JP2011068963A - 高炉炉頂下部シール弁パッキンの損傷防止方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高炉炉頂下部シール弁に装着されているパッキンの損傷を的確に抑止して、パッキンの長寿命化を図ることができる高炉炉頂下部シール弁パッキンの損傷防止方法を提供する。
【解決手段】下部シール弁５の環状の弁座１２の内部に、周方向に貫通した溝２１を設け、その溝２１内に常温の窒素ガスを供給して弁座１２を冷却し、それによって、弁座１２に圧接するパッキン１３を間接的に冷却して、パッキン１３の温度を、前記パッキンの熱損傷を防止しつつ原料粉の付着による摩耗損傷を防止できる温度範囲（例えば、１００℃〜１２０℃）になるように制御する。
【選択図】図３

Description

本発明は、高炉炉頂下部シール弁に装着されているパッキン（シールゴム）の損傷防止方法に関するものである。

一般的なベルレス型高炉の炉頂部を図１に示す。高炉の操業においては、生産性向上を目的として高圧操業を行っているため、図１に示すように、炉頂ホッパー（炉頂バンカー）２の装入口８には、炉頂ホッパー２と大気との間の遮断用として上部シール弁３が配設されているとともに、炉頂ホッパー２の排出口９には、炉頂ホッパー２と高炉炉内７との間の遮断用として下部シール弁５が配設されている。上部シール弁３および下部シール弁５は、それぞれ、矢印ａおよび矢印ｂの方向に回動可能なレバー４、６に連結しており、レバー４、６を回動することによって、炉頂ホッパー２の装入口８または排出口９をシール（閉鎖）したり、あるいは開放したりすることができる。

鉱石やコークス等の原料を高炉に装入するにあたって、原料は装入コンベア１によって炉頂ホッパー２内に投入される。このとき炉頂ホッパー２の装入口８はレバー４を矢印ａの方向に回動させて上部シール弁３を開放状態にし、一方、排出口９はレバー６を矢印ｂの方向に回動させて下部シール弁５を閉鎖状態にする。炉頂ホッパー２内への原料の投入が終了すると、炉頂ホッパー２の装入口８は、レバー４を矢印ｂの方向に回動させて上部シール弁３を閉鎖状態にする。こうして炉頂ホッパー２を密閉して、炉頂圧とほぼ同じ圧力になるまで炉頂ホッパー２内を加圧する。炉頂ホッパー２内の加圧が終了すると、排出口９の下部シール弁５を開放状態にして、原料を高炉炉内７に装入する。ちなみに、上部シール弁３および下部シール弁５は、上記の開放・閉鎖動作を１日に３６０回程度行っている。

図２は、下部シール弁５が閉鎖状態になっているところを示す断面図である。下部シール弁５は、レバー６と一体的に回動する円盤状の弁体１１と、炉頂ホッパー２の下端部に固定される環状の弁座１２とを備えている。そして、弁体１１にはリング状のシリコンゴム製のパッキン（シールゴム）１３が装着されており、レバー６を矢印ｂの方向に回動させることによって、パッキン１３の上面が弁座１２の下端面に圧接される。

しかしながら、上述した下部シール弁５には、次のような問題がある。すなわち、下部シール弁５の周辺は、約４％の水分を含有する炉内ガスの雰囲気にさらされているため、シール面（パッキン１３上面）に結露が生じる。このようにシール面（パッキン１３上面）に結露が生じるのは、下部シール弁５を境として、シール面（パッキン１３上面）近傍の炉内ガスの温度と炉頂ホッパー２内の温度（大気温度）との間に大きな温度差があるため、その温度差によって、シール面（パッキン１３上面）近傍の炉内ガスが露点（飽和水蒸気圧温度）以下の温度に冷却されるためである。このように、シール面（パッキン１３上面）に結露が生じると、その結露した個所に装入原料中の粉が付着して成長する。この結果、パッキン１３が摩耗・損傷して、シール不良となり、高炉の操業を停止して、パッキン１３を交換しなければならない。

そこで、パッキン１３の寿命を延長して、高炉の稼働率向上やパッキン１３のコスト削減等を図るために、特許文献１においては、下部シール弁５の弁座１２の外面に添って水蒸気配管を設置し、その水蒸気配管に１００℃以上の飽和水蒸気を流して弁座１２の外面を加熱するようにしており、それによって、下部シール弁５の閉鎖状態の際に弁座１２に圧着するパッキン１３を間接的に加熱して、シール面（パッキン１３上面）近傍の炉内ガスが露点（飽和水蒸気圧温度）以下の温度に冷却されることを防止し、シール面（パッキン１３上面）への結露とそれによる原料粉の付着を抑止するようにしている。

