーブとして前記流路を有するタンディッシュに備えられるものであるとよい。
【００１６】
本発明にかかる加熱方法は、上記のような加熱装置を用いて、流路を流れる金属溶湯を加熱するものである。
【発明の効果】
【００１７】
上記発明にかかる加熱装置においては、誘導加熱により、流路内を通過する金属溶湯を含んで構成される電路に電流が流れ、流路内を通過する金属溶湯が加熱されるが、金属溶湯を構成する成分の固化や流路壁面の摩耗等により、流路の断面積が変化すると、その電路の状態が変化する。その結果、加熱部に目標電圧の交流を入力するための給電部の状態に変化が生じる。この給電部の状態の変化を検出することにより、流路の断面積の変化が重度になり、流路の完全な閉塞や深刻な摩耗が発生する前に、早期に流路の断面積に変化が発生しているのを検知することができる。
【００１８】
ここで、検知部が、加熱部に入力される交流の力率または該力率に相関する物理量の変化に基づいて流路の断面積の変化を監視し、力率の増加またはそれに対応する変化を検出すると、流路の断面積が縮小していると判定し、力率の減少またはそれに対応する変化を検出すると、流路の断面積が拡大していると判定するものである場合には、流路の断面積の変化に起因して加熱部におけるインダクタンス成分が増減し、加熱部に供給される交流の電流位相が変化することによる力率の増減を利用して、流路の断面積の変化を敏感に検知することができる。
【００１９】
この場合に、給電部が、三相平衡を図りながら三相交流を単相交流に変換する変換部と、変換部に三相交流を入力する電源部と、を有し、検知部が、電源部から変換部に入力される三相交流の相間の不平衡を検出すること、または該不平衡を緩和するために変換部に備えられる素子の状態の変化を検出することにより、流路の断面積の変化を検知するものであれば、加熱部に供給される交流の力率の変化は、三相交流の相間の不平衡と高い相関性を有する。よって、その不平衡の発生を検知すること、また、その不平衡を緩和するための可変コンデンサ等の素子が変換部に備えられる場合には、キャパシタンス等、その素子の状態の変化を検出することで、流路の断面積の変化を敏感に検知することができる。
【００２０】
さらに、検知部が、電源部から変換部に入力される三相交流の各相の電流値を、加熱部に供給される電圧で規格化したものを相間で比較して、不平衡を検出するものである場合には、外乱要因によって三相交流の各相の電流に変化が生じることがあっても、そのような影響を排して、相間の不平衡を正確に検出し、流路の断面積の変化を検知することができる。
【００２１】
この場合に、変換部が、グレボー回路を備えていれば、簡素な回路構成により、効果的に三相平衡を図ることができる。また、加熱部に入力する交流の力率の変化により、三相交流に相間の不平衡が生じやすいので、流路の断面積の変化を敏感に検知することができる。
【００２２】
また、加熱装置が、相互に区画された２つの空間を連通するスリーブとして流路を有するタンディッシュに備えられる場合には、不純物の固化による閉塞や溶鋼による摩耗等に起因してスリーブの断面積に変化が発生した際に、早期にその変化を検知することで、タンディッシュを含む連続鋳造装置の運転に対してスリーブの閉塞や摩耗が与える影響を、小さく抑えることができる。
【００２３】
上記発明にかかる加熱方法は、上記のような加熱装置を用いて、流路を流れる金属溶湯を加熱するものであるので、流路の断面積の変化が深刻に進行する前に、流路の断面積の変化を検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態にかかる加熱装置を備えたタンディッシュの一例について、概略を示す斜視図である。
【図２】上記タンディッシュの断面図であり、（ａ）は図１のＡ−Ａ断面、（ｂ）はＢ−Ｂ断面を示している。
【図３】給電部の回路構成を示す概略図である。
【図４】誘導加熱の概念を説明する模式図である。