特開昭６３−１２８１０７号公報

しかし、特許文献１に記載のように、下部シール弁５のパッキン１３の長寿命化を図るために、１００℃以上の飽和水蒸気を用いて弁座１２の外面を加熱することによって、パッキン１３を間接的に加熱する方法を採用した場合でも、短期間でパッキン１３の損傷が生じることがあった。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、高炉炉頂下部シール弁に装着されているパッキンの損傷を的確に抑止して、パッキンの長寿命化を図ることができる高炉炉頂下部シール弁パッキンの損傷防止方法を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明者らは、上述したように、１００℃以上の飽和水蒸気を用いてパッキン１３を間接的に加熱した場合に、短期間で損傷したパッキン１３の損傷状態を調査した。その結果、このパッキン１３の損傷は、従来のようなパッキン１３上面への原料粉の付着による摩耗損傷ではなく、シリコンゴム製のパッキン１３がその耐熱温度（約２００℃）に近い温度にさらされたことによる熱損傷であることが判明した。パッキン１３の周辺には、主に炉頂中心部のガスが到着するが、従来、この炉頂中心部のガスの温度は１００℃未満と考えられていた。しかし、操業条件の変更等によって、炉頂中心部のガスの温度が２００℃に近い温度になっていて、そのためにパッキン１３が熱損傷したものと推定された。

そこで、本発明者らは、このようなパッキン１３の熱損傷を防止しつつ、パッキン１３上面への原料粉の付着による摩耗損傷を防止するためには、従来技術のようにパッキン１３を加熱してパッキン１３の温度を上昇させるのではなく、むしろ、パッキン１３を冷却して、パッキン１３の温度が所定の温度範囲に収まるようにすることが必要であると考えた。ただし、パッキン１３を直接冷却するのは難しいので、弁座１２を冷却することによって、間接的にパッキン１３を冷却することにした。

上記のような考え方に基づいて、本発明は以下のような特徴を有している。

［１］弁体と、弁座と、前記弁体に装着されて前記弁座に圧接されるパッキンとを備えてなる高炉炉頂下部シール弁において、前記弁座の前記パッキンに圧接する下端面近傍の内部に設けられた溝に常温の窒素ガスを供給して前記弁座を冷却することによって、前記パッキンの温度を、前記パッキンの熱損傷を防止しつつ原料粉の付着による摩耗損傷を防止できる温度範囲に制御することを特徴とする高炉炉頂下部シール弁パッキンの損傷防止方法。

［２］前記弁座の温度を測定して、弁座の温度が所定の上限温度を上回ったら、弁座に設けられた前記溝への常温の窒素ガスの供給を開始し、前記弁座の温度が所定の下限温度を下回ったら、弁座に設けられた前記溝への常温の窒素ガスの供給を停止することを特徴とする前記［１］に記載の高炉炉頂下部シール弁パッキンの損傷防止方法。

［３］前記上限温度は、前記パッキンの耐熱温度に基づいて定めた温度であり、前記下限温度は、炉内ガスの露点に基づいて定めた温度であることを特徴とする前記［２］に記載の高炉炉頂下部シール弁パッキンの損傷防止方法。

本発明においては、高炉炉頂下部シール弁に装着されているパッキンの損傷を的確に抑止して、パッキンの長寿命化を図ることができる。その結果、パッキンの交換頻度が減少し、高炉の稼働率向上やパッキンのコスト削減等を図ることが可能となる。

ベルレス型高炉の炉頂部を示す図である。 高炉炉頂下部シール弁を示す断面図である。 本発明の一実施形態を示す断面図である。 本発明の一実施形態における弁座の温度推移の一例を示す図である。

本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

本発明の一実施形態において対象とするのは、前述の図１に示した、炉頂ホッパー２と高炉炉内７との間の遮断用として配設されている下部シール弁５である。そして、下部シール弁５は、図２に断面図を示したように、レバー６と一体的に回動する円盤状の弁体１１と、炉頂ホッパー２の下端部に固定される環状の弁座１２とを備えている。そして、弁体１１にはリング状のシリコンゴム製のパッキン（シールゴム）１３が装着されており、レバー６を矢印ｂの方向に回動させることによって、パッキン１３の上面が弁座１２の下端面に圧接される。