【図５】加熱コイルに入力される単相交流の状態とスリーブ断面の状態の関係を示す模式図である。
【図６】正常状態において、三相交流の各相に流れる電流の実測結果の一例を示す図である。
【図７】閉塞傾向発生時において、三相交流電源の各相に流れる電流の実測結果の一例を示す図である。
【図８】閉塞傾向発生時において、Ｒ相とＴ相の差を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の一実施形態にかかる加熱装置および加熱方法について、図面を用いて詳細に説明する。本発明の一実施形態にかかる加熱装置は、流路を通過する金属溶湯を加熱するものであれば、どのような装置に備えられてもよく、また加熱対象の金属溶湯の種類も限定されるものではないが、以下では、代表例として、溶鋼の連続鋳造に用いられるタンディッシュに加熱装置が備えられる形態について説明する。
【００２６】
［加熱装置を備えたタンディッシュの概略］
図１および図２に、本発明の一実施形態にかかる加熱装置１を備えたタンディッシュ５の一例を示す。図１が斜視図であり、図２が図１中のＡ−Ａ断面およびＢ−Ｂ断面を示している。
【００２７】
タンディッシュ５は、堰５３によって区画されて、第一室５１および第二室５２の２つの空間を有する。堰５３には、第一室５１と第二室５２を連通する流路として、２本の中空筒状のスリーブ５４が、堰５３と一体的に埋め込まれている。スリーブ５４は、２本が相互に平行に配置されている。スリーブ５４の壁面は、絶縁性の耐火物よりなっている。また、堰５３には、２つのスリーブ５４に挟まれた部位に、スリーブ５４の軸に交差する方向に軸を向けて、中空筒状の収容ケース５５が設けられている。
【００２８】
そして、収容ケース５５の中空部内を軸に沿って貫通して、加熱装置１の鉄心１１が設けられている。鉄心１１の収容ケース５５を貫通する部位には、導線が巻き回され、加熱装置１の加熱コイル（加熱部）１２を構成している。
【００２９】
このようなタンディッシュ５において、図示しない取鍋から第一室５１に溶鋼Ｍが流入され、タンディッシュ５内に貯留される。そして、第二室５２の底面に設けられた孔（不図示）を介して、溶鋼Ｍが流出され、鋳型に注入される。溶鋼Ｍが、スリーブ５４を通過して、第一室５１から第二室５２に移動する過程において、溶鋼Ｍ中の介在物等の不純物が分離される。
【００３０】
タンディッシュ５内の溶鋼Ｍを所定の高温に保つために、加熱装置１の加熱コイル１２に、給電部２０から単相交流が供給され、誘導加熱が行われる。誘導加熱の概略を図４にも示すが、加熱コイル１２に電流Ｉ１を流すと、加熱コイル１２を貫通して磁束Φが誘起され、加熱コイル１２を中心として溶鋼Ｍ中に形成された電路Ｌに電流Ｉ２が流れる。図２（ｂ）に示すように、電路Ｌは、２つのスリーブ５４を流れる溶鋼Ｍを含んで構成される。その結果、スリーブ５４内を含むタンディッシュ５の各部に存在している溶鋼Ｍが加熱を受ける。
【００３１】
［加熱装置の構成］
次に、上記タンディッシュ５に備えられる加熱装置１について説明する。図３に、加熱装置１の回路構成の概略を示す。上記でも簡単に述べたように、本加熱装置１は、鉄心１１と、鉄心１１に巻き回された加熱コイル１２を有している。そして、加熱コイル１２に単相交流を供給する給電部２０を有している。さらに、加熱装置１は、タンディッシュ５のスリーブ５４の断面積の変化を検知するための検知部３０を備えている。
【００３２】
給電部２０は、変換部２１と電源部２２を有している。電源部２２から三相交流が変換部２１に入力され、変換部２１によって、三相交流が単相交流に変換される。そして、変換部２１から出力された単相交流が、誘導加熱のための電源として加熱コイル１２に供給される。
【００３３】
電源部２２は、変圧器を備えて構成されている。電源部２２は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相（それぞれ電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）よりなる商用三相交流電源を変圧器の一次側に入力され、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相（それぞれ電流値Ｉｒ，Ｉｓ，Ｉｔ）を有する三相交流として二次側に出力する。
【００３４】
変換部２１は、相平衡回路として公知のグレボー回路の構成を含んでいる。つまり、コイルＬ１と２つのコンデンサＣ１，Ｃ２が三角形をなして接続されている。さらに、コンデンサＣ２と並列に、キャパシタンス調整用の可変コンデンサＣ３が接続されている。そして、電源部２２から出力された三相交流のＲ相がコンデンサＣ１とコンデンサＣ２の接合点に、Ｓ相がコンデンサＣ１とコイルＬ１の接合点に、Ｔ相がコンデンサＣ２とコイルＬ１の接合点に、それぞれ入力されている。そして、コンデンサＣ２の両端部が加熱コイル１２の両端に接続されている。このようなグレボー回路の構成により、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相からの寄与が平衡化された状態で、三相交流を単相交流に変換し、加熱コイル１２に入力することができる。なお、三相からの寄与が平衡化された状態とは、各相から供給される電流Ｉｒ，Ｉｓ，Ｉｔが等しい状態を指す。
【００３５】
さらに、給電部２０には、給電部２０の状態を監視し、検知部３０での検知に用いるために、２つの電流計測部２３ａ，２３ｂと、電圧計測部２３ｃの３つの検出器が設けられている。電流計測部２３ａ，２３ｂはそれぞれ、Ｒ相を流れる電流値ＩｒおよびＴ相を流れる電流値Ｉｔを計測する。電圧計測部２３ｃは、加熱コイル１２に供給される単相交流の電圧Ｖを計測する。
【００３６】
検知部３０は、ＣＰＵ等の演算装置よりなり、電流計測部２３ａ，２３ｂおよび電圧計測部２３ｃにおける測定値を入力される。そして、それらから入力された計測値に基づいて、タンディッシュ５のスリーブ５４の断面積の変化、つまり断面積が縮小する閉塞傾向、または断面積が拡大する摩耗傾向が発生していないかどうかを監視している。断面積の変化を検知すると、画面表示等の報知手段によって、適宜そのことを管理者に報知する。検知部３０による断面積の変化の検知の詳細については後述する。
【００３７】
タンディッシュ５において、スリーブ５４の断面積の大きな変化をはじめとして、加熱装置１および加熱対象の溶鋼Ｍに異常がない状態で誘導加熱を行っている間は、タンディッシュ５における加熱温度の制御のために、電源部２２の変圧器から出力される電圧をオンロードタップチェンジャを用いて変更することで、加熱コイル１２への入力電圧Ｖを所定の目標電圧に制御している。また、電流計測部２３ａ，２３ｂによって計測される電流値Ｉｒと電流値Ｉｔを比較し、値に大小（アンバランス）がある場合には、可変コンデンサＣ３を調整することで、両者の値が同程度になるように調整している。よって、Ｒ相およびＴ相から供給される電流ＩｒおよびＩｔの間に何らかの原因で若干の不平衡が生じたとしても、可変コンデンサＣ３の調整により、その不平衡を解消または緩和することができる。実際に、図６に測定例を示すように、正常状態時において、電流Ｉｒおよび電流Ｉｔは、ほぼ相互に等しい状態に維持されており、相平衡が実現されている。
【００３８】
［スリーブ断面積と力率の関係］
ここで、検知部３０によるスリーブ５４の断面積の変化の検知に原理として利用する、スリーブ５４の断面積と加熱コイル１２に入力される単相交流の力率との関係について説明する。
【００３９】
図５に、スリーブ５４の軸に略垂直な断面における断面積と、加熱コイル１２に入力される単相交流の力率の関係について、模式的に示している。ここでは、図５中の挿入図に示すように、加熱コイル１２の右側にスリーブ５４が存在する場合を考える。そして、実際のスリーブ５４の断面をＲとして実線で示すとともに、断面積の増加も減少も起こっていない基準となる断面をｒとして点線で示している。図５中で、記号５で示したのが、実際のスリーブ５４の断面Ｒが基準ｒと一致している状態であり、記号１〜４および６〜９で示したのが、実際のスリーブ５４の断面Ｒが基準ｒからそれぞれ逸脱している状態である。