その上で、この実施形態においては、図３に断面図を示すように、環状の弁座１２のパッキン１３に圧接する下端面近傍の内部に、周方向に貫通した溝２１を設け、その溝２１内に常温の窒素ガスを供給して、弁座１２を冷却するようにしており、これによって、弁座１２に圧接するパッキン１３を間接的に冷却して、パッキン１３の温度を、熱損傷を防止しつつ原料粉の付着による摩耗損傷を防止できる温度範囲（例えば、１００℃〜１２０℃）になるように制御している。なお、図３において、２１ａは溝２１への窒素ガスの供給口であり、２１ｂは溝２１からの窒素ガスの排出口である。

その際に、パッキン１３の温度を直接測定するのは難しいので、パッキン１３とほぼ同一の温度となると想定される弁座１２に温度計２２を設置して、その温度計２２で弁座１２の温度を測定することによって、間接的にパッキン１３の温度を測定するようにしている。

そして、温度計２２によって測定した弁座１２の温度が所定の上限温度を上回ったら、弁座１２の溝２１への常温の窒素ガスの供給を開始し、弁座１２の温度が所定の下限温度を下回ったら、弁座１２の溝２１への常温の窒素ガスの供給を停止するようにしている。

ちなみに、上記の上限温度は、パッキン１３の耐熱温度（約２００℃）に基づいて定めた温度であり、ここでは、１２０℃に設定している。また、上記の下限温度は、炉内ガスの露点に基づいて定めた温度であり、ここでは、１００℃に設定している。

図４は、このようにして弁座１２の温度を制御（間接的にパッキン１３の温度を制御）した例を示すものである。

上記のようにして、この実施形態においては、下部シール弁５の弁体１１に装着されているパッキン１３の熱損傷と摩耗損傷を的確に抑止して、パッキン１３の長寿命化を図ることができる。その結果、パッキン１３の交換頻度が減少し、高炉の稼働率向上やパッキン１３のコスト削減等を図ることが可能となる。

本発明例として、上記の本発明の一実施形態（窒素ガスを用いた弁座１２の冷却）によって下部シール弁５のパッキン１３の損傷防止を行った。一方、従来例として、前記の特許文献１に記載の技術（飽和水蒸気を用いた弁座１２の加熱）によって下部シール弁５のパッキン１３の損傷防止を行った。

そして、下部シール弁５の使用回数が３５０００回（約１００日間）になったところで、本発明例と従来例におけるパッキン１３の状態を比較した。

その結果、従来例では、パッキン１３に熱損傷による大きな亀裂が生じていて、シール性能が大幅に低下していたのに対して、本発明例では、パッキン１３に熱損傷および摩耗損傷はほとんど生じておらず、シール性能は充分であった。

このようにして、本発明の有効性を確認することができた。

１ 原料装入コンベア
２ 炉頂ホッパー（炉頂バンカー）
３ 上部シール弁
４ レバー
５ 下部シール弁
６ レバー
７ 高炉炉内
８ 炉頂ホッパーの装入口
９ 炉頂ホッパーの排出口
１１ 弁体
１２ 弁座
１３ パッキン（シールゴム）
２１ 溝
２１ａ 溝への供給口
２１ｂ 溝からの排出口
２２ 温度計

Claims (3)

1. 弁体と、弁座と、前記弁体に装着されて前記弁座に圧接されるパッキンとを備えてなる高炉炉頂下部シール弁において、前記弁座の前記パッキンに圧接する下端面近傍の内部に設けられた溝に常温の窒素ガスを供給して前記弁座を冷却することによって、前記パッキンの温度を、前記パッキンの熱損傷を防止しつつ原料粉の付着による摩耗損傷を防止できる温度範囲に制御することを特徴とする高炉炉頂下部シール弁パッキンの損傷防止方法。
2. 前記弁座の温度を測定して、弁座の温度が所定の上限温度を上回ったら、弁座に設けられた前記溝への常温の窒素ガスの供給を開始し、前記弁座の温度が所定の下限温度を下回ったら、弁座に設けられた前記溝への常温の窒素ガスの供給を停止することを特徴とする請求項１に記載の高炉炉頂下部シール弁パッキンの損傷防止方法。
3. 前記上限温度は、前記パッキンの耐熱温度に基づいて定めた温度であり、前記下限温度は、炉内ガスの露点に基づいて定めた温度であることを特徴とする請求項２に記載の高炉炉頂下部シール弁パッキンの損傷防止方法。

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