【００４０】
図５中に記号２で示したように、スリーブ５４の断面Ｒが基準ｒよりも縮小されると、スリーブ５４を通る電路Ｌが狭くなり、誘導電流が流れにくくなる。これにより、加熱コイル１２におけるインダクタンス成分が小さくなり、加熱コイル１２に入力される単相交流の電流位相が進む。その結果、単相交流の力率が増加する。このようなスリーブ５４の断面積の縮小は、介在物等、溶鋼Ｍに含まれる高融点の不純物がスリーブ５４内で固化し、溶鋼Ｍよりも導電性の低い層がスリーブ５４の壁面に形成されることにより、しばしば起こる。
【００４１】
逆に、記号７で示したスリーブ５４の断面Ｒが基準よりも拡大した状態においては、スリーブ５４を通る電路Ｌが広くなり、誘導電流が流れやすくなる。これにより、加熱コイル１２におけるインダクタンス成分が大きくなり、加熱コイル１２に入力される単相交流の電流位相が遅れ、力率が減少する。スリーブ５４の断面積の拡大は、スリーブ５４の壁面を構成する耐火物が溶鋼によって溶損を受け、摩耗されることで、しばしば起こりうる。
【００４２】
なお、図中記号４，９で示したように、スリーブ５４の断面積の変化以外に、施工のずれ等に起因して、実際のスリーブ５４の断面Ｒの位置が基準ｒからずれてしまう場合もある。このような場合には、スリーブ５４と加熱コイル１２の間の距離が、加熱コイル１２への入力電力に反映される。つまり、記号４で示したようにスリーブ５４が加熱コイル１２に遠い状態では入力電力が小さくなる一方、記号９で示したようにスリーブ５４が加熱コイル１２に近い状態では、入力電力が大きくなる。記号３，６および記号１，８で示している状態は、それぞれ、スリーブ５４の断面積の縮小および拡大が方向によって不均一に起こった場合であり、加熱コイル１２に入力される単相交流の力率と入力電力の両方の増減が複合的に観測される。
【００４３】
以上のように、給電部２０から出力され、加熱コイル１２に入力される単相交流の状態を監視することで、スリーブ５４の断面の状態を検知することができる。特に、単相交流の力率の増加を検出することで、介在物等、溶鋼Ｍ中の成分の固化によって、スリーブ５４に閉塞傾向が発生し、断面積が縮小しているのを検知することができる。また、単相交流の力率の減少を検出することで、溶鋼Ｍによる耐火物の溶損によって、スリーブ５４に摩耗傾向が発生し、断面積が拡大しているのを検知することができる。加熱コイル１２に入力される交流の力率は、例えば力率計等を用いて直接監視することができるが、指標として力率を直接的に用いる以外に、力率の増加や減少に相関する物理量の変化を用いて、スリーブ５４の断面積の変化を検知することもできる。具体的には、本実施形態においては、単相交流に変換する前の三相交流の状態に着目して、検知部３０において、簡便かつ高精度に、スリーブ５４の断面積の変化を検知することができる。次に、その形態について説明する。
【００４４】
［三相交流の不平衡によるスリーブ断面積の変化の検知］
グレボー回路を備えた変換部２１において、入力される三相交流の電圧がＥであり、出力される単相交流の電力がＰ、力率がｃｏｓφである場合に、入力される三相交流の各相の電流Ｉｒ，Ｉｓ，Ｉｔの絶対値は、特許文献２にも示されるように、以下のように表される。
2017117692.tif 000003
ここで、
2017117692.tif 000004
である。
【００４５】
上記式１ａ〜１ｃにおいて、三相からの寄与が平衡化されて、｜Ｉｒ｜＝｜Ｉｓ｜＝｜Ｉｔ｜である場合には、力率ｃｏｓφ＝１となる（ｓｉｎφ＝０）。これに対し、三相からの寄与が不平衡であり、｜Ｉｒ｜＜｜Ｉｔ｜であるとすると、ｃｏｓφが減少し、ｓｉｎφが増加することになる。つまり、変換部２１から出力される単相交流の電流位相が遅れ、力率が減少することになる。逆に、｜Ｉｒ｜＞｜Ｉｔ｜であるとすると、ｃｏｓφが増加し、ｓｉｎφが減少することになる。つまり、変換部２１から出力される単相交流の電流位相が進み、力率が増加することになる。
【００４６】
このことと、上記で説明した力率とスリーブ５４の断面積の関係を合わせると、｜Ｉｒ｜＞｜Ｉｔ｜となる不平衡が変換部２１に入力される三相交流において発生しているのを検知部３０で検出することで、スリーブ５４の断面積の縮小、つまりスリーブ５４の閉塞傾向の発生を検知することができる。一方で、｜Ｉｒ｜＜｜Ｉｔ｜となる不均衡が発生しているのを検知部３０で検出することで、スリーブ５４の断面積の拡大、つまりスリーブ５４の摩耗傾向の発生を検知することができる。なお、本実施形態においては、変換部２１に可変コンデンサＣ３が設けられ、｜Ｉｒ｜と｜Ｉｔ｜の不平衡を緩和するように働くが、この場合には、可変コンデンサＣ３でも補償しきれない不平衡が｜Ｉｒ｜と｜Ｉｔ｜の間に生じた時に、スリーブ５４の断面積の変化を検知できることになる。ただし、可変コンデンサＣ３によるキャパシタンス調整の能力の限界等の影響により、三相の間の平衡状態に不可避的な誤差が生じてしまう場合もあり、このような場合には、｜Ｉｒ｜と｜Ｉｔ｜の差が所定の範囲内であれば｜Ｉｒ｜＝｜Ｉｔ｜であるとみなし、不平衡が発生したと検知しないようにすればよい。
【００４７】
このように、三相交流の各相から供給される電流を比較することで、スリーブ５４の断面積の変化を検知することができるが、外乱の影響による誤検知を防止するため、例えば、三相交流の各相から供給される電流を単相交流の電圧Ｖで規格化したうえで、比較を行うとよい。つまり、｜Ｉｒ｜と｜Ｉｔ｜をＶで規格化してインピーダンスの次元として、規格化値｜Ｖ／Ｉｒ−Ｖ／Ｉｔ｜を算出し、その増減を評価すればよい。規格化値が増加すれば、スリーブ５４の断面積が縮小していることを表し、規格化値が減少すればスリーブ５４の断面積が拡大していることを表すことになる。上記のように、三相の間の平衡状態に誤差が生じうる場合には、規格化値に閾値を設定しておき、実測された規格化値がその閾値を超えたら不平衡が発生したと判定すればよい。例えば、図８に示した例では、規格化値３Ωのレベルに閾値を設けている。
【００４８】
図７に、スリーブ５４の断面積の縮小が起きている場合について、変換部２１に入力される三相交流の各相の電流の時間変化を実測した例を示す。図によると、おおむね−３００分よりも早い時間（グラフの左側）では、ほぼＩｒとＩｔの大きさが等しい状態で推移しており、スリーブ５４の断面積の変化が起きていないことが分かる。一方、−３００分以降の時間（グラフの右側）で、Ｉｔの大きさがほぼ変化していないのに対し、Ｉｒが急激に大きくなっているのが分かる。図８に示した差分値Ｉｒ−Ｉｔを見ると、この傾向はさらに明らかである。このＩｒとＩｔの差の拡大は、スリーブ５４において断面積の縮小が進行していることに対応している。図７，８では、Ｉｒ，Ｉｓ，Ｉｔのいずれかが規格を超過する過電流状態が発生した時間を０にとっており、過電流状態が発生した時間０の時点では、すでにスリーブ５４がほぼ完全に閉塞してしまっている。つまり、過電流状態の発生を指標としてスリーブ５４の閉塞を検知しようとする場合には、時間０でほぼ完全にスリーブ５４が閉塞するまで、閉塞を把握できないことになる。これに対し、上記のように、ＩｒとＩｔの不平衡に着目することで、最大で３００分程度前から、閉塞傾向を把握することができる。
【００４９】
図８にはＩｒとＩｔの差分値Ｉｒ−Ｉｔに加え、規格化値｜Ｖ／Ｉｒ−Ｖ／Ｉｔ｜も示している。例えば、図中に点線で示したように、規格化値３Ωのレベルに閾値を設け、実測される規格化値がこの閾値を超えた時にスリーブ５４の閉塞傾向が発生していると判定するようにすれば、ノイズの影響を受けずに、約−２５０分という早期にスリーブ５４の閉塞傾向を把握することができる。
【００５０】
以上のように、スリーブ５４の断面積の変化によって加熱コイル１２のインダクタンス成分が変化することを利用して、加熱コイル１２に単相交流を入力する給電部２０の状態の変化を検出することで、スリーブ５４の断面積に変化が生じた際に、早期にその変化を検知し、予防的なスリーブ５４のメンテナンス等の対策を講じることができる。特に、給電部２０の状態の変化として、出力する単相交流の力率の変化、あるいは出力する単相交流の力率に相関する物理量の変化を監視することで、高精度にスリーブ５４の断面積の変化を検知することができる。給電部２０は、上記実施形態のように、三相交流を平衡化して単相交流を生成する形態のものに限られる訳ではないが、このような形態である場合には、出力する単相交流の力率に相関する物理量の変化として、入力される三相交流の相間の不平衡を検出することで、とりわけ簡便かつ敏感にスリーブ５４の断面積の変化を検知することができる。
【００５１】
中でも、スリーブ５４の閉塞については、図７，８の例で説明したように、従来は変換部２１に入力される三相交流のいずれかの相に規格を超える過電流が発生したことをもって検知していたが、過電流の発生要因としては、スリーブ５４の閉塞以外の現象もあり、スリーブ５４の閉塞を他の現象と簡便に区別することができなかった。スリーブ５４の閉塞以外に過電流の発生要因となる現象としては、電源部２２の変圧器の不具合や、タンディッシュ５の外壁を構成する鉄皮の短絡、溶鋼Ｍの湯面の低下等が挙げられるが、いずれも通常は加熱コイル１２に入力される単相交流の力率を変化させるものではない。よって、単相交流の力率またはそれに相関する量の変化を監視することで、スリーブ５４の断面積の縮小による閉塞傾向の発生を、他の事象と区別して検知することができる。
【００５２】
なお、上記実施形態における変換部２１には、可変コンデンサＣ３が含まれ、入力される三相交流の相間の不平衡を緩和するための素子として機能しており、可変コンデンサＣ３によって除去しきれない不平衡を検知部３０で検知することで、スリーブ５４の断面積の変化を検知していたが、可変コンデンサＣ３のキャパシタンスの変化量を監視し、その変化量が所定範囲よりも大きくなったのを検出することで、スリーブ５４の断面積の変化が起こったと判定するようにしてもよい。この方法によれば、三相交流の相間の不平衡が可変コンデンサＣ３の調整によって完全に補償される場合にも、スリーブ５４の断面積の変化を検知することができる。なお、可変コンデンサＣ３を設けないようにすれば、入力される三相交流に小さな不平衡が生じた場合にその影響を緩和できなくなってしまうものの、スリーブ５４の断面積の変化による三相交流の相間の不平衡を一層敏感に検知することが可能となる。
【００５３】
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。
【符号の説明】
【００５４】
１              加熱装置
１１            鉄心
１２            加熱コイル（加熱部）
２０            給電部
２１            変換部
２２            電源部
３０            検知部
５              タンディッシュ
５１            第一室
５２            第二室
５３            堰
５４            スリーブ（流路）
５５            収容ケース
Ｌ              電路
Ｍ              溶鋼（金属溶湯）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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